JP4379861B2 - 射出成形体 - Google Patents

Description

この発明は、各種の微量試料（例えば、ウイルスや細菌などの微小な生命体、細胞や生体高分子などの生命構成体、生体高分子以外の有機化合物、無機物，無機化合物）の解析に用いられる射出成形体であって、例えば、多数の遺伝子の働きを同時に調べるために使用されたり、ＤＮＡを増幅させるＰＣＲ法の反応器としても使用されることがある射出成形体に関するものである。

近年、遺伝子の働きを調べる様々な方法のうちで、数千から数万種類の遺伝子を同時に調べることができるマイクロウェルアレイ技術がゲノム医科学の分野や生化学等の各技術分野で注目されている。

このような技術背景のもとにおいて、図２１乃至図２３に示すように、一枚の平板状のプレート１００に略四角錐形状の微小なウェル（凹部）１０１を多数形成し、そのウェル１０１内に解析対象となる液状試料を注入し、多種類の試料を同時に解析することができるようにしたもの（少量流動体保持装置と略称する）が既に案出されている。この図２１及び図２２に示す少量流動体保持装置は、微小なウェル１０１を多数形成するウェル形成領域（凹部形成領域）１０２と、このウェル形成領域１０２を取り囲むように形成されている額縁領域１０３とからなっている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６０２７６９５号明細書。

図２１乃至図２３に示すような少量流動体保持装置は、一般的に、微小なウェル１０１内に機械（例えば、プリンタのインクジェット技術を利用した試料噴射装置）で自動的に微量試料を注入するようになっているため、多数の微小なウェル１０１を高精度に形成して、ウェル１０１内に正確に試料を注入する必要がある。そこで、射出成形によって高精度に形成されたプラスチックプレート（射出成形体）１００が少量流動体保持装置として使用されるようになってきている。

しかしながら、このような射出成形されたプラスチックプレート１００は、図２１及び図２３に示すように、射出成形用ゲート１０４から射出された樹脂がキャビティ１０５内を流動する際に、ウェル形成領域１０２を流動する溶融樹脂の速度よりもウェル形成領域１０２の幅方向両側の額縁領域１０３を流動する溶融樹脂の速度の方が速くなるため、射出成形用ゲート１０４から最も遠い額縁領域１０３の端部１０６側の幅方向略中央部において、エアートラップ（溶融樹脂から発生するガスを樹脂で囲まれた空間内に閉じ込める現象）に起因する金型の転写不良及び変色（高温化したガスの熱で樹脂が焦げて色の変化が生じる）といった不具合や、ウェルドライン（樹脂の合流したときに現れるヘアライン状の細い線）１０７に起因する金型形状の転写不良が発生する場合があった。

図２４は、射出成形用ゲート１０４から射出された溶融樹脂１１０のキャビティ１０５内における流動状況を時系列的に示す図であって（図２１及び図２２参照）、ウェルドライン１０７及びエアートラップ１０８が発生する状況を示す図である。

すなわち、図２４の（ａ）から（ｅ）までに示すように、射出成形用ゲート１０４から射出された溶融樹脂１１０は、ウェル形成領域１０２の両側の額縁領域１０３の方がウェル形成領域１０２よりも速く流動する。これは、ウェル形成領域１０２にウェル１０１が多数形成されているため、ウェル形成領域１０２を流れる溶融樹脂１１０には大きな流動抵抗が作用するが、ウェル１０１が形成されない額縁領域１０３を流れる溶融樹脂１１０には比較的小さな流動抵抗しか作用しないからである。

そして、図２４の（ｆ）において、溶融樹脂１１０に囲まれた空間にガスが閉じ込められ、エアートラップ１０８及びウェルドライン１０７が生じる。この（ｆ）に示す状態から更に溶融樹脂１１０が注入されて（ｇ）に示す状態になると、空間内のガスが断熱圧縮されて高温化し、溶融樹脂１１０が焦げて変色する。

本出願人は、上述のような不具合の発生を防止するため、様々な射出成形条件を経験から得た知識に基づいて探り出し、上述の不具合が生じることがない射出成形体を製造しているが、最適な射出成形条件を探り出すのに多大な労力を要していた。

そこで、本発明は、射出成形体の形状や表面性状を工夫することにより、射出成形条件を探り出すための労力を軽減し、ウェルドラインが目立ちにくくて、エアートラップが生じにくく、金型形状が高精度で転写される形状精度に優れた射出成形体を提供することを目的とする。

本発明は、ウェルドラインを目立ちにくくし、エアートラップを発生しにくくするため、射出成形用ゲートからキャビテイ内に射出された樹脂の流動速度を均一化する手段が射出成形体に形成されている。すなわち、本発明の射出成形体は、平面形状が矩形形状の薄板であり、微小なウェルを複数形成する凹部形成領域と、この凹部形成領域を取り囲むように形成された額縁領域とを備えている。この射出成形体の前記額縁領域は、（１）前記薄板の長手方向の一端部側に位置する第１の額縁領域と、前記薄板の幅方向の両側にそれぞれ位置する一対の第２の額縁領域と、前記薄板の長手方向の他端部側に位置する第３の額縁領域と、を有し、（２）前記第１の額縁領域と前記第３の額縁領域が、前記一対の第２の額縁領域によって前記薄板の長手方向に沿って接続され、（３）前記第１の額縁領域の幅方向略中央部に射出成形用ゲートが配置されるようになっている。そして、前記一対の第２の額縁領域の表裏の少なくとも一方には、射出成形時に前記第１の額縁領域側から前記第３の額縁領域側に向かう樹脂の流れの抵抗となる流動抵抗付与手段が形成されたことを特徴としている。これにより、キャビティ内を射出成形用ゲート側から遠ざかる方向に流動する樹脂の流れに対し、凹部形成領域の他に第２の額縁領域でも流動抵抗が作用することになり、キャビティ内の樹脂の流動速度が均一化する。ここで、流動抵抗付与手段としては、例えば、文字やロゴ等からなる粗面、梨地面やローレット加工面等からなる粗面、薄肉部、凹部形成領域の凹部と同様の複数の凹みが対応するが、これに限定されるものではなく、射出成形時における樹脂の流れに対して流動抵抗を付与することができるものであればよい。

本発明によれば、額縁領域に形成された流動抵抗付与手段が、射出成形時にキャビティ内を流動する樹脂の流れに対し、ウェル形成領域と同様の流動抵抗を与え、樹脂の流動速度を均一化することができるため、額縁領域を流れる樹脂がウェル形成領域を流れる樹脂よりも先行して流れてしまうことに起因するウェルドラインやエアートラップの発生を防止することができる。

また、本発明は、上述のようにウェルドラインやエアートラップの発生を防止できるため、金型形状を高精度で転写でき、ウェルを含めた外形形状を高精度に成形できる。

また、本発明は、上述のように、流動抵抗付与手段によってキャビテイ内を流れる溶融樹脂の流動速度を均一化することができ、ウェルドラインやエアートラップの発生を防止することができるため、射出成形条件を決定する作業が容易化する。

本発明に係る射出成形体は、微小な凹部を複数形成する凹部形成領域と、この凹部形成領域を取り囲むように形成された額縁領域とを備えている。その額縁領域の一端部側には射出成形用ゲートが配置され、その射出成形用ゲートからキャビテイ内に射出された溶融樹脂が額縁領域の一端部側に対向する他端部側に向かって流動するようになっている。そして、本発明の射出成形体は、流動抵抗が大きな凹部形成領域と同様の流動抵抗を溶融樹脂に与えるため、額縁領域の前記一端部側と該一端部側に対向する他端部側とを繋ぐ一対の側部（額縁領域）に、一端部側から他端部側に向かって流れる樹脂に流動抵抗を付与する流動抵抗付与手段が形成されている。

これにより、本発明の射出成形体は、額縁領域の射出成形用ゲートから離れた他端部側において、額縁領域を流れる樹脂の流れが凹部形成領域を流れる樹脂よりも先行して流動するようなことがなくなり、凹部形成領域と額縁領域の一対の側部とを流れる樹脂の流動速度が額縁領域の他端部側において均一化するため、ウェルドラインやエアートラップの発生を防止することが可能になる。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳述する。

図１乃至図３は、本発明の実施例に係る射出成形体である射出成形プラスチックプレート１を示すものである。このうち、図１は、射出成形プラスチックプレート１の平面図（上面図）である。また、図２は、図１のＡ方向から見た側面図であり、図３は、図１に示す射出成形プラスチックプレート１の裏面図（下面図）である。

これらの図に示すように、本実施の形態に係る射出成形プラスチックプレート１は、例えば、ポリカーボネイト（ＰＣ），ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等を金型のキャビティ２内に射出して形成されたものであり、平面形状が矩形形状となるように形成された薄板である（図１乃至図２参照）。そして、射出成形プラスチックプレート１は、図１に示すように、その平面形状がスライドグラス大の矩形平面（上面１ａ）に微小なウェル（凹部）３が多数形成されてなるウェル形成領域（凹部形成領域）４と、このウェル形成領域４を取り囲むように形成された額縁領域５と、を備えている。

額縁領域５は、図１に示すように、射出成形プラスチックプレート１の長手方向の一端部側（第１の額縁領域）５ａが対向する他端部（第３の額縁領域）５ｂ側よりも面積が広くなるように形成されており、その一端部側５ａと他端部側５ｂとが一対の側部（第２の額縁領域）５ｃ，５ｃによって長手方向に沿って接続されている。そして、額縁領域の一端部側の幅方向略中央部には、射出成形用ゲート６が配置されるようになっている。したがって、射出成形用ゲート６からキャビティ２内に射出された溶融樹脂は、キャビティ２内を長手方向の一端部側５ａから他端部側５ｂ（図２の右側から左側）に向かって流動する。

また、射出成形プラスチックプレート１は、図１に示すように、額縁領域５の一対の側部５ｃ，５ｃに溶融樹脂の流れの抵抗となる粗面７が断続的に形成されている。この粗面７は、文字やロゴを断続的に書き込んだ面であるが、これに限られず、文字やロゴを一対の側部５ｃ，５ｃの長手方向に沿って連続的に書き込んだ面でもよい。また、粗面７は、梨地面，ローレット加工面，樹脂の流れに直交する方向に延びる微細溝が平行に多数形成された面等を、一対の側部５ｃ，５ｃの長手方向に沿って断続的に形成するか又は連続的に形成したものであってもよい。

このように、額縁領域５のうちの一対の側部５ｃ，５ｃに粗面７を形成することにより、キャビティ２内の一対の側部５ｃ，５ｃに対応する部位が同様の粗面（転写用の粗面）となるため、キャビティ２内の一対の側部５ｃ，５ｃに対応する部位に沿って流れる溶融樹脂に対して流動抵抗を与えることができる。

また、射出成形プラスチックプレート１の裏面１ｂ側には、図３に示すように、上面１ａ側の一対の側部５ｃ，５ｃに対応する部位に粗面８が形成されている。この射出成形プラスチックプレート１の裏面１ｂ側は、ウェル３が形成されず、粗面８以外の面が鏡面となるように形成されている。尚、粗面８は、上面１ａの粗面７と同様に形成され、流動抵抗付与手段として機能する。

ここで、ウェル３は、ＤＮＡ断片や検体（例えば、蛍光色素で処理されたｃＤＮＡ）等を含む液状の試料を収容できるように凹んでおり、例えば、直径又は一辺が０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの○又は□形状の開口を有し、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度、好ましくは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍのピッチで多数（数千個）形成され、数十ナノリットルの容積が確保されるように形成されている。尚、本実施の形態においては、ウェル３の開口形状が□形状のものを例示したが、これに限定されるものでなく、開口形状が○形状のウェル３を形成するようにしてもよい。

このような構成の射出成形プラスチックプレート１は、射出成形用ゲート６からキャビティ２内に射出された溶融樹脂が額縁領域５の一端部側５ａから他端部側５ｂに向かって流動することになるが、この際、ウェル形成領域４の幅方向両側の額縁領域５（一対の側部５ｃ，５ｃ）に形成された粗面７による抵抗及び裏面２ｂ側の粗面８による抵抗により樹脂の流れに遅れを生じ、額縁領域５の他端部側５ｂにおいて、ウェル形成領域４を流れる樹脂の流動速度と一対の側部５ｃ，５ｃを流れる樹脂の流動速度がほぼ同じになる。その結果、ウェルドラインを生じにくくなると共に、ガスを巻き込むようなエアートラップを生じにくくなり、金型形状の転写精度が向上し、外形精度が高精度化する。

以上のように、本実施の形態によれば、ウェルドラインやエアートラップを生じにくくなるため、射出成形条件が緩和され、成形が容易化して、生産効率が向上する。

尚、本実施の形態は、一対の側部５ｃ，５ｃ及びこれに対応する裏面１ｂ側の部分の表裏両面に粗面７，８を形成する対応を例示したが、これに限定されるものでなく、表裏いずれかの面に形成した粗面７，８だけで樹脂の流れの速度を均一化できる場合には、いずれか一方の面のみに粗面７，８を形成するようにしてもよい。

図４乃至図６は、本発明の第２の実施の形態に係る射出成形プラスチックプレート１を示すものである。これらの図に示す射出成形プラスチックプレート１は、額縁領域５のうちの一対の側部（第２の額縁領域）５ｃ，５ｃ及び他端部側（第３の額縁領域）５ｂが、額縁領域５の一端部側（第１の額縁領域）５ａよりも薄肉に形成されている。この額縁領域５の薄肉部分（５ｃ，５ｃ，５ｂ）が、額縁領域の一端部側５ａから他端部側５ｂに向かう樹脂の流れを絞って、ウェル形成領域４を流れる樹脂の流動速度と一対の側部５ｃ，５ｃを流れる樹脂の流動速度とを他端部側５ｂにおいて均一化することができる。すなわち、薄肉部分（５ｃ，５ｃ，５ｂ）が、溶融樹脂に対して流動抵抗を付与する流動抵抗付与手段として機能する。

ここで、額縁領域５の薄肉部分（５ｃ，５ｃ，５ｂ）は、図７乃至図９に示すように、裏面１ｂ側に形成するようにしてもよい。すなわち、射出成形プラスチックプレート１の裏面１ｂ側で、且つ表面１ａ側の一対の側部５ｃ，５ｃ及び他端部側５ｂに対応する位置に薄肉部分１０，１１を形成して、樹脂の流れをその薄肉部分１０，１１で絞り、射出成形用ゲート６から射出された樹脂の流動速度を均一化することにより、ウェルドラインやエアートラップの発生を抑えるようにしてもよい。

また、額縁領域５の薄肉部分（５ｃ，５ｃ，５ｂ）は、図１０乃至図１２に示すように、射出成形用ゲート６から遠ざかるにしたがって肉厚が薄くなっていくように形成してもよい。

また、図１３乃至図１５に示すように、射出成形ゲート６から遠ざかるにしたがって肉厚が薄くなる薄肉部分１０，１１を射出成形プラスチックプレート１の裏面１ｂ側に形成するようにしてもよい。

また、図１１及び図１４に示す射出成形プラスチックプレート１は、射出成形ゲート６から遠ざかるにしたがってほぼ直線状に薄くなっていく態様を例示しているが、これに限られず、射出成形ゲート６から遠ざかるにしたがって滑らかな曲線状に薄くなっていく態様でもよく、また、射出成形ゲート６から遠ざかるにしたがって階段状に薄くなっていく態様でもよい。

また、図１６に示すように、額縁領域５の一対の側部５ｃ，５ｃにウェル３とほぼ同様の形状か、又は略半球状やその他の形状の凹部１２を複数形成し、キャビティ内を流動する溶融樹脂の流れにウェル形成領域４と同様の流動抵抗を一対の側部５ｃ，５ｃにおいても生じさせ、キャビティ内を射出成形用ゲート６から長手方向（額縁領域５の他端部側５ｂ）に向かう樹脂の流動速度を均一化して、ウェルドラインやエアートラップの発生を防止するようにしてもよい。

尚、図１の粗面７の開始位置は、ウェル形成領域４の流動抵抗との均衡を図るため、より一層射出成形用ゲート６寄りに近づけてもよいし、また、射出成形用ゲート６から遠ざけるようにしてもよい。また、図４，図７，図１０，図１３において、薄肉部分５ｃ、１０の射出成形用ゲート６側の端部は、ウェル形成領域４の流動抵抗との均衡を図るため、射出成形用ゲート６側に近づけてもよいし、また、射出成形用ゲート６から遠ざけるようにしてもよい。

また、図１６に示す凹部１２の形成開始位置は、ウェル形成領域４の流動抵抗との均衡を図るため、より一層射出成形用ゲート６寄りに近づけてもよいし、また、射出成形用ゲート６から遠ざけるようにしてもよい。

また、図１７に示すように、断面形状が半円形やその他の断面形状（例えば、矩形形状や三角形状等）の溝１３を一対の側部５ｃ，５ｃに形成し、一対の側部５ｃ，５ｃに薄肉部１４を形成するようにしてもよい。

また、上述の各実施例は、ウェル形成領域４の四方を取り囲むように額縁領域５が形成されるような態様を例示したが、これに限られず、図１８乃至図２０に示すように、ウェル形成領域４の外側に額縁領域５を形成する態様のプラスチックプレート１としてもよい。

すなわち、図１８に示すプラスチックプレート１は、ウェル形成領域４を額縁領域５の一端部側（第１の額縁領域）５ａと対向する（長手方向反対側に位置する）他端１ｅまで延ばし、平面形状が略コ字形状となるように額縁領域５を形成し、上述の各実施例に開示された他端部側５ｂ（一対の側部５ｃ，５ｃを接続する他端部側５ｂ）を形成せず、少なくとも一対の側部（第２の額縁領域）５ｃ，５ｃの上面１ａ側または裏面側に流動抵抗付与手段を形成するようにしてもよい。

また、図１９に示すプラスチックプレート１は、図中上方に開口するような略コ字形状の額縁領域５を有し、一方の側部（図中上方側の側部としての第２の額縁領域）５ｃを形成せず、ウェル形成領域４を額縁領域５の一端部側（第１の額縁領域）５ａ，他方の側部（第２の額縁領域）５ｃ及び他端部側（第３の額縁領域）５ｂで囲むように形成し、これらの額縁領域５の少なくとも他方の側部（第２の額縁領域）５ｃの上面１ａ側又は裏面側に流動抵抗付与手段を形成するようにしてもよい。

また、図２０に示すプラスチックプレート１は、額縁領域５が略Ｈ字形状となるように、ウェル形成領域４の外側に額縁領域を形成し、額縁領域５の一端部側（第１の額縁領域）５ａの幅方向略中央部と他端部側（第３の額縁領域）５ｂの幅方向略中央部とを長手方向額縁領域（第２の額縁領域）５ｄで接続するようになっており、この長手方向額縁領域（第２の額縁領域）５ｄを境にして、図中上側と図中下側にウェル形成領域４を分けて形成し、少なくとも長手方向額縁領域５ｄの上面１ａ側又は裏面側に流動抵抗付与手段を形成するようにしてもよい。

尚、上述の実施例では、いずれの場合も、合成樹脂材により形成された射出成形体１を例示して説明したが、本発明は、これに限られず、例えば、金属材料又はセラミック等の粉体を樹脂バインダ等と加熱混合して流動性をもたせ、これを射出形成機で射出することにより形成された射出成形体をも含むものである。

本発明の射出成形体は、各種の微量試料（例えば、ウイルスや細菌などの微小な生命体、細胞や生体高分子などの生命構成体、生体高分子以外の有機化合物、無機物，無機化合物）の解析に使用することができる。例えば、様々な生物種のゲノム情報を一枚の射出成形体によって同時に解析することにより、ゲノム情報の解析スピードを上げることが可能になる。また、本発明の射出成形体は、平板上にスポッティング装置で微量の試料を付着させる場合に比較し、隣接する試料同士が混ざり合うのを防止できるため、各ウェル内の微量試料を正確に解析することが可能になる。また、本発明に係る射出成形体は、ウェル内に微量試料を注入して保持するようになっているため、ＤＮＡを増幅させるＰＣＲ法の反応器としても使用することが可能である。

本発明の実施例１に係る射出成形プラスチックプレートの平面図である。

図１の射出成形プラスチックプレートの側面図であり、キャビティ及び射出成形用ゲートと製品である射出成形プラスチックプレートとの関係を示す図である。

図１の射出成形プラスチックプレートの裏面図である。

本発明の実施例２に係る射出成形プラスチックプレートの平面図である。

図４の射出成形プラスチックプレートをＡ方向から見た側面図である。

図４の射出成形プラスチックプレートのＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図である。

本発明の実施例２の第１変形例を示す射出成形プラスチックプレートの平面図である。

図７の射出成形プラスチックプレートをＣ方向から見た図である。

図７の射出成形プラスチックプレートのＤ−Ｄ線に沿って切断して示す断面図である。

本発明の実施例２の第２変形例を示す射出成形プラスチックプレートの平面図である。

図１０の射出成形プラスチックプレートをＥ方向から見た図である。

図１０の射出成形プラスチックプレートのＦ−Ｆ線に沿って切断して示す断面図である。

本発明の実施例２の第３変形例を示す射出成形プラスチックプレートの平面図である。

図１３の射出成形プラスチックプレートをＧ方向から見た図である。

図１３の射出成形プラスチックプレートのＨ−Ｈ線に沿って切断して示す断面図である。

本発明の実施例２の第４変形例を示す射出成形プラスチックプレートの平面図である。

本発明の実施例２の第５変形例を示す射出成形プラスチックプレートの幅方向に平行に断面し、その断面を一部拡大した図である。 本発明のその他の変形例１を示す図であり、ブラスチックプレートの平面図である。

本発明のその他の変形例２を示す図であり、プラスチックプレートの平面図である。

本発明のその他の変形例３に示す図であり、プラスチックプレートの平面図である。

従来のプレートの平面図である。

図１８のＪ方向から見たプレートの側面図である。

図１８のＫ−Ｋ線に沿って切断して示す図である。

プレートの形成過程を時系列に示す図である。

符号の説明

１……射出成形プラスチックプレート（射出成形体）、３……ウェル（凹部）、４……ウェル形成領域（凹部形成領域）、５……額縁領域、５ａ……一端部（第１の額縁領域）側、５ｂ……他端部側（第３の額縁領域）、５ｃ……側部（第２の額縁領域）、５ｄ……長手方向額縁領域（第２の額縁領域）、６……射出成形用ゲート、７，８……粗面（流動抵抗付与手段）、１０，１１，１４……薄肉部分（流動抵抗付与手段）、１２……凹部（流動抵抗付与手段）

Claims (5)

1. 平面形状が矩形形状の薄板であり、
   微小なウェルを複数形成する凹部形成領域と、この凹部形成領域を取り囲むように形成された額縁領域とを備えた射出成形体において、
   前記額縁領域は、
   （１）前記薄板の長手方向の一端部側に位置する第１の額縁領域と、前記薄板の幅方向の両側にそれぞれ位置する一対の第２の額縁領域と、前記薄板の長手方向の他端部側に位置する第３の額縁領域と、を有し、
   （２）前記第１の額縁領域と前記第３の額縁領域が、前記一対の第２の額縁領域によって前記薄板の長手方向に沿って接続され、
   （３）前記第１の額縁領域の幅方向略中央部に射出成形用ゲートが配置されるようになっており、
   前記一対の第２の額縁領域の表裏の少なくとも一方には、射出成形時に前記第１の額縁領域側から前記第３の額縁領域側に向かう樹脂の流れの抵抗となる流動抵抗付与手段が形成された、
   ことを特徴とする射出成形体。
2. 前記流動抵抗付与手段が粗面であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形体。
3. 前記流動抵抗付与手段が、前記第１の額縁領域よりも薄肉に形成された薄肉部分であることを特徴とする請求項１に記載の射出成形体。
4. 前記薄肉部分が、前記射出成形用ゲートから遠ざかるにしたがって薄くなるように形成されたことを特徴とする請求項３に記載の射出成形体。
5. 前記薄肉部分が、前記射出成形用ゲートから遠ざかる方向に沿って断続的に複数形成されたことを特徴とする請求項３に記載の射出成形体。

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