(57)【要約】      （修正有）【課題】設備の大型化、高価格化を抑制できるバルブ装置を提供する。【解決手段】所定の軸線方向に延びる内部空間２１１と、軸線方向に間隔をあけて配置され所定圧力の流体が出力可能な複数の出力ポート２１８とを有する固定部２１０と、所定圧力の流体が入力する入力ポート２３１〜２３３を有し、軸線方向に延びる円柱状に形成され内部空間に軸線周りに回転可能に保持される回転部２３０とを備える。固定部は、内部空間に臨む内周面に形成された第１開口部を含み出力ポートに接続された複数の第１接続流路を有し、回転部は、第１開口部の軸線方向の位置に応じて内部空間に臨む外周面に形成された第２開口部２６２を含みそれぞれが入力ポートに接続された複数の第２接続流路とを有し、固定部に対する軸線周り方向の回転部の位置に応じて、第１開口部と第２開口部とが連通する第１状態と、第１開口部と第２開口部とが非連通となる第２状態とが設定される。【選択図】図３
2019074144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線方向に延びる内部空間と、前記軸線方向に間隔をあけて配置され所定圧力の流体がそれぞれ出力可能な複数の出力ポートとを有する固定部と、
前記所定圧力の流体が入力する入力ポートを有し、前記軸線方向に延びる円柱状に形成され前記内部空間に前記軸線周りに回転可能に保持される回転部と、
を備え、
前記固定部は、それぞれが前記内部空間に臨む内周面に形成された第１開口部を含み前記出力ポートに接続された複数の第１接続流路を有し、
前記回転部は、前記第１開口部の前記軸線方向の位置に応じて前記内部空間に臨む外周面に形成された第２開口部を含みそれぞれが前記入力ポートに接続された複数の第２接続流路とを有し、
前記固定部に対する前記軸線周り方向の前記回転部の位置に応じて、前記第１開口部と前記第２開口部とが連通する第１状態と、前記第１開口部と前記第２開口部とが非連通となる第２状態とが設定されるバルブ装置。
【請求項２】
前記第１開口部と前記第２開口部との少なくとも一方は、前記第１状態となるタイミングに応じた前記軸線周り方向の位置に、前記第１状態の時間に応じた前記軸線周り方向の周長で配置されている
請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記回転部は、前記入力ポートを複数有し、
前記第２接続流路は、前記複数の入力ポート毎に互いに独立して設けられている
請求項２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記複数の入力ポートに対応する前記第２開口部は、前記軸線方向に間隔をあけて配置され、
前記第１開口部は、前記複数の入力ポートに対応する複数の前記第２開口部毎に設けられ、
前記第１接続流路は、前記出力ポートに接続されているとともに、前記複数の入力ポートに対応する複数の前記第１開口部に跨って接続されて共有される共有流路を含む
請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記複数の入力ポートに対応する前記第２開口部は、前記軸線周り方向に互いに間隔をあけて配置されている
請求項３に記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記回転部は、前記軸線を中心とする第１部材と、前記第１部材の外周面と同軸で嵌合し前記第２開口部が外周面に形成された第２部材とを含み、
前記第２接続流路は、一端側が前記入力ポートに接続され前記軸線方向に沿って形成された第１空洞部と、前記第１空洞部と前記第２開口部とを接続する第１中継路とを含み、
前記第１空洞部は、前記第１部材に設けられ、
前記第１中継路は、前記第１部材の外周面に前記軸線を中心とする周方向に形成され前記軸線を中心とする径方向に前記第２開口部と重複する第１位置と、前記周方向で前記第１位置とは異なる第２位置とを含む範囲に配置された第１溝部と、前記第１部材に前記周方向の前記第２位置に形成され前記径方向に延びて前記第１空洞部と前記第１溝部とを接続する第１孔部と、前記第２部材に前記周方向の前記第１位置に形成され前記径方向に延びて前記第１溝部と前記第２開口部とを接続する第２孔部とを含む請求項３から請求項５のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記第２接続流路は、前記軸線方向に間隔をあけて複数設けられ、
隣り合う前記第２接続流路における前記第１溝部同士を接続する第２溝部を有する
請求項６に記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記回転部は、前記軸線を中心とする第１部材と、前記第１部材の外周面と同軸で嵌合する第２部材と、前記第２部材の外周面と同軸で嵌合し前記第２開口部が外周面に形成された第３部材とを含み、を含み、
前記第２接続流路は、一端側が前記入力ポートに接続され前記軸線方向に沿って形成された第２空洞部と、前記第２空洞部と前記第２開口部とを接続する第２中継路とを含み、
前記第２空洞部は、前記第１部材に設けられ、
前記第２中継路は、前記第１部材の外周面に前記軸線を中心とする周方向に形成され前記軸線を中心とする径方向に前記第２開口部と重複する第３位置と、前記周方向で前記第３位置とは異なる第４位置とを含む範囲に配置された第３溝部と、前記第１部材に前記周方向の前記第４位置に形成され前記径方向に延びて前記第２空洞部と前記第３溝部とを接続する第３孔部と、前記第２部材に前記周方向の前記第３位置に形成され前記径方向に延びて内径側で前記第３溝部に臨んで開口し、外径側で前記第２部材の外周面に開口する第４孔部と、前記第３部材に前記第４孔部と同軸に形成され前記第４孔部と前記第２開口部とを接続する第５孔部とを含む請求項３から請求項７のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記第２接続流路は、前記軸線方向に間隔をあけて複数設けられ、
隣り合う前記第２接続流路における前記第３溝部同士を接続する第４溝部を有する
請求項８に記載のバルブ装置。
【請求項１０】
前記複数の入力ポートには、大気圧の流体、大気圧よりも高圧の流体、大気圧よりも低圧の流体から選択された流体がそれぞれ入力する
請求項３から請求項９のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項１１】
前記第１開口部が形成された前記固定部の内周面と、前記第２開口部が形成された前記回転部の外周面は、前記軸線方向に先細る形状を有する
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のバルブ装置。
【請求項１２】
試料物質を含む溶液が流動する流路を有する流体デバイスと、
前記溶液の流動に関する用力の供給および供給停止を行う請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のバルブ装置と、
を備えるシステム。
【請求項１３】
前記用力は、前記流路の開閉または送液に用いられる正圧と、前記流路への前記溶液の充填または前記流路からの前記溶液の排出に用いられる負圧との少なくとも一方を含む
請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ装置およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、体外診断分野における試験の高速化、高効率化、および集積化、又は、検査機器の超小型化を目指したμ−ＴＡＳ（Micro-Total Analysis Systems）の開発などが注目を浴びており、世界的に活発な研究が進められている。
【０００３】
μ−ＴＡＳは、少量の試料で測定、分析が可能なこと、持ち運びが可能となること、低コストで使い捨て可能なこと等、従来の検査機器に比べて優れている。
更に、高価な試薬を使用する場合や少量多検体を検査する場合において、有用性が高い方法として注目されている。
【０００４】
上記のデバイスに用いられるポンプとしては、小型化を図るために、例えば、ダイアフラム式のエアーポンプが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１６３９７５号公報
【発明の概要】
【０００６】
第１の実施態様に従えば、所定の軸線方向に延びる内部空間と、前記軸線方向に間隔をあけて配置され所定圧力の流体がそれぞれ出力可能な複数の出力ポートとを有する固定部と、前記所定圧力の流体が入力する入力ポートを有し、前記軸線方向に延びる円柱状に形成され前記内部空間に前記軸線周りに回転可能に保持される回転部と、を備え、前記固定部は、それぞれが前記内部空間に臨む内周面に形成された第１開口部を含み前記出力ポートに接続された複数の第１接続流路を有し、前記回転部は、前記第１開口部の前記軸線方向の位置に応じて前記内部空間に臨む外周面に形成された第２開口部を含みそれぞれが前記入力ポートに接続された複数の第２接続流路とを有し、前記固定部に対する前記軸線周り方向の前記回転部の位置に応じて、前記第１開口部と前記第２開口部とが連通する第１状態と、前記第１開口部と前記第２開口部とが非連通となる第２状態とが設定されるバルブ装置が提供される。
【０００７】
第２の実施態様に従えば、試料物質を含む溶液が流動する流路を有する流体デバイスと、前記溶液の流動に関する用力の供給および供給停止を行う第１の実施態様のバルブ装置と、を備えるシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るバルブ装置２００の概略的な斜視図。
【図２】本実施形態に係るバルブ装置２００を＋Ｘ側から視た側面図。
【図３】本実施形態に係るバルブ装置２００の断面図。
【図４】本実施形態に係る継手２１２周辺の部分拡大図。
【図５】本実施形態に係るリブ部２６１ａ周辺を拡大した部分断面図。
【図６】本実施形態に係るバルブ装置２００における圧力供給路を示す概略構成図。
【図７】本実施形態に係る回転部２３０を軸線ＪＸを中心として展開した図。
【図８】本実施形態に係るシステムＶＳを模式的に示した断面図。
【図９】本実施形態に係るシステムＶＳを模式的に示した断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態に係るバルブ装置およびシステムの実施の形態を、図１ないし図９を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１０】
［バルブ装置］
まず、バルブ装置について説明する。
図１は、バルブ装置２００の一部を切断して図示した概略的な外観斜視図である。
バルブ装置２００は、固定部２１０、回転部２３０およびモータ３００（図３参照）を備えている。
【００１１】
固定部２１０は、軸線ＪＸ方向に延びる略直方体形状である。固定部２１０は、軸線ＪＸ方向に貫通する内部空間２１１を有している。軸線ＪＸと直交する内部空間２１１の断面形状は円形である。内部空間２１１の軸線ＪＸ方向の一方側に回転部２３０が収容されている。内部空間２１１の軸線ＪＸ方向の他方側にモータ３００が収容されている。
【００１２】
なお、以下の説明においては、固定部２１０の長さ方向である軸線ＪＸ方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する固定部２１０の厚さ方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向と直交する方向をＹ方向として適宜説明する。
【００１３】
図２は、バルブ装置２００を＋Ｘ側から視た側面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ線視断面図である。
固定部２１０は、＋Ｚ側の面に継手２１２がそれぞれ取り付けられる窪み２１３を複数（図３では５つ）有している。窪み２１３は、軸線ＪＸと直交しＺ軸と平行な軸線ＪＺを中心として形成されている。なお、図２において、軸線ＪＸを中心とする周方向（以下、単に周方向と称する）に関して出力ポート２１２が配置される方向を０°とし、時計回り方向を＋側、反時計回り方向を−側として適宜説明する。
【００１４】
窪み２１３は、軸線Ｊ方向に沿って間隔をあけて複数（本実施形態では５つ、図１においては４つのみ図示）配置されている。各窪み２１３は、側部２１３ａおよび底部２１３ｂに囲まれている。側部２１３ａには、継手２１２がシール材２１４を介して気密に嵌合する。継手２１２は、窪み２１３に取り付けられたときに、底部２１３ｂとの間に隙間（共有流路）２１７を形成する。底部２１３ｂには、周方向における０°の位置にＺ軸方向に貫通する接続孔２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃが形成されている。接続孔２１５ａ、２１５ｂ、２１５ｃは、Ｘ方向に間隔をあけて＋Ｘ側から順次配列されている。
【００１５】
図４は、継手２１２周辺の部分拡大図である。なお、図３に示される複数の継手２１２はそれぞれ同様の構成であるため、図４では代表的に最も＋Ｘ側に配置された継手２１２周辺について説明する。
図４に示すように、接続孔２１５ａは、内部空間２１１に臨む内周面２１１ａに開口する第１開口部２１６ａを形成している。接続孔２１５ｂは、内部空間２１１に臨む内周面２１１ａに開口する第１開口部２１６ｂを形成している。接続孔２１５ｃは、内部空間２１１に臨む内周面２１１ａに開口する第１開口部２１６ｃを形成している。
【００１６】
継手２１２は、外側に向けて配管が接続可能な出力ポート２１８を有している。本実施形態においては、出力ポート２１８から正圧、負圧および大気圧が選択的に出力されるものとして説明する。
【００１７】
第１開口部２１６ａ、接続孔２１５ａおよび隙間２１７は、内周面２１１ａと出力ポート２１８とを接続する第１接続流路２１９ａを構成する。第１開口部２１６ｂ、接続孔２１５ｂおよび隙間２１７は、内周面２１１ａと出力ポート２１８とを接続する第１接続流路２１９ｂを構成する。第１開口部２１６ｃ、接続孔２１５ｃおよび隙間２１７は、内周面２１１ａと出力ポート２１８とを接続する（連通させる）第１接続流路２１９ｃを構成する。
【００１８】
すなわち、隙間２１７は、出力ポート２１８に接続されているとともに、第１接続流路２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃに跨って接続されて共有される共有流路である。本実施形態では、第１接続流路２１９ａを介して正圧が供給され、第１接続流路２１９ｂを介して負圧が供給され、第１接続流路２１９ｃを介して大気圧が供給される。
【００１９】
回転部２３０は、円柱状に形成されている。回転部２３０は、モータ３００の駆動により軸線ＪＸ周りに回転する。回転部２３０は、軸線ＪＸを中心として同軸に配置された軸部２４０、筒部２５０および筒部２６０を有している。軸部２４０、筒部２５０および筒部２６０は、モータ３００の駆動により軸線ＪＸ周りに一体的に回転する。筒部２５０は、軸部２４０の外周側に気密に嵌合している。筒部２６０は、筒部２５０の外周側に気密に嵌合している。
【００２０】
軸部２４０は、＋Ｘ側の端面に入力ポート２３１、２３２を有している。入力ポート２３１は、軸線ＪＸと同軸に配置されている。入力ポート２３２は、入力ポート２３１に対して径方向の外側で、図２においては、一例として、周方向の−４５°の位置に配置されている。
【００２１】
図３に示すように、軸部２４０は、空洞部２４１、孔部２４２、空洞部２４３、図１に示す孔部２４５および溝部２４４、２４６を有している。空洞部２４１は、軸線ＪＸを中心軸線としてＸ方向に延びて形成されている。空洞部２４１は、＋Ｘ側の端部おいて入力ポート２３１に接続されている。空洞部２４１の−Ｘ側の端部は、Ｘ軸方向に沿って配置された複数の継手２１２のうち、最も−Ｘ側に位置する継手２１２の第１開口部２１６ｃおよび接続孔２１５ｃよりもさらに−Ｘ側に配置されている。孔部２４２は、空洞部２４１から軸線ＪＸを中心とする径方向（以下、単に径方向と称する）の外側に延び軸部２４０の外周面に開口している。孔部２４２のＸ方向の位置は、固定部２１０において第１開口部２１６ｃおよび接続孔２１５ｃが形成された位置と同一である。孔部２４２の軸線ＪＸ周りの周方向（以下、単に周方向と称する）の位置については後述する。
【００２２】
空洞部（第２空洞部）２４３は、軸線ＪＸに対して偏心した軸線を中心として、入力ポート２３２と同軸でＸ方向に延びて形成されている。空洞部２４３は、＋Ｘ側の端部おいて入力ポート２３２に接続されている。空洞部２４３の−Ｘ側の端部は、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ｂおよび接続孔２１５ｂよりも−Ｘ側で、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ｃおよび接続孔２１５ｃよりも＋Ｘ側に配置されている。空洞部２４３は、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ｃおよび接続孔２１５ｃよりも＋Ｘ側に配置されていることにより、孔部２４２の周方向の位置に依存せずに孔部２４２との緩衝が回避される。
【００２３】
溝部２４４は、軸部２４０の外周面に周方向に所定の周長で形成されている。溝部２４４は、固定部２１０において第１開口部２１６ｂおよび接続孔２１５ｂが形成されたＸ方向の位置と同一位置に複数形成されている。溝部２４４の周方向の長さ、周方向の位置および周方向の個数については後述する。溝部（第４溝部）２４６は、軸部２４０の外周面に軸線ＪＸ方向に形成されている。溝部２４６は、軸線ＪＸ方向に隣り合う出力ポート２１８における溝部２４４同士を接続する。孔部（第３孔部）２４５は、空洞部２４３から径方向の外側に延び溝部２４４の底部に開口している。孔部２４５の軸線ＪＸ周りの周方向の位置については後述する。
【００２４】
筒部２５０は、軸線ＪＸを中心とする円筒状に形成されている。筒部２５０は、＋Ｘ側の端面に入力ポート２３３を有している。入力ポート２３３は、入力ポート２３２よりも径方向の外側で、図２においては、一例として、周方向の＋４５°の位置に配置されている。入力ポート２３３は、周方向において入力ポート２３２に対して９０°ずれた位置に配置されている。
【００２５】
筒部２５０は、空洞部２５１、孔部２５２、２５５、２５６および溝部２５７、２５８を有している。孔部２５２は、軸部２４０の孔部２４２と同軸に配置されている。孔部２５２は、径方向に貫通して形成されている。孔部（第４孔部）２５５は、軸部２４０の溝部２４４と対向する位置に配置されている。孔部２５５は、径方向に貫通して形成されている。
【００２６】
空洞部（第１空洞部）２５１は、軸線ＪＸに対して偏心した軸線を中心として、入力ポート２３３と同軸でＸ方向に延びて形成されている。空洞部２５１は、＋Ｘ側の端部おいて入力ポート２３３に接続されている。空洞部２５１の−Ｘ側の端部は、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ａおよび接続孔２１５ａよりも−Ｘ側で、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ｂおよび接続孔２１５ｂよりも＋Ｘ側に配置されている。空洞部２５１は、最も＋Ｘ側に位置する第１開口部２１６ｂおよび接続孔２１５ｂよりも＋Ｘ側に配置されていることにより、孔部２５５の周方向の位置に依存せずに緩衝が回避される。
【００２７】
溝部（第１溝部）２５７は、筒部２５０の外周面に周方向に所定の周長で形成されている。溝部２５７は、固定部２１０において第１開口部２１６ａおよび接続孔２１５ａが形成されたＸ方向の位置と同一位置に形成されている。溝部２５７の周方向の長さ、周方向の位置および周方向の個数については後述する。溝部２５８は、筒部２５０の外周面に軸線ＪＸ方向に形成されている。溝部（第２溝部）２５８は、軸線ＪＸ方向に隣り合う出力ポート２１８における溝部２５７同士を接続する。孔部（第１孔部）２５６は、空洞部２５１から径方向の外側に延び溝部２５７の底部に開口している。孔部２５６の軸線ＪＸ周りの周方向の位置については後述する。
【００２８】
筒部２６０は、軸線ＪＸを中心とする円筒状に形成されている。筒部２６０は、リブ部２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃ、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ（図５参照）および孔部２６３ａ、２６３ｂ、２６３ｃを有している。
【００２９】
リブ部２６１ａは、図１、図３および図４に示すように、Ｘ方向に関して第１開口部２１６ａが形成された位置に形成されている。リブ部２６１ｂは、Ｘ方向に関して第１開口部２１６ｂが形成された位置に形成されている。リブ部２６１ｃは、Ｘ方向に関して第１開口部２１６ｃが形成された位置に形成されている。リブ部２６１ａ〜２６１ｃは、断面形状が第１開口部２１６ａ〜２１６ｃ（固定部２１０の内周面２１１ａ）に向けて膨らんだ半円状である。なお、リブ部２６１ａ〜２６１ｃの断面形状として半円状を例示したが、半円状に限定されず他の形状であってもよい。リブ部２６１ａ〜２６１ｃは、周方向に環状に形成されている。リブ部２６１ａ〜２６１ｃは、径方向外側の先端部において固定部２１０の内周面２１１ａと嵌合して保持されている。
【００３０】
図５は、リブ部２６１ａ周辺を拡大した部分断面図である。
リブ部２６１ａの先端の外周面には、第２開口部２６２ａが形成されている。第２開口部２６２ａは、第１開口部２１６ａとＸ方向の位置が同一の位置に配置されている。第２開口部２６２ａは、周方向に延びる溝状に形成されている。第２開口部２６２ａの底面には、孔部（第２孔部）２６３ａが開口している。孔部２６３ａは、第２開口部２６２ａの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部２５０の溝部２５７と対向する位置に開口している。
【００３１】
リブ部２６１ｂの先端の外周面には、第２開口部２６２ｂが形成されている。第２開口部２６２ｂは、第１開口部２１６ｂとＸ方向の位置が同一の位置に配置されている。第２開口部２６２ｂは、周方向に延びる溝状に形成されている。第２開口部２６２ｂの底面には、孔部（第５孔部）２６３ｂが開口している。孔部２６３ｂは、第２開口部２６２ｂの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部２５０の孔部２５５と対向する位置に開口している。孔部２６３ｂは、孔部２５５と同軸に配置されている。
【００３２】
リブ部２６１ｃの先端の外周面には、第２開口部２６２ｃが形成されている。第２開口部２６２ｃは、第１開口部２１６ｃとＸ方向の位置が同一の位置に配置されている。第２開口部２６２ｃは、周方向に延びる溝状に形成されている。第２開口部２６２ｃの底面には、孔部２６３ｃが開口している。孔部２６３ｃは、第２開口部２６２ｃの底面から径方向内側に延び、内周側において筒部２５０の孔部２５２と対向する位置に開口している。孔部２６３ｃは、筒部２５０の孔部２５５および軸部２４０の孔部２４２と同軸に配置されている。
【００３３】
図６は、バルブ装置２００における入力ポート２３１〜２３３から出力ポート２１８への圧力供給路を示す概略構成図である。図６（ａ）には、正圧が供給される供給路が示されている。図６（ｂ）には、負圧が供給される供給路が示されている。図６（ｃ）には、大気圧が供給される供給路が示されている。
【００３４】
図６（ａ）に示されるように、入力ポート２３３から入力した正圧は、空洞部２５１、孔部２５６、溝部２５７、孔部２６３ａを介して第２開口部２６２ａに供給される。上記空洞部２５１、孔部２５６、溝部２５７、孔部２６３ａおよび第２開口部２６２ａは、第２接続流路２７０ａを構成する。孔部２５６、溝部２５７および孔部２６３ａは、第１中継路を構成する。
【００３５】
第２開口部２６２ａと第１開口部２１６ａとが連通する開状態（第１状態）では、第２開口部２６２ａに供給された正圧は、第１接続流路２１９ａおよび隙間２１７を介して出力ポート２１８に出力される。一方、第２開口部２６２ａと第１開口部２１６ａとが連通しない閉状態（第２状態）では、第２開口部２６２ａに供給された正圧は、出力ポート２１８に出力されない。上記出力ポート２１８への正圧の供給は、入力ポート２３３から第２接続流路２７０ａおよび第１接続流路２１９ａに正圧の流体（例えば、エアー）を導入することにより行われる。
【００３６】
図６（ｂ）に示されるように、入力ポート２３２から入力した負圧は、空洞部２４３、孔部２４５、溝部２４４、孔部２５５、孔部２６３ｂを介して第２開口部２６２ｂに供給される。上記空洞部２４３、孔部２４５、溝部２４４、孔部２５５、孔部２６３ｂおよび第２開口部２６２ｂは、第２接続流路２７０ｂを構成する。孔部２４５、溝部２４４、孔部２５５および孔部２６３ｂは、第２中継路を構成する。
【００３７】
第２開口部２６２ｂと第１開口部２１６ｂとが連通する開状態（第１状態）では、第２開口部２６２ｂに供給された負圧は、第１接続流路２１９ｂおよび隙間２１７を介して出力ポート２１８に出力される。一方、第２開口部２６２ｂと第１開口部２１６ｂとが連通しない閉状態（第２状態）では、第２開口部２６２ｂに供給された負圧は、出力ポート２１８に出力されない。上記出力ポート２１８への負圧の供給は、入力ポート２３２を介して第２接続流路２７０ｂおよび第１接続流路２１９ｂの流体（例えば、エアー）を負圧吸引することにより行われる。
【００３８】
図６（ｃ）に示されるように、入力ポート２３１から入力した大気圧は、空洞部２４１、孔部２４２、孔部２５２、孔部２６３ｃを介して第２開口部２６２ｃに供給される。上記空洞部２４１、孔部２４２、孔部２５２、孔部２６３ｃおよび第２開口部２６２ｃは、第２接続流路２７０ｃを構成する。第２開口部２６２ｃと第１開口部２１６ｃとが連通する開状態（第１状態）では、第２開口部２６２ｃに供給された大気圧は、第１接続流路２１９ｃおよび隙間２１７を介して出力ポート２１８に出力される。一方、第２開口部２６２ｃと第１開口部２１６ｃとが連通しない閉状態（第２状態）では、第２開口部２６２ｃに供給された大気圧は、出力ポート２１８に出力されない。上記出力ポート２１８への大気の供給は、入力ポート２３１を大気開放することにより行われる。上記の第２接続流路２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃは、互いに独立して設けられている。
【００３９】
続いて、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを含む第２接続流路２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃの配置の一例について説明する。
図７は、軸線ＪＸを中心として回転部２３０を展開した図である。図７においては、固定部２１０における第１接続流路２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃと対向する位置を角度０°としている。また、図７においては、＋Ｘ側の二つの出力ポート２１８（適宜、２１８Ａ、２１８Ｂと称する）における第２接続流路２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃが図示されている。なお、図７においては、軸線ＪＸを中心として配置されている空洞部２４１の図示を省略している。
【００４０】
図７に示すように、正圧供給用の空洞部２５１および孔部２５６は、正圧供給における第１部材としての筒部２５０に角度４５°の位置に配置されている。出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ａにおいて正圧供給が行われる第２開口部２６２ａは、一例として、正圧供給における第２部材としての筒部２６０に角度−１５０°〜−１２０°および角度−９０°〜０°の範囲に配置されている。溝部２５７は、孔部２５６、２６３ａおよび後述する溝部２５８に接続可能なように、角度−１３５°〜角度８０°の範囲に配置されている。孔部２６３ａは、第２開口部２６２ａと溝部２５７とが径方向に重なる位置に配置されている。
【００４１】
出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ａにおいて正圧供給が行われる第２開口部２６２ａは、一例として、角度−１５０°〜−１２０°、角度−６０°〜−３０°、角度３０°〜６０°および角度１２０°〜１５０°の範囲に配置されている。出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ａにおいて、溝部２５７は、二つの第２開口部２６２ａと径方向に重なるように、角度−１３５°〜−２５°と、角度４０°〜１４０°の範囲に配置されている。出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ａの溝部２５７は、出力ポート２１８Ａの溝部２５７と溝部２５８によって接続されている。溝部２５８は、負圧供給用の孔部２５５、２６３ｂと、大気圧供給用の孔部２５２、２６３ｃと緩衝しない周方向の位置に配置されている。出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ａの孔部２６３ａは、第２開口部２６２ａと溝部２５７とが径方向に重なる位置に配置されている。
【００４２】
従って、出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ａにおいては、上記図６（ａ）を参照して説明したように、入力ポート２３３から入力した正圧は、空洞部２５１、孔部２５６、溝部２５７、孔部２６３ａを介して第２開口部２６２ａに供給された後に、出力ポート２１８に出力可能である。一方、出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ａにおいては、出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ａの溝部２５７および溝部２５８を介して入力した正圧が第２開口部２６２ａに供給された後に、出力ポート２１８に出力可能である。
【００４３】
負圧供給用の空洞部２４３および孔部２４５は、負圧供給における第１部材としての軸部２４０に角度−４５°の位置に配置されている。出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ｂにおいて負圧供給が行われる第２開口部２６２ｂは、一例として、負圧供給における第３部材としての筒部２６０に角度−１２０°〜−９０°および角度３０°〜１８０°の範囲に配置されている。溝部２４４は、孔部２５５、２６３ｂおよび後述する溝部２４６に接続可能なように、角度−１０５°〜角度４５°の範囲に配置されている。孔部２５５、２６３ｂは、第２開口部２６２ｂと溝部２４４とが径方向に重なる位置に配置されている。孔部２５５は、負圧供給における第２部材としての筒部２５０に配置されている。
【００４４】
出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ｂにおいて負圧供給が行われる第２開口部２６２ｂは、一例として、角度−１８０°〜−１５０°、角度−９０°〜−６０°、角度０°〜３０°および角度９０°〜１２０°の四つの範囲に配置されている。出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ｂにおいて、溝部２４４は、四つの第２開口部２６２と径方向に重なるように、角度−１６５°〜−１１０°の範囲に配置されている。溝部２４６は、大気圧供給用の孔部２４２、２５２と緩衝しない周方向の位置に配置されている。出力ポート２１８Ｂにおける第２接続流路２７０ｂの孔部２６３ｂは、第２開口部２６２ｂと溝部２４４とが径方向に重なる位置に配置されている。
【００４５】
従って、出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ｂにおいては、上記図６（ｂ）を参照して説明したように、入力ポート２３２から入力した負圧は、空洞部２４３、孔部２４５、溝部２４４、孔部２５５、孔部２６３ｂを介して第２開口部２６２ｂに供給された後に、出力ポート２１８に出力可能である。一方、出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ｂにおいては、出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ｂの溝部２４４および溝部２４６を介して入力した負圧が第２開口部２６２ｂに供給された後に、出力ポート２１８に出力可能である。
【００４６】
出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ｃにおいて大気圧供給が行われる第２開口部２６２ｃは、一例として、角度−１８０°〜−１５０°および角度０°〜３０°の二つの範囲に配置されている。第２接続流路２７０ｃにおいて空洞部２４１は、軸線ＪＸと同軸に配置されているため、第２開口部２６２ｃの底部に開口する周方向の位置に配置され径方向に延びる孔部２４２、２５２、２６３ｃは、出力ポート２１８Ａの範囲において空洞部２４１と連通する。
【００４７】
出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ｃにおいて大気圧供給が行われる第２開口部２６２ｃは、一例として、角度−１２０°〜−９０°、角度−３０°〜−０°、角度６０°〜９０°および角度１５０°〜１８０°の四つの範囲に配置されている。第２接続流路２７０ｃにおいて空洞部２４１は、軸線ＪＸと同軸に配置されているため、第２開口部２６２ｃの底部に開口する周方向の位置に配置され径方向に延びる孔部２４２、２５２、２６３ｃは、出力ポート２１８Ｂの範囲において空洞部２４１と連通する。
【００４８】
従って、出力ポート２１８Ａの第２接続流路２７０ｂ、および出力ポート２１８Ｂの第２接続流路２７０ｂのいずれにおいても、上記図６（ｃ）を参照して説明したように、入力ポート２４１から入力した大気圧は、空洞部２４１、孔部２４２、孔部２５２、孔部２６３ｃを介して第２開口部２６２ｃに供給された後に、出力ポート２１８に出力可能である。
【００４９】
上記の出力ポート２１８Ａ、２１８Ｂのそれぞれにおいては、隙間２１７が第１接続流路２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃに跨って接続されて共有される共有流路であるため、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃのうちの二つ以上が軸線ＪＸ方向に重複していると、正圧、負圧、大気圧のうちの二つ以上の圧力が混合して供給される可能性がある。この場合には、所定の圧力を出力ポート２１８Ａに供給できない可能性があるため、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを軸線ＪＸ方向に重複させない必要がある。
【００５０】
上記構成のバルブ装置２００において、モータ３００の駆動により回転部２３０を、例えば、図７に示した角度−１８０°の位置から角度１８０°の位置まで軸線ＪＸ周りに回転させた際には、以下の圧力供給が行われる。
【００５１】
出力ポート２１８Ａにおいて、まず、角度−１８０°〜-１５０°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度−１５０°〜-１２０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−１２０°〜-９０°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−９０°〜０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度０°〜３０°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度３０°〜１８０°の範囲で負圧が供給される。
【００５２】
一方、出力ポート２１８Ｂにおいて、まず、角度−１８０°〜-１５０°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−１５０°〜-１２０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−１２０°〜-９０°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度−９０°〜−６０°の範囲で負圧が供給される。次に、角度−６０°〜−３０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度−３０°〜０°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度０°〜３０°の範囲で負圧が供給される。次に、角度３０°〜６０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度６０°〜９０°の範囲で大気圧が供給される。次に、角度９０°〜１２０°の範囲で負圧が供給される。次に、角度１２０°〜１５０°の範囲で正圧が供給される。次に、角度１５０°〜１８０°の範囲で大気圧が供給される。つまり、出力ポート２１８Ｂにおいては、負圧、正圧、大気圧が角度３０°の範囲で順次繰り返して供給される。
【００５３】
上記の正圧、負圧、大気圧の供給および供給停止のタイミングは、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の位置によって設定される。上記の正圧、負圧、大気圧の供給時間および供給停止時間は、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の長さ（角度）によって設定される。
例えば、回転部２３０の回転速度を毎分Ｎ回転とすると、正圧、負圧、大気圧を供給時間ｔ分で供給するときの第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の角度θＰは、以下の式（１）で表される。
θＰ＝３６０＊Ｎ＊ｔ  …（１）
従って、正圧、負圧、大気圧を供給するタイミングに応じて第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の位置を設定し、正圧、負圧、大気圧を供給する時間の長さに応じて第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の長さを式（１）で求められる角度に設定すればよい。
【００５４】
なお、回転部２３０を同一方向に回転した場合、入力ポート２３１〜２３３に接続された配管に捻れが生じることからロータリーコネクタ等を用いることも考えられるが、装置の大型化及びコスト増を招く可能性がある。そのため、装置の小型化及びコストダウンを考慮すると、例えば、回転部２３０が１回転（１周）した後に、逆方向に１回転（１周）させて回転量を０に戻す等の方法を採ることが好ましい。
【００５５】
また、回転部２３０を回転させる際には、一定の速度で回転させてもよいし、例えば、１度づつ等の少量の定速ステップ送り、所定の角度で数秒間停止させる制御を行う等の方法を採ってもよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態のバルブ装置２００においては、正圧、負圧、大気圧が供給された第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを有する回転部２３０を軸線ＪＸ周りに回転させることにより、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの周方向の位置、および周方向の長さに応じた任意のタイミングおよび任意の時間で正圧、負圧、大気圧を選択的に出力ポート２１８に出力することができる。また、本実施形態のバルブ装置２００においては、複数の出力ポート２１８Ａ、２１８Ｂ毎に異なる周方向の位置、および周方向の長さで第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを配置することにより、出力ポート２１８Ａ、２１８Ｂ毎に正圧、負圧、大気圧の供給タイミングおよび供給時間長さを設定することができる。そのため、本実施形態のバルブ装置２００においては、圧力供給対象に対して複数種の圧力を供給する際に圧力種毎に電磁弁等の供給制御機器および制御用の配線等を設ける必要がなくなり、設備の大型化、高価格化を抑制することができる。また、本実施形態のバルブ装置２００においては、複数の出力ポート２１８Ａ、２１８Ｂ毎に第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃを任意のパターンで配置することにより、容易に種々の圧力供給パターンを設定することができる。
【００５７】
また、本実施形態のバルブ装置２００においては、固定部２１０における隙間２１７が、正圧、負圧、大気圧を出力ポート２１８に供給する際の共有流路となっているため、各圧力毎に出力ポート２１８を設ける場合と比べて装置の小型化、低価格化を実現できる。本実施形態のバルブ装置２００においては、負圧供給系、大気圧供給系を間に挟んで複数の正圧供給系を配置する場合でも、溝部２５７同士を接続する溝部２５８によって正圧を容易に導入することができ、流路設計の容易化を図ることが可能である。これは、溝部２４６によって溝部２４４同士を接続した負圧供給系についても同様である。
【００５８】
本実施形態のバルブ装置２００においては、軸線ＪＸを含む断面形状が半円状で固定部１２０の内周面２１１ａと局所的に当接するリブ部２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃの先端に第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃが配置されているため、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃの密封度を高めることができ、出力ポート２１８に供給される圧力の変動を抑制することができる。
【００５９】
［システム］
次に、上記の圧力供給装置１１０を備えたシステムについて、図８及び図９を参照して説明する。本実施形態では、流路を有する流体デバイスに対して、流路を開閉するバルブおよび流路に溶液を充填するためのバルブとして、上記のバルブ装置２００を用いて圧力を供給するシステムについて説明する。
【００６０】
図８および図９は、システムＶＳを模式的に示した断面図である。
システムＶＳは、流体デバイス１００、バルブ板１７０および上記のバルブ装置２００を備えている。
【００６１】
［流体デバイス］
流体デバイス１００は、検体試料に含まれる試料物質を精製および検出等を行うデバイスである。試料物質は、例えば、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸、ペプチド、タンパク質、細胞外小胞体などの生体分子である。流体デバイス１００は、流路及びバルブが形成された基板９からなる。
【００６２】
基板９は、第１基板９Ａと、第１基板９Ａに積層された第２基板９Ｂとを備えている。流路Ｃは、第１基板９Ａにおける第２基板９Ｂと対向する面と、第２基板９Ｂにおける第１基板９Ａと対向する面に設けられたシート状の流路壁１１との間に形成されている。流路Ｃは、例えば、第１基板９Ａの上面に形成された線状の窪みと、流路壁１１との間に形成されている。流路壁１１としては、一例として、ポリオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマーを例示することができる。
【００６３】
流体デバイス１００は、正圧および大気圧を用いて流路Ｃを開閉するバルブＶと、負圧および大気圧を用いて流路Ｃに溶液を移動させる移動部Ｍとを有している。流体デバイス１００には、バルブＶおよび移動部Ｍがそれぞれ複数設けられており、図８および図９には代表的にバルブＶおよび移動部Ｍが示されている。
【００６４】
移動部Ｍによる溶液の移動とは、負圧吸引により流路Ｃに溶液を導入することと、負圧吸引により流路Ｃから溶液を排出することとを含む。負圧吸引により流路Ｃから溶液を排出することは、流体デバイス１００に流路Ｃに接続して設けられた排液槽に流路Ｃから溶液を排液することを含む。上記の流路Ｃへの溶液の導入停止および流路Ｃからの溶液排出停止は、負圧供給から大気圧供給に切り替えることにより行われる。
【００６５】
第２基板９Ｂは、バルブＶが配置される位置に、底部に流路壁１１が露出する窪み１２ａを有している。窪み１２ａの上端は、開口している。バルブＶは、図８に示されるように、窪み１２ａに正圧が供給されず大気圧が供給された状態では、流路壁１１が変形せずに流路Ｃを開状態に設定する。バルブＶは、図９に示されるように、窪み１２ａに正圧が供給された状態では、流路壁１１が弾性変形して下方に撓み、第１基板９Ａに接触することにより流路Ｃを閉状態に設定する。
【００６６】
第２基板９Ｂは、移動部Ｍが配置される位置に、第２基板９Ｂおよび流路壁１１を貫通する露出する窪み１２ｂを有している。移動部Ｍは、図９に示されるように、窪み１２ｂに負圧が供給されたときに、流路Ｃを負圧吸引することにより、流路Ｃへの溶液の導入、または流路Ｃからの溶液の排液が行われる。
【００６７】
第２基板９Ｂは、上面においてバルブ板１７０と接合される。
バルブ板１７０は、バルブＶが配置される位置に窪み１２ａと連通する孔部１７１を有している。バルブ板１７０は、移動部Ｍが配置される位置に窪み１２ｂと連通する孔部１７２を有している。
【００６８】
孔部１７１には、一例として、バルブ装置２００における出力ポート２１８Ａから、第２開口部２６２ａ、２６２ｃの周方向の位置に応じたタイミングで第２開口部２６２ａ、２６２ｃの周方向の長さに応じた時間で配管２２１を介して正圧および大気圧がそれぞれ供給される。出力ポート２１８Ａから孔部１７１に正圧が供給されることにより、バルブＶは流路Ｃを閉状態に設定する。出力ポート２１８Ａから孔部１７１に大気圧が供給されることにより、バルブＶは流路Ｃを開状態に設定する。
【００６９】
孔部１７２には、一例として、バルブ装置２００における出力ポート２１８Ｂから、第２開口部２６２ｂ、２６２ｃの周方向の位置に応じたタイミングで第２開口部２６２ｂ、２６２ｃの周方向の長さに応じた時間で配管２２２を介して負圧および大気圧がそれぞれ供給される。出力ポート２１８Ｂから孔部１７２に負圧が供給されることにより、移動部Ｍにおいては流路Ｃへの溶液の導入、または流路Ｃからの溶液の排液が行われる。出力ポート２１８Ｂから孔部１７２に大気圧が供給されることにより、移動部Ｍにおいては流路Ｃへの溶液の導入、または流路Ｃからの溶液の排液が停止される。
【００７０】
以上、説明したように、本実施形態システムＶＳでは、流体デバイス１００を用いて試料物質の精製・検出を行う際に、上記のバルブ装置２００を用いて正圧、負圧および大気圧を供給しているため、設備の大型化、高価格化を抑制しつつ種々の圧力供給パターンを容易に設定することができる。本実施形態システムＶＳでは、圧力値の変動が抑制された正圧、負圧および大気圧が流体デバイス１００に供給されるため、流体デバイス１００を用いた試料物質の精製・検出を高精度に実施することが可能になる。
【００７１】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、本実施形態のバルブ装置２００を正圧および大気圧を用いて流路Ｃを開閉するバルブＶと、負圧および大気圧を用いて流路Ｃに溶液を移動させる移動部Ｍとを有する流体デバイス１００に適用する構成を例示したが、対象物としては流体デバイス１００に限定されず、正圧、負圧および大気圧を用いて所定の処理が行われるシステムに広く適用可能である。
【００７３】
また、上記実施形態では、固定部２１０に円形で開口面積が一定の第１開口部２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃが設けられ、回転部２３０に圧力の供給時間に応じた周長の第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃが設けられる構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、例えば、固定部２１０に圧力の供給時間に応じた周長の第１開口部が設けられ、回転部２３０に開口面積が一定の第２開口部が設けられる構成や、固定部２１０に圧力の供給時間に応じた周長の第１開口部が設けられ、回転部２３０に圧力の供給時間に応じた周長の第２開口部が設けられる構成であってもよい。
【００７４】
上記実施形態では、入力ポートに三種類の圧力が入力する構成を例示したが、２種の圧力や４種類以上の圧力が入力する構成であってもよい。
【００７５】
また、上記実施形態では、固定部２１０の内周面２１１ａと軸線ＪＸとの距離、および内周面２１１ａと嵌合する回転部２３０の外径（リブ部２６１ａ、２６１ｂ、２６１ｃの先端径）が軸線ＪＸ方向で一定である構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、内部空間２１１が軸線ＪＸ方向の−Ｘ側に先細って形成され、回転部２３０の外周面が、軸線ＪＸ方向の−Ｘ側に向かうに従って内径が小さくなる内周面に嵌合する、所謂、テーパ合わせされる構成であってもよい。この構成を採ることにより、内部空間２１１の内径と回転部２３０の外径との少なくとも一方に誤差が生じた場合でも、固定部２１０と回転部２３０１の軸線ＪＸ方向の相対位置を調整することで、固定部２１０の内周面２１１ａと回転部２３０の外周面とを嵌合させることが可能である。そのため、内部空間２１１の内径と回転部２３０の外径との少なくとも一方に誤差が生じた場合でも、第２開口部２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃにおける密封度を高めて出力ポート２１８に供給される圧力の変動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００…流体デバイス、  ２００…バルブ装置、  ２１０…固定部、  ２１１…内部空間、  ２１１ａ…内周面、  ２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ…第１開口部、  ２１７…隙間（共有流路）、  ２１８…出力ポート、  ２１９ａ、２１９ｂ、２１９ｃ…第１接続流路、  ２３０…回転部、  ２３１、２３２、２３３…入力ポート、  ２４０…軸部（第１部材）、  ２４３…空洞部（第２空洞部）、  ２４４…溝部（第３溝部）、  ２４５…孔部（第３孔部）、  ２４６…溝部（第４溝部）、  ２５０…筒部（第１部材）、  ２５１…空洞部（第１空洞部）、  ２５５…孔部（第４孔部）、  ２５６…孔部（第１孔部）、  ２５７…溝部（第１溝部）、  ２５８…溝部（第２溝部）、  ２６０…筒部（第２部材、第３部材）、  ２６２ａ、２６２ｂ、２６２ｃ…第２開口部、  ２６３ａ…孔部（第２孔部）、  ２６３ｂ…孔部（第５孔部）、  ２７０ａ、２７０ｂ、２７０ｃ…第２接続流路、  Ｃ…流路、  ＪＸ…軸線、  Ｍ…移動部、  Ｖ…バルブ、  ＶＳ…システム
【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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