(57)【要約】【課題】ノズル装置において、昇降運動するノズルユニットを太くすることなく、確実な液面検出を行えるようにする。【解決手段】ノズルユニット１０はノズル１２と軸２４を備えたプローブ１４とを有する。ノズル１２内にはその中心軸に沿って軸２４が設けられている。軸２４の先端には温度センサ２６が設けられている。試薬吸引に先立って、加温された洗浄液がノズル１２内に導入される。これによりノズル１２の全体が加温された状態となる。その後、ノズル１２が下方に引き下げられる。その過程において、温度センサ２６により温度変化が検出され、それをもって液面が判定される。試薬吸引後において、吸引された試薬の温度が温度センサ２６により検出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空のノズルと、前記ノズル内に設けられた検出部材と、を有するノズルユニットと、
前記ノズルユニットの動作を制御する制御部と、
を含み、
前記検出部材は、前記ノズルユニットの下降運動過程で前記ノズルユニットが吸引対象液体の液面に接触した場合に前記吸引対象液体との間で熱伝導が生じるように設けられた温度センサを備え、
前記制御部は、前記ノズルユニットの下降運動過程で前記温度センサの検出値に基づいて前記吸引対象液体の液面レベルを判定する、
ことを特徴とするノズル装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記検出部材は、前記ノズルの中心軸上に設けられた線状部材であり、
前記温度センサは、前記検出部材の先端部内に設けられた、
ことを特徴とするノズル装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記検出部材の先端部は前記ノズルの先端部内において前記ノズルに対して非接触で設けられた、
ことを特徴とするノズル装置。
【請求項４】
請求項３記載の装置において、
前記ノズルの上部が屈曲部を構成し、
前記検出部材が前記屈曲部を貫通しつつ前記屈曲部に固定された、
ことを特徴とするノズル装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記制御部は、前記吸引対象液体の吸引に先立って前記ノズル内に加温された媒体を送り込み前記ノズルユニットを加温する制御を実行し、
前記吸引対象液体の温度は前記加温されたノズルユニットの温度よりも低い、
ことを特徴とするノズル装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記ノズル内に吸引対象液体が吸引された状態において前記温度センサによって前記ノズル内の吸引対象液体の温度が検出される、
ことを特徴とするノズル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はノズル装置に関し、特に、液面検出機能を備えたノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分析装置、検体前処理装置、分注装置等においてはノズル装置が用いられる。ノズル装置は、ノズルによって元容器内の液体を吸引し、その液体を別容器に吐出する装置である。吸引対象液体は、例えば分析用の試薬である。血液等の試料が吸引対象となることもある。
【０００３】
ノズル装置において、液体吸引時には、一般に、液面検出が実行される。すなわち、吸引対象液体を収容した容器の上方にノズルが位置決められ、そこからノズルが容器に向けて引き下げられる。その過程でノズル先端が液体に接触したことが検出される。液面検出時点でノズルの下降運動を止める制御が実行される。
【０００４】
代表的な液面検出方式として、抵抗値の変化を利用する方式が知られている（特許文献１）。この方式を実施するためには、一般に、導電性のノズルの外部にそれと並行して線状の電極が配置される。ノズルと電極との間に電圧が印加されて、両者間の抵抗値がモニタリングされる。ノズルと電極とが液体に接触すると抵抗値が急激に低下するので、それにより液面への接触が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８８１２４号公報
【特許文献２】特開２００３−４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ノズルの外側に電極を配置すると、細い容器に対してノズルと電極とを挿入することが困難となり、あるいは、それらが容器に対して接触してしまうおそれが生じる。吸引先容器の中心にノズルを位置決めることが望まれるが、それも困難となる。なお、特許文献２の図７にはノズルと共に設けられた温度センサが開示されている。その温度センサは自己発熱型の温度センサである。温度センサが液体に接触する際の温度変化によって液面が検出されている。但し、その温度センサはノズルの外部にノズルと並行に設けられたものである。細径の対象容器に対して、しかもその中心にノズルを挿入することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、ノズルの外側に電極を設けることなしに液面を検出できるようにすることにある。あるいは、ノズルを事前に加温する機能を備えたノズル装置において、その加温を利用して液面検出を行えるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るノズル装置は、中空のノズルと前記ノズル内に設けられた検出部材とを有するノズルユニットと、前記ノズルユニットの動作を制御する制御部と、を含み、前記検出部材は、前記ノズルユニットの下降運動過程で前記ノズルユニットが吸引対象液体の液面に接触した場合に前記吸引対象液体との間で熱伝導が生じるように設けられた温度センサを備え、前記制御部は、前記ノズルユニットの下降運動過程で前記温度センサの検出値に基づいて前記吸引対象液体の液面レベルを判定する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
上記構成によれば、ノズル内に設けられた温度センサによって液面レベル（ノズルに対する相対的な液面高さ）が判定される。すなわち、ノズルユニットの下降運動過程でのノズルユニットの先端部（の全部又は一部）が吸引対象液体に接触すると、ノズルユニットと吸引対象液体との間で熱伝導（熱流入又は熱流出）が生じ、温度センサの検知温度が変化する。よって、検知温度の変化をモニタリングすることにより液面レベルを判定することができる。上記構成においては、温度センサを備えた検出部材がノズル内に配置されているので、それをノズル外に配置した場合において生じる幾つかの問題を解消できる。すなわち、上記構成によれば、例えば、対象容器の中心軸上にノズルユニットを挿入することが容易となる。また、対象容器の内径が小さい場合においても対象容器内にノズルユニットを挿入することが可能となる。温度センサとしては、熱電対、サーミスタ、光ファイバ、等をあげることができる。
【００１０】
望ましくは、前記検出部材は、前記ノズルの中心軸上に設けられた線状部材であり、前記温度センサは、前記検出部材の先端部内に設けられる。検出部材をノズルの中心軸上に設ければ、それを偏倚配置した場合に比べて、ノズル内における流れの乱れを防止又は軽減できる。検出部材の先端部内に温度センサを配置すれば、液面接触時に応答性よく温度変化を検出できる。検出部材の先端部は、望ましくは、吸引対象液体と温度センサとの間で熱伝導部材として機能する。一定の剛性を備え熱伝導率の高い材料（例えば金属）によって、検出部材の全部又はその先端部を構成するのが望ましい。温度センサが吸引対象液体に直接接触する構成を採用してもよい。
【００１１】
望ましくは、前記検出部材の先端部は前記ノズルの先端部内において前記ノズルに対して非接触で設けられる。先端部がノズルに接触している場合、温度検出に際してノズル自体がもつ熱容量の影響を受け易いので、上記のように先端部をノズルに対して非接触で配置するのが望ましい。検出部材の上部がノズルに固定され、そこで熱伝導が生じても、検出部材がある程度の長さをもった線状部材であれば、つまり固定箇所から先端部まである程度の距離が存在していれば、上記熱伝導を無視することができる。なお、ノズルが円形パイプ状の部材である場合、温度センサの周囲に生じる隙間が円周方向に沿って均等になる。温度センサから引き出される信号線は望ましくは検出部材内を通って外部へ導かれる。
【００１２】
望ましくは、前記ノズルの上部が屈曲部を構成し、前記検出部材が前記屈曲部を貫通しつつ前記屈曲部に固定される。この構成によればノズルの一部を利用して検出部材を保持できるので、検出部材の配置を簡便に行うことができ、また、温度センサから伸びる信号線を外部へ容易に引き出せる。もっとも、そのような屈曲部を設けることなく完全な同軸構造を採用することも可能である。
【００１３】
望ましくは、前記制御部は、前記吸引対象液体の吸引に先立って前記ノズル内に加温された媒体を送り込み前記ノズルユニットを加温する制御を実行し、前記吸引対象液体の温度は前記加温されたノズルユニットの温度よりも低い。この構成によれば、吸引に先立ってノズルが媒体によって事前に加温される。その上で吸引対象液体を吸引すれば吸引対象液体を速やかに加温することができる。吸引対象液体は例えば試薬であり、その加温によりサンプルへの試薬吐出後に試薬反応を促進できる。一方、そのような試薬は通常、冷温状態で保管される。低い温度にある吸引対象液体に対して加温状態にある検出部材を接触させると、大きなしかも急峻な温度変化が生じるので、応答性よく液面を検出できる。
【００１４】
望ましくは、前記ノズル内に吸引対象液体が吸引された状態において前記温度センサによって前記ノズル内の吸引対象液体の温度が検出される。この構成によれば、温度センサを液面検出の他、吸引対象液体の温度管理に利用することができる。もちろん、吸引前において媒体あるいはノズルユニットの温度管理にも温度センサを利用可能である。望ましくは、上記の制御部は、前記吸引対象液体の液面を検出する前に前記媒体の引き込みにより前記ノズルの先端部内にエアギャップを形成する制御と、前記吸引対象液体の液面を検出した後に前記エアギャップと共に前記吸引対象液体を吸引する制御と、を実行する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ノズルの外側に液面検出用部材を設けることなしに液面を検出できる。あるいは、ノズルを加温する機能を備えたノズル装置において、その加温を利用して液面検出を行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るノズル装置の好適な実施形態を示す全体構成図である。
【図２】ノズルユニットの具体例を示す図である。
【図３】図２に示したノズルユニットの上面図である。
【図４】図２に示したノズルユニットの断面図である。
【図５】ノズル装置の動作を説明するための説明図である。
【図６】各工程での温度管理（温度制御）を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１には、本発明に係るノズル装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示す図である。このノズル装置は、分析装置、検体前処理装置、分注装置等に組み込まれる装置である。この分注装置により、試薬の吸引及び吐出が行われる。試料あるいは他の液体に対して吸引及び吐出が行われてもよい。
【００１９】
図１において、ノズルユニット１０は可動体を構成している。ノズルユニット１０は、ノズル１２、プローブ１４、ホルダ１６等を有している。ノズルユニット１０は、後に説明する搬送機構３８により三次元搬送される。後述する液面検出段階においては、ノズルユニット１０が、吸引対象となる容器２８に向けて、一定の速度で引き下ろされる。
【００２０】
ノズル１２は、図１に示されているように、上下方向に伸長したパイプ状の部材である。その上部は屈曲部２０を構成しており、その屈曲部２０には配管１８が接続されている。屈曲部２０においては、垂直方向から水平方向へ緩やかに曲がる形態を有している。図１に示す例において、ノズル１２の内部には蒸留水等により構成される洗浄液（圧力伝達媒体）４２が収容されている。ノズル１２の下端においては若干のエア吸引により生じたエアギャップ４４が形成されている。本実施形態においては、洗浄液がヒータ３７によって加温されており、例えばノズル１２内において洗浄液４２が３７℃の温度となるように洗浄液が加温されている。洗浄液は、ノズル１２の洗浄を行う機能、圧力伝達を行う機能、等を発揮するものである。
【００２１】
ノズル１２の上部にはホルダ１６が設けられている。このホルダ１６によってノズル１２が保持されている。ホルダ１６は、ノズル１２の外側に設けられた筒状部分１６Ａと、その上端から水平方向に広がったフランジ部分１６Ｂと、を有している。フランジ部分１６Ｂが図示されていない昇降機構に連結されている。昇降機構は搬送機構３８の一部を構成するものである。
【００２２】
容器２８は例えば試薬容器であり、その内部には試薬が収容されている。符号３０は試薬の液面を表している。試薬は例えば保冷機構により冷温状態で管理されており、その温度は例えば１０℃等である。ノズル１２内に試薬を吸引した状態においては、加温状態にあるノズルから試薬へ熱伝導が生じ、ノズル１２内において試薬が加温される。これにより試薬吐出後における試薬反応を促進させることが可能である。その一方において、保管状態において試薬は冷温状態におかれる。
【００２３】
プローブ１４は温度を検出するための機構である。具体的には、プローブ１４は、軸２４とヘッド２２とにより構成されている。軸２４はノズル１２の中心軸上に配置された線状部材であり、本実施形態において、軸２４は、下端が封止されたパイプ状の部材である。軸２４の先端部内には熱電対等により構成される温度センサ２６が配置されている。ノズル１２とプローブ１４は一体化されており、ノズル１２を下降させると、それと一緒にプローブ１４も下降する。ノズル１２の先端面１２Ａが液面３０に接触したと同時に、軸２４の先端面２４Ａが液面３０に接触し、これにより軸２４の先端部において熱伝導すなわち温度変化が発生する。それが温度センサ２６により検出される。これにより液面３０を検出することが可能である。できるだけ応答性のよい温度センサ２６を設けるのが望ましい。ノズル１２側の温度と試薬側の温度との間における温度差の拡大を図ることにより、応答性よく液面を検出することが可能である。ちなみに、ノズル１２及び軸２４はいずれもステンレス等の金属部材により構成され、ノズル１２内に加温された洗浄液４２が収容されている状態においては、ノズル１２及び軸２４の両者ともほぼ同じ温度に加温される。エアギャップ４４が形成されている場合にも、温度センサ２６では基本的に加温された洗浄液４２の温度が観測される。温度センサ２６を軸２４における下面に接するように設けてもよいが、軸２４から温度センサ２６への熱伝導が適切に行われる限りにおいて、最下端ではなく若干ながら上方に変位した位置に、つまり下面から隔てて、温度センサ２６を設けることも可能である。
【００２４】
ヘッド２２は本体２２Ａとスリーブ２２Ｂとを有している。本実施形態において、スリーブ２２Ｂが屈曲部２０の外側面上に形成された孔２０Ｂを貫通しており、その地点においてプローブ１４がノズル１２に連結されている。例えば接着剤を利用してノズル１２に対してプローブ１４が固定されている。もちろん、機械式等の他の連結方式を採用してもよい。ここで、孔２０Ｂが形成された外面２０Ａは、屈曲部２０において曲率が小さい側である。配管１８に対しては図示されていないチューブ等が接続されており、そのチューブを介して以下に説明する各機構が接続されている。
【００２５】
タンク３６内には上述した洗浄液が収容されている。タンク３６にはヒーター３７が設けられ、そのヒーター３７によってタンク３６内の洗浄液が暖められている。例えば摂氏４０度に暖められている。分注ポンプ３４は吐出圧及び吸引圧を生成する圧力源である。例えばシリンジポンプ等を利用することが可能であり、また他のポンプを利用してもよい。切替弁３２の作用によりタンク３６内から洗浄液が分注ポンプ３４内に吸引され、その後において分注ポンプ３４の作用により洗浄液が配管１８を介してノズル１２内に送り込まれる。これによりノズル１２内に加温された洗浄液を満たされる。分注ポンプ３４による吸引により、ノズル１２内にエアギャップ４４を生成したり試薬を吸引したりすることが可能である。吐出時においてはそれとは逆の動作が実行される。試薬吸引吐出後に必要に応じて洗浄液をノズル１２から流出させることにより、ノズル内が洗浄される。
【００２６】
本実施形態においては、軸２４がノズル１２の内部、特に中心軸上に配置されている。ノズル１２の外側に液面検出のための構成は設けられていない。その結果、容器２８の中心軸上にノズル１２を位置決め、その中心軸上に沿ってノズル１２を昇降運動させることが可能である。そのような構成によれば小さな内径を有する細い容器に対してもノズル１２を差し込めるという利点が得られる。ノズル１２内において、軸２４はノズル１２の内面から隔てて配置されており、両者間の隙間に洗浄液４２や試薬が満たされる。ノズル１２内に軸２４が配置されていることに起因する吸引抵抗、吐出抵抗はわずかである。
【００２７】
本実施形態においてはノズル１２の先端面１２Ａと軸２４の先端面２４Ａとが同じ高さに揃えられている。但し、先端面２４Ａを先端面１２Ａよりも若干ながら上方に設定することも可能であり、あるいはその逆の配置を採用することも可能である。いずれにしても、液面検出を確実に行えるように構成するのが望ましい。また、液だれ等が生じない構成を採用するのが望ましい。
【００２８】
制御部４０はノズル装置が有する各構成の動作制御を行うものである。それは動作プログラム及びＣＰＵ等によって構成される。制御部４０は搬送機構３８を制御している。搬送機構３８は、昇降機構、第１水平搬送機構及び第２水平搬送機構を含むものである。温度センサ２６からの出力信号はヘッド２２を経由して制御部４０へ出力されている。よって、制御部４０においては、ノズル１２内の先端における温度をリアルタイムで監視することが可能である。液面検出の際においては、温度変化が生じた時点をもってノズルユニット１０の下降運動が停止される。その後、試薬の吸引に伴い液面が下降するのに追従してノズルユニット１０が下方に引き下げられる。
【００２９】
図２には、図１に示したノズルユニット１０の具体例が示されている。（Ａ）にはプローブ１４が示されており、（Ｂ）にはプローブ１４が組み付けられたノズルユニット１０が示されている。軸２４の外径は例えば０．５ｍｍであり、ノズル１２における先端部分１２Ａの内径は例えば４．０ｍｍである。ノズル１２は、先端部分１２Ａ、それより上方の中間部分１２Ｂ、及び、それより上方の上端部分１２Ｃを有している。上端部分１２Ｃには上述したホルダ１６が取り付けられている。
【００３０】
図２において、Ｈ１は例えば２２０ｍｍであり、Ｈ２は例えば２００ｍｍであり、Ｈ３は例えば２０ｍｍである。もちろん本願明細書中に挙げられた各数値は例示に過ぎないものである。
【００３１】
上述したように、ノズル１２及び軸２４は例えばステンレスなどの部材により構成されている。それらはいずれも本実施形態において中空部材である。軸２４の先端部内においては温度センサ２６が配置され、そこから引き出された信号線が軸２４の内部空間を通ってヘッド２２内に導かれている。
【００３２】
図３には、図２に示したノズルユニットの上面図が示されている。上方から見てフランジ部分１６はＤ字形状を有している。符号２２はヘッドを示しており、符号１８は配管を示している。配管１８の端部にはコネクタ４１が設けられている。そのコネクタ４１を利用してチューブ等を接続することが可能である。
【００３３】
図４には、図２に示したＩＶ−ＩＶ断面が示されている。本実施形態においては、ノズルが複数のパイプ部材の組み合わせとして構成されており、これにより一定の強度が確保されている。もちろん、図４に示されている構成は例示であり、例えば上方に行くに従ってノズルの内径を拡大させてもよい。また、ノズルとホルダ１６とを一体化することも可能である。
【００３４】
図５には、ノズル装置の動作が模式的に示されている。（Ａ）に示す状態では、ノズル１２内に加温された洗浄液４２が導入される。この場合において、ノズル１２の先端部内における温度が温度センサ２６によって検出される。
【００３５】
（Ｂ）にはエアギャップ４４の形成が示されている。すなわち分注ポンプにおいて洗浄液４２を若干引き込むことにより、ノズル１２の先端部内に空気層としてのエアギャップ４４を形成することが可能である。このエアギャップ４４の形成により、試薬の吸引時において試薬と洗浄液とが直接的に接触してしまうことを防止できる。
【００３６】
（Ｃ）には下降工程が示されている。すなわちノズル１２は符号４６で示されるように下方に向けて引き下ろされる。この場合においては、途中まで高速で下降させ、液面の可能性がある範囲にわたって低速で下降運動を行わせてもよい。
【００３７】
（Ｄ）には液面への到達状態が示されている。すなわち容器２８内には試薬４８が含まれ、その液面３０に対してノズル１２の先端面が接触している。その際に、軸が試薬４８に接触することにより、軸の温度が下がり、その温度変化が温度センサ２６によって検出される。温度変化が検出された時点で、液面が判定され、同時にノズル１２の下降運動も停止される。通常、ノズル１２の先端部分が例えば１ｍｍ程度、液面３０内に進入した位置においてノズル１２の下降運動が停止する。
【００３８】
（Ｅ）には吸引工程が示されている。すなわち、分注ポンプにより試薬４８がノズル内に引き込まれる。この場合において、液面３０が下降するため、それに追従してノズル下降も行われる。それが符号５０で示されている。試薬４８の吸引に伴い、エアギャップ４４及びノズル内に収容されていた洗浄液４４が上方へ運動する。その場合においては、エアギャップ４４の作用により２つの液体の接触が回避されている。その後、必要に応じてノズルユニットが吐出先容器上方に位置決められ、その状態において試薬の吐出が実施される。
【００３９】
図６には、各工程での温度管理（温度制御）が整理されている。符号５２は工程番号を示しており、符号５４は工程内容を示しており、符号５６は各工程における温度管理の内容を示している。なお、Ｓ１〜Ｓ５が図５に示した（Ａ）〜（Ｅ）に対応する。
【００４０】
Ｓ１では、ノズル内に加温された媒体を導入することにより、ノズル自体の加温が行われる。その際においては、温度センサによりノズル内の洗浄液の温度がモニタリングされる。Ｓ２においてはエアギャップが形成される。Ｓ３においてはノズルユニットの下降が行われる。それらの工程において温度がモニタリングされる。Ｓ４においては液面に到達した状態となり、その際、温度センサにより温度変化が検出され、その時点をもって液面が判定される。Ｓ５においては試薬吸引が実施され、これに伴い追従下降も実施される。Ｓ６においてはノズルユニットが搬送され、試薬の吐出が実行される。それらの工程においても必要に応じてノズル内の試薬の温度がモニタリングされる。
【００４１】
温度のモニタリングに際して、例えば適正範囲を検出温度が外れた場合、アラームが出力される。これにより異常を的確に察知することが可能である。また試薬についての吐出前の温度管理を的確に行えるという利点が得られる。
【００４２】
以上の実施形態に係るノズル装置においては、温度センサがノズル内に設けられており、ノズルの外部に液面検出のための部材を配置する必要がないので、ノズルユニットを細く構成できるという利点が得られる。また、温度変化による液面検出方式を採用したため、温度センサを液面検出の他、内部の液体の温度管理あるいは温度モニタリングを行える。更に、本実施形態においては、保管状態において試薬が冷温下におかれ、その一方において、吐出前に試薬の加温が行われるという構成を前提として、温度差を積極的に利用して液面検出を行えるという利点が得られる。したがって応答性よく液面を検出できる。本実施形態においては熱電堆が利用されていたが、それに代えて光ファイバ等の温度センサを利用するようにしてもよい。あるいは他のセンサを利用することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  ノズルユニット、１２  ノズル、１４  プローブ、１６  ホルダ、２８  容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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