JPH0821840A - 医療用分析機の分注ノズル洗浄装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分注ノズルの内外面に付着した汚れを完全に
除去するとともに長寿命の医療用分析機の分注ノズル洗
浄装置を提供する。 【構成】 超音波振動を発生するランジュバン型超音波
振動子１４に超音波振動の振動振幅を拡大する共振器９
を備え、リード線を半田付けする前記ランジュバン型超
音波振動子１４の電極板８の突出部７の周囲にこれを覆
うように、電極板８の材質に対して音響インピーダンス
が異なる材質からなる振動減衰部材１２を密接配置して
なり、前記共振器小径部１６端部に分注ノズル１７を固
定して分注ノズル１７に直接に超音波振動を伝達するべ
く構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動によりノズルを洗浄
する医療用分析機の洗浄装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置としては、特開平１
−２５４８７１号公報に開示された発明が知られてい
る。そして同公報記載の装置は、図１０に示すように、
洗浄液溜用開口５１に対向配置された分注ノズル５２内
部に洗浄液を通すとともに、洗浄液溜に貯溜された洗浄
液５４内にノズル５２の先端を浸漬させた状態で、洗浄
液に実質的に接液させて圧電振動子５３を振動させるこ
とにより、分注ノズル５２の洗浄を行うものである。

【０００３】この圧電振動子５３には、モノモルフ、ユ
ニモルフ、バイモルフ型のセラミック圧電素子を用いて
おり、主にノズル５２外面に付着した試料等の液は、接
触する洗浄液の振動攪拌にて除去し、ノズル５２内面に
付着した試料は、洗浄液の通液により除去するように構
成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、洗浄水に超音波
振動を伝達させ、洗浄水にキャビテーションを発生させ
ることにより汚れを取り除くという方法は、一般的な超
音波洗浄装置にもみられるように、強固に付着した汚れ
をキャビテーションにて破壊して剥離するものである。
しかし、この場合、ノズルの外面に付着した汚れは落と
すことができても、内面に付着した汚れは殆ど落とすこ
とができない。これは超音波振動の波長に対して、ノズ
ルの内径が非常に小さく、超音波振動がノズルの吐き出
し口から内部に入ってもすぐに減衰するので、ノズル内
部では強力なキャビテーションを発生させることができ
ないことによるためである。

【０００５】このようなノズル内部の洗浄不良は、キャ
リーオーバーやコンタミネーションを引き起こし、分析
の信頼性を低下させる。また洗浄不良をなくすために洗
浄水を増やしたり、洗剤を使用したり、あるいは洗浄時
間を長くしたりすることも行われているが、このような
方法では廃棄物の増加や分析時間を長大化することにな
るという問題がある。

【０００６】また、従来例の洗浄装置に使用されている
超音波発生用の振動子はバイモルフ型等の圧電振動子で
あり、振動振幅は大きくすることができても、振動発生
力が小さく、強力なキャビテーションが得られにくいと
いう欠点がある。さらに、圧電振動子には、電圧印加用
のリード線を半田付けもしくは導電性接着剤によって固
定する箇所があるが、振幅及び振動発生力によって、半
田付け部もしくは電極が破損する恐れがあるなどの問題
がある。

【０００７】よって本発明は前記問題点に鑑みてなされ
たものであり、ノズルの内外面に付着した汚れを殆ど残
さずに洗浄するとともに、長寿命の医療用分析機の分注
ノズル洗浄装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る手段とし
ては、圧電素子に交番電圧を印加して発生させた超音波
振動により医療用分析機の分注ノズル内外面を洗浄水に
て洗浄する洗浄装置において、従来のバイモルフ型振動
子よりも振動発生力が大きく、かつ超音波振動の振動振
幅を拡大する共振器と圧電素子と電極板等を内蔵するラ
ンジュバン型超音波振動子を用い、この共振器の先端に
直接に分注ノズルを固定するように構成したものであ
る。

【０００９】また、このランジュバン型超音波振動子の
電極板には、電圧供給用のリード線を半田付けするため
の突出部が設けられており、この電極板突出部と半田付
け部の周囲を覆うように振動減衰部材を密接配置する。

【００１０】請求項２に係る手段としては、振動減衰部
材として、電極板の材質に対して音響インピーダンスが
異なる材質のものを電極板の周りに密接配置する。

【００１１】請求項３に係る手段としては、電極板のリ
ード線半田付け用突出部の折り曲げ部分を曲率を有する
形状とする。

【００１２】

【作用】請求項１に係る作用としては、従来のバイモル
フ型振動子よりも強力なランジュバン型超音波振動子を
用いて、しかも振動振幅を拡大する共振器を備えて、そ
の先端に分注ノズルを固設しているので、分注ノズル自
身に直接に振動を伝達させ、分注ノズルの内外面ともに
キャビテーションを発生させることができる。従って、
従来のように洗浄水を媒体として分注ノズルの外部から
超音波振動を伝達させる方法に比べて、超音波振動が振
動伝達時に減衰するようなことが全くない。これにより
分注ノズル内外面に付着した汚れは強力な超音波振動に
よって剥離され洗浄水によって外部に放出される。

【００１３】請求項２に係る作用としては、振動減衰部
材として、電極板の材質に対して音響インピーダンスが
異なる材質を電極板の周りに密接配置することにより、
電極板の振動の減衰を促進することが可能になる。振動
の伝達に関しては、一般に空気等は周波数の低い可聴域
の振動を伝搬することが容易であるが、超音波のような
可聴域以上の周波数の場合は、電極板と空気の接触面で
ほとんど完全に反射され、空気に伝搬されにくい。従っ
て、電極板に伝達された振動は電極板内でそのエネルギ
ーが消費されることになり、この振動エネルギーが電極
板に疲労破壊を生じさせる原因になる。

【００１４】このような疲労破壊を生じさせないために
は、電極板に対して音響インピーダンスの異なる材質の
部材を密接配置することによって、電極板と減衰部材と
の間で振動伝搬がよく行われるようにすることが有効で
ある。ここで、例えば音響インピーダンスが電極板に似
通った部材を用いた場合には、さらに効率のよい振動伝
搬が実現できるが、伝達された振動の減衰効果は逆に悪
くなり、電極板は伝達された部材とともに破損すること
になってしまう。

【００１５】なお、ランジュバン型超音波振動子の構成
部材として配設される電極板の材質は、音響インピーダ
ンスの高い材質が好適であり、例えば、この電極板の材
質としてはステンレスまたはリン青銅等があり、振動減
衰部材の材質としてはゴム、スポンジ、高分子材料等が
ある。

【００１６】請求項３に係る作用としては、電極板のリ
ード線半田付け用突出部が、省スペース化及び、配線簡
略化のために、折り曲げられることが多いが、ランジュ
バン型超音波振動子から発生する強力な振動が電極板に
伝達されることにより、塑性変形による応力発生部分に
疲労破壊が生じやすいので、この折り曲げ部分を鋭角に
曲げずに曲率を有するように折り曲げることにより、塑
性変形による応力集中を減少させる。これにより疲労破
壊を減少させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面とともに具体的
に説明する。なお各実施例において共通の要旨は共通の
符号を付して対応させることにより重複する説明を省略
する。

【００１８】

【実施例１】図１から図４は本発明の実施例１を示し、
図１は分注ノズルの洗浄装置概略斜視図、図２は図１に
おける圧電素子の分極概略図、図３は超音波振動子の構
成を示す断面図、図４は電極板の疲労破壊を説明する図
である。

【００１９】ドーナッツ形状の厚み方向分極の圧電素子
４の４枚は、両端面に銀蒸着による電極処理が施され、
しかも分極方向５が相反するように設置されている。そ
して、各電圧素子４の端面には交番電圧を供給するリー
ド線６及び半田付け用突出部７を有するリン青銅の薄板
からなる電極板８がそれぞれに配設されている。

【００２０】第一共振器９側の絶縁板１０と圧電素子４
との間の電極板８、第二共振器１１側の絶縁板１０と圧
電素子４との間電極板８、圧電素子４の中央２枚の間の
電極板８はアースに接続され、他の圧電素子４と圧電素
子４との間の電極板８にはＳＩＮ波の交番電圧が印加さ
れている。リード線６は電極板８の突出部７に半田接続
され、その周囲に振動減衰部材として、シリコンゴム１
２が塗布され、突出部７の面に密接して固められてい
る。

【００２１】このような圧電素子４と電極板８を、圧電
素子４と同径の薄板セラミック絶縁板１０を介して、第
一共振器９と第二共振器１１とで挟み、それらの中心穴
１３ａを介して振動子圧着部材１３にて軸方向に締結す
ることによりランジュバン型の超音波振動子１４を構成
する。

【００２２】第一共振器９には振動伝達に優れた材料、
例えばステンレス、アルミニウム合金、ジュラルミン、
リン青銅等が用いられる。ここでは、耐腐食性の良いス
テンレスが用いられる。そして、その形状は長手方向に
２段の略円筒形状をなし、絶縁板１０との接触面はＲ
_max１μｍ以下の表面粗さに仕上げられている。そして
その軸心には振動子圧着部材１３にて締結するためのメ
ネジが螺設されている。

【００２３】また、第一共振器９の２段円筒形状は、ホ
ーン効果による振幅拡大が得られるように、大径部１５
と小径部１６の円筒長さが駆動周波数の約１／４波長に
設定されている。そして第一共振器９の小径部１６先端
には、超音波振動子１４の軸方向に対して直角方向に分
注ノズル１７を挿通するための貫通穴１６ａが穿設さ
れ、その端面には分注ノズル１７を締めつける締結部材
１８が設けられている。

【００２４】第二共振器１１も第一共振器９と同材質に
て形成されており、圧電素子４と同一外径の略円筒形状
をなし、絶縁板１０との接触面はＲ_max１μｍ以下の表
面粗さに仕上げられている。そして軸心部には振動子圧
着部材１３を貫通させて締結する穴１３ａが穿設され、
穴１３ａの開口端には振動子圧着部材１３の頭部を沈め
込むざぐり穴１３ｂを形成している。

【００２５】分注ノズル１７は、その材料に耐腐食性に
優れたステンレスが用いられ、超音波振動子１４の小径
部１６先端に所定長さの位置で締結部材１８によって締
結固定されている。ノズル１７の先端１９は絞り加工に
よってテーパー形状に形成した吐き出し口となってお
り、またノズル１７の後端には、往復動ポンプ３０から
の接続パイプ２０が接続されている。なお接続パイプ２
０内部及び往復動ポンプ３０内部には生理食塩水または
水が入っており、往復動ポンプ３０にて検体あるいは試
薬を吸引吐出したり、洗浄時に洗浄水としての生理食塩
水または水を吐出したりする。

【００２６】洗浄時には、洗浄水の入った洗浄槽２１に
分注ノズル１７が浸漬され、分注ノズル１７の内部を洗
浄する洗浄水が突出すると同時に超音波振動子１４に電
圧が印加され、分注ノズル１７の超音波洗浄を行うよう
に構成している。

【００２７】この構成の装置において、圧電素子４の両
端面に電圧を印加すると、分極方向５が反転しているた
め軸方向に縦振動２２の超音波振動が発生する。この超
音波振動は第一共振器９に伝達され、小径部１６とのホ
ーン効果によって振動振幅の拡大が行われることにより
小径部１６先端において最大振幅を得ることができる。
この大径部１５から小径部１６に形状変化する位置は、
超音波振動子１４に発生する縦振動の腹位置に一致する
ことで良好な振幅拡大が行われる。

【００２８】分注ノズル１７は、超音波振動子１４の最
大振幅位置において、振幅方向である軸方向から締結支
持されているため、最も効率よく強力に励振される。そ
して、分注ノズル１７の内外に付着した検体及び試薬の
残りの汚れは、強力な高次の屈曲振動２３の加速度によ
り、分注ノズル１７の表面から引き剥がされ、洗浄水の
流れにより外部に放出される。

【００２９】また、超音波振動は超音波振動子１４から
分注ノズル１７に小径部１６を介して直接に伝達されて
分注ノズル１７自身が振動するため、ノズル１７の外面
は勿論のこと、内側の表面においても超音波振動が発生
し、内部の洗浄水に照射されて強力なキャビテーション
を起こす。これにより、分注ノズル１７の屈曲振動２３
の節位置においても、良好な洗浄効果を得ることができ
る。

【００３０】このようなランジュバン型超音波振動子１
４はエネルギー変換効率が高く、強力な振動発生力を有
するが、またこの強力な振動のために、図４に示すよう
に圧電素子４の外周線上に沿った位置で疲労破壊が生じ
亀裂Ｂが発生したり、あるいは半田付け部２４において
半田に剥離現象が発生したりする。

【００３１】これを防止するために、電極板８の突出部
７及び半田付け部２４を振動減衰部材であるシリコンゴ
ム１２にて封止している。これにより超音波振動子１４
から電極板８突出部７に漏れる振動をシリコンゴム１２
が吸収し、シリコンゴム１２の減衰効果によってその振
動エネルギーを突出部７に蓄積させることなく減衰させ
ることにより疲労破壊を減少させる。

【００３２】電極板８の材質であるリン青銅の音響イン
ピーダンスは約２０Ｎｓｍ^-3であるのに対し、振動減衰
部材であるシリコンゴム１２の音響インピーダンスは約
１．５〜３Ｎｓｍ^-3と異なっており、約２〜４割の超音
波振動がシリコンゴム１２に伝搬する。この伝搬分が減
衰効果によって消費され、電極板８の疲労破壊を防止す
る。

【００３３】この他、同様の作用をする振動減衰部材と
して、ゴム材料系のネオプレンゴム、ウレタンゴム、ス
ポンジゴム、高分子材料系のナイロン樹脂、ポリカーボ
ネート樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、アラミド
樹脂、ＰＰＳ樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂、
ポリアセタール樹脂、エポキシ樹脂、スポンジ材料系の
ポリウレタン、スチロールなどがある。

【００３４】本実施例によれば、ランジュバン型超音波
振動子１４の強力な振動エネルギーにて、分注ノズル１
７を強力にかつ直接に屈曲振動させることにより、強力
なキャビテーション及び大きな振動加速度によって良好
な洗浄効果が得ることができる。これにより、試薬の洗
浄残りによるコンタミネーションや検体の洗浄残りによ
るキャリーオーバーが皆無になり、医療用分析機の分析
能力の向上および高精度化が図られる。さらに、電極板
８の破壊が防止でき、洗浄装置を長寿命化させることが
可能になる。

【００３５】

【実施例２】図５及び図６は実施例２を示し、図５は電
極板部分の構成を示す断面図、図６は電極板突出部の拡
大断面図である。

【００３６】本実施例においては、電極板８の突出部２
５がアース用３枚とＳＩＮ波交番電圧印加用２枚を折り
曲げることにより、それぞれを１箇所に集めている。各
折り曲げ部は図６に示すように矢印Ｒの曲率を有するよ
うに形成され、鋭角な折り曲げにはなっていない。１箇
所に集められた突出部２５は電圧供給用のリード線６に
半田付けされ、その周辺を振動減衰部材であるシリコン
ゴム１２によって突出部２５の面に対して密着封止して
いる。その他の構成は実施例１と同様である。

【００３７】この構成の電極板８の突出部２５の折り曲
げ部は、Ｒの曲率を有するように折り曲げることによ
り、折り曲げ部における塑性変形による応力を分散させ
ている。さらに、突出部２５はシリコンゴム１２によっ
て封止されているので突出部２５における振動を減衰さ
せている。

【００３８】本実施例によれば、電極板８の突出部２５
の折り曲げ部の応力を分散させるとともに、その部分の
振動がシリコンゴム１２により減衰されるので、振動に
よる突出部２５の疲労破壊を防止することができる。

【００３９】

【実施例３】図７及び図８は実施例３を示し、図７は電
極板部分の拡大図、図８は振動減衰部材の斜視図であ
る。

【００４０】本実施例では、一方向に整列配置された５
枚の電極板８の突出部２６に対し、振動減衰部材である
ネオプレンゴム２７を取り付けたものである。ネオプレ
ンゴム２７は図８に示すように、直方体形状をなし、電
極板８の突出部２６を挿入するためのスリット２８が設
けられており、このスリット２８に電極板８の突出部２
６を挿入した場合に図７に示すように突出部２６の先端
部２６ａがネオプレンゴム２７の上部に露出するように
してある。この先端部２６ａにはリード線６が半田付け
される。その他の構成は実施例１と同様である。

【００４１】この構成の場合は振動減衰部材２７を予め
ブロック形状に製作しておくことができるので、圧電素
子を組み立てたのちに電極板８の突出部２６に振動減衰
部材２７を挿入するだけでよく、挿入した際に電極板８
の突出部２６が振動減衰部材２７に密接することにより
電極板８の振動を減衰させる作用する。

【００４２】本実施例によれば、振動減衰部材２７を電
極板８の突出部２６に差し込むだけで突出部２６に密接
して振動を吸収するので電極板の破損を防止することが
できる。従って、前記実施例１及び２のように電極板８
の突出部２６を折り曲げる必要がなく、またシリコンゴ
ム１２を塗布して固める等の作業も不要となるので、組
立の作業性を向上させることができる。

【００４３】

【実施例４】図９は実施例４を示す電極板の拡大断面図
である。本実施例は前記実施例１及び２で用いた振動緩
衝部材に替えて、電極板の材質と音響インピーダンスが
異なる数種類の材質からなる振動緩衝部材を積層してな
ることを特徴とするものである。例えば、電極板８の突
出部２５は実施例２の場合のように曲率を有するように
曲げられるとともに、それぞれの突出部２５が１か所に
集められてリード線６に半田付けされている。そして、
電圧素子４に近い方から第一の振動部材であるシリコン
ゴム１２が塗布され、それを覆うように第二の振動減衰
部材であるエポキシ樹脂２９が塗布され、突出部２５の
面に密接して固められている。その他の構成は実施例１
と同様である。

【００４４】この構成では、電極８に対して音響インピ
ーダンスの異なる部材１２及び２９を２層に積層するこ
とによって、電極板８の振動を減衰させる効果をさらに
高めている。なお、振動の減衰効果は、本実施例のよう
に、音響インピーダンスの異なる各振動減衰部材を用い
て、積層数を多くすることにより、さらに減衰効果を高
くすることができることはいうまでもない。

【００４５】本実施例によれば、強力な分注ノズル洗浄
効果を得るために、超音波振動子の出力をあげても、本
実施例のような構成を取ることにより、電極板８の破損
を確実に防止することができる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に係る効果は、ランジュバン型
超音波振動子の強力な振動エネルギーにて、分注ノズル
内外の付着物を完全に洗浄することができるので、コン
タミネーションやキャリーオーバーを発生させない。し
かも電極板の破損を防止し、長寿命で安定した性能を維
持することができる。これにより、信頼性の高い医療用
分析機の分注ノズル洗浄装置を提供することである。

【００４７】請求項２に係る効果は、振動減衰部材とし
て電極板の材質に対して音響インピーダンスが異なる材
質の部材を電極板の面に密接配置することにより、電極
板の破損を防止することができることである。

【００４８】請求項３に係る効果は、電極板突出部の折
り曲げ部分に応力集中を発生させないようにしてその部
分の破損を防止するとともに、省スペース化及び配線の
簡略化を向上させることができることである。

【００４９】請求項４に係る効果は、音響インピーダン
スの異なる複数の振動減衰部材を多層に積層することに
より、さらに減衰効果を高め、電極板の破損を防止する
ことができることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す分注ノズルの洗浄装置
概略斜視図。

【図２】図１における圧電素子の分極の概略図。

【図３】図１における超音波振動子の構成を示す断面
図。

【図４】電極板の疲労破壊を説明する図。

【図５】本発明の実施例２を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の構成を示す断面図。

【図６】図５の電極板突出部の拡大断面図。

【図７】本発明の実施例３を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の構成を示す断面図。

【図８】図７の振動減衰部材の斜視図。

【図９】本発明の実施例４を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の拡大断面図。

【符号の説明】

４ 電圧素子 ５ 分極方向 ６ リード線 ７，２５，２６ 突出部 ８ 電極板 ９ 第一共振器 １０ 絶縁板 １１ 第二共振器 １２ シリコンゴム １３ 振動子圧着部材 １４ 超音波振動子 １５ 大径部 １６ 小径部 １７ ノズル １８ 締結部材 １９ ノズル先端 ２０ 接続パイプ ２１ 洗浄槽 ２２ 縦振動 ２３ 屈曲振動 ２４ 半田付け部 ２７ ネオプレンゴム ２８ スリット ２９ エポキシ樹脂 ３０ 往復動ポンプ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年１１月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示す分注ノズルの洗浄装置
概略斜視図。

【図２】図１における圧電素子の分極の概略図。

【図３】図１における超音波振動子の構成を示す断面
図。

【図４】電極板の疲労破壊を説明する図。

【図５】本発明の実施例２を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の構成を示す断面図。

【図６】図５の電極板突出部の拡大断面図。

【図７】本発明の実施例３を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の構成を示す断面図。

【図８】図７の振動減衰部材の斜視図。

【図９】本発明の実施例４を示す分注ノズルの洗浄装置
における電極板部分の拡大断面図。

【図１０】従来の分注ノズルの洗浄装置を説明する図。

【符号の説明】 ４ 電圧素子 ５ 分極方向 ６ リード線 ７，２５，２６ 突出部 ８ 電極板 ９ 第一共振器 １０ 絶縁板 １１ 第二共振器 １２ シリコンゴム １３ 振動子圧着部材 １４ 超音波振動子 １５ 大径部 １６ 小径部 １７ ノズル １８ 締結部材 １９ ノズル先端 ２０ 接続パイプ ２１ 洗浄槽 ２２ 縦振動 ２３ 屈曲振動 ２４ 半田付け部 ２７ ネオプレンゴム ２８ スリット ２９ エポキシ樹脂 ３０ 往復動ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子に交番電圧を印加して発生させ
   た超音波振動により医療用分析機の分注ノズル内外面を
   洗浄水にて洗浄する洗浄装置において、 超音波振動を発生するランジュバン型超音波振動子に超
   音波振動の振動振幅を拡大する共振器を備えるととも
   に、リード線を半田付けする前記ランジュバン型超音波
   振動子の電極板の突出部の周囲に、前記突出部を覆うよ
   うに、振動減衰部材を密接配置してなり、前記共振器小
   径部端部に分注ノズルを固定して前記分注ノズルに直接
   に超音波振動を伝達することを特徴とする医療用分析機
   の分注ノズル洗浄装置。
2. 【請求項２】 前記振動減衰部材は、電極板の材質に対
   して音響インピーダンスが異なる材質であることを特徴
   とするとする請求項１記載の医療用分析機の分注ノズル
   洗浄装置。
3. 【請求項３】 前記電極板は、リード線半田付け用突出
   部の折り曲げ形状に曲率を有することを特徴とする請求
   項１記載の医療用分析機の分注ノズル洗浄装置。