JP2015135566A - ファジィ制御の制御方法およびこれを用いた温度制御装置、遺伝子解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安定した応答特性を得ることが可能なファジィ制御の制御方法（例えば、遺伝子解析装置の温度制御方法等を含む制御方法）を提供する。【解決手段】本制御方法は、偏差のファジィ集合について、ＺＯ、ＰＳ（正に小さい部分）、ＰＢ（正に大きい部分）を有するファジィ制御の制御方法であって、第１の工程Ｓ１１，Ｓ１２と第２の工程Ｓ１３，Ｓ１４とを備えている。第１の工程Ｓ１１，Ｓ１２は、時間軸応答をモニタし、オーバーシュートした値が所定値を超えたか否か、あるいは応答値の応答速度が所定時間以上になるか否かを判断する。第２の工程Ｓ１３，Ｓ１４は、第１の工程の判断結果に応じて、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対し、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値に所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大または縮小されたファジィ集合を、新しいファジィ集合として更新する。【選択図】図３９

Description

本発明は、ファジィ制御の制御方法およびこれを用いた温度制御装置、遺伝子解析装置に関するものである。

従来のファジィ制御方法では、偏差と偏差速度と出力のそれぞれにファジィ集合を作成し、これらファジィ集合に基づいて、例えば、温度制御等を行っていた。
ファジィ制御だけで補えない応答性、例えば、応答速度の高速化などについては、ファジィ制御と従来のＰＩ制御とを組み合わせて、ファジィ制御の改善が行われていた（これに類似する先行文献としては、例えば、下記特許文献１）。

特開平成１０−３３３７５４号公報

上記従来例で課題となるのは、周辺環境の温度状態による応答性の不安定さであった。
すなわち、温度制御装置の周辺環境の温度状態によっては、目標温度に対して、オーバーシュートを起こしてしまったり、あるいは目標温度に到達するまでに時間がかかり過ぎたりしてしまい、応答性が不安定になってしまうおそれがあった。
特に最近では、遺伝子解析装置において、速く、かつオーバーシュートなく安定に目標温度に到達することが求められている。

これは、遺伝子解析のために用いられる試薬の反応が、目標温度付近でしか正しく反応しないため、目標温度以下では、速く過渡状態を脱し、目標温度に到達することが求められるためである。さらに、目標温度以上にはならないこと、すなわちオーバーシュートしないことが求められるため、温度制御装置の周辺環境の温度状態に係わらず、安定した応答特性が求められていた。

そこで本発明は、周辺環境の温度状態に関わらず、安定な応答特性を得ることが可能なファジィ制御の制御方法およびこれを用いた温度制御装置、遺伝子解析装置を提供することを目的とするものである。

そして、上記目的を達成するために本発明は、偏差のファジィ集合について、ＺＯ，ＰＳ（正に小さい部分），ＰＢ（正に大きい部分）を有するファジィ制御の制御方法であって、第１の工程と、第２の工程とを備えている。第１の工程は、時間軸応答をモニタし、オーバーシュートした値が所定値を超えたかどうか、あるいは応答値の応答速度が所定時間以上になるかどうかを判断する。第２の工程は、第１の工程の判断結果に応じて、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大または縮小されたファジィ集合を、新しいファジィ集合として更新する。

本発明によれば、オーバーシュートした値が所定値を超えたかどうか、あるいは応答値の応答速度が所定時間以上になるかどうかを判断し、判断結果に応じて、応答特性を改善する方向に更新することができるため、次回の制御においてより安定した応答特性を得ることができる。

本発明の一実施形態を示す解析装置の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の平面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の平面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の分解斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置に用いられる解析容器の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の一部切り欠き斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の平面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の制御ブロック図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の動作を示す図。 本発明の一実施形態を示す解析容器の要部の平面図。 本発明の一実施形態を示す解析容器の要部の断面図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態を示す解析容器の要部の斜視図。 本発明の一実施形態を示す解析容器の要部の平面図。 （ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態を示す解析容器の要部の平面図、拡大図。 本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の斜視図。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の平面図、側面図、断面図。 （ａ），（ｃ）は、本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の分解斜視図。（ｂ），（ｄ）は、（ａ），（ｃ）のＢ部分、Ｃ部分の拡大図。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態を示す解析装置の要部の断面図。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の一実施形態を示す解析装置の工程図。 本発明の一実施形態を示す解析装置のフローチャート。 本発明の一実施形態を示す解析装置の測定時間と検出量との関係を示すグラフ。 本発明の一実施形態を示す温度制御装置の制御ブロック図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィ集合を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィ集合を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィ集合を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィルールを示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法の温度応答特性を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法の温度応答特性を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィ集合を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法のファジィ集合を示す図。 本発明の一実施形態を示す温度制御方法の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態に係る遺伝子解析装置について、添付図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１から図６において、本体ケース１の前面には、解析容器搬入トレイ２を出没させる開口部３が設けられている。

すなわち、図１は、解析容器搬入トレイ２が、開口部３から本体ケース１内に挿入された状態を示している。図２は、解析容器搬入トレイ２が、開口部３から本体ケース１外に引き出された状態を示している。解析容器搬入トレイ２は、図２から図５に示すように、その上面に解析容器４（図７等参照）が載せられた状態で本体ケース１内へ収納されることで、解析容器４を本体ケース１内に搬送する。

なお、解析容器４は、例えば、遺伝子の解析を行うための容器であって、開口部５（図７参照）から検体が注入される。
次に、解析容器４は、開口部５に蓋２０（図７参照）が被せられ、その状態で解析容器搬入トレイ２上にセットされる。
また、解析容器４は、開口部５から注入された検体を分岐路によって複数個所に分岐し、各部において検体と試薬とを反応させる。これにより、各部における反応状況によって、遺伝子の解析を行うことができる。

なお、解析容器４については、後で詳細に説明する。
本体ケース１の開口部３の奥側には、図８から図１５に示す解析室６が設けられている。
解析容器搬入トレイ２は、図１０から図１３に示すように、解析室６内に挿入、または解析室６から引き出される。具体的には、解析室６は、図１５に示すように、送風ファン７を収納した小円部分６ａと、図１０から図１３に示す解析容器回転駆動部８を収納した大円部分６ｂとを連結した形状を有している。

そして、解析室６の大円部分６ｂには、解析容器挿入開口部６ｃが設けられている。解析容器搬入トレイ２は、解析容器挿入開口部６ｃから解析室６内に出没自在に設けられている。
また、解析室６の大円部分６ｂには、解析容器回転駆動部８が設けられている。
解析容器回転駆動部８は、解析容器４を回転自在に軸支する軸受け９を有している。

軸受け９は、図１０から図１３に示すように、解析容器搬入トレイ２が解析容器挿入開口部６ｃから解析室６内に挿入されると、上方に持ち上げられる。
その結果、解析容器４の回転軸挿入孔５ａを軸支することによって、解析容器４が解析室６内の上方に設けられた回転駆動軸１０と結合される。
また、回転駆動軸１０は、モータ１１に連結されている。このため、図１３の状態においては、解析容器４は、回転駆動軸１０と軸受け９とによって上下に挟まれた状態で軸支され、モータ１１によって回転させられる。

一方、解析室６の小円部分６ａには、送風ファン７が設けられている。
送風ファン７は、モータ１２によって駆動される。また、解析室６内の送風ファン７の部分には、加熱部１３が配置されている。つまり、加熱部１３によって加熱された空気は、送風ファン７によって、解析室６内の大円部分６ｂ方向へと送風される。
大円部分６ｂには、上述のように、回転駆動軸１０と軸受け９によって上下に挟まれた状態で軸支され、モータ１１によって回転させられる解析容器４が配置されている。

ここで、本実施形態では、送風ファン７の回転方向と、モータ１１によって回転させられる解析容器４の回転方向とが同一方向となっている。
このため、図１５に示すように、送風ファン７によって送風された空気は、解析室６の小円部分６ａから大円部分６ｂ部分へと送風され、次に、大円部分６ｂ部分から小円部分６ａ部分に戻る循環経路を形成する。

また、循環経路において、特に大円部分６ｂには、図１５に示すように回転駆動軸１０の外周部分において、９０度間隔で４つの温度センサ１４が配置されている。これら４つの温度センサ１４は、解析室６内の大円部分６ｂの温度を検出する。
すなわち、温度センサ１４は、図１６に示すように、制御部１５に接続されている。そして、制御部１５には、加熱部１３が接続されている。

これにより、制御部１５によって、加熱部１３が制御され、その結果として、解析室６における、特に大円部分６ｂの温度は設定値に保たれる。よって、解析容器４の反応は、安定的に行われ、その結果、遺伝子の解析精度を向上させることができる。
この点についてさらに詳細に説明すると、本実施形態においては、上述のように、解析室６の小円部分６ａ部分に送風ファン７と加熱部１３とが設けられている。さらに、本実施形態では、解析室６の大円部分６ｂに解析容器４が配置され、その状態で解析容器４が、モータ１１によって回転させられる。

このため、解析室６内における温度は、図１７のＡ線のように、一定となる。よって、解析容器４の反応は安定的に行われ、その結果、遺伝子の解析精度を向上させることができる。
特に、本実施形態においては、送風ファン７の回転方向と、モータ１１によって回転させられる解析容器４の回転方向とを同一方向としている。このため、図１５に示すように送風ファン７によって送風された空気は、解析室６の小円部分６ａから大円部分６ｂ部分へと送風され、次に、大円部分６ｂ部分から小円部分６ａ部分に戻る循環経路を形成する。この結果、空気のよどみが少なくなるため、解析室６内における温度は、図１７のＡ線のように、ほぼ一定となる。よって、解析容器４の反応は安定的に行われ、その結果、遺伝子の解析精度を向上させることができる。

さらに、送風ファン７の回転方向と、モータ１１によって回転させられる解析容器４の回転方向とが同一方向であるため、解析室６の小円部分６ａと大円部分６ｂとの間の部分において送風の衝突が起きることはない。その結果、送風の乱れによる騒音の発生を抑制することができる。
なお、図１７におけるＹ軸は、温度センサ１４によって検出した解析容器４における大円部分６ｂの温度を示している。解析容器４の回転数が低い時（起動初期）には、解析室６の大円部分６ｂの温度は低いものの、解析容器４の回転数が設定値に到達すると、解析室６の大円部分６ｂの温度は安定するものと理解される。

また、図１６に示す表示部１６は、図１に示すように開口部３の上方に配置され、例えば、駆動状態や検出結果などを表示する。
また、測定部１７は、上述のように、回転駆動される解析容器４の下方から光学センサ１８（図１０から図１３参照）を用いて遺伝子を読み取る。
なお、測定部１７や表示部１６は、従来から知られているものであるので、説明の煩雑化を避けるために詳細な説明は省略する。

また、図１６に示す電源ボタン１９は、図１に示すように、開口部３の下方に設けられている。
以上のように本実施形態は、解析室６と、解析室６内に設けた送風ファン７と、送風ファン７によって送風される空気を加熱する加熱部１３と、解析室６内において送風ファン７の送風方向において所定間隔離して配置された解析容器回転駆動部８と、を備えている。そして、送風ファン７と解析容器回転駆動部８の回転方向とが同一方向であるため、解析精度を向上させることができる。

すなわち、本実施形態においては、加熱部１３によって加熱された空気は、送風ファン７によって解析容器回転駆動部８、および解析容器回転駆動部８によって回転駆動される解析容器４の方向に送風される。
このとき、解析容器回転駆動部８は、送風ファン７と回転方向が同一方向となっているので、解析容器回転駆動部８および解析容器４の部分においても空気の攪拌が行われる。その結果、解析容器回転駆動部８および解析容器４の部分における温度ムラを極めて小さくすることができるため、従来よりも解析精度を向上させることができる。

また、解析容器回転駆動部８および解析容器４は、送風ファン７と回転方向が同一方向であるため、送風ファン７と解析容器回転駆動部８および解析容器４部分との間において空気の衝突が発生しないため、騒音の発生を抑制することができる。
なお、解析容器４を用いた遺伝子の解析が完了すると、図１０から図１３に示すように、解析容器搬入トレイ２が開口部３から本体ケース１外に引き出される。

このとき、解析容器搬入トレイ２を引き出す処理に応じて、解析容器回転駆動部８の軸受け９が徐々に下降する。そして、図１１の状態では、解析容器搬入トレイ２に解析容器４が載せられた状態となる。これにより、解析容器搬入トレイ２を、解析室６の解析容器挿入開口部６ｃおよび本体ケース１の開口部３からスムーズに引き出すことができる。
以上、本実施形態の基本的な構成を説明したところで、各構成要素において、さらに具体的な説明を行う。

図１８に解析容器４の上面図を示す。
解析容器４は、例えば、検体の遺伝子の解析を行うための容器であって、図１８に示すように、本体ケース２１と、本体ケース２１の中央に設けられた回転軸が挿入される回転軸挿入孔５ａと、検体を注入する開口部５と、開口部５を封止するための蓋２０と、回転軸挿入孔５ａ内の回転軸を中心とする円周上に設けられた第１の空気吸い込み口２２と、回転軸を中心とする半径方向に沿って設けられた第２の空気吸い込み口２３と、を有している。

図１８のＡ線における横断面図を図１９に示す。
解析容器４の側面には、空気吐き出し口２４が設けられている。
空気吐き出し口２４は、解析容器４の本体ケース２１内において、第１の空気吸い込み口２２と、第２の空気吸い込み口２３とに、流路２５を介して連通している。
これにより、解析容器４が解析装置に装着されて回転駆動された際には、図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示すように、第１の空気吸い込み口２２および第２の空気吸い込み口２３から流入した空気は、流路２５を通って、空気吐き出し口２４から抜けていく。

また、本体ケース２１内には、図１９および図２１に示すように、流路２５に沿って、反応部２６が設けられている。
図１９に示すように、第１の空気吸い込み口２２および第２の空気吸い込み口２３は、反応部２６の内周側に設けられている。空気吐き出し口２４は、反応部２６の外周側に設けられている。

以上の構成により、本体ケース２１が回転駆動軸１０によって回転させられることで、回転駆動軸１０の部分に発生する負圧によって加熱空気が吸い込まれる。次に、加熱空気が第１の空気吸い込み口２２および第２の空気吸い込み口２３から本体ケース２１内に吸い込まれる。その後、加熱空気は、反応部２６の外周を通過した後、空気吐き出し口２４から本体ケース２１外に吐き出される。

つまり、本実施形態では、温度制御された加熱空気が反応部２６の外周を直接的に通過する。このため、反応部２６の温度を設定温度に保つことができ、その結果、解析精度を向上させることができる。
また、空気吐き出し口２４の開口面積は、第１の空気吸い込み口２２および第２の空気吸い込み口２３のそれぞれの開口面積と比べて大きい。これにより、より空気の吸い込み吐き出しの効率が向上するので、反応部２６を設定温度に保つことができる。

次に、反応部２６の詳細な説明を行う。
図２１に、解析容器４の上面透視図を示す。
解析容器４の本体ケース２１内には、回転軸を中心とする円周上に、反応部２６が設けられている。
反応部２６は、検体を定量分収納する定量部２７と、複数の測定チャンバ２８と、流路２９と、封止材２９ａと、攪拌チャンバ３０と、流路３１と、を有している。

複数の測定チャンバ２８は、定量部２７の外周に設けられており、検体と反応する試薬が入れられている。
流路２９は、定量部２７と複数の測定チャンバ２８とをそれぞれ接続する。
封止材２９ａは、これらの流路２９を所定の温度未満で封止し、所定の温度以上になると所定の時間経過後に流路２９を開封する。

攪拌チャンバ３０は、複数の測定チャンバ２８の外周に設けられており、それぞれの測定チャンバ２８に入れられた検体と試薬とを攪拌する。
流路３１は、測定チャンバ２８と攪拌チャンバ３０とをそれぞれ接続する。
本体ケース２１の上面から見た形状、つまり、横断面形状の外郭線は、図２１に示すように、回転軸中心からの距離が相対的に長い第１の領域３２ａ，３２ｂと、回転軸中心からの距離が相対的に短い第２の領域３３ａ，３３ｂと、を有している。そして、横断面形状の外郭線は、回転軸中心に対して点対称となる。

本実施形態では、以上の構成により、本体ケース２１が回転駆動軸１０によって回転させられることで、解析容器４を送風ファンからの温風を直接回転する解析容器４の本体ケースの表面に吹き付ける。この状態において、本体ケース２１が非円盤状となっており、回転軸中心からの距離が相対的に短い第２の領域３３ａ，３３ｂにおいて、解析容器４の上方側と下方側とで空気の循環が発生し、空気の攪拌が行われる。その結果、解析容器４の上面、下面における温度ムラを極めて小さくすることができる。よって、解析容器４の反応部２６が目標となる温度になるため、従来よりも解析精度を向上させることができる。

そして、反応部２６は、第１の領域３２ａ，３２ｂの円周に沿って設けられている。さらに、反応部２６は、回転軸中心から、第２の領域３３ａ，３３ｂの領域までの半径方向における距離よりも離れた位置に設けられている。
このように、反応部２６が回転軸中心からの距離が相対的に長い第１の領域３２ａ，３２ｂに設けられていることによって、反応部２６の回転軸中心からの距離を相対的に長い位置に設けることができる。よって、反応部２６にかかる遠心力をより大きくすることができる。この結果、反応部２６における反応を促進させ、解析の効率を向上させることができる。

次に、図２１に戻って、流路確認部３４について説明する。
流路確認部３４は、回転軸孔の外周方向に向けて所定間隔で配置された第１の収納部３５、第２の収納部３６と、第１・第２の収納部３５，３６を接続したワックス流路３７と、ワックス流路３７を封止したワックス３８と、第１の収納部３５に収納させた開封検出材３９とを有している。

ここで、第１の収納部３５に収納された開封検出材３９が、ワックス３８の溶融によって第２の収納部３６に移動する時間は、定量部２７に収納された検体が封止材２９ａの溶融により測定チャンバ２８に移動する時間よりも遅くなるように構成されている。
より具体的な構成の１つとしては、第１・第２の収納部３５，３６を接続したワックス流路３７におけるワックス３８の溶融温度は、封止材２９ａの溶融温度よりも高い。

２つ目の構成としては、第１・第２の収納部３５、３６を接続したワックス流路３７の断面積は、定量部２７と複数の測定チャンバ２８をそれぞれ接続する流路の断面積よりも広い。
これにより、ワックス流路３７のワックス３８の量は、測定チャンバ２８と定量部２７とをつなぐ流路２９内の封止材２９ａの量よりも多くなる。よって、溶融に時間がかかるため、第１の収納部３５に収納された開封検出材３９が、ワックス３８の溶融によって第２の収納部３６に移動する時間は、定量部２７に収納された検体が封止材２９ａの溶融によって測定チャンバ２８に移動する時間よりも遅くなる。

この結果、第２の収納部３６に開封検出材３９が流入したか否かを確認することで、測定チャンバの検体が解析可能か否かを判断することができる。よって、第２の収納部３６に開封検出材３９を確認することで、余分な測定の待ち時間が生じることがなくなり、解析時間を速くすることができる。

次に、回転軸挿入孔５ａについて説明する。
図２２（ａ）に解析容器４の上面図、図２２（ｂ）に回転軸挿入孔５ａ周辺のＡ部分の拡大図を示す。
回転軸挿入孔５ａの横断面形状の外郭線は、所定間隔ごとに配置されている。そして、回転軸挿入孔５ａ周辺には、回転軸を中心とする円の外周方向に向けて突出した複数の凸部４０と、隣接する凸部４０同士の間において内周方向に向けて窪んだ凹部４１と、凸部４０と凹部４１とを結ぶ連続的な曲線部４２と、が設けられている。

次に、回転駆動軸１０の構成を、図２３および図２４（ａ）〜図２４（ｃ）に示す。
図２３は、回転駆動軸１０の斜視図である。図２４（ａ）は、回転駆動軸１０の上面図、図２４（ｂ）は側面図、図２４（ｃ）は縦断面図である。
回転駆動軸１０は、図２３および図２４（ｂ）、図２４（ｃ）に示すように、上側から、挿入部４３、当接部４４、底部４５の３段重ねの構成を有している。

挿入部４３の横断面形状の外郭線は、図２４（ａ）に示すように、所定間隔ごとに配置されている。そして、回転軸挿入孔５ａ周辺には、回転軸を中心とする円の外周方向に向けて突出した複数の凸部４６と、隣接する凸部４６同士の間において内周方向に向けて窪んだ凹部４７と、凸部４６と凹部４７とを結ぶ連続的な曲線部４８とを有している。
解析容器４が解析装置に装着された状態を、図２５（ａ）および図２５（ｂ）に示す。

図２５（ａ）は、回転駆動軸１０が回転軸挿入孔５ａに対して挿入される前の状態を示している。本実施形態においては、解析容器４が下方より上方に上がることで、回転軸挿入孔５ａが回転駆動軸１０に挿入される。
回転駆動軸１０が回転軸挿入孔５ａに挿入された時には、回転駆動軸１０は自由に回転するニュートラルな状態となっている。このとき、回転軸挿入孔５ａの横断面形状の外郭線の曲線部４２と、回転駆動軸１０側の横断面形状の曲線部４８とが、互いに接触しながら、そして互いの曲線部４２，４８の曲面に沿って滑りながら、凹部と凸部とが係合する。より具体的には、回転方向にニュートラルな状態である回転駆動軸１０が、微小な回転をしながら、解析容器４の回転軸挿入孔５ａに挿入される。

これにより、回転軸挿入孔５ａの横断面形状の外郭線の曲線部４２と、回転駆動軸１０側の横断面形状の曲線部４８とが、互いに接触しながら、そして互いの曲線部４２，４８の曲面に沿って滑りながら、凹部と凸部とが係合する。よって、回転駆動軸１０を回転軸挿入孔５ａに挿入することができるため、解析容器４を装着する際の操作性を向上させることができる。

さらには、本実施形態の解析容器４は、検体を攪拌するために、解析時の回転動作が急回転、急ブレーキを伴う動作となる。このような場合でも、回転駆動軸１０と回転軸挿入孔５ａとが凸部と凹部とでしっかりと係合しているため、回転駆動軸１０が回転方向に滑ることがない。この結果、解析の信頼性を向上させることができる。

次に、解析装置の解析容器４の解析装置への挿入について図２６（ａ）〜図２６（ｄ）を用いて説明する。
図２６（ａ）に示すように、解析室６の大円部分６ｂには、解析容器挿入開口部６ｃが設けられている。解析容器搬入トレイ２は、解析容器挿入開口部６ｃから解析室６に対して出没自在となっている。
また、解析室６の大円部分６ｂには、解析容器回転駆動部８が設けられている。解析容器回転駆動部８は、解析容器４を回転自在に軸支する軸受け９を有している。

軸受け９は、図２６（ａ）〜図２６（ｄ）に示すように、解析容器搬入トレイ２が解析容器挿入開口部６ｃから解析室６内に挿入されると上方に持ち上げられる。その結果、軸受け９が解析容器４の回転軸挿入孔５ａを軸支することによって、解析容器４を解析室６内の上方に設けられた回転駆動軸１０と結合させることができる。
また、回転駆動軸１０は、モータ１１に連結されている。このため、図２６（ｄ）の状態においては、解析容器４は、回転駆動軸１０と軸受け９とによって上下に挟まれた状態で軸支され、モータ１１によって回転させられる。

本実施形態の解析装置は、解析室６の下方に設けられており、軸受け９を含む解析室６の底面としての軸受けブロックと、解析容器搬入トレイ２が本体ケース内に収納された状態における上方に設けられており、回転駆動軸１０およびモータ１１を含む解析室６の上面としての駆動ブロックと、を備えている。
軸受けブロックおよび駆動ブロックは、解析容器搬入トレイ２が本体ケース２１内に収納された状態で解析容器搬入トレイ２側に向けて移動する。これにより、解析精度を向上させることができる。

すなわち、本実施形態においては、解析容器搬入トレイ２が置かれる解析装置内の解析室６が、軸受けブロックと駆動ブロックによって挟持され、解析容器搬入トレイ２を囲む閉じた空間となる。よって、解析室６内の空気が解析室６外の空気と遮断された状態となるため、解析室６内の温度を目標温度に保持しやすくなる、この結果、解析精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、軸受けブロックが解析室６の下方側、駆動ブロックが解析室６の上方側に設けられた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、軸受けブロックが解析室６の上方側、駆動ブロックが解析室６の下方側に設けられた構成であってもよい。

次に、本実施形態における解析プロセスについて、図２７（ａ）〜図２７（ｆ）を用いて説明を行う。
図２７（ａ）は、解析室６内の各プロセスでの温度状態を示している。図２７（ｂ）は、解析容器４の各プロセスでの回転速度を示している。
まず、準備工程では、図２７（ｃ）に示すように、解析容器４の開口部５から検体溶液が注入される。そして、解析容器４は、上述したように解析容器搬入トレイ２に設置され、解析装置に挿入される。

次に、定量工程では、図２７（ｄ）に示すように、解析装置に挿入された解析容器４は、３５００ｒｐｍに回転加速されて、１０秒間回転させられる。その状態においては、解析容器４の開口部５より入れられた検体溶液は、遠心力によって、定量部２７に満遍なく行き渡る。
次に、ＷＡＸ溶解工程では、まず、図２７（ａ）に示すように、定量工程の後、加熱部１３によって、解析室６内は目標温度である６０℃に加熱制御される。そして、図２７（ｂ）に示すように、解析容器４の回転数は３５００ｒｐｍから１００ｒｐｍまで下げられて保持される。

その状態において、図２７（ｄ）から図２７（ｅ）に示すように、解析容器４内の測定チャンバ２８と定量部２７とをつなぐ流路２９内の封止材２９ａは、６０℃の温度環境において溶融していく。これにより、定量部２７に収納された検体が、封止材２９ａの溶融によって測定チャンバ２８に移動する。
定量部２７に収納された検体が測定チャンバ２８に移動したか否かの確認は、上述したように、図２１に示す流路確認部３４の開封検出材３９が、第１の収納部３５から第２の収納部３６に移動したことを確認することによって確実に行うことができる。

次に、攪拌工程では、図２７（ｂ）に示すように、解析容器４の回転数は３０００ｒｐｍを５秒間、５００ｒｐｍを５秒間の周期で繰り返される。これにより、図２７（ｅ）に示すように、測定チャンバ２８内の検体溶液および試薬は、測定チャンバ２８と攪拌チャンバ３０とをそれぞれ接続する流路３１を通じて行き来しながら攪拌される。
次に、測定工程では、図２７（ａ）に示すように、解析室６内の温度を６０℃の温度環境に保った状態で、図２７（ｂ）に示すように、解析容器４の回転数は２４０ｒｐｍに保持される。この状態は６０分間保持されて、図２７（ｆ）に示すように、各測定チャンバの蛍光を観察することで測定が行われる。

図２８に測定工程のフローチャートを示す。
基本的なフローとしては、上記のように、解析容器４の回転数が２４０ｒｐｍに保持された状態で６０分間経過した後、最終増幅判定処理（Ｓ４）として、各測定チャンバの蛍光量の強さの絶対値が所定の値より大きいか否かによって、特定の遺伝子の有無を判定する。そして、最終結果を表示部１６に表示出力する。

このような判別方法においては、従来は、所定の時間経過後の蛍光の強さを観察する必要があるため、解析時間が長くなっていた。このような課題を解決する方法を以下に説明する。
まず、検体に対して遺伝子増幅部を用いるとともに、この検体を、特定の配列の遺伝子に特異的な反応をするプライマに蛍光試薬を結合した物質を含む試薬と反応させ、特定の遺伝子の有無を判別する。そして、検体に対して特定の遺伝子増幅開始後に、特定の遺伝子の有無を、特定の遺伝子に特異的に反応する蛍光試薬の蛍光の強さの微分値が、所定の値よりも大きいか否かで判定を行う方法によって、解析時間を短縮することができる。

より具体的な内容について、図２８および図２９を用いて説明する。
測定工程では、所定時間経過後に、もし、陽性、つまり特定の遺伝子が存在する場合には、その遺伝子が増幅する変化量が、特定の範囲となる。測定工程では、その変化量を逐次観察していく。
具体的には、蛍光の強さの微分値を測定するが、微分値の１階微分と２階微分の値を観察していくことで、遺伝子が増幅する変化量が、特定の範囲にあるかどうかを確認する（図２８のＳ１、Ｓ２）。

もし、この変化量が、特定の範囲内にあった場合は、陽性と判断し、表示部１６に表示出力する（図２８のＳ３）。
すなわち、本実施形態では、特定の遺伝子に特異的に反応する蛍光試薬の蛍光の強さの変化量を微分値として逐次観察し、この微分値で遺伝子の有無を判定する。
これにより、遺伝子の変化量によってただちに有無を判別することができるため、解析時間を短くすることができる。

さらに、この変化量の判定を、蛍光の強さ、つまりその遺伝子の量が、所定の閾値以上になった場合に、蛍光の強さの微分値が、特定の値よりも大きいことで判定する。これにより、より正確な判定を行うことができる。
次に、本実施形態に係るファジィ制御の一例として、測定工程における温度制御を実施した内容について説明する。

上記のように、測定工程では、図２７（ａ）に示すように、解析室６内を６０℃の温度環境に設定する必要がある。一般的には、測定を行う室内の温度は６０℃よりも低いため、解析室６内を加熱して６０℃に温度を上げていく必要がある。
本実施形態に係る温度制御装置の制御ブロック図を図３０に示す。
本温度制御装置は、解析室６と、解析室６内の温度を計測する温度センサ（温度計測部）１４と、解析室６内に設けられた加熱ヒータ（加熱部）４９と、温度センサ１４をモニタして解析室６内の温度が目標温度となるように加熱ヒータ４９をフィードバック制御する制御部１５と、を備えている。

制御部１５は、目標温度設定のための制御にファジィ制御を行っている。具体的には、制御部１５は、偏差および偏差速度の出力のそれぞれについてファジィ集合を作成し、これらファジィ集合に基づいて温度制御を行う。
なお、偏差とは、目標温度から現在温度を引いた差分値であって、目標温度６０℃と、１秒毎に温度センサ１４から読み込まれた現在温度との差分を計算して得られる。つまり、偏差が正の値であれば、目標温度よりも現在温度が低いことを意味しており、偏差が負の値であれば、現在温度が目標温度よりも高くなっていることを意味している。

偏差速度とは、現在の偏差から１秒前の偏差を引いた差分値である。
例えば、偏差速度が負の値で、かつ偏差が正の値であれば、現在温度は目標温度よりも低い状態から目標温度に近づいている状態を意味している。一方、偏差速度が負の値で、かつ偏差が負の値であれば、現在温度は目標温度を上回ってより高い温度に移行している状態を意味している。

また、偏差速度が正の値で、かつ偏差が正の値であれば、現在温度は目標温度よりも低い状態からより低くなって、目標温度から遠ざかっている状態を意味している。一方、偏差速度が正の値で、かつ偏差が負の値であれば、現在温度は目標温度を上回っている状態から温度を下げて目標温度に近づいている状態を意味している。
図３１に偏差のファジィ集合を示す。

偏差のファジィ集合は、５つの集合から構成されている。
具体的には、ＺＯ（ゼロ付近、０頂点の８．０〜−２．０を底辺とする三角型）、ＰＳ（正の値で小さい、８．０頂点の１６．０〜０．０を底辺とする三角型）、ＰＢ（正の値で大きい、８．０〜１６．０を右上がりの斜辺とし、１６．０以上をフラットとする階段型）、ＮＳ（負の値で小さい、−２．０頂点の０．０〜−４．０を底辺とする三角型）、ＮＢ（負の値で大きい、−２．０〜−４．０を左上がりの斜辺とし、−４．０以下をフラットとする階段型）となっている。

図３２に偏差速度のファジィ集合を示す。
偏差速度のファジィ集合は、５つの集合から構成されている。具体的には、ＺＯ（ゼロ付近、０頂点の１／８〜−１／８を底辺とする三角型）、ＰＳ（正の値で小さい、１／８頂点の１／２〜０．０を底辺とする三角型）、ＰＢ（正の値で大きい、１／８〜１／２を右上がりの斜辺とし、１／２以上をフラットとする階段型）、ＮＳ（負の値で小さい、−１／８頂点の０．０〜−１／２を底辺とする三角型）、ＮＢ（負の値で大きい、−１／８〜−１／２を左上がりの斜辺とし、−１／２以下をフラットとする階段型）となっている。

図３３に出力のファジィ集合を示す。
出力のファジィ集合は、５つの集合から構成されている。計算の容易にするために、ＺＯ（＝０）、ＰＳ（＝２）、ＰＢ（＝５）、ＮＳ（＝−２）、ＮＢ（＝−５）の単純なパルス型で形成している。
上記３つの種類のファジィ集合を用いたファジィルールを図３４に示す。

図３４のファジィルールを表した表において、横方向の第１行は偏差のファジィ集合を示す。縦方向の左側の第１列は、偏差速度のファジィ集合を示す。そして、偏差のファジィ集合と偏差速度のファジィ集合の交わりで示される表内の要素には、出力のファジィ集合が示される。
このようなファジィルールに従って制御を行うことで、現在温度が目標温度となる制御を行うことができる。

しかし、温度制御装置の周辺環境の温度状態によっては、目標温度に対して、図３５に示すように、オーバーシュートをしてしまったり、または、図３６に示すように、目標温度に到達するまでに時間がかかり過ぎてしまったりして、応答性が不安定となってしまう場合がある。
特に最近では、遺伝子解析装置において、速く、かつオーバーシュートなく安定に目標温度に到達することが求められている。

ここで、遺伝子解析のために用いられる試薬の反応は、目標温度付近でしか正しく反応しない。このため、目標温度以下では、速く過渡状態を脱し、目標温度に到達することが求められ、かつ目標温度以上にはならない（すなわち、オーバーシュートしない）ことが求められるため、温度制御装置の周辺環境の温度状態に係わらず、安定した応答特性が求められる。

そこで、本実施形態においては、温度の応答特性をモニタし、その応答特性に応じて偏差のファジィ集合を更新している。
より具体的には、現在の温度の時間軸応答特性をモニタし、オーバーシュートした値が所定値である０．５℃を超えたかどうか判断する。
ここで、オーバーシュートした値が所定値０．５℃を超えた場合には、図３７に示すように、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、所定の倍率として１０％増加するために１．１倍を掛ける。

これにより、Ｘ軸の正方向に拡大し、拡大されたファジィ集合を新しいファジィ集合として更新する。
この更新は、遺伝子解析の測定工程ごとに応答特性をモニタし、オーバーシュートした値が所定値である０．５℃を超えた場合には、現在のファジィ集合に対して、上記の更新が行われる。

なお、更新には上限値が設けられており、ＰＳの集合の頂点の値のＸ値が１６．０を上限値としている。
また、現在の温度の時間軸応答特性をモニタし、現在温度が所定時間（ここでは、３分）以上、目標温度（ここでは、６０℃）に到達しなかった場合には、図３８に示すように、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、１未満の所定の倍率である０．９を掛ける。

これにより、Ｘ軸の正方向に縮小し、この縮小されたファジィ集合を新しいファジィ集合として更新する。
この更新は、遺伝子解析の測定工程ごとに応答特性をモニタし、現在温度が所定時間（ここでは、３分）以上、目標温度（ここでは、６０℃）に到達しなかった場合には、現在のファジィ集合に対して、上記の更新が行われる。

なお、更新には下限値が設けられており、ＰＳの集合の頂点の値のＸ値が０．８を下限値としている。
以上の処理のフローチャートを図３９に示す。
まず、遺伝子解析の測定工程において、温度制御の応答特性をモニタする工程を行う（Ｓ１１）。

次に、この応答特性がオーバーシュートした値が所定値（ここでは、０．５℃）を超えたか、あるいは現在温度が所定時間（ここでは、３分）以上、目標温度（ここでは、６０℃）に到達しなかったか否かを判断する（Ｓ１２）。
次に、応答特性がオーバーシュートした値が所定値である０．５℃を超えた場合には、オーバーシュート対策としてのファジィ集合の更新工程（Ｓ１３）を行う。

一方、現在温度が所定時間である３分以上、目標温度である６０℃に到達しなかった場合には、アンダーシュート対策のためのファジィ集合の更新工程（Ｓ１４）を行う。
つまり、本実施形態の制御方法では、第１の工程（Ｓ１１，Ｓ１２）において、温度の時間軸応答をモニタし、オーバーシュートした値が所定値を超えたか否か、あるいは応答値の応答速度が所定時間以上になるか否かを判断する。次に、第２の工程（Ｓ１３、Ｓ１４）において、第１の工程（Ｓ１１，Ｓ１２）の判断結果に応じて、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大、または縮小されたファジィ集合を新しいファジィ集合として更新する。

以上のような制御方法を採用することで、温度制御の応答特性を向上させることができるため、より高精度な遺伝子の解析を実施することができる。

以上のように本発明は、次回の制御においてより安定した応答特性を得ることができるという効果を奏するものであることから、遺伝子などの解析装置の温度制御方法等への適用が期待される。

１ 本体ケース
２ 解析容器搬入トレイ
３ 開口部
４ 解析容器
５ 開口部
５ａ 回転軸挿入孔
６ 解析室
６ａ 小円部分
６ｂ 大円部分
６ｃ 解析容器挿入開口部
７ 送風ファン
８ 解析容器回転駆動部
９ 軸受け
１０ 回転駆動軸
１１ モータ
１２ モータ
１３ 加熱部
１４ 温度センサ
１５ 制御部
１６ 表示部
１７ 測定部
１８ 光学センサ
１９ 電源ボタン
２０ 蓋
２１ 本体ケース
２２ 第１の空気吸い込み口
２３ 第２の空気吸い込み口
２４ 空気吐き出し口
２５ 流路
２６ 反応部
２７ 定量部
２８ 測定チャンバ
２９ 流路
２９ａ 封止材
３０ 攪拌チャンバ
３１ 流路
３２ａ，３２ｂ 第１の領域
３３ａ，３３ｂ 第２の領域
３４ 流路確認部
３５ 第１の収納部
３６ 第２の収納部
３７ ワックス流路
３８ ワックス
３９ 開封検出材
４０ 凸部
４１ 凹部
４２ 曲線部
４３ 挿入部
４４ 当接部
４５ 底部
４６ 凸部
４７ 凹部
４８ 曲線部
４９ 加熱ヒータ

Claims (7)

1. 偏差のファジィ集合について、ＺＯ、ＰＳ（正に小さい部分）、ＰＢ（正に大きい部分）を有するファジィ制御の制御方法であって、
   時間軸応答をモニタし、オーバーシュートした値が所定値を超えたかどうか、あるいは、応答値の応答速度が所定時間以上になるかどうかを判断する第１の工程と、
   前記第１の工程の判断結果に応じて、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大または縮小し、前記ファジィ集合を新しいファジィ集合として更新する第２の工程と、
   を備えたファジィ制御の制御方法。
2. 前記第１の工程は、時間軸応答をモニタし、オーバーシュートした値が所定値を超えたかどうか判断するとともに、
   前記第２の工程は、オーバーシュートした値が所定値を超えた場合には、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、１以上の所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大されたファジィ集合を、新しいファジィ集合として更新する、
   請求項１に記載のファジィ制御の制御方法。
3. 前記第１の工程は、時間軸応答をモニタし、応答値の応答速度が所定時間以上になるかどうかを判定するとともに、
   前記第２の工程は、応答値の応答速度が所定時間以上となった場合には、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となるファジィ集合の頂点座標のＸ値について、１未満の所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に縮小されたファジィ集合を、新しいファジィ集合として更新する、
   請求項１に記載のファジィ制御の制御方法。
4. 前記ファジィ集合は、偏差のファジィ集合について、ＺＯ，ＰＳ（正に小さい部分）が三角型、ＰＢ（正に大きい部分）が階段型であり、偏差のファジィ集合のＸ軸が正の象限にあるファジィ集合ＺＯ，ＰＳ，ＰＢに対して、グレードが０または１となる三角型のファジィ集合の頂点座標のＸ値、および階段型のファジィ集合の頂点座標のＸ値について、所定の倍率を掛けてＸ軸の正方向に拡大または縮小されたファジィ集合を、新しいファジィ集合として更新する、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のファジィ制御の制御方法。
5. 前記制御方法は、現在の温度を目標温度となるように制御する温度制御である、
   請求項１から４のいずれか１つに記載のファジィ制御の制御方法。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のファジィ制御の制御方法を用いた温度制御装置であって、
   本体と、
   前記本体内に設けられた解析室と、
   前記解析室内の温度を計測する温度計測部と、
   前記解析室内に設けられた加熱部と、
   前記温度計測部をモニタして、前記解析室内の温度が目標温度となるように、前記加熱部を制御する制御部と、
   を備えた温度制御装置。
7. 請求項６に記載の温度制御装置を備えた遺伝子解析装置。

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