JP2005345609A - 科学現象の評価装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置及びその製造方法を提供する
【解決手段】板状体の表面に断面積が１ｍｍ² 以下の長溝が形成されている基板１２と、基板の表面に配置され、長溝を覆うことにより基板に微細な流路を形成する覆い板２２とを備え、基板と覆い板とが接着剤を介さずに密着固定されており、流路内の科学現象が視覚により認識可能となっている。この評価装置は、樹脂材を０．２気圧以下の真空度において、ガラス転移点Ｔｇ未満の温度に加熱する乾燥工程と、基板と覆い板とを積層する積層工程と、基板と覆い板とをガラス転移点Ｔｇ以上の温度に加熱しながら密着固定させる密着工程と、よりなる製造方法により形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は科学現象の評価装置及びその製造方法に係り、特に、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置及びその製造方法に関する。

科学現象の評価装置や理科実験教材については、これまでに各種の構成のものが提案されている（特許文献１参照）。

たとえば、特許文献１は、空気中の水蒸気や容器に入れた水や水蒸気を冷却又は凍結せしめることにより、水の温度変化による自然現象を観察できるようにした理科教材であり、小型で構造が簡単であり、水の温度変化による各種の自然現象を忠実に再現することが可能であるとされている。

また、教育用途の化学実験装置としては、学習研究社等より、『科学と学習 実験キットシリーズ』、『大人の科学地球環境分析キット』等の実験キットが発売されている。このような実験キットは、数百円から３千円程度の比較的安い価格で販売されており、子供たちに夢を与えたり、ユーザーに実験の楽しみを与えたりする実験キットであり、好評を博している。

ところが、従来のこの種の科学現象の評価装置として、特許文献１に記載のようなものは、構成が比較的複雑で、安価に提供するのは困難であり、クラスの生徒全員が購入するのは不適である。

一方、構成が比較的単純な実験キットは、比較的安い価格のものが多く、クラスの生徒全員が購入して使用するのに適しているものの、仕上がり精度の点で不十分なものが多く、その分、薬品など使用量が多く、クラスの生徒全員が使用した場合には、たとえば廃液処理等の点で環境負荷となり、望ましくない。

また、従来の実験キットによって体験できる実験内容は、古典的な科学実験法であり、先端技術を手軽に楽しむことができるものは、非常に限られている。

このような事情に鑑みて、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置として、本発明者らは、板状体の表面に断面積が微小な長溝が形成されている基板と、この基板の表面に密着配置され、長溝を覆うことにより基板に微細な流路を形成する覆い板とよりなり、流路内の科学現象が視覚により認識可能となっている構成のものが有望と考えている。
特開２０００−２４２１６２号公報

しかしながら、基板と覆い板とを接着剤等で接着した場合、折角微細加工により形成した長溝内部に接着剤等が入り込み、長溝の断面形状を損うので、良好な品質が維持できないという問題がある。

一方、基板と覆い板とを上下より型枠等を使用して密着させる構成も考えられるが、型枠等の部材点数が増加するので、コスト面で好ましくなく、また、基板と覆い板との密着面の平坦度が悪いと、液漏れを生じる等の不具合となりやすい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、板状体の表面に断面積が１ｍｍ² 以下の長溝が形成されている基板と、該基板の表面に配置され、前記長溝を覆うことにより該基板に微細な流路を形成する覆い板とを備え、前記基板と覆い板とが接着剤を介さずに密着固定されており、前記流路内の科学現象が視覚により認識可能となっていることを特徴とする科学現象の評価装置を提供する。

本発明によれば、基板と覆い板とが接着剤を介さずに密着固定されるので、長溝の断面形状を損うことがなく、良好な品質が維持できる。その結果、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置が得られる。

そして、この評価装置には、断面積が１ｍｍ² 以下の微細な流路が形成されているので、先端技術、たとえば、この微細な流路内で生じる液体の拡散現象、液体の伝熱現象、液体の混合現象、液体の化学反応（たとえば、酸アルカリ反応、加水分解反応、等）、等の各種の現象を体験するのに十分な精度が得られ、薬品などの使用量が少なく環境負荷が小さい。したがって、このような科学現象の評価装置は理科実験教材としてふさわしい。

なお、微細な流路の断面積としては、１ｍｍ² 以下が好ましく、０．００２５〜０．６４ｍｍ² がより好ましく、０．０１〜０．２５ｍｍ² が最も好ましい。

本発明において、前記基板及び／又は覆い板が透明な樹脂材よりなることが好ましい。基板及び／又は覆い板が透明（半透明も含む）であれば、流路内の科学現象が視覚により認識でき、また、基板及び／又は覆い板が樹脂材よりなるのであれば、評価装置を安価に提供できる。

また、本発明は、前記樹脂材を、該樹脂材のガラス転移点Ｔｇ未満の温度に加熱して乾燥させる乾燥工程と、前記基板と覆い板とを積層する積層工程と、積層された前記基板と覆い板とを前記樹脂材のガラス転移点Ｔｇ以上の温度に加熱しながら密着固定させる密着工程と、を備えることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法を提供する。

本発明によれば、樹脂材を加熱し、その後に積層し、加熱しながら密着固定させるので、基板と覆い板との密着状態を良好にできる。すなわち、乾燥工程において、樹脂材中の水分や高温で気化する低分子等が充分に除去でき、密着面に気泡等を生じる不具合は生じにくい。また、密着工程において、樹脂材がガラス転移点Ｔｇ以上の温度に加熱されるので、密着状態が良好になる。なお、乾燥工程では、樹脂材がガラス転移点Ｔｇ未満の温度に維持されるので、熱変形により長溝の断面形状を損うことがない。

なお、樹脂材同士を密着させる技術としては、従来より公知であるが（たとえば、特開平９−３００４７１号公報、特開２００３−１６５１３２号公報）、これらは、熱可塑性樹脂のパイプや熱可塑性樹脂の溶接棒を加熱溶融させて圧着させる技術や、異種部材を成形、一体化させる技術であり、本発明と異なるものである。また、これらの従来技術の主目的は、作業性を容易にする、接着強度を向上させる、接着精度を向上させる、等であり、この点でも本発明と異なる。

本発明において、前記乾燥工程において、前記樹脂材を該樹脂材中の水分率が０．２％以下になるように乾燥させることが好ましい。このような状態の樹脂材とすれば、密着状態が非常に良好になる。

なお、水分率とは、樹脂材中の水分量と樹脂材の総重量との比を意味する。この水分率は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。

樹脂材中の水分率が０．２％以下になるように乾燥させる具体的手段としては、真空乾燥炉、熱風炉、除湿乾燥装置等が挙げられる。

真空乾燥炉による場合、炉内の真空度としては、０．２気圧以下が好ましく、０．１気圧以下がより好ましく、０．０５気圧以下が更に好ましい。

また、本発明において、前記乾燥工程の前に、前記基板及び／又は覆い板を洗浄する洗浄工程を設けることが好ましい。このような洗浄工程が設けられれば、基板及び／又は覆い板の表面状態が良好となり、基板と覆い板との密着状態を一層良好にできる。

また、本発明において、前記密着工程において、前記基板と覆い板との積層体を５ｋＰａ以上に加圧することが好ましい。密着工程による積層体の密着状態は、加熱温度、保持時間によって大きく左右されるが、少なくともこのような加圧状態であれば、基板と覆い板との密着状態を一層良好にできる。

また、本発明において、前記積層工程を、クラス１００以下のクリーン度のもとで行うことが好ましい。このような良好な雰囲気で積層がなされれば、異物の付着が防げ、基板と覆い板との密着状態を一層良好にできる。

なお、科学現象とは、上記の微細な流路内で生じる液体の各種化学現象、物理現象等であり、液体の拡散現象、液体の伝熱現象、液体の混合現象、液体の化学反応（たとえば、酸アルカリ反応、加水分解反応、等）、等各種の現象を含むものである。

以上説明したように、本発明によれば、基板と覆い板とが接着剤を介さずに密着固定されるので、長溝の断面形状を損うことがなく、良好な品質が維持できる。その結果、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむのに好適な科学現象の評価装置が得られる。

以下、添付図面に従って、本発明に係る科学現象の評価装置及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明に係る科学現象の評価装置である理科実験教材１０の構成を説明する平面図である。図２及び図３は、図１の部分拡大断面図等であり、図２は、第１液溜め部２４（図１の左上部点線内）を示し、図３は、第３液溜め部２８（図１の右下部点線内）を示す。

すなわち、理科実験教材１０は、板状体の表面に断面積が１ｍｍ² 以下の長溝（１４、１６及び２０）が形成されている基板１２と、この基板１２の表面に密着固定され、長溝を覆うことにより基板１２に微細な流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）を形成する透明な覆い板２２とより構成される。

上記の長溝（１４、１６及び２０）により形成される微細な流路は、合流点１８で合流する略同一長さの第１の流路１４Ａ及び第２の流路１６Ａと、この第１の流路１４Ａ及び第２の流路１６Ａと更に合流点１８で合流する第３の流路２０Ａよりなる。

また、第１の流路１４Ａの他端は、覆い板２２に形成された円柱状空洞部である第１液溜め部２４と連通しており、第２の流路１６Ａの他端は、覆い板２２に形成された円柱状空洞部である第２液溜め部２６と連通しており、第３の流路２０Ａの他端は、基板１２に形成された円柱状空洞部である第３液溜め部２８と連通している。

更に、覆い板２２の第３液溜め部２８に相対する部分には、第３液溜め部２８と外気とが連通可能な貫通孔３０が形成されている。

第１液溜め部２４、第２液溜め部２６及び第３液溜め部２８の容積は、５〜５０００ｍｍ³ であることが好ましい。このような容積にすることにより、マイクロなチャンネルの中で起こる各現象のコントロールが容易に行える。

基板１２及び覆い板２２の平面サイズは、特に制限はないが、学校で使用する理科実験教材１０の性質上より、携帯できるサイズ、たとえば、８０×５０ｍｍとすることができる。基板１２及び覆い板２２の厚さも、特に制限はないが、強度、経済性等より、たとえば、それぞれ５ｍｍ程度とすることができる。

基板１２の材質としては、特に制限はないが、後述する製造方法を容易にする点より、樹脂材料、より具体的には、ポリ・ジメチル・スルホキシド（ＰＤＭＳ）、ポリ・メチル・メタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、紫外線硬化樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）等が好ましく使用できる。

基板１２の表面に形成する長溝（１４、１６及び２０）の断面積としては、既述のように、１ｍｍ² 以下が好ましく、０．００２５〜０．６４ｍｍ² がより好ましく、０．０１〜０．２５ｍｍ² が最も好ましい。この長溝（１４、１６及び２０）の断面形状は、特に制限はなく、矩形（正方形、長方形）、台形、Ｖ形、半円形等、各種の形状が採用できる。

覆い板２２の材質としては、特に制限はないが、流路内の科学現象を視覚により認識可能とすることより、透明であることが好ましい。このような材料として、各種樹脂板、より具体的には、ポリジメチルスルホキシド（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、紫外線硬化樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）等、各種樹脂膜、より具体的には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等、各種ガラス（ソーダライムガラス、硼珪酸ガラス等）が採用できる。

この覆い板２２は、表面及び裏面が平坦な平板であるのが一般的であるが、微細な流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に対応する表面を蒲鉾状の凸レンズ状に形成して、拡大した状態で観察ができるような構成とすることも可能である。

なお、覆い板２２が不透明であり、基板１２を透明とする構成も採用できる。

また、後述する、基板１２と覆い板２２との密着固定方法の際に、材料の変形量が基板１２と覆い板２２との密着に大きく影響することより、基板１２及び覆い板２２を加熱による変形量が大きい流延した材料とすることも好ましい。ただし、流延方向により伸縮率が異なることより、積層する際には流延方向を揃えることが必要である。

基板１２の表面（長溝が形成される面）及び覆い板２２の裏面（基板１２に密着する面）は、流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の形成、及び液漏れの防止等の点より、十分な平坦性を確保できていることが好ましい。

次に、基板１２の形成方法について説明する。先ず、基板１２の長溝（１４、１６及び２０）の反転形状が表面に形成されている反転型板を準備する。この反転型板の表面には、更に第３液溜め部２８の反転形状を形成しておく必要がある。この反転型板の製造方法としては、マシニングセンタ等による機械加工、放電加工、超音波加工、フォトエッチング加工等、公知の各種加工方法が採用できる。

次いで、この反転型板の表面に剥離剤を塗布する。この剥離剤としては、基板１２となる樹脂材の種類、加工条件（温度等）等に応じて適宜のものが採用できる。

次いで、反転型板の表面に樹脂材を塗布し、この樹脂材を硬化させる。樹脂材が、たとえば紫外線硬化樹脂である場合には、塗布後の樹脂材に紫外線を照射して硬化させる。樹脂材が、たとえばポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）のような熱可塑性樹脂である場合には、反転型板の表面に樹脂材を当ててホットプレス機により熱転写成形を行う。

そして、硬化後の樹脂材を反転型板より剥離する。

このような方法によれば、長溝が精度よく、かつ、安価に形成でき、評価装置を安価にできる。

次に、本発明の特徴部分である、基板１２と覆い板２２との密着固定方法について説明する。

最初に、基板１２と覆い板２２とを洗浄する。洗浄方法としては、洗浄機による自動洗浄、手洗浄等、公知の各種洗浄方法が採用できる。たとえば、平面サイズが８０×５０ｍｍで板厚が５ｍｍの基板１２及び覆い板２２の場合、中性洗剤とスポンジを使用した手動のスクラブ洗浄が好ましく採用できる。

次工程である乾燥工程において、乾き跡が生じるのを避ける場合には、洗浄後にエアナイフ、乾燥エアブロー等による水切りを行うことが好ましい。

次いで、乾燥工程を実施する。この工程においては、基板１２及び覆い板２２を、０．０５気圧以下の真空度にした状態で、ガラス転移点Ｔｇ未満の温度に加熱することが好ましい。このような状態を実現できる装置であれば、公知の各種装置が適用できるが、たとえば、真空オーブンが好ましく使用できる。

このような真空オーブン内において、基板１２及び覆い板２２を治具等を使用して直立させる保持状態とすることが、真空オーブンの内容積の利用効率からも、基板１２及び覆い板２２の乾燥状態の点からも好ましい。

真空オーブン内における雰囲気温度及び処理時間は、基板１２及び覆い板２２の材質等により異なるが、たとえば、基板１２及び覆い板２２がポリ・メチル・メタアクリレートである場合には、雰囲気温度を９０〜１００°Ｃとでき、処理時間を１０時間とできる。

乾燥工程に続き、積層工程を実施する。この積層工程において、基板１２と覆い板２２とを積層する。この作業は、クリーンベンチやクリーンルーム内において、クラス１００以下のクリーン度のもとで行うことが、理科実験教材１０の品質の点で好ましい。積層後には、基板１２と覆い板２２の端面の一部に接着され両者を繋ぐ耐熱粘着テープを使用して、基板１２と覆い板２２との積層体を仮止めすることが好ましい。この仮止めは、端面の２辺又は４辺に行うことが好ましい。

積層工程に続き、密着工程を実施する。この密着工程において使用する装置（設備）としては、基板１２と覆い板２２との積層体を、これらのガラス転移点Ｔｇ以上の温度に加熱しながら、加圧して密着固定させることができれば、公知の各種装置（設備）、たとえばホットプレス機が使用できる。

ここでは、簡便な設備として、オーブンと錘（デッドウェイト）を使用した構成により説明する。

密着工程において、先ず、基板１２と覆い板２２との積層体の上下面に定盤を当て、この定盤で積層体をサンドイッチする。この定盤として、基板１２及び覆い板２２と略同一平面サイズで厚さが５ｍｍのフロートガラスが好ましく使用できる。

この定盤を使用する理由は、荷重が基板１２と覆い板２２との積層体の上下面に均一に印加できるようにするためである。すなわち、オーブン内の積層体を載置する部分は、金網の棚となっているのが一般的であり、これでは荷重が均一に印加されない。また、錘（デッドウェイト）は金属製であるのが一般的であるが、この錘の下面を平坦度よく加工した場合、コストアップとなる。

これに対し、フロートガラスは比較的安価である。特に、厚さが５ｍｍ前後のフロートガラスは、平坦度がよく、また剛性も充分であり、上下面よりの荷重を受け、これを積層体に均一に印加できる。

定盤でサンドイッチした積層体を、オーブン内の棚（積層体を載置する部分）に載置した後、この上に錘（デッドウェイト）を載置する。

この錘をステンレス鋼製とし、この錘の平面サイズを、基板１２及び覆い板２２と略同一サイズとした場合、たとえば積層体を１０ｋＰａに加圧するには、錘の厚さを約１３０ｍｍにすればよい。

密着工程において、基板１２と覆い板２２とを密着固定させるための条件は、基板１２及び覆い板２２の材質により異なるが、基板１２及び覆い板２２がポリ・メチル・メタアクリレートである場合、雰囲気温度を１３０〜１４０°Ｃとしたとき、加圧力を１０〜１５ｋＰａとでき、雰囲気温度を１２０〜１３０°Ｃとしたとき、加圧力を１５〜２０ｋＰａとできる。

また、処理時間も重要な要素であり、雰囲気温度と加圧力及び経済性（スループット、歩留り等）を考慮して最適な条件を検討するのが好ましい。

密着工程において重要なことは、雰囲気温度を高く設定し過ぎたり、処理時間を長く設定し過ぎたりして、長溝の断面形状を損うことがないように管理することであり、雰囲気温度を低く設定し過ぎたり、処理時間を短く設定し過ぎたりして、基板１２と覆い板２２とを密着固定できない（液漏れを生じたり、密着面に気泡が残存したりする）ことがないように管理することである。

なお、密着工程において、オーブンと錘を使用した構成による場合、オーブン内部の昇温速度は、０．５〜１０°Ｃ／分が好ましく、１〜５°Ｃ／分がより好ましい。また、降温速度は、歪による密着不良を避ける意味で、０．１〜１°Ｃ／分が好ましく、０．３〜０．５°Ｃ／分がより好ましい。

次に、本発明に係る理科実験教材１０の使用方法について説明する。理科実験教材１０としては、以下の１）〜７）の部材をセットとして提供する必要がある。

１）基板１２と覆い板２２との密着積層体
２）サンプル液用スポイト
（テスト目的に応じて、必要なサンプル液（試薬）を、第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６に供給するために使用する。薬品ごとに専用でも、１つを洗浄して使いまわしても構わない）。

３）サンプル液出入り口封止用テープ
（サンプル液供給用ホールである第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６の蓋となる。サンプル液をピペットで第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６に供給後、蓋をするためのものである。また、第３液溜め部２８の蓋として使用することもできる）。

４）針
（サンプル液を供給する場合、又は、回収する場合、液体が送受液される時に液体の変動分の空気を第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６に入れるため、必要に応じてテープに孔を開けるためのものである）。

５）送液手段
（第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６にテープで蓋をした状態で、この第１液溜め部２４及び第２液溜め部に熱を加えると（指先をテープに当て、体温で加熱等すると）、この第１液溜め部２４及び第２液溜め部２内の液体、及び／又は、気体が体積膨張する。この現象を利用した送液方法である。

第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６内をポンプの原理を利用した方法で加圧して、内部の液体を送り出す方法、などが可能である。

この場合、前述４）の針を用いて、第３液溜め部２８にテープが貼られている場合には、これに小さな孔を開ける。

また、第３液溜め部２８側をポンプなどを用いて減圧したり、第３液溜め部２８上に氷塊を置き、第３液溜め部２８内部の気体を収縮させて減圧したりすることにより、第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６内にあるサンプル液を流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に入れる場合には、第１液溜め部２４及び第２液溜め部のテープ蓋に前述４）の針を用いて小さな孔を開けることにより送液を可能にする）。

６）試験用サンプル液（試薬）
（本科学実験を行うためのテスト試薬として目的に合った必要な薬品を試薬容器に入れて供給する。サンプル液としては、たとえば、色素、又は、顔料などに代表される着色性液体と水など透明液体とが挙げられる）。

７）実験解説書
（本セットで行う実験の目的、現象の説明、応用用途など、このセットで学習できる事象の解説書を必要に応じて添付する）。

このセットを使用した実験の詳細については、以下に詳述する。図４及び図５は、実験方法の手順を示す断面図である。このうち、図４は、第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６における時系列的な手順を示す。一方、図５（ａ）は、第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６にサンプル液を供給した実験開始の状態を示し、図５（ｂ）は、第３液溜め部２８にサンプル液が到達した実験終了の状態を示す。

図４（ａ）に示されるように、サンプル液用スポイト３２により第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）に所定量のサンプル液３４を供給する。このサンプル液３４は、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示されるように、第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）内の流路１４Ａ（又は１６Ａ）と連通する部分を塞ぐように供給される。

次いで、図４（ｃ）に示されるように、サンプル液出入り口封止用のテープ３６により第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）に蓋をする。このテープ３６は、片面（図では下面）に粘着材がコートされているものであり、これにより、第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）が外気と遮断される。

次いで、図４（ｄ）に示されるように、テープ３６の上に指先３８を接触させる。これにより、第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）に送液手段が形成される。この送液手段は、既述したように、指先３８の熱により第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）内の気体が体積膨張し、サンプル液３４を流路１４Ａ（又は１６Ａ）に送り込むことによりなされる。

また、図４（ｄ）に示される同様の構成において、この送液手段が、指先３８でテープ３６を押して下方に撓ませ、第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）の容積を減少させることにより、サンプル液３４を流路１４Ａ（又は１６Ａ）に送り込むことによりなされるのであってもよい。

以上に説明した送液手段により、図５（ｂ）に示されるように、サンプル液３４が第３液溜め部２８に到達し、実験が終了する。この際、図１の第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６より、それぞれ送液手段により、同時にサンプル液３４を流路１４Ａ及び流路１６Ａに送り込むことにより、サンプル液３４が合流点１８で合流する様が観察できる。

特に、第１液溜め部２４と第２液溜め部２６に供給するサンプル液３４の色を違えておくことにより、サンプル液３４が合流点１８で合流する様が観察しやすい。たとえば、第１液溜め部２４に着色したサンプル液３４を供給し、第２液溜め部２６に無色透明なサンプル液３４を供給する態様である。

実験者は、このようにして流れるサンプル液３４の合流点１８以降の流路２０Ａを観察することにより、マイクロチャンネル内を流れる着色液側から色素、又は、顔料など着色性分子が透明液中に向かって拡散して行く現象を確認することができる。

また、第１液溜め部２４と第２液溜め部２６に供給するサンプル液３４の色を違えておくのみならず、粘度を違えておくことにより、サンプル液３４が合流点１８で合流する様が異なって観察できる。

なお、これらの現象をより観察しやすくするために、虫眼鏡、拡大鏡などを使用することもできる。また、既述のように、流路２０Ａの部分の覆い板２２に拡大鏡機能（レンズ機能）を持たせることもできる。

以上に説明した理科実験教材１０によれば、マイクロな世界での科学実験を子供たちに楽しく夢を持って行って貰うために、重要な部分をできるだけ簡素化して、安価にでき、かつ、実験は高精度に行える。

特に、化学反応の元になる分子の拡散現象等を定性的に観察する場合、実験精度を向上させるために、複数の液が少なくとも同じ条件で流路内を流れることが非常に重要であるが、この要求に十分に答えられる。すなわち、非常に簡便、安価な手段で比較的精度よい実験が可能である。また、マイクロな世界での実験のため、色素、又は、顔料などに代表される化学薬品の使用量も非常に少なくて済み、環境負荷が大幅に軽減できる。

以上、本発明に係る科学現象の評価装置及びその製造方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。

たとえば、製造方法の実施形態において、密着工程は大気圧状態で行われているが、真空状態（又は減圧状態）で行うこともできる。このように減圧下で密着工程が実施され、その後、大気圧状態のもとに積層体が取り出された場合、密着工程の際に基板１２と覆い板２２との間に生じていた空隙が、積層体が大気圧を受けることにより消失してしまい、泡欠点となることはない。

その意味で、密着工程において、基板１２と覆い板２２との間の脱気が促進できるように、密着工程の初期には積層体に荷重が付加されない構成を採用し（たとえば、錘を他の手段で吊り上げておく）、所定時間が経過し、真空度が維持できるようになった状態で、積層体に荷重が付加される構成（たとえば、錘の吊り上げを解除する）を採用することがより好ましい。

また、本実施形態において、密着工程は、オーブンと錘を使用した構成が採用されているが、生産数量が増加した場合には、多段式のホットプレス機を使用する構成が採用できる。多段式のホットプレス機は１バッチで大量の処理が可能であり、加熱もボイラーを使用でき、工業的生産には好ましいからである。

また、基板１２と覆い板２２との密着積層体の構成において、本実施形態では、２種類のサンプル液３４が合流点１８で合流し、色素、又は、顔料など着色性分子が透明液中に向かって拡散して行く現象を観察できる実験教材の例を説明したが、これ以外の各種の実験教材としても適用できる。

また、本実施形態では、第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６を覆い板２２に形成し、第３液溜め部２８を基板１２に形成しているが、これ以外の態様、たとえば、全ての液溜め部を覆い板２２に形成する態様も採用できる。

また、本実施形態では、流路と液溜め部を３組設ける構成としたが、４組以上設ける構成も採用できる。

更に、サンプル液（試薬）を液溜め部（２４、２６等）に供給するために、サンプル液用スポイト３２が使用されているが、これに代えて、同様の機能を有する注射器、マイクロシリンジ等を使用することもできる。理科実験教材としては、一般的には、安価なスポイトを使用するのが望ましいが、テスト目的に応じては、上記のように同様の機能を有するものが好ましいこともある。

本発明に係る科学現象の評価装置の構成を説明する平面図 図１の部分拡大断面 図１の部分拡大断面図等 実験方法の手順を示す断面図 実験方法の手順を示す断面図

符号の説明

１０…理科実験教材、１２…基板、１４、１６、２０…長溝、１４Ａ…第１の流路、１６Ａ…第２の流路、１８…合流点、２０Ａ…第３の流路、２２…覆い板、２４…第１液溜め部、２６…第２液溜め部、２８…第３液溜め部、３０…貫通孔、３２…サンプル液用スポイト、３４…サンプル液、３６…テープ、３８…指先

Claims (7)

1. 板状体の表面に断面積が１ｍｍ² 以下の長溝が形成されている基板と、
   該基板の表面に配置され、前記長溝を覆うことにより該基板に微細な流路を形成する覆い板とを備え、
   前記基板と覆い板とが接着剤を介さずに密着固定されており、
   前記流路内の科学現象が視覚により認識可能となっていることを特徴とする科学現象の評価装置。
2. 前記基板及び／又は覆い板が透明な樹脂材よりなる請求項１に記載の科学現象の評価装置。
3. 前記請求項２に記載の科学現象の評価装置の製造方法であって、
   前記樹脂材を、該樹脂材のガラス転移点Ｔｇ未満の温度に加熱して乾燥させる乾燥工程と、
   前記基板と覆い板とを積層する積層工程と、
   積層された前記基板と覆い板とを前記樹脂材のガラス転移点Ｔｇ以上の温度に加熱しながら密着固定させる密着工程と、を備えることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法。
4. 前記乾燥工程において、前記樹脂材を該樹脂材中の水分率が０．２％以下になるように乾燥させる請求項３に記載の科学現象の評価装置の製造方法。
5. 前記乾燥工程の前に、前記基板及び／又は覆い板を洗浄する洗浄工程を設ける請求項３又は４に記載の科学現象の評価装置の製造方法。
6. 前記密着工程において、前記基板と覆い板との積層体を５ｋＰａ以上に加圧する請求項３〜５のいずれか１項に記載の科学現象の評価装置の製造方法。
7. 前記積層工程を、クラス１００以下のクリーン度のもとで行う請求項３〜６のいずれか１項に記載の科学現象の評価装置の製造方法。

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