(57)【要約】【課題】  切削工具の先端部と被加工物表面との接点位置を検出する方式に関して、工具欠損が無く、高い精度で精密に検出する方法及び装置を提供すること。【解決手段】切削工具の先端部と被加工物の表面との接点位置を検出する方法であって、前記切削工具先端部及び前記被加工物表面に導電性物質を用い、電気回路を形成して、前記切削工具と前記被加工物とが接触時に電流が流れることを検知することで前記切削工具と前記被加工物との接点位置を検出することを特徴とする接点位置検出方法。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削工具の先端部と被加工物の表面との接点位置を検出する方法であって、前記切削工具先端部及び前記被加工物表面に導電性物質を用い、電気回路を形成して、前記切削工具と前記被加工物とが接触時に電流が流れることを検知することで前記切削工具と前記被加工物との接点位置を検出することを特徴とする接点位置検出方法。
【請求項２】
前記切削工具の先端部に刃を有し、刃径が５０μｍ以下である請求項１記載の接点位置検出方法。
【請求項３】
前記被加工物がプラスチックである請求項１又は２記載の接点位置検出方法。
【請求項４】
切削工具の先端部と被加工物の表面との接点位置を検出する装置であって、前記切削工具先端部及び前記被加工物表面に導電性物質を用い、電気回路を形成して、前記切削工具と前記被加工物とが接触時に電流が流れることを検知する手段を有することを特徴とする接点位置検出装置。
【請求項５】
前記切削工具の先端部に刃を有し、刃径が５０μｍ以下である請求項４記載の接点位置検出装置。
【請求項６】
前記被加工物がプラスチックである請求項４又は５記載の接点位置検出装置。
【請求項７】
請求項３記載の接点位置検出方法、又は請求項６記載の接点位置検出装置によって、切削工具先端部と被加工物表面との接点位置を検出し、更に切削手段によりプラスチックからなる表面に幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下のマイクロ流路を形成されたプラスチック製品。
【請求項８】
請求項７記載のプラスチック製品から構成されるバイオチップもしくはマイクロ分析チップ。
【請求項９】
核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである請求項８記載のプラスチック製のバイオチップ。
【請求項１０】
化学分析用チップ、環境分析用チップ、化学合成用チップから選ばれる少なくとも１つである請求項８記載のプラスチック製のバイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削工具の先端部と被加工物表面とを測長する方式及びその装置に関するものであり、さらにその方式を利用して製造したプラスチック製品、特にプラスチック製バイオチップまたはマイクロ分析チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、創薬研究や臨床検査のハイスループット化を達成する手段として、生理活性物質を固層基板上に固定化したデバイスであるバイオチップが注目されている。固定化される生理活性物質としては、核酸、たんぱく質、抗体、糖鎖、糖タンパク、アプタマーなどが代表的なものであり、特に核酸を固定化したバイオチップである核酸マイクロアレイはすでに多数の商品が上市されている。チップの形態としては、平板の基板上に各種生理活性物質がスポットされ固定化されている形態であり、主に研究機関における研究分析用に活用されている。
【０００３】
さらに近年、マイクロ分析チップとか、μＴＡＳ（ｍｉｃｒｏ  ｔｏｔａｌ  ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  ｓｙｓｔｅｍ）とか、ラボオンチップと呼ばれる、微細加工技術を利用した化学反応や分離、分析システムの微小化の研究が盛んになっており、マイクロチャネル（微細流路）上で各種の化学反応、特に生理学的反応を行うことが可能となっている。このシステムにおいては、微少量のサンプルを迅速分析できるため、この特長を生かした次期のバイオチップ、特に医療機関における診断用バイオチップとして商品化されることが期待されており、注目されている（これ以降、これらのシステムを、マイクロ分析チップと称する）。
【０００４】
このバイオチップや、マイクロ分析チップは、現在はガラス製のものが主流である。ガラス基板でマイクロ分析チップを作成するためには、たとえば、基板に金属、フォトレジスト樹脂をコートし、マイクロチャネルのパターンを焼いた後にエッチング処理を行う方法がある。しかしガラスは大量生産に向かず非常に高コストであり、プラスチック化が望まれている。
【０００５】
プラスチック製のバイオチップやマイクロ分析チップは、種々のプラスチックを用いて各種の成形方法で製造することが可能であり、効率よく経済的なチップ製造が可能である。金型を準備し、射出成形することにより大量生産が可能である。しかし反面、その欠点として少量生産に不向きという問題がある。射出成形のためにはそれぞれ金型を準備しなければ成形ができないからである。プラスチック製品を少量多品種製造する場合、よく用いられる方法としてはエンドミル等の切削工具を用いた切削加工があげられる。バイオチップやマイクロ分析チップ用の微細な切削加工は、通常は凹み部分を作るように流路等を作成する加工であり、流路幅や深さは、切削工具径や切削加工条件を調整することによりさまざまな形状の各種チップが得られやすい。また、切削加工は金型の作製にも適用できる。
【０００６】
近年、エンドミル等の切削工具は小径化が進み、５０μｍ以下の極小径切削工具も販売されており、これらの切削工具を使用する場合、工具先端と被加工物との接点位置の検出が加工精度に非常に重要となる。接点検出方法としては、接触部を拡大観察しながら切削工具との接点位置を見つける方法やタッチセンサー方式等があげられる（特許文献１）。小径工具になればなるほど、観察方式では接点検出に時間と手間がかかる。またタッチセンサー方式においては、微力な測定圧ではあっても小径の切削工具にとっては工具刃先への負担が大きく、接点検出時に切削工具先端刃の破損にもつながるため無駄なコストもかかってしまう。つまり小径の切削工具においては、両者とも切削工具と被加工物との接点検出が非常に困難となり、被加工物への加工形状や精度にも大きく影響するため問題となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６２０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、切削工具の先端部と被加工物表面とを測長する方式に関して、工具欠損が無く、高い精度で精密に検出する手法について提示するものであり、さらにはそれを利用して作成された各種プラスチック製品、特にプラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを提供することを目的とするものである。
【０００９】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、切削工具と被加工物との接点位置を電気的に検出することにより、工具欠損を防止し、加工精度の良いプラスチック製のマイクロ流路を作成できることを見出し、本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、以下の通りである。
（１）切削工具の先端部と被加工物の表面との接点位置を検出する方法であって、前記切削工具先端部及び前記被加工物表面に導電性物質を用い、電気回路を形成して、前記切削工具と前記被加工物とが接触時に電流が流れることを検知することで前記切削工具と前記被加工物との接点位置を検出することを特徴とする接点位置検出方法。
（２）前記切削工具の先端部に刃を有し、刃径が５０μｍ以下である（１）記載の接点位置検出方法。
（３）前記被加工物がプラスチックである（１）又は（２）記載の接点位置検出方法。
（４）切削工具の先端部と被加工物の表面との接点位置を検出する装置であって、前記切削工具先端部及び前記被加工物表面に導電性物質を用い、電気回路を形成して、前記切削工具と前記被加工物とが接触時に電流が流れることを検知する手段を有することを特徴とする接点位置検出装置。
（５）前記切削工具の先端部に刃を有し、刃径が５０μｍ以下である（４）記載の接点位置検出装置。
（６）前記被加工物がプラスチックである（４）又は（５）記載の接点位置検出装置。
（７）（３）記載の接点位置検出方法、又は（６）記載の接点位置検出装置によって、切削工具先端部と被加工物表面との接点位置を検出し、更に切削手段によりプラスチックからなる表面に幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下のマイクロ流路を形成されたプラスチック製品。
（８）（７）記載のプラスチック製品から構成されるバイオチップもしくはマイクロ分析チップ。
（９）核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、及び糖タンパクチップから選ばれる少なくとも１つである（８）記載のプラスチック製のバイオチップ。
（１０）化学分析用チップ、環境分析用チップ、化学合成用チップから選ばれる少なくとも１つである（８）記載のプラスチック製のバイオチップ。
【発明の効果】
【００１１】
微細流路を有する、プラスチック製バイオチップやマイクロ分析チップを作成する場合、本発明の検出方法および装置を利用することにより、従来方式と比較して、切削工具と被加工物との接点位置が精度良く検出でき、小径工具先端刃の欠損が防止できる。さらにその方法で高精度なマイクロ流路を作成することが可能となり、バイオチップやマイクロ分析チップを安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明は、切削工具の先端部と被加工物表面とを測長する方式において、工具側と被加工物側に導電性物質を用い、それらが接触時に電流が流れることで工具先端部と被加工物表面との接点位置を検出することを特徴とするものであり、更にその方法を利用することによって製造されたプラスチック製品、特にバイオチップやマイクロ分析チップに関するものである。
なお本発明におけるマイクロ流路とは、幅１ｍｍ以下、深さ１ｍｍ以下の溝を指す。マイクロ流路の長さ、屈曲、分岐等の形状は特に限定はしない。溝の断面形状も特に限定しない。矩形でも三角形でも半円形でも貫通孔でもそれらの複合形でも問題は無い。ただし光学検出等の目的のために一部または全部の流路において、矩形、台形、もしく半円形や楕円形、及びそれらの複合形状などの、基板表面と平行な面の流路底面が存在する断面形状が存在することが必要である。
【００１３】
本発明に使用される切削工具は、各種エンドミルやドリルなどの回転工具、また機械的切削加工に使用できる工具であれば、工具形状、材質、及び表面状態に関しては特に限定しない。本発明は、エンドミル等の切削工具において、刃径が５０μｍ以下の極小径切削工具において特に有効である。
【００１４】
本発明で使用される被加工物は、主に各種プラスチックや金属全般を対象とする。プラスチックとは、たとえば高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、各種環状ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリノルボルネン、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリテトラフルオロエチレン、各種シリコーン樹脂、半硬化もしくは完全硬化状態のフェノール樹脂、半硬化もしくは完全硬化状態のエポキシ樹脂、その他各種の熱可塑性もしくは熱硬化性プラスチック全般のことを示す。プラスチックの種類や重合度、融点やＴｇや弾性率、光の透過率、ガスバリヤ性などの物性に関して特に限定するものではない。また複数のプラスチックの複合体でも問題は無い。さらにプラスチックの表面又は内部に、金属、金属酸化物、各種無機物質、生理活性物質、各種油状物質等が混合／塗布／接着／埋設されていても問題は無い。
【００１５】
本発明において、切削工具先端部及び被加工物表面に導電性物質を用いる。導電性物質としては、たとえば鉄鋼、ステンレス鋼、銅、アルミなどの金属全般、金属酸化物、導電性プラスチック等、電気を通す性質を持つ物質であれば特に限定されるものではない。また、切削工具や被工作物が電気を通さない物質の場合は、その表面又は内部に、導電性物質を混合／塗布／接着／埋設して電気を通す性質を有すれば特に問題は無い。
【００１６】
本発明で使用される流路加工の工程は、主に各種エンドミルによる切削加工を対象とする。切削加工は、プラスチック表面を機械的な加工により切削されるものであれば特に限定しない。また機械的切削加工であれば加工の種類、装置の詳細、切削用治具の形状、材質、及び表面状態に関しても特に限定はしない。
【００１７】
本発明において、工具先端部と被加工物表面との接触時の接点位置検出には、電気が流れることで点灯するものを電気回路内に組み込むことが望ましい。たとえば、ＬＥＤランプ、豆電球、発光ダイオード等、その他電気が流れることが確認できるものであれば特に限定はしない。
【００１８】
本発明における、切削工具と被加工物との接点位置検出方法及びその装置により、工具先端部と被加工物表面との接点位置を検出し、切削手段によりプラスチックからなる表面にマイクロ流路を形成されたプラスチック製品は、主にバイオチップまたはマイクロ分析チップが好適な用途例として挙げられ、特に核酸チップ、プロテインチップ、抗体チップ、アプタマーチップ、糖タンパクチップ、環境計測用チップ、各種化学分析用チップ等の、プラスチック製のバイオチップが好適な用途例として挙げられるが、用途に関しても特に限定しない。
【実施例】
【００１９】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
【００２０】
(実施例１)
被加工物として、３０ｍｍ×７０ｍｍ角で厚み１ｍｍのアクリル樹脂板（熱変形温度１４０℃）を用いた。切削工具には、刃径１０μｍφ、刃長１０μｍの１枚刃超硬製スクエアエンドミルを使用した。マイクロ流路加工を行うために、図１に示すように、切削工具３と被加工物１とを導線５、ＬＥＤランプ８、抵抗器６、電池７でつなぎ電気回路を組んだ。アクリル樹脂板は非導電性材料のため、樹脂板の上に厚み５０μｍの均一なアルミテープ２を貼り付けて、工具との接触時に電気が通るようにした。切削工具と被加工物上のアルミテープとの接点位置を検出するために、切削工具を被加工物に近づけていき、ＬＥＤランプが点灯した位置を調べ、その位置からアルミテープの厚み分を差し引いた点を被加工物との接点とした。加工深さを５μｍに設定し、アルミテープを剥がしてから切削加工により図２に示されるマイクロ流路９（幅０．０１ｍｍ、深さ０．００５ｍｍ、長さ２０ｍｍ）をアクリル樹脂板表面に作製した。
【００２１】
（比較例１）
実施例１において、切削工具と被加工物との接点位置検出のために、測定圧０．２ＮでＬＥＤランプが点灯するタッチセンサー式の刃先位置測定器（高さ５０ｍｍ）を使用した。アクリル樹脂板上に刃先位置測定器を置き、切削工具を近づけていき、被工作物との接点位置を検出した。切削工具、被加工物、加工深さは実施例１と同じで、切削加工によりアクリル樹脂板表面にマイクロ流路を作製した。
【００２２】
（評価方法１）
レーザー顕微鏡を用いて、実施例１及び比較例１において、切削工具と被工作物との接点を検出した後の切削工具の刃先先端部を観察した。
【００２３】
（評価方法２）
レーザー顕微鏡を用いて、実施例１及び比較例１で得たマイクロ流路の形状とサイズを観察した。
【００２４】
（評価結果）
表１に切削工具と被加工物との接点検出後の工具先端の観察結果、および切削加工したマイクロ流路の形状（流路幅、流路深さ、断面形状、平滑性）を示す。比較例１のタッチセンサー式による接点検出法では、切削工具先端の刃先が欠損していることが確認され、切削加工したマイクロ流路の形状においても、流路幅は使用した切削工具の刃径（１０μｍφ）よりも大きく、断面形状も工具欠損により流路壁面がテーパー上に広がっている様子が確認された。それに対して、実施例１においては、接点検出に電流方式を適用することで切削工具の欠損も無く、流路形状も条件設定どおりのマイクロ流路が得られた。
【００２５】
【表１】
2008100305.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例における切削工具と被加工物との接点検出方法及びその装置の模式図。
【図２】実施例における切削加工によりマイクロ流路が形成された被加工物の模式図
【符号の説明】
【００２７】
１  被加工物（アクリル樹脂板）
２  導電性物質（アルミテープ）
３  切削工具（超硬製１枚刃スクエアエンドミル、刃径０．０１ｍｍφ）
４  スピンドル
５  導線
６  乾電池
７  抵抗器
８  ＬＥＤランプ
９  切削加工によって加工されたマイクロ流路
【図１】
2008100305.tif 000004
【図２】
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