JP3138473B2 - 多連ポートポンプを較正するための方法および装置 - Google Patents

多連ポートポンプを較正するための方法および装置

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JP3138473B2 JP05501600A JP50160093A JP3138473B2 JP 3138473 B2 JP3138473 B2 JP 3138473B2 JP 05501600 A JP05501600 A JP 05501600A JP 50160093 A JP50160093 A JP 50160093A JP 3138473 B2 JP3138473 B2 JP 3138473B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の利用分野 本発明は、概して精密量の流体を供給するための多連
ポート計量ポンプ、具体的には分析テストにおいて複数
の出口ポートから試薬を精密分注するための多連ポート
ポンプを較正するための方法および装置に関する。
従来技術の説明 本発明は、1991年１月31日出願のG.Pardinasによる
「往復回転ピストンを備えた弁なし計量ポンプ」と題す
る出願番号07/648、242の出願および該出願と同時に出
願されたR.Young等による「弁なし計量ポンプ用の制御
システム」と題する出願との同時係属出願に関し、両出
願共、本出願の譲受人に譲渡されたものである。
血清の存在下に肝炎、梅毒およびHIVビールスのよう
な伝染病が存在するかどうかを判定するのに分析テスト
を使用することは公知である。一般的な手順では、精密
量の生物学的サンプルをテスト容器中に配置し、該サン
プルに試薬を加えて自動分析器を使用して免疫検定を行
う。テスト領域に精密量の試薬を供給するのが一般的で
ある。各サンプルに対する試薬の量は、50〜100マイク
ロリットルの範囲であって良いが、±0.5マイクロリッ
トルの正確度と１％未満の分散係数を有する精度内で分
注しなければならない。
試薬の供給用のポンプシステムについての高精度要求
事項のために、正確なテストサンプルを確保するのに、
適下サイズ、出口ポート端部でのメニスカスおよび弁運
動による圧力の変動などを全て考慮にいれなければなら
ない。例えば、弁を一つの位置からもう一つの位置に移
動させる際に固有の非常に小さいポンプ動作は、一般に
分析タイプのテストに関連した量を扱う場合に非常に重
要なものとなる。このことは、試薬と接触するポンプの
部品が四フッ化プラスチックおよび／またはセラミック
などのような不活性材料でなければならないという要求
事項とあいまって、非常に費用のかかる複雑な設計にな
ってしまう。残念ながら、設計が複雑になればなるほ
ど、製造および組立の際に誤差が起こり易くなり、積み
重なる許容差の影響を最小限にするべく厳しい許容差を
必要とすることからさらにコストを増大させる。その
上、関連数の動パーツを備えたより複雑なシステムは現
場における不具合およびメンテナンスコストの原因とな
る。
最近になって、弁なし容積式計量ポンプが、流体の安
全且つ正確な取扱いを必要とする適用において首尾良く
使用されている。弁なしポンプ機能は、ワークチャンバ
内のピストンの同期的な回転および往復によって達成さ
れる。ワークチャンバおよびピストンを含むピストンヘ
ッドは、該ヘッドが回転駆動に関して旋回するように取
り付けられている。角度によって、ストロークおよび長
さ、続いて流量が制御される。このポンプのタイプは、
ガス状および液体状の流体を正確に供給する際に有用で
あることが判明している。
弁なし容積式ポンプの例が米国特許第4,008,003号に
開示されている。該ポンプは、一対のワークチャンバに
分割されているシリンダを含んでおり、各チャンバは入
り口および出口ポートに連絡している。特許第4,008,00
3号に開示されているポンプは、分析タイプのテストに
求められる精密量の流体を計量且つ分注するための正確
な較正には適していない。ピストンのストロークは調整
が容易ではなく、ポートの角変位は容易に較正し得な
い。傾斜可能ハウジングを使用してピストンのストロー
クを制御する弁なし計量ポンプのもう一つの例が、1990
年１月10日出願の共同発明者、G.Pardinas、R.W.Jaekel
およびD.Pinkertonによる「多連ポート吐き出しポン
プ」と題する出願番号07/463,260の同時係属出願に開示
されている。
特に分析タイプのテスト用およびテスト容器に流体を
正確且つ精密に供給するように設計された弁なし計量ポ
ンプが、本出願人の先に述べた関連出願である、出願番
号07/468,262の「往復回転ピストンを備えた弁なし計量
ポンプ」と題する出願に開示されている。該出願に示さ
れている弁なし計量ポンプは、特に確実且つ信頼可能な
方法によって分析テストのテスト現場への流体の精密供
給に好適な流体供給システムを提供している。ポンプの
設計は、最低数の動パーツしか含んでおらず、弁が無
く、構成がフレキシブルであり、且つ組立が容易であっ
て、積み重なる許容差の危険が最も少ない。該ポンプ
は、試薬の広範囲な互換性を有するように設計されてい
ると共に、ポート毎に50〜100マイクロリットルの範囲
の流体量を、±0.5マイクロリットル以内の正確度およ
び１％未満の分散係数の精度で分注することが可能であ
る。
各ポンプが特定の試薬を複数のテスト位置の各々に供
給するということは一般的な方法となってきているが、
従来技術においては、弁機構が第１のステーションから
他のステーションへの試薬の流れを制御することが通例
となっていた。複式ポートまたは多連ポートシステムに
おいては、各出力ポートに供給される流体試薬が、バラ
ンス良く正確に制御されてテスト手順において一貫性を
保つことが重要である。これは、出願番号07/463,260お
よび07/468,262の上記同時係属出願に開示されているも
ののような弁なし計量ポンプに関してかなり重要な問題
である。
上記出願に開示されている各ポンプは精密且つ繰り返
し可能な量の流体を各テスト容器に供給するように働く
が、出力ポートを均衡させるためのポンプの較正は冗長
且つ時間のかかる仕事であり得る。一旦ポンプが据え付
けられてしまうと、現場では整備およびメンテナンスの
間に再較正することは不可能とは言えないまでも困難に
なる可能性があり、しばしば、出力ポートを較正した
り、均衡させたりするためにポンプを取り外して製造者
に戻す必要が生じる。
発明の概略 本発明は、初期製造の間とポンプが現場に据え付けら
れた後の整備およびメンテナンス作業との間に多連ポー
トシステムを較正するための方法および装置に向けられ
ている。一般的に弁なし計量ポンプは、中央ワークチャ
ンバと連絡する径方向に順次間隔を置いて配置された複
数の入り口および出口ポートを有するヘッドを含んでい
る。ポンプヘッドは、各ポートとピストンヘッドとの間
の関係を調整して互いに関してポートの流体の流れを均
衡させるためにワークチャンバの軸の周りで角度調整さ
れるように構成されている。本発明の好ましい実施例に
おいて、ピストンチャンバに関してポンプヘッドの角配
向を正確に調整且つ読み取るための手段が設けられてい
る。拡大目盛りスケールを有する取り外し可能な較正器
が、ポンプヘッドに取り付けられていると共に該ヘッド
と共に可動である。固定ポインタが、ポンプ本体に取り
付けられるように構成されていると共に、径方向に配置
された多連ポートを通る流体の流れを制御且つ均衡させ
るためにピストンに関するポンプヘッドの精密な角位置
を決定するためのスケールと連絡するインジケータを含
んでいる。
本発明は、流体が複数の順次テスト現場に供給される
流体量を均衡させるために順次出口ポートから排出され
る際に、流体の圧力差に適合するようにポンプを較正す
ることは容易である。本発明は、ピストンがそのサイク
ルを完了する際にピストンに関してポートの位置を調整
することによって、順次ポートでの流体の圧力差による
不精密さを補償する。
本発明による弁なし計量ポンプを較正するための方法
および装置は、分析テスト中に確実且つ信頼可能な方法
で流体試薬を複数のテスト現場に精密供給するのに特に
好適な流体供給システムを提供する。ヘッドの入り口お
よび出口ポートは、共平面関係になっていると共にポン
プのワークチャンバから外側に向かって径方向に間隔を
置いて配置されている。ポートの角配向はポンプ動作を
均衡させるべくピストンに関して容易に較正され得る。
ポンプは、広範囲な試薬互換性を有していると共に、ポ
ート毎に50〜100マイクロリットルの範囲の流体量を、
±0.5マイクロリットル以内の正確度および１％未満の
分散係数の精度で分注することが可能である。本発明
は、製造プロセスの間にも現場条件の下でも殆ど困難無
く予測可能且つ繰り返し可能な方法でポンプを較正する
ための方法および装置を提供する。
従って、本発明の目的および特徴は、複数の出口を介
して微量の流体を正確且つ精密に分注するための多連ポ
ート弁なし容積式計量ポンプを較正且つ均衡させるため
の手段および方法を提供することである。
本発明のもう一つの目的および特徴は、整備およびメ
ンテナンス作業の間に較正するためにポンプ上に容易に
据え付けられ且つポンプと共に使用される較正装置およ
び手順を提供することである。
本発明の追加目的および特徴は、弁なし容積式計量ポ
ンプの複数の出力ポートを較正且つ均衡させるための手
段および方法を提供することである。
本発明の他の目的および特徴は、図面および下記の好
ましい実施例の説明から容易に明らかにされるであろ
う。
図面の簡単な説明 図１は、多連ポート容積式計量ポンプと共に使用する
ように示されている本発明の較正システムの組立斜視図
である。
図２は、図１に示されている較正システムの分解斜視
図である。
図３は、概して図１の線３−３に沿った断面図であ
る。
図４は、較正範囲の一つの極値における較正システム
およびポンプを示す、図３に類似の図である。
図５は、概念して図１の線５−５に沿った断面図であ
る。
好ましい実施例の詳細な説明 図面の図１に示されているように、弁なし計量ポンプ
は、ヘッド10と、18で互いにヒンジ固定された上部14お
よび下部16（図２）を含む本体12とを含んでいる。本体
下部16はモータ20上に取り付けられており、該モータは
支持プレート22上に取り付けられている。ヘッド10は、
ヘッドに設けられているすきまスロット26を通過する取
付ねじ24によって本体上部14上に取り付けられていると
共に、本体上部14のねじ立て穴（図示せず）によって受
容されている。モータ20は、支持プレート22に設けられ
ているすきま穴（図示せず）とスペーサ34とを通過して
本体下部16の取付台32のねじ立て穴（図示せず）によっ
て受容される好適な取付ねじ30によって支持プレート22
上に取り付けられている。ばね式取付ワッシャ36が、モ
ータ20の周縁の外側の支持プレート22上に設置されてい
ると共に、作業ステーション（図示せず）において組立
てられたポンプを取り付けるための入れ子式取付ねじ37
を含んでいる。モータは電源に接続されてハーネスを制
御すると共にハーネスに電力を供給している。本明細書
に引用されて組み込まれている本出願人による「往復回
転ピストンを備えた弁なし計量ポンプ」と題する出願番
号07/468,242の上記同時係属出願にさらに詳細に記載さ
れているように、モータ20は典型的にはポンプの駆動軸
を規定する細長い円筒形駆動シャフトを含んでいる。
ポンプ本体の上部14は、18でヒンジピン19（図２）に
より本体下部上にヒンジ取付けされている。典型的に
は、ヒンジピンは、本体上部14のヒンジ台21に設けられ
ている貫通穴を通過すると共に本体下部16の組み合わせ
ヒンジ台23の相補形穴によって受容されている。ピスト
ンのヘッド52（図３）はポンプヘッド10のワークチャン
バ54内に伸張している。スロット付きシートまたは延長
部74（図２）が、本体上部14に設けられていると共にヒ
ンジピン19の中央から径方向外側に且つ直径方向に反対
側に設置されている。相補形のスロット付きシートまた
は延長部76が本体下部16に取り付けられている。好まし
い実施例において、圧縮ばね78がシート74と76との間に
配置されており、ねじ山付き調整ねじ80が、シート74の
スロット、ばね78の中心およびシート76のすきまスロッ
トを通過する。ナット（図示せず）は調整ねじ80によっ
てねじ切り可能に受容され、それによって本体下部16に
関する本体上部14およびヘッド10と駆動軸との間の傾斜
角がねじ80を回転させることによって調整可能になる。
好ましい実施例において、ポンプヘッド10は、任意の
好適な材料によって製造可能であると共に、図３および
図４に最も良く示されているように、ポンプのワークチ
ャンバ54の正確に寸法が決められた内部円筒形側壁55を
含むセラミック等から製造された不活性鋳ぐるみ（inse
rt）90を含んでいる。該図に示されているように、鋳ぐ
るみ90は精密に計量された三つの共平面開口92、94およ
び96を含んでいる。ヘッド10は三つの対応する円筒形チ
ャンネル98、100および102を含んでいる。チャンネル9
8、100および102は、組み立てられたポンプを周知の方
法で流体制御ラインに固定するための継手104（図３）
のようなねじ山付き継手を受容するようにねじ立てして
もよい。
図１および図３に示されているように、完全に組み立
てられたポンプは、調整ねじ80を使用して本体上部14と
本体下部16との間の傾斜角を調整することによってピス
トンのストローク長を調整するように較正することが可
能である。ポンプ本体の上部14と下部16との間の傾斜角
により、ピストンヘッド52の往復ストローク長が制御さ
れる。駆動モータ20が機動されてピストンヘッドを回転
させると、ピストンが回転すると共にスピンドルの回転
に応じて正弦運動をしながら往復する。出力ポートを通
る流れを均衡させるために、取付ねじ24および較正スロ
ット26によりピストンに関してヘッドの角位置を調整す
ることによってヘッド10を較正することが可能である。
ピストンがヘッド52の円筒形外壁内にフラットまたは
ダクト106を含んでいることが認められるであろう。図
３および図４に示されているように、ピストンが矢印10
8の方向に回転する際には、ダクト106は、入り口ポート
92から出口ポート94および96を通ってまた入り口ポート
92へと順次移動する。作動時には、ピストンは入り口ポ
ート92に接触するときに下降ストロークを開始し、それ
によってワークチャンバ54を拡張して矢印110で示され
ているようにチャンネル98および入り口ポート92を介し
て流体を吸い込む。ピストンは回転を続けながら、第１
の出口ポート94と接触するときに上昇ストロークを開始
し、矢印112で示されているように第１の出口ポート94
および組み合わされたチャンネル100を介して流体の一
部を押し出すためにワークチャンバ54を圧縮する。ピス
トンが移動して第２の順次出口ポート96と接触するとき
にはピストンは上昇ストロークを続けており、ワークチ
ャンバ54をさらに圧縮して、矢印114で示されているよ
うに、ポート96および組み合わされたチャンネル102を
介して追加流体を押し出す。ピストンが移動してポート
96を通るときに、ピストンはその上昇ストロークのピー
クに達し、再び流体をポンプのワークチャンバ内に吸い
込むためにポート92と接触するときに次の下降ストロー
クを開始する。
出口ポート94および96を通る流体の流れは、スロット
26により可能になる範囲内でヘッドを回転させることに
よってピストンのストロークに関してポートの角位置を
調整することにより正確に均衡を保つことが可能である
ことが判明した。好ましい実施例において、出口ポート
は、50〜100マイクロリットルの範囲で分注された試薬
流体に対して１％未満の分散係数まで調整可能である。
さらに、試薬は±0.5マイクロリットルの正確度および
精度内で一様に分注された。
本発明の好ましい実施例において、較正器スケールア
センブリ150は、ヘッド10の周縁に取り付けられるよう
に構成されていると共にポンプ本体に関するヘッドの角
位置を正確に指示するための目盛りスケール152を含ん
でいる。好ましい実施例において、較正スケールアセン
ブリ150は、ポンプの円形ヘッド10の外周にわたってす
っぽりはめ込まれるように構成された内径を有する取付
リング154を含んでいると共に、ヘッドおよび該ヘッド
内に取り付けられている継手104内のオリフィス開口9
8、100および102に対応し且つ該開口より大きい複数の
スロット156、158および160を含んでいる。取付リング
をヘッド10上に保持するためにねじ込まれる取付ねじ16
3を受容するためにねじ立て穴161が取付リング154内に
設けられている。スケールは細長いアーム166を含んで
おり、該アームは、例えば、アーム162内のすきま穴172
を通過すると共にリング内のねじ立て穴174によって受
容されるねじ山のついた取付ねじ170のような好適な手
段によって取付リング154の底部168（図２）に取り付け
られるように構成されている。精密止め穴176および178
が、それぞれリング154およびアーム162内に設けられて
いると共に取付リング154とスケールアーム162との間の
心合わせを精密に維持するためのプラグ固定ロケータピ
ン180を受容するように構成されている。アーム162は、
リングから径方向外側に向かって伸張すると共に外表面
に目盛りスケール152を有する拡大ファン形状のスケー
ル素子182で終端している。好ましい実施例においてス
ケール152は、ポンプ上に据え付けられる際には取付リ
ング154の中心に且つポンプヘッド10のワークチャンバ5
4の中心軸にほぼ一致する中心を有する円弧上に配置さ
れた径方向表面上に置かれている。
較正器インジケータアセンブリ190は、ポンプの本体
上部14のヒンジ台21によってすっぽり受容されるように
寸法が決められているスロット196を含むスロット付き
取り付けブラケット194内で一方の端部が終端する細長
いアーム192を含んでいる。取付ブラケット194は、取付
ねじ198を受容するように構成されているねじ立て穴197
を含んでおり、それによってインジケータアセンブリ19
0は、図５に示されているようにヒンジ台21に取付且つ
固定可能になる。細長いアーム192は、ポンプ本体から
径方向外側に向かって伸張すると共に、較正器アセンブ
リ150の目盛りスケール152と連絡して配置されているポ
インタ200（図１および図２）で終端している。
ピストン52に関するポンプの出口ポート100および102
の心合わせは、ポインタ200と組み合わせたスケール152
を使用して正確に配置することが可能である。較正機構
は、製造および組立の間にポンプの較正および均衡保持
を助け且つ整備およびメンテナンス作業の間に現場でポ
ンプを再較正する機能を有している。操作に当たって
は、較正機構は、整備のためにポンプを取り除くことな
くポンプ上に容易に取り付けることが出来る。これによ
って、ポンプの分解に先だってポンプ位置を読み取り、
さらに整備および／またはメンテナンス後にポンプを再
組立することが可能になる。ピストンに関するポートの
配向角度を調整するために、ヘッド10の取付ねじ24をゆ
るめて、ポンプをスロット26の範囲内で図３および図５
に示されているように角度回転調整し、精密にポンプの
平衡を保つ。
本発明のいくつかの特徴および実施例をいままで説明
してきたが、添付請求項の範囲内であれば、本発明が全
ての修正および増強を包含することは容易に理解される
であろう。
フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4797073（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 25/00 G01F 11/00 - 13/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】径方向に伸張し且つ順次間隔を置いて設置
    された複数のポートを含むヘッドと、ヘッドを支持する
    ための本体と、ヘッド内にあると共にポートと連通する
    中央ワークチャンバと、本体内に担持されていると共に
    ワークチャンバと連通するかみあいピストンとを有し、
    ヘッドと本体とは共通軸を有しており、ヘッドが本体に
    関して該軸の周りで回転可能であるタイプの計量ポンプ
    内で複数の出力ポートを均衡させるための較正器であっ
    て、 a.前記ヘッドの外端部に取り付けられるように構成され
    ていると共に該端部から径方向に外側に向かって伸張し
    且つ第１の外端部で終端する第１のアセンブリと、 b.前記本体に取り付けられるように構成されていると共
    に該本体から径方向に外側に向かって伸張し且つ第１の
    外端部とほぼ心合わせしている第２の外端部で終端して
    おり、それによってヘッドと本体との間の角関係が前記
    第１および第２の外端部間の角関係に直接対応している
    第２のアセンブリと を含む較正器。
  2. 【請求項２】前記ヘッドは、円筒形断面を有していると
    共に円筒形外壁を含んでおり、前記第１のアセンブリ
    は、ヘッドの円筒形外壁にすっぽりはめ込まれるように
    寸法が決められた直径を有する環状リングと、該リング
    から径方向に外側に向かって伸張すると共に前記第１の
    外端部で終端するアームとを含んでいる請求項１に記載
    の較正器。
  3. 【請求項３】前記第１の外端部は、円弧エッジで終端す
    る拡大ファン形状のプレートを含んでおり、円弧の中心
    は、環状リングの中心に対応していると共に、前記ヘッ
    ド上に据え付けられた場合には該ヘッドの円筒形軸と一
    致し、前記円弧エッジは、本体に関してヘッドの角位置
    に対応する目盛りスケールをさらに含んでいる請求項２
    に記載の較正器。
  4. 【請求項４】前記アームは、取付穴および心合わせ穴を
    含んでおり、前記リングは、相補取付穴および心合わせ
    穴を有する径方向に伸張する平面壁部を含んでおり、リ
    ングにアームを固定すべくそれぞれの取付穴を通過する
    第１の手段と、リングと径方向に心合わせしてアームを
    保持すべくそれぞれの心合わせ穴を通過且つ該心合わせ
    穴とのプラグはめ合いを形成する第２の手段とをさらに
    含んでいる請求項２に記載の較正器。
  5. 【請求項５】前記リングは、該リングの周縁の周りに径
    方向に間隔を置いて設置されていると共に、前記ヘッド
    上に取り付けられた場合に該ヘッドの間隔を置いて設置
    されたポートと心合わせして配置されるように構成され
    た複数の貫通スロットを含んでいる請求項２に記載の較
    正器。
  6. 【請求項６】前記リングは、該リングを通って径方向に
    伸張する第１のねじ立て貫通穴と、前記第１のねじ立て
    穴内に受容されるように構成されていると共に前記ヘッ
    ド上に前記リングを固定保持するために前記ヘッドの円
    筒形外壁と係合するように構成された端部を有する第１
    のねじ山付き止めねじとをさらに含んでいる請求項２に
    記載の較正器。
  7. 【請求項７】前記第２のアセンブリは、取付ブラケット
    内で終端する内端部を有すると共に前記本体に固定取付
    されるように構成された細長いアームと、前記第２の外
    端部を規定すると共に前記第２の外端部に関して第１の
    外端部の位置を視覚的に読み取るためのインジケータを
    含む対向端部とをさらに含んでいる請求項１に記載の較
    正器。
  8. 【請求項８】径方向に伸張し且つ順次間隔を置いて設置
    された複数のポートを含んでいると共に円筒形断面を有
    し且つ円筒形外壁を含むヘッドと、ヘッドを支持するた
    めの本体と、ヘッド内にあり且つポートと連通する中央
    ワークチャンバと、本体内に担持され且つワークチャン
    バと連通するかみあいピストンとを有し、ヘッドと本体
    とは共通軸を有しており、ヘッドが本体に関して該軸の
    周りで回転可能であるタイプの計量ポンプ内で複数の外
    ポートを均衡させるための較正器であって、 a.前記ヘッドの円筒形外壁にすっぽりはめ込まれるよう
    に寸法が決められた直径を有する環状リングと、該リン
    グから径方向に外側に向かって伸張し且つ円弧エッジで
    終端する拡大ファン形状のプレートを含む第１の外端部
    で終端する細長いアームとを含んでおり、円弧の中心は
    環状リングの中心に対応すると共にヘッド上に据え付け
    られる場合には該ヘッドの円筒形軸と一致し、前記円弧
    エッジは本体に関するヘッドの角位置に対応する目盛り
    スケールをさらに含んでいる第１のアセンブリと、 b.取付ブラケット内で終端する内端部を有すると共に前
    記本体に固定取り付けされるように構成されている細長
    いアームと、インジケータを含む対向外端部とを含んで
    おり、該インジケータは、該インジケータに関して目盛
    りスケールを視覚的に読み取るためのものである第２の
    アセンブリと を含んでいる較正器。
  9. 【請求項９】前記第１のアセンブリのアームは、取付穴
    と、心合わせ穴と、さらにアームをリングに固定するた
    めのそれぞれの取付穴を貫通する第１の手段と、リング
    と径方向に心合わせしてアームを保持すべくそれぞれの
    心合わせ穴を通過すると共に該穴とプラグはめ合いを形
    成する第２の手段とを含んでおり、前記ポンプ本体は、
    突出する取付タブを含んでおり、前記ブラケットは、イ
    ンジケータを前記ポンプのピストンと径方向に心合わせ
    して固定取付するための前記突出取付パッドをすっぽり
    はめ込むように構成されたスロットを含んでいる請求項
    ８に記載の較正器。
  10. 【請求項１０】前記リングは、該リングの周縁の周りに
    径方向に間隔を置いて設置されていると共に前記ヘッド
    上に取付られた場合に該ヘッドの間隔ポートと心合わせ
    して配置されるように構成されている複数の貫通スロッ
    トを含んでいる請求項９に記載の較正器。
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