流体搬送路、流体処理装置および流体処理システム
【課題】流路を流れる流体の速度分布を流路中心軸に対して対象にし、下流に設けられた分岐部において、流体を略均等に分配させる流体搬送路を提供する。
【解決手段】流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有し、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有する流体搬送路。
【解決手段】流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有し、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有する流体搬送路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体搬送路、流体同士を混合または反応させるための流体処理装置および流体処理システムに関し、特に流体を高速で搬送する流体搬送路および流体処理装置に好適なものである。
【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、マイクロミキサ又はマイクロリアクタ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することから、生成物の不均一性が生じる恐れがある。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、微粒子の大きさに不均一さが生じてしまう可能性がある。それに対しマイクロミキサ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、一度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。なお、マイクロミキサとマイクロリアクタとは基本的な構造が共通とされているが、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と言う場合がある。このことから、マイクロミキサには、マイクロリアクタが含まれるものとして以下の説明を行う。
【０００３】
このようなマイクロミキサとしては、図２１に示すように、２つの液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つの液体がオリフィス２１０１、２１０２に供給され、続いて末広がり遮蔽部２１０３を高速で通過することにより、ジェット衝突混合室２１０４にて固体析出物を生成する方法である。また、図２２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が販売されている（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ Ｍａｉｎｚ社製、Ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ Ｊｅｔ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｘｅｒ）。これは、ノズル２２０１、２２０２より液体を噴出させ、噴出された液体を空気中で混合させるマイクロミキサである。上記のような特徴を有するマイクロミキサを用いれば、混合及び反応の場として大容積のタンク等を用いた従来のバッチ法と比較し、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。
【０００４】
上記のような技術について、生産性を上げるためには、ノズルを多数作製する必要がある。また、多数のノズルに均等に液体を供給するための流路が必要である。このような流路としては、図２３に示すように流路の出口から入口までの流路長さを等しくする方法が開示されている（特許文献２）。これは、入口２３０１から出口２３０２までの流抵抗が等しいため、流出口ごとの流体の流出圧力を均一にすることができる。
【特許文献１】特開２００２−３３６６６７号公報
【特許文献２】特開平０７−０９０５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような供給用流路において、供給する流量を増加させると、供給用流路を流れる流体の流速は大きくなる。流速が大きいとき、流路の曲がった部分を通過した流体は、進行方向の変化に依存した速度分布の偏りを形成する。速度分布に偏りをもったまま、下流に設けられた分岐部に進入すると、分配量に差が生じる。分岐を何度も繰り返すことにより、流出口での流量のばらつきが大きくなる。その結果、混合もしくは反応の均一性が保ちにくくなる問題があった。
【０００６】
また、ノズルから噴出させた２つの流体を衝突させて混合・反応させる流体処理装置において、ノズルを複数組設けて生産性を上げようとすると、供給する流量が増加する。このとき、ノズルごとの噴出流量のばらつきが大きくなり、反応の均一化の妨げとなる場合がある。
【０００７】
本発明はこの様な背景技術に鑑みてなされたものである。
本発明は、高速で流体を搬送し、複数の流出口に分配させる流体搬送路において、流体の速度分布を流路の中心軸に対して対象にすることにより、分配される流量のばらつきを低減できる流体搬送路を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、多数のノズルから流体を衝突させて、流体の混合または反応を行う流体処理装置において、噴出流量のばらつきを低減することにより、混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、上記の混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を用いた流体処理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】
【００１０】
上記課題を解決するための流体搬送路は、流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するための流体搬送路は、流体を流入させる１個の流入口から、流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部で第一の分岐をして２個の第一の分岐路が設けられ、該第一の分岐路の各々から第二の分岐をして各々第二の分岐路が設けられて、さらに順次分岐をして設けられた分岐路の、流入口から流出口に至る１系列の流体搬送路であって、前記分岐路中には流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するための流体搬送路は、前記流入口と前記分岐部との間、または、前記分岐部と前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が２つ有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するための流体処理装置は、第一の流体分配流路と、該第一の流体分配流路に対応して設けられた第二の流体分配路を有し、該第一の流体分配路の流出口から流出する第一の流体と、該第二の流体分配路の流出口から流出する第二の流体とを衝突させて流体の混合または反応を行う流体処理装置であって、前記第一の流体分配流路および第二の流体分配路に上記の流体搬送路が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するための流体処理システムは、上記の流体処理装置と、流体を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、前記流体処理装置に供給する流体を貯留する供給流体貯留装置と、前記流体処理装置から流出する流体を貯留する流出流体貯留装置とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速で流体を搬送し、複数の流出口に分配させる流体搬送路において、流体の速度分布を流路の中心軸に対して対象にすることにより、分配される流量のばらつきを低減することができる。
【００１６】
また、本発明は、多数のノズルから流体を衝突させて、流体の混合または反応を行う流体処理装置において、各ノズルの噴出流量のばらつきを低減することにより、混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、上記の混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を用いた流体処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の概略を説明した後、本発明の流体搬送路について詳細に説明する。
本発明の流体搬送路は、流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１９】
前記Ａの範囲は１．８以上２．２以下であることが好ましい。
前記第一の円弧の半径をＲ１、前記第二の円弧の半径をＲ２とすると、該Ｒ１と該Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が、０．５以上１．５以下であることが好ましい。
【００２０】
前記二つの円弧は連続的に組み合わされたものであることが好ましい。
前記第一の円弧と前記第二の円弧との間に前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を有していてもよい。
【００２１】
また、本発明の流体搬送路について、円弧の形状は特に限定されず、円、楕円、複数の辺を組合わせて円弧状にしたものであってもよい。
次に、流体搬送路について詳細に説明する。図１２は、本発明の流体搬送路１０００を説明するための概略図である。図１２に示すように流入口１００１と分岐部１００２が連結している。分岐部１００２は２つに分岐し、分岐部１００２の出口は分岐路１０２１、１０２２に連結され、分岐路１０２１、１０２２は分岐部１００３の入口に連結される。また、分岐部１００３は２つに分岐し、分岐部１００３の出口は分岐部１００４の入口に連結されている。また、分岐部１００４の出口は分岐部１００５の入口に連結されている。そして、分岐部１００５の出口は流出口１００６に連結されている。流入口１００１から流入した流体は、分岐部１００２から１００５を通って、流出口１００６から流出する。
【００２２】
分岐部１００２と分岐部１００３との間には、流体の進行方向を変化させる領域（以後、進行方向変化部と称する）１００７、１００８が存在する。また、分岐部１００３と分岐部１００４との間には、進行方向変化部１００９、１０１０、１０１１、１０１２が存在する。進行方向変化領域１００８は、１００７を左右反転したものと同一である。また、進行方向変化部１００９と１０１１は同一であり、これらは進行方向変化部１０１０および１０１２を左右反転したものと同一である。
【００２３】
進行方向変化部１００７について図１３を用いて説明する。前記の領域は、流路１０１３中の流体の進行方向における中心線１０１４が、中心１０１５を中心とする半径Ｒ１の第一の円弧１０１７と、中心１０１６を中心とする半径Ｒ２の第二の円弧１０１８の連なりに沿うように連結されている。また、第一の円弧１０１７と第二の円弧１０１８は流体の回転方向が互いに逆となるように組み合わされている。また、変化させたい流体の進行方向の変化を角度θとすると、第一の円弧１０１７の角度α11はＡ×θの角度を有しており、第二の円弧１０１８の角度α12は（Ａ−１）×θの角度を有している。
【００２４】
進行方向変化部１００９について図１４を用いて説明する。進行方向変化部１００９は従来の曲がり管と進行方向変化部１００７で説明した流体搬送路とが組み合わさったものである。流体は分岐部１００３を通過した後、円弧１０２０を経て進行方向を角度α13変化する。その後、流体は第一の円弧１０１７、第二の円弧１０１８を通過することにより、進行方向を角度θ変化する。これにより、流体は進行方向を角度α13＋θ変化し、かつ流路１０１３の中心軸に対して対称の速度分布を形成して分岐部１０１４へ進入する。
【００２５】
次に、本発明の流体搬送路の効果を説明するために、流体数値計算でシミュレーションを行った結果について図を用いて説明する。図１５は本発明の流体搬送路と比較するための従来の流体搬送路である。また、図１６は従来の流体搬送路を流れる流体の速度分布について説明する図である。また、図１７は本発明の流体搬送路を流れる流体の速度分布について説明する図である。
【００２６】
まず、従来の流体搬送路について図１５を用いて説明する。流体搬送路１１００は、流入１１０１、流出口１１０６を有している。また、図１２の流体搬送路の分岐部１００２から１００５と同様に、分岐部１１０２から１１０５を有している。また、図１２の進行方向変化部１００７から１００１２に対応して、従来の曲がり管を有する進行方向変化部１１０７から１１１２を有している。
【００２７】
従来の流体搬送路１１００の寸法について説明する。流入口１１０１から流出口１１０６に至るまで流路の幅は１．０ｍｍであり、本発明の流体搬送路１０００と同じである。進行方向変化部１１０７および１１０８において、流体の進行方向を９０°変化させる。また、進行方向変化部１１０９から１１１２において、流体の進行方向を１８０°変化させる。
【００２８】
流体搬送路１１００における、進行方向変化部１１０７から１１１２を除いた流路長は、流体搬送路１０００における進行方向変化部１００７から１００１２を除いた流路長と同じである。
【００２９】
次に、本発明の流体搬送路１０００の寸法について説明する。流入口１００１から流出口１００６に至るまで流路の幅は１．０ｍｍである。進行方向変化部１００７および１００８において、流体の進行方向を変化させる角度θは９０°とし、Ａは２とする。このとき、第一の円弧１０１７の角度α11は１８０°、第二の円弧１０１８の角度α12は９０°である。また、第一の円弧の半径Ｒ１および第二の円弧の半径Ｒ２は１．０ｍｍである。また、進行方向変化部１００９から１０１２において、流体の進行方向を１８０°変化させる。このとき、円弧１０２０の角度α13は９０°である。
【００３０】
次に、流出口での流量のばらつきについて説明する。流入口１００１、１１０１から、質量流量９．６ｋｇ／ｓ／ｍの流量で水を送液させたときの、流出口１００６と１１０６から流出した流量のばらつきは次の通りである。いずれも、流体は水とし、密度は９９７．８ｋｇ／ｍ3、粘度は０．００１２８２５ｋｇ／（ｍ・ｓ）とする。まず、従来の流体搬送路の流出口１１０６から流出した流量は、それぞれ０．６４ｋｇ／ｓ／ｍから０．６８ｋｇ／ｓ／ｍであった。このときの流量の平均ばらつきは９．８％である。これに対し、本発明の流体搬送路の流出口１００６から流出した流量は、それぞれ０．６１ｋｇ／ｓ／ｍから０．６３ｋｇ／ｓ／ｍであった。このときの流量の平均ばらつきは３．９％である。
【００３１】
本発明の流体搬送路において、流出口での流量のばらつきが低減された理由について、図１６および図１７を用いて説明する。図１６（ａ）は、進行方向変化部１１０７の流れの様子を説明するためのシミュレーション結果である。図１７（ａ）は、進行方向変化部１００７の流れの様子を説明するためのシミュレーション結果である。流入口１６０１および１７０１から流体の進行方向が変化する位置までの距離は５．０ｍｍである。また、曲がり部１６０３から出口１６０２までの距離と、進行方向変化部１７０３から出口１７０２までの距離は１０ｍｍである。いずれも、流体は水とし、密度は９９７．８ｋｇ／ｍ3、粘度は０．００１２８２５ｋｇ／（ｍ・ｓ）とする。
【００３２】
図１６（ａ）において、水は質量流量４．８ｋｇ／ｓ／ｍで入口１６０１から進入し曲がり部１６０３を経て、出口１６０２へ流出する。図１６（ｂ）は出口１６２０のＢ−Ｂ’断面における水の速度分布を示すグラフである。図１６（ｂ）から分かるように、速度分布に偏りが生じている。入口１６０１から進入した水は、曲がり部１６０３を経た後、回転方向に依存した速度分布を形成する。この速度分布の偏りが維持されたまま次の分岐部１１０３に進入すると、進行方向変化部１１０９を有する流路側の流量が進行方向変化部１１１０を有する流路側の流量に比べて大きくなる。また、分岐部１１０３と同様に、分岐部１１０４、においても、流体の分配量に差が生じる。これにより、流出口１１０６の流量のばらつきが大きくなる。
【００３３】
図１７（ａ）においても同様に、水は質量流量４．８ｋｇ／ｓ／ｍの速度で入口１７０１から進入し進行方向変化部１７０３を経て、出口１７０２へ流出する。図１７（ｂ）は出口１７０２のＣ−Ｃ’断面における水の速度分布を示すグラフである。図１７（ｂ）から分かるように、速度分布は流路の中心軸に対して対称である。入口１７０１から進入した水は、第一の円弧により回転方向に依存した速度分布を形成しようとする。次に第二の円弧により逆の回転方向に依存した速度分布が形成される。これにより、出口１７０２において流路の中心軸に対して対称の速度分布が形成される。この結果、分岐部１００３に進入した水は均等に分配される。また、進行方向変化部１００７と同様に、進行方向変化部１００９から１０１２を通過した水は、流路の中心軸に対して対称の速度分布が形成される。これにより、分岐部１００４に進入した水は略均等に分配される。この結果、流出口１００６の流量のばらつきが小さくなる。
【００３４】
本発明によれば、分岐部１００３から１００４に進入する水の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、分岐部１００３から１００４で水が略均等に分配される。これにより、従来の流体搬送路に比べて、分配する流量のばらつきを低減できる。
【００３５】
次に、本発明の流体搬送路の構成について詳細に説明する。
Ａの範囲について詳細に説明する。Ａの範囲は、１．８以上２．２以下、好ましくは１．９以上２．１以下、特に好ましくは２とすることが適切である。図１８（ａ）、（ｂ）の流体搬送路は流体の進行方向を変化させる角度が９０°、流路幅が１．０ｍｍ、第一の円弧の半径Ｒ21、第二の円弧の半径Ｒ22がともに１．０ｍｍである。また、第一の円弧と第二の円弧は連続的に組み合わされている。図１８（ａ）はＡが１．８の場合を示す図であり、第一の円弧１８０１の角度α21は１６２°、第二の円弧１８０２の角度α22は７２°である。また、図１８（ｂ）はＡが２．２の場合を示す図であり、第一の円弧１８０６の角度α31は１９８°、第二の円弧１８０７の角度α32は１０８°である。いずれの場合も、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。なお、Ａの範囲が１．８以上２．２以下のとき本発明の効果が顕著であるが、それ以外の範囲であっても本発明の効果を得ることができる。また、Ｒ21とＲ22との比の範囲が０．５以上１．５以下、第一の円弧１８０１と第二の円弧１８０２との間に流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を設けてもよい。
【００３６】
第一の円弧の半径Ｒ１と、第二の円弧の半径Ｒ２との比について詳細に説明する。Ｒ１とＲ２の比は、０．５以上１．５以下、好ましくは０．７５以上１．２５以下、特に好ましくは１とすることが適切である。図１９は、流体の進行方向を変化させる角度が９０°、第一の円弧１９０１の半径Ｒ31は１．０ｍｍ、第二の円弧１９０２の半径Ｒ32は０．８ｍｍ、第一の円弧１９０１の角度α41は１８０°、第二の円弧１９０２の角度α42は９０°であり、第一の円弧と第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。このとき、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。なお、Ｒ31とＲ32の比が０．５以上１．５以下の範囲のとき本発明の効果が顕著であるが、それ以外の範囲であっても本発明の効果を得ることができる。また、Ａの範囲を１．８以上２．２以下、第一の円弧１９０１と第二の円弧１９０２との間に流路の直径の１／１０以下の長さの直線状の流路を設けてもよい。
【００３７】
第一の円弧と第二の円弧とは連続的に組み合わされていることが好ましい。ただし、第一の円弧と第二の円弧との間に、前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さの直線状の流路を設けても良い。図２０は、第一の円弧２００１と第二の円弧２００２との間に直線状の流路２００６が組み合わされたものである。図２０の流体搬送路は、流体の進行方向を変化させる角度が９０°、第一の円弧の半径Ｒ41が１．０ｍｍ、第二の円弧の半径Ｒ42が１．０ｍｍ、第一の円弧の角度α51は１８０°、第二の円弧の角度α52は９０°、流路の幅は１．０ｍｍ、直線状の流路２００６の長さは０．１ｍｍである。このとき、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。また、Ａの範囲が１．８以上２．２以下、Ｒ41とＲ42との比の範囲が０．５以上１．５以下であってもよい。
【００３８】
本発明の流体搬送路の各部分の寸法について説明する。
流路の幅は、特に限定されるものではないが、０．０１ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、好ましくは、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、特に好ましくは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３９】
流路の深さは、特に限定されるものではないが、０．０１ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、好ましくは、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、特に好ましくは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００４０】
本発明において、流体の流速は速いほど効果がある。従って、流体の流速は、０．１ｍ／ｓ以上とすることが適切である。好ましくは、０．５ｍ／ｓ以上、特に好ましくは、１ｍ／ｓ以上とすることが適切である。
【００４１】
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流体搬送路を通過する際の圧力損失は大きくなる。従って、搬送する流体の粘度が高い場合には、流路の断面積を大きくすることが望ましい。
【００４２】
また、本発明の流体搬送路について、流路の断面形状は、特に限定されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
図を用いて本発明の流体処理装置を説明する。図１は本発明の実施例１の流体処理装置を示す斜視図である。また、図２（ａ）は、本実施例１の流体処理装置を下側から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図である。図２（ｄ）は図２（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図２（ｅ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板１１８と、ノズル基板１１７を積層することで作製されている。１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂは、ノズル基板１１７に形成されたノズルであり、１１９ａと１１９ｂはチューブコネクタである。
【００４４】
流体分配流路基板１１８とノズル基板１１７は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで形成されている。ノズル基板１１７に形成されているノズル１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル１０１ａから１１６ａとノズル１０１ｂから１１６ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ１１９ａと１１９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板１１８と接着剤で接合されている。
【００４５】
流体分配流路について説明する。流体分配流路１２１ａ、１２１ｂは上記発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体搬送路１０００と同じである。また、流体分配流路１２１ａ、１２１ｂの深さは０．８ｍｍである。
【００４６】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ１１９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口１２０ａから流入し、流体分配流路基板１１８に形成された流体分配流路１２１ａにおいて流体は１６に分岐する。そして、分配された流体はノズル基板１１７に形成されたノズル１０１ａから１１６ａより噴出する。また、チューブコネクタ１１９ｂから流入した流体もまったく同様にして１０１ｂから１１６ｂより噴出する。そして、ノズル１０１ａから１１６ａとノズル１０１ｂから１１６ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００４７】
本実施例によれば、流体分配流路中を流れる流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、分岐部で流体が略均等に分配される。これにより、各ノズルに供給される流量のばらつきが低減されるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００４８】
実施例２
図３は本発明の実施例２の流体処理装置を説明する説明図である。図３（ａ）は、実施例２の流体処理装置を下側から見た図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図３（ｄ）は図３（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図３（ｅ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板２０６とノズル基板２０５を積層することで作製されている。２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂはノズルであり、２０９ａと２０９ｂはチューブコネクタである。
【００４９】
流体分配流路基板２０６は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路２０７ａ、ｂと流入口２０８ａ、ｂが形成されている。ノズル基板２０５に形成されているノズル２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル２０１ａから２０４ａとノズル２０１ｂから２０４ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ２０９ａと２０９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板２０６と接着剤で接合されている。
【００５０】
本実施例の流体分配流路について図４を用いて説明する。図４は図３（ｃ）の領域２１８を拡大した図である。流路２１０中の流体の進行方向における中心線２１１が、中心２１３を中心とする半径Ｒ21の第一の円弧２１２と、中心２１５を中心とする半径Ｒ22の第二の円弧２１４の連なりに沿うように連結されている。また、第一の円弧２１２と第二の円弧２１２は流体の回転方向が互いに逆となるように組み合わされている。また、変化させたい流体の進行方向の変化を角度θ2とすると、第一の円弧２１２の角度α21はＡ×θの角度を有しており、第二の円弧２１４の角度α22は（Ａ−１）×θの角度を有している。なお、流体分配流路２０７ｂは、領域２１８で説明した流路を反転した流路が組み合わされたものである。また、流体分配流路２０７ａは、流体分配流路２０７ｂを反転したものである。
【００５１】
本実施例では、流体の進行方向を４５°変化させる。Ａの値は２とすると、第一の円弧２１２の角度α21は９０°、第二の円弧２１４の角度α22は４５°である。また、Ｒ21＝Ｒ22＝１．０ｍｍである。分岐部２１６に進入する流体の速度分布は流路の中心軸に対して対称となるので、流出口２１７ａ、ｂに流体が均等に分配される。
【００５２】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ２０９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口２０８ａから流入し、流体分配流路基板２０６に形成された流体分配流路２０７ａにおいて４つに分岐する。そして、分配された流体はノズル基板２０５に形成されたノズル２０１ａから２０４ａより噴出する。また、流入口２０７ｂから流入した流体もまったく同様にして２０１ｂから２０４ｂより噴出する。そして、ノズル２０１ａから２０４ａとノズル２０１ｂから２０４ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００５３】
本実施例によれば、分岐部に進入する流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、流出口で流体が略均等に分配される。これにより、各ノズルに供給される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００５４】
実施例３
図５は、本発明の実施例３の流体処理装置の説明図である。本実施例では、実施例１と同様に、流体分配流路基板とノズル基板を積層し、チューブコネクタを接続することで作製される。
【００５５】
流体分配流路基板３００について、シリコン基板を一面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路３０１ａ、ｂが形成される。流体は、流入口３０２ａ、ｂから進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂを通過し、流出口３０５ａ、ｂから３２０ａ、ｂを経て、ノズルから噴出される。進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂを除く他の流路の働きは実施例１と同一のため、進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂの働きについて説明を行う。図６は、進行方向変化部３０３ａの拡大図である。進行方向変化部３０３ａは、流体の進行方向を４５°変化させる進行方向変化部３２１と３２２とが２つ組み合わさったものである。流入口３０２ａから流入した流体は、まず、第一の進行方向変化部３２１において進行方向を４５°変化させる。第一の進行方向変化部３２１は、実施例２と同様に９０°変化する第一の円弧と、４５°変化する第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。これにより、第一の進行方向変化部３２１を通過した流体は、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。同様に、第二の進行方向変化部３２２を通過した流体は、４５°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。これにより、流体は分岐部３２３で略均等に分配される。
【００５６】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００５７】
実施例４
図７は本発明の実施例４の流体処理装置を説明する説明図である。図７（ａ）は、実施例４の流体処理装置を下側から見た図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図７（ｄ）は図７（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図７（ｅ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板４３４とノズル基板４３３を積層することで作製されている。４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂはノズルであり、４３７ａと４３７ｂはチューブコネクタである。
【００５８】
流体分配流路基板４３５は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路４３５ａ、ｂと流入口４３６ａ、ｂが形成されている。ノズル基板４３３はガラス板からできており、図７（ｅ）に示すような斜め穴をレーザー加工であけることでノズル４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂが形成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体はある角度を持って噴出する。そして、ノズル４０１ａから４３２ａとノズル４０１ｂから４３２ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ４３７ａと４３７ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板４３４と接着剤で接合されている。
【００５９】
次に、流体分配流路基板４３４に形成された流体分配流路４３５について詳細に説明する。図８は、流体分配流路４３５の拡大図である。図８に示すように流入口４３６と分岐部４３８が連結している。分岐部４３８は２つに分岐し、分岐部４３８の出口は分岐部４３９の入口に連結され、また、分岐部４３９は２つに分岐し、分岐部４３９の出口は分岐部４４０の入口に連結されている。また、分岐部４４０の出口は分岐部４４１の入口に連結されている。また、分岐部４４１の出口は分岐部４４２の入口に連結されている。そして、分岐部４４２の出口は流出口４５７に連結されている。流入口４３６から流入した流体は、分岐部４３９から４４２を通って、流出口４５７から流出する。
【００６０】
分岐部４３８と分岐部４３９との間には、進行方向変化部４４３、４４４が存在する。また、分岐部４３９と分岐部４０４との間には、進行方向変化部４４５から４４８が存在する。また、分岐部４４０と分岐部４４１との間には、進行方向変化部４４９から４５８が存在する。
【００６１】
進行方向変化部４４３および４４４、進行方向変化部４４９から４５６の働きは実施例１と同一のため、進行方向変化部４４５から４４８について説明する。
進行方向変化部４４５から４４８は、流体の進行方向が１８０°変化する領域である。本実施例では、発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路を２つ組み合わせることにより、流体の進行方向を１８０°変化させる。以下、図９を用いて詳細に説明する。
【００６２】
図９は、進行方向変化部４４５の拡大図である。分岐部４３９を通過した流入した流体は、第一の進行方向変化部４６４において進行方向を９０°変化される。第一の進行方向変化部４６４は、１８０°変化する第一の円弧と９０°変化する第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。これにより、第一の進行方向変化部４６４を通過した流体は、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。同様に、第二の進行方向変化部４６５を通過した流体は、９０°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。これにより、流体は分岐部４４０で、均等に分配される。
【００６３】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ４３７ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口４３６ａから流入し、流体分配流路基板４３５に形成された流体分配流路４３５において３２に分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板４３３に形成されたノズル４０１ａから４３２ａより噴出する。また、流入口４３６ｂから流入した流体もまったく同様にして４０１ｂから４３２ｂより噴出する。そして、ノズル４０１ａから４３２ａとノズル４０１ｂから４３２ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００６４】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００６５】
実施例５
図１０は本発明の実施例５の流体処理装置を説明する説明図である。図１０（ａ）は、実施例５の流体処理装置を下側から見た図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図１０（ｅ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板５６６とノズル基板５６５を積層することで作製されている。５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂはノズルであり、５６９ａと５６９ｂはチューブコネクタである。
【００６６】
流体分配流路基板５６６は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路５６７ａ、ｂと流入口５６８ａ、ｂが形成されている。ノズル基板５６５に形成されているノズル５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル５０１ａから５６４ａとノズル５０１ｂから５６４ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ５６９ａと５６９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板５６６と接着剤で接合されている。
【００６７】
本実施例の流体分配流路５６７について説明する。流体分配流路５６７は、実施例４で説明した流体分配流路４３５を２つ並列に組み合わせたものであり、各々の進行方向変化部の働きは実施例４の進行方向変化部と同一である。
【００６８】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ５６９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口５６８ａから流入し、流体分配流路基板５６６に形成された流体分配流路５６７ａにおいて６４に分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板５６５に形成されたノズル５０１ａから５６４ａより噴出する。また、流入口５６８ｂから流入した流体もまったく同様にして５０１ｂから５６４ｂより噴出する。そして、ノズル５０１ａから５６４ａとノズル５０１ｂから５６４ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００６９】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００７０】
実施例６
図１１は、本発明の実施例６の流体処理システムを示す概念図である。
【００７１】
６０１は、本発明の流体処理システムである。６０２は液体を搬送するための高圧ガス、６０３は搬送圧力を制御するためのレギュレータである。６０４と６０５は、反応液を貯留する第１の反応液タンクと第２の反応液タンクであり、６０６は反応液の流量を監視するための流量計、６１０は反応生成物を回収する回収タンクである。そして反応容器６０８には、実施例５で説明した流体処理装置６０７が組み込まれている。
【００７２】
本実施例の流体処理システムを利用し、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６０４には顔料溶解液、第２の反応液タンク６０５にはイオン交換水が室温で貯留されている。この例において用いる顔料溶解液の調製法について説明する。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部加え、これらが溶解するまで２５％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調製する。それぞれの反応液は、高圧ガス６０２の圧力により反応容器６０８へ搬送される。このとき、流量計６０６を監視しレギュレータ６０３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７ｍ／ｓ、水は流速３ｍ／ｓで噴出し、流体処理装置６０７の下方、反応容器６０８内で交差し混合される。混合の結果、生成されたマゼンタ顔料の分散体６０９は回収タンク６１０に回収される。
【００７３】
実施例７
図２４は本発明の実施例７の流体処理装置を説明する説明図である。図２４（ａ）は、実施例７の流体処理装置を下側から見た図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図２４（ｃ）は図２４（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図２４（ｄ）は図２４（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図２４（ｅ）は図２４（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板７１０とノズル基板７０９を積層することで作製されている。７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂはノズルであり、７１３ａと７１３ｂはチューブコネクタである。
【００７４】
流体分配流路基板７１０は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路７１１ａ、ｂと流入口７１２ａ、ｂが形成されている。ノズル基板７０９に形成されているノズル７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル７０１ａから７０８ａとノズル７０１ｂから７０８ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ７１３ａと７１３ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板７１０と接着剤で接合されている。
【００７５】
次に、本実施例の流体処理装置の作製工程を説明する。図２５Ａおよび図２５Ｂは、流体処理装置の作製方法を、図２４（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図にて示したものである。
【００７６】
まず、ノズル基板７０９で使用するＳＯＩ基板について説明する。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２５（ａ）］。
【００７７】
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７０８ｂ、７０８ａ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活性層８０１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２５（ｂ）］。
【００７８】
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８０８、８０９を形成する［図２５（ｃ）］。
【００７９】
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８１０、８１１のパターンを形成する［図２５（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２５（ｅ）］。
【００８０】
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する［図２５（ｆ）］。
【００８１】
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２５（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２５（ｈ）］。
【００８２】
次に、流体分配流路基板７１０の作製工程について図２５Ｂを用いて説明する。まず、シリコン基板８１２を用意する。フォトレジスト８１３により流体分配流路７１１ｂ、７１１ａのパターンを形成する。
【００８３】
次に、フォトレジスト８１３をエッチングマスクとしてシリコン基板８１２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の流体分配流路を形成する［図２５（ｉ）、（ｊ）］
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジスト８１３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２５（ｋ）］。
【００８４】
最後に、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン窒化膜８１４を成膜する［図２５（ｌ）］。
以上の方法で作製されたノズル基板７０９および流体分配流路基板７１０は基板間直接接合により接合する［図２５（ｍ）］。
【００８５】
次に、流体分配流路基板７１０に形成された流体分配流路７１１について詳細に説明する。図２６は、流体分配流路７１１の拡大図である。図２６に示すように流入口７１２と分岐部９０１が連結している。分岐９０１は２つに分岐し、分岐部９０１の出口は分岐部９０２の入口に連結されている。また、分岐部９０２の出口は分岐部９０３の入口に連結されている。そして、分岐部９０３の出口は流出口９０４に連結されている。流入口７１２から流入した流体は、分岐部９０１から９０３を通って、流出口９０４から流出する。
【００８６】
分岐部９０１と分岐部９０２との間には、進行方向変化部９０５、９０６が存在する。また、分岐部９０２と分岐部９０３との間には、進行方向変化部９０７から９１０が存在する。また、分岐部９０３と流出口９０４との間には、進行方向変化部９１１から９１８が存在する。
【００８７】
進行方向変化部９０５および９１８の働きは発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路と同一のため、分岐部９０１から９０３について説明する。
【００８８】
分岐部９０１から９０３は流体を２つに分配させると同時に流体の進行方向を９０°変化させる領域である。分岐部９０１から９０３は、発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路が２つ組み合わされている。これにより、流体を２つに分配させると同時に、流体の進行方向を９０°変化させる。また、流体は、９０°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。
【００８９】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ７１３ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口７１２ａから流入し、流体分配流路基板７１０に形成された流体分配流路７１１において８つに分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板７０９に形成されたノズル７０１ａから７０８ａより噴出する。また、流入口７１２ｂから流入した流体もまったく同様にして７０１ｂから７０８ｂより噴出する。そして、ノズル７０１ａから７０８ａとノズル７０１ｂから７０８ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００９０】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の流体処理装置は、複数の流出口から流量を均一に流出させることにより、流体の均一な混合または反応を行うことができるので、化学工業、生化学工業、食品工業、製薬工業等の流体処理システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施例１の流体処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の流体処理装置を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施例２の流体処理装置を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施例２の流体分配流路を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施例３の流体処理装置を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例３の流体分配流路を説明する説明図である。
【図７】本発明の実施例４の流体処理装置を説明する説明図である。
【図８】本発明の実施例４の流体分配流路を説明する説明図である。
【図９】本発明の実施例４の流体分配流路を説明する説明図である。
【図１０】本発明の実施例５の流体処理装置を説明する説明図である。
【図１１】本発明の実施例６の流体処理システムを説明する説明図である。
【図１２】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１３】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１４】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１５】従来の流体搬送路を説明する説明図である。
【図１６】従来の流体搬送路を説明する説明図である。
【図１７】本発明の流体搬送路の効果を説明する説明図である。
【図１８】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１９】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図２０】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図２１】従来の流体処理装置を説明するための説明図である。
【図２２】従来の流体処理装置を説明するための説明図である。
【図２３】従来の流体搬送路を説明するための説明図である。
【図２４】本発明の実施例７の流体処理装置を説明する説明図である。
【図２５Ａ】本発明の実施例７の流体処理装置の作製工程を説明する説明図である。
【図２５Ｂ】本発明の実施例７の流体処理装置の作製工程を説明する説明図である。
【図２６】本発明の実施例７の流体分配流路基板に形成された流体分配流路を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂ、２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂ、４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂ、５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂ、、７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂ、２２０１、２２０２ ノズル
１１７、２０５、４３３、５６５、７０９ ノズル基板
１１８、２０６、３００、４３４、５６６、７１０ 流体分配流路基板
１１９ａ、１１９ｂ、２０９ａ、２０９ｂ、４３７ａ、４３７ｂ、５６９ａ、５６９ｂ、７１３ａ、７１３ｂ チューブコネクタ
１２１ａ、１２１ｂ、２０７ａ、２０７ｂ、３０１ａ、３０１ｂ、４３５ａ、４３５ｂ、５６７ａ、５６７ｂ、７１１ａ、７１１ｂ 流体分配流路
１０００、１１００ 流体搬送路
１０２１、１０２２ 分岐路
１２０ａ、１２０ｂ、２０８ａ、２０８ｂ、３０２ａ、３０２ｂ、４３６ａ、４３６ｂ、５６８ａ、５６８ｂ、７１２ａ、７１２ｂ、１００１、１１０１、２３０１ 流入口
２１８ 領域
２１０、１０１３ 流路
２１１、１０１４、１８０３、１９０３、２００３ 中心線
２１３、２１５、１０１５、１０１６、１０１９、１８０４、１８０５、１９０４、１９０５、２００４、２００５ 中心
２１２、１０１７、１８０１、１８０６、１９０１、２００１ 第一の円弧
２１４、１０１８、１８０２、１８０７、１９０２、２００２ 第二の円弧
１０２０ 円弧
２１６、３２３、４３８から４４２、９０１から９０３、１００２から１００５、１１０２から１１０５ 分岐部
２１７ａ、２１７ｂ、３０５ａから３２０ａ、３０５ｂから３２０ｂ、４５７、９０４、１００６、１１０６、２３０２ 流出口
３０３ａ、３０４ａ、３０３ｂ、３０４ｂ、３２１、３２２、４４３から４５６、４６４、４６５、９０５から９１８、１００７から１０１２、１１０７から１１１２、 進行方向変化部
６０１ 流体処理システム
６０２ 高圧ガス
６０３ レギュレータ
６０４ 第１の反応液タンク
６０５ 第２の反応液タンク
６０６ 量計
６０７ 流体処理装置
６０８ 反応容器
６０９ マゼンタ顔料の分散体
６１０ 回収タンク
８０１ 活性層
８０２ シリコン酸化膜層
８０３ 支持基板層
８０４、８０６、８１３ フォトレジスト
８０７、８１４ シリコン窒化膜
８０８、８０９ 連結部
８１０、８１１ 導入口
８１２ シリコン基板
１６０１、１７０１ 入口
１６０２、１７０２ 出口
１６０３、１７０３ 曲がり部
２００６ 直線状の流路
２１０１、２１０２ オリフィス
２１０３ 遮蔽部
２１０４ ジェット衝突混合室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体搬送路、流体同士を混合または反応させるための流体処理装置および流体処理システムに関し、特に流体を高速で搬送する流体搬送路および流体処理装置に好適なものである。
【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、マイクロミキサ又はマイクロリアクタ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することから、生成物の不均一性が生じる恐れがある。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、微粒子の大きさに不均一さが生じてしまう可能性がある。それに対しマイクロミキサ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、一度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。なお、マイクロミキサとマイクロリアクタとは基本的な構造が共通とされているが、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と言う場合がある。このことから、マイクロミキサには、マイクロリアクタが含まれるものとして以下の説明を行う。
【０００３】
このようなマイクロミキサとしては、図２１に示すように、２つの液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つの液体がオリフィス２１０１、２１０２に供給され、続いて末広がり遮蔽部２１０３を高速で通過することにより、ジェット衝突混合室２１０４にて固体析出物を生成する方法である。また、図２２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が販売されている（Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｒ Ｍｉｋｒｏｔｅｃｈｎｉｋ Ｍａｉｎｚ社製、Ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ Ｊｅｔ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｘｅｒ）。これは、ノズル２２０１、２２０２より液体を噴出させ、噴出された液体を空気中で混合させるマイクロミキサである。上記のような特徴を有するマイクロミキサを用いれば、混合及び反応の場として大容積のタンク等を用いた従来のバッチ法と比較し、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。
【０００４】
上記のような技術について、生産性を上げるためには、ノズルを多数作製する必要がある。また、多数のノズルに均等に液体を供給するための流路が必要である。このような流路としては、図２３に示すように流路の出口から入口までの流路長さを等しくする方法が開示されている（特許文献２）。これは、入口２３０１から出口２３０２までの流抵抗が等しいため、流出口ごとの流体の流出圧力を均一にすることができる。
【特許文献１】特開２００２−３３６６６７号公報
【特許文献２】特開平０７−０９０５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような供給用流路において、供給する流量を増加させると、供給用流路を流れる流体の流速は大きくなる。流速が大きいとき、流路の曲がった部分を通過した流体は、進行方向の変化に依存した速度分布の偏りを形成する。速度分布に偏りをもったまま、下流に設けられた分岐部に進入すると、分配量に差が生じる。分岐を何度も繰り返すことにより、流出口での流量のばらつきが大きくなる。その結果、混合もしくは反応の均一性が保ちにくくなる問題があった。
【０００６】
また、ノズルから噴出させた２つの流体を衝突させて混合・反応させる流体処理装置において、ノズルを複数組設けて生産性を上げようとすると、供給する流量が増加する。このとき、ノズルごとの噴出流量のばらつきが大きくなり、反応の均一化の妨げとなる場合がある。
【０００７】
本発明はこの様な背景技術に鑑みてなされたものである。
本発明は、高速で流体を搬送し、複数の流出口に分配させる流体搬送路において、流体の速度分布を流路の中心軸に対して対象にすることにより、分配される流量のばらつきを低減できる流体搬送路を提供するものである。
【０００８】
また、本発明は、多数のノズルから流体を衝突させて、流体の混合または反応を行う流体処理装置において、噴出流量のばらつきを低減することにより、混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明は、上記の混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を用いた流体処理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】
【００１０】
上記課題を解決するための流体搬送路は、流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するための流体搬送路は、流体を流入させる１個の流入口から、流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部で第一の分岐をして２個の第一の分岐路が設けられ、該第一の分岐路の各々から第二の分岐をして各々第二の分岐路が設けられて、さらに順次分岐をして設けられた分岐路の、流入口から流出口に至る１系列の流体搬送路であって、前記分岐路中には流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１２】
また、上記課題を解決するための流体搬送路は、前記流入口と前記分岐部との間、または、前記分岐部と前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が２つ有することを特徴とする。
【００１３】
また、上記課題を解決するための流体処理装置は、第一の流体分配流路と、該第一の流体分配流路に対応して設けられた第二の流体分配路を有し、該第一の流体分配路の流出口から流出する第一の流体と、該第二の流体分配路の流出口から流出する第二の流体とを衝突させて流体の混合または反応を行う流体処理装置であって、前記第一の流体分配流路および第二の流体分配路に上記の流体搬送路が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、上記課題を解決するための流体処理システムは、上記の流体処理装置と、流体を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、前記流体処理装置に供給する流体を貯留する供給流体貯留装置と、前記流体処理装置から流出する流体を貯留する流出流体貯留装置とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速で流体を搬送し、複数の流出口に分配させる流体搬送路において、流体の速度分布を流路の中心軸に対して対象にすることにより、分配される流量のばらつきを低減することができる。
【００１６】
また、本発明は、多数のノズルから流体を衝突させて、流体の混合または反応を行う流体処理装置において、各ノズルの噴出流量のばらつきを低減することにより、混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、上記の混合または反応の均一性を向上した流体処理装置を用いた流体処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の概略を説明した後、本発明の流体搬送路について詳細に説明する。
本発明の流体搬送路は、流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする。
【００１９】
前記Ａの範囲は１．８以上２．２以下であることが好ましい。
前記第一の円弧の半径をＲ１、前記第二の円弧の半径をＲ２とすると、該Ｒ１と該Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が、０．５以上１．５以下であることが好ましい。
【００２０】
前記二つの円弧は連続的に組み合わされたものであることが好ましい。
前記第一の円弧と前記第二の円弧との間に前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を有していてもよい。
【００２１】
また、本発明の流体搬送路について、円弧の形状は特に限定されず、円、楕円、複数の辺を組合わせて円弧状にしたものであってもよい。
次に、流体搬送路について詳細に説明する。図１２は、本発明の流体搬送路１０００を説明するための概略図である。図１２に示すように流入口１００１と分岐部１００２が連結している。分岐部１００２は２つに分岐し、分岐部１００２の出口は分岐路１０２１、１０２２に連結され、分岐路１０２１、１０２２は分岐部１００３の入口に連結される。また、分岐部１００３は２つに分岐し、分岐部１００３の出口は分岐部１００４の入口に連結されている。また、分岐部１００４の出口は分岐部１００５の入口に連結されている。そして、分岐部１００５の出口は流出口１００６に連結されている。流入口１００１から流入した流体は、分岐部１００２から１００５を通って、流出口１００６から流出する。
【００２２】
分岐部１００２と分岐部１００３との間には、流体の進行方向を変化させる領域（以後、進行方向変化部と称する）１００７、１００８が存在する。また、分岐部１００３と分岐部１００４との間には、進行方向変化部１００９、１０１０、１０１１、１０１２が存在する。進行方向変化領域１００８は、１００７を左右反転したものと同一である。また、進行方向変化部１００９と１０１１は同一であり、これらは進行方向変化部１０１０および１０１２を左右反転したものと同一である。
【００２３】
進行方向変化部１００７について図１３を用いて説明する。前記の領域は、流路１０１３中の流体の進行方向における中心線１０１４が、中心１０１５を中心とする半径Ｒ１の第一の円弧１０１７と、中心１０１６を中心とする半径Ｒ２の第二の円弧１０１８の連なりに沿うように連結されている。また、第一の円弧１０１７と第二の円弧１０１８は流体の回転方向が互いに逆となるように組み合わされている。また、変化させたい流体の進行方向の変化を角度θとすると、第一の円弧１０１７の角度α11はＡ×θの角度を有しており、第二の円弧１０１８の角度α12は（Ａ−１）×θの角度を有している。
【００２４】
進行方向変化部１００９について図１４を用いて説明する。進行方向変化部１００９は従来の曲がり管と進行方向変化部１００７で説明した流体搬送路とが組み合わさったものである。流体は分岐部１００３を通過した後、円弧１０２０を経て進行方向を角度α13変化する。その後、流体は第一の円弧１０１７、第二の円弧１０１８を通過することにより、進行方向を角度θ変化する。これにより、流体は進行方向を角度α13＋θ変化し、かつ流路１０１３の中心軸に対して対称の速度分布を形成して分岐部１０１４へ進入する。
【００２５】
次に、本発明の流体搬送路の効果を説明するために、流体数値計算でシミュレーションを行った結果について図を用いて説明する。図１５は本発明の流体搬送路と比較するための従来の流体搬送路である。また、図１６は従来の流体搬送路を流れる流体の速度分布について説明する図である。また、図１７は本発明の流体搬送路を流れる流体の速度分布について説明する図である。
【００２６】
まず、従来の流体搬送路について図１５を用いて説明する。流体搬送路１１００は、流入１１０１、流出口１１０６を有している。また、図１２の流体搬送路の分岐部１００２から１００５と同様に、分岐部１１０２から１１０５を有している。また、図１２の進行方向変化部１００７から１００１２に対応して、従来の曲がり管を有する進行方向変化部１１０７から１１１２を有している。
【００２７】
従来の流体搬送路１１００の寸法について説明する。流入口１１０１から流出口１１０６に至るまで流路の幅は１．０ｍｍであり、本発明の流体搬送路１０００と同じである。進行方向変化部１１０７および１１０８において、流体の進行方向を９０°変化させる。また、進行方向変化部１１０９から１１１２において、流体の進行方向を１８０°変化させる。
【００２８】
流体搬送路１１００における、進行方向変化部１１０７から１１１２を除いた流路長は、流体搬送路１０００における進行方向変化部１００７から１００１２を除いた流路長と同じである。
【００２９】
次に、本発明の流体搬送路１０００の寸法について説明する。流入口１００１から流出口１００６に至るまで流路の幅は１．０ｍｍである。進行方向変化部１００７および１００８において、流体の進行方向を変化させる角度θは９０°とし、Ａは２とする。このとき、第一の円弧１０１７の角度α11は１８０°、第二の円弧１０１８の角度α12は９０°である。また、第一の円弧の半径Ｒ１および第二の円弧の半径Ｒ２は１．０ｍｍである。また、進行方向変化部１００９から１０１２において、流体の進行方向を１８０°変化させる。このとき、円弧１０２０の角度α13は９０°である。
【００３０】
次に、流出口での流量のばらつきについて説明する。流入口１００１、１１０１から、質量流量９．６ｋｇ／ｓ／ｍの流量で水を送液させたときの、流出口１００６と１１０６から流出した流量のばらつきは次の通りである。いずれも、流体は水とし、密度は９９７．８ｋｇ／ｍ3、粘度は０．００１２８２５ｋｇ／（ｍ・ｓ）とする。まず、従来の流体搬送路の流出口１１０６から流出した流量は、それぞれ０．６４ｋｇ／ｓ／ｍから０．６８ｋｇ／ｓ／ｍであった。このときの流量の平均ばらつきは９．８％である。これに対し、本発明の流体搬送路の流出口１００６から流出した流量は、それぞれ０．６１ｋｇ／ｓ／ｍから０．６３ｋｇ／ｓ／ｍであった。このときの流量の平均ばらつきは３．９％である。
【００３１】
本発明の流体搬送路において、流出口での流量のばらつきが低減された理由について、図１６および図１７を用いて説明する。図１６（ａ）は、進行方向変化部１１０７の流れの様子を説明するためのシミュレーション結果である。図１７（ａ）は、進行方向変化部１００７の流れの様子を説明するためのシミュレーション結果である。流入口１６０１および１７０１から流体の進行方向が変化する位置までの距離は５．０ｍｍである。また、曲がり部１６０３から出口１６０２までの距離と、進行方向変化部１７０３から出口１７０２までの距離は１０ｍｍである。いずれも、流体は水とし、密度は９９７．８ｋｇ／ｍ3、粘度は０．００１２８２５ｋｇ／（ｍ・ｓ）とする。
【００３２】
図１６（ａ）において、水は質量流量４．８ｋｇ／ｓ／ｍで入口１６０１から進入し曲がり部１６０３を経て、出口１６０２へ流出する。図１６（ｂ）は出口１６２０のＢ−Ｂ’断面における水の速度分布を示すグラフである。図１６（ｂ）から分かるように、速度分布に偏りが生じている。入口１６０１から進入した水は、曲がり部１６０３を経た後、回転方向に依存した速度分布を形成する。この速度分布の偏りが維持されたまま次の分岐部１１０３に進入すると、進行方向変化部１１０９を有する流路側の流量が進行方向変化部１１１０を有する流路側の流量に比べて大きくなる。また、分岐部１１０３と同様に、分岐部１１０４、においても、流体の分配量に差が生じる。これにより、流出口１１０６の流量のばらつきが大きくなる。
【００３３】
図１７（ａ）においても同様に、水は質量流量４．８ｋｇ／ｓ／ｍの速度で入口１７０１から進入し進行方向変化部１７０３を経て、出口１７０２へ流出する。図１７（ｂ）は出口１７０２のＣ−Ｃ’断面における水の速度分布を示すグラフである。図１７（ｂ）から分かるように、速度分布は流路の中心軸に対して対称である。入口１７０１から進入した水は、第一の円弧により回転方向に依存した速度分布を形成しようとする。次に第二の円弧により逆の回転方向に依存した速度分布が形成される。これにより、出口１７０２において流路の中心軸に対して対称の速度分布が形成される。この結果、分岐部１００３に進入した水は均等に分配される。また、進行方向変化部１００７と同様に、進行方向変化部１００９から１０１２を通過した水は、流路の中心軸に対して対称の速度分布が形成される。これにより、分岐部１００４に進入した水は略均等に分配される。この結果、流出口１００６の流量のばらつきが小さくなる。
【００３４】
本発明によれば、分岐部１００３から１００４に進入する水の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、分岐部１００３から１００４で水が略均等に分配される。これにより、従来の流体搬送路に比べて、分配する流量のばらつきを低減できる。
【００３５】
次に、本発明の流体搬送路の構成について詳細に説明する。
Ａの範囲について詳細に説明する。Ａの範囲は、１．８以上２．２以下、好ましくは１．９以上２．１以下、特に好ましくは２とすることが適切である。図１８（ａ）、（ｂ）の流体搬送路は流体の進行方向を変化させる角度が９０°、流路幅が１．０ｍｍ、第一の円弧の半径Ｒ21、第二の円弧の半径Ｒ22がともに１．０ｍｍである。また、第一の円弧と第二の円弧は連続的に組み合わされている。図１８（ａ）はＡが１．８の場合を示す図であり、第一の円弧１８０１の角度α21は１６２°、第二の円弧１８０２の角度α22は７２°である。また、図１８（ｂ）はＡが２．２の場合を示す図であり、第一の円弧１８０６の角度α31は１９８°、第二の円弧１８０７の角度α32は１０８°である。いずれの場合も、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。なお、Ａの範囲が１．８以上２．２以下のとき本発明の効果が顕著であるが、それ以外の範囲であっても本発明の効果を得ることができる。また、Ｒ21とＲ22との比の範囲が０．５以上１．５以下、第一の円弧１８０１と第二の円弧１８０２との間に流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を設けてもよい。
【００３６】
第一の円弧の半径Ｒ１と、第二の円弧の半径Ｒ２との比について詳細に説明する。Ｒ１とＲ２の比は、０．５以上１．５以下、好ましくは０．７５以上１．２５以下、特に好ましくは１とすることが適切である。図１９は、流体の進行方向を変化させる角度が９０°、第一の円弧１９０１の半径Ｒ31は１．０ｍｍ、第二の円弧１９０２の半径Ｒ32は０．８ｍｍ、第一の円弧１９０１の角度α41は１８０°、第二の円弧１９０２の角度α42は９０°であり、第一の円弧と第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。このとき、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。なお、Ｒ31とＲ32の比が０．５以上１．５以下の範囲のとき本発明の効果が顕著であるが、それ以外の範囲であっても本発明の効果を得ることができる。また、Ａの範囲を１．８以上２．２以下、第一の円弧１９０１と第二の円弧１９０２との間に流路の直径の１／１０以下の長さの直線状の流路を設けてもよい。
【００３７】
第一の円弧と第二の円弧とは連続的に組み合わされていることが好ましい。ただし、第一の円弧と第二の円弧との間に、前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さの直線状の流路を設けても良い。図２０は、第一の円弧２００１と第二の円弧２００２との間に直線状の流路２００６が組み合わされたものである。図２０の流体搬送路は、流体の進行方向を変化させる角度が９０°、第一の円弧の半径Ｒ41が１．０ｍｍ、第二の円弧の半径Ｒ42が１．０ｍｍ、第一の円弧の角度α51は１８０°、第二の円弧の角度α52は９０°、流路の幅は１．０ｍｍ、直線状の流路２００６の長さは０．１ｍｍである。このとき、流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、下流に位置する分岐部において流体は略均等に分配される。また、Ａの範囲が１．８以上２．２以下、Ｒ41とＲ42との比の範囲が０．５以上１．５以下であってもよい。
【００３８】
本発明の流体搬送路の各部分の寸法について説明する。
流路の幅は、特に限定されるものではないが、０．０１ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、好ましくは、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、特に好ましくは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００３９】
流路の深さは、特に限定されるものではないが、０．０１ｍｍ以上１０００ｍｍ以下、好ましくは、０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下、特に好ましくは、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲とすることが適切である。
【００４０】
本発明において、流体の流速は速いほど効果がある。従って、流体の流速は、０．１ｍ／ｓ以上とすることが適切である。好ましくは、０．５ｍ／ｓ以上、特に好ましくは、１ｍ／ｓ以上とすることが適切である。
【００４１】
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流体搬送路を通過する際の圧力損失は大きくなる。従って、搬送する流体の粘度が高い場合には、流路の断面積を大きくすることが望ましい。
【００４２】
また、本発明の流体搬送路について、流路の断面形状は、特に限定されず、多角形、円、半円、楕円であってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
図を用いて本発明の流体処理装置を説明する。図１は本発明の実施例１の流体処理装置を示す斜視図である。また、図２（ａ）は、本実施例１の流体処理装置を下側から見た図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図である。図２（ｄ）は図２（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図２（ｅ）は図２（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板１１８と、ノズル基板１１７を積層することで作製されている。１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂは、ノズル基板１１７に形成されたノズルであり、１１９ａと１１９ｂはチューブコネクタである。
【００４４】
流体分配流路基板１１８とノズル基板１１７は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで形成されている。ノズル基板１１７に形成されているノズル１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル１０１ａから１１６ａとノズル１０１ｂから１１６ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ１１９ａと１１９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板１１８と接着剤で接合されている。
【００４５】
流体分配流路について説明する。流体分配流路１２１ａ、１２１ｂは上記発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体搬送路１０００と同じである。また、流体分配流路１２１ａ、１２１ｂの深さは０．８ｍｍである。
【００４６】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ１１９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口１２０ａから流入し、流体分配流路基板１１８に形成された流体分配流路１２１ａにおいて流体は１６に分岐する。そして、分配された流体はノズル基板１１７に形成されたノズル１０１ａから１１６ａより噴出する。また、チューブコネクタ１１９ｂから流入した流体もまったく同様にして１０１ｂから１１６ｂより噴出する。そして、ノズル１０１ａから１１６ａとノズル１０１ｂから１１６ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００４７】
本実施例によれば、流体分配流路中を流れる流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、分岐部で流体が略均等に分配される。これにより、各ノズルに供給される流量のばらつきが低減されるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００４８】
実施例２
図３は本発明の実施例２の流体処理装置を説明する説明図である。図３（ａ）は、実施例２の流体処理装置を下側から見た図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図３（ｄ）は図３（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図３（ｅ）は図３（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板２０６とノズル基板２０５を積層することで作製されている。２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂはノズルであり、２０９ａと２０９ｂはチューブコネクタである。
【００４９】
流体分配流路基板２０６は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路２０７ａ、ｂと流入口２０８ａ、ｂが形成されている。ノズル基板２０５に形成されているノズル２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル２０１ａから２０４ａとノズル２０１ｂから２０４ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ２０９ａと２０９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板２０６と接着剤で接合されている。
【００５０】
本実施例の流体分配流路について図４を用いて説明する。図４は図３（ｃ）の領域２１８を拡大した図である。流路２１０中の流体の進行方向における中心線２１１が、中心２１３を中心とする半径Ｒ21の第一の円弧２１２と、中心２１５を中心とする半径Ｒ22の第二の円弧２１４の連なりに沿うように連結されている。また、第一の円弧２１２と第二の円弧２１２は流体の回転方向が互いに逆となるように組み合わされている。また、変化させたい流体の進行方向の変化を角度θ2とすると、第一の円弧２１２の角度α21はＡ×θの角度を有しており、第二の円弧２１４の角度α22は（Ａ−１）×θの角度を有している。なお、流体分配流路２０７ｂは、領域２１８で説明した流路を反転した流路が組み合わされたものである。また、流体分配流路２０７ａは、流体分配流路２０７ｂを反転したものである。
【００５１】
本実施例では、流体の進行方向を４５°変化させる。Ａの値は２とすると、第一の円弧２１２の角度α21は９０°、第二の円弧２１４の角度α22は４５°である。また、Ｒ21＝Ｒ22＝１．０ｍｍである。分岐部２１６に進入する流体の速度分布は流路の中心軸に対して対称となるので、流出口２１７ａ、ｂに流体が均等に分配される。
【００５２】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ２０９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口２０８ａから流入し、流体分配流路基板２０６に形成された流体分配流路２０７ａにおいて４つに分岐する。そして、分配された流体はノズル基板２０５に形成されたノズル２０１ａから２０４ａより噴出する。また、流入口２０７ｂから流入した流体もまったく同様にして２０１ｂから２０４ｂより噴出する。そして、ノズル２０１ａから２０４ａとノズル２０１ｂから２０４ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００５３】
本実施例によれば、分岐部に進入する流体の速度分布が流路の中心軸に対して対称となるので、流出口で流体が略均等に分配される。これにより、各ノズルに供給される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００５４】
実施例３
図５は、本発明の実施例３の流体処理装置の説明図である。本実施例では、実施例１と同様に、流体分配流路基板とノズル基板を積層し、チューブコネクタを接続することで作製される。
【００５５】
流体分配流路基板３００について、シリコン基板を一面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路３０１ａ、ｂが形成される。流体は、流入口３０２ａ、ｂから進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂを通過し、流出口３０５ａ、ｂから３２０ａ、ｂを経て、ノズルから噴出される。進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂを除く他の流路の働きは実施例１と同一のため、進行方向変化部３０３ａ、ｂ、３０４ａ、ｂの働きについて説明を行う。図６は、進行方向変化部３０３ａの拡大図である。進行方向変化部３０３ａは、流体の進行方向を４５°変化させる進行方向変化部３２１と３２２とが２つ組み合わさったものである。流入口３０２ａから流入した流体は、まず、第一の進行方向変化部３２１において進行方向を４５°変化させる。第一の進行方向変化部３２１は、実施例２と同様に９０°変化する第一の円弧と、４５°変化する第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。これにより、第一の進行方向変化部３２１を通過した流体は、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。同様に、第二の進行方向変化部３２２を通過した流体は、４５°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。これにより、流体は分岐部３２３で略均等に分配される。
【００５６】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００５７】
実施例４
図７は本発明の実施例４の流体処理装置を説明する説明図である。図７（ａ）は、実施例４の流体処理装置を下側から見た図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図７（ｃ）は図７（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図７（ｄ）は図７（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図７（ｅ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板４３４とノズル基板４３３を積層することで作製されている。４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂはノズルであり、４３７ａと４３７ｂはチューブコネクタである。
【００５８】
流体分配流路基板４３５は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路４３５ａ、ｂと流入口４３６ａ、ｂが形成されている。ノズル基板４３３はガラス板からできており、図７（ｅ）に示すような斜め穴をレーザー加工であけることでノズル４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂが形成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体はある角度を持って噴出する。そして、ノズル４０１ａから４３２ａとノズル４０１ｂから４３２ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ４３７ａと４３７ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板４３４と接着剤で接合されている。
【００５９】
次に、流体分配流路基板４３４に形成された流体分配流路４３５について詳細に説明する。図８は、流体分配流路４３５の拡大図である。図８に示すように流入口４３６と分岐部４３８が連結している。分岐部４３８は２つに分岐し、分岐部４３８の出口は分岐部４３９の入口に連結され、また、分岐部４３９は２つに分岐し、分岐部４３９の出口は分岐部４４０の入口に連結されている。また、分岐部４４０の出口は分岐部４４１の入口に連結されている。また、分岐部４４１の出口は分岐部４４２の入口に連結されている。そして、分岐部４４２の出口は流出口４５７に連結されている。流入口４３６から流入した流体は、分岐部４３９から４４２を通って、流出口４５７から流出する。
【００６０】
分岐部４３８と分岐部４３９との間には、進行方向変化部４４３、４４４が存在する。また、分岐部４３９と分岐部４０４との間には、進行方向変化部４４５から４４８が存在する。また、分岐部４４０と分岐部４４１との間には、進行方向変化部４４９から４５８が存在する。
【００６１】
進行方向変化部４４３および４４４、進行方向変化部４４９から４５６の働きは実施例１と同一のため、進行方向変化部４４５から４４８について説明する。
進行方向変化部４４５から４４８は、流体の進行方向が１８０°変化する領域である。本実施例では、発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路を２つ組み合わせることにより、流体の進行方向を１８０°変化させる。以下、図９を用いて詳細に説明する。
【００６２】
図９は、進行方向変化部４４５の拡大図である。分岐部４３９を通過した流入した流体は、第一の進行方向変化部４６４において進行方向を９０°変化される。第一の進行方向変化部４６４は、１８０°変化する第一の円弧と９０°変化する第二の円弧が連続的に組み合わされたものである。これにより、第一の進行方向変化部４６４を通過した流体は、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。同様に、第二の進行方向変化部４６５を通過した流体は、９０°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。これにより、流体は分岐部４４０で、均等に分配される。
【００６３】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ４３７ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口４３６ａから流入し、流体分配流路基板４３５に形成された流体分配流路４３５において３２に分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板４３３に形成されたノズル４０１ａから４３２ａより噴出する。また、流入口４３６ｂから流入した流体もまったく同様にして４０１ｂから４３２ｂより噴出する。そして、ノズル４０１ａから４３２ａとノズル４０１ｂから４３２ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００６４】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００６５】
実施例５
図１０は本発明の実施例５の流体処理装置を説明する説明図である。図１０（ａ）は、実施例５の流体処理装置を下側から見た図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図１０（ｄ）は図１０（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図１０（ｅ）は図１０（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板５６６とノズル基板５６５を積層することで作製されている。５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂはノズルであり、５６９ａと５６９ｂはチューブコネクタである。
【００６６】
流体分配流路基板５６６は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路５６７ａ、ｂと流入口５６８ａ、ｂが形成されている。ノズル基板５６５に形成されているノズル５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル５０１ａから５６４ａとノズル５０１ｂから５６４ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ５６９ａと５６９ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板５６６と接着剤で接合されている。
【００６７】
本実施例の流体分配流路５６７について説明する。流体分配流路５６７は、実施例４で説明した流体分配流路４３５を２つ並列に組み合わせたものであり、各々の進行方向変化部の働きは実施例４の進行方向変化部と同一である。
【００６８】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ５６９ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口５６８ａから流入し、流体分配流路基板５６６に形成された流体分配流路５６７ａにおいて６４に分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板５６５に形成されたノズル５０１ａから５６４ａより噴出する。また、流入口５６８ｂから流入した流体もまったく同様にして５０１ｂから５６４ｂより噴出する。そして、ノズル５０１ａから５６４ａとノズル５０１ｂから５６４ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００６９】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【００７０】
実施例６
図１１は、本発明の実施例６の流体処理システムを示す概念図である。
【００７１】
６０１は、本発明の流体処理システムである。６０２は液体を搬送するための高圧ガス、６０３は搬送圧力を制御するためのレギュレータである。６０４と６０５は、反応液を貯留する第１の反応液タンクと第２の反応液タンクであり、６０６は反応液の流量を監視するための流量計、６１０は反応生成物を回収する回収タンクである。そして反応容器６０８には、実施例５で説明した流体処理装置６０７が組み込まれている。
【００７２】
本実施例の流体処理システムを利用し、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６０４には顔料溶解液、第２の反応液タンク６０５にはイオン交換水が室温で貯留されている。この例において用いる顔料溶解液の調製法について説明する。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部加え、これらが溶解するまで２５％水酸化カリウム水溶液を加えていき第２の反応液を調製する。それぞれの反応液は、高圧ガス６０２の圧力により反応容器６０８へ搬送される。このとき、流量計６０６を監視しレギュレータ６０３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７ｍ／ｓ、水は流速３ｍ／ｓで噴出し、流体処理装置６０７の下方、反応容器６０８内で交差し混合される。混合の結果、生成されたマゼンタ顔料の分散体６０９は回収タンク６１０に回収される。
【００７３】
実施例７
図２４は本発明の実施例７の流体処理装置を説明する説明図である。図２４（ａ）は、実施例７の流体処理装置を下側から見た図、図２４（ｂ）は図２４（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図２４（ｃ）は図２４（ｂ）のＣ−Ｃ’における断面図、図２４（ｄ）は図２４（ｃ）のＤ−Ｄ’における断面図、図２４（ｅ）は図２４（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図である。本実施例のアレイ型マイクロミキサーは、流体分配流路基板７１０とノズル基板７０９を積層することで作製されている。７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂはノズルであり、７１３ａと７１３ｂはチューブコネクタである。
【００７４】
流体分配流路基板７１０は、シリコン基板を両面から垂直にエッチングを行うことで流体分配流路７１１ａ、ｂと流入口７１２ａ、ｂが形成されている。ノズル基板７０９に形成されているノズル７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂは、片面からエッチングした穴と他面からエッチングした穴が連結することで形成されており、その際に穴同士の重心がずれるように構成されている。このように構成することで、各ノズルから噴出する流体は、基板に垂直ではなくある角度を持って噴出する。そして、ノズル７０１ａから７０８ａとノズル７０１ｂから７０８ｂは、それぞれ噴出方向が互いに交差するように配置されており、それぞれが混合ユニットを構成している。チューブコネクタ７１３ａと７１３ｂは、ステンレスを加工して作られており、流体分配流路基板７１０と接着剤で接合されている。
【００７５】
次に、本実施例の流体処理装置の作製工程を説明する。図２５Ａおよび図２５Ｂは、流体処理装置の作製方法を、図２４（ａ）のＥ−Ｅ’における断面図にて示したものである。
【００７６】
まず、ノズル基板７０９で使用するＳＯＩ基板について説明する。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２５（ａ）］。
【００７７】
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７０８ｂ、７０８ａ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活性層８０１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２５（ｂ）］。
【００７８】
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８０８、８０９を形成する［図２５（ｃ）］。
【００７９】
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８１０、８１１のパターンを形成する［図２５（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２５（ｅ）］。
【００８０】
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する［図２５（ｆ）］。
【００８１】
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２５（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２５（ｈ）］。
【００８２】
次に、流体分配流路基板７１０の作製工程について図２５Ｂを用いて説明する。まず、シリコン基板８１２を用意する。フォトレジスト８１３により流体分配流路７１１ｂ、７１１ａのパターンを形成する。
【００８３】
次に、フォトレジスト８１３をエッチングマスクとしてシリコン基板８１２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の流体分配流路を形成する［図２５（ｉ）、（ｊ）］
次に、Ｏ2プラズマ処理によりフォトレジスト８１３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２５（ｋ）］。
【００８４】
最後に、ＬＰＣＶＤ法によりシリコン窒化膜８１４を成膜する［図２５（ｌ）］。
以上の方法で作製されたノズル基板７０９および流体分配流路基板７１０は基板間直接接合により接合する［図２５（ｍ）］。
【００８５】
次に、流体分配流路基板７１０に形成された流体分配流路７１１について詳細に説明する。図２６は、流体分配流路７１１の拡大図である。図２６に示すように流入口７１２と分岐部９０１が連結している。分岐９０１は２つに分岐し、分岐部９０１の出口は分岐部９０２の入口に連結されている。また、分岐部９０２の出口は分岐部９０３の入口に連結されている。そして、分岐部９０３の出口は流出口９０４に連結されている。流入口７１２から流入した流体は、分岐部９０１から９０３を通って、流出口９０４から流出する。
【００８６】
分岐部９０１と分岐部９０２との間には、進行方向変化部９０５、９０６が存在する。また、分岐部９０２と分岐部９０３との間には、進行方向変化部９０７から９１０が存在する。また、分岐部９０３と流出口９０４との間には、進行方向変化部９１１から９１８が存在する。
【００８７】
進行方向変化部９０５および９１８の働きは発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路と同一のため、分岐部９０１から９０３について説明する。
【００８８】
分岐部９０１から９０３は流体を２つに分配させると同時に流体の進行方向を９０°変化させる領域である。分岐部９０１から９０３は、発明を実施するための最良の形態の欄で説明した流体の進行方向を９０°変化させる流体分配流路が２つ組み合わされている。これにより、流体を２つに分配させると同時に、流体の進行方向を９０°変化させる。また、流体は、９０°進行方向を変化した後、流路の中心軸に対して対称な速度分布を形成する。
【００８９】
以下で本実施例の動作の説明を行う。チューブコネクタ７１３ａから流体をポンプで流入すると、流体は流入口７１２ａから流入し、流体分配流路基板７１０に形成された流体分配流路７１１において８つに分岐する。そして、分岐した流体はノズル基板７０９に形成されたノズル７０１ａから７０８ａより噴出する。また、流入口７１２ｂから流入した流体もまったく同様にして７０１ｂから７０８ｂより噴出する。そして、ノズル７０１ａから７０８ａとノズル７０１ｂから７０８ｂの噴出方向は互いに交差するように配置されているため噴出した流体は衝突し、衝突部において混合もしくは反応が生じる。
【００９０】
本実施例においても、各ノズルに分配される流量のばらつきを低減できるため、混合もしくは反応の均一性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明の流体処理装置は、複数の流出口から流量を均一に流出させることにより、流体の均一な混合または反応を行うことができるので、化学工業、生化学工業、食品工業、製薬工業等の流体処理システムに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施例１の流体処理装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の流体処理装置を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施例２の流体処理装置を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施例２の流体分配流路を説明する説明図である。
【図５】本発明の実施例３の流体処理装置を説明する説明図である。
【図６】本発明の実施例３の流体分配流路を説明する説明図である。
【図７】本発明の実施例４の流体処理装置を説明する説明図である。
【図８】本発明の実施例４の流体分配流路を説明する説明図である。
【図９】本発明の実施例４の流体分配流路を説明する説明図である。
【図１０】本発明の実施例５の流体処理装置を説明する説明図である。
【図１１】本発明の実施例６の流体処理システムを説明する説明図である。
【図１２】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１３】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１４】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１５】従来の流体搬送路を説明する説明図である。
【図１６】従来の流体搬送路を説明する説明図である。
【図１７】本発明の流体搬送路の効果を説明する説明図である。
【図１８】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図１９】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図２０】本発明の流体搬送路の実施形態を説明する説明図である。
【図２１】従来の流体処理装置を説明するための説明図である。
【図２２】従来の流体処理装置を説明するための説明図である。
【図２３】従来の流体搬送路を説明するための説明図である。
【図２４】本発明の実施例７の流体処理装置を説明する説明図である。
【図２５Ａ】本発明の実施例７の流体処理装置の作製工程を説明する説明図である。
【図２５Ｂ】本発明の実施例７の流体処理装置の作製工程を説明する説明図である。
【図２６】本発明の実施例７の流体分配流路基板に形成された流体分配流路を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０１ａから１１６ａ、１０１ｂから１１６ｂ、２０１ａから２０４ａ、２０１ｂから２０４ｂ、４０１ａから４３２ａ、４０１ｂから４３２ｂ、５０１ａから５６４ａ、５０１ｂから５６４ｂ、、７０１ａから７０８ａ、７０１ｂから７０８ｂ、２２０１、２２０２ ノズル
１１７、２０５、４３３、５６５、７０９ ノズル基板
１１８、２０６、３００、４３４、５６６、７１０ 流体分配流路基板
１１９ａ、１１９ｂ、２０９ａ、２０９ｂ、４３７ａ、４３７ｂ、５６９ａ、５６９ｂ、７１３ａ、７１３ｂ チューブコネクタ
１２１ａ、１２１ｂ、２０７ａ、２０７ｂ、３０１ａ、３０１ｂ、４３５ａ、４３５ｂ、５６７ａ、５６７ｂ、７１１ａ、７１１ｂ 流体分配流路
１０００、１１００ 流体搬送路
１０２１、１０２２ 分岐路
１２０ａ、１２０ｂ、２０８ａ、２０８ｂ、３０２ａ、３０２ｂ、４３６ａ、４３６ｂ、５６８ａ、５６８ｂ、７１２ａ、７１２ｂ、１００１、１１０１、２３０１ 流入口
２１８ 領域
２１０、１０１３ 流路
２１１、１０１４、１８０３、１９０３、２００３ 中心線
２１３、２１５、１０１５、１０１６、１０１９、１８０４、１８０５、１９０４、１９０５、２００４、２００５ 中心
２１２、１０１７、１８０１、１８０６、１９０１、２００１ 第一の円弧
２１４、１０１８、１８０２、１８０７、１９０２、２００２ 第二の円弧
１０２０ 円弧
２１６、３２３、４３８から４４２、９０１から９０３、１００２から１００５、１１０２から１１０５ 分岐部
２１７ａ、２１７ｂ、３０５ａから３２０ａ、３０５ｂから３２０ｂ、４５７、９０４、１００６、１１０６、２３０２ 流出口
３０３ａ、３０４ａ、３０３ｂ、３０４ｂ、３２１、３２２、４４３から４５６、４６４、４６５、９０５から９１８、１００７から１０１２、１１０７から１１１２、 進行方向変化部
６０１ 流体処理システム
６０２ 高圧ガス
６０３ レギュレータ
６０４ 第１の反応液タンク
６０５ 第２の反応液タンク
６０６ 量計
６０７ 流体処理装置
６０８ 反応容器
６０９ マゼンタ顔料の分散体
６１０ 回収タンク
８０１ 活性層
８０２ シリコン酸化膜層
８０３ 支持基板層
８０４、８０６、８１３ フォトレジスト
８０７、８１４ シリコン窒化膜
８０８、８０９ 連結部
８１０、８１１ 導入口
８１２ シリコン基板
１６０１、１７０１ 入口
１６０２、１７０２ 出口
１６０３、１７０３ 曲がり部
２００６ 直線状の流路
２１０１、２１０２ オリフィス
２１０３ 遮蔽部
２１０４ ジェット衝突混合室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする流体搬送路。
【請求項２】
流体を流入させる１個の流入口から、流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部で第一の分岐をして２個の第一の分岐路が設けられ、該第一の分岐路の各々から第二の分岐をして各々第二の分岐路が設けられて、さらに順次分岐をして設けられた分岐路の、流入口から流出口に至る１系列の流体搬送路であって、前記分岐路中には流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする流体搬送路。
【請求項３】
前記Ａは１．８以上２．２以下であることを特徴する請求項１または２に記載の流体搬送路。
【請求項４】
前記第一の円弧の半径をＲ１、前記第二の円弧の半径をＲ２とすると、該Ｒ１と該Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が０．５以上１．５以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項５】
前記二つの円弧は連続的に組み合わされたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項６】
前記第一の円弧と前記第二の円弧との間に前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項７】
前記円弧は、円、楕円、複数の辺を組合わせて円弧状にしたものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項８】
前記流入口と前記分岐部との間または前記分岐部と前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が２つ有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項９】
第一の流体分配流路と、該第一の流体分配流路に対応して設けられた第二の流体分配路を有し、該第一の流体分配路の流出口から流出する第一の流体と、該第二の流体分配路の流出口から流出する第二の流体とを衝突させて流体の混合または反応を行う流体処理装置であって、前記第一の流体分配流路および第二の流体分配路に請求項１及至８のいずれかに記載の流体搬送路が設けられていることを特徴とする流体処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の流体処理装置と、流体を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、前記流体処理装置に供給する流体を貯留する供給流体貯留装置と、前記流体処理装置から流出する流体を貯留する流出流体貯留装置とを備えていることを特徴とする流体処理システム。
【請求項１】
流体を流入させる流入口と、流体を搬送する流路と、前記流路中に設けられた流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部と、該分岐部を経た流体を流出させる複数の流出口とを有する流体搬送路であって、前記流入口と、前記分岐部と、の間に流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする流体搬送路。
【請求項２】
流体を流入させる１個の流入口から、流体の進行方向を変化させ分岐させる分岐部で第一の分岐をして２個の第一の分岐路が設けられ、該第一の分岐路の各々から第二の分岐をして各々第二の分岐路が設けられて、さらに順次分岐をして設けられた分岐路の、流入口から流出口に至る１系列の流体搬送路であって、前記分岐路中には流体の進行方向を変化させる領域が存在し、該領域において、前記流路中の流体の進行方向における中心線が、異なる位置を中心とする二つの円弧の連なりに沿うと共に、該連なりは各円弧に沿った流体の回転方向が互いに逆となるような二つの円弧を組み合わせたものであり、流体の進行方向の変化する角度をθとして、第一の円弧はＡ×θ（但し、Ａは正の整数または小数を表す。）の角度を有しており、第二の円弧は（Ａ−１）×θの角度を有していることを特徴とする流体搬送路。
【請求項３】
前記Ａは１．８以上２．２以下であることを特徴する請求項１または２に記載の流体搬送路。
【請求項４】
前記第一の円弧の半径をＲ１、前記第二の円弧の半径をＲ２とすると、該Ｒ１と該Ｒ２との比（Ｒ１／Ｒ２）が０．５以上１．５以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項５】
前記二つの円弧は連続的に組み合わされたものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項６】
前記第一の円弧と前記第二の円弧との間に前記円弧を形成する流路の直径の１／１０以下の長さを有する直線状の流路を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項７】
前記円弧は、円、楕円、複数の辺を組合わせて円弧状にしたものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項８】
前記流入口と前記分岐部との間または前記分岐部と前記分岐部との間に流体の進行方向を変化させる領域が２つ有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の流体搬送路。
【請求項９】
第一の流体分配流路と、該第一の流体分配流路に対応して設けられた第二の流体分配路を有し、該第一の流体分配路の流出口から流出する第一の流体と、該第二の流体分配路の流出口から流出する第二の流体とを衝突させて流体の混合または反応を行う流体処理装置であって、前記第一の流体分配流路および第二の流体分配路に請求項１及至８のいずれかに記載の流体搬送路が設けられていることを特徴とする流体処理装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の流体処理装置と、流体を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、前記流体処理装置に供給する流体を貯留する供給流体貯留装置と、前記流体処理装置から流出する流体を貯留する流出流体貯留装置とを備えていることを特徴とする流体処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２６】
【公開番号】特開２００８−２１２８１４（Ｐ２００８−２１２８１４Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３２５５（Ｐ２００７−５３２５５）
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【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２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]