JPH01206261A - 機械化分注装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動化学分析装置等に使用され、液体を定量
する分注装置に関するものである。

〔従来の技術〕

自動化学分析装置に使用される分注装置としては、プラ
ンジャの移動により液体を吸引、吐出するもの（特開昭
６２−１０６３４１号公報）がめった。

第４図は従来のプランジャを用い九分注装置を示す図で
ある。本装置は１分注用チップ１を着脱する先端部２．
先端部２上部に位置する胴体部３゜先端部２及び胴体部
３を貫く大気連通孔４．大気連通孔４内を移動するプラ
ンジャ５．パルスモータ６ａ、カップリング６ｂ、ポー
ルネジ６ｃ、プランジャ保持部材６ｄ、プランジャの上
下移動部５ｅ、軸受部材６ｆ工りなるプランジャ駆動機
構６、モータ７ａ、上下移動部７ｂ、軸受部材７Ｃ工９
なジ、先端部２からプランジャ駆動機構６までの部分を
上下移動させる上下移動機構７１分分圧用チップ１．液
８が人っている容器９を搬送する容器運搬機構１０（紙
面に垂直に移動）、プランジャ駆動機構６．上下移動機
構及び運搬機構１０の動作を制御するコントローラ１１
、プランジャ駆動機構６と連動して胴体部３の外側をし
ゆう動する分注用チップ押出し部材１２及びチップ取外
し部材１４．保持部材１３よりなる。

この分注装置は次の様にして液体を他の容器に移しかえ
る。容器運搬機構１０により容器９を分注用チップ１の
下方に位置させ、上下移動機構７により分圧用チップ１
が液体８に浸漬する壕で下降させた後、プランジャ、駆
動機構６に二リプランジャ５を所定量上昇させて分注用
チップ１内に液体８を吸引し１次に上下移動機構７に工
り分注用チップ１を上昇させ、容器運搬機構１０にエリ
液体８を移し換えるべき別の容器９を分注用チップ１の
下方に位置させ、上下移動機構７にエリ分圧用チップ１
１に下降させて１分注用テップ１を容器９内に挿入した
後、プランジャ駆動機構６に工りプランジャ５を所定量
下降させ液体８を吐出する。

この吐出時のプランジャ移動量は吸引時のプランジャ移
動量に対して一定量多目に設定し１分圧用チップ１内に
液体が残ることを防ぐ。次いで容器運搬機構１０により
１分注用チップ１を廃棄する廃棄孔（図示せず）を分注
装置下方に運搬し、ここでプランジャ駆動機構６を駆動
して分注用チップ押出し部材１２を介してチップ取外し
部材１４を下方向に押し１分注用チップ１を取り外す。

〔発明が解決しようとする課題〕

次に前記分注機構において１分注量作を続けていくとき
の吸引される液体量の変化の様子を調べた結果を示す。

第５図において横軸は連続的に分注させたときの分注動
作回数、縦軸は分注量及び胴体部の温度上昇度の測定結
果である。このように１分注回数を直ねていくと、プラ
ンジャ５が上昇して液体を吸引する動作において、吸引
される液体量は低下する。また１分注量作を続けていく
と胴体部の温度は上昇する。これは、パルスモータ６ａ
で発生し保持部材１３を介して伝導する熱と大気連通孔
４内をプランジャ５がしゆう動するときに発生する摩擦
熱による。

次にこの吸引液体量の低下と分注装置胴体部の温度上昇
の関係について述べる。プランジャ断面積と液体を吸引
するときのプランジャ移動量の積をＶとすると、プラン
ジャ５が上昇して大気連通孔４の下側から大気連通孔４
に吸引される空気体積もＶである。（なお分注用チップ
１の根元から若干量の空気が漏れるが、この漏れ量のＶ
に対する比率は１チ程度と小さく一定なので以降無視す
る。）大気連通孔４に吸引された空気は胴体部と熱交換
するためその温度Ｔは上昇する。その際。

分注装置胴体部の熱容量はμｔオーダの空気の熱容量に
比して充分大きく、また胴体部からの熱伝達も充分大き
いため、大気連通孔４に吸引された空気温度は瞬時に胴
体部とほぼ同じ値になる。したがって、第５図で測定し
た胴体部の温度は、大気連通孔４に吸引された後の空気
の温度とみなすことができる。大気圧で室温レベルの空
気は近似的に理想気体とみなせるので、ＰＶ＝ＲＴ（Ｒ
ｉ気体定数）の関係式と、空気の圧力Ｐが吸引前後で変
わらないことから、吸引された空気の体積が吸引前後の
温度の変化率に比例して変化することになる。したがっ
て、第５図に現われている分注量の低下が、空気の熱膨
張に因るとするならば。

吸引前の周囲環境温度をＴ　ｔ　Ｋ　、先端部の温度を
ＴｓＫとすると、吸引された空気の体積は吸引前のＴｘ
／Ｔｔ　倍になシ、この空気体積膨張分ｖ×（Ｔｚ　　
Ｔｔ）／Ｔｔが液体吸引量の低下とじて現われるはずで
ある。第６図において、この予測値（破線）を実験値（
実線）と比較したところ。

この両者はよく一致した。以上の結果から１分注量低下
の原因が、大気連通孔４に吸引された空気の熱膨張に因
ると断定できる。本実験では胴体部の温度上昇度の最大
値は１００前後、また分注量の低下量は３％程度であっ
た。従来の装置では。

胴体部の温度は分圧動作の履歴により変わるため。

以上述べた理由にエリ分注量が変動するという問題点が
ある。

本発明の目的は１以上述べた胴体部の温度変化に工って
分注量が変動するという問題点を解決し。

分注精度を向上させるための手段を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は１分注時の胴体部温度変化を低減することに
より達成される。具体的には、胴体部温度変化をもたら
す要因を明らかにし、その要因を除去して胴体部の温度
変化を低減する方法と、予め胴体部の温度上昇を飽和さ
せた後に分注操作を行わせる方法がある。以下にその内
容を述べる。

ｉ）胴体部の温度上昇要因は前述したようにパルスモー
タ６ａへの通電による発熱、プランジャ５と大気連通孔
４とのしゆう動による摩擦発熱がある。そこでプランジ
ャ５を取外して、大気連通孔４内をプランジャ５がしゆ
う動することによって発生する摩擦熱がない状態にして
、パルスモータ６ａを駆動させたときの温度上昇度を調
べたところ（第５図破線）、パルスモータ６ａで発生し
保持部材１３を介して伝導する熱による温度上昇全体に
対する寄与分は９０％前後、残り１０％前後が摩擦熱に
よる寄与分であることが明らかになった。従ッて、パル
スモータ６ａの発熱を有効に除去もしくは胴体部への伝
導を抑止すれば、胴体部の温度変動を従来の１／１０程
度に低減できる。

これに関する手段は以下の通りである。

■胴体部近傍、及び胴体部温度に寄与するプランジャ駆
動機構用パルスモータ夕の少なくとも一方について、そ
の放熱を促進する手段を設ける。

■前記パルスモータから胴体部への伝熱経路の熱抵抗を
大きくする。

１１）パルスモータ６ａの発熱やプランジャ、駆動によ
る摩擦発熱による胴体部の温度上昇は所定時間後に飽和
するとともにその温度上昇度はほぼ一定なので１次の手
段を採用することによっても発明の目的を達成できる。

■予め前記パルスモータを所定時間励磁して、胴体部の
温度上昇を飽和させ、その温度上昇分を補正したプラン
ジャ移動量に基づいて分注操作を行なわせる。

■予め前記プランジャを上下移動することによって胴体
部の温度上昇を飽和させ、その温度上昇分を補正したプ
ランジャ移動量に基づいて分注操作を行なわせる。

〔作用〕

本発明による分注装置の作用を説明する。パルスモータ
６ａ、及び胴体部３からの放熱を促進させる手段、及び
保持部材１３中における熱抵抗の大きい材料を介在させ
る手段を採用する場合には。

胴体部の温度変化を小さくでき１分注量度を向上できる
。また、予めパルスモータを所定時間励磁したり、プラ
ンジャを上下移動した後分注操作を行う手段を採用する
場合には、パルスモータ６ａからの発熱とプランジャ５
が大気連通孔をしゆう動するときに発生する摩擦発熱に
よる温度上昇を飽和させた後に分注操作を行うので１分
注時の胴体部の温度変化を小さくでき６分注量度を向上
できる。

〔実施例〕

以下、特許請求の範囲第２，３項記載の内容に対応する
実施例を第１図の構成図を用いて説明する。本実施例は
、パルスモータ６ａから胴体部３への伝熱経路にあたる
保持部材１３ｂを熱抵抗の大きいセラミックス等の非金
属材料で構成し、パルスモータ６ａ、胴体部３を冷却す
る送風機１５ａ。

１５ｂを、またパルスモータ６ａの周囲にフィン１６を
各々設けたものである。上記各構成要素の効果を次に述
べる。送風機１５ａ及びフィン１６は、パルスモータ６
ａで発生した熱の周囲空気への放熱を促進することによ
り胴体部３への伝熱量を減らし、胴体部３の温度変化を
小さくする。送風機１５ｂは、胴体部３へ伝わってきた
熱の放熱を促進することにより、またパルスモータ６ａ
から胴体部３への伝熱経路上にある熱抵抗の大きい保持
部材１３ｂは、胴体部３への伝熱量を減らすことにより
、胴体部３の温度変化を小さくするものである。

第１図には、保持部材１３ｂを熱抵抗の大きい材料で構
成すること、送風機１５を設けること。

フィン１６を設けることの３つの方法を同時に行’）　
例を示したが、パルスモータ６ａからの発熱量に応じて
上記の方法の内の１つの方法を採用するか、あるいは２
つ以上の方法を組合せるかを選択するのが適当である。

なお本実施例では下側の保持部材１３ｂを熱抵抗の大き
い材料で構成したが。

下側の保持部材１３ｂの替わりに上側の保持部材１３ａ
を熱抵抗の大きい材料で構成しても効果は同様である。

また、保持部材１３に熱抵抗の大きい非金属材料を用い
る替わりに、セラミックス。

プラスチックス、ゴム等の熱抵抗の大きい非金属材料を
胴体部３と保持部材１３ｂの接触部に介在させても断熱
効果がある。

次に特許請求の範囲第５項記載の内容に対応する実施例
を第２図のフローチャートを用いて説明する。本実施例
は、プランジャを駆動することによってパルスモータ６
ａからの発熱による温度上昇を飽和させた後、従来と同
様の分注操作を行なわせる制御方法を採用したもので、
装置構成は第４図に示した従来の構成でよい。本実施例
においては１分注量作を行う前に、プランジャ５を上下
に移動させる動作を複数回繰り返す。このときにパルス
モータ６ａから熱が発生するが、プランジャ５の上下動
作を数千回以上のオーダで繰り返すと、第５図に示すよ
うに温度上昇は飽和し、胴体部３の温度は安定するよう
になる。すなわち、パルスモータ６ａからの伝熱量と空
気への放熱量が等しくなり、いわゆる平衡状態に達する
。この後に温度上昇による分注量低下分を補正したプラ
ンジャ移動量に基づいて分注動作を行うので、パルスモ
ータ６ａを駆動してプランジャ５の上下移動動作をさら
に繰り返すことによる胴体部３の温度変化は小さくなり
、その結果分注精度は向上する。

この方法では、プランジャ５を単に上下移動させるだけ
で速やかに前記温度平衡状態を実現できるという特長が
ある。

本実施例での液体吸引時のプランジャ移動量の補正には
１例えば次式を用いると工い。

ここでＸは補正したプランジャ移動量の値＋ｘＯは目標
分注量をプランジャ断面積で割った値。

Ｔ、は空気温度（Ｋ）、ΔＴは温度上昇度（Ｋ）である
。なおプランジャ移動量とパルスモータに入力するパル
スカウントには比例関係が成り立つので５ｘ１１に対応
するパルスカウントを（１−ΔＴ／Ｔ１　）で除して液
体吸引時のパルスカウントを求めても同様である。

次に特許請求の範囲第６項記載の内容に対応する実施例
を第３図のフローチャートを用いて説明する。本実施例
は、パルスモータ６ａを所定時間励磁させて胴体部３の
温度を上昇させた後、温度上昇による分注量低下分を補
正したプランジャ移動量に基づいて従来と同様の分注操
作を行なわせる制御方法を採用したもので、装置構成は
第２図に示した実施例と同様第４図に示した従来の構成
でよい。液体吸引時のプランジャ移動量の補正方法は前
述と同様である。パルスモータ６ａからの発熱量が、単
なる励磁状態の場合と分注動作を行わせている場合とで
大きく変わらないときには。

このような簡単な制御方法が有効である。

なお第２図、第３図に示した制御方法を、第１図に提示
した装置と組合せるとさらに分注精度が向上することは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明にかかる分注装置においては
１分注時の胴体部の温度変化を小さくでき、胴体部温度
変化による分注量の変動を小さくできるので、分注精度
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による分注装置の実施例の構成を示す部
分断面図、第２図は他の実施例における動作フローチャ
ート、第３図は他の実施例における動作フローチャート
、第４図は従来の分注装置の構成を示す部分断面図、第
５図及び第６図は従来の分注装置における測定結果を示
す図である。 １・・・分圧用チップ、４・・・大気連通孔、５・・・
プランジャ、６ａ・・・プランジャ駆動機構用パルスモ
ータ。 ７（７ａ〜７ｃｌ・・・上下移動機構、８・・・液体、
９・・・容器、１０・・・運搬機構、１１・・・コント
ローラ。 １３・・・保持部材、１５・・・送風機、１６・・・フ
ィン。 ７、′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大気連通孔、前記大気連通孔内を移動するプランジ
   ャを含む胴体部、前記胴体部の下に接続され液の吸排が
   行われる先端部、パルスモータを駆動してプランジャを
   移動させるプランジャ駆動機構、前記先端部、胴体部、
   プランジャ駆動機構の位置を移動する移動機構、容器搬
   送機構、上記全ての駆動機構の動作を制御するコントロ
   ーラよりなる分注装置において、分注時の前記胴体部の
   温度変化を低減するように構成したことを特徴とする分
   注装置。 ２、胴体部近傍、及び前記パルスモータの少なくとも一
   方について、その放熱を促進する手段を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の分注装置。 ３、前記パルスモータから胴体部への伝熱経路に熱抵抗
   の大きい材料を介在させたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の分注装置。 ４、前記胴体部の温度上昇を飽和させた後、前記温度上
   昇による分注量低下分を補正したプランジャ移動量に基
   づいて分注操作を行なわせる制御方法を採用したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分注装置。 ５、前記プランジャを上下移動することによつて前記胴
   体部の温度上昇を飽和させることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の分注装置。 ６、前記パルスモータを所定時間励磁させることによつ
   て前記胴体部の温度上昇を飽和させることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載の分注装置。