(57)【要約】【課題】必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置を提供する。【解決手段】分注用ノズル２によって保持された液体試料１４を複数の反応容器１３に所定量ずつ分注する液体試料分注装置１において、分注用アクチュエータ制御部９に吐出条件記憶部１１を備え、吐出条件記憶部１１に分注用アクチュエータ７に連結されたシリンジ４内にあるプランジャ６のストロークに対する吐出量を記憶し、分注用アクチュエータ制御部９が、予め記憶された分注用アクチュエータ７に連結されたシリンジ４内にあるプランジャ６のストローク、液体試料吸入量、空気吸入量に対する吐出量に基づいて分注用アクチュエータ駆動部８へ動作指令を与えるようにした。【選択図】図１
2009162536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、前記分注用ノズルと前記シリンジとを繋いで液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータ制御部に吐出条件記憶部を備え、前記吐出条件記憶部に、前記分注用アクチュエータに連結されたシリンジ内にあるプランジャのストロークに対する吐出量を記憶させたことを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項２】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、
前記分注用アクチュエータ制御部は、吐出条件記憶部に記憶した前記プランジャの駆動パラメータと前記吐出量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令することを特徴とする液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項３】
前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記液体試料吸入量と前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項４】
前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記空気吸入量と前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【請求項５】
前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記液体試料吸入量と前記空気吸入量と前記吐出量との関係であることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置および駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例１の液体吐出ヘッドは、液体物理定数の異なる多種類の液体を微小量吐出する液体吐出ヘッドにおいて、微小単位を液体に作用させる複数の微小変位発生部材と、微小変位発生部材が設置され、液体が充填される流路部材と、流路部材の流路断面形状と略等しい断面積を有する吐出口とを具備しており、板形状圧電素子の共振駆動により、液体を吐出口より噴霧吐出し、多量の液体を短時間で高速に吐出でき、試薬等の患部への投与等に適用できる液体吐出ヘッドを実現でき、また、洗浄性の高い液体吐出ヘッドを提供することができるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は従来例１の液体吐出ヘッド及び液体吸引・供給接続配管経路を示した概略図、図８は液体吐出ヘッドの流路部材の斜視図、図９は液体吐出ヘッドの斜視図、図１０は液体吐出ヘッドの吐出口、そして液体吐出ヘッドの断面図である。
【０００４】
図７において、液体吐出ヘッド１２０は、図示しない可動搬送部材に支持されており、液体サンプル容器１２１、洗浄槽１２２、並びに反応容器１２３の各上方に移動配置される。この液体吐出ヘッド１２０はテフロン（登録商標）製の接続配管１２４により、シリンジピストンポンプ１２５に接続されている。シリンジピストンポンプ１２５には前記接続配管１２４以外に液体供給タンク１２６に至る別の接続配管１２７が接続されており、電磁弁１２８、ポンプ１２９を介して液体供給タンク１２６に順次接続されている。
前述のシリンジポンプ１２５とは液体の吸引時に稼動し、ピストン１３０は図示しないステッピングモータ・ギヤラックオピニオン等の直線往復アクチュエータにより矢印１３１の方向に往復運動する。また、液体吐出ヘッド１２０とシリンジピストンポンプ１２５は水頭値差を防止するため、図面では多少上下しているように示されているが、実際には概略同一高低位置に設置されている。
前記液体供給タンク１２６内には、洗浄水１３２となる水又は脱気されたイオン交換水が入っており、ポンプ１２９により、各接続配管１２４、１２７、電磁弁１２８、シリンジピストンポンプ１２５、並びに液体吐出ヘッド１２０内に洗浄水１３２が充填供給されている。
ここで、流路部材としてガラス製の流路幅５０μｍ×５００μｍ長さ５ｍｍの矩形断面の矩形微細管１３３を用い、微小変位発生部材として板形状圧電素子１３４を用いている。
【０００５】
次に、矩形微細管１３３断面の長辺外側面に２つの板形状圧電素子１３４を設置したときに電極となる導電材料電極１３５が板形状圧電素子１３４の設置面積より大きな面積にスクリーン印刷により形成されている。そして、図１１に示されるように、板形状圧電素子１３４は肉圧方向（矢印１３６）に分極され、板厚の両面に銀電極１３７、１３８が形成され、一方の銀電極１３７が全面導通するように前述の導電材料電極１３５内に接合される。
このように、板形状圧電素子１３４が形成された矩形微細管１３３の一方の端面を吐出口１３９とし、もう一方の端面は継手１４０を介してテフロン製配管１２４に接続される。
なお、ガラス製の矩形微細管１３３の吐出口１３９の端面にはフッ素系材料による薄膜の撥水処理層が形成されている。
さらに板形状圧電素子１３４は、圧電定数が大きく、変位量が大きいソフト系圧電材料（例えば（株）富士セラミックス製Ｃ−６材料、Ｃ−８２材料等）で構成され、表面の銀電極１３７は導電材料電極１３５に接合される側をマイナス電極（ＧＮＤ電極）・外面銀電極１３８をプラス電極として使用する。各電極には図示しない駆動回路からリード線１４１により、所定電圧値及び所定波形の電圧が印加される。
このように、従来例１の液体吐出ヘッドは、板形状圧電素子１３４の共振により、液体を吐出口より噴霧吐出し、多量の液体を短時間で高速に吐出でき、試薬等の患部への投与等に適用できる。
【０００６】
従来例２の分注装置は、先端に吐出口を有する一つの外管と、その外管に内包され、その外管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する第１内管と、第１内管に内包され、その第１内管の吐出口の近傍に位置する吐出口を有する第２内管と、外管と第１内管と第２内管の何れか１つに分注液を供給するための分注液供給手段と、分注液が供給されない管に搬送流体を供給するための搬送流体供給手段と、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体を吐出させるために搬送流体供給手段とを備え、分注液供給手段により外管又は分注液が供給されることにより、その管の吐出口へ分注液が導かれる。又、分注液が供給されない管に、搬送流体が供給されることにより、その管の吐出口へ搬送流体が導かれる。ここで、分注液が供給される管の吐出口から分注液が自重で滴下する以前に、供給制御手段による搬送流体手段の制御により、分注液が供給されない管の吐出口から搬送流体が吐出されることにより、その搬送流体が滴下前の分注液に作用し、その表面張力に打ち勝って分注液が液滴として落とされる。従って、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の液滴が分注されるものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
図１１に、従来例２の分注装置の概略構成図を示す。この分注装置は、ピペット状の分注器２０１を備える。この分注器２０１は、外管２０２と、その外管２０２に内包される内管２０３とを含む二重管構造をなす。分注器２０１の下方には、分注相手であるバイオチップ等の基板２０４が配置される。
【０００８】
図１２に、分注器２０１の下端部を拡大断面図に示す。図１３に図１２のＡ−Ａ線断面図を示す。外管２０２は、その先端である下端に吐出口２０２ａを有する。内管２０３は、外管２０２の吐出口２０２ａの近傍に位置する吐出口２０３ａを含む。外管２０２と内管２０３との間には、隙間通路２０５が形成される。図１３に示すように、内管２０３の吐出口２０３ａの周囲の形状は、単に管材をその軸線に垂直に切断しただけの端面形状を有する。この吐出口２０３ａの周囲の形状は、単に管材をその軸線に垂直に切断しただけの端面形状を有する。この吐出口２０３ａの周囲表面には、図１３に破線で示すように、シリコーン・コーティング剤等を使用しての撥水性処理を施すことにより、撥水性コーティング２０６が形成される。
図１１に示すように、分注器２０１の内管に２０３には、液配管２０７が接続される。この液配管２０７の上流端は、分注液を貯留するタンク２０８に接続されて分注液の中に配置される。液配管２０７の途中には、第１電磁弁２０９が設けられる。タンク２０８の上部には、液圧送用エアを供給するためのエア配管２１０が接続される。このエア配管２１０の途中には、液圧送用エアの圧力を調整するための圧送圧力調整器２１１が設けられる。そして、タンク２０８には、圧送圧力調整器２１１により圧力調整されたエアが常時供給される。この状態で、第１電磁弁２０９が開弁することにより、タンク２０８に貯留された分注液が、内管２０３に供給される。この従来例では、これら液配管２０７、タンク２０８、第１電磁弁２０９、エア配管２１０及び圧送圧力調整器２１１により、内管２０３に分注液を供給するための分注液供給手段が構成される。
図１１に示すように、分注器２０１の外管２０２には、別のエア配管２１２が接続される。このエア配管２１２には、搬送流体としてのエアが供給される。エア配管２１２の途中には、第２電磁弁２１３と、エア圧力を調整するための圧力を調整するための圧力調整器２１４が設けられる。この状態で、第２電磁弁２１３が開弁することにより、搬送用エアが、外管２０２と内管２０３との間の隙間通路２０５に供給される。この実施の形態では、これらエア配管２１２、第２電磁弁２１３及び圧力調整器２１４により、外管２０２と内管２０３との間の隙間通路２０５に搬送流体としてのエアを供給するための搬送流体供給手段が構成される。
図１１に示すように、第１電磁弁２０９及び第２電磁弁２１３は、それぞれコントローラ２１５に接続される。このコントローラ２１５は、分注器２０１に対する分注液及びエアの供給タイミングを制御するために、第１電磁弁２０９及び第２電磁弁２１３の開弁及び閉弁を制御するものである。この実施の形態で、コントローラ２１５は、内管２０３の吐出口２０３ａから分注液が自重で滴下する以前に、外管２０２の吐出口２０２ａから搬送用エアをパルス的に吐出させるために第２電磁弁２１３を制御するものであり、本発明の供給制御手段に相当する。
【０００９】
図１４に、コントローラ２１５が制御する第１電磁弁２０９及び第２電磁弁２１３の開閉のタイミングをタイムチャートに示す。この実施の形態では、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１電磁弁２０９の開弁から少し遅れて第２電磁弁２１３が開弁され、その後に所定時間が経過すると、両電磁弁２０９、２１３が同時に閉弁されるようになっている。
この従来例では、搬送用エアの圧力が「０．５ＭＰａＧ」に設定される。第２電磁弁２１３の動作間隔は、「ＯＮ＝１０ｍｓ／ＯＦＦ＝４９０ｍｓ」に設定され、これによって「０．５秒」毎に「１０ｍｓ」の空圧パルスを発生させるようになっている。この実施の形態で、分注液の圧送圧力は「０．０１ＭＰａＧ〜０．１ＭＰａＧ」の範囲で可変となっている。内管２０３の内径は「φ５０μｍ」に、外管２０２の外径は「φ１００μｍ」に設定される。
【００１０】
図１５に細管２２１の下端開口２２１ａから液滴２２２が落下する際の力学的関係を概念図に示す。液滴２２２の質量を「ｍ」とすると、液滴２２２を下に引く力は重力「ｍｇ」である。一方、液滴２２２を上に引き上げる力は「２πｒα」である。ここで、「α」は「表面張力」であり、「ｒ」は開口２２１ａの「外半径」である。従って、液滴２２２が落下するには、「ｍｇ＞２πｒα」の関係が成立するまで、液滴２２２が成長してその質量が増大する必要がある。
以上の従来例の分注装置によれば、第１電磁弁２０９が開弁されてタンク２０８から内管２０３に分注液が供給されると、内管２０３の吐出口２０３ａへの分注液が導かれる。又、第２電磁弁２１３が開弁されて外管２０２に搬送用エアが供給されると、外管２０２の吐出口２０２ａへの搬送用エアが導かれる。
ここで、内管２０３の吐出口２０３ａから分注液が自重で滴下する以前に、コントローラ２１５による第２電磁弁２１３の制御により、外管２０２の吐出口２０２ａから搬送用エアが吐出される。このとき、図１６に示すように、分注液が、その外周に作用する搬送用エアにより、表面張力等に打ち勝って吹き落とされる。従って、自重で滴下するときの容量より少ない超微量の分注液が基板２０４に分注される。このため、「ｎｌ」レベルの超微量な分注を行うことができるようになる。
このように、従来例２の分注装置は、分注液が供給される内管２０３の吐出口２０３ａの周囲表面に撥水性コーティング２０６が形成されるので、その吐出口２０３ａから分注液の切れが促進され、滴下する分注液の容量が更に少なくなる。この意味で、分注される液滴の超微量化を促進することができ、分注の精密度を高めることができる。
【００１１】
従来例３の高速にかつ精密に制御する液体の吐出方法および装置は、液体貯留容器から吐出バルブを経て定量吐出するに当り、吐出口からの液体の吐出流速が一定になるように、吐出を開始する前に予め液体に圧力を加えておくことおよび／または吐出の終了後における吐出口近傍部分の圧力が予め定めた特定値となるようにするものである（例えば、特許文献３参照）。
【００１２】
図１７は液体定量吐出装置一実施の形態を示す要部断面図、図１８は自動調圧装置の処理手順を示すフローチャート図、図１９は液体定量吐出装置の別の実施形態を示す要部断面図である。
図１７に示す従来例は、図２０の液体温度制御手段を付加する対象となる装置であり、図１７において、３０１は液体貯留、３０２は吐出バルブとしてのニードルバルブをそれぞれ示す。図２０は液体温度制御手段を備えた液体定量吐出装置の説明図であり、貯留容器内と吐出バルブ内とに液体の温度を測定する温度センサーと、温度センサーからの信号を入力し加熱冷却ユニットへ信号を出力する温度制御部と、温度制御部からの信号により所望の温度となる加熱冷却ユニットとを、例えば図１７の装置に付加した装置であり、加熱冷却ユニットで液体貯留容器と吐出バルブとを覆った例である。
液体の温度は常に所望の温度となるよう制御されており、貯留容器内の液体温度と、吐出バルブ内の液体温度とが温度制御部により管理されている。貯留容器と吐出バルブとを連通する液送チューブの距離が長くなる場合や、吐出間隔が長く、液体の温度が変化し得るほどの時間を掛けて、液体が液送チューブ通過する場合は、液送チューブ内に温度センサーを配設し、さらに液送チューブの一部または全長に渡って加熱冷却ユニットで覆うことが望ましい。この場合、液送チューブの長さや吐出間隔に応じて、液送チューブ内に配設する温度センサーの数を決めることが望ましい。また、環境温度を所望の温度に制御可能な高温槽内に本装置すべてを収納しても同様な効果が得られる。
【００１３】
図１７に示すように、液体貯留容器は、たとえば合成樹脂材料製のシリンジ３０３と、このシリンジ３０３に外接してそれを保持するホルダ３０４とからなり、ホルダ３０４は、シリンジの着脱を可能ならしめる。
また、液体貯留容器３０１内の圧力を計測し、その計測結果を制御信号として出力すべく構成する。そして、かかる液体貯留容器３０１内の液体を所要の圧力に加圧する加圧手段３０５は、モータ３０６の出力軸に取付けたボールねじ３０７に螺合され、ボールねじ３０７の回転に伴って昇降変位する雌ねじ部材３０８に、ロッド３０９を介してプランジャ３１０を連結することによって構成してなり、ここでプランジャ３１０は、好ましくは、シリンジ３０３に液密に内接する。
またここで、液体貯留容器３０１に、液体流路３１２を介して接続したニードルバルブ３０２は、流路３１２に連通して吐出口３１３に至るアウトレットスペース３１４内で進退変位して、その吐出口３１３を開閉するニードル３１５と、このニードル３１５の進退作動をもたらす、ここでは複動型のシリンダ３１６とからなり、ニードル３１５をシリンダ３１６のピストン３１７に連結してなる。
さらに、ここでは、前記吐出口３１３の近傍部分、図に示すところでは、ニードルバルブ３０２への流路３１２の接続部に、その流路３１２内の液体の圧力を検出する圧力センサ３１８ｂを配設するとともに、この圧力センサ３１８ｂによる検出信号を入力する制御手段３１９を設ける。ここにおけるこの制御手段３１９は入出力部、演算部、記憶部を備え、圧力センサ３１８ａ、３１８ｂの検出結果に基づいて、吐出開始時の吐出圧の自動調整や、流路３１２内、特には吐出口近傍部分の液圧が吐出の停止時に、より好ましくは吐出時にもまた、予め定めた特定値となるように、モータ３０６の作動をコントロールする他、液体の吐出に当ってのモータ３０６の回転速度・回転時間等と共に、ニードルバルブ３０２の切換弁３２０の作動をもコントロールすべく機能する。
【００１４】
以上のように構成してなる装置による液体の定量吐出に当っては、たとえば、圧力センサ３１８ａ、３１８ｂの検出圧力に基づき、制御手段３１９をもってモータ３０６を作動させて、シリンジ３０３内のプランジャ３１０を下降もしくは上昇させ、吐出開始時の吐出圧の自動調整を行い、さらには、これによって液体流路３１２内の液体圧力を、予め定めた特定値として、吐出開始時の流路条件を常に一定とするものとする。その後は、制御手段３１９から吐出開始信号および吐出圧力信号を出力して、モータ３０６の所定速度で定速回転させて、シリンジ３０３内の液体を所要の圧力に加圧するとともに、そのモータ３０６の作動とタイミングを合わせて、シリンダ３１６のピストン３１７、ひいては、ニードル３１５の後退変位をもたらして吐出口３１３を開放し、その吐出口３１３からの液体の吐出を開始する。ところで、この吐出が比較的長い時間にわたる場合には、その吐出中にもまた、圧力センサ３１８ｂによる圧力検出を行ない、その結果をモータ３０６の作動にフィードバックして回転速度等を修正することが、定量吐出精度を高める上で好ましい。そして、液体の所定量の吐出に見合った所定時間の経過時には、制御手段３１９から、モータ３０６および切換弁３２０のそれぞれに、吐出終了信号を出力してモータ３０６の回転停止と、ニードルバルブ３０２の閉止作業とを同時に行わせ、これによって一回の定量吐出が終了する。この場合、特にニードルバルブ３０２のニードル３１５は、液体圧力の大小にかかわらず、常に円滑に、かつ迅速に進出作動して吐出口３１３を機械的に閉止するので、すぐれた液切れ性をもたらすとともに、吐出口３１３の完全閉止を実現して不測の液切れを十分に防止することができる。
【００１５】
このように、従来例３の高速にかつ精密に制御する液体の吐出方法および装置は、液体の粘度に依存されず、微量の液体を高速にかつ精密に所望の塗布形状に吐出または塗布する方法および装置を提供することができる。特に、高粘性液体を使用する場合や高速に塗布する場合であっても、線の始点部・終点部の線形状が極めて容易に制御でき、例えば均一な線形状の塗布は線の始点から終点に至るまで線の細り・太りがなく、均一にそろった線形状の形成ができる方法および装置を提供することができる。フィラーの破壊のおそれなしに、吐出の停止時に液切れ性を高め、また、液体の漏れ出しを十分に防止した液体吐出方法および装置を提供することができる。液体が一定の流速を得るまでに時間を要することなく、塗布線の描画を均一ならしめることが可能な液体の吐出または塗布方法および装置を提供することができる。
【特許文献１】特開２００１−２３２２４５公報（第８頁、図１〜４）
【特許文献２】特許３７３４２５１公報（第１０頁、図１〜６）
【特許文献３】特開２００１−４６９３６公報（第１３頁、図１〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが従来例においては、ノズルを介して液体試料を吸引できないため、液体試料を吸引して吐出するアプリケーションには適用できなかった。また、ノズル先端に形成される初期メニスカスの影響を考慮しておらず、液体試料吐出時におけるプランジャのストロークと液体試料吸入量と空気吸入量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令していないため、吐出精度（ＣＶ値、正確度）が向上しないという問題点があった。
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、液体試料吐出時におけるプランジャのストロークと液体試料吸入量と空気吸入量と吐出量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令し吸入した液体試料を全て吐出することで、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出する液体試料分注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】
【００１７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータ制御部に吐出条件記憶部を備えたものである。
【００１８】
請求項２記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置の駆動方法において、前記分注用アクチュエータ制御部は、吐出条件記憶部に記憶した前記プランジャの駆動パラメータと前記吐出量との関係に基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令するものである。
請求項３記載の発明は、前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記液体試料吸入量と前記吐出量との関係のものである。
請求項４記載の発明は、前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記空気吸入量と前記吐出量との関係のものである。
請求項５記載の発明は、前記吐出条件記憶部に記憶する前記吐出パラメータが前記プランジャのストロークと前記液体試料吸入量と前記空気吸入量と前記吐出量との関係のものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１および２記載の発明によると、前記分注用アクチュエータ制御部に吐出条件記憶部を備え、プランジャの駆動パラメータと吐出量を記憶し、分注用アクチュエータ制御部から分注用アクチュエータ駆動部への駆動指令を与えることにより、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度よく吐出できる。
請求項３記載の発明によると、前記吐出条件記憶部に液体試料吸入量に対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された前記プランジャのストロークと液体試料吸引量に対する吐出量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
請求項４記載の発明によると、前記吐出条件記憶部に空気吸入量に対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された前記プランジャのストロークと空気吸入量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
請求項５記載の発明によると、前記吐出条件記憶部に液体試料吸入量、空気吸入量に対する吐出量を記憶し、前記分注用アクチュエータ制御部が、前記分注用アクチュエータの吐出動作パターンを基にした動作指令に予め記憶された前記プランジャのストロークと液体試料吸入量と空気吸入量を前記分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とすることができるため、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施例１に係る液体試料分注装置の構成を示す図である。
図において、１は液体試料分注装置、２は液体試料を吸引保持する分注用ノズル、３は液体試料を流すウレタンまたはフッ化樹脂等の材料からなるフレキシブルチューブ、４はシリンダとプランジャから構成されるシリンジ、５はシリンダ、６はシリンジ内にて液体試料を吐出・吸引するプランジャ、７は分注用アクチュエータ（例えばリニアモータ）、８は分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部、９は分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部、１０は分注用アクチュエータ制御部にあるＣＰＵ、１１は分注用アクチュエータ制御部にある、シリンジ４内におけるプランジャ６のストロークに対する吐出量と液体試料吸引後の吐出回数を記憶する吐出条件記憶部、１２は液体試料を供給する液体試料容器、１３は液体試料を吐出する反応容器、１４は液体試料である。
分注用ノズル２は中空であり、先端に行くほど内径が小さくなるように成形されている。分注用ノズル２は液体試料１４に対して垂直な姿勢に保持されており、液体試料容器１２に内包された液体試料１４を吸引し、反応容器１３に液体試料１４を吐出する。また、図示しないが、分注用ノズル２は洗浄水容器の洗浄水を吸引・吐出する。洗浄水の供給法や吸引・吐出法として、一般的な種々の方法を採用できる。
シリンダ５は、プランジャ６の移動に伴ってシリンジ４内の容積が変化する。シリンダ４はフレキシブルチューブ３を介して分注用ノズル２に接続されている。液体試料１４を吸引しシリンジ４内の容積が増加するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面上方に移動し、液体試料１４を吐出しシリンジ４内の容積が減少するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面下方に移動する。プランジャ６は分注用アクチュエータ７により駆動され、分注用アクチュエータ駆動部８によって制御される。
分注用アクチュエータ駆動部８は、分注用アクチュエータ制御部９に接続され、動作指令に基づいて分注用アクチュエータ７を駆動する。分注用アクチュエータ制御部９は、ＣＰＵ１０と吐出条件記憶部１１からなり、所定の液体試料１４を吐出するよう分注用アクチュエータ駆動部８に動作指令を指令している。ＣＰＵ１０は、予めオペレータにより入力されるか、或るいは、液体試料容器１２等に表示された識別マークから読み取られた試料数と所望の分析項目に基づいて、所要の分注量及び分注順序に対応するように分注用アクチュエータ駆動部８に指令している。
また、吐出条件記憶部１１は吐出時におけるストローク、圧力、ノズル径、吐出速度、液体試料吸入量、空気吸入量、および吐出量の関係を記憶している。
【００２２】
つぎに、実施例１の動作について図２および図３を用いて説明する。
図２はアクチュエータ制御部のフローを示す図、図３はノズルの吸引状態を示す図である。
以下に示す手順により、予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する液体試料吸入量を確認しておく。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。
そこで、内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定し、空気吸入量を一定値とした場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量の関係を確認し、図４に示す表のようにまとめておく。
（１）  先ず、液体試料吸入量を記憶する（Ｆ０）。
予め計測した吐出量に対する液体試料吸入量を吐出量記憶部に記憶する。
（２）  洗浄水を吸引する（Ｆ１）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動されると、ノズル２から図示しない洗浄水容器の洗浄水１５を吸引する。または、図示しない弁と図示しない別のフレキシブルチューブを介して図示しないポンプからフレキシブルチューブとノズル２に洗浄水を供給してもよい。
（３）  空気を吸引する（Ｆ２）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、ノズル２からシリンジ４内に一定量の空気を吸引する。
（４）  液体試料を吸引する（Ｆ３）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、予め記憶したプランジャの動作パターン、液体試料吸入量に基づき、ノズル２から液体試料容器１２の液体試料１４を吸引する。
（５）  液体試料を吐出する（Ｆ４）。
吐出動作パターンを基にしたアクチュエータ７への推力指令により、アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６から吐出駆動され、ノズル２から反応容器１３へ液体試料１４を吐出する。具体的には、シリンジの断面積×プランジャのストローク＝液体試料吸入量＋空気吸入量の一部となるようにプランジャをアクチュエータにより駆動し、吸入した全ての液体試料を吐出する。
（６）  吐出ごとに（２）〜（５）を繰り返す。
【００２３】
このように、本実施例では吐出量に対する液体試料吸入量を予め記憶し吸入した液体試料を吐出するため、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
また、オペレータがノズル２の下に液体試料容器１２、反応容器１３を準備することを想定しているが、制御部９がアクチュエータ７と同期してノズル２もしくは図示しない液体試料容器１２、反応容器１３を搭載したテーブル等を制御し、自動的に液体試料を吸引・吐出してもよい。
本発明が特許文献１、特許文献２、特許文献３と異なる部分は、吐出時における液体試料吸入量と、空気吸入量と、吐出量との関係を考慮して、分注用アクチュエータ駆動部への動作指令とし吸入した液体試料を全て吐出することで、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出する液体試料分注装置を提供することである。
【実施例２】
【００２４】
実施例２の構成自体は、実施例１と同様なので説明は省略する。
以下に示す手順により、予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する空気吸入量を確認しておく。内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定し、試薬吸入量を一定値とした場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、空気吸入量、吐出量の関係を確認し、図５に示す表のようにまとめておく。
つぎに、本実施例の動作について説明する。
（１）  先ず、空気吸入量を記憶する（Ｆ０）。
予め計測した吐出量に対する空気吸入量を吐出量記憶部に記憶する。
（２）  洗浄水の吸引（Ｆ１）は実施例１に同じである。
（３）  空気を吸引する（Ｆ２）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、予め記憶した空気吸入量に基づき、ノズル２からシリンジ４内に空気を吸引する。
（４）  液体試料の吸引（Ｆ３）、（５）液体試料の吐出（Ｆ４）は、実施例１に同じである。
（６）  吐出ごとに（２）〜（５）を繰り返す。
このように、実施例２では吐出量に対する空気吸入量を予め記憶し吸入した液体試料を吐出するため、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
【実施例３】
【００２５】
実施例３の構成自体は、実施例１と同様なので説明は省略する。
以下に示す手順により、予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する液体試料吸入量、空気吸入量を確認しておく。内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定した場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、空気吸入量、吐出量の関係を確認し、図６に示す表のようにまとめておく。
（１）  先ず、液体試料吸入量、空気吸入量を記憶する（Ｆ０）。
予め計測した吐出量に対する液体試料吸入量、空気吸入量を吐出量記憶部に記憶する。
（２）  洗浄水の吸引（Ｆ１）は実施例１に同じである。
（３）  空気を吸引する（Ｆ２）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、予め記憶した空気吸入量に基づき、ノズル２からシリンジ４内に空気を吸引する。
（４）  液体試料の吸引（Ｆ３）、（５）  液体試料の吐出（Ｆ４）は、実施例１に同じである。
（６）  吐出ごとに（２）〜（５）を繰り返す。
このように、実施例３では吐出量に対する液体試料吸入量、空気吸入量を予め記憶し吸入した液体試料を全て吐出するため、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
以上のように、本発明の液体試料分注装置によれば、液体試料吐出時におけるプランジャのストロークと液体試料吸入量と空気吸入量と吐出量との関係に基づいて、分注用アクチュエータ駆動部への動作指令を指令し吸入した液体試料を全て吐出することで、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出することができる。
このように、ノズル先端における液体試料の粘度による表面張力の違いや液体試料吸引後の初期メニスカスの違いによらず液体試料を精度良く吐出できるので、吸引・吐出が必要なバイオ関連および医療関連の装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施例の液体試料分注装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例における制御部の動作を示すフロー図である。
【図３】図１のノズルの吸引状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例のシリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量の関係を示す表である。
【図５】本発明の第２の実施例のシリンジ内におけるプランジャのストローク、空気吸入量、吐出量の関係を示す表である。
【図６】本発明の第３の実施例のシリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、空気吸入量、吐出量の関係を示す表である。
【図７】従来例１の液体吐出ヘッド及び液体吸引・供給接続配管経路を示した概略図である。
【図８】従来例１の液体吐出ヘッドの流路部材の斜視図である。
【図９】従来例１の液体吐出ヘッドの斜視図である。
【図１０】従来例１の液体吐出ヘッドの吐出口を示す図である。
【図１１】従来例２の分注装置を示す概略構成図である。
【図１２】従来例２の分注器の下端部を示す拡大断面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ線断面図である。
【図１４】従来例２の第１及び第２の電磁弁の開閉タイミングを示すタイムチャートである。
【図１５】従来例２の細管から液滴が落下する際の力学的関係を示す概念図である。
【図１６】従来例２の分注器から分注液が吹き落とされる作用を示す説明図である。
【図１７】従来例３の吐出圧制御手段を付加する対象となる好ましい液体定量吐出装置の態様を示す要部断面図である。
【図１８】従来例３の自動調圧装置の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１９】従来例３の吐出圧制御手段を付加する対象となる好ましい液体定量吐出装置のさらに別の態様を示す要部断面図である。
【図２０】従来例３の液体温度制御手段を備えた液体定量吐出装置の態様を説明する図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１  液体試料分注装置
２  分注用ノズル
３  フレキシブルチューブ
４  シリンジ
５  シリンダ
６  プランジャ
７  分注用アクチュエータ
８  分注用アクチュエータ駆動部
９  分注用アクチュエータ制御部
１０  ＣＰＵ
１１  吐出条件記憶部
１２  液体試料容器
１３  反応容器
１４  液体試料
１５  洗浄水
１６  空気
【図１】
2009162536.tif 000003
【図２】
2009162536.tif 000004
【図３】
2009162536.tif 000005
【図４】
2009162536.tif 000006
【図５】
2009162536.tif 000007
【図６】
2009162536.tif 000008
【図７】
2009162536.tif 000009
【図８】
2009162536.tif 000010
【図９】
2009162536.tif 000011
【図１０】
2009162536.tif 000012
【図１１】
2009162536.tif 000013
【図１２】
2009162536.tif 000014
【図１３】
2009162536.tif 000015
【図１４】
2009162536.tif 000016
【図１５】
2009162536.tif 000017
【図１６】
2009162536.tif 000018
【図１７】
2009162536.tif 000019
【図１８】
2009162536.tif 000020
【図１９】
2009162536.tif 000021
【図２０】
2009162536.tif 000022