(57)【要約】【課題】経年劣化を監視し、劣化箇所を自動で特定できる劣化診断機能と劣化特定通知方法を提供する。【解決手段】図１にモータコントローラ００１の構成を示す。モータコントローラ００１は出力パルスを用いてステッピングモータの駆動を行うものである。モータコントローラ００１内には予測演算器００４が実装されており、モータにより駆動される対象００８が有する固有変数を演算に用いることで、駆動対象００８の現在位置を予測できる。また、モータコントローラ００１モータにより駆動される駆動対象００８からのセンサ入力を出力パルス監視器００３により受信し、比較器００６において００４の情報と比較することで、駆動対象００８に異常が発生したか否かを判別することができる。【選択図】  図１
2012108061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と試薬を反応させる反応容器と、該反応容器を列状に配置した反応ディスクと、該反応ディスクを回転駆動するモータと、を備えた自動分析装置において、
前記反応容器のそれぞれの位置に対応した位置検知マーカと、該位置検知マーカを検知する第１の検知器と、を備え、
更に、前記位置検知マーカとは別に、前記反応容器の特定の位置に対応した原点検知マーカと、該原点検知マーカを検知する第２の検知器と、
を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の自動分析装置において、
前記モータはステッピングモータであることを特徴とする自動分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の自動分析装置において、
前記ステッピングモータを制御するモータコントローラ内に表示用ＬＥＤ制御用のレジスタを実装し、運転モードの違いによって点灯および点滅周期を変化させることができるモータコントローラを実装する自動分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の自動分析装置において、
前記検知器は前記マーカが光を遮ることに基づいてマーカを検知するフォトインタラプタであることを特徴とする自動分析装置。
【請求項５】
請求項２記載の自動分析装置において、
前記ステッピングモータの回転制御を行うコントローラを備え、
該コントローラが出力する該ステッピングモータを回転させるためのパルス数とパルス幅とを記録する出力パルス監視器と、該出力パルス監視器に記録されたパルス情報に基づき前記反応ディスクの、現在位置から所定位置に回転するまでの到達予想時間を演算する演算器と、該演算器で予想さえた到達予想時間と、前記第１の検知器及び第２の検知器で測定された現在位置から所定位置に回転するまでの到達時間を比較する比較器と、を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項６】
請求項４記載の自動分析装置において、
前記到達時間比較は、通常運転モードとは異なる保守点検モードで実施し、かつ該保守点検モードに遷移するための遷移手段を備えたことを特徴とする自動分析装置。
【請求項７】
請求項５記載の自動分析装置において、
前記到達時間を比較して、予め定めた値以上に乖離がある場合は、その旨を報知する報知手段を備えた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、血液，尿などの生体サンプルの分析を行う自動分析装置に係り、特に試料と試薬を反応させる反応容器を列状に並べて配置する反応ディスクをモータで回転駆動する自動分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料と試薬の生化学反応を利用して試料中の測定対象成分を分析する自動分析装置では、単位時間当たりの分析可能数を増やすため、反応を行う反応容器を多数個列状に並べた反応ディスクを回転駆動して、それぞれの反応容器で一定の時間差をもって並行して反応させるシングルラインマルチ項目分析（シングル・マルチ）と呼ばれる分析装置が現在の主流である。この分析装置では、位置が固定された測光光軸を反応ディスク上の反応容器が連続して横切ることで、全ての反応容器での反応過程（吸光度変化）を追跡できる。反応過程での吸光度変化を正確に測定するためには、それぞれの反応容器が測光光軸の前をいつ横切るかを正確に把握し、吸光度を測定するタイミング（通常は、所定時間内に測定された吸光度の積分値や複数点での吸光度の平均値などを測定する）をどの反応容器でも同じになるようにする必要がある。反応容器が測光光軸の前を横切るタイミングを測定する方法として特許文献１に記載された方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−８００５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の技術では、反応セルの位置を検出するための検知板は反応セルと一体となっているため、位置検出精度は一定の精度を確保できている。
【０００５】
しかし、自動分析装置では、生体試料および試薬の少量化が進んでおり、反応容器（反応セル）の寸法は１ミリメートルオーダであると同時に、試薬や検体の吸引・吐出を行う分注ノズルも、１マイクロリットルオーダの液量の取扱いが要求されている。これにより駆動源と伝動部を含めた反応機構の駆動を相当の精度で行う必要がある。
【０００６】
また分析処理の高スループットを達成するため、かかる装置における駆動部には高速移動性が要求されており、駆動対象の駆動に関してフィードバック手段を用いた位置調節を行っている時間は許容されない。
【０００７】
一方で、製品を低価格で実装するためには、駆動源に比較的安価なステッピングモータを採用し、駆動力の伝達に駆動ベルトを採用する方法が考えられる。この場合、稼動時間や運転環境により駆動ベルトの定期交換の間隔内においても経年劣化が生じる潜在的な可能性を除去することはできておらず、劣化により装置の故障が発生する前にこれを発見することが重要である。
【０００８】
経年劣化による故障はその定義上、出荷前検査で発見が難しいという課題がある。
【０００９】
また、装置の点検を定期的に行うことは網羅性の観点から有利であるが、運転環境や稼動時間によって装置の劣化進行に差異があるので、網羅的に点検を行っても確実に潜在的故障を発見することは困難であり、効率性の観点から不利でもある。
【００１０】
一方、部品の定期交換はこれらの発生確率を低減することができるが、その発生を確実に除去することは困難である。
【００１１】
このような経年劣化は突発的な故障を誘引する潜在的可能性がある。駆動ベルトの断絶による駆動部の急激な慣性の変化は、検体の損傷や飛散を生じることがあり、医用装置に要求される信頼性として看過できない課題である。安定な運転性能として許容されるものではない。
【００１２】
本発明の目的は、反応ディスクの回転駆動系の不具合を高精度で検知することで、故障の発生を未然に防ぐことができる自動分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の構成は以下の通りである。
【００１４】
試料と試薬を反応させる反応容器と、該反応容器を列状に配置した反応ディスクと、該反応ディスクを回転駆動するモータと、を備えた自動分析装置において、前記反応容器のそれぞれの位置に対応した位置検知マーカと、該位置検知マーカを検知する第１の検知器と、を備え、更に、前記位置検知マーカとは別に、前記反応容器の特定の位置に対応した原点検知マーカと、該原点検知マーカを検知する第２の検知器と、を備えた自動分析装置。
【００１５】
反応ディスクは反応容器を円板上やリング上に列状に配置し、その中心部近傍に回転軸を有するものが一般的であるが、反応容器を列状に配置し、回転可能なものであればどのようなものであっても良い。モータはどのようなものであっても良いが、ステッピングモータを使うことで、精度とコストの両立が可能である。位置検知マーカ，原点検知マーカは、その相対位置が変化せず、検知器で検知できるようなものであればどのようなものであっても良い。位置検知マーカとしては、例えば、くし歯状の突起が一定間隔で配置されているようなもの（この場合は検知板と呼称しても良い）であることが好ましい。また、原点検知マーカは１点の位置を特定できれば良いので、位置検知マーカに比べて形状の自由度は高い。針状のものでも利用できる。検知器は、光学的な変化を捉えるものが精度，コストが両立できるため好ましいが、位置を検知できるものであればどのようなものであっても良い。例えば、電気抵抗の変化，静電容量の変化などを測定するもの、あるいは検知板が磁性材で構成され、ホール素子などの磁場の強度を検知するものであっても良い。
【発明の効果】
【００１６】
経年劣化による故障を未然に防止し、突発的に発生する故障対策コストを低減する。また、定期的点検によらず、装置の運転状況による潜在的な故障の発見を可能とし、故障の発見を効率的に行うことができる。また、検体の損傷を回避し、医療用検査装置の高信頼で安定性の高い運転環境を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の回路構成。
【図２】反応ディスク機構。
【図３】検知板の説明図。
【図４】分布グラフ。
【図５】故障特定モード
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を用いて本発明の実施形態について一例を示す。モータコントローラ００１は、パルス生成器００２，出力パルス監視器００３，予測演算器００４，センサ入力監視器００５，比較器００６およびメモリ００７から成る。パルス生成器００２は要求された速度で目的位置まで駆動対象００８を駆動するためにパルス出力を行う。出力パルス監視器００３はパルス生成器００２が出力するパルス数とパルス幅の記録を行う。予測演算器００４は出力パルス監視器００３に記録された入力情報である、パルス数とパルス幅に対して、駆動対象００８および駆動対象００８を構成する系に固有の変数を用いて、駆動対象００８の現在位置と停止位置を出力情報として演算する。またセンサ入力監視器００５は駆動対象００８の位置情報を確認するためのセンサ入力であるが、このセンサは位置制御を目的として使用されるのではなく、駆動対象００８が許容範囲を超えて移動し他の構成形に衝突して損害を加えないようにするためのフェイルセーフを目的としている。本発明は、このセンサ入力監視器００５をモータコントローラ００１の入力情報として積極的に活用し、駆動対象００８および駆動対象００８を構成する系における故障を誘引する箇所の特定を行う。比較器００６は予測演算器００４とセンサ入力監視器００５とからの入力値に対して比較を行い、比較結果をメモリ００７に保存する。メモリ００７に保存された結果は後で述べる潜在的な故障の特定を行う際に参照される。また、ＬＥＤ１１６は運転状態表示用ＬＥＤであり、モータコントローラ００１の運転状態を表示する。次に、本発明における駆動対象００８の一例について図２を用いて説明する。
【００１９】
図２は駆動対象００８の一例として挙げるところの、駆動用ステッピングモータ１０１を駆動源、駆動ベルト１０２を伝動部に持つ、試験管を有する反応ディスク１０３と回転機構である。試験管は反応セル１０４と呼ばれ、生化学反応を利用して生体試料を分析するために使用される。駆動用ステッピングモータ１０１は、モータドライバＩＣ１０５を介したモータコントローラ１０６からの出力パルスに従い回転機構に動力を提供する。この例において、駆動対象は円盤状をした反応ディスク１０３で、反応ディスク１０３の円周上には反応セル１０４が取付けられている。反応ディスク１０３はディスク回転台１０７に固定されており、両者はともにディスク回転軸１０８に対して同軸を共有して取付けられている。図中の反応槽１０９は反応セル１０４内の試料および試薬を目的とする生化学反応に最適な温度に保持するため、一定温度の温水が流れる経路である。反応槽１０９は固定ステージ１１０へ取付けられており、反応ディスク１０３および反応セル１０４から成る系とは機械的に切り離されている。さらに反応ディスク１０３は、反応セル計数板１１１およびディスク原点検知板１１２を実装している。反応セル計数板１１１およびディスク原点検知板１１２の実装目的については後述する。駆動用ステッピングモータ１０１の伝動部が駆動ベルト１０２である。駆動ベルト１０２はモータ回転盤１１３とディスク回転台１０７の底面円周とを包含している。モータ回転盤１１３はモータ回転軸１１４と接続されており、モータ回転軸１１４はモータ軸受１１５により駆動用ステッピングモータ１０１内で支持されている。次に図３を用いて、前記反応セル計数板１１１およびディスク原点検知板１１２の説明を行う。
【００２０】
図３は、反応ディスク１０３円周上の反応セル１０４と、反応セル計数板１１１およびディスク原点検知板１１２の相対位置を示した模式図である。反応セル計数板１１１は鋸刃状をしており、鋸刃の総数は反応セル１０４の総数と相等である。反応セル計数板１１１板面に垂直に光軸が入射するように光学式センサを設置することで、鋸刃がスリットの役割を果たし、反応セル計数板１１１の数、すなわち反応セル１０４を計数することができる。一方、同様の検知形態であるディスク原点検知板１１２は反応セル１０４に対する反応ディスク１０３上の原点を検出する目的に用いる。なお、ここでいう光学式センサはレーザーのように指向性の高い光源を指し、光軸に対する光度の分散は無視できるものとする。
【００２１】
次に、故障を誘引する箇所を検知する手段と、その種類を特定する手段の説明を行う。前述のように、自動分析装置に要求される機械的精度が高いので、装置が一般的に有する寸法誤差はその装置固有のものであり、画一的な判定基準でもって潜在的故障の種類を特定することはできない。この課題に対し本発明では、モータコントローラ００１が実装するメモリ００７に保存された比較結果を蓄積・分析を行い、比較結果の履歴を利用して装置固有の機械的誤差との識別を行った後潜在的故障の種類の特定を行う手段を提供するものである。
【００２２】
前述のメモリ００７に保存される比較結果の例としては、比較器００６が算出する出力パルス監視器００３とセンサ入力監視器００５の差分と、その差分を得た駆動の発生確率が挙げられる。ここで、図２からなる回転系は、メンテナンスモードと呼ばれる運転モードを実装しており、通常の装置運用時と異なる自己診断モードで回転系を駆動するとする。通常運転時は点灯しているＬＥＤ１１６はＬＥＤの表示を制御するＬＥＤ制御用レジスタ００９の記憶内容に基づき、メンテナンスモードにおいて点滅を開始し、その周期は１Ｈｚである。このメンテナンスモードにおいて、反応ディスク１０３が一回転するのに所要する時間に関して出力パルス監視器００３とセンサ入力監視器００５との差分計算結果Δｔとすると、所要Δｔが得られた駆動の発生確率Ｐ（Δｔ）について図４のような分布図が得られる。縦軸がＰ（Δｔ）であり、横軸がΔｔを表している。このようなばらつきの発生原因として、スリット寸法のばらつきが考えられる。なお、一回転駆動の完了には、センサ出力によるスリット計数が反応セル１０４数と等しくなったときとし、計数を開始してから完了するまでの時間をセンサ入力監視器００５が測定することにより達成できる。このメンテナンスモードの時間中、予測演算器００４の移動予測値とセンサ出力から得られる到達時間の差異について、比較器００６により結果を判断し、その内容をメモリ００７内に保存する。
【００２３】
次に本発明が提供する判定基準の説明を行う。図４で表されるようなばらつきは検査装置ごとに異なるので、装置ごとに固有の判定基準を得ることが課題となるのは前述の通りである。本発明は図４の横軸について、Δｔの平均値μより３σより長い（あるいは短い）差異が測定された場合、潜在的な異常が発生したと判断する。図４はある検査装置の稼動履歴に依存して得られる装置固有の特性であるので、この判定方法を採用すれば製品同士で異なる判定基準を提供することができる。ここでσはメンテナンスモード試行回数全体に対する、所要時間差異の標準偏差である。
【００２４】
前述したスリット寸法のばらつきは、正常動作の範囲内であると考えられるが、図２および図３で特徴化される機構において発生し得る異常動作、すなわち潜在的な故障としては、駆動ベルト１０２のたわみ、駆動用ステッピングモータ１０１のモータ軸受１１５の摩滅によるモータ回転軸１１４の逸脱がある。また、正常ではあるが、異常と判断する恐れのある事象として、反応セル計数板１１１へ付着する結露によるセンサの誤認識がある。たわみやモータ回転軸１１４逸脱はいずれも劣化が進行すると視覚的に発見が可能なものであるが、本発明では視覚的に発見し得るよりも以前に故障の潜在的可能性を特定するものであり、かつセンサ誤認識を正常動作であると判断する手段を提供する。
【００２５】
この判定基準によって異常と判定された場合、メンテナンスモードから発生原因を特定する運転モードに移行する。メンテナンスモードにおいて１Ｈｚで点滅していたＬＥＤ１１６異常原因特定モードに移行すると同時に点滅周期を変化させるので、ユーザはモードが移行したことを確認することができる。原因特定モードにおける点滅周期は０．５Ｈｚである。このモードにおける動作フローを、図４を用いて説明する。第１の特定手段はディスク原点検知板１１２を利用した、反応セル計数板１１１に付着する結露の検出方法である。反応セル計数板１１１で反応セル１０４を計数することにより一回転する時間を測定すると同時に、ディスク原点検知板１１２と光学センサを用いて所要する時間の測定を同時に行う。反応セル計数板１１１とディスク原点検知板１１２とで測定対象である、反応ディスク１０３が一回転する時間は相等しく、かつ唯一の円周上検知板であるディスク原点検知板１１２に寸法ばらつきは発生し得ない。このようにして、反応セル計数板１１１とディスク原点検知板１１２とで一回転する時間に差異が生じた場合は、反応セル計数板１１１への結露付着による所要時間差異であると判定する。
【００２６】
第２の原因特定手段は、ｎ回転する間の所要時間を測定し、駆動用ステッピングモータ１０１のモータ軸受１１５の摩滅を特定するものである。図２のように駆動用ステッピングモータ１０１を駆動ベルト１０２により伝動すると、ディスク回転軸１０８に対して垂直方向に常に荷重がかかる。この荷重により、駆動用ステッピングモータ１０１内モータ軸受１１５が摩滅しＺ方向に対してモータ回転軸１１４に傾斜が生じる。この傾斜により、モータ回転軸１１４とモータ軸受１１５との摩擦力が増加し駆動用ステッピングモータ１０１のモータ出力は低下する。この低下は、前述の反応セル計数板１１１およびディスク原点検知板１１２両検知板にそれぞれ遅延時間として認識される。さらに、この摩擦力はモータ回転軸１１４が回転している間常にモータ出力の低下の原因となるので、この遅延時間を一回転当たりΔｔ１と仮定すると、ｎ回転では遅延合計が（ｎ＊Δｔ１）となり、第３の特定手段において説明するベルトのたわみにより生じる時間差異とは区別することができる。
【００２７】
第３の原因特定手段は、第１および第２で取得した、一回転する場合の所要時間とｎ回転する場合の所要時間とを測定し、時間差異の伝播の有無を調べ、駆動ベルト１０２のたわみを特定するものである。駆動ベルト１０２は経年劣化によりたわみが発生することが避けられず、放置すると駆動ベルト１０２の断絶を招く可能性がある。駆動ベルト１０２のたわみは、モータ回転盤１１３やディスク回転台１０７と駆動ベルト１０２の接触部の遊びが増加する。この増加は一回転の所要時間で測定において差異として認識されるが、モータ軸受１１５摩滅時のようにｎ回転した場合に差異が伝播されるものではない。この特性により、駆動ベルト１０２のたわみを判定することができる。
【００２８】
本発明では特定した原因ごとに異なる表示方法によりユーザに通知することができる。差異を潜在的な故障であると比較器００６が認識すると、モータコントローラ００１内に容易されたレジスタのビットに特定結果を書込む。この書込みアクセスが発生すると、モータコントローラ００１は割込み要求信号を上位ＣＰＵに対して発行し、上位ＣＰＵはＧＵＩを介してユーザに報告する。故障の潜在性を認識したモータコントローラ１０６では、異常特定モードの周期で点滅しているＬＥＤを、通常運転時の点灯に復帰させることはできない。これは医用装置に要求される信頼性を保持することを目的としている。メンテナンスモードを電源立ち上げ時毎に実施するように設定していると、故障の潜在性が保守点検者によって改善されない限り、故障が検知され通常運転が実施されることはない。
【符号の説明】
【００２９】
００１，１０６  モータコントローラ
００２  パルス生成器
００３  出力パルス監視器
００４  予測演算器
００５  センサ入力監視器
００６  比較器
００７  メモリ
００８  駆動対象
００９  ＬＥＤ制御用レジスタ
１０１  駆動用ステッピングモータ
１０２  駆動ベルト
１０３  反応ディスク
１０４  反応セル
１０５  モータドライバＩＣ
１０７  ディスク回転台
１０８  ディスク回転軸
１０９  反応槽
１１０  固定ステージ
１１１  反応セル計数板
１１２  ディスク原点検知板
１１３  モータ回転盤
１１４  モータ回転軸
１１５  モータ軸受
１１６  ＬＥＤ
【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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