JPH0580061A

JPH0580061A - 超音波オートピペツタ

Info

Publication number: JPH0580061A
Application number: JP26715591A
Authority: JP
Inventors: Koji Toda; 耕司戸田; Michiko Takamori; 美智子高森
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波アクチュエータを駆動源とする超音波
オートピペッタにより、微少容量を正確に測り取る。【構成】圧電振動子１にその共振周波数に等しい周波
数の交流信号を印加すると、圧電振動子１の側面には分
極軸の方向に沿った一方向の振動変位が生じる。この振
動変位が回転体２を回転させ、ベアリング４が弾性チュ
ーブ５を押圧しながら回転する。弾性チューブ５の一方
の開口は制御室７を経てピペット１０と連結している。
ベアリング４を所定の方向に回転させると、弾性チュー
ブ５がその復元力を利用してピペット１０の下部開口か
ら液体を吸引し、またベアリング４を逆回転させると吐
液する。【効果】パルス駆動により極微少量を正確に制御でき
る。磁石を使用しないので、磁場中でも使用できる。ギ
アを使用しないので装置を小型軽量化でき、騒音もな
い。自励式駆動ができるので環境変化に強く低消費電力
化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、柱状の圧電振動子から
成る超音波アクチュエータにより発生させた弾性振動を
駆動源として液体を吸引または吐出する超音波オートピ
ペッタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のオートピペッタに用いられている
定量ポンプは駆動源として電磁モータを用いたものにほ
ぼ限られるが、大別して不連続型と連続型とに分類され
る。不連続型の中でも、とりわけＦＭＩ定量ポンプは１
ステップ当りの移送量を連続的に変化させることができ
るので、原理的には移送量を定量的に無限に少なくする
ことができるが、調節部が機械式であるから正確さに欠
け、制御性に問題がある。連続型ポンプでは電圧制御に
より流量を連続的に制御できるポンプもあり、微少流量
も可能ではあるが、可動部がないので逆流を起こしやす
いという欠点を有し、結果的には制御性に問題を残す。
また、流量をより少なく制御性をより向上させるために
は、装置はより大がかりなものとならざるを得ないとい
う欠点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のオートピペッタ
では、微少な量を正確に制御することは難しく、装置も
概して大型である。

【０００４】そこで本発明では、オートピペッタの駆動
源として超音波アクチュエータを用いることにより、微
少流量の正確な制御を可能にし、さらに強磁場中での使
用、装置の小形、軽量化、低騒音、低消費電力を可能に
することを目的とした液体を吸引または吐出するための
超音波オートピペッタを提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の超音波
オートピペッタは、柱状の圧電振動子からなる超音波ア
クチュエータによって発生させた弾性振動により、液体
を吸引または吐出する超音波オートピペッタにおいて、
透明な細い管より成るピペット部と、駆動部と、フィル
タ部とが備えてあり、前記フィルタ部は前記ピペット部
と前記駆動部との間に設けられていて、前記駆動部には
弾性チューブと、該弾性チューブ内を加圧または減圧す
る圧力調整手段とが備えてあり、前記圧力調整手段は、
前記圧電振動子に接触して前記圧電振動子に生じる振動
変位を受ける回転体と、前記回転体に取り付けられてい
る複数のベアリングとを備え、前記圧電振動子は柱状の
圧電磁器と、該圧電磁器の分極軸に垂直な両端面にそれ
ぞれ形成されている第１および第２の電極とから成り、
前記第１および第２の電極のうち少なくとも一方は互い
に絶縁された２つの部分に分割されていて、前記ベアリ
ングは前記弾性チューブを押圧しながら前記弾性チュー
ブのほぼ軸線に沿って移動することを特徴とする。

【０００６】請求項２に記載の超音波オートピペッタ
は、前記圧電振動子に励振電圧を供給する駆動回路が、
該励振電圧として交流パルス電圧を出力し、該交流パル
ス電圧の電圧値および交流周波数を調節する手段と、該
交流パルス電圧のパルス幅およびパルス繰り返し周波数
を調節する手段とを備えることを特徴とする。

【０００７】請求項３に記載の超音波オートピペッタ
は、前記圧電振動子がこの圧電振動子の容量およびイン
ダクタンスを主なリアクタンス成分とする共振回路で共
振して発振する発振回路から交流電力を受けて励振され
ることを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１に記載の超音波オートピペッタの駆動
部では、柱状の圧電磁器の分極軸に垂直な両端面にそれ
ぞれ第１および第２の電極を有する圧電振動子の共振周
波数に等しい周波数を有する交流信号を前記圧電振動子
に前記第１および第２の電極を介して印加すると、前記
圧電振動子は励振され前記圧電磁器の側面には一方向の
振動変位が生じる。前記振動変位は、前記圧電振動子の
側面に接触している前記回転体に伝達され、前記回転体
は回転する。前記ベアリングの軸が前記回転体に取り付
けられていることから、前記回転体が回転すれば前記ベ
アリングも前記ベアリングの軸を中心に自転しながら前
記回転体の軸を中心にして回転する。この際、前記ベア
リングは自転および前記回転体の軸を中心に回転するこ
とにより、前記弾性チューブを前記弾性チューブの軸線
に垂直な方向に順次押圧しながら、前記弾性チューブの
軸線にほぼ沿って移動する。従って、前記弾性チューブ
は前記軸線に沿って順次圧迫され、前記弾性チューブ内
の空気はベアリングの移動方向に移送される。このと
き、該弾性チューブは前記ベアリングの通過とともに順
次復元されるから該弾性チューブはこの復元力を利用し
て空気を自吸する。このように本発明の超音波オートピ
ペッタの駆動部では空気の吸入および吐出すなわちポン
ピングが、超音波アクチュエータを用いることにより行
われる。前記弾性チューブの開口の一方はフィルタ部に
連結し、該フィルタ部はピペット部に連結している。ピ
ペット部は透明な細い管より成り、該細管は、第１およ
び第２の開口を有し、前記細管は前記第１の開口部分を
介してフィルタ部へ着脱することが可能である。前記第
２の開口を使用時に液体中に漬けてその先端を密封する
とともに、前記ベアリングを所定の方向に回転させるこ
とにより、前記弾性チューブ内を減圧することができ
る。その結果、前記細管の前記第２の開口から前記液体
が浸入する。また、前記ベアリングの回転方向を前記方
向と逆にすれば前記弾性チューブ内を加圧することがで
きるので、前記ピペット部にいったん浸入した前記液体
を放出することも可能である。フィルタ部は、誤ってピ
ペット部の容量を超える容量の液体を吸入してしまった
場合に該液体が前記弾性チューブ内に浸入するのを防止
するためのものであり、該フィルタ部は前記弾性チュー
ブ内への液体浸入阻止機能を備える。このようにして本
発明の超音波オートピペッタでは、弾性チューブ内の圧
力調整手段を用いることによりピペット部に微少容量を
正確に測り取ることができる。電気的入力に対する応答
速度が速いのでパルス駆動が正確かつ容易に行え、しか
も無入力時の保持力が大きいので、微少容量の正確な制
御が可能で、逆流もなく、吸液または吐液量を容易に連
続的に変えられる。従って、ピペット部に微少容量を正
確に測り取ることが可能となる。また、低消費電力での
駆動が可能で、騒音も無い。さらに、低速・高トルク回
転が可能なので、ギヤが不要であるから、装置の小形化
かつ軽量化を実現できる。磁石の使用を必要としないこ
とから、強磁場中での使用も可能である。

【０００９】前記第１および第２の電極のうち少なくと
も一方は互いに絶縁された２つの部分に分割されている
ことから、一方の前記部分に設けられている電極を自励
式電源のための電極として用いることができる。従っ
て、本発明の超音波オートピペッタでは環境の変化に対
応しうる形で低消費電力での駆動が可能となる。

【００１０】前記圧電振動子を２つ備え、しかもそれぞ
れの圧電振動子による前記回転体の回転方向を逆にして
おくことにより、どちらの圧電振動子を駆動させるかで
前記回転体の回転方向を逆にすることができる。しかも
その上で該圧電振動子に印加する交流信号の振幅あるい
は周波数を一定の範囲内で変えることにより、前記圧電
磁器の側面に生じる振動変位の大きさを任意に制御する
とができるから、前記回転体の回転速度の制御がより容
易にかつ正確になる。従って弾性チューブ内を移動する
空気の速度と方向をより正確に制御することができるこ
とから、所定の量をピペット部に測り取る場合、所定の
量の付近における吸液または吐液の極微量の調整が容易
になり、より正確な量を短時間で測り取ることが可能と
なる。

【００１１】請求項２に記載の超音波オートピペッタで
は、前記励振電圧として交流パルス電圧を出力し、該交
流パルス電圧の電圧値および交流周波数を調節する手段
と、該交流パルス電圧のパルス幅およびパルス繰り返し
周波数を調節する手段とが前記駆動回路に備えてある。
従って、極めて微少な流量の正確な制御が可能で、逆流
もなく、しかも移送量を容易に連続的に変えられるの
で、ピペット部に微少容量を正確に測り取ることが可能
となる。また、低消費電力での駆動が可能で、騒音も無
く、低速・高トルク回転が可能なので、ギヤが不要であ
るから、装置の小形化かつ軽量化を実現でき、その上、
磁石の使用を必要としないことから、強磁場中での使用
も可能である。

【００１２】請求項３に記載の超音波オートピペッタで
は、前記圧電振動子が、この圧電振動子の容量およびイ
ンダクタンスを主なリアクタンス成分とする共振回路で
共振して発振する発振回路から交流電力を受けて励振さ
れる。従って、本発明の超音波オートピペッタでは外部
温度などの環境変化にも対応しうる駆動回路を提供でき
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の超音波オートピペッタの一実
施例を示す断面図である。本実施例は銅箔から成る端子
Ｐ、Ｑ、Ｒが取り付けられている圧電振動子１と、回転
体２と、摩擦材３と、ベアリング４と、弾性チューブ５
と、金属パイプ６と、制御室７と、側管８と、ジョイン
ト９と、ピペット１０とから成る。なお、図１では圧電
振動子１に交流電圧を供給する電源回路および端子Ｐ、
Ｑ、Ｒが省いて描かれている。

【００１４】図２は圧電振動子１の斜視図である。圧電
振動子１は円柱状の圧電磁器２０と、圧電磁器２０の分
極軸に垂直な両端面のそれぞれに設けられた電極２１、
２２および２３とから成る。圧電磁器２０は直径１０m
m、高さ１０mmで、材質はＴＤＫ製９１Ａ材（製品名）
であり、その共振周波数は約１３８kHz である。ＴＤＫ
９１Ａ材は電気機械結合係数が大きいことから、ここで
の実施例に用いている。電極２１および２２は同一面上
に設けられていて互いに絶縁状態にある。電極２１は圧
電振動子１に交流電圧を印加するための電極として用い
られ、電極２２は自励式電源のための電極として用いら
れる。電極２３はもう一方の端面全体をおおっている。
電極２１上には端子Ｐ、電極２２上には端子Ｑ、電極２
３上には端子Ｒが設けられている。ただし本図では端子
Ｐ、Ｑ、Ｒは省いて描かれている。図中の矢印は圧電振
動子１に交流信号を印加したときに共振状態において圧
電磁器２０の側面に生じる振動変位を示す。一方の端面
上に設けられている電極を２分割し、それらを互いに絶
縁状態にすることにより、自励式駆動が可能となるばか
りでなく、圧電磁器２０の側面には一方向の振動変位が
生じる。

【００１５】図３は図１に代わる超音波オートピペッタ
の駆動部の一実施例を示す断面図である。本実施例は図
１に示す超音波オートピペッタの駆動部に、銅箔から成
る端子Ｐ、Ｑ、Ｒが設けられている圧電振動子１が追加
されたものである。２つの圧電振動子１は回転体２の中
心に対し対称的な位置に配置されており、それぞれの端
子Ｐを介してスイッチ１１が設けられている。

【００１６】図４は図３に示す駆動部を圧電振動子１の
側面方向から回転体２の軸の方向に沿って見たときの側
面図である。回転体２は大小２つの円板とそれらをつな
ぐ円柱とから成り、大きい方の円板は直径５６mm、厚さ
３mmで、一方の板面上には摩擦材３がその円板の中心を
同心とする幅８mm、厚さ１mmのリング状に固着されてい
る。摩擦材３にはエポキシ樹脂にポリアミドを混入した
ものが用いられている。

【００１７】図５は弾性チューブ５が金属パイプ６に装
着されている様子を示す斜視図である。図６は弾性チュ
ーブ５がベアリング４によって金属パイプ６に押圧され
ている様子を示す断面図である。弾性チューブ５は外径
３mm、内径２mm、長さ１５mmの円柱状の金属パイプ６の
一方の開口から内部空洞を経て他方の開口へ通した後、
金属パイプ６の外壁に沿ってコイル状に巻き付かせてあ
る。本実施例では３個のベアリング４は超音波オートピ
ペッタの駆動時にはいっせいに金属パイプ６の軸を中心
に回転するので、それに伴って弾性チューブ５は順次圧
迫され、チューブ壁４０に囲まれた空気も順次移動す
る。弾性チューブ５を金属パイプ６に固定化させた一体
構造物としているので、チューブ交換の際には前記一体
構造物ごと取り換えればよいから、手間が簡単であるば
かりでなく常に同一条件でのポンピングが可能となる。

【００１８】図７はｒｆパルスを印加する場合のパルス
駆動のための電源回路の構成図である。パルス発生装置
とミキサとの間にある楕円内の波形はパルス発生装置の
作る波形である。シグナル発生装置とミキサとの間にあ
る楕円内の波形はシグナル発生装置の作る波形である。
ミキサとパワーアンプとの間にある楕円内の波形はパル
ス発生装置の作る波形とシグナル発生装置の作る波形と
が合成されたものである。パルス駆動の際には、このよ
うにして合成された波形を示す交流信号が圧電振動子１
に印加される。すなわち、このような電源回路を用いる
ことにより、圧電振動子１に印加する交流パルス電圧の
電圧値および交流周波数を調節し、かつ該交流パルス電
圧のパルス幅およびパルス繰り返し周波数を調節するこ
とが可能となる。

【００１９】図１の超音波オートピペッタの駆動時、圧
電振動子１には電極２１上に設けられた端子Ｐ、および
電極２３上に設けられた端子Ｒを介して、圧電振動子１
の共振周波数に等しい周波数を有する交流信号が印加さ
れる。圧電振動子１は励振され、圧電磁器２０の側面に
は圧電磁器２０の分極軸の方向に沿った一方向の振動変
位が生じる。回転体２の大小２つの円板のうち、小さい
方の円板は直径３３mm、厚さ３mmである。ベアリング４
は直径１５mm、厚さ１０mmであり、その軸は直径６mm、
長さ１．３mmである。回転体２の小円板の一方の板面上
には３個のベアリング４の軸が等間隔に固着されてい
る。大小２つの円板をつなぐ円柱は、直径５mm、長さ３
５mmで、大小２つの円板の中心を同心とし、大円板の中
心を貫通して小円板に至っている。このとき大円板と小
円板は平行となり、その距離は１７mmである。圧電振動
子１は電極２１および２２を分割する直線が回転体２の
大円板の板面に平行な位置に設けられ、しかも圧電振動
子１は摩擦材３に接触している。このとき、圧電振動子
１が円柱状であることにより、圧電振動子１が摩擦材３
と接する部分の形状は圧電振動子１の両端面を結び該両
端面に垂直な直線となる。該直線は、該直線の中心と前
記大円板の板面の中心とを結ぶ直線（長さ２１mm）と垂
直である。圧電磁器２０の側面に生じた前記一方向振動
変位は、前記直線部分から摩擦材３を介して回転体２に
伝達され、回転体２はその軸を中心に回転する。このと
き摩擦材３は回転による圧電磁器２０および回転体２の
大円板の磨耗を防止するだけでなく、回転により回転体
２と圧電振動子１との間に生ずる高電圧に起因する電磁
ノイズを防止する。回転体２の回転に伴い、回転体２の
小円板に固着されているベアリング４の軸も回転体２の
軸を中心に回転するので、ベアリング４はベアリング４
自身の軸を中心に自転しながら回転体２の軸を中心に回
転する。その際、ベアリング４はベアリング４と金属パ
イプ６との間に挟まれた部分の外径１mm、内径０．５mm
の弾性チューブ５の一部を金属パイプ６の外壁に順次押
圧する。従って、弾性チューブ５は弾性チューブ５の軸
線に沿って順次圧迫され、弾性チューブ５内の空気はベ
アリングの移動方向に移送される。このとき、弾性チュ
ーブ５はベアリング４の通過とともに順次復元されるか
ら弾性チューブ５はこの復元力を利用して弾性チューブ
５の一方の開口から空気を自吸する。ベアリング４と金
属パイプ６との間に挟まれた部分の弾性チューブ５には
どの箇所においても均一な負担がかかるので、常に均一
で正確なポンピングを行える。制御室７は壁の厚さが２
mmの球体をなし、その内部には折れ曲がったパイプ状の
側管８が、下部には弾性を有するジョイント９が設けら
れている。弾性チューブ５の空気を自吸する方の開口は
制御室７の上端部に連結されていて、制御室７はジョイ
ント９を介してピペット１０に連結している。このよう
にして、駆動部（圧電振動子１、回転体２、摩擦材３、
ベアリング４、弾性チューブ５および金属パイプ６とか
ら成る）、ピペット部（ピペット１０から成る）、およ
びそれらの間に位置するフィルタ部（制御室７、側管８
およびジョイント９とから成る）を一体化することがで
きる。ピペット１０は透明な細い管より成り、２つの開
口を有する。ピペット１０はピペット１０の上部開口を
介してフィルタ部へ着脱することが可能である。使用時
には下部開口を液体中に漬けてその先端を密封すると、
ベアリング４の回転により、弾性チューブ４内が減圧す
るから、ピペット１０の下部開口から液体が浸入する。
また、ベアリング４の回転方向を逆にすれば弾性チュー
ブ４内を加圧することができるので、ピペット１０にい
ったん浸入した液体を放出することができる。このよう
にして弾性チューブ内の圧力調整手段を用いることによ
りピペットに微少容量を正確に測り取ることができる。
もし誤ってピペット１０の容量を超える容量の液体を吸
入してしまった場合には、その液体は制御室７に浸入す
る。このとき、側管８が折れ曲がったパイプ状であるこ
とから液体が弾性チューブ４内に浸入するのを防止して
いる。このようにしてフィルタ部は弾性チューブ内への
液体浸入阻止機能を備える。

【００２０】圧電振動子１に印加する交流信号の周波数
を一定の範囲内で変えることにより、圧電磁器２０の側
面に生じる振動変位の大きさだけでなく、その方向をも
任意に制御するとができる。従って、回転体２の回転速
度の制御および逆回転駆動が可能となるので、弾性チュ
ーブ５内を移動する空気の速度と方向を自由に制御する
ことができる。つまり、弾性チューブ５内の圧力を任意
にすばやく調整することができるから、所定の量をピペ
ット１０に測り取る場合、所定の量の付近における吸液
または吐液の微量調整が容易になり、より正確な量を短
時間で測り取ることが可能となる。

【００２１】図３の駆動部が装着された超音波オートピ
ペッタでは、スイッチ１１を切り替えることにより、ど
ちらかの圧電振動子１に交流信号を印加することができ
る。このとき圧電振動子１に印加する交流信号の振幅あ
るいは周波数の大きさは変化させる必要はない。２つの
圧電振動子１において、それぞれの電極２１、２２、２
３は前記大円板を通り圧電磁器２０の分極軸に平行な直
線に対称な位置にあり、電極２２が設けられている方の
側面を摩擦材３に接触させている。このようにしてそれ
ぞれの圧電振動子１は互いに回転体２を逆回転させる機
能を有する。従って回転体２を逆回転させる場合、図１
の超音波オートピペッタのように圧電振動子１に印加す
る交流信号の振幅あるいは周波数の大きさを変化させる
のではなく、スイッチ１１を切り替えることにより回転
体２の回転方向を変化させることが可能となる。しかも
その上で交流信号の振幅あるいは周波数を一定の範囲内
で変えることにより、圧電磁器２０の側面に生じる振動
変位の大きさを任意に制御するとができるから、回転体
２の回転速度の制御がより容易にかつ正確になる。従っ
て弾性チューブ５内を移動する空気の速度と方向をより
正確に制御することができる。つまり、弾性チューブ５
内の圧力を任意にすばやく調整することができるから、
所定の量をピペット１０に測り取る場合、所定の量の付
近における吸液または吐液の極微量の調整が容易にな
り、より正確な量を短時間で測り取ることが可能とな
る。

【００２２】図８は圧電振動子１の周波数に対するアド
ミタンスの振幅および位相の関係を示す特性図である。
１４０kHz 付近で共振し、約１６８kHz で反共振を起こ
している。約１４０kHz の共振周波数でのアドミタンス
のピークが２つに分かれる共振割れを起こしている。こ
れは圧電磁器２０の一方の端面に設けられている電極が
２つに分割され電極２１および２２を形成し、それらが
互いに絶縁状態にあることによる。

【００２３】図９は図１の超音波オートピペッタにおい
て印加電圧とベアリング４が回転体２の軸を中心に回転
するときの回転数との関係を示す特性図である。前記回
転数は印加電圧に対しリニアな関係にあり、その傾きは
約０．４rpm／V である。なお、印加電圧信号の周波数
は圧電振動子１の共振周波数とほぼ等しく、約１３８kH
z である。

【００２４】図１０は図１の超音波オートピペッタにお
いて印加電圧が１００Ｖp-p でその周波数が約１３８kH
z のパルス駆動を行なったときの、パルス幅と１パルス
あたりの回転角との関係を示す特性図である。Ｎ回転す
るのに要する時間をＴとし、パルス繰り返し周波数をｆ
p とすると、１パルスあたりの回転角θは（１）式で与
えられる。 θ（deg.）＝３６０Ｎ／（ｆp ・Ｔ）（１）パルス幅が２０mS以上ではパルス幅と１パルスあたりの
回転角とはほぼ直線的な関係にあるので、電圧を印加し
てから駆動が開始し一定になるまでの時間および電圧を
解除してから駆動が停止するまでの時間は、少なくとも
数十mS以下であることがわかる。電磁モーターの自然停
止が数百mSから数Sであることと比較すれば、本装置の
駆動源の応答速度は極めて速い。また、動作が可能な最
小限のパルス幅は１mSで、そのときの回転角は約０．０
０３°であった。

【００２５】図１１は図１０およびベアリング４が回転
体２の軸を中心に１回転したときのピペット１０の下部
開口からの吸液量より求めた、パルス幅と１パルスあた
りの吸液量との関係を示す特性図である。ベアリング４
の中心と回転体２の中心との距離はベアリング４の回転
半径に相当する。前記回転半径をａとし、弾性チューブ
５の内径をｒとすると、１回転あたりの吸液量Ｍｔは
（２）式で与えられる。ただし弾性チューブ５の断面を
円形とする。Ｍｔ＝（１回転あたりのベアリング４の移動距離） ×（弾性チューブ５の管内断面積）＝２πａ×πｒ²／４（２）微少量を吸引するためには、回転速度を減少させるとと
もにＭｔ値をできるだけ小さくしなければならない。Ｍ
ｔ値を小さくするにはａ値およびｒ値を小さくすればよ
い。ところで、本実施例の駆動部においては、弾性チュ
ーブ５の管内断面はベアリング４の通過とともに円形か
ら楕円形に変化する。そこで実測により吸液量を求め
た。２５００回転の吸液量を１回転あたりに換算し３度
の測定値を平均したところ、Ｍｔ値は約０．７５nlであ
った。（２）式の弾性チューブ５の管内断面積をＳと
し、Ｍｔ＝０．７５nlを代入すると、Ｓ＝５９．７×１
０^ー9m²となる。一方、管内断面が円形のときの理論的な
Ｓ値はＳ＝１９６．３×１０^ー9m²で、管内断面が円形か
ら楕円形に変化することによりＳ値は約１／３になる。
従って１回転あたりの吸液量も１／３となるから本実施
例の駆動部によればさらに微少量の吸液が可能になる。
また、動作が可能な最小限のパルス幅１mSにおける吸液
量は０．００６２２plであり、極めて微少な量からの制
御が可能であるといえる。本実施例ではベアリングの大
きさに関係なく、内径がより小さな弾性チューブを採用
することができるので、移送量をさらに減少させること
ができる。つまり、所定の量をピペット１０に測り取る
場合、所定の量の付近における吸液または吐液の微量調
整が容易になり、より正確な量を短時間で測り取ること
が可能となる。

【００２６】図１２は図１の超音波オートピペッタにお
いて印加電圧が１００Ｖp-p でその周波数が約１３８kH
z のパルス駆動の際の、パルス繰り返し周波数と１分あ
たりのピペット１０による吸液量との関係を示す特性図
である。本図はパルス幅がそれぞれ１，２，３，５，１
０，２０，３０，４０mSであるパルス駆動を行なった場
合の特性を示す。広範囲のパルス幅駆動において微少量
の制御が可能であることがわかる。

【００２７】本実施例の超音波オートピペッタの起動方
法としてパルス駆動を採用したのは、パルス駆動の方が
連続駆動よりも微少量の正確な制御には適しているから
である。パルス駆動の際にロータリーエンコーダを併用
したら、微少量のさらに正確な制御が行えるようになっ
た。ロータリーエンコーダは角度を電気信号に変換する
ものとして用いている。本実施例の超音波オートピペッ
タには、単位角度毎にパルスを逐次発生するインクリメ
ンタル型を用いた。インクリメンタル型の最高の分解能
は１回転あたり６０００パルスなので、１パルスあたり
の回転角は０．０６°となり、図１０、図１１より１パ
ルスあたりの吸液量は０．１２４plとなる。この０．１
２４plがインクリメンタル型を併用したときのオートピ
ペッタの最少吸液量となる。また、誤差については、パ
ルス駆動における最少回転角が図９より０．００３°で
ありインクリメンタル型の分解能が０．０６°であるこ
とから、最大誤差は５％、容量にして０．００６２plと
なり、極めて微少な値である。従ってインクリメンタル
型を併用すれば、微少で正確な液量の制御がさらに改善
される。このようにして所定の量をピペット１０に測り
取る場合、所定の量の付近における吸液または吐液の微
量調整が容易になり、より正確な量を短時間で測り取る
ことが可能となる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の超音波オートピペッタでは、そ
の駆動源として超音波アクチュエータを用いている。柱
状の圧電磁器の分極軸に垂直な両端面には電極が設けら
れている。一方の端面に設けられている電極は２つに分
割され、かつ互いに絶縁されていて、もう一方の端面に
設けられている電極は端面の全部をおおっている。圧電
振動子はこのような圧電磁器と電極とからできている。
このように圧電振動子の少なくとも一方の端面に形成さ
れている電極を互いに絶縁された２つの部分に分割し、
２つの電極とすることにより、一方の電極を自励式電源
のための電極として用いることができる。従って、本発
明の超音波オートピペッタでは温度などの環境変化に対
し安定でかつ低消費電力での駆動が可能となる。圧電振
動子にその共振周波数に等しい周波数の交流信号を印加
すると、圧電振動子は励振されて圧電磁器の側面には圧
電磁器の分極軸の方向に沿った一方向の振動変位が生じ
る。この振動変位は摩擦材を介して回転体に伝わり、回
転体はその軸を中心に回転する。このときの摩擦材は圧
電磁器と回転体との間の回転による摩耗を防止するだけ
でなく、回転により両者の間に発生する高電圧に起因す
る電磁ノイズも防止する。従って高磁場中での使用も可
能である。回転体にはベアリングの軸が設けられている
ことから、回転体の回転に伴いベアリングも自転しなが
ら回転体の軸を中心に回転する。このときベアリングは
弾性チューブを押圧しながら回転するので、ベアリング
の通過とともに弾性チューブの断面は円形から楕円形と
なり、再び円形に復元する。弾性チューブはこの復元力
により弾性チューブの一方の開口から空気を自吸し、移
送する。ベアリングと金属パイプとの間に挟まれた部分
の弾性チューブにはどの箇所においても均一な負担がか
かるので、常に均一で正確なポンピングを行える。弾性
チューブの空気を自吸する方の開口はフィルタ部に連結
し、フィルタ部はピペット部に連結している。このよう
にして、駆動部、ピペット部およびそれらの間に位置す
るフィルタ部を一体化することができる。使用時にはピ
ペット部の下部開口を液体中に漬けてその先端を密封す
るとともに、ベアリングを所定の方向に回転させると、
弾性チューブ内が減圧するから、ピペット部の下部開口
から液体が浸入する。また、ベアリングの回転方向を逆
にすれば弾性チューブ内を加圧することができるので、
ピペット部にいったん浸入した液体を放出することがで
きる。このようにして弾性チューブ内の圧力を調整する
ことにより、所定の量をピペットに測り取る場合、所定
の量の付近における吸液または吐液の微量調整が容易に
なり、より正確な量を短時間で測り取ることが可能とな
る。もし誤ってピペット部の容量を超える容量の液体を
吸入してしまった場合には、その液体はフィルタ部に浸
入する。フィルタ部とピペット部または駆動部はそれぞ
れ着脱が可能なので、フィルタ部に浸入した液体の除去
も容易である。このときフィルタ部は、弾性チューブ内
への液体浸入阻止機能を備える。以上に示したように、
本発明の超音波オートピペッタは駆動部からピペット部
にいたるまでの構造が簡単であるから、装置の小形、軽
量化設計が可能である。その上、低速高トルク回転駆動
が可能なのでギアが不用となり、装置はさらに小形、軽
量化できる。また電気的入力に対する応答速度が速いの
でパルス駆動が正確かつ容易に行え、しかも無入力時の
保持力が大きい。従って、微少量の正確な制御が可能で
逆流もなく、吸液、または吐液量を容易に連続的に変え
られる。さらに、磁石の使用を必要としないことから、
強磁場中での使用も可能であり、騒音もない。

【００２９】本発明の超音波オートピペッタでは、連続
駆動の他にパルス駆動ができる。励振電圧として交流パ
ルス電圧を出力し、交流パルス電圧の電圧値および交流
周波数を調節する手段と、交流パルス電圧のパルス幅お
よびパルス繰り返し周波数を調節する手段とを駆動回路
に備えた構造を採用することにより、圧電磁器の側面に
生じる振動変位の大きさと方向を自由に変えることがで
きるので、弾性チューブ内の空気の移送速度と移送方向
をすばやく制御することができる。従って、極めて微少
な容量の正確な制御が可能となりしかも逆流もないか
ら、所定の量をピペットに測り取る場合、所定の量の付
近における吸液または吐液の微量調整が容易になり、よ
り正確な量を短時間で測り取ることが可能となる。

【００３０】本発明の超音波オートピペッタでは、圧電
振動子を２つ備えた構造を採用することにより、それぞ
れの圧電振動子による回転体の回転方向を逆にし、どち
らの圧電振動子を駆動させるかで回転体の回転方向を制
御することができる。しかもその上で圧電振動子に印加
する交流信号の振幅あるいは周波数を一定の範囲内で変
えることにより、圧電磁器の側面に生じる振動変位の大
きさを任意に制御するとができるから、回転体の回転速
度の制御がより容易にかつ正確になる。従って弾性チュ
ーブ内を移動する空気の速度と方向をより正確に制御す
ることができるから、所定の量をピペットに測り取る場
合、所定の量の付近における吸液または吐液の極微量の
調整が容易になり、より正確な量を短時間で測り取るこ
とが可能となる。なお、圧電振動子を３つ以上使用する
場合には回転トルクを増加させることができ、しかも上
述の効果を保持することができる。

【００３１】本発明の超音波オートピペッタでは、圧電
振動子が、この圧電振動子の容量およびインダクタンス
を主なリアクタンス成分とする共振回路で共振して発振
する発振回路から交流電力を受けて励振される。従っ
て、本発明の超音波オートピペッタでは外部温度などの
環境変化にも対応しうる駆動回路を提供できる。

【００３２】パルス駆動の際にロータリーエンコーダを
併用することにより、微少容量をさらに正確に制御する
ことができる。従って、極めて微少な容量の正確な制御
が可能となりしかも逆流もないから、所定の量をピペッ
トに測り取る場合、所定の量の付近における吸液または
吐液の微量調整が容易になり、より正確な量を短時間で
測り取ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波オートピペッタの一実施例を示
す断面図。

【図２】圧電振動子１の斜視図。

【図３】図１に代わる超音波オートピペッタの駆動部の
一実施例を示す断面図。

【図４】図３に示す駆動部を圧電振動子１の側面方向か
ら回転体２の軸の方向に沿って見たときの側面図。

【図５】弾性チューブ５が金属パイプ６に装着されてい
る様子を示す斜視図。

【図６】弾性チューブ５がベアリング４によって金属パ
イプ６に押圧されている様子を示す断面図

【図７】ｒｆパルスを印加する場合のパルス駆動のため
の電源回路の構成図。

【図８】圧電振動子１の周波数に対するアドミタンスの
振幅および位相の関係を示す特性図。

【図９】図１の超音波オートピペッタにおいて印加電圧
とベアリング４が回転体２の軸を中心に回転するときの
回転数との関係を示す特性図。

【図１０】図１の超音波オートピペッタにおいて印加電
圧が１００Ｖp-p でその周波数が約１３８kHz のパルス
駆動を行なったときの、パルス幅と１パルスあたりの回
転角との関係を示す特性図

【図１１】図１０およびベアリング４が回転体２の軸を
中心に１回転したときの吸液量より求めた、パルス幅と
１パルスあたりの吸液量との関係を示す特性図

【図１２】図１の超音波オートピペッタにおいて印加電
圧が１００Ｖp-p でその周波数が約１３８kHz のパルス
駆動の際の、パルス繰り返し周波数と１分あたりの吸液
量との関係を示す特性図。

【符号の説明】

１圧電振動子２回転体３摩擦材４ベアリング５弾性チューブ６金属パイプ７制御室８側管９ジョイント１０ピペット２０圧電磁器２１電極２２電極２３電極４０チューブ壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の圧電振動子からなる超音波アクチ
ュエータによって発生させた弾性振動により、液体を吸
引または吐出する超音波オートピペッタにおいて、透明な細い管より成るピペット部と、駆動部と、フィル
タ部とが備えてあり、前記フィルタ部は前記ピペット部と前記駆動部との間に
設けられていて、前記駆動部には弾性チューブと、該弾性チューブ内を加
圧または減圧する圧力調整手段とが備えてあり、前記圧力調整手段は、前記圧電振動子に接触して前記圧
電振動子に生じる振動変位を受ける回転体と、前記回転
体に取り付けられている複数のベアリングとを備え、前記圧電振動子は柱状の圧電磁器と、該圧電磁器の分極
軸に垂直な両端面にそれぞれ形成されている第１および
第２の電極とから成り、前記第１および第２の電極のうち少なくとも一方は互い
に絶縁された２つの部分に分割されていて、前記ベアリングは前記弾性チューブを押圧しながら前記
弾性チューブのほぼ軸線に沿って移動することを特徴と
する超音波オートピペッタ。
【請求項２】前記圧電振動子に励振電圧を供給する駆
動回路は、該励振電圧として交流パルス電圧を出力し、
該交流パルス電圧の電圧値および交流周波数を調節する
手段と、該交流パルス電圧のパルス幅およびパルス繰り
返し周波数を調節する手段とを備えることを特徴とする
請求項１に記載の超音波オートピペッタ。
【請求項３】前記圧電振動子は、この圧電振動子の容
量およびインダクタンスを主なリアクタンス成分とする
共振回路で共振して発振する発振回路から交流電力を受
けて励振されることを特徴とする請求項１に記載の超音
波オートピペッタ。