JP2019105560A - バルブ開閉装置およびバルブの開閉方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡便な操作でバルブチップのダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うことが可能なバルブ開閉装置の提供を目的とする。【解決手段】バルブ開閉装置は、流路を有する基板と、ダイヤフラムを含むフィルムとが積層されたバルブチップのダイヤフラムバルブを開閉するために用いられる。バルブ開閉装置は、前記フィルムと対向するように配置され、前記フィルムと対向する面に少なくとも１つの凸部を有し、前記フィルムに前記凸部を押し当てた状態で回転することにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する摺動部材と、前記バルブチップを挟んで前記摺動部材に対向するように配置され、前記バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体と、前記支持体および前記バルブチップの間に配置された、前記バルブチップを直接的または間接的に二点以上で支える弾性体と、を有する。【選択図】図４
Description
本発明は、バルブ開閉装置およびバルブの開閉方法に関する。
近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、微細な流路を有する流体取扱装置が使用されている。流体取扱装置は、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてもよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。流体取扱装置の一例として、流路および当該流路の途中に設けられた隔壁を有する基板と、当該隔壁を覆うダイヤフラムを備えるカバーフィルムと、が積層されたバルブチップが提案されている（例えば、特許文献１）。当該バルブチップでは、ローラー等によりダイヤフラムを隔壁に押しつけることで、流路が分断される。つまり、当該流体取扱装置によれば、ダイヤフラムを隔壁に密着させたり、隔壁から離したりすることで、流路を分断させたり連通させたりすることが可能であり、二種以上の流体の混合等を所望のタイミングで行うことができる。
近年、特許文献１に記載されているようなダイヤフラムバルブの開閉（ダイヤフラムと隔壁との密着および離間）を、回転式の摺動部材を有するバルブ開閉装置によって行うことが検討されている。当該バルブ開閉装置では、摺動部材の一方の面に配置された凸部によって、ダイヤフラムを隔壁に押しつける。また、摺動部材を回転させ、凸部をダイヤフラム上から移動させることで、ダイヤフラムと隔壁とを離間させる。このようなバルブ開閉装置５００にバルブチップ５１を取り付ける際、図１に示すように、バルブチップ５１を取り付けるチップホルダー５５が傾いたり、バルブチップ５１自体が歪んでいることがある。この場合、摺動部材５２の凸部が形成された面と、バルブチップ５１のフィルムとが平行にならず、摺動部材５２をバルブチップ５１に押しつけたとしても、一部の領域でダイヤフラムバルブを閉状態とすることができない。また、ダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うため、摺動部材５２をバルブチップ５１に、より高い押圧力で押しつけることも考えられる。しかしながら、従来のバルブ開閉装置５００においてダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うためには、押圧力を非常に高くする必要があり、ダイヤフラムバルブの開閉作業に時間がかかったり、バルブチップ５１が破壊されたりする等の課題があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、簡便な操作でバルブチップのダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うことが可能なバルブ開閉装置の提供を目的とする。また本発明は、当該バルブ開閉装置を使用したバルブの開閉方法の提供も目的とする。
本発明は、以下のバルブ開閉装置を提供する。
流路を有する基板と、ダイヤフラムを含むフィルムとが積層されたバルブチップのダイヤフラムバルブを開閉するためのバルブ開閉装置であって、前記フィルムと対向するように配置され、前記フィルムと対向する面に少なくとも１つの凸部を有し、前記フィルムに前記凸部を押し当てた状態で回転することにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する摺動部材と、前記バルブチップを挟んで前記摺動部材に対向するように配置され、前記バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体と、前記支持体および前記バルブチップの間に配置された、前記バルブチップを直接的または間接的に二点以上で支える弾性体と、を有する、バルブ開閉装置バルブ開閉装置。
流路を有する基板と、ダイヤフラムを含むフィルムとが積層されたバルブチップのダイヤフラムバルブを開閉するためのバルブ開閉装置であって、前記フィルムと対向するように配置され、前記フィルムと対向する面に少なくとも１つの凸部を有し、前記フィルムに前記凸部を押し当てた状態で回転することにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する摺動部材と、前記バルブチップを挟んで前記摺動部材に対向するように配置され、前記バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体と、前記支持体および前記バルブチップの間に配置された、前記バルブチップを直接的または間接的に二点以上で支える弾性体と、を有する、バルブ開閉装置バルブ開閉装置。
本発明は、以下のバルブの開閉方法も提供する。
上記のバルブ開閉装置を使用して前記バルブチップのダイヤフラムバルブを開閉する方法であって、前記弾性体と、前記摺動部材との間に、前記バルブチップを配置する工程と、前記摺動部材の凸部を、前記バルブチップのフィルムに所定の圧力で押し当てる工程と、前記摺動部材を回転させることにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する工程と、を含む、バルブの開閉方法。
上記のバルブ開閉装置を使用して前記バルブチップのダイヤフラムバルブを開閉する方法であって、前記弾性体と、前記摺動部材との間に、前記バルブチップを配置する工程と、前記摺動部材の凸部を、前記バルブチップのフィルムに所定の圧力で押し当てる工程と、前記摺動部材を回転させることにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する工程と、を含む、バルブの開閉方法。
本発明のバルブ開閉装置およびバルブの開閉方法によれば、簡便な操作でバルブチップのダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うことが可能である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（バルブ開閉装置の構成）
図２Ａは、本発明の一実施の形態に係るバルブ開閉装置１００の正面図であり、図２Ｂは、当該バルブ開閉装置１００の概略断面図である。本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、ダイヤフラムバルブを有するバルブチップ１の開閉を行うための装置であり、摺動部材２と、支持体３と、弾性体（図２Ａおよび図２Ｂでは図示せず）とを少なくとも有する。なお、本明細書における「バルブチップ」とは、流路および当該流路の途中に設けられた隔壁を有する基板と、当該隔壁を覆うダイヤフラムを備えるカバーフィルムと、が積層されたチップのことを意味する。
図２Ａは、本発明の一実施の形態に係るバルブ開閉装置１００の正面図であり、図２Ｂは、当該バルブ開閉装置１００の概略断面図である。本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、ダイヤフラムバルブを有するバルブチップ１の開閉を行うための装置であり、摺動部材２と、支持体３と、弾性体（図２Ａおよび図２Ｂでは図示せず）とを少なくとも有する。なお、本明細書における「バルブチップ」とは、流路および当該流路の途中に設けられた隔壁を有する基板と、当該隔壁を覆うダイヤフラムを備えるカバーフィルムと、が積層されたチップのことを意味する。
本実施の形態のバルブ開閉装置１００によってバルブの開閉が行われるバルブチップ１は、流路を有する基板と、略球冠形状のダイヤフラムを含むフィルムとが積層された構造を有していればよく、ダイヤフラムバルブの個数等は特に制限されない。
本実施の形態のバルブ開閉装置１００でバルブの開閉が可能なバルブチップ１の一例を図３に示す。当該バルブチップ１は、基板１２０とフィルム１３０とが積層された構造を有する。図３Ａは、バルブチップ１の平面図であり、図３Ｂは、当該バルブチップ１からフィルム１３０を取り除いたとき、すなわち基板１２０の平面図であり、図３Ｃは、図３Ａのバルブチップ１のＡ−Ａ断面図であり、図３Ｄは、図３Ｃの破線部の部分拡大断面図である。
図３Ｃに示すように、基板１２０は、平板状の部材であり、流体を流動させるための溝や、流体を貯留、導入、もしくは排出するための貫通孔を有する。ここで、図３には、平面視形状が矩形である基板１２０を示したが、基板１２０の平面視形状は、円形等であってもよい。また、基板１２０の厚みは、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。なお、基板１２０の厚みが比較的薄い場合（例えば、厚みが３ｍｍ未満である場合等）には、後述のバルブ開閉装置１００にバルブチップ１を設置する際、チップホルダーにより、バルブチップ１を支持することが好ましい。一方、基板１２０の厚みが比較的厚い場合（例えば厚みが３ｍｍ以上である場合等）には、バルブ開閉装置１００に、チップホルダーを配置することなく、バルブチップ１を直接設置してもよい。なお、本実施の形態のバルブ開閉装置１００では、バルブチップ１がチップホルダーによって支持される。
ここで、バルブチップ１の基板１２０が有する溝や、貫通孔の形状は特に制限されず、流体の種類等に応じて適宜選択される。図３に示すバルブチップ１の基板１２０は、流体の導入、排出、または貯留するための第１の貫通孔１２１ａ、第２の貫通孔１２１ｂ、第３の貫通孔１２１ｃ、および第４の貫通孔１２１ｄ（以下、これらをまとめて「貫通孔１２１」とも称する）を有する。
基板１２０はさらに、第１の貫通孔１２１ａと一端が連通する溝（第１流路１２２ａ）を有する。また、第２の貫通項１２１ｂと一端が連通し、他端が第１流路１２２ａと隔壁１２３ｂによって隔てられた溝（第２の流路１２２ｂ）を有する。さらに、第３の貫通孔１２１ｃと一端が連通し、他端が第１流路１２２ａと隔壁（図示せず）によって隔てられた溝（第３の流路１２２ｃ）も有する。また、第４の貫通孔１２１ｄと一端が連通し、他端が第１流路１２２ａと隔壁１２３ｄによって隔てられた溝（第４の流路１２２ｄ）も有する（以下、各流路をまとめて「流路１２２」とも称し、各隔壁をまとめて「隔壁１２３」とも称する）。なお、上記隔壁１２３は、バルブチップ１において、ダイヤフラムバルブの弁座として機能する。
上記基板１２０を構成する材料は特に制限されないが、バルブ開閉装置１００の摺動部材２から押圧力を付与された際に、変形しない程度の剛性を有することが好ましい。基板１２０を構成する材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂、およびエラストマー等が含まれる。
一方、バルブチップ１のフィルム１３０は、可撓性を有するフィルムであり、上述の基板１２０の隔壁１２３、および各流路１２２の端部を覆う、ダイヤフラム１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ（以下、これらをまとめて「ダイヤフラム１３２」とも称する）を有する。ダイヤフラム１３２は、基板１２０と接合されておらず、基板１２０の反対側に突出している。ダイヤフラム１３２は後述のバルブ開閉装置１００の摺動部材２の凸部から受ける押圧力によって、基板１２０側に撓み、基板１２０に設けられた隔壁１２３と密着する。一方で、当該押圧力が解除された際には、基板１２０の反対側に突出する形状に復元する。つまり、当該ダイヤフラム１３２が、バルブチップ１におけるダイヤフラムバルブの弁体として機能する。
ここで、ダイヤフラム１３２の形状や、ダイヤフラム１３２と隔壁１２３との距離は、流体の流量や、ダイヤフラム１３２と隔壁１２３との密着のしやすさに基づき、適宜設定される。図３Ａおよび図３Ｃには、略球冠形状のダイヤフラム１３２を示しているが、ダイヤフラム１３２の形状は、当該形状に限定されない。また、ダイヤフラム１３２の中心は、対応する隔壁１２３の中心に位置していてもよく、当該中心に位置していなくてもよい。
また、フィルム１３０のダイヤフラム１３２以外の領域は、上述の基板１２０を覆う平坦なフィルム状の領域とすることができ、基板１２０とその一部が接合されている。ここで、図３に示すフィルム１３０は、基板１２０の貫通孔１２１に相当する位置に貫通孔１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ（以下、これらをまとめて「貫通孔１３１」とも称する）を有する。当該貫通孔１３１は、バルブチップ１のダイヤフラムバルブを開閉する際、流体の導入や排出等のためのチューブ（図示せず）等と接続される。ただし、バルブチップ１内への流体の導入や排出は、例えば基板１２０のフィルム１３０の積層面とは反対側の面、すなわち基板１２０の貫通孔１２１を介して行ってもよい。
上記フィルム１３０の材料は、後述するバルブ開閉装置１００の摺動部材２の凸部がフィルム１３０上を摺動可能であれば特に制限されず、その例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂およびエラストマー等が含まれる。なお、フィルム１３０の表面は、バルブ開閉装置１００の摺動部材２の凸部との摺動性を高めるためのコーティング処理等が施されていてもよい。
当該バルブチップ１では、後述のバルブ開閉装置１００の摺動部材２の凸部によってダイヤフラム１３２が押圧される。これにより、ダイヤフラム１３２と基板１２０側の隔壁１２３とが密着し、流体が隣り合う流路１２２に流れ込むことが抑制される。一方、ダイヤフラム１３２の押圧が解除されると、隔壁１２３上を通って流体が隣り合う流路１２２に流れ込むことが可能となる。このようなダイヤフラムバルブの開閉を利用して、バルブチップ１内で、複数の流体の混合等、所望の処理が行われる。
本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、上記バルブチップ１のダイヤフラムバルブの開閉（ダイヤフラム１３２の押圧および解除）を行うことが可能な装置である。以下、当該バルブ開閉装置１００の構成について詳しく説明する。図４に、図２Ａに示すバルブ開閉装置１００の破線部の部分拡大断面図を示し、図５に当該領域の分解斜視図を示す。なお、図２Ａ、図２Ｂ、および図４には、便宜上、バルブチップ１を示しているが、本実施の形態のバルブ開閉装置１００には、バルブチップ１自体は含まないものとする。また、図２Ａ、図２Ｂ、および図４には詳しく示していないが、バルブチップ１は、フィルムが重力方向下側、基板が重力方向上側となるように配置されている。
本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、バルブチップ１を所定の位置に把持するためのチップホルダー５と、チップホルダー５に把持されたバルブチップ１のダイヤフラムバルブを開閉するための摺動部材２と、当該摺動部材２に対向して配置される支持体３と、チップホルダー５と支持体３との間に配置された弾性体４と、を有する。さらに、本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、摺動部材２の周囲に、摺動部材２の位置決めや、摺動部材２の回転開始位置の調整のための枠体６をさらに有する。また、支持体３、チップホルダー５、および摺動部材２は、外枠７によって支持されている。なお、本実施の形態のバルブ開閉装置１００は、上記以外の構成を含んでいてもよく、例えばチップホルダー５やバルブチップ１の位置を決めるための位置決めピン（図示せず）等を有していてもよい。
上記摺動部材２は、略円柱状の軸部２０と、当該軸部２０の一方の端面に形成された凸部２１とを有し、凸部２１が、上述のバルブチップ１（フィルム）と面するように配置されている。
本実施の形態では、凸部２１が切り欠きのある円環状に形成されている。当該凸部２１をバルブチップ１のダイヤフラムに押しつけると、ダイヤフラムバルブが閉状態となる。一方で、摺動部材２が、その中心軸（円環状の凸部２１の中心）を中心に回転し、ダイヤフラム上に切り欠きが配置されると、ダイヤフラムバルブが開状態となる。
なお、本実施の形態では、凸部２１が、一カ所のみ切り欠きのある円環状とされているが、切り欠きの数や位置等は、バルブチップ１に設けられたダイヤフラムバルブの数や位置等に合わせて適宜選択される。また、凸部２１の幅や高さは、バルブチップ１のダイヤフラムを隔壁に十分に密着させることが可能な幅や、高さであれば特に制限されない。なお、本実施の形態において凸部２１は、軸部２０（後述のカバー部２０１）と一体に形成されているが、凸部２１は、軸部２０と別に形成され、取り付けられたものであってもよい。
当該凸部２１を構成する材料は、ダイヤフラムチップ１のフィルムを傷つけることなくフィルム上を摺動可能であり、さらにダイヤフラムを隔壁側に十分に押圧することが可能な材料であれば特に制限されない。凸部２１を構成する材料の例には、樹脂、金属、およびゴム等が含まれる。
一方、摺動部材２の軸部２０は、円柱状の外形を有し、一方の端面に上記凸部２１が配置されていれば、その構造は特に制限されない。本実施の形態では、軸部２０の外形が略円柱状であるが、円錐台状等であってもよい。また、軸部２０を構成する材料も特に制限されず、その材料の例には、樹脂や金属、ゴム等が含まれる。また、軸部２０は、１つの部材から構成されていてもよく、２つ以上の部材から構成されていてもよい。
本実施の形態では、図６Ａに示すように、軸部２０が絶縁性の樹脂からなるカバー部２０１と、金属からなる第１電極部２０２とから構成される。なお、図６Ａは、摺動部材２の軸部２０の構成を示すための分解斜視図であり、軸部２０内の第１電極部２０２の構造を示すため、カバー部材２０１を取り外した状態の図を示している。また、図６Ｂは、当該摺動部材２近傍の構造を示す斜視図である。なお、図６Ａおよび図６Ｂに示す枠体６は、摺動部材２の位置を決めたり、摺動部材２の回転開始位置を調整したりするための構造体である。
軸部２０を構成するカバー部２０１は絶縁性の樹脂からなる、天面を有する円筒状の部材である。カバー部２０１は、内部に配置される第１電極部２０２を物理的な衝撃から保護したり、第１電極部２０２が後述の第２電極部６０１以外の構造と電気的に導通することを抑制したりする。当該カバー部２０１は、その円筒状の周面の一部に、後述の第１電極部２０２の一部（後述の凸部２０２ａ）を軸部２０の表面に露出させるための開口を有する。またカバー部２０１の天面には、上述の凸部２１が配置されている。カバー部２０１を構成する材料は、絶縁性を有していればよく、その材料の例には、樹脂やゴム等が含まれる。
一方、第１電極部２０２は、金属製の略円筒状の部材であり、その側面の一部に凸部２０２ａを有する。凸部２０２ａが、上述のカバー部２０１の開口に嵌め込まれることで、カバー部２０１と第１電極部２０２とが一体化し、軸部２０の表面に凸部２０２ａの先端が露出する。本実施の形態では、軸部２０の中心軸と平行に、直線状の第１電極部２０２（凸部２０２ａ）が一本のみ露出する。ただし、軸部２０の側面に露出する第１電極部２０２（凸部２０２ａ）の数は特に制限されず、二本以上であってもよい。なお、第１電極部２０２の材料は、所望の導電性を有していればよく、その材料の例には、金、銀、銅、アルミニウム、これらの合金やカーボン等が含まれる。
本実施の形態では、上述の枠体６に第２電極部６０１（以下、コンタクトプローブ６０１とも称する）が配置されている。そして、当該コンタクトプローブ６０１が上記第１電極部２０２（凸部２０２ａ）に接触すると、これらが電気的に導通し、外部回路によって検知される。これにより、凸部２１の位置や、切り欠きの位置等を正確に把握することができ、摺動部材２の回転開始位置等を調整することができる。
なお、軸部２０の他方の端面（凸部２１が配置された側とは反対側の面）は、摺動部材２の重力方向下側および上側への移動や、軸を中心とした回転を制御するための制御部（図示せず）と接続されている。制御部は、摺動部材２を所望の位置に移動させることが可能であり、かつ軸部２０の中心軸を中心として、摺動部材２を回転させることが可能であれば、その構成は特に制限されない。制御部は、たとえば演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置、および出力装置等を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
一方、本実施の形態のバルブ開閉装置１００における支持体３は、バルブ開閉装置１００の天板に相当し、四隅が外枠７に固定されている。また、当該支持体３は、バルブ開閉装置１００内で移動しないように、外枠７に固定されている。なお、本明細書において「バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体」とは、摺動部材の凸部をバルブチップのフィルムに押し当てる状態では、バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体のことを意味する（摺動部材の凸部がバルブチップのフィルムに押し当てられていない状態では、支持体は、バルブ開閉装置において位置が固定されていなくてもよい）。当該支持体３には、バルブチップ１のフィルム上を摺動部材２が摺動する際、後述の弾性体４およびチップホルダー５を介してバルブチップ１が押し当てられる。なお、図５には示していないが、支持体３には、バルブチップ１内の流体を観察したり、バルブチップ１内に流体を導入したり排出したりするための貫通孔等が形成されていてもよい。支持体３は、弾性体４を介してバルブチップ１が押し当てられた際、撓んだり変形したりしない材料から構成されていればよく、支持体３を構成する材料の例には樹脂や金属等が含まれる。
また、本実施の形態のバルブ開閉装置１００におけるチップホルダー５は、バルブチップ１を所定の位置で把持することが可能であれば、その構造は特に制限されない。本実施の形態では、バルブチップ１の基板側を保護する平板状の保護板５０１と、当該保護板５０１に垂直に配置されたＬ字状の把持部５０２と、から構成されている。また、当該チップホルダー５は、摺動部材２をバルブチップ１に押しつけた際、バルブチップ１と共に支持体３側に移動し、弾性体４と当接できるように、さらには摺動部材２の押圧力に応じて保護板５０１と支持体３とのなす角度が変更できるように、四隅が外枠７に軸支された構造とされている。
図４及び図５に示していないが、保護板５０１には、バルブチップ１内の流体を観察したり、バルブチップ１内に流体を導入したり排出したりするための貫通孔等が形成されていてもよい。さらに、バルブチップ１の位置ずれを防止するためのガイド用の凹部（図示せず）等が形成されていてもよい。また把持部５０２は、バルブチップ１が、重力方向下側（摺動部材２側）に落下しないように、かつ摺動部材２の回転を阻害しないようにバルブチップ１を把持可能であれば、その構造は特に制限されず、例えばバルブチップ１の形状に合わせて、ガイド用の凹部（図示せず）等が形成されていてもよい。
本実施の形態のバルブ開閉装置１００における弾性体４は、バルブチップ１のフィルム上を摺動部材２が摺動する際に、フィルム表面と摺動部材の摺動面とが平行になるように、バルブチップ１の傾きを補正するための部材である。弾性体４は、バルブチップ１を直接、もしくはチップホルダー５を介して二点以上で支えることが可能であればよく、本実施の形態では、バルブチップ１と摺動部材２の凸部との当接位置の中心から、同心円上に配置された４つの円柱状の構造体から構成される。
本明細書において、「弾性体４がバルブチップ１を二点以上で支える」とは、不連続な二カ所の位置で、弾性体４がバルブチップ１を直接、または間接的に支えることをいう。弾性体４は、本実施の形態のように、複数の構造体からなるものであってもよく、例えば円環状等、１つの構造体からなるものであってもよい。
弾性体４が、２つ以上の独立した構造体からなる場合、各構造体の形状は特に制限されず、例えば円柱状や角柱状、球状、円錐台状、角錐台状等、これらを組み合わせた形状のいずれであってもよい。この場合、各構造体は、バルブチップ１と摺動部材２の回転軸を中心として対称に配置されることが好ましく、例えば同心円上に配置されることが好ましい。一方、弾性体４が環状の構造体からなる場合、当該構造体の形状は特に制限されず、例えば摺動部材２の回転軸と同心円状の円環状の構造体等とすることもできる。
ここで、弾性体４の配置位置は、バルブチップ１と摺動部材２の凸部２１と当接位置に応じて設定される。本実施の形態では、図７Ａに示すように、バルブチップ１と摺動部材２の凸部２１との当接位置（図７において、Ａで示される位置）より、摺動部材２の径方向外側、かつバルブチップ１の外縁より摺動部材２の径方向内側に収まるように、弾性体４が配置されている。ただし、弾性体４の配置位置は当該位置に制限されず、例えば図７Ｂに示すように、バルブチップ１と摺動部材２の凸部２１との当接位置Ａより、摺動部材２の径方向内側に収まるように弾性体４が配置されていてもよい。また、図７Ｃに示すように、バルブチップ１と摺動部材２の凸部２１との当接位置Ａ上に弾性体４が配置されていてもよい。また、図示しないが、バルブチップ１の外縁より摺動部材２の径方向外側に、一部がはみ出すように弾性体４が配置されていてもよい。ただし、バルブチップ１の傾きを効率よく補正するとの観点から、本実施の形態のように、バルブチップ１と摺動部材２の凸部２１との当接位置Ａより摺動部材２の径方向外側、かつバルブチップ１の外縁より摺動部材２の径方向内側に弾性体４を配置することが好ましい。
なお、本実施の形態では、弾性体４が、支持体３のチップホルダー５と対向する面に取り外し可能に固定されているが、弾性体４はチップホルダー５側に固定されていてもよい。また、上述のチップホルダー５や支持体３には、必要に応じて、弾性体４の位置決めのための構造（例えば凹部や凸部等）が設けられていてもよい。
ここで、上記弾性体４の厚みは、弾性体４がバルブチップ１の傾きを補正することが可能な厚さであれば特に制限されず、例えば１〜２０ｍｍとすることができる。弾性体４の厚みが十分に厚い場合（例えば、１ｍｍ以上）には、バルブチップ１の傾きを補正するために十分な変形量を確保しやすい傾向にあり、弾性体４の厚みが例えば２０ｍｍ以下の場合には、摺動部材２をバルブチップ１に押しつけた際に、弾性体４に座屈現象が生じにくく、バルブチップ１の傾きを補正しやすい傾向にある。
またバルブチップ１（本実施の形態ではチップホルダー５）と弾性体４との接触面積は特に制限されないが、当該接触面積が過度に大きくなると、弾性体４が変形し難くなり、バルブチップ１の傾きを十分に補正することが難しくなる。一方で、当該接触面積が過度に小さくなると、バルブチップ１の傾きを十分に補正することが難しくなる。そこで、弾性体４とバルブチップ１（本実施の形態ではチップホルダー５）との総接触面積は、バルブチップ１の弾性体４側の面積に対して２０％以上４０％以下であることが好ましく、本実施の形態では、３０％程度に設定している。
なお、弾性体４は、摺動部材２からの押圧力（チップホルダーによる押しつけ）によって適度に変形可能な材料であれば特に制限されないが、ヤング率Ｅが１×１０６〜５×１０８Ｎ／ｍ２である材料が好ましく、４×１０６〜４×１０７Ｎ／ｍ２である材料がより好ましい。弾性体４の材料の例にはシリコーン樹脂や、ゴム等が含まれる。
（バルブ開閉方法）
以下、上述のバルブ開閉装置を用いたバルブの開閉方法の一例について説明する。まず、上述の制御部（図示せず）が、摺動部材２を、チップホルダー５から十分に離れた位置で待機させる。この状態で、バルブチップ１をチップホルダー５に設置する工程を行う。チップホルダー５へのバルブチップ１の設置は、バルブ開閉装置１００に別途設けられた搬送ユニット（図示せず）等が行ってもよく、人が行ってもよい。続いて制御部、摺動部材２を移動させ、バルブチップ１のフィルムと摺動部材２（凸部２１）とを所定の圧力で接触させる工程を行う。
以下、上述のバルブ開閉装置を用いたバルブの開閉方法の一例について説明する。まず、上述の制御部（図示せず）が、摺動部材２を、チップホルダー５から十分に離れた位置で待機させる。この状態で、バルブチップ１をチップホルダー５に設置する工程を行う。チップホルダー５へのバルブチップ１の設置は、バルブ開閉装置１００に別途設けられた搬送ユニット（図示せず）等が行ってもよく、人が行ってもよい。続いて制御部、摺動部材２を移動させ、バルブチップ１のフィルムと摺動部材２（凸部２１）とを所定の圧力で接触させる工程を行う。
なお、摺動部材２の移動前、移動中、もしくは移動後に、摺動部材２を回転させて、摺動部材２の第１電極部２０２と、枠体６に配置されたコンタクトプローブ６０１とを接触させ、摺動部材２の回転開始位置を調整する工程を行ってもよい。そして、摺動部材２の凸部がバルブチップ１のフィルムを十分に押圧するように押圧力をかけながら、摺動部材２を回転させ、ダイヤフラムバルブの開閉工程を行う。
当該バルブ開閉装置１００の動作により、バルブチップ１のダイヤフラム１３２が摺動部材２の凸部２１によって基板側に押し込まれると、ダイヤフラムバルブが閉状態となる。一方、摺動部材２の回転によって、ダイヤフラム上に凸部の切り欠きが配置されると、ダイヤフラムの押圧が解除され、ダイヤフラムバルブが開状態となる。
（その他の実施の形態）
なお、本発明に係るバルブ開閉装置は、上述の実施の形態に限定されない。上述の実施形態のバルブ開閉装置１００では、バルブチップ１が、チップホルダー５に把持されていたが、バルブ開閉装置１００は、チップホルダー５を有さなくてもよい。この場合、バルブチップ１は、弾性体４と摺動部材２との間に直接配置される。またこの場合、バルブチップ１に摺動部材２を押しつける際や、ダイヤフラムバルブを開閉する際、弾性体４が直接バルブチップ１の基板側を支えることとなる。
なお、本発明に係るバルブ開閉装置は、上述の実施の形態に限定されない。上述の実施形態のバルブ開閉装置１００では、バルブチップ１が、チップホルダー５に把持されていたが、バルブ開閉装置１００は、チップホルダー５を有さなくてもよい。この場合、バルブチップ１は、弾性体４と摺動部材２との間に直接配置される。またこの場合、バルブチップ１に摺動部材２を押しつける際や、ダイヤフラムバルブを開閉する際、弾性体４が直接バルブチップ１の基板側を支えることとなる。
また、上述の実施の形態のバルブ開閉装置１００では、摺動部材２が、１つの略円環状の凸部を有していたが、摺動部材２は、同心円状に配置された２重、もしくは３重以上の凸部を有していてもよい。この場合、上述の弾性体４は、摺動部材２の最も中心軸側に配置された凸部とバルブチップとの当接位置より、摺動部材２の径方向外側に位置するように配置されることが、バルブチップ１の傾きを補正するとの観点で好ましい。
また、上述の実施の形態の摺動部材２の軸部２０には、略円筒状の第１電極部２０２がカバー部２０１内に配置されていたが、第１電極部２０２は、第２電極部６０１と電気的に導通可能な部材であればよく、第１電極部２０２は、カバー部２０１の開口部に嵌め込まれた金属製の板等であってもよい。
（効果）
本発明に係るバルブ開閉装置では、摺動部材を回転させることにより、ダイヤフラムバルブの開閉を行うことができる。前述のように、バルブ開閉装置にバルブチップを取り付ける際、バルブチップが傾いたり、バルブチップに歪みがあったりすることがある。そのため、従来のバルブ開閉装置では、ダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うため、摺動部材をバルブチップに高い押圧力で押しつける必要があった。
本発明に係るバルブ開閉装置では、摺動部材を回転させることにより、ダイヤフラムバルブの開閉を行うことができる。前述のように、バルブ開閉装置にバルブチップを取り付ける際、バルブチップが傾いたり、バルブチップに歪みがあったりすることがある。そのため、従来のバルブ開閉装置では、ダイヤフラムバルブの開閉を確実に行うため、摺動部材をバルブチップに高い押圧力で押しつける必要があった。
これに対し、本発明に係る流体取扱装置では、バルブチップに摺動部材を押しつけた際、バルブチップが直接、もしくはチップホルダーを介して間接的に弾性体に押しつけられる。そして、バルブチップやチップホルダーによって押圧された弾性体が適度に変形することで、摺動部材のバルブチップ側の面（凸部が形成された面）と、バルブチップのフィルム表面とが平行になるように調整される。したがって、本発明に係るバルブ開閉装置によれば、高い押圧力をかけなくても、バルブチップの開閉を確実に行うことができる、という効果が得られる。
本発明のバルブ開閉装置は、例えば、医学分野などにおいて使用されるマイクロ流路チップ等のバルブの開閉に有用である。
１、５１ バルブチップ
２、５２ 摺動部材
３ 支持体
４ 弾性体
５、５５ チップホルダー
６ 枠体
７ 外枠
２０ 軸部
２１ 凸部
１００、５００ バルブ開閉装置
１２０ 基板
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ 貫通孔
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 流路
１２３ｂ、１２３ｄ 隔壁
１３０ フィルム
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 貫通孔
１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ ダイヤフラム
２０１ カバー部
２０２ 第１電極部
２０２ａ 凸部
５０１ 保護板
５０２ 把持部
６０１ 第２電極部（コンタクトプローブ）
Ａ バルブチップと摺動部材の凸部との当接位置
２、５２ 摺動部材
３ 支持体
４ 弾性体
５、５５ チップホルダー
６ 枠体
７ 外枠
２０ 軸部
２１ 凸部
１００、５００ バルブ開閉装置
１２０ 基板
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ 貫通孔
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 流路
１２３ｂ、１２３ｄ 隔壁
１３０ フィルム
１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ 貫通孔
１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ ダイヤフラム
２０１ カバー部
２０２ 第１電極部
２０２ａ 凸部
５０１ 保護板
５０２ 把持部
６０１ 第２電極部（コンタクトプローブ）
Ａ バルブチップと摺動部材の凸部との当接位置
Claims (5)
- 流路を有する基板と、ダイヤフラムを含むフィルムとが積層されたバルブチップのダイヤフラムバルブを開閉するためのバルブ開閉装置であって、
前記フィルムと対向するように配置され、前記フィルムと対向する面に少なくとも１つの凸部を有し、前記フィルムに前記凸部を押し当てた状態で回転することにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する摺動部材と、
前記バルブチップを挟んで前記摺動部材に対向するように配置され、前記バルブ開閉装置において位置が固定されている支持体と、
前記支持体および前記バルブチップの間に配置された、前記バルブチップを直接的または間接的に二点以上で支える弾性体と、
を有する、バルブ開閉装置。 - 前記支持体と前記摺動部材との間に配置された、前記バルブチップを把持するためのチップホルダーをさらに有し、
前記弾性体が、前記支持体と前記チップホルダーとの間に配置されている、
請求項１に記載のバルブ開閉装置。 - 前記弾性体が、前記バルブチップのフィルムと前記摺動部材の凸部との当接位置より前記摺動部材の径方向の外側、かつ前記バルブチップの外縁より前記摺動部材の径方向の内側に位置するように配置されている、
請求項１または２に記載のバルブ開閉装置。 - 前記摺動部材が、複数の凸部を有し、
前記弾性体が、前記摺動部材の回転軸の最も中心側に配置された前記凸部と前記バルブチップとの当接位置より、前記摺動部材の径方向外側に位置するように、配置されている、請求項３に記載のバルブ開閉装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ開閉装置を使用して前記バルブチップのダイヤフラムバルブを開閉する方法であって、
前記弾性体と、前記摺動部材との間に、前記バルブチップを配置する工程と、
前記摺動部材の凸部を、前記バルブチップのフィルムに所定の圧力で押し当てる工程と、
前記摺動部材を回転させることにより、前記ダイヤフラムバルブを開閉する工程と、
を含む、バルブの開閉方法。
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- 2017-12-13 JP JP2017238754A patent/JP2019105560A/ja not_active Ceased
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