JP2018176138A - 斜め吸引に備えたピペット - Google Patents

Abstract

【課題】ピペットが傾いた状態で使用されるのを防止する。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある態様のピペット（1）は、液体を吸引／排出するためのシリンダ（5）と、前記シリンダ（5）内を上下動するピストン（6）と、前記ピストン（6）を移動させるための駆動手段（9,21,22,23）と、ピペット（1）の傾斜を検出するための傾斜センサ（12,12´）と、を備える。ピペット（1）によれば、ピペット（1）が傾いた状態で使用されると、そのことを検知するので、斜め吸引により吸引量の誤差が生じるのを防ぐことができる。

【選択図】図１

Description

本発明は、規定量の液体を吸引／排出するピペットに関する。

ピペットは、ピストンの移動に伴う液体の吸引／排出により、規定量の液体を分注する機器である。ピペットには、構造的な違いで、ピストンと分注する液体の間に空気層が介在する空気置換式と、ピストンが直接液体と接触する直接置換式がある。また、ピストンの移動を手動で行う手動ピペット（特許文献１）と、ピストンの移動を電気制御されたモータにより行う電動ピペット（特許文献２）がある。

特表２００７−５１５２６７号 国際公開第２０１５／０７１９５６号

ピペットは、ピストンの移動に関し、図７に示すように、ピペットを垂直に立てた状態で吸引した時に規定量を吸引できるように設計されている。そのため、精度良く分注するためには、吸引時、ピペットは垂直にして使用する必要がある。

しかし、実際の現場では、吸引する液体のサンプル液量が少ないなどの理由で、図８に示すように、ピペットを傾けた状態で吸引している場合がある。

ピペットを傾けた状態で液体を吸引（斜め吸引）すると、その傾斜角度に応じて、液体の吸引量が増加してしまうという問題が生じる。ピペットの傾斜が大きい場合は、製品スペックを満たさないこともある。この問題点について、従来のピペットに対策はとられておらず、また使用者もこの問題点を認識していないことが考えられる。

本発明は、従来技術の問題点に基づいて為されたもので、その目的は、ピペットが傾いた状態で使用されるのを防止するためのピペットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のピペットは、液体を吸引／排出するためのシリンダと、前記シリンダ内を上下動するピストンと、前記ピストンを移動させるための駆動手段と、ピペットの傾斜を検出するための傾斜センサと、を備えることを特徴とする。

上記態様において、前記傾斜センサでピペットの傾斜を検出した時に警告を発する警告手段をさらに備えるのも好ましい。

上記態様において、前記傾斜により発生する吸引量の誤差が予め定めた値を超える時に、前記警告手段が発動するのも好ましい。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電動ピペットは、液体を吸引／排出するためのシリンダと、前記シリンダ内を上下動するピストンと、前記ピストンを移動させるための駆動手段と、ピペットの傾斜を検出するための傾斜センサと、前記傾斜センサから傾斜角度を取得し、前記傾斜角度が予め定めた一定範囲を超えるか判断する制御手段と、前記傾斜角度が前記一定範囲を超えた時に警告を発する警告手段と、を備えることを特徴とする。

上記態様において、前記警告手段による警告は、発光，音，振動のいずれかまたは組み合わせであるのも好ましい。

本発明に係るピペットによれば、ピペットが傾いた状態で使用（斜め吸引）されるのを防ぐことができる。

第１の実施形態に係るピペットの展開図である。 吸引時のピペットの傾斜角度と実際の吸引量の関係を示すグラフである。 傾斜センサのセンサ出力値の関係を示す図である。 第１の実施形態に係るピペットの構成ブロック図である。 第２の実施形態に係るピペットの展開図である。 第３の実施形態に係るピペットの斜視図である。 従来のピペットが好ましい状態で使用されている様子を示す図である。 従来のピペットが好ましくない状態で使用されている様子を示す図である。

次に、本発明の好適な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）

図１は、第１の実施形態に係るピペット１の展開図である。本形態で、ピペット１は、空気置換式の電動ピペットである。

ピペット１は、外観上は、本体ケース２と、チップホルダー３を有する。チップホルダー３の先端には、チップ４が着脱可能に装着される。チップホルダー３には、筒状のシリンダ５が収容されており、シリンダ５内に空気層１０が形成される。シリンダ５内には、ピストン６が、Ｏリング７により気密を保障されながら、上下方向に往復移動可能に挿入される。

ピストン６の軸には、ボールネジ８が同軸で連結されている。ボールネジ８は、本体ケース２に収容されるステッピングモータ９により、正逆いずれの方向にも回転駆動される。ステッピングモータ９が、駆動手段である。ステッピングモータ９は、本体ケース２に収容されるマイクロコンピュータ１１により制御される。マイクロコンピュータ１１が、制御手段である。

マイクロコンピュータ１１は、ピストン位置検出センサ（図示略）からの信号を得てピストン６の位置を検出した上で、ピストン６を狙いの移動量（移動距離）で動かすために必要なパルス数（モータ回転数）を、ステッピングモータ９に入力する。ステッピングモータ９の回転を受けて、ボールネジ８を介してピストン６が上下に移動し、シリンダ５内が負加圧される。

上記のステッピングモータ９のパルス数は、ピペットを垂直に立てた状態で吸引した場合（図７）に、規定量を吸引できるように設計されている。このため、ピペットを傾けた状態で吸引（斜め吸引）した場合（図８）は、その傾斜角度に応じて、実際の吸引量は規定量よりも増えてしまう。

図２は、ピペットの傾斜角度と実際の吸引量の関係を示すグラフである。図２は、１０[ｍＬ]の液体を分注可能なピペットを使用した例である。このピペットの製品スペックは、精製水１０［ｍＬ］分注時の精度は±０．５％（９．９５〜１０．０５［ｍＬ］）である。このピペットで、水温２０℃一定条件下で、傾斜角度を変えて、精製水１０［ｍＬ］を吸引し、ブローアウトして排出した量を天秤で重量計測し、体積換算して、吸引量として計測した。この結果、ピペットを垂直に立てた状態で吸引した時は、精度よく１０［ｍＬ］であった。垂直状態から３０度傾斜した状態で吸引した時は、１０．０６［ｍＬ］であった。４５度傾斜した状態で吸引した時は、１０．０９［ｍＬ］であった。６０度傾斜した状態で吸引した時は、１０．１３［ｍＬ］であった。

以上から、ピペットの傾斜角度が大きくなるにつれて、吸引量が増加することが分かった。傾斜角度が２５度を超えると、誤差が＋０．５％超となり、製品スペックを超えてしまうことも分かった。

これに備えて、ピペット１には、傾斜センサ１２が搭載されている（図１参照）。傾斜センサ１２は、一軸の加速度センサである。傾斜センサ１２は、ピペット１が垂直の状態で最大値を出力するように、本体ケース２内の空きスペースに配置される。図３に示すように、ピペット１が垂直の状態のセンサ出力値をＦ０とすると、ピペット１が傾いた状態のセンサ出力値Ｆ１は、Ｆ０よりも小さくなる。ピペット１の垂直からの傾斜角度θは、式（１）で求めることができる。

θ＝ｃｏｓ^−１（Ｆ１／Ｆ０） ・・・（１）

図４は、ピペット１の構成ブロック図である。マイクロコンピュータ１１には、傾斜センサ１２と、メモリ１６と、操作スイッチ１３と、表示部１５と、ステッピングモータ９のモータ駆動回路１４と、ランプ１８と、ブザー１９と、バイブレータ２０が接続されている。ランプ１８、ブザー１９、バイブレータ２０が、警告手段である。なお、符号１７は、駆動手段、制御手段、および警告手段のバッテリーである。

メモリ１６には、ピペット１が垂直の状態を前提に設計された、規定量を吸引するために必要なピストン６の移動量とパルス数の関係が、予め記憶されている。ピペット１のピストン６は、ピペット１が傾斜していても、ピペット１が垂直である場合の量で移動するので、その結果、ピペット１が傾斜していた時のチップ４内の実際の吸引量は、規定量より余分な液体を含むことになる。

この斜め吸引を防止するために、マイクロコンピュータ１１は、傾斜センサ１２によりピペット１の傾斜角度θをモニタし、傾斜角度θが一定範囲を超えた時に、ランプ１８，ブザー１９，バイブレータ２０のいずれかまたは組み合わせで、操作者に警告を発する。

上記一定範囲は、図２で示したような、「ピペットの傾斜角度と実際の吸引量の関係」に基づき予め定められ、メモリ１６またはマイクロコンピュータ１１のメモリに記憶される。「ピペットの傾斜角度と実際の吸引量の関係」は、図２のように精製水を用いた測定から作成される他、標準的な液体、例えばＪＩＳ（日本工業規格）に定められる各標準液を用いた測定から複数作成され、分注の設定時に入力された粘度を基にいずれかが選択されるようにしてもよい。また、気温、水温、親水性等を考慮した補正や補完が含まれてもよい。

上記一定範囲は、ピペット精度（製品スペック）に基づき決定するのが好ましい。例えば図２の結果に基づく場合は、傾斜により発生する吸引量の誤差が予め定めたピペット精度の値（±０．５％）を超えるとき、即ち、θの絶対値が２５°超となるとき（｜θ｜＞２５°）、マイクロコンピュータ１１が警告を発するように構成するのが好ましい。
（第２の実施形態）

図５は、第２の実施形態に係るピペット１の展開図である。本形態で、ピペット１は、空気置換式の手動ピペットである。なお、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いて説明を割愛する。

ピペット１は、本体ケース２と、チップホルダー３を有する。チップホルダー３には、シリンダ５が収容されており、空気層１０が形成される。シリンダ５内には、ピストン６が、Ｏリング７により気密を保障されながら、上下方向に往復移動可能に挿入される。

ピストン６の軸には、接続ロッド２１が同軸で連結されている。接続ロッド２１には、プッシュボタン２３と連結した調節ネジ２２が同軸で挿入されている。プッシュボタン２３を回転させると、調節ネジ２２が上下動し、吸引量が調節できる。操作者がプッシュボタン２３を下方向に押すと、接続ロッド２１を介してピストン６が下方向に移動し、プッシュボタン２３が上方向にスプリング２５の付勢で戻ると、ピストン６が上方向に移動し、チップ４内に液体が吸引される。接続ロッド２１，調節ネジ２２，プッシュボタン２３が、駆動手段である。

この調節ネジ２２の動きも、ピペットを垂直に立てた状態で吸引した場合（図７）に、規定量を吸引できるように設計されている。このため、ピペットを傾けた状態で吸引（斜め吸引）した場合（図８）は、その傾斜角度に応じて、実際の吸引量は規定量よりも増えてしまう（図２）。

これに備えて、本形態のピペット１にも、マイクロコンピュータ１１と、傾斜センサ１２が搭載されている。マイクロコンピュータ１１には、傾斜センサ１２と、ランプ１８と、ブザー１９と、バイブレータ２０が接続されている。なお、符号１７は、制御手段および警告手段のバッテリーである。

傾斜センサ１２は、ピペット１が垂直の状態で最大値を出力するように、例えば本体ケース２内の空きスペースに配置される。マイクロコンピュータ１１は、傾斜センサ１２によりピペット１の傾斜角度θをモニタし、傾斜により発生する吸引量の誤差が予め定めたピペット精度の値を超えるとき、即ち、傾斜角度θが予め定めた一定範囲を超えた時に、ランプ１８，ブザー１９，バイブレータ２０のいずれかまたは組み合わせで、操作者に警告を発する。上記範囲は、第１の実施形態と同様に、図２で示したような「ピペットの傾斜角度と実際の吸引量の関係」に基づき決定され、マイクロコンピュータ１１のメモリに記憶される。

なお、本形態のピペット１は手動なので、駆動手段の動き（ピペットを使用していない状態と使用中の状態）を識別する必要がある。このために、本体ケース２に、マイクロコンピュータ１１と接続された電源ボタン２４を設け（図５）、操作者が、ピペット１で吸引を開始する前に電源ボタン２４を押し、マイクロコンピュータ１１を起動するように構成するのも好ましい。また、ピペットを使用していない状態と液体を吸引し終わった状態とでピストン６の位置が同じであるか識別するためのピストン位置検出センサ（図示略）を設けるのも好ましい。

以上、第１および第２の実施形態のピペット１によれば、ピペット１が傾いた状態で使用されると、そのことを検知し、操作者に警告を発することができる。これにより、斜め吸引により吸引量の誤差が生じるのを防ぐことができる。

また、同ピペット１は、「傾斜角度と実際の吸引量の関係」に基づき、ピペット精度に基づく一定範囲を超える時に警告を発する。このため、操作者は、ピペット精度の許す範囲を知覚しながら、ある程度自由に、ピペット１を扱うことができる。

次に、第１および第２の実施形態のピペット１の好ましい変形について述べる。いずれのピペット１も、警告手段として、ランプ１８、ブザー１９、バイブレータ２０を備えているが、このうちいずれか一つまたは二つが備えられた構成としてもよい。警告手段は、傾斜角度θが大きくなるにつれて、光の点滅を早めたり、音を大きくしたり、振動を大きくしたりして、警告を強めるようにしてもよい。

次に、本発明の好適な他の実施の形態を述べる。図６は、第３の実施形態に係るピペット１の斜視図である。操作者にピペット１の傾斜を意識してもらうという観点から、電源を必要としない傾斜センサ１２´が設けられてもよい。本形態の傾斜センサ１２´は、アナログの気泡管である。傾斜センサ１２´は、操作者が視覚的に認識しやすい箇所、例えば本体ケース２の上面などに設けられてよい。本形態のピペット１であっても、操作者に傾斜を意識させることで、斜め吸引を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態および変形を述べたが、当業者の知識に基づく改変は可能であり、そのような形態は本発明の範囲に含まれる。

１ ピペット
２ 本体ケース
３ チップホルダー
４ チップ
５ シリンダ
６ ピストン
７ Ｏリング
８ ボールネジ
９ ステッピングモータ（駆動手段）
１０ 空気層
１１ マイクロコンピュータ（制御手段）
１２，１２´ 傾斜センサ
１３ 操作スイッチ
１４ モータ駆動回路
１５ 表示部
１６ メモリ
１７ バッテリー
１８ ランプ（警告手段）
１９ ブザー（警告手段）
２０ バイブレータ（警告手段）
２１ 接続ロッド（駆動手段）
２２ 調節ネジ（駆動手段）
２３ プッシュボタン（駆動手段）
２４ 電源ボタン

Claims (5)

1. 液体を吸引／排出するためのシリンダと、
   前記シリンダ内を上下動するピストンと、
   前記ピストンを移動させるための駆動手段と、
   ピペットの傾斜を検出するための傾斜センサと、
   を備えることを特徴とするピペット。
   
2. 前記傾斜センサでピペットの傾斜を検出した時に警告を発する警告手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のピペット。
   
3. 前記傾斜により発生する吸引量の誤差が予め定めた値を超える時に、前記警告手段が発動することを特徴とする請求項１または２に記載のピペット。
   
4. 液体を吸引／排出するためのシリンダと、
   前記シリンダ内を上下動するピストンと、
   前記ピストンを移動させるための駆動手段と、
   ピペットの傾斜を検出するための傾斜センサと、
   前記傾斜センサから傾斜角度を取得し、前記傾斜角度が予め定めた一定範囲を超えるか判断する制御手段と、
   前記傾斜角度が前記一定範囲を超えた時に警告を発する警告手段と、
   を備えることを特徴とする電動ピペット。
   
5. 前記警告手段による警告は、発光，音，振動のいずれかまたは組み合わせであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のピペット。