JP2006315312A - 接合方法および装置 - Google Patents

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infrared
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infrared rays
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Minoru Yoshida
稔 吉田
Kazuto Kishida
和人 岸田
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Japan Steel Works Ltd
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Japan Steel Works Ltd
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Abstract

【課題】 気泡を含まない良好な接合界面を、簡便かつ低コストで得られる接合方法および装置を提供すること。
【解決手段】 支持台１１上にプレート１３，１４を載置し加圧しながら接触させ、赤外線照射手段１２を用いてその接触面に赤外線１５を照射し、前記接触面を加熱することによりプレート１３，１４を接合する接合方法および装置であって、赤外線１５を接触面に向かって線状に照射するとともに、支持台１１または赤外線照射手段１２を移動させ、接触面の接合が一方向に順次行われるようにしたことを特徴とする接合方法および装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接合方法および装置に関するものであり、詳しくは、気泡を含まない良好な接合界面を、簡便かつ低コストで得られる接合方法および装置に関するものである。本発明の接合方法および装置は、とくに表面に微細な凹凸形状を有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
ＤＮＡチップ、タンパクチップなどのバイオチップ、マイクロリアクター、マイクロ分析チップ、微生物検出チップ、診断チップ等のマイクロ化学チップは、例えば表面に数ｎｍから数百μmの微細な凹凸形状を有するプレートにカバープレートを接合することにより形成されている。この両者のプレートを接合するためには、下記のような幾つかの接合方法を利用することができる。
例えば、下記特許文献１には、赤外線吸収性を有する２つの熱可塑性樹脂成形体ＡおよびＢを接触させ、熱可塑性樹脂成形体Ａの側から赤外線を照射し、接触部の温度、成形体Ａの表面温度および軟化温度を特定の関係が満たされるように制御する熱可塑性樹脂成形体の溶着方法が開示されている。
また、特許文献２には、レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の隣接する透明樹脂部材間にレーザー光に対して吸収性で非常に薄い透明フィルムを介在させた状態で複数の透明樹脂部材を接面重合し、外側の透明樹脂部材の面にレーザー光を照射することにより溶着させる熱可塑性透明樹脂部材のレーザー接合方法が開示されている。
特許文献３には、レーザー光に対して非吸収性で熱可塑性の透明樹脂材料の接合面に微量の赤外線吸収色素をベヒクルと共に水または溶剤に分散させて形成した赤外線吸収剤を少なくとも部分的に存在させた状態で複数の透明樹脂材料を接面重合し、外側の透明樹脂材料の露出面にレーザー光を照射する熱可塑性透明樹脂材料のレーザー接合方法が開示されている。
上記の技術以外にも、ホットエンボス装置を用いる接合方法；接着剤を用いる接合方法；陽極接合による方法；超音波による接合方法等が知られている。
ホットエンボス装置を用いる接合方法は、ヒータおよび水冷配管を装着し温度制御されたプレスユニットに２枚の樹脂部材を挟み、接合界面に気泡を発生させないために、真空チャンバー内でプレスすることにより、熱溶着させるものである。
接着剤を用いる接合方法は、２つの樹脂部材間に接着剤を塗布し、接着するものである。
陽極接合による方法は、シリコンとガラスを３００〜４００℃に加熱した状態で、５００Ｖ〜１ｋＶの電圧を印加し、シリコンとガラスの間に大きな静電引力を発生させ、両者の界面で化学結合させるものである。
超音波による接合方法は、２つの樹脂部材を合わせた状態で超音波振動子により振動エネルギーを与え、接合界面における共振作用により接合するものである。
しかしながら、特許文献１で提案されている溶着方法では、大気中で接合する場合、接合界面に気泡が発生するという問題点がある。なお気泡を発生させないために、真空中で接合を行う方法も考えられるが、真空引きを行うための時間、放熱・冷却に要する時間が長く、生産性が低くなってしまう。
また特許文献２および３で提案されている接合方法では、レーザー光に対して吸収性で非常に薄い透明フィルムを介在させたり、接合面に赤外線吸収剤を存在させたりするため、手間やコストがかかるともに、最終製品であるマイクロ化学チップにおいて光学的な検出を行う用途には使用できない場合がある。
ホットエンボス装置を用いる接合方法では、真空中で接合するため、真空引きを行うための時間、放熱・冷却に要する時間が長く、生産性が低くなってしまう。
接着剤を用いる接合方法では、接着剤の塗布ムラ、はみ出し、気泡の巻き込み等が起こり易く品質が安定せず、また接着剤が母材とは異なる光学特性のため、最終製品であるマイクロ化学チップにおいて光学的な検出を行う用途には使用できない場合がある。
陽極接合による方法では、接合のためにはＮａイオンが必要であり、使用部材がシリコンとガラスに限定されてしまうという問題がある。
超音波による接合方法では、最終製品がマイクロ化学チップである場合、共振現象によって微細な凹凸形状が破壊されてしまうという問題がある。
国際公開第０３／０３９８４３号パンフレット 特開２００３−１８１９３１号公報 特開２００４−２７６２９５号公報
したがって本発明の目的は、気泡を含まない良好な接合界面を、簡便かつ低コストで得られる接合方法および装置を提供することにある。
請求項１の発明は、支持台上に少なくとも２つの部材を載置し加圧しながら接触させ、赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を照射し、前記接触面を加熱することにより前記２つの部材を接合する接合方法であって、
前記赤外線を前記接触面に向かって線状に照射するとともに、前記支持台または赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにしたことを特徴とする接合方法である。
請求項２の発明は、前記２つの部材の一方の側から赤外線を照射し、前記接触面の温度を（Ｔｉ）、前記部材の赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、前記２つの部材の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、前記赤外線を照射する側の部材の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすことを特徴とする請求項１に記載の接合方法である。
（１） Ｔｓ＜Ｔｍａ
（２） Ｔｉ＞Ｔｍ
請求項３の発明は、赤外線透過材料からなる下型と上型との間に、前記２つの部材を載置し接触させ、前記上型および下型の協働により前記２つの部材を加圧しながら前記下型を通して赤外線を照射するとともに、前記２つの部材の接する前記上型および前記下型の表面温度が同じになるように温度調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法である。
請求項４の発明は、赤外線透過材料からなる下型と赤外線透過材料からなる上型との間に、前記２つの部材を載置し接触させ、前記上型および下型の協働により前記２つの部材を加圧しながら、第１赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射し、これと同時に第２赤外線照射手段を用いて前記上型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法である。
請求項５の発明は、前記２つの部材のうち一方が、表面に微細な凹凸形状を有するプレートであり、他方が前記凹凸形状を有するプレートをカバーするカバープレートであり、前記凹凸形状が保持されたまま、前記２つの部材が接合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法である。
請求項６の発明は、少なくとも２つの部材を載置する支持台と、
前記少なくとも２つの部材の接触面に向かって赤外線を線状に照射する赤外線照射手段と、
前記支持台または赤外線照射手段を移動させる移動手段と
を備え、
前記赤外線を線状に照射しつつ前記支持台または赤外線照射手段を移動させ、前記２つの部材の接合を一方向に順次行うことを特徴とする接合装置である。
請求項７の発明は、前記支持台が、赤外線透過材料からなる下型と、前記下型と協働して２つの部材を加圧接触させる上型とから構成され、
前記上型には、前記２つの部材の接する前記上型および前記下型の表面温度が同じになるように温度調整を行う温度調整手段が設けられ、
前記２つの部材を加圧しながら、赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項６に記載の接合装置である。
請求項８の発明は、前記支持台が、赤外線透過材料からなる下型と、赤外線透過材料からなるとともに前記下型と協働して２つの部材を加圧接触させる上型とから構成され、
前記赤外線照射手段が、第１赤外線照射手段および第２赤外線照射手段から構成され、
前記２つの部材を加圧しながら、前記第１赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記上型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項６に記載の接合装置である。
本発明によれば、気泡を含まない良好な接合界面を、簡便かつ低コストで得られる接合方法および装置が提供される。本発明の接合方法および装置は、とくに表面に微細な凹凸形状を有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
以下、本発明の方法および装置を図面を参照しながらさらに説明する。
図１は、本発明の接合装置の一例を説明するための概略図である。
図１において、本発明の接合装置１は、支持台１１、赤外線照射手段１２と、赤外線照射手段を移動させる移動手段２０と、及び、図示していないが加圧のための型板とを備えている。また、接合させる２つの部材は、表面に微細な凹凸形状を有するプレート１３とそれをカバーするカバープレート１４である。プレート１３および１４は、本形態では、アクリル樹脂製のプレートである。
まず、支持台１１上に、表面に微細な凹凸形状を有するプレート１３とそれをカバーするカバープレート１４を載置し、加圧のための型板により加圧しながら接触させる。次に赤外線照射手段１２を稼動し、赤外線１５を、両プレートの長手方向に直交するように、すなわち幅方向に線状に照射する。
なお、図１の形態では、支持台１１は赤外線透過材料から形成されているので、赤外線は両プレートの接触面に到達することができる。赤外線透過材料としては、結晶性無機材料および非晶性無機材料が挙げられ、結晶性無機材料としては例えばＺｎＳｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド等が、非晶性無機材料としては例えばＳｉＯ2を主成分とする石英系ガラス材料、ＧｅＯ2を主成分とするゲルマネート系ガラス材料、Ａｌ2Ｏ3を主成分とするアルミネート系ガラス材料等の酸化物系ガラス材料のほかに、硫化物系ガラス材料、カルコゲナイドガラス材料等が挙げられる。
次に、両プレートの接触面に向かって赤外線１５を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１２を矢印１６方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。
接合界面１７は、線状の赤外線１５の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部１８を形成し溶着していく。このとき、接合界面１７に存在する気泡は、溶融部１８の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部１９から排出される。したがって、両プレートの接合界面１７は、他方の端部１９まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。なお、赤外線１５の強度が強すぎると、両プレートの接合界面の温度が過剰に高くなり、プレート１３の微細な凹凸形状の内部に溶融樹脂が流入する恐れがあるので、赤外線の照射エネルギーは適宜調節するのが好ましい。
また、前記形態では赤外線１５を両プレートの一方の端部から他方の端部に向かって１回のみ照射しているが、２回以上の照射、すなわち往復させてもよい。赤外線１５の照射方向も、前記の形態では両プレートの長手方向に直交するように照射したが、幅方向に直交するように照射してもよい。
接合界面１７への線状の赤外線１５の照射は、例えば図１の形態において、赤外線１５を支持台１１の下部から支持台１１を通して照射したときに、接合界面の温度を（Ｔｉ）、支持台１１に接するプレート１４の表面温度、すなわち赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、プレート１３と１４の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、プレート１４の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすようにすることが好ましい。この条件を満たすことにより、接合界面１７は溶融部１８を形成するが、溶融部を形成する必要のないプレート１４表面の溶融を防止することができる。
（１） Ｔｓ＜Ｔｍａ
（２） Ｔｉ＞Ｔｍ
なお、ＴｓはＴｍａよりも１０℃以上低い温度が好ましい。また、プレート１３は微細な凹凸形状を有するので、軟化温度はプレート１４のほうが低いのが好ましい。
赤外線吸収性の材料からなるプレート１３と１４において、赤外線の照射による温度の上昇は、該材料の各部分で吸収される赤外線の量に比例する。赤外線の吸収量は照射した赤外線の強度および物質に特有の吸光係数に相関しランベルト・ベールの法則に従う。したがって、赤外線の吸収量は赤外線が入射した表面で最も強く、内部に入るにしたがって単位体積あたりの材料に吸収される赤外線の吸収量は小さくなる。
一方、赤外線吸収性の材料の各部分における温度の上昇速度は、各部分に与えられる単位体積あたり、単位時間当たりの熱量と各部分から放散する単位体積あたり、単位時間当たりの熱量との差を比熱で除することにより与えられるが、実際の温度は赤外線照射開始時における各部分の温度の関数である。したがって、赤外線吸収性の材料に照射される赤外線の強度、照射時間、該材料の吸光係数、比熱、熱伝導度、該材料からの熱の放熱量、該材料の各部分の赤外線照射開始時の温度などから計算によって近似的に算出可能である。これらの計算を行う近似式としては、例えば下記式
δＴ／δｔ＝ｋ／ρｃ・（δ2Ｔ／δｘ2）＋Ｑ／ρｃ
Ｑ＝｜−βｌ0ｅｘｐ（−βｘ）｜
（Ｔ：温度、ｔ：時間、ｘ：距離、ｋ：熱伝導度、ρ：密度、ｃ：比熱、ｌ0：入射赤外線強度、β：吸収係数）
が挙げられる。
この式は、プレート１４の表面からの内部方向への距離ｘの温度Ｔが、赤外線の照射時間ｔにおいての変化率を示した微分方程式であり、赤外線照射直前の温度を初期値として、入射から時間ｔにおけるプレート１４の表面からの距離ｘにおける温度Ｔを近似的に求めることができる。その結果、ＴｉがＴｍ以上であり、ＴｓがＴｍａより低くする条件（プレート１３，１４の種類、厚さ、赤外線強度、後述する放熱材の種類等）を簡便に予測することができる。また、赤外線の照射強度（単位時間・単位立体角・単位面積当たりの赤外線エネルギー）、照射時間、照射開始時の温度、プレート表面からの除熱量などを変更したモデル的な実験を行うことで好ましいそれぞれの範囲を定めることもできる。
ここで、接合界面１７の温度（Ｔｉ）は、最も高くなるように制御され、プレート１３と１４の軟化温度のうち低い方の軟化温度（Ｔｍ）よりも、接合界面１７の温度を高くするのが好ましい。その制御方法を、図２を参照して説明する。
赤外線照射手段１２を用いてプレート１３と１４の接合界面１７に向かって赤外線を照射したとき、前記微分方程式に基いて接合界面１７の温度を所望の値となるように赤外線強度を制御すると、プレート１４は赤外線を吸収するが、同時にプレート１４の赤外線照射側表面が放熱を開始し、プレート１３および１４の内部温度は、温度分布曲線２１のような温度分布を示す。したがって、プレート１４の材料に関するパラメータと、赤外線照射手段に関するパラメータを適宜調整することにより、接合界面１７の温度を最も高くするとともに、軟化温度（Ｔｍ）２３よりも、接合界面１７の温度を高くすることができる。
なお、プレート１４の放熱性が低すぎる場合は、プレート１３および１４の内部温度は、温度分布曲線２２のような温度分布を示す。したがってプレート１４の赤外線照射側表面温度（Ｔｓ）が、プレート１４の軟化温度（Ｔｍａ）よりも高くなり、その結果、プレート１４の赤外線照射側表面が熱損傷することになり好ましくない。
このような場合は、図３に示すように、プレート１４の赤外線照射側表面に赤外線透過材料からなる放熱体３０を支持台として用い、放熱体３０をプレート１４に接触させることにより、プレート１４の放熱性を高めればよい。
また放熱体３０をプレート１４に接触させることにより、高い出力の赤外線を利用することができる。
放熱体３０の熱伝導度は、１Ｗ／ｍ・℃以上、好ましくは１０／ｍ・℃以上である。
なお、前記のような赤外線吸収性の材料からなる２つの部材の内部温度の温度分布を制御する方法は公知であり、例えば前述の特許文献１に記載されている。
図４は、２つの部材、すなわちプレート１３および１４が加圧された状態で赤外線が照射される例を説明するための接合装置の断面図である。
図４において、赤外線透過材料からなる下型４１と上型４２との間に、プレート１４および１３が接触した状態で載置されている。プレート１３および１４は、上型４２および下型４１の協働により加圧される。図４では、上型４２に図示しない加圧手段により、矢印４３方向に荷重が加わっている。なお圧力は、接合される部材の種類やサイズなどにより適宜選定すればよいが、プレート１３および１４がプラスチックである場合、０．０１〜１．０ＭＰａが好ましい。
加圧完了後、下型４１を通して、図１で示した形態と同様に、両プレートの接触面に向かって赤外線１５を線状に照射しつつ、移動手段２０により赤外線照射手段１２を矢印１６方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。接合界面１７は、線状の赤外線１５の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部１８を形成し溶着していく。このとき、接合界面１７に存在する気泡は、溶融部１８の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部１９から排出される。したがって、両プレートの接合界面１７は、他方の端部１９まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。
ここで、図２に示したように、プレート１３および１４の内部温度は、温度分布曲線２１のような温度分布を示している。温度分布曲線２１によれば、プレート１４の表面温度よりも、プレート１３の表面温度（外側表面の温度）が低くなっていることが分かる。このような温度差は、プレート１３および１４の接合工程時、プレート間の異なる熱収縮により反り等の変形をもたらすことがある。したがって、このような現象を生じさせないために、上型４２および下型４１の表面温度が同じになるように温度調整を行うのが好ましい。具体的手段としては、上型４２に温度調整手段を設け、上型４２および下型４１の表面温度が同じになるように温度調整を行えばよい。温度調整手段としては、例えば図４に示したように、上型４２にヒータ４４および冷却媒体配管４５を設け、上型４２および下型４１の表面温度をセンサによって検知し、上型４２の温度が下型４１よりも低い場合にはヒータ４４を稼動させて加熱を行い、高い場合には冷却媒体配管４５に水のような冷却媒体を流すことにより冷却を行う。
図５は、上型４２および下型４１の温度調整手段による温度調整方法を説明するための接合装置の断面図である。下型４１には、表面温度ＴL1、ＴL2、ＴL3、・・・ＴLn、を検知するための温度センサ５１がｎ個取り付けられている。同様に、上型４２には、表面温度ＴU1、ＴU2、ＴU3、・・・ＴUn、を検知するための温度センサ５２がｎ個取り付けられている。符号５３は温度調整手段であり、温度センサ５１により検知された下型４１の平均表面温度ＴLiと温度センサ５２により検知された上型４２の平均表面温度ＴUiとが同じになるように、図示しないヒータ電源のＯＮ／ＯＦＦ、あるいは冷却媒体ポンプＰを制御して冷却媒体配管４５への冷却媒体の流量を調節する。
なお前記で説明した形態では、下型４１を通して両プレートの接触面に向かって赤外線を線状に照射し、上型４２には温度調整手段を設けて温度調整を行ってプレートの熱損傷を防止しているが、２つの赤外線照射手段を用い、下型および上型を通して両方向から赤外線を照射すれば、温度調整手段を設けずとも両プレートの表面温度の差異がなくなり、かつ２つの方向から赤外線するので接合界面の温度がさらに高まり、良好な接合が達成され好ましい。
図６は、このような２つの赤外線照射手段を用いる一例を説明するための接合装置の断面図である。
図６において、赤外線透過材料からなる下型６１と赤外線透過材料からなる上型６２との間に、プレート１４および１３が接触した状態で載置されている。プレート１３および１４は、上型６２および下型６１の協働により加圧される。
加圧完了後、第１赤外線照射手段６３を用いて、両プレートの接触面に向かって下型６１を通して赤外線１５を線状に照射しつつ、図示しない赤外線移動手段により第１赤外線照射手段６３を矢印１６方向に移動させる。同時に、第２赤外線照射手段６４を用いて、両プレートの接触面に向かって上型６２を通して赤外線１５を線状に照射しつつ、図示しない赤外線移動手段により第２赤外線照射手段６４を矢印１６方向に移動させ、接合を一方向に順次行う。下型６１と上型６２の赤外線透過材料は、同じエネルギー量の赤外線が接合界面１７に到達するように、同じ材料であるのが好ましい。また、第１赤外線照射手段６３と第２赤外線照射手段６４は、接合界面１７の同じ箇所の温度が最も高くなるように連動するのが好ましい。接合界面１７は、線状の赤外線１５の照射により加熱され、両プレートの端部から一方向に順次溶融部１８を形成し溶着していく。このとき、接合界面１７に存在する気泡は、溶融部１８の形成とともに移動し、最終的には両プレートの他方の端部１９から排出される。したがって、両プレートの接合界面１７は、他方の端部１９まで気泡を排出しながら溶着していくので、気泡を含まない良好な接合界面を得ることができる。
なお、前記の実施の形態では、下型および／または上型が赤外線透過材料からなる形態を説明したが、下型または上型に赤外線透過材料からなる透過窓を設け、その他の部分は赤外線不透過性の材料から構成されていてもよい。
また、微細な凹凸形状は、例えば幅、高さおよび深さが１ｎｍ〜１ｍｍの範囲であり、両プレートの厚さは、例えば５０μｍ〜数ｍｍである。
また、前記の形態では、接合する部材としてアクリル樹脂製のプレート１３および１４を例にとり説明したが本発明はこれに限定されず、赤外線吸収性のある、ポリカーボネート、ポリスチレン樹脂等の熱可塑性樹脂、低融点ガラス類、低融点金属類などが挙げられる。プレート１３および１４の材質は同じであっても異なっていてもよいが、プレート１３が微細な凹凸形状を有する場合には、プレート１４よりも軟化温度が高いのが好ましいことは前述のとおりである。
また線状に赤外線を照射可能な赤外線照射手段としては、赤外線光源として赤外線ランプ等が挙げられる。本発明で利用可能な赤外線ランプは市販されているものを利用することができ、（株）ハイベック製、ＨＹＬシリーズなどが利用可能である。
以下は、本発明にしたがう実験例である。本実験例は、図４に示した接合装置を用いて行った。
表面に微細な凹凸形状を有するプレート１３として、深さ１００μｍ、幅２００μｍの溝を有する、厚さ１ｍｍのアクリル樹脂製のプレートを用いた。プレート１３の軟化温度は、１１０℃であった。また、カバープレート１４として、プレート１３と同じ材料を用いた。
赤外線透過材料としてＦＺシリコンからなる厚さ０．８ｍｍの下型４１と上型４２との間に、プレート１３および１４を、プレート１３が上型４２と接するように、かつプレート１３の凹凸形状がプレート１４に接するように載置した。上型４２を図示しない加圧手段により垂直方向に移動させ、両プレートに０．１５ＭＰａの圧力が加わるように加圧した。
加圧完了後、下型４１を通して、（株）ハイベック製、ＨＹＬシリーズの赤外線照射手段を用い、両プレートの接触面に向かって赤外線１５を線状に照射しつつ、図示しない赤外線移動手段により赤外線照射手段１２を、両プレートの一方の端部から他方の端部に向かって、一方向に移動させた。移動速度は、０．１ｍｍ／秒とした。また、赤外線出力は８６Ｗ、加熱幅は２ｍｍとした。
赤外線照射時のプレート１４の赤外線照射側表面温度（Ｔｓ）は１００℃、プレート１４の軟化温度（Ｔｍ）は前記のように１１０℃、接合界面の温度（Ｔｉ）は１５０℃であった。
同時に、上型４２および下型４１の表面温度が同じになるように、ヒータ４４の稼動または冷却媒体配管４５への水の流入により温度調整を行った。
その結果、接合界面１７が、線状の赤外線１５の照射により加熱され、プレート１４に溶融部１８が形成され、両プレートの端部から一方向に順次溶着していくのが確認された。また接合工程終了後の接合界面には、気泡が全く含まれていないことも確認できた。プレートの反りの発生も全く見られなかった。
本発明によれば、気泡を含まない良好な接合界面を、簡便かつ低コストで得られる接合方法および装置が提供される。本発明の接合方法および装置は、とくに表面に微細な凹凸形状を有するプレートとそれをカバーするカバープレートとから形成された、溶液の混合、反応、分離、精製、検出などの様々な化学操作が微小化されたマイクロ化学チップを得るのに有用である。
本発明の接合装置の一例を説明するための概略図である。 接合界面の温度の制御方法を説明するための図である。 接合界面の温度の制御方法を説明するための図である。 ２つの部材が加圧された状態で赤外線が照射される例を説明するための接合装置の断面図である。 上型および下型の温度調整手段による温度調整方法を説明するための接合装置の断面図である。 ２つの赤外線照射手段を用いる一例を説明するための接合装置の断面図である。
符号の説明
１：接合装置、１１：支持台、１２：赤外線照射手段、１３：表面に微細な凹凸形状を有するプレート、１４：カバープレート、１５：赤外線、１７：接合界面、１８：溶融部、２０：移動手段、３０：放熱体、４１：下型、４２：上型、４４：ヒータ、４５：冷却媒体配管、５１：温度センサ、５２：温度センサ、６１：下型、６２：上型、６３：第１赤外線照射手段、６４：第２赤外線照射手段。

Claims (8)

  1. 支持台上に少なくとも２つの部材を載置し加圧しながら接触させ、赤外線照射手段を用いてその接触面に赤外線を照射し、前記接触面を加熱することにより前記２つの部材を接合する接合方法であって、
    前記赤外線を前記接触面に向かって線状に照射するとともに、前記支持台または赤外線照射手段を移動させ、前記接触面の接合が一方向に順次行われるようにしたことを特徴とする接合方法。
  2. 前記２つの部材の一方の側から赤外線を照射し、前記接触面の温度を（Ｔｉ）、前記部材の赤外線照射側表面温度を（Ｔｓ）、前記２つの部材の軟化温度のうち低い方の軟化温度を（Ｔｍ）、前記赤外線を照射する側の部材の軟化温度を（Ｔｍａ）としたとき、下記式（１）および（２）を同時に満たすことを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
    （１） Ｔｓ＜Ｔｍａ
    （２） Ｔｉ＞Ｔｍ
  3. 赤外線透過材料からなる下型と上型との間に、前記２つの部材を載置し接触させ、前記上型および下型の協働により前記２つの部材を加圧しながら前記下型を通して赤外線を照射するとともに、前記２つの部材の接する前記上型および前記下型の表面温度が同じになるように温度調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法。
  4. 赤外線透過材料からなる下型と赤外線透過材料からなる上型との間に、前記２つの部材を載置し接触させ、前記上型および下型の協働により前記２つの部材を加圧しながら、第１赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射し、これと同時に第２赤外線照射手段を用いて前記上型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の接合方法。
  5. 前記２つの部材のうち一方が、表面に微細な凹凸形状を有するプレートであり、他方が前記凹凸形状を有するプレートをカバーするカバープレートであり、前記凹凸形状が保持されたまま、前記２つの部材が接合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の接合方法。
  6. 少なくとも２つの部材を載置する支持台と、
    前記少なくとも２つの部材の接触面に向かって赤外線を線状に照射する赤外線照射手段と、
    前記支持台または赤外線照射手段を移動させる移動手段と
    を備え、
    前記赤外線を線状に照射しつつ前記支持台または赤外線照射手段を移動させ、前記２つの部材の接合を一方向に順次行うことを特徴とする接合装置。
  7. 前記支持台が、赤外線透過材料からなる下型と、前記下型と協働して２つの部材を加圧接触させる上型とから構成され、
    前記上型には、前記２つの部材の接する前記上型および前記下型の表面温度が同じになるように温度調整を行う温度調整手段が設けられ、
    前記２つの部材を加圧しながら、赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
  8. 前記支持台が、赤外線透過材料からなる下型と、赤外線透過材料からなるとともに前記下型と協働して２つの部材を加圧接触させる上型とから構成され、
    前記赤外線照射手段が、第１赤外線照射手段および第２赤外線照射手段から構成され、
    前記２つの部材を加圧しながら、前記第１赤外線照射手段を用いて前記下型を通して赤外線を照射し、これと同時に前記第２赤外線照射手段を用いて前記上型を通して赤外線を照射することを特徴とする請求項６に記載の接合装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082888A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Panasonic Corp 吸着素子および空調装置
EP2087989A3 (en) * 2008-02-05 2009-12-02 Campus Create Co., Ltd. Improved method and device for welding thermoplastic resin articles

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5273976A (en) * 1975-12-17 1977-06-21 Grace W R & Co Method of thermal welding and apparatus thereof
JPH0392335A (ja) * 1989-08-31 1991-04-17 Georg Fischer Ag 管状部材の溶着装置および溶着連結部の製造方法
JPH1071685A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Takiron Co Ltd 合成樹脂積層シートの製造方法
JPH11227050A (ja) * 1997-10-21 1999-08-24 Fresenius Medical Care Deutsche Gmbh プラスチックフィルムシートを熱シールするための方法及び装置
JP2000218698A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Leister Process Technologies レ―ザ―による樹脂の接合方法及びその装置
WO2003039843A1 (en) * 2001-11-07 2003-05-15 Mitsui Chemicals Inc Process for welding of thermoplastic resins
JP2005074796A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Sumitomo Bakelite Co Ltd マイクロチップ基板の接合方法およびマイクロチップ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5273976A (en) * 1975-12-17 1977-06-21 Grace W R & Co Method of thermal welding and apparatus thereof
JPH0392335A (ja) * 1989-08-31 1991-04-17 Georg Fischer Ag 管状部材の溶着装置および溶着連結部の製造方法
JPH1071685A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Takiron Co Ltd 合成樹脂積層シートの製造方法
JPH11227050A (ja) * 1997-10-21 1999-08-24 Fresenius Medical Care Deutsche Gmbh プラスチックフィルムシートを熱シールするための方法及び装置
JP2000218698A (ja) * 1999-01-28 2000-08-08 Leister Process Technologies レ―ザ―による樹脂の接合方法及びその装置
WO2003039843A1 (en) * 2001-11-07 2003-05-15 Mitsui Chemicals Inc Process for welding of thermoplastic resins
JP2005074796A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Sumitomo Bakelite Co Ltd マイクロチップ基板の接合方法およびマイクロチップ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009082888A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Panasonic Corp 吸着素子および空調装置
EP2087989A3 (en) * 2008-02-05 2009-12-02 Campus Create Co., Ltd. Improved method and device for welding thermoplastic resin articles

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