JP3152694B2

JP3152694B2 - 超音波振動を利用する分注装置

Info

Publication number: JP3152694B2
Application number: JP24581691A
Authority: JP
Inventors: 浩之今林; 裕五今井; 朋樹舟窪; 康彦藤田; 亮一姫田; 隆山田
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1991-09-25
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH0587703A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分注工程において超音
波を利用する分注装置に関し、例えば、医療用分析機の
分注ノズルを超音波を用いて洗浄するような超音波洗浄
器に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波洗浄器として、特
願平３−２０１７４号の明細書に記載された装置が知ら
れている。

【０００３】この装置は、図９の（ｂ）に示すように、
ランジュバン型の超音波振動子１と、超音波振動子１に
接続され、この超音波振動子１から発生する振動を後述
するホーン細径部５に伝達させる接続部３と、この接続
部３を介して伝達される振動を集中させるホーン形状の
ホーン細径部５と、このホーン細径部５の下部外周面に
巻着又はロウ付けされたステンレス製の管状分注ノズル
７と、を備えている。

【０００４】超音波振動子１は、並列して４枚積層され
たドーナツ形の圧電素子９と、各圧電素子９の間に介装
された銅板製電極板１１と、これら電極板１１を介装さ
せた４枚の圧電素子９を両側から挟装する金属製の一対
の共振器１３と、を備え、中心部が固定ボルト１５で固
定されている。

【０００５】また、分注ノズル７の先端は、洗浄部１７
内に設けられた洗浄槽１９方向に延出されている。この
分注ノズル７には、洗浄水供給管２１が接続されてお
り、洗浄時に分注ノズル７内に洗浄水を送水可能に構成
されている。

【０００６】また、各電極板１１には、リード線２３が
半田付けされて電気的に接続されている。洗浄時には、
分注ノズル７を洗浄槽１９内に一定深さまで浸漬した状
態で、超音波振動子１の共振周波数の正弦波電圧が図示
しない駆動回路からリード線２３を介して各電極板１１
に印加される。また、超音波振動子１は、圧電素子９に
設けられた止め板２５によって外部に固定されている。

【０００７】このような構成を有する装置において、洗
浄時、超音波振動子１から発生した超音波振動は、ホー
ン細径部５を介して分注ノズル７に伝達される。この結
果、分注ノズル７が超音波振動を起こす。この超音波振
動のキャビテーション・直進流・加速度の作用によっ
て、分注ノズル７の外側内側に付着した検体試薬等の汚
れが、短時間で洗浄される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９の（ａ）
縦振動状態図に示すように、縦振動の節の部分で応力が
最大になり、分注ノズル７がＡ位置で折れたり亀裂が入
ったりするといった問題がある。また、分注ノズル７が
縦振動の軸心上にないため、図９の（ｂ）の点線のわず
かなベンディングモードの振動を励振し、同様に分注ノ
ズル７の設置根元Ｂ位置で折れたり亀裂が入ったりする
といった問題がある。

【０００９】このような問題を解決する方法としては、
例えば、分注ノズルの引張り圧縮強度を向上させ、折れ
たり、亀裂を軽減する手段が考えられる。しかし、材質
をチタン合金等に変更して振動に対する強度を向上して
も価格が高価になり、実現が難しい。また、分注ノズル
の肉厚を厚くすることで強度を増す方法も考えられる。
しかし、逆に大振幅の振動が得られにくくなったり、大
パワーの電力が必要になり、最適な方法ではない。

【００１０】また、リード線２３を電極板１１に半田付
けしている部分Ｃ位置も強力な超音波振動によって、半
田の内部に亀裂・剥離した部分で放電発生・圧電素子に
入力できなくなるといった問題がある。

【００１１】本発明は、このような課題を解決するため
に成されており、その目的は、超音波振動に対する耐久
性に富み、安定して超音波を利用することができる分注
装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、電圧により超音波振動を発生する
超音波振動子と、前記超音波振動子に電圧を供給するた
めの電圧供給部材と、前記超音波振動子と連結し、この
連結部分よりも下方に延在する延在部分と開口した下方
端部とを有する分注ノズルと、前記分注ノズルの延在部
分の周面の少なくとも一部に延在方向に沿って被覆さ
れ、この延在部分のノズル自身に対して音響インピーダ
ンスが相対的に低いような低音響インピーダンス部材と
を備えている。ここで、低音響インピーダンス部材は、
高分子材料であることが好ましい。

【００１３】また上述した如く構成されていることを特
徴とした本発明に従った分注装置においては、前記超音
波振動子には前記電圧供給部材からの電圧が供給される
導電部材が介装されていて、前記導電部材は正負夫々の
為の電極板を有しており、前記正負夫々の為の電極板は
折り曲げられて一体的に形成されていることも好まし
い。

【００１４】また、本発明は、電圧により超音波振動を
発生する超音波振動子と、前記超音波振動子に電圧を供
給するための電圧供給部材と、前記超音波振動子と連結
すると共に、この連結部分よりも下方に向けて延在し且
つ軸心が前記超音波振動子の軸心に対して一致するよう
にした延在部分と開口した下方端部とを有する分注ノズ
ルとを備えている。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例に係る分注ノズ
ルの超音波洗浄器について、図１及び図２を参照して説
明する。

【００１６】図１に示すように、本実施例の分注ノズル
の超音波洗浄器は、ランジュバン型超音波振動子２７
と、この超音波振動子２７に巻装又はロウ付けされたス
テンレス製の中空管状分注ノズル２９と、を備えてい
る。なお、この分注ノズル２９の基端には、洗浄水供給
管３１が連通接続されている。

【００１７】超音波振動子２７は、並列して４枚積層さ
れた厚さ１ｍｍで略環状のハード系圧電素子３３と、こ
れら各圧電素子３３の間に介装された厚さ０．２ｍｍの
銅板製電極板３５と、これら電極板３５を介装させた４
枚の圧電素子３３を両側から挟装する一対の共振器３７
と、を備え、中心部が固定ボルト３９で固定されてい
る。これら共振器３７は、振動伝達に優れた金属（例え
ば、ステンレス・アルミニウム・ジュラルミン・リン青
銅等）で構成されている。

【００１８】また、一対の共振器３７のうち、図中下方
に配置された共振器３７には、振動を集中させるために
細径化された細径部４１が突設されており、この細径部
４１の外周面に分注ノズル２９が巻装又はロウ付け固定
されている。また、分注ノズル２９の外周面は、分注ノ
ズル２９が巻装又はロウ付けされた巻付部４３から洗浄
水供給管３１の接続部（図示しない）まで、及び、巻付
部４３から分注ノズル２９先端の吸引吐出口４５付近ま
で、分注ノズル２９自身の音響インピーダンスよりも低
い樹脂（例えば、シリコン・テフロン）４７（厚さ０．
２mm）で薄く被覆されている。なお、巻付部４３の分注
ノズル２９も、シリコンあるいはテフロン等の樹脂４９
で薄く被覆されている。

【００１９】また、電極板３５は、特に、図２の（ｂ）
に示すように、夫々、圧電素子３３の間に介装される介
装部５１と、後述する圧着端子５７を介してリード線５
３（図１参照）と電気的に接続可能な第１の接続部５５
と、を備えている。また、図２の（ａ）に示すように、
圧着端子５７は、圧電素子３３の第１の接続部５５と接
続可能な第２の接続部５９と、リード線５３を接続可能
な第３の接続部６１と、を備えている。そして、図１に
示すように、各電極板３５は、正負それぞれ一箇所に集
められ、第１及び第２の接続部５５、５９が互いにネジ
６３で締結されている。このネジ６３で締結された部分
の表面には、ネジ弛み止め剤（図示しない）が塗布され
ている。

【００２０】また、圧電素子３３の下端部には、超音波
振動子を保持する止め板６５が、介挿されており、この
止め板６５は、ゴムあるいはフエルトの台座６７にネジ
止めされている。

【００２１】洗浄時、分注ノズル２９が図示しない洗浄
槽へ挿入されると、図示しない駆動回路から、共振周波
数の正弦波電圧が供給され、超音波振動子２７から超音
波振動が発生される。同時に洗浄水が分注ノズル２９内
に供給される。これら動作は分注ノズル２９が洗浄水よ
り離脱するまで行われる。

【００２２】このような構成を有する本実施例の分注ノ
ズルの超音波洗浄器は、上述したように、分注ノズル２
９外側に、分注ノズル２９自身の音響インピーダンスよ
りも低い樹脂（シリコン・テフロン）が薄く覆われてい
るため、ノズルの引張り圧縮強度が増加する。また、分
注ノズル２９に発生する縦もしくはベンディングの振動
は、音響インピーダンスの差により分注ノズル２９と樹
脂４７、４９の境界面で反射し振動が外部に逃げにく
い。樹脂４７、４９は、薄膜のため、樹脂を形成したた
めに起こる振動の減衰も少ない。

【００２３】そして、超音波振動子２７の導電部材（電
極板３５）と電圧を供給する電圧供給部材（リード線５
３・圧電端子３３）とをネジ止め・圧着したため、従来
の半田の亀裂・剥離による放電現象を防止される。圧電
素子３３の積層枚数が増加したときも同様に構成すれば
良いことはいうまでもない。

【００２４】このように、高強度で高価な材質を用いな
くても、分注ノズルの強度を安価な手段で向上させるこ
とができる。また、分注ノズル２９よりも低い音響イン
ピーダンスの薄膜樹脂を用いることで振動の反射を起こ
させ、振動の損失を極力抑えることができる。このた
め、入力パワーを従来より増加させる必要もなく、ノズ
ルの折れ・亀裂を皆無にすることが可能となる。また、
機械的な締結によって放電現象を無くすことが可能にな
り、超音波振動子（圧電素子）に安定して電圧を印加す
ることが可能となる。

【００２５】次に、本発明の第２の実施例に係る分注ノ
ズルの超音波洗浄器の特徴部分のみについて、図３を参
照して説明する。なお、本実施例の説明に際し、第１の
実施例と同一の構成には同一符号を付して、その説明を
省略する。

【００２６】細径部４１にステンレス製の中空管状の分
注ノズル２９をロウ付け固定した後に、分注ノズル２９
の外周面には、シリコン樹脂、テフロン樹脂、エポキシ
樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、
塩化ビニール樹脂等の少なくとも一つの高分子材料６９
を薄く被覆されている。

【００２７】なお、分注ノズル２９に被覆される薄膜樹
脂の条件としてステンレス製である分注ノズル２９の音
響インピーダンスよりも低いことが重要であり、その他
条件として、耐薬品性・耐環境性・耐熱性等があるが、
ほとんどの高分子材料（複合樹脂）がステンレスよりも
音響インピーダンスが低く、かなりの自由度で選定が可
能である。

【００２８】第一実施例と同様にノズルの強度を安価な
手段で向上することができる。チューブをかぶせる方法
より量産に適し、製造コストを更に安価にすることが可
能である。その他の効果は、第１の実施例と同様である
ため、説明は省略する。

【００２９】次に、本発明の第３の実施例に係る分注ノ
ズルの超音波洗浄器について、図４及び図５を参照して
説明する。なお、本実施例の説明に際し、第１の実施例
と同一の構成には同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【００３０】図４に示すように、本実施例の分注ノズル
の超音波洗浄器は、ランジュバン型超音波振動子２７
と、この超音波振動子２７に巻装又はロウ付けされたス
テンレス製の中空管状分注ノズル２９（図４の（ｂ）参
照）と、を備えている。なお、この分注ノズル２９の基
端には、洗浄水供給管３１が連通接続されている。

【００３１】超音波振動子２７は、並列して４枚積層さ
れた厚さ２ｍｍで略環状のハード系圧電素子３３と、こ
れら各圧電素子３３の間に介装された厚さ０．１ｍｍの
銅板製電極板７１と、これら電極板７１を介装させた４
枚の圧電素子３３を両側から挟装する一対の共振器３７
と、を備え、中心部が固定ボルト３９で固定されてい
る。なお、圧電素子３３は、夫々、蒸着電極処理が施さ
れている。

【００３２】本実施例の場合、図４の（ａ）に示すよう
に、各電極板７１は、正負それぞれ折り曲げて設置され
ている。また、共振器３７は、夫々、振動伝達に優れた
金属（ステンレス・アルミニウム・ジュラルミン・リン
青銅等）で形成されている。なお、各構成部材の間には
エポキシ系接着剤が塗布してある（図示しない）。

【００３３】これら共振器３７のうち、図中下方に配置
された共振器３７には、振動を集中させるために細径化
された細径部４１が突設されており、この細径部４１の
外周面に分注ノズル２９が巻装又はロウ付け固定されて
いる。

【００３４】また、本実施例の場合、分注ノズル２９の
吸引吐出口４５は、超音波振動子２７の軸心上になるよ
うに、折り曲げられている（図５の（ｂ）参照）。ま
た、分注ノズル２９全体の外周面には、シリコン樹脂、
テフロン樹脂、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、ポリイミ
ド樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂等の少なくと
も一つの高分子材料６９（図４の（ｂ）参照）が薄く被
覆されている。

【００３５】また、電極板７１は、特に、図５の（ａ）
に示すような形状をしており、夫々、圧電素子３３の間
に介装される一対の介装部７３と、上述した圧着端子５
７（図２参照）を介してリード線５３（図４参照）と電
気的に接続可能な第４の接続部７５と、を備えている。
この第４の接続部７５は、圧着端子５７の第２の接続部
５９（図２参照）と共に、互いにネジ６３（図４の
（ａ）参照）で締結されている。この締結された部分に
は、ネジ弛み止め剤が塗布されている（図示しない）。

【００３６】また、超音波振動子２７を保持するフラン
ジ７７が、図中下方に配置された共振器３７と、圧電素
子３３との接合面に一体設置され、ゴムリング７９を介
して保持される。

【００３７】洗浄時、分注ノズル２９が図示しない洗浄
槽に挿入されると、図示しない駆動回路から、共振周波
数の正弦波電圧が供給され、超音波振動子２７から超音
波振動が発生される。同時に洗浄水が分注ノズル２９内
に供給される。これら動作は分注ノズル２９が洗浄水よ
り離脱するまで行われる。

【００３８】このような構成を有する本実施例の分注ノ
ズルの超音波洗浄器は、導電部材である電極板７１を折
曲げ正負それぞれ一体（図４の（ａ）参照）としたた
め、電圧供給部材である圧着端子５７との接続箇所が少
なくなる。また、分注ノズル２９を超音波振動子２７の
軸心上に配置することでベンディングモードの振動が発
生しにくくなる。

【００３９】このように、電極板７１の一体化により組
立を容易にすることができ、製造コストも安価になる。
また、接着部材の減少にもつながり、電圧印加の信頼性
が向上する。そして、分注ノズル２９の軸心を超音波振
動子２７の軸心と一致させることで、分注ノズル２９の
折れ・亀裂防止を更に向上させることができる。

【００４０】次に、本発明の第４の実施例に係る分注ノ
ズルの超音波洗浄器について、図６を参照して説明す
る。なお、本実施例の説明に際し、第１及び第２の実施
例と同一の構成には同一符号を付して、その説明を省略
する。

【００４１】図６に示すように、本実施例の分注ノズル
の超音波洗浄器は、ランジュバン型の超音波振動子２７
と、この超音波振動子２７の両側に夫々設けられた分注
ノズル２９（図６の（ｂ）参照）と、を備えている。な
お、これら分注ノズル２９の基端には、夫々、洗浄水供
給管３１が連通接続されている。

【００４２】超音波振動子２７は、特に、図６の（ａ）
及び図７に示すように、並列して４枚積層され、夫々、
厚さ１ｍｍの蒸着電極８１が蒸着処理されたハード系圧
電素子８３と、これら蒸着電極８１が蒸着処理された４
枚の圧電素子８３を両側から挟装する一対の共振器８５
と、を備え、中心部が埋込みボルト８７で固定されてい
る。なお、各構成部材の間にはエポキシ系接着剤が塗布
してある（図示しない）。これら共振器８５は、振動伝
達に優れた金属（例えば、ステンレス・アルミニウム・
ジュラルミン・リン青銅等）で構成されている。

【００４３】また、共振器８５は、夫々、振動を集中さ
せるために細径化された細径部８９が突設されており、
これら細径部８９の外周面にステンレス製の中空管状の
分注ノズル２９が巻装又はロウ付け固定されている。ま
た、特に、図６の（ｂ）に示すように、本実施例の分注
ノズル２９の外周面にも、夫々、シリコン樹脂、テフロ
ン樹脂、エポキシ樹脂、アラミド樹脂、ポリイミド樹
脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂等の少なくとも一
つの高分子材料６９が薄く被覆されている。また、止め
板９１が圧電素子の中央部に介挿され、その両側が外部
に保持され、超音波振動子２７を支持している（図６の
（ａ）参照）。

【００４４】特に、図７に示すように、各圧電素子８３
の蒸着電極８１は、夫々、外周の一部が正負毎に切り欠
かかれた切欠部９３を備えており、この切欠部９３内に
は、夫々、エポキシ樹脂（図示しない）が充填されてい
る。はみ出したエポキシ樹脂を除去され、導電性接着剤
（もしくは導電性ペースト）９５が塗布されている。こ
の導電性接着剤９５に、リード線５３が正負毎に電気的
に接続されている。

【００４５】洗浄時、分注ノズル２９が図示しない洗浄
槽に挿入されると、図示しない駆動回路から、共振周波
数の正弦波電圧が供給され、超音波振動子２７から超音
波振動が発生される。同時に洗浄水が分注ノズル２９内
に供給される。これら動作は分注ノズル２９が洗浄水よ
り離脱するまで行われる。

【００４６】このような構成を有する本実施例の分注ノ
ズルの超音波洗浄器は、電圧供給部材のリード線５３を
導電性接着剤（もしくは導電性ペースト）９５を用いて
接続し、半田を使用しない。半田に比較して導電性接着
剤（もしくは導電性ペースト）９５は可撓性を有してい
るため剥離・亀裂が発生しにくい。このように、接着処
理によって自動化が容易となり、安価に製造することが
できる。

【００４７】なお、本実施例において、例えば、図８の
（ａ）、（ｂ）に示すように、銅パターン９７が印刷さ
れたフレキシブル基板９９を、切欠部９３内に充填され
るエポキシ系接着剤（図示しない）を介して蒸着電極８
１に電気的に接続させるように構成しても同様の作用・
効果を奏する。

【００４８】

【発明の効果】本発明は、第１に、分注ノズルの延在部
分の少なくとも一部に延在方向に沿って、低音響インピ
ーダンス部材を被覆したので、ノズルの引張り圧縮強度
が増加して、超音波振動に対する耐久性が高まる。しか
も、低音響インピーダンス部材が、高分子材料である場
合には、薄膜状に被覆できるため、振動の減衰も少なく
なり、分注ノズルの振動を良好に保つことが出来る。さ
らに、前記超音波振動子には前記電圧供給部材からの電
圧が供給される導電部材が介装されていて、前記導電部
材は正負夫々の為の電極板を有しており、前記正負夫々
の為の電極板は折り曲げられて一体的に形成されている
場合には、前記電圧供給部材との接続箇所が少なくな
る。また、第２に、分注ノズルの延在部分の軸心を、超
音波振動子の軸心に対して一致するように設けたので、
ベンディングモードの振動が発生し難くなって、分注ノ
ズルの亀裂や折れを有効に防止し、耐久性を向上するこ
とができる。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る分注ノズルの超音
波洗浄器の全体の構成を概略的に示す図。

【図２】（ａ）は、図１に示された超音波洗浄器に設け
られた圧着端子の斜視図、（ｂ）は、図１に示された超
音波洗浄器に設けられた電極板の斜視図。

【図３】本発明の第２の実施例に係る分注ノズルの超音
波洗浄器の特徴部分のみを示す部分断面図。

【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施例に係る分注ノ
ズルの超音波洗浄器の全体の構成を概略的に示す図、
（ｂ）は、分注ノズルとこの分注ノズルの外周面に被覆
された高分子材料とを断面して示す部分断面図。

【図５】（ａ）は、図４に示された超音波洗浄器に設け
られた電極板の斜視図、（ｂ）は、図４に示された超音
波洗浄器に設けられた分注ノズルの吸引吐出口が、超音
波振動子の軸心上になるように折り曲げられている状態
を示す図。

【図６】（ａ）は、本発明の第４の実施例に係る分注ノ
ズルの超音波洗浄器の全体の構成を概略的に示す図、
（ｂ）は、分注ノズルとこの分注ノズルの外周面に被覆
された高分子材料とを断面して示す部分断面図。

【図７】図６に示された超音波振動子の断面図。

【図８】図６に示された分注ノズルの超音波洗浄器の他
の例であって、（ａ）は、蒸着電極と、銅パターンが印
刷されたフレキシブル基板との接続状態を示す斜視図、
（ｂ）は、接続された部分を拡大して示す部分拡大断面
図。

【図９】従来の超音波洗浄器を示す図であって、（ａ）
は、この超音波洗浄器に設けられた超音波振動子から発
生する縦振動状態を示す図、（ｂ）は、超音波洗浄器の
全体の構成を概略的に示す図。

【符号の説明】

２７…超音波振動子、２９…分注ノズル、３３…圧着端
子、３５…電極板、４７…樹脂、４９…樹脂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田康彦東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者姫田亮一東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (72)発明者山田隆東京都渋谷区幡ケ谷２丁目43番２号オリンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献特開昭57−159538（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−107744（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 35/00 - 35/10 G01N 1/00 101

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧により超音波振動を発生する超音波
振動子と、前記超音波振動子に電圧を供給するための電圧供給部材
と、前記超音波振動子と連結し、この連結部分よりも下方に
延在する延在部分と開口した下方端部とを有する分注ノ
ズルと、前記分注ノズルの延在部分の周面の少なくとも一部に延
在方向に沿って被覆され、この延在部分のノズル自身に
対して音響インピーダンスが相対的に低いような低音響
インピーダンス部材とを備えていることを特徴とする超
音波振動を利用する分注装置。
【請求項２】前記低音響インピーダンス部材は、高分
子材料であることを特徴とする請求項１に記載の分注装
置。
【請求項３】前記超音波振動子には前記電圧供給部材
からの電圧が供給される導電部材が介装されていて、前
記導電部材は正負夫々の為の電極板を有しており、前記
正負夫々の為の電極板は折り曲げられて一体的に形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の分注装置。
【請求項４】電圧により超音波振動を発生する超音波
振動子と、前記超音波振動子に電圧を供給するための電圧供給部材
と、前記超音波振動子と連結すると共に、この連結部分より
も下方に向けて延在し且つ軸心が前記超音波振動子の軸
心に対して一致するようにした延在部分と開口した下方
端部とを有する分注ノズルとを備えていることを特徴と
する超音波振動を利用する分注装置。