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WO2025028311A1 - コネクタ、接続構造、接続方法および流体システム - Google Patents

コネクタ、接続構造、接続方法および流体システム Download PDF

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Publication number
WO2025028311A1
WO2025028311A1 PCT/JP2024/026044 JP2024026044W WO2025028311A1 WO 2025028311 A1 WO2025028311 A1 WO 2025028311A1 JP 2024026044 W JP2024026044 W JP 2024026044W WO 2025028311 A1 WO2025028311 A1 WO 2025028311A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tube
ferrule
fluid
fluidic device
pressing member
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/026044
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大樹 佐野
武彦 北森
賢則 小西
諒一 太田
衍辰 林
致真 陳
喜重 遠藤
Original Assignee
北森微流體研發股▲ふん▼有限公司
マイクロ化学技研株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 北森微流體研發股▲ふん▼有限公司, マイクロ化学技研株式会社 filed Critical 北森微流體研發股▲ふん▼有限公司
Publication of WO2025028311A1 publication Critical patent/WO2025028311A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L17/00—Joints with packing adapted to sealing by fluid pressure
    • F16L17/06—Joints with packing adapted to sealing by fluid pressure with sealing rings arranged between the end surfaces of the pipes or flanges or arranged in recesses in the pipe ends or flanges
    • F16L17/067—Plastics sealing rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L19/00—Joints in which sealing surfaces are pressed together by means of a member, e.g. a swivel nut, screwed on, or into, one of the joint parts

Definitions

  • the present disclosure relates to a connector, a connection structure, and a connection method for connecting a fluid device to a tube for liquid delivery, as well as a fluid system that connects multiple fluid devices using the connector and connection structure.
  • Non-Patent Document 1 discloses a connector into which multiple tubes are inserted, the tips of the tubes being arranged to penetrate a sealing material such as rubber.
  • this connector is screwed to the microfluidic device with the tips of the tubes butted against the inlet or outlet on the side of the microfluidic device so that the flow channels are connected.
  • the sealing material deforms and expands due to the pressure applied from the connector, sealing the connection between the flow channels of the microfluidic device and the flow channels of the tubes so that there are no leaks.
  • Non-Patent Document 1 if the pressure of the liquid in the flow path is high, there is a risk of liquid leakage. For example, in the method of Non-Patent Document 1, the liquid may not be sufficiently sealed between the sealant and the side of the substrate, and between the sealant and the outer surface of the tube. In addition, in the method of Non-Patent Document 1, multiple tubes are connected together to the microfluidic device with a single connector, so the pressing force at the connection between the tube and the microfluidic device cannot be adjusted individually.
  • the purpose of this disclosure which has been made with attention to these points, is to provide a technology that connects a fluid device and a liquid delivery tube on the side of the fluid device and prevents liquid leakage.
  • a connector for connecting a tip end of a tube for connecting a flow path to an opening of the flow path provided on the side of a plate-shaped fluidic device having an internal flow path, the connector comprising: a ferrule having a through hole through which the tube is inserted, a first surface facing the side surface of the fluidic device at a first end along the through hole, and a tapered second surface having an outer diameter that decreases toward a second end opposite the first end along the through hole; a cylindrical pressing member having a through hole through which the tube is inserted, the pressing member having a recess that can abut against the second surface of the ferrule; and a seal member disposed between the first surface of the ferrule and the side surface of the fluidic device and through which the tube is inserted, the pressing member being configured such that the opening and the tip end are connected by pressing the ferrule toward the fluidic device.
  • the pressing member may have a threaded portion configured to screw into a screw hole disposed at a position corresponding to the opening of a holder that fixes the fluid device, and the pressing member may be configured to advance toward the fluid device by rotating in a direction in which the threaded portion screws into the screw hole, thereby pressing the ferrule toward the fluid device.
  • the ferrule may be configured to be pressed against the fluidic device by the pressing member, so that the sealing member is pressed between the first surface and the side surface of the fluidic device, and the ferrule is deformed by the pressing force applied to the second surface to tighten and fix the tube.
  • the ferrule may be configured to seal the fluid between the ferrule and the tube when the tube is fixed.
  • the sealing member may be an O-ring.
  • a connection structure for connecting a tip end of a tube for connecting a flow path to a plate-shaped fluidic device having a flow path formed therein and an opening of the flow path on a side surface
  • the connection structure comprising: a holder for fixing the fluidic device and having a screw hole arranged at a position corresponding to the opening; a ferrule having a through hole through which the tube is inserted and having a first surface facing the side surface of the fluidic device at a first end along the through hole and having a tapered second surface whose outer diameter decreases toward a second end opposite the first end along the through hole; a cylindrical pressing member having a threaded portion that screws into the screw hole of the holder and having a through hole through which the tube is inserted, the pressing member having a recess that abuts against the second surface of the ferrule; and a seal member that is inserted into the tube and arranged between the first surface of the ferrule and the side surface
  • a connection method that is one aspect of the present disclosure is a connection method for connecting a tip end of a tube for connecting a flow path to a plate-shaped fluidic device having a flow path formed therein and an opening of the flow path on a side, the connection method comprising: fixing the fluidic device using a holder having a screw hole arranged at a position corresponding to the opening; inserting the tube through a pressing member, a ferrule, and a sealing member; the pressing member having a threaded portion that screws into the screw hole of the holder, being a cylindrical pressing member having a through hole through which the tube is inserted, and having a recess on the side of the ferrule; the ferrule having a through hole through which the tube is inserted, and having a recess on the side of the sealing member.
  • the sealing member has a first surface facing the side of the device and a tapered second surface with an outer diameter decreasing toward the end on the pressing member side, and the sealing member is disposed between the first surface of the ferrule and the side of the fluidic device.
  • the pressing member is rotated in a direction in which the threaded portion screws into the screw hole, whereby the pressing member advances toward the fluidic device, and the recess presses the second surface of the ferrule toward the fluidic device.
  • the first surface of the ferrule pressing the sealing member toward the side of the fluidic device, the ferrule is deformed by the pressing force applied to the second surface, and the tube is tightened and fixed.
  • One embodiment of the fluid system disclosed herein includes two or more fluid devices whose openings located on the sides of each other are connected using the connector and tube described in (1), and the fluid devices are arranged at different positions in a direction perpendicular to the plane on which the fluid devices extend.
  • FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of a connection structure that connects a flow path and a tube of a fluidic device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the connector portion of FIG. 1 in more detail.
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a connector before being connected to a fluidic device.
  • 10 is a flowchart showing a method for connecting a fluid device and a tube.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a fluid system in which fluid devices are connected in series in a plane.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fluid system in which fluid devices are connected in series three-dimensionally.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a connection form of a fluidic device according to the prior art.
  • the technology of mixing liquids and/or performing reactions and other operations using fluid devices with minute flow paths with a flow path width of up to about 500 ⁇ m offers various advantages that were not available with conventional fluid devices with a flow path width of a few mm or more.
  • a mixing operation it is known that if the flow path width is made 1/10 of that of the conventional technology, the mixing time becomes approximately 1/100. Therefore, an operation that required 1 hour with the conventional technology can be completed in less than 1 minute.
  • the reaction is completed instantly, suppressing the production of by-products and dramatically improving the reaction yield.
  • the liquid outlet of the upstream fluid device is sequentially connected to the inlet of the downstream fluid device.
  • Tubes made of PEEK (Poly Ether Ketone) resin are relatively commonly used to connect the outlet and inlet due to their chemical resistance, heat resistance, and pressure resistance.
  • the inlet and outlet are provided on the surface above the substrate surface of a horizontally placed substrate. For this reason, when connecting the inlet and outlet using tubes made of PEEK resin, which is highly rigid and difficult to bend, it is necessary to maintain a certain distance between the fluid devices.
  • FIG. 7 illustrates a fluid system in which fluid devices 110 are connected using conventional technology.
  • multiple fluid devices 110 with internal flow paths 111 are connected by connecting openings such as outlets and inlets provided at the top of the substrate surfaces 112 of the fluid devices 110 using tubes 113.
  • the lower limit of the spacing between adjacent microfluidic devices 110 is limited by the distance at which the tubes 113 can be bent 180 degrees between the outlet 115 of the upstream microfluidic device 110 and the inlet 114 of the downstream fluidic device 110.
  • the side of a fluidic device refers to the four sides other than the two widest opposing sides of the substrate that constitutes the microfluidic device.
  • connection structure between the fluid device 10 and the liquid delivery tube 20 includes a holder 30 for fixing the fluid device 10, and a connector 40 for connecting the fluid device 10 held by the holder 30 to the tube 20, as shown in FIG. 1.
  • the fluidic device 10 comprises a substrate 11 and a flow path 12 formed inside the substrate 11.
  • the substrate 11 is a rectangular plate-like member in a planar view.
  • the shape of the substrate 11 is not limited to this.
  • the size of the substrate 11 can be set arbitrarily.
  • the size of the substrate can be on the order of several centimeters to several tens of centimeters in a planar view.
  • the thickness of the substrate can be on the order of several millimeters to several centimeters.
  • the material of the substrate 11 is not particularly limited, and for example, glass, silicon, silica, quartz, resin, silicon carbide, etc. can be used.
  • the flow channel 12 is, for example, a minute micro-flow channel with a flow channel width on the order of ⁇ m. However, the width of the flow channel 12 is not limited to this range.
  • the flow channel 12 passes a fluid from the upstream side to the downstream side. In FIG. 1, the flow channel 12 between the upstream side and the downstream side of the fluidic device 10 is not shown.
  • An inlet 14 is provided on the side surface 13 of the substrate 11 at the upstream end of the flow channel 12.
  • An outlet 15 is provided on the side surface 13 of the substrate 11 at the downstream end of the flow channel 12.
  • the inlet 14 is an opening that receives liquid supplied from the outside to the fluidic device 10.
  • the outlet 15 is an opening that discharges the fluid that has flowed through the flow channel 12 of the fluidic device 10 to the outside of the fluidic device 10.
  • the shape of the flow paths 12 and the number and arrangement of the inlets 14 and discharge ports 15 are not limited to this, and can be freely designed according to the operation content, such as mixing and chemical reaction, performed by the fluidic device 10.
  • the fluid device 10 can be produced, for example, by heat fusing a glass plate onto a glass substrate on which a groove-shaped flow path 12 has been formed, forming an enclosed space, and then cutting to a specified size with a dicer or the like. An inlet 14 and an outlet 15 for the flow path 12 are formed on the end surface cut by the dicer.
  • Various processing methods can be selected to form the flow path 12 on the glass substrate depending on the shape of the flow path 12, i.e., the flow path width, depth, and length. For example, when the material of the fluid device 10 is glass and the flow path width is 100 ⁇ m or less, an etching processing method is used. On the other hand, when the flow path width is 200 ⁇ m or more, a mechanical processing method or a laser processing and embossing method is used.
  • the tube 20 has a flow path 22 that transports liquid supplied to the flow path 12 of the fluidic device 10 and/or liquid discharged from the flow path 12.
  • the tube 20 connects the fluidic devices 10 to each other, or to a liquid supplying device that supplies liquid raw materials to the fluidic device 10, or to a tank that stores a product produced by the fluidic device 10.
  • the diameter of the flow path 22 of the tube 20 may be larger than the width of the flow path 12 of the fluidic device 10.
  • the tip 21 of the tube 20 may have a flat surface perpendicular to the central axis of the tube.
  • the material of the tube 20 can be selected taking into consideration various conditions such as the type of liquid used, the temperature of the liquid, and the pressure applied to the internal flow path 22.
  • Materials that are often used for the tube 20 include PEEK resin, which has excellent chemical resistance, heat resistance, and pressure resistance, as well as fluororesins such as PFA (Perfluoroalkoxy Alkane) and PTFE (Poly Tetra Fluoro Ethylene).
  • the holder 30 has two holding members 31a and 31b, each of which accommodates one of the two opposing side surfaces 13 of the substrate 11 of the fluid device 10 and holds the substrate 11 by sandwiching it.
  • the holding members 31a and 31b may be made of a high-strength material such as PEEK resin.
  • the holding members 31a and 31b each have a groove formed therein that accommodates an end portion including one side surface 13 of the substrate 11, and are configured so that when the substrate 11 is fixed to the holder 30, the substrate 11 is accurately positioned relative to the holding members 31a and 31b.
  • the holding members 31a and 31b are fixed by fastening members 32 with the ends of the substrate 11 fitted into their respective grooves and sandwiching the substrate 11 from both sides.
  • the holding members 31a and 31b have two sets of opposing through holes at both ends in the direction in which the groove extends, outside the portion in which the substrate is housed.
  • the holding members 31a and 31b are fixed by two sets of long bolts 33a, 33b that pass through the respective through holes, and nuts 34a, 34b. In this case, the long bolts 33a, 33b and nuts 34a, 34b are fastening members 32.
  • Each of the two holding members 31a, 31b has a screw hole 35 with a thread formed on the inside, corresponding to the position of the inlet 14 and/or outlet 15 of the fluid device 10.
  • the screw hole 35 extends in a direction perpendicular to the side surface 13 of the substrate 11 from the position where the inlet 14 or outlet 15 is located when the fluid device 10 is fixed to the holder 30.
  • the screw hole 35 has a thread formed around the entire inner circumference, but the thread may be formed only in a part of the screw hole 35.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the connector 40 connected to the holder 30.
  • Figure 3 shows the connector 40 before it is connected to the holder 30.
  • the connector 40 includes a ferrule 41, a pressing member 42, and an O-ring 43, which is a sealing member.
  • the pressing member 42, ferrule 41, and O-ring 43 are inserted in this order into the tube 20 toward the tip 21.
  • the connector 40 has a shape that is approximately rotationally symmetrical about the central axis of the tube 20.
  • the ferrule 41 has a generally conical or truncated conical shape, and includes a flat first surface 41a and a tapered second surface 41b whose outer diameter decreases toward the end opposite the first surface 41a.
  • the ferrule 41 has a through hole 41d formed along the central axis of the cone or truncated cone shape through which the tube 20 is inserted.
  • the inner diameter of the through hole 41d is slightly larger than the outer diameter of the tube 20.
  • the ferrule 41 can slide in the direction in which the tube 20 extends when the tube 20 is inserted.
  • the first surface 41a is located at the first end, which is one end of the through hole 41d that is on the substrate 11 side of the fluidic device 10.
  • the second surface of the ferrule 41 has a shape in which the outer diameter gradually decreases toward the second end, which is the other end of the through hole 41d.
  • the ferrule 41 is formed of a material that is chemical-resistant and can be deformed by compression, such as fluororesin such as Teflon (registered trademark), polyimide, and graphite.
  • the first surface 41a of the ferrule 41 is not limited to a flat surface.
  • the first surface 41a may have a circular groove or recess for partially accommodating the O-ring 43.
  • the pressing member 42 is a cylindrical member including a threaded portion 42a having a thread formed on the outer periphery and a manual rotating portion 42b having a knurling process or the like.
  • the threaded portion 42a is configured to screw into the threaded hole 35 of the holder 30.
  • the pressing member 42 is connected to the holder 30 by manually rotating the manual rotating portion 42b, whereby the threaded portion 42a screws into the threaded hole 35.
  • the threaded portion 42a is formed over the entire outer periphery, but the thread may be formed only on a part of the portion that fits into the threaded hole 35 of the pressing member 42.
  • the portion that fits into the threaded hole 35, including the portion where the thread is not formed, is called the threaded portion 42a.
  • the pressing member 42 has a through hole 42d through which the tube 20 is inserted along the central axis.
  • the inner diameter of the through hole 42d is larger than the outer diameter of the tube 20 so that the pressing member 42 can rotate and slide relative to the tube 20.
  • a recess 42c is formed at the tip of the screw portion 42a of the pressing member 42 on the side that is connected to the holder 30, with the recess 42c being recessed at the center at the position of the through hole 42d.
  • the recess 42c has a shape that at least partially abuts against the second surface 41b of the ferrule 41 when the connector 40 is connected to the holder 30.
  • the recess 42c may have a shape that fits with the second surface 41b, corresponding to the tapered shape of the second surface 41b of the ferrule 41. However, the recess 42c does not need to have a tapered surface that exactly contacts the second surface 41b of the ferrule 41.
  • the recess 42c may have a shape that takes into account the shape of the ferrule 41 after deformation.
  • the recess 42c may have a shape that contacts the second surface 41b from all directions around the through hole 41d.
  • the shape of the recess 42c may be such that, when the connector 40 is screwed into the holder 30, a radially inward pressing force is evenly applied to the second surface 41b of the ferrule 41.
  • the O-ring 43 is an elastic ring-shaped member, such as rubber, that is placed on the first surface side of the ferrule 41 when the tube 20 is inserted.
  • the O-ring 43 is pressed between the side surface 13 of the substrate 11 of the fluid device 10 and the first surface 41a of the ferrule 41, causing it to deform and expand. In this way, the O-ring 43 seals the gap between the flow path 12 of the fluid device 10 and the flow path 22 of the tube 20 so that there is no leakage.
  • the sealing member is not limited to the O-ring 43.
  • the connector 40 may use other forms of sealing members, such as a gasket or rubber packing, to seal the gap between the side surface 13 of the fluid device 10 and the first surface 41a of the ferrule 41.
  • step S1 the operator fixes the fluidic device 10 to the holder 30 (step S1).
  • each opening of the flow path 12 of the fluidic device 10 is approximately aligned with the center of the end of the screw hole 35 of the holder 30 on the side of the fluidic device 10.
  • Step S2 may be performed before step S1.
  • the order of steps S1 and S2 does not matter.
  • step S3 The operator holds the manual rotating portion 42b of the pressing member 42 and passes the tube 20 through the screw hole 35 of the holder 30 (step S3).
  • the operator abuts the tip 21 of the tube 20 against the side surface 13 around the opening of the fluidic device 10. This connects the flow path 12 of the fluidic device 10 and the flow path 22 of the tube 20.
  • steps S4 to S7 are performed with the tip 21 of the tube 20 abutting against the side surface 13 of the fluidic device 10.
  • the operator moves the pressing member 42 toward the holder 30, aligns the screw portion 42a with the screw hole 35 of the holder 30, and rotates the manual rotation portion 42b to screw the screw portion 42a into the screw hole 35 of the holder 30 (step S4).
  • the operator rotates the pressing member 42 in a direction in which the screw portion 42a engages with the screw hole 35, and advances the pressing member 42 toward the fluidic device 10 (step S5).
  • the pressing member 42 advances toward the tip 21 of the tube 20 and abuts against the second surface 41b of the ferrule 41
  • the ferrule 41 is also pushed by the pressing member 42 and advances toward the fluidic device 10.
  • the first surface 41a of the ferrule 41 abuts against the O-ring 43
  • the O-ring 43 is also pushed by the ferrule 41 and advances toward the fluidic device 10.
  • the operator rotates the manual rotation portion 42b, the O-ring 43 abuts against the side surface 13 of the fluidic device 10.
  • the operator further rotates the manual rotation part 42b, whereby the O-ring 43 is pressed between the first surface 41a of the ferrule 41 pressed by the pressing member 42 and the side surface 13 of the fluid device 10 (step S6).
  • the pressed O-ring 43 deforms as shown in FIG. 2.
  • the pressing force of the O-ring 43 pressing against the side surface 13 prevents liquid leakage at the contact area between the O-ring 43 and the side surface 13.
  • liquid leakage is prevented at the contact area between the O-ring 43 and the first surface 41a of the ferrule 41.
  • liquid leakage to the outside of the O-ring 43 can be prevented from the connection area between the flow path 12 of the fluid device 10 and the flow path 22 of the tube 20.
  • the O-ring 43 can prevent liquid from leaking from the connection between the flow path 12 of the fluidic device 10 and the flow path 22 of the tube 20 to between the outer periphery of the tube 20 and the inner periphery of the through hole 41c of the ferrule 41.
  • step S7 When the operator further rotates the manual rotation part 42b, the ferrule 41 is pressed against the fluidic device 10 by the pressing member 42. As a result, a pressing force having an inward component acts on the second surface 41b of the ferrule 41 while the O-ring 43 is pressed between the first surface 41a and the side surface 13 of the fluidic device 10. This causes the ferrule 41 to be deformed and fixed in a state in which the tube 20 is tightened inward (step S7). As a result, leakage between the outer periphery of the tube 20 and the through hole 42d of the ferrule 41 is prevented. Note that the pressing of the O-ring 43 in step S6 and the deformation of the ferrule in step S7 may be performed in parallel rather than sequentially.
  • connection method using the connector 40 of the present disclosure when connecting the fluidic device 10 and the tube 20, in addition to the sealing by the O-ring 43, which is a sealing member, the sealing effect caused by the deformation of the ferrule 41 can further prevent the occurrence of liquid leakage.
  • the connection method using the connector 40 of the present disclosure can be applied to a fluidic device 10 in which a higher pressure is applied to the flow path 12.
  • the connector 40 of the present disclosure is not a system in which multiple tubes 20 are connected with one connector, but rather a connector 40 is provided for each connection between each opening, such as the inlet 14 and outlet 15, and the tube 20. This makes it possible to adjust and manage the torque applied to the pressing member 42 for each connection so as not to cause liquid leakage.
  • the tip 21 of the tube 20 is fixed against the side surface 13 of the fluid device 10 while the tube 20 is inserted through the O-ring 43. This prevents the O-ring 43 from moving or expanding, narrowing the flow path, and prevents the tip 21 of the tube 20 from moving.
  • fluid systems 50A and 50B in which a plurality of fluid devices 10 are connected in series using a connection structure including the connector 40 of the present disclosure.
  • the holder 30 and the connector 40 are omitted, and only the fluid devices 10 and the tubes 20 are mainly shown.
  • fluid devices 10A-10H in order to distinguish between the individual fluid devices 10.
  • tubes 20A-20O in order to distinguish between the individual tubes 20, they are written as tubes 20A-20O.
  • the inlet 14 and the outlet 15 are also omitted from the display.
  • two or more fluid devices 10A-10H may be collectively referred to as a fluid device 10.
  • Two or more tubes 20A-20O may be collectively referred to as a tube 20.
  • Tube 5 includes multiple fluidic devices 10A-10D arranged on the same plane, and tubes 20A-20I for delivering liquid introduced into and/or discharged from these fluidic devices 10A-10D.
  • Tubes 20A and 20B are connected to an inlet 14 provided on the side 13 of fluidic device 10A, and supply liquid from, for example, a liquid supply device to fluidic device 10A.
  • Tube 20C connects an outlet 15 provided on the side 13 of fluidic device 10A to an inlet 14 provided on the side 13 of fluidic device 10B, and delivers liquid processed and discharged by fluidic device 10A to fluidic device 10B.
  • Tube 20D is connected to an inlet 14 provided on the side 13 of fluidic device 10B, and supplies liquid from a liquid supply device or another fluidic device 10 to fluidic device 10B.
  • Fluidic devices 10B, 10C, and 10D are similar to fluidic device 10A
  • tubes 20E and 20G are similar to tube 20C
  • tubes 20F and 20H are similar to tube 20D, so their explanations are omitted.
  • Tube 20I is connected to the outlet 15 of fluidic device 10D, and sends the liquid product after processing in fluidic device 10D to a storage tank or the like.
  • the outlet 15 and inlet 14 on the opposing side surfaces 13 of the adjacent fluid devices 10A-10D are connected by tubes 20C, 20E, and 20G that are connected perpendicularly to the side surfaces 13. That is, the connectors 40 at both ends of the tubes 20C, 20E, and 20D are connected in a direction along the surface on which each fluid device 10 is placed. For this reason, in the fluid system 50A, it is not necessary to greatly curve the tubes 20C, 20E, and 20G between the outlet 15 of the upstream fluid device 10 and the inlet 14 of the downstream fluid device 10. As a result, in the fluid system 50A, it is possible to set the interval between the adjacent fluid devices 10A-10D to be short.
  • the fluid system 50B in Fig. 6 includes four fluid devices 10E-10H arranged three-dimensionally, and tubes 20J-20P that transport liquid supplied to these fluid devices 10E-10H and/or liquid discharged from these fluid devices 10E-10H.
  • Tubes 20J and 20K are similar to tubes 20A and 20B in the fluid system 50A in Fig. 5, and supply liquid from a liquid supply device or the like to the fluid device 10E.
  • Tubes 20L, 20M, and 20O are similar to tubes 20C, 20E, and 20G in the fluid system 50A in Fig.
  • Tubes 20L, 20M, and 20O send liquid that has been processed and discharged in fluid devices 10E, 10F, and 10G, respectively, to fluid devices 10F, 10G, and 10H.
  • Tube 20N is similar to tubes 20D, 20F, and 20H in FIG. 5, and tube 20P is similar to tube 20I in FIG. 5, so a description thereof will be omitted.
  • the fluid devices 10E-10H may be arranged, for example, in two-tiered racks having an upper tier and a lower tier. That is, the fluid devices 10E-10H may be arranged at different positions not only in the horizontal direction but also in the vertical direction relative to each other.
  • the vertical direction is a direction perpendicular to the surface on which the substrate 11 of the fluid device 10 extends when the substrate 11 is arranged horizontally.
  • the fluid devices 10E and 10G are arranged in the upper tier rack
  • the fluid devices 10F and 10H are arranged in the lower tier rack.
  • the tubes 20L and 20O connect between the outlets 15 of the fluid devices 10E and 10G arranged in the upper tier rack and the inlets 14 of the fluid devices 10F and 10H arranged in the lower tier rack, respectively.
  • the tube 20M connects between the outlets 15 of the fluid device 10F arranged in the lower tier rack and the inlet 14 of the fluid device 10G arranged in the upper tier rack.
  • the tubes 20L, 20M, and 20O are all connected perpendicularly to the side surface 13 of the fluidic devices 10E-10H. Therefore, the length of the tubes 20L, 20M, and 20O can be shorter than, for example, when one end is connected perpendicularly to the top surface of the upper fluidic device and the other end is connected perpendicularly to the top surface of the lower fluidic device and the tube is routed between them. According to a prototype performed by the present inventors, it was confirmed that the required space length can be reduced to about 1/3 when the fluidic devices 10 are arranged in two tiers, upper and lower, using the connection structure disclosed herein, compared to when the fluidic devices 10 are connected in series using a conventional connection method for fluidic devices.
  • the connector 40 is connected in a direction along the substrate 11 of the fluidic device 10, so the space between the upper fluidic device 10 and the lower fluidic device can be narrowed.
  • the temperature of the liquid may be heated to approximately 100°C to 150°C to promote a chemical reaction in a short period of time.
  • the tube 20 connecting the fluid device 10 is long, the liquid may be affected by the outside air temperature as it is transported through the tube 20.
  • the length of the tube 20 can be made shorter than in conventional technology, thereby reducing temperature changes in the liquid being processed.
  • the number of fluidic devices 10 connected in series is described as four, but the number of fluidic devices 10 is not limited to four.
  • a larger number of fluidic devices 10 can be connected in series.
  • the fluidic devices 10 are arranged three-dimensionally, the number of stages in the height direction of the fluidic devices 10 is not limited to two stages.
  • the fluidic devices 10 can be arranged in a larger number of stages.
  • the fluidic system 50 can increase the yield of the product by numbering up the sets of multiple fluidic devices 10 connected in series in parallel.
  • the fluidic system 50B of the present disclosure can be configured relatively compactly because the fluidic devices 10 can be arranged in the height direction and the spacing between the fluidic devices 10 can be narrowed.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and many modifications or variations are possible.
  • the connector, fluid device, fluid device connection structure, and fluid system configuration of the above-described embodiment are merely examples. Addition, omission, substitution, and other modifications of the configuration are possible as appropriate within the scope of the gist of this disclosure.
  • the inlet 14 and outlet 15 of the fluid device are located on two opposing side surfaces 13 of the rectangular fluid device 10.
  • the positions of the inlet 14 and outlet 15 are not limited to this.
  • the inlet 14 and outlet 15 may be located on two adjacent side surfaces, three side surfaces, or four side surfaces of the rectangular fluid device 10.
  • the holder 30 may be configured so that the connector 40 can be connected according to the positions of the respective inlet 14 and outlet 15.
  • fluid devices 10 having similar structures are connected in series.
  • the fluid devices 10 connected in series do not need to have the same or similar structures.
  • Each fluid device 10 may have a different structure.
  • the fluidic device 10 of the present disclosure has been described as a microfluidic device with a flow channel width on the order of ⁇ m, but the dimensions of the flow channels of the fluidic device 10 of the present disclosure are not limited to this.
  • the fluidic device 10 may have a flow channel width of 1 mm or more, or a flow channel width of less than 1 ⁇ m.
  • the operations performed by the fluidic device 10 include liquid mixing and reaction, etc.
  • the operations performed by the fluidic device 10 are not limited to these.
  • the fluid passing through the flow path of the fluidic device 10 is not limited to liquids and may include gases.
  • the operations performed by the fluidic device 10 may include liquid-phase mixing, liquid-phase reaction, gas-liquid mixing, gas-liquid reaction, extraction, distillation, concentration, slurry mixing, solid-phase extraction, particle separation/liquid separation, crystallization, cell culture, etc.
  • Fluid device 10A to 10H Fluid device 11 Substrate 12 Flow channel 13 Side surface 14 Inlet (opening) 15 Discharge port (opening) 20, 20A-20P Tube 21 Tip 22 Flow path 30 Holder 31a, 31b Holding member 32 Fastening member 33a, 33b Long bolt 34a, 34b Nut 35 Screw hole 40 Connector 41 Ferrule 41a First surface 41b Second surface 41c: Through hole 42 Pressing member 42a Threaded portion 42b Manual rotation portion 42c Recess 42d Through hole 43 O-ring (sealing member) 50 Fluid system 110 Fluid device 111 Flow channel 112 Substrate surface 113 Tube

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Abstract

本開示のコネクタは、内部に流路が形成された流体デバイスの側面に設けられた流路の開口部に、チューブの先端部を接続する。コネクタは、フェラルと、押付部材と、シール部材とを含む。フェラルは、チューブが挿通される貫通孔に沿う第１の端部に流体デバイスの側面と対向する第１面を有し、第２の端部にテーパー状の第２面を有する。押付部材は、チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の部材であって、フェラルの第２面に当接可能な凹部を有する。シール部材は、フェラルの第１面と流体デバイスの側面との間に配置され、チューブが挿通される。押付部材がフェラルを流体デバイスに向けて押し付けることにより流路の開口部とチューブの先端部とが接続される。

Description

コネクタ、接続構造、接続方法および流体システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０２３年７月３１日に出願された日本国特許出願２０２３－１２５０４８号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本開示は、流体デバイスと送液用のチューブとを接続するコネクタ、接続構造、および、接続方法、ならびに、上記コネクタおよび接続構造を用いて複数の流体デバイスを接続する流体システムに関する。
　複数のマイクロ流体デバイスを、流路が設けられた基板の側面に設けられた流路の開口部どうしを、送液用のチューブを介して接続することにより、相互に流体接続する方法が提案されている。チューブは、マイクロ流体デバイスの開口部にコネクタを用いて接続される。例えば、非特許文献１では、複数のチューブが挿通されたコネクタであって、チューブの先端部がゴム等のシール材を貫通するように配置されたコネクタが開示されている。このコネクタは、マイクロ流体デバイスに対して接続される際、マイクロ流体デバイスの側面の導入口または吐出口に対して流路が接続されるようにチューブの先端を突き当てた状態で、マイクロ流体デバイスに対してネジ締めされる。このとき、シール材がコネクタから加えられる押圧力により変形および膨張し、マイクロ流体デバイスの流路とチューブの流路との接続部分に漏れがないように封止する。
The Dolomite Centre Ltd.（英）／Dolomite Microfluidics（米）, "Linear Connectors", [online], MAR-000026 Revision 1.5, [令和5年7月10日検索]、インターネット＜URL:https://go.blacktrace.com/l/659183/2019-01-08/l2s/659183/3287/Dolomite___LinearConnectorsDatasheet___pdf.pdf＞
　しかしながら、非特許文献１の方法では、流路内の液体の圧力が高い場合、液漏れが発生する虞がある。例えば、非特許文献１の方法では、シール材と基板の側面との間、および、シール材とチューブの外周面との間の液体の封止が不十分となる場合がある。また、非特許文献１の方法では、複数のチューブを纏めて一つのコネクタでマイクロ流体デバイスに接続しているため、チューブとマイクロ流体デバイスとの接続部分の押圧力を個々に調整することができない。
　したがって、これらの点に着目してなされた本開示の目的は、流体デバイスと送液用のチューブとを流体デバイスの側面で接続し、かつ、液体の漏れを防止する技術を提供することにある。
（１）本開示の一態様であるコネクタは、内部に流路が形成された板状の流体デバイスの側面に設けられた前記流路の開口部に、流路接続用のチューブの先端部を接続するコネクタであって、前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔に沿う第１の端部に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記貫通孔に沿う前記第１の端部の反対側の第２の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有するフェラルと、前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの前記第２面に当接可能な凹部を有する押付部材と、前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置され、前記チューブが挿通されるシール部材とを備え、前記押付部材が前記フェラルを前記流体デバイスに向けて押し付けることにより前記開口部と前記先端部とが接続されるように構成される。
（２）上記（１）のコネクタにおいて、前記押付部材は、前記流体デバイスを固定するホルダの前記開口部に対応する位置に配置されたネジ孔に螺合するように構成されたネジ部を有し、前記押付部材は、前記ネジ部が前記ネジ孔に螺合する方向に回転することにより前記流体デバイスの方向に前進し、前記フェラルを前記流体デバイスに向けて押し付けるように構成されてよい。
（３）上記（１）または（２）のコネクタにおいて、前記フェラルは、前記押付部材により前記流体デバイスに向って押し付けられることにより、前記シール部材を前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間で押圧した状態で、前記第２面に加えられる押圧力により変形して前記チューブを締め付けて固定するように構成されてよい。
（４）上記（３）のコネクタにおいて、前記フェラルは、前記チューブを固定したとき前記フェラルと前記チューブとの間で流体を封止するように構成されてよい。
（５）上記（１）から（４）のコネクタにおいて、前記シール部材はＯリングであってよい。
（６）本開示の一態様である接続構造は、内部に流路が形成され側面に前記流路の開口部を有する板状の流体デバイスに対して、流路接続用のチューブの先端部を接続する接続構造であって、前記流体デバイスを固定するとともに、前記開口部に対応する位置にネジ孔が配置されたホルダと、前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔に沿う第１の端部に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記貫通孔に沿う前記第１の端部の反対側の第２の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有するフェラルと、前記ホルダの前記ネジ孔と螺合するネジ部を有し、前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの前記第２面に当接する凹部を有する押付部材と、前記チューブに挿通され、前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置されるシール部材とを備える。
（７）本開示の一態様である接続方法は、内部に流路が形成され、側面に前記流路の開口部を有する板状の流体デバイスに対して、流路接続用のチューブの先端部を接続する接続方法であって、前記開口部に対応する位置にネジ孔が配置されたホルダにより前記流体デバイスを固定し、前記チューブを、押付部材、フェラル、および、シール部材に挿通させ、前記押付部材は、前記ホルダの前記ネジ孔と螺合するネジ部を有し、前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの側に凹部を有し、前記フェラルは、前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記シール部材の側に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記押付部材の側の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有し、前記シール部材は、前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置され、前記押付部材を前記ネジ部が前記ネジ孔に螺合する方向に回転させ、それにより、前記押付部材が前記流体デバイスの方向に前進して、前記凹部が前記フェラルの前記第２面を前記流体デバイスに向けて押し付け、前記フェラルの前記第１面が前記シール部材を前記流体デバイスの前記側面に向けて押圧した状態で、前記第２面に加えられる押圧力により前記フェラルが変形し、前記チューブを締め付けて固定する。
（８）本開示の一多様である流体システムは、（１）に記載のコネクタ及び前記チューブを用いて互いの側面に位置する前記開口部が接続される２つ以上の前記流体デバイスであって、前記流体デバイスの延在する面に垂直な方向の異なる位置に配置される流体デバイスを含む。
　本開示によれば、流体デバイスと送液用のチューブとを流体デバイスの側面で接続し、かつ、液体の漏れを防止することができる。
一実施形態に係る流体デバイスの流路とチューブとを接続する接続構造の概略構成を示す平面図である。 図１のコネクタ部分をより詳細に示す断面図である。 流体デバイスに接続される前のコネクタの構成図である。 流体デバイスとチューブとの接続方法を示すフローチャートである。 流体デバイスを平面的に直列に接続した流体システムの構成図である。 流体デバイスを立体的に直列に接続した流体システムの構成図である。 従来技術による流体デバイスの接続形態を説明する図である。
　流路幅が５００μｍ程度までの微小な流路を有する流体デバイスを用いて、液体どうしの混合、および／または反応等の操作を行う技術には、流路幅が数ｍｍ以上の従来技術による流体デバイスでは得られなかった種々の利点がある。例えば、混合操作においては、流路幅を従来技術の１／１０にすると、その混合時間は、約１／１００になることが知られている。従って従来技術では１時間を要していた操作を１分以内で完了することが可能になる。また、反応操作においては、瞬時に反応が完了するため副生成物の生成が抑制され、反応収率が格段に向上する。
　流体に対して複数段階の操作を行うため、流体デバイスを相互に接続する場合、上流側の流体デバイスの液体の吐出口を、下流側の流体デバイス導入口に順次接続する。吐出口と導入口との接続には、耐薬品性、耐熱性等、および耐圧性の観点からＰＥＥＫ（Poly Ether Ether Ketone（ポリエーテルエーテルケトン））樹脂からなるチューブが比較的よく使用される。しかしながら、一般的な流体デバイスは、水平に配置した基板の基板面に対して上側の面に、導入口および吐出口が設けられる。このため、剛性が高く湾曲させにくいＰＥＥＫ樹脂からなるチューブ等を使用して導入口と吐出口とを接続する場合、流体デバイスどうしの間隔を一定以上に保つことが必要になる。
　図７は、従来技術により流体デバイス１１０を接続した流体システムを例示している。図７の例では、内部に流路１１１が形成された複数の流体デバイス１１０が、流体デバイス１１０の基板面１１２の上部に設けられた吐出口および導入口等の開口部を、チューブ１１３を用いて接続することにより、接続される。隣り合うマイクロ流体デバイス１１０の間隔の下限値は、上流のマイクロ流体デバイス１１０の吐出口１１５と、下流側の流体デバイス１１０の導入口１１４との間でチューブ１１３を１８０度湾曲させることができる距離により制限される。
　また、流体デバイス１１０どうしの間隔が広いと、反応生成物の収量を確保するため、直列に接続された流体デバイス１１０を、さらに並列に接続するナンバリングアップを行う場合も、高密度実装することが困難になる。さらに、流路接続用のチューブ１１３が長くなると、被処理液体の温度を精密に制御することが困難となるという問題点もある。
　したがって、流体デバイスの側面に液体の導入口および吐出口を設け、これらを相互に接続することは、複数の流体デバイスを接続した流体システムを、小型に構成するうえで有利である。なお、本願において流体デバイスの側面とは、マイクロ流体デバイスを構成する基板の向かい合う最も広い２つの面以外の４つの面を意味する。
（流体デバイスとチューブの接続構造）
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。
　本開示の一実施形態に係る流体デバイス１０と送液用のチューブ２０との接続構造は、図１に示すように、流体デバイス１０を固定するホルダ３０と、ホルダ３０により保持された流体デバイス１０とチューブ２０とを接続するコネクタ４０とを含む。
　流体デバイス１０は、基板１１と、基板１１の内部に形成された流路１２とを備える。図１において基板１１は、平面視において矩形の板状の部材である。ただし、基板１１の形状はこれに限定されない。基板１１の大きさは任意に設定できる。例えば、基板の大きさは、平面視において数ｃｍから数十ｃｍのオーダーとすることができる。また、基板の厚さは、数ｍｍから数ｃｍのオーダーとすることができる。また、基板１１の材料は特に限定されず、例えば、ガラス、シリコン、シリカ、石英、樹脂、または、炭化ケイ素などを用いることができる。
　流路１２は、例えば、流路幅がμｍオーダーの微細なマイクロ流路である。ただし、流路１２の幅は、この範囲に限られない。流路１２は、上流側から下流側に向けて流体を通過させる。図１では、流体デバイス１０の上流側と下流側との間の流路１２は図示せず省略している。流路１２の上流側の端部には、基板１１の側面１３に導入口１４が設けられる。流路１２の下流側の端部には、基板１１の側面１３に吐出口１５が設けられる。導入口１４は、流体デバイス１０に対して外部から供給される液体を受け入れる開口部である。吐出口１５は、流体デバイス１０の流路１２を流れた流体を流体デバイス１０の外部に吐出するための開口部である。
　図１に示した流体デバイス１０の流路１２は、例えば、上流側の３つの導入口１４から流入した液体を順次混合して、反応成分を反応させて生成物を吐出口１５から吐出させる。このため、３つの導入口１４から繋がる流路１２は順次合流して１つの流路となり、基板１１内を蛇行して吐出口１５に繋がるように構成されてよい。しかし、流路１２の形状、ならびに、導入口１４および吐出口１５の数および配置等はこれに限られず、流体デバイス１０が実行する混合および化学反応等の操作内容に応じて自由に設計することができる。
　流体デバイス１０は、例えば、溝状の流路１２が形成されたガラス基板上にガラス平板を熱融着させ、密閉空間を形成し、その後ダイサー等で所定のサイズに切断することにより作成することができる。ダイサーで切断された端面に流路１２の導入口１４と吐出口１５とが形成される。ガラス基板への流路１２の形成は、流路１２の形状、すなわち、流路幅、深さ、および、長さにより種々の加工方法を選択することができる。例えば、流体デバイス１０の材質がガラスであって、流路幅１００μｍ以下の場合、エッチング加工法が用いられる。一方、流路幅が２００μｍ以上の場合には機械加工法またはレーザ加工及びエンボス加工法が用いられる。
　図２および図３に示すように、チューブ２０は、流体デバイス１０の流路１２に供給される液体、および／または、流路１２から排出された液体を送液する流路２２を有する。チューブ２０は、流体デバイス１０どうし、または、流体デバイス１０と、流体デバイス１０に液体原料を供給する液体供給装置、または、流体デバイス１０で生成された生成物を貯留するタンクとを接続する。チューブ２０の流路２２の径は、流体デバイス１０の流路１２の幅よりも大きくてよい。チューブ２０の先端部２１は、チューブの中心軸に対して直交する平坦な面を有してよい。
　チューブ２０の材料は、使用される液体の種類、液体の温度、および、内部の流路２２に加わる圧力等の種々の条件を考慮して選択することができる。チューブ２０の材料としては、耐薬品性、耐熱性、および、耐圧性等に優れるＰＥＥＫ樹脂、ならびに、ＰＦＡ（Perfluoroalkoxy Alkane）およびＰＴＦＥ（Poly Tetra Fluoro Ethylene）等のフッ素樹脂が使用されることが多い。
　図１に示すように、ホルダ３０は、それぞれ流体デバイス１０の基板１１の向かい合う２つの側面１３の一方を収容し、基板１１を挟み込んで保持する２つの保持部材３１ａおよび３１ｂを有する。保持部材３１ａおよび３１ｂは、ＰＥＥＫ樹脂等の高強度の材料により構成されてよい。保持部材３１ａおよび３１ｂには、それぞれ基板１１の一つの側面１３を含む端部を収容する溝が形成されており、ホルダ３０に基板１１を固定した状態で、保持部材３１ａおよび３１ｂに対して、基板１１が正確に位置決めされるように構成される。
　保持部材３１ａおよび３１ｂは、それぞれ溝に基板１１の端部を嵌め込み、両側から基板１１を挟んだ状態で、締結部材３２により固定される。例えば、保持部材３１ａおよび３１ｂは、溝の延在する方向の両端部であって、基板が収容される部分よりも外側に互いに対向する２組の貫通孔が設けられている。保持部材３１ａおよび保持部材３１ｂは、それぞれの貫通孔を貫通する２組の長尺ボルト３３ａ，３３ｂと、ナット３４ａ，３４ｂとにより、固定される。この場合、長尺ボルト３３ａ，３３ｂと、ナット３４ａ，３４ｂは、締結部材３２である。
　２つの保持部材３１ａ，３１ｂのそれぞれには、流体デバイス１０の導入口１４および／または吐出口１５の位置に対応して、内側にネジ溝が形成されたネジ孔３５が設けられる。ネジ孔３５は、ホルダ３０に流体デバイス１０を固定したとき導入口１４または吐出口１５が位置づけられる位置から、基板１１の側面１３に垂直となる方向に延びる。図２に示すように、ホルダ３０のネジ孔３５に対してコネクタ４０を接続することにより、チューブ２０の流路２２が、流体デバイス１０の流路１２に流体接続される。図２では、ネジ孔３５の内周は全体にわたってネジ溝が形成されているが、ネジ溝はネジ孔３５の一部にのみ形成されてよい。
　コネクタ４０の構成を、図２および図３を参照して説明する。図２は、コネクタ４０がホルダ３０に接続されている状態の断面図を示す。図３は、コネクタ４０をホルダ３０に接続する前の状態を示す。コネクタ４０は、フェラル４１、押付部材４２、および、シール部材であるＯリング４３を含んで構成される。チューブ２０には、先端部２１に向かって押付部材４２、フェラル４１およびＯリング４３が、この順に挿通される。コネクタ４０は、この状態で、チューブ２０の中心軸を中心に略回転対称な形状を有する。
　フェラル４１は、略円錐または円錐台の形状を有し、平面の第１面４１ａと第１面４１ａの反対側の端部に向けて外径が小さくなるテーパー状の第２面４１ｂとを備える。フェラル４１は、円錐または円錐台形状の中心軸に沿ってチューブ２０を挿通させる貫通孔４１ｄが形成される。貫通孔４１ｄの内径は、チューブ２０の外径より僅かに大きい。フェラル４１は、チューブ２０が挿通された状態でチューブ２０が延在する方向に摺動可能である。フェラル４１は、ホルダ３０に接続したとき、流体デバイス１０の基板１１側となる貫通孔４１ｄの一方の端部である第１の端部に第１面４１ａが位置する。フェラル４１の第２面は、貫通孔４１ｄの他方の端部である第２の端部に向けて外径が漸減する形状となっている。フェラル４１は、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素樹脂、ポリミド、および、グラファイト等の耐薬品性があり、かつ、圧縮により変形可能な材料で形成される。なお、フェラル４１の第１面４１ａは、平面に限られない。例えば、第１面４１ａには、Ｏリング４３を部分的に収容するための円形の溝または窪みが設けられていてもよい。
　押付部材４２は、外周部にネジ山が形成されたネジ部４２ａと、ローレット加工等が施された手動回転部４２ｂとを含む円筒状の部材である。ネジ部４２ａは、ホルダ３０のネジ孔３５に対して螺合するように構成される。押付部材４２は、手動回転部４２ｂを手動により回転させることにより、ネジ部４２ａがネジ孔３５に螺合してホルダ３０に結合する。図２および図３では、ネジ部４２ａには外周の全体にわたりネジ山が形成されているが、ネジ山は押付部材４２のネジ孔３５に嵌入する部分の一部にのみ形成されてよい。ネジ山が形成されていない部分も含めてネジ孔３５に嵌入する部分をネジ部４２ａと呼ぶ。押付部材４２は、中心軸に沿って、チューブ２０を挿通させる貫通孔４２ｄを有する。押付部材４２がチューブ２０に対して回転摺動可能なように、貫通孔４２ｄの内径は、チューブ２０の外径よりも大きい。
　押付部材４２のネジ部４２ａのホルダ３０に結合される側の先端部には、貫通孔４２ｄの位置を中心に凹んだ凹部４２ｃが形成される。凹部４２ｃは、コネクタ４０が、ホルダ３０に接続されたとき、フェラル４１の第２面４１ｂに少なくとも部分的に当接する形状を有する。凹部４２ｃは、フェラル４１の第２面４１ｂのテーパー形状に対応して、第２面４１ｂが嵌合する形状を有してよい。しかし、凹部４２ｃは、フェラル４１の第２面４１ｂが丁度接するようなテーパー形状の面を有する必要はない。凹部４２ｃは、フェラル４１の変形後の形状を考慮した形状を有してよい。また、凹部４２ｃは、貫通孔４１ｄの周りを周回する全方向から第２面４１ｂに接する形状であればよい。凹部４２ｃの形状は、ホルダ３０にコネクタ４０をネジ込むとき、フェラル４１の第２面４１ｂに放射方向内向きの押圧力が均等に加わる形状であればよい。
　Ｏリング４３は、チューブ２０が挿通された状態で、フェラル４１の第１面側に配置される、例えばゴム等の弾性を有する環状の部材である。Ｏリング４３は、コネクタ４０がホルダ３０に接続されたとき、流体デバイス１０の基板１１の側面１３と、フェラル４１の第１面４１ａとの間で押圧され変形および膨張する。これにより、Ｏリング４３は、流体デバイス１０の流路１２とチューブ２０の流路２２との間を漏れがないように密閉する。なお、シール部材は、Ｏリング４３に限られない。コネクタ４０は、流体デバイス１０の側面１３と、フェラル４１の第１面４１ａとの間を封止するため、ガスケットまたはゴムパッキン等の他の形態のシール部材を使用してもよい。
（流体デバイスとチューブとを接続する方法）
　次に、図４のフローチャートを参照して、本開示のコネクタ４０を使用する流体デバイス１０の流路１２の開口部、すなわち、導入口１４または吐出口１５と、チューブ２０の先端部２１とを接続する方法について説明する。
　まず、作業者は、ホルダ３０に流体デバイス１０を固定する（ステップＳ１）。この状態で、流体デバイス１０の流路１２の各開口部は、ホルダ３０のネジ孔３５の流体デバイス１０側端部の中心と略一致する。
　作業者は、チューブ２０を、押付部材４２、フェラル４１およびＯリング４３に挿通させる（ステップＳ２）。ステップＳ２はステップＳ１よりも前に実行されてもよい。ステップＳ１とステップＳ２との順序は問わない。
　作業者は、押付部材４２の手動回転部４２ｂを持ち、チューブ２０をホルダ３０のネジ孔３５に通す（ステップＳ３）。作業者はチューブ２０の先端部２１を流体デバイス１０の開口部の周りの側面１３に突き当てる。これにより、流体デバイス１０の流路１２と、チューブ２０の流路２２とが、結合される。以下のステップＳ４～Ｓ７は、チューブ２０の先端部２１が、流体デバイス１０の側面１３に突き当っている状態で実行される。
４２を
　作業者は、押付部材４２をホルダ３０の方向に動かし、ネジ部４２ａをホルダ３０のネジ孔３５に位置合わせして、手動回転部４２ｂを回転させネジ部４２ａをホルダ３０のネジ孔３５に羅合させる（ステップＳ４）。
　作業者は、押付部材４２をネジ孔３５に対してネジ部４２ａが羅合する方向に回転させて、押付部材４２を流体デバイス１０に向けて前進させる（ステップＳ５）。押付部材４２が、チューブ２０の先端部２１の方向に前進することにより、フェラル４１の第２面４１ｂに当接すると、フェラル４１も押付部材４２に押されて流体デバイス１０の方向に前進する。さらに、Ｏリング４３にフェラル４１の第１面４１ａが当接すると、Ｏリング４３も、フェラル４１に押されて流体デバイス１０の方向に前進する。さらに、作業者が手動回転部４２ｂを回転させると、Ｏリング４３が流体デバイス１０の側面１３に当接する。
　作業者が、さらに、手動回転部４２ｂを回転させることにより、押付部材４２に押されたフェラル４１の第１面４１ａと流体デバイス１０の側面１３との間で、Ｏリング４３が押圧される（ステップＳ６）。押圧されたＯリング４３は、図２に示すように変形する。Ｏリング４３が側面１３を押圧する押圧力により、Ｏリング４３と側面１３との接する部分での液体の漏れが防止される。また、同様に、Ｏリング４３とフェラル４１の第１面４１ａとの接する部分での液体の漏れが防止される。その結果、流体デバイス１０の流路１２とチューブ２０の流路２２の接続部分から、Ｏリング４３の外側への液体の漏れを防止することができる。また、Ｏリング４３は、チューブ２０の外周を押圧することにより、流体デバイス１０の流路１２とチューブ２０の流路２２接続部分から、チューブ２０の外周とフェラル４１の貫通孔４１ｃの内周との間への液体の漏れを防止することができる。
　作業者が、さらに、手動回転部４２ｂを回転させることにより、フェラル４１は、押付部材４２により流体デバイス１０に向かって押し付けられる。これにより、Ｏリング４３を第１面４１ａと流体デバイス１０の側面１３との間で押圧した状態で、フェラル４１の第２面４１ｂに、内向きの方向の成分を有する押圧力が働く。これにより、フェラル４１は、変形され、チューブ２０を内向きに締め付けた状態で固定される（ステップＳ７）。その結果、チューブ２０の外周とフェラル４１の貫通孔４２ｄとの間の漏れが防止される。なお、ステップＳ６によるＯリング４３の押圧と、ステップＳ７によるフェラルの変形とは、順次実行されるのではなく、並行して実行されてよい。
　以上のように、本開示のコネクタ４０を用いた接続方法によれば、流体デバイス１０とチューブ２０との接続において、シール部材であるＯリング４３による封止に加え、フェラル４１の変形による封止効果により、より液体漏れの発生を防止することができる。これにより、本開示のコネクタ４０を用いた接続方法では、より高い圧力が流路１２に加わる流体デバイス１０に適用することができる。
　さらに、本開示のコネクタ４０は、一つのコネクタで複数のチューブ２０を接続する方式ではなく、導入口１４および吐出口１５等の個々の開口部とチューブ２０との接続ごとに、コネクタ４０を設けている。このため、個々の接続ごとに、液体の漏れが生じないように押付部材４２に加えるトルクを調節および管理することが可能になる。
　また、本開示のコネクタ４０では、Ｏリング４３にチューブ２０を挿通させた状態でチューブ２０の先端部２１を流体デバイス１０の側面１３に突き当てて固定している。これにより、Ｏリング４３が動いたり膨張したりすることにより流路が狭められたり、チューブ２０の先端部２１が動いたりすることがない。
（流体システム）
　次に、本開示のコネクタ４０を含む接続構造を用いて複数の流体デバイス１０を直列的に接続した流体システム５０Ａ、５０Ｂについて説明する。なお、以下の図５および図６では、ホルダ３０およびコネクタ４０については省略し、主として流体デバイス１０とチューブ２０のみを表示する。また、個々の流体デバイス１０を区別するため、流体デバイス１０Ａ－１０Ｈとして表記する。また、個々のチューブ２０を区別して、チューブ２０Ａ－２０Ｏと表記する。導入口１４および吐出口１５についても表示を省略する。以下において、２つ以上の流体デバイス１０Ａ－１０Ｈは、まとめて流体デバイス１０と表記される場合がある。２つ以上のチューブ２０Ａ－２０Ｏは、まとめてチューブ２０と表記される場合がある。
　図５の流体システム５０Ａは、同一平面上に配置された複数の流体デバイス１０Ａ－１０Ｄと、これら流体デバイス１０Ａ－１０Ｄに導入、および／またはこれらの流体デバイス１０Ａ－１０Ｄから吐出される液体を送液するチューブ２０Ａ－２０Ｉを含む。チューブ２０Ａ，２０Ｂは、流体デバイス１０Ａの側面１３に設けられた導入口１４に接続され、例えば液体供給装置等からの液体を流体デバイス１０Ａに供給する。チューブ２０Ｃは、流体デバイス１０Ａの側面１３に設けられた吐出口１５と流体デバイス１０Ｂの側面１３に設けられた導入口１４とを接続し、流体デバイス１０Ａで処理され吐出された液体を、流体デバイス１０Ｂに送液する。チューブ２０Ｄは、流体デバイス１０Ｂの側面１３に設けられた導入口１４に接続され、液体供給装置または他の流体デバイス１０からの液体を、流体デバイス１０Ｂに供給する。流体デバイス１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、流体デバイス１０Ａに類似し、チューブ２０Ｅ，２０Ｇはチューブ２０Ｃに類似し、チューブ２０Ｆ，２０Ｈはチューブ２０Ｄに類似するので、説明を省略する。流体デバイス１０Ｄの吐出口１５にはチューブ２０Ｉが接続され、流体デバイス１０Ｄで処理された後の液体の生成物を貯留用のタンク等に送液する。
　流体システム５０Ａは、隣り合う流体デバイス１０Ａ－１０Ｄの対向する側面１３に設けられた吐出口１５と導入口１４との間を、側面１３に対して垂直に接続されたチューブ２０Ｃ，２０Ｅ、２０Ｇにより接続する。すなわち、チューブ２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｄは、両端部のコネクタ４０が、各流体デバイス１０の載置される面に沿う方向に接続される。このため、流体システム５０Ａでは、チューブ２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇを、上流側の流体デバイス１０の吐出口１５と下流側の流体デバイス１０の導入口１４との間で大きく湾曲させる必要がない。その結果、流体システム５０Ａでは、隣り合う流体デバイス１０Ａ－１０Ｄの間隔を短く設定することが可能になる。さらに、隣り合う流体デバイス１０Ａ－１０Ｄの間で、吐出口１５と導入口１４とをそれぞれの側面１３の互いに対向する位置に配置することにより、チューブ２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇを直線的に配置することが可能になる。これによって、流体デバイス１０Ａ－１０Ｄの間隔をさらに短くすることができる。
　図６の流体システム５０Ｂは、立体的に配置された４つの流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈと、これら流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈに供給される液体および／またはこれら流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈから吐出される液体を送液するチューブ２０Ｊ－２０Ｐとを含む。チューブ２０Ｊ，２０Ｋは、図５の流体システム５０Ａのチューブ２０Ａ，２０Ｂに類似し、液体供給装置等からの液体を流体デバイス１０Ｅに供給する。チューブ２０Ｌ，２０Ｍ，２０Ｏは、図５の流体システム５０Ａのチューブ２０Ｃ，２０Ｅ，２０Ｇと類似し、それぞれ上流側の流体デバイス１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇの側面１３に位置する吐出口１５と、下流側の流体デバイス１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈの側面１３に位置する導入口１４とに接続される。すなわち、流体デバイス１０Ｅと１０Ｆ，流体デバイス１０Ｆと１０Ｇ、および、流体デバイス１０Ｇと１０Ｈは、それぞれチューブ２０Ｌ，２０Ｍ，２０Ｏを用いて、互いの側面に位置する開口部が接続される。チューブ２０Ｌ，２０Ｍ，２０Ｏは、それぞれ流体デバイス１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇで処理され、吐出された液体を、流体デバイス１０Ｆ，１０Ｇ，１０Ｈに送液する。チューブ２０Ｎは、図５のチューブ２０Ｄ，２０Ｆ，２０Ｈに類似し、チューブ２０Ｐは、図５のチューブ２０Ｉに類似するので、説明を省略する。
　流体システム５０Ｂにおいて、流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈは、例えば、上段及び下段を有する上下２段のラックに配置されてよい。すなわち、流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈは、水平方向のみでなく互いに対して上下方向の異なる位置に配置されてよい。上下方向は、流体デバイス１０の基板１１を水平に配置したとき、基板１１の延在する面に垂直な方向である。例えば、流体デバイス１０Ｅ，１０Ｇは上段のラックに配置され、流体デバイス１０Ｆ，１０Ｈは下段のラックに配置される。チューブ２０Ｌ，２０Ｏは、それぞれ、上段のラックに配置される流体デバイス１０Ｅ，１０Ｇの吐出口１５と、下段のラックに配置される流体デバイス１０Ｆ，１０Ｈの導入口１４との間を接続する。チューブ２０Ｍは、下段のラックに配置される流体デバイス１０Ｆの吐出口１５と、上段のラックに配置される流体デバイス１０Ｇの導入口１４との間を接続する。
　チューブ２０Ｌ，２０Ｍ，２０Ｏは、何れも、流体デバイス１０Ｅ－１０Ｈの側面１３に対して垂直に接続されている。そのため、チューブ２０Ｌ，２０Ｍ，２０Ｏの長さは、例えば、一端を上段の流体デバイスの上面に垂直に接続され、他端を下段の流体デバイスの上面に垂直に接続され、その間でチューブを引き回す場合に比べて、短くすることができる。本発明者らが行った試作によれば、流体デバイスの従来技術による接続方法を用いて流体デバイス１０を直列に接続した場合と比べ、本開示の接続構造により、流体デバイス１０を上下２段に配置した場合、必要な空間長を約１／３にできることが確認された。さらに、従来技術では、基板の基板面に対してコネクタを垂直に接続するため、必然的に基板の上部に大きな空間を必要とした。一方、本開示の流体システム５０Ｂでは、コネクタ４０は、流体デバイス１０の基板１１に沿う方向に接続されるので、上段の流体デバイス１０と下段の流体デバイスとの間隔を狭くして配置することができる。
　また、流体デバイス、特に、マイクロ流体デバイスで化学反応操作を行う場合、精密な温度制御が必要とされる。例えば、化学反応を短時間で促進するために、液体の温度を、１００°Ｃから１５０°Ｃ程度に加温する場合がある。しかし、流体デバイス１０を接続するチューブ２０が長い場合、チューブ２０内を送液される際に液体が外気温の影響を受けることがある。本開示の流体システム５０Ｂでは、チューブ２０の長さを従来技術よりも短くできるので、被処理液体の温度変化を少なくすることができる。
　なお、図５および図６では、直列接続される流体デバイス１０の数を４つとして説明したが、流体デバイス１０の数は４つに限られない。さらに多数の流体デバイス１０を直列に接続することができる。また、流体デバイス１０を立体的に配置する場合、流体デバイス１０の高さ方向の段数は２段に限られない。流体デバイス１０は、さらに多数の段数に配置することができる。また、流体システム５０は、直列接続された複数の流体デバイス１０の組を、さらに並列に複数配列するナンバリングアップにより、生成物の収量を増やすことが可能になる。このように、多数の流体デバイス１０を配列する場合でも、本開示の流体システム５０Ｂは、高さ方向にも流体デバイス１０を配置し、かつ、流体デバイス１０どうしの間隔を狭くすることができるので、比較的コンパクトに構成することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。上記実施形態のコネクタ、流体デバイス、流体デバイスの接続構造、及び流体システムの構成等は一例に過ぎない。本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　例えば、上記実施形態では、流体デバイスの導入口１４および吐出口１５は、矩形の流体デバイス１０の向かい合う２つの側面１３に配置されていた。しかし、導入口１４および吐出口１５の位置はこれに限定されない。例えば、導入口１４および吐出口１５は、矩形の流体デバイス１０の隣り合う２つの側面、３つの側面、または、４つの側面に配置されてよい。それぞれの場合、ホルダ３０はそれぞれの導入口１４および吐出口１５の位置に応じて、コネクタ４０が接続できるように構成されてよい。
　また、図５および図６の流体システム５０Ａ，５０Ｂでは、類似の構造を有する流体デバイス１０が複数直列に接続されていた。しかし、直列に接続される流体デバイス１０は、同一または類似の構造を有する必要はない。それぞれの流体デバイス１０は、それぞれ異なる構造を有してよい。
　本開示の流体デバイス１０は、流路の幅がμｍオーダーのマイクロ流体デバイスとして説明したが、本開示の流体デバイス１０の流路の寸法はこれに限られない。流体デバイス１０は、幅１ｍｍ以上の流路、または、幅１μｍ未満の流路を有するものであってもよい。
　上記実施形態では、流体デバイス１０が実行する操作は、液体の混合および反応等とした。しかし、流体デバイス１０が実行する操作はこれらに限られない。また、流体デバイス１０の流路を通る流体は、液体のみに限られず気体を含んでもよい。流体デバイス１０が実行する操作は、液相混合、液相反応、気液混合、気液反応、抽出、蒸留、濃縮、スラリー混合、固相抽出、粒子の分離・分液、晶析、および細胞培養等を含んでよい。
　１０，１０Ａ－１０Ｈ　　流体デバイス
　１１　　基板
　１２　　流路
　１３　　側面
　１４　　導入口（開口部）
　１５　　吐出口（開口部）
　２０，２０Ａ－２０Ｐ　　チューブ
　２１　　先端部
　２２　　流路
　３０　　ホルダ
　３１ａ，３１ｂ　　保持部材
　３２　　締結部材
　３３ａ，３３ｂ　　長尺ボルト
　３４ａ、３４ｂ　　ナット
　３５　　ネジ孔
　４０　　コネクタ
　４１　　フェラル
　４１ａ　　第１面
　４１ｂ　　第２面
　４１ｃ：　　貫通孔
　４２　　押付部材
　４２ａ　　ネジ部
　４２ｂ　　手動回転部
　４２ｃ　　凹部
　４２ｄ　　貫通孔
　４３　　Ｏリング（シール部材）
　５０　　流体システム
　１１０　　流体デバイス
　１１１　　流路
　１１２　　基板面
　１１３　　チューブ

Claims (8)

  1. 　内部に流路が形成された板状の流体デバイスの側面に設けられた前記流路の開口部に、流路接続用のチューブの先端部を接続するコネクタであって、
    　前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔に沿う第１の端部に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記貫通孔に沿う前記第１の端部の反対側の第２の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有するフェラルと、
    　前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの前記第２面に当接可能な凹部を有する押付部材と、
    　前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置され、前記チューブが挿通されるシール部材とを備え、
    　前記押付部材が前記フェラルを前記流体デバイスに向けて押し付けることにより前記開口部と前記先端部とが接続されるように構成されるコネクタ。
  2. 　前記押付部材は、前記流体デバイスを固定するホルダの前記開口部に対応する位置に配置されたネジ孔に螺合するように構成されたネジ部を有し、前記押付部材は、前記ネジ部が前記ネジ孔に螺合する方向に回転することにより前記流体デバイスの方向に前進し、前記フェラルを前記流体デバイスに向けて押し付けるように構成される、請求項１に記載のコネクタ。
  3. 　前記フェラルは、前記押付部材により前記流体デバイスに向って押し付けられることにより、前記シール部材を前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間で押圧した状態で、前記第２面に加えられる押圧力により変形して前記チューブを締め付けて固定するように構成される、請求項１に記載のコネクタ。
  4. 　前記フェラルは、前記チューブを固定したとき前記フェラルと前記チューブとの間で流体を封止するように構成される、請求項３に記載のコネクタ。
  5. 　前記シール部材はＯリングである、請求項１に記載のコネクタ。
  6. 　内部に流路が形成され側面に前記流路の開口部を有する板状の流体デバイスに対して、流路接続用のチューブの先端部を接続する接続構造であって、
    　前記流体デバイスを固定するとともに、前記開口部に対応する位置にネジ孔が配置されたホルダと、
    　前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記貫通孔に沿う第１の端部に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記貫通孔に沿う前記第１の端部の反対側の第２の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有するフェラルと、
    　前記ホルダの前記ネジ孔と螺合するネジ部を有し、前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの前記第２面に当接する凹部を有する押付部材と、
    　前記チューブに挿通され、前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置されるシール部材と
    を備える、接続構造。
  7. 　内部に流路が形成され、側面に前記流路の開口部を有する板状の流体デバイスに対して、流路接続用のチューブの先端部を接続する接続方法であって、
    　前記開口部に対応する位置にネジ孔が配置されたホルダにより前記流体デバイスを固定し、
    　前記チューブを、押付部材、フェラル、および、シール部材に挿通させ、
    　　前記押付部材は、前記ホルダの前記ネジ孔と螺合するネジ部を有し、前記チューブが挿通される貫通孔が形成される筒状の押付部材であって、前記フェラルの側に凹部を有し、
    　　前記フェラルは、前記チューブが挿通される貫通孔が形成されるとともに、前記シール部材の側に前記流体デバイスの前記側面と対向する第１面を有し、前記押付部材の側の端部に向かって外径が小さくなるテーパー状の第２面を有し、
    　　前記シール部材は、前記フェラルの前記第１面と前記流体デバイスの前記側面との間に配置され、
    　前記押付部材を前記ネジ部が前記ネジ孔に螺合する方向に回転させ、それにより、
    　前記押付部材が前記流体デバイスの方向に前進して、前記凹部が前記フェラルの前記第２面を前記流体デバイスに向けて押し付け、
    　前記フェラルの前記第１面が前記シール部材を前記流体デバイスの前記側面に向けて押圧した状態で、前記第２面に加えられる押圧力により前記フェラルが変形し、前記チューブを締め付けて固定する、接続方法。
  8. 　請求項１に記載のコネクタ及び前記チューブを用いて互いの側面に位置する前記開口部が接続される２つ以上の前記流体デバイスであって、前記流体デバイスの延在する面に垂直な方向の異なる位置に配置される流体デバイスを含む、流体システム。
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