JP2008132444A - 流路構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】蓋部材の流路部材に対する押圧力を均一化することにより、流路構造体の流路から流体が漏出することを防止する。
【解決手段】流路構造体１では、流路部材３および蓋部材４の周囲の付勢部６により、第１押圧部材２および第２押圧部材５が、流路部材３および蓋部材４を間に挟んで互いに近づく方向に付勢されることにより、流路１０を形成する溝３１１が設けられた流路部材３の上面３１に蓋部材４が押圧される。流路構造体１では、第２押圧部材５の当接部５３が蓋部材４の外周縁よりも内側のほぼ全域に亘って蓋部材４に当接し、外周部５４が蓋部材４の外周縁と積層方向に関して離間する。これにより、蓋部材４の外周縁近傍に押圧力が集中することを防止して第２押圧部材５の撓みを抑制し、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化することができる。その結果、流路構造体１の流路１０から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体に関する。

従来より、化学合成反応や生化学反応等の分野において、微量の試料流体を反応させるための微小容器として、マイクロリアクタ等の微細流路を有する構造体が利用されている。このような構造体は、例えば、流路を形成する溝部が設けられた基板上に、当該溝部の開口を閉塞する他の基板が積層されて固定されることにより形成される。

例えば、特許文献１のマイクロリアクタは、チャネル（流路）が形成されたシリコン基板上に、耐熱ガラス等の平板を陽極接合することにより形成される。特許文献２のマイクロリアクタは、溝部が形成された流路基板の溝部の周囲に自己接着性を有する樹脂薄膜を設け、流路基板と蓋基板とを樹脂薄膜を介して加圧接合することにより形成される。

また、特許文献３のマイクロ流体チップは、溝部が形成されたマイクロ流体チップ本体、当該溝部を閉塞して流路の天井部分を形成する蓋部材、および、マイクロ流体チップ本体を間に挟んで蓋部材に固定されるアダプタを備え、これら３枚のステンレス製の基板が積層されてネジを用いて締結されることにより形成される。当該マイクロ流体チップでは、蓋部材およびアダプタの外周縁に沿って流路の周囲に９個のネジ穴が形成される。
特開平１０−３３７１７３号公報 特開２００５−１１１５６７号公報 特開２００６−１０２６５０号公報

ところで、特許文献１のマイクロリアクタは分解することができないため、内部のチャネルを十分に洗浄することが困難であり、また、チャネルの目詰まり等が発生した場合にも分解してメンテナンスすることができない。特許文献２のマイクロリアクタでは、蓋部材が自己接着性を有する樹脂薄膜を介して流路基板に加圧接合されているため、蓋部材の取り外しは可能ではあるが容易ではなく、また、再組み立ても容易に行うことはできない。

一方、特許文献３のマイクロ流体チップでは、ネジを用いて３枚の基板を締結することにより、マイクロ流体チップの分解および洗浄を容易とすることができる。しかしながら、このようなマイクロ流体チップでは、ネジによる押圧力がマイクロ流体チップの外周部のみに加えられるため、マイクロ流体チップの中央近傍において押圧力が不足してしまい、流路から流体が漏れてしまう恐れがある。そこで、流体の漏れを防止するためにマイクロ流体チップの中央近傍もネジにより締結することが考えられるが、マイクロ流体チップの中央近傍は流路が形成される領域であるため、ネジを配置することは非常に困難である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、蓋部材の流路部材に対する押圧力を均一化することにより、流路構造体の流路から流体が漏出することを防止することを主な目的としている。

請求項１に記載の発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、流路を形成する溝が一方の主面に設けられた板状の流路部材と、前記流路部材の前記一方の主面上に積層される板状の蓋部材と、前記流路部材の他方の主面上に積層されるとともに前記流路部材の外周縁よりも外側へと広がる第１押圧部材と、前記蓋部材上に積層されるとともに前記蓋部材の外周縁よりも外側へと広がる第２押圧部材と、前記流路部材および前記蓋部材の周囲において前記第１押圧部材と前記第２押圧部材とを互いに近づく方向に付勢する付勢部とを備え、前記第２押圧部材が、前記蓋部材との間の当接領域が、前記蓋部材の前記外周縁よりも所定の距離だけ内側の領域の全体に広がる当接部と、前記当接部から外側に広がるとともに、前記蓋部材の前記外周縁の互いに対向する２つの辺において前記蓋部材に垂直な積層方向に関して前記蓋部材から離間する外周部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記蓋部材の前記外周縁が略長方形であり、前記付勢部が、前記蓋部材の一対の長辺に沿って設けられており、前記第２押圧部材の前記外周部が、前記蓋部材の前記一対の長辺の全長に亘って前記積層方向に関して前記外周縁と離間する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記外周部が、前記蓋部材の前記外周縁の全長に亘って前記積層方向に関して前記外周縁と離間する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記外周部に設けられた溝部により、前記外周部と前記蓋部材の前記外周縁の少なくとも一部とが前記積層方向に関して離間する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記溝部の内側面が、前記溝部の内底面と滑らかに接続される。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記溝部の深さが、前記溝部の幅よりも小さい。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の流路構造体であって、前記蓋部材が透光性を有し、前記第２押圧部材が、前記当接部を前記積層方向に貫通するとともに前記当接部に配列された複数の貫通穴を備える。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の流路構造体であって、前記複数の貫通穴が、格子状またはハニカム状に配列されている。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記複数の貫通穴の内側面に、前記蓋部材に照射される光に対する反射率を前記第２押圧部材の母材の反射率よりも向上する処理が施されている。

請求項１０に記載の発明は、請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、前記複数の貫通穴の開口の合計面積が、前記当接部の前記複数の貫通穴を含む全体面積の８０％以上９５％以下である。

請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載の流路構造体であって、前記付勢部が、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の一方の部材に係合して前記一方の部材が他方の部材から離れる方向へ移動することを制限する、または、前記一方の部材に固定される複数の第１ネジ部材と、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の前記他方の部材に係合して前記他方の部材が前記一方の部材から離れる方向へ移動することを制限し、前記複数の第１ネジ部材にそれぞれ螺合されて回転することにより前記複数の第１ネジ部材に対して進退する複数の第２ネジ部材と、前記複数の第２ネジ部材と前記他方の部材との間に介在し、前記複数の第２ネジ部材を支点として前記他方の部材を前記一方の部材に向けて付勢する弾性部材とを備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の流路構造体であって、前記複数の第１ネジ部材および前記複数の第２ネジ部材の一方が複数の雄ネジ部を有し、前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の前記他方の部材が、前記複数の雄ネジ部がそれぞれ挿入される複数の穴を有し、前記複数の第２ネジ部材が、前記他方の部材の前記一方の部材とは反対側において、前記複数の第１ネジ部材の前記複数の雄ネジ部にそれぞれ螺合される複数のホイールを有し、または、前記複数の雄ネジ部、および、前記他方の部材の前記一方の部材とは反対側において前記複数の雄ネジ部にそれぞれ固定される複数のホイールを有し、前記弾性部材が、前記複数のホイールと前記他方の部材との間にそれぞれ挿入された複数のバネ部材である。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の流路構造体であって、前記複数のバネ部材のそれぞれがダイヤフラムである。

請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第２押圧部材の前記当接部が、前記蓋部材に接するとともに弾性を有するシート状のスペーサを含む。

請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１押圧部材が、前記流路から独立したもう１つの流路を備え、前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記流路部材を介して熱交換が行われる。

本発明では、流路から流体が漏出することを防止することをができる。請求項４の発明では、簡素な構造で蓋部材の外周縁と第２押圧部材の外周部とを離間させることができる。請求項１１の発明では、第１押圧部材と第２押圧部材との間に作用する付勢力を容易に調整することができる。請求項１２の発明では、付勢部を小型化することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体１を示す平面図であり、図２は、流路構造体１を図１中に示すＡ−Ａの位置で切断した断面図である。図１に示すように、流路構造体１は、平面視において略矩形状とされ、内部には流体が流れる微細流路（以下、単に「流路」という。）１０が形成される。本実施の形態では、流路１０を流れる流体は液状の薬品等であり、以下、「試薬流体」と呼ぶ。なお、図１では、図示の都合上、流路１０の幅を実際よりも大きく描いている（図８においても同様）。

図１および図２に示すように、流路構造体１は、図２中における上下方向に積層される第１押圧部材２、流路部材３、蓋部材４および第２押圧部材５を備え、さらに、流路部材３および蓋部材４の周囲において、第１押圧部材２と第２押圧部材５とを互いに近づく方向に付勢する付勢部６を備える。以下の説明では、便宜上、第１押圧部材２、流路部材３、蓋部材４および第２押圧部材５の積層方向（すなわち、これら４つの部材の主面に垂直な方向であり、図２中の上下方向）に沿って第１押圧部材２側を下側、第２押圧部材５側を上側として説明するが、積層方向は必ずしも重力方向と一致する必要はない。

図３は、流路部材３を示す平面図である。流路部材３は、流路１０（図２参照）を形成する溝３１１が、一方の主面３１（図２中における上側の主面であり、以下、「上面３１」という。）上に設けられた板状の部材である。流路部材３の外周縁は、平面視において略長方形状とされる。流路部材３では、溝３１１の周囲に、流路部材３の位置決めに利用される複数（本実施の形態では、６つ）の貫通穴３３が形成されている。

図２に示すように、蓋部材４は、流路部材３の上面３１上に積層される板状の部材であり、図１に示すように、蓋部材４の外周縁は、流路部材３と同様に、平面視において略長方形状とされる。本実施の形態では、流路部材３および蓋部材４は、ステンレスにより形成されている。また、図２に示す蓋部材４の流路部材３に当接する主面（すなわち、下面）４２、および、流路部材３の上面３１には、鏡面加工が施されている。流路構造体１では、流路部材３の溝３１１が蓋部材４の下面４２により上側から閉塞されることにより流路１０が形成される。

図２に示すように、第１押圧部材２は複数の部位から構成されるが、全体としては、流路部材３の下面３２（すなわち、蓋部材４が積層される側とは反対側の主面）上に積層されるとともに、図１に示すように、平面視において流路部材３および蓋部材４の略長方形状の外周縁よりも外側へと（すなわち、流路部材３および蓋部材４の周囲へと）広がる部材でとなっている。

図４は、第１押圧部材２を示す平面図である。図２および図４に示すように、第１押圧部材２は、流路部材３の周囲において付勢部６により第２押圧部材５と締結されるベースプレート２３、および、ベースプレート２３の略長方形状の外周縁よりも内側において流路部材３の下面３２（図２参照）に当接するとともに内部に温度調節用の流路２０が形成された温度調節部２４を備え、さらに、図２に示すように、ベースプレート２３と温度調節部２４との間に設けられる断熱部２５を備える。本実施の形態では、ベースプレート２３および温度調節部２４はステンレスにより形成されており、断熱部２５はテフロン（登録商標）により形成されている。なお、断熱部２５は、テフロン（登録商標）以外の樹脂やその他の材料により形成されてもよく、発泡材とされてもよい。

図４に示すように、ベースプレート２３では、付勢部６の複数のボルト６２（図７参照）が挿入される複数（本実施の形態では、８つ）の貫通穴２３１が、温度調節部２４の周囲に形成されている。図２に示すように、温度調節部２４の流路２０は、流路部材３および蓋部材４により形成される流路１０とは独立しており、流路１０を流れる試薬流体と、流路２０を流れる温度調整用の流体との間で温度調節部２４および流路部材３を介して熱交換が行われることにより、流路１０内の試薬流体の温度が調整される。図４に示すように、第１押圧部材２では、流路部材３の複数の貫通穴３３（図３参照）に対応する複数（本実施の形態では、６つ）の突起部２４１が、温度調節部２４の上面に設けられている。

図２に示すように、第２押圧部材５も詳細には複数の部位から構成されるが、全体としては、蓋部材４の上面４１上に積層されるとともに、図１に示すように、平面視において流路部材３および蓋部材４の略長方形状の外周縁よりも外側へと（すなわち、流路部材３および蓋部材４の周囲へと）広がる部材でとなっている。

図５は、第２押圧部材５を示す底面図である。図５では、蓋部材４の外周縁も二点鎖線にて併せて描いている。図２および図５に示すように、第２押圧部材５の下面５２には矩形枠状の溝部５２１が形成されており、溝部５２１は、図５に示すように、平面視において蓋部材４の外周縁と当該外周縁の全長に亘って重なっている。なお、第２押圧部材５では、溝部５２１の４本の直線部が第２押圧部材５の外周縁に到達するまで直線状に伸ばされることにより、格子状の溝部５２１が設けられてもよい。また、第２押圧部材５では、溝部５２１の周囲に付勢部６の複数のボルト６２（図７参照）が挿入される複数（本実施の形態では、８つ）の貫通穴５２２が形成されている。各貫通穴５２２は、大径部５２３および小径部５２４を有する、いわゆるダルマ穴とされる。

第２押圧部材５の下面５２では、溝部５２１よりも内側の略長方形状の領域全体が、蓋部材４の上面４１（図２参照）に当接している。すなわち、第２押圧部材５のうち、平面視において溝部５２１よりも内側の部位５３が、蓋部材４の外周縁よりも内側のほぼ全域に亘って蓋部材４に当接している。換言すれば、当該部位５３では、蓋部材４との間の当接領域が、蓋部材４の外周縁よりも所定の距離（すなわち、ゼロよりも大きい距離）だけ内側の領域の全体に広がっている。以下の説明では、第２押圧部材５の部位５３を、「当接部５３」という。また、第２押圧部材５において、当接部５３の周囲において当接部５３から外側に広がるとともに、図２に示す付勢部６により第１押圧部材２のベースプレート２３と締結される部位５４を、「外周部５４」という。

図２および図５に示すように、第２押圧部材５の当接部５３では、蓋部材４と接する部位に、弾性を有するシート状のスペーサ５３１が設けられる。本実施の形態では、スペーサ５３１は、耐熱性および耐薬品性が高いＥＴＦＥ（Ethylene−TetraFluoroEthylene）等のフッ素系樹脂により形成されており、ネジ止めにより第２押圧部材５のステンレス部に固定される。なお、スペーサ５３１はコーティング等によりステンレス部上に形成されてもよい。また、流路構造体１では、第２押圧部材５の外周部５４に設けられた矩形枠状の溝部５２１により、当該外周部５４が、蓋部材４の外周縁の全長に亘って（すなわち、略長方形状の外周縁の互いに対向する２つの長辺、および、互いに対向する２つの短辺において）蓋部材４から積層方向に関して離間している。換言すれば、蓋部材４の外周縁と第２押圧部材５とが非接触とされる。

図６は、第２押圧部材５の溝部５２１近傍を拡大して示す断面図である。図６に示すように、第２押圧部材５では、溝部５２１の深さが溝部５２１の幅よりも小さくされる。また、第２押圧部材５の溝部５２１では、内側面５２１１がいわゆるＲ面とされており、両側の内側面５２１１と内底面５２１２とが滑らかに接続されている。

本実施の形態では、図１に示す第１押圧部材２のベースプレート２３の長さおよび幅（すなわち、図１中の上下方向および左右方向の長さ）は、２３６ｍｍおよび１０３ｍｍであり、第２押圧部材５の長さおよび幅は、２２０ｍｍおよび８０ｍｍである。また、図４に示す第１押圧部材２の温度調節部２４（および断熱部２５（図２参照））、並びに、図１に示す流路部材３の長さおよび幅は、１６７ｍｍおよび５７ｍｍであり、蓋部材４の長さおよび幅は、１５８ｍｍおよび４８ｍｍである。

図２に示す第２押圧部材５の積層方向の厚さは、スペーサ５３１が設けられている部分（すなわち、当接部５３）において１４ｍｍであり、蓋部材４および流路部材３の合計厚さは８ｍｍである。図２では、図示の都合上、流路部材３の厚さ、溝３１１の幅および深さを実際よりも大きく描いている（図７および図９においても同様）。また、第１押圧部材２では、温度調節部２４、断熱部２５およびベースプレート２３のそれぞれの厚さが、１２ｍｍ，１０ｍｍ，１０ｍｍとされる。第２押圧部材５の下面５２に形成される溝部５２１の深さおよび幅は、２ｍｍおよび６ｍｍであり、溝部５２１の内側のエッジ（すなわち、第２押圧部材５の当接部５３と外周部５４との境界）と蓋部材４の外周縁との間の距離は３ｍｍとされる。なお、溝部５２１の内側のエッジと蓋部材４の外周縁との間の距離は２ｍｍ以上とされることが好ましい。

付勢部６は、図１に示すように、８つの締結構造６１を備え、このうち６つの締結構造６１は、流路部材３および蓋部材４の一対の長辺に沿って配置されており、残り２つの締結構造６１は、流路部材３および蓋部材４の一対の短辺の中央近傍に配置されている。

図７は、１つの締結構造６１近傍を拡大して示す断面図である。図７に示すように、締結構造６１は、第１押圧部材２の貫通穴２３１および第２押圧部材５の貫通穴５２２に雄ネジ部６２１が挿入されるボルト６２（本実施の形態では、六角ボルト）、第１押圧部材２の下側（すなわち、第２押圧部材５とは反対側）においてボルト６２に螺合された円筒状のホイール６３、ホイール６３の内側に収容された円環状のバネ部材６４、第１押圧部材２と第２押圧部材５との間においてボルト６２に固定されたナット６５、および、ナット６５と第１押圧部材２との間においてボルト６２が挿入されたコイルバネ６６を備える。

流路構造体１では、第２押圧部材５の複数の貫通穴５２２内にそれぞれ収容された複数のボルト６２の頭部６２２が第２押圧部材５に係合することにより、第２押圧部材５が第１押圧部材２から離れる方向へ移動することが制限されている。また、第１押圧部材２の下側において複数のボルト６２の雄ネジ部６２１にそれぞれ螺合された複数のホイール６３が第１押圧部材２に係合することにより、第１押圧部材２が第２押圧部材５から離れる方向へ移動することが制限されている。

各バネ部材６４は、複数（本実施の形態では、４枚）の略円環板状のダイヤフラム６４１をボルト６２を中心として積層方向に重ねたものであり、ホイール６３の円環板状の底部６３１と第１押圧部材２の下面２２との間に挿入されている。本実施の形態では、各ホイール６３および各ダイヤフラム６４１が、ステンレスにより形成されている。また、各ホイール６３の外側面には、ローレットが形成されている。

ホイール６３は、ボルト６２を中心として回転することにより、積層方向においてボルト６２に対して相対的に進退する。流路構造体１では、複数のホイール６３が回転してボルト６２の頭部６２２に近づく方向へと移動することにより（すなわち、ホイール６３が締められることにより）、複数のホイール６３と第１押圧部材２との間に介在する複数のバネ部材６４が圧縮され、複数のホイール６３の底部６３１を支点として、バネ部材６４により第１押圧部材２が第２押圧部材５に向けて付勢される。各ホイール６３の内部には、ボルト６２とバネ部材６４との間に位置する円筒状のストッパ６７が収容されており、ホイール６３が所定の位置まで締められると、第１押圧部材２の下面２２およびホイール６３の底部６３１がストッパ６７の上下の端部に当接することにより、ホイール６３が過剰に締められることが防止される。本実施の形態では、ストッパ６７は、ステンレスまたはアルミニウム（Ａｌ）により形成される。

流路構造体１が分解された状態では、複数の締結構造６１は、ボルト６２にホイール６３が螺合した状態で第１押圧部材２に取り付けられている。このとき、各締結構造６１では、ナット６５と第１押圧部材２との間のコイルバネ６６により、ナット６５がワッシャ６５１を介して支持されることにより、ボルト６２およびホイール６３が第１押圧部材２から下側に大きく離れてしまうことが防止される。

次に、流路構造体１の組み立てについて説明する。流路構造体１が組み立てられる際には、まず、図２に示す第１押圧部材２の温度調節部２４上に流路部材３が積層される。このとき、流路部材３の複数の貫通穴３３（図３参照）が、温度調節部２４の複数の突起部２４１（図４参照）にそれぞれ嵌合することにより、第１押圧部材２に対する流路部材３の相対位置が正確に決定される。続いて、流路部材３の上面３１に上に蓋部材４が積層される。このとき、蓋部材４の外側面が、温度調節部２４の複数の突起部２４１に当接することにより、第１押圧部材２および流路部材３に対する蓋部材４の相対位置が正確に決定される。なお、突起部２４１の先端は、蓋部材４の上面４１よりも低い位置（すなわち、蓋部材４の上面４１と下面４２との間）に位置する。

次に、付勢部６の複数のボルト６２の頭部６２２（図７参照）を第２押圧部材５の複数の貫通穴５２２の大径部５２３（図５参照）にそれぞれ挿入しつつ、第２押圧部材５が蓋部材４の上面４１上に載置される。そして、第２押圧部材５を蓋部材４に対して図１中の下方向にスライドすることにより、第２押圧部材５の各貫通穴５２２内において、ボルト６２が大径部５２３から小径部５２４（図５参照）へと相対的に移動し、第２押圧部材５と複数のボルト６２とが積層方向において係合する。上述のように、各ボルト６２はコイルバネ６６（図７参照）により第１押圧部材２に対して支持されており、第１押圧部材２とボルト６２の頭部６２２との間の距離は一定に保たれているため、第２押圧部材５を蓋部材４に対して容易にスライドすることができる。

その後、複数のホイール６３（図７参照）がそれぞれ回転されてボルト６２の頭部６２２との間の距離が縮められることにより、第１押圧部材２と第２押圧部材５とが互いに近づく方向に付勢され、蓋部材４が流路部材３に対して押圧される。本実施の形態では、流路部材３に対する蓋部材４の押圧力は、約１．５ＭＰａとされる。当該押圧力の大きさは、第１押圧部材２や第２押圧部材５、付勢部６等の温度変化による膨張や収縮、第１押圧部材２の断熱部２５や第２押圧部材５のスペーサ５３１のクリープ等により押圧力が低下する可能性も考慮してマージンを含めて決定されている。

以上に説明したように、流路構造体１では、流路部材３および蓋部材４の周囲に配置された付勢部６により、第１押圧部材２および第２押圧部材５が、流路部材３および蓋部材４を間に挟んで互いに近づく方向に付勢され、これにより、流路１０を形成する溝３１１が設けられた流路部材３の上面３１に蓋部材４が押圧される。

ここで、第２押圧部材が蓋部材の上面の外周縁に当接している流路構造体を仮に想定した場合、第２押圧部材を第１押圧部材に近づける方向に働く付勢力が蓋部材の外周縁近傍に集中してしまい、蓋部材の中央近傍（すなわち、流路が形成される領域）において、第２押圧部材が上向きに凸となるように撓んでしまう。その結果、蓋部材の流路部材に対する押圧力が、蓋部材の中央近傍において外周縁近傍の数分の１となり、流路が形成される領域における押圧力が不足して流路から試薬流体が漏出してしまう。

これに対し、本実施の形態に係る流路構造体１では、第２押圧部材５の当接部５３が、蓋部材４の外周縁よりも内側のほぼ全域に亘って蓋部材４の上面４１に当接する（すなわち、当接部５３の蓋部材４との当接領域が、蓋部材４の外周縁よりも所定の距離だけ内側の領域の全体に広がっている）とともに、外周部５４が、蓋部材４の外周縁と積層方向に関して離間する。これにより、蓋部材４の外周縁近傍に押圧力が集中することを防止して第２押圧部材５の中央近傍における撓みを抑制し、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化することができる。その結果、流路構造体１の流路１０から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。

また、流路構造体１では、付勢部６が、平面視において略長方形状である蓋部材４の外周縁の一対の長辺に沿って設けられており、第２押圧部材５の外周部５４が、当該一対の長辺の全長に亘って蓋部材４の外周縁と積層方向に関して離間している。これにより、長手方向（すなわち、長辺に平行な方向）よりも第２押圧部材５の撓みが生じやすい幅方向（すなわち、短辺に平行な方向）において、第２押圧部材５の撓みを防止することができる。その結果、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力をより均一化することができ、流路１０からの試薬流体の漏出をより確実に防止することができる。さらには、第２押圧部材５の外周部５４が、蓋部材４の外周縁の全長に亘って当該外周縁と積層方向に関して離間していることにより、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力をさらに均一化することができ、流路１０からの試薬流体の漏出をさらに確実に防止することができる。

流路構造体１では、第２押圧部材５の下面５２に形成された溝部５２１により、第２押圧部材５の外周部５４と蓋部材４の外周縁とを簡素な構造で積層方向に関して離間することができる。第２押圧部材５では、溝部５２１の深さが、第２押圧部材５の大きさに基づいて適正な範囲に設定されており、溝部５２１の幅が溝部５２１の深さよりも大きくされることにより、溝部５２１の幅の第２押圧部材５の大きさに対する割合が比較的大きくなっている。このため、蓋部材４上に第２押圧部材５を積層する際に、蓋部材４に対する第２押圧部材５の相対的な位置が所定の位置より多少ずれた場合であっても、溝部５２１を蓋部材４の外周縁と確実に重ねることができ、第２押圧部材５の外周部５４を蓋部材４の外周縁から確実に離間させることができる。

第２押圧部材５では、溝部５２１の内側面５２１１と内底面５２１２とが滑らかに接続されることにより、溝部５２１近傍における第２押圧部材５の応力集中を緩和して第２押圧部材５の変形を抑制することができる。このため、蓋部材４を流路部材３に対してより強く押圧することができ、流路１０からの試薬流体の漏出をより確実に防止することができる。

また、第２押圧部材５の当接部５３が、蓋部材４に接するとともに弾性を有するシート状のスペーサ５３１を含むことにより、付勢部６からの力により当接部５３に僅かな撓みが生じた場合であっても、当接部５３全体を蓋部材４に密着させることができ、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化することができる。その結果、流路構造体１の流路１０から試薬流体が漏出することをさらに確実に防止することができる。

第２押圧部材５では、スペーサ５３１が、第２押圧部材５の下面５２全体（すなわち、当接部５３および外周部５４の第１押圧部材２側全体）に設けられてもよい。この場合、溝部５２１の開口はスペーサ５３１により閉塞され、蓋部材４の外周縁にはスペーサ５３１が当接するが、第２押圧部材５が第１押圧部材２に対して付勢される際には、蓋部材４の外周縁上のスペーサ５３１は容易に変形して溝部５２１内へと撓むため、上記と同様に、蓋部材４の外周縁近傍に押圧力が集中することを防止することができる。その結果、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化することができ、流路構造体１の流路１０から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。なお、スペーサ５３１は、ポリエチレンやポリプロピレンにより形成されてもよい。

流路構造体１では、付勢部６の各締結構造６１が、第１押圧部材２および第２押圧部材５にそれぞれ係合するホイール６３およびボルト６２、並びに、ホイール６３と第１押圧部材２との間に介在して第１押圧部材２を第２押圧部材５に向けて付勢するバネ部材６４を備える。そして、ボルト６２に螺合されたホイール６３を回転して進退させることにより、第１押圧部材２と第２押圧部材５との間に作用する付勢力を容易に調整することができる。また、第１押圧部材２の下面２２側において、第１押圧部材２および第２押圧部材５を貫通するボルト６２に螺合されたホイール６３にバネ部材６４が収容されることにより、各締結構造６１および付勢部６を小型化することができる。さらには、バネ部材６４をダイヤフラム６４１とすることにより、バネ部材６４を積層方向において小型化することができるため、各締結構造６１および付勢部６を積層方向においてさらに小型化することができる。

流路構造体１では、第１押圧部材２の温度調節部２４により流路１０を流れる試薬流体の温度を容易かつ精度良く調整することができる。その結果、流路１０内において行われる試薬流体の反応速度や反応の程度等を、容易かつ精度良くコントロールすることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体について説明する。図８は、第２の実施の形態に係る流路構造体１ａを示す平面図であり、図９は、流路構造体１ａを図８中に示すＢ−Ｂの位置で切断した断面図である。図８に示すように、流路構造体１ａは、図１および図２に示す第２押圧部材５に代えて、当接部５３を積層方向に貫通する複数の貫通穴５５が形成された第２押圧部材５ａを備える。また、図８および図９に示す流路構造体１ａは、図１および図２に示すステンレス製の蓋部材４に代えて、透光性を有するガラス製の蓋部材４ａを備える。その他の構成は、図１ないし図７に示す流路構造体１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図８に示すように、第２押圧部材５ａでは、開口が矩形状の複数の貫通穴５５が当接部５３において格子状に配列されている。流路構造体１ａでは、第２押圧部材５ａの複数の貫通穴５５を介して蓋部材４ａに光（例えば、紫外線）が照射され、当該光が蓋部材４ａを透過して流路１０を流れる試薬流体に照射される。これにより、試薬流体の反応速度を増大させたり、試薬流体に光化学反応を生じさせることができる。また、貫通穴５５および蓋部材４ａを介して、流路１０内における試薬流体の反応等の様子を観察することもできる。第２押圧部材５ａでは、複数の貫通穴５５が格子状に規則的に配列されているため、第２押圧部材５ａの製作を簡素化することができる。

本実施の形態では、第２押圧部材５ａの３２個の貫通穴５５のうち、最外周に位置する２０個を除く１２個の貫通穴５５の長さおよび幅（すなわち、図８中の上下方向および左右方向の長さ）が、２２ｍｍおよび１４ｍｍとされる。また、図８に示す第２押圧部材５ａでは、複数の貫通穴５５の間に伸びる複数のリブ５６のそれぞれの幅（すなわち、図８中において各リブ５６が伸びる上下方向および左右方向に垂直な方向の幅）は、２ｍｍとされる。流路構造体１ａでは、リブ５６の幅は１ｍｍ以上とされることが好ましい。これにより、リブ５６の強度を十分に確保することができる。また、図９に示すリブ５６の下部に設けられるスペーサ５３１としてフッ素系樹脂等を利用した場合であっても、当該スペーサ５３１の強度を十分に確保することができる。

図１０は、第２押圧部材５ａを示す底面図である。図１０では、蓋部材４ａの外周縁も二点鎖線にて併せて描いている。図９および図１０に示すように、第２押圧部材５ａの下面５２では、複数のリブ５６において、図５に示す矩形枠状の溝部５２１に対応する部分（すなわち、複数のリブ５６の矩形枠状の溝部５２１と重なる部分）に複数の溝部５２１ａ（本実施の形態では、溝状ではない凹部であるが、第１の実施の形態と同様に、「溝部」と呼ぶ。）が形成されている。複数の溝部５２１ａは、平面視において蓋部材４ａの外周縁と重なっており、当該外周縁の溝部５２１ａと重なっていない部分は、第２押圧部材５ａの複数の貫通穴５５と重なっている。また、第２押圧部材５ａの当接部５３（の複数のリブ５６）は、蓋部材４ａの外周縁よりも内側のほぼ全域に亘って蓋部材４ａの上面４１（図９参照）に当接する（すなわち、当接部５３の蓋部材４ａとの当接領域が、蓋部材４ａの外周縁よりも所定の距離だけ内側の領域の全体に広がっている。）。もちろん、当接部５３と蓋部材４ａとが物理的に当接する領域の間には非当接の領域が存在する。

流路構造体１ａでは、第１の実施の形態と同様に、第２押圧部材５ａの外周部５４が、蓋部材４ａの外周縁と積層方向に関して離間することにより、蓋部材４ａの外周縁近傍に押圧力が集中することを防止し、蓋部材４ａの流路部材３に対する押圧力を均一化することができる。その結果、流路構造体１ａの流路１０から試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。

第２押圧部材５ａでは、平面視における複数の貫通穴５５の開口の合計面積が、当接部５３の複数の貫通穴５５を含む全体面積の約９１％とされる。当接部５３の全体面積に対する複数の貫通穴５５の開口の合計面積の割合（以下、「開口率」という。）は、８０％以上９５％以下とされることが好ましい。第２押圧部材５ａの当接部５３における開口率が８０％以上とされることにより、流路１０に対して照射される光量を十分に確保することができる。また、開口率が９５％以下とされることにより、リブ５６の本数およびリブ５６の幅を十分に確保することができ、蓋部材４ａの流路部材３に対する押圧力を十分に確保することができる。

第２押圧部材５ａでは、また、複数の貫通穴５５の内側面（すなわち、複数のリブ５６の側面）に、貫通穴５５を介して蓋部材４ａに照射される光に対する反射率を、第２押圧部材５ａの母材（本実施の形態では、ステンレス）よりも向上する処理が施されている。例えば、貫通穴５５を介して照射される光が紫外線である場合、貫通穴５５の内側面やリブ５６の上面に誘電体多層膜コーティングやアルミニウム蒸着等の紫外線反射処理が行われる。貫通穴５５の内側面にアルミニウム膜が形成される場合には、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）の保護膜が、アルミニウム膜上に形成される。これにより、流路１０に照射される光の光量を増大させる（すなわち、第２押圧部材５ａおよび蓋部材４ａの光の透過効率を向上する）ことができ、流路１０内における試薬流体の反応速度をさらに増大させたり、試薬流体の光化学反応を促進することができる。また、流路１０内の観察を容易とすることもできる。

図１１は、第２押圧部材の他の好ましい例を示す平面図である。図１１に示す第２押圧部材５ｂでは、開口が六角形の貫通穴５５ａが第２押圧部材５ｂの当接部５３においてハニカム状に配列されている。ただし、最外周に位置する貫通穴５５ａの開口形状は、六角形の一部となっている。このように、第２押圧部材５ｂの当接部５３において複数の貫通穴５５ａがハニカム状に規則的に配列されることにより、上述の流路構造体１ａと同様に、流路構造体の流路に光を照射することができ、試薬流体の反応速度を増大させたり、試薬流体に光化学反応を生じさせることができる。また、流路内における試薬流体の反応等の様子を観察することもできる。さらには、第２押圧部材５ｂの形成を簡素化することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、上記実施の形態に係る流路構造体では、蓋部材の下面４２に、平面視において流路部材３の溝３１１と重なる他の溝が形成され、当該溝と流路部材３の溝３１１とにより流路１０が形成されてもよい。また、蓋部材の下面４２に、平面視において流路１０が形成される領域の周囲を囲む他の溝が形成され、当該溝に断面が円形のテフロン（登録商標）等により形成されたシール材が設けられてもよい。これにより、流路部材３と蓋部材との間において、流路１０が形成される領域の周囲がシールされるため、万一、ホイール６３の締め忘れ等により流路１０から試薬流体が漏出した場合であっても、流路構造体の外部に試薬流体が漏出することを確実に防止することができる。

第２の実施の形態に係る流路構造体１ａでは、第２押圧部材５ａに形成される複数の貫通穴５５は、必ずしも格子状またはハニカム状に配列される必要はなく、様々な態様にて配列されてよい。また、これらの貫通穴５５を介して透光性の蓋部材４ａに照射される光は、紫外線以外の他の波長帯の光であってもよい。

第１の実施の形態に係る流路構造体１では、第２押圧部材５の外周部５４に設けられた溝部５２１は、必ずしも、蓋部材４の外周縁の全長において当該外周縁と重なる必要はなく、溝部５２１により当該外周部５４と蓋部材４の外周縁の少なくとも一部とが積層方向に関して離間していればよい。これにより、第２押圧部材５の外周部５４と蓋部材４の外周縁とを簡素な構造で積層方向に関して離間することができるとともに蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化して流路１０からの試薬流体の漏出を防止することができる。

ただし、試薬流体の漏出をより確実に防止するという観点からは、蓋部材４の外周縁が略長方形状である場合には、少なくとも、当該外周縁の一対の長辺の全長に亘って、第２押圧部材５の外周部５４と蓋部材４の外周縁とが離間していることが好ましい。また、蓋部材４の外周縁が略正方形状である場合には、当該外周縁の全長に亘って第２押圧部材５の外周部５４と蓋部材４の外周縁とが離間していることが好ましい。なお、蓋部材４の外周縁が、例えば、六角形等の多角形状とされる場合には、少なくとも、当該外周縁の互いに対向する２つの辺において、第２押圧部材５の外周部５４と蓋部材４の外周縁とが積層方向に関して離間される。

上記実施の形態に係る流路構造体では、必ずしも、第２押圧部材の下面５２に溝部が形成される必要はなく、例えば、図１２に示す第２押圧部材５ｃのように、外周部５４の積層方向の厚さが当接部５３の厚さよりも小さくされることにより、外周部５４と蓋部材４の外周縁とが積層方向に関して離間されてもよい。この場合も、蓋部材４の流路部材３に対する押圧力を均一化して流路１０からの試薬流体の漏出を防止することができる。

上記実施の形態に係る付勢部６の各締結構造６１では、ホイール６３と第１押圧部材２との間に挿入されるバネ部材６４として、例えば、ダイヤフラムが１枚のみ利用されてもよく、積層方向に凹凸を有する金属板やコイルバネが利用されてもよい。また、付勢部６では、複数のバネ部材６４に代えて、例えば、複数のボルト６２をそれぞれ中心とする複数の円筒状のゴム部材等の弾性部材が設けられてもよい。さらには、第１押圧部材２の複数の貫通穴２３１に対応する複数の貫通穴が設けられた１枚のシート状の弾性部材が、第１押圧部材２の下面２２上に積層されてもよい。

各締結構造６１では、ボルト６２の頭部６２２が第２押圧部材に固定されてもよい。この場合、流路構造体を分解する際には、ホイール６３がボルト６２から取り外される。第１の実施の形態に係る流路構造体１の付勢部６では、複数のホイール６３が第２押圧部材５の上側にて第２押圧部材５に係合し、ボルト６２の頭部６２２が第１押圧部材２の下側にて第１押圧部材２に係合することにより、第１押圧部材２と第２押圧部材５とが互いに離れる方向に移動することが制限されてもよい。このとき、ボルト６２の頭部６２２は、第１押圧部材２に固定されてもよい。

付勢部６では、各締結構造６１のボルト６２およびホイール６３を第１ネジ部材および第２ネジ部材と捉えた場合、第１ネジ部材が雄ネジ部を有し、第２ネジ部材が第１ネジ部材の雄ネジ部に螺合されるが、雄ネジ部は、必ずしも第１ネジ部材に設けられる必要はなく、第１ネジ部材および第２ネジ部材の一方に設けられていればよい。締結構造６１は、例えば、第２ネジ部材が、第１押圧部材２および第２押圧部材を貫通する雄ネジ部、並びに、第１押圧部材２の下側において当該雄ネジ部に固定されるホイールを備え、第１ネジ部材が、第２押圧部材の上側において第２ネジ部材の雄ネジ部に螺合されるナットを備える構造とされてもよい。

流路構造体では、付勢部６として、必ずしもボルト等のネジ部材が利用される必要はなく、例えば、第１押圧部材２のベースプレート２３に一体的に形成された係合部と、第２押圧部材の外周部５４に一体的に形成されたもう１つの係合部が係合することにより、第１押圧部材２および第２押圧部材が互いに近づく方向に付勢されてもよい。

上記実施の形態に係る流路構造体は、様々な種類の流体（例えば、化学薬品、化粧品、化学調味料、塗料等であり、液体であっても気体であってもよい。）の反応や混合が行われるマイクロチップ、マイクロリアクタ、ケミカルリアクタ、マイクロデバイス等として利用される。流路構造体において流体の混合が行われる場合、例えば、組成が異なる２種類（あるいは、３種類以上）の流体が混合されてもよく、状態が異なる（例えば、液体と気体）２種類の流体が混合されてもよい。また、流路構造体は、複数の流体の混合による化学反応、化学反応を伴わない単なる混合、液体と気体の混合による微粒子化や霧化、あるいは、泡化等、流体の混合を伴う様々な目的に利用可能である。流路構造体は、また、燃料電池等にも利用可能である。流路構造体の流路１０の平面視における形状や断面形状は、上記実施の形態にて示されたものには限定されず、流路構造体の利用目的により適宜決定される。

上記実施の形態では、微細流路が内部に形成された流路構造体について説明しているが、本発明に係る流路構造体では、流路は必ずしも微細なもの（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の横幅のもの）には限定されず、例えば、横幅が２０ｍｍ程度の流路が内部に設けられてもよい。

第１の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。 流路部材の平面図である。 第１押圧部材の平面図である。 第２押圧部材の底面図である。 第２押圧部材の溝部近傍を拡大して示す断面図である。 締結構造近傍を拡大して示す断面図である。 第２の実施の形態に係る流路構造体の平面図である。 流路構造体の断面図である。 第２押圧部材の底面図である。 第２押圧部材の他の例を示す平面図である。 流路構造体の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１，１ａ 流路構造体
２ 第１押圧部材
３ 流路部材
４，４ａ 蓋部材
５，５ａ〜５ｃ 第２押圧部材
６ 付勢部
１０ 流路
２０ 流路
３１ 上面
３２ 下面
５３ 当接部
５４ 外周部
５５，５５ａ 貫通穴
６２ ボルト
６３ ホイール
６４ バネ部材
２３１ 貫通穴
３１１ 溝
５２１，５２１ａ 溝部
５２２ 貫通穴
５３１ スペーサ
６２１ 雄ネジ部
６４１ ダイヤフラム
５２１１ 内側面
５２１２ 内底面

Claims (15)

1. 流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、
   流路を形成する溝が一方の主面に設けられた板状の流路部材と、
   前記流路部材の前記一方の主面上に積層される板状の蓋部材と、
   前記流路部材の他方の主面上に積層されるとともに前記流路部材の外周縁よりも外側へと広がる第１押圧部材と、
   前記蓋部材上に積層されるとともに前記蓋部材の外周縁よりも外側へと広がる第２押圧部材と、
   前記流路部材および前記蓋部材の周囲において前記第１押圧部材と前記第２押圧部材とを互いに近づく方向に付勢する付勢部と、
   を備え、
   前記第２押圧部材が、
   前記蓋部材との間の当接領域が、前記蓋部材の前記外周縁よりも所定の距離だけ内側の領域の全体に広がる当接部と、
   前記当接部から外側に広がるとともに、前記蓋部材の前記外周縁の互いに対向する２つの辺において前記蓋部材に垂直な積層方向に関して前記蓋部材から離間する外周部と、
   を備えることを特徴とする流路構造体。
2. 請求項１に記載の流路構造体であって、
   前記蓋部材の前記外周縁が略長方形であり、
   前記付勢部が、前記蓋部材の一対の長辺に沿って設けられており、
   前記第２押圧部材の前記外周部が、前記蓋部材の前記一対の長辺の全長に亘って前記積層方向に関して前記外周縁と離間することを特徴とする流路構造体。
3. 請求項１または２に記載の流路構造体であって、
   前記第２押圧部材の前記外周部が、前記蓋部材の前記外周縁の全長に亘って前記積層方向に関して前記外周縁と離間することを特徴とする流路構造体。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、
   前記第２押圧部材の前記外周部に設けられた溝部により、前記外周部と前記蓋部材の前記外周縁の少なくとも一部とが前記積層方向に関して離間することを特徴とする流路構造体。
5. 請求項４に記載の流路構造体であって、
   前記第２押圧部材の前記溝部の内側面が、前記溝部の内底面と滑らかに接続されることを特徴とする流路構造体。
6. 請求項４または５に記載の流路構造体であって、
   前記第２押圧部材の前記溝部の深さが、前記溝部の幅よりも小さいことを特徴とする流路構造体。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の流路構造体であって、
   前記蓋部材が透光性を有し、
   前記第２押圧部材が、前記当接部を前記積層方向に貫通するとともに前記当接部に配列された複数の貫通穴を備えることを特徴とする流路構造体。
8. 請求項７に記載の流路構造体であって、
   前記複数の貫通穴が、格子状またはハニカム状に配列されていることを特徴とする流路構造体。
9. 請求項７または８に記載の流路構造体であって、
   前記第２押圧部材の前記複数の貫通穴の内側面に、前記蓋部材に照射される光に対する反射率を前記第２押圧部材の母材の反射率よりも向上する処理が施されていることを特徴とする流路構造体。
10. 請求項７ないし９のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記複数の貫通穴の開口の合計面積が、前記当接部の前記複数の貫通穴を含む全体面積の８０％以上９５％以下であることを特徴とする流路構造体。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記付勢部が、
    前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の一方の部材に係合して前記一方の部材が他方の部材から離れる方向へ移動することを制限する、または、前記一方の部材に固定される複数の第１ネジ部材と、
    前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の前記他方の部材に係合して前記他方の部材が前記一方の部材から離れる方向へ移動することを制限し、前記複数の第１ネジ部材にそれぞれ螺合されて回転することにより前記複数の第１ネジ部材に対して進退する複数の第２ネジ部材と、
    前記複数の第２ネジ部材と前記他方の部材との間に介在し、前記複数の第２ネジ部材を支点として前記他方の部材を前記一方の部材に向けて付勢する弾性部材と、
    を備えることを特徴とする流路構造体。
12. 請求項１１に記載の流路構造体であって、
    前記複数の第１ネジ部材および前記複数の第２ネジ部材の一方が複数の雄ネジ部を有し、
    前記第１押圧部材および前記第２押圧部材の前記他方の部材が、前記複数の雄ネジ部がそれぞれ挿入される複数の穴を有し、
    前記複数の第２ネジ部材が、前記他方の部材の前記一方の部材とは反対側において、前記複数の第１ネジ部材の前記複数の雄ネジ部にそれぞれ螺合される複数のホイールを有し、または、前記複数の雄ネジ部、および、前記他方の部材の前記一方の部材とは反対側において前記複数の雄ネジ部にそれぞれ固定される複数のホイールを有し、
    前記弾性部材が、前記複数のホイールと前記他方の部材との間にそれぞれ挿入された複数のバネ部材であることを特徴とする流路構造体。
13. 請求項１２に記載の流路構造体であって、
    前記複数のバネ部材のそれぞれがダイヤフラムであることを特徴とする流路構造体。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記第２押圧部材の前記当接部が、前記蓋部材に接するとともに弾性を有するシート状のスペーサを含むことを特徴とする流路構造体。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の流路構造体であって、
    前記第１押圧部材が、前記流路から独立したもう１つの流路を備え、
    前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記流路部材を介して熱交換が行われることを特徴とする流路構造体。

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