(57)【要約】【課題】  バイオチッププレートのウェルに対応して多連構成化することが可能であり、また、使用する流体の圧力を低下させることがなく、精度よく流体の流量を制御することができる小型電磁弁を提供すること。【解決手段】  電磁弁２０において、入口流路２３に液体が供給されたときにおける、ベロフラム４２の受圧面積とバルブシート４１の受圧面積とを等しくして、ベロフラム４２の受圧力とバルブシート４１の受圧力を等しくする。また、入口流路２３と連通流路２５との連通部をベロフラム４２とバルブシート４１との間に配置して、入口流路２３から連通流路２５に流入する液体を第２軸棒４８の衝突させて分流する。さらに、コイル３２の横断面形状を長円形状にして、固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力を大きくする。【選択図】            図３
2005155890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口流路と、
出口流路と、
前記入口流路と前記出口流路とを連通させる連通流路と、
前記連通流路と前記出口流路との連通部に形成された弁座と、
中空のコイルボビンに巻線が巻き付けられたコイルと、
前記コイルボビン内に固定された固定鉄心と、
前記コイルボビン内に摺動可能に設けられた可動鉄心と、
先端にバルブシートが設けられるとともに、他端が前記可動鉄心に連結されて前記固定鉄心を挿通する軸棒と、
前記軸棒の途中に設けられたベロフラムと、
前記可動鉄心を前記固定鉄心から離れる方向へ常時付勢するためのスプリングとを有し、
前記コイルへの通電によって前記固定鉄心を励磁し、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に吸着することにより、前記バルブシートを前記弁座に当接・離間させて弁開閉動作を行う小型電磁弁であって、
前記入口流路に流体が供給されたときにおける、前記ベロフラムの受圧面積と前記バルブシートの受圧面積とが等しいことを特徴とする小型電磁弁。
【請求項２】
請求項１に記載する小型電磁弁において、
前記入口流路と前記連通流路との連通部は、前記ベロフラムと前記バルブシートとの間に位置していることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項３】
請求項２に記載する小型電磁弁において、
前記入口流路と前記出口流路とは、前記入口流路の延長線と前記出口流路の延長線とが互いに交差するように形成され、その交差点が前記ベロフラムと前記バルブシートとの間に位置していることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
前記コイルボビンの中心軸と前記可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って前記可動鉄心が摺動するように前記可動鉄心を保持するベロフラムを有することを特徴とする小型電磁弁。
【請求項５】
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
前記コイルボビンの中心軸と前記可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って前記可動鉄心が摺動するように前記可動鉄心を支持するベアリングを有することを特徴とする小型電磁弁。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
前記軸棒には円環状の凹部が形成され、
前記凹部の前記可動鉄心側に、前記凹部に嵌合する前記ベロフラムの抜けを防止するための抜け防止部材が設けられていることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項７】
請求項１から請求項５に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
前記軸棒は、前記可動鉄心に連結される第１軸棒と、先端に前記バルブシートが設けられた第２軸棒とを備え、
前記第１軸棒あるいは前記第２軸棒の少なくとも一方の連結端部には、円環状の凹部が形成され、
前記ベロフラムの一部が前記凹部に嵌合した状態で、前記第１軸棒と前記第２軸棒とが突き合わされて接合されることによって、前記ベロフラムが前記第１軸棒と前記第２軸棒とに狭持されていることを特徴する小型電磁弁。
【請求項８】
請求項７に記載する小型電磁弁において、
前記ベロフラムのうち前記凹部に嵌合する部分は、前記ベロフラムの可動部分よりも厚肉であることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項９】
請求項１から請求項８に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
前記コイルの横断面形状は、長円形状であることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項１０】
請求項１から請求項９に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
複数のウェルがマトリクス状に形成されたバイオチッププレートに対して一定微量の液体を供給するバイオチップ用液体供給装置に使用されることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項１１】
請求項１０に記載する小型電磁弁において、
８連構成または１２連構成として使用されることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項１２】
請求項１１に記載する小型電磁弁において、
９ｍｍピッチで配置されることを特徴とする小型電磁弁。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２に記載するいずれか１つの小型電磁弁において、
９ｍｍ幅以下のカートリッジタンクを備えていることを特徴とする小型電磁弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルへの通電によって固定鉄心を励磁し、可動鉄心を固定鉄心側に吸着することにより、弁を開閉動作させる小型電磁弁に関する。特に、本発明に係る小型電磁弁は、バイオチッププレートに形成された複数のウェルに対して所定の液体を供給する供給装置に使用するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
マトリクス状に複数のウェル（典型的には８×１２＝９６ウェル）が形成されたバイオチッププレートに対して一定微量の液体を供給する供給装置として、例えば、非特許文献１に記載されたものがある。
【０００３】
この供給装置では、複数のエアオペレート式の定量吐出バルブを一列に並べ、各吐出バルブの吐出口にチューブを接続し、そのチューブの先端をバイオチッププレートのウェル上に配置している。そして、各吐出バルブに対してそれぞれの専用コントローラが設けられており、各専用コントローラにより各吐出バルブの動作を制御し、各吐出バルブから吐出される液体を、各チューブを介して一列分のウェルに対して液体の供給を行うようになっている。
【０００４】
【非特許文献１】武蔵エンジニアリング（株）カタログ「液体精密定量吐出用パーツアクセサリ＆バルブ／タンクカタログＶＯＬ２」  第１９，２３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した供給装置では、エアー配管などが非常に多く存在するため、システムの構成が非常に複雑になるという問題があった。また、上記した供給装置では、各吐出バルブに対して専用コントローラが必要であり、供給装置全体として非常に高価なものになってしまうという問題もあった。また、上記した供給装置では、各吐出バルブを各専用コントローラによって制御する必要があるため、各吐出バルブの吐出量にばらつきが生じるという問題もあった。さらに、上記した供給装置では、各吐出バルブから吐出された液体がチューブを介してウェルに供給されるため、液体の供給精度が悪く、また液切れ性も悪いという問題もあった。
【０００６】
ここで、エアーオペレート式の定量吐出バルブの代わりに、電磁弁を使用することが考えられる。電磁弁を使用することにより、エアー配管が不要になるとともに、１つのコントローラで複数の電磁弁の開閉動作を制御することができるからでる。
【０００７】
ところが、現状では、バイオチッププレート上に形成されているウェルに対応して、多連構成にすることができる小型の電磁弁が存在しない。ここで、現在使用される電磁弁を単純に小型化することも考えられるが、使用する液体の圧力を小さくしなければならないという問題があった。さもないと、弁開閉を行うことができなくなるからである。このため、現状では、電磁弁を使用しても、電磁弁から吐出された液体はチューブを介してウェルに供給する必要があり、液体の供給精度が悪く、また液切れ性も悪いという問題を解消することができていない。
【０００８】
そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、バイオチッププレートのウェルに対応して多連構成化することが可能であり、また、使用する流体の圧力を低下させることがなく、精度よく流体の流量を制御することができる小型電磁弁を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る小型電磁弁は、入口流路と、出口流路と、前記入口流路と前記出口流路とを連通させる連通流路と、前記連通流路と前記出口流路との連通部に形成された弁座と、中空のコイルボビンに巻線が巻き付けられたコイルと、前記コイルボビン内に固定された固定鉄心と、前記コイルボビン内に摺動可能に設けられた可動鉄心と、先端にバルブシートが設けられるとともに、他端が前記可動鉄心に連結されて前記固定鉄心を挿通する軸棒と、前記軸棒の途中に設けられたベロフラムと、前記可動鉄心を前記固定鉄心から離れる方向へ常時付勢するためのスプリングとを有し、前記コイルへの通電によって前記固定鉄心を励磁し、前記可動鉄心を前記固定鉄心側に吸着することにより、前記バルブシートを前記弁座に当接・離間させて弁開閉動作を行う小型電磁弁であって、前記入口流路に流体が供給されたときにおける、前記ベロフラムの受圧面積と前記バルブシートの受圧面積とが等しいことを特徴するものである。
【００１０】
この小型電磁弁では、コイルに対する通電を制御することにより、固定鉄心を励磁・消磁させて、可動鉄心を固定鉄心に吸着・解放することで、バルブシートを連通流路と出口流路との連通部に形成された弁座に当接・離間させて弁開閉動作を行う。そして、この電磁弁の入口流路に対して流体が供給されると、コイルに通電していない状態では、入口流路および連通流路に流体が満たされる。ここで、ベロフラムの受圧面積とバルブシートの受圧面積とが等しいので、ベロフラムに作用する流体圧力とバルブシートに作用する流体圧力が等しくなる。したがって、流体圧力に影響されることなく、バルブシートを弁座に当接・離間させることができる。つまり、弁開閉動作に必要な固定鉄心の可動鉄心に対する吸引力が小さくても弁開閉動作を精度よく行うことができる。このため、電磁弁に供給する流体の圧力を小さくすることなく、電磁弁の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る小型電磁弁においては、前記入口流路と前記連通流路との連通部は、前記ベロフラムと前記バルブシートとの間に位置していることが望ましい。
【００１２】
入口流路から連通流路に流れ込む流体が直接、ベロフラムあるいはバルブシートに当たってしまうと、瞬間的にベロフラムの受圧力またはバルブシートの受圧力のいずれか一方が大きくなって弁開度が変化してしまい、電磁弁から排出される流体の流量精度および弁のシール性能に悪影響を与えるおそれがある。そこで、この小型電磁弁では、入口流路と連通流路との連通部をベロフラムとバルブシートとの間に配置することにより、入口流路から連通流路に流れ込む流体を第２軸棒に衝突させ分流し、分流されたそれぞれの流体をベロフラムとバルブシートに突き当てる。これにより、瞬間的にベロフラムの受圧力またはバルブシートの受圧力のいずれか一方が大きくなるようなことを防止する、つまりベロフラムの受圧力とバルブシートの受圧力とを常に等しくすることができるので、流量の制御を精度よく行うことができる。
【００１３】
より好ましくは、前記入口流路と前記出口流路とが、前記入口流路の延長線と前記出口流路の延長線とが互いに交差するように形成され、その交差点が前記ベロフラムと前記バルブシートとの間に位置しているのがよい。こうすることにより、ベロフラムの形状を上面視で円形にすることができるので電磁弁の小型化を図ることができる。つまり、入口流路と出口流路とを上記のような位置関係となるように配置しないと、ベロフラムの形状（上面視）が長円形となり受圧面積が大きくなってしまう。そうすると、バルブシートの受圧面積も大きくする必要があるため、電磁弁の小型化を図る困難となるからである。
【００１４】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記コイルボビンの中心軸と前記可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って前記可動鉄心が摺動するように前記可動鉄心を保持するベロフラムを有することが望ましい。なお、コイルボビンの中心軸と可動鉄心の中心軸とが平行状態を保つ場合には、それぞれの中心軸が一致する場合も含む（以下、同様である）。
【００１５】
こうすることにより、可動鉄心はベロフラムによって保持された状態で摺動する。このため、可動鉄心は、コイルボビンの中心軸と可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って摺動する。つまり、可動鉄心は、軸芯からずれることなく摺動するため、可動鉄心とコイルボビンとのかじりを確実に防止することができる。これにより、小型電磁弁における弁動作の再現性や耐久性を向上させることができる。なお、ベロフラムの代わりにベローズを使用することもできる。
【００１６】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記コイルボビンの中心軸と前記可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って前記可動鉄心が摺動するように前記可動鉄心を支持するベアリングを有することが望ましい。
【００１７】
こうすることにより、可動鉄心はベアリングによって支持された状態で摺動する。このため、可動鉄心は、コイルボビンの中心軸と可動鉄心の中心軸とが平行状態を保って摺動する。つまり、可動鉄心は、軸芯からずれることなく摺動するため、可動鉄心とコイルボビンとのかじりを確実に防止することができる。これにより、小型電磁弁における弁動作の再現性や耐久性を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記軸棒には円環状の凹部が形成され、前記凹部の前記可動鉄心側に、前記凹部に嵌合する前記ベロフラムの抜けを防止するための抜け防止部材が設けられていることが望ましい。
【００１９】
こうすることにより、流体圧力が高い場合であっても、抜け防止部材によってベロフラムをしっかりと保持・固定することができるからである。なお、抜け防止部材としては、例えば、ブッシュや突起などが挙げられる。すなわち、軸棒にブッシュをはめ込んだり、軸棒に突起を形成することにより、ベロフラムの抜けを防止するのである。
【００２０】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記軸棒は、前記可動鉄心に連結される第１軸棒と、先端に前記バルブシートが設けられた第２軸棒とを備え、前記第１軸棒あるいは前記第２軸棒の少なくとも一方の連結端部には、円環状の凹部が形成され、前記ベロフラムの一部が前記凹部に嵌合した状態で、前記第１軸棒と前記第２軸棒とが突き合わされて接合されることによって、前記ベロフラムが前記第１軸棒と前記第２軸棒とに狭持されていることが望ましい。
【００２１】
こうすることにより、流体圧力が高い場合であっても、ベロフラムを第１軸棒と第２軸棒とで狭持して確実に固定することができるとともに、第２軸棒に固定されているバルブシートの動きに連動させてベロフラムを可動させることができるからである。
【００２２】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記ベロフラムのうち前記凹部に嵌合する部分は、前記ベロフラムの可動部分よりも厚肉であることが望ましい。こうすることにより、前記ベロフラムのうち前記凹部に嵌合する部分が第１軸棒および第２軸棒によって押し潰される。これにより、ベロフラムと第１軸棒および第２軸棒との間からの流体の漏れを確実に防止することができるからである。
【００２３】
また、本発明に係る小型電磁弁においては、前記コイルの横断面形状は、長円形状であることが望ましい。こうすることにより、コイル幅を広げることなく磁路を広くすることができるので、固定鉄心の可動鉄心に対する吸引力を大きくすることができるからである。そしてこれにより、小型化を図ったことによる電磁弁の応答性の低下を防止することができる。
【００２４】
そして、本発明に係る小型電磁弁は、複数のウェルがマトリクス状に形成されたバイオチッププレートに対して一定微量の液体を供給するバイオチップ用液体供給装置に使用すると好適なものである。
【００２５】
上記の場合には、本発明に係る小型電磁弁は、８連構成または１２連構成として使用されることが望ましい。現在、８×１２ウェルのバイオチッププレートが一般的に使用されている。このため、電磁弁を８連構成または１２連構成とすることにより、このようなバイオチッププレートに対して精度良く液体を供給することができるからである。
【００２６】
また、本発明に係る小型電磁弁は、９ｍｍピッチで配置されていることが望ましい。なお、９ｍｍピッチとは、電磁弁の出口流路（出口ポート）の中心間距離が９ｍｍであるということを意味する。
【００２７】
バイオチッププレートに形成されているウェルのピッチが実測にて９ｍｍであるため、このように電磁弁を配置することにより、出口流路（出口ポート）をウェルの真上に配置することができ、バイオチッププレートに対して非常に精度良く液体を供給することができるからである。
【００２８】
さらに、本発明に係る小型電磁弁は、９ｍｍ幅以下のカートリッジタンクを備えていてもよい。これにより、電磁弁に供給液を供給するための配管が不要となるからである。また、９ｍｍ幅以下のカートリッジタンクであれば、上記したように、小型電磁弁を多連構成とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る小型電磁弁によれば、ベロフラムの受圧面積とバルブシートの受圧面積とを等しくしているので、小型化を図ったにも関わらず、使用する流体の圧力を低下させることなく、精度よく流体の流量を制御することができる。また、バイオチッププレートのウェルに対応して多連構成とすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の小型電磁弁を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、バイオチッププレートに所定の液体を供給する液体供給装置に本発明を適用したものである。
【００３１】
（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る液体供給装置の概略構成を図１に示す。この液体供給装置１０は、複数のウェルが形成されたバイオチッププレート１１と、このバイオチッププレート１１を一定方向（本実施の形態では、図１において左右方向）に移動させるためのフレーム１２およびアクチュエータ１３と、バイオチッププレート１１に対して液体を供給する供給部１４と、アクチュエータ１３および供給部１４の動作を制御するコントローラ１５と、を備えている。
【００３２】
そして、供給部１４に本発明の小型電磁弁が備わっている。すなわち、供給部１４は、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、電磁弁２０を８個備えており、これらの電磁弁２０が一列に整列配置されている。図２は、供給部の概略構成を示す図であって、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は底面図である。これらの電磁弁２０は、図２（ｃ）に示すように、所定ピッチＰ１で配置されている。本実施の形態では、ピッチＰ１は、「９ｍｍ」である。なお、ピッチＰ１は、隣り合う電磁弁２０における出口ポート２２の中心間距離を意味する。
【００３３】
また、各電磁弁２０は、図２（ｂ）に示すように正面に入口ポート２１が形成され、図２（ｃ）に示すように底面に出口ポート２２が形成されている。そして、各入口ポート２１に液配管１８（図１参照）が接続されている。この液配管１８の上流端は、図１に示すように、供給液を貯留するタンク１６に接続されて供給液の中に配置されている。また、タンク１６の上部には、液圧送用エアーを供給するためのエアー配管１９が接続されている。このエアー配管１９の途中には、液圧送用エアーの圧力を調整するための圧送圧力調整器１７が設けられている。そして、タンク１６には、圧送圧力調整器１７により圧力調整されたエアーが常時供給されるようになっている。これにより、各電磁弁２０に対して、タンク１６に貯留されている供給液が供給されるようになっている。
【００３４】
ここで、本発明の特徴点である電磁弁２０について、図３および図４を参照しながら詳細に説明する。図３は、電磁弁の概略構成を示す断面図である。図４は、電磁弁に備わるベロフラムの概略構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は底面図である。
【００３５】
この電磁弁２０は、図３に示すように、大別して駆動部３０と弁部４０とを備えている。駆動部３０には、中空長円形状のコイルボビン３１に導電性の巻線が巻き付けられ構成された長円形状のコイル３２が設けられている（図２（ａ）参照）。コイルボビン３１の下端開口部には、固定鉄心３３が装填され、その固定鉄心３３と同軸上に可動鉄心３４がコイルボビン３１の上端開口部から嵌挿されている。可動鉄心３４に対しては、縮設されたスプリング３５によって常に図中上向きの力が作用するようになっている。また、駆動部３０の上端部に調節ネジ３６が設けられており、この調節ネジ３６を操作することにより、可動鉄心３４のストローク、つまり弁開度を調整することができるようになっている。そして、この調節ネジ３６の中央には手動操作ボタン３７が設けられており、手動操作ボタン３７を押下することにより、手動で弁開状態にすることができるようになっている。
【００３６】
また、可動鉄心３４から図中下方に、樹脂製（ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等）の第１軸棒３８が延設されている。この第１軸棒３８は、固定鉄心３３を貫通し、その先端は後述するベロフラム室５３に位置している。そして、第１軸棒３８の先端には拡径部３８ａが設けられ、この拡径部３８ａの端面に環状の凹部３８ｂが形成されている。また、第１軸棒３８の先端には、後述する樹脂製（ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等）の第２軸棒４８が連結されている。
【００３７】
一方、弁部４０には、ベロフラム押さえ５０とバルブボディ５１とが備わっている。これらベロフラム押さえ５０およびバルブボディ５１も樹脂製（ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等）である。ベロフラム押さえ５０には、ベロフラム４２が配置されるベロフラム室５３が形成されている。ベロフラム４２は、フッ素ゴム（ＦＫＭ、パーフローローエラストマー等）により形成され、図４（ｂ）に示すように、平面視で円盤形状をなしており、その中央に孔４３が設けられている。そして、その孔４３の周縁部４２ａは、図４（ａ）に示すように、可動部４２ｂよりも肉厚になっている。また、ベロフラム４２の外周縁部には環状の凸部４２ｃが形成されている。
【００３８】
このベロフラム４２は、外周縁部に形成された凸部４２ｃがバルブボディ５１の上面にに形成された環状の取り付け溝に配置され、上方からベロフラム押さえ５０によって押さえつけられて固定されている。また、ベロフラム４２の周縁部４２ａが第１軸棒３８の凹部３８ｂに嵌合された状態で、第１軸棒３８と第２軸棒４８とが突き合わされて超音波溶着により接合されている。これにより、ベロフラム４２の周縁部４２ａは、第１軸棒３８と第２軸棒４８とに狭持され固定される。そして、ベロフラム４２の周縁部４２ａの肉厚を可動部４２ｂよりも厚くしているので、第１軸棒３８と第２軸棒４８とに狭持されることにより、ベロフラム４２の周縁部４２ａが押し潰されるため、ベロフラム４２と第１軸棒３８および第２軸棒４８との間からの液体の漏れを確実に防止することができるようになっている。
【００３９】
バルブボディ５１には、入口流路２３と、出口流路２４と、入口流路２３と出口流路２４とを連通させる連通流路２５とが形成されている。この連通流路２５は、ベロフラム室５３とも連通している。そして、連通流路２５と出口流路２４との連通部に弁座４４が形成されている。また、連通流路２５内に第１軸棒３８に連結された第２軸棒４８が位置している。この第２軸棒４８の先端にはバルブシート４１が設けられている。バルブシート４１は、出口流路２４内に位置し、弁座４４に当接している。バルブシート４１は、可動鉄心３４から延設された第１軸棒３８を介して第２軸棒４８に固定されており、可動鉄心３４はスプリング３５によって常に図中上向きの力が作用しているからである。これにより、バルブシート４１は、可動鉄心３４の移動に連動して、弁座４４に当接・離間するようになっている。なお、このバルブシート４１も樹脂製（ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等）である。
【００４０】
このように、ベロフラム押さえ５０、バルブボディ５１、第２軸棒４８、およびバルブシート４１を樹脂（ＰＰＳ、ＰＴＦＥ等）により構成するとともに、ベロフラム４２をフッ素ゴム（ＦＫＭ、パーフローローエラストマー等）により構成しているので、耐薬品性に優れている。このため、供給部１４に小型電磁弁２０を使用することにより、種々の薬品をバイオチッププレートに供給することができるようになっている。
【００４１】
ここで、入口流路２３と連通流路２５との連通部がベロフラム４２とバルブシート４１との間に位置している。これにより、入口流路２３から連通流路２５に流れ込む液体は、第２軸棒４８に衝突して分流され、その分流されたそれぞれの液体がベロフラム４２とバルブシート４１に突き当たるようになっている。このため、瞬間的にベロフラム４２の受圧力またはバルブシート４１の受圧力のいずれか一方が大きくなるようなことが防止されるようになっている。
【００４２】
さらに、入口流路２３と出口流路２５とは、それぞれの流路の延長線とが互いに交差するように形成され、その交差点がベロフラム４２とバルブシート４２との間に位置している。これにより、ベロフラム４２の形状を上面視で円形にすることができる。したがって、ベロフラム４２の受圧面積を小さくできることから、電磁弁２０の小型化を図ることができるようになっている。
【００４３】
そして、この電磁弁２０では、弁部４０内に供給液が供給された状態において、ベロフラム４２の受圧力（受圧面積）とバルブシート４１の受圧力（受圧面積）とが等しくなるように、ベロフラム４２とバルブシート４１とが設計されている。つまり、供給液がベロフラム４２を介してバルブシート４１を上方へ付勢する力と、供給液がバルブシート４１を下方へ付勢する力とが等しくなるように設定されているのである。これにより、コイル３２に通電した際に生じる固定鉄心３３の吸引力が小さくても、可動鉄心３４を吸引保持することができるようになっている。
【００４４】
また、コイル３２の断面形状を長円形状にしているので、図５に示すように、円筒形状のコイルに比べ、固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力が約１．５倍になっている。このように、電磁弁２０では、コイル３２を長円形状にすることにより、電磁弁２０の幅方向（図２における左右方向）の寸法を変えることなく、磁路を広くして吸引力を大きくしている。これらのことから、電磁弁２０を多連化した場合に９ｍｍピッチで配置することができる大きさまで小型化を図っても、供給液体の圧力を低下させることなく、弁開閉の精度を低下させずに所定の液体の供給を行うことができるようになっている。
【００４５】
そして、電磁弁２０において、コイル３２に通電すると、固定鉄心３３が、スプリング３５の付勢力に抗して、可動鉄心３４を図中下方へ吸引して保持する。これにより、バルブシート４１が弁座４４から離間し、電磁弁２０の入口ポート２１に供給されている供給液が出口ポート２２から所定量供給されるようになっている。
【００４６】
一方、コイル３２への通電を停止すると、可動鉄心３４が固定鉄心３３に吸引されなくなるので、スプリング３５の付勢力によって可動鉄心３４が上方へ移動し、バルブシート４１を弁座４４に当接させる。これにより、出口ポート２２からの供給液の供給が停止するようになっている。
【００４７】
続いて、供給部１４から液体が供給されるバイオチッププレートについて、図６および図７を参照しながら説明する。図６は、バイオチッププレートを示す平面図である。図７は、バイオチッププレートを示す断面図である。バイオチッププレート１１は、８６ｍｍ×１２８ｍｍの大きさであり、マトリクス状（縦横規則的）に配置された多数のウェル６０を備えている。これらのウェル６０は互いに独立しており、ウェル６０間のコンタミネーションを防止するようになっている。そして、これらのウェル６０には、電磁弁から吐出される液体が供給される。
【００４８】
なお、本実施の形態では、図７に示すように、ウェル６０の形状はＵ底をなし、その内径Ｒは「７．０ｍｍ」であり、各ウェル６０のピッチＰ２は「９ｍｍ」である。また、１ウェル当たりの容量は、「３１７μＬ」である。さらに、ウェル６０の総数は「９６」（＝８×１２）である。なお、ウェル６０の形状としては、Ｕ底の他、Ｆ底（ウェル径トップがウェル径ボトムよりも若干広い形状）やＶ底などがある。
【００４９】
そして、図１に示すように、液体供給装置１０には、上記したバイオチッププレート１１を一定方向（図６に示すＹ方向）へ移動させるためのフレーム１２と、そのフレーム１２を駆動させるためのアクチュエータ１３とを備えている。これらフレーム１２とアクチュエータ１３は、バイオチッププレート１１と供給部１４を相対移動させるための移動手段に相当する。本実施の形態では、バイオチッププレート１１と供給部１４を相対移動させるために、バイオチッププレート１１を移動させているが、供給部１４を移動させてもよい。
【００５０】
これら供給部１４およびアクチュエータ１３は、それぞれコントローラ１５に接続されている。そして、コントローラ１５は、バイオチッププレート１１における一列分（８個）のウェル６０を、各電磁弁２０の真下に整合させるために、アクチュエータ１３の動作を制御するようになっている。また、コントローラ１５は、一列分のウェル６０を各電磁弁２０に整合させた後、各電磁弁２０から１スポット分の液体を吐出させるために、各電磁弁２０の開閉動作を制御するようになっている。
【００５１】
次に、上記した構成を有する液体供給装置１０の動作について説明する。まず、アクチュエータ１３を作動させて、一列目（図６の最上段の列）の各ウェル６０の直上に各電磁弁２０の各出口ポート２２が位置するように、バイオチッププレート１１を移動させる。次いで、コントローラ１５によって、各電磁弁２０を同時に開閉動作させる。なお、電磁弁の開時間は、供給量に応じて決定すればよい。この各電磁弁２０の開閉動作により、各電磁弁２０の各出口ポート２２から一定微量の供給液が吐出される。出口ポート２２から吐出された供給液は、各ウェル６０に供給される。
【００５２】
このとき、各電磁弁２０の開閉動作は、コントローラ１５によって同時に行われるので、各電磁弁２０から吐出される供給液量が等しい。また、各電磁弁２０における液切れ性もよい。これらのことから、各電磁弁２０から各ウェル６０に対して非常に精度良く供給液が供給される。
【００５３】
その後、再度、アクチュエータ１３を作動させて、二列目の各ウェル６０の直上に各電磁弁２０の各出口ポート２２が位置するように、バイオチッププレート１１を移動させる。そして、コントローラ１５によって、各電磁弁２０を同時に開閉動作させる。これにより、二列目の各ウェル６０に対して供給液が供給される。以後、上記した動作を繰り返し行うことにより、バイオチッププレート１１のすべてのウェル６０に対して非常に精度良く供給液を供給することができる。
【００５４】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る電磁弁２０では、入口流路２３に液体が供給されたときにおける、ベロフラム４２の受圧面積とバルブシート４１の受圧面積とを等しくしているので、ベロフラム４２に作用する流体圧力とバルブシート４１に作用する流体圧力が等しくなる。したがって、流体圧力に影響されることなく、バルブシート４１を弁座４４に当接・離間させることができる。これにより、弁開閉動作に必要な固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力が小さくても弁開閉動作を精度よく行うことができるため、電磁弁２０に供給する液体の圧力を小さくすることなく、小型化を図ることができる。
【００５５】
また、電磁弁２０では、入口流路２３と連通流路２５との連通部をベロフラム４２とバルブシート４１との間に配置しているので、入口流路２３から連通流路２５に流れ込む液体が第２軸棒４８に衝突して分流され、その分流されたそれぞれの流体がベロフラム４２とバルブシート４１に突き当たる。これにより、瞬間的にベロフラム４２の受圧力またはバルブシート４１の受圧力のいずれか一方が大きくなるようなことが防止される。つまり、ベロフラム４２の受圧力とバルブシート４１の受圧力とを常に等しく保つことができるので、流量の制御を精度よく行うことができる。
【００５６】
また、電磁弁２０では、コイル３２の横断面形状を長円形状としているので、コイル幅を広げることなく磁路を広くすることができ、固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力を大きくすることができる。そしてこれにより、小型化を図ったことによる電磁弁の応答性の低下を防止することができる。
【００５７】
ここで、上記した電磁弁２０の変形例について、図８を参照しながら説明する。図８は、第１の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。この変形例に係る電磁弁２０ａは、先端にバルブシート４１が形成されるとともに可動鉄心３４から延設される軸棒を、第１軸棒３８と第２軸棒４８との２本で構成するのではなく、１本の軸棒で構成したものである。すなわち、電磁弁２０ａでは、図８に示すように、ベロフラム室５３に位置する部分に小径部（窪み）５８ａが形成された軸棒５８が設けられている。また、軸棒５８における小径部５８ａの下端部には、軸棒５８より大径であり円板形状のベロフラム受け５８ｂが設けられている。そして、小径部５８ａにベロフラム４２の周縁部４２ａを嵌合させてベロフラム４２を保持している。このように、軸棒を１本構成とすることにより、軸棒の構成が簡単となるのでコスト面で有利となる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る電磁弁は、第１の実施の形態の変形例に係る電磁弁２０ａ（図８参照）とほぼ同様の構成を有するものである。ここで、電磁弁２０ａは、軸棒を２本構成のものから１本構成の軸棒５８に変更して、軸棒の構成（製作）を簡単にして低コスト化を図っている。ところが、電磁弁２０ａにおいては、流体圧力が高い場合にベロフラム４２が軸棒５８から抜けてしまうおそれがあった。つまり、軸棒５８の小径部５８ａでベロフラム４２を保持することができなくなり、ベロフラム４２が軸棒５８の上方へ移動してしまうおそれがあった。
【００５９】
このため、第２の実施の形態に係る電磁弁では、このようなベロフラム抜けを確実に防止するための対策を施している。そこで、この第２の実施の形態に係る電磁弁について、図９を参照しながら説明する。図９は、第２の実施の形態に係る電磁弁の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、電磁弁２０ａと同じ構成のものについては、同一符号を付してその説明を適宜省略する。
【００６０】
電磁弁２０ｂでは、図９に示すように、軸棒５８の小径部５８ａの上端部に円環状のＰＰＳ等の樹脂製ブッシュ７０が取り付けられている。このブッシュ７０の外径は、ベロフラム受け５８ｂの外径とほぼ等しい。これにより、ベロフラム４２の周縁部４２ａがベロフラム受け５８ｂとブッシュ７０とによりしっかりと保持される。したがって、ベロフラム抜けを確実に防止することができる。
【００６１】
ここで、上記した電磁弁２０ｂの変形例について、図１０を参照しながら説明する。図１０は、第２の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。この変形例に係る電磁弁２０ｃは、ブッシュ７０の代わりに軸棒自体にテーパ形状の突起部を形成したものである。すなわち、電磁弁２０ｃでは、図１０に示すように、軸棒６８の小径部６８ａの上端部に下方へ向かって拡径するテーパ形状（円錐形状）の突起部６９が形成されている。そして、突起部６９の底面における径は、ベロフラム受け６８ｂの外径とほぼ等しい。これにより、ベロフラム４２の周縁部４２ａがベロフラム受け６８ｂと突起部６９の底面とによりしっかりと保持される。したがって、この変形例に係る電磁弁２０ｃでも、ベロフラム抜けを確実に防止することができる。
【００６２】
また、これらの電磁弁２０ｂ，２０ｃはともに、上記した構成以外は、第１の形態に係る電磁弁２０と同様の構成を有しているので、流体圧力に影響されることなく、バルブシート４１を弁座４４に当接・離間させることができる。これにより、弁開閉動作に必要な固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力が小さくても弁開閉動作を精度よく行うことができるため、電磁弁２０ｂ，２０ｃに供給する液体の圧力を小さくすることなく、小型化を図ることができる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
最後に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態に係る電磁弁は、第２の実施の形態に係る電磁弁２０ｂ（図９参照）とほぼ同様の構成を有するものである。ここで、電磁弁２０ｂ（電磁弁２０）は、小さいピッチで多連構成を可能とするため、幅寸法を小さくしている。このため、アクチュエータ部分が長くなっている。このため、可動鉄心３４が軸芯からずれた状態で摺動するおそれがある。こうなると、可動鉄心３４とコイルボビン３１とのかじりが発生してしまう。その結果、電磁弁における弁動作の再現性や耐久性に問題が生じるおそれがあった。
【００６４】
このため、第３の実施の形態に係る電磁弁では、このような問題が生じないように可動鉄心３４とコイルボビン３１とのかじりを確実に防止するための対策を施している。そこで、この第３の実施の形態に係る電磁弁について、図１１を参照しながら説明する。図１１は、第３の実施の形態に係る電磁弁の概略構成を示す断面図である。なお、以下の説明では、電磁弁２０ｂと同じ構成のものについては、同一符号を付してその説明を適宜省略する。
【００６５】
電磁弁２０ｄでは、図１１に示すように、可動鉄心３４ａの上端部をベロフラム７２によって支持している。このベロフラム７２は、ベロフラム４２と同一のものであり、ベロフラム４２とは天地が逆転した状態で電磁弁２０ｄに対して取り付けられている。そして、ベロフラム７２の凸部７２ｃがキャップ７１と調整ネジ３６ａとによって狭持されている。これにより、ベロフラム７２が固定されている。また、ベロフラム７２の周縁部７２ａが可動鉄心３４ａに取り付けられている。すなわち、可動鉄心３４ａの上端部に形成された断面Ｔ字形状の突起部７３における環状の窪み（小径部）７３ａに、ベロフラム７２の周縁部７２ａが嵌合している。
【００６６】
したがって、可動鉄心３４ａは、その上端部をベロフラム７２によって支持された状態で摺動する。このため、可動鉄心３４ａは、コイルボビン３１の中心軸と可動鉄心３４ａの中心軸とが平行状態を保って摺動する。つまり、可動鉄心３４は、軸芯からずれることなく摺動する。これにより、可動鉄心３４ａとコイルボビン３１とのかじりを確実に防止することができる。その結果、電磁弁２０ｄにおける弁動作の再現性や耐久性を向上させることができる。
【００６７】
ここで、上記した電磁弁２０ｄの変形例について、図１２を参照しながら説明する。図１２は、第３の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。この変形例に係る電磁弁２０ｅは、ベロフラム７３の代わりに可動鉄心３４を支持するベアリングを設けたものである。すなわち、電磁弁２０ｅでは、図１２に示すように、可動鉄心３４の上方を支持するベアリング７５が設けられている。このベアリング７５は、ボールベアリングであって、その軸受球が９０度間隔で配置されており、軸受リングがスプリング３５の受けも兼ねている。なお、ベアリング７５は、ボールベアリング以外のベアリングであってもよい。
【００６８】
このように、電磁弁２０ｅでは、ベアリング７５によって可動鉄心３４が支持されているので、可動鉄心３４ａは、コイルボビン３１の中心軸と可動鉄心３４ａの中心軸とが平行状態を保って摺動する。つまり、可動鉄心３４は、軸芯からずれることなく摺動する。したがって、この変形例に係る電磁弁２０ｄでも、可動鉄心３４とコイルボビン３１とのかじりを確実に防止することができるので、弁動作の再現性や耐久性を向上させることができる。
【００６９】
また、これらの電磁弁２０ｄ，２０ｅはともに、上記した構成以外は、第２の形態に係る電磁弁２０ｂと同様の構成を有しているので、流体圧力に影響されることなく、バルブシート４１を弁座４４に当接・離間させることができる。これにより、弁開閉動作に必要な固定鉄心３３の可動鉄心３４に対する吸引力が小さくても弁開閉動作を精度よく行うことができるため、電磁弁２０ｄ，２０ｅに供給する液体の圧力を小さくすることなく、小型化を図ることができる。
【００７０】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、各電磁弁２０（２０ａ〜２０ｅ）の各入口ポート２１に液配管１８を接続し、タンク１６から液配管１８を介して各電磁弁２０に供給液を供給しているが、図１３に示すように、各電磁弁２０にカートリッジタンク２６を設けて供給液を供給するようにしてもよい。このカートリッジタンク２６の幅寸法（図１３紙面で前後方向における寸法）は、電磁弁２０の幅寸法よりも小さい。このため、カートリッジタンク２６を電磁弁２０に取り付けても、電磁弁２０を多連構成にすることができる。そして、カートリッジタンク２６を電磁弁２０に取り付けることにより、液配管１８が不要となるので液体供給装置を非常にシンプルなものにすることができる。なお、図１３は、カートリッジタンクを備える電磁弁の概略構成を示す断面図である。
【００７１】
また、上記した実施の形態では、供給部１４として８連構成の電磁弁２０を例示したが、供給部１４は、１２連構成の電磁弁を備えるものであってもよい。この場合には、バイオチッププレート１１を図６に示すＸ方向に移動させればよい。
【００７２】
また、上記した実施の形態では、コントローラ１５により、８連構成のすべての電磁弁２０を同時に開閉させているが、８連構成のうち任意の電磁弁のみを開閉させることもできる。これにより、バイオチッププレート１１上の任意のウェルにのみ液体を供給することができる。
【００７３】
また、上記した第１の実施の形態では、ベロフラム４２の周縁部４２ａを勘合させる凹部３８ｂを第１軸棒３８の端部に形成しているが、この凹部を第２軸棒４８の端部に形成することもできる。
【００７４】
また、上記した第３の実施の形態では、可動鉄心３４ａの上端をベロフラム７２で保持しているが、ベロフラム７２の代わりにベローズを用いて可動鉄心３４ａの上端を保持するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】実施の形態に係る液体供給装置の概略を示す構成図である。
【図２】供給部の概略構成を示す図であり、（ａ）は供給部の上面図であり、（ｂ）は供給部の正面図であり、（ｃ）は供給部の底面図である。
【図３】供給部に備わる本発明に係る電磁弁の概略構成を示す断面図である。
【図４】図３の電磁弁に備わるベロフラムの概略構成を示す図であり、（ａ）はベロフラムの断面図を示し、（ｂ）はベロフラムの底面図である。
【図５】コイル形状の違いによるストロークと吸引力の関係を示す図である。
【図６】バイオチッププレートを示す平面図である。
【図７】バイオチッププレートを示す断面図である。
【図８】第１の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。
【図９】第２の実施の形態に係る電磁弁の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る電磁弁の概略構成を示す断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る電磁弁の変形例を示す断面図である。
【図１３】カートリッジタンクを備える電磁弁の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  液体供給装置
１１  バイオチッププレート
１４  供給部
２０  電磁弁
２１  入口ポート
２２  出口ポート
２３  入口流路
２４  出口流路
２５  連通流路
３２  コイル
３３  固定鉄心
３４  可動鉄心
３５  スプリング
３８  第１軸棒
４１  バルブシート
４２  ベロフラム
４４  弁座
４８  第２軸棒
６０  ウェル
【図１】
2005155890.tif 000003
【図２】
2005155890.tif 000004
【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】
2005155890.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005155890.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005155890.tif 000013
【図１２】
2005155890.tif 000014
【図１３】
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