JP6974608B2 - 微細流動装置および微細流動装置の制御設備 - Google Patents
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Description
本発明は、流体の流れを制御するための微細流動装置および微細流動装置の制御設備に関する。
一般に、微細流動装置は、流体を収容するチャンバーの間にある流路に設置されたバルブを通じて流体の流れを制御していくつかの指定された機能を遂行する。
バルブは、微細流体を活用する関連研究において流体制御のための最も重要な要素の一つである。バルブの操作を通じて流体の流れを制御することができる。これを通じて多様な機能を単一のチップに一体化することができるようになる。
最近、弾性を有する物質を活用してディスク上で流体の流れを調節できるバルブが開発されている。このようなバルブは開放作業と閉鎖作業を反復的に遂行できるので、流体の流れの制御により効果的である。
そこで、さらに効果的に流体の流れを制御できるようにバルブに対する多様な研究が行われている。バルブ操作と制御が非効率的に設計された場合、サンプル注入から結果検出まで全過程での自動化が必要な現場診断デバイス開発などで大きな問題として作用することがある。したがって、微細流動装置でバルブのより改善された構造が要求される。
本発明は、流体制御のためのバルブの構造をより単純で効率的に改善した微細流動装置および微細流動装置の制御設備を提供する。
本発明は、バルブをより簡便かつ効果的に操作できる微細流動装置および微細流動装置の制御設備を提供する。
本発明の実施形態による微細流動装置は、少なくとも一つ以上のチャンバーが具備されたプラットフォームと、前記チャンバーに連結されて流体を移送する少なくとも一つ以上の流路と、前記流路を開閉するバルブとを含み得る。
前記バルブは、プラットフォームに設置されるボディーと、前記ボディーに設置され流路に接して流路を選択的に遮断する遮断板と、前記ボディー内部に移動可能に設置されて遮断板を加圧する加圧棒と、前記ボディーに設置されて加圧棒を遮断板の加圧位置に固定する固定部とを含み得る。
前記ボディー下端に突出形成されて遮断板をプラットフォームに加圧して密着させる突起をさらに含むことができる。
前記固定部は、ボディー側面に弾性的に設置され、先端がボディー内側に突出して加圧棒の先端を係止して固定する弾性ラッチを含み得る。
前記加圧棒は、先端に前記弾性ラッチに係止される係止顎が形成され、前記係止顎は、直径が前記ボディーの内径より小さく、前記弾性ラッチの内径より大きい構造であり得る。
前記加圧棒は、側面に形成され、前記弾性ラッチに係止されて加圧棒の離脱を防止する段顎をさらに含むことができる。
前記加圧棒を移動させて流路を開閉するバルブ作動部をさらに含み、前記バルブ作動部は、前記バルブの加圧棒に外力を印加して前記加圧棒を弾性ラッチに係止して固定するための加圧部、および前記加圧棒の固定状態を解除させるための解除部を含み得る。
前記加圧部は、前記ボディー上に位置し下端が開放されたハウジングと、前記ハウジング内に設置される電磁石と、前記電磁石に電流を印加する電流供給部と、前記ハウジング内に移動可能に設置され電磁石の磁力によって押し出されて加圧棒を加圧して移動させる磁性体とを含み得る。
前記磁性体の下端直径は、前記加圧棒の係止顎の直径より小さい構造であり得る。
前記解除部は、ハウジングに連結されてハウジングをボディー内部に沿って移動させる駆動部を含み、前記ハウジングは、ボディーに向かう下端直径が前記ボディーの内径以下であり、前記加圧棒の係止顎の直径以上に形成されて、前記ボディー内部に移動して前記弾性ラッチが外側に隔たる構造であり得る。
前記ボディーは、円筒形断面構造であり得る。
前記遮断部材は弾性を有する材質からなり、前記加圧棒によって加圧変形して流路を開閉する構造であり得る。
前記遮断部材は、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ）、ポリブタジエン、ブチル、ポリイソプレン、クロロプレン、弾性合成樹脂、ゴム、シリコンから選択される少なくともいずれか一つを含み得る。
本実施形態の制御設備は、少なくとも一つ以上のチャンバーが具備されたプラットフォームと、前記チャンバーに連結されて流体を移送する少なくとも一つ以上の流路と、前記流路を開閉するバルブとを含み、前記バルブは、プラットフォームに設置されるボディーと、前記ボディーに設置され流路に接して流路を選択的に遮断する遮断板と、前記ボディー内部に移動可能に設置されて遮断板を加圧する加圧棒と、前記ボディー側面に弾性的に設置され先端がボディー内側に突出して加圧棒の先端を係止して固定する弾性ラッチとを含む微細流動装置の制御設備であり得る。
前記制御設備は、前記微細流動装置に具備されたバルブを開閉作動するためのバルブ作動部と、前記バルブ作動部を移動させるための移動部とを含み、前記バルブ作動部は、前記バルブの加圧棒に外力を印加して前記加圧棒を弾性ラッチに係止して固定するための加圧部と、前記加圧棒の固定状態を解除させるための解除部とを含み得る。
前記加圧部は、前記ボディー上に位置し下端が開放されたハウジングと、前記ハウジング内に設置される電磁石と、前記電磁石に電流を印加する電流供給部と、前記ハウジング内に移動可能に設置され電磁石の磁力によって押し出されて加圧棒を加圧して移動させる磁性体とを含み得る。
前記磁性体の下端直径は、前記加圧棒の係止顎の直径より小さい構造であり得る。
前記解除部は、ハウジングに連結されてハウジングをボディー内部に沿って移動させる駆動部を含み、前記ハウジングは、ボディーに向かう下端直径が前記ボディーの内径以下であり、前記加圧棒の係止顎の直径以上に形成されて、前記ボディー内部に移動して前記弾性ラッチが外側に隔たる構造であり得る。
本発明は、流体の流れを制御するバルブの操作性が改善されてバルブをより効果的に操作することができる。
本発明は、バルブの構造が簡単で製造が容易であり、より簡便に使用することができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は本発明の概念および範囲を逸脱しない限度内で多様な形態で変形され得る。できる限り同一または類似の部分は、図面において同一の符号を用いて示す。
ここに使用される専門用語は、単に特定の実施形態に言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文章がこれと明らかに反対の意味を表さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるものではない。
ここに使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。辞書に定義された用語は、関連する技術文献や現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
図１は、本実施形態による微細流動装置の制御設備を示す図である。
本実施形態の微細流動装置１００は、複数のチャンバー１１４、１１６が具備されたプラットフォーム１１０と、チャンバー１１４、１１６間を連結する複数の流路１１８と、各流路１１８を開閉してチャンバー１１４、１１６間を選択的に連通するバルブ１２０とを含み得る。
微細流動装置１００は、例えば、分析システムに装着されて試料を分析するために用いることができる。分析システムは、微細流動装置のプラットフォームを回転させる回転駆動部２００を備え、分析のために微細流動装置に光を照射する光源および微細流動装置を通過した光を分析する分光器を備えることができる。分析システムは、光源と分光器を用いて試薬によって変わった試料の色に応じた成分を検出する。分析対象物質の色に応じて、分光器にはそれぞれ異なる波長が示され、検出された波長によって分析対象物質を検出することができる。また、分析対象物質の濃度が高ければ吸光度もこれに比例して増加するので、分光器で測定された吸光度に基づいて分析物質の濃度を検出することができる。分析システムは、監視のためのカメラとストロボライトをさらに含むことができる。分析システムは、微細流動装置の構造や分析対象に応じて多様な構造に変形可能であり、特に限定されない。
プラットフォーム１１０は回転中心を有し、例えば、回転可能な円板形状からなる。プラットフォーム１１０は、チャンバー１１４、１１６と流路１１８を形成するために、二つの基板を取り付けて構成し得る。以下、説明の便宜のために、図２に示すように、ｙ軸方向に沿って相対的に上方に配置された基板を第１基板１１１、下方に配置された基板を第２基板１１３とする。本実施形態で、第２基板１１３の内面には流体を収容するチャンバー１１４、１１６と、チャンバーを連結する流路１１８と、を形成し得る。第１基板１１１は、第２基板１１３に接合されてチャンバー１１４、１１６と流路１１８の開放された上部を塞ぐことになる。もちろん、前記構造とは逆に、第１基板にチャンバーと流路を形成し得、特に限定されない。第１基板１１１と第２基板１１３は、接着剤を用いた接着、超音波溶着、レーザー溶着などの多様な方法で接合されてプラットフォーム１１０を形成し得る。プラットフォーム１１０は、化学的および生物学的安定性と光学的透明性を有する素材からなることができる。
本実施形態で、第１基板１１１上には流路と対応する位置に流路を遮断するための遮断板（図２の１２２参照）を設置し得る。これについては、後述する。または、第１基板自体が弾性的に変形可能な材質からなり、流路を遮断する遮断板として作用することができる。
プラットフォーム１１０が回転すれば遠心力によってチャンバー１１４に貯蔵された試料が流路を通して他のチャンバー１１６に移動することができる。チャンバー１１４とチャンバー１１６との間に設けられたバルブ１２０が試料の移動を統制する。
図１に示すように、微細流動装置１００を制御駆動するための制御設備は、微細流動装置１００の外側に配置され、プラットフォーム１１０に具備された複数のバルブ１２０のうちの少なくともいずれか一つを開閉作動するためのバルブ作動部３００を含む。
本実施形態の制御設備は、バルブ作動部３００が微細流動装置１００とは別に設置されて微細流動装置のバルブ１２０を駆動する構造であり得る。このような構造の場合、バルブ作動部３００を制御設備に一つのみ設置することができる。バルブまたはバルブ作動部の位置を移動させて一つのバルブ作動部で微細流動装置内に設置された各バルブを駆動することができる。
前記構造以外に、制御設備は、微細流動装置に具備された各バルブにそれぞれバルブ作動部が備えられ、バルブがそれぞれのバルブ作動部によって個別的に駆動される構造であり得る。すなわち、バルブはバルブ駆動のためのバルブ作動部が共に結合された構造であり得る。
以下、微細流動装置のバルブとは別に制御設備内にバルブ作動部が備えられて、選択されたバルブを制御駆動する構造を例として説明する。そのために、本実施形態の制御設備は、バルブ作動部３００を選択したバルブ１２０位置に移動させるための移動部４００をさらに含むことができる。
移動部４００は、プラットフォーム１１０上に中心に向かって水平方向に配置されてバルブ作動部３００を水平移動させる水平移動部４１０を含み得る。また、プラットフォーム１１０に垂直方向に配置されてバルブ作動部３００をプラットフォーム１１０に対して上下に移動させる垂直移動部４２０をさらに含むことができる。バルブ作動部３００は、垂直移動部４２０に連結されて上下移動し、垂直移動部４２０は、水平移動部４１０に連結されて水平方向に移動し得る。これにより、水平移動部４１０と垂直移動部４２０の駆動によりバルブ作動部３００を必要な位置に移動させ得る。垂直移動部４２０と水平移動部４１０はコントローラー４３０に連結され、コントローラー４３０の制御信号により駆動されてバルブ作動部を選択されたバルブ上部に移動させる。
また、制御設備のコントローラー４３０は、回転駆動部２００を制御してプラットフォーム１１０の回転量を制御する。これにより、プラットフォーム１１０に具備された複数のバルブ１２０のうち、選択されたバルブ１２０をバルブ作動部３００の位置に移動させ得る。
垂直移動部４２０は、図１においてプラットフォーム１１０に対してｙ軸方向に沿ってバルブ作動部３００を移動させる。水平移動部３３０は、図１においてｘ軸方向に沿ってバルブ作動部３００を移動させる。垂直移動部４２０と水平移動部４１０は、例えば移動レールとリニアモータを用いたレール移動構造であり得る。垂直移動部４２０と水平移動部４１０は、直交座標系に沿ってバルブ作動部３００を移動させ得る構造であれば全て適用可能である。
回転駆動部２００は、プラットフォーム１１０を回転させることによって、図１のｘｚ平面上においてバルブ１２０の位置を移動させ得る。これにより、ｘ軸とｙ軸についてはバルブ１２０に対してバルブ作動部３００を移動させ、ｚ軸についてはバルブ作動部３００に対してバルブ１２０を移動させ得る。これはまるでバルブ作動部３００を３軸移動させるように、バルブ作動部３００を制御しようとするバルブ１２０上に正確に位置させ得る。したがって、コントローラー４３０の制御駆動によりバルブ作動部３００を所望の位置に移動させて、バルブ１２０を機械的に操作できるようになる。
以下、図２を参照して、本実施形態によるバルブとバルブ作動部の構成について説明する。以下の説明において、上または上部とは、ｙ軸方向に沿って上方を意味し、下または下部とは、ｙ軸方向に沿って下方を意味する。
バルブ１２０は、プラットフォーム１１０に設置されるボディー１２１と、ボディー１２１に設置され流路１１８に接して流路を選択的に遮断する遮断板１２２と、ボディー１２１の内部に移動可能に設置されて遮断板１２２を加圧する加圧棒１２３と、ボディー１２１に設置されて加圧棒１２３を遮断板１２２の加圧位置に固定する固定部とを含み得る。
ボディー１２１は、上端が開放された円筒形状からなる。ボディー１２１の内側下端には遮断板１２２が設置され得る。
ボディー１２１は、プラットフォーム１１０に取付設置され得る。または、図２に示すように、ボディー１２１は、下端に掛け金１２５が延長形成されてプラットフォーム１１０と着脱可能に結合し得る。プラットフォーム１１０の第１基板１１１には、掛け金が嵌合される嵌合溝１２６を形成し得る。これにより、ボディーの掛け金１２５が第１基板の嵌合溝１２６に嵌合されると、ボディー１２１はプラットフォーム１１０に固定設置される。
ボディー１２１は、遮断板１２２を第１基板１１１に加圧密着させ得るように、下端に突起１２７を突出形成し得る。突起１２７は、円筒形ボディー１２１の下端に沿って連続的に形成される。これにより、ボディー１２１がプラットフォーム１１０に結合されると、ボディー下端に突出形成された突起１２７が、遮断板１２２をプラットフォームの第１基板１１１に加圧して密着させる。したがって、遮断板１２２と第１基板１１１との間が緊密に密着して完全にシーリングされる。これにより、流路を通過する流体が遮断板１２２と第１基板１１１との隙間を通して外部に流出することを防止できる。
遮断板１２２は、加圧棒１２３によって加圧して弾性変形するか、または元の状態に復帰して流路１１８を開閉する構造になっている。以下、本実施形態では図２に示すように、加圧棒１２３によって加圧されて遮断板１２２が弾性変形された時、流路１１８を遮断し、元の状態に復帰して流路１１８を開放する構造を例として説明する。
遮断板１２２は、弾性変形可能であるようにそれ自体の弾性を有する材質からなる。例えば、遮断板１２２は、ポリジメチルシロキサン（ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ、ＰＤＭＳ）、ポリブタジエン、ブチル、ポリイソプレン、クロロプレンなどの弾性合成樹脂、またはゴム、シリコンから選択される少なくともいずれか一つの材質からなることができる。
本実施形態で遮断板１２２は、ボディー１２１下端に設置されて第１基板１１１の流路１１８部分に連結される。これにより、遮断板１２２は、一面はボディー内部と接し、他面は流路と接する。このような構造以外に、遮断板は、第１基板に一体に形成し得る。
遮断板１２２は、加圧棒１２３の外力によって加圧されて弾性変形して流路１１８を遮断するようになる。そして、加圧棒１２３に対する固定が解除されると遮断板１２２は自身の弾性復帰力により加圧棒を押し出しながら元の状態に回復して遮断されている流路１１８を開放させる。
以下、流路１１８が遮断されるように加圧棒１２３が遮断板１２２を加圧して弾性変形させる位置を固定位置とし、加圧棒の固定状態が解除されて流路１１８が開放され、加圧棒１２３が復帰した元の位置を解除位置とする。遮断板１２２は、加圧棒１２３が固定位置に移動する時に弾性変形して流路１１８を遮断するようになる。
加圧棒１２３は、所定長さを有するバー形状の構造物である。加圧棒１２３は、ボディー１２１内部においてボディーに沿って、上下方向（図２のｙ軸方向）に沿って移動可能に設置されて遮断板１２２を加圧変形させる。加圧棒１２３は、ボディー１２１と対応する断面形状からなる。本実施形態で加圧棒１２３は、ボディーのような円形断面構造であり得る。
本実施形態で、加圧棒１２３は、外力の方向と同じ方向に直線往復運動して遮断板１２２を加圧して移動させる構造になっている。これにより、加圧棒１２３は、流路１１８を遮断するための固定位置または流路１１８を開放するための解除位置のうち、いずれか一つに位置転換される。
加圧棒１２３の上端は、固定部に係止されるように係止顎１２８を形成する。加圧棒１２３は、上端の係止顎１２８が固定部に係止されて固定位置を維持し続けるようになる。
固定部は、加圧棒１２３を固定位置に固定させる。固定部は、弾性的に曲がる弾性ラッチ１２４を含み得る。本実施形態で、弾性ラッチ１２４は、ボディー１２１側面に一体に形成し得る。図２に示すように、弾性ラッチ１２４は、上端がボディー１２１側面に連結され、下端が自由端をなして弾性的に曲がる構造になっている。弾性ラッチ１２４は、ボディー１２１内側に向かって傾斜して伸び、自由端の下端はボディー１２１内側に突出して加圧棒１２３の係止顎１２８を係止して固定する構造になっている。弾性ラッチ１２４の内側面は所定角度で傾斜して傾斜面をなす。これにより、加圧棒の係止顎が弾性ラッチに沿ってスムーズに移動できる。弾性ラッチ１２４は、円筒形ボディー１２１の内周面に沿って少なくとも一個所以上に形成し得る。弾性ラッチ１２４は、ボディー１２１側面を切断して形成し得る。例えば、弾性ラッチ１２４は、ボディー１２１側面を３面から切断して上端がボディー１２１に連結された状態でボディー１２１内部に曲げて形成し得る。
加圧棒１２３が加圧されると弾性ラッチ１２４の下端を経て固定位置に移動し、加圧棒１２３によって遮断板１２２が加圧されて流路１１８が閉鎖される。加圧棒１２３が弾性ラッチ１２４を通過しながら弾性ラッチ１２４は弾性的に曲がる。加圧棒１２３が弾性ラッチ１２４を通過すれば曲がっていた弾性ラッチ１２４は自身の弾性復元力によって元の状態に復帰するようになる。これにより、ボディー内側に突出した弾性ラッチ１２４の下端が加圧棒１２３の上端の係止顎１２８に係止するようになる。したがって、加圧棒１２３は、弾性ラッチ１２４の下で弾性ラッチ１２４の下端に係止されて上に移動されず、固定位置に継続して位置して流路閉鎖状態を維持し続けるようになる。
ここで、加圧棒１２３の上端である係止顎１２８の直径Ａはボディー１２１の内径Ｂより小さく、弾性ラッチ１２４の内径Ｃより大きい構造であり得る。弾性ラッチ１２４の内径Ｃとは、弾性ラッチ１２４に外力が加わらない状態で弾性ラッチ１２４の突出した下端がなす直径サイズを意味する。加圧棒１２３の係止顎１２８の直径Ａがボディー１２１の内径Ｂより大きい場合には、加圧棒１２３がボディー１２１内部で上下に移動しにくい。係止顎１２８の直径Ａがボディー１２１の内径と同じ場合には、弾性ラッチ１２４を広げて加圧棒の固定状態を解除した時、加圧棒１２３がボディー１２１の開放された上部を通して外部に離脱できる。加圧棒１２３の係止顎の直径Ａが弾性ラッチ１２４の内径Ｃ以下である場合には、弾性ラッチ１２４の下端に加圧棒１２３が係止されない。これにより、加圧棒１２３が弾性ラッチ１２４に係止して固定されず、流路遮断状態を続けて維持できない。
弾性ラッチ１２４が外側に隔たるようになると加圧棒１２３の係止顎１２８に対する拘束が解除されて加圧棒１２３はボディー１２１に沿って上方に上昇できるようになる。これにより、加圧棒１２３は解除位置に移動し、流路は開放される。
本実施形態のバルブ１２０は、加圧棒１２３が弾性ラッチ１２４の下端を経て解除位置に上昇する時、開放されたボディー１２１の上端を通して外部に離脱することを防止する構造になっている。そのために、加圧棒１２３の側面には弾性ラッチ１２４に係止して加圧棒１２３の離脱を防止する段顎１２９を形成し得る。
図２に示すように、段顎１２９は、加圧棒１２３の上端から所定距離離隔して側面から突出形成される。段顎１２９は、円形状の加圧棒１２３の外周面に沿って形成し得る。例えば、段顎１２９は、加圧棒１２３の側面を内側に陥没して形成し得る。これにより、バルブ開放駆動により弾性ラッチ１２４が外側に隔たるようになると弾性ラッチから係止顎１２８が離脱して加圧棒１２３が上方に上昇する。上方に上昇する加圧棒１２３は、側面に形成された段顎１２９が弾性ラッチ１２４に係止されて移動が制限される。したがって、弾性ラッチ１２４に段顎１２９が係止されて拘束されながら加圧棒１２３はそれ以上上方に移動できず、ボディーから離脱しない。
係止顎１２８と段顎１２９との間の加圧棒１２３の側面は、下に行くほど漸次直径が減る傾斜面をなすことができる。このような構造の場合、加圧棒１２３が下降して係止顎１２８が弾性ラッチ１２４の側面を通過する時、係止顎１２８がより円滑に弾性ラッチ１２４に沿って移動できるようになる。
段顎１２９の外径Ｄはボディー１２１の内径Ｂ以下であり、加圧棒の係止顎１２８の直径Ａより大きい構造であり得る。段顎１２９の外径Ｄがボディー１２１の内径Ｂより大きい場合には、段顎が形成された加圧棒１２３がボディー１２１内部で上下に移動しにくい。段顎１２９の外径Ｄが係止顎１２８の直径Ａ以下である場合には、加圧棒の固定を解除するために弾性ラッチ１２４を加圧棒の係止顎１２８の直径以上に広げた時、段顎１２９も弾性ラッチ１２４に係止されず、加圧棒１２３がボディー１２１の外部に離脱することがある。
バルブ作動部３００は、ボディー１２１内で加圧棒１２３を固定位置に移動して固定するか、または解除位置に復帰させて遮断板１２２による流路１１８の開閉を制御するようになる。バルブ作動部３００によって加圧棒１２３は、固定位置または解除位置のうちの一つに選択的に位置する。
そのために、本実施形態によるバルブ作動部３００は、バルブの加圧棒１２３に外力を印加して前記加圧棒１２３を弾性ラッチ１２４に係止して固定するための加圧部、および加圧棒１２３の固定状態を解除させるための解除部を含み得る。
バルブ作動部はバルブのボディーに結合するか、または制御設備の駆動によりバルブのボディー上部に移動してボディーに具備された加圧棒に外力を印加することができる。
加圧部は、ボディー１２１上部に位置し下端が開放されたハウジング３１０と、ハウジング３１０内に設置される電磁石３１２と、電磁石３１２に電流を印加する電流供給部３１６と、ハウジング３１０内に移動可能に設置され電磁石３１２の磁力によって押し出されて加圧棒１２３を加圧して移動させる磁性体３１４とを含み得る。
解除部は、ハウジング３１０に連結されてハウジング３１０をボディー１２１内部に沿って移動させる駆動部３１８を含み、弾性ラッチ１２４が外側に隔たる構造になっている。
これにより、加圧棒１２３の加圧時には、ハウジング３１０が固定された状態で磁性体３１４が電磁石３１２の磁力によって押し出されて移動して加圧棒１２３を移動させるようになり、解除時には、ハウジング３１０自体が移動して弾性ラッチ１２４を外側に広げて加圧棒１２３の固定状態を解除させるようになる。
ハウジング３１０は、例えば、ボディー１２１のように円筒形状からなる。ハウジング３１０は、ボディー１２１内部に挿入できる程度の大きさで形成される。本実施形態で、ボディー１２１に向かうハウジング３１０の下端直径Ｅはボディー１２１の内径Ｂ以下であり、加圧棒１２３の上端の係止顎１２８の直径Ａ以上である構造になっている。
これにより、ハウジング３１０は、弾性ラッチ１２４を加圧棒１２３の係止顎１２８の直径Ａ以上に広げて弾性ラッチ１２４に対する加圧棒１２３の係止状態を解除させるようになる。
ハウジング３１０の下端直径Ｅがボディー１２１の内径Ｂより大きい場合には、ハウジング３１０がボディー１２１内部に移動しにくい。ハウジング３１０の下端直径Ｅが係止顎１２８の直径Ａより小さい場合には、弾性ラッチ１２４を係止顎１２８の直径Ａ以上に広げることができず、固定ラッチ１２４に対する加圧棒１２３の固定状態を解除させない。
電磁石３１２は、ハウジング３１０内部に固定設置される。電磁石３１２は、印加される電流方向により極性が変わる。電流供給部３１６は、電磁石３１２に電気的に連結されて駆動条件により電磁石３１２に必要な電流を印加する。
磁性体３１４は棒形状からなり、ハウジング３１０内部に移動可能に設置される。磁性体は、磁場中に置かれて磁性を帯びるような物質であって、例えば、一般的な鉄棒からなる。磁性体は、鉄棒のほかにも永久磁石からなる。磁性体３１４は、電磁石３１２の磁力によって磁化されて極性を帯び、電磁石についたり押し出されたりしてハウジング内で移動する。磁性体３１４は、電磁石３１２の極性により電磁石についたり押し出されたりする物質であれば全て適用可能である。
磁性体３１４は、対面する電磁石３１２の極性変化に応じた引力と斥力によって移動する。磁性体３１４は、ハウジング３１０の開放された下端を通してボディー１２１側に突出して、ボディー１２１に具備された加圧棒１２３を加圧して移動させる。
本実施形態で、磁性体３１４の下端直径は、弾性ラッチ１２４が加圧棒の係止顎１２８に十分に係止される程度の直径からなることができる。例えば、磁性体３１４の下端直径は、加圧棒１２３の上端の係止顎１２８の直径より小さい構造であり得る。これにより、磁性体３１４が係止顎１２８に接した状態で係止顎１２８が磁性体３１４の外側に突出して、弾性ラッチ１２４の下端に係止して固定される。
駆動部３１８は、ハウジング３１０をボディー１２１に向かって上下に移動させる構成部である。駆動部３１８は、例えば、駆動モーターと駆動モーターの回転力をハウジング３１０に伝達してハウジング３１０を直線往復移動させる動力伝達部が結合された構造であり得る。または、駆動部３１８は、ハウジング３１０に連結されて伸縮駆動される駆動シリンダーを含み得る。駆動部３１８は、ボディー１２１に対してハウジング３１０を直線往復移動させることができる構造であれば全て適用可能である。
以下、図３および図４を参照して、本実施形態による微細流動装置のバルブ作動過程を説明する。
図３は、バルブの閉鎖過程を示している。
図３に示すように、バルブ１２０が開放された状態では、加圧棒１２３は上に移動して遮断板１２２は加圧されない。弾性ラッチ１２４は、自身の弾性力によって窄められた状態で、加圧棒１２３の側面に形成された段顎１２９に係止して加圧棒１２３をハウジング３１０内に固定している。制御作動部３００のハウジング３１０内に具備された電磁石３１２は、磁性体３１４に引力を加える極性に転換されていて、磁性体３１４は電磁石３１２についているようになる。
バルブ１２０に対する閉鎖駆動が開始されると、制御作動部３００が当該バルブ１２０のボディー１２１上部に位置した状態で、磁性体３１４をボディー１２１内部に移動させて加圧棒１２３を遮断板１２２側に加圧して移動させるようになる。電磁石３１２に印加される電流の極性を転換するようになると、電磁石３１２は磁性体３１４に斥力を加えるようになる。これにより、磁性体３１４が電磁石３１２に対して押し出されてボディー１２１側に移動する。したがって、磁性体３１４によって加圧棒１２３が加圧されて移動する。加圧棒１２３が移動することによって加圧棒１２３の下部に位置した遮断板１２２が加圧棒１２３によって加圧される。これにより、遮断板１２２が弾性的に変形しながら流路１１８を遮断するようになる。遮断板１２２によって流路が遮断される状態まで加圧棒１２３が十分に下降するようになると、加圧棒１２３は弾性ラッチ１２４によって固定される。
すなわち、加圧棒１２３が移動されながら上端の係止顎１２８は、弾性ラッチ１２４を通過し、この過程で弾性ラッチ１２４が弾性的に曲がって隔たるようになる。磁性体３１４によって加圧棒１２３が加圧し続けて、係止顎１２８が弾性ラッチ１２４の下端を完全に通過するようになると、弾性ラッチ１２４は自身の弾性復帰力によって下端が元の状態に窄められる。これにより、弾性ラッチ１２４の下端が加圧棒１２３の係止顎１２８の上に移動して、係止顎１２８が弾性ラッチ１２４に係止するようになる。したがって、加圧棒１２３は、遮断板１２２を加圧して流路１１８を遮断した状態で、上に移動できず、流路遮断状態を維持し続けるようになる。
バルブ１２０を閉鎖して流路１１８が遮断されると、ハウジング３１０内に設置された電磁石３１２に印加される電流の極性を再び転換して磁性体３１４に引力を加える。これにより、加圧棒１２３を加圧していた磁性体３１４が電磁石３１２側に引き寄せられて再びハウジング３１０内部に移動する。
このように、電磁石３１２に印加される電流を制御することで、簡単にバルブ１２０を閉鎖駆動できるようになる。
図４は、バルブの開放過程を示している。
図４に示すように、バルブ１２０が閉鎖された状態では、加圧棒１２３は下へ移動して遮断板１２２を加圧し、弾性ラッチ１２４は、加圧棒１２３の係止顎１２８に係止されていて加圧棒１２３を固定している。制御作動部のハウジング３１０内に具備された電磁石３１２は、磁性体３１４に引力を加える極性に転換されていて、磁性体３１４は電磁石３１２についているようになる。
バルブに対する開放駆動が開始されると、制御作動部３００が当該バルブのボディー１２１上部に位置した状態でハウジング３１０をボディー１２１内部に移動させて弾性ラッチ１２４を外側に広げるようになる。駆動部３１８が作動するとハウジング３１０がボディー１２１内部に移動する。
これにより、ハウジング３１０の下端が弾性ラッチ１２４を加圧して外側に広げるようになる。ハウジング３１０が続いてボディー１２１内部に移動することによって弾性ラッチ１２４はますます隔たるようになる。ハウジング３１０の下端直径は、弾性ラッチ１２４の内径より大きいので、ハウジング３１０の下端がボディー１２１内部へある程度移動すると、弾性ラッチ１２４の内径が加圧棒１２３の係止顎１２８の直径以上に隔たるようになる。加圧棒１２３の係止顎１２８から弾性ラッチ１２４の下端が離脱しながら加圧棒１２３に対する拘束が解除される。したがって、加圧棒１２３は加圧されていた遮断板１２２の弾性力によって上に加圧して移動し、遮断板１２２は元の状態に復帰しながら流路１１８を開放するようになる。
ボディー１２１の上に移動する加圧棒１２３は、側面に形成された段顎が弾性ラッチ１２４の下端に係止して固定される。流路１１８が開放されると駆動部３１８を駆動してハウジング３１０を元の位置に復帰させる。これにより、ハウジング３１０は、ボディー１２１内部から上部に移動する。
このように、本実施形態によると、バルブ構造を単純化させて簡単な駆動方式により流路の開閉を容易に行うことができるようになる。
以上では、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。
１００ 微細流動装置、１１０ プラットフォーム、１１４，１１６ チャンバー、１１８ 流路、１２０ バルブ、１２１ ボディー、１２２ 遮断板、１２３ 加圧棒、１２４ 弾性ラッチ、１２７ 突起、１２８ 係止顎、１２９ 段顎、３００ バルブ作動部、３１０ ハウジング、３１２ 電磁石、３１４ 磁性体、３１６ 電流供給部、３１８ 駆動部、４００ 移動部
Claims (12)
- 少なくとも一つ以上のチャンバーが具備されたプラットフォームと、前記チャンバーに連結されて流体を移送する少なくとも一つ以上の流路と、前記流路を開閉するバルブとを含む微細流動装置において、
前記バルブは、前記プラットフォームに設置されるボディーと、前記ボディーに設置され前記流路に接して前記流路を選択的に遮断する遮断板と、前記ボディー内部に移動可能に設置されて前記遮断板を加圧する加圧棒と、前記ボディーに設置されて前記加圧棒を遮断板加圧位置に固定する固定部とを含み、
前記固定部は、前記ボディー側面に弾性的に設置され、先端が前記ボディー内側に突出して前記加圧棒の先端を係止して固定する弾性ラッチを含み、
前記加圧棒を移動させて前記流路を開閉するバルブ作動部をさらに含み、
前記バルブ作動部は、前記バルブの前記加圧棒に外力を印加して前記加圧棒を前記弾性ラッチに係止して固定するための加圧部と、前記加圧棒の固定状態を解除させるための解除部とを含み、
前記加圧部は、前記ボディー上に位置し下端が開放されたハウジングと、前記ハウジング内に移動可能に設置され前記加圧棒を加圧して移動させる可動部材と、前記可動部材を前記ハウジングに対して移動させるための移動手段と、を含み、
前記解除部は、前記ハウジングを前記ボディー内部に沿って移動させる駆動部を含み、前記ハウジングが前記ボディー内部に移動したとき、前記弾性ラッチが外側に隔たり、前記加圧棒の先端に対する拘束を解除する、微細流動装置。 - 前記加圧棒は、先端に前記弾性ラッチに係止される係止顎が形成され、
前記係止顎は、直径が前記ボディーの内径より小さく、前記弾性ラッチの内径より大きい、請求項１に記載の微細流動装置。 - 前記加圧棒は、側面に形成され前記弾性ラッチに係止して前記加圧棒の離脱を防止する段顎をさらに含む、請求項２に記載の微細流動装置。
- 前記遮断板は弾性を有する材質からなり、前記加圧棒によって加圧変形して前記流路を開閉する、請求項１に記載の微細流動装置。
- 前記ボディー下端に突出形成されて前記遮断板を前記プラットフォームに加圧して密着させる突起をさらに含む、請求項１に記載の微細流動装置。
- 前記移動手段は、前記ハウジング内に設置される電磁石と、前記電磁石に電流を印加する電流供給部と、を含み、
前記可動部材が、前記ハウジング内に移動可能に設置され前記電磁石の磁力によって押し出されて前記加圧棒を加圧して移動させる磁性体である、請求項１から５のいずれか１項に記載の微細流動装置。 - 前記磁性体の下端直径は、前記加圧棒の係止顎の直径より小さい、請求項６に記載の微細流動装置。
- 前記ハウジングは、前記ボディーに向かう下端直径が前記ボディーの内径以下であり、前記加圧棒の係止顎の直径以上に形成される、請求項１から７のいずれか１項に記載の微細流動装置。
- 少なくとも一つ以上のチャンバーが具備されたプラットフォーム、前記チャンバーに連結されて流体を移送する少なくとも一つ以上の流路、および前記流路を開閉するバルブを含み、前記バルブは、前記プラットフォームに設置されるボディーと、前記ボディーに設置され前記流路に接して前記流路を選択的に遮断する遮断板と、前記ボディー内部に移動可能に設置されて前記遮断板を加圧する加圧棒と、前記ボディー側面に弾性的に設置され先端が前記ボディー内側に突出して前記加圧棒の先端を係止して固定する弾性ラッチとを含む微細流動装置の制御設備であって、
前記制御設備は、前記微細流動装置に具備されたバルブを開閉作動するためのバルブ作動部と、前記バルブ作動部を移動させるための移動部とを含み、
前記バルブ作動部は、前記バルブの前記加圧棒に外力を印加して前記加圧棒を前記弾性ラッチに係止して固定するための加圧部と、前記加圧棒の固定状態を解除させるための解除部とを含み、
前記加圧部は、前記ボディー上に位置し下端が開放されたハウジングと、前記ハウジング内に移動可能に設置され前記加圧棒を加圧して移動させる可動部材と、前記可動部材を前記ハウジングに対して移動させるための移動手段と、を含み、
前記解除部は、前記ハウジングを前記ボディー内部に沿って移動させる駆動部を含み、前記ハウジングが前記ボディー内部に移動したとき、前記弾性ラッチが外側に隔たり、前記加圧棒の先端に対する拘束を解除する、微細流動装置の制御設備。 - 前記移動手段は、前記ハウジング内に設置される電磁石と、前記電磁石に電流を印加する電流供給部と、を含み、
前記可動部材が、前記ハウジング内に移動可能に設置され前記電磁石の磁力によって押し出されて前記加圧棒を加圧して移動させる磁性体である、請求項９に記載の微細流動装置の制御設備。 - 前記磁性体の下端直径は、前記加圧棒の係止顎の直径より小さい、請求項１０に記載の微細流動装置の制御設備。
- 前記ハウジングは、前記ボディーに向かう下端直径が前記ボディーの内径以下であり、前記加圧棒の係止顎の直径以上に形成される、請求項１０または１１に記載の微細流動装置の制御設備。
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