JP2007132823A - 化学分析装置 - Google Patents
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Abstract
【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。
【選択図】 図1
【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。
【選択図】 図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 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。
- 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。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009115752A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Fujirebio Inc | 分離装置 |
JP2013510294A (ja) * | 2009-11-03 | 2013-03-21 | シーメンス・ヘルスケア・ダイアグノスティックス・インコーポレーテッド | 回転式試薬トレイアセンブリおよび固相試薬の混合方法 |
JP2017187417A (ja) * | 2016-04-07 | 2017-10-12 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 臨床検査装置 |
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2005
- 2005-11-11 JP JP2005326817A patent/JP2007132823A/ja active Pending
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