(57)【要約】【課題】  液体分注装置の液体タンク内の圧力をより高精度に調節できるようにする。【解決手段】  液体タンク２内の圧力は真空レギュレータ３内のメインバルブ２９と大気吸込み弁の開閉により調節を行なうが、その際、液体タンク２と真空レギュレータ３の間に大気を吸入する継ぎ手５及び分岐管１５をとりつけて、液体タンク２が減圧状態になったときには常に大気が流入する構造にしたので、真空レギュレータ３では常にＳＥＴ側の圧力が上がりすぎる状態となり、メインバルブ２９が開いていることになる。メインバルブ２９でＳＥＴ側からＶＡＣ側に流れる流量と、分岐管１５から大気がＳＥＴ側に流れ込む流量がつりあうところで、ＳＥＴ側の圧力が一定の値となる。【選択図】図１
2006105664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端から液体が供給され下端からその液体を吐出する分注素子と、
前記分注素子の上端部に接続され、前記分注素子に供給する液体を内部に貯える液体タンクと、
前記液体タンク内の圧力を減圧状態にするために前記液体タンクに接続された真空圧力源と、
前記液体タンクと前記真空圧力源との間に配置されたメインバルブを含み、前記液体タンク内の圧力を調節するための真空レギュレータと、
前記液体タンクと前記真空レギュレータとの間に設けられた大気吸入機構と、を備えたことを特徴とする液体分注装置。
【請求項２】
前記大気吸入機構は吸入量が調節可能なニードルバルブを備えている請求項１に記載の液体分注装置。
【請求項３】
前記大気吸入機構は吸入量を配管抵抗によって制限する機構を備えている請求項１に記載の液体分注装置。
【請求項４】
前記分注素子から吐出された液体を撮像する撮像装置をさらに備えた請求項１から３のいずれかに記載の液体分注装置。
【請求項５】
前記撮像装置はストロボ光源を備え、そのストロボ光源からの発光を前記分注素子に供給する駆動信号に同期させるものである請求項４に記載の液体分注装置。
【請求項６】
前記分注素子は液体の吐出を駆動する素子としてピエゾ素子を備えたものである請求項１から５のいずれかに記載の液体分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野で使用される分析装置において、サンプルや試薬を分注する液体分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体分注装置の分注素子部分の概略図を図９に示す。１は上端から液体が供給され下端からその液体を吐出する分注素子であり、その上端部には分注素子１に供給する液体を内部に貯える液体タンク２が接続されている。分注素子１から吐出されて滴下する液滴は安定した軌跡を描き、しかもその液滴の体積が一定になる必要がある。分注素子１から吐出されて滴下する液滴量を一定にし、その滴下する軌跡を安定させるために、液体タンク２に圧力調節機構を接続して液体タンク２内の圧力を減圧状態又は加圧状態で一定圧力となるように調節している（特許文献１参照。）。
【０００３】
本発明は、液体タンク２内の圧力を減圧状態で一定に調節するものを対象にしている。そこで、液体タンク２内の圧力を減圧状態で一定に調節する従来の圧力調節機構として、液体タンク２に真空ポンプなどの真空圧力源４が接続され、液体タンク２と真空圧力源４との間に液体タンク２内の圧力を調節するための真空レギュレータ３が配置されているものが知られている。
従来の圧力調節機構では、後述の図３に示されるような真空レギュレータ３内のメインバルブ及び大気吸い込み弁の開閉だけで液体タンク２内の圧力調節を行なう。
【特許文献１】特願２００４−２１２３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、実際には真空レギュレータ３の加工精度には限界があり、さらにバルブ開閉に発生する摩擦抵抗があるために、調節できる圧力の安定性には限度がある。そのため、例えば、真空圧力源４によって液体タンク内の圧力が下がりすぎた場合でも大気吸い込み弁が開かないことがあったり、また逆に、圧力が上がりすぎた場合でもメインバルブが開かないこともあったりした。つまり、真空レギュレータ３は、ある一定値以下の圧力変動を整圧することができずに、液体タンク２内の圧力が変化してしまい、分注素子１から吐出される液滴１４の軌跡が不安定になったり、分注素子１が液滴を形成できなくなったりすることがあった。
本発明は、液体分注装置の液体タンク内の圧力をより高精度に調節できるようにすることによって吐出される液滴を高精度に制御することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の液体分注装置は、上端から液体が供給され下端からその液体を吐出する分注素子と、前記分注素子の上端部に接続され、前記分注素子に供給する液体を内部に貯える液体タンクと、前記液体タンク内の圧力を減圧状態にするために前記液体タンクに接続された真空圧力源と、前記液体タンクと前記真空圧力源との間に配置されたメインバルブを含み、前記液体タンク内の圧力を調節するための真空レギュレータと、前記液体タンクと前記真空レギュレータとの間に設けられた大気吸入機構とを備えている。
【０００６】
液体タンクの圧力調節機構は、真空圧力源、真空レギュレータ及び大気吸入機構を備えている。液体タンク内が減圧状態になったときは、常に大気吸入機構から大気が流入し、液体タンク内の圧力はその大気流入量と真空圧力源による排気量とが平衡に達した圧力で一定に保たれる。
大気吸入機構は、吸入量が調節可能であっても吸入量が固定であってもよい。大気吸入機構は開口をもって微量の大気を安定して吸入できるものであればよい。吸入量を調節可能にするには、例えばニードルバルブなど、流量を調節できる機構を備えればよい。吸入量が固定の大気吸入機構としては、例えば吸入量を配管抵抗によって制限する機構を備えればよい。
【０００７】
実際に吐出される液滴の状態を監視するために、分注素子から吐出された液体を撮像する撮像装置をさらに備えていることが好ましい。
そのような、撮像装置として、例えばストロボ光源を備え、そのストロボ光源からの発光を分注素子に供給する駆動信号に同期させるものとすることができる。
分注素子は液体の吐出を駆動する素子としてピエゾ素子を備えたものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の液体分注装置では、液体タンクの圧力調節機構として液体タンク内が減圧状態になったときは、常に大気吸入機構から大気が流入して大気流入量と真空圧力源による排気量との平衡により圧力を一定に保つようにしたので、真空レギュレータの整圧の効果を高めることが可能になる。
【０００９】
分注素子から吐出された液体を撮像する撮像装置をさらに備えれば、実際に吐出される液滴の状態を監視することができるようになる。そのような、撮像装置としてストロボ光源を備え、そのストロボ発光を分注素子に供給する駆動信号に同期させれば、液滴の像が停止しているように撮像されるので、液滴の状態の監視が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は一実施例を示したものである。
この液体分注装置は、上端から液体が供給され下端からその液体を吐出する分注素子１としてその液体吐出の駆動素子としてピエゾ素子を備えたものを使用している。分注素子１の上端には吐出する液体を分注素子１に供給するとともに、その液体を貯えておくための液体タンク２が接続されている。液体タンク２にはその内部の圧力を減圧状態にするために真空ポンプなどの真空圧力源４が接続されている。液体タンク２と真空圧力源４との間には、液体タンク２内の圧力を調節するために、メインバルブ２９を含む真空レギュレータ３が接続されている。
【００１１】
液体タンク２と真空レギュレータ３との間の配管には、分岐用の継ぎ手５を介して、大気吸入機構を構成する分岐管１５が接続され、その分岐管１５には吸入量が調節可能なニードルバルブ６が接続されている。ニードルバルブ６の大気吸入口には、ほこりを取り除くためのエアフィルタ７が接続されている。
また、液体タンク２と継ぎ手５の間の配管には、その部分の圧力を測定するための圧力センサ８が取りつけられている。９は圧力センサ８の値を表示する圧力センサ表示部である。
【００１２】
１０は分注素子１のピエゾ素子にピエゾ駆動信号を出力して駆動する分注制御ユニットであり、分注制御ユニット１０はコンピュータ１１からの制御信号により制御される。
分注素子１の先端にある吐出口から吐出されて落下する液滴１４の画像を取り込むために撮像装置１２としてＣＣＤカメラが配置され、その落下する液滴１４を照射する光源１３としてストロボ光源が配置されている。
【００１３】
次にさらに詳細に説明する。
分注素子１は、例えば図２に示されるように、先端の吐出部４０の孔につながる液体タンク２をピエゾ素子からなる駆動部４４により押圧することにより吐出部４０から液を吐出するものである。
【００１４】
真空レギュレータ３は、図３に示されるように、真空圧力源４に接続されるＶＡＣ側（真空側）と液体タンクに接続されるＳＥＴ側（対象側）との間にメインバルブ２９を備え、メインバルブ２９はバネ３０により閉じる方向に付勢されている。
【００１５】
メインバルブ２９の弁体はバルブ棒２８の下端に取りつけられ、バルブ棒２８の上端は大気室２７内にあって大気吸込み弁２５の弁体を構成している。大気吸込み弁２５は真空室３１と大気室２７の間に配置されており、真空室３１はＳＥＴ側に通じ、大気室２７は大気に通じている。
【００１６】
大気吸込み弁２５の弁座はダイヤフラム２６に取りつけられ、ダイヤフラム２６は真空室３１と大気室２７の間にあって、真空室３１側からバネ２４により押圧できるようになっている。バネ２４の上端にはナット２３が配置され、ナット２３にはネジ棒２２が螺合し、そのネジ棒２２は摘み２１により真空室３１の外部から回転させることができるようになっている。
【００１７】
真空レギュレータ３は、摘み２１を回すとネジ棒２２が回転してナット２３は真空室３１内で上下に移動することができる。ナット２３が下がる方向に摘み２１を回すと、バネ２４は下に押される。バネ２４が押されると、バネ２４はダイヤフラム２６を押し、バルブ棒２８を押し下げる。これによってメインバルブ２９が開かれる。メインバルブ２９が開くとＳＥＴ側とＶＡＣ側の出入り口がつながり、ＶＡＣ側の真空によってＳＥＴ側の圧力は低下し始める。ＳＥＴ側は真空室３１とつながっており、大気とつながっている大気室２７とはダイヤフラム２６で隔てられているので、真空室３１の圧力が下がると大気室２７との圧力差によりダイヤフラム２６には押し上げようとする力が作用する。この力及びバネ３０がバルブ棒２８を押し上げる力と、バネ２４の押し下げる力がつりあったところで、ＳＥＴ側の圧力が安定する。
【００１８】
ＳＥＴ側の圧力が下がりすぎた場合、真空室３１と大気室２７との圧力差によりダイヤフラム２６には押し上げる力が作用してダイヤフラム２６はバネ２４を押し上げる。これにより、大気吸込み弁２５が開き、大気室２７から真空室３１を経てＳＥＴ側に大気圧が流入してＳＥＴ側の圧力が上昇する。一方、ＳＥＴ側の圧力が上がりすぎた場合は、ダイヤフラム２６での真空室３１と大気室２７との圧力差が小さくなり、押し上げる力が弱くなる。これにより相対的にバネ２４の力がバネ３０に勝り、メインバルブ２９を押し下げるので、ＳＥＴ側とＶＡＣ側がつながり、ＳＥＴ側の圧力は低下する。
【００１９】
従来の分注装置では、液体タンク２と真空レギュレータ３との間に大気を吸引する機構がなく、液体タンク２内の圧力は真空レギュレータ３によりメインバルブ２９と大気吸込み弁２５の開閉だけで調節を行なっていたので、真空レギュレータ３の加工精度の限界とバルブ開閉に発生する摩擦抵抗のために調節できる圧力の安定性には限度があった。
【００２０】
実施例でも、液体タンク２内の圧力は真空レギュレータ３によりメインバルブ２９と大気吸込み弁２５の開閉により調節を行なうが、その際、液体タンク２と真空レギュレータ３の間に大気を吸入する継ぎ手５及び分岐管１５をとりつけて、液体タンク２が減圧状態になったときには常に大気が流入する構造にした。このことで、真空レギュレータ３では常にＳＥＴ側の圧力が上がりすぎる状態となり、メインバルブ２９が開いていることになる。メインバルブ２９でＳＥＴ側からＶＡＣ側に流れる流量と、分岐管１５を通って大気がＳＥＴ側に流れ込む流量がつりあうところで、ＳＥＴ側の圧力が一定の値となる。
【００２１】
このように、メインバルブ２９と大気吸込み弁２５の開閉を繰り返して整圧するよりも、常にメインバルブ２９が開いている状態にして、その開き具合で整圧をした方が真空レギュレータ３の加工精度やバルブ２５，２９の開閉時に発生する摩擦抵抗の影響を少なくすることができる。つまり、真空レギュレータ３のみでは整圧できないような微小な圧力変化であっても、本発明により大気を吸入する機構を設けることで、その微小な圧力変化も整圧することができるようになり、より安定した液滴１４の滴下を行なうことができるようになる。
【００２２】
ここで、具体的な比較を図４に示す。図１の実施例において、真空レギュレータ３の圧力が大気圧に設定されている状態から、圧力センサ表示部９の読みが−０．５〜−０．７ｋＰａを示す状態になるまで、真空レギュレータ３の摘み２１を回して止める。
【００２３】
図４の横軸は摘み２１を止めてからの経過時間（秒）、縦軸は圧力（ｋＰａ）を表している。「大気吸入なし」はニードルバルブ６を閉じて大気を流入させなかった場合であり、従来の構成に該当する。その場合は、真空レギュレータ３のつまみを止めたときの圧力値は−０．７ｋＰａであったにもかかわらず、３分後には−１．１ｋＰａ、３０分後には−１．５ｋＰａにまで低下している。
【００２４】
一方、「大気吸入あり」はニードルバルブ６を開けて大気を流入させた実施例の場合であり、真空レギュレータ３のつまみを止めたときの圧力値が−０．５ｋＰａであり、３０分後でも−０．６ｋＰａとなっていて、ほとんど変化していないことがわかる。このように、大気を吸入する機構があることで、真空レギュレータ３の整圧の効果を高めることができる。
【００２５】
次に、分注素子１からの液体の滴下を制御する動作について説明する。
図１の実施例において、分注制御ユニット１０は、分注素子１のピエゾ素子に駆動信号を印加することにより吐出動作を行なわせる。分注制御ユニット１０が分注素子１の駆動を制御するパラメータは、分注素子１への駆動信号の印加電圧の大きさ、印加電圧立ち上がり時間、印加時間、印加電圧立下がり時間の全て、又はそのうちの少なくとも１つである。
【００２６】
ストロボ光源１３の発光するタイミングは、分注制御ユニット１０から分注素子１へ印加される駆動信号のタイミングを基にして、その駆動信号印加のタイミングに同期させて分注素子１からの液滴吐出の一定時間後に発光するように制御される。
【００２７】
制御コンピュータ１１は、分注制御ユニット１０を制御して分注動作を制御し、またＣＣＤカメラ１２が撮像した画像を基にして所定の大きさの液滴１４が吐出されるように制御する。
【００２８】
ＣＣＤカメラ１２は分注素子１の先端の吐出口部分を撮像する。カメラ１２と他の部材との干渉を少なくしてカメラ設置に要する必要な空間を少なくするために、カメラ１２は水平から傾斜をもった斜め上方の位置に設置し、斜め上向から撮像するようにしてもよい。また、吐出口部分の状態をより正確にモニタするためには、水平方向から撮像するようにカメラ１２を設置すればよい。
【００２９】
ストロボ光源１３はＣＣＤカメラ１２の光軸上に、分注素子１の吐出口部分の画像をより正確に取り込むために、分注素子１の吐出口部分を挟んでＣＣＤカメラ１２と反対側に配置されている。ストロボ光源１３に替えて、時間的に連続した光を発光する光源を使用してもよい。ストロボ光源の場合、実施例のように、液滴１４が分注素子１から吐出されるタイミングと同期して発光するように設定することができ、その場合にはカメラ１２を連続して作動させている場合でも、ストロボ光源１３が発光した場合にのみ鮮明な画像が取り込まれる。その鮮明な画像は、順次吐出される液滴１４の画像が同じタイミングで取り込まれたものであるため、あたかも静止画像のような情報が得られる。そのため液滴１４の状態をモニタし、液滴１４の大きさを調節するのに好都合である。
【００３０】
コンピュータ１１から分注制御ユニット１０に所定の制御信号を与えると、分注制御ユニット１０は分注素子１に対して所定の電圧の駆動信号を供給する。分注素子１は分注制御ユニット１０からの駆動信号に基づいて液体を吐出する。
【００３１】
分注素子１が分注する液体は液体タンク２に貯えられており、分注素子１に供給される液体の量を調節するために液体タンク２内の圧力を真空レギュレータ３で調節する。真空レギュレータ３によって液体タンク２内が減圧状態になると、分岐管１５を通って大気が流入し、ある圧力で安定する。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、化学、工業、臨床、バイオ技術などの分野における分析や検査において、サンプルや試薬を分注するのに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】一実施例を示す概略構成図である。
【図２】ピエゾ素子の構造の一例を示す縦断面図である。
【図３】真空レギュレータの一例を示す縦断面図である。
【図４】一実施例における圧力変化の経時変化を示すグラフある。
【図５】従来の液体分注装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      分注素子
２      液体タンク
３      真空レギュレータ
４      真空圧力源
５      継ぎ手
６      ニードルバルブ
１０      分注制御ユニット
１１      制御コンピュータ
１２      ＣＣＤカメラ
１３      ストロボ光源
１４      液滴
１５      分岐管
２９    メインバルブ
【図１】
2006105664.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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