JP6543529B2 - エア層検出装置 - Google Patents
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Description
本発明はエア層検出装置に関し、特に、液体輸送用チューブ内に存在するエア層を検出する装置に関する。
分析装置、分注装置等においては、液体輸送管としての配管であるチューブを利用して試薬、試料、洗浄液等の液体が輸送される。例えば、抗原抗体反応を利用して検体としての血液試料を分析する装置においては、試薬タンクからの試薬がチューブを介してノズルへ供給され、ノズルの吐出口から出た試薬が反応用容器に注入される。
チューブ内に液体の途切れを生じさせるエア層(エアギャップとしての空気の間隙)が存在している場合、液体の輸送量ひいては吐出量が不正確になる。そこで、チューブにおける所定箇所でエア層の有無やそのサイズ等を連続的に監視することが望まれる。そのための装置としてエア層検出装置が知られている。
なお、エア層検出装置の中には小さな気泡までを検出可能なものがあり、そのような装置では、小さな気泡も検出対象としてのエア層の概念に含まれ得る。液体検出装置による液体の検出は実質的に見てエア層の検出とも言い得るので、当該液体検出装置はエア層検出装置としても観念され得る。
特許文献1には液体センサが開示されている。かかる液体センサは、本体とアタッチメントとで構成されている。アタッチメントには、チューブを保持する構造が形成されている。保持されたチューブの一方側に発光器が設けられ、その他方側に受光器が設けられている。この液体センサにおいては、チューブの外径に適合した幾つかの凹状部材によって、チューブが位置決め保持されている。実際には、外径の異なる複数種類のチューブに対応するため、複数種類のアタッチメントが用意されている。なお、チューブ外径が想定外径からずれている場合に備えて、チューブを締結してそれを動かなくするバンドも設けられている。
エア層検出装置に対する要望として、多様な外径をもったチューブへの対応があげられる。特に、チューブの外径によらずに、発光器及び受光器に対して、正しくしかもぐらつきなく、チューブを位置決めることが要請される。
上記特許文献1に開示された液体センサでは、チューブの外径に応じてアタッチメント自体を交換する必要がある。それぞれのアタッチメントが特定の外径に合ったものとして設計されているからである。なお、その液体センサにはチューブを縛り付けるバンドも設けられているが、それは補助的なものに過ぎず、バンドの使用によって位置決め精度は寧ろ低下するものと推認される。
本発明の目的は、一定範囲内のチューブ外径に対応でき、しかも光軸に対して精度よくチューブを位置決めることが可能なエア層検出装置を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、複数の太さをもったチューブであっても主要部材をそのまま利用できるようにして部品点数を削減し、あるいは、汎用性を高めることにある。あるいは、エア層検出精度を向上することにある。
本発明に係るエア層検出装置は、受入可能なチューブ外径範囲の最大値を超える溝幅をもった保持溝を備えるセンサ本体と、前記保持溝の一方側に設けられ、前記保持溝に挿入されたチューブ内に含まれるエア層を検出するための光を生成する発光器と、前記保持溝の他方側に設けられ、前記チューブを透過し又は前記チューブで拡散した光を検出する受光器と、前記保持溝に挿入される部材であって、前記チューブに当接して前記チューブを前記保持溝の奥隅部分へ押し付ける作用を発揮する斜面を備える押さえ部材と、を含む、ことを特徴とするものである。
上記構成によれば、保持溝内にチューブが挿入された上で、保持溝内に更に押さえ部材が挿入される。押さえ部材の端部には斜面が形成されており、その斜面が円筒状のチューブに当接することによって、チューブを保持溝の奥隅方向へ押し付ける力が自然に生じる。一定範囲内の外径を有するチューブであれば、外径によらずに上記の押し付け力が発揮されるから、様々な外径をもったチューブを共通の構造体内の所定の位置に定位させることが可能である。チューブ軸方向において、保持溝全体にわたって押さえ部材を設けるのが望ましく、その場合、押さえ部材の下面の全体を斜面とするのが望ましい。この構成によればチューブに対して加わる応力を分散でき、奥隅部分への押し付け力を適正に生じさせることが可能となる。後述のように、斜面を有する端部によって光が必要以上に遮られないように、斜面の一部に(正確には端部の一部に)光通過用の切欠きを設けるのが望ましい。斜面の傾斜角度(溝の底面又は溝深さ方向に対する傾斜角度)は、溝幅、許容するチューブ外径等の諸条件によって定められる。
以上のように、保持溝内にチューブが位置決められた状態において、保持溝の一方側において光が生成され、保持溝の他方側においてチューブを透過した又はチューブで散乱した光が検出される。チューブ軸方向の検出分解能を高めるために同方向に通過幅を絞るスリット等を設けるのが望ましい。スリットにおける溝深さ方向の長さを大きくすれば受光量を増大して感度を高められる。上記の奥隅部分は、底面上における発光側コーナー部分及び受光側のコーナー部分のいずれか一方である。受光側において絞りが存在する場合、あるいは、光ビームが絞られている場合、受光側のコーナー部分へチューブが押し付けられるのが望ましい。押さえ部材に対して溝深さ方向(つまり下方向)に常時押圧力を及ぼす手段を付加するようにしてもよいし、押さえ部材の設置時にそのような押圧力を手作業で生じさせてもよい。
チューブ内を流れる液体は、試薬、試料、洗浄液その他の液体である。チューブは少なくとも検出光を透過可能な透明部材で構成される。保持溝の溝幅は、チューブ外径範囲の最大値に応じて設定され、逆に言えば、溝幅によって受入可能なチューブの最大外径が規定される。溝幅は例えば数mmである。エア層が検出された場合にエラー処理が実行されるように構成するのが望ましい。エア層のサイズから想定液量に対する誤差量(不足量)を計算し、その誤差量が閾値を超えた場合にエラー処理が実行されるようにしてもよい。そのような演算制御を行うユニットをエア層検出装置の一部としてもよいし、当該装置の外部構成としてもよい。
保持溝の両側部分を一体化したブロック状の部材をセンサ本体として利用するのが望ましい。そのような構成によれば、共通部材であるセンサ本体に対して発光器及び受光器を位置決めることによって、それらの光軸合わせが不要となる。
望ましくは、前記保持溝は、底面、前記発光器側の側面としての一方側面、及び、前記受光器側の側面としての他方側面を有し、前記保持溝内の底部に前記チューブが保持される空間として、前記底面、前記他方側面及び前記斜面によって囲まれる隙間が形成され、前記奥隅部分は前記隙間において前記底面と前記他方側面とがなすコーナー部分である。上記隙間は概して断面台形状の空間となる。台形の底辺が底面に相当し、台形の斜辺が斜面に相当する。
望ましくは、前記押さえ部材における前記斜面を含む端部は、前記発光器から出た光の通過を許容する切欠きを有する。この構成によれば、押さえ部材の端部によって光が遮蔽されてしまう問題を防止又は軽減できる。特にチューブの外径が小さい場合において有用な構成である。
望ましくは、前記他方側面の一部として機能するスリット板を含み、前記スリット板は前記保持溝側からの光の通過を制限するスリットを有する。スリットを利用することにより、分解能、感度等を調整できる。保持溝の受光器側(他方側側面)に開口部を設け、そこからスリット板が露出するようにしてもよい。望ましくは、前記センサ本体は前記スリット板を交換するための着脱構造を有する。スリット板自身が着脱に適する形態を有していてもよいし、スリット板を固定する固定具を利用してもよい。検出光として環境光に影響を受けにくい近赤外光等を利用することができる。検出部分を暗室として構成してもよい。望ましくは、前記スリットはチューブ軸方向を短手方向とし当該チューブ軸方向に直交する方向を長手方向とした矩形の形態を有する。この構成によれば感度を高めつつもチューブ軸方向における分解能を高められる。
望ましくは、前記押さえ部材のチューブ軸方向への動きを止めるストッパ構造が設けられる。この構成によれば押さえ部材が保持溝から脱落することを防止できる。
本発明によれば、一定範囲内のチューブ外径に対応でき、しかも光軸に対して精度よくチューブを位置決めることが可能である。あるいは、太さの異なる複数のチューブに対して主要部材をそのまま利用できる。あるいは、エア層検出精度を向上できる。
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には分注装置10の要部構成が示されている。この分注装置10は、例えば、抗原抗体反応を利用して血液試料を分析する分析装置に組み込まれるものである。分注装置10において、液体輸送管としてのチューブ12は試薬を輸送するための配管である。その駆動源としてポンプ14が設けられている。ポンプ14の作用によって試薬タンク16からチューブ12内へ試薬が流される。その試薬はノズル18に送られ、その吐出孔から反応容器20内へ試薬が注入される。
チューブ12における所定箇所に本発明に係るエア層検出装置26が設けられている。このエア層検出装置26は液体中に含まれるエア層22を光学的に検出する装置である。エア層検出装置26が気泡24を検出するものであってもよい。また、エア層検出装置が液体部分を検出し、結果としてエア層(気泡)が特定されてもよい。
エア層検出装置26からの出力信号が演算制御部28に送られている。演算制御部28は例えば、エア層の存在によって不足する試薬の量(不足量)を連続的に監視しており、その不足量が所定量を超えた場合にエラー処理を実行する。エラー処理にはアラーム発生、不足量を補填する輸送制御、等が含まれる。分注装置10(あるいは分析装置)によって、使用されるチューブ12の外径は区々である。そのような多様な外径に対応できるように、エア層検出装置26を構成しておければ、エア層検出装置26をそのままあるいは一部だけ交換して各種の分注装置に組み込むことが可能となる。チューブ12は、透明な又は透明性を有する比較的柔軟な樹脂製の配管である。光学的検出が可能な他の配管が利用されてもよい。
図2には本発明に係るエア層検出装置の好適な実施形態が示されている。エア層検出装置26は液体中のエア層を検出するものである。エア層が検出されている時間長からエア層のサイズ又は容積を特定可能である。
エア層検出装置26は、センサ本体としての本体ブロック30、その一方側に設けられた第1基板32、本体ブロック30の他方側に設けられた第2基板34、及び、押さえ部材36を有する。第1基板32は後述の発光器を搭載した基板であり、第2基板は後述の受光器を搭載した基板である。本体ブロック30に対して複数のねじによって第1基板が固定されており、同じく、本体ブロック30に対して複数のねじ42,44によって第2基板が固定されている。第1基板32と第2基板34とを電気的に接続するために多芯フラットケーブル38が両基板間に設けられている。それは図示されるように円弧状の形態を有している。2つの基板32、34がそれらに共通の部材としての本体ブロック30に取り付けられるので、個々の基板32,34の配置の結果として、発光器の光軸と受光器の光軸とが合わせられる。
本体ブロック30には切削加工等によって凹構造46が形成されており、それは後述する溝(保持溝)を含むものである。溝の底部にチューブ12が落とし込まれている。凹構造46内には押さえ部材36が挿入されつつ配置されている。押さえ部材36の溝深さ方向の位置には自由度があり、通常、押さえ部材36がチューブ12に対して適正な押圧力を与えた状態で(溝の奥側へ一定力で押された状態で)、押さえ部材36がねじ48によって本体ブロック30に固定される。これによりチューブの適正な位置決め状態が維持される。本体ブロック30は例えば樹脂等の絶縁性部材で構成される。本体ブロック30を黒色材料で構成すれば光検出過程において不要な光散乱を抑制できる。信号線群40は受光器から引き出された複数の信号線により構成される。押さえ部材36は、例えば樹脂等によって構成される。それも黒色材料で構成するのが望ましい。
図3には本体ブロック30が示されている。他の部材については図示省略されている。本体ブロック30は概して直方体の形態を有する。本体ブロック30は発光側の第1側面(一方側面)30Aと受光側の第2側面(他方側面)30Bとを有する。図3において、X方向がチューブ軸方向であり、つまり液体輸送方向である。Y方向がX方向に直交する水平方向であり、それは本体ブロックの左右方向あるいは厚み方向である。Z方向は溝深さ方向であり、それはX方向及びY方向に直交している。
本体ブロック30には凹構造46が形成され、その凹構造46は、チューブ通路としての溝50と、それに連通した切欠き52と、からなる。溝50における底部(下部)50Aにチューブが落とし込まれる。切欠き52は、押さえ部材を定位させるためのストッパ構造の一部をなすものであり、そこには押さえ部材における凸部が挿入される。凸部を貫通するようにねじが挿入され、そのねじがねじ孔48Aに固定される。これにより押さえ部材が本体ブロック30に固定される。本体ブロック30の第2側面30Bには、具体的には本体ブロック30の他方側の側端部には、窪み状の収容室54が形成されている。その収容室54内には第2基板上に搭載された受光器が収容される。収容室54に連通して光通過のための通過孔56が形成されている。図示の例において、それは円形であるが、それを矩形としてもよい。なお、対応可能なチューブ外径範囲は1.5〜2.4mmであり、その範囲を超える溝幅(例えば2.5〜3.0mm)をもって上記溝が形成されている。その溝幅と後述する押さえプレートの幅は実質的に一致している。
図4には、実施形態に係るエア層検出装置26の他の斜視図が示されている。図4にはエア層検出装置における発光側の側面が示されている。本体ブロック30の一方側面には第1基板32が2つのねじ58,60によって取り付けられている。
図5には押さえ部材36の斜視図が示されている。その向きは図4に示した押さえ部材36の向きと同じである。押さえ部材36は、板状の押さえプレート62と、そこから突出した凸部64と、からなるものであり、それらは一体化されている。押さえプレート62は、上記の溝に挿入される部分であり、その下面は斜面68を構成している。斜面68は、凸部64が形成されている側とは反対側を向いている。押さえプレート62には、ねじを避けるためのU字溝が形成されている。押さえプレート62における下端部には光通過開口として機能する切欠き70が形成されている。それは光源側から見て矩形の形態を有している。下面においては切欠き70の部分以外の全部が斜面を構成している。よって、応力集中を避けることが可能であり、チューブが柔軟性を有していてもそれが必要以上に潰れることはない。仮にチューブに若干の楕円変形等があっても、それは許容範囲内である。
凸部64はY方向(光源側)に突出している。そこにはX方向に貫通したU字溝74が形成されている。それは図2に示したねじ48を挿通させるものである。押さえ部材36のZ方向の位置によらずに当該部材の位置を固定することが可能である。また凸部64が本体ブロックの切欠き内に進入してねじ止めされるので、本体ブロックから押さえ部材36が簡単に脱落することはない。X方向に着目した場合、凸部64はストッパ構造の一部として観念され得る。図6には、押さえプレート62が示されている(凸部について図示省略されている)。その下面には斜面68を構成しており、そこには切欠き70が形成されている。
図7にはエア層検出装置の断面図が示されている。紙面上、左右方向がY方向であり、上下方向がZ方向である。紙面貫通方向がX方向である。本体ブロック30は上記のように単一部材であり、それは、断面図上、上部一方側部分30Cと、上部他方側部分30Dと、下部30Eと、からなる。本体ブロック30には収容室71が形成されており、そこには第1基板32に搭載された発光器72が挿入される。発光器72は例えば近赤外光を発する1又は複数のLEDからなる。収容室71と溝50との間に開口部73が形成されている。それは光通路として機能するものである。
溝50は、一方側面(発光側側面)74、他方側面(受光側側面)76、及び、底面78を有する。溝50の下部にチューブ12が収容される。押さえプレート62の斜面が円筒状のチューブ12の上面に当接しており、そのチューブ12に対して、斜め方向への押圧力、あるいは、右方向への押圧力成分及び下方向の押圧力成分、が生じている。この例では、チューブ12を溝50における受光側コーナー部分へ押し出す力が生じている。その結果、チューブ12は底面78と他方側面76とに接した状態で静止している。
溝50と収容室54との間に光通過路としての通過孔56(図3)が形成されている。その受光側にはスリット板80が設けられている。スリット板80は、その側面(発光器側の面)を収容室の奥側の面に接合した状態で、収容室54内に着脱可能に配置されている。スリット板80を収容室54内に固定するために、必要に応じて、1又は複数の固定具88、90が設けられる。固定具88,90は例えば固定用の弾性力をスリット板80に及ぼすものである。スリット板80には、縦長つまりZ方向に伸長したスリット82が形成されている。スリット82において、X方向が短手方向であり、Z方向が長手方向である。このような構成より、感度を高めつつ(受光量を増大しつつ)、チューブ軸方向(X方向)の検出分解能を高められる。但し、事実上の光通過範囲は通過孔56とスリット82の両者によって規定される。本実施形態において、スリット82のX方向の幅は、通過孔56のX方向の幅(つまり直径)よりも狭い。本実施形態では、スリット板の交換によってスリットを切り換えられるように構成されている。チューブの外径が変化した場合や測定の目的が変化したような場合に、適切なスリット板を選択して利用することが可能である。
収容室54内には第2基板34に搭載された受光器84が配置されている。受光器84は例えば1又は複数のフォトセンサからなる。本実施形態では、共通部品である本体ブロックに対して両基板32,34を取り付けることができるので、発光器72の光軸と受光器84の光軸を容易に合わせることが可能である。それらによって定義される光軸86が図7に明示されている。その光軸86に対して通過開口、通過孔、スリットが自然に位置決められる。更に、外径の大小による上下位置の変化はあるものの、光軸86に対してチューブ12を適正にしかも容易に位置決めることが可能である。
なお、押さえプレート62の端部に形成された切欠きはチューブ軸方向(X方向)を長手方向として伸長した開口であり、溝深さ方向がその短手方向となる。つまり、光源から見て横長の矩形の形態を有する。断面図上では、直角三角形の形態を有する。その斜辺の傾斜角度は斜面の傾斜角度である。傾斜角度は例えばY方向(光ビーム)に対して25度〜60度である。望ましくは、Y軸と斜面とがなす角度の方がZ軸と斜面とがなす角度よりも小さい。このような構成によれば適応可能なチューブ外径範囲を拡大できる。もっとも、諸状況によって最適な角度条件を採用するのが望ましい。
図8には図7に示したスリット板80が斜視図として示されている。スリット板80は板状の形態を有し、そこには縦長のスリット82が形成されている。そのX方向の幅92よりもそのZ方向の幅94の方が大きい。X方向の幅92は上記のように円形の通過孔の直径よりも小さい。もっとも、両者を一致させることも可能であり、場合によってはスリットの方を大きくすることも可能である。スリット板80は矩形の本体を有し、その上縁96には上方へ突出した2つの半円突起が形成されている。本体の一方側辺100には横方向へ突出した2つの半円突起が形成されている。それらの突起によって収容室内にスリット板80が適度に嵌まり込むことが可能となっている。但し、それらの突起による保持作用だけでは固定手段として不十分な場合には上記のような固定手段を別途設けるのは望ましい。
図9には他のスリット板104が示されている。そこにはスリット106が設けられている。スリット106のX方向の幅108は図8に示したスリットのX方向の幅92よりも大きい。これにより位置分解能において劣るものの受光量増大を期待できる。スリット106のZ方向の幅110は図8に示したスリットのZ方向の幅94と同じである。チューブサイズや検出目的等に応じて各種のスリットを用意しておき、その中から所望のものを選択的に利用するのが望ましい。もっとも、スリット板を固定的に(非交換型として)配置するようにしてもよい。
図10には押さえプレート62の作用が示されている。溝50内において、押さえプレート62には、符号111で示されるように、下方への付勢力が与えられる。これにより、円筒状のチューブ12に対して斜面68から符号112で示すような力が及ぶことになる。つまり、底面78と他方側面76とがなすコーナー114(それを含む隅部分)の方へチューブ12が押し出される。その結果、それらの2面に突き当たった状態でチューブ12が保持される。具体的には、断面図上、水平な底面78、垂直な他方側面76、及び、傾斜した斜面68によって台形状の隙間が生じ、そこにチューブ12が捕獲される。このような作用は過大又は過小のチューブを除きチューブの外径にかかわらず常に得られる。押圧時にチューブ12が若干変形しても、総流路面積において実質的な変化が生じないなら、大きな問題とならない。溝50内において当初様々な位置にあるチューブを斜面68の作用によって定位させることが可能である。また、チューブが蛇行していてもそれを直線状の形態に自然に矯正することが可能である。本実施形態では、X方向に広がった面として斜面が構成されているので、チューブに対して局所的に応力が集中することも回避される。なお、押さえプレート62に対して下方への付勢力を常時与えるバネ手段等を設けるようにしてもよい。
チューブの位置決めが完了した状態において、発光器72から出た光(光ビーム)が開口部73を経由して溝50内に進入してチューブ12へ達し、また、その一部は切欠き70を経由してチューブ12へ達し、チューブ12を透過した光又はチューブ12で散乱した光が、通過孔56及びスリット82を経由して受光器84において検出される。
図11には溝50内に比較的大きなサイズを有するチューブ118が配置されている状態が示されている。チューブ118は斜面68の作用により底面78と他方側面76に突き当たった状態で保持されている。
図12には溝50内に比較的小さなサイズを有するチューブ122が配置されている状態が示されている。チューブ122は斜面68の作用により底面78と他方側面76に突き当たった状態で保持されている。
以上のように、本実施形態のエア層検出装置によれば、チューブのサイズによらずにチューブを所定位置に定位させることが可能である。その場合において、部材の変更や置換は不要である。光学的な測定条件を変更するために必要であればスリット板を交換するだけで足りる。よって、汎用性に優れたエア層検出装置を提供することが可能である。光軸に対して発光器及び受光器を簡単に合わせることができるので、その意味において高精度の測定を簡易な構成で実現できるという利点が得られる。
12 チューブ、26 エア層検出装置、30 本体ブロック、32 第1基板、34 第2基板、36 押さえ部材、46 凹構造、50 溝、62 押さえプレート、68 斜面、80 スリット板。
Claims (7)
- 受入可能なチューブ外径範囲の最大値を超える溝幅をもった保持溝を備えるセンサ本体と、
前記保持溝の一方側に設けられ、前記保持溝に挿入されたチューブ内に含まれるエア層を検出するための光を生成する発光器と、
前記保持溝の他方側に設けられ、前記チューブを透過し又は前記チューブで拡散した光を検出する受光器と、
前記保持溝に挿入される部材であって、前記チューブに当接して前記チューブを前記保持溝の奥隅部分へ押し付ける作用を発揮する斜面を備える押さえ部材と、
を含む、ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項1記載のエア層検出装置において、
前記保持溝は、底面、前記発光器側の側面としての一方側面、及び、前記受光器側の側面としての他方側面を有し、
前記保持溝内の底部に前記チューブが保持される空間として、前記底面、前記他方側面及び前記斜面によって囲まれる隙間が形成され、
前記奥隅部分は前記隙間において前記底面と前記他方側面とがなすコーナー部分である、
ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項1記載のエア層検出装置において、
前記押さえ部材における前記斜面を含む端部は、前記発光器から出た光の通過を許容する切欠きを有する、
ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項2記載のエア層検出装置において、
前記他方側面の一部として機能するスリット板を含み、
前記スリット板は前記保持溝側からの光の通過を制限するスリットを有する、
ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項4記載のエア層検出装置において、
前記センサ本体は前記スリット板を交換するための着脱構造を有する、
ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項4記載のエア層検出装置において、
前記スリットはチューブ軸方向を短手方向とし当該チューブ軸方向に直交する方向を長手方向とした矩形の形態を有する、
ことを特徴とするエア層検出装置。 - 請求項1記載のエア層検出装置において、
前記押さえ部材のチューブ軸方向への動きを止めるストッパ構造が設けられた、
ことを特徴とするエア層検出装置。
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