JPH11304819A - ノズル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズル先端を容器底面に接触させて液体の吐
出を行なうノズル装置において、ノズル先端の衝突を簡
単にかつ精度良く検出する。 【解決手段】 ノズル１４はノズル基部１２とノズルチ
ップ１０とで構成され、微量液体の吐出時にはノズルチ
ップ１０の先端部１０Ａが容器１６の底面１６Ａに当接
される。その当接は、ドライバ入力信号を負荷トルク信
号１００としてモニタリングすることによって行われ、
具体的には、負荷トルク信号１００が一定値以上になっ
た場合に衝突が検知され、その検知時点でノズル１４の
下降が停止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はノズル装置に関し、
特に、容器底面の検出機能を備えたノズル装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】分注装置は、試料や試薬などの液体を容
器内へ小分けする装置である。比較的多量の液体の吐出
を行わせる場合、容器内へ挿入されたノズルはその底よ
りも高い位置で停止され、その状態で吐出が行われる。
その一方、ごく微少量の液体の分注を行う場合には、ノ
ズル先端をまず容器の底に当接させ、その状態で又はそ
こから若干ノズルを上方へ引き上げた状態で液体が吐出
される。つまり、微少量の液体はノズル先端から滴下し
ないため容器の底に液体を付着させてノズルからその微
少液体を離脱させるものである。

【０００３】上記のような底面にノズル先端を衝突させ
る機能をもった分注装置では、底面の位置の検出が不可
欠である。すなわち、底面が検出された時点でノズルの
下降を直ちに停止させる制御を行う必要がある。底面の
検出方法としては、静電容量を利用したものが知られて
いる。この方法では金属製のノズルが使用され、それと
容器底部に設けられた電極との静電容量を利用して底面
が検出される。しかし、この方法では樹脂製のノズルな
どを用いることができない。他の底面位置の検出方法と
しては、リミットセンサを利用したものが挙げられる。
すなわち、ノズル先端の衝突に伴って生じる上方への反
作用力をバネなどで吸収しつつその際のストロークを利
用してリミットスイッチを動作させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
リミットスイッチを用いた手法では、センサが動作する
までのストロークが長いと、過度な衝突力によりノズル
先端をつぶしてしまう可能性がある。特に、樹脂などで
構成されたディスポーザブルチップを利用する場合、そ
のようなおそれが大きい。それを回避するために、感度
の良いセンサを利用すると、ノズルを備えた分注ヘッド
の重量が増大するという問題がある。そのような重量の
増大は、ひいては分注ヘッドの慣性を大きくすることに
なり、ノズル先端の衝撃を増大させるという悪循環を招
く。

【０００５】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、ノズル機構を複雑化させずに
ノズル先端の底面への当接を簡単にかつ精度よく検出す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、液体の吐出を行うノズルを昇降させる昇
降機構と、前記昇降機構に連結された駆動モータと、ノ
ズル下降時に前記駆動モータの負荷トルクを検出する負
荷トルク検出手段と、前記検出された負荷トルクに基づ
いて、ノズル下降時におけるノズル先端の容器底面への
衝突を判定する衝突判定手段と、前記衝突が判定された
場合に前記ノズルの下降を停止させる制御を行う制御部
と、を含むことを特徴とする。

【０００７】上記構成によれば、駆動モータに関連して
負荷トルクが検出され、その負荷トルクが所定値より上
昇した場合に衝突を判定し、ノズルの下降を停止させ
る。よって、衝突検出用の機械的なリミットスイッチや
そのための配線などが不要となり、可動部の構成を簡単
にできる。

【０００８】ここで望ましくは、前記負荷トルク検出手
段は、前記駆動モータに供給される電流を直接的に又は
間接的に検出する。望ましくは、前記衝突判定手段は、
前記検出された負荷トルクを所定値と比較して衝突を判
定し、前記ノズルの種類に応じて前記所定値を可変設定
する手段を含む。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００１０】図１には、本発明に係るノズル装置に好適
な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す
概念図である。このノズル装置は液体の分注を行なう機
能を有しており、いわゆる自動分注装置として機能する
ものである。図１において、液体の分注を行なうための
ノズル１４は、金属性のパイプなどで構成されたノズル
基部１２と、そのノズル基部の先端部に着脱自在に装着
されるノズルチップ１０と、で構成される。ノズルチッ
プ１０は、例えば樹脂形成品で構成され、いわゆるディ
スポーザブルチップとして機能するものである。したが
って、ある試薬の分注後に必要であればノズルチップが
新しいものに交換される。もちろん、本発明はそのよう
なディスポーザブルタイプのノズルの他、通常のノズル
が使用される場合においても適用可能である。

【００１１】液体の吐出が行われる容器１６は、容器ラ
ック１８に起立保持されている。この容器１６に対して
ノズルチップ１０により微少量の液体の吐出を行なう場
合、従来装置同様に、ノズルチップ１０の先端部１０Ａ
を容器１６の底面１６Ａに接触させ、これによって微少
量の液体を底面１６Ａに付着させる処理が実行される。
従来装置においては、そのような先端部１０Ａと底面１
６Ａの衝突がリミットセンサなどによって検出されてい
たが、本実施形態の装置では、後述するような負荷トル
クの大きさによって底面１６Ａの衝突が検出されてい
る。

【００１２】ノズル基部１２はノズルヘッド２０によっ
て保持されており、そのノズルヘッド２０は機械的な搬
送機構２２によって三次元方向に自在に搬送可能であ
る。搬送機構２２は、後述するモータ２４の回転運動を
ボールネジあるいはベルトプーリ等といった機構によっ
て直線運動に変換する機構である。本実施形態において
は、特にモータの回転運動を減速させる減速機構を備え
ている。

【００１３】モータ２４は、例えばブラシレスＤＣモー
タであり、その回転軸には上述した搬送機構２２が連結
されている。また、その回転軸にはエンコーダ２６が連
結されている。このエンコーダ２６は例えばロータリー
エンコーダであって、回転角度を検出することにより例
えばＺ軸方向（垂直方向）のノズル１４の位置を検出す
るセンサである。

【００１４】モータ２４には、ドライバ３０からの出力
電流が供給されている。ここで、ドライバ３０は制御部
３６によって制御されている。ドライバ３０における入
力電流は負荷トルク信号１００として衝突検出部３８に
よってモニタリングされており、その衝突検出部３８
は、負荷トルク信号１００すなわち入力ドライバ電流が
一定値以上になった場合に衝突を判定し、衝突判定信号
１０２を制御部３６に対して出力している。衝突検出部
３８には、負荷トルク信号１００と比較されるリファレ
ンス信号１０４が入力されており、本実施形態におい
て、そのリファレンス信号１０４は制御部３６によって
生成されている。

【００１５】上記のエンコーダ２６によって検出された
位置信号１０６は制御部３６に入力され、その制御部３
６によっていわゆるモータ２４の制御によるノズル１４
の昇降制御が行われる。

【００１６】ちなみに、本実施形態において、制御部３
６は、図１に示すように、ノズル１４を上方から下方へ
引き下ろす際に、基準レベル２００に到達するまでは下
降速度を高速に設定しており、その基準レベル２００を
超えた時点で下降速度を低速に切り換えている。これ
は、底面１６Ａのノズルチップ１０の先端部１０Ａが衝
突した際に、両者の破損を防止するためである。図１に
おいて衝突高さすなわち衝突レベルは符号２０２で示さ
れている。

【００１７】図２には、図１に示したモータ２４に関す
る負荷トルクとドライバ入力電流との関係が示されてい
る。この図２に示されるように、ブラシレスＤＣモータ
においては、負荷トルクとドライバ入力電流とが比例関
係を有しており、換言すれば、ドライバ入力電流をモニ
タリングすることによって間接的に負荷トルクを検出可
能である。ただし、その線形関係はモータ回転数に依存
しており、制御部３６が上述したリファレンス信号１０
４を出力する場合には、モータ回転数を考慮してそのよ
うなリファレンス信号１０４のレベル（衝突判定値）を
設定している。

【００１８】図３には、ノズル１４を一定速度で下降さ
せた場合におけるドライバ入力電流が示されている。上
述した図２から明らかなように、ノズルチップ１０の先
端部１０Ａが底面１６Ａに衝突した時点で負荷トルクが
上昇し、その結果ドライバ入力電流がそれに連動して上
昇することになる。したがって適当な衝突判定しきい値
を設定し、それとドライバ入力電流とを比較すれば、ド
ライバ入力電流を基礎として間接的に底面１６Ａのノズ
ルチップ１０の衝突を検知可能である。

【００１９】なお、図１に示した実施形態では、ドライ
バ入力電流のモニタリングを行っていたが、たとえばド
ライバ３０の出力電流を電流センサなどによって検出
し、その検知信号１００’に基づいて衝突検出を行って
もよい。あるいは、モータ２４の回転軸にトルクセンサ
を設け、そのトルクセンサにより検知された負荷トルク
に基づき衝突検知を行ってもよい。

【００２０】上述した実施形態では、ブラシレスＤＣモ
ータが利用され、すなわち負荷トルクとドライバ入力電
流とが線形関係にあるモータが利用されていたが、たと
えばドライバ入力電流と負荷トルクとが無関係であるス
テッピングモータが利用される場合においてはトルクセ
ンサにより負荷トルク検出を行なうことが必要である。

【００２１】上記の衝突判定しきい値（リファレンス信
号１０４）は、例えば入力部４０によって設定される分
注条件に応じて適宜可変設定するのが望ましい。たとえ
ば、ノズルチップ１０の下降速度に応じてそのしきい値
のレベルを変化させてもよく、あるいは容器１６やノズ
ルチップ１０の種別に応じてしきい値を可変設定しても
よい。

【００２２】なお、ノズルチップ１０の先端部１０Ａが
容器１６の底面１６Ａに衝突した後、そのままで微少量
の液体の吐出が行われ、あるいはその状態から若干上方
にノズル１４を持ち上げて微少量の液体の吐出が行われ
る。あるいは、そのようなノズル１４の上昇と微少量の
液体の吐出を同時進行で行なうように制御してもよい。

【００２３】上記の実施形態によれば、可動部分に機械
的なセンサなどを設けることなくノズルの衝突を検知で
きるので、可動部分が複雑化したりあるいは重くなった
りしてしまうという問題を回避できる。また、ドライバ
３０の入力電流のモニタリングを行っているので、応答
性も良好であり、衝突検知後速やかにノズル１４の下降
を停止させることが可能である。したがって、ノズル１
４に対して必要以上の衝突荷重が加わってしまう問題を
回避できる。

【００２４】なお、本実施形態のノズル装置は、上述し
た分注装置の他、液体の吐出が必要な各種の装置に適用
可能である。その場合、上述したようにディスポーザブ
ルタイプのノズルチップ１０が利用される場合の他、金
属性のノズルによって液体の吐出が行われる場合におい
ても本発明を適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノズル機構を複雑化させずにノズル先端の容器底面への
当接を簡単にかつ精度良く検出することができる。した
がって、ノズル装置の信頼性を高めることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態に係るノズル装置の全体構成を示
す概念図である。

【図２】 モータにおける負荷トルクとドライバ入力電
流との関係を示す図である。

【図３】 ノズルの下降経過時間とドライバ入力電流と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０ ノズルチップ、１２ ノズル基部、１４ ノズ
ル、１６ 容器、１８容器ラック、２０ ノズルヘッ
ド、２２ 搬送機構、２４ モータ、２６ エンコー
ダ、３０ ドライバ、３４ 分注ポンプ、３６ 制御
部、３８ 衝突検出部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体の吐出を行うノズルを昇降させる昇
   降機構と、 前記昇降機構に連結された駆動モータと、 ノズル下降時に前記駆動モータの負荷トルクを検出する
   負荷トルク検出手段と、 前記検出された負荷トルクに基づいて、ノズル下降時に
   おけるノズル先端の容器底面への衝突を判定する衝突判
   定手段と、 前記衝突が判定された場合に前記ノズルの下降を停止さ
   せる制御を行う制御部と、 を含むことを特徴とするノズル装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記負荷トルク検出手段は、前記下降駆動モータに供給
   される電流を直接的に又は間接的に検出することを特徴
   とする底面検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記衝突判定手段は、前記検出された負荷トルクを所定
   値と比較して衝突を判定し、 前記ノズルの種類に応じて前記所定値を可変設定する手
   段を含むことを特徴とするノズル装置。