特許 5926192 計測デバイス及び計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5926192

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】計測デバイス及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01F 13/00 20060101AFI20160516BHJP

   B01L 3/02 20060101ALI20160516BHJP

   F04B 17/04 20060101ALI20160516BHJP

【ＦＩ】

   G01F13/00 321M

   B01L3/02 D

   F04B17/04

   G01F13/00 311A

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-547507(P2012-547507)

(86)(22)【出願日】2011年1月5日

(65)【公表番号】特表2013-516618(P2013-516618A)

(43)【公表日】2013年5月13日

(86)【国際出願番号】EP2011050105

(87)【国際公開番号】WO2011083125

(87)【国際公開日】20110714

【審査請求日】2013年12月11日

(31)【優先権主張番号】102010000690.4

(32)【優先日】2010年1月5日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】501401397

【氏名又は名称】ハミルトン・ボナドゥーツ・アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】メインラート・ホーフシュテッター

(72)【発明者】

【氏名】ヴィンツェンツ・キルステ

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１７２９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０５３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−８５２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１６７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００７１９７３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第４６６０２４９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ１３／００

Ｂ０１Ｌ ３／０２

Ｆ０４Ｂ１７／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）と、
前記ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）に変位可能に挿入されたピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）と、
前記ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）内において前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）を変位させるために前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）に力を印加するための作動アセンブリ（４０、４０ａ、４２、４２ｃ〜ｅ）であって、前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）と磁気的に相互作用するように設計されていて、且つ磁場を発生させるための磁場発生手段を備える作動アセンブリ（４０、４０ａ、４２、４２ｃ〜ｅ）と、
前記作動アセンブリ（４０、４０ａ、４２、４２ｃ〜ｅ）と前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）との磁気的相互作用によって生じる前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）の変位に従って吸引可能又は分配可能な計測される媒体（３４）を収容するためのチャンバ（２８、３０）と、
磁場のサイズ及び／又は位置及び／又は方向を制御するための制御デバイス（４５）と、
前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）の移動又は位置を示す検出値を提供する位置検出器（７４）とを備えた計測デバイス（１０、１０ａ〜ｅ）であって、
前記ピストン（２４ｃ）が永久磁石（５４）を備え、
前記制御デバイスが、前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）の移動又は位置を示す検出値のフィードバックによって前記ピストンの位置を制御するように設計されていることを特徴とする計測デバイス（１０、１０ａ〜ｅ）。

【請求項2】

前記磁場発生手段（４２、４２ｃ）が、少なくとも一つのコイル（４４‐１、４４‐２、４４‐３、４４ｃ）を有するコイルアセンブリを備え、前記制御デバイス（４５）が、前記磁場のサイズ及び／又は位置及び／又は方向を制御するために各コイルに０と最大値との間の特定の電流強度を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の計測デバイス（１０ｂ、１０ｃ）。

【請求項3】

前記コイルアセンブリが複数のコイル（４４‐１、４４‐２、４４‐３、４４ｃ）を備え、前記制御デバイス（４５）が、前記磁場のサイズ及び／又は位置及び／又は方向を制御するために二つの隣接するコイル（４４‐１／４４‐２、４４‐２／４４‐３）に異なる電流強度を与えるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の計測デバイス（１０ｂ、１０ｃ）。

【請求項4】

前記制御デバイス（４５）が、前記ピストン（２４ｃ）の検出された移動又は位置の関数として前記コイル（４４ｃ）を流れる電流を調整するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の計測デバイス（１０ｂ、１０ｃ）。

【請求項5】

使用者が所望の計測される量を入力するための入力ユニット（５２ｃ）を備え、前記制御デバイス（４５）が、前記計測される量の入力から、前記計測される量に対応する前記ピストン（２４ｃ）の設定された位置又は設定された移動を計算して、前記設定された位置又は設定された移動に従って前記ピストン（２４ｃ）を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０、１０ａ〜ｅ）。

【請求項6】

前記磁場発生手段（４０、４０ａ）が、前記ガイドチューブ（２０、２０ａ）を同軸状に取り囲む環状永久磁石を備え、前記制御デバイス（４５）が、前記磁場のサイズ及び／又は位置及び／又は方向を制御するために前記ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）に対して前記環状永久磁石を移動させるように構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の（１０、１０ａ〜ｅ）。

【請求項7】

前記磁場発生手段（４０、４０ａ、４２、４２ｃ〜ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）に対して実質的に軸方向に磁束が前記ピストン（２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）を通過する磁場を発生させるように設計されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０、１０ａ〜ｅ）。

【請求項8】

前記作動アセンブリ（４０、４０ａ、４２、４２ｃ〜ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０、２０ａ〜ｅ）の軸方向（Ａ）において実質的に移動可能な磁場を発生させるように設計されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０、１０ａ〜ｅ）。

【請求項9】

前記少なくとも一つのコイル（４４‐１、４４‐２、４４‐３、４４ｃ）の巻き線が、前記ガイドチューブ（２０ｂ、２０ｃ）を同軸状に取り囲むことを特徴とする請求項２に記載の計測デバイス（１０ｂ、１０ｃ）。

【請求項10】

前記磁場発生手段（４２、４２ｃ）が、複数のコイル（４４‐１、４４‐２、４４‐３、４４ｃ）を有するコイルアセンブリを備え、各コイルの巻き線が前記ガイドチューブ（２０ｂ、２０ｃ）を同軸状に取り囲み、前記コイル（４４‐１、４４‐２、４４‐３、４４ｃ）が互いに軸方向にずらされていることを特徴とする請求項１に記載の計測デバイス（１０ｂ、１０ｃ）。

【請求項11】

前記磁場発生手段が、少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）を備えた少なくとも一つのコイル（４４‐１ｄ、４４‐２ｄ、４４‐１ｅ、４４‐２ｅ）を有するコイルアセンブリを備え、
前記少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０ｄ、２０ｅ）の円周の一部のみを取り囲むことを特徴とする請求項１に記載の計測デバイス（１０ｄ、１０ｅ）。

【請求項12】

前記磁場発生手段が、少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）を備えた少なくとも一つのコイル（４４‐１ｄ、４４‐２ｄ、４４‐１ｅ、４４‐２ｅ）を有するコイルアセンブリを備え、
前記少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０ｄ、２０ｅ）の長手方向中心軸（Ａ）を含む長手方向中心面（Ｅ）の一方の面の上に完全に延伸していることを特徴とする請求項１に記載の計測デバイス（１０ｄ、１０ｅ）。

【請求項13】

前記少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０ｄ、２０ｅ）の外壁に接触している前記ガイドチューブ（２０ｄ、２０ｅ）の二つの相互に平行な接平面（Ｔ_１、Ｔ_２）の間に完全に延伸していることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の計測デバイス（１０ｄ、１０ｅ）。

【請求項14】

前記コイルアセンブリ（４２ｄ、４２ｅ）が、少なくとも一つの第一の巻き線を有する第一のコイル（４４‐１ｄ、４４‐１ｅ）と、少なくとも一つの第二の巻き線を有する第二のコイル（４４‐２ｄ、４４‐２ｅ）とを備え、
前記少なくとも一つの第一の巻き線が、長手方向中心面（Ｅ）の一方の面の上に完全に延伸し、前記少なくとも一つの第二の巻き線が、長手方向中心面（Ｅ）の他方の面の上に完全に延伸していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の計測デバイス（１０ｄ、１０ｅ）。

【請求項15】

前記少なくとも一つの巻き線（６０ｄ、６０ｅ）が、前記ガイドチューブ（２０ｄ、２０ｅ）の外壁に沿って円周方向に延伸する巻き線部（６２ｄ、６２ｅ）を備えることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０ｄ、１０ｅ）。

【請求項16】

前記少なくとも一つの巻き線（６０ｄ）が、前記ガイドチューブ（２０ｄ）の外壁に沿って軸方向に延伸する巻き線部（６４）を備えることを特徴とする請求項１１から１５のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０ｄ）。

【請求項17】

前記少なくとも一つの巻き線（６０ｅ）が、巻き線部（７２）を備え、前記巻き線部（７２）が、前記ガイドチューブ（２０ｅ）に向けて延伸し、次に前記ガイドチューブに沿って延伸し、次に前記ガイドチューブ（２０ｅ）から離れて延伸することを特徴とする請求項１１から１６のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０ｅ）。

【請求項18】

位置検出器の位置検出素子（７４）が、前記少なくとも一つの巻き線（６０ｅ）によって取り囲まれていない前記ガイドチューブ（２０ｅ）の円周部（６８ｅ、７０ｅ）に配置されていて、前記位置検出器が、前記位置検出素子（７４）を用いて、前記ピストンの移動又は位置を示す検出値を検出することを特徴とする請求項１１から１７のいずれか一項に記載の計測デバイス（１０ｅ）。

【請求項19】

前記位置検出素子（７４）が、前記ピストンと磁気的に相互作用するように設計されていることを特徴とする請求項１８に記載の計測デバイス（１０ｅ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガイドチューブと、そのガイドチューブに変位可能に挿入されたピストンと、計測される媒体を収容するためのチャンバとを備えた計測デバイスに関し、その計測される媒体は、ピストンの変位に従って吸引又は分配可能である。更に、本発明はこのような計測デバイスを用いた計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

上記タイプの計測デバイスの例は、ガラスチューブを備えたピペットであり、そのガラスチューブの一端にはピストンが変位可能に導入されていて、他端にはノズルが配置されていて、そのノズルを通して、計測される媒体を、ピストンの変位に従って、吸引する（くみ上げる）か、又は分配（放出）し得る。液体又はガス状の変位媒体がピストンと計測される媒体との間に追加的に配置され得て、計測される媒体も完全にチャンバの外の押し出されるようにされ得て、又は極少量がくみ上げられ得る。

【0003】

ガイドチューブ内のピストンを作動させるための作動アセンブリは、ピストンに結合されていて、例えば調整素子の回転運動をピストンの並進運動に変換するものであることが知られている。この場合、調整素子の回転運動は、手動で、又は電気モータを用いてもたらされ得て、回転の特定の角度量、又は調整素子の特定の回転数が、ピストンの特定の変位に変換され、従って計測される媒体の特定の吸引又は分配量（ドーズ量）に変換される。

【0004】

応用によっては、特に研究分野においては、正確な計測（つまり、吸引又は分配される媒体の量の正確な測定）が非常に重要である。そこで、既知の計測デバイスにおいては、比較的複雑な機械的減速ギアを用いて、又は精密な電気モータを用いて、ピストンの最大限正確な位置決め及びピストンの最大限均一な移動を達成することが試みられている。ステップダウンギアによって比較的高い位置決め精度を達成することができるが、ステップダウンギアは非常に遅いので、計測プロセスのダイナミクスが同レベルで損なわれてしまう。更に、このようなギアユニットはコストがかかりメンテナンスが大変である。電気モータによる駆動も大部分は同様であり、減速ギアの使用を必要とするか、又はピストンの直接モータ駆動の場合には、モータのクリアランスによる精度の低下がつきまとう。

【0005】

従来の計測デバイスにおいて知られている更なる問題は、ピストンとガイドチューブとの間に必要な精密な適合であり、一方では、ピストンがガイドチューブに対して十分に密封されて、計測される媒体若しくは変位媒体の流出又は空気の侵入を防止し、他方では、所定の変位経路によるピストンの変位を許容するために、ピストンはガイドチューブ内にきつくなり過ぎないように密封される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

こうした背景に対し、本発明の目的は、計測される媒体が比較的高い計測精度で吸引又は分配可能であり、好ましくは単純で安価に実施可能である上述のタイプの計測デバイス及びこのような計測デバイスを用いた計測方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第一の側面によると、この目的は、ガイドチューブと、ガイドチューブに変位可能に挿入されたピストンと、ガイドチューブ内においてピストンを変位させるためにピストンに力を印加するための作動アセンブリと、計測される媒体を収容するためのチャンバとを備えた計測デバイスによって達成され、その計測される媒体は、ピストンの変位に従って吸引可能又は分配可能であり、作動アセンブリは、本発明に従って、ピストンと磁気的に相互作用するように設計される。

【0008】

従って、本発明の重要な側面は、磁気的相互作用を介したピストンの作動である。これは、ガイドチューブ内におけるピストンの変位のための力が磁場に起因する磁力であることを意味している。従って、従来の計測デバイスとは対照的に、ピストンの移動は、隣接する素子とピストンとの間の機械的力の伝達ではなくて、非接触の磁気的相互作用によって行われる。作動アセンブリとピストンとの間の機械的結合の欠如は、作動ギアクリアランス若しくはモータクリアランス又は摩擦に起因して従来の計測デバイスにおいては回避することができない誤差の源を排除する。従って、本発明に係る計測デバイスは、磁場がステップダウンギアによって動かされる磁場発生手段を用いて発生及び変更される場合に、ピストンに対する振動の伝達、クリアランスに関するギアの影響などを大幅に防止することができる。従って、本発明に係る計測デバイスは、非常に高い計測精度で、計測される媒体をくみ上げるか又は放出することを可能にする。

【0009】

更に、磁場を用いたピストンの移動は、高度にダイナミックな計測を可能にする。計測プロセス中に磁場が電気的又は電子的手段によって（例えば、コイルのスイッチ切り替えによって）リセットされると、ピストンの移動は、非常に僅かな遅延でのみ進行できる。

【0010】

原理的には、ピストン自体が磁場を発生させることができ、例えば永久磁石を備え、作動アセンブリの磁気又は磁化可能（特に強磁性）素子と相互作用するようになり、ピストンの変位が、ガイドチューブに対する作動アセンブリの磁気又は磁化可能素子の移動によってもたらされる。しかしながら、媒体を計測するための磁場の駆動に関しては、作動アセンブリが磁場を発生させるための磁場発生手段を備えることが有利であると考えられる。従って、ガイドチューブの外側の磁場を発生及び駆動させるための手段は、磁気的に有効な距離において配置される。

【0011】

磁場発生手段との相互作用に関して、ピストンは少なくとも部分的に磁化可能物質又は永久磁性体で形成されることが好ましい。好ましくは、磁化可能物質は強磁性体であると理解される。しかしながら、この用語は、常磁性体、反磁性体（超伝導体）、フェリ磁性体もカバーし、これらは、ガイドチューブ内の変位に関して重要であるピストンに力を印加するために磁場において十分な磁化可能性を示す。

【0012】

更に好ましい実施形態では、ピストンは、磁化可能液体（好ましくは磁性流体）で形成され得る。この実施形態は、ピストンとガイドチューブとの間の特に低い摩擦力に起因して、特に高度にダイナミックなピストンの移動を可能にする。更に、磁性流体はそれ自体が非常に単純且つ確実にガイドチューブを密封し、計測デバイスの信頼できる動作を単純な手段によって保証できるようになる。磁場内において、磁化可能液体はより高い磁場強度の領域に留まろうとするので、磁化可能液体が、一方ではガイドチューブ内において確実に密封して分布したままとなり、他方では外部磁場に従ってガイドチューブ内において移動可能となる。

【0013】

本発明に係る計測デバイスの磁場発生手段は、磁束がガイドチューブに対して実質的に軸方向にピストンを通る磁場を発生させることが好ましい。このように向けられた磁束によって、磁場とピストンとの間の相互作用が、ピストンの変位方向に向けられて、ピストンに対する力の作用が、ピストンの変位方向において十分に機能できる。究極的には媒体を計測するためのピストンの移動を達成するために、磁場のサイズ、向き又は位置の変更が必要となる。最も単純な場合、これは、磁場をオン又はオフにすることによって達成可能であり、例えば、ピストンが、所定の期間にわたり磁石によって引き寄せられるか反発して、特定の距離で変位する。代替的に又は追加的に、磁場は、磁場発生手段の移動によって、ガイドチューブに対して相対的に動かされ得て、ピストンがこの移動に従うようになる。更なる代替的な又は追加的な可能性として、磁束の方向及び強度の局所的な変更（例えば、個々の磁石／コイルを制御／移動させることによる複数の磁石及び／又はコイルを有する配置）によって、磁場の磁束の方向又は強度が変更可能であり、又は、磁場の“変形”がもたらされ得て、これに従って、ピストンに作用する磁力が変化して、ピストンの変位をもたらす。

【0014】

特に単純な一実施形態では、磁場発生手段は、ガイドチューブを同軸状に取り囲む環状永久磁石を備える。ピストンを動かすため、永久磁石をガイドチューブの軸方向に変位させることができて、特にピストンは、環状永久磁石の中心に留まるようにされる。代わりに、ピストンが反発するように永久磁石を磁化させることもできる。

【0015】

更なる好ましい実施形態は、少なくとも一つのコイルを備えたコイルアセンブリを備えた磁場発生手段を提供し、そのコイルの巻き線がガイドチューブを同軸状に取り囲む。このようなコイルは、そのコイルに与えられる電流強度の制御によって可変磁場を構築することができて、その軸中心方向において調整可能な力でピストンを引く。代替的に又は追加的に、コイルをガイドチューブに対して同軸状に変位されて、ピストンを動かすことができる。

【0016】

フレキシブルで正確な計測用の特定の可能性は、複数のコイルを有するコイルアセンブリを備えた磁場発生手段の実施形態において提供され、それらコイルの巻き線は各々ガイドチューブを同軸状に取り囲み、コイルは互いに軸方向にずらされている。個々のコイルに与えられる電流強度を調整することによって、ガイドチューブ内に広がる磁場を、その全強度及び軸方向磁束分布に関して変更することができて、ピストンをガイドチューブ内の所定の位置に引く。単純な場合、軸方向に間隔を空けて配置された二つのコイルを交互に作動させて、ピストンを二つの位置の間で移動させることができる。

【0017】

本発明の目的のため、複数のコイルを備えたコイルアセンブリは、単巻変圧器（オートトランス）型の構造も含み、その単巻変圧器は、端部コンタクトと中心タップコンタクトとを有する連続的なコイル巻き線を有し、端部コンタクトと中心タップコンタクトとの間の二つのコイル部が独立的に駆動可能である。このようなコイルアセンブリの更なる変形例では、中心タップコンタクトを、端部コンタクト間においてコイル軸に沿って変位させて、二つのコイル部の巻き数の比を変更することができる。

【0018】

磁場を発生させて、その磁場内に本発明に従って計測デバイスのピストンを配置して、磁場の変更又は計測デバイスの他の素子の移動によってガイドチューブ内におけるピストンの所望の変位をもたらすための多数の更なる可能性は、当業者に知られているものである。

【0019】

好ましくは、本発明の計測デバイスは、磁場のサイズ及び／又は位置及び／又は方向を制御するための制御デバイスを更に備え、ガイドチューブ内のピストンの移動及びピストンの位置を駆動し得る。電子制御デバイスは、ピストンの確実且つ高速で精密な移動及び位置決めを可能にして、また、必要であれば、例えば吸引又は分配された媒体の量を検出する位置検出器又ははかりから、ピストンの移動又は位置を示す検出値のフィードバックによるピストンの位置の閉ループ制御を可能にする。

【0020】

本発明の第二の側面によると、本発明の目的は、ガイドチューブと、ガイドチューブに変位可能に挿入されたピストンと、計測される媒体を収容するためのチャンバとを備えた計測デバイスによって達成され、その計測される媒体は、ピストンの変位に従って吸引可能又は分配可能であり、磁化可能液体の潤滑膜が、ピストンとガイドチューブとの間に本発明に従って配置され、その計測デバイスは、潤滑膜に作用する磁場を発生させるための磁場発生手段を備える。従って、本発明の第二の側面の特徴も、磁気的相互作用によって媒体を計測するためのピストンの移動を促進するために、計測デバイスのピストンの領域内において磁化可能物質を使用することである。本発明の第二の側面によると、磁場発生手段の磁場は、磁化可能液体で形成された潤滑膜がピストンとガイドチューブとの間の空間に確実に留まることを保証する。これは、一方では、ピストンの高度にダイナミックで低摩擦の移動を可能にするという利点を有する。他方では、本発明の第二の側面は、計測デバイスの周囲に対するチャンバの密封性の顕著な増大を達成することを可能にする。

【0021】

本発明の計測デバイスは、本発明の第一の側面の特徴と第二の側面の特徴を併せ持つことが特に好ましく、つまり、磁場は、ピストンとガイドチューブとの間の磁化可能液体の安定な潤滑膜を保証するのと同時に、媒体を計測するためにガイドチューブ内においてピストンを移動させる。これは、潤滑膜がピストンの位置に配置されていて磁場内においてピストンと共に移動する場合に、潤滑膜が出て行ってしまうことを特に確実に防止するという利点を有する。

【0022】

潤滑膜の軸方向位置を確実に予め決めることを可能にするため、磁場発生手段は、磁束がピストンの位置においてガイドチューブに対して実質的に軸方向に向けられている磁場を発生させるように設計されることが好ましい。本実施形態も本発明の第一の側面の特徴と組み合わせられると、ピストンの位置を、磁場内において確実に設定することができる。何故ならば、ピストンの変位方向は、ピストンの位置における磁場の方向と実質的に一致するからである。

【0023】

本発明の第三の側面によると、本発明の目的は、計測デバイス（特に本発明の第一及び／又は第二の側面に係る計測デバイス）を用いて媒体を計測するための計測方法によって達成され、その計測デバイスは、ガイドチューブと、ガイドチューブに変位可能に挿入されたピストンと、計測される媒体を収容するためのチャンバとを備え、その計測される媒体は、ピストンの変位に従って吸引又は分配され、本計測方法は、磁場を提供するステップと、ピストンと磁場との磁気的相互作用によってピストンに力を印加するステップとを備える。また、このような計測方法は、実質的に機械的な結合無しでピストンに磁力を印加することによって、高度にダイナミック且つ単純で精密な計測を達成することを可能にし、その磁力は、ピストンと磁場との相互作用に起因するものである。磁場の位置、方向又はサイズを変更することによって、又は磁場を変形することによって、媒体を計測するためのピストンの移動がガイドチューブ内において生じ得る。

【0024】

本計測方法は、本発明の第一及び／又は第二の側面の実施形態に係る計測デバイスを用いて行われることが好ましく、本発明の第一又は第二の側面の個々の実施形態について説明される効果及び利点が得られる。

【0025】

本計測方法が、複数のコイルを有するコイルアセンブリを備えた計測デバイスで実施される場合、そのコイルの巻き線は各々ガイドチューブを同軸状に取り囲み、そのコイルは互いに軸方向にずらされていて、コイルにそれぞれ与えられる電流強度は、吸引又は放出されるドーズ量に従って制御可能であり、電子手段で所望の量の計測される媒体を高速且つ正確にくみ上げるか又は放出することができる。

【0026】

本発明の第四の側面によると、この目的は、ガイドチューブと、ガイドチューブに変位可能に挿入されたピストンと、ガイドチューブ内においてピストンを変位させるためにピストンに力を印加するための作動アセンブリとを備えた計測デバイスによって達成され、その計測されるデバイスは、ピストンの変位に従って吸引可能又は分配可能であり、作動アセンブリは、ピストンと磁気的に相互作用するように設計され、そのピストンは永久磁石を備える。本発明の第四の側面のピストンの永久磁石は、永久的なエネルギーの投入がなくても所定の磁化を保持して、その磁化を用いて、作動アセンブリによるピストンの位置決め又は移動を行うことができる。従って、永久磁石の使用は、計測デバイスを作動させるのに必要なエネルギーの減少を可能にする。

【0027】

第四の側面の計測デバイスのピストンは、少なくとも二つの相互に隣接する永久磁石部を備えることが好ましく、それら永久磁石部の磁化は、ガイドチューブに対して軸方向に延伸し、相互に隣接する永久磁石部の磁化は、互いに逆方向に向けられる。このような配置においては、比較的強力で放射状に延伸する磁場を、磁化の方向が変化する点（つまり、隣接する永久磁石部の接合）において発生させることができ、その磁場は、ピストンの軸方向位置の特に正確な位置決め及び高い空間分解能を可能にする。これは精度を上昇させて、計測デバイスの計測精度の改善へと反映されるが、これは、ピストンの軸方向変位に対する磁場の比較的大きな変化に因るものである。

【0028】

上述の効果は、相互の逆の磁化を有する単に二つの相互に隣接する永久磁石部を提供することで得られるものであるが、第四の側面に係る本発明の好ましい実施形態は、二つよりも多くの永久磁石部をガイドチューブの軸方向に配置することを提供し、隣接する永久磁石部は、相互に逆の磁化を有する。各磁石部は一方の軸方向端におけるＮ極と、他方の軸方向端におけるＳ極とを有するものと考えられるので、本発明の第四の側面に係る交互の磁化方向を有する永久磁石部の構造を、相互に隣接する永久磁石部が互いのＳ極又はＮ極を向き合わせていると説明することもできる。顕著に放射状に延伸する特に強力な磁場の効果が、隣接する永久磁石部のＮ極又はＳ極が合わさる接合領域に常に正確に生じる。

【0029】

第四の側面の本発明の特に単純な実施形態においては、永久磁石で形成される永久磁石部が互いに固定されて、隣接する永久磁石のＮ極が互いに向き合い且つ互いに隣接するようにされて、又は、隣接する永久磁石のＳ極が互いに向き合い且つ互いに隣接するようにされる。このようにして構成されるピストンは、複数の既知のシリンダー状永久磁石から極めて簡単に形成可能であり、それらの永久磁石は、交互の向きで、互いに取り付けられて、好ましくは接着剤で互いに結合される。しかしながら、代替的に、本発明の第四の側面に係るピストンは、対応する形状の磁場に晒して強磁性体を磁化することによっても達成可能である。

【0030】

本発明の更なる実施形態では、ピストンが少なくとも一つの密封部材を備え、その密封部材はガイドチューブの内壁と永久磁石部又は永久磁石との間に配置される。このようにして、ピストンの永久磁石自体がガイドチューブの内寸に完全にフィットしなければならないことが必須ではなくなり、確実な密封が永久磁石とガイドチューブとの間に保証されるという利点が得られる。この場合、少なくとも一つの密封部材は、キャップ上の形状となり、永久磁石の軸方向の上端及び／又は軸方向の下端に配置されるか、又は、軸方向の最も上及び／又は軸方向の最も下の永久磁石部の上に配置されるものである。このようにして、キャップ状の密閉部材を、永久磁石体の端部に配置することができて、永久磁石体の端の円周部及び端面を取り囲み、計測される媒体と永久磁石体との間の接触を回避することができる。

【0031】

第四の側面に係る本発明は、本発明の第一から第三の側面の主題とは別個独立に本発明の目的を達成する。しかしながら、好ましくは、第四の側面の計測デバイスの特徴が、第一から第三の側面の一以上の特徴と組み合わせられて、第一から第三の側面に関してそれぞれ上述した利点及び効果が得られる。

【0032】

上述の第一から第四の側面のうち一以上に係る本発明の実施形態によると、作動アセンブリは、磁場を発生させるための磁場発生手段を備え、その磁場発生手段は、少なくとも一つのコイルを有するコイルアセンブリを備え、その少なくとも一つのコイルは、少なくとも一つの巻き線を備え、その少なくとも一つの巻き線は、ガイドチューブの周囲の一部のみを取り囲む。

【0033】

従って、この実施形態では、コイルの少なくとも一つの巻き線は、ガイドチューブを完全に取り囲まず、つまり、ガイドチューブの周りに完全に（３６０度の円周角で）巻かれておらず、ガイドチューブの円周の一部のみにわたって（３６０度未満の円周角で）伸びて、ガイドチューブの円周の他の部分には巻き線が存在しない。このようにして、ガイドチューブが、巻き線で覆われた円周部においてもアクセス可能となり、例えば、計測プロセスの目視検査が可能になり、又は、ガイドチューブに対するピストンの位置又は移動を検出するための位置検出素子を配置することができる。巻き線によって覆われていない部分のサイズ及び巻き線のプロファイルに応じて、後述のように、その配置に関する利点、特に、複数の隣接するピペットの配置又は隣接するコイルの配置の密度に関する利点を得ることができる。

【0034】

上述の実施形態と同様の方法には、第一から第四の側面に係る本発明の更に有利な実施形態が伴い、作動アセンブリが、磁場を発生させるための磁場発生手段を備え、その磁場発生手段は少なくとも一つのコイルを有するコイルアセンブリを備え、その少なくとも一つのコイルは少なくとも一つの巻き線を備え、その少なくとも一つの巻き線は、ガイドチューブの長手方向中心軸を含む長手方向中心面の一方の面の上に完全に延伸する。このようにして、コイルが、ガイドチューブの周囲に存在する空間の半分のみを実質的に占有することが保証され得る一方、他の半分は完全にアクセス可能であり、例えば、同様の第二のコイルのため、位置検出素子のため、又は複数のピペットを共に便利に接続するためにアクセス可能となる。

【0035】

特に、コイルアセンブリは、少なくとも一つの第一の巻き線を有する第一のコイルと、少なくとも一つの第二の巻き線を有する第二のコイルを備えるものとされ、少なくとも一つの第一の巻き線は長手方向中心面の一方の面の上に完全に延伸し、少なくとも一つの第二の巻き線は長手方向中心面の他方の面の上に完全に延伸する。ガイドチューブの対向する面に配置されたコイルを用いて、ガイドチューブの内側に特に均一で明確な軸方向磁場を発生させることができ、又は磁場を特に確実に検出することができる。この場合、長手方向中心面の領域内のガイドチューブの円周の一部は、第一のコイルの巻き線によっても第二のコイルの巻き線によっても覆われていないままであり、ガイドチューブにアクセス可能となり、例えば、位置検出素子又は計測プロセスの目視検査のためにアクセス可能となる。

【0036】

上述の後半二つの実施形態の好ましい変形例では、コイルの少なくとも一つの巻き線が、ガイドチューブの外壁に接触しているガイドチューブの二つの相互に平行な接平面の間に完全に延伸するようにされる。この変形例では、特に複数のガイドチューブが互いに接続される場合に、高いパッキング密度を得ることができる。何故ならば、隣接するガイドチューブを互いに比較的短い距離で配置することができるからである。特に、ガイドチューブを完全に取り囲む複数の巻き線は、空間を急激に必要とするようになるものであるが、本発明のこの変形例に係るコイルアセンブリを用いる場合には、隣接するガイドチューブ間の最小の間隔は、コイルの少なくとも一つの巻き線の厚さによって決められるものではない。代わりに、上述の隣接するガイドチューブの接平面が互いに実質的に平行に延伸するように、互いに隣接して配置された本発明のこの変形例に係るガイドチューブの列が互いに接続される。そして、隣接するガイドチューブの外壁が接触するかほとんど接触するように密接して、ガイドチューブが互いに隣接して配置され得る。

【0037】

好ましくは、ガイドチューブの円周の一部のみを取り囲む一つの巻き線部は、特にガイドチューブの円周方向において、ガイドチューブの外壁に沿って延伸する。一つのこのような巻き線部は、ガイドチューブの内側に軸方向に延伸する磁場を発生させることができて、この磁場がピストンと相互作用し得る。

【0038】

更に、少なくとも一つの巻き線の一部は、ガイドチューブの外壁に沿って軸方向に延伸し得る。このような軸方向の巻き線部は、好ましくは、同じ巻き線内における上述の円周方向に延伸する巻き線部に接続されて、軸方向の巻き線部によって発生する磁場が、ピストンとあまり相互作用しないようになり、軸方向の巻き線部が主に、円周方向に延伸する巻き線部に対する電流の供給／放出の機能を果たす。

【0039】

円周方向に延伸する巻き線部と軸方向の巻き線部との特に有利な組み合わせが、上述の本発明の第四の側面と共に得られ、ピストンが、少なくとも一つの永久磁石、特に、交互の磁化方向で相互に隣接する複数の永久磁石部を備える。有利には、軸方向に延伸する巻き線部の軸方向長さは、永久磁石部又は永久磁石の長さに適合し得る。

【0040】

本発明の更なる変形例では、ガイドチューブの円周の一部のみを取り囲む少なくとも一つの巻き線部が、ガイドチューブに向けて延伸し、次に、ガイドチューブに沿って延伸し、次に、ガイドチューブから離れるように延伸する。この変形例では、巻き線の一部は、ピストンの位置において所望の磁場を発生させることに寄与できず、ガイドチューブから距離を置いて、その磁場が、ガイドチューブに沿って延伸する巻き線のアクティブ部分の磁場と干渉しないようにされる。容易に設定可能であり比較的一様な磁場をガイドチューブ内部に構築することができるが、通常のコイルの巻き線の場合と異なり、少なくとも一つの巻き線は、ガイドチューブを完全に取り囲まない。

【0041】

上述のように、位置検出素子は、少なくとも一つの巻き線によって取り囲まれていないガイドチューブの円周の一部に配置され得る。この位置検出素子は、位置検出器の一部であり得て、その位置検出素子を用いてピストンの移動又は位置を示す検出値を検出する。この検出値は、特に本発明の第一の側面に関して説明したピストンの位置の閉ループ制御用に使用可能であり、制御デバイスが、検出値のフィードバックによってピストンの位置を制御する。これは、非常に正確な自動化計測を可能にする。

【0042】

同様に、位置検出素子は、ピストンと磁気的に相互作用するように設計可能であり、つまり、特にピストンが発生させる磁場を検出することによってピストンの位置及び／又は移動を求めることができる。ピストンによって発生する磁場は、ピストンを制御すること（ピストンへの力の伝達）、及び、ピストンの位置／移動を検出することの両方のために同時に使用可能であり、構成を単純化する。

【0043】

以下、添付図面を参照して、好ましい例示的な実施形態に基づいて、本発明について詳述する。

【図面の簡単な説明】

【0044】

【図1】本発明の第一の例示的な実施形態に係るピペットの断面図及び拡大図である。

【図2】本発明の第二の例示的な実施形態に係るピペットの断面図及び拡大図である。

【図3】本発明の第三の例示的な実施形態に係るピペットの概略的な側面図である。

【図4】本発明の第三の例示的な実施形態に係るピペットの側面図である。

【図5】図４に示されるピペットのピストンの永久磁石体の磁化を示す。

【図6】図５ａから５ｃに示される永久磁石体の磁場の磁力線プロファイルの図である。

【図7】本発明の第四の例示的な実施形態に係るピペットの一部の斜視図である。

【図8】本発明の第五の例示的な実施形態に係るピペットの一部の斜視図である。

【図9】図４に示されるピペットの軸方向に垂直な断面における断面図である。

【図10】図７に示されるピペットの軸方向に垂直な断面における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0045】

図１に示される第一の例示的な実施形態のピペット１０は、ガラス物質製のシリンダー状ガイドチューブ２０を備え、そのガイドチューブの上方の開口端２２にピストン２４が変位可能に挿入されていて、反対側の下方端２６にノズル部２８が取り付けられている。

【0046】

ノズル部２８の内側と、ピストン２４とノズル部２８との間のガイドチューブ２０の内側はチャンバ３０を形成し、チャンバ３０は、例示的な実施形態では、変位媒体３２によって、そうでなければピペッティングされる媒体３４によって、部分的に充填される。変位媒体３２がピストンに隣接する一方で、ピペッティングされる媒体は、ノズル部２８のノズル開口３６に隣接する。

【0047】

ガイドチューブ２０の軸方向における（つまり、ガイドチューブ２０の長手方向中心軸Ａに沿った）ピストン２４の移動は、チャンバ３０の体積の変化をもたらし、従ってノズル開口３６の外へのピペッティングされる媒体の放出（分配）、又は、ノズル開口３６を介してのチャンバ３０内へのピペッティングされる媒体のくみ上げ（吸引）をもたらす。

【0048】

ピストン２４は、少なくとも一部が磁化可能物質で形成され、例示的な実施形態では、強磁性金属で完全に形成される。ピストン２４の外周とガイドチューブ２０の内壁との間には、磁性流体の潤滑膜３８が配置され、その磁性流体膜３８が、ピストンを完全に取り囲み、ガイドチューブに対して全ての側面においてピストンを密封する。従って、潤滑膜３８は、ガイドチューブ２０内のピストン２４の密封及び低摩擦ガイドの両方の機能を果たす。

【0049】

ガイドチューブ２０は、環状永久磁石４０に同心円状に通される。永久磁石４０は、そのＮ極４０Ｎ及びＳ極４０Ｓが互いに軸方向にずらされるように磁化される。例示的な実施形態では、Ｎ極４０Ｎがノズル部２８の方を向いて、Ｓ極４０Ｓがガイドチューブ２０の開口端２２の方を向く。勿論、リングは異なる向きでガイドチューブ２０上に配置可能であり、そのＳ極４０Ｓがノズル部２８を向くようにできる。

【0050】

永久磁石リング４０は、その中心（つまり、ピストン２４の位置）に実質的に一様な磁場を発生させて、その磁場の磁力線は、長手方向中心軸Ａに平行に伸びる。ピストン２４の磁性体は磁場によって磁化される。ピストン２４と永久磁石リング４０との間の引力としての磁気的相互作用が、磁化可能ピストン２４と永久磁石４０の磁場との間に生じる。

【0051】

従って、ピストン２４は、絶えず永久磁石リング４０の中心に自らを位置決めするようにされる。永久磁石リング４０がガイドチューブ２０に対して相対的に軸方向に動かされると、ピストン２４は、この移動に従って、ノズル開口３６を介してピペッティングされる媒体３４を吸引又は分配する。

【0052】

永久磁石リング４０は、手動で、又は適切な移動制御手段によって自動で動かされ得て、その移動は、電子制御デバイスを用いて、当業者に知られている方法で、駆動、モニタリング又は規制され得る。永久磁石リング４０がどう動かされるかにかかわらず、永久磁石リング４０からピストン２４への移動の伝達は、磁気的相互作用のみによって非接触で行われて、振動、取り扱いによる影響、機械的不正確性等を、ピストン２４及びガイドチューブ２０から切り離すことができて、非常に正確な計測を可能にする。更に、この切り離しは、ピペッティングされる媒体による作動アセンブリの汚染及び任意で制御デバイスの汚染を防止し、逆に、例えば、永久磁石４０の移動手段の潤滑剤によるピペッティングされる媒体の汚染を防止し得る。

【0053】

更に、永久磁石リング４０は、高速で移動可能であり、非常にダイナミックな計測を達成できる。潤滑膜３８は、低摩擦損失で、ピストン２４の高速移動を促進する。磁性流体で形成された潤滑膜３８は永久磁石リングの磁場で同様に磁化されて、外側の磁場と磁気的相互作用し始める。結果としての潤滑膜３８と永久磁石リング４０との間の引力によって、潤滑膜３８は、永久磁石リング４０と同じ軸方向高さにおいてピストン２４と共に確実に保持されて、潤滑膜３８が、ピストン２４とガイドチューブ２０の内壁との間の空間内に常に留まるようになる。

【0054】

以下、本発明の第二の例示的な実施形態を、図２を参照して説明する。第二の例示的な実施形態の同一又は対応する要素は、第一の例示的な実施形態と同じ参照符号で指称されるが、追加の添え字“ａ”が付されていて、第一の例示的な実施形態との差異に関してのみ以下説明され、それ以外は、第一の例示的な実施形態の説明が明示的に参照される。

【0055】

第二の例示的な実施形態のピペット１０ａは、ガイドチューブ２０ａを備え、そのガイドチューブ内に変位可能にピストン２４ａが挿入されていて、そのピストンは、磁化可能な液体（特に磁性流体）で完全に形成される。

【0056】

第一の例示的な実施形態のように、第二の例示的な実施形態においても、ピペット２０ａのガイドチューブ２０ａは、永久磁石リング４０ａを同軸状に通されて、ピストン２４ａが永久磁石リング４０ａの磁場内に配置されるようになる。磁場は第二の実施形態においては二つの機能を果たす。第一に、磁場は、磁性流体が漏れ出ることを防止する。何故ならば、磁性流体は、最大磁場強度の領域において絶えず留まるようにされ、つまり、永久磁石リング４０ａの中心内に引き入れられて、全周囲にわたってガイドチューブの内壁においてそのガイドチューブ２０ａを確実に密封するからである。第二に、磁場を動かすことによって、特に、永久磁石リング４０ａをガイドチューブ２０ａの軸方向に変位させることによって、磁性流体２４ａを、ガイドチューブ２０ａの長手方向中心軸Ａに沿って変位させ、その変位距離に応じて、所定の量のピペッティングされる媒体を吸引又は分配することができる。第一の実施形態のように、ピペッティングは非常にダイナミックに進行し得る。何故ならば、磁性流体がガイドチューブ２０ａ内を低摩擦で滑るからである。

【0057】

第一及び第二の例示的な実施形態では、磁場を、永久磁石リング４０又は４０ａによって発生させる。しかしながら、一般的に、本発明の実施形態において、磁場は、多様な方法で（特に電磁石によって）提供可能である。以下、本発明の第三の例示的な実施形態として、磁場を電磁石によって発生させる構成の一例を、図３を参照して詳述する。第一の例示的実施形態（図１）と異なる特徴のみを詳述するが、再び詳述されない残りの特徴については第一の例示的な実施形態の説明が明示的に参照される。図３において、同一又は対応する要素は図１と同じ参照符号で指称されるが、追加の添え字“ｂ”が付されている。

【0058】

第三の例示的な実施形態のピペット１０ｂにおいて、第一の例示的な実施形態のピストン２４と同程度のピストン２４ｂが、ガイドチューブ２０ｂ内に変位可能に挿入され、磁化可能金属製である。磁性流体の潤滑膜３８ｂが、ピストン２４ｂの外周とガイドチューブ２０ｂの内壁との間に配置される。

【0059】

第一の例示的な実施形態とは異なり、第三の例示的な実施形態では、ピストン２４ｂを動かすのに必要な磁場を、永久磁石ではなくて、コイルアセンブリ４２によって発生させて、そのコイルアセンブリ４２は、ガイドチューブ２０ｂの軸方向Ａに直列に配置された三つのコイル４４‐１、４４‐２、４４‐３を備える。コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３の各々は、複数の巻き線４６を有し、それら巻き線は、ガイドチューブ２０ｂの外周の周りに長手方向中心軸Ａに対して同軸状に巻かれる。コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３の各々の最初と最後の巻き線は、別々の電気回路４８‐１、４８‐２、４８‐３に接続され、これによって、各コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３に、個別に、且つ他のコイルに対して独立的に電圧を印加することができる。例示的な実施形態では、電気回路４８‐１、４８‐２、４８‐３の各々は、電圧源５０と、それに直列に接続されたスイッチ５２とを備える。電圧源５０は、互いに互いに接続されるか、又は共通の電流供給手段によって提供され得る。

【0060】

電気回路４８‐１、４８‐２、４８‐３の個々のスイッチ５２のスイッチ位置に応じて、コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３が、それらの内部に、長手方向中心軸Ａに平行に伸びる磁力線を有する磁場を設けるか、又はコイル４４‐１、４４‐２、４４‐３の内部が磁場のないままとなる。スイッチの５２のスイッチ位置に応じて、ピストン２４ｂは、コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３のうち一つの磁場によって、又は、コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３のうち二つ又は三つによって設けられた磁場によって引き寄せられて、この磁場の中心に引き込まれて、ガイドチューブ２０ｂ内のピストン２４ｂの移動が、スイッチ５２によって駆動可能となる。

【0061】

スイッチ５２は制御デバイス（図示せず）に接続され、その制御デバイスは、使用者によって設定されたピペッティングされる媒体の量に基づいて、コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３に意図的に電流供給を行う。単純な制御例では、コイル４４‐１をオンにする（電気回路４８‐１のスイッチを閉じる）一方、他の二つのコイルをオフにして（電気回路４８‐２、４８‐３のスイッチ５２を開く）、コイル４４‐１のみが磁場を発生させて、ピストン２４ｂをコイル４４‐１内に引き込むようにすることができる。そして、或る量のピペッティングされる媒体をノズル部の外に放出するため、コイル４４‐２をオンにするのと同時に、第一のコイル４４‐１をオフにすることができる。そして、ピストン２４ｂが、第二のコイル４４‐２の中心に引き込まれ、そのプロセス中に、対応する量の変位媒体又はピペッティングされる媒体をガイドチューブ２０ｂの外に変位させる。そして、第三のコイル４４‐３をオンにして、第二のコイル４４‐２をオフにすることができる。

【0062】

単にオン又はオフにする以外のオプションも、コイル４４‐１、４４‐２、４４‐３に対して利用可能である。放出のより正確な計測のため、０と最大値との間の特定の電流強度を、各コイルに与えることができる。異なる電流強度が、二つの隣接するコイル４４‐１／４４‐２又は４４‐２／４４‐３に与えられると、当業者は、電流強度の比から、実際に重ね合わされた磁場を容易に計算し、特定の電流強度を調整することによって、ガイドチューブ２０ｂ内の長手方向中心軸Ａに沿ったピストン２４ｂの非常に正確な位置決めを達成することができる。これは、制御デバイスとピストン２４ｂとの間の機械的相互作用無しで、ピペッティングされる媒体を正確に計測することを可能にする。更に、個々の電気回路４８‐１、４８‐２、４８‐３内の電流を、非常に高速にスイッチングして、非常にダイナミックな計測を達成することができる。

【0063】

以下、本発明の第三の例示的な実施形態を図４から図６を参照して説明する。第三の例示的な実施形態の同一又は対応する要素は第一の実施形態と同じ参照符号で指称されるが、追加の添え字“ｃ”が付されていて、第一の例示的な実施形態と異なる点に関してのみ説明されて、その以外は、第一の例示的な実施形態の説明が明示的に参照される。

【0064】

第三の例示的な実施形態のピペット１０ｃは、シリンダー状ガイドチューブ２０ｃを備え、その中にピストン２４ｃが変位可能に挿入されている。第一及び第二の例示的な実施形態とは異なり、第三の例示的な実施形態のピストン２４ｃは、永久磁場を発生させる永久磁石体５４を備える。

【0065】

永久磁石体５４の構造を、図５ａから５ｃにより詳細に示す。図５ｂ及び図５ｃは、永久磁石体５４が、複数の（ここでは５個の）永久磁石部５６‐１、５６‐２、５６‐３、５６‐４、５６‐５を備えることを明らかにしており、これらの永久磁石部は、ガイドチューブ２０ｃの軸方向にこの順序で順に配置されている。永久磁石部５６‐１〜５６‐５の各々は、磁化Ｍ_１〜Ｍ_５を有し、その磁化方向はそれぞれ、矢印によって図５ｂに示されている。従って、全ての永久磁石部５６‐１〜５６‐５の磁化Ｍ_１〜Ｍ_５は、軸方向に（長手方向中心軸Ａに平行に）向けられているが、隣接する５６‐１〜５６‐５の磁化Ｍ_１〜Ｍ_５の方向は、互いに逆向きになっていて、それらの磁化は、軸方向において永久磁石部毎に交互に一方向又は他方向を指す。従って、例えば、図５に係る例示的な実施形態では、Ｍ_１は上を指し、Ｍ_２は下を指し、Ｍ_３は上を指し、Ｍ_４は下を指し、Ｍ_５が上を指す。

【0066】

例示的な実施形態では、全ての永久磁石部５６‐１〜５６‐５は、同じ軸方向長さＬ_ｍのものである。従って、永久磁石体５４において、磁化方向は、長さＬ_ｍ毎に軸方向に変化する。

【0067】

また、図５ｃに示されるように、磁化Ｍ_１〜Ｍ_５は、個々の永久磁石部５６‐１〜５６‐５のＮ極又はＳ極を示すことによってもシンボル化可能である。相互に隣接する永久磁石部５６‐１〜５６‐５の互いに同じ極が接するように永久磁石部５６‐１〜５６‐５を一緒に接続することによって、永久磁石体５４を形成する。例示的な実施形態では、永久磁石部５６‐１のＳ極が、永久磁石部５６‐２のＳ極に接し、永久磁石部５６‐２のＮ極が永久磁石部５６‐３のＮ極に接するといった様になる。

【0068】

互いに同じ極が接する永久磁石部５６‐１〜５６‐５に対応する複数の個別の永久磁石を一緒に接続すること（例えば接着剤で互いに結合すること）によって、永久磁石体５４を単純に形成することができる。図５ａから５ｃの例示的な実施形態では、永久磁石体５４が、五個の個別の永久磁石を接続することによって、形成され得る。

【0069】

上述のように構成された永久磁石体５４は、図６の磁力線図に示されるように、軸方向大きく変化する特徴的な磁場を有する。特に、磁化Ｍ_１〜Ｍ_５の向きが変化する点において、つまり、隣接する永久磁石部５６‐１〜５６‐５の間の接合において、高度に放射的な高磁場が生じていて、交互に外向き又は内向きになっている点に留意されたい。この顕著な磁場特性を、後述のように、ピストンの正確な制御又は検出用に使用することができる。

【0070】

原理的には、永久磁石体５４は、ガイドチューブ２０ｃの内側に完璧にフィットして十分な密封作用で挿入可能であり、それ自体が直接ピストンとして作用するような形状のものとなりえる。しかしながら、ピストン２４ｃは追加的に、少なくとも一つの密封部材５８、５９を備え、その密封部材は、永久磁石体５４とガイドチューブ２０ｃの内壁との間に配置される。例示的な実施形態では、二つの密封体５８、５９が提供され、それぞれ、永久磁石体５４の端部上に配置されて、各々が永久磁石体５４の端部周囲部分及び端面を取り囲むようにする。密封体５８、５９は、例えば、永久磁石体５４の端部上に適切にフィッティングするラバーキャップとして配置され得る。

【0071】

図４は、複数のコイル４４ｃを備えたコイルアセンブリ４２ｃを示していて、コイルの巻き線は各々ガイドチューブ２０ｃの外壁を環状に取り囲んでいる。従って、各コイル４４ｃは、軸方向に向いた磁場をガイドチューブ２０ｃ内側の対応する軸方向位置に発生させ得て、その磁場は、ピストン２４ｃと相互作用するようになり得る。コイル４４ｃを流れる電流の開ループ／閉ループ制御によって、永久磁石体５４の磁場（図６）の結果として発生するコイル磁場の相互作用で、ガイドチューブ２０ｃの軸方向においてピストン２４ｃに力を印加して、計測される媒体を吸引又は分配するようにピストン２４ｃを変位させることが可能になる。

【0072】

複数のコイル４４ｃは、軸方向コイル長さｌを有し、互いに距離ｓで配置されている。隣接するコイル４４ｃ間の距離ｓは、各コイル４４ｃの（１／２における）軸方向中心位置間で容易に測定可能である。

【0073】

好ましくは、隣接するコイル４４ｃ間の距離ｓは、永久磁石部５６‐１〜５６‐５の軸方向長さＬ_ｍの関数として、及び、コイル４４ｃの段階制御の関数として与えられる。磁場は、交互方向の磁化を有する永久磁石部５６‐１〜５６‐５（図５を参照）の配置に従って、軸方向に２×Ｌ_ｍの周期を有する。ピストン２４ｃの変位が、複数（ｎ個）の軸方向に連続したコイル４４ｃを順に駆動させることによって、この周期の長さにわたって進行するものである場合、これは、コイル４４ｃのｎ段階動作によって達成され得て、隣接するコイル４４ｃ間の距離は、
ｓ＝１／ｎ × ２ × Ｌ_ｍ （１）
となる。

【0074】

この式によると、例えば、ｓ＝２／３ × Ｌ_ｍのコイル距離が、３段階動作に適していて、４段階動作に対しては、コイル距離はｓ＝１／２ × Ｌ_ｍとなる。

【0075】

媒体の特に正確な又は自動化計測のため、コイル４４ｃを流れる電流を、ピストン２４ｃの検出された移動又は位置の関数として調整することができる。このため、図４に示されるように、複数のコイル４４ｃは各々制御デバイス４５に接続され得て、その制御デバイス４５は、コイル４４ｃを流れる電流、又は各コイル４４ｃに印加される電圧を制御する立場にある。制御デバイス４５は、閉ループ制御回路の一部であり、位置検出素子４７から、ピストン２４ｃの移動及び／又は位置を示す検出値を受信する。位置検出素子４７は、ガイドチューブ２０ｃに沿って延伸し得る。図４に係る例示的な実施形態では、位置検出素子４７は光学検出器であり、例えば、ガイドチューブ２０ｃに沿って延伸する複数の光検出器からなる一次元アレイによる光学ラインセンサ（ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳラインセンサ等）である。ピストン２４の位置又は移動の光学検出は、位置／移動の検出と、コイル４４ｃによって達成される磁気的ピストン制御との間にほとんど又は全く干渉が生じないという利点を有する。

【0076】

動作時には、制御デバイス４５が、電圧源５０ｃ及び入力ユニット５２ｃに接続される。使用者は、入力ユニット５２ｃ（例えば、電子入力ユニット、特にコンピュータ）によって、計測される所望の量を入力し得る。使用者の入力は制御デバイス４５に送信されて、その制御デバイスが、それから、計測される量に対応するピストン２４ｃの設定された位置又は設定された移動を計算する。位置検出素子４７から入力された検出値に応じて、制御デバイスは、ピストン２４の検出された位置又は移動と、ピストン２４ｃの設定された移動又は設定された位置との間のずれを計測プロセス中に反復的に求め、このずれの大きさの関数としてコイル４４ｃの電流強度を制御する。好ましくは、このプロセスにおいて、ピストン２４ｃに作用する力が、検出されたピストンの移動／位置と、ピストンの設定された移動／位置との間の制御された変位の大きさのものとなるように、制御デバイス４５がコイル電流を制御する。

【0077】

以下、本発明の第四の例示的な実施形態を、図７を参照して説明する。第四の例示的な実施形態は、第三の実施形態の変形例と見なされるものであって、以下、差異のみを説明し、再び説明されないピペットの要素に関しては、第三の例示的な実施形態の説明が明示的に参照される。

【0078】

第四の例示的な実施形態のピペット１０ｄは、ガイドチューブ２０ｄを備え、その中にピストン（図示せず）が変位可能に収容される。磁気的相互作用によってピストンの位置又は移動を制御するため、複数のコイル４４‐１ｄ、４４‐２ｄ、４４‐３ｄ、４４‐４ｄを備えたコイルアセンブリ４２ｄが、ガイドチューブ２０ｄの外周に配置される。図７に詳細に示されるコイルに関して、コイル４４‐１ｄ及び４４‐２ｄは、ガイドチューブ２０ｄの第一の軸方向位置に配置されている一方、コイル４４‐３ｄ及び４４‐４ｄは、ガイドチューブ２０ｄの第二の（異なる）軸方向位置に配置されている。好ましくは、図７に示されない更なるコイル対が、ガイドチューブ２０ｄにわたって軸方向に分布して設けられる。

【0079】

コイル４４‐１ｄを、全てのコイル４４‐１ｄ〜４４‐４ｄを代表するものとして説明すると、そのコイル４４‐１ｄは、複数の巻き線６０ｄを備え、各巻き線６０ｄは、略矩形であり、その矩形はガイドチューブ２０ｄのシリンダー状の外壁にしっかりとフィッティングしている。従って、各巻き線６０ｄは、円周方向に延伸する二つの巻き線部６２ｄと、二つの軸方向巻き線部６４とを備える。

【0080】

複数のこのような矩形の巻き線６０ｄが互いの周りに延伸して、又はガイドチューブ２０ｄの外壁上に互いに螺旋状に入れ子にされる。更に、図７に参照符号６６で示されるように、この種の巻き線は、ガイドチューブ２０ｄの外面の上に多重層でも配置可能である。好ましくは、ガイドチューブ２０ｄの外側に直接配置された複数の巻き線６０ｄ、及び任意で外側の層６６に配置された追加の巻き線は、単一の連続的なワイヤから巻かれて、その端部において、コイル電流が供給されるか又は散逸して、コイル４４‐１ｄが磁場を発生させるようにする。

【0081】

好ましくは、軸方向巻き線部６４によって互いに接続され円周方向に伸びる複数の巻き線部６２ｄが軸方向において互いに距離ｓで存在するように、軸方向巻き線部６４の軸方向長さが選択され、その距離は、本発明の第三の例示的な実施形態に関して上述した軸方向に隣接するコイル間の距離ｓに従って、特にピストンの永久磁石体の永久磁石部の長さＬ_ｍの関数として、選択され得る。例えば、コイル４４‐１ｄの平均軸方向長さｓ（つまり、軸方向巻き線部６４の平均軸方向長さ）は、上記式（１）に従って設定され得る。

【0082】

例示的な実施形態では、円周方向に延伸する巻き線部６２ｄは、それらがリングとしてガイドチューブ２０ｄの外周を完全に取り囲まずに、３６０°未満の円周角（好ましくは１８０°未満）でのみ延伸するようにされる（図７及び図１０を参照）。例示的な実施形態では、円周方向に延伸する巻き線部６２ｄがなす円周角は、略８０°と１２０°との間である。コイル４４‐１ｄによって覆われていない自由円周部６８ｄにおいて、ガイドチューブ２０ｄは外部からアクセス可能であり、コイル４４‐１ｄによって邪魔されずに、計測プロセスの目視モニタリングを可能にするか、又は、後述の位置検出素子を配置することができる。

【0083】

円周方向に伸びる巻き線部６２ｄが１８０°未満の円周角にわたって延伸する場合、これは、コイル４４‐１ｄの巻き線６０ｄが、ガイドチューブ２０ｄの長手方向中心軸Ａを含む長手方向中心面Ｅの一方の面の上に完全に配置されることを意味する（図１０）。これは、第二のコイル４４‐２ｄを、第一のコイル４４‐１ｄと同じ軸方向位置においてコイル４４‐１ｄに対称に配置することを可能にする。長手方向中心面Ｅとガイドチューブ２０ｄの外壁との間の断面線の領域には、自由円周部６８ｄと、更に反対側の自由円周部７０ｄが、コイル４４‐１ｄ、４４‐２ｄ間に延伸する。

【0084】

例示的な実施形態では、両方のコイル４４‐１ｄ、４４‐２ｄの全ての巻き線６０ｄが、二つの接平面Ｔ_１、Ｔ_２の間に実質的に配置されるように、コイル４４‐１ｄ及び４４‐２ｄの巻き線６０ｄが更に配置されて、それら二つの接平面は、ガイドチューブ２０ｄの対向する外面（この場合、自由円周部６８ｄ、７０ｄの領域）に接して存在し、互いに平行である。このような配置は、複数のガイドチューブ２０ｄを互いに接続する際に、コイルの巻き線がガイドチューブを完全に取り囲むピペットよりも、高いパッキング密度を得ることができるという追加の利点をもたらす。図９及び図１０の比較から明らかなように、図１０に係る第四の例示的な実施形態の場合には、長手方向中心軸Ａに直交し且つ長手方向中心面Ｅに平行な方向のコイル４４‐１ｄ、４４‐２ｄの幅ｙ_１は、ガイドチューブを環状に取り囲むコイル４４ｃ（例えば、第三の例示的な実施形態のコイル４４ｃ）の対応する幅ｙ_２よりも小さい。特に、本発明の第四の例示的な実施形態に係る複数のガイドチューブ２０ｄは、互いに、自由円周部６８ｄ又は７０ｄにおいて接続されて、コイル４４‐１ｄから４４‐４ｄがその配置を実質的に邪魔しないように高密度でパッキング可能である。従って、複数のガイドチューブ２０ｄを備えた計測デバイスは、少なくとも一寸法においてより小型の構造を有し得る。

【0085】

図８は、本発明の第四の例示的な実施形態の変形例として本発明の第五の例示的な実施形態を示し、コイルアセンブリ４２ｅのコイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅが、同様に、ピペット１０ｅのガイドチューブ２０ｅを完全に取り囲まず、第四の例示的な実施形態に関して説明した外部からのガイドチューブ２０ｅのアクセス性、複数のガイドチューブ２０ｅのより高いパッキング密度の利点及び効果が得られる。

【0086】

しかしながら、第四の例示的な実施形態とは異なり、第五の例示的な実施形態では、コイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅの巻き線６０ｅの全ての巻き線部が、ガイドチューブ２０ｅの外壁の上に、又は外壁に平行に延伸していない。代わりに、第五の例示的な実施形態の一つの巻き線６０ｅは、ガイドチューブ２０ｅから離れるようにそのガイドチューブ２０ｅの外壁から延伸して且つガイドチューブ２０ｅから離れた位置において互いに接続された巻き線部７２を備える。ガイドチューブ２０ｅ内側の軸方向磁場は、円周方向に延伸する巻き線部６２ｅによって発生し、その巻き線部６２ｅの端部は、ガイドチューブ２０ｅから離れて延伸する巻き線部７２に接続される。特に、図８から明らかなように、第五の例示的な実施形態では、巻き線６０ｅは、長手方向中心軸Ａに直交する面内において実質的に延伸する。

【0087】

第五の例示的な実施形態においても、好ましくは、二つの対称なコイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅが、ガイドチューブ２０ｅの同じ軸方向位置においてガイドチューブ２０ｅの長手方向中心面Ｅの各面の上に取り付けられて、これらが共に、ガイドチューブを環状に取り囲む巻き線を有するコイルの磁場（例えば、図４によるもの）と同等に、ガイドチューブ２０ｅ内部に比較的一様な軸方向磁場を発生させるようにする。

【0088】

更に、図８においては、位置検出素子７４（特にガイドチューブ２０ｅ内に挿入されたピストンによって発生する磁場の軸方向検出を可能にする磁気測定システム）が、二つの対向する自由円周部６８ｅ、７０ｅのうち一方の上に配置され、それら自由円周部においては、ガイドチューブ２０ｅの外周が、コイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅの巻き線６０ｅによって覆われていない。位置検出素子７４は、例えば、磁化可能ストリップであり得て、そのストリップは、自由円周部６８ｅ及び／又は７０ｅにおいて軸方向に延伸し、その軸方向の磁化プロファイルは、ピストンの位置／移動を検出するために、磁気的読み取りユニットによって読み取られ得る。

【0089】

このようにして検出されたピストンの移動／位置は、好ましくは閉ループ制御信号として、制御デバイスにフィードバックされて、その制御デバイスは、その閉ループ制御信号に基づいた開ループ制御信号を出力し、その開ループ制御信号に基づいて、コイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅに、所定の電力強度の電流が供給される。コイル４４‐１ｅ、４４‐２ｅと、制御デバイスと、位置検出素子７４とは、ガイドチューブ２０ｅ内をガイドされるピストンの位置又は移動を制御するために、従って、ピペット１０ｅの計測プロセスの正確な自動制御のための閉ループ制御回路の本質的な構成要素を形成する。

【0090】

第四及び第五の例示的な実施形態の自由円周部は、位置検出素子の取り付け及び動作に含まれる技術的困難性を単純化するものであるが、本発明の他の例示的な実施形態（特に、上述の例示的な第一から第三の実施形態）においては、ピストンの位置又は移動を検出するために、位置検出素子又は他の手段を有利に提供することもできる。例えば、第五の例示的な実施形態の位置検出素子７４は、外側のコイルがガイドチューブを完全に取り囲むピペットにおいても使用可能であり、例えば、磁化可能ストリップが、ガイドチューブの外壁とコイルの巻き線との間に導入される。この場合、コイルによって発生する磁場に基づいて、位置検出素子の検出信号の対応する補正が必要となる。

【0091】

ピストンの位置／移動を検出するために当業者に知られている他の手段、例えば、光学検出や、電磁信号又は音響信号に基づいた検出が同様に考えられて、ピストンの位置／移動を検出するのに用いられる電磁波又は音響波が、コイル又はピストンの磁場とほとんど又は全く干渉しないという利点が挙げられる。

【符号の説明】

【0092】

１０ ピペット
２０ ガイドチューブ
２２ 上方開口端
２４ ピストン
２６ 下方端
２８ ノズル部
３０ チャンバ
３２ 変位媒体
３４ 計測される媒体
３６ ノズル開口
３８ 磁性流体潤滑膜
４０ 永久磁石リング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a-5c】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9-10】