JP2007534894A - 双方向駆動ベルト張力付与装置 - Google Patents

Abstract

駆動ベルトの駆動方向が急に逆転したときに、そして、駆動ベルトが摩滅したときに、駆動ベルトの張力および制御を自動的に維持するための装置。
【選択図】 図６Ａ

Description

本発明は、尿、血清、血漿、脳脊髄液などのような患者の生物学的流体を自動的に処理する方法および装置に関する。特に、本発明は、駆動ベルトの駆動方向が急に逆転したときや駆動ベルトが摩滅したときに駆動ベルトの張力、制御を自動的に維持する装置を提供する。

重要な被検物質として患者の感染部、体液または膿瘍部のサンプルを分析することによって患者の診断や治療に関連した様々なタイプの検査を実施することができる。患者サンプルは、代表的には、サンプル・バイアルに入れ、このバイアルを臨床検査室へ運んで自動臨床アナライザ上のラックに置き、このバイアルからサンプルを抽出する。その後、反応容器内で、サンプルに試薬カートリッジから抽出した種々の試薬と混ぜ合わせる。場合によっては、この混合物を分析前にインキュベートしてから患者の治療の助けとする。検査用測定、すなわち、比濁測定または蛍光測定等を行ってエンドポイント値または反応率値を確認し、これらの値から周知の較正技術を使用してサンプル内の被検物質の量を決定することができる。

自動臨床アナライザは、作業者または技術者のエラーを最小限に抑えながらより迅速に結果を得ることで作業効率を改善する。評価分析処理量に関する要求が臨床検査室で高まっていることにより、アナライザ内での患者サンプルおよび試薬の取り扱い効率は絶えず向上させる必要がある。そのとき、重要な要因は、複数の異なったサンプルまたは試薬を適切な液体抽出位置に迅速に位置決めする能力である。

サンプル・ラックは、通常、作業者によってアナライザの入力部分に置かれ、次いで、アナライザによって自動的に分取位置に移動させられる。この分取位置で、通常、中空プローブを使用してサンプル容器から吸引することによって患者サンプル液のアリコートが抽出される。多くの異なった患者サンプルからのアリコート・サンプルは、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許出願番号１０／０３７５１２に記載されているように、口の開いた小さなカップ状容器の一体化されたアレイ（本明細書では、アリコート容器アレイと呼ぶ）として形成された複数の暫定的な容器またはウェルに分配することができる。アリコート容器アレイはサンプル採取位置へ運ばれ、この位置で、サンプル採取プローブによって適量のアリコート・サンプルが抽出され、サンプル採取プローブによって反応キュベットに分配される。さらに、試薬添加位置では、指定評価分析を行うのに必要な試薬が中空プローブを使用して適切な試薬カートリッジから抽出される。次いで、これらの中空プローブが試薬分配位置に戻され、ここで試薬が反応キュベットに分配される。

高い評価分析処理量を維持するためには、サンプル採取プローブがサンプル採取位置と反応キュベットの間を迅速に往復動し、そして、試薬添加プローブが試薬添加位置と反応キュベットの間を迅速に往復動すると有利である。また、試薬カートリッジが搭載保管位置と試薬添加位置との間を迅速に往復動することも有利である。これら往復動、位置決め動作のすべてにおいて、アリコート容器アレイ、試薬カートリッジ、サンプル採取プローブ、試薬添加プローブがその選択位置に繰り返し正確に位置決めされることが望ましい。先に説明したような往復動作ではモータ駆動式駆動ベルトがしばしば使用される。しかしながら、駆動ベルトは、長期間繰り返し使用されると、その当初の寸法から伸びてしまい、プローブまたはカートリッジ等をその意図した位置に繰り返し位置決めするのが難しくなるということは知られている。さらに、駆動ベルトの移動方向が急に逆転したとき、駆動ベルトは、充分な強さの張力に維持していない限り、関連したプーリ、ベルトまたはスプロケットおよびチェーンから外れることがある。

本発明は、駆動方向の急な変化にもかかわらず駆動ベルトを一定張力に維持することによって駆動ベルトの未知の長さ変化を自動的に補正し、駆動ベルトが摩滅してもプローブまたはカートリッジ等を意図した位置に正確に置くことができる装置を提供する。この自動張力付与装置は、ベルト駆動されるテンショナがそれと駆動ベルトの駆動源との間の距離を増やす方向にのみ移動できるようになっている片方向ラッチング装置を使用する。駆動ベルトの長さを伸びるにつれて、駆動ベルトが一定の張力に維持される。

本発明は、本出願の一部をなす添付図面と関連して行った以下の詳細な説明からより完全に理解して貰えよう。

図１は、本発明が有効に使用され得る自動アナライザの概略平面図である。
図２は、図１のアナライザの一部拡大概略平面図である。
図３は、自動アリコート容器アレイ保管・取り扱いユニットの斜視図である。
図４は、アリコート容器アレイの斜視図である。
図５は、本発明が有効に使用され得るカートリッジ往復駆動機構の斜視図である。
図６Ａは、本発明の自動テンショナの正面図である。
図６Ｂは、図６Ａの自動テンショナの側面図である。
図７は、本発明の主要な特徴の破断斜視図である。
図７Ａは、本発明の主要な特徴の拡大正面図である。
図７Ｂは、本発明で使用するラッチの斜視図である。
図８は、本発明の主要な特徴の斜視図である。
図９は、本発明が有効に使用され得る容器往復駆動機構の斜視図である。

図１は、図２と共に、本発明を有利に実行できる自動化学アナライザ１０の諸要素を概略的に示している。このアナライザ１０は、キュベット・ポート２０を形成した外側キュベット回転コンベヤ１４と、容器ポート２２を形成した内側キュベット回転コンベヤ１６とを支持している反応回転コンベヤ１２を含む。外側キュベット回転コンベヤ１４および内側キュベット回転コンベヤ１６は、開放溝１８によって分離されている。キュベット・ポート２０は、本発明の譲受人に譲渡された審査係属中の米国特許出願番号１０／６２３,４３６に開示されているような複数の反応キュベット２４を受け入れるようになっている。これらの反応キュベット２４は、在来の臨床、免疫測定評価分析のための種々の試薬およびサンプル液を収容している。一方、容器ポート２２は、超高感度発光免疫測定専用の試薬を収容している複数の反応容器２５を受け入れるようになっている。反応回転コンベヤ１２は、一定方向に段階的に移動するように回転可能であり、この段階的移動は一定の停止時間によって分けてあり、この停止時間中、回転コンベヤ１２は静止状態に保たれ、センサ、試薬添加ステーション、混合ステーションなどのようなコンピュータ制御式の評価分析操作装置１３が、必要に応じて、キュベット２４および反応容器２５内に収容されている評価分析混合物に作用する。

アナライザ１０は、イリノイ州ディアフィールドのDade Behring Inc.によって販売されているDimension^(R)臨床化学アナライザで使用され、コンピュータ・ベースの電気機械管理プログラミングの分野で当業者に広く使われているような、機械語で書かれたコンピュータ・プログラムに基づいてコンピュータ１５で実行されるソフトウェアによって制御される。コンピュータ１５は、アナライザ１０内の種々の分析手段１７によって行われる評価分析を実施するためのアプリケーション・ソフトウェア・プログラムも実行する。

温度制御される試薬保管領域２６、２８が、本発明の譲受人に譲渡された審査係属中の米国特許出願番号０９／９４９１３２に記載されているような複数の細長い多区画試薬カートリッジ３０を格納している。これらの多区画試薬カートリッジ３０は、必要に応じて、所与の評価分析を実施するためにウェル３２内に試薬を収容している。

入力レーン３４Ａおよび出力レーン３４Ｂを有する双方向装入・送出サンプル・チューブ移送システム３６が、検査しようとしている検体液を収容し、サンプル・チューブ・ラック４２内に装着された個々の装入サンプル・チューブ４０を液体サンプル採取アーム４４のサンプル採取円弧内へ移送する。サンプル・チューブ４０に収容された検体液は、その上に取り付けられたバーコード記号を在来のバーコードリーダを用いて読み取ることによって識別され、項目の中でも特に患者の身元、実施されるべき検査、サンプル・アリコートをアナライザ１０内に保持すべき場合にどのくらいの期間保持するかという諸点を決定する。また、サンプル・チューブ・ラック４２上にバーコード記号を設け、アナライザ１０全体にわたって据え付けた多数の在来のバーコードリーダを使用してサンプル・チューブ４０およびサンプル・チューブ・ラック４２の位置を確認、制御、追跡することもよく行われている。

サンプル採取アーム４４は、回転可能シャフト４８に装着された液体サンプル採取プローブ４６を支持しており、サンプル採取アーム４４の動きは、サンプル・チューブ移送システム３６および図３に示すようなアリコート容器アレイ移送システム５０を横切る円弧を描く。サンプル採取アーム４４は、サンプル・チューブ４０から液体サンプルを吸い込み、必要な評価分析を実施するのに必要なサンプルの量に応じて図４に示すようにアリコート容器アレイ５２の複数の容器５２Ｖのうちの１つまたはそれ以上にアリコート・サンプルを分配し、アナライザ１０によって環境室３８内に保持されるべきサンプル・アリコートを提供するように作動可能である。

アリコート容器アレイ移送システム５０は、アリコート容器アレイ保管・分配モジュール５６と、反応回転コンベヤ１２に接近して設置したサンプル吸引・分配アーム５４の下方にある多数のアリコート容器アレイ・トラック５７内でアリコート容器アレイ５２を双方向に移動させるようになっている多数の直線駆動モータ５８とを含む。サンプル吸引・分配アーム５４は、コンピュータ１５によって制御されており、在来の液体プローブ５４Ｐを使用してトラック５７内のサンプル採取位置に位置した個々の容器５２Ｖから制御量のサンプルを吸引するようになっている。次いで、液体プローブ５４Ｐが分配位置に動かされ、ここにおいて、適量の吸引サンプルがキュベット・ポート２０にある１つまたはそれ以上のキュベット２４に分配され、１つまたはそれ以上の被検物質についてアナライザ１０が検査を行う。サンプルが反応キュベット２４に分配された後、在来の移送手段が、必要に応じて、アリコート容器アレイ移送システム５０、環境室３８および廃棄領域（図示せず）間でアリコート容器アレイ５２を移動させる。

それぞれ一対の在来型液体試薬プローブ６０Ｐ、６２Ｐを含む多数の試薬吸引・分配アーム６０、６２が、独立して装着してあり、それぞれ、試薬保管領域２６および２８間で移動可能となっている。プローブ６０Ｐ、６２Ｐは、試薬添加位置で適切な試薬カートリッジ３０にあるウェル３２から指定評価分析を行うのに必要な試薬を吸引する在来の機構を含む。次いで、プローブ６０Ｐ、６２Ｐは、試薬分配位置に動かされここで試薬が反応キュベット２４に分配される。多数の試薬カートリッジ３０が、試薬保管領域２６、２８内に制御された環境条件で保管される。高い評価分析処理量を維持する際の主要な要因は、試薬保管領域２６、２８内の試薬カートリッジ３０をプローブ６０Ｐ、６２Ｐによってアクセスできるように試薬添加位置まで迅速かつ正確に往復動させる能力である。

反応キュベット装填ステーション６１および反応容器装填ステーション６３が、それぞれ、外側キュベット回転コンベヤ１４および内側容器回転コンベヤ１６に接近して設置してあり、たとえば移動可能なロボットアーム６５を使用して、後に説明するように反応キュベット２４を横向きにキュベット・ポート２０に装填し、また、反応容器２５を容器ポート２２に装填するようになっている。操作に当たって、評価分析を最終的に行った使用済みのキュベット２４は、本発明の譲受人に譲渡された審査係属中の米国特許出願番号１０／６２３,３６０に開示されるように洗浄ステーション６７で洗浄、乾燥させられる。本発明の譲受人に譲渡された審査係属中の米国特許出願番号１０／３１８,８０４に開示されているような理由のために他の指示がない限り、以降の評価分析が清掃された使用済みのキュベット２４で行われる。キュベット取り出しステーション５９が、装填ステーション６１、６３に示すような移動可能なロボットアーム６５を再び使用してキュベット・ポート２０から使用不可な反応キュベット２４を取り出すようになっている。

試薬カートリッジ３０を往復動させている過程でしばしば遭遇する問題は、使用時に往復駆動機構が摩滅し、試薬カートリッジ３０をプローブ６０Ｐ、６２Ｐに与える精度に悪影響を及ぼすということである。試薬カートリッジ３０の往復動方向における急な反転が高速で行われるとき、たとえば、円形の駆動ベルトの駆動部分またはたるみ部分に生じる負荷の変化により、徐々に変化した位置で試薬カートリッジ３０を停止させてしまうために別の問題が生じる。本発明は、図５に示したようなカートリッジ往復駆動機構６４で役に立つものであり、使用時に往復動チェーンまたは駆動ベルト６８に生じる可能性のある長さの変化または急な方向逆転中に駆動ベルト６８に生じる可能性のある張力の変化を補正し、その結果、往復動チェーンまたは駆動ベルト６８が摩滅したときでもプローブ６０Ｐ、６２Ｐまたはカートリッジ３０等を意図した位置に正確に位置決めすることができる自動テンショナ６６を含む。

図５に示すような自動テンショナ６６の使用例では、モータ７０がコンピュータ１５によって制御されて、駆動ベルト６８を時計回り方向、反時計回り方向に循環させ、多数の試薬カートリッジ３０を固定したカートリッジ・キャリア７２を位置決めする。ここでは、簡略化のために試薬カートリッジ３０は１つだけしか示していない。キャリア７２は、固定具７４によって駆動ベルト６８の１つの脚部にのみ片側でのみ固定された状態で概略的に示してあるが、こうすることで、キャリア７２は、双頭矢印７６によって示すように、駆動ベルト６８の方向に沿って自由に往復動できる。したがって、カートリッジ３０は試薬添加位置で望み通りに位置決めすることができる。

図６Ａ（平面図）および図６Ｂ（側面図）は、スプロケット・アーム８０に回転自在に取り付けたスプロケット７８を含めた自動テンショナ６６の諸要素を示している。スプロケット・アーム８０は、ラッチング・ベース８４に形成した閉鎖端孔８９（図７参照）内に摺動可能に挿入された脚部分８２を有し、脚部分８２は、ラッチング・ベース８４にも形成した溝８３内に摺動自在に設けたピン８１を介して一平面に保持される。テンショナ６６の重要な特徴は、細長いラッチ８６とラッチングばね８７である。ラッチ８６はその中央部分に形成したラッチング穴８８（図７Ｂ参照）を有し、脚部分８２がこのラッチング穴８８に摺動可能に通される。細長いラッチ８６が分岐部９１（図７Ｂ）間に形成したギャップ８９を有し、このギャップは、ラッチング・ベース８４の後ろで延設された出張り８５（図７参照）に嵌合する。

図７Ａはラッチ８６の拡大図であり、ここでは、ギャップ８９がラッチング・ベース８４の出張り８５上方に位置しており、脚部分８２がラッチング穴８８に通されて、閉鎖端孔８９（図７）内に配置されている。この図は、また、スプロケット・アーム８０とラッチ８６の間に配置したラッチングばね８７も示している。脚部分８２と孔８９の閉鎖端との間には圧縮ばね９０（図７）も配置してある。本発明の重要な特徴は、ラッチング・ベース８４と固定接触して配置した第２の端部８６Ｓと協働するようになっている自由吊り下げ式の第１の端部８６Ｆにある。図７Ａで最もわかるように、ラッチングばね８７によって加えられる圧力および第１の端部８６Ｆが垂直方向に自由であるということによって、ラッチング穴８８に脚部分８２を通した後、ラッチ８６は脚部分８２と非直角関係となり、その結果、ラッチング干渉がラッチ８６のラッチング穴８８と脚部分８２との間に生じる。したがって、作動時、ラッチングばね８７の下の力が「解錠」または解除してラッチ８６、脚部分８２間の動きを許すが、スプロケット・アーム８０がラッチング・ベース８４「に向かって」反対方向に移動するのをラッチング穴８８と脚部分８２とのラッチング干渉が阻止するため、ラッチングばね８７およびラッチ８６が協働してスプロケット・アーム８０をラッチング・ベース８４「から離れるように」摺動させることができる。こうして、図８により明瞭に示すように脚部分８２をラッチング穴８８に摺動可能に挿入してあることにより、組み合わせたラッチングばね８７、ラッチ８６によって一方向性ラッチング効果が生じる。

図７Ｂは、固定端８６Ｓがふたまたに分岐しているラッチ８６およびラッチング穴８８の一実施形態を示している。この場合、ギャップ８９が分岐部９１間に形成される。ギャップ８９は、図７Ａに最も良く示すように、ラッチング・ベース８４の突出部８３に嵌合して使用時のラッチ８６の回転を防ぐような寸法となっている。

本発明の重要な特徴は、脚部分８２と閉鎖端孔８９との間に配置してあって、閉鎖端孔８９内の脚部分８２をその閉鎖端から外方へ常にバイアスをかけるように作用する圧縮ばね９０である。この圧縮ばね９０は、テンショナ６６をしてスプロケット７８のモータ７０の位置に対する距離を自動的に増大させ、その結果、駆動ベルト６８が、急な方向変化に関係なく、駆動ベルト６８を伸してしまう使用時摩滅の下でも一定の作動張力を維持する。当業者であれば、同じ精密な位置決めを達成すべく大きなばねおよび低速動作を使用するのと対照的に、比較的小さいモータおよび比較的低いベルト張力と関連して高速、軽量ベルトまたは駆動チェーンの使用を可能にするという本発明の利点は明らかであろう。

図９は、たとえば、較正溶液を収容している多数の円形バイアル９４を有する細長い容器アレイ９３を往復動させるための容器往復駆動機構９２に本発明のテンショナ６６を応用した別の例である。モータ９５は、駆動ベルト９６を時計回り方向、反時計回り方向に駆動するようになっている。駆動ベルト９６はフィンガ９７間に拘束した容器アレイ９３を有する。その結果、容器アレイ９３は、双頭矢印９６Ａに沿って二方向に往復動させられる。先に説明したカートリッジ往復駆動機構６４（図５）の例と同様に、容器アレイ９３の重量の荷重および駆動ベルト９６の急な駆動方向逆転によって、容器アレイ９３がテンショナ６６に向かってまたはそこから離れるように移動しているかどうかに応じて９６Ｒで示す駆動ベルト９６の部分にきつい張力とゆるい張力とが交互に生じる。同様に、９６Ｌで示す駆動ベルト９６の部分には、容器アレイ９３がテンショナ６６に向かってまたはそこから離れるように移動しているかどうかに応じてゆるんだ張力ときつい張力とが交互に生じることになる。ここで再び、バイアル９４からの較正溶液の複数回の吸引を正確に位置決めした位置で行うためには、駆動ベルト９６が使用時に同じ作動張力に維持されていることが必要である。使用中の駆動ベルト９６の摩滅およびその後の伸張を考慮して、それを補正する手段を設けなければならない。先に説明したように、テンショナ６６は、モータ９５の位置に対するスプロケット７８の距離を自動的に増大させるようになっており、たとえ使用時の摩滅のために駆動ベルト９６が伸びてしまったとしても、駆動ベルト９６を一定の作動張力に維持する。

当業者であればわかるように、上記実施形態においては多数の設計変更を行うことができるが、それでもなお本発明の本質を達成することはできる。たとえば、同じラッチング機構を使用して、線形作動式のテンショナを角度変位テンショナの代わりに構成してもよい。これらの理由により、本発明は、本明細書で明示し、説明した実施形態に限定されることがなく、特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

本発明が有効に使用され得る自動アナライザの概略平面図である。 図１のアナライザの一部拡大概略平面図である。 自動アリコート容器アレイ保管・取り扱いユニットの斜視図である。 アリコート容器アレイの斜視図である。 本発明が有効に使用され得るカートリッジ往復駆動機構の斜視図である。 本発明の自動テンショナの正面図である。 図６Ａの自動テンショナの側面図である。 本発明の主要な特徴の破断斜視図である。 本発明の主要な特徴の拡大正面図である。 本発明で使用するラッチの斜視図である。 本発明の主要な特徴の斜視図である。 本発明が有効に使用され得る容器往復駆動機構の斜視図である。

Claims (4)

1. アームに回転可能に取り付けたスプロケットまたはプーリを含む自動テンショナであって、アームが、ラッチング・ベースに形成した閉鎖端孔内に摺動可能に挿入した脚部分を有し、この脚部分が、細長いラッチのラッチング穴に摺動可能に挿入してある自動テンショナ。
2. さらに、アームと細長いラッチとの間に配置したラッチングばねを含む、請求項１に記載の自動テンショナ。
3. 脚部分からピンが突出しており、このピンが、ラッチング・ベースに形成した溝内に摺動可能に配置してある、請求項１に記載の自動テンショナ。
4. さらに、脚部分と閉鎖端孔の閉鎖端との間に配置した圧縮ばねを含む、請求項１に記載の自動テンショナ。

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