JPWO2007043147A1 - 攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置 - Google Patents

Abstract

音響流が気液界面まで到達し、容器の底部から気液界面まで広範囲に亘って液体を攪拌することが可能な攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置を提供することを目的とする。保持した液体を音波によって攪拌する攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置。攪拌容器（５）は、液体（Ｌs）中に音波を出射する少なくとも一つの表面弾性波素子（２３）が攪拌容器（５）に偏在させて設けられている。液体を音波によって攪拌する攪拌方法は、液体中に非対称に音波を出射する工程と、非対称な音波によって液体中に非対称な流れを発生させる工程とを含み、非対称な流れにより液体を攪拌する。

Description

本発明は、攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置に関するものである。

従来、分析装置で使用され、液体を音波によって攪拌する攪拌装置として、例えば、液体を保持した容器の底部に１０ＭＨｚ以上の超音波を発生する少なくとも１つの音波発生手段を設け、超音波伝搬方向に配置される固形材料を介して液体中に超音波を入射させることにより音響流を生成し、この音響流によって液体を攪拌する攪拌装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

独国特許発明第１０３２５３０７号明細書

ところで、図５３に示すように、音波発生手段Ｄacが発生した音波Ｗaは、容器Ｃの内面に対して矢印で示すように傾斜した状態で液体中に入射する。このため、容量が数ｎＬ〜数十μＬの容器のように、容器が微小或いは細いと、音波によって生ずる音響流が内面で反射する。この結果、容器内の液体Ｌqは、側面で反射した対称な２つの音響流Ｆsが衝突して互いに流れを相殺するため、音響流Ｆsによる混合が妨げられることがある。また、液体Ｌqは、粘性係数が大きいと、吸収による音波の減衰が著しいため、音響流Ｆsが気液界面まで到達せず、全体的に攪拌できない場合が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、音響流が気液界面まで到達し、容器の底部から気液界面まで広範囲に亘って液体を攪拌することが可能な攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた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、請求項１に係る攪拌容器は、保持した液体を音波によって攪拌する攪拌容器であって、前記液体中に音波を出射する少なくとも一つの音波発生手段が当該攪拌容器に偏在させて設けられていることを特徴とする。

また、請求項２に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記音波発生手段は、音響チップと音響整合層とを有し、前記音響チップは、弾性表面波を発生することを特徴とする。

また、請求項３に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、当該攪拌容器の内側面の鉛直方向上方または下方に変位した位置、或いは前記内底面の水平方向外側に変位した位置に存在する出射領域から前記液体中に音波を出射することを特徴とする。

また、請求項４に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記出射領域は、当該攪拌容器の内側面或いは内底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に存在することを特徴とする。

また、請求項５に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、当該音波発生手段を通る水平方向又は鉛直方向の断面における水平方向又は鉛直方向の実効寸法が、当該断面に存在する前記液体の寸法の１／２以下に設定されることを特徴とする。

また、請求項６に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、当該音波発生手段を通る音波の発生方向に直交する方向の断面における実効寸法が、当該断面に存在する前記液体の寸法の１／３以下、出射する音波の半波長と前記音波発生手段の数の積以上に設定されることを特徴とする。

また、請求項７に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、当該攪拌容器に２以上設けられていることを特徴とする。

また、請求項８に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、前記液体に関して非対称に配置されていることを特徴とする。

また、請求項９に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、奇数或いは偶数の出射領域から異なる方向に音波を出射することを特徴とする。

また、請求項１０に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記奇数或いは偶数の出射領域は、当該攪拌容器の内側面或いは内底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に存在することを特徴とする。

また、請求項１１に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記出射領域は、内底面の対角線上或いは直径上に存在することを特徴とする。

また、請求項１２に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、当該攪拌容器の側面或いは底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に設けられていることを特徴とする。

また、請求項１３に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、当該攪拌容器の側面或いは底面の同一面或いはそれぞれ異なる面の鉛直方向異なる高さに設けられていることを特徴とする。

また、請求項１４に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、鉛直方向下方に配置される音波発生手段の中心周波数が、鉛直方向上方に配置される音波発生手段の中心周波数よりも低く設定されることを特徴とする。

また、請求項１５に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、内底面よりも鉛直方向下側、かつ、内側面よりも水平方向外側に端部を配置して当該攪拌容器の外面に設けられることを特徴とする。

また、請求項１６に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、同一の信号に対する駆動効率が異なるように設定されていることを特徴とする。

また、請求項１７に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、駆動効率が同一であり、異なる信号によって駆動されることを特徴とする。

また、請求項１８に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、中心周波数、バンド幅或いは共振特性の少なくとも一つが互いに異なるように設定されていることを特徴とする。

また、請求項１９に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、隣り合う音波発生手段相互の離間距離を、発生する音波の波長が長い音波発生手段の波長の半波長以上とすることを特徴とする。

また、請求項２０に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、同時に作動する前記音波発生手段の取付け面に沿った方向における離間距離が前記取付け面に沿った方向における各音波発生手段の音波到達距離の和以上に設定されていることを特徴とする。

また、請求項２１に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段は、共通する電力の受電手段を有することを特徴とする。

また、請求項２２に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記液体の気液界面が当該攪拌容器の内側面と接する位置よりも鉛直方向下方に設けられていることを特徴とする。

また、請求項２３に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記２以上の音波発生手段のうち前記液体の気液界面が当該攪拌容器の内側面と接する位置と前記気液界面最下部との間に設けられる音波発生手段は、鉛直方向の寸法をＨd、前記液体の気液界面と当該攪拌容器の内側面との接触角をθとしたときに、出射する音波の波長λがλ＜Ｈd・tanθの関係を満たすように設定されることを特徴とする。

また、請求項２４に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、中心周波数が１００ＭＨｚ以上であることを特徴とする。

また、請求項２５に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、音響チップと音響整合層とを有していることを特徴とする。

また、請求項２６に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音響チップは、圧電性基板と電極を有していることを特徴とする。

また、請求項２７に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記電極は、櫛型電極であることを特徴とする。

また、請求項２８に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記櫛型電極を構成する複数の電極を取付面の長手方向に沿って配列させて当該攪拌容器に設けられていることを特徴とする。

また、請求項２９に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、前記櫛型電極を構成する複数の電極を鉛直方向に配列させて当該攪拌容器に設けられていることを特徴とする。

また、請求項３０に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音波発生手段は、中心周波数が数ＭＨｚ〜１ＧＨｚであることを特徴とする。

また、請求項３１に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音響チップは、光学的に透明であることを特徴とする。

また、請求項３２に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音響チップは、少なくとも前記圧電性基板が光学的に透明であることを特徴とする。

また、請求項３３に係る攪拌容器は、上記の発明において、前記音響整合層は、接着剤，液体或いは接合層のいずれか一つを含むことを特徴とする。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項３４に係る攪拌方法は、液体を音波によって攪拌する攪拌方法であって、前記液体中に非対称に音波を出射する工程と、前記非対称な音波によって前記液体中に非対称な流れを発生させる工程と、を含み、前記非対称な流れにより前記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、請求項３５に係る攪拌装置は、前記攪拌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であって、前記攪拌容器に設けた音波発生手段に電力を送電する送電手段と、前記送電手段から送電される電力を受電する受電手段と、を備え、前記一つ又は複数の音波発生手段が前記液体中に出射する非対称な音波によって前記液体中に非対称な流れを発生させ、この非対称な流れによって前記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、請求項３６に係る分析装置は、容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を備えたことを特徴とする。

ここで、本明細書において、２以上の音波発生手段が、液体に関して非対称に配置されているとは、２以上の音波発生手段が液体に関して互いに共通の対称の中心，対称軸或いは対称面を有していないことをいう。

本発明にかかる攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置は、液体中に音波を出射する少なくとも一つの音波発生手段が当該攪拌容器に偏在させて設けられているので、前記音波発生手段が発生した音波によって液体中に非対称な音響流が生ずると共に、音響流が相殺されることなく気液界面まで到達し、容器の底部から気液界面まで広範囲に亘って液体を攪拌することが可能な攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態１を示すもので、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の自動分析装置の構成を示すブロック図である。 図３は、図１の自動分析装置で使用される実施の形態１に係る反応容器の斜視図である。 図４は、送電体が接触子によって反応容器に設けた表面弾性波素子の電気端子に当接した状態を示す斜視図である。 図５は、表面弾性波素子の音響チップを示す斜視図である。 図６は、反応容器内の液体に出射される音波と、この音波によって生ずる音響流を示す断面図である。 図７は、反応容器内の外面に設ける表面弾性波素子の端部の位置を説明する図である。 図８は、透明素材からなる音響チップを用いた反応容器の測光の仕方を説明する図である。 図９は、音響チップ及び振動子が透明素材である場合の反応容器の測光の仕方を説明する図である。 図１０は、拡散接合による接合層を音響整合層として使用して音響チップを取り付けた反応容器の要部拡大図である。 図１１は、表面弾性波素子の振動子が誘起する音波を示す図３の反応容器の要部断面図である。 図１２は、誘起された音波の伝搬過程を示す要部断面図である。 図１３は、誘起された音波の伝搬過程並びに音波が液体試料中へ漏れ出してゆく様子を示す要部断面図である。 図１４は、実施の形態１に係る反応容器の第１の変形例を示す斜視図である。 図１５は、実施の形態１に係る反応容器の第２の変形例を示す斜視図である。 図１６は、実施の形態１に係る反応容器の第３の変形例を示す斜視図である。 図１７は、実施の形態１に係る反応容器の第４の変形例を示す斜視図である。 図１８は、本発明の実施の形態２に係る攪拌容器の斜視図である。 図１９は、図１８の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図２０は、２つの表面弾性波素子における振動子の離間距離と各表面弾性波素子の音波到達距離との関係を説明する図である。 図２１は、音波発生手段の数を説明する断面図である。 図２２は、音波発生手段の数を説明する平面図である。 図２３は、複数の表面弾性波素子の実効寸法と液体試料の寸法との関係を説明する図である。 図２４は、実効寸法の最小値を説明する図である。 図２５は、３つの表面弾性波素子を使用する場合の中心周波数の設定の仕方を説明する図である。 図２６−１は、３つの表面弾性波素子の第1の使用態様を説明する図である。 図２６−２は、３つの表面弾性波素子の第２の使用態様を説明する図である。 図２６−３は、３つの表面弾性波素子の第３の使用態様を説明する図である。 図２７は、鉛直方向においてメニスカス近傍に配置する表面弾性波素子が出射する音波の波長の設定の仕方を説明する図である。 図２８は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１の変形例を示す斜視図である。 図２９は、図２８の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図３０は、実施の形態２に係る攪拌容器の第２の変形例を示す斜視図である。 図３１は、図３０の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図３２は、実施の形態２に係る攪拌容器の第３の変形例を示す斜視図である。 図３３は、図３２の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図３４は、実施の形態２に係る攪拌容器の第４の変形例を示す斜視図である。 図３５は、図３４の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図３６は、実施の形態２に係る攪拌容器の第５の変形例を示す斜視図である。 図３７は、図３６の攪拌容器の液体試料中における音響流を示す模式図である。 図３８は、実施の形態２に係る攪拌容器の第６の変形例を示す斜視図である。 図３９は、図３８の攪拌容器の液体試料中における音波と音響流を示す断面図である。 図４０は、実施の形態２に係る攪拌容器の第７の変形例を示す斜視図である。 図４１は、実施の形態２に係る攪拌容器の第８の変形例を示す斜視図である。 図４２は、実施の形態２に係る攪拌容器の第９の変形例を示す斜視図である。 図４３は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１０の変形例を示す斜視図である。 図４４は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１１の変形例を示す斜視図である。 図４５は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１２の変形例を示す斜視図である。 図４６は、図４５の攪拌容器の液体試料中における音響流を示す模式図である。 図４７は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１３の変形例を示す斜視図である。 図４８は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１４の変形例を示す斜視図である。 図４９は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１５の変形例を示す斜視図である。 図５０は、実施の形態２に係る攪拌容器の第１６の変形例を示す斜視図である。 図５１は、音響チップに電力を無線によって送電する攪拌装置のブロック図を本発明の攪拌容器と共に示す図である。 図５２は、図５１の反応容器に取り付ける音響チップの斜視図である。 図５３は、従来の攪拌容器の液体中における音波と音響流を示す断面図である。

符号の説明

１ 自動分析装置
２，３ 試薬テーブル
２ａ，３ａ 試薬容器
４ 反応テーブル
５ 反応容器
５ａ 外側面
５ｂ 内側面
５ｃ 内底面
５ｄ 外底面
５ｅ 引き出し電極
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
２０ 攪拌装置
２１ 送電体
２２ 配置決定部材
２３ 表面弾性波素子
２４，３３ 音響チップ
２４ａ，３３ａ 基板
２４ｂ，３３ｂ 振動子
２４ｃ 電気端子
２４ｄ 導体回路
３３ｃ アンテナ
２５ 音響整合層
３０ 攪拌装置
３１ 送電体
３１ａ ＲＦ送信アンテナ
５１，５２ 反応容器
５３，５４ 反応容器
５５，５６ 反応容器
５７ 反応容器
Ａo 出射領域
Ａp 領域
Ｄa1，Ｄa2 音波到達距離
Ｄg 対角線
Ｄm 直径
Ｄt 離間距離
Ｆs 音響流
Ｆcc，Ｆcw 音響流
Ｆsb，Ｆss 音響流
Ｌs 液体試料
Ｍ 気液界面（メニスカス）
Ｗa 音波

（実施の形態１）
以下、本発明の攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた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の自動分析装置の構成を示すブロック図である。図３は、図１の自動分析装置で使用される攪拌容器の斜視図である。

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、反応テーブル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。

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、図示しない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。

反応テーブル４は、図１に示すように、複数の反応容器５が周方向に沿って配列され、図示しない駆動手段によって矢印で示す方向に正転或いは逆転されて反応容器５を搬送する。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、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（図示せず）を有している。

反応容器５は、光学的に透明な素材から成形され、図３に示すように、液体を保持する四角筒からなる攪拌容器である。反応容器５は、保持した液体中に表面弾性波（音波）を出射する表面弾性波素子２３が外側面５ａの下部に前記液体に対して偏在させて設けられている。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。また、反応容器５は、表面弾性波素子２３を外側に向けて反応テーブル４にセットされる。

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（図示せず）を有している。

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。

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を繰り返し注入及び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。

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や濃度等を分析し、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及び図２に示すように、キーボード等の入力部１６及びディスプレイパネル等の表示部１７と接続されている。

攪拌装置２０は、図１及び図２に示すように、送電体２１と表面弾性波素子２３とを有している。送電体２１は、反応テーブル４外周の互いに対向する位置に反応容器５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表面弾性波素子２３に送電する送電手段である。送電体２１は、駆動回路とコントローラとを備えており、図４に示すように、音響チップ２４の電気端子２４ｃに当接するブラシ状の接触子２１ａを有している。このとき、送電体２１は、図１に示すように、配置決定部材２２に支持されており、反応テーブル４の回転が停止したときに接触子２１ａから電気端子２４ｃに電力を送電する。

配置決定部材２２は、制御部１５に作動が制御され、送電体２１から電気端子２４ｃに電力を送電する送電時に、送電体２１を移動させて送電体２１と電気端子２４ｃとの反応テーブル４の周方向並びに半径方向における相対配置を調整するもので、例えば、２軸ステージが使用される。具体的には、配置決定部材２２は、反応テーブル４が回転し、送電体２１から電気端子２４ｃに電力を送電していない非送電時は、作動が停止されて、送電体２１と電気端子２４ｃとを一定の距離に保持している。そして、配置決定部材２２は、反応テーブル４が停止し、送電体２１から電気端子２４ｃに電力を送電する送電時には、制御部１５の制御の下に作動して送電体２１を移動させ、送電体２１と電気端子２４ｃとが対向するように反応テーブル４の周方向に沿った位置を調整すると共に、送電体２１と電気端子２４ｃとを近接させて接触子２１ａと電気端子２４ｃとを接触させることで送電体２１と電気端子２４ｃとの相対配置を決定する。

表面弾性波素子２３は、図３〜図６に示すように、音響チップ２４と音響整合層２５とを有する音波発生手段である。表面弾性波素子２３は、中心周波数が数ＭＨｚ〜１ＧＨｚのものを使用し、発生する表面弾性波（音波）のエネルギーロスを小さく抑えるため、図３又は図６に示すように、液体の気液界面（メニスカス）Ｍが反応容器５の内側面５ｂと接する位置よりも鉛直方向下方に偏在させて設ける。また、表面弾性波素子２３は、反応容器５の表面弾性波素子２３を通る断面における水平方向の実効寸法又は鉛直方向の実効寸法を、その断面に存在する液体試料の水平方向の寸法ＷL又は鉛直方向の寸法ＨL（図３参照）の１／２以下に設定する。

ここで、表面弾性波素子２３の実効寸法とは、音響チップ２４の振動子２４ｂが表面弾性波（以下、単に「音波」という）を発生するのに寄与する部分の寸法をいう。本明細書においては、図５に示すように、長手方向に配列される複数の電極が重なり合う水平方向の距離を水平方向の実効寸法Ｗ1といい、上下両端に位置する電極の中央を結ぶ距離を鉛直方向の実効寸法Ｈ1という。

また、音波発生手段である表面弾性波素子２３は、音響チップ２４と音響整合層２５とを有し、かつ、音響チップ２４に振動子２４ｂが存在するものをいう。このため、音響整合層２５が存在しても、振動子２４ｂが存在しないものは表面弾性波素子２３とは言わない。また、音響整合層２５が存在する基板２４ａ上に独立した振動子２４ｂが複数存在する場合、本明細書では、表面弾性波素子２３は複数存在するという。

音響チップ２４は、図３及び図５に示すように、圧電素材からなる基板２４ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ: Inter Digital Transducer）からなる振動子２４ｂが設けられている。振動子２４ｂは、送電体２１から送電された電力を音波に変換し、図６に示すように、音波Ｗaが斜め上方に出射されるように櫛型電極を形成する複数の電極を反応容器５の外側面５ａに長手方向（上下方向）に沿って配列する。言い換えると、自動分析装置１に反応容器５をセットしたとき、振動子２４ｂを構成する複数の電極が鉛直方向に配列されるように、表面弾性波素子２３を反応容器５の外側面５ａに取り付ける。

このとき、音響チップ２４は、図５に示すように、振動子２４ｂが基板２４ａの下部に設けられ、図３および図６に示すように、振動子２４ｂを外側に向け、エポキシ樹脂等の音響整合層２５を介して反応容器５の外側面５ａに下側へ変位させて取り付けられる。また、振動子２４ｂは、受電手段となる電気端子２４ｃとの間が導体回路２４ｄによって接続されている。

ここで、反応容器５に設けられる表面弾性波素子２３が一つの場合、反応容器５の側面に設けるには、表面弾性波素子２３を鉛直上方又は下方に変位した位置に設け、反応容器５の底面に設けるには、対角線の交点或いは中心から変位した位置に設けると、音波が単一の出射方向のみに出射される。このため、表面弾性波素子２３は、前記液体に対して偏在させて反応容器５に設ける。このとき、表面弾性波素子２３は、図７に示すように、振動子２４ｂの端部を内底面５ｃよりも鉛直方向下側、かつ、内側面５ｂよりも水平方向外側の領域Ａpに配置する。従って、表面弾性波素子２３を外底面５ｄに設ける場合も、振動子２４ｂの端部を同様に配置する。

振動子２４ｂの端部を領域Ａpに配置すると、図７に示すように、振動子２４ｂの下半側から発生した音波Ｗaは、内底面５ｃと外底面５ｄとの間を反射しながら底面内を伝搬し、液体試料Ｌs中へ出射されないのに対し、振動子２４ｂの上半側から発生した音波Ｗaは、液体試料Ｌs中へ出射される。このため、反応容器５は、図６に示すように、内側面５ｂの下方に変位した１つの出射領域Ａoから液体試料Ｌs中へ斜め上方に音波Ｗaが非対称に出射される。ここで、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂの配置を明示するため、図７において基板２４ａおよび音響整合層２５を省略している。

また、反応容器５は、試薬と検体とが反応した液体試料を光学測定することから、音響チップ２４は、基板２４ａの素材として水晶，ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃），タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）等の透明な素材を使用する。この場合、音響チップ２４は、液体試料に対して偏在するように、図８に示すように、振動子２４ｂを基板２４ａの上側に設ける。これにより、反応容器５は、振動子２４ｂ下部の部分を液体試料の測光領域Ａmeとして利用することができる。この場合、振動子２４ｂの素材をインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）とすると、振動子２４ｂ、従って音響チップ２４全体が透明となる。このため、反応容器５は、図９に示すように、振動子２４ｂの部分を液体試料の測光領域Ａmeとして利用することができる。従って、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂを反応容器５の下部に配置することが可能となり、振動子２４ｂの配置上の制約がなくなる。

一方、音響整合層２５は、表面弾性波素子２３と反応容器５との音響インピーダンスを整合させて、振動子２４ｂが発生した音波を液体へ出射させる。音響整合層２５は、エポキシ樹脂等の接着剤や液体の他、図１０に示すように、反応容器５と基板２４ａとを拡散接合によって接合させることによって形成される接合層を音響整合層２５としてもよい。

以上のように構成される自動分析装置１は、回転する反応テーブル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、試薬と検体が分注された反応容器５は、反応テーブル４が停止する都度、攪拌装置２０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４が再び回転したときに分析光学系１２を通過する。このとき、反応容器５内の液体試料は、受光部１２ｃで側光され、制御部１５によって成分や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。

このとき、攪拌装置２０は、反応テーブル４が停止したときに送電体２１が接触子２１ａから音響チップ２４の電気端子２４ｃに電力を送電する。これにより、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂが駆動され、図１１に波線で示すように音波を誘起する。誘起された音波は、図１２及び図１３に波線で示すように、音響チップ２４内部及び音響整合層２５を通って反応容器５の内側面へと伝搬し、音響インピーダンスが近い液体試料Ｌs中へ矢印で示す音波Ｗaが底面に近い内側面５ｂから斜め上方に漏れ出してゆく。即ち、図６に示すように、音波Ｗaが底面に近い内側面５ｂから斜め上方に漏れ出してゆく。ここで、図１３において、音響チップ２４内に点線で示す矢印は音波の進行方向を示している。この結果、液体試料Ｌsには、音波Ｗaによって上側に気液界面まで到達する反時計方向の音響流Ｆccが生じ、下側に時計方向の音響流Ｆcwが非対称に生じる。この２つの非対称な音響流Ｆcc，Ｆcwによって、反応容器５は、分注された試薬と検体からなる液体試料Ｌsが底部から気液界面まで広範囲に亘って攪拌される。

この場合、表面弾性波素子２３は、反応容器５の下方に設ける程、比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果が大きい。また、攪拌装置２０は、配置決定部材２２によって送電体２１を電気端子２４ｃに近接させると共に、送電体２１と電気端子２４ｃとが対向するように位置を調整するので、送電体２１から電気端子２４ｃへの送電が円滑に行われる。

このように、本発明の反応容器５、攪拌方法、攪拌装置２０及び攪拌装置２０を備えた自動分析装置１は、表面弾性波素子２３を反応容器５に対して偏在させて設けたので、反応容器５内の液体中に発生する音響流が気液界面まで到達し、反応容器５の底部から気液界面まで広範囲に亘って液体を攪拌することができる。また、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂとして櫛型電極（ＩＤＴ）を使用するので、構造が簡単で小型な構成とすることができる。このとき、反応容器５は、表面弾性波素子２３が発生した表面弾性波が音響整合層２５から側面を通って液体試料Ｌsへと伝搬し、減衰し難いことからエネルギーの伝達効率に優れており、表面弾性波素子２３を使用していることから簡単な構造とすることが可能である。従って、反応容器５を使用することにより、攪拌装置２０並びに自動分析装置１は、小型化が可能であり、メンテナンスも容易になるという利点がある。

なお、攪拌容器は、図１４に示す反応容器５１のように、円筒形状であってもよい。この場合、表面弾性波素子２３は、外底面５１ｄの中心から変位した位置に取り付ける。即ち、表面弾性波素子２３は、反応容器５１に偏在させて設ける。また、音響チップ２４の振動子２４ｂを形成する複数の電極は、配列方向を外底面５１ｄの半径方向とする。これにより、反応容器５１は、内底面５１ｃの直径Ｄm上の水平方向外側に変位した位置に出射領域Ａoが形成され、保持した液体中に音波が非対称に出射される。これにより、反応容器５１は、出射される音波によって液体試料中に生ずる非対称な音響流によって攪拌することができる。

また、攪拌容器は、図１５に示す反応容器５２のように、浅い四角筒形状であってもよい。この場合、表面弾性波素子２３は、外側面５２ａの下方、即ち、反応容器５２に偏在させて設ける。これにより、反応容器５２は、表面弾性波素子２３の振動子２４ｂによって音波が斜め上方に出射され、保持した液体が攪拌される。

また、表面弾性波素子２３を小型に構成することができるので、攪拌容器は、図１６に示す反応容器５のように、音響チップ２４を側壁の一部として用いてもよいし、図１７に示す反応容器５のように、音響チップ２４を底壁として用いてもよい。この場合、音響チップ２４は、図１６に示す反応容器５の場合には、振動子２４ｂの下端部を内底面５ｃよりも鉛直方向下側に配置し、図１７に示す反応容器５の場合には、振動子２４ｂの端部を内側面５ｂよりも水平方向外側に配置する。

（実施の形態２）
次に、本発明の攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた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。ここで、以下に説明する攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置は、実施の形態１と同じであるので、攪拌容器について以下に説明する。実施の形態１の攪拌容器は、表面弾性波素子２３が１つ設けられていたのに対し、実施の形態２の攪拌容器は、２以上の表面弾性波素子２３が設けられ、少なくとも一つの表面弾性波素子２３が偏在させて設けられている。また、攪拌容器は、特に言及しない限り実施の形態１と同一の構成を有しており、同一の構成部分には対応する符号を付している。図１８は、本発明の実施の形態２に係る攪拌容器の斜視図である。図１９は、図１８の攪拌容器の断面図である。

反応容器５３は、図１８および図１９に示すように、音響チップ２４の２つの振動子２４ｂが、一方を外側面５３ａの下部に液体試料に対して偏在させて設け、他方を外側面５３ａの略中間に設けられている。このとき、２つの振動子２４ｂは、それぞれ鉛直方向に沿って１列に並べて配置することにより、２つの表面弾性波素子２３が同一の外側面５３ａに間隔をおいて設けられている。このため、２つの表面弾性波素子２３は、図示のように液体試料Ｌsに関して鉛直方向に非対称に配置され、互いに共通の対称の中心，対称軸或いは対称面を有していない。ここで、図１８および図１９は、表面弾性波素子２３を構成する音響チップ２４の基板２４ａおよび音響整合層２５を省略している。

反応容器５３は、表面弾性波素子２３の振動子２４ｂが駆動されると、図１９に示すように、振動子２４ｂが発生した音波Ｗaが内側面５３ｂの異なる３つの出射領域Ａoから音響インピーダンスが近い液体試料Ｌs中へ異なる３方向に向かって漏れ出してゆく。この異なる３方向に漏れ出す音波Ｗaにより、液体試料Ｌs中には時計方向に３つの音響流Ｆcwが非対称に生じる。この非対称な３つの音響流Ｆcwによって、反応容器５３は、分注された試薬と検体からなる液体試料Ｌsが底部から気液界面まで広範囲に亘って攪拌される。

このとき、反応容器５３は、上側の振動子２４ｂが気液界面の近くに配置されているため、音響流Ｆcwだけではなく音響放射圧の効果によって気液界面を変動させる。また、下の振動子２４ｂは、比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果が大きい。このため、反応容器５３は、収容する液体試料Ｌsと親和性の高い素材からなる場合には、２つの振動子２４ｂによって、流れが液体試料Ｌsのメニスカスが内側面５３ｂと接する部分まで入り込んで液体試料Ｌsが広い範囲に亘って攪拌される結果、高い攪拌効率を達成することができる。

ここで、本発明の攪拌容器は、音波発生手段である表面弾性波素子２３を同一の取付け面に複数設ける場合、隣接する表面弾性波素子２３の振動子２４ｂが発生した音波の重なり合いで複雑な流れ場を形成すると同時に、一方では、音波が相殺されることがないようにする必要がある。このため、同時に作動する各振動子の離間距離を最適化する必要がある。例えば、反応容器５３は、図２０に示すように、取付け面である外側面５３ａに関し、同時に作動する隣接する２つの表面弾性波素子２３の各振動子２４ｂの外側面５３ａに沿った方向における離間距離Ｄtを音波Ｗaの外側面５３ａに沿った方向における各表面弾性波素子２３の音波到達距離Ｄa1，Ｄa2の和以上（Ｄt≧Ｄa1＋Ｄa2）となるように設定する。

このとき、表面弾性波素子２３は、図２１および図２２に示すように、音響整合層２５が存在しても振動子２４ｂが存在しない部分は音波発生手段とはならない。このため、図２１および図２２においては、表面弾性波素子２３は、２つ独立して存在することになり、２つの表面弾性波素子２３に対応した２つの振動子２４ｂの電極間距離を離間距離Ｄtと呼ぶ。

一方、反応容器に複数の表面弾性波素子２３を設ける場合、例えば、表面弾性波素子２３を３つ設ける場合、図２３に示すように、２つの表面弾性波素子２３を通る水平方向のＣ1−Ｃ1断面および２つの表面弾性波素子２３を通る鉛直方向のＣ2−Ｃ2断面における寸法を以下のように設定する。即ち、３つの表面弾性波素子２３の水平方向の実効寸法をＷ1〜Ｗ3とし、鉛直方向の実効寸法をＨ1〜Ｈ3としたとき、各断面における実効寸法Ｗ1〜Ｗ3の和や実効寸法Ｈ1〜Ｈ3の和を、各断面に存在する液体試料の水平方向の寸法ＷLや鉛直方向の寸法ＨLの１／２以下に設定する。即ち、次式の関係に設定する。但し、各振動子２４ｂは、１波長以上でないと音波を発生することができないので、実効寸法Ｈ1〜Ｈ3は振動子２４ｂが発する１波長以上とする。また、電力を供給しない表面弾性波素子２３は、次式における実効寸法を０とする。

Ｗ11＋Ｗ12≦ＷL／２
Ｈ12＋Ｈ13≦ＨL／２

より好ましくは、音波発生手段による音波の発生方向に直交する方向、即ち、Ｃ1−Ｃ1断面における寸法の和（Ｗ11＋Ｗ12）が、Ｃ1−Ｃ1断面に存在する液体試料の寸法（ＷL）の１／３以下、出射する音波の半波長（λ／２）と表面弾性波素子２３の数（ｎ）の積以上に設定する。即ち、この場合、ｎ＝２であるから次式の関係に設定する。

２・λ／２≦Ｗ11＋Ｗ12≦ＷL／３

ここで、振動子２４ｂは、１波長以上でないと音波を発生することができず、振動子２４ｂを構成する電極が重なり合う部分で音波が発生する。従って、振動子２４ｂは、図２４に示すように、最小単位の電極の中央を通る電極間の距離が鉛直方向の実効寸法の最小値Ｈminであり（Ｈmin＝λ）、重なり合う電極の水平方向の距離が水平方向の実効寸法の最小値となる（Ｗmin＝λ／２）。

また、３つの表面弾性波素子２３を使用する場合、３つの表面弾性波素子２３は、図２５に示すように、反応容器５３の外側面５３ａに鉛直方向に配置し、各振動子２４ｂの中心周波数ｆ1〜ｆ3が上部から下部に向かって低くなるように設定（ｆ1＞ｆ2＞ｆ3）する。これにより、反応容器５３は、中心周波数ｆ3の表面弾性波素子２３が液体試料に対して偏在させて下部に設けられる。このように３つの表面弾性波素子２３を設けると、反応容器５３は、中心周波数が低く、液体試料Ｌs中での減衰が少ない中心周波数ｆ3の音波によって下方に沈み易い比重の大きい成分を上方へ移動させて攪拌することができる。

このとき、３つの表面弾性波素子２３は、種々の使用態様があり、例えば、図２６−１に示すように、駆動効率を同一に設定し、中心周波数は異なるが（ｆ1≠ｆ2≠ｆ3）、バンド幅を同じ（Ｗ1＝Ｗ2＝Ｗ3）に設定する。この場合、３つの表面弾性波素子２３に同時に中心周波数ｆ2の電力を供給すると、中心周波数ｆ2の表面弾性波素子２３のみが作動して音波を発生するが、中心周波数ｆ1，ｆ3の表面弾性波素子２３は作動しない。

また、図２６−２に示すように、３つの表面弾性波素子２３は、駆動効率を同一に設定し、中心周波数は異なるが（ｆ1≠ｆ2≠ｆ3）、バンド幅が同じ（Ｗ1＝Ｗ2＝Ｗ3）で、そのバンド幅の範囲で互いにオーバーラップするように設定する。この場合、３つの表面弾性波素子２３に同時に中心周波数ｆ2の電力を供給すると、３つの表面弾性波素子２３は、中心周波数ｆ2の表面弾性波素子２３が最も駆動効率が良い状態で駆動され、以下、中心周波数ｆ1の表面弾性波素子２３、中心周波数ｆ3の表面弾性波素子２３の順に駆動効率が低下する。

一方、図２６−３に示すように、３つの表面弾性波素子２３は、同一の電力に対する駆動効率が異なるように設定され、中心周波数ｆ1（＝ｆ2＝ｆ3）が同じで、異なるバンド幅（Ｗ1＜Ｗ2＜Ｗ3）に設定する。この場合、３つの表面弾性波素子２３に同時に中心周波数ｆ1の電力を供給すると、３つの表面弾性波素子２３は、中心周波数ｆ2の表面弾性波素子２３が最も駆動効率が良い状態で駆動され、以下、中心周波数ｆ1の表面弾性波素子２３、中心周波数ｆ3の表面弾性波素子２３の順に駆動効率が低下する。このように、３つの表面弾性波素子２３は、攪拌の条件に応じて種々に使い分けをすることができる。このように、表面弾性波素子２３を複数使用する場合、複数の表面弾性波素子２３は、中心周波数、バンド幅或いは共振特性の少なくとも一つが互いに異なるように設定する。

ここで、３つの表面弾性波素子２３のうち最上部に配置される表面弾性波素子２３の振動子２４ｂは、図２７に示すように、液体試料のメニスカスＭが内側面５３ｂと接する位置とメニスカスＭの最下部との間に偏在させて設ける。振動子２４ｂをこのように設けると、収容する液体試料Ｌsとの親和性が高い素材からなる場合、反応容器５３は、下に凸のメニスカスＭが内側面５３ｂと接する位置近傍部分における液体試料の攪拌を促進することができる。

この場合、振動子２４ｂは、発生した音波が液体試料Ｌs中に漏れ出すように波長が次の関係を満たすように設定する。即ち、振動子２４ｂは、鉛直方向の寸法をＨd、メニスカスＭが内側面５３ｂと接する接触角をθとしたときに、出射する音波の波長λがλ＜Ｈd・tanθの関係を満たすように設定する。このように設定すると、液体試料Ｌsと内側面５３ｂとが接触する部分における液体試料Ｌsの見かけ上の厚さが薄くなっていても、振動子２４ｂは発生した音波を液体試料Ｌs中へ出射させることができる。このとき、λ＜Ｈd・tanθの関係を満たす音波の波長λに設定するには、中心周波数を１００ＭＨｚ以上に設定する。

また、反応容器５３は、図２８に示すように、音響チップ２４の２つの振動子２４ｂを、同一の外側面５３ａに鉛直方向に１列に並べることなく、上下の２つの振動子２４ｂを水平方向にずらして配置してもよい。このように配置することにより、反応容器５３は、一方の表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに対して偏在させて設けられると共に、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置されることになる。このため、反応容器５３は、図２９に示すように、振動子２４ｂから発生した音波Ｗaが内側面５３ｂの異なる３つの出射領域Ａoから音響インピーダンスが近い液体試料Ｌs中へ異なる３方向に漏れ出し、液体試料Ｌs中には時計方向の３つの音響流Ｆcwが非対称に生じる。従って、反応容器５３は、これら非対称な３つの音響流Ｆcwによって、液体試料Ｌsが底部から気液界面まで広範囲に亘って攪拌される。

さらに、反応容器５３は、図３０に示すように、音響チップ２４の２つの振動子２４ｂを、外側面５３ａに鉛直方向に沿って１列に並べると共に、振動子２４ｂを構成する複数の電極の配列方向を鉛直方向に対して傾斜させてもよい。このように配置しても、反応容器５３は、図３１に示すように、音波Ｗaによって生ずる時計方向の非対称な３つの音響流Ｆcwによって液体試料Ｌsが底部から気液界面まで広範囲に亘って攪拌される。ここで、以下の説明に使用する図面においては、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂを簡略化して図示するものがあり、音響整合層２５や音響チップ２４の基板２４ａ等を省略している。

一方、反応容器は、図３２に示す反応容器５４のように、２つの振動子２４ｂをそれぞれ異なる面、即ち、一方を液体試料Ｌsに対して偏在させて外側面５４ａの気液界面に近い上側に設けると共に、他方を液体試料に対して偏在させて外底面５４ｄに設けてもよい。このように配置することにより、反応容器５４は、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置されることになる。このとき、外側面５４ａに設ける振動子２４ｂは気液界面に近い鉛直方向上側に、外底面５４ｄに設ける振動子２４ｂは、内側面５４ｂよりも水平方向外側の領域Ａp（図７参照）に端部を配置し、電気端子２４ｃを水平方向内側に配置する。

２つの振動子２４ｂをこのように配置することにより、反応容器５４は、図３３に示すように、振動子２４ｂが発生した音波Ｗaが液体試料Ｌs中へ異なる３方向に漏れ出し、液体試料Ｌs中には時計方向の３つの音響流Ｆcwが非対称に生じる。また、外側面５４ａに設けた振動子２４ｂは、気液界面に近い鉛直方向上側に配置されていることから、音響放射圧の効果によって気液界面が変動される。一方、外底面５４ｄに設けた振動子２４ｂは、比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果が大きい。このため、液体試料Ｌsと親和性の高い素材からなる場合、反応容器５４は、液体試料Ｌsのメニスカスが内側面５４ｂと接する部分まで流れが入り込み、液体試料Ｌsが広い範囲に亘って攪拌される。

このとき、反応容器５４は、図３４に示すように、外底面５４ｄに設ける振動子２４ｂを外底面５４ｄの対角線Ｄg上、特に対角線Ｄgの交点上に配置する。振動子２４ｂをこのように配置すると、反応容器５４は、対角線Ｄgの交点上に出射領域Ａoが形成され（図３４参照）、図３５に示すように、液体試料Ｌs中へ音波Ｗaが異なる４方向に漏れ出す。そして、これらの音波Ｗaによって非対称に生じる音響流Ｆcw，Ｆccのうち、外側面５４ａに設けた振動子２４ｂによって発生した音響流Ｆcwが、外底面５４ｄに設けた振動子２４ｂによって発生した音響流Ｆcw，Ｆccを乱すため、反応容器５４は、複雑な流れの場（乱流）が液体試料Ｌs中に生成され、液体試料Ｌsが更に効率よく攪拌される。

また、反応容器５４は、図３６に示すように、外底面５４ｄに設ける振動子２４ｂを外底面５４ｄの対角線Ｄgの方向に配置してもよい。即ち、振動子２４ｂは、振動子２４ｂを構成する複数の電極を対角線Ｄgの方向に沿って配列する。振動子２４ｂをこのように配置すると、反応容器５４は、液体試料中へ音波が異なる４方向に漏れ出して音響流が非対称に発生する。このとき、反応容器５４は、図３７に示すように、外底面５４ｄに設ける振動子２４ｂによって発生する音響流Ｆsbが底部の隅に滞留し易い比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果があるため、外側面５４ａに設けた振動子２４ｂによって発生した音響流Ｆssとの相乗効果により複雑な流れの場（乱流）が生成され、液体試料Ｌsを更に効率よく攪拌することができる。

一方、反応容器は、図３８に示す反応容器５５のように、２つの振動子２４ｂをそれぞれ異なる面、即ち、互いに対向する外側面５５ａに設けてもよい。このとき、一方の振動子２４ｂは、気液界面に近い鉛直方向上側の幅方向中央に配置し、他方の振動子２４ｂは液体試料Ｌsに対して偏在させて下側に設ける。即ち、他方の振動子２４ｂは、外側面５５ａの幅方向中央であって、端部を内底面５５ｃ（図３３参照）よりも鉛直方向下側、かつ、内側面５５ｂよりも水平方向外側の領域Ａp（図７参照）に配置する。

振動子２４ｂをこのように配置すると、反応容器５５は、図３９に示すように、振動子２４ｂが発生した音波Ｗaが液体試料Ｌs中へ矢印で示す異なる３方向に漏れ出し、液体試料Ｌs中には時計方向の３つの音響流Ｆcwが非対称に生じる。このとき、一方の振動子２４ｂは、気液界面に近い鉛直方向上側に配置されていることから、音響放射圧の効果によって気液界面が変動される。また、他方の振動子２４ｂは、鉛直方向下側に配置されていることから、比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果が大きい。このため、液体試料Ｌsと親和性の高い素材からなる場合、反応容器５５は、液体試料Ｌsのメニスカスが内側面５５ｂと接する部分まで流れが入り込み、液体試料Ｌsが広い範囲に亘って攪拌される。

ここで、反応容器５５は、対向する外側面５５ａに設ける２つの振動子２４ｂを、図４０〜図４２に示すように配置してもよい。即ち、図４０に示す反応容器５５は、一方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて気液界面に近い外側面５５ａ上側の幅方向一方寄りに、他方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて外側面５５ａ下側の幅方向他方寄りに設ける。これにより、反応容器５５は、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置されることになる。また、図４１に示す反応容器５５は、一方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて外側面５５ａ幅方向中央の下部に設け、他方の振動子２４ｂを外側面５５ａの鉛直方向上側に設ける。このとき、一方の振動子２４ｂは、複数の電極の配列方向を水平方向に向けて配置する。そして、図４２に示す反応容器５５は、一方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて気液界面に近い外側面５５ａ上側に設けると共に、他方の振動子２４ｂを外側面５５ａの一方の振動子２４ｂと略鉛直方向対応する位置に複数の電極の配列方向を水平方向に向けて配置する。これにより、反応容器５５は、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置される。

振動子２４ｂをこのように配置すると、図４０に示す反応容器５５は、収容した液体に旋回流を発生させ、高い攪拌効率を達成することができる。しかも、鉛直方向下側に配置した振動子２４ｂは、底部の隅に滞留し易い比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果がある。また、図４１に示す反応容器５５は、収容した液体に上側の振動子２４ｂが水平方向に沿った流れを形成するため、液体のメニスカスが内側面５５ｂと接する部分まで流れが入り込む。また、下側の振動子２４ｂは、比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果がある。このため、図４１に示す反応容器５５は、全体的に複雑な流れが発生し、高い攪拌効率を達成することができる。一方、図４２に示す反応容器５５は、水平方向に音波を発生する振動子２４ｂと、鉛直方向に音波を発生する振動子２４ｂとの相乗効果により、内部に保持した液体に全体的に複雑な流れを発生させ、高い攪拌効率を達成することができる。

一方、反応容器は、図４３或いは図４４に示す反応容器５６のように、２つの振動子２４ｂをそれぞれ異なる面、即ち、互いに隣り合う外側面５６ａに設けてもよい。このとき、図４３に示す反応容器５６は、一方の振動子２４ｂを外側面５６ａの気液界面に近い上側の幅方向中央に配置し、他方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて外側面５６ａ幅方向中央の下側に設ける。これにより、図４３に示す反応容器５６は、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置される。また、図４４に示す反応容器５６は、一方の振動子２４ｂを液体試料に対して偏在させて外側面５６ａの下部に設け、他方の振動子２４ｂを外側面５６ａの鉛直方向略中央に複数の電極の配列方向を水平方向に向けて配置する。これにより、図４４に示す反応容器５６も、２つの表面弾性波素子２３が液体試料Ｌsに関して非対称に配置される。

振動子２４ｂをこのように配置すると、図４３に示す反応容器５６は、振動子２４ｂが発生した音波が液体試料中へ異なる３方向に漏れ出し、液体試料中には時計方向の３つの音響流が非対称に生じる。このとき、２つの振動子２４ｂの一方の振動子２４ｂは、気液界面に近い鉛直方向上側に配置されていることから、音響放射圧の効果によって気液界面が変動される。また、他方の振動子２４ｂは、鉛直方向下側に配置されていることから、比重の大きい液体試料を上方へ移動させる効果が大きい。このため、液体試料と親和性の高い素材からなる場合、反応容器５６は、液体試料のメニスカスが内側面５６ｂと接する部分まで流れが入り込み、液体試料が広い範囲に亘って攪拌される。また、図４４に示す反応容器５６も、振動子２４ｂが発生した音波が液体試料中へ異なる３方向に漏れ出し、液体試料中には時計方向の３つの音響流が非対称に生じ、液体試料を効率良く攪拌することができる。

更に、反応容器は、図４５に示す反応容器５７のように、３つの振動子２４ｂをそれぞれ異なる面、即ち、１つの振動子２４ｂを外側面５７ａに設けると共に、他の２つを外底面５７ｄに設けてもよい。このとき、外側面５７ａに設ける振動子２４ｂは気液界面に近い鉛直方向上側に、外底面５７ｄに設ける２つの振動子２４ｂは液体試料に対して偏在するように、互いに対角線上で対向する隅部に設ける。

３つの振動子２４ｂをこのように配置することにより、反応容器５７は、液体試料中へ音波が異なる４方向に漏れ出して音響流が非対称に発生する。このとき、反応容器５７は、図４６に示すように、外底面５７ｄに設ける２つの振動子２４ｂによって発生する音響流Ｆsbが底部の隅に滞留し易い比重の大きい液体試料Ｌsを上方へ移動させる効果があるため、外側面５７ａに設けた振動子２４ｂによって発生する音響流Ｆssとの相乗効果により複雑な流れの場（乱流）が生成され、液体試料Ｌsを更に効率よく攪拌することができる。

なお、本発明の攪拌容器は、少なくとも一つの音波発生手段を偏在させて設けてあれば、容器の外側ではなく、図４７に示す反応容器５のように、容器の内側に設けてもよい。この場合、表面弾性波素子２３は、振動子２４ｂを内側面５ｂに向けて内壁面５ｂの下部にエポキシ樹脂等の接着剤によって取り付ける。また、反応容器５には、音響チップ２４の振動子２４ｂと接続され、送電体２１から送電された電力を受電する引き出し電極５ｅを設ける。

また、本発明の攪拌容器は、図４８に示すように、表面弾性波素子２３の振動子２４ｂを構成する複数の電極を反応容器５側に向け、音響整合層２５を介して反応容器５に取り付けてもよい。この場合、音響チップ２４は、導体回路２４ｄを表面弾性波素子２３の裏面側に引き出した構成とし、裏面に設けた電気端子２４ｃに対して電力を供給する。

更に、本発明の攪拌容器は、表面弾性波素子２３が複数存在する場合、図４９および図５０に示す反応容器５８，５９のように、電力を受電する受電手段として共通の電気端子２４ｃを有していてもよい。この場合、隣り合う表面弾性波素子２３は、発生した音響流が互いに流れを相殺することがないように、振動子２４ｂを半波長（λ／２）以上離間して配置する。従って、例えば、反応容器５９は、３つの表面弾性波素子２３の異なる中心周波数ｆ1〜ｆ3（ｆ1＞ｆ2＞ｆ3）を有する振動子２４ｂを、それぞれ半波長（λ2／２，λ3／２）離間して設ける。ここで、隣り合う表面弾性波素子２３は、波長が長い方の波長を基準として離間距離を決定する。従って、反応容器５９は、反応容器５３と同様に、中心周波数が低く、液体試料中における減衰が少ない中心周波数ｆ3の音波によって下方に沈み易い比重の大きい成分を上方へ移動させて攪拌することができるという効果を奏する。

また、本発明の攪拌容器は、音響チップ２４へ電力を送電するのに接触子２１ａを用いたが、図５１に示すように、無線送信することも可能である。この無線送信に用いる攪拌装置３０は、図５１に示すように、送電体３１と音響チップ３３を有し、音響チップ３３は反応容器５に取り付けられている。

送電体３１は、音響チップ３３と対向配置され、ＲＦ送信アンテナ３１ａ、駆動回路３１ｂ及びコントローラ３１ｃを有している。送電体３１は、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ＲＦ送信アンテナ３１ａから電波として音響チップ３３に発信する。このとき、送電体３１は、音響チップ３３に電力を送電する送電時に、ＲＦ送信アンテナ３１ａとアンテナ３３ｃとが対向するように、反応テーブル４に対する周方向並びに半径方向における相対配置が配置決定部材２２によって調整され、相対配置が決定される。また、ＲＦ送信アンテナ３１ａとアンテナ３３ｃとの相対配置は、例えば、送電体３１側に反射センサを設け、反応容器５或いは音響チップ３３の特定個所に設けた反射体からの反射を利用する等によって検出する。

音響チップ３３は、図５２に示すように、基板３３ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子３３ｂがアンテナ３３ｃと共に一体に設けられている。音響チップ３３は、振動子３３ｂ及びアンテナ３３ｃを外側に向け、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５ａに取り付けられる。このとき、音響チップ３３は、図５１に示すように、振動子３３ｂを構成する複数の櫛型電極が鉛直方向に配列される。音響チップ３３は、送電体３１が発信した電波をアンテナ３３ｃで受信し、共振作用によって発生した起電力により振動子３３ｂに表面弾性波（超音波）を発生させる。

本発明の攪拌容器は、液体中に音波を出射する少なくとも一つの音波発生手段を当該攪拌容器に偏在させて設け、本発明の攪拌方法は、液体中に非対称に音波を出射する工程と、前記非対称な音波によって前記液体中に非対称な流れを発生させる工程とを含み、前記非対称な流れにより前記液体を攪拌するので、音響流が相殺されることなく気液界面まで到達し、容器の底部から気液界面まで広範囲に亘って液体を攪拌することから、攪拌容器、攪拌方法、攪拌装置及び攪拌装置を備えた分析装置で使用するのに適している。

Claims (36)

1. 保持した液体を音波によって攪拌する攪拌容器であって、
   前記液体中に音波を出射する少なくとも一つの音波発生手段が当該攪拌容器に偏在させて設けられていることを特徴とする攪拌容器。
2. 前記音波発生手段は、音響チップと音響整合層とを有し、
   前記音響チップは、弾性表面波を発生することを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
3. 前記音波発生手段は、当該攪拌容器の内側面の鉛直方向上方または下方に変位した位置、或いは前記内底面の水平方向外側に変位した位置に存在する出射領域から前記液体中に音波を出射することを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
4. 前記出射領域は、当該攪拌容器の内側面或いは内底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に存在することを特徴とする請求項３に記載の攪拌容器。
5. 前記音波発生手段は、当該音波発生手段を通る水平方向又は鉛直方向の断面における水平方向又は鉛直方向の実効寸法が、当該断面に存在する前記液体の寸法の１／２以下に設定されることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
6. 前記音波発生手段は、当該音波発生手段を通る音波の発生方向に直交する方向の断面における実効寸法が、当該断面に存在する前記液体の寸法の１／３以下、出射する音波の半波長と前記音波発生手段の数の積以上に設定されることを特徴とする請求項５に記載の攪拌容器。
7. 前記音波発生手段は、当該攪拌容器に２以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
8. 前記２以上の音波発生手段は、前記液体に関して非対称に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
9. 前記２以上の音波発生手段は、奇数或いは偶数の出射領域から異なる方向に音波を出射することを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
10. 前記奇数或いは偶数の出射領域は、当該攪拌容器の内側面或いは内底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に存在することを特徴とする請求項９に記載の攪拌容器。
11. 前記出射領域は、内底面の対角線上或いは直径上に存在することを特徴とする請求項９に記載の攪拌容器。
12. 前記２以上の音波発生手段は、当該攪拌容器の側面或いは底面の同一面或いはそれぞれ異なる面に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
13. 前記２以上の音波発生手段は、当該攪拌容器の側面或いは底面の同一面或いはそれぞれ異なる面の鉛直方向異なる高さに設けられていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
14. 前記２以上の音波発生手段は、鉛直方向下方に配置される音波発生手段の中心周波数が、鉛直方向上方に配置される音波発生手段の中心周波数よりも低く設定されることを特徴とする請求項１３に記載の攪拌容器。
15. 前記音波発生手段は、内底面よりも鉛直方向下側、かつ、内側面よりも水平方向外側に端部を配置して当該攪拌容器の外面に設けられることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
16. 前記２以上の音波発生手段は、同一の信号に対する駆動効率が異なるように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
17. 前記２以上の音波発生手段は、駆動効率が同一であり、異なる信号によって駆動されることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
18. 前記２以上の音波発生手段は、中心周波数、バンド幅或いは共振特性の少なくとも一つが互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の攪拌容器。
19. 前記２以上の音波発生手段は、隣り合う音波発生手段相互の離間距離を、発生する音波の波長が長い音波発生手段の波長の半波長以上とすることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
20. 前記２以上の音波発生手段は、同時に作動する前記音波発生手段の取付け面に沿った方向における離間距離が前記取付け面に沿った方向における各音波発生手段の音波到達距離の和以上に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
21. 前記２以上の音波発生手段は、共通する電力の受電手段を有することを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
22. 前記音波発生手段は、前記液体の気液界面が当該攪拌容器の内側面と接する位置よりも鉛直方向下方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
23. 前記２以上の音波発生手段のうち前記液体の気液界面が当該攪拌容器の内側面と接する位置と前記気液界面最下部との間に設けられる音波発生手段は、鉛直方向の寸法をＨd、前記液体の気液界面と当該攪拌容器の内側面との接触角をθとしたときに、出射する音波の波長λが次式の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項７に記載の攪拌容器。
    λ＜Ｈd・tanθ
24. 前記音波発生手段は、中心周波数が１００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項２３に記載の攪拌容器。
25. 前記音波発生手段は、音響チップと音響整合層とを有していることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
26. 前記音響チップは、圧電性基板と電極を有していることを特徴とする請求項２５に記載の攪拌容器。
27. 前記電極は、櫛型電極であることを特徴とする請求項２６に記載の攪拌容器。
28. 前記音波発生手段は、前記櫛型電極を構成する複数の電極を取付面の長手方向に沿って配列させて当該攪拌容器に設けられていることを特徴とする請求項２７に記載の攪拌容器。
29. 前記音波発生手段は、前記櫛型電極を構成する複数の電極を鉛直方向に配列させて当該攪拌容器に設けられていることを特徴とする請求項２７に記載の攪拌容器。
30. 前記音波発生手段は、中心周波数が数ＭＨｚ〜１ＧＨｚであることを特徴とする請求項１に記載の攪拌容器。
31. 前記音響チップは、光学的に透明であることを特徴とする請求項２５に記載の攪拌容器。
32. 前記音響チップは、少なくとも前記圧電性基板が光学的に透明であることを特徴とする請求項２６に記載の攪拌容器。
33. 前記音響整合層は、接着剤，液体或いは接合層のいずれか一つを含むことを特徴とする請求項２５に記載の攪拌容器。
34. 液体を音波によって攪拌する攪拌方法であって、
    前記液体中に非対称に音波を出射する工程と、
    前記非対称な音波によって前記液体中に非対称な流れを発生させる工程と、
    を含み、
    前記非対称な流れにより前記液体を攪拌することを特徴とする攪拌方法。
35. 請求項１の攪拌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であって、
    前記攪拌容器に設けた音波発生手段に電力を送電する送電手段と、
    前記送電手段から送電される電力を受電する受電手段と、
    を備え、
    前記一つ又は複数の音波発生手段が前記液体中に出射する非対称な音波によって前記液体中に非対称な流れを発生させ、この非対称な流れによって前記液体を攪拌することを特徴とする攪拌装置。
36. 容器に保持された検体と試薬とを含む液体試料を攪拌して反応させ、反応液を分析する分析装置であって、請求項３５に記載の攪拌装置を備えたことを特徴とする分析装置。

Images