JP5274188B2 - 攪拌装置及び分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、攪拌装置及び分析装置に関するものである。

従来、容器に保持された液体を音波によって攪拌するこの種の攪拌装置は、音波発生手段が中心周波数の異なる複数の発音部を有し、駆動周波数を変更することにより音波を放射する発音部を複数の発音部の中の特定の発音部に時分割で切り替えることで攪拌を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１０８０６２号公報

ところで、特許文献１に開示された攪拌装置は、複数の発音部を時分割で切り替えることによって攪拌を行うことから、複数の発音部の中の一部の発音部しか攪拌に使用せず、攪拌に時間が掛かるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、攪拌に要する時間を短縮することが可能な攪拌装置及び分析装置を提供することを目的とする。

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であって、圧電基板上に配置された発音部を有し、複数の前記発音部が電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が互いに異なると共に、それぞれの共振周波数帯の一部が重複し、異なる発音部から前記容器内に放射された音波により生ずる音響流の起点が交互に位置するように形成されている音波発生手段と、前記複数の発音部の少なくとも二つの発音部が音波を同時に発生するように前記音波発生手段に入力する駆動信号の周波数を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記複数の発音部は、前記駆動信号の周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化することを特徴とする。

また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記複数の発音部は、前記駆動信号の周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わることを特徴とする。

また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記駆動制御手段は、前記液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報に基づいて前記音波発生手段に入力する前記駆動信号の周波数を変化させることを特徴とする。

また、本発明の攪拌装置は、上記の発明において、前記駆動制御手段は、前記駆動信号の周波数を変化させることにより前記液体中を旋回する音響流を生じさせることを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の分析装置は、容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を備えることを特徴とする。

本発明の攪拌装置は、圧電基板上に配置された発音部を有し、複数の発音部が電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が互いに異なると共に、それぞれの共振周波数帯の一部が重複し、異なる発音部から容器内に放射された音波により生ずる音響流の起点が交互に位置するように形成されている音波発生手段と、複数の発音部の少なくとも二つの発音部が音波を同時に発生するように音波発生手段に入力する駆動信号の周波数を制御する駆動制御手段とを備え、本発明の分析装置は前記攪拌装置を備えるので、少なくとも二つの発音部から同時に発生する音波によって攪拌対象の液体中に生ずる音響流の態様が多様化し、攪拌に要する時間を短縮することができるという効果を奏する。

以下、本発明の攪拌装置及び分析装置にかかる実施の形態について、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、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。

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。

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。

キュベットホイール４は、図１に示すように、周方向に沿って設けた複数の仕切り板４ａ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矢印で示す方向に回転されて反応容器５を搬送する。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つの挿通孔４ｄのそれぞれを利用してホイール電極４ｅが取り付けられている。ホイール電極４ｅは、図２及び図３に示すように、挿通孔４ｄから延出した一端が折り曲げられてキュベットホイール４の外面に当接し、挿通孔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に配置した反応容器５をばね力によって保持している。反応容器５は、近傍に設けた試薬分注機構６，７によって試薬テーブル２，３の試薬容器２ａ，３ａから試薬が分注される。ここで、試薬分注機構６，７は、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いる。

一方、反応容器５は、光学的に透明な素材から成形され、図２に示すように、上部に開口５ａを有する四角筒状のキュベットであり、側壁５ｂに音波発生手段として表面弾性波素子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２４ｅ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，環状オ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を取り付けた部分に隣接する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が対応するホイール電極４ｅと接触する。ここで、電極パッド５ｅは、表面弾性波素子２４に一体的に設けられた構成となっている。

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１１ａとプローブ１１ｂとを有する検体分注機構１１によっ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、洗浄水によってプローブ１１ｂを洗浄する洗浄手段を有している。

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によって受光される。受光部１２ｃは、制御部１５と接続されている。

洗浄機構１３は、ノズル１３ａ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。

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や濃度等を分析し、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。

攪拌装置２０は、図４に示すように、駆動制御部２１と音波発生手段として表面弾性波素子２４とを有している。

駆動制御部２１は、制御部１５を介して入力部１６から入力される液体の分析項目、液体の性状又は液量等の情報に基づいて表面弾性波素子２４に入力する駆動信号の周波数を変更し、音波を発生する発音部の位置を切り替える駆動制御部である。このとき、駆動制御部２１は、複数の発音部２４ｂ，２４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、共通する共振周波数帯内で駆動信号の周波数を制御する。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、ハウジング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。

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、信号発生器２２の作動を制御することにより、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ことができる。

表面弾性波素子２４は、図４に示すように、圧電基板２４ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）２４０ｂ，２４０ｃからなる発音部２４ｂ，２４ｃが間隔を置いて形成され、一組の入力端子２４ｅとの間がバスバー２４ｆによって並列接続されている。表面弾性波素子２４は、圧電基板２４ａの長手方向を側壁５ｂの長手方向に向け、エポキシ樹脂等の音響整合層を介して反応容器５の側壁５ｂに取り付けられている。発音部２４ｂ，２４ｃは、駆動制御部２１から入力された駆動信号を表面弾性波（音波）に変換する発音部である。また、表面弾性波素子２４は、入力端子２４ｅと単一の駆動制御部２１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。

このとき、発音部２４ｂ，２４ｃは、共振周波数帯の一部が重複している。即ち、発音部２４ｂ，２４ｃは、図５に示すように、発音部２４ｂの基本波の中心周波数がｆc1、発音部２４ｃの基本波の中心周波数がｆc2（ｆc1＜ｆc2）（ＭＨｚ）であり、それぞれの中心周波数における電気的入力信号に対する振動の応答強度の−３ｄＢの応答強度値となる半値幅Δｆc1，Δｆc2を共振周波数帯と定義し、その共振周波数帯の一部が重複している。また、発音部２４ｂ，２４ｃは、入力反射係数(ｄＢ)に関し、図６に点線で示す周波数特性を個別に有しており、実線が２つを合わせた周波数特性を示している。更に、発音部２４ｂ，２４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されている。これについては、後述する。

ここで、圧電基板２４ａとしては、例えば、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を使用することができる。また、発音部２４ｂ，２４ｃは、入力端子２４ｅやバスバー２４ｆと共にフォトリソグラフィの技術によって圧電基板２４ａ上に形成する。また、表面弾性波素子２４は、液体やジェル等の音響整合層を介して反応容器５に離接自在に取り付けてもよい。なお、図４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、構成の概略を示すことを主目的とするため、発音部を構成する複数の櫛型電極の線幅、ピッチ又は圧電基板２４ａ上の位置は必ずしも正確に描いていない。

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２ａ，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。

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く、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、図４に示すように、発光部１２ａから出射された光束ＬB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、受光部１２ｃで側光され、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。

このとき、自動分析装置１は、制御部１５を介して入力部１６から予め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２４ｅ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発音部２４ｂ又は発音部２４ｃが駆動され、表面弾性波（バルク波）を誘起する。誘起された表面弾性波（バルク波）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い液体試料中へ縦波になって漏れ出してゆく。この結果、反応容器５内には、液体試料中の発音部２４ｂ又は発音部２４ｃに対応する位置を起点として斜め上方と斜め下方に向かう２つの流れが生じ、分注された試薬と検体はこの２つの流れによって攪拌される。

ここで、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃのそれぞれの中心周波数における電気インピーダンスを外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておく。このとき、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃの電気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７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２４に周波数ｆc1の駆動信号を入力すると、図８に示すように、発音部２４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝５０Ω、発音部２４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５００Ωとなる。このため、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂが強く励振されるのに対し、発音部２４ｃが弱く励振される。

ここで、発音部２４ｂ，２４ｃが励振されて発生した音波は、図９に示すように、それぞれ圧電基板２４ａ、反応容器５の側壁５ｂを伝搬し、側壁５ｂと反応容器５に収容された液体試料Ｌsとの固−液界面において縦波にモード変換されて液体試料Ｌs中に放射される。この放射された縦波が液体試料中を伝搬するのに伴って音響流が生ずる。このとき、発音部２４ｂ，２４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されており、発音部２４ｂが励振されて発生した音波Ｗ1に起因する音響流をＳ11とし、発音部２４ｃが励振されて発生した音波Ｗ2に起因する音響流をＳ12とする。

すると、図示のように、発音部２４ｂが発生した音波Ｗ1に起因する音響流Ｓ11のうち液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11は、発音部２４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に斜め上方と斜め下方へ生ずる２つの音響流Ｓ12に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ12は、右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ11と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ1となる。一方、発音部２４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め下方へ生ずる音響流Ｓ11は、単独の流れであり、音響流Ｓ1に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子２４を駆動周波数Ｆ＝ｆc1で駆動した場合、巨視的に見ると、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ1と音響流Ｓ2（＝Ｓ11）が生ずる。

一方、例えば、駆動制御部２１が表面弾性波素子２４に周波数ｆc2の駆動信号を入力すると、図１０に示すように、発音部２４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部２４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝５０Ωと略逆になる。このため、表面弾性波素子２４は、前記とは逆に、発音部２４ｂが弱く励振されるのに対し、発音部２４ｃが強く励振される。

従って、発音部２４ｂ，２４ｃは、音響流の起点が交互に位置するように形成されているので、図１１に示すように、発音部２４ｃが発生した音波Ｗ2に起因する音響流Ｓ22のうち液体試料Ｌs中に右斜め下方へ生ずる音響流Ｓ22は、発音部２４ｂが発生した音波Ｗ1に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方と左斜め上方へ生ずる２つの音響流Ｓ21に挟まれた位置に発生する。このため、２つの音響流Ｓ21は、右斜め下方へ生ずる音響流Ｓ22と一体化して断面積が大きく、流速の速い音響流Ｓ3となる。一方、発音部２４ｃが発生した音波Ｗ2に起因して液体試料Ｌs中に右斜め上方へ生ずる音響流Ｓ22は、単独の流れであり、音響流Ｓ3に比べて断面積が小さく、流速が遅い流れである。このため、表面弾性波素子２４を駆動周波数Ｆ＝ｆc2で駆動した場合、巨視的に見ると、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、非対称な音響流Ｓ3と音響流Ｓ4（＝Ｓ22）が生ずる。

ここで、中心周波数ｆc1，ｆc2及び入力反射係数(ｄＢ)に関し、図１２に示す周波数特性の発音部２４ｂ，２４ｃを有する表面弾性波素子２４を用いた攪拌装置２０を使用して反応容器５に収容したイオン交換水を攪拌した。このとき、駆動周波数Ｆ＝ｆc1で表面弾性波素子２４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布と、駆動周波数Ｆ＝ｆc2で表面弾性波素子２４を駆動した場合に発生した音響流の流速分布をそれぞれ図１３に示す。

図１３は、表面弾性波素子２４をそれぞれ中心周波数ｆc1（＝７８．３ＭＨｚ）と中心周波数ｆc2（＝７９．２ＭＨｚ）で駆動した際の、反応容器５に収容されたイオン交換水中の音響流の流速（ｍｍ／ｓ）分布をＰＩＶによって視覚化した図であり、縦軸及び横軸は、表面弾性波素子２４を取り付けた側壁５ｂ内面と底壁上面の交線を基準とした側壁５ｂに沿った上方向への距離（ｍｍ）と側壁５ｂの垂直方向への距離（ｍｍ）をそれぞれ示している。

なお、図中、θは、側壁５ｂの垂直面に対して音響流がなす角度を示している。また、ＰＩＶは、画像処理流速測定法（Particle Image Velocimetry）であり、通常、目に見えない流れにトレーサ等のマーカを付加し、目に見えるようにする流れの可視化技術に画像処理・画像解析技術を加え、流れ場の瞬時・多点の速度情報を得る方法である。

一方、表面弾性波素子２４を発音部２４ｂの中心周波数ｆc1よりも低い駆動周波数Ｆ＝ｆ1（＜ｆc1）で駆動すると、発音部２４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝２００Ω、発音部２４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝∞となる。このため、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子２４を駆動周波数Ｆ＝ｆ1で駆動した場合、巨視的に見ると、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ5,Ｓ6が生ずる。

また、表面弾性波素子２４を発音部２４ｂの中心周波数ｆc1と発音部２４ｃの中心周波数ｆc2の中間の駆動周波数Ｆ＝ｆ2（ｆc1＜ｆ2＜ｆc2）で駆動すると、発音部２４ｂ及び発音部２４ｃは電気インピーダンスがＺ1，Ｚ2＝1００Ω、となる。このため、表面弾性波素子２４は、電気インピーダンスが５０Ωと２００Ωの間の強さに発音部２４ｂ及び発音部２４ｃがそれぞれ略同じ程度に励振される。このため、表面弾性波素子２４を駆動周波数Ｆ＝ｆ2で駆動した場合、巨視的に見ると、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、音響流Ｓ7,Ｓ8と流速は略等しいが、断面積が僅かに大きい対称な音響流Ｓ7,Ｓ8が生ずる。

一方、表面弾性波素子２４を発音部２４ｃの中心周波数ｆc2よりも高い駆動周波数Ｆ＝ｆ3（＞ｆc2）で駆動すると、発音部２４ｂは電気インピーダンスがＺ1＝∞、発音部２４ｃは電気インピーダンスがＺ2＝２００Ωとなる。このため、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｃのみが弱く励振される。このため、表面弾性波素子２４を駆動周波数Ｆ＝ｆ3で駆動した場合、巨視的に見ると、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流Ｓ9,Ｓ10が生ずる。

従って、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中に生ずる音響流を駆動周波数Ｆ＝ｆ1，ｆc1，ｆ2，ｆc2，ｆ3ごとに示すと図１４のようになる。なお、外部電気系の電気インピーダンスが他の値、例えば、７０Ωの場合には、発音部２４ｂ，２４ｃの中心周波数における電気インピーダンスが７０Ωとなるように設計しておけばよい。

従って、自動分析装置１は、予め検体と試薬とを組み合わせて駆動周波数の違いによる攪拌状態を実測しながら攪拌が最良となる駆動周波数と検体及び試薬との組み合わせ、駆動周波数と液量との組み合わせ或いはこれら双方の組み合わせ等として作成して制御部１５に記憶させておく。そして、制御部１５は、ホストコンピュータ等から入力される分析情報に含まれる検体と試薬との組み合わせから自動的に攪拌装置２０の駆動周波数を選択し、駆動制御回路２３に出力する。これにより、攪拌装置２０は、検体と試薬との組み合わせに最適な周波数で表面弾性波素子２４を駆動するようにすることができる。

このため、自動分析装置１は、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の駆動周波数を駆動制御部２１によって切り替え、例えば、反応容器５が保持した液体試料の量が少ない場合には、周波数ｆ1の駆動信号を表面弾性波素子２４に入力する。すると、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の発音部２４ｂのみが弱く励振され、エネルギー消費を抑えつつ液体試料を効率良く攪拌することができる。

これに対して、反応容器５が保持した液体試料の量が多い場合、周波数ｆc1又は周波数ｆc2の駆動信号を表面弾性波素子２４に入力する。すると、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の発音部２４ｂや発音部２４ｃが強く励振される。この結果、図９、図１１及び図１４に示したように、反応容器５が保持した液体試料Ｌsには、非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2又は音響流Ｓ3，Ｓ4によって液体試料Ｌs全体を大きく旋回する攪拌流が発生して液体試料Ｌs全体に亘って攪拌することができる。

このように、攪拌装置２０は、複数の発音部２４ｂ，２４ｃが周波数の異なる音波を同時に発生するように、駆動周波数Ｆを駆動制御部２１によって周波数帯（ｆ1〜ｆ3）内で制御することにより、常に１以上の発音部を駆動して反応容器５が保持した液体試料Ｌsを液量に応じて攪拌する。このため、共振周波数帯が重複しない表面弾性波素子を使用した従来の攪拌装置に比べて発生する音響流の態様が多様化するので、攪拌効率が向上し、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。

このとき、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４に入力する駆動信号の周波数を、図１５に示すように、攪拌時間Ｔs内で周波数ｆc1と周波数ｆc2とに時分割で交互に変化させてもよい。このようにすると、反応容器５が保持した液体試料Ｌsに非対称な音響流Ｓ1，Ｓ2と非対称な音響流Ｓ3，Ｓ4とが交互に発生し、容器底部は言うに及ばず気液界面にも攪拌流を生じさせ、液体試料Ｌs全体に亘って攪拌することができる。なお、周波数ｆc1，ｆc2の切り替え時間は、必ずしも１：１である必要はなく、液体試料Ｌsの粘性等の性状又は液量等に応じて適宜設定、変更しても良い。

また、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂと発音部２４ｃの位置を入れ替えてもよい。このように配置すると、表面弾性波素子２４は、図１４に示す音響流とは異なる分布の音響流を発生させることができる。

（変形例）
ここで、表面弾性波素子２４は、図１６に示すように、中心周波数ｆc1，ｆc2の発音部２４ｂ，２４ｃに加えて中心周波数ｆc3（ｆc1＜ｆc2＜ｆc3）（ＭＨｚ）の発音部２４ｄを並列接続してもよい。この場合、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄのそれぞれの中心周波数における電気インピーダンスを外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておく。また、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄそれぞれの電気インピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2，Ｚ3として等価回路を示すと図１７に示すようになる。

このとき、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、共振周波数帯の一部が重複している。そして、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、入力反射係数(ｄＢ)に関し、図１８に点線で示す周波数特性を個別に有しており、実線が３つを合わせた周波数特性を示している。また、表面弾性波素子２４のそれぞれ隣り合う発音部２４ｂ，２４ｃ及び発音部２４ｃ，２４ｄは、音響流の起点が交互に位置するように形成されている。

従って、表面弾性波素子２４を、例えば、発音部２４ｂの中心周波数ｆc1よりも低い駆動周波数Ｆ＝ｆ1（＜ｆc1）で駆動すると、発音部２４ｂのみが弱く励振される。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流が生ずる。

次に、表面弾性波素子２４を発音部２４ｂの中心周波数ｆc1と同じ駆動周波数Ｆ＝ｆc1で駆動すると、図９で説明したように、発音部２４ｂが強く励振され、発音部２４ｃが弱く励振されるのに対し、発音部２４ｄは殆ど励振されることはない。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、断面積及び流速が増し、斜め上向きの流れが卓越した非対称の音響流が生ずる。

次いで、表面弾性波素子２４を、発音部２４ｂの中心周波数ｆc1と発音部２４ｃの中心周波数の中間の周波数である駆動周波数Ｆ＝ｆ2（ｆc1＜ｆ2＜ｆc2）で駆動すると、発音部２４ｂ，２４ｃが同じ強度で励振され、発音部２４ｄが弱く励振される。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、斜め上向きの音響流が駆動周波数Ｆ＝ｆc1の場合より僅かに上側にシフトして発生すると共に、斜め下向きで、断面積が増加した音響流が発生する。

また、表面弾性波素子２４を発音部２４ｃの中心周波数ｆc2である駆動周波数Ｆ＝ｆc2で駆動すると、発音部２４ｃが強く励振されると共に、発音部２４ｂ，２４ｄが同じ強度で発音部２４ｃよりも弱く励振される。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には斜め上向きと斜め下向きの対称の音響流が生ずる。

次に、表面弾性波素子２４を、発音部２４ｃの中心周波数ｆc2と発音部２４ｄの中心周波数ｆc3の中間の周波数ｆ3である駆動周波数Ｆ＝ｆ3（ｆc2＜ｆ3＜ｆc3）で駆動すると、発音部２４ｃ，２４ｄが同じ強度で励振されるのに対し、発音部２４ｃの励振は発音部２４ｃ，２４ｄよりも弱い。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、斜め下向きの流れが斜め上向きよりも卓越した音響流が生ずる。

次いで、表面弾性波素子２４を、発音部２４ｄの中心周波数ｆc3である駆動周波数Ｆ＝ｆc3で駆動すると、発音部２４ｄが強く励振され、発音部２４ｃが弱く励振されるのに対し、発音部２４ｂは殆ど励振されることはない。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、斜め下向きの流れが斜め上向きよりも卓越した音響流が生ずる。このとき、斜め下向きの流れは、駆動周波数Ｆ＝ｆ3の場合より僅かに上側にシフトしている。

そして、表面弾性波素子２４を、発音部２４ｄの中心周波数ｆc3を超えた駆動周波数Ｆ＝ｆ4（＞ｆc3）で駆動すると、発音部２４ｄのみが弱く励振される。このため、巨視的に見ると、図１９に矢印で示すように、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中には、発音部２４ｄ近傍から断面積が最小で、流速が遅い対称な音響流が生ずる。

このように、図１４と図１９を比較すれば明らかないように、発音部２４ｄを追加することにより、表面弾性波素子２４は、液体試料Ｌs中に生じる音響流が複雑になる。従って、発音部２４ｄを追加した表面弾性波素子２４を使用すると、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４を駆動する周波数を適宜変更することにより、反応容器５が保持した液体試料中に種々の音響流を発生させることができるので、過剰なエネルギー消費を抑えつつ液体試料を液量に応じて効率良く攪拌することができ、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。

この場合、表面弾性波素子２４は、図２０に示すように、発音部２４ｂと発音部２４ｃの間に発音部２４ｄを配置してもよい。表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄそれぞれの電気インピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2，Ｚ3として等価回路を示すと図２１に示すようになる。

このとき、上記説明に基づいて、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中に生ずる音響流を駆動周波数Ｆ＝ｆ1，ｆc1，ｆ2，ｆc2，ｆ3，ｆc3，ｆ4ごとに示すと、図２２にそれぞれ矢印で示すようになる。図２２に示す音響流を図１９に示す音響流と比較すると明らかなように、表面弾性波素子２４は、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄの配置を換えることにより、液体試料Ｌs中に生ずる音響流が更に変化する。このため、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄをこのように配置した表面弾性波素子２４を使用すると、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４を駆動する周波数を適宜変更することにより、過剰なエネルギー消費を抑えつつ液体試料を液量に応じて効率良く攪拌することができ、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。

従って、表面弾性波素子２４は、図２３に示すように、発音部２４ｃと発音部２４ｄの間に発音部２４ｂを配置してもよい。このとき、表面弾性波素子２４の等価回路を、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄそれぞれの電気インピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2，Ｚ3として図２４に示す。

この場合、反応容器５に収容された液体試料Ｌs中に生ずる音響流は、駆動周波数Ｆ＝ｆ1，ｆc1，ｆ2，ｆc2，ｆ3，ｆc3，ｆ4ごとに、それぞれ図２５に矢印で示すようになる。このため、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄをこのように配置した表面弾性波素子２４を使用すると、攪拌装置２０は、駆動周波数ごとに異なる音響流が反応容器５内の液体試料Ｌs中に生じ、過剰なエネルギー消費を抑えつつ液体試料を液量に応じて効率良く攪拌することができ、攪拌に要する時間を短縮することが可能になる。

ここで、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを有する表面弾性波素子２４を使用した攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４に入力する駆動信号の周波数を、攪拌時間内に時分割で駆動周波数Ｆ＝ｆc1，ｆc2，ｆc3と交互に変化させてもよい。

なお、発音部２４ｂ，２４ｃを有する表面弾性波素子２４を使用した攪拌装置２０は、攪拌時間内に周波数ｆ1〜ｆ3の間で、発音部２４ｂ，２４ｃ，２４ｄを有する表面弾性波素子２４を使用した攪拌装置２０は、攪拌時間内に周波数ｆ1〜ｆ4の間で、それぞれ駆動周波数Ｆをスライドさせて変化させてもよい。

また、以上で説明した各種表面弾性波素子２４は、図２６に示すように、反応容器５の側壁５ｂに圧電基板２４ａの長手方向を側壁５ｂの幅方向に向けて取り付けてもよい。このように取り付けると、攪拌装置２０は、水平方向の流れを含む駆動周波数ごとに異なる音響流を発生させることができる。従って、以上で説明した各種表面弾性波素子２４は、図２７に示すように、側壁５ｂに圧電基板２４ａの長手方向を側壁５ｂの幅方向に対して傾斜させて取り付けると、水平方向成分と鉛直方向成分の流れを含む駆動周波数ごとに異なる音響流を発生させることができる。

更に、以上で説明した各種表面弾性波素子２４は、図２８に示すように、反応容器５の底面に取り付けても良い。この場合、表面弾性波素子２４は、発生させる音響流の向きを考慮して圧電基板２４ａの長手方向を種々の方向に向けて取り付けることができる。

また、以上で説明した各種表面弾性波素子２４を取り付ける反応容器は、四角筒状の反応容器５に代えて円筒状としてもよい。

一方、以上で説明した各種表面弾性波素子２４は、無線で駆動しても良いし、バルク波の他に表面弾性波を使用して反応容器５が保持した液体試料を攪拌してもよい。

更に、図２９に示すように、表面弾性波素子２４は、反応容器５の底面を兼ねてもよい。

なお、上述の表面弾性波素子２４は、単独の圧電基板２４ａ上に複数の発音部が形成されているが、これらの発音部が単独の圧電基板２４ａ上に形成されている必要は無く、複数の発音部が電気的に並列に接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が互いに異なると共に、それぞれの共振周波数帯の一部が重複し、異なる発音部から容器内に放射された音波により生ずる音響流の起点が交互に位置するように形成されていればよい。また、用途に応じて、複数の発音部の形状や配置（寸法、位置）等を適宜最適化してもよい。

攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。 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。 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。 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。 一部が重複する発音部の共振周波数帯を示す図である。 図４の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の発音部が有する中心周波数及び入力反射係数に関する周波数特性図である。 図４の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の等価回路図である。 図７の表面弾性波素子を一方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。 図８の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する反応容器の部分断面図である。 図７の表面弾性波素子を他方の発音部の中心周波数で駆動した場合の等価回路図である。 図１０の場合に各発音部が発生する音波と、音波によって液体試料中に生ずる音響流を説明する反応容器の部分断面図である。 表面弾性波素子が有する二つの発音部が有する中心周波数及び入力反射係数の一例を示す周波数特性図である。 図１２に示す周波数特性を有するそれぞれの発音部を中心周波数で駆動した場合に発生する音響流の流速分布を視覚化した図である。 図４の表面弾性波素子を駆動した場合に、反応容器に収容された液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した図である。 表面弾性波素子を駆動する駆動信号の一例を示す波形図である。 攪拌装置を構成する表面弾性波素子の変形例を示す正面図である。 図１６に示す表面弾性波素子の等価回路図である。 図１６に示す表面弾性波素子の発音部が有する中心周波数及び入力反射係数に関する周波数特性図である。 図１６に示す表面弾性波素子を駆動した場合に、反応容器に収容された液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した図である。 図１６に示す表面弾性波素子の変形例を示す正面図である。 図２０に示す表面弾性波素子の等価回路図である。 図２０に示す表面弾性波素子を駆動した場合に、反応容器に収容された液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した図である。 図１６に示す表面弾性波素子の他の変形例を示す正面図である。 図２３に示す表面弾性波素子の等価回路図である。 図２３に示す表面弾性波素子を駆動した場合に、反応容器に収容された液体試料中に生ずる音響流を駆動周波数ごとに示した図である。 表面弾性波素子を反応容器に取り付ける他の取付け方を示す斜視図である。 表面弾性波素子を反応容器に取り付ける更に他の取付け方を示す斜視図である。 表面弾性波素子を反応容器の底面に取り付ける取付け方を示す斜視図である。 表面弾性波素子を反応容器の底面と兼ねる取付け方を示す斜視図である。

符号の説明

１ 自動分析装置
２，３ 試薬テーブル
４ キュベットホイール
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 表面弾性波素子
２４ａ 圧電基板
２４ｂ，２４ｃ 発音部
２４ｄ 発音部
２４ｅ 入力端子
２４ｆ バスバー
２４０ｂ，２４０ｃ 櫛型電極（ＩＤＴ）
２４０ｄ 櫛型電極（ＩＤＴ）

Claims (6)

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であって、
   圧電基板上に配置された二つの発音部からなり、前記二つの発音部が電気的に並列接続され、かつそれぞれの基本波の中心周波数が互いに異なると共に、それぞれの共振周波数帯の一部が重複し、異なる発音部から前記容器内に放射された音波により生ずる音響流の起点が交互に位置するように形成されている音波発生手段と、
   前記二つの発音部が音波を同時に発生するように前記音波発生手段に入力する駆動信号の周波数を制御する駆動制御手段と、
   を備え、
   前記駆動制御手段が前記駆動信号の周波数を制御して、前記二つの発音部に音波を同時に発生させながら前記二つの発音部のうちの一方の発音部を前記二つの発音部のうちの他方の発音部よりも強く駆動させる場合には、前記液体中に非対称の音響流が発生する、攪拌装置。
2. 前記二つの発音部は、前記駆動信号の周波数に応じて各発音部の電気的入力信号に対する振動の応答強度の比率が変化する、請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記二つの発音部は、前記駆動信号の周波数に応じて音波を発生する発音部が切り替わる、請求項１に記載の攪拌装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記駆動信号の周波数を変化させることにより前記液体中を旋回する音響流を生じさせる、請求項１に記載の攪拌装置。
5. 容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記分析装置は請求項１〜４のいずれか一つに記載の攪拌装置を備え、前記液体は前記液体試料である、分析装置。
6. 前記分析装置は、制御部および入力部をさらに備え、
   前記駆動制御手段は、前記制御部を介して前記入力部から入力される前記液体の分析項目、前記液体の性状又は液量の情報に基づいて前記音波発生手段に入力する前記駆動信号の周波数を変化させる、請求項５に記載の分析装置。

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