Регулируемая пипетка - RU2252408C2

Чертежи

Описание

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к пипеткам и в особенности к регулируемой пипетке, имеющей усовершенствованное стопорное приспособление для обеспечения различной длины хода поршня при всасывании и выдаче пробы.

Описание предыдущего уровня техники

Пипетки используются для переноса проб жидкости, имеющих точно отмеренный объем. Во время хода всасывания поршневой узел в корпусе пипетки вначале перемещают вниз, а затем вверх для втягивания или всасывания пробы в специальную приемную зону, например в одноразовый наконечник. После этого поршневой узел во время хода выдачи вновь перемещают вниз для выдачи пробы из указанной приемной зоны. Желательно, чтобы поршень, двигаясь вниз, проходил во время хода выдачи большее расстояние, чем во время хода впуска, с обеспечением полной выдачи пробы из приемной зоны благодаря увеличению длины хода (перебегу) поршня.

В патенте США №3827305 описана пипетка, являющаяся во многих отношениях типичной для предыдущего уровня техники. Основная пружина поджимает поршень вверх, и пользователь преодолевает силу этой пружины при перемещении поршня вниз. Еще одна пружина, пружина перебега, поджимает нижний стопор в нормальное положение, в котором он ограничивает перемещение поршня вниз во время хода впуска, или всасывания. Во время хода выпуска, или выдачи, пользователь толкает поршень на большее расстояние путем преодоления силы пружины перебега, а также силы основной пружины, так что нижний стопор перемещается вниз из своего нормального положения.

Использование этого известного нижнего стопорного приспособления требует опыта и силы. Во время хода всасывания пользователь должен переместить поршень вниз вплоть до нижнего стопора, чтобы обеспечить полное всасывание пробы. Однако при этом пользователь не должен перемещать поршень дальше после того, как тот вошел в первичный контакт с указанным нижним стопором, иначе объем втянутой в пипетку пробы будет слишком велик. Таким образом, пользователь должен правильно определять нижний предел перемещения поршня при ходе всасывания, полагаясь на свои ощущения.

Обычно пружина перебега сильнее основной пружины. Тугая пружина перебега помогает пользователю определять момент, когда поршень входит в контакт с нижним стопором, и не перемещать этот стопор во время хода всасывания. В тех пипетках, где пружина перебега выполняет дополнительную функцию приложения силы к нижнему уплотнению, тугая пружина также усиливает уплотнительный эффект. Применение сильной пружины перебега требует от пользователя приложения довольно большого усилия во время хода выдачи, чтобы преодолеть противодействие этой пружины и вызвать перемещение нижнего стопора.

В патентах США №№3506164, 3766784 и 4435989 предложены пипетки, имеющие делительные механизмы с поворотными элементами, реагирующими на перемещение поршня, которые предназначены для поочередного ограничения перемещения поршня вниз посредством разнесенных нижних стопоров, обеспечивая соответственно относительно более короткий ход поршня при всасывании и относительно более длинный - при выдаче. Это переменное действие является автоматическим и не требует от пользователя ничего, кроме периодического перемещения поршня исключительно в осевом направлении. Хотя указанные устройства устраняют необходимость для пользователя преодолевать большую силу пружины для осуществления перебега, они сложны, дороги и ненадежны. Кроме того, автоматический переменный выбор внутренним механизмом хода всасывания или хода выдачи может привести к случайной подмене одного хода другим и, следовательно, к ошибке.

В патенте США №4117728 предложена пипетка, у которой на поршне и на корпусе имеются специальные буртики, выполненные с возможностью взаимодействия друг с другом и предназначенные для регулировки относительного перемещения поршня и корпуса пипетки с обеспечением раздельного и последовательного набора в пипетку различных жидкостей, их смешивания и последующей выдачи полученной смеси из пипетки. В данной пипетке отсутствует механизм, обеспечивающий при выдаче существенно более длинный ход поршня по сравнению с ходом при всасывании.

Сущность изобретения

Главной целью настоящего изобретения является создание регулируемой пипетки, имеющей усовершенствованное нижнее стопорное приспособление для обеспечения различной длины хода поршня при всасывании и выдаче пробы. Еще одной целью изобретения является создание пипетки, у которой увеличение длины хода поршня при выдаче достигается просто и не требует большого опыта или усилий со стороны оператора; создание пипетки, у которой кнопка для большого пальца руки имеет форму, облегчающую поворот поршневого узла в поочередные положения, соответствующие различным длинам хода поршня при всасывании и выдаче; создание пипетки, обеспечивающей пользователю возможность видеть механизм, который обеспечивает как ход всасывания, так и ход выдачи; создание пипетки с надежными жесткими стопорами, расположенными в зоне нижнего положения поршня при всасывании и выдаче; создание пипетки, исключающей необходимость для пользователя сжимать жесткую пружину или сжимать более одной пружины при выполнении операций всасывания и выдачи; создание пипетки, устраняющей необходимость для пользователя совершать однообразное повторяющееся движение большим пальцем руки; и создание усовершенствованной пипетки, в которой устранены недостатки, свойственные регулируемым пипеткам, известным на сегодняшний день.

Если говорить кратко, в данном изобретении предложена пипетка для всасывания и выдачи проб жидкости. Указанная пипетка включает удлиненный корпус, имеющий продольную ось, верхнюю рукояточную часть и нижнюю часть. Корпус представляет собой цилиндр, сообщающийся с нижней частью. Поршневой узел перемещается в корпусе в осевом направлении и содержит поршень, установленный с возможностью осевого перемещения в указанном цилиндре от нижней части для всасывания пробы жидкости и к нижней части для выдачи пробы жидкости. С поршневым узлом взаимодействует верхний стопор, ограничивающий верхнее положение. С поршневым узлом взаимодействуют также первый и второй нижние стопоры, ограничивающие первое и второе раздельные нижние положения этого узла. Первый и второй нижние стопоры разнесены в осевом направлении и по окружности относительно продольной оси. Возвратная пружина, присоединенная между корпусом и поршневым узлом, поджимает указанный поршневой узел вверх в верхнее положение. Поршневой узел содержит проходящий в осевом направлении рабочий шток, предназначенный для перемещения всего поршневого узла вниз в одно из нижних положений. Поршневой узел содержит также часть для взаимодействия с нижними стопорами, проходящую радиально и установленную с возможностью поворота, причем эта часть установлена с возможностью поворота в первом направлении для взаимодействия с первым нижним стопором для ограничения относительно более короткого хода поршневого узла при всасывании и во втором направлении для взаимодействия со вторым нижним стопором для ограничения относительно более длинного хода поршневого узла при выдаче.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение, а также его цели и преимущества, как вышеупомянутые, так и другие, станут более понятными из следующего ниже подробного описания предпочтительного варианта его выполнения, проиллюстрированного чертежами, на которых:

фиг.1 в аксонометрии изображает пипетку в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 изображает вид спереди пипетки, показанной на фиг.1;

фиг.3 изображает вид сверху пипетки, показанной на фиг.1;

фиг.4 изображает поперечный разрез пипетки по линии 4-4 на фиг.2;

фиг.5 изображает вид спереди некоторых компонентов пипетки в разобранном состоянии;

фиг.6 в аксонометрии изображает рабочий шток и направляющую втулку пипетки в разобранном состоянии; и

фиг.7 изображает увеличенный частичный поперечный разрез пипетки, соответствующий части поперечного разреза на фиг.4.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На чертежах изображена регулируемая пипетка, конструкция которой соответствует принципам настоящего изобретения и которая в целом обозначена на этих чертежах номером 10 позиции. Обычно пипетка 10 содержит удлиненный корпус 12 и поршневой узел 14, установленный с возможностью осевого перемещения в указанном корпусе. Корпус 12 содержит верхнюю, рукояточную часть 16 и нижнюю часть 18. Поршневой узел 14 поджат вверх поршневой пружиной 20 (см. фиг.5 и 7) и перемещается вниз посредством кнопки 22 для большого пальца руки. Одноразовый съемный наконечник 24 (см. фиг.4) удерживается на нижней части 18 корпуса за счет сил трения. Пользователь опускает поршневой узел 14 в первое нижнее стопорное положение и затем помещает наконечник 24 в емкость с жидким пробным материалом. После этого пользователь дает пружине 20 возможность поднять поршневой узел 14 для всасывания пробы жидкости в наконечник 24. Затем пользователь вновь опускает поршневой узел 14 - на этот раз во второе стопорное положение, в котором этот узел находится ниже, чем в первом стопорном положении. При этом проба жидкости выталкивается из наконечника, а поскольку во втором стопорном положении поршневой узел находится ниже, чем в первом стопорном положении, ход поршня при выдаче является более длинным, чем при всасывании. Получающийся в результате этого перебег поршня создает струю воздуха, следующую за вытолкнутой пробой, и обеспечивает полную выдачу указанной пробы. Наконечник 24 после использования обычно снимают и заменяют новым.

Рукояточная часть 16 имеет форму, удобную для руки пользователя. Вперед от передней части верхнего конца указанной части 16 отходит выступ 26, имеющий наклоненную вниз поверхность 28, огибающую указательный палец пользователя. Когда пользователь нажимает на кнопку 22, выступ 26 прикладывает силу противодействия к его указательному пальцу. Поверхность 28 помогает пользователю удерживать пипетку 10 и управляться с ней, а также позволяет самой пипетке просто висеть на пальцах.

Нижняя часть 18 корпуса присоединена к нижнему концу рукояточной части 16 гайкой 30. Эта гайка 30 удерживает направляющую втулку 32 в указанной рукояточной части 16. Буртик 34 втулки 32 взаимодействует с верхним концом пружины 36, служащей для поджатия уплотнения. Нижний конец пружины 36 упирается в цилиндрическую втулку 38, установленную с возможностью скольжения в нижней части 18 корпуса. Нижний конец втулки 38 взаимодействует с уплотнительным узлом 40, включающим уплотнительное кольцо 42 и уплотнительную опорную шайбу 44 с загнутой кромкой. Уплотнительное кольцо прижато постоянной по величине силой пружины 36 к конусному участку 46 стенки нижней части 18 корпуса, обеспечивая воздухонепроницаемое уплотнение внутреннего пространства этой части 18.

Поршневой узел 14 содержит поршневой шток 48, верхний конец которого выступает над рукояточной частью 16. Кнопка 22 прикреплена к верхнему концу поршневого штока 48 установочным винтом 50 (фиг.4). В нижнем конце поршневого штока 48 закреплен поперечный палец 52, служащий в качестве радиального элемента для взаимодействия со стопорами. Нижний конец поршневого штока 48 взаимодействует с верхним концом дистанционного штока 54, нижний конец которого взаимодействует с поршнем 56, установленным с возможностью скольжения в осевом направлении в цилиндрической втулке 38. Перемещение поршня 56 в цилиндре 38 вверх понижает давление в наконечнике 24. Это пониженное давление используется для всасывания пробы жидкости. Перемещение поршня 56 в цилиндре 38 вниз повышает давление в наконечнике 24. Это повышенное давление используется для выдачи пробы жидкости.

Объем всасываемой пробы регулируется путем осевого позиционирования верхнего стопорного элемента 58, который содержит резьбовую осевую часть 60, вставленную в неподвижной резьбовой части 62 корпуса, выполняющей функцию гайки. Перемещение поршневого узла 14 вверх ограничено взаимодействием обращенного вверх буртика 48А (фиг.6) поршневого штока 48 со стопорной поверхностью 63 (фиг.4), выполненной на стопорном элементе 58. На фиг.4 и 7 указанный стопорный элемент 58 показан в своем крайнем верхнем положении, при котором объем всасываемой пробы жидкости имеет максимальное значение. Для выбора меньшего объема пробы стопорный элемент 58 перемещают вниз.

Кольцо 64 для регулировки объема всасываемой пробы имеет гребень 66 с накаткой, расположенный над верхней частью рукояточной части 16. Втулочная часть 68 кольца 64 вставлена в верхний конец рукояточной части 16 и шпонкой скреплена с головной частью 70 верхнего стопорного элемента 58 для обеспечения возможности осевого скольжения и одновременного поворота. Указанная головная часть 70 содержит цапфу 72, поддерживающую с возможностью скольжения поршневой шток 48. Втулочная часть 68 имеет небольшую конусность и в своем крайнем нижнем положении, показанном на чертеже, неподвижно закреплена в рукояточной части 16 путем заклинивания. Для изменения объема всасываемой пробы пользователь поднимает буртик 66 в осевом направлении для освобождения кольца 64 для его поворота. Затем он поворачивает буртик 66 для поворота кольца 64. При этом верхний стопорный элемент 58 тоже поворачивается, так как он шпонкой скреплен с кольцом 64. Резьбовая часть 60 поворачивается в гайке 62, а верхний стопорный элемент при этом перемещается в осевом направлении в положение, определяющее требуемый объем пробы. Дальнейшее описание конструкции и работы фиксирующего регулировочного кольца 64 можно найти в патенте США №5650124, включенном в данную заявку посредством ссылки.

Индикатор 72 показывает пользователю числовое значение выбранного объема всасываемой пробы. Этот индикатор содержит три кольца с изображенными на них цифровыми знаками 74: кольцо 76 разряда единиц, кольцо 78 разряда десятков и кольцо 80 разряда сотен. Указанные знаки 74 видны через окно 82, имеющееся в рукояточной части 16. Кольцо 74 разряда единиц соединено с верхним стопорным элементом 58 посредством шпонки и поэтому поворачивается вместе с ним, а между собой кольца 76, 78 и 80 соединены посредством приводного узла 84 с обеспечением наличия в окне 82 показания объема всасываемой пробы.

Для удаления одноразового наконечника 24 после каждой операции перемещения пробы используется специальный механизм для сбрасывания наконечника, обозначенный в целом номером 86. Указанный механизм 86 содержит нижний сбрасывающий элемент 88, установленный с возможностью осевого перемещения на нижней части 18 корпуса. Резьбовой стержень 90 соединяет верхнюю часть элемента 88 с приводным элементом 92, имеющим по существу U-образную форму и установленным с возможностью осевого перемещения в рукояточной части 16 корпуса 12. Нижняя втулка 93 по меньшей мере частично охватывает нижнюю часть указанной части 18 корпуса, смежную с верхней кромкой наконечника 24, надетого на основание (фиг.4). Приводной элемент 92 имеет расположенные на расстоянии друг от друга рычаги 94 и 96, оканчивающиеся вблизи верхнего конца рукояточной части 16 на расстоянии друг от друга. На выступе 26 рукояточной части 16 установлен поворотный палец 98, на котором с возможностью поворота удерживается приводной рычаг 100, имеющий две схожие части 102, выполняющие функцию кнопок и расположенные с противоположных сторон от указанного пальца 98. Верхние части рычагов 94 и 96 упираются в рычаг 100 снизу с противоположных сторон указанного поворотного пальца 98.

Для сбрасывания наконечника 24 с нижней части 18 корпуса пользователь нажимает на одну из указанных частей 102. Рычаг 100 поворачивается и толкает один из рычагов 94 или 96 для толкания приводного элемента 92 вниз в осевом направлении. Приводной элемент 92 в свою очередь толкает вниз сбрасывающий элемент 88, и нижняя кромка втулки 93 вступает во взаимодействие с верхней кромкой наконечника 24, выводя последний из фрикционного зацепления с нижней частью 18 корпуса. Резкое уменьшение удерживающей силы трения приводит к тому, что наконечник 28 быстро соскакивает с основания 26. Рычаг 100 обеспечивает механическое преимущество по сравнению с механизмами, где пользователь нажимает на кнопку, присоединенную к концу приводного стержня, прикладывая усилие в осевом направлении. Получающееся увеличение сбрасывающей силы является преимуществом, особенно в случае, когда наконечник 24 плотно удерживается в рабочем положении благодаря силе трения.

Расположение частей 102 с противоположных сторон от оси рукояточной части упрощает и делает естественным для пользователя приложение силы для сбрасывания наконечника с помощью большого пальца. Так как рычаг 100 имеет две части 102, пользователь может приводить в действие механизм 86 путем нажатия части 102 на любом из двух концов указанного рычага 100.

Такая конструкция подходит для пользователей, как владеющих правой рукой лучше, чем левой, так и наоборот, а также дает возможность пользователю выбирать более удобную для него сторону или разнообразить движения пальца при удалении наконечника, чтобы уменьшить усталость. Дальнейшее описание механизма 86, которое поможет в большей степени понять настоящее изобретение, можно найти в находящейся на рассмотрении заявке на патент США №09/373.488, поданной 12 августа 1999 года и включенной в данную заявку посредством ссылки.

В соответствии с настоящим изобретением, направляющая втулка 32 имеет первый и второй нижние поршневые стопоры 104 и 106, которые как в осевом направлении, так и по окружности разнесены друг от друга. Говоря более конкретно, в стенке направляющей втулки 32 имеется пара схожих направляющих пазов 108, симметричных относительно центральной продольной оси пипетки 10 и поршневого узла 14. Каждый паз 108 ограничивает в своей нижней части ступенчато расположенные стопоры 104 и 106. Стопоры 104 расположены выше стопоров 106 сбоку от них.

Палец 52 для взаимодействия со стопорами проходит в обе стороны от поршневого штока 48 и вставлен в оба направляющих паза 108. Когда поршневой узел 14, содержащий поршневой шток 48 и палец 52, перемещается вниз, это перемещение ограничено взаимодействием пальца 52 либо с верхними стопорами 104, либо с нижними стопорами 106. Поршневой шток 48 может быть повернут вокруг своей оси, при этом угол поворота ограничен взаимодействием пальца 52 с боковыми стенками 110 пазов 108. В результате палец 52 всегда находится на одной линии либо с верхними стопорами 104, либо с нижними стопорами 106. Верхние стопоры 104 используются для обеспечения относительно более короткого осевого хода поршня при всасывании пробы жидкости в наконечник 24, а нижние стопоры 106 используются для обеспечения относительно более длинного осевого хода поршня при выдаче пробы жидкости из наконечника 24.

Кнопке 22 придана особая некруглая форма, чтобы помочь пользователю просто и надежно выбирать для поршневого узла 24 либо ход всасывания, либо ход выдачи. Эта кнопка 22 выполнена симметричной относительно плоскости, которая проходит спереди назад на чертеже и на которой находится ось поршневого узла 14, и имеет два аналогичных выступа 112 и 114, расположенных с противоположных сторон штока 48 и оси поршневого узла. Пользователь с направленным вниз усилием нажимает на указанные выступы 112 и 114 во время соответственно всасывания и выдачи. При нажатии на кнопку 22 радиальное расстояние между осью поршневого штока и выступами 112 и 114 обеспечивает создание крутящего момента относительно указанной оси. В результате, когда пользователь нажимает на любой из выступов 112 или 114 для перемещения поршневого узла 14 вниз, его большой палец также одновременно прикладывает к указанному поршневому узлу и вращающую силу. Чтобы помочь пользователю в выборе хода всасывания или выдачи, на выступах 112 и 114 имеются буквы "ASP" для хода всасывания и буквы "DIS" для хода выдачи.

При нажатии на выступ 112 к поршневому узлу 14 прикладывается крутящий момент, направленный по часовой стрелке, и палец 52 размещается на одной линии с более высокими нижними стопорами 104. В результате, при нажатии вниз на кнопку 22 палец 52 вступает во взаимодействие со стопорами 104, что обеспечивает относительно более короткий осевой ход поршня при всасывании. И наоборот, при нажатии на выступ 114 к поршневому узлу 14 прикладывается крутящий момент, направленный против часовой стрелки, и палец 52 размещается на одной линии с более низко расположенными нижними стопорами 106. В результате при нажатии вниз на кнопку 22 палец 52 вступает во взаимодействие со стопорами 106 с обеспечением относительно более длинного осевого хода поршня при выдаче. Чтобы еще больше облегчить пользователю выбор нужного хода, в рукояточной части 16 может быть сделано окно 116, позволяющее видеть палец 52 и один из направляющих пазов 108. Это дает пользователю возможность быстро понять конструкцию и принцип действия механизма, обеспечивающего чередование ходов всасывания и выдачи.

Принцип работы пипетки 10 при всасывании и выдаче виден пользователю и является легко доступным для понимания благодаря наличию у нее выступов 112 и 114 с буквенными обозначениями и окна 116. Следовательно, сокращаются сроки обучения навыкам применения пипетки, которое в данном случае не требует от пользователя высокого уровня квалификации. Стопоры 104 и 106 обеспечивают твердые, надежные и легко обнаруживаемые ограничители хода поршня при всасывании и выдаче, что исключает необходимость для пользователя обнаруживать менее явные ограничители, такие, например, которые проявляются посредством различия в силах пружин. Устранение необходимости для пользователя в преодолении довольно большой силы пружин во время хода выдачи уменьшает утомление, и работа с пипеткой 10 протекает очень гладко и спокойно. Вдобавок, поскольку пружина 36 не подвергается сжатию при осевом перемещении поршня, ее рабочие характеристики могут быть выбраны такими, чтобы обеспечить оптимальный уплотняющий эффект; при этом сам уплотнитель 42 не будет подвергаться излишней нагрузке. Меньшее утомление при работе с пипеткой обусловлено также тем фактом, что положение и движение большого пальца руки пользователя при всасывании и при выдаче различны.

Несмотря на то, что настоящее изобретение описано со ссылками на детали и узлы варианта выполнения, изображенного на чертежах, указанные детали и узлы не ограничивают объем всего изобретения, установленный в приложенной формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к регулируемым пипеткам, которые используются для переноса проб жидкости. Пипетка для всасывания и выдачи проб жидкости содержит удлиненный корпус, имеющий продольную ось, верхнюю рукояточную часть и нижнюю часть и образующий цилиндр, сообщающийся с нижней частью. Пипетка имеет поршневой узел, установленный с возможностью осевого перемещения в указанном корпусе, и содержит поршень, установленный в цилиндре с возможностью осевого перемещения от нижней части для всасывания пробы жидкости и к нижней части для выдачи пробы жидкости. Пипетка имеет верхний стопор, выполненный с возможностью взаимодействия с поршневым узлом и ограничивающий верхнее положение и стопорную конструкцию, неподвижно установленную в указанном корпусе. Стопорная конструкция содержит первый и второй нижние стопоры, выполненные с возможностью взаимодействия с указанным поршневым узлом, ограничивающим его первое и второе раздельные нижние положения и пространственно разнесенные друг от друга в осевом направлении и по окружности относительно указанной оси. Пипетка содержит возвратную пружину, присоединенную между корпусом и поршневым узлом и поджимающую указанный узел вверх в указанное верхнее положение. Поршневой узел содержит рабочий шток, проходящий в осевом направлении и предназначенный для перемещения этого узла вниз в одно из указанных нижних положений. Пипетка содержит часть для взаимодействия со стопорами, проходящую в радиальном направлении и установленную с возможностью поворота в первом направлении для взаимодействия с первым нижним стопором для ограничения относительно более короткого хода поршневого узла при всасывании и во втором направлении для взаимодействия со вторым нижним стопором для ограничения относительно более длинного хода поршневого узла при выдаче пробы. Изобретение просто в обслуживании, надежно и обеспечивает более длинный ход поршня по сравнению с ходом при всасывании. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула