攪拌装置及び分析装置
【課題】発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、攪拌効率の良い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、音波によって液体Ｌ内に生ずる流れの時間変化に応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する駆動制御回路２３とを備えている。表面弾性波素子２４の駆動条件は、表面弾性波素子の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つである。
【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、音波によって液体Ｌ内に生ずる流れの時間変化に応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する駆動制御回路２３とを備えている。表面弾性波素子２４の駆動条件は、表面弾性波素子の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つである。
【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）。特許文献１に開示された分析装置は、分析対象ごとに効果的な攪拌を行うため、分析対象ごとに音波の照射位置や照射強度を制御している。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４２７１３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、音波発生手段が発生した音波を液体に照射して攪拌する場合、音波を照射し始めて一定時間が経過すると、液体内に生じる音響流は同一の位置を同じ流速で流れる定常流となる。このため、液体内に定常流を生じさせると、定常流の外側や内側に流れの滞留部が生じてしまう。従って、分析対象ごとに音波の照射位置や照射強度を制御しても、液体内に定常流が生じると、発生した音波のエネルギーが無駄になり、液体の攪拌効率が悪く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、発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、攪拌効率の良い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前記音波を発生させる音波発生手段と、前記音波によって前記液体内に生ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る攪拌装置は、上記の発明において、音波発生手段の駆動条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つであ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、前記制御手段は、前記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状又は所望する攪拌領域の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御す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、前記音波発生手段の特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心周波数の少なくとも一つであ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、前記液体の特性は、当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも一つであ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。
【００１２】
また、請求項７に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板の両面に設けられる電極とを有する厚み縦振動子であることを特徴とする。
【００１３】
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８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】
【００１４】
本発明の攪拌装置は、液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、音波によって液体内に生ずる流れの時間変化に応じて音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段とを備え、また、本発明の分析装置は、前記攪拌装置を備えているので、音波発生手段が発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、容器に保持された液体を効率良く攪拌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】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の攪拌装置、容器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、攪拌装置を備えた実施の形態１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断面平面図である。図４は、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。キュベットホイール４の近傍には、試薬分注機構６，７が設けられている。
【００１９】
一方、反応容器５は、光学的に透明な素材から成形され、図２に示すように、液体を保持する保持部５ａ（図４参照）を有する四角筒状の容器であり、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、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、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、使用に際しては、上部に防滴用のゴムキャップ５ｄを被せ、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の入力端子２４ｄ（図５参照）上に一体的に設けられている。
【００２０】
試薬分注機構６，７は、キュベットホイール４に保持された反応容器５に試薬テーブル２，３の試薬容器２ａ，３ａから試薬を分注する。試薬分注機構６，７は、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おり、試薬の分注量に関する信号を駆動制御回路２３へ出力する。
【００２１】
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。また、検体分注機構１１は、検体の分注量に関する信号を駆動制御回路２３へ出力する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
制御部１５は、自動分析装置１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部分であり、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。
【００２５】
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が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部１５を介して入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性、液体の特性、反応容器５の形状又は反応容器５の所望する攪拌領域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。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。
【００２６】
ここで、表面弾性波素子２４の駆動条件は、例えば、表面弾性波素子２４の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つを制御する。表面弾性波素子２４の特性は、例えば、音波を発生する振動子２４ｂの大きさ、数又は中心周波数等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つに応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する。一方、液体の特性としては、例えば、液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さ等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つに応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する。
【００２７】
このとき、液面高さは、図４に示すように、表面弾性波素子２４の振動子２４ｂが出射するバルク波Ｗbが側壁５ｂから液体Ｌへ入射する入射点Ｐiにおける側壁５ｂの法線Ｎとなす伝搬角θと、反応容器５に分注した際に、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から駆動制御回路２３が求める。また、入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向に沿った底壁までの距離をｄ1とし、同じく液面までの距離をｄ2とする。
【００２８】
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の作動を制御することにより、信号発生器２２が表面弾性波素子２４へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。駆動制御回路２３は、表面弾性波素子２４の駆動条件と、信号発生器２２の作動を制御する。駆動制御回路２３は、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，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。
【００２９】
表面弾性波素子２４は、図５に示すように、圧電基板２４ａの表面に櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２４ｂが僅かな距離を置いて配置されている。振動子２４ｂは、駆動制御部２１から入力された駆動信号をバルク波（音波）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。また、表面弾性波素子２４は、図２に示すように、各入力端子２４ｄ上に電極パッド５ｅの端部が重ねられ、駆動制御部２１と一組の入力端子２４ｄ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。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。表面弾性波素子２４は、エポキシ樹脂等の接着剤からなる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。ここで、表面弾性波素子２４は、液体に音波を照射する際に、液体やジェル等の音響整合層を介して反応容器５に離接可能に当接される構成としてもよい。
【００３０】
ここで、表面弾性波素子２４の特性の一つである振動子２４ｂの大きさとは、図５に示す振動子２４ｂを構成する複数のフィンガーのうち両端位置するフィンガーの中央を結ぶ距離Ｓsをいう。また、図５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、入力端子２４ｄ上に図２の電極パッド５ｅが一体的に設けられるか、入力端子２４ｄ自体が電極パッド５ｅであっても良い。
【００３１】
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。
【００３２】
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、発光部１２ａから出射された光束が透過する。このとき、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。
【００３３】
このとき、自動分析装置１は、制御部１５を介して入力部１６から予め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の周波数に応じて振動子２４ｂが駆動され、バルク波（音波）を誘起する。誘起されたバルク波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、図４に示すように、入射点Ｐiから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が保持した試薬と検体等の液体Ｌ内には、漏れ出したバルク波Ｗbによって音響流が生じ、液体Ｌがこの音響流によって攪拌される。
【００３４】
この攪拌に際し、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部１５を介して入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性、分析対象となる試薬と検体等を含む液体の特性、反応容器５の形状又は反応容器５の所望する攪拌領域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。例えば、駆動制御部２１は、駆動制御回路２３が求めた液面高さ及び入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性として振動子２４ｂの中心周波数に応じて表面弾性波素子２４の駆動条件である間欠駆動のタイミングを制御する。この場合、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４の中心周波数がｆ0の場合、図６に示すように、駆動制御部２３が信号発生器２２から入力端子２４ｄに周波数ｆ0の駆動信号を、時分割で駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）の間に信号照射のない切替え時間Ｔoff（秒）を介して表面弾性波素子２４に出力し、間欠駆動する。
【００３５】
このような表面弾性波素子２４の間欠駆動によって反応容器５が保持した液体Ｌ中に非定常な音響流が発生し、分注された試薬と検体が攪拌される。ここで、内法の縦×横×高さが４×４×１５ｍｍの反応容器５、振動子２４ｂの大きさＳs＝１ｍｍ，中心周波数ｆ0＝８１ＭＨｚの表面弾性波素子２４を使用し、反応容器５が保持した液体Ｌを攪拌する際の入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向（伝搬角θ＝１５°）に沿った距離と音響流の流速との関係を求めた。このとき、表面弾性波素子２４は、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝０．１，０．５，１，２，３秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動した。その結果を、入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離（ｍｍ）を横軸、液体Ｌ中に発生する音響流の流速（ｍｍ／秒）を横軸として、表面弾性波素子２４の駆動時間ごとに図７に示す。
【００３６】
図７に示す結果から明らかなように、駆動時間０．１秒及び０．５秒の場合、音響流は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時間１秒程度で入射点Ｐi（図４参照）から比較的近い領域が定常流となる。一般に、液体を攪拌する場合、流線が安定している定常流よりも、過渡的で、かつ、速い流れを有し、流線が不安定な非定常流の方が効率良く液体を攪拌することができる。
【００３７】
このため、例えば、所望する攪拌領域の範囲としてバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離がｄ1＝３ｍｍの場合、図７に示す結果から、表面弾性波素子２４の駆動時間Ｔ1を０．５≦Ｔ1＜１（秒）とすると、入射点Ｐiからの距離が同じであっても音響流の流速が異なり、定常流よりも複雑な流れ場となる。一方、所望する攪拌領域の範囲としてバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離がｄ1＝６ｍｍの場合には、同様にして、表面弾性波素子２４の駆動時間Ｔ1を１≦Ｔ1＜２（秒）とすることが望ましい。このとき、切替え時間Ｔoffは、駆動制御部２１の性能に左右される割合が大きいが、攪拌に有効な複雑な流れ場を形成するためには、可能な範囲で短く設定する方が良く、１００ｍ秒以下であることが好ましい。
【００３８】
従って、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて間欠駆動のタイミングを制御することにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。しかも、このように優れた効果を達成するうえで、攪拌装置２０は、従来の攪拌装置に必要とされる構成要素に加えて新たに追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析装置が大型化することも回避することができる。
【００３９】
ここで、駆動制御部２１は、周波数ｆ0の駆動信号に関し、例えば、図８に示すように、振幅が１００％の駆動時間Ｔ1＝Ｔ2の間に振幅が０％の切替え時間Ｔoffを介して表面弾性波素子２４を間欠駆動してもよい。また、駆動制御部２１は、図９に示すように、振幅が１００％の駆動時間Ｔ1＝Ｔ2の間に、振幅を駆動時間Ｔ1，Ｔ2の振幅の５０％とする切替え時間Ｔchを介して表面弾性波素子２４を所定時間連続的に駆動してもよい。このように、振幅変調制御の下に表面弾性波素子２４を駆動すると、攪拌装置２０は、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することができる。この場合、駆動制御部２１は、駆動信号をオフ、即ち、振幅を０％とせず極めて低い振幅を有する駆動信号で表面弾性波素子２４を駆動する場合もある。
【００４０】
一方、音響流の流速分布図に関し、振動子２４ｂの大きさがＳs＝１，２，２．５ｍｍの３種類の表面弾性波素子２４を使用し、駆動周波数５０ＭＨｚの下に流速分布を図７と同様にして求めたところ図１０〜図１２に示す結果が得られた。これらの結果から、表面弾性波素子２４は、振動子の大きさの違いによって音響流の流速分布が異なり、振動子２４ｂの大きさＳsが大きくなるのに伴って発生する音響流の流速が増加すると共に、バルク波Ｗbの進行方向に沿った音響流の入射点Ｐiからの到達距離が延び、所望する攪拌領域の範囲が拡がること、また、所望する攪拌領域の範囲と表面弾性波素子２４の駆動時間が同じであれば、振動子２４ｂが大きい方が音響流の流速が速くなり、定常流よりも複雑な流れ場となることが分かった。従って、攪拌装置２０は、振動子の大きさに応じて駆動条件を制御してやることで、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く攪拌することができる。
【００４１】
（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の攪拌装置及び分析装置は、振動子が１つの表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態２の攪拌装置及び分析装置は、振動子が２つの表面弾性波素子を使用している。
【００４２】
図１３は、実施の形態２に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図１４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。ここで、実施の形態２を含めて以下に説明する攪拌装置及び自動分析装置は、基本構成が実施の形態１の攪拌装置及び自動分析装置と同一の場合、同一の構成部分には同一の符号を用いて説明している。
【００４３】
実施の形態２の自動分析装置は、図１３及び図１４に示すように、攪拌装置３０が振動子を２つ有する表面弾性波素子２５を使用している。即ち、攪拌装置３０の表面弾性波素子２５は、圧電基板２５ａの表面に櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２５ｂ，２５ｃが僅かな距離を置いて配置されている。振動子２５ｂ，２５ｃは、駆動制御部２１から入力された駆動信号をバルク波（音波）に変換する発音部であり、振動子２５ｂ，２５ｃを構成する複数のフィンガーが圧電基板２５ａの長手方向に沿って配列されている。また、表面弾性波素子２５は、一組の入力端子２５ｄ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。振動子２５ｂ，２５ｃは、入力端子２５ｄとの間がバスバー２５ｅによって接続されている。表面弾性波素子２５は、一組の入力端子２５ｄを上側に配置した状態で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。
【００４４】
ここで、振動子２５ｂ，２５ｃは、それぞれ駆動周波数に対するインピーダンス及び位相が図１５に示す周波数特性を有するものを使用し、振動子２５ｂの中心周波数をｆ1とし、振動子２５ｃの中心周波数をｆ2（＞ｆ1）とする。このとき、表面弾性波素子２５は、振動子２５ｂ，２５ｃのそれぞれの中心周波数（ｆ1，ｆ2）における電気インピーダンスが外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておき、その中心周波数で駆動する。すると、振動子２５ｂ，２５ｃと外部電気系のインピーダンスが一致するため、表面弾性波素子２５は、電気的な反射なしに振動子２５ｂ，２５ｃに駆動信号を入力することができる。
【００４５】
このとき、表面弾性波素子２５は、振動子２５ｂ，２５ｃのインピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2として等価回路を示すと図１６に示すようになる。このため、例えば、駆動制御部２１が表面弾性波素子２５に周波数ｆ1の駆動信号を入力すると、振動子２５ｂはインピーダンスが５０Ω、振動子２５ｃはインピーダンスが∞となる。従って、表面弾性波素子２５は、見掛け上、図１７に示すように、振動子２５ｃが存在せず（絶縁状態）、入力された駆動信号（ｆ1）によって振動子２５ｂのみが駆動されることになる。
【００４６】
一方、駆動制御部２１が表面弾性波素子２５に周波数ｆ2の駆動信号を入力すると、振動子２５ｂはインピーダンスが∞、振動子２５ｃはインピーダンスが５０Ωと逆になる。従って、表面弾性波素子２５は、見掛け上、図１８に示すように、振動子２５ｂが存在せず（絶縁状態）、入力された駆動信号（ｆ2）によって振動子２５ｃのみが駆動されることになる。なお、外部電気系のインピーダンスが他の値、例えば、７５Ωの場合には、振動子２５ｂ，２５ｃの中心周波数における電気インピーダンスが７５Ωとなるように設計しておけばよい。
【００４７】
このため、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる上述の流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた液体の量をもとに駆動制御回路２３が表面弾性波素子２５に出力する駆動信号を切り替える。例えば、液体の量が少ない場合、駆動制御回路２３は、振動子２５ｂを駆動するように駆動信号を切り替える。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止したときに接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触すると、駆動制御部２１から表面弾性波素子２５に周波数ｆ1の駆動信号が入力される。
【００４８】
これにより、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５の振動子２５ｂが、図１９に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）の間に信号照射のない切替え時間Ｔoff（秒）を介して時分割で入力される周波数ｆ1の駆動信号によって間欠駆動される。この結果、振動子２５ｂによって誘起されたバルク波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ漏れ出す。この漏れ出した音波によって音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００４９】
このとき、振動子２５ｂは、図１４に示したように、反応容器５の下側に配置されている。このため、図２０に示すように、反応容器５の液体Ｌ中へ漏れ出すバルク波は、液体Ｌ中の振動子２５ｂに対応する位置を起点として斜め下方へ向かうバルク波Ｗb1と斜め上方へ向かうバルク波Ｗb2が生ずる。従って、反応容器５に保持された液体Ｌ中には、この２方向に対応した２つの音響流が生じ、分注された試薬と検体とを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。
【００５０】
一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路２３は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた液体の量をもとに、振動子２５ｂ，２５ｃ交互に駆動するように駆動信号を切り替える。これにより、攪拌装置３０は、図２１に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（＝Ｔ1）（秒）の間に切替え時間Ｔoff（秒）を介して周波数ｆ1と周波数ｆ2の駆動信号が表面弾性波素子２５に交互に入力される。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２５に入力される駆動信号の周波数が変更され、音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃが自己選択的に切り替えられる。
【００５１】
この結果、反応容器５は、図２２に示すように、下側に配置された振動子２５ｂから周波数ｆ1のバルク波Ｗb11，Ｗb12が、上側に配置された振動子２５ｃから周波数ｆ2の音波Ｗb21，Ｗb22が、保持した液体Ｌ中へそれぞれ交互に漏れ出して音響流が発生する。このため、反応容器５が保持した液体Ｌは、エネルギーの無駄を抑えて反応容器５の底部から気液界面に至るまで効率良く攪拌される。なお、周波数ｆ1，ｆ2の切り替え時間は、必ずしも１：１である必要はなく、検体の特性等に応じて適宜設定，変更しても良い。
【００５２】
このとき、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５の数に関係なく、図１４に示すように、単一の駆動制御部２１と一組の入力端子２５ｄ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。また、表面弾性波素子２５は、駆動制御部２１によって駆動信号の周波数を変更することによって、音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃが自己選択的に切り替わる。このため、攪拌装置３０は、従来の攪拌手段のようなスイッチ回路が必要ないことと相俟って、発音部となる共振周波数の異なる複数の振動子２５ｂ，２５ｃを有していても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃを特定の振動子２５ｂ，２５ｃに容易に切り替えることができる。
【００５３】
しかも、攪拌装置３０は、位置によって共振周波数が異なる振動子を有する表面弾性波素子２５を用いることによって、駆動制御部２１と一組の入力端子２５ｄとの間を接続することから配線数を少なくすることができる。このため、攪拌装置３０は、小さい容器へ表面弾性波素子２５を取り付けることが可能となり、容器の小型化のみならず分析装置の小型化も可能となる。
【００５４】
（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１，２の攪拌装置及び分析装置は、振動子を構成する複数のフィンガーが総て同じ方向に配列された表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態３の攪拌装置及び分析装置は、複数の振動子相互間でフィンガーの向きが９０°異なる表面弾性波素子を使用している。
【００５５】
図２３は、実施の形態３に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図２４は、実施の形態３に係る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２５は、反応容器の斜視図である。図２６は、反応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である。
【００５６】
実施の形態３の攪拌装置４０は、図２３及び図２４に示すように、駆動制御部２１と反応容器５の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子２６とを有しており、キュベットホイール４のホルダ４ｂに反応容器５を収容すると、ホイール電極４ｆを介して駆動制御部２１から表面弾性波素子２６に駆動信号が入力される。ここで、ホイール電極４ｆは、攪拌装置２０，３０のホイール電極４ｅと異なり、図２３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の内面に当接した後、下方へ延びてホルダ４ｂの底部で底部に沿って折り曲げられている。
【００５７】
表面弾性波素子２６は、音響整合層を介して反応容器５の底壁外面に取り付けられ、図２６に示すように、バスバー２６ｅによって直列に接続された振動子２６ｂ，２６ｃ（中心周波数ｆ1，ｆ2）と、同様に直列に接続された振動子２６ｆ，２６ｇ（中心周波数ｆ3，ｆ4）とが一組の入力端子２６ｄに対して並列に接続されている。このとき、振動子２６ｂ，２６ｆと振動子２６ｃ，２６ｇは、圧電基板２６ａの板面上でフィンガーの向きが９０°異なっている。また、中心周波数ｆ1〜ｆ4は、ｆ1＞ｆ2＞ｆ3＞ｆ4の大小関係にある。表面弾性波素子２６は、例えば、周波数ｆ1の駆動信号を入力すると振動子２６ｂが励振されてバルク波が発生する。このようにして発生したバルク波は、圧電基板２６ａ，音響整合層，反応容器５の底壁を伝搬してゆき、図２４に示すように、反応容器５が保持した液体Ｌ中にバルク波Ｗbが漏れ出す。この漏れ出したバルク波Ｗbは、反応容器５が保持した液体Ｌ中に音響流を発生させ、液体Ｌを攪拌する。
【００５８】
攪拌装置４０は、表面弾性波素子２６が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御回路２３に表面弾性波素子２６の駆動条件を制御させることにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く攪拌する。
【００５９】
実施の形態３の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置４０を使用しており、キュベットホイール４の停止時に、音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じて駆動制御回路２３から表面弾性波素子２６に異なる周波数の駆動信号が切り替えて入力される。即ち、駆動制御回路２３が、図２７に示すように、周波数ｆ4〜ｆ1の駆動信号を駆動時間Ｔ1〜Ｔ4（秒）の間隔で切り替えながら表面弾性波素子２６に入力する。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、音波を発生する振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇが自己選択的に切り替えられる。
【００６０】
このため、攪拌装置４０は、振動子２６ｂが駆動されると、図２８に示すように、周波数ｆ4の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA4が発生する。次に、攪拌装置４０は、振動子２６ｃが駆動されると、図２９に示すように、周波数ｆ3の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA3が発生する。次いで、攪拌装置４０は、振動子２６ｆが駆動されると、図３０に示すように、周波数ｆ2の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA2が発生する。そして、攪拌装置４０は、振動子２６ｇが駆動されると、図３１に示すように、周波数ｆ1の音波が反応容器５の底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA1が発生する。ここで、例えば、音響流ＳA1は、流速が大きく主要な流れとなる音響流ＳA1aと、音響流ＳA1aの後方に向かい、流速が小さい音響流ＳA1bとが発生し、他の音響流ＳA2〜ＳA4においても同様である。
【００６１】
この結果、反応容器５が保持した液体Ｌ中には、音響流ＳA4〜ＳA1が順番に発生する。これらの音響流のうち流速が大きい音響流ＳA4a〜ＳA1aが連なって、反応容器５が保持した液体Ｌ中には、反時計方向の旋廻流が形成される。このように、表面弾性波素子２６が発生する音波によって反応容器５が保持した液体中に生ずる流れの時間変化に応じ、上述のように駆動制御回路２３が表面弾性波素子２６に異なる周波数の駆動信号を切り替えて入力すると、反応容器５が保持した液体中に旋廻流が生ずる。
【００６２】
このため、攪拌装置４０は、この旋廻流によって反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。この場合、攪拌装置４０は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から駆動制御回路２３に入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器５が保持する液体の量をもとに、駆動制御回路２３によって音波を発生する振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇを特定の振動子に切り替えることで、反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することもできる。
【００６３】
ここで、攪拌装置４０は、反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができれば、駆動制御回路２３によって表面弾性波素子２６を駆動する駆動信号の周波数を切り替える順序は、必ずしもｆ4，ｆ3，ｆ2，ｆ1の順である必要はなく、また、振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇの配置位置も図２６に示す位置に限定されるものではない。従って、攪拌装置４０は、駆動制御回路２３によって表面弾性波素子２６を周波数ｆ4，ｆ3，ｆ2，ｆ1の順に駆動した後、周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4の順に駆動してもよいし、他の順で駆動してもよい。このように攪拌順序を逆にすると、攪拌対象によっては、反応容器５に保持した液体Ｌ中に生ずる音響流の向きが乱れて複雑な流れ場が形成されるため、音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、液体Ｌの攪拌効果を向上させることができる。
【００６４】
また、攪拌装置４０は、振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇを有する表面弾性波素子２６を、図３２に示すように、反応容器５の側壁５ｂ外面に取り付けてもよい。このようにすると、攪拌装置４０は、駆動制御回路２３によって周波数ｆ4〜ｆ1の駆動信号を切り替えて表面弾性波素子２６に入力することにより、音響流ＳA4，ＳA3，ＳA2，ＳA1が交互に発生し、側壁５ｂから液体Ｌ中へ漏れ出す４種類のバルク波Ｗbによって生ずる旋廻流Ｆを上下方向に流れる対流とすることができる。このため、攪拌装置４０のみならず、自動分析装置の設計上の自由度が増す。
【００６５】
（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１〜３の攪拌装置及び分析装置は、音波発生手段として表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態４の攪拌装置、容器及び分析装置は、音波発生手段として厚み縦振動子を使用している。
【００６６】
図３３は、実施の形態４に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図３４は、実施の形態４に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示すブロック図である。図３５は、図３４に示す攪拌装置で使用する厚み縦振動子の斜視図である。図３６は、圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係を示す厚み縦振動子の周波数特性図である。
【００６７】
実施の形態４に係る自動分析装置は、図３３及び図３４に示すように、駆動制御部２１と厚み縦振動子５１とを有する攪拌装置５０を備えており、厚み縦振動子５１は反応容器５の側壁５ｂ外面に取り付けられている。反応容器５は、２つの電極パッド５ｅのそれぞれが厚み縦振動子５１の信号線電極５１ｂ及びグランド電極５１ｃと接続され、キュベットホイール４のホルダ４ｂに収容すると、電極パッド５ｅがホイール電極４ｅと接続される。従って、反応容器５は、接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触すると、駆動制御部２１から厚み縦振動子５１に駆動信号が入力される。
【００６８】
厚み縦振動子５１は、図３４及び図３５に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電基板５１ａの一方の面に信号線電極５１ｂが設けられ、他方の面にグランド電極５１ｃが設けられている。信号線電極５１ｂ，グランド電極５１ｃは、駆動制御部２１から送電された電力を表面弾性波（音波）に変換する発音部であり、グランド電極５１ｃから音波が出射される。圧電基板５１ａは、グランド電極５１ｃを設ける一方の面に対して信号線電極５１ｂを設ける他方の面が傾斜した楔型に成形されている。
【００６９】
このため、厚み縦振動子５１は、図３５に示す点ＰA，ＰBを基準とする圧電基板５１ａの長手方向に沿った位置と中心周波数との関係が、圧電基板５１ａの厚さが増すに従って中心周波数が直線的に小さくなる特性を有している。即ち、厚み縦振動子５１は、図３６に示すように、厚みが最も薄い位置ＰAの中心周波数がｆ2であり、厚みが増すのに従って中心周波数が減少し、最も厚い位置ＰBにおける中心周波数がｆ1（＜ｆ2）となる。従って、厚み縦振動子５１は、中心周波数が直線的に変化する多数の発音部が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なすことができる。
【００７０】
従って、攪拌装置５０は、ホイール電極４ｅを介して駆動制御部２１から厚み縦振動子５１に異なる周波数の駆動信号を入力すると、入力した駆動信号の周波数と共振する中心周波数を有する圧電基板５１ａの厚さの位置にあるグランド電極５１ｃから励振された音波が出射され、発音部の位置が長手方向に沿って変化する。
【００７１】
実施の形態４の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置５０を使用しており、厚み縦振動子５１が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御回路２３に厚み縦振動子５１の駆動条件である駆動信号の周波数を制御することにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌する。
【００７２】
ここで、図３６に示す位置ＰA，ＰB間の距離が１ｍｍ、位置ＰBにおける中心周波数ｆ1＝５０ＭＨｚ、位置ＰAにおける中心周波数ｆ2＝８１ＭＨｚの厚み縦振動子５１を有する攪拌装置５０に関し、図７と同様にして音響流の流速分布図を求めた。このとき、厚み縦振動子５１は、周波数ｆ1の駆動信号の場合、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝２秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動し、周波数ｆ2の駆動信号の場合、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝０．５，１，２秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動して反応容器５が保持した液体を攪拌する際の入射点から表面弾性波の進行方向（伝搬角θ＝０°）に沿った距離と音響流の流速との関係を求めた。その結果を、入射点から表面弾性波の進行方向に沿った距離（ｍｍ）を横軸、液体中に発生する音響流の流速（ｍｍ／秒）を横軸として、厚み縦振動子５１の駆動時間ごとに図３７に示す。
【００７３】
図３７に示す結果から明らかなように、厚み縦振動子５１の駆動時間が１秒未満である０．５秒の場合、音響流は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時間１秒程度で入射点から比較的近い領域が定常流となる。このとき、音響流が液体を攪拌する範囲は、音源の大きさと駆動周波数に依存する。厚み縦振動子５１は、上述のように多数の発音部（音源）が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なされる。
【００７４】
このため、例えば、表面弾性波Ｗaの進行方向に沿った所望する攪拌領域の範囲を距離５ｍｍとするには、周波数ｆ1で厚み縦振動子５１を駆動する場合には、駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）として約２秒必要とするが、周波数ｆ2で厚み縦振動子５１を駆動する場合には、１秒≦Ｔ1＜２秒の駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）とすればよい。
【００７５】
従って、攪拌装置５０は、厚み縦振動子５１が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて厚み縦振動子５１の駆動時間を制御する。これにより、攪拌装置５０は、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。しかも、このように優れた効果を達成するうえで、攪拌装置５０は、従来の攪拌装置に必要とされる構成要素に加えて新たに追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析装置が大型化することも回避することができる。
【００７６】
ここで、攪拌装置５０は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から駆動制御回路２３に入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器５が保持する液体の量をもとに、駆動制御回路２３が駆動信号の周波数を変更する。例えば、液体の量が少ない場合には、駆動制御回路２３が周波数ｆ1の駆動信号を厚み縦振動子５１に入力する。すると、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止したときに接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触し、駆動制御回路２３から厚み縦振動子５１に周波数ｆ1の駆動信号が入力される。
【００７７】
このとき、厚み縦振動子５１は、キュベットホイール４の停止時間中に、図３８に示すように、駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）、切替え時間Ｔoffで周波数ｆ1の駆動信号が駆動制御回路２３から入力される。この結果、キュベットホイール４の停止中に厚み縦振動子５１によって誘起された表面弾性波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、図３４に示すように、音響インピーダンスが近い液体Ｌ中へ表面弾性波Ｗa1が漏れ出す。このため、反応容器５が保持した液体には、漏れ出した表面弾性波Ｗa1によって音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００７８】
ここで、厚み縦振動子５１は、周波数ｆ1の駆動信号によって励振される位置が反応容器５の下側に位置する。このため、図３４に示すように、液体Ｌ中へ漏れ出す音波Ｗa1は、厚み縦振動子５１の点ＰB（図３５参照）に対応した反応容器５の下側を起点として、矢印で示す斜め上方と斜め下方の２方向に向かう。従って、反応容器５に保持された液体Ｌ中には、この２方向に対応した２つの音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００７９】
一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路２３は、周波数ｆ1の駆動信号と周波数ｆ2（＞ｆ1）の駆動信号が厚み縦振動子５１に交互に入力されるように設定する。これにより、攪拌装置５０は、図３９に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（＝Ｔ1）（秒）の間に切替え時間Ｔoff（秒）を介して周波数ｆ1と周波数ｆ2の駆動信号が厚み縦振動子５１に交互に切り替えて入力される。この結果、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、厚み縦振動子５１の点ＰA（図３５参照）に対応した位置と点ＰB（図３５参照）に対応した位置との間で音波を発生する位置が自己選択的に交互に切り替わる。
【００８０】
これにより、攪拌装置５０は、図３４に示すように、厚み縦振動子５１のグランド電極５１ｃから周波数ｆ1の音波Ｗa1と周波数ｆ2の音波Ｗa2が液体Ｌ中へ交互に漏れ出して音響流が発生する。従って、攪拌装置５０は、気液界面付近であっても効果的な流れが発生し、反応容器５が保持した液体Ｌをエネルギーの無駄を抑えて効率良く攪拌することができる。ここで、駆動制御回路２３は、周波数ｆ1〜ｆ2の間であればいずれの周波数を厚み縦振動子５１に入力してよく、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）と切替え時間Ｔoff（秒）も任意に設定してよい。なお、攪拌に必要な複雑な流れ場を形成するためには、切り替え時間Ｔoffは、可能な範囲で短く設定する方が良い。
【００８１】
このとき、攪拌装置５０は、厚み縦振動子５１の数に関係なく、図３４に示すように、単一の駆動制御部２１と一組の入力端子である信号線電極５１ｂとグランド電極５１ｃ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。また、厚み縦振動子５１は、駆動制御回路２３によって駆動信号の周波数を周波数ｆ1〜ｆ2の間で変更することによって、グランド電極５１ｃ上の音波を発生する発音部である位置を自己選択的に切り替えている。このため、攪拌装置５０は、従来の攪拌手段のようなスイッチ回路が必要ないことと相俟って、共振周波数の異なる複数の発音部を有していても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波を発生する特定の発音部に容易に切り替えることができる。
【００８２】
更に、実施の形態４に係る攪拌装置５０は、図４０に示すように、反応容器５と厚み縦振動子５１とを離隔させて音響整合層となる恒温水Ｌtを収容した恒温槽５５内に配置してもよい。ここで、厚み縦振動子５１は、表面弾性波素子２５の振動子２５ｂ，２５ｃ等に比べて発生する音波Ｗaの周波数が低くなるので、反応容器５から離隔配置しても音波の減衰が小さくなり、液体Ｌ中に流れＦを発生させるうえで十分使用可能である。このとき、厚み縦振動子５１は、信号線電極５１ｂを内側に向けると共に、グランド電極５１ｃを反応容器５に向けて防水ケース５２に取り付ける。
【００８３】
なお、上述の各実施の形態においては、駆動制御部２１は、一箇所のみに設けたが、攪拌用途によっては複数箇所に設けてもよい。また、上述の各実施の形態においては、音波発生手段としての表面弾性波素子２４，２５，２６や厚み縦振動子５１は、反応容器５が保持した液体に対して非接触となるように、反応容器５の外側に配置されている。しかし、表面弾性波素子２４，２５，２６は、一組の入力端子によって駆動制御部２１と接続され、厚み縦振動子５１は、一組の入力端子である信号線電極５１ｂとグランド電極５１ｃとによって駆動制御部２１と接続されていれば、反応容器５の一部を構成し、反応容器５が保持した液体と接触していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】攪拌装置を備えた実施の形態１の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断面平面図である。
【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】実施の形態１の攪拌装置で使用する表面弾性波素子の斜視図である。
【図６】駆動制御部が表面弾性波素子を間欠駆動する際の駆動信号の第一の例を示す波形図である。
【図７】表面弾性波素子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点からバルク波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
【図８】駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第二の例を示す波形図である。
【図９】駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第三の例を示す波形図である。
【図１０】振動子の大きさが１ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１１】振動子の大きさが２ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１２】振動子の大きさが２．５ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１３】実施の形態２に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図１４】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１５】図１４に示す反応容器に取り付けた表面弾性波素子のインピーダンス及び位相の周波数特性図である。
【図１６】図１４に示す表面弾性波素子の等価回路図である。
【図１７】図１４に示す表面弾性波素子を周波数ｆ1で駆動した場合の等価回路図である。
【図１８】図１４に示す表面弾性波素子を周波数ｆ2で駆動した場合の等価回路図である。
【図１９】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1で駆動する駆動信号の波形図である。
【図２０】振動子を周波数ｆ1の駆動信号で駆動した場合に反応容器の液体試料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成を示すブロック図と共に示す断面図である。
【図２１】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1，ｆ2で切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図２２】振動子を周波数ｆ1，ｆ2の駆動信号で切り替えて駆動した場合に反応容器の液体試料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成を示すブロック図と共に示す断面図である。
【図２３】実施の形態３に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図２４】実施の形態３に係る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２５】反応容器の斜視図である。
【図２６】反応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である。
【図２７】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1〜ｆ4に切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図２８】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ4の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図２９】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ3の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３０】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ2の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３１】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３２】表面弾性波素子を反応容器の側壁に取り付けた攪拌装置の変形例を攪拌装置の概略構成を示すブロック図及び反応容器の斜視図と共に示す図である。
【図３３】実施の形態４に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図３４】実施の形態４に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【図３５】図３４に示す攪拌装置で使用する厚み縦振動子の斜視図である。
【図３６】圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係を示す厚み縦振動子の周波数特性図である。
【図３７】厚み縦振動子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点から表面弾性波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
【図３８】厚み縦振動子を周波数ｆ1で駆動する駆動信号の波形図である。
【図３９】厚み縦振動子を周波数ｆ1，ｆ2で交互に切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図４０】実施の形態４に係る攪拌装置の変形例の概略構成を反応容器及び恒温槽の断面図と共に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
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
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
２４，２５ 表面弾性波素子
２６ 表面弾性波素子
３０，４０ 攪拌装置
５０ 攪拌装置
５１ 厚み縦振動子
５２ 防水ケース
５５ 恒温槽
Ｆ 旋廻流
Ｌ 液体
Ｌt 恒温液
ＳA1〜ＳA4 音響流
Ｗa 表面弾性波
Ｗb バルク波
【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）。特許文献１に開示された分析装置は、分析対象ごとに効果的な攪拌を行うため、分析対象ごとに音波の照射位置や照射強度を制御している。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４２７１３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、音波発生手段が発生した音波を液体に照射して攪拌する場合、音波を照射し始めて一定時間が経過すると、液体内に生じる音響流は同一の位置を同じ流速で流れる定常流となる。このため、液体内に定常流を生じさせると、定常流の外側や内側に流れの滞留部が生じてしまう。従って、分析対象ごとに音波の照射位置や照射強度を制御しても、液体内に定常流が生じると、発生した音波のエネルギーが無駄になり、液体の攪拌効率が悪く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、発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、攪拌効率の良い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前記音波を発生させる音波発生手段と、前記音波によって前記液体内に生ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る攪拌装置は、上記の発明において、音波発生手段の駆動条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つであ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、前記制御手段は、前記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状又は所望する攪拌領域の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御す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、前記音波発生手段の特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心周波数の少なくとも一つであ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、前記液体の特性は、当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも一つであ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。
【００１２】
また、請求項７に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板の両面に設けられる電極とを有する厚み縦振動子であることを特徴とする。
【００１３】
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８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】
【００１４】
本発明の攪拌装置は、液体に照射する音波を発生させる音波発生手段と、音波によって液体内に生ずる流れの時間変化に応じて音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段とを備え、また、本発明の分析装置は、前記攪拌装置を備えているので、音波発生手段が発生した音波のエネルギーの無駄を抑えて、容器に保持された液体を効率良く攪拌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】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の攪拌装置、容器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、攪拌装置を備えた実施の形態１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断面平面図である。図４は、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、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。キュベットホイール４の近傍には、試薬分注機構６，７が設けられている。
【００１９】
一方、反応容器５は、光学的に透明な素材から成形され、図２に示すように、液体を保持する保持部５ａ（図４参照）を有する四角筒状の容器であり、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、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、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、使用に際しては、上部に防滴用のゴムキャップ５ｄを被せ、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の入力端子２４ｄ（図５参照）上に一体的に設けられている。
【００２０】
試薬分注機構６，７は、キュベットホイール４に保持された反応容器５に試薬テーブル２，３の試薬容器２ａ，３ａから試薬を分注する。試薬分注機構６，７は、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おり、試薬の分注量に関する信号を駆動制御回路２３へ出力する。
【００２１】
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。また、検体分注機構１１は、検体の分注量に関する信号を駆動制御回路２３へ出力する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
制御部１５は、自動分析装置１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部分であり、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。
【００２５】
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が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部１５を介して入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性、液体の特性、反応容器５の形状又は反応容器５の所望する攪拌領域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。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。
【００２６】
ここで、表面弾性波素子２４の駆動条件は、例えば、表面弾性波素子２４の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つを制御する。表面弾性波素子２４の特性は、例えば、音波を発生する振動子２４ｂの大きさ、数又は中心周波数等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つに応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する。一方、液体の特性としては、例えば、液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さ等があり、駆動制御部２１はこれらの少なくとも一つに応じて表面弾性波素子２４の駆動条件を制御する。
【００２７】
このとき、液面高さは、図４に示すように、表面弾性波素子２４の振動子２４ｂが出射するバルク波Ｗbが側壁５ｂから液体Ｌへ入射する入射点Ｐiにおける側壁５ｂの法線Ｎとなす伝搬角θと、反応容器５に分注した際に、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から駆動制御回路２３が求める。また、入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向に沿った底壁までの距離をｄ1とし、同じく液面までの距離をｄ2とする。
【００２８】
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の作動を制御することにより、信号発生器２２が表面弾性波素子２４へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。駆動制御回路２３は、表面弾性波素子２４の駆動条件と、信号発生器２２の作動を制御する。駆動制御回路２３は、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，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。
【００２９】
表面弾性波素子２４は、図５に示すように、圧電基板２４ａの表面に櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２４ｂが僅かな距離を置いて配置されている。振動子２４ｂは、駆動制御部２１から入力された駆動信号をバルク波（音波）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。また、表面弾性波素子２４は、図２に示すように、各入力端子２４ｄ上に電極パッド５ｅの端部が重ねられ、駆動制御部２１と一組の入力端子２４ｄ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。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。表面弾性波素子２４は、エポキシ樹脂等の接着剤からなる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。ここで、表面弾性波素子２４は、液体に音波を照射する際に、液体やジェル等の音響整合層を介して反応容器５に離接可能に当接される構成としてもよい。
【００３０】
ここで、表面弾性波素子２４の特性の一つである振動子２４ｂの大きさとは、図５に示す振動子２４ｂを構成する複数のフィンガーのうち両端位置するフィンガーの中央を結ぶ距離Ｓsをいう。また、図５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、入力端子２４ｄ上に図２の電極パッド５ｅが一体的に設けられるか、入力端子２４ｄ自体が電極パッド５ｅであっても良い。
【００３１】
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。
【００３２】
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、発光部１２ａから出射された光束が透過する。このとき、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。
【００３３】
このとき、自動分析装置１は、制御部１５を介して入力部１６から予め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の周波数に応じて振動子２４ｂが駆動され、バルク波（音波）を誘起する。誘起されたバルク波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、図４に示すように、入射点Ｐiから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が保持した試薬と検体等の液体Ｌ内には、漏れ出したバルク波Ｗbによって音響流が生じ、液体Ｌがこの音響流によって攪拌される。
【００３４】
この攪拌に際し、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じ、制御部１５を介して入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性、分析対象となる試薬と検体等を含む液体の特性、反応容器５の形状又は反応容器５の所望する攪拌領域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。例えば、駆動制御部２１は、駆動制御回路２３が求めた液面高さ及び入力部１６から入力される表面弾性波素子２４の特性として振動子２４ｂの中心周波数に応じて表面弾性波素子２４の駆動条件である間欠駆動のタイミングを制御する。この場合、駆動制御部２１は、表面弾性波素子２４の中心周波数がｆ0の場合、図６に示すように、駆動制御部２３が信号発生器２２から入力端子２４ｄに周波数ｆ0の駆動信号を、時分割で駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）の間に信号照射のない切替え時間Ｔoff（秒）を介して表面弾性波素子２４に出力し、間欠駆動する。
【００３５】
このような表面弾性波素子２４の間欠駆動によって反応容器５が保持した液体Ｌ中に非定常な音響流が発生し、分注された試薬と検体が攪拌される。ここで、内法の縦×横×高さが４×４×１５ｍｍの反応容器５、振動子２４ｂの大きさＳs＝１ｍｍ，中心周波数ｆ0＝８１ＭＨｚの表面弾性波素子２４を使用し、反応容器５が保持した液体Ｌを攪拌する際の入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向（伝搬角θ＝１５°）に沿った距離と音響流の流速との関係を求めた。このとき、表面弾性波素子２４は、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝０．１，０．５，１，２，３秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動した。その結果を、入射点Ｐiからバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離（ｍｍ）を横軸、液体Ｌ中に発生する音響流の流速（ｍｍ／秒）を横軸として、表面弾性波素子２４の駆動時間ごとに図７に示す。
【００３６】
図７に示す結果から明らかなように、駆動時間０．１秒及び０．５秒の場合、音響流は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時間１秒程度で入射点Ｐi（図４参照）から比較的近い領域が定常流となる。一般に、液体を攪拌する場合、流線が安定している定常流よりも、過渡的で、かつ、速い流れを有し、流線が不安定な非定常流の方が効率良く液体を攪拌することができる。
【００３７】
このため、例えば、所望する攪拌領域の範囲としてバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離がｄ1＝３ｍｍの場合、図７に示す結果から、表面弾性波素子２４の駆動時間Ｔ1を０．５≦Ｔ1＜１（秒）とすると、入射点Ｐiからの距離が同じであっても音響流の流速が異なり、定常流よりも複雑な流れ場となる。一方、所望する攪拌領域の範囲としてバルク波Ｗbの進行方向に沿った距離がｄ1＝６ｍｍの場合には、同様にして、表面弾性波素子２４の駆動時間Ｔ1を１≦Ｔ1＜２（秒）とすることが望ましい。このとき、切替え時間Ｔoffは、駆動制御部２１の性能に左右される割合が大きいが、攪拌に有効な複雑な流れ場を形成するためには、可能な範囲で短く設定する方が良く、１００ｍ秒以下であることが好ましい。
【００３８】
従って、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２４が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて間欠駆動のタイミングを制御することにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。しかも、このように優れた効果を達成するうえで、攪拌装置２０は、従来の攪拌装置に必要とされる構成要素に加えて新たに追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析装置が大型化することも回避することができる。
【００３９】
ここで、駆動制御部２１は、周波数ｆ0の駆動信号に関し、例えば、図８に示すように、振幅が１００％の駆動時間Ｔ1＝Ｔ2の間に振幅が０％の切替え時間Ｔoffを介して表面弾性波素子２４を間欠駆動してもよい。また、駆動制御部２１は、図９に示すように、振幅が１００％の駆動時間Ｔ1＝Ｔ2の間に、振幅を駆動時間Ｔ1，Ｔ2の振幅の５０％とする切替え時間Ｔchを介して表面弾性波素子２４を所定時間連続的に駆動してもよい。このように、振幅変調制御の下に表面弾性波素子２４を駆動すると、攪拌装置２０は、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することができる。この場合、駆動制御部２１は、駆動信号をオフ、即ち、振幅を０％とせず極めて低い振幅を有する駆動信号で表面弾性波素子２４を駆動する場合もある。
【００４０】
一方、音響流の流速分布図に関し、振動子２４ｂの大きさがＳs＝１，２，２．５ｍｍの３種類の表面弾性波素子２４を使用し、駆動周波数５０ＭＨｚの下に流速分布を図７と同様にして求めたところ図１０〜図１２に示す結果が得られた。これらの結果から、表面弾性波素子２４は、振動子の大きさの違いによって音響流の流速分布が異なり、振動子２４ｂの大きさＳsが大きくなるのに伴って発生する音響流の流速が増加すると共に、バルク波Ｗbの進行方向に沿った音響流の入射点Ｐiからの到達距離が延び、所望する攪拌領域の範囲が拡がること、また、所望する攪拌領域の範囲と表面弾性波素子２４の駆動時間が同じであれば、振動子２４ｂが大きい方が音響流の流速が速くなり、定常流よりも複雑な流れ場となることが分かった。従って、攪拌装置２０は、振動子の大きさに応じて駆動条件を制御してやることで、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く攪拌することができる。
【００４１】
（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の攪拌装置及び分析装置は、振動子が１つの表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態２の攪拌装置及び分析装置は、振動子が２つの表面弾性波素子を使用している。
【００４２】
図１３は、実施の形態２に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図１４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。ここで、実施の形態２を含めて以下に説明する攪拌装置及び自動分析装置は、基本構成が実施の形態１の攪拌装置及び自動分析装置と同一の場合、同一の構成部分には同一の符号を用いて説明している。
【００４３】
実施の形態２の自動分析装置は、図１３及び図１４に示すように、攪拌装置３０が振動子を２つ有する表面弾性波素子２５を使用している。即ち、攪拌装置３０の表面弾性波素子２５は、圧電基板２５ａの表面に櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２５ｂ，２５ｃが僅かな距離を置いて配置されている。振動子２５ｂ，２５ｃは、駆動制御部２１から入力された駆動信号をバルク波（音波）に変換する発音部であり、振動子２５ｂ，２５ｃを構成する複数のフィンガーが圧電基板２５ａの長手方向に沿って配列されている。また、表面弾性波素子２５は、一組の入力端子２５ｄ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。振動子２５ｂ，２５ｃは、入力端子２５ｄとの間がバスバー２５ｅによって接続されている。表面弾性波素子２５は、一組の入力端子２５ｄを上側に配置した状態で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。
【００４４】
ここで、振動子２５ｂ，２５ｃは、それぞれ駆動周波数に対するインピーダンス及び位相が図１５に示す周波数特性を有するものを使用し、振動子２５ｂの中心周波数をｆ1とし、振動子２５ｃの中心周波数をｆ2（＞ｆ1）とする。このとき、表面弾性波素子２５は、振動子２５ｂ，２５ｃのそれぞれの中心周波数（ｆ1，ｆ2）における電気インピーダンスが外部電気系と同じ５０Ωとなるように設計しておき、その中心周波数で駆動する。すると、振動子２５ｂ，２５ｃと外部電気系のインピーダンスが一致するため、表面弾性波素子２５は、電気的な反射なしに振動子２５ｂ，２５ｃに駆動信号を入力することができる。
【００４５】
このとき、表面弾性波素子２５は、振動子２５ｂ，２５ｃのインピーダンスをそれぞれＺ1，Ｚ2として等価回路を示すと図１６に示すようになる。このため、例えば、駆動制御部２１が表面弾性波素子２５に周波数ｆ1の駆動信号を入力すると、振動子２５ｂはインピーダンスが５０Ω、振動子２５ｃはインピーダンスが∞となる。従って、表面弾性波素子２５は、見掛け上、図１７に示すように、振動子２５ｃが存在せず（絶縁状態）、入力された駆動信号（ｆ1）によって振動子２５ｂのみが駆動されることになる。
【００４６】
一方、駆動制御部２１が表面弾性波素子２５に周波数ｆ2の駆動信号を入力すると、振動子２５ｂはインピーダンスが∞、振動子２５ｃはインピーダンスが５０Ωと逆になる。従って、表面弾性波素子２５は、見掛け上、図１８に示すように、振動子２５ｂが存在せず（絶縁状態）、入力された駆動信号（ｆ2）によって振動子２５ｃのみが駆動されることになる。なお、外部電気系のインピーダンスが他の値、例えば、７５Ωの場合には、振動子２５ｂ，２５ｃの中心周波数における電気インピーダンスが７５Ωとなるように設計しておけばよい。
【００４７】
このため、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる上述の流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた液体の量をもとに駆動制御回路２３が表面弾性波素子２５に出力する駆動信号を切り替える。例えば、液体の量が少ない場合、駆動制御回路２３は、振動子２５ｂを駆動するように駆動信号を切り替える。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止したときに接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触すると、駆動制御部２１から表面弾性波素子２５に周波数ｆ1の駆動信号が入力される。
【００４８】
これにより、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５の振動子２５ｂが、図１９に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）の間に信号照射のない切替え時間Ｔoff（秒）を介して時分割で入力される周波数ｆ1の駆動信号によって間欠駆動される。この結果、振動子２５ｂによって誘起されたバルク波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料中へ漏れ出す。この漏れ出した音波によって音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００４９】
このとき、振動子２５ｂは、図１４に示したように、反応容器５の下側に配置されている。このため、図２０に示すように、反応容器５の液体Ｌ中へ漏れ出すバルク波は、液体Ｌ中の振動子２５ｂに対応する位置を起点として斜め下方へ向かうバルク波Ｗb1と斜め上方へ向かうバルク波Ｗb2が生ずる。従って、反応容器５に保持された液体Ｌ中には、この２方向に対応した２つの音響流が生じ、分注された試薬と検体とを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。
【００５０】
一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路２３は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた液体の量をもとに、振動子２５ｂ，２５ｃ交互に駆動するように駆動信号を切り替える。これにより、攪拌装置３０は、図２１に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（＝Ｔ1）（秒）の間に切替え時間Ｔoff（秒）を介して周波数ｆ1と周波数ｆ2の駆動信号が表面弾性波素子２５に交互に入力される。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、駆動制御部２１によって表面弾性波素子２５に入力される駆動信号の周波数が変更され、音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃが自己選択的に切り替えられる。
【００５１】
この結果、反応容器５は、図２２に示すように、下側に配置された振動子２５ｂから周波数ｆ1のバルク波Ｗb11，Ｗb12が、上側に配置された振動子２５ｃから周波数ｆ2の音波Ｗb21，Ｗb22が、保持した液体Ｌ中へそれぞれ交互に漏れ出して音響流が発生する。このため、反応容器５が保持した液体Ｌは、エネルギーの無駄を抑えて反応容器５の底部から気液界面に至るまで効率良く攪拌される。なお、周波数ｆ1，ｆ2の切り替え時間は、必ずしも１：１である必要はなく、検体の特性等に応じて適宜設定，変更しても良い。
【００５２】
このとき、攪拌装置３０は、表面弾性波素子２５の数に関係なく、図１４に示すように、単一の駆動制御部２１と一組の入力端子２５ｄ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。また、表面弾性波素子２５は、駆動制御部２１によって駆動信号の周波数を変更することによって、音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃが自己選択的に切り替わる。このため、攪拌装置３０は、従来の攪拌手段のようなスイッチ回路が必要ないことと相俟って、発音部となる共振周波数の異なる複数の振動子２５ｂ，２５ｃを有していても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波を発生する振動子２５ｂ，２５ｃを特定の振動子２５ｂ，２５ｃに容易に切り替えることができる。
【００５３】
しかも、攪拌装置３０は、位置によって共振周波数が異なる振動子を有する表面弾性波素子２５を用いることによって、駆動制御部２１と一組の入力端子２５ｄとの間を接続することから配線数を少なくすることができる。このため、攪拌装置３０は、小さい容器へ表面弾性波素子２５を取り付けることが可能となり、容器の小型化のみならず分析装置の小型化も可能となる。
【００５４】
（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１，２の攪拌装置及び分析装置は、振動子を構成する複数のフィンガーが総て同じ方向に配列された表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態３の攪拌装置及び分析装置は、複数の振動子相互間でフィンガーの向きが９０°異なる表面弾性波素子を使用している。
【００５５】
図２３は、実施の形態３に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図２４は、実施の形態３に係る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２５は、反応容器の斜視図である。図２６は、反応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である。
【００５６】
実施の形態３の攪拌装置４０は、図２３及び図２４に示すように、駆動制御部２１と反応容器５の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子２６とを有しており、キュベットホイール４のホルダ４ｂに反応容器５を収容すると、ホイール電極４ｆを介して駆動制御部２１から表面弾性波素子２６に駆動信号が入力される。ここで、ホイール電極４ｆは、攪拌装置２０，３０のホイール電極４ｅと異なり、図２３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の内面に当接した後、下方へ延びてホルダ４ｂの底部で底部に沿って折り曲げられている。
【００５７】
表面弾性波素子２６は、音響整合層を介して反応容器５の底壁外面に取り付けられ、図２６に示すように、バスバー２６ｅによって直列に接続された振動子２６ｂ，２６ｃ（中心周波数ｆ1，ｆ2）と、同様に直列に接続された振動子２６ｆ，２６ｇ（中心周波数ｆ3，ｆ4）とが一組の入力端子２６ｄに対して並列に接続されている。このとき、振動子２６ｂ，２６ｆと振動子２６ｃ，２６ｇは、圧電基板２６ａの板面上でフィンガーの向きが９０°異なっている。また、中心周波数ｆ1〜ｆ4は、ｆ1＞ｆ2＞ｆ3＞ｆ4の大小関係にある。表面弾性波素子２６は、例えば、周波数ｆ1の駆動信号を入力すると振動子２６ｂが励振されてバルク波が発生する。このようにして発生したバルク波は、圧電基板２６ａ，音響整合層，反応容器５の底壁を伝搬してゆき、図２４に示すように、反応容器５が保持した液体Ｌ中にバルク波Ｗbが漏れ出す。この漏れ出したバルク波Ｗbは、反応容器５が保持した液体Ｌ中に音響流を発生させ、液体Ｌを攪拌する。
【００５８】
攪拌装置４０は、表面弾性波素子２６が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御回路２３に表面弾性波素子２６の駆動条件を制御させることにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、効率良く攪拌する。
【００５９】
実施の形態３の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置４０を使用しており、キュベットホイール４の停止時に、音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化に応じて駆動制御回路２３から表面弾性波素子２６に異なる周波数の駆動信号が切り替えて入力される。即ち、駆動制御回路２３が、図２７に示すように、周波数ｆ4〜ｆ1の駆動信号を駆動時間Ｔ1〜Ｔ4（秒）の間隔で切り替えながら表面弾性波素子２６に入力する。これにより、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、音波を発生する振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇが自己選択的に切り替えられる。
【００６０】
このため、攪拌装置４０は、振動子２６ｂが駆動されると、図２８に示すように、周波数ｆ4の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA4が発生する。次に、攪拌装置４０は、振動子２６ｃが駆動されると、図２９に示すように、周波数ｆ3の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA3が発生する。次いで、攪拌装置４０は、振動子２６ｆが駆動されると、図３０に示すように、周波数ｆ2の音波が底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA2が発生する。そして、攪拌装置４０は、振動子２６ｇが駆動されると、図３１に示すように、周波数ｆ1の音波が反応容器５の底壁から液体Ｌ中へ漏れ出して音響流ＳA1が発生する。ここで、例えば、音響流ＳA1は、流速が大きく主要な流れとなる音響流ＳA1aと、音響流ＳA1aの後方に向かい、流速が小さい音響流ＳA1bとが発生し、他の音響流ＳA2〜ＳA4においても同様である。
【００６１】
この結果、反応容器５が保持した液体Ｌ中には、音響流ＳA4〜ＳA1が順番に発生する。これらの音響流のうち流速が大きい音響流ＳA4a〜ＳA1aが連なって、反応容器５が保持した液体Ｌ中には、反時計方向の旋廻流が形成される。このように、表面弾性波素子２６が発生する音波によって反応容器５が保持した液体中に生ずる流れの時間変化に応じ、上述のように駆動制御回路２３が表面弾性波素子２６に異なる周波数の駆動信号を切り替えて入力すると、反応容器５が保持した液体中に旋廻流が生ずる。
【００６２】
このため、攪拌装置４０は、この旋廻流によって反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。この場合、攪拌装置４０は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から駆動制御回路２３に入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器５が保持する液体の量をもとに、駆動制御回路２３によって音波を発生する振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇを特定の振動子に切り替えることで、反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することもできる。
【００６３】
ここで、攪拌装置４０は、反応容器５に保持した液体Ｌを音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができれば、駆動制御回路２３によって表面弾性波素子２６を駆動する駆動信号の周波数を切り替える順序は、必ずしもｆ4，ｆ3，ｆ2，ｆ1の順である必要はなく、また、振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇの配置位置も図２６に示す位置に限定されるものではない。従って、攪拌装置４０は、駆動制御回路２３によって表面弾性波素子２６を周波数ｆ4，ｆ3，ｆ2，ｆ1の順に駆動した後、周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4の順に駆動してもよいし、他の順で駆動してもよい。このように攪拌順序を逆にすると、攪拌対象によっては、反応容器５に保持した液体Ｌ中に生ずる音響流の向きが乱れて複雑な流れ場が形成されるため、音波のエネルギーの無駄を抑えつつ、液体Ｌの攪拌効果を向上させることができる。
【００６４】
また、攪拌装置４０は、振動子２６ｂ，２６ｃ，２６ｆ，２６ｇを有する表面弾性波素子２６を、図３２に示すように、反応容器５の側壁５ｂ外面に取り付けてもよい。このようにすると、攪拌装置４０は、駆動制御回路２３によって周波数ｆ4〜ｆ1の駆動信号を切り替えて表面弾性波素子２６に入力することにより、音響流ＳA4，ＳA3，ＳA2，ＳA1が交互に発生し、側壁５ｂから液体Ｌ中へ漏れ出す４種類のバルク波Ｗbによって生ずる旋廻流Ｆを上下方向に流れる対流とすることができる。このため、攪拌装置４０のみならず、自動分析装置の設計上の自由度が増す。
【００６５】
（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１〜３の攪拌装置及び分析装置は、音波発生手段として表面弾性波素子を使用している。これに対し、実施の形態４の攪拌装置、容器及び分析装置は、音波発生手段として厚み縦振動子を使用している。
【００６６】
図３３は、実施の形態４に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。図３４は、実施の形態４に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示すブロック図である。図３５は、図３４に示す攪拌装置で使用する厚み縦振動子の斜視図である。図３６は、圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係を示す厚み縦振動子の周波数特性図である。
【００６７】
実施の形態４に係る自動分析装置は、図３３及び図３４に示すように、駆動制御部２１と厚み縦振動子５１とを有する攪拌装置５０を備えており、厚み縦振動子５１は反応容器５の側壁５ｂ外面に取り付けられている。反応容器５は、２つの電極パッド５ｅのそれぞれが厚み縦振動子５１の信号線電極５１ｂ及びグランド電極５１ｃと接続され、キュベットホイール４のホルダ４ｂに収容すると、電極パッド５ｅがホイール電極４ｅと接続される。従って、反応容器５は、接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触すると、駆動制御部２１から厚み縦振動子５１に駆動信号が入力される。
【００６８】
厚み縦振動子５１は、図３４及び図３５に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電基板５１ａの一方の面に信号線電極５１ｂが設けられ、他方の面にグランド電極５１ｃが設けられている。信号線電極５１ｂ，グランド電極５１ｃは、駆動制御部２１から送電された電力を表面弾性波（音波）に変換する発音部であり、グランド電極５１ｃから音波が出射される。圧電基板５１ａは、グランド電極５１ｃを設ける一方の面に対して信号線電極５１ｂを設ける他方の面が傾斜した楔型に成形されている。
【００６９】
このため、厚み縦振動子５１は、図３５に示す点ＰA，ＰBを基準とする圧電基板５１ａの長手方向に沿った位置と中心周波数との関係が、圧電基板５１ａの厚さが増すに従って中心周波数が直線的に小さくなる特性を有している。即ち、厚み縦振動子５１は、図３６に示すように、厚みが最も薄い位置ＰAの中心周波数がｆ2であり、厚みが増すのに従って中心周波数が減少し、最も厚い位置ＰBにおける中心周波数がｆ1（＜ｆ2）となる。従って、厚み縦振動子５１は、中心周波数が直線的に変化する多数の発音部が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なすことができる。
【００７０】
従って、攪拌装置５０は、ホイール電極４ｅを介して駆動制御部２１から厚み縦振動子５１に異なる周波数の駆動信号を入力すると、入力した駆動信号の周波数と共振する中心周波数を有する圧電基板５１ａの厚さの位置にあるグランド電極５１ｃから励振された音波が出射され、発音部の位置が長手方向に沿って変化する。
【００７１】
実施の形態４の自動分析装置は、以上のように構成される攪拌装置５０を使用しており、厚み縦振動子５１が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずる流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、駆動制御回路２３に厚み縦振動子５１の駆動条件である駆動信号の周波数を制御することにより、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌する。
【００７２】
ここで、図３６に示す位置ＰA，ＰB間の距離が１ｍｍ、位置ＰBにおける中心周波数ｆ1＝５０ＭＨｚ、位置ＰAにおける中心周波数ｆ2＝８１ＭＨｚの厚み縦振動子５１を有する攪拌装置５０に関し、図７と同様にして音響流の流速分布図を求めた。このとき、厚み縦振動子５１は、周波数ｆ1の駆動信号の場合、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝２秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動し、周波数ｆ2の駆動信号の場合、駆動時間Ｔ1＝Ｔ2＝０．５，１，２秒、切替え時間Ｔoff＝１０秒で駆動して反応容器５が保持した液体を攪拌する際の入射点から表面弾性波の進行方向（伝搬角θ＝０°）に沿った距離と音響流の流速との関係を求めた。その結果を、入射点から表面弾性波の進行方向に沿った距離（ｍｍ）を横軸、液体中に発生する音響流の流速（ｍｍ／秒）を横軸として、厚み縦振動子５１の駆動時間ごとに図３７に示す。
【００７３】
図３７に示す結果から明らかなように、厚み縦振動子５１の駆動時間が１秒未満である０．５秒の場合、音響流は、不規則な流れ場を形成しながら成長してゆき、駆動時間１秒程度で入射点から比較的近い領域が定常流となる。このとき、音響流が液体を攪拌する範囲は、音源の大きさと駆動周波数に依存する。厚み縦振動子５１は、上述のように多数の発音部（音源）が長手方向に沿って点状に配列されたものと見なされる。
【００７４】
このため、例えば、表面弾性波Ｗaの進行方向に沿った所望する攪拌領域の範囲を距離５ｍｍとするには、周波数ｆ1で厚み縦振動子５１を駆動する場合には、駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）として約２秒必要とするが、周波数ｆ2で厚み縦振動子５１を駆動する場合には、１秒≦Ｔ1＜２秒の駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）とすればよい。
【００７５】
従って、攪拌装置５０は、厚み縦振動子５１が発する音波によって反応容器５が保持した液体内に生ずるこのような流れの時間変化を予め駆動制御回路２３に記憶させておき、所望する攪拌領域の範囲に応じて厚み縦振動子５１の駆動時間を制御する。これにより、攪拌装置５０は、反応容器５が保持した液体を非定常な流れによって音波のエネルギーの無駄を抑えて、効率良く攪拌することができる。しかも、このように優れた効果を達成するうえで、攪拌装置５０は、従来の攪拌装置に必要とされる構成要素に加えて新たに追加する構成要素は不要なことから、安価なうえ、自動分析装置が大型化することも回避することができる。
【００７６】
ここで、攪拌装置５０は、試薬分注機構６，７や検体分注機構１１から駆動制御回路２３に入力される試薬や検体の分注量に関する信号から求めた反応容器５が保持する液体の量をもとに、駆動制御回路２３が駆動信号の周波数を変更する。例えば、液体の量が少ない場合には、駆動制御回路２３が周波数ｆ1の駆動信号を厚み縦振動子５１に入力する。すると、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止したときに接触子２１ｂがホイール電極４ｅと接触し、駆動制御回路２３から厚み縦振動子５１に周波数ｆ1の駆動信号が入力される。
【００７７】
このとき、厚み縦振動子５１は、キュベットホイール４の停止時間中に、図３８に示すように、駆動時間Ｔ1（＝Ｔ2）、切替え時間Ｔoffで周波数ｆ1の駆動信号が駆動制御回路２３から入力される。この結果、キュベットホイール４の停止中に厚み縦振動子５１によって誘起された表面弾性波（音波）は、音響整合層から反応容器５の側壁５ｂ内へと伝搬し、図３４に示すように、音響インピーダンスが近い液体Ｌ中へ表面弾性波Ｗa1が漏れ出す。このため、反応容器５が保持した液体には、漏れ出した表面弾性波Ｗa1によって音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００７８】
ここで、厚み縦振動子５１は、周波数ｆ1の駆動信号によって励振される位置が反応容器５の下側に位置する。このため、図３４に示すように、液体Ｌ中へ漏れ出す音波Ｗa1は、厚み縦振動子５１の点ＰB（図３５参照）に対応した反応容器５の下側を起点として、矢印で示す斜め上方と斜め下方の２方向に向かう。従って、反応容器５に保持された液体Ｌ中には、この２方向に対応した２つの音響流が生じ、分注された試薬と検体とが攪拌される。
【００７９】
一方、例えば、液体の量が多い場合、駆動制御回路２３は、周波数ｆ1の駆動信号と周波数ｆ2（＞ｆ1）の駆動信号が厚み縦振動子５１に交互に入力されるように設定する。これにより、攪拌装置５０は、図３９に示すように、キュベットホイール４の停止時間中に、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（＝Ｔ1）（秒）の間に切替え時間Ｔoff（秒）を介して周波数ｆ1と周波数ｆ2の駆動信号が厚み縦振動子５１に交互に切り替えて入力される。この結果、自動分析装置は、キュベットホイール４が停止する毎に、厚み縦振動子５１の点ＰA（図３５参照）に対応した位置と点ＰB（図３５参照）に対応した位置との間で音波を発生する位置が自己選択的に交互に切り替わる。
【００８０】
これにより、攪拌装置５０は、図３４に示すように、厚み縦振動子５１のグランド電極５１ｃから周波数ｆ1の音波Ｗa1と周波数ｆ2の音波Ｗa2が液体Ｌ中へ交互に漏れ出して音響流が発生する。従って、攪拌装置５０は、気液界面付近であっても効果的な流れが発生し、反応容器５が保持した液体Ｌをエネルギーの無駄を抑えて効率良く攪拌することができる。ここで、駆動制御回路２３は、周波数ｆ1〜ｆ2の間であればいずれの周波数を厚み縦振動子５１に入力してよく、駆動時間Ｔ1，Ｔ2（秒）と切替え時間Ｔoff（秒）も任意に設定してよい。なお、攪拌に必要な複雑な流れ場を形成するためには、切り替え時間Ｔoffは、可能な範囲で短く設定する方が良い。
【００８１】
このとき、攪拌装置５０は、厚み縦振動子５１の数に関係なく、図３４に示すように、単一の駆動制御部２１と一組の入力端子である信号線電極５１ｂとグランド電極５１ｃ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。また、厚み縦振動子５１は、駆動制御回路２３によって駆動信号の周波数を周波数ｆ1〜ｆ2の間で変更することによって、グランド電極５１ｃ上の音波を発生する発音部である位置を自己選択的に切り替えている。このため、攪拌装置５０は、従来の攪拌手段のようなスイッチ回路が必要ないことと相俟って、共振周波数の異なる複数の発音部を有していても、配線数の増加を抑え、簡単な構成で音波を発生する特定の発音部に容易に切り替えることができる。
【００８２】
更に、実施の形態４に係る攪拌装置５０は、図４０に示すように、反応容器５と厚み縦振動子５１とを離隔させて音響整合層となる恒温水Ｌtを収容した恒温槽５５内に配置してもよい。ここで、厚み縦振動子５１は、表面弾性波素子２５の振動子２５ｂ，２５ｃ等に比べて発生する音波Ｗaの周波数が低くなるので、反応容器５から離隔配置しても音波の減衰が小さくなり、液体Ｌ中に流れＦを発生させるうえで十分使用可能である。このとき、厚み縦振動子５１は、信号線電極５１ｂを内側に向けると共に、グランド電極５１ｃを反応容器５に向けて防水ケース５２に取り付ける。
【００８３】
なお、上述の各実施の形態においては、駆動制御部２１は、一箇所のみに設けたが、攪拌用途によっては複数箇所に設けてもよい。また、上述の各実施の形態においては、音波発生手段としての表面弾性波素子２４，２５，２６や厚み縦振動子５１は、反応容器５が保持した液体に対して非接触となるように、反応容器５の外側に配置されている。しかし、表面弾性波素子２４，２５，２６は、一組の入力端子によって駆動制御部２１と接続され、厚み縦振動子５１は、一組の入力端子である信号線電極５１ｂとグランド電極５１ｃとによって駆動制御部２１と接続されていれば、反応容器５の一部を構成し、反応容器５が保持した液体と接触していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】攪拌装置を備えた実施の形態１の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断面平面図である。
【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】実施の形態１の攪拌装置で使用する表面弾性波素子の斜視図である。
【図６】駆動制御部が表面弾性波素子を間欠駆動する際の駆動信号の第一の例を示す波形図である。
【図７】表面弾性波素子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点からバルク波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
【図８】駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第二の例を示す波形図である。
【図９】駆動制御部が表面弾性波素子を駆動する際の駆動信号の第三の例を示す波形図である。
【図１０】振動子の大きさが１ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１１】振動子の大きさが２ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１２】振動子の大きさが２．５ｍｍの表面弾性波素子に関し、駆動周波数を変化させずに図７と同様にして求めた音響流の流速分布図である。
【図１３】実施の形態２に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図１４】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１５】図１４に示す反応容器に取り付けた表面弾性波素子のインピーダンス及び位相の周波数特性図である。
【図１６】図１４に示す表面弾性波素子の等価回路図である。
【図１７】図１４に示す表面弾性波素子を周波数ｆ1で駆動した場合の等価回路図である。
【図１８】図１４に示す表面弾性波素子を周波数ｆ2で駆動した場合の等価回路図である。
【図１９】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1で駆動する駆動信号の波形図である。
【図２０】振動子を周波数ｆ1の駆動信号で駆動した場合に反応容器の液体試料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成を示すブロック図と共に示す断面図である。
【図２１】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1，ｆ2で切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図２２】振動子を周波数ｆ1，ｆ2の駆動信号で切り替えて駆動した場合に反応容器の液体試料中に生ずる音響流を、反応容器を断面にして攪拌装置の概略構成を示すブロック図と共に示す断面図である。
【図２３】実施の形態３に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図２４】実施の形態３に係る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２５】反応容器の斜視図である。
【図２６】反応容器の底壁外面に取り付ける表面弾性波素子の正面図である。
【図２７】キュベットホイールの停止時間中に表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1〜ｆ4に切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図２８】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ4の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図２９】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ3の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３０】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ2の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３１】表面弾性波素子の振動子を周波数ｆ1の駆動信号で駆動した際に、反応容器の液体試料中へ漏れ出す音波と音波によって生ずる音響流を示す反応容器の平面図である。
【図３２】表面弾性波素子を反応容器の側壁に取り付けた攪拌装置の変形例を攪拌装置の概略構成を示すブロック図及び反応容器の斜視図と共に示す図である。
【図３３】実施の形態４に係る自動分析装置のキュベットホイールの図２に対応する斜視図である。
【図３４】実施の形態４に係る攪拌装置の概略構成を反応容器の断面図と共に示すブロック図である。
【図３５】図３４に示す攪拌装置で使用する厚み縦振動子の斜視図である。
【図３６】圧電基板の長手方向に沿った位置と中心周波数との関係を示す厚み縦振動子の周波数特性図である。
【図３７】厚み縦振動子の駆動時間ごとに求めた液体への入射点から表面弾性波の進行方向に沿った距離に関する音響流の流速分布図である。
【図３８】厚み縦振動子を周波数ｆ1で駆動する駆動信号の波形図である。
【図３９】厚み縦振動子を周波数ｆ1，ｆ2で交互に切り替えて駆動する駆動信号の波形図である。
【図４０】実施の形態４に係る攪拌装置の変形例の概略構成を反応容器及び恒温槽の断面図と共に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
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
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
２４，２５ 表面弾性波素子
２６ 表面弾性波素子
３０，４０ 攪拌装置
５０ 攪拌装置
５１ 厚み縦振動子
５２ 防水ケース
５５ 恒温槽
Ｆ 旋廻流
Ｌ 液体
Ｌt 恒温液
ＳA1〜ＳA4 音響流
Ｗa 表面弾性波
Ｗb バルク波
【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前記音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波によって前記液体内に生ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記音波発生手段の駆動条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つ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３】
前記制御手段は、前記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状又は所望する攪拌領域の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件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４】
前記音波発生手段の特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心周波数の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記液体の特性は、当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項６】
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７】
前記音波発生手段は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板の両面に設けられる電極とを有する厚み縦振動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８】
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１〜７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前記音波を発生させる音波発生手段と、
前記音波によって前記液体内に生ずる流れの時間変化に応じて前記音波発生手段の駆動条件を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
前記音波発生手段の駆動条件は、前記音波発生手段の駆動時間，間欠駆動のタイミング，印加電圧又は駆動周波数の少なくとも一つ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３】
前記制御手段は、前記音波発生手段の特性、前記液体の特性、前記容器の形状又は所望する攪拌領域の少なくとも一つに応じて前記音波発生手段の駆動条件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４】
前記音波発生手段の特性は、前記音波を発生する発音部の大きさ、数又は中心周波数の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項５】
前記液体の特性は、当該液体の粘性，密度，表面張力又は液面高さの少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の攪拌装置。
【請求項６】
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７】
前記音波発生手段は、一方向に沿って厚さが増加する圧電基板と、当該圧電基板の両面に設けられる電極とを有する厚み縦振動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８】
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１〜７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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【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２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【公開番号】特開２００７−２４８２９８（Ｐ２００７−２４８２９８Ａ）
【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２００６−７３００２（Ｐ２００６−７３００２）
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【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１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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