CN110088631B - 超声波清洗器以及使用超声波清洗器的自动分析装置 - Google Patents

Abstract

实现除了具备能够在驱动频率20～100kHz的范围中对喷嘴前端(特别是外周)进行清洗的振动部的结构以外还具备即使在低的液位下也在液体中发生驻波的清洗槽的超声波清洗器。超声波清洗器具有：清洗槽(206)；超声波振子；振动头(209)，从超声波振子朝向清洗槽延伸，在其前端部(210)具有圆筒孔(211)，圆筒孔在铅直方向上具有其长度方向；以及空气层或者金属部件(301)，在清洗槽的下方至少设置于将振动头在铅直方向上投影的区域，以振动头在伴随圆筒孔的长度方向以及与长度方向垂直的方向的变形的振动模式下进行谐振振动的频率，驱动超声波振子，清洗槽的底部之中的至少将振动头在铅直方向上投影的区域是用将树脂作为主要成分的材料来制作的，积存于清洗槽的清洗液的高度比根据驱动超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4短。

Description

超声波清洗器以及使用超声波清洗器的自动分析装置

技术领域

本发明涉及对分装血清、尿等样品的喷嘴进行清洗的超声波清洗器、以及具备超声波清洗器并通过混合样品和试剂来进行成分分析的自动分析装置。

背景技术

在自动分析装置中，反复使用同一喷嘴来分装样品，所以在吸引其它样品之前进行喷嘴前端的清洗。如果喷嘴前端的清洗不充分，则会将之前的样品成分带入(遗留)到下一样品中，测定精度变差。然而，在高吞吐性能的自动分析装置中为了高速地进行分装处理，在喷嘴清洗中无法使用充足的时间。在专利文献1中，公开了使用在清洗槽的底部具备朗之万(Langevin)振子的超声波清洗器，利用在液体中发生的空化(cavitation)来去除喷嘴的试样附着物。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平4-169850号公报

发明内容

在使用超声波的清洗器中，往往针对难以去掉的污垢将超声波振子的驱动频率设定为低频(20～100kHz)来使用。低频下的清洗利用在液体中发生的空化(由于在液体中产生的压力差而引起泡的发生和消失的现象)。但是，空化并非在液体中均匀地发生，而是根据超声波强度的强弱，空化的强度也变化。在超声波强度变强的区域中，根据驱动的频率，发生的间隔不同，每隔将液体的音速(在水中约1500m/s)除以超声波振子的驱动频率而得到的距离，形成空化强的区域。例如，在以50kHz进行了驱动时，产生1个波长为30mm(λ)的驻波，以作为其半波长的15mm(λ/2)间隔而产生空化强度强的区域。另外，发生超声波的振动面附近也成为空化强度强的区域。

因此，在如专利文献1那样在清洗槽的下部具备朗之万振子的超声波清洗器中，如果为了得到空化的效果而以20～100kHz进行驱动，则以7.5mm(100kHz驱动)～37.5mm(20kHz驱动)间隔，产生空化变强的区域。越接近作为驱动源的振子，则空化强度越强。另外，空化变强的区域的范围窄，所以喷嘴的清洗范围被限定，易于发生清洗不均。而且，在清洗槽的下部具备振子的构造的超声波清洗器由于通过用振子对不锈钢槽的底部进行激振从而在内部的液体中发生超声波，所以底部的面积变大。另外，为了发生驻波，最低也需要7.5mm(λ/4)以上的液位。即，以往的超声波清洗器由于底面面积大且需要高度，所以存在为了发生驻波进行高效的清洗而所需的清洗液量变多的课题。特别是，在样品的遗留成为问题的装置中，需要每次喷嘴清洗时更换清洗液来防止样品再次附着到喷嘴，所以优选设为较少的清洗液量。

因此，提供一种除了具备在驱动频率20～100kHz的范围中能够对喷嘴前端(特别是外周)进行清洗的振动部的结构以外还具备即使在低的液位下也在液体中发生驻波的清洗槽的超声波清洗器、以及使用该超声波清洗器的自动分析装置。

第1发明所涉及的超声波清洗器具有：清洗槽，积存清洗液；超声波振子；振动头，从超声波振子朝向清洗槽延伸，在振动头的前端部具有圆筒孔，该圆筒孔在铅直方向上具有其长度方向；以及空气层或者金属部件，在清洗槽的下方至少设置于将振动头在铅直方向上投影的区域，以振动头在伴随圆筒孔的长度方向以及与长度方向垂直的方向的变形的振动模式下进行谐振振动的频率，驱动超声波振子，清洗槽的底部之中的至少将振动头在铅直方向上投影的区域是用将树脂作为主要成分的材料来制作的，积存于清洗槽的清洗液的高度比根据驱动超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4短。

第2发明所涉及的超声波清洗器具有：清洗槽，积存清洗液；超声波振子；以及振动头，从超声波振子朝向清洗槽延伸，在振动头的前端部具有圆筒孔，该圆筒孔在铅直方向上具有其长度方向，以振动头进行谐振振动的频率来驱动超声波振子，清洗槽的一部分或者全部是用将树脂作为主要成分的材料来制作的，相对于振动头进行谐振振动时的振动头的变形方向，隔着用将树脂作为主要成分的材料来制作的清洗槽部分，在从由于振动头进行谐振振动而产生的超声波的成为振动的波腹的区域起根据驱动超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍的距离处，具有空气层或者金属部件。

另外，是搭载有第1发明或者第2发明所涉及的超声波清洗器的自动分析装置。

根据第1发明，通过设置对以2次振动模式进行谐振振动的振动头的Z方向的振动进行促进的机构，在减少清洗液的量的同时，实现高的清洗效果。

根据第2发明，通过降低振动头的谐振振动时的振动负荷，实现高的清洗效果。

附图说明

图1A是具备超声波清洗器的自动分析装置(俯视图)。

图1B是试剂分装机构的结构例。

图1C是样品分装机构的结构例。

图1D是控制部的结构例。

图2A是超声波清洗器的立体图。

图2B是超声波清洗器的俯视图。

图2C是沿着A-A’的超声波清洗器的剖面图。

图2D是超声波振子以及振动头的侧面图。

图3A是示出1次振动模式下的振动头的变形的图。

图3B是示出2次振动模式下的振动头的变形的图。

图3C是安装有振动头的超声波振子的阻抗波形。

图4是超声波清洗器的振动头和清洗槽的剖面的示意图。

图5是用于说明驻波的发生条件的图。

图6是在清洗槽的底部设置有孔洞的例子。

图7A是在底部设置有斜面孔洞的清洗槽的立体图。

图7B是在底部设置有斜面孔洞的清洗槽的俯视图。

图7C是在底部设置有斜面孔洞的清洗槽的沿着B-B’的剖面图。

图8是在清洗槽的上表面设置有罩的例子。

图9是超声波清洗器的配管结构的一个例子。

(符号说明)

10：自动分析装置；11：试剂容器；12：试剂盘；13：反应盘；14：试剂分装机构；15：样品分装机构；21：试剂用喷嘴；22：样品用喷嘴；23：样品容器；24：样品架子；25：反应小室；26：超声波清洗器；27：清洗槽；28：控制部；29：测定部；201：前质量块(frontmass)；202：后质量块(back mass)；203：压电元件；204：螺栓；205：超声波振子(螺栓固定朗之万振子)；206：清洗槽；207：基座部；208：凸缘部；209：振动头；210：振动头前端部；211：圆筒孔；212：清洗液供给配管；213：盛液器；214：排水路；220：振动头前端长度；301：贮气罐；302：液供给管；310：液体的推高部；320：孔洞；401：波形；402：波形；410：振动头的谐振点；411：超声波振子的谐振点；501：清洗槽底部的倾斜孔洞；502：清洗槽背面的倾斜孔洞；503：倾斜孔洞501的底面；504：倾斜孔洞502的上表面；510：罩；512：喷嘴插入口；600：装置操作/显示部；601：分析执行操作部；602：清洗器状态显示部；611：上位通信处理部；612：装置序列处理部；613：序列数据库；614：分装机构控制部；615：马达控制部；616：马达驱动部；617：清洗器控制部；618：超声波控制部；619：超声波驱动部；620：频率调整部；621：泵控制部；622：泵驱动部；701：水排出用管；702：连接部；703：管子；704：电磁阀；705：切换阀；706：注射泵；707：清洗液罐；708：存贮罐；709：供水连接配管。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。

图1A是示出本实施例所涉及的自动分析装置的结构的图。自动分析装置10具有：试剂盘12，搭载多个试剂容器11；反应盘13，在反应小室25中混合试剂和样品，对所产生的反应进行测定；试剂分装机构14，进行试剂的吸引、吐出；以及样品分装机构15，进行样品的吸引、吐出。

试剂分装机构14具备用于分装试剂的试剂用喷嘴21(图1B)，样品分装机构15具备用于分装样品的样品用喷嘴22(图1C)。投入到装置的样品以放入到样品容器(试验管)23的状态，被搭载于架子24而被搬送。在架子24上搭载多个样品容器23。此外，样品是由来于血清、全血等血液的样品、或者尿等。

样品分装机构15通过转动动作而使喷嘴22移动到从样品容器23进行样品吸引的吸引位置、向小室(cell)25进行吐出的吐出位置、用超声波清洗器26对喷嘴22的前端进行清洗的清洗位置，并且为了利用水来冲洗由于用超声波清洗器26进行清洗而附着有清洗液的喷嘴22的前端，通过转动动作使喷嘴22移动到清洗槽27。而且，样品分装机构15在吸引位置、吐出位置以及清洗位置处，使喷嘴22与样品容器23、反应小室25、超声波清洗器26、清洗槽27的高度分别匹配地下降。为了进行这样的动作，样品分装机构15成为能够使喷嘴22移动到目标位置并进行上下移动的结构。在本实施例中，为了对样品分装机构15的喷嘴22进行清洗而设置有超声波清洗器26，但进而也可以为了对试剂分装机构14的喷嘴21进行清洗而设置超声波清洗器。

自动分析装置10具有测定部29，通过对收容于反应小室25内的样品和试剂的混合液进行测光，分析样品内的预定成分的浓度等。测定部29例如具有光源和光度计(吸光光度计、散射光度计等)。另外，由控制部28进行喷嘴的移动和样品的吸引吐出控制、向清洗槽27的液体供给的控制、超声波清洗器26的驱动控制、其它各种机构的控制。而且，在自动分析装置中，有具备用于操作装置的操作部(PC、控制基板等)、检查工程师将架子24进行投入、回收的单元的装置等，但在图1A中省略。

图1D是自动分析装置10的分装机构以及清洗器的控制部28的结构例。在自动分析装置10的操作画面中有装置操作/显示部600，具有用于执行检查的分析执行操作部601、用于对超声波清洗器26的状态进行显示的清洗器状态显示部602。进行装置的控制的控制部28从上位通信处理部611接受来自装置操作/显示部600的指令，装置序列处理部612根据序列数据库613的序列数据，执行分装机构15、超声波清洗器26的控制。

分装机构控制部614经由马达控制部615和马达驱动部616进行分装机构15的转动、上下动作，使喷嘴22移动。清洗器控制部617经由超声波控制部618来控制超声波驱动部(压电元件用放大器)619，对设置于超声波清洗器26的超声波振子205进行驱动(使超声波成为开启/关闭(ON/OFF))。此外，超声波振子205的谐振特性由于发热而变化，所以通过频率调整部620使驱动频率与谐振频率的变化匹配地变化。

而且，清洗器控制部617向泵控制部621发送指示，泵驱动部622驱动与超声波清洗器26的清洗槽相连的泵，控制清洗液的更换等。

使用图2A至图2D，说明超声波清洗器26的结构例。图2A是超声波清洗器26的立体图，图2B是俯视图，图2C是沿着A-A’(图2B)的剖面图，图2D是超声波振子以及振动头的侧面图。

超声波清洗器26具有：通过在前质量块201与后质量块202之间夹持1个以上的压电元件203并用螺栓204将前质量块201和后质量块202进行联接而构成的超声波振子(螺栓固定朗之万振子(BLT：Bolt-clamped Langevin Type Transducer))205、振动头209、设置有对清洗液进行储水的清洗槽206的基座部207。在此，将超声波振子205的螺栓204的轴方向定义为X方向，将在基座部207的上表面(水平面)处与X方向垂直的方向定义为Y方向，将与水平面垂直的方向、即铅直方向定义为Z方向。

超声波振子205具备凸缘部208，超声波振子205固定于基座部207。在图中，利用凸缘部208的下侧固定于基座部207，但优选为对于凸缘部208的上侧也设置固定凸缘的部件，通过连接该部件和基座部207，均匀地固定凸缘部208的全周。另外，也可以在凸缘部208和基座部207接触的部分中，为了防止凸缘部208、基座部207的磨损、噪音而放入橡胶等。

在超声波振子205的前质量块侧的前端，具有朝向清洗槽206延伸的振动头209。振动头209的前端部210是圆筒形状，被调整为来到在不与清洗槽206接触的位置处浸渍于积存在清洗槽206中的清洗液的位置。在圆筒形状的振动头前端部210，设置有比喷嘴22的前端外径大的圆筒孔211。此外，前质量块201和振动头209既可以分别制作并利用螺栓等来固定，也可以一体地制作。另外，在清洗槽206中设置有供给清洗液的配管212，能够通过供给一定量的清洗液而使处于清洗槽206内的清洗液溢出，从而进行置换。即，从清洗液供给配管212供给的清洗液从清洗槽206的侧壁的上端溢出，流到存在于清洗槽206外周的盛液器213，并从排水路214排出，从而每当供给清洗液时清洗槽206内的清洗液的高度(液位)都为恒定。

为了不使装置的吞吐量降低，需要在短时间内更换清洗液，但如果清洗液的供给速度快，则存在清洗液喷出而向超声波清洗器26的周围飞散的可能性。通过使清洗液供给配管212位于振动头前端部210的下部，即使在清洗液的供给速度快的情况下，由于供给的清洗液碰到振动头前端部210，从而抑制清洗槽206内的流速来防止液体的飞散。相反地，在从清洗槽206的上方(即，液面的上方)供给清洗液的情况下，混入空气而清洗液起泡，所以优选为在清洗槽206内供给液体。另外，如果在清洗槽206的侧壁设置配管212，以使清洗液碰到振动头前端部210的方式进行供给，则得到与位于下部时同样的效果，另一方面，通过从振动头前端部210朝向前质量块201侧推压清洗液，有可能清洗液的成分存积于前质量块201和振动头209的连结部，成为形成污垢的原因。因此，在清洗液的供给中，如图2所示优选为从振动头前端部210的下部供给。但是，如果并非是清洗液而是如水那样附着、飞散不会成为问题的液体，则即使从清洗槽206上方、侧壁供给也没有问题。特别是，在为了维护而清洗振动头209的情况下，在侧面与清洗液供给配管212独立地设置配管而供给水的做法是有效的。关于上述结构，使用图9来后述。

此外，在图中，示出以与清洗槽206的全周相接的方式设置有盛液器213的例子，但在本实施例中能够减少积存于清洗槽206的清洗液，所以能够在相应变短的时间内更换清洗液。因此，通过在清洗槽206的侧壁的一部分中设置切口部，仅从降低了高度的侧壁流出清洗液，使盛液器213成为并非与清洗槽206的全周相接而是与有切口部的侧壁部分相接的形状，从而也能够缩小其大小。由此，具有能够减小超声波清洗器26的基座部207的效果。

虽未图示，但在金属块(201、202)与压电元件203之间以及多个压电元件203之间夹持有电极(例如铜板)，通过对这些电极施加预定的频率的正弦波电压，在螺栓204的轴方向上驱动超声波振子205。特别是，已知通过使前质量块201的形状成为喇叭形状(在压电元件203侧和振动头侧使直径变化的形状)而能够增大压电元件203发生的振幅，通过与希望驱动的频率匹配地设计喇叭的长度、形状，能够以较小的功率得到大振幅。虽然在图中示出锥形喇叭形状，但即便是其它形状(指数曲线形喇叭(exponential horn)等)也没有问题。

而且，通过在喇叭形状的前质量块201的前端设置细长的振动头209，并与超声波振子205的振动同步地谐振，从而能够在振动头前端部210中发生大变位。由此，能够将施加到超声波振子205的电能高效地变换为振动头前端部210的振动(动能)。

在用超声波清洗器26对喷嘴22进行清洗时，以预定的低频来驱动压电元件203，以使清洗范围(从喷嘴22的前端起5mm左右的范围)浸渍的方式将喷嘴22插入到振动头前端部210的圆筒孔211，并在清洗液中浸渍一定时间，从而利用空化来去除附着于喷嘴22的外周部的污垢。在清洗后，从超声波清洗器26拔出喷嘴22，通过溢出来更换清洗槽206的清洗液，从而能够在接下来对喷嘴22进行清洗时用新的清洗液来清洗，能够抑制遗留。这些控制是由控制部28依照预定的装置序列来执行的。

这样，如果在振动头前端部210的圆筒孔211和其周围有清洗液则能够清洗，所以能够减少所使用的清洗液量。例如，如果是外径为1.0mm以下的细的喷嘴，则即便是0.5mL以下的清洗液量也能够清洗，清洗器的尺寸也能够小型化。此外，即使向清洗槽206供给水作为清洗液来使用，也可得到利用空化的高的清洗效果，所以根据作为目标的清洗效果，也可以使用水。

超声波清洗器26以适合于在清洗液中发生空化的20～100kHz的频率来驱动压电元件203，使清洗槽206内的振动头209进行谐振，通过其大变位的振动(频率与驱动频率相同)而发生超声波振动。由此，以振动头209的周围、特别是振动的波腹(振幅最大的部分)为中心而发生空化。作为开放端的振动头前端部210成为振动的波腹，所以通过在圆筒孔211内发生的空化，集中地清洗喷嘴22前端。

使用图3A～图3C，说明振动头209的振动。振动头209根据与谐振振动相伴的变形的方式而具有多个振动模式。图3A示出振动头209的1次振动模式的变形，图3B示出振动头209的2次振动模式的变形，图3C示出安装有振动头的超声波振子的阻抗波形。

振动头209的谐振频率有多个，在谐振时分别产生不同的变形。图3A是1次振动模式，是振动头前端部210在X方向上振动的振动模式。图3B是2次振动模式，是振动头前端部210在X方向上振动，并且在振动头前端部210的中间形成振动的波节(振动最小的部分)而在铅直方向(Z方向)上振动的振动模式。此外，在图中，为了易于理解振动模式的差异而夸张地示出变形。

图3C是在横轴上示出频率、在纵轴上示出阻抗的图。示出了振动头209的谐振点410和超声波振子205的谐振点411(超声波振子205在螺栓204的轴方向上进行伸缩的模式)。谐振点410既可以是1次振动模式的谐振点，也可以是2次振动模式的谐振点，但需要是在清洗中使用的振动模式，其谐振频率存在于易于发生空化的20～100kHz的范围。而且，优选为以使谐振点410和谐振点411接近且使它们的差的绝对值成为10kHz以下的方式，设计振动头209和超声波振子205。其原因为，通过使谐振点接近，从而能够利用其相互作用而高效地将电能变换为振动头前端部210的振动。

图4是本实施例的超声波清洗器的振动头209和清洗槽206的剖面的示意图。设为振动头209在2次振动模式的谐振点处振动，兼具X方向的振动和Z方向的振动。如前所述，振动头前端部210位于清洗槽206内的清洗液中，将喷嘴22插入到圆筒孔211来进行喷嘴22的清洗。由此，通过在圆筒孔211的内壁附近所发生的空化，进行喷嘴22的清洗。在此，如果振动头209进行超声波振动，则在振动头209的周围发生液体的推高部310，部分地成为比清洗槽206的边缘更高的水位。因此，如果圆筒孔211的位置处于与振动头209的头部(振动头209之中的、处于前质量块201与振动头前端部210之间的在Z方向上延伸的部分)接近的位置，则在清洗时喷嘴22浸渍到清洗液的范围扩大，例如相对于所设定的范围5mm，湿润至7mm。在使用水以外的液体作为清洗液的情况下，由于会滴落清洗液，因此需要对喷嘴22的清洗部分进行水清洗，但在该水清洗的工序中需要扩大清洗范围。如果扩大清洗范围，则存在吞吐量降低、或者水易于残留于喷嘴22而稀释样品的问题。因此，优选将头前端长度220设为按照喷嘴22不会与液体的推高部310接触的程度使圆筒孔211的位置从振动头209的头部离开的长度。

而且，在本实施例中，用能够使在清洗液中发生的超声波透射的材质(例如树脂)来制作清洗槽206，在清洗槽206的下方隔着用于储存空气的贮气罐301而固定于基座部207。清洗槽206既可以整体用树脂来制作，也可以是一部分用树脂来制作，但至少清洗槽206的底部之中的、将振动头前端部210在铅直方向上投影的区域由树脂制作。同样地，贮气罐301也被设置为至少覆盖将振动头前端部210在铅直方向上投影的区域。但是，如前所述，优选为从清洗槽206的下方供给清洗液，所以在图4中，在清洗槽206的底部设置有供给清洗液的管302和清洗液供给配管212。因此，以包围管302的周围的方式，配置了清洗槽206的底部的树脂、贮气罐301。即，在不从清洗槽206的底面供给清洗液等的清洗器中，无需在清洗槽206的下方形成这样的孔洞。另外，在将清洗槽206整体用树脂来制作的情况下，也可以与基座部207一体成型来制作。通过这样制作，能够降低制造成本。

将积存于清洗槽206的清洗液的高度定义为La。由于在清洗槽206中溢出地供给清洗液，所以液体被积存至清洗槽206的侧壁的上端。因此，积存于清洗槽的清洗液的高度La成为从清洗槽的底面至与盛液器相接的清洗槽的侧壁(部分或者全周)的上端为止的高度。另外，如果用Lb来定义由能够使在清洗槽206中发生的超声波透射的材质形成的清洗槽206的底部的厚度，则从液面至贮气罐301为止的长度L是La+Lb。

通过振动头前端部210的振动而在清洗液中发生超声波，但通过设置贮气罐301，从Z方向的振动发生的超声波在Z方向上行进，但在L满足预定的条件时，在液面和贮气罐301的空气层中反复反射，从而在清洗槽206内的Z方向上发生驻波。关于在Z方向上发生驻波的图4所示的构造的树脂制的清洗槽A和未设置贮气罐301的树脂制的清洗槽B，在比较振动头209的振动振幅时，在清洗槽A的一方中振动头209的振动振幅更大。另外，在清洗槽A和清洗槽B中，使用相同形状的振动头209来比较清洗效果的结果，也在使用清洗槽A时得到更高的清洗效果。

认为这个结果是基于如下的理由而得到的。清洗液具有粘性，清洗液成为针对振动头的振动的振动负荷。在如本实施例那样通过在圆筒孔211的内壁附近发生的空化进行喷嘴22的清洗的情况下，对空化的发生作出贡献的主要是X方向的振动。然而，在2次振动模式下，振动头209在不仅发生X方向的振动而且还发生Z方向的振动的状态下谐振。在此，如果Z方向的振动处于利用清洗液来抑制振动的状态，则X方向的振动也被抑制。通过在清洗槽206内的Z方向上产生驻波，针对振动头前端部210的Z方向的振动，减轻振动负荷，Z方向的振动变大，并且X方向的振动也与不产生驻波的情况相比被增大。

使用图5，说明驻波的发生条件。图5的纵轴表示波的振幅，横轴表示从液面起的深度。另外，波形401是在液体中行进的情况的波形，波形402是在树脂中行进的情况的波形。驻波的发生条件是L＝(λ/4)×n(λ：超声波的1个波长，n：整数)。另外，超声波的波长根据超声波行进的介质的不同而不同，将液体中的波长设为λa，将树脂(清洗槽206的底面与贮气罐301之间)中的波长设为λb。而且，液体以及树脂中的波长成为将由材质决定的音速(在水中约为1500m/s，在树脂中虽然取决于种类但约为2000m/s)除以驱动频率而得到的值。

为了发生驻波(设为n＝1)，以使波直至深度La为止按照波形401行进、并从深度La至L(＝La+Lb)为止按照波形402行进的方式，设定Lb的长度即可。即，如果设为直至深度La为止仅行进了超声波的1/4波长的比例α，则表示为：

La＝α×(λa/4)

Lb＝(1-α)×(λb/4)。

因此，Lb的最小距离通过Lb＝(1-La/(λa/4))×(λb/4)来求出。由于L＝La+Lb，所以能够根据从清洗槽206的底面至贮气罐301为止的距离Lb来调整发生驻波的条件。因此，相比于对清洗槽的底部进行激振来调整液位而发生驻波的情况，能够减少Lb的高度量的液量。即，能够以较少的液量对喷嘴22强力地进行清洗。λ等的值根据温度变化而变动，也有时从作为设计值的L＝(λ/4)×n产生偏移，但只要满足与驻波发生条件相近的条件，就可得到高的清洗效果。

此外，在树脂中主要成分是树脂即可，也可以混合例如用于强化构造的玻璃光纤这样的树脂以外的原材料。另外，作为超声波的反射材料示出设为贮气罐301的空气层的例子，但能够通过将反射超声波的金属(例如铁、不锈钢材料等)埋入到贮气罐301的位置而得到同样的效果。即，清洗槽206的底部的材料的反射率必须低于如空气、金属那样的反射材料的反射率，并且为了抑制损失，清洗槽206的底部的材料的反射率越低越好，反射材料的反射率越高越好。

关于液体(水)与不同的介质的反射率，通过反射率r＝(X-Y)²/(X+Y)²来表示，其中，X为水的声阻抗，Y为介质(例如树脂、金属)的声阻抗。另外，声阻抗是介质的密度与音速之积。即，关于反射率，声阻抗的差越大则边界面处的反射越大，所以作为所使用的材料的指标而能够使用该材料之间的声阻抗比。水的声阻抗X约为1.5×10⁶kg/m²s。树脂根据其组成而声阻抗不同，但大致是3×10⁶kg/m²s程度，是与水的声阻抗相同的等级，是易于利用的材料。作为反射材料，声阻抗极其小的如空气那样的气体(约430kg/m²s)特别适合，但即使使用金属材料，其声阻抗(大致4×10⁷kg/m²s)也比树脂的声阻抗大1个数量级以上，所以能够利用。

另外，同样地作为简单的指标还能够使用音速。在该情况下，水的音速约为1500m/s，相对于此，树脂的音速是2000～3000m/s而为2倍以内。相对于此，空气的音速约为330m/s，金属的音速是5000m/s以上，例如选择成为树脂的音速的2倍以上的音速的金属即可。

此外，在图4中，示出降低Z方向的振动负荷的例子，但还能够构成为降低X方向的振动负荷。即，在使振动头209以1次振动模式进行动作的情况下，振动头209专门在X方向上振动，所以在这样的情况下，通过以在X方向上产生驻波的方式设计清洗槽，能够在X方向上增大振动。在该情况下，不需要图4的贮气罐301，清洗槽侧壁的外侧、即盛液器213部分的空气层起到贮气罐301所起到的作为反射材料的功能。另外，此时的清洗液的长度La’是从振动头209的端面至清洗槽206的侧面(清洗水侧)，作为清洗槽206的侧壁的厚度Lb’，设为L’＝La’+Lb’＝(λ/4)×n(λ：超声波的1个波长，n：整数)，从而能够减少X方向的振动的振动负荷，增大X方向的振动。

这样，在本实施例中，相对于振动头进行谐振振动时的振动头的变形方向，隔着用将树脂作为主要成分的材料来制作的清洗槽部分，在从由于振动头进行谐振振动而产生的超声波的成为振动的波腹的区域起根据驱动超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍的距离处设置空气层或者金属部件，从而减轻该方向的振动负荷，得到高的清洗效果。

在本实施例中作为对象的喷嘴22的前端直径细到0.5～1.5mm，圆筒孔211的直径优选为2～4mm，如果清洗范围为喷嘴22的前端4mm则清洗槽206的内侧的高度(液位La)是6mm程度，在以50kHz进行驱动的情况下，从清洗槽206的底面至贮气罐301为止的厚度Lb大致为2mm。如前所述，驻波的发生条件是L＝(λ/4)×n，所以如果将n取得较大，则能够采用发生比2mm长的驻波的Lb的长度。然而，如果超声波在清洗槽206中传播的距离变长，则易于发生由超声波在清洗槽206的底部的材质中传播时的发热所致的损失，所以被反射的超声波的强度弱。因此，优选以短的值来设定Lb。即，优选设为n＝1。

图6是在本实施例的超声波清洗器的清洗槽中设置有孔洞的例子。搭载于自动分析装置10的超声波清洗器26每当对喷嘴22进行清洗时需要更换清洗液，所以为了抑制清洗液的消耗量，优选用较少的清洗液进行清洗。因此，通过在清洗槽206的底部设置孔洞320，并使喷嘴22能够在孔洞320的内部进行上下动作，从而即使在更少的液位下也能够清洗目标的喷嘴清洗范围。

例如，在为了抑制清洗液量而缩短振动头前端部210的高度的情况、使清洗槽206的水位La进一步降低的情况、或者无论改变液量还是不改变液量都想要扩大喷嘴22的清洗范围的情况下，设置孔洞320即可。在本实施例中，振动头前端部210通过清洗槽206内的驻波来增大振动，但在振动头前端部210的圆筒孔211的正下方几乎没有超声波的传播，所以即使在圆筒孔211正下方设置了孔洞320的情况下，也与图4的结构同样地可得到利用驻波的振动头209的振动增大效果。为了对喷嘴22进行清洗，只要是与圆筒孔211相同程度的2～4mm的直径即可，深度取决于喷嘴的清洗范围，例如在将清洗范围增加2～3mm的情况下设为3～4mm的深度即可。

依照控制部28的装置序列，样品分装机构15在底部设置有孔洞320的清洗槽206中清洗时，在将喷嘴22插入到振动头前端部210的圆筒孔211并驱动超声波振子205之后(也可以在驱动超声波振子205之后插入喷嘴22)，以使喷嘴22的清洗范围进入到圆筒孔211的方式使喷嘴22上下移动。通过使喷嘴22移动，能够用较少的液量进行宽范围的清洗。控制部决定是先清洗喷嘴22的前端侧还是先清洗根部侧等的顺序。另外，例如如果已知污垢易于积蓄到喷嘴22的前端侧，则还能够进行延长喷嘴22前端侧的清洗时间并缩短根部侧的清洗时间等调整。

图7A～图7C是在清洗槽206的底部设置有倾斜孔洞的例子。图7A是清洗槽206的立体图，图7B是俯视图，图7C是沿着B-B’(图7B)的剖面图。与图6的实施例同样地，为了减少清洗液，在其底部部分地设置其底面相对清洗槽的底面而倾斜的倾斜孔洞501，但进而在清洗槽206的背面也具有与倾斜孔洞501相同的倾斜角的倾斜孔洞502(即底面503和上表面504处于平行的关系)。通过振动头前端部210的Z方向的振动而发生的超声波透射清洗槽206，并在清洗槽背面的倾斜孔洞502处存在的空气层中反射。此时，超声波的反射角度由倾斜孔洞501的底面503的倾斜角度来决定，所以通过调整该倾斜角度，能够向处于倾斜孔洞501的上方的振动头前端部210的圆筒孔211反射超声波。由此，除了通过X方向的振动而发生的超声波以外，通过Z方向的振动而发生的超声波也被导入到振动头前端部210的圆筒孔211，从而圆筒孔211内的超声波强度提高，空化集中地发生，由此能够得到高的清洗效果。例如，在液位6mm、驱动频率50kHz的情况下，针对振动头前端部210，能够以板厚3mm、倾斜角度15度有效地进行超声波的反射。

在该情况下，沿着与倾斜孔洞501的底面503垂直的轴，设清洗液的长度为La”，并设倾斜孔洞501和倾斜孔洞502的距离为Lb”，设定为L”＝La”+Lb”＝(λ/4)×n(λ：超声波的1个波长，n：整数)这样的关系成立。严格来讲，倾斜孔洞501的底面503和水面不平行，所以根据测量的位置，严格来讲La”的长度不同，但这个程度的差可忽略。另外，对清洗液等进行供给的管设置于倾斜孔洞501、倾斜孔洞502以外的部分。另外，即使进一步用金属、树脂来覆盖倾斜孔洞502的下部，由于超声波在倾斜孔洞502的空气中反射，所以不会损害上述超声波的反射功能。而且，通过代替倾斜孔洞502而在与倾斜孔洞502的上表面504相同的位置埋入金属部件，也能够得到同样的效果。

图8是在清洗槽206的上表面追加有罩的例子。如果驱动超声波振子205，则根据液体的状态，清洗液有可能从振动头209、振动头前端部210向周围飞散。因此，优选为在清洗槽206的上表面设置罩510。在将罩510设置于清洗槽206内的与清洗液接触的位置的情况下，关于发生上述驻波的条件，在用金属制作罩510的情况下，从罩510的清洗槽206内的面至贮气罐301为止的距离成为L，需要设计成使该L成为λ/4。通过在液面设置罩510，不会受到由于振动头209的振动而发生的液面的晃动、液体的推高部引起的液位的变化的影响，而能够在清洗槽206内的清洗液中发生驻波。

在罩510中需要用于插入喷嘴22的喷嘴插入口512，但与在图6的清洗槽206的底部设置有孔洞320时同样地，处于振动头前端部210的圆筒状的孔211的上部由于超声波的反射的影响低，所以即使部分地设置有孔洞也没有问题。另外，为了使清洗液溢出而设置的孔洞设置于不与振动头前端部210重叠的位置，从而不会影响超声波的反射。此外，由于在空气面反射，所以还能够用树脂来制作罩510。

图9是超声波清洗器26的配管结构的一个例子。在清洗槽206中有对清洗液进行供给的管302和为了用于维护清洗器而排出水的管701，分别经由连接部702而与管子703连接。管子703是在清洗液的供给中也能够利用的耐化学性的材质，与多个电磁阀704、切换阀705、注射泵706连接。清洗液被储存到清洗液罐707，虽然根据超声波清洗器26的利用频度而不同，但需要定期地补充。另外，水被储存到存贮罐708，通过连接于与供水连接的配管709而自动地补充。

具有以上结构的配管的超声波清洗器26在对喷嘴22进行清洗的前后，通过溢出来更换清洗槽206内的清洗液。因此，在将切换阀705切换到清洗液侧配管之后，在关闭电磁阀704a并打开电磁阀704b的状态下，进行使注射泵706成为负压的动作，从清洗液罐707向管子703内引入清洗液。之后，打开电磁阀704a并关闭电磁阀704b，进行使注射泵706成为正压的动作，将管子703内的清洗液压出到清洗槽206内。通过以上的动作向清洗槽206内供给新的清洗液，能够通过溢出来排出处于清洗槽206内的清洗液而进行更换。另外，在向清洗槽206内供给水的情况下也同样地，将切换阀705切换到水侧的配管，通过电磁阀704c、704d的开闭和注射泵706的动作，能够向清洗槽206内供给水。如以上那样，通过1个注射泵706的动作，能够向清洗槽206内分别供给水和清洗液。

在自动分析装置10进行样品的检查处理时，反复进行喷嘴22的清洗，所以在短时间内反复进行清洗液的更换动作，因此切换阀705成为切换到清洗液侧的配管的状态。在自动分析装置10结束样品的检查处理而成为待机状态之前，将切换阀705切换到水侧的配管，向振动头209排出一定量的水，从而对附着于振动头209的清洗液、污垢进行冲洗，能够防止清洗液由于干燥而析出，不需要人工的维护。另外，在一定期间未使用(例如无检查的节日等)时，还能够将清洗槽206内的清洗液置换为水。上述控制也通过图1D所示的控制部28的装置序列处理部612的控制来实施。

根据以上说明的超声波清洗器26，能够以较少的液位发生由透射超声波的材质的清洗槽206的液面与贮气罐301等反射材料之间的超声波反射所引起的驻波，由此能够增大振动头209的振动，从而在清洗液中集中地发生空化而能够有效地清洗喷嘴22。由此，不会使附着到喷嘴22的其它样品产生遗留，而能够提供检查精度高的检查装置、分析装置。

在本实施例中，以生物化学自动分析装置的样品分装为例进行了说明，但本发明的超声波清洗器在试剂分装喷嘴、免疫自动分析装置的分装喷嘴等其它临床检查装置的分装喷嘴中也能够同样地清洗。

Claims (15)

1.一种超声波清洗器，具有：

清洗槽，积存清洗液；

超声波振子；

振动头，从所述超声波振子朝向所述清洗槽延伸，在所述振动头的前端部具有圆筒孔，该圆筒孔在铅直方向上具有其长度方向；以及

空气层或者金属部件，在所述清洗槽的下方，所述空气层或者所述金属部件至少设置于将所述振动头在铅直方向上投影的区域，

以所述振动头在伴随所述圆筒孔的所述长度方向以及与所述长度方向垂直的方向的变形的振动模式下进行谐振振动的频率，驱动所述超声波振子，

所述清洗槽的底部之中的至少将所述振动头在铅直方向上投影的区域是用以树脂为主要成分的材料来制作的，

积存于所述清洗槽的清洗液的高度比根据驱动所述超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4短。

2.根据权利要求1所述的超声波清洗器，其中，

积存于所述清洗槽的清洗液的高度与从所述清洗槽的底面至所述空气层或者所述金属部件为止的距离之和被设定为根据驱动所述超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍。

3.根据权利要求2所述的超声波清洗器，其中，

所述超声波清洗器具有盛液器，该盛液器与所述清洗槽的侧壁的一部分或者全周相接，

根据从所述清洗槽的底面至与所述盛液器相接的所述清洗槽的侧壁的上端为止的高度来决定积存于所述清洗槽的清洗液的高度。

4.根据权利要求3所述的超声波清洗器，其中，

所述超声波清洗器具有对所述清洗槽供给清洗液的管，

在所述清洗槽的底面，所述管被开口到将所述振动头在铅直方向上投影的区域内，

所述空气层或者所述金属部件配置于所述管的周围。

5.根据权利要求2所述的超声波清洗器，其中，

在所述清洗槽的底面，在将所述振动头的所述前端部的所述圆筒孔在铅直方向上投影的区域内设置有孔洞。

6.根据权利要求2所述的超声波清洗器，其中，

在所述清洗槽的底面具有倾斜孔洞，该倾斜孔洞的底面相对所述清洗槽的底面而倾斜，

在所述倾斜孔洞的下方，具备：具有与所述倾斜孔洞的底面平行的上表面的空气层或者沿着与所述倾斜孔洞的底面平行的面而设置的金属部件。

7.根据权利要求4所述的超声波清洗器，其中，

在所述清洗槽的侧面具有供给对所述清洗槽进行清洗的水的管。

8.根据权利要求4所述的超声波清洗器，其中，

所述超声波清洗器具有罩，该罩设置于所述清洗槽的所述侧壁的所述上端，

在所述罩的不与所述振动头的前端部重叠的位置，设置用于使所述清洗液溢出的孔洞。

9.一种超声波清洗器，具有：

清洗槽，积存清洗液；

超声波振子；以及

振动头，从所述超声波振子朝向所述清洗槽延伸，在所述振动头的前端部具有圆筒孔，该圆筒孔在铅直方向上具有其长度方向，

以所述振动头进行谐振振动的频率来驱动所述超声波振子，

所述清洗槽的一部分或者全部是用以树脂为主要成分的材料来制作的，

相对于所述振动头进行谐振振动时的所述振动头的变形方向，隔着用以所述树脂为主要成分的材料来制作的清洗槽部分，在从由于所述振动头进行谐振振动而产生的超声波的成为振动的波腹的区域起相距根据驱动所述超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍的距离处，具有空气层或者金属部件。

10.根据权利要求9所述的超声波清洗器，其中，

所述超声波清洗器具有盛液器，该盛液器与所述清洗槽的用以所述树脂为主要成分的材料来制作的侧壁的一部分或者全周相接，

以所述振动头在伴随与所述圆筒孔的所述长度方向垂直的方向的变形的振动模式下进行谐振振动的频率，驱动所述超声波振子，

所述盛液器的空气层位于从由于所述振动头进行谐振振动而产生的超声波的成为振动的波腹的区域起相距根据驱动所述超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍的距离。

11.根据权利要求9所述的超声波清洗器，其中，

以所述振动头在伴随所述圆筒孔的所述长度方向以及与所述长度方向垂直的方向的变形的振动模式下进行谐振振动的频率，驱动所述超声波振子，

所述清洗槽的底部之中的至少将所述振动头在铅直方向上投影的区域是用以所述树脂为主要成分的材料来制作的，

在所述清洗槽的下方的至少将所述振动头在铅直方向上投影的区域中，在从由于所述振动头进行谐振振动而产生的超声波的成为振动的波腹的区域起相距根据驱动所述超声波振子的频率和音速求出的波长的1/4的整数倍的距离处，设置所述空气层或者所述金属部件。

12.根据权利要求9所述的超声波清洗器，其中，

在所述清洗槽的侧面具有供给对所述清洗槽进行清洗的水的管。

13.一种自动分析装置，具备：

权利要求1～12中的任意一项所述的超声波清洗器；

样品分装机构，具有吸引样品的喷嘴；以及

控制部，控制所述超声波清洗器和样品分装机构，

所述控制部通过将所述喷嘴插入到所述超声波清洗器的所述振动头的所述圆筒孔，并以所述频率来驱动所述超声波清洗器的所述超声波振子，从而进行所述喷嘴的清洗。

14.一种自动分析装置，具备：

权利要求7所述的超声波清洗器；

样品分装机构，具有吸引样品的喷嘴；以及

控制部，控制所述超声波清洗器和样品分装机构，

在进行检查的模式以外的定时，从在所述清洗槽的侧面所设置的管朝向所述超声波清洗器的所述振动头排出水，进行所述振动头的清洗。

15.一种自动分析装置，具备：

权利要求12所述的超声波清洗器；

样品分装机构，具有吸引样品的喷嘴；以及

控制部，控制所述超声波清洗器和样品分装机构，

在进行检查的模式以外的定时，从在所述清洗槽的侧面所设置的管朝向所述超声波清洗器的所述振动头排出水，进行所述振动头的清洗。

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