JP2002204939A - 撹拌装置及びその撹拌装置を備えた分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撹拌効率を向上することができる撹拌装置を
提供する。 【解決手段】 液体３を収容した容器５の液相部３から
静置状態の液体３の液面６９を介して気相部７４に向か
う方向に音波７１ａを放射する音源９、そして音源９で
持ち上がった液面７３の持ち上がった液面部分を介して
気相部７４に向かう方向に音波７１ｂを放射する音源７
の各々からの音波による音響放射圧を液面６９、７３作
用させ、かつ音源７、９を駆動するドライバ１１が音源
７の音波の強度を周期的に変える構成とする。このよう
な構成とすることにより、容器５内の液体に対し、流動
状態が一定の旋回流の撹拌効率よりも高い撹拌効率が得
られる脈動する旋回流を形成できるため、撹拌効率を向
上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撹拌装置に係り、
特に、分析装置に適した撹拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】容器内の液体をヘラまたはスクリューな
どで撹拌する撹拌装置では、容器の大きさや容器内の液
体の量などによって十分に撹拌できない場合があること
や、ヘラまたはスクリューなどに、撹拌した液体やその
液体中の物質が付着することにより、異なる液体や物質
などが入った容器間でクロスコンタミネーションが生じ
るなどの問題がある。このような問題を解決するため容
器の下方または斜め下方から容器内の液体に向けて音波
を放射し、この音波によって容器内の液体に容器底部か
ら上方に向かう音響直進流を液体に起こし、この音響直
進流が液面付近で下降することにより液体の上下対流を
発生させて液体を撹拌する非接触の撹拌装置が特開平８
−１４６００７号公報などに提案されている。

【０００３】しかし、特開平８−１４６００７号公報な
どに提案されている音響直進流を引き起こす撹拌装置で
は、十分な撹拌効率が得られない場合が有るため、本願
の発明者らは、撹拌効率を向上した撹拌装置を特開２０
００−１４６９８６号公報などに提案している。この特
開２０００−１４６９８６号公報などに記載された撹拌
装置では、容器に収容された液体の液面に音響放射圧を
作用させることで、容器内の液体に特開平８−１４６０
０７号公報などに提案されている撹拌装置よりも強い旋
回流を起こすことにより、撹拌効率を向上している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年、医療や
化学、環境など様々な分野において、できるだけ速く分
析結果を知ることができるようにするため、分析に要す
る時間をより短縮することが望まれている。したがっ
て、分析過程の一つである撹拌に要する時間を短縮する
ため、さらに撹拌効率を向上することが要求されてい
る。

【０００５】本発明の課題は、撹拌効率を向上すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の撹拌装置は、液
体を収容した容器の液相部から液体の液面を介して気相
部に向かう方向に音波を放射して液体の液面に音響放射
圧を作用させ液体に旋回流を発生させるものであり、音
波の強度を周期的に変える構成とすることにより上記課
題を解決する。

【０００７】さらに、少なくとも容器の側方から音波を
放射する構成とする。また、容器の下方と容器の側方と
から容器に向けて音波を放射し、下方から放射された音
波により容器内の液体の液面が持ち上がった部分に側方
からの音波を放射する構成とする。さらに、容器に対
し、液相部、液体の液面、気相部、そして容器の内壁面
の順に入射する音波を放射する構成とする。

【０００８】さらに、異なる周波数の波形を乗算して振
幅変調することで音波の強度を周期的に変える構成とす
る。また、音波の発生と停止とを繰り返すことで音波の
強度を周期的に変える構成とする。さらに、音波の放射
方向に交わる方向に容器の相対的位置を移動させること
で前記音波の強度を周期的に変える構成とする。

【０００９】このような構成とすることにより、容器内
の液体の液面に向けて放射された音波による音響放射圧
を液面に作用させて容器内の液体に発生した旋回流が、
液面に照射する音波の強度を周期的に変えることによっ
て流動状態が周期的に変化する。したがって、容器内の
液体に対し、流動状態が一定の旋回流の撹拌効率よりも
高い撹拌効率が得られる脈動する旋回流を形成できるた
め、撹拌効率を向上できる。

【００１０】さらに、上記のいずれかの構成の撹拌装置
と、液体の物性を測定する測定手段とを含む構成の分析
装置とすれば、分析時間を短縮できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる撹拌
装置の一実施形態について図１乃至図８を参照して説明
する。図１は、本発明を適用してなる撹拌装置の概略構
成と動作を示す断面図である。図２は、音源となる圧電
素子の概略構成を示す斜視図である。図３は、音源とな
る圧電素子の概略構成と動作を示す側面図である。図４
は、音源を駆動するドライバの概略構成と動作を示すブ
ロック図である。図５は、本発明を適用してなる撹拌装
置を備えた分析装置の概略構成を示す図である。図６
は、液面に対する音響放射圧の作用について説明する模
式図であり、（ａ）は、比較的強度の弱い音波を放射し
たときの音響放射圧の作用を、（ｂ）は、比較的強度の
強い音波を放射したときの音響放射圧の作用を示す。図
７は、放射する音波の強度と音響放射圧の関係を示す図
である。図８は、振幅変調のための副波形発生器から送
出される副振動波形の１例を示す図であり、（ａ）は、
最小値と最大値との間を正弦波的に変化させた波形を、
（ｂ）は、オフセットを重畳させた波形を、（ｃ）は、
ＯＮ−ＯＦＦを繰り返した矩形状の波形を示す。

【００１２】本実施形態の撹拌装置１は、図１に示すよ
うに、撹拌する液体３を収容した反応容器５の側方に位
置するように配設されて撹拌用の音波として例えば超音
波などを放射する側方音源７、反応容器５の下方に位置
するように配設されて撹拌用の音波として例えば超音波
などを放射する下方音源９、側方音源７と下方音源９を
駆動するドライバ１１などで構成されている。本実施形
態の反応容器５は、上端が開口された四角柱状の容器で
あり、反応容器５内に入れられた液体３を所定の温度に
保つため、恒温槽１３内に収容され、所定の温度に加熱
された液体からなる熱媒１５、例えば水などに挿入され
た状態になっている。側方音源７は、恒温槽１３内の側
面に設置されており、下方音源９は、恒温槽１３内の底
面の側方音源７寄りに設置されている。

【００１３】下方音源７と側方音源９は、図２及び図３
に示すように、一枚の圧電素子１７の音波を放射する側
となる面と反対側の面に形成された裏面側電極１９は、
アレイ状に配置された複数のセグメント１９−１、１９
−２〜１９−ｎに分割されている。なお、図３では、１
３のセグメント１９−１、１９−２〜１９−１３に分割
した状態を例示している。一方、圧電素子１７の音波を
放射する側となる面に形成された放射側電極２１は、１
つの電極からなり、放射側電極２１の一方の端部は、折
り返されて圧電素子１７の電極１９が形成された側の面
に回り込むように形成されている。裏面側電極１９の各
セグメント１９−１、１９−２〜１９−ｎは、各々通電
するセグメントを選択するセグメント選択手段となるス
イッチ２３−１、２３−２〜２３−ｎを介して電源２５
に電気的に接続されており、また、放射側電極２１は、
電源２５に直接電気的に接続されている。本実施形態で
は、スイッチ２３−１、２３−２〜２３−ｎなどのセグ
メント選択手段は、図１に示すドライバ１１に含まれて
いる。

【００１４】ドライバ１１は、図４に示すように、放射
する音波の基本周波数の基本振動波形２７を発生する波
形発生器２９、基本振動波形２７よりも低い周波数の副
振動波形３１を発生する副波形発生器３３、基本振動波
形２７と副振動波形３１の乗算波形３５を生成する乗算
回路３７、乗算波形３５の電力増幅を行う電力増幅器３
９、そして図４には図示していない前述のようなセグメ
ント選択手段などで構成されている。このように、ドラ
イバ１１からは振幅変調された電圧４１が圧電素子１７
に対して印加される。このとき、裏面側電極１９の電圧
を印加すべきセグメント１９−１、１９−２〜１９−ｎ
がドライバ１１内のセグメント選択手段であるスイッチ
２３−１、２３−２〜２３−ｎの開閉によって選択さ
れ、圧電素子１７の特定の部分、すなわちセグメント１
９−１、１９−２〜１９−ｎの内の選択されたセグメン
トに対応する圧電素子１７の部分から音波が放射され
る。

【００１５】このような本実施形態の撹拌装置１を備え
た分析装置の一例について説明する。例示する分析装置
４３は、図５に示すように、反応容器５を格納する反応
ディスク４５、反応ディスク４５内に格納されている反
応容器５の恒温状態を保つ為の前述の恒温槽１３、分析
対象となるサンプルなどが入っているサンプルカップ４
７を収納するサンプル用ターンテーブル４９、分析に用
いる試薬などが入っている試薬ボトル５１を格納する試
薬用ターンテーブル５３、サンプルや試薬などを各々反
応容器５に分注するサンプリング分注機構５５と試薬分
注機構５７、分注されたサンプルと試薬などを反応容器
５内で撹拌する本実施形態の撹拌装置１、反応容器５内
の混合物質の反応過程や反応後の吸光度などを測定する
測定機構５９、測定が終了した後に反応容器５を洗浄す
る洗浄機構６１、分析装置４３の動作に関する情報、例
えば分析項目やサンプル量などの設定や測定値の演算な
どを行うコンソール６３、そしてコンソール６３で設定
された情報に基づいて自動的に分析プロトコルに沿った
プログラムを作成して分析装置４３の各部の動作を制御
するコントローラ６５などで構成されている。

【００１６】このような構成の撹拌装置１の動作と本発
明の特徴部について分析装置４３の動作を交えて説明す
る。分析装置４３のコンソール６３での設定が終了し、
分析開始を指令すると、コントローラ６５からの指令に
従って、まず、サンプリング分注機構５５によってサン
プルカップ４７が反応容器５に分注される。次に反応容
器５を格納した反応ディスク４５は、サンプルが分注さ
れた反応容器５が試薬分注位置に来るまで回転し、この
後、試薬分注機構５３によって試薬ボトル５１に収容さ
れた試薬が反応容器５内に分注される。さらに、反応デ
ィスク４５は、撹拌装置１が設置されている位置にサン
プルと試薬が分注された反応容器５が来るまで回転し、
反応容器５内の被測定液３を撹拌してサンプルと試薬と
の混合を行う。

【００１７】ここで、コントローラ６５に電気的に接続
された撹拌装置１の音源７、９を駆動するドライバ１１
は、図１に示すように、撹拌する被測定液３の量すなわ
ち反応容器５内に分注されているサンプルと試薬の量
と、それを撹拌するタイミングに関する情報６７を受け
取る。情報６７を受け取ったドライバ１１は、情報６７
のうち液量に関する情報から反応容器５内に入っている
液体３つまり被測定液３の図１において破線で示した静
置状態の液面６９の高さを計算し、この計算された静置
状態での液面６９の高さなどに基づいて最適な音波照射
領域に対応する側方音源７の音波放射位置と下方音源９
の音波放射位置を決定する。そして、ドライバ１１は、
決定された側方音源７の音波放射位置と下方音源９の音
波放射位置に対応するセグメント、例えば図３では圧電
素子１７の中央部のセグメント１９−６、１９−７、１
９−８を選択するスイッチ２３−６、２３−７、２３−
８を閉して電源２５により電圧を印加し圧電素子１７を
駆動し、圧電素子１７の選択された音波放射位置、つま
りセグメント１９−６、１９−７、１９−８に対応する
位置から音波７１を放射する。これにより側方音源７と
下方音源９の所望の位置から音波を反応容器５内の被測
定液３に向けて放射することができる。

【００１８】このとき、下方音源９は、図１に示すよう
に、静置状態での液面６９の側方音源７に面する反応容
器５の側壁側の部分に向けて音波７１を放射する。この
下方音源９から放射される音波７１ａの強度は、側方音
源７側の側壁側の液面６９が反応容器５から飛び出さな
い程度に持ち上がった液面、すなわち図１において実線
で示したような片側が持ち上がった液面７３になる程度
の強度で放射している。一方、側方音源７は、被測定液
３が静置状態のときに、反応容器５内の気相部７４側の
液面６９近傍に向けて、この静置状態での液面６９にほ
ぼ沿う方向に音波を放射する位置に設置されている。そ
して、側方音源７は、下方音源９からの音波７１ａの音
響放射圧の作用によって片側が持ち上がった液面７３の
持ち上がった液面部分に向けて音波７１ｂを放射する。
側方音源７から放射される音波７１ｂの強度は、下方音
源９から放射される音波７１ａ以上の強度としている。
このように、下方音源９と側方音源７とから放射された
各々の音波は、恒温槽１３内の熱媒１５中を伝播して反
応容器５に入射し、さらに反応容器５内の液相部となる
被測定液３を伝播し、被測定液３の液面を介して気相部
７４へと向かう。

【００１９】ところで、一般に、液相部を気相部に向け
て伝播してきた音波が自由液面に達すると、液面には気
相部側に飛び出すような力、すなわち音響放射圧が作用
する。この際の音響放射圧と液面の状態は、図６（ａ）
に示すように、比較的弱い強度の音波７１ｃが液体３中
を伝ぱしてきて、この音波７１ｃの強度に対応する比較
的弱い強度の音響放射圧が液面７７に作用すると、液面
７７は、気相部７４側に持ち上がり隆起部７９を形成す
る様相を呈する。音波７１ｃよりも強い強度の音波７１
ｄが液体３中を伝ぱしてきて、この音波７１ｄの強度に
対応する比較的強い強度の音響放射圧が液面７７に作用
すると、図６（ｂ）に示すように、液体３の液面７７が
音波７１ｃのときの隆起部７９よりも大きく隆起し、さ
らに気相部７４側に液体３が噴出する噴出部８１が形成
される。このとき、音波の強度と液面に作用する音響放
射圧との関係は、図７に示すように、音波の強度が強く
なれば音響放射圧も大きくなる比例関係にある。

【００２０】本実施形態においては、下方音源９から放
射する音波７１ａは、反応容器５外に被測定液３が飛散
しないように、図６（ａ）に示すような隆起部７９が形
成されるような比較的弱い強度とし、側方音源７から放
射する音波７１ｂは、図６（ｂ）に示すような噴出部８
１が形成される強度とすることで図１に示すような旋回
流７５を反応容器５内に発生させて被測定液３を撹拌
し、サンプルと試薬などを混合している。すなわち、下
方音源９と側方音源７から音波を反応容器５内の被測定
液３に照射することにより、下方音源９からの音波の音
響放射圧で静置状態の液面６３の側方音源７側の液面部
分を持ち上げ、側方音源７からの音波の音響放射圧で片
側が持ち上がった液面７３の持ち上がった液面部分を側
方音源７と反対側の反応容器５の側壁へ向かって流動さ
せている。これにより、反応容器５内の被測定液３に、
旋回流７５が発生する。この旋回流７５によって被測定
液３つまりサンプルと試薬が撹拌され、混合される。

【００２１】さらに、ドライバ１１からは、図４に示す
ように、振幅変調された波形の電圧４１が側方音源７に
印加される。したがって、側方音源７から放射される音
波７１ｂもその振幅変化に応じて周期的に強弱し、図７
に示す音波の強度と音響放射圧の関係のように、音波７
１ｂの周期的強弱に応じて強弱する脈動的な音響放射圧
が被測定液３の自由液面６９に作用することになる。こ
のとき、音波７１ｂの強度が最大のときに、上記のよう
な噴出部８１が形成される強度となる。したがって、被
測定液３に発生する旋回流７５も脈動が加わった流動と
なり、一定強度の音波を照射した場合に発生する一定の
流動状態の旋回流に比べ撹拌効率が高くなり、サンプル
と試薬などの混合が促進される。

【００２２】なお、ドライバ１１において振幅変調に用
いる副波形発生器３３から送出される副振動波形３１を
発生する波形は、例えば、図８（ａ）に示すように、最
小値と最大値との間を正弦波的に変化させた波形、図８
（ｂ）に示すように、オフセット８３を重畳させた波
形、そして、図８（ｃ）に示すように、ＯＮ−ＯＦＦを
繰り返した矩形状の波形などを用いることができる。特
に、ＯＮ−ＯＦＦを繰り返す矩形状の波形とした場合、
副波形発生器３３の波形を生成する機構は、他の波形を
生成するための機構よりも単純化され、ドライバの低コ
スト化が可能となる。また、このようなＯＮ−ＯＦＦ的
な制御は、副波形発生器３３を用いずに、基本振動波形
２７を発生する波形発生器２９をＯＮ−ＯＦＦするだけ
でも実現可能であり、本実施形態のドライバ１１に比
べ、さらにコストを抑えることができる。

【００２３】上記のような撹拌装置１での被計測液３の
撹拌によるサンプルと試薬の混合が終了すると、分析装
置４３の反応ディスク４５は、撹拌が終了した反応容器
５が測定機構５９の位置に来るまで回転し、測定機構５
９による測定を行う。測定が終了すると、反応ディスク
４５は、測定が終了した反応容器５が洗浄機構６１の位
置に来るまで回転し、洗浄機構６１によって反応容器５
内の被測定液３は吸引され、この後、反応容器５への洗
浄液の注入と吸引などにより反応容器５を洗浄する洗浄
処理が施される。本例の分析装置４３では、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。

【００２４】このように本実施形態の撹拌装置１では、
下方音源９と側方音源７の各々から反応容器５内の被測
定液３の液面６９、７３に向けて放射された音波７１
ａ、７１ｂによる音響放射圧が、各々、静置状態の液面
６９と片側が持ち上がった状態の液面７３の持ち上がっ
た液面部分に作用し、被測定液３に旋回流を発生させる
と共に、側方音源７から放射される音波の強度を周期的
に変えることにより、片側が持ち上がった状態の液面７
３の持ち上がった液面部分に作用する音響放射圧の大き
さを周期的に変えて被測定液３流動状態を変化させてい
る。したがって、反応容器５内の被測定液３に対し、流
動状態が一定の旋回流による撹拌効率よりも高い撹拌効
率が得られる脈動する旋回流を形成できるため、撹拌効
率を向上できる。

【００２５】さらに、撹拌効率が向上することにより、
撹拌操作に要する時間を短縮できる。また、撹拌操作に
要する時間が短縮され、音波を照射する時間が短縮され
るため、撹拌に要する電力を低減できる。加えて、一定
強度の音波を照射する場合に比べ、振幅変調されている
分だけ圧電素子１７に供給する電力も低減されるため、
よりランニングコストを抑えることも可能となる。さら
に、反応容器などの壁面摩擦の影響を一切受けない気液
界面付近での音響放射圧が支配的な流動を利用している
ため、音響直進流を利用した方法に比べより小さな音波
で被測定液を撹拌する事が可能である。もちろん、反応
容器５に収容された被測定液３に対して、全く接触する
ことなく混合を行うので、ヘラやスクリューなどによる
撹拌方法のようなキャリーオーバーによるクロスコンタ
ミネーションや反応容器の小型化に伴なうヘラなどの位
置決め精度といった問題が無くなる。

【００２６】さらに、本実施形態では、裏面側電極１９
がアレイ状に配置されたセグメント１９−１、１９−２
〜１９−ｎからなる圧電素子１７を用いているため、１
つの圧電素子で所望の位置から音波を放射することがで
き、攪拌装置の構造の簡素化やコストの低減ができる。
また、本実施形態の圧電素子１７では、放射側電極２１
は、裏面側電極１９が形成されている面に折り返して形
成されているため、ドライバ１１などからの配線の接続
を一つの面に集中させることができる。加えて、圧電素
子１７は、電極パターンをスクリーン印刷などで容易に
形成することができるため量産に極めて有利であり、ま
た、製作時間の短縮もできる。さらに、圧電素子１７
は、構造が極めて簡素であるため不具合などが起こり難
く、撹拌装置の信頼性を向上できる。ただし、音源とし
ては、複数の圧電素子をアレイ状に配置した構成の音源
を用いることもでき、さらに圧電素子以外の様々な音源
を用いることができる。

【００２７】ところで、現在市販されている種々の分析
装置は、分析対象となるサンプルや試薬などを反応容器
に供給するためのサンプル分注機構や試薬分注機構、反
応容器内のサンプルと試薬などを撹拌するための撹拌機
構、反応中あるいは反応が終了したサンプルの物性を測
定するための測定機構、測定が終了したサンプルと試薬
などの混合液を吸引して排出し、反応容器を洗浄するた
めの自動洗浄機構、そしてこれらの動作をコントロール
する制御機構などで構成されている。このような分析装
置では、前述のように、撹拌機構として、サンプルと試
薬などを撹拌するために、ヘラまたはスクリューなどを
液に挿入し、これらのヘラやスクリューなどを回転する
事によって撹拌する方式を用いている。また、ヘラまた
はスクリューなどを液に挿入する撹拌装置で発生するク
ロスコンタミネーションなどを防ぐために、特開平８−
１４６００７号公報に記載のように、液体に音波を照射
して、液体中に音響直進流を生成してサンプルと試薬な
どを非接触で撹拌する方法も提案されている。

【００２８】近年、例えば医療分野では、臨床検査を行
なってからその検査結果が得られるまでの時間を短縮
し、医師が患者に対してタイムリーかつ適切な治療を施
す事ができるように、集められた多数のサンプルを一括
してより短時間で分析を行える臨床診断用の分析装置が
望まれている。このような高速化の要望に対応する場
合、各操作、例えばサンプルや試薬の分注、撹拌、洗浄
などに割り当てる時間を短くせざるを得ない。この際、
特に時間を短くした場合に問題になるのは被測定液の撹
拌操作で、短時間の撹拌操作ゆえ混合不足となり所望の
反応が達成されず正確な検査結果が得られなくなる恐れ
がある。したがって、十分な撹拌効率が得られない場合
がある従来のヘラなどによる撹拌機構や音響直進流を生
成する音波による撹拌機構では、撹拌時間を短縮し、分
析を十分に高速化することができない場合がある。

【００２９】これに対して本実施形態の撹拌装置１を撹
拌機構として備えた分析装置、例えば例示した分析装置
４３などでは、撹拌装置１の撹拌効率を向上できるた
め、より短時間でサンプルと試薬などの十分な混合が行
え、分析時間を短縮することができ、分析装置を高速化
することができる。

【００３０】さらに、臨床検査用のサンプルとなる血液
などの患者からの採取量を減らし、患者に対する負担を
低減するため、または検査後に処理すべき廃液量を低減
させるため、より少ないサンプル量で検査を行なえるこ
とも望まれている。しかし、従来の音響直進流を発生さ
せる音波による撹拌機構では、サンプル量が減ることに
より、反応液量が微量化していくと、反応容器そのもの
も小型化していく事になり、反応容器の表面積も小さく
なる。このため、音響直進流の発生に必要な音響エネル
ギーを反応容器内の被測定液に与える事が困難となって
くる。また、音響直進流によって撹拌に有効な循環流れ
を発生させるためには、内部に音場の先鋭的な強度の分
布を形成させる必要があるが、反応容器が小型化すると
反応容器内の音場の相対的な強度差が小さくなるといっ
た問題から短時間での効率のよい撹拌が困難となる。

【００３１】これに対して、本実施形態の撹拌装置１を
撹拌機構として備えた分析装置、例えば例示した分析装
置４３などでは、音源からの音波による音響放射圧を反
応容器内の被測定液の液面に作用させて旋回流を発生す
るものであるため、被測定液の量が微量化しても撹拌機
構は十分な撹拌効率を維持できる。したがって、サンプ
ル量を低減でき、また、サンプル量が低減しても分析を
高速化することができる。さらに、サンプル量の低減に
よって試薬の使用量も少なくなるので検査のランニング
コストを低減できる。また、撹拌機構の撹拌効率が向上
することにより、より撹拌機構で消費する電力を低減で
きるため、装置の消費電力も低減でき、検査のランニン
グコストも低減できる。

【００３２】また、このような臨床検査用分析装置が設
置される医療施設では、スペースの事情から装置が大型
化しないことが望まれているが、本実施形態の撹拌装置
１を撹拌機構として備えた分析装置、例えば分析装置４
３などでは、撹拌装置１により撹拌効率が向上できるこ
とから、撹拌機構を小型化できるため、高速化や高機能
かで構成要素などが増えた場合でも装置の大型化を抑え
ることができる。

【００３３】また、本実施形態の撹拌装置１では、ドラ
イバ１１は、側方音源７からの音波７１ｂを周期的に強
弱させるため、基本振動波形２７に副振動波形３１を乗
算するか、または波形発生器２９をＯＮ−ＯＦＦしてい
るが、このような方法に限らず、様々な方法で音波の強
度を周期的に変えることができる。なお、音波の強度を
変える周期は、一定周期にすることもできるし、不定周
期にすることもできる。以下に音波の強度を周期的に変
える方法の一例を例示する。

【００３４】例えば、音源として圧電素子を用いた場
合、一般に圧電素子ではその材質の厚み共振を利用して
強力な音波を発生しているため、印加する電圧の周波数
をパラメーターとすると、図９に示すように、特定の周
波数で音波の強度のピーク、すなわち厚み共振周波数ｆ
ｒが現れるような周波数応答特性を示す。このような圧
電素子の周波数特性を利用し、音源となる圧電素子に印
加する電圧を、厚み共振周波数ｆｒを中心とした周波数
帯域上で変化させることにより、その周波数特性に応じ
た音波の強度が得られ、音波の強度を周期的に変えるこ
とができる。

【００３５】また別の例として、一定強度で音波を放射
している音源に対して反応容器の相対的な位置を変化さ
せる方法もある。すなわち、反応容器５を、図１０に示
すように、音源８５の正面で放射される音波７１の全エ
ネルギーを受ける位置、音源８５に対して相対的にずれ
て、音源８５の正面で放射される音波７１のエネルギー
の一部を受ける位置、そして音源８５に対向せず、音源
８５の正面で放射される音波７１のエネルギーをほとん
ど受けない位置とに順次相対的に移動させることによ
り、反応容器が受ける音波の強度を周期的に変えること
ができる。したがって、反応容器がターンテーブルなど
の反応容器の移動手段に設置されている場合には、撹拌
時における移動手段の動作を制御することで、音源に対
して反応容器を相対的に移動させることで被測定液に照
射される音波の強度を変化させることができる。

【００３６】さらに別の例として、図１１に示すよう
に、間隔をおいて配置した複数の音源８７、８９、９１
から各々音波９３、９５、９７を放射しておき、反応容
器５が各音源８７、８９、９１の前を順次通過させるこ
とによっても、１つの音源と反応容器を相対的に移動さ
せた場合と同様に、被測定液に照射される音波の強度を
変化させることができる。

【００３７】また、本実施形態では、側方音源７と下方
音源９とを有する構成を示したが、これに限らず、液面
に音響放射圧を作用させて旋回流を発生させることがで
きる様々な音源の配置にできる。例えば、撹拌する液体
の表面張力が低い場合などで、反応容器の側壁内面に向
けて液面が高く反応容器の中央部で液面が低いような状
態になる場合には、反応容器の下方に音源を設ける必要
はなく、反応容器の側方に設置した音源から反応容器の
側壁内面に向けて高くなった液面部分に音波を照射すれ
ば、旋回流を生成できる。同様に、反応容器がターンテ
ーブルなどに設置されている場合には、ターンテーブル
の回転による遠心力で反応容器ないの液面の片側を持ち
上げ、この持ち上がった液面部分に反応容器の側方に設
置した音源からの音波を照射すればよい。

【００３８】さらに、反応容器を傾斜させて設置した場
合や、反応容器の開口部に音響放射圧で隆起または噴出
した液体を跳ね返す部材を設けた場合などは、音源から
反応容器内の液相部から液面を介して気相部、そして反
応容器の側壁または液体を跳ね返す部材に向かう音波が
放射されるように反応容器の下方のみに音源を設置すれ
ばよい。このように、反応容器内の液相部から液面を介
して気相部に向かうように音源から音波を放射して液面
に音響放射圧を作用させることで旋回流を起こすことが
できる様々な構成にできる。

【００３９】また、本実施形態では、熱媒１５を収容し
た恒温槽１３に側方音源７と下方音源９を取り付け、熱
媒１５を介して反応容器５中の液体３の液面に向けて音
波を放射しているが、音波の伝播経路に熱媒となる液体
が介在している必要はない。ただし、音源と反応容器と
の間に十分な音響的伝達特性が得られない媒体が介在し
ている場合には、例えば、十分な音響的伝達特性を有す
る液体などが封入された音響カプラなどを音源の音波の
放射面に取り付け、撹拌時にこの音響カプラを反応容器
に密着させるような構成とすればよい。

【００４０】また、本発明の撹拌装置は、例示した分析
装置に限らず、例えば、医療分野で臨床検査、薬物動体
検査などに用いる分析装置、環境分野で上水、下水、湖
沼、河川などの水質管理などに用いる分析装置、食品分
野で品質管理などに用いる分析装置、化学工業分野で生
産物などの組成管理や品質検査などに用いる分析装置な
どの様々な構成及び目的の分析装置に適用することがで
き、さらに、分析装置に限らず、容器に収容された複数
の液体を撹拌する撹拌機構を備えた様々な機器や装置類
に適用できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、撹拌効率を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用してなる撹拌装置の一実施形態の
概略構成と動作を示す断面図である。

【図２】音源となる圧電素子の概略構成を示す斜視図で
ある。

【図３】音源となる圧電素子の概略構成と動作を示す側
面図である。

【図４】音源を駆動するドライバの概略構成と動作を示
すブロック図である。

【図５】本発明を適用してなる撹拌装置を備えた分析装
置の一例の概略構成を示す図である。

【図６】液面に対する音響放射圧の作用について説明す
る模式図であり、（ａ）は、比較的強度の弱い音波を放
射したときの音響放射圧の作用を、（ｂ）は、比較的強
度の強い音波を放射したときの音響放射圧の作用を示
す。

【図７】放射する音波の強度と音響放射圧の関係を示す
図である。

【図８】振幅変調のための副波形発生器から送出される
副振動波形の１例を示す図であり、（ａ）は、最小値と
最大値との間を正弦波的に変化させた波形を、（ｂ）
は、オフセットを重畳させた波形を、（ｃ）は、ＯＮ−
ＯＦＦを繰り返した矩形状の波形を示す。

【図９】音源となる圧電素子の周波数応答特性を示す図
である。

【図１０】本発明を適用してなる撹拌装置の別の実施形
態の概略構成と動作を示す平面図であり、（ａ）は、反
応容器が音源の正面で放射される音波の全エネルギーを
受ける位置にある状態を、（ｂ）は、反応容器が音源に
対して相対的にずれて、音源の正面で放射される音波の
エネルギーの一部を受ける位置にある状態を、（ｃ）
は、反応容器が音源に対向せず、音源の正面で放射され
る音波のエネルギーをほとんど受けない位置にある状態
を示す。

【図１１】本発明を適用してなる撹拌装置のさらに別の
実施形態の概略構成と動作を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 撹拌装置 ３ 液体、被測定液 ５ 反応容器 ７ 側方音源 ９ 下方音源 １１ ドライバ ６９、７３ 液面 ７１ａ、７１ｂ 音波 ７４ 気相部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺山 孝男 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 神原 克宏 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 亘 重範 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 内田 裕康 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 鈴木 洋一郎 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 4G036 AB22

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体を収容した容器の液相部から前記液
   体の液面を介して気相部に向かう方向に音波を放射して
   前記液体の液面に音響放射圧を作用させ前記液体に旋回
   流を発生させる撹拌装置であり、 前記音波の強度を周期的に変えてなることを特徴とする
   撹拌装置。
2. 【請求項２】 異なる周波数の波形を乗算して振幅変調
   することで前記音波の強度を周期的に変えてなることを
   特徴とする請求項１に記載の撹拌装置。
3. 【請求項３】 前記音波の発生と停止とを繰り返すこと
   で前記音波の強度を周期的に変えてなることを特徴とす
   る請求項１に記載の撹拌装置。
4. 【請求項４】 前記音波の放射方向に交わる方向に前記
   容器の相対的位置を移動させることで前記音波の強度を
   周期的に変えてなることを特徴とする請求項１に記載の
   撹拌装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   撹拌装置と、前記液体の物性を測定する測定手段とを含
   む分析装置。