JP2021003690A

JP2021003690A - ピペット

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Publication number: JP2021003690A
Application number: JP2019120062A
Authority: JP
Inventors: 山口　泰史; Yasushi Yamaguchi; 泰史山口
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP7154192B2

Abstract

【課題】トラブルの発生が低減されたピペットを提供する。【解決手段】ピペットは、第１流路２２と、第２流路２６と、圧力室２１と、を有している。第１流路２２は、第１方向（＋ｘ方向）に延びており、第１方向（＋ｘ方向）の端である第１端２２ａと、第１方向（＋ｘ方向）と反対方向の端である第２端２２ｂと、を有している。第１流路２２は、採取する液体が流入する第１開口２２ｃを第１端２２ａに有している。第２流路２６は、第１流路２２における第１端２２ａと第２端２２ｂとの間の位置で第１流路２２に繋がっており、第１流路２２に繋がる部分から第１方向（＋ｘ方向）と交差する方向である第２方向（＋ｙ方向）へ延びている。圧力室２１は、第２流路２６に繋がっており、変形可能である。【選択図】図１

Description

本開示は、ピペットに関する。

従来、アクチュエータを変形させることによって容器内の体積を増加および減少させて、それにより液体を吸入および排出するピペットが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開平７−２１３９２６号公報

本開示のピペットは、第１流路と、第２流路と、圧力室と、を有している。前記第１流路は、第１方向に延びており、該第１方向の端である第１端と、前記第１方向と反対方向の端である第２端と、を有している。前記第１流路は、採取する液体が流入する第１開口を前記第１端に有している。前記第２流路は、前記第１流路における前記第１端と前記第２端との間の位置で前記第１流路に繋がっており、前記第１流路に繋がる部分から前記第１方向と交差する方向である第２方向へ延びている。前記圧力室は、前記第２流路に繋がっており、変形可能である。

本開示のピペットの第１の具体例を模式的に示す断面図である。本開示のピペットの第２の具体例を模式的に示す断面図である。本開示のピペットの第３の具体例を模式的に示す断面図である。本開示のピペットの第４の具体例を模式的に示す断面図である。本開示のピペットの第５の具体例を模式的に示す断面図である。

上述した従来のピペットでは、吸入した液体がアクチュエータに付着してアクチュエータの動作が悪化する問題が発生することがあった。本開示のピペットは、このような問題の発生を低減することができる。以下、本開示のピペットの具体例について図面を用いて説明する。

本開示のピペットの第１の具体例について図１を用いて説明する。図１は、本開示のピペットの第１の具体例を模式的に示す縦断面図（＋ｘ方向に沿った断面を示す図）である。本具体例のピペットは、ピペット本体２０を有している。ピペット本体２０は、圧電基板（圧電アクチュエータ）４０と、第１部材３０と、第２部材６０と、が接合されて構成されている。そして、ピペット本体２０は、圧力室２１と、第１流路２２と、第２流路２６と、を内部に有している。圧力室２１は、ピペット本体２０の内部に設けられた空洞である。圧力室２１は、圧力室２１を取り囲む壁の一部が変形可能となっており、壁の変形により圧力室２１の体積が変化する。第１流路２２および第２流路２６は、ピペット本体２０の内部に設けられた流路であり、それぞれ、細長い形状を有する空洞である。

第１部材３０は、圧力室２１の側壁を構成している部材であり、金属、セラミック、樹脂など種々の材料を用いて構成することができる。第１部材３０は、例えば、厚さが５０μｍ〜５ｍｍ程度の板状とすることができ、中央には圧力室２１となる貫通穴が形成され
ている。貫通穴の形状および大きさは適宜選択することができるが、例えば、直径が２〜５０ｍｍ程度の円形状とすることができる。

第１部材３０には、圧力室２１となる貫通穴の一方の開口を塞ぐように第２部材６０が接合されており、第２部材６０の一部が、圧力室２１を取り囲む壁の一部を構成している。第２部材６０は、第１流路２２および第２流路２６を内部に有している。第２部材６０は、金属、セラミック、樹脂など種々の材料を用いて構成することができる。

第１流路２２は、＋ｘ方向に延びており、＋ｘ方向の端である第１端２２ａと、−ｘ方向の端である第２端２２ｂと、を有している。第１流路２２は、採取する液体が流入する第１開口２２ｃを第１端２２ａに有している。第１流路２２は、外部と第１流路２２とを繋ぐ開閉可能なバルブ２３を第２端２２ｂに有している。第１流路２２の形状・大きさは適宜設定することができるが、例えば、直径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の円管状とすることができる。

第２流路２６は、第１流路２２における第１端２２ａと第２端２２ｂとの間の位置で第１流路２２に繋がっている。詳細には、第１流路２２における第１方向（＋ｘ方向）の中央よりも第２端２２ｂ側（−ｘ方向側）に、第２流路２６が繋がっている。そして、第２流路２６は、第１流路２２に繋がる部分から＋ｙ方向へ延びている。第２流路２６の形状・大きさは適宜設定することができ、例えば、直径が０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の円管状とすることができる。なお、毛細管現象による第２流路２６への液体の流入を低減する観点では、第２流路２６の直径を第１流路２２の直径よりも大きくすると良い。例えば、第２流路２６の横断面の直径は、第１流路２２の横断面の直径の１．５〜３．０倍であっても良い。第２流路２６の＋ｙ方向の端は圧力室２１に繋がっている。

第１流路２２は、ピペットの外部に繋がる開口を第２端２２ｂに有しており、その開口には、ピペットの外部と第１流路２２とを開閉可能に接続するバルブ２３が設けられている。バルブ２３は、外部から入力される信号に応じて開閉動作を行う。バルブ２３としては、電磁式バルブ、圧電式バルブ、動電式バルブなど、種々のバルブを用いることができる。

第１部材３０には、圧力室２１となる貫通穴の他方の開口を塞ぐように圧電基板４０が接合されており、圧電基板４０の一部が、圧力室２１を取り囲む壁の一部を構成している。圧電基板４０は、３ｍｍ〜１００ｍｍ□程度の大きさで厚さが２０μｍ〜２ｍｍ程度の平板状の形状を有しており、積層された２枚の圧電セラミック層４０ａ、４０ｂを有している。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂの厚さは、例えば、１０μｍ〜３０μｍ程度とすることができる。圧電セラミック層４０ａ、４０ｂは、種々の圧電材料を用いて構成することができる。例えば、強誘電性を有する、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系、ＮａＮｂＯ_３系、ＫＮａＮｂＯ３系、ＢａＴｉＯ_３系、（ＢｉＮａ）ＮｂＯ_３系、ＢｉＮａＮｂ_５Ｏ_１５系などのセラミックス材料を用いることができる。なお、圧電セラミック層４０ａは、厚さ方向に分極されており、電圧が加えられて水平方向に伸張・伸縮するが、圧電セラミック層４０ｂには電圧が加えられないため、圧電体以外の材料で構成されていても構わない。

また、圧電基板４０は、内部電極４２と、表面電極４４と、接続電極４６と、貫通電極４８と、を有している。これらの電極および導体は、種々の金属材料を用いて構成することができる。内部電極４２および貫通電極４８は、例えばＡｇ−Ｐｄなどの金属材料を用いて形成することができる。また、表面電極４４および接続電極４６は、例えばＡｕなどの金属材料を用いて形成することができる。

内部電極４２は、圧電セラミック層４０ａと、圧電セラミック層４０ｂとの間に配置されており、圧電基板４０と略同じ大きさを有している。内部電極４２の厚さは、例えば２μｍ程度とすることができる。

表面電極４４は、表面電極本体４４ａと引出電極４４ｂとを有しており、圧電基板４０の表面に設けられている。表面電極本体４４ａは、圧力室２１と略等しい平面形状を有しており、圧力室２１と厚さ方向に重なるように設けられている。引出電極４４ｂは、表面電極本体４４ａから引き出されるように形成されている。表面電極４４の厚さは、例えば０．１μｍ〜１μｍ程度とすることができる。

接続電極４６は、圧電基板４０の表面に設けられており、圧電セラミック層４０ａを貫通する貫通電極４８を介して内部電極４２と接続されている。

圧電セラミック層４０ａの一部は表面電極本体４４ａと内部電極４２との間に挟まれている。そして、表面電極本体４４ａと、内部電極４２および圧電セラミック層４０ａ、４０ｂにおける表面電極本体４４ａと厚さ方向に重なる部分と、によって、電圧の印加によって変形する駆動部５０が構成されている。このように駆動部５０は圧電体を用いて構成されている。

そして、引出電極４４ｂと接続電極４６との間に電圧を加えることにより、圧電セラミック層４０ａにおける表面電極本体４４ａと内部電極４２とで挟まれた部分が水平方向に伸張または収縮し、圧電セラミック層４０ｂは変形しないため、駆動部５０が屈曲する。駆動部５０が屈曲すると、圧力室２１の体積が変化し、第２流路２６および第１流路２２内の圧力が変動する。よって、例えば、第２流路２６および第１流路２２内の圧力を低くすることにより、第１流路２２の第１開口２２ｃから液体を吸引することができる。また、例えば、第２流路２６および第１流路２２内の圧力を高くすることにより、吸引した液体を第１流路２２の第１開口２２ｃから排出することができる。

なお、図１においては、圧電アクチュエータ（圧電基板４０）が圧力室２１の壁の一部を構成する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、静電アクチュエータなど、他の方式のアクチュエータを用いても良く、さらに他の方法によって圧力室２１の壁を変形させるようにしても構わない。

上述したように、本開示のピペットは、第１流路２２と、第２流路２６と、圧力室２１と、を有している。第１流路２２は、第１方向（＋ｘ方向）に延びており、第１方向（＋ｘ方向）の端である第１端２２ａと、第１方向（＋ｘ方向）と反対方向の端である第２端２２ｂと、を有している。第１流路２２は、採取する液体が流入する第１開口２２ｃを第１端２２ａに有している。第２流路２６は、第１流路２２における第１端２２ａと第２端２２ｂとの間の位置で第１流路２２に繋がっており、第１流路２２に繋がる部分から第１方向（＋ｘ方向）と交差する方向である第２方向（＋ｙ方向）へ延びている。圧力室２１は、第２流路２６に繋がっており、変形可能である。この構成が、本開示のピペットの基本構成である。本開示のピペットはこの基本構成を有していれば良く、その他の構成は適宜変更または省略が可能である。この基本構成により、液体を吸引したときに、吸引した液体（またはその飛沫）が勢い余って第１流路２２の奥深くに入ってしまった場合においても、慣性によって液体は第１流路２２中を第１方向と反対方向（−ｘ方向）へ進みやすい。このため、圧力室２１の変形する内壁面への液体の付着を低減することができる。これにより、液体の付着によって圧力室２１の変形が妨げられることに起因するピペットの動作不良の発生を低減することができる。

また、本開示のピペットにおいて、第１方向（＋ｘ方向）と第２方向（＋ｙ方向）との
成す角度が９０度以下であっても良い。このような構成を有しているときには、圧力室２１の内壁面への液体の付着を更に低減することができる。

また、第１流路２２および第２流路２６の横断面が円形状であり、第２流路２６の横断面の直径が第１流路２２の横断面の直径よりも大きい、という構成を、本開示のピペットが有していても良い。このような構成を有しているときには、第１流路２２の奥深くに液体が入ってしまった場合に、その液体が毛細管現象によって第２流路２６へ流入するのを低減することができる。なお、第１流路２２の横断面は、第１流路２２の第１方向（＋ｘ方向）に直交する断面であり、第２流路２６の横断面は、第２流路２６の第２方向（＋ｙ方向）に直交する断面である。

また、本開示のピペットは、外部と第１流路２２とを繋ぐ開閉可能なバルブ２３を第２端２２ｂに有していても良い。このような構成を有しているときには、第１流路２２の奥深くに液体が入ってしまった場合に、圧力室２１を経由することなく第１流路２２内の液体をバルブ２３から外部へ排出することができる。

また、本開示のピペットにおいて、第１流路２２における第１方向（＋ｘ方向）の中央よりも第２端２２ｂ側に、第２流路２６が繋がっていても良い。このような構成を有しているときには、圧力室２１、第１流路２２および第２流路２６を合わせた体積を小さくすることができるので、液体の吸引量等の精度を高めることができる。

次に、本開示のピペットの第２の具体例について図２を用いて説明する。図２は、本開示のピペットの第２の具体例を模式的に示す縦断面図である。本具体例においては、前述した第２の具体例と異なる部分について説明し、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

また、本具体例のピペットは、第１制御部２４および第２制御部２５を有している。第１制御部２４は、圧電基板４０と電気的に接続されており、電気信号を圧電基板４０に与えて圧電基板４０を変形させることにより、圧力室２１の体積を変化させる。例えば、圧力室２１の体積を増加させることにより、第１流路２２の第１開口２２ｃから液体を吸引することができる。また、圧力室２１の体積を減少させることにより、吸引した液体を第１流路２２の第１開口２２ｃから排出することができる。

第２制御部２５は、バルブ２３と電気的に接続されており、バルブ２３に電気信号を与えることによりバルブ２３を開閉する。第１流路２２の奥深くに液体が入ってしまった場合に、バルブ２３を開くことにより、液体をバルブ２３から外部へ排出することができる。また、圧電基板４０を変形させて液体を吸入した後に、バルブ２３を開いて、その状態で圧電基板４０の変形を元に戻し、バルブ２３を閉じた後に再び圧電基板４０を変形させることにより、多くの量の液体を吸入することができる。

第１制御部２４および第２制御部２５は、種々の集積回路を用いて構成することができる。なお、第１制御部２４および第２制御部２５は、ピペット本体２０に設けられていても良いが、そうでなくても構わない。例えば、ピペット本体２０と別体のコントローラーに第１制御部２４および第２制御部２５が設けられており、ピペット本体２０とコントローラーとがケーブルで接続されていても構わない。

次に、本開示のピペットの第３の具体例について図３を用いて説明する。図３は、本開示のピペットの第３の具体例を模式的に示す縦断面図である。本具体例においては、前述した第２の具体例と異なる部分について説明し、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

本具体例のピペットにおいて、第２流路２６は、円錐台状の形状である。第２流路２６の横断面の直径は、第１流路２２から遠ざかるにつれて（すなわち、図３における＋ｙ方向に向かうにつれて）大きくなる。そして、第２流路２６は、第１部分２６ａと、第１部分２６ａよりも＋ｙ方向側に位置する第２部分２６ｂとを有しており、第２部分２６ｂにおける直径が第１部分２６ａにおける直径よりも大きい。第１部分２６ａは、第２流路２６における第1流路２２に繋がる部分であっても良い。第２部分２６ｂは、第２流路２６
における圧力室２１に繋がる部分であっても良い。また、例えば、第２流路２６の第２部分２６ｂにおける横断面の直径は、第２流路２６の第１部分２６ａにおける横断面の直径の１．５〜３．０倍であっても良い。

このように、第２流路２６の横断面が円形状であり、第２流路２６の横断面の直径は、第２方向（＋ｙ方向）に向かうにつれて大きくなる、という構成を、本開示のピペットが有していても良い。このような構成を有しているときには、第１流路２２の奥深くに液体が入ってしまった場合に、その液体が毛細管現象によって圧力室２１へ流入するのを低減することができる。

また、第２流路２６の横断面が円形状であり、第２流路２６は、第１部分２６ａと、第１部分２６ａよりも第２方向（＋ｙ方向）側に位置する第２部分２６ｂと、を有しており、第２部分２６ｂの横断面の直径が第１部分２６ａの横断面の直径よりも大きい、という構成を、本開示のピペットが有していても良い。このような構成を有しているときには、第１流路２２の奥深くに液体が入ってしまった場合に、その液体が毛細管現象によって圧力室２１へ流入するのを低減することができる。

なお、第３の具体例では、第２方向（＋ｙ方向）に向かうにつれて第２流路２６の横断面の直径が滑らかに増加する例を示したが、第２方向（＋ｙ方向）に向かうにつれて第２流路２６の横断面の直径が段階的に増加するようにしても構わない。

次に、本開示のピペットの第４の具体例について図４を用いて説明する。図４は、本開示のピペットの第４の具体例を模式的に示す縦断面図である。本具体例においては、前述した第２の具体例と異なる部分について説明し、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

本具体例のピペットにおいて、第２流路２６は、第１流路２２と繋がる部分から、＋ｘ方向の成分を有する方向である＋ｙ’方向へ向かって延びている。すなわち、第１流路２２と第２流路２６とが繋がる部分から第２流路２６が延びる方向と、第１流路２２と第２流路２６とが繋がる部分から第１端２２ａへ向かう方向と、の成す角度が鋭角になっている。

このように、第１流路２２が延びる方向（第２端２２ｂから第１端２２ａへ向かう方向）である第１方向（＋ｘ方向）と、第１流路２２と第２流路２６とが繋がる部分から第２流路２６が延びる方向である第２方向（＋ｙ’方向）との成す角度が鋭角である、という構成を本開示のピペットが有していても良い。このような構成を有しているときには、吸引した液体（またはその飛沫）が勢い余って第１流路２２内へ入った場合に、液体または液体の飛沫が圧力室２１の内壁面へ付着することを低減することができる。

次に、本開示のピペットの第５の具体例について図５を用いて説明する。図５は、本開示のピペットの第５の具体例を模式的に示す縦断面図である。本具体例においては、前述した第２の具体例と異なる部分について説明し、同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。

本具体例のピペットでは、圧力室２１、圧電基板４０、第１部材３０および第２流路２６が、＋ｘ方向にずらして配置されている。そして、圧力室２１における第１方向（＋ｘ方向）の中央よりも第１端２２ａ側に、第２流路２６が繋がっている。

このように、本開示のピペットにおいて、圧力室２１における第１方向（＋ｘ方向）の中央よりも第１端２２ａ側に、第２流路２６が繋がっていても良い。このような構成を有しているときには、圧力室２１、第１流路２２および第２流路２６を合わせた体積を小さくすることができるので、液体の吸引量等の精度を高めることができる。

なお、本開示のピペットは、上述した第１の具体例〜第５の具体例に限定されるものではなく、種々の変更、追加および省略が可能である。本開示のピペットは、例えば、異なる具体例に示された構成要素を組み合わせた構成を有していても構わない。

２０：ピペット本体
２１：圧力室
２２：第１流路２２
２２ａ：第１端
２２ｂ：第２端
２２ｃ：第１開口
２３：バルブ
２６：第２流路
２６ａ：第１部分
２６ｂ：第２部分

Claims

第１方向に延びており、該第１方向の端である第１端と、前記第１方向と反対方向の端である第２端と、を有しており、採取する液体が流入する第１開口を前記第１端に有している第１流路と、
該第１流路における前記第１端と前記第２端との間の位置で前記第１流路に繋がっており、前記第１流路に繋がる部分から前記第１方向と交差する方向である第２方向へ延びている第２流路と、
該第２流路に繋がっている変形可能な圧力室と、を有していることを特徴とするピペット。
前記第１方向と前記第２方向との成す角度が９０度以下であることを特徴とする請求項１に記載のピペット。
前記第１方向と前記第２方向との成す角度が鋭角であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のピペット。
前記圧力室における前記第１方向の中央よりも前記第１端側に、前記第２流路が繋がっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のピペット。
前記第１流路および前記第２流路の横断面が円形状であり、前記第２流路の横断面の直径が前記第１流路の横断面の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のピペット。
前記第２流路の横断面が円形状であり、前記第２流路は、第１部分と、該第１部分よりも前記第２方向側に位置する第２部分と、を有しており、前記第２部分の横断面の直径が前記第１部分の横断面の直径よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のピペット。
前記第２流路の横断面が円形状であり、前記第２流路の横断面の直径は、前記第２方向に向かうにつれて大きくなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のピペット。
外部と前記第１流路とを繋ぐ開閉可能なバルブを前記第２端に有していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のピペット。
前記第１流路における前記第１方向の中央よりも前記第２端側に、前記第２流路が繋がっていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のピペット。