JPWO2010021306A1 - 微細流路チップの製造方法、微細流路チップ成形用金型、及び微細流路チップ - Google Patents

微細流路チップの製造方法、微細流路チップ成形用金型、及び微細流路チップ Download PDF

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Abstract

溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する成形転写面１０１に成形転写面１０１からキャビティ側に突出するように設けられた微細構造１０２と、さらに一つの面上のキャビティ側に向けて微細構造１０２よりも高く突出した対収縮用凸部１０３と、を備えた金型１００に溶融した樹脂を注入し、樹脂が固化して形成された樹脂基板００１から金型１００の一つの面を、微細構造１０２、対収縮用凸部１０３の順に、相対的に離脱させる。

Description

本発明は、微細流路が形成された樹脂基板を接合することで微細流路チップを製造する方法、その製造に用いられる微細流路チップ成形用金型、及び、その製造方法で製造される微細流路チップに関する。
微細加工技術を利用してシリコンやガラス基板上に微細流路や回路を形成し、微小空間上で核酸、タンパク質、血液などの液化試料を微細流路に導入してその化学反応や、分離、分析などを行うマイクロ分析チップ、μＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）、あるいは微細流路チップと称される装置が実用化されている。このような微細流路チップの利点としては、サンプルや試薬の使用量又は廃液の排出量が軽減され、省スペースで持ち運び可能な安価なシステムの実現が考えられる。
微細流路チップは、少なくとも一方の部材に微細加工が施された二つの部材を張り合わせることにより製造される。従来においては、微細流路チップにはガラス基板が用いられ、様々な微細加工方法が提案されている。しかしながら、ガラス基板は大量生産には向かず非常に高コストであるため、廉価で使い捨て可能な樹脂製の微細流路チップの開発が望まれている。
樹脂製の微細流路チップを製造する方法として、流路用溝が形成された樹脂基板と、流路用溝をカバーする樹脂基板とを接合する方法がある。樹脂基板同士の接合には、熱板、熱風、熱ロール、超音波、震動、レーザなどを用いて樹脂基板を加熱して接合する溶着方法、接着剤や溶剤を用いて樹脂基板を接合する接合方法、樹脂基板自体の粘着性を利用して接合する方法、及び、樹脂基板にプラズマ処理などの表面処理を施すことで基板同士を接合する方法（例えば、特許文献１参照）などがあげられる。
図１０は従来の微細流路チップ成形用金型に樹脂を流し込み樹脂基板を形成した状態の模式的な断面図である。樹脂基板を接合する場合、図１０のように微細流路チップ成形用金型１００（斜め線で表わされている部分）に溶融した樹脂を流し込んだ後冷却して流路用溝を有する樹脂基板００１（塗りつぶされている部分）を成形する。微細流路チップ成形用金型１００は流路用溝を樹脂基板に転写する面１０１（以下では、「成形転写面１０１」と言う。）に転写するための微細構造１０２を有している。そして、微細流路チップ成形用金型１００は流し込まれた樹脂に自己の成形転写面１０１が有する微細構造１０２を転写し、図１１に示すような微細流路００２を成形する。図１１は従来の微細流路チップ成形用金型に樹脂を流し込んだ後の離型成形（樹脂基板を金型から離す）時の模式的な断面図である。
しかしながら、特許文献１のように成形転写面に微細構造を有する微細流路チップ成形用金型１００を用いた成形においては、樹脂基板００１それ自体、及び金型に樹脂を流し込む部分であるランナー部の冷却に伴う成形収縮の影響で、離型時に微細構造の縁の部分の樹脂が盛り上がる又は欠けるなどしてしまい、図１１のように、金型１００から取り出した樹脂基板００１の一部にサブミクロン〜５μｍ程度のオーダで変形００３が発生するという現象が起きてしまう。この成形された樹脂基板００１は前述のように接合を行うため、微細流路００２が形成されている接合面（２つの樹脂基板が張り合わされる部分）には高い平面度が要求される。すなわち、上述のような変形の発生によって接合面の平面度が低くなった場合には樹脂基板００１同士の接合が困難になることや、微細流路００２の形成が困難になるおそれがある。
特開２００４−１０６５０８号公報
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、成形収縮による微細流路における変形を軽減する微細流路チップ製造方法及びそれに用いられる微細流路チップ成形用金型を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の微細流路チップ製造方法は、溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、前記面から前記キャビティ側に向けて前記微細構造よりも高く突出した凸部と、を備えた金型に溶融した樹脂を注入し、注入した樹脂が固化して形成された樹脂基板から前記金型の前記面を、前記微細構造、前記凸部の順に、相対的に離脱させ、前記樹脂基板を利用して微細流路チップを製造することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の微細流路チップ製造方法であって、前記樹脂基板における前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凸部により形成される孔から離れた部分に位置するように、前記樹脂基板に他の樹脂基板を接合させることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の微細流路チップ製造方法であって、 前記凸部は、前記金型に設けられた前記キャビティへ溶融した樹脂を注入する注入口から最も離れた前記面の外縁付近に配置されることを特徴とするものである。
請求項４に記載の微細流路チップ製造方法は、溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、該微細構造の突出方向と反対方向に前記微細構造の高さよりも深く設けられた凹部と、を備えた金型に溶融した樹脂を注入し、注入した樹脂が固化して形成された樹脂基板から前記金型の前記面を、前記微細構造、前記凹部の順に、相対的に離脱させ、前記樹脂基板を利用して微細流路チップを製造することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の微細流路チップ製造方法であって、前記樹脂基板における前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凹部により形成される突出部から離れた部分に位置するように、前記樹脂基板に他の樹脂基板を接合させることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の微細流路チップ製造方法であって、前記凹部は、前記金型に設けられた前記キャビティへ溶融した樹脂を注入する注入口から最も離れた前記面の外縁付近に配置されることを特徴とするものである。
請求項７に記載の微細流路チップ成形用金型は、少なくとも２つの樹脂基板のうち、一方の樹脂基板の表面には微細流路用溝が形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路用溝が形成された面を内側にして接合される微細流路チップの前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を成形するための微細流路チップ成形用金型であって、前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を形成するための溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、前記面から前記キャビティ側に向けて前記微細構造よりも高く突出する凸部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の微細流路チップ成形用金型であって、前記凸部は、前記２つの樹脂基板が接合される面以外の部分に設けられていることを特徴とするものである。
請求項９に記載の微細流路チップ成形用金型は、少なくとも２つの樹脂基板のうち、一方の樹脂基板の表面には微細流路用溝が形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路用溝が形成された面を内側にして接合される微細流路チップの前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を成形するための微細流路チップ成形用金型であって、前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を形成するための溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、該微細構造の突出方向と反対方向に前記微細構造の高さよりも深く設けられた凹部と、を備えたことを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の微細流路チップ成形用金型であって、前記凹部は、前記２つの樹脂基板が接合される面以外の部分に設けられていることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の微細流路チップは、２つの樹脂基板のうち少なくとも１つの樹脂基板の表面には液体が導入される微細流路が溶融した樹脂を射出する射出成形によって形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路が形成されている面を内側にして接合された微細流路チップであって、前記微細流路が形成された前記樹脂基板の微細流路形成面には、前記微細流路以外の位置に、前記微細流路の深さ方向の最大長さよりも長く形成された凹部が形成されている、ことを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の微細流路チップであって、前記２つの樹脂基板は、前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凹部から離れた部分で接合されていることを特徴とするものである。
本発明に係る微細流路チップ成形用金型は、キャビティ内に構成された微細流路よりも長い凸部又は凹部を有する構成であり、本発明に係る微細流路チップ製造方法は、微細流路が金型から離脱した後に凸部又は凹部が離脱する構成である。これにより、微細流路が最後に離脱することがなくなり、成形収縮による力の微細流路へのかかり方が軽減される。したがって、微細流路の縁における離型変形が小さくなり、精度のよい微細流路を成形できるとともに、平面性を良好にすることが可能となる。
また、微細流路よりも長い凸部又は凹部を他の樹脂基板と接合する部分以外に設けることにより、凸部又は凹部における離型変形の影響を接合部分に及ぼすことが軽減できる。
また、本発明に係る微細流路チップは、平面性の高い樹脂基板を使用した精度のよい接合で製造され、精度のよい微細流路を有している。これにより、本発明に係る微細流路チップは、定量性及び再現性が向上している。
本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型の模式的な上面図である。 本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型の断面図であり、図１のＩＩ‐ＩＩ断面図である。 本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。 本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型する時の模式的な断面図である。 本実施形態に係る微細流路チップ製造方法によって成形された一方の樹脂基板の模式的な上面図である。 変形例１に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。 変形例１に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型する時の模式的な断面図である。 変形例２に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。 変形例２に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型した状態の模式的な断面図である。 従来の微細流路チップ用金型に樹脂を流し込み樹脂基板を形成した状態の模式的な断面図である。 従来の微細流路チップ用金型に樹脂を流し込んだ後の離型成形時の模式的な断面図である。
以下、本発明の実施形態に係る微細流路チップ製造方法及びそれに用いられる微細流路チップ成形用金型について図１から図５を参照して説明する。図１は本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型の模式的な上面図である。また、図２は本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型の断面図であり、図１のＩＩ‐ＩＩ断面図である。また、図３は本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。また、図４は本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型する時の模式的な断面図である。さらに、図５は本実施形態に係る微細流路チップ製造方法によって成形された一方の樹脂基板の模式的な上面図である。
図２に示すように、本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型１００は、図１の紙面に対する垂直方向に、溶融した樹脂を注入するキャビティ１０４を有している。以下、図１の紙面に対する垂直方向を「キャビティ方向」という。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る微細流路チップ成形用金型１００は、その一面が成形する樹脂基板００１に微細構造１０２などを転写する成形転写面１０１となっている。成形転写面１０１において、微細構造１０２と対収縮用凸部１０３が設けられている。微細構造１０２と対収縮用凸部１０３は、図２に示すようにキャビティ方向へ向かって突出している（成形転写面１０１からキャビティ側に突出している）。
微細流路チップ成形用金型１００で形成される樹脂基板００１と、微細流路００２が形成された面を内側にして、もう一つの樹脂基板００１とが接合され、実際の微細流路チップが製造される。ここで、図１の点線で示される範囲Ａがもう一つの樹脂基板００１が接合される領域である。もう一つの樹脂基板００１と接合される部分である範囲Ａが「接合面」である。以下、範囲Ａの部分を接合面という。
図３に示すように、微細構造１０２は、微細流路チップ成形用金型１００のキャビティ１０４（図２参照）に注入された樹脂が固まって成形される樹脂基板００１上に微細流路００２（図４参照）を転写するための凸部である。微細構造１０２は、キャビティ方向において、高さが異なる部分を複数有している。本実施形態では、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分が図２に示すＩＩ‐ＩＩ断面の部分であるとして説明する。
図１に示すように、対収縮用凸部１０３は、成形転写面１０１上の接合面以外の部分に設けられている。そして、図２に示すように、対収縮用凸部１０３は、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分（本実施形態では図２におけるＩＩ‐ＩＩ断面に当たる部分）よりも高くなっている（つまり、対収縮用凸部１０３は微細構造１０２よりも高く突出している。）。ここで、本実施形態では対収縮用凸部１０３の成形転写面方向の大きさを、直径２０μｍ以上の円（微細構造１０２における最も小さい幅よりも１０％以上大きな直径を有する円）としているが、この大きさは特に制限はない。また、対収縮用凸部１０３の形状も円形以外の形状でもよい。
微細流路チップ成形用金型１００は、図１に示すように樹脂基板００１の材料となる樹脂を注入する管状のランナー部１０５を有している。本実施形態ではランナー部１０５は図１の矢印Ｐの向きに樹脂を流し込むよう配置されている。さらに、微細流路チップ成形用金型１００は、図２の線１０６の部分で上下に開口（分離）するように構成されている。これはキャビティ１０４内で固めて成形した樹脂基板００１を取り出すためである。微細流路チップ成形用金型１００は成形転写面１０１に対してほぼ垂直に開口する。
微細流路チップ成形用金型１００の加工は、公知のエッチング加工や機械加工‐切削加工／エンドミドル加工などを用いて行う。微細構造１０２に対応する凸部を微細流路チップ成形用金型１００の成形転写面１０１に形成し、さらに、対収縮用凸部１０３を接合面（範囲Ａ）以外の部分に形成する。また、微細流路チップ成形用金型１００を電鋳加工によって作製してもよい。この場合、エッチング加工によって、微細構造１０２及び対収縮用凸部１０３に対応する凸部を電鋳マスターに形成する。そして、その電鋳マスターによって微細流路チップ成形用金型１００を作成する。
《微細流路チップ成形用樹脂基板の製造方法》
まず樹脂基板００１の材料となる樹脂を、２５０℃〜３００℃の加熱により溶融する。そして、溶融された状態の樹脂基板００１の材料となる樹脂を、ランナー部１０５を介して１００度前後の微細流路チップ成形用金型１００に流し込む。実際には微細流路チップ成形用金型１００の温度はガラス転移点温度Ｔｇと熱変形温度（荷重たわみ温度）ＨＤＴに基づいて、おおよそＨＤＴ程度の温度に決定される。このガラス転移点温度Ｔｇ以上では樹脂は固化しない。また、熱変形温度ＨＤＴでは、ある荷重をかけた場合に樹脂に一定量の変形がある温度である。そして、微細流路チップ成形用金型１００のキャビティ１０４が流し込まれた樹脂で充填される。
次に、樹脂を微細流路チップ成形用金型１００の温度（１００度前後）まで冷却することにより、キャビティ１０４内に流し込まれた樹脂を固化する。このとき、微細流路チップ成形用金型１００の成形転写面１０１に設けられた微細構造１０２に合わせて樹脂は固化する。すなわち、図３に示すように微細構造１０２に合わせて、樹脂基板００１の上に凹部が形成される。またこの時、微細流路チップ成形用金型１００の成形転写面１０１に設けられた対収縮用凸部１０３にも樹脂が充填される。すなわち、図３に示すように、対収縮用凸部１０３に合わせて樹脂基板００１の上に凹部が形成される。ただし、上述のように微細流路チップ成形用金型１００はＨＤＴ程度の温度なので、固化した樹脂は荷重がかかると変形が発生する可能性がある状態である。
樹脂としてＰＭＭＡ（Ｔｇ：１１３〜１１５℃、ＨＤＴ：９１〜９５℃程度）を使用し、樹脂が溶融している状態から固化するまでの具体例を説明する。ＰＭＭＡは熱可塑性樹脂であり、加熱によって溶融する。溶融方法は、射出成形機で可塑化シリンダー部に樹脂ペレット（直径１〜２ｍｍ程度、長さ２〜５ｍｍ程度の俵状の樹脂）を落とし込み、シリンダーヒーターによる加熱と可塑化スクリューの回転によるせん断発熱との組み合わせで溶融する。シリンダーヒーターによる加熱とせん断発熱の比率（実際にはスクリューの回転数）は樹脂によって異なる。樹脂を射出する射出シリンダーの温度を２３０〜２７０℃に加熱する。このとき、微細流路チップ成形用金型１００の温度を８０〜１２０℃にする。離型時の樹脂の温度は微細流路チップ成形用金型１００の温度である８０〜１２０℃まで冷却される。
樹脂基板００１が固化した後、微細流路チップ成形用金型１００を図２の線１０６の部分で図２の紙面に向かって上下方向に分離し固まった樹脂基板００１を微細流路チップ成形用金型１００から離型する。充填された樹脂が金型温度まで冷却されることにより樹脂基板００１に収縮応力がかかっている状態で、離型と同時に応力が開放されるために、通常の場合には急激な形状収縮が発生する。
この離型時の樹脂基板００１及び微細流路チップ成形用金型１００の動作を詳細に説明する。離型直前の樹脂基板００１と微細流路チップ成形用金型１００は図３に示すように完全にかみ合っている。そして、微細流路チップ成形用金型１００が徐々に分離していくと、図４に示すように、成形転写面１０１上の微細構造１０２の凸の部分が、樹脂基板００１から完全に離脱する。前述したように、図４における微細構造１０２の部分が微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分であるので、微細構造１０２のすべての部分が樹脂基板００１から離脱している。これにより樹脂基板００１上の微細流路００２の部分の離型は完了する。そして、前述したように対収縮用凸部１０３は、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分よりも高くなっているため、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分が樹脂基板００１から離脱した時点（すなわち微細構造１０２の全てが樹脂基板００１から離脱した時点）では、対収縮用凸部１０３は未だ樹脂基板００１から離脱していない。つまり、樹脂基板００１から成形転写面１０１を、微細構造００２、対収縮用凸部１０３の順に、相対的に離脱させることになる。
成形転写面１０１上の凸部が樹脂基板００１から離脱していく段階で、対収縮用凸部１０３が最後まで樹脂基板００１に離脱しないことで、離型時の樹脂基板００１の収縮による力を対収縮用凸部１０３だけで受ける。そこで、対収縮用凸部１０３には大きな離型変形が発生する。これに対し、微細構造１０２は、少なくとも対収縮用凸部１０３とともに収縮による力を受けることになり、収縮により受ける力が分散されるため、微細構造１０２での離型変形は小さく抑えることができる。これにより、成形された樹脂基板００１が図５に表わされるものとなる。
図５における微細流路００２は樹脂基板００１の凹部であり、対収縮用孔００４も樹脂基板００１の凹部である。上述したように、成形された樹脂基板００１の図５に示す微細流路００２はほぼ離型変形がないため、微細流路００２の転写性がよく、さらに、微細流路００２付近の平面性は良好である。これに対し、樹脂基板００１の図５に示す対収縮用孔００４は離型変形が大きくその付近では平面性の精度が低くなっている。
ここで、微細流路００２における変形としては、微細流路００２の深さに対し５％以内に抑えられることが望ましく、３％以内に抑えられることがさらに望ましい。本実施形態に係る微細流路チップの製造方法では、５％以内に抑えることが可能である。
次に、成形した樹脂基板００１を、他の金型で成形した他方の樹脂基板と接合する。このとき、樹脂基板００１の範囲Ｂ（図５参照）に他方の樹脂基板が接合される。この範囲Ｂは図１に示す微細流路チップ成形用金型１００における範囲Ａと対応するものであり、接合面になる。図５に示すように、対収縮用孔００４は、接合面以外の部分に設けられている（範囲Ｂは対収縮用孔００４から離れた部分に位置する）。これにより接合面の平面性は良好に保たれる。したがって、成形した樹脂基板００１と他方の樹脂基板とは良好に接合されることになる。
《樹脂基板の材料》
樹脂基板００１に用いられる樹脂としては、成形性（転写性、離型性）が良いこと、透明性が高いこと、紫外線や可視光に対する自己蛍光性が低いことなどが条件としてあげられるが、特に限定されるものではない。例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６６、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリイソプレン、ポリエチレン、ポリジメチルシロキサン、環状ポリオレフィンなどが好ましい。特に、ポリメタクリル酸メチル、環状ポリオレフィンなどが好ましい。なお、樹脂基板００１と、それに接合されるもう一方の樹脂基板とで、同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
以上のように、本実施形態では接合面の平面性を向上させるため、対収縮用凸部１０３を接合面以外の部分に配置したが、接合面の平面性が問題にならない場合には接合面内に置くことも可能である。また、本実施形態では単に対収縮用凸部１０３を接合面以外の部分に配置したが、樹脂基板００１の収縮の影響をより軽減するために、この対収縮用凸部１０３はランナー部１０５から最も離れた成形転写面１０１の外縁付近に配置されることがより好ましい。
本実施形態では、対収縮用凸部１０３として貫通しない突起を微細流路チップ成形用金型１００の成形転写面１０１上に形成したものとして説明したが、この突起は貫通しているものでもよく、例えば、微細流路チップ成形用金型１００としては、微細構造１０２が形成された成形転写面１０１と樹脂基板００１上に貫通孔を形成するためのピンを通す穴とを有する金型と、該穴に通すピンとで構成される金型でもよい。この場合にはピンが対収縮用凸部１０３となる。その場合、金型の穴にピンを貫通させた状態で樹脂を注入し、樹脂が固まった後に、まず微細構造１０２を有する金型を分離し離型成形し、その後にピンを抜くことが必要である。このような微細流路チップ成形用金型においても、何れの微細構造１０２が微細流路００２から離脱するときにも、対収縮用凸部１０３であるピンが刺さっているため微細流路００２に掛る収縮による力が分散され離型による変形を抑えることが可能となる。
（変形例１）
次に、上述した微細流路チップ製造方法及びそれに用いられる微細流路チップ成形用金型の変形例１について図６及び図７を参照して説明する。図６は変形例１に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。また、図７は変形例１に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型する時の模式的な断面図である。この変形例では微細流路００２の離型変形を抑える構造として対収縮用凹部を備えた微細流路チップ成形用金型について説明する。
図６に示すように、変形例１に係る微細流路チップ成形用金型１００は、キャビティの反対方向に向かう対収縮用凹部２００を有する。この対収縮用凹部２００のキャビティの反対方向への長さ（深さ）は、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分の高さＬよりも大きくなっている。この対収縮用凹部２００は接合面以外の部分に設けられている。
溶融した樹脂を微細流路チップ成形用金型１００に注入しキャビティ１０４に充填すると、図６に示すように、各微細構造１０２に合わせて樹脂基板００１上に凹部（微細流路）が形成される。さらに、図６に示すように、対収縮用凹部２００の内部にも樹脂が充填され樹脂基板００１上に突起が形成される。そして、冷却行程により樹脂が固化した後、微細流路チップ成形用金型１００を開口、分離することで離型成形を行う。
微細流路チップ成形用金型１００を分離する途中で、図７で示すように成形転写面１０１上のすべての微細構造１０２が微細流路００２から離脱した時点では、樹脂基板００１上に形成された対収縮用突起００５は対収縮用凹部２００から離脱していない。つまり、樹脂基板００１から成形転写面１０１を、微細構造００２、対収縮用凹部２００の順に、相対的に離脱させることになる。
したがって、いずれの微細構造１０２においても微細流路００２から離脱する時には、少なくとも対収縮用突起００５とともに樹脂基板００１の収縮による力を受けることになる。これにより、各微細流路００２への樹脂基板００１の収縮による力は分散される。そのため、微細流路００２の離型における変形を抑えることが可能となる。そして、対収縮用凹部２００が対収縮用突起００５から離脱する時点では、対収縮用突起００５にのみ樹脂基板００１の収縮による力がかかるため変形は大きくなる。しかし、この対収縮用凹部２００は接合面以外に部分に設けられているため、大きな変形を受けても接合面の平面性や微細流路００２の成形に影響を与えない。したがって、精度のよい微細流路００２を有し、接合面の平面性が良好で他方の樹脂基板と精度よく接合可能な樹脂基板００１を成形することが可能となる。
本変形例１では接合面の平面性を向上させるため、対収縮用凹部２００を接合面以外の部分に配置したが、接合面の平面性が問題にならない場合には接合面内に置くことも可能である。また、本変形例では単に対収縮用凹部２００を接合面以外の部分に配置したが、樹脂基板００１の収縮の影響をより軽減するために、この対収縮用凹部２００はランナー部１０５から最も離れた成形転写面１０１の外縁付近に配置されることがより好ましい。
このように、微細流路チップ成形用金型１００に凹部を設けた構成でも微細流路００２における離型変形は微細流路００２の５％以下に抑えることができ、これは微細流路チップ成形用金型１００に凸部を設けた構成とほぼ同様の結果が得られている。このように微細流路チップ成形用金型１００に凹部を設けた構成でも微細流路００２の精度及び接合面の平面性を向上させることができる。
（変形例２）
また、上述した微細流路チップ製造方法及びそれに用いられる微細流路チップ成形用金型の変形例２について図８及び図９を参照して説明する。図８は変形例２に係る微細流路チップ成形用金型に樹脂を注入した状態の模式的な断面図である。また、図９は変形例２に係る微細流路チップ成形用金型を成形した樹脂基板から離型した後の模式的な断面図である。この変形例では対収縮用凹部における離型変形を吸収する構造を備えた微細流路チップ成形用金型について説明する。
図８に示すように、本変形例に係る微細流路チップ成形用金型１００は、対収縮用凸部１０３と成形転写面１０１との境界の部分に対変形用凸部３００を備えた構成である。本変形例では対収縮用凸部１０３が、深さ６０μｍ、成形転写面方向の大きさ６０μｍの円であるとして説明する。対変形用凸部３００は、深さ１０μｍ、成形転写面方向の幅１０μｍの大きさを有する。ここで、本実施形態では深さ１０μｍ、成形転写面方向の幅６０μｍの対収縮用凸部１０３での離型変形における盛り上がりの量が経験的に５μｍ以下と求められているため、この変形を吸収するサイズとして対変形用凸部３００を前述のサイズにしたが、対変形用凸部３００の大きさは、対収縮用凸部１０３の大きさに基づいて経験的に求められる離型変形における盛り上がりの部分の大きさとほぼ同程度の容量を有するものであればよい。また、対収縮用凸部１０３のキャビティ方向の高さから対変形用凸部３００のキャビティ方向の高さを引いた値が、微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分の高さの値より大きくなっている。
溶融した樹脂を微細流路チップ成形用金型１００に注入しキャビティ１０４に充填すると、図８に示すように、各微細構造１０２に合わせて樹脂基板００１上に凹部（微細流路）が形成される。さらに、図８に示すように、対収縮用凸部１０３の内部にも樹脂が充填されるとともに、対変形用凸部３００の部分が凹んだ状態で樹脂基板００１上に突起が形成される。そして、冷却により樹脂が固化した後、微細流路チップ成形用金型１００を開口、分離することで離型成形を行う。この離型成形では、対変形用凸部３００に対応した対変形用凹部００６が対収縮用孔００４の開口部に構成される。
微細流路チップ成形用金型１００を分離する途中で、成形転写面１０１上のすべての微細構造１０２が微細流路００２から離脱した時点では、樹脂基板００１上に形成された対収縮用孔００４は対収縮用凸部１０３から離脱していない。
したがって、いずれの微細構造１０２においても微細流路００２から離脱する時には、少なくとも対収縮用孔００４とともに樹脂基板００１の収縮による力を受けることになる。これにより、各微細流路００２への樹脂基板００１の収縮による力は分散される。そのため、微細流路００２の離型における変形を抑えることが可能となる。そして、対収縮用凸部１０３が対収縮用孔００４から離脱する時点では、対収縮用孔００４にのみ樹脂基板００１の収縮による力がかかるため変形による盛り上がりが発生する。
対収縮用孔００４の変形によって樹脂が盛り上がり、図９に示すように、変形００３が発生する。この変形００３は、対収縮用孔００４の開口部に形成された対変形用凹部００６の中に納まる。これにより、対収縮用孔００４の離型変形による変形００３の盛り上がりが対変形用凹部００６に吸収され成形転写面１０１には影響を与えない。これにより、対収縮用凸部１０３における離型変形が吸収されるため成形転写面１０１の平面性への影響が少なくなる。したがって、成形転写面１０１を接合面内に配置した場合でも、精度のよい微細流路００２を有し、接合面の平面性が良好で他方の樹脂基板と精度よく接合可能な樹脂基板を成形することが可能となる。
［実施例１］
次に、具体的な実施例１について説明する。
実施例１では、上述の実施形態に係る方法で、微細流路チップを製造した。まず、樹脂基板００１を作成するために微細流路チップ成形用金型１００を作成した。具体的には、
樹脂素材：ＰＭＭＡ
溶融温度ｔ１＝２５０℃
離型温度ｔ２＝９３℃
微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分の高さ（微細流路００２の最も深い部分の深さ）ｄ１＝５０μｍ
対収縮用凸部１０３の高さｄ２＝６０μｍ
対収縮用凸部の大きさ＝０．００３ｍｍ２
対収縮用凸部１０３の位置＝図３における１０３
である。
そして、その微細流路チップ成形用金型１００を用いた射出成形機で透明樹脂材料のＰＭＭＡを成形することで、３０ｍｍ角で厚さが１．５ｍｍの板状部材の表面に、微細流路００２と対収縮用孔００４とが形成された樹脂基板００１を作成した。
（評価）
微細流路００２の深さに対する微細流路００２における変形は４．５％となっている。これは５％未満であり良好な値である。また、対収縮用孔００４における変形は８．３％となっている。これは、５％以上となり不良な値である。
［実施例２］
次に、具体的な実施例２について説明する。
実施例２では、変形例１に係る方法で、微細流路チップを製造した。まず、樹脂基板００１を作成するために微細流路チップ成形用金型１００を作成した。具体的には、
樹脂素材：ＰＭＭＡ
溶融温度：２５０℃
離型温度ｔ＝９３℃
微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分の高さ（微細流路００２の最も深い部分の深さ）ｄ１＝５０μｍ
対収縮用凹部２００の長さｄ３＝６０μｍ
対収縮用凹部２００の大きさ＝０．００３ｍｍ２
対収縮用凹部２００の位置＝図６における２００
である。
そして、その微細流路チップ成形用金型１００を用いた射出成形機で透明樹脂材料のＰＭＭＡを成形することで、３０ｍｍ角で厚さが１．５ｍｍの板状部材の表面に、微細流路００２と対収縮用孔００４とが形成された樹脂基板００１を作成した。
（評価）
微細流路００２の深さに対する微細流路００２における変形は４．７％となっている。これは５％未満であり良好な値である。また、対収縮用孔００４における変形は８．３％となっている。これは、５％以上となり不良な値である。
[比較例]
次に、具体的な比較例について説明する。
比較例では、従来の方法（すなわち、対収縮用凸部１０３を用いない離型成形の方法）で、微細流路チップを製造した。まず、樹脂基板００１を作成するために微細流路チップ成形用金型１００を作成した。具体的には、
樹脂素材：ＰＭＭＡ
溶融温度：２５０℃
離型温度ｔ＝９３℃
微細構造１０２の中でキャビティ方向における最も高い部分の高さ（微細流路００２の最も深い部分の深さ）ｄ１＝５０μｍ
である。
（評価）
微細流路００２の深さに対する微細流路００２における変形は８．３％となっている。これは５％以上となり不良な値である。
（比較結果）
上述のように、比較例では必要精度を満足しておらず、接合面の平面性が悪化している。これに対し、実施例１と実施例２では、必要精度を満足しており、接合面の平面性が良好に保たれている。したがって、実施例の方法で微細流路チップを製造した方が、より、精度の高い微細流を有し、接合性のよい微細流路チップを製造することが可能である。
００１ 樹脂基板
００２ 微細流路
００３ 変形
００４ 対収縮用孔
００５ 対収縮用突起
００６ 対変形用凹部
１００ 微細流路チップ成形用金型
１０１ 成形転写面
１０２ 微細構造
１０３ 対収縮用凸部
１０４ キャビティ
１０５ ランナー部
２００ 対収縮用凹部
３００ 対変形用凸部

Claims (12)

  1. 溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、前記面から前記キャビティ側に向けて前記微細構造よりも高く突出した凸部と、を備えた金型に溶融した樹脂を注入し、
    注入した樹脂が固化して形成された樹脂基板から前記金型の前記面を、前記微細構造、前記凸部の順に、相対的に離脱させ、前記樹脂基板を利用して微細流路チップを製造することを特徴とする微細流路チップ製造方法。
  2. 前記樹脂基板における前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凸部により形成される孔から離れた部分に位置するように、前記樹脂基板に他の樹脂基板を接合させることを特徴とする請求項１に記載の微細流路チップ製造方法。
  3. 前記凸部は、前記金型に設けられた前記キャビティへ溶融した樹脂を注入する注入口から最も離れた前記面の外縁付近に配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微細流路チップ製造方法。
  4. 溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、該微細構造の突出方向と反対方向に前記微細構造の高さよりも深く設けられた凹部と、を備えた金型に溶融した樹脂を注入し、
    注入した樹脂が固化して形成された樹脂基板から前記金型の前記面を、前記微細構造、前記凹部の順に、相対的に離脱させ、前記樹脂基板を利用して微細流路チップを製造することを特徴とする微細流路チップ製造方法。
  5. 前記樹脂基板における前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凹部により形成される突出部から離れた部分に位置するように、前記樹脂基板に他の樹脂基板を接合させることを特徴とする請求項４に記載の微細流路チップ製造方法。
  6. 前記凹部は、前記金型に設けられた前記キャビティへ溶融した樹脂を注入する注入口から最も離れた前記面の外縁付近に配置されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の微細流路チップ製造方法。
  7. 少なくとも２つの樹脂基板のうち、一方の樹脂基板の表面には微細流路用溝が形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路用溝が形成された面を内側にして接合される微細流路チップの前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を成形するための微細流路チップ成形用金型であって、
    前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を形成するための溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、
    該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、
    前記面から前記キャビティ側に向けて前記微細構造よりも高く突出する凸部と、
    を備えたことを特徴とする微細流路チップ成形用金型。
  8. 前記凸部は、前記２つの樹脂基板が接合される面以外の部分に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の微細流路チップ成形用金型。
  9. 少なくとも２つの樹脂基板のうち、一方の樹脂基板の表面には微細流路用溝が形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路用溝が形成された面を内側にして接合される微細流路チップの前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を成形するための微細流路チップ成形用金型であって、
    前記微細流路用溝が形成された樹脂基板を形成するための溶融した樹脂を収容可能なキャビティと、
    該キャビティを形成する一つの面に該面から前記キャビティ側に突出するように設けられた微細構造と、
    該微細構造の突出方向と反対方向に前記微細構造の高さよりも深く設けられた凹部と、
    を備えたことを特徴とする微細流路チップ成形用金型。
  10. 前記凹部は、前記２つの樹脂基板が接合される面以外の部分に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の微細流路チップ成形用金型。
  11. ２つの樹脂基板のうち少なくとも１つの樹脂基板の表面には液体が導入される微細流路が溶融した樹脂を射出する射出成形によって形成され、前記２つの樹脂基板を、前記微細流路が形成されている面を内側にして接合された微細流路チップであって、
    前記微細流路が形成された前記樹脂基板の微細流路形成面には、前記微細流路以外の位置に、前記微細流路の深さ方向の最大長さよりも長く形成された凹部が形成されている、
    ことを特徴とする微細流路チップ。
  12. 前記２つの樹脂基板は、前記微細構造が転写された部分を覆い、かつ前記凹部から離れた部分で接合されていることを特徴とする請求項１１に記載の微細流路チップ。
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