反応装置
【課題】 ＳＴＦＲ方式の反応装置において、装置構成が簡素で且つ単分散性の良好な微粒子を量産できるものを提供する。
【解決手段】 反応装置１は、原料Ａ1，Ａ2を混合して反応液Ｂを生成する混合部１０、混合部１０で生成された反応液Ｂを分流する分岐チャンバー２０、分岐チャンバー２０で分流された反応液Ｂを流通させながら反応を進めて生成物Ｃを生成する反応管ユニット３０、反応管ユニット３０を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するための分割剤Ｄを分岐チャンバー２０に間欠的に導入する分割剤導入機構４０を備える。反応管ユニット３０には、各分岐路２１〜２５に接続された複数の反応管３１〜３５が並設されている。分割剤導入機構４０から１回に導入する分割剤Ｄの量は、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の容積より大きく設定する。
【解決手段】 反応装置１は、原料Ａ1，Ａ2を混合して反応液Ｂを生成する混合部１０、混合部１０で生成された反応液Ｂを分流する分岐チャンバー２０、分岐チャンバー２０で分流された反応液Ｂを流通させながら反応を進めて生成物Ｃを生成する反応管ユニット３０、反応管ユニット３０を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するための分割剤Ｄを分岐チャンバー２０に間欠的に導入する分割剤導入機構４０を備える。反応管ユニット３０には、各分岐路２１〜２５に接続された複数の反応管３１〜３５が並設されている。分割剤導入機構４０から１回に導入する分割剤Ｄの量は、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の容積より大きく設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の原料を混合して反応液を生成し、生成した反応液を反応管を流通させながら反応させる反応装置に関し、特に、マイクロ反応管を流通する反応液に分割剤を間欠的に導入して反応液を分割して流通させながら反応させる反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学品や医薬品をはじめとする様々な合成反応を実施する分野で、従来のバッチ式で行っていた合成反応を微小空間内で連続的に行う製造設備であるマイクロリアクタが注目されている。
このマイクロリアクタは、微小空間で反応を実施することから、熱効率が高いこと、反応率が高いこと、小規模装置を実現できること、省資源合成が可能なこと、ラボスケールからプラントスケールまでの移行がリアクターの並列設置により実現できること、などが特徴として挙げられる。このような特徴から、従来のバッチ式の合成装置では実現できない、新規な機能の素材合成が可能であるのではないかということでも注目されている。
【０００３】
さて、旧来から様々な用途に利用される微粒子を製造する際に、バッチ式では、STOBER法およびその改良法によるゾル-ゲル反応によってナノからサブミクロン、数十ミクロンサイズの微粒子が合成される場合がある。
ここで、該手法をマイクロリアクタに適用して、微粒子を生成しようとすれば、原料及び触媒系の溶液を混合した後、マイクロ反応管（管状リアクタ）に送り、この反応管を流通させながら反応させることによって微粒子を生成させることになる。
【０００４】
ところで、このような微粒子において、粒度分布幅が狭く単分散性に優れた微粒子（単分散性微粒子）を得ることが要求されることも多い。例えば、特許文献３に記載されているように、微粒子は充填剤や液晶表示装置のスペーサに利用され、粒径精度が要求される。
一方、マイクロリアクタでは、現状では、単分散性の高い微粒子を大量に連続合成できる技術が確立されていない。特に、ゾル-ゲル反応のような、複数種類の反応液を均一的に攪拌することが反応の精度に大きく影響する反応系では、どうしても反応速度にばらつきが生まれる。たとえば、シード粒子形成時、シード粒子成長時などの各時点でどうしても粒子の形成速度にばらつきが生じてしまう。温度制御（特許文献４）、シード粒子形成時の触媒濃度の工夫（特許文献３）などによって単分散性を高めることも考えられるが、これらは、攪拌効率を是正するという根本問題を解決するものではない。
【０００５】
また、マイクロチャネル（キャピラリー）内を流通する反応液は、中央部分と壁面近傍とで流速に差異が生じるので、その結果、粒子の成長速度にも差が生まれ、断面方向で粒度にばらつきが生じてしまう。ここにおいて、単分散性の良好な微粒子を合成しようとすれば、上記速度差をなくすような管径の小さい反応管を用いる、もしくは微粒子径と同等のサイズのチャネル径とすることが有利と言えるが、反応管の管径が小さいともしくは微粒子径とチャネル径とが同等であると圧力損失が大きくなるため、ポンプの送液圧力が高くなる傾向にある。さらに、反応管を螺旋状に巻くことによって、二次流れを発生させ、断面方向に拡散効果を高めることで、単分散性を向上させられるのではないかという見解もあるが、実際には、それだけでは不十分であるばかりか、巻き径を小さくすることには同じ管径であれば自ずと限度が存在する。
【０００６】
このように一般的には、マイクロリアクタによる微粒子合成では、生成される微粒子の粒子径にばらつきが生じてしまい、バッチ式と同程度の単分散性を得ることが難しいとされている。ここにおいて、非特許文献１及び３にあるように、セグメント方式によるリアクター (Segmented Flow Tubular Reactor ：SFTR) が開発されている。この文献には、リアクター内の反応液をセグメント化することでバッチ式よりも優れた単分散性微粒子が得られるとされている。
【０００７】
図８は、非特許文献３に示されている管状リアクター装置の概略構成図である。
当図に示すように、この装置は、ミキサーとセグメンターと管状リアクターで構成され、２種類の原料（Reactant１とReactant２）がミキサーで混合されて反応液（Reactants mixture）が生成され、これが反応管（Tubler reactor）に送り込まれる前に、分割剤導入部（Segmenter）において非混和性の分割剤（Immsible fluid ）が間欠的に注入されるようになっており、それによって、反応管を流通する反応液が小体積に分割されるという方式である。
【０００８】
このようにＳＴＦＲ装置では、反応液はセグメントに分割された状態で反応管を流通するので、反応液が管径方向に対して均一化され、単分散性の微粒子が生成されやすい。従ってこのＳＴＦＲを用いれば、反応管の管径を大きくしてポンプの送液圧力を低く抑えながら、単分散性の良好な微粒子を生成することができる。
【特許文献１】特開２００３−２２５９００号公報
【特許文献２】ＵＳ６４５８３３５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９２９７号公報
【特許文献４】特開平８−２５９２１７号公報
【非特許文献１】Langmuir 2004 20. 8604-8611 「Microfluidic Synthesis of Collidal Silica」
【非特許文献２】Jongen N., et al "Development of a Continuous Segmented Flow Tubular Reactor and the"Scale-out" concept In Search of Perfect Powders", Chem.Eng.Technol. 26(3) 303-305 (2003).
【非特許文献３】Proceeding of the international Workshop"Advanced Techniques for Energy Sources Investigation and Testing" 4-9 Sept.2004,Sofia,Bulgaria 「NANOSTRUCTURED PEROVSKITE CONDUCTORS FOR SOFC AND ELECTROCHEMICAL DEVICES」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようなＳＴＦＲ装置において、微粒子を量産しようとする場合、反応管を複数本並設して、各反応管に反応液を並行して流通させるとともに、各反応管の入口側に分割剤を導入する機構（セグメンター）を設ければ、単分散性の微粒子を量産するのに適していると考えられる。
ここで、一般的に反応装置の構成はできるだけ簡素にすることが望ましいように、反応管を複数本並設したＳＴＦＲにおいても、その装置構成をできるだけ簡素なものにすることが望ましい。
【００１０】
本発明は、このような背景のもとになされたものであって、ＳＴＦＲ方式の反応装置において、装置構成が簡素で且つ単分散性の良好な微粒子を量産できるもの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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にかかる反応装置では、複数の原料を混合して反応液を生成する混合部と、反応液を流通させながら反応させる複数の反応管と、複数の反応管を流通する反応液を分割する分割剤を供給する分割剤供給源と、当該分割剤供給源から複数の反応管に分割剤を間欠的に導入する分割剤導入機構とを設けることとした。
複数の反応管はユニット化すること、すなわち、複数の反応管を並べて保持すること が望ましい。
【００１２】
ここで、分割剤導入機構が各反応管に分割剤を間欠的に導入する形態として、以下のような形態が考えられる。
（１）分割剤導入機構は、分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して順次的に分配することによって、前記複数の各反応管に分割剤を間欠的に導入する。
（２）分割剤導入機構は、分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して並列的に分配することによって、前記複数の各反応管に分割剤を間欠的に導入する。
【００１３】
なお、分割剤導入機構上記（１）と（２）の形態を組み合わせた形態とすることもできる。
（１）のように順次的に分配する場合、分割剤供給源と各反応管との間に複数の分割剤導入路を設け、その選択を順次的に切り替える切り替えバルブを設ければよい。
（２）のように並列的に分配する場合、複数の反応管に対して分配されるべき分割剤を貯留するためのバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設けることが好ましい。またこの場合、分割剤導入機構は、混合部と分岐チャンバーとの間に分割剤を導入することが望ましい。
【００１４】
そして、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積は、分岐チャンバーのバッファ空間槽容積以上に設定することが望ましい。
上記各反応管はコイル状であることが望ましい。
また、上記目的は、反応装置において、複数の反応管と、各反応管に、複数の原料を交互に導入する原料導入機構とを設けることによっても達成される。ここで、複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設けることが好ましい。
【００１５】
この場合、原料導入機構が１回に導入する原料の体積は、バッファ空間槽の容積以上に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の反応装置では、複数の反応管を反応液が流通しながら反応するものであり、且つ、各反応管を流通する反応液が、間欠的に導入される分割剤によって分割されるＳＴＦＲ方式であるので、基本的に単分散性の微粒子を量産することができる。
また、共通の分割剤供給源から複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
【００１７】
よって、本発明による反応装置によれば、装置構成が簡素となり且つ単分散性の良好な微粒子を量産するのに適している。
ここで、複数の反応管をユニット化すれば、複数の反応管がコンパクトにまとめられた状態で保持され、また、複数の反応管の温度条件を均一化するのにも有効である。
各反応管に分割剤を間欠的に導入する方式が、（１）分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して順次的に分配する方式の場合には、分割剤供給源から連続的に分割剤を供給しても、各反応管に対して間欠的に分割剤を送り込むことができる。
【００１８】
一方、（２）分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して並列的に分配する方式の場合、複数の反応管に対して分配されるべき分割剤を貯留するためのバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、前記複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設ければ、当該分岐チャンバーに分割剤を導入すればよいので（セグメンター）の機構がより簡素である。すなわち、各反応管に対して個別に分割剤を導入しようとすれば、複数の反応管の各々に分割剤を導入する機構を設ける必要があるが、分割剤を分岐チャンバーに導入するようにすれば、分割剤を合流させるセグメンターを一箇所に設けるだけでよいので、装置構成が比較的簡素となる。
【００１９】
そして、分割剤導入機構が分岐チャンバーに分割剤を間欠的に導入するのに、分岐チャンバー内に分割剤を直接導入する機構を設けてもよいが、混合部と分岐チャンバーとの間に分割剤を導入するようにすれば、一般的な分岐チャンバーを用いることができる。
また、（２）方式の場合、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積を、分岐チャンバーのバッファ空間槽容積以上に設定すれば、複数の反応管に対して均一的に分割剤が分配される。
【００２０】
すなわち、分割剤を分岐チャンバーに導入する場合、１回に導入される分割剤の体積が分岐チャンバーのバッファ空間槽容積未満であると、導入された分割剤が複数の反応管のすべてに均等に分配されず、この場合、分割剤が分配されない反応管では反応液が分割されないことがあるので、生成される微粒子の単分散性が損なわれることになる。これに対して、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積が、分岐チャンバーのバッファ空間容積以上に設定されていれば、複数の反応管すべてに対して確実かつ均等に分割剤が分配される。
【００２１】
各反応管をコイル状にすれば、管の流路長が同じでも、見かけの長さを短くすることができるので、装置をコンパクトにでき、また、管内を流通する反応液が管径方向に攪拌されやすい。
また、反応装置において、複数の反応管と、各反応管に、複数の原料を交互に導入する原料導入機構とを設けることによっても、複数の反応管を原料が流通しながら反応するものであり、且つ、各反応管を流通する原料が、互いにセグメントに分割されるで、単分散性の微粒子を量産することができる。
【００２２】
ここで、複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設ければ、原料導入機構が簡素となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の一実施形態にかかる反応装置１の構成を示す図である。
本実施形態にかかる反応装置１は、複数の原料（原料Ａ1と原料Ａ2）を反応させて、生成物Ｃを生成するものであって、原料Ａ1，Ａ2を混合して反応液Ｂを生成する混合部１０、混合部１０で生成された反応液Ｂを分流する分岐チャンバー２０、分岐チャンバー２０で分流された反応液Ｂを流通させながら反応を進めて生成物Ｃを生成する反応管ユニット３０、反応管ユニット３０を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するための分割剤Ｄを分岐チャンバー２０に間欠的に導入する分割剤導入機構４０などから構成されている。
【００２４】
この反応装置１では、使用する原料を選択することによって、様々な種類の微粒子を生成できる。
例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウムといった各種酸化物の微粒子のほかに、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、硫化亜鉛といった化合物の微粒子、金、銀、パラジウム、コバルト、ニッケル、シリコン、ゲルマニウムといった金属または半金属の微粒子、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕのような蛍光体粒子を生成することができる。更に、無機物に限られず、有機化合物の微粒子を生成することもできる。
【００２５】
複数の原料として互いに溶解しあう性質のものを用いれば、反応液Ｂを均一相にすることができるが、反応液Ｂは、必ずしも均一相でなくてもよく、一方の原料が他方の原料に分散されていてもよい。
例えば、原料Ａ1として、水相としてのポリビニルアルコール水溶液、原料Ａ2として、分散相としてのジビニルベンゼン系モノマーの混合液を用いることによって、混合部１０で原料Ａ1と原料Ａ2とが混合されて、反応液Ｂ（水相に分散相の液滴が分散された液）が生成される。そして、その反応液Ｂが反応管ユニット３０を通過するときに、生成物Ｃとしてポリマーの微粒子が生成される。
【００２６】
混合部１０としては、複数の流路が合流する合流管を用いてもよいが、原料を十分に混合するために、乱流を発生させて混合させるミキサー、複数の層流を形成してその界面に生じるせん断流によって混合するミキサーを用いることが望ましく、特に、送り込まれる複数の原料を流通させながら連続的に混合するスタティックミキサーを用いることが望ましい。
【００２７】
ポンプＰ1は原料Ａ1を混合部１０に連続的に送り込み、ポンプＰ2は原料Ａ2を混合部１０に連続的に送り込む。送り込まれた原料Ａ1と原料Ａ2は、混合部１０内を流通しながら互いに混合され、反応液Ｂとして分割剤導入機構４０を経由して、分岐チャンバー２０に送り込まれる。
ポンプＰ1，Ｐ2は、ほぼ一定の流量で連続的に送液できるポンプであって、例えば、プランジャ−ポンプ、ローラーポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプが用いられる。原料供給源から原料を圧送されるようになっている場合は、ポンプＰ1，Ｐ2を用いる代わりに、流量コントローラを用いればよい。
【００２８】
分岐チャンバー２０は、その入口２６に送り込まれるバッファ空間２７内の反応液Ｂを複数の分岐路２１〜２５（図では、５つの流路に分岐させた場合を例示）に分配孔Ｈ１〜Ｈ５を通じて分配するものであって、入口２６と分岐路２１〜２５との間にバッファ空間２７が確保されているので、入口２６に供給される流体（反応液Ｂ）は各分岐路２１〜２５に反応液Ｂが均一的に分配される。
【００２９】
図２は、分岐チャンバー２０の具体例を示す斜視図である。分岐チャンバーの形状は特に限定されないが、図２に示す分岐チャンバー２０は、入口２６から分岐路２１〜２５側にかけて径が連続的に拡大しており、各分岐路２１〜２５に対して均一的に分配するのに適している。
分岐チャンバー２０を設置する向きに関しても特に限定されず、いずれの向きに設置しても実施できる。
【００３０】
分割剤は反応液に容易に溶解しない物質であれば液でもガスでも利用できるが、反応液と著しく比重が異なるガスを利用する場合は、入口２６を水平方向に向けて、流れ方向が水平方向になるように設置すれば、分岐チャンバー２０内に反応液Ｂと分割剤Ｄが共存するときに、流れ方向が重力方向に対して直交するので分岐チャンバー２０内を反応液Ｂが偏って流れる可能性があるが、これに対して、入口２６を鉛直上方または下方に向け、鉛直方向に流通するように設置すれば、流れ方向が重力方向と同じになるので、分岐チャンバー２０内で反応液Ｂが偏って流れにくいと考えられる。
【００３１】
反応管ユニット３０は、複数の反応管３１〜３５が並例に保持されて構成されている。これら複数の反応管３１〜３５（図では５本を例示）は、各分岐路２１〜２５に接続されており、所定温度に維持するために温度調節槽３６の中に設けられている。このように複数の反応管３１〜３５がユニット化されているので、装置構成がコンパクトで簡素となっており、反応管３１〜３５の温度を均一化するのにも有効である。
【００３２】
各反応管３１〜３５は、基本的に所定の形状を有するチューブであって、ステンレス、ハステロイなどの金属で形成された金属製チューブ、あるいは、ＰＰ、ＰＴＦＥなどの樹脂で形成された樹脂製チューブが用いられる。
ただし、必ずしもチューブである必要はなく、流路を形成したチップであってもよい。
反応管３１〜３５の形状は、直線状であってもよいし蛇行していてもよいが、コイル状（螺旋状）にすることによって、チューブの流路長が同じでも、見かけの全長（すなわち管入口から管出口までの直線距離）を短くすることができるので、反応管ユニット３０のサイズをコンパクトにできる点で有利である。また、反応管３１〜３５がコイル状であると、直線状である場合と比べて、流通する反応液Ｂが管径方向に攪拌されやすいので、生成される粒子の単分散性が良好になる点でも有利である。
【００３３】
各反応管３１〜３５の管径及び流路長は、当該管径及び流路長を大きく設定するほど、反応液Ｂが各反応管３１〜３５内に滞留する時間が長くなるので、反応液Ｂが目的とする生成物Ｃ（成長した微粒子）に変化するのに十分な反応時間だけ反応管３１〜３５内に滞留できるように設定する。各反応管３１〜３５の管径は、数十μｍ〜数ｍｍの範囲であるが、特に１００μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。流路長は、数十ｃｍ〜数十ｍ程度で、例えば１５ｍである。
【００３４】
温度調節槽３６には、温度調整された熱媒体Ｅが流され、それによって、反応管３１〜３５の温度は反応に適した温度に調整される。
温度調節槽３６の温度は低く設定するほど、反応速度を均一化させやすくその結果、単分散性は良好になるが、反応速度が小さくなるので反応管３１〜３５の流路長を大きく設定することが必要となる。
【００３５】
分割剤導入機構４０は、反応液Ｂが流通する主管４１に対して、分割剤Ｄを導入する導入管４２が接続された合流管を備え、主流に対して所定の角度をもたせて合流させる合流管、たとえば、Ｔ字管を用いることができる。導入管４２には分割剤Ｄを送出するポンプＰ3が接続されている。このポンプＰ3は、一定量の流体を間欠的に注入することができるポンプであって、例えばプランジャーポンプやローラーポンプ、シリンジポンプが用いられる。このポンプＰ3を間欠的に駆動することによって、分割剤Ｄは主管４１に対して間欠的に導入される。すなわち、ポンプＰ3が駆動されているときだけ分割剤Ｄが導入される。なお、分割剤Ｄがその供給源から圧送される場合（例えば分割剤Ｄの供給源が高圧ガスボンベの場合）は、ポンプＰ3の代わりに、開閉バルブを用いればよい。導入管４２と主管４１との連通部には分割剤と反応液とを仕切る分離膜を設けることもできる。この分離膜は、多孔性膜、多孔性撥水膜、ガス選択的透過膜とすることができる。
【００３６】
分割剤Ｄとしては、ここではＮ2ガスを用いることとするが、一般的に反応液Ｂに混合しにくい気体あるいは液体を用いればよい。気体としては、窒素のほか、アルゴン、ヘリウムのような不活性ガス、そのほかに、空気、水素も用いることができる。液体としては、反応液Ｂが親水性溶液の場合、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの疎水性溶剤を用いることができる。一方、反応液Ｂが親油性溶液の場合は、水、メチルアルコール、エチルアルコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの親水性溶剤を用いればよい。
【００３７】
なお、反応液Ｂのセグメント化を促進する上で、反応管３１〜３５を、流通する反応液Ｂに対して非親和性の材質にすることが有効である。すなわち、反応液Ｂが水性である場合、反応管３１〜３５をＰＴＦＥのような撥水性の材料で形成すれば、セグメント化が促進される。
分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔や１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、ポンプＰ3の駆動を、各設定値に合わせて駆動制御することによって調整される。
【００３８】
反応管ユニット３０の出口側には、各反応管３１〜３５から排出される生成物Ｃを集合させる合流部５０が設けられている。合流部５０には、上記分岐チャンバー２０と同様のものを用いることができる。
このような反応装置１において、ポンプＰ1及びポンプＰ2を駆動させて、原料Ａ1及び原料Ａ2を、混合部１０に連続的に送り込みながら、分割剤導入機構４０において所定量の分割剤Ｄを間欠的に導入することによって、分割剤Ｄは各反応管３１〜３５に並列的に分配されるので、反応管ユニット３０でを流通する反応液Ｂは分割剤Ｄで分割された状態で反応し、生成物Ｃが合流部５０から排出される。
【００３９】
（分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔、および１回の導入量について）
分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔：
分割剤Ｄを間欠的に導入するときの時間間隔を短く設定するほど、セグメントの体積が小さくなるので、生成される微粒子の単分散性が良好になるが、各反応管３１〜３５内で分割剤Ｄの占める体積が大きくなるので、それだけ各反応管３１〜３５内で反応液Ｂが占める体積が小さくなってしまう。
【００４０】
従って、これらの点を考慮して、分割剤Ｄを間欠的に導入するときの時間間隔を設定する。
分割剤Ｄの導入量：
すべての反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するためには、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、（１つの反応管を流通する反応液をセグメントに分割するのに最低必要な分割剤の量×反応管の本数）以上に設定する必要がある。
【００４１】
更に、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、バッファ空間２７の容積以上に設定することが望ましい。ここで、バッファ空間２７の容積とは、分岐チャンバー２０において、入口２６の付け根から分岐路２１〜２５の付け根までの内部空間の体積を指す。
ただし、１回に導入する分割剤Ｄの量が多すぎると、各反応管３１〜３５内で分割剤Ｄの占める体積が大きくなり、それだけ各反応管３１〜３５内で反応液Ｂが占める体積が小さくなってしまうし、分割剤が連通部よりも上流側に逆流することも考えられるので、１回に導入する分割剤Ｄの量は、バッファ空間２７の容積と連通部までの（主管と、導入管との連通部）容積を加算した容積以下に設定することが好ましい。
【００４２】
上記のように１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）を、バッファ空間２７の容積以上に設定することによって、分割剤Ｄで分割された反応液Ｂは、分割された状態を保ったまま分岐チャンバー２０で分岐されて各反応管３１〜３５に流入する。従って、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂも、分割剤Ｄによって確実にセグメントに分割されるので、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００４３】
以下、その理由について、図３，４を参照しながら説明する。
図３，４は、反応液Ｂを供給しながら、分割剤導入機構４０で分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、図３は、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上の場合、図４は、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積未満の場合を示している。
【００４４】
図３，４において、（ａ）は分割剤Ｄを導入する直前、（ｂ）は分割剤導入機構４０で分割剤Ｄを導入している途中、（ｃ）は導入された分割剤Ｄが、分岐チャンバー２０に到達したとき、（ｄ）は、分割剤Ｄが各分岐路に分配される様子を示している。
分割剤導入機構４０で分割剤Ｄが導入されると、その分割剤Ｄは分岐チャンバー２０のバッファ空間２７に流れ込み、一旦バッファ空間２７に蓄えられるが、このとき、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上であるか否かによって、以下のように、分割剤Ｄが分岐路２１〜２５に分配される挙動に違いが生じる。
【００４５】
１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上である場合、図３（ｃ）に示すように、一旦分岐チャンバー２０内が分割剤Ｄで満たされた状態になるので、分割剤Ｄがすべての分岐路２１〜２５の根元部分に到達する。
次に、図３（ｃ）白抜矢印のように反応液Ｂが分岐チャンバー２０内に入ってくるのに伴って、分岐チャンバー２０内の分割剤Ｄが分岐路２１〜２５の方に押し出される。
【００４６】
このとき、すでに上記のように分岐路２１〜２５のいずれにも分割剤Ｄが分配供給されているので、それに続いて分岐路２１〜２５に対して分割剤Ｄが均一的に供給されやすいし、仮に分岐路２１〜２５に対する分割剤Ｄの供給量が不均一であったとしても、図３（ｄ）に示すように、各分岐路２１〜２５を流通する反応液Ｂはいずれもセグメント化される。
【００４７】
従って、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂもすべてセグメント化されるので、反応液Ｂの管径方向に均一化された状態で反応が進行する。よって、単分散性の良好な粒子が生成される。
一方、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積未満の場合は、図４（ｃ）に示すように、バッファ空間２７内が分割剤Ｄで満たされることがない。従って、分割剤Ｄがすべての分岐路２１〜２５の根元部分に到達しない状態で、図４（ｃ）白抜矢印のように反応液Ｂが分岐チャンバー２０内に入り、それに伴って、分岐チャンバー２０内の分割剤Ｄが分岐路２１〜２５の方に押し出される。
【００４８】
従って、分岐路２１〜２５に対する分割剤Ｄの分配が不均一になりやすいし、分岐路２１〜２５のすべてに対して分割剤Ｄが供給されない可能性もある。その場合、分岐路２１〜２５の中で、分割剤Ｄが供給されない分岐路を流通する反応液Ｂはセグメント化されない。例えば、図４（ｄ）に示すように、分岐路２１〜２５の中、分岐路２１〜２３には分割剤Ｄが供給されて、これを流通する反応液Ｂがセグメント化されるが、分岐路２４，２５には分割剤Ｄが供給されず、これを流通する反応液Ｂがセグメント化されない。
【００４９】
従って、反応管３１〜３５の一部（反応管３４，３５）を流通する反応液Ｂがセグメント化されず、反応液Ｂの管径方向に対する均一性が劣った状態で反応が進行する。よって、生成される粒子の単分散性が劣ることになる。
なお、上記の「１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）がバッファ空間２７の容積以上」という条件は、「分割剤Ｄの量」と「の容積」との相対的な関係なので、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の容積を通常のものよりもかなり小さく設定すれば、分割剤Ｄの導入量が少なくてもこの条件を満たすことはできる。
【００５０】
だだし、分岐チャンバー２０でバッファー効果を得るには、そのバッファ空間２７の容積をある程度確保することが好ましい。
（反応装置１の構成が簡素である点に関して）
反応装置１は、基本的に１つの分割剤Ｄ供給源（ポンプＰ３）から、複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
【００５１】
この反応装置１において、分割剤Ｄを間欠的に分岐チャンバー２０に導入するには、必ずしも分岐チャンバー２０の前段で分割剤Ｄを導入しなくてもよく、例えば、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の内部に分割剤Ｄを直接導入するようにしてもよい。しかし、その場合、分岐チャンバー２０として通常のものを用いることができず、分割剤Ｄを導入する導入管を設けた分岐チャンバーが必要となる。
【００５２】
また、後述する実施形態２のように、各分岐路２１〜２５に分割剤を導入するようにすれば、各反応管３１〜３５に確実に分割剤Ｄを供給することができる。しかし、その場合、分割剤導入のための合流管が複数（５個）接続されることとなり、その点で装置構成が複雑である。
これに対して、本実施形態の反応装置１においては、分割剤導入機構４０を分岐チャンバー２０の入口２６前段に設けているので、分割剤導入機構が１つだけあればよく、その点で装置構成が簡素であり、分岐チャンバー２０に一般的な分岐チャンバーを用いることができる。
〔実施の形態２〕
図５は、実施形態２にかかる反応装置２の構成を示す図である。
【００５３】
この反応装置２は、実施形態１の反応装置１と同様の構成であるが、分割剤導入機構の構成が異なっている。
すなわち、上記反応装置１では、分割剤導入機構４０が、分割剤Ｄを分岐チャンバー２０の入口側に間欠的に導入したのに対して、反応装置２では、分割剤導入機構６０が、分岐チャンバー２０の出口側にある各分岐路２１〜２５に対して順次、分割剤Ｄを間欠的に導入するようになっている。
【００５４】
分割剤導入機構６０の構成について以下に詳述する。
（分割剤導入機構６０の構成と動作）
分割剤導入機構６０には、分割剤Ｄ（Ｎ2ガス）を送り出すポンプＰ3と、ポンプＰ3から送り出された分割剤Ｄを、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する切換バルブ６６を備えている。そして、各導入管６１〜６５は、分岐路２１〜２５に合流するよう接続されている。
【００５５】
このように分割剤導入機構６０において、ポンプＰ3では連続的に分割剤Ｄを送出し、連続送出される分割剤Ｄを、切換バルブ６６で、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する。
複数の導入管に対して分割剤Ｄを順次切り換え供給する方式としては、１本づつ順に切り換えてもよいし、複数本づつ切り換えてもよい。
【００５６】
例えば、１本づつ順に切り換える例として、５本の導入管６１〜６５に対して、導入管６１，導入管６２，導入管６３，導入管６４，導入管６５の順で、一定時間づつ順次供給するのを１サイクルとして、このサイクルを繰り返して行なう。
これによって、各分岐路２１〜２５には、割り当てられた時間帯にだけ、分割剤Ｄが供給される。すなわち、反応管３１〜３５には、（ポンプＰ3の流量×割り充て時間）に相当する量づつ分割剤Ｄが順次間欠的に供給されることになる。
【００５７】
なお、各反応管に1回に導入される分割剤Ｄの量（体積）が、反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するために最低必要な量以上となるように、（ポンプＰ3の流量×割り充て時間）を設定することはいうまでもない。
（反応装置２による効果）
実施の形態１の反応装置１と同様に、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂがすべてセグメント化されるので、反応液Ｂの管径方向に均一化された状態で反応が進行し、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００５８】
実施の形態１の反応装置1と比べると、分岐路２１〜２５に対して複数の導入管６１〜６５を合流させている点で複雑ではあるが、本実施形態の反応装置２においても、基本的に１つの分割剤Ｄ供給源（ポンプＰ３）から、複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
また、実施の形態１の反応装置1ではポンプＰ3を間欠駆動させたが、本実施形態の反応装置２では、ポンプＰ3は、連続的に駆動させればよく、間欠駆動する必要がない。
【００５９】
〔実施の形態３〕
本実施の形態は、上記実施の形態１と実施の形態２と組み合わせた形態である。
図６は、本実施形態にかかる反応装置３を示す図である。
この反応装置３においては、上記反応装置２と同様に、分割剤導入機構６０が、分岐チャンバー２０の出口側にある各分岐路２１〜２５に対して順次、分割剤Ｄを間欠的に導入するようになっているが、更に、各分岐路２１，２２，２３，２４，２５の後段に、分岐チャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０が接続されており、各分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０から複数の反応管に、反応液及び分割剤が分配されるようになっている。
【００６０】
すなわち、分岐ャンバー１２０には、複数の分岐路１２１〜１２５が設けられ、この分岐路１２１〜１２５に反応管１３１〜１３５が接続されている。図示は省略しているが、 分岐ャンバー２２０，３２０，４２０にも、同様に、複数の分岐路が設けられ、その分岐路に反応管が接続されている。分岐ャンバー５２０にも、同様に複数の分岐路５２１〜５２５が設けられ、この分岐路５２１〜５２５に反応管５３１〜５３５が接続されている。
【００６１】
このような構成の反応装置３において、原料Ａ1，Ａ2が混合部１０で混合されて反応液Ｂが生成され、分岐チャンバー２０で分岐路２１〜２５に分配される。そして分配された反応液Ｂは、更に各分岐チャンバー１２０〜１２５で分配されて、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する。
一方、反応装置２で説明したのと同様に、分割剤導入機構６０では、ポンプＰ3では連続的に分割剤Ｄを送出し、連続送出される分割剤Ｄを、切換バルブ６６で、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する。これによって、各分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０には、分割剤が順次、間欠的に導入される。そして、分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０に間欠的に導入された分割剤は、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５に分配されて、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５に間欠的に送り込まれる。従って、各反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する反応液Ｂは、分配された分割剤によってセグメントに分割された状態で流通する。
【００６２】
各分岐路２１〜２５に分割剤Ｄを順次導入する際に、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）については、実施の形態１で説明したように、各分岐チャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０のバッファ空間の容積以上に設定することが、各反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する反応液Ｂを確実にセグメント化し、単分散性の良好な粒子を生成する上で望ましい。
【００６３】
例えば、分岐路２１についてみると、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）を、分岐チャンバー１２０のバッファ空間の容積以上に設定することによって、分割剤Ｄで分割された反応液Ｂは、分割された状態を保ったまま分岐チャンバー１２０で分岐されて各反応管１３１〜１３５に流入する。従って、各反応管１３１〜１３５を流通する反応液Ｂも、分割剤Ｄによって確実にセグメントに分割される。従って、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００６４】
以上のように、反応装置３によれば、分割剤導入機構６０が、反応装置１の分割剤導入機構の特徴及び効果、と反応装置２の分割剤導入機構の特徴及び効果を合わせもつ。
（実施の形態１〜３に対する変形例）
上記説明では、反応装置１〜３で、単分散性の良好な微粒子を生成することができることを説明したが、反応装置１〜３は、必ずしも微粒子を生成する場合に限らず、例えば液状の生成物を生成する場合にも適用でき、その場合でも、分割剤の導入量を分岐チャンバーのバッファ空間容積以上に設定して、複数の反応管を流通する反応液を確実にセグメント化することによって、各反応管内で反応液の均一性を高めた状態で反応を進行させることができる点で有効である。
【００６５】
また、上記反応装置１〜３では、混合部１０，分岐チャンバー２０，反応管ユニットが連結接続されており、複数の原料を混合して反応液を連続的に生成しながら、生成された反応液を、連続してその後段で反応管を流通させながら反応させるようになっているが、複数の原料を混合する工程と、反応液を反応管に流通させながら反応する工程とは、必ずしも連続していなくてもよい。
【００６６】
例えば、複数の原料を混合した状態で反応を抑えながら貯蔵し、その後、貯蔵された液を反応液として反応管に流通させながら反応させるようにしてもよい。
また、上記反応装置１〜３では、各反応管を流通する反応液をセグメント化するのに、
反応液Ｂに対して分割剤導入機構で分割剤Ｄを間欠的に導入することによって行なったが、必ずしも分割剤導入機構を設けなくてもよく、例えば、原料Ａ1，原料Ａ2の一方又は両方に分割剤Ｄを溶解させておいて、反応管ユニット３０中で反応液Ｂから分割剤Ｄを分離するようにしてもよい。例えば、反応装置１において、分割剤導入機構４０を省略して、
原料Ａ1，原料Ａ2の一方又は両方に、分割剤Ｄとしてのガス（Ｎ2ガス）を溶解させておいて、温度調節槽３６の温度を高温に設定することによって、反応液Ｂ中に溶解しているガスが反応管ユニット３０中で反応液Ｂから分離される。従って、そのようにして反応管ユニット３０中で分離されるガスで、反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するようにしてもよい。
【００６７】
〔実施の形態４〕
上記実施の形態１〜３にかかる反応装置１〜３では、原料Ａ1，を混合して反応液Ｂを生成し、これに分割剤Ｄを導入することによって、各反応管を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するようにしたが、本実施の形態にかかる反応装置４では、原料Ａ1と原料Ａ2とを交互に導入し、導入された原料Ａ1及び原料Ａ2は、互いにセグメント化された状態で各反応管に導入される。
【００６８】
図７は、反応装置４の構成を示す図である。この反応装置４は、反応装置１と同様の構成であるが、混合部１０や分割剤導入機構４０は設けられておらず、分岐チャンバー２０の入口２６に接続された主管７０に、原料Ａ1を送り込むポンプＰ1及び原料Ａ2を送り込むポンプＰ2が接続されている。
ポンプＰ1とポンプＰ2とは交互に駆動され、それによって、原料Ａ1と原料Ａ2が、交互に主管７０に送り込まれる。交互に送り込まれた原料Ａ1及び原料Ａ2は各々、セグメント化された状態で、分岐チャンバー２０で分岐路２１〜２５に分配される。従って、各分岐路２１〜２５に接続された反応管３１〜３５には、原料Ａ1及び原料Ａ2が交互に送り込まれ、原料Ａ1及び原料Ａ2がセグメント化された状態で流れる。
【００６９】
各反応管３１〜３５には、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通するが、流通しながら、原料Ａ1と原料Ａ2との界面部分で反応が進行して生成物Ｃが生成される。
このように、反応装置４においては、各反応管３１〜３５を、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通しながら、反応が進行するので、生成物Ｃの単粒子性は良好なものとなる。
【００７０】
また、原料Ａ1と原料Ａ2を、個別に各反応管３１〜３５に導入するのではなく分岐チャンバー２０に導入して、そこから各反応管３１〜３５分配するようにしているので、原料を導入する機構が簡素である。
ここで、原料Ａ1及び原料Ａ2を交互に主管７０に導入する際に、１回に導入する原料Ａ1の量（体積）及び １回に導入する原料Ａ2の量は、ともに分岐チャンバー２０のバッファ空間の容積以上に設定することが、単分散性の良好な粒子を生成するの好ましい。
【００７１】
これは実施の形態１で分割剤Ｄについて説明したのと同様の理由で、原料Ａ1及び原料Ａ2が交互に分岐チャンバー２０に送り込まれるときにも、１回の導入量が分岐チャンバー２０のバッファ空間の容積以上に設定されていると、各反応管３１〜３５流通する原料Ａ1及び原料Ａ2を各々確実にセグメント化することができるからである。
なお、上記の反応装置４では、原料Ａ1及び原料Ａ2を主管７０に交互に導入し、それを分岐チャンバー２０で分岐するようにしたが、原料Ａ1だけを分岐チャンバー２０で分岐し、実施の形態２の反応装置２と同様に原料Ａ2を分岐管２１〜２５に順次間欠的に導入することによっても、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通しながら、反応が進行するので、生成物Ｃの単粒子性は良好なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、複数の原料を混合した反応液を反応管に流通させながら反応させて生成物を生成する反応装置、特に、マイクロチューブに反応液を流通させながら微粒子を合成する反応装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１にかかる反応装置１の構成を示す図である。
【図２】分岐チャンバー２０の具体例を示す斜視図である。
【図３】分割剤導入機構４０に分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、１回に導入する分割剤Ｄの量が分岐チャンバー２０の容積以上の場合を示す。
【図４】分割剤導入機構４０に分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、１回に導入する分割剤Ｄの量が分岐チャンバー２０の容積未満の場合を示す。
【図５】実施の形態２にかかる反応装置２の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３にかかる反応装置３の構成を示す図である。
【図７】実施の形態４にかかる反応装置４の構成を示す図である。
【図８】従来例にかかるセグメント方式による管状リアクター装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 混合部
２０ 分岐チャンバー
２１〜２５ 分岐路
２６ 分岐チャンバーの入口
２７ バッファ空間
３０ 反応管ユニット
３１〜３５ 反応管
３６ 温度調節槽
４０，６０ 分割剤導入機構
５０ 合流部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の原料を混合して反応液を生成し、生成した反応液を反応管を流通させながら反応させる反応装置に関し、特に、マイクロ反応管を流通する反応液に分割剤を間欠的に導入して反応液を分割して流通させながら反応させる反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学品や医薬品をはじめとする様々な合成反応を実施する分野で、従来のバッチ式で行っていた合成反応を微小空間内で連続的に行う製造設備であるマイクロリアクタが注目されている。
このマイクロリアクタは、微小空間で反応を実施することから、熱効率が高いこと、反応率が高いこと、小規模装置を実現できること、省資源合成が可能なこと、ラボスケールからプラントスケールまでの移行がリアクターの並列設置により実現できること、などが特徴として挙げられる。このような特徴から、従来のバッチ式の合成装置では実現できない、新規な機能の素材合成が可能であるのではないかということでも注目されている。
【０００３】
さて、旧来から様々な用途に利用される微粒子を製造する際に、バッチ式では、STOBER法およびその改良法によるゾル-ゲル反応によってナノからサブミクロン、数十ミクロンサイズの微粒子が合成される場合がある。
ここで、該手法をマイクロリアクタに適用して、微粒子を生成しようとすれば、原料及び触媒系の溶液を混合した後、マイクロ反応管（管状リアクタ）に送り、この反応管を流通させながら反応させることによって微粒子を生成させることになる。
【０００４】
ところで、このような微粒子において、粒度分布幅が狭く単分散性に優れた微粒子（単分散性微粒子）を得ることが要求されることも多い。例えば、特許文献３に記載されているように、微粒子は充填剤や液晶表示装置のスペーサに利用され、粒径精度が要求される。
一方、マイクロリアクタでは、現状では、単分散性の高い微粒子を大量に連続合成できる技術が確立されていない。特に、ゾル-ゲル反応のような、複数種類の反応液を均一的に攪拌することが反応の精度に大きく影響する反応系では、どうしても反応速度にばらつきが生まれる。たとえば、シード粒子形成時、シード粒子成長時などの各時点でどうしても粒子の形成速度にばらつきが生じてしまう。温度制御（特許文献４）、シード粒子形成時の触媒濃度の工夫（特許文献３）などによって単分散性を高めることも考えられるが、これらは、攪拌効率を是正するという根本問題を解決するものではない。
【０００５】
また、マイクロチャネル（キャピラリー）内を流通する反応液は、中央部分と壁面近傍とで流速に差異が生じるので、その結果、粒子の成長速度にも差が生まれ、断面方向で粒度にばらつきが生じてしまう。ここにおいて、単分散性の良好な微粒子を合成しようとすれば、上記速度差をなくすような管径の小さい反応管を用いる、もしくは微粒子径と同等のサイズのチャネル径とすることが有利と言えるが、反応管の管径が小さいともしくは微粒子径とチャネル径とが同等であると圧力損失が大きくなるため、ポンプの送液圧力が高くなる傾向にある。さらに、反応管を螺旋状に巻くことによって、二次流れを発生させ、断面方向に拡散効果を高めることで、単分散性を向上させられるのではないかという見解もあるが、実際には、それだけでは不十分であるばかりか、巻き径を小さくすることには同じ管径であれば自ずと限度が存在する。
【０００６】
このように一般的には、マイクロリアクタによる微粒子合成では、生成される微粒子の粒子径にばらつきが生じてしまい、バッチ式と同程度の単分散性を得ることが難しいとされている。ここにおいて、非特許文献１及び３にあるように、セグメント方式によるリアクター (Segmented Flow Tubular Reactor ：SFTR) が開発されている。この文献には、リアクター内の反応液をセグメント化することでバッチ式よりも優れた単分散性微粒子が得られるとされている。
【０００７】
図８は、非特許文献３に示されている管状リアクター装置の概略構成図である。
当図に示すように、この装置は、ミキサーとセグメンターと管状リアクターで構成され、２種類の原料（Reactant１とReactant２）がミキサーで混合されて反応液（Reactants mixture）が生成され、これが反応管（Tubler reactor）に送り込まれる前に、分割剤導入部（Segmenter）において非混和性の分割剤（Immsible fluid ）が間欠的に注入されるようになっており、それによって、反応管を流通する反応液が小体積に分割されるという方式である。
【０００８】
このようにＳＴＦＲ装置では、反応液はセグメントに分割された状態で反応管を流通するので、反応液が管径方向に対して均一化され、単分散性の微粒子が生成されやすい。従ってこのＳＴＦＲを用いれば、反応管の管径を大きくしてポンプの送液圧力を低く抑えながら、単分散性の良好な微粒子を生成することができる。
【特許文献１】特開２００３−２２５９００号公報
【特許文献２】ＵＳ６４５８３３５号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９２９７号公報
【特許文献４】特開平８−２５９２１７号公報
【非特許文献１】Langmuir 2004 20. 8604-8611 「Microfluidic Synthesis of Collidal Silica」
【非特許文献２】Jongen N., et al "Development of a Continuous Segmented Flow Tubular Reactor and the"Scale-out" concept In Search of Perfect Powders", Chem.Eng.Technol. 26(3) 303-305 (2003).
【非特許文献３】Proceeding of the international Workshop"Advanced Techniques for Energy Sources Investigation and Testing" 4-9 Sept.2004,Sofia,Bulgaria 「NANOSTRUCTURED PEROVSKITE CONDUCTORS FOR SOFC AND ELECTROCHEMICAL DEVICES」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のようなＳＴＦＲ装置において、微粒子を量産しようとする場合、反応管を複数本並設して、各反応管に反応液を並行して流通させるとともに、各反応管の入口側に分割剤を導入する機構（セグメンター）を設ければ、単分散性の微粒子を量産するのに適していると考えられる。
ここで、一般的に反応装置の構成はできるだけ簡素にすることが望ましいように、反応管を複数本並設したＳＴＦＲにおいても、その装置構成をできるだけ簡素なものにすることが望ましい。
【００１０】
本発明は、このような背景のもとになされたものであって、ＳＴＦＲ方式の反応装置において、装置構成が簡素で且つ単分散性の良好な微粒子を量産できるもの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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明にかかる反応装置では、複数の原料を混合して反応液を生成する混合部と、反応液を流通させながら反応させる複数の反応管と、複数の反応管を流通する反応液を分割する分割剤を供給する分割剤供給源と、当該分割剤供給源から複数の反応管に分割剤を間欠的に導入する分割剤導入機構とを設けることとした。
複数の反応管はユニット化すること、すなわち、複数の反応管を並べて保持すること が望ましい。
【００１２】
ここで、分割剤導入機構が各反応管に分割剤を間欠的に導入する形態として、以下のような形態が考えられる。
（１）分割剤導入機構は、分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して順次的に分配することによって、前記複数の各反応管に分割剤を間欠的に導入する。
（２）分割剤導入機構は、分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して並列的に分配することによって、前記複数の各反応管に分割剤を間欠的に導入する。
【００１３】
なお、分割剤導入機構上記（１）と（２）の形態を組み合わせた形態とすることもできる。
（１）のように順次的に分配する場合、分割剤供給源と各反応管との間に複数の分割剤導入路を設け、その選択を順次的に切り替える切り替えバルブを設ければよい。
（２）のように並列的に分配する場合、複数の反応管に対して分配されるべき分割剤を貯留するためのバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設けることが好ましい。またこの場合、分割剤導入機構は、混合部と分岐チャンバーとの間に分割剤を導入することが望ましい。
【００１４】
そして、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積は、分岐チャンバーのバッファ空間槽容積以上に設定することが望ましい。
上記各反応管はコイル状であることが望ましい。
また、上記目的は、反応装置において、複数の反応管と、各反応管に、複数の原料を交互に導入する原料導入機構とを設けることによっても達成される。ここで、複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設けることが好ましい。
【００１５】
この場合、原料導入機構が１回に導入する原料の体積は、バッファ空間槽の容積以上に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の反応装置では、複数の反応管を反応液が流通しながら反応するものであり、且つ、各反応管を流通する反応液が、間欠的に導入される分割剤によって分割されるＳＴＦＲ方式であるので、基本的に単分散性の微粒子を量産することができる。
また、共通の分割剤供給源から複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
【００１７】
よって、本発明による反応装置によれば、装置構成が簡素となり且つ単分散性の良好な微粒子を量産するのに適している。
ここで、複数の反応管をユニット化すれば、複数の反応管がコンパクトにまとめられた状態で保持され、また、複数の反応管の温度条件を均一化するのにも有効である。
各反応管に分割剤を間欠的に導入する方式が、（１）分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して順次的に分配する方式の場合には、分割剤供給源から連続的に分割剤を供給しても、各反応管に対して間欠的に分割剤を送り込むことができる。
【００１８】
一方、（２）分割剤供給源から供給される分割剤を、複数の反応管に対して並列的に分配する方式の場合、複数の反応管に対して分配されるべき分割剤を貯留するためのバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、前記複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設ければ、当該分岐チャンバーに分割剤を導入すればよいので（セグメンター）の機構がより簡素である。すなわち、各反応管に対して個別に分割剤を導入しようとすれば、複数の反応管の各々に分割剤を導入する機構を設ける必要があるが、分割剤を分岐チャンバーに導入するようにすれば、分割剤を合流させるセグメンターを一箇所に設けるだけでよいので、装置構成が比較的簡素となる。
【００１９】
そして、分割剤導入機構が分岐チャンバーに分割剤を間欠的に導入するのに、分岐チャンバー内に分割剤を直接導入する機構を設けてもよいが、混合部と分岐チャンバーとの間に分割剤を導入するようにすれば、一般的な分岐チャンバーを用いることができる。
また、（２）方式の場合、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積を、分岐チャンバーのバッファ空間槽容積以上に設定すれば、複数の反応管に対して均一的に分割剤が分配される。
【００２０】
すなわち、分割剤を分岐チャンバーに導入する場合、１回に導入される分割剤の体積が分岐チャンバーのバッファ空間槽容積未満であると、導入された分割剤が複数の反応管のすべてに均等に分配されず、この場合、分割剤が分配されない反応管では反応液が分割されないことがあるので、生成される微粒子の単分散性が損なわれることになる。これに対して、分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積が、分岐チャンバーのバッファ空間容積以上に設定されていれば、複数の反応管すべてに対して確実かつ均等に分割剤が分配される。
【００２１】
各反応管をコイル状にすれば、管の流路長が同じでも、見かけの長さを短くすることができるので、装置をコンパクトにでき、また、管内を流通する反応液が管径方向に攪拌されやすい。
また、反応装置において、複数の反応管と、各反応管に、複数の原料を交互に導入する原料導入機構とを設けることによっても、複数の反応管を原料が流通しながら反応するものであり、且つ、各反応管を流通する原料が、互いにセグメントに分割されるで、単分散性の微粒子を量産することができる。
【００２２】
ここで、複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該バッファ空間槽に連通し、複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐チャンバーを設ければ、原料導入機構が簡素となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔実施の形態１〕
図１は、本発明の一実施形態にかかる反応装置１の構成を示す図である。
本実施形態にかかる反応装置１は、複数の原料（原料Ａ1と原料Ａ2）を反応させて、生成物Ｃを生成するものであって、原料Ａ1，Ａ2を混合して反応液Ｂを生成する混合部１０、混合部１０で生成された反応液Ｂを分流する分岐チャンバー２０、分岐チャンバー２０で分流された反応液Ｂを流通させながら反応を進めて生成物Ｃを生成する反応管ユニット３０、反応管ユニット３０を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するための分割剤Ｄを分岐チャンバー２０に間欠的に導入する分割剤導入機構４０などから構成されている。
【００２４】
この反応装置１では、使用する原料を選択することによって、様々な種類の微粒子を生成できる。
例えば、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウムといった各種酸化物の微粒子のほかに、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、硫化亜鉛といった化合物の微粒子、金、銀、パラジウム、コバルト、ニッケル、シリコン、ゲルマニウムといった金属または半金属の微粒子、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕのような蛍光体粒子を生成することができる。更に、無機物に限られず、有機化合物の微粒子を生成することもできる。
【００２５】
複数の原料として互いに溶解しあう性質のものを用いれば、反応液Ｂを均一相にすることができるが、反応液Ｂは、必ずしも均一相でなくてもよく、一方の原料が他方の原料に分散されていてもよい。
例えば、原料Ａ1として、水相としてのポリビニルアルコール水溶液、原料Ａ2として、分散相としてのジビニルベンゼン系モノマーの混合液を用いることによって、混合部１０で原料Ａ1と原料Ａ2とが混合されて、反応液Ｂ（水相に分散相の液滴が分散された液）が生成される。そして、その反応液Ｂが反応管ユニット３０を通過するときに、生成物Ｃとしてポリマーの微粒子が生成される。
【００２６】
混合部１０としては、複数の流路が合流する合流管を用いてもよいが、原料を十分に混合するために、乱流を発生させて混合させるミキサー、複数の層流を形成してその界面に生じるせん断流によって混合するミキサーを用いることが望ましく、特に、送り込まれる複数の原料を流通させながら連続的に混合するスタティックミキサーを用いることが望ましい。
【００２７】
ポンプＰ1は原料Ａ1を混合部１０に連続的に送り込み、ポンプＰ2は原料Ａ2を混合部１０に連続的に送り込む。送り込まれた原料Ａ1と原料Ａ2は、混合部１０内を流通しながら互いに混合され、反応液Ｂとして分割剤導入機構４０を経由して、分岐チャンバー２０に送り込まれる。
ポンプＰ1，Ｐ2は、ほぼ一定の流量で連続的に送液できるポンプであって、例えば、プランジャ−ポンプ、ローラーポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプが用いられる。原料供給源から原料を圧送されるようになっている場合は、ポンプＰ1，Ｐ2を用いる代わりに、流量コントローラを用いればよい。
【００２８】
分岐チャンバー２０は、その入口２６に送り込まれるバッファ空間２７内の反応液Ｂを複数の分岐路２１〜２５（図では、５つの流路に分岐させた場合を例示）に分配孔Ｈ１〜Ｈ５を通じて分配するものであって、入口２６と分岐路２１〜２５との間にバッファ空間２７が確保されているので、入口２６に供給される流体（反応液Ｂ）は各分岐路２１〜２５に反応液Ｂが均一的に分配される。
【００２９】
図２は、分岐チャンバー２０の具体例を示す斜視図である。分岐チャンバーの形状は特に限定されないが、図２に示す分岐チャンバー２０は、入口２６から分岐路２１〜２５側にかけて径が連続的に拡大しており、各分岐路２１〜２５に対して均一的に分配するのに適している。
分岐チャンバー２０を設置する向きに関しても特に限定されず、いずれの向きに設置しても実施できる。
【００３０】
分割剤は反応液に容易に溶解しない物質であれば液でもガスでも利用できるが、反応液と著しく比重が異なるガスを利用する場合は、入口２６を水平方向に向けて、流れ方向が水平方向になるように設置すれば、分岐チャンバー２０内に反応液Ｂと分割剤Ｄが共存するときに、流れ方向が重力方向に対して直交するので分岐チャンバー２０内を反応液Ｂが偏って流れる可能性があるが、これに対して、入口２６を鉛直上方または下方に向け、鉛直方向に流通するように設置すれば、流れ方向が重力方向と同じになるので、分岐チャンバー２０内で反応液Ｂが偏って流れにくいと考えられる。
【００３１】
反応管ユニット３０は、複数の反応管３１〜３５が並例に保持されて構成されている。これら複数の反応管３１〜３５（図では５本を例示）は、各分岐路２１〜２５に接続されており、所定温度に維持するために温度調節槽３６の中に設けられている。このように複数の反応管３１〜３５がユニット化されているので、装置構成がコンパクトで簡素となっており、反応管３１〜３５の温度を均一化するのにも有効である。
【００３２】
各反応管３１〜３５は、基本的に所定の形状を有するチューブであって、ステンレス、ハステロイなどの金属で形成された金属製チューブ、あるいは、ＰＰ、ＰＴＦＥなどの樹脂で形成された樹脂製チューブが用いられる。
ただし、必ずしもチューブである必要はなく、流路を形成したチップであってもよい。
反応管３１〜３５の形状は、直線状であってもよいし蛇行していてもよいが、コイル状（螺旋状）にすることによって、チューブの流路長が同じでも、見かけの全長（すなわち管入口から管出口までの直線距離）を短くすることができるので、反応管ユニット３０のサイズをコンパクトにできる点で有利である。また、反応管３１〜３５がコイル状であると、直線状である場合と比べて、流通する反応液Ｂが管径方向に攪拌されやすいので、生成される粒子の単分散性が良好になる点でも有利である。
【００３３】
各反応管３１〜３５の管径及び流路長は、当該管径及び流路長を大きく設定するほど、反応液Ｂが各反応管３１〜３５内に滞留する時間が長くなるので、反応液Ｂが目的とする生成物Ｃ（成長した微粒子）に変化するのに十分な反応時間だけ反応管３１〜３５内に滞留できるように設定する。各反応管３１〜３５の管径は、数十μｍ〜数ｍｍの範囲であるが、特に１００μｍ〜５００μｍの範囲が好ましい。流路長は、数十ｃｍ〜数十ｍ程度で、例えば１５ｍである。
【００３４】
温度調節槽３６には、温度調整された熱媒体Ｅが流され、それによって、反応管３１〜３５の温度は反応に適した温度に調整される。
温度調節槽３６の温度は低く設定するほど、反応速度を均一化させやすくその結果、単分散性は良好になるが、反応速度が小さくなるので反応管３１〜３５の流路長を大きく設定することが必要となる。
【００３５】
分割剤導入機構４０は、反応液Ｂが流通する主管４１に対して、分割剤Ｄを導入する導入管４２が接続された合流管を備え、主流に対して所定の角度をもたせて合流させる合流管、たとえば、Ｔ字管を用いることができる。導入管４２には分割剤Ｄを送出するポンプＰ3が接続されている。このポンプＰ3は、一定量の流体を間欠的に注入することができるポンプであって、例えばプランジャーポンプやローラーポンプ、シリンジポンプが用いられる。このポンプＰ3を間欠的に駆動することによって、分割剤Ｄは主管４１に対して間欠的に導入される。すなわち、ポンプＰ3が駆動されているときだけ分割剤Ｄが導入される。なお、分割剤Ｄがその供給源から圧送される場合（例えば分割剤Ｄの供給源が高圧ガスボンベの場合）は、ポンプＰ3の代わりに、開閉バルブを用いればよい。導入管４２と主管４１との連通部には分割剤と反応液とを仕切る分離膜を設けることもできる。この分離膜は、多孔性膜、多孔性撥水膜、ガス選択的透過膜とすることができる。
【００３６】
分割剤Ｄとしては、ここではＮ2ガスを用いることとするが、一般的に反応液Ｂに混合しにくい気体あるいは液体を用いればよい。気体としては、窒素のほか、アルゴン、ヘリウムのような不活性ガス、そのほかに、空気、水素も用いることができる。液体としては、反応液Ｂが親水性溶液の場合、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエンなどの疎水性溶剤を用いることができる。一方、反応液Ｂが親油性溶液の場合は、水、メチルアルコール、エチルアルコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの親水性溶剤を用いればよい。
【００３７】
なお、反応液Ｂのセグメント化を促進する上で、反応管３１〜３５を、流通する反応液Ｂに対して非親和性の材質にすることが有効である。すなわち、反応液Ｂが水性である場合、反応管３１〜３５をＰＴＦＥのような撥水性の材料で形成すれば、セグメント化が促進される。
分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔や１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、ポンプＰ3の駆動を、各設定値に合わせて駆動制御することによって調整される。
【００３８】
反応管ユニット３０の出口側には、各反応管３１〜３５から排出される生成物Ｃを集合させる合流部５０が設けられている。合流部５０には、上記分岐チャンバー２０と同様のものを用いることができる。
このような反応装置１において、ポンプＰ1及びポンプＰ2を駆動させて、原料Ａ1及び原料Ａ2を、混合部１０に連続的に送り込みながら、分割剤導入機構４０において所定量の分割剤Ｄを間欠的に導入することによって、分割剤Ｄは各反応管３１〜３５に並列的に分配されるので、反応管ユニット３０でを流通する反応液Ｂは分割剤Ｄで分割された状態で反応し、生成物Ｃが合流部５０から排出される。
【００３９】
（分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔、および１回の導入量について）
分割剤Ｄを間欠的に導入する時間間隔：
分割剤Ｄを間欠的に導入するときの時間間隔を短く設定するほど、セグメントの体積が小さくなるので、生成される微粒子の単分散性が良好になるが、各反応管３１〜３５内で分割剤Ｄの占める体積が大きくなるので、それだけ各反応管３１〜３５内で反応液Ｂが占める体積が小さくなってしまう。
【００４０】
従って、これらの点を考慮して、分割剤Ｄを間欠的に導入するときの時間間隔を設定する。
分割剤Ｄの導入量：
すべての反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するためには、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、（１つの反応管を流通する反応液をセグメントに分割するのに最低必要な分割剤の量×反応管の本数）以上に設定する必要がある。
【００４１】
更に、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）は、バッファ空間２７の容積以上に設定することが望ましい。ここで、バッファ空間２７の容積とは、分岐チャンバー２０において、入口２６の付け根から分岐路２１〜２５の付け根までの内部空間の体積を指す。
ただし、１回に導入する分割剤Ｄの量が多すぎると、各反応管３１〜３５内で分割剤Ｄの占める体積が大きくなり、それだけ各反応管３１〜３５内で反応液Ｂが占める体積が小さくなってしまうし、分割剤が連通部よりも上流側に逆流することも考えられるので、１回に導入する分割剤Ｄの量は、バッファ空間２７の容積と連通部までの（主管と、導入管との連通部）容積を加算した容積以下に設定することが好ましい。
【００４２】
上記のように１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）を、バッファ空間２７の容積以上に設定することによって、分割剤Ｄで分割された反応液Ｂは、分割された状態を保ったまま分岐チャンバー２０で分岐されて各反応管３１〜３５に流入する。従って、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂも、分割剤Ｄによって確実にセグメントに分割されるので、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００４３】
以下、その理由について、図３，４を参照しながら説明する。
図３，４は、反応液Ｂを供給しながら、分割剤導入機構４０で分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、図３は、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上の場合、図４は、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積未満の場合を示している。
【００４４】
図３，４において、（ａ）は分割剤Ｄを導入する直前、（ｂ）は分割剤導入機構４０で分割剤Ｄを導入している途中、（ｃ）は導入された分割剤Ｄが、分岐チャンバー２０に到達したとき、（ｄ）は、分割剤Ｄが各分岐路に分配される様子を示している。
分割剤導入機構４０で分割剤Ｄが導入されると、その分割剤Ｄは分岐チャンバー２０のバッファ空間２７に流れ込み、一旦バッファ空間２７に蓄えられるが、このとき、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上であるか否かによって、以下のように、分割剤Ｄが分岐路２１〜２５に分配される挙動に違いが生じる。
【００４５】
１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積以上である場合、図３（ｃ）に示すように、一旦分岐チャンバー２０内が分割剤Ｄで満たされた状態になるので、分割剤Ｄがすべての分岐路２１〜２５の根元部分に到達する。
次に、図３（ｃ）白抜矢印のように反応液Ｂが分岐チャンバー２０内に入ってくるのに伴って、分岐チャンバー２０内の分割剤Ｄが分岐路２１〜２５の方に押し出される。
【００４６】
このとき、すでに上記のように分岐路２１〜２５のいずれにも分割剤Ｄが分配供給されているので、それに続いて分岐路２１〜２５に対して分割剤Ｄが均一的に供給されやすいし、仮に分岐路２１〜２５に対する分割剤Ｄの供給量が不均一であったとしても、図３（ｄ）に示すように、各分岐路２１〜２５を流通する反応液Ｂはいずれもセグメント化される。
【００４７】
従って、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂもすべてセグメント化されるので、反応液Ｂの管径方向に均一化された状態で反応が進行する。よって、単分散性の良好な粒子が生成される。
一方、１回に導入する分割剤Ｄの量がバッファ空間２７の容積未満の場合は、図４（ｃ）に示すように、バッファ空間２７内が分割剤Ｄで満たされることがない。従って、分割剤Ｄがすべての分岐路２１〜２５の根元部分に到達しない状態で、図４（ｃ）白抜矢印のように反応液Ｂが分岐チャンバー２０内に入り、それに伴って、分岐チャンバー２０内の分割剤Ｄが分岐路２１〜２５の方に押し出される。
【００４８】
従って、分岐路２１〜２５に対する分割剤Ｄの分配が不均一になりやすいし、分岐路２１〜２５のすべてに対して分割剤Ｄが供給されない可能性もある。その場合、分岐路２１〜２５の中で、分割剤Ｄが供給されない分岐路を流通する反応液Ｂはセグメント化されない。例えば、図４（ｄ）に示すように、分岐路２１〜２５の中、分岐路２１〜２３には分割剤Ｄが供給されて、これを流通する反応液Ｂがセグメント化されるが、分岐路２４，２５には分割剤Ｄが供給されず、これを流通する反応液Ｂがセグメント化されない。
【００４９】
従って、反応管３１〜３５の一部（反応管３４，３５）を流通する反応液Ｂがセグメント化されず、反応液Ｂの管径方向に対する均一性が劣った状態で反応が進行する。よって、生成される粒子の単分散性が劣ることになる。
なお、上記の「１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）がバッファ空間２７の容積以上」という条件は、「分割剤Ｄの量」と「の容積」との相対的な関係なので、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の容積を通常のものよりもかなり小さく設定すれば、分割剤Ｄの導入量が少なくてもこの条件を満たすことはできる。
【００５０】
だだし、分岐チャンバー２０でバッファー効果を得るには、そのバッファ空間２７の容積をある程度確保することが好ましい。
（反応装置１の構成が簡素である点に関して）
反応装置１は、基本的に１つの分割剤Ｄ供給源（ポンプＰ３）から、複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
【００５１】
この反応装置１において、分割剤Ｄを間欠的に分岐チャンバー２０に導入するには、必ずしも分岐チャンバー２０の前段で分割剤Ｄを導入しなくてもよく、例えば、分岐チャンバー２０のバッファ空間２７の内部に分割剤Ｄを直接導入するようにしてもよい。しかし、その場合、分岐チャンバー２０として通常のものを用いることができず、分割剤Ｄを導入する導入管を設けた分岐チャンバーが必要となる。
【００５２】
また、後述する実施形態２のように、各分岐路２１〜２５に分割剤を導入するようにすれば、各反応管３１〜３５に確実に分割剤Ｄを供給することができる。しかし、その場合、分割剤導入のための合流管が複数（５個）接続されることとなり、その点で装置構成が複雑である。
これに対して、本実施形態の反応装置１においては、分割剤導入機構４０を分岐チャンバー２０の入口２６前段に設けているので、分割剤導入機構が１つだけあればよく、その点で装置構成が簡素であり、分岐チャンバー２０に一般的な分岐チャンバーを用いることができる。
〔実施の形態２〕
図５は、実施形態２にかかる反応装置２の構成を示す図である。
【００５３】
この反応装置２は、実施形態１の反応装置１と同様の構成であるが、分割剤導入機構の構成が異なっている。
すなわち、上記反応装置１では、分割剤導入機構４０が、分割剤Ｄを分岐チャンバー２０の入口側に間欠的に導入したのに対して、反応装置２では、分割剤導入機構６０が、分岐チャンバー２０の出口側にある各分岐路２１〜２５に対して順次、分割剤Ｄを間欠的に導入するようになっている。
【００５４】
分割剤導入機構６０の構成について以下に詳述する。
（分割剤導入機構６０の構成と動作）
分割剤導入機構６０には、分割剤Ｄ（Ｎ2ガス）を送り出すポンプＰ3と、ポンプＰ3から送り出された分割剤Ｄを、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する切換バルブ６６を備えている。そして、各導入管６１〜６５は、分岐路２１〜２５に合流するよう接続されている。
【００５５】
このように分割剤導入機構６０において、ポンプＰ3では連続的に分割剤Ｄを送出し、連続送出される分割剤Ｄを、切換バルブ６６で、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する。
複数の導入管に対して分割剤Ｄを順次切り換え供給する方式としては、１本づつ順に切り換えてもよいし、複数本づつ切り換えてもよい。
【００５６】
例えば、１本づつ順に切り換える例として、５本の導入管６１〜６５に対して、導入管６１，導入管６２，導入管６３，導入管６４，導入管６５の順で、一定時間づつ順次供給するのを１サイクルとして、このサイクルを繰り返して行なう。
これによって、各分岐路２１〜２５には、割り当てられた時間帯にだけ、分割剤Ｄが供給される。すなわち、反応管３１〜３５には、（ポンプＰ3の流量×割り充て時間）に相当する量づつ分割剤Ｄが順次間欠的に供給されることになる。
【００５７】
なお、各反応管に1回に導入される分割剤Ｄの量（体積）が、反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するために最低必要な量以上となるように、（ポンプＰ3の流量×割り充て時間）を設定することはいうまでもない。
（反応装置２による効果）
実施の形態１の反応装置１と同様に、各反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂがすべてセグメント化されるので、反応液Ｂの管径方向に均一化された状態で反応が進行し、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００５８】
実施の形態１の反応装置1と比べると、分岐路２１〜２５に対して複数の導入管６１〜６５を合流させている点で複雑ではあるが、本実施形態の反応装置２においても、基本的に１つの分割剤Ｄ供給源（ポンプＰ３）から、複数の反応管に分割剤を間欠的に導入するようにしている点で装置構成が簡素である。
また、実施の形態１の反応装置1ではポンプＰ3を間欠駆動させたが、本実施形態の反応装置２では、ポンプＰ3は、連続的に駆動させればよく、間欠駆動する必要がない。
【００５９】
〔実施の形態３〕
本実施の形態は、上記実施の形態１と実施の形態２と組み合わせた形態である。
図６は、本実施形態にかかる反応装置３を示す図である。
この反応装置３においては、上記反応装置２と同様に、分割剤導入機構６０が、分岐チャンバー２０の出口側にある各分岐路２１〜２５に対して順次、分割剤Ｄを間欠的に導入するようになっているが、更に、各分岐路２１，２２，２３，２４，２５の後段に、分岐チャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０が接続されており、各分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０から複数の反応管に、反応液及び分割剤が分配されるようになっている。
【００６０】
すなわち、分岐ャンバー１２０には、複数の分岐路１２１〜１２５が設けられ、この分岐路１２１〜１２５に反応管１３１〜１３５が接続されている。図示は省略しているが、 分岐ャンバー２２０，３２０，４２０にも、同様に、複数の分岐路が設けられ、その分岐路に反応管が接続されている。分岐ャンバー５２０にも、同様に複数の分岐路５２１〜５２５が設けられ、この分岐路５２１〜５２５に反応管５３１〜５３５が接続されている。
【００６１】
このような構成の反応装置３において、原料Ａ1，Ａ2が混合部１０で混合されて反応液Ｂが生成され、分岐チャンバー２０で分岐路２１〜２５に分配される。そして分配された反応液Ｂは、更に各分岐チャンバー１２０〜１２５で分配されて、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する。
一方、反応装置２で説明したのと同様に、分割剤導入機構６０では、ポンプＰ3では連続的に分割剤Ｄを送出し、連続送出される分割剤Ｄを、切換バルブ６６で、複数の導入管６１〜６５に対して順次切り換え供給する。これによって、各分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０には、分割剤が順次、間欠的に導入される。そして、分岐ャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０に間欠的に導入された分割剤は、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５に分配されて、反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５に間欠的に送り込まれる。従って、各反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する反応液Ｂは、分配された分割剤によってセグメントに分割された状態で流通する。
【００６２】
各分岐路２１〜２５に分割剤Ｄを順次導入する際に、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）については、実施の形態１で説明したように、各分岐チャンバー１２０，２２０，３２０、４２０，５２０のバッファ空間の容積以上に設定することが、各反応管１３１〜１３５，‥‥反応管５３１〜５３５を流通する反応液Ｂを確実にセグメント化し、単分散性の良好な粒子を生成する上で望ましい。
【００６３】
例えば、分岐路２１についてみると、１回に導入する分割剤Ｄの量（体積）を、分岐チャンバー１２０のバッファ空間の容積以上に設定することによって、分割剤Ｄで分割された反応液Ｂは、分割された状態を保ったまま分岐チャンバー１２０で分岐されて各反応管１３１〜１３５に流入する。従って、各反応管１３１〜１３５を流通する反応液Ｂも、分割剤Ｄによって確実にセグメントに分割される。従って、単分散性の良好な粒子が生成される。
【００６４】
以上のように、反応装置３によれば、分割剤導入機構６０が、反応装置１の分割剤導入機構の特徴及び効果、と反応装置２の分割剤導入機構の特徴及び効果を合わせもつ。
（実施の形態１〜３に対する変形例）
上記説明では、反応装置１〜３で、単分散性の良好な微粒子を生成することができることを説明したが、反応装置１〜３は、必ずしも微粒子を生成する場合に限らず、例えば液状の生成物を生成する場合にも適用でき、その場合でも、分割剤の導入量を分岐チャンバーのバッファ空間容積以上に設定して、複数の反応管を流通する反応液を確実にセグメント化することによって、各反応管内で反応液の均一性を高めた状態で反応を進行させることができる点で有効である。
【００６５】
また、上記反応装置１〜３では、混合部１０，分岐チャンバー２０，反応管ユニットが連結接続されており、複数の原料を混合して反応液を連続的に生成しながら、生成された反応液を、連続してその後段で反応管を流通させながら反応させるようになっているが、複数の原料を混合する工程と、反応液を反応管に流通させながら反応する工程とは、必ずしも連続していなくてもよい。
【００６６】
例えば、複数の原料を混合した状態で反応を抑えながら貯蔵し、その後、貯蔵された液を反応液として反応管に流通させながら反応させるようにしてもよい。
また、上記反応装置１〜３では、各反応管を流通する反応液をセグメント化するのに、
反応液Ｂに対して分割剤導入機構で分割剤Ｄを間欠的に導入することによって行なったが、必ずしも分割剤導入機構を設けなくてもよく、例えば、原料Ａ1，原料Ａ2の一方又は両方に分割剤Ｄを溶解させておいて、反応管ユニット３０中で反応液Ｂから分割剤Ｄを分離するようにしてもよい。例えば、反応装置１において、分割剤導入機構４０を省略して、
原料Ａ1，原料Ａ2の一方又は両方に、分割剤Ｄとしてのガス（Ｎ2ガス）を溶解させておいて、温度調節槽３６の温度を高温に設定することによって、反応液Ｂ中に溶解しているガスが反応管ユニット３０中で反応液Ｂから分離される。従って、そのようにして反応管ユニット３０中で分離されるガスで、反応管３１〜３５を流通する反応液Ｂをセグメント化するようにしてもよい。
【００６７】
〔実施の形態４〕
上記実施の形態１〜３にかかる反応装置１〜３では、原料Ａ1，を混合して反応液Ｂを生成し、これに分割剤Ｄを導入することによって、各反応管を流通する反応液Ｂをセグメントに分割するようにしたが、本実施の形態にかかる反応装置４では、原料Ａ1と原料Ａ2とを交互に導入し、導入された原料Ａ1及び原料Ａ2は、互いにセグメント化された状態で各反応管に導入される。
【００６８】
図７は、反応装置４の構成を示す図である。この反応装置４は、反応装置１と同様の構成であるが、混合部１０や分割剤導入機構４０は設けられておらず、分岐チャンバー２０の入口２６に接続された主管７０に、原料Ａ1を送り込むポンプＰ1及び原料Ａ2を送り込むポンプＰ2が接続されている。
ポンプＰ1とポンプＰ2とは交互に駆動され、それによって、原料Ａ1と原料Ａ2が、交互に主管７０に送り込まれる。交互に送り込まれた原料Ａ1及び原料Ａ2は各々、セグメント化された状態で、分岐チャンバー２０で分岐路２１〜２５に分配される。従って、各分岐路２１〜２５に接続された反応管３１〜３５には、原料Ａ1及び原料Ａ2が交互に送り込まれ、原料Ａ1及び原料Ａ2がセグメント化された状態で流れる。
【００６９】
各反応管３１〜３５には、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通するが、流通しながら、原料Ａ1と原料Ａ2との界面部分で反応が進行して生成物Ｃが生成される。
このように、反応装置４においては、各反応管３１〜３５を、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通しながら、反応が進行するので、生成物Ｃの単粒子性は良好なものとなる。
【００７０】
また、原料Ａ1と原料Ａ2を、個別に各反応管３１〜３５に導入するのではなく分岐チャンバー２０に導入して、そこから各反応管３１〜３５分配するようにしているので、原料を導入する機構が簡素である。
ここで、原料Ａ1及び原料Ａ2を交互に主管７０に導入する際に、１回に導入する原料Ａ1の量（体積）及び １回に導入する原料Ａ2の量は、ともに分岐チャンバー２０のバッファ空間の容積以上に設定することが、単分散性の良好な粒子を生成するの好ましい。
【００７１】
これは実施の形態１で分割剤Ｄについて説明したのと同様の理由で、原料Ａ1及び原料Ａ2が交互に分岐チャンバー２０に送り込まれるときにも、１回の導入量が分岐チャンバー２０のバッファ空間の容積以上に設定されていると、各反応管３１〜３５流通する原料Ａ1及び原料Ａ2を各々確実にセグメント化することができるからである。
なお、上記の反応装置４では、原料Ａ1及び原料Ａ2を主管７０に交互に導入し、それを分岐チャンバー２０で分岐するようにしたが、原料Ａ1だけを分岐チャンバー２０で分岐し、実施の形態２の反応装置２と同様に原料Ａ2を分岐管２１〜２５に順次間欠的に導入することによっても、セグメント化された原料Ａ1及び原料Ａ2が流通しながら、反応が進行するので、生成物Ｃの単粒子性は良好なものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、複数の原料を混合した反応液を反応管に流通させながら反応させて生成物を生成する反応装置、特に、マイクロチューブに反応液を流通させながら微粒子を合成する反応装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施の形態１にかかる反応装置１の構成を示す図である。
【図２】分岐チャンバー２０の具体例を示す斜視図である。
【図３】分割剤導入機構４０に分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、１回に導入する分割剤Ｄの量が分岐チャンバー２０の容積以上の場合を示す。
【図４】分割剤導入機構４０に分割剤Ｄを導入したときの分割剤導入機構４０内部及び分岐チャンバー２０内部の様子を示す概略断面図であって、１回に導入する分割剤Ｄの量が分岐チャンバー２０の容積未満の場合を示す。
【図５】実施の形態２にかかる反応装置２の構成を示す図である。
【図６】実施の形態３にかかる反応装置３の構成を示す図である。
【図７】実施の形態４にかかる反応装置４の構成を示す図である。
【図８】従来例にかかるセグメント方式による管状リアクター装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０ 混合部
２０ 分岐チャンバー
２１〜２５ 分岐路
２６ 分岐チャンバーの入口
２７ バッファ空間
３０ 反応管ユニット
３１〜３５ 反応管
３６ 温度調節槽
４０，６０ 分割剤導入機構
５０ 合流部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の原料を混合して反応液を生成する混合部と、
前記反応液を流通させながら反応させるユニット化された複数の反応管と、
前記複数の反応管を流通する反応液を分割する分割剤を供給する分割剤供給源
と、
当該分割剤供給源から前記複数の反応管に分割剤を間欠的に導入する分割剤導入
機構とを備えることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記分割剤導入機構は、
複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該
バッファ空間槽に連通し、前記複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐
チャンバーを含んでいることを特徴とする請求項１記載の反応装置。
【請求項３】
前記分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積は、前記バッファ空間槽の容積以上に設定されていることを特徴とする請求項２記載の反応装置。
【請求項１】
複数の原料を混合して反応液を生成する混合部と、
前記反応液を流通させながら反応させるユニット化された複数の反応管と、
前記複数の反応管を流通する反応液を分割する分割剤を供給する分割剤供給源
と、
当該分割剤供給源から前記複数の反応管に分割剤を間欠的に導入する分割剤導入
機構とを備えることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記分割剤導入機構は、
複数の反応管に対して分配されるべき反応液を貯留するバッファ空間槽と、該
バッファ空間槽に連通し、前記複数の反応管に対応して形成された分配孔を有した分岐
チャンバーを含んでいることを特徴とする請求項１記載の反応装置。
【請求項３】
前記分割剤導入機構が１回に導入する分割剤の体積は、前記バッファ空間槽の容積以上に設定されていることを特徴とする請求項２記載の反応装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−６１７３５（Ｐ２００７−６１７３５Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５０８１１（Ｐ２００５−２５０８１１）
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月３１日（２００５．８．３１）
【出願人】（３９００２４４４２）株式会社ワイエムシィ (22)
【出願人】（０００２１９３１４）東レエンジニアリング株式会社 (505)
【Ｆターム（参考）】
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