JP6612762B2 - 成分測定装置及び測定用チップ - Google Patents

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Description

本発明は、液体の成分を測定する成分測定装置及び測定用チップに関する。
従来、例えば、糖尿病診断やインスリンの投与量を決定するために、血液（液体）中のグルコースを測定する成分測定装置（血糖計）が使用されている。この種の血糖計の測定原理には、電極の周辺に試薬を塗布して血液導入時の電気的変化を測定する「電極式」と、流動又は滞留する血液と試薬を反応させその呈色度合を光学的に測定する「比色式」とがある。
比色式を採用した血糖計は、例えば、血液採取用の測定用チップを装置本体に装着し、測定用チップ内で呈色した血液に対し、測定部が所定波長の測定光を照射し、その反射光を受光することで成分量や性質を算出及び表示する（特許第２５０５７１０号公報等参照）。この場合、血糖計は、測定毎の精度を安定化させるために、測定時に、測定部と測定用チップの距離を常に一定とすることが重要となる。そのため、特許第２５０５７１０号公報に開示の成分測定装置は、測定用チップの装着状態で、装置本体の定置押圧エレメントにより測定用チップを押圧して、テストフィールド（測定用チップ上の液体保持部）と測定ユニット（測定部）の距離を一定にしている。
ところで、比色式の血糖計（成分測定装置）の測定部は、発光部と受光部の間に測定用チップを配置し、発光部が出射した測定光を測定用チップにおいて透過させて、受光部で受光する構成とすることもできる。このように測定用チップに測定光を透過させる構成では、測定精度を高めるために、測定用チップと測定部の間の距離だけでなく、測定光が透過する測定用チップの厚みが常に一定となるように、すなわち測定用チップを寸法精度よく製造することが重要となる。
しかしながら、測定用チップは、１度の測定に使用されると廃棄されるものであり、大量生産される。そのため、測定用チップの製造時に、高い寸法精度で成形しつつ大量生産を行うと、製造の手間や製造コストが大幅に増加する不都合が生じる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、測定用チップを低廉なコストで簡単に製造することができ、しかも成分測定を高い精度で安定的に実施させることができる成分測定装置及び測定用チップを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、測定用チップと、挿入孔を有する装置本体とを含み、前記測定用チップを前記挿入孔に挿入した状態で、前記測定用チップに取り込んだ液体の成分を前記挿入孔内の測定部により測定する成分測定装置であって、前記測定用チップは、硬質性を有し積層方向に配置される一組の板片と、前記一組の板片の間に配置されるスペーサと、前記一組の板片及び前記スペーサに囲われることで形成され、前記液体を保持可能な液体用空洞部と、を有し、前記挿入孔を構成する壁部には、前記測定部が前記測定用チップに対して測定を行うための穴部が設けられ、前記壁部のうち少なくとも前記穴部付近で対向し合う一対の壁部は、前記一組の板片及び前記スペーサによって形成される前記測定用チップの積層方向の厚みよりも小さい幅で離間しており、前記穴部付近における前記一対の壁部は、前記測定用チップが前記挿入孔への未挿入状態から前記挿入孔の挿入状態になる際に、前記一組の板片を押圧して前記スペーサを弾性変形させることで、前記測定用チップの前記積層方向の厚みを収縮状態とし、前記液体用空洞部の幅を規定することを特徴とする。
上記によれば、成分測定装置は、挿入孔の一対の壁部により一組の板片が押圧され、弾性変形したスペーサが一組の板片間の幅を規定することで、測定用チップのうち液体を保持して測定に使用される測定対象部の厚み（セル長）が常に一定となる。そのため、測定用チップは、挿入孔の未挿入状態でセル長に誤差が生じていたとしても、挿入孔の挿入状態で規定されたセル長に良好に変わることになり、液体の成分測定を高い精度で安定的に行うことができる。また、測定用チップの寸法精度をあまり気にすることなく簡単に大量生産することができるので、製造の手間が抑えられて低廉なコストで製造することが可能となる。
この場合、前記一対の壁部は、前記一組の板片より硬質な材料により形成されることが好ましい。壁部の材料としては、例えば、ステンレスやチタン等の金属、アルマイト皮膜処理をしたアルミニウム、液晶ポリマー、ガラスやマイカ等のフィラーを添加したプラスティック、ニッケルめっき等で表面を硬化皮膜したプラスティック、カーボンファイバー、ファインセラミック等、硬質で安易に寸法が変化せず、また繰り返し測定用チップの抜き差しをしても摩耗しにくく、且つ寸法精度良く加工可能な材料が挙げられる。
このように、一対の壁部が硬質な材料により形成されることで、挿入孔の形状を強固に維持して、挿入孔に挿入された測定用チップを縮小させ、その積層方向の厚みを精度よく規定することができる。
さらに具体的には、前記一対の壁部は、硬質な金属材料により形成されるとよい。
このように、一対の壁部が硬質な金属材料により形成されることにより、製造（射出成形やプレス成形等）時に、高い寸法精度且つ容易に挿入孔を成形することができる。
また、前記スペーサは、前記液体用空洞部を間に挟んで一対で設けられるとよい。
このように、スペーサが液体用空洞部を間に挟んで一対で設けられることで、一対のスペーサが一体的に弾性変形して、測定対象部のセル長を均一的に小さくすることができる。よって、成分測定の精度を一層向上することができる。
またさらに、前記測定用チップは、前記挿入孔への未挿入状態で、その積層方向の厚みが前記一対の壁部の幅に対し１０１％〜１０５％の範囲内に設定されていることが好ましい。
このように、測定用チップの積層方向の厚みが一対の壁部の幅に対し１０１％〜１０５％の範囲内に設定されていると、測定用チップを挿入孔に挿入した状態で、測定用チップを押圧してその厚みを確実に縮小する、すなわち厚みを常に一定とすることができる。また、スペーサの弾性変形に伴い、液体用空洞部が内側に大きく狭まることを防ぐことができ、成分測定の精度をより一層向上することができる。
また、前記液体用空洞部は、先端口部を有し、当該先端口部から毛細管現象に基づき延在方向に沿って液体を流動させるとよい。さらに、前記液体用空洞部を構成する内面は、前記測定用チップの前記未挿入状態で平坦面に形成されていることが好ましい。またさらに、前記スペーサは、前記一組の板片の対向面に接合されているとよい。さらに前記装置本体は、前記挿入孔に連通する挿入開口部を有し、前記一対の壁部は、前記挿入開口部から前記測定用チップの挿入方向奥側に向かって幅狭となっていることが好ましい。
本発明によれば、成分測定装置及び測定用チップは、測定用チップを低廉なコストで簡単に製造することができ、しかも成分測定を高い精度で安定的に実施することができる。
本発明の一実施形態に係る血糖計（成分測定装置）を概略的に示す平面図である。 図１の測定用チップと装置本体の測光ブロックを拡大して示す斜視図である。 図３Ａは、図１の測定用チップを示す側面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線断面図であり、図３Ｃは、図３ＡのＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線断面図である。 図４Ａは、図１の測定用チップと装置本体の装着動作を示す第１平面断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに続く装着動作を示す第２平面断面図であり、図４Ｃは、図４Ｂに続く装着動作を示す第３平面断面図である。 第１変形例に係る血糖計の先端部分を拡大して示す平面断面図である。 図６Ａは、第２変形例に係る測定用チップを示す側面図であり、図６Ｂは、第３変形例に係る測定用チップを示す側面図であり、図６Ｃは、第４変形例に係る測定用チップを示す側面図であり、図６Ｄは、第５変形例に係る測定用チップを示す側面図である。
以下、本発明に係る成分測定装置及び測定用チップについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る成分測定装置１０は、図１に示すように、血液（液体）中のグルコース（成分）を測定する機器、所謂、血糖計として構成されている（よって以下、単に血糖計１０ともいう）。この血糖計１０は、主に、ユーザ（患者）が操作するパーソナルユースとして用いられ、例えば、ユーザは、食前の血糖を測定して自身の血糖管理を行う。勿論、医療従事者が患者の血糖を測定するために、本血糖計１０を使用することもでき、この場合、血糖計１０を適宜改変して医療施設等に設置可能な構成としてもよい。
この血糖計１０は、血液中に含まれるグルコースの成分量（血糖値）を、光学的に測定する比色式の血糖測定原理を採用している。特に、この血糖計１０は、所定波長の測定光を血液に照射し、血液を透過した光を受光する、透過タイプの測定部１４（図２も参照）により血糖測定を行う。
以下、血糖計１０の具体的な構成について説明する。血糖計１０は、測定用チップ１２と、装置本体１６とを含み、測定用チップ１２を装置本体１６に装着した状態で、測定用チップ１２に血液を取り込み、装置本体１６の測定部１４により血糖を測定する。測定用チップ１２は、１回の測定毎に廃棄するディスポーザブルタイプに構成される。一方、装置本体１６は、ユーザが血糖測定を簡易に繰り返すことができるように、携帯可能且つ頑強な機器に構成される。
血糖計１０の測定用チップ１２は、装置本体１６に装着された状態で、その一部が装置本体１６の外側に突出する。そして、この突出部分から測定用チップ１２内に血液を取り込むことで、装置本体１６内での血糖測定を実施可能とする。具体的には、測定用チップ１２は、板状に形成されたチップ本体部１８と、チップ本体部１８の内部で板面の面方向に延びる空洞部２０（液体用空洞部）とを備える。
チップ本体部１８は、図２及び図３Ａに示すように、側面視で、装置本体１６の挿入及び離脱方向（装置本体１６の先端及び基端方向）に長い長辺２２を有すると共に、上下方向に短い短辺２４（先端辺２４ａ及び基端辺２４ｂ）を有する長方形状に形成されている。例えば、チップ本体部１８の長辺２２の長さは、短辺２４の２倍以上の長さに設定されるとよい。これにより測定用チップ１２は、装置本体１６に対して充分な挿入量が確保される。
また、チップ本体部１８の厚みは、長方形状に形成された側面に比べて極めて小さく（薄く）形成される（図２〜図５では、本発明の理解の容易化のため、敢えて充分な厚みを有するように図示している）。例えば、チップ本体部１８の厚みは、上述した短辺２４の１／１０以下に設定されることが好ましい。このチップ本体部１８の厚みについては、装置本体１６の挿入孔５８の形状に応じて適宜設計されるとよく、この構成については後述する。
チップ本体部１８のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば、長辺２２が１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度、短辺２４が５ｍｍ〜１５ｍｍ程度、厚みが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の範囲内に設計されることが好ましい。この位のサイズであると、ユーザによる測定用チップ１２の取り扱いが容易になると共に、測定用チップ１２が充分に小さいので材料コストを抑えることができる。
なお、図３Ａ中では、チップ本体部１８の角部が尖っているが、例えば角部は丸角に形成されてもよい。また、チップ本体部１８は、薄板状に限定されるものではなく、その形状を自由に設計してよいことは勿論である。例えば、チップ本体部１８は、側面視で、正方形状や他の多角形状、或いは円形状（楕円形状を含む）等に形成されてもよい。
チップ本体部１８の内部に設けられる空洞部２０は、チップ本体部１８の上下方向中間位置にあり、チップ本体部１８の長手方向にわたって直線状に形成される。この空洞部２０は、チップ本体部１８の先端辺２４ａに形成された先端口部２０ａと、基端辺２４ｂに形成された基端口部２０ｂにそれぞれ連なり、チップ本体部１８の外側に連通している。空洞部２０は、先端口部２０ａからユーザの血液を取り込むと、毛細管現象に基づき延在方向に沿って血液を流動させ得る。空洞部２０を流動する血液は少量であり、基端口部２０ｂまで移動しても張力により漏れが抑止される。なお、チップ本体部１８の基端辺２４ｂ側には、血液を吸収する吸収部（例えば、後述するスペーサ３２を基端側のみ多孔質体としたもの等）が設けられていてもよい。
また、空洞部２０の所定位置（例えば、図３Ａ中に示す先端口部２０ａと基端口部２０ｂの中間点よりも若干基端寄りの位置）には、血液を呈色させる試薬２６が塗布され、装置本体１６により測定がなされる測定対象部２８が設定されている。空洞部２０を基端方向に流動する血液は、塗布された試薬２６と反応することで呈色する。なお、空洞部２０の長手方向上において、試薬２６の塗布位置と測定対象部２８は互いにずれていてもよく、例えば試薬２６を測定対象部２８の血液流動方向上流側に塗布してもよい。
測定用チップ１２は、以上の空洞部２０を有するように、一対の板片３０と、一対のスペーサ３２とによりチップ本体部１８を構成している。一対の板片３０は、側面視でそれぞれ上述した長方形状に形成され、互いに積層方向に配置される。つまり、一対の板片３０は、チップ本体部１８の両側面（左側面及び右側面）を構成している。各板片３０の板厚は、非常に小さく、例えば、５μｍ〜５０μｍ程度の同一寸法に設定されるとよい。２つ（一組）の板片３０の厚みは、相互に異なっていてもよい。
一対の板片３０は、面方向と直交する方向からある程度の押圧力が加えられても、板形状を維持して塑性変形しない強度を有する。また、各板片３０は、測定光が透過可能となるように透明又は半透明に構成される。さらに、各板片３０は、空洞部２０において血液を流動させ得るように適度な親水性を有する平坦状の板面に形成されている（又は板面に塗布剤が塗布されている）ことが好ましい。
各板片３０を構成する材料は、特に限定されるものではないが、加熱により高い成形精度が得られる熱可塑性樹脂材料を適用するとよい。熱可塑性樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン（環状ポリオレフィンとして構成されたものを含む）、ポリプロピレン、ポリエチレンテフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル、ポリアミド、ポリエステル、フッ素樹脂等の高分子材料又はこれらの混合物が挙げられる。特に、アクリル（ＰＭＭＡを含む）は、透明性が高く、耐衝撃性に優れることから有効である。勿論、熱可塑性樹脂材料以外にも、例えば、ガラス、石英等のように種々の材料を適用してよい。
また、一対のスペーサ３２は、一対の板片３０の間に挟まれるように配置され、所定の接合手段（接着剤等）よりに各板片３０の対向面に強固に接着される。つまり各スペーサ３２は、一対の板片３０同士を離間させるように間に配置されることで、一対の板片３０と一対のスペーサ３２自体の間に空洞部２０を形成させる部材である。この場合、一方のスペーサ３２は、図３Ａ中のチップ本体部１８の上側長辺２２ａに接し、この上側長辺２２ａに沿って先端及び基端方向に延びるように配置される。他方のスペーサ３２は、図３Ｂ中のチップ本体部１８の下側長辺２２ｂに接し、この下側長辺２２ｂに沿って先端及び基端方向に延びるように配置される。
一対のスペーサ３２は、側面視で、板片３０の長辺と同一寸法の長辺を有する一方、板片３０の短辺よりも２／５〜１／５程度短い寸法の短辺を有する長方形状に形成される。また、各スペーサ３２の厚みＴsは、一対の板片３０の板厚Ｔb、及び後述する装置本体１６の挿入孔５８の幅に応じて適切な寸法に設計されることが好ましい。これらの寸法については後述する。
そして、本実施形態に係る一対のスペーサ３２は、一対の板片３０同士が近接する方向（測定用チップ１２の積層方向内側）に弾性変形可能に構成される。つまり、測定用チップ１２は、各板片３０が外側から強く挟み込まれる（積層方向に力が加えられる）ことで、各スペーサ３２を弾性的に縮小させて、一対の板片３０とスペーサ３２の積層方向の幅を変化させる。
一対のスペーサ３２を構成する材料は、特に限定されるものではないが、例えば、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマーが挙げられる。或いは、熱可塑性エストラマー以外にも、弾性変形可能な種々の材料を適用してもよく、また弾性変形可能な多孔質体（例えばスポンジ）等の構造体を適用してもよい。さらに、一対の板片３０の間で硬化状態又は半硬化状態となることにより板片３０同士を接着する接着剤をスペーサ３２として適用してもよい。またさらに、スペーサ３２は、試薬２６を含有することで、押圧に伴い空洞部２０に試薬２６を溶出する構成であってもよい。
測定用チップ１２は基本的には以上のように構成される。次に血糖計１０の装置本体１６について説明する。図１に示すように、装置本体１６は、外観を構成する筐体４０を有する。筐体４０は、ユーザが把持操作し易い大きさでその内部に血糖計１０の制御部４２を収容する箱体部４４と、箱体部４４の一辺（先端側）から先端方向に突出し内部に光学系の測定部１４を収容する筒状の測光ブロック４６とを含む。また、箱体部４４の上面には、電源ボタン４８、操作ボタン５０、ディスプレイ５２が設けられ、測光ブロック４６の上面にはイジェクトレバー５４が設けられている。
電源ボタン４８は、ユーザの操作下に、血糖計１０の起動と起動停止を切り換える。操作ボタン５０は、起動状態となった血糖計１０において、ユーザの操作に基づき、血糖値の測定や表示を行う、測定結果（過去の血糖値を含む）の表示を切り換える等の操作部として機能する。ディスプレイ５２は、液晶や有機ＥＬ等により構成され、血糖値の表示やエラー表示等のように血糖値の測定においてユーザに提供する情報を表示する。
イジェクトレバー５４は、先端及び基端方向に移動可能に設けられ、測光ブロック４６内に設けられるイジェクトピン５６（図２参照）の図示しないロック機構に作用する構成となっている。具体的には、イジェクトレバー５４は、ユーザにより先端方向に操作されることで、イジェクトピン５６を固定しているロック機構のロックを解除して、イジェクトピン５６を先端方向に進出可能とする。
一方、装置本体１６の測光ブロック４６は、ユーザの指等に先端を押し当てるために、箱体部４４から先端方向に長く延出している。図２に示すように、この測光ブロック４６には、挿入孔５８を有するチップ装着部６０と、血中のグルコース（血糖）を光学的に検出する測定部１４とが設けられる。
チップ装着部６０は、高い硬質性（剛性）を有する材料（例えば、ステンレス）により、外方向に突出するフランジ部６０ａを先端側に備え、軸方向に所定長さを有する筒状に形成される。このチップ装着部６０は、樹脂材料で構成された測光ブロック４６の先端面と軸心部（中心部）にわたって位置決め固定される。測光ブロック４６の内面には、チップ装着部６０を強固に固定する固定壁４６ａが突出形成されている。
チップ装着部６０を構成する材料としては、例えば、ステンレスやチタン等の金属、アルマイト皮膜処理をしたアルミニウム、液晶ポリマー、ガラスやマイカ等のフィラーを添加したプラスティック、ニッケルめっき等で表面を硬化皮膜したプラスティック、カーボンファイバー、ファインセラミック等、硬質で安易に寸法が変化せず、また繰り返し測定用チップの抜き差しをしても摩耗しにくく、且つ寸法精度良く加工可能な材料が挙げられる。この中でも金属材料を適用すれば、チップ装着部６０の製造（射出成形やプレス成形等）時に、高い寸法精度且つ容易に挿入孔５８を成形することができる。なお、装置本体１６は、測光ブロック４６自体を硬質な材料（例えば、金属材料）により構成することで、チップ装着部６０を一体成形していてもよい。
チップ装着部６０の軸心部には、このチップ装着部６０の壁部６２に囲われることにより挿入孔５８が設けられる。挿入孔５８は、上下方向に長く、左右幅方向に短い断面長方形状に形成されている。挿入孔５８は、チップ装着部６０が測光ブロック４６に固着された状態で、その先端面から奥部（基端方向）に向かって所定深さを有する。
チップ装着部６０の先端側には、挿入孔５８に連なると共に、外部に連通する挿入開口部５８ａが形成される。この挿入開口部５８ａの上下方向の寸法は、測定用チップ１２の短辺２４の寸法（上下方向の長さ）に一致している。その一方で、挿入開口部５８ａの左右幅方向の寸法、すなわち挿入孔５８の側面を構成する一対の壁部６２の間隔Ｉentは、図４Ａに示すように、測定用チップ１２の積層方向の厚みＴallよりも幅広に形成されている。
また、一対の壁部６２は、挿入開口部５８ａから測光ブロック４６の奥部に向かって徐々に幅狭となっている。詳細には、各壁部６２は、挿入開口部５８ａから基点Ａまで湾曲しつつ幅狭になる湾曲面に形成され、基点Ａから基端方向に向かって一定の幅で平坦状に延びた平坦面に形成されている（以下、基点Ａから挿入孔５８の奥部に至る部分を測定用孔部５９という）。
測定用孔部５９における一対の壁部６２の間隔Ｉmeaは、測定用チップ１２の積層方向の厚みＴallよりも若干小さく設定されている。そのため、測定用チップ１２を挿入孔５８に挿入した状態で、一対の壁部６２は、測定用チップ１２を左右幅方向に挟み込んで、測定用チップ１２を積層方向内側に押圧する。特に、チップ装着部６０は、金属材料により構成されることで高い剛性を有し、また製造時にその寸法及び形状が精密に成形される。そのため、測定用孔部５９の一対の壁部６２の間隔Ｉmeaは、所定の寸法精度に精度よく設定され、一対の壁部６２の間に挿入された測定用チップ１２の厚みを高精度且つ安定的に規定する。
チップ装着部６０は、挿入孔５８（測定用孔部５９）が延在する途中位置に、測光ブロック４６の固定壁４６ａと協働して一対の素子収容空間６４を形成している。一対の素子収容空間６４は、測定部１４の一部であり、挿入孔５８を挟んで互いに対向位置に設けられ、チップ装着部６０により形成された各導光部６６を介して測定用孔部５９に連通している。
測定部１４は、一方の素子収容空間６４に発光素子６８を収容することで発光部７０を構成し、他方の素子収容空間６４に受光素子７２を収容することで受光部７４を構成している。チップ装着部６０の導光部６６は、適宜な直径を有する円形状の穴に形成されることで、所謂アパーチャの役割を果たしている。
発光部７０の発光素子６８は、第１の波長を有する測定光を測定用チップ１２に照射する第１発光素子６８ａと、第１の波長とは異なる第２の波長を有する測定光を測定用チップ１２に照射する第２発光素子６８ｂとを含む（図２中では図示を省略する）。第１発光素子６８ａと第２発光素子６８ｂは、素子収容空間６４の導光部６６を臨む位置に並設されている。
発光素子６８（第１及び第２発光素子６８ａ、６８ｂ）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成され得る。第１の波長は、血糖量に応じた試薬２６の呈色濃度を検出するための波長であり、例えば、６２０ｎｍ〜６４０ｎｍである。第２の波長は、血液中の赤血球濃度を検出するための波長であり、例えば、５１０ｎｍ〜５４０ｎｍである。箱体部４４内の制御部４２は、駆動電流を供給して、第１及び第２発光素子６８ａ、６８ｂをそれぞれ所定タイミングで発光させる。
受光部７４は、素子収容空間６４の導光部６６を臨む位置に１つの受光素子７２を配置して構成される。この受光部７４は、測定用チップ１２からの透過光を受光するものであり、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）で構成され得る。
また、挿入孔５８の底部（基端面）には、イジェクトレバー５４に連結されたイジェクトピン５６（イジェクト部）が設けられている。イジェクトピン５６は、測光ブロック４６の軸方向に沿って延びる棒部５６ａと、棒部５６ａの先端部で径方向外側に大径な受部５６ｂとを備える。受部５６ｂには、挿入孔５８に挿入された測定用チップ１２の基端辺２４ｂが接触する。また、挿入孔５８の底部とイジェクトピン５６の受部５６ｂの間には、イジェクトピン５６を非接触に囲うコイルバネ７６が設けられている。コイルバネ７６は、イジェクトピン５６の受部５６ｂを弾性的に支持する。
イジェクトピン５６は、ユーザによる測定用チップ１２の挿入に伴い受部５６ｂが押されることで基端方向に変位し、筐体４０内に設けられた図示しないロック機構によりロック（固定）される。コイルバネ７６は、受部５６ｂの変位に従って弾性的に収縮する。そして、ユーザのイジェクトレバー５４の操作により、イジェクトピン５６が多少移動するとロック機構のロックが解除され、コイルバネ７６の弾性復元力により先端方向にスライドする。これにより、測定用チップ１２がイジェクトピン５６に押し出されて、挿入孔５８から取り出される。
図１に戻り、装置本体１６の制御部４２は、例えば、図示しない演算部、記憶部、入出力部を有する制御回路によって構成される。この制御部４２は、周知のコンピュータを適用することが可能である。制御部４２は、例えば、ユーザの操作ボタン５０の操作下に、測定部１４を駆動制御して血中のグルコースを検出及び算出し、ディスプレイ５２に算出した血糖値を表示する。
血糖計１０の測定用チップ１２及び装置本体１６は、基本的には以上のように構成される。次に、図３Ｂ及び図４Ａ〜図４Ｃを参照して、測定用チップ１２の寸法と、装置本体１６の挿入孔５８の寸法との関係について述べ、その作用効果について説明する。
測定用チップ１２は、上述したように、一対の板片３０とスペーサ３２とを積層した積層構造を呈する。従って、測定用チップ１２の積層方向の厚みＴallは、一対の板片３０の板厚Ｔbと、スペーサ３２の厚みＴsを加えたものとなる。測定用チップ１２の厚みＴallは、挿入孔５８への未挿入状態で、例えば、２１μｍ〜２０５μｍの範囲内に設定され、一対のスペーサ３２の厚みＴsは、例えば、１１μｍ〜１０５μｍの範囲内に設定される。
そして、測定用チップ１２は、挿入孔５８の長方形状に対応して、挿入孔５８の上下方向に短辺２４を合わせ、積層方向の厚みを挿入孔５８の左右幅方向に合わせて挿入される。なお、測定用チップ１２は、同形状のスペーサ３２を上下に一対備え、空洞部２０を上下方向中央に位置させている。そのため、ユーザは、測定用チップ１２の右側面と左側面の向きを気にすることなく挿入孔５８に挿入することができる。
また、測定用チップ１２は、上述したように１回の測定毎に使い捨てにされるものであり、製品の寸法誤差の範囲をある程度許容することで、製造時の歩留まりの向上を図ることができる。特に、板片３０の板厚Ｔbを一定に成形することは容易だが、一対の板片３０の間に接合されるスペーサ３２の厚みＴs（接着剤等の厚みを含む）を均一化することは難しく、高い寸法精度を求めると手間が増えて大量生産に時間がかかり、製造コストも高騰する。これに対し本実施形態に係る測定用チップ１２は、製造時の寸法精度の緩和により、製造の手間や製造コストの増加を大幅に抑えることができる。
一方、挿入孔５８を有するチップ装着部６０は、血糖測定を何度も行う装置本体１６に固定されるものである。そのため、チップ装着部６０は、例えば金属材料により精度よく成形され、高い寸法精度の挿入孔５８を有する。挿入孔５８のうち挿入開口部５８ａの左右幅方向に位置する一対の壁部６２の間隔Ｉentは、測定用チップ１２の厚みＴallより大きい。その一方で、一対の壁部６２は、挿入開口部５８ａから基点Ａに向かって徐々に幅狭になり、基点Ａよりも奥側の測定用孔部５９の間隔Ｉmea（左右幅方向の幅）は、測定用チップ１２の厚みＴallより小さくなる。測定用孔部５９における一対の壁部６２の間隔Ｉmeaは、例えば、２０μｍ〜２００μｍの範囲内に設定される。
そのため、血糖値を測定する際に、ユーザが測定用チップ１２を装置本体１６の挿入開口部５８ａから挿入すると、挿入開口部５８ａでは測定用チップ１２が容易に通過する。そして、測定用チップ１２は、挿入開口部５８ａより奥部に進入すると、基点Ａの手前で湾曲した一対の壁部６２に接触し、一対の板片３０が湾曲面に案内されて押圧され、スペーサ３２が積層方向内側に弾性的に収縮する。
さらに挿入孔５８に対する挿入が続くと、図４Ｂに示すように、測定用チップ１２は、一対の壁部６２により押圧されて摩擦力を受けながら測定用孔部５９の奥部に進入する。すなわち、測定用チップ１２のうち測定用孔部５９の進入部分は一対の壁部６２に挟まれて積層方向内側に縮小した状態が継続される。また、測定用チップ１２の挿入時には、挿入孔５８の所定位置でイジェクトピン５６の受部５６ｂに接触し、イジェクトピン５６を基端方向に押圧する。
測定用チップ１２の挿入が完了すると、図４Ｃに示すように、測定用チップ１２の測定対象部２８が導光部６６に重なる位置に配置される。この段階では、測定用チップ１２は、奥部への進入が規制されると共に、壁部６２から受ける強い摩擦力で位置決めがなされる。さらに、測定用チップ１２は、測定用孔部５９の一対の壁部６２により積層方向の厚みＴallが一定の寸法に規定される。換言すれば、測定用チップ１２のスペーサ３２の厚みＴsが測定毎に常に均一化される。
ここで、測定用チップ１２に対し測定光を透過させて血糖値を測定する血糖計１０において、制御部４２は、以下の式（１）で示すＢｅｅｒ−Ｌａｍｂｅｒｔ則に基づいて測定結果を算出する。
ｌｏｇ10（Ｉ1／Ｉ0）＝−αＬ …（１）
この場合、Ｉ0は血液に入射する前の光の強度、Ｉ1は血液から出射した後の光の強度、αは吸光係数、Ｌは測定光が通過する距離（以下、セル長という）である。
すなわち、測定用チップ１２のスペーサ３２は空洞部２０の厚みを形成することから、その厚みＴsは上記のセル長Ｌ（呈色した血液が存在し且つ測定光が通過する箇所の長さ）に相当し、血糖測定の精度に影響を与える。そこで、本実施形態に係る血糖計１０は、測定用孔部５９への測定用チップ１２の挿入状態で、一対の壁部６２が測定用チップ１２を積層方向内側に押圧することにより、測定用孔部５９に位置するスペーサ３２（測定対象部２８を含む）の厚みＴsを規定する。その結果、測定対象部２８のセル長Ｌが測定毎に常に一定となる（図４Ｂも参照）。よって、発光部７０が照射した測定光は、セル長Ｌが常に一定の測定用チップ１２を透過して受光部７４に受光される。
具体的に、測定用チップ１２の厚みＴallは、測定用孔部５９の間隔Ｉmeaに対し、１０１％〜１０５％程度大きく設定されることが好ましい。例えば、一対の壁部６２の間隔Ｉmeaが２００μｍである場合には、測定用チップ１２の厚みＴallは、測定用孔部５９への未挿入状態で２１０μｍ（一対の板片３０の板厚Ｔbが各々５０μｍ、スペーサ３２の厚みＴsが１０５μｍ）に設定されるとよい。この場合、測定用チップ１２を測定用孔部５９へ挿入すると、スペーサ３２のみが弾性変形して、測定用チップ１２の厚みＴallが２００μｍ（一対の板片３０の板厚Ｔbが各々５０μｍ、スペーサ３２の厚みＴsが１００μｍ）に変化する。つまり、測定用チップ１２の測定対象部２８のセル長Ｌは、測定時に１００μｍに規定される。そして、血糖計１０は、測定用チップ１２の厚みＴallが多少ずれていても、測定毎に１００μｍのセル長Ｌを安定的に設定することができるので、血糖測定を精度よく行うことができる。
なお、測定用孔部５９の間隔Ｉmeaに対して測定用チップ１２の厚みＴallが１０５％よりも大きい場合には、弾性変形したスペーサ３２が内側の空洞部２０を狭めて測定対象部２８付近の容積を変え、測定結果に影響を与える可能性がある。そのため、測定用チップ１２の厚みＴallが測定用孔部５９の間隔Ｉmeaに対し１０１％〜１０５％の範囲内であれば、血糖測定に影響を与えることなく、セル長Ｌを円滑に規定することができる。
以上のように、本実施形態に係る血糖計１０及び測定用チップ１２は、挿入孔５８の一対の壁部６２により一対の板片３０が押圧され、スペーサ３２が弾性変形することでセル長Ｌ（一組の板片３０間の幅）を規定する。従って、血糖測定毎に、測定用チップ１２の測定対象部２８の厚み（セル長Ｌ）が常に一定となる。そのため、測定用チップ１２は、挿入孔５８への未挿入状態で厚みＴallに誤差が生じていたとしても、挿入孔５８への挿入状態で規定された厚みＴallに良好に変わることになり、血糖測定を高い精度で安定的に行うことができる。また、測定用チップ１２は、寸法精度をあまり気にすることなく簡単に大量生産することができるので、製造の手間が抑えられて低廉なコストで製造することが可能となる。
この場合、一対の壁部６２が硬質な材料により形成されることで、挿入孔５８の形状を強固に維持して、測定用孔部５９に挿入した測定用チップ１２の厚みＴallをより精度よく規定することができる。また、スペーサ３２が空洞部２０を間に挟んで一対で設けられることにより、一対のスペーサ３２の弾性変形に伴いセル長Ｌを均一的に小さくすることができる。よって、血糖測定の精度を一層向上することができる。
なお、本実施形態に係る血糖計１０及び測定用チップ１２は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例や応用例をとり得る。以下、図５及び図６Ａ〜図６Ｄを参照して、幾つかの変形例について説明する。
図５に示すように、第１変形例に係る血糖計１０Ａの装置本体１６Ａは、挿入孔５８の軸方向上の大部分が測定用チップ１２の厚みＴallよりも幅広に形成される一方、測定部１４付近のみ測定用チップ１２の厚みＴallよりも幅狭に形成される。なお、測定用チップ１２及び装置本体１６Ａの他の構成は、本実施形態に係る血糖計１０と同じである。
具体的に、挿入孔５８の一対の壁部６２Ａは、導光部６６の周辺部が挿入孔５８の軸心側に隆起した一対の隆起部６３を有している。挿入孔５８の隆起部６３以外の箇所を構成する一対の壁部６２Ａは、測定用チップ１２の厚みＴallよりも幅広な間隔に形成されていることで、測定用チップ１２の挿入を容易化している。一方、一対の隆起部６３の間隔は、上述した測定用孔部５９の間隔Ｉmeaと同じである。測定用チップ１２は、挿入孔５８への挿入状態で、一対の隆起部６３により測定対象部２８及びその周辺部が積層方向内側に押圧されてセル長Ｌが一定になる。このため、第１変形例に係る血糖計１０Ａでも、血糖計１０と同様に、血糖測定を高精度且つ安定的に行うことができる。
図６Ａに示すように、第２変形例に係る測定用チップ１２Ａは、側面視で、一対のスペーサ３４が所定位置から先端方向に向かって相互に離間して幅広となるテーパ状に形成される。これにより、測定用チップ１２Ａの先端口部２０ａから空洞部２０に血液をスムーズに取り込むことができる。また、ユーザは、測定用チップ１２Ａのテーパ状を確認することで、測定用チップ１２Ａの先端と基端の向き容易に判別することが可能となる。
図６Ｂに示すように、第３変形例に係る測定用チップ１２Ｂは、一対のスペーサ３６により空洞部２０の通路部分を幅狭に形成し、試薬２６の塗布箇所周辺を円弧状に切り欠くことで測定対象部２８Ａを大きく形成している。これにより、測定光の透過範囲が広げられて受光部７４が検出する光量を増やすことができ、血糖測定の精度が向上する。そして、測定対象部２８Ａを囲うスペーサ３６が均一的に縮小することにより測定対象部２８Ａ全体のセル長Ｌを規定することができ、測定精度をより一層高めることができる。
図６Ｃに示すように、第４変形例に係る測定用チップ１２Ｃは、１つのスペーサ３８を略Ｕ字状に形成し、その中間部に空洞部２０を設けている。この場合、スペーサ３８は、気体を流動可能な多孔質体で構成するとよい。このように一対の板片３０の間にスペーサ３８を１つ設けても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。要するに、一対の板片３０間に配置されるスペーサの数は特に限定されるものではなく、例えば、３以上設けられてもよい。
図６Ｄに示すように、第５変形例に係る測定用チップ１２Ｄは、一対の板片３１により測定対象部２８を囲う円板部２９を形成し、この円板部２９から血液を導入する筒状の導入部３９を突出形成している。このように、測定用チップ１２Ｄは、全体を長方形状とせずに、測定部分（円板部２９）と血液導入部分（導入部３９）が異なる形状であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記において、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、本発明に係る成分測定装置１０、１０Ａは、血糖計に限定されるものではなく、液体に含まれる成分を測定する様々な機器に適用することができる。例えば、成分測定装置１０、１０Ａとしては、尿等の体液の成分を測定する機器、工業用水や排水の成分を測定する機器等が挙げられる。

Claims (9)

  1. 測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）と、挿入孔（５８）を有する装置本体（１６、１６Ａ）とを含み、前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）を前記挿入孔（５８）に挿入した状態で、前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）に取り込んだ液体の成分を前記挿入孔（５８）内の測定部（１４）により測定する成分測定装置（１０、１０Ａ）であって、
    前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）は、硬質性を有し積層方向に配置される一組の板片（３０、３１）と、
    前記一組の板片（３０、３１）の間に配置されるスペーサ（３２、３４、３６、３８）と、
    前記一組の板片（３０、３１）及び前記スペーサ（３２、３４、３６、３８）に囲われることで形成され、前記液体を保持可能な液体用空洞部（２０）と、を有し、
    前記挿入孔（５８）を構成する壁部には、前記測定部（１４）が前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）に対して測定を行うための穴部が設けられ、
    前記壁部のうち少なくとも前記穴部付近で対向し合う一対の壁部（６２、６２Ａ）は、前記一組の板片（３０、３１）及び前記スペーサ（３２、３４、３６、３８）によって形成される前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）の積層方向の厚みよりも小さい幅で離間しており、
    前記穴部付近における前記一対の壁部（６２、６２Ａ）は、前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）が前記挿入孔（５８）への未挿入状態から前記挿入孔（５８）の挿入状態になる際に、前記一組の板片（３０、３１）を押圧して前記スペーサ（３２、３４、３６、３８）を弾性変形させることで、前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）の前記積層方向の厚みを収縮状態とし、前記液体用空洞部（２０）の幅を規定する
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  2. 請求項１記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記一対の壁部（６２、６２Ａ）は、前記一組の板片（３０、３１）より硬質な材料により形成される
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  3. 請求項２記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記一対の壁部（６２、６２Ａ）は、硬質な金属材料により形成される
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  4. 請求項１記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記スペーサ（３２、３４）は、前記液体用空洞部（２０）を間に挟んで一対で設けられる
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  5. 請求項１記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）は、前記挿入孔（５８）への未挿入状態で、その積層方向の厚みが前記一対の壁部（６２、６２Ａ）の幅に対し１０１％〜１０５％の範囲内に設定されている
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記液体用空洞部（２０）は、先端口部（２０ａ）を有し、当該先端口部（２０ａ）から毛細管現象に基づき延在方向に沿って液体を流動させる
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記液体用空洞部（２０）を構成する内面は、前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）の前記未挿入状態で平坦面に形成されている
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記スペーサ（３２、３４、３６、３８）は、前記一組の板片（３０、３１）の対向面に接合されている
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
  9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の成分測定装置（１０、１０Ａ）において、
    前記装置本体（１６、１６Ａ）は、前記挿入孔（５８）に連通する挿入開口部（５８ａ）を有し、
    前記一対の壁部（６２、６２Ａ）は、前記挿入開口部（５８ａ）から前記測定用チップ（１２、１２Ａ〜１２Ｄ）の挿入方向奥側に向かって幅狭となっている
    ことを特徴とする成分測定装置（１０、１０Ａ）。
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