特許 6305797 液面検知装置及び自動分析装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6305797

(24)【登録日】2018年3月16日

(45)【発行日】2018年4月4日

(54)【発明の名称】液面検知装置及び自動分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/296 20060101AFI20180326BHJP

   G01N 35/10 20060101ALI20180326BHJP

【ＦＩ】

   G01F23/296 B

   G01N35/10 C

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-54112(P2014-54112)

(22)【出願日】2014年3月17日

(65)【公開番号】特開2015-175795(P2015-175795A)

(43)【公開日】2015年10月5日

【審査請求日】2017年2月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(72)【発明者】

【氏名】山本 紀子

(72)【発明者】

【氏名】細野 靖晴

【審査官】 細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５４−０５０５６３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−１０９２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−１７９１５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−００９５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４７３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３０８５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１４４１７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−１２７７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 高分子物質の音速度，超音波技術便覧，日本，日刊工業新聞社，１９８７年 ８月１０日，新訂6刷，1787,1788

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ ２３／２９６

Ｇ０１Ｎ ３５／１０

Ｇ０１Ｂ １７／００

Ｇ０１Ｆ １／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、
前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、
を具備する液面検知装置であって、
前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する、
液面検知装置。

【請求項2】

前記ガイドの内径方向に関する前記吸音体の厚みは、前記ガイドの内径の１０％以下である、請求項１記載の液面検知装置。

【請求項3】

前記ガイドの延在方向に関する前記吸音体の長さは、前記延在方向に関する前記一主面から前記他端までの長さの９０％以下である、請求項１記載の液面検知装置。

【請求項4】

前記吸音体の音響インピーダンスは、５×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ以下である、請求項１記載の液面検知装置。

【請求項5】

前記空隙は、前記ガイドにおいて非対称に形成される、請求項１記載の液面検知装置。

【請求項6】

前記吸音体は、吸音部材を有する複数の構造体を有する、請求項１記載の液面検知装置。

【請求項7】

容器を保持する保持機構と、
前記容器に含まれる液体の液面を検知する液面検知機構と、
前記容器から液体を吸引する吸引機構と、
を具備する自動分析装置であって、
前記液面検知機構は、
超音波を送受波する超音波振動子と、
前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、
前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、
を備え、
前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する、
自動分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液面検知装置及び自動分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動分析装置は、多検体及び多項目の血清成分を自動的に定量評価するものであり、臨床検査において広く用いられている。自動分析装置は、血液から分離した血清検体と試薬とを反応管に吐出して攪拌した後に、反応液を光学的に比色測定することにより定量評価を行っている。自動分析装置は、複数の反応管を用いて逐次処理を行うことで多数の検体を評価している。臨床検査では、定量評価の正確性とともに評価時間の短縮、すなわち高速化が求められている。

【0003】

装置の高速化の阻害要因としては検体の分注工程が挙げられる。検体容器に入れられた検体は、分注プローブで反応管に吐出される。検体を吸引するためには、分注プローブを検体に接触させる必要がある。例えば、分注プローブの先端に設置された接触式の静電センサなどで液面が検知されている。分注プローブは、検体容器の底への衝突や、液面接触時の気泡混入を防止するために低速で移動される。検体の液面を非接触で検知できれば、分注プローブを液面近傍まで高速に近づけることができ、評価時間の短縮が期待できる。

【0004】

検体の液面を非接触に検知する方式として超音波液面検知装置が提案されている。超音波液面検知装置は、超音波送波器および超音波受波器を有するセンサプローブを用い、送波器により液面へ超音波を送波し、液面からの反射波を受波器により受波し、これらの送受波に要する時間に基づいてプローブから液面までの距離、すなわち液面の高さ位置を計測する。非接触の液面検知装置としては他にレーザーがあるが、検体の色により検知が困難な場合があるため、超音波方式のほうが好ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−１９３６号公報

【特許文献2】特開２００４−１４１７６３号公報

【特許文献3】特開平１１−１３２８３０号公報

【特許文献4】特開２００９−１０９２７７号公報

【特許文献5】特開２００５−１２７７２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

検体が収容される検体容器は、一般に内径が５ｍｍから２０ｍｍ程度の直径の細長い試験管状容器である。一方、一般的に距離を計測する超音波液面検知装置においては超音波を送受信する超音波振動子は円盤状である。素子面積が大きいほど高感度となるが、超音波は送信位置から遠距離になるほど広がるため、細い試験管内の液面を検知する場合、特許文献１のように試験管の外側からの反射をカットしたり、特許文献２のようにパイプなどの超音波ガイドを設けて超音波を集束する必要がある。また、特許文献３に、容器の上端からの超音波の反射と液面からの超音波の反射とが干渉して正しい検知が困難になる場合が記されている。

【0007】

実施形態に係る目的は、超音波を用いて容器内の液面を検知する液面検知装置及び自動分析装置において、液面の検知の精度を向上することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本実施形態に係る液面検知装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、前記超音波振動子の超音波を送受波する一主面を囲み、前記一主面と交差する第１方向に延在し、前記超音波振動子側の一端および前記一端部と反対側の他端を有し、中空形状を有するガイドと、前記ガイドの内壁のうちの前記他端側に設けられた吸音体と、を具備し、前記ガイドは、前記ガイドの内側を伝播する超音波を外部に放出するための空隙を有する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態に係る自動分析装置の概略的な構造を示す図

【図2】本実施形態に係る液面検知装置と分注プローブとを概略的に示す模式図

【図3】本実施形態に係る自動分析装置の液面検知に係る機能ブロックを示す図

【図4】本実施形態に係る液面検知センサの縦断面図

【図5】検査容器の内径が１５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図

【図6】検査容器の内径が１１ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図

【図7】液面の高さが試験管の底面から７５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとのオシロスコープ画像を示す図

【図8】本実施形態に吸音体の他の例を示す図

【図9】本実施形態に係るガイドの他の例を示す図

【図10】本実施形態に係るガイドの他の例を示す図

【図11】本実施形態に係るガイドの他の例を示す図

【図12】本実施形態に係るガイドの他の例を示す図

【図13】従来例に係る液面検知装置の液面検知センサを模式的に示す図

【図14】従来例に係る液面検知装置の液面検知センサとメニスカス形状の液面とを模式的に示す図

【図15】従来例に係る液面検知装置に関し、周波数４００ｋＨｚ及び直径１０ｍｍを有する超音波振動子で検体容器の液面を検知したときの受信信号のオシロスコープ画像の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる液面検知装置及び自動分析装置を説明する。本実施形態に係る液面検知装置は、容器内の液面を検知するための装置である。本実施形態に係る液面検知装置は、自動分析装置に組み込まれているものとする。しかしながら、本実施形態に係る液面検知装置を組み込む装置は、自動分析装置に限定されず、如何なる装置に組み込まれても良い。また、液面検知装置は、単体の装置として設けられても良い。

【0011】

図１は、本実施形態に係る自動分析装置の概略的な構造を示す図である。図１に示すように、自動分析装置の筐体には、反応ディスク１１、サンプルディスク１３、第１試薬庫１５、第２試薬庫１７、サンプルアーム１９―１、サンプルプローブ２１―１、第１試薬アーム１９―２、第１試薬プローブ２１―２、第２試薬アーム１９―３、第２試薬プローブ２１―３、撹拌機構２３、測光機構２５、及び洗浄機構２７等が搭載されている。

【0012】

反応ディスク１１は、環状に配列された複数の反応管３１を保持する。反応ディスク１１は、既定の時間間隔で回転と停止とを交互に繰り返す。反応管３１は、例えば、ガラスにより形成されている。サンプルディスク１３は、反応ディスク１１の近傍に配置されている。サンプルディスク１３は、検体が収容された検体容器３３を保持する。サンプルディスク１３は、分注対象の検体が収容された検体容器３３が検体吸引位置に配置されるように回転する。第１試薬庫１５は、検体の測定項目に選択的に反応する第１試薬が収容された複数の第１試薬ボトル３５を保持する。第１試薬庫１５は、分注対象の第１試薬が収容された第１試薬ボトル３５が第１試薬吸引位置に配置されるように回転する。第２試薬庫１７は、反応ディスク１１の近傍に配置される。第２試薬庫１７は、第１試薬に対応する第２試薬が収容された複数の第２試薬ボトル３７を保持する。第２試薬庫１７は、分注対象の第２試薬が収容された第２試薬ボトル３７が第２試薬吸引位置に配置されるように回転する。

【0013】

反応ディスク１１とサンプルディスク１３との間にはサンプルアーム１９―１が配置される。サンプルアーム１９―１の先端には、サンプルプローブ２１―１が取り付けられている。サンプルアーム１９―１は、サンプルプローブ２１―１を上下動可能に支持している。また、サンプルアーム１９―１は、円弧状の回転軌跡に沿って回転可能にサンプルプローブ２１―１を支持している。サンプルプローブ２１―１の回転軌跡は、サンプルディスク１３上の検体吸引位置や反応ディスク１１上の検体吐出位置を通過する。サンプルプローブ２１―１は、サンプルディスク１３上の検体吸引位置に配置されている検体容器３３から検体をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の検体吐出位置に配置されている反応管３１に検体をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。

【0014】

また、サンプルアーム１９−１には液面検知装置２２−１が設けられている。液面検知装置２２−１は、超音波を送受波することにより、検体吸引位置に配置された検体容器３３に収容された検体の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−１は、必ずしもサンプルアーム１９−１に設けられている必要はない。液面検知装置２２−１は、サンプルアーム１９−１とは別体に設けられても良い。

【0015】

反応ディスク１１の外周近傍には第１試薬アーム１９―２が配置される。第１試薬アーム１９―２の先端には第１試薬プローブ２１―２が取り付けられている。第１試薬アーム１９―２は、第１試薬プローブ２１―２を上下動可能に支持する。また、第１試薬アーム１９―２は、円弧状の回転軌跡に沿って回転可能に第１試薬プローブ２１―２を支持している。第１試薬プローブ２１―２の回転軌跡は、第１試薬庫１５上の第１試薬吸引位置と反応ディスク１１上の第１試薬吐出位置とを通る。第１試薬プローブ２１―２は、第１試薬庫１５上の第１試薬吸引位置に配置されている第１試薬ボトル３５から第１試薬をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の第１試薬吐出位置に配置されている反応管３１に第１試薬をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。

【0016】

また、第１試薬アーム１９−２には液面検知装置２２−２が設けられている。液面検知センサ２２−２は、超音波を送受波することにより、第１試薬吸引位置に配置された第１試薬ボトル３５に収容された第１試薬の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−２は、必ずしも第１試薬装置１９−２に設けられている必要はない。液面検知装置２２−２は、第１試薬アーム１９−２とは別体に設けられても良い。

【0017】

反応ディスク１１の外周近傍には第２試薬アーム１９―３が配置される。第２試薬アーム１９―３の先端には第２試薬プローブ２１―３が取り付けられている。第２試薬アーム１９―３は、第２試薬プローブ２１―３を上下動可能に支持する。また、第２試薬アーム１９―３は、円弧状の回動軌跡に沿って回転可能に第２試薬プローブ２１―３を支持している。第２試薬プローブ２１―３の回転軌跡は、第２試薬庫１７上の第２試薬吸引位置と反応ディスク１１上の第２試薬吐出位置とを通る。第２試薬プローブ２１―３は、第２試薬庫１７上の第２試薬吸引位置に配置されている第２試薬ボトル３７から第２試薬をポンプ（図示せず）を利用して吸引し、反応ディスク１１上の第２試薬吐出位置に配置されている反応管３１に第２試薬をポンプ（図示せず）を利用して吐出する。

【0018】

また、第２試薬アーム１９−３には液面検知装置２２−３が設けられている。液面検知装置２２−３は、超音波を送受波することにより、第２試薬吸引位置に配置された第２試薬ボトル３７に収容された第１試薬の液面を検知する。なお、液面検知装置２２−３は、必ずしも第２試薬アーム１９−３に設けられている必要はない。液面検知装置２２−３は、第２試薬アーム１９−３とは別体に設けられても良い。

【0019】

反応ディスク１１の外周近傍には撹拌機構２３が配置される。撹拌機構２３は撹拌子２３ｓを装備している。撹拌機構２３は、撹拌子２３ｓを上下動可能に支持する。撹拌機構２３は撹拌子２３ｓにより、反応ディスク１１上の撹拌位置に配置された反応管３１内の検体と第１試薬との混合液、または、検体と第１試薬と第２試薬との混合液を攪拌する。以下、これら混合液を反応液と呼ぶことにする。

【0020】

図１に示すように、筐体内部の反応ディスク１１近傍には測光機構２５が設けられている。具体的には、測光機構２５は、光源部２１０と光検出部２２０とを有している。光源部２１０は、反応ディスク１１内の測光位置に向けて光を照射する。光源部２１０にはハロゲンランプや発光ダイオードが用いられる。光検出部２２０は、光源部２１０から照射され反応管３１及び反応液を透過した光を検出する。光検出部２２０は、検出された光の強度に応じた出力値を有する出力信号を生成する。出力信号は吸光度や測定項目の計測値等の計算に用いられる。

【0021】

反応ディスク１１の外周には洗浄機構２７が設けられている。洗浄機構２７は、洗浄ノズルと乾燥ノズルとを搭載している。洗浄機構２７は、反応ディスク１１の洗浄位置にある反応管３１を洗浄ノズルで洗浄し、乾燥ノズルで乾燥する。

【0022】

以下、本実施形態に係る自動分析装置に装備された液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３について詳細に説明する。本実施形態に係る液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３の構成及び動作は略同一である。従って、以下の説明において液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３として検体容器３３に収容された検体の液面を検知するための液面検知装置２２−１を例に挙げて説明する。なお、以下の説明において液面検知装置２２−１、２２−２、２２−３を特に区別せず、単に液面検知装置２２と表記する。また、サンプルプローブ２１−１、第１試薬プローブ２１−２、及び第２試薬プローブ２１−３を特に区別せず、分注プローブ２１と表記し、サンプルアーム１９−１、第１試薬アーム１９−２、及び第２試薬アーム１９−３を特に区別せず、分注アーム１９と表記する。

【0023】

ここで、従来例に係る液面検知装置の問題点について詳細に説明する。図１３は、従来例に係る液面検知装置の液面検知センサを模式的に示す図である。図１３に示すように、従来例に係る液面検知センサは、複数の超音波振動子１００を有している。複数の超音波振動子１００の送受波面１０１を囲うように筒状のガイド３００が設けられる。超音波振動子１００から発生された超音波は、ガイド３００の内側を伝播し、液面検知位置に配置された検体容器２００に向けて照射される。検体容器２００に収容された液面２０２等により反射された超音波は、ガイド３００の内側を伝播し、超音波振動子１００により受波される。

【0024】

超音波振動子１００から送波された超音波は、中心軸付近では直進するが、超音波振動子１００から離れるにつれて拡散する。しかし、ガイド３００を設けることにより、ガイド３００の無い場合よりも超音波の指向性を高めることができる。従ってガイド３００を設けない場合よりも、ガイド３００を設ける方が、より液面検知センサから離れた液面２０２を精確に検知することができる。さらに検体容器２００もその形態がガイドの役割を果たし、液面より上の検体容器２００の部分が、ガイド３００と同様の超音波集束効果を発揮する。このようにして液面２０２に到達した超音波は、液面２０２で反射し、超音波振動子１００により受波される。

【0025】

検体容器２００は概ね細径である。従って、検体の特性と検体容器２００の壁面の表面の状態とにより、図１４に示すように検体容器２００に含まれる検体の液面２０３がメニスカスを形成する、すなわち、凹面形状を有する場合がある。この場合、液面２０３により反射して超音波振動子１００により受波される超音波は、直進波Ｗ１と多重反射波Ｗ２との合成波を形成する。なお、直進波Ｗ１は、超音波振動子１００から直接的にメニスカス形状を有する液面２０３に到達し、液面２０３から直接的に超音波振動子１００に到達した超音波である。また、多重反射波Ｗ２は、液面２０３により反射し、当該液面２０３より上方の検体容器２００の壁面部分とガイド３００の内壁とで繰り返し反射しながら超音波振動子１００に到達する超音波である。直進波Ｗ１と多重反射波Ｗ２との合成波は、超音波振動子１００により受波される。

【0026】

図１５は、従来例に係る液面検知装置に関し、周波数４００ｋＨｚ及び直径１０ｍｍを有する超音波振動子で検体容器の液面を検知したときの受信信号のオシロスコープ画像の一例を示す図である。図１５のオシロスコープ画像の横軸は時間に規定され、縦軸は反射波の受信信号の電圧（受波電圧）に規定される。図１５において、ガイドはステンレスパイプであり、長さは５０ｍｍ、内径は１０ｍｍである。液面までの距離は、時刻Ａから時刻Ｂまでの時間差に音速の１／２を乗じることにより算出可能である。時刻Ａは超音波の送信時刻であり、時刻Ｂは反射波の受信開始時刻である。受信電圧の波形は、液面の周辺からの反射波も反映しており、図１５においては、実際の液面位置よりも近距離の位置にも受波電圧、すなわち、ノイズが確認される。

【0027】

また、特許文献３にも記載されているように、液面検知装置によって検体容器内の液面を検知する場合、特定の液面高さからの反射波の受信強度が減少し、反射波の検知が困難となる現象が発生する場合がある。特許文献３においては、検体容器の上端からの反射の影響のためと述べられている。

【0028】

本願発明者達は、液面検知センサでテストを行い、特許文献３と同様に反射波の受信信号の強度の減少を確認した。この現象を考察することにより、本願発明者達は、特許文献３に示された以外の当該強度の減少の理由を見出した。すなわち、検体が細径を有する検体容器に収容されたことで液面がメニスカス形状を形成し、液面上部の検体容器の内壁とガイドの内壁とにおいて超音波が多重反射する。そのために、液面が特定の高さにある場合、超音波振動子の送受波面において直進波と多重反射波とが弱めあう干渉を起こし、反射波の受信信号の強度が減少する。換言すれば、直進波と多重反射波とが超音波振動子の送受波面において互いに逆位相になる液面の高さの場合、反射波の受信信号の強度が低下してしまう。従って、この高さに液面がある場合、当該液面の検知精度が悪化してしまう。

【0029】

本実施形態に係る液面検知装置２２は、ガイドの内壁の先端部分に限定して吸音体を設けることにより、直進波と多重反射波との逆位相に起因する反射波の受信強度の劣化し、液面の検知精度を向上することを実現する。

【0030】

図２は、本実施形態に係る液面検知装置２２と分注プローブ１９とを概略的に示す模式図である。液面検知装置２２は、液面検知センサ５１を有する。液面検知センサ５１は、例えば、サンプルディスク１３に設定された検体吸引位置Ｐ１に設けられる。すなわち、検体吸引位置Ｐ１は液面検知位置を兼ねるものとする。

【0031】

図２に示すように、液面検知センサ５１は、基台５３を有している。基台５３には１又は複数の超音波振動子５５が支持されている。本実施形態では基台５３に複数の超音波振動子５５が設けられていることとする。超音波振動子５５は、超音波を送受波する。超音波振動子５５は、送信専用の振動子と受信専用の振動子とを有するタイプでも良いし、送受信用の振動子を有するタイプでも良い。超音波振動子５５としては、電極に挟まれた圧電セラミックを含む圧電振動子でも良いし、半導体基板に形成されたＭＵＴ（Micromachining Ultrasound Transducer：静電容量型トランスデューサ）素子でも良い。超音波振動子５５の表面は超音波の送受波面を形成する。

【0032】

基台５３には超音波振動子５５の送受波面を囲うようにガイド５７が取り付けられている。ガイド５７は、超音波振動子５５の送受波面を囲み一方向に延在する。ガイド５７は、中空形状を有している。ガイド５７は、超音波振動子５５から検体容器３３に収容された検体への超音波、又は検体容器３３に収容された検体から超音波振動子５５への超音波の指向性を高めるために設けられる。換言すれば、ガイド５７は、超音波振動子５５からの超音波、又は超音波振動子５５への超音波の伝播経路を空間的に制限するための構造物である。例えば、ガイド５７は筒形状を有している。ガイド５７は、例えば、超音波の反射率の高い金属等により構成される。

【0033】

ガイド５７の内壁には、吸音部材により形成された吸音体５９が設けられている。吸音体５９は、ガイド５７の内壁のうちの先端部に限定して設けられている。先端部とは、ガイド５７の中心軸に沿って超音波振動子５５とは反対側の部分を指すものとする。換言すれば、先端部とは、ガイド５７の開口側の部分である。吸音体５９の詳細については後述する。

【0034】

検体吸引位置Ｐ１には、液面検知センサ５１とは別に分注プローブ２１が設けられる。分注プローブ２１は、分注ポンプ６１にパイプ等の流路６３を介して接続されている。分注プローブ２１は、分注ポンプ６１により発生される吸引力により、検体吸引位置Ｐ１に設けられた検体容器３３内の検体を吸引し、分注ポンプ６１により発生される吐出力により、反応ディスク１１に設定された検体吐出位置に配置された反応管３１に検体を吐出する。

【0035】

なお、上記の説明において、検体吸引位置Ｐ１に液面検知装置２２が設けられるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。液面検知装置２２は、検体容器３３内の検体の液面を検知可能であれば、検体吸引位置Ｐ１ではなく如何なる位置に設けられても良い。

【0036】

図３は、本実施形態に係る自動分析装置の液面検知に係る機能ブロックを示す図である。図３に示すように、本実施形態に係る自動分析装置は、制御部７１を中枢として、液面検知装置２２、分注プローブ２１、分注アーム１９、アーム駆動部７３、ポンプ６１、及びポンプ駆動部７５を有している。液面検知装置２２は、液面検知センサ５１、送信部８１、受信部８３、及び液面高さ計測部８５を有している。

【0037】

上記の通り、分注プローブ２１は、分注アーム１９に所定の回転軌道に沿って回転可能に支持されている。また、分注プローブ２１は、分注アーム１９を昇降可能に支持されている。分注アーム１９は、アーム駆動部７３に接続されている。アーム駆動部７３は、例えば、分注アーム１９に設けられたモータ等により実現される。アーム駆動部７３は、制御部７１による制御に従って駆動して分注プローブ２１を回転軌道に沿って回転させたり、下降又は上昇させる。

【0038】

また、分注プローブ２１は、流路を介して分注ポンプ６１に接続されている。分注ポンプ６１は、ポンプ駆動部７５に接続されている。ポンプ駆動部７５は、例えば、分注アーム１９に設けられたモータにより接続される。ポンプ駆動部７５は、制御部７１による制御に従って駆動してポンプを作動し、分注プローブ２１に検体を吸引させたり、吐出させたりする。

【0039】

液面検知センサ５１には送信部８１と受信部８３とが接続されている。送信部８１は、制御部７１による制御に従って、液面検知センサ５１に含まれる超音波振動子５５に駆動信号を供給して当該超音波振動子５５から超音波を送波する。発生された超音波は、ガイド５７の内側を伝播して検体容器３３に向けて照射される。検体容器３３内の液面等により反射された超音波は、ガイド５７の内側を伝播して超音波振動子５５に受波される。受信部８３は、制御部７１による制御に従って、超音波振動子５５により受波された超音波の強度に応じた電気信号（受信信号）を発生する。発生された受信信号は、液面高さ計測部８５に供給される。液面高さ計測部８５は、超音波振動子５５により送波されてから超音波振動子５５により受波されるまでの時間と、超音波の伝播速度とに基づいて、超音波振動子５５から検体容器３３に含まれる検体の液面までの距離（以下、液面高さ情報と呼ぶ）を算出する。液面高さ情報は制御部７１に供給される。

【0040】

制御部７１は、アーム駆動部７３とポンプ駆動部７５とを同期的に制御し、検体吸引位置Ｐ１に分注プローブ２１を配置し、検体吸引位置Ｐ１に配置された検体容器３３に含まれる検体から所定量の検体を吸引する。この際、制御部７１は、液面高さ計測部８５からの液面高さ情報に応じてアーム駆動部７３を制御する。具体的には、制御部７１は、分注プローブ２１の先端の下降距離を液面高さ情報に対して繰り返し比較し、分注プローブ２１の先端の現在の高さに応じて分注プローブ２１の下降速度を制御する。例えば、制御部７１は、分注プローブ２１の先端が液面に到達する直前までは比較的高速で分注プローブ２１を下降させ、分注プローブ２１の先端が液面に到達してから所定の距離までは比較的低速で下降させ、当該所定の距離に到達したことを契機として分注プローブ２１を停止させる。同様に、制御部７１は、アーム駆動部７３とポンプ駆動部７５とを同期的に制御し、検体吐出位置に分注プローブ２１を配置し、検体吐出位置に配置された反応管３１に検体を吐出する。

【0041】

次に、本実施形態に係る液面検知センサ５１の構造及び効果について詳細に説明する。

【0042】

図４は、本実施形態に係る液面検知センサ５１の縦断面図である。図４に示すように、本実施形態に係る液面検知センサ５１は、ガイド５７を有している。ガイド５７は、機械的に安定性の高い部材、例えば、金属やプラスチックにより形成される。検体容器３３内の液面の高さに依らずに液面を検知可能なように、ガイド５７の長さＬ１と内径Ｒ１とが設定される。ここで、長さＬ１は、超音波振動子５５の送受波面からガイド５７の先端までの、ガイド５７の延在方向に沿う長さにより規定され、内径Ｒ１は、ガイド５７の内壁の直径により規定される。ガイド５７の延在方向は、例えばガイド５７が円筒形状を有している場合、回転対称軸である中心軸Ａ０に沿う方向である。

【0043】

ガイド５７の内壁には吸音体５９が設けられる。吸音体５９は、例えば、糊等の接着剤によりガイド５７に接着されても良いし、ガイド５７に嵌め込まれても良い。吸音体５９の材料としては、音波が反射しにくい多孔質部材が良い。ただし、本実施形態に係る吸音体の材料としては、多孔質部材に限定されず、発泡素材や本来は吸音を目的としない、例えば、紙等の吸水素材や吸油素材であっても良い。

【0044】

図４に示すように、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部に限定して設けられる。ここで、ガイド５７は、超音波振動子５５に近い側の端部と遠い側の端部とを有するが、先端部はガイド５７の超音波振動子５５から遠い側の端部である。すなわち、ガイド５７の延在方向に関する一端部には超音波振動子５５が設けられており、他端部の内側には吸音体５９が設けられている。吸音体５９をガイド５７の内壁の先端部に限定して設けることによる効果は以下の通りである。吸音体５９により反射された超音波は、吸音体５９により超音波が吸収又は透過されるため、ガイド５７の内壁により直接的に反射された場合に比して強度が減少する。ガイド５７の内壁の全面に吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する全ての超音波の強度が減衰してしまうため、直進波以外の超音波の強度が著しく減少してしまう。そのため、液面からの反射波の受信信号の強度が著しく減少し、ひいては、液面の検知精度が劣化してしまう。本実施形態のように、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する超音波のうちの多重反射する超音波を支配的に減衰させることができる。換言すれば、受信信号のうちの直進波の成分を多重反射の成分に比して強調させることが可能となる。従って、液面の検知精度の向上が実現する。また、ガイド５７の先端の開口部近傍においては、ガイド５７から放出される超音波による急激な圧力変動が生じる。この急激な圧力変動を軽減するため、ガイド５７の内壁の先端部に吸音体５９が設けられると良い。

【0045】

具体的には、ガイド５７の内径方向に沿う吸音体５９の厚みＴ２は、ガイド５７の内径Ｒ１の１０％以下に設定されると良い。ここで、内径方向とは、ガイド５７が円筒状である場合には、内壁の一点からガイド５７の回転中心となる中心軸に向かう方向である。また、延在方向（中心軸Ａ０）に関する吸音体５９の長さＬ２は、ガイド５７の長さＬ１の９０％以下に設定されると良い。換言すれば、ガイド５７の延在方向に関する吸音体５９の長さは、ガイド５７の延在方向において、超音波振動子５５の送受波面からガイド５７の先端までの長さの９０％以下である。より好ましくは、５０％以下である。また、吸音体５９は、ガイドに比して透過又は吸収しやすい材料で形成されると良い。換言すれば、吸音材はガイドに比して反射しにくい材料で形成されると良い。また、超音波の指向性を確保するため、ガイド５７の内壁において超音波が反射されると良い。そのため、吸音体５９の音響インピーダンスとガイド５７の音響インピーダンスとが異なるように吸音体５９の音響インピーダンスが選択・形成されると良い。具体的には、吸音体５９の音響インピーダンスは、吸音体５９の材料として使用可能な樹脂材の音響インピーダンスの値を包含可能な５×１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓ以下に設計されると良い。

【0046】

図５は、検査容器の内径が１５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図である。図６は、検査容器の内径が１１ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの各々の、液面高さ毎の電圧のグラフを示す図である。図５及び図６において、液面検知センサの先端から検体容器の開口までの距離は１５ｍｍに設定された。検体容器は、ガラス製の長さ１００ｍｍの試験管である。従来例に係る液面検知センサのガイドには吸音体が設けられておらず、本実施形態に係る液面検知センサのガイドの先端部には吸音体が設けられている。吸音体としてはクリーンルーム用清拭紙で、ガイドの先端から１０ｍｍの範囲に設けられた。吸音体は厚み０．１〜０．３ｍｍであった。ガイドはステンレス製であり、厚み１ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍであった。このように、本実施形態に係る吸音体の厚みは、ガイドの内径の１０％以下に設定され、延在方向に関する吸音体の長さは、ガイドの長さの９０％以下に設定されている。試験管内に検体を少しずつ滴下しながら本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとの受信信号の電圧値が記録された。試験管内の検体の液面はメニスカス形状を有していた。液面が試験管の底面から７５ｍｍ近傍の高さにある場合において、従来例に係る液面検知センサの受信信号の強度が、図５及び図６に示すように、大きく低下した。しかしながら、本実施形態に係る液面検知センサにおいては、液面高さによらず受信信号の電圧値が略均一であった。

【0047】

図７は、液面の高さが試験管の底面から７５ｍｍの場合における、本実施形態に係る液面検知センサと従来例に係る液面検知センサとのオシロスコープ画像を示す図である。図７の（ａ）は、従来例に係る液面検知センサにより受波された反射波の受信信号のオシロスコープ画像を示し、図７の（ｂ）は、本実施形態に係る液面検知センサにより受波された反射波の受信信号のオシロスコープ画像を示す。図７のオシロスコープ画像の横軸は時間に規定され、縦軸は反射波の受信信号の電圧に規定される。図７に示すように、従来例に係る液面検知センサの受信信号の時刻Ｂにおける電圧値は、他の時刻における電圧値（ノイズ）に近く、閾値により他の時刻における電圧値から識別しづらい。一方、本実施形態に係る液面検知センサの受信信号の時刻Ｂにおける電圧値は、他の時刻における電圧値に比して高く、閾値により他の時刻における電圧値から容易に識別できる。

【0048】

従って、本実施形態に係る液面検知装置のように、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けることにより、直進波と多重反射波との逆位相での重なりによる特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下を低減することが可能となる。

【0049】

なお、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部の全域に亘って設けられる必要はない。すなわち、吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部の一部に設けられれば良い。また、吸音体５９は一個の物体であっても良いし、複数の物体であっても良い。この場合、複数の吸音体５９は、ガイド５７の内壁の先端部に限定して設けられる。また、吸音体５９は、ガイド５７の内壁において不規則に設けられると良い。例えば、吸音体５９が不規則な形状に形成されると良い。あるいは、複数の吸音体５９がガイド５７の先端から異なる距離に設けられると良い。また、複数の吸音体５９が延在方向（中心軸Ｒ０）に沿って不定間隔あるいは延在方向（中心軸Ｒ０）回りに不定間隔に設けられたり、大きさや形状が異なるように形成されても良い。例えば、図８に示すように、吸音体５９−１と吸音体５９−２とは別個の物体であり、吸音体５９−１と吸音体５９−２とは、ガイド５７の先端から異なる距離に設けられている。吸音体５９の形状は、図８に示すような、ガイド５７の縦断面において突起形状であっても良いし、波形状であっても良い。また、吸音体５９に穴が形成されても良い。吸音体５９が規則的に設けられた場合、特定の液面高さからの反射波の受信信号が他の液面高さからの反射波の受信信号に比して強まってしまう場合がある。吸音体５９を不規則に設けることにより、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。

【0050】

なお、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させるために、ガイド５７に空隙が設けられても良い。例えば、図９に示すように、パンチングメタルのように、ガイド５７に複数の孔９１が設けられると良い。ガイド４７の内側を伝播する超音波は、複数の孔９１からを介して外部に放出される。複数の孔９１は、図９に示すように、規則的に設けられても良いし、不規則的に設けられても良い。例えば、複数の孔９１の大きさ及び形状をばらつかせることにより不規則性を高めても良いし、複数の孔９１の間隔をばらつかせることにより不規則性を高めても良い。複数の孔９１が不規則に設けられる場合、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。

【0051】

図１０、図１１、図１２に示すように、ガイド５７が間隙９２を空けて複数に分離されても良い。例えば、図１０、図１１、図１２に示すように、ガイド５７は、間隙９２を空けてガイド部分５７−１とガイド部分５７−２とに分離されている。間隙９２は、図１０に示すように、水平に設けられても良いし、図１１に示すように、非水平に設けられても良い。非水平に間隙９２が設けられる場合、直進波と多重反射波との位相のばらつきを増大させることができ、直進波と多重反射波との逆位相での重なりに起因する、特定の液面高さからの反射波の受信信号の急激な低下をより低減することが可能となる。また、間隙９２は、直線形状に限定されず、図１２に示すように、ジグザグ形状等の非直線形状を有しても良い。間隙９２は、螺旋形状であっても波形状等のその他の非直線形状であっても良い。なお間隙９２の幅（ガイド５７の延在方向（中心軸）に沿うガイド部分５７−１とガイド部分５７−２との間隔）は、ガイド４７の内側を伝播する超音波を間隙９２を介して外部に放出しやすくするため、超音波振動子５５から送波される超音波の波長よりも長い方が好ましい。

【0052】

上記の通り、本実施形態に係る液面検知装置は、超音波振動子５３は、超音波を送受波する。ガイド５７は、超音波振動子５３からの超音波又は超音波振動子５３への超音波の指向性を高めるための、中空形状を有する構造体である。吸音体５９は、ガイド５７の内壁のうちのガイド５７の先端部に限定して設けられる。

【0053】

この構成により、ガイド５７の内壁の先端部に限定して吸音体５９を設けた場合、ガイド５７の内側で反射する超音波のうちの多重反射する超音波を支配的に減衰させることができる。換言すれば、受信信号のうちの直進波の成分を多重反射の成分に比して強調させることが可能となる。

【0054】

かくして、本実施形態によれば、超音波を用いて容器内の液面を検知する液面検知装置及び自動分析装置において、液面の検知の精度を向上することが可能となる。

【0055】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0056】

１１…反応ディスク、１３…サンプルディスク、１５…第１試薬庫、１７…第２試薬庫、１９―１…サンプルアーム、１９―２…第１試薬アーム、１９―３…第２試薬アーム、２１―１…サンプルプローブ、２１―２…第１試薬プローブ、２１―３…第２試薬プローブ、２１―１…液面検知装置、２１―２…液面検知装置、２１―３…液面検知装置、２３…攪拌部、２３ｓ…攪拌子、２５…測光機構、２７…洗浄機構、３１…反応管、３３…検体容器、３５…第１試薬容器、３７…第２試薬容器、５１…液面検知センサ、５３…基台、５５…超音波振動子、５７…ガイド、５９…吸音体、６１…分注ポンプ、６３…流路、７３…アーム駆動部、７５…ポンプ駆動部、８１…送信部、８３…受信部、８５…液面高さ計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】