(57)【要約】【課題】本発明の目的は、様々な利用場面で、液体の精密な位置決めを容易に行うことが可能であり、設計並びに製作が容易な送液流路を提供することである。【解決手段】液体１６に連通される上流端部２と、下流端部４とを有する管状の送液流路１を有する液体送り装置。前記下流端部４は、前記送液流路１内のエアを吸引するエア吸引装置に接続される。前記上流端部２と下流端部４との間で、狭窄部６が、前記送液流路１の一部分を細くすることにより形成されている。前記狭窄部６と下流端部４との間で、外部エアと連通する分岐流路１２が、前記送液流路１から分岐している。液体１６は、前記下流端部４からのエア吸引によって、前記送液流路１内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部６内で移動を妨げられ、そして、前記分岐流路１２によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部６において位置決めされる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に連通される上流端部と、下流端部とを有する管状の送液流路を具備する液体送り装置において、
前記下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、
前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、
前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記送液流路に設けられており、
液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、前記送液流路内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部内で移動を妨げられ、そして、前記連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置。
【請求項２】
液体に連通されるメイン上流端部と、メイン下流端部とを有する管状の送液流路を具備する液体送り装置において、
前記メイン下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、
前記送液流路は、上流端部と下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路を互いに直列に接続することによって形成され、各サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記サブ送液流路に設けられており、
いずれかのサブ送液流路において、液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、前記サブ送液流路内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部内で移動を妨げられ、そして、前記連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置。
【請求項３】
液体に連通される上流端部と、下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、
これらサブ送液流路の下流端部の各々と連通している上流側の合流端部を有する管状の合流路の下流端部に設けられているメイン下流端部とを有する送液流路を具備する液体送り装置において、
前記メイン下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、
各サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記サブ送液流路に設けられており、
各サブ送液流路において、液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、各サブ送液流路内で上流から下流へと移動され、各狭窄部内で移動を妨げられ、そして、各連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、各狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置。
【請求項４】
前記エア吸引は、一定量のエア吸引であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の液体送り装置。
【請求項５】
前記液体は、前記送液流路内で、液体の上流側と下流側とにエアが配置された状態で移動されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の液体送り装置。
【請求項６】
上流端部と、下流端部とを有する管状の送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、
前記上流端部を液体に連通させる工程と、
前記送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記下流端部からエアを吸引する工程と、
前記上流端部と下流端部との間で前記送液流路の一部分を細くすることにより形成された狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、
前記狭窄部と下流端部との間で、前記送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、前記狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法。
【請求項７】
互いに直列に接続されている、上流端部と下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、メイン上流端部と、メイン下流端部とを有する管状の送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、
前記メイン上流端部を液体に連通させる工程と、
前記送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記メイン下流端部からエアを吸引する工程と、
いずれかの前記サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成された狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、
液体が移動を妨げられている前記サブ送液流路において、前記狭窄部と下流端部との間で、前記サブ送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、前記狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法。
【請求項８】
上流端部と、下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、これらサブ送液流路の下流端部の各々と連通している上流側の合流端部を有する管状の合流路の下流端部に設けられているメイン下流端部とを有する送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、
各上流端部を液体に連通させる工程と、
各サブ送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記メイン下流端部からエアを吸引する工程と、
各サブ送液流路において、各上流端部と各下流端部との間で各サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成された各狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、
各サブ送液流路において、各狭窄部と各下流端部との間で、各サブ送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、各狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法。
【請求項９】
前記エアを吸引する工程は、一定量のエアを吸引する工程であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１の液体送り方法。
【請求項１０】
前記液体は、前記送液流路内で、液体の上流側と下流側とにエアが配置された状態で移動されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１の液体送り方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、微量液体を用いて反応、分析を行うバイオ分析、化学分析、合成などに応用される、液体を所定の位置に正確に送液するための液体送り装置並びに方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学、バイオ分野におけるマイクロ分析又はマイクロ反応システムで、所定の位置に試料を正確に移動させることが、求められている。このため、マイクロシステムに搭載できるような小型で確実なマイクロバルブ又はマイクロポンプを、マイクロ加工技術によって実用化することが試みられている。また、マイクロバルブが複数配置されたマイクロシステムの実用化や、特にバイオ分野で、ディスポーザブルな使用が可能なマイクロシステムの実用化が、試みられている。
【０００３】
非特許文献１では、簡単な構造の送液機構が、開示されている。この送液機構では、細管を流れる流体の圧力損失と表面張力とを利用している。この送液機構は、複数の流路が形成された円盤形状のディスクを有し、これら流路の各々は、ディスクの中心付近から、径方向に延びている。そして、これら流路中に、複数の疎水性狭窄部が、直列に配置されている。ディスクが回転されたとき、流路内の液体は、遠心力によって外向きに移動される。そして、液体は、疎水性狭窄部における圧力損失並びに表面張力の効果によって移動を妨げられる。
【０００４】
ここで、液体に作用する遠心力は、ディスクの回転中心と液体との間の距離が大きくなるに従って大きくなる。また、この遠心力は、ディスクの回転数が大きくなるに従って大きくなる。一方、狭窄部における液体の圧力損失は、狭窄部の形状によって変化される。
【０００５】
従って、この送液機構のディスクでは、液体に作用する圧力損失と遠心力とを、同一流路内の複数の狭窄部の各々においてバランスさせるために、以下の方法を用いている。即ち、ディスクの回転数を一定にする一方で、より外側の狭窄部においてより大きな圧力損失が液体に作用するように各狭窄部間で形状を変化させることによって、液体の回転半径の増大による遠心力の増大の効果を相殺している。このようにして、液体に作用する圧力損失と遠心力とが、バランスされることにより、液体の移動の調節が、可能となっている。
【０００６】
以上のように、この送液機構では、圧力損失並びに表面張力を利用した非常にシンプルな構造で、バルブ機能が実現されている。従って、この送液機構は、小型化、アレイ化、ディスポーザブル使用の点で、有利となっている。
【非特許文献１】「ＭＩＣＲＯＦＬＵＩＤＩＣＳ  ＩＮ  Ａ  ＲＯＴＡＴＩＮＧ  ＣＤ」，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｕＴＡＳ  ２０００  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｐ３１１−３１４，２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１の送液機構については、ディスクを回転する遠心力方式では、局部加熱による反応などが困難で、利用場面が限定されるという問題がある。また、上述したように、より外側の狭窄部においてより大きな圧力損失が液体に作用するように、各狭窄部間で形状を変化させなければならない。このため、狭窄部を多数設ける程、設計の困難性が増加する。さらに、製作上の精度も、必要である。
【０００８】
本発明の目的は、上記の課題を解決するために、様々な利用場面で、液体の精密な位置決めを容易に行うことが可能であり、設計並びに製作が容易な液体送り装置を提供することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、様々な利用場面で、液体の精密な位置決めを容易に行うことが可能な液体送り方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、液体に連通される上流端部と、下流端部とを有する管状の送液流路を具備する液体送り装置において、前記下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記送液流路に設けられており、液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、前記送液流路内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部内で移動を妨げられ、そして、前記連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、液体に連通されるメイン上流端部と、メイン下流端部とを有する管状の送液流路を具備する液体送り装置において、前記メイン下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、前記送液流路は、上流端部と下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路を互いに直列に接続することによって形成され、各サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記サブ送液流路に設けられており、いずれかのサブ送液流路において、液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、前記サブ送液流路内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部内で移動を妨げられ、そして、前記連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、液体に連通される上流端部と、下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、これらサブ送液流路の下流端部の各々と連通している上流側の合流端部を有する管状の合流路の下流端部に設けられているメイン下流端部とを有する送液流路を具備する液体送り装置において、前記メイン下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続され、各サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成されており、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記サブ送液流路に設けられており、各サブ送液流路において、液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、各サブ送液流路内で上流から下流へと移動され、各狭窄部内で移動を妨げられ、そして、各連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、各狭窄部において位置決めされることを特徴とする液体送り装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記エア吸引は、一定量のエア吸引であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の液体送り装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、前記液体は、前記送液流路内で、液体の上流側と下流側とにエアが配置された状態で移動されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１の液体送り装置である。
【００１５】
請求項６の発明は、上流端部と、下流端部とを有する管状の送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、前記上流端部を液体に連通させる工程と、前記送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記下流端部からエアを吸引する工程と、前記上流端部と下流端部との間で前記送液流路の一部分を細くすることにより形成された狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、前記狭窄部と下流端部との間で、前記送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、前記狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法である。
【００１６】
請求項７の発明は、互いに直列に接続されている、上流端部と下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、メイン上流端部と、メイン下流端部とを有する管状の送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、前記メイン上流端部を液体に連通させる工程と、前記送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記メイン下流端部からエアを吸引する工程と、いずれかの前記サブ送液流路において、前記上流端部と下流端部との間で前記サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成された狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、液体が移動を妨げられている前記サブ送液流路において、前記狭窄部と下流端部との間で、前記サブ送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、前記狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法である。
【００１７】
請求項８の発明は、上流端部と、下流端部とを有する複数の管状のサブ送液流路と、これらサブ送液流路の下流端部の各々と連通している上流側の合流端部を有する管状の合流路の下流端部に設けられているメイン下流端部とを有する送液流路内で、液体を移動させる液体送り方法において、各上流端部を液体に連通させる工程と、各サブ送液流路内の液体を上流から下流へと移動させるように、前記メイン下流端部からエアを吸引する工程と、各サブ送液流路において、各上流端部と各下流端部との間で各サブ送液流路の一部分を細くすることにより形成された各狭窄部内で、液体の移動を妨げる工程と、各サブ送液流路において、各狭窄部と各下流端部との間で、各サブ送液流路内と外部エアとを連通してエア吸引による減圧を緩和することにより、各狭窄部において液体を位置決めする工程とを具備することを特徴とする液体送り方法である。
【００１８】
請求項９の発明は、前記エアを吸引する工程は、一定量のエアを吸引する工程であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１の液体送り方法である。
【００１９】
請求項１０の発明は、前記液体は、前記送液流路内で、液体の上流側と下流側とにエアが配置された状態で移動されることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１の液体送り方法である。
【発明の効果】
【００２０】
以上詳記したように本発明によれば、送液流路を容易に設計並びに製作することが可能とされており、また、様々な利用場面で、液体の厳密な位置決めを容易に行うことが、可能とされている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下で、他とは独立して、本発明の液体送り装置並びに方法の基礎となっている原理並びにその原理に関する実験結果について述べる。
【００２２】
上流端部と、下流端部とを有する管状の送液流路を考察する。前記上流端部は、液体に連通され、前記下流端部は、前記送液流路内のエアを吸引するエア吸引装置に接続される。前記上流端部と下流端部との間で、狭窄部が、前記送液流路の一部分を細くすることにより形成されている。また、前記狭窄部と下流端部との間で、外部エアと連通する連通孔が、前記送液流路に設けられている。
【００２３】
液体は、前記下流端部からのエア吸引によって、前記送液流路内で上流から下流へと移動され、前記狭窄部内で移動を妨げられ、そして、前記連通孔によってエア吸引による減圧が緩和されることにより、前記狭窄部において位置決めされる。
【００２４】
前記連通孔が、前記送液流路から分岐された分岐流路の形態である場合について考察する。なお、前記送液流路の、前記狭窄部の下流の部分を、前記分岐流路と区別して下流流路と呼ぶ。
【００２５】
前記送液流路において、狭窄部の形状、並びに、外部エアと連通する前記分岐流路の形状をどのようにすれば良いかは、吸引エア量、吸引側の減圧状態、温度並びに液体の粘性等と関連し、一概に定めることは、難しい。
【００２６】
前記狭窄部内の圧力損失の大きさは、以下のように見積もることが可能である。前記狭窄部内での液体の流れは層流（低レイノルズ数）となると想定できるので、圧力損失の大きさは、ハーゲン・ポアズイユの法則を用いて計算することができる。前記狭窄部の断面が、円形である場合、ハーゲン・ポアズイユの式は、以下のようになる。  
Ｑ＝（πＲ４／８μ）・（ΔＰ／Ｌ）          （１）
ΔＰ＝ＬＱ・（８μ／πＲ４）          （２）
ここで、ΔＰは前記狭窄部全体に渡る液体の圧力損失の大きさ、Ｌは前記狭窄部の長さ、Ｑは前記狭窄部を通過する単位時間当たりの液体の流量、μは液体の粘度、Ｒは前記狭窄部の管半径である。
【００２７】
式（２）のモデルは、前記狭窄部の断面が、円形である場合を対象としている。以下では、前記狭窄部の断面が、矩形である場合を考察する。ここでは、レイノルズ計算で用いられる円管と矩形管との変換式（表面積／体積比の計算式）を用いることができる。この関係式を以下に示す。  
Ｒｅ＝４ｍＶ／ν          （３）  
ｍ＝ａｂ／（ａ＋ｂ）          （４）  
２Ｒ＝４ｍ          （５）  
ここで、Ｒｅはレイノルズ数、ｍは変換パラメータ、Ｖは流れの場の代表速さ、νは液体の動粘度である。また、図１（Ａ）に示されるように、２ａが、矩形管の幅、２ｂが、矩形管の高さである。
【００２８】
また、前記狭窄部における実効的な表面張力をＰとすると、  
Ｐ＝γ・ｃｏｓθ（ａ＋ｂ）／ａｂ          （６）  
である。ここで、γは液体の表面張力、θは液面と前記狭窄部の側面との接触角である。
【００２９】
式（２）、（４）、（５）、（６）を用いて、前記狭窄部における圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和ΔＰ＋Ｐを見積もる。送液される液体が、水である場合について計算する。幅５００μｍ、高さ１００μｍの矩形管の前記送液流路に前記狭窄部を設ける場合について計算する。前記狭窄部の高さ２ｂを前記送液流路の高さと同じ１００μｍとし、前記狭窄部の幅２ａを変化させる。液体の流速を１０ｍｍ／ｓｅｃとする。θは、シリコン樹脂等で流路を形成した場合には、約９０〜１１０度である。γは、温度により変化され、１０℃で７４．２ｍＮ／ｍ、３０℃で７１．１５ｍＮ／ｍ、５０℃で６７．９０ｍＮ／ｍである。前記狭窄部の幅２ａを変化させた場合の、圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和ΔＰ＋Ｐの計算結果を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）では、水温が、１０℃、３０℃、５０℃の各場合について示している。
【００３０】
前記狭窄部の形状については、前記狭窄部における液体の圧力損失の大きさが、少なくとも大気圧（約１００ｋＰａ）以下となるように決定するべきである。なぜなら、大気圧以上の圧力損失の大きさでは、前記狭窄部を通り抜けるためには上流側から加圧する必要があり、実用的ではないからである。ここで、図１（Ｂ）に示されるように、前記狭窄部の幅が、約１０μｍ以上の場合に、圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和が、大気圧以下になる。
【００３１】
ところで、エア吸引による減圧については、大気圧の半分程度が実用的である。この場合、圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和が、大気圧の半分程度以下であれば、上流側からさらに加圧する必要はない。ここで、図１（Ｂ）に示されるように、前記狭窄部の幅が、約２０μｍ以上の場合に、圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和が、大気圧の半分程度以下になる。
【００３２】
一方、前記狭窄部の幅を大きくすると、図１（Ｂ）に示されるように、圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和が、小さくなる。このとき、液体は、前記下流端部からのエア吸引に対して、前記狭窄部内でも容易に移動され得る。このため、液体を狭窄部において位置決めする際、液体を吸引するためのエア吸引の量を精密に調節する必要が生じる。即ち、エア吸引の揺らぎの許容範囲が小さくなる。従って、エア吸引の揺らぎの許容範囲の観点のみから言えば、前記狭窄部の幅は、可能な限り小さいことが好ましい。
【００３３】
以上の観点から、実際上、狭窄部の幅は、約２０μｍが望ましい。
【００３４】
さらに、前記分岐流路について考察する。この分岐流路の目的は、前記送液流路内の圧力を緩和することである。従って、前記分岐流路は、外部エアと連通されていれば、その目的を達成することが出来る。エア吸引時の、前記分岐流路並びに前記下流流路内のエアの運動については、エアの密度が温度や圧力によって変化するので、マッハ数が支配的なパラメータになる。また、エアの運動が、膨張波的な圧力変動となるような比較的急速なエア吸引により、液体の移動を行うことを前提としているので、エアの運動を簡単に見積もることは困難である。
【００３５】
実際の実験において、前記下流流路に対し、１／１０の断面積をもつ分岐流路を形成した。この実験で、前記狭窄部内で液体の移動を妨げ、前記送液流路の下流流路内の残留圧力を緩和し、前記狭窄部において液体を位置決めするという目的を十分に達成することが出来た。即ち、シリンジポンプを用いてエア吸引を行ったところ、幅１ｍｍ、高さ１００μｍの流路に対し、７００μｌのエア吸引により数μｌ〜１５μｌの液体を前記狭窄部において位置決めすることができた。
【００３６】
また、エア吸引量を増加させることにより、分岐流路の断面積をさらに大きくすることも可能である。しかし、分岐流路の断面積を大きくすると分岐流路からの吸引量が増え、液体を移動させる効率が減少するので断面積は下流流路と同等以下が望ましい。
【００３７】
ところで、前記連通孔の目的は、外部エアを取り入れることである。この目的を達成できれば、前記連通孔は、前記分岐流路の形態である必要はない。残留圧力の緩和を急激に行う必要がなければ、連通孔は、例えば、φ１０μｍ程度のピンホールで十分である。非常に粗い見積もりであるが、１００μｌのエアを吸引し、１０μｌの液を移動した場合、残留圧力の緩和に要する時間は数秒である。厳密には液体の粘性、エア吸引速度等を考慮してシミュレーションする必要があるが、ピンホールをφ１００μｍとした場合には緩和時間はその約１／１００になる。このように分岐流路ではなくピンホールを用いれば、不連続的で比較的高速の気体の流れによる分岐流路内の管内摩擦を考慮する必要はなくなる。
【００３８】
以上の考察に基づき、本発明の実施形態を以下で説明する。
【００３９】
以下、本発明の第１実施形態を図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。図２（Ａ）は、本実施形態の液体送り装置の送液流路１を示している。この送液流路１は、管状の流路であり、上流端部２と、下流端部４とを有する。この上流端部２は、送液される液体に連通される。本実施形態では、前記上流端部２は、リザーバ１４に接続され、このリザーバ１４内部と連通している。また、図示されていないが、前記リザーバ１４の内部は、送液される液体の上流側に大気圧が作用するように、外部エアとも連通している。一方、前記下流端部４に、前記送液流路１内のエアを吸引するためのエア吸引装置が、接続され得る。このエア吸引装置としては、例えば、シリンジポンプやダイヤフラムポンプが、使用される。
【００４０】
前記送液流路１の一部に、液体を位置決めするための狭窄部６が、設けられている。この狭窄部６は、前記送液流路１を細くすることによって形成された細管形状の部分である。そして、前記送液流路１において、前記狭窄部６より上流側を上流流路８、下流側を下流流路１０と呼ぶ。この下流流路１０から、分岐流路１２が、分岐されている。この分岐流路１２は、一方で前記下流流路１０と連通し、他方で外部エアと連通している。前記分岐流路１２の内径は、好ましくは、前記下流流路１０の内径よりも充分小さい。また、前記分岐流路１２には、この分岐流路１２を開閉するためのバルブが、設けられ得る。
【００４１】
次に、図２（Ｂ）、（Ｃ）を用いて、本実施形態の送液流路１における液体送り方法について説明する。図２（Ｂ）に示されるように、前記リザーバ１４内に、液体１６を貯留する。そして、図２（Ｃ）の矢印１８で示されるように、前記下流端部４から、前記送液流路１内のエアを所定の量だけ吸引する。吸引するエアの量は、液体１６に作用する吸引力と、前記狭窄部６において液体１６に作用する圧力損失及び表面張力とがバランスして、液体１６が、前記狭窄部６内で充分に移動を妨げられるように調節される。前記送液流路１からのエアの吸引量は、液体１６の移動量より過剰である。従って、エア吸引の後、前記下流流路１０は、減圧状態となっている。この残留圧力は、矢印２０で示されるように、前記分岐流路１２からのエア吸引によって緩和される。この結果、液体１６の移動は、停止され、液体１６は、前記狭窄部６において位置決めされる。図２（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、好ましくは、液体１６は、上流側と下流側とにエアが配置されている状態で移動される。
【００４２】
そこで、上記送液流路１を有する液体送り装置並びにこの送液流路１を用いた液体送り方法にあっては次の効果を奏する。即ち、前記送液流路１内の液体１６の移動方法として、前記下流端部４からのエア吸引による方法を採用しているため、前記送液流路１を静置状態で使用することが可能となっている。従って、利用場面が限定されることがなく、例えば、局部的な加熱も可能である。
【００４３】
また、液体１６の位置決めを前記狭窄部６によって行っているため、圧力損失が大きくとられており、エア吸引圧力の揺らぎに対する許容範囲が、広げられている。従って、エア吸引量を微妙に調整する必要性が、排除されている。
【００４４】
なお、前記送液流路１の形状は、長方形、正方形、円形などいかような形状でもよい。また、前記狭窄部６の形状についても同様である。
【００４５】
以下、本発明の第２実施形態を図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を参照して説明する。図３（Ａ）は、本実施形態の液体送り装置の送液流路３０を示している。この送液流路３０は、管状の送液流路であり、第１実施形態の送液流路１と同様な構造を有する３つのサブ流路１ａ、１ｂ、１ｃを直列に接続することによって形成されている。即ち、前記送液流路１の下流端部を、別の送液流路１の上流端部に連通させ、この別の送液流路１の下流端部を、さらに別の送液流路１の上流端部に連通させることによって形成されている。従って、各々のサブ流路１ａ、１ｂ、１ｃは、第１実施形態の送液流路１と同様な狭窄部６ａ、６ｂ、６ｃ並びに分岐流路１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する。本実施形態の送液流路３０の上流端部３２は、第１実施形態の前記送液流路１の上流端部２と同様な構成であり、また、下流端部３４は、前記送液流路１の下流端部４と同様な構成である。前記上流端部３２に、第１実施形態で説明したものと同様なリザーバ１４が、接続されている。
【００４６】
さらに、前記分岐流路１２ａ、１２ｂ、１２ｃの各々には、これら分岐流路を開閉するためのバルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃが、設けられている。これらバルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、好ましくはマイクロバルブである。また、本実施形態の送液流路３０内は、後述するように減圧方向である。従って、前記バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃとして、例えば、マイクロ加工によって形成されたシリコン樹脂性のダイヤフラムを用いた、流路内圧が減圧状態の時にシール性を発揮できるような構造のバルブを使用することが可能である。
【００４７】
次に、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を用いて、本実施形態の送液流路３０における液体送り方法について説明する。図３（Ａ）に示されるように、前記リザーバ１４内に、液体１６を貯留する。そして、バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃを、開、閉、閉の状態にする。この状態で、図３（Ｂ）の矢印３８で示されるように、前記下流端部３４から、前記送液流路３０内のエアを所定の量だけ吸引し、前記狭窄部６ａ中へと液体１６を移動させる。吸引するエアの量は、第１実施形態の場合と同様に決定される。また、残留圧力の緩和は、矢印４０で示されるように、前記分岐流路１２ａからのエア吸引によって行われる。このようにして、液体１６は、前記狭窄部６ａにおいて位置決めされる。続いて、前記バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃを、閉、開、閉の状態にする。この状態で、前記狭窄部６ａでの位置決めと同様に、図３（Ｃ）に示されるように、液体１６を前記狭窄部６ｂによって位置決めする。図３（Ｃ）の矢印４２で示されるように、残留圧力の緩和は、前記分岐流路１２ｂからのエア吸引によって行われる。さらに続いて、前記バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃを、閉、閉、開の状態にする。この状態で、前記狭窄部６ｂでの位置決めと同様に、図３（Ｄ）に示されるように、液体１６を前記狭窄部６ｃによって位置決めする。図３（Ｄ）の矢印４４で示されるように、残留圧力の緩和は、前記分岐流路１２ｃからのエア吸引によって行われる。図３（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で示されるように、好ましくは、液体１６は、上流側と下流側とにエアが配置されている状態で移動され得る。さらに好ましくは、移動される液体１６の量は、所定の狭窄部において位置決めされた際、この狭窄部を有する１つのサブ流路内に収容される量であり得る。
【００４８】
そこで、上記送液流路３０を有する液体送り装置並びにこの送液流路３０を用いた液体送り方法にあっては次の効果を奏する。即ち、本送液流路３０においては、前記狭窄部６ａ、６ｂ、６ｃを直列に配設し、これら狭窄部６ａ、６ｂ、６ｃと分岐流路１２ａ、１２ｂ、１２ｃとを夫々組み合わせ、前記下流端部３４から、前記送液流路３０内のエアを吸引することによって、液体を送液する構成となっている。従って、本送液流路３０では、これら狭窄部６ａ、６ｂ、６ｃの形状を変える必要はなく、液体を移動したい位置の前記狭窄部に対応した前記分岐流路を外部エアと連通させることにより、容易に位置制御を行うことが可能である。
【００４９】
さらに、前記バルブ３６ａ、３６ｂ、３６ｃとしてマイクロバルブを用いる場合には次の効果を奏する。即ち、マイクロバルブでは、シールするために必要な密閉性や密着力が十分ではないため、シール性が問題となる。しかしながら、本送液流路３０では、送液流路内圧は減圧方向であるので、流路内圧が高い状態を考える必要はない。また、本送液流路３０では、マイクロバルブの厳密な開閉位置制御は必要ないので、一般的に必要とされる厳密なバルブ機能を必要としない。このため、マイクロバルブを非常に単純な構造にすることができ、マイクロバルブの小型化、アレイ化が容易になる。従って、マイクロバルブを含む流体回路構築が実現しやすくなっている。
【００５０】
なお、本実施の形態では第１実施形態の送液流路１を３つ直列に繋げた構造としたが、個数にとらわれることなく２つでもまた、４つ以上でもよい。
【００５１】
以下、本発明の第３実施形態を図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図４（Ａ）は、本実施形態の液体送り装置の送液流路５０を示している。この送液流路５０は、３つのサブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを並列に配置することによって形成されている。これらサブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各々は、２つのサブ流路を有する第２実施形態の送液流路３０と同様な構造を有する。前記サブ流路３０ａの上流端部３２ａは、第１実施形態で説明したものと同様なリザーバ１４ａに接続されている。同様に、前記サブ流路３０ｂの上流端部３２ｂは、リザーバ１４ｂに接続され、また、前記サブ流路３０ｃの上流端部３２ｃは、リザーバ１４ｃに接続されている。一方、これらサブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの下流端部３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、管状の合流路５６の上流側の合流端部５６ａに連通している。この合流路５６の下流端部５６ｂに、前記送液流路５０のメイン下流端部５４が、設けられている。このメイン下流端部５４は、前記送液流路１の下流端部４と同様な構成である。
【００５２】
前記サブ流路３０ａは、上流側の狭窄部６ｄ、分岐流路１２ｄ、バルブ３６ｄ、並びに、下流側の狭窄部６ｅ、分岐流路１２ｅ、バルブ３６ｅを有する。同様に、前記サブ流路３０ｂは、上流側の狭窄部６ｆ、分岐流路１２ｆ、バルブ３６ｆ、並びに、下流側の狭窄部６ｇ、分岐流路１２ｇ、バルブ３６ｇを有し、前記サブ流路３０ｃは、上流側の狭窄部６ｈ、分岐流路１２ｈ、バルブ３６ｈ、並びに、下流側の狭窄部６ｉ、分岐流路１２ｉ、バルブ３６ｉを有する。
【００５３】
次に、図４（Ａ）、（Ｂ）を用いて、本実施形態の送液流路５０における液体送り方法について説明する。図４（Ａ）に示されるように、前記リザーバ１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各々内に、液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃを貯留する。そして、上流側のバルブ３６ｄ、３６ｆ、３６ｈを開状態、下流側のバルブ３６ｅ、３６ｇ、３６ｉを閉状態にする。この状態で、図４（Ｂ）の矢印５８で示されるように、前記メイン下流端部５４から、前記送液流路５０内のエアを所定の量だけ吸引して、液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃを、前記狭窄部６ｄ、６ｆ、６ｈ中へと移動させる。また、残留圧力の緩和は、矢印６０ａ、６０ｂ、６０ｃで示されるように、前記分岐流路１２ｄ、１２ｆ、１２ｈからのエア吸引によって行われる。このようにして、液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃを、前記狭窄部６ｄ、６ｆ、６ｈにおいて夫々位置決めする。続いて、上流側のバルブ３６ｄ、３６ｆ、３６ｈを閉状態、下流側のバルブ３６ｅ、３６ｇ、３６ｉを開状態して、液体１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々を次の前記狭窄部６ｅ、６ｇ、６ｉに移動させることができる。
【００５４】
そこで、上記送液流路５０を有する液体送り装置並びにこの送液流路５０を用いた液体送り方法にあっては次の効果を奏する。即ち、本実施形態の送液流路５０では、前記３つのサブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃを並列に配置し、これらサブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの下流端部３４ａ、３４ｂ、３４ｃを前記合流路５６の上流側の合流端部５６ａに連通させ、この合流路５６の下流端部に、前記送液流路５０のメイン下流端部５４を設けた構成となっている。また、第１実施形態の効果において述べたように、前記サブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各々において、吸引量の許容範囲が広げられている。このため、前記送液流路５０自体の吸引量の許容範囲が、広げられている。従って、前記サブ流路３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各々にエア吸引装置を配置して、これら吸引装置を独立に制御する構成とする必要はなく、１つのエア吸引装置を用いて、全てのサブ流路をまとめて吸引することが可能となっている。この結果、エア吸引装置が１つで済み、送液システムが、簡単になるという効果を奏する。
【００５５】
なお、本実施形態は、第２実施形態の送液流路を３つ並列に配置した構成となっているが、個数にとらわれることなく２つでもまた、４つ以上でもよい。
【００５６】
上述した３つの実施形態では、連通孔として分岐流路を用いているが、連通孔は、このような分岐流路の形態に限られず、前記下流流路を外部エアに連通することが可能な様々な形態で実施され得る。
【００５７】
また、上述した３つの実施形態では、管状の送液流路を用いているが、シリコン基盤に微細加工を施すことにより、送液流路を形成することも可能である。
【００５８】
次に、本出願の他の特徴的な技術事項を下記の通り付記する。  
記  
（付記項１）  前記連通孔は、前記送液流路から分岐している分岐流路の形態であることを特徴とする請求項１の液体送り装置。
【００５９】
（付記項２）  前記連通孔は、前記サブ送液流路から分岐している分岐流路の形態であることを特徴とする請求項２又は３の液体送り装置。
【００６０】
（付記項３）  前記分岐流路には、バルブが設けられていることを特徴とする付記項１又は２の液体送り装置。
【００６１】
（付記項４）  前記分岐流路の少なくとも１つには、バルブが設けられていることを特徴とする付記項２の液体送り装置。
【００６２】
（付記項５）  前記バルブは、マイクロバルブであることを特徴とする付記項３又は４の液体送り装置。
【００６３】
（付記項６）  前記減圧の緩和は、前記狭窄部と下流端部との間で前記送液流路に設けられ、外部エアと連通する連通孔によって行われることを特徴とする請求項６の液体送り方法。
【００６４】
（付記項７）  前記残存圧力の緩和は、各サブ送液流路において、前記狭窄部と下流端部との間で前記サブ送液流路に設けられ、外部エアと連通する連通孔によって行われることを特徴とする請求項７又は８の液体送り方法。
【００６５】
（付記項８）  前記連通孔は、前記送液流路から分岐している分岐流路の形態であることを特徴とする付記項６の液体送り方法。
【００６６】
（付記項９）  前記連通孔は、前記サブ送液流路から分岐している分岐流路の形態であることを特徴とする付記項７の液体送り方法。
【００６７】
（付記項１０）  前記分岐流路には、バルブが設けられていることを特徴とする付記項８又は９の液体送り方法。
【００６８】
（付記項１１）  前記分岐流路の少なくとも１つには、バルブが設けられていることを特徴とする付記項９の液体送り方法。
【００６９】
（付記項１２）  前記バルブは、マイクロバルブであることを特徴とする付記項１０又は１１の液体送り方法。
【００７０】
（付記項１３）  前記狭窄部において液体に作用する圧力損失の大きさは、大気圧の半分程度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１の液体送り装置。
【００７１】
（付記項１４）  前記狭窄部において液体に作用する圧力損失の大きさは、大気圧の半分程度以下であることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１の液体送り方法。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】（Ａ）は、レイノルズ計算で用いられる円管と矩形管との変換式を説明するための説明図、（Ｂ）は、本発明の狭窄部における圧力損失の大きさと実効的な表面張力との和の計算結果を示すグラフ。
【図２】（Ａ）は、本発明の第１実施形態の液体送り装置の送液流路の全体の概略構成を示す断面図、（Ｂ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第１段階を示す説明図、（Ｃ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第２段階を示す説明図。
【図３】（Ａ）は、本発明の第２実施形態の送液装置の送液流路の全体の概略構成を示し、同実施形態の送液流路における液体送りの第１段階を示す説明図、（Ｂ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第２段階を示す説明図、（Ｃ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第３段階を示す説明図、（Ｄ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第４段階を示す説明図。
【図４】（Ａ）は、本発明の第３実施形態の液体送り装置の送液流路の全体の概略構成を示し、同実施形態の送液流路における液体送りの第１段階を示す説明図、（Ｂ）は、同実施形態の送液流路における液体送りの第２段階を示す説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１…送液流路、２…上流端部、４…下流端部、６…狭窄部、１２…連通孔（分岐流路）、１６…液体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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