JP3215860B2

JP3215860B2 - ピペットの充填及び排出方法並びにピペット

Info

Publication number: JP3215860B2
Application number: JP50793491A
Authority: JP
Inventors: スオヴァニエミ，オスモ; エコールム，ペルッティ
Original assignee: ビオヒトオウイ
Priority date: 1990-05-04
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 2001-10-09
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: EP0527807A1; EP0527807B1; CA2082047A1; FI902267A; FI902267A0; JPH05506612A; DK0527807T3; FI87740B; DE69116689T2; WO1991016974A1; DE69116689D1; FI87740C; US5343769A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、容積的に正確にピペットを充填し、排出す
るための、請求の範囲第１項の前文に規定されている如
き方法に関する。本発明は、さらに、請求の範囲、第４
項の前文に規定されている如きピペットに関する。

当該技術分野においては、プランジャを手動あるいは
電動モータの如き特定の機械的装置を用いて作動させる
ことができるような液体の取扱い、例えば液体移送、希
釈、排出、混合、滴定などのためのピペットが知られて
いる。

電動式の単一又は多重通路のピペットにおいては、問
題点は、例えばステップモータ又は直流モータといった
必要な電動モータのサイズが大きいこと、及びこのモー
タが必要とする電源のサイズが大きいことの結果とし
て、その嵩がかなり大きいことにある。さらに、ピペッ
トは、それを調節し作動させるのに必要とされる電子部
品によって、さらにサイズが大きくなりその構造が複雑
になっている。その上、複雑な電子部品は、無視できな
いほどの機能不良の危険性をもたらす。さらに先行技術
のピペットは、排出精度及び再現性に関する全ての必要
条件を満たしていない。

本発明の目的は、上述の欠点を除去することにある。
特に、本発明の目的は、これまで以上に高い量的精度で
ピペットに充填し、排出するための新しい方法、並びに
設計が単純で、しかも同時に正確でかつ数多くの異なる
使用様式を提案するようなピペットを提供することにあ
る。

本発明の特徴である特性に関しては、請求の範囲の部
分を参照されたい。

本発明の方法においては、シリンダ／プランジャの組
合せにより形成されたシリンダ空間内の圧力を使用し
て、所望の液体量が夫々液体容積内へ又はこの液体容積
から外へと移送される。本発明によって教示されるよう
に、プランジャの行程は、プランジャが移動させられる
に連れて、即ち液体が液体容積内へ又はそこから外へ移
動させられる時点で測定され、プランジャが移動した距
離は輸送された液体の量に正比例し、また、プランジャ
は、この行程が移送すべき予め定められた液体量と一致
した時点で阻止される。プランジャはブレーキ手段を用
いて停止されることが好ましい。

本発明の一実施態様においては、プランジャは、ネジ
付きロッド及び／又はスリーブにより移動させられ、こ
のネジ付き要素の回転を測定する。プランジャはネジ付
きロッド及び／又はスリーブに対して作用するブレーキ
手段により停止され得る。プランジャが移動した距離
は、回転から見い出すことができる。

液体の取扱いのための本発明の手段には、シリンダ容
積；往復動できるようにシリンダ容積内に密接的に差込
まれたプランジャ；シリンダ容積と連通する液体容積；
プランジャを動かすことにより量的に正確に、少なくと
も一部のピペットの液体容積を充填及び排出するために
ピストンを移動させるための作動手段が含まれている。
本発明により教示されているように、ピペットには、プ
ランジャの行程を測定するための測定手段、及び、例え
ば作動手段とそれを介してプランジャの動きを制御する
ための制御手段が含まれている。制御手段は、マイクロ
プロセッサのようなデータ処理ユニットを含んでいてよ
い。作動手段は、所望の充填又は排出量にしたがって量
的に正確に制御ユニットからの制御によりプランジャを
阻止するように配置されたブレーキ手段を含んでいるこ
とが好ましい。

本発明の一実施態様においては、作動手段は、ネジ付
きロッドとスリーブとの組合わせ、及び動力手段を含ん
でいる。この動力手段は、ネジ付きロッドとスリーブと
の組合せのうちの１つの要素を回転させるように配置さ
れていることが好ましく、もう１つの要素はプランジャ
を動かすためにプランジャに連結されている。測定手段
は、ネジ付きロッドとスリーブとの相対的な回転を測定
するように配置されている。この測定手段は、ネジ付き
ロッドとスリーブとの組合わせの回転可能部品の回転を
検出するための検出器を含んでいてよく、この回転に基
づいて、例えば線形可動部分及びプランジャの行程など
が決定される。

本発明の一実施態様においては、ブレーキ手段には、
ネジ付きロッドとスリーブの組合わせの回転可能部品の
周りに周方向に形成された阻止部及び制御手段からの制
御により阻止位置へと移動するように配置された、例え
ば、ラッチタイプの阻止部材が含まれている。

本発明の一実施態様においては、検出器は、ネジ付き
ロッドとスリーブとの組合わせの回転可能部品上に配設
された複数の見当合せ部、及びこれらの見当合せ部を記
録し、ひいてはプランジャの位置を決定するための、単
数及び複数の、例えば、固定型のセンサを含んでいる。
測定手段のセンサは、例えば、光センサ又は磁気センサ
であり、これらによって、回転可能部品の位置、例えば
プランジャなどを直線的に動かすネジ付きロッドとスリ
ーブとの組合わせの部品の行程、移動速度及び／又は加
速度、並びに相応するプランジャの行程、さらには輸送
された液体量を測定及び決定することが可能となる。セ
ンサのためには、そのセンサの種類に応じて様々な種類
の見当合せ部をネジ付きロッドとスリーブとの組合わせ
の回転可能部品上に配設することができ、例えば、様々
な色の斑点又は縞などが考えられ、これらによってセン
サはある一定の与えられた時点における回転可能部品の
回転及びその位置を記録する。

本発明の一実施態様においては、ブレーキ手段の阻止
部は、ネジ付きロッドとスリーブとのアセンブリの回転
可能部品の円周上の切欠きであり、阻止部材は、アクチ
ュエータを用いて１つの切欠き内に押し込まれうる肩部
である。

本発明による方法は、液体量、特に少ない液量の移送
及び／又は排出、あるいは試料採取を、非常に高い精度
でかつ正確に行なわれた１回の動作で実施することがで
きるという利点を有する。

さらに、本発明による手段は、単純な設計、さらには
その結果としての手段の小型化及び信頼性の高い作動と
いった利点を提供するものである。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明について詳
細に記述する。なお図中、図１は、本発明に関するピペットを示し、図２は、図１のピペットの先端部を示し、図３は、図１のピペットの本体部の一部断面図を示
し、図４は、本発明のピペットの構造をブロックダイヤグ
ラムとして示し、図５は、図１のピペットの充填及び排出を図形的に例
示している。

図１に全体として、また図２〜３により詳しく部分的
に示されている本発明のピペットは、先端部２及び先端
部品（図示せず）を有する本体部１を含んでいる。本体
及び先端部は、例えば、図１のネジ接合部によって互い
に接合されている。ピペットは、シリンダ容積（cylind
er volume）３及びシリンダ容積内に密接的に差込まれ
たプランジャ４を含んでいる。差込まれたプランジャ４
を含んでいる。先端部２内の液体通路５及びシリンダ容
積３は、ピペットの液体容積（liquid volume）６を構
成している。

ピペットには、さらに、シリンダ容積３内でプランジ
ャ４を移動させるための作動手段８、９、9a、9b、9c、
及び作動手段とそれを介してプランジャの動きを制御す
るための制御手段13が含まれている。

作動手段は、電動モータ８の如き動力手段及びネジ付
きロッド9aとネジ付きスリーブ9bとのアセンブリ、並び
にブレーキ手段10を含んでいる。例えば、直流モータな
どの電動モータ８の回転シャフト8aは、例えばフリクシ
ョンカップリング11によりネジ付きロッドとスリーブと
のアセンブリ9a、9bの回転可能部品、つまりこの例では
ネジ付きロッド9aと連結されている。このネジ付きロッ
ド9aは軸受12を介して本体部１に支持されている。ネジ
付きロッドとスリーブとのアセンブリの直線上に動く構
成要素、つまりこの例ではネジ付きスリーブ9bは、アセ
ンブリの整合したネジ山9cの作用により、電動モータ８
がアセンブリの回転可能部品9aを回転させた時にネジ付
きロッドの軸方向に動く。アセンブリの直線状に動く部
品、即ちネジ付きスリーブ9bは、プランジャ４を同時に
移動させるべくこれに連結されている。ネジ付きロッド
9aとネジ付きスリーブ9bの動き、そして同時にプランジ
ャ４の動きは、ブレーキ手段10により阻止できる。

ネジ付きロッドとスリーブとのアセンブリの回転可能
部品、つまりこの例ではネジ付きロッド9aには、多数の
半径方向の翼19とその間の切欠き20を有するホイール18
が連結されている。ブレーキ手段10の阻止部は、このホ
イール18の切欠き20で形成されている。ブレーキ手段10
は、さらに、肩部あるいはもう１つのラッチ状の部材で
ある阻止部材21と、阻止部材21をホイール18の切欠き20
内に押し込むことのできるアクチュエータ22を含んでい
る。アクチュエータ22は、例えばソレノイドによる如き
電磁式に作動する手段であり、これによって、阻止部材
21は、ホイール18の動き、さらにはネジ付きロッド9a、
ネジ付きスリーブ9b及びプランジャ４の動きを阻止する
ためのホイールの翼19の間に回転軸に向かって押し込ま
れる。

図４には、この手段のブロックダイヤグラムが示され
ている。制御手段13は、マイクロプロセッサの如きデー
タ処理ユニットを含んでいる。この手段には、さらに、
プランジャ４の位置及び／又は動きを測定するための測
定手段14が備えられている。データ処理ユニットは、中
央ユニットと、作動手段の制御用の命令並びにシリンダ
容積３の断面積などの所望のあらゆる充填及び排出量に
相応する制御信号の形成のための測定手段のパラメータ
及び必要とされる計算命令が記憶されている少なくとも
１つのメモリーユニットとを含んでいる。測定手段14
は、例えば回転角度単位又はフル回転回数でネジ付きロ
ッド9aの回転を検出する検出器を含んでいる。測定手段
14は、同様に、適切な形で測定信号を送信するための手
段も含んでいる。測定手段14、ブレーキ手段10及び電動
モータ８は制御手段13と適切に接合されている。

ピペットは、さらにキーボードの如きデータ入力手段
15、表示装置16及びインタフェイス17を含んでいる。デ
ータ入力手段15は、制御手段13、特にデータ処理ユニッ
トに対してデータ又は命令を供給するのに用いられる。
表示装置16は、入力されたデータ及び／又は実行された
通りの動作などを表示するのに用いられる。インタフェ
イス17は、制御手段、特にデータ処理ユニット13が例え
ばデータ転送又は処理のために液体取扱い手段の外部の
装置に接続されることを可能にする。

測定手段14の検出器は、ネジ付きロッド9aと関連して
配置された多数の見当合せ部、及びこれらの見当合せ部
を監視するための単数又は複数の固定型センサを含んで
いる。図３では、この見当合せ部は、ホイール18を用い
て実施されており、センサは、第１本体部の支持構造上
に備えられた状態で、ホイール18の翼19の先端が構成す
る円の近くに配置された２つの並んだ光センサ23、24か
ら成る。この光センサ23、24は、例えば鏡のような仕上
りを示す支持構造の表面から及びホイール18の暗い翼19
などから交互に反射されている状態で、入射光が変動す
るにつれて、パルス信号を送り出す。同様に、光センサ
23、24に隣接して光源を具備することも可能であり、こ
の光源からの信号が、ホイール18の翼19によってチョッ
ピングされるように配置してもよい。

本発明の手段は、以下の如く作動する。直流モータ８
に供給された電圧は、センサ23、24からのパルス信号の
周波数が、プランジャの所望の初期加速度、及び、その
後、液体容積６内に液体が吸引されているか又は液体容
積６から排出されている時点で目標速度に相応するよう
に、制御手段13を用いてモータ８の制御回路全体にわた
り調整される。測定用信号パルスは制御手段13内で連続
的にカウントされる。このカウントが所望の排出量に相
応するパルス合計数に近づくと、プランジャ４の終結減
速が、例えば、モータ８に供給される電圧を減少させる
ことによって開始される。所望の排出量と一致したパル
ス数に達した時点で、電圧はモータ８から切断され、ブ
レーキ手段10のアクチュエータは、阻止部材21をホイー
ル18の切欠き20内に押し込む指令を受けとる。ホイール
18の翼は、阻止部材21にぶつかり、モーター８は、減速
している際に、フリクションカップリング11を介してホ
イール18の翼19を阻止部材21に対して押圧する。モータ
８が完全に停止した時点で、ネジ付きロッドの摩擦は、
ホイール18の翼19が阻止部材21との接触から外れて回転
することを妨げるであろう。

プランジャ４が移動する距離は、ネジ付きロッド9aの
回転に比例し、したがってこれは測定手段14で測定され
る。この行程は、液体容積６、又はこの容積から移送さ
れた液体の容積量と等価である容積移動に比例する。プ
ランジャ４は、所望の、かつ所定の液体量に相応する移
動距離に達した時点で直ちに停止する。

ネジ付きロッド9aと電動モータ８の結合は、フリクシ
ョンカップリング11を用いて実施されることが好まし
い。この結合は、ブレーキ手段によってひき起こされた
停止後、モータ８の回転エネルギーを吸収することがで
きる。停止するモータとフリクションカップリングの併
合作用によって、ホイールの翼は、再現可能な形で、阻
止部材に当たった状態にとどまる。ホイールが停止する
角度は、正確に規定され、プランジャが停止する点は、
ロッドとスリーブ上のネジ山のピッチによって決定され
るステップダウンにしたがってさらに正確に規定され
る。

液体排出工程において、モーター８は同様の原理にし
たがって反対方向に作動する。単一の排出において、ま
た順次排出の最終段階においては、液体容積６からの液
体の完全な除去が確実に行なわれうるように、プランジ
ャの動きは、吸込み段階においてそれが開始した点を通
過してさらに続く（二次的動作）。停止は、すでに記述
したブレーキ手段を用いるか、あるいは動作の基準点が
作動中にずれることがないようにすることのできる機械
的制限ストッパを用いて達成できる。二次的動作の完了
時点で、プランジャは、ブレーキ手段を用いてその初期
位置まで戻る。順次排出（充填された液体量がいくつか
のより少量の部分に分けて排出される場合）において
は、部分的用量の排出は阻止部材を用いて終結される。
こうして、液体の流れは正確かつ再現可能な形で終了す
る。

ピペット内では、好ましくは２つの光センサ23及び24
が用いられ、これらは周方向に並んで配置されている。
このような場合、これらのセンサが供給する情報は、ホ
イールの回転速度を決定するのを可能にするだけでな
く、ホイールの回転方向の決定をも可能にする。センサ
23、24から得た情報は、所望の回転速度を達成し、しか
も負荷とは独立してこれを維持するため、モータの供給
電圧を調整するのに利用することができる。このような
制御は、例えば、このチョッピングに合わせてモータ速
度が変化できず、その代りに平均電圧に適合するよう
に、電圧を直接変化させるか又はきわめて速いペースで
電圧を中断することによって達成できる。さらに、液体
移送中のプランジャの速度曲線は、初期加速、定速及び
終結減速を含め、最適に設定することができる。

図５には、本発明によるピペットの基本的う作動様式
が図式的に示されている。加速段階A1中の吸引で、吸込
み速度は一定のレベルB1まで加速され、このレベルは所
望の吸引量であるＣ近くまで維持される。Ｃにおいて、
モータの減速が開始され、所望の吸引量に達した時点
で、吸込みはD1でブレーキ手段によって停止させられ
る。同様にして、液体排出は、所望の一定の排出レベル
Ｂまで加速段階Ａで始まり、このレベルＢは終点Ｃ近く
まで維持される。この段階でモータの減速が始まり、こ
れは時点Ｏで終結する。所望するならば、二次的段階
は、排出プロセスにおいて、モータの加速、均等な排出
段階及び最終的減速並びに終結が結びつけられるような
作業に付加することが可能である（図５ではＯレベルの
右に）。充填作業においては、同様にまず加速段階があ
り、次に均等な吸込み段階があり、これは制動による減
速と終結で終わる。

終結減速は、ピストンが均等な速度で動く場合でも、
ピペットの先端部のテーパ形状に起因して、先端から排
出される液体速度が終端部に向かって非常に高いレベル
にまで上昇し、この高い速度の故に、幾分かの液体が液
体容積６の内面に残る可能性がある、との理由に役に立
つものである。

急激な停止によりひき起こされる強力な減速の結果と
して、いかなる液滴もその外表面に付着することなく、
先端部のちょうど端部で液体容積６から排出する液柱の
あざやかで再現可能な破断がもたらされる。

以上では、本発明について添付図面を用いて例を挙げ
て記述してきたが、請求の範囲により限定されている発
明力ある着想の範囲内で本発明の異なる実施態様も実施
可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−193549（ＪＰ，Ａ) 米国特許3915651（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01L 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータ（８）とネジ付きロッド（9a）
とネジ付きスリーブ（9b）とで構成される作動手段を用
いてシリンダ容積（３）内でプランジャ（４）を動かす
ことにより、吸引段階ではピペットの液体容積（６）内
に所望量の液体を移送し、また排出段階ではそこから外
へ移送し、前記プランジャ（４）が移動した距離は、プ
ランジャ（４）が移動させられるに連れて測定されてお
り、所望の移送液体量に相応する行程に達した時点でプ
ランジャ（４）が阻止される方法において、吸引段階で
は、吸込み速度は、一定レベル（B1）まで加速（A1）さ
れ、このレベルは、所望の吸引量近く（Ｃ）まで維持さ
れ；その後、モータ（８）の減速が開始し；所望の吸引
量に達した時点で、吸込みはブレーキ手段を用いて止め
られ（D1）；排出段階では、液体の排出は所望の一定の
排出レベル（Ｂ）まで加速段階（Ａ）で始まり、このレ
ベルは終点近く（Ｃ）まで維持され、ここでモータ
（８）の減速が開始され、最終点で終結させられること
を特徴とする高い容積精度を伴うピペットの充填及び排
出方法。
【請求項２】排出段階は、モータ（８）の加速、均質な
排出段階、そして最終的に減速及び動きの終結が組合わ
さったものであることを特徴とする請求の範囲第１項に
記載の方法。
【請求項３】請求項１記載の方法を実施するためのピペ
ットにおいて、シリンダ容積（３）；往復動可能にシリ
ンダ容積内に密接的に差込まれたプランジャ（４）；シ
リンダ容積を含む液体容積（６）；シリンダ容積内でプ
ランジャを移動させてプランジャを移動させることによ
って量的に正確にピペットを充填及び排出するために、
ネジ付きロッド（9a）とネジ付きスリーブ（9b）のアセ
ンブリ及びこのネジ付きロッドとネジ付きスリーブを相
対的に回転させるべく配置されている動力手段を含み、
このロッドとスリーブのうちの少なくとも１つはこのロ
ッドによりプランジャを移動させるためプランジャに連
結されているような電動モータ（８）とネジ付きロッド
（9a）とネジ付きスリーブ（9b）とで構成される作動手
段；ネジ付きロッドとネジ付きスリーブの相対的回転を
測定し、かくしてこの回転に基づいてプランジャが移動
した距離が決定されるようになっており、センサ（23、
24）並びにネジ付きロッドとスリーブの回転に基づいて
プランジャの位置を決定するためネジ付きロッド（9a）
とネジ付きスリーブ（9b）のアセンブリの回転可能な部
品に配置された見当合せ部を含む測定手段（14）；プラ
ンジャの動きを制御するための制御手段（13）；及び制
御手段（13）による制御の下でプランジャを阻止するよ
う配置されたブレーキ手段（10）を含むピペットにおい
て、前記ブレーキ手段（10）は、ネジ付きロッド（9a）
とスリーブ（9b）とのアセンブリの回転可能な構成要素
の周りに周方向に配置された阻止部及び制御手段による
制御の下で阻止部内に移動するように配置された阻止部
材（21）を含むことを特徴とするピペット。
【請求項４】前記ブレーキ手段の阻止部は、ネジ付きロ
ッド（9a）とネジ付きスリーブ（9b）とのアセンブリの
回転部品の円周に形成された切欠き（20）であり、阻止
部材（21）は、アクチュエータ（22）で切欠き（20）内
に押し込むことのできる肩部であることを特徴とする請
求の範囲第３項に記載のピペット。
【請求項５】ネジ付きロッド（9a）とネジ付きスリーブ
（9b）とのアセンブリの回転可能部品には、多数の半径
方向の翼（19）とその間の切欠き（20）を有するホイー
ル（18）が連結されており；ブレーキ手段（10）の阻止
部は、このホイールの切欠き（20）で形成されており；
そして、ブレーキ手段には、ラッチ状の部材である阻止
部材（21）、及びこの阻止部材をホイールの切欠き内に
押し込むことができるようにするアクチュエータ（22）
が含まれていることを特徴とする請求の範囲第３項に記
載のピペット。
【請求項６】アクチュエータ（22）は、ソレノイドを用
いて電磁的に作動する手段であり、これを用いてホイー
ルの動き、さらにはネジ付きロッド（9a）、ネジ付きス
リーブ（9b）及びプランジャ（４）の動きを阻止するた
めに、ホイールの翼（19）の間に阻止部材（21）を押し
込むことができることを特徴とする請求の範囲第５項に
記載のピペット。
【請求項７】ネジ付きロッド（9a）は回転し、ネジ付き
スリーブ（9b）は回転しないことを特徴とする請求の範
囲第３乃至第６項のいずれか１項に記載のピペット。
【請求項８】ピペットが周辺方向に並んで配置された２
つの光センサ（23、24）を含んでいることを特徴とする
請求の範囲第３項乃至第７項のいずれか１項に記載のピ
ペット。