JPH06508693A - 多連ポートポンプを較正するための方法および装置 - 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】 多連ポートポンプを較正するための方法および装置本発明は、概して精密量の流 体を供給するための多連ポート計量ポンプ、具体的には分析テストにおいて複数 の出口ボートから試薬を精密分注するための多連ポートポンプを較正するための 方法および装置に関する。

従来技術の説明 本発明は、１９９１年１月３１日出願のＧ、ＰａｒｄｉｎａＳによる「往復回転 ピストンを備えた弁なし計量ポンプ」と題する出願番号０７／６４８．２４２の 出願および該出願と同時に出願されｉＲ，Ｙｏｕｎｇ等による［弁なし計量ポン プ用の制御システム」と題する出願との同時係属出願に関し、両出願共、本出願 の譲受人に譲渡され−たものである。

血清の存在下に肝炎、梅毒および）（ＩＶビールスのような伝染病が存在するか どうかを判定するのに分析テストを使用することは公知である。一般的な手順で は、精密量の生物学的サンプルをテスト容器中に配置し、該サンプルに試薬を加 えて自動分析器を使用して免疫検定を行う。テスト領域に精密量の試薬を供給す るのが一般的である。各サンプルに対する試薬の量は、５０〜１００マイクロリ ツトルの範囲であって良いが、±０゜５マイクロリツトルの正確度と１％未満の 分散係数を有する精度内で分注しなければならない。

試薬の供給用のポンプシステムについての高精度要求事項のために、正確なテス トサンプルを確保するには、適下サイズ、出口ボート端部でのメニスカスおよび 弁運動による圧力の変動などを全て考慮にいれなければならない。例えば、弁を 一つの位置からもう一つの位置に移動させる際に固有の非常に小さいポンプ動作 は、一般に分析タイプのテストに関連した量を扱う場合に非常に重要なものとな る。このことは、試薬と接触するポンプの部品が四フッ化プラスチックおよび／ またはセラミックなどのような不活性材料でなければならないという要求事項と あいまって、非常に費用のかかる複雑な設計になってしまう。

残念ながら、設計が複雑になればなるほど、製造および組立の際に誤差が起こり 易くなり、積み重なる許容差の影響を最小限にするべく厳しい許容差を必要とす ることからさらにコストを増大させる。その上、関連数の動パーツを備えたより 複雑なシステムは現場における不具合およびメンテナンスコストの原因となる。

最近になって、弁なし容積式計量ポンプが、流体の安全且つ正確な取扱いを必要 とする適用において首尾良く使用されている。弁なしポンプ機能は、ワークチャ ンバ内のピストンの同期的な回転および往復によって達成される。ワークチャン バおよびピストンを含むピストンヘッドは、該ヘッドが回転駆動に関して旋回す るように取り付けられている。角度によって、ストロークおよび長さ、続いて流 量が制御される。このポンプのタイプは、ガス状および液体状の流体を正確に供 給する際に有用であることが判明している。

弁なし容積式ポンプの例が米国特許第４．００８．００３号に開示されている。

該ポンプは、一対のワークチャンバに分割されているシリンダを含んでおり、各 チャンバは入り口および出口ポートに連絡している。特許第４．００８．００３ 号に開示されているポンプは、分析タイプのテストにめられる精密量の流体を計 量且つ分注するための正確な較正には適していない。ピストンのストロークは調 整が容易ではなく、ポートの角変位は容易に較正し得ない。傾斜可能ハウジング を使用してピストンのストロークを制御する弁なし計量ポンプのもう一つの例が 、１９９０年１月１０日出願の共同発明者、Ｇ、Ｐａｒｄｉｎａｓ、Ｒ，Ｗ、Ｊ ａｅｋｅｌおよびり、Ｐｉｎｋｅｒｔ。

ｎによる「多連ポート吐き出しポンプ」と題する出願番号０７／４６３，２６０ の同時係属出願に開示されている。

特に分析タイプのテスト用およびテスト容器に流体を正確且つ精密に供給するよ うに設計された弁なし計量ポンプが、本出願人の先に述べｔ−関連出願である、 出願番号０７／４６８．２６２の「往復回転ピストンを備えた弁なし計量ポンプ 」と題する出願に開示されている。該出願に示されている弁なし計量ポンプは、 特に確実且つ信頼可能な方法によって分析テストのテスト現場への流体の精密供 給に好適な流体供給システムを提供している。ポンプの設計は、最低数の動パー ツしか含んでおらず、弁が無く、構成がフレキシブルであり、且つ組立が容易で あって、積み重なる許容差の危険が最も少ない。該ポンプは、試薬の広範囲な互 換性を有するように設計されていると共に、ボート毎に５０〜１００マイクロリ ツトルの範囲の流体量を、土０．５マイクロリットル以内の正確度および１％未 満の分散係数の精度で分注することが可能である。

各ポンプが特定の試薬を複数のテスト位置の各々に供給するということは一般的 な方法となってきているが、従来技術においては、弁機構が第１のステーション から他のステーションへの試薬の流れを制御することが通例となっていた。複式 ボートまたは多連ボートシステムにおいては、各出方ボートに供給される流体試 薬が、バランス良く正確に制御されてテスト手順において一貫性を保つことが重 要である。これは、出願番号ｏ７／４６３．２６０および０７／４６８，２６２ の上記同時係属出願に開示されているもののような弁なし計量ポンプに関してか なり重要な問題である。

上記出願に開示されている各ポンプは精密且つ繰り返し可能な量の流体を各テス ト容器に供給するように働くが、出力ポートを均衡させるためのポンプの較正は 冗長且つ時間のかかる仕事であり得る。一旦ポンプが据え付けられてしまうと、 現場では整備およびメンテナンスの間に再較正することは不可能とは言えないま でも困難になる可能性があり、しばしば、出力ポートを較正したり、均衡させた りするためにポンプを取り外して製造者に戻す必要が生じる。

発明の概略 本発明は、初期製造の間とポンプが現場に据え付けられた後の整備およびメンテ ナンス作業との間に多連ボートンステムを較正するための方法および装置に向け られている。一般的に弁なし計量ポンプは、中央ワークチャンバと連絡する径方 向に順次間隔を置いて配置された複数の入り口および出口ボートを有するヘッド を含んでいる。ポンプヘッドは、各ボートとピストンヘッドとの間の関係を調整 して互いに関してボートの流体の流れを均衡させるためにワークチャンバの軸の 周りで角度調整されるように構成されている。本発明の好ましい実施例において 、ピストンチャンバに関してポンプヘッドの角配向を正確に調整且つ読み取るた めの手段が設けられている。拡大目盛りスケールを有する取り外し可能な較正器 が、ポンプヘッドに取り付けふれていると共に該ヘッドと共に可動である。固定 ポインタが、ポンプ本体に取り付けられるように構成されていると共に、径方向 に配置された多連ポートを通る流体の流れを制御且つ均衡させるためにピストン に関するポンプヘッドの精密な角位置を決定するためのスケールと連絡するイン ジケータを含んでいる。

本発明は、流体が複数の順次テスト現場に供給される流体量を均衡させるために 順次出口ポートから排出される際に、流体の圧力差に適合するようにポンプを較 正することは容易である。

本発明は、ピストンがそのサイクルを完了する際にピストンに関してボートの位 置を調整することによって、順次ボートでの流体の圧力差による不精密さを補償 する。

本発明による弁なし計量ポンプを較正するための方法および装置は、分析テスト 中に確実且つ信頼可能な方法で流体試薬を複数のテスト現場に精密供給するのに 特に好適な流体供給システムを提供する。ヘッドの入り口および出口ボートは、 共平面関係になっていると共にポンプのワークチャンバから外側に向かって径方 向に間隔を置いて配置されている。ボートの角配向はポンプ動作を均衡させるべ くピストンに関して容易に較正され得る。ポンプは、広範囲な試薬互換性を有し ていると共に、ボート毎に５０〜１００マイクロリツトルの範囲の流体量を、± ０．５マイクロリットル以内の正確度および１％未満の分散係数の精度で分注す ることが可能である。本発明は、製造プロセスの間にも現場条件の下でも殆ど困 難無く予測可能且つ繰り返し可能な方法でポンプを較正するための方法および装 置を提供する。

従って、本発明の目的および特徴は、複数の出口を介して微量の流体を正確且つ 精密に分注するための多連ボート弁なし容積式計量ポンプを較正且つ均衡させる ための手段および方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的および特徴は、整備およびメンテナンス作業の間に較正 するためにポンプ上に容易に据え付けられ且っポンプと共に使用される較正装置 および手順を提供することである。

本発明の追加目的および特徴は、弁なし容積式計量ポンプの複数の出力ポートを 較正且つ均衡させるための手段および方法を提伊することである。

本発明の他の目的および特徴は、図面および下記の好ましい実施例の説明から容 易に明らかにされるであろう。

図面の簡単な説明 図１は、多連ボート容積式計量ポンプと共に使用するように示されている本発明 の較正システムの組立斜視図である。

図２は、図１に示されている較正システムの分解斜視図である。

図３は、概して図１の線３−３に沿った断面図である。

図４は、較正範囲の一つの極値における較正システムおよびポンプを示す、図３ に類似の図である。

図５は、概して図１の線５−５に沿った断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 図面の図１に示されているように、弁なし計量ポンプは、ヘッド１０と、１８で 互いにヒンジ固定された上部１４および下部１６（図２）を含む本体１２とを含 んでいる。本体下部１６はモータ２０上に取り付けられており、該モータは支持 プレート２２上に取り付けられている。ヘッド１０は、ヘッドに設けられている すきまスロット２６を通過する取付ねじ２４によって本体上部１４上に取り付け られていると共に、本体上部１４のねじ立て穴（図示せず）によって受容されて いる。モータ２０は、支持プレート２２に設けられているすきま穴（図示せず） とスペーサ３４とを通過して本体下部１６の取付台３２のねじ立て穴（図示せず ）によって受容される好適な取付ねじ３０によって支持プレート２２上に取り付 けられている。ばね式取付ワッシャ３６が、モータ２０の周縁の外側の支持プレ ート２２上に設置されていると共に、作業ステーション（図示せず）において組 立てられたポンプを取り付けるための入れ子式取付ねじ３７を含んでいる。モー タは電源に接続されてハーネスを制御すると共にハーネスに電力を供給している 。本明細書に引用されて組み込まれている本出願人による「往復回転ピストンを 備えた弁なし計量ポンプ」と題する出願番号０７／６４８，２４２の上記同時係 属出願にさらに詳細に記載されているように、モータ２０は典型的にはポンプの 駆動軸を規定する細長い円筒形駆動シャフトを含んでいる。

ポンプ本体の上部１４は、１８でヒンジピン１９（図２）により本体下部上にヒ ンジ取付けされている。典型的には、ヒンジピンは、本体上部１４のヒンジ台２ １に設けられている貫通穴を通過すると共に本体下部１６の組み合わせヒンジ台 ２３の相補形穴によって受容されている。ピストンのへ・ラド５２（図３）はボ ンブヘンド１０のワークチャンバ５４内に伸張している。スロット付きシートま たは延長部７４（図２）が、本体上部１４に設けられていると共にヒンジピン１ ９の中央から径方向外側に且つ直径方向に反対側に設置されている０相補形のス ロット付きシートまたは延長部７６が本体下部１６に取り付けられている。好ま しい実施例において、圧縮ばね７８力（シート７４と７６との間に配置されてお り、ねじ山付き調整ねじ８０が、シート７４のスロット、ばね７８の中心および シート７６のすきまスロットを通過する。ナツト（図示せず）は調整ねじ８０に よってねじ切り可能に受容され、それによって本体下部１６に関する本体上部１ ４およびヘッド１０と駆動軸との間の傾斜角がねじ８０を回転させることによっ て調整可能になる。

好ましい実施例において、ポンプヘッド１０は、任意の好適な材料によって製造 可能であると共に、図３および図４に最も良く示されているように、ポンプのワ ークチャンバ５４の正確に寸法が決められた内部円筒形側壁５５を含むセラミッ ク等から製造された不活性鋳ぐるみ（ｉｎ＠ｅｃ＋）　９０を含んでいる。該図 に示されているように、鋳ぐるみ９０は精密に計量された三つの共平面開口９２ ．９４および９６を含んでいる。ヘッド１０は三つの対応する円筒形チャンネル ９８．１００および１０２を含んでいる。チャンネル９８．１００および１０２ は、組み立てられたポンプを周知の方法で流体制御ラインに固定するための継手 １０４（図３）のようなねじ山付き継手を受容するようにねじ立てしてもよい。

図１および図３に示されているように、完全に組み立てられたポンプは、調整ね じ８０を使用して本体上部１４と本体下部１６との間の傾斜角を調整することに よってピストンのストローク長を調整するように較正することが可能である。ポ ンプ本体の上部１４と下部１６との間の傾斜角により、ピストンヘッド５２の往 復ストローク長が制御される。駆動モータ２０が機動されてピストンヘッドを回 転させると、ピストンが回転すると共にスピンドルの回転に応じて正弦運動をし ながら往復する。

出口ポートを通る流れを均衡させるために、取付ねじ２４および較正スロット２ ６によりピストンに関してヘッドの角位置を調整することによってヘッド１０を 較正することが可能である。

ピストンがヘッド５２の円筒形外壁内にフラットまたはダクト１０６を含んでい ることが認められるであろう。図３および図４に示されているように、ピストン が矢印１０８の方向に回転する際には、ダクト１０６は、入りロボート９２から 出口ボート９４および９６を通ってまた入りロボート９２へと順次移動する。作 動時には、ピストンは入りロボート９２に接触するときに下降ストロークを開始 し、それによってワークチャンバ５４を拡張して矢印１１０で示されているよう にチャンネル９８および入りロボート９２を介して流体を吸い込む。ピストンは 回転を続けながら、第１の出口ボート９４と接触するときに上昇ストロークを開 始し、矢印１１２で示されているように第１の出口ポート９４および組み合わさ れたチャンネル１００を介して流体の一部を押し出すためにワークチャンバ５４ を圧縮する。ピストンが移動して第２の順次出口ボート９６と接触するときには ピストンは上昇ストロークを続けており、ワークチャンバ５４をさらに圧縮して 、矢印１１４で示されているように、ボート９６および組み合わされたチャンネ ル１０２を介して追加流体を押し出す。ピストンが移動してボート９６を通ると きに、ピストンはその上昇ストロークのピークに達し、再び流体をポンプのワー クチャンバ内に吸い込むためにボート９２と接触するときに次の下降ストローク を開始する。

出口ボート９４および９６を通る流体の流れは、スロット２６により可能になる 範囲内でヘッドを回転させることによってピストンのストロークに関してボート の角位置を調整することにより正確に均衡を保つことが可能であることが判明し た。好ましい実施例において、出口ボートは、５０〜１００マイクロリツトルの 範囲で分注された試薬流体に対して１％未満の分散係数まで調整可能である。さ らに、試薬は±０．５マイクロリットルの正確度および精度内で一様に分注され た。

本発明の好ましい実施例において、較正器スケールアセンブリ１５０は、ヘッド １０の周縁に取り付けられるように構成されていると共にポンプ本体に関するヘ ッドの角位置を正確に指示するための目盛リスケール１５２を含んでいる。好ま しい実施例において、較正スケールアセンブリ１５０は、ポンプの円形ヘッド１ ０の外周にわたってすっぽりはめ込まれるように構成された内径を有する取付リ ング１５４を含んでいると共に、ヘッドおよび該ヘッド内に取り付けられている 継手１０４内のオリフィス開口９８．１００および１０２に対応し且つ該開口よ り大きい複数のスロット１５６．１５８および１６０を含んでいる。取付リング をヘッド１０上に保持するためにねじ込まれる取付ねじ１６３を受容するために ねじ立て穴１６１が取付リング１５４内に設けられている。スケールは細長いア ーム１６６を含んでおり、該アームは、例えば、アーム１６２内のすきま穴１７ ２を通過すると共にリング内のねじ立て穴１７４によって受容されるねじ山のつ いた取付ねじ１７０のような好適な手段によって取付リング１５４の底部１６８ （図２）に取り付けられるように構成されている。精密止め穴１７６および１７ ８が、それぞれリング１５４およびアーム１６２内に設けられていると共に取付 リング１５４とスケールアーム１６２との間の心合わせを精密に維持するための プラグ固定ロケータピン１８０を受容するように構成されている。アーム１６２ は、リングから径方向外側に向かって伸張すると共に外表面に目盛りスケール１ ５２を有する拡大ファン形状のスケール素子１８２で終端している。好ましい実 施例においてスケール１５２は、ポンプ上に据え付けられる際には取付リング１ ５４の中心に且つポンプヘッド１０のワークチャンバ５４の中心軸にほぼ一致す る中心を有する円弧上に配置された径方向表面上に置かれている。

較正器インジケータアセンブリ１９０は、ポンプの本体上部１４のヒンジ台２１ によってすっぽり受容されるように寸法が決められているスロット１９６を含む スロット付き取り付はブラケット１９４内で一方の端部が終端する細長いアーム １９２を含んでいる。取付ブラケット１９４は、取付ねじ１９８を受容するよう に構成されているねじ立て穴１９７を含んでおり、それによってインジケータア センブリ１９０は、図５に示されているようにヒンジ台２１に取付且つ固定可能 になる。細長いアーム１９２は、ポンプ本体から径方向外側に向かって伸張する と共に、較正器アセンブリ１５０の目盛リスケール１５２と連絡して配置されて いるポインタ２００　（図１および図２）で終端している。

ピストン５２に関するポンプの出口ポート１ｏｏおよび１゜２の心合わせは、ポ インタ２００と組み合わせたスケール１５２を使用して正確に配置することが可 能である。較正機構は、製造および組立の間にポンプの較正および均衡保持を助 は且つ整備およびメンテナンス作業の間に現場でポンプを再較正する機能を有し ている。操作に当たっては、較正機構は、整備のためにポンプを取り除くことな くポンプ上に容易に取り付けることが出来る。これによって、ポンプの分解に先 だってポンプ位置を読み取り、さらに整備および／またはメンテナンス後にポン プを再組立することが可能になる。ピストンに関するポートの配向角度を調整す るために、ヘッド１０の取付ねじ２４をゆるめて、ポンプをスロット２６の範囲 内で図３および図５に示されているように角度回転調整し、精密にポンプの平衡 を保つ。

本発明のいくつかの特徴および実施例をいままで説明してきたが、添付請求項の 範囲内であれば、本発明が全ての修正および増強を包含することは容易に理解さ れるであろう。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．径方向に伸張し且つ順次間隔を置いて設置された複数のポートを含むヘッド と、ヘッドを支持するための本体と、ヘッド内にあると共にポートと連通する中 央ワークチャンバと、本体内に担持されていると共にワークチャンバと連通する かみあいピストンとを有し、ヘッドと本体とは共通軸を有しており、ヘッドが本 体に関して該軸の周りで回転可能であるタイプの計量ポンプ内で複数の出力ポー トを均衡させるための較正器であって、 ａ．前記ヘッドの外端部に取り付けられるように構成されていると共に該端部か ら径方向に外側に向かって伸張し且つ第１の外端部で終端する第１のアセンブリ と、ｂ．前記本体に取り付けられるように構成されていると共に該本体から径方 向に外側に向かって伸張し且つ第１の外端部とほぼ心合わせしている第２の外端 部で終端しており、それによってヘッドと本体との間の角関係が前記第１および 第２の外端部間の角関係に直接対応している第２のアセンブリとを含む較正器。
2. ２．前記ヘッドは、円筒形断面を有していると共に円筒形外壁を含んでおり、前 記第１のアセンブリは、ヘッドの円筒形外壁にすっぼりはめ込まれるように寸法 が決められた直径を有する環状リングと、該リングから径方向に外側に向かって 伸張すると共に前記第１の外端部で終端するアームとを含んでいる請求項１に記 載の較正器。
3. ３．前記第１の外端部は、円弧エッジで終端する拡大ファン形状のブレートを含 んでおり、円弧の中心は、環状リングの中心に対応していると共に、前記ヘッド 上に据え付けられた場合には該ヘッドの円筒形軸と一致し、前記円弧エッジは、 本体に関してヘッドの角位置に対応する目盛りスケールをさらに含んでいる請求 項２に記載の較正器。
4. ４．前記アームは、取付穴および心合わせ穴を含んでおり、前記リングは、相補 取付穴および心合わせ穴を有する径方向に伸張する平面壁部を含んでおり、リン グにアームを固定すべくそれぞれの取付穴を通過する第１の手段と、リングと径 方向に心合わせしてアームを保持すべくそれぞれの心合わせ穴を通過且つ該心合 わせ穴とのブラグはめ合いを形成する第２の手段とをさらに含んでいる請求項２ に記載の較正器。
5. ５．前記リングは、該リングの周縁の周りに径方向に間隔を置いて設置されてい ると共に、前記ヘッド上に取り付けられた場合に該ヘッドの間隔を置いて設置さ れたポートと心合わせして配置されるように構成された複数の貫通スロットを含 んでいる請求項２に記載の較正器。
6. ６．前記リングは、該リングを通って径方向に伸張する第１のねじ立て貫通穴と 、前記第１のねじ立て穴内に受容されるように構成されていると共に前記ヘッド 上に前記リングを固定保持するために前記ヘッドの円筒形外壁と係合するように 構成された端部を有する第１のねじ山付き止めねじとをさらに含んでいる請求項 ２に記載の較正器。
7. ７．前記第２のアセンブリは、取付ブラケット内で終端する内端部を有すると共 に前記本体に固定取付されるように構成された細長いアームと、前記第２の外端 部を規定すると共に前記第２の外端部に関して第１の外端部の位置を視覚的に読 み取るためのインジケータを含む対向端部とをさらに含んでいる請求項１に記載 の較正器。
8. ８．径方向に伸張し且つ順次間隔を置いて設置された複数のポートを含んでいる と共に円筒形断面を有し且つ円筒形外壁を含むヘッドと、ヘッドを支持するため の本体と、ヘッド内にあり且つポートと連通する中央ワークチャンバと、本体内 に担持され且つワークチャンバと連通するかみあいピストンとを有し、ヘッドと 本体とは共通軸を有しており、ヘッドが本体に関して該軸の周りで回転可能であ るタイプの計量ポンプ内で複数の外ポートを均衡させるための較正器であって、 ａ．前記ヘッドの円筒形外壁にすっぼりはめ込まれるように寸法が決められた直 径を有する環状リングと、該リングから径方向に外側に向かって伸張し且つ円弧 エッジで終端する拡大ファン形状のブレートを含む第１の外端部で終端する細長 いアームとを含んでおり、円弧の中心は環状リングの中心に対応すると共にヘッ ド上に据え付けられる場合には該ヘッドの円筒形軸と一致し、前記円弧エッジは 本体に関するヘッドの角位置に対応する目盛りスケールをさらに含んでいる第１ のアセンブリと、 ｂ．取付ブラケット内で終端する内端部を有すると共に前記本体に固定取り付け されるように構成されている細長いアームと、インジケータを含む対向外端部と を含んでおり、該インジケータは、該インジケータに関して目盛りスケールを視 覚的に続み取るためのものである第２のアセンブリとを含んでいる較正器。
9. ９．前記第１のアセンブリのアームは、取付穴と、心合わせ穴と、さらにアーム をリングに固定するためのそれぞれの取付穴を貫通する第１の手段と、リングと 径方向に心合わせしてアームを保持すべくそれぞれの心合わせ穴を通過すると共 に該穴とブラグはめ合いを形成する第２の手段とを含んでおり、前記ポンプ本体 は、突出する取付タブを含んでおり、前記ブラケットは、インジケータを前記ポ ンプのピストンと径方向に心合わせして固定取付するための前記突出取付バッド をすっぼりはめ込むように構成されたスロットを含んでいる請求項８に記載の較 正器。
10. １０．前記リングは、該リングの周縁の周りに径方向に間隔を置いて設置されて いると共に前記ヘッド上に取付られた場合に該ヘッドの間隔ポートと心合わせし て配置されるように構成されている複数の貫通スロットを含んでいる請求項９に 記載の較正器。