JP4611183B2 - シリンジポンプ - Google Patents

Description

本発明は、シリンジポンプに関し、詳しくは、注射器又はマイクロシリンジから液体を送出するポンプであって、特に、有機合成実験において、微量の液体試料をマイクロシリンジから反応容器内に添加注入する際に最適なシリンジポンプに関する。

注射器に吸引した薬液等を自動的に患者等に向けて送出するための機器として、従来からシリンジポンプが用いられている。一般的なシリンジポンプは、シリンダボディを固定するための固定機構と、プランジャを押動するための押動機構と、押動機構の動作を制御する制御部とが一体化されたものであり、注射器等をセットしたシリンジポンプを机上に配置し、患者等の送液先とはチューブで接続するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２４８７４号公報

一方、有機合成実験の試薬添加作業では、作業者がマイクロシリンジを手に持った状態で試薬を反応容器内に注入しているのが実情である。この際、マイクロシリンジのニードル先端が反応容器の内壁に接するように持ち、プランジャの押し具合を手加減しながら試薬を注入している。

このとき、従来のシリンジポンプを利用することもあるが、シリンジポンプを使用すると、ポンプと実験装置との距離が離れてしまうことが多く、シリンジポンプにセットしたマイクロシリンジのニードル先端に細いチューブを接続し、このチューブを実験装置の反応容器まで配管する必要があった。このような長い配管は、マイクロシリンジの吸引精度や送液精度に悪影響を及ぼし、配管内の液体が無駄になるといった問題がある。

このため、シリンジポンプを反応容器の近くに設置し、配管の長さを最小限に抑えるという工夫も考えられるが、主に医療用として開発された従来のシリンジポンプは、その重量や操作性等を含めて有機合成実験に適したものとはいえず、微量の試薬を反応容器の内壁に沿うようにして正確に注入する必要がある有機合成実験での使用は困難である。

また、各種検査を行う際に、一定量の試料や試薬を吸引して吐出するものも知られているが、これらはシリンジ内に吸引した液体の全量を反応容器内に単に吐出するだけのものであり、前述のように微量の試薬を僅かずつ添加する有機合成実験の試薬添加作業に使用することはできなかった。

そこで本発明は、シリンジポンプの小型軽量化を図ることにより、シリンジポンプにセットしたマイクロシリンジのニードル先端から反応容器の内壁に沿うようにして微量の試薬を僅かずつ確実に注入することが可能で、有機合成実験での使用に最適なシリンジポンプを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のシリンジポンプは、マイクロシリンジのシリンダボディを着脱可能に保持するシリンダボディ保持部材と、該シリンダボディ保持部材の一側から延設されたガイド部材と、該ガイド部材の基部側に移動可能に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材と、該シリンダボディ装着位置規制部材より先端側の前記ガイド部材に沿って移動可能に設けられたプランジャ摘み部保持部材と、前記ガイド部材に平行に配置されて前記プランジャ摘み部保持部材に設けられた歯合部材に歯合する雄ねじ部材と、該雄ねじ部材を回転駆動するモータと、前記シリンダボディ装着位置規制部材に設けられて前記プランジャ摘み部保持部材の上死点側移動限を検出する検出手段と、前記モータ及び前記検出手段に信号ケーブルを介して接続され、前記モータの動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明のシリンジポンプは、前記シリンダボディ保持部材に、スタンド、三脚、自在アームの少なくとも一つに装着される支持部材装着部を設けたことを特徴とし、また、前記プランジャ摘み部保持部材に設けられた前記歯合部材は、前記雄ねじ部材に歯合する半割状雌ねじ部を有する雌ねじ部材と、該雌ねじ部材の前記雌ねじ部を前記雄ねじ部材との歯合位置と非歯合位置とに移動可能に保持するガイド部と、雌ねじ部の歯合位置方向に向かって前記雌ねじ部材を付勢するスプリングとを備えていることを特徴としている。

本発明のシリンジポンプによれば、シリンダボディ装着位置規制部材に位置規制させた状態のマイクロシリンジをシリンダボディ保持部材により保持し、プランジャの摘み部をプランジャ摘み部保持部材に保持した状態でモータを作動させ、雄ねじ部材を回転させることによって、マイクロシリンジのニードル先端から反応容器内に液体試料（試薬）の注入を行うことができる。注入終了は、検出手段でプランジャ摘み部保持部材の上死点側移動限を検出することによって検出することができ、検出手段からの信号で制御手段がモータを停止させることにより、自動運転が可能になるとともに、自動停止することによってマイクロシリンジ等に大きな力が加わることもない。

特に、制御手段をケーブル接続としてマイクロシリンジを装着する部分とは別体に形成することにより、マイクロシリンジを装着する部分の小型軽量化を図ることができ、適宜な支持手段、例えば、実験用の各種スタンド、撮影機材用の三脚、照明器具等に用いられている自在アームでマイクロシリンジを装着する部分を支持するとともに、ニードル先端が反応容器の内壁に接した状態にセットすることができる。

また、雄ねじ部材に歯合する雌ねじ部を半割部材に形成し、この半割部材をスプリングにより雄ねじ部材に付勢させることにより、何らかの理由でプランジャ摘み部保持部材の動きが停止した場合でも、スプリングの付勢力に抗して半割部材が移動し、雄ねじ部材との歯合状態が解除されるので、プランジャ摘み部保持部材や雄ねじ部材、モータ等に無理な力が加わることがなくなる。

図は本発明のシリンジポンプの一形態例を示すもので、図１はポンプ本体を自在アームに装着した使用状態の一例を示す説明図、図２はポンプ本体の正面図、図３は同じく平面図、図４は図２のIV−IV断面図、図５は図２のＶ−Ｖ断面図、図６は図２のVI−VI断面図、図７は図２のVII−VII断面図である。

本形態例に示すシリンジポンプは、マイクロシリンジ１１を装着するポンプ本体１２と、該ポンプ本体１２に信号ケーブル１３を介して電気的に接続した制御手段である操作ユニット１４とで形成されている。マイクロシリンジ１１は、有機合成実験で数マイクロリットルから数ミリリットル程度の微量の試薬を反応容器に僅かずつ注入する際に用いられる周知のマイクロシリンジであって、シリンダボディ１１ａの外径が６〜９ｍｍ程度、プランジャ１１ｂのストロークが最大で７０ｍｍ程度の市販のマイクロシリンジを使用できるようにしている。操作ユニット１４の操作パネルには、各種設定を行うためのテンキー１４ａや動作確認のための表示灯（ＬＥＤ）１４ｂ、作動状態等を表示する表示部１４ｃ、スタートボタン等のスイッチ１４ｄが設けられ、内部には、演算手段や記憶手段、入出力手段等の制御部が収納されている。

ポンプ本体１２は、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａを着脱可能に保持するシリンダボディ保持部材１５と、該シリンダボディ保持部材１５の一側から一対の丸棒材１６ａ，１６ａを所定間隔で平行に延設したガイド部材１６と、該ガイド部材１６の基部側（シリンダボディ保持部材１５側）に移動可能に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材１７と、該シリンダボディ装着位置規制部材１７より先端側の前記ガイド部材１６に沿って移動可能に設けられたプランジャ摘み部保持部材１８と、前記ガイド部材１６に平行に配置されて前記プランジャ摘み部保持部材１８に設けられた歯合部材１９に歯合してネジ送り機構を構成する雄ねじ部材２０と、該雄ねじ部材２０を回転駆動するモータ２１と、前記シリンダボディ装着位置規制部材１７に設けられて前記プランジャ摘み部保持部材１８の上死点側移動限を検出する検出手段であるリミットスイッチ２２と、前記モータ２１に設けられたエンコーダ２３とを有している。

シリンダボディ保持部材１５は、偏平な直方体形状を有する保持部材本体１５ａの一端面に設けられたＶ字溝１５ｂと、該Ｖ字溝１５ｂと平行な回動軸１５ｃを中心として回動可能に設けられたクランプアーム１５ｄと、Ｖ字溝１５ｂに対向する端面から挿入されて先端がクランプアーム１５ｄの基部に設けた係合ピン１５ｅに係止したネジ棒１５ｆと、該ネジ棒１５ｆに歯合するロックナット１５ｇとで形成され、Ｖ字溝１５ｂの反対面には、実験用のスタンドやカメラ用三脚、自在アーム等に取り付ける際に使用する支持部材装着部としての雌ねじ孔１５ｈが設けられている。

なお、支持部材装着部は、支持部材の構造、形状に応じた任意の構造、形状で形成することができ、クランプやクリップ等で挟み込んで支持させることも可能である。例えば、スタンド３１に取り付けた自在アーム３２の先端に設けたボールジョイント３３に支持部材としてクランプ３４を取り付けるとともに、保持部材本体１５ａの下部両側面にクランプ３４が係止する係止溝３５を設け、さらに、クランプ３４を所定位置で固定状態とするためのボールプランジャ３６を設けておくことにより、ポンプ本体１２を簡単なスライド操作でワンタッチで着脱でき、しかも、使用時にはボールプランジャ３６により所定位置に保持しておくことができる。このように形成しておくことにより、マイクロシリンジ１１をポンプ本体１２と共に簡単に交換することが可能となり、装置の移動やメンテナンス等の作業も容易に行うことができる。

クランプアーム１５ｄは、シリンダボディ１１ａを保持する先端側が回動軸１５ｃから次第に離れる方向の円弧状に形成されており、係合ピン１５ｅは、回動軸１５ｃを挟んで円弧状部の反対側に設けられ、この係合ピン１５ｅと係合することによってネジ棒１５ｆが回り止めされている。ロックナット１５ｇをねじ緩め方向に回転させると、これに歯合しているネジ棒１５ｆがＶ字溝１５ｂに近付く方向に移動し、この移動に伴って係合ピン１５ｅがＶ字溝１５ｂ方向に移動することにより、クランプアーム１５ｄは、回動軸１５ｃを中心として図４において時計回りに回動し、クランプアーム１５ｄの先端がＶ字溝１５ｂの上方から外れた解放位置（図４に想像線で示す位置）に移動する。

上記クランプアーム１５ｄの解放位置でＶ字溝１５ｂにマイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａを載置し、ロックナット１５ｇをネジ締め方向に回転させると、これに歯合しているネジ棒１５ｆがＶ字溝１５ｂから離れる方向に移動し、この移動に伴って係合ピン１５ｅが反Ｖ字溝１５ｂ方向に移動することにより、クランプアーム１５ｄは、回動軸１５ｃを中心として図４において反時計回りに回動し、クランプアーム１５ｄの先端がＶ字溝１５ｂの上方に回動し、Ｖ字溝１５ｂとクランプアーム１５ｄとでシリンダボディ１１ａを挟み込んで固定した固定位置（図４に実線で示す位置）に移動する。また、ロックナット１５ｇの締め付け方向には皿バネ１５ｉが挿入されており、適度な締め付け力でシリンダボディ１１ａを保持するとともに、ロックナット１５ｇが緩まないようにしている。

したがって、ロックナット１５ｇを回動操作するだけでマイクロシリンジ１１をシリンダボディ保持部材１５に着脱することができる。また、シリンダボディ保持部材１５は、マイクロシリンジ１１の全体を保持することなく、シリンダボディ１１ａの中間部を挟んで保持するように形成しているので、シリンダボディ１１ａの全長よりも短く、例えば、保持部材本体１５ａの長さ（Ｖ字溝１５ｂの長さ）は数十ｍｍ程度、溝幅は１０ｍｍで十分であり、ネジ棒１５ｆの長さも数十ｍｍ程度で十分であるから、シリンダボディ保持部材１５の小型軽量化を図れる。

ガイド部材１６は、シリンダボディ保持部材１５の一側、前記Ｖ字溝１５ｂの一端と直交する位置にある保持部材本体１５ａの一端面からＶ字溝１５ｂの軸線と平行な方向に延設されており、各丸棒材１６ａ，１６ａの基端部は、保持部材本体１５ａの前記一つの端面に固着されたモータ固定板２４の一対の保持孔２４ａ内にそれぞれ挿入され、保持孔２４ａの側方からねじ込まれた固定ボルト２４ｂによって固定されている。また、各丸棒材１６ａ，１６ａの先端部は、エンド部材１６ｂで保持されている。

前記モータ固定板２４は、前記丸棒材１６ａの固定とともに、モータ２１を所定位置に固定するためのものであって、保持部材本体１５ａに対して、前記クランプアーム１５ｄが解放位置にあるときの突出方向とは逆方向の位置にモータ固定用通孔２４ｃが設けられている。

モータ２１には、駆動軸の回転数（回転角度）を制御可能な小型ステッピングモータあるいは小型ＤＣモータが用いられており、駆動軸側には減速用のギアヘッド２１ａが装着され、反駆動軸側には駆動軸の回転数を検出するための前記エンコーダ２３が装着された一体的なユニット構造を有している。ギアヘッド２１ａから突出した軸部にはカップリング２１ｂを介して前記雄ねじ部材２０が連結されており、ギアヘッド２１ａの端部をモータ固定板２４のモータ固定用通孔２４ｃに挿入してネジ止めすることにより、保持部材本体１５ａに隣接した状態でモータ２１が固定される。カップリング２１ｂに基端部が連結された雄ねじ部材２０は、先端部がエンド部材１６ｂで保持されることにより、その軸線がＶ字溝１５ｂの軸線及びガイド部材１６と互いに平行な状態となる。また、エンコーダ２３によってモータ２１の回転数を計測することにより、雄ねじ部材２０の回転数を正確に算出することができ、これによってプランジャ摘み部保持部材１８の位置や移動量を把握することで高精度な吸引及び送液を可能としている。

ガイド部材１６の基部に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材１７は、各丸棒材１６ａを挿通する一対の挿通孔１７ａを有する板状体からなるものであって、該挿通孔１７ａに丸棒材１６ａをそれぞれ挿通した状態で、挿通孔１７ａの側方からねじ込まれる固定ネジ１７ｂによってガイド部材１６の任意の位置で固定できるように形成されている。このシリンダボディ装着位置規制部材１７の一側方には、シリンダボディ１１ａの後端に設けられているフランジ１１ｃの外端面が当接する規制面１７ｃが形成されており、この規制面１７ｃにフランジ１１ｃの外端面を当接させた状態でシリンダボディ１１ａを前記シリンダボディ保持部材１５に保持させることにより、マイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａを一定の位置に取り付けられるようにしている。

通常、シリンダボディ装着位置規制部材１７の位置は、規制面１７ｃにフランジ１１ｃの外端面を当接させたときに、シリンダボディ保持部材１５やエンコーダ２３よりもニードル１１ｄが十分に突出するように、例えば、ニードル１１ｄの基部がシリンダボディ保持部材１５やエンコーダ２３よりも突出した状態になるように設定される。

また、シリンダボディ装着位置規制部材１７には、前記リミットスイッチ２２を取り付けるための通孔が設けられており、外周にねじ部２２ａを設けたリミットスイッチ２２が通孔を挿通して装着され、シリンダボディ装着位置規制部材１７を挟んでねじ部２２ａに螺着した一対のナット２２ｂ，２２ｂを操作することにより、リミットスイッチ２２の軸方向の位置調整が行えるように形成されている。

プランジャ摘み部保持部材１８は、ガイド部材１６の一方の丸棒材１６ａが挿通されるガイド孔１８ａと、プランジャ１１ｂの摘み１１ｅを保持する摘み保持部１８ｂと、前記雄ねじ部材２０に歯合する歯合部材１９と、前記リミットスイッチ２２の操作子２２ｃを押動するスイッチ当接面１８ｃとを有している。このプランジャ摘み部保持部材１８は、ガイド孔１８ａに挿通した丸棒材１６ａにガイドされて移動し、その最大移動範囲は、ガイド部材１６の先端に固着されたエンド部材１６ｂとシリンダボディ装着位置規制部材１７との間となる。

摘み保持部１８ｂは、前記Ｖ字溝１５ｂにマイクロシリンジ１１を載置するときの摘み１１ｅの動きを考慮したもので、図１において上方が開口した溝状に形成され、Ｖ字溝１５ｂ側の側壁にはプランジャ１１ｂの軸部を避ける切欠部１８ｄが設けられている。また、摘み保持部１８ｂの位置は、プランジャ摘み部保持部材１８とシリンダボディ装着位置規制部材１７とが当接したときに、シリンダボディ装着位置規制部材１７によって位置規制されたシリンダボディ１１ａにプランジャ１１ｂが最後まで押し込まれた上死点となるように設定されている。

スイッチ当接面１８ｃは、プランジャ摘み部保持部材１８がシリンダボディ装着位置規制部材１７方向に移動した上死点側移動限で操作子２２ｃを押動し、リミットスイッチ２２を作動させるものであって、リミットスイッチ２２の作動によってモータ２１を停止させ、プランジャ１１ｂが上死点を超えて前進しないように設定されている。なお、プランジャ１１ｂの上死点において、フランジ１１ｃと摘み１１ｅとの間隔が異なるマイクロシリンジ１１に対しては、リミットスイッチ２２の位置調整によって対応することができる。

歯合部材１９は、雄ねじ部材２０に歯合する半割状雌ねじ部１９ａを有する雌ねじ部材１９ｂと、該雌ねじ部材１９ｂの雌ねじ部１９ａを雄ねじ部材２０との歯合位置と非歯合位置とに移動可能に保持するガイド部１９ｃと、雌ねじ部１９ａの歯合位置方向に向かって雌ねじ部材１９ｂを付勢するスプリング１９ｄとを備えており、雌ねじ部材１９ｂの外面には、スプリング１９ｄの付勢力に対抗して雌ねじ部１９ａを雄ねじ部材２０との非歯合位置に移動させる際に使用する押しボタン部１９ｅが設けられている。

ガイド部１９ｃは、プランジャ摘み部保持部材１８の一側から突出する一対の突片からなるものであって、この一対の突片間に挟まれた状態で雌ねじ部材１９ｂが移動できるように形成されている。また、ガイド部１９ｃとなる各突片には、雄ねじ部材２０を挿通するための通孔が設けられている。

雌ねじ部材１９ｂは、通常は、前記スプリング１９ｄの付勢力によって雌ねじ部１９ａが雄ねじ部材２０と歯合した状態となっており、雄ねじ部材２０の回転に伴って歯合部材１９が雄ねじ部材２０の軸方向に移動し、歯合部材１９と一体的に形成されているプランジャ摘み部保持部材１８がガイド部材１６に沿って移動することにより、摘み１１ｅを介してプランジャ１１ｂをシリンダボディ１１ａ方向に前進あるいはその逆方向に後退させる。

何らかの原因でプランジャ１１ｂやプランジャ摘み部保持部材１８の移動抵抗が異常に上昇した場合には、ネジ斜面の効果によってスプリング１９ｄの付勢力に対抗して雌ねじ部材１９ｂが非歯合方向に移動し、雌ねじ部１９ａと雄ねじ部材２０との歯合状態が解放されるので、プランジャ１１ｂやプランジャ摘み部保持部材１８等に無理な力が加わることがなくなり、マイクロシリンジ１１を含めたポンプ本体１２の破損を未然に防止できる。

そして、押しボタン部１９ｅを押し込んで雌ねじ部材１９ｂを非歯合方向に移動させることにより、雌ねじ部１９ａと雄ねじ部材２０と歯合状態を解除してプランジャ摘み部保持部材１８をガイド部材１６に沿って任意の位置に移動させることができるので、摘み保持部１８ｂの位置を、シリンダボディ１１ａから引き出したプランジャ１１ｂの摘み１１ｅの位置に対応した位置に手動で簡単に移動させることができる。また、押しボタン部１９ｅによってプランジャ摘み部保持部材１８を自由に移動できることにより、ポンプ本体１２にマイクロシリンジ１１を装着した状態で、液体の吸入や吐出を手動で行うことができ、例えば、シリンジ内部の洗浄を行ったりすることができ、また、送液運転中に手動で緊急停止させることもできる。

このように形成したシリンジポンプは、シリンダボディ保持部材１５をシリンダボディ１１ａよりも短く形成でき、従来のようにマイクロシリンジ全体を保持するのに比べて小型化することができる。また、ガイド部材１６は、市販の金属製細棒材、例えば外径６ｍｍのアルミロッドに簡単な加工を施すだけでよく、電機部品関係等を除く各部材をアルミニウムやエンジニアリングプラスチックで形成することにより、従来に比べて大幅な軽量化を図ることができる。

特に、操作ユニット１４をポンプ本体１２とは別体に形成することにより、マイクロシリンジ１１を保持するポンプ本体１２を大幅に軽量化することができる。また、比較的重量のあるモータ２１等をシリンダボディ保持部材１５に沿うように配設してシリンダボディ保持部材１５の部分あるいはその近傍に重心が位置するように形成したことにより、マイクロシリンジ１１を装着したポンプ本体１２を簡単な構造、機構のスタンドや三脚、自在アーム等の支持手段を利用し、さらに、ボールジョイントを併用することにより、マイクロシリンジ１１を任意の位置に任意の姿勢で安定した状態でセットすることが可能となる。

また、シリンダボディ装着位置規制部材１７によってシリンダボディ保持部材１５やエンコーダ２３よりもニードル１１ｄが十分に突出するようにマイクロシリンジ１１を装着することにより、小さな反応容器を使用するときでもニードル１１ｄの先端を反応容器の内壁に接した状態とすることができる。加えて、操作ユニット１４は、手近な机上に置いて操作できるので、ポンプ本体１２の位置に関係なく良好な操作性が得られる。

そして、雄ねじ部材２０としてＪＩＳ規格の長ネジ、例えば、Ｍ３×Ｐ０．５の転造ネジを用いることにより、雌ねじ部材１９ｂとのネジ送り機構が簡素で、かつ、安価に形成できるだけでなく、十分な精度を得ることができる。さらに、転造ネジは、ネジ面の粗度が良好なため、雌ねじ部１９ａとの摺動状態が円滑になるなどの利点を有していることから、精度、寿命、価格に関して大きなメリットが得られ、吸引、吐出操作を高精度で、かつ、長期にわたって安定して行うことができる。

使用するマイクロシリンジ１１は、ポンプ本体１２の寸法に応じて市販の各種マイクロシリンジを使用可能であるが、シリンダボディ１１ａの胴部外径がクランプアーム１５ｄの把持範囲内、例えば、φ６〜φ９の範囲であり、プランジャ１１ｂのストロークがプランジャ摘み部保持部材１８の移動範囲内、例えば７０ｍｍ以下であることが条件となる。また、図１に示すように、スタンド３１に取り付けた自在アーム３２の先端のボールジョイント３３によりポンプ本体１２を支持し、ポンプ本体１２及びマイクロシリンジ１１の位置、姿勢を調節可能とする。

シリンダボディ装着位置規制部材１７の固定ネジ１７ｂを操作し、モータ固定板２４との距離が適当な位置、例えば１０ｍｍとなる位置に固定する。続いて、クランプアーム１５ｄを開いた状態で、フランジ１１ｃの外端面をシリンダボディ装着位置規制部材１７の規制面１７ｃに当接させるようにしてシリンダボディ１１ａをＶ字溝１５ｂに載置するとともに、プランジャ１１ｂの引き出し長さを調節して摘み１１ｅを摘み保持部１８ｂに嵌め込み、ロックナット１５ｇを締め付けてマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着する。このとき、シリンダボディ１１ａに設けられている目盛が視認できるようにしておくことが好ましい。

押しボタン部１９ｅを押し込んだ状態でプランジャ摘み部保持部材１８をガイド部材１６に沿って前後させ、スムーズな動きを確認したら、プランジャ摘み部保持部材１８をプランジャ１１ｂの上死点まで移動させる。この状態でナット２２ｂ，２２ｂを操作し、リミットスイッチ２２の位置調整を行う。リミットスイッチ２２の位置調整は、操作ユニット１４に設けたリミットスイッチ作動確認灯（表示灯１４ｂ）の点灯状態を確認しながら行うことができ、上死点での点灯を確認した位置でナット２２ｂ，２２ｂを締め付けてリミットスイッチ２２を固定する。

ニードル１１ｄの先端を、送液する液体（試薬）中に挿入した状態で、操作ユニット１４を操作してモータ２１により雄ねじ部材２０を逆回転させ、プランジャ摘み部保持部材１８をガイド部材１６に沿って後退させることにより試薬を吸引する。このときの液量の確認は、シリンダボディ１１ａの目盛によって行うことができる。また、送液量と同量の試薬を吸引する必要はなく、送液量よりも多めに試薬を吸引するようにしてもよい。例えば、１００μｌのマイクロシリンジ１１に７０μｌ吸引したものから４０μｌだけを吐出し、残りの３０μｌは廃棄するようにしてもよく、第一段階で４０μｌ吐出し、第二段階で残りを吐出するようにしてもよい。さらに、試薬の吸引をモータ２１の作動により行っているので、操作ユニット１４では、エンコーダ２３からの信号により、吸引開始からの雄ねじ部材２０の回転数をカウントして記憶する。

吸引した試薬の全量を所定の流量で送液する場合は、操作ユニット１４に送液時間を入力する。例えば、試薬を７０μｌ吸引した状態で送液時間として「１時間」を入力すれば、試薬を７０μｌ／時間の流量で送液する状態となる。すなわち、使用するマイクロシリンジ１１のサイズに関係なく、操作ユニット１４では、リミットスイッチ２２が作動している位置から現在の位置へプランジャ１１ｂを引き出すまでの雄ねじ部材２０の回転数を記憶しているので、この回転数を時間で除した速度で雄ねじ部材２０を正回転させることにより、その時間内で試薬の全量を吐出して送液することができる。

例えば、ハミルトン社製の１００μｌのマイクロシリンジで７０μｌ吸引した場合を考えると、現在のプランジャ摘み部保持部材１８の位置はリミットスイッチ２２の作動点（上死点）から約４２．５ｍｍ後退した点にあり、雄ねじ部材２０のピッチが０．５ｍｍの場合の回転数は８５回転となる。したがって、吸引した７０μｌの全量を１時間かけて吐出するということになれば、雄ねじ部材２０を８５（回転）／６０（分）＝約１．４１ｒｐｍで回転させればよいことになる。

ポンプ本体１２の位置を調節し、ニードル１１ｄの先端を反応容器の内壁に接した状態とし、操作ユニット１４を操作して送液を開始する。送液が終了してプランジャ１１ｂが上死点に達すると、スイッチ当接面１８ｃが操作子２２ｃを押動し、リミットスイッチ２２が作動してモータ２１は自動的に停止する。したがって、送液開始後は、所定流量での所定量の試薬の添加を自動的に行うことができる。

あらかじめ所定量の試薬を吸引した状態のマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着する場合は、前述の手順により、あらかじめシリンダボディ装着位置規制部材１７及びリミットスイッチ２２の位置調整を行った後、ポンプ本体１２からマイクロシリンジ１１を取り外し、手動操作によって所定量の試薬をマイクロシリンジ１１に吸引する。

試薬を吸引したマイクロシリンジ１１のシリンダボディ１１ａをＶ字溝１５ｂに載置しながら、フランジ１１ｃの外端面をシリンダボディ装着位置規制部材１７の規制面１７ｃに当接させるとともに、摘み１１ｅを摘み保持部１８ｂに嵌め込んだ後、ロックナット１５ｇを締め付けてマイクロシリンジ１１を固定する。

このとき、プランジャ摘み部保持部材１８は、モータ２１で雄ねじ部材２０を逆回転させてあらかじめ求めておいた所定位置に移動させておく。例えば、実施例１と同様に、７０μｌの試薬を送液しようとする場合には、雄ねじ部材２０を逆方向に８５回転させて上死点から約４２．５ｍｍ後退した位置に移動させておく。すなわち、押しボタン部１９ｅを押し込んでプランジャ摘み部保持部材１８を移動させると、操作ユニット１４で雄ねじ部材２０の回転数に基づいて記憶しているプランジャ摘み部保持部材１８の位置と、現在のプランジャ摘み部保持部材１８の位置とが異なってしまうため、実施例１のような送液操作は行えないことになる。

上述のようにしてマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着した後、吸引した全量を送液する場合は、実施例１と同様に操作ユニット１４に送液時間をセットして送液を開始する。プランジャ摘み部保持部材１８があらかじめ設定された位置にあるので、実施例１と同様にリミットスイッチ２２が作動するまで送液が行われ、所定量の試薬を所定流量で送液することができる。

まず、前述のようにしてシリンダボディ装着位置規制部材１７及びリミットスイッチ２２の位置調整を行う。なお、本実施例では、リミットスイッチ２２の作動点は、前記同様に上死点に合わせてもよいが、上死点より手前でリミットスイッチ２２が作動するように設定しておくこともできる。

まず、プランジャ１１ｂの上死点と下死点の設定を行う。上死点の設定は、モータ２１を作動させてプランジャ１１ｂを前進させ、目視によりプランジャ１１ｂが上死点に達したことを確認した位置で停止させる。そして、この位置が演算上の上死点であることを操作ユニット１４に入力する。続いてモータ２１を逆回転させ、プランジャ１１ｂを後退させてプランジャ１１ｂを目盛のフルスケールの位置で停止させ、この位置を演算上の下死点であることを操作ユニット１４に入力する。これにより、上死点から下死点までの雄ねじ部材２０の回転数が操作ユニット１４に記憶される。操作ユニット１４では、これらの値をもとにして雄ねじ部材２０の回転数と送液量（プランジャ１１ｂの移動量）との関係を演算する。

そして、プランジャ１１ｂを上死点に移動させた後、モータ２１を作動させて試薬の吸引を行う。このときの吸引量は、プランジャ１１ｂを下死点まで後退させたフルスケールの液量であってもよく、任意の位置までとしてもよい。例えば、１００μｌのマイクロシリンジ１１に全量を吸引する場合は、吸引液量として「１００」を入力すると、１００μｌの試薬が吸引される。

次に、操作ユニット１４に送液流量を入力して設定した後、所望の送液量又は送液時間を入力する。例えば、流量を「７０μｌ／時間」に設定した後、送液量として「７０」を、あるいは、送液時間として「１時間」を入力すると、７０μｌ／時間の流量で、７０μｌの試薬が、１時間をかけて送液されることになる。また、送液量と送液時間とを操作ユニット１４に入力して送液することもできる。例えば、送液量として「７０μｌ」を、送液時間として「１時間」を入力すると、１時間をかけて７０μｌの試薬が送液されることになる。このときの送液流量は７０μｌ／時間となる。

なお、フルスケールの液量を入力するにあたり、そのマイクロシリンジ１１の実際の量を別に計測しておき、この値を入力すれば、より正確に送液することができる。また、リミットスイッチ２２の作動点を上死点より手前に設定した場合は、プランジャ１１ｂが上死点まで前進する前にリミットスイッチ２２が作動してモータ２１が停止するので、フルスケールの全量を送液することはできないが、これによって送液量等が変化することはない。

まず、使用するマイクロシリンジ１１のプランジャ１１ｂの外径を計測し、計測したプランジャ１１ｂの外径を操作ユニット１４に入力する。また、前述のようにしてシリンダボディ装着位置規制部材１７及びリミットスイッチ２２の位置調整を行う。本実施例においても、リミットスイッチ２２の作動点を実施例１，２と同様にプランジャ１１ｂの上死点に合わせた設定としてもよいが、上死点より手前でリミットスイッチ２２が作動するように設定しておくこともできる。

プランジャ１１ｂを上死点（リミットスイッチ２２の作動点）に移動させ、操作ユニット１４に吸引液量を入力して試薬の吸引を行う。マイクロシリンジ１１への吸引液量は、プランジャ１１ｂの断面積とその移動量とから求めることができ、プランジャ１１ｂの移動量は、雄ねじ部材２０のネジピッチから求めることができる。例えば、プランジャ１１ｂの外径が約１．４ｍｍで、雄ねじ部材２０のネジピッチが０．５ｍｍとすれば、１００μｌを吸引するときの雄ねじ部材２０の回転数は、約１２０回転となる。

次に、操作ユニット１４に所望の送液流量を設定し、送液量又は送液時間を操作ユニット１４に入力してスタートさせる。例えば、送液流量を７０μｌ／時間に設定し、送液量として「７０」を、あるいは、送液時間として「１時間」を入力すると、７０μｌ／時間の流量で、７０μｌの試薬が、１時間をかけて送液されることになる。このときの雄ねじ部材２０の回転速度は、前記同様に約１．４１ｒｐｍとなり、雄ねじ部材２０は、１時間かけて約８５回転することにとなる。吸引した試薬の全量を送液する場合は、送液流量を設定してスタートさせれば、本例では、７０μｌ／時間の送液流量で、吸引した１００μｌの全量が送液され、リミットスイッチ２２が作動したときに停止することになる。

実施例１と同様にしてマイクロシリンジ１１をポンプ本体１２に装着した後、押しボタン部１９ｅを押した状態でプランジャ摘み部保持部材１８をプランジャ１１ｂの上死点付近まで移動させる。続いてモータ２１を作動させ、プランジャ１１ｂの上死点の僅かに手前まで前進させた後、この状態でリミットスイッチ２２の位置調整を行う。このように、上死点の僅か手前でリミットスイッチ２２が作動するように設定することにより、マイクロシリンジ１１の破損をより確実に防止することができる。

プランジャ摘み部保持部材１８を後退させた状態でマイクロシリンジ１１を取り外し、試薬を所要量より過剰に吸引する。このように試薬を過剰に吸引しておくことにより、ポンプ本体１２にマイクロシリンジ１１を取り付ける際にプランジャ１１ｂが移動して吸引した試薬が僅かに押し出されたとしても、マイクロシリンジ１１には所要量以上の試薬が吸引された状態で残っていることになる。例えば、プランジャ摘み部保持部材１８を下死点近くまで後退させてからマイクロシリンジ１１を取り外し、所要量７０μｌに対して、プランジャ１１ｂの下死点近くまで、例えば１００μｌを吸引しておくことにより、３０μｌの余裕を見込むことができる。

そして、プランジャ１１ｂの外径を操作ユニット１４に入力すると、現在のプランジャ摘み部保持部材１８の位置、すなわち、マイクロシリンジ１１を取り外す前に回転させた雄ねじ部材２０の回転数とプランジャ１１ｂの外径とに基づいて、マイクロシリンジ１１内の液量が算出され、操作ユニット１４の表示部１４ｃに表示される。ここで、試薬の所要量を入力すると、例えば「７０μｌ」と入力すると、それに対するプランジャ摘み部保持部材１８の位置、すなわち雄ねじ部材２０の回転数が算出され、液量が７０μｌに対応した位置になるまで雄ねじ部材２０が回転し、プランジャ１１ｂを前進させて余剰の試薬、例えば約３０μｌを排出する。このとき、マイクロシリンジ１１内に吸引したかもしれないエアを同時に排出することができる。これにより、リミットスイッチ２２が作動するまでに７０μｌを送液できる状態となる。

なお、プランジャ１１ｂの外径は、一つひとつ正確に計測するようにしてもよいが、主なマイクロシリンジについては操作ユニット１４に型番と共に記憶させておき、これを呼び出すようにしてもよく、取扱説明書に記載した数値を入力するようにしてもよい。

送液は、実施例４と同様に、操作ユニット１４に所望の送液流量を設定し、送液量又は送液時間を操作ユニット１４に入力してスタートさせることにより行うことができる。また、この場合、送液量として「７０μｌ」と入力してもよく、「全量」と入力してもよい。また、７０μｌより少ない送液量を入力した場合は、例えば送液量として「５０μｌ」と入力すると、７０μｌ／時間の送液流量で５０μｌが送液された時点でモータ２１が停止し、送液が終了することになる。

ポンプ本体を自在アームに装着した使用状態の一例を示す説明図である。 ポンプ本体の正面図である。 同じく平面図である。 図２のIV−IV断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面図である。 図２のVI−VI断面図である。 図２のVII−VII断面図である。

符号の説明

１１…マイクロシリンジ、１１ａ…シリンダボディ、１１ｂ…プランジャ、１１ｃ…フランジ、１１ｄ…ニードル、１１ｅ…摘み、１２…ポンプ本体、１３…信号ケーブル、１４…操作ユニット、１４ａ…テンキー、１４ｂ…表示灯、１４ｃ…表示部、１４ｄ…スイッチ、１５…シリンダボディ保持部材、１５ａ…保持部材本体、１５ｂ…Ｖ字溝、１５ｃ…回動軸、１５ｄ…クランプアーム、１５ｅ…係合ピン、１５ｆ…ネジ棒、１５ｇ…ロックナット、１５ｈ…雌ねじ孔、１５ｉ…皿バネ、１６…ガイド部材、１６ａ…丸棒材、１６ｂ…エンド部材、１７…シリンダボディ装着位置規制部材、１７ａ…挿通孔、１７ｂ…固定ネジ、１７ｃ…規制面、１８…プランジャ摘み部保持部材、１８ａ…ガイド孔、１８ｂ…摘み保持部、１８ｃ…スイッチ当接面、１８ｄ…切欠部、１９…歯合部材、１９ａ…半割状雌ねじ部、１９ｂ…雌ねじ部材、１９ｃ…ガイド部、１９ｄ…スプリング、１９ｅ…押しボタン部、２０…雄ねじ部材、２１…モータ、２１ａ…ギアヘッド、２１ｂ…カップリング、２２…リミットスイッチ、２２ａ…ねじ部、２２ｂ…ナット、２２ｃ…操作子、２３…エンコーダ、２４…モータ固定板、２４ａ…保持孔、２４ｂ…固定ボルト、２４ｃ…モータ固定用通孔、３１…スタンド、３２…自在アーム、３３…ボールジョイント、３４…クランプ、３５…係止溝、３６…ボールプランジャ

Claims (3)

1. マイクロシリンジのシリンダボディを着脱可能に保持するシリンダボディ保持部材と、該シリンダボディ保持部材の一側から延設されたガイド部材と、該ガイド部材の基部側に移動可能に設けられたシリンダボディ装着位置規制部材と、該シリンダボディ装着位置規制部材より先端側の前記ガイド部材に沿って移動可能に設けられたプランジャ摘み部保持部材と、前記ガイド部材に平行に配置されて前記プランジャ摘み部保持部材に設けられた歯合部材に歯合する雄ねじ部材と、該雄ねじ部材を回転駆動するモータと、前記シリンダボディ装着位置規制部材に設けられて前記プランジャ摘み部保持部材の上死点側移動限を検出する検出手段と、前記モータ及び前記検出手段に信号ケーブルを介して接続され、前記モータの動作を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするシリンジポンプ。
2. 前記シリンダボディ保持部材には、スタンド、三脚、自在アームの少なくとも一つに装着される支持部材装着部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のシリンジポンプ。
3. 前記プランジャ摘み部保持部材に設けられた前記歯合部材は、前記雄ねじ部材に歯合する半割状雌ねじ部を有する雌ねじ部材と、該雌ねじ部材の前記雌ねじ部を前記雄ねじ部材との歯合位置と非歯合位置とに移動可能に保持するガイド部と、雌ねじ部の歯合位置方向に向かって前記雌ねじ部材を付勢するスプリングとを備えていることを特徴とする請求項１記載のシリンジポンプ。

Images