(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加を受けて振動する振動発生部と、
前記振動発生部を保持する基板部と、
液体を撹拌するために保護コーティングされた撹拌棒と、
前記基板部と前記撹拌棒の間に挟んで配置され、前記攪拌棒と基板部を一体化せずに分離可能なように固定するスペーサと、
前記振動発生部に電圧を印加する電源部と、
を具備したことを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】
前記スペーサの厚さは１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の撹拌装置。
【請求項３】
前記スペーサの重さは前記撹拌棒の先端の振動振幅が所定範囲内になるように予め決められていることを特徴とする請求項１記載の撹拌装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１項に記載の撹拌装置を備えた自動分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学薬品、生化学分野の試薬、反応液等を混合、撹拌するための検体検査用の撹拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子を応用した撹拌装置は、従来の回転型撹拌装置に比べ撹拌効率に優れており、自動分析装置の性能向上に寄与している。それにともなって、自動分析装置の小型化・複合化の要求が出てきているが、その装置の大きさを決定づけているおもな要因は反応槽の大きさである。
【０００３】
従来の撹拌装置を図２を用いて説明する。
この撹拌装置は、柔体構造の金属板シム２０１の表と裏の両面に圧電セラミック素子２０２が貼り付けられており、バイモルフ構成となっている。この圧電セラミック素子２０２が貼り付けられた金属板シム２０１の部分をアクチュエータと呼ぶことにする。電源より圧電セラミック素子２０２に対して交流電圧を印加すると、各々の面の圧電セラミック素子は交互に伸び縮みすることによって金属板シム２０１は振動する。金属シム２０１の一端はねじ２０３で固定され、他端は金属板シム２０１と同一の材料にて延長されブレード２０４となる。このブレード２０４は反応セル内の液体を撹拌するためのもので、金属板シム２０１が振動することによってブレード２０４も振動し、このブレード２０４の振動により反応セル内の液体が撹拌される。ブレード２０４の根元にはねじ２０５が固定してあり、ブレード２０４の振動振幅はこのねじ２０５の重さによって制御される。ブレード２０４がカバー２０６下面のほぼ中心に位置するようにブレード２０４以外はカバー２０６で覆われている。
【０００４】
しかしながら、自動分析装置の小型化を実現するには、更に装置の反応槽における反応管同志の間隔を狭めることが必要であり、例えば２つの撹拌装置を同時に用いて隣接している２つの反応管で撹拌を行う場合には、撹拌時の２つの撹拌棒間の間隔を更に小さくしなければならない。そのためには圧電セラミック素子への配線、圧電セラミック素子やブレードの振動を妨げないようにカバーをする必要があるが、上記の撹拌装置ではそのカバーの大きさなどが制限要因となり、撹拌装置間の間隔を更に小さくすることは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造効率にすぐれ、且つ自動分析装置の小型化に対応可能な撹拌装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本願請求項１記載の発明は、電圧の印加を受けて振動する振動発生部と、前記振動発生部を保持する基板部と、液体を撹拌するために保護コーティングされた撹拌棒と、前記基板部と前記撹拌棒の間に挟んで配置され、前記攪拌棒と基板部を一体化せずに分離可能なように固定するスペーサと、前記振動発生部に電圧を印加する電源部とを具備したことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の撹拌装置を示した概略図であり、その撹拌装置の正面図、側面図及び上から見たときの上面図を表している。そして図中の実線部分は外部から見えている部分であり、点線部分は外部から見えていない部分を表している。
【０００９】
撹拌装置は、柔体構造の金属板シム１０１の表と裏（図示せず）の両面に圧電セラミック素子１０２が貼り付けられており、バイモルフ構成となっている。
（この圧電セラミック素子１０２が貼り付けられた状態の金属板シム１０１を以後アクチュエータと呼ぶことにする。）電源（図示せず）より圧電セラミック素子１０２に対して交流電圧を印加すると、金属板シム１０１の表と裏の面の圧電セラミック素子は交互に伸び縮みすることによって金属板シム１０１は振動する。金属板シム１０１はそれ自身の振動によって余計なぶれを起こしたり、ずれたりしないようにその一端がねじ１０５でしっかりと固定されている。一方他端にはスペーサ１０４（例えば厚さが１０ｍｍ以下）を介して反応セル内の液体を撹拌するためのブレード１０３がねじ１０６で固定されており、金属板シム１０１の振動がスペーサ１０４を介してブレード１０３に伝わることによってブレード１０３の先端が振動して反応セル内の液体を撹拌する。
【００１０】
ブレード１０３は金属板シム１０１と同じ材質のものであり、その表面は様々な反応セル内の液体の性質に耐えられるように保護用コーティングがされている。
【００１１】
スペーサ１０４は、ブレード１０３先端の振動の振幅を反応セル内の液体を適切に撹拌するように制御するための適度な硬さと重さが必要であるが、硬さについては金属シム１０１からの振動を吸収しないような硬さがあればよい。ブレード１０３先端の振動の振幅は、金属板シム１０１の表面に貼り付けられている圧電セラミック素子１０２を駆動させる交流電圧、周波数、スペーサ１０４及びねじ１０６の重さに関係している。また、スペーサ１０４の厚みａは、金属板シム１０１を固定しているねじ１０５によって決まる厚みｂよりは厚くなっている。
【００１２】
このような構成の本撹拌装置において、ブレード１０３を２次モードで振動させるために圧電セラミック素子１０２を駆動させる交流電圧、周波数、スペーサ１０４及びねじ１０６の重さをどのように設定したらよいかを調べた実験結果が図３、図４である。ここで、Ｎ次モ−ドの振動とは、振動時のブレード上の不動点の数がＮ個ある状態の振動をいう。２次モードの振動は、振動時のブレード１０３上の不動点がスペーサ１０４とのねじ１０６による固定部分とそれ以外に１カ所あるような振動状態をさしている（詳細は、例えば特開平４−３６３６６５号参照）。
【００１３】
実験では、予めスペーサ１０４及びねじ１０６の総重量を０．８ｇと設定している。
まず図３は、圧電セラミック素子１０２を駆動させる交流電圧を２０Ｖ一定にして周波数を０から２００Ｈｚまで変化させていったとき、ブレード１０３先端の振幅がどのように変化するかを示したものである。横軸が周波数、縦軸がブレード先端の振幅を電圧に変換した値（すなわち、ブレード先端の振幅が大きければそれだけ高い電圧値を示す）を表している。これを見ればわかるように、６６．０Ｈｚ付近でブレード１０３先端の振幅は最大になり、次に１２７．０Ｈｚ付近で再びピークになる。このときの電圧値はブレ−ド先端の振幅が最大となる６６．０Ｈｚ付近の電圧値の約２分の１になっており、このことからブレード１０３は６６．０Ｈｚ付近で１次モードで振動し、１２７．０Ｈｚ付近で２次モードで振動していることがわかる。
【００１４】
図４は、圧電セラミック素子１０２を駆動させる交流電圧を２５Ｖ一定にして周波数を０から２００Ｈｚまで変化させていったときのブレード１０３の振幅を電圧に変換した値の変化を示したものである。これも図３同様に、６６．０Ｈｚ付近でブレード１０３は１次モードで振動し、１２６．５Ｈｚ付近で２次モードで振動していることがわかる。
【００１５】
撹拌効果に関しては、例えば特開平４−３６３６６５号に記載されているように、直接撹拌する部分（ここではブレード１０３）を複次モードで振動させるほうが１次モードで振動させるより反応液を均質化するまでの撹拌時間が短縮されることが知られている。
【００１６】
そこで、図５は、前記の図３、４でブレード１０３が２次モードで振動する周波数付近で幾つか周波数をあらかじめ設定し、その設定値周波数で圧電セラミック素子１０２を振動させた時のブレード１０３先端の振幅を具体的に計測した結果である。
【００１７】
反応セルの幅が４〜５ｍｍであるのを考えれば、ブレード先端の振幅を３ｍｍ以内に抑えることが必要になるが、この結果を見れば、ブレード１０３先端は１０５〜１２０Ｈｚの範囲で交流電圧２０Ｖあるいは２５Ｖで圧電セラミック素子１０２を振動させ、かつスペーサ１０４及びねじ１０６の総重量を０．８ｇと設定した場合、ブレード先端は振幅３ｍｍ以内で２次モードで振動することがわかる。
【００１８】
図６は、図２にある従来の撹拌装置において、金属板シム２０１の表面に貼り付けられている圧電セラミック素子２０２を駆動させる交流電圧を２５Ｖ、周波数を１２０Ｈｚ、ねじ（おもり）２０５の重さ０．８ｇという条件のもとで反応セル内の液体を撹拌させたときの撹拌完了までの所要時間を計測した実験の結果である。
【００１９】
図６の左図のように、反応セル内に食塩水を入れ、その上に２層になるように色素液（エバンスブルー）を入れる。そして、反応セルのＡ〜Ｅの異なる５つの位置で色度をそれぞれ測定する。その色度測定結果を撹拌時間を追ってグラフ化したのが図６の右図である。縦軸は色度を表し、数値が高いほど液の透明度が高いことを示している。横軸は撹拌の時間経過を示している。撹拌が始まる前は各点ばらばらであった色度が時間が経過していくうちにすべての測定点の色度が撹拌前の５点の色度の平均値に近づき一定値を示すようになる。一定値になれば撹拌完了である。図６の右図によると、図２にある従来の撹拌装置を使った場合、撹拌が始まって色度が一定になるまでの時間は約０．６〜０．７秒であることがわかる。
【００２０】
一方図７は、本撹拌装置を図６と同じ条件のもと（すなわち、ここではスペーサ１０４及びねじ１０６の総重量を０．８ｇと設定している）で行った撹拌完了時間の測定実験の結果である。
【００２１】
図７の右図によると、本撹拌装置を使った場合、撹拌が始まって色度が一定になるまでの時間は約０．８〜０．９秒であることがわかり、図６及び図７の実験結果を比較すれば本撹拌装置と従来の撹拌装置では撹拌完了までの所要時間はほとんど変わらず、撹拌能力に差異はないことがわかる。
【００２２】
次に、本発明による撹拌装置を２本使用して、２つの隣り合った反応セルで同時撹拌を行う場合の実施形態を図８〜図１０を用いて説明する。
図８にあるように、２本の本撹拌装置８０１、８０２がそれぞれ回転軸８０３、８０４を中心に回転可能に設置されており、この２本の撹拌装置８０１、８０２は２つの隣り合った反応セル８０５、８０６で同時に撹拌を行うことができる。
【００２３】
まず、静止状態にあった２本の撹拌装置８０１、８０２を回転軸８０３、８０４を中心にして同時に回転させ、２本の撹拌装置８０１、８０２のそれぞれブレードが２つの隣り合った反応セル８０５、８０６に挿入可能な位置まできたところで静止させる。そして、反応セル８０５、８０６内の液体にブレードが浸るまで２本の撹拌装置８０１、８０２を同時に下降させる。下降後、２つの撹拌装置８０１、８０２の圧電セラミック素子に交流電圧を印加し２つの反応セル８０５、８０６内の液体の撹拌を同時に開始する。撹拌が完了（あらかじめ設定された撹拌時間が経過）すると２つの撹拌装置８０１、８０２の圧電セラミック素子への交流電圧の印加を終了し、２本の撹拌装置８０１、８０２をそれぞれ反応セル８０５、８０６の上部まで同時に上昇させた後、回転軸８０３、８０４を中心にして同時に回転させ、最初の位置に戻り再び静止状態なる。
【００２４】
図８は、静止状態にあった２本の撹拌装置を回転軸を中心にして同時に回転させ始め、２つの隣り合った反応セルの位置に来たところで静止させた時の２本の撹拌装置の状態を撹拌装置の上面方向に見た図であり、図９、１０は、図８の状態を側面方向に見た図で、図９は図２にあるような従来の撹拌装置を使用した場合、図１０は図１にあるような本願発明の撹拌装置を使用した場合である。
【００２５】
図９と図１０のそれぞれの撹拌装置のブレード間の距離を比較すると、従来の撹拌装置を使用した場合、アクチュエータ９０１の振動を妨げないようにアクチュエータ９０１がカバー２０６の中心部の位置に装着されると、アクチュエータ９０１とブレード２０４が一体となっているため、ブレード２０４もカバー２０６下面の中心付近からカバー２０６の外部に突出している状態になっている。したがって、ブレード間の間隔は少なくとも２０ｍｍはあり、それにともなって隣り合った反応セル間の間隔も大きく取らざるを得ない。
【００２６】
一方、本願発明の撹拌装置を使用した場合、ブレード１０３がスペーサ１０４を介してアクチュエータ１００１と接続されているため、ブレード間の間隔を大幅に縮めることができ、それにともなって反応セルの中心間の間隔を５．３ｍｍまで縮めることが可能となる。このように、スペーサを基板部と撹拌棒の間に配置することにより、例えば２つの撹拌装置を同時に用いて隣接している２つの反応管で撹拌を行う場合に、互いの撹拌装置の撹拌棒間の距離を狭めることができるので、反応槽における反応管同志の間隔を狭めることが可能となり、自動分析装置の小型化を実現することができる。
【００２７】
また、図２のように従来の撹拌装置では、ブレード２０４が金属板シム２０１と同一の材料にて延長したものなので、その製造過程において金属板シム２０１への圧電セラミック素子２０１の張り付けと様々な撹拌液の性質に耐えられるようにブレード２０４の表面に保護用コーティングをする両工程を連続して行わなければならなかったが、図１にあるような本撹拌子においては、圧電セラミック素子１０１の張り付ける基板の金属板シム１０１とブレード１０３が一体化せずに分離しているので、金属板シム１０１への圧電セラミック素子１０２の張り付けとブレード１０３の表面保護用コーティングの両工程を別工程とすることができるので、製造効率並びに歩留まりを従来より格段に向上させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、
基板とブレードが一体化せずに分離しているので、保護コーティングなどにおいて製造効率並びに歩留まりを従来より格段に向上させることができる。また、ブレード部をアクチュエータ部にスペーサを介して備えることにより、例えば２つの撹拌装置を同時に用いて隣接している２つの反応管で撹拌を行う場合には、スペーサの厚さの分２つの撹拌装置のブレード間の間隔を狭くすることができるので、反応槽における隣接する反応セル間の間隔を狭めることが可能となり、自動分析装置の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撹拌装置を示す概略正面図、側面図及び上面図。
【図２】従来の撹拌装置を示す概略正面図、側面図及び裏面図。
【図３】本発明の撹拌装置の圧電セラミック素子への印加電圧２０Ｖ一定の条件下での周波数とブレードの振幅の度合を示すグラフ。
【図４】本発明の撹拌装置の圧電セラミック素子への印加電圧２５Ｖ一定の条件下での周波数とブレードの振幅の度合を示すグラフ。
【図５】本発明の撹拌装置の圧電セラミック素子への印加電圧及び周波数を変化させたときのブレードの振幅実測値を示す表。
【図６】従来の撹拌装置による撹拌時間と撹拌度合の関係を示すグラフ。
【図７】本発明の撹拌装置による撹拌時間と撹拌度合の関係を示すグラフ。
【図８】本発明の撹拌装置により２つの隣り合った反応セルで同時撹拌を行っている様子を示す概略上面図。
【図９】従来の撹拌装置により２つの隣り合った反応セルで同時撹拌を行っている時の撹拌装置の状態を示す側面図。
【図１０】本発明の撹拌装置により２つの隣り合った反応セルで同時撹拌を行っている時の撹拌装置の状態を示す側面図
【符号の説明】
１０１、２０１    金属板シム
１０２、２０２    圧電セラミック素子
１０３、２０４    ブレード
１０４    スペーサ
１０５、１０６、２０３、２０５    ねじ
２０６    カバー
８０１、８０２    撹拌装置
８０３、８０４    回転軸
８０５、８０６    反応セル
９０１、１００１  アクチュエータ
【図１】
0003756296.tif 000002
【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】
0003756296.tif 000007
【図７】
0003756296.tif 000008
【図８】
0003756296.tif 000009
【図９】
0003756296.tif 000010
【図１０】
0003756296.tif 000011