(57)【要約】【課題】流路チップのバルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータで押圧部材を十分に移動させることができる流体取扱装置を提供すること。【解決手段】本発明の流体取扱装置は、ロータリー部材と、押圧部材と、ピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータと接続され、ピエゾアクチュエータの伸長を押圧部材に伝えるための伝達部と、を有する。伝達部は、第１傾斜面を有し、押圧部材は、第２傾斜面を有する。第１傾斜面とロータリー部材の回転軸に垂直な面とのなす角度および第２傾斜面と回転軸に垂直な面とのなす角度は、４５°を超え９０°未満である。ピエゾアクチュエータが第１傾斜面を介して押圧部材の第２傾斜面を押圧することで、押圧部材は、中心軸に沿って移動させられる。【選択図】図４
2020006347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流路、第２流路、および前記第１流路と前記第２流路との間に配置されたバルブを有する流路チップ内の流体を制御するための流体取扱装置であって、
前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第１凸部と、前記バルブのダイヤフラムを押圧せずに前記バルブを開かせるための凹部とが中心軸を中心とする第１円の円周上に配置されている、前記中心軸を中心として回転可能なロータリー部材と、
前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第２凸部が前記中心軸を中心とする第２円の円周上に配置されている、前記中心軸に沿って移動可能な押圧部材と、
前記中心軸に沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されたピエゾアクチュエータと、
前記ピエゾアクチュエータと接続され、前記ピエゾアクチュエータの伸長を前記押圧部材に伝えるための伝達部と、
を有し、
前記伝達部は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第１傾斜面を有し、
前記押圧部材は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第２傾斜面を有し、
前記第１傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度および前記第２傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度は、４５°を超え９０°未満であり、
前記ピエゾアクチュエータが前記伝達部の前記第１傾斜面を介して前記押圧部材の前記第２傾斜面を押圧することで、前記押圧部材は、前記中心軸に沿って移動させられる、
流体取扱装置。
【請求項２】
前記ピエゾアクチュエータは、前記押圧部材の側方に配置されている、請求項１に記載の流体取扱装置。
【請求項３】
前記ピエゾアクチュエータは、前記中心軸に垂直な方向に伸縮する、請求項１または請求項２に記載の流体取扱装置。
【請求項４】
前記第１傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度および前記第２傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度は、７０°以上８０°以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
【請求項５】
前記伝達部の前記押圧部材側の面または前記押圧部材の前記伝達部側の面に転動体が配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体取扱装置。
【請求項６】
第１流路、第２流路、および前記第１流路と前記第２流路との間に配置されたバルブを有する流路チップと、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体取扱装置と、
を有する、流体取扱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体取扱装置および流体取扱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タンパク質や核酸などの微量な物質の分析を高精度かつ高速に行うために、流路チップが使用されている。流路チップは、分析に必要な試薬および試料の量が少なくてよいという利点を有しており、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途での使用が期待されている。たとえば、特許文献１には、複数のマイクロバルブを有する流路チップと、複数のマイクロバルブの開閉を制御するための加圧部とを有する、マイクロバルブユニットが開示されている。流路チップにおいて、複数のマイクロバルブは、同一円周上に配置されている。また、加圧部は、平面視形状が円弧状の当接面を有している。加圧部を回転させることで、加圧部の当接面が移動する。これにより、マイクロバルブのダイヤフラムは、加圧部により押圧されたり、押圧されなくなったりする。マイクロバルブは、加圧部により押圧されているときは閉じ、加圧部により押圧されていないときは開く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８５５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のとおり、特許文献１に記載の装置（マイクロバルブユニット）では、平面視形状が円弧状の凸部（端面）を有するロータリー部材（加圧部）を回転させて、複数のバルブ（マイクロバルブ）の開閉を制御している。このような装置において、流路チップが多数のバルブを有している場合、バルブを意図した順番で開閉できないことがある。この問題について、図１Ａ〜図２Ｂを参照して説明する。
【０００５】
図１Ａは、従来の技術の問題点を説明するための流路チップの平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示される流路チップと組み合わせて使用されるロータリー部材の底面図である。図１Ａに示されるように、流路チップは、第１導入口１０、第１導入流路１１、第１バルブ１２、第２導入口２０、第２導入流路２１、第２バルブ２２、第３導入口３０、第３導入流路３１、第３バルブ３２、共通流路４０および取出口４１を有する。第１導入流路１１の上流端は、第１導入口１０に接続されており、第１導入流路１１の下流端は、共通流路４０の上流端に接続されている。第２導入流路２１の上流端は、第２導入口２０に接続されており、第２導入流路２１の下流端は、共通流路４０の上流端に接続されている。第３導入流路３１の上流端は、第３導入口３０に接続されており、第３導入流路３１の下流端は、共通流路４０の上流端に接続されている。第１導入流路１１、第２導入流路２１および第３導入流路３１には、第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２がそれぞれ設けられている。共通流路４０の下流端は、取出口４１に接続されている。
【０００６】
また、図１Ｂに示されるように、ロータリー部材は、第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２を押圧するための平面視形状が円弧状の凸部５０と、凸部５０と同一円周上に配置された凹部５１とを有する。図１Ｂでは、凸部５０の底面（流路チップに接触する面）にハッチングを付している。第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２は、凸部５０により押圧されているときは閉じ、凸部５０により押圧されていないときは開く。
【０００７】
たとえば、図２Ａに示されるように、凹部５１が第１バルブ１２上に位置し、凸部５０が第２バルブ２２および第３バルブ３２上に位置するようにロータリー部材を回転させる。この場合、第１バルブ１２が開き、第１導入口１０内の流体は、第１導入流路１１および共通流路４０を通って取出口４１に流れることができる。一方、第２バルブ２２および第３バルブ３２は閉じるため、第２導入口２０内の液体および第３導入口３０内の流体は、取出口４１に向けて流れることができない。
【０００８】
この後、第３導入口３０内の流体を取出口４１に向けて流したい場合、凹部５１が第３バルブ３２上に位置し、凸部５０が第１バルブ１２および第２バルブ２２上に位置するようにロータリー部材を回転させる。しかしながら、図２Ｂに示されるように、ロータリー部材を回転させている間に、一時的に、凹部５１が第２バルブ２２上に位置し、凸部５０が第１バルブ１２および第３バルブ３２上に位置することとなる。したがって、第２導入口２０内の流体を流す意図が無いのに、第２導入口２０内の流体が、取出口４１に向けて流れてしまうおそれがある。
【０００９】
このように、従来の装置には、流路チップが多数のバルブを有している場合、バルブを意図した順番で開閉できないという問題がある。この問題を解決するために、ロータリー部材を回転させている間に第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２を押圧するための押圧部材６０をさらに設けることが考えられる。この装置について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。
【００１０】
たとえば、図３Ａに示されるように、凹部５１が第１バルブ１２上に位置し、凸部５０が第２バルブ２２および第３バルブ３２上に位置するようにロータリー部材を回転させる。このとき、押圧部材６０（図３Ａでは見えない）は、第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２を押圧しない位置に配置されている。したがって、第１バルブ１２が開き、第１導入口１０内の流体は、第１導入流路１１および共通流路４０を通って取出口４１に流れることができる。一方、第２バルブ２２および第３バルブ３２は閉じるため、第２導入口２０内の液体および第３導入口３０内の流体は、取出口４１に向けて流れることができない。
【００１１】
この後、第３導入口３０内の流体を取出口４１に向けて流したい場合、凹部５１が第３バルブ３２上に位置し、凸部５０が第１バルブ１２および第２バルブ２２上に位置するようにロータリー部材を回転させる。このとき、図３Ｂに示されるように、押圧部材６０は、第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２を押圧する位置に移動させられる。したがって、図２Ｂに示されるように、ロータリー部材を回転させている間に、一時的に、凹部５１が第２バルブ２２上に位置しても、第２バルブ２２は閉じたままの状態となるため、第２導入口２０内の流体が、取出口４１に向けて流れてしまうことはない。
【００１２】
このままロータリー部材を回転させると、図３Ｃに示されるように、凹部５１が第３バルブ３２上に位置し、凸部５０が第１バルブ１２および第２バルブ２２上に位置する。また、ロータリー部材の回転を終えた後、押圧部材６０（図３Ｃでは見えない）は、第１バルブ１２、第２バルブ２２および第３バルブ３２を押圧しない位置に移動させられる。したがって、第３バルブ３２が開き、第３導入口３０内の流体は、第３導入流路３１および共通流路４０を通って取出口４１に流れることができる。
【００１３】
以上のように、ロータリー部材とは独立に駆動する押圧部材をさらに設ければ、バルブを意図した順番に開閉できないという問題は解決されるが、押圧部材を駆動させるためのアクチュエータが必要になる。このようなアクチュエータとしては、空圧アクチュエータや電動アクチュエータ、ピエゾアクチュエータなどが考えられる。これらの内で、空圧アクチュエータはコンプレッサーを必要とし、電動アクチュエータは多くの部品を必要とし、両者とも装置が大型になるという欠点がある。これに対してピエゾアクチュエータは、直流給電のみで駆動可能で、高い押圧力が出力され、小型であるため、押圧部材を駆動するためのアクチュエータとして適している。しかしながら、ピエゾアクチュエータは、得られる変位量が小さいという欠点がある。
【００１４】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、流路チップのバルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータで押圧部材を十分に移動させることができる流体取扱装置および流体取扱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る流体取扱装置は、第１流路、第２流路、および前記第１流路と前記第２流路との間に配置されたバルブを有する流路チップ内の流体を制御するための流体取扱装置であって、前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第１凸部と、前記バルブのダイヤフラムを押圧せずに前記バルブを開かせるための凹部とが中心軸を中心とする第１円の円周上に配置されている、前記中心軸を中心として回転可能なロータリー部材と、前記バルブのダイヤフラムを押圧して前記バルブを閉じさせるための第２凸部が前記中心軸を中心とする第２円の円周上に配置されている、前記中心軸に沿って移動可能な押圧部材と、前記中心軸に沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されたピエゾアクチュエータと、前記ピエゾアクチュエータと接続され、前記ピエゾアクチュエータの伸長を前記押圧部材に伝えるための伝達部と、を有し、前記伝達部は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第１傾斜面を有し、前記押圧部材は、前記中心軸に平行な面に対して傾斜している第２傾斜面を有し、前記第１傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度および前記第２傾斜面と前記中心軸に垂直な面とのなす角度は、４５°を超え９０°未満であり、前記ピエゾアクチュエータが前記伝達部の前記第１傾斜面を介して前記押圧部材の前記第２傾斜面を押圧することで、前記押圧部材は、前記中心軸に沿って移動させられる。
【００１６】
本発明に係る流体取扱システムは、第１流路、第２流路、および前記第１流路と前記第２流路との間に配置されたバルブを有する流路チップと、本発明に係る流体取扱装置と、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、流路チップのバルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータで押圧部材を十分に移動させることができる流体取扱装置および流体取扱システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１Ａは、従来の技術の問題点を説明するための流路チップの平面図である。図１Ｂは、図１Ａに示される流路チップと組み合わせて使用されるロータリー部材の底面図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａに示される流路チップおよび図１Ｂに示されるロータリー部材の使用例を示す模式図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、ロータリー部材と押圧部材とを組み合わせたときの使用例を示す模式図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る流体取扱装置および流路チップの構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る流路チップの構成を示す平面図である。
【図６】図６は、実施の形態に係るロータリー部材および押圧部材の平面図である。
【図７】図７は、伝達部の周囲における流体取扱装置の部分拡大断面図である。
【図８】図８は、実施の形態に係る流体取扱装置の動作を説明するための模式図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る流体取扱装置の動作を説明するための模式図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係る流体取扱装置の動作を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図４は、本発明の一実施の形態に係る流体取扱システム（流体取扱装置１００および流路チップ２００）の構成を示す断面図（図５のＡ−Ａ線および図６のＢ−Ｂ線の断面図）である。図４に示されるように、流体取扱装置１００は、ロータリー部材１１０および押圧部材１２０を有する。ロータリー部材１１０は、図示しない外部の駆動機構により中心軸ＣＡを中心に回転させられる。押圧部材１２０は、ピエゾアクチュエータ１３０により中心軸ＣＡに沿って移動させられる。流路チップ２００は、基板２１０およびフィルム２２０を有し、フィルム２２０がロータリー部材１１０に接触するように流体取扱装置１００に設置される。本明細書では、流体取扱装置１００および流路チップ２００を組み合わせたものを「流体取扱システム」とも称する。なお、図４では、流体取扱装置１００および流路チップ２００の構成をわかりやすくするために、これらを離して図示している。
【００２１】
（流路チップの構成）
図５は、本実施の形態に係る流路チップ２００の構成を示す平面図である。図５では、基板２１０のフィルム２２０側の面に形成された溝（流路）と、フィルム２２０に形成されたダイヤフラムを破線で示している。
【００２２】
前述のとおり、流路チップ２００は、基板２１０およびフィルム２２０を有する（図４参照）。基板２１０には、流路となるための溝、および導入口または取出口となる貫通孔が形成されている。フィルム２２０は、基板２１０に形成された凹部および貫通孔の開口部を塞ぐように基板２１０の一方の面に接合されている。フィルム２２０の一部の領域は、ダイヤフラムとして機能する。フィルム２２０により塞がれた基板２１０の溝は、試薬や液体試料、気体、紛体などの流体を流すための流路となる。
【００２３】
基板２１０の厚みは、特に限定されない。たとえば、基板２１０の厚みは、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。また、基板２１０の材料も、特に限定されない。たとえば、基板２１０の材料は、公知の樹脂およびガラスから適宜選択されうる。基板２１０の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。
【００２４】
フィルム２２０の厚みは、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム２２０の厚みは、３０μｍ以上３００μｍ以下である。また、フィルム２２０の材料も、ダイヤフラムとして機能することが可能であれば特に限定されない。たとえば、フィルム２２０の材料は、公知の樹脂から適宜選択されうる。フィルム２２０の材料の例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン樹脂およびエラストマーが含まれる。フィルム２２０は、例えば熱溶着やレーザ溶着、接着剤などにより基板２１０に接合される。
【００２５】
図５に示されるように、本実施の形態に係る流路チップ２００は、第１導入口２３０、第１導入流路２３１、第１バルブ２３２、第２導入口２４０、第２導入流路２４１、第２バルブ２４２、第３導入口２５０、第３導入流路２５１、第３バルブ２５２、共通流路２６０および取出口２７０を有する。第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１は、特許請求の範囲における第１流路に相当し、共通流路２６０は、特許請求の範囲における第２流路に相当する。
【００２６】
第１導入口２３０、第２導入口２４０および第３導入口２５０は、流体を導入するための有底の凹部である。本実施の形態では、第１導入口２３０、第２導入口２４０および第３導入口２５０は、それぞれ、基板２１０に形成されている貫通孔と、当該貫通孔の一方の開口部を閉塞しているフィルム２２０とから構成されている。これらの導入口の形状および大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。これらの導入口の形状は、例えば、略円柱形状である。これらの導入口の幅は、例えば２ｍｍ程度である。これらの導入口に収容される流体の種類は、流路チップ２００の用途に応じて適宜選択されうる。当該流体は、試薬や液体試料、紛体などの流体である。
【００２７】
第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１は、その内部を流体が移動しうる流路である。第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１の上流端は、それぞれ、第１導入口２３０、第２導入口２４０および第３導入口２５０に接続されている。第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１の下流端は、それぞれ異なる位置で共通流路２６０に接続されている。本実施の形態では、第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１は、それぞれ、基板２１０に形成されている溝と、当該溝の開口部を閉塞しているフィルム２２０とから構成されている。これらの流路の断面積および断面形状は、特に限定されない。本明細書において、「流路の断面」とは、流体が流れる方向に直交する流路の断面を意味する。これらの流路の断面形状は、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。これらの流路の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、これらの流路の断面積は、一定である。
【００２８】
第１バルブ２３２、第２バルブ２４２および第３バルブ２５２は、それぞれ、第１導入流路２３１、第２導入流路２４１および第３導入流路２５１内の流体の流れを制御するダイヤフラムバルブである。第１バルブ２３２は、第１導入流路２３１内または第１導入流路２３１と共通流路２６０との合流部に配置される。第２バルブ２４２は、第２導入流路２４１内または第２導入流路２４１と共通流路２６０との合流部に配置される。第３バルブ２５２は、第３導入流路２５１内または第３導入流路２５１と共通流路２６０との合流部に配置される。本実施の形態では、第１バルブ２３２は第１導入流路２３１と共通流路２６０との合流部に配置され、第２バルブ２４２は第２導入流路２４１と共通流路２６０との合流部に配置され、第３バルブ２５２は第３導入流路２５１と共通流路２６０との合流部に配置されている。また、第１バルブ２３２、第２バルブ２４２および第３バルブ２５２は、中心軸ＣＡを中心とする円の円周上に配置されている。
【００２９】
第１バルブ２３２は、第１隔壁２３３および第１ダイヤフラム２３４を有する。同様に、第２バルブ２４２は、第２隔壁２４３および第２ダイヤフラム２４４を有し、第３バルブ２５２は、第３隔壁２５３および第３ダイヤフラム２５４を有する。本実施の形態では、第１隔壁２３３は、第１導入流路２３１と共通流路２６０との間に配置されている。同様に、第２バルブ２４２は、第２導入流路２４１と共通流路２６０との間に配置されており、第３バルブ２５２は、第３導入流路２５１と共通流路２６０との間に配置されている。また、第１ダイヤフラム２３４は、第１隔壁２３３と対向するように配置されている。同様に、第２ダイヤフラム２４４は、第２隔壁２４３と対向するように配置されており、第３ダイヤフラム２５４は、第３隔壁２５３と対向するように配置されている。
【００３０】
第１隔壁２３３は、第１導入流路２３１と共通流路２６０との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能する。同様に、第２隔壁２４３は、第２導入流路２４１と共通流路２６０との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能し、第３隔壁２５３は、第３導入流路２５１と共通流路２６０との間を開閉するためのダイヤフラムバルブの弁座として機能する。これらの隔壁の形状および高さは、上記の機能を発揮することができれば、特に限定されない。これらの隔壁の形状は、例えば、四角柱形状である。これらの隔壁の高さは、例えば、導入流路および共通流路２６０の深さと同じである。
【００３１】
第１ダイヤフラム２３４、第２ダイヤフラム２４４および第３ダイヤフラム２５４は、可撓性を有するフィルム２２０の一部であり、略球冠形状を有している（図４参照）。フィルム２２０は、それぞれのダイヤフラムが対応する隔壁に非接触でかつ対向するように基板２１０上に配置されている。それぞれのダイヤフラムは、ロータリー部材１１０の第１凸部１１１（後述）または押圧部材１２０の第２凸部１２１（後述）により押圧されたときに対応する隔壁に向かって撓む。すなわち、ダイヤフラムは、ダイヤフラムバルブの弁体として機能する。たとえば、第１凸部１１１第２凸部１２１が第１ダイヤフラム２３４を押圧していないとき、第１導入流路２３１および共通流路２６０は、第１ダイヤフラム２３４および第１隔壁２３３の隙間を介して互いに連通した状態となる。一方、第１ダイヤフラム２３４が第１隔壁２３３に接触するように第１凸部１１１または第２凸部１２１が第１ダイヤフラム２３４を押圧しているとき、第１導入流路２３１および共通流路２６０は互いに連通しない状態となる。
【００３２】
共通流路２６０は、その内部を流体が移動しうる流路である。共通流路２６０は、第１バルブ２３２を介して第１導入流路２３１に接続されており、第２バルブ２４２を介して第２導入流路２４１に接続されており、第３バルブ２５２を介して第３導入流路２５１に接続されている。したがって、共通流路２６０には、第１導入口２３０に導入された流体、第２導入口２４０に導入された流体、および第３導入口２５０に導入された流体が流れる。共通流路２６０の下流端は、取出口２７０に接続されている。本実施の形態では、共通流路２６０は、基板２１０に形成されている溝と、当該溝の開口部を閉塞しているフィルム２２０とから構成されている。共通流路２６０の断面積および断面形状は、特に限定されない。共通流路２６０の断面形状は、例えば、一辺の長さ（幅および深さ）が数十μｍ程度の略矩形状である。共通流路２６０の断面積は、流体の流れ方向において、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。本実施の形態では、共通流路２６０の断面積は、一定である。
【００３３】
取出口２７０は、有底の凹部である。取出口２７０は、空気孔として機能したり、共通流路２６０内の流体を取り出すための取り出し口として機能したりする。本実施の形態では、取出口２７０は、基板２１０に形成されている貫通孔と、当該貫通孔の一方の開口部を閉塞しているフィルム２２０とから構成されている。取出口２７０の形状および大きさは、特に限定されず、必要に応じて適宜設定されうる。取出口２７０の形状は、例えば、略円柱形状である。取出口２７０の幅は、例えば２ｍｍ程度である。
【００３４】
（流体取扱装置の構成）
前述のとおり、図４は、本実施の形態に係る流体取扱システム（流体取扱装置１００および流路チップ２００）の構成を示す断面図である。図６は、本実施の形態に係る流体取扱装置１００のロータリー部材１１０および押圧部材１２０の平面図である。図６では、見やすくするために、ロータリー部材１１０の第１凸部１１１の天面および押圧部１２０の第２凸部１２１の天面にハッチングを付している。
【００３５】
図４に示されるように、流体取扱装置１００は、ロータリー部材１１０、押圧部材１２０、ピエゾアクチュエータ１３０、伝達部１４０を有する。
【００３６】
ロータリー部材１１０は、回転軸（中心軸ＣＡ）を中心として回転可能である。本実施の形態では、ロータリー部材１１０の形状は略円柱状である。ロータリー部材１１０の上部には、バルブ（第１バルブ２３２、第２バルブ２４２または第３バルブ２５２）のダイヤフラムを押圧してバルブを閉じさせるための第１凸部１１１と、バルブ（第１バルブ２３２、第２バルブ２４２または第３バルブ２５２）を押圧せずにバルブを開かせるための凹部１１２とが設けられている。第１凸部１１１および凹部１１２は、中心軸ＣＡを中心とする第１円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第１凸部１１１の平面視形状は、中心軸ＣＡを中心とする第１円の一部に対応する円弧状である。第１円の円周上において第１凸部１１１が存在しない領域が、凹部１１２である。
【００３７】
なお、第１凸部１１１は、凹部１１２に対して相対的に突出していればよく、凹部１１２は、第１凸部１１１に対して相対的に凹んでいればよい。すなわち、第１凸部１１１は、押圧部として機能できればよく、凹部１１２は、非押圧部として機能できればよい。たとえば、図４に示される例では、第１凸部１１１は、ロータリー部材１１０の天面（基準面）から突出しており、凹部１１２の底面は、ロータリー部材１１０の天面（基準面）と同じ高さの面である。逆に、第１凸部１１１の天面は、ロータリー部材１１０の天面（基準面）と同じ高さの面であってもよく、この場合は、凹部１１２は、ロータリー部材１１０の天面（基準面）から凹んでいる。
【００３８】
押圧部材１２０は、ロータリー部材１１０を取り囲むように配置され、中心軸ＣＡに沿って移動可能である。本実施の形態では、押圧部材１２０の形状は略円筒状である。押圧部材１２０の上部には、ロータリー部材１１０が回転しているときに、バルブ（第１バルブ２３２、第２バルブ２４２または第３バルブ２５２）のダイヤフラムを押圧してバルブを閉じさせるための第２凸部１２１が設けられている。第２凸部１２１は、中心軸ＣＡを中心とする第２円の円周上に配置されている。本実施の形態では、第２凸部１２１の平面視形状は、前記第２円の円周の全部に対応する円状である。第２凸部１２１は、各バルブのダイヤフラムに接触可能な状態と接触不可能な状態とを切り替え可能である。
【００３９】
なお、第２凸部１２１は、各バルブのダイヤフラムに接触可能な状態と接触不可能な状態とを切り替え可能であれば、押圧部材１２０の天面（基準面）から突出している必要は無い。すなわち、第２凸部１２１は、各バルブのダイヤフラムを押圧できればよい。図４に示される例では、第２凸部１２１は、押圧部材１２０の天面（基準面）から突出しているが、第２凸部１２１の天面は、押圧部材１２０の天面（基準面）と同じ高さの面であってもよい。
【００４０】
この後説明するように、押圧部材１２０は、伝達部１４０により押される第２傾斜面１２２をさらに有する。
【００４１】
ピエゾアクチュエータ１３０は、複数のピエゾ素子の積層体を含み、印加される電圧の変化により特定方向に伸縮する、押圧部材１２０を移動させるための動力源である。ピエゾアクチュエータ１３０は、中心軸ＣＡに沿う方向と異なる方向に伸縮するように配置されている。本実施の形態では、ピエゾアクチュエータ１３０は、押圧部材１２０の側方に配置されており、中心軸ＣＡに垂直な方向に伸縮する。ピエゾアクチュエータ１３０の変位距離は、特に限定されないが、例えば１０〜１００μｍ程度である。
【００４２】
伝達部１４０は、ピエゾアクチュエータ１３０と接続（固定）されており、ピエゾアクチュエータ１４０の伸縮を押圧部材１２０に伝える。前述のとおり、ピエゾアクチュエータ１３０は、中心軸ＣＡに沿う方向と異なる方向に伸縮するのに対し、押圧部材１２０は、中心軸ＣＡに沿って移動する。したがって、伝達部１４０と押圧部材１２０との間で、変位方向が変換される必要がある。
【００４３】
このように変位方向を変換するために、伝達部１４０は、中心軸ＣＡに平行な面に対して傾斜している第１傾斜面１４１を有する。また、これに対応して、押圧部材１２０も、中心軸ＣＡに平行な面に対して傾斜している第２傾斜面１２２を有する。図７に示されるように、第１傾斜面１４１と中心軸ＣＡに垂直な面とのなす角度θおよび第２傾斜面１２２と中心軸ＣＡに垂直な面とのなす角度θは、４５°を超え９０°未満である。これらの角度θは、通常は互いに同一である。このように伝達部１４０および押圧部材１２０の互いに接触する面を傾斜面とすることで、ピエゾアクチュエータ１３０および伝達部１４０の変位方向と、押圧部１２０の変位方向とを変換することができる、また、これらの傾斜面の傾斜角度θを４５°を超え９０°未満とすることで、ピエゾアクチュエータ１３０および伝達部１４０の変位距離に対する押圧部材１２０の変位距離を１倍超（ｔａｎθ倍）にすることができる。たとえば、これらの傾斜面の傾斜角度θを７２°とすることで、ピエゾアクチュエータ１３０および伝達部１４０の変位距離に対する押圧部材１２０の変位距離を約３倍にすることができる。したがって、ピエゾアクチュエータ１３０の変位距離が１００μｍの場合、押圧部材１２０の変位距離は約３００μｍとなる。押圧部材１２０の変位距離を増大させる観点からは、これらの傾斜面の傾斜角度は、７０°以上であることが好ましい。傾斜面の傾斜角度の上限は、９０°未満であれば特に限定されないが、無理なく変位方向を変換する観点からは８０°以下であることが好ましい。
【００４４】
また、伝達部１４０の第１傾斜面１４１と押圧部材１２０の第２傾斜面１２２との間の摩擦を低減する観点から、第１傾斜面１４１（伝達部１４０の押圧部材１２０側の面）または第２傾斜面１２２（押圧部材１２０の伝達部１４０側の面）に転動体が配置されていてもよい。本実施の形態では、伝達部１４０の第１傾斜面１４１に転動体１４２が配置されている。転動体１４２の形状は、第１傾斜面１４１と第２傾斜面１２２との間の摩擦を低減させることができれば、特に限定されない。転動体１４２は、例えばタマ（ボール）またはコロ（ローラ）である。コロの例には、円筒コロ、円錐コロ、針状コロなどが含まれる。本実施の形態では、転動体１４２は、ステンレス鋼製のベアリングボールである。
【００４５】
本実施の形態に係る流体取扱装置１００では、ピエゾアクチュエータ１３０を構成するピエゾ素子の積層体に電圧を印加すると、ピエゾアクチュエータ１３０は中心軸ＣＡに垂直な方向に伸長する。これにより、伝達部１４０の第１傾斜面１４１と押圧部材１２０の第２傾斜面１２２とが接触した状態で、伝達部１４０が押圧部１２０を中心軸ＣＡに垂直な方向に押圧する。第１傾斜面１４１および第２傾斜面１２２は所定の角度で傾斜しているため、押圧部材１２０は、伝達部１４０により押されることで中心軸ＣＡに沿って流路チップ２００に向けて押し上げられる。このように、ピエゾアクチュエータ１３０が伝達部１４０の第１傾斜面１４１を介して押圧部材１２０の第２傾斜面１２２を押圧することで、押圧部材１２０は、中心軸ＣＡに沿って移動させられる。このようにして押圧部材１２０が上昇すると、押圧部材１２０の第２凸部１２１が流路チップ２００の各バルブ（第１バルブ２３２、第２バルブ２４２または第３バルブ２５２）のダイヤフラムを押圧して、各バルブが閉じられる。
【００４６】
次に、ピエゾアクチュエータ１３０を構成するピエゾ素子の積層体への電圧の印加を解除すると、ピエゾアクチュエータ１３０は中心軸ＣＡに垂直な方向に縮む。これによりピエゾアクチュエータ１３０による押圧部材１２０への押圧が解除され、押圧部材１２０は、引力または弾性体などの力により中心軸ＣＡに沿って流路チップ２００から離れる方向に移動する。このようにして押圧部材１２０が下降すると、押圧部材１２０の第２凸部１２１が流路チップ２００の各バルブ（第１バルブ２３２、第２バルブ２４２または第３バルブ２５２）のダイヤフラムから離間し、（ロータリー部材１１０の第１凸部１１１により押圧されていなければ）各バルブが開かれる。
【００４７】
（流体取扱装置の動作）
次に、図８〜１０を参照しながら、流体取扱システム（流体取扱装置１００および流路チップ２００）の動作について説明する。説明の便宜上、図８〜１０では、第１凸部１１１および第２凸部１２１について、流路チップ２００のフィルム２２０に当接している場合はハッチングを付して図示し、当接していない場合は図示しないこととする。なお、第１導入口２３０には第１液体が収容されており、第２導入口２４０には第２液体が収容されており、第３導入口２５０には、第３液体が収容されており、第１導入口２３０、第２導入口２４０および第３導入口２５０は、加圧されているものとする。
【００４８】
まず、第１バルブ２３２の上に凹部１１２が位置し、第２バルブ２４２および第３バルブ２５２の上に第１凸部１１１が位置するようにロータリー部材１１０を回転させるとともに、第２凸部１２１が流路チップ２００のフィルム２２０に当接しないように押圧部材１２０を移動させる。これにより、図８に示されるように、第１バルブ２３２が開き、第２バルブ２４２および第３バルブ２５２が閉じる。その結果、第１導入口２３０内の第１液体は、第１導入流路２３１、第１バルブ２３２および共通流路２６０を通って取出口２７０に移動する。このとき、第２バルブ２４２および第３バルブ２５２は閉じているため、第２導入口２４０内の第２液体および第３導入口２５０内の第３液体が共通流路２６０に流れ込むことはない。
【００４９】
次に、第３導入口２５０内の第３液体を共通流路２６０に流したいとする。この場合、第３バルブ２５２の上に凹部１１２が位置するまでロータリー部材１１０を回転させる必要がある。このとき、第２凸部１２１が流路チップ２００のフィルム２２０に当接するように押圧部材１２０を移動させた後に、ロータリー部材１１０を回転させる。図９に示されるように、ロータリー部材１１０を回転させている途中に、第２バルブ２４２の上に凹部１１２が位置しても、第２バルブ２４２のダイヤフラムは、第２凸部１２１により押圧されている。したがって、ロータリー部材１１０を回転させている途中に、第２バルブ２４２の上を凹部１１２が通過しても、第２導入口２４０内の第２液体が共通流路２６０に流れ込むことはない。
【００５０】
そして、第３バルブ２５２の上に凹部１１２が位置し、第１バルブ２３２および第２バルブ２４２の上に第１凸部１１１が位置したら、ロータリー部材１１０の回転を止める。また、第２凸部１２１が流路チップ２００のフィルム２２０に当接しないように押圧部材１２０を移動させる。これにより、第３バルブ２５２のみが開く。これにより、図１０に示されるように、第３導入口２５０内の第３液体は、第３導入流路２５１、第３バルブ２５２および共通流路２６０を通って取出口２７０に移動する。このとき、第１バルブ２３２および第２バルブ２４２は閉じているため、第１導入口２３０内の第１液体および第２導入口２４０内の第２液体が共通流路２６０に流れ込むことはない。
【００５１】
以上の手順により、ロータリー部材１１０を回転させている途中に意図しないバルブを開かせることなく、ロータリー部材１１０を回転させることで複数のバルブの開閉を制御することができる。
【００５２】
（効果）
以上のように、本実施の形態に係る流体取扱装置１００では、ピエゾアクチュエータ１３０が伝達部１４０の第１傾斜面１４１を介して押圧部材１２０の第２傾斜面１２２を押圧することで、押圧部材１２０は中心軸ＣＡに沿って移動させられる。また、第１傾斜面１４１および第２傾斜面１２２の傾斜角度θを４５°を超え９０°未満とすることで、ピエゾアクチュエータ１３０および伝達部１４０の変位距離に対する押圧部材１２０の変位距離を１倍超（ｔａｎθ倍）にすることができる。したがって、本実施の形態に係る流体取扱装置１００は、流路チップ２００の各バルブを適切に押圧できるように、ピエゾアクチュエータ１３０で押圧部材１２０を十分に移動させることができる。また、本実施の形態に係る流体取扱装置１００は、押圧部材１２０の動力源としてピエゾアクチュエータ１３０を用いるため、小型化することができる。
【００５３】
（変形例）
なお、上記実施の形態では、ロータリー部材１１０が内側、押圧部材１２０が外側に位置する流体取扱装置１００について説明したが、ロータリー部材１１０が外側、押圧部材１２０が内側に位置していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の流体取扱装置は、例えば、臨床検査や食物検査、環境検査などの様々な用途において有用である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  第１導入口
１１  第１導入流路
１２  第１バルブ
２０  第２導入口
２１  第２導入流路
２２  第２バルブ
３０  第３導入口
３１  第３導入流路
３２  第３バルブ
４０  共通流路
４１  取出口
５０  ロータリー部材の凸部
５１  ロータリー部材の凹部
６０  押圧部材
１００  流体取扱装置
１１０  ロータリー部材
１１１  第１凸部
１１２  凹部
１２０  押圧部材
１２１  第２凸部
１２２  第２傾斜面
１３０  ピエゾアクチュエータ
１４０  伝達部
１４１  第１傾斜面
１４２  転動体
２００  流路チップ
２１０  基板
２２０  フィルム
２３０  第１導入口
２３１  第１導入流路
２３２  第１バルブ
２３３  第１隔壁
２３４  第１ダイヤフラム
２４０  第２導入口
２４１  第２導入流路
２４２  第２バルブ
２４３  第２隔壁
２４４  第２ダイヤフラム
２５０  第３導入口
２５１  第３導入流路
２５２  第３バルブ
２５３  第３隔壁
２５４  第３ダイヤフラム
２６０  共通流路
２７０  取出口
ＣＡ  中心軸
【図１】
2020006347.tif 000003
【図２】
2020006347.tif 000004
【図３】
2020006347.tif 000005
【図４】
2020006347.tif 000006
【図５】
2020006347.tif 000007
【図６】
2020006347.tif 000008
【図７】
2020006347.tif 000009
【図８】
2020006347.tif 000010
【図９】
2020006347.tif 000011
【図１０】
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