(57)【要約】【課題】  流体内の気泡を容易に除去できる流路基板を提供する。【解決手段】  基板の内部に流体が流れる流路が設けられた流路基板であって、流路は、流体が単一の経路で流れる第１の流路部分と、該第１の流路部分に隣接して設けられ、該第１の流路部分に２箇所で接続された第２の流路部分とを備え、第１の流路部分および第２の流路部分は、第１の流路部分の流体が流れる方向における２箇所の接続面の間の該流体の圧力差が、第２の流路部分における該２箇所の接続面の間の該流体の圧力差よりも大きくなるように構成され、第１の流路部分の流体が流れる方向に垂直な断面の面積は、第１の流路部分および第２の流路部分が接続された２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さい。【選択図】図１
2008032526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の内部に流体が流れる流路が設けられた流路基板であって、前記流路は、前記流体が単一の経路で流れる第１の流路部分と、該第１の流路部分に隣接して設けられ、該第１の流路部分に２箇所で接続された第２の流路部分とを備え、
前記第１の流路部分および第２の流路部分は、前記第１の流路部分の前記流体が流れる方向における前記２箇所の接続面の間の該流体の圧力差が、前記第２の流路部分における該２箇所の接続面の間の該流体の圧力差よりも大きくなるように構成され、
前記第１の流路部分の前記流体が流れる方向に垂直な断面の面積は、前記第１の流路部分および第２の流路部分が接続された前記２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さいことを特徴とする流路基板。
【請求項２】
前記第１の流路部分の前記断面は、前記２箇所の接続面の間において形状および大きさが一定であり、
前記第１の流路部分の断面および第１および第２の接続面は、それぞれ正方形又は長方形であり、
前記２箇所の接続面のうち前記第１の流路部分の断面の面積よりも小さい面積を有する第１の接続面について、該第１の接続面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第１の接続面における前記第１の流路部分の長さと該第１の接続面の面積の１／４の２乗との積で割った値は、前記断面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第１の接続面に垂直な方向における前記第１の流路部分の長さと該断面の面積の１／４の２乗との積で割った値よりも小さく、
前記２箇所の接続面のうち前記第１の流路部分の断面の面積よりも大きい面積を有する第２の接続面について、該第２の接続面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第２の接続面における前記第１の流路部分の長さと該第２の接続面の面積の１／４の２乗との積で割った値は、前記断面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第２の接続面に垂直な方向における前記第１の流路部分の長さと該断面の面積の１／４の２乗との積で割った値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の流路基板。
【請求項３】
前記２箇所の接続面の一方の面積は、前記第１の流路部分の断面の面積の１／２以上であり、前記２箇所の接続面の他方の面積は、前記第１の流路部分の断面の面積の１／２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の流路基板を備え、該流路基板に、前記第１の流路部分に流体を供給する供給部と、前記第１の流路部分を流れる流体に所定の処理を施す処理部と、処理後の前記流体を外部に導出する導出部が設けられ、前記処理部は、前記第１の流路部分を流れる流体の向きを基準として、前記第２の流路部分の下流側に設けられることを特徴とする流路デバイス。
【請求項５】
前記処理部は、前記第１の流路部分を流れる流体を加熱するヒータであることを特徴とする請求項４に記載の流路デバイス。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の流路基板を備え、該流路基板に、前記第１の流路部分に流体を供給する供給部と、該流体を前記第１の流路部分から外部に導出する導出部と、前記第１の流路部分を流れる流体の向きを基準として、前記第２の流路部分の下流側を流れる流体に光が照射されるように該光を導く光路とが設けられることを特徴とする流路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体物質や、自然環境における物質等の微量化学分析に用いられる化学チップ等に利用される流路基板、およびそのような流路基板を用いた流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術の発達により、微小な化学反応モジュールや、化学分析モジュール、微小なセンサやバルブ、ポンプ等のような、サイズの極めて小さい機器類の製作が可能になっており、また、これらのモジュールや機器類を組み合わせて、ＤＮＡの分析等に特化した、いわゆる化学チップの提案もなされている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５３８７７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、化学チップ等に利用される流路基板では、流路に流れる流体の液量が微量であるために、流体の反応により気泡が発生したり混入したりすると、密閉された流路内で気泡がそのまま流れ、流体の反応性に悪影響を与えたり、流量の測定精度が低くなるという問題があった。
【０００４】
また、微小な流路断面の液体流路の途中にバルブ機構を設置し気泡を抜く構造は、加工が困難であるため、このようなバルブ機構を備えた流路基板の製品価格が極めて高価であるという問題を有していた。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、流体内の気泡を容易に除去できる流路基板およびそのような流路基板を用いた流路デバイス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】
【０００６】
上記問題を解決するため、本発明の流路基板は、基板の内部に流体が流れる流路が設けられた流路基板であって、前記の流路は、前記の流体が単一の経路で流れる第１の流路部分と、該第１の流路部分に隣接して設けられ、該第１の流路部分に２箇所で接続された第２の流路部分とを備え、前記の第１の流路部分および第２の流路部分は、前記の第１の流路部分の前記の流体が流れる方向における前記の２箇所の接続面の間の該流体の圧力差が、前記の第２の流路部分における該２箇所の接続面の間の該流体の圧力差よりも大きくなるように構成され、前記の第１の流路部分の前記の流体が流れる方向に垂直な断面の面積は、前記の第１の流路部分および第２の流路部分が接続された前記の２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さいことを特徴とする。
【０００７】
好ましくは、前記の流路基板において、前記の第１の流路部分の前記の断面は、前記の２箇所の接続面の間において形状および大きさが一定であり、前記の第１の流路部分の断面および第１および第２の接続面は、それぞれ長方形又は正方形であり、前記の流路基板は、前記の２箇所の接続面のうち前記の第１の流路部分の断面の面積よりも小さい面積を有する第１の接続面について、該第１の接続面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第１の接続面における前記の第１の流路部分の長さと該第１の接続面の面積の１／４の２乗との積で割った値は、前記の断面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第１の接続面に垂直な方向における前記の第１の流路部分の長さと該断面の面積の１／４の２乗との積で割った値よりも小さく、前記の２箇所の接続面のうち前記の第１の流路部分の断面の面積よりも大きい面積を有する第２の接続面について、該第２の接続面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第２の接続面における前記の第１の流路部分の長さと該第２の接続面の面積の１／４の２乗との積で割った値は、前記の断面の周囲の長さの１／４の２乗を、該第２の接続面に垂直な方向における前記の第１の流路部分の長さと該断面の面積の１／４の２乗との積で割った値よりも大きいことを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記の流路基板において、前記の２箇所の接続面の一方の面積は、前記の第１の流路部分の断面の面積の１／２以上であり、前記の２箇所の接続面の他方の面積は、前記の第１の流路部分の断面の面積の１／２以下であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第１の流路デバイスは、上述の流路基板を備え、該流路基板に、前記の第１の流路部分に流体を供給する供給部と、前記の第１の流路部分を流れる流体に所定の処理を施す処理部と、処理後の前記の流体を外部に導出する導出部が設けられ、前記の処理部は、前記の第１の流路部分を流れる流体の向きを基準として、前記の第２の流路部分の下流側に設けられることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記の流路デバイスにおいて、前記の処理部は、前記の第１の流路部分を流れる流体を加熱するヒータであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の流路デバイスは、上述の流路基板を備え、該流路基板に、前記の第１の流路部分に流体を供給する供給部と、該流体を前記の第１の流路部分から外部に導出する導出部と、前記の第１の流路部分を流れる流体の向きを基準として、前記の第２の流路部分の下流側を流れる流体に光が照射されるように該光を導く光路とが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の流路基板によれば、基板の内部に流体が流れる流路が設けられた流路基板であって、流路は、流体が単一の経路で流れる第１の流路部分と、該第１の流路部分に隣接して設けられ、該第１の流路部分に２箇所で接続された第２の流路部分とを備え、第１の流路部分および第２の流路部分は、第１の流路部分の流体が流れる方向における２箇所の接続面の間の該流体の圧力差が、第２の流路部分における該２箇所の接続面の間の該流体の圧力差よりも大きくなるように構成され、第１の流路部分の流体が流れる方向に垂直な断面の面積は、第１の流路部分および第２の流路部分が接続された２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さいことから、第１の流路部分から第２の流路部分へ気泡を移動させるとともに、第２の流路部分に入った気泡が第１の流路部分に再び流出することを防止することができる。よって、本発明の流路基板によれば、第１の流路部分を流れる流体内の気泡を容易に第１の流路部分から除去することができる。
【００１３】
また、本発明の第１の流路デバイスによれば、該流路基板に、第１の流路部分に流体を供給する供給部と、第１の流路部分を流れる流体に所定の処理を施す処理部と、処理後の流体を外部に導出する導出部とを設けたことから、流路を流れる流体内の気泡を容易に除去することができ、流体の反応性および測定精度等が向上した流路デバイスを実現することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第２の流路デバイスによれば、該流路基板に、第１の流路部分に流体を供給する供給部と、該流体を第１の流路部分から外部に導出する導出部と、第１の流路部分を流れる流体の向きを基準として、第２の流路部分の下流側を流れる流体に光が照射されるように該光を導く光路とが設けられることから、流路を流れる流体内の気泡を容易に除去することができ、流体の反応性および測定精度等が向上した流路デバイスを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づき具体的に説明する。図１は本実施の形態による流路基板を模式的に示した断面図である。
【００１６】
図１に示されるように、本実施の形態による流路基板１は、基板２の内部に流体が流れる流路が設けられた流路基板であって、その流路は、流体が単一の経路で流れる第１の流路部分３と、第１の流路部分３に隣接して設けられ、第１の流路部分３に２箇所で接続された第２の流路部分４とを備えている。具体的には、第１の流路部分３は直線状であり、第２の流路部分４は、直線状の領域が３つ接続されたコの字型形状をしている。また、第１の流路部分の流体が流れる方向に垂直な断面は、上記２箇所の接続面の間において、形状および大きさが一定である。なお、図１に示された流路基板１では、第２の流路部分４が第１の流路部分３の上方に位置しているが、第２の流路部分４は第１の流路部分３に隣接していればよく、例えば、第２の流路部分４が第１の流路部分３の下方又は側方に位置していてもよい。
【００１７】
流路基板１における第１の流路部分３および第２の流路部分４は、それぞれ基板２内に形成される。基板２としては、例えばセラミック基板が挙げられる。セラミック基板は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体等のセラミックから成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム（Ａs２Ｏ３）、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）等に有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿物（スラリー）を得、次にスラリーを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用してテープ状に成形してセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、レーザー加工法等により、断面が長方形の流路形状に加工する。その後、これを高温（約１６００℃）で焼成することによって製作される。
【００１８】
本実施の形態による流路基板１において、第１の流路部分３の流体が流れる方向に垂直な断面の面積（以下、「第１の流路部分３の断面積」という。）は、第１の流路部分３および第２の流路部分４の２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さい。具体的に、第１の流路部分３の断面積は、第１の流路部分３を流れる流体の向きを基準として、下流における接続面（以下、「第１の接続面」という。）の面積よりも大きく、上流における接続面（以下、「第２の接続面」という。）の面積よりも小さい。
【００１９】
本実施の形態による流路基板１においては、第１の流路部分３の断面積に対する第１の接続面の面積を小さくして、気泡５を第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動させる一方、第１の流路部分３の断面積に対する第２の接続面の面積を大きくして、気泡５が第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動することを防いでいる。
【００２０】
また、本実施の形態による流路基板１では、第１の流路部分３の流体が流れる方向における第１および第２の接続面の間の流体の圧力差が、第２の流路部分４における第１および第２の接続面の間の流体の圧力差よりも大きくなるように、第１の流路部分３および第２の流路部分４をそれぞれ構成することから、第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止することができる。
【００２１】
すなわち、流路基板１では、気泡５は、第１の接続面を通して第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動し、第２の流路部分４に留まる。
【００２２】
以下に、第１の流路部分３から第２の流路部分４へ気泡５を移動させるとともに、第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止する流路の構成について詳細に説明する。なお、以下の説明では、第１の流路部分３および第２の流路部分４において流体が流れる方向に垂直な断面はそれぞれ長方形であると仮定する。
【００２３】
まず、第１の接続面付近における第１の流路部分３に沿った流体の流れ方向と第２の流路部分４に沿った流体の流れ方向の圧力差（圧力損失）をそれぞれ計算する。
【００２４】
流体の圧力損失は、次の式△Ｐ＝２×μ×Ｌ×Ｖ×｛（Ａ＋Ｂ）／Ａ×Ｂ｝２を用いて計算することができる。ここで、μは流体の粘性係数、Ｌは流路長さ、Ａ，Ｂは、流路断面の形状である長方形の異なる２辺の長さの１/２、Ｖは平均流速である。なお、流路断面とは、流体の流れる方向に垂直な断面であり、流路長さとは、流路において流路断面の中心を通る長さである。
【００２５】
図２は、図１に示された流路における流体の圧力損失を説明するための模式図である。図２に示されるように、第１の接続面における第１の流路部分３の長さをlａ、第２の接続面における第１の流路部分３の長さをｌｂ、第１および第２の接続面の間の第１の流路部分３の長さをｌｃとする。すなわち、第１の流路部分の流体が流れる方向における２箇所の接続面の間の長さはｌｃである。また、第１の接続面および第２の接続面に垂直な方向における第１の流路部分３の長さ（第１の流路部分３の幅）をｗａ、第２の流路部分４において第１又は第２の接続面から第１の流路部分３に平行な領域までの距離をｗｂ、第２の流路部分４の第１の流路部分３に平行な領域における第１および第２の接続面に垂直な方向における長さ（第２の流路部分４における平行な領域の幅）をｗｃとする。また、第１の流路部分３および第２の流路部分４の流路の高さを共にｄとし、圧力損失を求める領域における流体の入口部での平均流速をｖとする。
【００２６】
このとき、第１の流路部分３および第２の流路部分４の接続面の面積が、第１の流路部分３の断面積よりも小さい場合、すなわち第１の接続面について、第１の流路部分３に沿った流体の流れ方向では、Ｌ＝ｌａ、Ａ＝ｗａ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｌａ／（ｌａ＋ｗａ）が成り立ち、圧力損失△Ｐ１１は、△Ｐ１１＝８×μ×ｖ／（ｌａ＋ｗａ）×（ｌａ／ｗａ＋ｌａ／ｄ）２となる。また、第２の流路部分４に沿った流体の流れ方向では、Ｌ＝ｗａ、Ａ＝ｌａ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｗａ／（ｌａ＋ｗａ）が成り立ち、圧力損失△Ｐ１２は、△Ｐ１２＝８×μ×ｖ／（ｌａ＋ｗａ）×（ｗａ／ｌａ＋ｗａ／ｄ）２となる。
【００２７】
ここで、気泡５の移動速度は、圧力損失△Ｐに比例するため、気泡５の移動時間は、流路長さＬを圧力損失△Ｐで割った値Ｌ／△Ｐに比例する。そこで、第１の接続面において、気泡５を第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動させる場合、第１の接続面における第１の流路部分３の流路長さｌａを圧力損失△Ｐ１１で割った値ｌａ／△Ｐ１１が、第１の流路部分３の幅ｗａを圧力損失△Ｐ１２で割った値ｗａ／△Ｐ１２よりも大きくなるように、つまり、ｌａ／△Ｐ１１＞ｗａ／△Ｐ１２が成り立つように流路寸法ｌａ、ｗａ、流路高さｄをそれぞれ設定する。
【００２８】
このようにすれば、気泡５が第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動する時間は、気泡５が第１の流路部分３に沿って移動する時間よりも短くなるため、第１の接続面において、気泡５は第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動する。
【００２９】
一方、第１の流路部分３および第２の流路部分４の接続面の面積が、第１の流路部分３の断面積よりも大きい場合、すなわち第２の接続面について、第１の流路部分３に沿った流体の流れ方向では、Ｌ＝ｌｂ、Ａ＝ｗａ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｌｂ／（ｌｂ＋ｗａ）が成り立ち、圧力損失△Ｐ２１は、△Ｐ２１＝８×μ×ｖ／（ｌｂ＋ｗａ）×（ｌｂ／ｗａ＋ｌｂ／ｄ）２となる。また、第２の流路部分４に沿った流体の流れ方向では、Ｌ＝ｗａ、Ａ＝ｌｂ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｗａ／（ｌｂ＋ｗａ）が成り立ち、圧力損失△Ｐ２２は、△Ｐ２２＝８×μ×ｖ／（ｌｂ＋ｗａ）×（ｗａ／ｌｂ＋ｗａ／ｄ）２となる。
【００３０】
そこで、第２の接続面において、気泡５が第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動することを防止する場合、第２の接続面における第１の流路部分３の流路長さｌｂを圧力損失△Ｐ２１で割った値ｌｂ／△Ｐ２１が、第１の流路部分３の幅ｗａを圧力損失△Ｐ２２で割った値ｗａ／△Ｐ２２より小さくなるように、つまり、ｌｂ／△Ｐ２１＜ｗａ／△Ｐ２２となるように流路寸法ｌｂ、ｗａ、流路高さｄを設定する。
【００３１】
このようにすれば、第２の接続面において、気泡５が第１の流路部分３に沿って移動する時間は、第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動する時間よりも小さくなるため、第１の接続面において、気泡５は第１の流路部分３を進み、第１の流路部分３から第２の流路部分４へ移動することを防止することができる。
【００３２】
ここで、ｌａ／△Ｐ１１＞ｗａ／△Ｐ１２が成り立つとき、ｌａ×△Ｐ１２＞ｗａ×△Ｐ１１が成り立ち、この式に上述の△Ｐ１１＝２×μ×ｌａ×ｖ×ｗａ／（ｌａ＋ｗａ）×｛（ｗａ／２＋ｄ／２）／（ｗａ／２×ｄ／２）｝２、および△Ｐ１２＝２×μ×ｗａ×ｖ×ｗａ／（ｌａ＋ｗａ）×｛（ｌａ／２＋ｄ／２）／（ｌａ／２×ｄ／２）｝２を導入することにより、以下の式（１）が成り立つ。
【００３３】
｛（ｌａ／２＋ｄ／２）／（ｌａ／２×ｄ／２）｝２／ｌａ＜｛（ｗａ／２＋ｄ／２）／（ｌａ／２×ｄ／２）｝２／ｗａ・・・・・・（１）
また、ｌｂ／△Ｐ２１＜ｗａ／△Ｐ２２が成り立つとき、ｌｂ×△Ｐ２２＞ｗａ×△２１が成り立ち、この式に上述の△Ｐ２１＝２×μ×ｌｂ×ｖ×ｗａ／（ｌｂ＋ｗａ）×｛（ｗａ／２＋ｄ／２）／（ｗａ／２×ｄ／２）｝２、および△Ｐ２２＝２×μ×ｗａ×ｖ×ｗａ／（ｌｂ＋ｗａ）×｛（ｌｂ／２＋ｄ／２）／（ｌｂ／２×ｄ／２）｝２を導入することにより、以下の式（２）が成り立つ。
【００３４】
｛（ｌｂ／２＋ｄ／２）／（ｌｂ／２×ｄ／２）｝２／ｌｂ＞｛（ｗａ／２＋ｄ／２）／（ｌｂ／２×ｄ／２）｝２／ｗａ・・・・・・（２）
なお、ｌａ／２＋ｄ／２は、第１の接続面の周囲の長さ（２ｌａ＋２ｄ）の１／４であり、ｌａ／２×ｄ／２は、第１の接続面の面積（ｌａ×ｄ）の１／４であり、ｌｂ／２＋ｄ／２は、第２の接続面の周囲の長さ（２ｌｂ＋２ｄ）の１／４であり、ｌｂ／２×ｄ／２は、第２の接続面の面積（ｌｂ×ｄ）の１／４である。
【００３５】
なお、第１の流路部分３の断面積が、第１の流路部分３と第２の流路部分４の接続面の面積よりも小さい場合は、その接続面における第１の流路部分３の流路長さを第１の流路部分３に沿った流体の圧力損失で割った値は、常に、第１の流路部分３の幅を第２の流路部分３に沿った流体の圧力損失で割った値よりも大きくなり、第１の流路部分３の断面積が、第１の流路部分３と第２の流路部分４の接続面の面積よりも大きい場合は、その接続面における第１の流路部分３の流路長さを第１の流路部分３に沿った流体の圧力損失で割った値は、常に、第１の流路部分３の幅を第２の流路部分３に沿った流体の圧力損失で割った値よりも小さくなる。すなわち、第１の流路部分３の断面積が、第１の流路部分３および第２の流路部分４が接続された２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さければ、一方の接続面において第１の流路部分３から第２の流路部分４へ気泡５を移動させるとともに、他方の接続面において第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止することができる。
【００３６】
次に、第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止する方法を説明する。
【００３７】
第１の流路部分３における第１および第２の流路部分３，４の２箇所の接続部分の間の領域では、Ｌ＝ｌｃ、Ａ＝ｗａ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖが成り立ち、圧力損失△Ｐ３０は、△Ｐ３０＝８×μ×ｖ×ｌｃ×（１／ｗａ＋１／ｄ）２となる。
【００３８】
一方、第２の流路部分４における流体の圧力損失は、流路の曲がり角を境界にした３つの領域の圧力損失の和として求められる。
【００３９】
まず、第２の流路部分４における第１の接続面から最初の曲がり角までの第１の領域Ａでは、Ｌ＝（２ｗｂ＋ｗｃ）／２、Ａ＝ｌａ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｗａ／（ｌａ＋ｗａ）が成り立ち、圧力損失△Ｐ３１は、△Ｐ３１＝４×μ×ｖ×（２ｗｂ＋ｗｃ）／（ｌａ＋ｗａ）×（１／ｌａ＋１／ｄ）２となる。
【００４０】
次に、２つの曲がり角の間の第２の領域Ｂでは、Ｌ＝（ｌａ＋２ｌｃ＋ｌｂ）／２、Ａ＝ｗｃ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｗａ／（ｌｂ＋ｗａ）×ｌｂ／ｗｃが成り立ち、圧力損失△Ｐ３２は、△Ｐ３２＝４×μ×ｖ×（ｌａ＋２ｌｃ＋ｌｂ）／（ｌｂ＋ｗａ）×ｌｂ×ｗａ／ｗｃ×（１／ｗｃ＋１／ｄ）２となる。
【００４１】
また、第２の流路部分４における第１の接続面から最初曲がり角までの第３の領域Ｃでは、Ｌ＝（２ｗｂ＋ｗｃ）／２、Ａ＝ｌｂ／２、Ｂ＝ｄ／２、Ｖ＝ｖ×ｗａ／（ｌｂ＋ｗａ）×ｌｂ／ｌａが成り立ち、圧力損失△Ｐ３３は、△Ｐ３３＝４×μ×ｖ×（２ｗｂ＋ｗｃ）／（ｌａ＋ｗａ）×（１／ｌａ＋１／ｄ）２となる。
【００４２】
このとき、△Ｐ３０＞△Ｐ３１＋△Ｐ３２＋△Ｐ３３であれば、気泡５は、第２の流路部分４から第１の流路部分３に移動せず、△Ｐ３０＜△Ｐ３１＋△Ｐ３２＋△Ｐ３３であれば、気泡５は、第２の流路部分４から第１の流路部分３に移動する。
【００４３】
つまり、第１の接続面と第２の接続面との間において、第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止するためには、△Ｐ３０＞△Ｐ３１＋△Ｐ３２＋△Ｐ３３となるように流路寸法ｌａ、ｌｃ、ｌｂ、ｗａ、ｗｂ、ｗｃ、流路高さｄをそれぞれ設定すればよい。
【００４４】
以上のように、流路長さ、流路幅を変更することにより気泡５の移動時間および圧力勾配を調整し、気泡５を移動させることが可能となる。
【００４５】
なお、上述の例において、第１の流路部分３および第２の流路部分４において流体が流れる方向に垂直な断面はそれぞれ長方形であると仮定したが、正方形としてＡ＝Ｂとして計算してもよいことは明らかである。
【００４６】
また、第１の流路部分３および第２の流路部分４の上記断面は、円形等の形状であってよい。さらに、第２の流路部分４は、直線状の流路が接続された構成であったが、曲線状の部分を有していてもよい。それらの場合には、第１の接続面および第２の接続面における第１の流路部分の長さ、および第１および第２の接続面に垂直な方向における第１の流路部分の長さ（幅）は、それぞれ、長さ方向および幅方向に垂直な断面の中心を通る長さにしてよい。また、それらの場合には、圧力損失△Ｐを計算する場合には、４×（Ａ＋Ｂ）を断面の周囲の長さとし、４×Ａ×Ｂを、その断面の面積として計算すればよい。
【００４７】
第１の流路部分および第２の流路部分の構成は、上述したものに限られず、第１の流路部分の流体が流れる方向における２箇所の接続面の間の該流体の圧力差が、第２の流路部分における該２箇所の接続面の間の該流体の圧力差よりも大きくなるように構成され、第１の流路部分の断面の面積は、第１の流路部分および第２の流路部分が接続された２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さい構成であれば、一方の接続面において第１の流路部分３から第２の流路部分４へ気泡５を移動させるとともに、他方の接続面において第２の流路部分４から第１の流路部分３への気泡５の移動を防止することができる。
【００４８】
なお、第１の流路部分の断面は、形状および大きさが一定であるとしたが、第１の流路部分の断面の面積は、第１の流路部分および第２の流路部分が接続された２箇所の接続面の一方の面積よりも大きく、他方の面積よりも小さければ、それらは一定でなくてもよい。
【００４９】
また、上述の例では、流路基板は第２の流路部分４を基板２内部に埋設した例について説明したが、第２の流路部分４を基板２の表面に形成してもよい。
【００５０】
また、上述の例では、第１の流路部分３に対して第２の流路部分４を１つ形成した場合について説明したが、第１の流路部分３に隣接するように第２の流路部分４を複数個形成してもよい。
【００５１】
さらに、上述の例では、流路基板１の基板２が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合について説明したが、基板２は炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等から成っていてもよい。
【００５２】
また、この場合、炭化珪素質焼結体は高温で高強度であることから、流路を高温で使用する場合に信頼性が高いものとなる。
【００５３】
基板２が窒化アルミニウム質焼結体から成る場合、その窒化アルミニウム質焼結体としては、例えば窒化アルミニウム含有量が９７〜９９重量％でＡｌ２Ｏ３等の酸化物を１〜３重量％の範囲で含むもの、または窒化アルミニウム含有量が９１〜９９重量％でＹ２Ｏ３，Ｙｂ２Ｏ３，Ｅｒ２Ｏ３等の希土類元素酸化物を１〜９重量％の範囲で含むものが挙げられる。
【００５４】
次に、本実施の形態による流路基板１を用いた化学チップについて説明する。図３は、そのような化学チップの構成例を示す断面図である。図３に示された化学チップ１１は、基板２内に、被処理流体を供給する供給部１２と、第１の流路部分３を流れる酵素等の所定温度で反応する被処理流体に対して所定温度の加熱処理を行う例えばヒータ等から成る処理部１３と、第１の流路部分３の下流側の端部に設けられて処理後の被処理流体を外部に導出する導出部１４とを備える。
【００５５】
この化学チップ１１は、基板２、供給部１２、第１の流路部分３、第２の流路部分４、導出部１４が一体的に形成されている。すなわち、複数枚のセラミックグリーンシートを用意し、レーザー加工等により、対応する各セラミックグリーンシートの所望の深さに、第１の流路部分３および第２の流路部分４の一部をそれぞれ形成し、また、レーザー加工によって、対応するセラミックグリーンシートに第１の流路部分３から第２の流路部分４まで到達する貫通孔を形成することにより第２の流路部分４を第１の流路部分３に接続させる。また、このレーザー加工によって供給部１２および導出部１４をそれぞれ形成し、このグリーンシート積層体を積層し、加熱焼成することにより、基板２、供給部１２、第１の流路部分３、第２の流路部分４、および導出部１４が一体的に形成された化学チップ１１が得られる。
【００５６】
ここで、化学チップ１１の構成について説明する。供給部１２より被処理流体をポンプ等により送液、供給し、第１の流路部分３内で合流して混合する。この際、供給部１２が２個以上あれば、それらの供給部１２に種類が異なる流体を供給し、第１の流路部分３においてそれらの流体を混合させることができる。
【００５７】
なお、流路基板１の寸法は、長さ、幅および高さがそれぞれ数百μｍ、数ｍｍおよび数ｍｍ程度である。また、第１の流路部分３の断面積は、２．５×１０−３〜１ｍｍ２が好ましい。このとき、第１の流路部分３の断面積は小さいため、被処理流体の拡散時間が短く、反応効率が向上して反応時間を削減することが可能である。
【００５８】
第１の流路部分３の断面積が１ｍｍ２より大きい場合、被処理流体の拡散時間が長くなり、反応効率が低下する。一方、第１の流路部分３の断面積が２．５×１０−３ｍｍ２より小さくなると圧力損失が大きくなり、送液に問題が生じる。
【００５９】
また、第２の流路部分４の第１の流路部分より大きい接続面の断面積は、第１の流路部分の断面積の２倍以上である５×１０−３ｍｍ２以上が好ましい。第２の流路部分４の断面積が第１の流路部分の断面積の２倍より小さくなると第１の流路部分への気泡の移動時間と第２の流路部分への気泡の移動時間との差が小さくなり、第１の流路部分から第２の流路部分への気泡の移動を防止することが不完全になる。
【００６０】
また、第２の流路部分４の第１の流路部分より小さい接続面の断面積は、第１の流路部分の断面積の１／２以下である２．５×１０−３〜０．５ｍｍ２が好ましい。第２の流路部分４の断面積が第１の流路部分の断面積の１／２より大きくなると第１の流路部分への気泡の移動時間と第２の流路部分への気泡の移動時間との差が小さくなり、第１の流路部分から第２の流路部分へ気泡を移動させることが不完全になる。一方、第２の流路部分４の断面積が２．５×１０−３ｍｍ２より小さくなると圧力損失が大きくなり、送液に問題が生じる。
【００６１】
第１の流路部分３には、第２の流路部分４が２箇所で接続されており、気泡が第２の流路部分４に移動する。そして、第１の流路部分３には、気泡が混入していない被処理流体が流れ、その流体に処理部１３によって所定の処理が行われるために、効率的な反応処理を行うことが可能である。処理部１３によって処理された流体は、処理部１３より下流側に配置された導出部１４に到達する。そして、その処理後の被処理流体は、導出部１４により外部に導出されて採取される。なお、上述したように、気泡が混入していない流体に対して効率的な処理を行うためには、第１の流体部分３を流れる流体の方向を基準として、処理部１３を、第２の流路部分４の下流側、すなわち上記第１の接続面の下流側に設ける必要がある。なお、第１の流路部分３および第２の流路部分４の２箇所の接続面のうち、第１の流体部分３を流れる流体の方向を基準として上流側の接続面の面積が、第１の流路部分３の断面積よりも小さい場合には、処理部１３は、この上流側の接続面の下流側に設けられてもよい。
【００６２】
以上のような構成によれば、流路を流れる流体内の気泡が容易に除去されることから、化学チップ１１の性能が向上する。すなわち、上記の化学チップ１１を用いれば、流体に対する処理をより効率的に行うことができる。また、この化学チップ１１を用いて流体について何らかの測定を行う場合には、測定精度が向上するという効果も得られる。
【００６３】
なお、導出部１４や処理部１３にセンシング手段（図示せず）を配置することにより、被処理流体の反応効率を随時把握することが可能となり、流速を変化させて連続的な駆動を行うことにより、より反応効率が高い条件で使用可能な化学チップ１１を得ることが可能である。
【００６４】
また、この流路基板１に、第１の流路部分３を流れる流体に照射する光を導く光路（図示せず）が設けられてもよい。この場合、第１の流路部分３を流れる流体の向きを基準として、第２の流路部分４の下流側を流れる流体に光が照射されるように、光路が設けられることが好ましい。このような構成にすれば、流体に所定波長の光を照射して光反応を起こさせることも可能になる。なお、その場合には、処理部１３を省略することができる。
【００６５】
また、供給部１２を３箇所以上設けることにより、段階的な反応を発生させることも可能となる。
【００６６】
なお、化学チップは上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００６７】
更に、上述の実施の形態では流路基板を化学チップに使用した場合について述べたが、これに限定されるものではなく、熱交換器等の産業機器、メタノール型燃料電池等の電子部品およびパソコンの水冷モジュール等の一般家庭用機器に利用してもよい。
【００６８】
以下に、本発明の流路基板の動作を従来の流路基板と比較して説明する。
【００６９】
先ず、図１に示すように、酸化アルミニウムからなるグリーンシートを複数枚積層し、レーザー加工により流路を形成し、このグリーンシート積層体を加熱し焼成することにより、流路が形成された流路基板１を作製した。
【００７０】
また、比較例として図４に示すような第２の流体部分４の無い従来の流路基板１０１を、上述と同様に酸化アルミニウムからなるセラミックグリーンシートを用いて作製した。
【００７１】
次に、本実施の形態による流路基板１および従来の流路基板１０１について、流速が安定時で０.１ｍ／ｓとなるようにして、第２の流路部分３の流入部および流出部の気泡数をマイクロスコープで観察した映像を記録し、気泡移動率＝(流入部の気泡数-流出部の気泡数)/流入部の気泡数として計算した。
【００７２】
また、第１の接続面における第１の流路部分の流体が流れる方向の流路長さを圧力損失で割った値と第２の流路部分の流体が流れる方向の流路長さを圧力損失で割った値との差を計算した。同じく、第２の接続面における第１の流路部分の流体が流れる方向の流路長さを圧力損失で割った値と第２の流路部分の流体が流れる方向の流路長さを圧力損失で割った値との差を計算した。また、第１および第２の接続面の間の第１の流路部分の該流体の圧力差と第２の流路部分の該流体の圧力差との差を計算した。
【００７３】
その結果を表１に示す。
【表１】
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【００７４】
表１より、気泡の移動を考慮していない従来の流路基板１０１は、気泡移動率は、０％であるのに対し、本実施の形態による流路基板１は、気泡移動率は、１００％と完全に気泡が移動していることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の流路基板を模式的に示した断面図である。
【図２】図１に示された流路における流体の圧力損失を説明するための模式図である。
【図３】本発明の流路基板を利用した化学チップを模式的に示した断面図である。
【図４】従来の流路基板を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  流路基板
２  基板
３  第１の流路部分
４  第２の流路部分
５  気泡
１１  化学チップ
１２  供給部
１３  処理部
１４  導出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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