(57)【要約】【課題】簡単な構成からなり、必要な強度を有して送液の遅延などを生じることがなく、かつ、装着、解除が容易なジョイント部品を得る。【解決手段】マイクロポンプ１０及びマイクロチップ３０のそれぞれの流路を接続するための略筒状をなすジョイント部品。ジョイント部品は、流体に接触する内筒部分２が強度を有する部材例えばＰＥＥＫ樹脂で構成され、外筒部分５が弾性部材例えばシリコンゴムで構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のマイクロ流体デバイスのそれぞれの流路を接続するための略筒状をなすジョイント部品において、
流体に接触する内筒部分が強度を有する部材で構成され、外筒部分であって少なくとも前記流路に接続される部分が弾性部材で構成されていること、
を特徴とするジョイント部品。
【請求項２】
第１のマイクロ流体デバイスがマイクロポンプであり、第２のマイクロ流体デバイスがマイクロチップであること、を特徴とする請求項１に記載のジョイント部品。
【請求項３】
外筒部分よりも内筒部分のほうが長いことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のジョイント部品。
【請求項４】
外筒部分のヤング率が０．６〜４ＭＰａであり、内筒部分のヤング率が３０ＭＰａ以上であること、を特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のジョイント部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジョイント部品、特に、微少量の液体を送るための微細流路を備えた二つのマイクロ流体デバイスのそれぞれの流路を接続するためのジョイント部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオ検査や化学分析、創薬などの分野においては、マイクロ流体システムが少量の試薬や検体を用いて検査作業が可能である点で注目されている。マイクロ流体システムとは、シリコンやガラスなどの材料に微細流路を形成し、電鋳により型取りを行い、図９に示すマイクロチップ（検査用チップ）３０を成形機で成形加工する。このマイクロチップ３０の凹所３１，３２に予め検体や試薬を挿入し、マイクロポンプ１０で駆動液を毎秒７００ナノリットルという微量でマイクロチップ３０に取り込むことで、試薬と検体を送液しつつマイクロチップ３０の流路３３内で混合して反応させ、センサで計測するシステムである。従来、広いスペースの実験室で行っていた反応検査を、５０×７０ｍｍ程度のマイクロチップ３０上で行うことができる。
【０００３】
従来、マイクロポンプ１０とマイクロチップ３０を接続するのに、図１０に示すように、それぞれの吐出口１３及び流入口３４に装着しやすいように弾性材からなるジョイント部品４０を用いていた。マイクロチップ３０では、検体と試薬が混合される比率が反応に重要な役割を果たす。この混合比率は、マイクロポンプ１０から送液されるタイミングによって決定される。しかし、弾性材からなるジョイント部品４０であると、送液タイミングの初期にジョイント部品４０が圧力で膨らむことにより送液が遅延する不具合を生じ、想定した比率で検体と試薬が混合されず反応が起こらないあるいは不十分であるという問題点を生じていた。
【０００４】
一方、従来では、強度の大きい材料からなるジョイント部品をマイクロポンプの吐出口やマイクロチップの流入口に接着剤で固定することも行われていた。しかし、接着剤を用いると、長時間での接着強度の維持、繰返し使用に対する信頼性に問題を有していた。またジョイント部品を流れる流体に接着剤が溶解するおそれを有していた。
【０００５】
そこで、特許文献１には、高耐腐食性に優れたジョイント構造、その製造方法及びそれを用いたマイクロ流体装置が記載されている。このジョイント構造は、マイクロ流体デバイスの開孔口と外部チューブとを接続するものであって、流体の流れる内筒部分は弾性体からなり、その周囲に配設される強度材が、ねじ機構でマイクロ流体デバイスに固着される。このように固着されると、内筒部分の弾性体は狭圧される状態となる。しかし、このジョイント構造ではねじ機構を用いているため、装着、解除に手間がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６２８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成からなり、必要な強度を有して送液の遅延などを生じることがなく、かつ、装着、解除が容易なジョイント部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するため、本発明の一形態であるジョイント部品は、
第１及び第２のマイクロ流体デバイスのそれぞれの流路を接続するための略筒状をなすジョイント部品において、
流体に接触する内筒部分が強度を有する部材で構成され、外筒部分であって少なくとも前記流路に接続される部分が弾性部材で構成されていること、
を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内筒部分と外筒部分という簡単な構成からなり、流体に接触する内筒部分が強度部材で構成されているため、流体の脈動によって膨張や収縮を生じることがなく、精度のよい送液が可能となる。また、外筒部分は弾性部材で構成されているため、マイクロ流体デバイスの流路に容易に嵌め込むことができ、装着、解除が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施例であるジョイント部品を示す断面図である。
【図２】第１実施例であるジョイント部品を用いたマイクロポンプとマイクロチップの接続状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２実施例であるジョイント部品を示す断面図である。
【図４】第２実施例であるジョイント部品を用いたマイクロポンプとマイクロチップの接続状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施例であるジョイント部品を示す断面図である。
【図６】第３実施例であるジョイント部品を用いたマイクロポンプとマイクロチップの接続状態を示す断面図である。
【図７】マイクロポンプにおける順方向送液の動作原理を示す説明図である。
【図８】マイクロポンプにおける逆方向送液の動作原理を示す説明図である。
【図９】従来のジョイント部品を用いたマイクロポンプとマイクロチップの接続状態を示す斜視図である。
【図１０】従来のジョイント部品を用いたマイクロポンプとマイクロチップの接続状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るジョイント部品の実施例について、添付図面を参照して説明する。なお、各図において同じ部材、部分には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１２】
（第１実施例、図１及び図２参照）
図１に本発明の第１実施例であるジョイント部品１Ａを示し、図２にジョイント部品１Ａを用いて接続したマイクロ流体デバイス（マイクロポンプ１０とマイクロチップ３０）を示す。マイクロポンプ１０及びマイクロチップ３０は図９及び図１０に示した従来のものと同じ構成を有している。
【００１３】
マイクロチップ３０の構成について若干補足すると、シリコン基板３５の一面に凹所３２などを含む微細流路３３を形成し、該流路３３はガラス基板３６で覆われている。マイクロポンプ１０は導入部１２から導入された駆動液を圧電素子２９によって駆動して吐出口１３から毎秒７００ナノリットル程度を一定の周期で吐出する。なお、マイクロポンプ１０の動作原理に関しては図７及び図８を参照して以下に説明する。
【００１４】
ジョイント部品１Ａは、マイクロポンプ１０の吐出口１３とマイクロチップ３０の流入口３４との間を接続するものであり、駆動液に接触する内筒部分２が強度を有する部材（例えば、ヤング率３９００ＭＰａのＰＥＥＫ樹脂）で構成され、外筒部分５が弾性部材（例えば、ヤング率４ＭＰａのシリコンゴム）で構成されている。内筒部分２の上下部は外筒部分５から露出して外筒部分５と同じ径のフランジ部３ａ，３ｂを有している。外筒部分５は上下部に外方に突出する二つのフランジ部６ａ，６ｂを有している。
【００１５】
以上の構成からなるジョイント部品１Ａは、下部をマイクロポンプ１０の吐出口１３に圧入し、上部をマイクロチップ３０の流入口３４に圧入することにより装着される。マイクロポンプ１０から送液される駆動液は吐出口１３からジョイント部品１Ａの内筒部分２を流れてマイクロチップ３０の流入口３４から流路３３に供給される。
【００１６】
このようなジョイント部品１Ａにあっては、駆動液に接触する内筒部分２が強度部材で構成されているため、駆動液の脈動によって膨張や収縮を生じることがなく、精度のよい送液が可能となる。また、外筒部分５は弾性部材で構成されているため、吐出口１３及び流入口３４に容易に嵌め込むことができ、装着、解除が容易である。さらに、弾性部材で構成された外筒部分５は吐出口１３や流入口３４に密着するため、液漏れを防止することができる。
【００１７】
また、外筒部分５に形成したフランジ部６ａ，６ｂは装着時の位置決め機能を有している。さらに、外筒部分５よりも内筒部分２のほうが長い寸法を有しているので、駆動液が接触する流路の全長にわたって剛性を保持することができる。
【００１８】
なお、外筒部分５のヤング率は０．６〜４ＭＰａが好ましく、内筒部分２のヤング率は３０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１９】
（第２実施例、図３及び図４参照）
図３に本発明の第２実施例であるジョイント部品１Ｂを示し、図４にジョイント部品１Ｂを用いて接続したマイクロ流体デバイス（マイクロポンプ１０とマイクロチップ３０）を示す。このジョイント部品１Ｂにおいて、内筒部分２は前記第１実施例と同じ構成を有し、外筒部分５には大径の膨出部７が形成されている。
【００２０】
ジョイント部品１Ｂの使用方法は前記第１実施例と同様であり、その作用効果も第１実施例と同様である。装着時の位置決めは、外筒部分５に形成した膨出部７によって行われる。
【００２１】
（第３実施例、図５及び図６参照）
図５に本発明の第３実施例であるジョイント部品１Ｃを示し、図６にジョイント部品１Ｃを用いて接続したマイクロ流体デバイス（マイクロポンプ１０とマイクロチップ３０）を示す。このジョイント部品１Ｃにおいて、内筒部分２は単純な筒形であり、外筒部分５には上下部にテーパ部８ａ，８ｂが形成されている。
【００２２】
このジョイント部品１Ｃは外筒部分５に形成したテーパ部８ａ，８ｂをマイクロポンプ１０の吐出口１３及びマイクロチップ３０の流入口３４に圧入することにより装着される。それゆえ、吐出口１３及び流入口３４にはテーパ部８ａ，８ｂに対応したテーパ部が形成されている。本第３実施例での作用効果は前記第１実施例と同様である。特に、本第３実施例では、外筒部分５と内筒部分２を接着しないでおくと、いずれかが腐食や破損した場合であっても、新たな外筒部分５又は内筒部分２と交換することができる。
【００２３】
（マイクロポンプの基本構成と動作原理、図７及び図８参照）
ここで、マイクロポンプ１０の基本構成とその動作原理について図７及び図８を参照して説明する。
【００２４】
マイクロポンプ１０は、ガラスなどからなる基板１１とシリコンなどからなる基板２０とを接合して構成されている。基板２０にはエッチングによってチャンバ２１、絞り流路２２，２３が形成されている。絞り流路２２は絞り流路２３よりも流路長が短い。チャンバ２１の裏面にはアクチュエータとしての圧電素子２９が貼り付けられており、チャンバ２１を構成する薄膜部分がダイヤフラムとして機能する。
【００２５】
具体的な寸法の一例を示すと、基板２０の厚さは２００μｍ、チャンバ２１を構成する薄膜ダイヤフラムの厚さは３０μｍ、絞り流路２２，２３の隙間は２５μｍである。
【００２６】
このマイクロポンプ１０は、概念的には、チャンバ２１の両端部にそれぞれ流路抵抗が差圧に応じて変化する絞り流路２２，２３を有し、絞り流路２２の流路抵抗の変化の割合は絞り流路２３の流路抵抗の変化の割合よりも大きく、圧電素子２９によってチャンバ２１内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも短い第１のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路２２から絞り流路２３に向かって送液する（順方向送液、図７参照）。また、圧電素子２９によってチャンバ２１内の液体を加圧する時間が減圧する時間よりも長い第２のパターンで繰り返して加圧、減圧することによって液体を絞り流路２３から絞り流路２２に向かって送液する（逆方向送液、図８参照）。
【００２７】
具体的には、図７は順方向の送液状態（第１のパターン）を示し、（Ａ）に示す波形の電圧を圧電素子２９に印加することにより、チャンバ２１内の液体を速く加圧すると、絞り流路２２では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体はチャンバ２１から絞り流路２３を通じて排出される。そして、チャンバ２１内の液体を遅く減圧することにより、流路抵抗が小さい絞り流路２２を通じて液体がチャンバ２１内に導入される。
【００２８】
図８は逆方向の送液状態（第２のパターン）を示し、（Ａ）に示す波形の電圧を圧電素子２９に印加することにより、チャンバ２１内の液体を遅く加圧すると、流路抵抗が小さい絞り流路２２を通じて液体がチャンバ２１から排出される。そして、チャンバ２１内の液体を速く減圧することにより、絞り流路２２では乱流が発生して流路抵抗が大きくなり、液体は絞り流路２３を通じてチャンバ２１内に導入される。
【００２９】
（他の実施例）
なお、本発明に係るジョイント部品は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【００３０】
特に、ジョイント部品によって接続されるマイクロ流体デバイスはマイクロポンプとマイクロチップに限定するものではなく、例えば、マイクロチップどうしを接続するものであってもよい。また、マイクロポンプは、必ずしも圧電素子を駆動源とするものである必要はなく、その細部の構造や形状は任意である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明は、二つのマイクロ流体デバイスのジョイント部品に有用であり、特に、必要な強度を有して送液の遅延などを生じることなく、かつ、装着，解除が容易な点で優れている。
【符号の説明】
【００３２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…ジョイント部品
２…内筒部分
５…外筒部分
１０…マイクロポンプ
１３…吐出口
３０…マイクロチップ
３４…流入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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