(57)【要約】【課題】撹拌流の作用を増加させて撹拌性能を向上し、少量の液量のサンプルと試薬の撹拌を可能とする化学分析装置を提供する。【解決手段】超音波を出力する圧電素子からなる撹拌素子４１１に、圧電素子の厚み振動の共振周波数を変化するための波形を、波形発生器を使って印加する。撹拌素子４１１を構成する圧電素子は、超音波４１２の伝搬方向に対する水平方向（x方向）の厚みが傾斜して変化する構成を備えることにより共振周波数を変化させ、これにより反応容器４１３内で音響流発生位置である圧電素子からの距離４１４を変化することができる。これにより、反応容器４１３内の撹拌流の作用を増加させて撹拌性能を向上することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学分析装置であって、
分析対象となるサンプルと試薬が注入される反応容器と、
前記反応容器の側面に対して超音波を照射する圧電素子を有する超音波撹拌機構と、
前記圧電素子を駆動する波形発生器と、を備え、
前記圧電素子の厚み振動の共振周波数を変化することにより、前記反応容器内の前記圧電素子からの音響流発生距離を変化させる、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の化学分析装置であって、
前記圧電素子の厚みを、前記反応容器に照射される前記超音波の進行方向に対して水平方向に変化させた、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の化学分析装置であって、
前記圧電素子の前記反応容器に対する前記超音波の照射面を、前記反応容器の側面に平行に配置し、前記反応容器に対向しない他方の面を前記超音波の進行方向に対して水平方向に傾斜させた、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項４】
請求項２に記載の化学分析装置であって、
前記圧電素子の厚みが連続的に変化している、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項５】
請求項２に記載の化学分析装置であって、
前記圧電素子の厚みが離散的に変化している、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記圧電素子の厚み振動の基本周波数の振動波形を周波数変調する、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記共振周波数の変化に応じて前記変調の帯域を変化させる、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記圧電素子の圧電材料の硬さを変化させることにより、前記圧電素子の共振周波数を変化させる、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項９】
請求項８に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記圧電素子に直流電圧を印加する直流電圧源を有し、前記圧電素子に印加する前記直流電圧を可変して、前記圧電素子の共振周波数を変化させる、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記圧電素子に圧力を付加する加圧治具と、前記加圧治具を駆動する駆動器とを有し、
前記圧電素子に印加する前記圧力を可変して、前記圧電素子の共振周波数を変化させる、
ことを特徴とする化学分析装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の化学分析装置であって、
前記波形発生器は、前記駆動器と、前記圧電素子に超音波を発生させるための交流電源とを同期させて制御する制御器を有する、
ことを特徴とする化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学分析装置に係り、特に反応容器内のサンプルと試薬の混合のための攪拌技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学・医用分析の分野では、サンプルや試薬など液の微量化が進んでおり、微量なサンプルや試薬の混合・撹拌技術として、特許文献１では、ヘラやスクリューを用いずに、サンプルと試薬を入れた容器の下から容器の開放口に向けて超音波を照射してサンプルと試薬を非接触で攪拌し混合する方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、反応容器外部に音源と反射板を設け、音源と反射板の間に反応容器が配置されるようにして、反応容器に向けて複数の方向から音波を間欠的に照射して反応容器内の液体を効率よく攪拌し混合する方法が記載されている。
【０００４】
更に、特許文献３には、反応容器の鉛直方向に傾斜が付いた圧電基板を厚み縦振動子とした撹拌装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４６００７号公報
【特許文献２】特開２００６−２３４８３９号公報
【特許文献３】特開２００７−１０８０６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のものは、容器の下から容器開放口に向かって音波を照射する構造、或いは更に容器の側方からの音波を照射する形態を備える構造に関して、強い攪拌力を得ようとして下方の音波供給手段から強い音波を照射すると、サンプルの液面が盛り上がり、サンプル液等が飛散する恐れがあり、一方、弱すぎる音波を照射すると十分攪拌に寄与できない恐れがあった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載のものは、強い撹拌力を得られるものであり、壁面摩擦の影響を受けない気液界面付近での音響放射圧が支配的な流動である音響流を利用して、反応容器内に水面に対して垂直方向の旋回流である撹拌流を発生させている。しかしながら、より小量の液量のサンプルと試薬の撹拌においては、十分な旋回流の発生が得られず、撹拌作用の性能向上が必要であった。
【０００８】
特許文献３には、自動分析装置の反応容器の鉛直方向に傾斜が付いた圧電基板を厚み縦振動子とした撹拌装置が記載されているが、反応容器に保持された液体の量に応じて駆動信号の周波数を変更することを目的としている。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決し、少量の液量のサンプルと試薬の撹拌において、十分な旋回流を得て撹拌作用の向上を図ることが可能な化学分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明においては、化学分析装置であって、分析対象となるサンプルと試薬が注入される反応容器と、反応容器の側面に対して超音波を照射する圧電素子を有する超音波撹拌機構と、圧電素子を駆動する波形発生器と、を備え、圧電素子の厚み振動の共振周波数を変化することにより、反応容器内の圧電素子からの音響流発生距離を変化させる構成の化学分析装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、圧電素子からの音響流発生距離を変化させて音響流発生位置を変化することで、より小量の液量と試薬の撹拌を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】各実施例に係る化学分析装置の全体的な装置構成の一例を示す斜視図である。
【図２】実施例１に係る、超音波撹拌機構の一例を示す縦断面図である。
【図３】実施例１に係る超音波撹拌機構の音源の一例を示す図である。
【図４】実施例１に係る超音波撹拌機構の原理を示す上面図である。
【図５】実施例１に係る音源の撹拌素子の特性を説明する図である。
【図６】実施例２に係る超音波撹拌機構の音源の一例を示す上面図である。
【図７】実施例２に係る音源の撹拌素子の特性を説明する図である。
【図８】実施例３に係る超音波撹拌機構の概要を示す概略図である。
【図９】実施例３に係る音源の撹拌素子の特性を説明する図である。
【図１０】実施例４に係る超音波撹拌機構の概要を示す概略図である。
【図１１】実施例４に係る音源の撹拌素子の特性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて、本発明の化学分析装置の種々の実施例を図面に従い順次説明する。なお、本発明は以下に説明する各実施例の構成に限定されるものではなく、他の実施形態に使用することもできるものである。
【００１４】
各実施例に係る化学分析装置は、分析対象となるサンプル、試薬を反応容器に供給するための自動サンプル分注機構、自動試薬分注機構、反応容器内のサンプル・試薬を攪拌するための自動攪拌機構、反応中あるいは反応が終了したサンプルの物性を計測するための計測器、計測器による計測が終了したサンプルを吸引・排出し、反応容器を洗浄するための自動洗浄機構、これらの動作をコントロールする制御機構などから構成されるものである。
【実施例１】
【００１５】
実施例１を図１−図５を用いて説明する。本実施例は、化学分析装置であって、分析対象となるサンプルと試薬が注入される反応容器と、反応容器の側面に対して超音波を照射する圧電素子を有する超音波撹拌機構と、圧電素子を駆動する波形発生器と、を備え、圧電素子の厚み振動の共振周波数を変化することにより、反応容器内の圧電素子からの音響流発生距離を変化させる構成の化学分析装置の実施例である。
【００１６】
図１は本実施例の化学分析装置の一構成例を示す斜視図、図２は図１に示す化学分析装置に装備されている被攪拌物に対して非接触で攪拌混合を行なう非侵襲、非接触の攪拌装置の一構成例を示す縦断面図である。
【００１７】
図２に示すように、化学分析装置は主に反応容器１０２を格納する反応ディスク１０１、反応ディスク１０１に格納されている反応容器１０２の恒温状態を保つ為の恒温槽１１４、サンプルカップ１０４を収納するサンプル用ターンテーブル１０３、試薬ボトル１０５を格納する試薬用ターンテーブル１０６、サンプル、試薬をそれぞれ反応容器に分注するサンプリング分注機構１０７、試薬分注機構１０８、分注されたサンプルと試薬を反応容器内で攪拌する攪拌機構１０９、反応容器内の混合物質の反応過程、及び反応後の吸光度を測定する測光機構１１０、検査のための測光が終了した後に反応容器を洗浄する洗浄機構１１１より構成される。これらの各構成要素は検査を開始する前に、予めコンソール１１３より設定された分析項目、分析を行なう液量等の情報に基づいて自動的にコントローラ１１２より作成されるプログラムに従って動作する。
【００１８】
図２に示すように、本実施例における攪拌機構１０９は、恒温槽１１４に対応し、恒温水２０４が満たされた水槽２０８の内壁に沿い、反応容器１０２外部の側方に設けられた音波発生手段２０１（以下、単に音源と呼ぶ）から構成されている。音源２０１はそれぞれ独立に駆動できるようなセグメント２０７がアレイ状に配置された構造になっている。音源２０１から発生した超音波は、側面から反応容器１０２に照射される。
【００１９】
本実施例では上述したアレイ状の音源２０１を、図３に示すよう一枚の圧電素子に対して片側電極を分割するという簡易的な方法を採用して構成した。このように分割した電極３０１に対し、図３に示すように切り替え器３０６を用いて、所望の照射領域３０２に対応する電極３０１に選択的に電圧３０５を印加することによって、アレイ状に配置された音源と機能的に等価な音源を実現した。なお分割しない側の電極３０３を分割した側の圧電素子面に３０４に示すごとく一部折り返すことによって駆動ドライバ回路から電線の接続を一つの面に集中させることができる。このような電極加工を施した一枚の圧電素子を用いる事で、攪拌機構の低コスト化を実現した。このような音源は量産時に極めて有利で、電極パターンをスクリーン印刷等で成形すれば製作時間の短縮も可能である。また、構造が極めて単純なため攪拌機構としての高信頼性も得られる。また、従来のロボットアームを備えたヘラなどに比べサイズも大幅に小型化されるため、装置全体の小型化にも寄与する。
【００２０】
以上のような構成の本実施例の化学分析装置は以下のように動作する。まず、図１に示したサンプルカップ１０４よりサンプリング機構１０７によって反応容器１０２内にサンプルが分注される。次にその反応容器１０２を格納した反応ディスク１０１のターンテーブルは試薬分注位置まで回転し、試薬ボトル１０６より試薬分注機構１０８によってその反応容器１０２内に試薬が分注される。さらにターンテーブルは攪拌機構１０９が設置されている位置まで回転し、反応容器１０２内のサンプルおよび試薬の攪拌混合が行なわれる。攪拌が終了した時点から測定が開始され、反応が終了した時点で洗浄機構１１１において反応容器１０２内のサンプル・試薬混合物は吸引され、洗浄処理が施される。コントローラ１１１２の制御により、このような一連のプロセスが複数のサンプルに対して逐一バッチ処理的に進められていく。
【００２１】
次に図２に示した本実施例の攪拌装置の縦断面図を用いて、反応容器１０２内の被攪拌対象物を非接触で攪拌する装置について説明する。音波は反応容器１０２の側面から下方側に向かって照射され、反応容器１０２内のサンプル等の液を攪拌する。図２においては、恒温槽である水槽２０８の対面側の側面に、音波発生部分となる音波反射手段２０２を有する。具体的には、例えば、音源２０１と音波反射手段２０２との間に反応容器１０２を配置するよう構成されることができる。図２では、音源２０１の側面２０９から生じた音波が恒温槽の反対側に位置する音波反射手段２０２で反射して反応容器１０２に供給される構成を例示している。
【００２２】
次に、本実施例の構成の撹拌装置の基本的な動作を説明する。装置全体のコントローラ１１２に接続され、音源２０１の駆動ドライバ回路とスイッチを備えた駆動ユニット２０５である波形発生器は、反応容器１０２で攪拌する液量すなわち分注されているサンプルと試薬の量と、それを攪拌するタイミングに関する情報２０６をコントローラ１１２から受け取る。そして、駆動ドライバ回路は液量に関する情報から反応容器１０２内に満たされている被測定液２０３の液面高さを計算し、その液面を含めた最適な音波照射領域を決定する。そして、照射領域に対応する音源２０１のセグメント２０７を選択して音源を駆動する。波形発生器である駆動ユニット２０５のドライバ回路からは振幅変調された波形の電圧が音源２０１である圧電素子より印加されるので、照射される音波もその振幅の変化に応じて照射される。
【００２３】
照射された音波は恒温槽の壁２０８中の恒温水２０４の内部を伝搬して、反応容器１０２に伝達され反応容器１０２内に入射する。一般に液体中を伝搬してきた音波が自由液面に達すると、液体は気体側に飛び出すような力（音響放射圧が主要因）が作用する。この際、本実施例ではドライバ回路からは振幅変調された波形の電圧が音源２０１に入力されるので、照射される音波もその振幅変化に応じたものになる。なお、音響反射手段２０２で反射して反応容器１０２に入射させる音波は、その進行方向において液面がない方向に設定する。
【００２４】
ここで、反応容器１０２内に音響流が発生する原理について説明する。本実施例では、厚み振動現象を利用して発生した超音波が、液体中を伝搬して反応容器１０２内の気液境界面で音響流２１０を発生させて、図２に示すような撹拌流２１１を生じさせる。その際、音響流２１０の発生には、厚み振動現象で発生する基本モードを大振幅で励振し、非線形現象により超音波の伝搬過程で生じる波形歪みにて得られる高次モードがエネルギー比率を高くすることが必要となる。
【００２５】
圧電素子からなる撹拌素子の超音波放射面から反応容器内部で音響流の発生する位置までの距離xsは、式（１）で与えられる。
【００２６】
【数１】
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（１）
【００２７】
ここで、c0は伝搬媒質の音速、βは非線形係数、ωは角周波数（ただし、ω＝２πｆ：ｆは周波数）、Mは音響マッハ数である。
【００２８】
本発明者は、式（１）に基づく反応容器１０２内の音響流の発生する距離xs を変化させるためには、角周波数ω、すなわち、超音波の周波数ｆを変化させれば良いことに着目した。
【００２９】
図４に、本実施例の構成に基づく超音波撹拌原理を説明するための上面図を示す。図４の（ａ）、（ｂ）各々に示された長方形は、反応容器１０２内のサンプル、試薬の液面を示している。これまでは、図４の（ｂ）に示すように、圧電素子からなる撹拌素子４０１は、超音波の伝搬方向に対する水平方向（x方向）には厚みが均一な構造であった。そのため、撹拌素子４０１から発振された超音波４０２は、水平方向（x方向）に同位相かつ同波長で反応容器４０３に照射され、音響流の発生する圧電素子からの距離４０４は、x方向の位置x1から位置x2の間でy方向の位置y0と一定であった。
【００３０】
それに対し、本実施例の構成にあっては、図４の（ａ）に示すように、圧電素子からなる撹拌素子４１１の厚みが、x方向の位置x1から位置x2にかけて、厚さが傾斜を持つように変化する、すなわち圧電素子の厚みを超音波の進行方向に対して水平方向に変化させる構成を採用することにより、各位置での共振周波数を変化させる。そして、反応容器４１３内で音響流の発生する圧電素子からの距離４１４を、x方向の位置x1から位置x2の間でy方向の位置y1からy2に変化させ、撹拌素子４１１から放出される超音波４１２は、水平方向に同位相かつ周波数（すなわち、波長）が変化した状態で反応容器４１３に照射される。
【００３１】
本実施例の構成においては、図５の（ａ）に示すように、圧電素子からなる撹拌素子４１１の厚みが、 x方向の位置x1から位置x2にかけて、厚さd1から厚さd2のように傾斜を持つように変化する、すなわち圧電素子の厚みが超音波の進行方向に対して水平方向に傾斜して変化する構成をとる。そのため、図５の（ｂ）に示すように、x方向の位置x1から位置x2にかけての各位置で、共振周波数ｆ１から共振周波数ｆ２に変化する。そして、撹拌素子４１１から放出される超音波４１２は、水平方向に同位相かつ周波数（すなわち、波長）が共振周波数ｆ１〜ｆ２に変化した状態で反応容器４１３に照射される。
【００３２】
これにより、音響流の発生する位置が、式（１）に従って共振周波数が高いほど発生位置が圧電素子に近くなるため、図５の（c）に示すように、x方向の位置x1から位置x2にかけて音響流の発生距離y1から発生距離y2のように圧電素子に近くなり、超音波伝搬方向に幅を生じさせることができる。例えば、この発生距離y1、y2は約１２ｍｍ、７ｍｍとなり、y1〜y2で約５ｍｍの幅を生じさせることができる。
【００３３】
なお、好適には傾斜する圧電素子の面は、図４の(a)に示すように、反応容器４１３に面していない面とし、反応容器４１３に面している面は反応容器４１３の面に平行とする。すなわち、圧電素子の厚みを反応容器に照射される超音波の進行方向に対して水平方向に変化させ、且つ、圧電素子の反応容器に対する超音波の照射面を、反応容器の側面に平行に配置し、反応容器に対向しない他方の面を超音波の進行方向に対して水平方向に傾斜させた。なお、圧電素子４１１の厚さが、図５の（ａ）に示したように連続的に変化する場合、圧電素子を機械研磨等で仕上げることが可能で加工しやすい。
【００３４】
本実施例の構成において、圧電素子からなる撹拌素子４１１に波形発生器である駆動ユニット２０５から印加する電圧３０４の波形は、単一周波数の波形を用いるよりも、上述の共振周波数ｆ１から共振周波数ｆ２の間とその前後の帯域において、周波数変調を行うことが望ましい。すなわち、波形発生器に、圧電素子の厚み振動の基本周波数の振動波形を周波数変調する機能を持たせ、
好適には、波形発生器である駆動ユニット２０５が、時間的に波長を変化させるチャープ波を用いることで、各共振周波数の電気エネルギーを与えることにより、圧電素子からなる撹拌素子４１１が効率よく各共振周波数の機械エネルギーを得ることができ、水平方向に同位相かつ波長がｆ１〜ｆ２に変化する超音波を発振することが可能となる。言い換えるなら、圧電素子の厚み振動の基本周波数の振動波形を周波数変調する波形発生器は、共振周波数の変化に応じて変調の帯域を変化させることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例の圧電素子の超音波の伝搬方向に対する水平方向（x方向）の厚みを変化させる構成により、反応容器４１３内の気液界面で音響流の発生に関して、共振周波数ｆ１からｆ２への変化によって音響流発生位置を距離ｙ１からｙ２に変化させることができる。さらに、撹拌に利用する超音波エネルギーを増加できるため、撹拌力が向上する。また、気液界面の変動に併せて、音響流が発生する距離を共振周波数の変化により制御することで、超音波の撹拌性能を向上することができる。
【００３６】
このように、本実施例によれば、圧電素子の厚みを超音波の進行方向に対して水平方向に変化させることで、共振周波数の変化によって音響流発生位置を変化させ、より少量の液量と試薬の撹拌を可能にする化学分析装置を提供できる。
【実施例２】
【００３７】
次に、実施例２の化学分析装置の圧電素子からなる撹拌素子の構造と、その特性を図６、図７を用いて説明する。本実施例でも実施例１と同様に一つの音源と反応容器による構成であるが、音源となる圧電素子からなる撹拌素子の形状が実施例１の構成と異なっている。図６は実施例２の化学分析装置の構成の内、音源および反応容器の位置関係と撹拌作用を説明するための上面図である。同図における長方形も反応容器のサンプル、試薬の液面を示している。図７は図６に示す撹拌素子の特性を説明する図である。
【００３８】
図４に示した実施例１の構造では、撹拌素子４１１の厚さは水平方向に連続的に変化していたが、図６に示す実施例２の撹拌素子６１１では、階段状に、すなわち離散的に厚さが変化した構造とする。そして、離散的な厚さに対応して、反応容器６１３内で音響流の発生する圧電素子からの距離６１４が変化する。
【００３９】
図７の（ａ）に示すように、本実施例の撹拌素子６１１は、x方向の位置x1から位置x2にかけて、厚さd1から厚さd2のように離散的な厚さを持つように変化する。そのため、図７の（ｂ）のように共振周波数もf1・・・f2のように離散的に変化しており、印加する電圧波形の周波数は、これら離散的な厚さの圧電素子の共振周波数に設定するため、複数の単一周波数の波形の切替えで駆動できるため、実施例１では、基本周波数を変調する機能を持たせた波形発生器である駆動ユニット２０５内の駆動回路の構成を一部簡素化できる。
【００４０】
音響流の発生距離に関しては、図７の（ｃ）のy1、y2に示すように、離散的ではあるがその距離を変化させることができ、実施例１同様に撹拌性能を向上させてより少量の液量のサンプルと試薬の撹拌を可能にすることができる。
【００４１】
以上の実施例１、２では、圧電素子の厚さを超音波の進行方向に対して水平方向に変化させることで、共振周波数の変化をもたらし反応容器内の音響流発生位置を変化させ、より少量の液量と試薬の撹拌を可能にする化学分析装置を提供したが、次に説明する実施例３、４は、撹拌素子の圧電材料の硬さを変化させることにより共振周波数の変化をもたらし反応容器内の音響流発生位置を変化させるものである。
【実施例３】
【００４２】
実施例３の化学分析装置の撹拌素子の構造を図８、図９を用いて説明する。図８は本実施例の化学分析装置の構成の内、音源および駆動回路部分を説明するための概略図であり、他の部分の構成は実施例１、２と同様である。図９は図８に示す本実施例の撹拌素子の特性を説明する図である。
【００４３】
本実施例でも実施例１、２と同様に一つの音源を使用して超音波８０４を発生させているが、圧電素子、すなわち撹拌素子８０１の厚みは一定であり、撹拌素子８０１に接続される駆動ユニット２０５内の駆動回路の構成が異なる。撹拌素子８０１に電圧を加えて超音波を発生させるための交流電源８０２の他に、撹拌素子の圧電材料の硬さを変化させる可変の直流電源８０３が並列に接続されている。
【００４４】
図９の（ａ）に示すように、駆動ユニット２０５など波形発生器の直流電源８０３が発生する直流電圧の値を変化させるよう制御することで撹拌素子８０１の圧電材料の硬さをs1からs2に制御することができる。このように撹拌素子８０１の圧電材料の硬さが変化すると、厚み振動の音速が変化し、図９の（ｂ）のように、共振周波数が変化する。すると、式（１）で示したように、共振周波数の変化によって音響流の発生距離が、図９の（ｃ）に示すように距離ｙ１からｙ２に変化する特性を持つ。
【００４５】
従来の超音波を用いた撹拌方法では、壁面摩擦の影響を受けない気液界面付近での音響放射圧が支配的な流動である音響流を利用しており、音響流の発生位置に気液界面が収まった場合に超音波を照射していたが、本実施例の構成では、気液界面の流動に合わせて、時間的に圧電材料の硬さを変化させることで、共振周波数を変化させることができるため、従来よりも多くの超音波エネルギーを照射することが可能となり、撹拌性能が向上する。
【００４６】
なお、気液界面の流動特性は、反応容器の大きさ及び形状、液体の音速及び粘性、試薬の量等で決まるものであり、これらの仕様に応じて、事前に超音波の周波数や照射タイミングなどの撹拌仕様を装置に入力しておき、撹拌前に適宜読み出して撹拌を行うようにすればよい。
【００４７】
また、ハイスピードカメラなどで反応容器の液面を検出する機構を設け、この検出機構で読み取った情報を処理して、上述した本実施例の超音波の撹拌仕様にフィードバックするよう構成してもよい。
【実施例４】
【００４８】
次に、実施例４の化学分析装置の撹拌素子の構造を図１０、図１１を用いて説明する。図１０は本実施例の化学分析装置の構成の内、音源および駆動回路部分を説明するための概略図であり、他の部分の構成は実施例１、２、３と同様である。図１１は図１０に示す本実施例の撹拌素子の特性を説明する図である。
【００４９】
本実施例でも上述した実施例３と同様に一つの音源である圧電素子、すなわち撹拌素子１００１の圧電材料の硬さを変化させながら超音波１００４を発生しているが、圧電材料の硬さを変化させるため、波形発生器である駆動ユニット２０５内に、直流電源に代え、圧電素子である撹拌素子１００１に加圧を行う加圧治具１００２が取り付けられている点が異なる。また、加圧治具１００２を駆動させるための駆動器１００６と、駆動器１００６と撹拌素子１００１に交流電圧を加えて超音波を発生させるための交流電源１００３を同期させて制御する制御器１００５が、波形発生器である駆動ユニット２０５内に備わっている点が異なる。
【００５０】
本実施例の撹拌素子１００１は、図１１の（ａ）に示すように、加圧治具１００２による加圧量によって、圧電材料の硬さを制御できる。圧電材料の硬さが変化すると、厚み振動の音速が変化し、図１１の（ｂ）のように、撹拌素子１００１の共振周波数が変化する。すると、式（１）で示したように共振周波数の変化によって音響流の発生距離が変化するため、図１１の（ｃ）のような特性を示すことができる。
【００５１】
従来の超音波を用いた撹拌方法では、壁面摩擦の影響を受けない気液界面付近での音響放射圧が支配的な流動である音響流を利用しており、音響流の発生位置に気液界面が収まった場合に超音波を照射していたが、本実施例でも実施例３と同様、気液界面の流動に合わせて時間的に圧電材料の硬さを変化させることで、共振周波数を変化させることができるため、従来よりも多くの超音波エネルギーを照射することが可能となり、撹拌性能が向上する。
【００５２】
気液界面の流動特性は、反応容器の大きさ及び形状、液体の音速及び粘性、試薬の量等で決まるものであり、本実施例においても、これらの仕様に応じて事前に超音波の周波数や照射タイミングなどの撹拌仕様を装置に入力しておき、撹拌前に読み出して撹拌すればよい。
【００５３】
なお、加圧治具１００２は、例えば、撹拌素子１００１をボルト締めした構造である。駆動器１００６から電力を得ることで、自動的にトルクを調整できる。そして、制御器１００５によって駆動のタイミングは制御される。
【００５４】
以上詳述した本発明によれば、撹拌素子を構成する圧電素子の共振周波数の変化によって、音響流発生位置を変化させることで、より小量の液量のサンプルと試薬の撹拌を可能にする化学分析装置を提供することできる。
【００５５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１  反応ディスク
１０２、４０３、４１３、６１３  反応容器
１０３  サンプル用ターンテーブル
１０４  サンプルカップ
１０５  試薬ボトル
１０６  試薬用ターンテーブル
１０７  サンプリング機構
１０８  試薬分注機構
１０９  撹拌機構
１１０  測光機構
１１１  洗浄機構
１１２  コントローラ
１１３  コンソール
１１４  恒温槽
２０１  音波発生手段（音源）
２０２  音波反射手段
２０３  被測定液
２０４  恒温水
２０５  駆動ユニット
２０６  情報
２０７  セグメント
２０８  恒温槽の壁
２０９  側面
２１０  音響流
２１１  撹拌流
３０１  分割した電極
３０２  照射領域
３０３  分割しない側の電極
３０４  電圧
３０５  分割しない側の電極
３０６  切り替え器
４０１、４１１、６１１、８０１、１００１  撹拌素子
４０２、４１２、６１２、８０４、１００４  超音波
４０４、４１４、６１４  距離
８０２、１００３  交流電源
８０３  直流電源
１００２  加圧治具
１００５  制御器
１００６  駆動器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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