JP6814300B2 - 自動分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、血液、尿等の生体試料の定量、定性分析を行う自動分析装置に係り、特にシリンジポンプを備えた自動分析装置に関する。

自動分析装置では、血清や尿などの生体試料（以下試料と称する）の成分分析を行うために、試料と試薬とを反応させ、それによって生じる色調や濁りの変化を、分光光度計等の測光ユニットで光学的に測定する。

試料と試薬を反応させるためには、それぞれが収容されている容器から反応容器への分注を行う必要がある。このため自動分析装置では、試料あるいは試薬(以下、総じて液体と称する)をそれぞれが収容されている容器から反応容器へ自動で吸引・吐出する分注装置を備えている。

試料をシリンジポンプによって吸引吐出する液体分注ユニットにおいては、シリンジポンプを構成する数々の要素部品によって分注性能、及び各部の寿命に影響が生じる。特にシリンジポンプ中には有寿命品の一つとして、プランジャとの各部のシール部品がある。

シール部品は一般に樹脂などの軟材料で構成させており、プランジャの動作時には摺動する抵抗を受けながらシリンジ内の液体の封止を行なう。シール部品へ偏磨耗による損傷が生じると、シリンジからの液漏れの発生や、圧力抜けに伴う分注液量の変化が発生し正確な分析結果が提供できない要因となりうる。特許文献１では、カムに対してプランジャの当たり面が可変しながら摺動することによってカムのエッジ当たりを防止し、部材相互の早期磨耗を防止するプランジャポンプを提供している。

特開平11-351136

現在では、自動分析装置の処理能力が大幅に向上し、それに伴った動作部の高速化が図られている。加えて、近年では大規模病院や検査センタ等、自動分析装置を24時間連続で稼動させる運用を実施している施設もあり、装置の稼働時間は長時間化している。上記の結果として、各部の劣化速度は速まり、煩多なメンテナンス作業へと繋がっている。それに対して、自動分析装置のメンテナンス周期を長くする為には、各部の構成部品の長寿命化は大きな課題となっている。特に、近年の自動分析装置には各種液体の送液に用いる多数のシリンジポンプが搭載されており、性能確保のためシリンジポンプに対して一般的に数ヶ月に1度、シールピース交換のメンテナンス作業が必要となっている。

シリンジポンプを構成する各部位の劣化の主要因として、シリンジポンプ内の液体の封止を行うシールピースの偏磨耗があげられる。シリンジポンプは多くの部品で構成されており、各部位の公差、ガタなどが駆動時の偏りに繋がり、これらがシリンジポンプ内の部品の偏磨耗の原因ひとつとなる。とりわけ、軟材料で構成されるシールピースは偏磨耗による損傷が発生し易い。すなわち、偏磨耗の発生を防止することでシールピースを交換する周期を大幅に伸ばすことが出来る。

本発明は、上述した課題を解決するために液体を吸引・吐出する分注ユニットと、分注ユニットに液体を送液・吸引させるシリンジポンプと、を備えた自動分析装置において、シリンジポンプは、液体を保管できるシリンジ管と、シリンジ管の長方向に向かって上下に移動できるプランジャと、プランジャと接するプランジャ上部押さえ部品と、プランジャにプランジャ上部押さえ部品を介して動力を伝達する動力伝達部と、動力伝達部と接するプランジャ下部押さえ部品と、を備え、プランジャ上部押さえ部品と動力伝達部、および動力伝達部とプランジャ下部押さえ部品は、点接触するものであって、前記プランジャ上部押さえ部品は、前記動力伝達部と点接触する第１の接触部位を有し、前記プランジャ下部押さえ部品は、前記動力伝達部と点接触する第２の接触部位を有し、前記第１の接触部位と前記第２の接触部位は前記プランジャの移動軸上にあることを特徴とする自動分析装置を提供する。

シリンジポンプのプランジャ動作時のモーメントを大幅に減少させることにより、シリンジポンプ内のシールピースへの偏荷重を減少させることで偏磨耗を抑え、メンテナンス周期を長くした自動分析装置を提供することができる。

本実施例の自動分析装置の一例を示す概略構成図である。 本実施例１が適用されたシリンジポンプの一例を示す外観図である。 図１に示したシリンジポンプの、プランジャの中心軸における断面図である。 本実施例１における動力伝達板の正面斜視図である。 本実施例１における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例１におけるプランジャ形状の一例を示す外観図である。 本実施例１における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例１における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例とは異なるシリンジポンプの一例を示す外観図である。 図９に示したシリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例２における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例２における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。 本実施例２における、シリンジポンプのプランジャの中心軸における断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付している。

図１は、本実施例が適用される自動分析装置の概略構成図の一例である。図１において、自動分析装置１００は、試料を保持する採血管（試料容器）１０１を複数搭載可能なサンプルディスク（試料ディスク）１０２と、試薬を保持する試薬容器１０３を複数搭載可能な第１試薬ディスク１０４および第２試薬ディスク１０５と、周上に複数の反応容器１０６を配置した反応ディスク１０７とを備える。

また、自動分析装置は、採血管１０１から吸引した試料を反応容器１０６に分注するプローブ（試料プローブ）１０８と、第１試薬ディスク１０４内の試薬容器１０３から吸引した試薬を反応容器１０６に分注する第１試薬プローブ１０９と、第２試薬ディスク１０５内の試薬容器１０３から吸引した試薬を反応容器１０６に分注する第２試薬プローブ１１０を備える。

さらに、自動分析装置は、反応容器１０６内の液体を撹拌する攪拌装置１１１と、反応容器１０６を洗浄する容器洗浄機構１１２と、反応ディスク１０７の内周付近に設置された光源１１３と、分光検出器１１４と、分光検出器１１３に接続されたコンピュータ１１５と、自動分析装置全体の動作を制御し、外部とのデータの交換を行うコントローラ１１６とを備える。

試料プローブ１０８は、分注流路を通じてそれぞれに対応するシリンジポンプ１１７と接続されている。図１では示していないが、自動分析装置１００には、試料プローブ１０８、第１試薬プローブ１０９、および第２試薬プローブ１１０それぞれのプローブに対応したシリンジポンプが流路によって接続されている。

図２に本実施例のシリンジポンプの外観図を、図３にプランジャの中心軸の軸断面図を示す。自動分析装置におけるシリンジポンプ１１７は、液体を内部に保管できるシリンジ管９と、シリンジ管９の長方向に向かって上下に移動できるプランジャ８と、プランジャ８と接するプランジャ上部押さえ部品５と、プランジャ８にプランジャ上部押さえ部品を介して動力を伝達する動力伝達部４と、動力伝達部４と接するプランジャ下部押さえ部品６と、を備えている。シリンジ管９内をプランジャ８が上下することによって、シリンジ管９内部の内容積を変化させ、液体を吸引、吐出している。図中の矢印は、シリンジ管９内部の液体の流れ方向を示している。シリンジポンプ１１７にはモータ２が備えられ、モータ２の回転力はモータ２に減速機を介して接続可能な回転伝達部３によって動力伝達板４に伝えられる。さらに動力伝達板４に伝えられたモータ２の回転力は、プランジャを上下させるプランジャの上部押さえ部品５と下側押さえ部品６を介してプランジャ８に伝達される。これによって、シリンジの吸引・吐出動作を実施することができる。ここで、動力伝達板４の形状を図４に示す。動力伝達板４の先端部位４aは図４に記載するとおり、プランジャの方向に対して薄くなる傾斜構造となっている。この傾斜構造を備えることによって、シリンジ管９の交換時の作業が容易となっている。

モータ２からの回転力を伝達する動力伝達板４とプランジャ８が上部に移動する際に力を伝達するプランジャ８の上部押さえ部品５は図３に示すとおり、接触部位５aの１点で点接触している。また、動力伝達板４とプランジャ８が下部に移動する際に力を伝達するプランジャ８の下部押さえ部品６も図３に示すとおり、接触部位６aの１点で点接触している。さらに、この接触部位５aと接触部位６aは、プランジャ８の移動軸上に備えられている。プランジャ８の上部押さえ部品５とプランジャ８の下側押さえ部品６は、接続部品７を介して固定されている。接続部品７は上側からプランジャの上部押さえ部品５が挿入されて固定される上側の穴と、下側から下部押さえ部品６が挿入されて固定される下側の穴を備えるが、これらの上側の穴と下側の穴は、プランジャ８の移動軸上に配置されている。なお、接続部品７に上側の穴と下側の穴を同一軸線上に配置させるためには、これらの穴は一貫した作業で加工されることが望ましい。なお、図中の上側の穴と下側の穴は単純な円筒の穴となっているが、プランジャの押さえとなる上部部品と下部部品を固定するものであれば形は問わず、双方の穴がプランジャ８の移動軸上に設置されれば良い。そのため、穴の形態は例えば多角形であってもなんら問題ない。

プランジャ８が上下に移動する際には動力伝達板４とプランジャの上下の押さえ部位がそれぞれ接触するが、力が伝達される点は接触部位５a、接触部位６aとなり、また接触部位はプランジャの移動軸上となっている。それにより、プランジャが移動する際にプランジャに対して移動中のモーメントが発生しない。シリンジポンプ１１７にはプランジャ８の動作によって内部の液体が漏れないよう、プランジャ８とシリンジ管９との間にシールピース１０が取り付けられている。プランジャ８が動作をする際、シールピース１０と摺動しながら動作を行なう。シールピース１０は一般的に樹脂などの軟材料で構成され、シールピース１０の内径はプランジャ８の外径より小さく設定することによってプランジャ８が上下に動作してもシリンジ管９内の内容物が漏れない構造となっている。本実施例の形態を実現することによって、プランジャ８によるモーメントによるシールピース１０への偏加重は発生しない。その結果、シールピース１０の偏磨耗を著しく遅らせることが可能となる。さらに、シールピース１０の偏磨耗によるシールピースの交換のタイミングを遅らせることができる。

また、本実施例ではプランジャの上下の押さえ部位の動力伝達板４との接触部位５a、接触部位６aとはそれぞれ球形状となっているが、動力伝達板４と点接触を実現でき、プランジャ８と上下押さえ部位との接触部５a、６aがプランジャ８の移動軸上となれば、どのような形状でも問題なく、例えば先端部位は円錐、または多角推状となっていても良い。一方で、例をあげれば図５のように動力伝達板４が球形となっており、プランジャの動力伝達部は平面となっていても良い。動力伝達板４及びプランジャ８、プランジャの押さえ部品５、６は変形が容易な軟材料でなければ、それぞれがどのような素材で構成されて
いても問題ない。材料としては例えば、金属やセラミックス等が挙げられる。

また、本実施例ではプランジャの上部押さえ部品５とプランジャ８は別の部品となっているが、同じ部品として１部品としてもよい。この場合は例えば図６に示すように、プランジャ８の一端を半球上等の点接触で他の部品と接触できる形状に加工することによりプランジャ押さえの部位８aを形成する。図６のようなプランジャ８の一端を半球上等の点接触で他の部品と接触できる形状に加工した場合における、シリンジポンプ１１７のプランジャ８の軸方向での断面図を図７に示す。

また、本実施例ではプランジャ８とモータの回転軸２aは同一軸上にない例を挙げているが、本実施例を実現するに当たっては図８に示すように、モータの回転軸２aとプランジャ８の移動軸は同一軸上に置かれていても良い。

本実施例との比較の為、本実施例とは異なるシリンジの例を図９、及び図１０に示す。図９は本実施例とは異なるシリンジポンプの外観図、図１０は図９のシリンジポンプを構成しているプランジャの中心軸を貫通し、矢印方向から見た断面図である。プランジャの末端形状は動力伝達板４を挟み込むような形状を持っており、構造上部品ごとの公差等によって動力伝達板４は水平面に対して完全な並行とはならない。プランジャが動作すると図１０に示すように、部品の傾きによってプランジャ８と動力伝達板４の接触点を基点としたモーメント５１が発生する。プランジャの動作によって発生したモーメント５１はシリンジ管９の内部に備えられたシールピース１０に伝わり、シールピース１０に対して偏加重が加えられる。シールピース１０に対して一定箇所に荷重が集中するため偏磨耗が発生し、シールピース１０の損傷の原因となり得る。

実施形態１と同様の構成において、加えて動力伝達板とプランジャ押さえ部品にかかる衝撃荷重の影響が低減可能となるシリンジポンプの例を説明する。

プランジャの上部押さえ部品５、下部押さえ部品６と動力伝達板４との間にはそれぞれ、組立て性を確保するための微小な隙間を有している場合がある。このような場合、この隙間によって動力伝達板４が移動し、プランジャの上部押さえ部品５および下部押さえ部品６に動力伝達板４が接する際、お互いの部品には接触による衝撃荷重が加わる。この衝撃荷重が動力伝達板４、プランジャ上部押さえ部本５、下部押さえ部品６、さらにはプランジャ８及びシールピース１０の磨耗や損傷の原因になりうる。

そこで、このような微小な隙間によって生じる衝撃荷重を防ぐ方法として例えば図１１に示すような実施例が考えられえる。図１１のシリンジポンプには、押さえ固定部品７に、バネなどの弾性体１１を内蔵する。この弾性体１１によりプランジャの下部押さえ部分６を動力伝達板４に対して押さえつけることが可能になる。これによって微小な隙間を極限までなくすことができ、衝撃荷重を防ぐことができる。

なお、上記弾性体１１は最下部押さえ部品１２によって圧縮されており、弾性体１１はプランジャとシールピースに発生しうる最大摺動抵抗よりも大きな圧縮力を持つように設計されている。そのため、プランジャの動作時においてもプランジャの上部押さえ部品５、下部押さえ部品６と動力伝達板４との間に隙間が生じることは無い。また、定期的なメンテナンス時にシリンジ管９をシリンジポンプ１１７から取り出す際には最下部押さえ部品１２による圧縮力を取り除くことにより、弾性体１１の圧縮力が除斥される。

弾性体１１の圧縮力が除斥されると、プランジャ上部押さえ部品５、下部押さえ部品６と動力伝達板４との間に隙間が生じ、シリンジ管９が容易に取り付け・取り外しできる構造となっている。弾性体１１が除斥された際の模式図を図１２に示す。

上記の形態をとることにより、プランジャが動作した際に各部位への衝撃荷重が発生しないシリンジポンプ１１７が実現できる。その効果として、衝撃荷重によるシリンジポンプ各部位への磨耗や損傷を防ぐことが出来る。なお、本実施例では弾性体を用いることによってプランジャの押さえ部品５、６と動力伝達板４との隙間を無くしたが、押さえ部品を最大摺動抵抗よりも大きな力により押さえつければ弾性体を用いずとももちろん良い。例を挙げれば、磁性体１３を用いる例がある。磁性体を用いて本実施例を実現した模式図を図１３に示す。２つの磁性体１３を斥力が発生する方向に配置することによって、押さえ部品６が動力伝達板４に押し付けられ、押さえ部品５、６と動力伝達板４との間の隙間を無くしている。

２ モータ
２a モータの回転軸
３ 回転伝達部
４ 動力伝達部
４a 動力伝達部先端
５ プランジャの上部押さえ部品
５a プランジャの上部押さえ部品と動力伝達部との接触点
６ プランジャの下部押さえ部品
６a プランジャの下部押さえ部品と動力伝達部との接触点
７ プランジャ押さえ部品の接続部品
８ プランジャ
８a プランジャと動力伝達部との接触点
９ シリンジ管
１０ シールピース
１１ 弾性体
１２ 最下部押さえ部品
１３ 磁性体
１００ 自動分析装置
１０１ 採血管（試料容器）
１０２ サンプルディスク（試料ディスク）
１０３ 試薬容器
１０４ 第１試薬ディスク
１０５ 第２試薬ディスク
１０６ 反応容器
１０７ 反応ディスク
１０８ 分注プローブ（試料プローブ）
１０９ 第１試薬プローブ
１１０ 第２試薬プローブ
１１１ 攪拌装置
１１２ 容器洗浄機構
１１３ 光源
１１４ 分光検出器
１１５ コンピュータ
１１６ コントローラ
１１７ シリンジポンプ

Claims (8)

1. 液体を吸引・吐出する分注ユニットと、
   前記分注ユニットに液体を送液・吸引させるシリンジポンプと、を備えた自動分析装置において、
   前記シリンジポンプは、
   液体を保管できるシリンジ管と、
   前記シリンジ管の長方向に向かって上下に移動できるプランジャと、
   前記プランジャと接するプランジャ上部押さえ部品と、
   前記プランジャに前記プランジャ上部押さえ部品を介して動力を伝達する動力伝達部と、
   前記動力伝達部と接するプランジャ下部押さえ部品と、を備え、
   前記プランジャ上部押さえ部品と前記動力伝達部、および前記動力伝達部と前記プランジャ下部押さえ部品は、点接触するものであって、
   前記プランジャ上部押さえ部品は、前記動力伝達部と点接触する第１の接触部位を有し、前記プランジャ下部押さえ部品は、前記動力伝達部と点接触する第２の接触部位を有し、
   前記第１の接触部位と前記第２の接触部位は前記プランジャの移動軸上にあることを特徴とする自動分析装置。
2. 請求項１の自動分析装置において、
   前記第１の接触部位と前記第２の接触部位は球状になっていることを特徴とする自動分析装置。
3. 請求項１の自動分析装置において、
   前記動力伝達部は球状になっていることを特徴とする自動分析装置。
4. 液体を吸引・吐出する分注ユニットと、
   前記分注ユニットに液体を送液・吸引させるシリンジポンプと、を備えた自動分析装置において、
   前記シリンジポンプは、
   液体を保管できるシリンジ管と、
   前記シリンジ管の長方向に向かって上下に移動できるプランジャと、
   前記プランジャに動力を伝達する動力伝達部と、
   前記動力伝達部と接するプランジャ下部押さえ部品と、を備え、
   前記プランジャと前記動力伝達部、および前記動力伝達部と前記プランジャ下部押さえ部品は、点接触するものであって、
   前記プランジャと前記動力伝達部とが点接触する第１の接触部位と、前記動力伝達部と前記プランジャ下部押さえ部品とが点接触する第２の接触部位は、前記プランジャの移動軸上にあることを特徴とする自動分析装置。
5. 請求項４の自動分析装置において、
   前記プランジャおよび前記プランジャ下部押さえ部品は前記動力伝達部と接する部分が球状になっていることを特徴とする自動分析装置。
6. 請求項４の自動分析装置において、
   前記プランジャ下部押さえ部品はモータに接続されており、
   前記モータの回転軸と前記プランジャの移動軸は同軸上にあることを特徴とする自動分析装置。
7. 請求項２の自動分析装置において、
   前記シリンジポンプはさらに、
   前記プランジャ下部押さえ部品に接触する弾性体を備えることを特徴とする自動分析装置。
8. 請求項２の自動分析装置において、
   前記シリンジポンプはさらに、
   前記プランジャ下部押さえ部品に接触する磁性体を備えることを特徴とする自動分析装置。

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