УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ НАКОНЕЧНИКОВ ПИПЕТОК, НАКОНЕЧНИК ПИПЕТКИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОЗИРОВАНИЯ ПИПЕТКОЙ
PIPETTE TIP FASTENER, PIPETTE TIP, PIPETTE DOSER

Изобретение относится к области техники дозирования и касается устройства для крепления и размещения наконечников пипеток, а также наконечника пипетки.
Наконечники пипеток - это вытянутые, обычно сходящие на конус трубки с центрально расположенным и проходящим вдоль продольной оси сквозным отверстием для дозирования малых количеств жидкости. Широкий конец наконечников пипеток (сторону соединения) надвигают на надлежащее крепление устройства для дозирования пипеткой, а заостренный конец, расположенный напротив широкого по оси, погружают в подлежащую дозированию среду. Обычно наконечники пипеток предназначены для одноразового применения, т.е., по завершении использования их выбрасывают.
Устройства для дозирования пипеткой широко применяют во всех областях, где необходимо отмерять сравнительно малые (например, в микролитровом диапазоне) количества жидкости, например, в молекулярной биологии. Устройство для дозирования пипеткой может быть ручным или представлять собой пипетировочный автомат, или робот, имеющий одну или множество отдельных пипеток, работающих одновременно или по отдельности.
Принцип работы устройства для дозирования пипеткой основан на том, что, например, в цилиндре сдвигают определенный объем жидкости. При этом выход цилиндра герметично соединен со сквозным отверстием наконечника пипетки, так что сдвиг объема жидкости ведет к тому, что заостренный конец наконечника пипетки всасывает соответствующий объем подлежащей дозированию среды. Для обеспечения точного дозирования наконечник пипетки необходимо надежно и герметично соединять с устройством для дозирования пипеткой. Повышенная потребность в этом существует при эксплуатации пипеточных автоматов, где надежную посадку и точное размещение отдельных наконечников нельзя проверить вручную. Кроме того, устройства для дозирования пипеткой должны быть по возможности не слишком сложны в обслуживании и недороги в производстве.
Известен ряд устройств для дозирования пипеткой с крепежными устройствами для помещения наконечников. Так, например, в патентах США US 2002/094302, US 4679446, германском патенте DE 19708151 и патенте США US4748859 описаны наконечники пипеток, на внутренней стенке стороны соединения которых имеются сформированные заедино с ними уплотнительные ленты, проходящие по огибающей, которые уплотняют соединение наконечника пипетки с наружной огибающей поверхностью крепления в радиальном направлении. Одновременно это должно обеспечить точное размещение наконечника пипетки в поперечном направлении.
В патентах США US 2003/219359 и US 2004/011145 также описаны сложные в исполнении радиальные уплотнения. Эти уплотнения состоят из размещенных на внутренней стенке наконечника пипетки уплотнительных манжет, которые должны прилегать к наружной образующей поверхности крепления. Технические затраты на изготовление уплотнительных манжет, однако, относительно высоки. Кроме того, уплотнительные манжеты не могут обеспечить достаточно точное размещение наконечника пипетки в поперечном направлении.
Для точного осевого размещения наконечников, т.е., по оси z, можно дополнительно предусмотреть средства центровки по оси. Они, например, описаны в патентах США US 6168761, US 2003/082078, канадском патенте CA 2122244, патенте США US 6248295, европейском патенте EP 148333, патентах США US 6973845 и US 4824641.
Все вышеназванные наконечники пипеток удерживаются на наружной образующей крепления посредством сжатия огибающего уплотнения. В патенте США US 5200151, напротив, описана фиксация с помощью отдельных защелкивающихся рубчиков, сформированных на внутренней стенке сквозного отверстия наконечника пипетки, которые входят в зацепление с выступом, проходящим по образующей крепления.
Устройство крепления с жестким уплотнительным буртиком описано в заявке США US 2003/0000319. В радиальном направлении этот буртик взаимодействует с уплотнительной поверхностью наконечника пипетки, причем в области уплотнительных поверхностей толщина стенки наконечника достаточно мала, чтобы обеспечить некоторое растяжение при насаживании на уплотнительный буртик.
В европейском патенте EP 1319437 описано устройство крепления, использующее для уплотнения наконечника пипетки в радиальном направлении уплотнительное кольцо круглого сечения.
Радиальное уплотнение между наконечником пипетки и устройством крепления описано в европейском патенте EP 0351574. В этом тексте устройство крепления имеет цилиндрическим уплотнительным отрезком, соответствующим уплотнительному отрезку наконечника пипетки, причем толщина стенки в области уплотнительного отрезка наконечника пипетки меньше по сравнению с соседними участками, что обеспечивает гибкость. Этого добиваются, уменьшая толщину стенки с внутренней и наружной сторон стенки пипетки. Наконечник пипетки с эластическим уплотнительным отрезком цилиндрической формы описан также в международной заявке WO 00/27530.
Из международной заявки WO 00/62933 известно устройство для дозирования пипеткой, имеющее для уплотнения наконечника в радиальном направлении кольцевое сдавливаемое уплотнение. Для создания герметичного соединения сдвижную сдавливаемую гильзу прижимают по оси к кольцевидному сдавливаемому уплотнению, оттесняя его в свою очередь в радиальном направлении кнаружи в кольцевой паз, сформированный на внутренней стенке сквозного отверстия наконечника. Ближе по оси к наконечнику пипетки перед сдавливаемым уплотнением расположена соединительная гильза с кольцевидным ступенчатым выступом, которая служит для задания положения наконечника в осевом и радиальном направлениях. В устройстве для дозирования пипеткой, описанном в международной заявке WO 00/62933, функцию удержания и уплотнения пипетки выполняет сдавливаемое уплотнение, для задействования которого, однако, нужны подвижные детали. Это увеличивает затраты на обслуживание и потребности в оборудовании. Кроме того, ввиду потребной работы по боковой деформации сдавливаемое уплотнение подвержено повышенному износу.
В свете сказанного задача изобретения состоит в том, чтобы представить устройство крепления наконечников пипеток и соответствующие наконечники, позволяющие осуществлять точную дозировку и предпочтительно обладающие улучшенными характеристиками в отношении износа, обслуживания и стоимости производства сравнительно с нынешним техническим уровнем. Согласно изобретению, поэтому предлагается устройство для крепления наконечников пипеток, имеющее соединительный элемент, имеющее продольную ось и обладающее свободным концом, со стороны которого можно в осевом направлении надвигать наконечник пипетки на соединительный элемент, причем соединительный элемент оснащен уплотнительным элементом из эластичного материала, имеющим участок уплотнения, свободный с обращенной к свободному концу соединительного элемента стороны и протяженный в радиальном направлении, к каковому участку уплотнения возможно хотя бы частично прижимать в осевом направлении участок уплотнения наконечника пипетки.
В одном из вариантов изобретения соединительный элемент может также быть оснащен, по меньшей мере одним направляющим элементом, расположенным на его наружной поверхности, для придания наконечнику пипетки правильного положения в поперечном направлении относительно продольной оси.
Еще в одном варианте изобретения на внешней стороне соединительного элемента может быть размещен держатель, предназначенный для взаимодействия с крепежными элементами наконечника пипетки и имеющий целью прижимание участка уплотнения наконечника пипетки к осевому участку уплотнения, а также точное размещение наконечника пипетки в осевом направлении.
Согласно изобретению герметизацию наконечника пипетки осуществляют посредством уплотнения на соединительном элементе, действующем в осевом направлении. Для этого в соединительном элементе размещен эластичный уплотнительный элемент, к которому можно прижимать участок уплотнения наконечника пипетки в осевом направлении. Преимущество осевого уплотнения состоит в том, что оно значительно меньше подвержено износу, чем радиальное уплотнение. Прежде чем радиальное уплотнение окажется сжатым в достаточной степени и сможет обеспечивать герметичность, его приходится двигать с трением по наружной образующей поверхности крепления или же, как это описано выше в отношении сжимаемого уплотнения международной заявки WO 00/62933, оно подвержено значительной работе боковой деформации. В случае же осевого уплотнения соответствующий участок уплотнения достаточно лишь прижать к уплотнению. Следовательно, крепление согласно изобретению служит значительно дольше и требует меньше обслуживания. При этом уплотнительный элемент состоит из материала, который более эластичен (обладает лучшими характеристиками эластичной деформации), чем материал соединительного элемента. Уплотнительный элемент имеет осевой участок уплотнения, т.е., участок, например, фронт, доступный с осевого направления, к которому можно в осевом направлении прижимать участок уплотнения наконечника пипетки.
Кроме того, уплотнение и крепление (фиксацию) целесообразно отделить друг от друга как в пространственном, так и в функциональном отношении, т.е., уплотнительный элемент и держатель должны быть выполнены в виде отдельных элементов. Уплотнительный элемент обеспечивает герметичность контакта наконечника пипетки и соединительного элемента. Кроме того, ввиду уплотнительного эффекта по оси, он также служит для регулировки осевого положения. Уплотнение, однако, не удерживает и не закрепляет наконечник пипетки. Эта функция возложена на держатель, который взаимодействует с соответствующими ему крепежными элементами на наконечнике пипетки и предохраняет их от сдвига по оси. При этом участок уплотнения наконечника пипетки оказывается прижат к участку уплотнения уплотнительного элемента, и одновременно достигают как желательного эффекта уплотнения, так и точного положения наконечника пипетки по оси с помощью держателя и уплотнительного элемента. Уплотнительный элемент позволяет создать разъемное соединение между соединительным элементом и наконечником пипетки.
Наконец, благодаря взаимодействию направляющего элемента со стороны держателя с соответствующими направляющими элементами (обычно - цилиндрическими поверхностями) на внутренней стенке наконечника пипетки, удобным образом обеспечивают придание наконечнику пипетки правильного положения на соединительном элементе в поперечном или осевом направлении.
Разделение функций герметизации и удержания, а также придания положения в поперечном направлении выгодно, в частности, в случае дозировочных автоматов, поскольку благодаря взаимодействию осевого уплотнения и держателя это позволяет точно задать положение в осевом направлении (координату z). Сжимаемое радиальное уплотнение, напротив, могло бы воспрепятствовать заданию положения по оси. Кроме того, устройство для закрепления согласно изобретению оснащено слабо подверженным износу уплотнением и позволяет точно размещать наконечник пипетки, а также надежно его закреплять.
Кроме того, изобретение касается наконечника пипетки, предназначенного для насаживания на крепление, причем наконечник пипетки имеет:
- образующую поверхность, огибающую продольную ось;
- участок крепления вблизи первого осевого конца наконечника пипетки, направленного в сторону надвигания наконечника, причем участок крепления в свою очередь содержит, по меньшей мере один участок, внутренняя стенка которого по меньшей мере частично сходит на конус в направлении, противоположном направлению надвигания, в каковую стенку интегрирована цилиндрическая (по продольной оси) направляющая поверхность.
Предпочтительно, чтобы интегрированная цилиндрическая направляющая поверхность в продольном направлении проходила параллельно продольной оси. Таким образом, при взаимодействии направляющей поверхности наконечника с направляющим элементом держателя обеспечивают занятие наконечником заданного положения в радиальном направлении независимо от осевого положения. Поэтому наконечник пипетки можно надвинуть на держатель без того, чтобы направляющая поверхность препятствовала движению наконечника и держателя друг относительно друга в осевом направлении. Следовательно, направляющая поверхность обеспечивает только размещение наконечника пипетки по радиусу, не влияя на его положение по оси, т.е., точное размещение по радиусу отделено от размещения по оси.
В направлении продольной оси угол между внутренней стенкой и продольной осью обычно превышает или равняется 0,2°, предпочтительно - составляет от 0,5° до 3°, а в особенности - от 0,5° до 1°. Угол также может иметь значение между 0,2° и 1° и составлять, например, около 0,3°. Благодаря относительно малому значению угла внутренняя стенка выполнена как скос, облегчающий извлечение готового наконечника пипетки из формы для литья под давлением, при сравнительно малом сужении сечения полости.
Кроме того, участок крепления может, помимо первого участка содержать второй также участок, расположенный относительно первого со смещением по оси в направлении надвигания, причем первый участок имеет меньший радиальный размер, чем второй. Кроме того, между первым и вторым участком на участке крепления может быть расположен участок уплотнения с обращенной в направлении надвигания по оси поверхностью уплотнения, предназначенной для взаимодействия с уплотнительным элементом держателя. Помимо этого, в пределах участка уплотнения на внутренней стенке второго участка можно расположить средство крепления для взаимодействия с креплением держателя. Цилиндрическая направляющая поверхность может быть расположена на первом участке, на втором участке или в обоих участках.
Средство крепления может представлять собой вырез, сформированный на внутренней стенке второго участка. Типичный наконечник пипетки - это изделие, изготавливаемое способом литья под давлением, причем внутренние стенки первого и второго участков проходят параллельно продольной оси, т.е., не имеют скосов для извлечения из формы. Кроме того, участок крепления, а в частности второй участок наконечника пипетки, может включать в себя область, которая выполнена более гибкой, чем остальные области участка крепления или второго участка, и расположена ближе к первому концу в осевом направлении. Гибкая область облегчает насаживание наконечника пипетки на держатель и его снятие. Для улучшения гибкости и ее целенаправленного регулирования на участке крепления или на втором участке участка крепления можно предусмотреть вырезы, проходящие в продольном направлении, и заполнить их другим материалом, более эластичным, чем материал, из которого изготовлены остальные области участка крепления или второго участка. Следовательно, участок крепления состоит из различных материалов.
Участок уплотнения может быть образован заплечником или буртиком между первым и вторым участком.
Согласно еще одному варианту предлагается устройство для крепления наконечников пипеток, имеющее соединительный элемент, имеющее продольную ось и обладающее свободным концом, со стороны которого можно в осевом направлении надвигать наконечник пипетки на соединительный элемент, причем соединительный элемент на внешней своей стороне оснащен:
- двумя направляющими элементами, между которыми в осевом направлении имеется промежуток, и
- отдельным от направляющих элементов держателем, предназначенным для взаимодействия с крепежными элементами наконечника пипетки и имеющим целью точное размещение наконечника пипетки в осевом направлении.
Держатель может быть гибким элементом, надлежащим образом размещенным на внешней стороне соединительного элемента, или интегрально сформированным на внешней стороне или выполненным отдельно и закрепленным на внешней стороне жестким или эластичным элементом, например, представлять собой один или несколько радиальных выступов, которые распределены по частям образующей или представляют собой кольцо.
Согласно еще одному варианту предлагается устройство для дозирования пипеткой, имеющее соединительный элемент, с возможностью разъемного закрепления на соединительном элементе наконечника пипетки с участком уплотнения, причем соединительный элемент обладает продольной осью и свободным концом, со стороны которого можно в осевом направлении надвигать на соединительный элемент наконечник пипетки. Кроме того, соединительный элемент оснащен уплотнительным элементом из эластичного материала, имеющим участок уплотнения, свободный с обращенной к свободному концу соединительного элемента стороны и протяженный в радиальном направлении. Участок уплотнения наконечника пипетки, напротив, относительно продольной оси соединительного элемента предпочтительно выполнен в виде перпендикулярной оси поверхности, обращенной в направлении соединительного элемента, и может, например, быть образован заплечником. Когда наконечник соединен с пипеткой, по меньшей мере, часть участка уплотнения соединительного элемента должна быть прижата по оси по меньшей мере к части участка уплотнения наконечника. Соединительный элемент устройства для дозирования пипеткой может обладать отдельными свойствами или сочетаниями свойств описанного выше соединительного элемента, например, в отношении свойств и материала уплотнительного элемента, количества, исполнения и размещения направляющих элементов или количества, исполнения и размещения держателей.
Согласно еще одному варианту предлагается устройство для дозирования пипеткой, имеющее соединительный элемент, с возможностью разъемного закрепления на соединительном элементе наконечника пипетки, причем соединительный элемент оснащен, по меньшей мере одним направляющим элементом, расположенным на его наружной поверхности, для придания наконечнику пипетки правильного положения в поперечном направлении относительно продольной оси, и количество направляющих элементов предпочтительно совпадает с количеством направляющих поверхностей наконечника пипетки. Направляющий элемент (направляющие элементы) при этом можно независимо друг от друга выполнять в виде одной детали или нескольких. У наконечника пипетки имеется продольная ось, а также протяженный по продольной оси участок крепления для надвигания на держатель. Кроме того, участок крепления содержит, по меньшей мере один участок, внутренняя стенка которого по меньшей мере частично сходит на конус в направлении, противоположном направлению надвигания, в каковую стенку интегрирована цилиндрическая (по продольной оси) направляющая поверхность для взаимодействия по меньшей мере с одним направляющим элементом со стороны крепления. Направляющий элемент или направляющие элементы на соединительном элементе выполнен(ы) так, что каждый направляющий элемент имеет по меньшей мере части цилиндрической образующей, которые в каждом случае соответствуют цилиндрической направляющей поверхности наконечника пипетки, взаимодействующей с частями образующей. Кроме того, наконечник пипетки может обладать отдельными свойствами или сочетаниями свойств описанного выше отдельного наконечника пипетки, например, в отношении свойств, материала, исполнения и размещения внутренней стенки, особых участков или держателей. Кроме того, соединительный элемент устройства для дозирования пипеткой и в этом случае также может обладать отдельными свойствами или сочетаниями свойств описанного выше отдельного соединительного элемента, например, в отношении количества, исполнения и размещения направляющих элементов. Кроме того, соединительный элемент может включать в себя уплотнительный элемент, характеризующийся уже описанными выше свойствами, исполнением, а также надлежащими материалами, а также один или несколько держателей, количество, исполнение и размещение которых подобны описанным выше.
Кроме того, соединительный элемент может быть оснащен расположенным на наружной поверхности держателем для взаимодействия, по меньшей мере с одним средством крепления наконечника пипетки. При этом, по меньшей мере один держатель может быть выполнен жестким по сравнению по меньшей мере с одним средством крепления. В качестве альтернативы, по меньшей мере один держатель может также быть выполнен гибким по сравнению по меньшей мере с одним средством крепления.
Далее следует подробное разъяснение изобретения на основе примеров исполнения, представленных на чертежах, из которых явствуют дальнейшие преимущества и модификации. Для этого изображены:
на фигуре 1 - разрез крепления с соединительным элементом и наконечником пипетки согласно первому варианту исполнения;
на фигуре 2 - разрез крепления с соединительным элементом и насаженным (надвинутым) наконечником пипетки согласно первому варианту исполнения;
на фигуре 3 - разрез крепления с соединительным элементом и надвинутым наконечником пипетки согласно второму варианту исполнения;
на фигуре 4 - соединительный элемент с уплотнительным элементом X-образного сечения;
на фигуре 5 - разрез крепления с соединительным элементом согласно первому варианту исполнения;
на фигуре 6 - первый фрагмент соединительного элемента согласно третьему примеру исполнения;
на фигуре 7 - второй фрагмент соединительного элемента согласно третьему примеру исполнения;
на фигуре 8 - участок соединения первого примера исполнения наконечника пипетки;
на фигуре 9 - второй пример исполнения наконечника пипетки;
на фигуре 10 - трехмерное изображение другого соединительного элемента с надвинутым наконечником пипетки; и
i
i
i
на фигуре 11 - геометрическое соотношение между шириной направляющей d, наружным диаметром D и шириной l отдельных направляющих элементов либо же направляющих поверхностей соединительного элемента либо же наконечника пипетки.
Для надежного закрепления и удержания наконечников пипеток на устройствах для дозирования пипетками или пипеточных автоматах применяют специальные крепления. Крепление согласно изобретению оснащено для этих целей соединительным элементом, в частности, имеющим в основе цилиндрическую форму, который включает в себя эластичный уплотнительный элемент с участком уплотнения (уплотнительным отрезком), открытым в направлении свободного конца крепления и по меньшей мере частично протяженным в радиальном направлении. К этому участку уплотнения можно придвигать в осевом направлении соответствующий участок уплотнения наконечника пипетки. Герметизации при этом добиваются прижимом к уплотнительному элементу в осевом направлении. Уплотнительный элемент состоит обычно из фторированного эластомера, его можно, например, выполнять в виде кольца круглого или крестообразного сечения, причем ниже понятия «О-образное кольцо» и «Х-образное кольцо» применяют для описания сечения материала кольца. Также возможны другие варианты сечения, например, полое или V-образное сечение. Выбор определенного сечения должен обеспечить эластичность материала в сечении, т.е., сечение уплотнительного элемента эластично, в частности, его можно деформировать в параллельно продольному направлению соединительного элемента, и это придает уплотнению в осевом направлении высокую эффективность.
Кроме того, соединительный элемент оснащен направляющим элементом для бокового - относительно продольной оси крепления - размещения наконечника пипетки и придания ему направления. В частности, направляющий элемент может быть выполнен с огибанием соединительного элемента по радиусу, предпочтительно с постоянным размером по радиусу, причем он может состоять из отдельных частей. При этом направляющий элемент может выступать в радиальном направлении по сравнению с наружной поверхностью соединительного элемента. Таким образом, направляющий элемент имеет большую протяженность в радиальном направлении, чем соседние участки соединительного элемента. Это обеспечивает формирование радиального контакта между соединительным элементом и наконечником пипетки в основном с помощью только лишь направляющего элемента и, соответственно, тот факт, что направляющий элемент задает боковое (радиальное) положение наконечника пипетки. Обычно направляющий элемент прилегает к внутренней стенке наконечника пипетки, которая в свою очередь может быть оснащена соответствующими направляющими элементами или направляющими поверхностями. Направляющий элемент может быть кольцеобразным. Направляющий элемент на креплении может быть, в частности, цилиндрической направляющей поверхностью (соосной с соединительным элементом) или представлять собой части цилиндрической поверхности. В противоположность коническим поверхностям, это позволяет направлять и располагать наконечники пипеток в боковом направлении независимо от средств размещения в осевом направлении.
В одном из вариантов исполнения крепления согласно изобретению соединительный элемент может иметь на своей наружной поверхности два расположенных на отдалении друг от друга направляющих элемента. Это улучшает возможности придания или уточнения бокового или радиального расположения наконечника пипетки. Также это позволяет улучшить соосное расположение соединительного элемента и наконечника пипетки, т.е., препятствовать отклонению наконечника пипетки или удержанию его на креплении в перекошенном положении. Это выгодно, в частности при использовании в автоматах для дозирования пипетками, в которых одновременно задействуют множество наконечников, размещенных, например, в виде матрицы.
Целесообразно, если между двумя направляющими элементами по оси наличествует промежуток, который имеет, по меньшей мере такой же размер, как и его максимальная протяженность в радиальном направлении. При этом под расстоянием между направляющими элементами по оси подразумевают расстояние между расположенными наиболее друг от друга контактными областями или контактными кантами. Направляющие элементы могут, например, задавать направляющие кольца, огибающие соединительный элемент по радиусу и имеющие по радиусу различную протяженность (различный внешний диаметр). В этом случае расстояние по оси в каждом случае определяют наружные края или внешние контуры направляющей поверхности, т.е., наружные края, которые по оси удалены друг от друга на наибольшее расстояние. При этом направляющие кольца могут быть выполнены как сплошными по всей окружности, так и прерывистыми. Также возможно изготавливать одно направляющее кольцо сплошным, а другое направляющее кольцо - прерывистым.
Направляющий элемент или направляющее кольцо или направляющие кольца могут иметь определенную протяженность по оси, задавая таким образом направляющие поверхности, ширина которых по оси в основном соответствует протяженности по оси направляющих колец или направляющего элемента. Также возможно уменьшить протяженность направляющего элемента или направляющего кольца или направляющих колец до такой степени, чтобы между направляющим элементом и наконечником пипетки оставались один или несколько контактов, имеющих в основном форму линии. При использовании направляющих элементов, расположенных, например, в виде колец, при надлежащем исполнении в каждом случае возможно создание контактов с наконечником пипетки в форме одной или нескольких точек.
Как правило, соединительный элемент оснащен двумя направляющими элементами с различной протяженностью по радиусу (различными наружными диаметрами), причем расстояние между ними по оси не меньше, чем больший из двух наружных диаметров.
Еще в одном варианте исполнения изобретения соединительный элемент имеет первый участок, расположенный вблизи свободного конца соединительного элемента или на этом свободном конце, и второй участок, который расположен со сдвигом относительно первого в направлении, в котором надвигают наконечник. Типичная форма участков - в основном цилиндрическая. Каждый участок может быть оснащен направляющим элементом, причем в особенности первый участок, обращенный к свободному концу, предпочтительно имеет в каждом месте меньший диаметр, чем второй участок. Это задает ступеньку между двумя участками, на которой может быть размещен уплотнительный элемент. Следовательно, целесообразно, чтобы уплотнительный элемент был расположен между первым и вторым участками и превосходил в радиальном направлении первый участок и находящийся там направляющий элемент, так, чтобы часть уплотнительного элемента была доступна в осевом направлении со стороны свободного конца соединительного элемента.
К уплотнительному элементу можно, например, прижимать внутренний ступенчатый выступ наконечника пипетки, образованный огибающей по окружности и направленной по оси уплотнительной поверхностью.
Кроме того, соединительный элемент оснащен, по меньшей мере одним держателем, размещенным на внешней стороне соединительного элемента, взаимодействующим с соответствующими крепежными элементами наконечника пипетки и обеспечивающим фиксацию наконечника с возможностью разъема. Держатель, в частности, при этом обеспечивает фиксацию в осевом направлении, так, что благодаря этому одновременно осуществляется прижим участка уплотнения наконечника пипетки к осевому участку уплотнения соединительного элемента. Кроме того, взаимодействие, с одной стороны, уплотнительного элемента и средства уплотнения, а с другой стороны, держателя и средства крепления обеспечивают надежную и точно заданную посадку наконечника пипетки. Держатель может быть выполнен гибким или жестким.
Держатель может быть гибким натяжным элементом, например, огибающим упругим элементом, расположенным в углублении, находящемся на наружной стороне соединительного элемента и проходящем по окружности. Гибкие держатели позволяют насаживать или снимать наконечник пипетки с меньшими усилиями. Кроме того, гибкие держатели несколько меньше подвержены износу и относительно терпимы к ошибкам, поскольку благодаря гибкости они в состоянии частично компенсировать допуски в изготовлении, например, наконечника пипетки.
С другой стороны, возможно и исполнение держателя в жестком виде, с отдельными радиальными возвышениями, например, жесткими выступами или утолщениями, которые предпочтительно распределены по окружности соединительного элемента. Для жесткого держателя приемлемы также иное распределение, нежели по кольцу, и сплошное кольцо. Жесткие держатели обладают тем преимуществом по сравнению с гибкими держателями, что они позволяют точно центровать наконечник пипетки.
В каждом случае, вне зависимости от конкретного исполнения держателя, он может входить в огибающий по радиусу вырез на наконечнике пипетки, который, как правило, расположен на внутренней стенке сквозного отверстия наконечника пипетки.
Еще в одном варианте исполнения изобретения держатель расположен за направляющим элементом (направляющими элементами), если смотреть в направлении надвигания наконечника. Это обеспечивает расположение уплотнительного элемента перед держателем в направлении свободного конца соединительного элемента, что обеспечивает защиту держателя от случайного загрязнения подлежащей дозировке средой.
Следует описание первой формы исполнения с использованием фигуры 1. Устройство крепления включает в себя обладающий осевой симметрией, обычно в основном цилиндрический соединительный элемент 4 с продольной осью 6 и расположенным по оси сквозным отверстием 5. Передний конец 8 соединительного элемента свободен. Со стороны свободного конца 8 на соединительный элемент 4 можно надвигать (насаживать) наконечник пипетки 10. Обычно форма наконечника пипетки 10 обладает осевой симметрией, а вблизи его тыльного конца (сторона соединения или "первый осевой конец") 12 имеется участок крепления 14, который надвигают на соединительный элемент 4. Наконечник пипетки сходит от участка крепления 14 на конус к своему заостренному переднему концу (не представлен), где расположено входное отверстие для всасывания среды, подлежащей дозировке.
Обычно наконечник пипетки предназначен для одноразового применения и изготовлен способом литья под давлением. Подходящий для наконечников пипеток и простой в обработке материал - это полипропилен, который в жидком виде впрыскивают в надлежащую форму, введя при необходимости добавки (например, краску) и/или заполнители. После застывания полипропилена готовый наконечник пипетки выталкивают из формы для литья под давлением и при необходимости удаляют прилив.
Соединительный элемент 4 обычно выполнен из металла в виде цельной детали, а на его свободном конце 8 имеется первый участок 20. Второй участок 22 соединительного элемента 4 расположен со сдвигом относительно первого 20 в направлении надвигания 2. Предпочтительно, чтобы радиальная протяженность первого участка 20 в любом месте была меньше, чем у второго участка 22, так, чтобы второй, более глубоко расположенный в направлении надвигания 2 участок 22 превосходил первый участок 20 в радиусе. На внешней стороне каждого участка расположено по направляющему элементу 25, 26 в виде цилиндрической направляющей поверхности. Направляющие элементы 25, 26, которые в продольном направлении параллельны продольной оси, обладают большей радиальной протяженностью, чем соседние области соответствующих участков 20, 22, на которые они распространяются в радиальном направлении. Это должно гарантировать, что по радиусу наконечник пипетки 10 контактирует только с направляющими поверхностями, а посадку и выравнивание наконечника пипетки 10 относительно соединительного элемента 4 задает взаимодействие направляющих поверхностей с внутренней стенкой участка крепления. Одновременно наличие двух направляющих элементов 25, 26 препятствует посадке наконечника пипетки 10 на соединительном элементе 4 в скошенном положении либо его отклонению. Предпочтительно, чтобы расстояние d по оси между двумя направляющими элементами 25, 26 было не менее диаметра D (протяженности в радиальном направлении) большего из двух направляющих элементов, в данном случае - второго направляющего элемента 26. Это позволяет дополнительно улучшить выравнивание наконечника пипетки 10 на соединительном элементе 4 по оси (придать соосное положение). В этом случае расстояние d задано расстоянием между наружными кантами 28, 29 направляющих элементов 25, 26. Эти наружные края образуют в осевом направлении концевые участки контакта между направляющими элементами 25, 26 и наконечником пипетки.
1
1
Если у соединительного элемента имеется только первый направляющий элемент 25 (см. фигуру 10), то функция точного размещения наконечника пипетки в боковом направлении возложена на держатель 27 во взаимодействии с первым направляющим элементом 25. В этом случае расстояние d между держателем 27 и направляющим элементом 25, как это показано на фигуре 3, также больше диаметра D держателя 27 (см. также фигуру 11).
Соответственно первому и второму участкам 20, 22 соединительного элемента участок крепления 14 наконечника пипетки 10 также имеет первый участок 40 и второй участок 42, причем протяженность в радиальном направлении (диаметр) первого участка 40 меньше, чем второго участка 42. Ввиду этого образуется ступенька или заплечник 43 между первым и вторым участками 40, 42, играющая роль поверхности уплотнения 43.
Первый и второй направляющие элементы 25 и 26 в представленном примере исполнения выполнены в основном одинаковыми. Возможно, однако, также придавать направляющим элементам отличную друг от друга форму. В представленном примере исполнения направляющие элементы 25, 26 выполнены с прохождением по окружности, в каждом случае выступая над окружающим внешним контуром расположенных на соединительном элементе участков (отрезков) 20, 22 и имея форму выполненного интегрально (с ним) кольца, направляющая поверхность которого, проходящая по окружности, имеет трапециевидное сечение.
Между первым и вторым участками 20, 22 в наружной поверхности соединительного элемента 4 по окружности проходит углубление или вырез 34, в котором размещен уплотнительный элемент 21, также проходящий по окружности. Целесообразно, чтобы уплотнительный элемент представлял собой кольцевое уплотнение из эластичного материала. Пригодными материалами оказались, в частности, фторированные эластомеры, поскольку они обладают высокой эластичностью, длительным сроком службы, хорошей химической устойчивостью и износостойкостью. В представленном примере исполнения уплотнительный элемент выполнен в виде сплошного кольца с прямоугольным сечением. Возможно, однако, применять также уплотнительные кольца круглого или крестообразного сечения. Благодаря наличию отдельных уплотнительных манжет уплотнительные кольца с крестообразным сечением, например, более эластичны, чем кольца круглого сечения, и благодаря этому лучше обеспечивают герметичность соединения наконечника пипетки с соединительным элементом. На фигуре 4 в качестве примера представлен уплотнительный элемент с крестообразным сечением 21'. Уплотнительный элемент 21' имеет четыре уплотнительные манжеты, причем уплотнительная манжета 23', обращенная наружу к свободному концу 12, представляет собой осевой участок уплотнения 23, к которому прижимается соответствующий участок уплотнения наконечника пипетки.
Представленный на фигуре 1 уплотнительный элемент 21 имеет в радиальном направлении примерно тот же размер, что и второй участок 22, и таким образом выступает в радиальном направлении над первым участком 20. Поэтому участок уплотнения 23 в основном открыт в направлении свободного конца 8 соединительного элемента 4. Участок уплотнения 23 играет роль осевой уплотнительной поверхности, он прижимается в осевом направлении к огибающему заплечнику 43 наконечника пипетки 10, расположенному внутри. Как видно из фигуры 2, представляющий полностью насаженный на соединительный элемент 4 наконечник пипетки 10, уплотнительный элемент 21 непосредственно контактирует с внутренней стенкой наконечника пипетки только на осевом уплотнительном участке 23, а именно с заплечником 43. Это позволяет обеспечить герметичность в осевом направлении и одновременно точность расположения по оси z. Точность расположения по оси z, кроме того, держателем, что описано ниже.
Наружный диаметр уплотнительного элемента 21 несколько меньше внутреннего диаметра второго участка 42 наконечника пипетки. При насаживании это позволяет избежать перемещения внутренней стенки наконечника пипетки с трением об уплотнительный элемент 21, благодаря чему нагрузка на уплотнительный элемент оказывается значительно меньше, чем на радиальные уплотнения, которые в целях обеспечения надлежащей герметичности обычно приходится с трением двигать по сходящим на конус поверхностям. Следовательно, и необходимость в техническом обслуживании осевого уплотнительного элемента 21 согласно изобретению оказывается существенно ниже.
Контакт между соединительным элементом 4 и наконечником пипетки 10 в радиальном направлении создают посредством направляющих элементов 25 и 26 со стороны соединительного элемента и первой и второй направляющих поверхностей 45 и 46 участка крепления 14 наконечника пипетки 10. В простейшем случае направляющие поверхности 45, 46 образованы внутренними стенками соответствующих участков 40, 42 наконечника пипетки 10. Также возможно, однако, сформировать выступающие направляющие поверхности на внутренней стенке наконечника пипетки. Каждый из отрезков участка крепления 14 наконечника пипетки имеет направляющую поверхность 45, 46, проходящую по всей окружности или состоящую из сегментов, распределенных по образующей, диаметр которой в каждом случае равен диаметру соответствующих первого и второго направляющих элементов 25, 26, что позволяет обеспечить посадку наконечника пипетки 10 с геометрическим замыканием.
В целях по возможности наиболее точного размещения на соответствующих направляющих поверхностях 45, 46 нет скосов для извлечения из формы. Обычно скосы предусмотрены на деталях, изготавливаемых методом литья под давлением, чтобы облегчить их извлечение из литьевой формы. Ввиду отсутствия скосов для извлечения из форм направляющие поверхности со стороны наконечника пипетки в осевом направлении параллельны оси 6. Это обеспечивает независимость юстировки положения наконечника в радиальном или осевом направлении от того, насколько глубоко наконечник пипетки надвинули на соединительный элемент. Если направляющие поверхности сходят на конус, то при надвигании наконечника пипетки на соединительный элемент происходит их натяжение, и они оказывают нарастающее сопротивление осевому движению. Таким образом, коническая форма направляющих поверхностей влияет на юстировку положения по оси и повышает потребное усилие надвигания. За вторым направляющим элементом 26 в направлении надвигания расположен кольцевой паз, в котором помещается кольцевая пружина 27. Кольцевая пружина 27 исполняет функцию держателя и входит в зацепление с вырезом 47 на внутренней стороне второго участка 42 наконечника пипетки. При насаживании наконечника пипетки его продвигают тыльным концом 12 вперед на второй направляющий элемент 26 и кольцевую пружину 27, пока кольцевая пружина 27 не войдет с защелкиванием в вырез 47. Это обеспечивает размещение наконечника пипетки по оси и его фиксацию на соединительном элементе. Кольцевая пружина 27 и вырез 47 образуют разъемное соединение, которое одновременно достаточно прочно, чтобы прижимать в осевом направлении заплечник 43 к осевому участку уплотнения 23 и обеспечивать таким образом герметичность контакта между наконечником пипетки и соединительным элементом. Кольцевая пружина может иметь форму витка резьбы с малым шагом.
В соответствии с геометрическими характеристиками соединительного элемента направляющие поверхности 45 и 46 наконечника пипетки, которые в надвинутом его состоянии взаимодействуют с направляющими элементами соединительного элемента, обычно расположены на таком расстоянии друг от друга, которое превышает внутренний диаметр второй направляющей поверхности 46. Точно так же, в случае, когда на соединительном элементе отсутствует второй направляющий элемент 26, расстояние между первой направляющей поверхностью и вырезом (средством удержания) 47 должно быть больше, чем внутренний диаметр углубления выреза 47. Поскольку держатель 27 обычно располагается в направлении надвигания 2 следом за вторым направляющим элементом 26, это соотношение справедливо также и при использовании двух направляющих элементов 25, 26 и направляющих поверхностей 45, 46. Первый направляющий элемент 25 может располагаться вблизи участка уплотнения 23. Соответственно, направляющая поверхность 45 может располагаться вблизи заплечника 43. При этом расстояние от заплечника 43 до выреза 47, в частности, до середины выреза 47, обычно также больше, чем внутренний диаметр выреза 47.
Эту ситуацию подразумевает изображение на фигуре 11, представляющее соединительный элемент 4 и наконечник пипетки 10 согласно одному из примеров исполнения. В этом примере исполнения соединительный элемент 4 имеет первый направляющий элемент 25 в форме поверхности, которая расположена в направлении надвигания 2 перед уплотнительным элементом 21, т.е., на первом участке 20 соединительного элемента 4. За уплотнительным элементом 21 в направлении надвигания 2, на втором участке 22 соединительного элемента 4 размещен держатель 27. Второй направляющий элемент в этом варианте не предусмотрен. У наконечника пипетки 10 имеется направляющая поверхность 45, соответствующая направляющему элементу 25 соединительного элемента 4, которая располагается в направлении надвигания 2 перед участком уплотнения или заплечником 43, т.е., на первом участке 40 наконечника пипетки 10. Внутренняя поверхность наконечника пипетки 10 представлена здесь с легким схождением на конус, причем направляющая поверхность 45 выполнена в виде цилиндрической поверхности, интегрированной в стенку наконечника пипетки 10. Подробности этого описаны ниже, в связи с фигурой 8. На втором участке 42 наконечника пипетки 10 на определенном расстоянии от участка уплотнения 43 размещено средство крепления 47 в виде выреза.
1
1
1
2
1
1
1
2
2
3
4
4
2
1
2
1
2
2
2
1
2
1
2
3
4
1
2
На соединительном элементе 4 между средством крепления 27 и держателем 25 имеется расстояние d, которое можно назвать шириной направления. Ширину направления d определяют между средними линиями соответствующих элементов. Протяженность в осевом направлении (ширину) отдельной направляющей поверхности средства удержания 27 и держателя 25 обозначают как l или l, соответственно. Внешний диаметр средства удержания 27 обозначен здесь как D. Для обеспечения надежного крепления и задания правильного положения необходимо, чтобы выполнялось условие d≥D. Соответственно, максимальный диаметр выреза 47 наконечника пипетки 10 составляет D. Расстояние от ведущей поверхности 45 до выреза 47 (ширина направления, по средним линиям) составляет d. Протяженность в осевом направлении выреза 47 и направляющей поверхности 45 заданы как l и l, соответственно, причем обычно l больше, чем l, чтобы буртик между цилиндрической направляющей поверхностью 45 и конической внутренней стенкой (см. буртик 74 на фигуре 8) не входил в контакт с держателем 25 соединительного элемента 4 и не препятствовал надвиганию наконечника пипетки 10 на соединительный элемент 4. Обычно справедливы соотношения D=D и d=d, так что неравенство d≥D также верно. Значения ширины направления d и d, протяженности в осевом направлении l, l, l и l, а также диаметров D и D согласованы друг с другом так, чтобы конкретные элементы могли выполнять свою функцию (направляющая поверхность 45 и направляющий элемент 25 - функцию придания положения в боковом направлении; держатель 27 и вырез 47 в данном примере исполнения - придания положения в боковом направлении и фиксации), причем фиксацию можно также сочетать с зажимом небольшой силы.
Благодаря описанным выше геометрическим соотношениям с достаточной надежностью исключен перекос наконечника пипетки на соединительном элементе, вне зависимости от того, взаимодействуют ли первый и второй направляющие элементы 25, 26 с направляющими поверхностями 45, 46 на наконечнике пипетки, или первый направляющий элемент 25 и держатель 27 взаимодействуют с первой направляющей поверхностью 45 и вырезом 47 наконечника пипетки (без дополнительного второго направляющего элемента 26).
Для обеспечения достаточной герметизации следует по возможности максимально точно соблюдать дистанцию между вырезом 47 и заплечником 43, причем дистанция такова, что заплечник 43 для достижения потребной герметичности можно прижимать к участку уплотнения 23. Тем не менее, эластичность уплотнительного элемента 21 вводит возможность определенного допуска, причем при использовании уплотнительного элемента крестообразного сечения возможный допуск несколько больше, чем, например, при использовании уплотнительного кольца круглого сечения из того же материала. Расстояние между заплечником 43 и вырезом может составлять, например, 8-9 мм. Внутренний диаметр второго участка 42 наконечника пипетки может составлять величину, располагающуюся между 6 и 7,5 мм, а таковой первого участка 40 наконечника пипетки - величину в пределах от 5 до 6 мм.
При надвигании наконечника пипетки возможна некоторая обратимая деформация тыльного конца 12 наконечника пипетки, поскольку тыльный конец слегка растягивается при прохождении кольцевой пружины 27. Поэтому тыльный конец наконечника пипетки должен быть выполнен с определенной степенью эластичности. Эластичность можно регулировать, надлежащим образом выбирая толщину материала. Также возможно, однако, изготовить кольцевую пружину 27 с такой степенью гибкости, чтобы она подавалась при насаживании наконечника пипетки, а при прохождении в вырез 47 входила с ним в зацепление.
В настоящем примере исполнения кольцевой паз 30 выполнен так, что его внутренняя стенка 31 наклонна и сходит на конус к переднему концу 8 соединительного элемента. Это позволяет точно разместить кольцевую пружину 27 по оси относительно свободного конца 8, поскольку она подвергается некоторому сдавливанию наконечником пипетки в радиальном направлении, ввиду конической формы внутренней стенки 31 отходит к поверхности упора 50, прижимается к ней и там располагается. Таким образом формируется силовое замыкание между уплотнительным элементом 21, участком уплотнения 43 пипетки и вырезом 47, который направляет усилие через кольцевую пружину 27 к поверхности упора 50. Это обеспечивает надежное закрепление наконечника пипетки в правильном положении на соединительном элементе.
Еще один вариант исполнения представлен на фигуре 3. В этом варианте исполнения в качестве держателя вместо кольцевой пружины, размещенной в кольцевом пазе, применяют жесткие выступы 57, которые равномерно распределены по окружности второго участка. Целесообразно использовать, по меньшей мере три выступа. Как видно из фигуры 3, выступы 57 выполнены интегрально, в виде выступающего кольца, прерываемого вырезами. С точки зрения нагрузки на материал наконечника пипетки на участке крепления несколько отдельных жестких выступов выгоднее сплошного кольца, поскольку последнее при надвигании наконечника пипетки требовало бы сильного расширения тыльного конца 12 участка крепления 14. Напротив, отдельные жесткие выступы требуют лишь незначительной деформации тыльного конца 12, причем в случае трех выступов сечение второго участка 42 принимает до вхождения выступов в зацепление с вырезом 47 на наконечнике пипетки форму, слегка приближающуюся к треугольной, без заметного растяжения материала. Благодаря возможности деформации сечения с приближением к треугольной форме без растяжения материала удается существенно снизить усилие, необходимое для надвигания наконечника пипетки. В другом варианте в качестве средств удержания можно применять интегральные сферические поверхности, или прикрепляемые утолщения, либо же одно или несколько прикрепленных колец.
Как и в первом примере исполнения, утолщения входят в зацепление с вырезом 47 на наконечнике пипетки.
На фигурах 5-7 показан еще один пример исполнения. Здесь в качестве держателя также применяют кольцевую пружину (не представлена), которая размещена в кольцевом пазе 60, имеющем параллельные боковые стенки 61, 62 и V-образную внутреннюю стенку 63. Кольцевой паз 60 обладает тем преимуществом, что с одной стороны, задано положение кольцевой пружины в осевом направлении, а с другой стороны - возможна ее эластичная деформация в радиальном направлении. Это облегчает надевание наконечника пипетки и повышает срок службы кольцевой пружины.
На фигурах 6 и 7 представлены подробности конструкции кольцевого паза 60, а также первого и второго участка 25, 26 соединительного элемента. Кроме того, на этих фигурах показаны направляющие элементы, применение которых возможно и в других вариантах исполнения.
V-образная внутренняя стенка 63 (фигура 6) включает в себя две части, расположенные под тупым углом друг к другу, причем относительно оси 6 они размещены симметрично. Второй направляющий элемент 26 выступает над окружающими областями второго участка 22 соединительного элемента. Как видно из чертежа, по сторонам второго направляющего элемента 26 сформованы симметричные скосы натяжения 65, 66.
На первом участке 20 (фигура 7) также сформирован тыльный скос натяжения 67, направленный по оси, и передний конусообразный входной скос 68 для предварительного центрирования наконечника пипетки. Скос ввода 68, простирающийся до свободного конца 8, завершается на фронтальной поверхности, на которую также открывается и сквозное отверстие 5.
Еще один пример исполнения соединительного элемента 4 представлен на фигуре 10. В этом примере исполнения держатель 27 образован расположенными по окружности отдельными выступами 90, представляющими собой, например, части кольца. Выступы 90 легко изготавливать, например, из интегрально выполненного кольца, в котором делают вырезы 91, проходящие параллельно оси. Таким образом формируют отдельные, в данном случае - жесткие выступы 90, которые, как и в представленных ранее примерах исполнения, могут входить в зацепление с вырезом 47 наконечника пипетки 10, предусмотренным на втором участке 42 наконечника пипетки 14. Ввиду взаимодействия между выступами 90 и вырезом 47 участок уплотнения 43 наконечника пипетки 10 оказывается прижат к уплотнительному элементу 21 в осевом направлении. Кольцо или выступ 90 могут иметь круглое сечение в плоскости, параллельной оси, в основном соответствующее профилю выреза 47, что обеспечивает эффективное геометрическое замыкание.
В отличие от примеров исполнения, представленных ранее, соединительный элемент 4, представленный на фигуре 10, не имеет второго отдельного направляющего элемента в области второго участка 22 соединительного элемента 4. Эту функцию берут на себя выступы 90 во взаимодействии с вырезом 47 наконечника пипетки. Без второй направляющей поверхности на втором участке 42 наконечника пипетки в этом случае также можно обойтись. Наконечник пипетки 10 в этом случае может иметь (при перечислении в направлении надвигания): первую направляющую поверхность 45 в области первого участка 40, заплечник 43 на переходе ко второму участку 42 и находящееся на определенном расстоянии от заплечника 43 средство удержания 47 (в представленном примере - вырез).
В области первого участка 20 соединительного элемента 4 первый направляющий элемент 25 образован проходящим по окружности кольцом с параллельными оси вырезами 93, причем внешний контур кольца имеет цилиндрическую форму (кольцо круглого сечения). Вырезы 93 означают формирование разделенных в пространстве кольцевых сегментов (секторов) 92 или выступов. Ввиду круглого сечения кольца каждый из выступов также представляет собой часть [изогнутого] цилиндра, так что выступы 92 держателя в совокупности образуют проходящий по окружности направляющий элемент в форме прерывистой поверхности. При сравнении с фигурой 7 видно, что в примере исполнения, показанном на фигуре 10, в области первого направляющего элемента 25 сделаны параллельные оси вырезы 93. Взаимодействуя с внутренними первыми направляющими поверхностями 45 в области первого участка 40 наконечника пипетки 14, выступы 92 обеспечивают точное размещение наконечника пипетки 14 в боковом (радиальном) направлении относительно соединительного элемента 4.
Описанные выше соединительные элементы могут быть размещены на ручных дозаторах, а также на автоматах для дозирования, имеющих множество соединительных элементов. В состав таких автоматов для дозирования входят также прочие компоненты, в особенности средства снятия наконечников. Обычно к этим средствам относится съемник, подвижный в осевом направлении относительно соединительного элемента, зацепляющий тыльный конец 12 наконечника пипетки 10 и сдвигающий его с соединительного элемента в направлении, противоположном таковому надвигания 2.
На фигуре 8 показана с увеличением часть (первый участок 40 /или второй участок 42) участка крепления наконечника пипетки. Внутренняя стенка (внутренняя поверхность) 70 этого участка сходит на конус. Угол раствора конуса (угол между внутренней стенкой 70 и продольной осью 6) составляет лишь несколько градусов, а предпочтительно лежит в пределах от 0,5° до 1°. Это исполнение с небольшим схождением на конус представляет собой так называемый скос для извлечения, облегчающий извлечение наконечника пипетки из формы для литья под давлением. Также видно, что и внешняя стенка (наружная поверхность) 71 участка крепления по этой причине имеет коническую форму. Во внутреннюю стенку 70 интегрирована цилиндрическая направляющая поверхность 72, т.е., направляющая поверхность 72 проходит параллельно продольной оси 6. Это позволяет сформировать буртик 74 между направляющей поверхностью 72 и внутренней стенкой, глубина которого зависит от угла раствора конуса и продольного размера направляющей поверхности 72. Целесообразно, чтобы направляющая поверхность в направлении дальнего конца конуса непосредственно переходила в конусообразную внутреннюю стенку 70.
Чтобы обеспечить с помощью направляющей поверхности 72 достаточно точное расположение наконечника пипетки в осевом направлении, стенка наконечника пипетки в этой области должна быть достаточно жесткой. Поскольку угол раствора конуса, как описано выше, обычно очень мал, формирование цилиндрической направляющей поверхности 72 ведет лишь к пренебрежимо малому снижению толщины стенки, так что в области направляющей поверхности 72 прочность также достаточна. При необходимости можно увеличить толщину всей стенки. Обычно цилиндрическую направляющую поверхность формируют только на внутренней стенке 70. Наружная стенка 71, напротив, обычно имеет конические очертания.
На фигуре 9 показан вариант исполнения с повышенной гибкостью участка крепления 14 со стороны наконечника пипетки. Как видно из чертежа, на участке крепления 14 (или на втором участке наконечника пипетки) имеются продольно расположенные вырезы 82, заполненные другим материалом, что ведет к формированию осевых эластичных компонентов. Материал 82 осевых эластичных компонентов 82 более эластичен по сравнению с материалом 80, из которого состоит основная часть участка крепления 14, повышая таким образом гибкость участка крепления в радиальном направлении. Как показано на фигуре 9, вырезы 82 могут проходить сквозь вырез 34, в который входит держатель соединительного элемента. Для изготовления таких двухкомпонентных наконечников пипеток также можно применять способ литья под давлением. Кроме того, у наконечника пипетки имеется примыкающий к участку крепления и сходящий на конус в осевом направлении участок 84, на расположенном противоположно участку крепления 14 осевом конце которого имеется отверстие для всасывания подлежащей дозированию среды.
В общем случае особых ограничений на общий объем наконечника пипетки нет. Наконечники пипеток могут, как это в качестве примера описано выше, быть выполнены так, чтобы объем отбора в области отбора, т.е. в той части наконечника пипетки, в которое набирают подлежащую дозированию среду (участок отбора), включая участок выбега для отдачи среды, составлял от 5 до 2000 мкл, предпочтительно - от 40 до 1800 мкл, еще более предпочтительно - от 50 до 1500 мкл.
Если геометрические параметры отдельных участков области отбора заданы, то длина наконечника пипетки обычно определяется желаемым объемом. Поэтому в общем случае особых ограничений на длину наконечника пипетки нет. Длина наконечников пипеток может, например, находиться в пределах от 50 до 150 мм, предпочтительно - от 60 до 140 мм, а наиболее предпочтительно - от 80 до 120 мм. В особо предпочтительном варианте исполнения длина наконечников пипеток, имеющих объем отбора 50 мкл, составляет 60 мм, наконечников пипеток, имеющих объем отбора 200 или 1000 мкл, - соответственно 80 мм, а длина наконечников пипеток, имеющих объем отбора 1500 мкл, составляет 120 мм.
Во всех вариантах исполнения наконечник пипетки может быть изготовлен из полипропилена и заполнен графитом, что обеспечивает возможность измерять уровень заполнения емкостным методом.
Во всех формах исполнения уплотнительный элемент может состоять из фторированного эластомера, например, Viton или Kalrez производства DuPont. В зависимости от подлежащей дозированию среды возможно также применение других эластичных материалов.
Соединительные элементы, которые также часто называют шипами, предпочтительно изготовлены из устойчивого к коррозии металла, например, нержавеющей стали или других сплавов, содержащих, например, тантал, титан или вольфрам. Возможно, однако, также изготавливать соединительные элементы из пригодной для этого пластмассы, например, электропроводящей. Также возможны сочетания (композиты) различных материалов, например, нержавеющая сталь с вкладками из пластмассы или соединения различных пластмасс, обладающих электропроводностью или лишенных ее.
Общим для описанных выше форм исполнения является то, что они позволяют насаживать и снимать наконечник пипетки со сравнительно небольшим усилием. С одной стороны, этого достигают с помощью гибких держателей, размещенных на соединительном элементе, а с другой - с помощью гибких участков тыльного конца 12 наконечника пипетки. Кроме того, все соединительные элементы оснащены износостойким или даже неизнашиваемым уплотнением, поскольку уплотнительный элемент выполнен как осевой уплотнительный элемент. Направляющие элементы позволяют точно размещать наконечник пипетки по боковым осям (в направлении х и у) и препятствуют его перекосу. Размещение по оси (направление z) задают, с одной стороны, взаимодействием держателя на соединительном элементе со средством удержания на наконечнике пипетки, а с другой стороны - прижимом заплечника 43 к уплотнительному элементу. Таким образом, уплотнение и закрепление отделены друг от друга как в пространственном, так и в функциональном смысле, и это позволяет надежно и правильно закрепить наконечник пипетки на соединительном элементе. Как наконечник пипетки, так и соединительный элемент недороги в производстве и обладают надежностью при эксплуатации.
Список условных обозначений
2
Направление надвигания
4
Соединительный элемент
5
Сквозное отверстие
6
Продольная ось
8
Свободный конец соединительного элемента
10
Наконечник пипетки
12
Тыльный конец наконечника пипетки/первый осевой конец
14
Участок крепления наконечника пипетки
20
Первый участок (отрезок) соединительного элемента
21, 21'
Уплотнительный элемент
22
Второй участок (отрезок) соединительного элемента
23, 23'
Участок уплотнения
25
Первый направляющий элемент
26
Второй направляющий элемент
27
Кольцевая пружина/держатель
28, 29
Внешний край
30
Кольцевой паз
31
Внутренняя стенка кольцевого паза
34
Углубление/вырез
40
Первый участок наконечника пипетки
42
Второй участок наконечника пипетки
43
Участок уплотнения (уплотнительный отрезок)/заплечник
45
Первая направляющая поверхность
46
Вторая направляющая поверхность
47
Вырез
50
Поверхность упора
57
Выступ/держатель
60
Кольцевой паз
61, 62
Боковые стенки кольцевого паза 60
63
Внутренняя стенка кольцевого паза 60
65, 66, 67
Скосы натяжения
68
Скос ввода
69
Фронтальная поверхность (фронт)
70
Внутренняя стенка
71
Наружная стенка
72
Направляющая поверхность
74
Буртик
80
Первый материал
82
Второй материал
84
Конический участок
90
Выступ/держатель
91
Вырез
92
Выступ/первый направляющий элемент
93
Вырез