JP2018128375A

JP2018128375A - バルブユニット

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Publication number: JP2018128375A
Application number: JP2017022162A
Authority: JP
Inventors: 充孝米田; Mitsutaka Yoneda; 清辰夏目; Kiyotatsu Natsume
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: JP6588045B2

Abstract

【課題】窪みへ空気を安定的に出力しつつも、窪みから試薬が飛び散ってしまうことを抑制することができるバルブユニットを提供すること。【解決手段】バルブユニット１６は、出力ポート２２と窪みとを連通する連通通路４０と、連通通路４０の途中から分岐される分岐通路４４と、分岐通路４４に接続されるバッファタンク５０とを備えている。出力ポート２２から連通通路４０を介して窪みへ空気が出力される際に、連通通路４０を流れる空気の一部が分岐通路４４に流れ込み、分岐通路４４を介してバッファタンク５０に充填される。このため、バッファタンク５０に充填される時間分だけ出力ポート２２及び連通通路４０の圧力の上昇が遅延され、出力ポート２２及び連通通路４０の圧力が急激に上昇してしまうことが抑制される。【選択図】図３

Description

本発明は、ＤＮＡ分析装置に用いられるバルブユニットに関する。

ＤＮＡ分析装置は、ＤＮＡチップの内部で試薬と試料とを混合して、試薬と試料との反応を検出したり測定したりする。ＤＮＡチップは、複数の窪みを有しており、複数の窪みには、試薬がそれぞれ分注されている。ＤＮＡチップの内部には、各窪みにそれぞれ連通する内部通路が形成されている。各内部通路には、試料が充填されている。

さらに、ＤＮＡ分析装置は、バルブユニットを備えている。バルブユニットは、窪みへ空気を出力して、窪みに分注されている試薬を内部通路内に充填されている試料へ圧送する。バルブユニットは、例えば特許文献１に開示されているような電磁弁を有している。電磁弁のボディには、供給ポート、出力ポート、及び排出ポートが形成されている。供給ポートには、空気供給源から圧縮された空気が供給される。出力ポートからは、出力ポートと窪みとを連通する連通通路を介して窪みへ空気が出力される。排出ポートは大気に開放されている。また、電磁弁は、空気の流路を切り換える弁体と、弁体を移動させるためのソレノイド部と、を有している。

そして、例えば、ソレノイド部への通電が行われると、弁体が移動して、供給ポートと出力ポートが連通するとともに、出力ポートと排出ポートとが非連通になる。すると、空気供給源から供給ポートに供給された空気が出力ポート及び連通通路を介して窪みへ出力される。また、ソレノイド部への通電が行われなくなると、弁体が、ソレノイド部への通電が行われているときとは逆の方向へ移動して、出力ポートと排出ポートとが連通するとともに、供給ポートと出力ポートとが非連通になる。すると、連通通路から出力ポート及び排出ポートを介して空気が大気へ排出され、窪みへの空気の出力が行われなくなる。

特開２０１５−５９５９７号公報

しかしながら、電磁弁の駆動により、供給ポートと出力ポートとが連通すると、出力ポート及び連通通路の圧力が急激に上昇して、出力ポート及び連通通路を介して窪みに空気が勢い良く出力されることになり、窪みに分注されている試薬の飛び散りが発生してしまう虞がある。試薬の飛び散りが発生すると、飛び散った試薬が次回の分析に混入して、分析結果に影響が出るため好ましくない。

そこで、例えば、連通通路にオリフィスを設けることにより、窪みへ出力される空気の流量を抑えることが考えられるが、試薬の飛び散りの発生を抑制するためには、オリフィスの孔径を極小にしなければならないため、オリフィスに異物が詰まり易く、窪みへ空気を安定的に出力することができなくなる虞がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、窪みへ空気を安定的に出力しつつも、窪みから試薬が飛び散ってしまうことを抑制することができるバルブユニットを提供することにある。

上記課題を解決するバルブユニットは、試薬が分注される窪みを有するとともに内部に前記試薬と混合する試料が充填されているＤＮＡチップを備えたＤＮＡ分析装置に用いられ、前記窪みへ空気を出力して、前記窪みに分注されている前記試薬を前記試料へ圧送するバルブユニットであって、供給ポート、出力ポート、及び排出ポートが形成されたボディを有する電磁弁と、前記出力ポートと前記窪みとを連通する連通通路と、を備え、前記電磁弁は、前記供給ポートと前記出力ポートとが連通する第１切換状態と、前記出力ポートと前記排出ポートとが連通する第２切換状態と、に切換可能になっており、前記電磁弁が前記第１切換状態になると、前記供給ポートに供給された空気が前記出力ポート及び前記連通通路を介して前記窪みへ出力されるとともに、前記電磁弁が前記第２切換状態になると、前記連通通路から前記出力ポート及び前記排出ポートを介して前記空気が大気へ排出されて前記窪みへの前記空気の出力が行われなくなり、前記連通通路の途中から分岐される分岐通路と、前記分岐通路に接続されるバッファタンクと、を備えた。

上記バルブユニットにおいて、前記連通通路の一部を形成し、一端が前記出力ポートに連通するとともに途中で前記分岐通路に連通する第１通路を有する金属製の第１ベースと、前記連通通路の一部を形成し、一端が前記第１通路に連通するとともに他端が前記窪みに連通する第２通路を有する樹脂製の第２ベースと、前記第１ベースと共に前記第２ベースを挟む位置に配置される金属板と、を備え、前記第１ベースには雌ねじ孔が形成され、前記第２ベースには螺子挿通孔が形成され、前記金属板には螺子座孔が形成され、前記第１ベースと前記第２ベースとは、前記螺子座孔及び前記螺子挿通孔を通過するとともに前記雌ねじ孔にねじ込まれた螺子の頭部が前記螺子座孔に当接して、前記螺子の締め付け力によって前記第２ベースが前記第１ベースと前記金属板とによって挟み込まれた状態で互いに取り付けられているとよい。

上記バルブユニットにおいて、前記バッファタンクを複数備え、前記複数のバッファタンクを保持する保持部材を備えるとよい。

この発明によれば、窪みへ空気を安定的に出力しつつも、窪みから試薬が飛び散ってしまうことを抑制することができる。

（ａ）は実施形態におけるＤＮＡ分析装置の縦断面図、（ｂ）は窪み周辺を拡大して示す断面図。バルブユニットを示す斜視図。電磁弁が開弁している状態を示すバルブユニットの部分断面図。電磁弁が閉弁している状態を示すバルブユニットの部分断面図。金属ベースとアクリルベースとの取付状態を示す部分断面図。複数のバッファタンクが保持部材によって保持されている状態を示す斜視図。複数のバッファタンクが保持部材によって保持されている状態を示す側面図。

以下、ＤＮＡ分析装置に用いられるバルブユニットを具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１（ａ）に示すように、ＤＮＡ分析装置１０は、窪み１１を複数有するＤＮＡチップ１２を備えている。図１（ｂ）に示すように、各窪み１１には、試薬１３が分注されている。また、ＤＮＡチップ１２の内部には、各窪み１１にそれぞれ連通する内部通路１４が形成されている。各内部通路１４の途中には、試料が充填されている。ＤＮＡ分析装置１０は、ＤＮＡチップ１２の内部で試薬１３と試料とを混合して、試薬１３と試料との反応を検出したり測定したりする。

図１（ａ）に示すように、ＤＮＡ分析装置１０は、バルブユニット１６を備えている。バルブユニット１６は、窪み１１へ空気を出力して、窪み１１に分注されている試薬１３を内部通路１４内に充填されている試料へ圧送する。

図２に示すように、バルブユニット１６は、電磁弁１７と、金属製の第１ベースである金属ベース１８と、樹脂製の第２ベースであるアクリルベース１９と、を備えている。アクリルベース１９は平板形状である。アクリルベース１９は、アクリル樹脂により形成された平板状のアクリル板を複数積層した積層構造になっている。アクリルベース１９は、金属ベース１８が搭載される本体部１９ａと、本体部１９ａからＤＮＡチップ１２が配置される位置に向けて延びる通路形成部１９ｂと、を有している。

本実施形態のバルブユニット１６は、金属ベース１８を複数有している。金属ベース１８は、直方体形状である。また、本実施形態のバルブユニット１６は、電磁弁１７を複数有している。複数の電磁弁１７は、各金属ベース１８に対して電磁弁１７が各金属ベース１８の長手方向に複数並んで配置されている。複数の電磁弁１７は、対応する金属ベース１８に対して取り付けられている。

図３に示すように、電磁弁１７は、供給ポート２１、出力ポート２２、及び排出ポート２３が形成された非磁性材製のボディ２０を有している。また、電磁弁１７は、ボディ２０に形成された流路を切り換える弁体２４と、弁体２４を移動させるソレノイド部２５とを備えている。ボディ２０内には、弁体２４を収容する弁室２６が形成されている。弁室２６は、供給ポート２１、出力ポート２２、及び排出ポート２３にそれぞれ連通している。

ボディ２０の弁室２６内に臨む壁面であり、供給ポート２１の弁室２６への開口周囲には、弁体２４が着座する供給弁座２７が形成されている。さらに、ボディ２０の弁室２６内に臨む壁面であり、排出ポート２３の弁室２６への開口周囲には、弁体２４が着座する排出弁座２８が形成されている。弁体２４は供給弁座２７及び排出弁座２８に対し接離可能になっている。弁室２６内には、弁体２４を排出弁座２８に向けて付勢する弁体ばね２９が介在されている。

ソレノイド部２５は、環状のコイル３０と、コイル３０の内側に固設される固定鉄心３１と、コイル３０へ電力が供給されることで固定鉄心３１に吸着される可動鉄心３２と、可動鉄心３２を固定鉄心３１に対して離間する方向へ付勢する付勢ばね３３とを備えている。

コイル３０へ電力が供給されると、コイル３０が励磁され、固定鉄心３１に吸引力が発生し、可動鉄心３２が付勢ばね３３の付勢力に抗して固定鉄心３１に吸着され、弁体２４が弁体ばね２９の付勢力によって排出弁座２８に向けて移動するとともに、排出弁座２８に着座する。これにより、電磁弁１７は、供給ポート２１と出力ポート２２とが連通するとともに、出力ポート２２と排出ポート２３とが非連通になる第１切換状態となる。

図４に示すように、コイル３０への電力の供給が停止されると、コイル３０の励磁作用による固定鉄心３１の吸引力が消滅し、可動鉄心３２が付勢ばね３３の付勢力により固定鉄心３１から離間する方向へ移動する。すると、可動鉄心３２から弁体２４に対して、弁体２４を供給弁座２７に向けて押圧する押圧力が作用し、弁体２４が供給弁座２７に着座する。これにより、電磁弁１７は、出力ポート２２と排出ポート２３とが連通するとともに、供給ポート２１と出力ポート２２とが非連通になる第２切換状態となる。

図３及び図４に示すように、金属ベース１８には、供給ポート２１に連通する供給通路１８ａ、及び排出ポート２３に連通する排出通路１８ｂが形成されている。供給通路１８ａには、図示しない供給配管を介して図示しない空気供給源が接続されている。排出通路１８ｂは図示しない排出配管を介して大気に開放されている。

また、金属ベース１８には、出力ポート２２に連通する第１通路４１が形成されている。第１通路４１の一端は出力ポート２２に連通するとともに、他端は金属ベース１８におけるアクリルベース１９側の面１８１に開口している。金属ベース１８とアクリルベース１９との間には、シール部材１８ｓが設けられている。シール部材１８ｓは、金属ベース１８とアクリルベース１９との間の空気の洩れを抑止する。

図１に示すように、アクリルベース１９には、第１通路４１に連通する第２通路４２が形成されている。第２通路４２の一端は第１通路４１に連通するとともに、他端はアクリルベース１９の通路形成部１９ｂにおける金属ベース１８とは反対側の面１９１ｂに開口している。よって、第２通路４２は、アクリルベース１９の本体部１９ａにおける第１通路４１に対応する位置から通路形成部１９ｂに向けて延びて通路形成部１９ｂの内部を通過して通路形成部１９ｂの面１９１ｂに至る。

通路形成部１９ｂの面１９１ｂには、ガスケット３５を介して平板状のスペーサ３６が設けられている。スペーサ３６における第２通路４２の他端の開口位置と対応する部分には、貫通孔３６ａが形成されている。そして、スペーサ３６におけるアクリルベース１９とは反対側の面には、ガスケット３７を介してＤＮＡチップ１２が配置されている。ＤＮＡチップ１２は、窪み１１が貫通孔３６ａに連通するようにスペーサ３６に対して配置される。

第２通路４２の他端は、貫通孔３６ａを介して窪み１１に連通している。本実施形態において、第１通路４１、第２通路４２、及び貫通孔３６ａは、出力ポート２２と窪み１１とを連通する連通通路４０を形成している。よって、第１通路４１及び第２通路４２は、連通通路４０の一部を形成している。

図３及び図４に示すように、金属ベース１８には、第１通路４１の途中から分岐される第３通路４３が形成されている。第３通路４３は、第１通路４１の途中から金属ベース１８におけるアクリルベース１９とは反対側の面１８２に向けて延びている。第３通路４３の一端は第１通路４１の途中に連通するとともに、他端は金属ベース１８の面１８２に開口している。第３通路４３の他端には継手４３ａを介して接続配管４３ｂが接続されている。また、接続配管４３ｂにはバッファタンク５０が接続されている。

第３通路４３、継手４３ａの内部、及び接続配管４３ｂ内は、連通通路４０の途中から分岐される分岐通路４４を形成している。よって、第１通路４１は途中で分岐通路４４に連通している。そして、バッファタンク５０は分岐通路４４に接続されている。

図５に示すように、アクリルベース１９の本体部１９ａにおける金属ベース１８とは反対側の面１９１ａには、金属板４５が設けられている。金属板４５は、金属ベース１８と共にアクリルベース１９を挟む位置に配置されている。金属ベース１８には雌ねじ孔１８ｈが形成されている。アクリルベース１９の本体部１９ａには、螺子挿通孔１９ｈが形成されている。金属板４５には螺子座孔４５ｈが形成されている。雌ねじ孔１８ｈ、螺子挿通孔１９ｈ、及び螺子座孔４５ｈは、アクリルベース１９の厚み方向で重なっている。

金属ベース１８とアクリルベース１９とは、螺子座孔４５ｈ及び螺子挿通孔１９ｈを通過するとともに雌ねじ孔１８ｈにねじ込まれた螺子４６の頭部４６ａが螺子座孔４５ｈに当接して、螺子４６の締め付け力によってアクリルベース１９が金属ベース１８と金属板４５とによって挟み込まれた状態で互いに取り付けられている。

図２に示すように、本実施形態のバルブユニット１６では、複数の電磁弁１７のうちのいくつかの電磁弁１７に限定して、それらの電磁弁１７に対応するように継手４３ａ及び第３通路４３が各金属ベース１８に設けられている。したがって、全ての電磁弁１７に対応して各金属ベース１８に継手４３ａ及び第３通路４３が設けられているわけではない。そして、本実施形態では、複数の継手４３ａのうちの６つの継手４３ａに接続配管４３ｂがそれぞれ接続されている。各接続配管４３ｂにはバッファタンク５０がそれぞれ接続されている。したがって、本実施形態のバルブユニット１６は、バッファタンク５０を６つ備えている。

図６及び図７に示すように、複数のバッファタンク５０はそれぞれ同一形状であるとともに直方体形状である。複数のバッファタンク５０は、短手方向に位置する側面同士が接触した状態で一列に並ぶように配置されている。複数のバッファタンク５０の並設方向（図６及び図７において矢印Ｘ１で示す方向）で隣り合うバッファタンク５０同士は、ピン５１（図７において破線で示す）によって互いに位置決めされている。

さらに、複数のバッファタンク５０の並設方向の両端に配置されている両バッファタンク５０には、複数のバッファタンク５０を並設方向で挟み込むようにして保持する一対の保持部材５２が設けられている。保持部材５２は、バッファタンク５０の長手方向の両端面５０ａに引っ掛けられる第１引掛部５２ａと、バッファタンク５０の長手方向に延び、且つ複数のバッファタンク５０の並設方向に延びる側面５０ｂに引っ掛けられる第２引掛部５２ｂと、を有する。さらに、保持部材５２は、複数のバッファタンク５０の並設方向でバッファタンク５０とは反対側に延びる取付部５２ｃを有する。取付部５２ｃは、例えば取付螺子が通過可能な貫通孔５２ｈが形成されている。保持部材５２は、貫通孔５２ｈを通過した取付螺子が図示しない取付面にねじ込まれることにより取り付けられる。これにより、複数のバッファタンク５０が一対の保持部材５２により保持された状態で取付面に固定される。なお、取付面とは、例えば、アクリルベース１９の本体部１９ａにおける金属ベース１８が搭載されている側の面である。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、電磁弁１７が第１切換状態になると、空気供給源から供給配管を介して供給ポート２１に供給された空気が、出力ポート２２及び連通通路４０を介して窪み１１へ出力される。これにより、窪み１１に分注されている試薬１３が内部通路１４内に充填されている試料へ圧送され、試薬１３と試料とが混合される。また、第１通路４１を流れる空気の一部は、第１通路４１の途中で分岐通路４４に流れ込み、分岐通路４４を介してバッファタンク５０に充填される。

図４に示すように、電磁弁１７が第２切換状態になると、連通通路４０から出力ポート２２、排出ポート２３、排出通路１８ｂ、及び排出配管を介して空気が大気へ排出される。これにより、窪み１１への空気の出力が行われなくなる。また、バッファタンク５０に充填されていた空気も、第１通路４１、出力ポート２２、排出ポート２３、排出通路１８ｂ、及び排出配管を介して大気へ排出される。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）出力ポート２２から連通通路４０を介して窪み１１へ空気が出力される際に、連通通路４０を流れる空気の一部が分岐通路４４に流れ込み、分岐通路４４を介してバッファタンク５０に充填される。このため、バッファタンク５０に充填される時間分だけ出力ポート２２及び連通通路４０の圧力の上昇が遅延され、出力ポート２２及び連通通路４０の圧力が急激に上昇してしまうことが抑制される。これにより、出力ポート２２及び連通通路４０を介して窪み１１に空気が勢い良く出力されてしまうことが回避され、窪み１１に分注されている試薬１３の飛び散りが生じ難くなる。また、試薬１３の飛び散りの発生を抑制するために、例えば、連通通路４０の途中にオリフィスを設ける必要が無いため、オリフィスを設けた場合にオリフィスに異物が詰まって、窪み１１へ空気を安定的に出力することができなくなってしまうといったことが無い。よって、窪み１１へ空気を安定的に出力しつつも、窪み１１から試薬１３が飛び散ってしまうことを抑制することができる。

（２）金属ベース１８とアクリルベース１９とは、螺子座孔４５ｈ及び螺子挿通孔１９ｈを通過するとともに雌ねじ孔１８ｈにねじ込まれた螺子４６の頭部４６ａが螺子座孔４５ｈに当接して、螺子４６の締め付け力によってアクリルベース１９が金属ベース１８と金属板４５とによって挟み込まれた状態で互いに取り付けられている。よって、螺子４６は、アクリルベース１９に対して、螺子挿通孔１９ｈを通過しているだけであるため、螺子４６の締め付け力がアクリルベース１９に作用し難く、アクリルベース１９に掛かる負荷を低減することができる。

（３）複数のバッファタンク５０を保持部材５２により保持することで、複数のバッファタンク５０を一つのユニットとして一体化させることができ、複数のバッファタンク５０を、複数のバッファタンク５０の配置スペースに配置し易くなる。

（４）バッファタンク５０の容積を適宜変更することで、出力ポート２２及び連通通路４０の圧力の上昇時間の微調整を容易に行うことができ、窪み１１から試薬１３が飛び散ってしまうことをさらに抑制し易くすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・実施形態のバルブユニット１６では、複数の電磁弁１７のうちのいくつかの電磁弁１７に限定して、それらの電磁弁１７に対応するように継手４３ａ及び第３通路４３が各金属ベース１８に設けられていたが、例えば、全ての電磁弁１７に対応して各金属ベース１８に継手４３ａ及び第３通路４３が設けられていてもよい。すなわち、本実施形態のバルブユニット１６においては、ユーザによって決められた電磁弁１７に対応して、継手４３ａ及び第３通路４３を金属ベース１８に設けることができる。

・実施形態において、分岐通路４４は、第１通路４１の途中から分岐されていなくてもよく、例えば、第２通路４２の途中から分岐されていてもよい。
・実施形態において、複数のバッファタンク５０は、保持部材５２により保持されていなくてもよく、それぞれが独立して取付面に取り付けられていてもよい。

・実施形態において、金属板４５を設けずに、アクリルベース１９に、螺子４６の頭部４６ａが当接する螺子座孔が形成されていてもよい。
・実施形態において、電磁弁１７の数は特に限定されるものではない。

・実施形態において、窪み１１の数は特に限定されるものではない。

１０…ＤＮＡ分析装置、１１…窪み、１２…ＤＮＡチップ、１３…試薬、１６…バルブユニット、１７…電磁弁、１８…第１ベースである金属ベース、１８ｈ…雌ねじ孔、１９…第２ベースであるアクリルベース、１９ｈ…螺子挿通孔、２０…ボディ、２１…供給ポート、２２…出力ポート、２３…排出ポート、４０…連通通路、４１…第１通路、４２…第２通路、４４…分岐通路、４５…金属板、４５ｈ…螺子座孔、４６…螺子、４６ａ…頭部、５０…バッファタンク、５２…保持部材。

Claims

試薬が分注される窪みを有するとともに内部に前記試薬と混合する試料が充填されているＤＮＡチップを備えたＤＮＡ分析装置に用いられ、前記窪みへ空気を出力して、前記窪みに分注されている前記試薬を前記試料へ圧送するバルブユニットであって、
供給ポート、出力ポート、及び排出ポートが形成されたボディを有する電磁弁と、
前記出力ポートと前記窪みとを連通する連通通路と、を備え、
前記電磁弁は、前記供給ポートと前記出力ポートとが連通する第１切換状態と、前記出力ポートと前記排出ポートとが連通する第２切換状態と、に切換可能になっており、
前記電磁弁が前記第１切換状態になると、前記供給ポートに供給された空気が前記出力ポート及び前記連通通路を介して前記窪みへ出力されるとともに、前記電磁弁が前記第２切換状態になると、前記連通通路から前記出力ポート及び前記排出ポートを介して前記空気が大気へ排出されて前記窪みへの前記空気の出力が行われなくなり、
前記連通通路の途中から分岐される分岐通路と、
前記分岐通路に接続されるバッファタンクと、を備えたことを特徴とするバルブユニット。
前記連通通路の一部を形成し、一端が前記出力ポートに連通するとともに途中で前記分岐通路に連通する第１通路を有する金属製の第１ベースと、
前記連通通路の一部を形成し、一端が前記第１通路に連通するとともに他端が前記窪みに連通する第２通路を有する樹脂製の第２ベースと、
前記第１ベースと共に前記第２ベースを挟む位置に配置される金属板と、を備え、
前記第１ベースには雌ねじ孔が形成され、
前記第２ベースには螺子挿通孔が形成され、
前記金属板には螺子座孔が形成され、
前記第１ベースと前記第２ベースとは、前記螺子座孔及び前記螺子挿通孔を通過するとともに前記雌ねじ孔にねじ込まれた螺子の頭部が前記螺子座孔に当接して、前記螺子の締め付け力によって前記第２ベースが前記第１ベースと前記金属板とによって挟み込まれた状態で互いに取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のバルブユニット。
前記バッファタンクを複数備え、
前記複数のバッファタンクを保持する保持部材を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバルブユニット。