(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を移動するための通路を有する装置本体と、装置本体に対して磁場を印加するための外部磁場印加手段を備えた流体駆動装置または流体混合装置であって、装置本体の少なくとも一部が磁性体材料より構成され、装置本体に対して外部磁場印加手段により磁場を印加することで、磁束密度の高い領域と低い領域とを流体の進行方向に沿って形成し、流体が常磁性を示す場合には、磁束密度の低い領域を磁束障壁として作用せしめ、磁束密度の低い領域により側面を囲まれた磁束密度の高い領域を流体の移動するため通路として形成するか、または、流体が反磁性を示す場合には、磁束密度の高い領域が磁束障壁として作用せしめ、磁束密度の高い領域により側面を囲まれた磁束密度の低い領域が流体の移動するための通路として形成することを特徴とする流体駆動装置または流体混合装置。
【請求項２】
磁性体材料が、常磁性体、反磁性体、強磁性体、反強磁性体、超伝導体、または、これらの内の複数種の組み合わせからなることを特徴とする請求項１の流体駆動装置または流体混合装置。
【請求項３】
磁性体材料として、複数の線状の磁性体を配置することを特徴とする請求項１または２の流体駆動装置または流体混合装置。
【請求項４】
流体が移動するための通路を横断する方向に磁性体材料を設置することで磁場の勾配を形成し、発生する磁気力により流体を駆動または混合することを特徴とする請求項１乃至３いずれかの流体駆動装置または流体混合装置。
【請求項５】
請求項１乃至４いずれかの流体駆動装置または流体混合装置を備えることを特徴とするクロマトグラフィ分析装置。
【請求項６】
請求項１乃至４いずれかの流体駆動装置または流体混合装置を備えることを特徴とする医療用分析ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至４いずれかの流体駆動装置または流体混合装置を備えることを特徴とする連続混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、流体駆動装置および流体混合装置に関するものである。さらに詳しくは、医療、化学、生命科学などの分野で利用される微量分析装置や、薬品、食品、飲料などの分野で利用される連続混合処理装置に有用な磁場を利用した流体駆動装置および流体混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術と発明の課題】
微量な流体（気体、液体、混相流体）を取り扱わなければならない各種クロマトグラフィーや医療検査用微量分析用の微量分析装置、異物または不純物の混入を防止する必要がある薬品、食品、飲料分野で用いられる連続混合処理装置などにおいては、高い精度での定量的な流体のハンドリングが迅速に行われることが重要である。
【０００３】
流体駆動装置または流体混合装置を構成する流体の通路は、何かしらの物質壁面を有する溝や管により形成されている。このため、流体駆動装置または流体混合装置を小型化するために生ずる通路の幅または径の縮小においては、同時に、流体の粘性を相対的に高めることとなり、通路の壁面と流体または混相流体との間の発生する摩擦抵抗により、流体の滑らかな移動が妨げられることとなる。
【０００４】
通路内部の流体の駆動または混合には、プランジャー、回転羽根、スターラーなどの機械的駆動による装置の他に、急速混合を目的としたスパイラル管や混合チェンバーが利用されてきた。しかし、スパイラル管や混合チェンバーには、特殊な可動機構、または、流体の駆動または混合を行うための特殊な通路または空間部が必要とされ、これらが故障の発生の原因となったり、メンテナンスの際に長時間にわたる洗浄を必要とする要因となったりしていた。また、この空間が、流体の駆動または混合の定量性の低下を招く原因となっていることも問題となっていた。そして、前述の通り、微細または微小な通路内部においては相対粘度が大きくなることから、効率の高い流体の駆動または混合の実現が困難であった。
【０００５】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来技術の問題点を解消し、流体の駆動または混合を行うための通路の微細化または微小化を容易に実現し、高い精度での定量的な流体の駆動または混合を可能とする新しい流体駆動装置および流体混合装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、流体を移動するための通路を有する装置本体と、装置本体に対して磁場を印加するための外部磁場印加手段を備えた流体駆動装置または流体混合装置であって、装置本体の少なくとも一部が磁性体材料より構成され、装置本体に対して外部磁場印加手段により磁場を印加することで、磁束密度の高い領域と低い領域とを流体の進行方向に沿って形成し、流体が常磁性を示す場合には、磁束密度の低い領域を磁束障壁として作用せしめ、磁束密度の低い領域により側面を囲まれた磁束密度の高い領域を流体の移動するため通路として形成するか、または、流体が反磁性を示す場合には、磁束密度の高い領域が磁束障壁として作用せしめ、磁束密度の高い領域により側面を囲まれた磁束密度の低い領域が流体の移動するための通路として形成することを特徴とする流体駆動装置または流体混合装置を提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、上記装置について、第２には、磁性体材料が、常磁性体、反磁性体、強磁性体、反強磁性体、超伝導体、または、これらの内の複数種の組み合わせからなることを特徴とする流体駆動装置または流体混合装置を、第３には、磁性体材料として、複数の線状の磁性体を配置することを特徴とする流体駆動装置または流体混合装置を、さらに、第４には、流体が移動するための通路を横断する方向に磁性体材料を設置することで磁場の勾配を形成し、発生する磁気力により流体を駆動または混合することを特徴とする流体駆動装置または流体混合装置を提供するものである。
【０００８】
そして、この出願の発明は、以上の流体駆動装置または流体混合装置を備えるクロマトグラフィ分析装置、医療用分析ユニット、および、連続混合装置を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下に、その実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、この出願の発明である流体駆動装置および流体混合装置の基本構成を示す概要図である。
【００１１】
この出願の発明である流体駆動装置または流体混合装置は、装置に対して外部より磁場（１）を印加し、装置を構成する磁性体材料（２）により、磁場（１）に局所的な磁場の勾配を形成し、その結果として発生する磁気力を用いて、摩擦の少ない通路（３）を形成し、さらに、流体（４）の駆動または混合を実現するものである。図２に示すように、常磁性体が磁束をその内部に引き寄せるように作用し、また、反磁性体が磁束を追い出すように作用することを利用し、磁性体材料（２）として常磁性体と反磁性体を交互に配置し、これらに磁界を印加すると磁束密度の高い領域または低い領域が交互にあらわれる。流体が常磁性を示す場合には、磁束密度が低い領域が、一方、流体が反磁性を示す場合には、磁束密度が高い領域が、流体（４）に対して磁束障壁（５）として作用し、流体が移動するための通路（３）を物質的な壁面を用いることなく形成することが可能となる。
【００１２】
すなわち、この出願の発明においては、勾配を持つ磁束密度分布の場を流体の移動する方向に沿って形成することにより、
【００１３】
【数１】
0003638531.tif 000002
で与えられる磁気力を発生せしめ、磁束障壁として作用させ、通路を形成するものである。
【００１４】
例えば、図３（ａ）のように常磁性体と反磁性体を交互に配置し、外部より磁性体の長手方向に磁場を印加した場合、磁束密度は強磁性体上で高くなるように分布する。磁束密度の高い領域は反磁性を示す流体にとって磁束障壁として作用し、反磁性体上に流体の通路が形成される。同様に、図３（ｂ）のように、垂直に磁場を印加した場合、磁束密度は強磁性体上で高くなるように分布し、反磁性体上に反磁性を示す流体の通路が形成される。
【００１５】
形成される磁束障壁（５）は、物質的な壁面とはことなることから、磁束障壁（５）間の領域を通路（３）として移動する際に、摩擦抵抗の発生を減じる働きをもつ。
【００１６】
また、この出願の発明においては、以上の通り形成された流体が移動するための通路に沿った方向に磁束密度勾配を形成することで、通路に沿った方向に磁場力を発生させ、流体に対して駆動力を付加することが可能となり、流体駆動装置として作用する。
【００１７】
さらに、この出願の発明においては、流体の移動方向に直交する方向に磁気力を形成することで、流体の混合が可能となり、流体混合装置として作用する。反磁性を示す流体が反磁性体の通路を移動している場合においては、流体が移動する通路を横断する方向に常磁性体を、また、常磁性を示す流体が常磁性体の通路を移動している場合においては、流体が移動する通路を横断する方向に反磁性体を、配置することにより、流体の移動方向に直交する磁気力が形成される。図４に励磁したように、反磁性体の通路の一部に、通路を横断する方向に強磁性体を組み込むことにより、磁束密度は図４の下部に示したような分布をとり、流体の移動方向に直交する磁気力が形成され、流線に乱れが生じるため、流体の撹拌がなされる。
【００１８】
この出願の発明において、流体が移動するための通路を形成する磁性体材料としては、常磁性体材料、反磁性体材料、強磁性体材料、反強磁性体、超伝導体材料などが用いられる。
【００１９】
また、流体は、気体、液体、および混相流体であり、流体が示す常磁性または反磁性のオーダーは、いわゆる磁性流体と呼ばれる混相流体が持つような強磁性などのオーダーと比較して、微小であってよい。
【００２０】
この出願の発明により、高い精度での定量的な流体のハンドリングの実施が可能となる。このため、この出願の発明は、例えば、クロマトグラフィ分析装置、医療用分析ユニット、連続混合装置などの各種の流体を扱う装置に組み込まれて利用される。
【００２１】
もちろん、この出願の発明は、以上で示した磁性体材料の配置に限定されることはなく、各種の形態、態様が採用されてよいことは言うまでもない。
【００２２】
そこで、以下にこの出願の発明である流体駆動装置および流体混合装置についての実施例を説明する。
【００２３】
【実施例】
実施例１
第１の実施例として、磁気による通路の形成および流体の駆動について示す。
【００２４】
図５は、磁気による流体の移動する通路の形成を行うための構成の例である。プラスチック製の基板（５１）上に、磁束障壁形成のために強磁性体である鉄線（５２）を数ｍｍ間隔に平行に埋め込む。さらに、プラスチック膜で表面が平坦になるように基板（５１）をコーティングする。この基板（５１）を、水の入った容器（５３）中に設置し、外部より磁石（５４）により磁場を印加する。この状態で、注射器（５５）より、反磁性体材料である墨汁を基板（５１）上に注入する。墨汁はポリビニルアルコールにより、粘性が高められており、基板（５１）は、上記の通り、プラスチック膜でコーティングされているため、墨汁と鉄線（５２）が直接的に接触することはない。磁石の磁束密度は５テスラであった。
【００２５】
図６は、図５における基板（５１）の上方に設置したビデオカメラ（５６）により撮影された映像である。墨汁の移動より、印加した磁場の勾配により流体に駆動力が付加されていることがわかる。また、墨汁は、鉄線の作り出す磁束障壁に沿って移動している。
実施例２
第２の実施例として、通路の形成方法の一例について示す。
【００２６】
図７に示すように、従来の成膜技術を用いて、基板（７１）上にビスマス層（７２）を成膜し、次いで、ビスマス層（７２）上に鉄層（７３）を積層し、さらに、鉄層（７３）に対して複数の線状にエッチングを施すことで形成される。反磁性体であるビスマス層（７２）上に強磁性体である鉄層（７３）を積層することで、外部磁場（７４）を印加することで、鉄層（７３）に高い値を持つ内部磁束（７５）が形成され、反磁性を示す磁束流体に対して磁束障壁として作用する。
実施例３
第３の実施例として、通路に存在する流体に対して駆動力を発生させるための通路の構成について示す。図８に示すように通路（８１）の進行方向を横断する向きに、常磁性体（８２）を断続的に設置し、外部磁場（８３）を垂直方向に印加することで磁場勾配が形成される。この磁場勾配により、通路（８１）内の反磁性を持つ流体（８４）に対して、通路に沿った方向に磁気力（８５）が働き、これが駆動力として作用する。この駆動力により、流体（８４）は通路に沿って移動する。
実施例４
第４の実施例として、流体混合装置の構成の一例を示す。
【００２７】
図９は、磁気による流体を混合する通路の形成を行うための構成の例を示したものである。プラスチック製の基板（９１）上に、磁束障壁形成のために強磁性体である網目状鉄線（９２）を埋め込む。さらに、プラスチック膜で表面が平坦になるように基板（９１）をコーティングする。この基板（９１）を、水の入った容器（９３）中の水面から１ｍｍの位置に固定し、外部より超伝導磁石（９４）により磁場を印加する。この状態で、注射器（９５）より、常磁性体材料である硫酸銅水溶液を基板（９１）上に注入する。硫酸銅水溶液はポリビニルアルコールにより粘性が増加されており、また、赤インクで着色してある。基板（９１）は、上記の通り、プラスチック膜でコーティングされているため、硫酸銅水溶液と網目状鉄線（９２）が直接的に接触することはない。
【００２８】
図１０は、図９における基板（９１）の上方に設置したビデオカメラ（９６）により撮影された映像である。網目状鉄線（９２）が形成する局所的な磁場勾配により、硫酸銅水溶液が分散する様子がわかる。
【００２９】
以上の通り構成された通路内を流体が移動することで、効率的な混合が実現される。
【００３０】
【発明の効果】
この出願の発明によって、以上詳しく説明したとおり、流体の駆動または混合を行うための通路の微細化または微小化を容易に実現し、高い精度での定量的な流体の駆動または混合を可能とする新しい流体駆動装置および流体混合装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明である流体駆動装置および流体混合装置の基本構成を示した概要図である。
【図２】この出願の発明の原理について示した概要図である。
【図３】この出願の発明の原理について示した概要図である。
【図４】この出願の発明の原理について示した概要図である。
【図５】この発明の実施例として、磁気による通路の形成を行うための構成を例示した概要図である。
【図６】この発明の実施例として、磁気により通路の形成され流体が移動する様子を示した写真である。
【図７】この発明の実施例として、通路の形成方法の一例について示した概要図である。
【図８】この発明の実施例として、通路に存在する流体に対して駆動力を発生させるための通路の構成について示した概要図である。
【図９】この発明の実施例として、磁気による流体を混合する通路の形成を行うための構成の一例を示した概要図である。
【図１０】この発明の実施例として、磁気により流体が混合される様子を示した写真である。
【符号の説明】
１  磁場
２  磁性体材料
３  通路
４  流体
５  磁束障壁
５１  基板
５２  鉄線
５３  容器
５４  磁石
５５  注射器
５６  ビデオカメラ
７１  基板
７２  ビスマス層
７３  鉄層
７４  外部磁場
７５  内部磁束
８１  通路
８２  常磁性体
８３  外部磁場
８４  流体
８５  磁気力
９１  基板
９２  網目状鉄線
９３  容器
９４  超伝導磁石
９５  注射器
９６  ビデオカメラ
【図１】
0003638531.tif 000003
【図２】
0003638531.tif 000004
【図３】
0003638531.tif 000005
【図４】
0003638531.tif 000006
【図５】
0003638531.tif 000007
【図６】
0003638531.tif 000008
【図７】
0003638531.tif 000009
【図８】
0003638531.tif 000010
【図９】
0003638531.tif 000011
【図１０】
0003638531.tif 000012