JP2006322595A

JP2006322595A - マイクロバルブ、マイクロバルブの制御方法、及びマルチバルブ

Info

Publication number: JP2006322595A
Application number: JP2005148434A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uchiyama; 堅慈内山; Atsushi Yamaguchi; 山口　　淳; Shinji Tamai; 慎二玉井; Hiroya Mizutani; 洋弥水谷; Satoru Muto; 悟武藤; Tsuneyuki Ishikawa; 常行石川
Original assignee: HME KK; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: HME KK; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を防ぐことができるマイクロバルブを提供する。
【解決手段】マイクロバルブ１０は、数ｃｍ（１〜２ｃｍ）角の樹脂製ブロック（樹脂本体）１１と、樹脂製ブロック１１に設けられた穴に挿入された外径が２ｍｍ、内径が０．５ｍｍの金属パイプ１２と、樹脂製ブロック１１に挿入され、外部のポンプ（不図示）等に接続されたチューブ１３とを備える。チューブ１３と接続するように金属パイプ１２の側面にはパイプ穴１４が開けられており、チューブ１３から金属パイプ１２の側面におけるパイプ穴１４を介して金属パイプ１２内へ試料溶液を注入する。金属パイプ１２は、外表面における最大高さRｙが１０００ｎｍ以下、好ましくは７００ｎｍ以下、且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下になるように、外表面が電解研磨されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロバルブ、マイクロバルブの制御方法、及びマルチバルブに関し、特に、スイッチングバルブ、インジェクションバルブ等のマイクロバルブ、マイクロバルブの制御方法、及びマルチバルブに関する。

従来から、化学反応の高速性や微少量での反応、オンサイト分析等の観点から、化学反応を微小空間で行うための集積化技術が注目されており、小さなガラス基板等に形成した微細な流路の中で液中試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うことを目的としたマイクロ化学チップの開発が進められている。このようなマイクロ化学チップにおいて扱う液の容量は非常に少ないので、マイクロ化学チップ用のバルブは小容量の液を扱う必要がある。このようなマイクロ化学チップ用のバルブとして、例えば、試料切り出し量が１０ｎLのアップチャーチ社（米国、Upchurch Scientific Inc）製のインジェクションバルブ（MX Nano Injector）があるが（例えば、特許文献１参照）、このバルブ装置は１０２×７６×１２７ｍｍと非常に大きいことに加えて、マイクロ化学チップとバルブとを長いチューブを介して接続しなければならないために、試料切り出し量が１０ｎLと小さいにも拘わらず多量のバッファー溶液を必要としたり、送液に時間がかかったり、送液に高圧を要したりといった問題がある。また、上記インジェクションバルブより小さな手動バルブ（Micro-Scale Injector Model 8125）もあるが、この手動バルブの大きさは直径３ｃｍ、長さ５ｃｍ程度であり、小型化が十分になされていなかった。

小型化されたマイクロバルブとして、以下のものが提案されている。

図４は、従来のマイクロバルブの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体構造を示し、（ｂ）は内部構造を示す。

図４において、マイクロバルブ４０は、数ｃｍ（１〜２ｃｍ）角の樹脂製ブロック（樹脂本体）４１と、樹脂製ブロック４１に設けられた穴に挿入された数ｍｍφの金属パイプ４２と、樹脂製ブロック４１に挿入され、外部のポンプ（不図示）等に接続されたチューブ４３とを備える。チューブ４３と接続するように金属パイプ４２の側面には穴４２ａが開けられており、試料溶液はチューブ４３から金属パイプ４２の側面における穴４２ａを通じて金属パイプ４２内に注入される。

上記マイクロバルブ４０は、金属パイプ４２を回転することにより、試料溶液を所定量だけ取り出して（切り出して）、他の溶液が流れている中に試料溶液を注入するインジェクションや、選択した液ラインに切り替えて試料溶液を流すスイッチング等を行うが、金属パイプ４２の側面における穴４２ａのパターンによって種々のバルブ機能を選択できる。

上記マイクロバルブ４０がインジェクションを行う場合、金属パイプ４２の両端は閉じられているので、試料溶液は金属パイプ４２内には所定量しか流入してこない（図５（ａ））。この状態で金属パイプ４２を回転すると所定量の試料溶液のみを切り出すことができ、流し出したいチューブ４３に金属パイプ４２の側面における穴４２ａが接続されたときに金属パイプ４２の回転を止めて試料溶液を流しだす（図５（ｂ））。なお、このマイクロバルブ４０は上述したアップチャーチ社製のインジェクションバルブと比べてデッドボリュームが格段に少ない。

また、上記マイクロバルブ４０がスイッチングを行う場合は、インジェクションを行う場合とは異なるパターンで側面に穴４２ａを開けた金属パイプ４２を回転させ、入及び出の液ライン６１から選択した入及び出の液ライン６２に切り替えて試料溶液を流す（図６）。
米国特許第６７２９３５０号明細書

しかしながら、マイクロバルブ４０は樹脂製ブロック４１に設けられた穴に金属パイプ４２が挿入されているだけなので、樹脂製ブロック４１に設けられた穴と金属パイプ４２との隙間４４（図４（ｂ））から試料溶液が漏れてくる。

また、初期段階では樹脂製ブロック４１に設けられた穴と金属パイプ４２との隙間４４が小さくて液漏れが発生しなくても、金属パイプ４２の回転数に応じて樹脂製ブロック４１の穴と金属パイプ４２との隙間４４が大きくなって液漏れ等を発生する場合がある。具体的には、金属パイプ４２の側面における穴の縁に生成したバリが外側に向かって張り出していると、金属パイプ４２の回転数に応じて樹脂製ブロック４２に設けられた穴と金属パイプ４２との隙間４４が大きくなって液漏れを発生したり、樹脂製ブロック４１から削り取られた樹脂が不純物として試料溶液に混ざってしまうことがある。また、金属パイプ４２の側面における穴の縁に生成したバリが内側に張り出していると、金属パイプ４２内の液の流れを阻害して、液残り、液汚れ、圧力損失等を引き起こしたり、試料溶液中のビーズ等が詰まってしまうことがある。

また、マイクロバルブ４０における金属パイプ４２の回転駆動をモーターで自動化する場合、金属パイプ４２を反復して回転駆動すると、モーターにおけるギヤのバッククラッシュによって金属パイプ４２の側面における穴４２ａの停止位置がずれてしまうことがある。

また、並列に並べられた複数のマイクロバルブ４０から成るマルチバルブの小型化及び低コスト化を実現するためには、複数のマイクロバルブ４０を一つの駆動部で駆動する必要があるが、その駆動方法が見つかっていなかった。

本発明の目的は、金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を防ぐことができるマイクロバルブを提供することにある。

本発明の他の目的は、金属パイプの回転を自動的に制御することができるマイクロバルブの制御方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、小型化及び低コスト化を実現することができるマルチバルブを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載のマイクロバルブは、樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２記載のマイクロバルブは、樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが７００ｎｍ以下であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項３記載のマイクロバルブは、樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４記載のマイクロバルブは、樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とする。

請求項５記載のマイクロバルブは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面が研磨されたことを特徴とする。

請求項６記載のマイクロバルブは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは内表面が研磨されたことを特徴とする。

請求項７記載のマイクロバルブは、請求項５又は６記載のマイクロバルブにおいて、前記研磨は電解研磨であることを特徴とする。

請求項８記載のマイクロバルブは、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは側面に穴を有し、前記金属パイプの側面における穴は縁がバリ取りされたことを特徴とする。

請求項９記載のマイクロバルブは、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外径が前記樹脂本体に設けられた穴の直径の１０２〜１２０％であることを特徴とする。

請求項１０記載のマイクロバルブは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは鉄−ニッケル−クロム合金から成ることを特徴とする。

請求項１１記載のマイクロバルブは、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは鉄−クロム合金から成ることを特徴とする。

請求項１２記載のマイクロバルブは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外径が１〜４ｍｍであることを特徴とする。

請求項１３記載のマイクロバルブは、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは内径が２ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項１４記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法であって、前記マイクロバルブにおける金属パイプをモーターにより回転駆動することを特徴とするマイクロバルブの制御方法。

請求項１５記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１４記載のマイクロバルブの制御方法において、前記モーターは前記金属パイプを１方向のみに回転駆動することを特徴とする。

請求項１６記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１４又は１５記載のマイクロバルブの制御方法において、前記マイクロバルブにおける樹脂本体は、前記金属パイプの回転軸に対して左右対称位置に設けられたチューブ挿入穴を有することを特徴とする。

請求項１７記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法において、前記モーターは前記金属パイプを半回転毎に回転駆動することを特徴とする。

請求項１８記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法において、前記モーターによる前記金属パイプの回転を１つのセンサーにより感知することを特徴とする。

請求項１９記載のマイクロバルブの制御方法は、請求項１８記載のマイクロバルブの制御方法において、前記センサーは、前記金属パイプの回転軸に対して円の中心が合致するように設けられた半円状の円盤を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項２０記載のマルチバルブは、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロバルブを並列に並べたバルブ群と、前記バルブ群における金属パイプの回転軸を完全に同期して連結する歯車とを備えることを特徴とする。

請求項２１記載のマルチバルブは、請求項２０記載のマルチバルブにおいて、前記歯車は隣接する他の歯車と逆方向に回転することを特徴とする。

請求項２２記載のマルチバルブは、請求項２１記載のマルチバルブにおいて、前記バルブ群におけるマイクロバルブは同じ向きに並列に並べてあることを特徴とする。

請求項１記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下であるので、金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を防ぐことができる。

請求項２記載のマイクロバルブによれば、最大高さＲｙが７００ｎｍ以下であるので、金属パイプをさらに円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができる。

請求項３記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であるので、金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができる。

請求項４記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であるので、金属パイプをさらに円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができる。

請求項５記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外表面が研磨されたので、金属パイプを円滑に回転させることができる。

請求項６記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは内表面が研磨されたので、液の流れをスムーズにして、試料を流れ易くすることができる。

請求項７記載のマイクロバルブによれば、研磨が電解研磨であるので、金属パイプの表面における最大高さＲｙ及び算術平均粗さＲａを所望の値に調整することができる。

請求項８記載のマイクロバルブによれば、金属パイプの側面における穴は縁がバリ取りされているので、金属パイプの側面における穴の縁に形成されたバリを完全に除去することができ、もって金属パイプを円滑に回転することができる。

請求項９記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外径が樹脂本体に設けられた穴の直径の１０２〜１２０％であるので、金属パイプを回転可能な状態に維持しつつ液漏れを防止することができる。

請求項１０記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは鉄−ニッケル−クロム合金から成るので、金属パイプの耐薬品性及び剛性を向上することができる。

請求項１１記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは鉄−クロム合金から成るので、金属パイプの耐薬品性及び剛性を向上することができる。

請求項１２記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは外径が１〜４ｍｍであるので、回転操作中の抵抗により変形しない程度の剛性を得ると共にマイクロバルブを小型化して切り出し量を少なくすることができる。

請求項１３記載のマイクロバルブによれば、金属パイプは内径が２ｍｍ以下であるので、マイクロバルブを小型化して切り出し量を少なくすることができる。

請求項１４記載のマイクロバルブの制御方法によれば、モーターが金属パイプを回転駆動するので、金属パイプの回転を自動的に制御することができる。

請求項１５記載のマイクロバルブの制御方法によれば、モーターは金属パイプを１方向のみに回転駆動するので、歯車のバッククラッシュによって金属パイプの停止位置が所定位置からずれるのを防止することができる。

請求項１６記載のマイクロバルブの制御方法によれば、チューブ挿入穴は金属パイプの回転軸に対して左右対称位置に設けられているので、モーターを常に同じ方向に回転する構造とした場合、金属パイプの回転動作を簡単にすることができる。

請求項１７記載のマイクロバルブの制御方法によれば、モーターは金属パイプを半回転毎に回転駆動するので、マイクロバルブの動作を簡単にすることができる。

請求項１８記載のマイクロバルブの制御方法によれば、モーターによる金属パイプの回転を１つのセンサーにより感知するので、小型化及び低コスト化を図ることができる。

請求項１９記載のマイクロバルブの制御方法によれば、センサーは金属パイプの回転軸に対して円の中心が合致するように設けられた半円状の円盤を有するので、１つのセンサーで金属パイプの回転を感知することができる。

請求項２０記載のマルチバルブによれば、歯車が金属パイプの回転軸を完全に同期して連結するので、小型化及び低コスト化を実現することができる。

請求項２１記載のマルチバルブによれば、歯車は隣接する他の歯車と逆方向に回転するので、歯車を直接組み合わせることができる。

請求項２２記載のマルチバルブは、バルブ群におけるマイクロバルブは同じ向きに並列に並べてあるので、歯車を直接組み合わせることができると共に、バルブの構造が簡単となり、また取り扱いが容易となる。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、樹脂本体と、樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、金属パイプは外表面における最大高さRｙが１０００ｎｍ以下、好ましくは７００ｎｍ以下であると、金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を防ぐことができることを見出した。

また、本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、樹脂本体と、樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、金属パイプは外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であると、金属パイプを円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができることを見出した。

また、本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、樹脂本体と、樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であると、金属パイプをさらに円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができることを見出した。

また、本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、マイクロバルブにおける金属パイプをモーターにより回転駆動すると、金属パイプの回転を自動的に制御することができることを見出した。

また、本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、マルチバルブがマイクロバルブを並列に並べたバルブ群と、バルブ群における金属パイプの回転軸を完全に同期して連結する歯車とを備えると、小型化及び低コスト化を実現することができることを見出した。

本発明は、上記研究の結果に基づいてなされたものである。

以下、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブを図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロバルブの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体構造を示し、（ｂ）は内部構造を示す。

図１において、マイクロバルブ１０は、数ｃｍ（１〜２ｃｍ）角の樹脂製ブロック（樹脂本体）１１と、樹脂製ブロック１１に設けられた穴に挿入された外径が２ｍｍ、内径が０．５ｍｍの金属パイプ１２と、樹脂製ブロック１１に挿入され、外部のポンプ（不図示）等に接続されたチューブ１３とを備える。チューブ１３と接続するように金属パイプ１２の側面にはパイプ穴１４が開けられており、チューブ１３から金属パイプ１２の側面におけるパイプ穴１４を介して金属パイプ１２内へ試料溶液を注入する。

樹脂製ブロック１１には、耐薬品性及び金属パイプ１２の回転容易性等の観点から、フッ素製樹脂、特にテフロン（登録商標）が用いられる。

金属製パイプ１２には、耐薬品性及び剛性の観点から、ＳＵＳ（鉄−ニッケル−クロム合金、又は鉄−クロム合金）、特にＳＵＳ３１６が用いられる。

また、金属パイプ１２は、外表面における最大高さRｙが１０００ｎｍ以下、好ましくは７００ｎｍ以下、且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下になるように、外表面が電解研磨されている。ここで、最大高さRｙとは、「粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和」であるとJIS B0601-1994により規定されており、算術平均粗さＲａとは、「粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値」であるとJIS B0601-1994により規定されている。

金属製パイプ１２の外表面を平らに研磨することにより、樹脂製ブロック１１内に設けられた穴と金属製パイプ１２の外表面との間の隙間がなくなり、試料の液漏れを防止することができる。また、金属製パイプ１２の回転時における抵抗を減少させることができ、金属製パイプ１２を容易に回転させることができる。

また、金属パイプ１２は内表面も電解研磨されている。これにより、液の流れをスムーズにして、試料を流れ易くすることができ、もって圧力損失を小さくすることができると共に液残りや液汚れ等による不純物混入を防ぐことができる。

また、金属製パイプ１２と樹脂製ブロック１１に設けられた穴との接触によってマイクロバルブ１０のシールが達成されているため、樹脂製ブロック１１に設けられた穴と金属パイプ１２に少しでも隙間４４（図４（ｂ））ができると液漏れが発生する。樹脂製ブロック１１に設けられた穴の直径と全く同じ外径の金属パイプ１２を挿入した場合、金属パイプ１２の外表面と樹脂製ブロック１１に設けられた穴の間に力がほとんど掛からず、隙間４４ができて液漏れが発生する。そこで、樹脂製ブロック１１に設けられた穴の直径よりも少し太い外径の金属パイプ１２を挿入することで液漏れを防止する。ここで、挿入した金属パイプ１２をより太くした方が液漏れ防止効果は向上するものの、挿入した金属パイプ１２が太すぎると、金属パイプ１２の外表面と樹脂製ブロック１１に設けられた穴との間に力がかかりすぎて金属パイプ１２を回転することができなくなる。よって、金属パイプ１２の外径は、樹脂製ブロック１１に設けられた穴の直径の１０２〜１２０％、好ましくは１１０〜１１５％に設定される。

また、金属パイプ１２の側面におけるパイプ穴１４の縁をバリ取りして、パイプ穴１４の縁に生成したバリを完全に除去している。金属パイプ１２にパイプ穴１４を開ける際にバリが生成するが、バリが金属パイプ１２の外側に張り出した状態で金属パイプ１２を回転させると、バリによって樹脂製ブロック１１に設けられた穴の表面に傷をつけ、この傷によって液漏れが発生する。また、バリによって樹脂製ブロック１１が削られ、樹脂が不純物として試料に混入する。また、バリが金属パイプ１２の内側に張り出した場合は、液の流れを阻害し、液残り、液汚れ等による不純物混入の原因となる。また、ビーズ等を混入して流した場合にはバリが障害となり、ビーズが詰まる原因となる。よって、パイプ穴１４の縁をバリ取りすることによって、上述の液漏れ、不純物混入、ビーズ詰まり等の発生を抑制することができる。

また、インジェクションバルブの切り出し量は金属パイプ１２内の容量によって決まるため、切り出し量を少なくするためには内径の小さな（２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下）金属パイプ１２を使用する必要があるが、穴加工および研磨のし易さ等の影響を考慮すると、金属パイプ１２の内径は０．２ｍｍ以上が好ましい。

また、金属パイプ１２は、回転操作中の抵抗により変形しない程度の剛性を得るために外径を１ｍｍ以上とする必要がある一方、より外径を小さくしてマイクロバルブ１０を小型化して切り出し量を少なくすることが好ましい。そこで、金属パイプ１２は外径を４ｍｍ以下（１〜４ｍｍ）、好ましくは３ｍｍ以下（１〜３ｍｍ）とすることが好ましい。なお、本実施の形態では、制御する試料溶液量を少なくすること、試料溶液が流れやすいこと、金属パイプ１２が変形しない剛性を有すること等の観点から、外径が２ｍｍ、内径が０．５ｍｍの金属パイプ１２を使用した。

本実施の形態によれば、外表面における最大高さRｙが１０００ｎｍ以下（好ましくは７００ｎｍ以下）になるように外表面が電解研磨されているので、金属パイプ１２を円滑に回転させて液漏れの発生を防ぐことができる。

また、本実施の形態によれば、外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下になるように外表面が電解研磨されているので、金属パイプ１２を円滑に回転させて液漏れの発生を確実に防ぐことができる。

本実施の形態では、金属パイプ１２の研磨に電解研磨を用いたが、これに限定されるものではなく、他の研磨方法を用いてもよい。

図２は、図１のマイクロバルブを４つ並列に並べたマルチ自動バルブの構成を概略的に示す図である。

図２において、マルチ自動バルブ２０は、樹脂製ブロック１１ａ，１１ｂ．１１ｃ，１１ｄをチューブ挿入穴１５（図１（ｂ））が開いていない面同士をつなぎ合わせることで並列に並べた４つのマイクロバルブ１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄと、マイクロバルブ１０ｃにおける金属パイプ１２ｃに取り付けられ、金属パイプ１２ｃを回転駆動するモーター２１と、金属パイプ１２ｃに取り付けられ、モーター２１による金属パイプ１２ｃの回転駆動を感知するセンサー２２と、金属パイプ１２ａ，１２ｂ．１２ｃ，１２ｄに夫々取り付けられ、全く同じ大きさで同じ数の凹凸を有する４つのギヤ（歯車）２３ａ，２３ｂ．２３ｃ，２３ｄとを備える。

上記構成により、モーター２１が金属パイプ１２ｃを反時計回り（図２の右側から見た場合）に回転駆動すると、反時計回りに回転したギヤ２３ｃが金属パイプ１２ｂ，１２ｄをギヤ２３ｂ，２３ｄを介して時計回り（図２の右側から見た場合）に回転駆動し、時計回りに回転したギヤ２３ｂが金属パイプ１２ａをギヤ２３ａを介して反時計回り（図２の右側から見た場合）に回転駆動する。４つのマイクロバルブ１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄは一つのモーター２１によって制御され、モーター２１（金属パイプ１２ｃ）の回転は１つのセンサー２２によって感知されている。

図２のようにギヤ２３ａ，２３ｂ．２３ｃ，２３ｄを直接組み合わせる場合、大きさ及び歯の数が同じで完全にシンクロする（完全に同期する）ギヤを用いることが好ましい。これにより、マイクロバルブ１０の動作を同期させることができる。

センサー２２は金属パイプ１２ｃに同期して回転する半円状の円盤３０（図３）を有する。この円盤３０の端部３２は金属パイプ１２ｃの停止位置に配置される。金属パイプ１２ｃが回転すると、それに伴い円盤３０が回転する。センサー２２は、例えば透過光を測定すること等によって円盤３０の板が有るところと無いところを識別する。円盤３０の端部３２と３２’は、円盤３０が有るところから無いところへの変化か、円盤が無いところから有るところへの変化かをセンサー２２が識別することで区別する。これによって、１つのセンサー２２で停止位置の違いを識別し、モーター２１（金属パイプ１２ｃ）の回転を制御することができる。

また、上記構成において、モーター２１を反復回転させた場合、回転方向が切り替わるときにギヤ２３ｃのバッククラッシュによって金属パイプ１２ｃの停止位置が所定位置からずれてしまう。これにより、チューブ１３ｃの開口位置と金属パイプ１２ｃの側面におけるパイプ穴１４との位置がずれ、圧力損失が大きくなって試料溶液が流しにくくなるとともに、液漏れを誘発する。上記バッククラッシュはギヤ２３ｃの回転方向が変わるときに発生するので、モーター２１を常に同じ方向に回転する構造とすることが好ましい。なお、モーター２１を常に同じ方向に回転する構造とした場合、金属パイプ１２ａ，１２ｂ．１２ｃ，１２ｄの回転動作を簡単にするために、チューブ挿入穴１５を金属パイプ１２ａ，１２ｂ．１２ｃ，１２ｄの回転軸に対して左右対称位置となるように開けることが好ましい。

また、よりマイクロバルブ１０の動作を簡単にするためには、金属パイプ１２の側面に回転軸に対して左右対称位置にパイプ穴１４を開けるのが好ましい。同じ大きさ、同じ歯数のギアを組み合わせた場合、隣り合わせたギアは逆回転する。しかしながら、金属パイプ１２に開けられたパイプ穴１４およびチューブ挿入穴１５が金属パイプ１２の回転軸に対して左右対称位置となるように開けられているため、回転角度を１８０度とすれば金属パイプ１２がどちら向きに回転しても停止位置は全く同じとなる。よって、マイクロバルブ１０における金属パイプ１２の回転角度は１８０度ごとに制御することとする。

金属パイプ１２の回転は１８０度ごとに制御すればよいため、センサー２２には半円状の円盤３０を用い、１８０度ごとの回転を制御する。

以上の結果、１つの回転軸に対して、１つのマイクロバルブ１０で２つ以上の機能（例えば、インジェクション機能及びスイッチング機能）を実行する場合（１／４回転や３／４回転等が必要となる）を除き、金属パイプ１２ａ，１２ｂ．１２ｃ，１２ｄを半回転ごとに停止すればよい。

本実施の形態によれば、金属パイプ１２ｃ自体をモーター２１に直結して駆動する構造であるので、マルチ自動バルブ２０を単純化且つ小型化することができる。

本実施の形態によれば、並列に設置したマイクロバルブ１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄはギヤ２３ａ，２３ｂ．２３ｃ，２３ｄにより連結されているので、１つのモーター２１で複数のマイクロバルブ１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄを制御できる。

本実施の形態によれば、１つのセンサー２２がモーター２１（金属パイプ１２ｃ）の回転を感知するので、マルチ自動バルブ２０の小型化及び低コスト化を図ることができる。

本実施の形態では、本体２４は４つの樹脂製ブロック１１ａ，１１ｂ．１１ｃ，１１ｄを積み重ねたものであるが、これに限定されるものではなく、１つの本体２４に金属パイプ１２ａ，１２ｂ．１２ｃ，１２ｄやチューブ１３ａ，１３ｂ．１３ｃ，１３ｄ等を挿入して、マルチ自動バルブ２０を形成してもよい。

本実施の形態では、金属パイプ１２ｃの回転に対してモーター２１の回転を１：１としているが、これに限定されるものではなく、金属パイプ１２ｃの回転停止位置を精度良く制御する観点から、途中に減速ギヤ等を配置して、モーター２１の回転数に対して金属パイプ１２ｃの回転数を減らしてもよい。

本実施の形態では、隣合うマイクロバルブ１０ａ，１０ｂ．１０ｃ，１０ｄの向きを同じ向きに並列に並べて、ギヤ２３ａ，２３ｂ．２３ｃ，２３ｄの間に他のギヤを入れることなく直接組み合わせている。金属パイプ２１の回転制御角度を１８０度とすることで、同じ向きにマイクロバルブ１０を組み合わせることが可能なので、組み立ておよび取り扱いが非常に容易となる。１８０度ずらしてマイクロバルブ１０を設置しても制御は変わらないため、試料の流し方等でマイクロバルブ１０の向きを変えて組み合わせたい場合は、必要に応じてマイクロバルブ１０の向きを変えて組み合わせることも可能である。

金属パイプ１２の外側面における最大高さRｙ及び算術平均粗さＲａが異なるマイクロバルブ１０のサンプルを実施例１〜５及び比較例１〜４として作製し、連続使用における液漏れの発生の有無について表１に示す。

表１から、金属パイプ１２の外表面における最大高さRｙが１０００ｎｍ以下、好ましくは、７００ｎｍ以下であると、連続使用しても液漏れが発生しないことが分かった。

さらに、表１から、金属パイプ１２の外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であると、連続使用しても液漏れが発生しないことが分かった。

本発明の実施の形態に係るマイクロバルブの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体構造を示し、（ｂ）は内部構造を示す。図１のマイクロバルブを４つ並列に並べたマルチ自動バルブの構成を概略的に示す図である。図２におけるセンサーに設置された円盤の構成を概略的に示す図である。従来のマイクロバルブの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は全体構造を示し、（ｂ）は内部構造を示す。図４のマイクロバルブをインジェクションバルブとして使用する場合を示す図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は初期状態から半回転した状態を示す。図４のマイクロバルブをスイッチングバルブとして使用する場合を示す図であり、（ａ）は初期状態を示し、（ｂ）は初期状態から半回転した状態を示す。

符号の説明

１０マイクロバルブ
１１樹脂製ブロック（樹脂本体）
１２金属パイプ
１３チューブ
１４パイプ穴

Claims

樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下であることを特徴とするマイクロバルブ。
樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが７００ｎｍ以下であることを特徴とするマイクロバルブ。
樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とするマイクロバルブ。
樹脂本体と、前記樹脂本体に設けられた穴に挿入された金属パイプと、前記樹脂本体に挿入されたチューブとを備えるマイクロバルブにおいて、前記金属パイプは外表面における最大高さＲｙが１０００ｎｍ以下且つ算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とするマイクロバルブ。
前記金属パイプは外表面が研磨されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは内表面が研磨されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記研磨は電解研磨であることを特徴とする請求項５又は６記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは側面に穴を有し、前記金属パイプの側面における穴は縁がバリ取りされたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは外径が前記樹脂本体に設けられた穴の直径の１０２〜１２０％であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは鉄−ニッケル−クロム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは鉄−クロム合金から成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは外径が１〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
前記金属パイプは内径が２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のマイクロバルブ。
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法であって、前記マイクロバルブにおける金属パイプをモーターにより回転駆動することを特徴とするマイクロバルブの制御方法。
前記モーターは前記金属パイプを１方向のみに回転駆動することを特徴とする請求項１４記載のマイクロバルブの制御方法。
前記マイクロバルブにおける樹脂本体は、前記金属パイプの回転軸に対して左右対称位置に設けられたチューブ挿入穴を有することを特徴とする請求項１４又は１５記載のマイクロバルブの制御方法。
前記モーターは前記金属パイプを半回転毎に回転駆動することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法。
前記モーターによる前記金属パイプの回転を１つのセンサーにより感知することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載のマイクロバルブの制御方法。
前記センサーは、前記金属パイプの回転軸に対して円の中心が合致するように設けられた半円状の円盤を有することを特徴とする請求項１８記載のマイクロバルブの制御方法。
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のマイクロバルブを並列に並べたバルブ群と、前記バルブ群における金属パイプの回転軸を完全に同期して連結する歯車とを備えることを特徴とするマルチバルブ。
前記歯車は隣接する他の歯車と逆方向に回転することを特徴とする請求項２０記載のマルチバルブ。
前記バルブ群におけるマイクロバルブは同じ向きに並列に並べてあることを特徴とする請求項２１記載のマルチバルブ。