JP4479590B2

JP4479590B2 - 配管接続方法及びマイクロチップデバイス

Info

Publication number: JP4479590B2
Application number: JP2005158551A
Authority: JP
Inventors: 明興中森
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006337032A

Description

本発明は、板状部材に形成されている開口に配管を接続する配管接続方法とそれを用いたマイクロチップデバイスに関するものである。

排水、環境水、水道水、下水、純水、各種用水などの試料水に含まれる有機物は、水の管理を目的として、ＴＯＣ（全有機体炭素量）測定が行なわれている。
ＴＯＣの測定の一般的な方法は、試料水中の有機体を酸化反応器で二酸化炭素へ転化する工程と、二酸化炭素を通過させるガス透過膜により、導電率測定機構を有する二酸化炭素検出機構の測定水へ二酸化炭素を抽出する工程と、二酸化炭素検出機構で測定水の導電率を測定する工程とを含んでいる（特許文献１参照。）。

測定水へ二酸化炭素を抽出する二酸化炭素抽出装置として、２枚の基板がガス透過膜を間に挟んで接合され、各基板にはガス透過膜を介して対向する流路が形成されているとともに、それぞれの流路の両端が基板の貫通孔によって基板表面に開口しており、それぞれの開口に配管が接続されているマイクロチップデバイスが知られている。

そのようなマイクロチップデバイスでは、マイクロ加工を用いて装置構成を小さくすることにより、試料水や測定水の消費量を低減することは可能であるが、液体の流量は極端に少なくなってしまう。
例えば、図４は板状部材９と継ぎ手３５をパッキン１によって接続し、継ぎ手３５に配管５を接続する図である。このような微小ユニットに配管５を接続する場合は、継ぎ手３５の大きさが相対的に肥大化し、大きなデッドボリュームが生じる。
特許第２５１０３６８号公報

パッキンによって継ぎ手と板状部材間を接続し、継ぎ手に配管を接続する方法では、配管から板状部材までに大きなデットボリュームが生じる。
本発明は、マイクロチップデバイスなどの板状部材と配管との接続を小さいデッドボリュームで行えるようにすることを目的とする。

本発明の配管接続方法は、表面に開口を備えた板状部材と配管とを接続する配管接続方法において、弾性変形可能な材質にてなり、貫通孔が段差によって大径部と小径部に分かれているパッキンを用い、配管をパッキンの大径部に圧入すると共に、パッキンの小径部側を板状部材の開口上に押し付け、密着させることを特徴とする。

本発明のマイクロチップデバイスは、内部に流路をもち、表面にその流路につながる開口を備えた板状部材と、配管と、板状部材の開口及び配管を接続する接続部とを備えたものであり、接続部は段差によって大径部と小径部に分かれているパッキンと支持部材を備え、配管がパッキンの大径部に圧入された状態で、支持部材によりパッキンの小径部側が板状部材の開口上に押しつけられていることを特徴とする。

マイクロチップデバイスの一例はＴＯＣ測定装置で使用される二酸化炭素抽出装置であり、そこでは、板状部材は２枚の基板がガス透過膜を間に挟んで接合され、各基板にはガス透過膜を介して対向する流路が形成されているとともに、それぞれの流路の両端が基板の貫通孔によって基板表面に開口しており、それぞれの開口にパッキンを介してそれぞれの配管が接続されている。
パッキン及び接続部はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）樹脂、ＰＣＴＦＥ（ポリクロロトリフルオロエチレン）樹脂、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）樹脂などのフッ素樹脂製であることが好ましい。

本発明の配管接続方法は、上記のパッキンのみを介して配管を板状部材に接続するので、試料のパッキンからの漏れを防ぐことはもちろん、継ぎ手を用いた場合に生じる余分なデッドボリュームがなくなる。

本発明のマイクロチップデバイスは、本発明の配管接続方法により、パッキンのみを介して配管をマイクロチップデバイスに接続するので、配管接続部でのデッドボリュームの少ないマイクロチップデバイスを提供することができる。

パッキンにフッ素ゴム等のゴム質の接続材を用いる場合、ゴム材に含まれる成分の試料への溶出が心配されるが、パッキンにフッ素樹脂を用いる場合は溶出の心配はない。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は板状部材に接続部を介し、配管接続方法によって配管を接続したときの一実施例を示す断面図である。図２はパッキンの断面図を示す。
接続部としてのパッキン１は、内部の貫通孔が段差によって大径部３と小径部７に分かれて形成されている。パッキン１の大径部３は配管５と接続するために断面積が広く形成され、小径部７は板状部材９の開口１１と接続するために断面積が大径部３よりも小さく形成されている。パッキン１の小径部７側の端面は平坦面である。また、パッキン１の外側にはパッキン１の一部が入る凹部及び配管５を通す穴があけられ、パッキン１を板状部材９に対して固定する支持部１３が設けられている。

パッキン１としては、貫通孔の長さに対するつぶし代１５の相対長さが３０〜７０％程度であることが好ましい。本実施例では、約５０％のものとする。
パッキン１の素材としてはＰＴＦＥ製、配管５にはＳＵＳ（ステンレス）製、板状部材９にはガラス製のものを用いる。

配管５を接続するときは、配管５を支持部１３の穴に通した状態でパッキン１に圧入し、次に支持部１３を用いてパッキン１を板状部材９側に押し付けて固定する。これにより、つぶし代１５を介してパッキン１を板状部材９及び配管５と密着させることができるとともに、パッキン１からの試料の漏れを防ぐことができる。

次にマイクロチップデバイスの一実施例を図３に示す断面図を参照して詳細に説明する。
このマイクロチップデバイスは、ガス透過膜２１と、ガス透過膜２１との間に試料水流路２３を形成し、試料水流路２３の両端に位置する貫通孔３１ａ，３１ｂをもつ板状部材２５と、ガス透過膜２１を介して試料水流路２３と対向する測定水流路２７を形成し、測定水流路２７の両端に位置する貫通孔３１ｃ，３１ｄをもつ板状部材２９とが積層され、それぞれの貫通孔３１ａ〜３１ｄの開口にパッキン１ａ〜１ｄを介して配管５ａ〜５ｄが接続されたものである。

試料水流路２３は、板状部材２５の一方の面に微小な溝（幅０．０１〜１０ｍｍ、深さ０．０１〜０．５ｍｍ、長さ数ｍｍ〜数百ｍｍ）を形成することで作製でき、例えば幅１ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、長さ２００ｍｍに形成されたものを用いる。
測定水流路２７は、板状部材２９の一方の面に微小な溝（幅０．０１〜１０ｍｍ、深さ０．０１〜０．５ｍｍ、長さ数ｍｍ〜数百ｍｍ）を形成することで作製でき、例えば幅１ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、長さ２００ｍｍに形成されたものを用いる。
流路２３，２７はウェットエッチング技術やドライエッチング技術により形成することができ、貫通孔３１ａ〜３１ｄは、サンドブラスト加工を用いた微細加工技術により形成できる。
ガス透過膜２１としては、疎水性多孔質膜が好ましく、例えば、多孔質フッ素樹脂膜（住友電工社製のポアフロン（登録商標））などを用いることができる。

パッキン１ａ〜１ｄは図２に示されたものであり、配管５ａ〜５ｄはパッキン１ａ〜１ｄと支持部１３ａ，１３ｂによって図１に示されたように板状部材２５，２９上に押しつけられて接続されている。
支持部１３ａ及び１３ｂは両端部において固定部３３ａ及び３３ｂによって、板状部材２５，２９に押しつけられて固定されている。
実施例に示したマイクロチップデバイスは、溶出等の問題がほとんど無い材料であるガラス、ＰＴＦＥ，ＳＵＳ及び多孔質フッ素樹脂を用いて構成されている。

次に本発明のマイクロチップデバイスを用いて有機物濃度を測定するときの一実施例を図３を参照しながら説明する。
試料水として、例えば、フタル酸水素カリウム水溶液を用いる。測定水としては、有機物を含まないものとして、例えば、イオン交換水を用いる。
試料中の有機物は、紫外線を０．１〜５分間、例えば３分間照射されることにより酸化し、二酸化炭素として試料水中に溶存させた後、試料水を配管５ａから０．１ｍＬ／ｍｉｎ程度の流量でパッキン１ａ及び貫通孔３１ａを介して試料水流路２３に供給する。
イオン交換水はイオン交換水精製器などにより、配管５ｄから０．０５〜１０ｍＬ／ｍｉｎの流量、例えば２ｍＬ／ｍｉｎの流量で、パッキン１ｄ及び貫通孔３１ｄを介して測定水流路２７に供給する。

試料水中の二酸化炭素はガス透過膜２１によって、測定水流路２７側のイオン交換水へ透過する。ガス透過膜２１でガス透過を終えた試料水は、貫通孔３１ｂ及びパッキン１ｂを介して配管５ｂから排出される。二酸化炭素を吸収した測定水は、貫通孔３１ｃ、パッキン１ｃ及び配管５ｃを介して導電率測定セルなどに送られ、測定電極によって導電率が測定される。ＴＯＣ測定にあたっては、試料水に有機物及び二酸化炭素を全く含まないものを用いてバックグラウンドを測定し、試料水から得られた結果からバックグラウンドを差し引くことで、導電率から二酸化炭素の濃度を定量し、ＴＯＣに換算する。

本発明のマイクロチップデバイスは、２枚の板状部材２５，２９による構成に限定されるものではなく、多層構成の場合でも実施できる。

マイクロチップデバイスに形成されている開口に配管を接続する配管接続方法に利用することができる。

板状部材に接続部を介し、配管接続方法によって配管を接続したときの断面図を示す図である。パッキンの断面図を示す図である。マイクロチップデバイスの断面図を示す図である。板状部材と継ぎ手をパッキンによって接続し、継ぎ手に配管を接続したときの断面図を示す図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｄパッキン
３大径部
５、５ａ〜５ｄ配管
７小径部
９、２５，２９板状部材
１１開口
１３，１３ａ，１３ｂ支持部
２１ガス透過膜
２３試料水流路
２７測定水流路
３１ａ〜３１ｄ貫通孔
３３固定部

Claims

表面に開口を備えた板状部材と配管とを接続する配管接続方法において、
弾性変形可能な材質にてなり、貫通孔が段差によって大径部と小径部に分かれ、大径部側の外形の一部が支持部材の凹部に入る形状をし、小径部側がつぶし代となっているパッキンを用い、
前記配管を前記パッキンの大径部に圧入すると共に、前記支持部材の凹部に前記パッキンの大径部側の一部を入れて前記支持部材により前記パッキンの小径部側を前記板状部材の開口上に押し付けて固定することにより、前記つぶし代を介して前記パッキンを前記板状部材及び前記配管と密着させることを特徴とする配管接続方法。
前記パッキンはフッ素樹脂製である請求項１に記載の配管接続方法。
内部に流路をもち、表面にその流路につながる開口を備えた板状部材と、
配管と、
前記板状部材の開口及び前記配管を接続した接続部と、を備えたマイクロチップデバイスにおいて、
前記接続部は段差によって大径部と小径部に分かれているパッキンと、凹部をもつ支持部材を備え、
前記パッキンは大径部側の外形の一部が前記支持部材の前記凹部に入る形状をし、小径部側がつぶし代となっており、
前記配管が前記パッキンの大径部に圧入された状態で、前記支持部材により前記パッキンの小径部側が前記板状部材の前記開口上に押しつけられていることにより前記つぶし代を介して前記パッキンが前記板状部材及び前記配管と密着していることを特徴とするマイクロチップデバイス。
前記板状部材は２枚の基板がガス透過膜を間に挟んで接合され、各基板には前記ガス透過膜を介して対向する流路が形成されているとともに、それぞれの流路の両端が基板の貫通孔によって基板表面に開口しており、それぞれの開口に前記パッキンを介してそれぞれの配管が接続されている請求項３に記載のマイクロチップデバイス。