JP6611345B2 - 液体センサ及び液体センサのチューブ保持部材 - Google Patents

Description

本発明は、チューブ内の液体の有無を光学的に検出する液体センサ及び液体センサのチューブ保持部材に関するものである。

液体センサの一種類として、例えば試薬等の液体がチューブを介して搬送される装置において、チューブ内の液体の有無を検出することにより被搬送試薬の液切れを確認可能とする液切れ検出装置の検出手段として使用されるものがある。

このような液体センサでは、透光性を備えたチューブを液体センサに保持し、液体センサに内蔵された発光素子からチューブに向けて照射された光を受光素子で受光する。すると、チューブ内での液体の有無に応じて光の屈折態様が異なるため、受光素子の受光量に基づいてチューブ内での液体の有無が検出される。

特開２０１５−１３７９０８号公報

上記のような液体センサでは、チューブ内の液体の有無を安定して検出するために、チューブを液体センサの所定の保持位置に安定して保持する必要がある。
また、液体センサには保持位置に対しチューブを容易に着脱可能とするために、チューブを弾性的に嵌合して保持する保持部が設けられている。しかし、保持部による保持力を超える引っ張り力がチューブに作用すると、チューブが保持部から外れるため、チューブ内の液体の有無を検出することができなくなる。

特許文献１には、１本のねじの締付け作業により、本体と板材との間に管を保持するようにしたパイプ液体検出センサが開示されている。しかし、センサを管に固定するためにねじの締付け作業が必要であるため、その取り付け作業が煩雑である。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的はチューブを所定の保持位置に容易にかつ安定して保持し得る液体センサを提供することにある。

上記課題を解決する液体センサは、透光性を有するチューブ内の液体の有無を検知する液体センサであって、前記チューブを、該チューブの長手方向に直交する方向に挿抜可能に保持する弾性片と、前記チューブに向かって検出光を照射する投光部と、前記チューブを透過した検出光を受光する受光部とを本体ケースに備え、前記チューブの挿抜方向を覆う保持部材を、前記本体ケースに対し前記挿抜方向に一致しない方向に限り着脱可能としたことを特徴とする。

この構成により、チューブに引っ張り力が作用しても、チューブが本体ケースに対する挿抜方向に外れることはない。
また、上記の液体センサでは、前記弾性片は、前記チューブを該チューブの長手方向と直交する方向に弾性的に挿抜可能とし、前記本体ケースと前記弾性片との間に嵌合凹部を形成し、前記保持部材には、該保持部材を前記嵌合凹部に対し前記チューブの長手方向に沿う方向にのみ着脱可能とした嵌合片を備えることが好ましい。

この構成により、ねじを使用することなくチューブを本体ケースに保持可能であるとともに、弾性片からのチューブの外れは、保持部材により阻止される。
また、上記の液体センサでは、前記嵌合凹部は、前記チューブの挿抜方向における奥部の幅を中間部より幅広とし、前記嵌合片の横断面形状は前記嵌合凹部の断面形状に等しい形状として、前記チューブの長手方向に沿う方向にのみ挿抜可能とすることが好ましい。

この構成により、本体ケース側の嵌合凹部に嵌合する保持部材の嵌合片により、保持部材が弾性片へのチューブの挿抜方向へ外れることはない。
また、上記の液体センサでは、前記保持部材には、前記チューブを弾性的に保持する保持片を設けることが好ましい。

この構成により、保持部材を本体ケースから取り外しても、保持部材がチューブに保持されている。
また、上記の液体センサでは、前記保持部材には、前記本体ケースに対し弾性的に係合して、該保持部材をチューブの長手方向に位置決めする位置決め手段を備えることが好ましい。

この構成により、保持部材が本体ケースに対しチューブの長手方向に位置決めされる。
また、上記の液体センサでは、前記保持部材には、前記本体ケースに位置決めした状態で該本体ケースの一方に突出する指掛部を備えることが好ましい。

この構成により、保持部材を本体ケースから外しやすい。
また、上記の液体センサでは、前記保持部材は、前記本体ケースの側面からはみ出ない横幅とすることが好ましい。

この構成により、本体ケースに取着された保持部材が周囲の物品に引っかかり難い。
また、上記の液体センサでは、前記保持部材の表面には、該表面の摩擦係数を増大させる突条部を備えることが好ましい。

この構成により、本体ケースに対する保持部材のスライド操作が容易となる。
上記課題を解決する液体センサのチューブ保持部材は、透光性を有するチューブ内の液体の有無を検知する液体センサのチューブ保持部材において、前記液体センサの本体ケースに対し被検知位置に挿抜可能に保持された前記チューブを保持する保持部材を備え、前記保持部材は前記本体ケースに対する前記チューブの挿抜方向に一致しない方向に限り前記本体ケースに対し着脱可能とすることを特徴とする。

この構成により、チューブに引っ張り力が作用しても、チューブが本体ケースから外れることはない。

本発明の液体センサによれば、チューブを所定の保持位置に容易にかつ安定して保持することができる。

液体センサを示す斜視図。 保持部材を外した状態の液体センサを示す斜視図。 液体センサを示す分解斜図。 カバー部材を示す斜視図。 図４の４−４線矢視断面図。 カバー部材を示す平面図。 液体センサを示す断面図。 （ａ）（ｂ）はチューブ内の液体の検出動作を示す説明図。 保持部材の裏面を示す斜視図。 保持部材の取付状態を示す断面図。 保持部材の取付状態を示す側面図。 （ａ）〜（ｄ）は保持部材の取付手順を示す斜視図。

以下、液体センサの一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す液体センサは、例えば試薬等の液体が搬送されるチューブを保持し、チューブ内の液体の有無を光学的に検出する機能を有する。

図２に示すように、本実施形態の液体センサの外装は、本体ケース１０とカバー部材２０とにより構成されている。
本体ケース１０は、例えば硬質樹脂等からなり、平板部１１と、平板部１１から突出する筒部１２とを有している。平板部１１の端部には、その取付孔１３が二箇所に形成されている。図１に示すように、本体ケース１０は取付孔１３に挿通されたねじ１４により、所定の取付面Ｓに固定される。

カバー部材２０は、本体ケース１０の筒部１２に嵌合されている。カバー部材２０の前面は筒部１２の開口端を覆う状態で液体センサの前面側に露出され、液体センサの測定対象となる透光性のチューブＴを保持可能である。なお、取付面Ｓは通常垂直方向であり、チューブＴの保持方向は、取付面Ｓと平行である。

図３に示すように、本体ケース１０の筒部１２には、チューブＴ内の液体の有無を検知するセンサユニット３０が収容されている。センサユニット３０は、基板フレーム３１と、投光フレーム３２と、受光フレーム３３とを有している。基板フレーム３１は、一方向に細長く延びている。投光フレーム３２と受光フレーム３３は、基板フレーム３１の長手方向の一端及び他端から、それぞれ同一方向に垂直に立設されている。

基板フレーム３１は、ボトムフレーム部３１Ａ、サイドフレーム部３１Ｂ、カバーフレーム部３１Ｃを含む。ボトムフレーム部３１Ａには液体センサにおける各種の動作を制御する回路素子３４が実装されている。サイドフレーム部３１Ｂは四角枠状をなし、回路素子３４を囲む。

カバーフレーム部３１Ｃは、ボトムフレーム部３１Ａとサイドフレーム部３１Ｂとにより囲まれた回路素子３４の実装空間を閉塞する。なお、カバーフレーム部３１Ｃは、一方向に細長く延びており、その長手方向の一端及び他端には第１の嵌合部３５及び第２の嵌合部３６がそれぞれ設けられている。第１の嵌合部３５及び第２の嵌合部３６には、投光フレーム３２及び受光フレーム３３がそれぞれ嵌合されて、基板フレーム３１に投光フレーム３２と受光フレーム３３が固定される。

カバー部材２０は、本体ケース１０の筒部１２にセンサユニット３０が収容された状態で、本体ケース１０の筒部１２の開口を閉塞するように嵌合されている。このとき、カバー部材２０に形成された挿通孔４０と本体ケース１０に形成された挿通孔４１とが重なるように配置される。これら重なり合った挿通孔４０，４１に対して本体ケース１０の外側から位置決めピン４３が挿入されている。この位置決めピン４３は、センサユニット３０における基板フレーム３１のカバーフレーム部３１Ｃに対して上方から接触することで、本体ケース１０の筒部１２内でのセンサユニット３０の収容位置を位置決めする。

次に、カバー部材２０の構成について説明する。
図４に示すように、カバー部材２０は、例えば黒色の軟質樹脂等により一体成形されており、略矩形状をなす天面Ｐの長手方向の中央位置には、天面Ｐの短手方向の一端から他端に亘って直線状に延びる凹溝５０が形成されている。凹溝５０の底面には、円弧状に湾曲して凹溝５０の長手方向の全域に亘って延びる一対の弾性片５１Ａ，５１Ｂが形成されている。

図５に示すように、弾性片５１Ａ，５１Ｂは、円筒の一部を長手方向に切除した残りの部分に相当し、切除範囲は円筒の中心に対し約６０度の範囲である。そして、弾性片５１Ａ，５１Ｂ間の開口部はチューブＴの外径より小さい寸法で開口され、その開口部から弾性片５１Ａ，５１Ｂ間の空間にチューブＴを弾性的に挿抜可能である。

弾性片５１Ａ，５１Ｂの先端縁には、弾性片５１Ａ，５１Ｂの湾曲中心から径方向に延びる直線に沿った第１のテーパ面Ｐ１が形成されている。従って、チューブＴを第１のテーパ面Ｐ１で案内しながら、弾性片５１Ａ，５１Ｂ間に弾性的に嵌挿可能である。

弾性片５１Ａ，５１Ｂの長手方向の中央部には、弾性片５１Ａ，５１Ｂを長手方向に２分割するスリット５２が形成されている。さらに、スリット５２は、凹溝５０の底面に形成された凹部５４に連通している。

図７に示すように、投光フレーム３２及び受光フレーム３３に配設される投光素子３７と受光素子３８は、カバー部材２０が本体ケース１０に嵌合された状態では、スリット５２の両側で互いに対向するように位置している。また、スリット５２の両側において、凹溝５０の側面には通過孔５５Ａ，５５Ｂが形成されている。

そして、投光素子３７から出力される検出光は、通過孔５５Ａからスリット５２及び通過孔５５Ｂを経て受光素子３８に入射されるようになっている。すなわち、スリット５２は、投光素子３７と受光素子３８との間に形成される検出光の光軸ＡＸ上に配置されている。

図６及び図７に示すように、通過孔５５Ａ，５５Ｂは、カバー部材２０の天面Ｐまで延長されて、係止溝５６が形成されている。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、弾性片５１Ａ，５１ＢにチューブＴが保持された状態で投光素子３７から検出光ＳＬが照射されると、その照射された検出光ＳＬがスリット５２を介してチューブＴの外表面に到達し、更にはチューブＴを透過した後に受光素子３８で受光される。

このとき、検出光ＳＬの屈折態様は、チューブＴの材質の屈折率と、チューブＴの内部の媒質の屈折率との差に応じて変化する。
図８（ａ）に示すように、チューブＴの内部が液体Ｌで満たされているとき、液体Ｌの屈折率は、空気Ａの屈折率よりも大きい。したがって、屈折率の差が比較的小さくなる。そのため、投光素子３７から照射された検出光ＳＬのうち、チューブＴと液体Ｌとの界面で屈折して受光素子３８に到達しない検出光ＳＬの比率が比較的小さくなる。

図８（ｂ）に示すように、チューブＴの内部が気泡等により空気Ａで満たされているとき、空気Ａの屈折率は、液体Ｌの屈折率よりも大きい。従って、屈折率の差が比較的大きくなる。そのため、投光素子３７から照射された検出光ＳＬのうち、チューブＴと空気Ａとの界面で屈折して受光素子３８に到達しない検出光の比率が比較的大きくなる。

そこで、本実施形態では、受光素子３８における受光量を所定の閾値と比較し、その受光量が所定の閾値未満であるときに、チューブＴの内部が空気Ａで満たされていると判定することを可能とする。具体的には、受光素子３８は受光量に応じたレベルの信号を出力する。

図３に示す基板フレーム３１に実装された回路素子３４からなる検出回路は、受光素子３８から出力される信号のレベル（たとえば電圧値）と閾値とを比較し、その比較結果に応じた検出信号を外部装置へ出力する。この検出信号により、チューブＴの内部の媒体が液体Ｌか空気Ａかを判定することが可能となる。

図１に示すように、本体ケース１０の前面には、チューブＴを弾性片５１Ａ，５１Ｂに嵌合された状態に安定して保持するための保持部材６０が取着されている。保持部材６０は合成樹脂で成型され、図９に示すように、カバー部材２０の前面をほぼ覆い得る大きさの四角板状の平板部６０ａを備えている。

平板部６０ａの裏面には、チューブＴを弾性的に嵌合可能とした一対の保持片６１と、その保持片６１の下方に二対の嵌合片６２Ａ，６２Ｂが形成されている。保持片６１は、カバー部材２０に形成された弾性片５１Ａ，５１Ｂと同様な形状であり、一対の保持片６１間の開口部からチューブＴを弾性的に嵌合可能である。

嵌合片６２Ａ，６２Ｂの対向する各対間の中心と、対向する保持片６１間の中心は同一直線状に位置する。また、嵌合片６２Ａ，６２Ｂ間には、カバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂのスリット５２の幅と同等もしくはそれ以上の間隙が確保されている。

図１０に示すように、嵌合片６２Ａ，６２Ｂの横断面形状は、カバー部材２０の凹溝５０の側面と弾性片５１Ａ，５１Ｂの外周面との間に形成される嵌合凹部６３に等しい形状である。

すなわち、弾性片５１Ａ，５１Ｂの外側面が円弧状に湾曲していることから、嵌合凹部６３はその深さ方向における中間部の幅が最奥部の幅より狭くなっている。従って、弾性片５１Ａ，５１Ｂ間にチューブＴを保持している状態では、弾性片５１Ａ，５１Ｂの互いに近づく方向への撓みがほぼ許容されないので、各嵌合片６２Ａ，６２Ｂは嵌合凹部６３に対し例えば上方からのみ嵌挿可能である。

また、弾性片５１Ａ，５１Ｂ間にチューブＴを保持した状態では、嵌合凹部６３に嵌合された嵌合片６２Ａ，６２Ｂが本体ケース１０の前方、すなわちチューブＴの長手方向に直交する方向には抜けないようになっている。

平板部６０ａには、平板部６０ａの側端側から嵌合片６２Ａ，６２Ｂの間の間隙に向かって延びる弾性片６４が形成されている。弾性片６４の先端には、平板部６０ａの裏面側、すなわちカバー部材２０側に向かって突出する半球状の突部６５が形成されている。

保持部材６０の嵌合片６２Ａ，６２Ｂを嵌合凹部６３に対し上方から挿入するとき、突部６５がカバー部材２０の凹溝５０の側方において天面Ｐに当接して、弾性片６４が撓みながらスライドする。そして、図１１に示すように、保持片６１がカバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂに当接すると、突部６５が係止溝５６の位置まで達して係止溝５６に弾性的に係合し、保持部材６０がカバー部材２０に対し上下方向に位置決めされるようになっている。保持部材６０がカバー部材２０に位置決めされた状態では、嵌合片６２Ａ，６２Ｂ間の間隙とカバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂのスリット５２が連通して、検出光ＳＬを妨げないようになっている。

図１０に示すように、平板部６０ａの横幅は、本体ケース１０及びカバー部材２０の横幅より僅かに狭く形成されている。また、図１１に示すように、平板部６０ａの下縁は、本体ケース１０及びカバー部材２０の下縁より下方へ突出して、指掛部６７が形成されている。

平板部６０ａの表面には、保持部材６０のスライド操作方向を表示する矢印及び案内文字を浮き彫りとした突条部６６が形成されている。突条部６６により平板部６０ａの表面の摩擦係数を増大させている。

次に、本実施形態の液体センサの作用を説明する。
液体センサにチューブＴを取り付けるための手順を図１２に示す。図１２（ａ）に示すように、本体ケース１０にカバー部材２０を取着した液体センサをまず取付面に取着する。次いで、図１２（ｂ）に示すように、チューブＴを保持部材６０の保持片６１に嵌合する。

次いで、図１２（ｃ）に示すように、チューブＴに対する保持部材６０の取付位置より下方位置で、チューブＴをカバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂに嵌合する。
そして、図１２（ｄ）に示すように、保持部材６０の嵌合片６２Ａ，６２Ｂをカバー部材２０の嵌合凹部６３に上方から嵌挿し、弾性片６４の突部６５をカバー部材２０の係止溝５６に係合させる。すると、保持部材６０がカバー部材２０に対し上下方向に位置決めされる。

この状態では、保持部材６０は嵌合片６２Ａ，６２Ｂが嵌合凹部６３に嵌合して、保持部材６０の本体ケース１０の前方への抜けが阻止される。従って、チューブＴが弾性片５１Ａ，５１Ｂと保持片６１に保持された状態でカバー部材２０に安定して保持される。

また、保持部材６０をカバー部材２０から取り外す場合には、指掛部６７を下方から押し、あるいは指先を突条部６６に押し当てて保持部材６０を上方へスライドさせればよい。

チューブＴが弾性片５１Ａ，５１Ｂに保持されていると、投光素子３７から出力される検出光ＳＬを受光素子３８で受光することにより、チューブＴ内で液体Ｌが正常に流れているか否かが検出される。

上記のような液体センサでは、次に示す効果を得ることができる。
（１）チューブＴがカバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂに保持されている状態では、チューブＴ内に液体Ｌが正常に流れているか否かを検出することができる。
（２）カバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂと、保持部材６０の保持片６１で、ねじを使用することなく、チューブＴを安定して保持することができる。
（３）保持部材６０をカバー部材２０に対し上方からのみ嵌挿可能としたので、チューブＴに作用する引っ張り力による保持部材６０の前方（チューブの長手方向に対し直交する方向）への外れを防止することができる。従って、チューブＴ内に液体Ｌが正常に流れているか否かを安定して検出することができる。なお、保持部材６０をカバー部材２０に対し斜め上方からのみ嵌挿可能としてもよい。要するに、チューブＴの挿抜方向に一致しない方向であればよい。
（４）カバー部材２０の弾性片５１Ａ，５１Ｂと凹溝５０の側面との間に形成される嵌合凹部６３に保持部材６０の嵌合片６２Ａ，６２Ｂを上方からのみ嵌挿可能とした。そして、嵌合凹部６３の横断面形状は、最奥部の幅が広くなるように形成され、嵌合片６２Ａ，６２Ｂは嵌合凹部６３に充填される形状としたので、保持部材６０のカバー部材２０から前方への外れを防止することができる。
（５）嵌合片６２Ａ，６２Ｂは嵌合凹部６３に充填される形状としたので、保持部材６０をカバー部材２０に取り付けた状態では、弾性片５１Ａ，５１Ｂの拡径方向の弾性変形を阻止することができる。従って、弾性片５１Ａ，５１ＢからのチューブＴの外れを防止することができる。
（６）嵌合凹部６３は、弾性片５１Ａ，５１Ｂと凹溝５０との間に形成される空間を利用したので、カバー部材２０に嵌合片６２Ａ，６２Ｂを嵌挿するための嵌合凹部を別途設ける必要はない。
（７）保持部材６０を、ねじを使用することなく、カバー部材２０に容易に取着することができる。
（８）保持部材６０の突部６５をカバー部材２０の係止溝５６に係合させると、嵌合片６２Ａ，６２Ｂが検出光ＳＬを遮らない位置で、保持部材６０をカバー部材２０に対し上下方向に容易に位置決めすることができる。
（９）指掛部６７若しくは突条部６６により、カバー部材２０に対する保持部材６０の上下方向のスライド操作を容易に行うことができる。
（１０）保持部材６０の幅を本体ケース１０及びカバー部材２０の幅より狭くして、本体ケース１０及びカバー部材２０の側面からはみ出ないようにしたので、本体ケース１０の周囲の物品への無用な引っ掛かりを防止することができる。
（１１）保持部材６０を保持片６１でチューブＴに保持可能であるので、保持部材６０をカバー部材２０から取り外してもチューブＴに保持されている。従って、保持部材６０のチューブＴからの脱落若しくは紛失を防止することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・保持部材の嵌合片をチューブの長手方向に沿って嵌挿可能とした嵌合凹部を、本体ケースの任意位置に設けてもよい。

１０…本体ケース、３７…投光部（投光素子）、３８…受光部（受光素子）、５１Ａ，５１Ｂ…弾性片、５６…位置決め手段（係止溝）、６０…保持部材、６１…保持片、６２Ａ，６２Ｂ…嵌合片、６３…嵌合凹部、６５…位置決め手段（突部）、６６…突条部、６７…指掛部、Ｔ…チューブ，Ｌ…液体。

Claims (9)

1. 透光性を有するチューブ内の液体の有無を検知する液体センサであって、
   前記チューブを、該チューブの長手方向に直交する方向に挿抜可能に保持する弾性片と、
   前記チューブに向かって検出光を照射する投光部と、
   前記チューブを透過した検出光を受光する受光部と
   を本体ケースに備え、
   前記チューブの挿抜方向を覆う保持部材を、前記本体ケースに対し前記挿抜方向に一致しない方向に限り着脱可能としたことを特徴とする液体センサ。
2. 請求項１に記載の液体センサにおいて、
   前記弾性片は、前記チューブを該チューブの長手方向と直交する方向に弾性的に挿抜可能とし、前記本体ケースと前記弾性片との間に嵌合凹部を形成し、前記保持部材には、該保持部材を前記嵌合凹部に対し前記チューブの長手方向に沿う方向にのみ着脱可能とした嵌合片を備えたことを特徴とする液体センサ。
3. 請求項２に記載の液体センサにおいて、
   前記嵌合凹部は、前記チューブの挿抜方向における奥部の幅を中間部より幅広とし、前記嵌合片の横断面形状は前記嵌合凹部の断面形状に等しい形状として、前記チューブの長手方向に沿う方向にのみ挿抜可能としたことを特徴とする液体センサ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液体センサにおいて、
   前記保持部材には、前記チューブを弾性的に保持する保持片を設けたことを特徴とする液体センサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体センサにおいて、
   前記保持部材には、前記本体ケースに対し弾性的に係合して、該保持部材を前記チューブの長手方向に位置決めする位置決め手段を備えたことを特徴とする液体センサ。
6. 請求項５に記載の液体センサにおいて、
   前記保持部材には、前記本体ケースに位置決めした状態で該本体ケースより一方に突出する指掛部を備えたことを特徴とする液体センサ。
7. 請求項５又は６に記載の液体センサにおいて、
   前記保持部材は、前記本体ケースの側面からはみ出ない横幅としたことを特徴とする液体センサ。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の液体センサにおいて、
   前記保持部材の表面には、該表面の摩擦係数を増大させる突条部を備えたことを特徴とする液体センサ。
9. 透光性を有するチューブ内の液体の有無を検知する液体センサのチューブ保持部材において、
   前記液体センサの本体ケースに対し被検知位置に挿抜可能に保持された前記チューブを保持する保持部材を備え、前記保持部材は前記本体ケースに対する前記チューブの挿抜方向に一致しない方向に限り前記本体ケースに対し着脱可能としたことを特徴とする液体センサのチューブ保持部材。

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