La présente invention concerne une pipette à piston mécanique comprenant un corps de pipette, un ensemble piston-cylindre, le cylindre étant agencé de façon à pouvoir être muni d'un embout remplaçable, et un dispositif éjecteur d'embout, déplaçable le long du cylindre pour éjecter un embout de l'extrémité du cylindre, le dit corps de pipette accueillant un dispositif d'actionnement d'éjection et un dispositif d'actionnement de piston effectuant une course déterminée en translation longitudinale entre une position de butée basse et une position de butée haute pour effectuer l'aspiration et le dosage de liquides, avec des moyens de modification de la dite course.
De très nombreux types de pipettes à piston sont connus dans l'état de la technique. On distingue les pipettes mécaniques dont le mécanisme est entièrement actionné par la main de l'utilisateur. Lorsque ces pipettes possèdent un moyen d'affichage du volume, celui-ci peut être analogique, digital et mécanique, ou encore électronique. Il existe également de nombreux types de pipettes à piston actionnés par un moteur électrique et dont les dispositifs d'affichage ou les dispositifs de réglage ou de calibrage sont également effectués par des moyens électro-mécaniques ou électroniques. La présente invention concerne exclusivement des pipettes à piston mécaniques, à volume fixe ou réglable. Lorsque le volume est réglable, l'invention concerne exclusivement les pipettes dont l'affichage de volume est lui-même mécanique.
Pour des opérations hautement répétitives de laboratoires d'analyse, par exemple dans des kits d'analyse, on préfère utiliser des pipettes à volume fixe. Pour des opérations peu répétitives ou encore dans les laboratoires de recherche, on préfère généralement utiliser des pipettes à volume réglable, permettant une plus vaste gamme d'utilisation. Même si on ne prend en considération que la gamme des volumes 1µl à 1000 µl, qui concerne les pipettes appelées couramment micro-pipettes, alors que les pipettes dites "macro-pipettes" couvrent les gammes de volumes supérieures, une gamme complète de micro-pipettes représente en général plus de 20 objets différents présents au catalogue d'un fabricant. Un très grand souci des fabricants est donc la réduction du nombre total de pièces différentes entrant dans la constitution des différentes micro-pipettes d'une même série. Il est en particulier souhaitable de pouvoir utiliser le plus grand nombre possible de pièces communes pour réaliser des micro-pipettes à volume fixe et à volume variable, dans les gammes de volumes comparables.
Dans certaines pipettes à piston de l'état de la technique, il est nécessaire de retirer plusieurs pièces du corps ou du dispositif d'affichage pour opérer un réglage ou une calibration, avec les risques d'égarer ces pièces qui en résultent.
Un autre souci des fabricants est de réaliser des pipettes à piston ergonomiques, permettant de nombreuses manipulations répétitives sans fatigue excessive de la main, en particulier du pouce de l'utilisateur, et en particulier des pipettes à volume variable, dont le corps est suffisamment compact pour se loger confortablement dans le creux de la main de l'utilisateur, même si celui-ci a une main de petite taille.
Par souci ergonomique, il est également souhaitable de limiter le corps de pipette à la partie substantiellement cylindrique tenue dans la paume de la main et de supprimer dans la mesure du possible les parties supérieures proéminentes volumineuses formant une crosse en "L" ou une tête qui, dans les pipettes de l'état de la technique, sont souvent utilisées pour loger les dispositifs d'affichage et qui déplacent le centre de gravité de l'objet vers le haut.
Enfin, il est souhaitable d'avoir un contrôle visuel du dispositif d'affichage et de calibration en cours de pipetage, c'est à dire pendant une phase de travail où, en général, la paume de la main est orientée approximativement en direction du visage de l'utilisateur, et d'agencer ce dispositif en conséquence.
Ces buts sont atteints dans une pipette à volume réglable, comprenant un corps de pipette, un ensemble piston-cylindre, le cylindre étant agencé de façon à pouvoir être muni d'un embout remplaçable, et un dispositif éjecteur d'embout, déplaçable le long du cylindre pour éjecter un embout de l'extrémité du cylindre, le dit corps de pipette accueillant un dispositif d'actionnement d'éjection et un dispositif d'actionnement de piston effectuant une course déterminée en translation longitudinale entre une position de butée basse et une position de butée haute pour effectuer l'aspiration de liquides, avec des moyens de modification de la dite course, des moyens de réglage du volume pipeté, des moyens d'affichage du volume pipeté et des moyens de calibration, par le fait que les dits moyens de réglage, les dits moyens d'affichage et les dits moyens de calibration coopèrent en un dispositif de réglage et de calibration dans lequel, lors d'une opération de calibration, les dits moyens d'affichage sont ajustés de façon à faire coïncider le volume affiché avec le volume réel pipeté sans modifier la course et que le dit dispositif de réglage et de calibration est logé à l'intérieur du corps de pipette.
Ces buts sont en particulier atteints dans une telle pipette à volume réglable ou dans une pipette à volume fixe du type défini d'entrée, par le fait qu'une pièce définissant la butée basse de la dite course passe d'une position totalement verrouillée à une position où elle peut effectuer un mouvement transversal, que, dans la position verrouillée, elle empêche le déplacement longitudinal d'une pièce définissant la butée haute de course et que dans la dite position déverrouillée, elle permet l'action de moyens de calibration déplaçant la position longitudinale de la dite butée haute de course.
Des modes d'exécution préférés de la pipette à piston selon l'invention sont définis dans les revendications dépendantes.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à l'homme du métier de la description ci-dessous de deux modes d'exécution de corps de pipette, en référence au dessin, dans lequel
Les pièces communes aux corps de pipette des figs. 1 et 2 sont désignées par les mêmes numéros de référence.
Le corps de pipette à volume réglable montré par la figure 1 comprend un manchon extérieur 14 constitué lui-même d'une partie longitudinale 14a, sensiblement cylindrique mais avec un léger renflement ergonomique pour s'adapter à la paume de la main, à section transversale sensiblement elliptique, dont la partie supérieure se prolonge latéralement par une crosse 14b en forme de virgule destinée à reposer sur le flanc de l'index de la main de l'utilisateur. Le manchon extérieur 14 accueille un manchon intérieur 13 qui se loge dans le manchon extérieur 14 du même côté que la crosse 14b. Le manchon intérieur 13 présente une portion de paroi intérieure cylindrique avec une section en arc de cercle, qui forme avec la surface intérieure de la zone opposée du manchon extérieur 14 un logement cylindrique de section circulaire. Le manchon intérieur 13 est suffisamment épais pour accueillir le dispositif d'éjection d'embout, qui comprend un bouton éjecteur 10 surmonté d'un capuchon protecteur 9. Le bouton éjecteur se prolonge par une tige d'éjection 18 sur laquelle sont enfilés un ressort d'éjection 12 et une douille 11. Le manchon intérieur 13 loge également un tube à pignons 19 comprenant une pluralité de pignons rotatifs, par exemple trois pignons 19a, 19b, 19c, tournant autour d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de la pipette et coopérant avec le dispositif de réglage et de calibration comme il sera décrit plus loin. Le haut du manchon 13 se prolonge latéralement par une bague 13a, coaxiale avec le logement cylindrique, qui coiffe l'ouverture supérieure du manchon 14.
Un bouton doseur 3 dépasse du sommet de la bague 13a. Le bouton doseur 3 est destiné à être enfoncé dans le corps de pipette par le pouce de l'utilisateur pendant les opérations de pipetage, à savoir aspiration de liquide dans l'embout jetable et éjection de ce liquide. Le bouton doseur 3 est repoussé vers le haut par le ressort de pipetage 7, de sorte à effectuer des déplacements alternatifs en translation selon l'axe longitudinal du corps de pipette. Le sommet du bouton doseur 3 est bouché par un capuchon 1. Le capuchon 1 est facilement enlevé par l'utilisateur au moyen d'un ongle. Il peut être réalisé dans différentes couleurs pour faciliter l'identification visuelle de la pipette.
Le bouton doseur 3 est fileté intérieurement. Il reçoit une vis de réglage 4 filetée extérieurement, de sorte que la rotation du bouton doseur 3 entraîne la vis de réglage 4 en translation longitudinale, lorsque celle-ci est bloquée elle-même en rotation comme décrit plus loin. Sur la figure 1, la vis de réglage 4 est représentée dans sa position extrême inférieure. La partie supérieure de la vis de réglage 4 est évidée et reçoit une clé de calibration 2 qui peut coulisser en translation longitudinale dans l'évidement de la vis de réglage 4, mais qui y est bloquée en rotation. Pour ce faire, l'évidement de la vis de réglage 4 et la clé de calibration peuvent être toutes deux de section carrée. La clé de calibration est enfilée dans un anneau 5.
La partie médiane de la vis de réglage 4 porte un renflement 4a, venu d'une pièce avec le corps de la vis 4, sur lequel repose un ressort de sur-course 4b. L'autre extrémité du ressort de sur-course 4b repose sur une butée de sur-course 4c emmanchée sur et solidarisée avec le corps de la vis de réglage 4.
Le dispositif de réglage et de calibration est désigné dans son ensemble par 8. Il comprend un disque de calibration 8a. Le disque de calibration 8a comprend un canon supérieur 8b entourant le corps de la vis de réglage 4, qui y coulisse longitudinalement, et un flasque inférieur 8c de diamètre supérieur à celui du canon 8b. Le disque de calibration 8a repose sur le fond 14c du manchon extérieur 14 et limite ainsi la course de la vis 4, lorsque la face inférieure de la butée 4c entre en contact avec lui. Un tube de réglage 8d repose sur le replat horizontal 8h circulaire formé entre le flasque 8c et le canon 8b. Le tube de réglage 8d et le disque de calibration 8a sont accouplés par un système de crabots de couplage C, constitué de deux couronnes dentées se faisant face, formées respectivement sur le replat 8h du disque de calibration et sur la face frontale inférieure du tube de réglage 8d. Les dents ont une hauteur faible et se désengagent facilement. Le manchon extérieur 14 loge, au niveau du disque de calibration 8a, un dispositif de verrouillage constitué d'un patin 15 muni d'une agrafe élastique 16. En position verrouillée, ce patin 15 empêche la rotation du disque de calibration 8a. Le patin est manoeuvrable de l'extérieur, par un trou du manchon 14, par n'importe quel objet ayant une pointe fine.
Le disque de calibration 8a est rendu solidaire en rotation du corps de la vis de réglage 4 au moyen de nervures/rainures longitudinales conjuguées. Le sommet du tube de réglage 8d entoure le bas du bouton doseur 3. Le tube de réglage 8d et le bouton doseur 3 sont également solidarisés en rotation par des nervures/rainures conjuguées.
Le tube de réglage présente une partie inférieure de diamètre extérieur légèrement diminué, formant un ressaut circulaire horizontal. Le tube de réglage 8d porte d'autre part sur cette partie inférieure une pluralité de bagues de comptage, par exemple trois bagues 8e, 8f, 8g portant sur leur périphérie des chiffres de 0 à 9, fournissant une indication digitale du volume de liquide pipeté.
Le manchon extérieur 14 comporte sur son côté opposé à la crosse 14b et à hauteur des bagues de comptage une fenêtre transparente 6 permettant de lire l'indication de volume.
Le ressaut du tube de réglage 8d faisant face aux bagues de comptage comporte plusieurs dentures entraînant le pignon 19a. Les bagues de comptage comportent une denture continue sur la face frontale supérieure mais une seule indentation sur la face frontale opposée, de sorte que la rotation du tube de réglage 8d entraîne le premier pignon, qui à son tour entraîne le premier disque 8e qui, par exemple au bout d'un tour complet, entraîne le deuxième pignon 19b faisant tourner d'un digit la deuxième bague de comptage, et ainsi de suite. Ce mécanisme est en soi connu.
Le réglage du volume de liquide aspiré/dispensé par la pipette en mode normal de travail fonctionne comme suit:
Le patin de verrouillage 15 est en position verrouillé, empêchant la rotation du disque de calibration 8a. Le disque de calibration bloque la rotation de la vis de réglage 4, qui elle-même est solidaire en rotation de la clé de calibrage 2. L'utilisateur fait tourner le bouton doseur 3, qui, par son filetage intérieur, entraîne en translation la vis de réglage 4. Ce déplacement en translation longitudinale opère le réglage de la course s'étendant entre le bas de la butée de course 4c et le haut du disque de calibrage 8a. Cette course détermine elle-même le volume de liquide, puisque la vis de réglage 4 est reliée au piston de la pipette par son extrémité inférieure 4d en forme de tête sphérique constituant une connexion détachable.
Simultanément, la rotation du bouton doseur 3 entraîne en rotation le tube de réglage 8d et, via le tube de pignons 19, les disques compteurs 8e, 8f, 8g, comme exposé ci-dessus. A noter que le système de crabots C est désaccouplé, le tube 8d tourne sur le disque de calibration 8a, les dents des segments dentés ripant les unes au-dessus des autres.
Après assemblage d'une pipette, la course, définie par la distance entre la butée de surcourse 4c et le disque de calibrage 8a ne correspond pas, dans la majorité des cas, au volume affiché. Une calibration est nécessaire à l'usine. L'utilisateur ultérieur peut également souhaiter périodiquement, par exemple pour des liquides spécifiques ou encore après des opérations de démontage, de nettoyage et de stérilisation, procéder à un recalibrage. Une opération de calibrage s'effectue de la manière suivante:
On mesure, par exemple en le pesant, le volume dispensé par la pipette. A titre d'exemple le volume mesuré peut être de 545µl alors que le compteur affiche 210µl. L'opération de calibrage consiste à amener la valeur de l'affichage à 545µl correspondant au volume effectif, sans modifier la course.
Pour ce faire, le patin de verrouillage 15 est déverrouillé, libérant ainsi la rotation du disque de calibration 8a. Le capuchon 1 est enlevé pour accéder à la clé de calibration 2. Celle-ci peut être actionnée soit par une pièce de monnaie ou un tournevis, soit, après avoir partiellement coulissé vers l'extérieur, peut être actionnée à la main. La rotation de la clé de calibration entraîne en rotation la vis de réglage 4, qui elle-même entraîne en rotation le disque de calibration. Pendant qu'il tourne la clé de calibration, l'utilisateur veille à ne pas toucher le bouton doseur 3 afin de ne pas modifier la position relative bouton 3/vis 4. Le disque de calibration entraîne le tube de réglage 8d en rotation, par l'intermédiaire du système de crabots C. La rotation du tube de réglage entraîne la rotation des pignons du tube de pignons 19 et par conséquent la rotation des bagues de comptage. La clé est tournée jusqu'à ce que la valeur mesurée, dans cet exemple 545µl, s'affiche. Ensuite, le patin 15 est repoussé en position de verrouillage afin de bloquer en position angulaire le disque de calibration 8a et la vis de réglage 4. La clé de calibration 2 est repoussée dans son logement et le capuchon est replacé. La valeur du dispositif compteur étant calquée sur la course, les réglages de volume ultérieurs de la pipette s'effectuent simplement par rotation du bouton doseur 3, qui modifie cette fois la course par déplacement en translation de la vis de réglage 4 sans déplacement en rotation de celle-ci.
Le corps de pipette à volume fixe montré par la figure 2 comprend un manchon extérieur 14 constitué lui-même d'une partie longitudinale 14a, sensiblement cylindrique mais avec un léger renflement ergonomique pour s'adapter à la paume de la main, à section transversale sensiblement elliptique, dont la partie supérieure se prolonge latéralement par une crosse 14b en forme de virgule destinée à reposer sur le flanc de l'index de la main de l'utilisateur. Le manchon extérieur 14 accueille un manchon intérieur 13 qui se loge dans le manchon extérieur 14 du même côté que la crosse 14b. Le manchon intérieur 13 présente une portion de paroi intérieure cylindrique avec une section en arc de cercle, qui forme avec la surface intérieure de la zone opposée du manchon extérieur 14 un logement cylindrique de section circulaire. Le manchon intérieur 13 est suffisamment épais pour accueillir le dispositif d'éjection d'embout, qui comprend un bouton éjecteur 10 surmonté d'un capuchon protecteur 9. Le bouton éjecteur se prolonge par une tige d'éjection 18 sur laquelle sont enfilés un ressort d'éjection 12 et une douille 11. L'emplacement du tube à pignons 19 décrit plus haut reste vide. Le haut du manchon 13 se prolonge latéralement par une bague 13a, coaxiale avec le logement cylindrique, qui coiffe l'ouverture supérieure du manchon 14.
Un bouton doseur 3 dépasse du sommet de la bague 13a. Le bouton doseur 3 est destiné à être enfoncé dans le corps de pipette par le pouce de l'utilisateur pendant les opérations de pipetage, à savoir aspiration de liquide dans l'embout jetable et éjection de ce liquide. Le bouton doseur 3 est repoussé vers le haut par le ressort de pipetage 7, de sorte à effectuer des déplacements alternatifs en translation selon l'axe longitudinal du corps de pipette. Le sommet du bouton doseur 3 est bouché par un capuchon 1. Le capuchon 1 est facilement enlevé par l'utilisateur au moyen d'un ongle. Il peut être réalisé dans différentes couleurs pour faciliter l'identification visuelle de la pipette.
Le bouton doseur 3 est fileté intérieurement. Il reçoit une vis de réglage 4 filetée extérieurement. Sur la figure 2, la vis de réglage 4 est représentée dans sa position extrême inférieure. La partie supérieure de la vis de réglage 4 est évidée et reçoit une clé de calibration 2 qui peut coulisser en translation longitudinale dans l'évidement de la vis de réglage 4, mais qui y est bloquée en rotation. Pour ce faire, l'évidement de la vis de réglage 4 et la clé de calibration peuvent être toutes deux de section carrée. La clé de calibration est enfilée dans un anneau 5.
La partie médiane de la vis de réglage 4 porte un renflement 4a, venu d'une pièce avec le corps de la vis 4, sur lequel repose un ressort de sur-course 4b. L'autre extrémité du ressort de sur-course 4b repose sur une butée de sur-course 4c emmanchée sur et solidarisée avec le corps de la vis de réglage 4.
Le dispositif de calibration est désigné dans son ensemble par 8'. Il comprend un disque de calibration 8a. Le disque de calibration 8a comprend un canon supérieur 8b entourant le corps de la vis de réglage 4, qui y coulisse longitudinalement, et un flasque inférieur 8c de diamètre supérieur à celui du canon 8b. Le disque de calibration 8a repose sur le fond 14c du manchon extérieur 14 et limite ainsi la course de la vis 4, lorsque la face inférieure de la butée 4c entre en contact avec lui. Le disque de calibration 8a peut être identique à celui montré sur la figure 1, et porter une couronne dentée circulaire, formée sur le replat 8h du disque de calibration; mais, dans le cas d'une pipette à volume fixe, cette couronne n'a pas de fonction. Le manchon extérieur 14 loge, au niveau du disque de calibration 8a, un dispositif de verrouillage constitué d'un patin 15 muni d'une agrafe élastique 16. En position verrouillée, ce patin 15 empêche la rotation du disque de calibration 8a. Le patin est manoeuvrable de l'extérieur, par un trou du manchon 14, par n'importe quel objet ayant une pointe fine. Le disque de calibration 8a est rendu solidaire en rotation du corps de la vis de réglage 4 au moyen de nervures/rainures longitudinales conjuguées.
Un tube 8d' repose sur le replat horizontal circulaire formé entre le flasque 8c et le canon 8b. Mais la face frontale inférieure du tube de réglage 8d' est de préférence lisse. Le sommet du tube 8d' entoure le bas du bouton doseur 3. Le tube 8d' et le bouton doseur 3 sont également solidarisés en rotation par des nervures/rainures conjuguées. D'autre part, le tube 8d' porte deux nervures extérieures longitudinales qui pénètrent dans des rainures longitudinales du manchon intérieur 13. Le tube 8d' et le bouton doseur 3 sont donc tous deux bloqués en rotation
. Le tube 8d' présente comme le tube 8d décrit plus haut une partie inférieure de diamètre extérieur légèrement diminué, formant un ressaut circulaire horizontal. Mais le tube 8d' ne porte pas de bagues de comptage.
Le manchon extérieur 14 comporte sur son côté opposé à la crosse 14b et à hauteur de la partie inférieure du tube 8d une plaquette opaque 6' remplaçant la fenêtre 6.
Après assemblage d'une pipette, la course, définie par la distance entre la butée de surcourse 4c et le disque de calibrage 8a ne correspond pas, dans la majorité des cas, au volume nominal. Une calibration est nécessaire à l'usine. L'utilisateur ultérieur peut également souhaiter périodiquement, par exemple après des opérations de démontage, de nettoyage et de stérilisation, procéder à un recalibrage. Une opération de calibrage s'effectue de la manière suivante:
On mesure, par exemple en le pesant, le volume dispensé par la pipette. A titre d'exemple le volume mesuré peut être de 545µl alors que la valeur nominale est de 500µl. L'opération de calibrage consiste à amener la valeur du volume effectif à la valeur nominale.
Pour ce faire, le patin de verrouillage 15 est déverrouillé, libérant ainsi la rotation du disque de calibration 8a. Le capuchon 1 est enlevé pour accéder à la vis de calibration 2. Celle-ci peut être actionnée soit par un tournevis ou une pièce de monnaie, soit, après avoir partiellement coulissé vers l'extérieur, peut être actionnée à la main. La rotation de la clé de calibration entraîne en rotation la vis de réglage 4, qui elle-même entraîne en rotation le disque de calibration. Le disque de calibration glisse sous le tube 8d'. Simultanément, la vis de réglage se déplace en translation longitudinale, modifiant la course, et donc le volume pipeté. Après mesure de ce volume, l'opération peut être répétée jusqu'à ce que la valeur mesurée coïncide avec la valeur nominale ou avec une autre valeur désirée par l'utilisateur. Ensuite, le patin 15 est repoussé en position de verrouillage afin de bloquer en position angulaire le disque de calibration 8a et la vis de réglage 4. La clé de calibration 2 est repoussée dans son logement et le capuchon est replacé.
Il résulte de la description ci-dessus que le corps de pipette à volume variable et le corps de pipette à volume fixe utilisent, dans une même gamme de volume, une grande majorité de pièces communes. Celles-ci sont identifiées par des numéros de référence identiques dans les figures 1 et 2. L'homme du métier observera en particulier qu'une même pièce, la bague de calibration 8a, assure plusieurs fonctions, à savoir de butée de fin de course, de réglage et/ou de calibration dans les deux types de pipette. Une seule pièce essentielle, à savoir le tube 8d, respectivement 8d', a des structures et des fonctions différentes: le tube 8d sert à la fois de guide au bouton doseur 3, de logement au ressort 7 et assure une fonction de réglage comme exposé ci-dessus. Le tube 8d' qui diffère essentiellement du tube 8d par la présence de nervures extérieures le bloquant en rotation, ne sert que de guide et de logement. On notera que les tubes 8d et 8d' ont par ailleurs des dimensions identiques. Le corps de pipette à volume réglable dispose par ailleurs d'un ensemble de bagues de comptage et de pignons d'entraînement décrits ci-dessus, qui ne sont pas présents dans le corps de la pipette à volume fixe.
L'homme du métier observera en particulier que les dimensions du corps de la pipette à volume variable ne sont pas différentes des dimensions du corps de pipette à volume fixe, l'ensemble des bagues de comptage et des pignons d'entraînement ayant été logés respectivement dans l'encombrement global du tube de réglage 8d et coaxialement avec le dispositif d'éjection, à l'intérieur du manchon intérieur 13.
L'ensemble du dispositif de réglage et de calibration est logé dans le corps de pipette longitudinal, sans augmentation de volume de celui-ci, et l'affichage, qui n'est pas masqué par le pouce, reste visible de l'opérateur tenant sa pipette d'une manière naturelle.
L'agencement des disques de comptage et des pignons d'entraînement permet en particulier, sans augmentation du volume du corps de la pipette, d'agencer le bouton d'éjection 10 au-dessus de la crosse du manchon extérieur, ce qui est érgonomiquement favorable, le pouce de l'utilisateur exerçant plus facilement une pression sur le bouton d'éjection lorsqu'il vient au-dessus de la tranche de la main que lorsqu'il s'en écarte, ce qui serait le cas si le bouton d'éjection avait été placé sur le côté opposé.