JP6958215B2 - Valve devices and systems - Google Patents
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Description
本発明は、バルブ装置およびシステムに関するものである。 The present invention relates to valve devices and systems.
近年、体外診断分野における試験の高速化、高効率化、および集積化、又は、検査機器の超小型化を目指したμ−TAS(Micro-Total Analysis Systems)の開発などが注目を浴びており、世界的に活発な研究が進められている。 In recent years, attention has been focused on the development of μ-TAS (Micro-Total Analysis Systems) aiming at speeding up, increasing efficiency, and integration of tests in the field of in vitro diagnosis, or ultra-miniaturization of testing equipment. Active research is underway worldwide.
μ−TASは、少量の試料で測定、分析が可能なこと、持ち運びが可能となること、低コストで使い捨て可能なこと等、従来の検査機器に比べて優れている。
更に、高価な試薬を使用する場合や少量多検体を検査する場合において、有用性が高い方法として注目されている。
μ-TAS is superior to conventional inspection equipment in that it can be measured and analyzed with a small amount of sample, it can be carried, and it can be disposable at low cost.
Further, it is attracting attention as a highly useful method when an expensive reagent is used or when a small amount of a large number of samples are tested.
上記のデバイスに用いられるポンプとしては、小型化を図るために、例えば、ダイアフラム式のエアーポンプが用いられている(例えば、特許文献1参照)。 As the pump used for the above device, for example, a diaphragm type air pump is used in order to reduce the size (see, for example, Patent Document 1).
第1の実施態様に従えば、所定の軸線方向に延びる内部空間と、前記軸線方向に間隔をあけて配置され所定圧力の流体がそれぞれ出力可能な複数の出力ポートとを有する固定部と、前記所定圧力の流体が入力する入力ポートを有し、前記軸線方向に延びる円柱状に形成され前記内部空間に前記軸線周りに回転可能に保持される回転部と、を備え、前記固定部は、それぞれが前記内部空間に臨む内周面に形成された第1開口部を含み前記出力ポートに接続された複数の第1接続流路を有し、前記回転部は、前記第1開口部の前記軸線方向の位置に応じて前記内部空間に臨む外周面に形成された第2開口部を含みそれぞれが前記入力ポートに接続された複数の第2接続流路とを有し、前記固定部に対する前記軸線周り方向の前記回転部の位置に応じて、前記第1開口部と前記第2開口部とが連通する第1状態と、前記第1開口部と前記第2開口部とが非連通となる第2状態とが設定されるバルブ装置が提供される。 According to the first embodiment, a fixed portion having an internal space extending in a predetermined axial direction, a plurality of output ports arranged at intervals in the axial direction and capable of outputting a fluid of a predetermined pressure, and the above. Each of the fixed portions has an input port for inputting a fluid of a predetermined pressure, a rotating portion formed in a columnar shape extending in the axial direction and rotatably held in the internal space around the axis. Has a plurality of first connection flow paths connected to the output port including the first opening formed on the inner peripheral surface facing the internal space, and the rotating portion is the axis of the first opening. The axis line with respect to the fixed portion, including a second opening formed on the outer peripheral surface facing the internal space according to the position in the direction, each having a plurality of second connection flow paths connected to the input port. A first state in which the first opening and the second opening communicate with each other and a first state in which the first opening and the second opening do not communicate with each other according to the position of the rotating portion in the circumferential direction. A valve device in which two states are set is provided.
第2の実施態様に従えば、試料物質を含む溶液が流動する流路を有する流体デバイスと、前記溶液の流動に関する用力の供給および供給停止を行う第1の実施態様のバルブ装置と、を備えるシステムが提供される。 According to the second embodiment, the fluid device has a flow path through which the solution containing the sample substance flows, and the valve device of the first embodiment for supplying and stopping the supply of the force related to the flow of the solution. The system is provided.
以下、実施形態に係るバルブ装置およびシステムの実施の形態を、図1ないし図9を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the valve device and system according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, the featured parts may be enlarged for convenience, and the dimensional ratio of each component may not be the same as the actual one. No.
[バルブ装置]
まず、バルブ装置について説明する。
図1は、バルブ装置200の一部を切断して図示した概略的な外観斜視図である。
バルブ装置200は、固定部210、回転部230およびモータ300(図3参照)を備えている。
[Valve device]
First, the valve device will be described.
FIG. 1 is a schematic external perspective view showing a part of the
The
固定部210は、軸線JX方向に延びる略直方体形状である。固定部210は、軸線JX方向に貫通する内部空間211を有している。軸線JXと直交する内部空間211の断面形状は円形である。内部空間211の軸線JX方向の一方側に回転部230が収容されている。内部空間211の軸線JX方向の他方側にモータ300が収容されている。
The fixed
なお、以下の説明においては、固定部210の長さ方向である軸線JX方向をX方向とし、X方向と直交する固定部210の厚さ方向をZ方向とし、X方向およびZ方向と直交する方向をY方向として適宜説明する。
In the following description, the axis JX direction, which is the length direction of the
図2は、バルブ装置200を+X側から視た側面図である。図3は、図2におけるA−A線視断面図である。
固定部210は、+Z側の面に継手212がそれぞれ取り付けられる窪み213を複数(図3では5つ)有している。窪み213は、軸線JXと直交しZ軸と平行な軸線JZを中心として形成されている。なお、図2において、軸線JXを中心とする周方向(以下、単に周方向と称する)に関して出力ポート212が配置される方向を0°とし、時計回り方向を+側、反時計回り方向を−側として適宜説明する。
FIG. 2 is a side view of the
The
窪み213は、軸線J方向に沿って間隔をあけて複数(本実施形態では5つ、図1においては4つのみ図示)配置されている。各窪み213は、側部213aおよび底部213bに囲まれている。側部213aには、継手212がシール材214を介して気密に嵌合する。継手212は、窪み213に取り付けられたときに、底部213bとの間に隙間(共有流路)217を形成する。底部213bには、周方向における0°の位置にZ軸方向に貫通する接続孔215a、215b、215cが形成されている。接続孔215a、215b、215cは、X方向に間隔をあけて+X側から順次配列されている。
A plurality of
図4は、継手212周辺の部分拡大図である。なお、図3に示される複数の継手212はそれぞれ同様の構成であるため、図4では代表的に最も+X側に配置された継手212周辺について説明する。
図4に示すように、接続孔215aは、内部空間211に臨む内周面211aに開口する第1開口部216aを形成している。接続孔215bは、内部空間211に臨む内周面211aに開口する第1開口部216bを形成している。接続孔215cは、内部空間211に臨む内周面211aに開口する第1開口部216cを形成している。
FIG. 4 is a partially enlarged view of the periphery of the
As shown in FIG. 4, the
継手212は、外側に向けて配管が接続可能な出力ポート218を有している。本実施形態においては、出力ポート218から正圧、負圧および大気圧が選択的に出力されるものとして説明する。
The
第1開口部216a、接続孔215aおよび隙間217は、内周面211aと出力ポート218とを接続する第1接続流路219aを構成する。第1開口部216b、接続孔215bおよび隙間217は、内周面211aと出力ポート218とを接続する第1接続流路219bを構成する。第1開口部216c、接続孔215cおよび隙間217は、内周面211aと出力ポート218とを接続する(連通させる)第1接続流路219cを構成する。
The
すなわち、隙間217は、出力ポート218に接続されているとともに、第1接続流路219a、219b、219cに跨って接続されて共有される共有流路である。本実施形態では、第1接続流路219aを介して正圧が供給され、第1接続流路219bを介して負圧が供給され、第1接続流路219cを介して大気圧が供給される。
That is, the
回転部230は、円柱状に形成されている。回転部230は、モータ300の駆動により軸線JX周りに回転する。回転部230は、軸線JXを中心として同軸に配置された軸部240、筒部250および筒部260を有している。軸部240、筒部250および筒部260は、モータ300の駆動により軸線JX周りに一体的に回転する。筒部250は、軸部240の外周側に気密に嵌合している。筒部260は、筒部250の外周側に気密に嵌合している。
The rotating
軸部240は、+X側の端面に入力ポート231、232を有している。入力ポート231は、軸線JXと同軸に配置されている。入力ポート232は、入力ポート231に対して径方向の外側で、図2においては、一例として、周方向の−45°の位置に配置されている。
The
図3に示すように、軸部240は、空洞部241、孔部242、空洞部243、図1に示す孔部245および溝部244、246を有している。空洞部241は、軸線JXを中心軸線としてX方向に延びて形成されている。空洞部241は、+X側の端部おいて入力ポート231に接続されている。空洞部241の−X側の端部は、X軸方向に沿って配置された複数の継手212のうち、最も−X側に位置する継手212の第1開口部216cおよび接続孔215cよりもさらに−X側に配置されている。孔部242は、空洞部241から軸線JXを中心とする径方向(以下、単に径方向と称する)の外側に延び軸部240の外周面に開口している。孔部242のX方向の位置は、固定部210において第1開口部216cおよび接続孔215cが形成された位置と同一である。孔部242の軸線JX周りの周方向(以下、単に周方向と称する)の位置については後述する。
As shown in FIG. 3, the
空洞部(第2空洞部)243は、軸線JXに対して偏心した軸線を中心として、入力ポート232と同軸でX方向に延びて形成されている。空洞部243は、+X側の端部おいて入力ポート232に接続されている。空洞部243の−X側の端部は、最も+X側に位置する第1開口部216bおよび接続孔215bよりも−X側で、最も+X側に位置する第1開口部216cおよび接続孔215cよりも+X側に配置されている。空洞部243は、最も+X側に位置する第1開口部216cおよび接続孔215cよりも+X側に配置されていることにより、孔部242の周方向の位置に依存せずに孔部242との緩衝が回避される。
The cavity portion (second cavity portion) 243 is formed so as to extend in the X direction coaxially with the
溝部244は、軸部240の外周面に周方向に所定の周長で形成されている。溝部244は、固定部210において第1開口部216bおよび接続孔215bが形成されたX方向の位置と同一位置に複数形成されている。溝部244の周方向の長さ、周方向の位置および周方向の個数については後述する。溝部(第4溝部)246は、軸部240の外周面に軸線JX方向に形成されている。溝部246は、軸線JX方向に隣り合う出力ポート218における溝部244同士を接続する。孔部(第3孔部)245は、空洞部243から径方向の外側に延び溝部244の底部に開口している。孔部245の軸線JX周りの周方向の位置については後述する。
The
筒部250は、軸線JXを中心とする円筒状に形成されている。筒部250は、+X側の端面に入力ポート233を有している。入力ポート233は、入力ポート232よりも径方向の外側で、図2においては、一例として、周方向の+45°の位置に配置されている。入力ポート233は、周方向において入力ポート232に対して90°ずれた位置に配置されている。
The
筒部250は、空洞部251、孔部252、255、256および溝部257、258を有している。孔部252は、軸部240の孔部242と同軸に配置されている。孔部252は、径方向に貫通して形成されている。孔部(第4孔部)255は、軸部240の溝部244と対向する位置に配置されている。孔部255は、径方向に貫通して形成されている。
The
空洞部(第1空洞部)251は、軸線JXに対して偏心した軸線を中心として、入力ポート233と同軸でX方向に延びて形成されている。空洞部251は、+X側の端部おいて入力ポート233に接続されている。空洞部251の−X側の端部は、最も+X側に位置する第1開口部216aおよび接続孔215aよりも−X側で、最も+X側に位置する第1開口部216bおよび接続孔215bよりも+X側に配置されている。空洞部251は、最も+X側に位置する第1開口部216bおよび接続孔215bよりも+X側に配置されていることにより、孔部255の周方向の位置に依存せずに緩衝が回避される。
The cavity portion (first cavity portion) 251 is formed so as to extend in the X direction coaxially with the
溝部(第1溝部)257は、筒部250の外周面に周方向に所定の周長で形成されている。溝部257は、固定部210において第1開口部216aおよび接続孔215aが形成されたX方向の位置と同一位置に形成されている。溝部257の周方向の長さ、周方向の位置および周方向の個数については後述する。溝部258は、筒部250の外周面に軸線JX方向に形成されている。溝部(第2溝部)258は、軸線JX方向に隣り合う出力ポート218における溝部257同士を接続する。孔部(第1孔部)256は、空洞部251から径方向の外側に延び溝部257の底部に開口している。孔部256の軸線JX周りの周方向の位置については後述する。
The groove portion (first groove portion) 257 is formed on the outer peripheral surface of the
筒部260は、軸線JXを中心とする円筒状に形成されている。筒部260は、リブ部261a、261b、261c、第2開口部262a、262b、262c(図5参照)および孔部263a、263b、263cを有している。
The
リブ部261aは、図1、図3および図4に示すように、X方向に関して第1開口部216aが形成された位置に形成されている。リブ部261bは、X方向に関して第1開口部216bが形成された位置に形成されている。リブ部261cは、X方向に関して第1開口部216cが形成された位置に形成されている。リブ部261a〜261cは、断面形状が第1開口部216a〜216c(固定部210の内周面211a)に向けて膨らんだ半円状である。なお、リブ部261a〜261cの断面形状として半円状を例示したが、半円状に限定されず他の形状であってもよい。リブ部261a〜261cは、周方向に環状に形成されている。リブ部261a〜261cは、径方向外側の先端部において固定部210の内周面211aと嵌合して保持されている。
As shown in FIGS. 1, 3 and 4, the
図5は、リブ部261a周辺を拡大した部分断面図である。
リブ部261aの先端の外周面には、第2開口部262aが形成されている。第2開口部262aは、第1開口部216aとX方向の位置が同一の位置に配置されている。第2開口部262aは、周方向に延びる溝状に形成されている。第2開口部262aの底面には、孔部(第2孔部)263aが開口している。孔部263aは、第2開口部262aの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部250の溝部257と対向する位置に開口している。
FIG. 5 is an enlarged partial cross-sectional view of the periphery of the
A
リブ部261bの先端の外周面には、第2開口部262bが形成されている。第2開口部262bは、第1開口部216bとX方向の位置が同一の位置に配置されている。第2開口部262bは、周方向に延びる溝状に形成されている。第2開口部262bの底面には、孔部(第5孔部)263bが開口している。孔部263bは、第2開口部262bの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部250の孔部255と対向する位置に開口している。孔部263bは、孔部255と同軸に配置されている。
A
リブ部261cの先端の外周面には、第2開口部262cが形成されている。第2開口部262cは、第1開口部216cとX方向の位置が同一の位置に配置されている。第2開口部262cは、周方向に延びる溝状に形成されている。第2開口部262cの底面には、孔部263cが開口している。孔部263cは、第2開口部262cの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部250の孔部252と対向する位置に開口している。孔部263cは、筒部250の孔部255および軸部240の孔部242と同軸に配置されている。
A
図6は、バルブ装置200における入力ポート231〜233から出力ポート218への圧力供給路を示す概略構成図である。図6(a)には、正圧が供給される供給路が示されている。図6(b)には、負圧が供給される供給路が示されている。図6(c)には、大気圧が供給される供給路が示されている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a pressure supply path from the
図6(a)に示されるように、入力ポート233から入力した正圧は、空洞部251、孔部256、溝部257、孔部263aを介して第2開口部262aに供給される。上記空洞部251、孔部256、溝部257、孔部263aおよび第2開口部262aは、第2接続流路270aを構成する。孔部256、溝部257および孔部263aは、第1中継路を構成する。
As shown in FIG. 6A, the positive pressure input from the
第2開口部262aと第1開口部216aとが連通する開状態(第1状態)では、第2開口部262aに供給された正圧は、第1接続流路219aおよび隙間217を介して出力ポート218に出力される。一方、第2開口部262aと第1開口部216aとが連通しない閉状態(第2状態)では、第2開口部262aに供給された正圧は、出力ポート218に出力されない。上記出力ポート218への正圧の供給は、入力ポート233から第2接続流路270aおよび第1接続流路219aに正圧の流体(例えば、エアー)を導入することにより行われる。
In the open state (first state) in which the
図6(b)に示されるように、入力ポート232から入力した負圧は、空洞部243、孔部245、溝部244、孔部255、孔部263bを介して第2開口部262bに供給される。上記空洞部243、孔部245、溝部244、孔部255、孔部263bおよび第2開口部262bは、第2接続流路270bを構成する。孔部245、溝部244、孔部255および孔部263bは、第2中継路を構成する。
As shown in FIG. 6B, the negative pressure input from the
第2開口部262bと第1開口部216bとが連通する開状態(第1状態)では、第2開口部262bに供給された負圧は、第1接続流路219bおよび隙間217を介して出力ポート218に出力される。一方、第2開口部262bと第1開口部216bとが連通しない閉状態(第2状態)では、第2開口部262bに供給された負圧は、出力ポート218に出力されない。上記出力ポート218への負圧の供給は、入力ポート232を介して第2接続流路270bおよび第1接続流路219bの流体(例えば、エアー)を負圧吸引することにより行われる。
In the open state (first state) in which the
図6(c)に示されるように、入力ポート231から入力した大気圧は、空洞部241、孔部242、孔部252、孔部263cを介して第2開口部262cに供給される。上記空洞部241、孔部242、孔部252、孔部263cおよび第2開口部262cは、第2接続流路270cを構成する。第2開口部262cと第1開口部216cとが連通する開状態(第1状態)では、第2開口部262cに供給された大気圧は、第1接続流路219cおよび隙間217を介して出力ポート218に出力される。一方、第2開口部262cと第1開口部216cとが連通しない閉状態(第2状態)では、第2開口部262cに供給された大気圧は、出力ポート218に出力されない。上記出力ポート218への大気の供給は、入力ポート231を大気開放することにより行われる。上記の第2接続流路270a、270b、270cは、互いに独立して設けられている。
As shown in FIG. 6C, the atmospheric pressure input from the
続いて、第2開口部262a、262b、262cを含む第2接続流路270a、270b、270cの配置の一例について説明する。
図7は、軸線JXを中心として回転部230を展開した図である。図7においては、固定部210における第1接続流路219a、219b、219cと対向する位置を角度0°としている。また、図7においては、+X側の二つの出力ポート218(適宜、218A、218Bと称する)における第2接続流路270a、270b、270cが図示されている。なお、図7においては、軸線JXを中心として配置されている空洞部241の図示を省略している。
Subsequently, an example of the arrangement of the second
FIG. 7 is a view in which the
図7に示すように、正圧供給用の空洞部251および孔部256は、正圧供給における第1部材としての筒部250に角度45°の位置に配置されている。出力ポート218Aの第2接続流路270aにおいて正圧供給が行われる第2開口部262aは、一例として、正圧供給における第2部材としての筒部260に角度−150°〜−120°および角度−90°〜0°の範囲に配置されている。溝部257は、孔部256、263aおよび後述する溝部258に接続可能なように、角度−135°〜角度80°の範囲に配置されている。孔部263aは、第2開口部262aと溝部257とが径方向に重なる位置に配置されている。
As shown in FIG. 7, the
出力ポート218Bの第2接続流路270aにおいて正圧供給が行われる第2開口部262aは、一例として、角度−150°〜−120°、角度−60°〜−30°、角度30°〜60°および角度120°〜150°の範囲に配置されている。出力ポート218Bの第2接続流路270aにおいて、溝部257は、二つの第2開口部262aと径方向に重なるように、角度−135°〜−25°と、角度40°〜140°の範囲に配置されている。出力ポート218Bの第2接続流路270aの溝部257は、出力ポート218Aの溝部257と溝部258によって接続されている。溝部258は、負圧供給用の孔部255、263bと、大気圧供給用の孔部252、263cと緩衝しない周方向の位置に配置されている。出力ポート218Bの第2接続流路270aの孔部263aは、第2開口部262aと溝部257とが径方向に重なる位置に配置されている。
The
従って、出力ポート218Aの第2接続流路270aにおいては、上記図6(a)を参照して説明したように、入力ポート233から入力した正圧は、空洞部251、孔部256、溝部257、孔部263aを介して第2開口部262aに供給された後に、出力ポート218に出力可能である。一方、出力ポート218Bの第2接続流路270aにおいては、出力ポート218Aの第2接続流路270aの溝部257および溝部258を介して入力した正圧が第2開口部262aに供給された後に、出力ポート218に出力可能である。
Therefore, in the second
負圧供給用の空洞部243および孔部245は、負圧供給における第1部材としての軸部240に角度−45°の位置に配置されている。出力ポート218Aの第2接続流路270bにおいて負圧供給が行われる第2開口部262bは、一例として、負圧供給における第3部材としての筒部260に角度−120°〜−90°および角度30°〜180°の範囲に配置されている。溝部244は、孔部255、263bおよび後述する溝部246に接続可能なように、角度−105°〜角度45°の範囲に配置されている。孔部255、263bは、第2開口部262bと溝部244とが径方向に重なる位置に配置されている。孔部255は、負圧供給における第2部材としての筒部250に配置されている。
The
出力ポート218Bの第2接続流路270bにおいて負圧供給が行われる第2開口部262bは、一例として、角度−180°〜−150°、角度−90°〜−60°、角度0°〜30°および角度90°〜120°の四つの範囲に配置されている。出力ポート218Bの第2接続流路270bにおいて、溝部244は、四つの第2開口部262と径方向に重なるように、角度−165°〜−110°の範囲に配置されている。溝部246は、大気圧供給用の孔部242、252と緩衝しない周方向の位置に配置されている。出力ポート218Bにおける第2接続流路270bの孔部263bは、第2開口部262bと溝部244とが径方向に重なる位置に配置されている。
The
従って、出力ポート218Aの第2接続流路270bにおいては、上記図6(b)を参照して説明したように、入力ポート232から入力した負圧は、空洞部243、孔部245、溝部244、孔部255、孔部263bを介して第2開口部262bに供給された後に、出力ポート218に出力可能である。一方、出力ポート218Bの第2接続流路270bにおいては、出力ポート218Aの第2接続流路270bの溝部244および溝部246を介して入力した負圧が第2開口部262bに供給された後に、出力ポート218に出力可能である。
Therefore, in the second
出力ポート218Aの第2接続流路270cにおいて大気圧供給が行われる第2開口部262cは、一例として、角度−180°〜−150°および角度0°〜30°の二つの範囲に配置されている。第2接続流路270cにおいて空洞部241は、軸線JXと同軸に配置されているため、第2開口部262cの底部に開口する周方向の位置に配置され径方向に延びる孔部242、252、263cは、出力ポート218Aの範囲において空洞部241と連通する。
As an example, the
出力ポート218Bの第2接続流路270cにおいて大気圧供給が行われる第2開口部262cは、一例として、角度−120°〜−90°、角度−30°〜−0°、角度60°〜90°および角度150°〜180°の四つの範囲に配置されている。第2接続流路270cにおいて空洞部241は、軸線JXと同軸に配置されているため、第2開口部262cの底部に開口する周方向の位置に配置され径方向に延びる孔部242、252、263cは、出力ポート218Bの範囲において空洞部241と連通する。
The
従って、出力ポート218Aの第2接続流路270b、および出力ポート218Bの第2接続流路270bのいずれにおいても、上記図6(c)を参照して説明したように、入力ポート241から入力した大気圧は、空洞部241、孔部242、孔部252、孔部263cを介して第2開口部262cに供給された後に、出力ポート218に出力可能である。
Therefore, both the second
上記の出力ポート218A、218Bのそれぞれにおいては、隙間217が第1接続流路219a、219b、219cに跨って接続されて共有される共有流路であるため、第2開口部262a、262b、262cのうちの二つ以上が軸線JX方向に重複していると、正圧、負圧、大気圧のうちの二つ以上の圧力が混合して供給される可能性がある。この場合には、所定の圧力を出力ポート218Aに供給できない可能性があるため、第2開口部262a、262b、262cを軸線JX方向に重複させない必要がある。
In each of the
上記構成のバルブ装置200において、モータ300の駆動により回転部230を、例えば、図7に示した角度−180°の位置から角度180°の位置まで軸線JX周りに回転させた際には、以下の圧力供給が行われる。
In the
出力ポート218Aにおいて、まず、角度−180°〜-150°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度−150°〜-120°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−120°〜-90°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−90°〜0°の範囲で正圧が供給される。次に、角度0°〜30°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度30°〜180°の範囲で負圧が供給される。
At the
一方、出力ポート218Bにおいて、まず、角度−180°〜-150°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−150°〜-120°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−120°〜-90°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度−90°〜−60°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−60°〜−30°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−30°〜0°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度0°〜30°の範囲で負圧が供給される。次に、角度30°〜60°の範囲で正圧が供給される。次に、角度60°〜90°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度90°〜120°の範囲で負圧が供給される。次に、角度120°〜150°の範囲で正圧が供給される。次に、角度150°〜180°の範囲で大気圧が供給される。つまり、出力ポート218Bにおいては、負圧、正圧、大気圧が角度30°の範囲で順次繰り返して供給される。
On the other hand, in the
上記の正圧、負圧、大気圧の供給および供給停止のタイミングは、第2開口部262a、262b、262cの周方向の位置によって設定される。上記の正圧、負圧、大気圧の供給時間および供給停止時間は、第2開口部262a、262b、262cの周方向の長さ(角度)によって設定される。
例えば、回転部230の回転速度を毎分N回転とすると、正圧、負圧、大気圧を供給時間t分で供給するときの第2開口部262a、262b、262cの周方向の角度θPは、以下の式(1)で表される。
θP=360*N*t …(1)
従って、正圧、負圧、大気圧を供給するタイミングに応じて第2開口部262a、262b、262cの周方向の位置を設定し、正圧、負圧、大気圧を供給する時間の長さに応じて第2開口部262a、262b、262cの周方向の長さを式(1)で求められる角度に設定すればよい。
The timing of supplying and stopping the supply of the positive pressure, the negative pressure, and the atmospheric pressure is set by the positions of the
For example, assuming that the rotation speed of the
θP = 360 * N * t ... (1)
Therefore, the positions of the
なお、回転部230を同一方向に回転した場合、入力ポート231〜233に接続された配管に捻れが生じることからロータリーコネクタ等を用いることも考えられるが、装置の大型化及びコスト増を招く可能性がある。そのため、装置の小型化及びコストダウンを考慮すると、例えば、回転部230が1回転(1周)した後に、逆方向に1回転(1周)させて回転量を0に戻す等の方法を採ることが好ましい。
If the
また、回転部230を回転させる際には、一定の速度で回転させてもよいし、例えば、1度づつ等の少量の定速ステップ送り、所定の角度で数秒間停止させる制御を行う等の方法を採ってもよい。
Further, when rotating the
以上説明したように、本実施形態のバルブ装置200においては、正圧、負圧、大気圧が供給された第2開口部262a、262b、262cを有する回転部230を軸線JX周りに回転させることにより、第2開口部262a、262b、262cの周方向の位置、および周方向の長さに応じた任意のタイミングおよび任意の時間で正圧、負圧、大気圧を選択的に出力ポート218に出力することができる。また、本実施形態のバルブ装置200においては、複数の出力ポート218A、218B毎に異なる周方向の位置、および周方向の長さで第2開口部262a、262b、262cを配置することにより、出力ポート218A、218B毎に正圧、負圧、大気圧の供給タイミングおよび供給時間長さを設定することができる。そのため、本実施形態のバルブ装置200においては、圧力供給対象に対して複数種の圧力を供給する際に圧力種毎に電磁弁等の供給制御機器および制御用の配線等を設ける必要がなくなり、設備の大型化、高価格化を抑制することができる。また、本実施形態のバルブ装置200においては、複数の出力ポート218A、218B毎に第2開口部262a、262b、262cを任意のパターンで配置することにより、容易に種々の圧力供給パターンを設定することができる。
As described above, in the
また、本実施形態のバルブ装置200においては、固定部210における隙間217が、正圧、負圧、大気圧を出力ポート218に供給する際の共有流路となっているため、各圧力毎に出力ポート218を設ける場合と比べて装置の小型化、低価格化を実現できる。本実施形態のバルブ装置200においては、負圧供給系、大気圧供給系を間に挟んで複数の正圧供給系を配置する場合でも、溝部257同士を接続する溝部258によって正圧を容易に導入することができ、流路設計の容易化を図ることが可能である。これは、溝部246によって溝部244同士を接続した負圧供給系についても同様である。
Further, in the
本実施形態のバルブ装置200においては、軸線JXを含む断面形状が半円状で固定部120の内周面211aと局所的に当接するリブ部261a、261b、261cの先端に第2開口部262a、262b、262cが配置されているため、第2開口部262a、262b、262cの密封度を高めることができ、出力ポート218に供給される圧力の変動を抑制することができる。
In the
[システム]
次に、上記の圧力供給装置110を備えたシステムについて、図8及び図9を参照して説明する。本実施形態では、流路を有する流体デバイスに対して、流路を開閉するバルブおよび流路に溶液を充填するためのバルブとして、上記のバルブ装置200を用いて圧力を供給するシステムについて説明する。
[system]
Next, the system including the
図8および図9は、システムVSを模式的に示した断面図である。
システムVSは、流体デバイス100、バルブ板170および上記のバルブ装置200を備えている。
8 and 9 are cross-sectional views schematically showing the system VS.
The system VS includes a
[流体デバイス]
流体デバイス100は、検体試料に含まれる試料物質を精製および検出等を行うデバイスである。試料物質は、例えば、DNAやRNAなどの核酸、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子である。流体デバイス100は、流路及びバルブが形成された基板9からなる。
[Fluid device]
The
基板9は、第1基板9Aと、第1基板9Aに積層された第2基板9Bとを備えている。流路Cは、第1基板9Aにおける第2基板9Bと対向する面と、第2基板9Bにおける第1基板9Aと対向する面に設けられたシート状の流路壁11との間に形成されている。流路Cは、例えば、第1基板9Aの上面に形成された線状の窪みと、流路壁11との間に形成されている。流路壁11としては、一例として、ポリオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマーを例示することができる。
The substrate 9 includes a
流体デバイス100は、正圧および大気圧を用いて流路Cを開閉するバルブVと、負圧および大気圧を用いて流路Cに溶液を移動させる移動部Mとを有している。流体デバイス100には、バルブVおよび移動部Mがそれぞれ複数設けられており、図8および図9には代表的にバルブVおよび移動部Mが示されている。
The
移動部Mによる溶液の移動とは、負圧吸引により流路Cに溶液を導入することと、負圧吸引により流路Cから溶液を排出することとを含む。負圧吸引により流路Cから溶液を排出することは、流体デバイス100に流路Cに接続して設けられた排液槽に流路Cから溶液を排液することを含む。上記の流路Cへの溶液の導入停止および流路Cからの溶液排出停止は、負圧供給から大気圧供給に切り替えることにより行われる。
The movement of the solution by the moving unit M includes introducing the solution into the flow path C by negative pressure suction and discharging the solution from the flow path C by negative pressure suction. Discharging the solution from the flow path C by negative pressure suction includes draining the solution from the flow path C into a drainage tank provided in the
第2基板9Bは、バルブVが配置される位置に、底部に流路壁11が露出する窪み12aを有している。窪み12aの上端は、開口している。バルブVは、図8に示されるように、窪み12aに正圧が供給されず大気圧が供給された状態では、流路壁11が変形せずに流路Cを開状態に設定する。バルブVは、図9に示されるように、窪み12aに正圧が供給された状態では、流路壁11が弾性変形して下方に撓み、第1基板9Aに接触することにより流路Cを閉状態に設定する。
The
第2基板9Bは、移動部Mが配置される位置に、第2基板9Bおよび流路壁11を貫通する露出する窪み12bを有している。移動部Mは、図9に示されるように、窪み12bに負圧が供給されたときに、流路Cを負圧吸引することにより、流路Cへの溶液の導入、または流路Cからの溶液の排液が行われる。
The
第2基板9Bは、上面においてバルブ板170と接合される。
バルブ板170は、バルブVが配置される位置に窪み12aと連通する孔部171を有している。バルブ板170は、移動部Mが配置される位置に窪み12bと連通する孔部172を有している。
The
The
孔部171には、一例として、バルブ装置200における出力ポート218Aから、第2開口部262a、262cの周方向の位置に応じたタイミングで第2開口部262a、262cの周方向の長さに応じた時間で配管221を介して正圧および大気圧がそれぞれ供給される。出力ポート218Aから孔部171に正圧が供給されることにより、バルブVは流路Cを閉状態に設定する。出力ポート218Aから孔部171に大気圧が供給されることにより、バルブVは流路Cを開状態に設定する。
As an example, the
孔部172には、一例として、バルブ装置200における出力ポート218Bから、第2開口部262b、262cの周方向の位置に応じたタイミングで第2開口部262b、262cの周方向の長さに応じた時間で配管222を介して負圧および大気圧がそれぞれ供給される。出力ポート218Bから孔部172に負圧が供給されることにより、移動部Mにおいては流路Cへの溶液の導入、または流路Cからの溶液の排液が行われる。出力ポート218Bから孔部172に大気圧が供給されることにより、移動部Mにおいては流路Cへの溶液の導入、または流路Cからの溶液の排液が停止される。
As an example, the
以上、説明したように、本実施形態システムVSでは、流体デバイス100を用いて試料物質の精製・検出を行う際に、上記のバルブ装置200を用いて正圧、負圧および大気圧を供給しているため、設備の大型化、高価格化を抑制しつつ種々の圧力供給パターンを容易に設定することができる。本実施形態システムVSでは、圧力値の変動が抑制された正圧、負圧および大気圧が流体デバイス100に供給されるため、流体デバイス100を用いた試料物質の精製・検出を高精度に実施することが可能になる。
As described above, in the present embodiment system VS, when purifying / detecting the sample substance using the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiments according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above examples. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-mentioned examples are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態では、本実施形態のバルブ装置200を正圧および大気圧を用いて流路Cを開閉するバルブVと、負圧および大気圧を用いて流路Cに溶液を移動させる移動部Mとを有する流体デバイス100に適用する構成を例示したが、対象物としては流体デバイス100に限定されず、正圧、負圧および大気圧を用いて所定の処理が行われるシステムに広く適用可能である。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、固定部210に円形で開口面積が一定の第1開口部216a、216b、216cが設けられ、回転部230に圧力の供給時間に応じた周長の第2開口部262a、262b、262cが設けられる構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、固定部210に圧力の供給時間に応じた周長の第1開口部が設けられ、回転部230に開口面積が一定の第2開口部が設けられる構成や、固定部210に圧力の供給時間に応じた周長の第1開口部が設けられ、回転部230に圧力の供給時間に応じた周長の第2開口部が設けられる構成であってもよい。
Further, in the above embodiment, the fixed
上記実施形態では、入力ポートに三種類の圧力が入力する構成を例示したが、2種の圧力や4種類以上の圧力が入力する構成であってもよい。 In the above embodiment, the configuration in which three types of pressures are input to the input port is illustrated, but a configuration in which two types of pressures or four or more types of pressures are input may be used.
また、上記実施形態では、固定部210の内周面211aと軸線JXとの距離、および内周面211aと嵌合する回転部230の外径(リブ部261a、261b、261cの先端径)が軸線JX方向で一定である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、内部空間211が軸線JX方向の−X側に先細って形成され、回転部230の外周面が、軸線JX方向の−X側に向かうに従って内径が小さくなる内周面に嵌合する、所謂、テーパ合わせされる構成であってもよい。この構成を採ることにより、内部空間211の内径と回転部230の外径との少なくとも一方に誤差が生じた場合でも、固定部210と回転部2301の軸線JX方向の相対位置を調整することで、固定部210の内周面211aと回転部230の外周面とを嵌合させることが可能である。そのため、内部空間211の内径と回転部230の外径との少なくとも一方に誤差が生じた場合でも、第2開口部262a、262b、262cにおける密封度を高めて出力ポート218に供給される圧力の変動を抑制することができる。
Further, in the above embodiment, the distance between the inner
100…流体デバイス、 200…バルブ装置、 210…固定部、 211…内部空間、 211a…内周面、 216a、216b、216c…第1開口部、 217…隙間(共有流路)、 218…出力ポート、 219a、219b、219c…第1接続流路、 230…回転部、 231、232、233…入力ポート、 240…軸部(第1部材)、 243…空洞部(第2空洞部)、 244…溝部(第3溝部)、 245…孔部(第3孔部)、 246…溝部(第4溝部)、 250…筒部(第1部材)、 251…空洞部(第1空洞部)、 255…孔部(第4孔部)、 256…孔部(第1孔部)、 257…溝部(第1溝部)、 258…溝部(第2溝部)、 260…筒部(第2部材、第3部材)、 262a、262b、262c…第2開口部、 263a…孔部(第2孔部)、 263b…孔部(第5孔部)、 270a、270b、270c…第2接続流路、 C…流路、 JX…軸線、 M…移動部、 V…バルブ、 VS…システム 100 ... Fluid device, 200 ... Valve device, 210 ... Fixed part, 211 ... Internal space, 211a ... Inner peripheral surface, 216a ... 216b, 216c ... First opening, 217 ... Gap (shared flow path), 218 ... Output port , 219a, 219b, 219c ... 1st connection flow path, 230 ... Rotating part, 231 ... 232, 233 ... Input port, 240 ... Shaft part (1st member), 243 ... Cavity part (2nd cavity part), 244 ... Groove (third groove), 245 ... Hole (third hole), 246 ... Groove (fourth groove), 250 ... Cylinder (first member), 251 ... Cavity (first cavity), 255 ... Hole (4th hole), 256 ... Hole (1st hole), 257 ... Groove (1st groove), 258 ... Groove (2nd groove), 260 ... Cylinder (2nd member, 3rd member) ), 262a, 262b, 262c ... 2nd opening, 263a ... hole (second hole), 263b ... hole (fifth hole), 270a, 270b, 270c ... second connection flow path, C ... flow Road, JX ... axis, M ... moving part, V ... valve, VS ... system
Claims (13)
前記所定圧力の流体が入力する入力ポートを有し、前記軸線方向に延びる円柱状に形成され前記内部空間に前記軸線周りに回転可能に保持される回転部と、
を備え、
前記固定部は、それぞれが前記内部空間に臨む内周面に形成された第1開口部を含み前記出力ポートに接続された複数の第1接続流路を有し、
前記回転部は、前記第1開口部の前記軸線方向の位置に応じて前記内部空間に臨む外周面に形成された第2開口部を含みそれぞれが前記入力ポートに接続された複数の第2接続流路とを有し、
前記固定部に対する前記軸線周り方向の前記回転部の位置に応じて、前記第1開口部と前記第2開口部とが連通する第1状態と、前記第1開口部と前記第2開口部とが非連通となる第2状態とが設定されるバルブ装置。 A fixed portion having an internal space extending in a predetermined axial direction and a plurality of output ports arranged at intervals in the predetermined axial direction and capable of outputting a fluid of a predetermined pressure, respectively.
A rotating portion having an input port for inputting a fluid of a predetermined pressure, formed in a columnar shape extending in the axial direction, and rotatably held in the internal space around the axis.
With
The fixed portion has a plurality of first connection flow paths connected to the output port, each including a first opening formed on an inner peripheral surface facing the internal space.
The rotating portion includes a second opening formed on an outer peripheral surface facing the internal space according to the position of the first opening in the axial direction, and a plurality of second connections each connected to the input port. Has a flow path and
The first state in which the first opening and the second opening communicate with each other, and the first opening and the second opening, depending on the position of the rotating portion in the axial direction with respect to the fixing portion. A valve device in which a second state is set in which is non-communication.
請求項1に記載のバルブ装置。 At least one of the first opening and the second opening is located at a position in the axial direction according to the timing of the first state, and around the axis according to the time of the first state. The valve device according to claim 1, which is arranged in length.
前記第2接続流路は、前記複数の入力ポート毎に互いに独立して設けられている
請求項2に記載のバルブ装置。 The rotating unit has a plurality of the input ports.
The valve device according to claim 2, wherein the second connection flow path is provided independently of each other for each of the plurality of input ports.
前記第1開口部は、前記複数の入力ポートに対応する複数の前記第2開口部毎に設けられ、
前記第1接続流路は、前記出力ポートに接続されているとともに、前記複数の入力ポートに対応する複数の前記第1開口部に跨って接続されて共有される共有流路を含む
請求項3に記載のバルブ装置。 The second openings corresponding to the plurality of input ports are arranged at intervals in the axial direction.
The first opening is provided for each of the plurality of second openings corresponding to the plurality of input ports.
3. The first connection flow path includes a shared flow path that is connected to the output port and is connected and shared across a plurality of the first openings corresponding to the plurality of input ports. The valve device described in.
請求項3に記載のバルブ装置。 The valve device according to claim 3, wherein the second openings corresponding to the plurality of input ports are arranged so as to be spaced apart from each other in the direction around the axis.
前記第2接続流路は、一端側が前記入力ポートに接続され前記軸線方向に沿って形成された第1空洞部と、前記第1空洞部と前記第2開口部とを接続する第1中継路とを含み、
前記第1空洞部は、前記第1部材に設けられ、
前記第1中継路は、前記第1部材の外周面に前記軸線を中心とする周方向に形成され前記軸線を中心とする径方向に前記第2開口部と重複する第1位置と、前記周方向で前記第1位置とは異なる第2位置とを含む範囲に配置された第1溝部と、前記第1部材に前記周方向の前記第2位置に形成され前記径方向に延びて前記第1空洞部と前記第1溝部とを接続する第1孔部と、前記第2部材に前記周方向の前記第1位置に形成され前記径方向に延びて前記第1溝部と前記第2開口部とを接続する第2孔部とを含む請求項3から請求項5のいずれか一項に記載のバルブ装置。 The rotating portion includes a first member centered on the axis and a second member coaxially fitted with the outer peripheral surface of the first member and the second opening is formed on the outer peripheral surface.
The second connection flow path is a first relay path that connects a first cavity having one end connected to the input port and formed along the axial direction, and connecting the first cavity and the second opening. Including and
The first cavity portion is provided in the first member.
The first relay path is formed on the outer peripheral surface of the first member in the circumferential direction centered on the axis, and has a first position overlapping the second opening in the radial direction centered on the axis, and the circumference. The first groove portion arranged in a range including a second position different from the first position in the direction, and the first groove portion formed in the first member at the second position in the circumferential direction and extending in the radial direction. A first hole portion connecting the cavity portion and the first groove portion, and the first groove portion and the second opening portion formed in the second member at the first position in the circumferential direction and extending in the radial direction. The valve device according to any one of claims 3 to 5, which includes a second hole portion for connecting the two.
隣り合う前記第2接続流路における前記第1溝部同士を接続する第2溝部を有する
請求項6に記載のバルブ装置。 A plurality of the second connection flow paths are provided at intervals in the axial direction.
The valve device according to claim 6, further comprising a second groove portion that connects the first groove portions in the adjacent second connection flow path.
前記第2接続流路は、一端側が前記入力ポートに接続され前記軸線方向に沿って形成された第2空洞部と、前記第2空洞部と前記第2開口部とを接続する第2中継路とを含み、
前記第2空洞部は、前記第1部材に設けられ、
前記第2中継路は、前記第1部材の外周面に前記軸線を中心とする周方向に形成され前記軸線を中心とする径方向に前記第2開口部と重複する第3位置と、前記周方向で前記第3位置とは異なる第4位置とを含む範囲に配置された第3溝部と、前記第1部材に前記周方向の前記第4位置に形成され前記径方向に延びて前記第2空洞部と前記第3溝部とを接続する第3孔部と、前記第2部材に前記周方向の前記第3位置に形成され前記径方向に延びて内径側で前記第3溝部に臨んで開口し、外径側で前記第2部材の外周面に開口する第4孔部と、前記第3部材に前記第4孔部と同軸に形成され前記第4孔部と前記第2開口部とを接続する第5孔部とを含む請求項3から請求項7のいずれか一項に記載のバルブ装置。 The rotating portion has a first member centered on the axis, a second member coaxially fitted with the outer peripheral surface of the first member, and the second member coaxially fitted with the outer peripheral surface of the second member. The opening includes, includes, and includes a third member formed on the outer peripheral surface.
The second connection flow path is a second relay path that connects a second cavity having one end connected to the input port and formed along the axial direction, and the second cavity and the second opening. Including and
The second cavity is provided in the first member.
The second relay path is formed on the outer peripheral surface of the first member in the circumferential direction centered on the axis, and has a third position overlapping the second opening in the radial direction centered on the axis, and the circumference. A third groove portion arranged in a range including a fourth position different from the third position in the direction, and the second groove portion formed in the first member at the fourth position in the circumferential direction and extending in the radial direction. A third hole that connects the cavity and the third groove, and an opening that is formed in the second member at the third position in the circumferential direction, extends in the radial direction, and faces the third groove on the inner diameter side. Then, the fourth hole portion that opens on the outer peripheral surface of the second member on the outer diameter side and the fourth hole portion and the second opening portion that are formed coaxially with the fourth hole portion in the third member are formed. The valve device according to any one of claims 3 to 7, which includes a fifth hole to be connected.
隣り合う前記第2接続流路における前記第3溝部同士を接続する第4溝部を有する
請求項8に記載のバルブ装置。 A plurality of the second connection flow paths are provided at intervals in the axial direction.
The valve device according to claim 8, further comprising a fourth groove portion that connects the third groove portions in the adjacent second connection flow path.
請求項3から請求項9のいずれか一項に記載のバルブ装置。 According to any one of claims 3 to 9, a fluid selected from an atmospheric pressure fluid, a fluid having a pressure higher than the atmospheric pressure, and a fluid having a pressure lower than the atmospheric pressure is input to the plurality of input ports, respectively. The described valve device.
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のバルブ装置。 Claims 1 to claim that the inner peripheral surface of the fixed portion on which the first opening is formed and the outer peripheral surface of the rotating portion on which the second opening is formed have a shape that tapers in the axial direction. 10. The valve device according to any one of 10.
前記溶液の流動に関する用力の供給および供給停止を行う請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のバルブ装置と、
を備えるシステム。 A fluid device having a flow path through which a solution containing a sample substance flows,
The valve device according to any one of claims 1 to 11, which supplies and stops the supply of the force related to the flow of the solution.
System with.
請求項12に記載のシステム。 The force includes at least one of a positive pressure used for opening and closing or feeding the flow path and a negative pressure used for filling the flow path with the solution or discharging the solution from the flow path. Item 12. The system according to item 12.
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