WO2007015438A1 - 攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置 - Google Patents

Abstract

　音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置（２０）と分析装置。攪拌装置（２０）は、液体を保持する液体保持部（６ａ）と、液体保持部を構成する壁（６ｂ）の外側に配置され、壁（６ｂ）に対して傾斜し、互いに面対称な二方向へ向かう音波（Ｗa）を壁に入射させる表面弾性波素子（２２）とを備え、表面弾性波素子（２２）は、音波の対称面（Ｐs）が液体保持部（６ａ）の中心軸（Ａc）から変位した位置から音波を発生させる。

Description

明 細 書

攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置

技術分野

[0001] 本発明は、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置に関するものである。

背景技術

[0002] 従来、超音波を用いて微小容器に保持された液体を効率良く攪拌するには、保持 された液体内に先鋭的な音場を形成すると共に、超音波発生素子から液体まで減衰 を抑えて超音波を伝達させる必要がある。このため、分析装置で使用され、液体を音 波によって攪拌する攪拌装置として、例えば、液体を保持した容器の底部に 10MHz 以上の超音波を発生する少なくとも 1つの音波発生手段を設け、超音波伝搬方向に 配置される固形材料を介して液体中に超音波を入射させることにより音響流を生成し 、この音響流によって液体を攪拌する攪拌装置が知られている (例えば、特許文献 1 参照)。

[0003] 特許文献 1：独国特許発明第 10325307号明細書

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところで、特許文献 1に開示された分析装置は、音波発生手段として圧電基板上に 櫛型電極 (IDT)を形成した表面弾性波（SAW)素子を用いて!/ヽる。櫛型電極は、電 極中心力 左右両方向に表面弾性波を出射することから、図 27に示すように、表面 弾性波素子 Dacの櫛型電極 TIDが発生した音波 Waは、容器 Cvの底壁内を伝搬した 後、底壁内面に対して矢印で示すように傾斜した状態で液体 Lq中に入射する。この ため、容量が数十 L以下と微量になり、容器が微小或いは細くなつた場合に、容器 の底壁中央に表面弾性波素子 Dacを配置すると、音波が内側壁で反射し、この反射 に伴って音波によって生ずる音響流も内面で反射する。この結果、容器内の液体 Lq は、内側壁で反射した対称な 2つの音響流 Fsが衝突して互いに相殺され、流れが滞 留する滞留領域 Aが生じ、音響流 Fsによる液体の均一な攪拌が妨げられることがあ [0005] 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体保持部に保持される液体の 容量が微量になり、液体保持部が微小或いは細くなつても保持した液体中に滞留領 域を生ずることがなぐ保持した液体を均一に攪拌することが可能な攪拌装置と分析 装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項 1に係る攪拌装置は、音波 を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置にぉ ヽて、液体を保持する液体保 持部と、前記液体保持部を構成する壁の外側に配置され、前記壁に対して傾斜し、 互いに面対称な二方向へ向かう音波を前記壁に入射させる音波発生手段と、を備え

、前記音波発生手段は、前記音波の対称面が前記液体保持部の中心軸から変位し た位置カゝら音波を発生させることを特徴とする。

[0007] また、請求項 2に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は複 数設けられ、音波の伝搬方向に隣り合う前記音波発生手段が発生する音波の周波 数は、互いに異なることを特徴とする。

[0008] また、請求項 3に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記複数の音波発生手 段は、音波の伝搬方向に隣り合う二つの音波発生手段の中心周波数が互いに異な ることを特徴とする。

[0009] また、請求項 4に係る攪拌装置は、上記の発明にお 、て、前記液体保持部は複数 設けられ、前記音波発生手段は、音波が発生する中心と、前記各液体保持部の中 心軸との距離が総て異なることを特徴とする。

[0010] また、請求項 5に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段が発 生する音波の周波数を設定する周波数設定手段をさらに備え、前記音波発生手段 は、発生する音波の周波数を前記周波数設定手段によって経時的に変化させられ ることを特徴とする。

[0011] また、請求項 6に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記周波数設定手段は 、攪拌対象の液体の性状又は液量に応じて前記音波発生手段が発生する音波の周 波数を変化させることを特徴とする。

[0012] また、請求項 7に係る攪拌装置は、上記の発明において前記周波数設定手段は、 前記音波発生手段が発生する音波の変調、或いは前記音波発生手段が発生する 音波の周波数のスイープ又は切り替えを行うことを特徴とする。

[0013] また、請求項 8に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記周波数設定手段は

、前記音波発生手段が発生する音波の周波数を共振周波数と反共振周波数との間 で変化させることを特徴とする。

[0014] また、請求項 9に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段と前 記液体保持部との相対位置を変化させる位置制御手段をさらに備えることを特徴と する。

[0015] また、請求項 10に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記位置制御手段は、 攪拌対象の液体の性状又は液量に応じて当該液体を保持した前記液体保持部と前 記音波発生手段との相対位置を変化させることを特徴とする。

[0016] また、請求項 11に係る攪拌装置は、上記の発明にお 、て、前記位置制御手段は、 前記液体保持部の位置を前記音波発生手段に対して移動させることを特徴とする。

[0017] また、請求項 12に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、 前記音波として表面弾性波を発生する表面弾性波素子であることを特徴とする。

[0018] また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項 13に係る分析装置 は、複数の異なる液体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、 前記攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析 することを特徴とする。

発明の効果

[0019] 本発明にかかる攪拌装置は、液体保持部に保持した液体中に非対称な音響流が 生じ、液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、液体保持部が微小或いは 細くなつても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなぐ保持した液体を均一に 攪拌することができるという効果を奏する。また、本発明の分析装置はこの攪拌装置 を有するので、液体保持部に保持される液体の容量が微量になり、液体保持部が微 小或いは細くなつても保持した液体中に滞留領域を生ずることがなぐ保持した液体 を均一に攪拌することができるという効果を奏する。

図面の簡単な説明 [図 1]図 1は、実施の形態 1に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略 構成図である。

[図 2]図 2は、図 1に示す自動分析装置の C C線に沿った縦断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の平面図である。

[図 4]図 4は、音波の対称面を反応凹部の中心軸力 変位させて底壁の外側に配置 した表面弾性波素子を反応凹部と共に示す図 2の拡大図である。

[図 5]図 5は、図 2に示す自動分析装置において攪拌装置の 1構成単位の断面を駆 動回路と共に示す図である。

[図 6]図 6は、図 2の位置から時間 tl経過し、反応ホイールが回転した後の縦断面図 である。

[図 7]図 7は、図 6の位置から時間 t2経過し、反応ホイールが回転した後の縦断面図 である。

[図 8]図 8は、表面弾性波素子の駆動周波数を変化させたときの、反応ホイールの反 応凹部底面から液体中に入射する音波の間隔の変化を説明する断面図である。

[図 9]図 9は、表面弾性波素子の駆動周波数を変化させたときの反応凹部底面から 液体中に入射する音波の間隔の変化と、反応凹部に発生する非対称な音響流を示 す断面図である。

[図 10]図 10は、隣り合う表面弾性波素子の駆動周波数を異なった周波数に設定した ときの反応凹部底面力 液体中に入射する音波の間隔の変化と、反応凹部に発生 する非対称な音響流を示す断面図である。

[図 11]図 11は、表面弾性波素子の変形例を示す断面図である。

[図 12]図 12は、実施の形態 2に係る攪拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概 略構成図である。

[図 13]図 13は、図 12の自動分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平 方向の断面図である。

[図 14]図 14は、図 13に示す位置よりも少し前の位置における図 12の自動分析装置 の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。

[図 15]図 15は、図 13に示す位置から回転した後の位置における図 12の自動分析装 置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。

[図 16]図 16は、実施の形態 3の攪拌装置を示す斜視図である。

[図 17]図 17は、図 16に示す攪拌装置のマイクロプレートを表面弾性波素子の振動 子と共に示した裏面図である。

[図 18]図 18は、図 16に示すマイクロプレートで使用する表面弾性波素子を拡大した 斜視図である。

[図 19]図 19は、マイクロプレートの長手方向に沿ってゥエルの中心で切断した部分断 面図である。

[図 20]図 20は、マイクロプレートに設けるゥエルの配置間隔並びに表面弾性波素子 とゥエルとの中心間距離を説明する模式図である。

[図 21]図 21は、実施の形態 3の攪拌装置で使用するマイクロプレートの第一の変形 例を示す底面図である。

[図 22]図 22は、図 21のマイクロプレートの A部を拡大した拡大図である。

[図 23]図 23は、図 21に示すマイクロプレートにおける振動子の取付位置の違いによ る音波のゥエルへの入射幅の変更を説明する図である。

[図 24]図 24は、実施の形態 3の攪拌装置で使用するマイクロプレートにおける、ゥェ ルと表面弾性波素子の振動子の配置を示す底面図である。

[図 25]図 25は、図 24の B部を拡大した拡大図である。

[図 26]図 26は、本発明の攪拌装置の変形例を示す断面図である。

[図 27]図 27は、従来の攪拌装置における容器への表面弾性波素子の櫛型電極の 配置と、容器内の液体中に生ずる対称な音響流による流れの滞留領域を示す断面 図である。

符号の説明

1 自動分析装置

2 作業テーブル

3 検体テーブル

3a 収納室

4 検体容器 検体分注機構 反応ホイ一ノレa 反応凹部

駆動機構 光源 受光素子1 排出装置2 試薬分注機構3 試薬テーブル3a 収納室

4 試薬容器5 読取装置6 制御部

7 分析部

8 入力部

9 表示部

0 攪拌装置1 液槽

2 表面弾性波素子2a 圧電基板2b 振動子

2c ¾ ナ2d ノ^スノ^ー

3 駆動回路

攪拌制御部5 発振部

増幅部 28 周波数設定部

29 位置制御部

30 攪拌装置

31 液槽

40 攪拌装置

41 送電体

41a RF送信アンテナ

41b 駆動回路

41c 3ントローラ

43 表面弾性波素子

43a 圧電基板

43b 振動子

43c アンテナ

45, 46 マイクロプレート

45a 本体

45b, 46b ウエノレ

45c, 46c 底面

48 マイクロプレート

48b ウエノレ

48c 底面

49 攪拌容器

49a 本体

49b 凹部

49c 側壁

Ci 振動子の中心

Fl l- -F45 音響流

Fa 音響流

Fee, Few 音響流 L 液体

Lm 音響整合剤

Ls 液体試料

Ps 対称面

Wl, W2 入射幅

Wa 音波

発明を実施するための最良の形態

[0022] (実施の形態 1)

以下、本発明の攪拌装置と分析装置に係る実施の形態 1について、図面を参照し つつ詳細に説明する。図 1は、実施の形態 1に係る攪拌装置を備えた本発明の自動 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の C— C線に沿つ た縦断面図である。図 3は、本発明の攪拌装置を構成する表面弾性波素子の平面 図である。図 4は、音波の対称面を反応凹部の中心軸から変位させて底壁の外側に 配置した表面弾性波素子を反応凹部と共に示す図 2の拡大図である。図 5は、図 2に 示す自動分析装置において攪拌装置の 1構成単位の断面を駆動回路と共に示す図 である。尚、本明細書で使用する図面は、本発明の構成の説明に重点を置いて作成 しており、寸法は必ずしも正確ではない。

[0023] 自動分析装置 1は、図 1に示すように、作業テーブル 2上に検体テーブル 3、反応ホ ィール 6、駆動機構 7及び試薬テーブル 13が互いに離間してそれぞれ周方向に沿つ て回転、かつ、位置決め自在に設けられている。また、自動分析装置 1は、検体テー ブル 3と反応ホイール 6との間に検体分注機構 5が設けられ、反応ホイール 6と試薬テ 一ブル 13との間には試薬分注機構 12が設けられ、試薬分注機構 12近傍の反応ホ ィール 6下部には攪拌装置 20が設置されている。

[0024] 検体テーブル 3は、図 1に示すように、駆動手段（図示せず）によって矢印で示す方 向に回転され、外周には周方向に沿って等間隔で配置される収納室 3aが複数設け られている。各収納室 3aは、検体を収容した検体容器 4が着脱自在に収納される。

[0025] 検体分注機構 5は、検体を分注する手段であり、制御部 16によって作動が制御さ れ、検体テーブル 3の複数の検体容器 4力 反応ホイール 6の各反応凹部 6aに順次 検体を分注する。

[0026] 反応ホイール 6は、図 1に示すように、駆動手段によって矢印で示す方向に回転さ れる容器を兼ねた透明素材カゝらなるホイールであり、液体保持部となる複数の反応 凹部 6aが周方向に沿って等間隔に設けられている。各反応凹部 6aは、反応ホイ一 ル 6の半径方向に対向する側壁が平行であり、図 2に示すように、周方向に対向する 側壁が底に向力つて接近するように傾斜している。また、反応ホイール 6は、内側に 光源 8が設けられると共に、外周には排出装置 11が設けられている。光源 8は、試薬 と検体とが反応した反応凹部 6a内の反応液を分析するための分析光（340〜800n m)を出射する。光源 8から出射された分析用の光ビームは、反応凹部 6a内の反応 液を透過し、光源 8と対向する位置に設けた受光素子 9によって受光される。一方、 排出装置 11は、制御部 16によって作動が制御され、排出ノズルを備えており、反応 凹部 6aから測光終了後の反応液を前記排出ノズルによって吸引し、排出容器に排 出する。ここで、排出装置 11を通過した反応凹部 6aは、反応ホイール 6の回転によつ て図示しない洗浄装置に移送されて内部が洗浄された後、再度、新たな検体の分析 に使用される。

[0027] 駆動機構 7は、制御部 16によって作動が制御され、反応ホイール 6を回転駆動して 反応凹部 6aと表面弾性波素子 22との相対位置を変化させる。駆動機構 7は、反応ホ ィール 6の回転位置を高精度に検出するェンコーダを有しており、制御部 16と協働 して反応凹部 6aと表面弾性波素子 22との相対位置を高精度に制御して変化させる 位置制御部 29を構成して 、る。

[0028] 試薬分注機構 12は、試薬を分注する手段であり、制御部 16によって作動が制御さ れ、試薬テーブル 13の所定の試薬容器 14から反応ホイール 6の反応凹部 6aに試薬 を順次分注する。

[0029] 試薬テーブル 13は、図 1に示すように、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、扇形に成形された収納室 13aが周方向に沿って複数設けられてい る。各収納室 13aは、試薬容器 14が着脱自在に収納される。複数の試薬容器 14は 、それぞれ検査項目に応じた所定の試薬が満たされ、外面には収容した試薬に関す る情報を表示するバーコードラベル（図示せず)が貼付されている。 [0030] ここで、試薬テーブル 13の外周には、試薬容器 14に貼付した前記バーコードラベ ルに記録された試薬の種類，ロット及び有効期限等の情報を読み取り、制御部 16へ 出力する読取装置 15が設置されている。制御部 16は、検体分注機構 5、駆動機構 7 、受光素子 9、排出装置 11、試薬分注機構 12、読取装置 15、分析部 17、入力部 18 及び表示部 19等と接続されており、例えば、分析結果を記憶する記憶機能を備えた マイクロコンピュータ等が使用される。制御部 16は、反応ホイール 6の回転位置を始 めとして、自動分析装置 1の各部の作動を制御すると共に、前記バーコードラベルの 記録力 読み取った情報に基づき、試薬のロットや有効期限等が設置範囲外の場合 、分析作業を規制するように自動分析装置 1を制御し、或いはオペレータに警告を発 する。

[0031] 分析部 17は、制御部 16を介して受光素子 9に接続され、受光素子 9が受光した光 量に基づく反応凹部 6a内の液体試料の吸光度力 検体の成分濃度等を分析し、分 析結果を制御部 16に出力する。入力部 18は、制御部 16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。表示部 19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。

[0032] 攪拌装置 20は、音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置であって、 図 1,図 2及び図 5に示すように、反応ホイール 6と、複数の表面弾性波素子 22と、表 面弾性波素子 22を駆動する駆動回路 23と、位置制御部 29とを有している。複数の 表面弾性波素子 22は、ジエルや液体等の音響整合剤 Lmを保持した液槽 21内に配 置されて反応ホイール 6の底面側に配置されている。液槽 21は、反応ホイール 6下 部の作業テーブル 2上に固定されている。ここで、反応ホイール 6と表面弾性波素子 22との間に介在する音響整合剤 Lmは、音波の反応ホイール 6壁面への伝達効率を 上げるため、表面弾性波素子 22が発する周波数の波長 λに対して厚みが λ Ζ4の 奇数倍となるように、または、できるだけ薄くなるように調整する。

[0033] 表面弾性波素子 22は、音波の伝搬方向に位置する二つの反応凹部 6aに音波を 同時に照射する音波発生手段であり、図 3に示すように、ニオブ酸リチウム (LiNb03 )等の圧電基板 22a上に櫛型電極 (IDT)カゝらなる振動子 22bが形成されて ヽる。振 動子 22bは、櫛歯状に形成された複数の電極指を有し、駆動回路 23から送信された 駆動信号を表面弾性波 (音波）に変換する。振動子 22bは、電気端子 22cとの間が 共通電極であるバスバー 22dによって接続されている。このとき、振動子 22bは、図 3 に矢印で示すように、中央力ゝら櫛型電極の配列方向に音波 Waを双方向に出射する 。このようにして振動子 22bから双方向に出射された音波 Waは、音響整合剤 Lm中に 漏れ出すと共に、音響整合剤 Lm中を伝搬しながら底壁 6bから反応ホイール 6に入 射する。このとき、表面弾性波素子 22は、図 4に示すように、隣り合う二つの反応凹 部 6aの間に配置されており、具体的には、音波 Waの対称面 Psを反応凹部 6aの中 心軸 Acから変位させて底壁 6bの外側に配置されている。このため、表面弾性波素 子 22が発生する音波 Waは、例えば、図 2の表面弾性波素子 22— 1について見ると 、図 4に示すように、底壁 6bに対して傾斜し、互いに面対称な二方向力 底壁 6bに 入射する。ここで、表面弾性波素子 22が出射する音波 Waは平面状をなし、底壁 6b に平面状に入射するため、二方向力も入射する中間点における底壁 6bの法線が対 称面 Psとなる。

[0034] 駆動回路 23は、表面弾性波素子 22を駆動する駆動手段であり、図 5に示すように 、攪拌制御部 24、発振部 25及び増幅部 26を備え、電気端子 22cとの間が配線 27 によって接続されている。ここで、図 5は、攪拌装置 20の 1構成単位である反応凹部 6 aの断面を駆動回路 23と共に示しており、駆動回路 23は、一つの表面弾性波素子 2 2のみを駆動しているように描かれている。しかし、図 2に示す複数の表面弾性波素 子 22は、駆動回路 23と直列又は並列に接続され、或いは、駆動回路 23とスィッチを 介して接続されて駆動される。

[0035] 攪拌制御部 24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、表 面弾性波素子 22の駆動信号を制御する。攪拌制御部 24は、発振部 25を制御し、例 えば、表面弾性波素子 22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、攪拌制御部 24は、内蔵したタイマに従って発振部 25が発振 する発振信号の周波数を経時的に変化させることにより、例えば、発振信号の周波 数、従って表面弾性波素子 22が発生する音波の周波数のスイープや切り替えを行う ことができる。 [0036] 発振部 25は、攪拌制御部 24と共に周波数設定部 28を形成している。発振部 25は 、攪拌制御部 24からの制御信号に基づ 、て発振周波数をプログラマブルに変更可 能な発振回路を有しており、数十 MHz〜数百 MHz程度の高周波の発振信号を増 幅部 26へ出力する。周波数設定部 28は、表面弾性波素子 22が発生する音波の周 波数を設定すると共に、周波数を経時的に変化させ、例えば、共振周波数と反共振 周波数との間で変化させる。このとき周波数は、攪拌対象の液体の粘性や比重等の 性状又は液量に応じて変化させる。

[0037] 増幅部 26は、発振部 25から入力される発振信号を増幅し、駆動信号として表面弾 性波素子 22に出力する他、攪拌制御部 24からの制御信号に基づいて駆動信号の 駆動周波数を段階的に切り替えることができる。

[0038] 位置制御部 29は、駆動機構 7と制御部 16を備え、攪拌対象の液体の粘性や比重 等の性状又は液量に応じて当該液体を保持した反応凹部 6aと表面弾性波素子 22と の相対位置を変化させる。

[0039] 以上のように構成される自動分析装置 1は、回転する反応テーブル 6によって周方 向に沿って搬送されてくる反応凹部 6aに検体分注機構 5が検体テーブル 3の複数の 検体容器 4から検体を順次分注する。検体が分注された反応凹部 6aは、反応ホイ一 ル 6の回転によって試薬分注機構 12の近傍へ搬送され、所定の試薬容器 14から試 薬が分注される。そして、試薬が分注された反応凹部 6aは、反応ホイール 6の回転に よって周方向に沿って搬送される間に試薬と検体とが攪拌装置 20によって攪拌され て反応し、光源 8と受光素子 9との間を通過する。このとき、反応凹部 6a内の液体試 料は、受光素子 9によって測光され、分析部 17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凹部 6aは、排出装置 11によって内部の反応液が排出さ れた後、図示しない洗浄装置によって洗浄され、再度検体の分析に使用される。

[0040] このとき、攪拌装置 20は、図 2に示したように、反応ホイール 6の矢印方向への回転 に伴って、各表面弾性波素子 22が液槽 21の上方に位置する隣接した二つの反応 凹部 6aへ同時に音波を照射する。このため、表面弾性波素子 22が出射した音波は 、反応ホイール 6の回転に伴う反応凹部 6aとの相対位置によって底壁力 反応ホイ ール 6に入射する位置が変化する。例えば、図 2において、 4つの表面弾性波素子 2 2を左から表面弾性波素子 22— 1〜22— 4とし、反応凹部 6aを同様に左から反応凹 部 6a— l〜6a— 5と表示することによって相互に区別することにする。

[0041] このとき、図 2において、表面弾性波素子 22— 1が出射し、底壁から反応ホイール 6 に入射した音波 Waは、壁内を伝搬した後、反応凹部 6a— 1と反応凹部 6a— 2のそ れぞれの側面から液体 L中に入射する。この場合、反応凹部 6a— 1に入射する音波 Waは、壁内の伝搬距離が長いため減衰が大きぐ反応凹部 6a— 2に入射する音波 Waに比べて入射量が少ない。このため、表面弾性波素子 22—1が同時に出射した 音波 Waによって反応凹部 6a— 1内の液体 Lに反時計方向に生ずる音響流 F11は、 反応凹部 6a— 2内の液体 Lに時計方向に生ずる音響流 F12よりも流速が小さい。ま た、表面弾性波素子 22— 2が出射した音波 Waによって、反応凹部 6a— 2内の液体 Lに反時計方向に生ずる音響流 F22は、反応凹部 6a— 3内の液体 Lに時計方向に 生じる音響流 F23よりも流速が小さ 、。以下同様にして反応凹部 6a— 3〜6a— 5内の 液体 Lに生ずる音響流を流速と共に図 2に示す。

[0042] 従って、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22— 1〜22— 4を同時に駆動すると、図 2に示すように、総ての反応凹部 6a、例えば、反応凹部 6a— 2内の液体 Lには反応 凹部 6a— 2の中心に対して非対称な音響流 F12と音響流 F22が生ずる。このため、攪 拌装置 20、従って攪拌装置 20を備えた自動分析装置 1は、反応ホイール 6に形成さ れる反応凹部 6aの容量が微量になっても、保持した液体 L中に滞留領域を生ずるこ とはない。この場合、反応ホイール 6は、反応凹部 6aの側壁が傾斜せず、鉛直であつ ても、表面弾性波素子 22が出射した音波が底面に入射する位置が回転に伴って変 化するので、上記と同様に非対称な音響流が液体 L中に生ずるので、反応凹部 6aの 容量が微量になっても保持した液体中に滞留領域を生ずることはない。

[0043] また、時間 tl経過し、反応ホイール 6が、図 2に示す位置から回転して図 6に示す位 置に移動すると、反応凹部 6aと表面弾性波素子 22との相対位置が変化する。図 6に 示す場合、表面弾性波素子 22は、音波 Waを二方向へ面対称に出射するが、出射し た面対称な音波 Waの一方は、反応凹部 6aの傾斜した側壁と並行に壁内を伝搬し、 他方は反応凹部 6aの底壁内を伝搬した後、底面から液体 L中に入射する。このため 、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22— 1〜22— 4を同時に駆動すると、図 6に示す ように、表面弾性波素子 22— 1〜22— 4の位置に対応する総ての反応凹部 6a内の 液体 Lに反時計方向の音響流 F12〜F45が生ずる。

[0044] そして、更に時間 t2経過し、反応ホイール 6が、図 6に示す位置から回転して図 7に 示す位置に移動すると、反応凹部 6aと表面弾性波素子 22との相対位置が更に変化 する。この場合、前述の場合と同様に、表面弾性波素子 22が出射した音波 Waの一 方が、反応凹部 6aの傾斜した側壁と並行に壁内を伝搬する。このため、他方の音波 Waのみが底面力も液体 L中に入射するので、攪拌装置 20は、表面弾性波素子 22 1〜22— 4を同時に駆動すると、図 7に示すように、表面弾性波素子 22— 1〜22 —4の位置に対応する総ての反応凹部 6a内の液体 Lに時計方向の音響流 F12〜F4 5が生ずる。

[0045] このように、攪拌装置 20及び自動分析装置 1は、反応ホイール 6の回転位置に応じ て反応凹部 6a内の液体 Lに生ずる音響流の向きが切り替わるので、反応凹部 6aに 保持した液体 Lの攪拌効果が向上し、液体 Lを均一に攪拌することができる。また、攪 拌装置 20及び自動分析装置 1は、音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの反 応凹部 6aへ液槽 21内に配置した複数の表面弾性波素子 22が音波を同時に照射 する。このため、攪拌装置 20及び自動分析装置 1は、反応凹部 6aよりも少ない数の 表面弾性波素子 22によって反応凹部 6aに保持して搬送される液体 Lを均一に攪拌 することができる。

[0046] この場合、反応ホイール 6の周方向に沿った反応凹部 6aの配置間隔が振動子 22b の配置間隔と等しいと、反応ホイール 6の回転によって表面弾性波素子 22が反応凹 部 6aの直下或 ヽは隣り合う反応凹部 6aの中央直下に位置する場合、各反応凹部 6a の液体には大きさが等しく向きの異なる音波 Waが入射する。このため、反応凹部 6a 内の液体中には、流速が同じで向きの異なる音響流が生じ、これらが衝突して互い に相殺される結果、流れが滞留してしまう場合が発生するが、このような流れの滞留 は一時的なもので問題にはならな 、。

[0047] 但し、表面弾性波素子 22は、駆動回路 23の攪拌制御部 24によって発振部 25を 制御し、振動子 22bを駆動する周波数を共振周波数と反共振周波数との間で変える と、反応凹部 6aの底面において液体中に入射する音波の間隔が変化する。例えば、 共振周波数 frと反共振周波数 faとの間の中心周波数 f0{ = (fr+fa) Z2}で振動子 2 2bを駆動した場合、図 8に示すように、液体中に入射する音波の間隔が最も広くなる 。そして、中心周波数 fO力も離れるのに従って音波の間隔が狭くなり、例えば、周波 数 fl, f2 (fl < f0< f2, I fO-fl I < I f2 -f0 I )で振動子 22bを駆動した場合には 、図 8に示すように、周波数 f2で振動子 22bを駆動した場合に、液体中に入射する音 波の間隔が最も狭くなる。

[0048] このとき、図 9に示すように、反応ホイール 6の周方向に沿った反応凹部 6aの配置 間隔の二分の一及び振動子 22bの中心から反応凹部 6aの中心までの距離をそれぞ れ Da, Db (Da≠Db)とし、表面弾性波素子 22を異なる周波数 f0, fl, f2で駆動する 。すると、反応凹部6&—1〜6&— 3の液体中に入射する音波の間隔は、周波数 f0, f 1, f2に応じて変化し、反応凹部 6&—2には非対称な音響流？12, F22が発生し、表 面弾性波素子 22の駆動周波数によって攪拌効率を改善することができる。

[0049] このため、攪拌装置 20は、駆動回路 23によって隣り合う振動子 22bの駆動周波数 を変えると、反応ホイール 6の回転位置に応じて反応凹部 6a内の液体に生ずる音響 流の向きが切り替わるのに加え、液体中に入射する音波の間隔を変化させることが できる。この結果、隣り合う振動子 22bの駆動周波数を変えると、攪拌装置 20は、反 応ホイール 6の周方向に沿った反応凹部 6aと振動子 22bの配置間隔が等しい場合 における、一時的な流れの滞留の影響を最小に抑えることができるうえ、反応凹部 6a に保持した液体中に生ずる音響流の非対称性が更に増し、反応凹部 6aに保持した 液体の攪拌効率をより高めることができる。また、振動子 22bの駆動周波数は、反応 凹部 6aに保持した液体の量が多い場合には、中心周波数 f0から離れた周波数 f2と し、液体の量が少ない場合には、中心周波数 f0に近い周波数とする。

[0050] 従って、攪拌装置 20は、例えば、図 10に示すように、反応ホイール 6の周方向に沿 った反応凹部6&—1〜6&— 3の配置間隔のニ分のー（0&)と振動子 22bの中心から 反応凹部 6aの中心までの距離 Dbとを等しく設定する（Da = Db)。また、表面弾性波 素子 22— 1は、例えば、中心周波数を f3、駆動周波数を f0, fl, f2とし、表面弾性波 素子 22— 2は、中心周波数を f0、駆動周波数を f3, f4, f5 (f5< f3< f2< f4< f0< fl )とするように、隣り合う表面弾性波素子 22の駆動周波数を異なった周波数に設定す る。このように、隣り合う表面弾性波素子 22の駆動周波数を異なった周波数に設定 すると、攪拌装置 20は、一時的な流れの滞留の影響を最小に抑えることができると共 に、反応凹部 6aに保持した液体中に生ずる音響流の非対称性が更に強くなり、反応 凹部 6aに保持した液体の攪拌効率が向上する。

[0051] ここで、攪拌装置 20は、図 2に示すように、液槽 21内に複数の表面弾性波素子 22 を配置した。しかし、攪拌装置 20は、図 11に示すように、表面弾性波素子 22を単一 の圧電基板 22aに複数の振動子 22bを設けた構成とし、単一の圧電基板 22aを液槽 21内に配置すると、複数の表面弾性波素子 22をノ、ンドリングする必要がなくなり、単 一の圧電基板 22aをノヽンドリングすればよくなるので、表面弾性波素子の取り扱!/、が 容易となる。

[0052] (実施の形態 2)

次に、本発明の攪拌装置と分析装置にかかる実施の形態 2について、図面を参照 しつつ詳細に説明する。実施の形態 1の攪拌装置は、表面弾性波素子が反応ホイ一 ル 6の底面側に配置されていたのに対し、実施の形態 2の攪拌装置では表面弾性波 素子が反応ホイール 6の側面側に配置されている。図 12は、実施の形態 2に係る攪 拌装置を備えた本発明の自動分析装置の概略構成図である。図 13は、図 12の自動 分析装置の反応ホイール及び液槽の部分における水平方向の断面図である。実施 の形態 2の自動分析装置は、攪拌装置の配置を除き実施の形態 1と同一の自動分 析装置を使用しており、以下の説明においては、実施の形態 1の自動分析装置及び 攪拌装置と同一の構成部分には同一の符号を付して説明している。

[0053] 実施の形態 2の攪拌装置 30は、反応ホイール 6と、複数の表面弾性波素子 22と、 表面弾性波素子 22を駆動する駆動回路 23とを有しており、複数の表面弾性波素子 22は、ジエルや液体等の音響整合剤 Lmを保持した液槽 31内に配置されて反応ホイ ール 6の外側面側に配置されている。ここで、音響整合剤 Lmは、音波の反応ホイ一 ル 6壁面への伝達効率を高めるため、表面弾性波素子 22が発する周波数の波長 λ に対して厚みが λ Ζ4の奇数倍になるように、又は、できるだけ薄くなるように調整す る。このとき、表面弾性波素子 22は、図 13に示すように、隣り合う二つの反応凹部 6a の間に配置されており、具体的には、音波 Waの対称面 Psを反応凹部 6aの中心軸 A cから変位させて側壁 6cの外側に配置されている。液槽 31は、反応ホイール 6外側 の作業テーブル 2上に固定されている。また、攪拌装置 30は、反応ホイール 6の周方 向に沿った反応凹部 6aの配置間隔が振動子 22bの配置間隔と等しく設定されてい る。

[0054] 従って、攪拌装置 30を備えた自動分析装置 1は、回転する反応テーブル 6によつ て周方向に沿って搬送されてくる反応凹部 6aに検体分注機構 5が検体テーブル 3の 複数の検体容器 4から検体を順次分注する。検体が分注された反応凹部 6aは、反 応ホイール 6の回転によって試薬分注機構 12の近傍へ搬送され、所定の試薬容器 1 4から試薬が分注される。そして、試薬が分注された反応凹部 6aは、反応ホイール 6 の回転によって周方向に沿って搬送される間に試薬と検体とが攪拌装置 30によって 攪拌されて反応し、光源 8と受光素子 9との間を通過する。このとき、反応凹部 6a内の 液体試料は、受光素子 9によって測光され、分析部 17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凹部 6aは、排出装置 11によって内部の反応液が 排出された後、図示しない洗浄装置によって洗浄され、再度検体の分析に使用され る。

[0055] このとき、攪拌装置 30は、図 13に示すように、反応ホイール 6の矢印方向への回転 に伴って、各表面弾性波素子 22が液槽 21の上方に位置する隣接した二つの反応 凹部 6aへ同時に音波を照射する。このため、表面弾性波素子 22が出射した音波は 、反応ホイール 6の回転に伴う反応凹部 6aとの相対位置によって側壁力 反応ホイ ール 6に入射する位置が変化する。例えば、図 13において、 4つの表面弾性波素子 22を左から表面弾性波素子 22— 1〜22— 4とし、反応凹部 6aを同様に左から反応 凹部 6a— l〜6a— 5と表示することによって相互に区別することにする。

[0056] ここで、図 13に示すように、表面弾性波素子 22— 1が出射し、側壁から反応ホイ一 ル 6に入射した音波 Waは、壁内を伝搬した後、反応凹部 6a— 1と反応凹部 6a— 2の それぞれの側面から液体 Lに入射し、他の表面弾性波素子 22— 2〜22— 4におい ても同様である。このとき、例えば、表面弾性波素子 22—1が出射した音波 Waは、側 壁 6cに対して傾斜し、互いに面対称な二方向力 側壁 6cに入射する。ここで、表面 弾性波素子 22が出射する音波 Waは平面状をなし、側壁 6cに平面状に入射するた め、二方向力 入射する中間点における側壁 6cの法線が対称面 Psとなる。また、表 面弾性波素子 22— 1〜22— 4は、隣り合う反応凹部 6a - l〜6a— 5の中間に位置し ている。このため、図 13に示すように、反応凹部 6a—l内の液体 Lには時計方向の 音響流 Fewが発生し、反応凹部 6a— 5内の液体 Lには反時計方向の音響流 Feeが 発生する。

[0057] 一方、これらの間に位置する反応凹部 6a— 2〜6a— 4内の液体 Lには、図 13に示 すように、隣接する表面弾性波素子 22— 1〜22— 4から大きさが等しく向きの異なる 音波 Waが入射する。このため、反応凹部 6a— 2〜6a— 4内の液体 Lには、音響流 F ccと音響流 Fewとが発生し、これらが衝突して互いに相殺される結果、流れが滞留し てしまう。

[0058] し力し、例えば、反応ホイール 6が、図 13に示す位置よりも少し前の位置において は、図 14に示すように、反応凹部6_&—1〜6_&— 5内の液体1^こは、反時計方向の音 響流 Feeが発生する。例えば、反応凹部 6a— 3には、表面弾性波素子 22— 2が右斜 め上方に照射した音波 Waと表面弾性波素子 22— 3が左斜め上方に照射した音波 Waとが、図中右下隅に入射する。このとき、表面弾性波素子 22— 2が右斜め上方に 照射した音波 Waは、反応凹部 6a— 3に入射後、内壁面で反射して表面弾性波素子 22— 3が左斜め上方に照射した音波 Waと一体となり、液体 Lには反時計方向の音 響流 Feeが発生する。

[0059] 一方、反応ホイール 6が、図 13に示す位置から図 15に示す位置に更に回転すると 、反応凹部6_&—1〜6_&— 5内の液体1^こは、時計方向の音響流 Fewが発生する。例 えば、反応凹部 6a— 3には、表面弾性波素子 22— 2が右斜め上方に照射した音波 Waと表面弾性波素子 22— 3が左斜め上方に照射した音波 Waとが、図中左下隅に 入射する。このとき、表面弾性波素子 22— 3が左斜め上方に照射した音波 Waは、反 応凹部 6a— 3に入射後、内壁面で反射して表面弾性波素子 22— 2が右斜め上方に 照射した音波 Waに重畳され、液体 Lには時計方向の音響流 Fewが発生する。

[0060] 従って、前述した流れの滞留は一時的なものであり、実施の形態 1で説明したように 、隣り合う振動子 22bの駆動周波数を変えると、攪拌装置 30は、反応ホイール 6の周 方向に沿った反応凹部 6aと振動子 22bの配置間隔が等しい場合における、一時的 な流れの滞留の影響を最小に抑えることができる。

[0061] このように、攪拌装置 30及び自動分析装置 1は、反応ホイール 6の回転位置に応じ て反応凹部 6aと表面弾性波素子 22との相対位置が変化し、反応凹部 6a内の液体 L に生ずる音響流の向きが切り替わる。このため、攪拌装置 30及び自動分析装置 1は 、実施の形態 1の攪拌装置 20及び自動分析装置 1と同様に、反応凹部 6aに保持し た液体 Lの攪拌効果が向上し、液体 Lを均一に攪拌することができる。また、攪拌装 置 30は、音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つの反応凹部 6aへ液槽 31内に配 置した複数の表面弾性波素子 22が音波を照射する。このため、攪拌装置 30及び自 動分析装置 1は、反応凹部 6aよりも少ない数の表面弾性波素子 22によって反応凹 部 6aに保持して搬送される液体を均一に攪拌することができる。また、攪拌装置 30 及び自動分析装置 1は、表面弾性波素子 22の数が反応凹部 6aよりも少な 、ので、 製造コストを低減することができる。

[0062] ここで、攪拌装置 30は、反応ホイール 6の外側面側に配置した力 配置上の問題 がなければ内側面側に配置してもよい。また、反応ホイール 6は、周方向に沿って反 応凹部 6aを 1列設けたが、 2列設けてもよい。この場合、自動分析装置 1は、反応ホイ ール 6の外側面側と内側面側の両側に攪拌装置 30を配置し、試薬と検体とが攪拌さ れて反応した各反応凹部 6a内の反応液を、 2つの反応ホイール 6間に設けた光源 8 と受光素子 9とで検出分析する。このとき、反応凹部 6aの一面をミラーとし、光源 8か ら 2つに分岐した交線を側方から反応凹部 6aに入射させ、入射面と対向するミラー 面で反射させて受光素子 9で検出して分析を行う。もしくは、光源 8と受光素子 9に代 えて、反応ホイール 6の上方に配置した CCDカメラ等の撮像手段によって撮像し、得 られる画像データを用いて検体の成分濃度等を分析する。

[0063] (実施の形態 3)

次に、本発明の攪拌装置にかかる実施の形態 3について、図面を参照しつつ詳細 に説明する。実施の形態 1, 2は、複数の液体保持部が容器を兼ねる反応ホイール 6 に設けられていたのに対し、実施の形態 3は複数の液体保持部が容器であるマイク ロタイタ一プレートに設けられている。図 16は、実施の形態 3の攪拌装置を示す斜視 図である。図 17は、図 16に示す攪拌装置のマイクロタイタープレートを表面弾性波 素子の振動子と共に示した裏面図である。図 18は、図 16に示すマイクロタイタープ レートで使用する表面弾性波素子を拡大した斜視図である。図 19は、マイクロタイタ 一プレートの長手方向に沿ってゥエルの中心で切断した部分断面図である。

[0064] 攪拌装置 40は、音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置であり、図 1 6及び図 17に示すように、マイクロタイタープレート（以下、単に「マイクロプレート」と いう） 45と、マイクロプレート 45底面に設けられる表面弾性波素子 43とを有し、液体 保持部となる複数のゥエル 45bに保持された液体試料を攪拌する。

[0065] マイクロプレート 45は、図 16及び図 17に示すように、矩形に形成された本体 45aの 上面に液体試料の保持部となる複数のゥエル 45bがマトリクス状に形成されている。 マイクロプレート 45は、各ゥエル 45bに試薬と血液や体液等の検体とを分注して反応 させ、反応液を光学的に測定することで検体の成分濃度等を分析するための反応容 器である。ここで、図示したマイクロプレート 45は、ゥエル 45bの数力 X 6であるが、 ゥエル 45bの数は種々の数のものを使用することができ、以下に説明する他のマイク 口プレートにおいても同様である。

[0066] 送電体 41は、マイクロプレート 45に対する距離並びにマイクロプレート 45の板面に 沿った 2次元方向の位置を制御する位置制御部材（図示せず）に支持されており、図 16に示すように、複数の表面弾性波素子 43と対向配置される RF送信アンテナ 41a 、駆動回路 41b及びコントローラ 41cを有している。駆動回路 41bは、表面弾性波素 子 43を駆動する駆動手段であり、実施の形態 1の駆動回路 23の発振部 25及び増 幅部 26を備えている。コントローラ 41cは、実施の形態 1の攪拌制御部 24が使用され ている。送電体 41は、マイクロプレート 45の板面に沿った 2次元方向に移動しながら 交流電源カゝら供給される電力を RF送信アンテナ 41aから電波として表面弾性波素 子 43に発信する。このとき、送電体 41は、表面弾性波素子 43に電力を送電する送 電時に、 RF送信アンテナ 41aと表面弾性波素子 43の後述するアンテナ 43cとが対 向するように前記位置制御部材によって相対位置が調整される。

[0067] 表面弾性波素子 43は、マイクロプレート 45の底壁 45c下面にエポキシ榭脂等の音 響整合層（図示せず)を介して取り付けられる音波発生手段であり、図 18に示すよう に、ニオブ酸リチウム (LiNb03)等の圧電基板 43aの表面に櫛型電極 (IDT)力ゝらな る振動子 43bが受電手段となるアンテナ 43cと共に一体に設けられて 、る。表面弾性 波素子 43は、図 19に示すように、音波 Waの対称面 Psをゥヱル 45bの中心軸 Acから 変位させてマイクロプレート 45の底壁 45c下面に取り付けられる。このため、表面弹 性波素子 43が発生する音波 Waは、図示のように、底壁 45cに対して傾斜し、互いに 面対称な二方向から底壁 45cに入射する。ここで、表面弾性波素子 43が出射する音 波 Waは平面状をなし、底壁 45cに平面状に入射するため、二方向から入射する中 間点における底壁 45cの法線が対称面 Psとなる。但し、表面弾性波素子 43は、隣り 合う二つのゥエル 45bの間であって、かつ、隣り合う二つのゥエル 45b間の中心から 変位させた位置に設ける。

[0068] 以上のように構成される攪拌装置 40は、 RF送信アンテナ 41aとアンテナ 43cとが対 向したときに、コントローラ 41cの制御の下に、送電体 41が RF送信アンテナ 41aから 電波を発信する。すると、送電体 41と対向配置された表面弾性波素子 43のアンテナ 43cがこの電波を受信し、共振作用によって起電力が発生する。攪拌装置 40は、こ の起電力によって振動子 43bに表面弾性波 (超音波）が発生し、前記音響整合層か らマイクロプレート 45の本体 45a内へと伝搬し、音響インピーダンスが近!、液体試料 中へ漏れ出してゆく。

[0069] このとき、攪拌装置 40は、音波 Waの対称面 Psをゥエル 45bの中心軸 Acから変位さ せて表面弾性波素子 43がマイクロプレート 45の底壁 45c下面に取り付けられている 。このため、マイクロプレート 45は、隣接する表面弾性波素子 43が出射した音波のう ち、同一のゥエル 45bに入射する音波の壁内における伝搬距離、従って音波の減衰 量が異なるので、同一のゥエル 45bに入射する音波の量に差が生ずる。

[0070] この結果、ゥエル 45bに保持された液体試料 Lsには、図 19に示すように、時計方向 の音響流 Fewと音響流 Fewよりも流速の小さい反時計方向の音響流 Feeとが非対称 に生じ、各ゥエル 45bに分注された試薬と検体とを含む液体試料 Lsが滞留領域を生 ずることなく均一に攪拌される。このとき、 RF送信アンテナ 41aからアンテナ 43cに発 信する電波の周波数を共振周波数 frと反共振周波数 faとの間で変えると、ゥエル 45b に保持された液体試料 Lsに入射する音波の間隔が変化するので、液体試料 Lsに生 ずる音響流の非対称性が増し、ゥエル 45bに保持した液体試料 Lsの攪拌効率を高 めることができる。

[0071] そして、試薬と検体とが攪拌されて反応した液体試料 Lsは、マイクロプレート 45の 上方カゝら CCDカメラ等の撮像手段によって撮像され、得られる画像データを用いて 検体成分の分析が行われる。

[0072] 攪拌装置 40は、上述のように RF送信アンテナ 41aとアンテナ 43cとを利用して送 電体 41からマイクロプレート 45に取り付けた表面弾性波素子 43に非接触で電力を 送電し、複数のゥエル 45bに分注された試薬と検体とを攪拌する。このとき、攪拌装置 40は、表面弾性波素子 43が隣り合う二つのゥエル 45bの間に配置されている。言い 換えると、攪拌装置 40は、音波 Waの対称面 Psをゥエル 45bの中心軸 Ac力も変位さ せて表面弾性波素子 43がマイクロプレート 45の底壁 45c下面に取り付けられている 。このため、攪拌装置 40は、液体試料 Lsが微量になり、ゥエル 45bが微小或いは細く なっても、保持した液体試料 Lsに滞留領域を生ずることなぐ保持した液体試料 Lsを ゥエル 45bの数よりも少ない数の表面弾性波素子 43によって均一に攪拌することが できる。また、攪拌装置 40は、ゥエル 45bの数よりも少ない数の表面弾性波素子 43 によって均一に攪拌することができるので、製造コストを低減することもできる。

[0073] ここで、攪拌装置 40で使用するマイクロプレート 45は、音波 Waの対称面 Psがゥヱ ル 45bの中心軸 Acから変位して!/、れば、複数のゥエル 45bの配置間隔や表面弾性 波素子 43とゥエル 45bとの距離は必ずしも一定でなくてもよい。例えば、図 17に示す マイクロプレート 45において、長手方向を X軸方向、長手方向に直交する方向を Y軸 方向とする。このとき、マイクロプレート 45は、図 20に示すように、隣接するゥエル 45b の X軸方向の配置間隔を XI, X2と異ならせる他、各振動子 43bの音波が発生する中 心 Ciと各ゥエル 45bの中心間距離 LI, L2, L3、……を総て異ならせてもよい。

[0074] また、攪拌装置 40で使用するマイクロプレートは、音波の対称面がゥエルの中心軸 力も変位していれば、図 21に示すマイクロプレート 46のように、マトリクス状に配置さ れた複数のゥエル 46bの各ゥエル 46bに対して二つの振動子 43bが各ゥエル 46bの 中心軸 Acから変位し、かつ、中心軸 Acを挟んで対向するように複数取り付けてもよ い。このとき、表面弾性波素子は、エポキシ榭脂等の音響整合層（図示せず)を介し て底壁 46cに取り付ける。この場合、図 21の A部を拡大した図 22に示すように、ゥェ ル 46b— 1は、中心軸 Acを挟んで対向配置された振動子 43b— 1, 43b— 2から出射 される音波 Waによって保持した液体が攪拌される。

[0075] このとき、図 22に示すように、振動子 43b— 1が出射した音波 Waは半分近くがゥェ ル 46b— 1に入射する。これに対し、振動子 43b— 2が出射した音波 Waは、振動子 4 3b— 1が出射した音波 Waと出射方向が 180° 異なるうえ、半分近くがゥエル 46b— 2 入射するうえ、残りの半分近くが底壁内を伝搬し、振動子 43b— 1が出射した音波 Wa に比べると、僅かの量だけがゥエル 46b— 1に入射する。このため、ゥエル 46b— 1内 の液体には、図示のように、時計方向の音響流 Fewが発生する。

[0076] 一方、ゥエル 46b— 2は、図 22に示すように、振動子 43b— 3から入射する音波 Wa に比べて、振動子 43b— 2から入射する音波 Waの量が多いので、反時計方向の音 響流 Feeが発生する。このとき、図 22に示すように、振動子 43b— 4も音波 Waを出射 するが、この音波 Waはゥヱル 46b— 3に入射するものが殆どであり、ゥヱル 46b— 1側 に出射した音波 Waは、ゥエル 46b— 1迄の距離があることから、壁内を伝搬する間に 減衰してゥエル 46b— 1に入射するエネルギーは相対的に非常に小さいものとなる。 同様に、振動子 43b— 5が出射した音波もゥエル 46b - 1ゃゥエル 46b— 2に入射す るエネルギーも相対的に小さいものとなる。この結果、マイクロプレート 46は、図 21に 示すように、列毎に方向が異なる音響流 Fが発生する。

[0077] 従って、攪拌装置 40は、マイクロプレート 46を使用すると、液体試料が微量になり、 ゥエル 46bが微小或いは細くなつても、保持した液体中に滞留領域を生ずることなぐ 保持した液体を表面弾性波素子 43によって均一に攪拌することができる。

[0078] ここで、マイクロプレート 46は、表面弾性波素子の振動子 43bを底壁 46cに取り付 ける位置を変えることにより、図 23に示すように、中心軸 Ac (図 22参照）を挟んで対 向配置される二つの振動子 43bが出射する音波のゥエル 46bに入射する入射幅 W1 , W2を任意に変更することができる。このため、マイクロプレート 46は、各ゥエル 46b に生ずる音響流の流速を調整することができる。

[0079] また、攪拌装置 40で使用するマイクロプレートは、音波の対称面がゥエルの中心軸 力も変位していれば、図 24に示すマイクロプレート 48のように、四角柱状のゥエル 48 bをマトリクス状に配置すると共に、振動子 43bが複数のゥエル 48bに跨り、かつ、隣り 合う二つのゥ ル 45bの中心から変位するように、表面弾性波素子を底面 45cにェポ キシ榭脂等の音響整合層（図示せず)を介して複数取り付けてもよい。なお、図 24, 25は、図の簡便化のため表面弾性波素子 43 (圧電基板 43a)の外形線は省略して いる。

[0080] 従って、マイクロプレート 48を使用した攪拌装置 40は、表面弾性波素子 43が駆動 すると、図 24の B部を拡大した図 25に示すように、各振動子 43bの中心 Ciから音波 Waが対称に出射されるが、音波 Waの対称面 Psをゥ ル 48bの中心軸 Acから変位さ せ、各振動子 43bを隣り合う二つのゥエル 48bの中心から変位させて設けたことから、 壁内を伝搬する音波の伝搬距離、従って音波の減衰量が異なる。このため、マイクロ プレート 48は、複数の振動子 43bが出射した音波 Waの壁内の伝搬距離に応じて流 速の異なる音響流 Faが各ゥエル 48bに保持した液体中に非対称に生じる。このため 、攪拌装置 40は、液体試料が微量になり、ゥエル 48bが微小或いは細くなつても、保 持した液体中に滞留領域を生ずることなく、保持した液体をゥエル 48bの数よりも少な い数の表面弾性波素子 43によって均一に攪拌することができる。

[0081] ここで、各ゥエル 48bに保持した液体中には、隣接する表面弾性波素子 43が出射 した音波が漏れ出すことによって、図示した音響流 Fa以外にも流速が更に小さ 、音 響流が発生するが、これらは流速が小さ 、ことから液体の攪拌に殆ど寄与しな 、ので 図示を省略している。

[0082] ここで、実施の形態 1〜3の攪拌装置は、音波の対称面が複数の液体保持部の中 心軸カゝら変位した位置カゝら音波を発生させて各液体保持部に保持された液体を攪 拌するものについて説明した。しかし、本発明の攪拌装置は、音波の対称面が前記 液体保持部の中心軸力 変位した位置力 音波を発生させる攪拌装置であれば、液 体保持部及び音波発生手段は一つであってもよ 、。

[0083] 従って、本発明の攪拌装置は、例えば、図 26に示す攪拌装置 40のように、本体 49 aに液体保持部となる凹部 49bが 1つ形成された攪拌容器 49を用いて 、てもよ 、。こ の場合、攪拌容器 49は、振動子 43bの中心 Ciを凹部 49bの中心軸 Acから変位させ て表面弾性波素子 43を底面に音響整合層を介して取り付ける。これにより、攪拌容 器 49は、表面弾性波素子 43は、音波 Waの対称面 Psが凹部 49bの中心軸 Acから変 位した位置力も音波 Waを発生する。このとき、対称面 Psに対して振動子 43bの中心 力も左右 2方向に出射された音波のうち、凹部 49b側に向力 一方の音波 Waは、中 心軸 Acから離れた位置で液体 L中に入射する。これに対して、側壁 49c側に向かう 他方の音波 Waは、側壁 49cで反射した後、凹部 49bの液体 L中に入射する力 液体 Lが存在しな 、空間部分には入射できな!/、。

[0084] ここで、分析装置は、容器の数、或いは 1つの容器における液体保持部の数が増 えると、容器や液体保持部の数に対応させて表面弾性波素子の数を増さなければな らず、製造コストが容器等の数の増加に伴って高くなるという問題があった。しかし、 本発明の分析装置は、表面弾性波素子を液体保持部の間に配置するので、液体保 持部の数よりも少ない数の表面弾性波素子で液体を均一に攪拌することができるうえ 、表面弾性波素子の数を低減した分、製造コストを安くすることができるという効果を 奏する。

産業上の利用可能性

[0085] 以上のように、本発明の攪拌装置及び分析装置は、液体保持部に保持される液体 の容量が微量になり、液体保持部が微小或 ヽは細くなつても保持した液体中に滞留 領域を生ずることがなぐ保持した液体を均一に攪拌するのに有用であり、特に、液 体保持部の数よりも少ない数の表面弾性波素子で試薬と検体とを均一に攪拌するの 【こ； 1≤して ₀

[0086] 〔付記〕

また、以上の実施の形態から、以下の付記に挙げる各項および各項を任意に組み 合わせた構成の発明を抽出することができる。

[0087] (付記項 1) 音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置において、

液体を保持する複数の液体保持部と、

少なくとも二つの前記液体保持部の間に配置され、前記二つの液体保持部へ前記 音波を照射する音波発生手段と、

を備えたことを特徴とする攪拌装置。

[0088] (付記項 2) 前記音波発生手段は、前記音波の伝搬方向に位置する少なくとも二つ の前記液体保持部へ前記音波を同時に照射することを特徴とする付記項 1に記載の 攪拌装置。

[0089] (付記項 3) 前記音波発生手段は、複数設けられ、その数は前記複数の液体保持 部の数よりも少な 、ことを特徴とする付記項 1に記載の攪拌装置。

[0090] (付記項 4)

前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の間に配置されることを特 徴とする付記項 1に記載の攪拌装置。

[0091] (付記項 5) 前記音波発生手段は、隣り合う二つの前記液体保持部の中心から変位 させて配置されていることを特徴とする付記項 4に記載の攪拌装置。

[0092] (付記項 6) 前記複数の液体保持部は、 1つの容器に形成され、

前記音波発生手段は、当該容器の底面側に配置されることを特徴とする付記項 3 に記載の攪拌装置。

[0093] (付記項 7) 前記複数の液体保持部は、 1つの容器に形成され、

前記音波発生手段は、当該容器の側面側に配置されていることを特徴とする付記 項 3に記載の攪拌装置。

[0094] (付記項 8) 前記容器は、前記音波発生手段と前記液体保持部との相対位置が変 化するように回転することを特徴とする付記項 6又は 7に記載の攪拌装置。

[0095] (付記項 9) 前記音波発生手段は、前記音波として表面弾性波を発生する表面弾性 波素子であることを特徴とする付記項 1に記載の攪拌装置。

[0096] (付記項 10) 複数の異なる液体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、付記項 1〜9のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて前記複数の異な る液体を攪拌して反応させ、反応液を分析することを特徴とする分析装置。

Claims

請求の範囲

[1] 音波を照射することによって液体を攪拌する攪拌装置において、

液体を保持する液体保持部と、

前記液体保持部を構成する壁の外側に配置され、前記壁に対して傾斜し、互いに 面対称な二方向へ向かう音波を前記壁に入射させる音波発生手段と、

を備え、

前記音波発生手段は、前記音波の対称面が前記液体保持部の中心軸から変位し た位置カゝら音波を発生させることを特徴とする攪拌装置。

[2] 前記音波発生手段は複数設けられ、音波の伝搬方向に隣り合う前記音波発生手 段が発生する音波の周波数は、互いに異なることを特徴とする請求項 1に記載の攪 拌装置。

[3] 前記複数の音波発生手段は、音波の伝搬方向に隣り合う二つの音波発生手段の 中心周波数が互いに異なることを特徴とする請求項 2に記載の攪拌装置。

[4] 前記液体保持部は複数設けられ、

前記音波発生手段は、音波が発生する中心と、前記各液体保持部の中心軸との 距離が総て異なることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[5] 前記音波発生手段が発生する音波の周波数を設定する周波数設定手段をさらに 備え、

前記音波発生手段は、発生する音波の周波数を前記周波数設定手段によって経 時的に変化させられる

ことを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[6] 前記周波数設定手段は、攪拌対象の液体の性状又は液量に応じて前記音波発生 手段が発生する音波の周波数を変化させることを特徴とする請求項 5に記載の攪拌 装置。

[7] 前記周波数設定手段は、前記音波発生手段が発生する音波の変調、或いは前記 音波発生手段が発生する音波の周波数のスイープ又は切り替えを行うことを特徴と する請求項 5に記載の攪拌装置。

[8] 前記周波数設定手段は、前記音波発生手段が発生する音波の周波数を共振周波 数と反共振周波数との間で変化させることを特徴とする請求項 5に記載の攪拌装置。

[9] 前記音波発生手段と前記液体保持部との相対位置を変化させる位置制御手段を さらに備えることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[10] 前記位置制御手段は、攪拌対象の液体の性状又は液量に応じて当該液体を保持 した前記液体保持部と前記音波発生手段との相対位置を変化させることを特徴とす る請求項 9に記載の攪拌装置。

[11] 前記位置制御手段は、前記液体保持部の位置を前記音波発生手段に対して移動 させることを特徴とする請求項 9に記載の攪拌装置。

[12] 前記音波発生手段は、前記音波として表面弾性波を発生する表面弾性波素子で あることを特徴とする請求項 1に記載の攪拌装置。

[13] 複数の異なる液体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、請 求項 1〜 12のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪 拌して反応させ、反応液を分析することを特徴とする分析装置。