特開 2022-35590 分注装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022035590

(43)【公開日】2022-03-04

(54)【発明の名称】分注装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/10 20060101AFI20220225BHJP

   G01N 35/00 20060101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

G01N35/10 A

G01N35/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020140025

(22)【出願日】2020-08-21

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】山崎 達也

(72)【発明者】

【氏名】木村 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】田上 英嗣

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 洋一郎

【テーマコード（参考）】

2G058

【Ｆターム（参考）】

2G058EA02

2G058ED15

2G058GB10

2G058GE10

(57)【要約】

【課題】
本発明は、分岐路における気泡を、短時間で排出し、想定外の異常な負荷により、センサチップの端部から液漏れした液体の落下を防止する分注装置を提供する。
【解決手段】
本発明の分注装置は、サンプルを吸引又は吐出するノズルと、ノズルを移動させるサンプル分注機構と、サンプル分注機構に設置されるアームと、サンプル分注機構の内部又はアームの内部に設置される圧力センサと、サンプル分注機構の内部及びアームの内部を通り、液体が流れる配管と、を有し、圧力センサは、両端が配管と接続する流路と流路からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路とを、その内部に有するシリンダと、分岐路の先端に設置されるセンサチップと、センサチップの周囲を覆うように設置される液受け部と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプルを吸引又は吐出するノズルと、前記ノズルを移動させるサンプル分注機構と、前記サンプル分注機構に設置されるアームと、前記サンプル分注機構の内部又は前記アームの内部に設置される圧力センサと、前記サンプル分注機構の内部及び前記アームの内部を通り、液体が流れる配管と、を有し、
前記圧力センサは、両端が前記配管と接続する流路と前記流路からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路とを、その内部に有するシリンダと、前記分岐路の先端に設置されるセンサチップと、前記センサチップの周囲を覆うように設置される液受け部と、を有することを特徴とする分注装置。

【請求項2】

請求項１に記載する分注装置であって、
前記圧力センサは、前記シリンダと前記液受け部との間に、内部空間を形成することを特徴とする分注装置。

【請求項3】

請求項２に記載する分注装置であって、
前記圧力センサは、前記シリンダと前記液受け部との間に、液体は透過しない封止手段を有することを特徴とする分注装置。

【請求項4】

請求項３に記載する分注装置であって、
前記封止手段は、液体は透過せず、空気は透過することを特徴とする分注装置。

【請求項5】

請求項３に記載する分注装置であって、
前記液受け部は、前記内部空間を、外側の内部空間と内側の内部空間とに仕切る仕切り部材を有することを特徴とする分注装置。

【請求項6】

請求項５に記載する分注装置であって、
前記仕切り部材は、前記センサチップの端部よりも内側に形成されることを特徴とする分注装置。

【請求項7】

請求項６に記載する分注装置であって、
前記圧力センサは、前記仕切り部材と前記センサチップとの間に、液体は透過しない封止手段を有することを特徴とする分注装置。

【請求項8】

請求項５に記載する分注装置であって、
前記液受け部は、前記内側の内部空間を大気開放する通気孔が形成されることを特徴とする分注装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧力センサを有する分注装置に関する。

【背景技術】

【0002】

圧力センサを有する分注装置に関し、特開２０１９－０８６４２６号公報（特許文献１）がある。

【0003】

特許文献１には、サンプルを吸引又は吐出するサンプルプローブと、サンプルプローブに配管を介して連結され、減圧動作又は加圧動作による配管に充填される内部液体への圧力伝達により、サンプルプローブに液体を吸引又は吐出する第一シリンジポンプと、配管に設置され、配管の圧力を検出する圧力センサと、配管に設置され、配管の液体を吸引すると共に、圧力を開放可能な第三シリンジポンプと、第一シリンジポンプと第三シリンジポンプとの駆動を制御する制御部と、を有する分注装置が記載されている（要約参照）。

【0004】

そして、特許文献１には、圧力センサが、サンプルプローブと第一シリンジポンプとを連結する主管路から直交する方向に分岐する分岐路に、設置されることが記載されている（００３０参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－０８６４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１には、圧力センサを有する分注装置が記載されている。

【0007】

圧力センサを有する分注装置は、圧力センサの内部に滞留する恐れがある気泡を、短時間で排出する必要がある。また、圧力センサの流路から直交する方向に分岐する圧力センサの分岐路（Ｔ字構造配管）における気泡を、短時間で排出するためには、分岐路の分岐方向が重力方向下向きとなる分岐路の先端に、圧力センサのセンサチップを設置する必要がある。

【0008】

つまり、圧力センサを有する分注装置では、分岐路の分岐方向が重力方向下向きとなる分岐路の先端に、センサチップを設置することにより、分岐路における気泡を、短時間で排出することができる。

【0009】

一方、このように圧力センサを設置する分注装置では、想定外の異常な負荷により、センサチップの端部から液漏れした液体が落下する恐れがある。しかし、特許文献１には、こうした想定外の異常な負荷により、センサチップの端部から液漏れした液体が落下する恐れについて、記載されていない。

【0010】

そこで、本発明は、分岐路における気泡を、短時間で排出し、想定外の異常な負荷により、センサチップの端部から液漏れした液体の落下を防止する分注装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記した課題を解決するため、本発明の分注装置は、サンプルを吸引又は吐出するノズルと、ノズルを移動させるサンプル分注機構と、サンプル分注機構に設置されるアームと、サンプル分注機構の内部又はアームの内部に設置される圧力センサと、サンプル分注機構の内部及びアームの内部を通り、液体が流れる配管と、を有し、圧力センサは、両端が配管と接続する流路と流路からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路とを、その内部に有するシリンダと、分岐路の先端に設置されるセンサチップと、センサチップの周囲を覆うように設置される液受け部と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、分岐路における気泡を、短時間で排出し、想定外の異常な負荷により、センサチップの端部から液漏れした液体の落下を防止する分注装置を提供することができる。

【0013】

なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施例１に係る分注装置１の基本構成を説明する説明図である。

【図2】実施例１に係る分注装置１のアーム１６の近傍を拡大して説明する説明図である。

【図3A】実施例１に係る圧力センサ１５の基本構造を説明する分解斜視図である。

【図3B】実施例１に係る圧力センサ１５の基本構造を説明する断面図である。

【図4】比較例１に係る圧力センサ１５０の気泡を説明する断面図である。

【図5】比較例１に係る圧力センサ１５０の液漏れを説明する断面図である。

【図6】比較例２に係る圧力センサ１５１の気泡を説明する断面図である。

【図7】比較例２に係る圧力センサ１５１の液漏れを説明する断面図である。

【図8】実施例２に係る圧力センサ１５２の基本構造を説明する断面図である。

【図9】実施例３に係る圧力センサ１５３の基本構造を説明する分解斜視図である。

【図10】実施例４に係る圧力センサ１５４の基本構造を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

【実施例0016】

先ず、実施例１に係る分注装置１の基本構成を説明する。

【0017】

図１は、実施例１に係る分注装置１の基本構成を説明する説明図である。

【0018】

分注装置１は、流路系として、ノズル２と、シリンジポンプ４と、電磁弁５と、ギアポンプ６と、システム水タンク７と、を有し、ノズル２と、シリンジポンプ４と、電磁弁５と、ギアポンプ６と、システム水タンク７と、は配管８により、接続される。

【0019】

シリンジポンプ４は、容器９と、プランジャ１０と、ボールねじ１１と、駆動モータ１２と、を有する。

【0020】

ノズル２は、サンプル分注機構１３に設置されるアーム１６に設置され、サンプル（液体）を吸引又は吐出する。

【0021】

サンプル分注機構１３は、アーム１６を回転運動又は上下運動させる。なお、サンプル分注機構１３は、アーム１６を回転運動又は上下運動させるため、モータを有する。つまり、アーム１６は、ノズル２に接続し、ノズル２が液体を吸引又は吐出する位置に、ノズル２を移動させるため、回転動作と上下動作とが可能である。

【0022】

また、アーム１６の内部であって、配管８に、圧力センサ１５が設置される。

【0023】

なお、駆動モータ１２、サンプル分注機構１３に設置されるモータ、電磁弁５、ギアポンプ６は、制御基板１４により制御される。

【0024】

なお、配管８は、サンプル分注機構１３の内部及びアーム１６の内部を通り、ノズル２とシリンジポンプ４とを接続する。

【0025】

次に、実施例１に係る分注装置１のアーム１６の近傍を拡大して説明する。

【0026】

図２は、実施例１に係る分注装置１のアーム１６の近傍を拡大して説明する説明図である。そして、図２は、特に、ノズル２が液体を吸引した直後の、配管８の内部の状態を示す。

【0027】

配管８の内部は、シリンジ圧力伝達用の水である、配管８の内部に充填されるシステム水（液体）２１で充填される。そして、システム水２１により、シリンジポンプ４による圧力を伝達することにより（シリンジポンプ４による減圧動作又は加圧動作により、配管８の内部に充填されるシステム水２１への圧力伝達により）、ノズル２から液体（サンプル）２２を吸引又は吐出することができる。

【0028】

ノズル２から液体２２を吸引するときは、電磁弁５を閉にした状態で、シリンジポンプ４のプランジャ１０を容器９から引く。一方、ノズル２から液体２２を吐出するときは、電磁弁５を閉にした状態で、シリンジポンプ４のプランジャ１０を容器９に押す。

【0029】

なお、ノズル２から液体２２を吸引する場合は、液体２２が配管８の内部に充填されるシステム水２１と混ざらないように、ノズル２から液体２２を吸引する前に、ノズル２２から、液体２２とシステム水２１とを分節するための分節空気２３を吸引する。

【0030】

また、ノズル２から液体２２を吐出した後には、ノズル２を洗浄する。ノズル２の洗浄は、ノズル２の外壁を洗浄水にて洗い流すと同時に、配管８の内部に充填されるシステム水２１をノズル２から押し出し、ノズル２の内壁を洗い流す。

【0031】

なお、システム水２１をノズル２から押し出す場合には、電磁弁５を開にし、ギアポンプ６の圧力を使用する。これにより、この場合は、シリンジポンプ４を使用し、システム水２１を押す場合よりも、高圧でシステム水２１をノズル２から押し出すことができる。

【0032】

また、配管８に設置される圧力センサ１５は、分注動作中に発生する恐れがあるノズル２の詰まりや空吸いなどの異常を検知する。なお、ノズル２の詰まりや空吸いなどの異常が発生した場合には、システム水２１の圧力が変化する。そこで、圧力センサ１５は、システム水２１の圧力をモニタリングし、ノズル２の詰まりや空吸いなどの異常を、圧力変化として、検知する。

【0033】

実施例１では、ノズル２の異常を敏感に捉えるため、ノズル２に近い位置である、アーム１６の内部に、圧力センサ１５を設置する。なお、アーム１６は、ほぼ水平方向に設置されるため、アーム１６の内部を通る配管８もほぼ水平方向に設置される。

【0034】

また、圧力センサ１５の設置位置は、アーム１６の内部に限定されず、例えば、サンプル分注機構１３の内部に、圧力センサ１５を設置してもよい。サンプル分注機構１３の内部に、圧力センサ１５を設置する場合には、サンプル分注機構１３の内部を通る配管８は、ほぼ水平方向に設置される部分（水平部分）を有することが好ましく、圧力センサ１５は、この水平部分に設置されることが好ましい。

【0035】

次に、実施例１に係る圧力センサ１５の基本構造を説明する。

【0036】

図３Ａは、実施例１に係る圧力センサ１５の基本構造を説明する分解斜視図であり、図３Ｂは、実施例１に係る圧力センサ１５の基本構造を説明する、流路３３と重力方向とに沿った断面図である。

【0037】

圧力センサ１５は、シリンダ３２、センサチップ３１、液受け部４０、を有する。

【0038】

また、シリンダ３２の内部には、流路３３が形成され、流路３３からほぼ直交する方向に、シリンダ３２の外面に向かって分岐する分岐路３５が形成される。つまり、シリンダ３２は、その内部に、ほぼ水平方向に形成される流路３３と、流路３３から、その分岐方向が、重力方向下向きとなる（分岐路３５の終端が、分岐路３５の始端よりも、重力方向下側となる）ように分岐する分岐路３５と、を有する。

【0039】

ここで、分岐路３５の分岐方向は、重力方向と平行でなくともよく、分岐路３５の終点が、分岐路３５の始端よりも、重力方向下側となればよい。つまり、分岐路３５の分岐方向が、重力方向に対して、傾いていてもよい。

【0040】

なお、流路３３の両端には、図示しないネジ部が設置され、流路３３と配管８とは、継手を介して、接続される。

【0041】

センサチップ３１は、分岐路３５の終端を塞ぐように、分岐路３５の先端に設置され、シリンダ３２に接合される。そして、センサチップ３１の所定の面（センサ面）が、分岐路３５に充填されるシステム水２１と接触する。なお、シリンダ３２とセンサチップ３１との接合方法には、熱拡散接合、熱硬化型接着剤、ＵＶ付加型接着剤や低融点ガラスなどを使用する接着がある。

【0042】

センサチップ３１は、流路３３を流れるシステム水２１の流体圧を検知する。

【0043】

センサチップ３１は、流路３３を流れるシステム水２１の圧力が変化すると、センサチップ３１の変形部３１ａ（反応部）が歪み、たわみ変形する。そして、センサチップ３１は、この歪みを測定することにより、流路３３を流れるシステム水２１の圧力を測定する。つまり、センサチップ３１は、システム水２１の圧力をモニタリングし、ノズル２の異常を、圧力変化として、検知する。なお、センサチップ３１の歪み測定方法には、歪みゲージや圧電素子などを使用する方法がある。

【0044】

そして、液受け部４０は、センサチップ３１（分岐路３５の分岐方向が重力方向下向きとなるように形成される分岐路３５の先端に設置されるセンサチップ３１）の周囲を覆うように、シリンダ３２に設置される。なお、シリンダ３２と液受け部４０との設置方法には、接着、ねじ止め、スナップフィットなどがある。

【0045】

なお、「センサチップ３１の周囲」とは、センサチップ３１がシステム水２１に接触する面以外の面の周りを意味する。つまり、センサチップ３１のセンサ面以外の５面の周りを意味する。

【0046】

そして、液受け部４０は、特に、センサチップ３１の端部（センサ部）を覆うように、設置され、液受け部４０は、センサチップ３１の重力方向下部（重力方向に対して下側）に設置される。

【0047】

なお、液受け部４０は、センサチップ３１の周囲に内部空間を形成して、設置される。つまり、この内部空間は、液受け部４０とシリンダ３２との間に形成される。

【0048】

このように、実施例１に係る圧力センサ１５は、
（１）流路３３と流路３３からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路３５とを、内部に有するシリンダ３２と、
（２）分岐路３５の先端に設置されるセンサチップ３１と、
（３）センサチップ３１の周囲を覆うように設置される液受け部４０と、
を有する。

【0049】

これにより、実施例１に係る圧力センサ１５は、分岐路３５における気泡を、短時間で排出し、想定外の異常な負荷により、センサチップ３１の端部から液漏れしたシステム水２１の落下を防止することができる。

【0050】

つまり、実施例１によれば、分岐路３５における気泡を除去しやすい姿勢（気泡が除去されやすい姿勢：分岐路３５の分岐方向が重力方向下向きとなる姿勢）で、圧力センサ１５を設置し、想定外の異常な負荷によるセンサチップ３１の端部におけるシステム水２１の液漏れによる影響を低減することができる。

【0051】

そして、実施例１に係る分注装置１は、
（１）液体２２を吸引又は吐出するノズル２と、
（２）ノズル２を移動させるサンプル分注機構１３と、
（３）サンプル分注機構１３に設置され、ノズル２が設置される（ノズル２に接続する）アーム１６と、
（４）サンプル分注機構１３の内部又はアーム１６の内部に設置される圧力センサ１５と、
（５）サンプル分注機構１３の内部及びアーム１６の内部を通り、システム水２１が流れる配管８と、
を有する。

【0052】

そして、圧力センサ１５は、
（６）両端が配管８と接続する流路３３と流路３３からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路３５とを、内部に有するシリンダ３２と、
（７）分岐路３５の先端に設置されるセンサチップ３１と、
（８）センサチップ３１の周囲を覆うように設置される液受け部４０と、
を有する。

【0053】

また、実施例１に係る分注装置１は、システム水２１を流す配管８を有し、両端が配管８と接続する流路３３と、流路３３からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路３５と、を形成し、分岐路３５の先端に設置され、流路３３を流れるシステム水２１の流体圧を検知するセンサチップ３１と、センサチップ３１の周囲を覆うように設置される液受け部４０と、を有する。

【0054】

なお、センサチップ３１とシリンダ３２との接合部は、想定する使用環境における使用に対して、亀裂などの破損がないように、十分な安全率をもって設計される。しかし、想定外の異常な負荷（耐用年数を超過した使用による負荷、仕様温度範囲以外における使用による負荷など）により、センサチップ３１とシリンダ３２との接合界面（センサチップ３１の端部）に、破損が発生する場合があり、破損部からシステム水２１の液漏れ（システム水２１の落下）が発生する恐れがある。特に、液漏れしたシステム水２１が落下すると、他の機器に悪影響を及ぼす恐れがある。

【0055】

こうした課題に対して、実施例１に係る分注装置１は、分岐路３５における気泡を、短時間で排出し、想定外の異常な負荷により、センサチップ３１の端部から液漏れしたシステム水２１の落下を防止することができる。

【0056】

＜比較例１＞
次に、比較例１に係る圧力センサ１５０の気泡を説明する。

【0057】

図４は、比較例１に係る圧力センサ１５０の気泡を説明する断面図である。

【0058】

比較例１に示す圧力センサ１５０は、分岐路３５を重力方向上向きに形成した場合を示す。

【0059】

この場合、分注装置１を作動させるため、流路３３にシステム水２１を流し込むと、分岐路３５が重力方向上向きに形成されているため、浮力により、気泡５００が分岐路３５に滞留する。

【0060】

気泡５００が分岐路３５に滞留すると、システム水２１による圧力伝達時に、気泡５００が膨張収縮し、センサチップ３１で正常に圧力が測定できない恐れがある。

【0061】

次に、比較例１に係る圧力センサ１５０の液漏れを説明する。

【0062】

図５は、比較例１に係る圧力センサ１５０の液漏れを説明する断面図である。

【0063】

この場合、分岐路３５が重力方向上向きに形成されているため、想定外の異常な負荷により液漏れしたシステム水２１ａは、シリンジ３２の上面に留まるため、液漏れしたシステム水２１ａの落下の懸念は、比較的小さい。

【0064】

＜比較例２＞
次に、比較例２に係る圧力センサ１５１の気泡を説明する。

【0065】

図６は、比較例２に係る圧力センサ１５１の気泡を説明する断面図である。

【0066】

比較例２に示す圧力センサ１５１は、分岐路３５を重力方向下向きに形成した場合を示す。

【0067】

この場合、分注装置１を作動させるため、流路３３にシステム水２１を流し込むと、分岐路３５が重力方向下向きに形成されているため、浮力により、気泡５００が分岐路３５から、押し上げられ、気泡５００は分岐路３５に滞留しない。

【0068】

従って、気泡５００の滞留を防止するためには、分岐路３５を重力方向下向きに形成することが好ましい。

【0069】

次に、比較例２に係る圧力センサ１５１の液漏れを説明する。

【0070】

図７は、比較例２に係る圧力センサ１５１の液漏れを説明する断面図である。

【0071】

この場合、分岐路３５が重力方向下向きに形成されているため、想定外の異常な負荷により液漏れしたシステム水２１ａは、シリンジ３２の下面から、落下する恐れがある。

【0072】

＜実施例１に係る圧力センサ１５＞
このように、実施例１に係る圧力センサ１５は、比較例１の圧力センサ１５０及び比較例２の圧力センサ１５１における課題を鑑み、その内部に、流路３３と流路３３からその分岐方向が重力方向下向きとなるように分岐する分岐路３５とを有するシリンダ３２と、分岐路３５の先端に設置されるセンサチップ３１と、センサチップ３１の周囲を覆うように設置される液受け部４０と、を有する。

【0073】

これにより、実施例１に係る圧力センサ１５は、分岐路３５における気泡５００の滞留を防止し、想定外の異常な負荷により、センサチップ３１の端部から（シリンジ３２の下面から）液漏れしたシステム水２１ａの落下を防止することができる。

【0074】

このように、実施例１に係る圧力センサ１５は、分岐路３５における気泡５００の滞留及び想定外の異常な負荷によるシステム水２１の液漏れを同時に防止することができる。

【実施例0075】

次に、実施例２に係る圧力センサ１５２の基本構造を説明する。

【0076】

図８は、実施例２に係る圧力センサ１５２の基本構造を説明する断面図である。

【0077】

実施例２に係る圧力センサ１５２は、実施例１に係る圧力センサ１５に比較して、シリンダ３２と液受け部４０との設置部が相違する。つまり、実施例２に係る圧力センサ１５２は、シリンダ３２と液受け部４０との間の設置部に、封止手段４１を有する。

【0078】

封止手段４１は、システム水２１は透過せず、空気は透過する。

【0079】

これにより、液受け部４０の内部空間は封止される。このため、想定外の異常な負荷により、センサチップ３１の端部から液漏れしたシステム水２１の落下を防止することができる。

【0080】

更に、液受け部４０の内部空間が、大気圧と同じ圧力となるため、センサチップ３１は、液受け部４０の内部空間の圧力変化の影響を受けることがなく、センサ特性を変化させることがない。