マイクロ流体装置とその継手
【課題】マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合を容易にできて，マイクロ流体素子を小型化したい。
【解決手段】少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き微小流路で液体の混合もしくは化学反応を行わせて微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子１０と、マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる液体を送液する送液系２０と、マイクロ流体素子における排出口から所望の液体を受ける排液系３０を有するマイクロ流体装置１であり、各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手６０を装着してあり、各継手６０の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、 送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、長円状扁平面から各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた送液管および排液管を備えている。
【解決手段】少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き微小流路で液体の混合もしくは化学反応を行わせて微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子１０と、マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる液体を送液する送液系２０と、マイクロ流体素子における排出口から所望の液体を受ける排液系３０を有するマイクロ流体装置１であり、各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手６０を装着してあり、各継手６０の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、 送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、長円状扁平面から各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた送液管および排液管を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置とその継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種マイクロ流体装置は、マイクロ流体素子に設けた100〜200μｍ程度の幅あるいは深さを持つ微小流路に流体を流すことにより起きる特異的な物理現象を利用して、異なる液体同士を短時間で均一に混合したり反応させたりする装置で、マイクロミキサーやマイクロリアクタと呼ばれて、免疫分析や化学反応（合成）を行うものとして一部実用に供されている。
【０００３】
マイクロミキサーとマイクロリアクタは基本的にマイクロ流体素子の構造は共通であるが、単なる混合の場合にはマイクロミキサー、化学反応を伴う場合にはマイクロリアクタと呼ばれており、以下、これらをマイクロ流体装置と総称して説明する。
【０００４】
なお、マイクロ流体装置を示すものとして下記の特許文献１がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１０９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ流体素子は、少なくとも２種類の液体をマイクロチャンネル（またはマイクロキャピラリー）と呼ばれる幅あるいは深さが100〜200μｍ程度の微小流路に流してその液体同士を混合あるいは反応させるもので、流路面積に対して液体同士の界面の面積が相対的に大きくなる。
【０００７】
従って、この界面での分子同士の拡散がより顕著になり（この分子拡散時間は距離の二乗に比例する）、混合又は反応が素早く、均一且つ連続的に行われ、物理現象を起す場所が微小窪み（微小流路）であるため、反応時間や温度制御などを精密に行うことができるという利点がある。
【０００８】
同じことを大容積のビーカやタンクで行うと、上記界面の相対的面積は小さく、混合又は反応時間が長くなるので、所期の目的とは異なる副生成物ができる恐れがある。またバッチ処理のため一次生成物が容器内に滞留するため、さらにこの一次生成物が反応して多量の副生成物ができて、生成効率が低下するなどの問題点がある。
【０００９】
上述のように、マイクロ流体素子は微小窪み（微小流路）でのプロセスに基づくものであり、いかに微小窪みを微細化し、それに伴って装置を微小化するかが重要である。
【００１０】
このマイクロ流体素子に外部から送液をすることや出来上がった所望の液体を外部に取り出す排液についての検討はあまり行われていない。
【００１１】
上記従来技術では、配管で用いられてきたネジ式の継手を小型化して螺合により取り付けて、送液系や排液系と結合（接続）している。
【００１２】
混合や反応に利用する液体の種類が変わるたびにマイクロ流体素子は交換する必要があり、上記従来技術ではマイクロ流体素子を交換する都度、継手毎に手作業で螺合を解き、新らしいマイクロ流体素子に組み付けなければならず、マイクロ流体素子を小型化できればできる程、マイクロ流体装置に期待される機能・性能は理想に近づくにも係わらず、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合技術が充分ではなく、マイクロ流体素子の小型化に限界があった。
【００１３】
それゆえ本発明の目的は、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合を容易にできてマイクロ流体素子の小型化が可能なマイクロ流体装置を提供することにある。
【００１４】
また、それゆえ本発明の目的は、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合を容易にできてマイクロ流体素子の小型化が可能な継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該継手の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、該送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えていることにある。
【００１６】
上記継手は、楔状の先端部が該各供給口と排出口に挿入されているように装着する。
また、上記継手は、先端部外面の長円状扁平面と該長円状扁平面に沿った楔状空間の先端の間に該各送液管および排液管の挿入により破裂する封止膜部を備えていることにある。
【００１７】
さらに、上記継手は楔状先端部の各傾斜面に該長円状扁平面から張り出した肩部を設けたことにある。
さらにまた、上記継手は楔状先端部における該長円状扁平面の各端部に該各供給口と排出口側に向けて張り出した突出部を設けたことにある。
【００１８】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置における該各供給口および該排出口に装着してあり該送液系および該排液系とそれぞれ接続する継手において、該各継手は弾性部材よりなり、先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った該送液系および該排液系における各送液管および排液管が挿入される楔状空間をそれぞれ有していることにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マイクロ流体素子の交換時には送液管や排液管をマイクロ流体素子における該各供給口と排出口に装着した各継手に挿入したり抜き取るだけで、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合や各継手での気密性の確保を得ることができ、該各供給口と排出口に装着する各継手は該各供給口と排出口が小口径であっても装着は可能であるため、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合は容易で、マイクロ流体素子の小型化に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図に基づいて本発明の一実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明になるマイクロ流体装置１の概略構成を示している。
図１において、マイクロ流体装置１は後述するように複数の液体供給口と1個の排出口を有し両口間に微小流路を有するマイクロ流体素子１０，送液系２０，排液系３０，マイクロ流体素子１０を保持固定する装置のフレーム４０，送液系２０を制御する制御部５０、およびマイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着してありマイクロ流体素子１０と送液系２０や排液系３０を結合する継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎで構成されている。
【００２２】
作業者が制御部５０のキーボード５１から入力した指示データは制御装置５２に記憶し、制御装置５２では送液系２０に対する所用の指令値に変換して送液系２０を制御するようになっている。
【００２３】
送液系２０は、複数の種類の異なる液体を貯留したタンク２１ａ〜２１ｍと各タンクから貯留した各液体を汲み上げるポンプ２２ａ〜２２ｍと電磁弁２３ａ〜２３ｍとマイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着ある継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに挿入する複数の送液管および1個の排液管を備えた送排液管ユニット２４と送排液管ユニット２４の複数の送液管および電磁弁２３ａ〜２３ｍを連結する送液用配管２５ａ〜２５ｍとから構成される。
【００２４】
排液系３０は、マイクロ流体素子１０における液体の排出口に装着した継手６０ｎに挿入した送排液管ユニット２４の排液管に接続した排液用配管３１と排液用配管３１により導かれる排液を貯留するタンク３２とから構成される。
【００２５】
送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１は、耐薬品性に優れたフッ素系樹脂のチューブ等を使用し、後述する送排液管ユニット２４の送液管や排液管の頭部を送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１の端部に刺し込んで、結合する。
【００２６】
マイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着ある継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４の複数の送液管および1個の排液管を挿入することで、マイクロ流体素子１０と送液系２０および排液系３０が接続される。
【００２７】
次に、各部の構成を詳細に説明する。
【００２８】
図２はマイクロ流体素子１０を示し、図２（ａ）は表蓋１２Ａを取り外し、裏面に裏蓋１２Ｂと図1に示した送排液管ユニット２４を付けた形で示したマイクロ流体素子１０のマイクロ流体素子本体１１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ切断線に沿った位置でのマイクロ流体素子本体１１にさらに表蓋１２Ａを付け、裏面の送排液管ユニット２４は除去した形で示した縦断面図である。
【００２９】
図２（ａ）において、マイクロ流体素子本体１１には表側の上面部に左端側を円弧状としたほぼ長方形で深さが100μｍ程度の窪み１３を設けてある。窪み１３の右端側から中央右側に掛けてのマイクロ流体素子本体１１の下面部には、図２（ａ）の上下方向に複数の窪み１４ａ〜１４ｍを設けてあり、下面部の各窪み１４ａ〜１４ｍと上面部の窪み１３を連通するように複数の孔１５ａ〜１５ｍを設けてある。
【００３０】
そして複数の孔１５ａ〜１５ｍの周囲には窪み１３の底部から上面部に至る左に向けて開放した馬蹄形の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍを設けてある。なお、図２（ａ）では後述する説明の都合上、一部の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍは図示を省略している。
【００３１】
窪み１３の左端側の裏側下面部にも円形の窪み１７があり、この窪み１７と上面部の窪み１３を連通する孔１８を設けてある。
【００３２】
マイクロ流体素子本体１１の下面部では各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７を設けた周囲を囲むように凸状の突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎを設けてある。裏蓋１２Ｂにはこの吐出部に対応する凹部を設けてあり、凹凸を嵌め合わせることで容易にマイクロ流体素子本体１１と裏蓋１２Ｂを結合することができる。突出部１９ａ〜１９ｍはそれぞれ略長円形で、突出部１９ｎは円形である。
【００３３】
裏蓋１２Ｂに継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを装着してあり、継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４が挿入される。
【００３４】
流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの上面部はマイクロ流体素子本体１１における表側の上面部と同じ高さとしてあり、表蓋１２Ａを取り付けると、窪み１３と表蓋１２Ａで深さが100μｍ程度の微小流路Ｇを形成し、送液系２０から適宜に液体を供給送液することで、この微小流路Ｇで液体の混合もしくは化学反応が行われる。
【００３５】
図３は裏蓋１２Ｂを示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＢ-Ｂ断面線に沿った縦断面図である。
【００３６】
裏蓋１２Ｂには、マイクロ流体素子本体１１の窪み１４a〜１４ｍ，１７に対応する位置に後述する継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを嵌め込むための孔１２Ｂaａ〜１２Ｂａｍ．１２Ｂａｎを設けてある。孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎは、マイクロ流体素子１０の各供給口と排出口として機能する。
【００３７】
なお、１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎはマイクロ流体素子本体１１における各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７を設けた周囲を囲む凸状の突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎと嵌り合う凹部である。孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎの内径は凹部１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎの幅や内径より小さくしてあり、孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎにフランジ部Ｆをそれぞれ形成した形になっている。
【００３８】
継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎは同一形状のものを用いており、以下総括的に説明する場合は継手６０とし、個別的に説明する場合は継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎで説明する。
【００３９】
図４は継手６０を示し、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＣ−Ｃ断面線に沿った縦断面図、図４（ｃ）はＤ−Ｄ断面線に沿った縦断面図である。
【００４０】
継手６０は、耐薬品性と弾力性と液体シール性に優れ柔軟な素材、例えばシリコーンゴムなどを成形して得たものである。
【００４１】
継手６０の先端部外面は楔状で２個の傾斜面６１と両傾斜面６１を結ぶ長円状扁平面６２を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間６３を有している。２個の傾斜面６１には、長円状扁平面６２から張り出した肩部６４を設けたあり、また長円状扁平面６２の各端部に張り出した突出部６５を設けてある。
【００４２】
継手６０の中央外面部に溝６６を設けてあり、この溝６０は裏蓋１２Ｂにおける孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎのフランジ部Ｆと嵌り合うことで、継手６０が裏蓋１２Ｂに装着されるようにしてある。従って、傾斜面６１，長円状扁平面６２，肩部６４，突出部６５などの継手６０の先端部は裏蓋１２Ｂの凹部１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎに進入し、突出部６５は、マイクロ流体素子１０の各供給口と排出口として機能する孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに向けて張り出した形になっている。
【００４３】
楔状空間６３の下側は下部がやや拡がっている円筒状の空間６７としてあり、円筒状の空間６７の下端は開孔６８となっている。開孔６８から送排液管ユニット２４の各送液管および排液管を挿入するが、長円状扁平面６２と楔状空間６３の上端部の間は僅かな距離があり、この距離を厚さとする薄膜があり、挿入前においては、長円状扁平面６２はこの薄膜の上面で構成され、楔状の空間６３はこの薄膜で封止された形になっている。そこで、長円状扁平面６２におけるこの薄膜を封止膜部と呼ぶ。
【００４４】
次に、送排液管ユニット２４について説明する。
図５は送排液管ユニット２４を示す斜視図で、送排液管ユニット２４は各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに対応するように配列したパイプ形状の送液管２４ａａ〜２４ａｍと排液管２４ｂおよびこれらを連結している帯状の連結部材２４ｃで一体化してある。
【００４５】
送液管２４ａａ〜２４ａｍと排液管２４ｂの一端を各各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに刺し込み（挿入し）、他端に送液系の送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１を接続する。
【００４６】
図６は裏蓋１２Ｂに装着してある各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４を取り付けた場合の一部を示している。各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４の各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込むと、各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎの弾力で各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを締め付け、抜けを阻止するだけでなく気密性も確保する。従って、送排液管ユニット２４をマイクロ流体素子１０に固定する部材は必要でなく、ワンタッチでマイクロ流体素子１０と送排液管ユニット２４を一体化できる。
【００４７】
図４に戻り、２個の傾斜面６１，長円状扁平面６２，肩部６４，突出部６５および溝６６などの機能について説明する。
【００４８】
先ず、２個の傾斜面６１であるが、継手６０が先細りのたけのこ形状となるため。組立て時に特別な工具を使うこと無く、指で押し込むだけで容易に裏蓋１２Ｂに装着することが可能となる。
【００４９】
継手６０の空間６３，６７に開孔６８から送排液管ユニット２４における各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを挿入し長円状扁平面６２の封止膜部を突き破ると、送液系２０とマイクロ流体素子１０の結合ができるが、逆に送排液管ユニット２４を各継手から抜き取ると、図７に示すように、長円状扁平面６２には封止膜部を破った跡として一文字状のスリット６９が残る。このスリット６９の周囲は送排液管ユニット２４を各継手６０に挿入したときに弾性変形をして、後述する肩部６４の機能も相俟って各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂと密着し液漏れを阻止する。
【００５０】
マイクロ流体素子本体１１における各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７に存在する液体の流体圧が２個の傾斜面６１に作用すると、その流耐圧はこのスリット６９を塞ぐ作用力として働くので、送排液管ユニット２４を各継手から抜き取っても、マイクロ流体素子１０から液体が漏れる恐れはない。特に、特定の送液管２４ａａ〜２４ａｍｂを連結部材２４ｃから着脱自在として、特定の送液管２４ａａ〜２４ａｍｂを外して送液を継続するような場合でも、液漏れの恐れは全くない。
【００５１】
肩部６４は、送排液管ユニット２４における各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂをスリット６９へ差し込んだ時のスリット開方向（図中の切断線Ｃ−Ｃに沿う方向）の肉厚を増やし、図４（ｂ）の軸中心方向への内部応力を増加させることができる。これにより、スリット６９が閉じようとする力が強化され、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込んだ時に各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂとスリット６９が密着して液漏れを防ぐ。また、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込まない場合や送液後に送液管２８を引き抜いた場合も軸中心方向への内部応力でスリット６９は閉じた状態を維持し、液体が逆流する（漏れる）ことを防ぐことができる。
【００５２】
一文字状のスリット６９に対し、十字状のスリットや米字状のスリットは弾力が大幅に低下し、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂとの密着性が低く液漏れを起すことが確認された。また、十字状のスリットや米字状のスリットでは各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを引き抜いた場合、当該スリットを閉じようとする力が弱く、裏蓋１２Ｂにおける各窪み１４ａ〜１４ｍや窪み１７に存在する液体の流体圧で変形して同様に液漏れを起し、継手６０はスリット６９が一文字状である形状が重要であった。
【００５３】
長円状扁平面６２の両端に設けた突出部６５は、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを差し込んだ場合にスリット６９の端部より発生する可能性のある亀裂の予防及び、発生した亀裂の進行防止を果たす。この突出部６５を設けることで、継手６０に各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを繰り返し刺し込んでもスリット６９の形状を保つことができ、継手６０の長寿命化が図れる。
【００５４】
中段に設けられた溝６６は裏蓋１２Ｂにおける孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに嵌め込んだ時にフランジ部Ｆでしまりばめとなるように作られており、孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎの内面と密着して液漏れを防ぐ。
【００５５】
継手６０の寸法の一例では、図４（２）において、全高さｈ１は４．５mm、２個の傾斜面６１の高さｈ２は１mm、外径Φ１は４mm、先端部の外径Φ２は２.５mm、そして空間６７での内径Φ３は１.６mmである。
【００５６】
このような構成の継手６０を使用することによって、図１に実線や点線の矢印で示すように液漏れなく液体をマイクロ流体素子１０内に送液することができ、水溶液を用いて送液した結果、０．２ＭＰaまでは液漏れなくシールできることを確認した。
【００５７】
図１において、所要の処理を行なうために、キーボード５１でマイクロ流体素子本体１１に供給する液体の種類とその比率などのデータを入力すると、制御装置５２はポンプ２２ａ〜２２ｍの中から所要のポンプを決めてその回転数を設定する。そして、電磁弁２３ａ〜２３ｍの中から所要の電磁弁を選択して開く指示を出す。マイクロ流体素子本体１１には液体を同時に供給する必要があり、選択されたポンプと電磁弁のそれぞれに制御装置５２から同時に動作指令が出される。
【００５８】
すると、図２（ａ）に示すように孔１５ａ〜１５ｍのうち開かれた電磁弁２３ａ〜２３ｍに連通する送液管送排液管２４ａａ〜２４ａｍから点線の矢印で示すように所望の液体が窪み１４ａ〜１４ｍに噴出する。噴出した液体は各孔１５ａ〜１５ｍが並んだ方向（図２（ａ）においては上下方向）へ移動し、各窪み１４ａ〜１４ｍを満たす。この結果、液体は各孔１５ａ〜１５ｍに均一に供給されることになり、各窪み１４ａ〜１４ｍは液体の分配器の機能を果たしている。
【００５９】
各孔１５ａ〜１５ｍが供給口となって窪み１３に流出した液体は、流れ規制壁１６ａ〜１６ｍがあるために、実線の矢印で示すように孔１８の方向に流れを変える。各孔１５ａ〜１５ｍから流れ出た各液体は、下流側の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの間を流れるので、前後において流れは並行し、液体同士の接触面積は大きなものとなっている。
【００６０】
従って、マイクロ流体素子本体１１は鋳型に樹脂を流し込んで流れ規制壁１６ａ〜１６ｍや突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎを一体成形により製作し、上面部に蓋１２Ａを密着固定すると窪み１３は特異的な物理現象を起す微小流路Ｇとなり、混合や反応の所要の処理結果を得ることができる。
【００６１】
各孔１５ａ〜１５ｍから流れ出た各液体が下流側の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの間を並行して流れるようにするために、前後（上流と下流）に位置する各孔１５ａ〜１５ｍは千鳥配置にすれば良い。
【００６２】
同じ液体を用い、成分比率を変えて所要の処理を行なう場合は、マイクロ流体素子１０はそのままで良いが、異なる液体を用い異なる処理を行なう場合は、マイクロ流体素子１０を交換し、所要の処理に無関係の液体が混入することを避ける必要がある。
【００６３】
この場合は、送排液管ユニット２４をマイクロ流体素子１０の裏蓋１２Ｂから引き抜いて、裏蓋１２Ｂに継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを装着した新たなマイクロ流体素子１０を準備し、新たなマイクロ流体素子１０における継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４を突き刺して連結すれば、送液系２０と排液系３０は簡単にマイクロ流体素子１０と結合し一体化できる。
【００６４】
送排液管ユニット２４は裏蓋１２Ｂに装着されている継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎとの位置関係が決まっているから、送液管２４ａａ〜２４ａｍの方向性など配慮する必要が無く、作業は短時間に済み、熟練を必要としない。送液管２８の吐出口は横向きに設けてあるので、目詰まりを起し難く、マイクロ流体素子１０交換時の清掃作業も簡単でよい。
【００６５】
マイクロ流体素子１０は送排液管ユニット２４を外すだけで送液系２０や排液系３０に対し簡単に交換できるので、マイクロ流体素子１０の小型化を図ることができ、小型化によりマイクロ流体素子１０を一層性能や機能に優れたものとすることができる。
【００６６】
継手６０が弾力性に富み、送排液管ユニット２４を繰り返して抜き差ししてもスリット６９の切れ目が進行しない耐裂帛性に優れた材料で成形する場合、図４に示した肩部６４や突出部６５を設けない図８に示す継手６０Ａを用いても良い。
【００６７】
図４に示した肩部６４や突出部６５を持たない継手６０Ａは、図４の継手６０の原型であり、２個の傾斜面６１，長円状扁平面６２および溝６６をそのまま保有している。
【００６８】
なお、長円状扁平面６２に示した点線は、各送液管２４ａａ〜２４ａｍおよび排液管２４ｂの挿入により封止膜部が破裂してできる一文字状スリットの位置である。
【００６９】
図９は、継手６０の変形になる継手６０Ｂを示している。
継手６０Ｂは、先端部に截頭断面（先端の頭頂部を図において水平に切断したときに表れる断面）が長円状扁平面６２である錐状の外斜面６１Ｂを有し、図示していないけれども、内部には先端が該長円状扁平面６２に沿った楔状の空間を有しており、溝６６の両側は同じ外径としてあり、長円状扁平面６２には各送液管２４ａａ〜２４ａｍおよび排液管２４ｂの挿入により破裂する封止膜部を備えている
この継手６０Ｂも図３のように裏蓋１２Ｂのフランジ部Ｆと溝６６が嵌り合うようにして裏蓋１２Ｂに装着する。そして、送排液管ユニット２４を図６のように、その楔状空間に挿入し、長円状扁平面６２から先端を突出するように刺し込むことができる。
【００７０】
継手６０Ｂは先端部が錐状であることから、内部の楔状空間との関係で図４に示した肩部６４の位置が厚くなって高弾力となるので、送排液管ユニット２４に対する高い密着性やスリットにおける高い閉鎖性を持っている。
【００７１】
また、図１０は継手６０Ｂの更なる変形になる継手６０Ｃを示し、図９のように先端部に截頭断面が長円状扁平面ある錐状の外斜面６１Ｃについて長円状扁平面の中央を一段下げた長方形扁平面６２Ｃとし、その一段高い両側を図４の突出部６５に相当する突出部６５Ｃとしたものである。図において溝６６の上下の両側については、先端側の外径をやや小さくして、裏蓋１２Ｂの孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに挿入しやすいようにしてある。
【００７２】
突出部６５Ｃがあることで、送排液管ユニット２４を抜き刺しして長方形扁平面６２Ｃにできるスリットに対する高い耐裂帛性を持っている。
【００７３】
図１１は図３に示した裏蓋１２Ｂの変形になる裏蓋１２Ｃを示している。
平面でみれば、図３の裏蓋１２Ｂと同じ形であるが、図１１（ａ）のＥ−Ｅ切断線に沿った縦断面では図１１（ｂ）のように、各供給口と排出口として機能する孔１２Ｃａａ〜１２Ｃａｍ，１２Ｃａｎにおけるフランジ部Ｆを上面と下面の間の内部に設けてあり、継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを容易に挿入できるようにしてある。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明になるマイクロ流体装置の概略構成を示した図である。
【図２】図1に示したマイクロ流体装置におけるマイクロ流体素子の詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示したマイクロ流体装置における裏蓋の詳細な構成を示す図である。
【図４】図３に示した裏蓋に装着する継手の斜視図及び断面図である。
【図５】図1に示した送排液管ユニットの詳細な構成を示す図である。
【図６】図２に示したマイクロ流体素子と図５に示した送排液管ユニットの結合状況を示す図である。
【図７】図４に示した継手にできるスリットについて説明する図である。
【図８】図４に示した継手の変形になる継手を示す図である。
【図９】図４に示した継手の変形になる他の継手を示す図である。
【図１０】図９に示した継手の変形になる継手を示す図である。
【図１１】図３に示した裏蓋の変形になる裏蓋を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…マイクロ流体装置
１０…マイクロ流体素子
２０…送液系
２４…送排液管ユニット
３０…排液系
６０、６０ａ〜６０ｍ，６０ｎ…継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置とその継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種マイクロ流体装置は、マイクロ流体素子に設けた100〜200μｍ程度の幅あるいは深さを持つ微小流路に流体を流すことにより起きる特異的な物理現象を利用して、異なる液体同士を短時間で均一に混合したり反応させたりする装置で、マイクロミキサーやマイクロリアクタと呼ばれて、免疫分析や化学反応（合成）を行うものとして一部実用に供されている。
【０００３】
マイクロミキサーとマイクロリアクタは基本的にマイクロ流体素子の構造は共通であるが、単なる混合の場合にはマイクロミキサー、化学反応を伴う場合にはマイクロリアクタと呼ばれており、以下、これらをマイクロ流体装置と総称して説明する。
【０００４】
なお、マイクロ流体装置を示すものとして下記の特許文献１がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１０９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マイクロ流体素子は、少なくとも２種類の液体をマイクロチャンネル（またはマイクロキャピラリー）と呼ばれる幅あるいは深さが100〜200μｍ程度の微小流路に流してその液体同士を混合あるいは反応させるもので、流路面積に対して液体同士の界面の面積が相対的に大きくなる。
【０００７】
従って、この界面での分子同士の拡散がより顕著になり（この分子拡散時間は距離の二乗に比例する）、混合又は反応が素早く、均一且つ連続的に行われ、物理現象を起す場所が微小窪み（微小流路）であるため、反応時間や温度制御などを精密に行うことができるという利点がある。
【０００８】
同じことを大容積のビーカやタンクで行うと、上記界面の相対的面積は小さく、混合又は反応時間が長くなるので、所期の目的とは異なる副生成物ができる恐れがある。またバッチ処理のため一次生成物が容器内に滞留するため、さらにこの一次生成物が反応して多量の副生成物ができて、生成効率が低下するなどの問題点がある。
【０００９】
上述のように、マイクロ流体素子は微小窪み（微小流路）でのプロセスに基づくものであり、いかに微小窪みを微細化し、それに伴って装置を微小化するかが重要である。
【００１０】
このマイクロ流体素子に外部から送液をすることや出来上がった所望の液体を外部に取り出す排液についての検討はあまり行われていない。
【００１１】
上記従来技術では、配管で用いられてきたネジ式の継手を小型化して螺合により取り付けて、送液系や排液系と結合（接続）している。
【００１２】
混合や反応に利用する液体の種類が変わるたびにマイクロ流体素子は交換する必要があり、上記従来技術ではマイクロ流体素子を交換する都度、継手毎に手作業で螺合を解き、新らしいマイクロ流体素子に組み付けなければならず、マイクロ流体素子を小型化できればできる程、マイクロ流体装置に期待される機能・性能は理想に近づくにも係わらず、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合技術が充分ではなく、マイクロ流体素子の小型化に限界があった。
【００１３】
それゆえ本発明の目的は、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合を容易にできてマイクロ流体素子の小型化が可能なマイクロ流体装置を提供することにある。
【００１４】
また、それゆえ本発明の目的は、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合を容易にできてマイクロ流体素子の小型化が可能な継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該継手の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、該送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えていることにある。
【００１６】
上記継手は、楔状の先端部が該各供給口と排出口に挿入されているように装着する。
また、上記継手は、先端部外面の長円状扁平面と該長円状扁平面に沿った楔状空間の先端の間に該各送液管および排液管の挿入により破裂する封止膜部を備えていることにある。
【００１７】
さらに、上記継手は楔状先端部の各傾斜面に該長円状扁平面から張り出した肩部を設けたことにある。
さらにまた、上記継手は楔状先端部における該長円状扁平面の各端部に該各供給口と排出口側に向けて張り出した突出部を設けたことにある。
【００１８】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置における該各供給口および該排出口に装着してあり該送液系および該排液系とそれぞれ接続する継手において、該各継手は弾性部材よりなり、先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った該送液系および該排液系における各送液管および排液管が挿入される楔状空間をそれぞれ有していることにある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、マイクロ流体素子の交換時には送液管や排液管をマイクロ流体素子における該各供給口と排出口に装着した各継手に挿入したり抜き取るだけで、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合や各継手での気密性の確保を得ることができ、該各供給口と排出口に装着する各継手は該各供給口と排出口が小口径であっても装着は可能であるため、マイクロ流体素子と送液系あるいは排液系との結合は容易で、マイクロ流体素子の小型化に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図に基づいて本発明の一実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明になるマイクロ流体装置１の概略構成を示している。
図１において、マイクロ流体装置１は後述するように複数の液体供給口と1個の排出口を有し両口間に微小流路を有するマイクロ流体素子１０，送液系２０，排液系３０，マイクロ流体素子１０を保持固定する装置のフレーム４０，送液系２０を制御する制御部５０、およびマイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着してありマイクロ流体素子１０と送液系２０や排液系３０を結合する継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎで構成されている。
【００２２】
作業者が制御部５０のキーボード５１から入力した指示データは制御装置５２に記憶し、制御装置５２では送液系２０に対する所用の指令値に変換して送液系２０を制御するようになっている。
【００２３】
送液系２０は、複数の種類の異なる液体を貯留したタンク２１ａ〜２１ｍと各タンクから貯留した各液体を汲み上げるポンプ２２ａ〜２２ｍと電磁弁２３ａ〜２３ｍとマイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着ある継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに挿入する複数の送液管および1個の排液管を備えた送排液管ユニット２４と送排液管ユニット２４の複数の送液管および電磁弁２３ａ〜２３ｍを連結する送液用配管２５ａ〜２５ｍとから構成される。
【００２４】
排液系３０は、マイクロ流体素子１０における液体の排出口に装着した継手６０ｎに挿入した送排液管ユニット２４の排液管に接続した排液用配管３１と排液用配管３１により導かれる排液を貯留するタンク３２とから構成される。
【００２５】
送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１は、耐薬品性に優れたフッ素系樹脂のチューブ等を使用し、後述する送排液管ユニット２４の送液管や排液管の頭部を送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１の端部に刺し込んで、結合する。
【００２６】
マイクロ流体素子１０の複数の液体供給口と1個の排出口に装着ある継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４の複数の送液管および1個の排液管を挿入することで、マイクロ流体素子１０と送液系２０および排液系３０が接続される。
【００２７】
次に、各部の構成を詳細に説明する。
【００２８】
図２はマイクロ流体素子１０を示し、図２（ａ）は表蓋１２Ａを取り外し、裏面に裏蓋１２Ｂと図1に示した送排液管ユニット２４を付けた形で示したマイクロ流体素子１０のマイクロ流体素子本体１１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ切断線に沿った位置でのマイクロ流体素子本体１１にさらに表蓋１２Ａを付け、裏面の送排液管ユニット２４は除去した形で示した縦断面図である。
【００２９】
図２（ａ）において、マイクロ流体素子本体１１には表側の上面部に左端側を円弧状としたほぼ長方形で深さが100μｍ程度の窪み１３を設けてある。窪み１３の右端側から中央右側に掛けてのマイクロ流体素子本体１１の下面部には、図２（ａ）の上下方向に複数の窪み１４ａ〜１４ｍを設けてあり、下面部の各窪み１４ａ〜１４ｍと上面部の窪み１３を連通するように複数の孔１５ａ〜１５ｍを設けてある。
【００３０】
そして複数の孔１５ａ〜１５ｍの周囲には窪み１３の底部から上面部に至る左に向けて開放した馬蹄形の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍを設けてある。なお、図２（ａ）では後述する説明の都合上、一部の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍは図示を省略している。
【００３１】
窪み１３の左端側の裏側下面部にも円形の窪み１７があり、この窪み１７と上面部の窪み１３を連通する孔１８を設けてある。
【００３２】
マイクロ流体素子本体１１の下面部では各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７を設けた周囲を囲むように凸状の突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎを設けてある。裏蓋１２Ｂにはこの吐出部に対応する凹部を設けてあり、凹凸を嵌め合わせることで容易にマイクロ流体素子本体１１と裏蓋１２Ｂを結合することができる。突出部１９ａ〜１９ｍはそれぞれ略長円形で、突出部１９ｎは円形である。
【００３３】
裏蓋１２Ｂに継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを装着してあり、継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４が挿入される。
【００３４】
流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの上面部はマイクロ流体素子本体１１における表側の上面部と同じ高さとしてあり、表蓋１２Ａを取り付けると、窪み１３と表蓋１２Ａで深さが100μｍ程度の微小流路Ｇを形成し、送液系２０から適宜に液体を供給送液することで、この微小流路Ｇで液体の混合もしくは化学反応が行われる。
【００３５】
図３は裏蓋１２Ｂを示し、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＢ-Ｂ断面線に沿った縦断面図である。
【００３６】
裏蓋１２Ｂには、マイクロ流体素子本体１１の窪み１４a〜１４ｍ，１７に対応する位置に後述する継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを嵌め込むための孔１２Ｂaａ〜１２Ｂａｍ．１２Ｂａｎを設けてある。孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎは、マイクロ流体素子１０の各供給口と排出口として機能する。
【００３７】
なお、１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎはマイクロ流体素子本体１１における各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７を設けた周囲を囲む凸状の突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎと嵌り合う凹部である。孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎの内径は凹部１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎの幅や内径より小さくしてあり、孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎにフランジ部Ｆをそれぞれ形成した形になっている。
【００３８】
継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎは同一形状のものを用いており、以下総括的に説明する場合は継手６０とし、個別的に説明する場合は継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎで説明する。
【００３９】
図４は継手６０を示し、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＣ−Ｃ断面線に沿った縦断面図、図４（ｃ）はＤ−Ｄ断面線に沿った縦断面図である。
【００４０】
継手６０は、耐薬品性と弾力性と液体シール性に優れ柔軟な素材、例えばシリコーンゴムなどを成形して得たものである。
【００４１】
継手６０の先端部外面は楔状で２個の傾斜面６１と両傾斜面６１を結ぶ長円状扁平面６２を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間６３を有している。２個の傾斜面６１には、長円状扁平面６２から張り出した肩部６４を設けたあり、また長円状扁平面６２の各端部に張り出した突出部６５を設けてある。
【００４２】
継手６０の中央外面部に溝６６を設けてあり、この溝６０は裏蓋１２Ｂにおける孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎのフランジ部Ｆと嵌り合うことで、継手６０が裏蓋１２Ｂに装着されるようにしてある。従って、傾斜面６１，長円状扁平面６２，肩部６４，突出部６５などの継手６０の先端部は裏蓋１２Ｂの凹部１２Ｂｂａ〜１２Ｂｂｍ，１２Ｂｂｎに進入し、突出部６５は、マイクロ流体素子１０の各供給口と排出口として機能する孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに向けて張り出した形になっている。
【００４３】
楔状空間６３の下側は下部がやや拡がっている円筒状の空間６７としてあり、円筒状の空間６７の下端は開孔６８となっている。開孔６８から送排液管ユニット２４の各送液管および排液管を挿入するが、長円状扁平面６２と楔状空間６３の上端部の間は僅かな距離があり、この距離を厚さとする薄膜があり、挿入前においては、長円状扁平面６２はこの薄膜の上面で構成され、楔状の空間６３はこの薄膜で封止された形になっている。そこで、長円状扁平面６２におけるこの薄膜を封止膜部と呼ぶ。
【００４４】
次に、送排液管ユニット２４について説明する。
図５は送排液管ユニット２４を示す斜視図で、送排液管ユニット２４は各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに対応するように配列したパイプ形状の送液管２４ａａ〜２４ａｍと排液管２４ｂおよびこれらを連結している帯状の連結部材２４ｃで一体化してある。
【００４５】
送液管２４ａａ〜２４ａｍと排液管２４ｂの一端を各各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに刺し込み（挿入し）、他端に送液系の送液用配管２５ａ〜２５ｍや排液用配管３１を接続する。
【００４６】
図６は裏蓋１２Ｂに装着してある各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４を取り付けた場合の一部を示している。各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４の各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込むと、各継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎの弾力で各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを締め付け、抜けを阻止するだけでなく気密性も確保する。従って、送排液管ユニット２４をマイクロ流体素子１０に固定する部材は必要でなく、ワンタッチでマイクロ流体素子１０と送排液管ユニット２４を一体化できる。
【００４７】
図４に戻り、２個の傾斜面６１，長円状扁平面６２，肩部６４，突出部６５および溝６６などの機能について説明する。
【００４８】
先ず、２個の傾斜面６１であるが、継手６０が先細りのたけのこ形状となるため。組立て時に特別な工具を使うこと無く、指で押し込むだけで容易に裏蓋１２Ｂに装着することが可能となる。
【００４９】
継手６０の空間６３，６７に開孔６８から送排液管ユニット２４における各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを挿入し長円状扁平面６２の封止膜部を突き破ると、送液系２０とマイクロ流体素子１０の結合ができるが、逆に送排液管ユニット２４を各継手から抜き取ると、図７に示すように、長円状扁平面６２には封止膜部を破った跡として一文字状のスリット６９が残る。このスリット６９の周囲は送排液管ユニット２４を各継手６０に挿入したときに弾性変形をして、後述する肩部６４の機能も相俟って各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂと密着し液漏れを阻止する。
【００５０】
マイクロ流体素子本体１１における各窪み１４ａ〜１４ｍと窪み１７に存在する液体の流体圧が２個の傾斜面６１に作用すると、その流耐圧はこのスリット６９を塞ぐ作用力として働くので、送排液管ユニット２４を各継手から抜き取っても、マイクロ流体素子１０から液体が漏れる恐れはない。特に、特定の送液管２４ａａ〜２４ａｍｂを連結部材２４ｃから着脱自在として、特定の送液管２４ａａ〜２４ａｍｂを外して送液を継続するような場合でも、液漏れの恐れは全くない。
【００５１】
肩部６４は、送排液管ユニット２４における各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂをスリット６９へ差し込んだ時のスリット開方向（図中の切断線Ｃ−Ｃに沿う方向）の肉厚を増やし、図４（ｂ）の軸中心方向への内部応力を増加させることができる。これにより、スリット６９が閉じようとする力が強化され、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込んだ時に各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂとスリット６９が密着して液漏れを防ぐ。また、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを刺し込まない場合や送液後に送液管２８を引き抜いた場合も軸中心方向への内部応力でスリット６９は閉じた状態を維持し、液体が逆流する（漏れる）ことを防ぐことができる。
【００５２】
一文字状のスリット６９に対し、十字状のスリットや米字状のスリットは弾力が大幅に低下し、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂとの密着性が低く液漏れを起すことが確認された。また、十字状のスリットや米字状のスリットでは各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを引き抜いた場合、当該スリットを閉じようとする力が弱く、裏蓋１２Ｂにおける各窪み１４ａ〜１４ｍや窪み１７に存在する液体の流体圧で変形して同様に液漏れを起し、継手６０はスリット６９が一文字状である形状が重要であった。
【００５３】
長円状扁平面６２の両端に設けた突出部６５は、各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを差し込んだ場合にスリット６９の端部より発生する可能性のある亀裂の予防及び、発生した亀裂の進行防止を果たす。この突出部６５を設けることで、継手６０に各送排液管２４ａａ〜２４ａｍ，２４ｂを繰り返し刺し込んでもスリット６９の形状を保つことができ、継手６０の長寿命化が図れる。
【００５４】
中段に設けられた溝６６は裏蓋１２Ｂにおける孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに嵌め込んだ時にフランジ部Ｆでしまりばめとなるように作られており、孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎの内面と密着して液漏れを防ぐ。
【００５５】
継手６０の寸法の一例では、図４（２）において、全高さｈ１は４．５mm、２個の傾斜面６１の高さｈ２は１mm、外径Φ１は４mm、先端部の外径Φ２は２.５mm、そして空間６７での内径Φ３は１.６mmである。
【００５６】
このような構成の継手６０を使用することによって、図１に実線や点線の矢印で示すように液漏れなく液体をマイクロ流体素子１０内に送液することができ、水溶液を用いて送液した結果、０．２ＭＰaまでは液漏れなくシールできることを確認した。
【００５７】
図１において、所要の処理を行なうために、キーボード５１でマイクロ流体素子本体１１に供給する液体の種類とその比率などのデータを入力すると、制御装置５２はポンプ２２ａ〜２２ｍの中から所要のポンプを決めてその回転数を設定する。そして、電磁弁２３ａ〜２３ｍの中から所要の電磁弁を選択して開く指示を出す。マイクロ流体素子本体１１には液体を同時に供給する必要があり、選択されたポンプと電磁弁のそれぞれに制御装置５２から同時に動作指令が出される。
【００５８】
すると、図２（ａ）に示すように孔１５ａ〜１５ｍのうち開かれた電磁弁２３ａ〜２３ｍに連通する送液管送排液管２４ａａ〜２４ａｍから点線の矢印で示すように所望の液体が窪み１４ａ〜１４ｍに噴出する。噴出した液体は各孔１５ａ〜１５ｍが並んだ方向（図２（ａ）においては上下方向）へ移動し、各窪み１４ａ〜１４ｍを満たす。この結果、液体は各孔１５ａ〜１５ｍに均一に供給されることになり、各窪み１４ａ〜１４ｍは液体の分配器の機能を果たしている。
【００５９】
各孔１５ａ〜１５ｍが供給口となって窪み１３に流出した液体は、流れ規制壁１６ａ〜１６ｍがあるために、実線の矢印で示すように孔１８の方向に流れを変える。各孔１５ａ〜１５ｍから流れ出た各液体は、下流側の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの間を流れるので、前後において流れは並行し、液体同士の接触面積は大きなものとなっている。
【００６０】
従って、マイクロ流体素子本体１１は鋳型に樹脂を流し込んで流れ規制壁１６ａ〜１６ｍや突出部１９ａ〜１９ｍ，１９ｎを一体成形により製作し、上面部に蓋１２Ａを密着固定すると窪み１３は特異的な物理現象を起す微小流路Ｇとなり、混合や反応の所要の処理結果を得ることができる。
【００６１】
各孔１５ａ〜１５ｍから流れ出た各液体が下流側の流れ規制壁１６ａ〜１６ｍの間を並行して流れるようにするために、前後（上流と下流）に位置する各孔１５ａ〜１５ｍは千鳥配置にすれば良い。
【００６２】
同じ液体を用い、成分比率を変えて所要の処理を行なう場合は、マイクロ流体素子１０はそのままで良いが、異なる液体を用い異なる処理を行なう場合は、マイクロ流体素子１０を交換し、所要の処理に無関係の液体が混入することを避ける必要がある。
【００６３】
この場合は、送排液管ユニット２４をマイクロ流体素子１０の裏蓋１２Ｂから引き抜いて、裏蓋１２Ｂに継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを装着した新たなマイクロ流体素子１０を準備し、新たなマイクロ流体素子１０における継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎに送排液管ユニット２４を突き刺して連結すれば、送液系２０と排液系３０は簡単にマイクロ流体素子１０と結合し一体化できる。
【００６４】
送排液管ユニット２４は裏蓋１２Ｂに装着されている継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎとの位置関係が決まっているから、送液管２４ａａ〜２４ａｍの方向性など配慮する必要が無く、作業は短時間に済み、熟練を必要としない。送液管２８の吐出口は横向きに設けてあるので、目詰まりを起し難く、マイクロ流体素子１０交換時の清掃作業も簡単でよい。
【００６５】
マイクロ流体素子１０は送排液管ユニット２４を外すだけで送液系２０や排液系３０に対し簡単に交換できるので、マイクロ流体素子１０の小型化を図ることができ、小型化によりマイクロ流体素子１０を一層性能や機能に優れたものとすることができる。
【００６６】
継手６０が弾力性に富み、送排液管ユニット２４を繰り返して抜き差ししてもスリット６９の切れ目が進行しない耐裂帛性に優れた材料で成形する場合、図４に示した肩部６４や突出部６５を設けない図８に示す継手６０Ａを用いても良い。
【００６７】
図４に示した肩部６４や突出部６５を持たない継手６０Ａは、図４の継手６０の原型であり、２個の傾斜面６１，長円状扁平面６２および溝６６をそのまま保有している。
【００６８】
なお、長円状扁平面６２に示した点線は、各送液管２４ａａ〜２４ａｍおよび排液管２４ｂの挿入により封止膜部が破裂してできる一文字状スリットの位置である。
【００６９】
図９は、継手６０の変形になる継手６０Ｂを示している。
継手６０Ｂは、先端部に截頭断面（先端の頭頂部を図において水平に切断したときに表れる断面）が長円状扁平面６２である錐状の外斜面６１Ｂを有し、図示していないけれども、内部には先端が該長円状扁平面６２に沿った楔状の空間を有しており、溝６６の両側は同じ外径としてあり、長円状扁平面６２には各送液管２４ａａ〜２４ａｍおよび排液管２４ｂの挿入により破裂する封止膜部を備えている
この継手６０Ｂも図３のように裏蓋１２Ｂのフランジ部Ｆと溝６６が嵌り合うようにして裏蓋１２Ｂに装着する。そして、送排液管ユニット２４を図６のように、その楔状空間に挿入し、長円状扁平面６２から先端を突出するように刺し込むことができる。
【００７０】
継手６０Ｂは先端部が錐状であることから、内部の楔状空間との関係で図４に示した肩部６４の位置が厚くなって高弾力となるので、送排液管ユニット２４に対する高い密着性やスリットにおける高い閉鎖性を持っている。
【００７１】
また、図１０は継手６０Ｂの更なる変形になる継手６０Ｃを示し、図９のように先端部に截頭断面が長円状扁平面ある錐状の外斜面６１Ｃについて長円状扁平面の中央を一段下げた長方形扁平面６２Ｃとし、その一段高い両側を図４の突出部６５に相当する突出部６５Ｃとしたものである。図において溝６６の上下の両側については、先端側の外径をやや小さくして、裏蓋１２Ｂの孔１２Ｂａａ〜１２Ｂａｍ，１２Ｂａｎに挿入しやすいようにしてある。
【００７２】
突出部６５Ｃがあることで、送排液管ユニット２４を抜き刺しして長方形扁平面６２Ｃにできるスリットに対する高い耐裂帛性を持っている。
【００７３】
図１１は図３に示した裏蓋１２Ｂの変形になる裏蓋１２Ｃを示している。
平面でみれば、図３の裏蓋１２Ｂと同じ形であるが、図１１（ａ）のＥ−Ｅ切断線に沿った縦断面では図１１（ｂ）のように、各供給口と排出口として機能する孔１２Ｃａａ〜１２Ｃａｍ，１２Ｃａｎにおけるフランジ部Ｆを上面と下面の間の内部に設けてあり、継手６０ａ〜６０ｍ，６０ｎを容易に挿入できるようにしてある。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明になるマイクロ流体装置の概略構成を示した図である。
【図２】図1に示したマイクロ流体装置におけるマイクロ流体素子の詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示したマイクロ流体装置における裏蓋の詳細な構成を示す図である。
【図４】図３に示した裏蓋に装着する継手の斜視図及び断面図である。
【図５】図1に示した送排液管ユニットの詳細な構成を示す図である。
【図６】図２に示したマイクロ流体素子と図５に示した送排液管ユニットの結合状況を示す図である。
【図７】図４に示した継手にできるスリットについて説明する図である。
【図８】図４に示した継手の変形になる継手を示す図である。
【図９】図４に示した継手の変形になる他の継手を示す図である。
【図１０】図９に示した継手の変形になる継手を示す図である。
【図１１】図３に示した裏蓋の変形になる裏蓋を示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…マイクロ流体装置
１０…マイクロ流体素子
２０…送液系
２４…送排液管ユニット
３０…排液系
６０、６０ａ〜６０ｍ，６０ｎ…継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該各継手の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、
該送液系と排液系は該各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えている、
ことを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項２】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該各継手は先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、
該送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えている、
ことを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、楔状の先端部が該各供給口と排出口に挿入されているように装着するものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口はそれぞれ内部にフランジを有し、該各継手は外周に該フランジと嵌り合う溝を有したものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、先端部外面の長円状扁平面と該長円状扁平面に沿った楔状空間の先端の間に該各送液管および排液管の挿入により破裂する封止膜部を備えているものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、楔状先端部の各傾斜面に該長円状扁平面から張り出した肩部を設けたものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、先端部における該長円状扁平面の各端部に該各供給口と排出口側に向けて張り出した突出部を設けたものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項８】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置における該各供給口および該排出口に装着してあり該送液系および該排液系とそれぞれ接続する継手において、
該各継手は弾性部材よりなり、先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った該送液系および該排液系における各送液管および排液管が挿入される楔状空間をそれぞれ有していることを特徴とする継手。
【請求項１】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該各継手の先端部外面は楔状で２個の傾斜面と両傾斜面を結ぶ長円状扁平面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、
該送液系と排液系は該各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えている、
ことを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項２】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口のそれぞれに弾性部材よりなる継手を装着してあり、該各継手は先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った楔状の空間を有しており、
該送液系と排液系は各継手の楔状空間に挿入し、該長円状扁平面から該各供給口と排出口側に向けて先端を突出させた各送液管および排液管を備えている、
ことを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、楔状の先端部が該各供給口と排出口に挿入されているように装着するものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各供給口と排出口はそれぞれ内部にフランジを有し、該各継手は外周に該フランジと嵌り合う溝を有したものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、先端部外面の長円状扁平面と該長円状扁平面に沿った楔状空間の先端の間に該各送液管および排液管の挿入により破裂する封止膜部を備えているものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項６】
請求項１に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、楔状先端部の各傾斜面に該長円状扁平面から張り出した肩部を設けたものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載のマイクロ流体装置において、
該各継手は、先端部における該長円状扁平面の各端部に該各供給口と排出口側に向けて張り出した突出部を設けたものであることを特徴とするマイクロ流体装置。
【請求項８】
少なくとも２個の供給口から供給された種類の異なる液体を微小流路に導き該微小流路で該液体の混合もしくは化学反応を行わせて該微小流路の下流にある排出口から所望の液体を得るマイクロ流体素子と、該マイクロ流体素子の各供給口に種類の異なる該液体を送液する送液系と、該マイクロ流体素子における該排出口から所望の液体を受ける排液系を有するマイクロ流体装置における該各供給口および該排出口に装着してあり該送液系および該排液系とそれぞれ接続する継手において、
該各継手は弾性部材よりなり、先端部に截頭断面が長円状扁平面である錐状の外斜面を有し、内部には先端が該長円状扁平面に沿った該送液系および該排液系における各送液管および排液管が挿入される楔状空間をそれぞれ有していることを特徴とする継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−３１７３０９（Ｐ２００６−３１７３０９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４０８３５（Ｐ２００５−１４０８３５）
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【出願人】（５９７０９６１６１）株式会社朝日ラバー (74)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１３日（２００５．５．１３）
【出願人】（０００２３３０７７）株式会社 日立インダストリイズ (97)
【出願人】（０００２０８７６５）株式会社エンプラス (403)
【出願人】（５９７０９６１６１）株式会社朝日ラバー (74)
【Ｆターム（参考）】
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