(57)【要約】      （修正有）【課題】所定の抵抗圧力を有するように内部に液体の満たされた排出管からなり、毛細管内に排出管の抵抗圧力より高い圧力が加えられると、気体が排出管を介して外部に排気されるようにする、バルブ及びそのバルブの具備された微細流体ポンプを提供する。【解決手段】バルブ２の具備された微細流体ポンプは、流体の移動する毛細管１と、毛細管の片側に連結され、内部に流入チェックバルブ３１及び排出チェックバルブ３２を具備された移送管３と、毛細管内部の流体が移動できるように気体を供給する気体供給手段４とを含むマイクロポンプに関するものであり、毛細管の片側には、毛細管の内部と連通され、一定の抵抗圧力を有するように内部に液体が満たされ、片側が開放される排出管２１からなり、毛細管内の気体圧力が排出管の有する抵抗圧力以上になると、毛細管内の気体が排出管を介して排気されるようにするバルブがさらに具備される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体供給手段と流体移送管とが各々連結された毛細管１を具備した微細流体ポンプに具備され、流体の流入及び排出を取り締まるバルブにおいて、
前記バルブ２は、
前記毛細管１の片側に連結されて前記毛細管１の内部と連通され、かつ片側が開放され、一定の抵抗圧力を有するように内部に液体の満たされた排出管２１を含んでおり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、毛細管１内の気体が前記排出管２１を介して毛細管の外部に排気されるように構成されていることを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記バルブ２は、
前記毛細管１の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管１内部の気体が前記排出管２１を介して外部に排気されるようにして、内部圧力を大気圧に調整するリリーフバルブの役割を遂行することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記バルブ２は、
前記排出管２１の片側上部に形成された排気部２１２をさらに含み、
前記毛細管１の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管１内部の圧力が安定化される時まで、毛細管１内の気体が前記液体２１１を通過して気泡状態で外部に排気されるようにして、内部圧力を一定に安定化させる安定器の役割を遂行することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
【請求項４】
流体の移動する毛細管１と、
前記毛細管１の片側に連結され、内部に流入チェックバルブ３１及び排出チェックバルブ３２を具備された移送管３と、
前記毛細管１内部の流体が移動できるように気体を供給する気体供給手段４とを含むマイクロポンプにおいて、
前記毛細管１の片側には、
前記毛細管１の内部と連通され、一定の抵抗圧力を有するように内部に液体が満たされ、片側が開放される排出管２１からなり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、毛細管１内の気体が前記排出管２１を介して排気されるようにするバルブ２がさらに具備されていることを特徴とするバルブの具備された微細流体ポンプ。
【請求項５】
前記バルブ２は、
前記毛細管１の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管１内部の気体が前記排出管２１を介して外部に排気されるようにして、内部圧力を大気圧に調整するリリーフバルブの役割を遂行することを特徴とする請求項４に記載のバルブの具備された微細流体ポンプ。
【請求項６】
前記バルブ２は、
前記排出管２１の片側に形成された排気部２１２をさらに含み、
前記毛細管１の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管１内部の圧力が安定化される時まで、毛細管１内の気体が前記液体２１１を通過して気泡状態で外部に排気されるようにして、内部圧力を一定に安定化させる安定器の役割を遂行することを特徴とする請求項４に記載のバルブの具備された微細流体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ及び微細流体ポンプに関するものであり、より詳細には、所定の抵抗圧力を有するように内部に液体の満たされた排出管からなり、毛細管内に排出管の抵抗圧力より高い圧力が加えられると、気体が排出管を介して外部に排気されるようにする、バルブ及びそのバルブの具備された微細流体ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近は、多様な機能をするマイクロ電子機械システム（MEMS：Micro Electro  Mechanical  System）が活発に開発されており、このようなマイクロ電子機械システムは、遺伝工学、医療診断、新薬開発分野等に広く適用されている。
【０００３】
特に最近は、前記マイクロ電子機械システムが、通常の化学反応及び分析等のような全ての工程を、単一チップを利用して実施するLOC（Lab  On  a  Chip）技術が提案されている。
【０００４】
LOCは、マイクロマシニング施術を利用して、小型のガラスやプラスチックあるいはシリコンのようなチップ（Chip）上に、試料分析に必要な試料前処理、反応、分離及び検出装置等を集積して、自動的に分析が実施できるようにするものである。
【０００５】
このようなLOCを利用した試料分析は、極少量の試料だけでも実験が可能であるという利点から、多量の試料採取が困難な医療、化学、診断分野及び生物学分野で広く利用されている。
【０００６】
ところが、このようなLOCを利用して試料や試薬を分析するためには、試料または試薬等の流体をマイクロ単位で運送できる駆動源が必要である。
【０００７】
従来のLOC駆動のための駆動源の一例がマイクロポンプであり、圧電素子を利用するポンプ、電気毛細管現象を利用するポンプ、電気分解による気体発生−消滅を利用するポンプ、回転子を利用して流体を流入及び流出させるロータリーポンプ等が提案されたことがある。
【０００８】
図１は、従来の技術によるマイクロポンプの一例を示す構成図であり、電位差により変わる界面張力を利用して、液体または気体等の流体を移送するマイクロポンプに関するものであり、一定体積を有する気体室１２０；前記気体室に連結された毛細管１１０；前記毛細管１１０の他方に連結され、内部に流入チェックバルブ１９０と排出チェックバルブ２００とが一方向にだけ流体を通過させるように連結される移送管１８０；前記毛細管１１０の中央部分に注入され、内部に電気接触ピン１５０の具備される水銀１３０；片側の側面は前記水銀１３０と隣接して、他方の側面は移送される流体に隣接するように毛細管１１０に満たされ、内部に電極１６０の具備される電解質溶液１４０；及び前記電気接触ピン１５０と電極１６０との間に電圧を供給する電源１７０を含んでいる。
【０００９】
前記マイクロポンプの作用をみると、電源１７０から方形波またはサイン波の電圧を電極に印加すると、水銀１３０の界面張力が印加される電圧により変わる。電圧により水銀１３０の界面張力が周期的に変わると、水銀１３０は毛細管１１０の内部で供給される電圧の周期に従い往復運動をする。
【００１０】
このように、水銀１３０が毛細管１１０で気体室１２０の方へ移動すると、電解質溶液１４０と毛細管１１０の他方の端部にあった電解質溶液と流体とも気体室１２０の方へ移動して、この空間を満たすために流入チェックバルブ１９０が開放されて、毛細管１１０の他方の端部に外部の流体が追加で流入される。
【００１１】
そして、水銀１３０が反対に毛細管１１０で気体室１２０から遠ざかる方へ移動すると、電解質溶液１４０と共に移動して、高まった圧力により排出チェックバルブ２００が開放されて流体を目的の部分に移送させる。このような過程を繰り返して流体を持続的に移送させることができる。
【００１２】
ところが、このような従来のマイクロポンプが作動するためには、一定以上の圧力が形成されなければならず、かつチェックバルブの動作に異常のある場合は、毛細管内部に過度な圧力増加が発生することになる。
【００１３】
これにより、マイクロポンプを介して体内に薬品等を注入する場合、危険が発生するという問題点があった。
【００１４】
また、このような従来のマイクロポンプは、外部印加電圧により水銀が移動しながら流体を吸入及び排出させるものであり、毛細管の内部に気体だけでなく、水銀及び電解質溶液が内蔵されなければならず、この水銀に電気接触ピンが具備されなければならないので、構成が複雑になるという短所があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前記従来の技術による問題点を解決するための本発明の目的は、毛細管の片側に一定の抵抗圧力を有する排出管を形成して、毛細管内の気体圧力が排出管の抵抗圧力以下である場合、流体が気体圧力により流入及び排出されるようにして、毛細管内の気体圧力が排出管の抵抗圧力以上になると、気体が排出管を介して毛細管の外部に排気されるようにするリリーフバルブまたは安定器の役割を遂行するようにすることにより、別途の媒介体を具備せずとも、気体圧力だけを利用して流体供給を取り締まることができ、移送管内部に一定以上の圧力が加えられることを防止することのできる微細流体ポンプに形成されたバルブと、このバルブの具備された微細流体ポンプとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の技術的な課題を解決するための本発明は、気体供給手段と流体移送管とが各々連結された毛細管を具備した微細流体ポンプに具備され、流体の流入及び排出を取り締まるバルブに関するものであり、前記バルブは、前記毛細管の片側に連結されて前記毛細管の内部と連通され、かつ片側が開放され、一定の抵抗圧力を有するように内部に液体の満たされた排出管を含んでおり、前記毛細管内の気体圧力が排出管の有する抵抗圧力以上になると、毛細管内の気体が前記排出管を介して毛細管の外部に排気されるように構成される。
【００１７】
前記の技術的な課題を解決するための本発明のバルブを具備された微細流体ポンプは、流体の移動する毛細管と、前記毛細管の片側に連結され、内部に流入チェックバルブ及び
排出チェックバルブを具備された移送管と、前記毛細管内部の流体が移動できるように気体を供給する気体供給手段とを含むマイクロポンプに関するものであり、前記毛細管の片側には、前記毛細管の内部と連通され、一定の抵抗圧力を有するように内部に液体が満たされ、片側が開放される排出管からなり、前記毛細管内の気体圧力が排出管の有する抵抗圧力以上になると、毛細管内の気体が前記排出管を介して排気されるようにするバルブがさらに具備される。
【００１８】
前記本発明のバルブ及びこのバルブの具備された微細流体ポンプにおいて、前記バルブは、前記毛細管の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管内部の気体が前記排出管を介して外部に排気されるようにして、内部圧力を大気圧に調整するリリーフバルブの役割を遂行し、または前記排出管の内部に内蔵された液体と前記排出管の片側上部に形成された排気部とをさらに含み、前記毛細管の内部圧力が一定圧力以上になると、前記毛細管内部の圧力が安定化される時まで、毛細管内の気体が前記液体を通過して気泡状態で外部に排気されるようにして、内部圧力を一定に安定化させる安定器の役割を遂行する。
【００１９】
本発明は、添付の図面を参照して記述される好ましい実施例を介してより明白になるだろう。以下では本発明の実施例を介して当業者が容易に理解して、再現できるように詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、本発明の一実施例によるバルブを示した構成図であり、本発明の一実施例によるバルブ２は、気体供給手段と流体移送管とが各々連結された毛細管１を具備した微細流体ポンプに具備され、流体の流入及び排出を取り締まるバルブにおいて、前記毛細管１の片側に連結されて前記毛細管１の内部と連通して、その片側が開放され、一定の抵抗圧力を有する排出管２１を含んでおり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、前記毛細管１内の気体が前記排出管２１を介して完全排気されるようにするリリーフバルブの役割を遂行する。
【００２１】
図３及び図４は、本発明の一実施例によるバルブの作用を説明するための図面であり、前記バルブ２は、その内部の液体と気体との間の境界面に形成される管内部圧力（Pb、以下抵抗圧力という）を有する排出管２１を含み、図３に示されているように前記毛細管１内の気体は、所定の圧力を介して毛細管１内の流体を押し出すのだが、前記毛細管１内の気体圧力Paが前記抵抗圧力Pbよりも低く、流体の圧力Pcよりも高い場合、流体を持続的に押し出す。
【００２２】
一方、図４に示されているように、前記毛細管１内の気体圧力Paが、継続して上昇して排出管２１の抵抗圧力Pbよりも高くなると、排出管２１の抵抗圧力Pbが、毛細管１内の気体圧力に耐え切れなくなり、気体が流体をそれ以上押し出せなくなり、前記排出管２１を介して外部に完全に排気される。
【００２３】
このように本発明によるバルブ２は、別途の媒介体を具備せずとも、気体圧力と排出管２１の抵抗圧力とだけを利用して、流体を押し出す圧力、つまり毛細管１内の気体圧力が一定圧力以上になると、言い換えれば気体が排出管２１の抵抗圧力以上になると、気体が毛細管１の外部に完全に排気されるようにするリリーフバルブの役割を遂行することにより、流体に過度な圧力が加えられることを防止することができる。
【００２４】
図５乃至図７は、本発明の一実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図であり、本発明の微細流体ポンプは、流体の移動する毛細管１と、前記毛細管１の片側に連結され、内部に流入チェックバルブ３１及び排出チェックバルブ３２を具備された移送管３と、前記毛細管１内部の流体が移動できるように気体を供給する気体供給手段４とを含むマイクロポンプにおいて、前記毛細管１の片側に具備され、前記毛細管１の内部と連通して、一定の圧力を有する排出管２１を含んでおり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、毛細管１内の気体が前記排出管２１を介して外部に完全排気されるようにするリリーフバルブの役割を遂行するバルブ２がさらに具備されることを特徴とする。
【００２５】
このような本発明によるリリーフバルブの役割をするバルブの具備された微細流体ポンプの作用を見てみると、次の通りである。
【００２６】
まず、図５に示されているように、気体供給手段４からの気体供給が無いと、または毛細管１内部の気体圧力Paが移送管３に流入される流体圧力Pc及び排出管２１の抵抗圧力Pbよりも低く、流体の圧力が排出管２１の抵抗圧力よりも低いと、流入チェックバルブ３１が開放されながら流体が流入される。
【００２７】
一方、図６に示されているように、気体供給手段４から気体供給が行われると、毛細管１内部の気体圧力Paが、移送管３に流入される流体圧力Pcより大きくなり流体を押し出すのだが、この時流入チェックバルブ３１は閉ざされ、排出チェックバルブ３２が開放されながら流体が排出チェックバルブ３２を介して排出される。ここで、排出管２１の抵抗圧力Pbは、毛細管内部の気体圧力Paよりも大きい。
【００２８】
このように、排出チェックバルブ３２を介した流体供給により一定量以上の流体が供給されると、またはチェックバルブが故障になると、移送管３に過度な抵抗が発生して、流体圧力Pcが上昇することになり、気体が持続的に供給されると、増加する気体により毛細管１内部の気体圧力Paも高くなる。
【００２９】
このように、毛細管１内部の気体圧力Paが高くなり排出管２１の抵抗圧力Pb以上になると、排出管２１は、それ以上気体に対して抵抗することができなくなり、結局図７に示されているように、圧力の高くなった気体が排出管２１を介して毛細管１の外部に排気され、毛細管内の圧力は大気圧状態になる。
【００３０】
言い換えると、従来のバルブを利用する場合、流体が一定量以上供給された状態、またはチェックバルブが故障した状態で気体圧力が継続して高くなると、過度な流体が継続して供給される可能性、または微細流体ポンプが誤作動する問題が発生する可能性があり、例えば人体に薬物等を投与する場合、人体が危険状態に陥る可能性があるという問題点があった。
【００３１】
しかし、本発明のリリーフバルブの役割をするバルブ２は、一定抵抗圧力を有しており、この抵抗圧力以上の圧力が加えられると、気体を外部に排気させることにより、このような危険原因を解消することができるのである。
【００３２】
図８は、本発明の他の実施例によるバルブを示した構成図であり、図９は、図８のＡ−Ａ’線間の断面図であり、本発明の他の実施例によるバルブ２は、気体供給手段と流体移送管３とが各々連結された毛細管１を具備した微細流体ポンプに具備され、流体の流入及び排出を取り締まるバルブにおいて、前記毛細管１の片側に連結されて前記毛細管１の内部と連通して、一定の抵抗圧力を有しており、その内部に液体２１１が内蔵され、開放部２１２の形成された排出管２１を含んでおり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、前記毛細管１内の気体が前記排出管２１の開放部２１２を介して気泡状態で排気されるようにして、前記毛細管１内部の圧力を安定化させる安定器の役割を遂行するものである。
【００３３】
図１０は、本発明による安定器の役割を遂行するバルブの連結された毛細管内の時間に伴う圧力変化を示したグラフであり、図８乃至図１０を参照して本発明の他の実施例によるバルブの作用をみると、次の通りである。
【００３４】
まず、毛細管１内の気体圧力Paが前記抵抗圧力Pbより低い場合は、流体を持続的に押し出すことになり、継続的な気体供給により毛細管１内の圧力は時間が経つにつれ高くなる。そして、毛細管１内の気体圧力Paが継続して高くなり、前記排出管２１の抵抗圧力Pbより高くなる“Ａ”支点に到達すると、排出管２１の抵抗圧力Pbが毛細管１内の気体圧力に耐え切れず、毛細管１内の気体が前記排出管２１から排気される。
【００３５】
このように、毛細管１内の気体が排出管２１を介して排出されると、毛細管１内の圧力は区間“３”のように減少することになる。
【００３６】
以後、毛細管１から一定量の気泡が定期的に排出管２１から排出されるのだが、排出管２１から排出される気体は、液体２１１上部に気泡形態で通過して外部に排気されると、毛細管１内の圧力Paが一定に維持される区間“４”のような平衡状態に到達することになる。
【００３７】
図１１は、本発明の他の実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図であり、本発明の他の実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプは、流体の移動する毛細管１と、前記毛細管１の片側に連結され、内部に流入チェックバルブ３１及び排出チェックバルブ３２を具備された移送管３と、前記毛細管１内部の流体が移動できるように気体を供給する気体供給手段４とを含むマイクロポンプにおいて、前記毛細管１の片側に前記毛細管１の内部と連通して、一定の抵抗圧力を有しており、その内部に液体２１１が内蔵され、開放部２１２の形成された排出管２１を含んでおり、前記毛細管１内の気体圧力が排出管２１の有する抵抗圧力以上になると、前記毛細管１内の気体が前記排出管２１の開放部２１２を介して気泡状態で排気されるようにして、前記毛細管１内部の圧力を安定化させる安定器の役割を遂行するバルブ２がさらに具備されるのである。
【００３８】
このような本発明による安定器の役割をするバルブの具備された微細流体ポンプの作用をみると、次の通りである。
【００３９】
まず、気体供給手段４からの気体供給が無いと、または毛細管１内部の気体圧力Paが排出管２１の抵抗圧力Pb及び移送管３に流入される流体圧力Pcよりも低いと、流体チェックバルブ３１が開放されながら流体が流入される。
【００４０】
一方、気体供給手段４から排出管２１の抵抗圧力Pbよりも低い圧力で継続的に気体供給がなされると、毛細管１内部の気体圧力Paが移送管３から流入される流体圧力Pcよりも高くなりながら流体を押し出すのだが、この時流入チェックバルブ３１が閉じられ、排出チェックバルブ３２が開放されながら、流体は排出チェックバルブ３２を介して排出される。
【００４１】
このように、毛細管１内への気体供給により流体供給が持続的になされるのだが、流体供給が一定量以上になると、またはチェックバルブが故障になると、移送管３に過度な抵抗が発生して、この状態で気体が継続的に供給されると、毛細管１内部の気体圧力Paも過度に増加する。
【００４２】
結局、毛細管１内部の気体圧力Paが排出管２１の抵抗圧力Pbよりも高くなり、排出管２１は、それ以上気体に対して抵抗することができなくなる。
【００４３】
これにより、毛細管１内の気体が排出管２１に内蔵された液体を通過して気泡状態で外部に排気され、一定量の気体が外部に排気されると、前記排出管２１に内蔵された液体により毛細管１内の圧力は平衡状態に安定化される。
【００４４】
このように、本発明の他の実施例による安定器の役割を遂行するバルブ２は、別途の媒介体を具備せずとも、気体圧力と排出管２１の抵抗圧力とだけを利用して流体供給を取り締まるのだが、流体を押し出す圧力、つまり毛細管１内の気体圧力が一定圧力以上になると、言い換えれば気体が排出管２１の抵抗圧力以上になると、毛細管１内部の圧力が安定化される時まで気体が排出管２１に内蔵された液体を通過して気泡状態で排気されるようにすることにより、毛細管内の圧力を一定に維持して安定化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
上述のように、本発明は、毛細管の片側に一定抵抗による圧力を有する排出管を形成して、毛細管内の気体圧力が排出管の抵抗圧力以下の場合、流体は気体圧力により流入および排出されるようにして、毛細管内の気体圧力が排出管の抵抗圧力以上になると、気体が排出管を介して毛細管の外部に完全に排気されるようにするリリーフバルブの役割を遂行するようにしたり、毛細管内部の圧力が安定化される時まで気泡状態で排気されるようにする安定器の役割を遂行したりするようにすることにより、別途の媒介体を具備せずとも、気体圧力だけを利用して流体供給を取り締まることができ、装置構成を簡素化することができ、移送管内部に一定以上の圧力が加えられることを防止して、破損及び誤作動等の危険原因を解消することができるという利点がある。
【００４６】
本発明は、添付の図面を参照して好ましい実施例を中心に記述されたが、当業者ならこのような記載から本発明の範疇を脱することなく、多くの多様で自明な変形が可能だということは明白である。従って、本発明の範疇は、このような多くの変形例を含むように記述された特許請求の範囲により解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】従来の技術によるマイクロポンプの一例を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施例によるバルブを示した構成図である。
【図３】本発明の一実施例によるバルブの作用の説明図である。
【図４】本発明の一実施例によるバルブの作用の説明図である。
【図５】本発明の一実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図である。
【図６】本発明の一実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図である。
【図７】本発明の一実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図である。
【図８】本発明の他の実施例によるバルブを示した構成図である。
【図９】図８のＡ−Ａ’線間の断面図である。
【図１０】本発明による安定器の役割を遂行するバルブの連結された毛細管内の時間に伴う圧力変化を示したグラフである。
【図１１】本発明による他の実施例によるバルブの具備された微細流体ポンプ及びその作用を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：毛細管
２：バルブ
３：移送管
４：気体供給手段
２１：排出管
３１：流入チェックバルブ
３２：排出チェックバルブ
２１１：液体
２１２：開放部
【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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【図１１】
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