特許 6858099 分注システムおよびこれを備えた自動分析装置

(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】6858099

(24)【登録日】2021年3月25日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】分注システムおよびこれを備えた自動分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/10 20060101AFI20210405BHJP

【ＦＩ】

   G01N35/10 D

【請求項の数】10

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-160734(P2017-160734)

(22)【出願日】2017年8月24日

(65)【公開番号】特開2019-39731(P2019-39731A)

(43)【公開日】2019年3月14日

【審査請求日】2020年3月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】保富 裕二 アンドレ

(72)【発明者】

【氏名】時枝 仁

(72)【発明者】

【氏名】堀江 陽介

【審査官】 長谷 潮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−２０３００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５００２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５３９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０６２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０９６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２５３４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９２４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／１１０１５８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３５／００−３５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体の分注を行うノズルと、
前記ノズルに接続された配管と、
前記配管の基部に設けられた、水を貯留するタンクと、
前記配管に設けられた電磁弁と、
前記電磁弁と前記ノズルとの間に設けられ、前記ノズルの液体の分注量を制御するシリ
ンジポンプと、
前記電磁弁と前記タンクとの間に設けられた前記タンク内に貯留された水を前記シリン
ジポンプに向かって送液するポンプと、
前記シリンジポンプを制御するコントローラと、
を有する分注システムにおいて、
前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間に設けられた、前記ポンプが送液した水の温度
を測定する水温センサと、
前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間に設けられた、前記配管の温度を測定する配管
温度センサと、を有し、
前記シリンジポンプは、プランジャを備え、
前記コントローラは、前記水温センサと前記配管温度センサによって測定された夫々の
測定値に基づいて、前記プランジャの移動量を補正することで前記分注量を補正するよう前記シリンジポンプを制御し、
前記コントローラは、前記水温センサと前記配管温度センサによって測定された夫々の
測定値から水の体積変化量と前記配管内の容積変化量を求め、求めた前記体積変化量と前
記容積変化量に基づき前記移動量の補正を行うことを特徴とする分注システム。

【請求項2】

請求項１記載の分注システムにおいて、
さらに、分注量毎に前記プランジャの移動量が予め記憶されている記憶部を備え、
前記コントローラは、前記記憶部に予め記憶されている前記プランジャの移動量で分注
した場合に、前記体積変化量と前記容積変化量から実際の分注量が多いと判定する場合に
は前記移動量を少なくし、少ないと判定する場合には前記移動量を多くするよう前記プラ
ンジャの移動量を補正することを特徴とする分注システム。

【請求項3】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記コントローラは、前記水温センサと前記配管温度センサによって測定された測定値
の夫々をパラメータとして、前記シリンジポンプの前記プランジャの移動量を決定し、決定された当該移動量で前記プランジャを制御することを特徴とする分注システム。

【請求項4】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記コントローラは、前記水温センサと前記配管温度センサによって測定された測定値
の夫々をパラメータとして、前記分注量の補正量を計算することを特徴とする分注システ
ム。

【請求項5】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記液体の分注を行う際に前記ノズルは前記液体を吸引し、
前記ノズルが前記液体を吸引した後、かつ、前記液体の吐出を開始する前の間に測定された前記夫々の測定値に基づいて、前記コントローラは前記シリンジポンプを制御することを特徴とする分注システム。

【請求項6】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記水温センサと前記配管温度センサは夫々、前記電磁弁と前記シリンジポンプの略中央に配置されていることを特徴とする分注システム。

【請求項7】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記水温センサは複数であって、前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間の前記配管の両端に少なくとも夫々備えられ、
前記配管温度センサは複数であって、前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間の前記配管の両端に少なくとも夫々備えれることを特徴とする分注システム。

【請求項8】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記コントローラは、前記夫々の測定値と近似式を用いて、前記分注量を補正するよう前記シリンジポンプを制御することを特徴とする分注システム。

【請求項9】

請求項１記載の分注システムにおいて、
前記コントローラは、前記夫々の測定値を入力値として補正量を出力するテーブルを用いて、前記分注量を補正するよう前記シリンジポンプを制御することを特徴とする分注システム。

【請求項10】

請求項１記載の分注システムを備えた自動分析装置において、
前記液体は血液であることを特徴とする自動分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サンプルや試薬の分注量を目標量に補正する分注システム、又は、血清や尿などのサンプルと試薬を混ぜ合わせることで成分分析を行う自動分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動分析装置では、サンプルや試薬の分注（液体の取り分け）を行う分注ユニットが複数台搭載される。分注ユニットは、特許文献１のように細長い金属製ノズルと、シリンジポンプと、電磁弁と、タンクを配管で接続した流路系を持つ。自動分析装置では、分注量が検査精度に影響するため、目標値通りに分注できることが望ましい。しかしながら、前述のような流路構成の分注ユニットにおいては、環境温度（室温とも言う）あるいは流路部品の温度変化により流路内の液の変動が発生し、分注量がばらつく問題がある。そのため、特許文献１のように、流路部品に温度センサを取り付け、測定した温度に基づいてシリンジポンプの移動量を補正することで分注量を一定にする手段が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２０３００９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

シリンジポンプの移動量を補正して分注量を一定とする分注ユニットでは、流路内の液の変動量を正確に把握する必要がある。しかし、一部の部品温度やタンク内の水温だけを測定した場合、温度分布によっては変動量を正確に把握することは難しい。

【0005】

本発明は、流路内の液体の変動量を精度高く推定し、推定した変動量に基づきシリンジポンプを制御する分注システムに関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

代表的な本発明は、液体の分注を行うノズルと、前記ノズルに接続された配管と、前記配管の基部に設けられた、水を貯留するタンクと、前記配管に設けられた電磁弁と、前記電磁弁と前記ノズルとの間に設けられ、前記ノズルの液体の分注量を制御するシリンジポンプと、前記電磁弁と前記タンクとの間に設けられた前記タンク内に貯留された水を前記シリンジポンプに向かって送液するポンプと、前記シリンジポンプを制御するコントローラと、を有する分注システムにおいて、前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間に設けられた、前記ポンプが送液した水の温度を測定する水温センサと、前記電磁弁と前記シリンジポンプとの間に設けられた、前記配管の温度を測定する配管温度センサと、を有し、前記コントローラは、前記水温センサと前記配管温度センサによって測定された夫々の測定値に基づいて、前記シリンジポンプを制御する分注システムである。

【0007】

本発明の分注システムは、水温センサと配管温度センサとの組み合わせとなる１つ以上の温度測定手段を電磁弁とシリンジポンプの間の流路（配管）に配置し、この温度測定手段は配管と内部の温度（内部は水温）の少なくとも２点を測定する構成であることが特徴である。配管および内部の温度から、配管と内部の液体の膨張・収縮量をそれぞれ推定することで、液体を吸引してから吐出するまで間の分注機構の水と配管の熱膨張・収縮の差（以下、体積変化量という）を推定できる推定手段を有する。この推定手段で推定した体積変化量と目標分注量との差から、シリンジポンプの移動量を補正することで分注量のばらつきを抑制することができる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、配管の表面および内部の水温から体積変化量を推定することで、タンク内の水温と室温による分注ユニットの流路温度に差がある状態において、分注量のばらつきを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明にかかる自動分析装置の構成例（上面図）である。

【図2】本発明にかかる分注システムの一例である。

【図3】本発明にかかる分注システムの制御ブロックの一例である

【図4】本発明にかかる分注システムのタイミングチャートの一例である。

【図5】本発明にかかる分注システムの補正処理フローチャートの一例である。

【図6】本発明にかかる分注システムの電磁弁とシリンジポンプとの間の配管温度および水温の変化と体積変化の波形の測定結果の一例である。

【図7】本発明にかかる分注システムのノズル液面変位に対する水温と配管温度変化の影響の説明図である。

【図8】本発明にかかる分注システムの分注量のずれに対する水や配管の熱膨張・収縮の影響の説明図である。

【図9】本発明にかかる分注システムの流路の複数位置の配管温度および水温変化の測定結果の一例である。

【図10】第１実施形態の分注システムの温度センサの配置の一例である

【図11】第２実施形態の分注システムの温度センサの配置の一例である

【図12】第３実施形態の分注システムの温度センサの配置位置の一例である

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の形態を図面に従い説明する。

【実施例1】

【0011】

本発明にかかる第１の実施形態を図１から図１０を参照し説明する。

【0012】

図１は実施例１の自動分析装置の構成を示す図である。図１(ａ)は自動分析装置の上面を示す。図１(ｂ)は試薬分注機構１４の側面を示す。図１(ｃ)はサンプル分注機構１５の側面を示す。

【0013】

自動分析装置１０は、試薬容器１１を複数搭載する試薬ディスク１２と、試薬とサンプルを混ぜ合わせて反応を測定する反応ディスク１３と、試薬の吸引や吐出を行う試薬分注機構１４と、サンプルの吸引や吐出を行うサンプル分注機構１５から構成される。試薬分注機構１４は試薬を分注するための試薬ノズル１６を備え、サンプル分注機構１５はサンプルを分注するためのサンプルノズル１７（以下、ノズル１７とも言う）を備える。装置に投入されたサンプルは、サンプル容器（試験管）１８に入れた状態で、ラック１９に搭載されて搬送される。ラック１９には複数のサンプル容器１８が搭載される。なお、サンプルは血清や全血などの血液由来のサンプル又は尿などである。

【0014】

サンプル分注機構１５は、ノズル１７を、サンプル容器１８からサンプル吸引を行う吸引位置、反応セル２０（以下、セル２０とも言う）に吐出を行う吐出位置、および、ノズル１７の先端を水で洗い流す洗浄槽２１がある洗浄位置へ回転動作によって移動させる。さらに、サンプル分注機構１５は、吸引位置、吐出位置、および洗浄位置ではサンプル容器１８、セル２０、洗浄槽２１のそれぞれの高さに合わせて、ノズル１７を下降させる。

【0015】

自動分析装置は、セル２０内に収容されたサンプルと試薬との混合液を測光することで、サンプル内の所定成分の濃度などを分析する。サンプル分注機構１５の移動やラック１９の搬送などは、全てモータ（図示せず）で行い、自動分析装置１０内にあるコントローラ２２で制御される。例えば、コントローラ２２は制御基板である。また、分析したサンプル内の所定成分の濃度などは記憶部２３に記憶される。例えば、記憶部２３はハードディスクなどの記憶媒体である。

【0016】

図２は分注システムの一例である。図２(ａ)は分注システム全体を示す図であり、図２(ｂ)は温度センサ２１２を拡大した図である。

【0017】

分注システムは、液体の分注を行うノズル１７と、ノズルに接続された配管２０６と、配管の基部に設けられた、水を貯留するタンク２０５から少なくとも構成される。さらに、分注システムは、配管２０６に設けられた電磁弁２０３と、電磁弁２０３とノズル１７との間に設けられノズル１７の液体の分注量を制御するシリンジポンプ２０２と、電磁弁２０３とタンク２０５との間に設けられた当該システム水タンク内に貯留された水をシリンジポンプ２０２に向かって送液するポンプ２０４を有する。タンク２０５はいわゆるシステム水を貯留するシステム水タンクでありノズル内を洗浄するため等に用いられ、ポンプ２０４は例えばギアポンプである。

【0018】

また、分注システムは、電磁弁２０３とシリンジポンプ２０２との間に設けられた温度センサ２１２と、シリンジポンプ２０２などを制御するコントローラ２１１（２２）を有し、コントローラ２１１は、当該温度センサ２１２によって測定された測定値に基づいて、シリンジポンプ２０２を制御することができる。詳細については後述する。

【0019】

本実施例では、サンプル分注機構１５を例に分注流路を説明する。例えば、分注する液体は尿や血液などの生体試料である。分注流路は、ノズル１７と、圧力計２０１と、シリンジポンプ２０２と、電磁弁２０３と、ポンプ２０４と、タンク２０５から構成され、各部品は配管２０６で接続する。また、シリンジポンプ２０２は、容器２０７と、プランジャ２０８と、ボールねじ２０９と、駆動モータ２１０で構成される。駆動モータ２１０は、サンプル分注機構１５などを駆動するモータと同様にコントローラ２１１で制御される。

【0020】

ノズル１７から液体を吸引するときは、電磁弁２０３を閉にした状態で、シリンジポンプ２０２内のプランジャ２０８を引き、ノズル１７から液体を吐出するときは、電磁弁２０１を閉にした状態で、シリンジポンプ２０２内のプランジャ２０８を押す。以上のプランジャ２０８の動作によって、配管内の液が押し引きされてノズル１７で分注が行える。液体の吸引や吐出は、電磁弁２０３からノズル１７内まで水で満たされ、且つ、サンプルとなる液体と水とが干渉しないように液体と水とが空気層で分離された状態で行われる。

【0021】

また、分注後にはノズル１７の洗浄を行う。洗浄は分注するサンプル個体が異なるときに行うが、数回分注を繰り返した場合も１回洗浄することが多い。ノズル１７を洗浄するときは、外部の洗浄は洗浄槽２１で行い、内部の洗浄は電磁弁２０３を開にして水をポンプ２０４で送り出すことで行う。

【0022】

以上のような従来の分注流路に加え、本実施例では、電磁弁２０３とシリンジポンプ２０２の間の流路に、温度センサ２１２を少なくとも１つ以上設けられることを特徴とする。温度センサ２１２は、図２（ｂ）に示すように、配管の温度を測定する配管温度センサ２１３と配管内の水の温度を測定する水温センサ２１４から構成される。配管温度センサ２１３は配管表面の温度を測定し、水温センサ２１４はポンプ２０４が送液した水の温度を測定することができる。配管温度センサ２１３と水温センサ２１４は夫々、電磁弁２０３とシリンジポンプ２０２の間に設けられていればよいが、図示するように近接した配置が望ましい。図ではこれらのセンサが配管内の液体流路に対して垂直方向の同一平面内に配置されている例である。

【0023】

温度センサ２１２は、コントローラ２１１と接続され、夫々のセンサの温度測定データはコントローラ２１１（２２）内の記憶部２３に適宜取り込まれる。取り込んだ温度データを基に推定した配管内の水の変動量は、コントローラ２１１内で計算され、既定の移動量に補正量を合せた移動量をシリンジポンプ２０２の駆動モータ２１０に与えることで分注量を補正することができる。なお、既定の移動量は、分注量毎に定められた移動量であり予め記憶部２３に記憶されている。

【0024】

温度センサ２１２の配置と数に関しては、後述する複数の推定手段などによって異なるため、詳細は後述の推定手段と併せて説明する。

【0025】

図３は本実施例の分注システムの制御ブロックの一例である。図３では、分注システムに関係する分注機構に関連する処理に関してのみ図示・説明する。なお、本実施例では、サンプル分注機構１５（以下、分注機構１５とも言う）を例に説明するが、試薬分注機構１４においても同様に実施可能である。

【0026】

コントローラ２１１である制御基板内に割り当てられる分注装置制御部３００には、分注機構の分注シーケンスを処理する分注シーケンス処理部３０１と、分注シーケンスデータ３０２とがあり、分注機構１５や試薬ディスク１２などの制御は分注シーケンスデータ３０２を基に管理される。分注シーケンス処理部３０１は、分注動作制御部３０３に指令することで分注機構１５および該当分注機構の流路系の部品（シリンジポンプ２０２、電磁弁２０３、ポンプ２０４）に指令を出すことができる。分注動作制御部３０３では制御量や制御時間などの情報は、分注動作パラメータ３０４を利用する。分注動作制御部３０３からの指令値は、モータ制御部３０５やシリンジ制御部３０６、電磁弁制御部３０７、ポンプ制御部３０８を介して、各アクチュエータを制御する。ただし、モータの場合は、モータ駆動部（モータアンプ）３３０を更に介してモータに指令電流値が送られる。

【0027】

本実施例の分注システムは、分注動作制御部３０３からの指令値に加え、分注量補正部３１０が分注動作パラメータ３０４に登録されたモータ駆動部３３０の移動量を増減できる。この補正のタイミングに関しては後述する。分注量補正部３１０は、温度測定部３１１が取り込んだ温度センサ２１２の温度測定値を基に、サンプル吐出時に必要な補正量を計算する。

【0028】

分注シーケンス処理部３０１は、上位通信処理部３２０を介して上位計算機３２１との通信を行うことが可能で、ユーザからの指示や他機能で観測された異常などで分注機構および各制御部の停止やリセットなどの処理指令を受け取ることができる。

【0029】

以上の構成によれば、温度センサ２１２で測定した温度データを基に、必要な補正量を計算しシリンジポンプ２０２の移動量に反映した制御を行うことが可能である。

【0030】

図４は本実施例の分注システムのタイミングチャートの一例である。下段はノズルステータスを示しノズルを洗浄した後に２回分注動作を行い、その後ノズルを洗浄する例である。上段は補正処理のタイミングを示し補正量を計算するタイミングを示している。

【0031】

図４で示すように、ノズル洗浄の後、吸引と吐出を複数行う。通常の分注では、吸引と吐出時のプランジャの移動量（以下、シリンジの移動量とも言う）は分注量毎に決まっており、分注動作パラメータ３０４に登録された移動量を移動する。当該移動量は記憶部２３に記憶されている。シリンジポンプのプランジャの移動量の補正を行う場合、吸引完了時から吐出開始時の直前まで補正量計算の処理を行い、補正量計算結果をシリンジの移動量を増減するためにシリンジ制御部（コントローラ２２）に出力する。これによって、吐出時には、記憶部２３に記憶されているシリンジの移動量に対して補正量計算結果を反映させて、移動量を補正することができる。言い換えると、コントローラはプランジャの移動量を補正することで分注量を補正することができる。このように、ノズル１７が液体を吸引した後、かつ、液体の吐出を開始する前の間に測定された夫々の測定値に基づいて、コントローラはシリンジポンプを制御することが望ましい。なお、シリンジ制御部に出力するタイミングとしてノズルの吐出動作の直前が望ましいが吸引と吐出のタイミングの間で出力できればよい。

【0032】

図５に補正処理のフローチャートの一例を示す。補正量の計算では、水および配管の温度データ収集６０３と、測定値に基づく体積変化量（熱膨張量）の計算６０４を吐出時まで繰り返す。吐出開始時の直前に、計算した体積変化量に基づいて補正量が計算され、シリンジ移動量に追加・削減するための補正量がシリンジ制御部３０６に出力される。

【0033】

まず、ノズル１７を洗浄後にサンプル（又は試薬）となる液体の吸引が開始される。液体の吸引が完了すると、配管温度・水温データの収集が行われる（６０１〜６０３）。収集したデータを基に体積変化量（熱膨張量）の計算が行われる（６０４）。吐出開始直前になると体積変化量計算から補正量の推定がなされる（６０６）。すなわち吐出開始直前まで体積変化量の計算が繰り返される。推定した補正量に基づきシリンジ制御部３０６にシリンジ（プランジャ）の補正量が出力される（６０７）。

【0034】

当該シリンジの補正量に基づきシリンジポンプを制御することで配管温度および水温を反映した分注量の補正を行うことができる。このように、例えば図５のフローチャートで示したように、コントローラは、水温センサと配管温度センサによって測定された夫々の測定値に基づいて、分注量を補正するようシリンジポンプを制御する。

【0035】

図６に電磁弁とシリンジポンプとの間の配管温度および水温の変化と体積変化の波形の測定結果の一例を示す。

【0036】

図６（ａ）と（ｃ）は、図４に示すように、２回連続した分注時の電磁弁付近からの配管温度および水温の変化、図６（ｂ）と（ｄ）は、水と配管の熱膨張・収縮の差と言う体積変化量（熱膨張量とも言う）の測定結果の例である。図６（ａ）や（ｂ）では電磁弁付近の水温は１３℃と設定しており、図６（ｃ）や（ｄ）では３５℃と設定した。

【0037】

分注機構を２５℃の部屋で操作していたため、電磁弁付近の水温と室温の差は−１２℃と＋１０℃であった。水と配管の熱膨張は電磁弁とプローブ１７の間に分注量に影響を与えるため、電磁弁から入った水の温度を条件パラメータとして本実施例では説明する。また、分注機構の温度は水温によって経時的に変わるため、温度が一定になっている室温を別のパラメータとして本実施例で説明する。

【0038】

例えば、図４のように連続して２回分注を行う動作では、ノズル１７を洗浄した後に吸引と吐出を２回繰り返す。ノズル１７の洗浄では、ノズル１７内外を前述の通り洗浄するが、ノズル１７内の洗浄を行うときに、タンク２０５からポンプ２０４の駆動によって一定量の水を送り出す。このとき、タンク２０５内の水温は、タンク２０５に供給する上水の水温（あるいは施設外にある純水設備等の水温）に影響される。

【0039】

つまり、タンク２０５内の水温と、分注機構の流路（配管）の水温は異なる。そのため、ノズル洗浄後には図６（ａ）に示す通り、一時的に配管内の温度が低下（あるいは図６（ｃ）に示す通り、タンク水温が高い場合は上昇）する。その後は、流路周囲の温度によって、配管内の水温は上昇（あるいは低下）し、配管自体の温度は水温変化とは逆に低下（あるいは上昇）する。以上のような温度変化が発生するため、配管と水の膨張・収縮が発生する。

【0040】

特に、洗浄直後には流路周囲とタンク２０５内の水温差によって、配管および水の膨張・収縮の変化が生じる。図６（ｂ）に示す通り、体積変化量(熱膨張量)が、液体の吸引から吐出の間に発生すると、その差分が分注量の目標値からのずれとなる。本実施例は、この差分を測定した配管温度および水温から推定し、シリンジポンプのプランジャの移動量として補正するものである。なお、配管の例として、弾性変形し易い可撓性のチューブが挙げれられる。また、代表的な材質としてはフッ素樹脂などの樹脂素材やシリコン素材が挙げられる。

【0041】

本分注機構の水と配管の体積変化量を分かれて測定するのは困難であるが、ノズル１７は温度変化が行う場所から離れていれば、ノズル１７内の液面変位（水と空気との界面の変位）から水と配管の差（体積変化量）を測定することが可能である。

【0042】

液面変位の測定方法としては、マイクロスコープ観察（透明ノズルの場合）、ノズルキャパシタンス変化測定、超音波距離センサなど挙げられる。以下、配管と水の熱膨張による分注ばらつきのメカニズムをより明確に説明するため、ノズル１７内の液面変位を使用する。

【0043】

図７はノズル１７内の液面変位に対する水温と配管温度変化の熱膨張・収縮による影響を説明する図である。図７（ａ）に示すように配管温度が上昇する場合、配管の熱膨張により内部体積が広がるため、吸引が行われているかのように液面はノズル１７の内方向に変位する。逆に、図７(ｂ)に示すように配管温度が低下する場合、配管の熱収縮により内部体積が縮まるため、吐出が行われているかのように液面はノズル１７の外方向に変位する。

【0044】

一方、水の場合、逆の現象が生じる。図７(ｃ)に示すように水の温度が上昇する場合、水の熱膨張により水の体積が増加するため、吐出が行われているかのように液面はノズル１７の外方向に変位する。逆に、図７(ｄ)に示すように水の温度が低下する場合、水の熱収縮により水の体積が減少するため、吸引が行われているかのように液面はノズル１７の内方向に変位する。

【0045】

なお、上記記載のような現象は、ノズル１７周辺では温度変化が生じていない場合の説明であり、温度変化が生じる場合、ノズル１７の体積変化は液面変位に影響与えるため、現象が変わることもある。また、水と配管の温度は同時に変化するため、液面変位は配管と水の体積変化の差である。水と配管の両方に同じ温度変化が発生する場合、液面変位は熱膨張係数の差によって決まる。

【0046】

図８は分注量のずれに対する水や配管の熱膨張・収縮の影響の説明する図である。図８（ａ）に示すように分注システムは定常温度である場合、水及び配管の熱膨張・収縮が発生しない。このため、吸引と吐出の間に液面変位が生じない。従い、シリンジポンプ２０２（以下、シリンジ２０２とも言う）のプランジャ２０８が予め決まっている移動量を移動すれば、目標量Ｖを吐出する。

【0047】

ただし、図８(ｂ)に示すように水の熱膨張及び配管の熱収縮が発生している間分注を行う場合、吸引と吐出の間に液面がノズル１７の外側方向に変位するため、余分量がノズル１７の先端にたまってしまい、シリンジ２０２のプランジャ２０８が予め決まっている移動量を移動すれば、目標量Ｖより多いサンプルを吐出してしまう。一方、図８(ｃ)に示すように水の熱収縮及び配管の熱膨張が発生している間分注を行う場合、吸引と吐出の間に液面がノズル１７の内側方向に変位するため、ノズル１７先端に空気が入ってしまい、シリンジ２０２のプランジャ２０８が予め決まっている移動量を移動すれば、目標値Ｖより少ないサンプルを吐出してしまう。

【0048】

従い、水および配管の温度を考慮してプランジャ２０８の移動量を補正して吐出量を目標値Ｖに近づけられるよう補正することが分注ばらつきを抑制する上で重要となる。すなわち、コントローラは、水温センサと配管温度センサによって測定された夫々の測定値から水の体積変化量と配管内の容積変化量を求め、求めた体積変化量と容積変化量に基づき移動量の補正を行うことが望ましい。

【0049】

具体的には、分注量毎にプランジャの移動量が予め記憶されている記憶部を備え、コントローラは、記憶部に予め記憶されているプランジャの移動量で分注した場合に、体積変化量と容積変化量から実際の分注量が多いと判定する場合には移動量を少なくし、少ないと判定する場合には移動量を多くするようプランジャの移動量を補正することが望ましい。

【0050】

図９（ａ）と（ｂ）は連続分注時の流路の複数位置における配管温度および水温の測定結果の一例である。各図では、シリンジ２０２と圧力計２０１の間、電磁弁とシリンジ２０２の間、電磁弁とシリンジの間に、夫々温度センサ２１２を、配置した場合における、各配管温度センサ２１３と水温センサ２１４の測定値の経時変化を示している。

【0051】

例えば、プローブ洗浄時に配管２０６の温度より低い水が流れた場合、図９（ａ）のような温度変化となる。プローブ洗浄時に配管２０６の温度より高い水が流れた場合、図９（ｂ）のような温度変化となる。水と配管２０６の温度の変化は、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間（電磁弁付近）の配管２０６がもっとも大きい。したがって、室温と供給水温による体積変化量もしくは分注機構を一定量に吐出できるようの移動量の補正量を推定するためには、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間（電磁弁付近）で温度測定をすることが効果的である。但し、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間（シリンジ付近）も温度変化は比較的大きいため少なくとも、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間に温度センサ２１４（配管温度センサ２１３と水温センサ２１４）を設けることで精度の高い補正が可能となる。

【0052】

図１０は、本実施例の温度センサ２１２の配置の一例である。本実施例では、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管２０６の中央の水温および配管温度から液面変位を推定する。図９で示すように、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管の温度は他の配管よりも変化するため、本実施例では電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管の中央で温度測定する。また、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管２０６の中央の温度を測定することにより、その配管２０６全体に沿った温度変化の平均に近い温度変化を測定できる。中央とは略中央を意味し例えば、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管を均等に３分割したときの中央に配置されることを意味する。図１０の温度センサ２１２の水温と配管温度及び数式１を用いることで、補正量を推定する。

【0053】

【数1】

【0054】

上記の数式において、ΔＬは補正量、Ｖｏは電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管内部容積、ΔＶｗはＶｏを満たす水の温度変化による体積変化、ΔＶｐは配管の温度変化による変形に起因するＶｏの変化である。また、Ａplungerはシリンジ２０２のプランジャ２０８の断面積、βｗは水の熱膨張係数、βｐは配管の熱膨張係数、Tｗは水の温度、Tｐは配管の温度、iは時間周期、nは吸引と吐出の間の時間周期数である。この数式は、水温センサ２１４と配管温度センサ２１３の夫々の測定値から水と配管２０６の熱膨張を計算し、水と配管２０６の体積の差つまり分注量のずれを計算し、それをプランジャ２０８の断面積Ａplungerに割ることによって、補正量ΔＬを推定できる。

【0055】

この計算を図５の配管温度・水温データ収集と体積変化の計算（６０３、６０４）として実施する。これにより吐出開始直前において補正量ΔＬを推定することができ、シリンジ制御部に補正量を出力することができる（６０６、６０７）。従い、液体の吐出時には、シリンジのプランジャの移動量の補正を行った状態で液体の吐出を行うことができる。

【0056】

以上のように、本実施例の分注システムによれば、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管の中央で測定された配管２０６の表面および内部の水温からノズル内の液位を推定することで、タンク内の水温と分注ユニットの流路に温度差がある状態において、分注ばらつき（分注量のずれ）を抑制することができる。

【0057】

以下に実施例１と温度センサ配置・推定手段が異なる２つの実施例を示す。

【実施例2】

【0058】

本発明にかかる第２の実施形態を図１１を参照し説明する。

【0059】

図１１は本実施例の温度センサ２１２の配置例である。本実施例では、電磁弁２０３付近とシリンジ２０２付近に温度センサ２１２を２つ設け、これらのセンサの測定値である配管２０６および水の温度から数式２を用いて補正量を推定する。言い換えれば、夫々のセンサは、電磁弁と前記シリンジポンプとの間の配管の両端に備えられている。両端とは、例えば、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管を均等に３分割したときの中央を除く左右に配置されることを意味する。

【0060】

【数2】

【0061】

上記の数式において、添字の1は電磁弁２０３付近の測定値であり、添字の２はシリンジ２０２付近の測定値である。この数式では、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間の配管２０６全体に沿った温度変化を、電磁弁２０３付近とシリンジ２０２付近の温度変化測定値の平均により近似する。本実施例の推定手段は、電磁弁２０３とシリンジ２０２の間の配管２０６の２箇所から配管２０６全体に沿った温度変化の平均を計算するため、実施例１の推定手段よりも精度が良い。

【0062】

この計算を図５の配管温度・水温データ収集と体積変化の計算（６０３、６０４）として実施する。これにより吐出開始直前において補正量ΔＬを推定することができ、シリンジ制御部に補正量を出力することができる（６０６、６０７）。

【0063】

以上のように、本実施例の分注システムによれば、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管の両端で測定された配管２０６の表面および内部の水温から補正量を推定することで、タンク内の水温と分注ユニットの流路に温度差がある状態において、分注ばらつきを抑制することができる。実施例１と２の設定で分注ばらつきが８０％以上抑制できる効果が得られる。

【実施例3】

【0064】

本発明にかかる第３の実施形態を図１２を参照し説明する。

【0065】

図１２は実施例３の温度センサ２１２の配置例である。本実施例では、電磁弁２０３付近の水温と配管温度を測定する。本実施例の温度センサの配置に対しては、２つの推定手段が利用できる。本実施例は洗浄直後だけの温度測定が行われる。本実施例においては、室温センサ１２０１で室温も測定すると、更に正確な推定が得られる。本実施例は熱拡散計算手段もしくはテーブル化手段を利用する。

【0066】

熱拡散計算手段では、測定された水温と配管温度を次式の円柱座標の２次元非定常熱拡散方程式の初期値として使用し、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間の配管２０６全体に沿った水および配管２０６の経時的な温度変化を数式３の数値的方法で計算する。

【0067】

【数3】

【0068】

この式において、αは熱拡散率、xは配管２０６に沿った距離、rは配管２０６の断面の中心からの半径方向の距離である。

【0069】

前記の数式３で温度を計算することで、補正量を次式の数式４で計算することができる。

【0070】

【数4】

【0071】

上式において、jは温度変化が計算された位置の数である。

【0072】

テーブル化手段は、水と配管の初期温度に依存する体積変化量をテーブル化することで液面変位を推定する。テーブル化には、下記数式５の近似式を用いて実測の体積変化量カーブをフィッティングすることが可能である。

【0073】

【数5】

【0074】

近似式のパラメータＡや、Ｂ、Ｃをテーブルに保存することで、実測と同じ温度条件が発生すれば、体積変化量を再構築（推定）をすることができる。補正量は吸引と吐出の間の体積変化量から求める。

【0075】

なお、テーブル化手段を使用するには、自動分析装置が受ける様々の温度条件のパラメータを集計する必要がある。また、システムの構造が変更された場合は、再度パラメータを集計する必要がある。

【0076】

以上のように、本実施例の分注システムによれば、電磁弁２０３付近の配管２０６の表面および内部の水温から補正量を推定することで、タンク内の水温と分注ユニットの流路に温度差がある状態において、分注ばらつきを抑制することができる。

【0077】

温度センサ２１２の配置について、図１０〜１２で例を説明したが特許請求の範囲に記載された発明はこれらの配置に限定されるものではない。電磁弁２０３とシリンジ２０２との間に配管温度センサ２１３と水温センサ２１４とが配置される限りにおいて様々な配置が可能である。なお、先に言及したようにこれらのセンサは近接した配置が好ましいがこれに限るものではない。

【0078】

また、温度センサ２１２の数に関しては、１組の例と２組の例を示したが、数については特に限定はない。３組以上を電磁弁２０３とシリンジ２０２との間に配置してもよい。数が少なければ部品点数が少なくできるというメリットがある。一方、電磁弁２０３とシリンジ２０２との間以外に配置しても構わない。この間以外でも熱膨張による体積変化が生じるためこの体積変化も補正量に反映することでより精度高く分注量を補正することができる。例えば、シリンジ２０２とノズル１７の間に配置してもよい。

【0079】

また、補正量を計算する上で様々な温度センサ２１２の配置例と適用する近似式の例を示した。最良と考えられる組み合わせを示したがこれに限定されるものではなく適宜、定数を足したり掛けたり合理的な範疇で近似式の変更が可能であり、変更した近似式を用いて補正量を計算してもよい。また、温度センサ２１２の配置についても適宜変更可能である。近似式を用いるのであれば、少なくとも配管の熱膨張と水の熱膨張とを加味する近似式であればよい。

【0080】

また、近似式に限られるものではなく予め水温センサと配管温度センサの測定値と補正量との関係を表すテーブルを記憶部に記憶しておき、水温センサと配管温度センサの測定値を入力値とすることで補正量を出力してもよい。

【0081】

すなわち、近似式やテーブルを用いる場合のいずれであっても、コントローラは、水温センサと配管温度センサによって測定された測定値の夫々をパラメータとして、シリンジポンプのプランジャの移動量を決定し、決定された当該移動量でプランジャを制御することが望ましい。言い換えれば、コントローラは、水温センサと配管温度センサによって測定された測定値の夫々をパラメータとして、分注量の補正量を計算することが望ましい。なお、さらに補正量の精度を高めるために室温センサの測定値をパラメータや入力値としてもよい。

【0082】

また、本発明にかかる分注システムの適用例として生化学自動分析装置の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、免疫自動分析装置、凝固自動分析装置、遺伝子自動分析装置など分注ばらつきの抑制することでメリットがある様々な自動分析装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0083】

１０ 自動分析装置
１１ 試薬容器
１２ 試薬ディスク
１３ 反応ディスク
１４ 試薬分注機構
１５ サンプル分注機構
１６ 試薬ノズル
１７ サンプルノズル
１８ サンプル容器
１９ サンプルラック
２０ 反応セル
２１ 洗浄槽
２２ コントローラ
２３ 記憶部
２０１ 圧力計
２０２ シリンジポンプ
２０３ 電磁弁
２０４ ポンプ
２０５ タンク
２０６ 配管
２０７ シリンジ容器
２０８ プランジャ
２０９ ボールネジ
２１０ 駆動モータ
２１１ コントローラ
２１２ 温度センサ
２１３ 配管温度センサ
２１４ 水温センサ
３００ 分注装置制御部
３０１ 分注シーケンス処理部
３０２ 分注シーケンスデータ
３０３ 分注動作制御部
３０４ 分注動作パラメータ
３０５ モータ制御部
３０６ シリンジ制御部
３０７ 電磁弁制御部
３０８ ポンプ制御部
３１０ 分注量補正部
３１１ 温度測定部
３２０ 上位通信処理部
３２１ 上位計算機
３３０ モータ駆動部
６０１〜６０７ 補正システムのフローチャート
１２０１ 室温センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】