JP2010145083A - 樹脂製接合品およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】流路を構成する樹脂部材を成形する際のヒケなどの問題を解消して、流路の寸法精度や形状精度を向上することができ、さらに、樹脂部材をレーザー接合する場合でも、レーザー光によって流路が荒れてしまうことを確実に防止することのできる樹脂製接合品およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】樹脂製接合品１において、第１樹脂部材２において第２樹脂部材３と接合された面側には、流路１３を構成するための突条部２２が形成され、突条部２２の上端面２２０で第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とが接合されている。このため、第１樹脂部材２を成形する際、ヒケなどの問題が発生しにくい。
【選択図】図２

Description

本発明は、接合された第１樹脂部材と第２樹脂部材との間に流路が形成された樹脂製接合品およびその製造方法に関するものである。
近年、内部に微細な液体流路を形成した液体流路構成体（樹脂製接合品）が提案されており、このような液体流路構成体は、例えば、生化学・医学等の分野においてバイオチップなどとして用いられている。バイオチップとは、液体流路に導入された試験液を光学的に観察することにより、試験液の分析を行なうものである。
かかる液体流路構成体を製造するにあたっては、第１樹脂部材において流路形成溝が形成された面側に第２樹脂部材を接合することが提案されている（特許文献１〜５参照）。
かかる特許文献のうち、特許文献１では、第１樹脂部材において流路形成溝の縁部分に突条部を形成しておき、第１樹脂部材において突条部が形成されていない領域と、第２樹脂部材とを接着、熱圧着、超音波溶着、レーザー溶着などを行なう構成が開示されている。
特許文献２では、第１樹脂部材において流路形成溝が形成された面側に第２樹脂部材をレーザー接合するにあたって、第２樹脂部材において流路形成溝と重なる領域を、透過光量を減衰させる光減衰領域とした構成が開示されている。
特許文献３では、流路と同一形状にパターニングされたマスクを介して第２樹脂部材にレーザー光を照射して、流路にレーザー光が照射されることを防止する技術が開示されている。
特許文献４では、流路を避けた領域に光吸収性を付与した状態でレーザー光を全面に照射する技術が開示されている。
特許文献５では、レーザービームと樹脂部材とを相対移動させて、樹脂部材の所定領域のみにレーザービームを照射して接合する技術が開示されている。
特開２００６−１４２１９８号公報 特開２００７−３０７６３４号公報 特開２００５−０７４７９６号公報 特開２００５−０７４７７５号公報 特許３８６６７３２号公報
しかしながら、特許文献１〜５では樹脂部材を用いているが、かかる樹脂部材を成形する際の成形精度が考慮されていないため、流路の寸法精度や形状精度が低いという問題点がある。
また、特許文献１に記載の構成では、流路形成溝の縁部分に突条部を形成したため、接合強度が低いという問題点がある。特許文献２に記載の構成では、流路形成溝と重なる領域を光減衰領域とするため、流路内の液体試料を光学的に分析することができないという問題点がある。特許文献３では、レーザー照射の際、マスクで反射した光がレーザー光源に入射してしまうため、レーザー光源の寿命を縮めてしまうという問題点がある。特許文献４では、光吸収性を付与した領域にもレーザー光が照射されるため、レーザー光の照射によって流路内が荒れてしまうという問題点がある。特許文献５では、レーザー光を選択的に照射したときでも、その周辺にレーザー光が照射されるのを完全には防止できないため、レーザー光の照射によって流路内が荒れてしまうという問題点がある。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、流路を構成する樹脂部材を成形する際のヒケなどの問題を解消して、流路の寸法精度や形状精度を向上することのできる樹脂製接合品およびその製造方法を提供することにある。
また、樹脂部材をレーザー接合する場合でも、レーザー光によって流路が荒れてしまうことを確実に防止することのできる樹脂製接合品およびその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明では、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合されて前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材との間に流路が形成された樹脂製接合品において、前記第１樹脂部材において前記第２樹脂部材と接合された面側、および前記第２樹脂部材において前記第１樹脂部材と接合された面側のうちの少なくとも一方には突条部が形成され、当該突条部の上端面で前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とが接合されていることにより、前記突条部によって仕切られた領域に前記流路が構成されていることを特徴とする。
本発明では、第１樹脂部材において第２樹脂部材と接合された面側、および第２樹脂部材において第１樹脂部材と接合された面側のうちの少なくとも一方には突条部が形成され、突条部の上端面で第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合されていることにより、突条部によって仕切られた領域に流路が構成されている。このため、分厚い樹脂部材に凹部（流路形成溝）を形成した場合と違って、第１樹脂部材あるいは第２樹脂部材を成形する際、ヒケなどの問題が発生しにくいので、流路の寸法精度や形状精度を向上することができる。
本発明において、前記突条部の幅寸法は、前記流路の幅寸法より小であることが好ましい。かかる構成によれば、突条部にヒケなどが発生しにくいので、流路の寸法精度や形状精度を向上することができる。また、突条部の幅寸法が狭いので、複雑な形状の流路を形成するのが容易である。
本発明において、前記突条部は、前記第１樹脂部材のみに形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、第１樹脂部材および第２樹脂部材のうち、第１樹脂部材については突条部を備えた樹脂成形品を用い、第２樹脂部材については薄い樹脂板でよい。このため、第１樹脂部材および第２樹脂部材の双方を、突条部を備えた樹脂成形品とする必要がないので、樹脂製接合品を安価に製造することができる。
本発明では、前記第１樹脂部材および前記第２樹脂部材のうちの少なくとも一方の樹脂部材において、前記流路と重なる位置には貫通穴が形成されていることが好ましい。このような貫通穴は、例えば、第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合した際に発生したガスを外部に放出するのに用いることができる。このため、樹脂製接合品を製造した後、貫通穴は塞いでもよいが、開放状態のままにしておけば、空気抜き穴として利用することができるため、流路に液体をスムーズに流すことができる。
本発明において、前記第１樹脂部材および前記第２樹脂部材のうちの少なくとも一方は、透光性を備えていることが好ましい。かかる構成を採用すると、第１樹脂部材の側、あるいは第２樹脂部材の側から突条部の上端面にレーザー光を照射することにより、突条部の上端面で第１樹脂部材と第２樹脂部材とをレーザー接合することができる。
本発明において、前記突条部の上端面は光吸収性を備えていることが好ましい。このように構成すると、第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合される突条部の上端面をレーザー光により集中して加熱することができる。
本発明において、前記流路の側面および底部は光吸収性を備えていることが好ましい。このように構成すると、流路内の液体試料を光学的に分析する際、余分な方向に光が迷光として出射されることがないので、分析精度を向上することができる。
かかる構成は、前記第１樹脂部材を光吸収性の樹脂により構成することにより実現することができる。かかる構成によれば、突条部の上端面、流路の側面、および流路の底部を容易に光吸収性とすることができる。
本発明を適用した樹脂製接合品を製造するにあたっては、前記突条部の上端面にレーザー光を照射して、前記突条部の上端面で前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とをレーザー接合することを特徴とする。
この場合、前記突条部の上端面において、前記突条部の幅寸法におけるレーザースポットの径は、当該突条部の幅寸法より小であることが好ましい。かかる構成によれば、流路の底部などに強いレーザー光が照射されないため、レーザー光によって流路の底部などが荒れることがない。従って、流路内で液体試料がスムーズに流れ、特定成分が停滞するなども問題が発生しにくい。
本発明では、第１樹脂部材および第２樹脂部材のうちの少なくとも一方に対して、流路の幅よりも幅寸法が狭い突条部を形成し、かかる突条部の上端面で第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合するため、分厚い樹脂部材に凹部（流路形成溝）を形成した場合と違って、第１樹脂部材あるいは第２樹脂部材を成形する際、ヒケなどの問題が発生しにくい。それ故、流路の寸法精度や形状精度が高い樹脂製接合品を得ることができる。
図面を参照して、本発明を適用した樹脂製接合品およびその製造方法について説明する。
（樹脂製接合品の全体構成）
図１は、本発明を適用した樹脂製接合品の説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は各々、樹脂製接合品の斜視図、および樹脂製接合品に構成された流路の平面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示す樹脂製接合品１は、内部に２次元の流路１３が構成された流路構成体であり、第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とを接合してなる。流路１３は、矢印Ａで示す第１流路１３１と、矢印Ｂで示す第２流路１３２と、第１流路１３１と第２流路１３２とが合流した後の第３流路１３３（矢印Ｃで示す）とからなる。第３流路１３３の途中位置は分析領域１３４になっており、分析領域１３４の下流側は排液領域１３５になっている。本形態において、第１流路１３１、第２流路１３２および第３流路１３３の途中位置は、流路断面積が拡大した滞留室になっている。
かかる樹脂製接合品１において、第１流路１３１から供給された液体試料と、第２流路１３２から供給された反応液とは、第３流路１３３において反応した後、分析領域１３４において蛍光分析などにより光学的に分析される。排液領域１３５には開口部３６が形成されており、排液領域１３５には、分析領域１３４を通過した後の液体試料が到達する。液体試料や反応液を流路１３に通すには、重力や、樹脂製接合品１を回転させたときに発生する遠心力を利用する。
本形態の樹脂製接合品１において、第２樹脂部材３には、流路１３と重なる領域には小さな貫通穴３７が形成されている。貫通穴３７については別の部材で塞がれている構成を採用してもよいが、本形態では、貫通穴３７は開放状態にある空気抜き穴として利用される。その際、貫通穴３７は小さいため、貫通穴３７は開放状態にあっても、液体試料の表面張力によって、液体試料が漏れることはない。なお、分析領域１３４は、樹脂製接合品１に対して装着される別体のチップとして構成される場合がある。
（樹脂製接合品１の製造方法）
図２は、本発明を適用した樹脂製接合品の製造方法を示す説明図であり、図２（ａ）、（ｂ）は各々、樹脂製接合品に用いた第１樹脂部材および第２樹脂部材の斜視図、および樹脂部材同士を接合する方法を示す説明図である。図３は、本発明を適用した樹脂製接合品の製造方法において、第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合する工程を示す説明図であり、図３（ａ）は、第１樹脂部材に第２樹脂部材を重ねた状態の断面図、およびレーザー接合工程の説明図である。
図１、図２および図３において、本形態の樹脂製接合品１は、板状の第１樹脂部材２と板状の第２樹脂部材３とを接合することにより得られる。第１樹脂部材２および第２樹脂部材３には、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＣＯＣ（環状オレフィン・コポリマー）、ＣＯＰ（環状オレフィン・ポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＳ（ポリスチレン）などの樹脂材料を用いることができ、本形態では、ＣＯＰが用いられている。
また、本形態において、第２樹脂部材３は透光性であるが、第１樹脂部材２は、顔料やカーボンが配合された黒色樹脂からなり、かかる黒色樹脂は光吸収性を備えている。
本形態において、第１樹脂部材２は、流路１３の底部を構成する平板部２１と、平板部２１の上面に形成された突条部２２とを備えており、突条部２２で挟まれた部分は、流路１３を構成するための溝２３になっている。ここで、突条部２２の幅寸法は、流路１３（溝２３）の幅寸法よりも小である。
第２樹脂部材３は平板状であり、排液領域１３５に相当する部分に開口部３６が形成されている。また、第２樹脂部材３において、流路１３と重なる領域には小さな貫通穴３７が形成されている。
かかる構成の樹脂製接合品１を製造するには、まず、金型成形によって、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３を形成する。
次に、図２（ｂ）および図３に示すように、第１樹脂部材２に対して、突条部２２が形成されている側に第２樹脂部材３を重ねる。
次に、第２樹脂部材３の側から第１樹脂部材２の突条部２２の上端面２２０と、第２樹脂部材３とが重なっている部分に対して、レーザー光Ｌを照射し、突条部２２の上端面２２０と第２樹脂部材３とをレーザー接合（レーザー溶着）する。かかるレーザー接合の際、ガスが発生した場合でも、かかるガスは、第２樹脂部材３に形成された貫通穴３７から外部に放出される。従って、流路１３に異物が残ることがない。また、貫通穴３７を塞がずに開放状態のままにしておけば、空気抜き穴として機能するため、流路１３に液体を流した際、液体がスムーズに流れる。
図３（ｂ）に示すように、かかるレーザー照射工程では、光学系９によってレーザー光Ｌを収束光として、突条部２２の上端面２２０に照射し、かかる照射位置を突条部２２の上端面２２０に沿って移動させる。その際、突条部２２の上端面２２０において、突条部２２の幅寸法におけるレーザースポットＬＳの径は、突条部２２の幅寸法より小であるが、０．６ｍｍ以上が確保されている。また、突条部２２の幅方向においては、レーザースポットＬＳと、突条部２２の縁部分との間には、狭いながらも寸法Ｇで示すギャップが確保される。このため、レーザー光Ｌが溝２３（流路１３）の底部に照射されることがないので、流路１３の底部が荒れることがない。また、レーザースポットＬＳと、突条部２２の縁部分とのギャップを確保してあるため、レーザー光Ｌの照射によって突条部２２の縁部分が膨らむこともない。しかも、レーザースポットＬＳと、突条部２２の縁部分とのギャップが狭いため、０．６ｍｍ以上の径をもってレーザースポットＬＳを突条部２２の上端面２２０と第２樹脂部材３との接合面に照射することができる。それ故、突条部２２の上端面２２０と第２樹脂部材３とを十分な幅寸法をもって接合することができるので、第２樹脂部材３が第１樹脂部材２から剥がれることがない。
ここで、レーザー光Ｌの焦点Ｆは、突条部２２の上端面２２０よりも第２樹脂部材３の側にある。特に、本形態では、レーザー光Ｌの焦点Ｆは、第２樹脂部材３に対して、第１樹脂部材２が位置する側とは反対側にある。このため、レーザー光Ｌの焦点Ｆは、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３と重ならない位置にある。従って、レーザー光Ｌの焦点Ｆに相当する箇所において第２樹脂部材３が溶融することがない。
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態の樹脂製接合品１およびその製造方法では、第１樹脂部材２において第２樹脂部材３と接合された面側には突条部２２が形成され、突条部２２の上端面２２０で第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とが接合されていることにより、突条部２２によって仕切られた領域が流路１３になっている。従って、分厚い樹脂部材に凹部（流路形成溝）を形成した場合と違って、第１樹脂部材２あるいは第２樹脂部材３を成形する際、ヒケなどの問題が発生しにくい。それ故、流路１３の寸法精度や形状精度を向上することができる。
また、突条部２２の幅寸法は、流路１３の幅寸法より小である。このため、突条部２２にヒケなどが発生しにくいので、流路１３の寸法精度や形状精度を向上することができる。また、突条部２２の幅寸法が狭いので、複雑な形状の流路１３を形成するのが容易である。
また、第１樹脂部材２に黒色樹脂を用いたため、突条部２２の上端面２２０は光吸収性を備えている。従って、第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とが接合される突条部２２の上端面２２０を集中して加熱することができる。また、第１樹脂部材２に黒色樹脂を用いたため、流路１３（溝２３）の側面および底部は光吸収性を備えている。このため、流路１３内の液体試料を光学的に分析する際、余分な方向に光が迷光として出射されることがないので、分析精度を向上することができる。
また、レーザー照射を行なう際、突条部２２の上端面２２０において、突条部２２の幅方向におけるレーザースポットＬＳの径は、突条部２２の幅寸法より小である。このため、流路１３（溝２３）の底部などに強いレーザー光が照射されないため、レーザー光Ｌによって流路１３の底部などが荒れることがない。従って、流路１３内で液体試料がスムーズに流れ、特定成分が停滞するなどの問題が発生しにくい。
さらに、突条部２２は、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３の双方に形成した構成を採用することができるが、本形態では、第１樹脂部材２のみに突条部２２が形成され、第２樹脂部材３には突条部が形成されていない。このため、第１樹脂部材２については突条部２２を備えた樹脂成形品を用い、第２樹脂部材３についは薄い樹脂板でよい。従って、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３の双方を、突条部を備えた樹脂成形品とする必要がないので、樹脂製接合品１を安価に製造することができる。
（他の実施の形態）
図４（ａ）、（ｂ）は本発明を適用した別の実施の形態の説明図である。上記実施の形態において、第１樹脂部材２については平板部２１の一方の面に同一の高さ寸法の突条部２２が形成されている構成であったが、図４（ａ）に示すように、流路１３の深さが異なる構成であってもよい。また、流路１３の深さが異なる場合、高さ寸法の低い突条部２２が形成された領域では、平板部２１の裏面側に凹部２７を形成することが好ましい。このように構成すると、高さ寸法の低い突条部２２が形成された領域でも、底部が分厚くならないので、成形時のヒケを防止することができる。
また、上記実施の形態においては、図３（ｂ）を参照して説明したように、レーザー光Ｌの焦点Ｆが、第２樹脂部材３に対して、第１樹脂部材２が位置する側とは反対側にあったが、第１樹脂部材２が光吸収性を有している場合、図４（ｂ）に示すように、レーザー光Ｌの焦点Ｆが、第１樹脂部材２と重なる位置にあってもよい。
上記実施の形態では、第１樹脂部材２を黒色樹脂としたが、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３の双方が透光性樹脂である場合に、流路１３を構成するための突条部２２を利用して第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とを接合する構成を採用してもよい。かかる構成の場合、第１樹脂部材２の側、および第２樹脂部材３の側のいずれの側からレーザー光を照射してもよい。また、第１樹脂部材２を透光性樹脂とし、第２樹脂部材３を黒色樹脂としてもよい。この場合、第１樹脂部材２の側から突条部２２の上端面２２０に向けてレーザー光を照射すればよい。
上記実施の形態では、第１樹脂部材２および第２樹脂部材３をレーザー接合する例であったが、第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とを接着、熱圧着、超音波溶着などにより接合する場合に、流路１３を構成するための突条部２２を利用して第１樹脂部材２と第２樹脂部材３とを接合する構成を採用してもよい。
上記実施の形態では、第１樹脂部材２に黒色樹脂を用いることにより、突条部２２の上端面２２０、流路１３（溝２３）の側面、および流路１３（溝２３）の底部に光吸収性を付与したが、突条部２２の上端面２２０、流路１３（溝２３）の側面、および流路１３（溝２３）の底部に選択的に黒色コーティングを施すことにより光吸収性を付与してもよい。
上記実施の形態では、流路１３と重なる位置の貫通穴３７を第２樹脂部材３に形成したが、かかる貫通穴３７は、第２樹脂部材２の側に形成してもよい。
本発明を適用した樹脂製接合品の説明図である。 本発明を適用した樹脂製接合品の製造方法を示す説明図である。 本発明を適用した樹脂製接合品の製造方法において、第１樹脂部材と第２樹脂部材とを接合する工程を示す説明図である。 本発明を適用した他の樹脂製接合品の説明図である。
符号の説明
１ 樹脂製接合品
２ 第１樹脂部材
３ 第２樹脂部材
１３ 流路
２２ 突条部
３７ 貫通穴
２２０ 突条部の上端面

Claims (10)

  1. 第１樹脂部材と第２樹脂部材とが接合されて前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材との間に流路が形成された樹脂製接合品において、
    前記第１樹脂部材において前記第２樹脂部材と接合された面側、および前記第２樹脂部材において前記第１樹脂部材と接合された面側のうちの少なくとも一方には突条部が形成され、
    当該突条部の上端面で前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とが接合されていることにより、前記突条部によって仕切られた領域に前記流路が構成されていることを特徴とする樹脂製接合品。
  2. 前記突条部の幅寸法は、前記流路の幅寸法より小であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製接合品。
  3. 前記突条部は、前記第１樹脂部材のみに形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の樹脂製接合品。
  4. 前記第１樹脂部材および前記第２樹脂部材のうちの少なくとも一方の樹脂部材において、前記流路と重なる位置には貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の樹脂製接合品。
  5. 前記第１樹脂部材および前記第２樹脂部材のうちの少なくとも一方は、透光性を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の樹脂製接合品。
  6. 前記突条部の上端面は、光吸収性を備えていることを特徴とする請求項５に記載の樹脂製接合品。
  7. 前記流路の側面および底部は、光吸収性を備えていることを特徴とする請求項５または６に記載の樹脂製接合品。
  8. 前記第１樹脂部材は、光吸収性の樹脂からなることを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の樹脂製接合品。
  9. 請求項５乃至８の何れか一項に記載の樹脂製接合品の製造方法であって、
    前記第１樹脂部材に対して前記第２樹脂部材を重ねた状態で前記突条部の上端面にレーザー光を照射して、前記突条部の上端面で前記第１樹脂部材と前記第２樹脂部材とをレーザー接合することを特徴とする樹脂製接合品の製造方法。
  10. 前記突条部の上端面において、前記突条部の幅寸法におけるレーザースポットの径は、当該突条部の幅寸法より小であることを特徴とする請求項９に記載の樹脂製接合品の製造方法。
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