JPH0510274A

JPH0510274A - 計量型ポンプのピストン回転速度を制御する方法及びシステム

Info

Publication number: JPH0510274A
Application number: JP4051644A
Authority: JP
Inventors: Randall E Youngs; ランドール・アール・ヤングス; Guillermo P Pardinas; ガリエルモ・ピー・パルデイナス
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-01-19
Also published as: CA2062411A1; EP0522236A1; US5120199A

Abstract

(57)【要約】【目的】計量型ポンプのピストンに連続して形成された
複数の出口ポートから流体の微小容量を正確に計量分配
し、かつ、ピストンの作動室における圧力差に関係な
く、複数の出口ポートから排出される流体のバランスを
とる。【構成】計量型ポンプの回転ピストンがポンプの入口ポ
ートから第１出口ポート、第２出口ポート、更に入口ポ
ートへと順次サイクルを繰り返す時、回転ピストンの回
転速度を制御する。ピストンの角度位置をモニターし、
ピストンの選択された回転角度への移動に応答して信号
が発生し、更に、ポンプサイクルを生じさせるイネーブ
ル信号が発生する。このイネーブル信号に応答して、ポ
ンプピストンは第１方向に第１制御速度で回転する。
又、モニター信号に応答して、第２制御信号が発生し、
ピストンの回転速度を第２制御速度に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体を容量的に正確に
排出する弁のない計量型ポンプの制御システムに関し、
特に、検定において試薬を正確に排出する微小流体ポン
プの電子制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明はG.Pardinasにより1991年1月31
日に出願された「往復及び回転運動をするピストンを備
えた弁のない計量型ポンプ」と題する米国特許出願No.07
/648,242に関するものであり、この出願は本願と同一譲
受人に譲渡されている。

【０００３】肝炎、梅毒、ＨＩＶビールスのような伝染
病が血清中にあるかどうかを調べるために検定法が広く
利用されていることはよく知られている。一般的には、
生物学的サンプルのある容量を正確にテスト容器に入れ
た後、試薬をそれに加え、自動化された分析器を使用し
て、免疫学的検定が行われる。一般に、試薬は容量的に
正確にテスト地点に送られる。各サンプルの試薬容量は
５０−１００マイクロリットルの範囲で、±０．５マイ
クロリットル以内の精度で、かつ１％以下の変動率で計
量分配する必要がある。

【０００４】一般的には、各ポンプから特定の試薬が１
カ所もしくは複数カ所のテスト地点に送られる。これま
では、試薬のある地点から別の地点への流れを制御する
ために、弁機構が使用されていた。

【０００５】最近では、流体を安全かつ正確に取り扱う
必要がある場合、弁のない計量型容積ポンプが採用さ
れ、好結果が得られている。弁がない場合のポンプ作用
は、作動室内のピストンの回転及び往復運動が同時に行
われることにより達成されている。作動室とピストンを
備えるピストンヘッドは、回転駆動されると旋回するよ
うに設計されている。角度変化によりストロークが制御
され、その結果、流量が制御される。この種のポンプ
は、ガス状及び液状流体を正確に移送するのに有効であ
る。

【０００６】弁のない容積型ポンプの一例は米国特許N
o.4,008,003に開示されている。このポンプのシリンダ
には一対の作動室が形成されており、各作動室は入口及
び出口ポートと連通している。G.Pardinas、R.W.Jaekel
及びD.Pinkertonにより1990年1月10日に出願された「複
数のポートより排出可能なポンプ」と題する米国特許出
願No.07/436,260には、ピストンストロークを制御する
ために可倒式ハウジングを使用した弁のない計量型ポン
プの別の例が開示されている。

【０００７】検定のために特に設計され、試験容器に流
体の容量を正確に排出する弁のない計量型ポンプは「往
復及び回転運動をするピストンを備えた弁のない計量型
ポンプ」と題する上記した米国特許出願No.07/648,242に
開示されている。この計量型ポンプにより、検定におい
て流体試薬をテストサンプルに正確に排出するのに特に
適した信頼性のある流体排出システムが可能となる。こ
のポンプの設計においては、可動部材の数量を最小限に
抑えており、弁のない可撓性構造で、組み立てが容易
で、公差累積の問題が極力発生しないように考慮されて
いる。このポンプは更に、広い範囲の試薬に適合するも
のであり、各ポートあたり５０−１００マイクロリット
ルの容量の流体を分配することができるとともに、±
０．５マイクロリットル以内で、かつ１％以下の変動率
という精度である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】試薬を送るポンプシス
テムには高い精度が要求されるので、弁機構を採用した
場合、薬滴サイズ、出口ポートの端部における半月部の
状態、弁の移動による圧力変動等全て考慮に入れ、テス
トサンプルの精度を維持する必要がある。例えば、検定
法で処理される流体の場合、弁をある位置から別の位置
にシフトする際の微妙なポンプの動作は極めて重要な意
味を持っている。又、試薬と接触するポンプ要素はテト
ラフルオロプラスチック及び／又はセラミック等のよう
な不活性材料で構成する必要もあり、ポンプシステムは
非常に高価で複雑な設計が要求されていた。しかしなが
ら、設計が複雑になればなるほど、その製作及び組み立
てにエラーが発生し易く、従って、累積公差の影響を最
小限に抑えるため、厳しい誤差許容度が要求されること
となり、更にコストが増大する要因となっていた。更
に、より複雑なシステムはそれに相応する数量の可動部
材を必要とし、故障あるいは維持費の増大を招いてい
た。

【０００９】又、検定においては、容量的に正確に流体
を計量分配する必要があるが、米国特許No.4,008,003に
開示されているポンプは、流体の正確な測定には適して
いない。ピストンストロークは容易には調節できず、ポ
ートの角度変位は簡単には測定できない。

【００１０】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであり、複数の連続して形成
された出口ポートから流体の微小容量を正確に計量分配
する弁のない計量型容積ポンプを制御するシステムを提
供することを目的としている。

【００１１】本発明の別の目的は、排出される流体が各
出口ポートに接触している時に発生するピストンの作動
室における圧力差に関係なく、複数の出口ポートから排
出される流体のバランスをとることができる弁のない計
量型容積ポンプを制御するシステムを提供することであ
る。

【００１２】本発明の更に別の目的は、必要に応じ、流
体の出口ポートを浄化するために、ポンプを正転あるい
は逆転駆動する手段を有する弁のない計量型容積ポンプ
を制御するシステムを提供することである。

【００１３】本発明のもう一つの目的は、弁のない計量
型容積ポンプの制御回路と関連して、据え付けの前ある
いは故障修理の際、ポンプをサイクル駆動し調節するこ
とができるテスト回路を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の計量型ポンプのピストン回転速度を制御す
る方法は、（ａ）ピストンを回転させるためのイネーブ
ル信号を発生させ、（ｂ）選択された遅延時間経過後、
イネーブル信号に応答して第１制御信号を発生させてピ
ストンを第１制御速度で回転させ、（ｃ）選択されたピ
ストンの回転角度位置に応答して第２制御信号を発生さ
せ、ピストンを第２制御速度で回転させることを特徴と
する。

【００１５】好ましくは、回転ピストンの角度位置をモ
ニターし、選択されモニターされた角度位置まで回転す
るピストンに応答して第２制御信号を発生させた方がよ
い。

【００１６】更に、通常は正転しているピストンを逆転
させる逆転信号を選択的に発生させることもできる。こ
の場合、逆転信号がある時には第２制御信号の発生を阻
止するようにした方が好ましい。

【００１７】又、本発明のシステムは、計量型ポンプの
回転ピストンがポンプの入口ポートから第１出口ポー
ト、第２出口ポート、更に入口ポートへと順次サイクル
を繰り返す時、回転ピストンの回転速度を制御するもの
であり、ピストンの角度位置をモニターし、ピストンの
選択された回転角度への移動に応答して信号を発生させ
るモニター手段と、ポンプサイクルを生じさせるイネー
ブル信号を発生する手段と、イネーブル信号に応答し
て、ポンプのピストンを第１方向に第１制御速度で駆動
し回転させる駆動手段と、モニター信号に応答し、ピス
トンの回転速度を第２制御速度に変更するために第２制
御信号を発生させる速度制御手段を備えたことを特徴と
している。

【００１８】好ましくは、駆動手段と関連し、ピストン
の回転方向を逆転するための信号を選択的に発生させる
手段を更に設けた方がよい。

【００１９】速度制御手段は、イネーブル信号に応答し
て作動信号を発生させる第１手段と、モニター信号に応
答して変更信号を発生させる位置制御モジュールと、作
動信号に応答して第１制御信号を発生する制御信号発生
器を備え、制御信号発生器は変更信号に応答して第２制
御信号を発生させるるように構成することもできる。

【００２０】

【作用】ポンプの方向と速度は、サイクルにおけるピス
トンの位置に応じて制御され、流体は複数の出口ポート
の各々から正確に制御分配される。

【００２１】テスト位置に送られる流体の容量は、連続
して形成された出口ポートから排出される時の流体の圧
力差の影響を受けることが分かっており、本発明におい
ては、ポンプサイクルが完了する時のポンプの速度を増
減することにより、圧力差による流体容量の精度の低下
が防止され、流体がポンプにより複数の出口ポートを介
して排出される時、その容量が一定に維持される。

【００２２】特に、出口ポートからの流体流量が、往復
及び回転運動するピストンの速度変化により増減される
場合、ポンプサイクルにおける予め選択された位置はモ
ニター手段により特定される。ピストンが第１出口ポー
トから第２出口ポートへと移動する時、制御回路はピス
トンの速度を増加するように作動し、流体が第１出口ポ
ートからまず排出されたことに起因する作動室内の圧力
差に関係無く、第２出口ポートを介して流体流量は増加
する。

【００２３】ポンプは、当初休止状態にあり、速度ゼロ
から第１作動速度まで加速する。一般に、ピストンが第
１出口ポートと連通する前、あるいは、その時までは、
ポンプは第１作動速度で作動する。ピストンが連続した
出口ポートの次のポートに連通した時にポンプの速度を
第２レベルに変更する第２信号が発生するまで、ポンプ
は第１作動速度で作動し続ける。サイクルが完了するま
で、ポンプはこの第２速度で作動し、その後、ポンプを
休止状態に戻す信号が発生する。

【００２４】このようにして、ポンプの作動室内の圧力
差に関係なく、第１及び第２の両出口ポートから排出さ
れた流体はバランスする。

【００２５】ピストンに逆の動作を行わせた場合、二つ
の出口ポートにおける排出制御及び排出バランスととも
に、必要に応じ、ポートと関連したラインの浄化をする
ことができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。本発明は流体の所定量を正確に排出
する弁のない計量型ポンプを作動させる制御システムに
関し、検定において試薬を正確に計量分配する微小容量
の流体用ポンプを制御するのに特に好適である。本発明
と関連した弁のないポンプは、例えばG.Pardinasにより
1991年1月31日に出願された「往復及び回転運動をするピ
ストンを備えた弁のない計量型ポンプ」と題する米国特
許出願No.07/648,242に開示されており、この発明は本
願の譲受人であるAbbott Laboratories,Inc.に譲渡さ
れ、参考のため本願にも記載されている。

【００２７】図１に示されているように、指数速度コン
トローラ１０は、ポンプの出口ポート（図示せず）に対
する往復運動するポンプピストン（図示せず）の位置に
応答し、プログラムされた位置、圧力、容量の基準値に
基づいて出口ポートを介した流体の流れをバランスさせ
るために、ポンプモータ（図示せず）の速度を増減す
る。例えば、本発明の制御システムを、前記米国出願N
o.07/648,242のポンプ及びモータシステムと共に使用す
ると、モータはプログラムされ、図６のタイミングチャ
ートに示されるように作動する。ポンプサイクルと速度
は特定の適用状態に応じ適宜選択できることは当業者に
は容易に理解できるところである。

【００２８】図１より明らかなように、制御回路は位置
センサ１２と接続された指数速度コントローラ１０とコ
ンピュータインタフェース１４を備えている。コンピュ
ータからのサイクルスタート及び方向信号はライン１
５、コンピュータインタフェース１４を介して制御シス
テムに入力される。センサ１２からのポンプ位置信号は
ライン１３を介してインタフェース１４に入力され、更
にインタフェース１４、ライン１６を介してコンピュー
タに入力される。制御システムは、コンピュータからラ
イン１５を介してスタート信号を入力することにより作
動する。スタート信号に応答して、イネーブル（ENABL
E)信号がライン１８に発生し、モータコントローラ２
０、発振器２２、指数速度コントローラ１０に入力され
る。この時、ポンプシステムはそのサイクルのスタート
地点に位置し、ポンプの入口ポートと連通するととも
に、モータはその初期速度で作動する。

【００２９】図６に示されるように、図１のライン１５
のスタート信号は、時間Ｔ０において、コンピュータ
（図示せず）からインタフェース１４に入力される。こ
の時、ライン１８の電圧レベルはLOW又は"disable"から
HIGH又は"enable"にシフトされる。この信号はモータコ
ントローラ２０と指数速度コントローラ１０に入力され
る。モータコントローラはライン３０に信号を発生し、
この信号により、モータドライバ２８はモータを駆動す
るための駆動信号をライン２９に発生する。ライン１８
の信号は電圧制御発振器２２にも入力される。この時、
指数速度コントローラ１０からライン２４を介して送ら
れた信号により、発振器の出力周波数は不能（ディスエ
ーブル）初期電圧状態から第１イネーブル状態に増大
し、ライン２６を介してモータコントローラ２０に入力
される。発振器周波数信号とともにイネーブル信号が存
在することにより、ライン２９の駆動信号は、一般にピ
ストンが第１出口ポートと連通する前の時間Ｔ１までに
ポンプモータをゼロからその第１作動速度まで増速させ
る。センサ１２がポンプサイクルのある点に達したこと
を示すHIGH信号を時間Ｔ２においてライン１３に出力す
るまで、モータはこの第１速度で作動し続ける。その結
果、コントローラ１０のライン２４の出力が変わって、
発振器のライン２６の周波数が第２イネーブル状態まで
増大し、これによりモータ駆動信号が変わり、モータの
速度を第２作動速度まで増速させる。ライン１２のセン
サ信号が時間Ｔ３においてサイクルの完了を示すLOWに
戻るまで、モータはこの速度で作動し続ける。サイクル
の完了時、ライン１５の信号はイネーブルからディスエ
ーブルに落ち、システムを不能状態に戻す。時間Ｔ４に
おいて、更に時間Ｔ０からのサイクルが繰り返される。

【００３０】本発明においては、ハイブリッドパルスモ
ータが使用され、速度制御はモータの整相に依存してい
る。モータの位相速度制御信号はライン３０に発生し、
モータドライバ回路２８と限流回路３１に入力される。
モータドライバ２８はライン３０のモータ位相信号に応
答し、ライン２９に出力信号を発生する。この出力信号
はモータの実速度を制御する。限流回路３１はモータコ
ントローラの出力とライン３２のモータドライバの応答
をモニターし、相関するフィードバック信号をライン３
４に発生する。

【００３１】好適具体例で使用されたモータは、適当な
形式の２相パルスモータであり、例えば、1.8°／ステ
ップのモデルPH264-E15である。モータのピーク電流は
低速度における共振を減少するように変動する。好適具
体例においては、電流は0.5アンペア／位相に制限され
ている。２相がON（フルステップ）の時、電流は0.37ア
ンペア／位相に減少する。イネーブル信号を受けると、
モータの初期速度は1200ステップ／秒となる。もちろ
ん、電流レベルと速度は任意であり、場合に応じて選択
すればよい。好適具体例においては、異なる３位置が綿
密にモニターされる。ポンプのこの位置は、センサ１２
によってモニターされるポンプピストンの次の位置に対
応する。

【００３２】１．入口ポートに連通し始めるピストンの
前縁（これは一般に図６の時間Ｔ１に対応する）２．入口ポートを離れるピストンの後縁（これは一般に
図６の時間Ｔ２に対応する）３．第１出口ポートを離れるピストンの後縁と、これと
一般に同時でサイクルの終わりにおける第２出口ポート
に連通し始めるピストンの前縁（これは一般に図６の時
間Ｔ３に対応する）

【００３３】この異なる３位置はモニターされ、ライン
１３の応答信号はインタフェース１４、ライン１６を介
してコンピュータに入力されるとともに、指数速度コン
トローラ１０にも入力される。その結果、サイクルの各
点におけるモータ速度が変化し、互いに離間した出口ポ
ートを介してポンプから流出する流体の流れがバランス
する。このポートは連続して位置しているので、ピスト
ンヘッドが各ポート領域を通過するにつれて、作動室の
容量と圧力が変動する。ピストンの速度を変えることに
より、容量及び圧力差は補償され、各出口ポートから排
出される流体がバランスする。

【００３４】本発明にかかる指数速度制御回路１０は本
発明のモータ制御回路の主要な構成要素である。好適具
体例においては、指数速度制御回路は、図２に示すよう
に３個の基本的な構成要素からなる。イネーブル回路３
５はライン１８のイネーブル信号に応答する。位置制御
回路４０はライン１３に発生するセンサ信号に応答す
る。イネーブル回路及び位置制御回路はともに、ランプ
あるいは電圧発生器３６を駆動するよう作動し、ライン
２４に出力信号を発生する。この信号はポンプの位置と
相互に関係している。ライン１８のイネーブル信号は、
ライン３８を介して電圧発生器３６と直接接続されたイ
ネーブル回路３５に入力される。位置センサ１２はポン
プと関連して、ピストンの回転位置をモニターするとと
もに、ライン１３を介して位置制御回路４０と直接接続
されている。位置制御回路４０は、センサ１２によって
モニターされたポンプピストンの位置に応答してライン
３９に出力信号を選択的に発生する。ライン３９の信号
は電圧発生器３６に入力される。

【００３５】作動時、イネーブル信号がまずライン１８
に発生し、イネーブル回路３５に入力されると、電圧発
生器はそのピーク電圧状態をむかえる。この電圧は指数
速度コントローラによりライン２４を介して出力され、
発振回路２２に入力される。発振回路の出力は、ライン
２４の信号の電圧で制御され、ライン２６に制御された
周波数信号を発生する。この信号はモータを駆動するた
めライン２４の電圧レベルにより決定される。

【００３６】ライン１８のイネーブル信号がイネーブル
回路に入力されると、イネーブル回路が作動するととも
に、電圧発生器３６が作動する。その結果、ライン２４
に第１の制御された電圧レベル信号が発生し始める。こ
の信号は発振回路２２に入力され、発振回路はライン２
６に以前とは異なる周波数出力信号を発生し、モータ速
度を変える。ここで、モータは増速され、ピストンがセ
ンサ１２によってモニターされた所定位置に到達するま
で、第１の制御速度で作動する。ピストンがポンプサイ
クルにおける所定位置に到達すると、センサ信号がライ
ン１３に発生し、指数速度コントローラの位置制御回路
４０に入力される。ライン１３に信号が発生すると、回
路４０が作動し、ライン３９に出力信号を発生する。こ
の信号は電圧発生器３６に入力される。ライン３９の信
号は発生器３６の出力の電圧レベルを変え、ライン２４
に第２の制御された電圧レベル信号を発生する。この信
号は発振回路２２に入力される。その結果、ライン２６
の発振回路２２の出力信号の周波数が変化し、モータ速
度が第２の制御速度に切り替わる。

【００３７】ライン１３に信号があるかぎり、モータは
第２制御速度で作動し続ける。ライン１３から信号がな
くなると、イネーブル回路３５からのライン３８の信号
に従って、モータは第１制御速度に復帰し、この速度で
作動する。この状態は、ポンプシステムがセンサ１２に
よってモニターされたサイクルの第２所定位置を通過す
る時に発生する。イネーブル信号がライン１８にあり、
ライン１３に信号がなければ、モータは第１制御速度で
作動し続ける。好適具体例においては、図６に示される
ように、イネーブル信号とライン１３の信号は同時に”
Ｌ”となり、モータは第２速度からゼロに減速する。サ
イクルの終わりに、ライン１８のイネーブル信号は消滅
し、モータは停止する。次の新しいサイクルが始まる
と、このシーケンスは繰り返される。

【００３８】本発明にかかる制御システムの回路の詳細
は図３乃至図５に図示されている。図面全体を通して付
したピン番号はこの業界で一般的に使用されており、そ
の部材は各メーカーが供給しうるものである。図示され
ているように、コネクタＪ１（図４）は電源を制御シス
テムに接続するために使用されている。コネクタＪ１の
ピン１は、＋５ＶのＤＣ電源に接続されるとともに、１
００マイクロファラッドのデカプラ（decoupler)コンデ
ンサＣ３２を介して制御システムのアース６０にも接続
されており、ピン２を介して復帰ラインに接続されてい
る。＋５ＶのＤＣ電源は図示されていないが、コネクタ
Ｊ１のピン１を介して５Ｖの電源に接続されている。モ
ータドライバＵＡ１（図５）のピン４を介してポンプモ
ータを駆動するための２４Ｖ電源はコネクタＪ１のピン
３を介して供給され、１００マイクロファラッドのデカ
プラコンデンサＣ３１を介してポンプアース４９に、ピ
ン４を介して復帰ラインに接続されている。

【００３９】コネクタＪ２は光学インタフェース回路１
４をコンピュータあるいは他のプログラマ(図示せず)と
接続している。好適具体例においては、スタート信号が
コンピュータからコネクタＪ２に入力され、ピン２に発
生する。又、リターン（ＲＴＮ）信号はピン１に、リバ
ース（ＲＥＶ）信号はピン３にそれぞれ発生する。セン
サ１２がライン１３に発生した信号はインタフェース１
４に入力されるとともに、コネクタＪ２のピン５を介し
てコンピュータに入力される。好適具体例においては、
＋５ＶのＤＣ電源信号がコネクタＪ２のピン４に発生
し、１キロオームの抵抗Ｒ５を介してピン５に発生する
センサ信号をプルアップする。

【００４０】コネクタＪ２のピン２、３に現れるコンピ
ュータが発生した信号は、例えば図示されているような
一般的なインタフェース４Ｎ３３のような光学的集積イ
ンタフェース回路チップあるいはモジュールＵ１、Ｕ２
にそれぞれ入力される。図３に示されるように、ピン２
のスタート信号は２７０オームの限流抵抗Ｒ１を介して
インタフェースチップＵ１のピン１に導かれている。一
方、ピン３のリバース信号は２７０オームの限流抵抗Ｒ
３を介して４Ｎ３３インタフェースチップＵ２のピン１
に導かれている。インタフェースチップＵ１、Ｕ２の各
入力側にはピン１と２の間にダイオード型の要素５２が
設けられており、信号はピン１からダイオード５２、ピ
ン２を介して独立アース５０に流れる。独立アース端子
５０はインタフェースチップＵ１、Ｕ２の出力側の制御
回路の残りのものとは電気的に断路されている。

【００４１】スタート信号用回路を特に参照することに
より分かることは、チップＵ１のピン１にスタート信号
があれば、ダイオード要素５２を介して光学的に独立し
たトランジスタ５３を駆動するための信号が発生すると
いうことである。又、チップＵ１のピン５には出力信号
が発生する。ピン４はシステムアース６０に接続されて
おり、このアースは図示されているように制御回路の共
通アースである。インタフェースＵ１のピン５に発生す
る出力信号は、入力ピン２から７４ＬＳ００バッファＵ
４に入力され、ピン３及びライン６１に出力信号を発生
する。図示されているように、５ＶのＤＣ電源がバッフ
ァＵ４の入力ピン１に接続されている。モジュール４１
のピン５は１０００オームのプルアップ抵抗Ｒ２を介し
て５ＶのＤＣ電源に接続されている。

【００４２】リバース信号はコネクタＪ２のピン３から
２７０オームの限流抵抗Ｒ３を介して４Ｎ３３インタフ
ェースチップＵ２のピン１に入力されている。リバース
信号がコネクタＪ２のピン３に存在すれば、スタート信
号がバッファのピン３に発生するのと同様に、７４ＬＳ
００バッファＵ４のピン６とライン７２に出力信号が発
生する。

【００４３】インタフェース回路１４は更に、センサ１
２によってライン１３に発生したセンサ信号をコンピュ
ータに入力するための４Ｎ３３光学インタフェースチッ
プＵ３を備えている。ライン１３の信号は４７０オーム
の限流抵抗Ｒ６を介してインタフェースチップＵ３のピ
ン２に入力される。＋５ＶのＤＣ電源は４.７キロオー
ムの抵抗Ｒ１３を介して供給され、ピン２の信号をプル
アップし、信号をＯＦＦ状態にバイアスする。図示され
ているように、５Ｖ電源はチップＵ３のピン１にも供給
されている。ライン１３、従って、インタフェースチッ
プＵ３のピン２に信号があれば、出力信号がインタフェ
ースチップのピン５に発生し、コンピュータにセンサ信
号を供給するためにコネクタＪ２のピン５に入力され
る。チップＵ３はチップＵ１、Ｕ２と同様に作動する。

【００４４】図３及び図４に示されるように、バッファ
Ｕ４のピン３とライン６１に発生した信号はジャンパＪ
ＭＰ１のピン３に送信され、このピンは、作動モードに
おいて、ライン６２にイネーブル信号を発生するために
ジャンパＪＭＰ１のピン２と接続される。ライン６２は
ジャンパＪＭＰ１のピン１、２を介してライン１８と接
続されている。ライン１８のイネーブル信号はＮＥ５５
５発振器ＵＡ３のピン４に入力されるとともに、４.７
キロオームの限流抵抗ＲＡ１４を介して電圧変調器３４
のトランジスタＱＡ２にも入力されている。ライン１８
のイネーブル信号は更に、Ｌ２９７モータ制御チップＵ
Ａ２（図５）のピン１０に直接接続されている。ジャン
パＪＭＰ１のピン１、４は、後述するように最適テスト
回路６３を接続するために使用される。

【００４５】コンピュータがスタート信号を発生すれ
ば、出力信号がバッファＵ４の出力ピン３に常に存在す
る。この信号はライン１８にイネーブル信号を発生さ
せ、イネーブル信号はモータコントローラ２０のチップ
ＵＡ２のピン１０、発振器ＵＡ３のリセットピン４、及
び、イネーブル回路３５の駆動トランジスタＱＡ２に入
力される。その結果、発振器ＵＡ３が作動を開始し、電
圧発生器３６からライン２４を介して発振器のピン５に
印加された電圧によって制御されながら、ピン３からラ
イン２６に出力周波数信号を発生させる。この出力信号
はモータ制御チップＵＡ２のピン１８に入力される。発
振器のピン５には５Ｖの電源が接続されており、発振器
はピン１を介してシステムアース６０に接地されてい
る。トリガ（TRIGGER）ピン２、ＴＨＤピン６及びディ
スチャージ（DISCHARGE）ピン７は、４９９キロオーム
の抵抗Ｒ１４、１０キロオームの抵抗ＲＡ１５、３４８
オームの抵抗Ｒ１６、及び、アース６０に接続された
０.０１マイクロファラッドのコンデンサＣＡ１６から
なるＲＣネットワークにより制御される。好適具体例に
おいては、５ＶのＤＣ電源はジャンパＪＭＰ２のピン
１、２を介して抵抗Ｒ１４に任意に接続され、ＲＣ時定
数を修正する。

【００４６】ライン１８のイネーブル信号が発振器ＵＡ
３のリセットピン４に入力されると、ピン５に印加され
た電圧レベルに応じて、発振器はピン３からライン２６
に制御された周波数出力を発生する。ライン２６の周波
数信号はモータ制御チップＵＡ２のピン１８に入力され
る。

【００４７】図５に示されるように、Ｌ２９７モータ制
御チップＵＡ２は５ＶのＤＣ電源とピン１２及び１０キ
ロオームの抵抗ＲＡ８を介してピン２０で接続されてい
る。ライン１８のイネーブル信号はピン１０に入力され
る。同期信号をピン１に選択的に入力してもよい。特
に、多数のステーションを有する単一システムにおいて
複数のポンプシステムを制御するために多数の制御回路
を組み合わせて使用される場合、同期信号が使用され
る。説明の簡略化のため、単一ポンプシステムについて
のみ説明する。

【００４８】ライン７２のリバース信号はピン１７に入
力され、ライン２６の発振器出力信号はピン１８に入力
される。ピン１９はジャンパＪＭＰＡ４の１０キロオー
ムのプルアップ抵抗ＲＡ７を介して５ＶのＤＣ電源に接
続されている。ＲＣタイマチョッパ回路は１０キロオー
ム抵抗ＲＡ５と０.００６８マイクロファラッドのコン
デンサＣＡ４で構成されている。モータコントローラは
ピン２を介して接地している。４つの位相出力Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄがそれぞれピン４，６，７，９に発生する。ピン
５，８はハーフステップモータ位相シーケンスを作動さ
せる信号を提供する。ピン１３、１４はモータ巻線を介
して電流をモニターする。モータ制御チップＵＡ２のピ
ン１５は、後述する限流基準回路３１に直接接続されて
いる。１マイクロファラッドのコンデンサＣＡ５により
ノイズが抑制される。

【００４９】ライン２６の発振器信号がピン３に入力さ
れると、モータ制御チップＵＡ２は４つの位相出力ピン
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの一つに出力信号を発生する。この信号
はモータドライバ２８のＬ２９８ドライバチップＵＡ１
のピン５、７、１０、１２にそれぞれ入力される。その
結果、ポンプを駆動するためにコネクタＪ３を介してポ
ンプモータに直接接続されたドライバチップＵＡ１のピ
ン２、３、１３、１４にそれぞれの出力信号が発生す
る。５Ｖ電源はピン９に接続され、モータドライバチッ
プＵＡ１を駆動するために供給される。モータを駆動す
る２４Ｖ電源はピン４に接続されている。ドライバチッ
プＵＡ１はピン８を介して接地している。ピン２、３、
１３、１４の出力はコネクタＪ３のピン１、２、３、４
に直接入力され、モータに位相が制御された速度出力信
号が送信される。モータドライバチップＵＡ１のピン
１、１５はモータ制御チップＵＡ２のピン１３、１４に
直接接続され、モータの各巻線の電流を計測する。２４
Ｖの電源は１０マイクロファラッドのコンデンサＣ４に
も接続されている。コンデンサＣ４、抵抗ＲＡ２、ＲＡ
３はポンプアース４９に接地している。

【００５０】イネーブル信号がライン１８に発生する
と、指数速度コントローラ１０、更には４.７キロオー
ムの限流抵抗ＲＡ１４を介してトランジスタＱＡ２に入
力される。その結果、トランジスタＱＡ２はプルアップ
され、あるいは、ＯＦＦとなり、電圧信号発生器３６の
電圧が増幅器ＵＡ４のピン１で異なる電圧信号レベルに
減少（ramp down)する（図６参照）。トランジスタＱＡ
２は、４.７キロオームの抵抗ＲＡ３３を介してトラン
ジスタの駆動側に接続された５Ｖの電源から給電され
る。

【００５１】好適具体例においては、電圧発生器３６
は、１０キロオーム抵抗ＲＡ１８と並列に接続され、２
５.１キロオームの抵抗ＲＡ１９を介して５ＶのＤＣ電
源に接続された３つの１マイクロファラッドのコンデン
サＣＡ７，ＣＡ８，ＣＡ９で構成されている。コンデン
サＣＡ７，ＣＡ８，ＣＡ９と抵抗ＲＡ１８，ＲＡ１９，
ＲＡ１７，ＲＡ３２で構成される並列コンデンサ−抵抗
回路はＬＭ３５８増幅器ＵＡ４のピン３に直接接続され
た出力端子を有するランプ発生器とみなされる。これに
より、増幅器の出力ピン１に制御信号が発生する。増幅
器の出力ピン１は、単一フィードバックループ３７によ
って増幅器のピン２に接続されている。増幅器はピン８
に接続された５ＶのＤＣ電源から給電されるとともに、
ピン４でシステムアースに接地されている。

【００５２】増幅器ＵＡ４のピン１に発生した制御信号
はライン２４を介して発振器ＵＡ３の制御ピン５に直接
入力される。その結果、発振器ＵＡ３のピン３及びライ
ン２６に発生した出力の周波数が制御される。ライン２
４の電圧が電圧発生器３６に応答して変化すると、発振
器に伝達され、対応する応答信号が出力ピン３とライン
２６に発生する。ライン２６の信号はモータ制御チップ
ＵＡ２のピン１８に入力される。モータ制御チップＵＡ
２のピンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄに発生した出力は電圧発生器３
６が発生した周波数と直接の相関関係がある。従って、
モータ速度は、ランプ発生器３６の出力の周波数におけ
る変化に応じて変化する。

【００５３】好適具体例においては、ライン１８にイネ
ーブル信号がまず発生すると、これに直接応答して、増
幅器ＵＡ４のピン１に出力が発生する。その結果、最初
の制御信号が発生し、初期速度でモータは作動し始め
る。同時に、トランジスタＱＡ２がライン１８のイネー
ブル信号に応答し、電圧発生器に向かうライン３８の信
号を変化させる。その結果、発生器出力電圧が増幅器Ｕ
Ａ４のピン１における異なる電圧レベル信号まで減少し
（図６参照）、発振器ＵＡ３の制御ピン５に入力され
る。ライン２６の発振器出力周波数はこれに対応して変
化し、同様に、モータ制御モジュールＵＡ２のピンＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの出力が変化する。その結果、モータ速度は
第１制御速度に増加（ramp up）する（図６参照）。

【００５４】既に記載したように、センサ１２はポンプ
の回転ピストンと直接関係しており、そのサイクル途中
の各点でポンプの正確な位置をモニターする。センサは
コネクタＪ３のピン１１を介して指数速度コントローラ
１０に直接接続されている。好適具体例においては、コ
ネクタＪ３のピン１１はライン１３を介して７４ＬＳ７
４フリップフロップＵ６のピン２に直接接続されてい
る。ポンプサイクルの所定位置で、フラッグ信号がセン
サによって生成され、フリップフロップＵ６のピン２に
入力される。フリップフロップＵ６のピン４は、１０キ
ロオームのプルアップ抵抗Ｒ９を介して５ＶのＤＣ電源
に接続されている。フリップフロップのクリア（ＣＬ
Ｒ）ピン１は、１０キロオームのプルアップ抵抗Ｒ１１
を介して５ＶのＤＣ電源に接続されている。フリップフ
ロップの"Ｑ"出力はピン５に発生し、一方、"バーＱ"出
力はピン６に発生する。ピン３はフリップフロップＵ６
のＣＰピンである。

【００５５】周知のように、フリップフロップＵ６のピ
ン５の"Ｑ"出力はピン２の"Ｄ"出力とピン３のクロック
信号により制御される。スタート時（図６のＴ０）の信
号は図６の状態であり、スタート後はＴ１の状態とな
る。センサ１２がフラッグ信号をライン１３に発生する
と、この信号はフリップフロップＵ６に取り込まれ、ピ
ン６から反転信号が送信される（図６のＴ２）。ピン６
の出力は、ライン６４と４.７キロオームの抵抗ＲＡ３
０を介して位置制御トランジスタＱＡ１に直接入力され
る。５ＶのＤＣ電源が４.７キロオームの抵抗ＲＡ３１
を介して抵抗ＲＡ３０とトランジスタに接続されてい
る。フリップフロップＵ６のピン６からライン６４に信
号が送信されると、トランジスタはプルアップされ、ラ
イン３９には電流が発生しない（図６のＴ３）。この
時、発生器３６は抵抗ＲＡ１９，ＲＡ１８に発生する電
圧によってのみ駆動される。ポンプがサイクルの所定位
置にあることを示すフラッグ信号をセンサ１２が発生す
ると（図６のＴ３）、フリップフロップＵ６はこの信号
を取り込み、ライン６４の信号がキャンセルされる。そ
の結果、トランジスタＱＡ１が作動し、１０キロオーム
の抵抗ＲＡ３２を介してライン３９に電流を発生する。
このラインは電圧発生器３６の接続点７０でライン３８
と接続されており、ＲＣランプ発生器への入力を変化さ
せる。その結果、発生器はライン７１の出力を変化さ
せ、増幅器ＵＡ４のピン３に入力する。これに対応し
て、増幅器ＵＡ４の出力ピン１には別の出力が発生し、
ライン２４を介して発振器ＵＡ３のピン５に入力され
る。

【００５６】変化したこの信号は発振器チップＵＡ３の
ピン３に修正された制御信号を発生し、ライン２６を介
してモータコントローラＵＡ２のピン１８に入力され
る。ピン１８の変化した出力により、モータコントロー
ラＵＡ２のピン４、６、７、９、１４、１３における出
力信号が制御され、モータドライバ２８を介してポンプ
モータの速度を制御するとともに修正する。この状態に
おいては、モータは第２の制御速度で作動する。ライン
１３の信号がキャンセルされ（図６のＴ３）、サイクル
のフラッグで示された部分をポンプが通過すると、フリ
ップフロップＵ６のピン６とライン６４に出力信号が再
び発生し、トランジスタＱＡ１が導通状態となり、ライ
ン３９に電流を流す。スタート信号もキャンセルされ、
モータは休止状態に戻る（図６のＴ０）。

【００５７】本発明の好適具体例においては、ポンプモ
ータはプログラムされた間隔で逆サイクルに作動するこ
とが許されており、ポンプ速度を更に制御することがで
きるとともに、必要に応じ、ポンプと関連した流体ライ
ンを浄化することができる。コンピュータにより、リバ
ース（ＲＥＶ）信号がコネクタＪ２のピン３に生成さ
れ、バッファＵ４のピン６とライン７２に出力される
と、この信号はフリップフロップＵ６（図４）のピン４
に入力され、ピン６をＬＯＷあるいはＯＦＦ状態にラッ
チし、ライン６４に信号を発生する。信号の極性を逆転
するために、二つのバッファが使用されている。信号は
通常ＨＩＧＨであり、リバース信号が作動するとＬＯＷ
に変化する。その結果、センサ１２によってモニタされ
たピストン位置に関係なく、又ライン１３にフラッグ信
号があるかどうかに関係なく、ライン３９における信号
をＯＮにロックする。同時に、ライン７２に発生した信
号はモータコントローラＵＡ２（図５）のピン１７に入
力され、コントーラＵＡ２からの出力信号の位相シーケ
ンスを逆転することによりモータの回転を時計方向から
反時計方向に逆転する。コネクタＪ２のピン３のリバー
ス信号がキャンセルされると、ピン６とライン７２の信
号がＨＩＧＨとなり、モータコントローラＵＡ２のピン
１７とフリップフロップＵ６のピン４への入力をＨＩＧ
Ｈにする。その結果、モータコントローラＵＡ２は通常
モードあるいは正転モードで作動し、フリップフロップ
Ｕ６はピン５の"Ｑ"出力がライン１３の信号に直接応答
することができる。

【００５８】図５に示されるように、好適具体例にかか
る制御システムはモータドライバＵＡ１のピン６、１１
とモータコントローラＵＡ２のピン５、８に接続された
限流回路３１を備えている。トランジスタＱＡ３は、エ
ミッタが５Ｖ電源と４.７キロオームのベース−エミッ
タバイアス抵抗ＲＡ１２に接続された状態で、駆動され
る。３９キロオームの抵抗ＲＡ１１、１５キロオームの
抵抗ＲＡ１０、１.８キロオームの抵抗ＲＡ９からなる
電圧分割ネットワークによって生成された出力信号は、
モータコントローラＵＡ２のピン１５に入力される。モ
ータコントローラＵＡ２のピン５あるいはピン８に信号
があれば、ＩＮ４００１ダイオードＣＲＡ１，ＣＲＡ２
を介してトランジスタＱＡ３の作動が制御される。この
ダイオードＣＲＡ１，ＣＲＡ２はＯＲ回路として作動す
るので、コントローラＵＡ２のピン５あるいはピン８の
いずれかに信号があれば、トランジスタＱＡ３はこれに
応答する。このダイオードのいずれかを流れる信号があ
れば、１０キロオームの抵抗ＲＡ１３を介してトランジ
スタＱＡ３に入力される。モータコントローラＵＡ２の
ピン５、８におけるモータステップ位相に応答して、位
相出力ピンＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄのロジックレベルを制御する
ことにより、限流回路はモータの駆動電流を制限する。
限流回路３１によって生成されたピン１５への信号は、
１５キロオームの抵抗ＲＡ１０及びポンプアース４９に
接地した１.８キロオームの抵抗ＲＡ９からなる電圧分
割回路によって変更されたように、５ＶのＤＣ電源によ
って制御される。

【００５９】ＲＣタイマチョッパ回路は、モータコント
ローラＵＡ２のピン１６に直接接続された０.６８マイ
クロファラッドのコンデンサＣＡ４と１０キロオームの
抵抗ＲＡ５により構成されている。ＲＣタイマ回路は、
モータコントローラＵＡ２のピン１３、１４に発生した
信号に応答して変調されるドライバＵＡ１の変調度合を
決定する。

【００６０】好適具体例においては、任意のテスト回路
６３（図３）が設けられており、制御システムの据え付
け並びにコンピュータへの接続の前に、テストが行われ
る。図示されているように、ジャンパＪＭＰ１はピン２
と３を切ることができる。この場合、スタート信号ライ
ン６１は一時的に信号源と、ジャンパＪＭＰ１のピン
３、４を介して７４ＬＳ７４フリップフロップＵ５のピ
ン３に接続される。５ＶのＤＣ電源は、１０キロオーム
のプルアップ抵抗Ｒ７を介してフリップフロップＵ５の
ピン２、４、１２に接続されている。１０キロオームの
抵抗ＲＡ２７と０.１マイクロファラッドのコンデンサ
ＣＡ１４はフリップフロップＵ５のピン１０に接続され
ている。これらは所定の公知の時定数を提供し、回路が
給電された時、フリップフロップをある公知の状態にす
る。フリップフロップＵ５のピン５の"Ｑ"出力はライン
６６と接続されており、ピン８の"バーＱ"出力はクリア
（ＣＬＲ）ピン１に接続されている。ライン６６はクリ
ア（ＣＬＲ）ピン１３と、ジャンパピン１、２を介して
ライン６２に接続されている。フリップフロップＵ５の
ＣＰピン１１は、ライン７５を介してフリップフロップ
Ｕ６の"Ｑ"出力ピン９に直接接続されている。ロジック
状態"１"が、１０キロオームのプルアップ抵抗Ｒ９を介
して５ＶのＤＣ電源からフリップフロップＵ６のピン４
に供給される。フリップフロップＵ６のＣＬＲピン１３
は、１０キロオームプルアップ抵抗Ｒ１２を介して５Ｖ
のＤＣ電源に接続されている。

【００６１】フリップフロップＵ５のピン３にある信号
がロジック"０"からロジック"１"に変化すると、フリッ
プフロップＵ５の"Ｑ"出力ピン５の出力をＨＩＧＨある
いはロジック"１"とする。この出力は、ライン６６とジ
ャンパＪＭＰ１のピン１、２を介してライン６２に導か
れ、ジャンパＪＭＰ１とライン１８を介してモータコン
トローラＵＡ２のピン１０に接続される。この信号は更
に、発振器ＵＡ３のリセットピン４と電圧変調器３４の
抵抗ＲＡ１４へも送信される。ライン１８に信号がある
かぎり、スタート信号がコンピュータからコネクタＪ２
に送信された時、回路は上記したように作動する。同時
に、フリップフロップＵ５の"Ｑ"ピン５の出力はフリッ
プフロップＵ５のピン１３に入力される。センサ１２か
らライン１３に信号が送信されると（図４）、フリップ
フロップＵ６の"Ｑ"出力ピンに信号が発生し、ライン７
３を介してフリップフロップＵ６のピン１２に入力され
る。その結果、フリップフロップＵ６の"Ｑ"出力ピン９
に遅延出力が発生し、ライン７５を介してフリップフロ
ップＵ５のピン１１に入力される。ライン７５から遅延
信号が入力されると、フリップフロップＵ６のピン９の
出力がＨＩＧＨとなり、フリップフロップＵ５の"バー
Ｑ"ピン８に出力が発生し、ライン８０を介してフリッ
プフロップＵ５のピン１に入力され、フリップフロップ
をクリアするとともにリセットし、ライン６６のテスト
シーケンスの終わりとなる。フリップフロップＵ５のピ
ン５の"Ｑ"出力をリセットすると、ピン１３に接続され
たライン６６を介して他のフリップフロップがクリアさ
れる。回路をポンプシステムに設け、コンピュータに接
続すると、テストロジック回路はジャンパＪＭＰ１のピ
ン２、３を閉じることによってバイパスする。

【００６２】上記したように、本発明にかかる弁のない
計量型容積ポンプの制御回路には、流体排出システムの
精度を上げる手段が設けられており、特に検定のように
テストサンプルに流体試薬の容量を正確に送る必要があ
る場合、有効である。最新設計においては、更に精度を
上げる必要がある場合には、ポンプがそのサイクルを完
了する時のポンプの速度を制御することにより達成され
る。

【００６３】本発明の特定の特徴及び具体例を詳細に記
載したが、本発明はここに記載された特徴及び具体例に
限定されるものではない。

【００６４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、複数の連続して形成された出口ポートから
微小容量の流体を正確に計量分配することができ、作動
室における圧力差に関係なく、出口ポートから排出され
る流体のバランスをとることができる。

【００６５】又、ポンプを逆転することができるように
したので、必要に応じ、出口ポート及び関連するライン
を浄化することができる。

【００６６】更に、テスト回路を設けたことにより、据
え付け前あるいは修理の際、ポンプにサイクル運動をさ
せ、調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる制御システムのブロック図で
ある。

【図２】図１の制御システムの指数速度コントローラ
の詳細ブロック図である。

【図３】図１と図２に示される制御回路の概略回路図
である。

【図４】図１と図２に示される制御回路の概略回路図
である。

【図５】図１と図２に示される制御回路の概略回路図
である。

【図６】本発明にかかる制御システムによって制御さ
れるポンプサイクルのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１０指数速度コントローラ１２センサ１４インタフェース２０モータコントローラ２２電圧制御発振器２８モータドライバ３１限流回路３５イネーブル回路３６電圧発生器４０位置制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）ピストンを回転させるためのイネ
ーブル信号を発生させ、（ｂ）選択された遅延時間経過
後、イネーブル信号に応答して第１制御信号を発生させ
てピストンを第１制御速度で回転させ、（ｃ）選択され
たピストンの回転角度位置に応答して第２制御信号を発
生させ、ピストンを第２制御速度で回転させることを特
徴とする計量型ポンプのピストン回転速度を制御する方
法。
【請求項２】回転ピストンの角度位置をモニターする
ステップを更に備え、選択されモニターされた角度位置
まで回転するピストンに応答して第２制御信号を発生さ
せる請求項１記載の方法。
【請求項３】ピストンが回転している時、イネーブル
信号が常に存在している請求項１記載の方法。
【請求項４】第１制御信号がある時だけ、第２制御信
号を発生することができる請求項３記載の方法。
【請求項５】通常はピストンを正転させ、ピストンを
逆転させる逆転信号を選択的に発生させるステップを更
に備えた請求項１記載の方法。
【請求項６】逆転信号がある時には第２制御信号の発
生を阻止するステップを更に備えた請求項５記載の方
法。
【請求項７】計量型ポンプの回転ピストンがポンプの
入口ポートから第１出口ポート、第２出口ポート、更に
入口ポートへと順次サイクルを繰り返す時、回転ピスト
ンの回転速度を制御するシステムであって、ピストンの角度位置をモニターし、ピストンの選択され
た回転角度への移動に応答して信号を発生させるモニタ
ー手段と、ポンプサイクルを生じさせるイネーブル信号を発生する
手段と、イネーブル信号に応答して、ポンプのピストンを第１方
向に第１制御速度で駆動し回転させる駆動手段と、モニター信号に応答し、ピストンの回転速度を第２制御
速度に変更するために第２制御信号を発生させる速度制
御手段を備えたことを特徴とするシステム。
【請求項８】駆動手段と関連し、ピストンの回転方向
を逆転するための信号を選択的に発生させる手段を更に
備えた請求項７記載のシステム。
【請求項９】速度制御手段は、イネーブル信号に応答
して作動信号を発生させる第１手段と、モニター信号に
応答して変更信号を発生させる位置制御モジュールと、
作動信号に応答して第１制御信号を発生する制御信号発
生器を備え、制御信号発生器は変更信号に応答して第２
制御信号を発生させる請求項７記載のシステム。
【請求項１０】作動信号がある時だけ、制御信号発生
器は変更信号に応答する請求項９記載のシステム。