JPWO2008053720A1 - マスター及びマイクロ反応器 - Google Patents

Abstract

マスターと成形用金型との離型性を向上させる。上記課題を解決するために、本発明に係るマスター４０は、成形用金型の母体となるもので、樹脂成型品の流路に相当する溝４３を有しており、溝４３の底面部４３ａの断面が曲面状を呈している。

Description

本発明は、成形用金型の母体となるマスターとそのマスターから製造されるマイクロ反応器に関する。

近年、血液検査等の検査分野において、微細な流路中で互いに種類の異なる液体試料を混合させてその反応や変化を検査するマイクロ反応器が使用されている。当該マイクロ反応器は一般にはガラス等で構成されることが多いが、成形用金型を用いて射出成形することでも製造することができる。

上記成形用金型の製造方法の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された技術では、フォトリソグラフィーとエッチングとによりマスター（金型の母体となるもので樹脂成型品と同様の凹凸形状を有する。）を製造し、そのマスターから電鋳加工等で成形用金型を製造しており、特にマスターの表面に特殊な導電膜を形成することでマスターと成形用金型との離型性を高めている（第３頁右下欄第１１行〜第４頁左上欄第１１行）。
特開平４−１９５９４１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、図７（ａ）に示す通り、マスター１００に対し凹部１０１を形成しているがその凹部１０１が矩形状を呈しているため、マスター１００から成形用金型１１０を離型する際に、成形用金型１１０の凸部１１１が凹部１０１の形状（アンダーカット形状）や当該離型時の実直度ズレ等に起因して変形したり凹部１０１との離型抵抗の影響で欠けたりする。更には、成形用金型１１０の凸部１１１も、図７（ｂ）に示す通り、マスター１００の凹部１０１に起因して矩形状を呈するから、当該成形用金型１１０から樹脂成型品１２０を離型する際にも樹脂成型品１２０が変形する可能性がある。

本発明の目的はマスターと成形用金型との離型性を向上させることである。

上記課題を解決するため第１の発明は、
成形用金型の母体となるマスターにおいて、
樹脂成型品の流路に相当する溝を有しており、
前記溝の断面が湾曲又は屈曲していることを特徴としている。

第１の発明に係るマスターにおいては、
前記溝の底面部の断面が曲面状を呈していてもよいし、前記溝の側面部の断面が斜面状又は曲面状を呈していてもよいし、前記溝の底面部と側面部とが半円形状を呈していてもよいし、前記溝の角部が曲面状を呈していてもよいし、前記溝の長さ方向に沿う底面部の断面が段差状、斜面状又は曲面状を呈していてもよいし、前記溝のエッジ部の断面が曲面状、斜面状又は段差状を呈していてもよい。

第２の発明は、
基体と前記基体を覆う蓋体とを有し、前記基体と前記蓋体とが貼り合わされたマイクロ反応器であって、
前記基体が請求の範囲１〜７のいずれか一項に記載のマスターから製造されていることを特徴としている。

第１の発明によれば、マスターの溝の断面が湾曲又は屈曲しているため、当該マスターから成形用金型を離型する際に、成形用金型の凸部がマスターの溝の形状や当該離型時の実直度ズレ等に起因して変形したりマスターの溝との離型抵抗の影響で欠けたりすることがなく、マスターと成形用金型との離型性を向上させることができる。

第２の発明によれば、基体にはマスターの溝の形状と同様の流路が形成され、その流路が特に請求の範囲２〜６に記載の形状を有する場合には、流路幅を変更せずにその流路を流通させる液体試料の流速等を制御することができる。他方、基体の流路が請求の範囲７に記載の形状を有する場合には、基体と蓋体との貼り合わせに際して熱溶着技術や接着剤を使用するときに、余剰の樹脂成分や接着剤が流路に浸入するのを防止することができる。

マイクロ反応器１の概略構成を示す斜視図である。 マスター４０の概略構成を示す断面図である。 溝４３の変形例を示す断面図である。 溝４３の変形例を示す断面図である。 マイクロ反応器１の製造方法の一部の工程を示す図面である。 マイクロ反応器１の基体２の形状に起因する特有の効果を説明するための図面である。 従来の問題点を説明するための図面である。

符号の説明

１ マイクロ反応器
２ 基体
２１，２２ 流入流路
２３ 反応流路
２４，２５ 流出流路
３ 蓋体
３１，３２ 流入流路
３４，３５ 流出流路
４０ マスター
４１ マスターブランク
４２ メッキ層
４３ 溝
４３ａ 底面部
４３ｂ 側面部
４３ｃ 角部
４３ｄ エッジ部

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。

始めに、図１〜図３を参照しながら本発明に係る「マイクロ反応器」と「マスター」とについて説明する。

図１に示す通り、マイクロ反応器１は、略直方体状を呈した基体２と蓋体３とを有している。基体２と蓋体３は樹脂で構成されており、基体２に対して蓋体３が貼り合わされている。

図１中点線部で示す通り、基体２の表面には流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５が形成されている。流入流路２１，２２の合流部には反応流路２３の一方の端部が接続されており、反応流路２３の他方の端部には流出流路２４，２５の合流部が接続されている。これら流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５は非常に微細な溝（マイクロ流路）である。

蓋体３には流入口３１，３２と流出口３４，３５とが形成されている。流入口３１，３２は流入流路２１，２２にそれぞれ通じており、流出流路３４，３５は流出流路２４，２５にそれぞれ通じている。流入口３１，３２から液体を流入させると、各液体は流入流路２１，２２を流通して合流し、反応流路２３中で混合して流出流路２４と流出流路２５とに分岐し、流出口３４，３５から流出するようになっている。このような構成から、マイクロ反応器１は、互いに種類の異なる血液や薬剤等の液体試料を混合させるのに好適に用いられる。

図２に示す通り、マスター４０はマイクロ反応器１の基体２の成形用金型の母体となるもので、略直方体状を呈したマスターブランク４１を有している。マスターブランク４１にはその外周に沿って溝４１ａが形成されている。マスターブランク４１の一方の側面から他方の側面にかけてマスターブランク４１を抱え込むようにメッキ層４２が形成されており、メッキ層４２の上部には溝４３が形成されている。溝４３はマイクロ反応器１の流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５に相当するもので、機械加工により形成された非常に微細な溝である。

図２中拡大図に示す通り、溝４３は底面部４３ａが曲面状を呈しており、成形用金型を当該マスター４０から離型し易い構造となっている。

溝４３は、（１）図３（ａ）に示す通りに底面部４３ａが図２とは異なる他の曲面状を呈していてもよいし、（２）図３（ｂ）に示す通りに側面部４３ｂが斜面状を呈していてもよいし、（３）図３（ｃ），（ｄ）に示す通りに側面部４３ｂが曲面状を呈していてもよいし、（４）図３（ｅ）に示す通りに底面部４３ａと側面部４３ｂとが半球面状を呈していてもよいし、（５）図３（ｆ）に示す通りに角部４３ｃが曲面状を呈していてもよいし、（６）図３（ｇ）に示す通りにその長さ方向に沿って底面部４３ａが段差状を呈していたり斜面状を呈していたり曲面状を呈していたりしてもよい。溝４３が図３（ｂ）の断面形状を有する場合には側面部４３ｂと垂線とのなす角度が０〜１０°程度であるのがよく、溝４３が図３（ｆ）の断面形状を有する場合には角部４３ｃの曲率半径が０．０２〜１０μｍ程度であるのがよい。

溝４３は、図４（ａ）に示す通りにエッジ部４３ｄが曲面状を呈していてもよいし、図４（ｂ）に示す通りにエッジ部４３ｄが斜面状を呈していてもよいし、図４（ｃ）に示す通りにエッジ部４３ｄが段差状を呈していてもよい。

もちろん、溝４３の形状は図２〜図４に示す各形状を適宜組み合わせたものであってもよく、終局的には溝４３は断面が湾曲又は屈曲していればよい。

なお、図２，図３（ａ）〜（ｆ），図４（ａ）〜（ｃ）に示す溝４３はその長さ方向と直交する方向に切断した形状を示しており、図３（ｇ）に示す溝４３はその長さ方向に沿う方向に切断した形状を示している。

続いて、図５を参照しながら本発明に係る「マイクロ反応器の製造方法」について説明する。

当該製造方法は、大まかに言えば、マスター４０から成形用金型を製造し、その成形用金型から樹脂を成形して基体２を製造し、その基体２と蓋体３とを貼り合わせる、というものである。つまり基体２はマスター４０から製造されている。以下、当該製造方法の各工程を詳細に説明する。

始めに、図５（ａ）に示すマスターブランク４１を準備する。その後、図５（ｂ）に示す通り、マスターブランク４１に対しＮｉ−Ｐメッキ加工やＣｕメッキ加工を施してメッキ層４２を形成する。メッキ層４２は溝４１ａの影響でマスターブランク４１の一方の側面から他方の側面にかけてマスターブランク４１を抱え込むように形成され、マスターブランク４１とメッキ層４２とが互いに剥離し難くなっている。

その後、図５（ｃ）に示す通り、メッキ層４２の上面に機械加工を施して溝４３を形成してマスター４０が完成する。マスター４０は基体２の成形用金型の母体となるもので、溝４３は基体２の流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５に相当するものである。

なお、マスター４０にはメッキ層４２がなくてもよく、例えば、マスターブランク４１をアルミ合金、無酸素銅といった均質な材料で構成してこれをマスター４０としてもよい。

その後、図５（ｄ）に示す通り、マスター４０のメッキ層４２の上部に酸化皮膜（図示略）を形成してその酸化皮膜の上部に電鋳加工を施し、メッキ層４２を被覆するように肉厚の電鋳加工体５０を形成する。電鋳加工前にメッキ層４２の上部に酸化皮膜を形成するのは、マスター４０から電鋳加工体５０を離型するのを容易にするためである。

その後、電鋳加工体５０とマスター４０とを離型しない状態で、図５（ｅ）中矢印Ａに示す通り、電鋳加工体５０の外形を追込み加工してその側面がマスター４０（メッキ層４２）の側面に一致するまで当該電鋳加工体５０の側部を除去する。

その後、図５（ｅ）中矢印Ｂに示す通り、マスター４０から追込み加工後の電鋳加工体５０を離型し、その電鋳加工体５０の下面（転写面）とマスター４０のメッキ層４２の上面とに介在させた上記酸化皮膜を除去する。その結果、マスター４０の溝４３に対応した凸部５１を具備する成形用金型５２を製造することができる。

その後、成形用金型５２をベース金型に組み付ける。成形用金型５２のベース金型への組付けは接着剤、ネジ止め、クランプ固定、吸引等で行うことができる。

その後、成形用金型５２に対し熱可塑性樹脂等の樹脂を射出成形して基体２を製造し、最後に、その基体２と蓋体３とを熱溶着又は接着剤等で張り合わせ、マイクロ反応器１を製造することができる。

以上の本実施形態では、マスター４０の溝４３の底面部４３ａが曲面状を呈しているため、当該マスター４０から電鋳加工体５０を離型する際に、電鋳加工体５０の凸部５１がマスター４０の溝４３の形状や当該離型時の実直度ズレ等に起因して変形したりマスター４０の溝４３との離型抵抗の影響で欠けたりすることがなく、マスター４０と成形用金型５２との離型性を向上させることができる。

マスター４０の溝４３の形成にあたっては、メッキ層４２に対し機械加工を施すため、フォトリソグラフィーとエッチングとにより当該溝４３を形成するときよりも、微細加工の自由度が大きくなるし、フォトリソグラフィー時やエッチング時に必要とされるクリーンルームやＵＶカットルーム、排水処理設備等も不要となる。

また本実施形態では、基体２の流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５がマスター４０の溝４３の形状と同様となる。このことからメッキ層４２に図２〜図３の形状を有する溝４３を形成すれば、その流路幅を変更せずにそれら流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５を流通させる液体試料の流速等を制御することができ、液体試料の均一な流通や混合、分岐等に対して流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５を効果的に機能させることができる。例えば、液体試料の流入部や混合部、流出部で流速を変化させたり、意図的に乱流や層流を発生させたり、部分的にレンズ機能やマイクロポンプ機能等の様々な機能を追加するのに適した流路形状とすることができる。

他方、メッキ層４２に図４の形状を有する溝４３を形成すれば、基体２と蓋体３との貼り合わせに際して熱溶着技術や接着剤を使用する場合に、図６（ａ）〜（ｃ）に示す通り、基体２と蓋体３とが接触するエッジ部（図４のエッジ部４３ｄに対応する。）に余剰の樹脂成分や接着剤が溜まり、これら余剰の樹脂成分や接着剤が流入流路２１，２２、反応流路２３及び流出流路２４，２５に浸入するのを防止することができる。

Claims (8)

1. 成形用金型の母体となるマスターにおいて、
   樹脂成型品の流路に相当する溝を有しており、
   前記溝の断面が湾曲又は屈曲していることを特徴とするマスター。
2. 請求の範囲第１項に記載のマスターにおいて、
   前記溝の底面部の断面が曲面状を呈していることを特徴とするマスター。
3. 請求の範囲第１項に記載のマスターにおいて、
   前記溝の側面部の断面が斜面状又は曲面状を呈していることを特徴とするマスター。
4. 請求の範囲第１項に記載のマスターにおいて
   前記溝の底面部と側面部とが半円形状を呈していることを特徴とするマスター。
5. 請求の範囲第１項に記載のマスターにおいて、
   前記溝の角部が曲面状を呈していることを特徴とするマスター。
6. 請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか一項に記載のマスターにおいて、
   前記溝の長さ方向に沿う底面部の断面が段差状、斜面状又は曲面状を呈していることを特徴とするマスター。
7. 請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか一項に記載のマスターにおいて、
   前記溝のエッジ部の断面が曲面状、斜面状又は段差状を呈していることを特徴とするマスター。
8. 基体と前記基体を覆う蓋体とを有し、前記基体と前記蓋体とが貼り合わされたマイクロ反応器であって、
   前記基体が請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか一項に記載のマスターから製造されていることを特徴とするマイクロ反応器。