JPS6152405B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、製造業者から実験室の末端の使用者
へ試薬を貯蔵、輸送および／または分配する際の
化学実験室の作業に関し、また特定の、デジタル
プログラムされた試料の量を正確に移し取る際に
かつ同様に特定の、デジタルプログラムされた試
薬の量を送り出す際の実験室における試薬を使用
した化学実験室の作業にも関する。

本発明は、新規で、低コストの、使い捨て可能
な試薬容器と、この容器が弁や相互連結された管
なしでピペツタ・ダイルータ（pipetterdiluter）
として作用するように容器に作用する新規なデジ
タル制御の作動機構に関する。

本発明は、デジタルプログラムおよび信号処理
技術による試料と試薬の体積決定の問題を解決す
る。

今日、普通は、試薬が慣用的なびんに入れた状
態で実験室に引渡されている。これらのびんから
送り出される量を計測する。市場で手に入る全範
囲の体積測定装置には、ある量の液体を目盛付管
または空洞（ピペツト）に吸い上げてそれを計測
された量として再び吹き出すような簡単な手動型
のものから、試薬を試薬びんまたは試薬容器から
注射器に吸入して注射器のプランジヤのストロー
クとその直径により決められる計測量として再び
押し出す全自動型の装置まである。

ピペツタ・ダイルータは２つの異なる量に関係
があり、ある特定量の試料をさぐり先端片に吸込
ませ、後で第２の特定量の試薬と共に流し出すの
である。今日、このような装置は２つの注射器ま
たはポンプ、すなわち試料用と試薬用を有する。
ポンプと試薬容器が管と弁により相互連結されて
いる。

これらの装置の欠点は、弁の設計と製造に費用
がかかることと、弁がトラブルと誤作動のもとに
なることがしばしばあることである。さらに、こ
の装置で試薬を変えたい場合には弁および相互連
結管を新しい試薬で充満してゆすぎ落とし、また
新しい試薬を入れる必要がある。このため、操作
に時間がかかつてわづらわしいことから離れても
試薬が浪費される。

本発明は、試薬の貯蔵と、試料の注射器
（syringe）と、試薬の注射器を一つの単独のユニ
ツトにして、全ての移送および管と弁を相互連結
する必要を避けることにより前述の不利益を克服
するものである。

従来では、注射器の全体量から非常に僅かな量
例えば100000の中の１部の試料を取つたりまたは
送り出したりすることが事実上できなかつた。そ
の理由は、採取されるまたは送り出される量を決
めるために注射器内のプランジヤを機械的手段に
よりかつ機械的停止部により動かしたためであ
る。その問題は、注射器内のプランジヤには、注
射器の壁に対し摩擦と粘着（stiction）を惹起す
る密封体があるということである。

これを、プランジヤが移動する前に克服しなけ
ればならない。粘着を克服するためには、ある力
を加えなければならない。この力は、プランジヤ
を与えられた距離だけ移動させるように設計され
ている機械的なリンク仕掛および停止装置を僅か
にゆがめる。プランジヤが粘着から解放されると
きに、粘着を克服するための力も解放されてプラ
ンジヤが突然はね上り、その量だけ送り出される
試薬の量が変化する。この量は測定して制御する
のが非常に困難であり、この量によつて確実に取
り扱かえる最小量に対する限界が決められる。

本発明は、粘着から解放されるときに、プラン
ジヤと密封体にプランジヤを直接送り出し方向へ
移動しないような力を加えることによりこの問題
を克服する。プランジヤを回転運動により解放す
るのである。このような運動は送り出し方向に対
して実質的に中立であるが、それにも拘らずプラ
ンジヤを粘着から解放する効果がある。

先行技術の装置の他の不利益は、プランジヤを
送り出し方向に移動させる力が比較的大きくて複
雑な機械的構造（数インチの寸法）を介してプラ
ンジヤに加えられ、かくしてその装置における弾
性と公差が制御量の誤差に加わり、これによつて
正確にかつ確実に取り扱かえる最小量に対する限
界が決められる。

本発明は、プランジヤを動かすための力を直接
プランジヤと注射器の壁の間に加えることにより
これらの困難を克服する。プランジヤが注射器基
体内でマイクロメータねじとして作用する。プラ
ンジヤと前進機構の間には少しの距離もない。と
いうのは、プランジヤが接触している注射器壁に
対してプランジヤ自体で前進するからである。

先行技術の装置の欠点は費用がかかることであ
る。その費用のかかる原因は、注射器と弁系統に
高度の機械的正確さが必要なためと、機械的なプ
ログラムおよび体積制御が複雑なためである。

機械的な正確さとプログラムから電子的正確さ
とプログラムへ進む場合に費用の節約の可能性が
大きい。

本発明は、複雑な弁や管を必要としない低コス
トの使い捨て可能な注射器により、また電子的な
デジタル制御プログラムによりこの費用の減少を
実現させるものである。その最も簡単な形では、
この制御をプリセツト計数器により達成する。

総合すると、本発明の主目的は、プランジヤが
動き出すときに密封体の粘着から解放される際に
生ずるプランジヤの突然のはね上りを避け、およ
びプランジヤの送出し方向における制御量の誤差
を最小にするように構成された分配装置を提供す
ることである。

上記の目的を達成するには、本発明により、プ
ランジヤには、プランジヤと容器の相対回転と同
時に容器の内面に対応するスリツトを切る切刃を
有する周方向ねじ山を設け、密封部材をプランジ
ヤに対し固定し、かつ円筒状容器の内面に対し相
対的に摺動可能にし、かつ容器の内部と連通する
流路とプランジヤの間に配置し、さらにプランジ
ヤと容器の間の相対回転の範囲をもたらすための
手段を配置すれば良い。

以下、本発明を附図を参照して説明する。

第１図に示した容器は、好適には比較的やわら
かいが復原力のあるプラスチツク材料で作られた
主体により構成されている。市場で容易に手に入
る形式の使い捨て可能な標準の注射器の本体が適
当である。この本体内にはプランジヤ２が配置さ
れ、このプランジヤはドロタン（Durothan）の
ようなポリアミドタイプの硬質の復元力のあるプ
ラスチツクで成型されるのが望ましい。このプラ
ンジヤには、シリコンゴムまたは他のやわらかい
可撓性材料製の密封部材３が設けられている。こ
の密封部材は容易に手に入る使い捨て可能な注射
器に使用される形式のもので良い。プランジヤに
は、細いねじリムを有するねじ部４がある。この
ねじ部４が注射器管の基体より僅かに大きく、い
くつかのセクター５に分けられている。各セクタ
ーがねじ山を押圧するばねとして作用することに
より、ねじ山が注射器の壁６に貫入して壁に溝を
切る。このばね作用は、各セクターに作用する金
属の鋼ばね（図示省略）により増大させることが
できる。これは、プランジヤが流動しやすい材料
従つて長期間にわたつて歪を受けている間にその
弾力性を失なうような材料で作られている場合に
価値がある。

プランジヤのねじ部４が注射容器本体の内壁６
に対しマイクロメータねじとして作用する。注射
器の壁にはあらかじめねじを切つておいても良
い。なぜなら、やわらかい密封体３が注射器の壁
のねじを充填するし、かつプランジヤと密封体の
両方が一緒に回転するので、プランジヤと密封体
が回転しながら軸方向に一緒に移動するからであ
る。プランジヤのセクターのばね作用により、プ
ランジヤと注射器の壁の間にバツクラツシユまた
は遊隙がいらなくなる。

しかしながら、注射器の壁はねじを切らないで
なめらかにするのが望ましい。この場合には、プ
ランジヤが注射器の基体にキルフタツピンねじと
して作用する。プランジヤには特別な形状のねじ
山が有利である。第２図はこのねじ山の輪かくの
概略図を示す。このねじ山は高い鋭い隆起を有す
る。このようにナイフ状に鋭く隆起させた目的
は、壁の材料を除去しないで変形させることによ
り注射器の壁にみぞを切ることである。実際には
非常に浅いねじで十分である。なぜなら、回転す
る密封体が粘着から解除されているし、また密封
体の移動中の摩擦が小さく、従つてプランジヤを
前進させるのに必要な力が比較的小さいからであ
る。注射器の壁６には凹部７が配設されている
が、その目的は、プランジヤが注射器から不用意
に抜け出ないように防止するためである。この凹
部の外側にはフランジ８が設けられている。

フランジの中央には不規則な形状の凹部（図示
省略）が設けられており、この目的は回転駆動軸
と係合させるためである。この凹部の形状は三角
形が適当である。

第３図に示したように、プランジヤ２は前記の
三角形の凹部と協働する棒９と連結されている。
棒９の反対端には垂直方向に配置された支持板１
０が設けられており、この支持板がピン３，１４
に取りつけられた２つの玉軸受１１，１２を担持
している。玉軸受１１，１２の外輪が第４図に見
られるように管１５内をかつ正反対に対向した管
のかど部１６，１７と関連して移動するようにな
つている。玉軸受１１，１２が管１５内で圧力を
受けている。この圧力をかけるには、玉軸受の中
心間の距離を多少大きくして具合よく嵌まるよう
にする。管１５は回転可能であるが、玉軸受に負
荷をかける理由は、管１５が回転しているときに
棒９がこの回転にできるだけ密接に追従するよう
に遊びまたは角度的なバツクラツシユを最小にす
るためである。棒９が管１５の端板１８の穴を貫
通しており、管１５の反対端には可撓性の盤１９
が設けられている。この可撓性の盤１９は軸２２
と連結可能なプツシユ２０を担持しており、次い
で軸２２が円盤２３を担持している。その機能に
ついては後述する。前記軸２２は減速装置２４に
所属し、次いでこの減速装置がモータ２５と連結
されている。可撓性盤１９と棒９の玉軸受端部の
間には、棒９の外端部をプランジヤ２と係合させ
ておく弱いばね２６が設けられている。可撓性盤
の目的は、管１５と棒９が少し動けるようにする
ことである。このようにすれば、その盤がねじ山
に対して非常に堅いので、性能を落とさずに製造
の際の精密な公差のための必要条件を最小にする
ことができる。第３図に見られるように、棒９お
よび関連した細部が２つの矢印２７の方向に移動
することができる。

モータ２５がハウジング２９の底部２８により
支持されている。ハウジング２９の上方の平らな
端部３０が雌ねじ３２を備えたスリーブ３１を担
持しており、その雌ねじ３２はプランジヤ２を含
む容器本体１のフランジ８を押圧するようにして
あるナツト３４の雄ねじ３３と協働する。フラン
ジ８が端部３０の表面に当接する 円盤２３はその周囲に例えば1000の不透明と半
透明のスポツトを有する光学エンコーダ盤
（optical encoder dise）である。前記円盤２３が
支持部材３６に配設された光源３５と協働し、支
持部材３６がまたレンズ３７と光電池３８も担持
している。光源３５が円盤２３を照らすと、光電
池３８に像を生じる。その光電池が、円盤の回転
位置に依存し円盤２３に暗いスポツトまたは明る
いスポツトを感知する。円盤が一回全回転する
と、本例では1000の光のパルスが光電池３８に与
えられる。

第５図には、第３図に示した装置が関連した電
気回路と共に示してある。これらの電気回路は簡
単なデジタルプログラム作動機構の形をしてい
る。前記の回路は簡単であるが、デジタルプログ
ラムのピペツタ・ダイルータとして容器およびア
クチユエータを作動させるのに充分である。電動
機２５は３本の接続電線３９，４０，４１を備え
た可逆交流電動機である。電線３９がリレー接点
４２を介して主電源と接続されている。電線４０
と４１の間には擬似相を得るためにコンデンサ４
３が接続されている。電線４０が一つの接点４４
と接続され、電線４１がスイツチ４６の第２接点
４５と接続され、次いでスイツチ４６が主電流の
他方の端子と接続されている。このようにして、
電動機の回転方向は、スイツチ４６がどの接点に
接続されるかに依つて決まる。図示の中性位置で
は、電動機の接続が切断されている。

光電池３８が二進計数器４７の入力と接続され
ている。前記計数器は市場で容易に手に入る形式
のもので良い。この計数器が一連の二進出力を有
し、そのどれでもスイツチ４６の一部を構成する
スイツチ５０のどちらかの接点４８，４９に一度
に接続させることができる。スイツチ５０が抵抗
器５１によりトランジスタ５３のベース５２に接
続されている。前記トランジスタのエミツタが電
圧源Ｂに接続され、そのコレクタ５５がリレーコ
イル５６を介して接地されており、リレーコイル
５６は前述したリレー接点４２を作動させる。計
数器４７が、抵抗器５８を経て電圧源Ｂに接続さ
れたリセツト端子５７を有する。前記端子５７が
スイツチ６１の両接点５９と６０に接続されてお
り、スイツチ６１はスイツチ５０のようにスイツ
チ４６の一部である。スイツチ６１が第５図に示
したように接地されかつ電圧源Ｂに接続されてい
る。

容器１は、試料液６５を含有する容器６４の中
へ移動させるためにホース６２により送出し先端
片６３に連結されている。前記の送出し先端片６
３は、また点線で示したように別の容器６６の中
へ移動させ得るようになつている。この後者の容
器６６は、その中へ容器６４からの計量された試
料が容器１からの計量された量の試薬と共に送り
出される受容器である。送り出し先端片６３を容
易に手に入る形式の送り出し先端片で構成しても
良い。

第５図の装置の作動は次の通りである。

スイツチ４６ならびに関連したスイツチ５０と
６１が中立位置にあると仮定する。計数器４７か
らの適当な出力を、いわゆる試料位置接点である
スイツチ４８に接続することにより所望の試料の
量を選択する。計数器４７の適当な出力を、スイ
ツチ５０の希釈接点である接点４９に接続するこ
とにより所望の希釈量を選択する。送り出し先端
片６３を試料容器６４に入れて試料液６５の中へ
移動させる。スイツチ５０のレバーを試料位置接
点である接点４８へ移動させる。同時に、接点４
６と６１がそれぞれ接点４５と５９へ動かされ
る。これによつて、計数器４７が光電池３８から
パルスを受ける用意がととのい、電動機が回転し
始めてプランジヤ２を容器１からねじ戻しかくし
て試料を試験液容器６４から取り出す。同時に、
光電池が通過する円盤２３の上の線の数を記録
し、計数器４７がこれらの線を計数する。接点４
８に接続されている計数器４７の出力端子が高く
なると、トランジスタ５３がしや断され、すなわ
ちリレーコイル５６に有効な電流がなくなり、従
つてリレー接点４２が開いて電動機が停止する。

さて、送り出し先端片６３を試薬容器６６に入
れ、スイツチ５０を送り出し位置へ動かし、すな
わち接点４９と接触させる。これによつて、スイ
ツチ４６と６１がそれぞれの接点４４と６０へ移
動する。送り出し位置へ動かす際に、中立位置を
通過して計数器４７がリセツトされる。というの
は、スイツチ６１が端子５７と接地の間の接続を
開くからである。さて、電動機が反対方向に回転
し始めて容器１にプランジヤ２をねじ込みかくし
て特定量だけ送り出す。計数器４７が接点４９に
接続された出力を高い状態にするのに十分な総数
を記録するまで送り出しが続けられる。この瞬間
にトランジスタ５３が再びしや断されてリレー接
点が落下し、電動機２５が再び停止する。

上記したのが試料と希釈の全プログラムサイク
ルである。装置全体が非常に正確でありかつプラ
ンジヤ自体を容器にねじ込んだりねじ戻したりす
るプランジヤの配置により始動摩擦力を実質的に
除くことができる。たとえ管１５、棒９、プラン
ジヤ２が回転し始めるときに大きな摩擦力がある
としても、このような避けられない摩擦のはね上
りと関連したプランジヤの軸方向移動は実際には
なんら重要ではない。本発明の範囲内でプランジ
ヤ２のねじ４の形状を変えることができ、また前
述したように容器の内壁６にあらかじめねじを切
つておくこともできる。ねじみぞを切りやすい材
料であるスチレンプラスチツク等のような幾分弾
性的な材料で容器１を作ることが望ましい。容器
の壁６とプランジヤのねじ４との間に密封状態を
得るために、非直線形の傾斜を有するねじを設け
ることができる。プランジヤの回転機構は、図示
の機構が良好な実際的解決であるけれども本発明
の範囲内で変えることができる。

量を制御する回路は、作動のために他の形式の
プリセツト計数器やステツプモータのような他の
形式のモータを含むように全て本発明の範囲内で
変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は試薬容器の縦断面図、第２図は第１図
の細部の断面図、第３図は送り出し機構に配置さ
れた試薬容器の部分断面図、第４図は第３図の線
―に沿つて切断した断面図、第５図はデジタ
ルプログラマーに接続されていて移し取り希釈作
業のために組立てられた試薬容器および送り出し
機構の概略図である。 １…容器、２…プランジヤ部材、４…ねじ部、
９…棒、１１，１２…玉軸受、１５…管、２３…
円盤、２４…減速装置、２５…モータ、３５…光
源、３６…支持部材、３６…光電池、４７…計数
器、６２，６３…管手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状内面６を有する容器１と、この容器１
   の内部と連通する流路と、前記円筒状容器内に配
   置され、かつプランジヤ３と前記容器１の内面の
   間を密封する環状の密封部材３を備えたプランジ
   ヤ２と、流体を前記流路に沿つて押しのけながら
   前記プランジヤを前記容器に対して相対的に軸方
   向に変位させると同時に相対回転をもたらすため
   の手段とを備えた分配装置において、前記プラン
   ジヤ２には、前記プランジヤと前記容器の相対回
   転と同時に容器１の内面６に対応するスリツトを
   切る切刃を有する周方向ねじ山が設けられ、前記
   密封部材３がプランジヤに対し固定されていて、
   円筒状容器の内面に対し相対的に摺動可能であ
   り、かつ前記プランジヤと前記流路の間に配置さ
   れ、前記プランジヤと前記容器の間の相対回転の
   範囲をもたらすための手段が配置されていること
   を特徴とする分配装置。 ２ 前記周方向ねじ山は、環状の密封部材３から
   或る距離をおいて配置されたいくつかのねじ部か
   らなり、前記距離は、少なくとも前記ねじ部の間
   の軸方向距離に対応する、特許請求の範囲第１項
   に記載の分配装置。 ３ プランジヤと容器の間の相対回転をもたらす
   ための前記手段は、モータ２５の出力軸により担
   持されていてかつ透明な部分を備えた円盤２３を
   有し、この円盤は、問題の棒９を回転させたとき
   に通過する透明部分の数を検出するための検出装
   置３８と協働するようになつている、特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載の分配装置。 ４ 検出装置が、前記透明部分の数を計数するた
   めに計数回路４７に接続された光電池系３８によ
   り構成されている、特許請求の範囲第３項に記載
   の分配装置。 ５ 計数回路４７が予め設定可能であり、かつ前
   記の予め設定された条件が果たされたときにモー
   タを止めるためにモータの作動回路に接続されて
   いる、特許請求の範囲第４項に記載の分配装置。 ６ 円筒状内面６を有する容器１と、この容器の
   内部と連通する流路と、前記円筒状容器内に配置
   され、かつプランジヤ３と前記容器１の内面の間
   を密封する環状の密封部材３を備えたプランジヤ
   ２と、流体を前記流路に沿つて押しのけながら前
   記プランジヤを前記容器に対して相対的に軸方向
   に変位させると同時に相対回転をもたらすための
   手段とを備えた分配装置であつて、前記プランジ
   ヤ２には、前記プランジヤと前記容器の相対回転
   と同時に容器１の内面６に対応するスリツトを切
   る切刃を有する周方向ねじ山が設けられ、前記密
   封部材３がプランジヤに対し固定されていて、円
   筒状容器の内面に対し相対的に摺動可能であり、
   かつ前記プランジヤと前記流路の間に配置され、
   前記プランジヤと前記容器の間の相対回転の範囲
   をもたらすための手段が配置され、プランジヤと
   容器の間の相対回転をもたらすための前記手段
   は、モータ２５の出力軸により担持されていてか
   つ透明な部分を備えた円盤２３を有し、この円盤
   は、問題の棒９を回転させたときに通過する透明
   部分の数を検出するための検出装置３８と協働す
   るようになつている分配装置において、通路部材
   がモータの出力軸２２とプランジヤの間に配置さ
   れ、前記通路部材が棒９により構成され、この棒
   ９は一端でプランジヤに連結され、かつその反対
   端には、長方形横断面を有する管内を軸線方向に
   摺動する低摩擦すべり手段１１，１２が設けら
   れ、前記低摩擦すべり手段が、前記長方形管の対
   向する角部に押圧される二つの玉軸受により適宜
   構成され、前記管が前記モータ２５の前記出力軸
   ２２に連結されていることを特徴とする分配装
   置。 ７ 長方形状の管１５とモータ２５の間の連結が
   管の一端に配置された可撓性円盤部材１９により
   構成され、その円盤の中央部分がブツシユ２０に
   よりモータの出力軸２２に連結されている、特許
   請求の範囲第６項に記載の分配装置。 ８ 前記円盤１９がばね２６により棒９の前記反
   対端部に連結され、それによつて前記棒９を前記
   プランジヤと係合するように押圧して前記容器１
   を前記モータ２５に機械的に連結するようにし
   た、特許請求の範囲第７項に記載の分配装置。