JPH0915248A - 分注動作判別装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度の液面検知や目詰まり及び液量不足の
検知を実現する。 【構成】 分注作動判別装置を、駆動用パルス信号の供
給によって作動するモータによりシリンダーを動かして
ノズルから液体の吸引及び吐出を行う分注機と、上記分
注機のノズル内の圧力を検知する圧力センサと、上記分
注機に装着されたノズル内の圧力を、指定された吸引量
について予め設定されている閾値と比較し、液面への到
達又はノズル詰まりを判別する液面・詰まり判別手段
と、上記液面・詰まり判別手段によって、液面への到達
が判別された後、上記分注機が液体を吸引する過程にお
いて、上記圧力センサによって検知された圧力の変化量
を微分回路で検出する変化量検出手段と、上記圧力信号
を微分して得られた微分信号に基づき液量の不足状態を
判別する液量不足判別手段と、を有して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ノズルから液体を吸
引し吐出する分注機の分注動作判別装置及びその方法に
係り、特に、上記吸引・吐出作動時における液面検知や
目詰まり或はエアー吸引による液量不足を、簡易な方法
・手段によって確実に検知することができる分注動作判
別装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】周知のように、血液の自動分
析検査では、例えば、遠心分離処理された採血管等の親
容器内から所要量の血清試料を吸引し、この吸引した血
清を他の容器へと吐出して分注するための分注機が多く
用いられているが、この分注機は、極めて高精度の測定
精度が要求されることから、ピペットノズルの液面から
の下降量制御のための液面検知やフィブリン等の吸引に
よる目詰まり或は検査精度に直接影響する液量不足の検
知等の性能が必要不可欠である。

【０００３】このため、近年の分注機にあっては、圧力
センサを用いて、ピペットノズルの吸引作動時に発生す
る内圧の変化を演算処理することで、上記液面検知や目
詰まりおよび液量不足を検出するように構成されたもの
が種々提案されている。

【０００４】例えば、ピペットノズルの内圧の変化を積
分回路や微分回路で演算処理する方法が従来から公知で
あるが、積分回路で演算処理する方式の場合、比較する
データが必要不可欠となり、個人差により血清粘度が異
なるこの種の血液検査の場合、あらゆる血清粘度毎の比
較データを揃えておくのは事実上不可能である。従っ
て、このような積分回路で演算処理して上記液面検知や
目詰まりおよび液量不足を検出する方式のものは、誤作
動し易い、という問題を有していた。

【０００５】一方、微分回路でピペットノズルの内圧の
変化を演算処理して検知する方式のものにあっては、直
前の演算値を比較データとして用いることができるの
で、血清粘度毎の比較データは不要であり、制御ソフト
を単純化できるという利点を有してはいるが、この微分
回路で演算処理する方式のものは、比較的微弱な内圧の
変化も拾って演算処理してしまうため、エアーの吸引に
よる液量不足の検知には好適であるが、液面検知や目詰
まりのような内圧変化量が大きな検知の場合、予め設定
された閾値以上に内圧が変化したときに液面を検知し、
かつ、目詰まりが発生したことを検知すべきであるにも
拘らず、例えば、吸引作動中に発生するピペットノズル
の振動等を拾って、閾値以下であるにも拘らず液面に到
達した情報を発したり、目詰まりが発生していないにも
拘らず目詰まりが発生したとの情報を発したりし易く、
誤作動を招き易いという問題を有していた。

【０００６】このように、従来の圧力センサを用いた分
注機にあっては、液面検知や目詰まりのようなピペット
ノズルの内圧変化量が大きなものの検知と、液量不足の
検知のようなエアー吸引による内圧変化量が小さなもの
の検知とを同一の方式で検知するように構成されていた
ため、一方の検知は高精度に行なうことができても他方
の検知の精度が低く、いずれの方式を採用したとして
も、分注機が誤作動し易い、という問題を有していた。

【０００７】この発明は、かかる現状に鑑み創案された
ものであって、その目的とするところは、液面検知や目
詰まりを検知する方式と液量不足を検知する方式とを、
ピペットノズルの内圧変化量の相異に着目して別個の方
式とし、これを組み合わせることで、高精度の液面検知
や目詰まり及び液量不足の検知を実現できると共に、制
御ソフトも単純化でき、低コスト化も図ることができる
分注動作判別装置及びその方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る分注作動判別装置は、駆動用パルス
信号の供給によって作動するモータによりシリンダーを
動かしてノズルから液体の吸引及び吐出を行う分注機
と、上記分注機のノズル内の圧力を検知する圧力センサ
と、上記分注機に装着されたノズル内の圧力を、指定さ
れた吸引量について予め設定されている閾値と比較し、
液面への到達又はノズル詰まりを判別する液面・詰まり
判別手段と、上記液面・詰まり判別手段によって、液面
への到達が判別された後、上記分注機が液体を吸引する
過程において、上記圧力センサによって検知された圧力
の変化量を微分回路で検出する変化量検出手段と、上記
圧力信号を微分して得られた微分信号に基づき液量の不
足状態を判別する液量不足判別手段と、を有して構成さ
れていることを特徴とするものである。

【０００９】この発明において、上記液量不足判別手段
は、上記微分回路の微分信号の値を前記パルス信号の供
給に同期して採取するサンプリング回路と、指定した分
注量に応じて、予め設定した閾値を登録する閾値用レジ
スタと、採取された微分信号の値と当該閾値との比較を
行う比較回路と、上記微分信号の大きさが設定された閾
幅を越えたときまでの駆動用パルス信号の個数および指
定した分注量に基づいて、液量の不足の解析を行う判別
回路と、を有して構成されている。

【００１０】そして、この発明において、上記モータ
は、駆動用パルス信号によってデジタル的に駆動するモ
ータを用いるのが好適である。モータのロータの回転角
度は所定のパルス信号の個数によって定まり、上記分注
機の吸引量はこの回転角度に依存して定まるものである
から、パルス信号の供給に同期させて測定したパルス信
号の個数を計数することによって、分注機が吸引した量
を正確に知ることができるからである。また、この発明
において、駆動用パルス信号は、予め定まった周期をも
つものである。

【００１１】さらにこの発明にあっては、上記変化量検
出手段を微分回路で構成し、圧力信号を微分して得られ
た微分信号で上記変化量を求めるように構成したことを
特徴とするものである。

【００１２】この発明が達成しようとする分注動作判別
方法は、駆動用パルス信号の供給によって作動するモー
タによりノズルから液体の吸引及び吐出が行われる分注
機に対し分注の起動の指示があると、分注機のノズル内
の圧力の検知が開始され、上記分注機に装着したノズル
内の圧力を、予め設定されている閾値と比較することに
よって液面への到達又はノズル詰まりを判別し、液面へ
の到達が判別された後には、検知された圧力の変化量の
検出を開始し、検出された上記変化量を微分回路で演算
処理して液量の不足状態を判別することを特徴とするも
のである。

【００１３】

【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づき、この
発明を詳細に説明する。

【００１４】図１乃至図５に示すように、この実施例に
係る分注機３１は、駆動用パルス信号の供給によって作
動するステッピングモータ５２が内部に設けられ、ピペ
ットノズル３２から液体の吸引及び吐出を行うものであ
る。

【００１５】分注機３１は、ピペットノズル３２と、該
ピペットノズル３２の先端に着脱自在に嵌合係止される
ディスポーザブルチップ３３と、圧力検出流路８０に配
設されピペットノズル３２内の圧力を検知する圧力セン
サ３４と、シリンダ３５と、該シリンダ３５の内部を摺
動可能に進退動作するシリンダロッド５１と、当該シリ
ンダロッド５１を進退動作させるステッピングモータ５
２と、を有して構成されている。

【００１６】上記シリンダロッド５１の上部には、外周
に螺子が刻まれたスクリューネジ４１が配設されてお
り、分注機３１の枠体に固定されたスクリューナット３
６は上記スクリューネジ４１と螺合していると共に、上
記スクリューネジ４１に設けられたプーリ４０と上記ス
テッピングモータ５２の回転軸８３との間には、タイミ
ングベルト３９が懸架されている。

【００１７】また、上記シリンダ３５の下端にある出口
端部とピペットノズル３２とはエア吸排流路８１によっ
て連通接続されていると共に、上記ピペットノズル３２
は、ばね４５によって分注機３１の枠体４６に対して外
方へ付勢されている。

【００１８】さらに、上記分注機３１の枠体４６には、
ＩＰＳ板４７等の電子機器が設けられたセンサ基板４４
が設けられている。

【００１９】ところで、上記分注機３１には、シリンダ
ロッド５１の下限を検知する下限センサ３８と、シリン
ダロッド５１の上限を検知する上限センサ４３と、ピペ
ットノズル３２の着底を検知する着底センサノズル３７
と、が配設されている。

【００２０】図２は、該分注機３１の制御系のブロック
図である。

【００２１】同図に示すように、この実施例に係る分注
機３１の制御系は、ＩＰＳ基板４７と、分注機３１の主
要な制御を行うメインプログラム・コントローラ４８
と、上記ステッピングモータ５２の駆動の制御を行うモ
ータコントローラ４９と、シリンダ用のステッピングモ
ータ５２等の各種モータ５０と、を有する。

【００２２】上記ＩＰＳ基板４７は、液面検知や目詰ま
り及び液量不足等の判別を行うものであり、図２に示す
ように、分注機３１のピペットノズル３２に装着された
チップ３３を下降させながら連続して吸引動作を行う
間、上記圧力センサ３４の内圧変化を測定し、予め設定
されている閾値を基準として液面への到達または目詰ま
りを判別する液面・目詰まり判別部７１と、上記圧力セ
ンサ３４によって検出された圧力の変化量を検出する微
分回路５６と、検出された上記圧力変化量を上記駆動用
パルス信号の供給に同期しまたは一定周期毎に測定し、
上記変化量の大きさが設定された閾幅を越えたときまで
のパルス信号の個数及び指定した分注量に基づいて液量
の不足状態を判別する液量不足判別部７０と、を有して
構成されている。

【００２３】そして、上記微分回路５６は、上記液面・
目詰まり判別部７１によって液面への到達が判別され、
かつ、目詰まりが判別されていない場合であって、上記
分注機３１が液体を吸引する過程において上記圧力セン
サ３４によって検出された圧力の変化量を演算処理する
ように構成されている。

【００２４】また、上記液面・目詰まり判別部７１は、
図２に示すように、上記圧力センサ３４によって検知さ
れた圧力と、予め設定された閾値とを比較する比較回路
５４と、上記閾値を登録する閾値用レジスタ５３と、当
該比較回路５４の比較結果に基づいて、上記液面への到
達又はピペットノズル３２の目詰まりを判別する判別回
路５５と、を有して構成されている。

【００２５】さらに、上記液量不足判別部７０は、図２
に示すように、上記微分回路５６からの微分信号を上記
ステッピングモータ５２を駆動するための駆動用パルス
信号の供給に同期して採取するモータ同期サンプリング
回路５７と、予め設定した閾値を登録する閾値用レジス
タ５９と、採取された微分信号の値と上記閾値との比較
を行う比較回路５８と、上記微分信号の大きさが設定さ
れた閾幅を越えたときまでのパルス信号の個数及び指定
した分注量に基づいて液量の不足の解析を行う判別回路
６１と、上記駆動用パルス信号の計数を行うカウンタ６
０と、を有して構成されている。尚、図２中、符号７２
は容器を、符号７３は血清試料を夫々示している。

【００２６】次に、本実施例に係る分注動作判別装置の
判別動作について説明する。

【００２７】図３に示すように、ステップＳ１１で、初
期プログラムロードが行われ、ステップＳ１２で、上記
シリンダロッド５１等の各種の軸が原点に復帰する。

【００２８】ステップＳ１３で、上記分注機３１をＸＹ
の各アーム軸（図示せず）を動かすことによってチップ
３３がセットされている位置に移動させ、ステップＳ１
４で、当該分注機３１のピペットノズル３２の先端にチ
ップ３３を装着させる。

【００２９】チップ装着後、ステップＳ１５で、上記分
注機３１を、再び上記各アーム軸（図示せず）を用い
て、分注を行うとする血清試料が収容されている容器７
２の位置まで移動させる。

【００３０】ステップＳ１６で、図４（ａ）に示すよう
に、スタート１信号を立ち上げると、Ｚ軸アーム（図示
せず）を用いて液面に向かって分注機３１のチップ３３
を下降させる。

【００３１】シリンダ３５の吸引動作は、図５（ｂ）に
示すように、速度０の状態から一定速度になるまで加速
する段階と、分注が一定速度の段階と、速度０まで減速
する段階と、からなる。

【００３２】もし、先端が何かに接触した場合には、上
記チップ３３の下降動は停止し、吸引を中止する。吸引
している間は、上記圧力センサ３４によって吸引不良の
検出を行う。

【００３３】図４（ａ）に示すように、上記ＩＰＳ基板
４７に、スタート１信号の立ち上げがあると、上記ＩＰ
Ｓ基板４７が起動し、当該ＩＰＳ基板４７の液面・目詰
まり判別部７１は、上記圧力センサ３４の検知信号を上
記サンプリング回路６２によって一定単位時間毎に検知
信号を採取し、上記比較回路５４は予め設定された閾値
と比較する。即ち、スタート１信号は、液面検出用の信
号でもある。

【００３４】チップ３３が液面に到達すると、図５
（ａ）に示すように、上記ピペットノズル３２内の圧力
が液面検知用の閾値以上に高まることを利用して、液面
の検出が行われる。液面が検出されると、上記判別回路
５５は図４（ｃ）のように立ち上がる。

【００３５】ステップＳ１７で、液面が正常に検出され
た場合には、上記メインＰＣ４８から、スタート２信号
がＩＰＳ基板４７に出力される。但し、スタート２信号
を入れずにスタート１信号のＯＮ，ＯＦＦを繰り返して
も、液面の検出動作は行われない。即ち、液面検出後は
スタート２信号の立ち上がるのが前提となる。正常に液
面が検出された場合には、スタート２信号が立ち上が
り、吸引動作に入る。

【００３６】尚、液面検出後は、上記スタート１信号は
動作終了まで、どちらのレベルであっても良い。

【００３７】吸引動作では、指定された分注量の吸引が
終了するまで、上記スタート２信号は、立ち上がった際
のレベルが維持される。

【００３８】吸引動作中、上記圧力センサ３４で検知さ
れた圧力は、微分回路５６で微分され微分信号が得られ
る。

【００３９】上記モータ同期サンプリング回路５７は、
上記制御ＭＣ４９からの駆動用パルス信号の供給に同期
して、上記微分信号の値を採取し、同時に上記カウンタ
６０は、当該駆動用パルス信号の数を計数する。

【００４０】吸引動作中は、正常であれば、図５（ｃ）
の実線に示すような圧力の変化があるが、液量不足が発
生すると圧力信号が上下に変動し、例えば、点線のよう
な変動が生じる。この上下の変動は、上記微分回路５６
によって、所定の閾幅を越えるような微分信号を生じさ
せる。

【００４１】すると、上記モータ同期サンプリング回路
５７によって採取された微分信号の値は、上記比較回路
５８によって、上記閾値レジスタ５９に登録されている
閾値と比較され、液体を吸引している過程の負圧力の変
化量が当該閾値を越えることによって、不足状態を検出
する。

【００４２】上記判別回路６１は、上記不足時点までの
上記駆動用パルス信号の計数値及び設定された分注量に
基づいて、吸引終了後に指定した範囲について負圧力の
変化量を求め、その不足状態を判別する。

【００４３】分注終了（タイムアウト）は、スタート２
の立ち上げ状態が２０秒以上経過した時点で出力され
る。図４（ｄ）には、液体の不足があった場合に、液体
不足を示す信号が分注終了後に立ち上げられている場合
が示されている。

【００４４】ところで、各種エラーの出力は、上記スタ
ート１信号が入力されるまで保持される。スタート１信
号が立ち上げられていると次の動作に入ることになる。

【００４５】尚、スタート２信号立ち上げ後、吸引動作
中に、上記液面・目詰まり判別部４７によって、目詰ま
りの検出を行う。目詰まりの検出は、図５（ａ）に示す
ように、上記液面到達の検出用に用いる液面の閾値より
も高い圧力をもつ目詰まり閾値を越えるか否かによって
判別される。上記判別回路５５によって、目詰まりが判
別された場合には、図４（ｆ）に示すような目詰まり信
号が出力される。目詰まりがあると、吸引された血清試
料は、血清試料が収容されていた容器７２内へと戻され
る。

【００４６】また、図３に示すステップＳ１７で吸引不
良が生じた場合には、血清試料を容器７２に戻す。但
し、一度に吸引する量が指定のμｌ（マイクロリット
ル）以上の場合には、液面感知をした距離が指定のμ１
相当の水位以下であれば吸引せずに不足と認識する。

【００４７】このようにして、正常な分注量が吸引され
た場合には、ステップＳ１８でチップ３３が一定距離上
昇し、指定された量の空気を吸引する（エアギャップと
もいう）。

【００４８】また、上記分注機３１は、指定エリアで吸
引した液体の吐出を行うために、上記アーム軸によって
移動する。

【００４９】ステップＳ１９で、指定エリアで指定され
た吐出量を完了するまで吐出が行われる。

【００５０】この吐出動作は、ピペットユニットが設定
位置まで下降し、血清試料を吐出した後、一定距離上昇
し、指定された量の空気を吸引して終了する。尚、吐出
後の圧力判定は行わない。

【００５１】この後、ステップＳ２１で、上記分注機３
１のピペットノズル３２が上下動して、ピペットノズル
３２に付いているチップを外す。下降する距離は設定値
による。

【００５２】以上説明したように、この実施例によれ
ば、上記モータ駆動用のパルス信号に同期させて上記圧
力信号の微分信号を採取し、この微分信号を設定した閾
幅と比較し、不足状態を検出している。

【００５３】また、従来の分注機では、血清試料の吸引
量をシリンダの作動時間で求めていたのに対して、この
実施例では、血清試料の吸引量をモータ駆動用のパルス
信号に対するモータの回転角度で求めるように構成され
ているので、吸引量を正確に計量することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、液面検知や目詰まりを検知する方式と液量不足を検
知する方式とを、ピペットノズルの内圧変化量の相異に
着目して別個の方式とし、これを組み合わせることで、
高精度の液面検知や目詰まり及び液量不足の検知を実現
できると共に、制御ソフトも単純化でき、低コスト化も
図ることができる等、幾多の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る分注作動判別装置が適
用された分注機を示しており、（ａ）は断面図、（ｂ）
は側面図である。

【図２】同分注機のブロック図である。

【図３】同分注機の分注動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】（ａ）乃至（ｇ）は、同分注機における各種制
御信号のパターン図である。

【図５】（ａ）乃至（ｃ）は、同分注機における内圧変
化等を示す説明図である。

【符号の説明】

３１ 分注機 ３４ 圧力センサ ５６ 変化量検出手段（微分回路） ７０ 液量不足判別手段（液量不足判別部） ７１ 液面・目詰まり判別手段（液面・目詰まり判別
部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 秀二 東京都稲城市矢野口1843番地１ プレシジ ョン・システム・サイエンス株式会社内 (72)発明者 長岡 信夫 東京都稲城市矢野口1843番地１ プレシジ ョン・システム・サイエンス株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動用パルス信号の供給によって作動す
   るモータによりシリンダーを動かしてノズルから液体の
   吸引及び吐出を行う分注機と、上記分注機のノズル内の
   圧力を検知する圧力センサと、上記分注機に装着された
   ノズル内の圧力を、指定された吸引量について予め設定
   されている閾値と比較し、液面への到達又はノズル詰ま
   りを判別する液面・詰まり判別手段と、上記液面・詰ま
   り判別手段によって、液面への到達が判別された後、上
   記分注機が液体を吸引する過程において、上記圧力セン
   サによって検知された圧力の変化量を微分回路で検出す
   る変化量検出手段と、上記圧力信号を微分して得られた
   微分信号に基づき液量の不足状態を判別する液量不足判
   別手段と、を有して構成されてなる分注動作判別装置。
2. 【請求項２】 前記液量不足判別手段は、前記微分回路
   の微分信号の値を前記パルス信号の供給に同期して採取
   するサンプリング回路と、指定した分注量に応じて、予
   め設定した閾値を登録する閾値用レジスタと、採取され
   た微分信号の値と当該閾値との比較を行う比較回路と、
   上記微分信号の大きさが設定された閾幅を越えたときま
   での駆動用パルス信号の個数及び指定した分注量に基づ
   いて、液量の不足の解析を行う判別回路と、を有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の分注動作判別装置。
3. 【請求項３】 駆動用パルス信号の供給によって作動す
   るモータによりノズルから液体の吸引及び吐出が行われ
   る分注機に対し分注の起動の指示があると、分注機のノ
   ズル内の圧力の検知が開始され、上記分注機に装着した
   ノズル内の圧力を、予め設定されている閾値と比較する
   ことによって液面への到達又はノズル詰まりを判別し、
   液面への到達が判別された後には、検知された圧力の変
   化量の検出を開始し、検出された上記変化量を微分回路
   で演算処理して液量の不足状態を判別することを特徴と
   する分注動作判別方法。