(57)【要約】      （修正有）【課題】  液体の吐出に必要な構成部材とは別に、複雑な液体残量検出専用の構造部材を装備させなくとも、正確に液体の残量を検出する。【解決手段】  液体を保持するための上部が閉鎖状の液体貯蔵槽と、液体を圧送するための圧力発生装置及びこれと液体貯蔵槽の内部上方との間を接続し圧力を伝達するための管路を含む配管系等を有し、液体供給部から吐出部にかけて接続された液体供給吐出管路を通じて液体供給部から液体を圧送して吐出部に導く液体分注装置であって、前記配管系の圧力を検出するための圧力センサと、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽に供給して算出した圧力到達時間を閾値として保持する制御・演算手段を設け、加圧開始から液体が吐出される圧力に到達するまでの圧力到達時間に基づいて液体貯蔵槽内の液体の残量を検知する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を保持するための上部が閉鎖上の液体貯蔵槽と、液体を圧送するための圧力発生装置及びこれと液体貯蔵槽の内部上方との間を接続し圧力を伝達するための管路を含む配管系と、該配管系内の気圧を任意の圧力に調整するための圧力調節手段と、該配管系の途中にあって系内の圧力を加圧又は排気制御可能な圧力制御弁と、前記液体貯蔵槽の下方に向けて開口する液体供給吐出管路と、該管路の途中にあって液体の流通を制御する液体流通制御手段を有し、液体供給部から吐出部にかけて接続された液体供給吐出管路を通じて液体供給部から液体を圧送して吐出部に導く液体分注装置であって、前記配管系の圧力を検出するための圧力センサと、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽に供給して算出した圧力到達時間を閾値として保持する制御・演算手段を設け、加圧開始から液体が吐出される圧力に到達するまでの圧力到達時間に基づいて液体貯蔵槽内の液体の残量を検知するようにしたことを特徴とする液体分注装置。
【請求項２】
圧力調節手段が電空レギュレーターである請求項１記載の液体分注装置。
【請求項３】
液体貯蔵槽が複数設けられた請求項１又は２記載の液体分注装置。
【請求項４】
圧力到達時間の代わりに、吐出時の圧力値から加圧手段による加圧を止め、配管系内の圧力が一定圧に低下するまでの排気時間を測定するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の液体分注装置。
【請求項５】
液体を保持するための上部が閉鎖上の液体貯蔵槽と、液体を圧送するための圧力発生装置及びこれと液体貯蔵槽の内部上方との間を接続し圧力を伝達するための管路を含む配管系と、該配管系内の気圧を任意の圧力に調整するための圧力調節手段を有し、液体供給部から吐出部にかけて接続された液体供給吐出管路を通じて液体供給部から液体を圧送して吐出部に導く液体分注装置において、前記配管系の圧力を検出するための圧力センサと、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽に供給して算出した圧力到達時間を閾値として保持する制御・演算手段により、加圧開始から液体が吐出される圧力に到達するまでの圧力到達時間に基づいて液体貯蔵槽内の液体の残量を検知することを特徴とする液体残量検知方法。
【請求項６】
圧力到達時間の代わりに、吐出時の圧力値から加圧手段による加圧を止め、配管系内の圧力が一定圧に低下するまでの排気時間を測定するものである請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体貯蔵槽内の液体残量を検知する手段を備えた液体分注装置、及び液体残量検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子生物学や生化学分野等で行われる試験や分析においては、液状の試料や検体をマイクロプレートのウェル内に分注する操作が行われるが、この分注操作は、例えば図１に示すような、試料容器内の液体を吸入・吐出するノズルを備えたマルチ分注ヘッド１ｂと、当該マルチ分注ヘッドをＸ及び／又はＹ座標軸及びＺ座標軸方向に移動するための駆動手段（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備えた自動分注装置により行われている。
【０００３】
図１の自動分注装置は、磁気反応部１ｊ・１ｋと、試薬冷却装置１ｍを備えていて、それぞれに例えば、９６穴マイクロプレート１ｉ・１ｌ・１ｎを一枚ずつ保持することが出来る。１ｇは廃液層、１ｈは使い捨てチップの廃棄スペースである。マルチ分注ヘッド１ｂにはテーブル１ｆ上空をＸ及び／又はＹ座標軸及びＺ座標軸方向に自在に移動することが出来る駆動手段（１ａ、１ｂ、１ｃ）が備えられている。マルチ分注ヘッド１ｂは９６ｃｈの使い捨てチップ１ｅを装着することが可能であり、マイクロプレート１ｉ・１ｌ・１ｎ間で液体の吸引吐出が可能である。吐出分注ヘッド１ｄはマルチ分注ヘッド１ｂ後方部に取り付けられており、吐出分注ヘッド１ｄはマルチ分注ヘッド１ｂに対し、独自の駆動源（図示せず）により上下方向に稼動することが可能である。吐出分注ヘッド１ｄはノズルを一直線状に備えており、１ｉ・１ｌに対して洗浄液及び、蛍光検出用の希釈液を吐出することができる。
このような分注装置の液体供給部においては、液体貯蔵槽内の液体の残量を検知して補給のタイミングを把握するための液体残量検知装置が備えられている。
【０００４】
図２及び図３は、従来の液体残量検知手段の構成例を示す。
【０００５】
図２の吐出するための液体が収容された試薬容器２ａ内の試薬には、それぞれ試薬を吸引するための吸引チューブ２ｂが浸漬されている。この吸引チューブ２ｂの先端には、点線で示すようなそれぞれ２本の電極線２ｃが設けられている。液面検知器２ｄは、各々の試薬容器２ａにおける２本の電極線２ｃに電流を流し、両者が導通するか否かにより液面レベルを検知する。ここで吸引チューブ２ｂの吸引口２ｅは、電極線２ｃの下端の接点２ｆから適宜な距離をもって、接点２ｆよりも下方に位置している。従って、２本の電極線２ｃが非導通になった時点では、試薬容器２ａ内には試薬が未だ残存していて、試薬容器２ａ内の試薬が所定の液面レベルに達したことを検出できる。
【０００６】
また、図３は、試薬が収容された試薬容器内から吐出チューブ３ｃを介して反応容器へ試薬を分注する一方、試薬容器内に挿入されたセンサ部３ａにより検出される試薬の液面高さに応じた静電容量変化に基づいて試薬の残量をモニタするようにしている。このセンサ部３ａは静電容量検出用の所要の長さの一対の電極３ｂと、この一対の電極３ｂを試薬容器の深さ方向に内包して支持し、且つ液密構造に形成した電極支持体３ｄとを備えている。
【０００７】
しかしながら、図２及び図３に示す液体残量検知手段は、液体の吐出に必要な構成部材とは別に、液体残量検出専用の構造部材を必要としていた。また、図２における、電極を液体に浸漬させて通電の有無を検出する方法は、液体の水位を確実に検出するメリットはあるものの、電極を薬液に接触させるため、金属表面の保守の問題や、純水などの絶縁物質の場合に検出が困難になるなどの問題がある。図３の静電容量変化により水位を検知する手段においても、電極を直接薬液に浸漬させることはないが、検出に必要な構造部材を新たに薬液ボトルの蓋部分に付加する必要があるため装置が複雑で、コストがかかるという問題がある。
【特許文献１】特開２００１−１１６７５８号公報
【特許文献２】特開平０８−１４６０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、液体の吐出に必要な構成部材とは別に、複雑な液体残量検出専用の構造部材を装備させなくとも、正確に液体の残量を検出することのできる液体分注装置及び液体残量の検知方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、液体を保持するための上部が閉鎖上の液体貯蔵槽と、液体を圧送するための圧力発生装置及びこれと液体貯蔵槽の内部上方との間を接続し圧力を伝達するための管路を含む配管系と、該配管系内の気圧を任意の圧力に調整するための圧力調節手段と、該配管系の途中にあって系内の圧力を加圧又は排気制御可能な圧力制御弁と、前記液体貯蔵槽の下方に向けて開口する液体供給吐出管路と、該管路の途中にあって液体の流通を制御する液体流通制御手段を有し、液体供給部から吐出部にかけて接続された液体供給吐出管路を通じて液体供給部から液体を圧送して吐出部に導く液体分注装置であって、前記配管系の圧力を検出するための圧力センサと、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽に供給して算出した圧力到達時間を閾値として保持する制御・演算手段を設け、加圧開始から液体が吐出される圧力に到達するまでの圧力到達時間に基づいて液体貯蔵槽内の液体の残量を検知するようにしたことを特徴とする液体分注装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、圧力到達時間の代わりに、吐出時の圧力値から加圧手段による加圧を止め、配管系内の圧力が一定圧に低下するまでの排気時間を測定するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の液体分注装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、液体を保持するための上部が閉鎖上の液体貯蔵槽と、液体を圧送するための圧力発生装置及びこれと液体貯蔵槽の内部上方との間を接続し圧力を伝達するための管路を含む配管系と、該配管系内の気圧を任意の圧力に調整するための圧力調節手段を有し、液体供給部から吐出部にかけて接続された液体供給吐出管路を通じて液体供給部から液体を圧送して吐出部に導く液体分注装置において、前記配管系の圧力を検出するための圧力センサと、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽に供給して算出した圧力到達時間を閾値として保持する制御・演算手段により、加圧開始から液体が吐出される圧力に到達するまでの圧力到達時間に基づいて液体貯蔵槽内の液体の残量を検知することを特徴とする液体残量検知方法を提供するものである。
【００１２】
さらに、本発明は、圧力到達時間の代わりに、吐出時の圧力値から加圧手段による加圧を止め、配管系内の圧力が一定圧に低下するまでの排気時間を測定することにより、液体貯蔵槽内の液体の残量を検知することを特徴とする液体残量検知方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電極を直接薬液に浸漬させることはなく、また液体の吐出に必要な構成部材とは別に、複雑な液体残量検出専用の構造部材を装備させる必要がないので、液体の種類を問わず、簡便に且つコストを抑えて、正確に液体残量を検知しつつ、試料の分注が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に示す実施例に基づき、本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図４は本発明の液体分注装置の構成図である。
図４において、５６はエアポンプ、５５は精密減圧弁、５４ａ・５４ｂ・５４ｃ・５４ｄ・５４ｅ・５４ｆは三方弁、５３ａ・５３ｂ・５３ｃ・５３ｄ・５３ｅ・５３ｆは液体貯蔵槽、５２ａ・５２ｂ・５２ｃ・５２ｄ・５２ｅ・５２ｆは逆止弁、４６は液体用電磁弁、４５はマニホールド、４７はノズル、５７は圧力センサ、５０は制御・演算手段である。なお、液体貯蔵槽は任意に複数設置することができ、５３ａ・５３ｂ・５３ｃ・５３ｄ・５３ｅ・５３ｆにはそれぞれ異なる液体を入れることができる。
【００１６】
圧力センサ５７は液体貯蔵槽内の液体を圧送するための空圧圧力を測定する圧力センサである。圧力が、精密減圧弁５５が制御可能な圧力調整ばらつきを基準とした一定の閾値の幅、例えば制御圧力の±１％から外れると、警告信号を制御・演算手段５０に出力することが出来る。従って、この圧力センサは、吐出時に正確な吐出量を制御する際、一定圧力であることを確認する為に必須の検出手段である。
【００１７】
圧力発生装置５６により加圧された空気は圧力調節手段５５により、所望の圧力に制御される。
圧力発生装置は、例えばエアポンプ、制御可能な３方弁を付加したシリンジ等が用いられる。
圧力調節手段は、気体の圧力を任意の圧力に調整するための手段であり、例えば精密減圧弁、電空レギュレーター、背圧弁、差圧弁等が用いられる。電空レギュレーターは、電気信号によって圧力を制御可能とするもので、電空レギュレータを用いることで、通常の分注時の吐出圧力よりも大きい圧力値に設定する事が簡易に可能となり、低い圧力値に比較して同じ残量でも圧力到達時間が長くなることから、制御手段の測定可能な時間分解能が同等であった場合、測定精度をさらに向上させることが可能となる。
【００１８】
圧力調節手段５５で制御された加圧空気は、管路５８ａ・５８ｂ・５８ｃ・５８ｄ・５８ｅ・５８ｆを通り三方弁５４ａ・５４ｂ・５４ｃ・５４ｄ・５４ｅ・５４ｆに到達する。この三方弁５４ａ・５４ｂ・５４ｃ・５４ｄ・５４ｅ・５４ｆのいずれか１つを選択し弁を開くことにより、液体貯蔵槽５３ａ・５３ｂ・５３ｃ・５３ｄ・５３ｅ・５３ｆ内の液体を選択、圧送することが出来る。ここでは圧力制御弁として三方弁を示したが、管路内の圧力を加圧又は排気制御可能な手段であればいずれも用いることができ、圧力制御弁の種類は問わない。例えば圧力制御可能な制御弁と排気制御可能なリリーフ弁等を使用することができる。
液体貯蔵槽は上部が閉鎖状態にあり、液体貯蔵槽の内部上方で管路５８と接続している。
【００１９】
選択された液体は、液体貯蔵槽の内部下方より伸びる液体供給管路５９ａ・５９ｂ・５９ｃ・５９ｄ・５９ｅ・５９ｆを通り、さらにこの液体供給管５９ａ・５９ｂ・５９ｃ・５９ｄ・５９ｅ・５９ｆにつながる液体吐出管６０を通って、４６の液体用電磁弁に到達し、この弁を開くことにより、マニホールド４５内の流路５１に液体が流入、流路５１に接続されたノズル４７より液体が吐出される。
【００２０】
液体供給吐出管路には、途中に液体の流通を制御する手段が設けられ、例えば液体の吐出を制御する二方弁と液体を吐出方向にのみ送液可能とするチェックバルブ、逆止弁等が用いられる。
図４には、逆止弁５２ａ・５２ｂ・５２ｃ・５２ｄ・５２ｅ・５２ｆが設けられていて、液体は液体供給管５９からこの逆止弁に到達し、圧がかかった経路のみの逆止弁５２ａ・５２ｂ・５２ｃ・５２ｄ・５２ｅ・５２ｆを通過することができる。他の逆止弁は末端側の圧が高くなり、逆止弁の作用により、逆流を防ぐ事が出来る。
【００２１】
このように液体が吐出されることにより、選択された液体貯蔵槽内の液体はその容積を吐出された分だけ減らし、液体貯蔵槽内に最初に供給された量を使用すると吐出に必要な液体が無くなってしまうことになる。
そこで、本発明においては、液体貯蔵槽から液体を圧送するための圧力を発生させる加圧手段（図４ではエアポンプ５６）における加圧開始から液体の吐出に必要な圧力に到達するまでの時間（圧力到達時間）を圧力センサ５７と制御・演算手段５０により計測する。
【００２２】
液体貯蔵槽内の液体が減ることにより、その分気体体積が増大する為、圧力到達時間は変動する。従って、予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽内に供給した時の圧力到達時間を測定しておくことにより、この時間を閾値として、この時間より圧力到達時間が短い場合は、その液体貯蔵槽内に液体が残量し、他方長い場合にはその液体貯蔵槽内の液体残量が無くなったことを検出することができる。
【００２３】
図５に、液体貯蔵槽の残液容積と圧力到達時間の関係を示す。この図からも明らかなように残液容積と圧力到達時間の関係は比例関係となる。つまり、
【００２４】
（数１）
圧力到達時間（ｍｓ）＝残液容積（ｍｌ）×（−α）−β
【００２５】
の関係が成立する。αは管路径と管路内を流れる空気の流速によって決まる比例定数であり、βは液体貯蔵槽が空の時の圧力到達時間を表わす。
従って、圧量到達時間から残液容積を算出することができ、その値を閾値として設定することが容易に可能となる。
【００２６】
また、本発明においては、圧力到達時間を測定する代わりに、吐出時の圧力値から、圧力発生装置による加圧を止め、圧力調節手段、例えば減圧弁のリリーフ弁から排気されて、管路内の圧力が一定圧まで低下するまでの排気時間を測定しても同様の効果が得られる。更に、減圧弁での排気の代わりに、減圧弁と圧力計の管路の間に、例えば三方弁を設置し、排気経路のオリフィスを絞ることによって加圧経路に影響を及ぼすことなく、排気時間を適当な時間に任意に設定可能となり、より精密な残量を検出することが可能となる。図６に排気時間と残液容積の一例を示す。この図からも明らかなように残液容積と排気時間の関係は比例関係となる。
【００２７】
排気時間も圧力到達時間と同様に、液体貯蔵槽から液体を圧送するための圧力を発生させる加圧手段（図４ではエアポンプ５６）における減圧開始から一定圧、例えば大気圧に減圧到達するまでの時間（排気時間）を圧力センサ５７と制御・演算手段５０により計測する。予め液体の使用限界量の容積を液体貯蔵槽内に供給した時の排気時間を測定しておくことにより、この時間を閾値として液体貯蔵槽内の液体残量を検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、自動分注装置を示す図である。
【図２】図２は、電流導通検知による液体残量の検知方法を示す図である。
【図３】図３は、静電容量検知による液体残量の検知方法を示す図である。
【図４】図４は、液体分注装置の構成図を示す図である。
【図５】図５は、残量容積と圧力到達時間の関係を示す図である。
【図６】図６は、残量容積と排気時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ  Ｘビーム
１ｂ  マルチ分注ヘッド
１ｃ  Ｙビーム
１ｄ  吐出分注ヘッド
１ｅ  チップ
１ｆ  テーブル
１ｇ  廃液層
１ｈ  チップの廃棄スペース
１i・ｌ・ｎ  マイクロプレート
１ｍ  試薬冷却装置
１ｊ・ｋ  磁気反応部
２a  試薬容器
２ｂ  吸引チューブ
２ｃ  電極線
２ｄ  液面検知器
２ｅ  吸引口
２ｆ  電極線の下端
３ａ  センサ部
３ｂ  電極
３ｃ  吐出チューブ
３ｄ  電極支持体
４５  マニホールド
４６  液体用電磁弁
４７  ノズル
５０  制御・演算手段
５１  流路
５２  ５２ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆ  逆止弁
５３  ５３ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆ  液体貯蔵槽
５４  ５４ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆ  三方弁
５５  精密減圧弁
５６  エアポンプ
５７  圧力センサ
５８  ５８ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆ  管路
５９  ５９ａ・ｂ・ｃ・ｄ・ｅ・ｆ  液体供給管
６０  液体吐出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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