(57)【要約】【課題】  不要な輻射を抑え、外乱の影響がない、高精度の吸引液量検出方法を得る。【解決手段】  本発明の分注装置は、試料容器21内にある液体を吸引するノズル16と、ノズル内の液面検出により液量を検出する液量検出手段と、試料の吸引吐出を行うポンプ駆動部11と、ノズルまたは試料容器を移動させる搬送手段と、液量検出、ポンプ駆動部および搬送手段を制御する分注制御部10とを備えたもので、液量検出手段は、ノズルに設けた電極対からなる分布定数線路と、電極対の一方に接続した放射波を印加する放射波発生回路と、電極対の他方に接続した反射波検出回路と、放射波による放射信号と反射波の反射信号との振幅値及び遅れ時間を検出して液量を求める液量演算回路と、試料界面への接液時にポンプ駆動部に信号を出力する比較回路とからなるものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料容器内の液体をノズル内に吸引し、前記ノズル内の液面を検出し、所定の試料液量を吸引した後、他の容器に吐出して分配する分注方法において、
前記試料液量は、前記ノズルに分布定数線路となる電極対を設け、前記電極間に放射波を印加し、前記放射波による放射信号と反射波の反射信号との遅れ時間及び前記反射信号の振幅値を検出して求めることを特徴とする分注方法。
【請求項２】
前記反射信号は、前記ノズルの試料界面への接液時および前記ノズルへの試料吸引時に発生するインピーダンス値の変化によるものであることを特徴とする請求項１記載の分注方法。
【請求項３】
試料容器内にある液体を吸引するノズルと、前記ノズル内の液面検出により液量を検出する液量検出手段と、前記試料の吸引吐出を行うポンプ駆動部と、前記ノズルまたは前記試料容器を移動させる搬送手段と、前記液量検出手段、前記ポンプ駆動部および前記搬送手段を制御する制御部とを備えた分注装置において、
前記液量検出手段は、前記ノズルに設けた電極対からなる分布定数線路と、前記電極対の一方に接続した放射波を印加する放射波発生回路と、前記電極対の他方に接続した反射波検出回路と、前記放射波による放射信号と反射波の反射信号との振幅値及び遅れ時間を検出して液量を求める液量演算回路と、前記試料界面への接液時に前記ポンプ駆動部に信号を出力する比較回路とからなることを特徴とする分注装置。
【請求項４】
前記ノズルは、円筒状の内部導体と、前記内部導体の外周部に設けた絶縁材からなるスペーサと、前記スペーサの外周部に前記内部導体と同軸に設けた円筒状の外部導体とからなることを特徴とする請求項３記載の分注装置。
【請求項５】
前記スペーサは、前記内部導体の軸芯を中心として放射状に複数の空隙を配置したことを特徴とする請求項４記載の分注装置。
【請求項６】
前記スペーサは、比誘電率と個数により一定の特性インピーダンスを得ることを特徴とする請求項４または５記載の分注装置。
【請求項７】
前記スペーサは、前記ノズルの鉛直方向の上部及び中央部に配置したことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項８】
前記ノズルを構成する電極対は、表面に防食用の被覆膜を施していることを特徴とする請求項３から７のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項９】
前記放射波発生回路は、放射波の立ち上がり時間とパルス幅がサブμs以下のパルスを発生することを特徴とする請求項３から８のいずれか１項に記載の分注装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的な信号を用いて所定の液量を吸引し、かつ目的とする容器に吐出する機構を有する分注方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分注方法及び装置は、試料を吸引するためのノズルと、前記ノズルの基端側からノズル内部空間に放射するための超音波発生器と、前記超音波の反射波を受波する超音波センサと、前記超音波センサからの受信信号に基づいてノズル内液面検を検出する手段とを有し、ノズル内の液面にて反射した反射波が超音波センサにて受波することでエコーとして液面を判別し、送信時から液面エコー発生までの時間をノズル内における試料の液面の高さとして認識することでノズル内に吸引された試料の液面を検出している。（例えば、特許文献１参照）。
図７は従来の分注装置を示す構成図である。図７において、１０は分注制御部、１１はポンプ駆動機構、１６はノズル、２０は試料、２１は試料容器、５０は超音波センサ、５１はノズルチップ、５２はノズルヘッド、５３は超音波である。ノズル１６に接続されたポンプ駆動機構１１によりノズル１６内部を吸引することで試料２０をノズルチップ５１内に吸引し、ノズルヘッド５２から超音波５３をノズル１６内部に発生し、ノズルチップ５１内の試料２０から反射したエコーを超音波センサ５０で受波し、超音波５３の発信と受波を分注制御部１０で時間差として検出することで液面を検知し、その検知値により所定の試料２０を吸引するようにポンプ駆動制御信号６０をポンプ駆動機構１１へ送信し試料２０の吸引を行う。
このように従来の分注方法及び装置は、超音波の送受信により液面を検知してノズル内に吸引した液量を検出するものである。
【特許文献１】特開平９−２６４７７２号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の分注方法及び装置は、超音波センサによる放射波と反射波の検出感度が低く、ノズルの長さに応じて誤差が生じるといった問題があった。また、超音波は不要輻射を発生させると共に外乱によって検出が困難になり、吸引液量の誤差が大きくなるといった問題もあった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電気的な液面検出において不要輻射を抑え、かつ外乱による影響を抑制して高精度の吸引液量が得られる分注方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、試料容器内の液体をノズル内に吸引し、前記ノズル内の液面を検出し、所定の試料液量を吸引した後、他の容器に吐出して分配する分注方法において、前記試料液量は、前記ノズルに分布定数線路となる電極対を設け、前記電極間に放射波を印加し、前記放射波による放射信号と反射波の反射信号との遅れ時間及び前記反射信号の振幅値を検出して求めるものである。
請求項２に記載の発明は、前記反射信号が、前記ノズルの試料界面への接液時および前記ノズルへの試料吸引時に発生するインピーダンス値の変化により発生するものである。
請求項３に記載の発明は、試料容器内にある液体を吸引するノズルと、前記ノズル内の液面検出により液量を検出する液量検出手段と、前記試料の吸引吐出を行うポンプ駆動部と、前記ノズルまたは前記試料容器を移動させる搬送手段と、前記液量検出手段、前記ポンプ駆動部および前記搬送手段を制御する制御部とを備えた分注装置において、前記液量検出手段が、前記ノズルに設けた電極対からなる分布定数線路と、前記電極対の一方に接続した放射波を印加する放射波発生回路と、前記電極対の他方に接続した反射波検出回路と、前記放射波による放射信号と反射波の反射信号との振幅値及び遅れ時間を検出して液量を求める液量演算回路と、前記試料界面への接液時に前記ポンプ駆動部に信号を出力する比較回路とからなるものである。
請求項４に記載の発明は、前記ノズルが、円筒状の内部導体と、前記内部導体の外周部に設けた絶縁材からなるスペーサと、前記スペーサの外周部に前記内部導体と同軸に設けた円筒状の外部導体とからなるようにしたものである。
請求項５に記載の発明は、前記スペーサが、前記内部導体の軸芯を中心として放射状に複数の空隙を配置したものである。
請求項６に記載の発明は、前記スペーサが、比誘電率と個数により一定の特性インピーダンスを得られるようにしたものである。
請求項７に記載の発明は、前記スペーサが、前記ノズルの鉛直方向の上部及び中央部に配置されたものである。
請求項８に記載の発明は、  前記ノズルを構成する電極対の表面に防食用の被覆膜を施したものである。
請求項９に記載の発明は、前記放射波発生回路が放射波の立ち上がり時間とパルス幅をサブμs以下のパルスで発生するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１および３に記載の発明によると、電極対構造を含んだノズルが分布定数線路となっているので、放射波に対する反射波の信号減衰を最小限に抑えることができると共に試料の液面を高感度に検出することができる。また、ノズルが試料に接液するとノズル先端の反射係数が大きく変動するため容易に接液を感知することができる。
請求項２に記載の発明によると、ノズルの試料への接液と試料吸引の反射信号の違いを容易に感知できると共に、ノズルの接液まではノズル先端を試料容器の液面まで移動させる昇降装置のみに信号を送り、接液後はポンプ駆動装置へ吸引または吐出の信号のみを送ることになるので制御部の負荷を低減して高速に分注動作を行うことができる。
請求項４に記載の発明によると、ノズルが同軸円筒形状になっているので、外部からの電磁波に対する影響を抑制できると共に、放射波と反射波による不要輻射の外部漏洩を抑えることができる。また、構造が簡単でメンテナンス性を向上することができる。
請求項５に記載の発明によると、気体及び液体を導通させるための空隙を放射状に形成したので、スペーサ単体のインピーダンス特性を安定化することができ、放射波の高周波成分による測定を可能にすることができる。
請求項６に記載の発明によると、スペーサによって一定の特性インピーダンスを得ることができるので、ノズルの長さに制限されることなく安定した反射波を検出することができる。
請求項７に記載の発明によると、スペーサを液に触れないように配置したので、試料の不純物に対する影響を低減し、かつノズルの洗浄を確実に実行できる。また接液時の反射係数の変化を直接検知することができるので確実に接液を検出することができる。
請求項８に記載の発明によると、ノズルの電極対表面に防食用の被覆膜を施したので、耐腐食性を向上することができる。また、導電率の比較的高い試料を用いたときでもスパークを始めとする電気的障害を抑制することができる。
請求項９に記載の発明によると、放射波の立ち上がり時間とパルス幅をサブμs以下としたので、発生波尾長がある放射波に比べて反射波の検出を容易に行うことができる。また高速パルスを放射波として使用するため、反射波との干渉を最低限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の第１実施例を示す分注装置の構成図である。図において、共通する部分には同一符号を用いてあり、１０は分注制御部、１１はポンプ駆動部、１２はマニホールド、１３は内部導体、１４は外部導体、１５はスペーサ、１６はノズル、１７は昇降装置である。ノズル１６は、同軸円筒形状の内部導体１３と外部導体１４とその距離を一定に保つスペーサ１５により構成されている。
スペーサ１５の断面は、図２に示すようになっている。図２は図１のＡ−Ａ‘線におけるスペーサの断面図である。図において、１８は空隙、１９は内部導体用空隙であり、内部導体用空隙１９を中心として放射状に複数の空隙１８が配置されている。空隙１８は、図２（ａ）が円状、図２（ｂ）は台形状になっている。  
分注制御部１０は、図３に示す回路構成になっている。図において、１９は内部導体用空隙、３０は放射波発生回路、３１は反射波検出回路、３２は比較回路、３３は時間遅れ検出回路、３４は演算回路、３５は液量検出回路、３６は信号出力回路である。
本発明が特許文献１と異なる部分は、ノズル本体を分布定数線路で構成し、かつノズル本体が試料液面の検出器となる部分である。
【０００８】
つぎに、本実施例の動作について、図３および図４を用いて説明する。
図４は、液面及び液量検出を示すタイムチャートである。図において、４０は放射信号、４１は反射信号、４２は接液信号、４３は液量調整信号、４４は遅れ時間、４５は波高値である。なお、反射信号４１は、接液前の反射信号４１aと接液後の反射信号４１bに分けている。また、図１の６０はポンプ駆動制御信号、６１は昇降制御信号である。
(1)放射波発生回路３０から所定の形状に整形された放射波をノズル１６を構成する内部導体１３に入力する
(2)放射波は分布定数線路で構成されるノズル１６内を伝播しノズル１６先端部のインピーダンスに応じて反射波が形成され、反射波検出回路３１に導入される。
(3)ノズルが試料２０に接液していない場合は、基本的に反射波が検出されない。このため、比較回路３２に設定しているしきい値以下では放射波と反射波の時間差を演算する必要がないため信号出力回路３６より昇降機構１７のみに昇降制御信号６１が出力されてノズル１６先端が接液するまで下降させる。
(4)反射信号４１a(図４)が検出されると、比較回路３２で接液信号４２を出力して昇降機構１７の動作を停止する。
(5)同時に遅れ時間検出回路３３で検出した放射信号４０aと、反射信号４１b間の遅れ時間４４と、反射信号４１bの波高値４５とからノズル１６内の液面状態を演算する。
(6)この演算結果と相関のある液量調整信号４３とを信号出力回路３６を介してポンプ駆動機構１１へポンプ駆動制御信号６０を出力することにより試料２０の吸引を開始する。
(7)所定の液量に達すると液量調整信号４３によりポンプ駆動機構１１を停止させて所定の液量吸引を終了する。
【０００９】
このように、電極対構造を含んだノズルが分布定数線路となっているため、放射波に対する反射波の信号減衰を最小限に抑えることができると共に試料２０の液面を高感度に検出することができる。ノズル１６が試料２０に接液するとノズル１６先端の反射係数が大きく変動するため容易に接液を感知することができ、ノズル１６の試料２０への接液と試料吸引の反射信号４１の違いを容易に感知できると共に、ノズル１６の接液まではノズル１６先端を試料容器２１の液面まで移動させる昇降機構１７のみに信号を送り、接液後はポンプ駆動機構１１へ吸引または吐出の信号のみを送ることになるので分注制御部１０の負荷を低減して高速に分注動作を行うことができる。また、ノズル１６が分布定数線路の一つである同軸円筒形状となっているので外部からの電磁波に対する影響を抑制できると共に、放射波と反射波による不要輻射の外部漏洩を抑えることができる。
【００１０】
また、ノズル１６は、内部導体１３と外部導体１４間距離を一定に保つスペーサ１５を介して配置されているので、外部導体１４の中心軸上に確実に内部導体１３を配置することができ、ノズル１６が同軸円筒形状なので外部からの電磁波に対する影響を抑制できると共に、放射波と反射波による不要輻射の外部漏洩を抑えることができる。気体及び液体を導通させるための空隙１８を放射状に形成したのでスペーサ１５単体のインピーダンス特性を安定化することができ、放射波の高周波成分による測定を可能にすることができると共に、構造が簡単であるのでメンテナンス性を向上することができる。また、スペーサ１５が比誘電率と個数により一定の特性インピーダンスを得るようにすることでノズル１６の長さに制限されることなく安定した反射波を検出することができる。
【実施例２】
【００１１】
図５は本発明の第２実施例を示す分注装置の構成図、図６はその液面及び液量検出のタイムチャートである。電極対の表面には、被覆膜２２を施し、試料による腐食を防止している。スペーサ１５をノズル１６の先端及び接液部以外の上部および中央部に配置した。
そして、放射信号として、立ち上がり時間とパルス幅をサブμs以下のパルスとしている。
本発明が特許文献１と異なる部分は、ノズル本体を分布定数線路で構成し、かつノズル本体表面を被覆膜で覆う部分である。
【００１２】
つぎに、本実施例の動作について述べる。なお、図６において、４１cは接液前の反射信号、４１dは接液後の反射信号である。
動作の1)〜(3)は、第１実施例と同じである。
(4)反射信号４１cが検出されると比較回路３２で接液信号４２を出力して昇降機構１７の動作を停止する。
(5)同時に遅れ時間検出回路３３で検出した放射信号４０bと反射信号４１d間の遅れ時間４４と反射信号４１dの波高値からノズル１６内の液面状態を演算する。
(6) 〜(7) は、第１実施例と同じである。
【００１３】
このように、スペーサ１５をノズル１６の先端及び接液部以外に配置したので試料２０の不純物に対する影響を低減し、かつノズル１６の洗浄を確実に実行することができると共に、接液時の反射係数の変化を直接検知することができるので確実に接液を検出することができる。ノズル１６の電極対表面に被覆膜２２を施したので、耐腐食性を向上することができ、導電率の比較的高い試料２０を用いたときでもスパークを始めとする電気的障害を抑制することができる。
また、放射信号４０の立ち上がり時間とパルス幅がサブμs以下のパルスとすることによって方形波等の波尾長が長い放射信号４０と比べて反射信号４１の検出を容易に行うことができると共に、高速パルスを放射信号４０として使用するため反射信号４１との干渉を最低限に抑えて検出を簡素化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本発明は分布定数線路で構成したノズルを液面センサとして使用することができるため、センサ単体としても適用することができ、更に微小液体の吸引吐出を行う他分野にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示す分注装置の構成図である。
【図２】図１Ａ−Ａ‘線におけるスペーサの断面図である。
【図３】図１の分注制御部の回路を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施例を示す液面及び液量検出のタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施例を示す分注装置の構成図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す液面及び液量検出のタイムチャートである。
【図７】従来の分注装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０  分注制御部
１１  ポンプ駆動機構
１２  マニホールド
１３  内部導体
１４  外部導体
１５  スペーサ
１６  ノズル
１７  昇降機構
１８  空隙
１９  内部導体用空隙
２０  試料
２１  試料容器
２２  被覆膜
３０  放射波発生回路
３１  反射波検出回路
３２  比較回路
３３  時間遅れ検出回路
３４  演算回路
３５  液量検出回路
３６  信号出力回路
４０  放射信号
４１  反射信号
４２  接液信号
４３  液量調整信号
５０  超音波センサ
５１  ノズルチップ
５２  ノズルヘッド
５３  超音波
６０  ポンプ駆動制御信号
６１  昇降制御信号
【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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