JP2001124784A - 自動分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】自動分析装置において、非接触攪拌を実現する
ための超音波発生素子であるピエゾ素子の機械的共振周
波数のばらつきによらず、一定の強度の超音波を発生さ
せ、使用するピエゾ素子の違いにより分析結果に差異を
生じさせないことと、ピエゾ素子の劣化等による異常を
検出し、分析の信頼性を高める。 【解決手段】自動分析装置(1)において、ピエゾ素子(1
0)の発生した超音波(11)の強度を測定するセンサー(19)
を設置し、センサー出力に応じて制御部(2)により、周
波数可変ピエゾ素子駆動回路(20)の発生する周波数を変
化させ、ピエゾ素子(10)を駆動することにより一定の強
度の超音波出力が得られるように制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試薬等を使用して
分析対象である検体の成分を分析する分析装置に係り、
特に試薬等と検体の攪拌を行う機能を備えた自動分析装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動分析装置の攪拌部に使用され
ていた技術には、反応容器中に直接ヘラ状の攪拌棒等を
入れ、回転または、往復運動させることにより検体と試
薬等の混合、攪拌を行う方法や、特開平１１−０３８０
１１号公報記載の反応用器自体を傾けて回転させること
による攪拌方法、特開平１０−１２３１３６号公報記載
の試薬自体を磁性微粒子で合成し、外部磁気により攪拌
を行う方法、特開平０８−１８９８８９号公報記載の反
応容器内に障壁を設け、反応容器底部に液流通可能なク
リアランスを設け、空気圧により攪拌を行う方法等があ
る。

【０００３】反応容器にヘラ状の攪拌棒を挿入する方法
では、攪拌棒の洗浄が十分に行えない場合には、攪拌棒
に付着した試薬または検体が、次の分析結果に影響を与
えるキャリーオーバーと言われる現象が起こるため、特
開平０６−０５８９４１号公報の攪拌棒を振動させて、
攪拌棒に付着した検体や試薬等の除去を支援する方法も
あるが、攪拌棒の挿入および、攪拌動作の回転または、
往復運動をおこなうために十分な反応容器の開口面積を
確保する必要があり、検体提供者の肉体的負担、および
装置のランニングコストの低減を実現するために、検体
量及び試薬量の低減を行うと、光学的に測定を行う場合
には、反応容器の底部に近い部分で測光を行う必要があ
り、底部に近い部分で測定結果の精度を保つためには、
反応容器に特殊な加工を施す必要があり、結果的にコス
トは低減できない。また、反応用器自体を傾けて回転さ
せることにより混合、攪拌を行う方法では、液体の飛散
が発生しやすく、飛沫が他の分析対象に混入する危険性
がある。磁性微粒子試薬を用いる方法は、試薬開発の必
要性があり、コスト面の問題がある。反応容器に障壁を
設け、空気圧により攪拌を行う方法では、反応容器の特
殊加工が必要である。

【０００４】特開平０８−１４６００７号公報の超音波
による攪拌では、検体や試薬等に非接触で攪拌が行え、
他の検体や試薬等を汚染しないことと、攪拌棒が不要な
ため、反応容器を小型化でき、検体、および試薬の量を
少なくすることが可能な方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自動分析装置の攪拌部
において超音波を用いることは、検体や試薬等に非接触
で攪拌が行え、他の検体や試薬等を汚染しないことと、
攪拌棒が不要なため、反応容器を小型化でき、検体、お
よび試薬の量を少なくすることができる利点があるが、
ピエゾ素子に超音波を発生させ、超音波の振動によって
検体と試薬を混合し攪拌する超音波攪拌を適用した場
合、検体と試薬の混合及び攪拌に十分な超音波の音圧を
発生させるには、ピエゾ素子を構成する要素である電極
に、ピエゾ素子の変位が最大になる機械的共振周波数
で、十分な変位量を発生させる電圧振幅を持った電力を
供給する必要があるが、ピエゾ素子の個々のばらつき
で、共振周波数が変化することから、同一の振幅、周波
数の電力供給してエゾ素子を駆動しようとする場合、ピ
エゾ素子の発生する超音波の音圧強度も異なるため、ピ
エゾ素子の違いにより攪拌状態に差が生じて分析結果に
機差が生じるといった問題がある。また、装置に搭載し
た後、ピエゾ素子に後天的に発生した傷、脱分極等によ
りピエゾ素子の共振周波数が変化することも考えられ
る。本発明の目的は、超音波攪拌に使用するピエゾ素子
の違いにより分析結果に差異を生じさせないことと、ピ
エゾ素子の劣化等による異常を検出し、分析の信頼性を
高めることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】自動分析装置において、
ピエゾ素子の発生する超音波の強度を測定するセンサー
を用いて、制御部により、攪拌部に用いるピエゾ素子個
々の特性に応じてピエゾ素子駆動回路の駆動電力の周波
数の設定を行い、ピエゾ素子に供給する駆動電力の周波
数を変化させることにより、発生する超音波の強度を変
化させ、攪拌状態を変化させる機能を付加した攪拌部を
備える。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明を実施例により詳細に
説明する。

【０００８】〔実施例１〕図１は、本発明による自動分
析装置における一実施例の概略構成図である。図１にお
いて、自動分析装置(1)は、制御部(2)、格納部(3)、分
析部(4)、攪拌部(5)により構成されている。制御部(2)
は、攪拌部(5)の詳細な動作を制御する攪拌制御部(2)
と、各部の詳細な動作制御を行う電子回路や記憶装置に
よる各部の動作を制御する部分とから構成され、装置の
動作を統括制御する。格納部(3)は、検体(6)を入れた検
体格納部(7)と試薬(9)を入れた試薬格納部(14)から構成
されている。攪拌部(5)は、検体格納部(7)から反応容器
(8)に吐出された検体と、試薬格納部(14)から反応容器
(8)に吐出された試薬(9)を、ピエゾ素子(10)で発生した
超音波(11)による振動で混合及び攪拌を行う。これら、攪
拌部(5)と分析部(4)にある反応容器(8)は、反応槽(12)に
ためられた水を代表とする保温媒体(13)に浸っており、
一定の温度に保たれている。また、これら複数の反応容
器(8)は、反応ディスク(15)上に配置され、反応ディスク
用軸(16)で反応ディスクモータ(17)に接続されており、
反応ディスクモータ(17)を制御部(2)により制御するこ
とにより、反応ディスク(15)と共に回転又は移動し、攪
拌部(5)と分光器(18)との間を行き来する。分析部(4)
は、分析部の反応容器(8)中で、検体(6)と試薬(9)を混
合し、反応させたものを、分光器(18)で組成分析を行
う。

【０００９】図２は、攪拌部の概略構成図である。攪拌
部(5)のピエゾ素子(10)で発生した超音波(11)の強度を
測定できるセンサー(19)を反応容器(8)の超音波(11)が
あたる部分に取り付けておき、設置したセンサーの出力
と、予め必要な攪拌状態が得られる時のセンサー出力値
から求めて設定した比較用振幅値とを比較して、センサ
ー出力が比較用振幅値を超えた場合に比較用振幅値を更
新し、更新していった比較用振幅値が設定した発振強度
範囲に入るまで、制御部(2)の指令に基づき、周波数可
変ピエゾ素子駆動回路(20)を用いて、ピエゾ素子に印加
する発振周波数を変化させる。

【００１０】図３は、ピエゾ素子の周波数と発生超音波
強度の概略関係図である。ピエゾ素子の持つ発生超音波
強度の周波数特性には、ある周波数において極大となる
機械的共振周波数(21)が存在する。機械的共振周波数(2
1)はピエゾ素子(10)それぞれによって微妙に異なってお
り、特に発発生超音波強度の周波数特性に急峻なピーク
を持ち、ピエゾ素子(10)の機械的共振周波数(21)のばら
つきが大きい場合、あるピエゾ素子で検体(6)と試薬(9)
を混合、攪拌するのに十分の音圧が得られた場合でも、
同じ生産工程で作られた同じ材質の別のピエゾ素子に対
して、同じ周波数を印加しても、検体(6)と試薬(9)を混
合、攪拌するのに十分の音圧が得られない場合がある。

【００１１】図４は、ピエゾ素子に印加する発振周波数
の変化方法の概略図である。図４中の動作フローに従い
説明する。あらかじめ制御部(2)に、センサー(19)から
得られる超音波強度値で、検体(6)と試薬(9)を攪拌する
のに十分な音圧を選られる強度の範囲の設定を行い(ス
テップ401）、攪拌が始まっていなければいけない時間
の限界値の設定を行う(ステップ402)。次に、制御部(2)
に、ピエゾ素子(10)に、初めに印加する発振周波数をピ
エゾ素子(10)の機械的共振周波数(21)のスペック値に、
周波数可変ピエゾ駆動回路(24)の発振周波数を設定し、
ピエゾ素子(10)に電力を伝え駆動させる(ステップ40
3)。制御部(2)は、ピエゾ素子(10)が発生した超音波(1
1)で受信し、センサー(19)で受信した超音波(11)の強度
が、設定した強度範囲内か判定する(ステップ404)。前
記強度範囲内であれば初めに設定した周波数を周波数可
変ピエゾ駆動回路(24)の発振周波数として固定し、ピエ
ゾ素子(10)を駆動させる(ステップ411)。ここで、前記
強度範囲内に入っていない場合は、初めに設定した周波
数でのセンサー出力を比較値に設定する(ステップ40
5)。次に、ピエゾ素子(10)が持つとされる共振周波数の
ばらつき程度の周波数範囲において、ランダムに任意の
周波数を選択し、周波数可変ピエゾ駆動回路(24)を新し
く選択された周波数でピエゾ素子(10)を駆動させる(ス
テップ406)。新しく設定した周波数で駆動されたピエゾ
素子(10)が発生した超音波(11)の強度をセンサー(19)で
受信し、新しい周波数でのセンサー出力が前記比較値よ
り大きいか判定し(ステップ407)、前記センサー出力が
比較値より大きい場合、新しい周波数でのセンサー出力
を新たに記憶して比較値に設定する(ステップ408)。新
しい周波数でのセンサー出力が比較値より小さい場合、
比較値の更新は行わない。次に、経過時間が前記設定時
間内であるか判定し(ステップ409)、設定時間内であれ
ば、比較値が強度範囲内か判定し(ステップ410)、比較
値が強度範囲内であれば、周波数可変ピエゾ駆動回路(2
4)に設定する周波数を固定する(ステップ411)。比較値
が強度範囲内でなければ、周波数可変ピエゾ駆動回路(2
4)に設定する周波数を再び、ピエゾ素子(10)が持つとさ
れる共振周波数のばらつき程度の周波数範囲において、
ランダムに任意の周波数を選択し、周波数可変ピエゾ駆
動回路(24)を新しく選択された周波数でピエゾ素子(10)
を駆動させる(ステップ406)。前記設定時間を経過して
も、前記比較値が前記強度範囲内にならなければ、警告
を発生させる(ステップ412)。 警告が発生させられる
か、周波数可変ピエゾ駆動回路(24)に設定する周波数が
固定されるまで、以上の手順を繰り返す。

【００１２】

【発明の効果】本発明の実施例1によると、ピエゾ素子
の発生した超音波の強度を測定するセンサーを設置し、
センサー出力を記憶させて、ピエゾ素子に印加する発振
周波数を変化させた場合のセンサー出力と記憶させたセ
ンサー出力を比較して行くことによってピエゾ素子のも
つ機械的共振周波数を推定することが可能となり、ピエ
ゾ素子の機械的共振周波数が大きくばらついている場合
にも安定した発振強度を得ることができ、ピエゾ素子の
違いによる攪拌状態の差異を軽減でき、分析結果の機差
を抑えることができる。また、ピエゾ素子の劣化等によ
る発生超音波の強度不足も同時に検出でき、自動分析装
置の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動分析装置における一実施例の
概略構成図。

【図２】本発明による攪拌部の概略構成図。

【図３】ピエゾ素子の周波数と発生超音波強度の概略関
係図。

【図４】本発明によるピエゾ素子に印加する発振周波数
の変化方法の概略図。

【符号の説明】

１…自動分析装置、２…制御部、３…格納部、４…分析
部、５…攪拌部、６…検体、７…検体格納部、８…反応
容器、９…試薬、10…ピエゾ素子、11…超音波、12…反
応槽、13…保温媒体、14…試薬格納部、15…反応ディス
ク、16…反応ディスク用軸、17…反応ディスクモータ、
18…分光器、19…センサー、20…周波数可変ピエゾ素子
駆動回路、21…機械的共振点、22…周波数軸、23…超音
波強度軸、401〜415…実施例の動作フロー。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試薬等と分析対象である検体を混合、攪
   拌し、反応させて検体の成分分析行う分析部と、ピエゾ
   素子を音源とする超音波による振動を利用して前記検体
   に試薬等を混合し攪拌する攪拌部と、ピエゾ素子に供給
   する駆動電力の周波数を制御部の指令により可変するピ
   エゾ素子駆動回路と、ピエゾ素子が発生した超音波を受
   信し、超音波強度を測定するセンサーと、前記分析部、
   前記攪拌部、前記ピエゾ素子駆動回路及び前記センサー
   を統括制御する制御部とを備え、前記センサーの信号を
   用いて前記制御部により、前記攪拌部に用いるピエゾ素
   子個々の特性に応じて前記ピエゾ素子駆動回路の駆動電
   力の周波数の設定を行い、ピエゾ素子駆動回路で、ピエ
   ゾ素子に供給する駆動電力の周波数を変化させることに
   より、発生する超音波の強度を変化させ、攪拌状態を変
   化させることを特徴とする自動分析装置。
2. 【請求項２】 請求項１において更に、センサーが受信
   した超音波強度の信号を、制御部によりあらかじめ設定
   しておいた時間内に設定した超音波強度に達していない
   場合に、ピエゾ素子またはピエゾ素子駆動回路が正常動
   作しているか否かを判定し、ピエゾ素子またはピエゾ素
   子駆動回路に異常が発生した場合は、異常を警告するこ
   とを特徴とする自動分析装置。