(57)【要約】      （修正有）【課題】穴開け工程による縦穴の形成を必要とせず、かつマイクロ流路の長さを増大させることができる３次元マイクロ流路構造体を提供する。【解決手段】多面体基材３の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝を形成し、この溝を形成した各々の面を別個の封止部材４ａ，４ｂで封止して３次元マイクロ流路２を形成する。【選択図】  図１
2004338038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、この溝が形成された各々の面は別個の封止部材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体。
【請求項２】
多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、それらを重ね合わせることで流路が積層され、かつ溝の露出面が別部材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体。
【請求項３】
多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、それらを重ね合わせることで流路が積層され、かつ少なくとも１面の溝が形成されていない多面体基材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体。
【請求項４】
前記多面体材質は、シリカガラスであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の３次元マイクロ流路構造体。
【請求項５】
下型及び上型間にシリカガラスの多面体基材を収容し、前記収容の前、後または前後の両方で前記上型および下型を加熱し、シリカガラスを軟化させ、下型及び上型間で前記多面体基材を押圧してこの多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝を形成し、この溝が形成された面を別部材で封止し、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路構造体を形成することを特徴とする３次元マイクロ流路構造体の製造方法。
【請求項６】
下型及び上型間にシリカガラスの多面体基材を収容し、前記収容の前、後または前後の両方で前記上型および下型を加熱し、シリカガラスを軟化させ、下型及び上型間で前記多面体基材を押圧してこの多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝を形成し、この多面体基材の溝形成面を予め溝が形成された別個の多面体基材を両溝が連通するように積層してその一面で封止し、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路構造体を製造することを特徴とする３次元マイクロ流路構造体の製造方法。
【請求項７】
前記多面体基材は、全ての面の溝が一工程で形成されることを特徴とする請求項５または６に記載の３次元マイクロ流路構造体の製造方法。
【請求項８】
前記下型は、側壁から圧力をかけられる分割成形型であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の３次元マイクロ流路構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は３次元マイクロ流路構造体及びその製造方法に係わり、特に溝が形成された多面が別個の封止部材で封止された３次元マイクロ流路構造体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の３次元マイクロ流路は、２次元マイクロ流路を積層化し、層間に細孔を穿って連結することで立体的な流路を形成していた。その層間を連結するための通孔形成には、レーザ加工や高速機械加工、超音波加工、ブラスト加工などが用いられている。また、これら従来の方法を改良するものとして、より微細な縦穴を形成にフォトリソグラフィーとエッチングの組合せを用いて通孔が形成されたカバープレートを用いて、２次元マイクロ流路を封止して３次元マイクロ流路を形成する方法がある（特許文献１）。
【０００３】
しかし、従来のレーザ加工や高速機械加工、超音波加工、ブラスト加工などは、その細孔径は数百μｍが限界であり、それ以下の径の加工は難しいのが現状である。また、特許文献１の方法は、基材平面に２次元マイクロ流路を形成し、これを通孔が形成されたカバープレートで封止して３次元マイクロ流路を形成するものであり、その製造方法はフォトリソグラフィーとエッチングの組合せを用いるもので、工程が複雑にならざるを得ない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３７０１９８号公報（段落番号［００２１］、［００２７］、［００２９］、図２、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、穴開け工程による縦穴の形成を必要とせず、かつマイクロ流路の長さを増大させることができる３次元マイクロ流路構造体を提供することを目的とする。
【０００６】
また、少ない工程数で形成可能とし、３次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能な３次元マイクロ流路構造体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、この溝が形成された各々の面は別個の封止部材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体が提供される。これにより、穴開け工程による縦穴の形成の必要とせず、かつ、マイクロ流路の長さを増大させることができる３次元マイクロ流路構造体が実現される。
【０００８】
また、本発明の他の態様によれば、多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、それらを重ね合わせることで流路が積層され、かつ溝の露出面が別部材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体が提供される。これにより、穴開け工程による縦穴の形成を必要とせず、かつ、マイクロ流路の長さをさらに増大させることができる３次元マイクロ流路構造体が実現される。
【０００９】
また、本発明の他の態様によれば、多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝が形成され、それらを重ね合わせることで流路が積層され、かつ少なくとも１面の溝が形成されていない多面体基材で封止されて、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路が形成されたことを特徴とする３次元マイクロ流路構造体が提供される。これにより、穴開け工程による縦穴の形成を必要とせず、かつ、マイクロ流路の長さをさらに増大させることができる３次元マイクロ流路構造体が実現される。
【００１０】
好適な一例では、前記多面体材質は、シリカガラスである。これにより、３次元マイクロ流路構造体は高純度で耐熱性を有する。
【００１１】
また、本発明の他の態様によれば、下型及び上型間にシリカガラスの多面体基材を収容し、前記収容の前、後または前後の両方で前記上型および下型を加熱し、シリカガラスを軟化させ、下型及び上型間で前記多面体基材を押圧してこの多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝を形成し、この溝が形成された面を別部材で封止し、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路構造体を形成することを特徴とする３次元マイクロ流路構造体の製造方法が提供される。これにより、少ない工程数で形成可能とし、次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能な３次元マイクロ流路構造体の製造方法が実現される。
【００１２】
また、本発明の他の態様によれば、下型及び上型間にシリカガラスの多面体基材を収容し、前記収容の前、後または前後の両方で前記上型および下型を加熱し、シリカガラスを軟化させ、下型及び上型間で前記多面体基材を押圧してこの多面体基材の少なくとも２個の連続する面に渡って連続する溝を形成し、この多面体基材の溝形成面を予め溝が形成された別個の多面体基材を両溝が連通するように積層してその一面で封止し、少なくとも２個の開口部を有する３次元マイクロ流路構造体を製造することを特徴とする３次元マイクロ流路構造体の製造方法が提供される。これにより、マイクロ流路の長さがさらに増大した３次元マイクロ流路構造体を、少ない工程数で形成可能とし、３次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能な３次元マイクロ流路構造体の製造方法が実現される。
【００１３】
好適な一例では、前記多面体基材は、全ての面の溝が一工程で形成される。これにより、生産性が向上する。
【００１４】
また、他の好適な一例では、前記下型は、側壁から圧力をかけられる分割成形型である。これにより、転写精度高く、精密な３次元マイクロ流路が形成され、さらに、微細な縦穴を少ない工程数で形成可能とし、流路形成行程で縦穴用流路も作り込み、流路と同幅の流路を同一の精度で縦穴の幅を加工でき、３次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第一実施形態の概念図である。
【００１７】
図１に示すように、本第一実施形態の３次元マイクロ流路構造体１は、例えば高純度で耐熱性を有するシリカガラス製で、多面体、例えば偏平直方体形状をなし、内部に３次元マイクロ流路２が設けられている。この３次元マイクロ流路２は、断面が略Ｖ字形状をなし、多面体基材３の隣接する３個の外面３ａ、３ａ、３ｂ面に沿って略コ字状に形成され、３次元マイクロ流路２は、その表面が外面３ａ、３ａ、３ｂに面気密的に取付けられた別個の封止部材４ａ、４ａ、４ｂで封止され、外面４ｂに対向する外面３ｄに形成された開口部２ａ、２ａを有している。
【００１８】
上記のように本第一実施形態は、直方体形状の多面体基材３に略コ字状に３次元に３次元マイクロ流路２が形成されているので、マイクロ流路の長さを増大させることができる。
【００１９】
次に本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法について説明する。
【００２０】
最初に、図２に示す本製造方法に用いられる成形装置について説明する。
【００２１】
図２および図３に示すように、成形装置１１には、ガラス状カーボンからなる下型１２と上型１３からなるプレス用成形型１４が組込まれており、下型１２は、正方形板状の凹状成形面１２ａが形成され、この成形底部１２ａ１および４側面のうちの１側面である成形側面１２ａ２には、図３乃至図５に示すような頂部１４ｂを有する成形凸部１２ｃが略Ｌ字状に形成されている。
【００２２】
さらに、下型１２は、側面と同一方向の面（垂直面）で、下分割型１２ｚに４分割され各々平面視扇状をなし、図２に示すように、使用時、下型１２の凸状１２ｄが、台座１５に設けられた円錐状の凹部嵌合部１５ａに嵌合して、一体的に保持されている。これにより、四方より被成形材としてのシリカガラス製の多面体基材３を均等に抑え付けることが可能な構成となっており、成形型１４からの圧力が、平板状の多面体基材３へ均一に分配されるようになっている。
【００２３】
上記上型１３は、その成形面１３ａに、下型１２と同様の成形凸部１３ｃが直線状に形成され、油圧手段によって昇降する移動軸１６に取付けられている。
【００２４】
上記成形装置１１を用いて、シリカガラス多面体基材３を成形するには、ヒータ１７で予熱された、または後から加熱される、または予熱と後加熱をともに行う下型１２と上型１３間にシリカガラスの多面体基材３を収納し、シリカガラスを軟化させ、下型１１と上型１２間で押圧する。
【００２５】
図２及び図６に示すように、このとき、移動軸１６の降下に伴って固定軸１８との間の構成物に加わる力ｆは、下型１２の凸状嵌合部１２ｃと台座１５の凹状嵌合部１５ａの接触面で、この接触面に垂直な分力ｆｖと平行な分力ｆｈに分解され、分力ｆｈにより、下分割型１２ｚの成形側面１２ａ１同士を接近させる方向への力が加わり、結果として、下分割型１２ｚの成形側面１２ａ１が多面体基材３の側面へ積極的に押し付けられる。同時に下分割型１２ｚとの分割面同士が密着し、シリカガラス多面体基材３の形状変化に対する影響も軽減できる。シリカガラス多面体基材３は下型１２及び上型１３の形状に沿って成形される。
【００２６】
また、下型１２は、その成形側面１２ａ１と同一方向の面で、下分割型１２ｚに均等に４分割されているので、下型１２の収縮により多面体基材３の噛込みが発生せず、さらに、下型１２に加わる力ｆは、成形側面１２ａ１同士を接近させる方向に引き付ける分力ｆｈを発生させやすい。また、下型１２の凸状嵌合部１２ｄと台座１５の凹状嵌合部１５ａが、円錐状あるいは角錐状に形成されているので、下型１２に加わる力ｆから、成形側面１２ａ１同士を接近させる方向に引き付ける分力ｆｈを確実に発生させることができる。
【００２７】
さらに、成形工程において、成形型の熱膨張率を被成形材と同等、あるいはより小さくできない場合にも、力ｆにより多面体基材３が水平方向に広がろうとした結果、プレス成形用型の下型１２を水平方向に広げようとする力が生じてもそれに打勝って、分力ｆｈにより、成形側面３ａ１同士を接近させる方向に引き付けて、多面体基材３の周辺部での変形を抑制し、プレス成形型により、多面体基材３の側壁成形を可能とするとともに、成形型全面に確実に圧力を加えることができるようになり、プレス成形型に転写パターンを形成しておけば、刻印、特殊形状の転写精度を向上させることができるとともに、シリカガラス多面体基材３の隅々まで精密な成形を行うことができる。また、成形型とシリカガラス多面体基材３の熱膨張係数の差によってシリカガラス多面体基材３が噛み込まれるおそれがある場合でも、側面形状を管理しながら精度よくプレス加工を行うことができる。このような成形工程により転写精度高く、精密な３次元マイクロ流路が形成される。
【００２８】
しかる後、３次元マイクロ流路が形成された外面３ａ、３ａ、３ｂに別個の封止部材４ａ、４ａ、４ｂを気密的に接着して、３次元マイクロ流路を封止する。
【００２９】
全方位への流路転写成形を用いることで、微細な縦穴を少ない工程数で形成可能とし、流路形成行程で縦穴用流路も作込み、流路と同幅の流路を同一の精度で縦穴の幅を加工でき、３次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能となる。
【００３０】
また、本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第二実施形態について説明する。
【００３１】
本第二実施形態は、上記第一実施形態が３次元マイクロ流路が形成された１個の多面体基材を用いるのに対して、複数個の３次元マイクロ流路が形成された多面体基材を積層するものである。
【００３２】
例えば、図７に示すように、第二実施形態の３次元マイクロ流路構造体１Ａは、連続する三外面３Ａａに略コ字状の３次元マイクロ流路２Ａ１が形成された第一の多面体基材３Ａ１、連続する二外面３Ａｂに略Ｌ字状の３次元マイクロ流路２Ａ２が形成された第二の多面体基材３Ａ２と、この第二の多面体基材３Ａ２と同様の形状を有し二外面３Ａｃに略Ｌ字状の３次元マイクロ流路２Ａ３が形成された第三の多面体基材３Ａ３を、３次元マイクロ流路２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３が連通するように積層して形成されている。３次元マイクロ流路２Ａ１、２Ａ２、２Ａ３が形成された外面３Ａａ、３Ａｂ、３Ａｃに、別個の封止部材４Ａａ、４Ａｂ、４Ａｃ、４Ａｄを気密的に取着して、３次元マイクロ流路が封止されている。なお、符号２Ａａは開口部である。
【００３３】
従って、本第二実施形態は、複数個の多面体基材に３次元マイクロ流路が形成されているので、マイクロ流路の長さをより増大させることができる。
【００３４】
また、本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第三実施形態について説明する。
【００３５】
本第三実施形態は、１個の多面体基材の全面に３次元マイクロ流路が形成されたものである。
【００３６】
例えば、図８に示すように、第三実施形態の３次元マイクロ流路構造体１Ｂは、直方体の多面体基材３Ｂの全外面３Ｂａに３次元マイクロ流路２Ｂが連続的に形成されている。別個の封止部材４Ｂを気密的に取着して、３次元マイクロ流路が封止されている。なお、符号２Ｂａは開口部である。従って、本第三実施形態は、１個の多面体基材の全面に３次元マイクロ流路が形成されているので、マイクロ流路の長さをより増大させることができる。第三実施形態の多面体基体３Ｂは、全ての面の溝が一工程で形成される。これにより、生産性が向上する。
【００３７】
なお、マイクロ流路は断面Ｖ字状、コ字状に限らず、種々の形状としてよい。さらに、流路だけでなく、流路を流れてきた液体等を一時的に貯蔵する空間を設けてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体によれば、穴開け工程による縦穴の形成を必要とせず、かつマイクロ流路の長さを増大させることができる３次元マイクロ流路構造体を提供することができる。
【００３９】
また、本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法によれば、少ない工程数で形成可能とし、次元マイクロ流路の微細化と安価な製造が可能な３次元マイクロ流路構造体の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第一実施形態の概念図。
【図２】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法に用いられる成形装置の概念図。
【図３】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法に用いられる成形型の概念図。
【図４】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法に用いられる成形型の平面図。
【図５】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法に用いられる成形型の成形凸部の概念図。
【図６】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の製造方法に用いられる成形型の使用時の力の状態を示す説明図。
【図７】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第二実施形態の概念図。
【図８】本発明に係わる３次元マイクロ流路構造体の第三実施形態の概念図。
【符号の説明】
１  ３次元マイクロ流路構造体
２  ３次元マイクロ流路
２ａ  開口部
３  多面体基材
３ａ、３ｂａ  外面
４ａ、４ｂ  封止部材
【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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