JP4552984B2 - 微小流路構造体を製造するための部材及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小流路内において化学反応、化学合成、分析、分離、抽出などの化学的物理的操作、またはクロマトグラフィー用充填材、マイクロカプセルなどの微小粒子を生成するための微小流路基板、それを製造するための部材および製造方法に関する。

近年、数ｃｍ角のガラス基板上に長さが数ｃｍ程度で、幅と深さがサブμｍから数百μｍの微小流路をを有する微小流路構造体を用い、この微小流路内で化学反応、化学合成、分析、分離、抽出などの化学的物理的操作を行なったり（例えば、非特許文献１参照）、クロマトグラフィー用充填剤やマイクロカプセルなどの微小粒子を製造する研究が注目されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、微小流路とは、幅５００μｍ以下、深さ１００μｍ以下の空間を意味する。

更に微小流路構造体を工業的大量生産に適用するために、微小流路構造体を積み上げる研究も行われている（例えば、特許文献２参照）。上記に挙げた例では、平板状のパイレックス（登録商標）ガラスなどのガラス基板上に、反応原料液（Ａ）と（Ｂ）の流体導入部及び反応生成溶液排出部（すなわち貫通して形成される孔）と、貫通して形成される孔に連通する幅数十から数百μｍの反応域としての微小流路とを備えた微小流路基板を、所定の枚数だけ積層して一体化することで大量生産を可能にしている。更に積層一体化され微小流路基板積層体を所定の個数並列一体化することで、より工業的な大量生産が可能となるとしている。

この微小流路基板に備えられている幅数十から数百μｍの微小流路の形成には、通常、湿式エッチングなどの公知の手段や方法が用いられる。また流体導入部及び流体排出部の形成は、一般的な機械加工手段や方法が用いられている。しかしながらこれらの公知の方法は簡易な方法ではなく、微小流路は、露光、現像、湿式エッチング等の複数の工程を経て形成される。更に流体導入部及び流体排出部に相当する貫通孔も、貼り付け、加工、剥離等の複数の工程を経て形成される。

以上のように、微小流路基板を複数枚積層一体化、更にその複数枚を積層して一体化したものを複数個並列に構成することでクロマトグラフィー用充填剤、マイクロカプセル等の大量生産が可能となるが、大量の微小流路基板の作製には、時間及びコストが高くなるという問題がある。また、例えば１枚の微小流路基板に微小流路を１００〜２００本など高密度に微小流路を集積化して形成した場合、流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔が増加し、そのためさらなるコストの増加が問題となる。

低コスト化のために、微小流路を有する微小流路構造体を樹脂で形成する試みも行なわれている。これは上記例におけるパイレックス（登録商標）ガラスなどのガラス基板を樹脂基板に変えることで達成される。微小流路を備えた樹脂製の基板は成形法などの公知の技術を用いれば作製できる。さらに射出成型などによる連続成型を行なえば、さらなる低コスト化が見込まれる。

このような樹脂製の微小流路基板の流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔の形成には、パイレックス（登録商標）ガラスなどのガラス材料と同様に、一般的な機械加工を用いればよい。前述したように、工業用の大量生産のために微小流路基板を複数枚積層一体化、更にその複数枚積層一体化したものを複数個並列にすることで大量生産が可能となる。しあｋしながら、大量の微小流路基板の作製には、時間及びコストが高くなり、例えば１枚の微小流路基板に微小流路を１００〜２００本など高密度に集積化して形成した場合、流体導入部あるいは流体排出部に相当する貫通孔が増加する。このため、さらなるコストの増加が問題になり、その結果、微小流路基板の素材をパイレックス（登録商標）ガラスなどのガラス材料から樹脂材料に変更したコストの削減効果が半減あるいは相殺されてしまうという問題があった。

一般的に微小流路基板の貫通孔は、ドリルやブラスト加工、超音波ドリル等の機械的加工手段により形成される。しかしながら、孔の開口部や内壁にバリ等が生じて、良好な表面粗さが得られない。このような場合、例えば、微小流路内で数ｎｍ〜１μｍ程度の大きさの微小粒子を生成して孔から排出する際に、微小粒子の形状が変形させられたり、微小粒子が孔の内壁に引っかかり孔が根詰まりしたりすることで、生成した微小粒子を排出できなくなるといった問題があった。

Ｈ．Ｈｉｓａｍｏｔｏ ｅｔ．ａｌ．（Ｈ．ひさもと ら著）『Ｆａｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｐｈａｓｅ−ｔｒａｎｓｆｅｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｑｕｉｄ−ｌｉｑｕｉｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｃｈｉｐ』， Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．， ２００１年発行， ２６６２−２６６３頁 国際公開ＷＯ０２／０６８１０４号パンフレット 特開２００２−２９２２７５号公報

本発明の目的は、かかる従来の実状に鑑みて提案されたものである。すなわち、流体を流すための微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あるいは排出するための貫通孔が１回の成形で形成され、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板の製造方法及びそれにより得られる微小流路構造体を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決する手段として、微小流路基板上に微小流路と貫通孔を備えており、前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通し、さらには、流体が閉塞することなく流れる構造を有する、微小流路構造体である。また、２以上の流体により微小流路内で液滴や固形物等の粒子を生成する場合、連通部の断面積が、流体に含有される固形物あるいは液滴等の粒子の流れ方向に対する最大断面積（例えば流路の長軸方向に対して、液滴などの粒子を垂直に切断したときの断面積の最大値）よりも大きく、また、微小流路の基板表面や微小流路内壁や貫通孔内壁の少なくとも一つの、好ましくは全ての粗さが、Ｒａ＜１０ｎｍである、より好ましくは０．２ｎｍ＜Ｒａ＜８ｎｍ、特に好ましくは０．２ｎｍ＜Ｒａ＜２ｎｍである、微小流路基板を有した微小流路構造体である。なお本発明においては表面粗さの測定及び測定条件は、原子間力顕微鏡のダイナミックモードによるものとする。また微小流路基板及び微小流路構造体を形成するための部材である優れた金型、及びそれを用いて微小流路と貫通孔を１回の成形で形成する優れた製造方法を提供することで、上記の従来技術による課題を解決することができ、遂に本発明を完成することができた。以下、本発明を詳細に説明する。

本発明は、流体を流すための微小流路及び貫通孔を備えた微小流路基板を有し、かつ前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通している、微小流路構造体である。前記連通部は流体が閉塞することなく流れる構造を有する。さらに好ましくは、微小流路の基板表面、微小流路内壁及び貫通孔内壁という微小流路基板の表面粗さが、Ｒａ＜１０ｎｍである微小流路構造体である。このような態様とすることで、以下に説明するような効果を得ることができる。ここで、連通部とは、微小流路を流れる流体が貫通孔においてその流れの向きを変える部分であり、構造としては微小流路と貫通孔との交わる部分及びその近傍を意味する。また、連通部の有する流体が閉塞することなく流れる構造とは、微小流路内を流れる流体が閉塞せずに流れること、または微小流路内を流れる液滴が変形、分離せずに流れること等、流体や液滴が微小流路内を滑らかに流れることを意味する。

一般的に微小流路構造体は、微小流路が形成された基板の上に、流体の導入孔と流体の排出孔に相当する貫通孔を所定の位置に形成したカバー体を貼り合わせて構成されている。このような態様の場合、カバー体と微小流路基板を貼り合わせたときに微小流路と貫通孔の位置ずれが生じたり、微小流路と貫通孔の連通部に閉塞が生じる。本出願に記載されているように微小流路と貫通孔を同一基板上に形成する微小流路構造体とすることで、カバー体に貫通孔を形成する必要がなくなり、微小流路と貫通孔の位置づれや微小流路と貫通孔の連通部での閉塞を防ぐことが可能となる。

また一般に、微小流路と貫通孔が連通している場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積開口率（連通部の断面が全て開口している場合を１００％とする。）が流体に含有する固形物や液滴等の粒子の断面積よりも大きければ流体が微小流路内で閉塞したり液滴が流路内で変形、分離したりすることは無い。例えば、微小流路と貫通孔との連通部における断面積に対して２０％以上の固形物を含有しない流体を、微小流路構造体の微小流路に送液する場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積の２０％以上の開口率であれば、断面積の２０％以上の固形物を含有しない流体を微小流路構造体の微小流路に送液することは十分可能である。

また本発明の微小流路構造体は、微小流路の脇近傍に凸部を備えてもよい微小流路構造体である。さらには貫通孔の脇近傍に凸部を備えた微小流路基板から構成されてもよい微小流路構造体である。このような態様とすることで、微小流路基板とカバー体を貼り合わせたときに、微小流路及び貫通孔とカバー体の接続面の密閉度を上げることができる。この態様は、特に微小流路基盤とカバー体を圧着で貼り合わせるときに特に有効である。

また、本発明の微小流路構造体は微小流路基板にオリエンテーション・フラットを１以上有する微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。一般的に微小流路構造体を用いて大量の物質生産を行う場合は、微小流路構造体を積層一体化する手法が用いられる。この場合、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体に気体や液体などの流体等を導入あるいは、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体から気体や液体などの流体等を排出するために、カバー体にも貫通孔を形成した微小流路構造体が用いられる。この場合、複数の微小流路基板の孔と複数のカバー体の孔の位置あわせをすることが必要である。このため、その位置あわせのために、微小流路基板にオリエンテーション・フラットを１以上形成しておくこと、例えば所望の位置で二つ形成しておくこと、が好ましい。特にオリエンテーション・フラットが互いに直角に交わるように２つ形成すると、より位置あわせが容易になる。

ここで微小流路基板とカバー体の貼り合わせ、あるいは微小流路構造体同士の貼り合わせには、前述した圧着のほかにも、熱接合や常温接合、接着剤等を用いた接合などの既知の接合方法が一般的に用いられる。本発明では必要に応じていかなる方法を使用してもよい。

貫通孔は一般的には機械加工などの手法により形成される。しかしながら、機械加工などの手法により形成した貫通孔は、サブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることが難しく、貫通孔の表面粗さ（Ｒａ）が非常に悪い。このため、例えば微小流路で生成した粒径分散度の良好な液滴などが排出孔に相当する貫通孔を通過した際に、前記微小なバリにより液滴がせん断され粒径分散度が悪化する。これに対し、成形、特に射出成形による樹脂基板などの加工では、光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ（Ｒａ）をサブミクロン以下に加工することが可能である。適宜これらの加工法を使用することにより、本発明のように、微小流路と貫通孔を１回の成形で形成し、その成形方法を好ましくは射出成形とすることで、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ未満に抑えることが可能となる。よって、機械加工などの手法により生じるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体や微小流路構造体同士を接合するために、カバー体や微小流路基板がより平坦であることが好ましい。例えば、微小流路に相当する凹部が形成された面が湾曲していないか、及び／または曲率半径が５ｍ以上１００ｍ以下であることがより好ましい。

なお以上に説明した本発明における成形とは、好ましくは鋳型成形や射出成形を意味しており、特に断りが無ければ射出成形を意味する。また、本発明における微小流路基板の材質は、成型により形成できるものであれば特に限定はされないが、例えば、樹脂やセラミック等があげられる。樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂などが一例としてあげられる。

また、本発明の微小流路基板の大きさ、すなわち面積や形状、基板の厚さには特に制限はない。しかしながら、微小流路基板を製作する際に扱い易い大きさであること、マイクロリアクターとしての製造装置の小型化メリットを活かせることなどを考慮すると、微小流路基板の大きさは、数ｃｍ×数ｃｍ〜十数ｃｍ×十数ｃｍの角型、あるいは直径数ｃｍ〜十数ｃｍ程度の円盤状などが好ましく、具体的には、５ｃｍ×５ｃｍ〜２０ｃｍ×２０ｃｍの角型、あるいは直径５ｃｍ〜２０ｃｍ程度の円盤状などが好ましい。微小流路基板の厚みは数ｍｍ程度以内、好ましくは０．６ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であることが好ましい。また、本発明の微小流路基板に形成された貫通孔の大きさは特に限定されないが、微小流路の幅が５００μｍ以下であることから、貫通孔の直径は数ｍｍ程度が好ましい。孔からなる流体導入部や流体排出部と外部の送液ポンプや流体回収ビンに接続するキャピラリーチューブなどの直径が数ｍｍ程度であることから、さらに好ましくは孔の直径が０．５から２．０ｍｍ程度が好ましい。

また一般に成形による加工には金型を用いるが、本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であってもよい金型である。このようにすることでカバー体の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。

本発明におけるピンの位置、ピンの本数を任意に変更可能な態様として、一例を挙げる。あらかじめピンを立てる穴が１５０個あけてある金型を用い、この１５０個の穴のうち、実際に貫通孔をあけるところに必要な数のピンを差し込む。また、貫通孔をあけない個所の穴には、穴をふさぐためのダミーピンを差し込む。このようにして、任意の位置に任意の数のピンを設置する。なお本発明は、この態様のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の金型は、ピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることが好ましい。このようにすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。

また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピン及び／または微小流路を形成するための微小流路に相当する凸部を備えることができ、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能な金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であってよい金型である。また本発明の微小流路基板の製造方法はこの金型を用いた製造方法である。このようにすることで微小流路基板に微小流路と貫通孔を１回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。

本発明の微小流路基板の製造方法は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型であってピンの形状が、先端に向かってテーパー状である金型を片側に用い、微小流路に相当する凸部が形成された金型を反対側の片側に用いて、一回の両面成型により微小流路に相当する凹部及び前記微小流路基板の所定の位置に貫通孔を備えた微小流路基板を作製することを特徴とする微小流路基板の製造方法である。さらに好ましくは、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このような態様とすることで、微小流路基板に微小流路と貫通孔を１回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。また、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることにより、金型を直接加工して微小流路に相当する凸部を形成するよりもコストが低くすることができる。さらに、さまざまな形状の微小流路のスタンパを用意しておけば、スタンパを交換するだけで目的の形状の微小流路を形成できる。

また本発明の微小流路基板の製造方法は、成形が射出成形であってよい微小流路基板の製造方法である。射出成形による樹脂基板などの加工は光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ（Ｒａ）をサブミクロン以下に加工することが可能であり、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ未満に抑えることが可能となる。従って機械加工などの手法によるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体を接合するために微小流路基板がより平坦であることが好ましい。例えば微小流路に相当する凹部が形成された面側に曲率中心を有する形状に湾曲しており、かつ曲率半径が５ｍ以上１００ｍ以下にすることが可能である。

また本発明の微小流路構造体製造方法は、微小流路基板の所定の位置に貫通孔を形成するためのピンを備えた金型から、微小流路基板を容易に剥離するための部材や工程などの手段を備えた、微小流路基板の製造方法である。このように、微小流路基板を金型から容易に剥離できる機能を備えることで初めて、大量の微小流路基板を連続して製造することができる。

本発明は、流体を流すための微小流路及び貫通孔を備えた微小流路基板を有し、かつ前記微小流路と前記貫通孔が連通部において連通していることを特徴とする微小流路構造体であり、前記連通部が易送性を有しすることを特徴とする微小流路構造体である。さらに好ましくは、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さが、Ｒａ＜１０ｎｍであることを特徴とする微小流路構造体である。このような態様とすることで、カバー体に貫通孔を形成する必要がなくなり、微小流路と貫通孔の位置づれや微小流路と貫通孔の連通部での閉塞を防ぐことが可能となる。

また一般に、微小流路と貫通孔が連通している場合、微小流路と貫通孔との連通部における断面積開口率が流体に含有する固形物や液滴の断面積よりも大きければ流体が微小流路内で閉塞したり液滴が流路内で変形、分離したりすることは無い。

また本発明の微小流路構造体は、微小流路の脇近傍に凸部を備えたことを特徴とする微小流路構造体であり、さらには貫通孔の脇近傍に凸部を備えた微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。このような態様とすることで、微小流路基板とカバー体を貼り合わせたときに、微小流路及び貫通孔とカバー体の接続面の密閉度を上げることができる。この態様は、特に微小流路基盤とカバー体を圧着で貼り合わせるときに特に有効である。

また、本発明の微小流路構造体は微小流路基板にオリエンテーション・フラットを１以上有する微小流路基板から構成されることを特徴とする微小流路構造体である。一般的に微小流路構造体を用いて大量の物質生産を行う場合は、微小流路構造体を積層一体化する手法が用いられる。この場合、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体に流体を導入あるいは、積層一体化させたおのおのの微小流路構造体から流体を排出するために、カバー体にも貫通孔を形成した微小流路構造体が用いられる。この場合、複数の微小流路基板の孔と複数のカバー体の孔の位置あわせをすることが必要であるため、その位置あわせのため、微小流路基板にオリエンテーション・フラットを１以上形成しておくことが好ましい。特にオリエンテーション・フラットが互いに直角に交わるように２つ形成すると、より位置あわせが容易になる。

また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能であり、また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であることを特徴とする金型である。このようにすることでカバー体の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。

本発明の金型は、さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることが好ましい。このようにすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。

また本発明の金型は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンと微小流路を形成するための微小流路に相当する凸部を備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型である。また前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であることを特徴とする金型である。また本発明の微小流路基板の製造方法はこの金型を用いた製造方法である。このようにすることで微小流路基板に微小流路と貫通孔を１回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。

また、本発明の微小流路基板の製造方法は、微小流路基板に貫通孔を形成するためのピンを備え、前記ピンの位置及びピンの本数を任意に変更可能なことを特徴とする金型であってピンの形状が、先端に向かってテーパー状である金型を片側に用い、微小流路に相当する凸部が形成された金型を反対側の片側に用いて、一回の両面成型により微小流路に相当する凹部及び前記微小流路基板の所定の位置に貫通孔を備えた微小流路基板を作製することを特徴とする微小流路基板の製造方法である。さらに好ましくは、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このような態様とすることで、微小流路基板に微小流路と貫通孔を１回の成形で形成することが可能となる。また、微小流路基板の任意の位置に任意の数の貫通孔を形成することができ、貫通孔を１つ１つ機械加工などにより加工する必要が無くなり、微小流路基板の製作コストを下げることができる。さらにピンの形状が、先端に向かってテーパー状にすることで、貫通孔を成形により形成したときに、微小流路基板を容易に剥離することが可能となる。また、微小流路に相当する凸部が形成された金型がスタンパであることにより、金型を直接加工して微小流路に相当する凸部を形成するよりもコストが低くすることができる。さらに、さまざまな形状の微小流路のスタンパを用意しておけば、スタンパを交換するだけで目的の形状の微小流路を形成できる。

また本発明の微小流路基板の製造方法は、成形が射出成形であることを特徴とする微小流路基板の製造方法である。射出成形による樹脂基板などの加工は光ディスクの製法等に応用されているように、基板の表面粗さ（Ｒａ）をサブミクロン以下に加工することが可能であり、微小流路の基板表面及び微小流路内壁及び貫通孔内壁の粗さ（Ｒａ）を１０ｎｍ未満に抑えることが可能となる。従って機械加工などの手法によるサブミクロンから数ミクロンの大きさの微小なバリ等の発生を抑えることができる。また、カバー体を接合するために微小流路基板がより平坦であることが好ましく、例えば微小流路に相当する凹部が形成された面側に曲率中心を有する形状に湾曲しており、かつ曲率半径が５ｍ以上１００ｍ以下にすることが可能である。

また本発明の微小流路構造体製造方法は、微小流路基板の所定の位置に貫通孔を形成するためのピンを備えた金型から、微小流路基板を容易に剥離するための手段を備えたことを特徴とする微小流路基板の製造方法である。このように、微小流路基板を金型から容易に剥離できる機能を備えることで初めて、大量の微小流路基板を連続して製造することができる。

以下に本発明の実施の形態の一例について図を用いて説明する。なお本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。またこれら実施例の構成要素同士を適宜組合せてもよい。

まず、微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた熱可塑性樹脂からなる微小流路基板を得るための射出成型機の主要構成機構を、図１を用いて説明する。射出成型機は、主要構成機構としての、金型１（可動側金型１ａ、固定側金型１ｂ）、射出ノズル２、圧縮機構３、型締めシリンダ４で構成される。更に図２を用いて詳しく説明する。本発明の微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた微小流路基板は、可動側金型１ａに微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ５を固定し、固定側金型１ｂに貫通孔を形成するピン６を圧入により固定している。スタンパ５を固定する可動側金型１ａは、射出成形された基板に直行してなるオリエンテーション・フラットを形成する形状となっている。更にピン６を挿入した固定側金型１ｂの鏡面をなす面に、ピン６が摺動可能で、かつピン６の配置に対応する位置に穴を備えた、固定側金型１ｂの鏡面をなる面に対応する面と、対抗する面が鏡面である金型片、即ち剥離エジェクター７を配置している。

次に微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備えた熱可塑性樹脂からなる微小流路基板の製造方法を、図３を用いて説明する。微小流路基板の製造方法は、型締めシリンダ４により、予め微小流路基板の厚さよりも大きく設定して型締めする（１次型締め、図３（ａ））。加熱溶解した熱可塑性樹脂を射出ノズル２より射出し、熱可塑性樹脂を充填し、更に射出成形された基板の厚みを得るために２次型締め（図３（ｂ））による圧縮力を加える。このとき微小流路に対応する凸部の転写されると同時に、貫通孔が形成される。次に充填、圧縮された熱可塑性樹脂が硬化される温度まで冷却した後、金型が型開される。この型開と同時に、剥離エジェクター７が連動して微動する（図３（ｃ））ことで、貫通孔を形成するピン６から熱可塑性樹脂を押し出す。これと共に、剥離エジェクター７の微動により、熱可塑性樹脂は微小流路を形成するスタンパ５側へ残り、型開が終了する（図３（ｄ））。次にスプールカット及びエジェクターピンによりスタンパ５から剥離し、真空ピンセット等により、熱可塑性樹脂を取り出す。以上のような方法により、流体を流す微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あるいは排出する貫通孔を備え、微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通し、更にオリエンテーション・フラットを備えた微小流路基板を得ることが出来る。熱可塑性性樹脂については、例えばポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等樹脂を使用でき、用途により選択すればよい。更に射出成形可能な樹脂であればいかなる樹脂であってもよく、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であってもよい。

次に流体を流す微小流路に相当する凹部を形成するスタンパ５の製造方法の例について説明する。基礎基体であるガラス原盤上に、金などの金属膜を後述する露光光が透過しない程度の厚さに成膜し、その上にフォトレジストをコートする。この上に、微小流路の形状を描いたパターンを有するフォトマスクを置き、その上から露光、現像を行なう。次に酸などで金属膜をエッチングする。更にレジストとガラスをフッ酸などでエッチングし、最後にエッチング面に残った金属膜を酸などで溶かすことにより微小流路に対応するガラス原盤が得られる。次に微小流路に対応する凹部が形成されたガラス基板の凹部が形成された面に、スパッタ法等により金属導電薄膜を形成し、金属導電薄膜と後に続く金属電鋳により成形する金属電鋳層との密着性を向上させるための活性化処理を施す。これに、金属電鋳により金属電鋳層を形成し、金属導電膜と金属電鋳層を一体としてガラス原盤より剥離する。更に残存しているレジストを除去することにより、微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ５を得ることが出来る。このスタンパが２つの金型で構成させる一方の金型（稼動側金型１ａ）の部分に相当する。

次に流体を導入、あるいは排出する貫通孔を形成するピン６を備えた金型の製造方法について説明する。微小流路に相当する凹部を反対の面を形成するための金型に、微小流路の所定の位置に貫通孔を形成するためのピン６を立設するための穴を形成する。形成する穴の直径は、立設するピンの直径に依存するが、立設するピン６の直径に対して圧入可能な公差にすればよい。次にピン６を立設するための穴を設けた金型に、ピンを圧入法に立設する。このピン６を立設した金型が２つの金型で構成される他方の金型（固定側金型１ｂ）に相当する。更に金型に立設されたピン６は必要に応じて、抜き取ることが可能となっている。またピン６を抜き取った場合には、その抜き取り後の穴にめくら用ピンを圧入法にて埋め込めばよい。微小流路基板に貫通孔を形成するピン６の長さは、微小流路基板の厚み、及び剥離エジェクター７の厚みにもよるが、型締め後に金型（稼動側金型１ａ）となるスタンパ５の微小流路に対応する凸部を形成した面に対して、接することがないように予め調製された長さとすればよい。更にピンの形状は、貫通する孔に相当する長さ（微小流路基板の厚み）分のみが、テーパー形状とであることが望ましい。

次に剥離エジェクター７について説明する。射出成形された基板に貫通孔を形成した場合、ピンを備えた金型から射出成形基板が剥離することが出来ずに、ピンを備えた金型鏡面に残ってしまう。これを回避するためにピン６を備えた金型（固定側金型１ｂ）に対し、ピン６が摺動可能で、かつピン６を備えた金型（稼動側金型１ａ）とピン６の配置に対応した穴が形成された金型片である剥離エジェクター７を備える。この金型片を、金型の型開時に押し出すことで、貫通孔を備えた射出成形基板のピン６を備えた金型（固定側金型１ｂ）からの剥離を容易にする機構を有する。

以上のように、本発明の流体を流すための微小流路に相当する凹部と、流体の導入、あるいは排出するための貫通孔を備え、微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板は、次の構成で製造さえることができる。すなわち、微小流路に対応する凸部を備えたスタンパ５を一方の金型（稼動側金型１ａ）の一部とし、貫通孔を形成するピン６を備えた金型（固定側金型１ｂ）と、剥離エジェクター７として機能する貫通孔を形成するためのピン５が摺動可能な穴を備えた金型片（剥離エジェクター７）とを、用いる射出成形により、熱可塑性樹脂からなる微小流路に相当する凹部と、貫通孔を備え、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通部において連通した微小流路基板を得ることが出来る。

以下本発明のさらに具体的な実施例を示す。なお本発明は、上記でも述べたように、以下の実施例のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更が可能であることは言うまでもない。
（実施例１）
本発明の実施例を図４に示す。

微小流路基板８（外径φ＝１４０ｍｍ、厚さｔ＝２．０ｍｍ）に、流体を流すための微小流路９に相当する凹部（幅Ｗ＝２００μｍ、深さ（高さ）Ｄ＝１００μｍ）を、Ｙ字型の微小流路として１８本形成した。更に微小流路に連通した貫通孔（直径φ＝１．２ｍｍ）として、流体導入部１０ａ、１０ｂ及び流体排出部１１に相当する、５４個の孔が設けられている。

微小流路９に相当する凹部と、貫通孔の形成するための金型の構成は、次のようなものである。微小流路９に対応する凸部を備えたスタンパ５が、射出成型機の可動側金型１ａに装着されている。固定側金型１ｂは、５４個の貫通孔を形成するの外径φ＝１．２のピン６を、流体の流体導入部１０ａ、１０ｂ及び流体排出部１１に対応する位置に備えている。更に貫通孔を形成するためのピン６から射出成形基板の剥離を容易にするために、ピン６と同様な位置に、外径φ＝１．２であって摺動可能な公差の５４個の貫通孔を備えた、剥離エジェクター７が固定側金型１ｂに設けられる。この２つの金型により、微小流路９に相当する凹部と、流体を流体導入部１０ａ，１０ｂ、あるいは流体排出部１１に相当する貫通孔を備え、かつ微小流路９に相当する凹部と貫通孔が連通した微小流路基板８を、ポリカーボネイトを射出成形することにより、一括で作製した。更に型開時の貫通孔を形成する５４個のピン６を備えた固定側金型１ｂからの射出成形基板の剥離は、剥離エジェクター７の動作で良好であった。更に射出成形された微小流路基板８を熱融着により２枚を積層したが、２次型締めによる圧縮力を加えたことで平滑な表面であり、熱による寸法変化が極めて小さく、熱融着による微小流路基板８の安定した積層化が出来た。更に微小流路基板に直行する２つのオリエンテーション・フラット１２を有しているので、積層の際の位置決めを容易に行うことが出来た。

以上のように、本発明によれば、流体を流す微小流路に相当する凹部と、流体を導入、あついは排出する貫通孔を備え、かつ微小流路に相当する凹部と貫通孔が連通し、更に微小流路に相当する凹部と貫通孔を有する微小流路基板を、熱可塑性樹脂により一括で得ることが出来る。更に２次圧縮を加えたことで、微小流路基板８の２つの面が極めて平滑な面であり、かつ熱による寸法変化が極めて小さい微小流路基板８を得ることが出来る。

本実施例において、微小流路基板の外径φ＝１４０ｍｍ、厚さｔ＝２．０ｍｍ、微小流路に相当する凹部の幅Ｗ＝２００μｍ、深さＤ＝１００μｍで、Ｙ字型の流路を１８本、更に直径φ＝１．２ｍｍで５４個の貫通孔をポリカーボネートによる射出成形で形成した。しかしながら本発明では、微小流路の幅及び深さ、微小流路の形状、貫通孔の直径、及び微小流路の集積度はこれに限定するものではない。これらの条件は、適用する化学反応系等、またはクロマトグラフィー用充填剤等の微小粒子のサイズによって、変更可能であることは言うまでもない。微小流路基板８を形成する樹脂については、本実施例では熱可塑性樹脂を用いたが、熱硬化性樹脂であってもよい。

本発明の微小流路基板を製造するための射出成型機の主要構成を示す概略図である。 本発明の微小流路基板を製造するための射出成型機の金型構成を示す概略断面図である。 本発明の微小流路基板を製造するための射出成形の金型動作を示す概略断面図である。 本発明の微小流路基板を示す概略平面図である。

符号の説明

１：金型
１ａ：稼動側金型
１ｂ：固定側金型
２：射出ノズル
３：圧縮機構
４：型締めシリンダ
５：スタンパ
６：ピン
７：金型片、剥離エジェクター
８：微小流路基板
９：微小流路
１０ａ，１０ｂ：流体導入部
１１：流体排出部
１２：オリエンテーション・フラット

Claims (6)

1. 固定側金型と稼動側金型からなる金型で、一方は微小流路基板に貫通孔を形成する位置及び本数を任意に変更可能なピンと、該ピンが摺動可能な穴を備えた金属片であって金型の型開時に押し出すことでピンを備えた金型からの微小流路基板の剥離を容易にする剥離エジェクターとを備え、更に固定側金型と稼働側金型の一方は微小流路に相当する凹部を形成するための凸部を備える、微小流路を製造するための金型。
2. 固定側金型又は稼働側金型の一方が前記ピンと前記ピンが摺動可能な穴を備えた金属片を備え、固定側金型又は稼働側金型の他方が微小流路に相当する凹部を形成するための凸部を備える、請求項１項に記載の微小流路を製造するための金型。
3. 稼働側金型が前記ピンと前記ピンが摺動可能な穴を備えた金属片を備え、固定側金型が微小流路に相当する凹部を形成するための凸部を備える、請求項１項に記載の微小流路を製造するための金型。
4. 前記ピンの形状が、先端に向かってテーパー状であることを特徴とする請求項１乃至３項のいずれかの項に記載の金型。
5. 微小流路に相当する凹部を形成するための凸部を備える金型がスタンパであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の金型。
6. 請求項１乃至５項のいずれかの項に記載の金型を用いて、一回の成形により、微小流路に相当する凹部及び所定の位置に貫通孔を形成することを特徴とする微小流路基板の製造方法。

Images