JPH0658941A

JPH0658941A - 自動化学分析システム

Info

Publication number: JPH0658941A
Application number: JP4215101A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Sakaguchi; 総一郎坂口; Makoto Ishizaki; 真石崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: JP3387942B2; US5413770A

Abstract

(57)【要約】【目的】攪拌時間を短縮させると共に攪拌子移動中の振
動を減少させ、攪拌子の損傷を防止し且つ洗浄水及び反
応液の飛散を防止する。さらに洗浄水の反応容器への持
ち込みを減少させる。【構成】保持体１１は圧電振動子を保持する。この圧電
振動子の振動子は攪拌子２３を成し、攪拌子２３の幅方
向を円弧状の移動方向の接線方向に揃える。保持体１１
はアーム１２を介して水平移動用モータ３０、上下方向
移動用モータ３１に結合させる。モータ３０、３１はド
ライバ４２を介してＣＰＵ４０の指令を受け、洗浄プー
ル３３と反応容器ＣＴ₀の位置を移動。攪拌子２３は振
動コントローラ４１により振動する。ＣＰＵ４０は、洗
浄プール３３での洗浄後に攪拌子２３を振動させて洗浄
水を振り落とす。また水平方向及び上下方向の移動間に
一定時間の間合いを持たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、化学薬品、生化学分
野の試料などの特定成分量を求める自動化学分析システ
ムに係り、特に、その攪拌装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動化学分析システムは、反応容器に液
状の試料と試薬をそれぞれ定量分注し、分注した試料及
び試薬を攪拌混合したことによる化学反応の過程を、吸
光度変化を検知することで測定し、試料中の特定成分の
量を求めるシステムである。

【０００３】この自動化学分析システムには、試料及び
試薬を攪拌・混合し、その反応液を均質化させる攪拌装
置が備えられており、この攪拌は、反応の再現性を得る
上で重要な要素技術となっている。攪拌装置は、試料と
試薬を反応容器内で攪拌する攪拌子と、この攪拌子を保
持する保持機構と、攪拌子を洗浄水で洗浄すると共に付
着した試料及び試薬を取り去る洗浄機構と、攪拌子の保
持機構を洗浄機構と反応容器との間で移動させる移動機
構とを有する。そして、かかる攪拌装置では、攪拌子の
反応容器への移動及びその攪拌と、攪拌子の洗浄機構へ
の移動及びその洗浄とが繰り返される。

【０００４】上記攪拌子としては、従来、例えば、スク
リュー状又は板状の攪拌子を用いたものが知られてお
り、この攪拌子をモータで回転させることにより攪拌で
きるようになっている。また、モータを使用しない攪拌
子としては、薄い金属板の両側に圧電素子（ピエゾ素
子）を貼り付けたバイモルフ型の圧電振動子を使ったも
のも知られている（例えば米国特許第４，６１２，２９
１号参照）。このものでは、上記金属板の先端にステン
レスなどの剛体でなる攪拌板（棒）が取り付けられてお
り、交流電圧が印加されたときの圧電振動子の振動が攪
拌板に伝達され、攪拌できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の攪拌方式の内、モータの回転に拠る攪拌子は、
反応容器の上下方向の攪拌能力が劣るため、攪拌効果が
容器の底部や上部まで伝わり難く、攪拌時間が長くなる
という欠点があった。この攪拌時間の長期化を避けるた
めにモータの回転数を上げると、泡立ちが生じたり、空
気（気泡）を巻き込んだりして、容器の形状、大きさに
拠っては反応液が容器から溢れたり、飛散することもあ
った。

【０００６】一方、圧電振動子に拠る攪拌機構におい
て、圧電振動子の先端に取り付けられる攪拌板の幅方向
が、攪拌子の移動方向（円弧状の移動の場合にはその接
線方向）に対してある角度（例えば９０度）を持つよう
に、攪拌子が位置決めされていることがある。このよう
に位置決めされている場合、攪拌子が洗浄位置と攪拌位
置の間で移動されると、攪拌板の振動方向（即ち、幅方
向に直交する厚さ方向）と移動方向が揃うことから、攪
拌板が慣性力などに因り大きく振動する。とくに、水平
方向及び垂直方向に連続的に移動させるときの振動は大
きい。このため、例えば攪拌のために攪拌板を反応容器
内に降ろす際、容器の縁に当たって折れ曲がったり、損
傷したりすることがある。また、その振動に因り、攪拌
子に付着していた反応溶液や洗浄水が移動時に付近に飛
散することがある。

【０００７】また、攪拌板を洗浄するとその洗浄水が攪
拌板の表面に付着するが、従来の攪拌方式においては、
洗浄後の攪拌子をそのまま攪拌のために使用していたた
め、測定データが薄められて低値データとなることもあ
った。

【０００８】この発明は、上述した従来の攪拌装置を取
り巻く状況に鑑みてなされたもので、攪拌時間の短縮を
図ると共に攪拌子に付着して応溶液に混入する洗浄水分
を確実に減らすことを第１の目的とする。また、攪拌子
の移動時における振動を抑制することにより、攪拌子の
破損などを防止することを第２の目的とする。さらに、
攪拌子の移動時における溶液及び洗浄水の飛散を防止す
ることを第３の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、この発明に係る自動化学分析システムは、柔体構造
を有した長片状且つ板状の攪拌子と、この攪拌子を垂下
状態で保持する保持機構と、この保持機構を洗浄プール
と反応容器との間で移動可能な移動手段と、その攪拌子
の面に対向する方向に、上記攪拌子を振動させる攪拌子
振動手段と、攪拌子を洗浄する洗浄手段と、上記洗浄手
段による上記攪拌子の洗浄完了後、その攪拌子を振動さ
せる洗浄後振動手段とを具備する攪拌装置を備えてい
る。

【００１０】上記攪拌装置の好適な態様の一つでは、前
記攪拌子は、圧電振動子の振動子により形成されてい
る。別の好適な態様では、前記攪拌子の幅方向は、前記
移動手段によって移動される移動方向又はその接線方向
に平行である。さらに別の好適な態様では、前記攪拌子
の垂下方向を上下方向とし、その上下方向に直交する方
向を横方向としたとき、前記移動手段は上記上下方向及
び横方向に前記保持機構を移動させる手段であって、そ
の上下方向の移動と横方向の移動との間に一定の待ち時
間を置く間合い設定手段を有する。

【００１１】

【作用】攪拌子が移動手段により反応容器内に下ろされ
ている状態で、攪拌時振動手段が作動すると、攪拌子の
面に対向する方向に攪拌子が周期的に振り子の如く振動
する。これにより、容器内の上下方向にも高い攪拌効果
が得られる。攪拌が終了すると、攪拌子は移動手段によ
り洗浄プールまで搬送され、洗浄プール内で洗浄手段に
より洗浄される。この洗浄プールでの洗浄が完了する
と、洗浄後振動手段が作動し、攪拌子を振動させる。こ
れにより、攪拌子は洗浄プールで洗浄された後に再び反
応容器まで移動される直前、即ち攪拌子が洗浄プール内
の空間に在るときに攪拌子を振動させ、攪拌子に付着し
ている洗浄水（水滴）を洗浄プール内で振り落とす。

【００１２】攪拌子が圧電振動子の振動子により形成さ
れていると、振動周波数、振幅の調整が容易になり、溶
液の泡立ちなどを抑制できる。

【００１３】攪拌子は、その幅方向を移動方向又はその
接線方向に一致させて保持されているので、その移動方
向又はその接線方向の運動には高い剛性を示し、洗浄プ
ールと反応容器との間を移動させても、慣性力に因って
生じる攪拌子の振動が少なくなる。これにより、移動中
の付着した洗浄水や溶液の飛散も減少する。

【００１４】移動手段が保持機構を移動させるとき、移
動手段が有する間合い設定手段によって、上下方向の移
動と横方向の移動との間に一定の待ち時間が置かれる。
これにより、移動時に攪拌子に僅かな振動が生じたとし
ても、その振動が待ち時間の間に収束するから、攪拌子
が反応容器や洗浄プールの縁に当たってしまうことが無
い。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図９を参
照して説明する。

【００１６】この実施例における自動化学分析システム
の攪拌装置は、図１に示すように、攪拌アーム部１０を
備えている。この攪拌アーム部１０は、圧電振動子を保
持する保持する保持体１１と、この保持体１１に結合さ
れ且つ水平方向に延びたアーム１２とを有する。

【００１７】保持体１１の内部には、圧電振動子２０が
図２のように構成されている。この圧電振動子２０は、
柔体構造のフレキシブルな金属板シム２１の両側に圧電
セラミックス２２ａ，２２ｂが貼り付けられ、バイモル
フ形に構成されている。なお、圧電セラミックスは金属
板シム２１の片側の表面にだけ貼り付け、ユニセルフ形
の圧電振動子を形成してもよい。上記バイモルフ形の圧
電振動子２０に対して、図３に示すように、電源２７か
ら交流電圧を印加すると、圧電セラミックス２２ａ，２
２ｂは交互に伸び縮みし、金属板シム２１はその面に直
交する方向（振動方向という）に振動する。シム２１の
一端は固定体２８に固定される。シム２１の他端は同一
材にて延長され長片状且つ板状の攪拌子２３（ブレー
ド）となる。この攪拌子２３は、金属板シム２１の振動
と共に同一振動方向に振れ、後述する反応容器内で攪拌
作用を発揮できる。金属板シム２１の下端には、振動子
の質量を調節する重り２４が取り付けられている。

【００１８】なお、攪拌子２３の振動方向は、攪拌子の
移動方向又はその接線方向に直交する（即ち、攪拌子の
幅方向と移動方向又はその接線方向とは平行する）よう
に、攪拌子の配置方向が決められている（図５参照）。

【００１９】上記アーム１２の他端は、図１に示す如
く、水平方向移動用の電動モータ３０の回転軸３０ａの
上部に固設されている。このモータ３０は図示の如く上
下方向配置であり、回転軸３０ａが回動すると、アーム
１２、即ち保持体１１が水平面内で円弧を描いて回動
し、後述する攪拌子洗浄位置ＷＳと反応容器ＣＴ列内の
攪拌位置ＡＧとの間を移動可能になっている。

【００２０】このモータ３０の回転軸３０ａの下部には
ギアが形成されている。さらに、上下方向移動用の電動
モータ３１が水平向きに配されており、このモータ３１
の回転軸３１ａにもギアが形成されている。この回転軸
３１ａのギアが前述したモータ３０の回転軸３０のギア
に噛み合い、ウオームギア構造を成している。このた
め、一方のモータ３１が回転すると、もう一方のモータ
３０、即ち保持体１１が上下方向に移動可能になってい
る。

【００２１】また、この攪拌装置における攪拌子洗浄位
置ＷＳには、洗浄プール３３が上方向きに設置されてい
る。この洗浄プール３３には、配管３４を介して洗浄水
供給用ポンプ３５が接続され、このポンプ３５が配管３
６を介して洗浄水タンク３７に接続されている。これに
より、ポンプ３５が駆動すると、洗浄水タンク３７内の
洗浄水が汲み上げられ、洗浄プール３３に吐出される。
洗浄プール３３の底には排水用の穴が設けられており、
この穴が配管３８を介して廃液タンク３９に接続されて
いる。このため、洗浄後の廃液がタンク３９内に溜まる
ようになっている。

【００２２】さらに、この攪拌装置は、装置全体を統括
し且つ攪拌・洗浄処理の制御を行うＣＰＵ（中央処理装
置）４０と、このＣＰＵ４０の指令の元に駆動する振動
コントローラ４１及びドライバ４２とを備えている。Ｃ
ＰＵ４０は後述する図４記載の処理を行う。また振動コ
ントローラ４１は、ＣＰＵ４０から攪拌指令が出された
ときに、所定周波数の交流電圧を圧電振動子２０に供給
する。ドライバ４２は２つの電動モータ３０及び３１並
びにポンプ３５を駆動する、３つの駆動回路を内臓して
おり、各駆動回路に対する駆動指令がＣＰＵ４０から出
されたときに、各駆動対象に駆動信号を供給するように
なっている。

【００２３】続いて、上記ＣＰＵ４０で実施される図４
の攪拌・洗浄処理を説明する。

【００２４】まず、図４のステップ５０において、ＣＰ
Ｕ４０は攪拌子２３を上下方向の最上位位置に移動させ
る指令を出す。つまり、ドライバ４２に指令を与えて、
上下方向移動用のモータ３１を回転させる。これによ
り、水平方向移動用のモータ３０全体が上昇するから、
保持体１１、即ち攪拌子２３も上昇し、所定の最上位位
置まで上昇する。このステップ５０の処理が済むと、Ｃ
ＰＵ４０はステップ５１に処理を移行させる。このステ
ップ５１では、予め記憶していた一定時間（例えば０．
３秒）、振動子の次の処理への移動を停止させる。即
ち、最上位位置から次の処理である水平方向への移動を
直ちに開始することなく、一定の間合いをとる。

【００２５】ステップ５１の処理が済むと、ＣＰＵ４０
はステップ５２に移行して、攪拌子２３を洗浄位置ＷＳ
まで水平移動させる指令を出す。これにより、ドライバ
４２は水平方向移動用のモータ３０を所定方向に回転さ
せ、保持体１１、即ち攪拌子２３を洗浄位置ＷＳの真上
の最上位位置まで旋回させる。この旋回後、ステップ５
３の処理を実施する。このステップ５３でも一定時間の
待ちが指令され、旋回後直ちに次の降下工程に移行する
ことはない。

【００２６】この一定時間の待ちの状態が終了すると、
ステップ５４の処理が実施される。つまり、ドライバ４
２は再びモータ３１を回転させて、攪拌子２３を洗浄プ
ール３３の内部の所定位置まで真っ直ぐ下ろさせる。

【００２７】これにより、洗浄準備ができたので、ＣＰ
Ｕ４０は次のステップ５５の処理にて、予め定めた一定
時間の洗浄をドライバ４２に指令する。これにより、ド
ライバ４２はポンプ３５を駆動し、洗浄水タンク３７に
貯留されている洗浄水を洗浄プール３３に吐出される。
これにより、洗浄プール３３に在る攪拌子２３が洗浄水
で洗浄される。そして、一定時間の洗浄水の吐出が終了
すると、ステップ５６に移行して洗浄水が止められ、洗
浄が終了する。

【００２８】次いでステップ５７に移行し、攪拌子２３
が未だ洗浄プール３３内に在る状態で、ＣＰＵ４０は振
動コントローラ４１に、攪拌子２３を振動させるよう指
令する。これにより、振動コントローラ４１は圧電振動
子２０を励振し、その金属板シム２１、即ち攪拌子２３
を適宜な周波数で振動させるから、攪拌子２３に付着し
ていた洗浄水の水滴が強制的に振り落とされる（図９参
照）。なお、この実施例では、振り落としのための最適
周波数（攪拌時の励振周波数と異ならさせてもよいし、
同一としてもよい）が実験などに拠り予め決められてお
り、その値が振動コントローラ４１のメモリに格納され
ている。

【００２９】この洗浄水の水滴の振り落とし処理が済む
と、ステップ５８の処理に移行する。この処理では、Ｃ
ＰＵ４０はドライバ４２に指令を与え、攪拌子２３を洗
浄位置ＷＳにおける最上位位置まで引き上げさせる。次
いでステップ５９の処理に移行し、かかる攪拌子引上げ
後も直ちに水平移動させることなく、一定時間待つ。こ
の待ちの状態が終了すると、ステップ６０に移行し、Ｃ
ＰＵ４０はドライバ４２に指令を与え、攪拌子２３を今
度は洗浄位置ＷＳから攪拌位置ＡＧまで水平方向に回動
させる。この水平移動後も、ステップ６１の処理実施に
よって、一定時間待機する。

【００３０】この攪拌位置ＡＧの最上位位置における待
ちの状態が終了すると、今度は、ステップ６２にて上下
方向移動用モータ３１が駆動され、攪拌子２３がその時
点で攪拌位置ＡＧに居る反応容器ＣＴ₀内に下ろされ
る。このようにして攪拌準備が完了すると、ステップ６
３の処理が実施される。ステップ６３では、ＣＰＵ４０
が振動コントローラ４１に攪拌指令を与えるから、振動
コントローラ４１は予め設定された攪拌用の周波数で圧
電振動子２０を励振する。この励振により、攪拌子２３
が振動方向に所定攪拌周波数で振れ、反応容器ＣＴ₀内
の試料と試薬が攪拌されて均質化される。

【００３１】この攪拌開始から一定時間が経過すると、
ステップ６４の処理を実施することで圧電振動子２０に
対する励振が止められるから、攪拌も終了する。次いで
ステップ６５において、引き続き攪拌処理を継続するか
否かをオペレータからの指令情報やシーケンス情報に基
づき判断し、継続すると判断したときは前述したステッ
プ５０の処理に戻り、継続しないと判断したときは攪拌
処理を終了させる。

【００３２】なお、この実施例では保持体１１が本発明
の保持機構を成す。また、図４のステップ６３、６４の
処理、振動コントローラ４１及び圧電振動子２０が本発
明の攪拌子振動手段を形成し、図４のステップ５５、５
６、ドライバ４２、ポンプ３５、配管３４、３６及びタ
ンク３７が本発明の洗浄手段を形成している。さらに、
図４のステップ５０〜５４，５８〜６２の処理、ドライ
バ４２、モータ３０、３１及びアーム１２が本発明の移
動手段を形成する。この内、図４のステップ５１、５
３、５９、６１の処理が間合い設定手段に相当する。さ
らに、図４のステップ５７の処理、振動コントローラ４
１及び圧電振動子２０が本発明の洗浄後振動手段を形成
している。

【００３３】この実施例では以上のように構成され且つ
処理されることから、種々の利点が得られる。

【００３４】まず、攪拌子２３を洗浄位置ＷＳと攪拌位
置ＡＧの間で水平方向に移動させる際、攪拌子２３の幅
方向と水平移動方向（又はその接線方向）とが図５に示
すように揃っているため、攪拌子２３の振動が極めて少
ない。つまり、図６（ａ）に示すように攪拌子停止の状
態から水平方向に移動させても、攪拌子の幅方向の剛性
が高いため、その移動中の振動は微小であり、停止させ
ても振動は殆ど残らない（同図（ｂ）（ｃ）参照）。

【００３５】これに対する従来技術の問題を図７、８に
模式的に示す。図７に示すように、攪拌子２３の振動方
向と移動方向とが一致している場合、その移動中の振動
は大きく、停止後も大きな振動が暫く続き（図８（ａ）
〜（ｃ）参照）、前述した様々な問題を呈していた。

【００３６】この実施例では、水平方向に移動させると
きも、上述したように振動を抑制できることに加え、水
平方向から上下方向又はその反対向きに移動させると
き、各動作間に一定の待ち時間を設けていることから、
各方向で若干の振動が生じたとしても、その振動を待ち
時間の間に確実に収束させることができる。これによ
り、振動を長時間引きずっていることがないから、攪拌
子２３を反応容器内の下ろすとき、攪拌子２３がその縁
に当たって損傷する恐れも無く、耐久性及び装置の信頼
性も向上する。また移動中の振動が極めて少ないという
ことは、攪拌子２３に付着した溶液や洗浄水の飛散も殆
ど無い。

【００３７】また、攪拌子２３の洗浄後は図９に示す如
く、同じ洗浄プール３３内で洗浄水が強制的に振り落と
されることから（同図中、符号Ｗ…Ｗは水滴を示す）、
移動中の洗浄水の水滴飛散が防止されると共に測定デー
タが薄められて低値データとなることも確実に抑制され
る。

【００３８】さらに、この実施例の攪拌子２３の振動
は、垂直方向の振動成分も含んでいるため、反応容器の
上下方向の攪拌能力が高く、攪拌時間が短かくなる。ま
た、泡立ちや空気（気泡）の巻き込みも少なく、反応液
の溢れ、飛散が殆ど解消されるほか、キャリオーバなど
も少なくなるという利点がある。

【００３９】なお、この発明に適用する攪拌子は、必ず
しも上述したように圧電振動子の振動子片で構成する必
要はなく、長片状且つ板状であって、その厚さ方向に振
動させる攪拌子であればよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る自
動化学分析システムは、柔体構造を有した長片状且つ板
状の攪拌子と、この攪拌子を垂下状態で保持する保持機
構と、この保持機構を洗浄プールと反応容器との間で移
動可能な移動手段と、その攪拌子の面に対向する方向
に、攪拌子を振動させる攪拌子振動手段と、攪拌子を洗
浄する洗浄手段と、洗浄手段による攪拌子の洗浄完了
後、その攪拌子を振動させる洗浄後振動手段とを具備し
た攪拌装置を備えている。この内、攪拌子は例えば圧電
振動子の振動子により形成される。また、攪拌子の幅方
向は、例えば、移動手段によって移動される移動方向又
はその接線方向に平行である。さらに、移動手段は上下
方向及び横方向に保持機構を移動させる手段であって、
例えば、その上下方向の移動と横方向の移動との間に一
定の待ち時間を置く間合い設定手段を有する。このた
め、攪拌子は従来よりも高い攪拌能力を呈し、攪拌時間
が短縮されるほか、移動中の攪拌子の振動が抑制され、
これにより、攪拌子が反応容器の縁に当たって損傷する
などの事態も防止されると共に、移動中における洗浄水
や反応液の飛散も防止される。さらに、洗浄水の反応容
器への持ち込みも著しく低減し、反応容器内の反応に与
える悪影響が少なくなり、精度の高い測定が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る自動化学分析システムに用いら
れる攪拌装置を示す、一部ブロック化した構成図。

【図２】攪拌子を形成する圧電振動子の側面図。

【図３】圧電振動子の励振を示す回路図。

【図４】攪拌及び洗浄処理を示すフローチャート。

【図５】実施例における攪拌子の振動方向と移動方向の
関係を示す、保持体の底面より見た説明図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は実施例における攪拌子の移動
時の振動の様子を示す説明図。

【図７】従来構成における攪拌子の振動方向と移動方向
の関係を示す、保持体の底面より見た説明図。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は従来における攪拌子の移動時
の振動の様子を示す説明図。

【図９】洗浄後の洗浄水の振り落としの様子を説明する
説明図。

【符号の説明】

１１保持体１２アーム２０圧電振動子２３攪拌子３０、３１モータ３３洗浄プール３４、３６配管３５ポンプ３７洗浄水タンク４０ＣＰＵ４１振動コントローラ４２ドライバＣＴ₀ 反応容器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柔体構造を有した長片状且つ板状の攪拌
子と、この攪拌子を垂下状態で保持する保持機構と、こ
の保持機構を洗浄プールと反応容器との間で移動可能な
移動手段と、その攪拌子の面に対向する方向に、攪拌子
を振動させる攪拌子振動手段と、上記攪拌子を洗浄する
洗浄手段と、上記洗浄手段による上記攪拌子の洗浄完了
後、その攪拌子を振動させる洗浄後振動手段とを具備す
る攪拌装置を備えたことを特徴とする自動化学分析シス
テム。
【請求項２】前記攪拌子は、圧電振動子の振動子によ
り形成されている請求項１記載の自動化学分析システ
ム。
【請求項３】前記攪拌子の幅方向は、前記移動手段に
よって移動される移動方向又はその接線方向に平行であ
る請求項２記載の自動化学分析システム。
【請求項４】前記攪拌子の垂下方向を上下方向とし、
その上下方向に直交する方向を横方向としたとき、前記
移動手段は上記上下方向及び横方向に前記保持機構を移
動させる手段であって、その上下方向の移動と横方向の
移動との間に一定の待ち時間を置く間合い設定手段を有
する請求項２記載の自動化学分析システム。