特開 2022-177414 自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022177414

(43)【公開日】2022-12-01

(54)【発明の名称】自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/02 20060101AFI20221124BHJP

   G01N 35/00 20060101ALI20221124BHJP

   G01N 1/38 20060101ALI20221124BHJP

   B01F 31/80 20220101ALI20221124BHJP

   H04R 1/44 20060101ALI20221124BHJP

【ＦＩ】

G01N35/02 D

G01N35/00 F

G01N35/00 A

G01N1/38

B01F11/02

H04R1/44 330J

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021083648

(22)【出願日】2021-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 宗

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 洋一郎

(72)【発明者】

【氏名】川原 鉄士

(72)【発明者】

【氏名】吉田 悟郎

(72)【発明者】

【氏名】薮谷 恒

【テーマコード（参考）】

2G052

2G058

4G036

5D019

【Ｆターム（参考）】

2G052FB02

2G052FB10

2G052HC04

2G052HC06

2G052HC21

2G052HC42

2G052JA06

2G052JA07

2G052JA08

2G052JA10

2G058FA03

2G058GB10

2G058GD05

2G058GE08

2G058GE10

4G036AB22

5D019AA18

5D019BB26

5D019FF06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】万が一自動化学分析装置の不具合が生じた場合でも、装置や部品を回収することなく、ユーザサイトでその不具合要因を明らかにし対処可能とする自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法を提供する。
【解決手段】自動化学分析装置用メンテナンスキットは、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器１０７、反応容器１０７へ超音波を照射する圧電素子２０１を有する撹拌機構を備え、圧電素子２０１は複数の分割電極２１０を有する自動化学分析装置に接続可能であって、分割電極２０１毎に圧電素子２０１のインピーダンスの絶対値及び分割電極２０１への印加電圧と電流の位相差を測定し、当該測定結果に基づき各分割電極２０１の異常の有無を判定する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置であって、
分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定するメンテナンスキットに接続可能なインターフェース部を備えることを特徴とする自動化学分析装置。

【請求項2】

請求項１に記載の自動化学分析装置において、
前記メンテナンスキットは、前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値を検出し、前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置。

【請求項3】

請求項２に記載の自動化学分析装置において、
前記メンテナンスキットは、予め設定された前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を用いて前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置。

【請求項4】

請求項３に記載の自動化学分析装置において、
前記メンテナンスキットは、予め多数の正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、前記測定されたインピーダンススペクトルに基づき前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を設定することを特徴とする自動化学分析装置。

【請求項5】

請求項４に記載の自動化学分析装置において、
前記メンテナンスキットは、水中及び空気中の条件下で正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、水中で測定されたインピーダンススペクトルに対しは平滑化処理を行い恒温槽内で受ける反射波の影響を除去することを特徴とする自動化学分析装置。

【請求項6】

少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置に接続可能な自動化学分析装置用メンテナンスキットであって、
分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置用メンテナンスキット。

【請求項7】

請求項６に記載の自動化学分析装置用メンテナンスキットにおいて、
前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値を検出し、前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置用メンテナンスキット。

【請求項8】

請求項７に記載の自動化学分析装置用メンテナンスキットにおいて、
予め設定された前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を用いて前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置用メンテナンスキット。

【請求項9】

請求項８に記載の自動化学分析装置用メンテナンスキットにおいて、
予め多数の正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、前記測定されたインピーダンススペクトルに基づき前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を設定することを特徴とする自動化学分析装置用メンテナンスキット。

【請求項10】

請求項８に記載の自動化学分析装置用メンテナンスキットにおいて、
水中及び空気中の条件下で正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、水中で測定されたインピーダンススペクトルに対しは平滑化処理を行い恒温槽内で受ける反射波の影響を除去することを特徴とする自動化学分析装置用メンテナンスキット。

【請求項11】

少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置のメンテナンス方法であって、
インターフェース部を介してメンテナンスキットを自動化学分析装置に接続し、
前記メンテナンスキットは、分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置のメンテナンス方法。

【請求項12】

請求項１１に記載の自動化学分析装置のメンテナンス方法において、
前記メンテナンスキットは、前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値を検出し、前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置のメンテナンス方法。

【請求項13】

請求項１２に記載の自動化学分析装置のメンテナンス方法において、
前記メンテナンスキットは、予め設定された前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を用いて前記各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする自動化学分析装置のメンテナンス方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の自動化学分析装置のメンテナンス方法において、
前記メンテナンスキットは、予め多数の正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、前記測定されたインピーダンススペクトルに基づき前記分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値が最小となる周波数及びインピーダンスの絶対値の正常範囲を設定することを特徴とする自動化学分析装置のメンテナンス方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の自動化学分析装置のメンテナンス方法において、
前記メンテナンスキットは、水中及び空気中の条件下で正常な圧電素子の分割電極毎のインピーダンススペクトルを測定し、水中で測定されたインピーダンススペクトルに対しは平滑化処理を行い恒温槽内で受ける反射波の影響を除去することを特徴とする自動化学分析装置のメンテナンス方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動化学分析装置に係り、特に、反応容器内の検体と試薬の混合液を、超音波にて非接触で混合する撹拌機構を備えた自動化学分析装置において、その撹拌の機能を常に適正に実行するための当該撹拌機構のメンテナンスを実現する、自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、特許文献２、特許文献３および非特許文献１に開示される技術によれば、超音波の音響放射圧の効果を用いて反応容器内の被撹拌液（検体と試薬）を非接触で混合する技術が開発され、自動化学分析装置に実装され実用化されている。
本技術では圧電素子に、圧電素子の厚み共振周波数近傍の周波数で正弦波或いは矩形波等を印加して超音波を発生させ、反応容器外部より被撹拌液に向けて照射し混合する。本超音波非接触撹拌技術（以下、本撹拌技術と称する）を搭載した自動化学分析装置は、ユーザサイトへの導入から数年間は使用してもらうことを想定している。従って、自動化学分析装置を構成する他の機構（例えば、分注機構或いは洗浄機構等）と同様に、自動化学分析装置の稼働中には各撹拌動作が適正に行われているかをチェックする機能が求められる。

【0003】

特許文献４に開示される技術によれば、本撹拌動作時には圧電素子に流れる電流を各撹拌動作ごとに常に計測・記録し、規定の電流が流れているかを計測することで適正な撹拌が行われたか否かを判定する。規定の電流値が流れていなかった場合には超音波の発信源である圧電素子から所望の超音波が発生していなかったとし、その撹拌動作に対する異常やエラーまたはアラートを自動化学分析装置に出力することでユーザに提示するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許３６４１９９２号公報

【特許文献2】特許３６６１０７６号公報

【特許文献3】特許４４０６６２９号公報

【特許文献4】特許３７４６２３９号公報

【特許文献5】特許４１１２２２８号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ ６０（２００５） ｐｐ５５１９－５５２８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した特許文献４に開示される技術では、撹拌動作を一度実行し、その時に圧電素子に流れた電流波形やその値に基づき予め設定した規定の波形、値と照合して異常の有無を判定している。
しかしながら、上述した方法だけでは自動化学分析装置の撹拌機構を構成するどの部品に不具合が生じているのかを見極めることが困難である。圧電素子のみならず、その圧電素子を駆動している電力増幅装置、電圧を印加する電極を選択するリレー回路等を交換して対処しなければならない場合も生ずる。また、交換して故障品として回収されてきたこれらの部品を調べると、必ずしも圧電素子や駆動回路系に不具合が生じていたわけではないこともある。

【0007】

そこで、本発明は、万が一自動化学分析装置の不具合が生じた場合でも、装置や部品を回収することなく、ユーザサイトでその不具合要因を明らかにし対処可能とする自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明に係る自動化学分析装置は、少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置であって、分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定するメンテナンスキットに接続可能なインターフェース部を備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る自動化学分析装置用メンテナンスキットは、少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置に接続可能な自動化学分析装置用メンテナンスキットであって、分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る自動化学分析装置のメンテナンス方法は、少なくとも、分注された検体と試薬を収容し得る反応容器と、前記反応容器へ超音波を照射する圧電素子を有する撹拌機構を備え、前記圧電素子は複数の分割電極を有する自動化学分析装置のメンテナンス方法であって、インターフェース部を介してメンテナンスキットを自動化学分析装置に接続し、前記メンテナンスキットは、分割電極毎に前記圧電素子のインピーダンスの絶対値及び前記分割電極への印加電圧と電流の位相差を測定し、測定結果に基づき各分割電極の異常の有無を判定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、万が一自動化学分析装置の不具合が生じた場合でも、装置や部品を回収することなく、ユーザサイトでその不具合要因を明らかにし対処可能とする自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法を提供することが可能となる。
例えば、超音波を発生させる音源である圧電素子の片側の電極を分割し、その電極を選択して電力を供給することで音源からの照射位置を調整する攪拌方式を採用した自動分析装置で何らかの不具合が生じた場合、本発明を用いれば分割電極毎のインピーダンススペクトル（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ：以下、ＩｍｐＳと称する）を測定することで圧電素子上のどの位置の分割電極の圧電性が消失・損傷しているか、また、圧電素子そのものには異常はなく、電力を供給する電力増幅器、電極を選択するリレー回路等の他の不具合の要因まで明らかにすることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施例に係る自動化学分析装置の全体概略構成図である。

【図2】図１に示す撹拌機構である超音波非接触撹拌機構の説明図である。

【図3】本発明の一実施例に係る超音波非接触攪拌の音源である圧電素子のＩｍｐＳ（インピーダンススペクトル）を測定するメンテナンスキットの外観斜視図である。

【図4】図３に示すメンテナンスキット本体の電子回路の構成図である。

【図5A】水中で測定された正常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。

【図5B】水中で測定された異常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。

【図6A】水中で測定された正常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。

【図6B】空気中或いは恒温水を排出し恒温槽を空の状態として測定された正常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。

【図7A】正常な圧電素子のセグメント毎の共振周波数の母集団の分布の一例を示す図である。

【図7B】正常な圧電素子のセグメント毎の最小インピーダンスの母集団の分布の一例を示す図である。

【図7C】図７Ａに示す母集団を正常母集団とし、これを用いて測定された圧電素子のセグメント毎の共振周波数の分布の一例を示す図である。

【図7D】図７Ｂに示す母集団を正常母集団とし、これを用いて測定された圧電素子のセグメント毎の最小インピーダンスの分布の一例を示す図である。

【図8】自動化学分析装置のメンテナンス方法を示すフローチャートであって、本実施例に係るメンテナンスキットの処理フローを示す図である。

【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実施例について説明する。
なお、本実施例で用いている電子デバイス系の部品は本発明の出願時点で最も適切で調達が容易なものであるが、特に進歩の著しい電子系の部品はより高性能なものが今後流通する可能性が高い。そのなかで本発明で必要な要素として代替できる場合にはその部品を用いることが好ましい。

【実施例0014】

まず、本実施例に係る自動化学分析装置及び撹拌機構について説明する。

【0015】

[自動化学分析装置及び撹拌機構の構成]
図１は、本発明の一実施例に係る自動化学分析装置の全体概略構成図である。
図１に示すように、自動化学分析装置１は、各検体が入ったサンプルカップ１０１とそれらを複数個設置するためのサンプルディスク１０２、試薬ボトル１０３を保冷するための試薬保冷ディスク１０４、検体を分注するためのサンプルディスペンサ１０５、分注するためのサンプルディスペンサ１０５、試薬を分注するための試薬ディスペンサ１０６を備える。
検体と試薬はそれぞれサンプルディスペンサ１０５及び試薬ディスペンサ１０６により反応容器１０７に分注される。検体と試薬が分注された反応容器１０７は反応ディスク１０８上の周方向に沿って配置されており、図１では時計回りに回転して撹拌機構１０９にて超音波を用いて非接触で混合される。混合された検体と試薬は反応が促進され、その吸光特性が吸光度計１１０で測定される。吸光度計測、すなわち分析が終了した検体を含んだ反応容器１０７は洗浄機構（図示せず）によって洗浄される。洗浄終了後は次の検体が分注され上述した一連の分析シーケンスが繰り返される。なお、反応ディスク１０８の周方向に配置された反応容器１０７は、恒温槽１１１中を循環する恒温水（図示せず）と接触しており指定した温度の恒温水を介して一定温度に保たれている。サンプルディスク１０２、試薬保冷ディスク１０４、分注機構（サンプルディスペンサ１０５及び試薬ディスペンサ１０６）、及び反応ディスク１０８等は、自動化学分析装置１内に搭載されているホストコンピュータ（図示せず）によって信号のやり取りを行い、ホストコンピュータの指令（信号）に従って各々の動作シーケンスが制御されている。撹拌機構１０９もコネクタ１１２を介して圧電素子を駆動するためのリレー回路（図示せず）及び電力増幅器系１１３に接続されており、その電力増幅器系１１３もホストコンピュータからの指令（信号）に従って動作する。なお、コネクタ１１２はインターフェース部とも称される。

【0016】

図２は、図１に示す撹拌機構である超音波非接触撹拌機構の説明図である。図２においては、図１で示した撹拌機構１０９の（鉛直方向と反応ディスク半径方向の２軸で張られる面における）断面図として示している。コネクタ１１２よりホストコンピュータからの信号２１９も併せて示している。

【0017】

撹拌機構１０９は、圧電素子２０１とそれを恒温槽１１１へマウントするための治具２０２、圧電素子に電力を供給する電力増幅器系１１３から構成される。
圧電素子２０１の恒温水２０９側の電極２１０は、図２に示すように素子の下側の端面に沿って反対側に折り返されている。恒温水２０９側とは反対側の面の電極は、破線内部の図のように一定の長さと幅で分割されている。各分割電極２１１は、それぞれコネクタ１１２の各ピンに一対一で接続されている。

【0018】

電力増幅器系１１３の内部は、駆動波形を発生させる関数発生回路２０５、その波形を所望の電力に増幅する終段増幅回路２０６、特許文献４に開示される電圧印加時に圧電素子２０１に流れる電流を電磁的なカップリングで測定する電流モニタ２０７が内蔵されている。なお、本実施例では、この電力増幅器系１１３中の電流モニタ２０７により特許文献４に示されるように関数発生回路２０５及び終端増幅回路２０６の異常の有無を監視していることを前提としており、本発明では、後述するメンテナンスキットにて圧電素子２０１側の異常の有無を検知するものである
この電力増幅器系１１３内部には、ホストコンピュータからの指令でその開閉が制御されるリレー群２０８がコネクタ１１２を介して各分割電極２１１に接続されている。反応容器１０７内の被撹拌液（検体と試薬の混合液）の液面の高さに合わせて分割電極２１１の中から適切な位置の電極がリレー群２０８の開閉によって選択され、反応容器１０７への超音波の照射位置が調整される。

【0019】

[メンテナンスキットの構成]
図３は、本発明の一実施例に係る超音波非接触攪拌の音源である圧電素子のＩｍｐＳ（インピーダンススペクトル）を測定するメンテナンスキットの外観斜視図である。メンテナンスキット２は、攪拌機構１０９の状態を調べるためのものである。上述の通り、自動化学分析装置１が設置されているユーザサイトで音源である圧電素子２０１の分割された電極毎のＩｍｐＳを測定することで、攪拌機構１０９の正常・異常の他、異常時にはその要因を診断するものである。

【0020】

図３に示すようにメンテナンスキット本体３０１（Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｏｄｕｌｅ：以下、ＩＭＭと称する）は、操作ボタン３０２及び測定結果等の表示器３０３から構成され、信号線（ケーブル）３０４を介してコネクタ３０５を備えている。このコネクタ３０５は自動化学分析装置１に搭載された超音波非接触攪拌を行う撹拌機構１０９の圧電素子２０１に接続されているコネクタ１１２と接続できるようになっており、自動化学分析装置１上の攪拌機構１０９をメンテナンスする際には電力増幅器系１１３のコネクタと差し替えてコネクタ１１２に接続し、音源である圧電素子２０１のＩｍｐＳを測定することができる。なお、メンテナンスキット２のコネクタ３０５はインターフェース部とも称される。また、本実施例では、自動化学分析装置１のインターフェース部とメンテナンスキット２のインターフェース部との接続形態を、コネクタを介した有線接続としたがこれに限られるものではない。例えば、これらインターフェース部を無線にて接続する構成としても良い。

【0021】

図４は、図３に示すメンテナンスキット本体（ＩＭＭ）の電子回路の構成図である。図４に示すように、ＩＭＭの電子回路の内部ではディジタル・ダイレクト・シンセサイザー（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ： 以下、ＤＤＳと称する）４０１によって任意の周波数の正弦波形電圧を発生させる。その波形電圧を電圧増幅するアンプ４０２を経て、出力端子４０３に正弦波形電圧が出力される。出力端子４０３に出力された正弦波電圧はリレー群４０４或いはマルチプレクサ（以下、電極切替器と称する）を介してコネクタ３０６に出力される。ＩＭＭ３０１では、電極切替器を一つずつ短絡させることで、電極毎のＩｍｐＳを順次測定する。ある電極を一つ短絡させその電極に正弦波電圧が印加されている時に、その電極に流れている電流は配線４０５に流入し、検出抵抗４０６で電圧値として検出される。その電流に起因する電圧信号は、適当なゲインでリニアに増幅されるオペアンプ４０７を介して、ログアンプ（ＬｏｇＡｍｐ）４０８でさらに増幅される。その電極に印加されている出力端子４０３の電圧は配線４０９を介して、それぞれマイクロ・コントロール・ユニット（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下。ＭＣＵと称する）４１０に入力され内部でＡ／Ｄ変換される。ＭＣＵ４１０はＤＤＳ４０１に制御信号４１１を送り発生させる正弦波の周波数を所望の周波数範囲で掃引させる。このときの周波数、出力端子４０３からの印加電圧、素子を流れている電流に起因する測定電圧はＭＣＵ４１０内のメモリ（図示せず）に格納・演算され、ＩｍｐＳ測定結果として表示器３０３に表示される。

【0022】

図３及び図４の図面を用いて説明したＩＭＭ３０１より測定（図２の恒温水２０９を恒温槽１１１中に所定の水位で満たし、かつ反応容器１０７中の液面レベルが十分高い場合)したＩｍｐＳの測定結果の一例が図５Ａ及び図５Ｂである。図５Ａは、水中で測定された正常な圧電素子２０１のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。図５Ａでは、正常な圧電素子２０１の電極３個分のそれぞれのＩｍｐＳを示している。また、図５Ｂは、水中で測定された正常な圧電素子２０１のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。図５Ｂでは、いずれも異常な圧電素子の電極個分のＩｍｐＳを示している。

【0023】

図５Ａに示されるように正常な圧電素子のＩｍｐＳはいずれの電極も絶対値|Ｚ|（水中で測定した正常な圧電素子のインピーダンスの絶対値５０１）、位相差ΔＺ（水中で正常な圧電素子のインピーダンスの位相５０２）共に一様なプロファイルを示しており、絶対値|Ｚ|が最小値Ｚｍｉｎとなる周波数ｆｍｉｎが存在する。しかし、図５Ｂに示すように、異常な圧電素子ではいずれの電極の絶対値|Ｚ|（水中で異常な圧電素子のインピーダンスの絶対値５０３）、位相差ΔＺ（水中で異常な圧電素子のインピーダンスの位相５０４）のプロファイルはいずれも一様ではなく、絶対値|Ｚ|の最小値Ｚｍｉｎが見られない。本実施例では、このような正常な圧電素子と異常な圧電素子のＩｍｐＳの差異に着目し、以下のような方法で電極部位毎（電極毎）の正常、異常を判定するアルゴリズムを開発し、図３及び図４に示したＩＭＭ３０１内に実装している。

【0024】

図６Ａは、水中で測定された正常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。図６Ａでは、図５Ａと同様の正常な圧電素子のある電極のＩｍｐＳを測定した結果を示している。この電極番号を圧電素子のｉ番目の電極とし、絶対値|Ｚ|の最小値Ｚ_ｉ＿ｍｉｎ、その周波数をｆ＿ｉ＿ｍｉｎと表記する。従って、例えば一つの圧電素子の片側電極を１０分割した場合、一つの圧電素子からは１０組の絶対値|Ｚ|の最小値とその周波数、（Ｚ＿ｉ＿ｍｉｎ、ｆ＿ｉ＿ｍｉｎ、ｉ＝１，２，・・１０）がＩｍｐＳのプロファイルから得られることになる。予め十分な数（数百個程度以上）の正常な圧電素子の電極毎のＩｍｐＳを測定すると、Ｚ＿ｉ＿ｍｉｎ、ｆ＿ｉ＿ｍｉｎ（一番上の電極から順にｉ＝１，２，・・１０、と番号を割り振った）は、その場所毎に特に平均値が異なることがある。なお、本実施例では、１０個の分割電極としたがこれに限られるものではなく、分割電極数は適宜設定すれば良い。十分な数の正常な各圧電素子から得られる電極毎のＺ＿ｉ＿ｍｉｎ、ｆ＿ｉ＿ｍｉｎの値からその平均値±３σ（標準偏差）をプロットすると、図７Ａ及び図７Ｂのような電極毎の周波数の分布７０１（正常範囲）と最小インピーダンスの分布７０２（正常範囲）が得られる。本実施例ではこの分布を正常範囲の母集団とし、被判定対象（正常か異常かを調べたい圧電素子）の電極毎の絶対値|Ｚ|の最小値とその周波数がこの正常範囲内にあるか否かで電極毎の正常、異常を判定する。

【0025】

図７Ｃは、図７Ａに示す母集団を正常母集団とし、これを用いて測定された圧電素子のセグメント毎の共振周波数の分布の一例を示す図であり、図７Ｄは、図７Ｂに示す母集団を正常母集団とし、これを用いて測定された圧電素子のセグメント毎の最小インピーダンスの分布の一例を示す図である。周波数、最小インピーダンスの両電極毎の正常範囲７０１、７０２上にプロットされているドット７０３及び７０４が被判定対象の圧電素子のＩｍｐＳより検出された周波数と最小インピーダンスである。この例では、周波数、最小インピーダンスが１番から４番目のセグメント（分割電極）が共に正常範囲を超えており、この被判定対象の圧電素子ではその上部の部位が何らかの異常な特性となっていることを示している。

【0026】

なお、図６Ｂは、空気中或いは恒温水を排出し恒温槽を空の状態として測定された正常な圧電素子のインピーダンスプロファイルの一例を示す図である。すなわち、図２の恒温水２０９を排水して恒温槽１１１を空にした状態、或いは圧電素子を攪拌機構１０９ごと自動化学分析装置１から外した状態で、空気中で測定した正常な圧電素子のＩｍｐＳの一例である。水中で測定した図６ＡのＩｍｐＳと異なり水による音響負荷が低いため、ＩｍｐＳの最小値がより低い値を示す。この空気中で測定されるＩｍｐＳの最小値は音響工学的には圧電素子の共振点であり、その周波数は圧電素子単体の共振周波数とよばれる。そのため、これまで述べてきた水中で測定したＩｍｐＳの最小値とその周波数とは区別し、Ｚ＿ｉ＿ｒ，ｆ＿ｉ＿ｒと表記する（添え字のｉは水中測定同様に分割電極の番号とする）。空気中で測定されたＺ＿ｉ＿ｒとｆ＿ｉ＿ｒの正常母集団の範囲は、同一の圧電素子でも水中で測定されたＺ＿ｉ＿ｍｉｎ、ｆ＿ｉ＿ｍｉｎと異なるので、別途十分な数の正常な圧電素子を用いて定義する必要がある。

【0027】

また、同一圧電素子でも水中での測定時と異なり空気中での測定時では位相差ΔＺにも顕著な特性が現れる。空気中で測定した共振時の位相差では正常な圧電素子ではその電気的特性が容量性から誘導性に遷移するので、位相差が６０３のようにゼロとなる。空気中で測定したＩｍｐＳの位相差にこのようなゼロの遷移があるか否かもその圧電素子の正常性を判定する際に利用することができる。

【0028】

通常このように空気中でＩｍｐＳを測定した場合、水中に比べより感度が高く正確に圧電素子２０１の特性を計測することができる。しかし、その場合には上述したように、恒温水２０９を恒温槽１１１から排水したり、超音波非接触攪拌を行う撹拌機構１０９を一部分解して取り外す等の手間がかかる。そこで、ＩＭＭ３０１を用いたメンテナンス方法として、ＩＭＭ３０１内部に図８に示すフローの判定アルゴリズムを実装した。

【0029】

図８は、自動化学分析装置のメンテナンス方法を示すフローチャートであって、本実施例に係るメンテナンスキットの処理フローを示す図である。図８に示す処理フローでは、各電極を順次測定、正常・異常判定を行っていくために、電極番号をカウンタとしたループ処理となっている。

【0030】

図８に示すように、まずスタート後、ステップS１０１では、ＩＭＭ３０１を構成するＭＣＵ４１０が電極番号（図中ではｓｅｇと表記）のループ処理を実行する。そして、ステップＳ１０２では、ＭＣＵ４１０がｓｅｇ番目の電極のＩｍｐＳを測定する。
ステップS１０３では、測定されたＩｍｐＳの絶対値|Ｚ|からその値が例えば、メガΩオーダーの大きな値の場合は測定対象が導通不良を起こしていると判定し、その電極は導通不良としてＮＧと判定する。一方、導通不良がなかった場合はステップＳ１０４に進む。

【0031】

ステップＳ１０４では、ＭＣＵ４１０が、絶対値|Ｚ|が限りなくゼロに近い場合には接続不良や漏水等で短絡しているとしてその電極はＮＧと判定する。ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理を経て、予め処理フロー開始前に測定者（オペレータ）が設定した空気中、水中での測定条件に基づき、その後の処理フローがステップＳ１０５において分岐する。

【0032】

まず、空気中で測定した場合は上述したように正常の圧電素子では共振周波数において位相差がゼロとなる（電気的特性が容量性から誘導性に変化する）ので、まずその電極において共振周波数時に位相差がゼロになっているか否かをステップＳ１０６において判定する。この処理で位相差がゼロになっていなければ圧電性が消失していることになるので、ＮＧと判定する。
続いて、ステップＳ１０７では、共振周波数時のインピーダンスＺｒが、図７Ｂに示した正常範囲７０２の範囲内にあるか否かを判定する。正常範囲７０２の範囲内でない場合ＮＧと判定する。一方、正常範囲７０２の範囲内である場合は、ステップＳ１０８へ進み、共振周波数時の共振周波数ｆｒが図７Ａに示した正常範囲７０１の範囲内にあるか否かを判定する。正常範囲７０１の範囲内でない場合ＮＧと判定する。一方、正常範囲７０１の範囲内である場合はｓｅｇ番目のセグメント（分割電極）は正常と判定しステップＳ１０１へ戻り、電極番号を１インクリメントし、上述の処理を繰り返す。

【0033】

次に、水中で測定した場合にはＩｍｐＳの絶対値、位相のプロファイルは図６Ａに示したように空気中と比べて感度が低い。また、水中で測定するがゆえに水の音響負荷やまわりからの反射波等の影響を受ける場合がある。ステップＳ１０９においてプロファイルのフィルタリング（平滑化処理）を施した後にＺ＿ｍｉｎ、ｆ＿ｍｉｎを検出し、ステップＳ１１０及びステップＳ１１１において空気中での測定時と同様に正常範囲内か否かを判定し、正常或いは異常が判定される。ステップＳ１１１での判定結果が正常の場合には、ステップＳ１０１へ戻り、電極番号を１インクリメントし、上述の処理を繰り返す。
ステップS１０１のループ処理により全ての分割電極が正常である場合は、圧電素子２０１は正常であると判定する。一方、全ての分割電極が正常でない場合、すなわち一部の分割電極が異常である場合、圧電素子２０１は異常であると判定する。

【0034】

電極毎（分割電極毎）に以上のような判定処理のフローを実行することで、電極毎（分割電極毎）の正常・異常の判定と、異常と判定された場合、どのような要因で異常であるか推定することができる。

【0035】

以上の通り本実施例によれば、万が一自動化学分析装置の不具合が生じた場合でも、装置や部品を回収することなく、ユーザサイトでその不具合要因を明らかにし対処可能とする自動化学分析装置、自動化学分析装置用メンテナンスキット、及び自動化学分析装置のメンテナンス方法を提供することが可能となる。

【0036】

また、超音波を発生させる音源である圧電素子の片側の電極を分割し、その電極を選択して電力を供給することで音源からの照射位置を調整する攪拌方式を採用した自動分析装置で何らかの不具合が生じた場合、本実施例を用いれば分割電極毎のＩｍｐＳを測定することで圧電素子上のどの位置の分割電極の圧電性が消失・損傷しているか、また、圧電素子そのものには異常はなく、電力を供給する電力増幅器、電極を選択するリレー回路等の他の不具合の要因まで明らかにすることができる。

【0037】

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。例えば、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。

【符号の説明】

【0038】

１…自動化学分析装置
２…メンテナンスキット
１０１…サンプルカップ
１０２…サンプルディスク
１０３…試薬ボトル
１０４…試薬保冷ディスク
１０５…サンプルディスペンサ
１０６…試薬ディスペンサ
１０７…反応容器
１０８…反応ディスク
１０９…撹拌機構
１１０…吸光度計
１１１…恒温槽
１１２…コネクタ
１１３…電力増幅器系
２０１…圧電素子
２０２…治具
２０５…関数発生回路
２０６…終段増幅回路
２０７…電流モニタ
２０８…リレー群
２０９…恒温水
２１０…電極
２１１…分割電極
２１９…ホストコンピュータからの信号
３０１…メンテナンスキット本体
３０２…操作ボタン
３０３…表示器
３０４…信号線（ケーブル）
３０５…コネクタ
３０６…コネクタ
４０１…ディジタル・ダイレクト・シンセサイザー
４０２…アンプ
４０３…出力端子
４０４…リレー群
４０５…配線
４０６…検出抵抗
４０７…オペアンプ
４０８…ログアンプ（ＬｏｇＡｍｐ）
４０９…配線
４１０…マイクロ・コントロール・ユニット（ＭＣＵ）
４１１…制御信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図8】