分注装置および自動分析装置
【課題】良好な分注精度を維持することができる分注装置および自動分析装置を提供する。
【解決手段】液体を収容するシリンダー１２ａの内径よりも小さい径を有し、シリンダー１２ａの内部で進退動作され、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生する棒状のプランジャー１２ｂと、シリンダー１２ａとプランジャー１２ｂとの間に介在し、プランジャー１２ｂを摺動自在に挿通する摺動部１２ｃと、を備える。プランジャー１２ｂは、プランジャー駆動部１８によって直動駆動または増速駆動される。
【解決手段】液体を収容するシリンダー１２ａの内径よりも小さい径を有し、シリンダー１２ａの内部で進退動作され、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生する棒状のプランジャー１２ｂと、シリンダー１２ａとプランジャー１２ｂとの間に介在し、プランジャー１２ｂを摺動自在に挿通する摺動部１２ｃと、を備える。プランジャー１２ｂは、プランジャー駆動部１８によって直動駆動または増速駆動される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を分注する分注装置、および当該分注装置を備えて検体試料の分析を行う自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定量の液体を吐出させる技術として、シリンダーとプランジャーとを有し、プランジャーの先端に液漏れ防止用のシール部材が設けられた先端シールキャップ方式のシリンジに関する技術が知られている。このうち、下記特許文献１では、リニアモーターの可動子をプランジャーロッドに接続してプランジャーを駆動させる技術が開示されている。この技術では、リニアモーターが動作することによってプランジャーを押圧し、このプランジャーがシリンダー内部を移動することによってシリンジの先端に接続された針から所定量の液体を吐出させている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８０８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分注用シリンジを構成するシリンダーのような円筒形状の部品は、一般的にその内径面の真円度および真直度を高くすることが困難であるとともに、若干の個体差を有する。このため、上述した従来技術では、プランジャーがシリンダーの内壁を摺動しながら進退動作を行う際の摺動抵抗が不均一であるという問題があった。また、上述した従来技術では、シール部材とシリンダーの内壁の接触面積が大きく、シール部材が磨耗等による経時的変化を生じ、分注精度が下がってしまう恐れもあった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、長期間にわたって良好な分注精度を維持することができる分注装置および自動分析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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る分注装置は、液体を収容するシリンダーと、前記シリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によって前記シリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、前記シリンダーと前記プランジャーとの間に介在し、前記プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記摺動部は、弾性部材が埋め込まれた樹脂からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記摺動部は、前記シリンダーと一体に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記駆動部は、前記分注対象の液体を外部へ吐出するための前記プランジャーの前記シリンダーへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記駆動部は、リニアモーターを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る自動分析装置は、検体を分注する検体分注部と、試薬を分注する試薬分注部とを有し、前記検体と前記試薬とを反応させることによって前記検体の成分を分析する自動分析装置であって、前記検体分注部または前記試薬分注部は、上記いずれかの発明に記載の分注装置を用いてそれぞれ構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る分注装置および自動分析装置によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備えたことにより、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができ、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくて済む。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面はあくまでも模式的なものであり、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置１は、液体の吸引および吐出を行うノズル１１と、液体の流路をなすチューブ４１を介してノズル１１に接続され、ノズル１１からの液体を吸引または吐出するための圧力を発生するシリンジ１２と、分注装置１における液体の吸引および吐出を含む各種動作を制御する制御部１３と、を備える。なお、ここでいう「液体」には、固体成分をわずかに含有する液体も含まれる。
【００１５】
シリンジ１２は、略円筒形状をなして所定の液体を収容するガラス製のシリンダー１２ａと、シリンダー１２ａの内径よりも小さい径を有し、シリンダー１２ａに収容される液体の圧力の加減を行う棒状の金属製のプランジャー１２ｂとを有する。また、シリンジ１２は、シリンダー１２ａとプランジャー１２ｂとの間に、シリンダー１２ａに収容される液体の漏れを防止するとともに、シリンダー１２ａと一体に設けられたプランジャー１２ｂを摺動自在に挿通する摺動部１２ｃを有する。
【００１６】
シリンダー１２ａは、チューブ４１を介してノズル１１に接続され、液体がシリンダー１２ａの外部へ吐出される際の流路をなす吐出口１２１と、そのシリンジ１２の側面部に設けられ、シリンダー１２ａの内部に液体が注入される際の流路をなす注入口１２２とを有する。
【００１７】
プランジャー１２ｂは、円筒研磨加工によって形成される。このため、ガラス製のシリンダー１２ａの内径面よりも高い真円度、真直度を実現しており、研磨面の加工精度は１０μｍ以下である。
【００１８】
摺動部１２ｃは、４フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂に、金属製のばね部材が埋め込まれてなる。このため、摺動部１２ｃはばね性を有し、プランジャー１２ｂの外周に対する圧力を上げ、シリンダー１２ａ内部からの液漏れを低減できるとともに、プランジャー１２ｂの進退動作による磨耗に対して長期間にわたって抗しうる高い耐久性を実現している。また、本実施の形態に係る分注装置１では、シリンダー１２ａの内径面は高精度の加工が不要であるとともに、プランジャー１２ｂの進退動作においてシール部材の摺動を受けることがないため、シリンダー１２ａとして、例えばアクリル樹脂等のガラス以外の材質を用いることも可能である。
【００１９】
図２は、シリンダー１２ａの構成を示す部分拡大図である。図２に示すように、プランジャー１２ｂは、シリンダー１２ａの長手方向の中心軸（吐出口１２１の中心軸に一致）に沿って進退可能である。図２では、プランジャー１２ｂがシリンダー１２ａ内で最も退避した状態（以後、最退避状態と称する）を実線で表示するとともに、プランジャー１２ｂがシリンダー１２ａ内で最も進入した状態（以後、最進入状態と称する）を２点鎖線で表示している。このうち、プランジャー１２ｂの最退避状態において、注入口１２２は、吐出口１２１に対して、プランジャー１２ｂの先端よりも遠方に位置している。
【００２０】
図３は、図２に示す軸Ｘ−Ｘを含む図２の水平面を切断面としたときの断面図であり、プランジャー１２ｂが最退避状態にある場合の断面図である。軸Ｘ−Ｘは、注入口１２２によって形成される液体の流路の中心軸である。以後の説明では、この軸Ｘ−Ｘのことを「注入軸Ｘ−Ｘ」と称する。図３に示すように、注入軸Ｘ−Ｘは、シリンダー１２ａの長手方向の中心軸Ｙ−Ｙと交わらない方向を指向している。
【００２１】
注入口１２２には、液体がシリンジ１２の外部からシリンダー１２ａに注入される際の流路をなすチューブ４２が接続されている。このチューブ４２には、注入される液体の流れを制御する電磁弁１４およびポンプ１５が順次介在している。チューブ４２のシリンジ１２側の端部と異なる端部は、チューブ４２を流れる液体を収容するタンク１６に達しており、タンク１６内に収容されている圧力伝達用の液体を吸引することができる。
【００２２】
ノズル１１、プランジャー１２ｂ、および電磁弁１４は、制御部１３の制御のもと、ノズル駆動部１７、プランジャー駆動部１８、および電磁弁駆動部１９によって駆動される。
【００２３】
プランジャー１２ｂの進退動作は、ボールねじを用いて実現される。プランジャー１２ｂの摺動部１２ｃに挿通されない端部は、プランジャー駆動部１８に取り付けられる。プランジャー駆動部１８は、プランジャー１２ｂの端部を固定する固定部１８１と、固定部１８１に回転自在に挿通されたボールねじ１８２と、ボールねじ１８２の一端に図示しない可動子が取り付けられた回転モーター１８３とを有する。このような構成を有する分注装置１は、制御部１３の制御のもと、回転モーター１８３の回転動作がボールねじ１８２に伝達され、ボールねじ１８２の回転が固定部１８１の直動（図１の上下動）に変換される。その結果、固定部１８１の直動に伴ったプランジャー１２ｂの進退動作が実現される。
【００２４】
回転モーター１８３としては、例えばステッピングモータを用いることができる。ステッピングモータを用いた場合には、プランジャー１２ｂを４０ｍｓｅｃ程度で前進させることにより、ノズル１１の先端からの微量の液体の吐出を実行させることができる。
【００２５】
以上の構成を有する分注装置１が分注対象の液体の吸引または吐出を行う際には、電磁弁１４を開いてポンプ１５によってタンク１６に収容される圧力伝達用の液体を吸引し、ノズル１１、シリンジ１２、チューブ４１および４２をその圧力伝達用の液体で充填した後、電磁弁１４を閉じる。その後、ノズル１１において分注対象の液体の吸引または吐出を行うときには、制御部１３の制御のもと、シリンジ１２のプランジャー１２ｂがシリンダー１２ａの内部で進退動作を行うことにより、圧力伝達用の液体を介してノズル１１の先端部に適当な吸引圧または吐出圧を印加する。このとき、ノズル１１の先端部では、圧力伝達用の液体と分注対象の液体との間に空気層が介在するため、異なる種類の液体が混合することはない。
【００２６】
タンク１６に収容される圧力伝達用の液体は、イオン交換水、蒸留水、脱気水、逆浸透膜投下水などの非圧縮性流体が適用される。かかる液体は、ノズル１１の内部の洗浄を行う洗浄液としても適用可能である。
【００２７】
本実施の形態１においては、分注装置１が、１μＬよりも少ない微量の液体を分注することを想定している。ここで、シリンジ１２として、内径φが２〜４ｍｍのシリンダー１２ａを適用し、０．５μＬの分注を行う場合を考える。この場合、プランジャー１２ｂの移動量は、０．０４ｍｍ（φ＝４の場合）〜０．１５ｍｍ（φ＝２の場合）程度となる。この移動量は、従来の分注装置が自動分析装置上で実行可能な最小分注量である２μＬ程度の分注時のプランジャー１２ｂの移動量の１／４程度である。
【００２８】
上述したような、プランジャー１２ｂの移動距離が微小である微量分注において分注対象の液体を確実に吐出させるためには、ノズル１１の開口端から離脱する液体の速度が重要である。すなわち、分注対象の液体を、ノズル１１の開口端の液面の表面張力やノズル１１の内壁の粘性抵抗に抗して吐出するためには、特に吐出開始時の液体の初速が重要であるとともに、液体の吐出に必要なプランジャー１２ｂのシリンダー１２ａへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させる必要がある。実際、これよりも液体の吐出に費やされる時間が長いと、微量の液体がノズル１１の先端から離脱しないことが実験的にわかっている。
【００２９】
図４は、回転モーター１８３としてステッピングモータを用いるとともに、内径３ｍｍのシリンダー１２ａを用い、プランジャー１２ｂを０．０４３ｍｍ移動させることによって０．３μＬの液体の分注を試みた実験例を示す図である。
【００３０】
まず、図４の曲線Ｌ1は、プランジャー１２ｂの移動距離が０．０４３ｍｍに到達するまでの時間、すなわち応答時間を４０ｍｓｅｃとしてプランジャー１２ｂを駆動した場合のプランジャー移動量と時間との関係を示す曲線である。実験によれば、この曲線Ｌ1にしたがってプランジャー１２ｂを移動させた場合、０．３μＬの液滴をノズル１１の先端から確実に離脱させることができた。
【００３１】
これに対して、図４の曲線Ｌ2は、応答時間を１１０ｍｓｅｃとしてプランジャー１２ｂを駆動した場合のプランジャー移動量と時間との関係を示す曲線である。この曲線Ｌ2にしたがってプランジャー１２ｂを移動させた場合、プランジャー１２ｂが０．０４３ｍｍ移動してもノズル１１の先端からの液滴の離脱はなかった。
【００３２】
この実験結果から、プランジャー１２ｂの移動が遅いと、ノズル１１の先端から液滴を吐出することができず、液滴をノズル１１の先端から外部へ吐出するためには、プランジャー１２ｂのシリンダー１２ａへの進入動作を４０ｍｓｅｃ程度で完了させる必要があることがわかる。
【００３３】
なお、プランジャー駆動部１８は、分注対象の液体をノズル１１の先端から４０ｍｓｅｃ以内に外部へ吐出させることができる性能を有していればよく、ラック＆ピニオン等の回転−直動変換手段と回転モータとの組み合わせからなる駆動手段を用いて構成してもよい。
【００３４】
以上の構成を有する分注装置１において、液体の分注動作を繰り返し行うと、シリンダー１２ａの内径面や、プランジャー１２ｂの表面部分に気泡が付着することがある。このような場合には、プランジャー１２ｂを最進入状態で静止させて電磁弁１４を開き、注入口１２２から所定の圧力で液体をシリンダー１２ａに注入する。これにより、注入口１２２からシリンダー１２ａに注入された液体は、プランジャー１２ｂの周りを旋回するようにして吐出口１２１の方向へ流れていく。したがって、シリンダー１２ａの内壁やプランジャー１２ｂの表面に付着した気泡を旋回流によって除去することができる。
【００３５】
なお、プランジャー１２ｂの最進入状態で液体を注入する代わりに、プランジャー１２ｂのストロークの途中で液体を注入してもよい。これは、例えばノズル１１での分注量が微量である場合のように、プランジャー１２ｂを最退避状態まで退避させることがない場合などに適用可能である。この場合にも、注入口１２２から注入される液体は、注入口１２２付近で発生した旋回流が吐出口１２１に向かって流れるので、シリンダー１２ａの内壁やプランジャー１２ｂの表面に付着した気泡を上記同様に除去することが可能となる。
【００３６】
上記の如くシリンダー１２ａの内部で旋回流を発生することによってシリンジ１２の内部に付着した気泡を除去するには、少なくとも注入軸とシリンダーの中心軸とが交わっていなければよい。この意味では、注入口１２２の位置は必ずしも図１や図２に示す場合に限定されるわけではなく、他の適当な位置に設けることも可能である。また、注入軸とシリンダーの中心軸とが直交していなくてもよい。
【００３７】
本実施の形態１に係る分注装置１は、検体と試薬とを反応させることによって検体の成分の分析を行う自動分析装置に適用することができる。図５は、分注装置１を備えた自動分析装置要部の構成を示す説明図である。同図に示す自動分析装置１００は、血液や体液等の検体（試料）とその検体の検査項目に応じた試薬とを所定の反応容器にそれぞれ分注し、その反応容器内で反応した液体に対して光学的な測定を行う測定ユニット１０１と、測定ユニット１０１を含む自動分析装置１００の制御を行うとともに測定ユニット１０１における測定結果の分析を行うデータ処理ユニット２０１とを有し、これら二つのユニットが連携することによって複数の検体の生化学的な分析を自動的かつ連続的に行う装置である。
【００３８】
まず、測定ユニット１０１について説明する。測定ユニット１０１は、検体が収容された検体容器５１を保持する複数の検体容器保持具５２を順次移送する検体移送部１０２と、試薬容器６１を保持する試薬容器保持部１０３と、検体と試薬とを反応させる反応容器７１を保持する反応容器保持部１０４とを備える。また、測定ユニット１０１は、検体移送部１０２上の検体容器５１に収容された検体を反応容器７１に分注する検体分注部１０５と、試薬容器保持部１０３上の試薬容器６１に収容された試薬を反応容器７１に分注する試薬分注部１０６と、反応容器７１の内部に収容された液体を攪拌する攪拌部１０７と、光源から照射されて反応容器７１内を通過した光を受光して所定の波長成分の強度等を測定する測光部１０８と、洗浄液を用いて反応容器保持部１０４上の反応容器７１の洗浄を行う反応容器洗浄部１０９と、を備える。
【００３９】
試薬容器保持部１０３および反応容器保持部１０４は、試薬容器６１および反応容器７１をそれぞれ収容保持するホイールと、このホイールの底面中心に取り付けられ、その中心を通る鉛直線を回転軸としてホイールを回転させる駆動手段とを有する（図示せず）。各容器保持部の内部は予め設定された温度に保たれている。なお、生化学的な分析を行う際には、一つの検体に対して２種類の試薬を用いることが多いため、第１試薬用の試薬容器保持部１０３と第２試薬用の試薬容器保持部１０３とを別個に設けるとともに、各試薬容器保持部１０３に対応する試薬分注部１０６を別個に設けてもよい。
【００４０】
検体分注部１０５および試薬分注部１０６は、本実施の形態１に係る分注装置１によって構成される。
【００４１】
ところで、図５では、測定ユニット１０１の主要な構成要素を模式的に示すことを主眼としているため、構成要素間の位置関係は必ずしも正確ではない。測定ユニット１０１の正確な構成要素間の位置関係は、試薬容器保持部１０３の数や分注動作のインターバルにおける反応容器保持部１０４のホイールの回転態様などの各種条件に応じて定められる。
【００４２】
次に、データ処理ユニット２０１の構成を説明する。データ処理ユニット２０１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を具備したコンピュータによって実現される。データ処理ユニット２０１は、キーボードやマウスなどを有し、検体の分析に必要な情報や自動分析装置１００の動作指示信号などを含む情報等の入力を受ける入力部２０２と、液晶等のディスプレイ装置を有し、検体の分析に関する情報等を表示出力する出力部２０３と、自動分析装置１００が有する各機能または各手段の制御を行う制御部２０４と、検体の分析に関する各種情報を記憶する記憶部２０５と、を備える。
【００４３】
制御部２０４は、測定ユニット１０１の測定結果に基づいた分析演算を行い、検体の分析データを生成する演算部２４１を有する。演算部２４１は、具体的な分析演算として、記憶部２０５で記憶する検量線を用いることにより、測光部１０８で測定した吸光度を濃度に変換する演算を行う。また、制御部２０４は、検体分注部１０５や試薬分注部１０６として適用される分注装置１の制御部１３の機能を兼備している。
【００４４】
以上の構成を有する自動分析装置１００によれば、本実施の形態に係る分注装置１を検体分注部１０５または試薬分注部１０６として備えたため、検体や試薬に対する良好な分注精度を長期間にわたって維持することができる。
【００４５】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、ボールねじを用いた増速駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態１によれば、ボールねじによる回転−直動変換機構が、減速に伴う回転モーターのトルク増大機構としても作用するため、プランジャーの摺動抵抗の変動の不均一さの影響を受けにくく、液体の吐出を高速で行うことが可能となる。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置２は、プランジャー１２ｄの進退動作がラック＆ピニオンによって実現される。プランジャー１２ｄの摺動部１２ｃに挿通されない端部には、ラック１２ｄＬが形成されている。プランジャー１２ｄを駆動するプランジャー駆動部２８は、ラック１２ｄＬと噛み合うピニオン２８１と、ピニオン２８１を介してプランジャー１２ｄを駆動する回転モーター２８２とを有する。回転モーター２８２は、ピニオン２８１と噛み合う増速用ギア２８２ａを有する。このような構成を有する分注装置２は、制御部１３の制御のもと、回転モーター２８２の回転動作をプランジャー１２ｄの進退動作に変換する。
【００４８】
なお、プランジャー１２ｄおよびプランジャー駆動部２８以外の分注装置２の構成は、上記実施の形態１に係る分注装置１と同じである。このため、分注装置１と同じ構成部位については、図１と同じ符号を付してある。
【００４９】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、ラック＆ピニオンを用いた増速駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作され、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生する棒状のプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態２によれば、ラック＆ピニオンによる回転−直動変換機構が、減速に伴う回転モーターのトルク増大機構としても作用するため、プランジャーの摺動抵抗の変動の不均一さの影響を受けにくく、液体の吐出を高速で行うことができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置３では、プランジャー駆動部３８が、ボールねじやラック＆ピニオン等の回転−直動変換手段を介さずに直接プランジャーを進退可能なリニアモータを用いて構成され、ノズル１１の先端からの分注対象の液体を外部へ吐出するためのプランジャー１２ｅのシリンダー１２ａへの進入動作が４０ｍｓｅｃ以内の時間で完了するように、プランジャー１２ｅを高速で駆動する機能を有する。なお、図７では、プランジャー１２ｅの一端がリニアモータの可動子に直結されている場合を想定しているが、プランジャー１２ｅのリニアモーターへの取付態様がこれに限られるわけではない。
【００５２】
本実施の形態３では、プランジャー駆動部３８として、プランジャー１２ｅの前進動作を４０ｍｓｅｃ程度で完了させ、分注対象の液体をノズル１１の先端から４０ｍｓｅｃ以内に外部へ吐出させることが可能であり、減速機構を有しないリニアモーターを適用しているため、加減速時間の短縮を実現し、高い加速度のもと、液体の微量の分注を高精度で行うことができる。
【００５３】
なお、プランジャー１２ｅおよびプランジャー駆動部３８以外の分注装置３の構成は、上記実施の形態１に係る分注装置１と同じである。このため、分注装置１と同じ構成部位については、図１と同じ符号を付してある。
【００５４】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、リニアモータ等を用いた直接駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態３によれば、プランジャーをリニアモータ等の直接駆動の駆動部によって駆動することにより、高応答の分注装置を実現することができ、１μＬよりも少ない微量の液体の分注を精度よく実現することが可能となる。特に、本実施の形態３に係る分注装置は、プランジャーと摺動部との摺動抵抗の経時的変化が少ない構成を有しているため、負荷抵抗の変化に敏感なリニアモータを用いても、安定した吐出を実現することができる。
【００５６】
ここまで、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態１〜３を詳述してきたが、本発明はそれらの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。すなわち、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る分注装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る分注装置の一部であるシリンダーの構成を示す部分拡大図である。
【図３】図２に示す注入軸を含む水平面を切断面としたときの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る分注装置における微量分注の実験例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る自動分析装置要部の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る分注装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る分注装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２、３ 分注装置
１１ ノズル
１２ シリンジ
１２ａ シリンダー
１２ｂ、１２ｄ、１２ｅ プランジャー
１２ｃ 摺動部
１２ｄＬ ラック
１３、２０４ 制御部
１４ 電磁弁
１５ ポンプ
１６ タンク
１７ ノズル駆動部
１８、２８、３８ プランジャー駆動部
１９ 電磁弁駆動部
５１ 検体容器
６１ 試薬容器
７１ 反応容器
１００ 自動分析装置
１０１ 測定ユニット
１０２ 検体移送部
１０３ 試薬容器保持部
１０４ 反応容器保持部
１０５ 検体分注部
１０６ 試薬分注部
１０７ 攪拌部
１０８ 測光部
１０９ 反応容器洗浄部
１２１ 吐出口
１２２ 注入口
１８１ 固定部
１８２ ボールねじ
１８３、２８２ 回転モーター
２０１ データ処理ユニット
２８１ ピニオン
２８２ａ 増速用ギア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を分注する分注装置、および当該分注装置を備えて検体試料の分析を行う自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定量の液体を吐出させる技術として、シリンダーとプランジャーとを有し、プランジャーの先端に液漏れ防止用のシール部材が設けられた先端シールキャップ方式のシリンジに関する技術が知られている。このうち、下記特許文献１では、リニアモーターの可動子をプランジャーロッドに接続してプランジャーを駆動させる技術が開示されている。この技術では、リニアモーターが動作することによってプランジャーを押圧し、このプランジャーがシリンダー内部を移動することによってシリンジの先端に接続された針から所定量の液体を吐出させている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８０８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分注用シリンジを構成するシリンダーのような円筒形状の部品は、一般的にその内径面の真円度および真直度を高くすることが困難であるとともに、若干の個体差を有する。このため、上述した従来技術では、プランジャーがシリンダーの内壁を摺動しながら進退動作を行う際の摺動抵抗が不均一であるという問題があった。また、上述した従来技術では、シール部材とシリンダーの内壁の接触面積が大きく、シール部材が磨耗等による経時的変化を生じ、分注精度が下がってしまう恐れもあった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、長期間にわたって良好な分注精度を維持することができる分注装置および自動分析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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る分注装置は、液体を収容するシリンダーと、前記シリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によって前記シリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、前記シリンダーと前記プランジャーとの間に介在し、前記プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記摺動部は、弾性部材が埋め込まれた樹脂からなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記摺動部は、前記シリンダーと一体に設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記駆動部は、前記分注対象の液体を外部へ吐出するための前記プランジャーの前記シリンダーへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る分注装置は、上記発明において、前記駆動部は、リニアモーターを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る自動分析装置は、検体を分注する検体分注部と、試薬を分注する試薬分注部とを有し、前記検体と前記試薬とを反応させることによって前記検体の成分を分析する自動分析装置であって、前記検体分注部または前記試薬分注部は、上記いずれかの発明に記載の分注装置を用いてそれぞれ構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る分注装置および自動分析装置によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備えたことにより、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができ、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくて済む。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以後、「実施の形態」と称する）を説明する。なお、以下の説明で参照する図面はあくまでも模式的なものであり、同じ物体を異なる図面で示す場合には、寸法や縮尺等が異なる場合もある。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置１は、液体の吸引および吐出を行うノズル１１と、液体の流路をなすチューブ４１を介してノズル１１に接続され、ノズル１１からの液体を吸引または吐出するための圧力を発生するシリンジ１２と、分注装置１における液体の吸引および吐出を含む各種動作を制御する制御部１３と、を備える。なお、ここでいう「液体」には、固体成分をわずかに含有する液体も含まれる。
【００１５】
シリンジ１２は、略円筒形状をなして所定の液体を収容するガラス製のシリンダー１２ａと、シリンダー１２ａの内径よりも小さい径を有し、シリンダー１２ａに収容される液体の圧力の加減を行う棒状の金属製のプランジャー１２ｂとを有する。また、シリンジ１２は、シリンダー１２ａとプランジャー１２ｂとの間に、シリンダー１２ａに収容される液体の漏れを防止するとともに、シリンダー１２ａと一体に設けられたプランジャー１２ｂを摺動自在に挿通する摺動部１２ｃを有する。
【００１６】
シリンダー１２ａは、チューブ４１を介してノズル１１に接続され、液体がシリンダー１２ａの外部へ吐出される際の流路をなす吐出口１２１と、そのシリンジ１２の側面部に設けられ、シリンダー１２ａの内部に液体が注入される際の流路をなす注入口１２２とを有する。
【００１７】
プランジャー１２ｂは、円筒研磨加工によって形成される。このため、ガラス製のシリンダー１２ａの内径面よりも高い真円度、真直度を実現しており、研磨面の加工精度は１０μｍ以下である。
【００１８】
摺動部１２ｃは、４フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂に、金属製のばね部材が埋め込まれてなる。このため、摺動部１２ｃはばね性を有し、プランジャー１２ｂの外周に対する圧力を上げ、シリンダー１２ａ内部からの液漏れを低減できるとともに、プランジャー１２ｂの進退動作による磨耗に対して長期間にわたって抗しうる高い耐久性を実現している。また、本実施の形態に係る分注装置１では、シリンダー１２ａの内径面は高精度の加工が不要であるとともに、プランジャー１２ｂの進退動作においてシール部材の摺動を受けることがないため、シリンダー１２ａとして、例えばアクリル樹脂等のガラス以外の材質を用いることも可能である。
【００１９】
図２は、シリンダー１２ａの構成を示す部分拡大図である。図２に示すように、プランジャー１２ｂは、シリンダー１２ａの長手方向の中心軸（吐出口１２１の中心軸に一致）に沿って進退可能である。図２では、プランジャー１２ｂがシリンダー１２ａ内で最も退避した状態（以後、最退避状態と称する）を実線で表示するとともに、プランジャー１２ｂがシリンダー１２ａ内で最も進入した状態（以後、最進入状態と称する）を２点鎖線で表示している。このうち、プランジャー１２ｂの最退避状態において、注入口１２２は、吐出口１２１に対して、プランジャー１２ｂの先端よりも遠方に位置している。
【００２０】
図３は、図２に示す軸Ｘ−Ｘを含む図２の水平面を切断面としたときの断面図であり、プランジャー１２ｂが最退避状態にある場合の断面図である。軸Ｘ−Ｘは、注入口１２２によって形成される液体の流路の中心軸である。以後の説明では、この軸Ｘ−Ｘのことを「注入軸Ｘ−Ｘ」と称する。図３に示すように、注入軸Ｘ−Ｘは、シリンダー１２ａの長手方向の中心軸Ｙ−Ｙと交わらない方向を指向している。
【００２１】
注入口１２２には、液体がシリンジ１２の外部からシリンダー１２ａに注入される際の流路をなすチューブ４２が接続されている。このチューブ４２には、注入される液体の流れを制御する電磁弁１４およびポンプ１５が順次介在している。チューブ４２のシリンジ１２側の端部と異なる端部は、チューブ４２を流れる液体を収容するタンク１６に達しており、タンク１６内に収容されている圧力伝達用の液体を吸引することができる。
【００２２】
ノズル１１、プランジャー１２ｂ、および電磁弁１４は、制御部１３の制御のもと、ノズル駆動部１７、プランジャー駆動部１８、および電磁弁駆動部１９によって駆動される。
【００２３】
プランジャー１２ｂの進退動作は、ボールねじを用いて実現される。プランジャー１２ｂの摺動部１２ｃに挿通されない端部は、プランジャー駆動部１８に取り付けられる。プランジャー駆動部１８は、プランジャー１２ｂの端部を固定する固定部１８１と、固定部１８１に回転自在に挿通されたボールねじ１８２と、ボールねじ１８２の一端に図示しない可動子が取り付けられた回転モーター１８３とを有する。このような構成を有する分注装置１は、制御部１３の制御のもと、回転モーター１８３の回転動作がボールねじ１８２に伝達され、ボールねじ１８２の回転が固定部１８１の直動（図１の上下動）に変換される。その結果、固定部１８１の直動に伴ったプランジャー１２ｂの進退動作が実現される。
【００２４】
回転モーター１８３としては、例えばステッピングモータを用いることができる。ステッピングモータを用いた場合には、プランジャー１２ｂを４０ｍｓｅｃ程度で前進させることにより、ノズル１１の先端からの微量の液体の吐出を実行させることができる。
【００２５】
以上の構成を有する分注装置１が分注対象の液体の吸引または吐出を行う際には、電磁弁１４を開いてポンプ１５によってタンク１６に収容される圧力伝達用の液体を吸引し、ノズル１１、シリンジ１２、チューブ４１および４２をその圧力伝達用の液体で充填した後、電磁弁１４を閉じる。その後、ノズル１１において分注対象の液体の吸引または吐出を行うときには、制御部１３の制御のもと、シリンジ１２のプランジャー１２ｂがシリンダー１２ａの内部で進退動作を行うことにより、圧力伝達用の液体を介してノズル１１の先端部に適当な吸引圧または吐出圧を印加する。このとき、ノズル１１の先端部では、圧力伝達用の液体と分注対象の液体との間に空気層が介在するため、異なる種類の液体が混合することはない。
【００２６】
タンク１６に収容される圧力伝達用の液体は、イオン交換水、蒸留水、脱気水、逆浸透膜投下水などの非圧縮性流体が適用される。かかる液体は、ノズル１１の内部の洗浄を行う洗浄液としても適用可能である。
【００２７】
本実施の形態１においては、分注装置１が、１μＬよりも少ない微量の液体を分注することを想定している。ここで、シリンジ１２として、内径φが２〜４ｍｍのシリンダー１２ａを適用し、０．５μＬの分注を行う場合を考える。この場合、プランジャー１２ｂの移動量は、０．０４ｍｍ（φ＝４の場合）〜０．１５ｍｍ（φ＝２の場合）程度となる。この移動量は、従来の分注装置が自動分析装置上で実行可能な最小分注量である２μＬ程度の分注時のプランジャー１２ｂの移動量の１／４程度である。
【００２８】
上述したような、プランジャー１２ｂの移動距離が微小である微量分注において分注対象の液体を確実に吐出させるためには、ノズル１１の開口端から離脱する液体の速度が重要である。すなわち、分注対象の液体を、ノズル１１の開口端の液面の表面張力やノズル１１の内壁の粘性抵抗に抗して吐出するためには、特に吐出開始時の液体の初速が重要であるとともに、液体の吐出に必要なプランジャー１２ｂのシリンダー１２ａへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させる必要がある。実際、これよりも液体の吐出に費やされる時間が長いと、微量の液体がノズル１１の先端から離脱しないことが実験的にわかっている。
【００２９】
図４は、回転モーター１８３としてステッピングモータを用いるとともに、内径３ｍｍのシリンダー１２ａを用い、プランジャー１２ｂを０．０４３ｍｍ移動させることによって０．３μＬの液体の分注を試みた実験例を示す図である。
【００３０】
まず、図４の曲線Ｌ1は、プランジャー１２ｂの移動距離が０．０４３ｍｍに到達するまでの時間、すなわち応答時間を４０ｍｓｅｃとしてプランジャー１２ｂを駆動した場合のプランジャー移動量と時間との関係を示す曲線である。実験によれば、この曲線Ｌ1にしたがってプランジャー１２ｂを移動させた場合、０．３μＬの液滴をノズル１１の先端から確実に離脱させることができた。
【００３１】
これに対して、図４の曲線Ｌ2は、応答時間を１１０ｍｓｅｃとしてプランジャー１２ｂを駆動した場合のプランジャー移動量と時間との関係を示す曲線である。この曲線Ｌ2にしたがってプランジャー１２ｂを移動させた場合、プランジャー１２ｂが０．０４３ｍｍ移動してもノズル１１の先端からの液滴の離脱はなかった。
【００３２】
この実験結果から、プランジャー１２ｂの移動が遅いと、ノズル１１の先端から液滴を吐出することができず、液滴をノズル１１の先端から外部へ吐出するためには、プランジャー１２ｂのシリンダー１２ａへの進入動作を４０ｍｓｅｃ程度で完了させる必要があることがわかる。
【００３３】
なお、プランジャー駆動部１８は、分注対象の液体をノズル１１の先端から４０ｍｓｅｃ以内に外部へ吐出させることができる性能を有していればよく、ラック＆ピニオン等の回転−直動変換手段と回転モータとの組み合わせからなる駆動手段を用いて構成してもよい。
【００３４】
以上の構成を有する分注装置１において、液体の分注動作を繰り返し行うと、シリンダー１２ａの内径面や、プランジャー１２ｂの表面部分に気泡が付着することがある。このような場合には、プランジャー１２ｂを最進入状態で静止させて電磁弁１４を開き、注入口１２２から所定の圧力で液体をシリンダー１２ａに注入する。これにより、注入口１２２からシリンダー１２ａに注入された液体は、プランジャー１２ｂの周りを旋回するようにして吐出口１２１の方向へ流れていく。したがって、シリンダー１２ａの内壁やプランジャー１２ｂの表面に付着した気泡を旋回流によって除去することができる。
【００３５】
なお、プランジャー１２ｂの最進入状態で液体を注入する代わりに、プランジャー１２ｂのストロークの途中で液体を注入してもよい。これは、例えばノズル１１での分注量が微量である場合のように、プランジャー１２ｂを最退避状態まで退避させることがない場合などに適用可能である。この場合にも、注入口１２２から注入される液体は、注入口１２２付近で発生した旋回流が吐出口１２１に向かって流れるので、シリンダー１２ａの内壁やプランジャー１２ｂの表面に付着した気泡を上記同様に除去することが可能となる。
【００３６】
上記の如くシリンダー１２ａの内部で旋回流を発生することによってシリンジ１２の内部に付着した気泡を除去するには、少なくとも注入軸とシリンダーの中心軸とが交わっていなければよい。この意味では、注入口１２２の位置は必ずしも図１や図２に示す場合に限定されるわけではなく、他の適当な位置に設けることも可能である。また、注入軸とシリンダーの中心軸とが直交していなくてもよい。
【００３７】
本実施の形態１に係る分注装置１は、検体と試薬とを反応させることによって検体の成分の分析を行う自動分析装置に適用することができる。図５は、分注装置１を備えた自動分析装置要部の構成を示す説明図である。同図に示す自動分析装置１００は、血液や体液等の検体（試料）とその検体の検査項目に応じた試薬とを所定の反応容器にそれぞれ分注し、その反応容器内で反応した液体に対して光学的な測定を行う測定ユニット１０１と、測定ユニット１０１を含む自動分析装置１００の制御を行うとともに測定ユニット１０１における測定結果の分析を行うデータ処理ユニット２０１とを有し、これら二つのユニットが連携することによって複数の検体の生化学的な分析を自動的かつ連続的に行う装置である。
【００３８】
まず、測定ユニット１０１について説明する。測定ユニット１０１は、検体が収容された検体容器５１を保持する複数の検体容器保持具５２を順次移送する検体移送部１０２と、試薬容器６１を保持する試薬容器保持部１０３と、検体と試薬とを反応させる反応容器７１を保持する反応容器保持部１０４とを備える。また、測定ユニット１０１は、検体移送部１０２上の検体容器５１に収容された検体を反応容器７１に分注する検体分注部１０５と、試薬容器保持部１０３上の試薬容器６１に収容された試薬を反応容器７１に分注する試薬分注部１０６と、反応容器７１の内部に収容された液体を攪拌する攪拌部１０７と、光源から照射されて反応容器７１内を通過した光を受光して所定の波長成分の強度等を測定する測光部１０８と、洗浄液を用いて反応容器保持部１０４上の反応容器７１の洗浄を行う反応容器洗浄部１０９と、を備える。
【００３９】
試薬容器保持部１０３および反応容器保持部１０４は、試薬容器６１および反応容器７１をそれぞれ収容保持するホイールと、このホイールの底面中心に取り付けられ、その中心を通る鉛直線を回転軸としてホイールを回転させる駆動手段とを有する（図示せず）。各容器保持部の内部は予め設定された温度に保たれている。なお、生化学的な分析を行う際には、一つの検体に対して２種類の試薬を用いることが多いため、第１試薬用の試薬容器保持部１０３と第２試薬用の試薬容器保持部１０３とを別個に設けるとともに、各試薬容器保持部１０３に対応する試薬分注部１０６を別個に設けてもよい。
【００４０】
検体分注部１０５および試薬分注部１０６は、本実施の形態１に係る分注装置１によって構成される。
【００４１】
ところで、図５では、測定ユニット１０１の主要な構成要素を模式的に示すことを主眼としているため、構成要素間の位置関係は必ずしも正確ではない。測定ユニット１０１の正確な構成要素間の位置関係は、試薬容器保持部１０３の数や分注動作のインターバルにおける反応容器保持部１０４のホイールの回転態様などの各種条件に応じて定められる。
【００４２】
次に、データ処理ユニット２０１の構成を説明する。データ処理ユニット２０１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を具備したコンピュータによって実現される。データ処理ユニット２０１は、キーボードやマウスなどを有し、検体の分析に必要な情報や自動分析装置１００の動作指示信号などを含む情報等の入力を受ける入力部２０２と、液晶等のディスプレイ装置を有し、検体の分析に関する情報等を表示出力する出力部２０３と、自動分析装置１００が有する各機能または各手段の制御を行う制御部２０４と、検体の分析に関する各種情報を記憶する記憶部２０５と、を備える。
【００４３】
制御部２０４は、測定ユニット１０１の測定結果に基づいた分析演算を行い、検体の分析データを生成する演算部２４１を有する。演算部２４１は、具体的な分析演算として、記憶部２０５で記憶する検量線を用いることにより、測光部１０８で測定した吸光度を濃度に変換する演算を行う。また、制御部２０４は、検体分注部１０５や試薬分注部１０６として適用される分注装置１の制御部１３の機能を兼備している。
【００４４】
以上の構成を有する自動分析装置１００によれば、本実施の形態に係る分注装置１を検体分注部１０５または試薬分注部１０６として備えたため、検体や試薬に対する良好な分注精度を長期間にわたって維持することができる。
【００４５】
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、ボールねじを用いた増速駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態１によれば、ボールねじによる回転−直動変換機構が、減速に伴う回転モーターのトルク増大機構としても作用するため、プランジャーの摺動抵抗の変動の不均一さの影響を受けにくく、液体の吐出を高速で行うことが可能となる。
【００４７】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置２は、プランジャー１２ｄの進退動作がラック＆ピニオンによって実現される。プランジャー１２ｄの摺動部１２ｃに挿通されない端部には、ラック１２ｄＬが形成されている。プランジャー１２ｄを駆動するプランジャー駆動部２８は、ラック１２ｄＬと噛み合うピニオン２８１と、ピニオン２８１を介してプランジャー１２ｄを駆動する回転モーター２８２とを有する。回転モーター２８２は、ピニオン２８１と噛み合う増速用ギア２８２ａを有する。このような構成を有する分注装置２は、制御部１３の制御のもと、回転モーター２８２の回転動作をプランジャー１２ｄの進退動作に変換する。
【００４８】
なお、プランジャー１２ｄおよびプランジャー駆動部２８以外の分注装置２の構成は、上記実施の形態１に係る分注装置１と同じである。このため、分注装置１と同じ構成部位については、図１と同じ符号を付してある。
【００４９】
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、ラック＆ピニオンを用いた増速駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作され、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生する棒状のプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態２によれば、ラック＆ピニオンによる回転−直動変換機構が、減速に伴う回転モーターのトルク増大機構としても作用するため、プランジャーの摺動抵抗の変動の不均一さの影響を受けにくく、液体の吐出を高速で行うことができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３に係る分注装置の構成を示す図である。同図に示す分注装置３では、プランジャー駆動部３８が、ボールねじやラック＆ピニオン等の回転−直動変換手段を介さずに直接プランジャーを進退可能なリニアモータを用いて構成され、ノズル１１の先端からの分注対象の液体を外部へ吐出するためのプランジャー１２ｅのシリンダー１２ａへの進入動作が４０ｍｓｅｃ以内の時間で完了するように、プランジャー１２ｅを高速で駆動する機能を有する。なお、図７では、プランジャー１２ｅの一端がリニアモータの可動子に直結されている場合を想定しているが、プランジャー１２ｅのリニアモーターへの取付態様がこれに限られるわけではない。
【００５２】
本実施の形態３では、プランジャー駆動部３８として、プランジャー１２ｅの前進動作を４０ｍｓｅｃ程度で完了させ、分注対象の液体をノズル１１の先端から４０ｍｓｅｃ以内に外部へ吐出させることが可能であり、減速機構を有しないリニアモーターを適用しているため、加減速時間の短縮を実現し、高い加速度のもと、液体の微量の分注を高精度で行うことができる。
【００５３】
なお、プランジャー１２ｅおよびプランジャー駆動部３８以外の分注装置３の構成は、上記実施の形態１に係る分注装置１と同じである。このため、分注装置１と同じ構成部位については、図１と同じ符号を付してある。
【００５４】
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、液体を収容するシリンダーの内径よりも小さい径を有し、リニアモータ等を用いた直接駆動を行う駆動部（プランジャー駆動部）によってシリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、シリンダーとプランジャーとの間に介在し、プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、を備え、高い加工精度を容易に実現可能なプランジャーと摺動部との間に摺動抵抗を発生させる構成としたため、プランジャーの進退動作時における摺動抵抗を均一なものとすることができる上、プランジャーと摺動部との接触面積も少なくすることができる。したがって、従来のように磨耗等による経時的変化を生じにくく、長期間にわたって良好な分注精度を維持することが可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態３によれば、プランジャーをリニアモータ等の直接駆動の駆動部によって駆動することにより、高応答の分注装置を実現することができ、１μＬよりも少ない微量の液体の分注を精度よく実現することが可能となる。特に、本実施の形態３に係る分注装置は、プランジャーと摺動部との摺動抵抗の経時的変化が少ない構成を有しているため、負荷抵抗の変化に敏感なリニアモータを用いても、安定した吐出を実現することができる。
【００５６】
ここまで、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態１〜３を詳述してきたが、本発明はそれらの実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。すなわち、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る分注装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る分注装置の一部であるシリンダーの構成を示す部分拡大図である。
【図３】図２に示す注入軸を含む水平面を切断面としたときの断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る分注装置における微量分注の実験例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る自動分析装置要部の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る分注装置の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る分注装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１、２、３ 分注装置
１１ ノズル
１２ シリンジ
１２ａ シリンダー
１２ｂ、１２ｄ、１２ｅ プランジャー
１２ｃ 摺動部
１２ｄＬ ラック
１３、２０４ 制御部
１４ 電磁弁
１５ ポンプ
１６ タンク
１７ ノズル駆動部
１８、２８、３８ プランジャー駆動部
１９ 電磁弁駆動部
５１ 検体容器
６１ 試薬容器
７１ 反応容器
１００ 自動分析装置
１０１ 測定ユニット
１０２ 検体移送部
１０３ 試薬容器保持部
１０４ 反応容器保持部
１０５ 検体分注部
１０６ 試薬分注部
１０７ 攪拌部
１０８ 測光部
１０９ 反応容器洗浄部
１２１ 吐出口
１２２ 注入口
１８１ 固定部
１８２ ボールねじ
１８３、２８２ 回転モーター
２０１ データ処理ユニット
２８１ ピニオン
２８２ａ 増速用ギア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容するシリンダーと、
前記シリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によって前記シリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、
前記シリンダーと前記プランジャーとの間に介在し、前記プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、
を備えたことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記摺動部は、弾性部材が埋め込まれた樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記摺動部は、前記シリンダーと一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記分注対象の液体を外部へ吐出するための前記プランジャーの前記シリンダーへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項５】
前記駆動部は、リニアモーターを有することを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項６】
検体を分注する検体分注部と、試薬を分注する試薬分注部とを有し、前記検体と前記試薬とを反応させることによって前記検体の成分を分析する自動分析装置であって、
前記検体分注部または前記試薬分注部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の分注装置を用いてそれぞれ構成されたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項１】
液体を収容するシリンダーと、
前記シリンダーの内径よりも小さい径を有し、直接駆動または増速駆動を行う駆動部によって前記シリンダー内部で進退動作させられ、分注対象の液体を外部へ吐出する圧力を発生するプランジャーと、
前記シリンダーと前記プランジャーとの間に介在し、前記プランジャーを摺動自在に挿通する摺動部と、
を備えたことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記摺動部は、弾性部材が埋め込まれた樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項３】
前記摺動部は、前記シリンダーと一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記分注対象の液体を外部へ吐出するための前記プランジャーの前記シリンダーへの進入動作を４０ｍｓｅｃ以内に完了させることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項５】
前記駆動部は、リニアモーターを有することを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項６】
検体を分注する検体分注部と、試薬を分注する試薬分注部とを有し、前記検体と前記試薬とを反応させることによって前記検体の成分を分析する自動分析装置であって、
前記検体分注部または前記試薬分注部は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の分注装置を用いてそれぞれ構成されたことを特徴とする自動分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１３４１５９（Ｐ２００８−１３４１５９Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２０７３３（Ｐ２００６−３２０７３３）
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２８日（２００６．１１．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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