(57)【要約】【課題】微細流路に液体を送液することで科学現象を評価する装置であって、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむことができると共に、微細流路内の気泡詰まりによる実験の失敗をなくすことができる。【解決手段】実験液３４で実験を開始する前に、実験液３４とは反応しない不活性なダミー液３５を微細流路１４Ａ，１６Ａ及び２０Ａに勢いよく流し、微細流路１４Ａ，１６Ａ及び２０Ａ内をダミー液３５で満たすことにより、微細流路１４Ａ，１６Ａ及び２０Ａ内の空気を除去する前準備工程を行う。１回の前準備工程で微細流路内の空気が抜けきらずにダミー液中に気泡が見られる場合には、ダミー液中に気泡が存在しなくなるまで繰り返す。次に、入口側の液溜め部２４，２６に実験液３４を供給するとともに、微細流路１４Ａ，１６Ａ及び２０Ａに満たされているダミー液３５を送液手段によって出口側の液溜め部２８に流動させることにより実験を開始する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口側と出口側とを構成する２つ以上の液溜め部を断面積が１ｍｍ2 以下の微細流路で連通させて成る科学現象評価装置の実験方法において、
実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液を前記微細流路に流して満たすことにより前記微細流路内の空気を予め除去する少なくとも１回の前準備工程と、
前記入口側の液溜め部に実験液を供給するとともに、前記微細流路に満たされているダミー液を送液手段によって出口側の液溜め部に流動させることにより、前記実験液を微細流路に送り込む実験工程と、から成ることを特徴とする科学現象評価装置を用いた実験方法。
【請求項２】
入口側と出口側とを構成する２つ以上の液溜め部を断面積が１ｍｍ2 以下の微細流路で連通させて成る科学現象評価装置の実験方法において、
実験を行う実験液を前記微細流路に流して満たすことにより前記微細流路内の空気を予め除去する少なくとも１回の前準備工程と、
前記入口側の液溜め部に更に実験液を供給するとともに、前記微細流路に満たされている実験液を移送手段によって出口側の液溜め部に流動させることにより、前記供給した実験液を微細流路に送り込む実験工程と、から成ることを特徴とする科学現象評価装置を用いた実験方法。
【請求項３】
前記前準備工程と前記実験工程との間に、出口側の液溜め部の液を先細状の吸い取り材で吸い取ることにより、入口側の液溜め部の液面レベルを下げる吸取り工程を設けることを特徴とする請求項１又は２の科学現象評価装置を用いた実験方法。
【請求項４】
板状体の表面に断面積が１ｍｍ2 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を備え、
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おり、
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とともに、複数の前記流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填されていることを特徴とする科学現象評価装置。
【請求項５】
板状体の表面に断面積が１ｍｍ2 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を備え、
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おり、
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とともに、複数の前記流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填されていることを特徴とする科学現象評価装置。
【請求項６】
前記複数の液溜め部の口を栓により着脱自在に封止し、前記流路に前記ダミー液が充填された状態で販売されることを特徴とする請求項４又は５の科学現象評価装置。
【請求項７】
前記栓はテープで前記覆い板に固定されていることを特徴とする請求項６の科学現象評価装置。
【請求項８】
前記栓と前記液溜め部の口とはネジ構造によって固定されていることを特徴とする請求項６の科学現象評価装置。
【請求項９】
前記ダミー液は予め脱泡処理された、純水、エタノール、及び純水とエタノールとの混合液の何れかであることを特徴とする請求項６〜８の何れか１の科学現象評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は科学現象評価装置の実験方法、及び科学現象評価装置に係り、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、及びその装置で失敗しないように実験する実験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
科学現象評価装置の一例である例えば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。）。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
ところが、従来のこの種の科学現象評価装置として、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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
このような事情に鑑みて、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評価装置として、本発明者らは、板状体の表面に断面積が微小な長溝が形成されている基板と、この基板の表面に密着配置され、長溝を覆うことにより基板に微細流路を形成する覆い板とよりなり、流路内の科学現象が視覚により認識可能となっている構成のものが有望と考えている。
【特許文献１】特開２０００−２４２１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような微細流路に液体を送液することで科学現象を評価する装置の場合、液体を送液するときに、微細流路の途中に気泡が詰まることがある。気泡詰まりがあると、送液する液体が乱れて定常状態を得ることが難しいために、科学現象を正しく評価できないという問題がある。更に、微細流路に気泡が詰まることによる実験の失敗は、実験に要する時間、実験に使用する実験液などの無駄につながる。特に、微細流路に表面張力の大きな実験液を流すときに、微細流路内に気泡が詰まり易く、詰まった気泡は非常に取り除くことが難しい。
【００１０】
このように、微細流路に液体を送液することで科学現象を評価する装置は、使用する上で気泡の詰まりが問題とされることが多く、この問題を簡便な方法で解決することが望まれている。特に、小学生等の低年齢の生徒を対象として理科実験を行う場合には、微細流路に気泡を発生させずに送液することは非常に難しく、誰が実験しても気泡の詰まりを発生させないで理科実験を行えるようにすることは、この種の科学現象評価装置の普及にとって極めて重要である。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、微細流路に液体を送液することで科学現象を評価する装置であって、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむことができると共に、微細流路内の気泡詰まりによる実験の失敗をなくすことのできる科学現象評価装置の実験方法及び、科学現象評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１は、前記目的を達成するために、入口側と出口側とを構成する２つ以上の液溜め部を断面積が１ｍｍ2 以下の微細流路で連通させて成る科学現象評価装置の実験方法において、実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液を前記微細流路に流して満たすことにより前記微細流路内の空気を予め除去する少なくとも１回の前準備工程と、前記入口側の液溜め部に実験液を供給するとともに、前記微細流路に満たされているダミー液を送液手段によって出口側の液溜め部に流動させることにより、前記実験液を微細流路に送り込む実験工程と、から成ることを特徴とする科学現象評価装置の実験方法を提供する。
【００１３】
請求項１によれば、失敗のない確実な実験ができるようにするために、実験液で実験を開始する前に、実験液とは反応しない不活性なダミー液、例えば水を微細流路に勢いよく流し、微細流路内をダミー液で満たすことにより、微細流路内の空気を除去する前準備工程を行う。１回の前準備工程で微細流路内の空気が抜けきらずにダミー液中に気泡が見られる場合には、ダミー液中に気泡が存在しなくなるまで繰り返す。次に、入口側の液溜め部に実験液を供給するとともに、微細流路に満たされているダミー液を送液手段によって出口側の液溜め部に流動させることにより、実験液を微細流路に送り込み、実験を開始する。これにより、入口側の液溜め部に供給された実験液は、予め微細流路に満たされたダミー液の出口側への流動に連続して微細流路内に送り込まれるので、実験中に実験液に空気が混入することがなく、気泡詰まりによる実験の失敗を防止できる。また、ダミー液としては、上記したように水を使用できる場合が多いので、本発明の実験方法によるコストアップも無視できる。
【００１４】
本発明の請求項２は、前記目的を達成するために、入口側と出口側とを構成する２つ以上の液溜め部を断面積が１ｍｍ2 以下の微細流路で連通させて成る科学現象評価装置の実験方法において、実験を行う実験液を前記微細流路に流して満たすことにより前記微細流路内の空気を予め除去する少なくとも１回の前準備工程と、前記入口側の液溜め部に更に実験液を供給するとともに、前記微細流路に満たされている実験液を移送手段によって出口側の液溜め部に流動させることにより、前記供給した実験液を微細流路に送り込む実験工程と、から成ることを特徴とする科学現象評価装置の実験方法を提供する。
【００１５】
請求項２は、実験液そのものを微細流路内の空気を除去するダミー液として使用するものであり、水等のダミー液を使用する場合に比べれば実験液の無駄使いになるが、前準備工程は通常１回で済むので、微細流路内の気泡詰まりにより実験を何回も失敗するよりかは実験液を節約することができる。
【００１６】
請求項３は請求項１又は２において、前記前準備工程と前記実験工程との間に、出口側の液溜め部の液を先細状の吸い取り材で吸い取ることにより、入口側の液溜め部の液面レベルを下げる吸取り工程を設けることを特徴とする。
【００１７】
前準備工程を行うことによって、実験液を供給する入口側の液溜め部にもダミー液が溜まるので、実験液を入口側の液溜め部に供給するには、入口側の液溜め部の液面を下げる必要がある。この場合、ダミー液を微細流路に満たしたまま、入口側の液溜め部の液面を下げる必要がある。
【００１８】
請求項３によれば、出口側の液溜め部から吸い取り材で吸い取る吸引力で微細流路内の液が満たされたまま出口側に流動するので、入口側の液溜め部の液面が下がる。この吸い取りにおいて、先細状の吸い取り材で液を吸い取ることにより、液を極微量ずつ吸い取ることができるので、微細流路内の液まで吸い取ることがない。従って、微細流路内に空気が混入することがない。この場合、吸い取り材を液に浸すときに空気が液に混入したとしても、出口側の液溜め部であり、実験液を微細流路に送り込んで実験を開始したときに、気泡は出口側に排出されるので問題ない。吸い取り材としては、ティッシュなどの紙を縒って先端部を細くした紙縒りを好適に使用することができる。
【００１９】
本発明の請求項４は、前記目的を達成するために、板状体の表面に断面積が１ｍｍ2 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を備え、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おり、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とともに、複数の前記流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填されていることを特徴とする科学現象評価装置を提供する。
【００２０】
請求項４によれば、この評価装置には、断面積が１ｍｍ2 以下の微細な複数の流路が形成されており、これら流路の一端が一箇所の合流点で合流しており、更に複数の流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填されている。従って、実験液で実験を行うために微細流路に実験液を流すときに、微細流路に予め満たされたダミー液を実験液で追い出すようになる。これにより、微細流路内の気泡詰まりによる実験の失敗をしないように、分子の拡散現象等の科学現象を定性的に観察することができる。特に、小学生等の低年齢の生徒を対象として理科実験を行う場合には、微細流路に気泡を発生させずに送液することは非常に難しい。しかし、本発明のように、予め微細流路に気泡が存在しない科学現象評価装置を使用すれば、小学生でも実験を失敗せずに行うことができる。
【００２１】
また、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）、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。尚、実験液を微細流路に流すための送液方法としては、ポンプ等を使用した加圧又は減圧による送液方法を使用できる。
【００２２】
なお、微細な流路の断面積としては、１ｍｍ2 以下が好ましく、０．００２５〜０．６４ｍｍ2 がより好ましく、０．０１〜０．２５ｍｍ2 が最も好ましい。
【００２３】
また、「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。
【００２４】
本発明の請求項５は、前記目的を達成するために、板状体の表面に断面積が１ｍｍ2 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を備え、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おり、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とともに、複数の前記流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填され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。
【００２５】
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３本の流路が形成されており、これら流路の一端が一箇所の合流点で合流しており、更に複数の流路には実験を行う実験液とは反応しない不活性なダミー液が気泡が存在しない状態で充填されている。これにより、微細流路内の気泡詰まりによる実験の失敗をしないように、分子の拡散現象等の科学現象を定性的に観察することができる。また、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。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。
【００２６】
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）、等各種の現象を含むものである。
【００２７】
請求項６は請求項４又は５において、前記複数の液溜め部の口を栓により着脱自在に封止し、前記流路に前記ダミー液が充填された状態で販売されることを特徴とする。
【００２８】
このように、科学現象評価装置の複数の液溜め部の口を栓により着脱自在に封止し、流路にダミー液が充填された状態で販売すれば、購入して実験する実験者は、実験に先立って流路の空気抜きを行う必要がない。これにより、実験者が小学生のように低年齢の者であっても流路における気泡の詰まりが原因で実験を失敗することがない。
【００２９】
請求項７は請求項６において、前記栓はテープで前記覆い板に固定されていることを特徴とする。
【００３０】
このように、液溜め部の口を封止する栓をテープで覆い板に固定しておけば、販売途中で栓が外れてダミー液が漏れてしまうことを防止できる。
【００３１】
請求項８は請求項６において、前記栓と前記液溜め部の口とはネジ構造によって固定されていることを特徴とする。
【００３２】
このように、液溜め部の口を封止する栓と液溜め部の口とはネジ構造によって固定しておけば、販売途中で栓が外れてダミー液が漏れてしまうことを防止できる。
【００３３】
請求項９は請求項６〜８の何れか１において、前記ダミー液は予め脱泡処理された、純水、エタノール、及び純水とエタノールとの混合液の何れかであることを特徴とする。
【００３４】
ダミー液に必要な性質として、気泡が存在しないこと、実験液と反応しないこと、販売されて使用されるまでに腐敗しないこと、及び実験液との置換性が高いことの要件が重要であり、予め脱泡処理された、純水、エタノール、及び純水とエタノールとの混合液の何れかであれば、これらの要件を満足する。尚、滅菌処理した純水やエタノールを使用すれば更によい。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、安価で、環境負荷が小さく、先端技術を手軽に楽しむことができると共に、微細流路内の気泡詰まりによる実験の失敗をなくすことのできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面に従って、本発明に係る科学現象評価装置の実験方法、及び科学現象評価装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３７】
図１は、本発明に係る科学現象評価装置の実験方法を行う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。
【００３８】
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。
【００３９】
上記の長溝（１４、１６及び２０）により形成される微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）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。
【００４０】
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２８Ａと、覆い板２２の同一箇所に形成された円柱状空洞部２８Ｂよりなる第３液溜め部２８と連通している。
【００４１】
第１液溜め部２４及び第２液溜め部２６の容積は、５〜５０００ｍｍ3 であることが好ましく、第３液溜め部２８の容積は、１０〜１００００ｍｍ3 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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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 以下が好ましく、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。
【００４５】
覆い板２２の材質としては、特に制限はないが、微細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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、微細流路（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。
【００４９】
次に、基板１２の形成方法について説明する。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を準備する。この反転型板の表面には、更に円柱状空洞部２８Ａの反転形状を形成しておく必要がある。この反転型板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等、公知の各種加工方法が採用できる。
【００５０】
次いで、この反転型板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。
【００５１】
次いで、反転型板の表面に樹脂材を塗布し、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。
【００５２】
そして、硬化後の樹脂材を反転型板より剥離する。
【００５３】
このような方法によれば、長溝が精度よく、かつ、安価に形成でき、評価装置を安価にできる。
【００５４】
次に、本発明に係る理科実験教材１０の実験方法について説明する。
【００５５】
先ず、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。
【００５６】
１）反転型板
２）基板１２用の樹脂材
３）基板１２形成用の型枠
（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）実験液用スポイト
（テスト目的に応じて、必要な実験液（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）実験液出入り口封止用テープ
（実験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。実験液をピペットで第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。）
７）針
（実験液を供給する場合、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
（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、このケーシングには実験目的に沿った各種機能、たとえば、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）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。
【００５７】
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。）
１０）試験用実験液（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。実験液としては、たとえば、色素、又は、染料や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。
【００５８】
上記の理科実験教材１０を用いた本発明の実験方法は、前準備工程と、吸取り工程と、実験工程との３工程によって構成される。
【００５９】
前準備工程では、図４に示すように、実験を行う実験液３４（図６参照）とは反応しない不活性なダミー液３５を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に流して満たすことにより微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内の空気を予め除去する操作を少なくとも１回行う。即ち、図４（ｃ）に示すように、口径の大きな出口側の第３液溜め部２８に、実験に用いる実験液３４（例えば染料）に対して不活性であり相溶性のあるダミー液３５（例えば水）を供給し、第３液溜め部２８の上から指３８で強く加圧することで、図４（ｂ）に示すようにダミー液３５を勢い良く入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６に向かって流し（矢印参照）、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内をダミー液３５で満たす（図４（ａ）、（ｃ））。これにより、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内の空気が除去されるが、満たされたダミー液３５中に気泡が見られるようであれば、空気が完全に抜けきっていないので、気泡がなくなるまで、前準備工程を繰り返す。これにより、実験を開始する前の微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）から完全に空気を抜くことができる。また、実験液３４を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に送液する前に、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内をダミー液３５で満たしておけば、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の壁面の濡れ性が向上するので、実験途中で不本意で混入した気泡が詰まり難くなる。
【００６０】
次に、吸取り工程を行う。この吸取り工程は、前準備工程を行うことによって、実験液３４を供給する入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６にもダミー液３５が溜まるので、実験液３４を供給するために第１及び第２液溜め部２４、２６の液面を下げる必要があるためである。この場合、ダミー液３５を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に満たしたまま、即ち空気が微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に混入しないように第１及び第２液溜め部２４、２６の液面を下げる必要がある。このことから、吸取り工程では、図５（ｃ）に示すように、紙縒り３７の細く縒った先端部３７Ａを、流路２０Ａに付かないように出口側の第３液溜め部２８に浸して、ダミー液３５を紙縒りで吸い取ることにより、ダミー液３５を極微量ずつ吸い取る。これにより、図５（ｂ）に示すように、紙縒り３７の吸い取り力で微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内のダミー液３５が満たされたまま出口側に流動（矢印参照）するので入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６の液面を図５（ａ）のように下げることができる。この場合、万が一吸い取り操作の際に空気がダミー液３５に混入しても、出口側の液溜め部２８であり、実験液３４を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に送り込んで実験を開始したときに、気泡は出口側の第３液溜め部２８から排出されるので問題ない。従って、紙縒り３７を使って入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６からダミー液３５を吸い取っても空気が混入しないようにできる場合には、そのようにしてもよい。尚、入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６に注入口がピッタリ嵌まる注射器（図示せず）を使用して実験液３４を注入できる場合には、吸取り工程を特に設けなくてもよい。
【００６１】
次に、実験工程を行う。即ち、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、実験液用スポイト３２により第１液溜め部２４（又は第２液溜め部２６）に所定量の実験液３４を供給する。この場合、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）にはダミー液３５が満たされている。
【００６２】
次いで、図６（ｃ）に示されるように、実験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。
【００６３】
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、実験液３４を流路１４Ａ（又は１６Ａ）に送り込むことによりなされる加圧式の送液手段である。また、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、実験液３４を流路１４Ａ（又は１６Ａ）に送り込むことによりなされる加圧式の送液手段であってもよい。更には、第３液溜め部２８内の空間を減圧することによる吸引力で入口側の第１及び第２液溜め部２４、２６に供給した実験液３４を流路１４Ａ（又は１６Ａ）に吸い込む減圧式の送液手段でもよい。
【００６４】
送液手段が加圧式の場合には、実験液３４は、予め微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に満たされているダミー液３５を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）からところてん式に出口側に押し出すようにして、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に送り込まれる。また、送液手段が減圧式の場合には、実験液３４は、予め微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に満たされているダミー液３５の出口側への流動に誘引されて、ダミー液の流動に連続して微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）内に導かれる。従って、実験中に、実験液３４に空気が混入することがない。これにより、実験液３４を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に送り込んで実験を開始したときに、実験液中に空気が混入して気泡が形成されたり、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の壁面に気泡が残存したりしないようにできる。
【００６５】
従って、送液する実験液３４の流れが気泡詰まりにより乱れることがなく、定常状態を得ることができるので、実験を失敗することなく、科学現象を正しく評価することができる。
【００６６】
また、理科実験教材１０は上述したように、生徒に手作りさせるためのセットであるが、完成品として販売することもできる。このように完成品として販売する理科実験教材１０は、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に、実験を行う実験液３４とは反応しない不活性なダミー液３５を気泡が存在しない状態で予め充填されているようにするとよい。この場合、３つの液溜め部２４、２６、２８にもダミー液３５を満たした状態でテープ等により蓋をしておけば、実験を行うまでの間に空気が混入することがない。そして、実験を行うときにテープを剥がして上記した吸取り工程から開始すればよい。これにより、小学生のような低年齢の生徒であっても、気泡詰まりによる実験の失敗を確実になくすことができる本発明の科学現象評価装置を提供することができる。
【００６７】
なお、科学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。
【００６８】
以上は、理科実験教材１０として、入口側に２つの液溜め部２４、２６を設け、出口側に１つの液溜め部２８を設けた場合であるが、多流路を有する理科実験教材１０の場合には、本発明の実験方法は特に有効である。
【００６９】
図７は、多流路を有する理科実験教材１０の一例であり、入口側に形成された５つの液溜め部４０、４２、４４、４６、４８から延びた各流路５０、５２、５４、５６、５８が合流部１８において１本の流路２０Ａに合流して第３液溜め部２８に至る構成である。このような多流路を有する理科実験教材１０を、出口側の液溜め部２８の減圧により送液する場合には、合流部１８前で気泡ができ易い。これは減圧したときに多数の流路５０〜５８のうちの一つの流路に実験液３４が開通すると、開通した流路は抵抗が低くなり、気泡のある流路部分の抵抗が高くなるためである。この気泡を取り除くためには、この抵抗に打ち勝つだけの減圧が必要になる。一般的には小さな気泡であっても流路に対する相対的な比率は大きく、送液の流れを乱す原因となる。このように、微細流路に一度気泡が詰まってしまうと、これを取り除くために入口側の液溜め部４０、４２、４４、４６、４８から大流量で加圧送液するか、出口側の液溜め部２８を減圧して大きな吸引力を得て大流量で減圧送液するかが必要であり、実験液３４の多量な無駄になる。
【００７０】
このような、多流路の理科実験教材１０において、前処理工程で微細流路５０〜５８及び２０Ａにダミー液３５が満たされたときに、仮に流路５０に気泡が残存した場合、５つの液溜め部４０〜４８のうちの液溜め部４０と出口側の液溜め部２８の２つの液溜め部４０、２０のみを開放し、残りの４つの液溜め部４２〜４８は蓋をして密閉する。この状態で、出口側の液溜め部２８からダミー液３５を微細流路２０Ａに流し込むことにより、流路５０に残存した気泡を確実に除去することができる。また、複数の流路、例えば流路５０、５４、５８に気泡が残存した場合には、全ての液溜め部４０〜４８及び２８を開放しておき、出口側の液溜め部２８から入口側の複数の液溜め部４０〜４８に向かって大流量のダミー液３５を勢いよく流すことによって、複数の流路に残存した気泡を一気に除去することができる。尚、吸取り工程及び実験工程の操作は少流路であれ多流路であれ同じである。
【００７１】
また、図１及び図７の何れの装置の場合にも、微細流路に表面張力の大きな実験液３４を流すときに、微細流路内に気泡が詰まり易く、詰まった気泡は非常に取り除くことが難しいことから、微細流路内の壁面に実験液３４との親和性を向上させるための特殊処理をすることも一つの方法である。しかし、微細流路内の壁面に特殊処理することは、技術的には可能であるが、処理に時間とコストがかかる。これに対し、上述した微細流路にダミー液を満たす方法であれば、極めて簡便且つ安価に行うことができ、より好ましい。
【００７２】
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生徒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。
【００７３】
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、複数の実験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。
【００７４】
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。
【００７５】
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及び覆い板２２に形成しているが、これ以外の態様、たとえば、全ての液溜め部を基板１２及び覆い板２２に形成する態様も採用できる。
【００７６】
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、あるいは図７のような構成も採用できる。
【００７７】
更に、実験液（試薬）を液溜め部（２４、２６等）に供給するために、実験液用スポイト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。
【００７８】
次に、上記の理科実験教材１０を販売するための販売形態について説明する。
【００７９】
図８に示すように、理科実験教材１０は、微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）及び第１〜第３の液溜め部（２４、２６、２８）に気泡を含まないダミー液３５が充填され、第１〜第３の液溜め部（２４、２６、２８）の口が栓６０によって着脱自在に封止された状態で販売される。この場合、販売途中で栓６０が外れてダミー液３５が漏れてしまうことがないように、栓６０はテープ６２で覆い板２２に固定されていることが好ましい。この場合、使用するテープ６２は、糊残りのない剥離性の高いテープを使用することが好ましい。使用する栓６０としては、第１〜第３の液溜め部（２４、２６、２８）の口を密封できるようにゴム栓、コルク栓のように弾性を有する材質の栓が好ましい。
【００８０】
また、図９に示すように、栓６０の下部外周に雄ネジを刻設し、第１〜第３の液溜め部（２４、２６、２８）の口の内周に雌ネジを刻設し、栓６０と口とをネジ構造６１で固定するようにしてもよい。尚、栓６０の外周と口の内周に刻設するネジは雄と雌を逆にしてもよい。このようにネジ構造６１で固定すれば、テープ６２を使用しないことも可能である。この場合の栓６０の材質としては、ネジを刻設できるように、覆い板２２と同じ材質のものを使用することが好ましい。
【００８１】
また、理科実験教材１０全体をシュリンクフィルムで包んだ後、熱でシュリンクさせることで理科実験教材１０全体をラップしてもよく、パラフィルムのような密封フィルムで理科実験教材１０全体をラップしてもよい。
【００８２】
ダミー液３５としては、気泡が存在しないこと、実験液と反応しないこと、販売されて使用されるまでに腐敗しないこと、及び実験液との置換性が高いことの要件が重要であり、予め脱泡処理された、純水、エタノール、及び純水とエタノールとの混合液の何れかであれば、これらの要件を満足する。尚、滅菌処理した純水やエタノールを使用すれば更によい。
【００８３】
また、ダミー液３５を微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）に充填させる前には、本発明の実験方法の前準備工程で説明した微細流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の空気抜きを少なくとも１回実施する必要がある。
【００８４】
このように、理科実験教材１０の複数の液溜め部（２４、２６、２８）の口を栓６０により着脱自在に封止し、流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）にダミー液３５が充填された状態で販売すれば、購入して実験する実験者は、上述した前準備工程により流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の空気抜きを行う必要がない。これにより、実験者が小学生のように低年齢の者であっても流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）における気泡の詰まりが原因で実験を失敗することがない。また、実験に先立って流路（１４Ａ、１６Ａ及び２０Ａ）の空気抜きを行う必要がないので、理科実験教材１０の使用に際して煩わしさがない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の科学現象評価装置の実験方法に使用する装置構成を説明する平面図
【図２】図１の部分拡大断面
【図３】図１の部分拡大断面図
【図４】本発明の実験方法の手順のうち前準備工程を示す断面図
【図５】本発明の実験方法の手順のうち吸取り工程を示す断面図
【図６】本発明の実験方法の手順のうち実験工程を示す断面図
【図７】多流路を有する科学現象評価装置の一例を説明する平面図
【図８】本発明の科学現象評価装置の一例である理科実験教材の販売形態について説明する説明図
【図９】本発明の科学現象評価装置の一例である理科実験教材の販売形態において、栓と液溜め部の口とをネジ構造で固定した場合の説明図
【符号の説明】
【００８６】
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、３２…実験液用スポイト、３４…実験液、３５…ダミー液、３６…テープ、３７…紙縒り、３８…指、６０…栓、６１…ネジ構造、６２…テープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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