JP2020006347A - Fluid handling device and fluid handling system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体取扱装置および流体取扱システムに関する。 The present invention relates to a fluid handling device and a fluid handling system.
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、流路チップが使用されている。流路チップは、分析に必要な試薬および試料の量が少なくて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。たとえば、特許文献1には、複数のマイクロバルブを有する流路チップと、複数のマイクロバルブの開閉を制御するための加圧部とを有する、マイクロバルブユニットが開示されている。流路チップにおいて、複数のマイクロバルブは、同一円周上に配置されている。また、加圧部は、平面視形状が円弧状の当接面を有している。加圧部を回転させることで、加圧部の当接面が移動する。これにより、マイクロバルブのダイヤフラムは、加圧部により押圧されたり、押圧されなくなったりする。マイクロバルブは、加圧部により押圧されているときは閉じ、加圧部により押圧されていないときは開く。 2. Description of the Related Art In recent years, flow path chips have been used to analyze minute amounts of substances such as proteins and nucleic acids with high accuracy and high speed. The flow path chip has an advantage that the amounts of reagents and samples required for analysis may be small, and is expected to be used in various applications such as clinical tests, food tests, and environmental tests. For example, Patent Literature 1 discloses a microvalve unit including a flow path chip having a plurality of microvalves and a pressurizing unit for controlling opening and closing of the plurality of microvalves. In the channel chip, the plurality of microvalves are arranged on the same circumference. The pressing portion has a contact surface having an arc shape in plan view. By rotating the pressing unit, the contact surface of the pressing unit moves. As a result, the diaphragm of the microvalve is pressed or not pressed by the pressing unit. The microvalve is closed when pressed by the pressurizing section, and opens when not pressed by the pressurizing section.
上記のとおり、特許文献1に記載の装置(マイクロバルブユニット)では、平面視形状が円弧状の凸部(端面)を有するロータリー部材(加圧部)を回転させて、複数のバルブ(マイクロバルブ)の開閉を制御している。このような装置において、流路チップが多数のバルブを有している場合、バルブを意図した順番で開閉できないことがある。この問題について、図1A〜図2Bを参照して説明する。 As described above, in the device (micro valve unit) described in Patent Literature 1, a plurality of valves (micro valves) are formed by rotating a rotary member (pressing portion) having a convex portion (end surface) having an arc shape in plan view. ) Is controlled to open and close. In such a device, when the flow path chip has a large number of valves, the valves may not be able to be opened and closed in an intended order. This problem will be described with reference to FIGS. 1A to 2B.
図1Aは、従来の技術の問題点を説明するための流路チップの平面図である。図1Bは、図1Aに示される流路チップと組み合わせて使用されるロータリー部材の底面図である。図1Aに示されるように、流路チップは、第1導入口10、第1導入流路11、第1バルブ12、第2導入口20、第2導入流路21、第2バルブ22、第3導入口30、第3導入流路31、第3バルブ32、共通流路40および取出口41を有する。第1導入流路11の上流端は、第1導入口10に接続されており、第1導入流路11の下流端は、共通流路40の上流端に接続されている。第2導入流路21の上流端は、第2導入口20に接続されており、第2導入流路21の下流端は、共通流路40の上流端に接続されている。第3導入流路31の上流端は、第3導入口30に接続されており、第3導入流路31の下流端は、共通流路40の上流端に接続されている。第1導入流路11、第2導入流路21および第3導入流路31には、第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32がそれぞれ設けられている。共通流路40の下流端は、取出口41に接続されている。
FIG. 1A is a plan view of a flow channel chip for explaining a problem of the conventional technique. FIG. 1B is a bottom view of a rotary member used in combination with the flow path chip shown in FIG. 1A. As shown in FIG. 1A, the flow channel chip includes a
また、図1Bに示されるように、ロータリー部材は、第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32を押圧するための平面視形状が円弧状の凸部50と、凸部50と同一円周上に配置された凹部51とを有する。図1Bでは、凸部50の底面(流路チップに接触する面)にハッチングを付している。第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32は、凸部50により押圧されているときは閉じ、凸部50により押圧されていないときは開く。
Further, as shown in FIG. 1B, the rotary member has the same shape as the
たとえば、図2Aに示されるように、凹部51が第1バルブ12上に位置し、凸部50が第2バルブ22および第3バルブ32上に位置するようにロータリー部材を回転させる。この場合、第1バルブ12が開き、第1導入口10内の流体は、第1導入流路11および共通流路40を通って取出口41に流れることができる。一方、第2バルブ22および第3バルブ32は閉じるため、第2導入口20内の液体および第3導入口30内の流体は、取出口41に向けて流れることができない。
For example, as shown in FIG. 2A, the rotary member is rotated so that the
この後、第3導入口30内の流体を取出口41に向けて流したい場合、凹部51が第3バルブ32上に位置し、凸部50が第1バルブ12および第2バルブ22上に位置するようにロータリー部材を回転させる。しかしながら、図2Bに示されるように、ロータリー部材を回転させている間に、一時的に、凹部51が第2バルブ22上に位置し、凸部50が第1バルブ12および第3バルブ32上に位置することとなる。したがって、第2導入口20内の流体を流す意図が無いのに、第2導入口20内の流体が、取出口41に向けて流れてしまうおそれがある。
Thereafter, when the fluid in the
このように、従来の装置には、流路チップが多数のバルブを有している場合、バルブを意図した順番で開閉できないという問題がある。この問題を解決するために、ロータリー部材を回転させている間に第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32を押圧するための押圧部材60をさらに設けることが考えられる。この装置について、図3A〜図3Cを参照して説明する。
As described above, the conventional apparatus has a problem that when the flow path chip has a large number of valves, the valves cannot be opened and closed in an intended order. In order to solve this problem, it is conceivable to further provide a pressing
たとえば、図3Aに示されるように、凹部51が第1バルブ12上に位置し、凸部50が第2バルブ22および第3バルブ32上に位置するようにロータリー部材を回転させる。このとき、押圧部材60(図3Aでは見えない)は、第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32を押圧しない位置に配置されている。したがって、第1バルブ12が開き、第1導入口10内の流体は、第1導入流路11および共通流路40を通って取出口41に流れることができる。一方、第2バルブ22および第3バルブ32は閉じるため、第2導入口20内の液体および第3導入口30内の流体は、取出口41に向けて流れることができない。
For example, as shown in FIG. 3A, the rotary member is rotated such that the
この後、第3導入口30内の流体を取出口41に向けて流したい場合、凹部51が第3バルブ32上に位置し、凸部50が第1バルブ12および第2バルブ22上に位置するようにロータリー部材を回転させる。このとき、図3Bに示されるように、押圧部材60は、第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32を押圧する位置に移動させられる。したがって、図2Bに示されるように、ロータリー部材を回転させている間に、一時的に、凹部51が第2バルブ22上に位置しても、第2バルブ22は閉じたままの状態となるため、第2導入口20内の流体が、取出口41に向けて流れてしまうことはない。
Thereafter, when the fluid in the
このままロータリー部材を回転させると、図3Cに示されるように、凹部51が第3バルブ32上に位置し、凸部50が第1バルブ12および第2バルブ22上に位置する。また、ロータリー部材の回転を終えた後、押圧部材60(図3Cでは見えない)は、第1バルブ12、第2バルブ22および第3バルブ32を押圧しない位置に移動させられる。したがって、第3バルブ32が開き、第3導入口30内の流体は、第3導入流路31および共通流路40を通って取出口41に流れることができる。
When the rotary member is rotated as it is, the
以上のように、ロータリー部材とは独立に駆動する押圧部材をさらに設ければ、バルブを意図した順番に開閉できないという問題は解決されるが、押圧部材を駆動させるためのアクチュエータが必要になる。このようなアクチュエータとしては、空圧アクチュエータや電動アクチュエータ、ピエゾアクチュエータなどが考えられる。これらの内で、空圧アクチュエータはコンプレッサーを必要とし、電動アクチュエータは多くの部品を必要とし、両者とも装置が大型になるという欠点がある。これに対してピエゾアクチュエータは、直流給電のみで駆動可能で、高い押圧力が出力され、小型であるため、押圧部材を駆動するためのアクチュエータとして適している。しかしながら、ピエゾアクチュエータは、得られる変位量が小さいという欠点がある。 As described above, if the pressing member that is driven independently of the rotary member is further provided, the problem that the valve cannot be opened and closed in the intended order is solved, but an actuator for driving the pressing member is required. Examples of such an actuator include a pneumatic actuator, an electric actuator, and a piezo actuator. Of these, the pneumatic actuator requires a compressor, the electric actuator requires many parts, and both have the disadvantage that the device becomes large. On the other hand, the piezo actuator can be driven only by DC power supply, outputs a high pressing force, and is small in size, and thus is suitable as an actuator for driving the pressing member. However, the piezo actuator has a disadvantage that the obtained displacement amount is small.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、流路チップのバルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータで押圧部材を十分に移動させることができる流体取扱装置および流体取扱システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and provides a fluid handling device and a fluid handling system that can sufficiently move a pressing member by a piezo actuator so that a valve of a flow path chip can be appropriately pressed. The purpose is to do.
本発明に係る流体取扱装置は、第1流路、第2流路、および前記第1流路と前記第2流路との間に配置されたバルブを有する流路チップ内の流体を制御するための流体取扱装置であって、前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第1凸部と、前記バルブのダイヤフラムを押圧せずに前記バルブを開かせるための凹部とが中心軸を中心とする第1円の円周上に配置されている、前記中心軸を中心として回転可能なロータリー部材と、前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第2凸部が前記中心軸を中心とする第2円の円周上に配置されている、前記中心軸に沿って移動可能な押圧部材と、前記中心軸に沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されたピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエータと接続され、前記ピエゾアクチュエータの伸長を前記押圧部材に伝えるための伝達部と、を有し、前記伝達部は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第1傾斜面を有し、前記押圧部材は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第2傾斜面を有し、前記第1傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度および前記第2傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度は、45°を超え90°未満であり、前記ピエゾアクチュエータが前記伝達部の前記第1傾斜面を介して前記押圧部材の前記第2傾斜面を押圧することで、前記押圧部材は、前記中心軸に沿って移動させられる。 A fluid handling device according to the present invention controls a fluid in a flow path chip having a first flow path, a second flow path, and a valve disposed between the first flow path and the second flow path. A first convex portion for pressing the diaphragm of the valve to close the valve, and a concave portion for opening the valve without pressing the diaphragm of the valve. A rotary member disposed on a circumference of a first circle around an axis, the rotary member being rotatable about the central axis, and a second convex portion for pressing a diaphragm of the valve to close the valve. Is disposed on the circumference of a second circle centered on the central axis, and is arranged to extend and contract in a direction different from the direction along the central axis, the pressing member being movable along the central axis. Piezo actuator and the piezo A transmission unit connected to the zo actuator and transmitting the extension of the piezo actuator to the pressing member, wherein the transmission unit is inclined with respect to a plane parallel to the central axis. And the pressing member has a second inclined surface inclined with respect to a plane parallel to the central axis, and an angle between the first inclined surface and a plane perpendicular to the central axis, and An angle formed between a second inclined surface and a surface perpendicular to the central axis is greater than 45 ° and less than 90 °, and the piezo actuator is configured such that the piezo actuator is configured to move the second inclined surface of the pressing member through the first inclined surface of the transmission unit. By pressing the two inclined surfaces, the pressing member is moved along the central axis.
本発明に係る流体取扱システムは、第1流路、第2流路、および前記第1流路と前記第2流路との間に配置されたバルブを有する流路チップと、本発明に係る流体取扱装置と、を有する。 A fluid handling system according to the present invention relates to a flow path chip having a first flow path, a second flow path, and a valve disposed between the first flow path and the second flow path. A fluid handling device.
本発明によれば、流路チップのバルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータで押圧部材を十分に移動させることができる流体取扱装置および流体取扱システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fluid handling device and a fluid handling system that can sufficiently move a pressing member by a piezo actuator so that a valve of a flow path chip can be appropriately pressed.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図4は、本発明の一実施の形態に係る流体取扱システム(流体取扱装置100および流路チップ200)の構成を示す断面図(図5のA−A線および図6のB−B線の断面図)である。図4に示されるように、流体取扱装置100は、ロータリー部材110および押圧部材120を有する。ロータリー部材110は、図示しない外部の駆動機構により中心軸CAを中心に回転させられる。押圧部材120は、ピエゾアクチュエータ130により中心軸CAに沿って移動させられる。流路チップ200は、基板210およびフィルム220を有し、フィルム220がロータリー部材110に接触するように流体取扱装置100に設置される。本明細書では、流体取扱装置100および流路チップ200を組み合わせたものを「流体取扱システム」とも称する。なお、図4では、流体取扱装置100および流路チップ200の構成をわかりやすくするために、これらを離して図示している。
FIG. 4 is a cross-sectional view (a line AA in FIG. 5 and a line BB in FIG. 6) illustrating a configuration of a fluid handling system (
(流路チップの構成)
図5は、本実施の形態に係る流路チップ200の構成を示す平面図である。図5では、基板210のフィルム220側の面に形成された溝(流路)と、フィルム220に形成されたダイヤフラムを破線で示している。
(Configuration of flow path chip)
FIG. 5 is a plan view showing the configuration of the
前述のとおり、流路チップ200は、基板210およびフィルム220を有する(図4参照)。基板210には、流路となるための溝、および導入口または取出口となる貫通孔が形成されている。フィルム220は、基板210に形成された凹部および貫通孔の開口部を塞ぐように基板210の一方の面に接合されている。フィルム220の一部の領域は、ダイヤフラムとして機能する。フィルム220により塞がれた基板210の溝は、試薬や液体試料、気体、紛体などの流体を流すための流路となる。
As described above, the
基板210の厚みは、特に限定されない。たとえば、基板210の厚みは、1mm以上10mm以下である。また、基板210の材料も、特に限定されない。たとえば、基板210の材料は、公知の樹脂およびガラスから適宜選択されうる。基板210の材料の例には、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が含まれる。
The thickness of the
フィルム220の厚みは、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム220の厚みは、30μm以上300μm以下である。また、フィルム220の材料も、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム220の材料は、公知の樹脂から適宜選択されうる。フィルム220の材料の例には、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が含まれる。フィルム220は、例えば熱溶着やレーザ溶着、接着剤などにより基板210に接合される。
The thickness of the
図5に示されるように、本実施の形態に係る流路チップ200は、第1導入口230、第1導入流路231、第1バルブ232、第2導入口240、第2導入流路241、第2バルブ242、第3導入口250、第3導入流路251、第3バルブ252、共通流路260および取出口270を有する。第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251は、特許請求の範囲における第1流路に相当し、共通流路260は、特許請求の範囲における第2流路に相当する。
As shown in FIG. 5, the
第1導入口230、第2導入口240および第3導入口250は、流体を導入するための有底の凹部である。本実施の形態では、第1導入口230、第2導入口240および第3導入口250は、それぞれ、基板210に形成されている貫通孔と、当該貫通孔の一方の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。これらの導入口の形状および大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。これらの導入口の形状は、例えば、略円柱形状である。これらの導入口の幅は、例えば2mm程度である。これらの導入口に収容される流体の種類は、流路チップ200の用途に応じて適宜選択されうる。当該流体は、試薬や液体試料、紛体などの流体である。
The
第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251は、その内部を流体が移動しうる流路である。第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251の上流端は、それぞれ、第1導入口230、第2導入口240および第3導入口250に接続されている。第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251の下流端は、それぞれ異なる位置で共通流路260に接続されている。本実施の形態では、第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251は、それぞれ、基板210に形成されている溝と、当該溝の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。これらの流路の断面積および断面形状は、特に限定されない。本明細書において、「流路の断面」とは、流体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。これらの流路の断面形状は、例えば、一辺の長さ(幅および深さ)が数十μm程度の略矩形状である。これらの流路の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、これらの流路の断面積は、一定である。
The
第1バルブ232、第2バルブ242および第3バルブ252は、それぞれ、第1導入流路231、第2導入流路241および第3導入流路251内の流体の流れを制御するダイヤフラムバルブである。第1バルブ232は、第1導入流路231内または第1導入流路231と共通流路260との合流部に配置される。第2バルブ242は、第2導入流路241内または第2導入流路241と共通流路260との合流部に配置される。第3バルブ252は、第3導入流路251内または第3導入流路251と共通流路260との合流部に配置される。本実施の形態では、第1バルブ232は第1導入流路231と共通流路260との合流部に配置され、第2バルブ242は第2導入流路241と共通流路260との合流部に配置され、第3バルブ252は第3導入流路251と共通流路260との合流部に配置されている。また、第1バルブ232、第2バルブ242および第3バルブ252は、中心軸CAを中心とする円の円周上に配置されている。
The
第1バルブ232は、第1隔壁233および第1ダイヤフラム234を有する。同様に、第2バルブ242は、第2隔壁243および第2ダイヤフラム244を有し、第3バルブ252は、第3隔壁253および第3ダイヤフラム254を有する。本実施の形態では、第1隔壁233は、第1導入流路231と共通流路260との間に配置されている。同様に、第2バルブ242は、第2導入流路241と共通流路260との間に配置されており、第3バルブ252は、第3導入流路251と共通流路260との間に配置されている。また、第1ダイヤフラム234は、第1隔壁233と対向するように配置されている。同様に、第2ダイヤフラム244は、第2隔壁243と対向するように配置されており、第3ダイヤフラム254は、第3隔壁253と対向するように配置されている。
The
第1隔壁233は、第1導入流路231と共通流路260との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能する。同様に、第2隔壁243は、第2導入流路241と共通流路260との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能し、第3隔壁253は、第3導入流路251と共通流路260との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能する。これらの隔壁の形状および高さは、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。これらの隔壁の形状は、例えば、四角柱形状である。これらの隔壁の高さは、例えば、導入流路および共通流路260の深さと同じである。
The
第1ダイヤフラム234、第2ダイヤフラム244および第3ダイヤフラム254は、可撓性を有するフィルム220の一部であり、略球冠形状を有している(図4参照)。フィルム220は、それぞれのダイヤフラムが対応する隔壁に非接触でかつ対向するように基板210上に配置されている。それぞれのダイヤフラムは、ロータリー部材110の第1凸部111(後述)または押圧部材120の第2凸部121(後述)により押圧されたときに対応する隔壁に向かって撓む。すなわち、ダイヤフラムは、ダイヤフラムバルブの弁体として機能する。たとえば、第1凸部111第2凸部121が第1ダイヤフラム234を押圧していないとき、第1導入流路231および共通流路260は、第1ダイヤフラム234および第1隔壁233の隙間を介して互いに連通した状態となる。一方、第1ダイヤフラム234が第1隔壁233に接触するように第1凸部111または第2凸部121が第1ダイヤフラム234を押圧しているとき、第1導入流路231および共通流路260は互いに連通しない状態となる。
The
共通流路260は、その内部を流体が移動しうる流路である。共通流路260は、第1バルブ232を介して第1導入流路231に接続されており、第2バルブ242を介して第2導入流路241に接続されており、第3バルブ252を介して第3導入流路251に接続されている。したがって、共通流路260には、第1導入口230に導入された流体、第2導入口240に導入された流体、および第3導入口250に導入された流体が流れる。共通流路260の下流端は、取出口270に接続されている。本実施の形態では、共通流路260は、基板210に形成されている溝と、当該溝の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。共通流路260の断面積および断面形状は、特に限定されない。共通流路260の断面形状は、例えば、一辺の長さ(幅および深さ)が数十μm程度の略矩形状である。共通流路260の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、共通流路260の断面積は、一定である。
The
取出口270は、有底の凹部である。取出口270は、空気孔として機能したり、共通流路260内の流体を取り出すための取り出し口として機能したりする。本実施の形態では、取出口270は、基板210に形成されている貫通孔と、当該貫通孔の一方の開口部を閉塞しているフィルム220とから構成されている。取出口270の形状および大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。取出口270の形状は、例えば、略円柱形状である。取出口270の幅は、例えば2mm程度である。
The
(流体取扱装置の構成)
前述のとおり、図4は、本実施の形態に係る流体取扱システム(流体取扱装置100および流路チップ200)の構成を示す断面図である。図6は、本実施の形態に係る流体取扱装置100のロータリー部材110および押圧部材120の平面図である。図6では、見やすくするために、ロータリー部材110の第1凸部111の天面および押圧部120の第2凸部121の天面にハッチングを付している。
(Configuration of fluid handling device)
As described above, FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the fluid handling system (
図4に示されるように、流体取扱装置100は、ロータリー部材110、押圧部材120、ピエゾアクチュエータ130、伝達部140を有する。
As shown in FIG. 4, the
ロータリー部材110は、回転軸(中心軸CA)を中心として回転可能である。本実施の形態では、ロータリー部材110の形状は略円柱状である。ロータリー部材110の上部には、バルブ(第1バルブ232、第2バルブ242または第3バルブ252)のダイヤフラムを押圧してバルブを閉じさせるための第1凸部111と、バルブ(第1バルブ232、第2バルブ242または第3バルブ252)を押圧せずにバルブを開かせるための凹部112とが設けられている。第1凸部111および凹部112は、中心軸CAを中心とする第1円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第1凸部111の平面視形状は、中心軸CAを中心とする第1円の一部に対応する円弧状である。第1円の円周上において第1凸部111が存在しない領域が、凹部112である。
The
なお、第1凸部111は、凹部112に対して相対的に突出していればよく、凹部112は、第1凸部111に対して相対的に凹んでいればよい。すなわち、第1凸部111は、押圧部として機能できればよく、凹部112は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図4に示される例では、第1凸部111は、ロータリー部材110の天面(基準面)から突出しており、凹部112の底面は、ロータリー部材110の天面(基準面)と同じ高さの面である。逆に、第1凸部111の天面は、ロータリー部材110の天面(基準面)と同じ高さの面であってもよく、この場合は、凹部112は、ロータリー部材110の天面(基準面)から凹んでいる。
Note that the first
押圧部材120は、ロータリー部材110を取り囲むように配置され、中心軸CAに沿って移動可能である。本実施の形態では、押圧部材120の形状は略円筒状である。押圧部材120の上部には、ロータリー部材110が回転しているときに、バルブ(第1バルブ232、第2バルブ242または第3バルブ252)のダイヤフラムを押圧してバルブを閉じさせるための第2凸部121が設けられている。第2凸部121は、中心軸CAを中心とする第2円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第2凸部121の平面視形状は、前記第2円の円周の全部に対応する円状である。第2凸部121は、各バルブのダイヤフラムに接触可能な状態と接触不可能な状態とを切り替え可能である。
The pressing
なお、第2凸部121は、各バルブのダイヤフラムに接触可能な状態と接触不可能な状態とを切り替え可能であれば、押圧部材120の天面(基準面)から突出している必要は無い。すなわち、第2凸部121は、各バルブのダイヤフラムを押圧できればよい。図4に示される例では、第2凸部121は、押圧部材120の天面(基準面)から突出しているが、第2凸部121の天面は、押圧部材120の天面(基準面)と同じ高さの面であってもよい。
Note that the second
この後説明するように、押圧部材120は、伝達部140により押される第2傾斜面122をさらに有する。
As will be described later, the pressing
ピエゾアクチュエータ130は、複数のピエゾ素子の積層体を含み、印加される電圧の変化により特定方向に伸縮する、押圧部材120を移動させるための動力源である。ピエゾアクチュエータ130は、中心軸CAに沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されている。本実施の形態では、ピエゾアクチュエータ130は、押圧部材120の側方に配置されており、中心軸CAに垂直な方向に伸縮する。ピエゾアクチュエータ130の変位距離は、特に限定されないが、例えば10〜100μm程度である。
The
伝達部140は、ピエゾアクチュエータ130と接続(固定)されており、ピエゾアクチュエータ140の伸縮を押圧部材120に伝える。前述のとおり、ピエゾアクチュエータ130は、中心軸CAに沿う方向と異なる方向に伸縮するのに対し、押圧部材120は、中心軸CAに沿って移動する。したがって、伝達部140と押圧部材120との間で、変位方向が変換される必要がある。
The
このように変位方向を変換するために、伝達部140は、中心軸CAに平行な面に対して傾斜している第1傾斜面141を有する。また、これに対応して、押圧部材120も、中心軸CAに平行な面に対して傾斜している第2傾斜面122を有する。図7に示されるように、第1傾斜面141と中心軸CAに垂直な面とのなす角度θおよび第2傾斜面122と中心軸CAに垂直な面とのなす角度θは、45°を超え90°未満である。これらの角度θは、通常は互いに同一である。このように伝達部140および押圧部材120の互いに接触する面を傾斜面とすることで、ピエゾアクチュエータ130および伝達部140の変位方向と、押圧部120の変位方向とを変換することができる、また、これらの傾斜面の傾斜角度θを45°を超え90°未満とすることで、ピエゾアクチュエータ130および伝達部140の変位距離に対する押圧部材120の変位距離を1倍超(tanθ倍)にすることができる。たとえば、これらの傾斜面の傾斜角度θを72°とすることで、ピエゾアクチュエータ130および伝達部140の変位距離に対する押圧部材120の変位距離を約3倍にすることができる。したがって、ピエゾアクチュエータ130の変位距離が100μmの場合、押圧部材120の変位距離は約300μmとなる。押圧部材120の変位距離を増大させる観点からは、これらの傾斜面の傾斜角度は、70°以上であることが好ましい。傾斜面の傾斜角度の上限は、90°未満であれば特に限定されないが、無理なく変位方向を変換する観点からは80°以下であることが好ましい。
In order to change the displacement direction in this manner, the
また、伝達部140の第1傾斜面141と押圧部材120の第2傾斜面122との間の摩擦を低減する観点から、第1傾斜面141(伝達部140の押圧部材120側の面)または第2傾斜面122(押圧部材120の伝達部140側の面)に転動体が配置されていてもよい。本実施の形態では、伝達部140の第1傾斜面141に転動体142が配置されている。転動体142の形状は、第1傾斜面141と第2傾斜面122との間の摩擦を低減させることができれば、特に限定されない。転動体142は、例えばタマ(ボール)またはコロ(ローラ)である。コロの例には、円筒コロ、円錐コロ、針状コロなどが含まれる。本実施の形態では、転動体142は、ステンレス鋼製のベアリングボールである。
In addition, from the viewpoint of reducing the friction between the first
本実施の形態に係る流体取扱装置100では、ピエゾアクチュエータ130を構成するピエゾ素子の積層体に電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ130は中心軸CAに垂直な方向に伸長する。これにより、伝達部140の第1傾斜面141と押圧部材120の第2傾斜面122とが接触した状態で、伝達部140が押圧部120を中心軸CAに垂直な方向に押圧する。第1傾斜面141および第2傾斜面122は所定の角度で傾斜しているため、押圧部材120は、伝達部140により押されることで中心軸CAに沿って流路チップ200に向けて押し上げられる。このように、ピエゾアクチュエータ130が伝達部140の第1傾斜面141を介して押圧部材120の第2傾斜面122を押圧することで、押圧部材120は、中心軸CAに沿って移動させられる。このようにして押圧部材120が上昇すると、押圧部材120の第2凸部121が流路チップ200の各バルブ(第1バルブ232、第2バルブ242または第3バルブ252)のダイヤフラムを押圧して、各バルブが閉じられる。
In the
次に、ピエゾアクチュエータ130を構成するピエゾ素子の積層体への電圧の印加を解除すると、ピエゾアクチュエータ130は中心軸CAに垂直な方向に縮む。これによりピエゾアクチュエータ130による押圧部材120への押圧が解除され、押圧部材120は、引力または弾性体などの力により中心軸CAに沿って流路チップ200から離れる方向に移動する。このようにして押圧部材120が下降すると、押圧部材120の第2凸部121が流路チップ200の各バルブ(第1バルブ232、第2バルブ242または第3バルブ252)のダイヤフラムから離間し、(ロータリー部材110の第1凸部111により押圧されていなければ)各バルブが開かれる。
Next, when the application of the voltage to the stacked body of the piezo elements constituting the
(流体取扱装置の動作)
次に、図8〜10を参照しながら、流体取扱システム(流体取扱装置100および流路チップ200)の動作について説明する。説明の便宜上、図8〜10では、第1凸部111および第2凸部121について、流路チップ200のフィルム220に当接している場合はハッチングを付して図示し、当接していない場合は図示しないこととする。なお、第1導入口230には第1液体が収容されており、第2導入口240には第2液体が収容されており、第3導入口250には、第3液体が収容されており、第1導入口230、第2導入口240および第3導入口250は、加圧されているものとする。
(Operation of fluid handling device)
Next, the operation of the fluid handling system (
まず、第1バルブ232の上に凹部112が位置し、第2バルブ242および第3バルブ252の上に第1凸部111が位置するようにロータリー部材110を回転させるとともに、第2凸部121が流路チップ200のフィルム220に当接しないように押圧部材120を移動させる。これにより、図8に示されるように、第1バルブ232が開き、第2バルブ242および第3バルブ252が閉じる。その結果、第1導入口230内の第1液体は、第1導入流路231、第1バルブ232および共通流路260を通って取出口270に移動する。このとき、第2バルブ242および第3バルブ252は閉じているため、第2導入口240内の第2液体および第3導入口250内の第3液体が共通流路260に流れ込むことはない。
First, the
次に、第3導入口250内の第3液体を共通流路260に流したいとする。この場合、第3バルブ252の上に凹部112が位置するまでロータリー部材110を回転させる必要がある。このとき、第2凸部121が流路チップ200のフィルム220に当接するように押圧部材120を移動させた後に、ロータリー部材110を回転させる。図9に示されるように、ロータリー部材110を回転させている途中に、第2バルブ242の上に凹部112が位置しても、第2バルブ242のダイヤフラムは、第2凸部121により押圧されている。したがって、ロータリー部材110を回転させている途中に、第2バルブ242の上を凹部112が通過しても、第2導入口240内の第2液体が共通流路260に流れ込むことはない。
Next, it is assumed that the third liquid in the
そして、第3バルブ252の上に凹部112が位置し、第1バルブ232および第2バルブ242の上に第1凸部111が位置したら、ロータリー部材110の回転を止める。また、第2凸部121が流路チップ200のフィルム220に当接しないように押圧部材120を移動させる。これにより、第3バルブ252のみが開く。これにより、図10に示されるように、第3導入口250内の第3液体は、第3導入流路251、第3バルブ252および共通流路260を通って取出口270に移動する。このとき、第1バルブ232および第2バルブ242は閉じているため、第1導入口230内の第1液体および第2導入口240内の第2液体が共通流路260に流れ込むことはない。
Then, when the
以上の手順により、ロータリー部材110を回転させている途中に意図しないバルブを開かせることなく、ロータリー部材110を回転させることで複数のバルブの開閉を制御することができる。
According to the above procedure, the opening and closing of a plurality of valves can be controlled by rotating the
(効果)
以上のように、本実施の形態に係る流体取扱装置100では、ピエゾアクチュエータ130が伝達部140の第1傾斜面141を介して押圧部材120の第2傾斜面122を押圧することで、押圧部材120は中心軸CAに沿って移動させられる。また、第1傾斜面141および第2傾斜面122の傾斜角度θを45°を超え90°未満とすることで、ピエゾアクチュエータ130および伝達部140の変位距離に対する押圧部材120の変位距離を1倍超(tanθ倍)にすることができる。したがって、本実施の形態に係る流体取扱装置100は、流路チップ200の各バルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータ130で押圧部材120を十分に移動させることができる。また、本実施の形態に係る流体取扱装置100は、押圧部材120の動力源としてピエゾアクチュエータ130を用いるため、小型化することができる。
(effect)
As described above, in the
(変形例)
なお、上記実施の形態では、ロータリー部材110が内側、押圧部材120が外側に位置する流体取扱装置100について説明したが、ロータリー部材110が外側、押圧部材120が内側に位置していてもよい。
(Modification)
In the above-described embodiment, the
本発明の流体取扱装置は、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途において有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The fluid handling device of the present invention is useful in various applications such as clinical tests, food tests, and environmental tests.
10 第1導入口
11 第1導入流路
12 第1バルブ
20 第2導入口
21 第2導入流路
22 第2バルブ
30 第3導入口
31 第3導入流路
32 第3バルブ
40 共通流路
41 取出口
50 ロータリー部材の凸部
51 ロータリー部材の凹部
60 押圧部材
100 流体取扱装置
110 ロータリー部材
111 第1凸部
112 凹部
120 押圧部材
121 第2凸部
122 第2傾斜面
130 ピエゾアクチュエータ
140 伝達部
141 第1傾斜面
142 転動体
200 流路チップ
210 基板
220 フィルム
230 第1導入口
231 第1導入流路
232 第1バルブ
233 第1隔壁
234 第1ダイヤフラム
240 第2導入口
241 第2導入流路
242 第2バルブ
243 第2隔壁
244 第2ダイヤフラム
250 第3導入口
251 第3導入流路
252 第3バルブ
253 第3隔壁
254 第3ダイヤフラム
260 共通流路
270 取出口
CA 中心軸
Claims (6)
前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第1凸部と、前記バルブのダイヤフラムを押圧せずに前記バルブを開かせるための凹部とが中心軸を中心とする第1円の円周上に配置されている、前記中心軸を中心として回転可能なロータリー部材と、
前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第2凸部が前記中心軸を中心とする第2円の円周上に配置されている、前記中心軸に沿って移動可能な押圧部材と、
前記中心軸に沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されたピエゾアクチュエータと、
前記ピエゾアクチュエータと接続され、前記ピエゾアクチュエータの伸長を前記押圧部材に伝えるための伝達部と、
を有し、
前記伝達部は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第1傾斜面を有し、
前記押圧部材は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第2傾斜面を有し、
前記第1傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度および前記第2傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度は、45°を超え90°未満であり、
前記ピエゾアクチュエータが前記伝達部の前記第1傾斜面を介して前記押圧部材の前記第2傾斜面を押圧することで、前記押圧部材は、前記中心軸に沿って移動させられる、
流体取扱装置。 A fluid handling device for controlling a fluid in a flow path chip having a first flow path, a second flow path, and a valve disposed between the first flow path and the second flow path,
A first convex portion for pressing the diaphragm of the valve to close the valve and a concave portion for opening the valve without pressing the diaphragm of the valve have a first circle centered on a central axis. A rotary member disposed on a circumference and rotatable about the central axis;
A second protrusion for pressing the diaphragm of the valve to close the valve is disposed on a circumference of a second circle centered on the center axis, and is movable along the center axis. Components,
A piezoelectric actuator arranged to expand and contract in a direction different from the direction along the central axis,
A transmission unit that is connected to the piezo actuator and transmits extension of the piezo actuator to the pressing member;
Has,
The transmission unit has a first inclined surface inclined with respect to a plane parallel to the central axis,
The pressing member has a second inclined surface inclined with respect to a plane parallel to the central axis,
The angle between the first inclined surface and the surface perpendicular to the central axis and the angle between the second inclined surface and the surface perpendicular to the central axis are more than 45 ° and less than 90 °,
The pressing member is moved along the central axis by the piezo actuator pressing the second inclined surface of the pressing member via the first inclined surface of the transmission unit.
Fluid handling device.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の流体取扱装置と、
を有する、流体取扱システム。 A flow path chip having a first flow path, a second flow path, and a valve disposed between the first flow path and the second flow path;
A fluid handling device according to any one of claims 1 to 5,
A fluid handling system comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018132248A JP2020006347A (en) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | Fluid handling device and fluid handling system |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=69149868
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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