JP4766680B2

JP4766680B2 - 流体取扱装置

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Description

この発明は、流路と流路の連絡部において液・液界面を形成する流体取扱装置に関するものである。

近年、ガラスやプラスチックからなる基板に形成された数１０〜２００μｍ程度の幅或いは深さを持つ微小流路を化学分析、化学反応、秤量などに利用する技術が知られている。このような微小流路が形成された流体取扱装置はマイクロチップとして、特に、化学分析に使用する場合にはμ−ＴＡＳ、化学反応に使用する場合にはマイクロリアクタなどと称されている。マイクロチップは、化学分析、化学反応、秤量などを行う空間が微小な領域であるため、拡散分子の輸送時間の短縮、正確な温度制御や秤量など様々な利点を有している。

このような流体取扱装置として様々な形状の微小流路が形成されたものが知られている（特許文献１及び２参照）。

例えば、特許文献１には、タンパク質や核酸等の試料の分析において、分析に要する極微量の試料を正確に計り取って定量的に分析することが可能な流体取扱装置が開示されている。

また、特許文献２には、生体物質のサンプリング、精製、試薬の添加・検出等を行うための流体取扱装置であって、この流体取扱装置に形成された流路表面の構造を工夫することにより、毛管流動能を変えて液体搬送能を改善する技術が開示されている。

特開２００５−１１４４３３特表２００３−５０３７１５

しかしながら、特許文献１に開示された流体取扱装置は、該装置内のガスを脱気するには気体制御装置による正圧・負圧の圧力操作が必要となるため、操作が煩雑になると共に、気体制御装置を含めた装置全体の構造が複雑で且つ大型化を招くといった課題を有している。

また、特許文献２に開示された流体取扱装置は、流体の毛管流動能を高めるための技術は開示されているものの、流路内に存在する空気などの気体が気泡となって残留することを防止することについては考慮されていない。したがって、このような流体取扱装置では、流路内に残留した気泡が化学分析や化学反応などに悪影響を及ぼすことがある。

そこで、本発明は、流体の流れを制御して気泡が流路内に残留しにくい流体取扱装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る流体取扱装置は、毛管現象により流体が移動可能な流路であって、前記流体の移動方向に直交する断面形状が四角形状で且つ対向する一対の側面を有する流路、を備えている。
そして、この発明の流体取扱装置において、前記流路は、
・前記流体の移動方向に沿った下流端近傍で且つ前記一対の側面のうちの一方の側面に開口して、前記流路内と外部環境とを連絡する連絡部と、
・前記連絡部よりも上流側の位置から前記流体の移動方向に沿った下流端までの間に形成された流体移動抑制部と、
・少なくとも一部が前記流体移動抑制部よりも上流側に位置するように形成された毛管現象促進部と、を有している。
また、前記毛管現象促進部は、前記流体の移動端面を前記流体の移動方向に対する直交面と平行な面に対して傾きの少ない面とし、前記流体が前記移動端面で前記流路内の気体を前記流体の移動方向下流側へ追い遣りながら移動できるようになっている。
また、前記流体移動抑制部は、前記毛管現象促進部を移動した前記流体の前記移動端面が前記一方の側面側よりも前記一方の側面に対向する他方の側面側の方が先行して移動するように前記流体の移動を抑えて、前記流体の前記移動端面を前記流体の移動方向に対する直交面と平行な面に対して傾斜させ、前記流路内の気体を前記流体よりも先に前記連絡部に到達させ、前記流路内の気体を前記流体の前記移動端面によって前記連絡部から前記外部環境に流出させるようになっている。

請求項２の発明に係る流体取扱装置は、請求項１に係る発明において、前記毛管現象促進部が、前記流体の移動方向に沿って形成された１又は複数の微細溝又は微細突条を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体取扱装置。

請求項３の発明に係る流体取扱装置は、請求項１又は２の発明において、前記流体移動抑制部が、前記毛管現象促進部に比べて平坦な面であることを特徴としている。

請求項４の発明に係る流体取扱装置は、請求項１又は２の発明において、前記流体移動抑制部が、前記流路内を移動する前記流体の毛管現象を抑制するように形成された凸部又は凹部であることを特徴としている。

本発明の流体取扱装置によれば、毛管現象促進部によって流体（液体）の移動が均一化し、その流体移動端面（流体の先端部分）が流路内の気体を流動方向下流側に追い遣りながら流動した後、毛管現象による流体の移動を抑制するように形成された流体移動抑制部によって、液体よりも先に気体を流路内と外部環境とを連絡する連絡部に到達させて外部環境に放出させるため、流路内に気体が残留するのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置１を示すものである。この図１において、（ａ）が流体取扱装置１の平面図であり、（ｂ）が（ａ）の矢印Ａ方向から見た流体取扱装置の側面図である。

この図１に示すように、本実施形態の流体取扱装置１は、平面形状が矩形形状である薄板状の第１部材２と、この第１部材２の表面３全体を覆うように重ね合わされる薄板状の第２部材４とからなっている。これら第１部材２と第２部材４は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）や紫外線硬化樹脂等の各種樹脂材料、ガラス、セラミック等を使用して形成されている。そして、これら第１部材２と第２部材４は、その重ね合わせ面（第１部材２の表面３と第２部材４の裏面５が密着性の良い平滑面に形成されており、重ね合わせ面を密着させた状態で接着固定、締結固定、クリップ固定等によって分離不能か又は分離可能に一体化されている。なお、本実施形態において、第１部材２及び第２部材４は、薄板状のものを例示したが、これに限られず、立方体であるブロック状のものでもよい。また、第１部材２の表面３側に重ね合わされる第２部材４は、フィルム状のものでもよい。また、図１に示す流体取扱装置１は、説明の便宜上、第１部材２を下側に配置し、第２部材４を第１部材２の上側に配置する態様を例示したが、図２に示すように、第１部材２を第２部材４の上側に配置するようにしてもよい。この図２の場合、第１部材２の裏面３’と第２部材４の表面５’が重ね合わされることになる。

図３（ａ）は、第１部材２の平面図である。この図３（ａ）に示すように、第１部材２の表面３側には、第１の流路６用の第１の溝６Ａと、第２の流路７用の第２の溝７Ａと、これら第１の溝６Ａと第２の溝７Ａとを連通する第３の流路８用の第３の溝８Ａと、第２の溝７Ａの第３の溝８Ａ側端部と外部連通溝１１Ａとを連通する第４の流路１０用の第４の溝１０Ａと、第２の溝７Ａを第４の溝１０Ａを介して外部環境に連通する外部環境連通路１１用の外部連通溝１１Ａと、を備えている（図１（ａ）参照）。

このうち、第１の溝６Ａは、図３（ａ）に示すように、図中横方向に直線状に延びる横溝部６Ａ１と、この横溝部６Ａ１の図中左端部から直角に曲がって図中下方向に直線状に延びる縦溝部６Ａ２と、を備えている。また、第２の溝７Ａは、第１の溝６Ａの縦溝部６Ａ２と一直線上に位置するように、図中上下方向に直線状に形成されている。また、第３の溝８Ａは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、その溝断面積が第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝断面積に比較して小さく（第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝幅を急激に絞るように小さく）、第１の溝６Ａの溝幅方向（図３（ａ）の横方向）に対して直交するように２箇所並列配置されて、第１の溝６Ａ（第１の流路６）と第２の溝７Ａ（第２の流路７）とを連通する連絡部１２を構成している（図１参照）。また、第４の溝１０Ａは、第２の溝７Ａの溝幅及び外部連通溝１１Ａの溝幅に比較して小さく（外部連通溝１１Ａの溝幅を急激に絞るように小さく）形成されており、第２の溝７Ａの末端部分（図３（ａ）における第１の溝６Ａと第２の溝７Ａとを連通する第３の溝８Ａが形成される位置の近傍）に開口するようになっている。そして、これら第１の溝６Ａ、第２の溝７Ａ及び外部連通溝１１Ａは、流体の流れに対して直交する断面形状（溝断面形状）が四角形状となるように形成されている（図１（ａ），（ｂ），図３（ａ），（ｂ）参照）。

また、図４に示すように、第３の溝８Ａは、第１の溝６Ａの側面１３Ａ１及び第２の溝７Ａの端部１４に対して直交するように開口しており、その開口部が第１の溝６Ａの側面１３Ａ１及び第２の溝７Ａの端部１４に対して直角のコーナー部を形成するようになっている。また、第４の溝１０Ａは、外部連通溝１１Ａの端部１５に対して直交するように開口しており、その外部連通溝１１Ａ側の開口部が外部連通溝１１Ａの端部１５に対して直角のコーナー部を形成するようになっている。

そして、図３（ａ）に示すように、第１の溝６Ａは、平面形状がＬ字形状に形成されており、第１部材２の表面３側に開口すると共に、その一端が第１部材２の右側面１６に開口し、その他端が第１部材２の下側面１７に開口している（図３（ｂ）参照）。また、図３（ａ）に示すように、第２の溝７Ａは、第１部材２の表面３側に開口すると共に、第１部材２の上側面１８に開口している。また、図３（ａ）に示すように、外部連通溝１１Ａは、第１部材２の表面３側に開口すると共に、第１部材２の左側面２０に開口している（図３（ｂ）参照）。また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第３の溝８Ａは、第１部材２の表面３側に開口すると共に、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａに開口しており、その溝断面形状が矩形形状となるように形成され、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａと同一の溝深さに形成されている。また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第４の溝１０Ａは、第１部材２の表面３側に開口すると共に、第２の溝７Ａ及び外部連通溝１１Ａに形成されており、その溝断面形状が矩形形状となるように形成され、第２の溝７Ａ及び外部連通溝１１Ａと同一の溝深さに形成されている。なお、本実施形態は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａがほぼ同一の断面積に形成され、第３の溝８Ａ及び第４の溝１０Ａがほぼ同一の断面積に形成されているが、これに限られず、例えば、第１の溝６Ａと第２の溝７Ａを異なる断面積にしてもよく、第３の溝８Ａと第４の溝１０Ａを異なる断面積にしたり、外部連通溝１１Ａを設けずに、第２の溝７Ａを第４の溝１０Ａを介して外部環境に連通させるようにしてもよい。

このように構成された第１部材２の第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝底２１には、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４に示すように、微小突起（微細突条）２２を各溝（６Ａ，７Ａ）の長手方向（溝幅方向に直交する方向）に沿って複数（本実施形態では５個）形成するようになっている（図１（ａ）参照）。この微小突起２２は、図３（ｃ）に示すように、その断面積が第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝断面積に比較して極めて小さくなるように形成されている。第１の溝６Ａの微小突起２２は、図４に示すように、横溝部６Ａ１と縦溝部６Ａ２との交差部分において、最も内側の微小突起２２を除き、他の微小突起２２が円弧形状（１／４円弧形状）となるように形成されている。他の微小突起２２は、横溝部６Ａ１と縦溝部６Ａ２との交差部分の外側に向かうにしたがって円弧が大きくなり、第１の溝６Ａ内を流動する流体が円滑に移動できるように工夫されている。また、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの微小突起２２は、第３の溝８Ａの機能（液留め機能）を発揮させるために、第３の溝８Ａの端部から離れた位置に形成されている。これら複数の微小突起２２によって毛管現象促進部２２０が構成されている。この第２の溝７Ａに形成された毛管現象促進部２２０は、図１（ａ），図３（ａ）及び図４に示すように、その第２の溝７Ａにおける図中下端（液体の流動方向下流端）が第４の溝１０Ａの第２の溝７Ａ側開口部（連絡部）よりも図中上方（液体の流動方向の上流側）に位置している。そして、第２の溝７Ａにおいて、毛管現象促進部２２０の図中下端と連絡部１２との間の領域における溝底（流路壁面）２１は、毛管現象促進部２２０よりも平坦な面（平坦面２２１）となって流体移動抑制部が形成されており、第２の溝７Ａによって形成される第２の流路７の下流側端部において液体の流動を抑制する機能を有している。なお、第１の溝６Ａのコーナー部分（横溝部６Ａ１と縦溝部６Ａ２とが交わる部分）には、微小突起２２を形成しなくてもよい。

そして、この微小突起２２の断面形状（溝の幅方向の断面形状）は、図３（ｃ）に示すように、矩形形状に形成されているが、これに限られず、三角形状、台形形状、円弧（半円形）形状等でもよい。また、図３（ｄ）に示すように、微小突起２２の代わりに、微小溝（微細溝）２３を形成するようにしてもよい。この図３（ｄ）に示す微小溝２３は、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝底２１に微小突起２２と同様に形成されている。また、図３（ｃ）に示す複数の微小突起２２及び図３（ｄ）に示す複数の微小溝２３は、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａの溝幅方向に等間隔に配置されている。なお、複数の微小溝２３により毛管現象促進部２３０が構成されている。

上述のような第１部材２の表面３に第２部材４を重ね合わせ、第１〜第４の溝６Ａ，７Ａ，８Ａ，１０Ａ及び外部連通溝１１Ａの第１部材２の表面３側開口部を塞ぐことにより、第１〜第４の流路６〜８，１０及び外部環境連通路１１が形成される。

ここで、第１〜第４の流路６〜８，１１は、いずれも毛管現象による液体の流路内移動を可能にする流路断面積及び流路面性状に（流路と液体の親和性を考慮して）形成されている。

また、図１（ａ）に示すように、第１の流路６は、その一端側（右端側）に第１のポート２４又は図示しない流路が接続され、その第１のポート２４又は図示しない流路から第１の液体が導入されるようになっている。また、第１の流路６は、その他端側（下端側）に第２のポート２５又は図示しない流路が接続され、その内部のガスを流路外部に排出できるようになっている。また、第２の流路７は、図１（ａ）の上端側に第３のポート２６が接続されるか、又は図示しない流路が接続され、第３のポート２６又は図示しない流路から第２の液体が導入されるようになっている。また、外部環境連通路１１は、第２の流路７を外部環境に連通するようになっている。

このような構成の流体取扱装置１は、フォトリフグラフィー技術によって第１部材２の表面３に断面矩形形状の第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａが形成されると、各溝（６Ａ，７Ａ）の両側の側面（流路壁面）１３Ａ１，１３Ｂ１、１３Ａ２，１３Ｂ２の方が溝底（流路壁面）２１よりも面が荒れて、両溝（６Ａ，７Ａ）の側面１３Ａ１，１３Ｂ１，１３Ａ２，１３Ｂ２の一方の側面１３Ａ１，１３Ａ２側と他方の側面１３Ｂ１，１３Ｂ２側とで濡れ性のバランスが崩れることがある（図５及び図６参照）。その結果、例えば、第２の溝７Ａ内において、図５に示すように、液体（斜線部）Ｌ２に対して側面１３Ａ２と側面１３Ｂ２の濡れ性のバランスが崩れ、一方の側面１３Ａ２側の液体Ｌ２が他方の側面１３Ｂ２側の液体Ｌ２よりも速く流れるか、又は、図６に示すように、他方の側面１３Ｂ２側の液体Ｌ２が一方の側面１３Ａ２側の液体Ｌ２よりも速く流れることがある。このような場合において、図６の態様は、第２の流路７内のガスが第４の流路１０及び外部環境連通路１１を介して外部環境に放出されるが、図５のような態様は、既に第１の流路６内が第１の液体（第１の流体）Ｌ１で塞がれている上に、第４の流路１０も第２の液体（第２の流体）Ｌ２で塞がれ、第２の流路７内のガスを効果的に外部環境に排出できない虞が生じる。しかし、本実施形態の流体取扱装置１は、溝底２１に複数の微小突起２２又は複数の微小溝２３を形成することにより（図３及び図４参照）、両側面１３Ａ１，１３Ｂ１，１３Ａ２，１３Ｂ２よりも濡れ性が向上し、両側面１３Ａ１，１３Ｂ１，１３Ａ２，１３Ｂ２の影響をあまり受けることなく、第１の溝６Ａ（第１の流路６）及び第２の溝７Ａ（第２の流路７）の内部の流路断面上における毛管現象の作用（液体Ｌ１，Ｌ２の流れ）を均一化することができる（図７参照）。しかも、本実施形態の流体取扱装置１は、第２の流路７内において、第４の流路１０の第２の流路７への開口位置よりも液体流動方向上流側から連絡部１２までの間が流体移動抑制部（平坦面２２１）となっており、流体移動抑制部が形成された壁面側における第２の流路７内の流体の移動を抑えることが可能となる。

第２の流路７内を毛管現象で流動する第２の液体Ｌ２は、流体移動抑制部（平坦面２２１）の上流側に形成された毛管現象促進部２２０（または毛管現象促進部２３０）によって、液体Ｌ２の移動端面が第２の流路７内のガスを下流側へ追い遣りながら左右（側面１３Ａ２側と１３Ｂ２側）のバランスがとれた状態で、第２の流路７内を流動する。そして、毛管現象促進部２２０の下流側で且つ外部環境（外部環境連通路１１）に連通する第４の流路１０の手前（液体Ｌ２の流れにおける上流側）から第２の流路７の下流末端にかけて形成された流体移動抑制部２２１に到達した第２の液体Ｌ２は、流体移動抑制部２２１によって流動が抑制され、ガスより先に外部環境連通路１１へ回り込むのが抑えられるため、液体Ｌ２の移動端面によって追い遣られた第２の流路７内のガスが第２の流路７から排出された後に、第２の液体Ｌ２が第４の流路１０内に毛管現象で流入する。この際、第４の流路１０内に流入した第２の液体Ｌ２は、第４の流路１０と外部環境連通路１１（外部連通溝１１Ａ）の端部１５とが直角に交わり、第４の流路１０の外部環境連通路１１側の開口端で流路面積が急激に拡大して毛管斥力が作用するため、第４の流路１０の外部環境連通路１１側の開口端で堰き止められ、外部環境連通路１１側に漏出することがない。これによって、第２の流路７内にガスが残留し、第２の流路内の第２の液体Ｌ２に気泡が混ざることがない。なお、第４の流路１０は、その第２の流路７側の開口端がガスの外部環境への流出を可能にする連絡部であり、その外部環境連通路１１側の開口端が毛管斥力が働く部分である。

以上のように、本実施形態の流体取扱装置１は、図１，図４及び図７に示すように、第１の流路６に第１の液体（第１の流体）Ｌ１を第１のポート２４から導入すると、第１の液体Ｌ１が第１の流路６内を毛管現象によって第２のポート２５側に向かって流れると共に、第１の液体Ｌ１の一部が第３の流路８内に毛管現象によって流入する。この際、第３の流路３内に流入した第１の液体Ｌ１は、第２の流路７の端部１４と第３の流路８とが直角に交わり、第３の流路８の第２の流路７側の開口端で毛管斥力が働くため、第３の流路８の第２の流路７側の開口端で堰き止められる。次に、第３のポート２６から第２の流路７内に導入された第２の液体Ｌ２が第２の流路７内を毛管現象で連絡部１２（第３の流路８）側に流動する。この際、第２の流路７内のガスは、第２の流路７内を流動する第２の液体Ｌ２によって第４の流路１０及び外部環境連通路１１を介して外部環境に排出される。その結果、第２の液体Ｌ２は、第２の流路７の端部１４まで毛管現象によって確実に流動し、第３の流路８内の第２の流路７側開口端に位置する第１の液体Ｌ１と液・液界面を形成する。

なお、第２の流路７内に導入した第２の液体Ｌ２が第１の流路６内の第１の液体Ｌ１よりも先に第３の流路８に到達した場合には、第２の液体Ｌ２が毛管現象によって第３の流路８内に流入する。この際、第３の流路８内に流入した第２の液体Ｌ２は、第１の流路６の側面１３Ａ１と第３の流路８とが直角に交わり、第３の流路８の第１の流路６側の開口端で毛管斥力が働くため、第３の流路８の第１の流路６側の開口端で堰き止められる。その結果、第３の流路８の第１の流路６側開口端に位置する第２の液体Ｌ２は、第１の流路６内を毛管現象で流動する第１の液体Ｌ１と液・液界面を形成する。このような場合、第２の流路７内の毛管現象促進部２２０，２３０が第３の流路８の端部まで延長されると（形成されると）、第３の流路８における液留め機能が損なわれる虞があるため、図４に示すように、毛管現象促進部２２０，２３０の端部を第３の流路８の端部から離して形成するようになっている。

このような構造の流体取扱装置１によれば、第１の流路６の第１の液体Ｌ１及び第２の流路７内の第２の液体Ｌ２に気泡を混入させることなく、毛管現象を利用した第１の液体Ｌ１及び第２の液体Ｌ２の移動によって液・液界面を容易に形成することができる。したがって、本実施形態の流体取扱装置１によれば、液・液界面を形成するに際し、圧力によって開閉するバルブ構造を設ける必要がなく、装置構造を簡単化することができると共に、装置全体構造を小型化することができる。

なお、本実施形態は、微小突起２２又は微小溝２３を第１の溝６Ａ（第１の流路６）及び第２の溝７Ａ（第２の流路７）の溝底２１に形成するようになっているが、これに限られず、第１の流路６及び第２の流路７内の毛管現象のバランスを所望のバランス状態にするために、濡れ性を高めたい箇所に適宜形成するようにしてもよい。

また、本実施形態において、毛管現象促進部２２０を複数の微小突起２２で構成する態様及び毛管現象促進部２３０を複数の微小溝２３で構成する態様を例示したが、これに限られず、溝底２１を微小な梨地面やその他の粗面とし、第１の流路６及び第２の流路７における第１の液体Ｌ１及び第２の液体Ｌ２の流動が流路断面上において均一になるようにしてもよい。

尚、厳密に言えば、第１の流路６及び第２の流路７を形成する溝底２１、側面１３Ａ１、１３Ｂ１、側面１３Ａ２、１３Ｂ２並びに第２部材４の裏面５の面性状（流体に対する濡れ易さ）が異なるために流路壁面ごとに流体の接触角も異なることとなり、流路壁面近傍における流体の移動端面は、流体の移動方向に対する直交面と平行な面と一致してはいない（流路断面上において均一ではない。濡れ性の高い溝底２１に接する移動端面は下流側に凸となり易く、濡れ性の低い面に接する移動端面は下流側に凹となり易い。）。しかしながら、流体の移動端面全体をみれば、流体の移動方向に対する直交面と平行な面に対して傾きの少ない面に制御されていると言える。

また、本実施形態は、第１の流路６及び第２の流路７内の流れに対して平行に微小突起２２又は微小溝２３を形成することにより、毛管引力を向上させるようになっているが、毛管力を抑えたい箇所に、流れに直交する微小突起２２又は微小溝２３を形成するようにしてもよい。例えば、本実施形態において、第３の流路８に第２の液体Ｌ２が第１の液体Ｌ１よりも先に流入する場合には、第３の流路８の第２の流路７側端部に第２の液体Ｌ２の流れ方向と直交する微小突起又は微小溝を形成し、第２の液体Ｌ２に作用する毛管引力を弱めるようにしてもよい。

また、本実施形態において、隣り合う微小突起２２又は微小溝２３を等間隔で形成する態様を例示したが、これに限られず、隣り合う微小突起２２又は微小溝２３の間隔を不等間隔にしてもよい。

また、本実施形態において、例えば、第２の流路７内に第２の液体Ｌ２を注入し、第２の液体Ｌ２が第３の流路８内に流入した後、第１の液体Ｌ１を第１の流路６内に注入するような場合であって、第２のポート２５が外部環境に連通しているような場合には、第４の流路１０及び外部環境連通路１１を省略してもよい。この場合には、第３の流路８が第４の流路１０の代わりとなり、第３の流路８の第２の流路７側開口部が所定領域となる。

［第２実施形態］
図８は、本発明の第２実施形態に係る流体取扱装置１を示すものである。本実施形態の流体取扱装置１は、第１実施形態に係る流体取扱装置１と第２の流路７の構造を除き基本的構造が同一であるので、第１実施形態に係る流体取扱装置１と同一構造部分に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態において、第２の溝７Ａ（第２の流路７）の一方の側面１３Ａ２であって、第４の溝１０Ａ（第４の流路１０）が開口する側面１３Ａ２には、第４の流路１０の開口部よりも上流側（図８の上側であって、第３の流路８側とは反対の側）近傍に、第２の流路７内に突出して第２の液体Ｌ２の移動を抑制する突起（流体移動抑制部）３０が形成されている。この突起３０は、第２の流路７の溝底２１から一方の側面１３Ａ２に沿って表面３まで形成された半円柱形状を呈しており、第４の流路１０が開口する側面１３Ａ２側に沿う第２の液体Ｌ２の流れを妨げる。その結果、第２の流路７の他方の側面１３Ｂ２側を毛管現象で流動する第２の液体Ｌ２の流れが一方の側面１３Ａ２側に沿う液体Ｌ２の流れよりも先行し、流動する第２の液体Ｌ２の先端が図９に示すような一方の側面１３Ａ２から他方の側面１３Ｂ２側に向かって右斜め下方に向かって傾斜するようになり、第２の流路７内のガスを第１実施形態よりも一層確実に第４の流路１０へ導くことが可能になる。

なお、本実施形態において、突起３０の平面形状を半円形形状のものを例示したが、これに限られず、突起３０の平面形状を四角形形状、三角形形状、台形形状等にしてもよい。

また、本実施形態は、流体移動抑制部として突起３０を例示したが、これに限られず、第２の液体Ｌ２の流れを妨げる方向の抵抗が生じる凹みを流体移動抑制部にしてもよい。

［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３実施形態に係る流体取扱装置１を示すものである。本実施形態の流体取扱装置１は、第１実施形態に係る流体取扱装置１と第２の流路７の構造を除き基本的構造が同一であるので、第１実施形態に係る流体取扱装置１と同一構造部分に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態において、第２の溝７Ａ（第２の流路７）の溝底２１に形成した微小突起２２又は微小溝２３の下流側端部（第２の溝７Ａの図１０中下端部）は、第２の溝７Ａの側面１３Ａ２側であって、第４の流路１０の開口部の上流側（図１０の上側）近傍から他方の側面１３Ｂ２側に向かうにしたがって、右斜め下方に向かって消失するようになっており、これら複数の微小突起２２又は複数の微小溝２３からなる毛管現象促進部２２０，２３０が形成されている。そして、第２の溝７Ａ（第２の流路７）は、毛管現象促進部２２０，２３０よりも第２の液体Ｌ２の流動方向下流側（第３の流路８側）が平坦面（流体移動抑制部）２２１になっている。

このように、複数の微小突起２２又は複数の微小溝２３を第２の流路７内に形成することにより、第２の流路７内の第２の液体Ｌ２には、一方の側面１３Ａ２側よりも他方の側面１３Ｂ２側において毛管現象が大きく作用する。その結果、第２の流路７内の第２の液体Ｌ２は、図１１に示すように、一方の側面１３Ａ２側よりも他方の側面１３Ｂ２側の方が先行して流動し、流動する第２の液体Ｌ２の先端が一方の側面１３Ａ２側から他方の側面１３Ｂ２側に向かって斜め下方に向かって傾斜するようになり、第２の流路７内のガスを第１実施形態よりも一層確実に第４の流路１０へ導くことが可能になる。

［第４実施形態］
図１２は、本発明の第４実施形態に係る流体取扱装置１を示すものである。この図１２において、（ａ）は流体取扱装置１の第２部材４の一部を切り欠いて示す部分的平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図である。なお、この図１２において、前記各実施形態と同様の構成部分には同一符号を付し、前記各実施形態と重複する説明を省略する。

図１２に示すように、本実施形態の流体取扱装置１は、第２の流路７の下流側末端が第２の流路７よりも流路断面積が小さな第３の流路８に接続されている。この第３の流路８の第２の流路７側開口部（所定領域）の近傍であって且つ第３の流路８の第２の流路７側開口部よりも上流側の第２の流路７内には、流体の移動を抑制する突起（流体移動抑制部）４０が溝底２１から突出するように形成されている。なお、第３の流路８は、その第２の流路７側開口部（一端側開口部）とは反対側に位置する他端側開口部（図示せず）が急激に流路断面積を拡大する他の流路又は外部環境に接続されており、その他端側開口部によって毛管斥力が働くようになっている。

このような構成の本実施形態によれば、第２の流路７内を毛管現象で移動する流体の流れが毛管現象促進部２２０（又は２３０）によって均一化し、平坦面（流体移動抑制部）２２１及び突起（流体移動抑制部）４０によって第２の流路７内を流動する流体の移動を抑制することにより、流体の移動端面で追い遣られたガスを第２の流路７内から第３の流路８へ押し出すことができる。その結果、第２の流路７内に気泡が残留するのを防ぐことができる。なお、本実施形態において、突起４０の形状が直方体形状のものを例示したが、これに限られず、半球状のものやその他の形状のものでもよい。

［その他の実施形態］
本発明は、第１部材２の表面３側に第１乃至第４の溝６Ａ，７Ａ，８Ａ、１０Ａ及び外部連通溝１１Ａを形成した上記各実施態様に限られず、第１部材２の表面３側と第２部材４の裏面５側に第１乃至第４の溝６Ａ，７Ａ，８Ａ、１０Ａ及び外部連通溝１１Ａを振り分けて形成し、第２部材４の裏面５と第１部材２の表面３とを密着させることにより、第１乃至第４の流路６〜８，１０及び外部環境連通路１１を形成するようにしてもよい。また、第１部材２の表面３側と第２部材４の裏面５側に、第１乃至第４の溝６Ａ，７Ａ，８Ａ，１０Ａ及び外部連通溝１１Ａを跨って形成し、第１部材２の表面３と第２部材４の裏面５とを重ね合わせることにより、第１乃至第４の流路６〜８，１０及び外部環境連通路１１を第１部材２と第２部材４に跨って形成するようにしてもよい。

また、上記各実施形態において、第２部材４の裏面５側で、且つ、第１の溝６Ａ及び第２の溝７Ａに対応する部位にも、毛管現象促進部２２０，２３０を形成するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置を示す図であり、図１（ａ）が流体取扱装置の平面図、図１（ｂ）が流体取扱装置の正面側の側面図（図１（ａ）のＡ方向から見た図）である。第１実施形態に係る流体取扱装置の変形例を示す側面図である。本発明の第１実施形態に係る第１部材を示す図であり、図３（ａ）が第１部材の平面図、図３（ｂ）が第１部材の側面図、図３（ｃ）が図３（ｂ）に示す第１及び第２の溝の拡大図、図３（ｄ）が図３（ｃ）の変形例を示す第１及び第２の溝の拡大断面図である。図３（ａ）に示す第１部材の一部を拡大して示す平面図である。第２の溝（第２の流路）内における不均一な液体流動を示す第１例である。第２の溝（第２の流路）内における不均一な液体流動を示す第２例である。本発明の第１実施形態に係る流体取扱装置の均一な液体流動を示す図である。本発明の第２実施形態に係る第１部材（流体取扱装置）の平面図である。本発明の第２実施形態に係る流体取扱装置の第２の流路内における液体流動を示す図である。本発明の第３実施形態に係る第１部材（流体取扱装置）の平面図である。本発明の第３実施形態に係る流体取扱装置の第２の流路内における液体流動を示す図である。本発明の第４実施形態に係る流体取扱装置を示すものであり、図１２（ａ）は流体取扱装置の第２部材の一部を切り欠いて示す部分的平面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図である。

符号の説明

１……流体取扱装置、６……第１の流路、７……第２の流路、８……第３の流路、１０……第４の流路、１３Ａ２，１３Ｂ２……側面（流路壁面）、２１……溝底（流路壁面）、２２……微小突起（微細突条）、２３……微小溝（微細溝）、３０，４０……突起（凸部、流体移動抑制部）、２２０，２３０……毛管現象促進部、２２１……平坦面（流体移動抑制部）、Ｌ１……第１の液体（第１の流体）、Ｌ２……第２の液体（第２の流体）

Claims

毛管現象により流体が移動可能な流路であって、前記流体の移動方向に直交する断面形状が四角形状で且つ対向する一対の側面を有する流路、を備え、
前記流路は、
前記流体の移動方向に沿った下流端近傍で且つ前記一対の側面のうちの一方の側面に開口して、前記流路内と外部環境とを連絡する連絡部と、
前記連絡部よりも上流側の位置から前記流体の移動方向に沿った下流端までの間に形成された流体移動抑制部と、
少なくとも一部が前記流体移動抑制部よりも上流側に位置するように形成された毛管現象促進部と、
を有し、
前記毛管現象促進部は、前記流体の移動端面を前記流体の移動方向に対する直交面と平行な面に対して傾きの少ない面とし、前記流体が前記移動端面で前記流路内の気体を前記流体の移動方向下流側へ追い遣りながら移動できるようにし、
前記流体移動抑制部は、前記毛管現象促進部を移動した前記流体の前記移動端面が前記一方の側面側よりも前記一方の側面に対向する他方の側面側の方が先行して移動するように前記流体の移動を抑えて、前記流体の前記移動端面を前記流体の移動方向に対する直交面と平行な面に対して傾斜させ、前記流路内の気体を前記流体よりも先に前記連絡部に到達させ、前記流路内の気体を前記流体の前記移動端面によって前記連絡部から前記外部環境に流出させる、
ことを特徴とする流体取扱装置。
前記毛管現象促進部が、前記流体の移動方向に沿って形成された１又は複数の微細溝又は微細突条を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体取扱装置。
前記流体移動抑制部が、前記毛管現象促進部に比べて平坦な面であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体取扱装置。
前記流体移動抑制部が、前記流路内を移動する前記流体の毛管現象を抑制するように形成された凸部又は凹部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体取扱装置。