JP6659252B2 - Microfluidic device and method for manufacturing the same - Google Patents
Microfluidic device and method for manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP6659252B2 JP6659252B2 JP2015125751A JP2015125751A JP6659252B2 JP 6659252 B2 JP6659252 B2 JP 6659252B2 JP 2015125751 A JP2015125751 A JP 2015125751A JP 2015125751 A JP2015125751 A JP 2015125751A JP 6659252 B2 JP6659252 B2 JP 6659252B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- floating member
- core
- sintering
- hollow
- mold
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 97
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 71
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 51
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 50
- 239000012778 molding material Substances 0.000 claims description 39
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 32
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 31
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 24
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 24
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 14
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 10
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 3
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 3
- 239000012503 blood component Substances 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229920013716 polyethylene resin Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Check Valves (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
本願発明は、微小流体素子及びその製造方法に関する。詳しくは、内部に遊動部材を備え、焼結金属粉体を含む焼結材料成形体を焼結して形成される微小流体素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a microfluidic device and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a microfluidic device having a floating member therein and formed by sintering a sintered material compact including a sintered metal powder, and a method for manufacturing the same.
たとえば、逆止弁は、流体を一方向へ流す一方、逆方向への流れを阻止するように構成されている。通常、逆止弁は、筒状本体内に、上記流体の流れによって変位あるいは揺動させられる弁体と、この弁体が密着させられる弁座を設けて構成されている。 For example, a check valve is configured to allow fluid to flow in one direction while blocking flow in the opposite direction. Normally, the check valve is provided with a valve body which is displaced or oscillated by the flow of the fluid and a valve seat to which the valve body is brought into close contact, in a cylindrical main body.
医療器具や化学分析機器等で使用される小型逆止弁として、ポリエチレン樹脂やフッソ樹脂から形成されたものが多く採用されている。ところが、上記樹脂製の逆止弁は、強度や耐熱性が低く、また、消毒や洗浄を行うのも困難であった。 2. Description of the Related Art As a small check valve used in a medical instrument, a chemical analysis instrument, and the like, a valve formed of a polyethylene resin or a fluorine resin is often used. However, the resin check valve has low strength and heat resistance, and is difficult to disinfect and clean.
上記問題を解決するため、特許文献1に記載されているような金属製の逆止弁が提案されている。
In order to solve the above problem, a metal check valve as described in
上記特許文献1には、医療器具や化学分析機器等に用いられる小型の逆止弁が記載されている。上記逆止弁は、流路中に設けられた弁座と、上記弁座の一側に当接させられて上記流路を封止するとともに、上記弁座から離間させることにより流体の流動を許容する弁体とを備えて構成される。
上記弁座は、板状部材から形成されるとともに、この板状部材に貫通孔を形成することにより、上記流路が形成されている。上記弁体は、非常に薄い金属製薄板で形成されており、上記貫通孔の近傍に固定される固定部分と、この固定部分から延びる腕部分と上記腕部分の先端に設けられる開閉部分とを備えて構成されている。 The valve seat is formed of a plate-shaped member, and the flow passage is formed by forming a through hole in the plate-shaped member. The valve body is formed of a very thin metal plate, and includes a fixed portion fixed near the through hole, an arm portion extending from the fixed portion, and an opening / closing portion provided at a tip of the arm portion. It is provided with.
上記固定部分と上記腕部分と上記開閉部分は、ステンレス製の薄板にエッチング加工を施すことにより、それぞれ厚みを異ならせて形成されおり、流体圧力によって上記開閉部分が弾性的に変位するように構成されている。 The fixed portion, the arm portion, and the opening / closing portion are formed to have different thicknesses by etching a thin stainless steel plate, and are configured to elastically displace the opening / closing portion by a fluid pressure. Have been.
上記特許文献1に記載された発明では、上記弁座と上記弁体とを別途加工し、その後これら部材を精度高く組み付ける必要がある。特に微小な逆止弁の場合、上記弁座と上記弁体の取付位置が少しでもずれると、逆止弁としての機能を果たせなくなる恐れがあり、上記組み付け作業が面倒である。
In the invention described in
また、上記弁座を形成するために板状部材に貫通孔を精度高く形成しなければならない。さらに、上記弁体における上記固定部分と上記腕部分と上記開閉部分の厚みを異ならせるためにエッチングが行われる。しかしながら、エッチング作業によって、板材の厚みの精度を確保するのは困難である。また、エッチング作業の工程及び作業も面倒である。 Further, in order to form the valve seat, a through hole must be formed in the plate member with high accuracy. Further, etching is performed to make the thickness of the fixed portion, the arm portion, and the opening / closing portion of the valve body different. However, it is difficult to ensure the accuracy of the thickness of the plate material by the etching operation. Also, the steps and operations of the etching operation are troublesome.
さらに、上記貫通孔の周囲と上記固定部分とは隙間なく密着させる必要がある。このため、上記固定部分及び上記弁座の表面精度も要求される。 Further, it is necessary that the periphery of the through hole and the fixed portion be in close contact with each other without a gap. For this reason, surface accuracy of the fixed part and the valve seat is also required.
本願発明は、上記従来の問題を解決し、精度及び耐久性の高い微小流体素子を、少ない工程で、かつ安価に提供することを課題とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a microfluidic device having high accuracy and durability with a small number of steps and at low cost.
本願発明は、流体入口と流体出口とを備える中空本体と、上記中空本体内に遊動可能に保持される遊動部材とを備える微小流体素子であって、上記中空本体は、焼結金属粉体とバインダ成分とを含むとともに、焼結時における所定の収縮率を備える焼結材料成形体を焼結して一体形成される一方、上記遊動部材は上記金属粉体と焼結しない材料から形成されており、上記遊動部材は、上記焼結前に上記焼結材料成形体内に挿入された後、上記焼結を行うことにより、上記収縮率で収縮した上記中空本体内に、遊動可能かつ離脱不可能に保持されているとともに、上記中空本体内に、上記遊動部材が当接させられて流体の流動を規制する規制部を設け、上記規制部は、上記焼結時に上記遊動部材の形態を転写して形成されている。 The present invention is a microfluidic device including a hollow main body having a fluid inlet and a fluid outlet, and a floating member movably held in the hollow main body, wherein the hollow main body includes a sintered metal powder and While containing a binder component, a sintered material compact having a predetermined shrinkage ratio during sintering is sintered and integrally formed, while the floating member is formed of a material that does not sinter with the metal powder. The floating member is inserted into the molded body of the sintered material before the sintering, and then, by performing the sintering, the floating member is movable and non-separable in the hollow body contracted at the contraction rate. Along with being held in the hollow main body, a regulating portion for regulating the flow of the fluid by contacting the floating member is provided, and the regulating portion transfers the form of the floating member during the sintering. It is formed.
本願発明に係る微小流体素子は、焼結金属から形成される。このため、高い温度や強度が要求される微小流体素子や、耐腐食性を要求される微小流体素子を形成することができる。また、高い耐圧性の要求される微小流体素子を形成することもできる。さらに、種々の金属から、流体の種類等に応じた微小流体素子を製造することができる。 The microfluidic device according to the present invention is formed from a sintered metal. Therefore, a microfluidic device requiring high temperature and strength, and a microfluidic device requiring corrosion resistance can be formed. Further, a microfluidic device requiring high pressure resistance can be formed. Furthermore, a microfluidic device can be manufactured from various metals in accordance with the type of fluid and the like.
上記中空本体を構成する上記焼結材料成形体は焼結により収縮するが、上記遊動部材は収縮しない。本願発明では、焼結時における上記焼結材料成形体の収縮を利用して、収縮が生じない上記遊動部材を上記中空本体内に遊動可能かつ離脱不可能に組み付けている。 The sintered material compact constituting the hollow body shrinks by sintering, but the floating member does not shrink. In the present invention, the floating member that does not shrink is assembled in the hollow body so as to be movable and non-separable by utilizing the shrinkage of the sintered material molded body during sintering.
本願発明に係る上記微小流体素子は、全体的な寸法が小さいだけでなく、上記中空本体が焼結金属粉体を焼結して形成されるとともに、上記中空本体内で揺動させられる上記遊動部材を含んで構成される。また、上記中空本体は、上記遊動部材とともに焼結されて、上記中空本体内に閉じ込められる。このため、収縮率を精度高く管理しなければ、上記遊動部材を上記中空本体内に遊動可能かつ離脱不可能に保持させることができない。 In the microfluidic device according to the present invention, not only the overall size is small, but also the hollow body is formed by sintering a sintered metal powder, and the floating body is swung in the hollow body. It is configured to include members. Further, the hollow body is sintered together with the floating member and is confined in the hollow body. For this reason, unless the shrinkage rate is controlled with high accuracy, the floating member cannot be freely movably held in the hollow main body and cannot be detached.
すなわち、上記遊動部材を中空本体内に遊動可能かつ離脱不可能に保持させるには、焼結前の上記中空本体内に上記遊動部材を挿入できる開口部を設ける一方、焼結後に上記開口部を、上記遊動部材が離脱しない大きさまで収縮させる必要がある。 That is, in order to hold the floating member in the hollow main body so as to be movable and non-removable, while providing an opening through which the floating member can be inserted in the hollow body before sintering, the opening after sintering is provided. It is necessary to contract the floating member to such a size that the floating member does not come off.
上記遊動部材が遊動可能かつ離脱不可能となるように、上記焼結材料成形体の焼結による収縮率を、10%〜25%に設定するのが好ましい。収縮率が10%未満の場合、上記開口部の大きさと上記遊動部材の大きさの差が小さくなり、遊動部材を上記中空本体内に挿入しにくくなる。また、上記収縮率が10%以下の成形材料の流動性は低く、所定の精度の成形体を成形するのが困難である。一方、収縮率が25%を越えると、中空本体に不要な変形が生じて形状精度が低下する。 It is preferable to set the shrinkage ratio of the sintered sintered compact by sintering to 10% to 25% so that the floating member can float and cannot be separated. When the shrinkage is less than 10%, the difference between the size of the opening and the size of the floating member becomes small, and it becomes difficult to insert the floating member into the hollow main body. In addition, the fluidity of the molding material having the shrinkage of 10% or less is low, and it is difficult to mold a molded body with a predetermined accuracy. On the other hand, when the shrinkage ratio exceeds 25%, unnecessary deformation occurs in the hollow main body, and the shape accuracy is reduced.
筒状の形態を有する中空本体を採用する場合、上記中空本体の外径が1〜5mm、壁部の厚みが0.05〜0.5mmで形成することができる。上記中空本体の外形が1mm未満の場合、精度の高い筒状体を成形することが困難である。また、上記中空本体の外形が5mmを越えると、流体素子自体の大きさが大きくなる。また、0.05mm未満の壁部を精度高く成形するのは困難である。また、壁部の厚みが0.5mmを越えると、流体素子の大きさが大きくなる。好ましくは、上記中空本体の外径が2〜5mm、壁部の厚みが0.1〜0.4mmに設定するのが良い。上記外形寸法は、試験機器や医療機器において多用されている樹脂チューブ等の直径に対応しており、これまで樹脂等で形成されるものが多かった。本願発明に係る微量流体素子は、金属で形成できるため強度や耐熱性が高く、これまで使用不可能であった流体や装置に適用することが可能となる。また、筒状の形態を備えるため、配管ラインに容易に設置することができる。 When a hollow main body having a cylindrical shape is employed, the hollow main body can be formed with an outer diameter of 1 to 5 mm and a wall thickness of 0.05 to 0.5 mm. When the outer shape of the hollow main body is less than 1 mm, it is difficult to form a highly accurate cylindrical body. When the outer diameter of the hollow body exceeds 5 mm, the size of the fluid element itself increases. Further, it is difficult to accurately form a wall having a thickness of less than 0.05 mm. When the thickness of the wall exceeds 0.5 mm, the size of the fluid element increases. Preferably, the outer diameter of the hollow body is set to 2 to 5 mm, and the thickness of the wall is set to 0.1 to 0.4 mm. The external dimensions correspond to the diameter of a resin tube or the like that is frequently used in test equipment or medical equipment, and many of them have been made of resin or the like until now. Since the microfluidic device according to the present invention can be formed of metal, it has high strength and heat resistance, and can be applied to fluids and devices that have been unusable up to now. Moreover, since it has a cylindrical form, it can be easily installed on a piping line.
上記焼結金属の種類は特に限定されることはない。たとえば、ステンレス鋼の粉体を用いて、耐熱性や耐腐食性の高い微小流体素子を形成できる。また、焼結材料を構成する焼結金属粉体の粒度も特に限定されることはなく、採用する成形法や成形体の寸法に応じて焼結材料成形体を成形できる粒度の焼結金属粉体を採用できる。微小な成形体を形成する場合、上記焼結金属粉体は、小さい粒度のものを採用するのが好ましい。たとえば、直径が1〜3mm程度の筒状体を成形する場合、平均粒度D50が、1〜3μmのものを採用するのが好ましい。 The type of the sintered metal is not particularly limited. For example, a microfluidic device having high heat resistance and high corrosion resistance can be formed using stainless steel powder. In addition, the particle size of the sintered metal powder constituting the sintered material is not particularly limited, and the sintered metal powder having a particle size capable of forming the sintered material compact according to the molding method to be adopted and the dimensions of the compact. Can adopt body. In the case of forming a fine compact, it is preferable that the sintered metal powder has a small particle size. For example, when a cylindrical body having a diameter of about 1 to 3 mm is formed, it is preferable to use a cylindrical body having an average particle size D50 of 1 to 3 μm.
上記バインダ成分は特に限定されることはない。成形型に充填して焼結材料成形体を形成できるとともに、脱脂工程において消失させることができれば、種々の樹脂材料から形成することができる。また、熱によって消失させるバインダに限定さることはなく、水やアルコール等の溶媒によって上記焼結材料成形体から消失させることができるものを採用できる。たとえば、射出成形によって焼結材料成形体を成形する場合、上記バインダによって成形時の流動性を付与できるとともに、成形後の保形性を確保できるものを採用するのが好ましい。 The binder component is not particularly limited. It can be formed from various resin materials as long as it can be filled in a mold to form a sintered material molded body and can be eliminated in the degreasing step. Further, the binder that can be eliminated by heat is not limited, and a binder that can be eliminated from the sintered material molded body by a solvent such as water or alcohol can be adopted. For example, when a sintered material molded body is molded by injection molding, it is preferable to employ a material that can impart fluidity at the time of molding by the binder and can secure shape retention after molding.
本願発明に係る微小流体素子を構成する中空本体は、焼結金属粉体を型成形するものであるため、切削加工等の後加工を要しない。このため、製造工程を削減できるとともに製造コストを低減させることができる。また、複雑な形態や流路を有する微小流体素子を容易に形成することができる。 Since the hollow main body constituting the microfluidic device according to the present invention is formed by molding a sintered metal powder, no post-processing such as cutting is required. Therefore, the number of manufacturing steps can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Further, a microfluidic device having a complicated form and a flow path can be easily formed.
本願発明に係る上記遊動部材は、上記焼結金属粉体を焼結させる際の収縮を利用して、中空本体内に、遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込められる。すなわち、上記焼結金属の粉体から形成された焼結材料成形体内に上記遊動部材を収容した状態で焼結工程が行われる。このため、上記遊動部材は、焼結工程において、上記焼結金属粉体と焼結しない材料から形成される。たとえば、上記金属粉体としてステンレス粉末を採用した場合、上記ステンレス粉体と焼結しないセラミック材料から上記遊動部材を形成することができる。また、低い温度で焼結する第1の金属焼結粉体から上記中空本体を形成する一方、上記遊動部材を、上記第1の金属粉体の焼結温度では溶融等せず、また、上記第1の金属粉体と焼結しない第2の金属材料から形成することもできる。 The floating member according to the present invention is movably and non-separably confined in the hollow main body by utilizing shrinkage when sintering the sintered metal powder. That is, the sintering step is performed in a state where the floating member is accommodated in a sintered material molded body formed from the sintered metal powder. For this reason, the floating member is formed of a material that does not sinter with the sintered metal powder in the sintering step. For example, when stainless powder is used as the metal powder, the floating member can be formed from a ceramic material that does not sinter with the stainless powder. Further, while forming the hollow body from the first metal sintered powder that is sintered at a low temperature, the floating member does not melt at the sintering temperature of the first metal powder, and It can also be formed from a second metal material that does not sinter with the first metal powder.
上記遊動部材の形態も特に限定されることはない。たとえば、球状や円錐状の遊動部材を採用することができる。また、種々の機能を発揮できる形態の遊動部材を採用できる。 The form of the floating member is not particularly limited. For example, a spherical or conical floating member can be employed. In addition, floating members having various functions can be used.
上記中空本体内で流動する流体を精度高く制御するには、上記遊動部材と上記中空本体内面とが接触させられて流体の流動を規制する規制部(たとえば接触面)の精度を高める必要がある。たとえば、逆止弁では、弁体と弁座とが精度高く密着できるように構成するのが好ましい。従来は上記遊動部材と上記中空本体の接触面は、別途加工されていた。このため、上記接触面において隙間等が生じやすく、流体の制御精度の低下を招くことが多かった。 In order to control the fluid flowing in the hollow main body with high accuracy, it is necessary to increase the accuracy of a regulating portion (for example, a contact surface) that regulates the flow of the fluid by bringing the floating member into contact with the inner surface of the hollow main body. . For example, it is preferable that the check valve is configured so that the valve body and the valve seat can be in close contact with high accuracy. Conventionally, the contact surface between the floating member and the hollow body has been separately processed. For this reason, a gap or the like is likely to be formed on the contact surface, and the control accuracy of the fluid often decreases.
本願発明では、上記中空本体内に設けられ、上記遊動部材が当接させられて流体の流動を規制する規制部を、上記焼結時に、上記遊動部材の形態の一部を転写して形成することができる。上記遊動部材の形態を転写するため、上記遊動部材を上記中空本体の所定部位に押し付けながら焼結させるのが好ましい。上記遊動部材を中空本体の所定部位に押し付ける手法として、重力を利用することができる。たとえば、遊動部材の自重を利用し、さらに、上記遊動部材に所要の重しを付加し、上記規制部形成部位に所要の力で押し付けて焼結工程を行うことができる。一方、上記中空本体は焼結工程において収縮するため、所定部位に位置決めする程度の力で押し付けるだけで、遊動部材の接触部の形態が中空本体の所定部位に転写される。 In the present invention, the regulating portion provided in the hollow main body and configured to regulate the flow of the fluid when the floating member is brought into contact is formed by transferring a part of the form of the floating member during the sintering. be able to. In order to transfer the form of the floating member, it is preferable to perform sintering while pressing the floating member against a predetermined portion of the hollow body. As a method of pressing the floating member against a predetermined portion of the hollow main body, gravity can be used. For example, the sintering process can be performed by utilizing the own weight of the floating member, further applying a required weight to the floating member, and pressing the floating member against the regulation portion forming portion with a required force. On the other hand, since the hollow body shrinks in the sintering step, the form of the contact portion of the floating member is transferred to the predetermined part of the hollow body only by pressing with a force enough to position the hollow body.
本願発明では、上記遊動部材の形態を転写して規制部を形成することができるため、非常に精度の高い規制部(たとえば、弁体と弁座の接触面)を形成することが可能となる。しかも、遊動部材の形状精度が低い場合であっても、転写により接触面が形成されるため、接触精度を高めることが可能となる。このため、制御の精度が高い微小流体素子を、精密な加工を要することなく容易に形成することが可能となる。 In the present invention, since the regulation portion can be formed by transferring the form of the floating member, it is possible to form a regulation portion with extremely high accuracy (for example, a contact surface between the valve element and the valve seat). . Moreover, even when the precision of the shape of the floating member is low, the contact surface is formed by the transfer, so that the precision of the contact can be increased. For this reason, it is possible to easily form a microfluidic device having high control accuracy without requiring precise processing.
本願発明は、種々の微小流体素子に適用することができる。たとえば、逆止弁として機能する微小流体素子に本願発明を適用できる。また、中空本体に2以上の流体入口を設けるとともに、上記流体の流動によって上記遊動部材を上記中空本体内で揺動させるように構成することにより、2以上の流体を攪拌する微小流体素子を構成することができる。また、2の流体出口を設け、上記流体出口及び上記流体入口とは別途に制御流体の入口及び出口を設け、上記制御流体によって上記遊動部材を上記2の流体出口に選択的に位置決めするように構成した切り換えバルブ機能を有する微小流体素子を形成することもできる。 The present invention can be applied to various microfluidic devices. For example, the present invention can be applied to a microfluidic device that functions as a check valve. In addition, a microfluidic element that stirs two or more fluids is provided by providing two or more fluid inlets in the hollow main body and oscillating the floating member in the hollow main body by the flow of the fluid. can do. In addition, two fluid outlets are provided, and an inlet and an outlet for a control fluid are provided separately from the fluid outlet and the fluid inlet, so that the idler member is selectively positioned at the second fluid outlet by the control fluid. It is also possible to form a microfluidic device having the configured switching valve function.
本願発明に係る微小流体素子は、上記中空本体の中空部に対応した形態を備えるとともに樹脂材料から形成された中子を形成する中子形成工程と、上記中空本体の外側形態に対応する中空型部を設けた金型内に、上記中子を設置する中子設置工程と、上記中空型部の内側面と上記中子の外側面で構成される成形空間内に、上記焼結金属粉体とバインダとを含む成形材料を充填して焼結材料成形体を形成する成形工程と、上記焼結材料成形体と上記中子とを上記金型内から一体的に取り出す成形体取り出し工程と、上記中子及び上記バインダを消失させる上記中子消失工程と、上記焼結金属粉体とは焼結しない材料で上記遊動部材を形成する遊動部材形成工程と、上記中子が消失した上記焼結材料成形体の内部に上記遊動部材を挿入する遊動部材挿入工程と、上記遊動部材を挿入した上記焼結材料成形体を焼結するとともに、上記焼結材料成形体の収縮を利用して、上記遊動部材を上記中空本体の内部に遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込める焼結工程とを含んで製造することができる。 The microfluidic device according to the present invention has a core forming step of forming a core formed of a resin material while having a form corresponding to the hollow portion of the hollow body, and a hollow mold corresponding to the outer form of the hollow body. A core installation step of installing the core in a mold provided with a portion, and the sintered metal powder in a molding space formed by an inner surface of the hollow mold portion and an outer surface of the core. A molding step of forming a sintered material molded body by filling a molding material containing a and a binder, and a molded body taking out step of integrally taking out the sintered material molded body and the core from the mold, The core disappearing step of eliminating the core and the binder, the floating member forming step of forming the floating member with a material that does not sinter with the sintered metal powder, and the sintering in which the core has disappeared Floating part for inserting the floating member into the inside of the molded material An insertion step, sintering the sintered material molded body into which the floating member is inserted, and utilizing the shrinkage of the sintered material molded body, the floating member can float in the hollow main body and is not detachable. And a sintering step for confining as much as possible.
上記中子成形工程は、種々の手法を用いて行うことができる。たとえば、脱脂工程において消失する樹脂材料を射出成形して上記中子を形成することができる。また、樹脂材料を切削加工等によって形成することもできる。 The core forming step can be performed using various techniques. For example, the core can be formed by injection molding a resin material that disappears in the degreasing step. Further, a resin material can be formed by cutting or the like.
上記成形工程は、上記中子を設置した金型内に、焼結金属粉体とバインダ成分とを含む成形材料を充填して行われる。本願発明に係る中空本体は、寸法が非常に小さいため、射出成形法を利用して行うのが好ましい。 The molding step is performed by filling a molding material containing a sintered metal powder and a binder component into a mold provided with the core. Since the hollow body according to the present invention has a very small size, it is preferable to use an injection molding method.
本願発明に係る微小流体素子は、金型の大きさに比べて成形材料の充填空間が小さい。しかも、上記成形材料は、金属粉体を含むため、熱伝導性が高い。このため、金属粉体を用いた射出成形法を利用して製造する場合、上記金型内に成形材料を充填すると上記成形材料の温度が急激に低下し、金型内の隅々に成形材料を充填するのが困難となる。上記中子を樹脂材料から形成することにより、上記成形材料の温度低下を緩和し、射出成形等における成形性を高めることができる。 In the microfluidic device according to the present invention, the filling space of the molding material is smaller than the size of the mold. In addition, since the molding material contains metal powder, it has high thermal conductivity. For this reason, when manufacturing using the injection molding method using a metal powder, when the molding material is filled in the mold, the temperature of the molding material is rapidly lowered, and the molding material is in every corner of the mold. Is difficult to fill. By forming the core from a resin material, a decrease in the temperature of the molding material can be reduced, and the moldability in injection molding or the like can be improved.
上記中子設置工程は、別工程において製造した中子を、上記金型内に設置して行うことができる。また、中子成形工程と、中空本体を成形する上記成形工程とを2色成形法等を利用して連続して行うこともできる。 The core installation step can be performed by installing the core manufactured in another step in the mold. Further, the core forming step and the above-described forming step of forming the hollow main body can be continuously performed using a two-color forming method or the like.
上記成形体取り出し工程は、上記焼結材料成形体と上記中子とを上記金型内から一体的に取り出すことにより行われる。本願発明に係る焼結材料成形体は、非常に寸法が小さいが、上記中子と一体的に取り出すことにより、金型から離間させる際に、焼結材料成形体が傷つくのを防止することができる。また、次の脱脂工程にいたるまでのハンドリングも容易になる。さらに、上記中子に、ハンドリング用の突起等を設けておくことにより、取り扱いがさらに容易になる。 The step of removing the molded body is performed by integrally removing the sintered material molded body and the core from the mold. Although the sintered material molded body according to the present invention has a very small size, it is possible to prevent the sintered material molded body from being damaged when being separated from the mold by being taken out integrally with the core. it can. Further, handling up to the next degreasing step is also facilitated. Further, handling is further facilitated by providing a projection or the like for handling on the core.
上記中子消失工程は、種々の手法を用いて行うことができる。たとえば、加熱により中子やバインダを構成する樹脂を蒸発させて、上記中子及び上記バインダを消失させることができる。また、種々の溶媒を用いて、上記中子及び上記バインダを溶出させて消失させることもできる。 The core elimination step can be performed using various techniques. For example, the core and the binder can be eliminated by evaporating the resin constituting the core and the binder by heating. In addition, the core and the binder can be eluted and eliminated using various solvents.
なお、上記中子消失工程において、上記バインダ成分を完全に消失させる必要はない。上記バインダ成分の一部を残留させることにより、焼結工程までのハンドリング及び焼結工程における保形性を高めることもできる。 In the core elimination step, it is not necessary to completely eliminate the binder component. By leaving a part of the binder component, handling up to the sintering step and shape retention in the sintering step can be enhanced.
上記遊動部材形成工程においては、上記焼結金属粉体とは焼結しない材料で上記遊動部材が形成される。たとえば、上記中空本体より焼結温度が高いセラミック粉体を型成形し焼結させることにより、上記遊動部材を形成できる。本願発明では、上記遊動部材の形態は特に限定されることはなく、型成形や切削加工することにより種々の形態の遊動部材を採用できる。 In the floating member forming step, the floating member is formed of a material that does not sinter with the sintered metal powder. For example, the floating member can be formed by molding and sintering a ceramic powder having a sintering temperature higher than that of the hollow body. In the present invention, the form of the floating member is not particularly limited, and various forms of the floating member can be adopted by molding or cutting.
本願発明では、上記遊動部材が上記中空本体内に遊動可能かつ離脱不可能に保持される。このため、上記焼結材料成形体における流体入口側又は流体出口側の少なくとも一方の内径が、上記遊動部材の最大外形より大きくなるように中子の外径寸法が設定される。これにより、上記遊動部材挿入工程において、上記中子を消失させた焼結材料成形体内に、上記遊動部材を容易に挿入することが可能となる。 In the present invention, the floating member is held in the hollow main body so as to be movable and non-separable. Therefore, the outer diameter of the core is set so that the inner diameter of at least one of the fluid inlet side and the fluid outlet side in the sintered material molded body is larger than the maximum outer shape of the floating member. Thus, in the floating member inserting step, the floating member can be easily inserted into the sintered material molded body from which the core has been eliminated.
上記焼結工程は、上記焼結材料成形体を所定温度に加熱して金属粉体を焼結することにより行われる。焼結温度は、採用した焼結金属粉体に応じて設定される。本願発明では、上記焼結金属粉体を焼結するだけではなく、上記焼結材料成形体の収縮を利用して、上記遊動部材を上記中空本体の内部に遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込める。このため、上記中空本体における上記遊動体保持空間の両側の内径が、上記遊動部材の最大外径より小さくなるように、上記焼結工程が行われる。 The sintering step is performed by heating the sintered material compact to a predetermined temperature to sinter the metal powder. The sintering temperature is set according to the employed sintered metal powder. In the present invention, not only is the sintered metal powder sintered, but also the shrinkage of the sintered material compact is used to lock the floating member in the hollow body so as to be movable and non-separable. For this reason, the sintering step is performed so that the inner diameter of the hollow body on both sides of the floating body holding space is smaller than the maximum outer diameter of the floating member.
上記遊動部材を遊動可能かつ離脱不可能となるように上記形成体を収縮させるためには、上記焼結体の焼結による収縮率を、10〜25%に設定するのが好ましい。収縮率が10%未満の場合、上記開口部の大きさと上記遊動部材の大きさの差が小さくなり、遊動部材を上記中空本体内に挿入しにくくなる。一方、収縮率が25%を越えると、中空本体に不要な変形が生じて形状精度が低下する。また、上記中空本体内における遊動部材の遊動性が低下する。 In order to shrink the formed body so that the floating member can move freely and cannot be detached, the shrinkage ratio of the sintered body due to sintering is preferably set to 10 to 25%. When the shrinkage is less than 10%, the difference between the size of the opening and the size of the floating member becomes small, and it becomes difficult to insert the floating member into the hollow main body. On the other hand, when the shrinkage ratio exceeds 25%, unnecessary deformation occurs in the hollow main body, and the shape accuracy is reduced. In addition, the floating property of the floating member in the hollow main body is reduced.
上記収縮率となるように、上記金属粉体の種類や粒度、上記バインダ成分や上記金属粉体の配合割合等が設定される。 The kind and particle size of the metal powder, the blending ratio of the binder component and the metal powder, and the like are set so that the shrinkage ratio is obtained.
上述の製造方法においては、上記遊動部材を、中子を消失させてから焼結材料成形体の内部に挿入したが、上記中子の成形時に、中子内部に保持させておくこともできる。 In the above-described manufacturing method, the floating member is inserted into the sintered material molded body after the core has disappeared. However, the floating member may be held inside the core when the core is formed.
すなわち、上記遊動部材を準備する工程と、上記中空本体の中空部に対応した形態を備えるとともに、内部に上記遊動部材を保持させた中子を、樹脂材料から形成する中子形成工程と、上記中空本体の外側形態に対応する中空型部を設けた金型内に、上記中子を設置する中子設置工程と、上記中空型部の内側面と上記中子の外側面で構成される成形空間内に、上記焼結金属粉体とバインダとを含む成形材料を充填して焼結材料成形体を形成する成形工程と、上記焼結材料成形体と上記中子とを上記金型内から一体的に取り出す成形体取り出し工程と、上記中子及び上記バインダを消失させる中子消失工程と、上記焼結材料成形体を焼結するとともに、上記遊動部材を上記中空本体の内部に遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込める焼結工程とを含んで製造することができる。 That is, the step of preparing the floating member, the core having the form corresponding to the hollow portion of the hollow main body, the core holding the floating member inside, the core forming step of forming from a resin material, A core installation step of installing the core in a mold provided with a hollow mold part corresponding to the outer form of the hollow body, and a molding comprising the inner surface of the hollow mold part and the outer surface of the core. In a space, a molding step of filling a molding material containing the sintered metal powder and the binder to form a sintered material molded body, and forming the sintered material molded body and the core from inside the mold Integrally removing the molded body, removing the core and the binder, and sintering the sintered material molded body, and allowing the floating member to float inside the hollow body; Including a sintering process that locks up In can be produced.
上記手法を採用すると遊動部材挿入工程を省くことが可能となり、製造工程を簡略化できる。また、中子の消失後に遊動部材を中空本体内に挿入する必要がないため、焼結材料成形体の収縮率の範囲の自由度が大きくなる。 When the above method is adopted, the step of inserting the floating member can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. Further, since it is not necessary to insert the floating member into the hollow main body after the core has disappeared, the degree of freedom of the range of the shrinkage ratio of the sintered material molded article is increased.
上述したように、本願発明に係る微小流体素子は寸法が非常に小さいため、射出成形法を用いて成形材料を金型内に充填する際に、上記成形材料の温度が急激に低下し、流動性が低下して成形性が確保できない恐れがある。 As described above, since the microfluidic device according to the present invention has a very small size, when the molding material is filled into a mold by using an injection molding method, the temperature of the molding material rapidly decreases, and There is a possibility that the moldability may be deteriorated and the moldability may not be secured.
上記問題を緩和するため、上述した製造方法において、上記中子消失工程及び/又は焼結工程において消失する材料を用いて、上記金型内に上記中空型部の一部又は全部に対応する犠牲型部を形成する犠牲型部形成工程を含ませることができる。すなわち、中空本体の内部空間を成形する中子と外側を成形する犠牲型部を、共に樹脂で構成する。これにより、成形型内の保温性が高まり、成形空間内に充填された成形材料の温度低下を防ぎ、成形性を高めることができる。 In order to alleviate the above-mentioned problem, in the above-described manufacturing method, a material corresponding to a part or the whole of the hollow mold portion is provided in the mold by using a material that disappears in the core disappearing step and / or the sintering step. A sacrificial mold part forming step of forming a mold part can be included. That is, the core for molding the inner space of the hollow body and the sacrificial mold for molding the outside are both made of resin. As a result, the heat retention in the molding die is enhanced, the temperature of the molding material filled in the molding space is prevented from lowering, and the moldability can be improved.
さらに、上記成形体取り出し工程において、上記焼結材料成形体と、上記中子と、上記犠牲型部とを一体的に取り出すことが可能となる。上記焼結材料成形体は、外側が上記犠牲型部に囲まれた状態で、金型から離型される。このため、離型の際の損傷が生じるのを防止できるばかりでなく、脱脂工程までのハンドリングも容易になる。 Further, in the molded body removing step, the sintered material molded body, the core, and the sacrificial mold portion can be integrally removed. The sintered material compact is released from the mold while the outside is surrounded by the sacrificial mold. For this reason, it is possible to not only prevent the occurrence of damage at the time of release, but also to facilitate handling up to the degreasing step.
上記犠牲型部を採用する場合、成形空間内に樹脂を注入する部分及びその近傍は、金型から構成するのが好ましい。すなわち、本願発明に係る成形体は寸法が小さいため、金型内に精度高く成形材料を注入するには、金型部分から成形空間に直接成形材料を注入するのが好ましい。 When the above-mentioned sacrificial mold portion is adopted, it is preferable that the portion where the resin is injected into the molding space and the vicinity thereof are formed of a mold. That is, since the molded product according to the present invention has a small size, it is preferable to inject the molding material directly from the mold portion into the molding space in order to accurately inject the molding material into the mold.
本願発明では、上記中空本体の内部に上記遊動部材が保持され、上記中空本体内面との相互作用によって流体が制御される。このため、上記遊動部材が当接あるいは接触する部分(規制部)の形状精度が要求される。ところが、上記中空本体の寸法が非常に小さいため、焼結した後に後加工で接触面を加工するのは困難である。 In the present invention, the floating member is held inside the hollow main body, and the fluid is controlled by the interaction with the inner surface of the hollow main body. For this reason, the shape accuracy of the part (regulation part) which the floating member contacts or contacts is required. However, since the dimensions of the hollow body are very small, it is difficult to machine the contact surface by post-processing after sintering.
本願発明では、上記焼結工程において、上記遊動部材の外面形態の少なくとも一部を、焼結過程にある上記焼結材料成形体の上記中空部の内面に転写する。これにより、上記中空本体と上記遊動部材の接触面を精度高く接触させて、流動する流体を確実に制御することができる。 In the present invention, in the sintering step, at least a part of the outer surface configuration of the floating member is transferred to the inner surface of the hollow portion of the sintered material molded body in the sintering process. Thereby, the contact surface between the hollow main body and the floating member can be brought into contact with high accuracy, and the flowing fluid can be reliably controlled.
上記転写を行う手法として、上記遊動部材に作用する重力を利用することができる。たとえば、上記遊動部材の下方に中空本体の接触面が位置するように配置し、上記遊動部材を上記接触面に接触させた状態で焼結工程を行う。上記中空部材は、焼結工程において収縮するため、上記遊動部材を上記中空部材の所定位置に位置決めして焼結工程を行うことにより、上記遊動部材の接触面が転写されながら収縮が進行する。これにより、上記中空部材に上記遊動部材の接触面を転写することができる。 As a method for performing the transfer, gravity acting on the floating member can be used. For example, the sintering step is performed in a state where the contact surface of the hollow body is located below the floating member and the floating member is in contact with the contact surface. Since the hollow member shrinks in the sintering step, the sintering step is performed by positioning the floating member at a predetermined position of the hollow member, whereby the contraction proceeds while the contact surface of the floating member is transferred. Thereby, the contact surface of the floating member can be transferred to the hollow member.
上記手法を採用することにより、上記中空部材の内部に、上記遊動部材と精度高く接触できる規制部(接触面)を形成することができる。また、上記遊動部材の形状精度が低い場合でも、上記接触面の接触精度を確保することができる。特に、血液等の液体を制御する場合、上記弁体と上記弁座の間の接触面が大きいと、血液成分が破壊される恐れがある。本願発明では、上記遊動部材の一部形態を上記中空本体内に形成した角部に転写することにより、精度の高い接触面を非常に小さく形成できる。このため、血液成分等が破壊されにくい流体素子を提供できる。 By adopting the above method, it is possible to form a regulating portion (contact surface) that can accurately contact the floating member inside the hollow member. Moreover, even when the accuracy of the shape of the floating member is low, the contact accuracy of the contact surface can be ensured. In particular, when controlling a liquid such as blood, if the contact surface between the valve body and the valve seat is large, blood components may be destroyed. In the present invention, the contact surface with high precision can be formed very small by transferring a part of the form of the floating member to the corner formed in the hollow body. For this reason, a fluid element in which blood components and the like are not easily destroyed can be provided.
なお、上記焼結工程において、上記遊動部材の自重による力に加えて、他の力を作用させて遊動部材の形態を転写することができる。たとえば、所定の重力が作用する重しを上記遊動部材の上に重ねて載置したり、バネ部材等を利用して遊動部材に弾力を作用させながら、上記焼結工程を行うことができる。 In the sintering step, in addition to the force of the floating member by its own weight, another force can be applied to transfer the form of the floating member. For example, the sintering step can be performed while placing a weight on which a predetermined gravity acts on the floating member, or applying elasticity to the floating member using a spring member or the like.
精度及び耐久性の高い微小流体素子を安価に提供することができる。 A highly accurate and durable microfluidic device can be provided at low cost.
以下、本願発明に係る実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は、微小流体素子として、内部に球状の弁体4を備える逆止弁1に本願発明を適用したものであるが、内部に他の形態の遊動部材を備える他の微小流体素子に本願発明を適用することもできる。
An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a
図1から図3に、本願発明に係る微小逆止弁1の概要を示す。
1 to 3 show an outline of a
図1に示すように、逆止弁1は、両端部の外周に接続チューブの抜け止め用の凸条2,2を設けた円筒状の筒状本体3と、内部に遊動可能に保持された球状の遊動部材4とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
上記筒状本体3は、一側に流体が流入する流体入口5が形成されるとともに、他端に流体出口6が形成されている。中央部には、上記遊動部材4を遊動可能に保持する遊動部材保持空間7が設けられている。上記遊動部材保持空間7の上記流体入口側の流路8は、上記遊動部材4の外径より小さく形成されている。一方、上記流体出口6側の流路18は、上記遊動部材4の外径より大きく形成されている。上記遊動部材保持空間7の流体出口6側には、上記遊動部材4の流体出口側への離脱を阻止する一対の凸部9,9が形成されているとともに、上記凸部9,9の間に、流体の流動を許容する隙間10,10が形成されている。
The cylindrical
上記構成の逆止弁1においては、上記流体入口5から流体が流入した場合、上記遊動部材4が上記一対の凸部9,9に掛止されるとともに、上記隙間10,10から流体が上記流体出口に向かって流れる。一方、上記流体出口側から流体が流入しようとすると、上記遊動部材4が、上記流体入口側の流路8のテーバ状の端縁11に密着するように構成されているため、流体は上記流体入口5に向かって逆流することはない。これにより、逆止弁としての機能が発揮される。
In the
本実施形態に係る上記筒状本体3は、外径が2.4mm、長さが8mmで形成されるとともに、壁部の最小厚みが、0.2mmで形成されている。このため、金属を切削加工して形成するのは困難である。本願発明では、以下に説明する焼結金属粉体を用いた射出成形法によって形成している。
The cylindrical
上記筒状本体3は、焼結金属粉体とバインダ成分とを含むとともに、焼結時における所定の収縮率を備える焼結材料成形体を焼結して一体形成される一方、上記遊動部材4は上記金属粉体と焼結しないセラミック材料から形成されている。本実施形態では、上記焼結金属粉体としてSUS316Lのステンレス鋼粉体が採用される。上記ステンレス鋼粉体の粒度(D50)は、2μm以下のものを採用するのが好ましい。上記セラミック材料としてアルミナ系の粉体を焼結して上記遊動体4が形成されている。そして、上記遊動部材4は、上記焼結前に上記焼結材料成形体内に挿入された後、上記焼結を行うことにより、収縮した上記筒状本体3内に、遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込められて保持されている。
The
図4から図8に、図1に示す逆止弁1の製造方法の一例を示す。
4 to 8 show an example of a method for manufacturing the
図4に示すように、上記逆止弁1の外形形態に対応した凹部103,104を備える一対の金型101,102を備えて構成される金型装置100内に、逆止弁1の内側形態に対応した中子106が設置される。なお、上記凹部103,104及び上記中子106は、上記焼結材料成形体が収縮する前の状態に対応して形成される。
As shown in FIG. 4, the inside of the
上記中子106は、樹脂で一体形成されており、両端部が上記凹部103,104の両端部に設けられた中子支持部101a,102a及び101b,102bに挟持されるようにして、上記凹部103,104の間に支持されている。上記中子106の外面と上記凹部103,104の内面との間に、上記筒状本体3に対応した成形空間109が構成される。なお、図4では、成形材料注入口105が一方の金型101の中間部に設けられるように記載されているが、実際は、上記一対の金型101,102の合わせ面に形成されている。
The
図5に示すように、上記成形空間109に、上記成形材料注入口105から、成形材料107が注入される。本実施形態では、射出成形法を利用して、上記成形材料注入口105から、焼結金属粉体とバインダ成分とを含む成形材料107が、上記成形空間109内に注入される。
As shown in FIG. 5, a
上記成形材料107は、ステンレス粉体とバインダとを含んで構成されており、上記バインダを溶融させることにより流動性を付与し、射出成形装置によって上記金型装置100の成形空間109内に充填される。一方、上記中子106は、後に行われる脱脂工程において、所定温度に加熱することにより消失できる樹脂から形成される。たとえば、上記中子106をポリアセタール樹脂等で形成することができる。また、上記中子106の成形手法は特に限定されることはない。たとえば、射出成形法によって型成形することができる。
The
上記中子106が樹脂材料から形成されているため、上記成形材料107を上記成形空間109内に注入する際、成形材料の温度低下を緩和することができる。これにより、上記成形材料107を、上記成形空間109の隅々まで充填することができる。
Since the
上記成形材料107から形成された焼結材料成形体110aと上記中子106とは、図6に示すように、上記金型装置100の上記凹部103,104から一体的に取り出される。図6に示すように、上記中子106と上記焼結材料成形体110aとを一体的に金型装置100から取り出すことができるため、上記焼結材料成形体110aを傷めることなく、金型装置100から取り出すことができる。また、以降の工程におけるハンドリングが容易になる。
As shown in FIG. 6, the sintered material molded
上記金型装置100から取り出された中子106及び焼結材料成形体110aに含まれるバインダは、中子消失工程において消失させられる。上記中子消失工程は、上述したように、上記中子106を構成する樹脂材料が消失する温度まで加熱することにより行われる。なお、上記中子消失工程において、上記成形材料107中のバインダ成分を完全に除去する必要はない。後の焼結工程における保形性を確保するために、所要の割合で残留させることもできる。また、中子消失工程を、上記焼結材料成形体110aを、上記中子106を構成する樹脂が溶解する溶剤に浸漬等することにより行うこともできる。上記中子消失工程を行うことにより、図7に示す形態の焼結材料成形体110aが形成される。
The binder contained in the
図8に示すように、上記中子106を消失させた焼結材料成形体110aの遊動部材保持空間7a内に、上記流体入口5a側から球状の遊動部材4が挿入される。上記焼結材料成形体110aの上記流体入口5aから上記遊動部材保持空間7aまでの流路8aは、上記遊動部材4より大きな直径で形成されている。このため、上記遊動部材4を遊動部材保持空間7aまで容易に挿入することができる。
As shown in FIG. 8, the spherical floating member 4 is inserted from the
上記遊動部材4を挿入した焼結材料成形体110aは、上記遊動部材4を上記遊動部材保持空間7aに収容した状態で所定温度に加熱され、上記焼結材料成形体110aを構成する焼結金属粉体が焼結させられる。
The sintered material molded
上記焼結材料成形体110aを焼結する際に、上記流路8aの直径が上記遊動部材4の直径以下の直径となるように、上記焼結材料成形体110aの収縮率が設定される。本実施形態では、上記焼結材料成形体110aの収縮率が15%に設定されている。これにより、上記流路8aの直径を上記遊動部材4の直径より小さく収縮させることができる。
When sintering the sintered material compact 110a, the shrinkage of the sintered material compact 110a is set such that the diameter of the
上記遊動部材4は、上記焼結材料成形体110aを構成する焼結金属粉体とは焼結しないセラミック材料から形成されている。このため、上記遊動部材4とともに上記焼結材料成形体110aを焼結しても、上記遊動部材保持空間7a内で、上記遊動部材4を遊動可能な状態で焼結することができる。 The floating member 4 is formed of a ceramic material that does not sinter with the sintered metal powder constituting the sintered material compact 110a. For this reason, even if the sintered material compact 110a is sintered together with the floating member 4, the floating member 4 can be sintered in the floating member holding space 7a in a freely movable state.
上記製造方法を採用することにより、図1に示すように、内部に遊動部材4を遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込めることができる。 By adopting the above-mentioned manufacturing method, as shown in FIG. 1, the floating member 4 can be locked inside so as to be movable and not detachable.
図9から図13に、本願発明に係る逆止弁1の他の製造方法を示す。
9 to 13 show another method of manufacturing the
上述したように、本実施形態に係る逆止弁1は、寸法が非常に小さい。このため、通常の金属製の金型を用いると、成形材料を型内に精度高く充填するのが困難である。上述した実施形態では、中子に樹脂を採用して充填の際の成形材料の温度低下を緩和したが、本実施形態は、中子に加え、外側の型(犠牲型部)を樹脂で形成するものである。
As described above, the
図9に示すように、金型201.202の内面に、上記逆止弁1の外形形態より一まわり大きな形態を有する凹部203a.204aが設けられる。なお、上記凹部203a.204aに成形材料を注入する注入口205aは、図9では、金型201の中間部に設けられるように記載されているが、実際は、上記金型201と上記金型202の合わせ面に形成されている。同様に、焼結材料成形体を構成する成形材料を注入する注入口205bも、上記金型201と上記金型202の合わせ面に形成されている。
As shown in FIG. 9,
図10に示すように、本実施形態に係る上記凹部203a,204aは、金型201,202の内面の全域に形成されておらず、成形材料を注入する上記注入口205bを設けた側の分離面201a,202aの近傍には形成されていない。
As shown in FIG. 10, the
上記凹部203a,204aの間の空間に、逆止弁1の外形形態に対応した中子206aが設置される。そして、上記中子206aの外面と上記凹部203a.204aの内面で構成される成形空間209a内に、注入口205aから、第1の実施形態において中子6を構成する樹脂材料207aが充填されて、上記逆止弁1の外側形成に対応した犠牲型部203b,204bが形成される。上記犠牲型部203b,204bは、上述した第1の実施形態における凹部103,104と同様の形態を備えて構成されている。
A
図10に示すように、本実施形態では、上記犠牲型部203a,204bは、上記金型201,202とともに分離させることができるように構成されている。このため、上記犠牲型部203b、204bを成形した後に、上記金型201,202を分離させ、上記金型201,202から上記中子206aが取り出される。なお、上記中子206の全体を取り囲むように半割り状の犠牲型部を形成することもできる。
As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the
上記犠牲型部203b,204b及び上記金型201,202には、第1の実施形態と同様の中子支持部201a,202a及び201b,202bが形成されている。そして、図12に示すように、上記中子支持部201a,202a及び201b,202bに、第1の実施形態と同様の中子106が設置される。
Core supports 201a, 202a and 201b, 202b similar to those of the first embodiment are formed on the
これにより、上記中子106の外面と上記犠牲型部203b,204b内面との間に、上記筒状本体3に対応した成形空間209bが構成される。
Accordingly, a
図13に示すように、上記成形空間209b内に、成形材料注入口205bから、焼結金属粉体とバインダ成分とを含む成形材料210が充填される。なお、上記成形材料注入口205bも、上記金型201と上記金型202の合わせ面に形成されている。
As shown in FIG. 13, the molding space 210b is filled with a
次に、図14に示すように、上記金型装置200内から、上記犠牲型部203b,204bと、上記中子106と、上記焼結材料成形体210aが一体的に取り出される。上記焼結材料成形体210aは、内側に中子106が充填されているとともに、外側に犠牲型部203b,204bが設けられているため、金型装置200から離型される際に傷ついたり、変形する恐れがなくなる。このため、離型作業や後のハンドリングが容易になる。
Next, as shown in FIG. 14, the
上記犠牲型部203b,204bと、上記中子106と、上記焼結材料成形体210aについて、第1の実施形態と同様に中子消失工程が行われる。中子消失工程においては、上記犠牲型部203b,204b、上記中子106及び成形体210a内のバインダ成分が消失させられる。
A core removing step is performed on the
その後、上述した実施形態と同様に、遊動部材が挿入され、焼結工程が行われる。なお、遊動部材挿入工程及び焼結工程は、上述の実施形態と同様であるので説明は省略する。 Thereafter, as in the above-described embodiment, the floating member is inserted, and the sintering step is performed. Note that the floating member inserting step and the sintering step are the same as those in the above-described embodiment, and thus description thereof will be omitted.
上記製造方法を採用することにより、焼結金属粉体とバインダ成分を含む成形材料の金型充填時の温度低下を防止することが可能となる。このため、成形性をより高めることができる。また、精度の高い製品を形成することが可能となる。 By adopting the above manufacturing method, it is possible to prevent a decrease in temperature at the time of filling the mold with the molding material containing the sintered metal powder and the binder component. For this reason, moldability can be further improved. In addition, it is possible to form a highly accurate product.
図15から図17に、本願発明の第3の実施形態を示す。 15 to 17 show a third embodiment of the present invention.
上述したように、本願発明に係る逆止弁1は、寸法が小さいため、遊動部材104と筒状本体310の接触部の接触精度を、後加工等で確保するのは困難である。
As described above, since the
第3の実施形態では、焼結材料成形体310a内に遊動部材104を挿入した後、上記遊動部材104の接触部352の形態を、焼結工程において、上記焼結材料成形体310aの入口流路353aの縁部に転写する。
In the third embodiment, after the floating
図16に示すように、本実施形態では、上記焼結材料成形体310aにおける入口側流路308aの直径が上記遊動部材104の直径より小さく設定されているとともに、内側縁部にテーパ部351aが形成されており、上記遊動部材104は、上記テーパ部の縁部353aに当接するように形成されている。
As shown in FIG. 16, in the present embodiment, the diameter of the inlet-
上記遊動部材104を上記縁部353aに当接させた状態、すなわち、図16に示すように、上記遊動部材104に作用する重力によって上記遊動部材104の表面が上記縁部353aに押し付けられた状態で焼結が行われる。
A state in which the floating
焼結工程において、焼結材料成形体310aは所定量収縮しながら焼結される。このため、図17に示すように、上記焼結材料成形体310aの縁部353aが上記遊動部材104の表面に沿って変形させられながら収縮させられる。これにより、上記遊動部材104の表面形態(球面)の一部が、上記縁部353aに転写され、上記遊動部材104の表面形態が転写された接触部353bが形成される。
In the sintering step, the sintered material compact 310a is sintered while shrinking by a predetermined amount. Therefore, as shown in FIG. 17, the
上記接触部353bは、上記遊動部材104の表面形態が精度高く転写されたものであるため、上記遊動部材104と上記接触部353bの接触精度が極めて高く、気密性を有する接触構造を得ることができる。このため、逆止効果の高い逆止弁を形成することができる。
Since the
しかも、上記接触部353bの接触面積を小さく設定しても接触精度が高く、高い逆止効果を得ることができる。このため、血液等の流体に適用した場合、血液の粒子成分が上記接触面間に挟まれることが少なくなり、上記血液成分が破壊される量を低減させることができる。
Moreover, even if the contact area of the
本願発明は、上述の実施形態に限定されることはない。本実施形態は、本願発明を逆止弁に適用したが、内部に遊動部材を備える他の機器に適用することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment. In the present embodiment, the present invention is applied to a check valve, but can be applied to other devices having a floating member therein.
微小流体素子を、精度高く、かつ安価に製造することができる。 The microfluidic device can be manufactured with high accuracy and at low cost.
1 逆止弁(微小流体素子)
3 筒状本体(中空本体体)
4 遊動部材
5 流体入口
6 流体出口
110a 焼結材料成形体
1 Check valve (microfluidic element)
3 tubular body (hollow body)
4 Floating
Claims (8)
上記中空本体は、焼結金属粉体とバインダ成分とを含むとともに、焼結時における所定の収縮率を備える焼結材料成形体を焼結して一体形成される一方、上記遊動部材は上記金属粉体と焼結しない材料から形成されており、
上記遊動部材は、上記焼結前に上記焼結材料成形体内に挿入された後、上記焼結を行うことにより、上記収縮率で収縮した上記中空本体内に、遊動可能かつ離脱不可能に保持されているとともに、
上記中空本体内に、上記遊動部材が当接させられて流体の流動を規制する規制部を設け、
上記規制部は、上記焼結時に上記遊動部材の形態を転写して形成されている、微小流体素子。 A microfluidic device including a hollow body having a fluid inlet and a fluid outlet, and a floating member movably held in the hollow body,
The hollow body includes a sintered metal powder and a binder component, and is integrally formed by sintering a sintered material molded body having a predetermined shrinkage ratio during sintering, while the floating member is formed of the metal. It is formed from a material that does not sinter with the powder,
The floating member is inserted into the sintered material molded body before the sintering, and then sintering is performed, so that the floating member is held in the hollow body shrunk at the shrinkage ratio so as to be movable and non-separable. Along with
In the hollow body, provided with a regulating portion that regulates the flow of the fluid is contacted with the floating member,
The microfluidic device , wherein the restricting portion is formed by transferring the form of the floating member during the sintering .
上記中空本体の中空部に対応した形態を備えるとともに樹脂材料から形成された中子を形成する中子形成工程と、
上記中空本体の外側形態に対応する中空型部を設けた金型内に、上記中子を設置する中子設置工程と、
上記中空型部の内側面と上記中子の外側面で構成される成形空間内に、上記焼結金属粉体とバインダとを含む成形材料を充填して焼結材料成形体を形成する成形工程と、
上記焼結材料成形体と上記中子とを上記金型内から一体的に取り出す成形体取り出し工程と、
上記中子及び上記バインダを消失させる中子消失工程と、
上記焼結金属粉体とは焼結しない材料で上記遊動部材を形成する遊動部材形成工程と、
上記焼結材料成形体の内部に上記遊動部材を挿入する遊動部材挿入工程と、
上記遊動部材を挿入した上記焼結材料成形体を焼結するとともに、上記焼結材料成形体の収縮を利用して、上記遊動部材を上記中空本体の内部に遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込める焼結工程とを含み、
上記焼結工程において、上記遊動部材の外面形態の少なくとも一部を、焼結過程にある上記焼結材料成形体の上記中空部の内面に転写する、微小流体素子の製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 1 to 4 , wherein
A core forming step of forming a core formed from a resin material while having a form corresponding to the hollow portion of the hollow body,
In a mold provided with a hollow mold part corresponding to the outer form of the hollow body, a core installation step of installing the core,
A molding step of filling a molding material including the sintered metal powder and the binder into a molding space formed by the inner surface of the hollow mold portion and the outer surface of the core to form a sintered material molded body When,
A molded body removing step of integrally removing the sintered material molded body and the core from the mold,
A core disappearing step of eliminating the core and the binder,
A floating member forming step of forming the floating member with a material that does not sinter with the sintered metal powder;
A floating member insertion step of inserting the floating member inside the sintered material molded body,
Sintering the sintered material compact into which the floating member is inserted, and utilizing the shrinkage of the sintered material molded body, sintering the floating member inside the hollow body so as to be movable and irremovable. Including a binding step ,
In the sintering step, a method of manufacturing a microfluidic device, wherein at least a part of an outer surface configuration of the floating member is transferred to an inner surface of the hollow portion of the sintered material compact in a sintering process .
上記遊動部材を準備する工程と、
上記中空本体の中空部に対応した形態を備えるとともに、内部に上記遊動部材を保持させた中子を、樹脂材料から形成する中子形成工程と、
上記中空本体の外側形態に対応する中空型部を設けた金型内に、上記中子を設置する中子設置工程と、
上記中空型部の内側面と上記中子の外側面で構成される成形空間内に、上記焼結金属粉体とバインダとを含む成形材料を充填して焼結材料成形体を形成する成形工程と、
上記焼結材料成形体と上記中子とを上記金型内から一体的に取り出す成形体取り出し工程と、
上記中子及び上記バインダを消失させる中子消失工程と、
上記焼結材料成形体を焼結するとともに、上記遊動部材を上記中空本体の内部に遊動可能かつ離脱不可能に閉じ込める焼結工程とを含み、
上記焼結工程において、上記遊動部材の外面形態の少なくとも一部を、焼結過程にある上記焼結材料成形体の上記中空部の内面に転写する、微小流体素子の製造方法。 A method for manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 1 to 4 , wherein
Preparing the floating member;
With a form corresponding to the hollow portion of the hollow body, a core holding the floating member inside, a core forming step of forming a resin material,
In a mold provided with a hollow mold part corresponding to the outer form of the hollow body, a core installation step of installing the core,
A molding step of filling a molding material including the sintered metal powder and the binder into a molding space formed by the inner surface of the hollow mold portion and the outer surface of the core to form a sintered material molded body When,
A molded body removing step of integrally removing the sintered material molded body and the core from the mold,
A core disappearing step of eliminating the core and the binder,
Sintering the sintered material molded body, including a sintering step of movably and undetachably enclosing the floating member inside the hollow body ,
In the sintering step, a method of manufacturing a microfluidic device, wherein at least a part of an outer surface configuration of the floating member is transferred to an inner surface of the hollow portion of the sintered material compact in a sintering process .
上記成形体取り出し工程において、上記焼結材料成形体と、上記中子と、上記犠牲型部とを一体的に取り出し、
上記中子消失工程及び/又は上記焼結工程において、上記犠牲型部を消失させる、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の微小流体素子の製造方法。
A sacrificial mold part forming step of forming a sacrificial mold part corresponding to part or all of the hollow mold part in the mold using a material that disappears in the core disappearing step and / or the sintering step. With
In the molded body removing step, the sintered material molded body, the core, and the sacrificial mold portion are integrally removed,
The method of manufacturing a microfluidic device according to any one of claims 5 to 7 , wherein the sacrificial mold portion is eliminated in the core eliminating step and / or the sintering step.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015125751A JP6659252B2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Microfluidic device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015125751A JP6659252B2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Microfluidic device and method for manufacturing the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017009050A JP2017009050A (en) | 2017-01-12 |
| JP6659252B2 true JP6659252B2 (en) | 2020-03-04 |
Family
ID=57762482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015125751A Active JP6659252B2 (en) | 2015-06-23 | 2015-06-23 | Microfluidic device and method for manufacturing the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6659252B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6797482B2 (en) * | 2017-03-06 | 2020-12-09 | 株式会社クボタ | Manufacturing method of engine valve device, valve guide cylinder and valve guide cylinder |
| CN109973701A (en) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 蓝色海洋(天津)工程技术有限公司 | A direct buried anti-corrosion valve |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02107269A (en) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Terumo Corp | Check valve and preparation thereof |
| JP3361987B2 (en) * | 1998-02-20 | 2003-01-07 | 三菱電機株式会社 | Check valve and seat valve |
| JP3702406B2 (en) * | 2001-12-13 | 2005-10-05 | 太盛工業株式会社 | Method for producing powder sintered compact, powder sintered compact, powder injection molded article, powder injection molded article and mold for powder injection molding |
| DE102011076443B4 (en) * | 2011-05-25 | 2013-01-17 | Lechler Gmbh | Check valve for spray nozzle and nozzle tube |
| JP6057598B2 (en) * | 2012-08-09 | 2017-01-11 | 株式会社キャステム | Method for producing sintered metal powder having hollow portion |
-
2015
- 2015-06-23 JP JP2015125751A patent/JP6659252B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2017009050A (en) | 2017-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102082736B1 (en) | Iv flow regulator | |
| JP2004243772A (en) | Nesting manifold nozzle seal | |
| KR102770377B1 (en) | Ultra-seal gasket for joining high purity fluid pathways | |
| CN104837598B (en) | Fastening part structure and molding device of resin parts | |
| JP6659252B2 (en) | Microfluidic device and method for manufacturing the same | |
| DE112013002413B4 (en) | Integrated system for liquid separation and electrospray ionization | |
| JP5438885B2 (en) | Cannula mold and molding method | |
| EP3825625B1 (en) | Method of manufacturing cooling device using heat pipe | |
| US7316245B2 (en) | Fluid flow control device | |
| JPWO2017069256A1 (en) | Nanofluid device and chemical analyzer | |
| KR102631753B1 (en) | Tube with coupling | |
| KR102173590B1 (en) | Wax actuator with high cycle life | |
| JP2017507743A (en) | Prestress valve for medical functional device and medical functional device | |
| JP7248270B2 (en) | regulator | |
| RS52686B (en) | LIQUID PIPE PIPE FOR LIQUID METAL MACHINE | |
| CN103402729B (en) | Injection molding machine | |
| JP4773789B2 (en) | Mold for molding and manufacturing method thereof | |
| JP6403952B2 (en) | Powder sintered compact manufacturing method, fluid element manufacturing method, powder sintered compact, and core for powder sintered compact manufacturing | |
| JP5077640B2 (en) | Optical element manufacturing method, intermediate member, and optical element | |
| EP3632647A1 (en) | Injection molding die, resin member, and method for producing resin article | |
| CN109070419A (en) | Injection molding apparatus and application method | |
| EP4015884B1 (en) | Venting valve | |
| WO2014178211A1 (en) | Medical tube, method for manufacturing same, and tube connector | |
| JP2005088477A (en) | Mold | |
| EP3193061A1 (en) | Valve, in particular heat exchanger valve |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190418 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190521 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20190719 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190920 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200114 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200206 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6659252 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |