(57)【要約】【課題】表面弾性波素子の容器からの剥離や容器における液体の欠如等を含む異常を容易に判定可能な攪拌装置、その異常判定方法及び分析装置を提供すること。【解決手段】液体を保持した容器５に設けられ、液体に向けて音波を発生する表面弾性波素子２７と、表面弾性波素子を駆動する駆動部２４，２５とを備え、液体を音波によって攪拌する攪拌装置２０、その異常判定方法及び分析装置。攪拌装置２０は、表面弾性波素子から反射される反射電力を検出する検出回路２６と、検出回路が検出した反射電力をもとに異常の有無を判定する判定部２３ａとを備え、判定部は、駆動時に表面弾性波素子から反射される駆動時反射電力と、同一駆動周波数における表面弾性波素子の基準反射電力との差が所定値を超えた場合に異常であると判定する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を保持した容器に設けられ、前記液体に向けて音波を発生する音波発生手段と、前記音波発生手段を駆動する駆動手段とを備え、前記液体を前記音波によって攪拌する攪拌装置であって、
前記音波発生手段から反射される反射電力を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した反射電力をもとに異常の有無を判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、駆動時に前記音波発生手段から反射される駆動時反射電力と、同一駆動周波数における前記音波発生手段の基準反射電力との差が所定値を超えた場合に異常であると判定することを特徴とする攪拌装置。
【請求項２】
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３】
液体を保持した容器に設けられ、前記液体に向けて音波を発生する音波発生手段と、前記音波発生手段を駆動する駆動手段とを備え、前記液体を前記音波によって攪拌する攪拌装置の異常判定方法であって、
前記音波発生手段の基準反射電力に関する初期周波数特性を検出する工程と、
駆動時に前記音波発生手段から反射される駆動時反射電力を検出する工程と、
前記駆動時反射電力と、同一駆動周波数における前記基準反射電力との差を求め、この差が所定値を超えた場合に異常であると判定する工程と、
を含むことを特徴とする攪拌装置の異常判定方法。
【請求項４】
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３に記載の攪拌装置の異常判定方法。
【請求項５】
複数の異なる液体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１又は２に記載の攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析することを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、攪拌装置、その異常判定方法及び分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、分析装置で用いる攪拌装置は、いわゆるキャリーオーバーを回避するため、表面弾性波素子を用いて容器に保持された液体を非接触で攪拌するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この攪拌装置は、共振周波数を有する電力を供給して表面弾性波素子を駆動し、容器に保持された液体を攪拌する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５７４０６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、特許文献１に開示された攪拌装置は、電力を供給する電送路の断線や表面弾性波素子自体に生ずる断線等の故障がある場合、電気的な特性を測定することによって故障を検出することは可能である。但し、特許文献１の攪拌装置は、表面弾性波素子の容器からの剥離や容器における液体の欠如等を含む異常の検出が難しく、分析装置で用いるうえで改善が必要であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、表面弾性波素子の容器からの剥離や容器における液体の欠如等を含む異常を容易に判定可能な攪拌装置、その異常判定方法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】
この目的を達成するため、本発明者は、表面弾性波素子の特性について鋭意検討を加えた。その結果、表面弾性波素子は、電気回路における回路定数の不整合により電源に一部の電力が反射される反射現象が発生する。この反射現象によって発生する反射電力は、表面弾性波素子の駆動周波数が共振周波数の場合に最小であり、駆動周波数が共振周波数から離れるのに従って大きくなる周波数特性を有している。
【０００７】
一方、表面弾性波素子は、攪拌装置で使用する場合、容器、例えば、キュベットの壁面に音響整合層を兼ねる接着剤によって接着される。表面弾性波素子は、通常、駆動に伴って自己発熱し、発熱量は印加される電力と駆動周波数に依存する。このとき、攪拌装置は、表面弾性波素子のキュベット壁面への接着状態やキュベットが保持した液体の量を含む物理的特性に変化がなければ、接着剤や壁面を通じた熱の伝導率に大きな変化はない。このため、駆動に伴って表面弾性波素子が自己発熱した際における駆動時反射電力は、自己発熱前の基準反射電力に関する初期周波数特性を保持した状態で変化し、表面弾性波素子の温度変化は一定の範囲内に収まる。
【０００８】
しかし、表面弾性波素子のキュベットからの剥離や、キュベットにおける液体の欠如等の異常があると、攪拌装置は、表面弾性波素子の作動によって生じた音波のエネルギーのキュベット側や液体への伝達が遮断されてしまう。このため、攪拌装置は、このエネルギー伝達の遮断によって表面弾性波素子自体が過剰に発熱し、同じ駆動周波数における反射電力が大きくなるように変化する。従って、攪拌装置は、自己発熱前の基準反射電力に関する初期周波数特性を予め測定しておき、駆動時反射電力と同一駆動周波数における基準反射電力との差を比較すれば、表面弾性波素子側における異常の有無を判定することができるという事実を見出した。
【０００９】
本発明は、上述の事実に基づいてなされたものであり、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、液体を保持した容器に設けられ、前記液体に向けて音波を発生する音波発生手段と、前記音波発生手段を駆動する駆動手段とを備え、前記液体を前記音波によって攪拌する攪拌装置であって、前記音波発生手段から反射される反射電力を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した反射電力をもとに異常の有無を判定する判定手段と、を備え、前記判定手段は、駆動時に前記音波発生手段から反射される駆動時反射電力と、同一駆動周波数における前記音波発生手段の基準反射電力との差が所定値を超えた場合に異常であると判定することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る攪拌装置は、上記の発明において、前記音波発生手段は、表面弾性波素子であることを特徴とする。
【００１１】
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３に係る攪拌装置の異常判定方法は、液体を保持した容器に設けられ、前記液体に向けて音波を発生する音波発生手段と、前記音波発生手段を駆動する駆動手段とを備え、前記液体を前記音波によって攪拌する攪拌装置の異常判定方法であって、前記音波発生手段の基準反射電力に関する初期周波数特性を検出する工程と、駆動時に前記音波発生手段から反射される駆動時反射電力を検出する工程と、前記駆動時反射電力と、同一駆動周波数における前記基準反射電力との差を求め、この差が所定値を超えた場合に異常であると判定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に係る攪拌装置の異常判定方法は、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。
【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５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、反応液を分析する分析装置であって、前記攪拌装置を用いて前記複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を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、判定手段が、音波発生手段の駆動時反射電力と、同一駆動周波数における基準反射電力との差が所定値を超えた場合に異常であると判定し、本発明の攪拌装置の異常判定方法は、駆動時反射電力と、同一駆動周波数における基準反射電力との差を求め、この差が所定値を超えた場合に異常であると判定する。また、本発明の分析装置は、前記攪拌装置を用いて複数の異なる液体を攪拌して反応させ、反応液を分析するので、表面弾性波素子の容器からの剥離や容器における液体の欠如等を含む異常を容易に判定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】
以下、本発明の攪拌装置、その異常判定方法及び分析装置にかかる実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の攪拌装置を用いて分析を行う実施の形態１にかかる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で使用す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３は、反応容器に取り付けた表面弾性波素子のそれぞれ基準反射電力、正常な場合の駆動時反射電力及び異常な場合の駆動時反射電力に関する周波数特性図である。
【００１６】
自動分析装置１は、図１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。このとき、試薬テーブル２には、第一試薬を保持した試薬容器２ａが配置され、試薬テーブル３には、第二試薬を保持した試薬容器３ａが配置されている。
【００１８】
キュベットホイール４は、図１に示すように、周方向に沿って反応容器５を配置する複数のホルダ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、各ホルダの下部に対応する位置に半径方向に対向する測光孔４ａが周方向に沿って前記ホルダと同じ間隔で形成されている。反応容器５は、近傍に設けた試薬分注機構６，７によって試薬テーブル２，３の試薬容器２ａ，３ａから試薬が分注される。キュベットホイール４は、一周期で反時計方向に（１周−１キュベット）／４分回転し、四周期で時計方向に反応容器５の１個分回転する。
【００１９】
反応容器５は、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から成形された液体の保持部５ａを有する四角筒状の容器である。反応容器５は、側壁５ｂに音響整合層を兼ねる接着剤等によって取り付けた表面弾性波素子２２（図２参照）が攪拌装置２０によって駆動される。
【００２０】
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いる。
【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。
【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、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。
【００２５】
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２７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。
【００２６】
攪拌装置２０は、図２に示すように、攪拌制御部２１と表面弾性波素子２７とを有しており、表面弾性波素子２７は攪拌制御部２１によって作動が制御される。攪拌制御部２１は、制御部１５を介して入力部１６から入力される液体試料の検査項目、液体試料の性状又は液量等の情報に基づいて表面弾性波素子２７に出力する駆動信号の周波数を変更し、通信回路２２、制御部２３、信号発生回路２４、増幅回路２５及び検出回路２６を備えている。
【００２７】
通信回路２２は、制御部１５との間で制御信号を送受信すると共に、オンラインネットワークを介して自動分析装置１をメーカーのホストコンピュータに接続してデータ等を送受信する
【００２８】
制御部２３は、メモリとタイマを内蔵した電子制御手段（ＣＰＵ）が使用され、自己発熱前の基準反射電力と駆動時の反射電力とをもとに表面弾性波素子２７の反応容器５からの剥離や反応容器５における液体試料の欠如等を含む異常を判定する判定部２３ａを有している。制御部２３は、通信回路２２、信号発生回路２４、増幅回路２５及び検出回路２６の作動を制御する。このとき、制御部２３は、信号発生回路２４が表面弾性波素子２７へ出力する駆動信号の電圧や電流を制御する。制御部２３は、信号発生回路２４の作動を制御することにより、例えば、表面弾性波素子２７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、制御部２３は、内蔵したタイマに従って信号発生回路２４が発振する高周波信号の周波数を変化させることができる。
【００２９】
信号発生回路２４は、制御部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、１００〜１６０ＭＨｚの信号を発生して２分周し、５０〜８０ＭＨｚの駆動信号を表面弾性波素子２７へ出力する。増幅回路２５は、信号発生回路２４と共に表面弾性波素子２７を駆動する駆動手段を構成しており、信号発生回路２４が表面弾性波素子２７へ出力する駆動信号を予め設定した増幅率で増幅する。
【００３０】
検出回路２６は、カプラと、増幅回路２５で増幅されて出力される駆動信号の電力を検出し、電力データとして判定部２３ａへ出力するディテクと、表面弾性波素子２７の振動子２７ｂから反射される反射電力を検出し、反射電力データとして判定部２３ａへ出力するディテクとを有している。このようにして検出回路２６から出力された電力データや反射電力データは、判定部２３ａに記憶される。
【００３１】
表面弾性波素子２７は、図２に示すように、圧電基板２７ａの表面に櫛型電極（ＩＤＴ）からなる振動子２７ｂが形成されている。振動子２７ｂは、攪拌制御部２１から入力された駆動信号を表面弾性波（音波）に変換する発音部であり、振動子２７ｂを構成する複数のフィンガーが圧電基板２７ａ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２７は、一組の入力端子２７ｃによって攪拌制御部２１との間が接続されている。振動子２７ｂは、入力端子２７ｃとの間がバスバー２７ｄによって接続されている。表面弾性波素子２７は、エポキシ樹脂等の音響整合層を介して反応容器５の側壁５ｂに取り付けられる。
【００３２】
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、一組の入力端子２７ｃを介して攪拌制御部２１から駆動信号が出力される。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。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。
【００３３】
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。
【００３４】
このとき、攪拌装置２０においては、判定部２３ａが表面弾性波素子２７の反応容器５からの剥離や反応容器５における液体試料の欠如等を含む異常を判定する。即ち、表面弾性波素子２７は、電気回路における回路定数の不整合により印加した電力の一部が振動子２７ｂによって反射されて攪拌制御部２１に戻る反射現象が発生する。この反射現象によって発生する基準反射電力ＷIは、図３に実線で示すように、表面弾性波素子２７の駆動周波数が共振周波数ｆrの場合に最小であり、駆動周波数が共振周波数ｆrから離れるのに従って大きくなる初期周波数特性を有している。
【００３５】
一方、表面弾性波素子２７は、通常、作動に伴って自己発熱し、発熱量は印加される電力と駆動周波数に依存する。このとき、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２７の反応容器５の側壁５ｂへの接着状態や反応容器５が保持した液体試料の量を含む物理的特性に変化がなければ、接着剤や側壁５ｂを通じた熱の伝導率に大きな変化はない。このため、表面弾性波素子２７が正常な状態で自己発熱した際の駆動時反射電力ＷNは、図３に点線で示すように、自己発熱前の基準反射電力ＷIに関する初期周波数特性を保持した状態で変化し、表面弾性波素子２７の温度変化は一定の範囲内に収まる。
【００３６】
しかし、表面弾性波素子２７の反応容器５からの剥離や、反応容器５における液体試料の欠如等の異常があると、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２７の作動によって生じた音波エネルギーの反応容器５側や液体試料への伝達が遮断されてしまう。このため、このエネルギー伝達の遮断によって表面弾性波素子２７が過剰に発熱する。この過剰に発熱した異常な場合の駆動時反射電力ＷANは、図３に二点鎖線で示すように、共振周波数ｆrにおける駆動時反射電力ＷNに比べて大きくなるように変化する。従って、攪拌装置２０は、自己発熱前の基準反射電力ＷIに関する初期周波数特性を予め測定して制御部２３に記憶させておき、駆動時反射電力と同一駆動周波数における基準反射電力ＷIとの差を判定部２３ａによって算出して比較すれば、表面弾性波素子側における異常の有無を判定することができる。
【００３７】
このとき、図３に示すように、表面弾性波素子２７の共振周波数ｆrにおいて、駆動時反射電力ＷNと基準反射電力ＷIとの差ΔＷNは、二点鎖線で示す駆動時反射電力ＷANと基準反射電力ＷIとの差ΔＷANに比べて小さい。このため、本発明の攪拌装置２０においては、駆動時に測定される表面弾性波素子２７の駆動時反射電力と同一駆動周波数における基準反射電力ＷIとの差に関して予め閾値Ｔを決め、判定部２３ａに記憶させておく。そして、駆動時反射電力と、同一駆動周波数における基準反射電力ＷIとの差が閾値Ｔを超えた場合に、判定部２３ａは、表面弾性波素子２７の反応容器５からの剥離や、反応容器５における液体試料の欠如等の異常があると判定する。
【００３８】
以下、攪拌制御部２１によって実行される上述の異常の判定に関する一連の工程を、フローチャートを参照して以下に説明する。先ず、攪拌制御部２１は、表面弾性波素子２７の自己発熱前の基準反射電力ＷIの初期周波数特性を検出する（ステップＳ１０２）。この初期周波数特性は、自動分析装置１に攪拌装置２０を組み付けた後、或いは攪拌装置２０の組立後、表面弾性波素子２７の駆動周波数を変化させながら振動子２７ｂによって反射され戻って来る反射電力を検出回路２６によって検出し、反射電力データとして判定部２３ａに出力し記憶させておく。
【００３９】
次に、攪拌制御部２１は、反応容器５が保持した液体試料を攪拌する際に表面弾性波素子２７から反射される駆動時反射電力を検出回路２６によって検出する（ステップＳ１０４）。検出回路２６によって検出した駆動時反射電力は、反射電力データとして判定部２３ａに出力し記憶させておく。ここで、前記初期周波数特性の検出は、自動分析装置１や攪拌装置２０の組立直後等に行われる操作であるのに対し、駆動時反射電力の検出は、自動分析装置１や攪拌装置２０を使用して検体を実際に分析する際に行われる操作である。次いで、攪拌制御部２１は、駆動時反射電力と同一駆動周波数における基準反射電力ＷIとの差を算出する（ステップＳ１０６）。駆動時反射電力と基準反射電力ＷIとの差は、記憶している反射電力データをもとに判定部２３ａが算出する。
【００４０】
しかる後、攪拌制御部２１は、駆動時反射電力と基準反射電力ＷIとの差が閾値Ｔを超えた否かを判定部２３ａによって判定する（ステップＳ１０８）。判定の結果、駆動時反射電力と基準反射電力ＷIとの差が閾値Ｔを超えた場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、判定部２３ａは、異常であると判定する（ステップＳ１１０）。この場合、判定部２３ａは、その旨を制御部１５へ出力し、制御部１５を介して表示部１７に表示する共に、制御部１５を介して自動分析装置１の作動を停止させる。
【００４１】
一方、判定の結果、駆動時反射電力と基準反射電力ＷIとの差が閾値Ｔを超えていない場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、判定部２３ａは、異常と判定することなく、ステップＳ１０４に戻り、攪拌制御部２１は、引き続く新たな検体に関する駆動時反射電力を検出する。以上のステップを繰り返すことにより、攪拌装置２０は、表面弾性波素子２７の反応容器５からの剥離や、反応容器５における液体試料の欠如等の異常を容易に判定することができる。
【００４２】
なお、自動分析装置１は、試薬テーブルが２つの場合について説明したが、試薬テーブルは１つであってもよい。また、本発明の自動分析装置は、自動分析装置１を１ユニットとして複数ユニット組み合わせた構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の攪拌装置を用いて分析を行う実施の形態１にかかる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で使用す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３】反応容器に取り付けた表面弾性波素子のそれぞれ基準反射電力、正常な場合の駆動時反射電力及び異常な場合の駆動時反射電力に関する周波数特性図である。
【図４】攪拌装置の攪拌制御部によって実行される異常の判定に関する一連の工程を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
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              攪拌制御部
２２              通信回路
２３              制御部
２３ａ            判定部
２４              信号発生回路
２５              増幅回路
２６              検出回路
２７              表面弾性波素子
【図１】
2008020197.tif 000003
【図２】
2008020197.tif 000004
【図３】
2008020197.tif 000005
【図４】
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