(57)【要約】【課題】液体分注装置における気泡発生を低減させることによって安定かつ高精度な分注を簡易な構成で実現することができる手段の提供を課題とする。【解決手段】タンク５内のシステム流体内にヘリウムガスを供給するボンベ２５と、タンク５内のシステム流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能なリリーフ弁３１と、タンク５及び管路４間を連通又は遮断可能な集中バルブ１４とを備える構成を採用した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を吸引及び吐出するノズルと、該ノズルに供給するシステム流体を貯留するタンクと、これらノズル及びタンク間を接続して前記システム流体を流す流路とを備えた液体分注装置において、
前記タンク内の前記システム流体内に置換ガスを供給する第１の置換気体供給手段と、前記タンク内の前記システム流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第１の弁体と、前記タンク及び前記流路間を連通又は遮断可能な第２の弁体とを備える
ことを特徴とする液体分注装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体分注装置において、
前記接液空間に置換ガスを直接供給するタンク加圧手段を備えることを特徴とする液体分注装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の液体分注装置において、
前記システム流体よりも表面張力の小さい置換流体を貯留するとともに前記流路に対して前記置換流体を供給可能に接続されたサブタンクと、該サブタンク内の前記置換流体内に置換ガスを供給する第２の置換気体供給手段と、前記サブタンク内の前記置換流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第３の弁体と、前記サブタンク及び前記流路間を連通又は遮断可能な第４の弁体とを備える
ことを特徴とする液体分注装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体分注装置において、
前記サブタンク内の接液空間に置換ガスを直接供給するサブタンク加圧手段を備えることを特徴とする液体分注装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の液体分注装置において、
前記置換ガスがヘリウムガスであることを特徴とする液体分注装置。
【請求項６】
試料を吸引及び吐出するノズルと、該ノズルに供給する流体を貯留する貯留容器と、これらノズル及び貯留容器間を接続して前記流体を流す流路とを備えた液体分注装置で、前記流体内に気泡が生じるのを防止する方法であり、
前記貯留容器内の前記流体の液面に接する接液空間を外気に連通させた状態で、前記流体内に置換ガスを供給する置換工程と、
該置換工程後における前記貯留容器内の接液空間を外気から遮断し、この貯留容器内を置換ガスで所定圧に加圧保持する加圧工程と
を有することを特徴とする液体分注装置の気泡発生防止方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法において、
前記置換ガスとして、ヘリウムガスを用いることを特徴とする液体分注装置の気泡発生防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検体や薬液などの試料を分注する液体分注装置と、この液体分注装置に用いられるシステム流体の気泡発生防止方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
血液分析機や遺伝子検査、創薬検査などの検査装置において、ランニングコスト削減やスループット向上のために、これらの装置に搭載される液体分注装置の最小吐出量を微量化することが検討されている。最小吐出量を微量化した液体分注装置の一例として、１ナノリットル未満の液滴を吐出可能な液体分注装置が下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
この従来の液体分注装置の一例を図４及び図５に示す。図４に示すように、この液体分注装置は、ガラス毛細管に取り付けられた圧電変換器を使用するマイクロディスペンサ６１と、移送と移送との間にマイクロディスペンサ６１を洗浄する容積式ポンプ６２と、システム流体の圧力を測定し且つ対応する電気信号を発する圧力センサ６３とを備えて構成されている。
【０００４】
マイクロディスペンサ６１は、図５に示すように、ガラス毛細管６４に結合された圧電セラミクス管６５からなっている。吐出の際には、アナログ電圧パルスの印加により圧電セラミクス管６５を収縮させる。すると、これに伴うガラス毛細管６４の変形により、移送流体の中を進んでマイクロディスペンサ６１のノズル６８に到達する圧力波が形成され、ノズル６８先端の開口部より移送流体の一つの液滴が射出される。この従来技術においては、例えば５ピコリットルの液滴の吐出が可能とされている。
【０００５】
試料の種類を変えて連続的な分注を行うには、次の試料を吸引する前にノズル６８を洗浄することが必要である。そこで、上記従来技術では、容積式ポンプ６２によりシステム流体を圧送し、ノズル６８の先端から、残留した試料と共に排出することで洗浄を行っている。
【０００６】
同特許文献１に開示されている他の実施形態を図６に示す。この実施形態では、複数のマイクロディスペンサ６１にシステム流体を供給したり、試料を吸引させたりするために、電気制御ポンプ７１による加減圧が可能なシステム流体貯蔵器７０を、各マイクロディスペンサ６１に接続する構成を採用している。そして、システム流体貯蔵器７０を加圧することによりシステム流体を各マイクロディスペンサ６１に圧送し、また、システム流体貯蔵器７０を減圧することにより試料を各マイクロディスペンサ６１に吸引させるようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１１４３９４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術にみられるようなシステム流体の吸引と吐出による高精度な液体分注を安定して行うには、試料の吸引量および吐出圧力を安定させることが必要である。
試料を毎回吸引する際の吸引量と、吸引後に毎回吐出する際の吐出圧力との再現性に関しては、システム流体で満たされた流路内に不規則に存在する気泡がこれを阻害することがわかっている。すなわち、気泡の持つ圧縮性が、本来非圧縮性として構成される流路内における円滑な圧力制御および圧力維持を損なうため、吸引量や吐出圧力が変動して吐出量を変動させる。また、液滴として吐出する際には単独の液滴を形成できずに分割や飛散を生じたり、液滴の飛行速度が変動したりするため、適切な分注位置への分注も困難になる。
【０００９】
しかしながら、上記従来技術では、前記システム流体貯蔵器７０に供給されたシステム流体の気泡発生を継続的に抑える構成が備えられていない。すなわち、システム流体が温度変化や移送時の流路断面積の増加および攪拌による減圧に曝された場合に、システム流体貯蔵器７０および各マクロディスペンサ６１に向かう配管内で気泡発生を生じやすくなっている。
十分に脱気処理したシステム流体を使用することも考えられるが、これをシステム流体貯蔵器７０内に保持する間に液面から空気の溶存が進むため、脱気の効果が時間経過と共に失われてしまうことになる。
【００１０】
なお、自動分析装置における気泡発生を継続的に抑える手段を備えた例としては、特公平４−３４７００号公報に示される自動分析装置用脱気装置があり、これを図７及び図８に示す。この従来技術では、図７に示される装置の分注系を洗浄する洗浄水の流路８０上に、図８に示す加熱・減圧・気液分離による脱気系を備え、分岐管８１および弁８２の制御により、洗浄水の供給を遮断する際にも循環路８３で脱気処理を継続して行い、常に脱気レベルの高い流体を供給する構成となっている。
しかしながら、気泡発生を継続的に抑制できるとはいえ、このような脱気処理機構をシステム流体の供給手段に付加すると、装置構成が大掛かりになる上に運用が煩雑になって簡便性に欠け、ランニングコストも大きくなるという別の問題を招来することになる。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、液体分注装置における気泡発生を低減させることによって安定かつ高精度な分注を簡易な構成で実現することができる手段の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の液体分注装置は、試料を吸引及び吐出するノズルと、該ノズルに供給するシステム流体を貯留するタンクと、これらノズル及びタンク間を接続して前記システム流体を流す流路とを備えた液体分注装置において、前記タンク内の前記システム流体内に置換ガスを供給する第１の置換気体供給手段と、前記タンク内の前記システム流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第１の弁体と、前記タンク及び前記流路間を連通又は遮断可能な第２の弁体とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記請求項１に記載の液体分注装置によれば、第１の置換気体供給手段からの置換ガスをタンク内のシステム流体中に噴射することで、溶存空気および接液空間が置換ガスに置換される。その後、第１の弁体及び第２の弁体を遮断させた状態でタンク内に置換ガスを供給することで、タンク内を置換ガスの圧力により加圧保持する。これにより、システム流体は置換ガスの溶解で飽和、すなわち溶存空気が排除された状態に維持される。
システム流体を供給するタイミングでは、第２の弁体を開くことで、タンク内を加圧保持している一定圧によりシステム流体が流路に圧送される。この時のシステム流体に温度変化、流路断面積の増加や攪拌による減圧が生じても、タンク内および流路内のシステム流体は溶存空気が排除されている上に、前記加圧保持のための圧によって正圧に加圧されているため、気泡発生が抑制される。また、この抑制効果は、接液空間に外気が混入することがないため変動しない。
以上により、流路内に気泡を生じさせることなくノズルの分注動作を行えるので、吸引量および吐出圧力が安定し、その結果、高精度な吸引吐出が可能となる。なお、気泡を排除する手段としては、置換ガス供給手段及び第１の弁体及び第２の弁体だけであり、しかも、これらが流路への送液手段も兼ねてポンプが不要となるため、低コストかつ運用方法も極めて簡便なものとなっている。
【００１４】
請求項２に記載の液体分注装置は、請求項１に記載の液体分注装置において、前記接液空間に置換ガスを直接供給するタンク加圧手段を備えることを特徴とする。
上記請求項２に記載の液体分注装置によれば、接液空間内の空気及びシステム流体内の溶存空気を前記第１の置換ガス供給手段により置換した後、この接液空間にタンク加圧手段からの置換ガスを直接供給して加圧することで、短時間にタンク内の加圧作業を済ませることができるようになる。
【００１５】
請求項３に記載の液体分注装置は、請求項１または請求項２に記載の液体分注装置において、前記システム流体よりも表面張力の小さい置換流体を貯留するとともに前記流路に対して前記置換流体を供給可能に接続されたサブタンクと、該サブタンク内の前記置換流体内に置換ガスを供給する第２の置換気体供給手段と、前記サブタンク内の前記置換流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第３の弁体と、前記サブタンク及び前記流路間を連通又は遮断可能な第４の弁体とを備えることを特徴とする。
【００１６】
上記請求項３に記載の液体分注装置によれば、第２の置換気体供給手段からの置換ガスをサブタンク内の置換流体中に噴射することで、置換流体中の溶存空気および接液空間中の空気が置換ガスに置換される。その後、第３の弁体及び第４の弁体を遮断させた状態でサブタンク内に置換ガスを供給することで、サブタンク内を置換ガスの圧力により加圧保持する。これにより、置換流体は置換ガスの溶解で飽和、すなわち溶存空気が排除された状態に維持される。
液体分注装置の長期停止やメンテナンス作業のために流路内のシステム流体を排出した場合や、稼動上止むを得ず流路内に気泡が発生あるいは混入した場合、システム流体と同様の方法で置換流体を流路に圧送することにより、ノズルに至る全流路内の空気層や気泡が容易に置換流体に置換され、ノズル先端まで移送されて排出される。そして流路が完全に置換流体で満たされた状態でシステム流体の圧送へと移行することにより、容易に気泡発生を抑制してシステム流体を供給できる状態に移ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の液体分注装置は、請求項３に記載の液体分注装置において、前記サブタンク内の接液空間に置換ガスを直接供給するサブタンク加圧手段を備えることを特徴とする。
上記請求項４に記載の液体分注装置によれば、接液空間内の空気及び置換流体内の溶存空気を前記第２の置換ガス供給手段により置換した後、この接液空間にタンク加圧手段からの置換ガスを直接供給して加圧することで、短時間にサブタンク内の加圧作業を済ませることができるようになる。
【００１８】
請求項５に記載の液体分注装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の液体分注装置において、前記置換ガスがヘリウムガスであることを特徴とする。
上記請求項５に記載の液体分注装置によれば、システム流体内または置換流体内の溶存空気の置換を確実に行うことができる。
【００１９】
請求項６に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法は、試料を吸引及び吐出するノズルと、該ノズルに供給する流体を貯留する貯留容器と、これらノズル及び貯留容器間を接続して前記流体を流す流路とを備えた液体分注装置で、前記流体内に気泡が生じるのを防止する方法であり、前記貯留容器内の前記流体の液面に接する接液空間を外気に連通させた状態で、前記流体内に置換ガスを供給する置換工程と、該置換工程後における前記貯留容器内の接液空間を外気から遮断し、この貯留容器内を置換ガスで所定圧に加圧保持する加圧工程とを有することを特徴とする。
【００２０】
上記請求項６に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法によれば、置換工程では、置換ガスを貯留容器内の流体中に供給することで、流体中の溶存空気および接液空間中の空気が置換ガスに置換される。続く加圧工程では、貯留容器内に置換ガスを供給することで、貯留容器内を置換ガスにより加圧保持する。これにより、流体は置換ガスの溶解で飽和、すなわち溶存空気が排除された状態に維持される。
流体を供給するタイミングでは、貯留容器内を加圧保持している一定圧により流体が流路に圧送される。この時の流体に温度変化、流路断面積の増加や攪拌による減圧が生じても、貯留容器内および流路内の流体は溶存空気が排除されている上に、前記加圧保持のための圧によって正圧に加圧されているため、気泡発生が抑制される。また、この抑制効果は、接液空間に外気が混入することがないため変動しない。
【００２１】
請求項７に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法は、請求項６に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法において、前記置換ガスとして、ヘリウムガスを用いることを特徴とする。
上記請求項７に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法によれば、流体内の溶存空気の置換を確実に行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の液体分注装置及びその気泡発生防止の各実施形態を、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明がこれらのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。
【００２３】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の第１実施形態についての説明を行う。なお、図１は本実施形態における液体分注装置の概略構成を示し、図２は同液体分注装置の分注ヘッド部の詳細構造を示している。
図１に示すように、本実施形態の液体分注装置は、ノズル１を含むヘッド２を単独もしくは複数保持出来るシリンジ３が、図示しない可動搬送部材により支持されている。
【００２４】
シリンジ３は、可撓性を有してかつ容積変化の小さい管路４によってタンク５の底部に設けられた取水口６に接続されている。また、このシリンジ３は、精密ボールねじ７およびパルスモータ８からなる電動アクチュエータ９の可動部１０に連結されたピストン１１と組み合わせされ、シール部材１２を介したピストン１１の移動により体積変化を生じるシリンジピストンポンプ１３を構成している。電動アクチュエータ９の分解能は、ピストン１１の移動精度を確保できるよう、例えば０．０００１ｍｍ／ｐｌｓの高分解能に設定されている。
【００２５】
管路４の途中には集中バルブ１４が設けられており、ヘッド２を複数備える場合には、集中バルブ１４を経た後の管路４を各ヘッド２に接続するように分岐し、これら分岐された管路４のそれぞれに個別バルブ１５を設ける。そして、これら個別バルブ１５は、図示しない制御部により開閉駆動されるようになっている。
【００２６】
タンク５は、内部に液体を保持して加圧可能な構成を有し、本体部１６と蓋１７との間には、Ｏリング１８による耐圧を備えたシール機構が施された上で、クランプ金具１９によって両者が圧接固定されている。
蓋１７は、加圧口２０，噴射口２１，および大気開放口２２を備えている。そして、加圧口２０および噴射口２１には、分岐配管２３ａ，２３ｂに二股分岐する配管２３及び圧力調整器２４を介してヘリウムガス供給用のボンベ２５が接続されている。分岐配管２３ａ，２３ｂには、これら２つの流路の何れか一方の流路を選択できるように、弁２６がそれぞれ設けられている。
【００２７】
噴射口２１側に接続された分岐配管２３ａの経路上には、絞り弁２７と流量計２８と逆止弁２９が接続されている。なお、絞り弁２７及び流量計２８を設ける代わりに、一体式の絞り弁付流量計を設けるようにしても良い。
また、噴射口２１には、分岐配管２３ａに連通するとともにタンク５内の底部に向かって延在する延長配管２３ｃが接続されており、その末端に、タンク５内の底部付近に噴射ガスを微細な気泡にして噴射させるためのバブラー３０が接続されている。
【００２８】
大気開放口２２には、手動で大気圧への開放が可能なリリーフ弁３１が接続されており、タンク５内が所定の圧力以上に加圧された場合には内圧をリークさせ、タンク５の破損等を防げるようになっている。
なお、管路４および配管２３の各接続部には、耐圧性を有するシールが施されている。また、各部材の接液部には、腐食および発塵が極めて小さい材質、すなわち金属部はステンレス、樹脂部はフッ素樹脂を使用している。
【００２９】
図２に示すように、ヘッド２は、ノズル１と、このノズル１を吐出方向に駆動するためにその軸方向（吐出方向と一致）に伸縮変形可能な圧電素子４０とを備えて構成されている。圧電素子４０の軸方向の一方の端部は、シリンジ３に形成されているヘッド取付け穴４１（図１参照）に嵌合可能な固定端継ぎ手４２に固着され、また他方の端部は、自由端継ぎ手４３に固着されている。また、ノズル１は、その軸方向の一部において、外周に流路継手４４が固着されている。
【００３０】
そして、ヘッド２は、自由端継ぎ手４３と流路継ぎ手４４を結合した状態で各構成部材が同軸をなすように組立てられている。ヘッド取付け穴４１と固定端継ぎ手４２との間の嵌合部分は、抜け止めネジ４５によって着脱自在に固定されている。固定端継ぎ手４２の端面には、所定の内径および深さの凹部４６が形成されており、ここに、ノズル１の外周に嵌め込まれた１本もしくは複数本のＯリング４７が嵌まることより、シリンジ３からノズル１にかけてシールされた流路を確保できるようになっている。
【００３１】
ノズル１は、先端側のテーパ部４８と、このテーパ部４８に連続するストレート部４９とからなり、テーパ部５０の先端に形成された開口５０を通して外気に連通している。ストレート部４９の概略寸法は、例えば、内径０．５ｍｍ〜３ｍｍ、外径１．５ｍｍ〜６ｍｍ、長さ１２ｍｍ〜６０ｍｍである。また、テーパ部４８は、例えば、内側５°〜２０°、外側２５°〜４５°に形成されている。また、開口５０は、例えば２０μｍ〜１００μｍの開口径を有してかつ、テーパ部４８の内部流路に通じる５０μｍ〜１２０μｍの長さ寸法を有する開口ストレート部５１を備えている。
【００３２】
圧電素子４０とノズル１との間の継ぎ手および結合部は剛体として形成されているので、ノズル１は圧電素子４０の変形により図２の上下方向に変位可能である。圧電素子４０には、図示しない駆動回路からのリード線またはフレキシブル基板により、所望波形の電圧を印加できるようになっている。また、ヘッド２が帯電して開口５０付近に空気中の塵が付着するのを防ぐために、必要に応じてヘッド２にイオン化エアーを吹きかけて静電気を除去するブロワーが備えられている。
【００３３】
以上説明のように、本実施形態の液体分注装置は、試料を吸引及び吐出するノズル１と、このノズル１に供給するシステム流体を貯留するタンク５と、これらノズル１及びタンク５間を接続してシステム流体を流す管路（流路）４とを備え、タンク５内のシステム流体内にヘリウムガス（置換ガス）を供給するボンベ２５（第１の置換気体供給手段）と、タンク５内のシステム流体の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能なリリーフ弁（第１の弁体）３１と、タンク５及び管路４間を連通又は遮断可能な集中バルブ（第２の弁体）１４とを備える構成を採用している。
さらに、本実施形態の液体分注装置は、ボンベ２５が、前記接液空間にヘリウムガスを直接供給してタンク５内を加圧するタンク加圧手段を兼ねている。なお、システム流体内にヘリウムガスを供給する用途と、タンク５内の接液空間にヘリウムガスを供給する用途とのそれぞれ専用にボンベ２５を備えるものとしても良いが、本実施形態のように共用してバルブの操作により用途を切り替える構成の方が、より簡易なシステム構成とすることが可能となり、好ましい。
【００３４】
上記構成を有する本実施形態の液体分注装置では、そのシステム流体内に気泡が発生するのを防止する方法を、タンク（貯留容器）５内のシステム流体の液面に接する接液空間を外気に連通させた状態で、システム流体内にヘリウムガス（置換ガス）を供給する置換工程と、この置換工程後におけるタンク５内の接液空間を外気から遮断し、このタンク５内をヘリウムガスで所定圧に加圧保持する加圧工程とを有する気泡発生防止方法により行うものとしている。
【００３５】
すなわち、ノズル１を効果的に洗浄できる清浄なシステム流体として超純水を準備し、これをタンク５内に貯留する。蓋１７を閉じてクランプ金具１９により固定することでタンク５内を密閉する。そして、噴射口２１に連通する分岐配管２３ａを、その弁２６を開くことで開通させる一方、加圧口２０に連通する分岐配管２３ｂを、その弁２６を閉じることで遮断する。さらに、リリーフ弁３１を開くことでタンク５内を大気解放状態にする。
【００３６】
その後、ヘリウムガスを高圧に封入してあるボンベ２５からヘリウムガスを圧力調整器２４により減圧させ、絞り弁２７を開きながら供給開始することで、延長配管２３ｃの末端に取り付けられたバブラー３０から、ヘリウムガスが多数の気泡となってシステム流体内に噴射されていく。このヘリウムガスは、システム流体内に溶存することで、予め溶存していた空気を接液空間へと追い出す。さらに、システム流体内から接液空間内に放出されたヘリウムガスは、この接液空間内の空気をもリリーフ弁３１からタンク５外へと押し出して放出させる。
この時、ヘリウムガスの気泡がタンク５内に十分に拡散するよう、例えば、タンク５が容量３Ｌの場合には、ヘリウムガスの供給流量を３０ｍｌ／ｍｉｎ〜２００ｍｌ／ｍｉｎ、圧力調整器の２次圧を０．１ＭＰａ〜０．３ＭＰａとすると良い。
【００３７】
このようにして所定時間の噴射を行うことにより、タンク５内のシステム流体中の溶存空気および接液空間がヘリウムガスに置換される。十分な置換がなされた後、噴射口２１への流路を、分岐配管２３ａに備えられている弁２６を閉じることで遮断するとともに、加圧口２０への流路を、分岐配管２３ｂに備えられている弁２６を開くことで開通させる。これにより、分岐配管２３ｂを通ってヘリウムガスがタンク５内の接液空間に直接供給される。
【００３８】
そして、圧力調整器２４によりヘリウムガスの供給圧力をシステム流体の圧送に必要な圧力、例えば０．０５Ｍｐａ〜０．２Ｍｐａの２次圧に調整し、リリーフ弁３１を遮断してタンク５内をヘリウムガスにより加圧保持する。
なお、リリーフ弁３１を閉じた状態でバブラー３０からのみヘリウムガスを供給することでもタンク５内を加圧することはできるが、本実施形態のように、接液空間内にヘリウムガスを直接供給した方が、より短時間にタンク５内の加圧作業を行えるので、より好ましいと言える。
【００３９】
タンク５内をヘリウムガスで加圧した時点で、システム流体はヘリウムガスの溶解で飽和、すなわち溶存空気が排除された状態となっており、また接液空間にはヘリウムガスのみが充填され続けるため、システム流体への溶存気体は一定量のヘリウムガスのみに維持される。
【００４０】
システム流体をノズル１に向けて供給するタイミングでは、管路４上の集中バルブ１４および各個別バルブ１５を図示しない制御部で開放させる。すると、常にタンク５内の液面下に位置する取水口６から管路４に向かって、タンク５内の保持圧力による一定圧でシステム流体が圧送される。
この時、システム流体が流れる流路を形成する各部材からの影響による温度変化、流路断面積の増加、攪拌による減圧などが生じても、システム流体内の溶存空気は既に排除されている上に流路全体が正圧に加圧されているため、気泡発生が抑制される。
また、開放されている管路４上の集中バルブ１４および各個別バルブ１５を遮断するのみでシステム流体の供給が停止され、タンク５内では溶存空気の排除が継続される。
【００４１】
続いて、ノズル１の洗浄動作及びその後の吐出動作について説明する。
まず、ノズル１の洗浄にあたっては、システム流体を洗浄水として上記方法で所定量供給し、ノズル１内部の残留試料や汚染物質等を開口５０からシステム流体と共に排出する。
この時のノズル１内には、溶存空気をヘリウムガスで置換されたシステム流体が、タンク５から管路４を介してノズル１の先端まで充填されており、システム流体の接液部において空気が存在するのは、システム流体供給停止時の開口５０のみという極めて微小な面積となっている。したがって、気泡抑制効果はノズル１内のシステム流体でも持続し続けることとなる。
【００４２】
ノズル１の内部洗浄にあわせ、ノズル１を図示しない洗浄槽に浸漬しての超音波洗浄等を行うことにより、ノズル１の先端外周面の洗浄も行われる。この際、外周の洗浄に洗剤もしくは薬品を使用する場合もある。
洗浄終了時にはシリンジピストンポンプ１３においてピストン１１をシリンジ３内の最も奥深くに挿入した状態でシステム流体の供給を停止することで、ノズル１の先端までシステム流体を充填させる。この後、ノズル１を空気中に保持し、シリンジピストンポンプ１３においてピストン１１を抜く方向に低速で所定量移動させることにより、開口５０から空気を吸引させる。
この時、各個別バルブ１５からノズル１の先端までの流路内は負圧となるが、この流路を満たすシステム流体中の気泡発生は抑えられている。また、ピストン１１の移動量および速度が緩やかとなるように精密に制御することで、流路中にシステム流体層及び空気層間の界面を形成し、最後に所定時間だけ静止して両層の圧力を安定させる。
【００４３】
ノズル１の先端内を所定量の空気で満たした後、図示しない試料中にノズル１の先端を浸漬し、シリンジピストンポンプ１３において更にピストン１１を抜く方向に低速で所定量移動させることにより、開口５０から試料を吸引する。ここでも同様に、各個別バルブ１５からノズル１先端までの流路は負圧となるが、この流路を満たすシステム流体中の気泡の発生は抑えられている。また、ピストン１１の移動量および速度が緩やかになるように精密に制御することにより、試料層及び空気層間の界面を形成し、最後に所定時間だけ静止して両層の圧力を安定させる。
【００４４】
この結果、試料がノズル１内にスムーズに吸引され、最後に両層の界面が停止する位置、すなわち、試料の吸引量がこの動作の反復において極めて安定する。実際に、本願発明の発明者が試験確認を行ったところ、システム流体での気泡抑制を行わない場合における吸引量の変動が最大２％以上あったものが、上記気泡発生防止方法を用いることにより０．２％以内の変動に抑制されることが確認されている。
【００４５】
以上説明のようにノズル１内に一定量の試料を吸引保持した後、図示しない反応容器上の所定の位置に試料を液滴の吐出により分配する。
この時の吐出動作は、圧電素子４０に所定波形の駆動電圧を印加し、この駆動電圧に応じた変形量で、圧電素子４０をその軸方向に伸縮変形させる。これにより、ノズル１が図２の紙面上方向に瞬時に変位する。
【００４６】
この時、ノズル１内の試料に慣性力が作用して現在位置に止まろうとする。すると、ノズル１側から試料を相対的に見た場合、試料が、ノズル１の開口５０に向かうように瞬間移動する。この試料の移動により、テーパ部４８内における試料の圧力が上昇し、開口５０における表面張力を打ち破って試料の一部が液滴として外部へ吐出される。
吐出される液体の量の範囲は、例えば０．０１ｎｌ〜０．３μＬで、テーパ部４８のテーパ角度、開口５０の口径、駆動電圧波形および試料の吸引量等によって決まり、これらは安定して良好な吐出品質を確保するように最適化されている。
【００４７】
なお、本吐出方法は、試料の吸引量および吐出時の圧力が十分に安定するので、吸引吐出の反復による液滴の大きさ、速度および品質が良好かつ安定したものとすることができる。これに対し、システム流体の気泡抑制を行わない従来の液体分注装置による吐出では、単独の液滴を形成できずに分割や飛散を生じたり、液滴の飛行速度が変動することが実際に確認されている。
以上のように所定の吐出作業を終了した後、別の試料を分配するべく、前述の洗浄動作から吸引動作、そして吐出動作を反復して行う。以後、試料の種類に応じて必要なサイクル分を反復し、所望の分配を終了する。
【００４８】
以上説明の本実施形態の液体分注装置によれば、システム流体の溶存空気をヘリウムガスに置換するとともにこれを常時一定圧で圧送することにより、タンク５からノズル１に向かう流路内での気泡発生が抑制される。これに伴い、試料吸引量および吐出圧力は安定し、その結果、吐出される液滴の量および品質が安定する。したがって、試料の高精度な吸引吐出を安定して行うことが可能となる。
【００４９】
また、システム流体の供給機構に関しては、集中バルブ１４及び各個別バルブ１５の開閉以外の制御を必要とせず、送液の動力もヘリウムガスのボンベ圧のみで長期間連続稼動が可能であり、チュービングポンプのような脈動がなく、常に一定流量を保証できる上に、送液中は吸引による負圧を形成することがないことも気泡発生の抑制に寄与している。
さらに、マグネットギヤポンプに見られるような摺動部がないため、発塵防止等の保守が不要でありながら清浄性を長期間維持することも可能としている。よって、ポンプを使用する場合よりも簡便な構成および運用方法、低いランニングコストで安定的な送液機構を装置に付加することが可能となっている。
【００５０】
なお、ヘッド２としては、ノズル１をその吐出方向に往復移動させ、試料に作用する慣性力を用いて吐出させる構成のものに限らず、円筒形状の圧電セラミクスを径方向に収縮させ、ノズル１内の容積を変化させることによって試料を吐出させる構成も勿論採用可能である。
また、試料に液滴を形成させるものだけでなく、ノズル１内の圧力を高めることにより連続に吐出させる構成も採用可能である。さらには、ノズル１は開口５０が最も小径となるものだけでなく、小径の部分が軸方向に長さを有するニードル状のものを採用しても良い。
【００５１】
（第２実施形態）
続いて、本発明の液体分注装置及びその気泡発生防止方法の第２実施形態を、図３を参照しながら説明する。なお、本実施形態の説明においては、上記第１実施形態との相違点を中心に説明し、その他については上記第１実施形態と同様であるとしてその説明を省略する。
【００５２】
図３に示すように、配管２３および管路４をそれぞれ二股分岐し、その間に、タンク５およびその付属部品と同様の構成でサブタンク５２とその付属部品を並列に接続している。二股分岐した管路４のうち、タンク５側に接続されるものには出口弁５３を、サブタンク５２側に接続された方にはサブ出口弁５４を設けている。そして、これら二股分岐した管路４が１本にまとまっている個所に、集中バルブ５５が設けられている。
【００５３】
以上説明のように、本実施形態の液体分注装置では、システム流体よりも表面張力の小さい薬液（置換流体）を貯留するとともに管路（流路）４に対して薬液を供給可能に接続されたサブタンク５２と、このサブタンク５２内の薬液内にヘリウムガスを供給するボンベ（第２の置換気体供給手段）５２と、サブタンク５２内の薬液の液面に接する接液空間と外気とを連通又は遮断可能なリリーフ弁（第３の弁体）３１と、サブタンク５２及び管路４間を連通又は遮断可能なサブ出口弁（第４の弁体）５４とを備える構成を採用した。
【００５４】
さらに、本実施形態の液体分注装置は、ボンベ２５が、サブタンク５２内の接液空間にヘリウムガスを直接供給してサブタンク５２内を加圧するサブタンク加圧手段を兼ねている。なお、システム流体内にヘリウムガスを供給する用途と、サブタンク５２内の接液空間にヘリウムガスを供給する用途とのそれぞれ専用にボンベ２５を備えるものとしても良いが、本実施形態のように共用してバルブの操作により用途を切り替える構成の方が、より簡易なシステム構成とすることが可能となり、好ましい。
【００５５】
以上説明の構成を有する本実施形態の液体分注装置では、ヘリウムガスの置換により溶存空気が排除された薬液を加圧保持できるようになっている。
すなわち、予め、出口弁５３およびサブ出口弁５４を遮断した状態としておく。そして、システム流体として超純水をタンク５に貯留する一方、サブタンク５２内にはシステム流体よりも表面張力の小さい清浄な薬液、例えばイソプロピルアルコールやメチルアルコール等を貯留する。
そして、タンク５内のシステム流体と同様に、ボンベ２５からのヘリウムガスをサブタンク５２内の薬液中にバブラー３０により噴射供給する。これにより、薬液中の溶存空気および接液空間中の空気をヘリウムガスに置換した後、そのままヘリウムガスでサブタンク５２内も加圧保持する。
【００５６】
このように、本実施形態の液体分注装置では、その薬液内に気泡が発生するのを防止する方法を、タンク（貯留容器）５２内の薬液の液面に接する接液空間を外気に連通させた状態で、薬液内にヘリウムガス（置換ガス）を供給する置換工程と、この置換工程後におけるタンク５２内の接液空間を外気から遮断し、このタンク５２内をヘリウムガスで所定圧に加圧保持する加圧工程とを有する気泡発生防止方法により行うものとしている。
【００５７】
このサブタンク５２内の薬液は、液体分注装置を長期停止させたりメンテナンス作業のために流路内のシステム流体を排出した場合など、稼動上止むを得ず流路内に気泡が発生あるいは混入した場合に、この気泡を除去するために用いられるものである。
すなわち、まず出口弁５３を閉じた状態でサブ出口弁５４を開放するとともに、管路４上の集中バルブ５５を開放することにより、サブタンク５２内の薬液が一定圧で圧送される。このとき、薬液内の溶存空気は排除されている上に流路全体が正圧に加圧されているため、薬液の気泡発生は抑制される。
【００５８】
ここで、表面張力の小さい薬液（アルコール類など）が圧送されることにより、サブタンク５２から管路４を介してノズル１に至る全流路内の空気層や気泡が、薬液に容易に置換される。
上記全流路が完全に薬液で満たされた状態で、次にサブ出口弁５４を遮断してから出口弁５３を開放し、同様にタンク５に貯留されているシステム流体をノズル１に向けて圧送する。ここで、急激に流路内の薬液がシステム流体に置換されること、あるいは両液体が混合することで不具合が予想される場合（例えば、水との急激な混合によるアルコールの気化で気泡が発生する場合）には、サブ出口弁５４の遮断および出口弁５３の開度を徐々に変化させ、影響を緩和させながら置換することが好ましい。
タンク５から管路４を介してノズル１に至るまでの流路が完全にシステム流体に置換された以降の工程は、上記第１実施形態で説明した各工程と同様である。
【００５９】
以上説明の本実施形態の液体分注装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果が得られる上に、この液体分注装置の長期停止やメンテナンス作業のために流路内のシステム流体を排出した場合や、稼動上止むを得ず流路内に気泡が発生あるいは混入した場合においても、流路内の空気層もしくは気泡の除去を容易に行うことが可能となる。
また、従来では薬液で満たされた流路をシステム流体に置換することは、新たな気泡の混入を招く可能性があり、困難もしくは作業が煩雑であったが、本実施形態では、出口弁５３，サブ出口弁５４等の弁開度の調整のみで実施でき、薬液からシステム流体への置換作業を容易に行うことが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の液体分注装置は、システム流体内に置換ガスを供給する第１の置換気体供給手段と、接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第１の弁体と、タンク及び流路間を連通又は遮断可能な第２の弁体とを備える構成を採用した。この構成によれば、流路内に気泡を生じさせることなくノズルの分注動作を行えるので、吸引量および吐出圧力が安定し、その結果、高精度な吸引吐出が可能となる。しかも、気泡を排除する手段としては、第１の置換ガス供給手段及び第１の弁体及び第２の弁体だけであり、なおかつ、これらが流路にシステム流体を送る送液手段も兼ねてポンプが不要であるため、簡易な構成であり、運用方法も極めて簡便なものとなっている。
【００６１】
また、請求項２に記載の液体分注装置は、前記接液空間に置換ガスを直接供給するタンク加圧手段を備える構成を採用した。この構成によれば、タンク内の加圧を短時間で行うことが可能となる。
【００６２】
また、請求項３に記載の液体分注装置は、置換流体を貯留するサブタンクと、置換流体内に置換ガスを供給する第２の置換気体供給手段と、接液空間と外気とを連通又は遮断可能な第３の弁体と、サブタンク及び流路間を連通又は遮断可能な第４の弁体とを備える構成を採用した。この構成によれば、ノズルに至る全流路内の空気層や気泡を、溶存空気が排除された置換流体に容易に置換することができるので、気泡発生を抑制しながらもシステム流体を供給できる状態に容易に移行することが可能となる。
しかも、置換流体から気泡を排除する手段としては、第２の置換ガス供給手段及び第３の弁体及び第４の弁体だけであり、なおかつ、これらが流路に置換流体を送る送液手段も兼ねてポンプが不要であるため、簡易な構成であり、運用方法も極めて簡便なものとなっている。
【００６３】
また、請求項４に記載の液体分注装置は、前記サブタンク内の接液空間に置換ガスを直接供給するサブタンク加圧手段を備える構成を採用した。この構成によれば、サブタンク内の加圧を短時間で行うことが可能となる。
【００６４】
また、請求項５に記載の液体分注装置は、置換ガスとしてヘリウムガスを用いる構成を採用した。この構成によれば、システム流体内または置換流体内の溶存空気の置換を確実に行うことが可能となる。
【００６５】
本発明の請求項６に記載の液体分注装置の気泡発生防止方法は、接液空間を外気に連通させた状態で流体内に置換ガスを供給する置換工程と、接液空間を外気から遮断し、この貯留容器内を置換ガスで所定圧に加圧保持する加圧工程とを有する方法を採用した。この方法によれば、流路内に気泡を生じさせることなくノズルの分注動作を行えるように気泡発生を防止することができるので、吸引量および吐出圧力が安定し、その結果、高精度な吸引吐出が可能となる。しかも、気泡を排除する手段としては、置換ガスを供給する手段及び各種弁体だけであり、なおかつ、これらが流路に流体を送る送液手段も兼ねてポンプが不要であるため、簡易な構成であり、運用方法も極めて簡便なものとなっている。
【００６６】
また、請求項７に記載の液体分注装置の気泡発生防止は、置換ガスとしてヘリウムガスを用いる方法を採用した。この方法によれば、流体内の溶存空気の置換を確実に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体分注装置の第１実施形態を示す図であって、全体構成を示す説明図である。
【図２】同液体分注装置の要部を示す縦断面図である。
【図３】本発明の液体分注装置の第２実施形態を示す図であって、全体構成を示す説明図である。
【図４】従来の液体分注装置の一例を示す図であって、全体構成を示す説明図である。
【図５】同液体分注装置の要部を示す拡大図である。
【図６】従来の他の液体分注装置を示す図であって、全体構成を示す説明図である。
【図７】従来の気泡発生防止手段を示す図である。
【図８】従来の気泡発生防止手段を示す図である。
【符号の説明】
１・・・ノズル
４・・・管路（流路）
５・・・タンク（タンク，貯留容器）
１４・・・集中バルブ（第２の弁体）
２５・・・ボンベ（第１の置換気体供給手段，タンク加圧手段，第２の置換気体供給手段，サブタンク加圧手段）
３１・・・リリーフ弁（第１の弁体，第３の弁体）
５２・・・サブタンク（サブタンク，貯留容器）
５４・・・サブ出口弁（第４の弁体）
【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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【図７】
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【図８】
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