JP6681899B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、試薬、血液や尿等の液体試料を分注する分注装置およびそれを用いた自動分析装置に係り、特に試薬ボトルの蓋に切り込みを入れる機能を備えた自動分析装置に関する。

例えば、生化学自動分析装置や免疫自動分析装置などの自動分析装置では、試薬の劣化を防止するため、試薬ボトルの蓋に特許文献1の様なニードルを使用して小さな穴を開けて、その穴から試薬プローブで試薬を分注する機能を備えている。

試薬ボトルの蓋の穴あけはオペレーターが装置内の試薬搭載機構に試薬ボトルを１個あるいは複数設置すると、装置が試薬ボトルの蓋に小さな切り込みを開けて、試薬ディスクに設置するまでを自動で行うことで実施する。

特開平６−１８５３１号公報

特許文献１には、スパイクを用いて試薬ボトルの蓋に穴を開けることが開示されている。スパイク先端は円錐形状と推測されるが、先端が円錐形状の場合、穴が円形のため試薬プローブの挿入荷重が大きくなる。このため、実際に障害物を検知する際にバネによってプローブに掛かる負荷が大きくなりプローブが座屈するリスクが有る。試薬プローブの挿入荷重を小さくするため、開ける穴を大きくすると、外気の流入が増加する可能性があるため試薬が劣化し易いという課題がある。

このため、試薬ボトルの蓋を開けるためには、蓋に円錐形状のスパイクではなく複数の刃を持ったニードルにより切り込みを入れることが望ましい。しかし、特許文献１には、穴を開けることに着目され、蓋中心に対し複数の刃を用いて切れ込みを入れることについての開示はない（刃で通気スロットを形成することが開示されているが蓋中心への切り込みではない）。なお、ここで刃とは円錐の先端は刃には含まれず線状に切れ込みを入れることができる先端が鋭利な部材を言う。

そして、複数の刃を用いて切れ込みを入れる技術についても、試薬プローブを試薬ボトルの蓋の切り込みに挿入する際に、切り込み部分に試薬プローブが接触することで試薬プローブに負荷がかかる。特に、試薬プローブの初回挿入時には、円柱形状の試薬プローブが切り込みを広げながら挿入されるため、試薬プローブの初回挿入時の最大挿入荷重が大きくなるという課題がある。また、処理能力向上のためにも分注動作の高速化は必須であり、動作の高速化に伴い試薬プローブの初回挿入時の負荷は更に大きくなると予想される。

試薬プローブは、試薬プローブを固定しているアーム内部でバネによって上から押さえつけられている。これは、試薬プローブが下降して障害物に接触した際に、スライドしてバネが収縮することで、センサ（衝突センサ）で障害物を検知できるようにするためである。センサの検知により試薬プローブは下降を停止する。試薬プローブの初回挿入時の負荷が大きくなると挿入時の負荷によってバネが収縮し、障害物として誤検知する虞がある。

また、試薬プローブの初回挿入時の負荷による誤検知を無くすために試薬プローブを固定するバネのバネ定数を大きくすると、実際に障害物を検知する際にバネによって試薬プローブに掛かる負荷が大きくなり試薬プローブが座屈するリスクが有る。

このような問題に対して、試薬プローブの最大挿入荷重が大きくなるのは初回挿入時のみであり、２回目以降の挿入時からは挿入荷重が半減することがわかっている。そこで、試薬プローブを挿入する前に切り込みを広げるための機構の追加が検討された。この機構は、ニードルを使用して試薬ボトルの蓋に切り込みを入れた後、試薬プローブの形状を模した円柱状の棒(以降、拡張棒とも言う)を切り込みに挿入して、切り込みを拡張する機構である。しかし、機構の追加はコストの増加や装置の省スペース化に問題がある。

本発明の目的は、ニードルの一部を拡張棒（拡張部）とすることで、新規に機構を追加すること無く、ニードルを下降させる動作のみで、ニードル先端で複数の切り込みを開け、拡張棒で切り込みを拡張することができ、上記種々の課題を解決できる自動分析装置を提供することである。

本発明の代表的なものを挙げれば以下のとおりである。

本発明は、試料を吸引し、反応容器に吐出するサンプルプローブと、試薬を吸引し、反応容器に吐出する試薬プローブと、反応容器内の試料と試薬との混合液を分析する光度計と、試薬を収容する試薬ボトルを保持する試薬ディスクと、試薬ボトルの蓋に切り込みを開けるニードルと、上記ニードルを駆動する蓋開栓機構と、上記蓋開栓機構を制御するコントローラと、を備え、上記ニードルは、試薬ボトルの蓋に切り込みを開ける複数の刃を備えたピアス部と、上記切り込みを押し広げる円柱状の拡張部と、を有し、上記複数の刃は、上記ピアス部の先端側から見たときに正多角形の頂点に配置されており、上記円柱状の拡張部の直径は、上記ピアス部の上記複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、上記試薬プローブが試薬を吸引するまでに試薬ボトルに挿入される範囲の上記試薬プローブの最大直径と同じ又は最大直径よりも大きく、上記コントローラは、上記ピアス部で試薬ボトルの蓋に切り込みを開けた後、さらに上記拡張部まで上記ニードルを挿入するよう上記蓋開栓機構を制御する自動分析装置である。

また、別の本発明は、試料を吸引し、反応容器に吐出するサンプルプローブと、試薬を吸引し、反応容器に吐出する試薬プローブと、反応容器内の試料と試薬との混合液を分析する光度計と、試薬を収容する試薬ボトルを保持する試薬ディスクと、試薬ボトルの蓋に切り込みを開けるニードルと、上記ニードルを駆動する蓋開栓機構と、上記蓋開栓機構を制御するコントローラと、を備え、上記ニードルは、試薬ボトルの蓋に切り込みを開ける複数の刃を備えたピアス部と、上記切り込みを押し広げる円柱状又は多角柱の拡張部と、を有し、上記円柱状の拡張部の直径又は多角柱の外接円の直径は、上記ピアス部の上記複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、試薬プローブが試薬を吸引するまでに試薬ボトルに挿入される範囲の最大直径と同じ又は最大直径よりも大きく、上記コントローラは、上記ピアス部で試薬ボトルの蓋に切り込みを開けた後、さらに上記拡張部まで上記ニードルを挿入するよう上記蓋開栓機構を制御する自動分析装置である。

本発明によれば、ニードルを下降させる動作のみで、ピアス部によって試薬ボトルの蓋に切り込みを開けて拡張部で切り込みを押し広げる動作が可能となるため、切り込みを押し広げるための機構の追加は不要となる。

これにより、新たな機構の追加なく試薬プローブの初回挿入時の最大挿入荷重を低減することができる。また、新たな機構の追加がないため、コストの増加を防ぎ、装置内で省スペース化を図ることができる。
また、ピアス部を複数の刃と円錐とが組み合わされた構造とすることで、複数の刃で試薬ボトルの蓋に切り込みを開け、円錐で開けられた切り込みを押し広げることができる。これにより、上記同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る自動分析装置の全体構成図である。 ピアスニードル下降前を示す図である。 ピアスニードル下降後を示す図である。 検討対象としたピアスニードルの斜視図である。 検討対象としたピアスニードルの側面図とＡ−Ａ断面図である。 検討対象としたピアスニードルの試薬ボトル蓋の挿入の様子を示す断面図である。 試薬ボトルの蓋を底面から見た図である。 試薬プローブ挿入時の写真である。 外接円の直径がφ１．５ｍｍのピアスニードルを試薬ボトルの蓋に挿入するときの縦断面図と、そのＣ−Ｃ断面拡大図である。 外接円の直径がφ１．８ｍｍのピアスニードルを試薬ボトルの蓋に挿入するときの縦断面図と、そのＤ−Ｄ断面拡大図である。 本発明の一実施例に係るピアスニードルの斜視図及び側面図である。 図１１に示すピアスニードル先端の拡大図である。 拡張部の直径がピアス部の外接円直径より大きい場合の挿入の様子を示す断面図である。 図１１に示すピアスニードルを用いて試薬ボトル蓋への切り込みを開けるフロー図である。 拡張部に絞りを設けたピアスニードルの斜視図及び側面図並びに正面図である。 図１５に示すピアスニードル先端の拡大図である。 図１１のピアスニードルと図１５のピアスニードルを試薬ボトルの蓋に挿入した際の縦断面図である。 絞りなしのピアスニードルを挿入する様子を示す図である。 ピアスニードルの他の形状例である。 ピアスニードルの他の形状例である。 ピアスニードルの他の形状例である。

図１は、本発明の一実施形態に係る自動分析装置の全体構成図である。各部の機能は公知のものであるため、詳細についての記述は省略する。

反応ディスク１には反応容器２が円周上に並んでいる。試薬ディスク９の中には複数の試薬ボトル１０が円周上に保持される。反応ディスク１の近くに試料容器１５を載せたラック１６を移動する試料搬送機構１７が設置されている。なお、試薬ボトル１０には試薬が収容されており、試料容器１５には試料が収容されている。

反応ディスク１と試薬ディスク９の間には回転及び上下動可能な試薬分注機構７,８が設置されており、試薬プローブ７ａを備えている。試薬プローブ７ａには試薬用シリンジ１８が接続している。

反応ディスク１と試料搬送機構１７の間には、回転及び上下動可能なサンプル分注機構１１が設置されており、サンプルプローブ１１ａを備えている。サンプルプローブ１１ａには試料用シリンジ１９が接続している。

サンプルプローブ１１ａは回転軸を中心に円弧を描きながら移動して試料容器１５から反応容器２への試料分注を行う。

反応ディスク１の周囲には、洗浄機構３、分光光度計４、攪拌機構５，６、試薬ディスク９、試料搬送機構１７が配置され、洗浄機構３には洗浄用ポンプ２０が接続されている。試薬分注機構７，８、サンプル分注機構１１、攪拌機構５，６の動作範囲上に洗浄槽１３,３０，３１，３２，３３がそれぞれ設置されている。試料容器１５には血液や尿等の生体試料が収容され、ラック１６に載せられて試料搬送機構１７によって運ばれる。

また、試薬ディスク９の周囲には、試薬ボトル１０の蓋開栓機構４０が配置され、試薬ディスク９に載置される前に、当該蓋開栓機構４０により試薬ボトル１０の蓋が開栓される。開栓された試薬ボトル１０は試薬ボトル搬送機構４１により蓋開栓機構４０から試薬ディスク９に搬送される。

また、各機構はコントローラ２１に接続され、各機構はコントローラ２１により制御される。

試薬ボトル１０の試薬プローブ吸引口の位置には内部を密閉するために蓋が取りついており、装置内にセットする時に蓋を取り外して装置内に設置することが一般的であるが、近年、蓋に切り込み状の穴を開けて、試薬プローブ７ａを切り込み部に挿入して試薬を吸引する方法がある。試薬は蓋の開口部が僅かな切り込みで済むため、試薬は外気との接触が最小となり、試薬の劣化は従来と比較し、改善される。本実施形態に係る自動分析装置においても、この切り込み状の穴を開ける蓋開栓機構４０を備えている。

なお、試薬ボトル１０の蓋を開栓する前又は後の試薬ボトル１０を試薬ディスク９に搬送する前に保管するための補充用試薬ボトル保管庫を設けてよい（図示せず）。また、蓋開栓機構４０を試薬ディスク９の外に設ける例を示したが、試薬ディスク９内に設け、試薬ディスク９に載置されている試薬ボトル１０に対し、直接蓋に切り込みを開けるようにしてもよい。

次に、分析動作について説明する。サンプルプローブ１１ａは試料容器１５から試料を吸引し、反応容器２に吐出する。また、試薬プローブ７ａは試薬ボトル１０から試薬を吸引し、反応容器２に吐出する。反応容器２内で試料と試薬の混合液は撹拌機構５，６により撹拌される。撹拌された混合液に光源から照射された光が照射され、照射された光を分光光度計４で定期的に受光する。定期的に受光された光量から試料に含まれる、試薬に対応した検査項目の濃度等がコントローラ２１によって算出される。分光光度計４は、例えば吸光光度計や散乱光度計である。

図２および図３で蓋開栓機構４０について説明する。図２はピアスニードル下降前、図３はピアスニードル下降後を示す図である。蓋開栓機構４０は、要部として、試薬ボトル蓋開栓機構１０４とピアスニードル１０５が含まれ、ピアスニードル１０５を下降および上昇駆動することができる。試薬ボトル蓋開栓機構１０４には、試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みを入れるためのピアスニードル１０５が取り付けられている。試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みを開ける時は、図３の様に上下駆動モータ１３０によりベルト１４１、プーリ１４５により試薬ボトル蓋開栓機構１０４を、試薬ボトル蓋開栓機構１０４の下に設置された試薬ボトル１０に向かってスライダ１４６に沿って下降させ、試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みを開けた後に上昇する。

図４に検討対象としたピアスニードルの斜視図を、図５に検討対象としたピアスニードルの側面図とそのＡ−Ａ断面図を示す。図４及び図５に示すように、ピアスニードル１０５は試薬ボトル蓋開栓機構１０４に固定される固定部１０５ａと、試薬ボトル１０に突き刺すことで切り込みを開けるピアス部１０５ｂで構成される。ピアス部１０５ｂの形状は三角柱の先端に三角錐が取り付けられた形状となっており、ピアス部１０５ｂを突き刺すことでキャップに先端の三角錐に沿って３辺の切り込みを開ける構造になっている。図５に示すＡ−Ａ断面図の斜線部の箇所はピアス部１０５ｂの断面であるが、この斜線部は試薬ボトルの蓋１０ａを通過する形状と同一である。

図６は、検討対象としたピアスニードルの試薬ボトル蓋の挿入の様子を示す断面図である。図６ではピアス部１０５ｂが試薬ボトルの蓋１０ａに挿入されることで、試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みが開けられる様子を示している。ピアス部１０５ｂの三角柱の箇所まで試薬ボトル１０内に挿入される。このように挿入された後、ピアスニードル１０５は上昇し、試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みが開けられる。

図７に切り込みを開けた試薬ボトルの蓋１０ａを底面から見た図を示す。図７の様に、ピアスニードル１０５は先端の三角錐形状によって、試薬ボトルの蓋１０ａに３辺の切り込みを開ける。切り込みにより中央付近で三角形の穴が開いているのが分かる。図４及び図５に示す例では三角柱の先端に三角錐が取り付けられているが、その他にも、四角柱先端に四角錐を取り付けた形状などの多角形でも同様の原理で切り込みが形成される。

図８に試薬プローブ挿入時の写真を示す。当該写真は試薬ボトル１０内側の試薬プローブ７ａの側面方向から撮ったものである。試薬プローブ（試薬ノズル）７ａが、試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みを押し広げて挿入されている状態が示されている。なお、写真の下側に試薬プロープ（試薬ノズル）７ａの開口部がある。図８の写真が示すように、試薬プローブ７ａは、試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みの１辺を押し開くようにして挿入されることが分かる。図示されていない２辺も同様である。試薬プローブ７ａを引きぬいた後は、試薬ボトルの蓋１０ａの弾性によって切り込みが押し開いている状態から元の状態に戻る（図７参照）。このように、ピアスニードル１０５を用いた試薬ボトルの蓋１０ａの開栓では，試薬ボトルの蓋１０ａの開口部の面積を小さくすることで、外気の流入等を抑えて試薬の劣化を防止することができる。しかし、試薬を分注する際は、試ボトルの蓋１０ａの切り込みを押し開きながら試薬プローブ７ａが挿入されるため、試薬プローブ７ａに試薬ボトルの蓋１０ａとの摩擦による負荷がかかる。

試薬ボトルの蓋１０ａにピアスニードル１０５によって切り込みを開けた直後は、図８の切り込みの端点部分が完全に分離せずに薄く繋がっている場合がある。試薬プローブ７ａの初回挿入時には、試薬プローブ７ａが試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みを押し広げながら通ることで、薄く繋がった部分を更に開くために挿入時の最大負荷が増加する。切り込みの端点の薄く繋がった部分を開いて、切り込みを拡張することで、２回目以降に試薬プローブ７ａを挿入する際には、薄く繋がった部分が既に開かれているため、挿入時の最大負荷が減少する。

試薬プローブ７ａには衝突センサ（図示せず）が備えられ、障害物に接触したことを検知し試薬プローブ７ａの下降動作を停止できる構造になっている。また、試薬プローブ７ａは、試薬プローブ７ａを固定しているアーム内部でバネ（図示せず）によって上から押さえつけられ、上下にスライド出来る構造となっている。そして、試薬プローブ７ａを押さえつけるバネは、試薬ボトル１０への挿入時の負荷では収縮しない程度のバネ定数となっている。これは、試薬プローブ７ａが下降して障害物に接触した際に、試薬プローブ７ａがスライドしてセンサで検知することで停止することを防ぐためである。試薬プローブ７ａの初回挿入時の負荷が大きくなると挿入時の負荷によってバネが収縮し、障害物として誤検知する虞がある。また、試薬プローブ７ａの初回挿入時の負荷による誤検知を無くすために試薬プローブ７ａを固定するバネのバネ定数を大きくすると、実際に障害物を検知する感度が悪くなり、障害物に接触した際に試薬プローブ７ａが障害物を損傷させたり、バネによって試薬プローブ７ａに掛かる負荷が大きくなることで、試薬プローブ７ａが座屈したりするリスクが有る。

また、図７に示すように切り込みが３辺あり、図８に示す切り込みの端点も３箇所存在する。しかし、試薬プローブ７ａの初回挿入時に、３箇所ある切り込みの端点のうち１か所乃至２か所しか薄く繋がった部分が開かれない場合がある。これは、切り込みを開ける際のピアスニードル１０５と試薬ボトルの蓋１０ａの中心軸のズレや、ピアスニードル１０５の水平断面の三角形の外接円の直径(切り込みの大きさ)が、切り込みに挿入する試薬プローブ７ａの直径より大きくなっていること、試薬プローブ挿入時の試薬プローブ７ａの中心軸と切り込みの中心がずれること等によって生じる。切り込みの端点が１か所乃至２か所しか開かれていない場合は、試薬ボトルの蓋１０ａの弾性による切り込みが閉じようとする力が、切り込みの３箇所とも開かれている場合と比べて強くなり、試薬プローブ７ａが挿入される際の摩擦抵抗が大きくなる。摩擦抵抗が大きい状態で試薬プローブ７ａが繰り返し摺動すると、切り込みが開かれていない部分にバリが生じる可能性がある。これは、試薬プローブ挿入時に切り込み中心からずれ、かつ繰り返しの摺動で毎回同じ位置に挿入されないこと等により、切り込みが開かれていない部分に様々な方向から切り込みを開こうとする力が加わるためと考えられる。このバリが試薬ボトル１０内に剥がれ落ちると、試薬プローブ７ａ内に吸引され、試薬プローブ７ａが目詰まりを起こす、或いは、反応容器２内に吐出され分析結果に影響がでる等のリスクが生じる。

試薬プローブ７ａの初回挿入時の最大負荷を低減する方法として、ピアスニードル１０５を大きくする方法がある。しかしながら、ピアスニードル１０５を大きくすると試薬ボトルの蓋１０ａの開口部の面積が大きくなることで、外気の流入等が増え試薬劣化に繋がる他、以下の課題もある。

図５に示すように、ピアスニードル１０５はピアス部１０５ｂの断面が三角形状を有している。この三角形状の大きさは外接円の直径がφ１．５ｍｍ程度となっている。ピアスニードル１０５が図６の様に試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みを開ける際に、ピアスニードル１０５の水平断面三角形形状に沿って広げられる切り込みの面積は約０．７３ｍｍ^２になる。それに対して、試薬プローブ７ａが試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みに挿入する際に、試薬プローブ７ａの外形に沿って、円形に切り込みが広げられるとした場合の面積は１．０４ｍｍ^２となる。仮に、ピアスニードル１０５で切り込みを開ける際に、ピアスニードル１０５の水平断面三角形状に沿って広げられる面積が、試薬プローブ挿入時と同程度とした場合、ピアスニードル１０５の外接円の直径は約φ１．８ｍｍ程度が必要となる。図９は外接円の直径がφ１．５ｍｍのピアスニードル１０５での試薬ボトルの蓋１０ａに挿入する時の、ピアスニードル１０５が試薬ボトルの蓋１０ａに接触する時の縦断面図と、Ｃ−Ｃ断面図の拡大図である。図１０は外接円の直径をφ１．８ｍｍに大きくして試薬ボトルの蓋１０ａに挿入する時の、ピアスニードル１０５が試薬ボトルの蓋１０ａに接触する時の縦断面図と、Ｄ−Ｄ断面図の拡大図である。図９と図１０を比べると、外接円の直径をφ１．８ｍｍに大きくすると、直径がφ１．５ｍｍの場合より試薬ボトルの蓋１０ａの円錐形状の底からの高さが高い位置で接触している。この位置からピアスニードル１０５によって切り込みを開けると、試薬ボトルの蓋１０ａの円錐形状の内側に形成される切り込みが大きくなるため、切り込みの開き具合が不均一になったり、完全に切り込みが開かれなかったりする可能性が高くなる。試薬プローブ７ａを挿入の際に、試薬プローブ７ａがこの切り込みと接触し、繰り返し摺動することで内側部分が削れたり、バリが出来て剥がれ落ちたりする可能性がある。これらの異物が試薬ボトル１０内に落下すると、試薬プローブ７ａの目詰まり等の原因となる。ピアスニードル１０５の外接円を大きくすると上記の様な事によって目詰まり等のリスクが高くなるため、試薬ボトルの蓋１０ａの形状の変更を要することになる。試薬ボトルの蓋１０ａの形状を変更しない場合、リスクが高くなるのを防ぐためには、ピアスニードル１０５の外接円の直径はφ１．５ｍｍとする必要がある。

本発明者らは、このような問題に対すべく、試薬プローブ（試薬ノズル）７ａを挿入する前に、試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みを押し広げるための機構の追加を検討した。この機構は、試薬プローブ７ａを模した円柱形状の拡張棒を、試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みに挿入して、切り込みを拡張する機構である。しかし、拡張棒の上下機構や拡張棒の洗浄・乾燥槽の動作時間や機構の設置場所の追加が必須となる。機構の追加はコストの増加につながり、省スペース化が図れなくなる。更に、図７の切り込みは３辺で均一に切り開かれているが、通常は試薬プローブ７ａの直径より切り込みの方が大きいため、拡張棒挿入の際の中心軸がずれるなどして、３辺の切り込みの内１辺乃至２辺しか開かれない可能性が依然残ることを見出した。

以下に、上述のような課題を解決し得るピアスニードル１０５を主として、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１１に本発明の一実施例に係るピアスニードルの形状の斜視図及び側面図を、図１２に図１１に示すピアスニードル先端の拡大図を示す。図１１に示すように、ピアスニードル１０５は、切り込みを開けるピアス部１０５ｂと、切り込みを押し広げる拡張部１０５ｃを一体化した形状のピアスニードルである。先端のピアス部１０５ｂは図４及び図５と同様に三角錐形状であり、一体化する拡張部１０５ｃは試薬プローブ７ａを模した円柱形状になっている。切り込みを開けるピアス部１０５ｂと切り込みを拡張する拡張部１０５ｃが一体化することで、ピアス部１０５ｂの中心軸と拡張部１０５ｃの中心軸を一致させることができる。図１２に示すように、拡張部１０５ｃの直径はピアス部１０５ｂの外接円の直径より小さくなっている。試薬プローブ７ａの挿入荷重を低減するためには、拡張部１０５ｃの直径は、試薬プローブ７ａの直径と同じであればよいが、直径より大きくすることが望ましい。

図１２は、ピアス部１０ｂの先端を正三角錐にした例であり３つの刃が示されている。夫々の刃は中心から正三角錐の底面の頂点に向かって形成されている。つまり、夫々の刃は１２０°置きに配置されている。この３枚の刃により試薬ボトルの蓋１０ａに切れ込みをいれることができる。刃は４枚以上であってもよい。なお、力の均一化の関係から、刃はピアス部１０５ｂの先端側から見たときに正多角形の頂点に配置することが望ましい。ピアス部１０５ｂの先端を正四角錐とした場合には、夫々の刃は中心から正四角錐の底面の頂点に向かって形成される。つまり、夫々の刃は９０°置きに配置される。

図１３に拡張部１０５ｃの直径をピアス部１０５ｂの外接円の直径より大きくした場合に、ピアスニードル１０５を試薬ボトルの蓋１０ａに挿入した場合の断面図を示す。図１３では、ピアス部１０５ｂの外接円の直径をφ１．５ｍｍ、拡張部１０５ｃの直径をφ１．６ｍｍとした。図１３に示すように、拡張部１０５ｃの直径がピアス部１０５ｂの外接円の直径より大きいと、ピアスニードル１０５による切り込み範囲より高い位置で試薬ボトルの蓋１０ａと接触する。この接触位置には切り込みはないため挿入時の負荷が大きくなる。拡張部１０５ｃの接触位置にはピアス部１０５ｂと拡張部１０５ｃの断面形状の違いから段差ができており、段差の角部分が切り込みのエッジや試薬ボトルの蓋１０ａの内側に強く擦れるのでバリができる可能性が高くなる。段差の角部分を面取りあるはテーパ形状にしても、ピアスニードル１０５による切り込みの大きさを超えて拡張することになるためピアスニードル１０５の挿入荷重は大きく増大する。試薬プローブ７ａの挿入時の負荷低減には、拡張部１０５ｃの直径を大きくした方が良いが、ピアスニードル１０５による切り込みより更に大きくすると切り込みの開口面積も大きくなるため、本試薬ボトル１０の本来の目的である、外気の流入を減少させて試薬の劣化を防ぐ目的に反することになる。そのため、拡張部１０５ｃの直径はピアス部１０５ｂの外接円の直径より小さく、試薬プローブ７ａの直径と同じ又は直径より大きい方が良い。３枚の刃が通過した間の試薬ボトルの蓋１０ａの部材を試薬プローブ７ａとほぼ同じ太さで押し広げることができるためである。ピアス部１０５ｂの中心軸と拡張部１０５ｃの中心軸が一致しており、拡張部１０５ｃの直径をピアス部１０５ｂの外接円の直径に近づけることで、３箇所存在する切り込みの端点を均等に開くことができ、試薬プローブ７ａの初回挿入時の最大挿入荷重を低減できる。また、３辺の切り込みを均一に開ききることで、試薬プローブ７ａとの摩擦抵抗を減らすことができ、摺動によるバリの発生を低減することが期待できる。

なお、拡張部１０５ｃの直径をピアス部１０５ｂの外接円の直径と同じにした場合、中心軸が一致することによる効果は得られる。また、薄く繋がった部分を均一に開くという効果も得られる。しかしながら、この場合には、ピアス部１０５ｂで形成される切れ込みの最外部と拡張部１０５ｃの位置が同じため、切れ込みの端部部分を引き裂く方向に力が働く。例えば、３箇所の端部夫々にこの引き裂く力が働くが、このうち一番弱い箇所に力が集中するため１箇所の端部が僅かに裂ける可能性がある。このような裂け目が生じると切れ込みの均一性が崩れ、摺動によるバリができる可能性が高くなる。このため、拡張部１０５ｃの直径は、ピアス部１０５ｂの外接円の直径と同じよりも、小さいことが望ましい。

図１４に図１１のピアスニードル１０５を用いての試薬ボトルの蓋１０ａへの切り込みを開けるフローの例を示す。図１４の例では、試薬ボトル１０を１個の場合で、試薬ボトル１個に２つの試薬が入っているため試薬ボトルの蓋１０ａは２個になる。

まず、Ｓｔｅｐ１として、試薬ボトル１０を装置内の所定の位置に設置する。Ｓｔｅｐ２で試薬ボトル１０が設置されたことを装置が認識すると、蓋開栓機構４０の試薬ボトル開栓位置（ピアスニードル挿入位置）に試薬ボトル１０を移動させる。Ｓｔｅｐ３で試薬ボトル蓋開栓機構１０４とピアスニードル１０５が下降開始する。Ｓｔｅｐ４でピアスニードル１０５のピアス部１０５ｂが試薬ボトルの蓋１０ａに切り込みを開ける。試薬ボトル蓋開栓機構１０４は停止せずにそのまま下降し、Ｓｔｅｐ５で拡張部１０５ｃを切り込みに挿入し、拡張部１０５ｃで切り込みを押し広げる。Ｓｔｅｐ６で試薬ボトル蓋開栓機構１０４が、所定量下降して停止する。下降量は予めパラメータとして装置内に保存されている。Ｓｔｅｐ７で試薬ボトル蓋開栓機構１０４は上昇し、ピアスニードル１０５を蓋から引き抜き、所定の位置で停止する。試薬ボトルの蓋１０ａに挿入されたピアスニードル１０５は、ニードル先端が試薬に接触している可能性があるため、Ｓｔｅｐ８で洗浄水で洗浄および乾燥を実施する。洗浄・乾燥の手順は省略する。次に、試薬ボトルの蓋１０ａを２つとも切り込みを開けたなら、Ｓｔｅｐ９で試薬ボトル１０を試薬ボトル搬送機構４１で装置内の試薬ディスク９に搬送し、試薬ディスク９に格納する。そうでないならＳｔｅｐ２に移動し切り込みを開ける。試薬ディスク９内に格納された試薬ボトル１０の位置はコントローラ２１に記憶され、分析の依頼が発生したら、Ｓｔｅｐ１０で試薬ディスク９を回転させて試薬吸引位置に試薬ボトル１０を移動させる。Ｓｔｅｐ１１で円筒形状の試薬プローブ７ａを試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みから挿入し、試薬プローブ７ａ内に試薬を吸引し反応容器２に吐出する。これらの装置の動作はコントローラ２１によって制御される。

このように、試薬ボトル蓋開栓機構１０４とピアスニードル１０５が下降終了まで下降し続けることで、連続して拡張部１０５ｃが切り込みに挿入される。拡張部１０５ｃは試薬プローブ７ａを模しており、試薬プローブ７ａが挿入される時と同様に切り込みを押し広げ、図８の様に薄く繋がっている部分を切り開く。これにより、切り込みの各端点部分で均一な切り込みが実現でき、試薬プローブ７ａの初回挿入時の最大挿入荷重を低減することができる。また、ピアス部１０５ｂによって切り込みを開けて拡張部１０５ｃで切り込みを押し広げる動作を、ピアスニードル１０５が下降する１回の動作で可能となるため機構の追加は不要となる。また、ピアス部１０５ｂの長さと拡張部１０５ｃの長さを、所定の下降量で試薬ボトルの蓋１０ａに挿入される長さ以上にすれば、従来と同じ下降量で動作することができるため、動作時間を延長する必要は無い。また、ダミーノズルの径がピアスニードル１０５の外接円より小さければ、試薬プローブ（試薬ノズル）７ａの１０００回挿抜後の切り込みの開口面積に大きな差が無いことを実験にて確認した。

図１１の例では拡張部１０５ｃの直径は１段（円筒）でピアス部１０５ｂに繋がれているが、拡張部１０５ｃの直径を２段階にして、絞り部を設けた例を図１５に、図１６にピアスニードル１０５の先端の拡大図を示す。図１７に図１１のピアスニードル１０５と図１５のピアスニードル１０５を試薬ボトルの蓋１０ａに挿入した際の縦断面図を示す。図１１と図１５のピアスニードル１０５の位置は同じであり、ピアス部１０５ｂの形状も同様である。図１７で絞り部分は破線で示す。

図１６に示すように、拡張部１０５ｃのピアス部１０５ｂ側には、拡張部１０５ｃの本体の直径よりも小さい直径の円筒が備わっており、これらの円筒形を繋ぐように徐々に直径がピアス部１０５ｂに向かって小さくなる形状で接続されている。つまり、この接続部分は、円垂形の一部の形状で構成されている。円柱状の拡張部１０５ｃよりも直径の小さい絞り部は、拡張部１０５ｃまで挿入することに伴い、コントローラ２１によって、試薬ボトル１０の内部に押し込まれる。

また、図１７に示すように、試薬ボトルの蓋１０ａの内部のテーパ部分は２段階になっている。つまり、テーパ角が２種類ある。図１１の例で、拡張部１０５ｃの直径はピアス部１０５ｂの外接円の直径に近いほうが、最大挿入荷重の低下やバリ低減の効果が期待できるが、図１１のピアス部１０５ｂと拡張部１０５ｃの段差の角部分が、図１７のテーパ１とテーパ２の切り替わりの部分に引っかかる可能性がある。図１８に絞り部による絞りなしのピアスニードル１０５を挿入する様子の図を示す。図１８では試薬ボトルの蓋１０ａのみ断面図とし、ピアスニードル１０５は断面図ではない。テーパ２の内側にはピアス部１０５ｂによる切込みがあり、テーパ１とテーパ２の切り替わりの部分にピアスニードル１０５の角部分（段差部分）が引っかかったまま下降する可能性がある。この場合、テーパ２の内側の切込みの角部分がピアスニードル１０５の角部分によって削れてバリとなり試薬ボトル１０内に混入する可能性がある。それを防ぐため、ピアスニードル１０５の拡張部１０５ｃに絞りを設ける。この絞り部の直径はテーパ１とテーパ２の切り替わりの部分の直径より小さくすることで、テーパの切り替わり部分でピアスニードル１０５が引っかからずに下降することができる。また、ピアスニードル１０５の角部分が試薬ボトルの蓋１０ａの内側に接触する面積も小さくなるので、試薬ボトルの蓋１０ａのピアスニードル１０５の角部分によって削れてバリとなるリスクを低減できる。

以上のことから、ピアス部１０５ｂと拡張部１０５ｃを一体化し、拡張部１０５ｃの直径は切り込みの大きさであるピアス部１０５ｂの断面形状（三角形）の外接円の径より小さく、試薬プローブ７ａの直径と同じ又は直径より大きくする。試薬プローブ７ａの初回挿入時の負荷を低減するためには、拡張部１０５ｃの直径は試薬プローブ７ａの直径より大きくすることでより効果が期待できる。また、拡張部１０５ｃに絞り部を設ける。拡張部１０５ｃの直径を試薬ボトルの蓋１０ａの内部のテーパ切り替わり部分の直径より小さくすることで、ピアス部１０５ｂによる切込みの３箇所の端点を均一に押し開くことができる。これにより、試薬プローブ７ａの初期挿入時の最大挿入荷重を低減し、また、試薬プローブ７ａの繰り返し摺動によるバリの発生を低減する効果が期待できる。

拡張部１０５ｃの直径はピアス部１０５ｂの水平断面三角形状の外接円の直径より大きくなるとピアス部１０５ｂで開けた切込みの端点の、薄く繋がった部分を超えて更に広げることになるため、ピアスニードル１０５の挿入に大きな力が必要になる。また、切り込みによる開口部が大きくなりすぎると、外気の流入が増加する可能性があるため、拡張部１０５ｃの直径はピアス部１０５ｂの断面形状の外接円の直径よりわずかに小さい程度が望ましい。

例えば、ピアス部１０５ｂの三角形の外接円がφ１．５ｍｍ、試薬プローブ７ａの直径（外径）がφ１．１５ｍｍとした場合、拡張部１０５ｃの直径は１．１５≦拡張部１０５ｃの直径＜１．５の範囲となり、拡張部１０５ｃの直径はφ１．４５ｍｍ程度となる。拡張部１０５ｃの直径をφ１．１５ｍｍ(試薬プローブ７ａと同等)とφ１．４５ｍｍ(ピアス部１０５ｂの外接円よりやや小さい)の２種類で切り込みの開き具合を実験で比較した。その結果、φ１．１５ｍｍでは開き具合が３辺で不均一なのに対し、φ１．４５ｍｍでは３辺が均一に開けていることを確認した。また、拡張部１０５ｃの直径をφ１．１５ｍｍ、φ１．４５ｍｍ、φ１．６０ｍｍ(ピアス部１０５ｂの外接円よりやや大きい)で、試薬プローブ７ａを試薬ボトルの蓋１０ａの切り込みに１０００回挿抜した後の開口部の面積を実験で比較した。その結果、φ１．１５ｍｍとφ１．４５ｍｍの開口部の面積は同程度であり、φ１．６０ｍｍの開口部はやや大きくなることを確認した。

なお、直径の大小関係について言い換えると、円柱状の拡張部１０５ｃの直径は、ピアス部１０５ｂの複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、試薬プローブ７ａが試薬を吸引するまでに試薬ボトル１０に挿入される範囲の試薬プローブ７ａの最大直径と同じ又は最大直径よりも大きいことが望ましい。さらに、円柱状の拡張部１０５ｃの直径は、上記試薬プローブ７ａが試薬を吸引するまでに試薬ボトル１０に挿入される範囲の上記試薬プローブ７ａの最大直径よりも大きいことが望ましい。

上記実施例では三角錐のピアス部１０５ｂに円柱のダミーノズルが一体化したものであるが、先端のピアス部１０５ｂは四角錐などの多角形形状も可とする。つまり、ピアス部１０５ｂは多角錐の形状を有し、多角錐の辺が複数の刃が配置される位置に対応している。なお、力の分散の観点から正多角錐の辺に刃を配置するのが望ましい。多角形形状の場合でも、ピアス部１０５ｂの断面形状の外接円直径と拡張部１０５ｃの直径の関係は同様である。

また、図１９に示すようなピアス部１０５ｂの断面が星型の多角錘形状になっている物や図２０に示す板状の刃が組み合わさった様な形状も考えられる。図１９の例では断面が刃の星型になっているが、４枚刃以上でも良い。図２０の例においても刃が４枚であるが、３枚刃であって良いし５枚刃以上でも良い。これらのピアス部１０５ｂは、多角錐というよりも、ピアス部１０５ｂの先端側から見たときに中心から外側へ向かって延在する刃が設けられた例である。なお、多角錐は、ピアス部１０５ｂの先端側から見たときに中心から外側へ向かって延在する刃が設けられた例の一つである。

図１９の例ではピアス部１０５ｂの断面形状が星型になっており、試薬ボトルの蓋１０ａの３辺の切り込みを開ける刃がより鋭角になっている。刃が鋭角になっている分、切り込みの切断面をきれいな状態で開ける効果が期待できる。切断面が荒くバリができるなどしてゴミが試薬ボトル１０内に落ちると、試薬プローブ７ａによる分注時に、試薬プローブ７ａ内に吸引して、試薬プローブ７ａが目詰まりしたり、反応容器２内に吐出して測定の妨げになったりする可能性がある。

図２０の例では、板状の刃になっており、図１５や図１９の刃より先端が太くできるため、図１５や図１９の例より刃先の強度が向上できる。

図１５，１９，２０の例ではピアスニードル１０５の進行方向に対して、ピアス部１０５ｂがあり、その後ろに拡張部１０５ｃがある形状をしており、ピアス部１０５ｂと拡張部１０５ｃが連続して挿入される。図２１は、複数の刃と円錐とが組み合わされた構造を有し、ピアス部１０５ｂは先端側から見たときに中心から外側へ向かって延在する複数の刃が円錐の側面に備えられた構造である。図２１の例では１つの断面にピアス部１０５ｂの刃と拡張部１０５ｃが存在しており、ピアス部１０５ｂと拡張部１０５ｃが連続ではなく同時に挿入されることになる。そのため、切り込みを拡張部１０５ｃで押し広げながらピアス部１０５ｂで切り込みを開けていくため、ピアス部１０５ｂの刃にかかる負荷を低減でき、ピアス部１０５ｂの刃の切れ味を図１５，１９，２１に比べて長く維持することが期待できる。また、拡張部１０５ｃの先端はピアス部１０５ｂの先端と同じ位置に集束しているが、この集束する位置はピアス部１０５ｂの先端の集束位置より前方もしくは後方でも良い。この例の場合には拡張部１０５ｃは実質的にピアス部１０５ｂの終端が兼ね備えているためピアス部１０５ｂ以降の拡張部１０５ｃの形状は比較的自由度が高い。そのため、この範囲の拡張部１０５ｃは試薬プローブ７ａの直径よりも小さい直径も許容される可能性がある。しかし、確実な切り込みの押し広げが実現できるよう、この範囲においても試薬プローブ７ａの直径よりも大きい直径であることが望ましい。

また、これまでの拡張部１０５ｃは試薬プローブ７ａの形状を模しているため円柱であるが、拡張部１０５ｃの断面も三角あるいは四角等の多角柱形状でも良い。拡張部１０５ｃが多角柱形状の場合には、これまで説明した円柱の直径を、多角の外接円の直径に置き換えて考えればよい。具体的には、多角柱の外接円の直径は、ピアス部１０５ｂの上記複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、試薬プローブ７ａが試薬を吸引するまでに試薬ボトル１０に挿入される範囲の最大直径と同じ又は最大直径よりも大きいことが望ましい。なお、外接円とは、ピアス部１０５ｂの水平断面における外接円であることは言うまでもない。

また、図１９〜２１の例では切れ味を維持するために、ニードル先端を非常に小さなＲで丸めている。

１…反応ディスク、２…反応容器、３…洗浄機構、４…分光光度計、５…攪拌機構、６…攪拌機構、７…試薬分注機構、７ａ…試薬プローブ、８…試薬分注機構、９…試薬ディスク、１０・・・試薬ボトル、１０ａ・・・試薬ボトルの蓋、１１…サンプル分注機構、１１ａ…サンプルプローブ、１３…洗浄槽、１５…試料容器、１６…ラック、１８…試料搬送機構、１８…試薬用シリンジ、１９…試料用シリンジ、２０…洗浄用ポンプ、２１…コントローラ、３０…（攪拌機構用）洗浄槽、３１…（攪拌機構用）洗浄槽、３２…（試薬分注機構用）洗浄槽、３３…（試薬分注機構用）洗浄槽、４０…蓋開栓機構、４１…試薬ボトル搬送機構、１０４…試薬ボトル蓋開栓機構、１０５…ピアスニードル、１０５ａ…固定部、１０５ｂ…ピアス部、１０５ｃ…拡張部、１３０…上下駆動モータ、１４１…ベルト、１４５…プーリ、１４６…スライダ

Claims (10)

1. 試料を吸引し、反応容器に吐出するサンプルプローブと、
   試薬を吸引し、反応容器に吐出する試薬プローブと、
   反応容器内の試料と試薬との混合液を分析する光度計と、
   試薬を収容する試薬ボトルを保持する試薬ディスクと、
   試薬ボトルの蓋に切り込みを開けるニードルと、
   上記ニードルを駆動する蓋開栓機構と、
   上記蓋開栓機構を制御するコントローラと、を備え、
   上記ニードルは、
   試薬ボトルの蓋に切り込みを開ける複数の刃を備えたピアス部と、
   上記切り込みを押し広げる円柱状の拡張部と、を有し、上記複数の刃は、上記ピアス部の先端側から見たときに正多角形の頂点に配置されており、上記円柱状の拡張部の直径は、上記ピアス部の上記複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、上記試薬プローブが試薬を吸引するまでに試薬ボトルに挿入される範囲の上記試薬プローブの最大直径と同じ又は最大直径よりも大きく、
   上記コントローラは、
   上記ピアス部で試薬ボトルの蓋に切り込みを開けた後、さらに上記拡張部まで上記ニードルを挿入するよう上記蓋開栓機構を制御することを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記コントローラは、上記ニードルを１回の下降動作で切り込みが開けられた蓋の箇所まで上記拡張部を挿入するよう上記蓋開栓機構を制御することで、上記複数の刃が通過した間の上記蓋の部材を押し広げることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記円柱状の拡張部の直径は、上記試薬プローブが試薬を吸引するまでに試薬ボトルに挿入される範囲の上記試薬プローブの最大直径よりも大きいことを特徴とする自動分析装置。
4. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記拡張部は上記ピアス部側に、上記円柱状の拡張部よりも直径の小さい絞り部を有し、
   上記コントローラは、上記絞り部を試薬ボトルの内部に押し込むことを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記ピアス部は多角錐の形状を有し、上記多角錐の辺は上記複数の刃に対応することを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記複数の刃は、上記ピアス部の先端側から見たときに中心から外側へ向かって延在する刃であることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記ピアス部は、上記複数の刃と円錐とが組み合わされた構造を有し、上記ピアス部は先端側から見たときに中心から外側へ向かって延在する上記複数の刃が上記円錐の側面に備えられた構造であることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項１記載の自動分析装置において、
   上記試薬プローブは、上記拡張部の押し込みにより押し広げられた切り込みを介して、試薬ボトルに収容された試薬を吸引することを特徴とする自動分析装置。
9. 請求項１記載の自動分析装置において、
   さらに、上記ニードルにより切り込みが開けられた試薬ボトルを上記試薬ディスクに搬送する試薬ボトル搬送機構を備えることを特徴とする自動分析装置。
10. 試料を吸引し、反応容器に吐出するサンプルプローブと、
    試薬を吸引し、反応容器に吐出する試薬プローブと、
    反応容器内の試料と試薬との混合液を分析する光度計と、
    試薬を収容する試薬ボトルを保持する試薬ディスクと、
    試薬ボトルの蓋に切り込みを開けるニードルと、
    上記ニードルを駆動する蓋開栓機構と、
    上記蓋開栓機構を制御するコントローラと、を備え、
    上記ニードルは、
    試薬ボトルの蓋に切り込みを開ける複数の刃を備えたピアス部と、
    上記切り込みを押し広げる円柱状又は多角柱の拡張部と、を有し、
    上記円柱状の拡張部の直径又は多角柱の外接円の直径は、上記ピアス部の上記複数の刃の外接円の最大直径よりも小さく、試薬プローブが試薬を吸引するまでに試薬ボトルに挿入される範囲の最大直径と同じ又は最大直径よりも大きく、
    上記コントローラは、
    上記ピアス部で試薬ボトルの蓋に切り込みを開けた後、さらに上記拡張部まで上記ニードルを挿入するよう上記蓋開栓機構を制御することを特徴とする自動分析装置。

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