(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し、前記分注用アクチュエータ制御部が、予め記憶された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、液体試料吸入量、空気吸入量に対する吐出量、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンに基づいて前記分注用アクチュエータ駆動部へ動作指令を与えることを特徴とする液体試料分注装置。【選択図】図１
2009210354.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、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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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のリニアモータ駆動型分注機構は、リニアモータの可動子にシリンダのピストンを接続し、従来のカップリング、ボールねじ、リニアガイド等をなくし、小型化及び簡素化されると共にボールねじのリード誤差を無視できることにより、ピストンをより正確に位置決めできる構成である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８において符号101で示されるものは全体形状がほぼ箱形をなすケーシングであり、このケーシング101の端部には、ノズル102を有するシリンダ103が取付けられている。
【０００４】
前記シリンダ103に設けられた長手棒上状のピストン104は、このシリンダ103から外部へ突出しており、このピストン104はシリンダ103に設けられたガイド120の貫通孔121を貫通して摺動自在に設けられている。前記ケーシング101の内側には、周知の長手形状をなすアクチュエータとしてのリニアモータ122が設けられており、このアクチュエータ122の可動子123は矢印Ａの方向に沿って往復移動自在に設けられている。また、このリニアモータ122とピストン104とは互いに平行に配置されている。
【０００５】
前記可動子123には、前記ピストン104が接続され、ねじ124によって所定長さとなるように固定されている。従って、前述の構成において、アクチュエータ122を作動させて可動子123を矢印Ａの方向に沿って選択的に往復動させることにより、ピストン104はシリンダ103内で往復動し、ノズル102及びシリンダ103内への薬液等の吸入、あるいは、ノズル102及びシリンダ103からの薬液等の外部への注入を行うことができる。
【０００６】
このように、従来例１のリニアモータ駆動型分注機構は、ケースに設けられたリニアモータ等のアクチュエータの可動子にシリンダ内のピストンが直接接続されているため、従来のカップリング、ボールねじ、リニアガイド及び移動体等を用いる必要がなく、構成全体の形状を小型化し、構成を簡略化することができ高精度化ができる。また、多数の分注機構を使用する大形の分析装置等を大幅に小型化することができる。
【０００７】
従来例２の電動流体吐出装置は、ケーシング201内に、薬液202aを吐出させる駆動手段としてのリニアモータ205と、このリニアモータ205に電力を供給する電池208と、リニアモータ205の駆動動作を制御する制御部209を備えており、リニアモータ205の可動部である内ヨーク205aの一端によりプランジャーロッド207を介してピストン202bを押圧することで、注射針210から薬液202aを吐出させる（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
図９において、201は電動注射装置本体のケーシング、202は薬液カートリッジ、203は薬液カートリッジを保持するカートリッジホルダー、204は薬液カートリッジを着脱自在に連結する固定部、205は駆動手段のリニアモータ、206はリニアモータ可動部の支持部材、207はプランジャーロッド、208は電源としての電池、209はリニアモータの駆動を制御して吐出量を設定する制御部である。
【０００９】
ケーシング201と薬液カートリッジ202とは着脱自在に嵌合でき、カートリッジホルダー203は基端側にケーシング201と着脱自在に連結する固定部204を有しており、カートリッジホルダー203で薬液カートリッジ202をケーシング201に固定する。また、薬液カートリッジ202内には薬液202aが封入されており、基端側にピストン202b、先端側にはゴム材の隔壁が装着され、その隔壁に注射針210を取り付けて使用する。
【００１０】
このケーシング201内には、薬液202aを吐出させる駆動手段としてのリニアモータ205と、このリニアモータ205に電力を供給する電池208と、リニアモータ205の駆動動作を制御する制御部209を備えている。
【００１１】
ここで、リニアモータ205とその周辺機構について説明する。リニアモータ205は、円柱状の内ヨーク205aに外周面が単一極で互いに隣り合う極性が反対のマグネット205b、205cを備えた可動部と、円筒状の外ヨーク205dの内周面に巻回固着した巻線205e、205fとを備えた固定部とに大別され、一定のギャップを有して周面で対向させ、内ヨーク205aの両端を支持部材206a、206bで摺動自在に支持している。
【００１２】
そして、マグネット205bの外周面Ｎ極から出る放射状の主磁束は、ギャップを介して対向した外ヨーク205dに入り、さらに外ヨーク205dの中を通り隣のマグネット205cの外周面Ｓ極に至る。一方、マグネット205cの内周面Ｎ極から出る放射状の主磁束は内ヨーク205a内を通り隣のマグネット205bの内周面Ｓ極に還流する閉磁路となる。
【００１３】
ここで、マグネット205b、205cの主磁束と鎖交状態の巻線205e、205fに互いに反対方向の電流を流すと、巻線205e、205fは互いに同方向に推力を発生する。
【００１４】
なお、駆動ストロークは巻線とマグネットの移動方向の寸法差で決まり、マグネットの方を長く設定するが、マグネット205bとマグネット205cは近接させ、巻線205eと巻線205fとは概ねストローク長だけ間隔をあけて配置する。
【００１５】
そして、可動部である内ヨーク205aの一端によりプランジャーロッド207を介してピストン202bを押圧することで、注射針210から薬液202aを吐出させる。また、内ヨーク205aの他端にはリニアセンサ213が取り付けられ、内ヨーク205aの動作速度および動作位置を制御する。さらに、可動部の内ヨーク205aの移動限界を検知するためのリミットスイッチ211、212を設けており、ピストン202bが薬液カートリッジ202の先端位置のときにリミットスイッチ211が、また、プランジャーロッド207が薬液カートリッジ202の基端位置まで戻ったときにリミットスイッチ212が作動してリニアモータ205への給電を停止する。
【００１６】
また、ケーシング201の外面には、この電動注射装置の吐出量を設定する操作パネル部209a、前進駆動スイッチＳＷ１、後退駆動スイッチＳＷ２を備え、操作部を構成している（図１０）。この操作パネル部209aは制御部209に接続されており、リニアモータ205のストロークや移動速度を任意に設定でき、吐出量を設定することができる。
【００１７】
ここで、一般の患者自身がインスリンを注射するときの電動注射装置の操作について説明する。まず、患者は薬液カートリッジ202の先端に注射針210を装着、インスリン製剤が充填された薬液カートリッジ202をケーシング201に装着、注射針210を上向きにして前進駆動スイッチＳＷ１をオンにすると、リニアモータ205の可動部によりプランジャーロッド207に連動してピストン202bが押し込まれ、余分な空気および薬液202aが注射針210から吐出する。
【００１８】
ここで、少し薬液202aが吐出したら前進駆動スイッチＳＷ１をオフにして操作パネル部209aで１回分のストロークおよび駆動速度を初期設定する。次から、前進駆動スイッチＳＷ１をオンすると１回分のストロークだけ駆動する。以降、ストロークによりリミットスイッチ211が作動するまで複数回（あるいは１回）使用できる。
【００１９】
一方、前進駆動スイッチＳＷ１がオフのときに、後退駆動スイッチＳＷ２をオンにすると、リニアモータ205の可動子は逆方向に移動する。この時プランジャーロッド207とピストン202bとが連接された状態であれば吸引動作となるが、通常、薬液カートリッジ202は使い捨ての場合が多く、プランジャーロッド207とピストン202bは連結されない。また、吸引動作となる場合には、吐出時と同様に操作パネル部209aで設定した移動速度で制御でき、リミットスイッチ212が作動するまで移動する。
【００２０】
このように、従来例２の電動流体吐出装置は、リニアモータの推力により直接ピストンを駆動するため、回転動作から直線動作への変換機構を必要とせず、機構が簡単で装置の小型化ができる。また、操作部により任意の吐出量を設定できる。
【００２１】
従来例３の微量液体吐出装置は、一端側にシリンジが設けられ、他方側にピストン押し台が設けられた移動装置とから構成された微量液体吐出装置の微量液体吐出方法であって、前記ピストン押し台をピストンから少し離反して設け、ピストン押し台の移動量を助走距離＋ピストン押し量となるように移動装置を制御して微量液体吐出するものである（例えば、特許文献３参照）。
【００２２】
図１１は、従来例３の微量液体吐出装置の一実施例を示す概略説明図であり、図１２は、ピストン押し台の移動量を説明する概略説明図であり、図１３はノズルよりの液の飛翔、飛び出しを示す概略説明図である。
【００２３】
従来例３の微量液体吐出装置301は、一端側（下端側）にシリンジ302がノズル303を外方向にして設け、他方側（上端側）に前記シリンジ302のピストン304の端部304Aを押すピストン押し台305を設けた移動機構306とから構成されている。
【００２４】
前記シリンジ302は、円筒状で先端にノズル303の設けられたシリンジ303の設けられたシリンジ本体307と、該シリンジ本体307を移動するピストン304と、該ピストン304の移動を補助すべくシリンジ本体307の開口部側に設けられたピストン受け308とから構成されている。
【００２５】
前記ピストン押し台305は、ピストン304の端部304Aより所定の助走距離（Ａ）を設けて位置され、該助走距離（Ａ）を利用して速度を高速にした後に、ピストン304の端部304Aを押す。即ち、ピストン押し台305の移動量Ｃは、助走距離（Ａ）＋ピストン押し量（Ｂ）で表せることとなる。
【００２６】
前記助走距離（Ａ）は、各部材の弾性、シリンジ本体307内に充填されている液の弾性を考慮し、且つ移動立ち上がりの制御の特性による遅速度等を解消して、ピストン押し台305を高速にしてからピストン304を押すのに適する距離に設定する。
【００２７】
前記ノズル303よりの液の吐出は、ピストン304の押し速度を制御することで飛滴（ここで飛滴とは、液が球体状となりノズル303より離反して吐出される状態をいう）と飛び出し（ここで飛び出しとは、液がノズル303から離れない状態で、塗付対象材がないときは、液はノズル303先に残る状態をいう）とを使い分けることが可能となる。
【００２８】
また、ノズル303の形状、寸法、表面処理、材質等も本発明においては重要な要素であり、液の量や、粘度に合わして最適なものを選択することが欠かせない。
【００２９】
前記ピストン受け308は、ピストン304の位置を正確に保持（ピストン304がシリンジ本体307内で一定に移動するように）し、且つピストン押し台305がピストン304の端部304Aに当接した際、その衝撃でピストン304がピストン304押し量（Ｂ）以上移動しないように、ゴム材で構成してピストン304を若干の摺動抵抗をもって支持している。尚、ピストン受け308の嵌合隙間を小さくする、またはブレーキ機構を設けることで上記と同様の効果を得るように構成することも可能である。
【００３０】
次に、上記実施例の微量液体吐出装置301を使用して塗付対象材への液体の塗付について説明する。
【００３１】
先ず、充填する液の量や粘度に対応して適切に選択されたシリンジ本体307に塗布すべく液体を充填した後、塗付対象材に対してノズル303の先端を所定の距離を維持して微量液体吐出装置301を設置する。所定の距離については、従来のようにノズル303と塗付対象材との精度を要しないで大きく取れるので、その設置作業は作業者の熟練度を必要としない。
【００３２】
次に、ピストン押し台305の移動量（Ｃ）である助走距離（Ａ）＋ピストン押し量（Ｂ）を制御した後、ピストン押し台305の押し速度を制御することでノズル303よりの液体の吐出状態（飛滴又は飛び出し）を制御する。
【００３３】
この状態で、制御に沿って移動装置306を介してピストン押し台305を高速で助走距離（Ａ）移動してピストン304の端部304Aに当接した後、ピストン押し量（Ｂ）ほどピストン304を押して、ノズル303より液を吐出する。この際、シリンジ本体307の開口部側にはピストン受け308が設けられているために、ピストン押し台305の衝撃でピストン304が押し量（Ｂ）以上移動しないため、高精度の量を確実にノズル303より吐出することができる。またノズル303より吐出した液は、その目的に応じて自在に飛滴又は飛び出しを選択することが可能である。
【００３４】
そして、ピストン押し台305はピストン304を押した後、移動装置306を介して元の位置に戻す際、ピストン押し量（Ｂ）だけ進んだ位置（最初の位置よりピストン押し量（Ｂ）分前方の位置）に戻すことで、次のピストン押し台305の移動時に、最初のピストン押し台305の移動量（Ｃ）だけ移動すると助走距離（Ａ）は一定となり、同じ速度でピストン304の端部304Aを押すことができ、同じ液の吐出を行うことができる。この工程を繰り返すことでシリンジ本体307内の液の全量を間欠的に吐出することができる。尚、シリンジ本体307内の液の残量によりノズル303よりの吐出量が増減した場合には、移動装置306に補正した動きを付加して対応する。
【００３５】
このように、従来例３の微量液体吐出装置は、ノズル303より液の吐出状態（飛敵又は飛び出し）を選択できるので、従来の装置に必要であったノズル303の上下動が不要であり装置に上下動するための構成が不必要で簡易に構成することができ、またノズル303と塗付対象材との間隔の精度を要することなく、大きくとることができるために、作業効率を格段に向上することができる。また塗り重ね等が必要な場合であっても、液の吐出状態が飛滴又は飛び出しであるために、先に塗付した液が再付着することがないので、微量液体吐出装置301の用途が格段に広がることになる。
【特許文献１】特開２００２−３６４５２６公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１８０８２８公報（第５頁、図１，２）
【特許文献３】特開２００６−３１２１５９公報（第６頁、図１，２，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
ところが従来例においては、シリンジとノズルが直結する構造になっており、ノズル、チューブを介して液体試料を吸引、吐出する分注の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。さらに、サブμL近傍の超微量の吐出ができない、もしくは超微量の吐出ができたとしても吐出精度が向上しないという問題点があった。
【００３７】
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吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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とすることで、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超微量の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】
【００３８】
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に記載の発明は、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。
【００３９】
請求項２に記載の発明は、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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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。
【００４０】
請求項３に記載の発明は、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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間との関係のものである。
【００４１】
請求項４に記載の発明は、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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間との関係のものである。
【００４２】
請求項５に記載の発明は、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液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間との関係のものである。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１および２に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。
【００４４】
請求項３に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と液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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。
【００４５】
請求項４に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と液体試料吸引後の吐出回数に対する吐出量と液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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。
【００４６】
請求項５に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と液体試料吸引後の吐出回数に対する吐出量と液体試料吸引後の吐出回数と吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間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】
【００４７】
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】
【００４８】
図１は、本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数、および吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を記憶している。
【００５１】
つぎに、本実施例の動作について図２、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。
【００５２】
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、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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を確認し、図４に示す表のようにまとめておく。図５は吐出時の吸引−吐出動作パターンの一例である。
(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条件記憶部に記憶する。
(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)液体試料を排出する（Ｆ４）
ノズル先端の初期メニスカスの影響を排除するため、予め記憶した排出動作パターンを基にしたアクチュエータ7への位置指令により、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から図示しない排出容器もしくは液体試料容器12へ液体試料14を予め記憶した回数だけ排出する。
(6) 液体試料を吐出する（Ｆ５）。
超微量（例えば0.1μL）の吐出をさせる場合、高速度・高加減速度の吐出動作パターンをアクチュエータに動作指令を与えただけでは、ノズル先端の表面張力の影響により液体試料がノズル先端から吐出されない。そこで、図５に示すように例えば吸引時は低速度・低加速度、吐出時は高速度・高加減速度の吐出動作パターンを基にしたアクチュエータ7への位置指令により、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。例えば、0.3μL分のストローク、最大速度20mm/s、最大加速度20m/s2の条件で吸引した後、連続して0.4μL分のストローク、最大速度50mm/s、最大加速度50m/s2の条件で吐出する動作パターンにてプランジャを駆動することで、0.1μLの超微量の吐出が可能となる。
(7) 吐出ごとに(2)〜(6)を繰り返す。
【００５３】
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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間を予め記憶し液体試料を吐出するため、超微量の吐出が可能となり、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
【００５４】
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。
【００５５】
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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を考慮して、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超微量の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】
【００５６】
本実施例の構成は、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、液体試料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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を確認し、図６に示す表のようにまとめておく。
【００５７】
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条件記憶部に記憶する。
(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)液体試料の排出（Ｆ４）、(6) 液体試料の吐出（Ｆ５）は、実施例１に同じである。
(7) 吐出ごとに(2)〜(6)を繰り返す。
【００５８】
このように、本実施例では吐出量に対する空気吸入量、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間を予め記憶し液体試料を吐出するため、超微量の吐出が可能となり、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
【実施例３】
【００５９】
本実施例の構成は、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、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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を確認し、図７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、空気吸入量を吐出条件記憶部に記憶する。
(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)液体試料の排出（Ｆ４）、(6) 液体試料の吐出（Ｆ５）は、実施例１に同じである。
(7) 吐出ごとに(2)〜(6)を繰り返す。
【００６０】
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、空気吸入量、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間を予め記憶し液体試料を吐出するため、超微量の吐出が可能となり、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】
【００６１】
なお、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】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態における制御部の動作を示すフロー図
【図３】図１のノズルの吸引状態を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を示す表
【図５】吐出時の吸引−吐出動作パターンの一例を示す図
【図６】本発明の第２の実施の形態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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を示す表
【図７】本発明の第３の実施の形態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、液体試料吸引後の吐出回数、吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を示す表
【図８】従来例１の実施の形態のリニアモータ駆動型分注機構を示す断面構成図
【図９】従来例２の実施の形態の電動注射装置の断面図
【図１０】従来例２の実施の形態の電動注射装置の外観斜視図
【図１１】従来例３の実施の形態の微量液体吐出装置の一実施例を示す概略説明図
【図１２】従来例３の実施の形態のピストン押し台の移動量を説明する概略説明図
【図１３】従来例３の実施の形態のノズルよりの液の飛滴、飛び出しを示す概略説明図
【符号の説明】
【００６３】
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
101  ケーシング
102  ノズル
103  シリンダ
104  ピストン
120  ガイド
121  貫通孔
122  アクチュエータ（リニアモータ）
123  可動子
124  ねじ
201  電動注射装置本体のケーシング
202  薬液カートリッジ
202a  薬液
202b  ピストン
203  カートリッジホルダー
204  固定部
205  リニアモータ
205a  内ヨーク
205b，205c  マグネット
205d  外ヨーク
205e，205f  巻線
206，206a，206b  支持部材
207  プランジャーロッド
208  電池
209  制御部
209a  操作パネル部
210  注射針
211，212  リミットスイッチ
213  リニアセンサ
301  微量液体吐出装置
302  シリンジ
303  ノズル
304  ピストン
304A  端部
305  ピストン押し台
306  移動機構
307  シリンジ本体
308  ピストン受け
【図１】
2009210354.tif 000003
【図２】
2009210354.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009210354.tif 000006
【図５】
2009210354.tif 000007
【図６】
2009210354.tif 000008
【図７】
2009210354.tif 000009
【図８】
2009210354.tif 000010
【図９】
2009210354.tif 000011
【図１０】
2009210354.tif 000012
【図１１】
2009210354.tif 000013
【図１２】
2009210354.tif 000014
【図１３】
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