JP3876674B2

JP3876674B2 - 液体混合方法および液体開放弁

Info

Publication number: JP3876674B2
Application number: JP2001310437A
Authority: JP
Inventors: 義明森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003112031A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類以上の液体を混合する方法に係り、特に微小領域に存在する２種類の液体を混合するのに好適な液体混合方法および液体開放弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体やガスなどの流体の流れ制御する場合、一般に電磁弁等の弁装置を用いて行なわれる。ところが、直径１ｍｍ以下のような微小流路を流れる流体を制御する場合、流路（管路）に弁装置等を設けることは非常に困難である。
【０００３】
例えば、微小な試料を気化させたり反応させたりして得た微量のガスを、分析や液体に溶解させる等のために複数の分析処理部や反応処理部に供給し、それぞれの処理部への供給量を変えたいような場合、従来は、各処理部のそれぞれに別々に試料ガスを供給するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように各処理部に微少の試料ガスを別々に供給したのでは、配管等が微小であるために取扱いが面倒で、作業性も悪い。このため、微量なガスを複数の箇所に同時に供給し、任意のタイミングで任意の箇所へのガスの供給を停止できるような方法の開発が望まれる。このような方法として、微小な配管内に２液形接着剤のそれぞれの液を微小配管内に配置しておき、所望のタイミングで２液を混合できれば便利である。
【０００５】
また、微小な領域に配置した２種類の微量な液体を任意のタイミングで混合したり、微小な領域に配置した液体に所定のタイミングで試薬を添加できれば便利であるが、従来は、そのような方法が存在しなかった。さらに、微小な領域に貯溜してる液体を放出したい場合もある。
【０００６】
本発明は、上記の要請に鑑みてなされたもので、微小領域内の２種類の液体を任意のタイミングで混合できるようにすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る液体混合方法は、撥液性の仕切部材の両側に第１の液体と第２の液体とを配置し、前記仕切部材に光を照射して仕切部材を親液化して前記第１の液体と前記第２の液体とを混合することを特徴としている。
【０００８】
このように構成した本発明は、プラスチックなどからなる撥液性の仕切部材に紫外線などの光を照射すると、仕切部材が撥液性を失って親液化して濡れ性を示すように変化する。このため、仕切部材の両側に存在する第１の液体と第２の液体とが仕切部材を越えて移動し、相互に混じり合う。従って、微小な管路内に配置した例えば２液性接着剤のそれぞれの液体を、所望のタイミングで混合して微小な管路を閉塞したり、微小領域に配置した液体に試薬を添加したりすることができる。
【０００９】
そして、上記の液体混合方法を実施するための本発明に係る液体開放弁は、液体の境界部に配置されて液体が通流可能な空隙を有し、光の照射によって親液化される撥液性部材からなることを特徴としている。この液体開放弁は、透明な微細な管の内部や、微小間隙を隔てて配置した２枚のガラス板の間などに形成することができる。
【００１０】
そして、本発明は、撥液性部材に紫外線やレーザ光などの光を照射して親液化することにより、液体が親液化された部分を介して移動可能となる、このため、撥液性部材によって閉じ込めた（貯溜した）液体を任意のタイミングで放出したり、２液の境界部に配置することにより、この２液を任意のタイミングで混合することができる。
【００１１】
撥液性部材は、フッ素樹脂であってよい。フッ素樹脂は、高い撥液性と耐液性とを有しており、各種の液体に適用することが可能となる。また、撥液性部材は、フッ化処理した樹脂を用いることができる。撥液性部材を一般的な樹脂をフッ化処理して形成することにより、取り扱う液体に適した樹脂を用いることがばかりでなく、パイプないなどにも容易に形成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液体混合方法および液体開放弁の好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施の形態に係る液体混合方法の説明図であり、図２は本発明に係る液体混合方法を利用した流路遮断機構を有する微量ガス供給システムの模式図である。
図２において、微量ガス供給システム１０は、微量ガス供給部１２と複数のガス処理部１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、………）とを有する。ガス処理部１４は、例えば微量ガス供給部１２から送られた試料ガスを分析したり、他のガスを添加したり他のガスや液体と反応させたりする。
【００１３】
微量ガス供給部１２には、主供給配管１６の一端が接続してある。そして、主供給配管１６には、枝管１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、………）を介して各ガス処理部１４が接続してある。これらの枝管１８は、内径が例えば１ｍｍ以下の微細管から形成してある。また、各枝管１８には、図１に詳細を示したような流路遮断機構２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、………）が設けてある。
【００１４】
枝管１８は、紫外線を透過可能な透光性のガラスまたはプラスチックなどから形成してあり、図１（１）に示したように、内周面に親液性のレジストなどから形成した樹脂膜２２が設けてある。この樹脂膜２２も、枝管１８と同様に、紫外線を透過可能な透明樹脂から形成してある。また、樹脂膜２２の所定位置には、詳細を後述するようにして形成したリング状の撥液部２４ａ、２４ｂ、２４ｃが設けてある。そして、枝管１８内の流路３６の、第１の撥液部２４ａと第２の撥液部２４ｂとの間には、２液形接着剤を構成している第１の液体２６が配置してある。さらに、第２の撥液部２４ｂと第３の撥液部２４ｃとの間の流路３６には、２液形接着剤を構成する第２の液体２８が配置してある。そして、第１の液体２６と第２の液体２８との境界部に設けた撥液部２４ｂが、後述するように液体開放弁として作用する。
【００１５】
このようになっている流路遮断機構２０においては、第１の液体２６は、両側に撥液部２４ａ、２４ｂが存在しているため、枝管１８内を移動することなく撥液部２４ａ、２４ｂ間に定置される。また、第２の液体２８も同様に撥液部２４ｂ、２４ｃ間に定置される。そして、枝管１８内の流路３６に流入した試料ガス３０は、試料ガス３０に与える圧力を適宜に調整することにより、第１の液体２６および第２の液体２８を通過して前記した処理部１４に流入する。
【００１６】
ところで、任意の１つの処理部１４（例えば、処理部１４ａ）への試料ガス３０の供給を停止し、他の処理部１４ｂ、１４ｃ、………への試料ガス３０の供給を続行したい場合、図１（２）に示したように、第１の液体２６と第２の液体２８との間に存在する撥液部２４ｂに、枝管１８の外部から紫外線３２を照射して撥液部２４ｂを親液化する。これにより、撥液部２４ｂは濡れ性を示し、第１の液体２６が撥液部２４ｂを越えて第２の液体２８側に移動を開始し、第２の液体２８が第１の液体２６側に移動を開始し、符号３４に示したように、両者は混合する。このため、第１の液体２６と第２の液体２８とが混じり合って硬化が始まり、枝管１８内の流路３６が遮断される。
【００１７】
図３は、流路遮断機構２０の製造方法の説明図である。まず、図３（１）に示したように、ガラス管などの透明な細管４０に液状の親液性レジスト４２を注入し、細管４０の内面に付着させる。そして、親液性レジスト４２を乾燥、固化させ、同図（２）に示したように、細管４０の内面に親液性レジスト４２による透明な樹脂膜２２を形成する。
【００１８】
その後、同図（３）に示したように、細管４０内に、フッ化水素（ＨＦ）などの光分解性のフッ素系ガス４４を流すとともに、細管４０の所定位置に紫外線４６を照射する。これにより、紫外線４６が照射されている部分においてフッ素系ガス４４が分解され、活性なフッ素（Ｆ）が生成される。この活性なフッ素は、樹脂膜２２の表面に付着してリング状の撥液部２４を形成する。このようにして撥液部２４ａ、２４ｂ、２４ｃを形成したならば、細管４０内にさらに細い管（図示せず）を挿入し、各撥液部２４間に２液形接着剤の第１の液体と第２の液体とを配置することにより、流路遮断機構を形成することができる。
【００１９】
図４は、第２実施形態の説明図である。図４において、透明な２枚のガラス板５０、５２は、微小間隙ｄを隔てて対向させて配置してある。これらのガラス板５０、５２には、対向面の対応位置に、フッ素樹脂などの撥液性部材からなる額縁状の仕切部５４（５４ａ、５４ｂ）が設けてある。また、仕切部５４ａと仕切部５４ｂとは、液体開放弁を形成していて、両者間に間隙を有し、後述するように、液体が両者間を通流できるようになっている。これらの仕切部材５４は、液状の撥液性部材を薄く塗布したのち、不要部をエッチングして除去することにより容易に形成することができる。
【００２０】
仕切部５４の内側と外側とのそれぞれには、混合させたい第１の液体５６と第２の液体５８とが配置してある。第１の液体５６は、ガラス板５２に形成した仕切部５４ｂの内部に第１の液体５６を適量滴下したのち、ガラス板５２の上に間隙ｄを隔ててガラス板５０を配置することにより、仕切部５４の内部に位置させることができる。
【００２１】
そして、第１の液体５６と第２の液体５８とを混合したい場合、仕切部５４に紫外線を照射する。これにより、仕切部材５４が親液化され濡れ性を示すため、第１の液体５６と第２の液体５８とが仕切部材５４を越えて移動し、両者が混合する。従って、第１の液体５６と第２の液体５８とを所望のタイミングで混合することができる。
【００２２】
なお、図４（１）の符号６０に示したように、仕切部５４の一部に紫外線を照射することにより、仕切部５４の一部のみを親液化することができ、第１の液体５６と第２の液体５８との混合速度を任意に調節することができる。
【００２３】
図５は、第３実施形態の説明図である。この第３実施形態は、図５（１）に示したように、ガラスまたはシリコンなどからなる平板状の基板６０の上面に、フッ素樹脂などからなる撥液膜６２によって２つの領域６４（６４ａ、６４ｂ）が隣接して区画してある。そして、各領域６４ａ、６４ｂの境界に存在している撥液膜６２からなる仕切部６６が、後述するように液体開放弁の役割をなしている。また、各領域６４のそれぞれには、同図（２）に示したように、異なる種類の液体７０ａ、７０ｂが貯溜してある。
【００２４】
このようになっている第３実施形態においては、液体７０ａと液体７０ｂとを混合させたい場合、例えば図５（１）の斜線で示した開放部６８に紫外線やレーザ光を照射する。これにより、開放部６８のフッ素樹脂が分解されて親液化され、領域６４ａの液体７０ａと、領域６４ｂの液体７０ｂとが開放部６８を介して混合される。
【００２５】
図６は、第４実施形態の平面図である。この第４実施形態においては、基板６０の上面に撥液膜７２によって４つの領域７４（７４ａ〜７４ｄ）が形成してある。これらの領域７４は、マトリックス状に配置してあって、それぞれに異なった液体（図示せず）が貯溜してある。このようになっている第４実施形態においては、各領域７４ａ〜７４ｄ間の仕切部を、紫外線やレーザ光を照射して親液処理をすることにより、４種類の液体を混合することができる。
【００２６】
なお、必要に応じて任意の２液または３液を混合することもできる。そして、撥液膜によって形成する領域は、３つでも５つ以上であってもよい。また、隣接させた複数の領域は、図４に示したように、対向させて配置した一対のガラス板間に形成してもよい。
【００２７】
図７は、第５実施形態の説明図である。図７（１）に示した実施形態は、基板６０の上面に、撥液膜８０によって額縁状の領域８２が区画してあり、この領域８２に図示しない液体が貯溜してある。そして、撥液膜８０の任意の位置、例えば斜線によって示した開放部８４に紫外線またはレーザ光を照射すると、開放部８４の撥液膜が分解されて親液化し、領域８２内の液体が開放部８５を介して領域８２の外部に放出される。従って、任意のタイミングで領域８２内の液体を流出させることができる。
【００２８】
図７（２）は、対面させて平行に配置した２枚のガラス板８６ａ、８６ｂ間に液体８８を貯溜し、この液体８８を任意のタイミングで放出できるようにしたものである。各ガラス板８６（８６ａ、８６ｂ）のそれぞれには、対応位置に液体開放弁となる撥液膜９０（９０ａ、９０ｂ）が設けてあり、これらの撥液膜９０によって液体８８が一対のガラス板８６間に貯溜されている。そして、液体８８を放出したい場合には、撥液膜９０に紫外線などを照射して撥液膜９０の親液処理を行なう。
【００２９】
なお、透明なガラスパイプなどにおいても、前記したように内周面に撥液部を形成することによって液体を貯溜することができ、さらに撥液部を紫外線などによって親液化することにより、任意のタイミングで貯溜させた液体を放出することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、プラスチックなどからなる撥液性の仕切部材に紫外線などの光を照射すると、仕切部材が撥液性を失って親液性に変化する。このため、仕切部材の両側に存在する第１の液体と第２の液体とが仕切部材を越えて移動し、相互に混じり合う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る液体混合方法の説明図である。
【図２】実施の形態に係る液体混合方法を適用した流路遮断機構を備えた微量ガス供給システムの説明図である。
【図３】実施の形態に係る液体混合方法を利用した流路遮断機構の形成方法の説明図である。
【図４】本発明に係る第２実施の形態の説明図である。
【図５】本発明に係る第３実施形態の説明図であって（１）は平面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】本発明に係る第４実施形態を説明する平面図である。
【図７】本発明に係る第５実施形態の説明図であって、（１）は平板状の基板の上に貯溜した液体を放出させる実施形態の説明図であり、（２）は２枚のガラス板間に貯溜した液体を放出する実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１０………微量ガス供給システム、１８………枝管、
２０………流路遮断機構、２２………樹脂膜、
２４ｂ、５４………液体開放弁（撥液部、仕切部）、
２６、５６………第１の液体、２８、５８………第２の液体、
３０………試料ガス、３２、４６………光（紫外線）、３６………流路、
６０………基板、６２、７２、８０、９０ａ、９０ｂ………撥液膜、
６８、８４………開放部、７０ａ、７０ｂ、８８………液体、
８６ａ、８６ｂ………ガラス板。

Claims

撥液性の仕切部材の両側に第１の液体と第２の液体とを配置し、前記仕切部材に光を照射して仕切部材を親液化して前記第１の液体と前記第２の液体とを混合することを特徴とする液体混合方法。
液体の境界部に配置されて液体が通流可能な空隙を有し、光の照射によって親液化される撥液性部材からなることを特徴とする液体開放弁。
前記撥液性部材は、フッ素樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の液体開放弁。
前記撥液性部材は、フッ化処理された樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の液体開放弁。