JP6315783B2 - 自動シール装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部に流路が形成されている流路プレートの表面に設けられた接続用の穴に配管やノズルの端部を、気密をたもって接続する自動シール装置に関するものである。流路プレートとしては、例えば流路がガスクロマトグラフィや液体クロマトグラフィの分析カラムとなっているカラムプレート、流路に反応容器などを含む分析用プレート、電気泳動用マイクロプレートなどが挙げられる。

例えば電気泳動用のマイクロプレートなど、内部に微細流路をもつ流路プレートの表面には、その内部流路に通じる穴が設けられていることが一般的である。かかる流路プレートの内部流路に液体を注入するには、内部流路に通じる表面の穴に液密を保って配管を接続し、高い圧力を掛けて液体を送り込む必要がある。液体の代わりにガスを注入する場合も同様である。

流路プレート表面の穴に対してシール性をもって配管を接続する方法として、配管の先端側にシールパッキンを備えさせ、このシールパッキンをプレートの穴の周囲に強く押し付ける方法が挙げられる（例えば、特許文献１の図５参照。）。シールパッキンとプレートとの間に高いシール性が確保されていないと、シールパッキンとプレートとの間から液漏れが発生したり、液を内部流路に押し込むための圧力が得られなかったりするなどの問題が生じる。

特開２００５−２１４７１０号公報

シールパッキンを強い力でプレート側に押し付けるためには、大きなトルクを発生させる大きなモータが必要となるが、大きなモータを具備させると装置全体が大型化してしまい小型化を図ることが難しい。

そこで、本発明は、大トルクを発生させるモータを使用しなくても、流路プレートの内部流路への配管の接続を高いシール性をもって行なうことができる自動シール装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、内部流路を有するプレートの表面に設けられた内部流路に通じる穴に配管を接続する自動シール装置である。該自動シール装置は、配管の先端がプレートの一表面と対向するように配管を保持し、配管の先端側に、配管先端部の周囲を囲うとともに配管を穴に接続する際に穴の周囲を囲うようにプレートの一表面に接するシール部材が設けられた駆動体と、駆動体をプレートの一表面に対して垂直な方向にのみ移動可能に保持するガイドと、軸方向が駆動体の移動可能方向とは平行でない方向であり、その外周面にネジが設けられているスクリューと、モータを有し、該モータの回転トルクをスクリューに伝えてスクリューをその軸を中心に回転させるスクリュー回転機構と、スクリューの外周面のネジと螺合するネジが内周面に設けられ、スクリューの回転に応じてスクリューの軸方向へ移動する移動部と、移動部と駆動体とを連結し、移動部からの力を増大させて駆動体に伝えるリンク機構と、を備えている。

より具体的な態様として、スクリューの軸方向は駆動体の移動可能方向に対して垂直な方向であり、リンク機構は、一端が駆動体に回転可能に連結され他端が移動部に回転可能に連結され、移動部の移動方向と駆動体の移動方向を含む一平面内で駆動されるリンク部材によって構成されているものを挙げることができる。かかる構成にすれば、装置の構成が簡単になる。

また、駆動体は、リンク機構が連結された駆動体本体、配管先端部及びシール部材を保持するシールホルダー、及び駆動体本体とシールホルダーとを連結し、該駆動体の移動方向に伸縮するように配置された弾性部材を備え、駆動体本体とシールホルダーとは弾性部材の伸縮によって該駆動体の移動方向に相対的に移動するように構成されていることが好ましい。そうすれば、弾性部材の弾性力によってシール部材が過度にプレートに押し付けられることが防止され、シール部材の破損を防ぐことができる。

該自動シール装置の対象となるプレートの一表面に穴と一定の位置関係を有する位置決め用凹部又は位置決め用穴が設けられており、駆動体は、シール部材とプレートの表面とが接近したときに該プレート表面にシール部材が接触する前に位置決め用凹部又は位置決め用穴に嵌め込まれて該プレートに対する配管先端部及びシール部材の位置決めを行なうようにシール部材よりも先端側に突出した位置決めピンを備えていることが好ましい。そうすれば、プレート表面の穴に対するシール部材の位置決めが容易になる。

本発明の自動シール装置では、モータで倍力機構の一種であるスクリューを回転させて移動部をスクリューの軸方向へ移動させ、移動部の移動をさらに別の倍力機構であるリンク機構によって駆動部へ伝達することで、先端にシール部材の設けられた駆動部をプレート表面に対して垂直な方向へ移動させるように構成しているので、大きなトルクを発生させる大きなモータを使用しなくても、プレート表面に強い力でシール部材を押し付けることができ、高いシール性を保ちながら配管をプレート表面の穴に接続することができる。これにより、装置の小型化を図ることができる。

自動シール装置の一実施例を概略的に示す正面部分断面図である。 同実施例を流路プレートとともに示す正面部分断面図である。

図１及び図２を用いて自動シール装置の一実施例について説明する。

この自動シール装置１は、内部流路４ｂが設けられ、その一表面に内部流路４ｂに通じる穴４ａが設けられている流路プレート４に対し、配管７を気密及び液密を保って自動的に接続する装置である。筐体２の下部に流路プレート４を載置するプレート設置部２ａが設けられている。この実施例では、流路プレート４を穴４ａの設けられている表面が上方を向くように配置するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではない。穴４ａの設けられている表面がそれ以外の方向を向くように配置し、シール部材８をその面に対して垂直に押し付けるように構成することもできる。

流路プレート４の穴４ａに対して垂直な方向（鉛直方向）へ移動する駆動体６が設けられている。駆動体６は後述する駆動機構によって鉛直方向へ移動させられる。駆動体６は、流路プレート４の穴４ａに接続すべき配管７の先端部を保持し、その配管７の先端側にシール部材８を備えているシールホルダー１０を備えている。配管７はシールホルダー１０の先端まで通じており、シールホルダー１０の先端部に円筒状のシール部材８が設けられている。シール部材８は流路プレート４の一表面の穴４ａの周囲に押し付けられることによって、穴４ａと配管７との間を気密及び液密を保って接続するものである。シール部材８は、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂からなるものである。

駆動体６は、鉛直方向にのみ移動することができるように、筐体２の側壁内側に設けられたガイド１４によって保持されている。駆動体６本体とシールホルダー１０は鉛直方向に伸縮するコイルバネなどの弾性部材１２によって連結されており、駆動体６本体とシールホルダー１０は鉛直方向に相対的に移動することができるようになっている。これにより、シール部材８が流路プレート４に接している状態でさらに駆動体６が流路プレート４側へ移動しても、弾性部材１２が変形することによってシール部材８が流路プレート４に過度に押し付けられることが防止される。

駆動体６を鉛直方向へ駆動するための駆動機構は、スクリュー２８、スクリュー２８を回転させるスクリュー回転機構１７、スクリュー２８の軸方向（水平方向）へ移動するスライドシャフト３０（移動部）、及びスライドシャフト３０の水平方向への移動を駆動体６の鉛直方向への移動に変換するリンク部材３２（リンク機構）によって構成されている。

スクリュー２８は駆動体６よりも上方の位置において水平に配置されている。スクリュー回転機構１７はモータ１６、プーリ２０，２４、ベルト２２及びスクリューホルダー２６によって構成されている。

スクリュー２８はスクリューホルダー２６によってその一端側が保持されており、スクリュー２８の一端にはプーリ２４が設けられている。スクリューホルダー２６の内側にはスクリュー２８を回転可能に保持するベアリングが設けられている。スクリュー２８よりも下方の位置にモータ取付け部１８が設けられている。モータ１６はその駆動軸を水平にした状態でモータ取付け部１８に取り付けられている。モータ１６の駆動軸にはプーリ２０が装着されており、モータ１６に装着されたプーリ２０とスクリュー２８に装着されたプーリ２４との間にベルト２２が掛けられている。モータ１６が回転するとプーリ２０が回転し、その回転トルクがベルト２２を介してスクリュー２８に伝達され、スクリュー２８がその軸を中心に回転するようになっている。

なお、モータ１６はその駆動軸に装着されたプーリ２０とスクリュー２８に装着されたプーリ２４との間にベルト２２を掛けることができる位置であればいかなる位置に設けられていてもよい。

スクリュー２８の外周面にネジが設けられている。スライドシャフト３０はスクリュー２８に装着されている。スライドシャフト３０は、スクリュー２８の外周面のネジと螺合するネジを内周面３１ａに有するナット３１と一体をなしている。スライドシャフト３０は後述するリンク部材３２によって駆動体６と連結されていることにより、スクリュー２８の回転に伴なった回転動作が抑止されている。これにより、スクリュー２８が回転すると、スライドシャフト３０はその回転に伴なって回転することなく、スクリュー２８の軸方向、すなわち水平方向へ移動する。

駆動体６とスライドシャフト３０はリンク部材３２によって連結されている。スクリュー２８の軸方向をＸ軸方向、鉛直方向をＹ軸方向とすると、リンク部材３２の一端側の連結部３４はリンク部材３２がＸ−Ｙ平面において回転することができるように、スライドシャフト３０に連結されている。リンク部材３２の他端側の連結部３６も同様に、リンク部材３２がＸ−Ｙ平面において回転することができるように、駆動体６に連結されている。リンク部材３２は、連結部３４と３６を結ぶ軸（リンク軸）が鉛直方向に対して角度θをもつように設けられている。駆動体６を下降させるときはθが０°に近づくようにモータ１６を駆動し、駆動体６を上昇させるときはθが大きくなるようにモータ１６を駆動する。

モータ１６の回転によりスクリュー２８が回転するとスライドシャフト３０が水平方向へ移動し、スライドシャフト３０とともにリンク部材３２の一端側の連結部３４が水平方向へ移動する。リンク部材３２の連結部３４と連結部３６との間の距離は変わらないため、連結部３４の水平方向への移動に伴なって連結部３６が鉛直方向へ移動し、駆動体６が鉛直方向へ移動する。

スクリュー２８の回転によってスライドシャフト３０を水平方向へ移動させる機構は倍力機構をなし、スライドシャフト３０の水平方向への移動を駆動体６の垂直方向への移動に変換するリンク機構（リンク部材３２）も倍力機構をなす。これらの倍力機構により、モータ１６の回転トルクは増幅されて駆動体６に伝達され、モータ１６が大きな回転トルクを発生させるモータでなくとも、流路プレート４にシール部材８を強い力で押し付けることができる。

シール部材８を流路プレート４に押し付けたときには、その反作用によって駆動体６に上昇する方向の力が作用し、その力がリンク部材３２を介してスライドシャフト３０を押し戻す方向に作用する。しかし、その力の方向はスクリュー２８の回転方向に対して垂直な方向であるため、駆動体６からの反作用の力によってスクリュー２８が回転することはなく、その力がモータ１６に伝わることはない。したがって、シール部材８を流路プレート４に押し付けた状態のときは、モータ１６を停止させておくことができる。

この実施例では、駆動体６の下端から下方へ突出した位置決めピン３８が設けられている。位置決めピン３８の下端の位置はシール部材８の下端面よりも下方にくるように設定されている。流路プレート４には、穴４ａと一定の位置関係をもつ位置に位置決めピン３８を挿入するための位置決め用凹部４ｃが設けられている。位置決め用凹部４ｃが位置決めピン３８の直下にくるように流路プレート４を位置決めピン３８に対して位置決めする。この位置決めのために、プレート設置部２ａにＸ−Ｙステージを設けることで、自動で位置決めを行なうことができる。位置決めの後、位置決めピン３８を位置決め用凹部４ｃに挿入することによって、シール部材８と穴４ａの互いに位置が正確に位置決めされる。なお、位置決め用凹部４ｃに代わりに流路プレート４を貫通した位置決め用穴を流路プレート４に設け、その位置決め用穴に位置決めピン３８を挿入して位置決めするようにしてもよい。

スクリュー回転機構１７はこの実施例に示されたものに限定されず、モータ１６の回転トルクをギアを介してスクリュー２８に伝達するように構成されたものであってもよい。

１ 自動シール装置
２ 筐体
２ａ プレート設置部
４ 流路プレート
４ａ 穴
４ｂ 内部流路
４ｃ 位置決め用凹部
６ 駆動体
７ 配管
８ シール部材
１０ シールホルダー
１２ 弾性部材
１４ ガイド
１６ モータ
１８ モータ取付け部
２０，２４ プーリ
２６ スクリューホルダー
２８ スクリュー
３０ スライドシャフト
３１ ナット
３１ａ ナット内周面
３２ リンク部材
３４，３６ 連結部
３８ 位置決めピン

Claims (4)

1. 内部流路を有するプレートの表面に設けられた前記内部流路に通じる穴に配管を接続する自動シール装置であって、
   前記配管の先端が前記プレートの前記一表面と対向するように前記配管を保持し、前記配管の先端側に、前記配管先端部の周囲を囲うとともに前記配管を前記穴に接続する際に前記穴の周囲を囲うように前記プレートの前記一表面に接するシール部材が設けられた駆動体と、
   前記駆動体を前記プレートの前記一表面に対して垂直な方向にのみ移動可能に保持するガイドと、
   軸方向が前記駆動体の移動可能方向とは平行でない方向であり、その外周面にネジが設けられているスクリューと、
   モータを有し、該モータの回転トルクを前記スクリューに伝えて前記スクリューをその軸を中心に回転させるスクリュー回転機構と、
   前記スクリューの外周面のネジと螺合するネジが内周面に設けられ、前記スクリューの回転に応じて前記スクリューの軸方向へ移動する移動部と、
   前記移動部と前記駆動体とを連結し、前記移動部からの力を増大させて前記駆動体に伝えるリンク機構と、を備えた自動シール装置。
2. 前記スクリューの軸方向は前記駆動体の移動可能方向に対して垂直な方向であり、
   前記リンク機構は、一端が前記駆動体に回転可能に連結され他端が前記移動部に回転可能に連結され、前記移動部の移動方向と前記駆動体の移動方向を含む一平面内で駆動されるリンク部材により構成されている請求項１に記載の自動シール装置。
3. 前記駆動体は、前記リンク機構が連結された駆動体本体、前記配管先端部及び前記シール部材を保持するシールホルダー、及び前記駆動体本体と前記シールホルダーとを連結し、該駆動体の移動方向に伸縮するように配置された弾性部材を備え、前記駆動体本体と前記シールホルダーとは前記弾性部材の伸縮によって該駆動体の移動方向に相対的に移動するように構成されている請求項１又は２に記載の自動シール装置。
4. 該自動シール装置の対象となるプレートの前記一表面に前記穴と一定の位置関係を有する位置決め用凹部又は位置決め用穴が設けられており、
   前記駆動体は、前記シール部材と前記プレートの表面とが接近したときに該プレート表面に前記シール部材が接触する前に前記位置決め用凹部又は前記位置決め用穴に嵌め込まれて該プレートに対する前記配管先端部及び前記シール部材の位置決めを行なうように前記シール部材よりも先端側に突出した位置決めピンを備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の自動シール装置。

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