説明

液体供給装置及び方法

【課題】 所望の一定量の送液を容易且つ確実に実現する。
【解決手段】 定流量ポンプ1と、定流量ポンプ1から吐出された薬液を貯留する薬液貯留手段であるエアバッファ2と、定流量ポンプ1の駆動を制御するとともに、エアバッファ2に貯留された液体を、送液量の規定値に達するまで送出する制御部3と、液体の送出管路を開閉するバルブ4とを用いて、液体供給装置を構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、所定量の液体を送出する液体供給装置及び方法に関し、例えば試料の分析を行う分析装置の薬液供給部又は洗浄液供給部に適用して好適である。
【背景技術】
【0002】
分析装置では、反応セルに薬液を供給して試薬との反応を行わせ、その後、洗浄液を供給することにより反応セルを洗浄するようにしている。正確な反応処理を行わせるため、薬液については所定量を供給することが求められている。また反応セルの洗浄にあたっては、必要以上の洗浄液を消費しないように所定量の洗浄液で洗浄を行うことが求められている。所定量の薬液や洗浄液を供給するために、例えば、ダイヤフラムポンプ等の定流量ポンプが用いられている。ダイヤフラムポンプは、電磁弁やモータ駆動によりダイヤフラムを往復運動させることにより、吸気弁と吐出弁とを連動して開閉させ、流体を供給する構造となっている。
【0003】
【特許文献1】特開2004−255862号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ダイヤフラムポンプを備えた液体供給装置を、特に液体吐出量の高精度な制御を要する用途、例えば血清等の試料の分析を行う分析装置の薬液供給部や洗浄液供給部に適用する場合に、以下のような問題が発生する。
【0005】
ダイヤフラムポンプ等の定流量ポンプは、ダイヤフラムを往復運動させる構造のポンプであり、吐出と吸込みとを繰り返すため、一定時間内での流量は安定しているが均一な流れにはならず、いわゆる脈動が生じてしまう。従って、所定量の薬液や洗浄液が供給されるように制御することが困難であるという問題がある。
【0006】
この点、定流量ポンプとしていわゆるシリンジポンプを適用することも可能である。しかしながら、シリンジポンプは吐出量の調整を容易に行うことができる反面、高価であり、汎用性に乏しいという問題がある。
【0007】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、所望の一定量の送液を容易且つ確実に実現し、分析装置の薬液供給部や洗浄液供給部のように薬液(洗浄液)の吐出量の高精度な制御を要する用途にも十分に適用することのできる液体供給装置及び方法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】
【0008】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【0009】
本発明の液体供給装置は、液体を所定量毎に吐出する定流量ポンプと、前記定流量ポンプから吐出された液体を貯留する液体貯留手段と、前記定流量ポンプの駆動を制御するとともに、前記液体貯留手段に貯留された液体を、送液量の規定値に達するまで送出する制御手段とを含む。
【0010】
本発明の液体供給装置の一態様では、前記液体貯留手段は、内部の雰囲気の圧力が液体の貯留量の指標とされてなるエアバッファであり、前記制御手段は、前記液体貯留手段に貯留された液体を、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が送液量の規定値に対応する値に達するまで送出する。
【0011】
本発明の液体供給装置の一態様では、前記液体貯留手段は、内部の雰囲気の圧力が調節自在とされている。
【0012】
本発明の液体供給装置の一態様では、前記液体貯留手段は、内部の容量が調節自在とされている。
【0013】
本発明の液体供給装置の一態様は、液体の送出管路を開閉するバルブを更に含み、前記制御手段は、前記バルブを閉じた状態で前記定流量ポンプを駆動させ、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が所定値に達したと判断した際に前記定流量ポンプの駆動を停止させた後、前記バルブを開放し、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が前記規定値に対応する値に達したと判断した際に前記バルブを閉じる。
【0014】
本発明の液体供給装置の一態様では、前記制御手段は、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力により液体を送出する加圧時間を調整して、液体の送出量を制御する。
【0015】
本発明の液体供給方法は、液体を所定量毎に吐出する定流量ポンプと、前記定流量ポンプから吐出された液体を貯留し、内部の雰囲気の圧力が液体の貯留量の指標とされてなる液体貯留手段とを用いて、前記定流量ポンプの駆動を開始する手順と、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が所定値に達したと判断した際に前記定流量ポンプの駆動を停止させる手順と、前記液体貯留手段に貯留された液体を送出する手順と、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が前記規定値に対応する値に達したと判断した際に、液体の送出を停止させる手順とを含む。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、所望の一定量の送液を容易且つ確実に実現し、分析装置の薬液供給部や洗浄液供給部のように薬液(洗浄液)の吐出量の高精度な制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、本発明を適用した好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0018】
(液体供給装置の基本構成)
図1は、本実施形態による液体供給装置の概略構成を示す模式図である。
この液体供給装置は、液体を所定量毎に吐出する定流量ポンプ1と、定流量ポンプ1と配管6で接続されており、定流量ポンプ1から吐出された液体を貯留する液体貯留手段であるエアバッファ2と、定流量ポンプ1の駆動を制御するとともに、エアバッファ2に貯留された液体を、送液量の規定値に達するまで送出する制御部3と、エアバッファ2と配管6で接続されており、液体の送出管路を開閉するバルブ4と、バルブ4を介して送出された液体を吐出する液体ノズル5とを備えて構成されている。
【0019】
定流量ポンプ1は、バイモルポンプに代表される小型・軽量、安価で汎用性の高いポンプである。また、バルブ4は、制御部3からの指示に基づいて開閉動作をして、液体の送出及びその停止を行う。
【0020】
エアバッファ2は、内部の雰囲気、ここでは空気の圧力(空気圧)が液体の貯留量の指標とされており、内部の空気圧を測定する圧力センサ11と、内部の空気圧を調節自在とする調圧弁12とを備えており、内部の容積(空気及び液体の貯留部)が可変とされてなるものである。
【0021】
本発明以外におけるエアバッファの適用例としては、例えば特許文献1では、インクジェットプリンタにおいて、インクと気泡とを貯留するエアバッファを各インク供給チャンネルに対応して複数設け、各エアバッファから相互に等しい排気量で気泡の排出を行う技術が開示されている。
【0022】
制御部3は、定流量ポンプ1、エアバッファ2及びバルブ4とそれぞれ電気的に接続されており、バルブ4を閉じた状態で定流量ポンプ1を駆動させ、エアバッファ2内の空気の圧力が所定値に達したと判断した際に定流量ポンプ1の駆動を停止させる。その後、制御部3は、バルブ4を開放し、エアバッファ2内の空気圧により液体を送出する。そして、制御部3は、エアバッファ2内の空気圧が規定値に対応する値に達したと判断した際に、バルブ4を閉じてエアバッファ2からの液体の送出を停止させる。
【0023】
ここで、エアバッファ2内の空気圧による送液量は、その加圧時間により一義に規定されることから、制御部3を、エアバッファ2内の空気圧が所定値に達したと判断してバルブ4を開放したときに、エアバッファ2内の空気圧により液体を送出する加圧時間を調節して送液量を制御するように構成しても良い。
【0024】
(液体供給装置の基本動作)
ここで、図1に示す液体供給装置を用いた液体供給方法について説明する。
図2は、本実施形態による液体供給装置の基本動作を示すフロー図である。
【0025】
先ず、バルブ4が閉ざされた状態において、制御部3は、定流量ポンプ1を駆動して液体の吐出を開始させる(ステップS1)。
ここで、定流量ポンプ1は例えばダイヤフラムポンプであれば、ダイヤフラムの振動周期で液体を吐出する。吐出された液体はエアバッファ2内に貯留されてゆく。エアバッファ2内には予め所定圧の空気が封入されており、液体が貯留されてゆくにつれてエアバッファ2内の空気圧が上昇する。エアバッファ2内の液体量は、エアバッファ2内の空気圧に対応して当該空気圧により一義に規定されている。当該空気圧は、エアバッファ2に設置された圧力センサ11により測定されている。
【0026】
続いて、制御部3は、圧力センサ11によるエアバッファ2内の空気圧の測定値を継続的に認識し、予め定められた液体の所定量に対応する空気圧に達したか否かを判断する(ステップS2)。当該空気圧に達したと判断した際に、定流量ポンプ1の駆動を停止させる(ステップS3)。
このとき、エアバッファ2内では、閉ざされたバルブ4により空気圧に拮抗して、所定量の液体が貯留された状態となる。
【0027】
続いて、制御部3は、バルブ4を開放する(ステップS4)。
バルブ4の開放により、エアバッファ2が加圧源として機能し、内部の空気圧によりエアバッファ2内に貯留された液体が送出され、液体ノズル5から吐出されてゆく。
【0028】
続いて、制御部3は、エアバッファ2内の空気圧が予め定められた液体の規定値に対応する値に達したか否かを判断する(ステップS5)。当該規定値に達したと判断した際に、バルブ4を閉じてエアバッファ2からの送液を停止させる(ステップS6)。
【0029】
なお、上記の例では、エアバッファ2から液体を送出する際に、制御部3がエアバッファ2内の空気圧を継続的に認識する場合について説明したが、上述したように、エアバッファ2内の空気圧による送液量が加圧時間の関数として一義に規定されることを利用して、当該加圧時間を調節して送液量を制御するようにしても良い。
【0030】
本実施形態では、定流量ポンプ1の駆動によりエアバッファ2内に規定値よりも多い所定量の液体を貯留させておき、送液時にエアバッファ2内の空気圧又は加圧時間で送液量を制御する場合について例示したが、液体の所定量を規定値として、即ち定流量ポンプ1の駆動によりエアバッファ2内に規定値の液体を貯留し、バルブ4の開放によりエアバッファ2内の液体を全て送出する構成も考えられる。
【0031】
以上説明したように、本実施形態においては、エアバッファ2を加圧源として用い、エアバッファ2内の空気圧により規定値の液体を送出する構成を採る。この構成により、定流量ポンプ1の脈動による吐出量のバラツキが、送出される液体量に反映されることなく、予め定められた規定値分だけ正確に送液することが可能となる。
【0032】
(本実施形態による液体供給装置の分析装置への適用例)
以下、本実施形態による液体供給装置を分析装置の洗浄液供給部として適用した一例について説明する。
図3は、本実施形態による液体供給装置を洗浄液供給部として備えた分析装置の概略構成を示す模式図である。
【0033】
この分析装置は、試料を反応セルに分注して試薬と反応させる反応処理と、反応後に反応セルから残液を吸引し、更に反応セル及びノズル等を洗浄する洗浄処理とが可能である。
【0034】
周方向に沿って反応セルが並べられたテーブル301まわりには、試料を各反応セルに分注するための分注ノズル302と、各反応セル内の試料を攪拌するためのセル攪拌器303と、各反応セルを洗浄するための洗浄ノズル304とが配置される。
【0035】
また、テーブル301まわりには、容器状の形状を有し、分注ノズル302又はセル攪拌器303が挿入された状態でこれらを洗浄する洗浄器305a、305bが配設される。図3の分析装置では、洗浄器305aが分注ノズル302に、洗浄器305bがセル攪拌器303にそれぞれ対応して設けられている。洗浄器305a、305bは、その内部に精製水又は洗浄液が充填された状態で、分注ノズル302又はセル攪拌器303が挿入されることで、これらの外面を洗浄することができる。
【0036】
さらに、分析装置には、精製水が充填された精製水タンク306、洗浄液(洗剤等)が充填された洗浄液タンク307、反応後の残液等の廃液を貯えるための廃液用タンク308、309が設けられる。
【0037】
精製水タンク306は、ポンプ310aが配設された配管310を介して分注ノズル302、洗浄ノズル304、洗浄器305a、305bに接続する。なお、配管310は、後述する三方弁316の位置で配管310b、310cに分岐している。配管310bは分注ノズル302、洗浄器305a、305bに接続し、配管310cは洗浄ノズル304に接続している。三方弁310bは、ポンプ310aの駆動によって、精製水は精製水タンク306から分注ノズル302、洗浄ノズル304、及び各洗浄器305a、305bに供給される。
【0038】
また、洗浄液タンク307は、本実施形態の洗浄液供給部100が配設された配管311を介して洗浄ノズル304、洗浄器305a、305bに接続する。この洗浄液供給部100は、上述した定流量ポンプ1、エアバッファ2、制御部3及びバルブ4を備えて構成されている。洗浄液供給部100の作用によって、洗浄液は洗浄液タンク307から洗浄ノズル304(液体ノズル5に相当する)及び各洗浄器305a、305bに供給される。なおこの場合、制御部3は、定流量ポンプ1、エアバッファ2及びバルブ4のみならず、ポンプ310a,312a、313a等の分析装置を構成する各部を総括制御する。
【0039】
また、廃液用タンク308、309は、ポンプ312a、313aが配設された配管312、313を介して洗浄ノズル304、各洗浄器305a、305bに接続する。ポプ312a、313aの駆動によって、反応セル内の廃液は洗浄ノズル304から吸引され廃液用タンク308、309に廃棄され、洗浄器305a、305bに溜まった廃液は吸引されて廃液用タンク308に廃棄される。
【0040】
また、分析装置には、三方弁315が、シリンダ314、分注ノズル302、及び配管310をつなぐ形で設けられている。三方弁315は、ポンプ310aで吸い上げられた精製水について、シリンダ314、分注ノズル302、及び配管310の間で精製水の供給先を切り替えて分注ノズル302による分注処理及び洗浄処理を実現するものである。すなわち、三方弁315は、配管310とシリンダ314とを直結するように切り替えることで精製水をシリンダ314に注入でき、シリンダ314に精製水が注入された状態でシリンダ314と分注ノズル302とを直結するように切り替えることで精製水の水圧による分注動作(試料の吸引・吐出動作)を行わせることができる。また、配管310と分注ノズル302とを直結するように切り替えることで、精製水を分注ノズル302から排出させて分注ノズル302内部の洗浄を行わせることができる。分注ノズル302内部の洗浄の際には、分注ノズル302は予め洗浄器305aに挿入しておき、洗浄液を洗浄器305aに排出する。
【0041】
また、配管310における分注ノズル302と洗浄ノズル304との分岐点にも三方弁316が設けられている。三方弁316は、ポンプ310aで吸引した精製水を分注ノズル302又は洗浄ノズル304のいずれかに供給するように経路を切り替えることができる。分注ノズル302では、精製水は分注処理及び洗浄処理の両方の目的に用いられるが、分注処理のために精製水をシリンダ314に供給する際に、洗浄処理に用いられる洗浄ノズル304にも同時に精製水が供給されると、シリンダ314への精製水の流入量が減少したり、洗浄ノズル304から精製水が流出したりして分注処理に支障が出る。このため、精製水の供給経路をいずれか一つに切り替える目的で三方弁316が設けられている。
【0042】
また、配管310における分注ノズル302と洗浄器305aとの分岐点にも三方弁317が設けられ、分注ノズル302と洗浄器305bとの分岐点にも三方弁318が設けられている。三方弁317、318は、ポンプ310aで吸引した精製水を分注ノズル302又は洗浄器305a、305bのいずれかに供給するように経路を切り替えることができる。三方弁317、318も、三方弁316と同様の理由により、各分岐点において精製水の供給経路をいずれか一つに切り替える目的で設けられている。
【0043】
三方弁315〜318による精製水の供給経路の切り替え動作について、処理別に説明する。なお、三方弁315〜318の切り替え動作は、図示しない弁制御部によって制御される。分注ノズル302による分注処理の場合、まず三方弁316において、ポンプ310a、分注ノズル302側の配管310bを直結するように弁が切り替わり、ポンプ310aの駆動によって分注ノズル302へ精製水が供給される。この際、三方弁318、317については予め、分注ノズル302側に精製水が供給されるよう弁を切り替えておく。供給された精製水が三方弁315に到達すると、三方弁315は、まずシリンダ314と配管310bとを直結するように弁が切り替わり、これによりシリンダ314に精製水が注入される。分注処理に必要な量の精製水が注入されると、三方弁315はシリンダ314と分注ノズル302とを直結するように弁が切り替わって精製水の注入が停止され、更にポンプ310aが停止されると、配管310bからの精製水の供給を終了する。以後、分注ノズル302は、シリンダ314のピストン動作によって、精製水の水圧を利用した分注処理が可能となる。
【0044】
分注ノズル302による洗浄処理の場合、三方弁316、317、318の切り替え動作は、上述した分注処理の場合と同様である。ポンプ310aにより精製水が三方弁315に到達すると、三方弁315は、配管310と分注ノズル302とを接続するように弁が切り替わる。これにより、分注ノズル302から精製水が排出され、分注ノズル302の内部の洗浄が行われる。
【0045】
洗浄ノズル304による洗浄処理の場合は、三方弁316において、ポンプ310aと、洗浄ノズル304側の配管310cを接続するように弁が切り替わり、ポンプ310aの駆動によって洗浄ノズル304へ精製水が排出され、反応セルの洗浄が可能となる。
【0046】
洗浄器305a、305bへの精製水の供給の場合、まず三方弁316によって、ポンプ310aと、分注ノズル302側の配管310bとを直結するように弁が切り替わり、ポンプ310aの駆動により分注ノズル302側へ精製水が供給される。この状態で三方弁317において洗浄器305aと配管310bとを直結するように弁が切り替わると、洗浄器305a内に精製水が供給され、次に三方弁318において洗浄器305bと配管310bとを接続するように弁が切り替わると、精製水は洗浄器305bに供給される。
【0047】
なお、上述した各処理において、三方弁315〜318は、切り替えの際に弁の開放度合いを調整して、精製水の流入量を調整するようにしてもよい。
【0048】
また、図3では図示を省略するが、洗浄器305a、305bの開口部近傍に、廃液用タンク308又は309に廃液を排出させるためにポンプが配設された配管を接続するようにしてもよい。このような構成により、洗浄器305a、305bから廃液が溢れ出しそうな状況において、ポンプを駆動させて当該配管を介して廃液を吸引し廃液用タンク308又は309に廃棄でき、洗浄器305a、305bから廃液が溢れ出すことによる汚染を防止することができる。
【0049】
次に、図3に示した分析装置における洗浄処理の動作について説明する。図3の分析装置では、反応セルがノンディスポーザブル(セミディスポーザブル)となっており、反応セルに反応処理後の残液等が残っていると、次回の反応処理に影響を及ぼすおそれがあるため、各反応セルを洗浄することが必要である。同様に、分注ノズル302がノンディスポーザブル(セミディスポーザブル)である場合も、汚染防止のため洗浄することが必要である。セル攪拌器303においても同様である。
【0050】
そこで、各反応セルでの反応処理過程又は反応処理後に洗浄処理を行う。すなわち、洗浄ノズル304を反応セル内に挿入し、ポンプ312a、313aを駆動することにより反応セル内の廃液を吸引して、廃液用タンク308、309に廃棄する。そして、ポンプ310a、洗浄液供給部100を作動することにより、洗浄ノズル304から反応セル内に洗浄液や精製水を供給し(吐出)し、更にポンプ312a、313aを駆動してそれを吸引して廃液用タンク308、309に廃棄することを繰り返して、反応セルを洗浄する。なお、洗浄液により洗浄を行う場合は、最後に精製水の吐出/吸引を繰り返して、反応セル内をゆすぐ。
【0051】
また、洗浄器305a、305bに対し、ポンプ310aを駆動することにより精製水が供給され、次に洗浄液供給部100を作動することにより洗浄液が供給され、これらの混合液に分注ノズル302及びセル攪拌器303を挿入してこれらの外面を洗浄する。また、分注ノズル302については、洗浄器305aに挿入された状態で、ポンプ310aを駆動して精製水を分注ノズル302に供給して排出させ、内面を洗浄する。そして、ポンプ312a、313aを駆動することにより洗浄器305a、305b内の洗浄後の液体(廃液)を吸引して、廃液用タンク308に廃棄する。
【0052】
以上説明したように、本実施形態によれば、所望の一定量の送液を容易且つ確実に実現し、分析装置の洗浄液供給部のように薬液(洗浄液)の吐出量の高精度な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本実施形態による薬液供給装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】本実施形態による薬液供給装置の基本動作を示すフロー図である。
【図3】本実施形態による薬液供給装置を洗浄液供給部として備えた分析装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【0054】
1 定流量ポンプ
2 エアバッファ
3 制御部
4 電磁弁
5 薬液ノズル
6 配管
11 圧力センサ
12調圧弁
100 洗浄液供給部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体を所定量毎に吐出する定流量ポンプと、
前記定流量ポンプから吐出された液体を貯留する液体貯留手段と、
前記定流量ポンプの駆動を制御するとともに、前記液体貯留手段に貯留された液体を送液量の規定値に達するまで送出する制御手段と
を含むことを特徴とする液体供給装置。
【請求項2】
前記液体貯留手段は、内部の雰囲気の圧力が液体の貯留量の指標とされてなるエアバッファであり、
前記制御手段は、前記液体貯留手段に貯留された液体を、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が送液量の規定値に対応する値に達するまで送出することを特徴とする請求項1に記載の液体供給装置。
【請求項3】
前記液体貯留手段は、内部の雰囲気の圧力が調節自在とされていることを特徴とする請求項2に記載の液体供給装置。
【請求項4】
前記液体貯留手段は、内部の容量が調節自在とされていることを特徴とする請求項2又は3に記載の液体供給装置。
【請求項5】
液体の送出管路を開閉するバルブを更に含み、
前記制御手段は、
前記バルブを閉じた状態で前記定流量ポンプを駆動させ、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が所定値に達したと判断した際に前記定流量ポンプの駆動を停止させた後、
前記バルブを開放し、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が前記規定値に対応する値に達したと判断した際に前記バルブを閉じることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の液体供給装置。
【請求項6】
前記制御手段は、前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力により液体を送出する加圧時間を調整して、液体の送出量を制御することを特徴とする請求項5に記載の液体供給装置。
【請求項7】
液体を所定量毎に吐出する定流量ポンプと、前記定流量ポンプから吐出された液体を貯留し、内部の雰囲気の圧力が液体の貯留量の指標とされてなる液体貯留手段とを用いて、
前記定流量ポンプの駆動を開始する手順と、
前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が所定値に達したと判断した際に前記定流量ポンプの駆動を停止させる手順と、
前記液体貯留手段に貯留された液体を送出する手順と、
前記液体貯留手段内の雰囲気の圧力が前記規定値に対応する値に達したと判断した際に、液体の送出を停止させる手順と
を含むことを特徴とする液体供給方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−51981(P2007−51981A)
【公開日】平成19年3月1日(2007.3.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−239048(P2005−239048)
【出願日】平成17年8月19日(2005.8.19)
【出願人】(390029791)アロカ株式会社 (899)
【Fターム(参考)】