特開 2023-34566 超音波洗浄機及びこれを用いた自動分析装置並びに分注ノズルの洗浄方法

(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】P2023034566

(43)【公開日】2023-03-13

(54)【発明の名称】超音波洗浄機及びこれを用いた自動分析装置並びに分注ノズルの洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 35/10 20060101AFI20230306BHJP

【ＦＩ】

G01N35/10 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】19

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021140867

(22)【出願日】2021-08-31

(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】堀江 陽介

(72)【発明者】

【氏名】野島 彰紘

(72)【発明者】

【氏名】小林 亮

(72)【発明者】

【氏名】高山 洋行

(72)【発明者】

【氏名】野中 昂平

【テーマコード（参考）】

2G058

【Ｆターム（参考）】

2G058FB05

2G058FB12

2G058FB15

(57)【要約】

【課題】搬送ラックのような狭小空間への搭載に適した構成を有し、液面の揺れが少なく、ノズルの外周部に強力な超音波を照射可能な超音波洗浄機を提供する。
【解決手段】洗浄の対象である分注ノズルを挿入可能な凹部を有する洗浄槽と、圧電素子及びフロントマスを有する超音波振動子と、を含む超音波洗浄機であって、洗浄槽の側面部には、洗浄槽の外壁面及び凹部の内壁面に開口部を有する貫通孔が設けられ、貫通孔には、フロントマスが挿入され、フロントマスの先端部は、分注ノズルの側方から超音波を照射するように配置されている。
【選択図】図２Ｂ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

洗浄の対象である分注ノズルを挿入可能な凹部を有する洗浄槽と、
圧電素子及びフロントマスを有する超音波振動子と、を含み、
前記洗浄槽の側面部には、前記洗浄槽の外壁面及び前記凹部の内壁面に開口部を有する貫通孔が設けられ、
前記貫通孔には、前記フロントマスが挿入され、
前記フロントマスの先端部は、前記分注ノズルの側方から超音波を照射するように配置されている、超音波洗浄機。

【請求項2】

前記洗浄槽の前記側面部には、前記超音波振動子が複数個設置されている、請求項１記載の超音波洗浄機。

【請求項3】

複数個の前記超音波振動子の前記フロントマスの先端面が接する共通の円の直径が、前記フロントマスの前記先端面の直径と略等しい、請求項２記載の超音波洗浄機。

【請求項4】

前記超音波振動子は、２個が同軸上に配置された構成である、請求項３記載の超音波洗浄機。

【請求項5】

前記フロントマスは、段差部を有し、
前記段差部には、シールが設置されている、請求項１記載の超音波洗浄機。

【請求項6】

前記凹部の上端部は、前記フロントマスの前記先端面の上端部から０．５～１ｍｍである、請求項３記載の超音波洗浄機。

【請求項7】

揺れ検知ユニットを更に含み、
前記揺れ検知ユニットが揺れを検知したときには、前記超音波振動子の駆動を停止するように構成されている、請求項１記載の超音波洗浄機。

【請求項8】

超音波振動子制御部と、駆動電源と、を更に含む、請求項１記載の超音波洗浄機。

【請求項9】

搬送ベースを更に含む、請求項８記載の超音波洗浄機。

【請求項10】

前記洗浄槽及び前記超音波振動子と、前記超音波振動子制御部及び前記駆動電源と、を分離して設置することができる構成を有する、請求項８記載の超音波洗浄機。

【請求項11】

種別の判別が可能なバーコード、ＱＲコード（登録商標）又はＩＣチップを更に含む、請求項１記載の超音波洗浄機。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波洗浄機を有する、自動分析装置。

【請求項13】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の超音波洗浄機を搬送により使用する構成を有する、自動分析装置。

【請求項14】

自動分析装置制御部からの信号により請求項１記載の超音波洗浄機を用いて前記分注ノズルを洗浄する方法であって、
前記凹部に注入された洗浄液に前記分注ノズルを浸漬する工程と、
前記フロントマスの前記先端部から前記超音波を照射する工程と、を含む、分注ノズルの洗浄方法。

【請求項15】

前記分注ノズルを浸漬する工程の前に、前記凹部に前記分注ノズルを挿入可能な位置に前記超音波洗浄機を搬送する工程を更に含む、請求項１４記載の分注ノズルの洗浄方法。

【請求項16】

前記超音波洗浄機は、複数個の前記超音波振動子を有し、
前記複数個の前記超音波振動子から同時に前記超音波を照射する、請求項１４記載の分注ノズルの洗浄方法。

【請求項17】

前記超音波洗浄機は、複数個の前記超音波振動子を有し、
前記複数個の前記超音波振動子のうちの一部から交互に前記超音波を照射する、請求項１４記載の分注ノズルの洗浄方法。

【請求項18】

前記フロントマスの前記先端部の方向が異なる２個以上の前記超音波洗浄機を用いて、異なる方向から前記分注ノズルに向かって前記超音波を照射する、請求項１４記載の分注ノズルの洗浄方法。

【請求項19】

洗浄の対象である分注ノズルを挿入可能な凹部を有する洗浄槽と、
圧電素子及びフロントマスを有する超音波振動子と、を含み、
前記洗浄槽の前記凹部には、前記超音波振動子が設置され、
前記フロントマスの先端部は、前記分注ノズルの側方から超音波を照射するように配置されている、超音波洗浄機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超音波洗浄機及びこれを用いた自動分析装置並びに分注ノズルの洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動分析装置は、血清や尿などのサンプルと試薬とを混合し、その混合液に照射した光の透過率等を測定することにより、成分分析を行う。自動分析装置においては、同一ノズルを繰り返し使用してサンプルを分注するため、別のサンプルを吸引する前にはノズル先端を水流で洗い流すノズル洗浄処理を行う。しかしながら、高スループット性能の自動分析装置では、高速に分注処理を行うため、ノズル洗浄に十分な時間を使うことができない。そのため、ノズル先端には、サンプル成分由来の汚れが蓄積することがあり、日々の清掃メンテナンスで除去するなどして対処している。

【0003】

ノズル先端に汚れが蓄積すると、分注量のばらつきや前のサンプル成分を次のサンプルに持ち込むキャリーオーバが発生しやすくなり、測定精度が低下する。

【0004】

特許文献１には、ボルト締めランジュバン振動子（ＢＬＴ）を取り付けたダイアフラムを有する超音波洗浄器であって、洗浄液を貯水する洗浄槽の側面に開口部を設け、この開口部をダイアフラムで塞いだ構成を有し、超音波によるキャビテーション（液中に生じた圧力差で泡の発生と消滅が起きる現象）を発生させ、分注ノズルを洗浄するものが開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、メンテナンス作業を自動化するため、洗浄槽と、超音波発生素子と、超音波発生素子の制御を行う電子回路とを備え、試料又は試薬の吸引及び吐出に用いるノズルを洗浄槽にて洗浄する洗浄用ラックであって、搬送ラインに沿って移動可能としたものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１７／００２７４０号

【特許文献2】特開２０１４－８９２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

既に納品され実際に使用されている自動分析装置に、新たにノズルの清掃メンテナンスができるユニットを追加する場合には、配置されている部品の間に残る狭い空間に小型の洗浄ユニットを追加することや、メンテナンス時に一時的に追加することが望ましい。大掛かりなハードウェアの変更は、改造費用が高くなること、分析ができない期間が生じることなどの問題があるからである。

【0008】

特許文献２に記載の洗浄用ラックは、洗浄槽の底面又は側面に超音波発生素子（圧電素子）を直接設置する構成を有する。

【0009】

一般の超音波洗浄器で圧電素子を設置する場合、洗浄槽の底面などの広い面積部分をダイアフラムとして利用することで超音波照射面の振幅を増幅して、さらにその振動で液中に定在波を生じさせる。定在波には、音圧が高くなる領域（定在波の腹の部分）があり、同領域でキャビテーションが発生する。このような原理で洗浄するため、市販の超音波洗浄器に比べ底面（あるいは側面）の小型化（面積が小さいこと）が要求されるラックでは、十分な振幅が生じずキャビテーション発生による洗浄効果が得られにくい。特に、１ｍｍ以下の小径のノズルの先端を集中的に洗浄するには、洗浄効率が低い。

【0010】

手作業の清掃メンテナンスに代えて、ノズルの外周を超音波で洗浄するには、超音波キャビテーションが安定して発生する高い音圧領域をノズル先端の外周部に生じさせる必要がある。

【0011】

特許文献１に記載の超音波洗浄器では、ノズル先端を集中的に洗浄するために超音波振動子の先端に備えた洗浄ヘッドを振動させ、ノズルを挿入する中空部内に超音波キャビテーションを発生させる構成例が示されている。同構成では、洗浄ヘッドで増幅した振動を利用し、ノズル先端の外周に強力なキャビテーションを発生させる。しかしながら、洗浄槽内の液面の上方より洗浄ヘッドを挿入する構成であり、液面を挟んで液中と気中で洗浄ヘッドが振動するため、液面の揺動が大きく液位の変動や液が飛散するリスクがあるため、搬送型の洗浄方法には向かない。同構成のように、液の揺動が大きい洗浄器には液位を一定に保つため液をオーバーフローできる洗浄槽が用いられるが、サイズが限定される搬送型の洗浄では利用が難しい。

【0012】

本開示は、搬送ラックのような狭小空間への搭載に適した構成を有し、液面の揺れが少なく、ノズルの外周部に強力な超音波を照射可能な超音波洗浄機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】

【0013】

本開示の超音波洗浄機は、洗浄の対象である分注ノズルを挿入可能な凹部を有する洗浄槽と、圧電素子及びフロントマスを有する超音波振動子と、を含み、洗浄槽の側面部には、洗浄槽の外壁面及び凹部の内壁面に開口部を有する貫通孔が設けられ、貫通孔には、フロントマスが挿入され、フロントマスの先端部は、分注ノズルの側方から超音波を照射するように配置されている。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、搬送ラックのような狭小空間への搭載に適した構成を有し、液面の揺れが少なく、ノズルの外周部に強力な超音波を照射可能な超音波洗浄機を提供することができる。

【0015】

また、本開示によれば、超音波振動子の最大振幅が生じる円柱部の端面に接近した領域にノズルを挿入することができ、二方向以上の照射によりノズル全周における洗浄効果を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施例１の自動分析装置を示す斜視図である。

【図2A】実施例１の超音波洗浄機の洗浄部の構成の一例を示す上面図である。

【図2B】図２ＡのＡ－Ａ断面図である。

【図2C】図２Ａの洗浄部を示す正面図である。

【図2D】図２Ａの洗浄部に用いられる超音波振動子を示す斜視図である。

【図2E】図２Ａの洗浄部を示す斜視図である。

【図2F】図２Ａの洗浄部を示す側面図である。

【図3】実施例１の超音波洗浄機を有する洗浄ラックの一例を示す構成図である。

【図4A】超音波洗浄機の超音波振動子が１個の場合を示す模式図である。

【図4B】超音波洗浄機の超音波振動子が２個の場合を示す模式図である。

【図5A】実施例１の超音波洗浄機による分注ノズルの洗浄方法を示すフロー図である。

【図5B】洗浄ラックの揺れに対処する方法を示すフロー図である。

【図6A】実施例１の超音波洗浄機が有する２個の超音波振動子の駆動パターンの例を示すグラフである。

【図6B】２個の超音波振動子の駆動パターンの他の例を示すグラフである。

【図7】実施例１の搬送ラックに内蔵した超音波洗浄機を用いる場合に対応する自動分析装置を示す構成図である。

【図8A】実施例２の超音波洗浄機を示す部分断面図である。

【図8B】実施例２の超音波洗浄機を示す部分断面図である。

【図8C】図８Ａに対応する洗浄モードを示す模式図である。

【図8D】図８Ｂに対応する洗浄モードを示す模式図である。

【図8E】図８Ｂの超音波洗浄機の変形例を示す模式図である。

【図9】実施例３の洗浄部を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本開示の実施例について詳細に説明する。

【実施例0018】

図１は、実施例１の自動分析装置を示す斜視図である。

【0019】

本図に示すように、自動分析装置１０は、複数の試薬容器１１を設置する試薬ディスク１２と、試薬とサンプルとを混ぜ合わせて反応を測定する反応ディスク１３と、試薬の吸引や吐出を行う試薬分注機構１４と、サンプルの吸引や吐出を行うサンプル分注機構１５と、から構成されている。

【0020】

試薬分注機構１４は、試薬を分注するための試薬用ノズル２１を備える。サンプル分注機構１５は、サンプルを分注するためのサンプル用ノズル２２を備える。ここで、試薬用ノズル２１、サンプル用ノズル２２等のノズルを「分注ノズル」と総称する。

【0021】

装置に投入されたサンプルは、サンプル容器２３（試験管）に入れた状態でラック２４に設置され、搬送ライン２５で搬送される。ラック２４には、複数のサンプル容器２３が設置される。なお、サンプルは、血清や全血などの血液由来のサンプル又は尿などである。

【0022】

サンプル分注機構１５は、サンプル用ノズル２２を、サンプル容器２３からサンプル吸引を行う吸引位置、セル２６（図中にて拡大して示すように、１つ１つが小さく区切られた容器である。）に吐出を行う吐出位置、及びサンプル用ノズル２２の先端を水で洗い流す洗浄槽２７がある洗浄位置に移動させる。さらに、サンプル分注機構１５は、吸引位置ではサンプル容器２３の高さ、吐出位置ではセル２６の高さ、洗浄位置では洗浄槽２７の高さに合わせて、サンプル用ノズル２２を下降させる。

【0023】

まとめると、サンプル分注機構１５は、回転移動及び上下移動によりサンプル用ノズル２２を各停止位置に移動できる構成となっている。

【0024】

なお、サンプル分注機構１５の制御や搬送ライン２５などの装置の制御は、制御部（図示せず）により行われる。また、自動分析装置１０は、測定部（図示せず）を有し、セル２６内に収容されたサンプルと試薬との混合液を測光することで、サンプルに含まれる所定成分の濃度などを分析する。測定部は、例えば光源と光度計を有する。光度計は、例えば吸光光度計又は散乱光度計である。

【0025】

超音波洗浄機を搭載した洗浄ラック３０は、後述する洗浄部を備え、サンプルと接触したサンプル用ノズル２２の先端部を洗浄するために使用される。使用するタイミングは、自動分析装置１０の日々のメンテナンスのタイミングで、多くは分析前や分析終了後に実施する。一日に扱うサンプル数が多い場合は、分析の合間に洗浄ラック３０を搬送ライン２５に流して用いてもよい。これにより、サンプル用ノズル２２の清浄度を保つことができる。

【0026】

洗浄ラック３０は、搬送ライン２５にアクセスできるサンプル用ノズル２２あるいは試薬用ノズル２１であれば、サンプルに限定することなく洗浄することができる。また、１回の搬送中に複数のサンプル用ノズル２２を洗浄可能であるが、洗浄によって汚れた洗浄液を再利用することで、汚れの再付着が発生する可能性があるため、ノズルごとに洗浄液を交換することが望ましい。この場合、１つの洗浄ラック３０を搬送ライン２５に複数回流すか、複数個の洗浄ラック３０を流す方法などがある。また、搬送ライン２５にアクセスできない試薬用ノズル２１は、後述の実施例２で説明する。

【0027】

なお、搬送ライン２５の搬送方式としては、搬送ライン２５に沿って移動するベルト、押し爪等によるもの、電磁気力を利用するもの等が適用できる。

【0028】

図２Ａは、本実施例の超音波洗浄機の洗浄部の構成の一例を示す上面図である。

【0029】

本図においては、洗浄部は、２個の超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂ（加振部）と、洗浄槽２０２と、を備えている。洗浄槽２０２には、上面に開口部を有する貯液穴２１０（凹部）が設けられている。

【0030】

図２Ｂは、図２ＡのＡ－Ａ断面図である。

【0031】

本図に示すように、洗浄槽２０２には、図中の左側及び右側から貯液穴２１０に貫通する貫通孔２１１が設けられている。言い換えると、貫通孔２１１は、洗浄槽２０２の側面部には、洗浄槽２０２の外壁面及び貯液穴２１０（凹部）の内壁面に開口部を有する。２つの貫通孔２１１には、超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂがそれぞれ挿入されている。超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂは、フランジ２０３及びシール２０４（Ｏリング）により洗浄槽２０２の側面に固定されている。この構成により、貫通孔２１１からの液漏れを防止することができる。

【0032】

超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂは、同様の構成を有している。

【0033】

超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂは、フロントマス２０５（前面の金属ブロック）と、バックマス２０６（背面の金属ブロック）と、複数の圧電素子２０７と、複数の電極２０８（銅板）と、締結用ボルト２０９と、から構成されている。圧電素子２０７及び電極２０８は、それぞれ２枚を交互に積層した構成を有している。積層された圧電素子２０７及び電極２０８は、フロントマス２０５とバックマス２０６との間に挟み込まれ、締結用ボルト２０９により固定されている。

【0034】

なお、圧電素子２０７及び電極２０８の枚数は、本図においてはそれぞれ２枚を交互に積層した構成を示しているが、本開示に係る超音波振動子は、これに限定されるものではなく、４枚を交互に積層した構成やそれ以外の枚数であってもよい。

【0035】

まとめると、超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂは、一般的なボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ：Bolt-clamped Langevin Type Transducer）と同様に、ボルト締めして固定された構成を有する。ＢＬＴの構成は、振幅の増幅に有利であるため、強力超音波を利用する場合に用いられ、強力な洗浄性能が必要となる産業用の超音波洗浄機でも用いられる。

【0036】

超音波振動子２０１は、共振周波数で駆動することにより、フロントマス２０５の先端面２１４の振幅を最大化することができる。

【0037】

フロントマス２０５の貫通孔２１１に挿入された部分である細い円柱部は、シール２０４により位置決めされている。このため、当該円柱部と貫通孔２１１の壁面との間には、略一様な隙間が形成されている。また、シール２０４は、当該円柱部の根元に配置されている。これにより、当該円柱部は、貫通孔２１１の壁面に接触することなく貯液穴２１０の液に振動を伝えることができる。また、この隙間があるため、超音波振動子２０１の駆動によって生じる円柱部２１２の変形が阻害されることはない。

【0038】

なお、貯液穴２１０の液は、貯液穴２１０の上端部２１５の近くまで注入することができる。これにより、貫通孔２１１に挿入されたフロントマス２０５の円柱部の周囲に形成された隙間が液で満たされるようになっている。

【0039】

図２Ｃは、図２Ａの洗浄部を示す正面図である。

【0040】

図２Ｃに示すように、洗浄部２００の洗浄槽２０２の上部は、中央部に切り欠き部が形成されている。この切り欠き部は、貯液穴２１０の液面の位置を貯液穴２１０の上端部２１５に保つために形成されている。

【0041】

図２Ｄは、図２Ａの洗浄部に用いられる超音波振動子を示す斜視図である。

【0042】

図２Ｄに示すように、超音波振動子２０１のフロントマス２０５には、円柱部２１２が形成されている。円柱部２１２の根元の部分は、段差部２１３である。円柱部２１２の先端面２１４は、接触する液に超音波を照射する部分である。

【0043】

洗浄槽２０２の側面には、シール２０４が埋め込まれている。貯液穴２１０に貯められた液は、円柱部２１２の根元の段差部２１３付近で接するシール２０４により封止される。言い換えると、シール２０４は、円柱部２１２の根元部に設置されている。更に言い換えると、シール２０４は、円柱部２１２の根元部と貫通孔２１１の内壁面との間に挟み込まれている。

【0044】

超音波振動子２０１は、一般的なＢＬＴと同じく、先端面２１４の振幅が最大となり、円柱部２１２は変形する。

【0045】

もし円柱部２１２が洗浄槽の貫通孔２１１で完全に拘束される構成であるとすると、超音波振動子２０１の駆動の大きな負荷となり、その振動を阻害し、十分な洗浄効果が得られない。

【0046】

本実施例の超音波振動子２０１は、段差部２１３付近に振動の節（常に振幅が小さい領域）が設けられている。また、シール２０４は、弾性材料で構成されている。このため、円柱部２１２とシール２０４との接触による影響は小さい。まとめると、フロントマス２０５は、段差部２１３を有し、段差部２１３には、シール２０４が設置されている、
このような構成により、超音波振動子２０１の振動は、ほとんど阻害されることなく液に伝播される。

【0047】

図２Ｅは、図２Ａの洗浄部を示す斜視図である。

【0048】

図２Ｅにおいては、超音波振動子２０１の円柱部２１２の先端面２１４が貫通孔２１１を介して貯液穴２１０の内壁面の位置に達している。

【0049】

なお、先端面２１４が貯液穴２１０の内壁面の位置に達していない場合であっても、言い換えると、貫通孔２１１内に円柱部２１２の先端面２１４がある構成であっても、後述する２つの先端面２１４間の距離の条件を満たせば、所望の効果が得られる。

【0050】

図２Ｆは、図２Ａの洗浄部を示す側面図である。

【0051】

図２Ｆにおいては、超音波振動子２０１の締結用ボルト２０９及びフランジ２０３の配置が示されている。

【0052】

貯液穴２１０に液を注入すると、フロントマス２０５の先端面２１４は、液中に没する。この状態で２個の超音波振動子２０１を駆動して、先端面２１４から超音波を液中に照射する。超音波の照射部である先端面２１４は、その上端部が液面（貯液穴２１０の上端部２１５）から０．５～１ｍｍ程度となることが望ましい。このように配置することで、サンプル用ノズル２２の液に浸漬した部分だけを集中的に洗浄することができる。

【0053】

もし、先端面２１４を液面から深く配置した場合は、洗浄領域が液面から遠ざかるため、サンプル用ノズル２２の先端部を洗うには、サンプル用ノズル２２を深く液に挿入する必要がある。このような配置にすると、サンプル用ノズル２２の濡れる範囲が増える。サンプル用ノズル２２は、液に濡れる範囲を限定することで分注精度を確保する設計となっているため、広い範囲を濡らさないことが望ましい。このため、液面付近に洗浄領域を設けることが望ましい。

【0054】

２個の超音波振動子２０１の円柱部２１２は、貯液穴２１０を中心軸に対称に配置されている。また、２つの円柱部２１２の中心軸が一致するように配置されている。言い換えると、２つの円柱部２１２の中心軸は、同軸上に配置されている。この構成により、サンプル用ノズル２２に対して１８０度異なる二方向から超音波を照射でき、サンプル用ノズル２２の全周を洗浄できる。

【0055】

なお、洗浄部２００の寸法は、ラック２４に収まるものであることが望ましい。このような寸法にすることにより、洗浄部２００をサンプル用ノズル２２の位置に移動し、その洗浄を行うことができる。

【0056】

サンプル用ノズル２２は、貯液穴２１０の鉛直方向の中心軸に挿入することが望ましい。２個の超音波振動子２０１から均等に超音波の照射を受けることができ、適切かつ十分な洗浄効果を得ることができるからである。なお、２つの円柱部２１２の中心軸が同軸上にない場合でも、洗浄効果を得ることはできる。

【0057】

図３は、本実施例の超音波洗浄機を有する洗浄ラックの一例を示す構成図である。

【0058】

本図に示すように、洗浄ラック３０は、洗浄部２００と、超音波振動子制御部３０１と、駆動電源３０２（バッテリー）と、搬送ベース３０３と、を備えている。超音波振動子制御部３０１は、超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂ（図２Ａ）の駆動を制御するものである。

【0059】

超音波振動子制御部３０１は、超音波振動子２０１Ａ、２０１Ｂの共振周波数の正弦波を生成して超音波振動子２０１を駆動する。また、超音波振動子制御部３０１は、超音波振動子２０１の駆動電流を増大させ、振幅を増幅するためのインピーダンス整合回路や共振周波数の自動追尾を行う回路も有している。

【0060】

駆動電源３０２は、充電式のバッテリーであり、洗浄ラック３０を使用するたびに充電される。サンプル用ノズル２２の洗浄時間は、数分以下の範囲であり、長時間駆動する必要はないため、小型バッテリーで十分である。駆動電源３０２の充電は、搬送ライン２５に隣接する所定の位置に無線給電ユニットを設置して行うように構成してもよい。

【0061】

搬送ベース３０３は、サンプル容器２３に用いるラック２４の底部と同じ形状を有する。したがって、搬送ライン２５のハードウェアを変更する必要はない。なお、洗浄部２００と超音波振動子制御部３０１と駆動電源３０２とを含む洗浄ラック３０は、従来のサンプル容器２３を設置した状態のラック２４以下のサイズである。

【0062】

洗浄部２００は、カバー３０４で覆われている。カバー３０４は、ピペット等による貯液穴２１０への液の供給や排出の際に、圧電素子２０７や電極２０８に液がかかることを防ぐものである。

【0063】

前述のとおり、超音波振動子２０１を振動の節でシールしているため、振動増幅効率が高くなる。また、超音波振動子２０１の先端面２１４をサンプル用ノズル２２の側面部に近接した配置とすることにより、サンプル用ノズル２２に対して強い超音波を照射することができ、洗浄効果が高めることができる。さらに、二方向から超音波を照射することにより、小型の洗浄ラック３０のような狭小空間でも洗浄できる構成を実現する。

【0064】

なお、洗浄に必要な洗浄液の液量は、貯液穴２１０のサイズにより前後するが、数百μＬから数ｍＬ程度である。また、洗浄液は、水であっても洗浄効果が得られるが、洗剤を混ぜたものや洗剤そのものを利用してもよい。洗剤を利用する場合は、貯液穴２１０の上面にも液の飛散を防止するカバーを設けることが望ましい。

【0065】

以上のように、本開示に係る自動分析装置は、本実施例の超音波洗浄機を搬送により使用する構成を有する。

【0066】

図４Ａは、超音波洗浄機の超音波振動子が１個の場合を示す模式図である。

【0067】

本図においては、図２Ａとは異なり、片側のみに超音波振動子を配置した場合を示している。この場合、１個の超音波振動子の先端面２１４から超音波が照射されるため、貯液穴２１０に挿入されたサンプル用ノズル２２は、片側のみが洗浄される。この場合、照射面と反対側のサンプル用ノズル２２の外面には、直接超音波が照射されないため、汚れが残ることがある。この場合、先端面２１４の向きが異なる洗浄部を有する洗浄ラックを用いて、再度、サンプル用ノズル２２の洗浄を行う必要がある。

【0068】

図４Ｂは、超音波洗浄機の超音波振動子が２個の場合を示す模式図である。

【0069】

本図においては、図２Ｃの洗浄部２００と同様の構成を有する場合を示している。すなわち、サンプル用ノズル２２の両側（二方向）から超音波を照射することにより、小径（１ｍｍ程度）のサンプル用ノズル２２であれば全周を洗うことができる。

【0070】

先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離は、円柱部２１２Ａ、２１２Ｂの径と同程度が望ましい。例えば、円柱部が直径３ｍｍであれば先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離を３ｍｍとし、円柱部が直径５ｍｍであれば先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離を５ｍｍとする。先端面２１４からは、半球状に音圧が集中する領域が生じる。このときの半球の直径は、先端面２１４の径と同程度となり、同軸上の２面から超音波が照射される場合、２つの半球が干渉しない距離は、２つの半球の半径×２（半球の直径）となる。また、同軸上にある先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとは、互いに照射される超音波の反射面としても作用するため、対向する先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離が近すぎると、洗浄効率が下がる要因となる。

【0071】

図４Ｂにおいては、サンプル用ノズル２２と先端面２１４Ａとの距離及びサンプル用ノズル２２と先端面２１４Ｂとの距離を近づけることにより、サンプル用ノズル２２の外周部に強力な超音波を照射することができるが、前述のとおり、円柱部２１２の径と同じ距離を目安に距離を設定する。つまり、洗浄効率が高い条件は、先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離が、円柱部２１２Ａ、２１２Ｂの径と同程度としたときである。

【0072】

ただし、後述するように、２個の超音波振動子を交互に駆動する場合は、先端面２１４Ａと先端面２１４Ｂとの距離は、円柱部２１２の径より近い構成としてもよい。

【0073】

また、図４Ａにおいては、先端面２１４Ａと洗浄槽２１０の壁面までの距離を円柱部２１２の径と同程度とすることで、洗浄槽２１０の壁面からの超音波の反射の影響を抑えることができる。

【0074】

図５Ａは、本実施例の超音波洗浄機による分注ノズルの洗浄方法を示すフロー図である。

【0075】

本図に示すように、洗浄部２００の貯液穴２１０に洗浄液を注入する（工程Ｓ５０１）。そして、超音波振動子制御部３０１の信号出力をＯＮにする（工程Ｓ５０２）。信号出力のＯＮは、洗浄ラック３０にあるスイッチや外部端末との通信などで行う。洗浄ラック３０を搬送ライン２５に設置する（工程Ｓ５０３）。その後、自動分析装置１０の端末から自動洗浄機能をスタートする（工程Ｓ５０４）。

【0076】

ここで、工程Ｓ５０１～Ｓ５０３は、手動で行うこともできるが、自動分析装置１０に設置された洗浄液分注ユニット等を用いて自動で行うこともできる。この場合、工程Ｓ５０４のように自動分析装置１０の端末から自動洗浄機能のスタートの指令信号を送ると、自動的に洗浄ラック３０が搬送ライン２５に設置され、洗浄部２００の貯液穴２１０に洗浄液が自動的に注入される。

【0077】

自動洗浄が開始すると、洗浄ラック３０は、対象のサンプル用ノズル２２がある位置まで搬送される（工程Ｓ５０５）。なお、通常のラック２４を搬送するときには、ラック２４の側面に貼られたバーコードを読み取ることで、その後の分析・搬送処理を分岐させている。そのため、洗浄ラック３０にも通常のラック２４と同様の位置にバーコードを貼り付けておくことで、自動分析装置１０内で検査に使うラック２４と洗浄に使う洗浄ラック３０とを区別することができ、洗浄用の動作を実行することができる。

【0078】

洗浄ラック３０を対象のサンプル用ノズル２２の近くまで搬送した後は、貯液穴２１０に向けてサンプル用ノズル２２を下降し、一定時間サンプル用ノズル２２の先端部を洗浄液に浸漬して洗浄を行う（工程Ｓ５０６）。洗浄終了後は、サンプル用ノズル２２を上昇させてから、洗浄ラック３０を搬出する（工程Ｓ５０７）。そして、搬出された洗浄ラック３０を回収する（工程Ｓ５０８）。その後、超音波の信号出力をＯＦＦにする（工程Ｓ５０９）。

【0079】

このあと、必要に応じて洗浄液の交換を行い、別のサンプル用ノズル２２の洗浄を実施してもよい。洗浄しない場合には、貯液穴２１０の洗浄液を排出して終了する。終了時には、貯液穴２１０に新しい洗浄液を入れて、超音波振動子２０１を駆動することで、隙間に入った汚れの付着を抑制することができる。このため、洗浄部２００自体のメンテナンスとして、搬送中以外に駆動してもよい。

【0080】

本図に示す工程においては、洗浄液を保持した状態で搬送ライン２５を移動するため、洗浄ラック３０の揺れを検知して超音波の出力を停止する制御を設けることが望ましい。洗浄ラック３０が大きく揺れた状態で、超音波を照射し続けると、洗浄液が飛散して装置内を濡らすことが懸念される。

【0081】

図５Ｂは、洗浄ラックの揺れに対処する方法を示すフロー図である。

【0082】

本図においては、超音波振動子２０１の駆動を行っている間に（工程Ｓ５１１）、洗浄ラック３０の揺れの検出もしくは洗浄ＯＦＦ信号（スイッチのＯＦＦを含む。）の受け取りを検出した場合には（工程Ｓ５１２）、超音波振動子２０１の駆動を停止する（工程Ｓ５１３）。なお、工程Ｓ５１２において洗浄ラック３０の揺れ等を検出しない場合は、超音波振動子２０１の駆動を継続する（工程Ｓ５１１）。

【0083】

洗浄ラック３０の揺れ等の検出以外の方法としては、自動分析装置１０の制御と通信を行い、超音波振動子２０１を駆動するタイミングを限定する方法などがある。

【0084】

なお、洗浄後に貯液穴２１０内に残った汚れが、貯液穴２１０やフロントマス２０５などに付着することを防ぐためにも、洗浄液を排出する直前まで超音波振動子２０１の駆動を続けることが望ましい。

【0085】

図６Ａは、本実施例の超音波洗浄機が有する２個の超音波振動子の駆動パターンの例を示すグラフである。

【0086】

本図においては、２個の超音波振動子Ａ、Ｂを交互に駆動している。

【0087】

図６Ｂは、２個の超音波振動子の駆動パターンの他の例を示すグラフである。

【0088】

本図においては、２個の超音波振動子Ａ、Ｂを同時に駆動している。

【0089】

いずれの駆動パターンも、サンプル用ノズル２２が貯液穴２１０内に下降してから上昇するまでの間が洗浄するタイミングである。

【0090】

前述のとおり、搬送前に駆動をＯＮにする方法では、サンプル用ノズル２２の下降前から超音波振動子Ａ、Ｂの駆動を繰り返している。自動分析装置１０の制御と通信を行い超音波振動子Ａ、Ｂの駆動タイミングを限定した場合は、サンプル用ノズル２２が貯液穴２１０内に下降してから上昇するまでの間が洗浄するタイミングである。この場合、ＯＮ－ＯＦＦのタイミングが多少の前後することは、許容される。

【0091】

図６Ａに示すように交互に駆動するパターンでは、超音波振動子Ａの駆動と超音波振動子Ｂの駆動とが重ならないように制御する。制御回路内には、信号を出力する対象の超音波振動子Ａ、Ｂを切り替える回路があり、一定時間ごとに出力を切り替える。この場合、超音波振動子制御部３０１では、駆動している一方の超音波振動子の共振周波数を自動追尾し、駆動を切り替えるたびに自動追尾の対象の超音波振動子を切り替える。前述のとおり、超音波振動子Ａ、Ｂは、共振周波数で駆動するときに最大化できるため、それぞれの超音波振動子Ａ、Ｂから照射される超音波による洗浄効果も高まる。

【0092】

超音波振動子Ａ、Ｂの駆動の切り替えは、洗浄中に、例えば数百ミリ秒乃至数秒ごとに行ってもよい。この場合、１回の洗浄中に切り替えを複数回行ってもよい。サンプル用ノズル２２の下降のタイミングに合わせて、超音波振動子Ａ、Ｂのいずれかの駆動を開始するには、前述のような自動分析装置１０の制御と通信を行うことで実現可能である。

【0093】

同時に駆動するパターンでは、超音波振動子Ａ、Ｂの駆動を同じ出力で駆動させることが望ましい。制御回路から出力される振動子の駆動信号は１つで、その信号を分岐して、超音波振動子Ａ、Ｂに出力する。この場合、超音波振動子制御部３０１では、超音波振動子Ａ、Ｂのいずれかの共振周波数を自動追尾するか、２個の超音波振動子Ａ、Ｂの共振周波数付近（あるいは中間）の周波数で駆動する。２個の超音波振動子Ａ、Ｂの共振周波数付近の周波数で駆動するには、事前に測定した周波数から駆動周波数を決定する方法と、駆動時に共振周波数を検出する回路を加えて随時変更する方法とがある。

【0094】

本実施例の超音波振動子Ａ、Ｂは、単純な形状であるため、振動子の製造や組み立てによる共振周波数のばらつきは小さい。そのため、２個の超音波振動子Ａ、Ｂの共振周波数付近の駆動周波数であれば、２個の超音波振動子Ａ、Ｂは大振幅で駆動できる。

【0095】

超音波振動子Ａ、Ｂの圧電素子２０７は、発熱によりその特性が変化することがあり、長時間駆動を行うと共振周波数がずれることがある。本実施例においては、搬送ラインに設置してからサンプル用ノズル２２が下降するまでは、数十秒程度の短時間で、洗浄時間も、搬送時間を入れても数分以下であり、洗浄工程において共振周波数が大きくずれることはない。そのため、駆動周波数が固定値であっても実用上の問題が発生することは少ない。しかし、年間を通して室温の変化がある環境を想定すると、共振周波数の検出機能を有することが望ましい。

【0096】

なお、超音波振動子２０１の製造や組み立てなどによるインピーダンスのばらつきは、出荷検査などである程度の範囲に抑えられるが、２つのインピーダンスの差が分かれば、それぞれの駆動電圧や洗浄時間を調整することで、２つの超音波振動子２０１の洗浄力のバランス調整も可能であるが、前述の通り製造や組み立てによるばらつきは小さいため、十分な洗浄時間（例えば数十秒以上）を設けることで、サンプル用ノズル２２の全周を洗うことができる。

【0097】

なお、超音波振動子２０１は、３つ以上であってもよい。この場合も、超音波振動子２０１から同時に超音波を照射してもよいし、３つ以上の超音波振動子２０１のうちのいずれか２つ以下から超音波を照射してもよい。言い換えると、交互にいずれか１つ以上の超音波振動子２０１を休止し、一部の超音波振動子２０１から交互に超音波を照射してもよい。

【0098】

図７は、本実施例の搬送ラックに内蔵した超音波洗浄機を用いる場合に対応する自動分析装置を示す構成図である。

【0099】

本図において、自動分析装置は、自動分析装置制御部７０１で制御される。自動分析装置のユーザは、グラフィカルユーザインタフェイス７０２（ＧＵＩ）から分析処理や洗浄処理の指示を行うことができる。通常の分析処理と本実施例に係る洗浄メンテナンスモードとの切り替えは、通常モード／自動洗浄メンテナンスモード切替手段７０３（通常モード／自動洗浄メンテナンスモード切替ユニット）によって行われ、各モードに応じてサンプル分注機構１５や搬送ライン２５の制御を行う。

【0100】

サンプル分注機構１５は、分注アーム制御手段７０４（分注アーム制御ユニット）から、分注アーム水平移動手段７０５（分注アーム水平移動ユニット）や分注アーム上下移動手段７０６（分注アーム上下移動ユニット）を介して、サンプル用ノズル２２の位置を制御する。洗浄メンテナンスモードでは、サンプル用ノズル２２の先端部の洗浄範囲が貯液穴２１０内の液に浸漬されるようにサンプル用ノズル２２の水平位置と上下位置を制御する。サンプル用ノズル２２の水平位置は、２つの先端面２１４の中間位置が望ましいが、浸漬しながら水平に移動させ、先端面２１４Ａや先端面２１４Ｂに近づけるなどの制御を行うことも可能である。

【0101】

搬送ライン２５は、ラック搬送制御手段７０７（ラック搬送制御ユニット）から、ラック搬送手段７０８（ラック搬送ユニット）を介して駆動する。搬送ライン２５上に設置したラック情報取得手段７０９（バーコードリーダ）で、搬送されてきたラック２４や洗浄ラック３０に設けたバーコードを読み取り、ラックの種別をラック種別検知手段７１０（ラック種別検知ユニット）で判別し、通常モード／自動洗浄メンテナンスモード切替手段７０３にラック種別の情報を送る。この情報を基に、洗浄メンテナンスモードへの切り替えを行う。なお、事前にＧＵＩから洗浄メンテナンスモードへの切り替えを行うことも可能である。また、バーコードの代わりに、ＱＲコード（登録商標）、ＩＣチップ等を用いてもよい。また、カメラによる画像認識による判別でもよい。なお、ラック情報取得手段７０９は、「ラック情報取得ユニット」ともいう。

【0102】

洗浄ラック３０は、自動分析装置制御部７０１とは独立に、前述の揺れを検知したときに超音波振動子２０１の駆動を停止する揺れ検知手段７２１（揺れ検知ユニット）や、超音波振動子２０１の共振周波数の検知や駆動を行う振動子駆動手段７２２（振動子駆動ユニット）、２個の超音波振動子２０１の駆動を切り替える駆動制御手段７２３（駆動制御ユニット）を有する。揺れ検知手段７２１は、加速度センサ等が好適である。

【0103】

以上の構成によって、洗浄ラック３０はサンプル用ノズル２２がアクセスできる搬送ライン２５上の位置まで搬送され、サンプル用ノズル２２を貯液穴２１０に浸漬することで、サンプル用ノズル２２の洗浄領域を洗浄できる。

【0104】

なお、試薬用ノズル２１についても、搬送ライン２５にアクセスできれば、同様の構成にて実施可能である。

【0105】

なお、本実施例においては、試薬用ノズル２１及びサンプル用ノズル２２が別個に設けられている場合について説明しているが、分析装置によっては試薬及びサンプルの分注を１つの共用ノズルにより行う場合もある。このような装置でも、試薬やサンプルを分注するたびに水流での洗浄を行うが、日々のメンテナンスは必要であり、本発明の超音波洗浄を行うことで、分注精度を維持できる。

【実施例0106】

図８Ａは、実施例２に係る２種類の超音波洗浄機のうちの１つを示す部分断面図である。

【0107】

本図に示す洗浄ラック８０１Ａにおいては、洗浄部８０２Ａには、１個の超音波振動子２０１が設置されているが、搬送ベース３０３の進行方向側に超音波振動子２０１が配置されている。

【0108】

図８Ｂは、本実施例に係る２種類の超音波洗浄機のうちの他のものを示す部分断面図である。

【0109】

本図に示す洗浄ラック８０１Ｂにおいては、洗浄部８０２Ｂには、１個の超音波振動子２０１が設置されているが、搬送ベース３０３の進行方向とは反対側に超音波振動子２０１が配置されている。

【0110】

図８Ｃは、図８Ａに対応する洗浄モードを示す模式図である。

【0111】

図８Ｃにおいては、貯液穴２１０Ｃの液に浸漬したサンプル用ノズル２２に対して、円柱部２１２Ｃの先端面２１４Ｃ（図中左側）から超音波を照射する。

【0112】

図８Ｄは、図８Ｂに対応する洗浄モードを示す模式図である。

【0113】

図８Ｄにおいては、貯液穴２１０Ｄの液に浸漬したサンプル用ノズル２２に対して、円柱部２１２Ｄの先端面２１４Ｄ（図中右側）から超音波を照射する。

【0114】

図８Ｅは、図８Ａの超音波洗浄機の変形例を示す模式図である。

【0115】

図３に示す洗浄ラック３０のように、洗浄部２００とともに超音波振動子制御部３０１及び駆動電源３０２が一体化されている場合、寸法が大きくなり、１つの試薬容器には入り切らない場合がある。

【0116】

図８Ｅの超音波洗浄機は、構成要素を分けて２つの容器に入れたものである。すなわち、洗浄部を１つの容器８１１に入れ、超音波振動子制御部及び駆動電源を別の容器８１２に入れた構成としている。言い換えると、超音波洗浄機は、洗浄槽及び超音波振動子と、超音波振動子制御部及び駆動電源と、を分離して設置することができる構成を有する。

【0117】

このように２つに分けることにより、試薬ディスク１２（図１）に設置される２つの試薬容器１１の代わりに、２つの容器８１１、８１２を試薬ディスク１２に設置することができる。

【0118】

試薬容器１１は、図１に示すように隣接するように設置することができるため、容器８１１と容器８１２とを配線により接続する構成とすることが可能である。

【0119】

したがって、図８Ｅの例は、２つの容器８１１、８１２を合わせて、試薬容器型洗浄機８１０と呼ぶことができるものである。

【0120】

本実施例の超音波洗浄機は、１つの洗浄部に１つの超音波振動子を設けた構成である。この場合、２つの洗浄ラック８０１Ａ、８０１Ｂを用いた洗浄を行う。

【0121】

洗浄ラック８０１Ａ、８０１Ｂにおいては、進行方向は同じであるが、超音波を照射する方向が異なっている。自動分析装置１０の搬送ライン２５は、一方向にしか搬送できない構造である。このため、搬送ベース３０３には、切り欠きなどがあり、間違った方向にラック２４を設置できない構造になっている。そのため、洗浄ラック８０１Ａと洗浄ラック８０１Ｂとでは、搬送ベース３０３の形状のみが異なる。

【0122】

貯液穴２１０のサンプル用ノズル２２の挿入位置は、先端面２１４から円柱部２１２の径の半分の距離より短い位置である。前述の通り、先端面２１４から半球状に音圧が強い領域が生じるため、離れた位置にサンプル用ノズル２２を挿入すると、洗浄効率が低下する。

【0123】

また、サンプル用ノズル２２の挿入位置が洗浄ラックの中心とすることで、２回（あるいは複数回）のサンプル用ノズル２２下降時の水平位置を変えずに制御することができる。

【0124】

本実施例による洗浄効果は、実施例１の超音波振動子２０１を交互に駆動したときと同様に、別方向から２回に分けて洗浄することでサンプル用ノズル２２の全周を洗浄できる。図１には示していないが、搬送ライン２５には、ラック２４を投入した位置まで戻す戻りの搬送ラインもあるため、洗浄ラック８０１Ａと洗浄ラック８０１Ｂを周回させることで、複数回交互に洗浄することも可能である。

【0125】

搬送ベース３０３あるいは洗浄部を１８０度回転できる構造とすれば、１つの洗浄ラックでも進行方向を変えることは可能である。その場合は、洗浄ラックの中心に軸を設け、搬送ベース３０３のみ（あるいは洗浄部８０２）が回転する構造とすればよい。この場合は、洗浄ラックの中心線とサンプル用ノズル２２の下降位置が重なるように配置する。つまり、前述のように、先端面２１４は、中心線から円柱部２１２の径の半分の距離より短い位置である。

【0126】

本実施例の洗浄部は、実施例１に比べて幅が小さくなり、試薬容器１１と同様に、試薬ディスク１２に設置することができる。この場合においても、２つの異なる照射方向を持つ試薬容器型洗浄機を設置することで、図８Ａ及び８Ｂと同様に二方向から洗浄することができる。

【0127】

また、試薬容器型洗浄機は、試薬ディスク１２に設置することができるため、試薬用ノズル２１の洗浄に好適である。

【0128】

本実施例の構成によれば、サンプル用ノズル２２および試薬用ノズル２１の洗浄において、２回以上に分けて超音波を別方向から照射することで、試薬用ノズル２１およびサンプル用ノズル２２の先端部の全周洗浄することができる。