JP4385108B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、分析対象物を搬送するための回転体を備えた分析装置に関する。

分析装置としては、分析用具の供給を測定者が行い、供給された分析用具を測光部位まで搬送して分析を行う半自動のものがある。分析用具の搬送には、たとえばベルトコンベアなどにより分析用具を平面的に搬送する方法が採用されている。ところが、分析用具の搬送を平面的に行う方法では、分析用具を搬送するためのスペースを平面的に大きく確保する必要があるために、分析装置が大型化してしまうといった問題がある。これに対して、分析用具の大型化を抑制するためのものとして、回転ドラムを用いた搬送方法を採用した分析装置がある。

この搬送方法を採用した分析装置としては、たとえば日本国特開平６−３２３９９７号公報に開示されたものがある。上記公報に記載の分析装置は、本願の図８に示したように、試験片９０を載置するための複数の凹部９１が設けられた回転ドラム９２を備えたものである。図９Ａおよび図９Ｂに示したように、凹部９１に保持された試験片９０は、回転ドラム９２の回転によって載置部位Ｓ１から測光部位Ｓ２まで搬送される。試験片９０は、単に凹部９１に載置しているだけであるため、測光後の試験片９０は、回転ドラム９２の回転にともなって凹部９１から離脱して落下し、廃棄箱９３に収容される。

分析装置９では、凹部９１に対して試験片９０を載置し、それを自由落下させる構成を採用している。そのため、試験片９０が自由落下しない範囲（図９Ａおよび図９Ｂにθで示した角度範囲に相当する範囲）に、試験片９０の搬送範囲が限定されてしまう。その一方で、試料液の分析を適切に行うためには、試験片９０に試料液を供給してから、一定以上の反応時間を確保する必要がある。したがって、短い搬送距離で目的とする反応時間を確保するためには、回転ドラム９２の回転速度を小さく設定する必要が生じる。その場合には、短時間で連続的に多数の試料液を分析するのが困難となる。これに対して、短時間で連続的に多数の試料液を分析するためには、分析用具９０を載置するための載置部位Ｓ１から測光部位Ｓ２までの距離を大きく確保する必要がある。搬送距離は、回転ドラム９２の径を大きくすることにより大きくすることができるが、その場合には、結局、分析装置９の大型化を招来してしまう。

特開平６−３２３９９７号公報

本発明は、小型化を達成しつつも、短時間で連続的に分析対象物の分析を行うことができる分析装置を提供することを目的としている。

本発明により提供される分析装置は、分析対象物を搬送するための回転体を備え、かつ、分析対象物に負圧を作用させて上記回転体に対して分析対象物を保持し、上記回転体の周方向に分析対象物を搬送するように構成されている分析装置であって、上記回転体は、負圧が発生させられる内部空間と、分析対象物を位置決め保持するための複数の載置部と、上記載置部と上記内部空間との間を繋ぐ貫通孔と、を有しており、上記内部空間には、上記回転体に対して相対動させることにより、上記貫通孔が閉塞される状態と開放される状態とを選択するための閉塞部材が収容されていることを特徴としている。

ここで、「分析対象物」としては、典型的には試料の分析を行うために使用される試験片などの分析用具が挙げられる。分析対象物には、光学的手法などを利用して製品の良否の判定がなされるもの、たとえば半導体装置などの電子部品も含まれる。

回転体は、たとえば回転軸が略水平方向に延びるように配置される。

回転体は、たとえば円筒状に形成され、かつ、その外表面に上記複数の載置部が形成されたものとして構成される。

複数の載置部は、たとえば回転体の軸方向に延びるとともに、回転体の周方向において間隔を隔てて配置される。

閉塞部材は、たとえば回転体の軸方向に延び、かつ上記軸方向に延びる切欠を有するものとして構成される。

本発明の分析装置は、たとえば回転体の少なくとも一部を収容する筐体をさらに備えたものとして構成される。この場合、閉塞部材における一方の端部は、筐体に対して回転不能に支持される。

本発明の分析装置は、分析用具を光学的に分析するための測光部をさらに備えたものとして構成することができる。この場合、閉塞部材は、分析対象物が測光部によって測光可能な位置に存在する状態では、当該分析対象物が載置された載置部に繋がる貫通孔を開放して当該分析対象物に対して負圧が作用した状態となるように構成される。

本発明の分析装置は、たとえば回転体を１８０度以上回転させることにより、分析対象物を、載置部に載置された位置から測光部において測光可能な位置まで搬送するように構成される。

閉塞部材は、載置部が分析対象物を載置するための載置部位に位置するときには、当該載置部に繋がる貫通孔を閉塞して当該分析対象物に対して負圧が作用しないように構成するのが好ましい。

本発明の分析装置は、載置部に保持された分析対象物を取り外すためのブレードを備えたものとして構成することもできる。

この場合、回転体には、回転体に密着した状態でブレードが回転体に対して相対動することを許容するためのガイド部を設けるのが好ましい。

各載置部と当該載置部に繋がる貫通孔の間には、分析対象物に対して、この分析対象物における回転体の軸方向に延びる領域に負圧を作用させるための吸引力作用空間を設けるのが好ましい。

吸引力作用空間は、たとえば載置部よりも寸法の小さい凹部を、当該載置部に隣接させて載置部よりも回転体の軸に近い部分に設けることにより形成される。

本発明の分析装置は、分析対象物が分析用具である場合には、分析用具に負圧を作用させたときに、分析用具に付着した余剰な試料を除去できるように構成するのが好ましい。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る分析装置を示す全体斜視図である。 図２は、図１に示した分析装置の内部構成を説明するための要部を示す平面図である。 図３は、回転体およびその周囲を説明するための断面図である。 図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係る分析装置を示す図４に相当する断面図である。 図６は、実験で使用した回転ドラムの全体斜視図である。 図７は、図６のＶＩＩ一ＶＩＩ線に沿う断面図である。 図８は、従来の分析装置の一例を示す全体斜視図である。 図９Ａおよび図９Ｂは、図８に示した分析装置の要部を示す断面図である。

まず、本発明の第１の実施の形態について、図１ないし図４を参照して説明する。

図１ないし図４に示した分析装置１は、筐体２内の収容された回転体３を備え、試験片４に負圧を作用させて、回転体３の周方向に試験片４を搬送するように構成されたものである。図示した試験片４は、短冊片４０の長手方向に並ぶようにして複数の試薬パッド４１が設けられたものである。

図１に示したように、筐体２には、複数の操作ボタン２１や表示器２２の他、切欠２０が設けられている。切欠２０は、後述する回転体３の凹部３１を露出させるための第１領域２０ａ、試験片４の移動を許容するための第２領域２０ｂ、および廃棄箱５を出し入れするための第３領域２０ｃを有している。なお、第１領域２０ａにおいて凹部３１を露出させる状態とすることにより、回転体３に対して試験片４を載置することができる。

図２ないし図４に示したように、回転体３は、円柱状の内部空間３０を有する筒状の形態とされている。回転体３の外周面には、試験片４を保持するための複数の凹部３１と、複数のガイド部３２と、が設けられている。

複数の凹部３１は、回転体３の軸方向（図２および図３のＤ１，Ｄ２方向）に延びるとともに、回転体３の周方向（図２のＤ３方向）において一定間隔隔てて並んで設けられている。本実施の形態の回転体３には、合計で８個の凹部３１が設けられている。各凹部３１は、第１部分３１Ａおよび第２部分３１Ｂを有している。

第１部分３１Ａは、試験片４を載置するためのものであり、試験片４の幅寸法に対応した幅寸法を有している。第２部分３１Ｂは、第１部分３１Ａに載置された試験片４に対して、この試験片４の長手方向の略全域にわたって負圧を作用させるための空間３１ｂを形成するためのものであり、第１部分３１Ａよりも幅寸法が小さくされている。すなわち、図４によく表れているように、凹部３１においては、第１部分３１Ａの底面３１Ａａに当接した状態で試験片４が載置され、試験片４と第２部分３１Ｂの底面３１Ｂａとの間には、Ｄ１，Ｄ２方向（図２参照）に延びる空間３１ｂが形成される。

図３および図４に示したように、第２部分３１Ｂの底面３１Ｂａからは、回転体３の内部空間３０に繋がる貫通孔３３が延びている。この貫通孔３３は、回転体３の内部空間３０と凹部３１との間を連通させるためのものである。

図２および図４に示したように、複数のガイド部３２は、隣接する凹部３１の間の領域において、回転体３の周方向Ｄ３に並んで設けられている。ガイド部３２は、後述するブレード８２を回転体３に対して密着した状態で相対動させるための部分であり、その底面３２ａが第１部分３１Ａの底面３１Ａａに対して段差なく連続している。

図２および図３に示したように、回転体３の端部３４は、ジョイント６０を有する配管６を介してポンプ６１に接続されている。より具体的には、回転体３の端部３４は、その外面３４ａとジョイント６０の内面６０ａとの間にＯリング６２を介在させた状態で、ジョイント６０に挿入されている。これにより、回転体３の内部空間３０の気密性が確保されているとともに、ポンプ６１を利用して、内部空間３０に負圧を発生させることができるようになっている。ジョイント６０は、図面上には明確に表れていないが、筐体２に対して位置固定されている。その結果、回転体３の端部３４は、ジョイント６０を介して筐体２に支持されている。

図３および図４に示したように、内部空間３０には、閉塞部材７が収容されている。この閉塞部材７は、切欠７０を有する本体部７１と、この本体部７１の端部７２から延出する軸部７３とを有している。軸部７３は、筐体２に対して回転不能に固定されている。その結果、閉塞部材７が回転しないようになされているとともに、回転体３の端部３５が閉塞部材７を介して筐体２に支持されている。

このような構成では、回転体３や閉塞部材７を容易に取り外すことができるため、回転体３や閉塞部材７を洗浄することができるようになる。

本体部７１は、回転体３の内径に相当する外径を有する円柱状の部材に対して、切欠７０を形成した形態を有している。このため、切欠７０によって回転体３と閉塞部材７との間に空間７４が形成されるとともに、本体部７１の外面７５（切欠７０が形成された部分を除く）が回転体３の内面３Ａに密着するように構成されている。したがって、閉塞部材７の切欠７０に相当する部分に位置する貫通孔３３は、開放状態とされる一方、閉塞部材７が密着した部分に位置する貫通孔３３は閉塞される。これにより、試験片４を載置していない凹部３１や負圧を作用させる必要のない部位に位置する凹部３１が内部空間３０と連通することを回避し、内部空間３０に発生した負圧が不必要に低下してしまうことを抑制することができる。

切欠７０は、図示した略９０度の中心角θを有する扇状の断面を有しているとともに、閉塞部材７の軸方向Ｄ１，Ｄ２に延びている。この切欠７０は、閉塞部材７の端部７６において軸方向Ｄ２に開放している。その結果、切欠７０により規定される空間７４は、回転体３の端部開口３６に連通し、空間７４にはポンプ６１により負圧を発生させることができる。

回転体３の端部３４には、図２および図４に示したように歯車部３７が設けられている。この歯車部３７は、モータ８の回転軸８０に接続された歯車８１と噛み合うものである。回転体３は、上述したように端部３４がジョイント６０を介して、端部３５が閉塞部材７を利用して支持されている。そのため、回転体３は、モータ８の回転軸８０を矢印Ｄ４方向に回転させることによって、閉塞部材７の周りを矢印Ｄ３方向に回転することができる。回転体３は、モータ８の回転軸８０の回転を制御することにより、たとえば回転体３は４５度ずつ間欠的に回転させられる。この場合、先に回転体３を回転させてから次に回転体３を回転させるまでの時間は、たとえば８〜１０秒に設定される。

筐体２の内部には、回転体３の他に、ブレード８２および測光部８３が配置されている。ブレード８２は、回転体３に保持された試験片４を掻き落とすためのものであり、回転体３におけるガイド部３２の底面３２ａまたは凹部３１における第１部分３１Ａの底面３１Ａａに密着して配置されている。したがって、回転体３を回転させた場合には、回転体３におけるブレード８２が当接する部分が順次変化するとともに、ブレード８２が配置された部分に試験片４が搬送されたときに試験片４の底面と第１部分３１Ａの底面３１Ａａとの間にブレード８２の先端が差し込まれる。これにより、試験片４は、回転体３から掻き落とされる。

一方、測光部８３は、試験片４の試薬パッド４１に対して光を照射し、その反射光を受光するためのものであり、たとえばＬＥＤなどの光源とフォトダイオードなどの受光部とを有している。測光部８３は、スクリュウ８４によって筐体２に支持されており、スクリュウ８４を矢印Ｄ５またはＤ６方向に回転させることにより、矢印Ｄ１，Ｄ２方向に往復移動するように構成されている。したがって、複数の試薬パッド４１が設けられた試験片４に対しては、試薬パッド４１毎に個別に光照射およびその反射光の受光を行うことができる。

次に、分析装置１を用いての試料液の分析動作について説明する。ただし、試験片４の試薬パッド４１には、予め試料液が含浸させられているものとし、回転体３の内部において切欠７０によって形成される空間７４には、ポンプ６１によって負圧が発生させられているものとする。

図２および図４に示したように、試料液の分析に当たっては、まず切欠２０の第１領域２０ａを介して回転体３における凹部３１の第１部分３１Ａに対して試験片４を載置する。このとき、試験片４は、第２部分３１Ｂの底面３１Ｂａから一定距離離間した状態で第１部分３１Ａの底面３１Ａａに当接する。上述したように、回転体３は４５度ずつ間欠的に回転させられるため、試験片４の載置は回転体３の回転が停止している間に行うことができる。また、試験片４の載置は、回転体３が４５度回転する毎に行うのが好ましく、そうすれば、連続的に試験片４を供給することができるようになる。

試験片４は、回転体３の回転にともなって搬送されるが、空間７４には負圧が発生している。このため、試験片４には、凹部３１が貫通孔３３を介して空間７４と連通した時点から負圧が作用し、試験片４が回転体３に保持される。貫通孔３３と試験片４との間には、Ｄ１，Ｄ２方向に延びる空間３１ｂが介在しているため、試験片４の底面には、略全域にわたって負圧が作用する。これにより、試験片４が第１部分３１Ａに対して適切に保持され、試験片４が回転体３から自由落下してしまうことを抑制することができる。試験片４に対して吸引力を作用させた場合には、試験片４に対して過剰に付着した試料液が除去される効果も期待される。

試験片４に付着した余剰な試料液を確実に除去するために、凹部３１における試験片４に接触する部分に、複数の溝を設けるようにしてもよい。

試験片４が載置されてから回転体３を９０度回転させた場合には、試験片４は、測光部８３の正面に位置する。この位置関係においては、測光部８３から試験片４の試薬パッド４１に対して光を照射でき、また試薬パッド４１からの反射光を測光部８３において受光することができる。より具体的には、スクリュウ８４を矢印Ｄ５方向に回転させることにより、測光部８３を矢印Ｄ１方向に移動させつつ、試験片４の各試薬パッド４１に対する光照射とそのときの反射光の受光が連続的に行われる。分析装置１では、測光部８３での測光結果に基づいて、試料液の分析が行われる。

一方、測光部８３における測光が終了した場合には、スクリュウ８４を矢印Ｄ６方向に回転させることによって測光部８３を矢印Ｄ２方向に移動させ、測光部８３を元の位置に復帰させる。測光部８３における測光は、回転体３の回転が停止させられている間に終了し、測光後においては、回転体３が再び回転させられる。回転体３を一定角度回転させた場合には、試験片４は、ブレード８２が配置された部位に到達する。このとき、ブレード８２は、凹部３１における第１部分３１Ａの底面３１Ａａに当接した状態となっており、ブレード８２の先端は、試験片４の底面と第１部分３１Ａの底面３１Ａａとの間に差し込まれる。その結果、試験片４が第１部分３１Ａの底面３１Ａａに密着した状態が解除され、凹部３１ひいては回転体３から試験片４が掻き取られる。この試験片４は、廃棄箱５内に収容される。

次に、本発明の第２の実施の形態について、図５を参照して説明する。ただし、図５においては、図１ないし図４を参照して先に説明した分析装置と同様な要素については、同一の符号を付してあり、重複説明は省略する。

図５に示した分析装置１’では、先に説明した分析装置１と同様に、回転体３（図１ないし図４参照）の上方から凹部３１における第１部分３１Ａに対して試験片４を載置するように構成されている。その一方で、分析装置１’では、測光部８３が回転体３の下方に位置しており、第１部分３１Ａに載置された試験片４を、回転体３を１８０度回転させることにより、測光部８３の正面まで試験片４を搬送するように構成されている。この分析装置１’では、試験片４が回転体３の最下部に位置する部位においても試験片４を保持する必要があるために、閉塞部材７’の切欠７０’の形状が先の分析装置１における閉塞部材７の切欠７０（図３および図４参照）とは異なっている。また、回転体３の最下部において測光を行うため、ブレード８２の配置箇所も異なっている。ただし、分析装置１’においても、分析装置１（図１ないし図４参照）と同様にして試料液の分析が行われる。

このような分析装置１’では、回転体３の回転角度が１８０度に相当する距離だけ、試験片４の搬送距離を確保することができる。この距離は、自由落下により試験片４を取り除く構成の分析装置においては達成困難なものである。この点からすれば、分析装置１’では回転体３の径を大きくすることなく搬送距離を大きく確保できるといえる。したがって、分析装置１’では、回転体３を利用した搬送方法を採用することにより分析装置１’の小型化を達成しつつも、吸引力を利用して試験片４を保持することにより搬送距離を大きく確保できる。その結果、分析装置１’に対して短時間に連続的に試験片４を供給し、短時間で多くの試料液を分析することが可能となる。

本発明は、上述した実施の形態で説明した構成には限定されず、種々に設計変更可能である。たとえば、回転体における試験片を載置するための凹部の個数は８個には限定されず、凹部を幅寸法の異なる２つ（第１および第２凹部）により構成するか否かも設計事項である。各凹部に負圧を発生させるための貫通孔の個数やその形成位置も設計事項である。

本発明は、試験片を分析するように構成された分析装置ばかりでなく、その他の構成の分析用具を用いて試料の分析を行うように構成された分析装置、あるいは製品の良否の判定を行うための分析装置にも適用することができる。

本発明者は、吸引力を利用して回転体に試験片を保持し、試験片を搬送する方法に実用性があるか否かを検討した。回転体に対応するものとして、図６および図７に示した角筒８５を準備した。この角筒８５は、４つの側面８５Ａ〜８５Ｄを有しているとともに、各側面８５Ａ〜８５Ｄに凹部８６Ａ〜８９Ａが形成されたものである。角筒８５の外形寸法は、Ｈ×Ｈ×Ｌ＝１５×１５×１００ｍｍである。各凹部８６Ａ〜８９Ａは、載置部（分析装置１の凹部３１における第１部分３１Ａに相当）８６Ａａ〜８９Ａａおよび吸引部（分析装置１の凹部３１における第２部分３１Ｂに相当）８６Ａｂ〜８９Ａｂを有している。各凹部８６Ａ〜８９Ａは、１つの貫通孔８６Ｂ〜８９Ｂを介して角筒８５の内部空間８５Ｅに連通している。各凹部８６Ａ〜８９Ａの幅寸法Ｗ１は５ｍｍに、各吸引部８６Ａｂ〜８９Ａｂの幅寸法Ｗ２は２．５ｍｍに、内部空間８５Ｅの容積は、１０３０ｍｍ³にそれぞれ設定されている。この内部空間８５Ｅには、図外のポンプによって負圧が発生するようになされている。試験片４’としては、幅寸法が５ｍｍ、長さ寸法が１００ｍｍのものを使用した。

実用上留意すべき点は、第１に、試験片４’が回転体（角筒８５）の最下部において測光されることがあるため、試験片４’を回転体（角筒８５）の最下部において保持でき（図６および図７の状態）、多少の外力が作用しても試験片４’が落ちないこと、第２に、一旦載置した試験片４’の位置補正をできることである。第１の点を実現するためには、試験片４’を大きな力によって吸引すればよい反面、第２の点を実現するためには、試験片４’に作用する力を小さくしなければならない。

実際の検討にあたっては、まず、凹部８６Ａを粘着テープ８６Ｄによって塞いだ状態として、内部空間８５Ｅ内に負圧を発生させた上で、凹部８７Ａに試験片４’を吸引保持させた。この状態において、試験片４’を比較的容易に移動させることができる内部圧力の負圧の最大値を検討した。その結果は、−４．９０×１０³Ｐａであった。一方、角筒８５最下部において、指で軽く触っても試験片４’を保持させておくことができる内部圧力の負圧の最小値を検討した。その結果は、−１．９６×１０³Ｐａであった。したがって、図示した角筒８５を用いる場合には、内部空間８５Ｅの内部圧力を−４．９０×１０³Ｐａ〜−１．９６×１０³ Ｐａに設定すれば、試験片４’の保持および再位置合わせを行うことができる。言い換えれば、試験片４’の保持および再位置合わせを行うことができる吸引力の設定範囲が存在し、吸引力を利用した試験片４’の保持手法は、実施の形態において説明した形態の回転体についても実現可能性があることが確認された。

Claims (15)

1. 分析対象物を搬送するための回転体を備え、かつ、
   分析対象物に負圧を作用させて上記回転体に対して分析対象物を保持し、上記回転体の周方向に分析対象物を搬送するように構成されている分析装置であって、
   上記回転体は、負圧が発生させられる内部空間と、分析対象物を位置決め保持するための複数の載置部と、上記載置部と上記内部空間との間を繋ぐ貫通孔と、を有しており、
   上記内部空間には、上記回転体に対して相対動させることにより、上記貫通孔が閉塞される状態と開放される状態とを選択するための閉塞部材が収容されていることを特徴とする、分析装置。
2. 上記内部空間に負圧を発生させるための負圧発生手段をさらに備えている、請求項１に記載の分析装置。
3. 上記回転体は、その回転軸が略水平方向に延びるように配置されている、請求項１または２に記載の分析装置。
4. 上記回転体は、円筒状に形成され、かつ、その外表面に上記複数の載置部が形成されたものである、請求項１ないし３のいずれかに記載の分析装置。
5. 上記複数の載置部は、上記回転体の軸方向に延びているとともに、上記回転体の周方向において間隔を隔てて配置されている、請求項４に記載の分析装置。
6. 上記閉塞部材は、上記回転体の軸方向に延びているとともに、上記軸方向に延びる切欠を有している、請求項１ないし５のいずれかに記載の分析装置。
7. 上記回転体の少なくとも一部を収容する筐体をさらに備えており、
   上記閉塞部材における一方の端部は、上記筐体に対して回転不能に支持されている、請求項１ないし６のいずれかに記載の分析装置。
8. 分析対象物を光学的に分析するための測光部をさらに備えており、
   上記閉塞部材は、分析対象物が上記測光部によって測光可能な位置に存在する状態では、当該分析対象物が載置された載置部に繋がる貫通孔を開放して当該分析対象物に対して負圧が作用した状態となるように構成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の分析装置。
9. 上記回転体を１８０度以上回転させることにより、分析対象物を、上記載置部に載置された位置から上記測光部において測光可能な位置まで搬送するように構成されている、請求項８に記載の分析装置。
10. 上記閉塞部材は、載置部が分析対象物を載置するための載置部位に位置するときには、当該載置部に繋がる貫通孔を閉塞して当該分析対象物に対して負圧が作用しないように構成されている、請求項１ないし９のいずれかに記載の分析装置。
11. 載置部に保持された分析対象物を取り外すためのブレードを備えている、請求項１ないし１０のいずれかに記載の分析装置。
12. 上記回転体には、上記回転体に密着した状態で上記ブレードが上記回転体に対して相対動することを許容するためのガイド部が設けられている、請求項１１に記載の分析装置。
13. 上記各載置部と当該載置部に繋がる貫通孔の間には、分析対象物に対して、この分析対象物における上記回転体の軸方向に延びる領域に負圧を作用させるための吸引力作用空間が設けられている、請求項１ないし１２のいずれかに記載の分析装置。
14. 上記吸引力作用空間は、上記載置部よりも寸法の小さい凹部を、上記載置部に隣接させて上記載置部よりも上記回転体の軸に近い部分に設けることにより形成されている、請求項１３に記載の分析装置。
15. 上記分析対象物は、試料の分析を行うための分析用具であり、
    上記分析用具に負圧を作用させたときに、上記分析用具に付着した余剰な試料を除去できるように構成されている、請求項１ないし１４のいずれかに記載の分析装置。

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