流体の混合装置、これを集積化した流体混合装置および流体混合システム
【課題】基板面に対して特定の角度を有して噴出させた流体同士を混合させる流体の混合装置を提供する。
【解決手段】流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口とを備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させた流体の混合装置。
【解決手段】流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口とを備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させた流体の混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴出し、流体同士を混合させる流体の混合装置、これを集積化した流体混合装置および流体混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタに用いられる顔料等の製造に係る化学工業や医薬品、試薬等の製造に係る医薬品工業の分野では、マイクロミキサー又はマイクロリアクターと呼ばれる微小容器を用いた新しい製造プロセスの開発が進められている。従来のバッチ式の反応装置においては一次生成物が反応装置内で引き続き反応をしてしまうことから、生成物の不均一性を生じることがある。特に微粒子を製造する場合においては、いちど生成した微粒子の一次粒子が反応によりさらに成長して微粒子の大きさに不均一さが生じる可能性がある。
【０００３】
それに対しマイクロミキサーでは流体同士がマイクロスケールの流路内を連続的に殆ど滞留することなく流通するため、いちど生成した微粒子が再び反応することを防止でき、微粒子の大きさの均一性を高めることができる。
【０００４】
なお、マイクロミキサーとマイクロリアクターとは基本的な構造が共通であるが、特に、複数の溶液を混合する際に化学反応を伴うものをマイクロリアクターと言う場合がある。このことから、マイクロミキサーには、マイクロリアクターが含まれるものとして以下の説明を行う。
【０００５】
このようなマイクロミキサーとしては、図１５に示すように、２つの流体を高速で混合して固体析出物を生成する方法が開示されている（特許文献１）。
これは、２つの流体がオリフィス１０１、１０２に供給され、つづいて末広がり遮蔽部１０３を高速で通過することにより、ジェット衝突混合室１０４にて固体析出物を生成する方法である。
【０００６】
また、図１６に示すように、斜めのノズルが機械加工により形成された金属製のマイクロミキサーが販売されている。
例えば、アイエムエム社製、インピンジング マイクロ ジェット ミキサー（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ Ｍａｉｎｚ社製 Ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ Ｊｅｔ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｘｅｒ）がある。
【０００７】
これは、ノズル１０５、１０６より流体を噴出させ、噴出された流体を空気中で混合させるマイクロミキサーである。
また、特許文献２には、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドが開示されている。このヘッドは、基板に２つの流路をずらせて連結して設け、インクを一方の流路から導入し、連結部に設けられた発熱体でインクを発泡して、他方の流路から吐出するヘッドである。このヘッドからのインクの吐出方向は、基板面に対して直角方向である。また、１つのインクを吐出するものであり、２つ以上の流体を混合することの開示はない。
【特許文献１】特開２００２−３３６６６７号公報
【特許文献２】特開平９−１８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなマイクロミキサーを用いれば、混合及び反応の場として大容積のタンク等を用いたバッチ法と比較し、微小でかつ狭い粒度分布を有する粒子を生成することができる。
【０００９】
しかし、上記のような方法において、さらに粒子の微小化と粒径の均一化を図るためには、さらに混合効率を向上させる必要がある。そのためにはノズルを小径化し流体の絶対量を小さくする必要がある。また、ミキサーの生産性を上げるためには、ノズルを多数作成する必要がある。しかし、一般的な機械加工の方法では、ノズルの小径化に限界がある。ノズルを多数作成する場合、機械加工やレーザー加工では多大な時間を要し、コストアップの要因になる。また、ノズルの位置やサイズに高い精度を求めることは困難である。また、一般的な機械加工では、穴の形状が丸に限定されていた。
【００１０】
一方、フォトリソグラフィーとシリコンのドライエッチングを用いれば、直径数十μｍでかつ数千ものノズルを高い位置精度で一括に作製することができる。しかし、一般的に基板に対して垂直方向にエッチングされるため、流体を斜めに噴出させるノズルを作成することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、基板面に対して特定の角度を有して噴出させた流体同士を混合させる流体の混合装置およびその製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、上記の流体の混合装置を用いた集積化した流体混合装置を提供するものである。さらに、前記集積化流体混合装置を用いた流体混合システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により提供される流体の混合装置は、流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする流体の混合装置である。
【００１４】
本発明の流体の混合装置は、複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有し、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給されるようにして集積化したものを包含する。
【００１５】
また、本発明により提供される流体の混合システムは、本発明の混合装置を備えた流体の混合システムであって、前記流体の混合装置に供給する流体を貯留する供給物貯留手段と、前記流体の混合装置に供給する流体の温度を調整する温度制御手段と、前記供給物貯留手段から流体を前記流体の混合装置に搬送する搬送手段と、該搬送手段を制御する流体制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体の温度を調整する温度制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体を貯留する流出物貯留手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明により提供される流体混合装置の製造方法は、基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のフォトリソグラフィ−とドライエッチングからなる半導体製造技術を用いて微小な流体噴出手段を基板上に作成し、流体を基板面に対して特定の角度で噴出させることができる。これにより、流体を噴出する噴出口（ノズルとも称する）を小径化でき、複数のノズルを高い位置精度で構成した流体噴出手段を用いた集積化流体混合装置を実現できる。また、ノズルを多数作成する場合、従来の一般的な機械加工に比べて加工時間を短縮できるため、コストを低減できる。また、流体噴出手段のノズルの穴の形状は丸に限定されてない。
【００１８】
従来、実験的な製造設備により製造された少量の混合物質を大規模の製造設備により多量に製造するためには、新たにプラント設計が必要となり反応の再現性を得るために多大の労力および時間を費やしてきた。本発明の流体混合システムを用いれば、流体混合装置を集積化することで必要とする製造量に対応することができるため、上記の労力および時間を大幅に減少できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の流体の混合装置は、流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする。
【００２０】
前記流体は、互いに平行な第一の流路と第二の流路とを通って前記噴出口に至り、第一の流路と第二の流路はそれぞれの一方の端部で且つそれぞれの流路における中心軸からずれた側部で連結された構成とすることができる。
【００２１】
また、複数の噴出口の間に凹みを備えた構成とすることもできる。
そして、複数の噴出口の間に柱構造を備えた構成とすることもできる。
噴出口の周囲は撥水撥油処理されていてもよい。
【００２２】
基板は、シリコンを含有する材料からなり、流路は半導体微細加工により形成されていることが好ましい。前記基板は、シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜、シリコンが積層されて構成することもできる。また、第一の流路および第二の流路は耐薬品性を備えていることが好ましい。
【００２３】
また、２つの噴出口より噴出させる流体の進行方向をそれぞれ前記基板表面に対して傾斜させて２つの流体を混合させる構成とすることもできる。
また、一つの噴出口に連通する流路が１つが直線状の流路からなり、流体を基板表面に対して垂直方向に噴出する構成とすることもできる。
【００２４】
また、複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有する構成とすることもできる。
また、少なくとも二種類の流体を混合させる流体の混合装置であって、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給される構成とすることもできる。
【００２５】
また、第一及び第二の噴出口を備えた基板と、第一及び第二の供給流路を備えた供給板と、を互いに接合した構成とすることもできる。
また、本発明の流体混合装置の製造方法は、基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする。
【００２６】
次に、流体混合装置に用いられる流体噴出手段について説明する。
図１は、本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の一実施態様を示す概略図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図を示す。図１に示す流体噴出手段は傾斜流体噴出手段である。
【００２７】
流体混合装置は、基板１１と、該基板１１に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体噴出手段２０１を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている。
【００２８】
図１に示す様に、流体噴出手段２０１は、互に平行な第一の流路１２と、第二の流路１３を有する。第一の流路１２の一方の端部の側部１４と、第二の流路１３の一方の端部の側部１５は開口しており、該側部１４と側部１５は貫通して連結している。ここで、第一の流路１２の中心軸と第二の流路１３の中心軸は、互いにずれて配されている。第一の流路１２の他方の端部の導入口２０２から流体を導入し、第二の流路１３の他方の端部の噴出口２０３から、流路１２、１３の平行方向１６に対して傾斜して流体は噴出する。この流体噴出手段２０１は、傾斜して流体は噴出するので傾斜流体噴出手段と称する。
【００２９】
上記の様に、流体噴出手段２０１は、基板１１を貫通する第一の流路１２と、第二の流路１３からなる流路２０４を有する。
また、流路２０４の連結部２０５により、第一の流路１２の導入口２０２と、第二の流路１３の噴出口２０３とが連結されている。さらに、流路２０４は、導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８とが一致しないように構成されている。流体を導入口２０２より特定の圧力により導入することにより、流体は基板面の直角方向に対して特定の角度２０６を有して噴出口２０３から噴出される。
【００３０】
連結部２０５の長さは、流路２０４の導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８の間の距離ｗ１３を示す。
図２は、本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の他の実施態様を示す断面図である。図２の連結部の長さは、図１の連結部の長さより短い。即ち、図２は、流路２０４の導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８の間の距離が短い流体噴出手段を示す。
【００３１】
噴出の様子について、数値流体計算でシミュレーションを行った。計算結果について図１を用いて説明する。
流体は水とし、基板の厚さｔ11が２００μｍ、導入口２０２の幅ｗ11、噴出口２０３の幅ｗ12が１００μｍ、連結部２０５の高さｈ11が５０μｍとした。ここで、噴出口２０３から連結部２０５までの高さｈ12を１０μｍ、２５μｍ、５０μｍに変えて計算を行った。
【００３２】
その結果、ｈ12が１０μｍのとき最大噴出角度２０６は約４８°、ｈ12が２５μｍのとき最大噴出角度２０６は約３５°、ｈ12が５０μｍのとき最大噴出角度２０６は約１８°であった。いずれの形状の場合も、流速が２０ｍ／ｓを超えると噴出角度が安定することがわかった。噴出角度が安定する流速以上で本発明の装置を運転することが望ましい。
【００３３】
流体噴出手段の上記の各部分の数値を以下に示す。
導入口の幅ｗ11は、１０μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、特に好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３４】
噴出口の幅ｗ12は、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以上２００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
連結部の高さｈ11は、１０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３５】
連結部の長さは、５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上８００μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
噴出口から連結部までの高さｈ12は、５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３６】
流体の流速は、少なくとも１ｍ／ｓ以上、好ましくは１ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下の範囲とすることが適切である。
流体の圧力は少なくとも１ｋＰａ以上の圧力で導入することが好ましい。この場合、前記の流速範囲で流体を噴出させることが可能である。
【００３７】
噴出角度２０６は、１０°以上８０°以下、好ましくは１０°以上６０°以下、特に好ましくは２０°以上４５°以下の範囲とすることが適切である。
また、顔料を生成するためには、導入口の幅ｗ11が１００μｍ以上５００μｍ以下、噴出口の幅ｗ12が１μｍ以上２００μｍ以下、連結部の高さｈ11が４０μｍ以上８０μｍ以下、噴出口から連結部までの高さｈ12は、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲が好ましい。
【００３８】
本発明に用いる流体は粘度の大きさに関わらず用いることができる。しかし、一般的に流体の粘度が高くなるほど噴出口を通過する際の圧力損失は大きくなる。従って、噴出させる流体の粘度が高い場合は、流路２０４の断面および連結部２０５の面積を大きくすることが望ましい。
【００３９】
また、本発明の流体噴出手段について、噴出口の断面形状は、特に制限されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。流路の断面形状は、特に制限されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。
【００４０】
なお、噴出口の断面形状が円、楕円の場合には、端部の側部１４と端部の側部１５が重複する面積が噴出口の断面の面積の１／１０以上１／２以下であることが好ましい。連結部は四角形とするのが好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中における、寸法、形状、材質、作製プロセスは一例であり、本発明の用件を満たす範囲内であれば、設計事項として任意に変更することができる。
【００４２】
実施例１
図３および図４は、実施例１の流体混合装置の説明図である。図３は流体混合装置の断面図、図４は図３の噴出口側から観察した図を示す。図３は図４のＢ−Ｂ’線断面図を示す。
【００４３】
流体混合装置４０１は、基板に流体噴出手段４０２および４０３を備えており、流体噴出手段４０２、４０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。流体噴出手段４０２および４０３はいずれも傾斜流体噴出手段である。
【００４４】
流体が混合されるまでの経路について、図３および図４を用いて説明する。第１の流体４０４を導入口４０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体４０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口４０８から噴出される。同様に、第２の流体４０５を導入口４０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体４０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口４０９から噴出される。噴出された第１の流体４０４および第２の流体４０５は、流体混合装置４０１の下方で交差し混合される。
【００４５】
さらに、図４に示すように、流体噴出手段４０２と流体噴出手段４０３の間には凹み４１０が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口４０８の周囲に付着した第１の流体４０４が、噴出口４０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口４０９の周囲に付着した第２の流体４０５が、噴出口４０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段４０２と流体噴出手段４０３の間の凹み４１０は、流体噴出手段４０２および流体噴出手段４０３の周りを囲んでいることが望ましい。その理由は、噴出口４０８の周囲に付着した第１の流体４０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。尚、凹み４１０は必須な構成ではない。
【００４６】
さらに、図４に示すように、噴出口４０８、４０９の周囲４１１は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。例えば、撥水撥油性を有する樹脂をスピンコーターにより成膜し、その後必要な領域のみパターニングすることも可能である。
【００４７】
本実施例の流体混合装置は、流体を混合して行われる反応の結果、固体物を生成する反応に特に有効である。その理由は、流路外で反応が生じて固体物が生成するため、流路内につまりが生じることがないためである。
【００４８】
実施例２
図１２は実施例２の流体混合装置を説明する説明図である。図１２（ａ）は流体混合装置の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の噴出口側から観察した図である。図１２（ａ）は図１２（ｂ）のＦ−Ｆ’線断面図を示す。
【００４９】
流体混合装置１２０１は、基板に流体噴出手段１２０２および１２０３を備えており、流体噴出手段１２０２、１２０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。流体噴出手段１２０２および１２０３はいずれも傾斜流体噴出手段である。
【００５０】
流体が混合されるまでの経路について、図１２（ａ）を用いて説明する。第１の流体１２０４を導入口１２０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体１２０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１２０８から噴出される。
【００５１】
同様に、第２の流体１２０５を導入口１２０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体１２０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１２０９から噴出される。
【００５２】
噴出された第１の流体１２０４および第２の流体１２０５は、流体混合装置１２０１の下方で交差し混合される。
さらに、図１２（ａ）に示すように、流体噴出手段１２０２と流体噴出手段１２０３の間には柱構造１２１２が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１２０８の周囲に付着した第１の流体１２０４が、噴出口１２０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１２０９の周囲に付着した第２の流体１２０５が、噴出口１２０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１２０２と流体噴出手段１２０３の間の柱構造１２１２は、流体噴出手段１２０２および流体噴出手段１２０３の周りを囲んでいることが望ましい。これにより、噴出口１２０８の周囲に付着した第１の流体１２０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１２０９の周囲に付着した第２の流体１２０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。尚、１２１２柱構造は必須な構成ではない。
【００５３】
さらに、図１２（ｂ）に示すように、噴出口１２０８、１２０９の周囲１２１３は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。例えば、撥水撥油性を有する樹脂をスピンコーターにより成膜し、その後必要な領域のみパターニングすることも可能である。
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００５４】
実施例３（傾斜流体噴出手段と直線流体噴出手段からなる流体混合装置）
図５は、実施例３の流体混合装置を説明する断面図である。図５（ａ）は流体混合装置の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の噴出口側から観察した図を示す。図５（ａ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’線断面図を示す。
【００５５】
流体混合装置５０１は、流体噴出手段５０２と５０３を備えた流体混合装置である。流体噴出手段５０２は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段５０３は直線状の流路５００からなり、流体を直線方向に噴出する直線流体噴出手段である。
【００５６】
また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。
流体が混合されるまでの経路について、図５（ａ）を用いて説明する。第１の流体５０４を導入口５０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体５０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口５０８から噴出される。
【００５７】
同様に、第２の流体５０５を導入口５０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体５０５は基板面に対して垂直の方向に噴出口５０９から噴出される。
噴出された第１の流体５０４および第２の流体５０５は、流体混合装置５０１の下方で交差し混合される。
【００５８】
図５（ｂ）に示すように、噴出口５０８は長方形、噴出口５０９は円形である。これにより、第２の流体５０５の噴出方向にズレが生じても、第１の流体５０４は帯状に噴出されるため、必ず衝突させることができる。
【００５９】
さらに、噴出口５０９は噴出口５０８の長辺方向に複数配置することにより、第１の流体５０４と第２の流体５０５の混合比を変えることができる。なお、噴出口の形状は前記の形状に限定されず、例えば直径の異なる円形の噴出口の組み合わせや、長方形と長方形の組み合わせであってもよい。
【００６０】
噴出口５０８、５０９の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口５０８、５０９の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００６１】
流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間には凹みが設けられていることが望ましい。これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が、噴出口５０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が、噴出口５０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００６２】
流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が、噴出口５０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が、噴出口５０８へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００６３】
また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の柱構造は、流体噴出手段５０２および流体噴出手段５０３の周りを囲んでいることが望ましい。
これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【００６４】
同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００６５】
第１の流体５０４の表面張力は第２の流体５０５の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。
【００６６】
また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００６７】
実施例４（噴出口が円弧形状の傾斜流体噴出手段を用いた流体混合装置）
図１３は実施例４の流体混合装置の説明図である。
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は流体混合装置の断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）および図１３（ｂ）の噴出口側から観察した図を示す。
【００６８】
図１３（ａ）は図１３（ｃ）のＧ−Ｇ’線断面図、図１３（ｂ）は図１３（ｃ）のＨ−Ｈ’線断面図を示す。
流体混合装置１３０１は、流体噴出手段１３０２、１３０３を備えた流体混合装置である。流体噴出手段１３０２は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段１３０３は基板を垂直に貫通した流路を有する直線流体噴出手段である。
【００６９】
流体噴出手段１３０２は、噴出口１３１１が円弧形状の流体噴出手段である。流体噴出手段１３０２および１３０３は互いに噴出方向が１つの位置で交差するように配置されている。
【００７０】
流体が混合されるまでの経路について、図１３（ａ）を用いて説明する。第１の流体１３０５を導入口１３０８より特定の圧力により導入することにより、第１の流体１３０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１３１１から噴出される。
【００７１】
同様に、第２の流体１３０６を導入口１３０９より特定の圧力により導入することにより、第２の流体１３０６は基板面に対して垂直の方向に噴出口１３１２から噴出される。このとき、第１の流体１３０５は円弧形状でかつ帯状に噴出される。これにより、噴出された第１の流体１３０５および第２の流体１３０６は、流体混合装置１３０１の下方で交差し混合される。
【００７２】
噴出口１３１１、１３１２の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口１３１１、１３１２の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００７３】
流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間には凹みが設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が、噴出口１３１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００７４】
同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が、噴出口１３１１へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００７５】
流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が、噴出口１３１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００７６】
同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が、噴出口１３１１へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の柱構造は、流体噴出手段１３０２および流体噴出手段１３０３の周りを囲んでいることが望ましい。
【００７７】
これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が他の方向へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００７８】
第１の流体１３０５の表面張力は第２の流体１３０６の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。
【００７９】
そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
【００８０】
本実施例の流体混合装置は、流体噴出手段１３０２の噴出口１３１１を円弧形状にすることにより、第１の流体１３０５を円弧形状でかつ帯状に噴出させることが可能である。これにより、第２の流体１３０６の噴出方向にズレが生じても、必ず第１の流体１３０５と衝突させることができる。
【００８１】
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００８２】
実施例５（２つの位置で交差する流体混合装置）
図６は、実施例５の流体混合装置を説明する断面図である。
【００８３】
流体混合装置６０１は、流体噴出手段６０２、６０３、６０４を備えた流体混合装置である。流体噴出手段６０２と６０４は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段６０３は基板を垂直に貫通した流路を有する直線流体噴出手段である。
【００８４】
流体噴出手段６０２は、噴出口６１１の断面積が噴出口６１３の断面積に比べて大きい流体噴出手段である。流体噴出手段６０２、６０４、流体噴出手段６０３は互いに噴出方向が２つの位置で交差するように配置されている。
【００８５】
流体が混合されるまでの経路について、図６を用いて説明する。第１の流体６０５を導入口６０８より特定の圧力により導入することにより、第１の流体６０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口６１１から噴出される。
【００８６】
同様に、第２の流体６０６を導入口６０９より特定の圧力により導入することにより、第２の流体６０６は基板面に対して垂直の方向に噴出口６１２から噴出される。
さらに、第３の流体６０７を導入口６１０より特定の圧力により導入することにより、第３の流体６０７は基板面に対して特定の角度を有して噴出口６１３から噴出される。このとき、第３の流体６０７の噴出角度は第１の流体６０５の噴出角度と異なる。
【００８７】
これにより、噴出された第１の流体６０５および第２の流体６０６は、流体混合装置６０１の下方で交差し混合され、つづいて第３の流体６０７と交差し混合される。
噴出口６１１、６１２、６１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口６１１、６１２、６１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００８８】
流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間には凹みが設けられていることが望ましい。
これにより、噴出口６１１の周囲に付着した第１の流体６０５が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１２の周囲に付着した第２の流体６０６が、噴出口６１１、６１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００８９】
同様に、噴出口６１３の周囲に付着した第３の流体６０７が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００９０】
流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間には柱構造が設けられていることが望ましい。
これにより、噴出口６１１の周囲に付着した第１の流体６０５が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１２の周囲に付着した第２の流体６０６が、噴出口６１１、６１３へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１３の周囲に付着した第３の流体６０７が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００９１】
また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の柱構造は、流体噴出手段６０２および流体噴出手段６０３の周りを囲んでいることが望ましい。
【００９２】
これにより、噴出口６１１および噴出口６１３の周囲に付着した第１の流体６０５および第２の流体６０７が、他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００９３】
第１の流体６０５および第３の流体６０７の表面張力は第２の流体６０６の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。
【００９４】
このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。
【００９５】
また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
本実施例の流体混合装置は、少なくとも３つ以上の流体噴出手段を、噴出方向が少なくとも２つの位置で交差するように配置することにより、必要な順番で化学反応を実施することが可能である。
【００９６】
さらに、本発明の流体混合装置は、任意の数のノズルを配置することで、任意の数の種類の流体を混合する流体混合装置を構成することができる。
【００９７】
実施例６（集積化流体混合装置）
図７は、実施例６の集積化流体混合装置を説明する図である。
【００９８】
図７（ａ）は集積化流体混合装置７０１の断面図である。図７（ｂ）は集積化流体装置７０１を噴出口側から観察した図である。図７（ａ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’線断面図を示す。
【００９９】
集積化流体混合装置７０１は、本発明の流体混合装置を備えた基板７０２と、２種類の流体を該流体混合装置に供給するための供給流路が形成された供給板７０３とが互いに接合されたものである。
【０１００】
図７（ａ）を用いて、流体が噴出されるまでの経路を示す。供給板７０３に形成された流体供給口（図示しない）から第１の反応液が供給流路７０４に導入される。
第１の反応液は供給流路７０４を通過し、導入口７０６を通って、流路７０８に導入される。流路７０８を通過した流体は噴出口７１２から噴出される。第２の反応液は供給流路７０５を通って、流路７０９に導入される。
【０１０１】
流路７０９を通過した流体は噴出口７１３から噴出される。これにより、噴出口７１２および７１３から噴出された流体は基板７０２の下方で交差し混合される。
各部の寸法を以下に説明する。供給板７０３の厚みｔ61は１０００μｍであり、供給流路７０４の幅ｗ61、供給流路７０５の幅ｗ62はともに５００μｍである。また、供給流路７０４、７０５の深さｄ61は８００μｍである。
【０１０２】
基板７０２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ64は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ63は０．５μｍ、支持基板層ｔ62は２００μｍである。
基板７０２に形成される導入口７０６の幅ｗ63、導入口７０７の幅ｗ64、噴出口７１２の幅ｗ65、噴出口７１３の幅ｗ66は、それぞれ１００μｍである。さらに、連結部７１０の高さｈ61、連結部７１１の高さｈ62はそれぞれ５０μｍである。
【０１０３】
供給流路７０４、供給流路７０５、流路７０８および流路７０９はシリコン窒化膜８０７が成膜されている。これは、アルカリの反応液に対して耐性をもつためである。
噴出口７１２、７１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口７１２、７１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１０４】
実施例１と同様に、噴出口７１２と噴出口７１３の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、噴出口７１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口７１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１０５】
同様に、噴出口７１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口７１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口７１２と噴出口７１３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１０６】
実施例２と同様に、噴出口７１２と噴出口７１３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口７１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口７１１へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１０７】
同様に、噴出口７１１の周囲に付着した第２の流体が、噴出口７１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口７１２と噴出口７１３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１０８】
次に、本実施例の集積化流体混合装置の作製工程を説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、基板７０２の作製方法を、基板７０２の断面図にて示したものである。
まず、使用するＳＯＩ基板は、活性層８０１の厚さが２５μｍ、シリコン酸化膜層８０２の厚さが０．５μｍ、支持基板層８０３の厚さが２００μｍである［図８（ａ）］。
【０１０９】
まず、活性層８０１の側にフォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジスト８０４により噴出口７１２、７１３のパターンを形成する。次に、フォトレジスト８０４をエッチングマスクとしてＳＯＩ基板７０２を、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ２５μｍの噴出口を形成する［図８（ｂ）］。
【０１１０】
次に、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）によりシリコン酸化膜８０２を除去した後、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ５０μｍの連結部７１０、７１１を形成する［図８（ｃ）］。
【０１１１】
次に、支持基板層８０３の側にフォトリソグラフィ法を用いて、レジスト８０５により導入口７０６、７０７のパターンを形成する［図８（ｄ）］。
次に、活性層８０１の側にフォトレジスト８０６を厚さ１５μｍ成膜する。噴出口のパターンを保護するためである［図８（ｅ）］。
【０１１２】
次に、支持基板層８０３の側（先ほどのエッチング面の裏側の面側）より、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりエッチングを行う。これによりエッチングストッパーであるシリコン酸化膜８０２に到達するまでドライエッチングし、流路７０８、７０９の残りを形成する［図８（ｆ）］。
【０１１３】
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジストを除去した後、液温１１０℃の硫酸および過酸化水素水の混合溶液により基板を洗浄する［図８（ｇ）］。
最後に、減圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ法）によりシリコン窒化膜を成膜する［図８（ｈ）］。
【０１１４】
次に、供給板７０３の作製工程について説明する。まず、シリコン基板８０８を用意する。フォトレジスト８０９により供給流路７０４、７０５のパターンを形成する。
次に、フォトレジスト８０９をエッチングマスクとしてシリコン基板８０８を、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ８００μｍの供給流路を形成する［図８（ｉ）、（ｊ）］
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジスト８０９を除去した後、液温１１０℃の硫酸および過酸化水素水の混合溶液により基板を洗浄する［図８（ｋ）］。
【０１１５】
最後に、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を成膜する［図８（ｌ）］。
以上の方法で作製された基板７０２および供給板７０３は基板間直接接合により接合する［図８（ｍ）］。
【０１１６】
次に、実施例６の集積化流体混合装置７０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実施例を示す。
第１の反応液はイオン交換水を使用する。第２の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０質量部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
【０１１７】
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調整する。
【０１１８】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。
第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。第１の反応液は噴出口７１２より流速５０ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は噴出口７１３より流速２３．３ｍ／ｓで噴出される。
【０１１９】
これにより、２つの噴出口より噴出された反応液は基板７０２の下方で交差し混合される。混合の結果、溶解した顔料が貧溶媒である水との接触により析出する。
さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成する。
【０１２０】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１２１】
実施例７（シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜およびシリコンが積層された流体混合装置）
図１４は、実施例７の集積化流体混合装置を説明する図である。
【０１２２】
図１４（ａ）は集積化流体混合装置１４０１の断面図である。図１４（ｂ）は集積化流体装置１４０１を噴出口側から観察した図である。
図１４（ａ）は図１４（ｂ）のＩ−Ｉ’線断面図を示す。集積化流体混合装置１４０１は、本発明の流体混合装置を備えた基板１４０２と、２種類の流体を該流体混合装置に供給するための供給流路が形成された供給板１４０３とが互いに接合されたものである。
【０１２３】
図１４（ａ）を用いて、流体が噴出されるまでの経路を示す。供給板１４０３に形成された流体供給口（図示しない）から第１の反応液が供給流路１４０４に導入される。
第１の反応液は供給流路１４０４を通過し、導入口１４０６を通って、流路１４０８に導入される。流路１４０８を通過した流体は噴出口１４１２から噴出される。第２の反応液は供給流路１４０５を通って、流路１４０９に導入される。流路１４０９を通過した流体は噴出口１４１３から噴出される。これにより、噴出口１４１２および１４１３から噴出された流体は基板１４０２の下方で交差し混合される。
【０１２４】
各部の寸法を以下に説明する。供給板１４０３の厚みｔ91は１０００μｍであり、供給流路１４０４の幅ｗ91、供給流路１４０５の幅ｗ92はともに５００μｍである。また、供給流路１４０４、１４０５の深さｄ91は８００μｍである。
【０１２５】
基板１４０２は、シリコン層、シリコン酸化膜層、シリコン層、シリコン酸化膜層およびシリコン層が積層された基板を用いて構成されている。
シリコン層ｔ96は１００μｍ、シリコン酸化膜層ｔ95は０．５μｍ、シリコン層ｔ94は５０μｍ、シリコン酸化膜層ｔ93は０．５μｍ、シリコン層ｔ92は２００μｍである。
【０１２６】
基板１４０２に形成される導入口１４０６の幅ｗ93、導入口１４０７の幅ｗ94、噴出口１４１２の幅ｗ95、噴出口１４１３の幅ｗ96は、それぞれ２５０μｍである。さらに、連結部１４１０の高さは、シリコン層ｔ94と同じ５０μｍである。
【０１２７】
噴出口１４１２、１４１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口１４１２、１４１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１２８】
実施例１と同様に、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、噴出口１４１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口１４１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１２９】
同様に、噴出口１４１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１３０】
実施例２と同様に、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間には柱構造を設けることが望ましい。これにより、噴出口１４１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１４１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１３１】
本実施例の集積化流体混合装置は実施例６と同様の作製方法で作製することができる。
噴出角度は連結部の高さ１４１０に依存するため、連結部１４１０は高い加工精度が求められる。本実施例の集積化流体混合装置は連結部１４１０の高さがシリコン層ｔ94で規定されるため、連結部１４１０は高い精度で加工することができる。その理由は以下のとおりである。シリコン酸化膜層ｔ95は導入口１４０６および導入口１４０７のエッチングストップ層になる。
【０１３２】
このため、導入口１４０６および導入口１４０７の深さはシリコン層ｔ92およびシリコン酸化膜層ｔ93、シリコン層ｔ94で規定される。
一方、シリコン酸化膜層ｔ93は噴出口１４１２および噴出口１４１３のエッチングストップ層になる。このため、噴出口１４１２および噴出口１４１３の深さはシリコン層ｔ96およびシリコン酸化膜層ｔ95で規定される。
【０１３３】
従って、連結部１４１０の高さはシリコン層ｔ94で規定され、高い精度で加工することができる。
次に、実施例７の集積化流体混合装置１４０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実施例を示す。
【０１３４】
第１の反応液はイオン交換水を使用する。第２の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０質量部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
【０１３５】
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調整する。
【０１３６】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。
第１の反応液は噴出口１４１２より流速１０ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は噴出口１４１３より流速１０ｍ／ｓで噴出される。これにより、２つの噴出口より噴出された反応液は基板１４０２の下方で交差し混合される。
【０１３７】
混合の結果、溶解した顔料が貧溶媒である水との接触により析出する。さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成する。
【０１３８】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。
市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１３９】
実施例８（直線流体噴出手段を１つと傾斜流体噴出手段を４つ用いた流体混合装置）
図９は、実施例８の集積化流体混合装置９０１を説明する概略図である。図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は、集積化流体混合装置９０１の噴出口側から観察した図である。図９（ａ）は図９（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面図を示す。
【０１４０】
集積化流体混合装置９０１は流体混合装置を備えた基板９０２と、流体を供給するための供給流路が形成された供給板９０３、９０４とが接合されたものである。基板９０２に形成された流体混合装置は反応液を噴出させるための流体噴出手段を５つ備えており、それぞれの流体噴出手段は噴出方向が交差するように配置されている。
【０１４１】
各基板について説明する。供給板９０３は第２の反応液を供給するための供給流路９０６と第１の反応液を通過させるための供給流路９０７が形成されている。
供給板９０４は第１の反応液を供給するための供給流路９０５が形成されている。
【０１４２】
基板９０２は第１の反応液を噴出させるための流体噴出手段９０８と、第２の反応液を噴出させるための流体噴出手段９０９が形成されている。
次に、各基板の材質および寸法を説明する。
【０１４３】
供給板９０３、９０４はシリコンである。供給板９０３の厚さｔ71、供給板９０４の厚さｔ72はともに５００μｍである。
供給流路９０５の幅ｗ71は２０００μｍ、供給流路９０６の幅ｗ72は１７００μｍである。供給流路９０５の深さｄ71、供給流路９０６の深さｄ72はともに４００μｍである。また、供給流路９０７の直径φ71は４７０μｍ、深さは５００μｍである。
【０１４４】
次に、基板９０２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ73は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ74は０．５μｍ、支持基板層ｔ75は２００μｍである。
流体噴出手段９０８の直径φ71は４７０μｍである。流体噴出手段９０９は、導入口の幅ｗ73が１００μｍ、導入口の幅ｗ74が１００μｍ、噴出口の幅ｗ75が１００μｍ、噴出口の幅ｗ76が１００μｍである。
【０１４５】
また、流体噴出手段９０９の噴出口と、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。
これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１４６】
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、流体噴出手段９０９の噴出口の周囲に付着した第１の反応液が、流体噴出手段９０８の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１４７】
同様に、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に付着した第２の反応液が、流体噴出手段９０９の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１４８】
実施例２と同様に、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間には柱構造を設けることが望ましい。
これにより、流体噴出手段９０９の噴出口の周囲に付着した第１の反応液が、流体噴出手段９０８の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１４９】
同様に、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に付着した第２の反応液が、流体噴出手段９０９の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１５０】
次に、本実施例の集積化流体混合装置９０１の作製方法について説明する。基板９０２、供給板９０３および９０４は実施例４と同様、フォトリソグラフィ法とＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングにより作製する。
【０１５１】
最後に、基板９０２、供給板９０３および９０４は熱融着法により接合される。
次に、集積化流体混合装置９０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実際の例を示す。
【０１５２】
第１の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第１の反応液を調整する。第２の反応液はイオン交換水を使用する。
【０１５３】
第１の反応液は流体噴出手段９０８より基板に対して垂直に噴出させる。その理由を以下に説明する。第１の反応液は第２の反応液に比べて表面張力が小さく、噴出口周辺部に濡れやすい。
【０１５４】
仮に、第１の反応液を基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝わっていく恐れがある。従って、第１の反応液は基板に対して垂直に噴出させる。
【０１５５】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。第１の反応液は流路９０８より流速１．４ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は流路９０９より流速５．８ｍ／ｓで噴出される。
【０１５６】
これにより、５つの噴出口より噴出された流体は流路９０２の下方で交差し混合される。混合の結果、溶解した顔料が水との接触により析出する。さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成される。
【０１５７】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。
上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。
従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１５８】
実施例９（複数の流体混合装置および供給流路を備えた集積化流体混合装置）
図１０Ａは、実施例６の集積化流体混合装置１００１を説明する概略図である。図１０Ｂは、供給板１００３の平面図である。
【０１５９】
図１０Ｃは図１０ＢのＥ−Ｅ’線断面を表す図である。図１０Ｄは図１０ＢのＦ−Ｆ’線断面を表す図である。図１０Ｅは図１０ＡのＧ−Ｇ’線断面の一部を表す図である。
図１０Ａを用いて集積化流体混合装置１００１について説明する。
【０１６０】
集積化流体混合装置１００１は、実施例４で説明した流体混合装置７０１を複数備えた基板１００２と、反応液を供給するための供給流路１００８、１００９を備えた供給板１００３とが互いに接合されたものである。
【０１６１】
基板１００２は流体混合装置７０１が１２５０配置されている。供給板１００３は第１の反応液１００４を供給するための供給口１００６と、第２の反応液１００５を供給するための供給口１００７が形成されている。
【０１６２】
次に、各基板の材質および寸法を説明する。供給板１００３はシリコンであり厚さｔ81は１０００μｍである。供給流路１００８の幅ｗ81は５００μｍ、深さｄ81は８００μｍである。供給流路１００９の幅ｗ82は５００μｍ、深さｄ82は８００μｍである。
【０１６３】
供給口１００６の直径φ81は１０００μｍ、深さｄ83は２００μｍであり、供給流路１００８と連結している。同様に、供給口１００７の直径φ82は１０００μｍ、深さｄ84は２００μｍであり、供給流路１００９と連結している。
【０１６４】
次に、基板１００２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ82は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ83は０．５μｍ、支持基板層ｔ84は２００μｍである。流体混合装置７０１は実施例６で説明したものと同じである。
【０１６５】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。
これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１６６】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第１の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【０１６７】
同様に、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第２の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１６８】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間には柱構造を設けることが望ましい。これにより、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第１の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【０１６９】
同様に、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第２の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１７０】
次に、本実施例の集積化流体混合装置１００１の作製方法について説明する。基板１００２および供給板１００３は実施例４と同様、フォトリソグラフィ法とＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングにより作製する。
【０１７１】
これにより、基板１００２に流体混合装置７０１を複数一括作製することができる。同様に、供給板１００３に供給流路１００８、１００９を複数一括作製することができる。最後に、基板１００２と供給板１００３は熱融着法により互いに接合される。
【０１７２】
次に、図１０Ａ乃至図１０Ｅを用いて流体が混合されるまでの経路について説明する。図１０Ｃに示すように、第１の反応液１００４はコネクタ１０１１より供給口１００６に導入され、供給流路１００８に供給される。
【０１７３】
また、図１０Ｄに示すように、第２の反応液１００５はコネクタ１０１２より供給口１００７に導入され、供給流路１００９に供給される。
次に、図１０Ｂに示すように、第１の反応液１００４は複数に分岐された供給流路１００８に供給される。矢印１０１３は第１の反応液１００４の流れを示している。また、第２の反応液１００５は複数に分岐された供給流路１００９に供給される。
【０１７４】
矢印１０１４は第２の反応液１００５の流れを示している。
次に、図１０Ｅに示すように、第１の反応液１００４は供給流路１００８より流体混合装置７０１に導入される。
【０１７５】
また、第２の反応液１００５は供給流路１００９より流体混合装置７０１に導入される。最後に、第１の反応液１００４および第２の反応液１００５は交差し混合される。
図１０Ａに示すように、個々の流体混合装置７０１により混合された生成物は矢印１０１０の方向へ流出される。
【０１７６】
本発明の集積化流体混合装置１００１は、流体混合装置の生産性を上げる場合に特に有効である。その理由は、フォトリソグラフィ−とシリコンのドライエッチングにより、複数の流体混合装置を高い位置精度で一括作製することができるからである。
【０１７７】
これにより、一般的な機械加工に比べて加工時間を短縮でき、コストアップを抑えることができる。
【０１７８】
実施例１０（流体混合システム）
図１１は、前記集積化流体混合装置を用いた流体混合システムの概略図である。
図１１に示す流体混合システム１１０１について説明する。
流体混合システム１１０１は、流体を搬送するための高圧ガス１１０２、搬送圧力を制御するためのレギュレータ１１０３、反応液を貯留する第１の反応液タンク１１０４と第２の反応液タンク１１０５を備える。更に、反応液の流量を監視するための流量計１１０６、第１の反応液と第２の反応液の温度を調整するためのヒータ１１１と温度計１１１２を備える。同様に集積化流体混合装置１１０７から流出した反応液の温度を管理するヒータ１１３と温度計１１１４、集積化流体混合装置１１０７が組み込まれた反応容器１１０８、反応生成物を回収する回収タンク１１１０を備える。
【０１７９】
本実施例の流体混合システムを利用し、マゼンタ顔料の分散体を多量に製造する実際の例について説明する。
第１の反応液タンク１１０４には実施例４で記載した顔料溶解液、第２の反応液タンク１１０５にはイオン交換水が貯留されている。それぞれの反応液は２５℃で一定になるようにヒータ１１１１および温度計１１１２で調整されている。それぞれの反応液は、高圧ガス１１０２の圧力により反応容器１１０８へ搬送される。
【０１８０】
このとき、流量計１１０６を監視しレギュレータ１１０３を調節することにより、反応液の流量を制御する。
これにより、顔料溶解液は流速２３．３ｍ／ｓ、水は流速５０ｍ／ｓで噴出し、集積化流体混合装置１１０７の下方、反応容器１１０８内で交差し混合される。
【０１８１】
反応容器１１０８内部は２５℃で一定になるようにヒータ１１１１および温度計１１１２で調整されている。混合の結果、生成されたマゼンタ顔料の分散体１１０９は回収タンク１１１０に回収される。
【０１８２】
本実施例の流体混合システムにより、毎時１６５０Ｌの顔料分散体を製造することができる。
反応液を一定の温度に調整することにより、顔料分散体の平均粒径のばらつきを低減することができる。
【０１８３】
従来、実験的な製造設備により製造された少量の混合物質を大規模の製造設備により多量に製造するためには、新たにプラント設計が必要となり反応の再現性を得るために多大の労力および時間を費やしてきた。
【０１８４】
本発明の流体混合システムは、流体混合装置を集積化することで必要となる製造量に対応することができるため、上記の労力および時間を大幅に減少できる。
さらに、本発明の流体混合システムは、任意の数の集積化流体混合装置を配置することで、必要となる製造量に対応した流体混合システムを構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明の流体混合装置は、基板面に対して特定の角度を有して流体を噴出させる流体噴出手段を用いて、噴出させた流体同士を混合させることができるので、化学工業、生化学工業、食品工業、製薬工業等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の他の実施態様を示す概略図である。
【図３】実施例１に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図４】実施例１に用いた流体混合装置を説明する説明図である。
【図５】実施例３に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図６】実施例５に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図７】実施例６に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図８Ａ】実施例６に用いた集積化流体混合装置の製造方法を示す工程図である。
【図８Ｂ】実施例６に用いた集積化流体混合装置の製造方法を示す工程図である。
【図９】実施例８に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ａ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｂ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｃ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｄ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｅ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１１】実施例１０に用いた流体混合システムの概略図である。
【図１２】実施例２に用いた流体混合装置を説明する概略である。
【図１３】実施例４に用いた流体混合装置を説明する概略図である。
【図１４】実施例７に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１５】従来のマイクロミキサーを説明する概略図である。
【図１６】従来のマイクロミキサーを説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１８７】
１１ 基板
１２ 第一の流路
１３ 第二の流路
１４ 第一の流路の端部の側部
１５ 第二の流路の端部の側部
１６ 平行方向
１０１、１０２ オリフィス
１０３ 末広がり遮蔽部
１０４ ジェット衝突混合室
１０５、１０６ ノズル
２０１ 流体噴出手段
２０２ 導入口
２０３ 噴出口
２０４ 基板を貫通する流路
２０５ 連結部
２０６ 噴出角度
２０７ 導入口断面の重心を結んだ軸
２０８ 噴出口断面の重心を結んだ軸
３０１ 集積化流体噴出手段
３０２、３０３ 流体噴出手段
３０４、３０５ 噴出口
３０６ 噴出口の間の凹み
４０１ 流体混合装置
４０２、４０３ 流体噴出手段
４０４ 第１の流体
４０５ 第２の流体
４０６、４０７ 導入口
４０８、４０９ 噴出口
４１０ 流体噴出手段の間の凹み
４１１ 周囲
５０１ 流体混合装置
５０２、５０３ 流体噴出手段
５０４ 第１の流体
５０５ 第２の流体
５０６、５０７ 導入口
５０８、５０９ 噴出口
６００ 流路
６０１ 流体混合装置
６０２、６０３、６０４ 流体噴出手段
６０５ 第１の流体
６０６ 第２の流体
６０７ 第３の流体
６０８、６０９、６１０ 導入口
６１１、６１２、６１３ 噴出口
７０１ 集積化流体混合装置
７０２ 流体混合装置を備えた基板
７０３ 供給流路を備えた供給板
７０４ 第１の反応液を供給する供給流路
７０５ 第２の反応液を供給する供給流路
７０６、７０７ 導入口
７０８、７０９ 流路
７１０、７１１ 連結部
７１２、７１３ 噴出口
８０１ ＳＯＩ基板の活性層
８０２ ＳＯＩ基板のシリコン酸化膜層
８０３ ＳＯＩ基板の支持基板層
８０４、８０５、８０６、８０９ フォトレジスト
８０７、８１０ シリコン窒化膜
８０８ シリコン基板
９０１ 集積化流体混合装置
９０２ 流体混合装置を備えた基板
９０３、９０４ 供給流路を備えた供給板
９０５ 第１の反応液を供給するための供給流路
９０６ 第２の反応液を供給するための供給流路
９０７ 第１の反応液を通過させるための供給流路
９０８、９０９ 流体噴出手段
１００１ 集積化流体混合装置
１００２ 流体混合装置を複数備えた基板
１００３ 供給流路を複数備えた供給板
１００４ 第１の反応液
１００５ 第２の反応液
１００６、１００７ 供給口
１００８、１００９ 供給流路
１０１０ 生成物
１０１１、１０１２ コネクタ
１０１３ 第１の反応液の流れ
１０１４ 第２の反応液の流れ
１１０１ 流体混合システム
１１０２ 高圧ガス
１１０３ レギュレータ
１１０４ 第１の反応液タンク
１１０５ 第２の反応液タンク
１１０６ 流量計
１１０７ 集積化流体混合装置
１１０８ 反応容器
１１０９ 反応生成物
１１１０ 回収タンク
１１１１、１１１３ ヒータ
１１１２、１１１４ 温度計
１２０１ 流体混合装置
１２０２、１２０３ 流体噴出手段
１２０４ 第１の流体
１２０５ 第２の流体
１２０６、１２０７ 導入口
１２０８、１２０９ 噴出口
１２１２ 柱構造
１２１３ 周囲
１３０１ 流体混合装置
１３０２、１３０３ 流体噴出手段
１３０５ 第１の流体
１３０６ 第２の流体
１３０８、１３０９ 導入口
１３１１、１３１２ 噴出口
１４０１ 集積化流体混合装置
１４０２ 基板
１４０３ 供給板
１４０４、１４０５ 供給流路
１４０６、１４０７ 導入口
１４０８、１４０９ 流路
１４１０、１４１１ 連結部
１４１２、１４１３ 噴出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を噴出し、流体同士を混合させる流体の混合装置、これを集積化した流体混合装置および流体混合システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタに用いられる顔料等の製造に係る化学工業や医薬品、試薬等の製造に係る医薬品工業の分野では、マイクロミキサー又はマイクロリアクターと呼ばれる微小容器を用いた新しい製造プロセスの開発が進められている。従来のバッチ式の反応装置においては一次生成物が反応装置内で引き続き反応をしてしまうことから、生成物の不均一性を生じることがある。特に微粒子を製造する場合においては、いちど生成した微粒子の一次粒子が反応によりさらに成長して微粒子の大きさに不均一さが生じる可能性がある。
【０００３】
それに対しマイクロミキサーでは流体同士がマイクロスケールの流路内を連続的に殆ど滞留することなく流通するため、いちど生成した微粒子が再び反応することを防止でき、微粒子の大きさの均一性を高めることができる。
【０００４】
なお、マイクロミキサーとマイクロリアクターとは基本的な構造が共通であるが、特に、複数の溶液を混合する際に化学反応を伴うものをマイクロリアクターと言う場合がある。このことから、マイクロミキサーには、マイクロリアクターが含まれるものとして以下の説明を行う。
【０００５】
このようなマイクロミキサーとしては、図１５に示すように、２つの流体を高速で混合して固体析出物を生成する方法が開示されている（特許文献１）。
これは、２つの流体がオリフィス１０１、１０２に供給され、つづいて末広がり遮蔽部１０３を高速で通過することにより、ジェット衝突混合室１０４にて固体析出物を生成する方法である。
【０００６】
また、図１６に示すように、斜めのノズルが機械加工により形成された金属製のマイクロミキサーが販売されている。
例えば、アイエムエム社製、インピンジング マイクロ ジェット ミキサー（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ Ｍａｉｎｚ社製 Ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ Ｊｅｔ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｘｅｒ）がある。
【０００７】
これは、ノズル１０５、１０６より流体を噴出させ、噴出された流体を空気中で混合させるマイクロミキサーである。
また、特許文献２には、インクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドが開示されている。このヘッドは、基板に２つの流路をずらせて連結して設け、インクを一方の流路から導入し、連結部に設けられた発熱体でインクを発泡して、他方の流路から吐出するヘッドである。このヘッドからのインクの吐出方向は、基板面に対して直角方向である。また、１つのインクを吐出するものであり、２つ以上の流体を混合することの開示はない。
【特許文献１】特開２００２−３３６６６７号公報
【特許文献２】特開平９−１８０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなマイクロミキサーを用いれば、混合及び反応の場として大容積のタンク等を用いたバッチ法と比較し、微小でかつ狭い粒度分布を有する粒子を生成することができる。
【０００９】
しかし、上記のような方法において、さらに粒子の微小化と粒径の均一化を図るためには、さらに混合効率を向上させる必要がある。そのためにはノズルを小径化し流体の絶対量を小さくする必要がある。また、ミキサーの生産性を上げるためには、ノズルを多数作成する必要がある。しかし、一般的な機械加工の方法では、ノズルの小径化に限界がある。ノズルを多数作成する場合、機械加工やレーザー加工では多大な時間を要し、コストアップの要因になる。また、ノズルの位置やサイズに高い精度を求めることは困難である。また、一般的な機械加工では、穴の形状が丸に限定されていた。
【００１０】
一方、フォトリソグラフィーとシリコンのドライエッチングを用いれば、直径数十μｍでかつ数千ものノズルを高い位置精度で一括に作製することができる。しかし、一般的に基板に対して垂直方向にエッチングされるため、流体を斜めに噴出させるノズルを作成することは困難であった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、基板面に対して特定の角度を有して噴出させた流体同士を混合させる流体の混合装置およびその製造方法を提供するものである。
【００１２】
また、上記の流体の混合装置を用いた集積化した流体混合装置を提供するものである。さらに、前記集積化流体混合装置を用いた流体混合システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により提供される流体の混合装置は、流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする流体の混合装置である。
【００１４】
本発明の流体の混合装置は、複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有し、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給されるようにして集積化したものを包含する。
【００１５】
また、本発明により提供される流体の混合システムは、本発明の混合装置を備えた流体の混合システムであって、前記流体の混合装置に供給する流体を貯留する供給物貯留手段と、前記流体の混合装置に供給する流体の温度を調整する温度制御手段と、前記供給物貯留手段から流体を前記流体の混合装置に搬送する搬送手段と、該搬送手段を制御する流体制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体の温度を調整する温度制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体を貯留する流出物貯留手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明により提供される流体混合装置の製造方法は、基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来のフォトリソグラフィ−とドライエッチングからなる半導体製造技術を用いて微小な流体噴出手段を基板上に作成し、流体を基板面に対して特定の角度で噴出させることができる。これにより、流体を噴出する噴出口（ノズルとも称する）を小径化でき、複数のノズルを高い位置精度で構成した流体噴出手段を用いた集積化流体混合装置を実現できる。また、ノズルを多数作成する場合、従来の一般的な機械加工に比べて加工時間を短縮できるため、コストを低減できる。また、流体噴出手段のノズルの穴の形状は丸に限定されてない。
【００１８】
従来、実験的な製造設備により製造された少量の混合物質を大規模の製造設備により多量に製造するためには、新たにプラント設計が必要となり反応の再現性を得るために多大の労力および時間を費やしてきた。本発明の流体混合システムを用いれば、流体混合装置を集積化することで必要とする製造量に対応することができるため、上記の労力および時間を大幅に減少できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の流体の混合装置は、流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする。
【００２０】
前記流体は、互いに平行な第一の流路と第二の流路とを通って前記噴出口に至り、第一の流路と第二の流路はそれぞれの一方の端部で且つそれぞれの流路における中心軸からずれた側部で連結された構成とすることができる。
【００２１】
また、複数の噴出口の間に凹みを備えた構成とすることもできる。
そして、複数の噴出口の間に柱構造を備えた構成とすることもできる。
噴出口の周囲は撥水撥油処理されていてもよい。
【００２２】
基板は、シリコンを含有する材料からなり、流路は半導体微細加工により形成されていることが好ましい。前記基板は、シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜、シリコンが積層されて構成することもできる。また、第一の流路および第二の流路は耐薬品性を備えていることが好ましい。
【００２３】
また、２つの噴出口より噴出させる流体の進行方向をそれぞれ前記基板表面に対して傾斜させて２つの流体を混合させる構成とすることもできる。
また、一つの噴出口に連通する流路が１つが直線状の流路からなり、流体を基板表面に対して垂直方向に噴出する構成とすることもできる。
【００２４】
また、複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有する構成とすることもできる。
また、少なくとも二種類の流体を混合させる流体の混合装置であって、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給される構成とすることもできる。
【００２５】
また、第一及び第二の噴出口を備えた基板と、第一及び第二の供給流路を備えた供給板と、を互いに接合した構成とすることもできる。
また、本発明の流体混合装置の製造方法は、基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする。
【００２６】
次に、流体混合装置に用いられる流体噴出手段について説明する。
図１は、本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の一実施態様を示す概略図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面図を示す。図１に示す流体噴出手段は傾斜流体噴出手段である。
【００２７】
流体混合装置は、基板１１と、該基板１１に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体噴出手段２０１を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている。
【００２８】
図１に示す様に、流体噴出手段２０１は、互に平行な第一の流路１２と、第二の流路１３を有する。第一の流路１２の一方の端部の側部１４と、第二の流路１３の一方の端部の側部１５は開口しており、該側部１４と側部１５は貫通して連結している。ここで、第一の流路１２の中心軸と第二の流路１３の中心軸は、互いにずれて配されている。第一の流路１２の他方の端部の導入口２０２から流体を導入し、第二の流路１３の他方の端部の噴出口２０３から、流路１２、１３の平行方向１６に対して傾斜して流体は噴出する。この流体噴出手段２０１は、傾斜して流体は噴出するので傾斜流体噴出手段と称する。
【００２９】
上記の様に、流体噴出手段２０１は、基板１１を貫通する第一の流路１２と、第二の流路１３からなる流路２０４を有する。
また、流路２０４の連結部２０５により、第一の流路１２の導入口２０２と、第二の流路１３の噴出口２０３とが連結されている。さらに、流路２０４は、導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８とが一致しないように構成されている。流体を導入口２０２より特定の圧力により導入することにより、流体は基板面の直角方向に対して特定の角度２０６を有して噴出口２０３から噴出される。
【００３０】
連結部２０５の長さは、流路２０４の導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８の間の距離ｗ１３を示す。
図２は、本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の他の実施態様を示す断面図である。図２の連結部の長さは、図１の連結部の長さより短い。即ち、図２は、流路２０４の導入口２０２の断面の中心を結んだ軸２０７と、噴出口２０３の断面の中心を結んだ軸２０８の間の距離が短い流体噴出手段を示す。
【００３１】
噴出の様子について、数値流体計算でシミュレーションを行った。計算結果について図１を用いて説明する。
流体は水とし、基板の厚さｔ11が２００μｍ、導入口２０２の幅ｗ11、噴出口２０３の幅ｗ12が１００μｍ、連結部２０５の高さｈ11が５０μｍとした。ここで、噴出口２０３から連結部２０５までの高さｈ12を１０μｍ、２５μｍ、５０μｍに変えて計算を行った。
【００３２】
その結果、ｈ12が１０μｍのとき最大噴出角度２０６は約４８°、ｈ12が２５μｍのとき最大噴出角度２０６は約３５°、ｈ12が５０μｍのとき最大噴出角度２０６は約１８°であった。いずれの形状の場合も、流速が２０ｍ／ｓを超えると噴出角度が安定することがわかった。噴出角度が安定する流速以上で本発明の装置を運転することが望ましい。
【００３３】
流体噴出手段の上記の各部分の数値を以下に示す。
導入口の幅ｗ11は、１０μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、特に好ましくは１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３４】
噴出口の幅ｗ12は、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２５０μｍ以下、特に好ましくは１μｍ以上２００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
連結部の高さｈ11は、１０μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、特に好ましくは４０μｍ以上８０μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３５】
連結部の長さは、５μｍ以上１０００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上８００μｍ以下、特に好ましくは５０μｍ以上６００μｍ以下の範囲とすることが適切である。
噴出口から連結部までの高さｈ12は、５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下、特に好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３６】
流体の流速は、少なくとも１ｍ／ｓ以上、好ましくは１ｍ／ｓ以上１００ｍ／ｓ以下の範囲とすることが適切である。
流体の圧力は少なくとも１ｋＰａ以上の圧力で導入することが好ましい。この場合、前記の流速範囲で流体を噴出させることが可能である。
【００３７】
噴出角度２０６は、１０°以上８０°以下、好ましくは１０°以上６０°以下、特に好ましくは２０°以上４５°以下の範囲とすることが適切である。
また、顔料を生成するためには、導入口の幅ｗ11が１００μｍ以上５００μｍ以下、噴出口の幅ｗ12が１μｍ以上２００μｍ以下、連結部の高さｈ11が４０μｍ以上８０μｍ以下、噴出口から連結部までの高さｈ12は、１０μｍ以上５０μｍ以下の範囲が好ましい。
【００３８】
本発明に用いる流体は粘度の大きさに関わらず用いることができる。しかし、一般的に流体の粘度が高くなるほど噴出口を通過する際の圧力損失は大きくなる。従って、噴出させる流体の粘度が高い場合は、流路２０４の断面および連結部２０５の面積を大きくすることが望ましい。
【００３９】
また、本発明の流体噴出手段について、噴出口の断面形状は、特に制限されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。流路の断面形状は、特に制限されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。
【００４０】
なお、噴出口の断面形状が円、楕円の場合には、端部の側部１４と端部の側部１５が重複する面積が噴出口の断面の面積の１／１０以上１／２以下であることが好ましい。連結部は四角形とするのが好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明する。なお、実施例中における、寸法、形状、材質、作製プロセスは一例であり、本発明の用件を満たす範囲内であれば、設計事項として任意に変更することができる。
【００４２】
実施例１
図３および図４は、実施例１の流体混合装置の説明図である。図３は流体混合装置の断面図、図４は図３の噴出口側から観察した図を示す。図３は図４のＢ−Ｂ’線断面図を示す。
【００４３】
流体混合装置４０１は、基板に流体噴出手段４０２および４０３を備えており、流体噴出手段４０２、４０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。流体噴出手段４０２および４０３はいずれも傾斜流体噴出手段である。
【００４４】
流体が混合されるまでの経路について、図３および図４を用いて説明する。第１の流体４０４を導入口４０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体４０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口４０８から噴出される。同様に、第２の流体４０５を導入口４０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体４０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口４０９から噴出される。噴出された第１の流体４０４および第２の流体４０５は、流体混合装置４０１の下方で交差し混合される。
【００４５】
さらに、図４に示すように、流体噴出手段４０２と流体噴出手段４０３の間には凹み４１０が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口４０８の周囲に付着した第１の流体４０４が、噴出口４０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口４０９の周囲に付着した第２の流体４０５が、噴出口４０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段４０２と流体噴出手段４０３の間の凹み４１０は、流体噴出手段４０２および流体噴出手段４０３の周りを囲んでいることが望ましい。その理由は、噴出口４０８の周囲に付着した第１の流体４０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。尚、凹み４１０は必須な構成ではない。
【００４６】
さらに、図４に示すように、噴出口４０８、４０９の周囲４１１は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。例えば、撥水撥油性を有する樹脂をスピンコーターにより成膜し、その後必要な領域のみパターニングすることも可能である。
【００４７】
本実施例の流体混合装置は、流体を混合して行われる反応の結果、固体物を生成する反応に特に有効である。その理由は、流路外で反応が生じて固体物が生成するため、流路内につまりが生じることがないためである。
【００４８】
実施例２
図１２は実施例２の流体混合装置を説明する説明図である。図１２（ａ）は流体混合装置の断面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の噴出口側から観察した図である。図１２（ａ）は図１２（ｂ）のＦ−Ｆ’線断面図を示す。
【００４９】
流体混合装置１２０１は、基板に流体噴出手段１２０２および１２０３を備えており、流体噴出手段１２０２、１２０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。流体噴出手段１２０２および１２０３はいずれも傾斜流体噴出手段である。
【００５０】
流体が混合されるまでの経路について、図１２（ａ）を用いて説明する。第１の流体１２０４を導入口１２０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体１２０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１２０８から噴出される。
【００５１】
同様に、第２の流体１２０５を導入口１２０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体１２０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１２０９から噴出される。
【００５２】
噴出された第１の流体１２０４および第２の流体１２０５は、流体混合装置１２０１の下方で交差し混合される。
さらに、図１２（ａ）に示すように、流体噴出手段１２０２と流体噴出手段１２０３の間には柱構造１２１２が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１２０８の周囲に付着した第１の流体１２０４が、噴出口１２０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１２０９の周囲に付着した第２の流体１２０５が、噴出口１２０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１２０２と流体噴出手段１２０３の間の柱構造１２１２は、流体噴出手段１２０２および流体噴出手段１２０３の周りを囲んでいることが望ましい。これにより、噴出口１２０８の周囲に付着した第１の流体１２０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１２０９の周囲に付着した第２の流体１２０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。尚、１２１２柱構造は必須な構成ではない。
【００５３】
さらに、図１２（ｂ）に示すように、噴出口１２０８、１２０９の周囲１２１３は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。例えば、撥水撥油性を有する樹脂をスピンコーターにより成膜し、その後必要な領域のみパターニングすることも可能である。
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００５４】
実施例３（傾斜流体噴出手段と直線流体噴出手段からなる流体混合装置）
図５は、実施例３の流体混合装置を説明する断面図である。図５（ａ）は流体混合装置の断面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の噴出口側から観察した図を示す。図５（ａ）は図５（ｂ）のＥ−Ｅ’線断面図を示す。
【００５５】
流体混合装置５０１は、流体噴出手段５０２と５０３を備えた流体混合装置である。流体噴出手段５０２は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段５０３は直線状の流路５００からなり、流体を直線方向に噴出する直線流体噴出手段である。
【００５６】
また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３は互いに噴出方向が交差するように配置されている。
流体が混合されるまでの経路について、図５（ａ）を用いて説明する。第１の流体５０４を導入口５０６より特定の圧力により導入することにより、第１の流体５０４は基板面に対して特定の角度を有して噴出口５０８から噴出される。
【００５７】
同様に、第２の流体５０５を導入口５０７より特定の圧力により導入することにより、第２の流体５０５は基板面に対して垂直の方向に噴出口５０９から噴出される。
噴出された第１の流体５０４および第２の流体５０５は、流体混合装置５０１の下方で交差し混合される。
【００５８】
図５（ｂ）に示すように、噴出口５０８は長方形、噴出口５０９は円形である。これにより、第２の流体５０５の噴出方向にズレが生じても、第１の流体５０４は帯状に噴出されるため、必ず衝突させることができる。
【００５９】
さらに、噴出口５０９は噴出口５０８の長辺方向に複数配置することにより、第１の流体５０４と第２の流体５０５の混合比を変えることができる。なお、噴出口の形状は前記の形状に限定されず、例えば直径の異なる円形の噴出口の組み合わせや、長方形と長方形の組み合わせであってもよい。
【００６０】
噴出口５０８、５０９の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口５０８、５０９の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００６１】
流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間には凹みが設けられていることが望ましい。これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が、噴出口５０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が、噴出口５０８へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００６２】
流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が、噴出口５０９へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が、噴出口５０８へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００６３】
また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の柱構造は、流体噴出手段５０２および流体噴出手段５０３の周りを囲んでいることが望ましい。
これにより、噴出口５０８の周囲に付着した第１の流体５０４が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【００６４】
同様に、噴出口５０９の周囲に付着した第２の流体５０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段５０２と流体噴出手段５０３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００６５】
第１の流体５０４の表面張力は第２の流体５０５の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。
【００６６】
また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００６７】
実施例４（噴出口が円弧形状の傾斜流体噴出手段を用いた流体混合装置）
図１３は実施例４の流体混合装置の説明図である。
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は流体混合装置の断面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）および図１３（ｂ）の噴出口側から観察した図を示す。
【００６８】
図１３（ａ）は図１３（ｃ）のＧ−Ｇ’線断面図、図１３（ｂ）は図１３（ｃ）のＨ−Ｈ’線断面図を示す。
流体混合装置１３０１は、流体噴出手段１３０２、１３０３を備えた流体混合装置である。流体噴出手段１３０２は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段１３０３は基板を垂直に貫通した流路を有する直線流体噴出手段である。
【００６９】
流体噴出手段１３０２は、噴出口１３１１が円弧形状の流体噴出手段である。流体噴出手段１３０２および１３０３は互いに噴出方向が１つの位置で交差するように配置されている。
【００７０】
流体が混合されるまでの経路について、図１３（ａ）を用いて説明する。第１の流体１３０５を導入口１３０８より特定の圧力により導入することにより、第１の流体１３０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口１３１１から噴出される。
【００７１】
同様に、第２の流体１３０６を導入口１３０９より特定の圧力により導入することにより、第２の流体１３０６は基板面に対して垂直の方向に噴出口１３１２から噴出される。このとき、第１の流体１３０５は円弧形状でかつ帯状に噴出される。これにより、噴出された第１の流体１３０５および第２の流体１３０６は、流体混合装置１３０１の下方で交差し混合される。
【００７２】
噴出口１３１１、１３１２の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口１３１１、１３１２の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００７３】
流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間には凹みが設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が、噴出口１３１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００７４】
同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が、噴出口１３１１へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００７５】
流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が、噴出口１３１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００７６】
同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が、噴出口１３１１へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の柱構造は、流体噴出手段１３０２および流体噴出手段１３０３の周りを囲んでいることが望ましい。
【００７７】
これにより、噴出口１３１１の周囲に付着した第１の流体１３０５が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１３１２の周囲に付着した第２の流体１３０６が他の方向へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段１３０２と流体噴出手段１３０３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００７８】
第１の流体１３０５の表面張力は第２の流体１３０６の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。
【００７９】
そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
【００８０】
本実施例の流体混合装置は、流体噴出手段１３０２の噴出口１３１１を円弧形状にすることにより、第１の流体１３０５を円弧形状でかつ帯状に噴出させることが可能である。これにより、第２の流体１３０６の噴出方向にズレが生じても、必ず第１の流体１３０５と衝突させることができる。
【００８１】
本実施例の流体混合装置は、実施例１と同様に、反応の結果、固体物を生成する反応の場合に特に有効である。
【００８２】
実施例５（２つの位置で交差する流体混合装置）
図６は、実施例５の流体混合装置を説明する断面図である。
【００８３】
流体混合装置６０１は、流体噴出手段６０２、６０３、６０４を備えた流体混合装置である。流体噴出手段６０２と６０４は傾斜流体噴出手段である。流体噴出手段６０３は基板を垂直に貫通した流路を有する直線流体噴出手段である。
【００８４】
流体噴出手段６０２は、噴出口６１１の断面積が噴出口６１３の断面積に比べて大きい流体噴出手段である。流体噴出手段６０２、６０４、流体噴出手段６０３は互いに噴出方向が２つの位置で交差するように配置されている。
【００８５】
流体が混合されるまでの経路について、図６を用いて説明する。第１の流体６０５を導入口６０８より特定の圧力により導入することにより、第１の流体６０５は基板面に対して特定の角度を有して噴出口６１１から噴出される。
【００８６】
同様に、第２の流体６０６を導入口６０９より特定の圧力により導入することにより、第２の流体６０６は基板面に対して垂直の方向に噴出口６１２から噴出される。
さらに、第３の流体６０７を導入口６１０より特定の圧力により導入することにより、第３の流体６０７は基板面に対して特定の角度を有して噴出口６１３から噴出される。このとき、第３の流体６０７の噴出角度は第１の流体６０５の噴出角度と異なる。
【００８７】
これにより、噴出された第１の流体６０５および第２の流体６０６は、流体混合装置６０１の下方で交差し混合され、つづいて第３の流体６０７と交差し混合される。
噴出口６１１、６１２、６１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口６１１、６１２、６１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【００８８】
流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間には凹みが設けられていることが望ましい。
これにより、噴出口６１１の周囲に付着した第１の流体６０５が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１２の周囲に付着した第２の流体６０６が、噴出口６１１、６１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００８９】
同様に、噴出口６１３の周囲に付着した第３の流体６０７が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の凹みは必ずしも必要ない。
【００９０】
流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間には柱構造が設けられていることが望ましい。
これにより、噴出口６１１の周囲に付着した第１の流体６０５が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１２の周囲に付着した第２の流体６０６が、噴出口６１１、６１３へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口６１３の周囲に付着した第３の流体６０７が、噴出口６１２へ伝っていくことを防ぐことができる。
【００９１】
また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の柱構造は、流体噴出手段６０２および流体噴出手段６０３の周りを囲んでいることが望ましい。
【００９２】
これにより、噴出口６１１および噴出口６１３の周囲に付着した第１の流体６０５および第２の流体６０７が、他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段６０２と流体噴出手段６０３の間、および流体噴出手段６０３と流体噴出手段６０４の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【００９３】
第１の流体６０５および第３の流体６０７の表面張力は第２の流体６０６の表面張力より大きいことが望ましい。噴出口周辺部に撥水撥油処理がされていても、表面張力の小さい流体は噴出口周辺部に濡れやすい。
【００９４】
このため、基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝っていく恐れがある。そこで、表面張力の小さい流体は基板面に対して垂直に噴出させることにより、他方の噴出口へ流体が伝わっていくことを防ぐことができる。
【００９５】
また、表面張力の小さい流体を基板面に対して垂直に噴出させることは必ずしも必要ない。
本実施例の流体混合装置は、少なくとも３つ以上の流体噴出手段を、噴出方向が少なくとも２つの位置で交差するように配置することにより、必要な順番で化学反応を実施することが可能である。
【００９６】
さらに、本発明の流体混合装置は、任意の数のノズルを配置することで、任意の数の種類の流体を混合する流体混合装置を構成することができる。
【００９７】
実施例６（集積化流体混合装置）
図７は、実施例６の集積化流体混合装置を説明する図である。
【００９８】
図７（ａ）は集積化流体混合装置７０１の断面図である。図７（ｂ）は集積化流体装置７０１を噴出口側から観察した図である。図７（ａ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’線断面図を示す。
【００９９】
集積化流体混合装置７０１は、本発明の流体混合装置を備えた基板７０２と、２種類の流体を該流体混合装置に供給するための供給流路が形成された供給板７０３とが互いに接合されたものである。
【０１００】
図７（ａ）を用いて、流体が噴出されるまでの経路を示す。供給板７０３に形成された流体供給口（図示しない）から第１の反応液が供給流路７０４に導入される。
第１の反応液は供給流路７０４を通過し、導入口７０６を通って、流路７０８に導入される。流路７０８を通過した流体は噴出口７１２から噴出される。第２の反応液は供給流路７０５を通って、流路７０９に導入される。
【０１０１】
流路７０９を通過した流体は噴出口７１３から噴出される。これにより、噴出口７１２および７１３から噴出された流体は基板７０２の下方で交差し混合される。
各部の寸法を以下に説明する。供給板７０３の厚みｔ61は１０００μｍであり、供給流路７０４の幅ｗ61、供給流路７０５の幅ｗ62はともに５００μｍである。また、供給流路７０４、７０５の深さｄ61は８００μｍである。
【０１０２】
基板７０２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ64は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ63は０．５μｍ、支持基板層ｔ62は２００μｍである。
基板７０２に形成される導入口７０６の幅ｗ63、導入口７０７の幅ｗ64、噴出口７１２の幅ｗ65、噴出口７１３の幅ｗ66は、それぞれ１００μｍである。さらに、連結部７１０の高さｈ61、連結部７１１の高さｈ62はそれぞれ５０μｍである。
【０１０３】
供給流路７０４、供給流路７０５、流路７０８および流路７０９はシリコン窒化膜８０７が成膜されている。これは、アルカリの反応液に対して耐性をもつためである。
噴出口７１２、７１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口７１２、７１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１０４】
実施例１と同様に、噴出口７１２と噴出口７１３の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、噴出口７１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口７１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１０５】
同様に、噴出口７１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口７１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口７１２と噴出口７１３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１０６】
実施例２と同様に、噴出口７１２と噴出口７１３の間には柱構造が設けられていることが望ましい。これにより、噴出口７１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口７１１へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１０７】
同様に、噴出口７１１の周囲に付着した第２の流体が、噴出口７１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口７１２と噴出口７１３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１０８】
次に、本実施例の集積化流体混合装置の作製工程を説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、基板７０２の作製方法を、基板７０２の断面図にて示したものである。
まず、使用するＳＯＩ基板は、活性層８０１の厚さが２５μｍ、シリコン酸化膜層８０２の厚さが０．５μｍ、支持基板層８０３の厚さが２００μｍである［図８（ａ）］。
【０１０９】
まず、活性層８０１の側にフォトリソグラフィ法を用いて、フォトレジスト８０４により噴出口７１２、７１３のパターンを形成する。次に、フォトレジスト８０４をエッチングマスクとしてＳＯＩ基板７０２を、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ２５μｍの噴出口を形成する［図８（ｂ）］。
【０１１０】
次に、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）によりシリコン酸化膜８０２を除去した後、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ５０μｍの連結部７１０、７１１を形成する［図８（ｃ）］。
【０１１１】
次に、支持基板層８０３の側にフォトリソグラフィ法を用いて、レジスト８０５により導入口７０６、７０７のパターンを形成する［図８（ｄ）］。
次に、活性層８０１の側にフォトレジスト８０６を厚さ１５μｍ成膜する。噴出口のパターンを保護するためである［図８（ｅ）］。
【０１１２】
次に、支持基板層８０３の側（先ほどのエッチング面の裏側の面側）より、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりエッチングを行う。これによりエッチングストッパーであるシリコン酸化膜８０２に到達するまでドライエッチングし、流路７０８、７０９の残りを形成する［図８（ｆ）］。
【０１１３】
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジストを除去した後、液温１１０℃の硫酸および過酸化水素水の混合溶液により基板を洗浄する［図８（ｇ）］。
最後に、減圧化学的気相成長法（ＬＰＣＶＤ法）によりシリコン窒化膜を成膜する［図８（ｈ）］。
【０１１４】
次に、供給板７０３の作製工程について説明する。まず、シリコン基板８０８を用意する。フォトレジスト８０９により供給流路７０４、７０５のパターンを形成する。
次に、フォトレジスト８０９をエッチングマスクとしてシリコン基板８０８を、ＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングし、深さ８００μｍの供給流路を形成する［図８（ｉ）、（ｊ）］
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジスト８０９を除去した後、液温１１０℃の硫酸および過酸化水素水の混合溶液により基板を洗浄する［図８（ｋ）］。
【０１１５】
最後に、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を成膜する［図８（ｌ）］。
以上の方法で作製された基板７０２および供給板７０３は基板間直接接合により接合する［図８（ｍ）］。
【０１１６】
次に、実施例６の集積化流体混合装置７０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実施例を示す。
第１の反応液はイオン交換水を使用する。第２の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０質量部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
【０１１７】
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調整する。
【０１１８】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。
第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。第１の反応液は噴出口７１２より流速５０ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は噴出口７１３より流速２３．３ｍ／ｓで噴出される。
【０１１９】
これにより、２つの噴出口より噴出された反応液は基板７０２の下方で交差し混合される。混合の結果、溶解した顔料が貧溶媒である水との接触により析出する。
さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成する。
【０１２０】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１２１】
実施例７（シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜およびシリコンが積層された流体混合装置）
図１４は、実施例７の集積化流体混合装置を説明する図である。
【０１２２】
図１４（ａ）は集積化流体混合装置１４０１の断面図である。図１４（ｂ）は集積化流体装置１４０１を噴出口側から観察した図である。
図１４（ａ）は図１４（ｂ）のＩ−Ｉ’線断面図を示す。集積化流体混合装置１４０１は、本発明の流体混合装置を備えた基板１４０２と、２種類の流体を該流体混合装置に供給するための供給流路が形成された供給板１４０３とが互いに接合されたものである。
【０１２３】
図１４（ａ）を用いて、流体が噴出されるまでの経路を示す。供給板１４０３に形成された流体供給口（図示しない）から第１の反応液が供給流路１４０４に導入される。
第１の反応液は供給流路１４０４を通過し、導入口１４０６を通って、流路１４０８に導入される。流路１４０８を通過した流体は噴出口１４１２から噴出される。第２の反応液は供給流路１４０５を通って、流路１４０９に導入される。流路１４０９を通過した流体は噴出口１４１３から噴出される。これにより、噴出口１４１２および１４１３から噴出された流体は基板１４０２の下方で交差し混合される。
【０１２４】
各部の寸法を以下に説明する。供給板１４０３の厚みｔ91は１０００μｍであり、供給流路１４０４の幅ｗ91、供給流路１４０５の幅ｗ92はともに５００μｍである。また、供給流路１４０４、１４０５の深さｄ91は８００μｍである。
【０１２５】
基板１４０２は、シリコン層、シリコン酸化膜層、シリコン層、シリコン酸化膜層およびシリコン層が積層された基板を用いて構成されている。
シリコン層ｔ96は１００μｍ、シリコン酸化膜層ｔ95は０．５μｍ、シリコン層ｔ94は５０μｍ、シリコン酸化膜層ｔ93は０．５μｍ、シリコン層ｔ92は２００μｍである。
【０１２６】
基板１４０２に形成される導入口１４０６の幅ｗ93、導入口１４０７の幅ｗ94、噴出口１４１２の幅ｗ95、噴出口１４１３の幅ｗ96は、それぞれ２５０μｍである。さらに、連結部１４１０の高さは、シリコン層ｔ94と同じ５０μｍである。
【０１２７】
噴出口１４１２、１４１３の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、噴出口１４１２、１４１３の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１２８】
実施例１と同様に、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、噴出口１４１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口１４１３へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１２９】
同様に、噴出口１４１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１３０】
実施例２と同様に、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間には柱構造を設けることが望ましい。これにより、噴出口１４１２の周囲に付着した第１の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。同様に、噴出口１４１３の周囲に付着した第２の反応液が、噴出口１４１２へ伝っていくことを防ぐことができる。また、噴出口１４１２と噴出口１４１３の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１３１】
本実施例の集積化流体混合装置は実施例６と同様の作製方法で作製することができる。
噴出角度は連結部の高さ１４１０に依存するため、連結部１４１０は高い加工精度が求められる。本実施例の集積化流体混合装置は連結部１４１０の高さがシリコン層ｔ94で規定されるため、連結部１４１０は高い精度で加工することができる。その理由は以下のとおりである。シリコン酸化膜層ｔ95は導入口１４０６および導入口１４０７のエッチングストップ層になる。
【０１３２】
このため、導入口１４０６および導入口１４０７の深さはシリコン層ｔ92およびシリコン酸化膜層ｔ93、シリコン層ｔ94で規定される。
一方、シリコン酸化膜層ｔ93は噴出口１４１２および噴出口１４１３のエッチングストップ層になる。このため、噴出口１４１２および噴出口１４１３の深さはシリコン層ｔ96およびシリコン酸化膜層ｔ95で規定される。
【０１３３】
従って、連結部１４１０の高さはシリコン層ｔ94で規定され、高い精度で加工することができる。
次に、実施例７の集積化流体混合装置１４０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実施例を示す。
【０１３４】
第１の反応液はイオン交換水を使用する。第２の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０質量部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
【０１３５】
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調整する。
【０１３６】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。
第１の反応液は噴出口１４１２より流速１０ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は噴出口１４１３より流速１０ｍ／ｓで噴出される。これにより、２つの噴出口より噴出された反応液は基板１４０２の下方で交差し混合される。
【０１３７】
混合の結果、溶解した顔料が貧溶媒である水との接触により析出する。さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成する。
【０１３８】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。
市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１３９】
実施例８（直線流体噴出手段を１つと傾斜流体噴出手段を４つ用いた流体混合装置）
図９は、実施例８の集積化流体混合装置９０１を説明する概略図である。図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は、集積化流体混合装置９０１の噴出口側から観察した図である。図９（ａ）は図９（ｂ）のＤ−Ｄ’線断面図を示す。
【０１４０】
集積化流体混合装置９０１は流体混合装置を備えた基板９０２と、流体を供給するための供給流路が形成された供給板９０３、９０４とが接合されたものである。基板９０２に形成された流体混合装置は反応液を噴出させるための流体噴出手段を５つ備えており、それぞれの流体噴出手段は噴出方向が交差するように配置されている。
【０１４１】
各基板について説明する。供給板９０３は第２の反応液を供給するための供給流路９０６と第１の反応液を通過させるための供給流路９０７が形成されている。
供給板９０４は第１の反応液を供給するための供給流路９０５が形成されている。
【０１４２】
基板９０２は第１の反応液を噴出させるための流体噴出手段９０８と、第２の反応液を噴出させるための流体噴出手段９０９が形成されている。
次に、各基板の材質および寸法を説明する。
【０１４３】
供給板９０３、９０４はシリコンである。供給板９０３の厚さｔ71、供給板９０４の厚さｔ72はともに５００μｍである。
供給流路９０５の幅ｗ71は２０００μｍ、供給流路９０６の幅ｗ72は１７００μｍである。供給流路９０５の深さｄ71、供給流路９０６の深さｄ72はともに４００μｍである。また、供給流路９０７の直径φ71は４７０μｍ、深さは５００μｍである。
【０１４４】
次に、基板９０２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ73は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ74は０．５μｍ、支持基板層ｔ75は２００μｍである。
流体噴出手段９０８の直径φ71は４７０μｍである。流体噴出手段９０９は、導入口の幅ｗ73が１００μｍ、導入口の幅ｗ74が１００μｍ、噴出口の幅ｗ75が１００μｍ、噴出口の幅ｗ76が１００μｍである。
【０１４５】
また、流体噴出手段９０９の噴出口と、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。
これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１４６】
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、流体噴出手段９０９の噴出口の周囲に付着した第１の反応液が、流体噴出手段９０８の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１４７】
同様に、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に付着した第２の反応液が、流体噴出手段９０９の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１４８】
実施例２と同様に、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間には柱構造を設けることが望ましい。
これにより、流体噴出手段９０９の噴出口の周囲に付着した第１の反応液が、流体噴出手段９０８の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
【０１４９】
同様に、流体噴出手段９０８の噴出口の周囲に付着した第２の反応液が、流体噴出手段９０９の噴出口へ伝っていくことを防ぐことができる。
また、流体噴出手段９０９の噴出口と流体噴出手段９０８の噴出口の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１５０】
次に、本実施例の集積化流体混合装置９０１の作製方法について説明する。基板９０２、供給板９０３および９０４は実施例４と同様、フォトリソグラフィ法とＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングにより作製する。
【０１５１】
最後に、基板９０２、供給板９０３および９０４は熱融着法により接合される。
次に、集積化流体混合装置９０１を用いて、マゼンタ顔料の分散体を生成する実際の例を示す。
【０１５２】
第１の反応液はＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ １２２のキナクリドン顔料１０部にジメチルスルホキシド１００質量部を加え懸濁させる。
つづいて分散剤として、ポリオキシエチレンラウリルエーテルを４０質量部加え、これらが溶解するまで２５質量％水酸化カリウム水溶液を加えていき第１の反応液を調整する。第２の反応液はイオン交換水を使用する。
【０１５３】
第１の反応液は流体噴出手段９０８より基板に対して垂直に噴出させる。その理由を以下に説明する。第１の反応液は第２の反応液に比べて表面張力が小さく、噴出口周辺部に濡れやすい。
【０１５４】
仮に、第１の反応液を基板に対して斜めに噴出させると噴出角度が不安定になり、他方の噴出口へ伝わっていく恐れがある。従って、第１の反応液は基板に対して垂直に噴出させる。
【０１５５】
次に、反応条件および反応プロセスについて説明する。第１の反応液および第２の反応液の温度はともに室温である。第１の反応液は流路９０８より流速１．４ｍ／ｓで噴出され、第２の反応液は流路９０９より流速５．８ｍ／ｓで噴出される。
【０１５６】
これにより、５つの噴出口より噴出された流体は流路９０２の下方で交差し混合される。混合の結果、溶解した顔料が水との接触により析出する。さらに、第２の反応液に含まれる分散剤により析出顔料がカプセル化され顔料濃度０．１６質量％の顔料分散体が生成される。
【０１５７】
生成物の平均粒径は、ダイナミック光散乱光度により計測することができる。
上記のプロセスで生成した顔料分散体の平均粒径は約４０ｎｍである。市販で得られる顔料分散体の平均粒径は、小さいもので約１００ｎｍである。
従って、本発明の流体混合装置は、従来よりも粒子の微小化が可能である。
【０１５８】
実施例９（複数の流体混合装置および供給流路を備えた集積化流体混合装置）
図１０Ａは、実施例６の集積化流体混合装置１００１を説明する概略図である。図１０Ｂは、供給板１００３の平面図である。
【０１５９】
図１０Ｃは図１０ＢのＥ−Ｅ’線断面を表す図である。図１０Ｄは図１０ＢのＦ−Ｆ’線断面を表す図である。図１０Ｅは図１０ＡのＧ−Ｇ’線断面の一部を表す図である。
図１０Ａを用いて集積化流体混合装置１００１について説明する。
【０１６０】
集積化流体混合装置１００１は、実施例４で説明した流体混合装置７０１を複数備えた基板１００２と、反応液を供給するための供給流路１００８、１００９を備えた供給板１００３とが互いに接合されたものである。
【０１６１】
基板１００２は流体混合装置７０１が１２５０配置されている。供給板１００３は第１の反応液１００４を供給するための供給口１００６と、第２の反応液１００５を供給するための供給口１００７が形成されている。
【０１６２】
次に、各基板の材質および寸法を説明する。供給板１００３はシリコンであり厚さｔ81は１０００μｍである。供給流路１００８の幅ｗ81は５００μｍ、深さｄ81は８００μｍである。供給流路１００９の幅ｗ82は５００μｍ、深さｄ82は８００μｍである。
【０１６３】
供給口１００６の直径φ81は１０００μｍ、深さｄ83は２００μｍであり、供給流路１００８と連結している。同様に、供給口１００７の直径φ82は１０００μｍ、深さｄ84は２００μｍであり、供給流路１００９と連結している。
【０１６４】
次に、基板１００２はＳＯＩ基板を用いており、シリコン層ｔ82は２５μｍ、シリコン酸化膜層ｔ83は０．５μｍ、支持基板層ｔ84は２００μｍである。流体混合装置７０１は実施例６で説明したものと同じである。
【０１６５】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口の周囲は撥水撥油処理されていることが望ましい。
これにより、流体の噴出角度を安定させることができる。また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口の周囲に撥水撥油処理することは必ずしも必要ない。
【０１６６】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間には凹みを設けることが望ましい。これにより、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第１の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【０１６７】
同様に、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第２の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間の凹みは必ずしも必要ない。
【０１６８】
また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間には柱構造を設けることが望ましい。これにより、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第１の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。
【０１６９】
同様に、流体混合装置７０１の噴出口を伝って、第２の反応液が他の方向へ伝わっていくことを防ぐことができる。また、基板１００２に複数配置された流体混合装置７０１の噴出口と噴出口の間の柱構造は必ずしも必要ない。
【０１７０】
次に、本実施例の集積化流体混合装置１００１の作製方法について説明する。基板１００２および供給板１００３は実施例４と同様、フォトリソグラフィ法とＳＦ6ガスとＣ4Ｆ8ガスのプラズマによりドライエッチングにより作製する。
【０１７１】
これにより、基板１００２に流体混合装置７０１を複数一括作製することができる。同様に、供給板１００３に供給流路１００８、１００９を複数一括作製することができる。最後に、基板１００２と供給板１００３は熱融着法により互いに接合される。
【０１７２】
次に、図１０Ａ乃至図１０Ｅを用いて流体が混合されるまでの経路について説明する。図１０Ｃに示すように、第１の反応液１００４はコネクタ１０１１より供給口１００６に導入され、供給流路１００８に供給される。
【０１７３】
また、図１０Ｄに示すように、第２の反応液１００５はコネクタ１０１２より供給口１００７に導入され、供給流路１００９に供給される。
次に、図１０Ｂに示すように、第１の反応液１００４は複数に分岐された供給流路１００８に供給される。矢印１０１３は第１の反応液１００４の流れを示している。また、第２の反応液１００５は複数に分岐された供給流路１００９に供給される。
【０１７４】
矢印１０１４は第２の反応液１００５の流れを示している。
次に、図１０Ｅに示すように、第１の反応液１００４は供給流路１００８より流体混合装置７０１に導入される。
【０１７５】
また、第２の反応液１００５は供給流路１００９より流体混合装置７０１に導入される。最後に、第１の反応液１００４および第２の反応液１００５は交差し混合される。
図１０Ａに示すように、個々の流体混合装置７０１により混合された生成物は矢印１０１０の方向へ流出される。
【０１７６】
本発明の集積化流体混合装置１００１は、流体混合装置の生産性を上げる場合に特に有効である。その理由は、フォトリソグラフィ−とシリコンのドライエッチングにより、複数の流体混合装置を高い位置精度で一括作製することができるからである。
【０１７７】
これにより、一般的な機械加工に比べて加工時間を短縮でき、コストアップを抑えることができる。
【０１７８】
実施例１０（流体混合システム）
図１１は、前記集積化流体混合装置を用いた流体混合システムの概略図である。
図１１に示す流体混合システム１１０１について説明する。
流体混合システム１１０１は、流体を搬送するための高圧ガス１１０２、搬送圧力を制御するためのレギュレータ１１０３、反応液を貯留する第１の反応液タンク１１０４と第２の反応液タンク１１０５を備える。更に、反応液の流量を監視するための流量計１１０６、第１の反応液と第２の反応液の温度を調整するためのヒータ１１１と温度計１１１２を備える。同様に集積化流体混合装置１１０７から流出した反応液の温度を管理するヒータ１１３と温度計１１１４、集積化流体混合装置１１０７が組み込まれた反応容器１１０８、反応生成物を回収する回収タンク１１１０を備える。
【０１７９】
本実施例の流体混合システムを利用し、マゼンタ顔料の分散体を多量に製造する実際の例について説明する。
第１の反応液タンク１１０４には実施例４で記載した顔料溶解液、第２の反応液タンク１１０５にはイオン交換水が貯留されている。それぞれの反応液は２５℃で一定になるようにヒータ１１１１および温度計１１１２で調整されている。それぞれの反応液は、高圧ガス１１０２の圧力により反応容器１１０８へ搬送される。
【０１８０】
このとき、流量計１１０６を監視しレギュレータ１１０３を調節することにより、反応液の流量を制御する。
これにより、顔料溶解液は流速２３．３ｍ／ｓ、水は流速５０ｍ／ｓで噴出し、集積化流体混合装置１１０７の下方、反応容器１１０８内で交差し混合される。
【０１８１】
反応容器１１０８内部は２５℃で一定になるようにヒータ１１１１および温度計１１１２で調整されている。混合の結果、生成されたマゼンタ顔料の分散体１１０９は回収タンク１１１０に回収される。
【０１８２】
本実施例の流体混合システムにより、毎時１６５０Ｌの顔料分散体を製造することができる。
反応液を一定の温度に調整することにより、顔料分散体の平均粒径のばらつきを低減することができる。
【０１８３】
従来、実験的な製造設備により製造された少量の混合物質を大規模の製造設備により多量に製造するためには、新たにプラント設計が必要となり反応の再現性を得るために多大の労力および時間を費やしてきた。
【０１８４】
本発明の流体混合システムは、流体混合装置を集積化することで必要となる製造量に対応することができるため、上記の労力および時間を大幅に減少できる。
さらに、本発明の流体混合システムは、任意の数の集積化流体混合装置を配置することで、必要となる製造量に対応した流体混合システムを構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
本発明の流体混合装置は、基板面に対して特定の角度を有して流体を噴出させる流体噴出手段を用いて、噴出させた流体同士を混合させることができるので、化学工業、生化学工業、食品工業、製薬工業等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の一実施態様を示す概略図である。
【図２】本発明の流体混合装置に用いられる流体噴出手段の他の実施態様を示す概略図である。
【図３】実施例１に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図４】実施例１に用いた流体混合装置を説明する説明図である。
【図５】実施例３に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図６】実施例５に用いた流体混合装置を説明する断面図である。
【図７】実施例６に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図８Ａ】実施例６に用いた集積化流体混合装置の製造方法を示す工程図である。
【図８Ｂ】実施例６に用いた集積化流体混合装置の製造方法を示す工程図である。
【図９】実施例８に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ａ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｂ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｃ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｄ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１０Ｅ】実施例９に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１１】実施例１０に用いた流体混合システムの概略図である。
【図１２】実施例２に用いた流体混合装置を説明する概略である。
【図１３】実施例４に用いた流体混合装置を説明する概略図である。
【図１４】実施例７に用いた集積化流体混合装置の概略図である。
【図１５】従来のマイクロミキサーを説明する概略図である。
【図１６】従来のマイクロミキサーを説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１８７】
１１ 基板
１２ 第一の流路
１３ 第二の流路
１４ 第一の流路の端部の側部
１５ 第二の流路の端部の側部
１６ 平行方向
１０１、１０２ オリフィス
１０３ 末広がり遮蔽部
１０４ ジェット衝突混合室
１０５、１０６ ノズル
２０１ 流体噴出手段
２０２ 導入口
２０３ 噴出口
２０４ 基板を貫通する流路
２０５ 連結部
２０６ 噴出角度
２０７ 導入口断面の重心を結んだ軸
２０８ 噴出口断面の重心を結んだ軸
３０１ 集積化流体噴出手段
３０２、３０３ 流体噴出手段
３０４、３０５ 噴出口
３０６ 噴出口の間の凹み
４０１ 流体混合装置
４０２、４０３ 流体噴出手段
４０４ 第１の流体
４０５ 第２の流体
４０６、４０７ 導入口
４０８、４０９ 噴出口
４１０ 流体噴出手段の間の凹み
４１１ 周囲
５０１ 流体混合装置
５０２、５０３ 流体噴出手段
５０４ 第１の流体
５０５ 第２の流体
５０６、５０７ 導入口
５０８、５０９ 噴出口
６００ 流路
６０１ 流体混合装置
６０２、６０３、６０４ 流体噴出手段
６０５ 第１の流体
６０６ 第２の流体
６０７ 第３の流体
６０８、６０９、６１０ 導入口
６１１、６１２、６１３ 噴出口
７０１ 集積化流体混合装置
７０２ 流体混合装置を備えた基板
７０３ 供給流路を備えた供給板
７０４ 第１の反応液を供給する供給流路
７０５ 第２の反応液を供給する供給流路
７０６、７０７ 導入口
７０８、７０９ 流路
７１０、７１１ 連結部
７１２、７１３ 噴出口
８０１ ＳＯＩ基板の活性層
８０２ ＳＯＩ基板のシリコン酸化膜層
８０３ ＳＯＩ基板の支持基板層
８０４、８０５、８０６、８０９ フォトレジスト
８０７、８１０ シリコン窒化膜
８０８ シリコン基板
９０１ 集積化流体混合装置
９０２ 流体混合装置を備えた基板
９０３、９０４ 供給流路を備えた供給板
９０５ 第１の反応液を供給するための供給流路
９０６ 第２の反応液を供給するための供給流路
９０７ 第１の反応液を通過させるための供給流路
９０８、９０９ 流体噴出手段
１００１ 集積化流体混合装置
１００２ 流体混合装置を複数備えた基板
１００３ 供給流路を複数備えた供給板
１００４ 第１の反応液
１００５ 第２の反応液
１００６、１００７ 供給口
１００８、１００９ 供給流路
１０１０ 生成物
１０１１、１０１２ コネクタ
１０１３ 第１の反応液の流れ
１０１４ 第２の反応液の流れ
１１０１ 流体混合システム
１１０２ 高圧ガス
１１０３ レギュレータ
１１０４ 第１の反応液タンク
１１０５ 第２の反応液タンク
１１０６ 流量計
１１０７ 集積化流体混合装置
１１０８ 反応容器
１１０９ 反応生成物
１１１０ 回収タンク
１１１１、１１１３ ヒータ
１１１２、１１１４ 温度計
１２０１ 流体混合装置
１２０２、１２０３ 流体噴出手段
１２０４ 第１の流体
１２０５ 第２の流体
１２０６、１２０７ 導入口
１２０８、１２０９ 噴出口
１２１２ 柱構造
１２１３ 周囲
１３０１ 流体混合装置
１３０２、１３０３ 流体噴出手段
１３０５ 第１の流体
１３０６ 第２の流体
１３０８、１３０９ 導入口
１３１１、１３１２ 噴出口
１４０１ 集積化流体混合装置
１４０２ 基板
１４０３ 供給板
１４０４、１４０５ 供給流路
１４０６、１４０７ 導入口
１４０８、１４０９ 流路
１４１０、１４１１ 連結部
１４１２、１４１３ 噴出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする流体の混合装置。
【請求項２】
前記流体は、互いに平行な第一の流路と第二の流路とを通って前記噴出口に至り、第一の流路と第二の流路はそれぞれの一方の端部で且つそれぞれの流路における中心軸からずれた側部で連結されている請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項３】
前記噴出口の周囲は撥水または撥油処理されていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項４】
前記基板は、シリコンを含有する材料からなり、前記流路は半導体微細加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項５】
前記基板は、シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜、シリコンが積層されて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体の混合装置。
【請求項６】
前記第一の流路および第二の流路は耐薬品性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項７】
前記複数の噴出口の間に凹みを有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項８】
前記複数の噴出口の間に柱構造を有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項９】
２つの噴出口より噴出させる流体の進行方向をそれぞれ前記基板表面に対して傾斜させて２つの流体を混合させることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１０】
前記一つの噴出口に連通する流路が１つが直線状の流路からなり、流体を基板表面に対して垂直方向に噴出することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１１】
前記複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１２】
少なくとも二種類の流体を混合させる流体の混合装置であって、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給される請求項１１に記載の流体の混合装置。
【請求項１３】
第一及び第二の噴出口を備えた基板と、第一及び第二の供給流路を備えた供給板と、が互いに接合されて構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の流体の混合装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の流体の混合装置を備えた流体の混合システムであって、前記流体の混合装置に供給する流体を貯留する供給物貯留手段と、前記流体の混合装置に供給する流体の温度を調整する温度制御手段と、前記供給物貯留手段から流体を前記流体の混合装置に搬送する搬送手段と、該搬送手段を制御する流体制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体の温度を調整する温度制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体を貯留する流出物貯留手段と、を備えたことを特徴とする流体混合システム。
【請求項１５】
基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、
基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする流体混合装置の製造方法。
【請求項１６】
前記基板は、第一の基板と第二の基板とが接合された基板であることを特徴とする請求項１５に記載の流体混合装置の製造方法。
【請求項１７】
前記基板の第一の基板と第二の基板は、それぞれ異なるシリコン材料からなる請求項１６に記載の流体混合装置の製造方法。
【請求項１】
流体を搬送する複数の流路と、該流路に対応し、該流路に連通して設けられた複数の噴出口と、を備え、前記複数の噴出口より噴出した流体の進行方向が交差することで複数の流体を混合させる流体の混合装置であって、前記複数の噴出口は基板表面に設けられ、前記噴出口に連通する前記基板中に設けられた流路における中心軸を部分的にずらせることで、前記噴出口の少なくとも一つより噴出する流体の進行方向を前記基板表面に対して傾斜させたことを特徴とする流体の混合装置。
【請求項２】
前記流体は、互いに平行な第一の流路と第二の流路とを通って前記噴出口に至り、第一の流路と第二の流路はそれぞれの一方の端部で且つそれぞれの流路における中心軸からずれた側部で連結されている請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項３】
前記噴出口の周囲は撥水または撥油処理されていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項４】
前記基板は、シリコンを含有する材料からなり、前記流路は半導体微細加工により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項５】
前記基板は、シリコン、酸化膜、シリコン、酸化膜、シリコンが積層されて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体の混合装置。
【請求項６】
前記第一の流路および第二の流路は耐薬品性を備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項７】
前記複数の噴出口の間に凹みを有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項８】
前記複数の噴出口の間に柱構造を有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項９】
２つの噴出口より噴出させる流体の進行方向をそれぞれ前記基板表面に対して傾斜させて２つの流体を混合させることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１０】
前記一つの噴出口に連通する流路が１つが直線状の流路からなり、流体を基板表面に対して垂直方向に噴出することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１１】
前記複数の流路にそれぞれ流体を供給する供給流路を更に有することを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項１２】
少なくとも二種類の流体を混合させる流体の混合装置であって、第一の流体を噴出させる第一の噴出口が複数設けられ、これに対応して第二の流体を噴出させる第二の噴出口が複数設けられ、第一の噴出口には、第一の供給流路を介して第一の流体が供給され、第二の噴出口には、第二の供給流路を介して第二の流体が供給される請求項１１に記載の流体の混合装置。
【請求項１３】
第一及び第二の噴出口を備えた基板と、第一及び第二の供給流路を備えた供給板と、が互いに接合されて構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の流体の混合装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の流体の混合装置を備えた流体の混合システムであって、前記流体の混合装置に供給する流体を貯留する供給物貯留手段と、前記流体の混合装置に供給する流体の温度を調整する温度制御手段と、前記供給物貯留手段から流体を前記流体の混合装置に搬送する搬送手段と、該搬送手段を制御する流体制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体の温度を調整する温度制御手段と、前記流体の混合装置から流出した流体を貯留する流出物貯留手段と、を備えたことを特徴とする流体混合システム。
【請求項１５】
基板と、該基板に設けられた流体を噴出する少なくとも２つ以上の流体の噴出手段を有し、該２つ以上の流体噴出手段は互いに噴出する流体の噴出方向が交差して流体を混合するように配置されている流体混合装置の製造方法であって、
基板の第一の面よりエッチングを行い第一の流路を形成する工程と、前記基板を第一の面の裏側の第二の面より第一の流路の中心軸と中心軸をずらしてエッチングを行うことで第二の流路を形成し、第一の流路と第二の流路のそれぞれの一方の端部の側部を連結して流体噴出手段を得る工程を有することを特徴とする流体混合装置の製造方法。
【請求項１６】
前記基板は、第一の基板と第二の基板とが接合された基板であることを特徴とする請求項１５に記載の流体混合装置の製造方法。
【請求項１７】
前記基板の第一の基板と第二の基板は、それぞれ異なるシリコン材料からなる請求項１６に記載の流体混合装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１０Ｅ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−１９６２１８（Ｐ２００７−１９６２１８Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４５０１８（Ｐ２００６−３４５０１８）
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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