JP5148582B2 - 圧力を利用したリークテスター - Google Patents

Description

本発明は液体の容量を計測する機器、特にピペットと称される液体の定量吐出器の性能を検査する装置に関する。

液体容量計の一つとして、液体を吸引しかつ定量を吐出する器具としてのピペット或いはディスペンサーと称される液体定量吐出装置（以下「ピペット」の語に統一する）は、その装置の性質上、当然のことながら適正な吐出が行えることが前提となる。

ここで、予め定められた量の液体を吐出する機器としてのピペットは予め定められた量の液体を吐出する必要性のある技術分野、使用分野の多様化と共に、その使用数が増加傾向にある。例えば製薬業界、バイオ関係の市場拡大と共に全世界で２００万本／年程度の販売量となっており、現在でも年間５％程度の拡大を続けている。またピペット自体はそれ程高価な器具ではないため、例えば研究所レベルでは一人の研究者が１０本程度所有していることも珍しいことではない。

一方において技術の高度化等によりピペットに対してより高い性能が要求されると共に、その性能を保証する必要性も高くなっている。このため、ピペットについては現在約４０万本／年がその性能保持のため検査、校正、修理を受けており今後更に対象本数は増加するものと考えられる。

ピペットはシリンダとして構成されている本体内で作動するピストンの作動によるシリリンダ部の容量変化により所定量の液体を吸引し、かつ吐出する構成となっている。このためピペットによる液体の吸引、吐出の性能はピストン部分を中心とした、装置の気密性の保持にかかっているといえる。このような点も踏まえ、下記特許文献のように気密性を要求される装置の気密状態を検査（リークテスト）する装置が提案されており、ピペットの性能検査もこの装置を用いて一応可能であると考えられる。
特公平０４−０１９４３１ 特開平０８−３２０２７０ 特開平１０−０９６６７７ 特開２００５−０９１０４２ 米国特許 ５５３７８８０

上記特許文献のうち１乃至３は配管系の漏れ、中空部を有する機械構造物のクラックの有無、鋳造物のうちの不良品の検出等を目的としており、どらかと言うと汎用リークテスト用装置であって、その検査対象から装置全体はかなり大型化しかつ高価であり、更にピペットの検査においては必要以上に大型強力なポンプを設置していること、従って微妙な圧力の調整には不向きであるなど、実際にはピペットのリークテストに用いることが極めて難しい装置である。

次に特許文献４の発明は内視鏡の気密性を検査する装置であり、装置を小型に構成することは可能であると考えられるが、あくまでも衛生面、安全面から内視鏡内に体液や消毒液が侵入しないよう、ピンホール、接合部の緩み等の有無を検査することが目的であり、検査は漏れゼロまたは漏れ有りの何れかを測定すれば済み、装置の性能を測定するものではない。

特許文献５は、自動ピペット装置として構成された大型の自動機器に設けられたシステムであり、ピペット操作時におおいてピペットの吸引性能を検査できるよう構成されている。この装置はピペットの性能検査という点で本願発明と目的を同一にする部分があるが、自動ピペット装置という極めて大型、高価な装置に設けられたシステムであり、後述する本願発明のように持ち運びは全く不可能であり、かつ汎用のピペットを検査できる装置でもない。

本発明は上記目的に鑑みてなされたものである。
即ち本発明は容易に持ち運べる大きさに形成され、装置内にはポンプと、圧力容器と、弁（特に逆止弁）と中央制御部とが設けられ、要すればポンプは加圧、減圧の両方が可能なよう空気の吐出 と吸引が切り換えられるよう構成され、ピペットと接続する側の管路にはフィルターが配置され、かつこのフィルターは要すれば装置のゲース外部に位置にするよう構成されていることを特徴とするピペット等液体容量計用の性能を試験する装置（以下「圧力を利用したリークテスター」或いは単に「リークテスター」と称する）である。

小型ポンプと、信頼性の高い空圧回路構成と、内部の機器を制御するマイクロコンピュータとしての中央処理部（ＣＰＵ）等により装置全体を容易に持ち運べる大きさ構成されるため、ピペットの検査を場所を選ばずに実施することが可能となる。

空気の通過経路（吸気／吐出）にはフィルタが配置されているため、例えはピペットを吸気（減圧）によりテストする場合にはピペットに付着していた汚染物等はこのフィルタで濾過され、ポンプや圧力容器等にこれらの汚染物が侵入するのを防ぐことができる。また吐出（加圧）によるテストのときは装置側から吐出される空気に含まれるダスト等がある場合にはこれらダストもやはりフィルタで濾過されるため、ピペット側にダストが侵入することも防止することができる。

更にフィルタを装置のケース外部に配置することにより、装置を開放することなくフィルタを交換することが可能となる。

また、空気の通路に圧力検出装置を設置し、かつ予めフィルタが目詰まりしていない状態でのポンプの吐出圧或いは吸引圧を記録しておけば、この吐出圧或いは吸引圧の変化を測定することによりフィルタの交換時期を中央処理部で検知し、これを知らせることも可能となる。

更にまた、流体の逆流を防止する弁として電子弁を用いず、構造が簡単でかつ信頼性の高い逆止弁を用い、かつポンプは軽量かつ安価なダンヤフラム式ポンプを用いることにより装置全体を軽量・小型・安価かつ信頼性の高いものとすることができる。

以下本発明の実施例を図面を参考に具体的に説明する。
図１及び図２は本発明の構成を示し、図１は空気の吸引により、即ち検査対象であるピペットを減圧することによるテストを行う場合の構成を、また図２は空気の吐出により、即ち検査対象であるピペットを加圧することによるテストを行う場合の構成をそれぞれ示しているが、両構成自体は基本的に同じものである。先ず実施例１として空気の吸引による構成の場合を説明する。

図１において、符号１は装置本体を示すケースであり、このケースの構成は様々考えられるが、例えば図４のような形状に構成される。何れにしてもケース１の大きさは片手で持てる程度のコンパクトな大きさ・形状に構成されている。

ケース１内には空気が流動する管路が形成されているが、このうち装置外部と直接接続管路を外部接続管路Ｌ１、この外部接続管路Ｌ１に対して接続し、その経路に内部の機器が配置されている管路を内部管路Ｌ２とする。但しこの管路Ｌ１、Ｌ２の命名はあくまでも説明の便宜上付与するものであり、管路自体は一連に構成されている。

外部接続管路Ｌ１はケース１の両側面にそれぞれ形成された本体コネクタ２Ａ、２Ｂと接続している。一方管路Ｌ２の端部にはポンプ３が配置されている。ポンプ３は小型なものであれば種類は問わないが、大きさ・価格等を考慮すると例えばダイヤフラム型ポンプが適当である。

また本体コネクタ２Ａ、２Ｂは外部接続管路Ｌ１の構成からも明らかなように、何れか一方を選択して使用することができるよう構成されている。図示の構成では本体コネクタ２Ａ側が使用され、本体コネクタ２Ｂは使用されていない。なお使用されていない側の本体コネクタ２Ｂには止め栓６等、当該コネクタを閉止する部材が装着されている。このように本体コネクタをケース１の両側部に形成しておくと、例えば装置の一側が壁や他の装置に密着しているときでも他の開放されている側面のコネクタを利用することができる。また、右利き、左利きに合わせて使用するコネクタを選択できる等の利便性がある。

符号５は内部管路Ｌ２に設けた圧力容器であって、この圧力容器５と前記ポンプ３との間において逆止弁４Ａが配置されている。図１の構成ではポンプ３は吸引動作をするよう設定されており、この逆止弁４Ａは予め設定された一定時間ポンプ３が作動した後、当該ポンプ３が止まることによりピペットＰからポンプ３までの全空気流路において発生した負圧を設定された時間維持する目的で配置されている。

ここで、逆止弁４Ａ（後述する逆止弁４Ｂも含む）に代えて、電磁弁を設けることも考えられるが、以下の理由により逆止弁を設けるのが技術的に或いは経済的に妥当である。 即ち、電磁弁は電気信号により液体や気体の流通回路の開閉が可能でるあため、回路の制御にとっては非常に便利な弁であると言える。然しスイッチングレギュレータ等の駆動電源（通常直流１２Ｖ又は２４Ｖ）として直流電源を別途必要とし、また構造が複雑で重量も嵩みかつ高価である。更に構造上故障が発生しやすく弁作動時の各部の摺動動作等により磨耗粉の発生等、本発明装置に使用するには技術的、経済的に難点がある。このような点に鑑み、上述のようにポンプ（ダイヤフラム型ポンプ）と逆止弁との組み合わせが妥当である。

次に符号７は圧力センサであり、内部管路Ｌ２内の圧力を検知している。符号８は装置全体を制御する中央処理部（ＣＰＵ）であって、この圧力センサ７の検知データが入力されると共に、前記ポンプ３の運転を制御する。９は中央処理部８から出力されるデータを表示するための表示部であって、例えば減圧時の減圧状態、検査対象ピペットの検査結果、フィルタの交換等の表示をする。

符号１０はフィルタであって、空気の流動経路上は内部管路Ｌ２に配置されているが、このフィルタ配置部分はケース１の外部となるよう構成され、従ってフィルタ１０自体はケース１の外部に配置されることになる。通常は装置の背面や、底面等に配置されるが、装置正面や側面に配置することも可能である。またこのフィルタ配置部分にカバーを配置して、通常はフィルタ１０が外部からは見えないようにすることはもとより可能である。この構成とすることにより、ケース１を開放することなくフィルタ１０を交換することができる。

次にチューブ１１を用いて、検査対象のピペットＰを装置本体に接続した状態で、このピペットＰの性能検査（リークテスト）の状態を、主として図３を用いて具体的に説明する。なお、第１図中符号１２はチューブ１１に設けたコネクタであって、チューブ１１を本体接続側と、ピペット接続側に分割できる構造となっているが、このチューブ１１に設けたコネクタ１２は本発明の必須構成要素ではない。

先ず本体に設けられたスタートキー（図示せず）を押すことにより、中央処理部８はポンプ３に作動信号を発してポンプ３が作動し、チューブ１１、外部接続管路Ｌ１、内部接続管路Ｌ２を介して空気をポンプ３側に吸引し、ピペットＰ側を減圧させる。なお、この場合ポンプ３がダイアフラム型であると、空気の吸引に脈動が生じるが、この脈動は空気が圧力容器５を通過する際に減衰され、検査結果やピペットＰ側に悪影響を及ぼすことはない。

図３において、前記ポンプ３を作動させることにより予め設定された圧力Ｐ０まで減圧し、設定された圧力Ｐ０となったとき中央処理部８はポンプ３に対して停止信号を発してポンプ３を停止させる。この状態で中央処理部８は圧力の変化を一定時間（Δｔ）モニターし、このΔｔにおける圧力の変化ΔＰを計測し、このΔＰの値が予め設定された閾値以下か以上かでピペットＰの性能、つまり漏れ状態の有無を判定する。判定結果は表示部９に表示され、検査は終了する。

図２は実施例２を示し、加圧による検査を行う場合の構成を示す。
図示の構成は前述のとおり図１に示す構成とほぼ同じであるが、ポンプ３は「吐出」に設定されており、このポンプ３の設定に対応して逆止弁４Ｂは圧力容器５側の空気がポンプ３に逆流しないように設定されている。

また加圧によるピペットの検査においては、図３に示すグラフは時間軸ｔに対して線対象なグラフとなる。即ち予め設定された圧力で加圧し、一定時間Δｔにおける圧力変化（減圧）をモニターすることによりピペットの漏れを検査する。

因に前記実施例１の減圧による検査はピペットの液体吸引時の性能検査に適しており、本実施例２の加圧検査は、吸引した液体の吐出性能の検査に適している。また両図から当然理解されるとおり、本装置を用いれば加圧・減圧の実施によりピペットの吸引・吐出の両方の性能検査が連続して容易に実施することができる。

図４及び図５は上記の試験装置の具体的な構成例を示している。
装置全体はピペットＰの全長からも明らかなとおり、小型に形成されかつ装置内部も小型のポンプ３、中央処理部８を含む電子基板、中空の圧力容器５等の軽量な部品のみで構成されるため、容易に持ち運べる大きさ及び重量となっている。フィルタ１０の配置部は直接図示されていないが、例えばケース１の底面に形成された凹所１´や、ケース１の背面に配置されるなど、その取り付け位置は自由な設計事項である。

上記各実例では、本願装置を主としてピペットの漏れ試験を行う場合を前提に説明したが、このような吐出器具以外にも、密閉性を必要とする容器、比較的小容量の空間の密閉性の検査、真空配管等のライン上での微妙な漏れの検出など、装置使用者が適宜その使用目的を選択して、幅広い分野で使用することが可能である。

本発明の第１の実施例であって、減圧使用時の装置の構成を示す系統図である。 本発明の第２の実施例であって、加圧使用時の装置の構成を示す系統図である。 減圧使用時のピペットの漏れ検査を行う際の減圧状態の時間的変化を示すグラフある。 本発明の第３の実施例であって、本発明に係る装置の具体的構成例を示し、（Ａ）は装置平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は右側面図である。 ピペットを接続した状態の装置の斜視図である。

１ （検査装置の）ケース
１´ （フィルタ配置用）凹所
２Ａ、２Ｂ 本体コネクタ
３ ポンプ
４Ａ、４Ｂ 逆止弁
５ 圧力容器
６ 止め栓
７ 圧力センサ
８ 中央処理部（ＣＰＵ）
９ 表示部
１０ フィルタ
１１ チューブ
１２ 外部コネクタ
Ｌ１ 外部接続管路
Ｌ２ 内部管路
Ｐ ピペット

Claims (5)

1. ピペット等の定量吐出器等の液体容量計における気密状態を検査する装置であって、空気の流動する管路の一端には吸引と吐出のうち少なくとも一方を行えるポンプが配置され、かつ当該管路の他端は検査対象に接続する本体コネクタが形成され、これら本体コネクタとポンプとの間の管路には管路内の圧力を検出する圧力センサと、圧力容器が配置され、圧力容器とポンプとの間の管路には逆止弁が配置され、前記本体コネクタとポンプとの間の管路において圧力容器、逆止弁、ポンプの順で配置され、圧力センサとポンプは中央制御部に接続し、中央制御部はポンプの制御と管路内の圧力の変化とにより検査対象の気密性を判定することを特徴とする圧力を利用したピペット用リークテスター。
   
2. 管路は検査対象に接続する外部接続管路とこの外部接続管路に連通する内部管路とから成り、外部接続管路又は内部管路に対してフィルタが配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧力を利用したピペット用リークテスター。
   
3. 前記フィルタは装置のケース外部に配置され、この装置外部において当該フィルタを着脱可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の圧力を利用したピペット用リークテスター。
   
4. 前記ポンプはダイヤフラム型のポンプであり、このダイヤフラム型のポンプと前記コネクタとの間の管路に、ダイヤフラム型のポンプによる空気の脈動を減衰する圧力容器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧力を利用したピペット用リークテスター。
   
5. 管路には複数の本体コネクタが形成され、検査対象と接続するチューブはこれら本体コネクタの何れかを選択して接続することが可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の圧力を利用したピペット用リークテスター。

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