JP6746965B2 - 液体吐出ノズル - Google Patents

Description

本発明は、自動分析装置に備える、液体を吐出するためのノズルに関するものである。特に本発明は、液体を容器側面に向けて正確に吐出するためのノズルに関する。

免疫化学検査や生化学検査の分野で用いられる自動分析装置では、試薬や洗浄水等の液体を吐出するために多様なノズルが使用される。また免疫化学検査では、反応容器の内壁面や反応容器に入れた磁性粒子等を固定化相とし、分析対象成分に結合する捕捉分子（分析対象成分が抗原の場合は当該抗原に対する抗体、分析対象成分が抗体の場合は当該抗体に対する抗原または抗体）を前記固定化相に固定して、分析対象成分と捕捉分子とを結合させた後、不要な成分を除去するために、反応容器内の反応液を吸引除去し、洗浄液を供給した後、不要成分とともに洗浄液を吸引除去するＢ／Ｆ（Ｂｏｕｎｄ／Ｆｒｅｅ）分離またはＢ／Ｆ洗浄と呼ばれる工程がある。これらの洗浄工程においては、液体を吐出するノズルと液体を吸引するノズルが使用される。

特に反応容器に入れた磁性粒子等を固定化相としてＢ／Ｆ洗浄する際は、磁石で磁性粒子を反応容器の内壁面や底面に集め、吸引ノズルで当該集めた磁性粒子の塊を崩さないように不要な成分を含んだ反応液を除去後、液体を吐出するノズルで反応容器内に洗浄液を供給することで前記磁性粒子を洗浄する（特許文献１）。洗浄液を供給後、一旦磁性粒子を洗浄液内に分散させると洗浄効率が高くなるため、液体を吐出するノズルで前記磁性粒子の塊が十分に浸る量の洗浄液を反応容器に供給した後、当該容器を撹拌させたり、磁性粒子の塊に直接洗浄液を吐出することで、反応容器の内壁面や底面に集めた磁性粒子の塊を崩して分散させたりすることがある。後者の方法である、磁性粒子の塊に直接洗浄液を吐出して分散させる方法は、反応容器全体を撹拌させる必要がなく、時間の短縮が図れる点で自動分析装置におけるＢ／Ｆ洗浄法として好ましい方法である。

特開２０１０−１５１７３８号公報

前述した磁性粒子の塊に直接洗浄液を吐出して分散させる方法は、洗浄液を前記磁性粒子の塊がある反応容器の内壁面へ、液体を吐出するノズルの開口部から正確に吐出しなければならない。しかしながら、液体を吐出するノズルから吐出される洗浄液の吐出速度が小さい場合または吐出量が少ない場合は、当該ノズル開口部の下側付近に洗浄液が付着したままになることがある。また液体を吐出するノズルそのものを洗浄した際、ノズル洗浄液が付着したままになることや、液体を吐出するノズルが吸引ノズル等を束ねた構造からなる集合ノズルの態様であり液体を吐出するノズルの上方向からも液体が吐出されるような場合は、液体を吐出するノズルの吐出側開口部の下側付近に前記液体が付着したままになることがある。液体を吐出するノズルの吐出側開口部の下側付近に液体が付着すると、付着した前記液体と、当該ノズルから吐出されるべき洗浄液とが接触してしまい、液体を吐出するノズルによる洗浄液の吐出方向が定まらなくなる。そうなると、液体を吐出するノズルの開口部から磁性粒子の塊へ洗浄液を正確に吐出できなくなり、磁性粒子の分散が不十分となる。当該不十分な洗浄を解消するには液体を吐出するノズルによる洗浄液の吐出量を増加させる必要があり、洗浄液の無駄な消費につながる。

そこで本発明の課題は、分析装置で使用する、液体を吐出するためのノズルであって、ノズルに付着した液体の影響を受けることなく容器側面に向けて液体を正確に吐出可能なノズルを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。

すなわち本発明は以下のとおりである。
（１）液体を吐出するための流路を有する第一の管部と、前記流路の液体吐出側に連通した流路を有する、第一の管部と等しい外径を有した第二の管部とを設けた、液体を吐出するためのノズルであって、
前記第二の管部が有する流路は前記第一の管部が有する流路の軸方向に対して一定の角度で傾斜しており、前記第二の管部の下面に吐出側開口部を有し、かつ前記第二の管部の吐出側開口部を有する下面は、前記第二の管部の流路の軸方向に対して垂直を成し、さらに当該流路の吐出側開口部は前記第二の管部の下面の下端から離れた場所に位置する、前記ノズル。
（２）少なくとも、液体を吐出するためのノズルと、液体を吸引するためのノズルとを束ねた構造を有する、液体を吸引／吐出するための集合ノズルであって、
前記液体を吐出するためのノズルが（１）に記載のノズルである、前記集合ノズル。
（３） （２）に記載の集合ノズルにおいて、
液体を吐出するための第一および第二の吐出ノズルと、液体を吸引するための吸引ノズルとを束ねた構造を有する、液体を吸引／吐出するための集合ノズルであって、
前記第一の吐出ノズルが（１）に記載のノズルであり、前記第二の吐出ノズルが液体を下方向に吐出するノズルであり、前記吸引ノズルが液体を上方向に吸引するノズルであり、かつ、
前記第二の吐出ノズルの吐出側開口部を前記第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも上側に設け、前記吸引ノズルの吸引側開口部を前記第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも下側に設けた、
前記集合ノズル。
（４） （２）又は（３）に記載の集合ノズルにおいて、
前記集合ノズルを構成する各ノズルは固定部により固定されており、
各ノズルは前記固定部の下端から突出しており、
突出した各ノズルの吸引／吐出側開口部以外の部分は、前記固定部よりも細い外径を有する覆いで覆われている、
前記集合ノズル。
（５） （１）に記載のノズルと、前記ノズルを上下方向および水平方向に移動可能なノズル移動手段と、前記ノズルで吐出した液体を受け入れる容器を保持する容器保持手段とを備えた、洗浄装置。
（６） （１）に記載のノズルにより、容器側面に向けて液体を吐出する、（５）に記載の洗浄装置。
（７） 容器保持手段に、容器内壁に磁性粒子を集めるための集磁部をさらに設けた、（５）または（６）に記載の洗浄装置。
（８） 集磁部により容器内壁に集められた磁性粒子に向けて、（１）に記載のノズルで液体を吐出し洗浄する、（７）に記載の洗浄装置。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のノズルは、液体を吐出するための流路を有する第一の管部と、前記流路の液体吐出側に連通した流路を有する、第一の管部と等しい外径を有した第二の管部とを設けた、液体を吐出するためのノズルであって、前記第二の管部が有する流路は前記第一の管部が有する流路の軸方向に対して一定の角度で傾斜しており、前記第二の管部の下面に吐出側開口部を有し、かつ前記第二の管部の吐出開口部を有する下面は、前記第二の管部の流路の軸方向に対して垂直を成すように傾斜しており、さらに当該流路の吐出側開口部は前記第二の管部の下面の下端から離れた場所に位置する、ことを特徴としている。つまり本発明のノズルは、管全体（第一の管部および第二の管部）の外径や外側の形状の変化はないものの、本発明のノズルの液体吐出側に設けた第二の管部が有する流路は、第一の管部が有する流路の軸方向に対し一定の角度で傾斜した（折れ曲がった）構造となっている。前記一定の角度は０度よりも大きくかつ９０度以下の範囲から適宜選択することができるが、角度が０度に近いと本発明の課題である容器側面への正確な吐出が困難となること、また角度が９０度に近いと流路が折れ曲がる箇所の抵抗が大きくなることから、２０度から５０度までの範囲とすると好ましく、２５度から４０度までの範囲とするとさらに好ましい。ここで吐出側開口部が第二の管部の下面の下端から離れた場所に位置するとは、第二の管部の下端に最も近い吐出側開口部の端から第二の管部の下端までの長さが、吐出側開口部の直径の１〜３倍であることが好ましく、１〜２倍であることが更に好ましい。

本発明のノズルにおいて、第二の管部の外径は、第一の管部と等しい外径を有していればよい。なお本明細書において、等しい外径とは、第一の管部および第二の管部を水平方向に切断した際の断面の外径（断面形状の外径）が等しいことを意味する。具体的には、管全体（第一の管部および第二の管部）の形状として、等しい外径を有した直円柱状、直楕円柱状、直四角柱状、直三角柱状、直六角柱状の形状が例示できる。

本発明のノズルにおいて、第二の管部の下面は流路の吐出側開口部を有し、その面は第二の管部の流路の軸方向に対して垂直を成すよう形成される。第二の管部の流路の角度が９０度に近い大きな角度の場合は、吐出側開口部を有する面を流路の軸方向に対して垂直にするので第二の管部の下面の傾斜が大きくなり、第二の管部の下端までの長さが長くなるが、その場合は吐出側開口部から下方向に離れた部分はノズル全体の長さが現実的なものとなるよう切断した構造でも良い。また吐出側開口部を有する面は平面であってもよいが、平面の組み合わせからなってもよく、また球面の一部であっても良い。

前記の様に吐出側開口部を有する第二の管部の下面が平面であることは、必ずしも必要ではないが、第二の管部の流路を下面方向から切削して流路を作成する場合に、垂直な平面であることは切削が容易であり、第二の管部の流路の角度や吐出側開口部の位置や形状を意図したものに作製しやすいため好ましい。

本発明のノズルは、本発明の特徴である流路構造を維持しやすく、かつ液体中の成分や液体そのものが付着しにくい材料で作製すると好ましく、前記好ましい材料の一つとしてステンレス等の金属があげられる。またノズルの第一の管部と第二の管部とは、一体として成型されるものでもよいが、別に成型されて溶接などで接続される態様でも良い。

また本発明は、本発明の吐出ノズルと、液体を吸引するためのノズルとを束ねた構造からなる、集合ノズルの態様であってもよい（以下、本発明の集合ノズルともいう）。本発明の集合ノズルは、少なくとも本発明のノズルと、液体を吸引するためのノズルとを含んでいればよく、さらに液体を吐出および／または吸引するためのノズルを１本以上含んでもよい。本発明の集合ノズルにおいて、本発明の吐出ノズルの吐出側開口部よりも上部から別の液体の吐出があったり、本発明の吐出ノズルが他のノズルと接近して液体が付着しやすい位置に備えられたとしても、本発明の吐出ノズルの第二の管部の吐出側開口部は液体が付着したままの状態にはなりにくく、ノズルから吐出される洗浄液等の液体の吐出方向が定まらなくなるおそれを低減することができる。

本発明の集合ノズルの一態様として、本発明のノズル（第一の吐出ノズル）と、液体を上方向に吸引するためのノズル（吸引ノズル）と、吐出側開口部が第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも上部にあり、液体を下方向に吐出するノズル（第二の吐出ノズル）とを束ねた構造からなる集合ノズルがあげられる。このような態様において、吸引ノズルの吸引側開口部を前記第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも下側に設けると、第一の吐出ノズルは、自らが容器に吐出した液体によってノズルが浸ることなく、かつ容器の底に衝突することなく、その一方で吸引ノズルは容器内の液体を残液少なく吸引できるため、好ましい。

本発明のノズルが集合ノズルの態様をなしている場合、当該集合ノズルの洗浄時に、各ノズルが扱った液体が、集合ノズルを構成する各ノズル間の隙間や溝となった外面の部分を伝わって上昇する現象が発生し、ノズル外面を洗浄するためのノズル洗浄液を噴射できない高さまで上昇する場合がある。前記ノズル外面を上昇した液体は乾燥して当該液体に含まれる塩類などが析出し、析出物が次第に蓄積される可能性がある。この場合は、集合ノズルの洗浄が十分に行なえないだけではなく、当該析出物が洗浄した容器の中に落下したり、ノズルの移動中に分析装置の中に析出物が落下して、分析装置内への汚染の原因となるおそれがある。前記問題を解決する方法の一例として、集合ノズルを構成する各ノズルを、固定部の下端から突出するよう固定部に固定し、前記下端から突出した各ノズルの吸引／吐出側開口部以外の部分が露出せず、かつ各ノズル周辺の空隙を減らすように、前記固定部よりも細い外径を有する覆いで各ノズルを又はそれらをひとまとめにして覆う方法があり、この方法は本発明のノズルの好ましい態様といえる（特開２０１５−２３０１８１号公報）。

本発明は、液体を吐出するための流路を有する第一の管部と前記流路の液体吐出側に連通した流路を有する第一の管部と等しい外径を有した第二の管部とを設けた液体を吐出するためのノズルにおいて、前記第二の管部が有する流路は前記第一の管部が有する流路の軸方向に対して一定の角度で傾斜しており、前記第二の管部の下面に吐出側開口部を有し、かつ前記第二の管部の吐出側開口部を有する下面は、前記第二の管部の流路の軸方向に対して垂直を成し、さらに当該流路の吐出側開口部は前記第二の管部の下面の下端から離れた場所に位置することを特徴としている。これにより、たとえ吐出した液体がノズル先端部（第二の管部）の下端に付着しやすい状態であっても、液体は吐出側開口部のある下面の斜面の下端部に集まり液滴として落下しやすく、仮に付着したままになったとしても、吐出側開口部からは離れているため、吐出される液体の方向に影響を与えず、液体は意図した方向に吐出される。またノズルそのものを洗浄する場合にも、洗浄液は前記のノズルが吐出した液体と同様に、吐出側開口部のある下面の斜面の下端部に集まり液滴として落下しやすく、仮に付着したままになったとしても、吐出側開口部からは離れているため、吐出される液体の方向に影響を与えず、液体は意図した方向に吐出される。

液体を吐出するノズルと、前記ノズルを上下方向および水平方向に移動可能なノズル移動手段と、前記ノズルで吐出した液体を受け入れる容器を保持する容器保持手段とを備えた洗浄装置において、前記液体を吐出するノズルを本発明のノズルとすることで、効率よく洗浄を行うことができる。また本発明のノズルにより、容器側面に向けて液体を吐出することにより、容器側面部を効率よく洗浄することができる。特に前記容器保持手段が容器内壁に磁性粒子を集めるための集磁部をさらに設けた場合、本発明のノズルにより、前記集磁部により集められた磁性粒子に向けて液体（洗浄水等）を吐出し洗浄することにより、効率よく磁性粒子を洗浄することができる。このとき集磁を解除すれば、吐出された液体によって磁性粒子を効率よく分散させることができる。そのためこれをＢ／Ｆ（Ｂｏｕｎｄ／Ｆｒｅｅ）洗浄に適用すれば効率よく洗浄を行なうことができる。

本発明のノズルの一態様を示した図である。 従来の吐出ノズルの態様を例示した図である。 本発明のノズルの別の態様を示した図である。

以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

本発明のノズルの一態様を図１に示す。図１に示すノズル１００は、液体供給配管（不図示）と連通した、液体を吐出するための流路１１を有した第一の管部１０と、流路１１の液体吐出側に連通した流路２１を有する、第一の管部１０と等しい外径を有した第二の管部２０とを設けており、流路２１は流路１１の軸１２方向（鉛直方向）に対して３０度で傾斜しており、かつ流路２１の吐出側開口部２２を有する第二管部の下面２３は、第二の管部２０の流路２１の軸方向と垂直面を成している。吐出側開口部２２は、第二の管部の下面２３の下端２４から吐出側開口部の直径の２倍離れた位置（図１では右上方）に設けている。本発明のノズルでは、吐出した液体やノズル外部を洗浄する液体が、第二の管部２０の下部に垂れて付着したままになるおそれがある。しかしながら、吐出側開口部を有する第二管部の下面２３は、傾斜を成しているため、垂れて付着するおそれのある液体は第二の管部の下面の下端２４に集まるため、落下しやすくなり付着しにくい。また付着したままになったとしても、吐出側開口部は液体が付着する下端部からは離れているため、液体が吐出される際に影響を与えることなく、吐出すべき意図する方向に液体を吐出することができる。そのため図１に示すノズルを、自動分析装置で用いるＢ／Ｆ（Ｂｏｕｎｄ／Ｆｒｅｅ）洗浄装置に備える液体（洗浄液）吐出ノズルとして用いた場合、集磁部により容器内壁に集められた磁性粒子に対して、正確に液体（洗浄液）を吐出することができ、磁性粒子を効率よく分散させることができるため、Ｂ／Ｆ洗浄を効率よく行なうことができる。

一方従来のノズルを図２に示す。図２に示す従来のノズル２００は、第二の管部２０が有する流路２１が第一の管部１０が有する流路１１の軸１２方向（鉛直方向）に対して一定の角度で傾斜している点では、本発明のノズル（図１）と一致しているが、第二の管部２０の全体が流路２１に沿う形で傾斜しており、水平方向に切断した際の断面の外径が第一の管部１０の外径とは異なる点、および流路２１の吐出側開口部２２そのものがノズルの下端部２４から離れておらず隣接する点で、本発明のノズル（図１）とは異なる。従来のノズルは、吐出した液体が流路２１の吐出側開口部２２に付着するおそれがあり、当該付着した液体にノズルで吐出されるべき液体が接触すると、意図する方向に液体を吐出できないおそれがある。そのため図２に示すノズルを、自動分析装置で用いるＢ／Ｆ洗浄装置に備える液体（洗浄液）吐出ノズルとして用いた場合、集磁部により容器内壁に集められた磁性粒子に対して、正確に液体（洗浄液）を吐出できないおそれがあり、磁性粒子の分散が不良、つまりＢ／Ｆ洗浄不良のおそれがある。

本発明のノズルの別の態様を図３に示す。図３に示すノズルは、液体を容器３０に吐出する図１に示すノズル１００と、液体を容器３０に吐出する別のノズル１５０と、液体を吸引するノズル１６０とを束ねた構造からなる集合ノズル３００の態様となっている。ノズル１００は、吐出側開口部２２から、容器保持手段に設けた集磁部（不図示）により容器内壁３１に集められた磁性粒子４０へ正確に吐出されるよう位置が制御される。液体を吐出するノズル１５０の下面はノズル１００の下面よりも上側に設けており、下方向に液体を吐出する。液体を吸引するノズル１６０はノズル１００の下面よりも下側に吸引開口部を設けており、上方向に液体を吸引する。

ノズル１００による吐出側開口部２２からの液体の吐出、ノズル１５０からの液体の吐出、または集合ノズル３００そのものの洗浄により、これら吐出した液体がノズル１００の下端２４に付着したままになることがあっても、吐出側開口部２２は下端２４から離れた位置に設けているため、ノズル１００で吐出される液体が、下端２４に付着した液体に接触することはなく、意図する方向に液体を吐出することができる。またノズル１６０は容器３０内の液体を吸引するため、その下端は液体が付着しやすいが、ノズル１００の下面はノズル１６０の下面よりも上側に設けているため、磁性粒子４０への液体吐出には影響しない。

１００、１５０、２００、：吐出ノズル
１６０：吸引ノズル
３００：集合ノズル
１０：第一の管部
１１：第一の管部が有する流路
１２：第一の流路の軸
２０：第二の管部
２１：第二の管部が有する流路
２２：吐出側開口部
２３：第二の管部の下面
２４：第二の管部の下端
３０：容器
３１：容器の内壁
４０：捕捉分子を固定した磁性粒子（固定化相）

Claims (6)

1. 少なくとも、
   液体を吐出するための流路を有する第一の管部と、前記流路の液体吐出側に連通した流路を有する、第一の管部と等しい外径を有した第二の管部とを設けた、液体を吐出するためのノズルであって、
   前記第二の管部が有する流路は前記第一の管部が有する流路の軸方向に対して一定の角度で傾斜しており、前記第二の管部の下面に吐出側開口部を有し、かつ前記第二の管部の吐出側開口部を有する下面は、前記第二の管部の流路の軸方向に対して垂直を成し、さらに当該流路の吐出側開口部は前記第二の管部の下面の下端から離れた場所に位置する、前記ノズルと、
   液体を吸引するためのノズルと、
   を束ねた構造を有する、液体を吸引／吐出するための集合ノズルであって、
   前記集合ノズルを構成する各ノズルは固定部により固定されており、
   各ノズルは前記固定部の下端から突出しており、
   突出した各ノズルの吸引／吐出側開口部以外の部分は、各ノズル間の空隙を減らすように前記固定部よりも細い外径を有する覆いで覆われている、
   前記集合ノズル。
2. 請求項１に記載の集合ノズルにおいて、
   液体を吐出するための第一および第二の吐出ノズルと、液体を吸引するための吸引ノズルとを束ねた構造を有する、液体を吸引／吐出するための集合ノズルであって、
   前記第一の吐出ノズルが請求項１に記載されている液体を吐出するためのノズルであり、前記第二の吐出ノズルが液体を下方向に吐出するノズルであり、前記吸引ノズルが液体を上方向に吸引するノズルであり、かつ、
   前記第二の吐出ノズルの吐出側開口部を前記第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも上側に設け、前記吸引ノズルの吸引側開口部を前記第一の吐出ノズルの吐出側開口部よりも下側に設けた、
   前記集合ノズル。
3. 請求項１に記載の集合ノズルと、前記ノズルを上下方向および水平方向に移動可能なノズル移動手段と、前記ノズルで吐出した液体を受け入れる容器を保持する容器保持手段とを備えた、洗浄装置。
4. 請求項１に記載の集合ノズルにより、容器側面に向けて液体を吐出する、請求項３に記載の洗浄装置。
5. 容器保持手段に、容器内壁に磁性粒子を集めるための集磁部をさらに設けた、請求項３または４に記載の洗浄装置。
6. 集磁部により容器内壁に集められた磁性粒子に向けて、請求項１に記載の集合ノズルで液体を吐出し洗浄する、請求項５に記載の洗浄装置。

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