JP4392554B2 - Scientific phenomenon evaluation device, science experiment teaching material, and manufacturing method thereof - Google Patents

Scientific phenomenon evaluation device, science experiment teaching material, and manufacturing method thereof Download PDF

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Description

本発明は科学現象の評価装置、理科実験教材、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、理科実験教材、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a scientific phenomenon evaluation device, a science experiment teaching material, and a manufacturing method thereof, and in particular, a scientific phenomenon evaluation device, a science experiment teaching material, which is inexpensive, has a low environmental burden, and is suitable for easily enjoying advanced technology, And a manufacturing method thereof.

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。)。   Various scientific phenomena evaluation devices and science experiment teaching materials have been proposed so far (see Patent Document 1).

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。   For example, Patent Document 1 is a science teaching material that allows natural phenomena due to temperature changes of water to be observed by cooling or freezing water vapor in water, water in a container, or water vapor, and is small and simple in structure. It is said that it is possible to faithfully reproduce various natural phenomena due to temperature changes in water.

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。
特開2000−242162号公報
In addition, as a chemical experiment equipment for education, experimental kits such as “Science and Learning Experiment Kit Series” and “Adult Science Global Environment Analysis Kit” have been released by Gakken. Such an experimental kit is sold at a relatively low price of about several hundred yen to 3,000 yen. It is an experimental kit that gives children dreams and gives users enjoyment of experiments. Expo.
JP 2000-242162 A

しかしながら、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。   However, as a conventional evaluation apparatus for this kind of scientific phenomenon, the one described in Patent Document 1 has a relatively complicated structure and is difficult to provide at low cost, and all students in the class purchase it. Is unsuitable.

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。   On the other hand, many experimental kits with a relatively simple structure are relatively inexpensive and suitable for all students in the class to purchase and use, but many are insufficient in terms of accuracy. If the amount of chemicals used is large and used by all students in the class, it is not desirable because, for example, waste liquid treatment is an environmental burden.

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。特に、最近はマイクロテクノロジーやナノテクノロジーの先端技術が脚光をあびており、微細流路であるマイクロチャンネルの中で起きる物質の拡散現象を手軽に観察することのできる実験教材が要望されている。しかし、マイクロな科学実験に必要なものは非常に精度の良い微細流路であり、このような微細流路を如何に精度良く且つ安価に組み立てるかが科学実験を行う上で重要になる。   Moreover, the experimental contents that can be experienced with the conventional experimental kit are classical scientific experimental methods, and those that can easily enjoy advanced technology are very limited. In particular, the latest technologies of microtechnology and nanotechnology have attracted attention recently, and there is a need for experimental teaching materials that allow easy observation of the diffusion phenomenon of substances occurring in microchannels, which are fine channels. However, what is necessary for a micro scientific experiment is a highly accurate micro flow path, and how to assemble such a micro flow path with high accuracy and at a low cost is important in conducting a scientific experiment.

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、理科実験教材、及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a scientific phenomenon evaluation apparatus, a science experiment teaching material, and a manufacturing method thereof that are inexpensive, have a low environmental load, and are suitable for easily enjoying advanced technologies. For the purpose.

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1mm以下の長溝が形成されている基板と、該基板の表面に密着配置され、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、前記基板と前記覆い板とが合わさった両側から挟み付けて該基板と覆い板とを支持するケーシングと、を備え、前記ケーシングは、前記基板と前記覆い板とが合わさった両側に当てがう透明な一対の当て板と、前記一対の当て板同士を、前記基板と前記覆い板とを挟み付けるように連結する連結手段と、により前記基板と前記覆い板とを接着剤を使用せずに密着させると共に、前記基板及び/又は覆い板を透明にすることで、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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate in which a long groove having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less is formed on the surface of a plate-like body, and is disposed in close contact with the surface of the substrate so as to cover the long groove. A cover plate that forms a fine flow path in the substrate, and a casing that sandwiches the substrate and the cover plate from both sides and supports the substrate and the cover plate, and the casing includes the substrate and A pair of transparent contact plates applied to both sides of the cover plate and the connecting plate for connecting the pair of contact plates so as to sandwich the substrate and the cover plate; The cover plate and the cover plate are brought into close contact with each other without using an adhesive, and the substrate and / or cover plate is made transparent so that a scientific phenomenon in the flow path can be visually recognized. To provide an evaluation device for scientific phenomena The

本発明によれば、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、先端技術を体験するのに十分な精度が得られる。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。 According to the present invention, since this evaluation apparatus has a fine flow path having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less, sufficient accuracy to experience advanced technology can be obtained. Advanced technologies such as liquid diffusion phenomenon, liquid heat transfer phenomenon, liquid mixing phenomenon, liquid chemical reaction (for example, acid-alkali reaction, hydrolysis reaction) Sufficient accuracy to experience is obtained, the amount of chemicals used is small, and the environmental load is small. Therefore, such a scientific phenomenon evaluation device is suitable as a science experiment teaching material.

また、基板と覆い板はケーシングで両側から挟み付けられているので、基板と覆い板との密着性がよくなる。ケーシングとしては、例えば基板と前記覆い板とが合わさった両側に当てがう透明な一対の当て板と、一対の当て板同士を、基板と覆い板とを挟み付けるように連結する連結手段とで構成することができる。従って、実験中に、基板と覆い板と間から液漏れすることがないと共に、覆い板の破損も防止できる。   Moreover, since the substrate and the cover plate are sandwiched from both sides by the casing, the adhesion between the substrate and the cover plate is improved. As the casing, for example, a pair of transparent contact plates applied to both sides where the substrate and the cover plate are combined, and a connecting means for connecting the pair of contact plates so as to sandwich the substrate and the cover plate. Can be configured. Therefore, during the experiment, liquid leakage does not occur between the substrate and the cover plate, and damage to the cover plate can be prevented.

ここで、「液溜め部」とあるが、通常は空洞状となっており、この評価装置を操作する際に、ここに薬品等が供給されるものである。   Here, although it is a “liquid reservoir”, it is usually in a hollow shape, and chemicals and the like are supplied to this evaluation device when operating.

尚、微細な流路の断面積としては1mm2 以下であり、0.0025〜0.64mm2 がより好ましく、0.01〜0.25mm2 が最も好ましい。 As the cross-sectional area of the fine flow path and a 1 mm 2 or less, more preferably 0.0025~0.64mm 2, 0.01~0.25mm 2 being most preferred.

本発明において、前記基板及び/又は覆い板が透明であることが好ましい。また、本発明において、前記基板及び/又は覆い板が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。   In the present invention, the substrate and / or the cover plate is preferably transparent. Moreover, in this invention, it is preferable that the said board | substrate and / or a cover board consist of resin materials. If the substrate and / or the cover plate are transparent, a scientific phenomenon in the flow path can be visually recognized, and if the substrate and / or the cover plate is made of a resin material, the evaluation apparatus can be provided at a low cost.

また、本発明において、複数の前記流路の一端が、一箇所の合流点で合流するとともに、複数の前記流路の他端がそれぞれ容積5〜5000mm3 の液溜め部と連通していることが好ましい。このように、複数の流路の一端が、一箇所の合流点で合流しており、流路の他端が液溜め部と連通していることにより、各種の実験が可能となる。 Further, in the present invention, one end of the plurality of flow paths merges at one merge point, and the other end of the plurality of flow paths communicates with a liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 . Is preferred. As described above, one end of the plurality of flow paths merges at one merge point, and the other end of the flow paths communicates with the liquid reservoir, thereby allowing various experiments.

また、本発明において、略同一長さの2本の前記流路である第1の流路及び第2の流路の一端が一箇所の合流点で合流するとともに、前記第1の流路の他端が容積5〜5000mm3 の第1液溜め部と連通しており、前記第2の流路の他端が容積5〜5000mm3 の第2液溜め部と連通しており、1本の前記流路である第3の流路の一端が前記合流点に連通するとともに、該第3の流路の他端が容積5〜5000mm3 の第3液溜め部と連通していることが好ましい。 In the present invention, the first channel and the one end of the second channel, which are the two channels having substantially the same length, merge at one merge point, and the first channel The other end communicates with a first liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 , and the other end of the second flow path communicates with a second liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 . It is preferable that one end of the third flow path, which is the flow path, communicates with the confluence, and the other end of the third flow path communicates with a third liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 . .

このように、3本の流路と3個の液溜め部よりなる構成とすれば、マイクロなチャンネルの中で起こる拡散現象等を簡便な方法で確認でき、先端技術を手軽に楽しむのに好適である。   In this way, if the structure is composed of three flow paths and three liquid reservoirs, it is possible to check diffusion phenomena, etc. occurring in a micro channel by a simple method, and it is suitable for enjoying advanced technologies easily. It is.

また、本発明において、前記覆い板には、前記第1液溜め部、第2液溜め部及び第3液溜め部の1以上と外気とが連通可能な貫通孔が形成されていることが好ましい。このように、液溜め部と外気とが連通していれば、貫通孔は液溜め部に液体を導入する導入口として利用したり空気抜き孔として利用できるだけでなく、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。   In the present invention, the cover plate is preferably formed with a through-hole through which one or more of the first liquid reservoir, the second liquid reservoir, and the third liquid reservoir can communicate with the outside air. . Thus, if the liquid reservoir and the outside air communicate with each other, the through hole can be used not only as an inlet for introducing liquid into the liquid reservoir or as an air vent, but also in each micro channel. The phenomenon can be easily controlled.

また、請求項6の発明は前記目的を達成するために、請求項1〜5のいずれか1項に記載の科学現象の評価装置が携帯式の実験装置であることを特徴とする理科実験教材を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a science experiment teaching material characterized in that, in order to achieve the object, the scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of the first to fifth aspects is a portable experimental apparatus. I will provide a.

請求項1〜5の何れか1の構成を有する評価装置は理科実験教材として極めて有効だからである。 This is because the evaluation device having the configuration according to any one of claims 1 to 5 is extremely effective as a science experiment teaching material.

請求項7の発明は前記目的を達成するために、請求項1〜5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、又は請求項6に記載の理科実験教材の製造方法であって、基板に形成される長溝の反転形状が表面に形成されている反転型板を使用して、該反転型板の表面に樹脂材を塗布し、該樹脂材を硬化させ、硬化後の該樹脂材を前記反転型板より剥離することにより前記基板を形成する基板形成工程と、前記基板の表面に覆い板を合わせて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合わせ工程と、前記合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、前記基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより前記基板と覆い板を密着させるケーシング取り付け工程と、から成ることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法を提供する In order to achieve the above object, a seventh aspect of the invention is a method for manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of the first to fifth aspects, or a method for manufacturing a science experiment teaching material according to the sixth aspect. Then, using a reversal mold plate having a reversal shape of a long groove formed on the substrate formed on the surface, a resin material is applied to the surface of the reversal mold plate, the resin material is cured, A substrate forming step of forming the substrate by peeling the resin material from the reversal mold plate, and a combination of forming a fine flow path in the substrate by covering a cover plate with the cover plate on the surface of the substrate. And a casing attaching step for attaching the casing to the combined substrate and cover plate and supporting the substrate and cover plate so as to sandwich the substrate and the cover plate. Review of scientific phenomena To provide a manufacturing method of the production method or science experiment teaching aid of the device.

本発明によれば、基板形成工程において、長溝の反転形状が表面に形成されている反転型板を使用して転写成形により基板を形成するので、精度よく、かつ、安価に基板が提供でき、評価装置を安価にできる。ここで、「反転型板の表面に樹脂材を塗布し、該樹脂材を硬化させ、」とあるが、反転型板の表面に樹脂材を当て、ホットプレス等により長溝の形状を樹脂材の表面に転写形成する等の方法も、同一技術思想に基づくものであり、本発明の均等範囲であると言える。   According to the present invention, in the substrate forming step, the substrate is formed by transfer molding using a reversal mold plate having a reversal shape of the long groove formed on the surface, so that the substrate can be provided accurately and inexpensively, The evaluation device can be made inexpensive. Here, “the resin material is applied to the surface of the reversal mold plate and the resin material is cured,” but the resin material is applied to the surface of the reversal mold plate and the shape of the long groove is changed by the hot press or the like. The method of transferring and forming on the surface is also based on the same technical idea and can be said to be within the equivalent scope of the present invention.

次に、合わせ工程において、合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより基板と覆い板を密着させる。そして、次のケーシング取り付け工程において、合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、基板及び覆い板を挟み付けるように支持する。これにより、微細な流路を精度良く組み立てることができるので、実験中に、基板と覆い板との間から液漏れすることがないと共に、覆い板の破損も防止できる。従って、本発明の製造方法によれば、微細な流路を精度良く且つ安価に組み立てることができる。かかる反転型板を使用した科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法は、特に樹脂材として軟質性樹脂を使用した場合に好適である。   Next, in the alignment step, the substrate is attached to the combined substrate and the cover plate, and the substrate and the cover plate are brought into close contact with each other by supporting the substrate and the cover plate so as to sandwich the substrate and the cover plate. Then, in the next casing attachment step, the casing is attached to the combined substrate and cover plate, and supported so as to sandwich the substrate and cover plate. Thereby, since a fine flow path can be assembled with high accuracy, liquid leakage does not occur between the substrate and the cover plate during the experiment, and damage to the cover plate can be prevented. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a fine flow path can be assembled with high accuracy and at low cost. The method of manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus or the method of manufacturing a science experiment teaching material using such an inversion mold is particularly suitable when a soft resin is used as the resin material.

請求項8の発明は前記目的を達成するために、請求項1〜5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、又は請求項6に記載の理科実験教材の製造方法であって、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、マイクロドリル加工の何れか1つの微細加工方法により、基板の表面に長溝を形成する基板形成工程と、前記基板の表面に覆い板を合わせて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合わせ工程と、前記合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、前記基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより前記基板と覆い板を密着させるケーシング取り付け工程と、から成ることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the invention of claim 8 is a method of manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5 , or a method of manufacturing a science experiment teaching material according to claim 6. A substrate forming step for forming a long groove on the surface of the substrate by any one of micromachining methods such as machining by a machining center, electrical discharge machining, ultrasonic machining, photoetching, and microdrilling; A cover plate is attached to cover the long groove to form a fine flow path in the substrate, and a casing is attached to the combined substrate and cover plate so as to sandwich the substrate and cover plate. A method of manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus or a method of manufacturing science experiment teaching materials, comprising: a casing mounting step for bringing the substrate and the cover plate into close contact with each other To provide.

本発明によれば、基板形成工程において、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、マイクロドリル加工の何れか1つの微細加工方法により、基板の表面に長溝を形成するので、精度よく、かつ、安価に基板が提供でき、評価装置を安価にできる。   According to the present invention, in the substrate forming process, the long groove is formed on the surface of the substrate by any one of the fine machining methods such as machining by a machining center, electric discharge machining, ultrasonic machining, photoetching machining, and microdrilling. Therefore, the substrate can be provided accurately and inexpensively, and the evaluation apparatus can be made inexpensive.

次に、合わせ工程において、合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより基板と覆い板を密着させる。そして、次のケーシング取り付け工程において、合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、基板及び覆い板を挟み付けるように支持する。これにより、微細な流路を精度良く組み立てることができるので、実験中に、基板と覆い板との間から液漏れすることがないと共に、覆い板の破損も防止できる。従って、本発明の製造方法によれば、微細な流路を精度良く且つ安価に組み立てることができる。かかる微細加工方法を使用した科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法は、特に樹脂材として硬質性樹脂を使用した場合に好適である。   Next, in the alignment step, the substrate is attached to the combined substrate and the cover plate, and the substrate and the cover plate are brought into close contact with each other by supporting the substrate and the cover plate so as to sandwich the substrate and the cover plate. Then, in the next casing attachment step, the casing is attached to the combined substrate and cover plate, and supported so as to sandwich the substrate and cover plate. Thereby, since a fine flow path can be assembled with high accuracy, liquid leakage does not occur between the substrate and the cover plate during the experiment, and damage to the cover plate can be prevented. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, a fine flow path can be assembled with high accuracy and at low cost. A method for manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus or a method for manufacturing a science experiment teaching material using such a fine processing method is particularly suitable when a hard resin is used as a resin material.

本発明の請求項7又は8において、前記ケーシング取り付け工程は、前記基板と前記覆い板とが合わさった両側に透明な一対の当て板を当てがい、該一対の当て板同士を連結手段で挟み付けるように連結することが好ましい。基板と覆い板とが合わさった両側に透明な一対の当て板で挟み付けることで、基板と覆い板とに密着性改良のための加工を施す必要がないと共に、一対の当て板を透明にすることで、流路での科学現象を目視することができる。 According to claim 7 or 8 of the present invention, the casing mounting process, the substrate and the cover plate and is combined with purchase against a pair of transparent caul on each side, pinching the pair of wear plate between a connecting means It is preferable to connect as described above. By sandwiching the substrate and the cover plate with a pair of transparent pads, it is not necessary to process the substrate and the cover plate to improve adhesion, and the pair of plates is transparent. Thus, a scientific phenomenon in the flow path can be visually observed.

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)等の各種の現象を含むものである。   Scientific phenomena are various chemical phenomena and physical phenomena of liquids that occur in the above-mentioned fine flow paths. Liquid diffusion phenomena, liquid heat transfer phenomena, liquid mixing phenomena, liquid chemical reactions (for example, , Acid-alkali reaction, hydrolysis reaction) and the like.

以上説明したように、本発明によれば、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。 As described above, according to the present invention, the evaluation device is formed with a fine flow path having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less, so that sufficient accuracy to experience advanced technology can be obtained. The amount of chemicals used is small and the environmental impact is small.

また、ケーシングを設けることにより、液漏れ等のない非常に精度の良い微細流路を精度良く且つ安価に組み立てることができる。   Further, by providing the casing, it is possible to assemble a highly accurate fine flow path without liquid leakage with high accuracy and at low cost.

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、理科実験教材、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。   Hereinafter, preferred embodiments of a scientific phenomenon evaluation apparatus, a science experiment teaching material, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a plan view for explaining the configuration of a science experiment teaching material 10 which is a scientific phenomenon evaluation apparatus according to the present invention. 2 and 3 are partially enlarged sectional views and the like of FIG. 1. FIG. 2 shows the first liquid reservoir 24 (inside the upper left dotted line in FIG. 1), and FIG. 3 shows the third liquid reservoir 28. (In the lower right dotted line in FIG. 1) is shown.

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の表面に密着配置され、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。 That is, the science experiment teaching material 10 is arranged in close contact with the substrate 12 having a long groove (14, 16 and 20) having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less formed on the surface of the plate-like body, and the long groove is formed on the surface of the substrate 12. A transparent cover plate 22 that forms fine flow paths (14A, 16A, and 20A) on the substrate 12 by covering is formed.

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。   The fine flow path formed by the long grooves (14, 16 and 20) includes a first flow path 14A and a second flow path 16A having substantially the same length that merge at the confluence 18 and the first flow path 16A. The flow path 14A and the second flow path 16A further comprise a third flow path 20A that merges at the merge point 18.

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。   The other end of the first flow path 14A communicates with the first liquid reservoir 24, which is a cylindrical cavity formed in the cover plate 22, and the other end of the second flow path 16A is covered. The second liquid reservoir 26 that is a cylindrical cavity formed in the plate 22 is communicated, and the other end of the third flow path 20A is a third liquid that is a cylindrical cavity formed in the substrate 12. It communicates with the reservoir 28.

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。
Furthermore, a through-hole 30 is formed in the portion of the cover plate 22 facing the third liquid reservoir 28 so that the third liquid reservoir 28 can communicate with the outside air. The first liquid reservoir 24 and the second liquid The volume of the reservoir 26 and the third liquid reservoir 28 is preferably 5 to 5000 mm 3 . By using such a volume, each phenomenon occurring in the micro channel can be easily controlled.

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。   The planar sizes of the substrate 12 and the cover plate 22 are not particularly limited, but may be a portable size, for example, 80 × 50 mm due to the nature of the science experiment teaching material 10 used in school. The thicknesses of the substrate 12 and the cover plate 22 are not particularly limited, but can be set to about 5 mm, for example, in view of strength, economy, and the like.

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。   Although there is no restriction | limiting in particular as a material of the board | substrate 12, From the point which makes the manufacturing method mentioned later easy, more specifically, it is a resin material, More specifically, poly dimethyl sulfoxide (PDMS), poly methyl methacrylate (PMMA). ), Polyvinyl chloride (PVC), ultraviolet curable resin, polycarbonate (PC) and the like can be preferably used.

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 以下であり、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が、後述する製造方法を容易にする点より、矩形(正方形、長方形)が好ましい。 The cross-sectional area of the elongated groove is formed on the surface of the substrate 12 (14, 16 and 20), as described above, it is 1 mm 2 or less, more preferably 0.0025~0.64mm 2, 0.01~0 .25 mm 2 is most preferred. The cross-sectional shape of the long grooves (14, 16, and 20) is not particularly limited, and various shapes such as a rectangle (square, rectangle), trapezoid, V shape, and semicircle can be adopted. From the point to do, a rectangle (square, rectangle) is preferable.

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。   The material of the cover plate 22 is not particularly limited, but is preferably transparent so that scientific phenomena in the flow path can be visually recognized. As such materials, various resin plates, more specifically, various resins such as polydimethyl sulfoxide (PDMS), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), ultraviolet curable resin, polycarbonate (PC), etc. Membranes, more specifically, various glasses (soda lime glass, borosilicate glass, etc.) such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and triacetyl cellulose (TAC) can be employed.

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。   The cover plate 22 is generally a flat plate having a flat front surface and back surface, but the surface corresponding to the fine flow paths (14A, 16A, and 20A) is formed in the shape of a bowl-shaped convex lens to be enlarged. It is also possible to adopt a configuration in which observation can be performed in such a state.

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。   A configuration in which the cover plate 22 is opaque and the substrate 12 is transparent can also be employed.

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。   The surface of the substrate 12 (the surface on which the long groove is formed) and the back surface of the cover plate 22 (the surface that is in close contact with the substrate 12) are formed from the viewpoints of forming the flow paths (14A, 16A, and 20A) and preventing liquid leakage. It is preferable to ensure sufficient flatness.

次に、理科実験教材10の製造方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the science experiment teaching material 10 will be described.

基板12の形成方法の好適な手法としては、基板12の形成に反転型板40を使用する方法と、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、マイクロドリル加工の何れか1つの微細加工方法を使用する方法とがある。   As a suitable method for forming the substrate 12, any one of a method using the reversal mold 40 for forming the substrate 12, machining by a machining center or the like, electric discharge machining, ultrasonic machining, photoetching, or microdrilling is used. There is a method using one microfabrication method.

図4及び図5は、反転型板40を使用する方法である。図4(A)は反転型板40の上面図、図4(B)は反転型板40の側面断面図、図4(C)は覆い板22の側面断面図、図4(D)は覆い板22の上面図である。尚、第1及び第2液溜め部24、26を覆い板22に形成して貫通孔30を省略すると共に、第3液溜め部28を基板12に形成して第3液溜め部28の貫通孔30を覆い板22に形成する場合で説明する。   4 and 5 show a method of using the reversal mold 40. FIG. 4A is a top view of the reversal mold 40, FIG. 4B is a side cross-sectional view of the reversal mold 40, FIG. 4C is a side cross-sectional view of the cover plate 22, and FIG. 4D is a cover. FIG. 6 is a top view of the plate 22. The first and second liquid reservoirs 24 and 26 are formed in the cover plate 22 and the through hole 30 is omitted, and the third liquid reservoir 28 is formed in the substrate 12 to penetrate the third liquid reservoir 28. The case where the hole 30 is formed in the cover plate 22 will be described.

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40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。即ち、この反転型板40の表面には、反転したときに長溝(14、16及び20)となる凸状の流路型42と凸状の第3液溜め部型44とが形成されている。この反転型板40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、マイクロドリル加工等、公知の各種の微細加工方法が採用できる。また、覆い板22には微細加工方法により、第1液溜め部24及び第2液溜め部26となる2つの型枠46、46を穿設すると共に、第3液溜め部の貫通孔30を穿設する。   First, a reversal mold 40 is prepared in which the reversal shapes of the long grooves (14, 16 and 20) of the substrate 12 are formed on the surface. It is necessary to form a reverse shape of the third liquid reservoir 28 on the surface of the reverse plate. That is, on the surface of the reversal mold plate 40, a convex flow path mold 42 and a convex third liquid reservoir mold 44 that become long grooves (14, 16 and 20) when reversed are formed. . As a manufacturing method of the reversal mold plate 40, various known fine processing methods such as machining by a machining center or the like, electric discharge machining, ultrasonic machining, photoetching machining, microdrilling, etc. can be adopted. In addition, the cover plate 22 is provided with two molds 46 and 46 which become the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 by a fine processing method, and the through hole 30 of the third liquid reservoir is formed. Drill.

次いで、この反転型板40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。   Next, a release agent is applied to the surface of the reversal template 40. As this release agent, an appropriate one can be adopted according to the type of the resin material to be the substrate 12, processing conditions (temperature, etc.), and the like.

次いで、図5(A)に示すように、反転型板40の周りを型枠46で囲った後、反転型板40の表面(凸状の流路型42と凸状の第3液溜め部型44とが形成されている側)に樹脂材を流し込んで塗布し、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40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。   Next, as shown in FIG. 5A, after the reversal mold 40 is surrounded by a mold 46, the surface of the reversal mold 40 (the convex flow path mold 42 and the convex third liquid reservoir). A resin material is poured and applied to the side where the mold 44 is formed, and the resin material is cured. When the resin material is, for example, an ultraviolet curable resin, the resin material after application is irradiated with ultraviolet rays and cured. In the case where the resin material is a thermoplastic resin such as polyvinyl chloride (PVC), for example, the resin material is applied to the surface of the reversal mold plate 40 and thermal transfer molding is performed by a hot press machine.

そして、図5(B)に示すように、硬化後の樹脂材を反転型板40より剥離する。これにより、長溝(14、16及び20)及び第3液溜め部28が形成された基板12が製作される。   Then, as shown in FIG. 5B, the cured resin material is peeled off from the inversion mold plate 40. Thereby, the board | substrate 12 in which the long groove | channel (14,16 and 20) and the 3rd liquid reservoir part 28 were formed is manufactured.

次に、形成した基板12と、予め用意しておいた図4(D)の覆い板22とを図5に示すように合わせる。合わせ面を接着剤等により接着してもよい。   Next, the formed substrate 12 and the cover plate 22 of FIG. 4D prepared in advance are aligned as shown in FIG. The mating surfaces may be bonded with an adhesive or the like.

次に、図5(D)に示すように、基板12と覆い板22の上下を反転させてから、基板12と覆い板22とにケーシング49を取り付ける。即ち、基板12と覆い板22とが合わさった両側に透明な一対の当て板48、48を当てがい、該一対の当て板48同士を連結手段である複数のボルト50、50…とナット52、52…とで挟み付けるように連結する。この場合、基板12と覆い板22とが合わさった状態の少なくとも4角をボルト50とナット52とで均等に挟み付けることが好ましい。これにより、密着性が良くなるので、実験中に、基板12と覆い板22との間から液漏れしたり、基板12や覆い板22が破損したりすることがない。   Next, as shown in FIG. 5D, after the substrate 12 and the cover plate 22 are turned upside down, a casing 49 is attached to the substrate 12 and the cover plate 22. That is, a pair of transparent abutting plates 48, 48 are applied to both sides where the substrate 12 and the cover plate 22 are combined, and a plurality of bolts 50, 50. 52 and so on. In this case, it is preferable that at least four corners of the state in which the substrate 12 and the cover plate 22 are combined are evenly sandwiched between the bolt 50 and the nut 52. As a result, the adhesion is improved, so that no liquid leaks between the substrate 12 and the cover plate 22 or the substrate 12 or the cover plate 22 is damaged during the experiment.

また、微細加工方法を使用する理科実験教材10の製造方法の場合には、図5(B)の基板12の形成に、反転型板40ではなく、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、マイクロドリル加工等の微細加工方法を使用しただけで、図5(C)及び図5(D)のステップは同様なので詳しい説明は省略する。   Further, in the case of the manufacturing method of the science experiment teaching material 10 using the fine machining method, the substrate 12 shown in FIG. 5B is formed by machining, electric discharge machining, ultrasonic wave using a machining center or the like instead of the reversal template 40. Since only the fine processing method such as processing, photoetching processing, microdrilling or the like is used, the steps of FIGS. 5C and 5D are the same, and detailed description thereof is omitted.

上記した反転型板40を使用した理科実験教材10の製造方法は、特に樹脂材として軟質性樹脂を使用した場合に好適である。また、軟質性樹脂のうちでもポリジメチルスルホキシド(PDMS)の場合には、基板12と覆い板22との密着性が極めて良いので、覆い板22及び基板12の少なくとも基板12にPDMSを使用した場合には、ケーシング49の取り付けを省略することも可能である。   The manufacturing method of the science experiment teaching material 10 using the above-described inversion mold 40 is particularly suitable when a soft resin is used as the resin material. Further, in the case of polydimethyl sulfoxide (PDMS) among the soft resins, the adhesion between the substrate 12 and the cover plate 22 is very good. Therefore, when PDMS is used for at least the substrate 12 of the cover plate 22 and the substrate 12. In addition, the mounting of the casing 49 can be omitted.

また、上記の微細加工方法を使用した理科実験教材10の製造方法は、特に樹脂材として硬質性樹脂を使用した場合に好適である。しかし、硬質性樹脂の場合には、基板12と覆い板22の密着性が悪くなる傾向があり、ケーシング49を取り付けることにより、基板12と覆い板22との間からの液漏れを確実に防止できる。例えば、基板12の樹脂材としてポリメチルメタアクリレート(PMMA)の場合には、密着性を改良する点においてケーシング49は特に有効である。   Moreover, the manufacturing method of the science experiment teaching material 10 using the above-described fine processing method is particularly suitable when a hard resin is used as the resin material. However, in the case of a hard resin, the adhesion between the substrate 12 and the cover plate 22 tends to deteriorate, and by attaching the casing 49, liquid leakage from between the substrate 12 and the cover plate 22 is surely prevented. it can. For example, when polymethyl methacrylate (PMMA) is used as the resin material for the substrate 12, the casing 49 is particularly effective in improving the adhesion.

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)〜12)の部材をセットとして提供する必要がある。   Next, a method for using the science experiment teaching material 10 according to the present invention will be described. As the science experiment teaching material 10, it is necessary to provide the following members 1) to 12) as a set.

1)反転型板40
2)基板12用の樹脂材
3)基板12形成用の型枠46
(基板12の形成時に樹脂を流し込むときに型枠として使用する。)
4)覆い板22
5)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。)
6)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。)
7)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。)
8)ケーシング49
(本実験セットを組み上げた時、覆い板22と基板12との間よりの液漏れを防いだり、覆い板22等の破損を防止したりする目的で、このケーシングを取り付ける。なお、このケーシング49には実験目的に沿った各種機能、たとえば、流路を観察しやすくするための拡大鏡等の取り付けも可能である。)
9)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26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26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、及び第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。
1) Inverted template 40
2) Resin material for substrate 12 3) Formwork 46 for forming substrate 12
(Used as a mold when the resin is poured when the substrate 12 is formed.)
4) Cover plate 22
5) Dropper for sample liquid (Used to supply necessary sample liquid (reagent) to the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 depending on the test purpose. You can wash one and use it again.)
6) Sample liquid inlet / outlet sealing tape (covers the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26, which are sample liquid supply holes. Pipette the sample liquid into the first liquid reservoir 24 and the second liquid. (It can be used as a lid for the third liquid reservoir 28.)
7) Needle (When supplying or recovering the sample liquid, it is necessary to supply the air corresponding to the fluctuation of the liquid into the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 when the liquid is sent and received. (It is for making holes in the tape accordingly.)
8) Casing 49
(When this experimental set is assembled, this casing is attached for the purpose of preventing liquid leakage between the cover plate 22 and the substrate 12 and preventing damage to the cover plate 22 and the like. Can be equipped with various functions according to the purpose of the experiment, for example, attachment of a magnifying glass or the like for easy observation of the channel.
9) Liquid feeding means (When heat is applied to the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 while the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 are covered with tape) The liquid and / or gas in the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 is volume-expanded by being applied to the tape and heated at a body temperature, etc. A method in which the inside of the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 is pressurized by a method using the principle of a pump and the liquid inside is sent out is possible.

この場合、前述7)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。   In this case, when the tape is affixed to the third liquid reservoir 28 using the needle of the above-mentioned 7), a small hole is made in this.

また、第3液溜め部28側をポンプなどを用いて減圧することにより、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26のテープ蓋に前述7)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。)
10)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。)
11)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。)
12)実験方法手順書
なお、本セットは、生徒に基板12を手作りさせるためのセットであるが、この基板12の手作りを省略する場合には、1)〜3)に代えて、完成した基板12を入れればよい。
Further, by reducing the pressure of the third liquid reservoir 28 using a pump or the like, the sample liquid in the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 is put into the flow paths (14A, 16A and 20A). In this case, the liquid can be fed by making a small hole in the tape lids of the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 using the above-mentioned needle 7). )
10) Test sample solution (reagent)
(A necessary chemical suitable for the purpose as a test reagent for conducting this scientific experiment is supplied in a reagent container. Sample liquids include, for example, coloring liquids such as pigments or pigments, and water. And a clear liquid.)
11) Experiment explanation (Attachment of explanations of events that can be learned with this set, such as the purpose of the experiment conducted in this set, explanation of phenomena, and application uses, if necessary.)
12) Experimental method procedure manual This set is for making the students hand-made the board 12, but when the board 12 is not hand-made, the board is a completed board instead of 1) to 3). 12 should be inserted.

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6及び図7は、実験方法の手順を示す断面図である。このうち、図6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7(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7(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。   Details of experiments using this set are detailed below. 6 and 7 are cross-sectional views showing the procedure of the experimental method. Among these, FIG. 6 shows a time-series procedure in the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26. On the other hand, FIG. 7A shows the state of the start of the experiment in which the sample liquid is supplied to the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26, and FIG. The state of the end of the experiment when the liquid reached is shown.

図6(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が供給される。このサンプル液34は、図6(B)及び図7(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。   As shown in FIG. 6A, a predetermined amount of sample liquid 34 is supplied to the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26) by the sample liquid dropper 32. As shown in FIGS. 6B and 7A, the sample liquid 34 communicates with the flow path 14A (or 16A) in the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26). Supplied to close the part.

次いで、図6(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。   Next, as shown in FIG. 6C, the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26) is covered with a sample liquid inlet / outlet sealing tape 36. The tape 36 is coated on one side (the lower side in the figure) with an adhesive, and thereby the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26) is blocked from outside air.

次いで、図6(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。   Next, as shown in FIG. 6D, the fingertip 38 is brought into contact with the tape 36. Thereby, a liquid feeding means is formed in the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26). As described above, in this liquid feeding means, the gas in the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26) is volume-expanded by the heat of the fingertip 38, and the sample liquid 34 is passed through the flow path 14A (or 16A). ).

また、図6(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。   Further, in the same configuration as shown in FIG. 6D, this liquid feeding means pushes the tape 36 with the fingertip 38 to bend downward, and the volume of the first liquid reservoir 24 (or the second liquid reservoir 26). This may be done by feeding the sample liquid 34 into the flow path 14A (or 16A).

以上に説明した送液手段により、図7(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。   As shown in FIG. 7B, the liquid feeding means described above causes the sample liquid 34 to reach the third liquid reservoir 28, and the experiment ends. At this time, the sample liquid 34 is simultaneously fed into the flow path 14A and the flow path 16A from the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 of FIG. It can be observed that they merge at 18.

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。   In particular, the sample liquid 34 supplied to the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 is differentiated in color so that the sample liquid 34 can be easily observed to join at the confluence 18. For example, a colored sample liquid 34 is supplied to the first liquid reservoir 24 and a colorless and transparent sample liquid 34 is supplied to the second liquid reservoir 26.

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。   The experimenter observes the flow path 20A after the confluence 18 of the sample liquid 34 flowing in this manner, so that a coloring molecule such as a dye or pigment enters the transparent liquid from the colored liquid flowing in the microchannel. It is possible to confirm the phenomenon of diffusing toward.

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。   Further, not only the color of the sample liquid 34 supplied to the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 is changed, but also the sample liquid 34 is merged at the junction 18 by changing the viscosity. Can be observed differently.

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。   In order to make it easier to observe these phenomena, a magnifying glass, a magnifying glass, or the like can be used. Further, as described above, the cover plate 22 in the portion of the flow path 20A can have a magnifying glass function (lens function).

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。   According to the science experiment teaching material 10 described above, in order to have children enjoy dreams of science experiments in the micro world, the important parts can be simplified as much as possible, and can be made inexpensive. Can be performed with high accuracy.

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。   In particular, when qualitatively observing the diffusion phenomenon of molecules that cause chemical reactions, it is very important that a plurality of liquids flow in the flow path at least under the same conditions in order to improve the experimental accuracy. Can fully answer this request. That is, a relatively accurate experiment can be performed with a very simple and inexpensive means. In addition, because of experiments in the micro world, the amount of chemicals represented by dyes or pigments is very small, and the environmental burden can be greatly reduced.

以上、本発明に係る科学現象の評価装置、理科実験教材、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。   As mentioned above, although the embodiment of the scientific phenomenon evaluation apparatus, the science experiment teaching material, and the manufacturing method thereof according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and various aspects can be adopted.

たとえば、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。   For example, in this embodiment, an example of an experimental teaching material capable of observing a phenomenon in which two types of sample liquids 34 merge at the junction 18 and coloring molecules such as pigments or pigments diffuse toward the transparent liquid is observed. Although explained, it can be applied to various experimental teaching materials.

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。   In the present embodiment, the first liquid reservoir 24 and the second liquid reservoir 26 are formed on the cover plate 22 and the third liquid reservoir 28 is formed on the substrate 12, but other aspects, for example, A mode in which all the liquid reservoirs are formed on the cover plate 22 can also be adopted.

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。   In the present embodiment, three sets of flow paths and liquid reservoirs are provided. However, a configuration in which four or more sets are provided can also be employed.

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。   Furthermore, in order to supply the sample liquid (reagent) to the liquid reservoir (24, 26, etc.), the sample liquid dropper 32 is used, but instead of this, a syringe having the same function, a micro syringe, etc. Can also be used. In general, it is desirable to use an inexpensive dropper as a science experiment teaching material, but depending on the purpose of the test, it may be preferable to have a similar function as described above.

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The top view explaining the structure of the evaluation apparatus of the scientific phenomenon which concerns on this invention 図1の部分拡大断面Partially enlarged cross section of FIG. 図1の部分拡大断面図等Partial enlarged sectional view of FIG. 理科実験装置の製造方法において、反転型板を使用して基板を製作する場合に用意する反転型板と覆い板を示した上面図と側面断面図Top view and side cross-sectional view showing reversal mold plate and cover plate to be prepared when manufacturing a substrate using reversal mold plate in the method of manufacturing a scientific experimental device 理科実験装置の製造方法の手順を説明する説明図Explanatory drawing explaining the procedure of the manufacturing method of a science experiment apparatus 実験方法の手順を示す説明図Explanatory drawing showing the procedure of the experiment method 実験方法の手順を示す説明図Explanatory drawing showing the procedure of the experiment method

符号の説明Explanation of symbols

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…封止用テープ、38…指先、40…反転型板、42…凸状の流路型、44…凸状の第3液溜め部型、46…型枠、48…当て板、49…ケーシング、50…ボルト、52…ナット   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Science experiment teaching material, 12 ... Board | substrate, 14, 16, 20 ... Long groove, 14A ... 1st flow path, 16A ... 2nd flow path, 18 ... Confluence, 20A ... 3rd flow path, 22 ... Cover Plate: 24 ... First liquid reservoir, 26 ... Second liquid reservoir, 28 ... Third liquid reservoir, 30 ... Through hole, 32 ... Syringe for sample liquid, 34 ... Sample liquid, 36 ... Tape for sealing, 38 ... Fingertips, 40 ... Reverse mold plate, 42 ... Convex flow channel mold, 44 ... Convex third liquid reservoir mold, 46 ... Formwork, 48 ... Patch plate, 49 ... Case, 50 ... Bolt, 52 …nut

Claims (9)

板状体の表面に断面積が1mm以下の長溝が形成されている基板と、
該基板の表面に密着配置され、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、
前記基板と前記覆い板とが合わさった両側から挟み付けて該基板と覆い板とを支持するケーシングと、を備え、
前記ケーシングは、
前記基板と前記覆い板とが合わさった両側に当てがう透明な一対の当て板と、
前記一対の当て板同士を、前記基板と前記覆い板とを挟み付けるように連結する連結手段と、により前記基板と前記覆い板とを接着剤を使用せずに密着させると共に、
前記基板及び/又は覆い板を透明にすることで、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。
A substrate in which a long groove having a cross-sectional area of 1 mm 2 or less is formed on the surface of the plate-like body;
A cover plate disposed in close contact with the surface of the substrate and forming a fine flow path in the substrate by covering the long groove;
A casing that supports the substrate and the cover plate by sandwiching from both sides of the substrate and the cover plate,
The casing is
A pair of transparent backing plates applied to both sides of the substrate and the cover plate,
With the connecting means for connecting the pair of contact plates so as to sandwich the substrate and the cover plate, the substrate and the cover plate are brought into close contact without using an adhesive, and
An apparatus for evaluating a scientific phenomenon , wherein the scientific phenomenon in the flow path can be visually recognized by making the substrate and / or the cover plate transparent .
前記基板及び/又は覆い板が樹脂材よりなる請求項1に記載の科学現象の評価装置。 2. The scientific phenomenon evaluation apparatus according to claim 1 , wherein the substrate and / or the cover plate is made of a resin material. 複数の前記流路の一端が、一箇所の合流点で合流するとともに、複数の前記流路の他端がそれぞれ容積5〜5000mmの液溜め部と連通している請求項1又は2に記載の科学現象の評価装置。 One end of a plurality of said flow path, with merge at the confluence of one position, a plurality of the flow path and the other end according to claim 1 or 2 in communication with the liquid reservoir volume 5 to 5000 mm 3 each Scientific phenomenon evaluation device. 略同一長さの2本の前記流路である第1の流路及び第2の流路の一端が一箇所の合流点で合流するとともに、
前記第1の流路の他端が容積5〜5000mmの第1液溜め部と連通しており、
前記第2の流路の他端が容積5〜5000mmの第2液溜め部と連通しており、
1本の前記流路である第3の流路の一端が前記合流点に連通するとともに、該第3の流路の他端が容積5〜5000mmの第3液溜め部と連通している請求項1〜3のいずれか1項に記載の科学現象の評価装置。
One end of the first flow path and the second flow path, which are the two flow paths having substantially the same length, merge at one merge point,
The other end of the first flow path communicates with a first liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 ;
The other end of the second flow path communicates with a second liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 ;
One end of a third flow path, which is one of the flow paths, communicates with the confluence, and the other end of the third flow path communicates with a third liquid reservoir having a volume of 5 to 5000 mm 3 . The scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
前記覆い板には、前記第1液溜め部、第2液溜め部及び第3液溜め部の1以上と外気とが連通可能な貫通孔が形成されている請求項4に記載の科学現象の評価装置。 5. The scientific phenomenon according to claim 4 , wherein the cover plate is formed with a through hole through which one or more of the first liquid reservoir, the second liquid reservoir, and the third liquid reservoir can communicate with outside air. Evaluation device. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の科学現象の評価装置が携帯式の実験装置であることを特徴とする理科実験教材。 A science experiment teaching material, wherein the scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5 is a portable experiment apparatus. 請求項1〜5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、又は請求項6に記載の理科実験教材の製造方法であって、
基板に形成される長溝の反転形状が表面に形成されている反転型板を使用して、該反転型板の表面に樹脂材を塗布し、該樹脂材を硬化させ、硬化後の該樹脂材を前記反転型板より剥離することにより前記基板を形成する基板形成工程と、
前記基板の表面に覆い板を合わせて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合わせ工程と、
前記合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、前記基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより前記基板と覆い板を密着させるケーシング取り付け工程と、から成ることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法。
A method for manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5 , or a method for manufacturing a science experiment teaching material according to claim 6 ,
Using a reversal mold plate having a reversal shape of a long groove formed on a substrate formed on the surface, a resin material is applied to the surface of the reversal mold plate, the resin material is cured, and the resin material after curing Substrate forming step of forming the substrate by peeling the substrate from the reversal mold plate,
A matching step of forming a fine flow path in the substrate by covering a cover plate on the surface of the substrate and covering the long groove;
A casing mounting step for attaching the casing to the combined substrate and the cover plate, and supporting the substrate and the cover plate so as to sandwich the substrate and the cover plate, thereby bringing the substrate and the cover plate into close contact with each other. A method for producing an evaluation device or a method for producing a science experiment teaching material.
請求項1〜5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、又は請求項6に記載の理科実験教材の製造方法であって、
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、マイクロドリル加工の何れか1つの微細加工方法により、基板の表面に長溝を形成する基板形成工程と、
前記基板の表面に覆い板を合わせて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合わせ工程と、
前記合わさった基板及び覆い板にケーシングを取り付けて、前記基板及び覆い板を挟み付けるように支持することにより前記基板と覆い板を密着させるケーシング取り付け工程と、から成ることを特徴とする科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法。
A method for manufacturing a scientific phenomenon evaluation apparatus according to any one of claims 1 to 5 , or a method for manufacturing a science experiment teaching material according to claim 6 ,
A substrate forming step of forming a long groove on the surface of the substrate by any one of micromachining methods such as machining by a machining center, electric discharge machining, ultrasonic machining, photoetching machining, and microdrilling;
A matching step of forming a fine flow path in the substrate by covering a cover plate on the surface of the substrate and covering the long groove;
A casing mounting step for attaching the casing to the combined substrate and the cover plate, and supporting the substrate and the cover plate so as to sandwich the substrate and the cover plate, thereby bringing the substrate and the cover plate into close contact with each other. A method for producing an evaluation device or a method for producing a science experiment teaching material.
前記ケーシング取り付け工程は、
前記基板と前記覆い板とが合わさった両側に透明な一対の当て板を当てがい、該一対の当て板同士を連結手段で挟み付けるように連結することを特徴とする請求項7又は8の科学現象の評価装置の製造方法又は理科実験教材の製造方法。
The casing attaching step includes
9. The science according to claim 7 or 8 , wherein a pair of transparent patch plates are applied to both sides of the substrate and the cover plate, and the pair of patch plates are connected so as to be sandwiched by a connecting means. A method of manufacturing a phenomenon evaluation apparatus or a method of manufacturing science experiment teaching materials.
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