(57)【要約】【課題】マイクロ化学工場などで用いられるマイクロリアクターの基本ユニットとなるマイクロ流管チップを大量生産によって短時間で安価に製作する。【解決手段】成形型のキャビティー内に、一対の流入側ロッドをそれらの流路対応部の先端が互いに対向して当接する形で設置し、流出側ロッドをその流路対応部の先端が流入側ロッドに当接する形で設置する。この状態で、キャビティー内に溶融材料としてポリマーを射出して充填した後、冷却または加熱によって固化させる。最後に、一対の流入側ロッドおよび流出側ロッドをキャビティーから引き抜く。これにより、一対の流入側ロッドを引き抜くと、そこに２本のマイクロ流入路３、４が互いに連通して一直線状に形成され、流出側ロッドを引き抜くと、そこにマイクロ流出路５がマイクロ流入路３、４に連通して形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティー内に、一対の流入側ロッドをそれらの流路対応部の先端が互いに対向して当接する形で設置するとともに、流出側ロッドをその流路対応部の先端が前記流入側ロッドに当接する形で設置し、
この状態で前記キャビティー内に溶融材料を射出して充填し、
次に、この溶融材料を固化させ、
その後、前記一対の流入側ロッドおよび前記流出側ロッドを前記キャビティーから引き抜くようにしたことを特徴とするマイクロ流管チップの射出成形方法。
【請求項２】
成形型のキャビティー内に、一対の流入側ロッドをそれらの流路対応部の先端が互いに対向して当接する形で設置するとともに、流出側ロッドをその流路対応部の先端が前記流入側ロッドに当接する形で設置し、さらに、これら流入側ロッドの後ろ側を支持するように支持板を設置し、この状態で前記キャビティー内に溶融材料を射出して充填した後、この溶融材料を固化させる本充填固化工程と、
前記支持板を後退させて材料充填空間を形成し、この材料充填空間に溶融材料を射出して充填した後、この溶融材料を固化させる補助充填固化工程と、
前記一対の流入側ロッドおよび前記流出側ロッドを前記キャビティーから引き抜くロッド引抜工程とからなることを特徴とするマイクロ流管チップの射出成形方法。
【請求項３】
前記流入側ロッドのうち、一方の流入側ロッドの流路対応部の先端に係合凸部を形成するとともに、他方の流入側ロッドの流路対応部の先端に係合凹部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロ流管チップの射出成形方法。
【請求項４】
前記流入側ロッドの流路対応部を円柱状に形成し、前記流出側ロッドの流路対応部の先端に部分円柱状の係合凹部を前記流入側ロッドの流路対応部の外周面に合致するように形成したことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載のマイクロ流管チップの射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ化学工場や医薬品・食品などの研究施設、或いは救急治療その他の医療の現場で用いられるマイクロリアクターの基本ユニットとなるマイクロ流管チップを射出成形によって製作する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ流管の管径が１００ミクロン以下のマイクロ流管チップを製作する際には、２枚のガラス板を用意し、一方のガラス板に溝加工を施して流管溝を形成した後、この流管溝を覆うように他方のガラス板を接着剤で貼り付けることにより、２枚のガラス板の間にマイクロ流管を形成していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これでは、次のような理由から、マイクロ流管チップの製作に時間がかかり、その製作コストも高騰するという不都合があった。
【０００４】
まず、ガラス板に流管溝を形成する溝加工工程においては、その流管溝の幅や深さが変われば、マイクロ流管の断面積、ひいては流体の流量が変化してしまうので、この溝加工は高精度に行わなければならない。
【０００５】
次に、ガラス板同士を貼り付ける貼付工程においては、接着剤の使用量の多少や貼付圧力の大小などの条件によって接着層の厚さが変動し、通常その変動量がマイクロ流管の管径に対して無視できないほど大きいため、マイクロ流管の断面積、ひいては流体の流量が大幅に変化してしまう。また、接着剤の使用量が多すぎると、接着剤が流管溝に流れ込んでマイクロ流管を閉塞する恐れがある。逆に、接着剤の使用量が足りなければ、接着むらが発生し、接着剤が少ない部分で気密性が低下して流体の漏れにつながる危険性がある。したがって、こうした不具合を回避するために、接着剤の使用量や貼付圧力が規定値からずれないようガラス板同士の貼付作業を慎重に行うことが要求される。
【０００６】
なお、ガラス板同士の貼付工程において、接着剤による接着の代わりに超音波を用いてガラス板同士を接合する方法も考えられるが、接着の場合と似たような不具合があるので、マイクロ流管チップの製作に時間がかかり、その製作コストが高騰する点に変わりはない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、マイクロ流管チップを大量生産によって短時間で安価に製作することが可能なマイクロ流管チップの射出成形方法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】
【０００８】
まず、請求項１に記載の本発明は、成形型のキャビティー（１０）内に、一対の流入側ロッド（７、８）をそれらの流路対応部（７ｂ、８ｂ）の先端が互いに対向して当接する形で設置するとともに、流出側ロッド（９）をその流路対応部（９ｂ）の先端が前記流入側ロッドに当接する形で設置し、この状態で前記キャビティー内に溶融材料を射出して充填し、次に、この溶融材料を固化させ、その後、前記一対の流入側ロッドおよび前記流出側ロッドを前記キャビティーから引き抜くようにして構成される。この溶融材料としては、例えばポリマーやガラスを挙げることができる。
【０００９】
こうした構成を採用することにより、一対の流入側ロッドを引き抜くと、そこに２本のマイクロ流入路が互いに連通して形成されるとともに、流出側ロッドを引き抜くと、そこにマイクロ流出路がマイクロ流入路に連通して形成されるように作用する。
【００１０】
また、請求項２に記載の本発明は、成形型のキャビティー（１０）内に、一対の流入側ロッド（７、８）をそれらの流路対応部（７ｂ、８ｂ）の先端が互いに対向して当接する形で設置するとともに、流出側ロッド（９）をその流路対応部（９ｂ）の先端が前記流入側ロッドに当接する形で設置し、さらに、これら流入側ロッドの後ろ側を支持するように支持板（６）を設置し、この状態で前記キャビティー内に溶融材料を射出して充填した後、この溶融材料を固化させる本充填固化工程と、前記支持板を後退させて材料充填空間（１１）を形成し、この材料充填空間に溶融材料を射出して充填した後、この溶融材料を固化させる補助充填固化工程と、前記一対の流入側ロッドおよび前記流出側ロッドを前記キャビティーから引き抜くロッド引抜工程とからなるようにして構成される。
【００１１】
こうした構成を採用することにより、本充填固化工程において、一対の流入側ロッドの後ろ側が支持板で支持されるため、流入側ロッドが後方に少しも撓むことなくキャビティー内に溶融材料が充填されて固化し、また、補助充填固化工程において、その支持板がキャビティー内で占有していた材料充填空間にも溶融材料が充填されて固化し、さらに、ロッド引抜工程において、２本のマイクロ流入路が互いに連通して形成されるとともに、マイクロ流出路がマイクロ流入路に連通して形成されるように作用する。
【００１２】
また、請求項３に記載の本発明は、前記流入側ロッド（７、８）のうち、一方の流入側ロッド（７）の流路対応部（７ｂ）の先端に係合凸部（７ｄ）を形成するとともに、他方の流入側ロッド（８）の流路対応部（８ｂ）の先端に係合凹部（８ｄ）を形成して構成される。かかる構成により、一対の流入側ロッドの流路対応部を互いに付き合わせるだけで、これらの流入側ロッド同士を同軸上に容易かつ確実に接合することができるように作用する。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の本発明は、前記流入側ロッド（７、８）の流路対応部（７ｂ、８ｂ）を円柱状に形成し、前記流出側ロッド（９）の流路対応部（９ｂ）の先端に部分円柱状の係合凹部（９ｄ）を前記流入側ロッドの流路対応部の外周面に合致するように形成して構成される。かかる構成により、流出側ロッドの流路対応部を流入側ロッドの流路対応部に付き合わせるだけで、流入側ロッドに流出側ロッドを容易かつ確実に接合することができるように作用する。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、一対の流入側ロッドを引き抜くと、そこに２本のマイクロ流入路が互いに連通して形成されるとともに、流出側ロッドを引き抜くと、そこにマイクロ流出路がマイクロ流入路に連通して形成されることから、大量生産によってマイクロ流管チップを短時間で安価に製作することが可能なマイクロ流管チップの射出成形方法を提供することができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によれば、本充填固化工程において、一対の流入側ロッドの後ろ側が支持板で支持されるため、流入側ロッドが後方に少しも撓むことなくキャビティー内に溶融材料が充填されて固化し、また、補助充填固化工程において、その支持板がキャビティー内で占有していた材料充填空間にも溶融材料が充填されて固化し、さらに、ロッド引抜工程において、２本のマイクロ流入路が互いに連通して形成されるとともに、マイクロ流出路がマイクロ流入路に連通して形成されることから、流入側ロッドの折損を回避して稼働率を高めつつ大量生産によってマイクロ流管チップを短時間で安価に製作することが可能なマイクロ流管チップの射出成形方法を提供することができる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明によれば、一対の流入側ロッドの流路対応部を互いに付き合わせるだけで、これらの流入側ロッド同士を同軸上に容易かつ確実に接合することができるため、マイクロ流管チップの製作に要する時間をさらに短縮して生産性を一層向上させることが可能となる。
【００１７】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、流出側ロッドの流路対応部を流入側ロッドの流路対応部に付き合わせるだけで、流入側ロッドに流出側ロッドを容易かつ確実に接合することができるため、マイクロ流管チップの製作に要する時間をさらに短縮して生産性を一層向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１はマイクロ流管チップの一例を示す図であって、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図、
図２はロッド（流入側ロッドまたは流出側ロッド）の一例を示す正面図、
図３は一対の流入側ロッドの流路対応部の一例を示す正面図、
図４は流入側ロッドと流出側ロッドとの接合状態を示す図であって、（ａ）はその背面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【００２０】
このマイクロ流管チップ１は、図１に示すように、透明なポリマーからなる直方体状の本体２を有しており、この本体２は所定の寸法（例えば、幅１０ｍｍ、奥行き６ｍｍ、高さ２ｍｍ）に形成されている。また、本体２には、その左右の側面２ａ、２ｂから内部に向かう形で２本のマイクロ流入路３、４が水平に形成されており、これらのマイクロ流入路３、４はその先端で互いに連通している。さらに、本体２には、その前面２ｃから内部に向かってマイクロ流入路３、４に直交する方向へ直線状に延伸する形で１本のマイクロ流出路５が水平に形成されており、このマイクロ流出路５の先端はマイクロ流入路３、４に連通している。
【００２１】
なお、各マイクロ流入路３、４はそれぞれ、本体２の側面２ａ、２ｂに近いインターフェイス部３ａ、４ａでは大径（例えば、直径１ｍｍ）の円形断面形状に形成されていると同時に、本体２の側面２ａ、２ｂから離れた本管部３ｂ、４ｂでは小径（例えば、直径０．１ｍｍ）の円形断面形状に形成されており、インターフェイス部３ａ、４ａと本管部３ｂ、４ｂとは円錐台状の連結部３ｃ、４ｃで連結されている。また、マイクロ流出路５は、本体２の前面２ｃに近いインターフェイス部５ａでは大径（例えば、直径１ｍｍ）の円形断面形状に形成されていると同時に、本体２の前面２ｃから離れた本管部５ｂでは小径（例えば、直径０．２ｍｍ）の円形断面形状に形成されており、インターフェイス部５ａと本管部５ｂとは円錐台状の連結部５ｃで連結されている。
【００２２】
そして、このような構成を有するマイクロ流管チップ１を射出成形で製作する際には、まず一対の金属製の流入側ロッド７、８、金属製の流出側ロッド９および金属製の支持板６をコア部材として備えた成形型を用意する。ここで、一対の流入側ロッド７、８はほぼ同一の形状および大きさを有しており、各流入側ロッド７、８は、図２に示すように、大径（例えば、直径１ｍｍ）の円柱状に形成された基部７ａ、８ａに、小径（例えば、直径０．１ｍｍ）の円柱状に形成された流路対応部７ｂ、８ｂが円錐台状の連結部７ｃ、８ｃを介して同軸上に一体に形成された構造を有している。そして、図３に示すように、一方の流入側ロッド７の流路対応部７ｂの先端には半球状の係合凸部７ｄが形成されているとともに、他方の流入側ロッド８の流路対応部８ｂの先端には、この係合凸部７ｄに係合する半球状の係合凹部８ｄが形成されている。また、流出側ロッド９は、図２に示すように、大径（例えば、直径１ｍｍ）の円柱状に形成された基部９ａに、小径（例えば、直径０．２ｍｍ）の円柱状に形成された流路対応部９ｂが円錐台状の連結部９ｃを介して同軸上に一体に形成された構造を有しており、流路対応部９ｂの先端には、図４に示すように、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの外周面に合致すべく半円柱状に湾曲した係合凹部９ｄが形成されている。さらに、支持板６の先端部には、図４（ｂ）に示すように、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの外周面に合致すべく半円柱状に湾曲した係合凹部６ａが形成されている。
【００２３】
こうして一対の流入側ロッド７、８、流出側ロッド９および支持板６を備えた成形型が用意されたところで、本充填固化工程に移行し、各流入側ロッド７、８の外周面に離型剤を塗布した後、前記成形型のキャビティー１０（図１参照）内に、図４に示すように、これらの流入側ロッド７、８をそれらの流路対応部７ｂ、８ｂの先端が互いに対向して当接する形で設置する。なお、通常は、成形型を閉じると、それに連動して流入側ロッド７、８がキャビティー１０内に進入し、それらの流路対応部７ｂ、８ｂの先端が互いに対向して当接した状態となる。このとき、一方の流入側ロッド７の流路対応部７ｂの先端には半球状の係合凸部７ｄが形成されており、他方の流入側ロッド８の流路対応部８ｂの先端には半球状の係合凹部８ｄが形成されているので、これらの流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの先端がずれることなく同軸上に接合された状態となる。
【００２４】
また、流出側ロッド９の外周面に離型剤を塗布した後、キャビティー１０内に、図４に示すように、この流出側ロッド９をその流路対応部９ｂの先端が流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂ同士の接合点の前側に当接する形で設置する。なお、通常は、成形型を閉じると、流入側ロッド７、８の進入より少し遅れるタイミングで流出側ロッド９がキャビティー１０内に進入し、その流路対応部９ｂの先端が流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂ同士の接合点の前側に当接した状態となる。このとき、流出側ロッド９の流路対応部９ｂの先端には流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの外周面に合致した半円柱状の係合凹部９ｄが形成されているので、この流出側ロッド９の流路対応部９ｂを流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂに付き合わせるだけで、流出側ロッド９の当接作業を容易かつ確実に行うことができる。
【００２５】
さらに、図１（ａ）に示すように、これらの流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの後ろ側（流出側ロッド９の反対側）を支持するように支持板６を設置する。なお、通常は、成形型を閉じると、流入側ロッド７、８の進入より少し遅れるタイミングで支持板６がキャビティー１０内に進入し、その係合凹部６ａが流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの後ろ側に当接して支持した状態となる。この状態で、キャビティー１０内に溶融材料としてポリマーを射出して充填した後、冷却または加熱によって固化させる。このとき、一対の流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂは、その前側が流出側ロッド９で支持されていると同時に、その後ろ側が支持板６で支持されているため、キャビティー１０内に充填されたポリマーの圧力が高くても、これらの流路対応部７ｂ、８ｂが前後に撓んで折損する恐れはない。
【００２６】
次に、この本充填固化工程から補助充填固化工程に移行し、成形型を閉じた状態のまま支持板６を後退させる。すると、支持板６が一対の流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂから離れ、これら流路対応部７ｂ、８ｂの後方のキャビティー１０内に材料充填空間１１が形成されるので、この材料充填空間１１に溶融材料としてポリマーを射出して充填した後、冷却または加熱によって固化させる。このとき、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの前側には、本充填固化工程で固化したポリマーが既に存在しているので、材料充填空間１１に充填されたポリマーの圧力が高くても、これらの流路対応部７ｂ、８ｂが前方に撓んで折損する危険性はない。
【００２７】
最後に、この補助充填固化工程からロッド引抜工程に移行し、一対の流入側ロッド７、８および流出側ロッド９をキャビティー１０から引き抜く。なお、通常は、成形型を開くと、それに連動して流入側ロッド７、８および流出側ロッド９がキャビティー１０から後退する形で引き抜かれる。このとき、流入側ロッド７、８、流出側ロッド９の外周面には離型剤が塗布されているので、これらの引抜作業は円滑に行われる。すると、図１に示すように、一対の流入側ロッド７、８を引き抜いた跡には２本のマイクロ流入路３、４が互いに連通して一直線状に形成されるとともに、流出側ロッド９を引き抜いた跡にはマイクロ流出路５がマイクロ流入路３、４に直交して連通する形で形成される。その結果、透明な本体２に２本のマイクロ流入路３、４およびマイクロ流出路５が水平Ｔ字形に形成されたマイクロ流管チップ１が出来上がる。
【００２８】
ここで、マイクロ流管チップ１の製作が終了する。このように、マイクロ流管チップ１は射出成形によって製作することができ、従来法における溝加工工程や貼付工程を必要としないので、大量生産によって短時間で安価に製作することが可能となる。
【００２９】
なお、上述の実施形態においては、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの後ろ側を支持板６で支持する場合について説明したが、支持板６を用いずにマイクロ流管チップ１を射出成形することもできる。この場合、支持板６で支持する必要がない分だけマイクロ流管チップ１の製作工程を簡略化することができる。ただし、支持板６を使用しない場合には、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂを例えばＷＣ−Ｃｏ系の超硬合金製とすることにより、ポリマーから受ける外力に対して撓みを低減しうるようにするのが望ましい。
【００３０】
また、上述の実施形態においては、図２に示すように、基部７ａ、８ａ、９ａに円錐台状の連結部７ｃ、８ｃ、９ｃを介して流路対応部７ｂ、８ｂ、９ｂを連設した構造を有する流入側ロッド７、８、流出側ロッド９を用いた場合について説明したが、流入側ロッド７、８、流出側ロッド９の構造はこれに限るわけではない。例えば、図５（ａ）に示すように、多段円錐台状の連結部７ｃ、８ｃ、９ｃを介して基部７ａ、８ａ、９ａに流路対応部７ｂ、８ｂ、９ｂを連設してもよく、図５（ｂ）に示すように、円錐台状の連結部７ｃ、８ｃ、９ｃを長くするとともに、流路対応部７ｂ、８ｂ、９ｂを短くしても構わない。
【００３１】
また、上述の実施形態においては、同じ長さの流路対応部７ｂ、８ｂを備えた一対の流入側ロッド７、８を使用した場合について説明したが、これらの流路対応部７ｂ、８ｂは必ずしも同じ長さとする必要はなく、一方の流入側ロッド７または８の流路対応部７ｂまたは８ｂを長く、他方の流入側ロッド８または７の流路対応部８ｂまたは７ｂを短くすることも可能である。
【００３２】
また、上述の実施形態においては、流路対応部７ｂの先端に半球状の係合凸部７ｄが形成された流入側ロッド７と、流路対応部８ｂの先端に半球状の係合凹部８ｄが形成された流入側ロッド８とを組み合わせて用いた場合について説明したが、流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの係合凸部７ｄ、係合凹部８ｄの形状はこれに限るわけではない。例えば、図６に示すように、円錐台状の係合凸部７ｄを一方の流入側ロッド７の流路対応部７ｂに形成するとともに、円錐台状の係合凹部８ｄを他方の流入側ロッド８の流路対応部８ｂに形成するようにしてもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、図４に示すように、流出側ロッド９の流路対応部９ｂが流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂより直径が大きい場合について説明したが、流出側ロッド９の流路対応部９ｂの直径を流入側ロッド７、８の流路対応部７ｂ、８ｂの直径と同じまたはそれ以下にすることも可能である。
【００３４】
さらに、上述の実施形態においては、透明なポリマー製のマイクロ流管チップ１を得るべくキャビティー１０内に溶融材料としてポリマーを充填する場合について説明したが、ポリマー以外の溶融材料（例えば、ガラスなど）をキャビティー１０内に充填することにより、ポリマー以外の材質からなるマイクロ流管チップ１を製作することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】マイクロ流管チップの一例を示す図であって、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線による断面図である。
【図２】ロッド（流入側ロッドまたは流出側ロッド）の一例を示す正面図である。
【図３】一対の流入側ロッドの流路対応部の一例を示す正面図である。
【図４】流入側ロッドと流出側ロッドとの接合状態を示す図であって、（ａ）はその背面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図である。
【図５】ロッド（流入側ロッドまたは流出側ロッド）の別の２例を示す正面図である。
【図６】一対の流入側ロッドの流路対応部の別の例を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１……マイクロ流管チップ
６……支持板
７、８……流入側ロッド
７ｂ、８ｂ……流路対応部
７ｄ……係合凸部
８ｄ……係合凹部
９……流出側ロッド
９ｂ……流路対応部
９ｄ……係合凹部
１０……キャビティー
１１……材料充填空間
【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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