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WO2007108179A1 - 攪拌装置及び分析装置 - Google Patents

攪拌装置及び分析装置 Download PDF

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WO2007108179A1
WO2007108179A1 PCT/JP2006/324078 JP2006324078W WO2007108179A1 WO 2007108179 A1 WO2007108179 A1 WO 2007108179A1 JP 2006324078 W JP2006324078 W JP 2006324078W WO 2007108179 A1 WO2007108179 A1 WO 2007108179A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
liquid
sound wave
surface acoustic
acoustic wave
reaction vessel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2006/324078
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Miyuki Murakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Publication of WO2007108179A1 publication Critical patent/WO2007108179A1/ja
Priority to US12/209,777 priority Critical patent/US20090074621A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/025—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations having a carousel or turntable for reaction cells or cuvettes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/87—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations transmitting the vibratory energy by means of a fluid, e.g. by means of air shock waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N2035/00465—Separating and mixing arrangements
    • G01N2035/00534—Mixing by a special element, e.g. stirrer
    • G01N2035/00554—Mixing by a special element, e.g. stirrer using ultrasound

Definitions

  • the present invention relates to a stirrer and an analyzer.
  • an analyzer that includes a stirring device that stirs a liquid containing a specimen or a reagent held in a container by sound waves generated by a sound wave generating means (see, for example, Patent Document 1). ).
  • the analysis apparatus disclosed in Patent Document 1 controls the irradiation position and irradiation intensity of sound waves for each analysis target in order to perform effective stirring for each analysis target.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3642713
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a stirrer and an analyzer having good stirring efficiency while suppressing waste of generated sound wave energy. Means for solving the problem
  • one aspect of the stirring device is the above-described acoustic wave that irradiates the liquid in the stirring device that stirs the liquid held in the container by sound waves.
  • the driving of the sound wave generating means is characterized in that it is at least one of a driving time of the sound wave generating means, a timing of intermittent driving, an applied voltage, or a driving frequency.
  • the control means includes at least one of the characteristics of the sound wave generating means, the characteristics of the liquid, the shape of the container, or a desired stirring area.
  • the driving conditions of the sound wave generating means are controlled according to the conditions.
  • the characteristic of the sound wave generating means is at least one of a size, a number, and a center frequency of a sound generating part that generates the sound wave. It is characterized by.
  • the characteristic of the liquid is at least one of viscosity, density, surface tension, or liquid level of the liquid. To do.
  • the sound wave generating means is a surface acoustic wave element.
  • the sound wave generating means includes a piezoelectric substrate whose thickness increases along one direction, and electrodes provided on both surfaces of the piezoelectric substrate. It is the thickness longitudinal vibrator which has.
  • one embodiment of the analyzer of the present invention is to stir and react a plurality of different liquids and measure the optical characteristics of the reaction liquid.
  • the analysis device for analyzing the reaction solution is characterized in that the reaction solution of the sample and the reagent is optically analyzed using the stirring device.
  • the stirring device of the present invention includes a sound wave generating unit that generates a sound wave to be applied to the liquid, and a control unit that controls a driving condition of the sound wave generating unit according to a time change of a flow generated in the liquid by the sound wave.
  • the analysis apparatus of the present invention includes the agitation device, it is possible to efficiently agitate the liquid held in the container while suppressing waste of the energy of the sonic waves generated by the sonic wave generation means. There is an effect that can be done.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an automatic analyzer according to a first embodiment provided with a stirrer.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a part A of the cuvette wheel constituting the automatic analyzer shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional plan view of a cuvette wheel containing a reaction vessel cut horizontally at the position of a wheel electrode.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the stirring apparatus of Embodiment 1 together with a cross-sectional view of the reaction vessel.
  • FIG. 5 is a perspective view of a surface acoustic wave device used in the stirrer according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a waveform diagram showing a first example of a drive signal when the drive control unit intermittently drives the surface acoustic wave device.
  • FIG. 7 is a flow velocity distribution diagram of an acoustic flow with respect to a distance along a traveling direction of a Balta wave, which is an incident point force on a liquid, obtained for each driving time of a surface acoustic wave device.
  • FIG. 8 is a waveform diagram showing a second example of a drive signal when the drive control unit drives the surface acoustic wave device.
  • FIG. 9 is a waveform diagram showing a third example of the drive signal when the drive control unit drives the surface acoustic wave device.
  • FIG. 10 is a flow velocity distribution diagram of an acoustic flow obtained in the same manner as FIG. 7 for a surface acoustic wave element having a vibrator size of 1 mm, without changing the driving frequency.
  • FIG. 11 is a flow velocity distribution diagram of an acoustic flow obtained in the same manner as FIG. 7 for a surface acoustic wave element having a vibrator size of 2 mm without changing the driving frequency.
  • FIG. 12 is a flow velocity distribution diagram of an acoustic stream obtained in the same manner as FIG. 7 for a surface acoustic wave element having a vibrator size of 2.5 mm without changing the driving frequency.
  • FIG. 13 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of a stirring device together with a perspective view of a reaction vessel.
  • FIG. 15 is a frequency characteristic diagram of impedance and phase of the surface acoustic wave device attached to the reaction vessel shown in FIG.
  • FIG. 16 is an equivalent circuit diagram of the surface acoustic wave device shown in FIG.
  • FIG. 17 is an equivalent circuit diagram when the surface acoustic wave device shown in FIG. 14 is driven at a frequency fl.
  • FIG. 18 is an equivalent circuit diagram when the surface acoustic wave device shown in FIG. 14 is driven at a frequency f2.
  • FIG. 19 is a waveform diagram of a drive signal for driving the surface acoustic wave element vibrator at the frequency fl during the stop time of the cuvette wheel.
  • FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of an agitator with a cross section of the reaction vessel, showing the acoustic flow generated in the liquid sample in the reaction vessel when the vibrator is driven with a drive signal of frequency fl. It is sectional drawing shown.
  • FIG. 21 is a waveform diagram of a drive signal that is driven by switching the vibrator of the surface acoustic wave device at frequencies fl and f2 during the stop time of the cuvette wheel.
  • FIG. 22 shows a schematic configuration of an agitating device with a cross section of the reaction vessel, and the acoustic flow generated in the liquid sample in the reaction vessel when the vibrator is driven by switching with the drive signals of the frequencies fl and f2. It is sectional drawing shown with a block diagram.
  • FIG. 23 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the third embodiment.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a schematic configuration of a stirrer according to Embodiment 3 together with a perspective view of a reaction vessel.
  • FIG. 25 is a perspective view of a reaction vessel.
  • FIG. 26 is a front view of the surface acoustic wave device attached to the outer surface of the bottom wall of the reaction vessel.
  • FIG. 27 is a waveform diagram of a drive signal that is driven by switching the vibrator of the surface acoustic wave element to the frequency fl to f4 during the stop time of the cuvette wheel.
  • FIG. 28 is a plan view of a reaction container showing acoustic waves leaking into a liquid sample in a reaction vessel and an acoustic flow generated by the sound waves when a surface acoustic wave element is driven with a drive signal of frequency f4.
  • FIG. 28 is a plan view of a reaction container showing acoustic waves leaking into a liquid sample in a reaction vessel and an acoustic flow generated by the sound waves when a surface acoustic wave element is driven with a drive signal of frequency f4.
  • FIG. 29 shows a case where a surface acoustic wave element is driven with a drive signal having a frequency f3.
  • FIG. 3 is a plan view of a reaction container showing sound waves leaking into a liquid sample in a reaction container and acoustic flows generated by the sound waves.
  • FIG. 30 is a plan view of a reaction container showing acoustic waves leaking into a liquid sample in a reaction vessel and an acoustic flow generated by the sound waves when a surface acoustic wave element is driven with a drive signal of frequency f2.
  • FIG. 30 is a plan view of a reaction container showing acoustic waves leaking into a liquid sample in a reaction vessel and an acoustic flow generated by the sound waves when a surface acoustic wave element is driven with a drive signal of frequency f2.
  • FIG. 31 is a plan view of a reaction container showing sound waves leaking into a liquid sample in a reaction vessel and an acoustic flow generated by the sound waves when a surface acoustic wave element is driven with a drive signal having a frequency fl.
  • FIG. 32 is a view showing a modified example of the stirring device in which the surface acoustic wave element is attached to the side wall of the reaction vessel, together with a block diagram showing a schematic configuration of the stirring device and a perspective view of the reaction vessel.
  • FIG. 33 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the fourth embodiment.
  • FIG. 34 is a block diagram showing a schematic configuration of a stirrer according to Embodiment 4 together with a cross-sectional view of a reaction vessel.
  • FIG. 35 is a perspective view of a thickness longitudinal vibrator used in the stirring apparatus shown in FIG. 34.
  • FIG. 36 is a frequency characteristic diagram of the thick longitudinal vibrator showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate and the center frequency.
  • FIG. 37 is a flow velocity distribution diagram of the acoustic flow with respect to the distance along the traveling direction of the surface elastic wave from the incident point to the liquid obtained for each driving time of the thickness longitudinal vibrator.
  • FIG. 38 is a waveform diagram of a drive signal for driving a thickness longitudinal vibrator at a frequency fl.
  • FIG. 39 is a waveform diagram of a drive signal that is driven by alternately switching the thickness longitudinal vibrator at frequencies fl and f2.
  • FIG. 40 is a block diagram showing a schematic configuration of a modified example of the stirrer according to Embodiment 4 together with cross-sectional views of the reaction vessel and the thermostatic bath.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an automatic analyzer according to Embodiment 1 including a stirring device.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of part A of the cuvette wheel constituting the automatic analyzer shown in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional plan view in which the cuvette wheel containing the reaction vessel is cut horizontally at the position of the wheel electrode.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the stirring apparatus of Embodiment 1 together with a cross-sectional view of the reaction vessel.
  • the automatic analyzer 1 includes a reagent table 2, 3, a cuvette wheel 4, a specimen container transfer mechanism 8, an analysis optical system 12, a cleaning mechanism 13, a control unit 15, and A stirrer 20 is provided.
  • the reagent tables 2 and 3 hold a plurality of reagent containers 2a and 3a arranged in the circumferential direction, respectively, and are rotated by driving means to move the reagent containers 2a and 3a in the circumferential direction.
  • a plurality of holders 4b for arranging the reaction vessel 5 are formed in the circumferential direction by a plurality of partition plates 4a provided along the circumferential direction. Is rotated in the direction indicated by the arrow in FIG. 1 to transport the reaction vessel 5 in the circumferential direction.
  • the cuvette wheel 4 has a photometric hole 4c formed in a radial direction at a position corresponding to the lower part of each holder 4b, and two upper and lower through holes 4d provided at the upper part of the photometric hole 4c.
  • the wheel electrode 4e is attached using As shown in FIGS.
  • the wheel electrode 4e is bent at one end extending from the through hole 4d so as to be in contact with the outer surface of the cuvette wheel 4, and the other end extending from the through hole 4d is the same.
  • the reaction vessel 5 that is bent and arranged near the inner surface of the holder 4b and is arranged in the holder 4b is held by a spring force.
  • Reagent dispensing mechanisms 6 and 7 are provided in the vicinity of the cuvette wheel 4.
  • the reaction vessel 5 is an optically transparent material force-molded, and as shown in Fig. 2, is a rectangular tube-like vessel having a holding portion 5a (see Fig. 4) for holding a liquid, and has a side wall. 5b surface bullet The acoustic wave element 24 is attached, and the electrode pad 5e connected to each of the pair of input terminals 24d of the surface acoustic wave element 24 is attached.
  • the reaction vessel 5 is a material that transmits 80% or more of the light contained in the analysis light (340 to 800 nm) emitted from the analysis optical system 12 to be described later, for example, glass including heat-resistant glass, cyclic olefin, polystyrene, etc. Resin is used.
  • the reaction vessel 5 is used as a photometric window 5c that transmits the analysis light in a portion surrounded by a dotted line on the lower side of the side wall adjacent to the side wall 5b to which the surface acoustic wave element 24 is attached.
  • the reaction vessel 5 is covered with a drip-proof rubber cap 5d and is set in the holder 4b with the surface acoustic wave element 24 facing the partition plate 4a.
  • the reaction vessel 5 comes into contact with the corresponding wheel electrode 4e with each electrode pad 5e.
  • the electrode pad 5e is integrally provided on the input terminal 24d (see FIG. 5) of the surface acoustic wave element 24.
  • the reagent dispensing mechanisms 6 and 7 dispense reagents from the reagent containers 2a and 3a of the reagent tables 2 and 3 to the reaction container 5 held by the cuvette wheel 4.
  • the reagent dispensing mechanisms 6 and 7 are provided with probes 6b and 7b for dispensing reagents on arms 6a and 7a that rotate in the direction of the arrow in the horizontal plane, respectively. It has a cleaning means for cleaning 6b and 7b, and outputs a signal related to the reagent dispensing amount to the drive control circuit 23.
  • the specimen container transfer mechanism 8 is a transfer means for transferring a plurality of racks 10 arranged in the feeder 9 one by one along the direction of the arrow, and the rack 10 is moved while being advanced. To do.
  • the rack 10 holds a plurality of sample containers 10a containing samples.
  • the sample container 10a is supplied to the sample dispensing mechanism 11 having the arm 1 la and the probe 1 lb that rotate in the horizontal direction each time the step of the rack 10 transferred by the sample container transfer mechanism 8 stops. Therefore, the sample is dispensed into each reaction vessel 5.
  • the specimen dispensing mechanism 11 has a cleaning means for cleaning the probe l ib with cleaning water.
  • the sample dispensing mechanism 11 outputs a signal related to the sample dispensing amount to the drive control circuit 23.
  • the analysis optical system 12 emits analysis light (340 to 800 nm) for analyzing the liquid sample in the reaction vessel 5 in which the reagent and the sample have reacted. As shown in FIG. It has a part 12a, a light separating part 12b and a light receiving part 12c. The analysis light emitted from the light emitting part 12a passes through the liquid sample in the reaction vessel 5 and is received by the light receiving part 12c provided at a position facing the spectroscopic part 12b. Light is received. The light receiving unit 12c is connected to the control unit 15.
  • the cleaning mechanism 13 sucks and discharges the liquid sample in the reaction vessel 5 with the nozzle 13a (see Fig. 1), and then repeatedly injects and sucks cleaning liquid such as detergent and cleaning water with the nozzle 13a. As a result, the reaction vessel 5 which has been analyzed by the analysis optical system 12 is washed.
  • the control unit 15 controls the operation of each unit of the automatic analyzer 1, and based on the absorbance of the liquid sample in the reaction vessel 5 based on the amount of light emitted from the light emitting unit 12a and the amount of light received by the light receiving unit 12c. This is the part that analyzes the component concentration of the specimen.
  • a microcomputer or the like is used.
  • the control unit 15 is connected to the input unit 16 and the display unit 17 as shown in FIG.
  • the input unit 16 is a part that performs operations for inputting inspection items and the like to the control unit 15, and for example, a keyboard, a mouse, and the like are used.
  • the input unit 16 is also used for operations such as switching the frequency of the drive signal input to the surface acoustic wave element 24 of the stirring device 20.
  • the display unit 17 displays analysis contents and alarms, and a display panel or the like is used.
  • the stirring device 20 includes a drive control unit 21 and a surface acoustic wave element 24.
  • the drive control unit 21 is a surface acoustic wave that is input from the input unit 16 via the control unit 15 according to a time change of the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 24.
  • the driving conditions of the surface acoustic wave element 24 are controlled based on information such as the characteristics of the element 24, the characteristics of the liquid, the shape of the reaction vessel 5 or the desired stirring region of the reaction vessel 5.
  • the drive control unit 21 is disposed on the outer periphery of the cuvette wheel 4 so as to face the cuvette wheel 4 (see FIG. 1).
  • a signal generator 22 and a drive control circuit 23 are provided in the lounge 21a.
  • the contact 21b is provided on the housing 21a facing the two wheel electrodes 4e. When the cuvette wheel 4 stops, the contact 21b comes into contact with the corresponding wheel electrode 4e, and the surface acoustic wave device 24 of the drive control unit 21 and the reaction vessel 5 is contacted. Are electrically connected.
  • the driving conditions of the surface acoustic wave element 24 include, for example, the driving time of the surface acoustic wave element 24, the timing of intermittent driving, the applied voltage, the driving frequency, and the like.
  • Control at least one of The characteristics of the surface acoustic wave element 24 include, for example, the size, number, or center frequency of the transducer 24b that generates a sound wave, and the drive control unit 21 determines the characteristics of the surface acoustic wave element 24 according to at least one of these.
  • liquid characteristics The properties include, for example, the viscosity, density, surface tension, or liquid level of the liquid, and the drive control unit 21 controls the drive condition of the surface acoustic wave element 24 according to at least one of them.
  • the liquid surface height is such that the Balta wave Wb emitted from the vibrator 24b of the surface acoustic wave element 24 enters the liquid L from the side wall 5b to the incident point Pi.
  • the drive control circuit also includes the propagation angle ⁇ formed by the normal N and the signal force related to the amount of reagent and sample dispensed from the reagent dispensing mechanisms 6 and 7 and the sample dispensing mechanism 11 when dispensing into the reaction vessel 5. 23 asks. Also, let dl be the distance from the incident point Pi to the bottom wall along the direction of the Balta wave Wb, and d2 be the distance to the liquid surface.
  • the signal generator 22 has an oscillation circuit that can change the oscillation frequency based on the control signal input from the drive control circuit 23, and generates a high-frequency drive signal of several MHz to several hundred MHz. Input to surface acoustic wave element 24.
  • the drive control circuit 23 uses an electronic control means (ECU) incorporating a memory and a timer, and controls the operation of the signal generator 22 based on a control signal input from the input unit 16 via the control unit 15. As a result, the voltage and current of the drive signal output from the signal generator 22 to the surface acoustic wave element 24 are controlled.
  • the drive control circuit 23 controls the drive conditions of the surface acoustic wave element 24 and the operation of the signal generator 22.
  • the drive control circuit 23 is, for example, a characteristic of a sound wave (frequency, intensity, phase, wave characteristic) generated by the surface acoustic wave element 24, a waveform (sine wave, triangular wave, rectangular wave, burst wave, etc.) or modulation (amplitude modulation, Frequency modulation) and the like. Further, the drive control circuit 23 changes the frequency of the high-frequency signal oscillated by the signal generator 22 according to a built-in timer.
  • a sound wave frequency, intensity, phase, wave characteristic
  • a waveform sine wave, triangular wave, rectangular wave, burst wave, etc.
  • modulation amplitude modulation, Frequency modulation
  • a vibrator 24b having a comb-like electrode (ID T) force is disposed on the surface of the piezoelectric substrate 24a with a slight distance.
  • the vibrator 24b is a sound generation unit that converts the drive signal input from the drive control unit 21 into a Balta wave (sound wave), and a plurality of fingers constituting the vibrator 24b are arranged along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 24a. It has been. Further, as shown in FIG. 2, the surface acoustic wave element 24 has the end of the electrode pad 5e overlaid on each input terminal 24d, and a wheel between the drive control unit 21 and the pair of input terminals 24d.
  • the vibrator 24b is connected to the input terminal 24d by a bus bar 24e.
  • the surface acoustic wave element 24 is attached to the side wall 5b of the reaction vessel 5 through an acoustic matching layer made of an adhesive such as an epoxy resin.
  • the surface acoustic wave element 24 may be configured to come into contact with the reaction vessel 5 through an acoustic matching layer such as liquid girder when the liquid is irradiated with sound waves.
  • the size of the vibrator 24b which is one of the characteristics of the surface acoustic wave element 24, connects the centers of the fingers located at both ends of the plurality of fingers constituting the vibrator 24b shown in FIG. This is the distance Ss.
  • the drawings showing the surface acoustic wave elements to be described below including the surface acoustic wave element 24 shown in FIG. 5 are mainly intended to show the configuration. The width or pitch is not necessarily drawn accurately. Note that the force that the electrode pad 5e of FIG. 2 is provided on the input terminal 24d, or the input terminal 24d itself may be the electrode pad 5e.
  • the automatic analyzer 1 configured as described above includes reagent dispensing mechanisms 6 and 7 in a plurality of reaction vessels 5 conveyed in the circumferential direction by a rotating cuvette wheel 4 and reagent vessels 2a, Dispense reagents sequentially from 3a.
  • the specimen is sequentially dispensed from the plurality of specimen containers 10 a held in the rack 10 by the specimen dispensing mechanism 11.
  • the contact 21b comes into contact with the wheel electrode 4e, and the drive control unit 21 and the surface acoustic wave element 24 of the reaction vessel 5 are electrically connected. For this reason, in the reaction vessel 5, the dispensed reagent and the sample are sequentially stirred by the stirring device 20 and reacted.
  • the automatic analyzer 1 a small amount of sample dispensed into the reaction vessel 5 by a series of flows generated in the liquid by agitation where the amount of sample is usually smaller than the amount of reagent is large.
  • the reaction between the specimen and the reagent is promoted by being drawn into the reagent.
  • the reaction solution in which the sample and the reagent have reacted in this way passes through the analysis optical system 12 when the cuvette wheel 4 rotates again, and the light beam emitted from the light emitting unit 12a is transmitted.
  • the transmitted light beam is measured by the light receiving unit 12c, and the component concentration and the like are analyzed by the control unit 15.
  • the reaction vessel 5 is washed by the washing mechanism 13 and then used again for analyzing the specimen.
  • the automatic analyzer 1 causes the drive control unit 21 to connect the contact 21b to the input terminal 24d when the cuvette wheel 4 is stopped.
  • a drive signal is input to.
  • the surface acoustic wave element 24 is input.
  • the vibrator 24b is driven in accordance with the frequency of the drive signal to generate a Balta wave (sound wave).
  • the induced Balta wave (sound wave) propagates from the acoustic matching layer into the side wall 5b of the reaction vessel 5, and as shown in Fig. 4, the acoustic impedance is close to the incident point Pi, and the Balta wave Wb enters the liquid L Leaking out.
  • an acoustic flow is generated in the reagent L and the liquid L such as the specimen held by the reaction container 5 due to the leaked Balta wave Wb, and the liquid L is stirred by this acoustic flow.
  • the drive control unit 21 receives the input unit 16 via the control unit 15 according to the time change of the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 24.
  • Surface elasticity based on the characteristics of the surface acoustic wave element 24, the characteristics of the liquid containing the reagent and sample to be analyzed, the shape of the reaction vessel 5 or the desired stirring region of the reaction vessel 5, etc.
  • the driving condition of the wave element 24 is controlled.
  • the drive control unit 21 determines the surface acoustic wave element 24 according to the liquid surface height obtained by the drive control circuit 23 and the characteristic of the surface acoustic wave element 24 input from the input unit 16 according to the center frequency of the vibrator 24b.
  • the timing of intermittent driving which is the driving condition of, is controlled.
  • the drive control unit 21 causes the drive control circuit 23 to send a drive signal of frequency f0 from the signal generator 22 to the input terminal 24d as shown in FIG.
  • the signal is output to the surface acoustic wave element 24 through a switching time Toff (seconds) in which no signal is irradiated between the driving times Tl and T2 (seconds), and is driven intermittently.
  • the results of the surface acoustic wave element 24 are shown with the horizontal axis representing the distance (mm) along the traveling direction of the Balta wave Wb from the incident point Pi and the horizontal axis representing the flow velocity of the acoustic flow generated in the liquid L (mmZ seconds).
  • Figure 7 shows the driving time. [0038] As is apparent from the results shown in FIG. 7, when the driving time is 0.1 second and 0.5 second, the acoustic flow grows while forming an irregular flow field, and the driving time is 1 second.
  • the region relatively close to the incident point Pi is a steady flow.
  • a non-stationary flow with a transient and fast flow and an unstable streamline is more efficiently agitated than a steady flow with a stable streamline. can do.
  • the driving time T 1 of the surface acoustic wave device 24 is obtained from the result shown in FIG. If 0.5 ⁇ T1 ⁇ 1 (seconds), the acoustic flow velocity will be different even if the distance from the incident point Pi is the same, resulting in a more complex flow field than the steady flow.
  • the driving time exactly 1 of the surface inertial wave element 24 is set to 1 ⁇ exactly 1 ⁇ 2 ( Seconds).
  • the switching time Toff largely depends on the performance of the drive control unit 21, but in order to form a complicated flow field effective for stirring, it is better to set the switching time Toff as short as possible. It is preferably 100 ms or shorter.
  • the stirring device 20 stores the time change of such a flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 24 in the drive control circuit 23 in advance, so that it is desired.
  • the timing of intermittent driving according to the range of the stirring region, the liquid held in the reaction vessel 5 can be efficiently stirred by suppressing waste of sonic energy by an unsteady flow.
  • the stirring device 20 is inexpensive because no additional components are required in addition to the components required for the conventional stirring device. It is also possible to avoid an increase in the size of the automatic analyzer.
  • the surface acoustic wave element 24 may be intermittently driven.
  • the acoustic wave element 24 may be continuously driven for a predetermined time.
  • the stirring device 20 when the surface acoustic wave element 24 is driven under amplitude modulation control, the stirring device 20 This shortens the driving time of the surface acoustic wave element 24 and can reduce the energy required for stirring.
  • the drive control unit 21 may turn off the drive signal, that is, drive the surface acoustic wave element 24 with a drive signal having an extremely low amplitude without setting the amplitude to 0%.
  • the stirring device 20 controls the driving conditions according to the size of the vibrator, so that the liquid held in the reaction vessel 5 can be efficiently stirred while suppressing waste of sonic energy by an unsteady flow. Is possible.
  • the stirrer and analyzer according to Embodiment 1 use a surface acoustic wave element having a single vibrator.
  • the vibrator uses two surface acoustic wave elements.
  • FIG. 13 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a schematic configuration of the stirring device together with a perspective view of the reaction vessel.
  • the basic configuration of the stirrer and the automatic analyzer described below including the second embodiment is the same as that of the stirrer and the automatic analyzer of the first embodiment, the same components are the same. The description will be made using symbols.
  • the stirrer 30 uses a surface acoustic wave element 25 having two vibrators. That is, the surface elastic wave element 25 of the stirrer 30 includes the vibrators 25b, 25 that also have an interdigital electrode (IDT) force on the surface of the piezoelectric substrate 25a. c are arranged at a slight distance.
  • the transducers 25b and 25c are sound generation units that convert drive signals input from the drive control unit 21 into Balta waves (sound waves). It is arranged along the line. Further, in the surface acoustic wave element 25, a pair of input terminals 25d and a single drive control unit 21 are connected by a contact 2 lb (see FIG.
  • the vibrators 25 b and 25 c are connected to the input terminal 25 d by a nos bar 25 e.
  • the surface acoustic wave element 25 is attached to the side wall 5b of the reaction container 5 via the acoustic matching layer with a pair of input terminals 25d arranged on the upper side.
  • the vibrators 25b and 25c have impedances and phases with respect to the driving frequency having the frequency characteristics shown in FIG. 15, respectively, and the center frequency of the vibrator 25b is f 1, and the vibrator 25c Let the center frequency be f2 (> fl).
  • the surface acoustic wave element 25 is designed so that the electrical impedance at the center frequency (fl, f2) of each of the vibrators 25b and 25c is 50 ⁇ , which is the same as that of the external electrical system, and is driven at the center frequency. To do. Then, since the impedances of the vibrators 25b and 25c match the external electric system, the surface acoustic wave element 25 can input a drive signal to the vibrators 25b and 25c without electrical reflection.
  • the surface acoustic wave element 25 is shown in FIG. 16 as an equivalent circuit when the impedances of the vibrators 25b and 25c are Z1 and Z2, respectively. Therefore, for example, when the drive control unit 21 inputs a drive signal having a frequency fl to the surface acoustic wave element 25, the vibrator 25b has an impedance of 50 ⁇ and the vibrator 25c has an impedance of ⁇ . Therefore, in the surface acoustic wave device 25, as shown in FIG. 17, there is no transducer 25c (insulated state), and only the transducer 25b is driven by the input drive signal (fl). Become.
  • the vibrator 25b when the drive control unit 21 inputs a drive signal having a frequency f2 to the surface acoustic wave element 25, the vibrator 25b has an impedance of ⁇ and the vibrator 25c has an impedance of 50 ⁇ . Accordingly, in the surface acoustic wave device 25, as shown in FIG. 18, the vibrator 25b does not exist (insulated state), and only the vibrator 25c is driven by the input drive signal (f2). Become. If the impedance of the external electrical system is another value, for example, 75 ⁇ , the electrical impedance at the center frequency of the vibrators 25b and 25c may be designed to be 75 ⁇ .
  • the stirrer 30 stores in the drive control circuit 23 in advance the time change of the above-described flow that occurs in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 25, and the reagent A drive signal output from the drive control circuit 23 to the surface acoustic wave device 25 based on the amount of liquid obtained from the signal force relating to the dispensing amount of the reagent and sample input from the dispensing mechanisms 6 and 7 and the specimen dispensing mechanism 11 Switch. For example, when the amount of liquid is small, the drive control circuit 23 switches the drive signal so as to drive the vibrator 25b.
  • the drive signal having the frequency fl is input from the drive controller 21 to the surface acoustic wave device 25. .
  • the stirring device 30 causes the vibrator 25b of the surface acoustic wave element 25 to generate a signal during the drive time Tl, T2 (seconds) during the stop time of the cuvette wheel 4 as shown in FIG. It is intermittently driven by a drive signal of frequency fl input in a time-division manner through the switching time Toff (seconds) without irradiation.
  • the Balta wave (sound wave) induced by the transducer 25b propagates from the acoustic matching layer into the side wall 5b of the reaction vessel 5, and the acoustic impedance leaks into the near liquid sample. An acoustic stream is generated by the leaked sound wave, and the dispensed reagent and specimen are stirred.
  • the vibrator 25b is arranged below the reaction vessel 5 as shown in FIG.
  • the Balta wave leaking into the liquid L in the reaction vessel 5 is directed diagonally downward from the position corresponding to the transducer 25b in the liquid L.
  • the automatic analysis device causes the surface acoustic wave element 2 to be driven by the drive control unit 21 every time the cuvette wheel 4 stops.
  • the frequency of the drive signal input to 5 is changed, and the transducers 25b and 25c that generate sound waves are switched in a self-selective manner.
  • the reaction vessel 5 receives the Balta waves Wbl 1 and Wbl2 having the frequency fl from the transducer 25b arranged on the lower side and the frequency from the transducer 25c arranged on the upper side. Sound waves of f2 Wb21, Wb22 force Acoustic flows are generated by alternately leaking into the retained liquid L. For this reason, the liquid L held in the reaction vessel 5 is efficiently stirred until reaching the bottom force gas-liquid interface of the reaction vessel 5 while suppressing waste of energy.
  • the switching time of the frequencies fl and f2 may be set and changed as appropriate according to the characteristics of the specimen and the like that do not necessarily need to be 1: 1.
  • the stirring device 30 has a wheel electrode 4e between a single drive control unit 21 and a set of input terminals 25d. Connected by contact 21b (see Fig. 3).
  • the drive control unit 21 changes the frequency of the drive signal, so that the vibrators 25b and 25c that generate sound waves are switched in a self-selective manner.
  • the stirring device 30 requires a switch circuit like a conventional stirring means, and in combination with this, even if the stirring device 30 has a plurality of vibrators 25b and 25c having different resonance frequencies as sounding portions, The increase in the number of wires can be suppressed, and the transducers 25b and 25c that generate sound waves with a simple configuration can be easily switched to the specific transducers 25b and 25c.
  • the stirring device 30 uses the surface elastic wave element 25 having vibrators having different resonance frequencies depending on the position, thereby connecting the drive control unit 21 and the pair of input terminals 25d. Therefore, the number of wirings can be reduced. For this reason, the agitation device 30 can attach the surface acoustic wave element 25 to a small container, so that not only the container can be downsized but also the analyzer can be downsized.
  • the stirrers and analyzers of Embodiments 1 and 2 use surface acoustic wave elements in which a plurality of fingers constituting the vibrator are all arranged in the same direction.
  • the stirrer and the analyzer according to the third embodiment are arranged between a plurality of vibrators.
  • surface acoustic wave elements with finger orientations differing by 90 °.
  • FIG. 23 is a perspective view corresponding to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the third embodiment.
  • FIG. 24 is a block diagram showing a schematic configuration of the stirrer according to the third embodiment together with a perspective view of the reaction vessel.
  • FIG. 25 is a perspective view of the reaction vessel.
  • FIG. 26 is a front view of the surface acoustic wave device attached to the outer surface of the bottom wall of the reaction container.
  • the stirrer 40 of the third embodiment includes a drive control unit 21 and a surface acoustic wave element 26 attached to the outer surface of the bottom wall of the reaction vessel 5.
  • a drive signal is input from the drive controller 21 to the surface acoustic wave element 26 via the wheel electrode 4f.
  • the wheel electrode 4f is bent at one end extending from the through-hole 4d and brought into contact with the outer surface of the cuvette wheel 4 as shown in FIG.
  • the other end extended from the through-hole 4d is similarly bent and contacts the inner surface of the holder 4b, and then extends downward and is bent along the bottom at the bottom of the holder 4b.
  • the surface acoustic wave element 26 is attached to the outer surface of the bottom wall of the reaction vessel 5 via an acoustic matching layer, and as shown in Fig. 26, vibrators 26b and 26c (centers) connected in series by a bus bar 26e.
  • the frequency f4, f3) and the vibrators 26f, 26g (center frequency f2, fl) connected in series are connected in parallel to the set of input terminals 26d.
  • the vibrators 26b and 26f and the vibrators 26c and 26g are different in the direction of the finger by 90 ° on the plate surface of the piezoelectric substrate 26a.
  • the center frequencies fl to f4 are in a magnitude relationship of fl> f2> f3> f4.
  • the vibrator 26b when the surface acoustic wave element 26 receives a drive signal having a frequency f4, the vibrator 26b is excited to generate a bulk wave.
  • the Balta wave generated in this way propagates through the piezoelectric substrate 26a, the acoustic matching layer, and the bottom wall of the reaction vessel 5, and as shown in FIG. 24, the Balta wave Wb in the liquid L held by the reaction vessel 5 Leaks out.
  • the leaked Balta wave Wb generates an acoustic flow in the liquid L held in the reaction vessel 5 and stirs the liquid L.
  • the stirrer 40 stores in the drive control circuit 23 in advance a time change of the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 26, and the drive control circuit 23 stores the surface change in the surface.
  • the drive control circuit 23 stores the surface change in the surface.
  • the automatic analyzer according to Embodiment 3 uses the stirring device 40 configured as described above.
  • the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by sound waves is stopped.
  • a drive signal with a different frequency is switched and input from the drive control circuit 23 to the surface acoustic wave element 26 according to the time change. That is, as shown in FIG. 27, the drive control circuit 23 inputs a drive signal having a frequency f4 to fl to the surface acoustic wave element 26 while switching at drive time intervals T1 to T4 (seconds).
  • the automatic analyzer automatically switches the transducers 26b, 26c, 26f, and 26g that generate sound waves each time the cuvette wheel 4 stops.
  • the agitator 40 when the vibrator 26b is driven, as shown in FIG. 28, the sound wave having the frequency f4 leaks into the liquid L also with the bottom wall force, and the acoustic flow SA4 is generated.
  • the agitator 40 when the vibrator 26c is driven, as shown in FIG. 29, the sound wave having the frequency f3 leaks from the bottom wall into the liquid L, and the acoustic flow SA3 is generated.
  • the stirring device 40 when the vibrator 26f is driven, as shown in FIG. 30, the sound wave having the frequency f2 leaks into the bottom wall force liquid L and the acoustic flow SA2 is generated.
  • the stirring device 40 when the vibrator 26g is driven, as shown in FIG. 31, the sound wave of the frequency fl leaks into the bottom wall force liquid L of the reaction vessel 5, and the acoustic flow SA1 is generated.
  • the acoustic flow SA1 generates an acoustic flow SAla that has a large flow velocity and becomes a main flow, and an acoustic flow SAlb that has a low flow velocity toward the rear of the acoustic flow SAla, and the other acoustic flow SA2
  • -SA4 the acoustic flow SA1 generates an acoustic flow SAla that has a large flow velocity and becomes a main flow
  • an acoustic flow SAlb that has a low flow velocity toward the rear of the acoustic flow SAla
  • the other acoustic flow SA2 The same applies to -SA4.
  • acoustic streams SA4 to SA1 are sequentially generated in the liquid L held by the reaction vessel 5.
  • acoustic streams SA4a to SAla having a large flow velocity are connected to form a counterclockwise rotational flow in the liquid L held by the reaction vessel 5.
  • the drive control circuit 23 changes the frequency of the surface acoustic wave element 26 according to the time change of the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the surface acoustic wave element 26.
  • the drive signal is switched and input, a whirling flow is generated in the liquid held in the reaction vessel 5.
  • the stirrer 40 can efficiently stir the liquid L held in the reaction vessel 5 by this swirl flow while suppressing waste of sound wave energy.
  • the stirring device 40 is based on the amount of liquid held in the reaction container 5 obtained from the reagent and sample dispensing volume signals input from the reagent dispensing mechanisms 6 and 7 and the sample dispensing mechanism 11 to the drive control circuit 23.
  • the vibrators 26b, 26c, 26f, and 26g that generate sound waves by the drive control circuit 23 to specific vibrators, the liquid L held in the reaction vessel 5 can be efficiently used with less waste of sound wave energy. Stir well.
  • the stirrer 40 drives the surface acoustic wave element 26 by the drive control circuit 23 if the liquid L held in the reaction vessel 5 can be efficiently stirred while suppressing waste of sound wave energy.
  • the order of switching the frequency of the drive signals to be performed is not necessarily the order of f4, f3, f2, fl, and the arrangement positions of the vibrators 26b, 26c, 26f, 26g are also limited to the positions shown in FIG. It is not a thing. Therefore, the stirrer 40 may drive the surface acoustic wave element 26 in the order of the frequencies f4, f3, f2, and fl by the drive control circuit 23, and then drive in the order of the frequencies fl, f2, f3, and f4. You may drive in other order.
  • the surface acoustic wave element 26 having the vibrators 26b, 26c, 26f, and 26g may be attached to the outer surface of the side wall 5b of the reaction vessel 5 as shown in FIG.
  • the stirrer 40 generates acoustic flows SA4, SA3, SA2, and SA1 alternately by switching the drive signal of frequency f4 to fl by the drive control circuit 23 and inputting it to the surface acoustic wave element 26.
  • the swirl flow F generated by the four types of Balta waves Wb leaking into the liquid L from the side wall 5b can be convection flowing in the vertical direction. This increases the degree of freedom in designing not only the stirring device 40 but also the automatic analyzer.
  • the stirrers and analyzers of Embodiments 1 to 3 use surface acoustic wave elements as sound wave generating means.
  • the stirrer, container, and analyzer of the fourth embodiment use a thickness longitudinal vibrator as the sound wave generating means.
  • FIG. 33 corresponds to FIG. 2 of the cuvette wheel of the automatic analyzer according to the fourth embodiment. It is a perspective view.
  • FIG. 34 is a block diagram showing a schematic configuration of the stirrer according to Embodiment 4 together with a sectional view of the reaction vessel.
  • FIG. 35 is a perspective view of a thickness longitudinal vibrator used in the stirring apparatus shown in FIG.
  • FIG. 36 is a frequency characteristic diagram of the thickness longitudinal vibrator showing the relationship between the position along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate and the center frequency.
  • the automatic analyzer according to Embodiment 4 includes a stirring device 50 having a drive control unit 21 and a thickness longitudinal vibrator 51, and the thickness longitudinal vibrator. 51 is attached to the outer surface of the side wall 5b of the reaction vessel 5.
  • the electrode pad 5e Is connected to the wheel electrode 4e. Therefore, in the reaction vessel 5, when the contact 21b comes into contact with the wheel electrode 4e, a drive signal is input from the drive control unit 21 to the thickness longitudinal vibrator 51.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 is provided with a signal line electrode 51b on one surface of a piezoelectric substrate 51a having a lead zirconate titanate (PZT) force, and on the other surface.
  • a ground electrode 51c is provided.
  • the signal line electrode 51b and the ground electrode 51c are sound generation units that convert electric power transmitted from the drive control unit 21 into surface acoustic waves (sound waves), and sound waves are emitted from the ground electrode 51c.
  • the piezoelectric substrate 51a is formed in a wedge shape in which the other surface on which the signal line electrode 51b is provided is inclined with respect to the one surface on which the ground electrode 51c is provided.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 has a relationship between the position along the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 5 la with respect to the points PA and PB shown in FIG. 35 and the center frequency as the thickness of the piezoelectric substrate 51a. As the frequency increases, the center frequency decreases linearly. That is, as shown in FIG. 36, the thickness longitudinal vibrator 51 has a center frequency f2 at the thinnest position PA, the center frequency decreases as the thickness increases, and the center frequency at the thickest position PB increases. fl «f2). Therefore, the thickness longitudinal vibrator 51 can be regarded as a large number of sound generating portions whose center frequency changes linearly arranged in a dot shape along the longitudinal direction.
  • the stirrer 50 when a drive signal having a different frequency is input from the drive control unit 21 to the thickness longitudinal vibrator 51 via the wheel electrode 4e, the stirrer 50 has a center frequency that resonates with the frequency of the input drive signal.
  • the excited sound wave is emitted from the ground electrode 51c at the position of the thickness of the substrate 51a, and the position of the sounding portion changes along the longitudinal direction.
  • the automatic analyzer of the fourth embodiment uses the stirring device 50 configured as described above, and the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave emitted by the thickness longitudinal vibrator 51.
  • the time change is stored in advance in the drive control circuit 23, and the drive control circuit 23 controls the frequency of the drive signal, which is the drive condition of the thick vertical vibrator 51, so that the liquid held in the reaction vessel 5 is unsteady.
  • the efficient flow suppresses the waste of sonic energy and efficiently stirs.
  • the velocity distribution map of the acoustic flow was obtained in the same way as in Fig. 7.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 is considered to have a large number of sounding portions (sound sources) arranged in a dot shape along the longitudinal direction.
  • the stirrer 50 stores in advance in the drive control circuit 23 such a time change of the flow generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the sound wave generated by the thickness longitudinal vibrator 51.
  • the drive time of the thickness longitudinal vibrator 51 is controlled according to the desired range of the stirring region.
  • the stirring device 50 can efficiently stir the liquid held in the reaction vessel 5 while suppressing waste of sonic energy by an unsteady flow.
  • the stirring device 50 is inexpensive because no additional components are required in addition to the components required for the conventional stirring device. It is also possible to avoid an increase in the size of the automatic analyzer.
  • the stirring device 50 is held by the reaction container 5 obtained from a signal relating to the amount of reagent or sample dispensed input from the reagent dispensing mechanisms 6 and 7 and the sample dispensing mechanism 11 to the drive control circuit 23.
  • the drive control circuit 23 changes the frequency of the drive signal based on the amount of liquid to be slid. For example, when the amount of liquid is small, the drive control circuit 23 inputs a drive signal having the frequency fl to the thickness longitudinal vibrator 51. Then, in the automatic analyzer, the contact 21b comes into contact with the wheel electrode 4e when the cuvette wheel 4 is stopped, and the drive signal having the frequency fl is input from the drive control circuit 23 to the thickness longitudinal vibrator 51.
  • the surface acoustic wave (sound wave) induced by the thickness longitudinal vibrator 51 while the cuvette wheel 4 is stopped propagates from the acoustic matching layer into the side wall 5b of the reaction vessel 5, as shown in FIG.
  • the surface acoustic wave Wal leaks into the liquid L where the acoustic impedance is close. For this reason, an acoustic flow is generated in the liquid held in the reaction vessel 5 by the leaked surface acoustic wave Wa 1, and the dispensed reagent and specimen are agitated.
  • the position where the thickness longitudinal vibrator 51 is excited by the drive signal having the frequency fl is located below the reaction vessel 5.
  • the sound wave Wal leaking into the liquid L is obliquely indicated by an arrow from the bottom of the reaction vessel 5 corresponding to the point PB (see FIG. 35) of the thickness longitudinal vibrator 51. Head in two directions, upward and diagonally downward. Accordingly, in the liquid L held in the reaction vessel 5, two acoustic flows corresponding to these two directions are generated, and the dispensed reagent and the specimen are agitated.
  • the drive control circuit 23 is set so that the drive signal with the frequency fl and the drive signal with the frequency f2 (> fl) are alternately input to the thickness longitudinal vibrator 51. Do .
  • the stirring device 50 allows the frequency fl And a drive signal having a frequency f2 are alternately input to the thickness longitudinal vibrator 51.
  • the automatic analysis apparatus determines that the position corresponding to the point PA (see FIG. 35) of the thickness longitudinal vibrator 51 and the position corresponding to the point PB (see FIG. 35). The positions where sound waves are generated are alternately switched in a self-selective manner.
  • the stirrer 50 causes the sound wave Wal having the frequency fl and the sound wave Wa2 having the frequency f2 to alternately leak into the liquid L from the ground electrode 5 lc of the thickness longitudinal vibrator 51. An acoustic stream is generated. Therefore, the stirrer 50 generates an effective flow even near the gas-liquid interface, and can efficiently stir the liquid L held in the reaction vessel 5 while suppressing waste of energy.
  • the drive control circuit 23 can input any frequency to the thickness longitudinal vibrator 51 as long as it is between frequencies fl and f2, and the drive time Tl, T2 (seconds) and the switching time Toff (seconds) are also arbitrary. May be set to In order to create a complicated flow field required for stirring, it is better to set the switching time Toff as short as possible! ,.
  • the stirring device 50 includes a single drive control unit 21, a signal line electrode 51b that is a set of input terminals, and a ground electrode.
  • the space 51c is connected by a contact 21b that contacts the wheel electrode 4e.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 self-selects the position of the sound generation part that generates the sound wave on the ground electrode 51c by changing the frequency of the drive signal between the frequencies fl to f2 by the drive control circuit 23. It has been switched to.
  • the stirrer 50 requires a switch circuit like a conventional stirrer, and in combination with this, even if the stirrer 50 has a plurality of sound generating parts having different resonance frequencies, the number of wires can be increased. It can be easily switched to a specific sound generator that generates sound waves with a simple configuration.
  • the stirrer 50 includes a constant temperature bath that contains the constant temperature water Lt that separates the reaction vessel 5 and the thickness longitudinal vibrator 51 and serves as an acoustic matching layer. It may be placed in 55.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 has a lower frequency of the sound wave Wa generated than the vibrators 25b, 25c, etc. of the surface acoustic wave element 25, the attenuation of the sound wave is small even if it is arranged away from the reaction vessel 5. It can be used sufficiently to generate flow F in the liquid.
  • the thickness longitudinal vibrator 51 is attached to the waterproof case 52 with the signal line electrode 51b facing inward and the ground electrode 51c facing the reaction vessel 5.
  • the drive control unit 21 may be provided at a plurality of locations depending on the force stirring application provided at only one location.
  • the surface acoustic wave elements 24, 25, and 26 and the thickness longitudinal vibrator 51 as the sound wave generating means are not in contact with the liquid held in the reaction vessel 5.
  • it is arranged outside the reaction vessel 5.
  • the surface acoustic wave elements 24, 25, and 26 are connected to the drive control unit 21 by a pair of input terminals
  • the thickness longitudinal vibrator 51 is a signal line electrode 5 lb that is a pair of input terminals and a ground electrode. If it is connected to the drive control unit 21 by 51c, it may constitute a part of the reaction vessel 5 and come into contact with the liquid held by the reaction vessel 5.
  • the stirring device and the analysis device of the present invention are useful for efficiently stirring the liquid held in the container while suppressing waste of the energy of the sound wave generated by the sound wave generating means, It is particularly suitable for use with automatic analyzers.

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Abstract

　容器に保持された液体を音波によって攪拌する攪拌装置及び分析装置。攪拌装置（２０）は、液体に照射する音波を発生させる表面弾性波素子（２４）と、音波によって液体（Ｌ）内に生ずる流れの時間変化に応じて表面弾性波素子（２４）の駆動条件を制御する駆動制御回路（２３）とを備えている。表面弾性波素子（２４）の駆動条件は、表面弾性波素子の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つである。

Description

明 細 書
攪拌装置及び分析装置
技術分野
[0001] 本発明は、攪拌装置及び分析装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来、分析装置は、容器に保持した検体や試薬を含む液体を音波発生手段が発 生した音波によって攪拌する攪拌装置を備えたものが知られている (例えば、特許文 献 1参照)。特許文献 1に開示された分析装置は、分析対象ごとに効果的な攪拌を行 うため、分析対象ごとに音波の照射位置や照射強度を制御している。
[0003] 特許文献 1 :特許第 3642713号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、音波発生手段が発生した音波を液体に照射して攪拌する場合、音波を 照射し始めて一定時間が経過すると、液体内に生じる音響流は同一の位置を同じ流 速で流れる定常流となる。このため、液体内に定常流を生じさせると、定常流の外側 や内側に流れの滞留部が生じてしまう。従って、分析対象ごとに音波の照射位置や 照射強度を制御しても、液体内に定常流が生じると、発生した音波のエネルギーが 無駄になり、液体の攪拌効率が悪くなるという問題があった。
[0005] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発生した音波のエネルギーの無 駄を抑えて、攪拌効率の良い攪拌装置及び分析装置を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段
[0006] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置の一態様は、 容器に保持された液体を音波によって攪拌する攪拌装置において、前記液体に照 射する前記音波を発生させる音波発生手段と、前記音波によって前記液体内に生 ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段と 、を備えたことを特徴とする。
[0007] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、音波発生手段の駆動 条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動 周波数の少なくとも一つであることを特徴とする。
[0008] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記制御手段は、前 記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状又は所望する攪拌領域 の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御することを特徴とす る。
[0009] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段の 特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心周波数の少なくとも一つ であることを特徴とする。
[0010] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記液体の特性は、 当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも一つであることを特徴と する。
[0011] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段 は、表面弾性波素子であることを特徴とする。
[0012] また、本発明の攪拌装置の一態様は、上記の発明において、前記音波発生手段 は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板の両面に設けられる 電極とを有する厚み縦振動子であることを特徴とする。
[0013] また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分析装置の一態 様は、複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記 反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液 を光学的に分析することを特徴とする。
発明の効果
[0014] 本発明の攪拌装置は、液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、音波に よって液体内に生ずる流れの時間変化に応じて音波発生手段の駆動条件を制御す る制御手段とを備え、また、本発明の分析装置は、前記攪拌装置を備えているので、 音波発生手段が発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、容器に保持された液 体を効率良く攪拌することができるという効果を奏する。
図面の簡単な説明 [図 1]図 1は、攪拌装置を備えた実施の形態 1の自動分析装置の概略構成図である。
[図 2]図 2は、図 1に示す自動分析装置を構成するキュベットホイールの A部を拡大し 、一部を断面にして示す斜視図である。
[図 3]図 3は、反応容器を収容したキュベットホイールをホイール電極の位置で水平に 切断した断面平面図である。
[図 4]図 4は、実施の形態 1の攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示す ブロック図である。
[図 5]図 5は、実施の形態 1の攪拌装置で使用する表面弾性波素子の斜視図である。
[図 6]図 6は、駆動制御部が表面弾性波素子を間欠駆動する際の駆動信号の第一の 例を示す波形図である。
[図 7]図 7は、表面弾性波素子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点力 バルタ 波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
[図 8]図 8は、駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第二の例を 示す波形図である。
[図 9]図 9は、駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第三の例を 示す波形図である。
[図 10]図 10は、振動子の大きさが lmmの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変 化させずに図 7と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
[図 11]図 11は、振動子の大きさが 2mmの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変 化させずに図 7と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
[図 12]図 12は、振動子の大きさが 2. 5mmの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を 変化させずに図 7と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
[図 13]図 13は、実施の形態 2に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応 する斜視図である。
[図 14]図 14は、攪拌装置の概略構成を反応容器の斜視図と共に示すブロック図で ある。
[図 15]図 15は、図 14に示す反応容器に取り付けた表面弾性波素子のインピーダン ス及び位相の周波数特性図である。 [図 16]図 16は、図 14に示す表面弾性波素子の等価回路図である。
[図 17]図 17は、図 14に示す表面弾性波素子を周波数 flで駆動した場合の等価回 路図である。
[図 18]図 18は、図 14に示す表面弾性波素子を周波数 f2で駆動した場合の等価回 路図である。
[図 19]図 19は、キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波 数 flで駆動する駆動信号の波形図である。
[図 20]図 20は、振動子を周波数 flの駆動信号で駆動した場合に反応容器の液体試 料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成を示すブロック 図と共に示す断面図である。
[図 21]図 21は、キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波 数 fl, f2で切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
[図 22]図 22は、振動子を周波数 fl, f2の駆動信号で切り替えて駆動した場合に反応 容器の液体試料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成 を示すブロック図と共に示す断面図である。
[図 23]図 23は、実施の形態 3に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応 する斜視図である。
[図 24]図 24は、実施の形態 3に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の斜視図と共 に示すブロック図である。
[図 25]図 25は、反応容器の斜視図である。
[図 26]図 26は、反応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である
[図 27]図 27は、キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波 数 fl〜f4に切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
[図 28]図 28は、表面弾性波素子の振動子を周波数 f4の駆動信号で駆動した際に、 反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容 器の平面図である。
[図 29]図 29は、表面弾性波素子の振動子を周波数 f3の駆動信号で駆動した際に、 反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容 器の平面図である。
[図 30]図 30は、表面弾性波素子の振動子を周波数 f2の駆動信号で駆動した際に、 反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容 器の平面図である。
[図 31]図 31は、表面弾性波素子の振動子を周波数 flの駆動信号で駆動した際に、 反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容 器の平面図である。
[図 32]図 32は、表面弾性波素子を反応容器の側壁に取り付けた攪拌装置の変形例 を攪拌装置の概略構成を示すブロック図及び反応容器の斜視図と共に示す図であ る。
[図 33]図 33は、実施の形態 4に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応 する斜視図である。
[図 34]図 34は、実施の形態 4に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共 に示すブロック図である。
[図 35]図 35は、図 34に示す攪拌装置で使用する厚み縦振動子の斜視図である。
[図 36]図 36は、圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係を示す厚 み縦振動子の周波数特性図である。
[図 37]図 37は、厚み縦振動子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点から表面弾 性波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
[図 38]図 38は、厚み縦振動子を周波数 flで駆動する駆動信号の波形図である。
[図 39]図 39は、厚み縦振動子を周波数 fl, f2で交互に切り替えて駆動する駆動信号 の波形図である。
[図 40]図 40は、実施の形態 4に係る攪拌装置の変形例の概略構成を反応容器及び 恒温槽の断面図と共に示すブロック図である。
符号の説明
1 自動分析装置
2, 3 試薬テーブル 4 キュベットホイ一ノレ
5 反応容器
6, 7 試薬分注機構
8 検体容器移送機構
9 フィーダ
10 ラック
11 検体分注機構
12 分析光学系
13 洗浄機構
15 制御部
16 入力部
17 表示部
20 攪拌装置
21 駆動制御部
22 信号発生器
23 駆動制御回路
24, 25 表面弾性波素子
26 表面弾性波素子
30, 40 攪拌装置
50 攪拌装置
51 厚み縦振動子
52 防水ケース
55 恒温槽
F 旋廻流
L 液体
Lt 恒温液
SA1〜SA4 音響流
Wa 表面弾性波 Wb バルタ波
発明を実施するための最良の形態
[0017] (実施の形態 1)
以下、本発明の攪拌装置及び分析装置に力かる実施の形態 1について、図面を参 照しつつ詳細に説明する。図 1は、攪拌装置を備えた実施の形態 1の自動分析装置 の概略構成図である。図 2は、図 1に示す自動分析装置を構成するキュベットホイ一 ルの A部を拡大し、一部を断面にして示す斜視図である。図 3は、反応容器を収容し たキュベットホイールをホイール電極の位置で水平に切断した断面平面図である。図 4は、実施の形態 1の攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示すブロック 図である。
[0018] 自動分析装置 1は、図 1及び図 2に示すように、試薬テーブル 2, 3、キュベットホイ ール 4、検体容器移送機構 8、分析光学系 12、洗浄機構 13、制御部 15及び攪拌装 置 20を備えている。
[0019] 試薬テーブル 2, 3は、図 1に示すように、それぞれ周方向に配置される複数の試薬 容器 2a, 3aを保持し、駆動手段に回転されて試薬容器 2a, 3aを周方向に搬送する
[0020] キュベットホイール 4は、図 2に示すように、周方向に沿って設けた複数の仕切り板 4 aによって反応容器 5を配置する複数のホルダ 4bが周方向に形成され、図示しない 駆動手段によって図 1に矢印で示す方向に回転されて反応容器 5を周方向に搬送 する。キュベットホイール 4は、図 2に示すように、各ホルダ 4bの下部に対応する位置 に半径方向に測光孔 4cが形成され、測光孔 4cの上部に設けた上下 2つの揷通孔 4 dのそれぞれを利用してホイール電極 4eが取り付けられて!/、る。ホイール電極 4eは、 図 2及び図 3に示すように、揷通孔 4dから延出した一端が折り曲げられてキュベットホ ィール 4の外面に当接し、揷通孔 4dから延出した他端は同様に折り曲げられてホル ダ 4bの内面近傍に配置され、ホルダ 4bに配置される反応容器 5をばね力によって保 持する。キュベットホイール 4の近傍には、試薬分注機構 6, 7が設けられている。
[0021] 一方、反応容器 5は、光学的に透明な素材力 成形され、図 2に示すように、液体 を保持する保持部 5a (図 4参照)を有する四角筒状の容器であり、側壁 5bに表面弾 性波素子 24が取り付けられると共に、表面弾性波素子 24の一組の入力端子 24dの それぞれと接続される電極パッド 5eが取り付けられている。反応容器 5は、後述する 分析光学系 12から出射された分析光（340〜800nm)に含まれる光の 80%以上を 透過する素材、例えば、耐熱ガラスを含むガラス，環状ォレフィンやポリスチレン等の 合成樹脂が使用される。反応容器 5は、表面弾性波素子 24を取り付けた側壁 5bに 隣接する側壁下部側の点線によって囲まれた部分が前記分析光を透過させる測光 用の窓 5cとして利用される。反応容器 5は、使用に際しては、上部に防滴用のゴムキ ヤップ 5dを被せ、表面弾性波素子 24を仕切り板 4a側に向けてホルダ 4bにセットされ る。これにより、反応容器 5は、図 3に示すように、各電極パッド 5eが対応するホイ一 ル電極 4eと接触する。ここで、電極パッド 5eは、表面弾性波素子 24の入力端子 24d (図 5参照）上に一体的に設けられている。
[0022] 試薬分注機構 6, 7は、キュベットホイール 4に保持された反応容器 5に試薬テープ ル 2, 3の試薬容器 2a, 3aから試薬を分注する。試薬分注機構 6, 7は、図 1に示すよ うに、それぞれ水平面内を矢印方向に回動するアーム 6a, 7aに試薬を分注するプロ ーブ 6b, 7bが設けられ、洗浄水によってプローブ 6b, 7bを洗浄する洗浄手段を有し ており、試薬の分注量に関する信号を駆動制御回路 23へ出力する。
[0023] 検体容器移送機構 8は、図 1に示すように、フィーダ 9に配列した複数のラック 10を 矢印方向に沿って 1つずつ移送する移送手段であり、ラック 10を歩進させながら移送 する。ラック 10は、検体を収容した複数の検体容器 10aを保持している。ここで、検体 容器 10aは、検体容器移送機構 8によって移送されるラック 10の歩進が停止するごと に、水平方向に回動するアーム 1 laとプローブ 1 lbとを有する検体分注機構 11によ つて検体が各反応容器 5へ分注される。このため、検体分注機構 11は、洗浄水によ つてプローブ l ibを洗浄する洗浄手段を有している。また、検体分注機構 11は、検 体の分注量に関する信号を駆動制御回路 23へ出力する。
[0024] 分析光学系 12は、試薬と検体とが反応した反応容器 5内の液体試料を分析するた めの分析光（340〜800nm)を出射するもので、図 1に示すように、発光部 12a,分 光部 12b及び受光部 12cを有している。発光部 12aから出射された分析光は、反応 容器 5内の液体試料を透過し、分光部 12bと対向する位置に設けた受光部 12cによ つて受光される。受光部 12cは、制御部 15と接続されている。
[0025] 洗浄機構 13は、ノズル 13a (図 1参照）によって反応容器 5内の液体試料を吸引し て排出した後、ノズル 13aによって洗剤や洗浄水等の洗浄液等を繰り返し注入し、吸 引することにより、分析光学系 12による分析が終了した反応容器 5を洗浄する。
[0026] 制御部 15は、自動分析装置 1の各部の作動を制御すると共に、発光部 12aの出射 光量と受光部 12cが受光した光量に基づく反応容器 5内の液体試料の吸光度に基 づいて検体の成分濃度等を分析する部分であり、例えば、マイクロコンピュータ等が 使用される。制御部 15は、図 1に示すように、入力部 16及び表示部 17と接続されて いる。入力部 16は、制御部 15へ検査項目等を入力する操作を行う部分であり、例え ば、キーボードやマウス等が使用される。入力部 16は、攪拌装置 20の表面弾性波素 子 24に入力する駆動信号の周波数を切り替える操作等にも使用される。表示部 17 は、分析内容や警報等を表示するもので、ディスプレイパネル等が使用される。
[0027] 攪拌装置 20は、図 4に示すように、駆動制御部 21と表面弾性波素子 24とを有して いる。駆動制御部 21は、表面弾性波素子 24が発する音波によって反応容器 5が保 持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部 15を介して入力部 16から入 力される表面弾性波素子 24の特性、液体の特性、反応容器 5の形状又は反応容器 5の所望する攪拌領域等の情報に基づいて表面弾性波素子 24の駆動条件を制御 する。駆動制御部 21は、キュベットホイール 4の外周にキュベットホイール 4と対向さ せて配置され (図 1参照）、ハウジング 21aに設けたブラシ状の接触子 21b (図 3参照） の他に、ノ、ウジング 21a内に信号発生器 22と駆動制御回路 23を備えている。接触子 21bは、 2つのホイール電極 4eと対向するハウジング 21aに設けられ、キュベットホイ ール 4が停止すると対応するホイール電極 4eと接触し、駆動制御部 21と反応容器 5 の表面弾性波素子 24とが電気的に接続される。
[0028] ここで、表面弾性波素子 24の駆動条件は、例えば、表面弾性波素子 24の駆動時 間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数等があり、駆動制御部 21はこ れらの少なくとも一つを制御する。表面弾性波素子 24の特性は、例えば、音波を発 生する振動子 24bの大きさ、数又は中心周波数等があり、駆動制御部 21はこれらの 少なくとも一つに応じて表面弾性波素子 24の駆動条件を制御する。一方、液体の特 性としては、例えば、液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さ等があり、駆動制御 部 21はこれらの少なくとも一つに応じて表面弾性波素子 24の駆動条件を制御する。
[0029] このとき、液面高さは、図 4に示すように、表面弾性波素子 24の振動子 24bが出射 するバルタ波 Wbが側壁 5bから液体 Lへ入射する入射点 Piにおける側壁 5bの法線 N となす伝搬角 Θと、反応容器 5に分注した際に、試薬分注機構 6, 7や検体分注機構 11から入力される試薬や検体の分注量に関する信号力も駆動制御回路 23が求める 。また、入射点 Piからバルタ波 Wbの進行方向に沿った底壁までの距離を dlとし、同 じく液面までの距離を d2とする。
[0030] 信号発生器 22は、駆動制御回路 23から入力される制御信号に基づいて発振周波 数を変更可能な発振回路を有しており、数 MHz〜数百 MHz程度の高周波の駆動 信号を表面弾性波素子 24に入力する。駆動制御回路 23は、メモリとタイマを内蔵し た電子制御手段 (ECU)が使用され、制御部 15を介して入力部 16から入力される制 御信号に基づいて信号発生器 22の作動を制御することにより、信号発生器 22が表 面弾性波素子 24へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。駆動制御回路 23 は、表面弾性波素子 24の駆動条件と、信号発生器 22の作動を制御する。駆動制御 回路 23は、例えば、表面弾性波素子 24が発する音波の特性 (周波数，強度，位相， 波の特性)、波形 (正弦波，三角波，矩形波，バースト波等)或いは変調 (振幅変調， 周波数変調)等を制御する。また、駆動制御回路 23は、内蔵したタイマに従って信号 発生器 22が発振する高周波信号の周波数を変化させる。
[0031] 表面弾性波素子 24は、図 5に示すように、圧電基板 24aの表面に櫛歯状電極 (ID T)力もなる振動子 24bが僅かな距離を置いて配置されている。振動子 24bは、駆動 制御部 21から入力された駆動信号をバルタ波 (音波）に変換する発音部であり、振 動子 24bを構成する複数のフィンガーが圧電基板 24aの長手方向に沿って配列され ている。また、表面弾性波素子 24は、図 2に示すように、各入力端子 24d上に電極パ ッド 5eの端部が重ねられ、駆動制御部 21と一組の入力端子 24dとの間がホイール電 極 4eに接触する接触子 21bによって接続されている。振動子 24bは、入力端子 24d との間がバスバー 24eによって接続されている。表面弾性波素子 24は、エポキシ榭 脂等の接着剤カゝらなる音響整合層を介して反応容器 5の側壁 5bに取り付けられる。 ここで、表面弾性波素子 24は、液体に音波を照射する際に、液体ゃジエル等の音響 整合層を介して反応容器 5に離接可能に当接される構成としてもよい。
[0032] ここで、表面弾性波素子 24の特性の一つである振動子 24bの大きさとは、図 5に示 す振動子 24bを構成する複数のフィンガーのうち両端位置するフィンガーの中央を 結ぶ距離 Ssをいう。また、図 5に示す表面弾性波素子 24を含め、以下に説明する表 面弾性波素子を示す図面は、構成を示すことを主目的とするため、振動子を構成す る複数のフィンガーの線幅又はピッチは必ずしも正確に描いていない。なお、入力端 子 24d上に図 2の電極パッド 5eがー体的に設けられる力、入力端子 24d自体が電極 パッド 5eであっても良い。
[0033] 以上のように構成される自動分析装置 1は、回転するキュベットホイール 4によって 周方向に沿って搬送されてくる複数の反応容器 5に試薬分注機構 6, 7が試薬容器 2 a, 3aから試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器 5は、検体分注機構 11 によってラック 10に保持された複数の検体容器 10aから検体が順次分注される。そし て、キュベットホイール 4が停止する都度、接触子 21bがホイール電極 4eと接触し、駆 動制御部 21と反応容器 5の表面弾性波素子 24とが電気的に接続される。このため、 反応容器 5は、分注された試薬と検体が攪拌装置 20によって順次攪拌されて反応す る。
[0034] 自動分析装置 1においては、通常、試薬の量に比べて検体の量が少なぐ攪拌に よって液体中に生ずる一連の流れによって反応容器 5に分注された少量の検体が多 量の試薬に引き込まれて検体と試薬との反応が促進される。このようにして検体と試 薬が反応した反応液は、キュベットホイール 4が再び回転したときに分析光学系 12を 通過し、発光部 12aから出射された光束が透過する。このとき、反応容器 5内の試薬 と検体の反応液は、透過した光束が受光部 12cで測光され、制御部 15によって成分 濃度等が分析される。そして、分析が終了した反応容器 5は、洗浄機構 13によって 洗浄された後、再度検体の分析に使用される。
[0035] このとき、自動分析装置 1は、制御部 15を介して予め入力部 16から入力された制 御信号に基づき、キュベットホイール 4の停止時に駆動制御部 21が接触子 21bから 入力端子 24dに駆動信号を入力する。これにより、表面弾性波素子 24は、入力され る駆動信号の周波数に応じて振動子 24bが駆動され、バルタ波 (音波）を誘起する。 誘起されたバルタ波 (音波）は、音響整合層から反応容器 5の側壁 5b内へと伝搬し、 図 4に示すように、入射点 Piから音響インピーダンスが近 、液体 L中へバルタ波 Wb が漏れ出してゆく。この結果、反応容器 5が保持した試薬と検体等の液体 L内には、 漏れ出したバルタ波 Wbによって音響流が生じ、液体 Lがこの音響流によって攪拌さ れる。
[0036] この攪拌に際し、駆動制御部 21は、表面弾性波素子 24が発する音波によって反 応容器 5が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部 15を介して入 力部 16カゝら入力される表面弾性波素子 24の特性、分析対象となる試薬と検体等を 含む液体の特性、反応容器 5の形状又は反応容器 5の所望する攪拌領域等の情報 に基づいて表面弾性波素子 24の駆動条件を制御する。例えば、駆動制御部 21は、 駆動制御回路 23が求めた液面高さ及び入力部 16から入力される表面弾性波素子 2 4の特性として振動子 24bの中心周波数に応じて表面弾性波素子 24の駆動条件で ある間欠駆動のタイミングを制御する。この場合、駆動制御部 21は、表面弾性波素 子 24の中心周波数が f0の場合、図 6に示すように、駆動制御回路 23が信号発生器 22から入力端子 24dに周波数 f0の駆動信号を、時分割で駆動時間 Tl, T2 (秒)の 間に信号照射のない切替え時間 Toff (秒)を介して表面弾性波素子 24に出力し、間 欠駆動する。
[0037] このような表面弾性波素子 24の間欠駆動によって反応容器 5が保持した液体 L中 に非定常な音響流が発生し、分注された試薬と検体が攪拌される。ここで、内法の縦 X横 X高さが 4 X 4 X 15mmの反応容器 5、振動子 24bの大きさ Ss = lmm,中心周 波数 f 0 = 81MHzの表面弾性波素子 24を使用し、反応容器 5が保持した液体 Lを攪 拌する際の入射点 Piからバルタ波 Wbの進行方向（伝搬角 Θ = 15° )に沿った距離 と音響流の流速との関係を求めた。このとき、表面弾性波素子 24は、駆動時間 Tl = Τ2 = 0. 1, 0. 5, 1, 2, 3秒、切替え時間 Toff= 10秒で駆動した。その結果を、入射 点 Piからバルタ波 Wbの進行方向に沿った距離 (mm)を横軸、液体 L中に発生する 音響流の流速 (mmZ秒)を横軸として、表面弾性波素子 24の駆動時間ごとに図 7に 示す。 [0038] 図 7に示す結果から明らかなように、駆動時間 0. 1秒及び 0. 5秒の場合、音響流 は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時間 1秒程度で入射点 Pi (図 4参照)から比較的近い領域が定常流となる。一般に、液体を攪拌する場合、流線が 安定している定常流よりも、過渡的で、かつ、速い流れを有し、流線が不安定な非定 常流の方が効率良く液体を攪拌することができる。
[0039] このため、例えば、所望する攪拌領域の範囲としてバルタ波 Wbの進行方向に沿つ た距離が dl = 3mmの場合、図 7に示す結果から、表面弾性波素子 24の駆動時間 T 1を 0. 5≤T1く 1 (秒）とすると、入射点 Piからの距離が同じであっても音響流の流速 が異なり、定常流よりも複雑な流れ場となる。一方、所望する攪拌領域の範囲として バルタ波 Wbの進行方向に沿った距離が dl = 6mmの場合には、同様にして、表面 弹性波素子24の駆動時間丁1を1≤丁1 < 2 (秒）とすることが望ましい。このとき、切替 え時間 Toffは、駆動制御部 21の性能に左右される割合が大きいが、攪拌に有効な 複雑な流れ場を形成するためには、可能な範囲で短く設定する方が良ぐ 100m秒 以下であることが好ましい。
[0040] 従って、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 24が発する音波によって反応容器 5が 保持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路 23に記憶 させておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて間欠駆動のタイミングを制御すること により、反応容器 5が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無 駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。し力も、このように優れた効果を達成す るうえで、攪拌装置 20は、従来の攪拌装置に必要とされる構成要素に加えて新たに 追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析装置が大型化することも 回避することができる。
[0041] ここで、駆動制御部 21は、周波数 fOの駆動信号に関し、例えば、図 8に示すように 、振幅が 100%の駆動時間 Tl =T2の間に振幅が 0%の切替え時間 Τοί¾介して表 面弾性波素子 24を間欠駆動してもよい。また、駆動制御部 21は、図 9に示すように、 振幅が 100%の駆動時間 Tl =Τ2の間に、振幅を駆動時間 Tl, Τ2の振幅の 50%と する切替え時間 Tchを介して表面弾性波素子 24を所定時間連続的に駆動してもよ い。このように、振幅変調制御の下に表面弾性波素子 24を駆動すると、攪拌装置 20 は、表面弾性波素子 24の駆動時間を短縮し、攪拌に要するエネルギーを低減する ことができる。この場合、駆動制御部 21は、駆動信号をオフ、即ち、振幅を 0%とせず 極めて低い振幅を有する駆動信号で表面弾性波素子 24を駆動する場合もある。
[0042] 一方、音響流の流速分布図に関し、振動子 24bの大きさが Ss = l, 2, 2. 5mmの 3 種類の表面弾性波素子 24を使用し、駆動周波数 50MHzの下に流速分布を図 7と 同様にして求めたところ図 10〜図 12に示す結果が得られた。これらの結果から、表 面弾性波素子 24は、振動子の大きさの違いによって音響流の流速分布が異なり、振 動子 24bの大きさ Ssが大きくなるのに伴って発生する音響流の流速が増加すると共 に、バルタ波 Wbの進行方向に沿った音響流の入射点 Piからの到達距離が延び、所 望する攪拌領域の範囲が拡がること、また、所望する攪拌領域の範囲と表面弾性波 素子 24の駆動時間が同じであれば、振動子 24bが大きい方が音響流の流速が速く なり、定常流よりも複雑な流れ場となることが分力 た。従って、攪拌装置 20は、振動 子の大きさに応じて駆動条件を制御してやることで、反応容器 5が保持した液体を非 定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く攪拌することが できる。
[0043] (実施の形態 2)
次に、本発明の攪拌装置及び分析装置に力かる実施の形態 2について、図面を参 照しつつ詳細に説明する。実施の形態 1の攪拌装置及び分析装置は、振動子が 1つ の表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態 2の攪拌装置及び分析 装置は、振動子が 2つの表面弾性波素子を使用している。
[0044] 図 13は、実施の形態 2に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応する 斜視図である。図 14は、攪拌装置の概略構成を反応容器の斜視図と共に示すプロ ック図である。ここで、実施の形態 2を含めて以下に説明する攪拌装置及び自動分析 装置は、基本構成が実施の形態 1の攪拌装置及び自動分析装置と同一の場合、同 一の構成部分には同一の符号を用いて説明して 、る。
[0045] 実施の形態 2の自動分析装置は、図 13及び図 14に示すように、攪拌装置 30が振 動子を 2つ有する表面弾性波素子 25を使用している。即ち、攪拌装置 30の表面弾 性波素子 25は、圧電基板 25aの表面に櫛歯状電極 (IDT)力もなる振動子 25b, 25 cが僅かな距離を置いて配置されている。振動子 25b, 25cは、駆動制御部 21から入 力された駆動信号をバルタ波 (音波）に変換する発音部であり、振動子 25b, 25cを 構成する複数のフィンガーが圧電基板 25aの長手方向に沿って配列されて ヽる。ま た、表面弾性波素子 25は、一組の入力端子 25dと単一の駆動制御部 21との間がホ ィール電極 4eに接触する接触子 2 lb (図 3参照）によって接続されている。振動子 25 b, 25cは、入力端子 25dとの間がノ スバー 25eによって接続されている。表面弾性 波素子 25は、一組の入力端子 25dを上側に配置した状態で音響整合層を介して反 応容器 5の側壁 5bに取り付けられる。
[0046] ここで、振動子 25b, 25cは、それぞれ駆動周波数に対するインピーダンス及び位 相が図 15に示す周波数特性を有するものを使用し、振動子 25bの中心周波数を f 1 とし、振動子 25cの中心周波数を f2 ( >fl)とする。このとき、表面弾性波素子 25は、 振動子 25b, 25cのそれぞれの中心周波数 (fl, f2)における電気インピーダンスが 外部電気系と同じ 50 Ωとなるように設計しておき、その中心周波数で駆動する。する と、振動子 25b, 25cと外部電気系のインピーダンスが一致するため、表面弾性波素 子 25は、電気的な反射なしに振動子 25b, 25cに駆動信号を入力することができる。
[0047] このとき、表面弾性波素子 25は、振動子 25b, 25cのインピーダンスをそれぞれ Z1 , Z2として等価回路を示すと図 16に示すようになる。このため、例えば、駆動制御部 21が表面弾性波素子 25に周波数 flの駆動信号を入力すると、振動子 25bはインピ 一ダンスが 50 Ω、振動子 25cはインピーダンスが∞となる。従って、表面弾性波素子 25は、見掛け上、図 17に示すように、振動子 25cが存在せず (絶縁状態）、入力され た駆動信号 (fl)によって振動子 25bのみが駆動されることになる。
[0048] 一方、駆動制御部 21が表面弾性波素子 25に周波数 f2の駆動信号を入力すると、 振動子 25bはインピーダンスが∞、振動子 25cはインピーダンスが 50 Ωと逆になる。 従って、表面弾性波素子 25は、見掛け上、図 18に示すように、振動子 25bが存在せ ず (絶縁状態）、入力された駆動信号 (f2)によって振動子 25cのみが駆動されること になる。なお、外部電気系のインピーダンスが他の値、例えば、 75 Ωの場合には、振 動子 25b, 25cの中心周波数における電気インピーダンスが 75 Ωとなるように設計し ておけばよい。 [0049] このため、攪拌装置 30は、表面弾性波素子 25が発する音波によって反応容器 5が 保持した液体内に生ずる上述の流れの時間変化を予め駆動制御回路 23に記憶さ せておき、試薬分注機構 6, 7や検体分注機構 11から入力される試薬や検体の分注 量に関する信号力も求めた液体の量をもとに駆動制御回路 23が表面弾性波素子 25 に出力する駆動信号を切り替える。例えば、液体の量が少ない場合、駆動制御回路 23は、振動子 25bを駆動するように駆動信号を切り替える。これにより、自動分析装 置は、キュベットホイール 4が停止したときに接触子 21bがホイール電極 4eと接触す ると、駆動制御部 21から表面弾性波素子 25に周波数 flの駆動信号が入力される。
[0050] これにより、攪拌装置 30は、表面弾性波素子 25の振動子 25bが、図 19に示すよう に、キュベットホイール 4の停止時間中に、駆動時間 Tl, T2 (秒)の間に信号照射の な ヽ切替え時間 Toff (秒)を介して時分割で入力される周波数 flの駆動信号によって 間欠駆動される。この結果、振動子 25bによって誘起されたバルタ波（音波）は、音響 整合層から反応容器 5の側壁 5b内へと伝搬し、音響インピーダンスが近 ヽ液体試料 中へ漏れ出す。この漏れ出した音波によって音響流が生じ、分注された試薬と検体と が携拌される。
[0051] このとき、振動子 25bは、図 14に示したように、反応容器 5の下側に配置されている 。このため、図 20に示すように、反応容器 5の液体 L中へ漏れ出すバルタ波は、液体 L中の振動子 25bに対応する位置を起点として斜め下方へ向力 バルタ波 Wblと斜 め上方へ向かうバルタ波 Wb2が生ずる。従って、反応容器 5に保持された液体 L中に は、この 2方向に対応した 2つの音響流が生じ、分注された試薬と検体とを音波のェ ネルギ一の無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。
[0052] 一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路 23は、試薬分注機構 6, 7や 検体分注機構 11から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた液体 の量をもとに、振動子 25b, 25cを交互に駆動するように駆動信号を切り替える。これ により、攪拌装置 30は、図 21に示すように、キュベットホイール 4の停止時間中に、駆 動時間 Tl, T2 (=T1) (秒)の間に切替え時間 Toff (秒)を介して周波数 flと周波数 f2 の駆動信号が表面弾性波素子 25に交互に入力される。これにより、自動分析装置 は、キュベットホイール 4が停止する毎に、駆動制御部 21によって表面弾性波素子 2 5に入力される駆動信号の周波数が変更され、音波を発生する振動子 25b, 25cが 自己選択的に切り替えられる。
[0053] この結果、反応容器 5は、図 22に示すように、下側に配置された振動子 25bから周 波数 flのバルタ波 Wbl l, Wbl2が、上側に配置された振動子 25cから周波数 f2の音 波 Wb21, Wb22力 保持した液体 L中へそれぞれ交互に漏れ出して音響流が発生 する。このため、反応容器 5が保持した液体 Lは、エネルギーの無駄を抑えて反応容 器 5の底部力 気液界面に至るまで効率良く攪拌される。なお、周波数 fl, f2の切り 替え時間は、必ずしも 1 : 1である必要はなぐ検体の特性等に応じて適宜設定，変更 しても良い。
[0054] このとき、攪拌装置 30は、表面弾性波素子 25の数に関係なぐ図 14に示すように、 単一の駆動制御部 21と一組の入力端子 25dとの間がホイール電極 4eに接触する接 触子 21b (図 3参照）によって接続されている。また、表面弾性波素子 25は、駆動制 御部 21によって駆動信号の周波数を変更することによって、音波を発生する振動子 25b, 25cが自己選択的に切り替わる。このため、攪拌装置 30は、従来の攪拌手段 のようなスィッチ回路が必要な 、ことと相俟って、発音部となる共振周波数の異なる 複数の振動子 25b, 25cを有していても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波 を発生する振動子 25b, 25cを特定の振動子 25b, 25cに容易に切り替えることがで きる。
[0055] しかも、攪拌装置 30は、位置によって共振周波数が異なる振動子を有する表面弾 性波素子 25を用いることによって、駆動制御部 21と一組の入力端子 25dとの間を接 続することから配線数を少なくすることができる。このため、攪拌装置 30は、小さい容 器へ表面弾性波素子 25を取り付けることが可能となり、容器の小型化のみならず分 析装置の小型化も可能となる。
[0056] (実施の形態 3)
次に、本発明の攪拌装置及び分析装置に力かる実施の形態 3について、図面を参 照しつつ詳細に説明する。実施の形態 1, 2の攪拌装置及び分析装置は、振動子を 構成する複数のフィンガーが総て同じ方向に配列された表面弾性波素子を使用して いる。これに対し、実施の形態 3の攪拌装置及び分析装置は、複数の振動子相互間 でフィンガーの向きが 90° 異なる表面弾性波素子を使用している。
[0057] 図 23は、実施の形態 3に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応する 斜視図である。図 24は、実施の形態 3に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の斜 視図と共に示すブロック図である。図 25は、反応容器の斜視図である。図 26は、反 応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である。
[0058] 実施の形態 3の攪拌装置 40は、図 23及び図 24に示すように、駆動制御部 21と反 応容器 5の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子 26とを有しており、キュベットホイ ール 4のホルダ 4bに反応容器 5を収容すると、ホイール電極 4fを介して駆動制御部 2 1から表面弾性波素子 26に駆動信号が入力される。ここで、ホイール電極 4fは、攪 拌装置 20, 30のホイール電極 4eと異なり、図 23に示すように、揷通孔 4dから延出し た一端が折り曲げられてキュべットホイール 4の外面に当接し、揷通孔 4dから延出し た他端は同様に折り曲げられてホルダ 4bの内面に当接した後、下方へ延びてホル ダ 4bの底部で底部に沿って折り曲げられている。
[0059] 表面弾性波素子 26は、音響整合層を介して反応容器 5の底壁外面に取り付けられ 、図 26に示すように、バスバー 26eによって直列に接続された振動子 26b, 26c (中 心周波数 f4, f3)と、同様に直列に接続された振動子 26f, 26g (中心周波数 f2, fl) とが一組の入力端子 26dに対して並列に接続されている。このとき、振動子 26b, 26 fと振動子 26c, 26gは、圧電基板 26aの板面上でフィンガーの向きが 90° 異なって いる。また、中心周波数 fl〜f4は、 fl >f2 >f3 >f4の大小関係にある。表面弾性波 素子 26は、例えば、周波数 f4の駆動信号を入力すると振動子 26bが励振されてバ ルク波が発生する。このようにして発生したバルタ波は、圧電基板 26a,音響整合層 ,反応容器 5の底壁を伝搬してゆき、図 24に示すように、反応容器 5が保持した液体 L中にバルタ波 Wbが漏れ出す。この漏れ出したバルタ波 Wbは、反応容器 5が保持し た液体 L中に音響流を発生させ、液体 Lを攪拌する。
[0060] 攪拌装置 40は、表面弾性波素子 26が発する音波によって反応容器 5が保持した 液体内に生ずる流れの時間変化を予め駆動制御回路 23に記憶させておき、駆動制 御回路 23に表面弾性波素子 26の駆動条件を制御させることにより、反応容器 5が保 持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く 攪拌する。
[0061] 実施の形態 3の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置 40を使用して おり、キュベットホイール 4の停止時に、音波によって反応容器 5が保持した液体内に 生ずる流れの時間変化に応じて駆動制御回路 23から表面弾性波素子 26に異なる 周波数の駆動信号が切り替えて入力される。即ち、駆動制御回路 23が、図 27に示 すように、周波数 f4〜flの駆動信号を駆動時間 T1〜T4 (秒)の間隔で切り替えなが ら表面弾性波素子 26に入力する。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール 4が停止する毎に、音波を発生する振動子 26b, 26c, 26f, 26gが自己選択的に切 り替えられる。
[0062] このため、攪拌装置 40は、振動子 26bが駆動されると、図 28に示すように、周波数 f4の音波が底壁力も液体 L中へ漏れ出して音響流 SA4が発生する。次に、攪拌装置 40は、振動子 26cが駆動されると、図 29に示すように、周波数 f3の音波が底壁から 液体 L中へ漏れ出して音響流 SA3が発生する。次いで、攪拌装置 40は、振動子 26f が駆動されると、図 30に示すように、周波数 f 2の音波が底壁力 液体 L中へ漏れ出 して音響流 SA2が発生する。そして、攪拌装置 40は、振動子 26gが駆動されると、図 31に示すように、周波数 flの音波が反応容器 5の底壁力 液体 L中へ漏れ出して音 響流 SA1が発生する。ここで、例えば、音響流 SA1は、流速が大きく主要な流れとな る音響流 SAlaと、音響流 SAlaの後方に向力ぃ、流速が小さい音響流 SAlbとが発生 し、他の音響流 SA2〜SA4においても同様である。
[0063] この結果、反応容器 5が保持した液体 L中には、音響流 SA4〜SA1が順番に発生 する。これらの音響流のうち流速が大きい音響流 SA4a〜SAlaが連なって、反応容器 5が保持した液体 L中には、反時計方向の旋廻流が形成される。このように、表面弹 性波素子 26が発生する音波によって反応容器 5が保持した液体中に生ずる流れの 時間変化に応じ、上述のように駆動制御回路 23が表面弾性波素子 26に異なる周波 数の駆動信号を切り替えて入力すると、反応容器 5が保持した液体中に旋廻流が生 ずる。
[0064] このため、攪拌装置 40は、この旋廻流によって反応容器 5に保持した液体 Lを音波 のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。この場合、攪拌装置 40は、試薬分注機構 6, 7や検体分注機構 11から駆動制御回路 23に入力される試 薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器 5が保持する液体の量をもとに 、駆動制御回路 23によって音波を発生する振動子 26b, 26c, 26f, 26gを特定の振 動子に切り替えることで、反応容器 5に保持した液体 Lを音波のエネルギーの無駄を 抑えて、効率良く攪拌することもできる。
[0065] ここで、攪拌装置 40は、反応容器 5に保持した液体 Lを音波のエネルギーの無駄を 抑えて、効率良く攪拌することができれば、駆動制御回路 23によって表面弾性波素 子 26を駆動する駆動信号の周波数を切り替える順序は、必ずしも f4, f3, f2, flの順 である必要はなぐまた、振動子 26b, 26c, 26f, 26gの配置位置も図 26に示す位 置に限定されるものではない。従って、攪拌装置 40は、駆動制御回路 23によって表 面弾性波素子 26を周波数 f4, f3, f2, flの順に駆動した後、周波数 fl, f2, f3, f4の 順に駆動してもよいし、他の順で駆動してもよい。このように攪拌順序を逆にすると、 攪拌対象によっては、反応容器 5に保持した液体 L中に生ずる音響流の向きが乱れ て複雑な流れ場が形成されるため、音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、液体 の 攪拌効果を向上させることができる。
[0066] また、攪拌装置 40は、振動子 26b, 26c, 26f, 26gを有する表面弾性波素子 26を 、図 32に示すように、反応容器 5の側壁 5b外面に取り付けてもよい。このようにすると 、攪拌装置 40は、駆動制御回路 23によって周波数 f4〜flの駆動信号を切り替えて 表面弾性波素子 26に入力することにより、音響流 SA4, SA3, SA2, SA1が交互に発 生し、側壁 5bから液体 L中へ漏れ出す 4種類のバルタ波 Wbによって生ずる旋廻流 F を上下方向に流れる対流とすることができる。このため、攪拌装置 40のみならず、自 動分析装置の設計上の自由度が増す。
[0067] (実施の形態 4)
次に、本発明の攪拌装置及び分析装置に力かる実施の形態 4について、図面を参 照しつつ詳細に説明する。実施の形態 1〜3の攪拌装置及び分析装置は、音波発生 手段として表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態 4の攪拌装置、 容器及び分析装置は、音波発生手段として厚み縦振動子を使用している。
[0068] 図 33は、実施の形態 4に係る自動分析装置のキュベットホイールの図 2に対応する 斜視図である。図 34は、実施の形態 4に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断 面図と共に示すブロック図である。図 35は、図 34に示す攪拌装置で使用する厚み縦 振動子の斜視図である。図 36は、圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数 との関係を示す厚み縦振動子の周波数特性図である。
[0069] 実施の形態 4に係る自動分析装置は、図 33及び図 34に示すように、駆動制御部 2 1と厚み縦振動子 51とを有する攪拌装置 50を備えており、厚み縦振動子 51は反応 容器 5の側壁 5b外面に取り付けられている。反応容器 5は、 2つの電極パッド 5eのそ れぞれが厚み縦振動子 51の信号線電極 5 lb及びグランド電極 5 lcと接続され、キュ ベットホイール 4のホルダ 4bに収容すると、電極パッド 5eがホイール電極 4eと接続さ れる。従って、反応容器 5は、接触子 21bがホイール電極 4eと接触すると、駆動制御 部 21から厚み縦振動子 51に駆動信号が入力される。
[0070] 厚み縦振動子 51は、図 34及び図 35に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛 (PZT) 力 なる圧電基板 51aの一方の面に信号線電極 51bが設けられ、他方の面にグラン ド電極 51cが設けられている。信号線電極 51b,グランド電極 51cは、駆動制御部 21 から送電された電力を表面弾性波 (音波）に変換する発音部であり、グランド電極 51 cから音波が出射される。圧電基板 51aは、グランド電極 51cを設ける一方の面に対 して信号線電極 51bを設ける他方の面が傾斜した楔型に成形されている。
[0071] このため、厚み縦振動子 51は、図 35に示す点 PA, PBを基準とする圧電基板 5 la の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係が、圧電基板 51aの厚さが増すに 従って中心周波数が直線的に小さくなる特性を有している。即ち、厚み縦振動子 51 は、図 36に示すように、厚みが最も薄い位置 PAの中心周波数が f2であり、厚みが増 すのに従って中心周波数が減少し、最も厚い位置 PBにおける中心周波数が fl « f2 )となる。従って、厚み縦振動子 51は、中心周波数が直線的に変化する多数の発音 部が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なすことができる。
[0072] 従って、攪拌装置 50は、ホイール電極 4eを介して駆動制御部 21から厚み縦振動 子 51に異なる周波数の駆動信号を入力すると、入力した駆動信号の周波数と共振 する中心周波数を有する圧電基板 51aの厚さの位置にあるグランド電極 51cから励 振された音波が出射され、発音部の位置が長手方向に沿って変化する。 [0073] 実施の形態 4の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置 50を使用して おり、厚み縦振動子 51が発する音波によって反応容器 5が保持した液体内に生ずる 流れの時間変化を予め駆動制御回路 23に記憶させておき、駆動制御回路 23に厚 み縦振動子 51の駆動条件である駆動信号の周波数を制御することにより、反応容器 5が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率 良く攪拌する。
[0074] ここで、図 36に示す位置 PA, PB間の距離が lmm、位置 PBにおける中心周波数 f l = 50MHz、位置 PAにおける中心周波数 f2 = 81MHzの厚み縦振動子 51を有す る攪拌装置 50に関し、図 7と同様にして音響流の流速分布図を求めた。このとき、厚 み縦振動子 51は、周波数 flの駆動信号の場合、駆動時間 T1 =T2 = 2秒、切替え時 間 Toff= 10秒で駆動し、周波数 f2の駆動信号の場合、駆動時間 Τ1 =Τ2 = 0. 5, 1 , 2秒、切替え時間 Toff= 10秒で駆動して反応容器 5が保持した液体を攪拌する際 の入射点力 表面弾性波の進行方向 (伝搬角 Θ =0° )に沿った距離と音響流の流 速との関係を求めた。その結果を、入射点力 表面弾性波の進行方向に沿った距離 (mm)を横軸、液体中に発生する音響流の流速 (mmZ秒)を横軸として、厚み縦振 動子 51の駆動時間ごとに図 37に示す。
[0075] 図 37に示す結果から明らかなように、厚み縦振動子 51の駆動時間が 1秒未満であ る 0. 5秒の場合、音響流は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時 間 1秒程度で入射点力 比較的近い領域が定常流となる。このとき、音響流が液体を 攪拌する範囲は、音源の大きさと駆動周波数に依存する。厚み縦振動子 51は、上述 のように多数の発音部 (音源）が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なされ る。
[0076] このため、例えば、表面弾性波 Waの進行方向に沿った所望する攪拌領域の範囲 を距離 5mmとするには、周波数 flで厚み縦振動子 51を駆動する場合には、駆動時 間 Tl (=T2)として約 2秒必要とするが、周波数 f2で厚み縦振動子 51を駆動する場 合には、 1秒≤T1く 2秒の駆動時間 Tl (=T2)とすればよい。
[0077] 従って、攪拌装置 50は、厚み縦振動子 51が発する音波によって反応容器 5が保 持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路 23に記憶さ せておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて厚み縦振動子 51の駆動時間を制御す る。これにより、攪拌装置 50は、反応容器 5が保持した液体を非定常な流れによって 音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。し力も、このよう に優れた効果を達成するうえで、攪拌装置 50は、従来の攪拌装置に必要とされる構 成要素に加えて新たに追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析 装置が大型化することも回避することができる。
[0078] ここで、攪拌装置 50は、試薬分注機構 6, 7や検体分注機構 11から駆動制御回路 23に入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器 5が保持す る液体の量をもとに、駆動制御回路 23が駆動信号の周波数を変更する。例えば、液 体の量が少ない場合には、駆動制御回路 23が周波数 flの駆動信号を厚み縦振動 子 51に入力する。すると、自動分析装置は、キュベットホイール 4が停止したときに接 触子 21bがホイール電極 4eと接触し、駆動制御回路 23から厚み縦振動子 51に周波 数 flの駆動信号が入力される。
[0079] このとき、厚み縦振動子 51は、キュベットホイール 4の停止時間中に、図 38に示す ように、駆動時間 τι (=τ2)、切替え時間 To e周波数 fiの駆動信号が駆動制御回 路 23から入力される。この結果、キュベットホイール 4の停止中に厚み縦振動子 51に よって誘起された表面弾性波 (音波）は、音響整合層から反応容器 5の側壁 5b内へ と伝搬し、図 34に示すように、音響インピーダンスが近い液体 L中へ表面弾性波 Wal が漏れ出す。このため、反応容器 5が保持した液体には、漏れ出した表面弾性波 Wa 1によって音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
[0080] ここで、厚み縦振動子 51は、周波数 flの駆動信号によって励振される位置が反応 容器 5の下側に位置する。このため、図 34に示すように、液体 L中へ漏れ出す音波 Walは、厚み縦振動子 51の点 PB (図 35参照）に対応した反応容器 5の下側を起点 として、矢印で示す斜め上方と斜め下方の 2方向に向かう。従って、反応容器 5に保 持された液体 L中には、この 2方向に対応した 2つの音響流が生じ、分注された試薬 と検体とが攪拌される。
[0081] 一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路 23は、周波数 flの駆動信号と 周波数 f2 ( >fl)の駆動信号が厚み縦振動子 51に交互に入力されるように設定する 。これにより、攪拌装置 50は、図 39に示すように、キュベットホイール 4の停止時間中 に、駆動時間 Tl, T2 (=T1) (秒)の間に切替え時間 Toff (秒)を介して周波数 flと周 波数 f2の駆動信号が厚み縦振動子 51に交互に切り替えて入力される。この結果、自 動分析装置は、キュベットホイール 4が停止する毎に、厚み縦振動子 51の点 PA (図 3 5参照）に対応した位置と点 PB (図 35参照）に対応した位置との間で音波を発生する 位置が自己選択的に交互に切り替わる。
[0082] これにより、攪拌装置 50は、図 34に示すように、厚み縦振動子 51のグランド電極 5 lcから周波数 flの音波 Walと周波数 f2の音波 Wa2が液体 L中へ交互に漏れ出して 音響流が発生する。従って、攪拌装置 50は、気液界面付近であっても効果的な流れ が発生し、反応容器 5が保持した液体 Lをエネルギーの無駄を抑えて効率良く攪拌 することができる。ここで、駆動制御回路 23は、周波数 fl〜f2の間であればいずれの 周波数を厚み縦振動子 51に入力してよぐ駆動時間 Tl, T2 (秒)と切替え時間 Toff( 秒)も任意に設定してよい。なお、攪拌に必要な複雑な流れ場を形成するためには、 切り替え時間 Toffは、可能な範囲で短く設定する方が良！、。
[0083] このとき、攪拌装置 50は、厚み縦振動子 51の数に関係なぐ図 34に示すように、単 一の駆動制御部 21と一組の入力端子である信号線電極 51bとグランド電極 51cとの 間がホイール電極 4eに接触する接触子 21bによって接続されている。また、厚み縦 振動子 51は、駆動制御回路 23によって駆動信号の周波数を周波数 fl〜f2の間で 変更することによって、グランド電極 51c上の音波を発生する発音部である位置を自 己選択的に切り替えている。このため、攪拌装置 50は、従来の攪拌手段のようなスィ ツチ回路が必要な 、ことと相俟って、共振周波数の異なる複数の発音部を有して ヽ ても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波を発生する特定の発音部に容易に 切り替えることができる。
[0084] 更に、実施の形態 4に係る攪拌装置 50は、図 40に示すように、反応容器 5と厚み 縦振動子 51とを離隔させて音響整合層となる恒温水 Ltを収容した恒温槽 55内に配 置してもよい。ここで、厚み縦振動子 51は、表面弾性波素子 25の振動子 25b, 25c 等に比べて発生する音波 Waの周波数が低くなるので、反応容器 5から離隔配置して も音波の減衰が小さくなり、液体し中に流れ Fを発生させるうえで十分使用可能であ る。このとき、厚み縦振動子 51は、信号線電極 51bを内側に向けると共に、グランド 電極 51cを反応容器 5に向けて防水ケース 52に取り付ける。
[0085] なお、上述の各実施の形態においては、駆動制御部 21は、一箇所のみに設けた 力 攪拌用途によっては複数箇所に設けてもよい。また、上述の各実施の形態にお いては、音波発生手段としての表面弾性波素子 24, 25, 26や厚み縦振動子 51は、 反応容器 5が保持した液体に対して非接触となるように、反応容器 5の外側に配置さ れている。しかし、表面弾性波素子 24, 25, 26は、一組の入力端子によって駆動制 御部 21と接続され、厚み縦振動子 51は、一組の入力端子である信号線電極 5 lbと グランド電極 51cとによって駆動制御部 21と接続されていれば、反応容器 5の一部を 構成し、反応容器 5が保持した液体と接触して 、てもよ 、。
産業上の利用可能性
[0086] 以上のように、本発明の攪拌装置及び分析装置は、音波発生手段が発生した音波 のエネルギーの無駄を抑えて、容器に保持された液体を効率良く攪拌するのに有用 であり、特に、自動分析装置で使用するのに適している。

Claims

請求の範囲
[1] 容器に保持された液体を音波によって攪拌する攪拌装置において、
前記液体に照射する前記音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波によって前記液体内に生ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手 段の駆動条件を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする攪拌装置。
[2] 前記音波発生手段の駆動条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタ イミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つであることを特徴とする請求項 1 に記載の攪拌装置。
[3] 前記制御手段は、前記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状 又は所望する攪拌領域の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件を 制御することを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。
[4] 前記音波発生手段の特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心 周波数の少なくとも一つであることを特徴とする請求項 3に記載の攪拌装置。
[5] 前記液体の特性は、当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも 一つであることを特徴とする請求項 3に記載の攪拌装置。
[6] 前記音波発生手段は、表面弾性波素子であることを特徴とする請求項 1に記載の 攪拌装置。
[7] 前記音波発生手段は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板 の両面に設けられる電極とを有する厚み縦振動子であることを特徴とする請求項 1に 記載の攪拌装置。
[8] 複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応 液を分析する分析装置であって、請求項 1〜7のいずれか一つに記載の攪拌装置を 用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする分析装置。
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