JP4970412B2 - コネクタ - Google Patents

Description

本発明は、バイオテクノロジー分野等で用いられるマイクロ流体チップなどの微細流路が設けられた基板と、この流路に送液する送液チューブとを接続するコネクタに関する。

近年、半導体微細加工技術等を応用してガラス基板等の表面に微小な溝や管を形成し、これにナノリットルレベルの試料溶液を供給して分析や反応を行う、いわゆるマイクロフルイディクス技術が種々の分野で注目されている。マイクロフルイディクスによれば、数ｃｍ角の基板上に、生化学分析、化学合成反応、抽出、分離等のシステムを集積させることが可能である。

マイクロフルイディクス技術においては、基板上の溝や管に送液チューブを接続し、溝等への液体の供給や、溝等からの液体の排出に用いる。精密な生化学的分析等に利用されることから、送液チューブと基板との接続部に配置されるコネクタは、液体の漏出がない液密性の高い接続を実現できるものでなければならない。特に、送液チューブから溝に供給される液体の粘性や供給スピードによっては、送液チューブから供給された液体が溝の底部等ではね返されることにより、送液チューブに送液方向と逆方向の圧力がかかることがある。この場合、送液チューブと溝との接続部から液体の漏出が生じやすいので、コネクタは、かかる場合にも送液チューブを基板方向に押し付けて強く固定できるものでなければならない。

また、生化学分析等においては、コンタミネーションを防ぐ必要があるため、上記基板は使い捨てとし、次々と交換して使用することも多い。そのため、コネクタは、送液チューブを簡単に基板に着脱できるものであることが必要である。

これまでに、マイクロ化学チップ上に配置されたハウジングと、ハウジングからの圧力により変形して、マイクロ化学チップの表面及び送液チューブの外周面を同時に押圧すべくハウジング及びマイクロ化学チップ間に配置されたフェラルとを備えることを特徴とするマイクロコネクタが提案されている（特許文献１を参照）。

しかしながら、より強固に送液チューブを基板に固定し、送液チューブから基板の溝に液体を流すことによって圧力がかかっても接続部から液体が漏出しない、耐圧性に優れたコネクタが必要とされている。
特開２００７−２１３６６号公報

本発明は、送液チューブと基板との間に液密性の高い接続を達成し、且つ、送液チューブと基板とを簡単に着脱できるコネクタを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、
（ｉ）送液チューブが挿通される貫通孔が長手方向に沿って形成された略円筒状のフェラルであって、第一の端部は端面が貫通孔の延在方向に対して直角に形成され、第二の端部はその先端に向かうに従い外径がテーパー状に漸減し、第二の端部にはその先端から外周面に沿って延びる少なくとも一つのスリットが設けられているフェラルと、
（ｉｉ）送液チューブが挿通される貫通孔が長手方向に沿って形成された略円筒状のスリーブであって、基板側端面にフェラルの第二の端部が嵌合するテーパー状の凹部が形成されたスリーブと、
（ｉｉｉ）フェラル及びスリーブを格納可能な中空部を有し、一端部に送液チューブが挿通される貫通孔を有するキャップ体であって、フェラル及びスリーブを中空部に格納して基板方向に押し付けながら、基板に固定された基板ホルダーに係止されるキャップ体と、
を備えるコネクタによれば、キャップ体を基板ホルダーに係止することよってコネクタを簡単に基板に固定することができ、且つ、送液チューブを基板方向に強く押し付けて基板の流路との接続部に液密性の高い接続を達成することができることを見出した。

このような構成によれば、キャップ体を基板方向に押し付けることにより、スリットが設けられたフェラルの第二の端部が、スリーブのテーパー状の凹部にかしめられるようにして基板方向に押さえつけられる。これによって、フェラルが送液チューブを基板方向に押し付けながら強く固定し、その結果、送液チューブの先端と基板上の流路との接続がより確実なものとなる。一方、キャップ体を基板からはずすことにより、コネクタおよび送液チューブを基板から簡単にはずすことができる。

また、本発明に係るコネクタは、スリーブとキャップ体との間にばねを有することも好ましい。このような構成によれば、キャップ体を基板方向に押し付けたときに、フェラル及びスリーブを基板方向に押し付ける力を強めることができ、これにより、送液チューブと基板との接続部の液密性をより高めることが可能である。また、フェラル等が樹脂等で形成されている場合には、継続的な使用によってフェラル等が塑性変形して押し付け力の低下を招く虞があるが、上記構成によれば、塑性変形による寸法変化をばねによって吸収することができる。

本発明に係るコネクタにおいては、スリーブがキャップ体の中空部に予め格納され固定されていてもよく、スリーブがキャップ体の中空部に格納され固定された状態で一体的に形成されていてもよい。このような構成でも、上述した本発明に係るコネクタとしての機能を好適に発揮することができる。

本発明に係るコネクタにおいては、フェラルの第二の端部のテーパー角度は、スリーブの凹部のテーパー角度よりも鋭角に形成されていることが好ましい。このような構成によれば、スリーブの凹部がフェラルの第二の端部をかしめる力がより強くなり、送液チューブを基板方向に押さえ付ける強度も高められるので、より液密性の高い接続を実現することができる。

また、本発明に係るコネクタにおいては、スリーブが、フェラルより硬い材料で形成されていることが好ましい。このような構成によっても、スリーブの凹部がフェラルの第二の端部をかしめる力がより強くなり、より液密性の高い接続を実現することができる。

本発明に係るコネクタにおいては、スリットが、フェラルの第二の端部をその先端から見た平面視にて１２０度間隔に３つ設けられていることが好ましい。本発明者らが検討した結果、スリットが３つの場合に、最も液密性が良好となることが確認された。

また、本発明に係るコネクタにおいては、フェラルを、基板側フェラルとキャップ体側フェラルの２つで構成し、基板側フェラルのキャップ体側端部はその先端に向かうに従い外径がテーパー状に漸減し、キャップ体側フェラルの基板側端面には基板側フェラルが嵌合するテーパー状の凹部が形成されていることが好ましい。このような構成によれば、コネクタを基板に固定したとき、キャップ体側フェラルが基板側フェラルの端部をかしめながら基板方向に押さえ付ける。その結果、送液チューブが基板方向に押さえ付けられる強度もより高くなり、送液チューブと基板との間に液密性に優れた接続を実現することができる。

ここで、基板側フェラルのキャップ体側端部のテーパー角度は、キャップ体側フェラルの凹部のテーパー角度より鋭角に形成されていることが好ましい。このような構成によれば、キャップ体側フェラルの凹部が基板側フェラルをかしめる力がより強固となり、その結果、送液チューブを基板方向に押し付ける強度も高くなって、送液チューブと基板との間により液密性に優れた接続を実現することができる。

さらに、キャップ体側フェラルを、基板側フェラルより硬い材料で形成することにより、キャップ体側フェラルが基板側フェラルをしっかりと押圧するので、送液チューブと基板との接続部の液密性をより高めることが可能である。

また、本発明に係るコネクタにおいては、フェラルの基板側の端面が、貫通孔と同心円条をなして長手方向外方に突出する凸部を有し、この凸部が基板に当接するようにすることが好ましい。このような凸部を設けることによって、送液チューブと基板との接続部の液密性をより高めることが可能である。

また、本発明に係るコネクタでは、キャップ体が、外周にピンを有し、基板ホルダーに設けられた切り欠き部にこのピンが嵌合することによって基板ホルダーに抜け止めされた状態で係止されることが好ましい。このような構成によれば、切り欠き部にピンを嵌合させるという簡単な操作によって、コネクタを基板に固定することができる。

また、本発明に係るコネクタでは、キャップ体の外周がねじ状に形成され、基板ホルダーに設けられたねじ穴にキャップ体をねじ込むことによって、キャップ体が基板ホルダーに係止されることも好ましい。このような構成によれば、ねじ穴にキャップ体をねじ込むという簡単な操作によって、コネクタを基板に固定することができる。

本発明に係るコネクタによれば、簡単な操作で送液チューブを基板の流路に接続することができ、且つ、液密性の高い接続を得ることができる。本発明に係るコネクタによって実現される接続は、送液チューブから基板の流路に液体を供給したときに、液体の逆流等によって送液チューブが基板から圧力を受けるような場合にも耐えうる、強固な接続である。

以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係るコネクタ１の構成を示す断面図である。図１に示されるとおり、コネクタ１は、フェラル１０Ａ及び１０Ｂ、スリーブ１２、スプリング１４、及びキャップ体１６を備え、図２に示されるように、基板４０に設けられた流路４２と、送液チューブ２０との接続に用いられる。

コネクタ１のフェラルは、基板側フェラル１０Ａとキャップ体側フェラル１０Ｂからなり、いずれも送液チューブ２０が挿通される貫通孔を有する。これら貫通孔は、それぞれ基板側フェラル１０Ａとキャップ体側フェラル１０Ｂの径方向中央部に形成されており、基板側フェラル１０Ａとキャップ体側フェラル１０Ｂの長手方向に沿って延在している。基板側フェラル１０Ａは、その基板側端部（先端面）に上記貫通孔と同心円状をなして長手方向外方に突出する凸部１０１を有し、この凸部１０１が基板４０に当接することとなる。ここで、凸部１０１は、基板側フェラル１０Ａと一体的に形成してもよく、基板側フェラル１０Ａを形成した後で、別途形成した凸部１０１を基板側フェラル１０Ａの端部に貼付等により固定してもよい。なお、凸部１０１は、例えばＰＴＦＥ、ＰＥ等から形成してもよい。また、基板側フェラル１０Ａは、キャップ体側の端部１０６に向かって、外径がテーパー状に漸減する形状となっている。

同様に、キャップ体側フェラル１０Ｂは、キャップ体側の端部１０３に向かって外径がテーパー状に漸減する形状となっている。また、キャップ体側フェラル１０Ｂは、キャップ体側の端部１０３から外周面に沿って延びる少なくとも１つ、好ましくは３つのスリット１０４を有する。図３にキャップ体側フェラル１０Ｂの拡大断面図を示し、図４に、スリット１０４を３つ有するキャップ体側フェラル１０Ｂの側面図及び平面図を示す。図４に示されるとおり、３つのスリット１０４は、キャップ体側の端部１０３から、平面視にて互いに１２０度ずつ離れた法線方向に延びている。また、キャップ体側フェラル１０Ｂは、図３に示されるとおり、貫通孔に送液チューブ２０が挿通されたときに送液チューブ２０の周囲に所定の隙間が形成されるような中空部１０５を有する構成としてもよい。このような構成により、キャップ体側フェラル１０Ｂが後述するスリーブ１２に押し付けられたとき、キャップ体側の端部１０３によって送液チューブ２０をかしめる力をより強めることができる。

また、図示されるとおり、キャップ体側フェラル１０Ｂの基板側の端部には、その端面側からキャップ体側の端部１０３に向かうに従い内径がテーパー状に漸減する、すり鉢状の凹部１０２が形成されている。これにより、フェラル１０Ａの端部１０６も締め付けることができるので、送液チューブ２０を基板４０方向に強く押し付けながら固定することが可能となる。ここで、図５に示すとおり、基板側フェラル１０Ａのテーパー角度αは、キャップ体側フェラル１０Ｂの押さえつけ角度（テーパー角度）βより、鋭角であることが好ましい。このような構成によれば、キャップ体側フェラル１０Ｂを基板４０に向かって押し付けることで、端部１０６をかしめるようにして基板側フェラル１０Ａが基板４０方向に押さえつけられ、これによって送液チューブ２０を強く固定して、送液チューブ２０と基板４０の流路４２とを液密性高く接続することが可能となる。

角度αは、例えば４７°〜５７°とすることができ、好ましくは５０°〜５５°、さらに好ましくは５２°である。一方、角度βは、例えば５５°〜６５°とすることができ（ただしα＜β）、好ましくは５８°〜６３°、さらに好ましくは６０°である。

キャップ体側フェラル１０Ｂは、基板側フェラル１０Ａよりも硬い材料で形成することが好ましい。これによっても、キャップ体側フェラル１０Ｂが基板側フェラル１０Ａをかしめるように押し付ける力を高めることができる。また、基板側フェラル１０Ａを柔軟性のある材料で形成すれば、凸部１０１が基板４０に当接したときに、液漏れを好適に防ぐことができる。キャップ体側フェラル１０Ｂは、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）によって形成することが好ましく、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）で形成することもできる。基板側フェラル１０Ａは、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）で形成することが好ましく、ポリエチレン（ＰＥ）で形成することもできる。さらに、キャップ体側フェラル１０Ｂと基板側フェラル１０Ａを構成する材料の組合せは、ＰＥとＰＥＥＫ、ＰＴＦＥとＰＣＴＦＥ、あるいはＰＥとＰＣＴＦＥでもよい。

次に、コネクタ１のスリーブ１２は、長手方向に送液チューブ２０が挿通される貫通孔を有する略円筒状の部材であり、キャップ体側フェラル１０Ｂに近い端部に、その端面側からキャップ体１６側の端部に向かうに従い内径がテーパー状に漸減する、すり鉢状の凹部１２１が設けられている。上述のとおり、キャップ体側フェラル１０Ｂの外径がテーパー状に漸減している端部１０３は、凹部１２１に嵌合する。キャップ体側フェラル１０Ｂの端部１０３は、スリット１０４が設けられた結果、縮径および拡径が容易となって、より柔軟性が高くなっているので、スリーブ１２の凹部１２１によって端部１０３を基板４０方向に押さえつけると、端部１０３はかしめられ、送液チューブ２０を強く固定しながら基板方向に押し付ける。このような構成により、送液チューブ２０に流体を流すことで基板４０からコネクタ方向に圧力が生じても、送液チューブ２０を流路４２に強固に固定し、液密性の高い接続を実現できる。

この場合、図５に示すとおり、キャップ体側フェラル１０Ｂのテーパー角度γは、スリーブ１２のすり鉢状（テーパー状）の凹部１２１の押さえつけ角度（テーパー角度）δより鋭角となっていることが好ましい。また、スリーブ１２を、キャップ体側フェラル１０Ｂより硬い材料で形成しておくことも好ましい。これらの構成によれば、送液チューブ２０を強固に固定して基板側に押さえつける効果を一層高めることができる。スリーブ１２の材料としては、ＳＵＳ３１６等の金属が好ましく用いられる。

角度γは、例えば４７°〜５７°とすることができ、好ましくは５０°〜５５°、さらに好ましくは５２°である。一方、角度δは、例えば８０°〜１００°とすることができ、好ましくは８５°〜９５°、さらに好ましくは９０°である。

コネクタ１のスプリング１４は、キャップ体１６を基板方向に押し付けたときに、スリーブ１２を基板方向に押し付ける力を高める役割だけでなく、継続的な使用の結果、スリーブ１２や基板側フェラル１０Ａやキャップ体側フェラル１０Ｂが塑性変形した場合であっても、当該スプリング１２が伸張して前記塑性変形に伴う寸法変化を吸収することによって、キャップ体１６を基板方向へ押し付ける力を低下させることなく継続的に維持する役割をも果たす。スプリング１４は、ＳＵＳ又はＳＷＰ−Ｂ等のバネ鋼のものが好ましい。

コネクタ１のキャップ体１６は、基板側フェラル１０Ａ、キャップ体側フェラル１０Ｂ、スリーブ１２、スプリング１４をすべてその中空部１６１に格納し、これらの部材を基板４０方向に押し付ける。したがって、基板側フェラル１０Ａ、キャップ体側フェラル１０Ｂ、スリーブ１２、スプリング１４の外径は、キャップ体１６の内径より小さい。また、キャップ体１６の中空部１６１の長手方向の長さは、基板側フェラル１０Ａ、キャップ体側フェラル１０Ｂ、スリーブ１２をそれぞれ嵌合させ、スプリング１４を縮めた状態での基板側フェラル１０Ａの凸部１０１からスプリング１４のキャップ体側先端までの長さとほぼ等しい。

図２に示すとおり、キャップ体１６の外周には、ピン１６２が形成されており、これが、基板ホルダー３０に設けられた切り欠き部３２に嵌合して、キャップ体１６が基板ホルダー３０にワンタッチで固定される。図６に概略を示すとおり、ピン１６２を切り欠き部３２に入れて矢印の方向に回転させることによって、ピン１６２が切り欠き部３２に嵌合し、コネクタ１は基板ホルダー３０に抜け止めされた状態で固定される。ピン１６２は、キャップ体１６の外面にレーザで溶接することが好ましい。

ここで、基板ホルダー３０は、例えば図７に示されるような構成とすることができる。図示されるように、基板ホルダー３０は、カバー３０Ａとベース３０Ｂからなる。ベース３０Ｂの基板載置部７２に基板４０を載置し、上からカバー３０Ａを重ね、ベース３０Ｂに取り付けられた固定具７４を、カバー３０Ａの凹部７６に嵌合させることにより、基板４０が基板ホルダー３０に固定される。

次に、カバー３０Ａの切り欠き部３２にコネクタ１のピン１６２を嵌合させて係止することにより、送液チューブ２０を基板４０の流路４２に簡易かつ確実に接続することができる。

キャップ体１６には、その外周にねじ１６３を切っておいてもよい。基板ホルダー３０にねじ穴が設けられていれば、ピン１６２ではなく、ねじ１６３によっても、コネクタ１を基板ホルダー３０に簡単に固定することができる。この様子を図８に示す。

本発明に係るコネクタの別の態様を、図９に示す。図９に示すコネクタは、上述の実施形態におけるスリーブとキャップ体に対応する部分が一体的に形成されることによって、キャップ体１６’が構成されている。そして、キャップ体１６’の中空部１６１’内にすり鉢状（テーパー状）の凹部１２１’が形成されていて、スリットが設けられたキャップ体側フェラル１０Ｂの端部１０３が凹部１２１‘にかしめるように押さえつけられる。

この場合は、キャップ体１６’をキャップ体側フェラル１０Ｂよりも硬い材料で形成することが好ましい。また、キャップ体１６’の凹部１２１’の押さえつけ角度（テーパー角度）εは、キャップ体側フェラル１０Ｂの端部１０３のテーパー角度γより鈍角に形成されることが好ましい。これらの構成によって、キャップ体１６’がキャップ体側フェラル１０Ｂをかしめる力が大きくなり、チューブ２０を基板方向に強く押しつけて固定することが可能となる。

図９では、キャップ体１６’の外周が図８の符号１６３で示すようにねじ状になっているが、図２に示すようにピン１６２’を備えた構成であってもよい。

なお、本発明は上述した各実施形態の内容に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更して実施することが可能である。例えば、コネクタ１のフェラルは、基板側フェラル１０Ａとキャップ体側フェラル１０Ｂから構成されているが、フェラルは一つであってもよい。この場合は、フェラルのキャップ体側端部は外径がテーパー状に漸減する形状とし、その外周に少なくとも一つのスリットを設け、基板側端部には送液チューブが挿通する貫通孔と同心円状をなして長手方向外方に突出する凸部を形成することが好ましい。

本発明に係るコネクタ１の一例を示す断面図である。 本発明に係るコネクタ１の使用態様の一例を示す断面図である。 キャップ体側フェラルの拡大断面図である。 キャップ体側フェラルの側面図及び平面図である。 基板側フェラル、キャップ体側フェラル、及びスリーブのテーパー角度及び押さえつけ角度の関係を示す説明図である。 本発明に係るコネクタの一例を示す断面図である。 基板と基板ホルダーを示す分解斜視図である。 本発明に係るコネクタの使用態様の一例を示す断面図である。 キャップ体とスリーブが一体的に形成された本発明に係るコネクタの一例を示す断面図である。

符号の説明

１…コネクタ、１０Ａ…基板側フェラル、１０Ｂ…キャップ体側フェラル、１０２，１２１…凹部、１０３，１０６…外径が漸減する端部、１０４…スリット、１２…スリーブ、１４…スプリング、１６…キャップ体、１６２…ピン、２０…送液チューブ、３０…基板ホルダー、３２…切り欠き部、４０…基板、４２…流路

Claims (11)

1. 微細流路が設けられていてマイクロ流体チップとして使用される基板と前記微細流路に送液可能な径を有する送液チューブとを接続するコネクタであって、
   前記送液チューブが挿通される貫通孔が長手方向に沿って形成された円筒状のフェラルであって、第一の端部は端面が前記貫通孔の延在方向に対して直角に形成され、第二の端部はその先端に向かうに従い外径がテーパー状に漸減し、前記第二の端部にはその先端から外周面に沿って延びる少なくとも一つのスリットが設けられているフェラルと、
   前記送液チューブが挿通される貫通孔が長手方向に沿って形成された円筒状のスリーブであって、基板側端面に前記フェラルの第二の端部が嵌合するテーパー状の凹部が形成されたスリーブと、
   前記フェラル及びスリーブを格納可能な中空部を有し、一端部に前記送液チューブが挿通される貫通孔を有するキャップ体であって、前記フェラルおよびスリーブを前記中空部に格納して基板方向に押し付けながら、前記基板に固定された基板ホルダーに係止されるキャップ体と、
   を備え、
   前記フェラルの第二の端部のテーパー角度は、前記スリーブの凹部のテーパー角度よりも鋭角に形成され、
   前記スリーブが、前記フェラルより硬い材料で形成されているコネクタ。
2. 前記スリーブと前記キャップ体との間にばねを有する、請求項１に記載のコネクタ。
3. 前記スリーブが、前記キャップ体の中空部に予め固定されている、請求項１に記載のコネクタ。
4. 前記スリーブと前記キャップ体とが、前記スリーブが前記キャップ体の中空部に固定された状態で一体的に形成されている、請求項１に記載のコネクタ。
5. 前記スリットが、前記フェラルの第二の端部をその先端から見た平面視にて１２０度間隔に３つ設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載のコネクタ。
6. 前記フェラルは、基板側フェラルとキャップ体側フェラルの２つからなり、該基板側フェラルのキャップ体側端部はその先端に向かうに従い外径がテーパー状に漸減し、該キャップ体側フェラルの基板側端面には該基板側フェラルが嵌合するテーパー状の凹部が形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載のコネクタ。
7. 前記基板側フェラルのキャップ体側端部のテーパー角度は、前記キャップ体側フェラルの凹部のテーパー角度より鋭角に形成されている、請求項６に記載のコネクタ。
8. 前記キャップ体側フェラルは、前記基板側フェラルより硬い材料で形成されている、請求項６または７に記載のコネクタ。
9. 前記フェラルの第一の端部の端面は、前記貫通孔と同心円状をなして長手方向外方に突出する凸部を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載のコネクタ。
10. 前記キャップ体は、外周にピンを有し、前記基板ホルダーに設けられた切り欠き部に該ピンが嵌合することによって基板ホルダーに抜け止めされた状態で係止される、請求項１から９のいずれか１項に記載のコネクタ。
11. 前記キャップ体は、外周がねじ状に形成され、前記基板ホルダーに設けられたねじ穴にねじ込むことによって基板ホルダーに係止される、請求項１から９のいずれか１項に記載のコネクタ。

Images