(57)【要約】    【課題】  制御が簡便で製造コストを抑えた、多様な送液条件下で安定して連続送液可能な送液装置を提供することにある。    【解決手段】  常に液体を吐出し続けるように連動して液体の吸引・吐出を行う複数のシリンジとそれらを駆動させる単一の駆動源及び駆動機構からなる送液部と、各シリンジに取り付けられそのシリンジの吐出・吸引にあわせて流路を切り替える電磁弁及びシリンジの吐出・吸引切り替え時の液体の逆流を防止する逆止弁及びシリンジの吐出・吸引切り替え時の液体の脈動を軽減するダンパ及び液体送液時の圧力を検出する圧力センサからなる配管部と、予め設定された流量などのデータとセンサからの情報に従って駆動源を稼動させて液体を送液することを行う制御部を設けた。【選択図】  図１
2006348780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の吸引・吐出を行う複数のシリンジとこれらのシリンジを駆動する駆動源と前記シリンジの吸引・吐出に合わせて流路を切り替える流路切替手段とおよび前記シリンジと前記流路切替手段、および前記流路切替手段の入口側および出口側にそれぞれ設けられた配管を備えた送液装置において、
前記駆動源は単一の駆動源として構成され、該単一の駆動源と該駆動源との間に間隔を置いて配置された回転手段との間に往復動駆動される被駆動体を設け、前記複数のシリンジのそれぞれに設けられるプランジャに連結子を設け、前記被駆動体の往動部および復動部のそれぞれに前記連結子を接続したこと
を特徴とする送液装置。
【請求項２】
請求項１において、前記２つのプランジャ側にそれぞれガイドレールを設け、前記連結子を該ガイドレールに沿ってそれぞれ案内するようにしたことを特徴とする送液装置。
【請求項３】
請求項１において、前記駆動源の制御を行う制御部を有し、いずれかの連結子に所定の位置で位置検出信号を前記制御部に送信する位置検出器を設け、前記制御部は該位置検出信号の送信を受けると前記駆動部を逆転駆動制御することを特徴とする送液装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、前記被駆動体はタイミングベルトであり、前記連結子はスライドブロックであり、該スライドブロックは、前記タイミングベルトに対して連結位置を調整可能としてあることを特徴とする送液装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかにおいて、前記流路切替手段の出口側の配管に逆止弁およびダンパが設けられることを特徴とする送液装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記流路切替手段は、電磁弁もしくはセットになった送止弁であることを特徴とする送液装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかにおいて、前記流路切替手段は、電磁弁で構成され、該電磁弁と前記シリンジとにそれぞれネジ継手によって接続するアダプタを設けたことを特徴とする送液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体が常に吐出されるよう複数のシリンジを駆動源を用いて連動させ、液体を連続的に送液する送液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンジポンプは送液する液体の種類や配管系の変更に伴う圧力損失の変動を受けても送液量が変動せず、安定した定量送液を行うことが出来る。この特徴を利用して化学分野などの計測機器に利用されている。ただし、シリンジポンプはある容量のシリンジ内の液体をプランジャで押し出す構造であるために、その容量分の液体を吐出すると、一度液体を吸引しなければ再度の吐出が行えず、吸引中は送液が停止してしまうために、脈流が生じるという問題を抱えている。この点を改善したものとして、下記の特許文献１などに示すように２つのシリンジを搭載して、片方のシリンジが液体吸引中には、他方のシリンジが液体を吐出するように動作させることで、脈流を抑えたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９３９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は、片方のシリンジで主に液体を送液し、他方は主送液シリンジが液体を吸引している間の送液を担う補助的な役割を与えられている。この動作を実現するために各シリンジ毎にモータと制御部を用意し、さらに全体を統括制御する制御部を用意している。
【０００５】
化学実験などでシリンジポンプを使う場合は、液体同士の混合、反応を行う場合が多く、ポンプが複数必要となる。よって、個々のポンプは制御が簡便で、価格も安価であることが必要である。
【０００６】
また、使用する液体や目的によって必要とされる流量や送液精度などの送液条件が異なるため、広範な条件に対応可能であるとさらに良い。
【０００７】
よって、本発明の目的は、制御が簡便で製造コストを抑えて安定して連続送液可能な送液装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の目的は、多様な送液条件下で連続送液可能な送液装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、液体の吸引・吐出を行う複数のシリンジとこれらのシリンジを駆動する駆動源と前記シリンジの吸引・吐出に合わせて流路を切り替える流路切替手段とおよび前記シリンジと前記流路切替手段、および前記流路切替手段の入口側および出口側にそれぞれ設けられた配管を備えた送液装置において、
前記駆動源は単一の駆動源として構成され、該単一の駆動源と該駆動源との間に間隔を置いて配置された回転手段との間に往復動駆動される被駆動体を設け、前記複数のシリンジのそれぞれに設けられるプランジャに連結子を設け、前記被駆動体の往動部および復動部のそれぞれに前記連結子を接続したこと
を特徴とする送液装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明装置によれば、制御が簡便で製造コストが低く、安定して連続送液可能な送液装置を得ることができる。また、本発明によれば多様な送液条件下で連続送液可能な送液装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施例である送液装置は、液体の吸引・吐出を行う複数のシリンジとこれらのシリンジを駆動するステッピングモータとシリンジの吸引・吐出に合わせて流路を切り替える電磁弁あるいは逆止弁からなる流路切替手段とおよびシリンジと前記流路切替手段、および前記流路切替手段の入口側および出口側にそれぞれ設けられた配管を備えた送液装置であって、
ステッピングモータは単一の駆動源として構成され、単一のステッピングモータと、ステッピングモータとの間に間隔を置いて配置されたプーリーとの間に往復動駆動されるタイミングベルトを設け、複数のシリンジのそれぞれに設けられるプランジャにスライドブロックを設け、タイミングベルトの往動部および復動部のそれぞれにスライドブロックを接続し、プランジャのそれぞれ側にガイドレールを設け、スライドブロックをガイドレールに沿ってそれぞれ案内するようにして構成される。
【００１２】
更に、ステッピングモータの制御を行う制御部を有し、いずれかのスライドブロックに所定の位置で位置検出信号を制御部に送信する位置検出器を設け、制御部は位置検出信号の送信を受けるとステッピングモータを逆転駆動制御することを行う。
【００１３】
更に、スライドブロックは、前記タイミングベルトに対して連結位置を調整可能としてある特徴を有している。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明送液装置１の構成図、図２はシリンジ駆動部の正面図である。ここでは一実施形態として２本のシリンジを１つのモータで駆動させる送液装置１を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【００１５】
本実施例の送液装置１００は、図1と図２に示すように液体の吸引・吐出を行う２つのシリンジ１１ａと１１ｂとそのシリンジ内を往復する２つのプランジャ１２ａと１２ｂ（双方を１２で表示）とプランジャ１２を駆動させるための動力源すなわち駆動源となるモータ１３とモータ１３の回転運動をプランジャ１２の往復運動へと変換する回転手段であるプーリー１４と被駆動体であるタイミングベルト１５と連結子であるスライドブロック１６ａと１６ｂとガイドレール１７ａと１７ｂとプランジャの位置を検出するための位置検出器を構成する位置検出板１８と位置検出センサ１９ａと１９ｂからなる送液部１０、様々な容量のシリンジを装置本体と接続するアダプタ２１ａと２１ｂと各シリンジの吸引と吐出を切り替える電磁弁２２ａと２２ｂと液体の逆流を防止する逆止弁２３ａと２３ｂと液体の脈動を軽減するダンパ２４と送液時の液体の圧力を検出する圧力センサ２５とこれらの部品を接続する配管２６からなる配管部２０、装置本体とは別に設置され予め設定された流量などのデータとセンサからの情報に従って駆動源を稼動させて液体の送液を行う制御器３１と制御器３１に設定データを入力するための入力デバイス３２からなる制御部３０、送液する液体を収納する容器４０から構成される。
【００１６】
以下に送液部１０の詳細について説明する。制御部３０からの信号によってモータ１３が回転すると、モータ１３とプーリー１４の間に架けられたタイミングベルト１５が上下に動き、モータ１３の回転運動が上下への往復運動に変換される。この時、モータを中心として右側のベルトと左側のベルトは正反対の方向に動作する。タイミングベルト１５には中心から見て右側と左側それぞれ一つずつスライドブロック１６ａ、１６ｂが取り付けられている。スライドブロック１６が滑らか且つ正確に上下動するためにガイドレール１７を設けた。スライドブロック１６はタイミングベルトの動きに合わせてガイドレール１７に沿って片方のスライドブロック１６ａが上に移動する場合は、他方のスライドブロック１６ｂは下へ移動するというように、それぞれ正反対の方向に動く。スライドブロック１６ａにはプランジャ１２ａが、スライドブロック１６ｂにはプランジャ１２ｂが取り付けられており、前述したスライドブロック１６の動きに合わせて、２つのプランジャ１２も正反対に動く。例えばモータを右回転させ、プランジャ１２ａが上に動き液体を吐出している間、プランジャ１２ｂは下に動き液体を吸引している。モータ１３の回転方向を変えるとプランジャの動きも逆転する。
【００１７】
スライドブロック１６ｂにはプランジャ１２の位置を検出するための位置検出板１８が取り付けられており、位置検出板１８はスライドブロック１６ｂと共に上下に移動する。位置検出センサ１９は凹形状をしており、この凹部に位置検出板１８が到達した時に信号を発信する。位置検出センサ１９ｂはプランジャ１２ｂがシリンジ１１ｂ内の液体を全て押し出す位置（最大吐出位置）に達した時に発信する位置に取り付けてあり、発信時にはもう一つのプランジャ１２ａはシリンジ１１ａの最大吸引位置に達している。別の位置検出センサ１９ａはプランジャ１２ｂがシリンジ１１ｂの最大吸引位置に達した時に発信する位置に取り付けてあり、発信時にはもう一つのプランジャ１２ａはシリンジ１１ａの最大吐出位置に達している。位置検出センサ１９からの信号をトリガーとしてモータ１３の回転方向を切り替えることで、一方のプランジャが液体を吐出している間に他方のプランジャが液体を吸引するという動作を繰り返すことができる。以上のような機構を用いることで、単一の駆動源で２つのプランジャを連動させ、常に液体を吐出し続けることが可能となる。
【００１８】
本実施例ではモータ１３にはステッピングモータを使用した。制御部３０からパルスを入力する度に一定量回転するステッピングモータは移動量と速度の制御が簡単且つ正確であり、シリンジの移動量と速度を精密に制御することができる。他の実施例としてはサーボモータなどの他の形式のモータを使用しても良い。
【００１９】
また、本実施例ではモータの回転運動を往復運動に変換する手段として、タイミングベルト１５を用いた。１本のタイミングベルト１５で２つのプランジャ１２を動かすことで、万が一ベルトが脱調した場合でも片方のプランジャだけが動いてしまう現象を防止できる。またタイミングベルトは安価であり、装置の製造コストを抑える効果もある。他の実施例としてはボールネジやクランクなどの方法を用いても良い。
【００２０】
図１において、駆動源は単一の駆動源として構成され、単一の駆動源と、該駆動源の間で下方に間隔を置いて配置された回転手段との間に往復駆動される被駆動体が設けられる。複数のシリンジ１１ａ，１１ｂのそれぞれに設けられるプランジャ１２ａ，１２ｂに連結子を設け、被駆動体の左右両側の往動部および復動部のそれぞれに連結子が接続される。この構成によって、単一の駆動源によって複数のシリンジが液体の送液の吸込，吐出を行うことになる。この場合に、駆動源としてはステッピングモータ１３、回転手段としてプーリー１４、被駆動体としてタイミングベルト１５、そして連結子としてスライドブロック１６ａ，１６ｂが使用される。また、後述する流路切替手段としては電磁弁もしくはセットされた逆止弁が使用される。
【００２１】
前述のように、図１において、２つのプランジャ１２ａ，１２ｂ側にそれぞれガイドレール１７ａ，１７ｂを設けてスライドブロック１６ａ，１６ｂを案内することを行う。
【００２２】
所定の位置で位置検出信号を制御部３１に送信する位置検出器を設ける。制御部３１は、位置検出信号の送信を受けると、ステッピングモータ１３を逆転駆動制御することを行う。これによって各シリンジの液体の吸引，吐出が逆転することになる。
【００２３】
上述のようにタイミングベルト１５が使われ、このタイミングベルト１５はラック状の連結部を有しており、取付位置によってタイミングを変えることができるようになっており、多様な送液条件下で連続送液を可能としている。
【００２４】
次に配管部２０の詳細について説明する。シリンジ１１ａ，１１ｂと流路切替手段である電磁弁２２ａ，２２ｂ、および電磁弁２２ａ，２２ｂの入口側にある容器４０との間、電磁弁２２ａ，２２ｂの出口側にそれぞれ配管が設けられてあり、電磁弁２２ａ，２２ｂの出口側の配管に逆止弁２３ａ，２３ｂが設けられ、逆止弁２３ａ，２３ｂを出た配管に１つにまとめられ、この１つの配管にダンパ２４が設けられる。アダプタ２１は電磁弁２２とシリンジ１１を接続する継手で、電磁弁２２側への取り付け部分はネジ（ネジ継手）が切ってあり、電磁弁２２とネジ締結されている。シリンジ１１側の取り付けはルアーロック型の接続口が設けてあり、化学・医療分野などで一般的に使用されている先端がルアーロック形状のシリンジ１１であれば、容量を問わず接続することができ、流量などに合わせてシリンジ１１を変更することで、幅広い送液条件に対応することができる。また、シリンジ１１を取り外しての洗浄も容易である。
【００２５】
電磁弁２２ａ，２２ｂは制御部３０からの信号を受けて、流路の切り替えを行う。切り替えのトリガーとなるのは位置検出センサ１９の信号である。位置検出センサ１９ａが信号を発した場合は、モータ１３の回転方向が左回りに切り替わりプランジャ１２ａは吸引方向、プランジャ１２ｂは吐出方向へ動きだすので、電磁弁２２ａは容器４０との流路を開きブランジャ１２ａへ液体が吸引されるようにし、電磁弁２２ｂは逆止弁２３ｂへの流路を開きプランジャ１２ｂからの液体が吐出されるように動作する。位置検出センサ１９ｂが信号を発した場合は、各電磁弁は上記とは逆の方向へ流路を開く。
【００２６】
電磁弁２２ａ，２２ｂの流路を切り替えた時、それまで液体の吐出が行われていた配管合流点２７から先の流路内は高圧状態となっており、それと比較してそれまで液体の吸引が行われていたシリンジ１１側の配管合流部までの流路内は圧力が低い状態となっている。この状態で流路を切り替えると液体の逆流が発生する。これを防止するために配管合流点２７の直前に逆止弁２３（２３ａ，２３ｂ）を設けた。
【００２７】
流路を切り替え時には瞬間的に送液が停止する。また低速でモータ１３を回転させた場合には脈流が顕著となる。このような送液量の変動を軽減するためにダンパ２４を設けた。ダンパ２４内は一種のバッファー層のような状態となっており、この層内に溜まった液体を緩衝材として、送液量の変動を吸収し、安定した送液を可能とする。
【００２８】
圧力センサ２５は流路内の圧力を常時計測し、制御器３１へと送信する。制御器３１ではこのセンサの値が一定値を超えた場合は、圧力異常と判断しモータ１３の回転停止する。これにより液詰を検出しての緊急停止や異常高圧で装置が損傷することを防止する。また、この圧力値は制御器３１内に自動的に記録され、実験や製造時のデータとして活用することもできる。
【００２９】
配管２６は耐薬品性に優れたフッ素樹脂製のチューブを選択し、チューブの変形による送液量の変動を防ぐため肉厚で硬いチューブを用いた。送液液体が水等の腐食性が低いものであればステンレス配管を用いても良い。
【００３０】
次に制御部３０について説明する。動作フローチャートを図３に示す。
【００３１】
制御器３１は入力デバイス３２から入力された設定データに従ってモータ１３の回転をスタートする。次に圧力センサの出力値を読み込み、設定値以上の高圧力を検出した場合は、即座にモータを非常停止させる。センサ出力が正常であれば、次にモータ１３が設定量分の回転したかをチェックする。設定量回転していればモータを停止する。まだ設定量に達していなければ、次に位置検出センサの出力をチェックする。位置検出サンサがＯＮであればシリンジが上下限位置まで移動したことになるので、モータ１３の回転方向を切り替える。シリンジの吸引・吐出方向が切り替わるので電磁弁２２も同時に切り替え、モータ１３は回転し続ける。以上で制御の1サイクルが終了する。本装置では制御すべきモータ１３が一つしかなく、また２つのシリンジが必ず連動するために位置検出センサも片側を監視する２つで事足りる。よって制御器３１が多数のモータ、センサを制御する必要は無く、制御器の負担の少ない簡易な制御で性能を発揮できる。
【実施例２】
【００３２】
図３は実施例２を示す。実施例１と同一の構成については同一の番号を付しており、その場合には実施例１の説明を援用するものとする。
【００３３】
図３に示すように電磁弁２２の代わりに逆止弁２３を２つ使用してもよい。すなわち、セットされた逆止弁２３ｃ，２３ｅを用いる。容器４０からシリンジ１１へ吸引する液体のみを流す逆止弁２３ｃ，２３eとシリンジ１１から吐出された液体のみを流す逆止弁２３ｄ，２３ｆを図のように流路内に取付けることで、電磁弁を取付けた場合と同じように液体を送液することができる。この場合、制御器３１から電磁弁を操作する必要がなくなるため、制御はより簡易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例である送液装置の構成図である。
【図２】装置の駆動部正面図である。
【図３】装置の制御フローチャート図である。
【図４】本発明の他の実施例である送液装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…送液部、１１…シリンジ、１２（１２ａ，１２ｂ）…プランジャ、１３…モータ、１４…プーリー、１５…タイミングベルト、１６…スライドブロック、１７…ガイドレール、１８…位置検出板、１９…位置検出センサ、２０…配管部、２１…アダプタ、２２…電磁弁、２３…逆止弁、２４…ダンパ、２５…圧力センサ、２６…配管、２７…配管合流点、３０…制御部、３１…制御部、３２…入力デバイス、４０…容器、１００…送液装置。
【図１】
2006348780.tif 000003
【図２】
2006348780.tif 000004
【図３】
2006348780.tif 000005
【図４】
2006348780.tif 000006