(57)【要約】  流路内から液体試料が漏れ出しにくく、流路部材の着脱作業が容易な遠心式流動場分画装置を提供する。流路部材１６の外周面１６２及び内周面１６３を一体的に形成することにより、流路部材１６を内部に流路１６１が形成された中空状の１つの部材として構成する。これにより、流路部材１６の耐圧性能が向上し、流路１６１に隙間が生じるのを防止することができるとともに、経年変化によるシール性の低下も生じないため、流路１６１内から液体試料が漏れ出しにくい。また、流路部材１６を１つの部材として取り扱うことができるため、流路部材１６の着脱作業が容易である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線を中心に回転する円環状のロータと、
前記ロータの内周面に沿って設けられ、前記ロータ側に形成された円弧状の外周面及び前記回転軸線側に形成された円弧状の内周面を有し、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路への液体試料の流入口及び前記流路からの液体試料の流出口が形成された円弧状の流路部材と、
前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級させる回転駆動部とを備え、
前記流路部材は、前記外周面及び前記内周面が一体的に形成されることにより、内部に前記流路が形成された中空状の部材からなることを特徴とする遠心式流動場分画装置。
【請求項２】
前記流路部材の内周面に沿って設けられ、前記流路部材を前記ロータ側に押圧して固定する固定部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項３】
前記流路部材は、前記外周面が形成された外面層、及び、前記内周面が形成された内面層を含む複数層が、互いに接合されることにより構成された積層体からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項４】
前記複数層は、拡散接合により互いに接合されていることを特徴とする請求項３に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項５】
前記複数層は、同種の材料により形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項６】
前記流路は、前記外周面及び前記内周面に平行な面内で液体試料の流通方向を変化させる屈曲部又は湾曲部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項７】
前記流路部材には、それぞれ円弧状に延びる複数の分割路が径方向に並べて形成されており、各分割路が互いに連通されることにより前記流路が構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項８】
前記流路部材には、前記外周面及び前記内周面に平行な同一面内に複数の前記流路が形成されており、各流路に対応付けて前記流入口及び前記流出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円環状のロータの内周面に沿って設けられた流路内に液体試料を流入させ、ロータを回転させることにより、当該流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級する遠心式流動場分画装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体試料に含まれる粒子を比重に応じて分級する方法として、流動場分画法（Field Flow Fractionation）が知られている。例えば下記特許文献１には、流路内に液体試料を流入させて当該流路を回転させることにより、液体試料中の粒子を遠心力によって分級する遠心式流動場分画装置の一例が開示されている。【０００３】
遠心式流動場分画装置は、例えばロータ、流路部材及び固定部材などを備えている。ロータは、円環状に形成され、回転軸線を中心に回転可能に保持されている。流路部材は、例えば３層構造となっており、各層が前記ロータの内周面に沿って円弧状に湾曲された状態で順次積層されている。固定部材は、流路部材の内周面（最も回転軸線側の層）に沿って円弧状に延びるＣ字状の部材である。【０００４】
流路部材を構成する各層は、それぞれ長尺形状を有しており、長手方向に延びる開口部が形成された中間層（特許文献１の図５参照）と、当該中間層を挟み込んで開口部の外側及び内側を塞ぐことにより間に流路を形成する外面層及び内面層（特許文献１の図４（ａ）及び（ｂ）参照）とからなる。内面層には、それぞれ流路に連通する貫通孔からなる流入口及び流出口が形成されており、流入口を介して流路内に液体試料を流入させることができるとともに、流出口を介して流路内から液体試料を流出させることができる。【０００５】
上記のような流路部材の各層は、固定部材の外周面に沿って湾曲された状態で積層され、ボルト又はピンなどを用いて固定部材に取り付けられる。流路部材が取り付けられた固定部材は、ロータの内側の空間に挿入され、ロータとの間に流路部材を挟み込むようにしてロータの内周面に沿って固定される。このとき、Ｃ字状の固定部材の両端部間に楔状部材が取り付けられることにより、当該両端部を拡げる方向に力が加えられる（特許文献１の図６参照）。これにより、Ｃ字状の固定部材がロータの内周面側に強く押し当てられるようにして固定され、固定部材とロータとの間に流路部材が挟持される。【０００６】
上記のようにして組み立てられた遠心式流動場分画装置においては、ロータを回転させることにより、当該ロータに取り付けられている流路部材を回転させ、流路内の液体試料に遠心力を付与することができる。その結果、流入口から流路内に流入する液体試料に含まれる粒子が、比重に応じて異なるタイミングで流出口から流出することにより、液体試料中の粒子が比重ごとに分級される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１４−５１８７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような従来の構成では、流路内の液体試料が外部に漏れ出しやすいという問題があった。すなわち、固定部材をロータの内周面に強く押し当てるように固定することで、流路部材の各層を密着させて流路を密閉しているため、例えば流路内の圧力が固定部材の押圧力よりも高くなった場合には、流路部材の各層間に隙間が生じて液体試料が漏れ出すおそれがある。【０００９】
特に、ロータの回転数が高い状態では、流路内の圧力が高くなるため、流路部材の各層間の隙間から液体試料が漏れ出しやすい。ロータの回転数が高い状態では、固定部材が流路部材をロータ側に押圧する力も大きくなるが、本願発明者が行った実験によれば、それ以上に流路内の圧力が上昇するため、ロータの回転数が高くなるほど流路内から液体試料が漏れ出しやすいという結果が得られた。【００１０】
また、従来の構成では、流路部材の各層を密着させるために、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの弾力性を有する材料で中間層が形成されている。そのため、固定部材により流路部材をロータ側に強く押圧した状態で長時間経過すると、中間層の劣化により各層間のシール性が低下し、流路内から液体試料が漏れ出しやすくなる。【００１１】
さらに、流路部材を着脱する際には、当該流路部材を構成する各層を個別に取り扱う必要がある。したがって、各層に汚れが付着しないように注意したり、各層の取付位置が互いにずれないように注意したりしながら、各層を個別に着脱しなければならないため、着脱作業が煩雑になるという問題がある。【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、流路内から液体試料が漏れ出しにくく、流路部材の着脱作業が容易な遠心式流動場分画装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る遠心式流動場分画装置は、円環状のロータと、円弧状の流路部材と、回転駆動部とを備える。前記ロータは、回転軸線を中心に回転する。前記流路部材は、前記ロータの内周面に沿って設けられ、前記ロータ側に形成された円弧状の外周面及び前記回転軸線側に形成された円弧状の内周面を有している。また、前記流路部材は、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路への液体試料の流入口及び前記流路からの液体試料の流出口が形成されている。前記回転駆動部は、前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級させる。前記流路部材は、前記外周面及び前記内周面が一体的に形成されることにより、内部に前記流路が形成された中空状の部材からなる。【００１４】
このような構成によれば、流路部材の外周面及び内周面が一体的に形成されることにより、流路部材を内部に流路が形成された中空状の１つの部材として構成することができる。これにより、流路部材の耐圧性能が向上し、流路内の圧力が高い場合やロータの回転数が高い場合などであっても流路に隙間が生じるのを防止することができるとともに、経年変化によるシール性の低下も生じないため、流路内から液体試料が漏れ出しにくい。また、流路部材を１つの部材として取り扱うことができるため、流路内への汚れの付着などに注意することなく一度に着脱が可能であり、流路部材の着脱作業が容易である。【００１５】
前記遠心式流動場分画装置は、前記流路部材の内周面に沿って設けられ、前記流路部材を前記ロータ側に押圧して固定する固定部材をさらに備えていてもよい。【００１６】
このような構成によれば、固定部材により流路部材をロータ側に押圧して強固に固定することができる。流路部材は内部に流路が形成された１つの部材として液密構造を有しているため、流路部材に対する固定部材からの押圧力を従来ほど高くする必要がない。その結果、流路部材が変形することによりシール性が低下することもなく、流路内から液体試料が漏れ出しにくい。【００１７】
前記流路部材は、前記外周面が形成された外面層、及び、前記内周面が形成された内面層を含む複数層が、互いに接合されることにより構成された積層体からなるものであってもよい。【００１８】
このような構成によれば、外面層及び内面層を含む複数層を互いに接合することにより、内部に流路が形成された液密構造の流路部材を構成することができる。このように、複数層を組み合わせて流路を形成することにより、流路の形状についての自由度を高めることができる。【００１９】
前記複数層は、拡散接合により互いに接合されていてもよい。【００２０】
このような構成によれば、拡散接合を用いて、複数層を互いに強固に接合することができる。各層を接合する場合、各層を円弧状に変形させてから接合しようとすると、各層の形状にばらつきが生じて良好に接合することが難しいため、各層が真っ直ぐな状態で接合した後に円弧状に変形させることが好ましい。このような場合であっても、拡散接合を用いて各層を強固に接合しておけば、円弧状に変形させる際に各層が剥がれにくいため、流路内から液体試料が漏れ出しにくい。また、拡散接合を用いた場合には、接合部に不規則な形状が生じないため、接合部が流路内の液体試料の流れに影響を与えることがなく、分級性能の低下を防止することができる。【００２１】
前記複数層は、同種の材料により形成されていてもよい。【００２２】
このような構成によれば、流路の壁面を構成する各層がいずれも同種の材料により形成されているため、流路の壁面の状態が分級性能に与える影響を予測しやすい。また、同種の材料により形成された各層は、高温下での接合時に同様の態様で熱変形するため接合が容易であり、接合後に冷却されたときにも各層が剥がれにくい。したがって、流路内から液体試料がさらに漏れ出しにくい。【００２３】
前記流路は、前記外周面及び前記内周面に平行な面内で液体試料の流通方向を変化させる屈曲部又は湾曲部を有していてもよい。【００２４】
このような構成によれば、屈曲部又は湾曲部により液体試料の流通方向を変化させて、長い流路を形成することができるため、分級性能を向上させることができる。また、屈曲部又は湾曲部を有するような複雑な形状の流路を積層構造により形成しようとした場合には、各層を個別に取り扱うことが非常に難しくなるが、各層が一体的に形成された１つの部材として流路部材を構成することにより、流路部材の着脱作業が極めて容易になる。【００２５】
前記流路部材には、それぞれ円弧状に延びる複数の分割路が径方向に並べて形成されており、各分割路が互いに連通されることにより前記流路が構成されていてもよい。【００２６】
このような構成によれば、径方向に並べて形成された複数の分割路を互いに連通させることにより、長い流路を形成することができるため、分級性能を向上させることができる。流路に屈曲部又は湾曲部を有するような構成と比較すると、流路内における液体試料の流速にばらつきが生じにくいため、分離性能をより効果的に向上させることができる。【００２７】
前記流路部材には、前記外周面及び前記内周面に平行な同一面内に複数の前記流路が形成されており、各流路に対応付けて前記流入口及び前記流出口が形成されていてもよい。【００２８】
このような構成によれば、複数の流路に対して、それぞれ個別に液体試料を流入させることができる。したがって、必要に応じて使用する流路を切り替えれば、流路部材を着脱することなく異なる流路を用いて液体試料中の粒子を分級することができる。また、複数の流路を同時に使用すれば、作業効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、流路部材の耐圧性能が向上し、流路に隙間が生じるのを防止することができるとともに、経年変化によるシール性の低下も生じないため、流路内から液体試料が漏れ出しにくい。また、流路部材を１つの部材として取り扱うことができるため、流路部材の着脱作業が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る遠心式流動場分画装置を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。
【図２】遠心式流動場分画装置の構成例を示す概略正面図である。
【図３】回転部の構成例を示す分解斜視図である。
【図４】楔状部材の構成例を示す斜視図である。
【図５】流路部材の構成例を示す分解斜視図であり、流路部材が円弧状に湾曲される前の状態を内周面側から見た図を示している。
【図６】流路部材の第１変形例を示す分解斜視図であり、流路部材が円弧状に湾曲される前の状態を外周面側から斜めに見た図を示している。
【図７】流路部材の第２変形例について説明するための図であり、中間層の構成例を平面図で示している。
【図８】流路部材の第３変形例を示す分解斜視図であり、流路部材が円弧状に湾曲される前の状態を外周面側から斜めに見た図を示している。
【図９】流路部材の第４変形例について説明するための図であり、中間層の構成例を平面図で示している。
【図１０】別の実施形態に係る遠心式流動場分画装置を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、本発明の一実施形態に係る遠心式流動場分画装置１を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。遠心式流動場分画装置１は、流動場分画法（Field Flow Fractionation）を用いて液体試料に含まれる粒子を比重に応じて分級する装置である。図１の分析システムには、遠心式流動場分画装置１の他に、キャリア貯留部２、送液ポンプ３、ロータリーバルブ４、試料注入装置５、検出器６及びキャリア回収部７などが備えられている。
【００３２】
キャリア貯留部２には、例えば水又は有機系溶媒などからなるキャリア流体が貯留されている。キャリア流体は、送液ポンプ３によりキャリア貯留部２内から送り出され、ロータリーバルブ４を介して遠心式流動場分画装置１に供給される。試料注入装置５は、ロータリーバルブ４と遠心式流動場分画装置１との間に設けられており、試料注入装置５から試料が注入されたキャリア流体が、液体試料として遠心式流動場分画装置１に供給されるようになっている。
【００３３】
液体試料には、分析対象となる多数の粒子が含まれている。液体試料に含まれる粒子は、遠心式流動場分画装置１において遠心力が付与されることにより分級され、比重に応じて異なるタイミングで遠心式流動場分画装置１から流出する。遠心式流動場分画装置１から順次流出する粒子は、ロータリーバルブ４を介してキャリア流体とともに検出器６へと送られ、当該検出器６において検出された後、キャリア回収部７に回収される。遠心式流動場分画装置１に対する液体試料の供給の開始又は停止は、ロータリーバルブ４を回転させることにより切り替えることができる。
【００３４】
図２は、遠心式流動場分画装置１の構成例を示す概略正面図である。遠心式流動場分画装置１は、回転軸１１を中心に回転する回転部１０と、回転軸１１を回転可能に保持する保持台２０と、回転する回転部１０に作業者が接触するのを防止するための保護壁３０とが組み立てられることにより構成されている。
【００３５】
回転部１０は、例えば円筒形状に形成されており、その中心部に取り付けられた回転軸１１が水平方向に延びるように保持台２０により保持されている。保護壁３０は、例えば回転部１０の外周面に対応する形状に湾曲したＵ字状の部材であり、回転部１０の外周面を覆うように、当該外周面に対して微小な間隔を隔てて対向した状態で保持台２０に取り付けられている。
【００３６】
回転軸１１は中空状に形成されており、液体試料は、例えば回転軸１１の一端部から回転軸１１内に供給される。回転部１０には、分級前の液体試料が導入される導入部１２と、分級後の液体試料が導出される導出部１３とが設けられている。導入部１２及び導出部１３は、それぞれ配管（図示せず）を介して回転軸１１内に連通している。これにより、回転軸１１内に供給された液体試料は、配管を介して導入部１２から回転部１０に導入され、当該回転部１０において試料液体中の粒子が分級された後、導出部１３から配管を介して回転軸１１に導かれ、検出器６へと送られるようになっている。
【００３７】
回転軸１１には、回転駆動部の一例であるモータ４０が連結されている。このモータ４０の駆動により回転部１０を回転させて、回転部１０内の液体試料に遠心力を付与することができる。モータ４０の駆動は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部５０によって制御される。ただし、回転部１０は、モータ４０以外の回転駆動部を用いて回転させることも可能である。
【００３８】
図３は、回転部１０の構成例を示す分解斜視図である。回転部１０は、例えばロータ１４、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８などが組み立てられることにより、全体として円筒状の部材として構成されている。
【００３９】
ロータ１４は、円環状の部材であり、一方の端面が端面壁１４１により塞がれている。端面壁１４１は円板状に形成され、その中央部に回転軸１１を挿通させるための挿通孔１４２が形成されている。回転軸１１を挿通孔１４２に挿通させて端面壁１４１に固定することにより、回転軸１１の回転に伴って、当該回転軸１１と同軸上の回転軸線Ｌを中心にロータ１４を回転させることができる。
【００４０】
ロータ１４の内側（回転軸線Ｌ側）の空間には、スペーサ１５、流路部材１６、固定部材１７及び楔状部材１８が収容される。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７は、それぞれ長尺形状の部材が円弧状に湾曲された形状を有しており、ロータ１４の内周面に沿って、この順序で積層された状態で固定される。スペーサ１５、流路部材１６及び固定部材１７の曲率半径は、例えば５０〜２００ｍｍ程度である。
【００４１】
流路部材１６は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。流路部材１６の内部には、周方向に延びる流路１６１が形成されている。すなわち、流路部材１６は、ロータ１４側に形成された円弧状の外周面１６２と、回転軸線Ｌ側に形成された円弧状の内周面１６３とを有しており、外周面１６２と内周面１６３との間に流路１６１が形成されている。
【００４２】
流路部材１６の内周面１６３における周方向の一端部には、流路１６１への液体試料の流入口１６４が形成されている。一方、流路部材１６の内周面１６３における周方向の他端部には、流路１６１からの液体試料の流出口１６５が形成されている。これにより、流入口１６４から流路１６１内に流入した液体試料は、流路１６１内を一端部から他端部まで周方向に沿って流通し、流出口１６５から流出するようになっている。
【００４３】
液体試料中の粒子を分級する際には、まず、モータ４０の駆動によって回転部１０が回転し、回転部１０の回転数が徐々に上昇する。そして、回転部１０の回転数が一定の値（例えば５０００ｒｐｍ）に到達すれば、その回転数が維持された状態で流入口１６４から液体試料が注入される。
【００４４】
流路１６１内に液体試料が一定時間だけ注入された後、ロータリーバルブ４の切替によって液体試料の供給が停止され、そのまま回転部１０が回転されることにより、流路１６１内の液体試料中の粒子が遠心沈降する。その後、ロータリーバルブ４の切替によって液体試料の供給が再開され、一定時間後に回転部１０の回転数が徐々に下降される。
【００４５】
これにより、液体試料中の比重が小さい粒子から順に、流路１６１内の液体試料の流れに乗って下流側へと送られ、流出口１６５から順次流出する。このように、流路１６１内における液体試料中の粒子が遠心力によって分級され、比重に応じて異なるタイミングで流出口１６５から流出して検出器６へと送られるようになっている。
【００４６】
固定部材１７は、流路部材１６よりも厚みが大きい部材であり、例えば厚みが１０ｍｍ程度に形成されている。固定部材１７は、流路部材１６と同様に、周方向の両端部が間隔を隔てて対向することによりＣ字状に形成されている。固定部材１７の周方向の長さは、流路部材１６の周方向の長さとほぼ一致している。固定部材１７は、流路部材１６の内側（回転軸線Ｌ側）に、流路部材１６の内周面１６３に沿って設けられる。
【００４７】
固定部材１７における周方向の両端部には、係止具の一例であるボルト１９をねじ込むための複数のねじ孔１７１が形成されている。流路部材１６における周方向の両端部には、固定部材１７の各ねじ孔１７１に対向する位置に複数の挿通孔１６６が形成されている。これにより、各挿通孔１６６に外側からボルト１９を挿通させ、各ねじ孔１７１にねじ込むことによって、流路部材１６を固定部材１７に取り付けることができる。ただし、係止具は、ボルト１９に限らず、ピンなどの他の部材により構成されていてもよい。
【００４８】
また、固定部材１７における周方向の両端部には、流路部材１６の内周面１６３に形成された流入口１６４及び流出口１６５に対向する位置に、それぞれ貫通孔１７２が形成されている。固定部材１７の内周面には、各貫通孔１７２に連通するように導入部１２及び導出部１３が取り付けられている。これにより、導入部１２から導入された液体試料は、一方の貫通孔１７２を介して流入口１６４から流路１６１内に流入し、流路１６１内を周方向に流通した後、流出口１６５から他方の貫通孔１７２及び導出部１３を介して導出される。
【００４９】
流路部材１６内の流路１６１は、キャリア流体の種類や分析の条件などに応じて異なる高さに設定される。そのため、流路部材１６は、流路１６１の高さに応じて異なる厚みに形成され、複数種類の流路部材１６の中から最適な流路部材１６が選択されて固定部材１７に取り付けられることとなる。
【００５０】
上記のようにして流路部材１６が取り付けられた固定部材１７は、ロータ１４の内側の空間に挿入され、ロータ１４との間に流路部材１６を挟み込むようにしてロータ１４の内周面に沿って固定される。このとき、Ｃ字状の固定部材１７の両端部間に楔状部材１８が取り付けられることにより、当該両端部を拡げる方向に力が加えられる。
【００５１】
これにより、Ｃ字状の固定部材１７がロータ１４の内周面側に強く押し当てられ、流路部材１６がロータ１４側に押圧されて固定される。液体試料中の粒子を分級させる際には、ロータ１４が高速で回転されることにより、流路１６１内が高圧（例えば１ＭＰａ程度）となり、流路１６１の内外の圧力差が大きくなるが、固定部材１７とロータ１４との間に流路部材１６を挟持することにより、流路部材１６の外周面１６２及び内周面１６３が上記圧力差で流路１６１側とは反対側に変形するのを防止することができる。
【００５２】
本実施形態では、流路部材１６とロータ１４との間にスペーサ１５が挟持されるようになっている。スペーサ１５の材質は、特に限定されるものではないが、例えばＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）などの樹脂又は金属により形成されている。スペーサ１５は、流路部材１６よりも若干長く形成されており、その周方向の両端部には、流路部材１６の各挿通孔１６６に対向する位置に長孔１５１が形成されている。
【００５３】
流路部材１６の各挿通孔１６６に挿通されたボルト１９の頭部は、スペーサ１５の各長孔１５１内に収容される。各長孔１５１は、周方向に延びるように形成されている。これにより、各長孔１５１内に各ボルト１９の頭部を収容させた状態で、楔状部材１８により固定部材１７の両端部が拡げられて、固定部材１７がロータ１４の内周面側に強く押し当てられた場合には、各長孔１５１内で各ボルト１９の頭部が周方向にスライドしながら、固定部材１７とロータ１４との間にスペーサ１５及び流路部材１６が挟持されることとなる。
【００５４】
スペーサ１５は、例えば厚みが１ｍｍ以下の薄板状であり、流路部材１６の厚みに応じて異なる厚みのものが選択される。すなわち、スペーサ１５の厚みと流路部材１６の厚みとの合計値がほぼ一定となるように、最適な厚みを有するスペーサ１５が選択される。また、スペーサ１５は、ロータ１４の内周面の損傷を防止する機能も有している。ただし、スペーサ１５は省略することも可能である。
【００５５】
図４は、楔状部材１８の構成例を示す斜視図である。楔状部材１８は、例えば２つのナット部１８１と、１つのボルト部１８２とを備えている。ボルト部１８２は、軸線方向に沿って互いに逆方向に延びる２つの軸部１８３を有しており、一方の軸部１８３には右ねじが形成され、他方の軸部１８３には左ねじが形成されている。
【００５６】
２つのナット部１８１は、ボルト部１８２を挟んで互いに対向しており、一方のナット部１８１にボルト部１８２の一方の軸部１８３がねじ込まれるとともに、他方のナット部１８１にボルト部１８２の他方の軸部１８３がねじ込まれている。したがって、ボルト部１８２を一方向に回転させれば、２つのナット部１８１を互いに接近させることができ、ボルト部１８２を逆方向に回転させれば、２つのナット部１８１を互いに離間させることができる。
【００５７】
楔状部材１８は、Ｃ字状の固定部材１７の両端部間に設けられ、各ナット部１８１におけるボルト部１８２側とは反対側の面が、固定部材１７の両端面にそれぞれ当接する当接面１８４を構成している。したがって、各当接面１８４を固定部材１７の両端面に当接させた状態でボルト部１８２を回転させ、固定部材１７の両端部の間隔を拡げたり縮めたりすることにより、ロータ１４側への固定部材１７の押圧力を調整したり、固定部材１７を着脱したりすることができる。
【００５８】
各ナット部１８１の当接面１８４は、外側（ロータ１４側）に向かって徐々に先細りするテーパ面により形成されている。これらの当接面１８４に当接する固定部材１７の両端面も、外側（ロータ１４側）に向かって端面同士が徐々に接近するようなテーパ面により形成されている。
【００５９】
したがって、楔状部材１８を固定部材１７の両端部間に設けた状態で、ボルト部１８２を回転させて２つのナット部１８１を互いに離間させることにより、固定部材１７の両端部の間隔を拡げたときには、各ナット部１８１の当接面１８４によって、固定部材１７の両端面が外側（ロータ１４側）に向かって押し上げられる。これにより、固定部材１７をより高い押圧力でロータ１４側に押し当てることができる。
【００６０】
各ナット部１８１の当接面１８４には、１つ又は複数の凸部１８５が形成されており、当該凸部１８５が固定部材１７の両端面に形成された凹部（図示せず）に係止されることにより、楔状部材１８が固定部材１７の両端部間に位置決めされる。ただし、楔状部材１８側に凹部が形成され、固定部材１７側に凸部が形成された構成であってもよい。また、楔状部材１８は、上記のような構成に限らず、固定部材１７をロータ１４側に押圧するように固定できるような構成であれば、他の任意の構成を採用することができる。
【００６１】
図５は、流路部材１６の構成例を示す分解斜視図であり、流路部材１６が円弧状に湾曲される前の状態を内周面１６３側から見た図を示している。流路部材１６は、例えば外面層６１、内面層６２及び中間層６３が積層された３層構造の積層体からなる。中間層６３は、外面層６１と内面層６２との間に設けられている。各層６１，６２，６３は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されており、それぞれ０．２５ｍｍ程度の厚みを有している。
【００６２】
外面層６１における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の外周面１６２を構成する。また、内面層６２における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の内周面１６３を構成する。
【００６３】
中間層６３には、当該中間層６３を貫通し、長手方向に真っ直ぐ延びる開口部６３１が形成されている。開口部６３１は、例えばエッチング又は放電加工などにより形成することができる。開口部６３１の長手方向の両端部は、それぞれ徐々に先細りした三角形状に形成されており、各先端が長手方向に張り出した細長いポート部６３２となっている。
【００６４】
外面層６１及び内面層６２で中間層６３が挟み込まれ、開口部６３１（ポート部６３２を含む。）の外側及び内側が塞がれることにより、外面層６１と内面層６２との間に流路１６１が形成される。このようにして一体的に形成された流路部材１６は、ベンディングロール（板金用の曲げ加工機）などを用いて、固定部材１７の外径とほぼ同じ内径を有する円弧状に湾曲される。
【００６５】
内面層６２における各ポート部６３２に対向する位置には、流入口１６４及び流出口１６５がそれぞれ形成されている。これにより、各層６１，６２，６３が積層された状態では、流入口１６４及び流出口１６５が、それぞれポート部６３２から流路１６１に連通するようになっている。各層６１，６２，６３の長手方向の両端部には、互いに対向する位置に貫通孔が形成されており、これらの貫通孔がボルト１９を挿通させるための挿通孔１６６を構成している。
【００６６】
本実施形態では、外面層６１、内面層６２及び中間層６３の複数層が、互いに接合されることにより積層体が構成されている。すなわち、外面層６１が中間層６３に接合されるとともに、内面層６２が中間層６３に接合されている。これにより、流路部材１６の外周面１６２及び内周面１６３が一体的に形成され、内部に流路１６１が形成された中空状の１つの部材として流路部材１６が構成されている。
【００６７】
これにより、流路部材１６の耐圧性能が向上し、流路１６１内の圧力が高い場合やロータ１４の回転数が高い場合などであっても流路１６１に隙間が生じるのを防止することができるとともに、経年変化によるシール性の低下も生じないため、流路１６１内から液体試料が漏れ出しにくい。また、流路部材１６を１つの部材として取り扱うことができるため、流路１６１内への汚れの付着などに注意することなく一度に着脱が可能であり、流路部材１６の着脱作業が容易である。
【００６８】
また、本実施形態では、固定部材１７により流路部材１６をロータ１４側に押圧して強固に固定することができる。流路部材１６は内部に流路１６１が形成された１つの部材として液密構造を有しているため、流路部材１６に対する固定部材１７からの押圧力を従来ほど高くする必要がない。その結果、流路部材１６が変形することによりシール性が低下することもなく、流路１６１内から液体試料が漏れ出しにくい。
【００６９】
特に、本実施形態では、外面層６１、内面層６２及び中間層６３の複数層を互いに接合することにより、内部に流路１６１が形成された液密構造の流路部材１６を構成することができる。このように、複数層を組み合わせて流路１６１を形成することにより、流路１６１の形状についての自由度を高めることができる。
【００７０】
各層６１，６２，６３は、例えば拡散接合により互いに接合することができる。拡散接合とは、各層６１，６２，６３を密着させた状態で、各層６１，６２，６３を融点以下の温度条件で加熱しながら加圧することにより、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。この拡散接合を用いることにより、原子同士の接合によって各層６１，６２，６３を互いに強固に接合することができる。
【００７１】
各層６１，６２，６３を接合する場合、各層６１，６２，６３を円弧状に変形させてから接合しようとすると、各層６１，６２，６３の形状にばらつきが生じて良好に接合することが難しいため、各層６１，６２，６３が真っ直ぐな状態で接合した後に円弧状に変形させることが好ましい。このような場合であっても、拡散接合を用いて各層６１，６２，６３を強固に接合しておけば、円弧状に変形させる際に各層６１，６２，６３が剥がれにくいため、流路１６１内から液体試料が漏れ出しにくい。
【００７２】
また、拡散接合を用いた場合には、接合部に不規則な形状が生じないため、接合部が流路１６１内の液体試料の流れに影響を与えることがなく、分級性能の低下を防止することができる。ただし、各層６１，６２，６３の接合は、拡散接合に限らず、ろう付け、溶接又は熱融着などの他の方法で行うことも可能である。
【００７３】
本実施形態では、流路１６１の壁面を構成する複数層６１，６２，６３が同種の材料（例えばステンレス鋼）により形成されているため、流路１６１の壁面の状態が分級性能に与える影響を予測しやすい。また、同種の材料により形成された各層６１，６２，６３は、例えば拡散接合などのように、高温下での接合時に同様の態様で熱変形するため接合が容易であり、接合後に冷却されたときにも各層６１，６２，６３が剥がれにくい。したがって、流路１６１内から液体試料がさらに漏れ出しにくい。
【００７４】
ただし、各層６１，６２，６３は、ステンレス鋼に限らず、他の金属により形成されていてもよいし、金属以外の材料により形成されていてもよい。各層６１，６２，６３が金属により形成されている場合には、例えば拡散接合、ろう付け又は溶接により各層６１，６２，６３を接合することができる。一方、各層６１，６２，６３が樹脂により形成されている場合には、例えば熱融着により各層６１，６２，６３を接合することができる。
【００７５】
図６は、流路部材１６の第１変形例を示す分解斜視図であり、流路部材１６が円弧状に湾曲される前の状態を外周面１６２側から斜めに見た図を示している。この例における流路部材１６は、例えば外面層６１及び内面層６２が積層された２層構造の積層体からなる。各層６１，６２は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されており、外面層６１は０．２５ｍｍ程度、内面層６２は０．５ｍｍ程度の厚みを有している。
【００７６】
外面層６１における内面層６２側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の外周面１６２を構成する。また、内面層６２における外面層６１側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の内周面１６３を構成する。
【００７７】
内面層６２には、長手方向に真っ直ぐ延びる凹部６２１が形成されている。当該凹部６２１は、例えばハーフエッチングにより内面層６２の表面に掘り込まれており、内面層６２を貫通していない。凹部６２１は、内面層６２の厚みの半分程度（例えば０．２５ｍｍ程度）の深さで形成されている。凹部６２１の長手方向の両端部は、それぞれ徐々に先細りした三角形状に形成されており、各先端が長手方向に張り出した細長いポート部６２２となっている。
【００７８】
外面層６１及び内面層６２が互いに接合され、凹部６２１（ポート部６２２を含む。）が外面層６１で塞がれることにより、外面層６１と内面層６２との間に流路１６１が形成される。このようにして一体的に形成された流路部材１６は、ベンディングロールなどを用いて、固定部材１７の外径とほぼ同じ内径を有する円弧状に湾曲される。
【００７９】
各ポート部６２２の先端には、内面層６２を貫通するように流入口１６４及び流出口１６５が形成されている。これにより、各層６１，６２が積層された状態では、流入口１６４及び流出口１６５が、それぞれポート部６２２から流路１６１に連通するようになっている。各層６１，６２の長手方向の両端部には、互いに対向する位置に貫通孔が形成されており、これらの貫通孔がボルト１９を挿通させるための挿通孔１６６を構成している。
【００８０】
ただし、内面層６２に凹部６２１が形成された構成に限らず、外面層６１に凹部６２１が形成された構成であってもよい。この場合、内面層６２には、外面層６１に形成された凹部６２１の各ポート部６２２に対向する位置に、流入口１６４及び流出口１６５が形成されただけの構成であってもよい。
【００８１】
この図６の例ように、流路部材１６は、３層構造に限らず２層構造であってもよい。また、流路部材１６を４層以上の積層体により構成することも可能である。すなわち、外面層６１と内面層６２との間に設けられた中間層６３が、１層ではなく、複数層からなるものであってもよい。
【００８２】
図７は、流路部材１６の第２変形例について説明するための図であり、中間層６３の構成例を平面図で示している。この例では、開口部６３１が長手方向に真っ直ぐ延びるような構成ではなく、開口部６３１の一部に湾曲部６３３が形成されることにより、流路１６１内を流れる液体試料の流通方向が変化するようになっている。
【００８３】
具体的には、湾曲部６３３によって、外周面１６２及び内周面１６３に平行な面内（中間層６３に平行な面内）で液体試料の流通方向が１８０°変化するように、流路１６１が折り返されている。開口部６３１の両端部に設けられた各ポート部６３２は、その先端が流入口１６４又は流出口１６５に対向する位置まで細長く延びている。
【００８４】
これにより、液体試料の流通方向を湾曲部６３３で変化させて、長い流路１６１を形成することができるため、分級性能を向上させることができる。また、湾曲部６３３を有するような複雑な形状の流路１６１を積層構造により形成しようとした場合には、各層（この例では中間層６３）を個別に取り扱うことが非常に難しくなるが、各層が一体的に形成された１つの部材として流路部材１６を構成することにより、流路部材１６の着脱作業が極めて容易になる。
【００８５】
この例では、湾曲部６３３が２つ設けられているが、湾曲部６３３は３つ以上設けられていてもよい。また、湾曲部６３３は、液体試料の流通方向を１８０°変化させるような形状に限らず、他の角度で液体試料の流通方向を変化させるような形状であってもよい。さらに、湾曲部６３３ではなく、屈曲部により液体試料の流通方向を変化させても、同様の効果を奏することができる。
【００８６】
図７では、３層構造からなる流路部材１６の中間層６３に、湾曲部６３３を有する開口部６３１が形成された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、例えば図６に示すような２層構造からなる流路部材１６の外面層６１又は内面層６２に、湾曲部又は屈曲部を有する凹部６２１が形成された構成などであってもよい。また、４層以上の積層体からなる流路部材１６における複数の中間層６３に、湾曲部又は屈曲部を有する開口部６３１が形成された構成などであってもよい。
【００８７】
図８は、流路部材１６の第３変形例を示す分解斜視図であり、流路部材１６が円弧状に湾曲される前の状態を外周面１６２側から斜めに見た図を示している。この例における流路部材１６は、例えば外面層６１及び内面層６２の間に、複数層からなる中間層６３が積層された積層体からなる。この例では、中間層６３が、３つの流路層６４と、これらの流路層６４の間に設けられた２つの分離層６５とを有しており、流路層６４及び分離層６５が交互に積層されている。各層６１，６２，６４，６５は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により形成されており、それぞれ０．２５ｍｍ程度の厚みを有している。
【００８８】
外面層６１における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の外周面１６２を構成する。また、内面層６２における中間層６３側とは反対側の面は、流路部材１６が円弧状に湾曲されたときに、当該流路部材１６の内周面１６３を構成する。
【００８９】
中間層６３を構成する各流路層６４には、それらの流路層６４を貫通し、長手方向に真っ直ぐ延びる開口部６３１が形成されている。開口部６３１は、例えばエッチング又は放電加工などにより形成することができる。最も外面層６１側の流路層６４に形成された開口部６３１の長手方向の一端部は、徐々に先細りした三角形状に形成されており、先端が長手方向に張り出した細長いポート部６３２となっている。また、最も内面層６２側の流路層６４に形成された開口部６３１についても、最も外面層６１側の流路層６４のポート部６３２とは反対側の端部が、徐々に先細りした三角形状に形成されており、先端が長手方向に張り出した細長いポート部６３２となっている。
【００９０】
各層６１，６２，６４，６５が積層された状態では、各流路層６４の間に設けられた分離層６５が、各流路層６４に形成された開口部６３１を分離する。各分離層６５には、開口部６３１の端部に対向する位置に貫通孔６５１が形成されている。具体的には、外面層６１側の分離層６５に形成された貫通孔６５１は、最も外面層６１側の流路層６４に形成された開口部６３１におけるポート部６３２側とは反対側の端部に対向している。また、内面層６２側の分離層６５に形成された貫通孔６５１は、最も内面層６２側の流路層６４に形成された開口部６３１におけるポート部６３２側とは反対側の端部に対向している。
【００９１】
これにより、各流路層６４に形成された開口部６３１により構成される複数の分割路１６７が、各分離層６５に形成された貫通孔６５１を介して互いに連通され、一続きの流路１６１が構成されている。このようにして一体的に形成された流路部材１６は、ベンディングロールなどを用いて、固定部材１７の外径とほぼ同じ内径を有する円弧状に湾曲される。流路部材１６が湾曲された状態では、それぞれ円弧状に延びる複数の分割路１６７が、径方向（各層６１，６２，６４，６５の積層方向）に並べて形成される。
【００９２】
内面層６２における各ポート部６３２に対向する位置には、流入口１６４及び流出口１６５がそれぞれ形成されている。最も外面層６１側の流路層６４以外の中間層６３には、最も外面層６１側の流路層６４に形成されたポート部６３２に対向する位置に、それぞれ小孔１６８が形成されている。これらの小孔１６８は、例えば流出口１６５と同径であり、各層６１，６２，６４，６５が積層された状態では、これらの小孔１６８を介して、最も外面層６１側の流路層６４に形成されたポート部６３２が流出口１６５に連通する。これにより、各層６１，６２，６４，６５が積層された状態では、流入口１６４及び流出口１６５が、それぞれポート部６３２から流路１６１に連通するようになっている。
【００９３】
この例では、径方向に並べて形成された複数の分割路１６７を互いに連通させることにより、長い流路１６１を形成することができるため、分級性能を向上させることができる。図７のような流路１６１に湾曲部６３３を有するような構成と比較すると、流路１６１内における液体試料の流速にばらつきが生じにくいため、分離性能をより効果的に向上させることができる。
【００９４】
ただし、最も内面層６２側の流路層６４に形成されたポート部６３２が流入口１６４に連通し、最も外面層６１側の流路層６４に形成されたポート部６３２が流出口１６５に連通するような構成に限らず、最も内面層６２側の流路層６４に形成されたポート部６３２が流出口１６５に連通し、最も外面層６１側の流路層６４に形成されたポート部６３２が流入口１６４に連通するような構成であってもよい。
【００９５】
図９は、流路部材１６の第４変形例について説明するための図であり、中間層６３の構成例を平面図で示している。この例では、中間層６３の長手方向に真っ直ぐ延びる開口部６３１が、１つではなく、２つ形成されている。各開口部６３１は、互いに平行に延びるように同一形状で形成されており、各開口部６３１の両端部にポート部６３２が設けられている。
【００９６】
内面層６２には、各開口部６３１の一端部に形成されたポート部６３２に対向する位置に流入口１６４が形成され、各開口部６３１の他端部に形成されたポート部６３２に対向する位置に流出口１６５が形成される。したがって、外面層６１、内面層６２及び中間層６３を積層した状態では、外周面１６２及び内周面１６３に平行な面内（中間層６３に平行な面内）に複数の流路１６１が形成され、内面層６２には各流路１６１に対応付けて流入口１６４及び流出口１６５が形成される。内面層６２には、流入口１６４及び流出口１６５がそれぞれ複数形成され、各流入口１６４にそれぞれ異なる導入部１２が連通するとともに、各流出口１６５にそれぞれ異なる導出部１３が連通する。
【００９７】
この例では、複数の流路１６１に対して、それぞれ個別に液体試料を流入させることができる。したがって、必要に応じて使用する流路１６１を切り替えれば、流路部材１６を着脱することなく異なる流路１６１を用いて液体試料中の粒子を分級することができる。また、複数の流路１６１を同時に使用すれば、作業効率を向上することができる。
【００９８】
流路１６１の数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。また、各流路１６１は、同一形状からなるものに限らず、異なる形状（例えば異なる長さ又は異なる高さ）で形成されていてもよい。さらに、図６に示すような２層構造の積層体からなる流路部材１６、又は、図８に示すような４層以上の積層体からなる流路部材１６においても、図９の例のように、外周面１６２及び内周面１６３に平行な面内に複数の流路１６１が形成された構成とすることができる。
【００９９】
図１０は、別の実施形態に係る遠心式流動場分画装置１を備えた分析システムの構成例を示す概略図である。本実施形態では、検出器６の下流側にフラクションコレクタ８が設けられている点のみが上記実施形態とは異なり、他の構成については上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１００】
フラクションコレクタ８は、液体試料中の粒子を採取するための装置である。当該フラクションコレクタ８を検出器６の下流側に設けることにより、検出器６により検出された後の液体試料中の粒子をキャリア回収部７に廃棄することなく、フラクションコレクタ８で採取することができる。
【０１０１】
以上の実施形態では、複数層を接合して一体的な流路部材１６を形成した後、当該流路部材１６を円弧状に湾曲させるような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、複数層をそれぞれ円弧状に湾曲させた後、各層を接合して一体的な流路部材１６を形成するような構成であってもよい。
【０１０２】
また、固定部材１７が流路部材１６と一体的に構成された構成などであってもよい。すなわち、固定部材１７の外周面に、機械加工やエッチング加工により凹部を形成し、その外側を外面層６１で塞ぐことにより流路１６１が形成されてもよい。また、外面層６１の内周面に凹部を形成し、当該外面層６１の内側を固定部材１７で塞ぐことにより流路１６１が形成されてもよい。
【０１０３】
流路部材１６は、複数層が積層された構成に限らず、例えばブロー成形を用いて、樹脂などにより１つの部材として形成されてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１    遠心式流動場分画装置
２    キャリア貯留部
３    送液ポンプ
４    ロータリーバルブ
５    試料注入装置
６    検出器
７    キャリア回収部
８    フラクションコレクタ
１０    回転部
１１    回転軸
１２    導入部
１３    導出部
１４    ロータ
１５    スペーサ
１６    流路部材
１７    固定部材
１８    楔状部材
１９    ボルト
２０    保持台
３０    保護壁
４０    モータ
５０    制御部
６１    外面層
６２    内面層
６３    中間層
６４    流路層
６５    分離層
１６１    流路
１６２    外周面
１６３    内周面
１６４    流入口
１６５    流出口
１６６    挿通孔
１６７    分割路
１６８    小孔
６２１    凹部
６２２    ポート部
６３１    開口部
６３２    ポート部
６３３    湾曲部
６４１    開口部
６５１    貫通孔
【図１】
2018116439.tif 000003
【図２】
2018116439.tif 000004
【図３】
2018116439.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018116439.tif 000007
【図６】
2018116439.tif 000008
【図７】
2018116439.tif 000009
【図８】
2018116439.tif 000010
【図９】
2018116439.tif 000011
【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月4日(2019.7.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線を中心に回転する円環状のロータと、
前記ロータの内周面に沿って設けられ、前記ロータ側に形成された円弧状の外周面及び前記回転軸線側に形成された円弧状の内周面を有し、内部に液体試料の流路が形成されるとともに、前記流路への液体試料の流入口及び前記流路からの液体試料の流出口が形成された円弧状の流路部材と、
前記ロータを回転させることにより、前記流路内における液体試料中の粒子を遠心力によって分級させる回転駆動部とを備え、
前記流路部材は、前記外周面及び前記内周面が一体的に形成されることにより、内部に前記流路が形成された中空状の部材からなり、
前記流路部材は、前記外周面が形成された外面層、及び、前記内周面が形成された内面層を含む複数層が、互いに接合されることにより構成された積層体からなり、
前記複数層は、拡散接合により互いに接合されていることを特徴とする遠心式流動場分画装置。
【請求項２】
前記流路部材の内周面に沿って設けられ、前記流路部材を前記ロータ側に押圧して固定する固定部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項３】
前記複数層は、同種の材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項４】
前記流路は、前記外周面及び前記内周面に平行な面内で液体試料の流通方向を変化させる屈曲部又は湾曲部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項５】
前記流路部材には、それぞれ円弧状に延びる複数の分割路が径方向に並べて形成されており、各分割路が互いに連通されることにより前記流路が構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【請求項６】
前記流路部材には、前記外周面及び前記内周面に平行な同一面内に複数の前記流路が形成されており、各流路に対応付けて前記流入口及び前記流出口が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の遠心式流動場分画装置。
【国際調査報告】
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