JP2018196881A - 電子計量駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スピンドル駆動装置と、プランジャをシリンダ内で駆動するための電子計量駆動装置の提供。【解決手段】電子計量駆動装置26であって、プランジャ56をシリンダ55内で駆動する雄ねじ付きスピンドル28と、雄ねじ付きスピンドルに堅固に接続され、支持構造体に堅固に接続されている第2の案内要素上で雄ねじ付きスピンドルに対して平行に案内される、少なくとも1つの第1の案内要素と、雌ねじを備え、ねじ付きスピンドルの雄ねじと係合するスピンドル・ナットと、スピンドル・ナットと連結しているモータ軸43を有する電気駆動モータ42と、電気駆動モータに接続されている電気制御装置52と、電源と、を備え、ねじ付きスピンドルの雄ねじが、複数のねじ付き領域を有し、ねじ付き領域は、周縁部に長手方向に延びる第1の平坦部によって、互いに分離しており、第1の平坦部は、スピンドル・ナットの雌ねじの芯径に当接する案内領域を有する。【選択図】図9

Description

本発明は、スピンドル駆動装置と、プランジャをシリンダ内で駆動するための電子駆動モータとを備えた、電子計量駆動装置に関する。
電子計量装置は、特に、液体を計量するための、医学的、分子生物学的、および、製薬的用途で、科学工業用の実験室において利用される。電子計量装置は、プランジャをシリンダで駆動するための電子計量駆動装置を有する。ダイレクト式変位システムでは、計量装置が交換可能なシリンジに連結されている。電子計量駆動装置は、シリンジ・プランジャをシリンジのシリンジ・シリンダ内で駆動し、このシリンジ・シリンダを通って、シリンジへの液体の投与とシリンジからの液体の排出とが制御される。このことを実行する際、シリンジ・プランジャが液体と接触する。この排出は、複数のステップで好ましくは行われる。異なる液体が同じ計量装置で計量される場合にキャリオーバを防ぐために、このシリンジは交換可能である。
エア・クッション方式の場合、電子計量装置は、計量駆動装置の他に、シリンダと、そこで変位可能であり計量駆動装置と連結されているプランジャとを備える。さらに、計量装置は、ピペット・チップを堅固に締着し封止するためのシール・シートを有する。シール・シートの孔が、チャネルを介してシリンダに接続されている。ピペット・チップはチューブであり、下端部に下部開口部を備え、上端部に上部開口部を備える。下部開口部を通して液体をピペット先端部材に吸引し、かつ液体をピペット・チップから放出するために、プランジャをシリンダ内で移動させることによって、空気が上部開口部を通って変位可能である。このことを実行する際、プランジャおよびシリンダは液体と接触しない。ピペット・チップは、使用後に交換可能である。
シリンジおよびピペット・チップは、一般的に、プラスチック製である。
手動式電子計量装置は、ユーザによって片手で持ち運びおよび操作が可能である。ダイレクト式変位システムはまた、電子ディスペンサまたは反復ピペットとも称される。エア・クッション方式は、ピペットとも称される。これによって、これらは半自動となる。というのは、これらは手動で配置し操作する必要があるためであり、(シリンジ)プランジャは、電気駆動モータにより駆動する。手動式駆動装置を備えた計量装置と比較して、高再現性および高精度、ユーザが使いやすく人間工学的、ならびに多機能性が有利であり、計量分配、逆ピペット操作、希釈、混合、および滴定が可能である。
さらに、電子計量装置は、自動計量システム(LHS=リキッドハンドリングステーション)、および自動実験室システム(WS=ワークステーション)に組み込まれる。これらは、計量ツールおよび計量ツールを配置するロボットアームを有する。ロボットアームは、たとえば、XYZ移送系である。これらによって、ピペット操作、計量分配、または他の計量方法を介して、投与を速く再現可能に完全自動化できる。
電子ディスペンサMultipette(登録商標)E3/E3xが、ハウジングと収容本体とを備える。このハウジングは、シリンジのシリンジ・シリンダのシリンジ・フランジ用の第1の受け器を備え、収容本体は、シリンジ・プランジャのプランジャ・ロッド端部用の第2の受け器を備える。さらに、ハウジングは、電子計量駆動装置を備え、電子計量駆動装置は、ねじ付きスピンドルおよびスピンドル・ナットを備えたスピンドル駆動装置と、電気駆動モータとを備える。収容本体は、ねじ付きスピンドルの一端に堅固に取り付けられており、ハウジング内でねじ付きスピンドルの長手方向に案内される。堅固にハウジングに配置されている電気駆動モータは、スピンドル・ナットに連結されている。電気制御装置が電気駆動モータに接続され、電源が電気駆動モータおよび電気制御装置に接続される。ねじ付きスピンドルおよびスピンドル・ナットは、金属製である。
エッペンドルフAGの電子ピペットXplorer(登録商標)/Xplorer(登録商標)プラスは、プランジャが内部で可動である少なくとも1つのシリンダをハウジング内に有する。各シリンダは、チャネルを介して、ピペット・チップに締着するためのアタッチメントの孔に接続されている。これらのピペットは、シングルチャネル・ピペットとして存在する。このシングルチャネル・ピペットは、1つのみのシリンダと、内部で可動な1つのプランジャと、シリンダに接続されている1つのアタッチメントとを有する。これらはまた、マルチチャネル・ピペットとしても存在する。マルチチャネル・ピペットは、複数のチシリンダと、内部で可動な複数のプランジャと、シリンダに接続されている複数のアタッチメントとを有する。ねじ付きスピンドルは、少なくとも1つのプランジャに接続され、ハウジングの長手方向に案内される。そうでない場合、これらの電子ピペットの電子計量駆動装置は、電子ディスペンサの電子計量駆動装置に相当する。
ある問題点は、高精度の旋盤を用いるねじ付きスピンドルの製造と、たとえば、ばり取りによる仕上げとが複雑なことである。さらに、ねじ付きスピンドルは、案内されない端部を有するスピンドル・ナットから遠くに突出する場合に衝突する可能性がある。スピンドル駆動装置は腐食しやすい。腐食によって、摩擦が増大し、したがって摩耗が増大するだけでなく、計量精度が低下する。スピンドル駆動装置は潤滑剤を必要とする。この潤滑油は塵埃を結合し、それによって、摩耗が増大し、計量精度が低下する。過負荷が塑性変形につながる可能性があり、これもまた、スピンドル駆動装置の精度を低下させる。
独国特許公開第DE10 53 883A号は、ねじ付きスピンドルを記載している。このねじ付きスピンドルは、2つのU字形のストリップから構成される薄板金から作られる。このストリップは、それらの長手方向の縁部で互いに溶接されている。ねじ付きスピンドルの両側にある溶接ビード間の距離は、ねじ芯の直径よりも小さい。このねじ付きスピンドルは、運転者が携帯する簡単なジャッキや、たとえば建具工やガラス工の作業場における作業台や建具工用のベンチに置く加工保持装置や、ねじクランプおよび運転特性に関するスピンドルの要件がさほど高くない他の装置に適している。
このことから、本発明の目的は、改良された計量精度のシリンジを作動させる電子計量装置を製造することである。
本発明によると、本目的は、請求項1の特徴を有する電子計量装置により達成される。計量装置の有利な実施形態は、従属請求項において特定されている。
本発明による電子計量駆動装置が、
−支持構造体と、
−雄ねじを備え、プランジャをシリンダ内で駆動するねじ付きスピンドルと、
−ねじ付きスピンドルに堅固に接続され、支持構造体に堅固に接続されている第2の案内要素上でねじ付きスピンドルに対して平行に案内される、少なくとも1つの第1の案内要素と、
−雌ねじを備え、ねじ付きスピンドルの雄ねじと係合するスピンドル・ナットと、
−支持構造体に取り付けられ、スピンドル・ナットと連結しているモータ軸を有する電気駆動モータと、
−電気駆動モータに接続されている電気制御装置と、
−電気駆動モータおよび電気制御装置に接続されている電源と、を備え、

−ねじ付きスピンドルの雄ねじが、複数のねじ付き領域を有し、ねじ付き領域は、それらの周縁部に長手方向に延びる第1の平坦部によって、互いに分離しており、
−第1の平坦部は、スピンドル・ナットの雌ねじの芯径に当接する案内領域を有することを特徴とする。
本発明によると、スピンドル駆動装置は、複数のねじ付き領域と複数の案内領域とに細分化されるねじ付きスピンドルを有する。円周方向において、ねじ付き領域が各案内領域の両側に配置され、案内領域が各ねじ付き領域の両側に配置される。ねじ付き領域は、スピンドル・ナットの雌ねじと係合し、それによって、ねじ付きスピンドルが回転しながら確実に変位する。案内領域は、スピンドル・ナットの雌ねじの心径に当接するので、案内領域がスピンドル・ナット内に案内される。その結果、スピンドル・ナットは、同時にねじ付きスピンドル用の案内ブシュとなる。ねじ付きスピンドルを案内するさらなる構成要素を省略することが可能であり、さらなる構成要素を収容する空間が節約される。したがって、限られた空間でもねじ付きスピンドルの案内を改善することが可能である。スピンドル駆動装置は特に精密である。というのは、ねじ付きスピンドルが二重に、すなわち、第1の案内要素によって第2の案内要素で案内され、かつ案内領域によって、第1の案内要素からある距離をおいてスピンドル・ナットで案内されるからである。このことによって、計量精度が向上する。
本発明の一実施形態によると、ねじ付きスピンドルが射出成形品である。本実施形態では、ねじ付きスピンドルは、1つ以上のプラスチックから、または少なくとも1つの他の射出成形可能材料から、射出成型により製造される。ねじ付きスピンドルをねじ付き領域と案内領域とに細分化することは、射出成型によるねじ付きスピンドルの製造に有利となる。というのは、雄ねじの細分化によって、複数の金型部品を有する射出成型ツールによる射出成形の製造が可能となるからである。射出成型ツールの分割面は、その面が案内領域に収まるように配置可能である。ねじ付き領域のアンダカットは、ねじ付きスピンドルが射出成型ツールからの取出しの障害となり、精度を損なうものであるが、これによって、このアンダカットをなくすことができ、あるいは大幅に減少できる。ねじ付きスピンドルの製造コストを低減することができ、仕上げが節約される。
別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルは、第1のプラスチックから作られる。プラスチック製のねじ付きスピンドルによって、減摩性が向上している。これによって、摩耗が低減し、計量精度の損失が減る。プラスチック製のねじ付きスピンドルの耐食性および化学的耐久性もまた、摩耗やそれに関連する精度損失を減少させる。さらに、塵埃を結合させて摩擦ならびに計量精度の損失が生じる潤滑剤を省くことができるように、改良された減摩性を有するプラスチックが利用可能である。しかしながら、少量の潤滑剤を加えることによって、減摩性をさらに向上させることも可能である。ねじ付きスピンドルとスピンドル・ナットとの摩擦が減少することによって、モータの消費電力が低下し、電池寿命が増大する。最終的に、プラスチック製のねじ付きスピンドルによって、計量装置の重量が低減し、使いやすさが向上する。高機械的弾力性を有するプラスチックが利用可能である。これらのプラスチックは塑性変形が低いかまったくないだけでなく、過負荷をかけられると破壊されるので、過負荷は、結果として計量精度の劣化につながるだけでなく、むしろ破壊につながるので、修復の必要性が容易に識別可能となる。好ましい実施形態によると、プラスチック製のねじ付きスピンドルは、射出成形品である。別の実施形態によると、プラスチック製のねじ付きスピンドルは、焼結部品である。すなわち、ねじ付きスピンドルは、プラスチック製の粒子を焼結することにより製造される。別の実施形態によると、プラスチック製のねじ付きスピンドルは、切断、圧延、および/またはフライス削りにより製造される。別の実施形態によると、プラスチック製のねじ付きスピンドルは、3D印刷により製造される。
別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルが金属製である。別の実施形態によると、金属製のねじ付きスピンドルが、切断、圧延、および/またはフライス削りにより製造される。別の実施形態によると、金属製のねじ付きスピンドルが、金属粉末を焼結することにより製造される。
別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルは、MIM(金属射出成型)により製造される。このために、金属粉末が、プラスチック・マトリックスと混合され、射出成形される。この結果、完全に、あるいはほぼ金属製のねじ付きスピンドルとなる。というのは、プラスチックが製造工程中に除去されるからである。
射出成型によるねじ付きスピンドルの製造の有利な効果は、射出成型により製造されるプラスチック製のねじ付きスピンドル、ならびMIMにより製造されるねじ付きスピンドルに適用される。
本発明の好ましい実施形態によると、案内領域と雌ねじの芯径との間に、すきまばめがある。これによって、雌ねじの公称芯径が、案内領域にあるねじ付きスピンドルの公称直径と同じである。案内領域にある公称直径は、案内領域に接触しそれらを完全に包囲する最小円の直径である。すきまばめが存在するように、2つの直径の公差が選択される。たとえば、公称直径が3.25mmの場合、公差H11が芯径のために選択され、公称直径からの偏差が0から+75μmまで可能となる。さらに、公差d9が案内領域の外径のために選択され、公称直径からの偏差が−30μmから−60μmまで可能となる。雌ねじと案内リブとの隙間が、最小で30μm、最大で135μmとなる。
好ましい実施形態に従って、すきまばめの隙間が最大で150μm、最小で0μmであり、さらに好ましくは、最大で135μm、最小で30μmである。
別の実施形態によると、平坦部が外端部に案内領域を有する案内リブを支える。これによって、スピンドル・ナット内でねじ付きスピンドルを特に低摩擦で案内する。さらに、案内リブは、射出成型によるねじ付きスピンドルの製造に有利である。というのは、射出成型ツールの分割面が案内リブの面に設定可能なためである。
好ましい実施形態によると、ねじ付きスピンドルが、直径に沿って互いに反対側にある2つのみの第1の平坦部を有する。ここでは、射出成型ツールの半分の分割面が設定可能である。別の実施形態によると、2つのみの案内リブが、直径に沿って互いに反対側にある。このことによって、容易に離型され寸法が極めて安定する比較的単純な射出成型ツールが可能となる。
別の実施形態によると、案内リブは、それぞれの端部に第2の平坦部と、第2の平坦部の2つの側縁部に接して、案内領域とを有する。案内領域は、ねじ付きスピンドルの中心軸から、スピンドル・ナットの芯径の半分に対応する距離だけ離れている。本実施形態では、案内リブは、第2の平坦部の両側にある案内領域にそれぞれ案内される。このことは、以下の利点を有する。すなわち、ねじ付きスピンドルの射出成型中に、第2の平坦部に生じる離型用ばりによって、スピンドル・ナットと接触せず、ねじ付きスピンドルをスピンドル・ナット内で正確に案内することを防止する。しかし、原則として、射出成型ツールの分割面が製造中に配置される案内リブの外端で、ねじ付きスピンドルを案内することも可能である。射出成型ツールを精密に製造することによって、離型用ばりをなくすことができ、あるいは離型用ばりそれぞれを、仕上げによって除去できる。
別の実施形態によると、第1の平坦部が平坦面であり、かつ/または、第2の平坦部が平坦面である。好ましい実施形態によると、案内リブが、平坦面により形成される第1の平坦部から外側に突出する。平坦面の形をした第1の平坦部の領域は、同じ案内リブのさまざまな面に配置され、互いに平行に、あるいは互いにある角度で位置合わせ可能である。
一代替実施形態によると、第1の平坦部が外側に湾曲し、かつ/または、第2の平坦部が外側に湾曲している。第1の平坦部の曲率半径は、スピンドル・ナットの雌ねじの芯径の半分よりも大きいか等しく、かつ/または、第2の平坦部の曲率半径は、スピンドル・ナットの雌ねじの芯径の半分よりも大きい。
一代替実施形態によると、案内領域は、同時に、その外側に湾曲する第1の平坦部またはその部分である。本実施形態では、第1の平坦部が案内リブを支えていない。第1の平坦部は、第2の平坦部をさらに備えていてもよく、第2の平坦部の曲率半径は、スピンドル・ナットの芯径の半分よりも大きい。第2の平坦部で射出成型中に生じる離型用ばりは、スピンドル・ナットと接触しない。あるいは、離型用ばりは、射出成型ツールを正確に製造することによってなくなり、あるいは仕上げにより除去される。
別の実施形態によると、雄ねじおよび雌ねじは、台形ねじ、またはV字ねじ、または円ねじ、または鋸歯ねじである。
別の実施形態によると、雄ねじのねじ付き領域が、第1の平坦部間で径方向に外側に向かって先細りしている。このことは、射出成型ツールからねじ付きスピンドルを離型するのに有利である。
別の実施形態によると、案内リブの長手方向の外縁部、および/または案内リブから第1の平坦部への移行部が、丸くなっている。このことは、射出成型ツールから離型するのに有利である。案内リブの丸みを帯びた長手方向の縁部によって、スピンドル・ナットのねじ付きスピンドルの摩擦が低減する。
別の実施形態によると、平坦部によって区切られるねじ輪郭の側縁部が丸みを帯びている。このことによって、ねじ付きスピンドルがスピンドル・ナット内で低摩擦でスライドするのが促進され、摩耗が減少する。このことは、射出成型ツールからの離型にも有利である。
別の実施形態によると、ねじ輪郭の逃げ面のねじ付きスピンドルの芯までの移行部、および/または、径方向のねじ輪郭の外端縁は、丸みを帯びている。このことによって、ねじ付きスピンドルがスピンドル・ナット内で低摩擦でスライドするのが促進され、摩耗が減少する。このことは、射出成型ツールからの離型にも有利である。
別の実施形態によると、スピンドル・ナットが、第2のプラスチック、および/または金属から作られる。射出成型によって、少なくとも1つプラスチックまたは、少なくとも1つの他の射出成形可能材料から、スピンドル・ナットを製造することができる。これによって、射出成型ツールは、スピンドル・ナットの雌ねじを製造するための対応するツール芯を有することができる。さらに、焼結、切断、圧延、および/またはフライス削り、または3D印刷によって、プラスチックからスピンドル・ナットを製造することが可能である。ねじ切り、ねじ立て、またはねじフライス削りによって、MIMによって、または、金属粉末を焼結することによって、スピンドル・ナットを金属から製造できる。
別の実施形態によると、第1のプラスチックは、高性能プラスチック、またはエンジニアリングプラスチックである。
別の実施形態によると、第1のプラスチックは、以下の高性能プラスチックのうちの少なくとも1つから選択される:ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエステル系液晶高分子(LCP)、ポリフェニルアセチレン(PPA)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエーテルスルホン樹脂(PES)、ポリフェニレンスルホン(PPSU)、ポリスルホン(PSU)、PC−HT(ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート)。別の実施形態によると、第1のプラスチックは、以下のエンジニアリングプラスチックのうちの少なくとも1つから選択される:ポリアミド(PA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)。ねじ付きスピンドルは、上述のプラスチックのうちの1つから排他的に製造可能であり、あるいは、上述のプラスチックのうちの複数の組合せからのマルチ・コンポーネント射出成形法によって、製造可能である。
別の実施形態によると、第2のプラスチックが、高性能プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックである。
別の実施形態によると、第2のプラスチックは、以下の高性能プラスチックのうちの少なくとも1つから選択される:ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエステル系液晶高分子(LCP)、ポリフェニルアセチレン(PPA)、ポリエチレンイミン(PEI)、ポリエーテルスルホン樹脂(PES)、ポリフェニレンスルホン(PPSU)、ポリスルホン(PSU)、PC−HT(ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート)。別の実施形態によると、第2のプラスチックは、以下のエンジニアリングプラスチックのうちの少なくとも1つから選択される:ポリアミド(PA)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)。スピンドル・ナットは、上述のプラスチックのうち1つのみから、単一コンポーネント射出成形法によって、または上述のプラスチックのうちの複数から、マルチ・コンポーネント射出成形法によって、製造可能である。
好ましい実施形態によると、第1のプラスチックおよび第2のプラスチックが、高性能プラスチックである。
別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルおよびスピンドル・ナットは、同じプラスチック材料から製造される。別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルおよびスピンドル・ナットは、同じプラスチック材料から製造されるが、様々な種類のプラスチック・タイプが使用される。別の実施形態によると、ねじ付きスピンドルおよびスピンドル・ナットは、たとえば充填材または添加物の添加が異なる同じプラスチック材料から製造される。
さらに、本発明は、電子計量装置に関する。この電子計量装置は、本発明による電子計量駆動装置と、シリンジのシリンジ・シリンダのシリンジ・フランジ用の第1の受け器であって、支持構造体に堅固に配置されている第1の受け器と、シリンジのシリンジ・プランジャのプランジャ・ロッド端部用の第2の受け器を有する収容本体と、を備え、収容本体がねじ付きスピンドルの下端部に堅固に接続されている。
本発明の電子計量装置は、ダイレクト式変位システムである。この計量駆動装置は、請求項1から13の一項に従って設計される。
別の実施形態によると、電子計量装置は、シリンジ・フランジを第1の受け器内で解放自在に保持する第1の手段と、プランジャ・ロッドを第2の受け器内で解放自在に保持する第2の手段とを備える。第1の受け器および第2の受け器、および、解放自在に保持する第1の手段および第2の手段は、欧州特許第0 656 229 B1号および米国特許公開第5,620,660 A号にて説明されているように好ましくは設計され、これによって、その内容は本願に採用されている。
さらに、本発明は、電子計量装置に関し、この電子計量装置は、本発明による電子計量駆動装置と、ねじ付きスピンドルの下端部と連結しているプランジャが可動に配置される少なくとも1つのシリンダと、ピペット・チップを堅固に締着して封止する少なくとも1つのシール・シートと、シール・シートの孔をシリンダに接続する少なくとも1つの接続チャネルとを含む。
この電子計量装置は、エア・クッション方式である。この計量駆動装置は、請求項1から13の一項に従って設計される。
一実施形態によると、シール・シートは、円すい形、および/または円筒状のアタッチメントの側面であり、アタッチメントの端面には孔がある。
別の実施形態によると、電子計量装置は、そこで可動なプランジャを備えたシリンダを1つのみ有する。これによって、この装置はシングルチャンネルの計量装置である。別の実施形態によると、電子計量装置は、そこで可動なプランジャを有する複数の平行シリンダと、接続チャネルを介してシリンダにそれぞれ接続されている複数のシール・シートとを有する。これによって、この装置は、マルチチャネルの計量装置である。
支持構造体は、第2の案内要素および駆動モータを互いに異なる位置関係で取り付けるのに適している任意の構造であってもよい。別の実施形態によると、支持構造体は、1つまたは複数の構成部品から作られる。
別の実施形態によると、電子計量装置は、手動式電子計量装置である。別の実施形態によると、手動式電子計量装置は、手動式電子ディスペンサまたは手動式電子ピペットである。別の実施形態によると、手動式電子計量装置の支持構造体は、手動式電子計量装置のハウジングおよび/またはフレーム(シャシ)、および/または支持部である。
別の実施形態によると、電子計量装置は、自動化された計量システムまたはワークステーションである。別の実施形態によると、スピンドル駆動装置は、交換可能な計量ツール内に配置されている。この計量ツールは、駆動モータが取り付けられているロボットアームに接続される。計量ツールは、アームに保持されるようにロボットアームに接続されており、駆動モータは、スピンドル・ナットに接続されている。計量ツールとロボットアームとの接続は、意図的に解放自在であるように設計されている。計量ツールと、ロボットアームのツールホルダへの接続とは、たとえば、欧州特許第1 449 586 B1号および米国特許第7,402,440 B2号に説明されているように設計され、これによって、その内容は本願に採用されている。
別の実施形態によると、支持構造体は、自動化された計量システムまたは自動化された実験室システムの計量ツールおよび/またはロボットアームのハウジングおよび/またはフレーム(シャシ)または支持部である。
ダイレクト式変位システムとして設計される別の実施形態によると、計量ツールが、第1の受け器および第2の受け器と、解放自在に保持する第1の手段および解放自在に保持する第2の手段とを含む。エア・クッション方式として設計される別の実施形態によると、計量ツールが、そこで可動であるプランジャを備えた少なくとも1つのシリンダと、ピペット・チップを堅固に締着して封止する少なくとも1つのシール・シートと、シール・シートの孔をシリンダに接続する少なくとも1つの接続チャネルとを含む。
例示的な実施形態の添付の図面を参照しつつ、本発明を以下にさらに説明する。
側方から見た手動式電子計量装置の斜視図である。 同じ計量装置の下部であり、同じ斜視図でのハウジングの前半分がない図である。 同じ計量装置のスピンドル駆動装置および電気駆動モータを示す、側方から見た斜視図である。 同じ計量装置のスピンドル駆動装置を側方から見た拡大分解斜視図である。 同じ計量装置のねじ付きスピンドルの拡大斜視図である。 スピンドル・ナットを通るスピンドル駆動装置の断面図である。 図6のVIIの拡大詳細図である。 別の手動式電子計量装置の側方から見た斜視図である。 同じ手動式計量装置の垂直断面図である。 計量駆動装置を備えた同じ手動式計量装置の下部を側方から横方向に見た斜視図である。 計量駆動装置を備えた同じ手動式計量装置の下部の垂直断面図である。 同じ計量駆動装置を側方から見た斜視図である。 同じ計量駆動装置の背面図である。
本願では、「上」および「下」、ならびにそこから由来する表示は、ねじ付きスピンドルの垂直向きと、ねじ付きスピンドルより上の駆動モータの配置とを指す。
同じ用語により言及されるさまざまな例示的な実施形態の特徴は、以下の同じ参照符号によってもたらされる。
図1および図2による手動式電子計量装置1は、手動式電子ディスペンサである。これは、ロッド状のハウジング2を有する。このハウジングは、長手方向に、前部ハウジング・ハル3と後部ハウジング・ハル4とに分割される。
ハウジング2の前側には、それぞれの作動モードを選択する選択ホイール5が上端部に配置されている。選択ホイール5を用いて、計量機能、ピペット操作、計量分配、および滴定などを設定することができる。
その下に、ディスプレイ6がハウジング2の前面に凹部に嵌め込まれている。
ディスプレイ6の下では、さまざまなメニュー機能を呼び出してパラメータを設定する役目をする2つのロッカ・スイッチ7、8が、ハウジング2の前面から突出している。
ロッカ・スイッチ7、8の高さに、電源11のバッテリを充填するための電気接点9、10が、ハウジングの左右面に配置されている。バッテリは、ハウジング2の上部に収容されている。
2つのロッカ・スイッチ7、8の間には、リセットボタン12がハウジングの前部に配置されている。
リセットボタン12の下の中央部に、吸引ステップおよび計量ステップを起動させ、パラメータ設定を省略するためのトリガーボタン14がハウジング2の前面の湾曲部13に配置されている。トリガーボタン14の前部には、エジェクタ・ボタン15が配置されている。エジェクタ・ボタン15は、ハウジング2の平坦な前面に対して下向きにぴったりと装着する湾曲部13と係合する。
フック状のフィンガー・レスト16が、ハウジング2の背面から背部に向かって突出する。
下端部に、ハウジング2は第1の開口部17を有する。この第1の開口部17を通って、ハウジング2にあるシリンジのシリンジ・シリンダのシリンジ・フランジ用の第1の受け器18が、外側からアクセス可能である。図2によると、第1の受け器18より上に、釣鐘状の収容本体19が配置されている。この収容本体19には、第2の受け器20が配置されている。第2の受け器20は、リンジのシリンジ・プランジャのプランジャ・ロッド端部を挿入するために、収容本体19の下にある第2の開口部21を通ってアクセス可能である。
第1の受け器18では、シリンジ・フランジを解放自在に保持する第1の手段が、ハウジング2の停止部22に配置されている。第1の手段は、シリンジ握持レバー23として設計されている。
収容本体19は、プランジャ把持レバー24を解放自在に保持する第2の手段を有する。第2の手段は第2の受け器20内でシリンジ・プランジャを解放自在に保持する役目をする。
解放自在に保持するための第1および第2の手段を用いて、第1および第2の受け器18、20へのシリンジ・フランジおよびシリンジ・プランジャの装着は、エジェクタ・ボタン15を起動させることによってゆるめることができる。エジェクタ・ボタン15は、ギア25を介してシリンジ握持レバー23およびプランジャ握持レバー24で動作する。
シリンジが計量装置内に保持されると、シリンジ・プランジャは、計量駆動装置26を用いて変位可能である。
図3および図4によると、計量駆動装置26が、ねじ付きスピンドル28およびスピンドル・ナット29を有するスピンドル駆動装置27を含む。
ねじ付きスピンドル28は、長手方向に2つの第1の平坦部30.1、30.2を両側に有し、それらの間に雄ねじ31の2つのねじ付き領域31.1、31.2を有する。図4および図5によると、ねじ付き領域31.1、31.2は、径方向の断面が外側に向かって先細りしている。
案内リブ32.1、32.2が、第1の平坦部30.1、30.2から外側に向かって突出している。図4および図5によると、案内リブ32.1、32.2は、外端部に2つの平坦部33.1、33.2を有する。これらの隣に、案内リブ32.1、32.2は、案内領域34.1、34.2、34.3、34.4を有する。ねじ付きスピンドル28の中心軸からのこれらの距離は、スピンドル・ナット29の雌ねじ35の芯径の半分に相当する。
図5によると、雄ねじ31は、台形状のねじ輪郭36.1、36.2を有する。径方向のねじ輪郭36.1、36.2の外端縁は、丸くなっている。さらに、ねじ輪郭36.1、36.2の逃げ面37.1、37.2の移行部は、ねじ付きスピンドル28の芯の両側で丸くなっている。最後に、第1の平坦部30.1、30.2によって、境界を定められているねじ輪郭36.1、36.2の側縁部は丸くなっている。
案内リブ32.1、32.2の外端縁および案内リブ32.1、32.2の第1の平坦部30.1、30.2への移行部もまた、丸くなっている。
ねじ付きスピンドル28は、射出成型ツールの両半分の分割面が第2の平坦部33.1、33.2に納まるように射出成形される。案内リブ32.1、32.2およびねじ輪郭36.1、36.2の丸みは、射出成型の金型を充てんし、かつ射出成型ツールから離型するのに有利である。輪郭36.1、36.2のおよび案内領域34.1、34.2、34.3、34.4の丸みは、ねじ付きスピンドル28がスピンドル・ナット29内で低摩擦および低摩耗で移動するにさらに有利である。
図4によると、スピンドル・ナット29は中央の中空軸38を有し、その内周縁部に雌ねじ35が設計される。雌ねじ35は、スリーブの第1の区画にわたって連続的に延びる。雌ねじ35のねじ輪郭もまた、台形状であり、輪郭の径方向内側の端部は丸くなっていて、輪郭の逃げ面の間の移行部もまた同様である。
周縁部に歯41を備えた歯付きベルト・ホイール40として設計される円形カラー39が、中空軸38に位置する。中空軸38は、円形カラー39から両側まで突出する。
ねじ付きスピンドル28の雄ねじ31およびスピンドル・ナット29の雌ねじ35は、ねじ付きスピンドル28がスピンドル・ナット29にネジ止めされるように互いに連係している。
図6および図7によると、案内領域34.1〜34.4は、スピンドル・ナット29の雌ねじ35が旋回するごとに内部で当接する。
すきまばめが、これらの間に生じる。
図3によると、計量駆動装置26は、電気駆動モータ42をさらに備える。電気駆動モータ42は、さらなる歯付きベルト・ホイール44をモータ軸43で支持する。スピンドル・ナット29は、2つの軸受ブシュ45内で中空軸38に回転可能に取り付けられ、互いに駆動モータ42から決められた距離で、ホルダ47の2つの平行な保持プレート46に保持されている。このホルダ47は、ハウジング2に固定するための軸受小穴48を有する。
歯付きベルト49は、モータ軸43の回転をスピンドル・ナット29に伝えるために、歯形ベルト車輪40、44のまわりに配置される。
さらに、計量駆動装置26は、釘状の第1の案内要素50.1、50.2を含む。第1の案内要素50.1、50.2は、収容本体19から反対方向に外側に突出している。図2によると、第1の案内要素50.1、50.2は、ハウジング・ハル3、4の内面にある棒状の第2の案内要素51.1、51.2間の案内面と協働する。これによって、ねじ付きスピンドル28は、ハウジング2内で回転することが妨がれ、収容本体19は、ねじ付きスピンドル28の軸方向に案内される。
さらに、ハウジングの上部領域に配置されている電気制御装置52が、計量駆動装置26に属する。制御装置52、電気駆動モータ42、および計量装置の残りの電子部品が、電源11から給電される。
電流を駆動モータ42に印加することによって、モータ軸43の回転と、したがって、スピンドル・ナット29の回転とが設定され、ねじ付きスピンドル28が軸方向に変位する。これによって、ねじ付きスピンドル28は、雌ねじ35の案内領域34.1〜34.4に案内される。案内領域34.1〜34.4が対称に配置されているため、ねじ付きスピンドル28は極めて均等に動く。
ねじ付きスピンドル28およびスピンドル・ナット29は、プラスチックおよび/または金属から製造される。好ましくは、高性能プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックスが、これに使用される。たとえば、ねじ付きスピンドル28およびスピンドル・ナット29は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)でそれぞれ作られる。
図8および図9による手動式電子計量装置1は、手動式電子ピペットである。手動式電子計量装置1は、ハンド・グリップの形をした上部ハウジング部53と、略円筒形の下部ハウジング部54とを有する。上部ハウジング部53は駆動装置ユニットを含み、下部ハウジング部54は、シリンダ55および内部で可動なプランジャ56からなる変位ユニットを含む。変位ユニットは、駆動装置ユニットを用いて変位可能である。
上部ハウジング部53は、略円筒形の胴部57と、鈍角を胴部57で囲む箱状の頭部58とを有する。たとえば、ピペット操作、計量分配、ピペット操作および混合、逆ピペット操作、複数投与、経時的計量分配などそれぞれの作動モードを選択するために、頭部は上端部の前面に選択ホイール5を有する。
選択ホイール5の下に、ディスプレイ6が頭部58の前面の凹部に嵌め込まれている。
ディスプレイ6の下には、液体の投与および排出を制御し、パラメータを設定するためのロッカ・ボタン59が中央にある。ロッカ・ボタン59の両側には、さまざまなメニュー機能を選択しパラメータを設定するためのさらなるボタン60がある。
ロッカ・ボタン59の下には、ピペット・チップ61の排出を制御するエジェクタ・ボタン15が、前面の頭部58と胴部57との間の移行領域に配置されている。エジェクタ・ボタン15は、胴部57でその下端部まで延びるエジェクタ・ロッドに接続されている。
フック状のフィンガー・レスト16が、頭部58の背面から背部に向かって突出している。
ディスプレイ6の高さに、頭部58に収容されている電源11のバッテリを充填する電気接点9、10が、頭部58の左右面に配置されている。バッテリは、頭部58に収容されている電気制御装置52に接続されている。電気制御装置52は、ロッカ・ボタン59、さらなるボタン60、選択ホイール5の回転位置を検出するセンサ、および計量駆動装置26の駆動モータ42に接続されている。
胴部57は、中空の空間62を有する。この空間62内の頂部に計量駆動装置26が配置されているが、以下により詳細に説明する。胴部57は、下端部に下部ハウジング開口部63を有する。この下部ハウジング開口部63を通って、下部ハウジング部54がその上端部とともに胴部57の中空の空間62に挿入される。挿入位置では、下部ハウジング部54および上部ハウジング部53を解放自在に接続する手段によって、下部ハウジング部54は上部ハウジング部53に解放自在に接続されている。図10によると、解放自在に接続する手段が、下部ハウジング54部のばね付勢されたロッキングフック64とのロッキング接続部を有する。ロッキングフック64は、上部ハウジング部53のロック縁部の後ろで中空空間62内で係止可能である。このロックは、下部ハウジング部54の外側に案内されるアンロック・スリーブ65を移動させることによって、意図的に反転可能である。
図11によると、下部ハウジング部54は、プランジャ56を上部に備えたシリンダ55を有する。このシリンダ55は、内部で長手方向に変位可能であり、シール可能に案内される。シリンダ55は、下部ハウジング部54のシリンダ部66に保持されるブシュ(ライナ)として設計されている。シリンダ部は、円すい形の接続部67を介してチューブ68に底部で接続されている。このチューブ68は、ピペット・チップ61が締着されるシール・シート69を下端部に有する。チューブ68は、接続チャネル70を包囲する。この接続チャネル70は、シリンダ55の下端部にある第1の孔71をチューブ68の下端部にあるシール・シート69の第2の孔72に接続する。
シリンダ部66、接続部67、およびチューブ68では、シール・シート69からピペット・チップ61を押し離すために、同じ外形に適合したエジェクタ・スリーブ73がスライドする。エジェクタ・スリーブ73は、エジェクタ・スリーブ73の解放自在な連結手段およびエジェクタ・ロッドを介して、エジェクタ・ロッドに上部で接続されている。解放自在な連結手段は、単純な場合は、エジェクタ・スリーブ73の上縁部にある側部突起の穿孔にある、エジェクタ・ロッドの下端部の締め付けシートに存在する。
下部ハウジング部54は、上部で閉止キャップ74を支持する。閉止キャップ74のキャップ・ケーシング75はシリンダ部66に接続され、閉止キャップ74は、キャップ底部76に中央上部ハウジング開口部77を有する。
プランジャ56は、上部でディスク79を支持するプランジャ・ロッド78に接続されている。ディスク79とシリンダ55の上縁部との間に、コイルばね80が配置されている。コイルばね80は、ディスク79をキャップ底部76の下面にある開始位置まで押し込む。
図9から図12によると、計量駆動装置26のねじ付きスピンドル28は、その下端部が上部ハウジング開口部77を通った状態で、閉止キャップ74と係合し、ディスク79の上面に当接する。
図12および図13によると、図3の実施形態が図12および図13の同じ参照番号が与えられている特徴を対応して適用するように、計量駆動装置26は図3の計量駆動装置26に大部分が対応する。図12および図13の計量駆動装置26の場合、ねじ付きスピンドル28の下端部は、ディスク79に接触し、釣鐘状の収容本体19には接続されていない。したがって、図12および13では、案内要素50.1、50.2によって、ねじ付きスピンドル28の下端部を収容本体19に案内することが省かれる。むしろ、ねじ付きスピンドル28は、スピンドル・ナット29の軸受ブシュ45用のホルダ47の上面から突出する案内シリンダ81の上端部に案内される。
案内シリンダ81は、内周縁に2つの案内溝82を有する。案内溝82は、案内シリンダ81の長手方向に延びている。2つの案内溝82は、直径に沿って互いに反対側にある。
図10および図13によると、ねじ付きスピンドル28は、上端部でスリーブ状の案内要素83を支持する。案内要素83は、案内溝82と係合する外側に突出した2つの案内鼻84を有する。案内要素83は、ねじ付きスピンドル28に堅固に接続されている。案内要素83は、一つには、案内シリンダ81のねじ付きスピンドル28に線形に案内し、他では、ねじれを防ぐ。その結果、スピンドル・ナット29を長手方向に回転することによって、ねじ付きスピンドル28が変位可能である。
電流を駆動モータ42に印加することによって、モータ軸43が回転し、スピンドル・ナット29は歯付きベルト49を介して回転が設定され、ねじ付きスピンドル28が軸方向に変位する。ねじ付きスピンドル28が下向きに変位すると、プランジャ56はさらにシリンダ55に押し込まれる。ねじ付きスピンドル28が上向きに変位すると、プランジャ56は変位する。というのは、ディスク79がプレテンションされたコイルばね80によって、ねじ付きスピンドル28の下端部に当接して保持されるからである。これによって、液体をピペット・チップ61に吸引し、ピペット・チップ61から放出するチューブ68内で、空気柱が変位する。
1 手動式電子計量装置
2 ハウジング
3 前部ハウジング・ハル
4 後部ハウジング・ハル
5 選択ホイール
6 ディスプレイ
7,8 ロッカ・スイッチ
9,10 電気接点
11 電源
12 リセットボタン
13 湾曲部
14 トリガーボタン
15 エジェクタ・ボタン
16 フィンガー・レスト
17 第1の開口部
18 第1の受け器
19 収容本体
20 第2の受け器
21 第2の開口部
22 停止部
23 シリンジ把持レバー
24 プランジャ把持レバー
25 ギア
26 計量駆動装置
27 スピンドル駆動装置
28 ねじ付きスピンドル
29 スピンドル・ナット
30.1,30.2 第1の平坦部
31 雄ねじ
31.1,31.2 ねじ付き領域
32.1,32.2 案内リブ
33.1,33.2 第2の平坦部
34.1,34.2,34.3,34.4 案内領域
35 雌ねじ
36.1,36.2 ねじ付き輪郭
37.1,37.2 逃げ面
38 中空軸
39 円形カラー
40 歯付きベルト・ホイール
41 歯
42 駆動モータ
43 モータ軸
44 歯付きベルト・ホイール
45 軸受ブシュ
46 保持面
47 ホルダ
48 軸受小穴
49 歯付きベルト
50.1,50.2 第1の案内要素
51.1,51.2 第2の案内要素
52 制御装置
53 上部ハウジング部
54 下部ハウジング部
55 シリンダ
56 プランジャ
57 胴部
58 頭部
59 ロッカ・ボタン
60 ボタン
61 ピペット・チップ
62 中空軸
63 下部ハウジング開口部
64 ロッキングフック
65 アンロック・スリーブ
66 シリンダ部
67 障害部
68 チューブ
69 シール・シート
70 接続チャネル
71 孔
72 孔
73 エジェクタ・スリーブ
74 閉止キャップ
75 キャップ・ケーシング
76 キャップ底部
77 ハウジング開口部
78 プランジャ・ロッド
79 ディスク
80 コイルばね
81 案内シリンダ
82 案内溝
83 案内要素
84 案内鼻

Claims (17)

  1. 電子計量駆動装置であって、
    −支持構造体と、
    −雄ねじ(31)を備え、プランジャ(56)をシリンダ(55)内で駆動するねじ付きスピンドル(28)と、
    −前記ねじ付きスピンドル(28)に堅固に接続され、支持構造体に堅固に接続されている第2の案内要素(51.1,51.2)上で前記ねじ付きスピンドル(28)に対して平行に案内される、少なくとも1つの第1の案内要素(50.1,50.2)と、
    −雌ねじ(35)を備え、前記ねじ付きスピンドル(28)の前記雄ねじ(31)と係合するスピンドル・ナット(29)と、
    −前記支持構造体に取り付けられ、前記スピンドル・ナット(29)と連結しているモータ軸(43)を有する電気駆動モータ(42)と、
    −前記電気駆動モータ(42)に接続されている電気制御装置(52)と、
    −前記電気駆動モータ(42)および前記電気制御装置(52)に接続されている電源(11)と、を備え、
    前記ねじ付きスピンドル(28)の前記雄ねじ(31)が、複数のねじ付き領域(31.1,31.2)を有し、前記ねじ付き領域(31.1,31.2)は、それらの周縁部に長手方向に延びる第1の平坦部(30.1,30.2)によって、互いに分離しており、
    前記第1の平坦部(30.1,30.2)は、前記スピンドル・ナット(29)の前記雌ねじ(35)の芯径に当接する案内領域(34.1,34.2,34.3,34.4)を有することを特徴とする、電子計量駆動装置。
  2. 前記ねじ付きスピンドル(28)が射出成形品である、請求項1に記載の計量駆動装置。
  3. 前記ねじ付きスピンドル(28)が第1のプラスチックから作られ、前記ねじ付きスピンドル(28)が好ましくは前記第1のプラスチックから射出成型され、あるいは、
    前記ねじ付きスピンドル(28)が金属製であり、前記ねじ付きスピンドルが、好ましくはMIM(金属射出成型)により製造される、請求項1または2に記載の計量駆動装置。
  4. 前記第1の平坦部(30.1,30.2)が外端部に案内領域(34.1,34.2,34.3,34.4)を有する案内リブ(32.1,32.2)を支持する、請求項1から3のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  5. 前記ねじ付きスピンドル(28)が、直径に沿って互いに反対側にある2つのみの第1の平坦部(30.1,30.2)を有し、好ましくは、直径に沿って互いに反対側にある2つのみの案内リブ(32.1,32.2)を有する、請求項1から4のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  6. 前記案内リブ(32.1,32.2)が、それぞれの端部に第2の平坦部(33.1,33.2)と、前記第2の平坦部(33.1,33.2)の2つの側縁部に接して、案内領域(34.1,34.2,34.3,34.4)とを有し、前記案内領域(34.1,34.2,34.3,34.4)は、前記ねじ付きスピンドル(28)の中心軸から、前記スピンドル・ナット(29)の芯径の半分に対応する距離だけ離れている、請求項4または5に記載の計量駆動装置。
  7. 前記第1の平坦部(30.1,30.2)が平坦面であり、かつ/または、前記第2の平坦部(33.1,33.2)が平坦面である、請求項1から6のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  8. 前記雄ねじ(31)の前記ねじ付き領域(31.1,31.2)が、前記第1の平坦部(30.1,30.2)間で径方向に外側に向かって先細りしている、請求項1から7のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  9. 前記案内リブ(32.1,32.2)の外端縁、および/または前記案内リブ(32.1,32.2)から前記第1の平坦部(30.1、30.2)への移行部が丸くなっている、請求項1から8のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  10. 前記第1の平坦部(30.1、30.2)によって境界を定められているねじ輪郭(36.1、36.2)の側縁部が丸くなっている、請求項1から9のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  11. 前記ねじ輪郭(36.1、36.2)の逃げ面(37.1、37.2)から前記ねじ付きスピンドル(28)の芯までの移行部、および/または、径方向に外側に配置されている前記ねじ輪郭(36.1,36.2)の縁部が、丸くなっている、請求項1から10のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  12. 前記スピンドル・ナット(29)が、第2のプラスチック、および/または金属から作られる、請求項1から11のうちの一項に記載の計量駆動装置。
  13. 前記第1のプラスチックが、高性能プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックであり、かつ/または、前記第2のプラスチックが、高性能プラスチックまたはエンジニアリングプラスチックである、請求項2から12のうちの一項に記載の計量駆動装置
  14. 請求項1から13のうちの一項に記載の電子計量駆動装置(26)と、シリンジのシリンジ・シリンダのシリンジ・フランジ用の第1の受け器(18)であって、支持構造体に堅固に配置されている第1の受け器(18)と、前記シリンジのシリンジ・プランジャのプランジャ・ロッド端部用の第2の受け器(20)を有する収容本体(19)と、を備え、前記収容本体(19)が前記ねじ付きスピンドル(28)の下端部に堅固に接続されている、電子計量装置。
  15. 請求項1から13のうちの一項に記載の電子計量駆動装置(26)と、前記ねじ付きスピンドル(28)の下端部と連結しているプランジャ(56)が可動に配置される少なくとも1つのシリンダ(55)と、ピペット・チップ(61)を堅固に締着して封止する少なくとも1つのシール・シート(69)と、前記シール・シート(69)の孔(72)を前記シリンダ(55)に接続する少なくとも1つの接続チャネル(70)とを備える、電子計量装置。
  16. シングルチャネル計量装置またはマルチチャネル計量装置である、請求項15に記載の電子計量装置。
  17. 手動式計量装置(1)、あるいは自動計量システムまたは自動実験室システムの一部である、請求項14から16のうちの一項に記載の電子計量装置。
JP2018088809A 2017-05-05 2018-05-02 電子計量駆動装置 Active JP6821624B2 (ja)

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