JPH0599805A - 加温装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 流路管や分注ノズルの吐出口付近まで加温で
き、小型化できる構造とする。 ［構成］ 積層型の圧電素子１の両端に共振器４，４０
を取り付け、共振器４にホーン２５を連結する。ホーン
２５の細径部９に流路管１０を巻回し、流路管１０に分
注ノズル１１を連結する。圧電素子の超音波振動により
共振器４，４０、流路管１０，分注ノズル１１か摩擦発
熱し、内部の液体の加温を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は医療用分析機における試
薬等の加温装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療用分析機においては、血液などの検
体と試薬との反応時間を短縮する為に、検体および試薬
を３７℃前後に加温することが行われている。従来は、
例えば実公昭６３−２２５３０号公報に記載の如く、試
薬や生理食塩水等の液体が流れる流路を加温ブロック内
で蛇行させ、液体が加温ブロック内の流路で所定程度の
時間、とどまるように構成し、この間に加温している。
また、特開昭５７−１３２０６３号公報に記載の如く、
反応容器（キュベット）をガイドレールに保持しながら
反応容器の下部を温浴している。ガイドレールは反応容
器を温浴しながら移動し、常時反応容器を加温する構成
になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、検体と
試薬の反応時間を早めるための前者の方法では、ヒータ
で流路を加温する場合、短時間に液体を加温できるが、
ヒータを含む加温装置から分注ノズル吐出口までの距離
が長く、搬送途中で液体の温度が低下してしまい、この
ため試薬反応時間が十分に加速されない問題があった。
一方後者の方法では、キュベットを温浴するため、試薬
・検体を加温するのに時間がかかり、しかも、温浴のた
めの浴槽を有するため大型になり、さらには浴槽内の大
量の液体を加温しなければならないため、ヒータの大型
化や消費電力が増大化している。

【０００４】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
のであり、小型でしかも分注ノズルの吐出口付近まで加
温することができ、これにより試薬の反応時間を短縮
し、分析機の性能を向上させることが可能な加温装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の加温装置は、超
音波振動を増幅する共振器と、この共振器との接触状態
または共振器の内部に設置された流路と、流路と連結さ
れ試薬・検体を吸引吐出する分注ノズルと、前記共振器
と流路と分注ノズルとに摩擦発熱させる超音波振動子と
を有することを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記構成では、超音波振動子から発生する超音
波振動によって金属内部に摩擦発熱が起こり、共振器と
流路と分注ノズル自身が発熱し、流路と分注ノズル内の
液体を加温するため、液体の効率の良い加温ができ、反
応時間を短縮することができる。特に分注ノズルの吐出
口付近まで確実に加温でき、液体の搬送中に温度が低下
することがない。なお、超音波振動子として圧電素子を
使用することにより、単位体積あたりのエネルギーが大
きくなり、小型でも十分な出力を行うことができる。

【０００７】

【実施例１】図１ないし図３は本発明の実施例１を示
す。図１に示すようにφ１５ｍｍ、厚さ１ｍｍの圧電素
子を６枚積層した積層型圧電素子１の一方の端面に支持
台２，フランジ部３およびφ５ｍｍ、長さ１１５ｍｍの
共振器を、他方の端面にφ１５ｍｍ、長さ１１５ｍｍの
共振器４０を配置し、軸心部分をステンレス材のボルト
５で約３５ｋｇｃｍのトルクで締めつけ、ランジュバン
振動子６を形成する。この時、積層される圧電素子の蒸
着による電極面は、同一極性を対向して配置される。そ
して積層型圧電素子１の外周表面には絶縁被膜７が施さ
れる。

【０００８】上記共振器４，４０の材質は、縦弾性係数
が大きく、振動の減衰が少ないものが良く、ステンレ
ス，アルミニウム，ジュラルミン，リン青銅等が適して
いる（本実施例ではステンレスを用いている）。ランジ
ュバン振動子６を支える支持台２は図２に示すように、
同様に縦弾性係数の大きい材質（本実施例ではステンレ
ス）でフランジ部３の厚さを約０．２ｍｍ、他の部分の
厚さは２ｍｍ以上に構成し、ランジュバン振動子６の共
振器４０と積層型圧電素子１を覆うように中空円筒形状
にし、上部のフランジ部８で外部との固定を行う。

【０００９】共振器太径部１４および共振器細径部９か
らなる段付きステップホーン２５の細径部９にはステン
レスの流路管１０が６回巻き付けられ、接着、ロウ付着
により固定されている。流路管１０と同材質の分注ノズ
ル１１の吐出口はランジュバン振動子６の側方で、該ラ
ンジュバン振動子６の軸心方向に延設され、キュベット
（反応容器）や、試験管等の底に届くノズル長に形成さ
れる。流路管１０の反対側の端部には生理食塩水供給用
のパイプ１２が固定される。共振器細径部９の軸心には
液面検知針１５の設置用の設置穴１３が穿設され、共振
器太径部１４の外周から軸心に向けて液面検知針１５か
らの信号線３９を通す信号用穴１６が穿設されている。
上記液面検知針１５はステンレス材で、共振器細径部９
との電気絶縁のための絶縁被覆１７が施されている。

【００１０】分注ノズル１１が少なくとも検体に接触す
る時までに、積層型圧電素子１に縦もしくは横もしくは
捩じりの振動モードになるような共振周波数の正弦波の
電圧が、不図示の駆動回路より連続もしくはパルス印加
される。

【００１１】上記構成において、積層型圧電素子１より
発生した超音波振動は共振器４，４０により拡大され、
図３に示すように共振器４の先端で数１０μｍの振動振
幅を発生する。この振動は共振器細径部９に巻き付けら
れた流路管１０に伝達され、更に分注ノズル１１にも伝
達される。そして、共振器細径部９、流路管１０、分注
ノズル１１は強力な内部摩擦を起こし、瞬間的に温度が
上昇する。従って、流路管１０の巻き付けられている部
分と分注ノズル１１で内部に吸い上げられた検体、試薬
等の液体を加温し、短時間で設定温度にすることができ
る。この場合、この流路管１０の巻き付け数を多くした
り、多段に巻き付けることにより大量の液体の温度調節
も可能である。このような構成では分注ノズル１１の吐
出口まで加温されている為、搬送途中での温度効果がほ
とんどない。

【００１２】図６は、φ１５ｍｍのランジュバン振動子
６と流路管１０と分注ノズル１１の組み合わせにおい
て、１００Ｖｐ−ｐの正弦波を５２ｋＨｚで連続印可し
た場合の温度上昇のグラフを示す。図示のように流路管
１０を巻き付けた部分が約３分で１３０℃まで加温され
る能力がある。また、ランジュバン振動子６と流路路１
０とを支持している支持台２はフランジ部３が薄肉にな
っている為、ランジュバン振動子６と支持台２の円筒部
の間のフランジ部３がバネ性を有し、振動が外部に伝播
されないように音響的に絶縁され、超音波振動が流路管
１０と分注ノズル１１にのみ伝播される。しかもフラン
ジ部３のバネ性によって振動が外部にもれないため、振
動効率が上昇し、低い電圧でも強い振動を得ることが可
能である。また、外部に振動がもれて、他のネジ締結部
分に弛みを生じさせたり、金属疲労を生じさせることも
防止できる。

【００１３】このように構成された超音波振動を利用し
た加温装置を用いることにより、非常に小型で応答性の
高い温度制御が可能となる。しかも、試薬が流路管の巻
き付けられた部分にきたとき瞬間的に温度が上昇し、そ
の後、流路管と分注ノズル自身が発熱しているため、分
注ノズルの吐出口まで試薬の温度を設定温度に保ち、試
験管等に充填されている検体等と短時間に反応を起こさ
せ、分析時間を短縮し、分析機の性能を向上させること
が可能である。図７は１８秒毎に２秒間の電圧印加した
場合の温度上昇を示す。図示のように、電圧印加のパル
ス時間を調整することで温度調整が可能である。さらに
は、印加電圧値、周波数、ランジュバン振動子の大き
さ、圧電素子枚数等を変化させても温度制御が可能で、
特に超音波を用いた温度上昇は０．５秒で２０℃の温度
上昇が可能で、従来のヒータと比べると数倍の高速反応
性を実現できる。

【００１４】図４および図５は支持台２の変形例を示
し、全体がＬ字形状に成形され、立ち上がり端面が外部
支持部材にねじ止めされている。この支持台２の水平部
分にはランジュバン振動子６が挿入される穴部２ａが形
成されている。かかる支持台２においても、フランジ部
３によってランジュバン振動子６は、バネ性を有して支
持される。

【００１５】

【実施例２】図８および図９は本発明の実施例２を示
す。厚さ１ｍｍの圧電素子６を積層した積層型圧電素子
１の一方の端面に先端の径を絞った共振器４１、他方の
端面に共振器４０を配置し、軸心部分をステンレス材の
固定ボルト５で約３５ｋｇ／ｃｍ² のトルクで締めつ
け、ランジュバン振動子６を形成する。この時、圧電素
子１の蒸着による電極面は同一極性が対向して積層さ
れ、圧電素子１の外周表面には絶縁被覆７が施されてい
る。これら共振器４１、共振器４０の材質は、縦弾性係
数が大きく、振動の減衰が少ないものが良く、ステンレ
ス、アルミニウム、ジュラルミン、リン青銅等が適して
いる。このランジュバン振動子６の共振器４１の径の絞
られた首部分１８は線接触する耐薬品性のゴムリング１
９、例えばシリコンゴムリングを介して固定台２０の設
置部に形成された同形状の凹部２１に支持されている。
なお、固定台２０には流路管１０が通る逃げ溝２２が設
けられている。

【００１６】共振器細径部９には、ステンレスの流路管
１０が軸方向に沿って蛇行しながら巻き付けられ、接着
もしくはロウ付け等により固定されている。流路管１０
と同材質の分注ノズル１１の吐出口はランジュバン振動
子６の軸心方向に延設され、キュベット、試験管等の底
に届くノズル長に形成される。流路管１０の反対側の端
部には生理食塩水供給用パイプ１２が設置される。共振
器細径部９の軸心には液面検知針設置用の設置穴１３が
あけられ、共振器４の外周から軸心に向けて液面検知針
１５からの信号線３９を通す信号用穴１６があけられて
いる。前記液面検知針１５はステンレス材で、共振器細
径部９との電気絶縁のため、絶縁被覆１７が被せられて
いる。分注ノズル１１が少なくとも試料・液耐に接触す
る時までに、圧電素子１に縦もしくは横もしくは捩じり
の振動モードになるように共振周波数の正弦波の電圧が
図示しない回路より連続もしくはパルス印加される。

【００１７】上記構成において、流路管１０を蛇行形状
に共振器細径部９に巻き付けても、実施例１と同様の作
用によって液体を加温することができる。なお、共振器
に流路管１０が接触していればどのような形状であって
も振動が流路管１０および分注ノズル１１に伝達され
て、これらが内部摩擦現象を起こすため、分注ノズル１
１の吐出口まで液体を設定温度に加温する。また、ラン
ジュバン振動子６はゴムリング１９によって振動絶縁が
行われる。このゴムリング１９の設置位置がランジュバ
ン振動子６の振動の腹付近でも完全に振動をカットし、
圧電素子１から発生した振動をランジュバン振動子と分
注ノズルの振動系の中に閉じ込めることができる。

【００１８】従って、このような構成ではゴムリング１
９によってランジュバン振動子６の任意の位置を支持で
きる。このとき、最も振動効率の良いのは、振動の節位
置であるが、ゴムリング１９の弾性変形によってほとん
どの場合に振動絶縁が可能である。また、ホーンを用い
ていないため、振動振幅が小さくなるが、非常に小型に
することができ、分析機の小型化・軽量化が可能であ
る。

【００１９】図１０は本実施例の変形例を示し、固定台
２０の設置穴側面に前記ゴムリング１９と同形状の溝２
２を形成すると共に、共振器４１の外周にも同形状の溝
２４を形成してゴムリング１９を介して保持できるよう
にしたものであり、これにより着脱の作業が更に容易に
なる。

【００２０】

【実施例３】図１１ないし図１３は本発明の実施例３を
示す。図１１に示すように厚さ０．５ｍｍの圧電素子４
枚を積層した積層型圧電素子１の一方の端面に先端を絞
った共振器４１、他方の端面に共振器４０を配置し、軸
心部分をステンレス材の固定ボルトで約３５ｋｇｃｍの
トルクで締めつけ、ランジュバン振動子６を形成する。
この時、固定ボルト４４は図１３に示すように締めつけ
具（例えばスパナ）が掛着する角部２６を挟んで両端に
ネジ部２７が形成され、一方のネジ部でランジュバン振
動子６を固定し、他方のネジ部で外部に支持される。ま
た、圧電素子１の蒸着による電極面は同一極性を対向し
て積層され、圧電素子１の外周表面には絶縁被覆７が施
される。これら共振器４１および４０の材質は、縦弾性
係数が大きく、振動の減衰が少ないものが良く、ステン
レス、アルミニウム、ジュラルミン、リン青銅等が適し
ている。共振器細径部９にはステンレスの流路管１０が
数回巻き付けられ、接着もしくはロウ付けにより固定さ
れている。流路管１０と同材質の分注ノズル１１の吐出
口はランジュバン振動子６の接線方向に延ばされ、キュ
ベット、試験管２８等の底に届くノズル長に形成され
る。流路管１０の反対側の端部には生理食塩水供給用パ
イプ１２が設置される。共振器細径部９の先端には液面
検知針設置用の設置穴１３があけられ、１７で示す絶縁
被覆された液面検知針１５が接着によって固定されてい
る。

【００２１】分注ノズル１１が少なくとも試料、試薬２
９に接触する時までに、圧電素子１に縦もしくは横もし
くは捩じりの振動モードになるような共振周波数の正弦
波の電圧が、図示しない回路より連続もしくはパルス印
刷される。このような構成では、ランジュバン振動子６
を固定している固定ボルト４４は比較的振動が小さく、
振動絶縁を行わなくても、簡単に外部との支持ができ
る。従って、バネ性の弾性変形の作用を用いずにランジ
ュバン振動子６と分注ノズル１１の振動系の中に振動を
閉じ込めることができ、容易に設置できる。また、分注
ノズルの巻き方が軸方向となっているため、上方のスペ
ースが限られている箇所にも設置できる。

【００２２】

【実施例４】図１４および図１５は本実施例の実施例４
を示す。図１４に示すように、厚さ１ｍｍの圧電素子６
枚を積層した積層型圧電素子１の一方の端面にフランジ
部３と共振器４、他方に共振器４０を配置し、軸心部分
をステンレス材の固定ボルトで約３５ｋｇｃｍのトルク
で締めつけ、ランジュバン振動子６を形成する。この
時、圧電素子１の蒸着による電極面は同一極性が対向し
て積層され、圧電素子１部の外周表面には絶縁被覆７が
施される。これら共振器４１および４０の材質は、縦弾
性係数が大きく、振動の減衰が少ないものが良く、ステ
ンレス、アルミニウム、ジュラルミン、リン青銅等が適
している。

【００２３】一方、段付きステップホーン２５の共振器
細径部９の軸心先端にはステンレスの分注ノズル１１が
接着もしくはロウ付け等により固定され、共振器細径部
９の内部には分注ノズル１１に連通する流路１０が形成
され、振動の節となっている共振器段付部３６から外部
に出ている。この場合、図１５の振幅状態図に示すよう
にランジュバン振動子６の圧電素子１を節、ランジュバ
ン振動子６と共振器細径部９との接触面が腹、共振器段
付部３６が節、分注ノズル１１先端が腹となるように、
各構成部材の軸方向の長さ寸法を駆動周波数の約１／４
波長に設定している。

【００２４】分注ノズル１１が少なくとも試料・試薬２
９に接触する時までに、圧電素子１に縦もしくは横もし
くは捩じりの振動モードになるような共振周波数の正弦
波の電圧が、図示しない回路より連続もしくはパルス印
加される。このような構成では、超音波振動によって共
振器と流路管１０と分注ノズル１１の内部に強力な内部
摩擦が発生し、瞬間的に温度が上昇する。また、生理食
塩水供給パイプは振動節位置に設置するため、振動ロス
が少ない。しかも、分注ノズル１１がストレート形状の
ため、加工コストが低減できる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、超音波振
動によって共振器と流路管と分注ノズルに内部摩擦を発
生させ、試薬等の液体を高速加温すると共に、搬送途中
でも設定温度に保つことができ、これにより小型で試薬
反応を短時間に行う高性能の分析を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の側面図。

【図２】支持台の斜視図。

【図３】作動時の要部の断面図。

【図４】支持台の変形例の斜視図。

【図５】支持台の変形例の断面図。

【図６】振動印加と温度との関係を示す特性図。

【図７】電圧印加と温度との関係を示す特性図。

【図８】本発明の実施例２の側面図。

【図９】本発明の実施例２の部分側面図。

【図１０】実施例２の変形例の断面図。

【図１１】本発明の実施例３の側面図。

【図１２】本発明の実施例３の部分側面図。

【図１３】本発明の実施例３の固定ボルトの斜視図。

【図１４】本発明の実施例４の側面図。

【図１５】振幅状態の特性図。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ４ 共振器 １０ 流路 １１ 分注ノズル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波振動を増幅する共振器と、この共
   振器との接触状態または共振器の内部に設置された流路
   と、流路と連結され試薬・検体を吸引吐出する分注ノズ
   ルと、前記共振器と流路と分注ノズルとに摩擦発熱させ
   る超音波振動子とを有することを特徴とする加温装置。