JP4212323B2

JP4212323B2 - 試料加温装置および分析装置

Info

Publication number: JP4212323B2
Application number: JP2002277875A
Authority: JP
Inventors: 邦男植野; 雄一永目
Original assignee: Sysmex Corp
Current assignee: Sysmex Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004117058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、試料加温装置および分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連する従来技術としては、被加熱体が挿入される複数の挿入部が設けられたブロック部材と、ブロック部材を加熱する加熱手段とを備え、ブロック部材がセラミックにて構成されるとともに、ブロック部材の内部には加熱手段として導電材料からなる発熱体が埋設されたヒーターブロックが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２１０１８９号公報（[０００７]、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の試料加温装置においては、複数のサンプルチューブに収容された試料を複数の電気ヒータで所定温度まで加熱した後、その温度を保持するようにしている。しかしながら、それには複数の電気ヒータを駆動・制御するための電気回路や温度センサを必要とするので、それらを電気的に接続する配線やそれらを設置する構造が複雑になるという問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、配線が容易で設置構造が簡単であり、且つ、恒温ブロックを所定の温度に制御するために、その領域毎に温度制御可能な試料加温装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板と、サンプルチューブを収容するための恒温ブロックと、恒温ブロックを領域毎に加熱するために前記基板上に平面的に配列された複数のヒータと、前記基板に実装され恒温ブロックの温度を領域毎に検出する複数の温度センサと、前記基板に実装された各温度センサの出力をうけて恒温ブロックの温度が所定の温度になるように領域毎にヒータの出力を制御するヒータ制御回路とを備え、恒温ブロックはその底部に各ヒータと各温度センサを収容可能な凹部を有し、各ヒータと各温度センサを前記凹部に収容した状態で前記基板上に設置されてなる試料加温装置を提供するものである。
【０００７】
この構成によれば、配線が容易で設置構造が簡単であり、且つ、恒温ブロックを所定の温度に制御するために、その領域毎に温度制御可能な試料加温装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の試料加温装置において、複数のヒータが仮想的に複数のグループに分割され、各グループのヒータに対応する恒温ブロックの各領域に前記温度センサが設けられ、ヒータ制御回路は、ヒータに電力を供給するヒータ駆動部と、参照値を格納する参照値格納部と、温度センサによって検出される温度が参照値に等しくなるようにヒータへ供給する電力を演算してヒータ駆動部を駆動させるヒータ出力演算部と、参照値格納部へ参照値を書き込む参照値書き込み部とを備えることができる。
この場合、ヒータ駆動部はヒータへ電力を供給するトランジスタ回路で構成でき、参照値格納部とヒータ出力演算部とは一体的にマイクロコンピュータあるいはＦＰＧＡ等で構成できる。
【０００９】
この発明は、サンプルチューブを収容するための恒温ブロックと、恒温ブロックを加熱するヒータと、恒温ブロックの温度を検出する温度センサと、ヒータと温度センサを実装する基板とを備え、恒温ブロックが底部にヒータと温度センサを収容する凹部を有し、恒温ブロックが底部にヒータと温度センサを収容した状態で基板上に搭載されてなる試料加温装置を提供するものである。
この場合、温度センサの出力をうけてヒータを制御するヒータ制御回路をさらに備えてもよい。
【００１０】
また、この発明は、上記の試料加温装置の温度センサを較正するための恒温装置であって、試料加温装置を収容する恒温槽と、恒温ブロックに接触して熱を与える加熱ブロックと、加熱ブロックを加熱する加熱ブロック用ヒータと、加熱ブロック用ヒータを駆動する加熱ブロック用ヒータ駆動部と、加熱ブロックの温度を検出する加熱ブロック用温度センサと、加熱ブロック用温度センサの出力をうけて加熱ブロック用ヒータ駆動部を制御して加熱ブロックの温度を所定値に保持する制御部とを備える恒温装置を提供するものである。
この恒温装置において、加熱ブロックは恒温ブロックの各サンプルチューブ挿入孔へ接触可能に挿入される突出部を有してもよい。
【００１１】
さらにこの発明は、上記の試料加温装置の全ヒータへの通電を停止し、その試料加温装置を上記恒温装置へ収容し、恒温ブロックを所定値まで加熱した後、試料加温装置の参照値書き込み部により各参照値を各温度センサの検出温度に一致させる工程からなる温度較正方法を提供するものである。
なお、上記試料加温装置において、ヒータが酸化金属被膜抵抗器からなる電気ヒータであってもよいし、恒温ブロックがアルミニウムからなるものであってもよい。
また、恒温ブロックにおいて、凹部は断面Ｕ字形の溝からなるものであってもよい。また、温度センサがサーミスタを備えてもよい。また、基板がプリント配線基板からなるものであってもよい。
【００１２】
実施例
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
自動分析装置
図１はこの発明の試料加温装置が適用される自動分析装置の構成を示す斜視図である。同図に示すように、自動分析装置８０において、検体として血液を収容した検体容器が、検体設置部５１に載置される。
【００１３】
反応プレート設置部５３には、図２に示すような反応プレート６２が設置される。反応プレート６２には、液体を収容することができる２５個のサンプルチューブ６４が備えられている。そして、反応プレート６２は、反応プレート移設部５７により試料混合部５２に移設される。
【００１４】
試薬ラック４０は、図１に示すように配置される。ピペット駆動部１００はピペット５６の矢印Ａ，Ｂ，Ｃ方向への移動と吸引・吐出動作を行う。
ユーザは、入力部５８から、測定のための情報を入力する。測定情報が入力されると、ピペット５６が移動し、検体設置部５１に設置された検体容器から血液を吸引し、試料混合部５２に移設された反応プレート６２のサンプルチューブ６４の１つに吐出する。なお、反応プレート６２の２５個のサンプルチューブ６４は、試料混合部５２に設けられた後述の試料加温装置により一定温度（ここでは４５℃）に予め加温されている。
【００１５】
ピペット５６は、洗浄槽４２に移動して、洗浄を行ったのち、試薬ラック４０に設置された試薬容器から必要な試薬を吸引し、先ほど血液が吐出されたサンプルチューブ６４に吐出する。これによって、血液と試薬を混合させ、反応させる、測定用試料を調製する。
【００１６】
ピペット５６は、再び洗浄槽４２で洗浄を行ったのち、先ほど調製した測定用試料をサンプルチューブ６４から吸引し、試料測定部４１に吐出する。そして、試料測定部４１で吸光量、散乱光量などの測定が行われ、演算制御部１０１によって所定の演算が行われたのち、測定結果が表示部１０２に表示される。このような測定が２５回くり返され、全てのサンプルチューブ６４が使用済みになると、試料混合部５２の反応プレート６２は、反応プレート移設部５７によって、廃棄部５４に廃棄される。
【００１７】
試料加温装置
図３は試料混合部５２に設けられる試料加温装置の上面図であり、図４，図５はそれぞれ図３の矢視Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ断面図である。これらの図に示されるように、試料加温装置は、プリント配線基板（以下、基板という）１と、基板１に設置されたアルミニウム製の恒温ブロック２およびヒータ制御回路モジュール３を備える。
【００１８】
図６は基板１の上面図であり、基板１の上面には、４行×６列のマトリックス状に配列された合計２４個の電気ヒータ（金属酸化皮膜抵抗器）４が実装されている。そして、２４個のヒータ４は、図６に示すように６個を１組とする４つのヒータ群Ｇ１〜Ｇ４に組分けされ、ヒータ群Ｇ１〜Ｇ４のほぼ中央にそれぞれ温度センサ（サーミスタ）Ｓ１〜Ｓ４が実装される。ヒータ群Ｇ１〜Ｇ４の各６個のヒータ４はプリント配線によりそれぞれ直列接続又は並列接続されてヒータ制御回路モジュール３へ接続される。また、温度センサＳ１〜Ｓ４もプリント配線によりヒータ制御回路モジュール３へ接続される。
【００１９】
図７は恒温ブロック２の上面図、図８は図７のＣ−Ｃ矢視断面図、図９は恒温ブロック２の底面図である。
これらの図に示すように恒温ブロック２は、その上面に反応プレート６２（図２）が載置されるとき、２５個のサンプルチューブ６４を受入れる２５個の凹部５を有する。
また、恒温ブロック２は、底面に６本の断面Ｕ字形の溝６と、４つの円筒状凹部Ｈ１〜Ｈ４とを備える。
【００２０】
従って、恒温ブロック２が図３〜図５に示すように基板１の表面に固定されるとき、図９に示す６本の溝６と凹部Ｈ１〜Ｈ４に、図６に示す６列のヒータ４と温度センサＳ１〜Ｓ４が、それぞれ収容される。そして、ヒータ群Ｇ１〜Ｇ４に対応する恒温ブロック２の４つの部分（領域）の温度がそれぞれ温度センサＳ１〜Ｓ４によって検出されるようになっている。
【００２１】
図１０はヒータ制御回路モジュール３の構成を示すブロック図である。同図に示すように、モジュール３は、制御部７と第１〜第４ヒータ駆動部Ｄ１〜Ｄ４を内蔵する。制御部７は温度センサＳ１〜Ｓ４と入力部８からの出力を受けて、第１〜第４ヒータ駆動部Ｄ１〜Ｄ４へ制御信号を出力するようになっている。第１〜第４駆動部Ｄ１〜Ｄ４は外部から供給される直流電圧をうけてヒータ群Ｇ１〜Ｇ４へ必要な駆動電力を供給する。
【００２２】
制御部７において、温度算出部７ａは、温度センサＳ１〜Ｓ４からの各出力を所定の変換関数によって実際の温度Ｔ１〜Ｔ４に換算する。参照値書き込み部７ｂは、入力部８からの指令により、参照値格納部７ｃに参照値Ｒ１〜Ｒ４を書き込むことができる。
【００２３】
比較部７ｄは、換算された温度Ｔ１〜Ｔ４をそれぞれ参照値Ｒ１〜Ｒ４と比較する。ヒータ出力演算部７ｅは温度Ｔ１〜Ｔ４がそれぞれ参照値Ｒ１〜Ｒ４に等しくなるようにヒータ群Ｇ１〜Ｇ４へ供給すべき電力を演算し、その演算結果により第１〜第４駆動部Ｄ１〜Ｄ４を制御する。これによって、いわゆる負帰還制御が行われる。
ここで制御部７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるマイクロコンピュータから構成され、第１〜第４ヒータ駆動部Ｄ１〜Ｄ４はトランジスタ回路で構成される。入力部８は制御部７にとりはずし可能に接続されたキーボードから構成される。
【００２４】
このような構成において、モジュール３が起動すると、ヒータ群Ｇ１〜Ｇ４へ電力が供給され、温度センサＳ１〜Ｓ４によってそれぞれ検出される温度Ｔ１〜Ｔ４が、各参照値Ｒ１〜Ｒ４に一致するようにヒータ群Ｇ１〜Ｇ４への供給電力が制御される。
そこで、参照値Ｒ１〜Ｒ４をすべて同じ所定値、例えば４５℃に設定しておくと、温度Ｔ１〜Ｔ４がすべて４５℃に保持される。つまり、恒温ブロック２に収容されたサンプルチューブ６４が４５℃に保持され、その温度で測定用試料が調製されることになる。
【００２５】
しかしながら、温度センサＳ１〜Ｓ４は、一般に感度（温度と検出出力の関係）がばらついているため、恒温ブロック２の温度を精度よく制御するには、その較正が必要となる。そこで、この発明では次のようにしてその較正を行うようにしている。
【００２６】
恒温装置
図１１は前述の試料加温装置の温度較正に用いる恒温装置の断面図である。
同図に示すように恒温装置は、ケース１２と、蓋１３と、アルミニウム製の加熱ブロック１１とを備え、加熱ブロック１１の上部に図３〜図５に示す試料加温装置を逆さにした状態で搭載し、加熱ブロック１１と試料加温装置をケース１２と蓋１３とで取り囲むようになっている。なお、ケース１２と蓋１３は断熱材料、例えば発泡スチロールを用いて製作される。
また、加熱ブロック１１の中心部には温度センサＳ５が設置され、加熱ブロック１１の下方の内部にプレート状の電気ヒータ１４が設けられている。
【００２７】
図１２は加熱ブロック１１の上面図、図１３は加熱ブロック１１の側面図である。これらの図に示すように加熱ブロック１１は、上面に２５個の突出部１５を有し、試料加温装置の２５個の凹部５に挿入されて各内壁に接触するようになっている。また、加熱ブロック１１は側面から中心に向かって穿孔された温度センサＳ５の挿入孔１６を備える。
【００２８】
図１４は図１１に示す恒温装置の温度制御回路のブロック図である。
図１４に示すように、制御部１７は入力部１８と温度センサＳ５からの出力をうけて出力部１９とヒータ駆動部Ｄ５に出力し、ヒータ駆動部Ｄ５は外部から直流電圧をうけて必要な駆動電力を電気ヒータ１４に供給する。
制御部１７においては、温度算出部１７ａは温度センサＳ５の出力を所定の変換関数によって実際の温度Ｔ５に換算する。参照値格納部１７ｃには参照値Ｒ５が書き込まれている。
【００２９】
比較部１７ｄは、換算された温度Ｔ５と参照値Ｒ５と比較する。ヒータ出力演算部１７ｅは温度Ｔ５が参照値Ｒ５に等しくなるように電気ヒータ１４に供給すべき電力を演算し、ヒータ駆動部Ｄ５を制御する。これによって、いわゆる、負帰還制御が行われる。ここで制御部１７は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなるマイクロコンピュータから構成され、ヒータ駆動部Ｄ５はトランジスタ回路で構成される。入力部１８と出力部１９は、それぞれキーボードとＣＲＴで構成される。
【００３０】
このような構成における温度較正手順について図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、使用者は、図１１に示すように試料加温装置を恒温装置内に収容し（ステップＳ１）、入力部８（図１０）からの指令により第１から第４ヒータ駆動部Ｄ１〜Ｄ４の出力をすべて停止させる（ステップＳ２）。制御部１７（図１４）を起動させると、電気ヒータ１４へ電力が供給され、温度センサＳ５によって検出される温度Ｔ５が参照値Ｒ５に一致するように電気ヒータ１４への供給電力が制御される。
【００３１】
ここで、温度算出部１７ａにおいて温度センサＳ５からの出力が誤差のない正しい温度Ｔ５に変換されるよう変換関数を予め十分に較正しておく。そこで、参照値Ｒ５として、例えば４５℃を書き込んでおくと、恒温ブロック２が加熱ブロック１１を介して電気ヒータ１４によって加熱され、恒温ブロック２の温度が４５℃に達すると、その後、恒温ブロック２は全体的に４５℃に維持される（ステップＳ３）。この時、温度センサＳ１〜Ｓ４によって恒温ブロック２の温度Ｔ１〜Ｔ４が検出される。
【００３２】
そして、温度センサＳ１〜Ｓ４の感度のばらつきにより、Ｔ１＝４３℃，Ｔ２＝４４℃，Ｔ３＝４６℃，Ｔ４＝４７℃という値が算出されたものとする。使用者が入力部８から「温度較正」を制御部７へ指令すると、参照値書き込み部７ｂは参照値格納部７ｃの参照値Ｒ１〜Ｒ４をそれぞれ４３℃，４４℃，４６℃，４７℃に書き換える（ステップＳ４）。
【００３３】
これによって、試料加温装置の較正操作は終了する。そこで、使用者は試料加温装置を恒温装置から取り出し、入力部８を操作して第１〜第４ヒータ駆動部Ｄ１〜Ｄ４の出力停止を解除する（ステップＳ５）。
試料加温装置の使用時に、ヒータ群Ｇ１〜Ｇ４により恒温ブロック２が加熱されると、温度センサＳ１〜Ｓ４によって得られる温度Ｔ１〜Ｔ４がそれぞれ参照値４３℃，４４℃，４６℃，４７℃になるようにヒータ群Ｇ１〜Ｇ４への供給電力が制御されるので、恒温ブロック２は４５℃の温度に正しく保持されることになる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によれば、電気ヒータ，温度センサ，ヒータ制御回路および恒温ブロックが全てプリント配線基板上に実装されるので、配線および構成が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の試料加温装置を用いる自動分析装置の斜視図である。
【図２】この発明に係る反応プレートの斜視図である。
【図３】この発明の試料加温装置の上面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】この発明に係るプリント配線基板の上面図である。
【図７】この発明に係る恒温ブロックの上面図である。
【図８】図７のＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図９】図７に示す恒温ブロックの底面図である。
【図１０】この発明の試料加温装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１１】この発明の恒温装置を示す断面図である。
【図１２】この発明の恒温装置の加熱ブロックの上面図である。
【図１３】図１２に示す加熱ブロックの側面図である。
【図１４】図１１に示す恒温装置の制御回路を示すブロック図である。
【図１５】この発明の温度較正の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１プリント配線基板
２恒温ブロック
３ヒータ制御回路モジュール
４ヒータ
５凹部

Claims

基板と、
サンプルチューブを収容するための恒温ブロックと、
恒温ブロックを領域毎に加熱するために前記基板上に平面的に配列された複数のヒータと、
前記基板に実装され恒温ブロックの温度を領域毎に検出する複数の温度センサと、
前記基板に実装された各温度センサの出力をうけて恒温ブロックの温度が所定の温度になるように領域毎にヒータの出力を制御するヒータ制御回路とを備え、
恒温ブロックはその底部に各ヒータと各温度センサを収容可能な凹部を有し、各ヒータと各温度センサを前記凹部に収容した状態で前記基板上に設置されてなる試料加温装置。
ヒータ制御回路は、
恒温ブロックの領域毎にヒータに電力を供給する複数のヒータ駆動部と、
参照値を格納する参照値格納部と、
各温度センサによって検出される温度が参照値に等しくなるように各ヒータへ供給する電力を演算して各ヒータ駆動部を駆動させるヒータ出力演算部と、
参照値格納部へ参照値を書き込む参照値書き込み部とを備える請求項１記載の試料加温装置。
恒温ブロックは、上部にサンプルチューブを挿入可能な複数のサンプルチューブ挿入孔を有する、請求項１又は２に記載の試料加温装置。
ヒータが酸化金属被膜抵抗器からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の試料加温装置。
温度センサがサーミスタを備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の試料加温装置。
基板がプリント配線基板からなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の試料加温装置。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の試料加温装置と、試料加温装置で加温された試料を分析する分析部とを備えた分析装置。