攪拌装置及び分析装置
【課題】音波の吸収に起因した液体の温度上昇を抑制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。
【解決手段】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及び分析装置。攪拌装置２０は、液体に照射する音波を発生させる表面弾性波素子２４と、表面弾性波素子が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御する駆動制御部２１とを備えている。駆動制御部２１は、液体の熱に関する特性に応じて液体の温度を制御する。
【解決手段】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及び分析装置。攪拌装置２０は、液体に照射する音波を発生させる表面弾性波素子２４と、表面弾性波素子が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御する駆動制御部２１とを備えている。駆動制御部２１は、液体の熱に関する特性に応じて液体の温度を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、攪拌装置及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置は、容器に保持した検体や試薬を含む液体を音波発生手段が発生した音波によって攪拌する攪拌装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、音波によって液体を攪拌する攪拌装置においては、照射した音波が液体に吸収されて液体の温度が上昇する。このとき、図２４に示すように、単位時間当たりの液体温度の上昇率は、印加する電力の大きさに伴って増加する関係がある。この場合、液体が微量になる程、液体の熱容量が小さくなることから、液体の温度上昇が大きくなる。このため、この種の攪拌装置においては、検体や試薬が熱変質し易くなり、分析精度が不安定になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音波の吸収に起因した液体の温度上昇を抑制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。
【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、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において、前記液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、前記音波発生手段が照射する音波によって上昇する前記液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段と、を備え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、前記制御手段は、前記液体の熱に関する特性に応じて前記液体の温度を制御す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、前記液体の熱に関する特性は、前記液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率の少なくとも一つであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出した前記液体の検出温度をもとに前記液体の温度を制御す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、前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の振幅又は印加時間を制御することによって前記液体の温度を制御す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、前記制御手段は、前記駆動信号の振幅の制御を振幅変調によって行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段を複数有し、前記制御手段は、前記複数の音波発生手段を時分割に切り替えて駆動することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記駆動信号のデューティ比を制御す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、前記デューティ比の制御は、前記液体の攪拌に必要な全消費電力が、前記音波発生手段を連続駆動した場合に必要な電力以下になるように行うことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の照射時間が短くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御す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、前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の周波数を前記液体に応じて設定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記駆動信号の周波数を前記音波発生手段の中心周波数に設定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記液体を冷却する冷却手段をさらに備え、前記制御手段は、前記冷却手段の作動を制御することにより、前記液体の温度を制御することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５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、表面弾性波素子であることを特徴とする。
【００２１】
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１６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、反応液の光学的特性を測定して前記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検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる攪拌装置は、液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、音波発生手段が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段とを備えており、分析装置は、前記攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析する。このため、本発明の攪拌装置及び分析装置は、音波の吸収に起因した液体の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施の形態１）
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１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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、図１に示すように、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。
【００２７】
一方、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（３４０〜８００ｎｍ）に含まれる光の８０％以上を透過する透明素材、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、図２に示すように、検体や試薬を含む液体を保持する保持部５ａを有する四角筒形状のキュベットであり、側壁５ｂに表面弾性波素子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２４ｄ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、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、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と側壁５ｂとの間を跨いで一体的に設けられている。
【００２８】
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。
【００２９】
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（３４０〜８００ｎｍ）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。
【００３０】
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。
【００３１】
制御部１５は、予め入力された動作プログラム等の情報を記憶して自動分析装置１及び攪拌装置２０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濃度等を分析する制御手段であり、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。
【００３２】
攪拌装置２０は、図４に示すように、駆動制御部２１と表面弾性波素子２４とを有している。駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４の駆動を制御することにより、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する検体や試薬を含む液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段である。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。従って、攪拌装置２０は、キュベットホイール４の回転が停止する都度、駆動制御部２１の接触子２１ｂが接触するホイール電極４ｅが変わり、駆動される表面弾性波素子２４、即ち、攪拌対象の反応容器５が変更される。
【００３３】
ここで、駆動制御部２１は、入力部１６から制御部１５を介して入力される液体の検査項目、入力部１６から入力され、制御部１５に記憶された液体の熱に関する特性等の情報に基づいて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御することにより、反応容器５が保持した検体や試薬を含む液体の温度を制御する。この場合、表面弾性波素子２４の駆動条件としては、駆動制御部２１が表面弾性波素子２４に入力する駆動信号の振幅，周波数，印加時間（デューティ比）等がある。液体の熱に関する特性としては、液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率がある。駆動制御部２１は、少なくともこれらの一つの特性に応じて反応容器５が保持した液体の温度を制御する。
【００３４】
ここで、液体の熱に関する特性は、自動分析装置１のメーカー側が予め測定し、又は推定して工場出荷時に制御部１５に記憶させる特性を含む他、工場出荷後にユーザー側で繰り返し実施される攪拌に先立つ予備攪拌測定の際に測定され、ユーザー側が独自に制御部１５に記憶させた特性であってもよい。また、繰り返し攪拌を行う場合には、先行して行った攪拌の際に得られた液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率等の結果を、液体の熱に関する特性として利用してもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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表面弾性波素子２４の駆動条件、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（振幅），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。
【００３７】
表面弾性波素子２４は、図４に示すように、圧電基板２４ａの表面に二方向性櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２４ｂが形成されている。振動子２４ｂは、駆動制御部２１から入力された駆動信号を音波（バルク波）に変換する発音部であり、振動子２４ｂを構成する複数のフィンガーが圧電基板２４ａの長手方向に沿って配列されている。振動子２４ｂは、入力端子２４ｄとの間がバスバー２４ｅによって接続されている。また、表面弾性波素子２４は、一組の入力端子２４ｄ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。表面弾性波素子２４は、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に取り付けられる。
【００３８】
ここで、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、振動子を構成する複数のフィンガーの線幅又はピッチは必ずしも正確に描いていない。なお、電極パッド５ｅは、入力端子２４ｄ上に一体的に設けるか、入力端子２４ｄ自体が電極パッド５ｅであっても良い。
【００３９】
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。
【００４０】
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。これにより、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。
【００４１】
このとき、自動分析装置１は、予め入力部１６から制御部１５を介して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２４ｄ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に応じて振動子２４ｂが駆動され、音波（バルク波）を誘起する。誘起された音波（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、図５に示すように、音響インピーダンスが近い液体Ｌ中へバルク波Ｗbが漏れ出してゆく。この結果、反応容器５内には、液体Ｌ中の振動子２４ｂ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。
【００４２】
ここで、図６に示すように、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の中心周波数をｆ0、駆動信号の変調周期をＴ、駆動信号の振幅比をＲA、駆動信号の印加時間としてデューティ比をＲDとする。すると、攪拌装置２０は、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の振幅や印加時間（デューティ比）を種々に制御することができる。このとき、駆動信号の変調周波数ｆAMは、ｆAM＝１／Ｔ（Ｈｚ）となる。
【００４３】
この場合、例えば、振幅比ＲAは、図６に示すように、駆動信号の振幅を１００％とした後、振幅０％、即ち、表面弾性波素子２４に駆動信号を出力しない場合にはＲA＝１００：０、駆動信号の振幅を１００％とした後、振幅を５０％とした場合にはＲA＝１００：５０となる。但し、振幅比ＲAは、振幅を０％とせず極めて低い振幅を有する駆動信号で振動子２４ｂを駆動するような場合には、ＲA＝１００：０とならないときもある。また、デューティ比ＲDは、変調周期Ｔに対する駆動信号の印加時間ｔの比（＝ｔ／Ｔ）をいう。従って、図中振幅比ＲA＝１００：０の場合、ｔ＝Ｔ／２とすると、デューティ比はＲD＝５０％となり、振幅比ＲA＝１００：５０の場合には、ｔ＝Ｔより、デューティ比はＲD＝１００％となる。ここで、振幅比ＲA＝１００：１００で表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合、デューティ比はＲD＝１００％となるが、変調周期Ｔが無限となるため、振幅変調周波数ｆAM（＝１／Ｔ）は０Ｈｚとなる。
【００４４】
このとき、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号に関し、駆動制御部２１によって、例えば、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に、振幅変調周波数ｆAMを種々の値に変更し、反応容器５が保持した液体の攪拌時間を測定したところ図７に示す結果が得られた。
【００４５】
このとき使用した反応容器５は、内法が２×３×５（縦×横×高さ）ｍｍであり、側壁５ｂの厚さが０．５ｍｍであった。表面弾性波素子２４は、振動子２４ｂの中心周波数ｆ0＝９７ＭＨｚ、振動子２４ｂを形成する櫛歯状電極の交差幅が２．１５ｍｍ、対数が１９対、隣接する電極指の間隔（＝λ／２）が９．９μｍであり、印加電力０．２５Ｗの駆動信号で振動子２４ｂを駆動した。そして、測定に当たっては、反応容器５に保持した蒸留水１０μＬに青色色素（エバンスブルー）液（比重＞１）を１μＬ滴下して攪拌し、反応容器５内の色素液を伴った蒸留水をビデオ撮影して画像処理し、攪拌開始から色素液と蒸留水の色の分布が均一になるまでに要した時間（秒）を攪拌時間とした。
【００４６】
図７に示す攪拌時間の測定結果から、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号を増幅変調した場合、変調周波数ｆAMが５Ｈｚより大きいと、表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合に比べて攪拌時間が２倍以上に長くなった。これに対し、変調周波数ｆAMが２〜３Ｈｚであると、攪拌時間は表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合と略同じであった。従って、攪拌装置２０は、最適な増幅変調制御の下に表面弾性波素子２４を駆動すると、表面弾性波素子２４の駆動時間を短縮し、攪拌に要するエネルギーを低減できることから、発生する音波の吸収に起因した液体の温度上昇も抑制することができる。
【００４７】
このように、駆動信号を増幅変調制御して表面弾性波素子２４を駆動する場合、駆動制御部２１は、例えば、図８に示すように、信号発生器２２が発振する駆動信号をスイッチＳＷで切り替えることによって複数の反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれの表面弾性波素子２４を駆動するように構成する。ここで、攪拌装置２０を搭載した自動分析装置１は、キュベットホイール４に４個以上の多数の反応容器５を配置しているが、ここでは図面表示の簡単のため、４つの反応容器５に基づいて説明する。
【００４８】
このとき、駆動制御部２１は、キュベットホイール４の停止時に、図９に示すように、各反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を時分割で駆動し、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に攪拌周期Ｔcで駆動する。これにより、各反応容器５Ａ〜５Ｄは、時間ｔm1と時間ｔm2（＝ｔm1／２）の２回攪拌され、例えば、反応容器５Ａは、反応容器５Ｂが攪拌される時間ｔm1の信号停止中にスイッチＳＷが切り替えられ、表面弾性波素子２４が駆動される。
【００４９】
ここで、従来の攪拌装置は、キュベットホイール４の停止時に表面弾性波素子２４を、図１０に示すように、時間ｔm1の間連続して駆動することにより、反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれに保持された液体を攪拌している。このため、図１０に示す従来の攪拌装置による攪拌の場合、攪拌時間はｔm1であるのに対し、図９に示す駆動制御部２１による攪拌の場合、各反応容器５Ａ〜５Ｄの見掛け上の攪拌時間はｔm1＋ｔm2となる。従って、攪拌装置２０は、駆動制御部２１によって図９に示すように反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号を増幅変調制御して攪拌する場合、見掛け上の攪拌時間は従来の１．５倍となる。
【００５０】
しかし、図９に示す増幅変調制御の場合、駆動制御部２１は、反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比ＲD＝５０％の下に駆動する。このため、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の駆動時間が３／４・ｔm1となり、各反応容器５Ａ〜５Ｄを攪拌する際の駆動時間が従来に比べて１／４削減される。この結果、攪拌装置２０は、反応容器５Ａ〜５Ｄの攪拌に要する音波のエネルギーを３／４に低減できるため、照射する音波の吸収に起因する液体の温度上昇も抑制することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の攪拌装置及び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は、駆動制御部によって駆動信号の振幅又は印加時間、特に駆動信号の振幅を変調制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態２は、液体の温度に応じて駆動制御部によってデューティ比を制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。
【００５２】
実施の形態２の自動分析装置３０は、図１１に示すように、温度検出装置１４を備えることを除き、実施の形態１の自動分析装置１と構成が同じである。従って、実施の形態２の自動分析装置及び攪拌装置を含め、以下に説明する自動分析装置及び攪拌装置は、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を使用して説明する。
【００５３】
温度検出装置１４は、図１１に示すように、キュベットホイール４外周の検体分注機構１１と駆動制御部２１との間に配置されている。温度検出装置１４は、反応容器５に保持された試薬と検体とを含む液体の温度を反応容器５の上方から非接触で検出する赤外線温度センサであり、検出した液体の温度は温度情報信号として制御部１５及び制御部１５を介して駆動制御部２１へ出力される。
【００５４】
攪拌装置２０は、キュベットホイール４の停止時に温度検出装置１４から入力される液体の温度情報信号をもとに、駆動制御部２１が接触子２１ｂから入力端子２４ｄに予め設定された所定デューティ比の駆動信号を入力する。これにより、表面弾性波素子２４が駆動され、搬送されてくる反応容器５に保持された試薬と検体とを含む液体が攪拌される。このとき、表面弾性波素子２４は、駆動信号の印加電力が０．３Ｗの場合、反応容器５に保持された液体を均一に攪拌するには、図１２に示すように、駆動信号のデューティ比が１００％の場合には時間ｔ(100)を必要とする。
【００５５】
このとき、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御するため、例えば、デューティ比５０％で表面弾性波素子２４を時分割で駆動する場合、図１２に示すように、表面弾性波素子２４に時間ｔ(50)の攪拌を３回（振幅変調周波数ｆAM＝３Ｈｚ）行わせると共に、表面弾性波素子２４への印加電力を０．６Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。そして、例えば、デューティ比３３％で表面弾性波素子２４を同様に駆動する場合には、駆動制御部２１は、図１２に示すように、表面弾性波素子２４に時間ｔ(33)の攪拌を３回行わせると共に、表面弾性波素子２４への印加電力を０．９１Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。
【００５６】
同様に、駆動制御部２１は、デューティ比２５％の場合には、図１２に示すように、例えば、時間ｔ(25)の攪拌を３回行わせると共に、印加電力を１．２Ｗとし、デューティ比２０％の場合には、例えば、時間ｔ(20)の攪拌を３回行わせると共に、印加電力を１．５Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。この場合、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合よりも極端に少なくなると、攪拌効率が低下する。一方で、全消費電力が少ないほど、発熱を抑制できる利点がある。このため、１００％以外のデューティ比で表面弾性波素子２４を駆動する場合、駆動制御部２１は、全消費電力をデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じとするか、全消費電力以下とすることが好ましい。
【００５７】
【表１】
【００５８】
このようにして駆動信号のデューティ比を制御する場合、予め、表１に示すデューティ比とデューティ比に対応した印加電力との関係を求め、駆動制御回路２３に記憶させておく。そして、駆動制御部２１は、温度検出装置１４から入力される液体の温度情報をもとに駆動制御回路２３がデューティ比と印加電力を決定し、対応する印加電力の駆動信号を表面弾性波素子２４へ出力する。このとき、駆動制御回路２３は、液体の温度が高い場合よりも低い場合に、液体に照射される音波の照射時間を短くし、又は音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように駆動信号のデューティ比を制御する。これにより、駆動制御部２１は、液体の温度が低いときのように、液体の温度が多少上がっても問題がないような場合には、短時間で高パワーの音波を照射し、液体の温度が高い場合には、液体の温度が上がり過ぎないように制御している。
【００５９】
このように、実施の形態２の攪拌装置２０は、温度検出装置１４から入力される液体の温度情報信号をもとに、駆動制御部２１が液体を攪拌する際の駆動信号のデューティ比と印加電力とを決定し、液体を攪拌する。このため、実施の形態２の攪拌装置２０は、実施の形態１の攪拌装置２０に比べて液体の温度をより高精度に制御することができる。
【００６０】
ここで、デューティ比２０％、印加電力１．５Ｗで表面弾性波素子２４に時間ｔ(20)の攪拌を時分割で３回行わせた場合における液体の温度の変化を測定したところ、図１３に実線で示す結果が得られた。この場合、デューティ比２０％とした関係で駆動信号の印加電力がデューティ比１００％の場合の５倍と大きいため、信号のオン直後に液体の温度は急峻に上昇するが、信号をオフすると液体の温度はすぐに下降する傾向を示した。
【００６１】
比較のため、デューティ比１００％、印加電力０．３Ｗで表面弾性波素子２４に時間ｔ(100)の間連続して攪拌させた場合における液体の温度の変化を同様に測定したところ、図１３に点線で示す結果が得られた。デューティ比１００％の場合は、デューティ比２０％の場合に比べて駆動信号の印加電力が１／５と小さいため、信号のオン直後に液体の温度は上昇するが、デューティ比２０％の場合に比べて温度上昇は小さい。しかしながら、連続して攪拌しているので、時間経過に伴って温度が緩やかに上昇する傾向を示した。
【００６２】
従って、デューティ比２０％で表面弾性波素子２４を駆動すると、駆動信号のオン，オフの繰り返しにより、デューティ比１００％で表面弾性波素子２４を連続駆動する場合に比べて攪拌後における液体の温度上昇がΔＴだけ抑えられた。
【００６３】
そこで、デューティ比の相違による液体の温度上昇を調べるため、反応容器５に同量の蒸留水を分注し、キュベットホイール４の停止時に、デューティ比２５，３３，５０，７５，１００％で表面弾性波素子２４をそれぞれ駆動し、蒸留水の温度の上昇率（℃／秒）を測定した。この結果を、図１４に示す。図１４に示す結果から明らかなように、デューティ比と液体温度の上昇率との間には比例関係があり、デューティ比が小さい程、液体の温度上昇を抑制できることが分かった。このとき、反応容器５及び表面弾性波素子２４は、図７に示す液体の攪拌時間の測定に用いたものと同じものを使用し、印加電力は表１と同じに設定し、振幅変調周波数を３Ｈｚとして１回の攪拌周期の間に時分割で３回攪拌した。
【００６４】
更に、図７に示す液体の攪拌時間の測定と同じ手法を使用してデューティ比の相違による液体の攪拌時間を測定し、その結果を図１５に示した。この場合、振幅変調波形は方形波を用い、デューティ比は２０，２５，３３，５０，１００％として表１の印加電力に設定し、振幅変調周波数は３Ｈｚ、即ち、１秒間に時分割で３回攪拌した。図１５に示す結果から明らかなように、デューティ比１００％で攪拌するよりも、デューティ比を小さくして表面弾性波素子２４を駆動する印加電力を大きくした方が、攪拌時間を短縮することができる。特に、デューティ比を２５％に設定すると攪拌時間を最短とすることができ、デューティ比１００％の場合に比べて４割、攪拌時間を短縮することができる。
【００６５】
（実施の形態３）
次に、本発明の攪拌装置及び分析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２は、温度検知装置が検知した液体の温度に応じて駆動制御部によってデューティ比を制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態３は、冷却手段によって液体を冷却することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明している。
【００６６】
図１６は、本発明の実施の形態３を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。図１７は、自動分析装置を構成するキュベットホイールの一部を断面にして拡大して示した図２に対応する斜視図である。図１８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平面図である。図１９は、攪拌装置の概略構成をキュベットホイール及び反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【００６７】
実施の形態３の自動分析装置４０は、図１６に示すように、実施の形態１の自動分析装置１と主要部の構成が同じである。但し、自動分析装置４０は、図１７及び図１８に示すように、キュベットホイール４の各ホルダ４ｂ下部の周方向に隣り合う位置にペルチェ素子４１を配置する凹部４ｆが形成され、凹部４ｆの奥に圧接部材４２が配置されている。また、凹部４ｆは、上部にキュベットホイール４の上面に開口する換気孔４ｇが形成されている。
【００６８】
ペルチェ素子４１は、攪拌装置２０の駆動制御回路２３によって作動が制御され、表面弾性波素子２４を介して反応容器５に保持された液体を冷却する冷却手段である。ペルチェ素子４１は、圧接部材４２が有する圧接ピン４２ａの先端に取り付けられている。ペルチェ素子４１は、ホイール電極４ｅと同様にしてキュベットホイール４に設けた電極４ｈに接触する接触子２１ｃによって攪拌装置２０から駆動電力が供給される。ここで、電極４ｈとペルチェ素子４１とは、電気配線によって接続されている。
【００６９】
圧接部材４２は、攪拌装置２０の駆動制御回路２３によって作動が制御され、表面弾性波素子２４を介してペルチェ素子４１を反応容器５に圧接する圧接手段である。圧接部材４２は、例えば、ソレノイド等のアクチュエータが使用され、ホイール電極４ｅと同様にしてキュベットホイール４に設けた電極４ｉに接触する接触子２１ｄによって攪拌装置２０から駆動電力が供給される。ここで、電極４ｉと圧接部材４２とは、電気配線によって接続されている。そして、圧接部材４２は、各ホルダ４ｂに攪拌対象の液体を保持した反応容器５が配置されていない場合には、圧接ピン４２ａによってペルチェ素子４１を凹部４ｆ内に引き込んでいる。一方、圧接部材４２は、各ホルダ４ｂに攪拌対象の液体を保持した反応容器５が配置されると、図１８及び図１９に示すように、圧接ピン４２ａを繰り出し、表面弾性波素子２４を介してペルチェ素子４１を反応容器５に圧接させる。
【００７０】
自動分析装置４０は、攪拌装置２０がペルチェ素子４１を備え、表面弾性波素子２４への駆動信号の印加電力と反応容器５が保持した液体の温度上昇との関係が制御部１５或いは駆動制御部２１の駆動制御回路２３に記憶されている。このため、自動分析装置４０は、前記印加電力と液体の温度上昇との関係から攪拌装置２０の駆動制御回路２３によってペルチェ素子４１の作動を制御することにより、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御することができる。
【００７１】
このとき、攪拌装置２０は、図８で説明したように、信号発生器２２が発振する駆動信号をスイッチＳＷで切り替えることによって複数の反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれの表面弾性波素子２４を駆動するように構成する。そして、図１２で説明したように、予め記憶させておいたデューティ比とデューティ比に対応した印加電力との関係から、攪拌装置２０は、図２０に示すように、キュベットホイール４が停止した攪拌時間の間にスイッチを切り替えて反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を順次駆動するようにしてもよい。このようにすると、図９，図１０，図１３〜図１５を用いて説明したように、デューティ比１００％で表面弾性波素子２４を連続駆動する場合に比べて更に液体の温度上昇，消費電力を低減すると共に、攪拌時間を更に短縮することができる。
【００７２】
（実施の形態４）
次に、本発明の攪拌装置及び分析装置にかかる実施の形態４について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態３は、冷却手段によって液体を冷却することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態４は、駆動制御部によって表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数を中心周波数に制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。図２１は、本発明の実施の形態４を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。図２２は、表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。図２３は、表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体の攪拌時間との関係を示す図である。
【００７３】
実施の形態４の自動分析装置５０は、図２１に示すように、実施の形態２の自動分析装置３０及び攪拌装置２０と構成が同じであるが、音波の吸収に起因する液体の温度上昇の抑制手法が異なっている。即ち、自動分析装置５０は、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の周波数を中心周波数に制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。
【００７４】
ここで、攪拌装置２０の表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の周波数と反応容器５が保持した液体温度の上昇率との関係を測定した。測定は、振動子２４ｂの中心周波数が９８ＭＨｚの表面弾性波素子２４を使用し、駆動信号の周波数を９０，９２，９４，９６，９７，９８，１００，１０２，１０４ＭＨｚとした。また、駆動制御部２１によってデューティ比１００％に制御して表面弾性波素子２４を０．３Ｗで駆動し、液体の温度は温度検出装置１４を用いて非接触で測定した。この測定結果を、図２２示す。図２２に示す結果から、液体温度の上昇率（℃／秒）は、中心周波数ｆ0よりも周波数の小さい９６ＭＨｚで最大となる上に凸の放物線形状を示し、９６ＭＨｚと中心周波数ｆ0との液体温度の上昇率の差ΔＴは約０．１５℃であった。
【００７５】
一方、駆動信号の周波数と反応容器５が保持した液体の攪拌時間との関係を測定した。このとき、反応容器５及び表面弾性波素子２４は、図７に示す液体の攪拌時間の測定に用いたものと同じものを使用し、駆動制御部２１によってデューティ比１００％に制御して表面弾性波素子２４を０．３Ｗで駆動した。この測定結果を、図２３示す。図２３に示す結果から明らかなように、攪拌時間は、攪拌効率が最大となる中心周波数ｆ0で最短となる下に凸の放物線形状の特性を示している。
【００７６】
従って、図２２，図２３に示す結果を比較すると、反応容器５が保持した液体は、表面弾性波素子２４の攪拌効率が最大となる中心周波数ｆ0で発熱が最大にならず、発熱が最大になる周波数は若干低い周波数側にずれていることが分かる。このため、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の駆動周波数を攪拌時間が最短となる中心周波数ｆ0に設定すると、表面弾性波素子２４が照射する音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制することができる。
【００７７】
但し、攪拌時間が最短となる表面弾性波素子２４の駆動周波数は、攪拌対象となる液体によって異なる。このため、測定対象となる液体ごとに予め最適な駆動周波数を求めて制御部１５又は駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御部２１は、制御部１５を介して入力部１６から入力される分析項目ごとに表面弾性波素子２４の駆動周波数を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態１を説明する図であり、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】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】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平面図である。
【図４】実施の形態１の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。
【図５】表面弾性波素子が液体に照射するバルク波によって液体が攪拌される様子を示す攪拌容器及び表面弾性波素子の断面図である。
【図６】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の変調周期、振幅比及びデューティ比を説明する図である。
【図７】振幅変調周波数の相違による液体の攪拌時間の違いの測定結果を示す図である。
【図８】実施の形態１の攪拌装置において、増幅変調された駆動信号をスイッチで切り替えて複数の反応容器の表面弾性波素子を個々に駆動する構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８において、表面弾性波素子を時分割で駆動し、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に駆動する際の、複数の反応容器の駆動信号を示す信号波形図である。
【図１０】従来の攪拌装置における複数の反応容器の表面弾性波素子をデューティ比１００％で駆動する際の信号波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態２を説明する図であり、攪拌装置及び温度検出装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図１２】実施の形態２の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号のデューティ比の違いによる、印加電力と印加時間との関係を示す波形図である。
【図１３】実施の形態２の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号のデューティ比の違いによる、時間と液体の温度との関係を示す温度変化図である。
【図１４】デューティ比の相違による液体温度の上昇率を示す図である。
【図１５】デューティ比の相違による液体の攪拌時間の測定結果を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図１７】自動分析装置を構成するキュベットホイールの一部を断面にして拡大して示した図２に対応する斜視図である。
【図１８】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平面図である。
【図１９】攪拌装置の概略構成をキュベットホイール及び反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【図２０】実施の形態３の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号の印加電力と印加時間との関係を示す波形図である。
【図２１】本発明の実施の形態４を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図２２】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。
【図２３】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体の攪拌時間との関係を示す図である。
【図２４】音波によって液体を攪拌する従来の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号の電力と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
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
１４ 温度検出装置
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
３０，４０ 自動分析装置
４１ ペルチェ素子
４２ 圧接部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、攪拌装置及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置は、容器に保持した検体や試薬を含む液体を音波発生手段が発生した音波によって攪拌する攪拌装置を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３００６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、音波によって液体を攪拌する攪拌装置においては、照射した音波が液体に吸収されて液体の温度が上昇する。このとき、図２４に示すように、単位時間当たりの液体温度の上昇率は、印加する電力の大きさに伴って増加する関係がある。この場合、液体が微量になる程、液体の熱容量が小さくなることから、液体の温度上昇が大きくなる。このため、この種の攪拌装置においては、検体や試薬が熱変質し易くなり、分析精度が不安定になるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音波の吸収に起因した液体の温度上昇を抑制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。
【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、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において、前記液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、前記音波発生手段が照射する音波によって上昇する前記液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段と、を備え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、前記制御手段は、前記液体の熱に関する特性に応じて前記液体の温度を制御す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、前記液体の熱に関する特性は、前記液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率の少なくとも一つであることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出した前記液体の検出温度をもとに前記液体の温度を制御す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、前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の振幅又は印加時間を制御することによって前記液体の温度を制御す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、前記制御手段は、前記駆動信号の振幅の制御を振幅変調によって行うことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段を複数有し、前記制御手段は、前記複数の音波発生手段を時分割に切り替えて駆動することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記駆動信号のデューティ比を制御す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、前記デューティ比の制御は、前記液体の攪拌に必要な全消費電力が、前記音波発生手段を連続駆動した場合に必要な電力以下になるように行うことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の照射時間が短くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御す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、前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の周波数を前記液体に応じて設定することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記制御手段は、前記駆動信号の周波数を前記音波発生手段の中心周波数に設定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記液体を冷却する冷却手段をさらに備え、前記制御手段は、前記冷却手段の作動を制御することにより、前記液体の温度を制御することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５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、表面弾性波素子であることを特徴とする。
【００２１】
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１６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、反応液の光学的特性を測定して前記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検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にかかる攪拌装置は、液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、音波発生手段が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段とを備えており、分析装置は、前記攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析する。このため、本発明の攪拌装置及び分析装置は、音波の吸収に起因した液体の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施の形態１）
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１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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、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、図１に示すように、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。
【００２７】
一方、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（３４０〜８００ｎｍ）に含まれる光の８０％以上を透過する透明素材、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、図２に示すように、検体や試薬を含む液体を保持する保持部５ａを有する四角筒形状のキュベットであり、側壁５ｂに表面弾性波素子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２４ｄ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、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、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と側壁５ｂとの間を跨いで一体的に設けられている。
【００２８】
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。
【００２９】
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（３４０〜８００ｎｍ）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。
【００３０】
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。
【００３１】
制御部１５は、予め入力された動作プログラム等の情報を記憶して自動分析装置１及び攪拌装置２０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濃度等を分析する制御手段であり、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。
【００３２】
攪拌装置２０は、図４に示すように、駆動制御部２１と表面弾性波素子２４とを有している。駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４の駆動を制御することにより、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する検体や試薬を含む液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段である。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。従って、攪拌装置２０は、キュベットホイール４の回転が停止する都度、駆動制御部２１の接触子２１ｂが接触するホイール電極４ｅが変わり、駆動される表面弾性波素子２４、即ち、攪拌対象の反応容器５が変更される。
【００３３】
ここで、駆動制御部２１は、入力部１６から制御部１５を介して入力される液体の検査項目、入力部１６から入力され、制御部１５に記憶された液体の熱に関する特性等の情報に基づいて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御することにより、反応容器５が保持した検体や試薬を含む液体の温度を制御する。この場合、表面弾性波素子２４の駆動条件としては、駆動制御部２１が表面弾性波素子２４に入力する駆動信号の振幅，周波数，印加時間（デューティ比）等がある。液体の熱に関する特性としては、液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率がある。駆動制御部２１は、少なくともこれらの一つの特性に応じて反応容器５が保持した液体の温度を制御する。
【００３４】
ここで、液体の熱に関する特性は、自動分析装置１のメーカー側が予め測定し、又は推定して工場出荷時に制御部１５に記憶させる特性を含む他、工場出荷後にユーザー側で繰り返し実施される攪拌に先立つ予備攪拌測定の際に測定され、ユーザー側が独自に制御部１５に記憶させた特性であってもよい。また、繰り返し攪拌を行う場合には、先行して行った攪拌の際に得られた液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率等の結果を、液体の熱に関する特性として利用してもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
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表面弾性波素子２４の駆動条件、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（振幅），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。
【００３７】
表面弾性波素子２４は、図４に示すように、圧電基板２４ａの表面に二方向性櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２４ｂが形成されている。振動子２４ｂは、駆動制御部２１から入力された駆動信号を音波（バルク波）に変換する発音部であり、振動子２４ｂを構成する複数のフィンガーが圧電基板２４ａの長手方向に沿って配列されている。振動子２４ｂは、入力端子２４ｄとの間がバスバー２４ｅによって接続されている。また、表面弾性波素子２４は、一組の入力端子２４ｄ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。表面弾性波素子２４は、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に取り付けられる。
【００３８】
ここで、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、振動子を構成する複数のフィンガーの線幅又はピッチは必ずしも正確に描いていない。なお、電極パッド５ｅは、入力端子２４ｄ上に一体的に設けるか、入力端子２４ｄ自体が電極パッド５ｅであっても良い。
【００３９】
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。
【００４０】
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。これにより、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。
【００４１】
このとき、自動分析装置１は、予め入力部１６から制御部１５を介して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２４ｄ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に応じて振動子２４ｂが駆動され、音波（バルク波）を誘起する。誘起された音波（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、図５に示すように、音響インピーダンスが近い液体Ｌ中へバルク波Ｗbが漏れ出してゆく。この結果、反応容器５内には、液体Ｌ中の振動子２４ｂ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。
【００４２】
ここで、図６に示すように、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の中心周波数をｆ0、駆動信号の変調周期をＴ、駆動信号の振幅比をＲA、駆動信号の印加時間としてデューティ比をＲDとする。すると、攪拌装置２０は、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の振幅や印加時間（デューティ比）を種々に制御することができる。このとき、駆動信号の変調周波数ｆAMは、ｆAM＝１／Ｔ（Ｈｚ）となる。
【００４３】
この場合、例えば、振幅比ＲAは、図６に示すように、駆動信号の振幅を１００％とした後、振幅０％、即ち、表面弾性波素子２４に駆動信号を出力しない場合にはＲA＝１００：０、駆動信号の振幅を１００％とした後、振幅を５０％とした場合にはＲA＝１００：５０となる。但し、振幅比ＲAは、振幅を０％とせず極めて低い振幅を有する駆動信号で振動子２４ｂを駆動するような場合には、ＲA＝１００：０とならないときもある。また、デューティ比ＲDは、変調周期Ｔに対する駆動信号の印加時間ｔの比（＝ｔ／Ｔ）をいう。従って、図中振幅比ＲA＝１００：０の場合、ｔ＝Ｔ／２とすると、デューティ比はＲD＝５０％となり、振幅比ＲA＝１００：５０の場合には、ｔ＝Ｔより、デューティ比はＲD＝１００％となる。ここで、振幅比ＲA＝１００：１００で表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合、デューティ比はＲD＝１００％となるが、変調周期Ｔが無限となるため、振幅変調周波数ｆAM（＝１／Ｔ）は０Ｈｚとなる。
【００４４】
このとき、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号に関し、駆動制御部２１によって、例えば、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に、振幅変調周波数ｆAMを種々の値に変更し、反応容器５が保持した液体の攪拌時間を測定したところ図７に示す結果が得られた。
【００４５】
このとき使用した反応容器５は、内法が２×３×５（縦×横×高さ）ｍｍであり、側壁５ｂの厚さが０．５ｍｍであった。表面弾性波素子２４は、振動子２４ｂの中心周波数ｆ0＝９７ＭＨｚ、振動子２４ｂを形成する櫛歯状電極の交差幅が２．１５ｍｍ、対数が１９対、隣接する電極指の間隔（＝λ／２）が９．９μｍであり、印加電力０．２５Ｗの駆動信号で振動子２４ｂを駆動した。そして、測定に当たっては、反応容器５に保持した蒸留水１０μＬに青色色素（エバンスブルー）液（比重＞１）を１μＬ滴下して攪拌し、反応容器５内の色素液を伴った蒸留水をビデオ撮影して画像処理し、攪拌開始から色素液と蒸留水の色の分布が均一になるまでに要した時間（秒）を攪拌時間とした。
【００４６】
図７に示す攪拌時間の測定結果から、表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号を増幅変調した場合、変調周波数ｆAMが５Ｈｚより大きいと、表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合に比べて攪拌時間が２倍以上に長くなった。これに対し、変調周波数ｆAMが２〜３Ｈｚであると、攪拌時間は表面弾性波素子２４を連続的に駆動した場合と略同じであった。従って、攪拌装置２０は、最適な増幅変調制御の下に表面弾性波素子２４を駆動すると、表面弾性波素子２４の駆動時間を短縮し、攪拌に要するエネルギーを低減できることから、発生する音波の吸収に起因した液体の温度上昇も抑制することができる。
【００４７】
このように、駆動信号を増幅変調制御して表面弾性波素子２４を駆動する場合、駆動制御部２１は、例えば、図８に示すように、信号発生器２２が発振する駆動信号をスイッチＳＷで切り替えることによって複数の反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれの表面弾性波素子２４を駆動するように構成する。ここで、攪拌装置２０を搭載した自動分析装置１は、キュベットホイール４に４個以上の多数の反応容器５を配置しているが、ここでは図面表示の簡単のため、４つの反応容器５に基づいて説明する。
【００４８】
このとき、駆動制御部２１は、キュベットホイール４の停止時に、図９に示すように、各反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を時分割で駆動し、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に攪拌周期Ｔcで駆動する。これにより、各反応容器５Ａ〜５Ｄは、時間ｔm1と時間ｔm2（＝ｔm1／２）の２回攪拌され、例えば、反応容器５Ａは、反応容器５Ｂが攪拌される時間ｔm1の信号停止中にスイッチＳＷが切り替えられ、表面弾性波素子２４が駆動される。
【００４９】
ここで、従来の攪拌装置は、キュベットホイール４の停止時に表面弾性波素子２４を、図１０に示すように、時間ｔm1の間連続して駆動することにより、反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれに保持された液体を攪拌している。このため、図１０に示す従来の攪拌装置による攪拌の場合、攪拌時間はｔm1であるのに対し、図９に示す駆動制御部２１による攪拌の場合、各反応容器５Ａ〜５Ｄの見掛け上の攪拌時間はｔm1＋ｔm2となる。従って、攪拌装置２０は、駆動制御部２１によって図９に示すように反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号を増幅変調制御して攪拌する場合、見掛け上の攪拌時間は従来の１．５倍となる。
【００５０】
しかし、図９に示す増幅変調制御の場合、駆動制御部２１は、反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比ＲD＝５０％の下に駆動する。このため、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の駆動時間が３／４・ｔm1となり、各反応容器５Ａ〜５Ｄを攪拌する際の駆動時間が従来に比べて１／４削減される。この結果、攪拌装置２０は、反応容器５Ａ〜５Ｄの攪拌に要する音波のエネルギーを３／４に低減できるため、照射する音波の吸収に起因する液体の温度上昇も抑制することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の攪拌装置及び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は、駆動制御部によって駆動信号の振幅又は印加時間、特に駆動信号の振幅を変調制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態２は、液体の温度に応じて駆動制御部によってデューティ比を制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。
【００５２】
実施の形態２の自動分析装置３０は、図１１に示すように、温度検出装置１４を備えることを除き、実施の形態１の自動分析装置１と構成が同じである。従って、実施の形態２の自動分析装置及び攪拌装置を含め、以下に説明する自動分析装置及び攪拌装置は、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を使用して説明する。
【００５３】
温度検出装置１４は、図１１に示すように、キュベットホイール４外周の検体分注機構１１と駆動制御部２１との間に配置されている。温度検出装置１４は、反応容器５に保持された試薬と検体とを含む液体の温度を反応容器５の上方から非接触で検出する赤外線温度センサであり、検出した液体の温度は温度情報信号として制御部１５及び制御部１５を介して駆動制御部２１へ出力される。
【００５４】
攪拌装置２０は、キュベットホイール４の停止時に温度検出装置１４から入力される液体の温度情報信号をもとに、駆動制御部２１が接触子２１ｂから入力端子２４ｄに予め設定された所定デューティ比の駆動信号を入力する。これにより、表面弾性波素子２４が駆動され、搬送されてくる反応容器５に保持された試薬と検体とを含む液体が攪拌される。このとき、表面弾性波素子２４は、駆動信号の印加電力が０．３Ｗの場合、反応容器５に保持された液体を均一に攪拌するには、図１２に示すように、駆動信号のデューティ比が１００％の場合には時間ｔ(100)を必要とする。
【００５５】
このとき、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御するため、例えば、デューティ比５０％で表面弾性波素子２４を時分割で駆動する場合、図１２に示すように、表面弾性波素子２４に時間ｔ(50)の攪拌を３回（振幅変調周波数ｆAM＝３Ｈｚ）行わせると共に、表面弾性波素子２４への印加電力を０．６Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。そして、例えば、デューティ比３３％で表面弾性波素子２４を同様に駆動する場合には、駆動制御部２１は、図１２に示すように、表面弾性波素子２４に時間ｔ(33)の攪拌を３回行わせると共に、表面弾性波素子２４への印加電力を０．９１Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。
【００５６】
同様に、駆動制御部２１は、デューティ比２５％の場合には、図１２に示すように、例えば、時間ｔ(25)の攪拌を３回行わせると共に、印加電力を１．２Ｗとし、デューティ比２０％の場合には、例えば、時間ｔ(20)の攪拌を３回行わせると共に、印加電力を１．５Ｗとすることで、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じになるように駆動信号を制御している。この場合、全消費電力がデューティ比１００％で連続駆動した場合よりも極端に少なくなると、攪拌効率が低下する。一方で、全消費電力が少ないほど、発熱を抑制できる利点がある。このため、１００％以外のデューティ比で表面弾性波素子２４を駆動する場合、駆動制御部２１は、全消費電力をデューティ比１００％で連続駆動した場合と同じとするか、全消費電力以下とすることが好ましい。
【００５７】
【表１】
【００５８】
このようにして駆動信号のデューティ比を制御する場合、予め、表１に示すデューティ比とデューティ比に対応した印加電力との関係を求め、駆動制御回路２３に記憶させておく。そして、駆動制御部２１は、温度検出装置１４から入力される液体の温度情報をもとに駆動制御回路２３がデューティ比と印加電力を決定し、対応する印加電力の駆動信号を表面弾性波素子２４へ出力する。このとき、駆動制御回路２３は、液体の温度が高い場合よりも低い場合に、液体に照射される音波の照射時間を短くし、又は音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように駆動信号のデューティ比を制御する。これにより、駆動制御部２１は、液体の温度が低いときのように、液体の温度が多少上がっても問題がないような場合には、短時間で高パワーの音波を照射し、液体の温度が高い場合には、液体の温度が上がり過ぎないように制御している。
【００５９】
このように、実施の形態２の攪拌装置２０は、温度検出装置１４から入力される液体の温度情報信号をもとに、駆動制御部２１が液体を攪拌する際の駆動信号のデューティ比と印加電力とを決定し、液体を攪拌する。このため、実施の形態２の攪拌装置２０は、実施の形態１の攪拌装置２０に比べて液体の温度をより高精度に制御することができる。
【００６０】
ここで、デューティ比２０％、印加電力１．５Ｗで表面弾性波素子２４に時間ｔ(20)の攪拌を時分割で３回行わせた場合における液体の温度の変化を測定したところ、図１３に実線で示す結果が得られた。この場合、デューティ比２０％とした関係で駆動信号の印加電力がデューティ比１００％の場合の５倍と大きいため、信号のオン直後に液体の温度は急峻に上昇するが、信号をオフすると液体の温度はすぐに下降する傾向を示した。
【００６１】
比較のため、デューティ比１００％、印加電力０．３Ｗで表面弾性波素子２４に時間ｔ(100)の間連続して攪拌させた場合における液体の温度の変化を同様に測定したところ、図１３に点線で示す結果が得られた。デューティ比１００％の場合は、デューティ比２０％の場合に比べて駆動信号の印加電力が１／５と小さいため、信号のオン直後に液体の温度は上昇するが、デューティ比２０％の場合に比べて温度上昇は小さい。しかしながら、連続して攪拌しているので、時間経過に伴って温度が緩やかに上昇する傾向を示した。
【００６２】
従って、デューティ比２０％で表面弾性波素子２４を駆動すると、駆動信号のオン，オフの繰り返しにより、デューティ比１００％で表面弾性波素子２４を連続駆動する場合に比べて攪拌後における液体の温度上昇がΔＴだけ抑えられた。
【００６３】
そこで、デューティ比の相違による液体の温度上昇を調べるため、反応容器５に同量の蒸留水を分注し、キュベットホイール４の停止時に、デューティ比２５，３３，５０，７５，１００％で表面弾性波素子２４をそれぞれ駆動し、蒸留水の温度の上昇率（℃／秒）を測定した。この結果を、図１４に示す。図１４に示す結果から明らかなように、デューティ比と液体温度の上昇率との間には比例関係があり、デューティ比が小さい程、液体の温度上昇を抑制できることが分かった。このとき、反応容器５及び表面弾性波素子２４は、図７に示す液体の攪拌時間の測定に用いたものと同じものを使用し、印加電力は表１と同じに設定し、振幅変調周波数を３Ｈｚとして１回の攪拌周期の間に時分割で３回攪拌した。
【００６４】
更に、図７に示す液体の攪拌時間の測定と同じ手法を使用してデューティ比の相違による液体の攪拌時間を測定し、その結果を図１５に示した。この場合、振幅変調波形は方形波を用い、デューティ比は２０，２５，３３，５０，１００％として表１の印加電力に設定し、振幅変調周波数は３Ｈｚ、即ち、１秒間に時分割で３回攪拌した。図１５に示す結果から明らかなように、デューティ比１００％で攪拌するよりも、デューティ比を小さくして表面弾性波素子２４を駆動する印加電力を大きくした方が、攪拌時間を短縮することができる。特に、デューティ比を２５％に設定すると攪拌時間を最短とすることができ、デューティ比１００％の場合に比べて４割、攪拌時間を短縮することができる。
【００６５】
（実施の形態３）
次に、本発明の攪拌装置及び分析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２は、温度検知装置が検知した液体の温度に応じて駆動制御部によってデューティ比を制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態３は、冷却手段によって液体を冷却することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明している。
【００６６】
図１６は、本発明の実施の形態３を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。図１７は、自動分析装置を構成するキュベットホイールの一部を断面にして拡大して示した図２に対応する斜視図である。図１８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平面図である。図１９は、攪拌装置の概略構成をキュベットホイール及び反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【００６７】
実施の形態３の自動分析装置４０は、図１６に示すように、実施の形態１の自動分析装置１と主要部の構成が同じである。但し、自動分析装置４０は、図１７及び図１８に示すように、キュベットホイール４の各ホルダ４ｂ下部の周方向に隣り合う位置にペルチェ素子４１を配置する凹部４ｆが形成され、凹部４ｆの奥に圧接部材４２が配置されている。また、凹部４ｆは、上部にキュベットホイール４の上面に開口する換気孔４ｇが形成されている。
【００６８】
ペルチェ素子４１は、攪拌装置２０の駆動制御回路２３によって作動が制御され、表面弾性波素子２４を介して反応容器５に保持された液体を冷却する冷却手段である。ペルチェ素子４１は、圧接部材４２が有する圧接ピン４２ａの先端に取り付けられている。ペルチェ素子４１は、ホイール電極４ｅと同様にしてキュベットホイール４に設けた電極４ｈに接触する接触子２１ｃによって攪拌装置２０から駆動電力が供給される。ここで、電極４ｈとペルチェ素子４１とは、電気配線によって接続されている。
【００６９】
圧接部材４２は、攪拌装置２０の駆動制御回路２３によって作動が制御され、表面弾性波素子２４を介してペルチェ素子４１を反応容器５に圧接する圧接手段である。圧接部材４２は、例えば、ソレノイド等のアクチュエータが使用され、ホイール電極４ｅと同様にしてキュベットホイール４に設けた電極４ｉに接触する接触子２１ｄによって攪拌装置２０から駆動電力が供給される。ここで、電極４ｉと圧接部材４２とは、電気配線によって接続されている。そして、圧接部材４２は、各ホルダ４ｂに攪拌対象の液体を保持した反応容器５が配置されていない場合には、圧接ピン４２ａによってペルチェ素子４１を凹部４ｆ内に引き込んでいる。一方、圧接部材４２は、各ホルダ４ｂに攪拌対象の液体を保持した反応容器５が配置されると、図１８及び図１９に示すように、圧接ピン４２ａを繰り出し、表面弾性波素子２４を介してペルチェ素子４１を反応容器５に圧接させる。
【００７０】
自動分析装置４０は、攪拌装置２０がペルチェ素子４１を備え、表面弾性波素子２４への駆動信号の印加電力と反応容器５が保持した液体の温度上昇との関係が制御部１５或いは駆動制御部２１の駆動制御回路２３に記憶されている。このため、自動分析装置４０は、前記印加電力と液体の温度上昇との関係から攪拌装置２０の駆動制御回路２３によってペルチェ素子４１の作動を制御することにより、表面弾性波素子２４が照射する音波によって上昇する液体の温度を所定温度以下に制御することができる。
【００７１】
このとき、攪拌装置２０は、図８で説明したように、信号発生器２２が発振する駆動信号をスイッチＳＷで切り替えることによって複数の反応容器５Ａ〜５Ｄのそれぞれの表面弾性波素子２４を駆動するように構成する。そして、図１２で説明したように、予め記憶させておいたデューティ比とデューティ比に対応した印加電力との関係から、攪拌装置２０は、図２０に示すように、キュベットホイール４が停止した攪拌時間の間にスイッチを切り替えて反応容器５Ａ〜５Ｄの表面弾性波素子２４を順次駆動するようにしてもよい。このようにすると、図９，図１０，図１３〜図１５を用いて説明したように、デューティ比１００％で表面弾性波素子２４を連続駆動する場合に比べて更に液体の温度上昇，消費電力を低減すると共に、攪拌時間を更に短縮することができる。
【００７２】
（実施の形態４）
次に、本発明の攪拌装置及び分析装置にかかる実施の形態４について、図面を参照しつつ詳細に説明する。実施の形態３は、冷却手段によって液体を冷却することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制する場合について説明した。これに対し、実施の形態４は、駆動制御部によって表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数を中心周波数に制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。図２１は、本発明の実施の形態４を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。図２２は、表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。図２３は、表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体の攪拌時間との関係を示す図である。
【００７３】
実施の形態４の自動分析装置５０は、図２１に示すように、実施の形態２の自動分析装置３０及び攪拌装置２０と構成が同じであるが、音波の吸収に起因する液体の温度上昇の抑制手法が異なっている。即ち、自動分析装置５０は、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の周波数を中心周波数に制御することにより、音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制している。
【００７４】
ここで、攪拌装置２０の表面弾性波素子２４を駆動する駆動信号の周波数と反応容器５が保持した液体温度の上昇率との関係を測定した。測定は、振動子２４ｂの中心周波数が９８ＭＨｚの表面弾性波素子２４を使用し、駆動信号の周波数を９０，９２，９４，９６，９７，９８，１００，１０２，１０４ＭＨｚとした。また、駆動制御部２１によってデューティ比１００％に制御して表面弾性波素子２４を０．３Ｗで駆動し、液体の温度は温度検出装置１４を用いて非接触で測定した。この測定結果を、図２２示す。図２２に示す結果から、液体温度の上昇率（℃／秒）は、中心周波数ｆ0よりも周波数の小さい９６ＭＨｚで最大となる上に凸の放物線形状を示し、９６ＭＨｚと中心周波数ｆ0との液体温度の上昇率の差ΔＴは約０．１５℃であった。
【００７５】
一方、駆動信号の周波数と反応容器５が保持した液体の攪拌時間との関係を測定した。このとき、反応容器５及び表面弾性波素子２４は、図７に示す液体の攪拌時間の測定に用いたものと同じものを使用し、駆動制御部２１によってデューティ比１００％に制御して表面弾性波素子２４を０．３Ｗで駆動した。この測定結果を、図２３示す。図２３に示す結果から明らかなように、攪拌時間は、攪拌効率が最大となる中心周波数ｆ0で最短となる下に凸の放物線形状の特性を示している。
【００７６】
従って、図２２，図２３に示す結果を比較すると、反応容器５が保持した液体は、表面弾性波素子２４の攪拌効率が最大となる中心周波数ｆ0で発熱が最大にならず、発熱が最大になる周波数は若干低い周波数側にずれていることが分かる。このため、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４の駆動周波数を攪拌時間が最短となる中心周波数ｆ0に設定すると、表面弾性波素子２４が照射する音波の吸収に起因する液体の温度上昇を抑制することができる。
【００７７】
但し、攪拌時間が最短となる表面弾性波素子２４の駆動周波数は、攪拌対象となる液体によって異なる。このため、測定対象となる液体ごとに予め最適な駆動周波数を求めて制御部１５又は駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御部２１は、制御部１５を介して入力部１６から入力される分析項目ごとに表面弾性波素子２４の駆動周波数を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態１を説明する図であり、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】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】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平面図である。
【図４】実施の形態１の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。
【図５】表面弾性波素子が液体に照射するバルク波によって液体が攪拌される様子を示す攪拌容器及び表面弾性波素子の断面図である。
【図６】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の変調周期、振幅比及びデューティ比を説明する図である。
【図７】振幅変調周波数の相違による液体の攪拌時間の違いの測定結果を示す図である。
【図８】実施の形態１の攪拌装置において、増幅変調された駆動信号をスイッチで切り替えて複数の反応容器の表面弾性波素子を個々に駆動する構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８において、表面弾性波素子を時分割で駆動し、振幅比ＲA＝１００：０、デューティ比５０％の下に駆動する際の、複数の反応容器の駆動信号を示す信号波形図である。
【図１０】従来の攪拌装置における複数の反応容器の表面弾性波素子をデューティ比１００％で駆動する際の信号波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態２を説明する図であり、攪拌装置及び温度検出装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図１２】実施の形態２の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号のデューティ比の違いによる、印加電力と印加時間との関係を示す波形図である。
【図１３】実施の形態２の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号のデューティ比の違いによる、時間と液体の温度との関係を示す温度変化図である。
【図１４】デューティ比の相違による液体温度の上昇率を示す図である。
【図１５】デューティ比の相違による液体の攪拌時間の測定結果を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態３を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図１７】自動分析装置を構成するキュベットホイールの一部を断面にして拡大して示した図２に対応する斜視図である。
【図１８】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平面図である。
【図１９】攪拌装置の概略構成をキュベットホイール及び反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【図２０】実施の形態３の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号の印加電力と印加時間との関係を示す波形図である。
【図２１】本発明の実施の形態４を説明する図であり、攪拌装置を備えた自動分析装置の概略構成図である。
【図２２】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。
【図２３】表面弾性波素子を駆動する駆動信号の周波数と反応容器が保持した液体の攪拌時間との関係を示す図である。
【図２４】音波によって液体を攪拌する従来の攪拌装置における表面弾性波素子を駆動する駆動信号の電力と反応容器が保持した液体温度の上昇率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
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
１４ 温度検出装置
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
３０，４０ 自動分析装置
４１ ペルチェ素子
４２ 圧接部材
【特許請求の範囲】
【請求項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において、
前記液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波発生手段が照射する音波によって上昇する前記液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記液体の熱に関する特性に応じて前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記液体の熱に関する特性は、前記液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率の少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出した前記液体の検出温度をもとに前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の振幅又は印加時間を制御することによって前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記駆動信号の振幅の制御を振幅変調によって行うことを特徴とする請求項５に記載の攪拌装置。
【請求項７】
前記音波発生手段を複数有し、
前記制御手段は、前記複数の音波発生手段を時分割に切り替えて駆動することを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
【請求項９】
前記デューティ比の制御は、前記液体の攪拌に必要な全消費電力が、前記音波発生手段を連続駆動した場合に必要な電力以下になるように行うことを特徴とする請求項８に記載の攪拌装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の照射時間が短くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項９に記載の攪拌装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項９に記載の攪拌装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の周波数を前記液体に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記駆動信号の周波数を前記音波発生手段の中心周波数に設定することを特徴とする請求項１２に記載の攪拌装置。
【請求項１４】
前記液体を冷却する冷却手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記冷却手段の作動を制御することにより、前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項１５】
前記音波発生手段は、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。
【請求項１６】
複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する分析装置であって、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする分析装置。
【請求項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において、
前記液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波発生手段が照射する音波によって上昇する前記液体の温度を所定温度以下に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記液体の熱に関する特性に応じて前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項３】
前記液体の熱に関する特性は、前記液体の量，粘性，熱容量，比熱又は熱伝導率の少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に記載の攪拌装置。
【請求項４】
前記液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出した前記液体の検出温度をもとに前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の振幅又は印加時間を制御することによって前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記駆動信号の振幅の制御を振幅変調によって行うことを特徴とする請求項５に記載の攪拌装置。
【請求項７】
前記音波発生手段を複数有し、
前記制御手段は、前記複数の音波発生手段を時分割に切り替えて駆動することを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項６に記載の攪拌装置。
【請求項９】
前記デューティ比の制御は、前記液体の攪拌に必要な全消費電力が、前記音波発生手段を連続駆動した場合に必要な電力以下になるように行うことを特徴とする請求項８に記載の攪拌装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の照射時間が短くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項９に記載の攪拌装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記液体の温度が高い場合よりも低い場合に、当該液体に照射される前記音波の単位時間当たりの照射強度が強くなるように前記駆動信号のデューティ比を制御することを特徴とする請求項９に記載の攪拌装置。
【請求項１２】
前記制御手段は、前記音波発生手段を駆動する駆動信号の周波数を前記液体に応じて設定することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記駆動信号の周波数を前記音波発生手段の中心周波数に設定することを特徴とする請求項１２に記載の攪拌装置。
【請求項１４】
前記液体を冷却する冷却手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記冷却手段の作動を制御することにより、前記液体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の攪拌装置。
【請求項１５】
前記音波発生手段は、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。
【請求項１６】
複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液の光学的特性を測定して前記反応液を分析する分析装置であって、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の攪拌装置を用いて検体と試薬との反応液を光学的に分析することを特徴とする分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００７−２４８２５２（Ｐ２００７−２４８２５２Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１６６０（Ｐ２００６−７１６６０）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]