JP4382318B2 - 微小流路を有するセル基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小流路を有するセル基板およびその製造方法に関し、より詳細には、化学分析などの分野において微小量の液体を混合するのに用いられる微小流路を有するセル基板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種液体の合成、反応により産生される液体の化学分析を行うにあたり、廃液の量を減らすために微小量の液体を混合することができる、微小流路（以下、カナルという）を有するセル基板が用いられている。セル基板に設けられた寸法精度のよいカナルにより、微小量で精度の高い合成、反応を行うことができる。
【０００３】
図１に、従来のカナルを有するセル基板の一例を示す。カナルを有するセル基板は、ガラス基板１１とカバー１３とを熱融着または接着剤で接合することにより、構成されている。ガラス基板１１とカバー１３とは、板ガラスまたは石英ガラスが使用される。ガラス基板１１には、レーザ加工、ウェットエッチング法、またはドライエッチング法により、Ｙ字型のカナル１２が形成されている。カバー１３には、Ｙ字型のカナル１２の各々の頂点に対応する位置に、注入口１４ａ，１４ｂと排出口１５とが設けられている。注入口１４ａ，１４ｂから注入された液体は、カナル１２に沿って合流し、混合されて排出口１５に導かれるようになっている。
【０００４】
図２に、従来のカナルを有するセル基板の他の例を示す。カナルを有するセル基板は、ガラス基板２１とカナル２２を有する流路基板２３とカバー１３とを熱融着または接着剤で接合することにより、構成されている。流路基板２３には、レーザ加工、ウェットエッチング法、またはドライエッチング法により、Ｙ字型のスリット状のカナル２２が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウェットエッチング法でカナルを形成するセル基板は、等方的エッチングのため、寸法精度の高いカナルを形成することが難しいという問題があった。ドライエッチング法でカナルを形成するセル基板は、寸法精度の高いカナルを形成することができるが、高価な真空装置を必要とし、長時間の加工が必要で、生産効率が低いという問題もあった。
【０００６】
また、複数の基板を熱融着により接合するために、量産性が低く、コストが高いという問題もあった。接着剤により接合する場合にあっては、接着剤がカナルを埋めてしまうために、歩留まりが低いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、セル基板を構成する際の一体化が容易であって、寸法精度の高い微小流路を有するセル基板およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板において、微小流路を上面に有する浮き出し段差と、該浮き出し段差の周囲に設けられた溜まり溝とが形成された第１基板と、前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差が形成された第２基板とを備え、前記第１基板と前記第２基板とを接合して構成されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の前記微小流路の側壁の屈曲部は、曲率を有する形状であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記微小流路は、前記複数の液体が合流する前の、前記複数の流路の断面積の合計が、前記複数の液体が合流した後の前記１つの流路の断面積と等しいことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１、２または３に記載の前記微小流路の横断面の形状は、方形、円形、半円形または台形のいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の前記微小流路は、前記複数の液体が合流した後の前記１つの流路の底面に、薄膜電極を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板の製造方法において、第１基板に浮き出し段差を形成する工程と、前記浮き出し段差の上面に微小流路を形成する工程と、前記浮き出し段差の周囲に溜まり溝を形成する工程と、第２基板に前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差を形成する工程と、前記第１基板と前記第２基板とを接合して微小流路を有するセル基板を形成する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の前記微小流路を形成する工程は、フローティングパーティクル研磨法、ウォータージェット法、エッチング法、リプレス法またはゾルゲル法のいずれかの方法で形成することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板の製造方法において、微小流路を形成する凸部を底面に有し、浮き出し段差を形成する凹部と、該凹部の周囲に設けられた溜まり溝を形成する凸部とを有する第１金型により第１基板を成形し、前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差を形成する凸部を有する第２金型により第２基板を成形し、前記第１基板と前記第２基板とを接合して構成することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の前記第１金型および前記第２金型は、フローティングパーティクル研磨法またはウォータージェット法により形成された金型であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図３に、本発明の第１の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示す。図３（ａ）は、斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のａａ’における中央横断面図である。カナルを有するセル基板は、樹脂基板３１とカバー３３とを接着剤で接合することにより、構成されている。
【００１９】
樹脂基板３１には浮き出し段差が設けられており、浮き出し段差の表面に、Ｙ字型のカナル３２が形成されている。浮き出し段差の周囲には、溜まり溝としてドレイン３６が設けられている。ドレイン３６は、樹脂基板３１とカバー３３とを張り合わせた際に、余分な接着剤が流れ込む溝となる。ドレイン３６の形状は、浮き出し段差の周囲を取り囲むものに限定されるものではない。このような構成により、浮き出し段差とドレイン３６とにより、接着剤のカナル３２への流入を防ぐことができる。
【００２０】
ここで、カナル３２が形成された樹脂基板３１を作製する方法は、既知のフローティングパーティクル研磨法、またはウォータージェット法を用いて形成した金型を使用する。カナルの寸法精度は、金型の寸法精度に依存するので、加工歪みの少ない平滑な側壁、底面を有するカナルを形成することができる。このような機械的な加工方法、エッチング法、リプレス法またはゾルゲル法を用いて、樹脂基板３１にカナル３２を直接形成してもよい。
【００２１】
カバー３３は、樹脂基板３１の浮き出し段差に対応して、堀込み段差が形成され、カナル３２の蓋となり、一体型のセル基板を構成するようになっている。カバー３３には、Ｙ字型のカナル３２の各々の頂点に対応する位置に、注入口３４ａ，３４ｂと排出口３５とが設けられている。また、樹脂基板３１の四隅には突起３７ａ〜３７ｄが設けられ、カバー３３の四隅には接合穴３８ａ〜３８ｂが設けられ、それぞれ勘合するよう構成されている。
【００２２】
カナルを有するセル基板の使用方法について説明する。最初に、合成する２つの液体を、キャピラリー等で注入口３４ａ，３４ｂのそれぞれに注入する。注入された液体は、Ｙ字型のカナル３２に沿って合流し、混合されて２つの液体から合成物が合成される。合成された液体は、透明な樹脂基板３１とカバー３３とを通して、光学特性等の測定が行われる。測定が終了すると、合成された液体は、排出口３５から排出される。
【００２３】
図４に、本発明の第２の実施形態にかかるカナルを有するセル基板の樹脂基板を示す。図４（ａ）は、上面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のａａ’における中央横断面図である。図５に、本発明の第２の実施形態にかかるカナルを有するセル基板のカバーを示す。図５（ａ）は、底面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のａａ’における中央横断面図である。第２の実施形態においては、溝状のドレイン３６と突起３７ａ〜３７ｄとをカバー３３に設け、接合穴３８ａ〜３８ｂを樹脂基板３１に設けた。
【００２４】
図６に、本発明の一実施形態にかかるカナルを示す。カナルの断面形状は、カナルを流れる液体の層流を維持するために、様々な形状を適用することができる。図６（ａ）は方形、図６（ｂ）は円形、図６（ｃ）は半円形、６（ｄ）は台形の形状を有する。
【００２５】
図７に、本発明の一実施形態にかかるカナルの側壁形状を示す。図７（ａ）は、加工前の側壁形状を示した斜視図である。図７（ｂ）は、側壁を加工したカナルを示した斜視図である。カナル７１は、スムースな層流を維持するために、側壁の屈曲部７２，７３ａ，７３ｂに曲率を有している。
【００２６】
図８に、本発明の一実施形態にかかるカナルの断面形状を示す。図８（ａ）に示したカナルは、液体が合流する前のカナル８１ａ，８１ｂの断面積の合計が、液体が合流した後のカナル８１ｃの断面積と等しい。このようにして、カナルを流れる液体の層流を安定させることができる。
【００２７】
図８（ｂ）に示したカナルは、カナルの幅は全て等しいが、深さが異なる。液体が合流した後のカナル８１ｃは、液体が合流する位置から排出口のある位置まで、徐々に深くなる。排出口のある位置では、カナル８１ａ，８１ｂの断面積の合計が、カナル８１ｃの断面積と等しい。このようにして、カナルを流れる液体の層流を安定させることができる。
【００２８】
図９に、本発明の第３の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示す。カナルを有するセル基板を、カバー３３の上面から見た図である。第３の実施形態においては、３液を合成するために、樹脂基板３１には、Ｙ字型のカナル３２にカナル９１を接続した。カバー３３には、カナル９１への注入口３４ｃを設けている。このようにして、複数の液体を合成することができるカナルを、樹脂基板３１上に自由に形成することができる。
【００２９】
図１０に、本発明の第４の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示す。カナルを有するセル基板を、カバー３３の上面から見た図である。樹脂基板３１には、合成された液体の分析を行うための薄膜電極１０１ａ〜１０１ｃが、カナルの底面に設けられ、リード１０２ａ〜１０２ｃに接続されている。接着剤により、低温または常温で接合するので、薄膜電極を設けた樹脂基板を作製することができる。このようにして、合成された液体の電気的な特性の測定を容易に行うことができる。
【００３０】
図１１に、本発明の第５の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示す。カナルを有するセル基板を、カバー３３の上面から見た図である。３液を合成するために、樹脂基板３１には、Ｙ字型のカナル３２にカナル９１を接続し、薄膜電極１０１ａ〜１０１ｃとリード１０２ａ〜１０２ｃとを設けた。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、浮き出し段差とドレインとを備えたので、接着剤のカナルへの流入を防ぎ、歩留まり高くすることが可能となる。
【００３２】
また、本発明によれば、基板とカバーとに、樹脂プレートを使用することにより、金型を使用した成形が可能となり、形状の自由度が高く、平滑な平面を有し、寸法精度の高いカナルを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のカナルを有するセル基板の一例を示した斜視図である。
【図２】従来のカナルを有するセル基板の他の例を示した斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるカナルを有するセル基板の樹脂基板を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態にかかるカナルを有するセル基板のカバーを示した図である。
【図６】本発明の一実施形態にかかるカナルを示した断面図である。
【図７】本発明の一実施形態にかかるカナルの側壁形状を示した斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態にかかるカナルの断面形状を示した斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示した上面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示した上面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態にかかるカナルを有するセル基板を示した上面図である。
【符号の説明】
１１，２１ ガラス基板
３１ 樹脂基板
１２，２２，３２ カナル
１３，３３ カバー
１４ａ，１４ｂ，３４ａ，３４ｂ 注入口
１５，３５ 排出口
２３ 流路基板
３６ ドレイン
３７ａ〜３７ｄ 突起
３８ａ〜３８ｂ 接合穴

Claims (9)

1. 微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板において、
   微小流路を上面に有する浮き出し段差と、該浮き出し段差の周囲に設けられた溜まり溝とが形成された第１基板と、
   前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差が形成された第２基板とを備え、
   前記第１基板と前記第２基板とを接合して構成されることを特徴とする微小流路を有するセル基板。
2. 前記微小流路の側壁の屈曲部は、曲率を有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の微小流路を有するセル基板。
3. 前記微小流路は、前記複数の液体が合流する前の、前記複数の流路の断面積の合計が、前記複数の液体が合流した後の前記１つの流路の断面積と等しいことを特徴とする請求項１または２に記載の微小流路を有するセル基板。
4. 前記微小流路の横断面の形状は、方形、円形、半円形または台形のいずれかであることを特徴とする請求項１、２または３に記載の微小流路を有するセル基板。
5. 前記微小流路は、前記複数の液体が合流した後の前記１つの流路の底面に、薄膜電極を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の微小流路を有するセル基板。
6. 微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板の製造方法において、
   第１基板に浮き出し段差を形成する工程と、
   前記浮き出し段差の上面に微小流路を形成する工程と、
   前記浮き出し段差の周囲に溜まり溝を形成する工程と、
   第２基板に前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差を形成する工程と、
   前記第１基板と前記第２基板とを接合して微小流路を有するセル基板を形成する工程と
   を備えたことを特徴とする微小流路を有するセル基板の製造方法。
7. 前記微小流路を形成する工程は、フローティングパーティクル研磨法、ウォータージェット法、エッチング法、リプレス法またはゾルゲル法のいずれかの方法で形成することを特徴とする請求項６に記載の微小流路を有するセル基板の製造方法。
8. 微小量の複数の液体を混合するために、複数の流路を流れる液体が１つの流路に合流するように形成され、前記複数の液体から合成された合成物の化学分析を行うための微小流路を有するセル基板の製造方法において、
   微小流路を形成する凸部を底面に有し、浮き出し段差を形成する凹部と、該凹部の周囲に設けられた溜まり溝を形成する凸部とを有する第１金型により第１基板を成形し、
   前記微小流路の蓋となり、前記浮き出し段差と嵌合する堀込み段差を形成する凸部を有する第２金型により第２基板を成形し、
   前記第１基板と前記第２基板とを接合して構成することを特徴とする微小流路を有するセル基板の製造方法。
9. 前記第１金型および前記第２金型は、フローティングパーティクル研磨法またはウォータージェット法により形成された金型であることを特徴とする請求項８に記載の微小流路を有するセル基板の製造方法。

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