JP6743910B2 - 遠心式流動場分画装置 - Google Patents

Description

本発明は、円環状のロータの内周面に沿って設けられた流路内に液体試料を流入させ、ロータを回転させることにより、当該流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級する遠心式流動場分画装置に関するものである。

液体試料に含まれる粒子をサイズ及び比重に応じて分級する方法として、流動場分画法（Field Flow Fractionation）が知られている。例えば下記特許文献１には、流路内に液体試料を流入させて当該流路を回転させることにより、液体試料中の粒子を遠心力によって分級する遠心式流動場分画装置の一例が開示されている。

遠心式流動場分画装置は、例えばロータ、流路部材及び固定部材などを備えている。ロータは、円環状に形成され、回転軸線を中心に回転可能に保持されている。流路部材は、例えば３層構造となっており、各層が前記ロータの内周面に沿って円弧状に湾曲された状態で順次積層されている。固定部材は、流路部材の内周面（最も回転軸線側の層）に沿って円弧状に延びるＣ字状の部材である。

流路部材を構成する各層は、それぞれ長尺形状を有しており、長手方向に延びる開口部が形成された中間層（特許文献１の図５参照）と、当該中間層を挟み込んで開口部の外側及び内側を塞ぐことにより間に流路を形成する外面層及び内面層（特許文献１の図４（ａ）及び（ｂ）参照）とからなる。内面層には、それぞれ流路に連通する貫通孔からなる流入口及び流出口が形成されており、流入口を介して流路内に液体試料を流入させることができるとともに、流出口を介して流路内から液体試料を流出させることができる。

上記のような流路部材の各層は、固定部材の外周面に沿って湾曲された状態で積層され、ボルト又はピンなどを用いて固定部材に取り付けられる。流路部材が取り付けられた固定部材は、ロータの内側の空間に挿入され、ロータとの間に流路部材を挟み込むようにしてロータの内周面に沿って固定される。このとき、Ｃ字状の固定部材の両端部間に楔状部材が取り付けられることにより、当該両端部を拡げる方向に力が加えられる（特許文献１の図６参照）。これにより、Ｃ字状の固定部材がロータの内周面側に強く押し当てられるようにして固定され、固定部材とロータとの間に流路部材が挟持される。

上記のようにして組み立てられた遠心式流動場分画装置においては、ロータを回転させることにより、当該ロータに取り付けられている流路部材を回転させ、流路内の液体試料に遠心力を付与することができる。その結果、流入口から流路内に流入する液体試料に含まれる粒子が、サイズ及び比重に応じて異なるタイミングで流出口から流出することにより、液体試料中の粒子がサイズ及び比重ごとに分級される。

特表２０１４−５１８７６１号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、積層された外面層、中間層及び内面層が、積層方向に圧縮されて取り付けられるため、外面層と内面層との間に挟まれた中間層が変形し、流路の高さが変化するおそれがあった。遠心式流動場分画装置において、流路の高さは極めて重要なパラメータであり、流路の高さが変わると、意図した分析性能を発揮できない場合がある。特に、樹脂などの柔らかい材料で中間層を形成した場合には、中間層が変形しやすいため、流路の高さにばらつきが生じやすい。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、流路の高さを一定に保つことができる遠心式流動場分画装置を提供することを目的とする。

本発明に係る遠心式流動場分画装置は、円環状のロータと、円弧状の流路部材と、回転駆動部と、規制部とを備える。前記ロータは、回転軸線を中心に回転する。前記流路部材は、前記ロータの内周面に沿って設けられ、複数層が積層されることにより内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路への液体試料の流入口及び前記流路からの液体試料の流出口が形成されている。前記回転駆動部は、前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級させる。前記規制部は、前記流路部材が積層方向に圧縮されて変形したときに、前記流路が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制する。

このような構成によれば、流路部材が積層方向に圧縮されて変形した場合であっても、流路が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制部により規制することができるため、流路の高さを一定の高さに保つことができる。流路内を流れる液体試料の種類によっては、流路を形成する部材を樹脂などの柔らかい材料で形成しなければならない場合があるが、そのような場合であっても、規制部により流路の高さを一定の高さに確実に保つことができる。

また、規制部の厚みを任意に設定することにより、流路の高さを容易に調整することができる。さらに、流路部材の組立時に流路の高さにばらつきが生じにくく、組立再現性が向上する。また、流路部材を構成する複数層として使用可能な材料の幅が広がるため、液体試料の種類に応じた流路を構成することが可能である。

前記複数層には、前記ロータ側に設けられた外面層と、前記回転軸線側に設けられた内面層と、前記外面層及び前記内面層の間に設けられ、前記流路が形成された中間層とが含まれていてもよい。この場合、前記規制部は、前記外面層及び前記内面層の間に設けられていてもよい。

このような構成によれば、外面層と内面層との間に規制部を設けるだけの簡単な構成で、中間層に形成されている流路が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。

前記規制部は、前記中間層の外周を取り囲んだ状態で前記外面層及び前記内面層の間に設けられていてもよい。

このような構成によれば、規制部が中間層の外周を取り囲んだ状態で固定されるため、規制部を接着などにより固定しなくても、規制部が脱落するのを防止することができる。この場合、接着剤の厚みに応じて流路の高さにばらつきが生じることを防止できるため、より精度よく流路の高さを一定の高さに保つことができる。

前記遠心式流動場分画装置は、前記規制部を前記中間層に対して位置決めする位置決め部をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、位置決め部により規制部が中間層に対して位置決めされるため、規制部を接着などにより固定しなくても、規制部が脱落するのを防止することができる。この場合、接着剤の厚みに応じて流路の高さにばらつきが生じることを防止できるため、より精度よく流路の高さを一定の高さに保つことができる。

前記複数層には、前記ロータ側に設けられた外面層と、前記回転軸線側に設けられた内面層とが含まれていてもよい。この場合、前記規制部は、前記外面層又は前記内面層の少なくとも一方に設けられていてもよい。

このような構成によれば、外面層又は内面層の少なくとも一方に規制部を設けるだけの簡単な構成で、流路が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。

前記遠心式流動場分画装置は、前記流路部材を積層方向に圧縮する圧縮部をさらに備えていてもよい。この場合、前記規制部は、前記圧縮部に設けられていてもよい。

このような構成によれば、流路部材を圧縮部により積層方向に圧縮する際に、圧縮部に設けられた規制部により、流路が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。

前記規制部は、前記流路部材が積層方向に圧縮されたときの圧力をσとして、当該σが下限値σ１よりも大きく、上限値σ２よりも小さい値となるような材料で形成されていてもよい。前記下限値σ１は、前記流路内の液体試料の圧力である。前記上限値σ２は、前記流路内の液体試料からの圧力が作用しないときに、前記規制部を所定の縮み量だけ縮めるのに必要な圧力である。

このような構成によれば、規制部を適切な材料で形成することができるため、流路内の液体試料が漏れたり、規制部が所定の縮み量（最大許容変化量）を超えて縮んだりするのを防止することができる。

本発明によれば、流路部材を構成する複数層が積層方向に圧縮されて変形した場合であっても、規制部により流路の高さを一定の高さに保つことができる。

本発明の一実施形態に係る遠心式流動場分画装置を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。 遠心式流動場分画装置の構成例を示す概略正面図である。 回転部の構成例を示す分解斜視図である。 楔状部材の構成例を示す斜視図である。 流路部材の構成例を示す分解斜視図であり、流路部材が円弧状に湾曲される前の状態を内周面側から見た図を示している。 流路部材が組み立てられた状態における中間層及び規制スペーサを示す平面図である。 組み立てられた流路部材の断面図である。 流路部材の第１変形例を示す中間層及び規制スペーサの平面図である。 流路部材の第２変形例を示す分解斜視図であり、流路部材が円弧状に湾曲される前の状態を外周面側から斜めに見た図を示している。 第２変形例において組み立てられた流路部材の断面図である。 流路部材の第３変形例を示す断面図である。 流路部材の第４変形例を示す断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る遠心式流動場分画装置１を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。遠心式流動場分画装置１は、流動場分画法（Field Flow Fractionation）を用いて液体試料に含まれる粒子をサイズ及び比重に応じて分級する装置である。図１の分析システムには、遠心式流動場分画装置１の他に、キャリア貯留部２、送液ポンプ３、ロータリーバルブ４、試料注入装置５、検出器６及びキャリア回収部７などが備えられている。

キャリア貯留部２には、例えば水又は有機系溶媒などからなるキャリア流体が貯留されている。キャリア流体は、送液ポンプ３によりキャリア貯留部２内から送り出され、ロータリーバルブ４を介して遠心式流動場分画装置１に供給される。試料注入装置５は、ロータリーバルブ４と遠心式流動場分画装置１との間に設けられており、試料注入装置５から試料が注入されたキャリア流体が、液体試料として遠心式流動場分画装置１に供給されるようになっている。

液体試料には、分析対象となる多数の粒子が含まれている。液体試料に含まれる粒子は、遠心式流動場分画装置１において遠心力が付与されることにより分級され、サイズ及び比重に応じて異なるタイミングで遠心式流動場分画装置１から流出する。遠心式流動場分画装置１から順次流出する粒子は、ロータリーバルブ４を介してキャリア流体とともに検出器６へと送られ、当該検出器６において検出された後、キャリア回収部７に回収される。遠心式流動場分画装置１に対する液体試料の供給の開始又は停止は、ロータリーバルブ４を回転させることにより切り替えることができる。

図２は、遠心式流動場分画装置１の構成例を示す概略正面図である。遠心式流動場分画装置１は、回転軸１１を中心に回転する回転部１０と、回転軸１１を回転可能に保持する保持台２０と、回転する回転部１０に作業者が接触するのを防止するための保護壁３０とが組み立てられることにより構成されている。

回転部１０は、例えば円筒形状に形成されており、その中心部に取り付けられた回転軸１１が水平方向に延びるように保持台２０により保持されている。保護壁３０は、例えば回転部１０の外周面に対応する形状に湾曲したＵ字状の部材であり、回転部１０の外周面を覆うように、当該外周面に対して微小な間隔を隔てて対向した状態で保持台２０に取り付けられている。

回転軸１１は中空状に形成されており、液体試料は、例えば回転軸１１の一端部から回転軸１１内に供給される。回転部１０には、分級前の液体試料が導入される導入部１２と、分級後の液体試料が導出される導出部１３とが設けられている。導入部１２及び導出部１３は、それぞれ配管（図示せず）を介して回転軸１１内に連通している。これにより、回転軸１１内に供給された液体試料は、配管を介して導入部１２から回転部１０に導入され、当該回転部１０において試料液体中の粒子が分級された後、導出部１３から配管を介して回転軸１１に導かれ、検出器６へと送られるようになっている。

回転軸１１には、回転駆動部の一例であるモータ４０が連結されている。このモータ４０の駆動により回転部１０を回転させて、回転部１０内の液体試料に遠心力を付与することができる。モータ４０の駆動は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部５０によって制御される。ただし、回転部１０は、モータ４０以外の回転駆動部を用いて回転させることも可能である。

図３は、回転部１０の構成例を示す分解斜視図である。回転部１０は、例えばロータ１４、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８などが組み立てられることにより、全体として円筒状の部材として構成されている。

ロータ１４は、円環状の部材であり、一方の端面が端面壁１４１により塞がれている。端面壁１４１は円板状に形成され、その中央部に回転軸１１を挿通させるための挿通孔１４２が形成されている。回転軸１１を挿通孔１４２に挿通させて端面壁１４１に固定することにより、回転軸１１の回転に伴って、当該回転軸１１と同軸上の回転軸線Ｌを中心にロータ１４を回転させることができる。

ロータ１４の内側（回転軸線Ｌ側）の空間には、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８が収容される。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７は、それぞれ長尺形状の部材が円弧状に湾曲された形状を有しており、ロータ１４の内周面に沿って、この順序で積層された状態で固定される。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７の曲率半径は、例えば５０〜２００ｍｍ程度である。

流路部材１６は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。流路部材１６の内部には、周方向に延びる流路１６１が形成されている。すなわち、流路部材１６は、ロータ１４側に形成された円弧状の外周面１６２と、回転軸線Ｌ側に形成された円弧状の内周面１６３とを有しており、外周面１６２と内周面１６３との間に流路１６１が形成されている。

流路部材１６の内周面１６３における周方向の一端部には、流路１６１への液体試料の流入口１６４が形成されている。一方、流路部材１６の内周面１６３における周方向の他端部には、流路１６１からの液体試料の流出口１６５が形成されている。これにより、流入口１６４から流路１６１内に流入した液体試料は、流路１６１内を一端部から他端部まで周方向に沿って流通し、流出口１６５から流出するようになっている。

液体試料中の粒子を分級する際には、まず、モータ４０の駆動によって回転部１０が回転し、回転部１０の回転数が徐々に上昇する。そして、回転部１０の回転数が一定の値（例えば５０００ｒｐｍ）に到達すれば、その回転数が維持された状態で流入口１６４から液体試料が注入される。

流路１６１内に液体試料が一定時間だけ注入された後、ロータリーバルブ４の切替によって液体試料の供給が停止され、そのまま回転部１０が回転されることにより、流路１６１内の液体試料中の粒子が遠心沈降する。その後、ロータリーバルブ４の切替によって液体試料の供給が再開され、一定時間後に回転部１０の回転数が徐々に下降される。

これにより、液体試料中のサイズ及び比重が小さい粒子から順に、流路１６１内の液体試料の流れに乗って下流側へと送られ、流出口１６５から順次流出する。このように、流路１６１内における液体試料中の粒子が遠心力によって分級され、サイズ及び比重に応じて異なるタイミングで流出口１６５から流出して検出器６へと送られるようになっている。

固定部材１７は、流路部材１６よりも厚みが大きい部材であり、例えば厚みが１０ｍｍ程度に形成されている。固定部材１７は、流路部材１６と同様に、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。固定部材１７の周方向の長さは、流路部材１６の周方向の長さとほぼ一致している。固定部材１７は、流路部材１６の内側（回転軸線Ｌ側）に、流路部材１６の内周面１６３に沿って設けられる。

固定部材１７における周方向の両端部には、係止具の一例であるボルト１９をねじ込むための複数のねじ孔１７１が形成されている。流路部材１６における周方向の両端部には、固定部材１７の各ねじ孔１７１に対向する位置に複数の挿通孔１６６が形成されている。これにより、各挿通孔１６６に外側からボルト１９を挿通させ、各ねじ孔１７１にねじ込むことによって、流路部材１６を固定部材１７に取り付けることができる。ただし、係止具は、ボルト１９に限らず、ピンなどの他の部材により構成されていてもよい。

また、固定部材１７における周方向の両端部には、流路部材１６の内周面１６３に形成された流入口１６４及び流出口１６５に対向する位置に、それぞれ貫通孔１７２が形成されている。固定部材１７の内周面には、各貫通孔１７２に連通するように導入部１２及び導出部１３が取り付けられている。これにより、導入部１２から導入された液体試料は、一方の貫通孔１７２を介して流入口１６４から流路１６１内に流入し、流路１６１内を周方向に流通した後、流出口１６５から他方の貫通孔１７２及び導出部１３を介して導出される。

流路部材１６内の流路１６１は、キャリア流体の種類や分析の条件などに応じて異なる高さに設定される。そのため、流路部材１６は、流路１６１の高さに応じて異なる厚みに形成され、複数種類の流路部材１６の中から最適な流路部材１６が選択されて固定部材１７に取り付けられることとなる。

上記のようにして流路部材１６が取り付けられた固定部材１７は、ロータ１４の内側の空間に挿入され、ロータ１４との間に流路部材１６を挟み込むようにしてロータ１４の内周面に沿って固定される。このとき、Ｃ字状の固定部材１７の両端部間に楔状部材１８が取り付けられることにより、当該両端部を拡げる方向に力が加えられる。

これにより、Ｃ字状の固定部材１７がロータ１４の内周面側に強く押し当てられ、流路部材１６がロータ１４側に押圧されて固定される。液体試料中の粒子を分級させる際には、ロータ１４が高速で回転されることにより、流路１６１内が高圧（例えば１ＭＰａ程度）となり、流路１６１の内外の圧力差が大きくなるが、固定部材１７とロータ１４との間に流路部材１６を挟持することにより、流路部材１６の外周面１６２及び内周面１６３が上記圧力差で流路１６１側とは反対側に変形するのを防止することができる。

本実施形態では、流路部材１６とロータ１４との間にスペーサ１５が挟持されるようになっている。スペーサ１５の材質は、特に限定されるものではないが、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）又はＰＥＥＫ（Polyetherketoneketone）などの樹脂又は金属により形成されている。スペーサ１５は、流路部材１６よりも若干長く形成されており、その周方向の両端部には、流路部材１６の各挿通孔１６６に対向する位置に長孔１５１が形成されている。

流路部材１６の各挿通孔１６６に挿通されたボルト１９の頭部は、スペーサ１５の各長孔１５１内に収容される。各長孔１５１は、周方向に延びるように形成されている。これにより、各長孔１５１内に各ボルト１９の頭部を収容させた状態で、楔状部材１８により固定部材１７の両端部が拡げられて、固定部材１７がロータ１４の内周面側に強く押し当てられた場合には、各長孔１５１内で各ボルト１９の頭部が周方向にスライドしながら、固定部材１７とロータ１４との間にスペーサ１５及び流路部材１６が挟持されることとなる。

スペーサ１５は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、流路部材１６の厚みに応じて異なる厚みのものが選択される。すなわち、スペーサ１５の厚みと流路部材１６の厚みとの合計値がほぼ一定となるように、最適な厚みを有するスペーサ１５が選択される。また、スペーサ１５は、ロータ１４の内周面の損傷を防止する機能も有している。ただし、スペーサ１５は省略することも可能である。

図４は、楔状部材１８の構成例を示す斜視図である。楔状部材１８は、例えば２つのナット部１８１と、１つのボルト部１８２とを備えている。ボルト部１８２は、軸線方向に沿って互いに逆方向に延びる２つの軸部１８３を有しており、一方の軸部１８３には右ねじが形成され、他方の軸部１８３には左ねじが形成されている。

２つのナット部１８１は、ボルト部１８２を挟んで互いに対向しており、一方のナット部１８１にボルト部１８２の一方の軸部１８３がねじ込まれるとともに、他方のナット部１８１にボルト部１８２の他方の軸部１８３がねじ込まれている。したがって、ボルト部１８２を一方向に回転させれば、２つのナット部１８１を互いに接近させることができ、ボルト部１８２を逆方向に回転させれば、２つのナット部１８１を互いに離間させることができる。

楔状部材１８は、Ｃ字状の固定部材１７の両端部間に設けられ、各ナット部１８１におけるボルト部１８２側とは反対側の面が、固定部材１７の両端面にそれぞれ当接する当接面１８４を構成している。したがって、各当接面１８４を固定部材１７の両端面に当接させた状態でボルト部１８２を回転させ、固定部材１７の両端部の間隔を拡げたり縮めたりすることにより、ロータ１４側への固定部材１７の押圧力を調整したり、固定部材１７を着脱したりすることができる。

各ナット部１８１の当接面１８４は、外側（ロータ１４側）に向かって徐々に先細りするテーパ面により形成されている。これらの当接面１８４に当接する固定部材１７の両端面も、外側（ロータ１４側）に向かって端面同士が徐々に接近するようなテーパ面により形成されている。

したがって、楔状部材１８を固定部材１７の両端部間に設けた状態で、ボルト部１８２を回転させて２つのナット部１８１を互いに離間させることにより、固定部材１７の両端部の間隔を拡げたときには、各ナット部１８１の当接面１８４によって、固定部材１７の両端面が外側（ロータ１４側）に向かって押し上げられる。これにより、固定部材１７をより高い押圧力でロータ１４側に押し当てることができる。

各ナット部１８１の当接面１８４には、１つ又は複数の凸部１８５が形成されており、当該凸部１８５が固定部材１７の両端面に形成された凹部（図示せず）に係止されることにより、楔状部材１８が固定部材１７の両端部間に位置決めされる。ただし、楔状部材１８側に凹部が形成され、固定部材１７側に凸部が形成された構成であってもよい。また、楔状部材１８は、上記のような構成に限らず、固定部材１７をロータ１４側に押圧するように固定できるような構成であれば、他の任意の構成を採用することができる。

図５は、流路部材１６の構成例を示す分解斜視図であり、流路部材１６が円弧状に湾曲される前の状態を内周面１６３側から見た図を示している。流路部材１６は、例えば外面層６１、内面層６２、中間層６３及び規制スペーサ６４を備えた積層体からなる。

液体試料の流路１６１は、外面層６１、内面層６２及び中間層６３の３層構造により形成されている。中間層６３は、外面層６１と内面層６２との間に設けられている。外面層６１及び内面層６２は、それぞれ０．２ｍｍ程度の厚みを有している。中間層６３は、外面層６１及び内面層６２とは異なる材料により形成されており、例えば０．３ｍｍ程度の厚みを有している。

図６は、流路部材１６が組み立てられた状態における中間層６３及び規制スペーサ６４を示す平面図である。図７は、組み立てられた流路部材１６の断面図である。図６及び図７に示すように、流路部材１６が組み立てられた状態では、規制スペーサ６４が、中間層６３を取り囲んだ状態で外面層６１及び内面層６２の間に設けられる。

具体的には、中間層６３は、規制スペーサ６４よりも小さい矩形状に形成されており、規制スペーサ６４に形成された矩形状の開口部６４１内に配置される。開口部６４１は、中間層６３の平面形状と同一又は若干大きい形状で形成されている。規制スペーサ６４は、平面視において外面層６１及び内面層６２と同一の外形を有しており、流路部材１６が組み立てられた状態では、積層された外面層６１、内面層６２及び規制スペーサ６４の内部に、中間層６３が収容された状態となる。

外面層６１における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の外周面１６２を構成する。また、内面層６２における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の内周面１６３を構成する。

中間層６３には、当該中間層６３を貫通し、長手方向に真っ直ぐ延びる開口部６３１が形成されている。開口部６３１の長手方向の両端部は、それぞれ徐々に先細りした三角形状に形成されており、各先端が長手方向に張り出した細長いポート部６３２となっている。外面層６１及び内面層６２で中間層６３が積層方向に挟み込まれ、開口部６３１（ポート部６３２を含む。）の外側及び内側が塞がれることにより、外面層６１と内面層６２との間に流路１６１が形成される。

図５に示すように、内面層６２における各ポート部６３２に対向する位置には、流入口１６４及び流出口１６５がそれぞれ形成されている。これにより、外面層６１、内面層６２、中間層６３及び規制スペーサ６４が積層された状態では、流入口１６４及び流出口１６５が、それぞれポート部６３２から流路１６１に連通するようになっている。外面層６１、内面層６２及び規制スペーサ６４の長手方向の両端部には、互いに対向する位置に貫通孔が形成されており、これらの貫通孔がボルト１９を挿通させるための挿通孔１６６を構成している。

図７に示すように、中間層６３の厚みＴ１は、規制スペーサ６４の厚みＴ２よりも大きい。また、中間層６３は、外面層６１、内面層６２及び規制スペーサ６４よりも圧縮弾性率（ヤング率）が低い材料、すなわち柔らかい材料により形成されていることが好ましい。例えば、外面層６１、内面層６２及び規制スペーサ６４はステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されており、中間層６３はシリコンゴムにより形成されている。ただし、中間層６３と規制スペーサ６４は同じ材料でもよいし、中間層６３の方が規制スペーサ６４よりも圧縮弾性率が高くてもよい。

ただし、規制スペーサ６４は、例えばアルミなどのＳＵＳ以外の金属により形成されていてもよい。また、規制スペーサ６４は、金属に限らず、例えばＰＥＴ又はＰＥＥＫのような、金属以外の材料により形成されていてもよい。

以下では、流路部材１６を固定部材１７によりロータ１４側に押し付けて固定したときの圧力をσとして、中間層６３及び規制スペーサ６４のヤング率の選定方法の一例について説明する。流路部材１６内の流路１６１に液体試料からの圧力が作用したときに、流路１６１内の液体試料が漏れないようにするために、σの下限値σ１は、想定される最大圧力よりも大きい値とする。このσ１は、流路１６１内の液体試料の圧力であり、具体的には、静圧（ローターが静止している時に流路１６１内の液体試料にかかる圧力）と遠心力によって上昇する液体試料の圧力の和である。このように、流路１６１内の液体試料の圧力としては、静止状態で配管抵抗などから生じる圧力（静圧）と、ロータ１４を回転させることにより生じる圧力の２種類が考えられる。

また、規制スペーサ６４の厚みＴ２の変化量（縮み量）をδとする。流路部材１６内の流路１６１に液体試料からの圧力が作用しない状態において、規制スペーサ６４の厚みＴ２の最大許容変化量（縮み量）をδmaxとする。中間層６３を圧縮した上で、さらに規制スペーサ６４を縮み量δmaxだけ縮めるのに必要な圧力をσ２とすると、このσ２はσの上限値となる。

そして、σ１＜σ２となるように、中間層６３のヤング率Ｅ１及び規制スペーサ６４のヤング率Ｅ２を選定する。このとき、σ２は次式で表すことができる。
σ２＝Ｅ１×（Ｔ１−Ｔ２＋δmax）／Ｔ１＋Ｅ２×δmax／Ｔ２

例えば、中間層６３がシリコンゴムなどの極めて柔らかい材料である場合、Ｅ１＝１０ＭＰaとなる。規制スペーサ６４がアルミニウム合金であるとすると、Ｅ２＝７０ＧＰａとなる。Ｔ１＝０．３ｍｍ、Ｔ２＝０．２５ｍｍとし、δmax＝０．２５×１（％）＝０．００２５ｍｍとすると、σ２＝７０１．７５ＭＰａとなる。また、静圧が３ＭＰａ、遠心力による水圧が８ＭＰａとすると、σ１＝１１ＭＰａとなる。この結果、σ１＜σ２であるため、中間層６３のヤング率Ｅ１及び規制スペーサ６４のヤング率Ｅ２は、適切な値と判断できる。この場合、σは、σ１＜σ＜σ２の範囲内の値（例えば２０ＭＰａ程度）とすればよい。なお、δ≧０となる（規制スペーサ６４が縮む）ようにσの値を設定することが望ましい。

これに対して、規制スペーサ６４がＰＴＦＥなどの柔らかい材料であったとする。この場合、Ｅ２＝５００ＭＰａであり、σ２＝５ＭＰａとなる。この結果、σ１＞σ２であるため、中間層６３のヤング率Ｅ１及び規制スペーサ６４のヤング率Ｅ２は、適切な値ではないと判断できる。ただし、中間層６３がシリコンゴムでない場合のように、σ１の値によっては、規制スペーサ６４がＰＴＦＥであってもσ１＜σ２となる場合がある。

本実施形態では、上記のように中間層６３が柔らかい材料で形成されているため、図３に示す回転部１０の組立時に、流路部材１６が固定部材１７によりロータ１４側に押圧されると、外面層６１及び内面層６２によって中間層６３が積層方向に圧縮されて変形する。このとき、規制スペーサ６４が中間層６３よりも硬い材料で形成されているため、中間層６３は規制スペーサ６４の厚みＴ２を超えて圧縮されることがない。これにより、規制スペーサ６４は、流路１６１が規制スペーサ６４の厚みＴ２と同じ高さ未満に圧縮されるのを規制する規制部として機能することとなる。

このように、流路部材１６が積層方向に圧縮されて変形した場合であっても、流路１６１が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制スペーサ６４により規制することができるため、流路１６１の高さを一定の高さに保つことができる。流路１６１内を流れる液体試料の種類によっては、流路１６１を形成する部材を樹脂などの柔らかい材料で形成しなければならない場合があるが、そのような場合であっても、規制スペーサ６４により流路１６１の高さを一定の高さに確実に保つことができる。

また、規制スペーサ６４の厚みを任意に設定することにより、流路１６１の高さを容易に調整することができる。さらに、流路部材１６の組立時に流路１６１の高さにばらつきが生じにくく、組立再現性が向上する。

特に、本実施形態では、外面層６１と内面層６２との間に規制スペーサ６４を設けるだけの簡単な構成で、中間層６３に形成されている流路１６１が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。また、規制スペーサ６４が中間層６３の外周を取り囲んだ状態で固定されるため、規制スペーサ６４を接着などにより固定しなくても、規制スペーサ６４が脱落するのを防止することができる。この場合、接着剤の厚みに応じて流路１６１の高さにばらつきが生じることを防止できるため、より精度よく流路１６１の高さを一定の高さに保つことができる。

一方で、外面層６１、内面層６２及び中間層６３は、互いに接着されてもよい。この場合、外面層６１、内面層６２及び中間層６３を予め円弧状に湾曲させた後、それらを接着させれば、接着後に湾曲させる場合よりも各層が剥離しにくい。このように、外面層６１、内面層６２及び中間層６３を互いに接着させた場合であっても、流路１６１の高さは規制スペーサ６４の厚みにより規定されるため、接着剤の厚みが流路１６１の高さに影響することを防止できる。

また、外面層６１、内面層６２及び中間層６３を互いに接着させることができるため、各層を金属で形成して互いに拡散接合するなどの接合方法に限定されることがない。その結果、流路部材１６を構成する外面層６１、内面層６２及び中間層６３として使用可能な材料の幅が広がるため、液体試料の種類に応じた流路１６１を構成することが可能である。この場合、外面層６１、内面層６２及び中間層６３の接着方法としては、分子接着やプラズマ処理などを用いた方法を例示することができる。ただし、上記のような構成に限らず、規制スペーサ６４が外面層６１又は内面層６２に対して接着された構成とすることも可能である。

図８は、流路部材１６の第１変形例を示す中間層６３及び規制スペーサ６４の平面図である。上記実施形態では、流路部材１６が組み立てられた状態において、規制スペーサ６４が、中間層６３を取り囲んだ状態で外面層６１及び内面層６２の間に設けられるような構成について説明した。これに対して、図８の例では、規制スペーサ６４を中間層６３に対して位置決めする位置決め部６５が設けられている点が上記実施形態とは異なっており、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

位置決め部６５は、中間層６３が延びる方向（長手方向）に沿って設けられた突部により構成されており、位置決め部６５と中間層６３との間に規制スペーサ６４が挟まれて位置決めされることにより、規制スペーサ６４を接着などにより固定しなくても、規制スペーサ６４が脱落するのを防止することができる。この場合、接着剤の厚みに応じて流路１６１の高さにばらつきが生じることを防止できるため、より精度よく流路１６１の高さを一定の高さに保つことができる。

図８の例では、中間層６３に対して両側縁に対向するように１対の位置決め部６５が設けられており、各位置決め部６５と中間層６３との間に、中間層６３が延びる方向（長手方向）に沿って細長い規制スペーサ６４が位置決めされている。位置決め部６５は、外面層６１及び内面層６２とは別部材により構成され、外面層６１又は内面層６２に固定されていてもよいし、外面層６１又は内面層６２と一体的に構成されていてもよい。ただし、上記のような構成に限らず、例えば規制スペーサ６４及び位置決め部６５の少なくとも一方が、中間層６３が延びる方向（長手方向）に沿って複数に分割されていてもよい。

図９は、流路部材１６の第２変形例を示す分解斜視図であり、流路部材１６が円弧状に湾曲される前の状態を外周面１６２側から斜めに見た図を示している。また、図１０は、第２変形例において組み立てられた流路部材１６の断面図である。この例における流路部材１６は、上記実施形態のように内面層６２と規制スペーサ６４が別部材で構成されているのではなく、内面層６２と規制スペーサ６４が一体的に構成されている。

具体的には、内面層６２における外面層６１側の面に、平面視において中間層６３の外形と同一又は若干大きい形状からなる矩形状の凹部６４２が形成されており、この凹部６４２内に中間層６３が配置される。これにより、内面層６２における凹部６４２の周縁部が、規制スペーサ６４として機能するようになっている。この点を除けば、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

中間層６３の厚みＴ１は、内面層６２における規制スペーサ６４の厚みＴ３（凹部６４２の深さ）よりも大きい。また、中間層６３は、外面層６１及び内面層６２よりも圧縮弾性率（ヤング率）が低い材料、すなわち柔らかい材料により形成されている。例えば、外面層６１及び内面層６２はステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されており、中間層６３はシリコンゴムにより形成されている。

ただし、内面層６２は、少なくとも中間層６３よりも圧縮弾性率が高い材料で形成されていればよく、例えばアルミなどのＳＵＳ以外の金属により形成されていてもよい。また、内面層６２は、金属に限らず、例えばＰＥＴ又はＰＥＥＫのような圧縮弾性率が高い樹脂など、金属以外の材料により形成されていてもよい。

図９及び図１０の例では、内面層６２に規制スペーサ６４を設けるだけの簡単な構成で、流路１６１が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。ただし、規制スペーサ６４は、内面層６２に設けられた構成に限らず、外面層６１に設けられた構成であってもよいし、外面層６１及び内面層６２の両方に設けられた構成であってもよい。

図１１は、流路部材１６の第３変形例を示す断面図である。この例では、規制スペーサ６４が、上記実施形態のように流路部材１６に設けられているのではなく、回転部１０を構成する流路部材１６以外の部材である固定部材１７及びスペーサ１５に設けられている。

具体的には、固定部材１７における流路部材１６側の面に、平面視において流路部材１６の内面層６２の外形と同一又は若干大きい形状からなる矩形状の凹部６４３が形成されており、この凹部６４３内に内面層６２が配置される。また、スペーサ１５における流路部材１６側の面に、平面視において流路部材１６の外面層６１の外形と同一又は若干大きい形状からなる矩形状の凹部６４４が形成されており、この凹部６４４内に外面層６１が配置される。これにより、固定部材１７における凹部６４３の周縁部、及び、スペーサ１５における凹部６４４の周縁部が、規制スペーサ６４として機能するようになっている。この点を除けば、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

固定部材１７及びスペーサ１５は、流路部材１６を積層方向に圧縮する圧縮部を構成している。すなわち、この例では、規制スペーサ６４が圧縮部に設けられた構成となっている。固定部材１７における凹部６４３の深さは、流路部材１６の内面層６２の厚みよりも大きく、内面層６２と中間層６３を足した厚みよりも小さい。また、スペーサ１５における凹部６４４の深さは、流路部材１６の外面層６１の厚みと同一である。中間層６３は、固定部材１７及びスペーサ１５よりも圧縮弾性率（ヤング率）が低い材料、すなわち柔らかい材料により形成されている。

図１１の例では、流路部材１６を固定部材１７及びスペーサ１５により積層方向に圧縮する際に、中間層６３が圧縮されて変形する過程で、固定部材１７及びスペーサ１５の各凹部６４３，６４４の周縁部が互いに接触し、それ以上圧縮することができない。したがって、流路１６１が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。

図１２は、流路部材１６の第４変形例を示す断面図である。この例では、上記第３変形例と同様に、規制スペーサ６４が、回転部１０を構成する流路部材１６以外の部材に設けられているが、固定部材１７のみに設けられている点で上記第３変形例とは異なる。

具体的には、固定部材１７における流路部材１６側の面に、平面視において流路部材１６の内面層６２の外形と同一又は若干大きい形状からなる矩形状の凹部６４５が形成されており、この凹部６４５内に内面層６２が配置される。また、流路部材１６における外面層６１の幅が、内面層６２の幅よりも大きく形成されている。これにより、固定部材１７における凹部６４５の周縁部が、規制スペーサ６４として機能するようになっている。この点を除けば、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。

固定部材１７は、流路部材１６を積層方向に圧縮する圧縮部を構成している。すなわち、この例では、規制スペーサ６４が圧縮部に設けられた構成となっている。固定部材１７における凹部６４５の深さは、流路部材１６の内面層６２の厚みよりも大きく、内面層６２と中間層６３を足した厚みよりも小さい。中間層６３は、固定部材１７及び外面層６１よりも圧縮弾性率（ヤング率）が低い材料、すなわち柔らかい材料により形成されている。

図１２の例では、流路部材１６を固定部材１７及びスペーサ１５により積層方向に圧縮する際に、中間層６３が圧縮されて変形する過程で、固定部材１７の凹部６４５の周縁部が流路部材１６の外面層６１に接触し、それ以上圧縮することができない。したがって、流路１６１が一定の高さ未満に圧縮されるのを規制することができる。

ここでは、規制スペーサ６４が、圧縮部のうち固定部材１７のみに設けられた構成について説明したが、圧縮部のうちスペーサ１５のみに設けられた構成であってもよい。また、圧縮部は、固定部材１７及びスペーサ１５により構成されるものに限らず、他の部材により構成されるものであってもよく、この場合には、圧縮部を構成する他の部材に規制スペーサ６４が設けられていてもよい。

以上の実施形態では、１つの流路１６１が真っ直ぐ延びるような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、流路１６１の一部に屈曲部又は湾曲部が形成された構成であってもよい。あるいは、流路１６１が１つではなく、２つ以上形成されていてもよい。

また、流路部材１６を構成する各層は、上記実施形態のような構成に限られるものではない。例えば、中間層６３が、外面層６１及び内面層６２の間に複数積層された構成などであってもよい。

１ 遠心式流動場分画装置
２ キャリア貯留部
３ 送液ポンプ
４ ロータリーバルブ
５ 試料注入装置
６ 検出器
７ キャリア回収部
１０ 回転部
１１ 回転軸
１２ 導入部
１３ 導出部
１４ ロータ
１５ スペーサ
１６ 流路部材
１７ 固定部材
１８ 楔状部材
１９ ボルト
２０ 保持台
３０ 保護壁
４０ モータ
５０ 制御部
６１ 外面層
６２ 内面層
６３ 中間層
６４ 規制スペーサ
６５ 位置決め部
１６１ 流路
１６２ 外周面
１６３ 内周面
１６４ 流入口
１６５ 流出口
１６６ 挿通孔
６３１ 開口部
６３２ ポート部
６４１ 開口部
６４２〜６４５ 凹部

Claims (7)

1. 回転軸線を中心に回転する円環状のロータと、
   前記ロータの内周面に沿って設けられ、複数層が積層されることにより内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路への液体試料の流入口及び前記流路からの液体試料の流出口が形成された円弧状の流路部材と、
   前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級させる回転駆動部と、
   前記流路部材が積層方向に圧縮されて変形したときに、前記流路が一定の高さ以下に圧縮されるのを規制する規制部とを備え、
   前記複数層には、前記ロータ側に設けられた外面層と、前記回転軸線側に設けられた内面層と、前記外面層及び前記内面層の間に設けられ、前記流路が形成された中間層とが含まれており、
   前記規制部は、前記外面層、前記内面層及び前記中間層とは別に設けられていることを特徴とする遠心式流動場分画装置。
2. 前記規制部は、前記外面層及び前記内面層の間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。
3. 前記規制部は、前記中間層の外周を取り囲んだ状態で前記外面層及び前記内面層の間に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の遠心式流動場分画装置。
4. 前記規制部を前記中間層に対して位置決めする位置決め部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の遠心式流動場分画装置。
5. 前記複数層には、前記ロータ側に設けられた外面層と、前記回転軸線側に設けられた内面層とが含まれており、
   前記規制部は、前記外面層又は前記内面層の少なくとも一方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。
6. 前記流路部材を積層方向に圧縮する圧縮部をさらに備え、
   前記規制部は、前記圧縮部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。
7. 前記規制部は、前記流路部材が積層方向に圧縮されたときの圧力をσとして、当該σが、前記流路内の液体試料の圧力である下限値σ１よりも大きく、前記流路内の液体試料からの圧力が作用しないときに、前記規制部を所定の縮み量だけ縮めるのに必要な圧力である上限値σ２よりも小さい値となるような材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。

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