液体試料分注装置
【課題】 必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置を提供する。
【解決手段】 分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたことを特徴とする。
【解決手段】 分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例１のサンプル分注装置およびそれを用いた自動分析装置は、サンプルプローブ、分注シリンジを含む分注流路系に圧力センサを接続し、試料の分注動作時における圧力センサの出力値を複数個取込み、これら得られた複数個の圧力センサ出力値を項目とした多項目分析（マハラノビス距離）を行い、閾値と比較することで分注が正常に行われたか判定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来例１の実施の形態のサンプル分注装置の概略構成図である。
【０００４】
サンプルプローブ１０１はチューブ１０２を介し、分注シリンジ１０３に接続され、それらの内部は液体で充填されている。分注シリンジ１０３はシリンダ１０３ａとプランジャ１０３ｂからなり、プランジャ１０３ｂには分注シリンジ駆動手段１０４が接続されている。シリンダ１０３ａを固定し、プランジャ１０３ｂを分注シリンジ駆動手段１０４によって上下に駆動させ、これによって試料の分注動作を行う。また、サンプルプローブ１０１にはサンプルプローブ駆動手段１０５が接続されており、これによってサンプルプローブ１０１を所定の位置に移動することが可能となる。なお、分注シリンジ駆動手段１０４およびサンプルプローブ駆動手段１０５は、制御部１０６によって制御される。
【０００５】
いま、サンプルプローブ駆動手段１０５によってサンプルプローブ１０１が下降動作を行い、試料容器１０７内の試料１０８の液中に到達すると、分注シリンジ駆動手段１０４によって分注シリンジ１０３が吸引動作を行う。なお、サンプルプローブ１０１が試料１０８液中に到達する以前に、サンプルプローブ１０１内に充填されている液体と試料１０８が混じり合わないよう、あらかじめ空気（分節空気）が吸引されているものとする。試料吸引動作が終了すると、サンプルプローブ１０１は試料吐出位置へ移動し、分注シリンジ１０３が吐出動作を行う。
【０００６】
分注終了後、必要に応じて、給水ポンプ１０９によって給水タンク１１０内の洗浄水１１１を高圧で流し、サンプルプローブ１０１を洗浄することが可能である。その切り替えは電磁弁１１２で行い、これは制御部１０６によって制御される。
【０００７】
従来例１の主たる目的である分注の異常を検知する手段としての圧力センサ１１３は、分岐ブロック１１４を介し、サンプルプローブ１０１、チューブ１０２、分注シリンジ１０３を含む分注流路系に接続されている。ここで、圧力センサ１１３はサンプルプローブ１０１開口部の圧力変動を感度良く検出するため、可能な限りサンプルプローブ１０１側に接続することが望ましい。
【０００８】
圧力センサ１１３の出力信号はアンプ１１５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１６によってデジタル信号に変換される。更にＡ／Ｄ変換器１１６の出力はマイクロコンピュータ１１７へ送られ、分注が正常に実施されたか判定する。
【０００９】
図１４は、従来例１の実施の形態の分注の異常検知の処理フロー図である。
【００１０】
試料分注時におけるサンプルプローブを含めた分注流路系の内部圧力は、微小な変化も含め絶えず変化し、圧力センサの出力もそれに追従して変化する。従来例１は刻々と変化する圧力値を時系列に沿って逐一取込み、これら取込んだ圧力値の集合（以下、時系列圧力データ群と称する）をそのまま利用する（Ｓ１）。
【００１１】
次に、上記より得られた時系列圧力データ群から、マハラノビス距離を求める（Ｓ２）。ここで、マハラノビス距離は多変量解析の一手法であり、ある被検査対象が基準となる集団（以下、基準空間と称する）に属するかを測る尺度となる。従来例１では、分注が正常に実施されたときの時系列圧力データ群を基準とし、この集団が基準空間となる。
【００１２】
分注が正常に実施されたときのマハラノビス距離は１近傍の値を示すのに対し、異常であった場合はその距離が１より極めて大きな値をとる。これを利用して、閾値判定により分注の正常・異常の判定を行う（Ｓ３）。
【００１３】
このように、従来例１のサンプル分注装置およびそれを用いた自動分析装置は、圧力センサの感度のばらつきが存在しても、確度の高い判定結果を出すことができる。
【００１４】
従来例２の分注装置は、圧力伝達液を送出・吸引する分注ポンプと、分注ポンプの作動により、分注する検体液を吸入・吐出するノズルと、圧力伝達液の圧力を検出する圧力センサと、異常検出手段とを備える。対象液を分注するのに先立ち、その分注を行うときと同様の作動条件で、かつノズルの先端開口を液体に接触させない状態で分注ポンプを予備作動させる。メモリは作動のときに圧力センサにより検出された圧力の変動を表す基準圧力データを記憶し、異常検出手段は、分注ポンプが本作動して対象液を実際に分注したときに圧力センサにより検出された圧力の変動を表す分注時圧力データと、基準圧力データとに基づいて、吸入異常および吐出異常を検出する（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
図１５は、従来例２の分注装置の実施形態を模式的に示す図である。
【００１６】
図１５に示すように、従来例２の分注装置２０１は、図示しない装置本体に固定的に設置された分注ポンプ２０２と、分注する検体液（対象液）３００をその先端開口２３１から吸入・吐出するノズル２０３と、ノズル２０３を水平方向および鉛直方向に移動させるノズル移動機構２０４と、分注ポンプ２０２およびノズル移動機構２０４の作動を制御する制御手段２０５とを有している。
【００１７】
分注ポンプ２０２は、シリンジ型のポンプであり、シリンダ２２１と、該シリンダ２２１内で摺動可能に設置されたピストン２２２と、ピストン２２２を移動させるポンプ駆動部２２３とを有している。ポンプ駆動部２２３の詳細な図示は省略するが、例えば、送りネジ（ボールネジ）とこれを回転するサーボモータ（ステッピングモータ）とでピストン２２２を駆動するように構成される。シリンダ２２１とピストン２２２とで囲まれた空間には圧力伝達液４００が充填されている。ピストン２２２が移動すると、分注ポンプ２０２は、圧力伝達液４００をノズル２０３側へ送出したり、ノズル２０３側から吸引したりする。
【００１８】
図１５に示すように、従来例２の分注装置２０１は、分注ポンプ２０２からノズル２０３に至る経路にある圧力伝達液３００の圧力を検出する圧力センサ２０９と、この圧力センサ２０９により検出された圧力データを記憶可能なメモリ２１２と、圧力センサ２０９により検出された圧力データに基づいて分注異常を検出する異常検出手段２１３とをさらに備えている。
【００１９】
従来例２の分注装置２０１では、以下に説明するような方法により、分注異常を検出する。
【００２０】
［１］ノズル２０３内に検体液３００を吸入するために、制御手段２０５は、ノズル２０３を分注元容器５００の上方に移動させる。次いで、分注ポンプ２０２を所定量吸引作動させることにより、ノズル２０３の先端に空気層７００を形成する。
【００２１】
［２］次いで、ノズル２０３を分注元容器５００へ向けて下降させる。ノズル２０３が下降している最中であって、まだ先端開口２３１が検体液３００に接触していない状態（空中にある状態）のとき、制御手段２０５は、この後に実際に分注を行うときと同様の作動条件で分注ポンプ２０２を予備作動させる。
【００２２】
この予備作動においては、分注ポンプ２０２は、まず予備吸引作動を行う。この予備吸引作動は、実際に検体液３００をノズル２０３に吸入するときと同様の、ピストン２２２の駆動速度および駆動量で行う。この予備送出作動を行うと、ノズル２０３の先端開口２３１からは空気が吸入される。続けて、分注ポンプ２０２は、予備送出作動を行う。この予備送出作動は、実際に検体液３００をノズル２０３から吐出するときと同様の、ピストン２２２の駆動速度および駆動量で行う。この予備送出作動を行うと、ノズル２０３の先端開口２３１から空気が吐出される。
【００２３】
［３］図１６は、上記のような予備作動をしたときに圧力センサ２０９で検出される圧力の変化を示すグラフである。同図に示すように、分注ポンプ２０２が予備吸引作動や予備送出作動を行うと、圧力伝達液４００が配管２０６およびチューブ配管２０７内を流動するが、その流動の動圧と配管内での圧力損失のほかに、非定常流れの影響により、圧力センサ２０９で検出される圧力は、吸引・送出動作の開始と終了時に波打つように振動する。また、図１６において圧力が時間の経過とともに全体的な傾向として低下しているのは、ノズル２０３の下降に伴う水頭圧の変化によるものである。
【００２４】
［４］異常検出手段２１３は、圧力センサ２０９で検出された圧力を、圧力センサ出力回路２１４を介して取り込み、次のようにして、水頭圧の補正を行う。予備分注作動開始時にノズル２０３が位置する高さを原点としたときの、予備分注作動中におけるノズル２０３の高さＺを制御手段２０５から取得し、水頭差ρｇＺ（ρは圧力伝達液４００の密度、ｇは重力加速度）を計算する。また、単に予備分注開始時の圧力Ｐ１と終了時の圧力Ｐ３との差で補正しても良い。そして、この水頭圧を補正することにより、図１７に示すような基準圧力データが得られる。
【００２５】
この基準圧力データは、分注ポンプ２０２が実際の分注時と同様に作動したときの、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧および非定常流れの影響が圧力センサ２０９で検出される圧力に及ぼす影響を表すデータとなるものである。
【００２６】
異常検出手段２１３は、予備吸引作動時の基準圧力データを予備吸引時圧力データＤ１、予備送出作動時の基準データを予備送出時圧力データＤ２として、これらをメモリ２１２に記憶（格納）する。予備吸引時圧力データＤ１は、所定の時間間隔（サンプリングタイム）で取得された多数の値の集合、すなわちＤ１ｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）で構成されており、同様に、予備送出時圧力データＤ２はＤ２ｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，ｍ）で構成されている。なお、Ｄ１とＤ２の測定開始点（Ｄ１０とＤ２０）はポンプ動作開始を基準にポンプ動作開始時間またはそれより少し前にすればよい。
【００２７】
［５］下降中のノズル２０３が検体液３００に送液したら、ノズル２０３を停止させる。このとき、公知の方法によって液面検出を行ってもよい。次いで、分注ポンプ２０２を本吸引作動させて、実際に検体液３００をノズル２０３内に吸入する。
【００２８】
［６］検体液３００をノズル２０３内に吸入しているとき、異常検出手段２１３は、圧力センサ２０９により検出された吸入時圧力データ（分注時圧力データ）Ｄ３を予備吸引時圧力データＤ１と同じ測定開始点および測定間隔で取得する（図１８参照）。次いで、異常検出手段２１３は、予備吸引時圧力データＤ１と吸入時圧力データＤ３との差分データＤＡを下記式に基づいて計算する。
ＤＡｉ＝Ｄ３ｉ−Ｄ１ｉ＋ΔＰ （ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）
ここで、ΔＰは、予備吸引作動開始時の圧力をＰ１、検体液３００の吸入開始時の圧力をＰ３としたとき、ΔＰ＝Ｐ３−Ｐ１であり、このΔＰを用いることにより、予備吸引時圧力データＤ１と吸入時圧力データＤ３との水頭圧の差を補正することができる。ΔＰは、圧力センサ２０９で検出された値を用いて前記式ΔＰ＝Ｐ３−Ｐ１に基づいて直接算出してもよく、あるいは、予備吸引作動開始時のノズル２０３高さと検体液３００の吸入時のノズル２０３高さとの差ΔＺを制御手段２０５から取得し、ΔＰ＝ρｇΔＺとして算出してもよい。
【００２９】
検体液３００の吸入動作が正常な場合、差分データＤＡは、例えば図１９に示すグラフのようになる。異常検出手段２１３は、この差分データＤＡに基づいて吸入異常を検出する。例えば、差分データＤＡの最小値ＤＡｍｉｎがしきい値ＰＴ１より小さい場合には、吸引詰まりが発生したものと判定し、そうでない場合には吸引詰まりが発生していないと判定する。同様にして、他のしきい値を用いたり、差分データＤＡの変動パターンを認識することにより、吸入量不足（ショートサンプル）や、気泡吸入等の吸入異常を検出することができる。
【００３０】
差分データＤＡは、実際の吸入時圧力データＤ３から予備吸引時圧力データＤ１を引いたものであるので、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧との影響が取り除かれており、よって、ノズル２０３が検体液３００を吸入することによる圧力変化のみを正確に表したものとなっている。したがって、この差分データＤＡに基づいて判定を行うことにより、異常検出手段２１３は、上記のような吸入異常の有無を正確に判定することができる。
【００３１】
なお、異常検出手段２１３は、上記のように差分データＤＡそのものをしきい値と比較して判定を行ってもよいし、また、他の公知技術を利用して差分データＤＡの１次部分値や２次微分値を算出して、ＤＡの変動パターンを認識することにより吸引詰まりや吸入量不足（ショートサンプル）や気泡吸入等の吸入異常を検出することができる。
【００３２】
［７］異常検出手段２１３が吸入異常の発生を検出した場合には、図示しない報知手段（アラームなど）によってその旨をオペレーターに報知するとともに、必要であれば既に吸入した検体液３００を吐き戻す。その後、ノズル２０３を洗浄した後、同一の分注元容器５００に対して分注を再度試みるか、または別の分注元容器５００の分注を行う。
【００３３】
［８］異常検出手段２１３が吸入異常の発生を検出しなかった場合、すなわち検体液３００を正常に吸入できた場合には、制御手段２０５は、ノズル２０３を分注先容器６００の上方へ移動させ、所定高さまで下降させた後、分注ポンプ２０２を本送出作動させて、ノズル２０３内の検体液３００を分注先容器６００内へ吐出する。検体液３００をノズル２０３から吐出しているとき、異常検出手段２１３は、圧力センサー２０９により検出された吐出時圧力データ（分注時圧力データ）Ｄ４を予備送出時圧力データＤ２と同じ測定開始点および同じ測定間隔で取得する（図２０参照）。次いで、異常検出手段２１３は、予備送出時圧力データＤ２と吐出時圧力データＤ４との差分データＤＤを下記式に基づいて計算する。
ＤＤｉ＝Ｄ４ｉ−Ｄ２ｉ＋ΔＰ´ （ｉ＝０，１，２，・・・，ｍ）
ここで、ΔＰ´は、予備吸引作動開始時の圧力をＰｉ、検体液３００の吐出開始時の圧力をＰ４としたとき、ΔＰ´＝Ｐ４−Ｐｉであり、このΔＰ´を用いることにより、予備送出時圧力データＤ２と吐出時圧力データＤ４との水頭圧の差を補正することができる。ΔＰ´は、圧力センサ２０９で検出された値を用いて前記式ΔＰ´＝Ｐ４−Ｐｉに基づいて直接算出してもよく、あるいは、予備送出作動開始時のノズル２０３高さと検体液３００の吐出時のノズル２０３高さとの差ΔＺ´を制御手段２０５から取得し、ΔＰ´＝ρｇΔＺ´として算出してもよい。
【００３４】
検体液３００の吐出動作が正常な場合、差分データＤＤは、例えば図２１に示すグラフのようになる。異常検出手段２１３は、この差分データＤＤに基づいて吐出異常を検出する。例えば、差分データＤＤの最大値ＤＤｍａｘがしきい値ＰＴ２より大きい場合には、吐出詰まりが発生したものと判定し、そうでない場合には吐出詰まりが発生していないと判定する。
【００３５】
差分データＤＤは、実際の吐出時圧力データＤ４から予備送出時圧力データＤ２を引いたものであるので、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧との影響が取り除かれており、よって、ノズル２０３が検体液３００を吐出することによる圧力変化のみを正確に表したものとなっている。したがって、この差分データＤＤに基づいて判定を行うことにより、異常検出手段２１３は、上記のような吐出異常の有無を正確に判定することができる。
【００３６】
このように、従来例２の分注装置は、圧力センサの出力データを基に分注異常の有無を正確に判定・検出することができる。
【特許文献１】特開２００４−１２５７８０公報（第１７頁、図１，３）
【特許文献２】特開２００５−２２７１０２公報（第１２，１３頁、図１，５−１０ ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
ところが従来例においては、サンプルプローブ、分注シリンジを含む分注流路系に圧力センサを接続し、試料の分注動作時における圧力センサの出力値を基準の圧力値と比較することで、分注異常を検出しているが、圧力センサは応答時間が長く、感度にばらつきがあるため、分注異常の判定が遅れるという問題点があった。また、分注用アクチュエータの異常判定ができないという問題点があった。
【００３８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する液体試料分注装置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】
【００３９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたものである。
【００４０】
請求項２に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものである。
【００４１】
請求項３に記載の発明は、前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意され、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出時における動作関連のデータとから算出されたマハラノビス距離と、予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものである。
【００４２】
請求項４に記載の発明は、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いるものである。
【００４３】
請求項５に記載の発明は、前記分注用アクチュエータが異常と判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部を備えたものである。
【発明の効果】
【００４４】
請求項１および２に記載の発明によると、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備え、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより、分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によると、前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意されているので、任意の分注条件において分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明によると、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることで、分注用アクチュエータの動作状態を常に監視でき、分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４７】
請求項５に記載の発明によると、前記吐出条件判定部が前記分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とすることで、分注用アクチュエータが異常の際の動作を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００４９】
図１は、本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。１は液体試料分注装置、２は液体試料を吸引保持する分注用ノズル、３は液体試料を流すウレタンまたはフッ化樹脂等の材料からなるフレキシブルチューブ、４はシリンダとプランジャから構成されるシリンジ、５はシリンダ、６はシリンジ内にて液体試料を吐出・吸引するプランジャ、７は分注用アクチュエータ（例えばリニアモータ）、８は分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部、９は分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部、１０は分注用アクチュエータ制御部にあるＣＰＵ、１１は分注用アクチュエータ制御部にある、シリンジ４内におけるプランジャ６のストロークに対する吐出量と液体試料吸引後の吐出回数を記憶する吐出条件記憶部、１２は分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部、１３は分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶、１４は吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部、１５は液体試料を供給する液体試料容器、１６は液体試料を吐出する反応容器、１７は液体試料である。
【００５０】
分注用ノズル２は中空であり、先端に行くほど内径が小さくなるように成形されている。分注用ノズル２は液体試料１７に対して垂直な姿勢に保持されており、液体試料容器１５に内包された液体試料１７を吸引し、反応容器１６に液体試料１７を吐出する。また、図示しないが、分注用ノズル２は洗浄水容器の洗浄水を吸引・吐出する。洗浄水の供給法や吸引・吐出法として、一般的な種々の方法を採用できる。
【００５１】
シリンダ５は、プランジャ６の移動に伴ってシリンジ４内の容積が変化する。シリンダ４はフレキシブルチューブ３を介して分注用ノズル２に接続されている。液体試料１７を吸引しシリンジ４内の容積が増加するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面上方に移動し、液体試料１４を吐出しシリンジ４内の容積が減少するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面下方に移動する。プランジャ６は分注用アクチュエータ７により駆動され、分注用アクチュエータ駆動部８によって制御される。分注用アクチュエータ駆動部８は、分注用アクチュエータ制御部９に接続され、動作指令に基づいて分注用アクチュエータ７を駆動する。分注用アクチュエータ制御部９は、ＣＰＵ１０と吐出条件記憶部１１からなり、所定の液体試料１７を吐出するよう分注用アクチュエータ駆動部８に動作指令を指令している。ＣＰＵ１０は、予めオペレータにより入力されるか、或るいは、液体試料容器１５等に表示された識別マークから読み取られた試料数と所望の分析項目に基づいて、所要の分注量及び分注順序に対応するように分注用アクチュエータ駆動部８に指令している。また、吐出条件記憶部１１は吐出時におけるストローク、圧力、ノズル径、吐出速度、液体試料吸入量、空気吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数、および吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を記憶している。
【００５２】
つぎに、本実施例の動作について図２、図３を用いて説明する。図２はアクチュエータ制御部のフローを示す図、図３はノズルの吸引状態を示す図である。
【００５３】
以下に示す手順により、予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する液体試料吸入量を確認しておく。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。そこで、内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定し、空気吸入量を一定値とした場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数の関係を確認し、図４に示す表のようにまとめておく。
（１） 先ず、液体試料吸入量を記憶する（Ｆ０）。
予め計測した吐出量に対する液体試料吸入量を吐出量記憶部に記憶する。
（２） 洗浄水を吸引する（Ｆ１）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動されると、ノズル２から図示しない洗浄水容器の洗浄水１８を吸引する。または、図示しない弁と図示しない別のフレキシブルチューブを介して図示しないポンプからフレキシブルチューブとノズル２に洗浄水を供給してもよい。
（３） 空気を吸引する（Ｆ２）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、ノズル２からシリンジ４内に一定量の空気１９を吸引する。
（４） 液体試料を吸引する（Ｆ３）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、予め記憶した液体試料吸入量に基づき、ノズル２から液体試料容器１５の液体試料１７を吸引する。
（５）液体試料を排出する（Ｆ４）
ノズル先端の初期メニスカスの影響を排除するため、予め記憶した排出動作パターンを基にしたアクチュエータ７への推力指令により、アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６から吐出駆動され、ノズル２から図示しない排出容器もしくは液体試料容器１５へ液体試料１７を予め記憶した回数だけ排出する。
（６） 液体試料を吐出する（Ｆ５）。
吐出動作パターンを基にしたアクチュエータ７への推力指令により、アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６から吐出駆動され、ノズル２から反応容器１６へ液体試料１７を吐出する。
（７） 吐出ごとに（２）〜（６）を繰り返す。
【００５４】
このように、吐出量に対する液体試料吸入量、液体試料吸引後の吐出回数を予め記憶し液体試料を吐出するため、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
なお、予め定めた回数吐出した際の吐出量の平均値をσ、予め定めた回数吐出した際の吐出量の標準偏差をμ、吐出量の目標値をαとすると、ＣＶ値、正確度はそれぞれ式（１）、式（２）で計算できる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
【数２】
【００５７】
また、オペレータがノズル２の下に液体試料容器１５、反応容器１６を準備することを想定しているが、制御部９がアクチュエータ７と同期してノズル２もしくは図示しない液体試料容器１５、反応容器１６を搭載したテーブル等を制御し、自動的に液体試料を吸引・吐出してもよい。
本実施例では、吐出条件記憶部１１を分注用アクチュエータ制御部９に設けているが、吐出条件記憶部１１を分注用アクチュエータ駆動部８に設けてもよく、分注用アクチュエータ駆動部８と分注用アクチュエータ駆動部９と吐出条件記憶部１１を一体化してもよい。
【００５８】
次に分注用アクチュエータの動作異常の判定方法について説明する。
【００５９】
図５は本発明の実施の形態の分注用アクチュエータの異常検知の処理フロー図である。
【００６０】
分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータは、図示しない分注用アクチュエータ駆動部８に備えられたサーボアンプ内部の記憶部より取得する。本発明は吐出動作毎に変化する分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列に沿って逐一読込み、これらの動作関連の時系列データ群を取得する（Ｇ１）。吐出動作記憶部１２が、吐出動作毎に変化する分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを記憶しておく。また、正常吐出動作記憶部１３が、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを記憶しておく。
【００６１】
次に、上記取得したデータ群から、吐出条件判定部１４がマハラノビス距離を求める（Ｇ２）。ここで、マハラノビス距離は多変量解析の一つであり、ある被検査対象が基準となる集団（以下、基準空間と称する）に属するかを測る尺度となる。本発明では、分注用アクチュエータが正常に動作したときの時系列データ群を基準とし、この集団が基準空間となる。
【００６２】
分注用アクチュエータが正常に動作したときのマハラノビス距離は１近傍の値となるが、異常であった場合はマハラノビス距離が１より大きな値となる。これを利用して、吐出条件判定部１４が閾値判定により分注用アクチュエータの正常・異常の判定を行う（Ｇ３）。
例えば、マハラノビス距離が１．１未満を正常、１．１以上を異常と判定する。閾値は必ずしも１．１に限らず、液体試料分注装置を運転する前に事前に確認しておく必要がある。
【００６３】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取得方法およびマハラノビス距離の算出方法について説明する。
【００６４】
図６は分注用アクチュエータの動作関連における時系列データ群の取得方法を示したもので、一例として応答速度の取得方法を示した図である。刻々と変化する動作関連の時系列データ波形から、図６のようにｋ点の時系列データを取込む。
【００６５】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取得箇所は、試料吸引区間、試料吐出区間、および試料吸引区間と試料吐出区間の全区間でもよい。
【００６６】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取込み間隔については、一定間隔でもよいし可変にしてもよい。分注用アクチュエータの異常が起こりやすい箇所では取込み間隔を狭めたり、異常がほとんど生じない箇所では荒めにデータを取込んだりすることがあってもよく、必ずしも等間隔である必要はない。
【００６７】
なお、ｋ点の時系列データ群の取得方法として、各点の取込み時刻をあらかじめ指定して、ｋ点のデータのみ得る方法でも、初めは出来る限り細かくデータを取込み、それらを間引いてｋ点のデータを残す方法でも、どちらでも構わない。
【００６８】
上記の通り取得した分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群は図７のようにまとめられる。ここで、各時刻における時系列データ群はそれぞれマハラノビス距離を求める際の項目として利用する。
【００６９】
上記操作を、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを取得すれば、基準となる分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群を取得することができる。図８は、正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間である。
【００７０】
上記によって得られた分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群ｕ１，ｕ２，・・・，ｕｋの取込みをｎ回実施した図８のようなｎ事象ｋ項目の基準空間から、各項目毎に平均
μ１，μ２，・・・，μｋ
および標準偏差σ１，σ２，・・・，σｋを求め、式（３）の演算を行い正規化する。
【００７１】
【数３】
【００７２】
基準空間をｎ行ｋ列の行列として、この行列の相関行列を求めるとｋ×ｋの行列Ａが得られる。この行列Ａの逆行列をＡ−１とすれば、マハラノビス距離Ｄ２は式（４）のように表すことができる。
【００７３】
【数４】
【００７４】
なお、これらの計算のうち、基準空間の各項目毎の平均および標準偏差や、基準空間の相関行列の逆行列は予め計算しておき、記憶しておけば、マハラノビス距離を繰り返して算出する場合、これらの計算処理時間が短縮できる。
【００７５】
このように、本実施例では、分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群におけるマハラノビス距離を求め、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定できる。
【００７６】
本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する液体試料分注装置を提供することである。
【実施例２】
【００７７】
本実施例の構成は、実施例１と同様なので説明は省略する。
本実施例では、分注量毎に、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連の時系列データ群の取込み数、方法を変更し、基準空間も分注量ごとにそれぞれ持つものである。液体試料分注装置は装置の仕様により最小、最大分注量、および分注分解能が決められているので、その数だけの分注用アクチュエータの吐出動作時の動作関連データ群および基準空間を持てばよい。
【００７８】
図９は正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備したものである。
【００７９】
ある分注量を分注する際にはその分注量のマハラノビス距離を算出し、予め記憶されたその分注量における基準空間と比較し、あらかじめ定められた閾値との大小関係により分注用アクチュエータの動作異常を判定することができる。
【００８０】
このように、本実施例では、分注量毎に、分注用アクチュエータの吐出動作時の動作関連における時系列データ群によりマハラノビス距離を求め、あらかじめ定められた閾値と比較することで、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【実施例３】
【００８１】
本実施例の構成は、実施例１と同様なので説明は省略する。
図１０は、正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの速度、加速度、減速度、および推力の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備したものである。
【００８２】
ある分注量を分注する際にはその分注量のマハラノビス距離を算出し、予め記憶されたその分注量における基準空間と比較し、予め定められた閾値との大小関係により分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【００８３】
このように、本実施例では、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることにより、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【実施例４】
【００８４】
図１１は、本発明の第４の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。実施例１の構成に、前記分注用アクチュエータが異常と判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部２０を追加したものである。
【００８５】
図１２は、動作指令補正部のフローを示す図である。前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較し、分注用アクチュエータの異常を判定するとともに、例えば速度が異常と判定した場合、新しい最大速度指令＝現在の最大速度指令＋（現在の最大速度指令−現在の最大応答速度）と設定する。このように設定しても分注用アクチュエータの動作が改善されない場合は異常と判定し、図示しない視覚、聴覚、触覚などの提示手段により使用者に異常を提示する。
【００８６】
このように、本実施例では、吐出条件判定部が分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とすることで、分注用アクチュエータが異常の際の動作を補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
なお、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定することができるので、分注用アクチュエータに限らず、それ以外のアクチュエータにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態における制御部の動作を示すフロー図
【図３】図１のノズルの吸引状態を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態のシリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数の関係を示す表
【図５】本発明の第１の実施の形態の分注用アクチュエータの異常検知の処理フロー図
【図６】分注用アクチュエータの動作関連における時系列データ群の取得方法を示したもので、一例として応答速度の取得方法を示した図
【図７】分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群を示した表
【図８】正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態の正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備した表
【図１０】本発明の第３の実施の形態の正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの速度、加速度、減速度、および推力の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備した表
【図１１】本発明の第４の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図１２】本発明の第４の実施の形態の動作指令補正部のフローを示す図
【図１３】従来例１の実施の形態のサンプル分注装置の概略構成図
【図１４】従来例１の実施の形態の分注の異常検知の処理フロー図
【図１５】従来例２の分注装置の実施形態を模式的に示す図
【図１６】従来例２の実施の形態の分注ポンプが予備動作したときに圧力センサで検出される圧力の変化を示すグラフ
【図１７】従来例２の実施の形態の基準圧力データを示すグラフ
【図１８】従来例２の実施の形態の実際の吸入時圧力データを示すグラフ
【図１９】従来例２の実施の形態の予備吸引時圧力データと吸入時圧力データとの差分データを示すグラフ
【図２０】従来例２の実施の形態の実際の吐出時圧力データを示すグラフ
【図２１】従来例２の実施の形態の予備送出時圧力データと吐出時圧力データとの差分データを示すグラフ
【符号の説明】
【００８９】
１ 液体試料分注装置
２ 分注用ノズル
３ フレキシブルチューブ
４ シリンジ
５ シリンダ
６ プランジャ
７ 分注用アクチュエータ
８ 分注用アクチュエータ駆動部
９ 分注用アクチュエータ制御部
１０ ＣＰＵ
１１ 出条件記憶部
１２ 吐出動作記憶部
１３ 正常吐出動作記憶
１４ 吐出動作判定部
１５ 液体試料容器
１６ 反応容器
１７ 液体試料
１８ 洗浄水
１９ 空気
２０ 動作指令補正部
１０１ サンプルプローブ
１０２ チューブ
１０３ 分注シリンジ
１０３ａ シリンダ
１０３ｂ プランジャ
１０４ 分注シリンジ駆動手段
１０５ サンプルプローブ駆動手段
１０６ 制御部
１０７ 試料容器
１０８ 試料
１０９ 給水ポンプ
１１０ 給水タンク
１１１ 洗浄水
１１２ 電磁弁
１１３ 圧力センサ
１１４ 分岐ブロック
１１５ アンプ
１１６ Ａ／Ｄ変換器
１１７ マイクロコンピュータ
２０１ 分注装置
２０２ 分注ポンプ
２０３ ノズル
２０４ ノズル移動機構
２０５ 制御手段
２０６ 配管
２０７ チューブ配管
２０９ 圧力センサ
２１２ メモリ
２１３ 異常検出手段
２１４ 圧力センサ出力回路
２２１ シリンダ
２２２ ピストン
２２３ ポンプ駆動部
２３１ 先端開口
３００ 検体液（対象液）
４００ 圧力伝達液
５００ 分注元容器
６００ 分注先容器
７００ 空気層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、必要量の液体試料を反応容器に精度良く分注する液体試料分注装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例１のサンプル分注装置およびそれを用いた自動分析装置は、サンプルプローブ、分注シリンジを含む分注流路系に圧力センサを接続し、試料の分注動作時における圧力センサの出力値を複数個取込み、これら得られた複数個の圧力センサ出力値を項目とした多項目分析（マハラノビス距離）を行い、閾値と比較することで分注が正常に行われたか判定する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来例１の実施の形態のサンプル分注装置の概略構成図である。
【０００４】
サンプルプローブ１０１はチューブ１０２を介し、分注シリンジ１０３に接続され、それらの内部は液体で充填されている。分注シリンジ１０３はシリンダ１０３ａとプランジャ１０３ｂからなり、プランジャ１０３ｂには分注シリンジ駆動手段１０４が接続されている。シリンダ１０３ａを固定し、プランジャ１０３ｂを分注シリンジ駆動手段１０４によって上下に駆動させ、これによって試料の分注動作を行う。また、サンプルプローブ１０１にはサンプルプローブ駆動手段１０５が接続されており、これによってサンプルプローブ１０１を所定の位置に移動することが可能となる。なお、分注シリンジ駆動手段１０４およびサンプルプローブ駆動手段１０５は、制御部１０６によって制御される。
【０００５】
いま、サンプルプローブ駆動手段１０５によってサンプルプローブ１０１が下降動作を行い、試料容器１０７内の試料１０８の液中に到達すると、分注シリンジ駆動手段１０４によって分注シリンジ１０３が吸引動作を行う。なお、サンプルプローブ１０１が試料１０８液中に到達する以前に、サンプルプローブ１０１内に充填されている液体と試料１０８が混じり合わないよう、あらかじめ空気（分節空気）が吸引されているものとする。試料吸引動作が終了すると、サンプルプローブ１０１は試料吐出位置へ移動し、分注シリンジ１０３が吐出動作を行う。
【０００６】
分注終了後、必要に応じて、給水ポンプ１０９によって給水タンク１１０内の洗浄水１１１を高圧で流し、サンプルプローブ１０１を洗浄することが可能である。その切り替えは電磁弁１１２で行い、これは制御部１０６によって制御される。
【０００７】
従来例１の主たる目的である分注の異常を検知する手段としての圧力センサ１１３は、分岐ブロック１１４を介し、サンプルプローブ１０１、チューブ１０２、分注シリンジ１０３を含む分注流路系に接続されている。ここで、圧力センサ１１３はサンプルプローブ１０１開口部の圧力変動を感度良く検出するため、可能な限りサンプルプローブ１０１側に接続することが望ましい。
【０００８】
圧力センサ１１３の出力信号はアンプ１１５によって増幅され、Ａ／Ｄ変換器１１６によってデジタル信号に変換される。更にＡ／Ｄ変換器１１６の出力はマイクロコンピュータ１１７へ送られ、分注が正常に実施されたか判定する。
【０００９】
図１４は、従来例１の実施の形態の分注の異常検知の処理フロー図である。
【００１０】
試料分注時におけるサンプルプローブを含めた分注流路系の内部圧力は、微小な変化も含め絶えず変化し、圧力センサの出力もそれに追従して変化する。従来例１は刻々と変化する圧力値を時系列に沿って逐一取込み、これら取込んだ圧力値の集合（以下、時系列圧力データ群と称する）をそのまま利用する（Ｓ１）。
【００１１】
次に、上記より得られた時系列圧力データ群から、マハラノビス距離を求める（Ｓ２）。ここで、マハラノビス距離は多変量解析の一手法であり、ある被検査対象が基準となる集団（以下、基準空間と称する）に属するかを測る尺度となる。従来例１では、分注が正常に実施されたときの時系列圧力データ群を基準とし、この集団が基準空間となる。
【００１２】
分注が正常に実施されたときのマハラノビス距離は１近傍の値を示すのに対し、異常であった場合はその距離が１より極めて大きな値をとる。これを利用して、閾値判定により分注の正常・異常の判定を行う（Ｓ３）。
【００１３】
このように、従来例１のサンプル分注装置およびそれを用いた自動分析装置は、圧力センサの感度のばらつきが存在しても、確度の高い判定結果を出すことができる。
【００１４】
従来例２の分注装置は、圧力伝達液を送出・吸引する分注ポンプと、分注ポンプの作動により、分注する検体液を吸入・吐出するノズルと、圧力伝達液の圧力を検出する圧力センサと、異常検出手段とを備える。対象液を分注するのに先立ち、その分注を行うときと同様の作動条件で、かつノズルの先端開口を液体に接触させない状態で分注ポンプを予備作動させる。メモリは作動のときに圧力センサにより検出された圧力の変動を表す基準圧力データを記憶し、異常検出手段は、分注ポンプが本作動して対象液を実際に分注したときに圧力センサにより検出された圧力の変動を表す分注時圧力データと、基準圧力データとに基づいて、吸入異常および吐出異常を検出する（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
図１５は、従来例２の分注装置の実施形態を模式的に示す図である。
【００１６】
図１５に示すように、従来例２の分注装置２０１は、図示しない装置本体に固定的に設置された分注ポンプ２０２と、分注する検体液（対象液）３００をその先端開口２３１から吸入・吐出するノズル２０３と、ノズル２０３を水平方向および鉛直方向に移動させるノズル移動機構２０４と、分注ポンプ２０２およびノズル移動機構２０４の作動を制御する制御手段２０５とを有している。
【００１７】
分注ポンプ２０２は、シリンジ型のポンプであり、シリンダ２２１と、該シリンダ２２１内で摺動可能に設置されたピストン２２２と、ピストン２２２を移動させるポンプ駆動部２２３とを有している。ポンプ駆動部２２３の詳細な図示は省略するが、例えば、送りネジ（ボールネジ）とこれを回転するサーボモータ（ステッピングモータ）とでピストン２２２を駆動するように構成される。シリンダ２２１とピストン２２２とで囲まれた空間には圧力伝達液４００が充填されている。ピストン２２２が移動すると、分注ポンプ２０２は、圧力伝達液４００をノズル２０３側へ送出したり、ノズル２０３側から吸引したりする。
【００１８】
図１５に示すように、従来例２の分注装置２０１は、分注ポンプ２０２からノズル２０３に至る経路にある圧力伝達液３００の圧力を検出する圧力センサ２０９と、この圧力センサ２０９により検出された圧力データを記憶可能なメモリ２１２と、圧力センサ２０９により検出された圧力データに基づいて分注異常を検出する異常検出手段２１３とをさらに備えている。
【００１９】
従来例２の分注装置２０１では、以下に説明するような方法により、分注異常を検出する。
【００２０】
［１］ノズル２０３内に検体液３００を吸入するために、制御手段２０５は、ノズル２０３を分注元容器５００の上方に移動させる。次いで、分注ポンプ２０２を所定量吸引作動させることにより、ノズル２０３の先端に空気層７００を形成する。
【００２１】
［２］次いで、ノズル２０３を分注元容器５００へ向けて下降させる。ノズル２０３が下降している最中であって、まだ先端開口２３１が検体液３００に接触していない状態（空中にある状態）のとき、制御手段２０５は、この後に実際に分注を行うときと同様の作動条件で分注ポンプ２０２を予備作動させる。
【００２２】
この予備作動においては、分注ポンプ２０２は、まず予備吸引作動を行う。この予備吸引作動は、実際に検体液３００をノズル２０３に吸入するときと同様の、ピストン２２２の駆動速度および駆動量で行う。この予備送出作動を行うと、ノズル２０３の先端開口２３１からは空気が吸入される。続けて、分注ポンプ２０２は、予備送出作動を行う。この予備送出作動は、実際に検体液３００をノズル２０３から吐出するときと同様の、ピストン２２２の駆動速度および駆動量で行う。この予備送出作動を行うと、ノズル２０３の先端開口２３１から空気が吐出される。
【００２３】
［３］図１６は、上記のような予備作動をしたときに圧力センサ２０９で検出される圧力の変化を示すグラフである。同図に示すように、分注ポンプ２０２が予備吸引作動や予備送出作動を行うと、圧力伝達液４００が配管２０６およびチューブ配管２０７内を流動するが、その流動の動圧と配管内での圧力損失のほかに、非定常流れの影響により、圧力センサ２０９で検出される圧力は、吸引・送出動作の開始と終了時に波打つように振動する。また、図１６において圧力が時間の経過とともに全体的な傾向として低下しているのは、ノズル２０３の下降に伴う水頭圧の変化によるものである。
【００２４】
［４］異常検出手段２１３は、圧力センサ２０９で検出された圧力を、圧力センサ出力回路２１４を介して取り込み、次のようにして、水頭圧の補正を行う。予備分注作動開始時にノズル２０３が位置する高さを原点としたときの、予備分注作動中におけるノズル２０３の高さＺを制御手段２０５から取得し、水頭差ρｇＺ（ρは圧力伝達液４００の密度、ｇは重力加速度）を計算する。また、単に予備分注開始時の圧力Ｐ１と終了時の圧力Ｐ３との差で補正しても良い。そして、この水頭圧を補正することにより、図１７に示すような基準圧力データが得られる。
【００２５】
この基準圧力データは、分注ポンプ２０２が実際の分注時と同様に作動したときの、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧および非定常流れの影響が圧力センサ２０９で検出される圧力に及ぼす影響を表すデータとなるものである。
【００２６】
異常検出手段２１３は、予備吸引作動時の基準圧力データを予備吸引時圧力データＤ１、予備送出作動時の基準データを予備送出時圧力データＤ２として、これらをメモリ２１２に記憶（格納）する。予備吸引時圧力データＤ１は、所定の時間間隔（サンプリングタイム）で取得された多数の値の集合、すなわちＤ１ｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）で構成されており、同様に、予備送出時圧力データＤ２はＤ２ｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，ｍ）で構成されている。なお、Ｄ１とＤ２の測定開始点（Ｄ１０とＤ２０）はポンプ動作開始を基準にポンプ動作開始時間またはそれより少し前にすればよい。
【００２７】
［５］下降中のノズル２０３が検体液３００に送液したら、ノズル２０３を停止させる。このとき、公知の方法によって液面検出を行ってもよい。次いで、分注ポンプ２０２を本吸引作動させて、実際に検体液３００をノズル２０３内に吸入する。
【００２８】
［６］検体液３００をノズル２０３内に吸入しているとき、異常検出手段２１３は、圧力センサ２０９により検出された吸入時圧力データ（分注時圧力データ）Ｄ３を予備吸引時圧力データＤ１と同じ測定開始点および測定間隔で取得する（図１８参照）。次いで、異常検出手段２１３は、予備吸引時圧力データＤ１と吸入時圧力データＤ３との差分データＤＡを下記式に基づいて計算する。
ＤＡｉ＝Ｄ３ｉ−Ｄ１ｉ＋ΔＰ （ｉ＝０，１，２，・・・，ｎ）
ここで、ΔＰは、予備吸引作動開始時の圧力をＰ１、検体液３００の吸入開始時の圧力をＰ３としたとき、ΔＰ＝Ｐ３−Ｐ１であり、このΔＰを用いることにより、予備吸引時圧力データＤ１と吸入時圧力データＤ３との水頭圧の差を補正することができる。ΔＰは、圧力センサ２０９で検出された値を用いて前記式ΔＰ＝Ｐ３−Ｐ１に基づいて直接算出してもよく、あるいは、予備吸引作動開始時のノズル２０３高さと検体液３００の吸入時のノズル２０３高さとの差ΔＺを制御手段２０５から取得し、ΔＰ＝ρｇΔＺとして算出してもよい。
【００２９】
検体液３００の吸入動作が正常な場合、差分データＤＡは、例えば図１９に示すグラフのようになる。異常検出手段２１３は、この差分データＤＡに基づいて吸入異常を検出する。例えば、差分データＤＡの最小値ＤＡｍｉｎがしきい値ＰＴ１より小さい場合には、吸引詰まりが発生したものと判定し、そうでない場合には吸引詰まりが発生していないと判定する。同様にして、他のしきい値を用いたり、差分データＤＡの変動パターンを認識することにより、吸入量不足（ショートサンプル）や、気泡吸入等の吸入異常を検出することができる。
【００３０】
差分データＤＡは、実際の吸入時圧力データＤ３から予備吸引時圧力データＤ１を引いたものであるので、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧との影響が取り除かれており、よって、ノズル２０３が検体液３００を吸入することによる圧力変化のみを正確に表したものとなっている。したがって、この差分データＤＡに基づいて判定を行うことにより、異常検出手段２１３は、上記のような吸入異常の有無を正確に判定することができる。
【００３１】
なお、異常検出手段２１３は、上記のように差分データＤＡそのものをしきい値と比較して判定を行ってもよいし、また、他の公知技術を利用して差分データＤＡの１次部分値や２次微分値を算出して、ＤＡの変動パターンを認識することにより吸引詰まりや吸入量不足（ショートサンプル）や気泡吸入等の吸入異常を検出することができる。
【００３２】
［７］異常検出手段２１３が吸入異常の発生を検出した場合には、図示しない報知手段（アラームなど）によってその旨をオペレーターに報知するとともに、必要であれば既に吸入した検体液３００を吐き戻す。その後、ノズル２０３を洗浄した後、同一の分注元容器５００に対して分注を再度試みるか、または別の分注元容器５００の分注を行う。
【００３３】
［８］異常検出手段２１３が吸入異常の発生を検出しなかった場合、すなわち検体液３００を正常に吸入できた場合には、制御手段２０５は、ノズル２０３を分注先容器６００の上方へ移動させ、所定高さまで下降させた後、分注ポンプ２０２を本送出作動させて、ノズル２０３内の検体液３００を分注先容器６００内へ吐出する。検体液３００をノズル２０３から吐出しているとき、異常検出手段２１３は、圧力センサー２０９により検出された吐出時圧力データ（分注時圧力データ）Ｄ４を予備送出時圧力データＤ２と同じ測定開始点および同じ測定間隔で取得する（図２０参照）。次いで、異常検出手段２１３は、予備送出時圧力データＤ２と吐出時圧力データＤ４との差分データＤＤを下記式に基づいて計算する。
ＤＤｉ＝Ｄ４ｉ−Ｄ２ｉ＋ΔＰ´ （ｉ＝０，１，２，・・・，ｍ）
ここで、ΔＰ´は、予備吸引作動開始時の圧力をＰｉ、検体液３００の吐出開始時の圧力をＰ４としたとき、ΔＰ´＝Ｐ４−Ｐｉであり、このΔＰ´を用いることにより、予備送出時圧力データＤ２と吐出時圧力データＤ４との水頭圧の差を補正することができる。ΔＰ´は、圧力センサ２０９で検出された値を用いて前記式ΔＰ´＝Ｐ４−Ｐｉに基づいて直接算出してもよく、あるいは、予備送出作動開始時のノズル２０３高さと検体液３００の吐出時のノズル２０３高さとの差ΔＺ´を制御手段２０５から取得し、ΔＰ´＝ρｇΔＺ´として算出してもよい。
【００３４】
検体液３００の吐出動作が正常な場合、差分データＤＤは、例えば図２１に示すグラフのようになる。異常検出手段２１３は、この差分データＤＤに基づいて吐出異常を検出する。例えば、差分データＤＤの最大値ＤＤｍａｘがしきい値ＰＴ２より大きい場合には、吐出詰まりが発生したものと判定し、そうでない場合には吐出詰まりが発生していないと判定する。
【００３５】
差分データＤＤは、実際の吐出時圧力データＤ４から予備送出時圧力データＤ２を引いたものであるので、配管内での圧力伝達液４００の圧力損失と流動の動圧との影響が取り除かれており、よって、ノズル２０３が検体液３００を吐出することによる圧力変化のみを正確に表したものとなっている。したがって、この差分データＤＤに基づいて判定を行うことにより、異常検出手段２１３は、上記のような吐出異常の有無を正確に判定することができる。
【００３６】
このように、従来例２の分注装置は、圧力センサの出力データを基に分注異常の有無を正確に判定・検出することができる。
【特許文献１】特開２００４−１２５７８０公報（第１７頁、図１，３）
【特許文献２】特開２００５−２２７１０２公報（第１２，１３頁、図１，５−１０ ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
ところが従来例においては、サンプルプローブ、分注シリンジを含む分注流路系に圧力センサを接続し、試料の分注動作時における圧力センサの出力値を基準の圧力値と比較することで、分注異常を検出しているが、圧力センサは応答時間が長く、感度にばらつきがあるため、分注異常の判定が遅れるという問題点があった。また、分注用アクチュエータの異常判定ができないという問題点があった。
【００３８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する液体試料分注装置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】
【００３９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたものである。
【００４０】
請求項２に記載の発明は、液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものである。
【００４１】
請求項３に記載の発明は、前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意され、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出時における動作関連のデータとから算出されたマハラノビス距離と、予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものである。
【００４２】
請求項４に記載の発明は、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いるものである。
【００４３】
請求項５に記載の発明は、前記分注用アクチュエータが異常と判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部を備えたものである。
【発明の効果】
【００４４】
請求項１および２に記載の発明によると、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備え、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより、分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４５】
請求項３に記載の発明によると、前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意されているので、任意の分注条件において分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４６】
請求項４に記載の発明によると、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることで、分注用アクチュエータの動作状態を常に監視でき、分注用アクチュエータの異常の有無を正確に判定することができる。
【００４７】
請求項５に記載の発明によると、前記吐出条件判定部が前記分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とすることで、分注用アクチュエータが異常の際の動作を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００４９】
図１は、本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。１は液体試料分注装置、２は液体試料を吸引保持する分注用ノズル、３は液体試料を流すウレタンまたはフッ化樹脂等の材料からなるフレキシブルチューブ、４はシリンダとプランジャから構成されるシリンジ、５はシリンダ、６はシリンジ内にて液体試料を吐出・吸引するプランジャ、７は分注用アクチュエータ（例えばリニアモータ）、８は分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部、９は分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部、１０は分注用アクチュエータ制御部にあるＣＰＵ、１１は分注用アクチュエータ制御部にある、シリンジ４内におけるプランジャ６のストロークに対する吐出量と液体試料吸引後の吐出回数を記憶する吐出条件記憶部、１２は分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部、１３は分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶、１４は吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部、１５は液体試料を供給する液体試料容器、１６は液体試料を吐出する反応容器、１７は液体試料である。
【００５０】
分注用ノズル２は中空であり、先端に行くほど内径が小さくなるように成形されている。分注用ノズル２は液体試料１７に対して垂直な姿勢に保持されており、液体試料容器１５に内包された液体試料１７を吸引し、反応容器１６に液体試料１７を吐出する。また、図示しないが、分注用ノズル２は洗浄水容器の洗浄水を吸引・吐出する。洗浄水の供給法や吸引・吐出法として、一般的な種々の方法を採用できる。
【００５１】
シリンダ５は、プランジャ６の移動に伴ってシリンジ４内の容積が変化する。シリンダ４はフレキシブルチューブ３を介して分注用ノズル２に接続されている。液体試料１７を吸引しシリンジ４内の容積が増加するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面上方に移動し、液体試料１４を吐出しシリンジ４内の容積が減少するようにプランジャ６はシリンジ４の紙面下方に移動する。プランジャ６は分注用アクチュエータ７により駆動され、分注用アクチュエータ駆動部８によって制御される。分注用アクチュエータ駆動部８は、分注用アクチュエータ制御部９に接続され、動作指令に基づいて分注用アクチュエータ７を駆動する。分注用アクチュエータ制御部９は、ＣＰＵ１０と吐出条件記憶部１１からなり、所定の液体試料１７を吐出するよう分注用アクチュエータ駆動部８に動作指令を指令している。ＣＰＵ１０は、予めオペレータにより入力されるか、或るいは、液体試料容器１５等に表示された識別マークから読み取られた試料数と所望の分析項目に基づいて、所要の分注量及び分注順序に対応するように分注用アクチュエータ駆動部８に指令している。また、吐出条件記憶部１１は吐出時におけるストローク、圧力、ノズル径、吐出速度、液体試料吸入量、空気吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数、および吐出時の吸引−吐出動作パターンにおける吸引最大速度、吸引加減速時間、吐出最大速度および吐出加減速時間の関係を記憶している。
【００５２】
つぎに、本実施例の動作について図２、図３を用いて説明する。図２はアクチュエータ制御部のフローを示す図、図３はノズルの吸引状態を示す図である。
【００５３】
以下に示す手順により、予め実験により吐出精度の良い、吐出量に対する液体試料吸入量を確認しておく。内部圧力が気泡などで低下していない正常状態のとき、流体の質量保存則（流入する質量流量（密度×流速×断面積）と流出する流量（密度×流速×断面積）は等しい。）が成立し、ノズル先端における流速が液切れ速度以上になれば液だまりが生じることがなく吐出できる。そこで、内部圧力を正常状態に保ち、例えばプランジャの動作パターン（台形パターン）である最高速度、加速度、減速度を固定し、空気吸入量を一定値とした場合、シリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数の関係を確認し、図４に示す表のようにまとめておく。
（１） 先ず、液体試料吸入量を記憶する（Ｆ０）。
予め計測した吐出量に対する液体試料吸入量を吐出量記憶部に記憶する。
（２） 洗浄水を吸引する（Ｆ１）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動されると、ノズル２から図示しない洗浄水容器の洗浄水１８を吸引する。または、図示しない弁と図示しない別のフレキシブルチューブを介して図示しないポンプからフレキシブルチューブとノズル２に洗浄水を供給してもよい。
（３） 空気を吸引する（Ｆ２）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、ノズル２からシリンジ４内に一定量の空気１９を吸引する。
（４） 液体試料を吸引する（Ｆ３）。
アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６が吸引駆動され、予め記憶した液体試料吸入量に基づき、ノズル２から液体試料容器１５の液体試料１７を吸引する。
（５）液体試料を排出する（Ｆ４）
ノズル先端の初期メニスカスの影響を排除するため、予め記憶した排出動作パターンを基にしたアクチュエータ７への推力指令により、アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６から吐出駆動され、ノズル２から図示しない排出容器もしくは液体試料容器１５へ液体試料１７を予め記憶した回数だけ排出する。
（６） 液体試料を吐出する（Ｆ５）。
吐出動作パターンを基にしたアクチュエータ７への推力指令により、アクチュエータ７によりシリンジ４内のプランジャ６から吐出駆動され、ノズル２から反応容器１６へ液体試料１７を吐出する。
（７） 吐出ごとに（２）〜（６）を繰り返す。
【００５４】
このように、吐出量に対する液体試料吸入量、液体試料吸引後の吐出回数を予め記憶し液体試料を吐出するため、ＣＶ値と正確度ともに精度良く吐出できる。
なお、予め定めた回数吐出した際の吐出量の平均値をσ、予め定めた回数吐出した際の吐出量の標準偏差をμ、吐出量の目標値をαとすると、ＣＶ値、正確度はそれぞれ式（１）、式（２）で計算できる。
【００５５】
【数１】
【００５６】
【数２】
【００５７】
また、オペレータがノズル２の下に液体試料容器１５、反応容器１６を準備することを想定しているが、制御部９がアクチュエータ７と同期してノズル２もしくは図示しない液体試料容器１５、反応容器１６を搭載したテーブル等を制御し、自動的に液体試料を吸引・吐出してもよい。
本実施例では、吐出条件記憶部１１を分注用アクチュエータ制御部９に設けているが、吐出条件記憶部１１を分注用アクチュエータ駆動部８に設けてもよく、分注用アクチュエータ駆動部８と分注用アクチュエータ駆動部９と吐出条件記憶部１１を一体化してもよい。
【００５８】
次に分注用アクチュエータの動作異常の判定方法について説明する。
【００５９】
図５は本発明の実施の形態の分注用アクチュエータの異常検知の処理フロー図である。
【００６０】
分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータは、図示しない分注用アクチュエータ駆動部８に備えられたサーボアンプ内部の記憶部より取得する。本発明は吐出動作毎に変化する分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列に沿って逐一読込み、これらの動作関連の時系列データ群を取得する（Ｇ１）。吐出動作記憶部１２が、吐出動作毎に変化する分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを記憶しておく。また、正常吐出動作記憶部１３が、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを記憶しておく。
【００６１】
次に、上記取得したデータ群から、吐出条件判定部１４がマハラノビス距離を求める（Ｇ２）。ここで、マハラノビス距離は多変量解析の一つであり、ある被検査対象が基準となる集団（以下、基準空間と称する）に属するかを測る尺度となる。本発明では、分注用アクチュエータが正常に動作したときの時系列データ群を基準とし、この集団が基準空間となる。
【００６２】
分注用アクチュエータが正常に動作したときのマハラノビス距離は１近傍の値となるが、異常であった場合はマハラノビス距離が１より大きな値となる。これを利用して、吐出条件判定部１４が閾値判定により分注用アクチュエータの正常・異常の判定を行う（Ｇ３）。
例えば、マハラノビス距離が１．１未満を正常、１．１以上を異常と判定する。閾値は必ずしも１．１に限らず、液体試料分注装置を運転する前に事前に確認しておく必要がある。
【００６３】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取得方法およびマハラノビス距離の算出方法について説明する。
【００６４】
図６は分注用アクチュエータの動作関連における時系列データ群の取得方法を示したもので、一例として応答速度の取得方法を示した図である。刻々と変化する動作関連の時系列データ波形から、図６のようにｋ点の時系列データを取込む。
【００６５】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取得箇所は、試料吸引区間、試料吐出区間、および試料吸引区間と試料吐出区間の全区間でもよい。
【００６６】
分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群の取込み間隔については、一定間隔でもよいし可変にしてもよい。分注用アクチュエータの異常が起こりやすい箇所では取込み間隔を狭めたり、異常がほとんど生じない箇所では荒めにデータを取込んだりすることがあってもよく、必ずしも等間隔である必要はない。
【００６７】
なお、ｋ点の時系列データ群の取得方法として、各点の取込み時刻をあらかじめ指定して、ｋ点のデータのみ得る方法でも、初めは出来る限り細かくデータを取込み、それらを間引いてｋ点のデータを残す方法でも、どちらでも構わない。
【００６８】
上記の通り取得した分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群は図７のようにまとめられる。ここで、各時刻における時系列データ群はそれぞれマハラノビス距離を求める際の項目として利用する。
【００６９】
上記操作を、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを取得すれば、基準となる分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群を取得することができる。図８は、正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間である。
【００７０】
上記によって得られた分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群ｕ１，ｕ２，・・・，ｕｋの取込みをｎ回実施した図８のようなｎ事象ｋ項目の基準空間から、各項目毎に平均
μ１，μ２，・・・，μｋ
および標準偏差σ１，σ２，・・・，σｋを求め、式（３）の演算を行い正規化する。
【００７１】
【数３】
【００７２】
基準空間をｎ行ｋ列の行列として、この行列の相関行列を求めるとｋ×ｋの行列Ａが得られる。この行列Ａの逆行列をＡ−１とすれば、マハラノビス距離Ｄ２は式（４）のように表すことができる。
【００７３】
【数４】
【００７４】
なお、これらの計算のうち、基準空間の各項目毎の平均および標準偏差や、基準空間の相関行列の逆行列は予め計算しておき、記憶しておけば、マハラノビス距離を繰り返して算出する場合、これらの計算処理時間が短縮できる。
【００７５】
このように、本実施例では、分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群におけるマハラノビス距離を求め、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定できる。
【００７６】
本発明が特許文献１、特許文献２と異なる部分は、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する液体試料分注装置を提供することである。
【実施例２】
【００７７】
本実施例の構成は、実施例１と同様なので説明は省略する。
本実施例では、分注量毎に、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連の時系列データ群の取込み数、方法を変更し、基準空間も分注量ごとにそれぞれ持つものである。液体試料分注装置は装置の仕様により最小、最大分注量、および分注分解能が決められているので、その数だけの分注用アクチュエータの吐出動作時の動作関連データ群および基準空間を持てばよい。
【００７８】
図９は正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備したものである。
【００７９】
ある分注量を分注する際にはその分注量のマハラノビス距離を算出し、予め記憶されたその分注量における基準空間と比較し、あらかじめ定められた閾値との大小関係により分注用アクチュエータの動作異常を判定することができる。
【００８０】
このように、本実施例では、分注量毎に、分注用アクチュエータの吐出動作時の動作関連における時系列データ群によりマハラノビス距離を求め、あらかじめ定められた閾値と比較することで、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【実施例３】
【００８１】
本実施例の構成は、実施例１と同様なので説明は省略する。
図１０は、正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの速度、加速度、減速度、および推力の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備したものである。
【００８２】
ある分注量を分注する際にはその分注量のマハラノビス距離を算出し、予め記憶されたその分注量における基準空間と比較し、予め定められた閾値との大小関係により分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【００８３】
このように、本実施例では、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることにより、分注用アクチュエータの動作異常の有無を判定することができる。
【実施例４】
【００８４】
図１１は、本発明の第４の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図である。実施例１の構成に、前記分注用アクチュエータが異常と判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部２０を追加したものである。
【００８５】
図１２は、動作指令補正部のフローを示す図である。前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較し、分注用アクチュエータの異常を判定するとともに、例えば速度が異常と判定した場合、新しい最大速度指令＝現在の最大速度指令＋（現在の最大速度指令−現在の最大応答速度）と設定する。このように設定しても分注用アクチュエータの動作が改善されない場合は異常と判定し、図示しない視覚、聴覚、触覚などの提示手段により使用者に異常を提示する。
【００８６】
このように、本実施例では、吐出条件判定部が分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とすることで、分注用アクチュエータが異常の際の動作を補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
なお、分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、吐出動作記憶部に時系列的に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと正常吐出動作記憶部に記憶された分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定することができるので、分注用アクチュエータに限らず、それ以外のアクチュエータにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施の形態における制御部の動作を示すフロー図
【図３】図１のノズルの吸引状態を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施の形態のシリンジ内におけるプランジャのストローク、液体試料吸入量、吐出量、液体試料吸引後の吐出回数の関係を示す表
【図５】本発明の第１の実施の形態の分注用アクチュエータの異常検知の処理フロー図
【図６】分注用アクチュエータの動作関連における時系列データ群の取得方法を示したもので、一例として応答速度の取得方法を示した図
【図７】分注用アクチュエータの動作関連の時系列データ群を示した表
【図８】正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間を示す図
【図９】本発明の第２の実施の形態の正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの動作関連の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備した表
【図１０】本発明の第３の実施の形態の正常な分注をｎ回行ったときに得られた分注用アクチュエータの速度、加速度、減速度、および推力の各時系列データ群をまとめたもので、ｎ事象ｋ項目の基準空間であり、分注量１、分注量２、分注量３、・・・、分注量Ｘ毎に準備した表
【図１１】本発明の第４の実施の形態の液体試料分注装置の構成を示す図
【図１２】本発明の第４の実施の形態の動作指令補正部のフローを示す図
【図１３】従来例１の実施の形態のサンプル分注装置の概略構成図
【図１４】従来例１の実施の形態の分注の異常検知の処理フロー図
【図１５】従来例２の分注装置の実施形態を模式的に示す図
【図１６】従来例２の実施の形態の分注ポンプが予備動作したときに圧力センサで検出される圧力の変化を示すグラフ
【図１７】従来例２の実施の形態の基準圧力データを示すグラフ
【図１８】従来例２の実施の形態の実際の吸入時圧力データを示すグラフ
【図１９】従来例２の実施の形態の予備吸引時圧力データと吸入時圧力データとの差分データを示すグラフ
【図２０】従来例２の実施の形態の実際の吐出時圧力データを示すグラフ
【図２１】従来例２の実施の形態の予備送出時圧力データと吐出時圧力データとの差分データを示すグラフ
【符号の説明】
【００８９】
１ 液体試料分注装置
２ 分注用ノズル
３ フレキシブルチューブ
４ シリンジ
５ シリンダ
６ プランジャ
７ 分注用アクチュエータ
８ 分注用アクチュエータ駆動部
９ 分注用アクチュエータ制御部
１０ ＣＰＵ
１１ 出条件記憶部
１２ 吐出動作記憶部
１３ 正常吐出動作記憶
１４ 吐出動作判定部
１５ 液体試料容器
１６ 反応容器
１７ 液体試料
１８ 洗浄水
１９ 空気
２０ 動作指令補正部
１０１ サンプルプローブ
１０２ チューブ
１０３ 分注シリンジ
１０３ａ シリンダ
１０３ｂ プランジャ
１０４ 分注シリンジ駆動手段
１０５ サンプルプローブ駆動手段
１０６ 制御部
１０７ 試料容器
１０８ 試料
１０９ 給水ポンプ
１１０ 給水タンク
１１１ 洗浄水
１１２ 電磁弁
１１３ 圧力センサ
１１４ 分岐ブロック
１１５ アンプ
１１６ Ａ／Ｄ変換器
１１７ マイクロコンピュータ
２０１ 分注装置
２０２ 分注ポンプ
２０３ ノズル
２０４ ノズル移動機構
２０５ 制御手段
２０６ 配管
２０７ チューブ配管
２０９ 圧力センサ
２１２ メモリ
２１３ 異常検出手段
２１４ 圧力センサ出力回路
２２１ シリンダ
２２２ ピストン
２２３ ポンプ駆動部
２３１ 先端開口
３００ 検体液（対象液）
４００ 圧力伝達液
５００ 分注元容器
６００ 分注先容器
７００ 空気層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたことを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項２】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものであることを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項３】
前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意され、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出時における動作関連のデータとから算出されたマハラノビス距離と、予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものであることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【請求項４】
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【請求項５】
前記吐出条件判定部が前記分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部を備えたことを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【請求項１】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとを多変量解析し、解析結果に基づき前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定する吐出動作判定部を備えたことを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項２】
液体試料を吸引保持する分注用ノズルと、液体試料の吸引・吐出圧力を発生させるシリンダとプランジャより構成されるシリンジと、液体試料を流すフレキシブルチューブと、前記液体試料の吸引・吐出を前記シリンジと前記フレキシブルチューブを介して前記分注用ノズルから実施させる分注用アクチュエータと、前記分注用アクチュエータを駆動する分注用アクチュエータ駆動部と、前記分注用アクチュエータ駆動部を制御する分注用アクチュエータ制御部を備え、前記分注用ノズルによって保持された前記液体試料を複数の反応容器に所定量ずつ分注する液体試料分注装置において、
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する吐出動作記憶部と、
前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータを時系列的に記憶する正常吐出動作記憶部と、
前記吐出動作記憶部に時系列的に記憶された前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記正常吐出動作記憶部に記憶された前記分注用アクチュエータの正常吐出動作時における動作関連のデータとからマハラノビス距離を算出し、前記算出結果と予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものであることを特徴とする液体試料分注装置。
【請求項３】
前記正常吐出動作時における動作関連のデータは分注条件に応じて用意され、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータと前記分注用アクチュエータの正常吐出時における動作関連のデータとから算出されたマハラノビス距離と、予め定められた閾値とを比較することにより前記分注用アクチュエータの異常の有無を判定するものであることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【請求項４】
前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータが複数回の吐出動作時における速度、加速度、減速度、および推力を選択的に用いることを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【請求項５】
前記吐出条件判定部が前記分注用アクチュエータの異常有りと判定した場合、前記分注用アクチュエータの吐出動作時における動作関連のデータの各動作指令との差分を算出し、各動作指令と前記差分を加算したものを新たな動作指令とする動作指令補正部を備えたことを特徴とする請求項２記載の液体試料分注装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２１０３５２（Ｐ２００９−２１０３５２Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２４７３（Ｐ２００８−５２４７３）
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３日（２００８．３．３）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]