(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶媒及び第２の溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブであって、
該バルブは、第１のゲル膜及び第２のゲル膜を備え、
前記第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜は、それぞれ第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部と接するとともに、前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部及び前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が、いずれも前記液体と接するように、前記バルブ内に配置され、
前記液体中の前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の合計重量を基準として、前記第２の溶媒を、所定の濃度C1［質量％］で含む前記液体を第１の混合溶媒、前記濃度C1［質量％］よりも高い所定の濃度C2［質量％］で含む前記液体を第２の混合溶媒とした場合に、
前記第１のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC11［％］、該第１のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC12［％］とすると、SC11＞SC12であり、
前記第２のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC21［％］、該第２のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC22［％］とすると、SC21＜SC22であり、
前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部が前記第１の混合溶媒と接するとともに、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が前記第２の混合溶媒と接する第１の状態と、
前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部が前記第２の混合溶媒と接するとともに、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が前記第１の混合溶媒と接する第２の状態と、
を有し、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替えることにより、前記液体の移動を制御するものである、
ことを特徴とする、前記バルブ。
【請求項２】
前記第１のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率と、前記第２のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率とは、前記第２の溶媒を所定の濃度C3［質量％］で含む前記液体であって、C1＜C3＜C2なる関係が成立する第３の混合溶媒について等しくなる、
ことを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
【請求項３】
前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、SC13＞SC12であり、
前記第２のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］は、SC23＞SC21である、
ことを特徴とする、請求項２に記載のバルブ。
【請求項４】
前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、SC13≦SC11であり、
前記第２のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］は、SC23≦SC22である、
ことを特徴とする、請求項２又は３に記載のバルブ。
【請求項５】
前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、２５［％］よりも大きい、
ことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項６】
前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、６０［％］よりも大きい、
ことを特徴とする、請求項５に記載のバルブ。
【請求項７】
前記第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜の一方は、前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の両方に親和性のあるモノマーと、前記第１の溶媒に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含み、他方は、前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の両方に親和性のあるモノマーと、前記第２の溶媒に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含む、
ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項８】
前記第２の溶媒が、メタノール、エタノール及びプロパノールからなる群から選ばれるアルコールであり、前記第１の溶媒が水である、
ことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項９】
前記第１のゲル膜は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液との重合体を架橋したものを含む、
ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記第２のゲル膜は、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルと、アクリル酸ステアリル又はアクリル酸ラウリルとの共重合体を架橋したものを含む、
ことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバルブ。
【請求項１１】
第１の溶媒及び第２の溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブであって、
該バルブは、２つの第１のゲル膜及び第２のゲル膜を備え、
前記２つの第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜は、それぞれ第１の主面及び第２の主面を有し、前記２つの第１のゲル膜のうちの一方の第２の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部と接し、前記２つの第１のゲル膜のうちの他方の第１の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部と接するとともに、前記２つの第１のゲル膜のうちの前記一方の第１の主面の少なくとも一部及び前記他方の第２の主面の少なくとも一部が、いずれも前記液体と接するように、前記バルブ内に配置され、
前記液体中の前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の合計重量を基準として、前記第２の溶媒を、所定の濃度C1［質量％］で含む前記液体を第１の混合溶媒、前記濃度C1［質量％］よりも高い所定の濃度C2［質量％］で含む前記液体を第２の混合溶媒とした場合に、
前記第１のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC11［％］、該第１のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC12［％］とすると、SC11＞SC12であり、
前記第２のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC21［％］、該第２のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC22［％］とすると、SC21＜SC22であり、
前記第２のゲル膜の前記第１のゲル膜と接している部分以外の部分が、前記液体と接するようにすることにより、前記２つの第１のゲル膜の間の液体の移動を制御するものである、
ことを特徴とする、前記バルブ。
【請求項１２】
前記第２のゲル膜の前記第１のゲル膜と接している部分以外の部分が接する前記液体が、C1≦CN≦C2である所定の濃度CN［質量％］で前記第２の溶媒を含む、
ことを特徴とする、請求項１１に記載のバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類の溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブに関する。特に、本発明は、２種類のゲル膜を備え、外部からエネルギーを供給することなく液体の移動を制御することのできるバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
送液システムなどにおいて液体の移動を制御する場合、センサなどによって液体の流量や流速を監視しながら、電磁バルブなどの（電気）機械的手段を使用することが行われてきた。
しかしながら、送液システムを、ライフラインが整備されていないような環境で、あるいはライフラインが停止してしまっているような状況で、さらには、人間を含む動物の体内や建築物や構造物の内部など、外部からアクセスするのが困難な場所で使用する場合には、電力の供給を受けることが困難である場合がある。また、そのような場合でなくても、省エネルギーの観点からは、電力消費が極めて少ないか全くないような方法で、液体の移動を制御するのが望ましい。
【０００３】
特開２００７−１４７００１号公報は、機械的な制御部材が不要である同時に微少流量の精密制御が可能であって、マイクロマシンへの応用に適した送液システムとして、賦圧手段、流量制御手段および流量検出手段を有する送液システムであって、流量制御手段が流路内の一部に流路の管壁に密着して設けられた刺激応答性を有する高分子ゲル層からなるものを開示している。
しかしながら、この送液システムも、高分子ゲル層に外部刺激として熱エネルギーや光エネルギーを印加する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術では得られていなかったような、外部からエネルギーを供給することなく液体の移動を制御することのできるバルブを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、２種類の溶媒を含む液体の移動を制御するにあたり、液体の溶媒濃度に依存する平衡膨潤時の含溶媒率の挙動が異なる２種類のゲル膜を組み合わせてバルブに使用することにより、上記課題を解決することができることを見出した。
すなわち、本発明は、第１の溶媒及び第２の溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブであって、
該バルブは、第１のゲル膜及び第２のゲル膜を備え、
前記第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜は、それぞれ第１の主面及び第２の主面を有し、前記第１のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部と接するとともに、前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部及び前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が、いずれも前記液体と接するように、前記バルブ内に配置され、
前記液体中の前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の合計重量を基準として、前記第２の溶媒を、所定の濃度C1［質量％］で含む前記液体を第１の混合溶媒、前記濃度C1［質量％］よりも高い所定の濃度C2［質量％］で含む前記液体を第２の混合溶媒とした場合に、
前記第１のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC11［％］、該第１のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC12［％］とすると、SC11＞SC12であり、
前記第２のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC21［％］、該第２のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC22［％］とすると、SC21＜SC22であることを特徴とする、前記バルブである。
【０００７】
本発明のバルブにおいて、前記第１のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率と、前記第２のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率とは、前記第２の溶媒を所定の濃度C3［質量％］で含む前記液体であって、C1＜C3＜C2なる関係が成立する第３の混合溶媒について等しくなるのが望ましい。
この場合において、前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、SC13＞SC12であり、前記第２のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］は、SC23＞SC21であるのが好ましい。
また、前記第１のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、SC13≦SC11であり、前記第２のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］は、SC23≦SC22であるのが好ましい。
さらに、前記第１のゲル膜又は前記第２のゲル膜の、前記第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、２５［％］よりも大きいのが好ましい。平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］は、４０［％］よりも大きいのがさらに好ましく、６０［％］よりも大きいのがより好ましく、８０［％］よりも大きいのが最も好ましい。
【０００８】
本発明のバルブにおいて、前記第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜の一方は、前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の両方に親和性のあるモノマーと、前記第１の溶媒に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含み、他方は、前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の両方に親和性のあるモノマーと、前記第２の溶媒に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含むものとすることができる。
本発明のバルブにおいて、前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の一方が、メタノール、エタノール及びプロパノールからなる群から選ばれるアルコールであり、他方が水であってよい。
また、本発明のバルブにおいて、前記第１のゲル膜は、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液との重合体を架橋したものを含むものとすることができる。
さらに、本発明のバルブにおいて、前記第２のゲル膜は、メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルと、アクリル酸ステアリル（SA）又はアクリル酸ラウリル（LA）との共重合体を架橋したものを含むものとすることができる。
【０００９】
本発明のバルブは、前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部が前記第１の混合溶媒と接するとともに、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が前記第２の混合溶媒と接する第１の状態と、
前記第１のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部が前記第２の混合溶媒と接するとともに、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部が前記第１の混合溶媒と接する第２の状態とを有し、前記第１の状態と前記第２の状態とを切り替えることにより、前記液体の移動を制御するものとすることができる。
【００１０】
本発明はさらに、第１の溶媒及び第２の溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブであって、
該バルブは、２つの第１のゲル膜及び第２のゲル膜を備え、
前記２つの第１のゲル膜及び前記第２のゲル膜は、それぞれ第１の主面及び第２の主面を有し、前記２つの第１のゲル膜のうちの一方の第２の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部と接し、前記２つの第１のゲル膜のうちの他方の第１の主面の少なくとも一部が、前記第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部と接するとともに、前記２つの第１のゲル膜のうちの前記一方の第１の主面の少なくとも一部及び前記他方の第２の主面の少なくとも一部が、いずれも前記液体と接するように、前記バルブ内に配置され、
前記液体中の前記第１の溶媒及び前記第２の溶媒の合計重量を基準として、前記第２の溶媒を、所定の濃度C1［質量％］で含む前記液体を第１の混合溶媒、前記濃度C1［質量％］よりも高い所定の濃度C2［質量％］で含む前記液体を第２の混合溶媒とした場合に、
前記第１のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC11［％］、該第１のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC12［％］とすると、SC11＞SC12であり、
前記第２のゲル膜の前記第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC21［％］、該第２のゲル膜の前記第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC22［％］とすると、SC21＜SC22であり、
前記第２のゲル膜の前記第１のゲル膜と接している部分以外の部分が、前記液体と接するようにすることにより、前記２つの第１のゲル膜の間の液体の移動を制御するものであることを特徴とする、前記バルブである。
【００１１】
この本発明のバルブにおいて、前記第２のゲル膜の前記第１のゲル膜と接している部分以外の部分が接する前記液体が、C1≦CN≦C2である所定の濃度CN［質量％］で前記第２の溶媒を含むものとすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のバルブによれば、外部からエネルギーを供給することなく液体の移動を制御することが可能となり、本発明のバルブを送液システムなどに使用することにより、電力の供給を受けることが困難であるような場合であっても、送液システム等を作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による液体移動制御用バルブの一態様の概略的な断面模式図である。
【図２】実施例で作製した第１のゲル膜Na80及び３種類の第２のゲル膜SA25%、SA50%、及びSA75%について測定された含溶媒率のエタノール濃度依存性を示す図である。
【図３】実施例で作製した第１のゲル膜Na80及びさらに３種類の第２のゲル膜LA25%、LA50%、及びLA75%について測定された含溶媒率のエタノール濃度依存性を示す図である。
【図４】実施例で作製した本発明によるゲル膜バルブの概略的な断面模式図である。
【図５】第１の状態における、本発明によるゲル膜バルブで制御されたエタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【図６】第２の状態における、本発明によるゲル膜バルブで制御されたエタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【図７】実施例で作製した本発明による第２の形態のゲル膜バルブの概略的な断面模式図である。
【図８】本発明による第２の形態のゲル膜バルブで制御されたエタノール濃度の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
【００１５】
本発明による液体移動制御用バルブは、２種類の溶媒（第１の溶媒及び第２の溶媒）を含む液体の移動を制御するために使用されるものである。本発明のバルブにより移動を制御する液体は、第１の溶媒及び第２の溶媒のみからなるものであってもよいが、これら２種類の溶媒のほかに、バルブの動作あるいはバルブの制御に従う液体の移動を阻害するものでない限り、任意の溶媒あるいは溶質その他のものを含んでいてよい。
【００１６】
図１は、本発明による液体移動制御用バルブの一態様の概略的な断面模式図である。
図１を参照して、本発明によるバルブ１は、第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２を備えるものである。
第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第１のゲル膜ＧＭ１の第２の主面の一部又は全部が、第２のゲル膜ＧＭ２の第１の主面の一部又は全部と接するように、バルブ１内に配置されている。一方、第１のゲル膜ＧＭ１の第１の主面の一部又は全部、及び、第２のゲル膜ＧＭ２の第２の主面の一部又は全部は、いずれも、バルブ１によって移動が制御される液体Ｌｑと接するようにされている。
本発明によるバルブ１は、液体Ｌｑを保持することのできるチャンバ２に隣接するように配置することができる。このチャンバ２には、液体Ｌｑの流入口３及び流出口４を通じて、それぞれ液体Ｌｑを供給及び排出することができる。チャンバ２の内部に撹拌子５を入れ、チャンバの外側からスターラー（図示せず）などを用いて撹拌子５によりチャンバ２内の液体Ｌｑを撹拌し、本発明のバルブにより移動を制御する液体Ｌｑに含まれる２種類の溶媒（第１の溶媒及び第２の溶媒）が効率よく定常的に混合されるようにすることができる。
【００１７】
本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、本発明のバルブにより移動を制御する液体Ｌｑに含まれる２種類の溶媒（第１の溶媒及び第２の溶媒）について、平行膨潤時の含溶媒率SCが、溶媒の濃度に関連して所定の要件を満たすものであることを要する。
ここで、ゲル膜の平行膨潤時の含溶媒率SCとは、膨潤させる前の乾燥状態でのゲル膜の質量Ｗ0と、ゲル膜を液体に浸漬することによりゲル膜が膨潤し、平衡状態に達した際のゲル膜の質量Ｗeqとを測定することにより、次式（１）から算出される値である：
【００１８】
SC = (Ｗeq-Ｗ0)/Ｗeq×100[%]                                        （１）
【００１９】
そして、液体Ｌｑ中の第１の溶媒及び第２の溶媒の合計重量を基準として、第２の溶媒を、所定の濃度C1［質量％］で含む液体を第１の混合溶媒、濃度C1［質量％］よりも高い所定の濃度C2［質量％］で含む液体を第２の混合溶媒とした場合に、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、次のとおりの平行膨潤時の含溶媒率SCを有するものであることを要する：
−  第１のゲル膜の第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC11［％］、第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC12［％］とすると、SC11＞SC12である。
−  第２のゲル膜の第１の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC21［％］、第２の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率をSC22［％］とすると、SC21＜SC22である。
すなわち、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、発明のバルブにより移動を制御する液体Ｌｑ中の第１の溶媒の濃度が上昇した場合に、第１のゲル膜ＧＭ１の平衡膨潤時の含溶媒率が減少するのに対し、第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率は増加するようなものである。
【００２０】
本発明によるバルブ１は、上記特定の平衡膨潤時の含溶媒率の液体Ｌｑ中の溶媒濃度依存性を有する第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２を使用することにより、溶媒を含む液体の移動を制御するためのバルブとしての機能を有することとなるものであるが、液体Ｌｑ中の溶媒の濃度変化に応じて迅速に液体の移動を制御する観点から、第１のゲル膜ＧＭ１の平衡膨潤時の含溶媒率と、第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率とが、第２の溶媒を所定の濃度C3［質量％］で含む前記液体であって、C1＜C3＜C2なる関係が成立する第３の混合溶媒について等しくなるのが望ましい。
すなわち、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、発明のバルブにより移動を制御する液体Ｌｑ中の第２の溶媒の濃度が上昇した場合に、第１のゲル膜ＧＭ１の平衡膨潤時の含溶媒率が減少し、第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が増加するが、その際、第２の溶媒の濃度がある値に達した時に、第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなるのが望ましい。例えば、第２の溶媒の濃度を、１０％〜３０％の間の所定の濃度（例えば２０％）から７０％〜９０％の間の所定の濃度（例えば７５％）まで上昇させた場合に、濃度６５％において第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなるような場合が考えられる。
【００２１】
本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第１のゲル膜の第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］がSC13＞SC12であり、第２のゲル膜の第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］がSC23＞SC21であるのが好ましい。
すなわち、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第２の溶媒の濃度を、初期濃度（C1）から上昇させていき、ある濃度（C3）で第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなった後に、さらに上昇させて最終濃度（C2）に到達した場合に、第１のゲル膜ＧＭ１は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率が最終濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも大きい一方、第２のゲル膜ＧＭ２は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率が初期濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも大きいのが好ましい。
また、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第１のゲル膜の第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC13［％］がSC13≦SC11であり、第２のゲル膜の第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率SC23［％］がSC23≦SC22であるのが好ましい。
すなわち、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第２の溶媒の濃度を、初期濃度（C1）から上昇させていき、ある濃度（C3）で第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなった後に、さらに上昇させて最終濃度（C2）に到達した場合に、第１のゲル膜ＧＭ１は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率が初期濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも小さい一方、第２のゲル膜ＧＭ２は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率が最終濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも小さいのが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第１のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率がSC11≧SC13＞SC12であり、第２のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率がSC21＜SC23≦SC22であるのが好ましい。
すなわち、本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第２の溶媒の濃度を、初期濃度（C1）から上昇させていき、ある濃度（C3）で第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなった後に、さらに上昇させて最終濃度（C2）に到達した場合に、第１のゲル膜ＧＭ１は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率は初期濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも小さくかつ最終濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも大きい一方、第２のゲル膜ＧＭ２は、等しくなった平衡膨潤時の含溶媒率が初期濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも大きくかつ最終濃度における平衡膨潤時の含溶媒率よりも小さいのが好ましい。
例えば、第２の溶媒の濃度を初期濃度２０％から最終濃度７５％まで上昇させた場合に、第１のゲル膜ＧＭ１は、平衡膨潤時の含溶媒率が９５％から３０％まで減少する一方、第２のゲル膜は、平衡膨潤時の含溶媒率が４０％から９０％まで増加し、濃度６５％において、第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率はいずれも８５％となるような場合が考えられる。
【００２３】
本発明によるバルブ１に使用される第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、第３の混合溶媒についての平衡膨潤時の含溶媒率、換言すれば、第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなった時の平衡膨潤時の含溶媒率が、２５％よりも大きいのが好ましい。液体Ｌｑ中の溶媒の濃度変化に応じて迅速に液体の移動を制御する観点からは、第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２の平衡膨潤時の含溶媒率が等しくなった時の平衡膨潤時の含溶媒率が４０％よりも大きいのがさらに好ましく、６０％よりも大きいのがより好ましく、８０％よりも大きいのが最も好ましい。
【００２４】
本発明によるバルブ１において、第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２の一方（例えば第１のゲル膜ＧＭ１）が、本発明のバルブ１により移動を制御する液体Ｌｑに含まれる２種類の溶媒（第１の溶媒及び第２の溶媒）の両方に親和性のあるモノマーと、一方の溶媒（例えば第１の溶媒）に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含み、他方（例えば第２のゲル膜ＧＭ２）が、２種類の溶媒の両方に親和性のあるモノマーと、一方の溶媒（例えば第２の溶媒）に親和性のあるモノマーとの共重合体を架橋したものを含むものとすることができる。
本発明のバルブ１により移動を制御する液体Ｌｑに含まれる２種類の溶媒としては、特に限定されるものではないが、第１の溶媒及び第２の溶媒の一方（例えば第２の溶媒）をメタノール、エタノール及びプロパノールからなる群から選ばれるアルコールとし、他方（例えば第１の溶媒）を水とすることができる。
本発明のバルブ１に使用する第１のゲル膜ＧＭ１としては、例えば、第２の溶媒がアルコールである場合に、両親媒性のモノマーであるＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドと、親水性のモノマーである２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液との重合体を架橋したものを含むものとすることができる。架橋剤としては、例えばＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを使用することができ、反応開始剤として、ベンゾフェノンなどを使用することができる。
本発明のバルブ１に使用する第２のゲル膜ＧＭ２としては、例えば、第２の溶媒がアルコールである場合に、両親媒性のモノマーであるメタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチルと、アルコール親和性のモノマーであるアクリル酸ステアリル又はアクリル酸ラウリルとの共重合体を架橋したものを含むものとすることができる。架橋剤及び反応開始剤は、第１のゲル膜ＧＭ１について上記したものと同じものを使用することができるが、異なるものを使用しても良い。
本発明によるバルブ１に使用する第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２の膜厚は、１ｍｍ程度あればよいが、０．５ｍｍ程度であっても構わない。また、第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜ＧＭ２は、バルブ１を使用する前に、あらかじめ第１の溶媒及び第２の溶媒を含む液体Ｌｑで膨潤させておくのが望ましい。
【００２５】
本発明のバルブ１の動作としては、例えば、第１のゲル膜ＧＭ１の第１の主面の少なくとも一部が第１の混合溶媒と接するとともに、第２のゲル膜ＧＭ２の第２の主面の少なくとも一部が第２の混合溶媒と接する第１の状態と、第１のゲル膜ＧＭ１の第１の主面の少なくとも一部が第２の混合溶媒と接するとともに、第２のゲル膜ＧＭ２の第２の主面の少なくとも一部が第１の混合溶媒と接する第２の状態とを切り替えることにより、液体Ｌｑの移動を制御するものとすることができる。
切り替えは、第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜ＧＭ２との位置関係を入れ替えることにより行ってもよく、第１の混合溶媒と第２の混合溶媒とを入れ替える（あるいは、混合溶媒中の溶媒濃度を変化させる）ことにより行ってもよい。
【００２６】
上記したようなゲル膜バルブを本発明による第１の形態のゲル膜バルブとした場合、本発明による第２の形態のゲル膜バルブとして、２つの第１のゲル膜及び第２のゲル膜を備え、２つの第１のゲル膜のうちの一方の第２の主面の少なくとも一部が、第２のゲル膜の第１の主面の少なくとも一部と接し、２つの第１のゲル膜のうちの他方の第１の主面の少なくとも一部が、第２のゲル膜の第２の主面の少なくとも一部と接するとともに、２つの第１のゲル膜のうちの一方の第１の主面の少なくとも一部及び他方の第２の主面の少なくとも一部が、いずれも上記の液体と接するように、バルブ内に配置され、第２のゲル膜の第１のゲル膜と接している部分以外の部分が、液体と接するようにすることにより、２つの第１のゲル膜の間の液体の移動を制御するものとすることができる。
第２の形態のゲル膜バルブには、第１の形態のゲル膜バルブについて上に詳述した内容、すなわち、ゲル膜の含溶媒率や材質、溶媒の種類などを、いずれも適用することが可能であるが、第１の形態のゲル膜バルブの場合のように、第１のゲル膜と第２のゲル膜との位置関係を入れ替えることにより液体の移動を制御することに代えて、例えば、第２のゲル膜の第１のゲル膜と接している部分以外の部分が接する液体として、C1≦CN≦C2である所定の濃度CN［質量％］で第２の溶媒を含むものを使用することにより、液体の移動を制御することが可能となる。
【実施例】
【００２７】
以下に実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
＜第１のゲル膜の作製＞
２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液（NaAMPS）４モルに対し、１モルのＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（DMAAm）準備し、これら２つのモノマーを結合させる架橋剤として、０．０５モル％のＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（MBAA）を用い、反応開始剤として０．０１モル％のベンゾフェノンを使用して、ゲル溶液を作製した。
このゲル溶液を、ガラス板に１ｍｍのシリコンスペーサーを挟んだ鋳型に流し込み、パラフィルムで導入口を閉じた後、ＵＶランプを用いて約２４時間紫外線照射を行いてゲルを合成して、第１のゲル膜（Na80とも呼ぶ。）を作製した。
【００２９】
＜第２のゲル膜の作製（１）＞
アクリル酸ステアリル（SA）１モルに対し、３モルのメタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチル（DMMA）を準備し、これら２つのモノマーを結合させる架橋剤として、０．０５モル％のＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（MBAA）を用い、反応開始剤として０．０１モル％のベンゾフェノンを使用して、ゲル溶液を作製した。
さらに、アクリル酸ステアリル（SA）：メタクリル酸２−（ジメチルアミノ）エチル（DMMA）のモル比がそれぞれ１：１及び３：１であって、その他は同様の追加の２種類のゲル溶液を作製した。
これら３種類のゲル溶液を用いて、上記第１のゲル膜の作製と同様の手法により、３種類の第２のゲル膜（全モノマー中のアクリル酸ステアリル（SA）の割合により、それぞれSA25%、SA50%、及びSA75%と呼ぶ。）を作製した。
【００３０】
＜第２のゲル膜の作製（２）＞
アクリル酸ステアリル（SA）に代えてアクリル酸ラウリル（LA）を使用したことを除き、上記第２のゲル膜の作製（１）と同様の手法により、さらに３種類の第２のゲル膜（全モノマー中のアクリル酸ラウリル（LA）の割合により、それぞれLA25%、LA50%、及びLA75%と呼ぶ。）を作製した。
【００３１】
＜ゲル膜の含溶媒率の測定＞
作製したゲル膜を、それぞれ１ｃｍ四方の大きさにカットし、エタノールと水の混合溶媒であってエタノールの質量割合（エタノール濃度）がそれぞれ０％（すなわち水）、２０％、４０％、６０％、８０％、及び１００％（すなわちエタノール）であるものに、３０℃で４８時間静置して、充分に平衡膨潤に達するようにした。平行膨潤時の含溶媒率SC48hを、次式（２）により決定した。
【００３２】
【数１】
0006691709.tif 000002
（２）
【００３３】
（式中、W0は膨潤させる前の乾燥状態でのゲルの質量、W48hは平衡膨潤に達した際のゲルの質量である。）
【００３４】
なお、第１のゲル膜については、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液（NaAMPS）が５０質量％の水を含むものであったため、次式（３）により含溶媒率SCNa80を再計算した。
【００３５】
【数２】
0006691709.tif 000003
（３）
【００３６】
（式中、W0は膨潤させる前の乾燥状態でのゲルの質量、W48hは平衡膨潤に達した際のゲルの質量である。）
【００３７】
【数３】
0006691709.tif 000004
【００３８】
であって、WNaAMPS、WDMAAm、WMBAA、及びWbpはそれぞれ、ゲル溶液を作製する際に仕込んだ２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液（NaAMPS）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド（DMAAm）、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド（MBAA）、及びベンゾフェノンの質量であり、その他は式（１）の場合と同様である。）
【００３９】
作製した第１のゲル膜Na80及び３種類の第２のゲル膜SA25%、SA50%、及びSA75%について測定された、平行膨潤時の含溶媒率の混合溶媒のエタノール濃度依存性を、図２に示す。
第１のゲル膜Na80は、エタノール濃度が上昇すると、平行膨潤時の含溶媒率が減少する傾向を示した。
これに対して、第２のゲル膜SA25%、SA50%、及びSA75%は、エタノール濃度が上昇すると、平行膨潤時の含溶媒率が増加する傾向を示し、その増加の程度は、全モノマー中のアクリル酸ステアリル（SA）の割合が少ないほど大きかった。
図２に示されているとおり、第１のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率と、第２のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率とは、第２のゲル膜がSA25%である場合、エタノール濃度が７５％の時にいずれも６９％で等しくなり、第２のゲル膜がSA50%である場合、エタノール濃度が９３％の時にいずれも３４％で等しくなった。
【００４０】
同様に、作製した第１のゲル膜Na80及びさらに３種類の第２のゲル膜LA25%、LA50%、及びLA75%について測定された、平行膨潤時の含溶媒率の混合溶媒のエタノール濃度依存性を、図３に示す。
第２のゲル膜LA25%、LA50%、及びLA75%は、エタノール濃度が上昇すると、平行膨潤時の含溶媒率が増加する傾向を示し、その増加の程度は、全モノマー中のアクリル酸ラウリル（LA）の割合が少ないほど大きかった。
図３に示されているとおり、第１のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率と、第２のゲル膜の平衡膨潤時の含溶媒率とは、第２のゲル膜がLA25%である場合、エタノール濃度が６５％の時にいずれも８９％で等しくなり、第２のゲル膜がLA50%である場合、エタノール濃度が７９％の時にいずれも６９％で等しくなり、第２のゲル膜がLA75%である場合、エタノール濃度が９８％の時にいずれも２７％で等しくなった。
【００４１】
（実施例１）
＜ゲル膜を用いた液体移動制御用のバルブの作製＞
１ｍｍのシリコンスペーサーに代えて０．５ｍｍのシリコンスペーサーを使用したことを除き、上記第１のゲル膜の作製と同様の手法により、液体移動制御用のバルブを作製するための、厚さ０．５ｍｍの第１のゲル膜を作製した。
同様に、厚さ０．５ｍｍの第２のゲル膜LA25%を作製した。
作製したゲル膜を膨潤後にそれぞれ２．５ｃｍ四方の大きさにカットした。
第１のゲル膜及び第２のゲル膜LA25%を、濃度６０％のエタノール水溶液を用いて膨潤させ、それぞれ厚さ１ｍｍのゲル膜とした。
これら第１のゲル膜及び第２のゲル膜LA25%と、ＰｅｒｍｅＧｅａｒ社製の１組の水平ガラスセル（商品名：Ｓｉｄｅ−Ｂｉ−Ｓｉｄｅセル）により、ゲル膜を用いた液体移動制御用のバルブを作製した。作製したバルブの概略的な断面模式図を、図４に示す。
図４を参照して、第１のゲル膜ＧＭ１の一方の主面が第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の一方の主面と接するように並べたゲル膜の組を、水平ガラスセル１０（１組の水平ガラスセルは対称形状を有するため、簡便のため一方のみについて言及する）のクランプ面１１をそれぞれ第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の他方の主面に押し付けて挟み込み、水平ガラスセル１０を固定した。水平ガラスセル１０はそれぞれ、液体の流入口（流出口）１２を備え、３．４ｃｍ3の液体Ｌｑを保持することのできるチャンバ１３を有している。水平ガラスセル１０はさらに、第１のゲル膜ＧＭ１及び第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の他方の主面が液体Ｌｑと接するように、クランプ面１１にそれぞれ直径５ｍｍのオリフィス１４を有している。それぞれの水平ガラスセル１０内には、５ｍｍの撹拌子１５を入れ、セルの外側からスターラー（図示せず）を用いて撹拌子１５によりチャンバ１３内の液体を撹拌することができるようにした。さらに、水平ガラスセル１０内のチャンバ１３の周りのウォータージャケット１６に温水を循環させて、チャンバ１３内の液体Ｌｑの温度を制御した。
【００４２】
＜バルブの性能評価＞
まず、第１のゲル膜ＧＭ１の主面が濃度７５％のエタノール水溶液と接するように、第１のゲル膜ＧＭ１側の水平ガラスセル１０のチャンバ１３に、液体の流入口１２を通して濃度７５％のエタノール水溶液を入れ、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の主面が濃度２０％のエタノール水溶液と接するように、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２側の水平ガラスセル１０のチャンバ１３に、液体の流入口１２を通して濃度２０％のエタノール水溶液を入れて、これらの液体を撹拌子１５及びスターラー（図示せず）を用いて撹拌しながら、ウォータージャケット１６に温水を循環させて、チャンバ１３内のエタノール水溶液の温度を３０℃に維持した。時間の経過とともにチャンバ１３内のエタノール水溶液の屈折率を測定することにより、ゲル膜の組によって隔てられた水溶液のエタノール濃度の経時変化を観察した。観察結果を図５に示す。
図５から、この状態（第１の状態）では、長時間が経過しても濃度７５％のエタノール水溶液がゲル膜の組を通して濃度２０％のエタノール水溶液へ拡散することはほとんどなく、液体の移動が抑制されていることがわかる。
【００４３】
次に、第１のゲル膜ＧＭ１の主面が濃度２０％のエタノール水溶液と接するように、第１のゲル膜ＧＭ１側の水平ガラスセル１０のチャンバ１３に、液体の流入口１２を通して濃度２０％のエタノール水溶液を入れ、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の主面が濃度７５％のエタノール水溶液と接するように、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２側の水平ガラスセル１０のチャンバ１３に、液体の流入口１２を通して濃度７５％のエタノール水溶液を入れて、これらの液体を撹拌子１５及びスターラー（図示せず）を用いて撹拌しながら、ウォータージャケット１６に温水を循環させて、チャンバ１３内のエタノール水溶液の温度を３０℃に維持した。時間の経過とともにチャンバ１３内のエタノール水溶液の屈折率を測定することにより、ゲル膜の組によって隔てられた水溶液のエタノール濃度の経時変化を観察した。観察結果を図６に示す。
図６から、この状態（第２の状態）では、極めて速やかに濃度７５％のエタノール水溶液がゲル膜の組を通して濃度２０％のエタノール水溶液へ拡散し、液体の移動が促進されていることがわかる。
図５及び図６に示されている結果から、本発明によるゲル膜バルブによれば、異なる２つの状態（第１の状態と第２の状態）を切り替えることにより、液体の移動を制御することが可能であることが理解される。
【００４４】
（実施例２）
＜第２の形態のゲル膜バルブの作製＞
２つの第１のゲル膜ＧＭ１と第２のゲル膜LA25%ＧＭ２を準備し、第１のゲル膜ＧＭ１の一方の主面が第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の一方の主面と接するように並べたゲル膜の組に代えて、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の一方の主面が一方の第１のゲル膜ＧＭ１の一方の主面と接し、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の他方の主面が他方の第１のゲル膜ＧＭ１の一方の主面と接するように並べたゲル膜の組を構成したことを除き、実施例１の場合と同様に、ゲル膜を用いた液体移動制御用のバルブを作製した。作製したバルブの概略的な断面模式図を、図７に示す。
【００４５】
＜バルブの性能評価＞
図中左側の第１のゲル膜ＧＭ１の主面が濃度２０％のエタノール水溶液と接するように、図中左側の第１のゲル膜ＧＭ１側の水平ガラスセルのチャンバに濃度２０％のエタノール水溶液を入れ、図中右側の第１のゲル膜ＧＭ１の主面が濃度７５％のエタノール水溶液と接するように、図中右側の第１のゲル膜ＧＭ１側の水平ガラスセル１０のチャンバ１３に濃度７５％のエタノール水溶液を入れて、これらの液体を撹拌子及びスターラーを用いて撹拌しながら、ウォータージャケット温水を循環させて、チャンバ内のエタノール水溶液の温度を３０℃に維持した。
はじめに、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２に、図中上下方向に設けられた孔部に常に供給されているような状態で、濃度７５％のエタノール水溶液を供給した。実施例１の場合と同様に、時間の経過とともにチャンバのエタノール水溶液の屈折率を測定することにより、ゲル膜の組によって隔てられた水溶液のエタノール濃度の経時変化を観察したが、実質的な変化は認められなかった。
次に、第２のゲル膜LA25%ＧＭ２の孔部に、シリンジ（図示せず）を用いて濃度６０％のエタノール水溶液を２００μlずつ、最初の注入から２時間ごとに１０時間経過するまで供給して、ゲル膜の組によって隔てられた水溶液のエタノール濃度の経時変化を観察した。観察結果を図８に示す。
図８から、第２のゲル膜ＧＭ２へのエタノール水溶液の供給を止めた後（２４〜４８時間経過後）でも、ゲル膜の組によって隔てられた水溶液のエタノール濃度の変化が認められた。
これらのことから、第２のゲル膜ＧＭ２に所定濃度の液体を接触させることにより、２つの第１のゲル膜ＧＭ１の間の液体の移動を制御することが可能であることが理解される。
【符号の説明】
【００４６】
１  バルブ
２  チャンバ
３  流入口
４  流出口
５  撹拌子
１０  水平ガラスセル
１１  クランプ面
１２  液体の流入口（流出口）
１３  チャンバ
１４  オリフィス
１５  撹拌子
１６  ウォータージャケット
ＧＭ１、ＧＭ２  ゲル膜
Ｌｑ  液体
【図１】
0006691709.tif 000005
【図２】
0006691709.tif 000006
【図３】
0006691709.tif 000007
【図４】
0006691709.tif 000008
【図５】
0006691709.tif 000009
【図６】
0006691709.tif 000010
【図７】
0006691709.tif 000011
【図８】
0006691709.tif 000012