JPH05506612A - ピペットの充填及び排出方法並びにピペット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ピペットの充填及び排出方法並びにピペット本発明は、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−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、無視て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てピペットに充填し、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て測定され、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 だ液体量と一致した時点て阻止される。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 積ニブ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。ｌ１１１８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、ネジ付きウ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！Ｂ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 なと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。

本発明の一実施聾様においては、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（ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｖｏｌｕ■ｅ）　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。先端部２内の液体通 路５及びシリンダ容積は、ピペットの液体容積（ｌｉｑｕｉｄ　ｖｏｌｕａ＋ｅ ）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８．９．９ａｑ　９ｂ、９Ｃ１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とスリーブとのア センブリ９ａ、９ｂ、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９ ｂ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１ ８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４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！ １．６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。この先センサ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 、入射光か変動するにつれて、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ら可能であり、この光源からの信号が、ホイ ール１８の真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の真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１ ８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４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 ータ占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 、すて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ｒ時点て、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かできる。このような制御は、例えば、このチヨ・ン ビ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ベ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、透通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まて加速され、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Ｄ】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まて加速 段階へで始まり、このレベルＢは終点Ｃ近くまで維持される。この段階てモータ の減速が始まり、これは時点０て終結する。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バ 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て液体容積６から排出する液 柱のあざやかて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聾様も 実施可能である。

補正書の翻訳文の提出書（特許法第１８４条の８）平成４年１１月４日す謬

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．作動手段（８、９ａ、９ｂ）を用いてシリンダ容積（４）内でプランジャ（ ３）を動かすことにより、ピペットの液体容積（６）内へ及びこの容積から所望 量の液体が移送される方法において、プランジャ（３）が移動した距離は、プラ ンジャ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が阻止さ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。
2. ２．前記プランジャは、ブレーキ手段（　）を用いて阻止されることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載のピペット。
3. ３．前記プランジャ（３）は、回転が測定されているネジ付きロッド（９ａ）を 用いて移動させられ、そしてプランジャはこのネジ付きロッドに対して作用する ブレーキ手段（２１）を用いて阻止されることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の方法。
4. ４．シリンダ容積（４）；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；シリンダ容積と連通している液体容積（６）；シリンダ容積内でプラ ンジャを移動させ、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の作動手段（８、９ａ、９ｂ）を含むピペットにおいて 、プランジャが移動した距離を測定するための測定手段（１４、２３、２４）及 びプランジャの動きを制御するための制御手段（１３）が含まれていることを特 徴とするピペット。
5. ５．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に配置された ブレーキ手段（２１）が含まれていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載 のピペット。
6. ６．作動手段には、ネジ付きロッド（９ａ）及びスリーブ（９ｂ）のアセンブリ 並びに動力手段が含まれ、この動力手段（８）はネジ付きロッドとスリーブを相 対的に回転させるように配置されており、そのうちの一方はネジ付きロッドを用 いてプランジャを移動させるためプランジャに連結されており；測定手段（１４ 、２３、２４）はネジ付きロッドとスリーブの相対的回転を測定するように配置 され、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；ブレーキ手段（２１）はネジ付きロッド及びスリーブのアセンブ 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（１０）を含むことを 特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載のピペット。
7. ７．測定手段は、センサ（２３、２４）を含み、ネジ付きロッド（９ａ）とスリ ーブ（９ｂ）のアセンブリの回転部品には、ネジ付きロッドとスリーブの回転に 基づきプランジャの位置を決定するための見当合せ部が配置されていることを特 徴とする請求の範囲第４項乃至第６項のいずれか１項に記載のピペット。
8. ８．ブレーキ手段の阻止部（２０）は、ネジ付きロッドとスリーブのアセンブリ の回転部品の円周に形成された切欠きであり、阻止部材（１０）はアクチュエー タ（２２）で切欠き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６項に記載のピペット。