JP2009002918A - 音波発生体、攪拌装置及び自動分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用形態毎に設計する必要のない音波発生体、攪拌装置及び自動分析装置を提供すること。
【解決手段】圧電基板２ａと、圧電基板の板面に形成され、駆動信号の入力によって励振される櫛歯状電極２ｂ，２ｃと、を備え、櫛歯状電極は、櫛歯間隔から決まる周波数とは異なる駆動周波数の信号によって駆動され、発振モードの異なる複数の音波を同時に発生させる音波発生体２、攪拌装置及び自動分析装置。攪拌装置は、音波発生体と、櫛歯状電極に入力される駆動信号を制御する制御部とを備え、音波発生体が同時に発生する発振モードの異なる複数の音波の少なくとも一つを利用して容器に保持された液体を攪拌する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音波発生体、攪拌装置及び自動分析装置に関するものである。

従来、音波発生手段が発生した音波によって液体を攪拌する攪拌手段として音波発生体を一体に設けた攪拌容器が知られている（例えば、特許文献１参照）。この攪拌容器は、音波発生体として圧電基板に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子を形成した表面弾性波素子を使用している。

特開２００６−９０７９１号公報

ところで、特許文献１の音波発生体は、攪拌に表面弾性波或いはバルク波の何れの音波モードを用いるかによって音波を出射する音波出射面が決まっており、液体中に発生させる音響流の方向に応じて攪拌容器へ取り付ける際の取付面や取り付け方向等の使用形態が決まる。但し、音波発生体を供えた攪拌手段は、構成によって攪拌容器に対する振動子の配置が制約される場合がある。このため、特許文献１の音波発生体は、攪拌に用いる音波モードや企図する音響流の方向等の使用形態毎にその都度設計する必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用形態毎に設計する必要のない音波発生体、攪拌装置及び自動分析装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の音波発生体は、圧電基板と、前記圧電基板の板面に形成され、駆動信号の入力によって励振される櫛歯状電極と、を備え、前記櫛歯状電極は、櫛歯間隔から決まる周波数とは異なる駆動周波数の信号によって駆動され、発振モードの異なる複数の音波を同時に発生させることを特徴とする。

また、本発明の音波発生体は、上記の発明において、前記駆動信号の周波数は、単一の周波数であることを特徴とする。

また、本発明の音波発生体は、上記の発明において、前記駆動信号の波長は、前記櫛歯間隔から決まる波長とは異なることを特徴とする。

また、本発明の音波発生体は、上記の発明において、前記駆動信号の周波数は、前記櫛歯状電極の櫛歯間隔から決まる周波数であって、高調波成分を含むことを特徴とする。

また、本発明の音波発生体は、上記の発明において、前記駆動信号は、矩形波からなることを特徴とする。

また、本発明の音波発生体は、上記の発明において、前記圧電基板は、液体中に配置した場合、前記櫛歯状電極が形成された面、前記櫛歯状電極が形成された面の裏面及び端面から前記音波を出射することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、前記音波発生体と、前記櫛歯状電極に入力される駆動信号を制御する制御手段と、を備え、前記音波発生体が同時に発生する発振モードの異なる複数の音波の少なくとも一つを利用して容器に保持された液体を攪拌することを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動分析装置は、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自動分析装置であって、前記攪拌装置を用いて検体と試薬とを攪拌し、反応液を光学的に分析することを特徴とする。

本発明の音波発生体は、櫛歯状電極が、櫛歯間隔から決まる周波数とは異なる周波数の信号によって駆動されて発振モードの異なる複数の音波を同時に発生させ、本発明の攪拌装置は、音波発生体と、櫛歯状電極に入力される駆動信号を制御する制御手段と、を備え、音波発生体が同時に発生する発振モードの異なる複数の音波の少なくとも一つを利用して容器に保持された液体を攪拌する。また、本発明の自動分析装置は、前記攪拌装置を用いて検体と試薬とを攪拌し、反応液を光学的に分析するので、駆動周波数を調整するだけで、発振モードの異なる複数の音波を同時に発生させることができるので、使用形態毎に設計する必要のない音波発生体、攪拌装置及び自動分析装置を提供することができるという効果を奏する。

（実施の形態１）
先ず、本発明の音波発生体及び攪拌装置にかかる実施の形態１について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の音波発生体の斜視図である。図２は、図１に示す音波発生体のＡ部拡大断面図である。図８は、図１の音波発生体を備えた本発明の攪拌装置の概略構成図である。

音波発生体２は、図１に示すように、圧電基板２ａの一方の面に複数の櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子２ｂ，２ｃが設けられると共に、バスバー２ｄ，２ｅの端部に電力供給用の端子２ｆ，２ｇが設けられている。圧電基板２ａは、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶が使用され、振動子２ｂ，２ｃ、バスバー２ｄ，２ｅ及び端子２ｆ，２ｇは、金（Ａｕ）を用いてスパッタ法によって形成されている。

このとき、振動子２ｂ，２ｃは、図２に示すように、構成する各櫛歯状電極の線幅をＬe、隣り合う櫛歯状電極間の間隔をＬs、１対の櫛歯状電極の間隔をλ0とすると、櫛歯状電極の厚さｔが次式を満たすように形成する。
ｔ／｛２(Ｌe＋Ｌs)｝＝ｔ／λ0＝０．０１８

例えば、音波発生体２を、Ｌe＝Ｌs＝２０μｍ、λ0＝８０μｍ、ｔ＝１μｍ、に設定し、振動子２ｂ，２ｃを励振する場合について説明する。

ここで、音波発生体２は、端子２ｆ，２ｇに交流電圧を印加すると、振動子２ｂ，２ｃを構成する各櫛歯状電極上に電荷が分布し、図３の上側に示すように、各櫛歯状電極の幅方向両端で大きくなる電荷分布のパターンを示し、このパターンにおけるプラスとマイナスが交流電圧の周波数に応じて交互に変化する。そして、振動子２ｂ，２ｃ構成する櫛歯状電極は、図３の下側に示すように、振動子２ｂが上方向に変位するときには、振動子２ｃが下方向に変位するように、交流電圧の周波数に応じて互いに逆方向に変位しながら励振される。なお、図３は、上側に示す電荷分布を下側に示す振動子２ｂ，２ｃの位置に合わせて描いている。

このとき、圧電基板２ａの表面を伝搬する音波（表面弾性波）の速度をＶ0とし、駆動周波数Ｆ（＝Ｖ0／λ0＝Ｖ0／｛２(Ｌe＋Ｌs)｝）で振動子２ｂ，２ｃを励振する（本実施の形態の場合、Ｆ≒４０ＭＨｚ）と、圧電基板２ａの表面に沿って伝搬する音波が発生する。この音波は、振動子２ｂ，２ｃを構成する各櫛歯状電極から発生し、隣り合う櫛歯状電極に入射する際に一部が反射し、残部が透過するため、隣り合う櫛歯状電極の間で互いに干渉する。

このとき、振動子２ｂ，２ｃを駆動周波数Ｆで駆動し、Ｌe＝Ｌsに設定すると、発生する音波の波長と１対の櫛歯状電極の間隔が同じ（＝λ0）であるので、各櫛歯状電極が発生する音波の波動が同相、かつ、ブラッグ条件を満たす。このため、音波発生体２は、これらの音波が重畳されて隣り合う櫛歯状電極の端面で強い反射が発生する。この結果、音波発生体２は、図４に示すように、圧電基板２ａの表面に沿って表面弾性波Ｗaが発生する。

ここで、音波発生体２において、振動子２ｂ，２ｃを構成する各櫛歯状電極が発生した音波（波長λ0）が隣り合う櫛歯状電極へ入射し、バルク波が発生する場合を考える。この場合、バルク波の速度をＶB、波長をλB、放射角をθB、隣り合う櫛歯状電極のピッチをｐ（図２参照）とすると、同相加算条件は次式で与えられる（株式会社リアライズ社，橋本 研也著「弾性表面波（ＳＡＷ）デバイスシミュレーション技術入門」，１９９７年９月３０日発行，Ｐ．３６参照）。
２πｐ（１／λ0＋cosθB／λB）＝２ｍπ

従って、この式の左辺を式変形することにより（１）式が導出される。
２πｐ（ｆ／Ｖ0＋ｆ／ＶB・cosθB）＝２ｍπ
２πｐ・ｆ（１／Ｖ0＋１／ＶB・cosθB）＝２ｍπ
ω・ｐ（１／Ｖ0＋１／ＶB・cosθB）＝２ｍπ………（１）
（∵ｆ＝Ｖ0／λ0＝ＶB／λB，ωは角周波数（＝２πｆ））

（１）式をcosθBについて解くと（２）式が得られる。
cosθB＝（２ｍπ／ωｐ−１／Ｖ0）ＶB
（２ｍπ／ωｐ−１／Ｖ0）ＶB≦１ （∵cosθB≦１）
２ｍπ／ωｐ−１／Ｖ0≦１／ＶB
２ｍπ／ωｐ≦１／Ｖ0＋１／ＶB
∴ω≧２ｍπ／｛ｐ／（１／Ｖ0＋１／ＶB）｝………（２）
（∵１／Ｖ0＋１／ＶB＞０）

従って、振動子２ｂ，２ｃを駆動する駆動周波数が（２）式で示す角周波数の関係を満たすとき、音波発生体２においては、表面弾性波がバルク波へと変換され、出射する音波に表面弾性波とバルク波とが混在することになる。このとき、表面弾性波速度Ｖ0＜バルク波速度Ｖbであるので、次数ｍ＝１の場合、音波発生体２は、表面弾性波に対するブラッグ周波数付近ではバルク波を放射しない。但し、この状態においては、振動子２ｂ，２ｃを形成する櫛歯状電極の周期構造によってバルク波が相殺されて放射しないだけである。この場合、励振されたエネルギーは、振動子２ｂ，２ｃ、例えば、図５に示すように、振動子２ｂを構成する各櫛歯状電極の幅方向両端部分に対応する圧電基板２ａの点線で囲んだ部分に蓄積される（エネルギー蓄積効果）。

次に、振動子２ｂ，２ｃを構成する各櫛歯状電極に電力が印加され、位相整合によってバルク波のみが発生する条件を考える。この場合、バルク波の次数をｎとし、図６に示すように、振動子２ｂを構成する櫛歯状電極がが励振され、バルク波Ｗbのみが発生すると仮定すると、位相整合条件は式（１）より次式で与えられる。
ｐcosθB＝ｎλB

この位相整合条件は、バルク波の速度ＶBの逆数である逆速度ＳBを用いると、次式のように書き換えられる。
ＳB・cosθB＝２ｎπ／（ω・ｐ） （∵λB＝２π／（ω・ＳB））

一般に、圧電基板２ａは、異方性を有することから、逆速度ＳBは、真円ではなく、放射角θBの関数となる。ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）の場合、圧電基板２ａにおける音の逆速度曲線である音の放射特性（Slowness Curve）は非対称になることが知られている。通常、音波発生体２においては、駆動周波数が増加する方向、即ち、圧電基板２ａ内部の逆速度曲線の法線方向である群速度の方向へバルク波が出射されるようになる。

ここで、音の放射特性（Slowness Curve）は、圧電基板２ａの表面に沿った逆速度をＳXとし、圧電基板２ａの厚さ方向に沿った逆速度をＳZとして圧電基板２ａ内部における逆速度の分布を示したものである。この場合、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を使用した圧電基板２ａは、図７に示す音の放射特性（Slowness Curve）を示し、特定の周波数帯域において圧電基板２ａの表面に対して３５〜４０°の特定方向放射範囲にバルク波Ｗbを出射し、駆動周波数が多少変化しても出射方向は変化しない。ここで、図７において、曲線ＣLは縦波を、曲線ＣFSは早い横波を、曲線ＣSSは早い横波を、それぞれ示している。

そして、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を使用した圧電基板２ａは、駆動周波数がブラッグ周波数以上において、各櫛歯状電極の幅方向両端部分の圧電基板２ａに蓄積されたエネルギーは、バルク波として出射される。即ち、音波発生体２は、駆動周波数Ｆを櫛歯状電極のピッチｐによって定義される周波数ｆ0（≒Ｖ0／２ｐ＝Ｖ0／λ0）の１．５〜２．５倍に調整すれば、図７に示す３５〜４０°の特定方向にバルク波Ｗbを出射する。なお、音波発生体２は、櫛歯状電極の励振によって、見かけ上、櫛歯状電極のみに表面弾性波Ｗaが発生しているような挙動を示す。

ここで、振動子２ｂで反射される表面弾性波Ｗaと振動子２ｂを透過する表面弾性波Ｗaのエネルギーバランスを考慮し、音波発生体２は、前述のように櫛歯状電極の厚さｔをｔ／λ0＝０．０１８に設定している。厚さｔが、ｔ／λ0＝０．０１８でバルク波が卓越し、ｔ／λ0＝０．０１８よりも小さくなると表面弾性波とバルク波が混在し易いようになる。表面弾性波を卓越させたい場合には、ｔ／λ0を上記値よりも更に小さくすればよい。

以上のように構成される音波発生体２は、図８に示すように、制御部３及び駆動回路４と組み合わせて攪拌装置１とされる。このとき、音波発生体２は、圧電基板２ａの上部を支持部材５に支持され、容器６に保持された攪拌対象の液体Ｌ中に挿入される。そして、攪拌装置１は、制御部３によって制御される駆動回路４から、例えば、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電場（正弦波，連続駆動）を音波発生体２に印加し、振動子２ｂ，２ｃに音波を発生させて、容器６内の液体Ｌを攪拌する。

このとき、音波発生体２は、図８では液体Ｌ中に浸漬した状態を示しているが、実用上では、少なくとも圧電基板２ａの下端が液体Ｌに接触していればよい。また、音波発生体２は、振動子２ｂ，２ｃを構成する櫛歯状電極のピッチｐによって定義される周波数ｆ0（≒Ｖ0／２ｐ＝Ｖ0／λ0）の１．５〜２．５倍の駆動周波数で駆動する。

上述の条件の下に音波発生体２を駆動すると、振動子２ｂ，２ｃは、図９に示すように、表面弾性波Ｗaを圧電基板２ａの表面に沿って出射すると共に、ブラッグ条件を満たす角度θbg（＝３５〜４０°）の方向にバルク波Ｗbを出射する。このとき、液体Ｌは、圧電基板２ａと音響インピーダンスが略等しいので（１／２０以上）、液体Ｌには、表面弾性波Ｗaの横波から縦波にモード変換された成分と、液体Ｌにおけるバルク波のブラッグ条件を満たす角度θLで出射する成分とを含む音波ＷLが圧電基板２ａから漏洩してゆく。但し、表面弾性波Ｗaは、バルク波Ｗbに比べて強度が弱い。

この結果、容器６に保持された液体Ｌには、図１０に示すように、音波ＷLに起因した音響流ＦLとバルク波Ｗbに起因した音響流Ｆbとが圧電基板２ａの周囲に局部的に発生し、これらの音響流ＦLと音響流Ｆbとによって液体Ｌ全体が効果的に攪拌される。ここで、図１０において、点線は、反射しながら圧電基板２ａ内を伝搬するバルク波Ｗbのうち圧電基板２ａから液体Ｌへ漏れ出したバルク波Ｗbによる縦波ＷLを示している。

なお、音波発生体２を液体Ｌ中に浸漬せず、空気中で駆動した場合、空気の音響インピーダンスは、圧電基板２ａの音響インピーダンスと比べて小さ過ぎる（１／５００未満）。このため、振動子２ｂ，２ｃが出射した表面弾性波は、空気中へ漏洩することはなく、図１１に示すように、バルク波Ｗbも圧電基板２ａ内を反射しながら伝搬し、空気中へ漏洩することはない。

ここで、図８に示す構成の音波発生体２を駆動し、容器６に保持された液体Ｌに生ずる音響流ＦLと音響流Ｆbを視覚化するため、容器６の側面から圧電基板２ａを囲む液体Ｌを撮像し、図１２に示すように、液体Ｌに生じた流れ場における等流速分布図を作成した。図１２に示すように、音波発生体２は、圧電基板２ａの振動子２ｂ，２ｃを形成した面及びその裏面のみならず、圧電基板２ａの下端面からも液体Ｌ中へ音波が出射され、これらの音波に伴って音響流が生じていることを確認することができた。ここで、図１２においては、縦軸及び横軸の１目盛が２ｍｍを示している。

なお、攪拌装置１は、図１３に示すように、周波数ｆ0の矩形波によって音波発生体２を駆動してもよい。このような矩形波は、信号に高調波成分が含まれる。このため、矩形波によって音波発生体２を駆動すると、攪拌装置１は、図１４に示すように、表面弾性波Ｗaの励振モードでありながら、同時にバルク波Ｗbも発生させることができる。

なお、音波発生体２は、振動子２ｂ，２ｃが１対の場合について説明したが、２対以上形成してもよい。また、音波発生体２は、圧電基板２ａを形成する圧電体の材質，カット，電極材質を変更しても、ｔ／λ0を最適に設定することにより同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の攪拌装置及び自動分析装置にかかる実施の形態２について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態１の攪拌装置は、音波発生体を容器に保持された攪拌対象の液体中に挿入したのに対し、実施の形態２の攪拌装置は、音波発生体を容器の側壁に取り付けている。図１５は、本発明の攪拌装置を備えた実施の形態２の自動分析装置を示す概略構成図である。図１６は、実施の形態２の自動分析装置及び攪拌装置の構成を示すブロック図である。図１７は、反応容器に取り付けた攪拌装置の音波発生体と、音波発生体に電力を供給するばね付き端子を有する送電体とを示す斜視図である。

自動分析装置１０は、図１５及び図１６に示すように、試薬テーブル１１，１２、反応テーブル１３、検体容器移送機構１７、分析光学系２１、洗浄機構２２、制御部２４及び攪拌装置３０を備えている。

試薬テーブル１１，１２は、図１５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１１ａ，１２ａを保持し、駆動手段に回転されて試薬容器１１ａ，１２ａを周方向に搬送する。

反応テーブル１３は、図１５に示すように、複数の反応容器１４が周方向に沿って配列されており、試薬テーブル１１，１２の駆動手段とは異なる駆動手段によって正転或いは逆転されて反応容器１４を搬送する。反応テーブル１３は、例えば、一周期で時計方向に（１周−１反応容器）／４周回転し、四周期で（１周−１反応容器）周回転する。

反応容器１４は、容量が数ｎＬ〜数十μＬと微量な容器であり、分析光学系２１の発光部２１ａから出射された分析光に含まれる光の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１４は、図１７及び図１８に示すように、側壁１４ａ，１４ｂと底壁とによって液体を保持する水平断面が四角形の液体保持部が形成され、液体保持部の上部に開口１４ｃを有する四角筒形状のキュベットである。反応容器１４は、音波発生体３３を半径方向外方へ向けて反応テーブル１３に配置され、反応テーブル１３の近傍に設けた試薬分注機構１５，１６によって試薬テーブル１１，１２の試薬容器１１ａ，１２ａから試薬が分注される。

ここで、試薬分注機構１５，１６は、それぞれ水平面内を矢印方向に回動するアーム１５ａ，１６ａに試薬を分注するプローブ１５ｂ，１６ｂが設けられ、洗浄水によってプローブ１５ｂ，１６ｂを洗浄する洗浄手段を有している。

検体容器移送機構１７は、図１５に示すように、フィーダ１８に配列した複数のラック１９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１９を歩進させながら移送する。ラック１９は、検体を収容した複数の検体容器１９ａを保持している。ここで、検体容器１９ａは、検体容器移送機構１７によって移送されるラック１９の歩進が停止するごとに、水平方向に回動する駆動アーム１１ａとプローブ１１ｂとを有する検体分注機構２０によって検体が各反応容器１４へ分注される。このため、検体分注機構２０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。

分析光学系２１は、試薬と検体とが反応した反応容器１４内の液体を分析するための分析光（３４０〜８００ｎｍ）を出射するもので、図１５に示すように、発光部２１ａ，分光部２１ｂ及び受光部２１ｃを有している。発光部２１ａから出射された分析光は、反応容器１４内の液体を透過し、分光部２１ｂと対向する位置に設けた受光部２１ｃによって受光される。受光部２１ｃは、制御部２４と接続され、受光した分析光の光量信号を制御部２４へ出力する。

洗浄機構２２は、複数のノズル２２ａを有しており、第１のノズル２２ａによって反応容器１４内の液体を吸引して排出した後、第２以降のノズル２２ａから洗剤や洗浄水等の洗浄液を注入し、吸引する動作を複数回繰り返すことにより、分析光学系２１による測光が終了した反応容器１４内を洗浄する。

制御部２４は、例えば、マイクロコンピュータ等が使用され、図１５及び図１６に示すように、自動分析装置１０の各構成部と接続されてこれらの作動を制御すると共に、発光部２１ａの出射光量と受光部２１ｃが受光した光量に基づく反応容器１４内の液体の吸光度に基づいて検体の成分濃度等を分析する。制御部２４は、キーボード等の入力部２５から入力される分析指令に基づいて自動分析装置１０の各構成部の作動を制御しながら分析動作を実行させると共に、分析結果や警告情報の他、入力部２５から入力される表示指令に基づく各種情報等をディスプレイパネル等の表示部２６に表示する。

攪拌装置３０は、音波発生体３３を駆動して発生する音波によって反応容器１４に保持された液体を攪拌するもので、図１５及び図１６に示すように、送電体３１と音波発生体３３とを有している。

送電体３１は、反応テーブル１３外周の互いに対向する位置に反応容器１４と水平方向に対向させて配置され、数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の高周波交流電源から供給される電力を音波発生体３３に送電する。送電体３１は、実施の形態１の攪拌装置と同じ駆動回路と制御部とを備えており、図１７に示すように、音波発生体３３の端子３３ｆ，３３ｇにそれぞれ当接するばね付き端子３１ａを有している。このとき、送電体３１は、図１５に示すように、配置決定部材３２に支持されており、反応テーブル１３の回転が停止したときにばね付き端子３１ａから端子３３ｆ，３３ｇに電力を送電する。

配置決定部材３２は、送電体３１から端子３３ｆ，３３ｇに電力を送電する送電時に、各ばね付き端子３１ａを対応する端子３３ｆ，３３ｇに当接させるもので、ラック３２ａとピニオン３２ｂを有している。配置決定部材３２は、反応テーブル１３が回転し、送電体３１から端子３３ｆ，３３ｇに電力を送電していない非送電時は作動を停止し、送電体３１と端子３３ｆ，３３ｇとの間を一定の距離離間させている。

そして、反応テーブル１３が回転を停止すると、配置決定部材３２は、制御部２４の制御の下に送電体３１を移動させ、送電体３１と端子３３ｆ，３３ｇとが対向するように反応テーブル１３の周方向に沿った位置を調整すると共に、相対配置を決定する。そして、反応テーブル１３が回転を停止すると、送電体３１は、各ばね付き端子３１ａを端子３３ｆ，３３ｇに当接させて音波発生体３３に電力を送電する。

音波発生体３３は、音波発生体２と同じ構成であり、図１７に示すように、ＹカットＺ伝搬（ＹＺ）のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶からなる圧電基板３３ａの一方の面に複数の櫛歯状電極（ＩＤＴ）からなる振動子３３ｂ，３３ｃが設けられ、バスバー３３ｄ，３３ｅの端部に受電手段となる端子３３ｆ，３３ｇが設けられている。振動子３３ｂ，３３ｃは、送電体３１から送電された電力によって音波を発生するが、実施の形態１の音波発生体２と同じ駆動条件{Ｆ≒(１．５〜２．０)×Ｆ0}の下に駆動される。音波発生体３３は、図１８及び図１９に示すように、振動子３３ｂ，３３ｃ、バスバー３３ｄ，３３ｅ及び端子３３ｆ，３３ｇを外側に向け、エポキシ樹脂や紫外線硬化樹脂等の音響整合層３４を介して反応容器１４の側壁１４ｂに取り付けられる。

以上のように構成される自動分析装置１０は、制御部２４の制御の下に作動し、回転する反応テーブル１３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１４に試薬分注機構１５，１６が試薬容器１１ａ，１２ａから試薬を順次分注する。試薬が分注された反応容器１４は、検体分注機構２０によってラック１９に保持された複数の検体容器１９ａから検体が順次分注される。

そして、試薬と検体が分注された反応容器１４は、反応テーブル１３が停止する都度、攪拌装置３０によって順次攪拌されて試薬と検体とが反応し、反応テーブル１３が再び回転したときに分析光学系２１を通過する。このとき、反応容器１４内の反応液は、受光部２１ｃで測光され、制御部２４によって成分濃度等が分析される。そして、反応液の測光が終了した反応容器１４は、洗浄機構２２によって洗浄された後、再度検体の分析に使用される。

このとき、攪拌装置３０は、音波発生体３３を駆動することによって表面弾性波とバルク波とが同時に発生するが、図１８及び図１９に示すように、圧電基板３３ａから側壁１４ｂへと出射されるバルク波Ｗbによって反応容器１４に分注された試薬と検体とを含む液体試料Ｌ中に音響流Ｆbを発生させ、液体試料Ｌを攪拌する。この場合、攪拌装置３０で使用する音波発生体３３は、実施の形態１で使用した音波発生体２と同じ構成であり、音波発生体２を使用すれば新規に攪拌装置３０用の音波発生体を設計する必要がないので、製造価格を低減することができるうえ、在庫の利用並びに管理の面で手数を省くことができるという利点がある。

（実施の形態３）
次に、本発明の攪拌装置及び自動分析装置にかかる実施の形態３について、図面を参照して詳細に説明する。実施の形態２の攪拌装置は、音波発生体を容器の側壁に取り付けたのに対し、実施の形態３の攪拌装置は、音波発生体を容器の底壁として使用することで音波発生体を共用している。図２０は、反応容器に取り付けた本発明の攪拌装置の音波発生体と、音波発生体に電力を供給するばね付き端子を有する送電体とを示す斜視図である。図２１は、図２０に示す反応容器及び音波発生体を幅方向中央で切断した断面図である。ここで、実施の形態３の攪拌装置及び自動分析装置は、攪拌装置の構成が異なるだけで実施の形態２の攪拌装置及び自動分析装置と同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を使用している。

攪拌装置４０は、図２０に示すように、送電体３１と反応容器１４の底壁を兼ねる音波発生体３３とを有している。

送電体３１は、図２０に示すように、音波発生体３３に上方からばね付き端子３１ａを離接させて電力を送電する。配置決定部材３２は、ラック３２ａとピニオン３２ｂが上下方向に配置されている。

音波発生体３３は、反応容器１４の底壁を兼ね、図２０に示すように、振動子３３ｂ，３３ｃ、バスバー３３ｄ，３３ｅ及び端子３３ｆ，３３ｇを上側に向けて圧電基板３３ａが反応容器１４の側壁１４ａ，１４ｂ下部に取り付けられている。このとき、音波発生体３３は、振動子３３ｂ，３３ｃが側壁１４ａ，１４ｂ内部に配置され、圧電基板３３ａ上面の振動子３３ｂ，３３ｃ、バスバー３３ｄ，３３ｅ及び端子３３ｆ，３３ｇには反応容器１４が保持する液体試料に対する絶縁被覆を施しておく。

以上のように構成される攪拌装置４０は、音波発生体３３を駆動すると、表面弾性波Ｗaとバルク波Ｗbが同時に発生し、これらが図２２に点線で示すように、反応容器１４が保持した液体試料Ｌ中へ透過或いは漏れ出してゆく。このため、液体試料Ｌは、図２１に示すように、内部に局部的な音響流Ｆが発生し、この音響流Ｆによって攪拌される。

従って、実施の形態３の攪拌装置４０は、表面弾性波Ｗaとバルク波Ｗbの両方を同時に発生させ、これらの音波を液体試料Ｌに接する上面から液体試料Ｌに透過或いは漏れ出させるので、反応容器１４が保持した液体試料Ｌを効率良く攪拌することができる。また、攪拌装置４０は、実施の形態１及び実施の形態２と同じ構成の音波発生体３３を使用するので、新規に攪拌装置４０用の音波発生体を設計する必要がないので、製造価格を低減することができるうえ、在庫の利用並びに管理の面で手数を省くことができるという利点がある。

ここで、攪拌装置４０は、図２３に示すように、音響整合層を兼ねる接着剤等によって音波発生体３３を振動子３３ｂ，３３ｃの部分で底壁１４ｄの下面に取り付けてもよい。このようにしても、攪拌装置４０は、音波発生体３３を駆動すると、表面弾性波Ｗaとバルク波Ｗbが同時に発生し、これらが図２４に点線で示すように、底壁１４ｄから反応容器１４が保持した液体試料Ｌ中へ透過或いは漏れ出してゆく。このため、液体試料Ｌは、図２３に示すように、内部に局部的な音響流Ｆが発生し、この音響流Ｆによって攪拌される。

尚、攪拌装置３０，４０は、音波発生体３３をエポキシ樹脂や紫外線硬化樹脂等の音響整合層３４を介して反応容器１４に取り付けたが、液体やジェル等の音響整合層を介して反応容器１４に当接させてもよい。

本発明の音波発生体の斜視図である。 図１に示す音波発生体のＡ部拡大断面図である。 図１に示す音波発生体の櫛歯状電極上における電荷分布のパターンと振動子における櫛歯状電極の変位とを示す図である。 圧電基板の表面に沿って発生する表面弾性波を示す音波発生体の断面図である。 エネルギー蓄積効果によって櫛歯状電極の幅方向両端部分に対応する圧電基板に蓄積されるエネルギーを示す図４に示す音波発生体のＢ部拡大図である。 櫛歯状電極を励振した際、位相整合によってバルク波のみが発生する条件を説明する音波発生体の断面図である。 ＹカットＺ伝搬のニオブ酸リチウム結晶を使用した圧電基板の音の放射特性図である。 図１の音波発生体を備えた本発明の攪拌装置の概略構成図である。 図８に示す攪拌装置の音波発生体を駆動した際に、振動子が出射する表面弾性波とバルク波及び液体中へ漏洩する音波を示す断面図である。 圧電基板から漏洩した音波によって液体中に生ずる音響流を示す断面図である。 音波発生体を空気中で駆動した場合に振動子が発生した音波の挙動を説明する音波発生体の断面図である。 容器に保持した液体に生じた流れを撮像して作成した等流速分布図である。 図８の攪拌装置の音波発生体を矩形波によって駆動する変形例を示す概略構成図である。 図１３に示す攪拌装置の音波発生体を駆動した際に、振動子が出射する表面弾性波とバルク波及び液体中へ漏洩する音波を示す断面図である。 本発明の攪拌装置を備えた実施の形態２の自動分析装置を示す概略構成図である。 実施の形態２の自動分析装置及び攪拌装置の構成を示すブロック図である。 反応容器、反応容器に取り付けた攪拌装置の音波発生体及び音波発生体に電力を供給するばね付き端子を有する送電体を示す斜視図である。 図１７に示す反応容器の断面図である。 図１８のＣ部拡大図である。 反応容器に取り付けた本発明の攪拌装置の音波発生体と、音波発生体に電力を供給するばね付き端子を有する送電体とを示す斜視図である。 図２０に示す反応容器及び音波発生体を幅方向中央で切断した断面図である。 図２１のＤ部拡大図である。 音波発生体を振動子の部分で底壁の下面に取り付けた攪拌装置の変形例を示す図２１に対応する断面図である。 図２３のＥ部拡大図である。

符号の説明

１ 攪拌装置
２ 音波発生体
２ａ 圧電基板
２ｂ，２ｃ 振動子
２ｄ，２ｅ バスバー
２ｆ，２ｇ 端子
３ 制御部
４ 駆動回路
１０ 自動分析装置
１１，１２ 試薬テーブル
１３ 反応テーブル
１４ 反応容器
１５，１６ 試薬分注機構
１７ 検体容器移送機構
１８ フィーダ
１９ ラック
２０ 検体分注機構
２１ 分析光学系
２２ 洗浄機構
２４ 制御部
２５ 入力部
２６ 表示部
３０ 攪拌装置
３１ 送電体
３２ 配置決定部材
３３ 音波発生体
３３ａ 圧電基板
３３ｂ，３３ｃ 振動子
３３ｄ，３３ｅ バスバー
３３ｆ，３３ｇ 端子
４０ 攪拌装置

Claims (8)

1. 圧電基板と、
   前記圧電基板の板面に形成され、駆動信号の入力によって励振される櫛歯状電極と、
   を備え、
   前記櫛歯状電極は、櫛歯間隔から決まる周波数とは異なる駆動周波数の信号によって駆動され、発振モードの異なる複数の音波を同時に発生させることを特徴とする音波発生体。
2. 前記駆動信号の周波数は、単一の周波数であることを特徴とする請求項１に記載の音波発生体。
3. 前記駆動信号の波長は、前記櫛歯間隔から決まる波長とは異なることを特徴とする請求項２に記載の音波発生体。
4. 前記駆動信号の周波数は、前記櫛歯状電極の櫛歯間隔から決まる周波数であって、高調波成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の音波発生体。
5. 前記駆動信号は、矩形波からなることを特徴とする請求項４に記載の音波発生体。
6. 前記圧電基板は、液体中に配置した場合、前記櫛歯状電極が形成された面、前記櫛歯状電極が形成された面の裏面及び端面から前記音波を出射することを特徴とする請求項１に記載の音波発生体。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の音波発生体と、
   前記櫛歯状電極に入力される駆動信号を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記音波発生体が同時に発生する発振モードの異なる複数の音波の少なくとも一つを利用して容器に保持された液体を攪拌することを特徴とする攪拌装置。
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自動分析装置であって、
   請求項７の攪拌装置を用いて検体と試薬とを攪拌し、反応液を光学的に分析することを特徴とする自動分析装置。

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