化学分析装置

【課題】容器の装着を簡単にすると共に、遠心力の大きさあるいはその変化により、容器のロータに対する位置決め精度が劣化することを防ぐ。
【解決手段】容器１３をロータ７に搭載して回転させ、遠心力で容器内の試薬又はサンプルを移動・混合・分離させる化学分析装置において、合成樹脂で成型され、ロータ７に収納される容器１３と、容器１３がロータ７に収納されたとき、遠心力に抗して容器１３をロータ７の中心方向へ付勢する付勢手段１７と、容器１３に設けられた溝１９とロータ７に設けられたピン２５とを係合させて固定する固定手段と、を備え、ロータ７の回転が停止している場合であっても、付勢手段１７による付勢力が働いた状態で固定手段によって固定される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルに含まれる微量物質の濃度を測定するために、サンプルを遠心分離して物質を濃縮し、試薬を混合・反応させて発現する現象を定量測定する化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学分析装置においては、サンプルの危険性、サンプルの微量化、反応させる試薬数の増加等の理由からサンプルと試薬を容器の中に入れ、容器を毎分数千回転以上の高い回転速度で回転するロータに取り付け、遠心分離を行ったり、回転を停止して新たな試薬やサンプルを注入したり、して試薬との混合・反応して発現する現象を測定したり、している。
このため、高い回転速度では容器に大きな遠心力が作用し、低い回転速度となったときは遠心力が小さくなり、容器に掛かる力の変化が大きくなる。
遠心分離中に容器に大きな遠心力が作用した場合、容器が飛び出すのを防ぐため、容器の遠心方向外側に保持突起を設け、ロータベースの保持凹所と嵌合することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１５６０５７号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のものおいては、容器の遠心方向外側で大な遠心力を受けることになるので、反対側、遠心方向内側の部分に容器が起きあがろうとする力が発生し、容器が飛び出す恐れがある。又、容器を合成樹脂製（プラスチック）のカートリッジとした場合、特に高速回転による遠心力の大きさ、あるいはその変化により、高精度の位置決めが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、容器の装着を簡単にすると共に、遠心力の大きさあるいはその変化により、容器のロータに対する位置決め精度が劣化することを防ぐことにある。また、他の目的は、容器の形状、構造をより単純で簡単なものにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、容器をロータに搭載して回転させ、遠心力で前記容器内の試薬又はサンプルを移動・混合・分離させる化学分析装置において、合成樹脂で成型され、前記ロータに収納される前記容器と、前記容器が前記ロータに収納されたとき、遠心力に抗して前記容器を前記ロータの中心方向へ付勢する付勢手段と、前記容器に設けられた溝と前記ロータに設けられたピンとを係合させて固定する固定手段と、を備え、前記ロータの回転が停止している場合であっても、前記付勢手段による付勢力が働いた状態で前記固定手段によって固定されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、容器を合成樹脂製としても、容器を遠心力に抗して付勢して収納して固定するので、遠心力の変化に係わらず回転方向へ正確に位置決めすることができ、容器が飛び出す恐れもない。したがって、容器へ複数の試薬やサンプルを注入することを確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明による化学分析装置を示したものであり、筐体１と飛散防止のフタ３で密閉される空間に設置されたロータ７は、駆動装置によってシャフト５を介して回転される。シャフト５には回転角度を検出する検出器１２が取り付けられ、検出器１２の出力が目的値となるようロータ７の回転方向の位置決めがなされ、カートリッジ１３はピペッタ９により試薬やサンプルが注入される。また、カートリッジ１３での発現は光学センサ１１により検出される。さらに、ロータ７を静止させ、その間に容器１３を振動させたり、穴を開けたりする等が行われる。
【０００９】
図２は、容器１３の詳細を示したものであり、容器１３を固定するための溝１９が容器両側に設置され、ロータ７のフック１５に掛けられるリング１７が遠心方向の最内周側に設けられている。また、容器１３はその中で化学分析をするため、イオンの溶け出しが少ない合成樹脂が好ましく、熱可塑性の結晶質のポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、非晶質のポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ），ＡＢＳ樹脂などが好ましい。
図３は、ロータ７の容器１３が取り付けられる部分の詳細を示し、フック１５、容器１３が係合して収納される凹部２１、溝１９にぴったりと入るピン２５、ピン２５が軸方向に移動するようにされた穴２３、ピン２５を溝１９部で容器１３側へ押しつけるスプリング２７が設けられ、スプリング２７の一端はロータ７に固定され、他端はピン２５に固定される。したがって、容器１３は、収納時に凹部２１、ピン２５で固定される。ピン２５に変えてボールとすることでも同様とすることができる。
【００１０】
容器１３がロータ７に固定される状態を図４ないし７を参照して説明する。
図４に示すように、容器１３の先端に設置したリング１７をロータ７の中心付近に設置したフック１５に引っかけながら、フック１５を中心に回転するようにして容器１３を凹部２１に挿入する。このとき、凹部２１の両側壁には、ピン２５があり、ピン２５はスプリング２７によってその先端が側壁より飛び出しているので、これを押し込むようにする。溝１９は、押し込む操作に合わせて曲がった溝、ピン２５の直径に比べてやや大きい幅寸法、あるいは円弧状として容器１３の挿入、取り外しが容易となるようになっている。
【００１１】
また、容器１３が樹脂の場合には、ピン２５の先端形状を尖った形状とし、先端部分で組成変形を発生させ、固定を確実にする。さらに、ピン２５の先端形状を丸まった形状としても良く、この場合、容器１３はその先端部分で滑りやすくなり、容器１３が遠心力で遠心方向外向きに移動しやすく、ロータ７の回転数が小さいうちに、つまり小さな遠心力で、ピン２５が溝１９にはまり込み、容器の固定が素早く行われる。
【００１２】
さらに、図３においてはピン２５を凹部２１の両側壁に設置する場合を示しているが、片側だけとしても良く、このときには、ピン２５を押すスプリング２７の力で容器１３が片側の壁面に押しつけられるので、容器１３の位置決め精度が向上する。
さらに、図３において、ピン２５は、凹部２１の側壁の高さ方向で中心付近に設置しているが、側壁面上であっても高さ方向で上面近く、容器１３の表面を抑えるように設置すれば、ピン２５を指で押し込むようにすることができ、容器１３をロータ７から取り外す作業が容易になる。なお、スプリング２７は、その力が働く方向をロータ７の遠心力方向に対して直角になるよう設置している。
【００１３】
図５は、容器１３をロータ７の凹部２１に納めた状態を示し、容器１３に作用する遠心力が小さいときには、容器１３の遠心力方向最外周とロータ７との間にはすき間が開くようにする。ロータ７の回転数の上昇と共に、容器１３に作用する遠心力が大きくなり、容器１３を変形させたときにすき間が無くなるようにしている。
したがって、カートリッジ１３は、その内部にいくつかに仕切られた試薬溜めが設けられているが、ロータ７の壁にカートリッジ１３が押し当てられて歪むことがなく、試薬溜めの容積が変化して試薬が流動する恐れをなくすことができる。
【００１４】
すき間の幅は、容器１３に作用する遠心力が最大になったとき、容器１３の各部における引っ張り応力が樹脂材料とその周囲温度、応力集中による破壊を避けるための強度安全係数から算定する。これにより、容器１３に大きな遠心力が作用して変形しても、すき間がゼロとなってロータ７の壁面がこの変形を制限して遠心力の一部を受けるため、容器１３を構成する材料を少なくすることができる。
【００１５】
図６は、容器１３をロータ７の凹部２１に収納した状態を上面から示し、ピン２５とその周辺の断面の一部を拡大表示したものであり、ロータ７は回転せず容器１３に遠心力が作用していない場合を示している。
容器１３の側面にある溝１９には、ピン２５がはまっておらず、カートリッジの脱着を容易にできる。このとき、容器１３の先端にあるリング１７は、ロータ７のフック１５に引っかかっており、容器１３は遠心力方向外向きの力を作用させない限り自由には移動しない。
【００１６】
つぎに、ロータ７が回転し、容器１３に遠心力が作用すると、容器１３が遠心方向外向きに移動し、溝１９にピン２５がはまり、図７に示す様になる。ここで、図６で示した容器１３の位置からの移動量は、容器１３のリング１７付近での遠心力による伸びを主としたものであり、フック１５の弾性変形もこれに加えられる。遠心力が大きくなると、ピン２５はその側面が溝１９の中でも遠心力方向内側の側面に当たるようになり、容器１３に作用する遠心力の大部分をピン２５が受けることになる。そのため、容器１３のリング１７付近に作用する応力の増大が抑えられる。また、溝１９の遠心力方向内側の側面とこれに当たるピン２５の先端付近側面形状とを平面同士にすると容器１３の応力が下がる。
【００１７】
容器１３の溝１９にピン２５が嵌った状態から、遠心力が小さくなった状態を図８に示し、容器１３は外周方向へ移動し、ピン２５は溝１９の中で遠心力方向外側の側面に当たるようになる。そして、この状態は、遠心力が無くなっても維持される。つまり、容器１３のリング１７は、フック１５に引っかかったまま遠心力で引き延ばされ、この状態のまま容器１３の溝１９にピン２５がはまるために、リング１７が引き延ばされたために生じる応力が残留して、図８の状態を維持することができる。したがって、さらに外部から力が作用しても、容器１３の位置や姿勢は大きく変化しない。
【００１８】
また、容器１３の位置とその姿勢は遠心力によって決定されるため、容器１３をロータ７に搭載する作業者によるばらつきが発生しない。
なお、容器１３に遠心力が作用して伸びる量が少ないときには、ピン２５を遠心方向に向かって長手方向が伸びる薄い板状とし、これを挿入し摺動する穴２３の形状もこの板状に合わせれば、遠心力が作用した容器１３の力を受けたピンには、曲げモーメントが発生せず、容器１３の固定が確実となる。
【００１９】
次に、図９ないし１５を参照して他の実施形態を説明する。
ロータ７には、容器１３を納める凹部２１、容器１３を固定するための溝１９に嵌るピン２５、ピン２５を納める穴２３、ピン２５を溝１９に押しつけるためのスプリング２７、凹部２１内において容器１３を遠心方向内側に押す部材５１とこれとロータ７の壁面にあって押す力を発生するスプリング５３、容器１３をロータ７の円周方向について位置決めするピン５５が設置されている。
図１０は、図９で示したロータ７に対応する容器１３の構造を示し、その裏面に容器１３をロータ７の円周方向について位置決めするピン５５が嵌る溝５７が設置されている。図１１ないし１５は、容器１３をロータ７に固定する方法を示し、ロータ７の凹部２１に容器１３を挿入するとき、容器１３の円周方向最外周部で押し部材５１を押し退けながら行う。このとき、容器１３裏面の溝５７にロータ７の凹部２１にあるピン５５が嵌るようになっている。
【００２０】
ピン５５のロータ７の円周方向についての厚さは、容器１３がこのピン５５の遠心方向について摺動可能、かつ、ロータ７の円周方向には動かないようにしている。また、ピン５５と溝５７の嵌め合いが、容器１３の弾性変形の範囲に収まるようにすることが良く、押し部材５１は、これを容器１３に押し当てることで容器１３がロータ７に押しつけられる応力が発生するようなくさび形にするのが好ましく、容器１３も、押し部材５１の形状に対応してくさび形にする。
【００２１】
図１２は、容器１３がロータ７に挿入され、未だ遠心力が作用していない状態を示し、容器１３は、押し部材５１によって遠心方向内側に押されている。図１３は、図１２の状態をロータ７の正面から示したものであり、容器１３の溝１９には、ロータ７の凹部２１側面に設置したピン２５はまだ嵌っておらず、容器１３の取り外しが自由にできる。
図１４は、ロータ７が回転しその回転数の上昇と共に、容器１３に遠心力が作用し、容器１３が遠心方向外向きに移動し、溝１９にピン２５が嵌った状態を示したものである。このとき、押し部材５１はスプリング５３の力で容器１３に押しつけられるので、容器１３がロータ７に押しつけられる応力が発生しており、ロータ７の回転数が低いときに発生しやすいロータ７の振れによる容器１３の飛散を防止することができる。
図１５は、ロータ７の回転数が上昇し、押し部材５１が容器１３から離れてロータ７の壁面に片寄り、同時に、容器１３に遠心力が作用し、容器１３が遠心方向外向きに移動し、溝１９にピン２５が嵌った状態を示したものである。この状態では、ピン２５はその側面が溝１９の中でも遠心力方向内側の側面に当たるようになり、容器１３に作用する遠心力をピン２５が受けることになる。ピン２５は、容器１３の重心の位置よりも遠心力方向内側に設置すると、遠心力が作用する間は、容器１３がピン２５に引っかかった状態で引っ張るようになり、容器１３の姿勢が安定する。
しかし、容器１３に作用する応力がこのピン２５を境にして遠心方向外向きについて圧縮から引っ張りに変化するため、その応力の最大値が樹脂材料とその周囲温度、応力集中による破壊を避けるための強度安全係数から算定する値以下となる位置にピン２５を設置する必要がある。
図１６は、図１５の状態から、遠心力が小さくなった状態を示し、押し部材５１は、遠心力が小さくなるとともに容器１３に再び接するようになり、容器１３を遠心力方向内側に押す力が発生する。そのため容器１３の溝１９の中でピン２５は遠心力方向外側の側面に当たるようになるとともに、容器１３がロータ７に押しつけられるようになる。これにより、位置決め精度が向上する。したがって、容器へ複数の試薬やサンプルの注入を確実にすることができる。
【００２２】
本例では、押し部材５１がスプリング５３の発生する力で容器１３の位置を固定する力を発生させるため、スプリング５３のバネ係数を選択することによって、容器１３の装着または取り外しを容易にできる。また、図１３で示した状態から図１５示す状態にまでの容器１３の移動量を容易に大きくできるため、ピン２５、穴２３の設計自由度が高くでき、スプリング２７の選択の幅が広くなる。
【００２３】
以上説明したように、容器の装着が容易になり、ロータが回転して処理を始めてから最初に発生する遠心力で固定されるため、固定を自動化できる。と共に、遠心力の作用が無くなっても、容器と固定手段の間に引っ張り応力が残るため、位置決めされた状態を保持することができ、ロータの回転方向へ正確に位置決めして、容器への試薬やサンプルの注入が確実となる。また、ロータが高速回転しても容器が遠心方向に変位して固定されるので、容器の一部に大きな応力が作用することを避けることができる。さらに、容器の取り付けが簡単で、高い遠心力に耐える固定が実現でき、容器１３の位置決め精度が向上するため、容器へ複数の試薬やサンプルの注入することが確実になると共に、容器１３の表面を覆う部材を設ける必要がないため、容器の設計の自由度が向上し、製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による一実施形態である化学分析装置の全体を示す斜視図。
【図２】一実施形態である容器を示す斜視図。
【図３】一実施形態であるロータの容器収納部を示す上面図。
【図４】一実施形態による容器の取り付け方法を示す要部断面図。
【図５】一実施形態による容器の収納状態を示す要部断面図。
【図６】一実施形態による容器の固定を示す一部拡大図。
【図７】一実施形態による容器の固定（遠心力大）を示す一部拡大図。
【図８】一実施形態による容器の固定（遠心力小）を示す一部拡大図。
【図９】本発明による他の実施形態ロータの容器収納部を示す上面図。
【図１０】他の実施形態である容器を示す斜視図。
【図１１】他の実施形態による容器の取り付け方法を示す要部断面図。
【図１２】他の実施形態による容器の収納状態を示す要部断面図。
【図１３】他の実施形態による容器の固定を示す一部拡大図。
【図１４】他の実施形態による容器の固定（遠心力が作用）を示す一部拡大図。
【図１５】他の実施形態による容器の固定（遠心力大）を示す一部拡大図。
【図１６】他の実施形態による容器の固定（遠心力小）を示す一部拡大図。
【符号の説明】
【００２５】
７…ロータ、１３…容器、１５…フック、１７…リング（付勢手段）、１９…溝、２５…ピン、５１…押し部材、５３…スプリング、５５…ピン、５７…溝。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器をロータに搭載して回転させ、遠心力で前記容器内の試薬又はサンプルを移動・混合・分離させる化学分析装置において、
合成樹脂で成型され、前記ロータに収納される前記容器と、
前記容器が前記ロータに収納されたとき、遠心力に抗して前記容器を前記ロータの中心方向へ付勢する付勢手段と、
前記容器に設けられた溝と前記ロータに設けられたピンとを係合させて固定する固定手段と、を備え、
前記ロータの回転が停止している場合であっても、前記付勢手段による付勢力が働いた状態で前記固定手段によって固定されることを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
請求項１記載のものにおいて、前記ロータの中心付近に設置されたフックと、前記容器の内周側先端に穴を開けることでリング状とされ前記フックに掛けられるリングと、を設け、前記付勢手段による付勢力は前記リングが延伸することによって得られることを特徴とする化学分析装置。
【請求項３】
請求項１記載のものにおいて、前記溝は前記容器の側面に設けられ、前記ピンは前記ロータにおいて前記容器が収納される凹部の側壁に設けられ、前記ピンが容器側へスプリングで押し付けられ、前記溝にはまることで前記容器が前記ロータへ固定されることを特徴とする化学分析装置。
【請求項４】
請求項１記載のものにおいて、前記付勢手段による付勢力は前記容器の最外周側からスプリング力によって前記容器を押し付ける押し部材によって与えられることを特徴とする化学分析装置。
【請求項５】
請求項１記載のものにおいて、前記溝は遠心力方向に長くなるような形状とされていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項６】
容器をロータに搭載して回転させ、遠心力で前記容器内の試薬又はサンプルを移動・混合・分離させる化学分析装置において、
合成樹脂で成型され、前記ロータに収納される前記容器と、
前記ロータの中心付近に設置されたフックと、
前記容器の内周側先端に穴を開けることでリング状とされ前記フックに掛けられるリングと、
前記容器の側面に設けられた溝と、
前記ロータ側の前記容器が収納される凹部の側壁に設けられ、前記容器側へスプリングで押し付けられたピンと、
を備え、前記ピンが前記溝にはまることで前記容器が前記ロータへ固定されることを特徴とする化学分析装置
【請求項７】
請求項６に記載のものにおいて、前記溝は遠心力方向に長くなるような形状とされていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項８】
請求項６に記載のものにおいて、前記リング前記フックに引っかけ、前記フックを中心に回転するようにして前記容器を前記凹部に挿入することを特徴とする化学分析装置。

【図１】