流体混合方法及びマイクロデバイス並びにその製作方法
【課題】複数種類の流体を混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合することができるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【解決手段】各供給流路１２、１４は、該各供給流路の中心軸が混合場１８の一点で交差するように混合場１８の回りに放射状に配置され、混合場１８に接続される各供給流路１２、１４の先端部には、流体の流れを縮流するように先端部のうちの少なくとも一部にテーパー６０が形成され、テーパー６０は、放射状に配置された各供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、テーパー６０を形成しないで各供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されている。
【解決手段】各供給流路１２、１４は、該各供給流路の中心軸が混合場１８の一点で交差するように混合場１８の回りに放射状に配置され、混合場１８に接続される各供給流路１２、１４の先端部には、流体の流れを縮流するように先端部のうちの少なくとも一部にテーパー６０が形成され、テーパー６０は、放射状に配置された各供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、テーパー６０を形成しないで各供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体混合方法及びマイクロデバイス並びにその製作方法に係り、特に複数種類の流体をそれぞれ独立した供給流路を流通させて混合場に交差するように合流させ、該混合場において流体同士の混合（混合による反応も含む）を行い、混合流体を混合場から排出する流体混合方法、及びその方法を実施するマイクロデバイス並びにその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の流体を効率的に混合するための装置の一つとして、例えば、特許文献１には、混合槽内において流体の旋回流が発生するように混合槽に流体を供給するマイクロミキサーが提案されている。しかし、例えば単分散性がよく極めて微細な微細粒子（乳化銀微粒子、磁気微粒子、有機系顔料微粒子等）を混合反応により製造しようとする場合、極めて均一且つ迅速な混合が要求され、特許文献１のマイクロミキサーでは十分ではないという問題がある。
【０００３】
一方、特許文献２のマイクロデバイスは、複数種類の流体をマイクロ空間な混合場の一点で交差させるように合流させることで、均一な瞬時混合を行うことのできるように構成したものである。このマイクロデバイスは、図１１に示されるように、マイクロデバイスに流入した各流体スＡ、Ｂを合流領域１に供給する供給チャンネル２、３及び合流した流体Ｃを合流領域１からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネル４を有している。そして、少なくとも、１種の流体を供給する供給チャンネル２、３は、合流領域１に流入する複数のサブチャンネル２Ａ、２Ｂを有して成り、複数のサブチャンネル２Ａ、２Ｂの少なくとも１の中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他種類の流体の内の少なくとも１つの中心軸が１点５で交差するように、サブチャンネル及び供給チャンネルが形成されている。
【０００４】
このように、複数種類（例えばＡ、Ｂ）の流体をそれぞれ独立した流路を流通させてマイクロ空間の混合場に交差するように合流させて混合を行う場合、流体Ａ、Ｂをそれぞれの供給流路（合計２本）を流通させて混合場に供給するよりも、流体Ａ、Ｂを複数に分割（供給流路を分割）して混合場に供給した方が混合性能を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−１６７６００号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２のマイクロデバイスの場合、流体の分割にともなって供給流路の本数も多くなるので、多くなった供給流路を混合場に接続しようとすると、混合場の容積が大きくならざるを得ないという問題がある。例えば、混合場を円板状のマイクロ空間として形成し、混合場に８本の供給流路を放射状に接続する場合、８本の供給流路の流路径を合計したと略同じ円周を有する断面円形な混合場となる。従って、供給流路の本数が増えれば増えるほど、混合場の断面円形が大きくなり、混合場の容積も増大する。この結果、混合場の容積が大きくなり過ぎて、本来のマイクロ空間な混合場を形成できなくなるという欠点がある。
【０００６】
理屈上では、供給流路の本数の増加にともなって、供給流路の流路径を細くすれば、混合場の直径も小さくできる。しかし、混合場はマイクロ空間として形成しなくてはならず、供給流路の流路径も元々細いものを使用しており、更に細くすることは圧力損失が大きくなると共に、製作上でも難しくなる。
【０００７】
また、理想的には、流体の混合を混合場の中だけで完結させることが望ましいが、如何に迅速な混合が可能なマイクロデバイスであっても、流体同士が混合場の中だけで混合が完結するということは稀であり、排出流路も重要な混合の場となる。ところが、従来は、混合場と排出流路とは別体と考えられており、両者の寸法、及び相対的な位置決め精度に関しては検討されていないのが実情である。
【０００８】
このように、複数の流体を混合場の一点で交差するように混合させ、混合した混合流体を混合場から排出するマイクロデバイスにおいては、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできる製作方法が必要になる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数種類の流体を混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合することができるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる流体混合方法及び、マイクロデバイスを提供することを目的とする。
【００１０】
また、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできるので、均一且つ迅速な混合を更に確実なものとすることができるマイクロデバイスの製作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出する流体混合方法において、前記複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させる分割工程と、前記分割工程後のそれぞれの流体について、前記混合場に合流する直前で縮流する縮流工程と、前記縮流したそれぞれの流体を、前記混合場の一点で交差するように合流させて流体同士を混合する合流工程と、前記混合された混合流体を前記混合場から排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする流体混合方法を提供する。
【００１２】
本発明の請求項１によれば、縮流工程において、分割工程後のそれぞれの流体について、混合場に合流する直前で縮流するようにした。これにより、分割工程において複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができる。また、合流する流体が混合場の一点で交差するように衝突・接触させることで、これらの流体は、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。従って、縮流による混合場の狭小化により流体同士の拡散混合距離を短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、従来にない均一で且つ迅速な混合を行うことができる。
【００１３】
尚、本発明は、混合場で流体同士を混合することで説明しているが、混合による反応も含み、以下同様である。
【００１４】
請求項２は請求項１において、前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２は、混合場の形状と大きさを規定したものであり、混合場は直径が１ｍｍ以下のマイクロ空間であることが好ましい。これにより、より均一且つより迅速な混合を行うことができる。通常は、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加するため、混合場の直径（相当直径）を１ｍｍ以下にすることは、流路の圧力損失や細作加工上難しいが、上記の縮流工程を設けることで可能となる。
【００１６】
請求項３は請求項１又は２において、排出工程では、排出される混合流体を流れ方向に縮流することを特徴とする。
【００１７】
請求項３によれば、排出工程において、排出される混合流体を流れ方向に縮流することで、拡散混合距離を短くすることができる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。
【００１８】
請求項４は、請求項１〜３の何れか１において、前記分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項４は、分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うようにしたので、例えば、流体Ａ、Ｂを先ず混合して反応させ、反応生成物Ｃと流体Ｄとを混合して反応させる多段反応を行うことができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００２０】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスにおいて、前記供給流路は、複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させるように複数本に分割した分割供給流路を含み、前記分割供給流路を含む各供給流路は、該各供給流路の中心軸が前記混合場の一点で交差するように前記混合場の回りに放射状に配置され、前記混合場に接続される各供給流路の先端部には、流体の流れを縮流するように前記先端部のうちの少なくとも一部にテーパーが形成され、前記テーパーは、前記放射状に配置された各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、前記テーパーを形成しないで各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするマイクロデバイスを提供する。
【００２１】
請求項５は本発明を装置として構成したものであり、混合場に合流する各流体が流通する複数本の供給流路の先端部（混合場への連通口近傍）のうちの少なくとも一部にテーパーを形成したので、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができる。これにより、混合場における流体同士の拡散混合距離が短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００２２】
尚、通常、テーパーとは円錐状に径が次第に減少している状態及び部分を意味するが、本発明では「流路の内側に向けて傾斜した傾斜部分」という意味であり、以下同様である。従って、「供給流路の先端部のうちの少なくとも一部にテーパーを形成した」とは、例えば、供給流路の流路断面が四角形の場合、４辺のうちの少なくとも１辺が内側に傾斜してテーパーを形成しているとの意味である。
【００２３】
請求項６は請求項５において、前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項６によれば、混合場は直径が１ｍｍ以下のマイクロ空間であるようにすることで、より均一且つより迅速な混合を行うことができる。
【００２５】
請求項７は請求項５又は６において、前記各供給流路の先端部は、前記テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項７によれば、各供給流路の先端部は、テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されているので、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、しかも流路の圧力損失を増加しないようにできる。
【００２７】
請求項８は請求項５〜７の何れか１において、前記相当直径Ｄ１と前記排出流路の流路断面の直径Ｄ３とが同じであることを特徴とする。
【００２８】
請求項８によれば、混合場の直径と排出流路の流路断面の直径とを同じにしたので、排出流路における拡散混合距離を短くできる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、拡散混合距離が短いので、混合を促進できる。
【００２９】
請求項９は請求項５〜８の何れか１において、前記排出流路は、前記混合流体の流れ方向に先細形状に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項９によれば、排出流路における拡散混合距離を短くすることができる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。
【００３１】
請求項１０は、請求項５〜９の何れか１において、前記各供給流路の中心軸を動かさないで、前記混合場に旋回流を発生させるように前記テーパーの向きが調整されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０によれば、各供給流路の先端部には、各供給流路の中心軸を動かさないで、混合場に旋回流を発生させるようにテーパーの向きが調整されているので、流体同士を混合場の一点で交差するように合流させることができ、しかも混合場内に旋回流を発生させることができる。これにより、混合の促進を一層図ることができる。
【００３３】
請求項１１は、請求項５〜１０の何れか１のマイクロデバイスを複数直列に連結して成ることを特徴とするマイクロデバイス。
【００３４】
請求項１１によれば、流体の分割、縮流、合流、排出を１ユニットとして、該ユニットを多段で行うことができるので、例えば、流体ＡＢを先ず混合して反応させ、反応生成物と流体Ｃとを混合して反応させることができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００３５】
本発明の請求項１２は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスを構成する複数の板状のブロックのうちの前記混合場及び該混合場に連通する前記複数本の供給流路を形成する合流ブロックと、前記排出流路を形成する排出ブロックとを製作する方法において、加工前の前記合流ブロックと前記排出ブロックとの板面同士を合わせて仮止め手段で仮止めする第１の工程と、前記仮止めされた状態で前記合流ブロックと前記排出ブロックとを着脱自在にピン結合するための複数のピンとピン孔を形成する第２の工程と、前記ピン孔にピンを挿入して前記合流ブロックと前記排出ブロックとをピン結合すると共に、前記仮止め手段を取り外す第３の工程と、前記ピン結合したまま、前記排出ブロック側の板面の中心位置から、前記合流ブロックの途中まで孔を穿設して、前記排出流路と前記混合場とを互い中心軸が一致するように形成する第４の工程と、前記排出ブロックを前記合流ブロックから取り外して一旦分解する第５の工程と、前記合流ブロックの前記排出ブロック側の面に、前記第４の工程で形成された混合場の中心軸から放射状に前記供給流路と同じ本数の流路溝を形成する第６の工程と、前記合流ブロックに前記排出ブロックを再びピン結合して組み立てる第７の工程と、を備えたことを特徴とするマイクロデバイスの製作方法を提供する。
【００３６】
請求項１２によれば、第１〜第３の工程において、合流ブロックと排出ブロックとを分解・組立したときに両者が正しく位置決されるためのピン及びピン孔を形成し、両者をピン結合する。
【００３７】
次に、第４〜第５の工程において、ピン結合により合流ブロックと排出ブロックとを結合した状態で、排出ブロック側の板面の中心位置から、合流ブロックの途中まで孔を穿設して排出流路と混合場とを一度に形成して中心軸を一致させる。そして、合流ブロックと排出ブロックとを一旦分解する。
【００３８】
次に、第６〜第７の工程において、合流ブロックの排出ブロック側の面に、混合場の中心軸から放射状に供給流路と同じ本数の流路溝を形成し、両者を再び組み立てることで、混合場、供給流路、排出流路を形成する。
【００３９】
このように、合流ブロックと排出ブロックとを分解・組立の際の位置決め精度が良くなるように、ピン孔とピンとで着脱自在に結合できるようにした状態で、先ず混合場と排出流路の中心軸を一致させるように混合場と排出流路とを形成した後、混合場の中心軸から放射状に供給流路を形成するようにしたので、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることができる。これにより、均一且つ迅速な混合を行うことのできるマイクロデバイスを製作することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上説明したように、本発明の流体混合方法及びマイクロデバイスによれば、複数種類の流体を混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合することができるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００４１】
また、本発明のマイクロデバイスの製作方法によれば、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできるので、均一且つ迅速な混合を更に確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、添付図面に従って、本発明に係る流体混合方法及びマイクロデバイス並びにその製作方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４３】
図１は、本発明のマイクロデバイスの一例を示す図であり、４つのパーツを分解した状態を斜視図で示した分解斜視図である。本実施の形態では、２種類の流体Ａ、Ｂの例で説明するが、２種類に限定するものではなく、３種類以上でもよい。
【００４４】
本発明のマイクロデバイス３０は、複数種類の流体Ａ、Ｂを、それぞれ独立した供給流路１２、１４を流通させてマイクロ空間の混合場１８に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体Ｃを混合場１８から排出流路１６を介して排出するように構成され、以下その構造を説明する。
【００４５】
ここで、流体とは、液体及び液体として扱うことのできる液体混合物も含む。混合する物としては、固体及び／又は気体を含む液体があり、例えば粉末のような微細な固体（例えば金属微粒子）及び／又は微細な気泡を含む液体混合物であってもよい。また、液体は溶解していない他の種類の液体を含むものであってもよく、例えばエマルジョンであってもよい。また、流体は気体であってもよく、気体に微細な固体を含んでいてもよい。
【００４６】
図１に示すように、マイクロデバイス３０は、主として、それぞれが円板状の形状をした供給ブロック３２、合流ブロック３４、第１排出ブロック３６、及び第２排出ブロック３７により構成される。そして、マイクロデバイス３０を組み立てるには、円板状をしたこれらのブロック３２、３４、３６、３７のうち、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とを複数のピン３１とピン孔３３とによりピン結合しておき、この状態で４つのブロック３２、３４、３６、３７を、図示しないにより一体的に締結する。従って、図１の各ブロックには、前記したピン孔３３以外に、図示しないボルト孔が形成されている。
【００４７】
供給ブロック３２の合流ブロック３４に対向する側面３９には、２本の環状溝３８、４０が同芯状に穿設されており、マイクロデバイス３０を組み立て状態において、２本の環状溝３８、４０は流体Ａと流体Ｂとがそれぞれ流れるリング状流路を形成する。そして、供給ブロック３２の合流ブロック３４に対向しない反対側の側面３５から外側環状溝３８と内側環状溝４０に達する貫通孔４２、４４がそれぞれ形成される。かかる２本の貫通孔４２、４４のうち、外側の環状溝３８に連通する貫通孔４２には、流体Ａを供給する図示しない供給手段（ポンプ及び連結チューブ等）が連結され、内側環状溝４０に連通する貫通孔４４には、流体Ｂを供給する図示しない供給手段（ポンプ及び連結チューブ等）が連結される。図１では、外側環状溝３８に流体Ａを流し、内側環状溝４０に流体Ｂを流すようにしたが、逆にしてもよい。
【００４８】
合流ブロック３４の第１排出ブロック３６に対向する側面４１の中心には円形状の合流孔４６が形成され、この合流孔４６から放射状に４本の長尺放射状溝４８、４８…と４本の短尺放射状溝５０、５０…が交互に穿設される。これら合流孔４６や放射状溝４８、５０はマイクロデバイス３０を組み立てた状態において、合流孔４６は混合場１８となり、放射状溝４８、５０は流体Ａ、Ｂが流れる放射状流路を形成する。
【００４９】
また、８本の放射状溝４８，５０のうち、長尺放射状溝４８の先端から合流ブロック３４の厚み方向にそれぞれ貫通孔５２、５２…が形成され、これらの貫通孔５２は供給ブロック３２に形成されている前述の外側環状溝３８に連通される。同様に、短尺放射状溝５０の先端から合流ブロック３４の厚み方向にそれぞれ貫通孔５４、５４…が形成され、これらの貫通孔５４は供給ブロック３２に形成されている内側環状溝４０に連通される。
【００５０】
また、第１排出ブロック３６の中心には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔５６が形成され、この貫通孔５６が第１の排出流路５８となる。更に、第２排出ブロック３７の中心には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔５７が形成され、この貫通孔５７が第２の排出流路５９となる。そして、第１の排出流路５８と第２の排出流路５９とから成る排出流路１６が混合場１８に連通される。この場合、第１の排出流路５８は第２の排出流路５９よりも流路径が細くなるように形成されることが好ましい。
【００５１】
上記の構成により、流体Ａは供給ブロック３２の貫通孔４２→外側環状溝３８→合流ブロック３４の貫通孔５２→長尺放射状溝４８から構成される供給流路１２を流れて４つの分割流に分割されて混合場１８（合流孔４６）に至る。一方、流体Ｂは供給ブロック３２の貫通孔４４→内側環状溝４０→合流ブロック３４の貫通孔５４→短尺放射状溝５０から構成される供給流路１４を流れて４つの分割流に分割されて混合場１８（合流孔４６）に至る。そして、混合場１８において混合された混合流体Ｃは、排出流路１６を介して混合場１８から排出される。
【００５２】
このように、２種類の流体Ａ、Ｂを８つの流体に分割することにより、混合場１８における流体同士の拡散混合距離Ｍを短くすることができ、これにより混合が促進される。
【００５３】
図２は、流体Ａ、Ｂの分割（即ち、供給流路１２、１４の分割）により混合場１８における拡散混合距離Ｍの違いを示した概念図である。図２（Ａ）は、２種類の流体Ａ、Ｂを合計８流体に分割した拡散混合距離Ｍ１を示し、図２（Ｂ）は合計１６流体に分割した拡散混合距離Ｍ２を示している。図２の（Ａ）と（Ｂ）との比較から分かるように、拡散混合距離Ｍ２は拡散混合距離Ｍ１の１／２に短くなる。
【００５４】
そして、混合場１８において流体Ａの分割流と流体Ｂの分割流とがそれぞれの運動エネルギーを有して合流する。合流して混合された混合流体は、９０°流れ方向を変え、第１の排出流路５８及び第２の排出流路５９を介して混合場１８から排出される。
【００５５】
かかるマイクロデバイス３０において、図１に示したように、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とはピン結合される。即ち、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６を合わせた状態での円周位置に、それぞれピン孔３３（図１では３個ずつ合計６個）が形成される。そして、ピン３１をピン孔３３に挿入することにより、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とをピン結合する。このピン結合の効果については、後記するマイクロデバイス３０の製作方法のところで説明する。
【００５６】
また、本発明のマイクロデバイス３０は、図３（Ｂ）に示すように、混合場１８に接続される８本の供給流路１２、１４の先端部には、流体Ａ、Ｂの流れを縮流するように先端部のうちの少なくとも一部にテーパー６０が形成される。
【００５７】
図３（Ａ）、（Ｂ）の対比から分かるように、テーパー６０は、放射状に配置された８本の供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円６２を描いたときの相当直径Ｄ１が、テーパー６０を形成しないで８本の供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円６２を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなる。
【００５８】
これにより、図４の（Ａ）と（Ｂ）との対比から分かるように、流体Ａ、Ｂを分割することにより供給流路１２、１４の本数が２本から８本に増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。この結果、４（Ｂ）のように、流体Ａ、Ｂの拡散混合距離Ｍ４を、図４（Ａ）の拡散混合距離Ｍ３よりも短くなる。
【００５９】
具体例で説明すると、供給流路１２、１４の流路断面が幅・深さがそれぞれ２００μｍの四角形状に形成された場合、テーパー６０を形成しない図３（Ａ）における混合場１８の相当直径Ｄ２は５２３μｍになる。ところが、図３（Ｂ）で示した本発明のマイクロデバイス３０のように、混合場１８に接続される供給流路１２、１４の先端部にテーパー６０を形成して供給流路１２、１４の幅を１００μｍにすると、相当直径Ｄ１は２６１μｍとなり、テーパー６０がない場合の半分となる。
【００６０】
混合場１８の交差点６４は、相当直径のセンターとなり、混合場１８に流入する流体Ａ、Ｂのベクトルの交点とする。もし、流れが一点で交わらない場合は、流れのベクトルが形成する多角形（もしくは立方体）の重心位置を、相当直径のセンターとすることが好ましい。尚、供給流路１２、１４の流路断面は四角形状が好ましいが、特に規制する必要は無い。ＳＵＳの材料に対してエッチング加工を施す場合、流路断面が半円形状になるが、この様な形状に対しても本発明は効果的である。
【００６１】
また、本発明のように、混合場１８に接続される供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成して流路先端部のみの流路幅を狭くすることで、供給流路１２、１４の全体幅を狭くする場合と比較して、流動に起因する圧力損失を低減できる。
【００６２】
供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成する目安としては、図５に示すように、流れ方向の距離Ｌに対する流路幅の縮小分ΔＤ（ｄ１−ｄ２）の比率 ΔＤ／Ｌが０．１〜１００の範囲が好ましく、更に好ましくはΔＤ／Ｌが１〜１０の範囲である。
【００６３】
ところで、流体Ａ、Ｂの分割数が多く（例えば８本以上）、混合場１８を狭小にするために供給流路１２、１４自体も更に細径にする必要がある場合には、流路先端部だけにテーパー６０を形成するようにしても圧力損失が大きくなる場合がある。また、流体Ａ、Ｂの接触界面における界面積を増すためには、流路幅よりも流路深さを増す方が好ましい。そこで、この場合には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各供給流路１２、１４の流路先端部は、テーパー６０により流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路先端部の流路深さＨ１をその他の流路深さＨ２よりも深くすることで補うように形成するとよい。これにより、界面積の増大に寄与できる上、流動による圧力損失を低減することが可能である。この場合、供給流路１２、１４において流体Ａ、Ｂの滞留部を発生させないために供給流路１２、１４の入口から混合場１８に接続されるまでの流路断面積を一定に保つことが好ましい。
【００６４】
更に、供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成して流路幅を狭くすることにより、混合場１８に流入する流体Ａ、Ｂの流速を向上することが可能である。これにより、混合を促進できると共に、混合による反応で反応物が析出する場合には、析出物が流路先端部の壁面に付着して流れを乱すことを抑制できる。また、供給流路１２、１４の途中に流路を狭めた狭幅部を形成すれば、狭幅部がオリフィスとして機能し、流体Ａ、Ｂを複数ある供給チャンネルに均等に分配することが可能となる。
【００６５】
本発明のマイクロデバイス３０において、狭小に形成される混合場１８の形状としては、円板状のマイクロ空間であることが好ましい。また、混合場１８から排出流路１６にかけて、混合に影響する部分の寸法は、流体を流したときのＲｅ数の値が２３００以下となるような流路寸法であることが好ましい。具体的には、流量、流体Ａ、Ｂの粘性にも依存するが、迅速混合を行う場合、流路寸法の上限は等価直径において１ｍｍ以下が好ましく、６００μｍ以下がより好ましい。また、流路寸法の下限は流体の圧力損失や加工方法の観点から１μｍ以上とするのが好ましい。ここで、等価直径とは流路断面を円形とした場合の直径である。
【００６６】
また、図７のように、８本の供給流路１２、１４の中心軸６６を動かさないで、混合場１８に旋回流を発生させるようにテーパー６０の向きが調整されるようにすると、均一且つ迅速な混合を促進する上で一層好ましい。具体的な一例として、供給流路１２、１４の流路断面が四角形状の４辺のうちの幅方向に対向する辺の１辺のみを内側に傾斜してテーパー６０を形成する。これにより、従来の２つの流体から８つの流体に分割することにより供給流路１２、１４の本数が増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。また、合流する流体が混合場１８の一点で交差するように衝突・接触させることで、こられの流体は、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。従って、混合場における流体同士の拡散混合距離が短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００６７】
以上は、供給流路１２、１４や混合場１８に関することであるが、排出流路１６についても次のようにすることが好ましい。即ち、排出流路１６、特に第１の排出流路５８の流路断面の直径Ｄ３は、混合場１８の直径Ｄ１と同じであることが好ましい。これにより、図４（Ｂ）の混合場１８を第１の排出流路１６の流路断面と置き換えたときに、拡散混合距離Ｍ４を短くすることができる。従って、混合場１８において流体同士の混合が終了せず、排出流路１６で混合が行われたとしても、拡散混合距離が短いので、混合を促進できる。更には、図８に示すように、排出流路１６を、混合流体Ｃの流れ方向に先細形状（Ｄ１＞Ｄ２）に形成することにより、排出流路１６を流れる混合流体Ｃの層流がより薄層化される。これにより、拡散時間が短縮され、より一層高速な混合が実現できる。
【００６８】
上記の如く構成されたマイクロデバイス３０は、マイクロドリル加工、マイクロ放電加工、めっきを利用したモールディング、射出成形、ドライエッチング、ウエットエッチング、及びホットエンボス加工等の精密加工技術を利用して製造することができる。また、汎用的な旋盤、ボール盤を用いる機械加工技術も利用できる。例えば、供給流路１２、１４の流路についてみると、流路先端部に形成するテーパー６０の部分だけをマイクロ放電加工により形成し、他の部分はマイクロドリル加工を使用するとよい。
【００６９】
マイクロデバイス３０の材料としては、特に限定されるものではなく、上述の加工技術を適用できるものであればよい。具体的には、金属材料（鉄、アルミニウム、ステンレススチール、チタン、各種の金属等）、樹脂材料（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（シリコン、パイレックス、石英等）を用いることができる。
【００７０】
上記したように、本実施の形態では、供給ブロック３２、合流ブロック、３４、第１排出ブロック３６、第２排出ブロックをボルト４４で連結するが、流体Ａ、Ｂのリーク防止用にブロック同士の間にＯリングを用いていることが好ましい。しかし、組み立方法は、これに限定するものではない。例えば、ブロック同士の部材表面の分子間力を利用したり、接着剤による直接接合を利用することも可能である。直接接合を利用することにより、Ｏリングを省略することが可能となり、ゴム系の材料を腐食する流体にも適用できるようになる。シリコンとパイレックスの場合は、素材の熱膨張係数が近いため、加熱直接接合が可能である。一方、熱膨張係数が異なる素材を接合する場合は、真空中でアルゴンイオンビーム等を部材に照射して、部材の表面を原子レベルで洗浄し、常温で加圧接合する常温直接接合（表面活性化接合技術）を利用することができる。常温直接接合技術は、各素材を異なる材料で構成する場合に、熱的ストレスを緩和できる利点がある。尚、直接接合を行うことで、微細な供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６等が、接着剤のはみ出しにより閉塞する危険から開放される。
【００７１】
また、マイクロデバイス３０に流体Ａや流体Ｂを供給する供給手段には、流体Ａ、Ｂの流れを制御する流体制御機能が必要である。特に、マイクロスケールな供給流路１２、１４、混合場１８、及び排出流路１６における流体の挙動は、マクロスケールとは異なる性質を持つため、マイクロスケールに適した制御方式を考えなければならない。流体制御方式は形態分類すると連続流動方式と液滴（液体プラグ）方式があり、駆動力分類すると電気的駆動方式と圧力駆動方式がある。
【００７２】
これらの方式のうち最も広く用いられるのが連続流動方式である。連続流動式の流体制御では、マイクロ流路１６内は全て流体で満たされ外部に用意したシリンジポンプなどの圧力源によって、流体全体を駆動するのが一般的である。この方法は、デッドボリュームが大きいことなどが難点であるが比較的簡単なセットアップで制御システムを実現できることが大きな利点である。
【００７３】
また、マイクロデバイス３０の温度制御は、デバイス全体を温度制御された容器中に入れることにより制御してもよいし、金属抵抗線やポリシリコンなどのヒーター構造をデバイス内に作り込み、加熱についてはこれを使用し、冷却については自然冷却でサーマルサイクルを行つてもよい。温度のセンシングは、金属抵抗線を使用する場合はヒーターと同じ抵抗線をもう一つ作り込んでおき、その抵抗値の変化に基づいて温度検出を行うのが好ましく、ポリシリコンを使用する場合は熱電対を用いて検出を行うのが好ましい。また、ペルチェ素子を流路に接触させることによって外部から加熱、冷却を行ってもよい。これにより、拡散速度を速め、迅速な混合が可能となる。更に、マイクロデバイス１０に冷却装置を組込み、所望の部位のみを急過熱／急冷却することで、混合（反応）の安定性を向上させることも可能である。
【００７４】
本発明に用いられるマイクロデバイス３０の数は、勿論、一つでも構わないが、必要に応じて複数直列化して多段混合を行うようにしてもよい。あるいは複数並列化し（ナンバリングアップ）、その処理量を増大させるようにしてもよい。
【００７５】
次に、上記の如く構成されたマイクロデバイス３０を用いて本発明の流体混合方法について説明する。
【００７６】
本発明の流体混合方法は、主として、分割工程と、縮流工程と、合流工程と、排出工程と、の４つの工程で構成される。
【００７７】
分割工程（供給ブロック）では、流体Ａ、Ｂをそれぞれ４分割、合計８つの流体に分割して流通させる。これにより、従来２つの流体Ａ、Ｂをそのまま混合場１８において合流させるときの拡散混合距離よりも、８つの流体Ａ、Ｂとして混合場１８において合流させるときの拡散混合距離の方が顕著に短くなるので、混合を促進する。
【００７８】
次に、縮流工程（合流ブロック）では、分割工程後の８つの流体について、混合場１８に合流する直前で縮流する。これにより、２つの流体を８つの流体に分割することにより供給流路１２、１４の本数が増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。
【００７９】
次に、合流工程（合流ブロック）では、縮流した８つの流体を、混合場１８の一点（交差点）６４で交差するように合流させて流体同士を混合する。このように、合流する８つの流体Ａ、Ｂが一点６４で交差するように衝突・接触させることで、こられの流体Ａ、Ｂは、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。
【００８０】
従って、縮流工程では、混合場１８における流体同士の拡散混合距離が短くでき、合流工程では混合場１８の一点６４に交差するように流体同士を混合するようにしたので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００８１】
次に、排出工程（排出ブロック）では、混合された混合流体を混合場１８から排出する。この場合、排出ブロックを第１排出ブロックと第２排出ブロックに分け、第１排出ブロックに形成される出流路の直径Ｄ３が混合場１８の直径Ｄ１と同じようにした。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。排出流路を、混合流体の流れ方向に先細形状に形成すると一層よい。更には、テーパー６０の向きを調整して、混合場１８に旋回流を発生させるようにすると特によい。
【００８２】
図９は、本発明のマイクロデバイスの別の態様であり、上記したマイクロデバイスを２段直列に連結して構成したものの分解図である。直列する多段数は、２段に限定するものではなく、３段以上でもよい。
【００８３】
図９のマイクロデバイス７０は、主として、それぞれ円板状に形成された第１供給ブロック７２、第１合流ブロック７４、第１排出ブロック７６、第２供給ブロック７８、第２合流ブロック８０、第２排出ブロック８２、及び第３排出ブロック８４とで構成される。
【００８４】
尚、第１供給ブロック７２、第１合流ブロック７４、第１排出ブロック７６は、図１で説明した供給ブロック３２、合流ブロック３４、及び第１排出ブロック３６と同様であるので説明を省略し、それ以外のブロックについて説明する。
【００８５】
円板状の第２供給ブロック７８の中心軸には、第１排出ブロック７６の排出流路７７に連通する貫通孔８５が形成され、この貫通孔８５に混合流体Ｃが供給される。一方、第２供給ブロック７８には、その中心軸を中心として１本の環状溝８６が形成され、第２供給ブロック７８と第２合流ブロックを合わせることにより、リング状流路が形成される。そして、第２供給ブロック７８の周面には環状溝８６に連通する貫通孔８８が形成され、流体Ｄが該貫通孔８８から環状溝８６に供給される。
【００８６】
また、第２合流ブロック８０の中心軸には、第２供給ブロック７８の貫通孔８５に連通する合流孔９０が形成され、この合流孔９０が混合流体Ｃと新たな流体Ｄとが合流して混合される混合場９２となる。更に、第２合流ブロック８０の第２排出ブロック８２に対向する側面９４には、合流孔９０を中心した４本の放射状溝９６、９６…が形成される。そして、放射状溝９６の先端から第２合流ブロック８０の厚み方向にそれぞれ貫通孔９８、９８…が形成され、これらの貫通孔９８は第２供給ブロック７８に形成されている前述の環状溝８６に連通される。
【００８７】
また、第２排出ブロック８２の中心軸には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔１００が形成され、この貫通孔１００が第２の排出流路１０２となる。更に、第３排出ブロック８４の中心軸には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔１０４が形成され、この貫通孔１０４が第３の排出流路１０６となる。そして、第２の排出流路１０２及び第３の排出流路１０６が混合場９２に連通される。
【００８８】
上記の如く構成されたマイクロデバイス７０によれば、流体Ａ、Ｂを８つの流れに分割して１段目の混合場１８において混合して反応させ、反応生成物Ｃと４つに分割した流体Ｄとを２段目の混合場９２において混合して反応させることができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００８９】
尚、マイクロデバイス７０の場合にも、図２〜図７で説明したように、混合場９２に連通する供給流路の流路先端部を縮流するようにテーパー６０を形成することが好ましい。また、排出流路を混合場の直径と同等にし、更には先細形状とすることが好ましい。その他、マイクロデバイス３０で説明した特徴を、全てマイクロデバイス７０にも備えることが好ましい。
【００９０】
次に、図１０に従って本発明のマイクロデバイス３０、７０の製作方法について説明する。
【００９１】
本発明のマイクロデバイス３０、７０の製作方法は、マイクロデバイス３０、７０を構成する上記した複数の円板状ブロック（供給ブロック３２、合流ブロック３４、排出ブロック３６等）のうちの、合流ブロック３４（７４）、８０と、排出流路１６を形成する排出ブロック３６（７６）、８２との製作方法である。尚、以後の説明は、合流ブロック３４と排出ブロック３６の例で説明する。
【００９２】
先ず、図１０（Ａ）の第１加工において、未だ供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６等が加工されていない加工前の合流ブロック３４と排出ブロック３６との板面同士を合わせて仮止め手段１１０（例えばクランプ、小型万力等）で仮止めする。
【００９３】
次に、図１０（Ｂ）の第２加工及び第３加工において、仮止めされた状態で、例えばマイクロドリルを使用し、排出ブロック３６の側から複数のピン孔３３を穿設して、穿設したピン孔３３にピン３１を挿入する。そして、仮止めに使用した仮止め手段１１０は取り外す。ピン孔３３としては、混合場１８及び排出流路１６の中心軸を中心とした円周上に等距離間隔で３箇所以上形成することが好ましい。これにより、合流ブロック３４と排出ブロック３６とは着脱自在にピン結合される。また、３つのピン３１は非対称の配置とすることで、合流ブロック３４と排出ブロックの相対的な向きの間違えを防止でき、組立てミスを防止できる。更に、３本のピン３１の径をそれぞれ異なるようにしておくことでも、合流ブロック３４と排出ブロックの相対的な向きの間違えを防止できる。
【００９４】
次に、図１０（Ｃ）の第４加工において、合流ブロック３４と排出ブロック３６とをピン結合したまま、排出ブロック３６側の板面の中心位置から、例えばマイクロドリルを使用し、合流ブロック３４の途中まで穴を穿設して排出流路１６と混合場１８を形成すると共に、これにより排出流路１６と混合場１８との中心軸１１２を一致させる。
【００９５】
次に、図１０（Ｄ）の第５加工において、排出ブロック３６を合流ブロック３４から取り外して一旦分解する。
【００９６】
次に、図１０（Ｅ）の第６加工において、合流ブロック３４の排出ブロック３６側の板面に、第４の工程で形成された混合場１８の中心軸１１２から放射状に供給流路１２、１４と同じ本数の放射状溝４８、５８を形成する。
【００９７】
次に、図１０（Ｆ）の第６加工において、合流ブロック３４に排出ブロック３６を再びピン結合して組み立てる。これにより、供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６が形成される。尚、合流ブロック３４及び排出ブロック３６以外のブロックをボルトで締結するときに、ピン３１が排出ブロック３６側に出っ張ると邪魔になるので突起部分を切断しておく。
【００９８】
本発明のマイクロデバイスの製作方法によれば、合流ブロック３４と排出ブロック３６とを分解・組立の際の位置決め精度が良くなるように、ピン孔３３とピン３１とで着脱自在に結合できるようにした状態で、先ず混合場１８と排出流路１６の中心軸を一致させるように混合場１８と排出流路１６とを形成した後、混合場１８の中心軸１１２から放射状に供給流路１２、１４を形成するようにした。これにより、複数の供給流路１２、１４と混合場１８との相対的な位置精度、及び混合場１８と排出流路１６の相対的な位置精度を極めて高く製作することができる。従って、均一且つ迅速な混合を行うことのできるマイクロデバイス３０、７０を製作することができる。
【００９９】
また、合流ブロック３４と排出ブロック３６との正確な位置決めが可能なため、高度な組み立て技術を有する技術者がいなくとも、分解して洗浄し、再び精度良く組み立てることが可能である。
【０１００】
尚、本実施の形態では、マイクロデバイス１０、３０を横型にした例で説明したが、マイクロデバイス１０、３０を縦型にすることで、比重による層流の乱れを抑制できる。この結果、比重が大幅に異なる流体や、分散している粒子が大きな場合でも、迅速な混合を安定して行うことが可能である。
【実施例】
【０１０１】
以下、図１に示したマイクロデバイス３０を使用して、有機系顔料微粒子を製造する実施例を説明する。しかし、この実施例に限定されるものではない。
【０１０２】
（１）流体Ａ（有機系顔料水溶液）の調製
ピグメントイエロー１２８（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、ＣＲＯＭＯＰＨＴＡＬ ＹＥＬＬＯＷ ８ＧＮＰ）３．０ｇをジメチルスルホキシド４５．５ｍＬ、２８％ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（和光純薬（株）社製）２．４９ｍＬ、アクアロンＫＨ−１０（第一工業製薬（株）社製）２．４ｇ、Ｎ−ビニルピロリドン（和光純薬（株）社製）０．６ｇ、ポリビニルピロリドンＫ３０（東京化成工業（株）社製）０．１５ｇ、ＶＰＥ０２０１（和光純薬（株）社製）１．５ｇと共に室温で溶解した。流体ＡのｐＨは測定限界(ｐＨ１４)を超えており、測定不能であった。
【０１０３】
（２）流体Ｂとしては蒸留水を使用した。
【０１０４】
そして、これらの流体Ａ，Ｂを、０．４５μｍのミクロフィルター（ザルトリウス社製）を通すことでごみ等の不純物を除いた。
【０１０５】
（３）マイクロデバイス３０の条件
（ｉ）供給流路本数…２種類の流体Ａ，Ｂを、それぞれについて５本に分割（合計１０本の流路が合流する。尚、図１の装置の場合は各４本で合計８本である。）
（ii）供給流路１２、１４の直径…各４００μｍ
（iii）混合場１８の直径…８００μｍ
（iv）排出流路１６の直径…８００μｍ
（ｖ）混合場１８において各供給流路１２、１４と排出流路１６との中心軸同士の交差角度…９０°
（vi）装置の材質…ステンレス（ＳＵＳ３０４）
（vii）流路加工法…マイクロ放電加工で行い、供給ブロック３２、合流ブロック３４、第１排出ブロック３６、第２排出ブロック３７の４つのパーツの封止方法は鏡面研磨による金属面シールで行った。マイクロデバイス１０の入り口に長さ５０ｃｍ、等価直径１ｍｍのテフロン（登録商標）チューブ２本を用いて接続し、その先にそれぞれ流体Ａと流体Ｂとを入れたシリンジを繋ぎ、ポンプにセットした。また、マイクロデバイス１０の出口には長さ１．５ｍ、等価直径２ｍｍを有するテフロン（登録商標）チューブを接続した。そして、流体Ａを１５０ｍＬ／ｍｉｎ、流体Ｂを６００ｍＬ／ｍｉｎの送液速度にて送り出した。
【０１０６】
マイクロデバイス３０は、各供給流路の先端部にテーパー６０を形成しないもの（比較例）と、テーパー６０を形成して混合場１８に入る流れを縮流して、混合場１８における流体同士Ａ，Ｂの拡散距離を比較例の１／２に小さくしたもの（実施例）と、を使用して対比した。
【０１０７】
その結果、比較例のマイクロデバイスによって得られた有機系顔料微粒子の体積平均粒径Ｍｖは２５．２ｎｍであり、単分散性の指標である体積平均粒径Ｍｖ／個数平均粒径Ｍｎの比は１．５０であった。
【０１０８】
これに対して、実施例のマイクロデバイスによって得られた有機系顔料微粒子の体積平均粒径Ｍｖ、及び単分散性の指標である体積平均粒径Ｍｖ／個数平均粒径Ｍｎの比ともに比較例よりも小さくなり、良い結果となった。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のマイクロデバイスの分解斜視図
【図２】流体を分割することにより、混合場での拡散混合距離が短くなることを説明する説明図
【図３】供給流路の流路先端部にテーパーを形成した場合と形成しない場合での混合場の相当直径を比較する説明図
【図４】テーパーを形成したことにより混合場あるいは排出流路での拡散混合距離が短くなることを説明する説明図
【図５】供給流路の流路先端部のテーパーを説明する説明図
【図６】流路断面積を変えずにテーパーを形成する説明図
【図７】混合場に旋回流を形成するためのテーパーの形成方法を説明する説明図
【図８】排出流路を先細形状にする概念図
【図９】本発明のマイクロデバイスの別態様で、多段混合を行うものの分解斜視図
【図１０】本発明のマイクロデバイスの製作方法を説明する説明図
【図１１】従来のマイクロデバイスを説明する説明図
【符号の説明】
【０１１０】
３０、７０…マイクロデバイス、１２、１４…流体の供給流路、１６…排出流路、１８…混合場、３２供給ブロック、３４…合流ブロック、３６…第１排出ブロック、３７…第２排出ブロック、３８…外側環状溝、４０…内側環状溝、４２、４４…供給ブロックの貫通孔、４６…合流孔（混合場１８）、４８…長尺放射状溝、５０…短尺放射状溝、５２、５４…合流ブロックの貫通孔、５６…貫通孔（５８…第１の排出流路）、５７…貫通孔（
５９…第２の排出流路）、６０…テーパー、６２…仮想円、６４…交差点、６６…供給流路の中心軸、７２…第１供給ブロック、７４…第１合流ブロック、７６…第１排出ブロック、７８…第２供給ブロック、８０…第２合流ブロック、８２…第２排出ブロック、８４…第３排出ブロック、８５…貫通孔、８６…環状溝、９０…合流孔、９２…混合場、９６…放射状溝、９８…貫通孔、１００…貫通孔（１０２…第２の排出流路）、１０４…貫通孔（１０６…第３の排出流路）、１１０…仮止め手段、１１２…混合場の中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体混合方法及びマイクロデバイス並びにその製作方法に係り、特に複数種類の流体をそれぞれ独立した供給流路を流通させて混合場に交差するように合流させ、該混合場において流体同士の混合（混合による反応も含む）を行い、混合流体を混合場から排出する流体混合方法、及びその方法を実施するマイクロデバイス並びにその製作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種類の流体を効率的に混合するための装置の一つとして、例えば、特許文献１には、混合槽内において流体の旋回流が発生するように混合槽に流体を供給するマイクロミキサーが提案されている。しかし、例えば単分散性がよく極めて微細な微細粒子（乳化銀微粒子、磁気微粒子、有機系顔料微粒子等）を混合反応により製造しようとする場合、極めて均一且つ迅速な混合が要求され、特許文献１のマイクロミキサーでは十分ではないという問題がある。
【０００３】
一方、特許文献２のマイクロデバイスは、複数種類の流体をマイクロ空間な混合場の一点で交差させるように合流させることで、均一な瞬時混合を行うことのできるように構成したものである。このマイクロデバイスは、図１１に示されるように、マイクロデバイスに流入した各流体スＡ、Ｂを合流領域１に供給する供給チャンネル２、３及び合流した流体Ｃを合流領域１からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネル４を有している。そして、少なくとも、１種の流体を供給する供給チャンネル２、３は、合流領域１に流入する複数のサブチャンネル２Ａ、２Ｂを有して成り、複数のサブチャンネル２Ａ、２Ｂの少なくとも１の中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他種類の流体の内の少なくとも１つの中心軸が１点５で交差するように、サブチャンネル及び供給チャンネルが形成されている。
【０００４】
このように、複数種類（例えばＡ、Ｂ）の流体をそれぞれ独立した流路を流通させてマイクロ空間の混合場に交差するように合流させて混合を行う場合、流体Ａ、Ｂをそれぞれの供給流路（合計２本）を流通させて混合場に供給するよりも、流体Ａ、Ｂを複数に分割（供給流路を分割）して混合場に供給した方が混合性能を向上させることができる。
【特許文献１】特開２００６−１６７６００号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２のマイクロデバイスの場合、流体の分割にともなって供給流路の本数も多くなるので、多くなった供給流路を混合場に接続しようとすると、混合場の容積が大きくならざるを得ないという問題がある。例えば、混合場を円板状のマイクロ空間として形成し、混合場に８本の供給流路を放射状に接続する場合、８本の供給流路の流路径を合計したと略同じ円周を有する断面円形な混合場となる。従って、供給流路の本数が増えれば増えるほど、混合場の断面円形が大きくなり、混合場の容積も増大する。この結果、混合場の容積が大きくなり過ぎて、本来のマイクロ空間な混合場を形成できなくなるという欠点がある。
【０００６】
理屈上では、供給流路の本数の増加にともなって、供給流路の流路径を細くすれば、混合場の直径も小さくできる。しかし、混合場はマイクロ空間として形成しなくてはならず、供給流路の流路径も元々細いものを使用しており、更に細くすることは圧力損失が大きくなると共に、製作上でも難しくなる。
【０００７】
また、理想的には、流体の混合を混合場の中だけで完結させることが望ましいが、如何に迅速な混合が可能なマイクロデバイスであっても、流体同士が混合場の中だけで混合が完結するということは稀であり、排出流路も重要な混合の場となる。ところが、従来は、混合場と排出流路とは別体と考えられており、両者の寸法、及び相対的な位置決め精度に関しては検討されていないのが実情である。
【０００８】
このように、複数の流体を混合場の一点で交差するように混合させ、混合した混合流体を混合場から排出するマイクロデバイスにおいては、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできる製作方法が必要になる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数種類の流体を混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合することができるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる流体混合方法及び、マイクロデバイスを提供することを目的とする。
【００１０】
また、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできるので、均一且つ迅速な混合を更に確実なものとすることができるマイクロデバイスの製作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出する流体混合方法において、前記複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させる分割工程と、前記分割工程後のそれぞれの流体について、前記混合場に合流する直前で縮流する縮流工程と、前記縮流したそれぞれの流体を、前記混合場の一点で交差するように合流させて流体同士を混合する合流工程と、前記混合された混合流体を前記混合場から排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする流体混合方法を提供する。
【００１２】
本発明の請求項１によれば、縮流工程において、分割工程後のそれぞれの流体について、混合場に合流する直前で縮流するようにした。これにより、分割工程において複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができる。また、合流する流体が混合場の一点で交差するように衝突・接触させることで、これらの流体は、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。従って、縮流による混合場の狭小化により流体同士の拡散混合距離を短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、従来にない均一で且つ迅速な混合を行うことができる。
【００１３】
尚、本発明は、混合場で流体同士を混合することで説明しているが、混合による反応も含み、以下同様である。
【００１４】
請求項２は請求項１において、前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
請求項２は、混合場の形状と大きさを規定したものであり、混合場は直径が１ｍｍ以下のマイクロ空間であることが好ましい。これにより、より均一且つより迅速な混合を行うことができる。通常は、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加するため、混合場の直径（相当直径）を１ｍｍ以下にすることは、流路の圧力損失や細作加工上難しいが、上記の縮流工程を設けることで可能となる。
【００１６】
請求項３は請求項１又は２において、排出工程では、排出される混合流体を流れ方向に縮流することを特徴とする。
【００１７】
請求項３によれば、排出工程において、排出される混合流体を流れ方向に縮流することで、拡散混合距離を短くすることができる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。
【００１８】
請求項４は、請求項１〜３の何れか１において、前記分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項４は、分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うようにしたので、例えば、流体Ａ、Ｂを先ず混合して反応させ、反応生成物Ｃと流体Ｄとを混合して反応させる多段反応を行うことができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００２０】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスにおいて、前記供給流路は、複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させるように複数本に分割した分割供給流路を含み、前記分割供給流路を含む各供給流路は、該各供給流路の中心軸が前記混合場の一点で交差するように前記混合場の回りに放射状に配置され、前記混合場に接続される各供給流路の先端部には、流体の流れを縮流するように前記先端部のうちの少なくとも一部にテーパーが形成され、前記テーパーは、前記放射状に配置された各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、前記テーパーを形成しないで各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするマイクロデバイスを提供する。
【００２１】
請求項５は本発明を装置として構成したものであり、混合場に合流する各流体が流通する複数本の供給流路の先端部（混合場への連通口近傍）のうちの少なくとも一部にテーパーを形成したので、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができる。これにより、混合場における流体同士の拡散混合距離が短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００２２】
尚、通常、テーパーとは円錐状に径が次第に減少している状態及び部分を意味するが、本発明では「流路の内側に向けて傾斜した傾斜部分」という意味であり、以下同様である。従って、「供給流路の先端部のうちの少なくとも一部にテーパーを形成した」とは、例えば、供給流路の流路断面が四角形の場合、４辺のうちの少なくとも１辺が内側に傾斜してテーパーを形成しているとの意味である。
【００２３】
請求項６は請求項５において、前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項６によれば、混合場は直径が１ｍｍ以下のマイクロ空間であるようにすることで、より均一且つより迅速な混合を行うことができる。
【００２５】
請求項７は請求項５又は６において、前記各供給流路の先端部は、前記テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項７によれば、各供給流路の先端部は、テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されているので、複数種類の流体を分割することにより供給流路の本数が増加しても、混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、しかも流路の圧力損失を増加しないようにできる。
【００２７】
請求項８は請求項５〜７の何れか１において、前記相当直径Ｄ１と前記排出流路の流路断面の直径Ｄ３とが同じであることを特徴とする。
【００２８】
請求項８によれば、混合場の直径と排出流路の流路断面の直径とを同じにしたので、排出流路における拡散混合距離を短くできる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、拡散混合距離が短いので、混合を促進できる。
【００２９】
請求項９は請求項５〜８の何れか１において、前記排出流路は、前記混合流体の流れ方向に先細形状に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項９によれば、排出流路における拡散混合距離を短くすることができる。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。
【００３１】
請求項１０は、請求項５〜９の何れか１において、前記各供給流路の中心軸を動かさないで、前記混合場に旋回流を発生させるように前記テーパーの向きが調整されていることを特徴とする。
【００３２】
請求項１０によれば、各供給流路の先端部には、各供給流路の中心軸を動かさないで、混合場に旋回流を発生させるようにテーパーの向きが調整されているので、流体同士を混合場の一点で交差するように合流させることができ、しかも混合場内に旋回流を発生させることができる。これにより、混合の促進を一層図ることができる。
【００３３】
請求項１１は、請求項５〜１０の何れか１のマイクロデバイスを複数直列に連結して成ることを特徴とするマイクロデバイス。
【００３４】
請求項１１によれば、流体の分割、縮流、合流、排出を１ユニットとして、該ユニットを多段で行うことができるので、例えば、流体ＡＢを先ず混合して反応させ、反応生成物と流体Ｃとを混合して反応させることができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００３５】
本発明の請求項１２は前記目的を達成するために、複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスを構成する複数の板状のブロックのうちの前記混合場及び該混合場に連通する前記複数本の供給流路を形成する合流ブロックと、前記排出流路を形成する排出ブロックとを製作する方法において、加工前の前記合流ブロックと前記排出ブロックとの板面同士を合わせて仮止め手段で仮止めする第１の工程と、前記仮止めされた状態で前記合流ブロックと前記排出ブロックとを着脱自在にピン結合するための複数のピンとピン孔を形成する第２の工程と、前記ピン孔にピンを挿入して前記合流ブロックと前記排出ブロックとをピン結合すると共に、前記仮止め手段を取り外す第３の工程と、前記ピン結合したまま、前記排出ブロック側の板面の中心位置から、前記合流ブロックの途中まで孔を穿設して、前記排出流路と前記混合場とを互い中心軸が一致するように形成する第４の工程と、前記排出ブロックを前記合流ブロックから取り外して一旦分解する第５の工程と、前記合流ブロックの前記排出ブロック側の面に、前記第４の工程で形成された混合場の中心軸から放射状に前記供給流路と同じ本数の流路溝を形成する第６の工程と、前記合流ブロックに前記排出ブロックを再びピン結合して組み立てる第７の工程と、を備えたことを特徴とするマイクロデバイスの製作方法を提供する。
【００３６】
請求項１２によれば、第１〜第３の工程において、合流ブロックと排出ブロックとを分解・組立したときに両者が正しく位置決されるためのピン及びピン孔を形成し、両者をピン結合する。
【００３７】
次に、第４〜第５の工程において、ピン結合により合流ブロックと排出ブロックとを結合した状態で、排出ブロック側の板面の中心位置から、合流ブロックの途中まで孔を穿設して排出流路と混合場とを一度に形成して中心軸を一致させる。そして、合流ブロックと排出ブロックとを一旦分解する。
【００３８】
次に、第６〜第７の工程において、合流ブロックの排出ブロック側の面に、混合場の中心軸から放射状に供給流路と同じ本数の流路溝を形成し、両者を再び組み立てることで、混合場、供給流路、排出流路を形成する。
【００３９】
このように、合流ブロックと排出ブロックとを分解・組立の際の位置決め精度が良くなるように、ピン孔とピンとで着脱自在に結合できるようにした状態で、先ず混合場と排出流路の中心軸を一致させるように混合場と排出流路とを形成した後、混合場の中心軸から放射状に供給流路を形成するようにしたので、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることができる。これにより、均一且つ迅速な混合を行うことのできるマイクロデバイスを製作することができる。
【発明の効果】
【００４０】
以上説明したように、本発明の流体混合方法及びマイクロデバイスによれば、複数種類の流体を混合する混合場であるマイクロ空間を狭小にすることができ、狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合することができるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００４１】
また、本発明のマイクロデバイスの製作方法によれば、複数の供給流路と混合場との相対的な位置精度、及び混合場と排出流路の相対的な位置精度を高くすることのできるので、均一且つ迅速な混合を更に確実なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、添付図面に従って、本発明に係る流体混合方法及びマイクロデバイス並びにその製作方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４３】
図１は、本発明のマイクロデバイスの一例を示す図であり、４つのパーツを分解した状態を斜視図で示した分解斜視図である。本実施の形態では、２種類の流体Ａ、Ｂの例で説明するが、２種類に限定するものではなく、３種類以上でもよい。
【００４４】
本発明のマイクロデバイス３０は、複数種類の流体Ａ、Ｂを、それぞれ独立した供給流路１２、１４を流通させてマイクロ空間の混合場１８に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体Ｃを混合場１８から排出流路１６を介して排出するように構成され、以下その構造を説明する。
【００４５】
ここで、流体とは、液体及び液体として扱うことのできる液体混合物も含む。混合する物としては、固体及び／又は気体を含む液体があり、例えば粉末のような微細な固体（例えば金属微粒子）及び／又は微細な気泡を含む液体混合物であってもよい。また、液体は溶解していない他の種類の液体を含むものであってもよく、例えばエマルジョンであってもよい。また、流体は気体であってもよく、気体に微細な固体を含んでいてもよい。
【００４６】
図１に示すように、マイクロデバイス３０は、主として、それぞれが円板状の形状をした供給ブロック３２、合流ブロック３４、第１排出ブロック３６、及び第２排出ブロック３７により構成される。そして、マイクロデバイス３０を組み立てるには、円板状をしたこれらのブロック３２、３４、３６、３７のうち、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とを複数のピン３１とピン孔３３とによりピン結合しておき、この状態で４つのブロック３２、３４、３６、３７を、図示しないにより一体的に締結する。従って、図１の各ブロックには、前記したピン孔３３以外に、図示しないボルト孔が形成されている。
【００４７】
供給ブロック３２の合流ブロック３４に対向する側面３９には、２本の環状溝３８、４０が同芯状に穿設されており、マイクロデバイス３０を組み立て状態において、２本の環状溝３８、４０は流体Ａと流体Ｂとがそれぞれ流れるリング状流路を形成する。そして、供給ブロック３２の合流ブロック３４に対向しない反対側の側面３５から外側環状溝３８と内側環状溝４０に達する貫通孔４２、４４がそれぞれ形成される。かかる２本の貫通孔４２、４４のうち、外側の環状溝３８に連通する貫通孔４２には、流体Ａを供給する図示しない供給手段（ポンプ及び連結チューブ等）が連結され、内側環状溝４０に連通する貫通孔４４には、流体Ｂを供給する図示しない供給手段（ポンプ及び連結チューブ等）が連結される。図１では、外側環状溝３８に流体Ａを流し、内側環状溝４０に流体Ｂを流すようにしたが、逆にしてもよい。
【００４８】
合流ブロック３４の第１排出ブロック３６に対向する側面４１の中心には円形状の合流孔４６が形成され、この合流孔４６から放射状に４本の長尺放射状溝４８、４８…と４本の短尺放射状溝５０、５０…が交互に穿設される。これら合流孔４６や放射状溝４８、５０はマイクロデバイス３０を組み立てた状態において、合流孔４６は混合場１８となり、放射状溝４８、５０は流体Ａ、Ｂが流れる放射状流路を形成する。
【００４９】
また、８本の放射状溝４８，５０のうち、長尺放射状溝４８の先端から合流ブロック３４の厚み方向にそれぞれ貫通孔５２、５２…が形成され、これらの貫通孔５２は供給ブロック３２に形成されている前述の外側環状溝３８に連通される。同様に、短尺放射状溝５０の先端から合流ブロック３４の厚み方向にそれぞれ貫通孔５４、５４…が形成され、これらの貫通孔５４は供給ブロック３２に形成されている内側環状溝４０に連通される。
【００５０】
また、第１排出ブロック３６の中心には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔５６が形成され、この貫通孔５６が第１の排出流路５８となる。更に、第２排出ブロック３７の中心には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔５７が形成され、この貫通孔５７が第２の排出流路５９となる。そして、第１の排出流路５８と第２の排出流路５９とから成る排出流路１６が混合場１８に連通される。この場合、第１の排出流路５８は第２の排出流路５９よりも流路径が細くなるように形成されることが好ましい。
【００５１】
上記の構成により、流体Ａは供給ブロック３２の貫通孔４２→外側環状溝３８→合流ブロック３４の貫通孔５２→長尺放射状溝４８から構成される供給流路１２を流れて４つの分割流に分割されて混合場１８（合流孔４６）に至る。一方、流体Ｂは供給ブロック３２の貫通孔４４→内側環状溝４０→合流ブロック３４の貫通孔５４→短尺放射状溝５０から構成される供給流路１４を流れて４つの分割流に分割されて混合場１８（合流孔４６）に至る。そして、混合場１８において混合された混合流体Ｃは、排出流路１６を介して混合場１８から排出される。
【００５２】
このように、２種類の流体Ａ、Ｂを８つの流体に分割することにより、混合場１８における流体同士の拡散混合距離Ｍを短くすることができ、これにより混合が促進される。
【００５３】
図２は、流体Ａ、Ｂの分割（即ち、供給流路１２、１４の分割）により混合場１８における拡散混合距離Ｍの違いを示した概念図である。図２（Ａ）は、２種類の流体Ａ、Ｂを合計８流体に分割した拡散混合距離Ｍ１を示し、図２（Ｂ）は合計１６流体に分割した拡散混合距離Ｍ２を示している。図２の（Ａ）と（Ｂ）との比較から分かるように、拡散混合距離Ｍ２は拡散混合距離Ｍ１の１／２に短くなる。
【００５４】
そして、混合場１８において流体Ａの分割流と流体Ｂの分割流とがそれぞれの運動エネルギーを有して合流する。合流して混合された混合流体は、９０°流れ方向を変え、第１の排出流路５８及び第２の排出流路５９を介して混合場１８から排出される。
【００５５】
かかるマイクロデバイス３０において、図１に示したように、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とはピン結合される。即ち、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６を合わせた状態での円周位置に、それぞれピン孔３３（図１では３個ずつ合計６個）が形成される。そして、ピン３１をピン孔３３に挿入することにより、合流ブロック３４と第１排出ブロック３６とをピン結合する。このピン結合の効果については、後記するマイクロデバイス３０の製作方法のところで説明する。
【００５６】
また、本発明のマイクロデバイス３０は、図３（Ｂ）に示すように、混合場１８に接続される８本の供給流路１２、１４の先端部には、流体Ａ、Ｂの流れを縮流するように先端部のうちの少なくとも一部にテーパー６０が形成される。
【００５７】
図３（Ａ）、（Ｂ）の対比から分かるように、テーパー６０は、放射状に配置された８本の供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円６２を描いたときの相当直径Ｄ１が、テーパー６０を形成しないで８本の供給流路１２、１４の流路先端同士を繋いで仮想円６２を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなる。
【００５８】
これにより、図４の（Ａ）と（Ｂ）との対比から分かるように、流体Ａ、Ｂを分割することにより供給流路１２、１４の本数が２本から８本に増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。この結果、４（Ｂ）のように、流体Ａ、Ｂの拡散混合距離Ｍ４を、図４（Ａ）の拡散混合距離Ｍ３よりも短くなる。
【００５９】
具体例で説明すると、供給流路１２、１４の流路断面が幅・深さがそれぞれ２００μｍの四角形状に形成された場合、テーパー６０を形成しない図３（Ａ）における混合場１８の相当直径Ｄ２は５２３μｍになる。ところが、図３（Ｂ）で示した本発明のマイクロデバイス３０のように、混合場１８に接続される供給流路１２、１４の先端部にテーパー６０を形成して供給流路１２、１４の幅を１００μｍにすると、相当直径Ｄ１は２６１μｍとなり、テーパー６０がない場合の半分となる。
【００６０】
混合場１８の交差点６４は、相当直径のセンターとなり、混合場１８に流入する流体Ａ、Ｂのベクトルの交点とする。もし、流れが一点で交わらない場合は、流れのベクトルが形成する多角形（もしくは立方体）の重心位置を、相当直径のセンターとすることが好ましい。尚、供給流路１２、１４の流路断面は四角形状が好ましいが、特に規制する必要は無い。ＳＵＳの材料に対してエッチング加工を施す場合、流路断面が半円形状になるが、この様な形状に対しても本発明は効果的である。
【００６１】
また、本発明のように、混合場１８に接続される供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成して流路先端部のみの流路幅を狭くすることで、供給流路１２、１４の全体幅を狭くする場合と比較して、流動に起因する圧力損失を低減できる。
【００６２】
供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成する目安としては、図５に示すように、流れ方向の距離Ｌに対する流路幅の縮小分ΔＤ（ｄ１−ｄ２）の比率 ΔＤ／Ｌが０．１〜１００の範囲が好ましく、更に好ましくはΔＤ／Ｌが１〜１０の範囲である。
【００６３】
ところで、流体Ａ、Ｂの分割数が多く（例えば８本以上）、混合場１８を狭小にするために供給流路１２、１４自体も更に細径にする必要がある場合には、流路先端部だけにテーパー６０を形成するようにしても圧力損失が大きくなる場合がある。また、流体Ａ、Ｂの接触界面における界面積を増すためには、流路幅よりも流路深さを増す方が好ましい。そこで、この場合には、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各供給流路１２、１４の流路先端部は、テーパー６０により流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路先端部の流路深さＨ１をその他の流路深さＨ２よりも深くすることで補うように形成するとよい。これにより、界面積の増大に寄与できる上、流動による圧力損失を低減することが可能である。この場合、供給流路１２、１４において流体Ａ、Ｂの滞留部を発生させないために供給流路１２、１４の入口から混合場１８に接続されるまでの流路断面積を一定に保つことが好ましい。
【００６４】
更に、供給流路１２、１４の流路先端部にテーパー６０を形成して流路幅を狭くすることにより、混合場１８に流入する流体Ａ、Ｂの流速を向上することが可能である。これにより、混合を促進できると共に、混合による反応で反応物が析出する場合には、析出物が流路先端部の壁面に付着して流れを乱すことを抑制できる。また、供給流路１２、１４の途中に流路を狭めた狭幅部を形成すれば、狭幅部がオリフィスとして機能し、流体Ａ、Ｂを複数ある供給チャンネルに均等に分配することが可能となる。
【００６５】
本発明のマイクロデバイス３０において、狭小に形成される混合場１８の形状としては、円板状のマイクロ空間であることが好ましい。また、混合場１８から排出流路１６にかけて、混合に影響する部分の寸法は、流体を流したときのＲｅ数の値が２３００以下となるような流路寸法であることが好ましい。具体的には、流量、流体Ａ、Ｂの粘性にも依存するが、迅速混合を行う場合、流路寸法の上限は等価直径において１ｍｍ以下が好ましく、６００μｍ以下がより好ましい。また、流路寸法の下限は流体の圧力損失や加工方法の観点から１μｍ以上とするのが好ましい。ここで、等価直径とは流路断面を円形とした場合の直径である。
【００６６】
また、図７のように、８本の供給流路１２、１４の中心軸６６を動かさないで、混合場１８に旋回流を発生させるようにテーパー６０の向きが調整されるようにすると、均一且つ迅速な混合を促進する上で一層好ましい。具体的な一例として、供給流路１２、１４の流路断面が四角形状の４辺のうちの幅方向に対向する辺の１辺のみを内側に傾斜してテーパー６０を形成する。これにより、従来の２つの流体から８つの流体に分割することにより供給流路１２、１４の本数が増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。また、合流する流体が混合場１８の一点で交差するように衝突・接触させることで、こられの流体は、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。従って、混合場における流体同士の拡散混合距離が短くでき、しかも狭小な混合場の一点に交差するように流体同士を混合して、直ちに排出流路から排出させるので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００６７】
以上は、供給流路１２、１４や混合場１８に関することであるが、排出流路１６についても次のようにすることが好ましい。即ち、排出流路１６、特に第１の排出流路５８の流路断面の直径Ｄ３は、混合場１８の直径Ｄ１と同じであることが好ましい。これにより、図４（Ｂ）の混合場１８を第１の排出流路１６の流路断面と置き換えたときに、拡散混合距離Ｍ４を短くすることができる。従って、混合場１８において流体同士の混合が終了せず、排出流路１６で混合が行われたとしても、拡散混合距離が短いので、混合を促進できる。更には、図８に示すように、排出流路１６を、混合流体Ｃの流れ方向に先細形状（Ｄ１＞Ｄ２）に形成することにより、排出流路１６を流れる混合流体Ｃの層流がより薄層化される。これにより、拡散時間が短縮され、より一層高速な混合が実現できる。
【００６８】
上記の如く構成されたマイクロデバイス３０は、マイクロドリル加工、マイクロ放電加工、めっきを利用したモールディング、射出成形、ドライエッチング、ウエットエッチング、及びホットエンボス加工等の精密加工技術を利用して製造することができる。また、汎用的な旋盤、ボール盤を用いる機械加工技術も利用できる。例えば、供給流路１２、１４の流路についてみると、流路先端部に形成するテーパー６０の部分だけをマイクロ放電加工により形成し、他の部分はマイクロドリル加工を使用するとよい。
【００６９】
マイクロデバイス３０の材料としては、特に限定されるものではなく、上述の加工技術を適用できるものであればよい。具体的には、金属材料（鉄、アルミニウム、ステンレススチール、チタン、各種の金属等）、樹脂材料（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（シリコン、パイレックス、石英等）を用いることができる。
【００７０】
上記したように、本実施の形態では、供給ブロック３２、合流ブロック、３４、第１排出ブロック３６、第２排出ブロックをボルト４４で連結するが、流体Ａ、Ｂのリーク防止用にブロック同士の間にＯリングを用いていることが好ましい。しかし、組み立方法は、これに限定するものではない。例えば、ブロック同士の部材表面の分子間力を利用したり、接着剤による直接接合を利用することも可能である。直接接合を利用することにより、Ｏリングを省略することが可能となり、ゴム系の材料を腐食する流体にも適用できるようになる。シリコンとパイレックスの場合は、素材の熱膨張係数が近いため、加熱直接接合が可能である。一方、熱膨張係数が異なる素材を接合する場合は、真空中でアルゴンイオンビーム等を部材に照射して、部材の表面を原子レベルで洗浄し、常温で加圧接合する常温直接接合（表面活性化接合技術）を利用することができる。常温直接接合技術は、各素材を異なる材料で構成する場合に、熱的ストレスを緩和できる利点がある。尚、直接接合を行うことで、微細な供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６等が、接着剤のはみ出しにより閉塞する危険から開放される。
【００７１】
また、マイクロデバイス３０に流体Ａや流体Ｂを供給する供給手段には、流体Ａ、Ｂの流れを制御する流体制御機能が必要である。特に、マイクロスケールな供給流路１２、１４、混合場１８、及び排出流路１６における流体の挙動は、マクロスケールとは異なる性質を持つため、マイクロスケールに適した制御方式を考えなければならない。流体制御方式は形態分類すると連続流動方式と液滴（液体プラグ）方式があり、駆動力分類すると電気的駆動方式と圧力駆動方式がある。
【００７２】
これらの方式のうち最も広く用いられるのが連続流動方式である。連続流動式の流体制御では、マイクロ流路１６内は全て流体で満たされ外部に用意したシリンジポンプなどの圧力源によって、流体全体を駆動するのが一般的である。この方法は、デッドボリュームが大きいことなどが難点であるが比較的簡単なセットアップで制御システムを実現できることが大きな利点である。
【００７３】
また、マイクロデバイス３０の温度制御は、デバイス全体を温度制御された容器中に入れることにより制御してもよいし、金属抵抗線やポリシリコンなどのヒーター構造をデバイス内に作り込み、加熱についてはこれを使用し、冷却については自然冷却でサーマルサイクルを行つてもよい。温度のセンシングは、金属抵抗線を使用する場合はヒーターと同じ抵抗線をもう一つ作り込んでおき、その抵抗値の変化に基づいて温度検出を行うのが好ましく、ポリシリコンを使用する場合は熱電対を用いて検出を行うのが好ましい。また、ペルチェ素子を流路に接触させることによって外部から加熱、冷却を行ってもよい。これにより、拡散速度を速め、迅速な混合が可能となる。更に、マイクロデバイス１０に冷却装置を組込み、所望の部位のみを急過熱／急冷却することで、混合（反応）の安定性を向上させることも可能である。
【００７４】
本発明に用いられるマイクロデバイス３０の数は、勿論、一つでも構わないが、必要に応じて複数直列化して多段混合を行うようにしてもよい。あるいは複数並列化し（ナンバリングアップ）、その処理量を増大させるようにしてもよい。
【００７５】
次に、上記の如く構成されたマイクロデバイス３０を用いて本発明の流体混合方法について説明する。
【００７６】
本発明の流体混合方法は、主として、分割工程と、縮流工程と、合流工程と、排出工程と、の４つの工程で構成される。
【００７７】
分割工程（供給ブロック）では、流体Ａ、Ｂをそれぞれ４分割、合計８つの流体に分割して流通させる。これにより、従来２つの流体Ａ、Ｂをそのまま混合場１８において合流させるときの拡散混合距離よりも、８つの流体Ａ、Ｂとして混合場１８において合流させるときの拡散混合距離の方が顕著に短くなるので、混合を促進する。
【００７８】
次に、縮流工程（合流ブロック）では、分割工程後の８つの流体について、混合場１８に合流する直前で縮流する。これにより、２つの流体を８つの流体に分割することにより供給流路１２、１４の本数が増加しても、混合する混合場１８であるマイクロ空間を狭小にすることができる。
【００７９】
次に、合流工程（合流ブロック）では、縮流した８つの流体を、混合場１８の一点（交差点）６４で交差するように合流させて流体同士を混合する。このように、合流する８つの流体Ａ、Ｂが一点６４で交差するように衝突・接触させることで、こられの流体Ａ、Ｂは、それが有する運動エネルギーによって、瞬間的により小さい流体塊に細分化されると共に、流体塊同士の接触状態が改善される。
【００８０】
従って、縮流工程では、混合場１８における流体同士の拡散混合距離が短くでき、合流工程では混合場１８の一点６４に交差するように流体同士を混合するようにしたので、均一且つ迅速な混合を行うことができる。
【００８１】
次に、排出工程（排出ブロック）では、混合された混合流体を混合場１８から排出する。この場合、排出ブロックを第１排出ブロックと第２排出ブロックに分け、第１排出ブロックに形成される出流路の直径Ｄ３が混合場１８の直径Ｄ１と同じようにした。これにより、混合場において流体同士の混合が終了せず、排出工程で混合が行われたとしても、混合拡散距離が短いので、混合を促進できる。排出流路を、混合流体の流れ方向に先細形状に形成すると一層よい。更には、テーパー６０の向きを調整して、混合場１８に旋回流を発生させるようにすると特によい。
【００８２】
図９は、本発明のマイクロデバイスの別の態様であり、上記したマイクロデバイスを２段直列に連結して構成したものの分解図である。直列する多段数は、２段に限定するものではなく、３段以上でもよい。
【００８３】
図９のマイクロデバイス７０は、主として、それぞれ円板状に形成された第１供給ブロック７２、第１合流ブロック７４、第１排出ブロック７６、第２供給ブロック７８、第２合流ブロック８０、第２排出ブロック８２、及び第３排出ブロック８４とで構成される。
【００８４】
尚、第１供給ブロック７２、第１合流ブロック７４、第１排出ブロック７６は、図１で説明した供給ブロック３２、合流ブロック３４、及び第１排出ブロック３６と同様であるので説明を省略し、それ以外のブロックについて説明する。
【００８５】
円板状の第２供給ブロック７８の中心軸には、第１排出ブロック７６の排出流路７７に連通する貫通孔８５が形成され、この貫通孔８５に混合流体Ｃが供給される。一方、第２供給ブロック７８には、その中心軸を中心として１本の環状溝８６が形成され、第２供給ブロック７８と第２合流ブロックを合わせることにより、リング状流路が形成される。そして、第２供給ブロック７８の周面には環状溝８６に連通する貫通孔８８が形成され、流体Ｄが該貫通孔８８から環状溝８６に供給される。
【００８６】
また、第２合流ブロック８０の中心軸には、第２供給ブロック７８の貫通孔８５に連通する合流孔９０が形成され、この合流孔９０が混合流体Ｃと新たな流体Ｄとが合流して混合される混合場９２となる。更に、第２合流ブロック８０の第２排出ブロック８２に対向する側面９４には、合流孔９０を中心した４本の放射状溝９６、９６…が形成される。そして、放射状溝９６の先端から第２合流ブロック８０の厚み方向にそれぞれ貫通孔９８、９８…が形成され、これらの貫通孔９８は第２供給ブロック７８に形成されている前述の環状溝８６に連通される。
【００８７】
また、第２排出ブロック８２の中心軸には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔１００が形成され、この貫通孔１００が第２の排出流路１０２となる。更に、第３排出ブロック８４の中心軸には、ブロック厚み方向に１本の貫通孔１０４が形成され、この貫通孔１０４が第３の排出流路１０６となる。そして、第２の排出流路１０２及び第３の排出流路１０６が混合場９２に連通される。
【００８８】
上記の如く構成されたマイクロデバイス７０によれば、流体Ａ、Ｂを８つの流れに分割して１段目の混合場１８において混合して反応させ、反応生成物Ｃと４つに分割した流体Ｄとを２段目の混合場９２において混合して反応させることができる。従って、反応を多段階に行うことができるだけでなく、混合（反応も含む）する流体の特性や性質に応じて色々な混合の態様をとることができる。
【００８９】
尚、マイクロデバイス７０の場合にも、図２〜図７で説明したように、混合場９２に連通する供給流路の流路先端部を縮流するようにテーパー６０を形成することが好ましい。また、排出流路を混合場の直径と同等にし、更には先細形状とすることが好ましい。その他、マイクロデバイス３０で説明した特徴を、全てマイクロデバイス７０にも備えることが好ましい。
【００９０】
次に、図１０に従って本発明のマイクロデバイス３０、７０の製作方法について説明する。
【００９１】
本発明のマイクロデバイス３０、７０の製作方法は、マイクロデバイス３０、７０を構成する上記した複数の円板状ブロック（供給ブロック３２、合流ブロック３４、排出ブロック３６等）のうちの、合流ブロック３４（７４）、８０と、排出流路１６を形成する排出ブロック３６（７６）、８２との製作方法である。尚、以後の説明は、合流ブロック３４と排出ブロック３６の例で説明する。
【００９２】
先ず、図１０（Ａ）の第１加工において、未だ供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６等が加工されていない加工前の合流ブロック３４と排出ブロック３６との板面同士を合わせて仮止め手段１１０（例えばクランプ、小型万力等）で仮止めする。
【００９３】
次に、図１０（Ｂ）の第２加工及び第３加工において、仮止めされた状態で、例えばマイクロドリルを使用し、排出ブロック３６の側から複数のピン孔３３を穿設して、穿設したピン孔３３にピン３１を挿入する。そして、仮止めに使用した仮止め手段１１０は取り外す。ピン孔３３としては、混合場１８及び排出流路１６の中心軸を中心とした円周上に等距離間隔で３箇所以上形成することが好ましい。これにより、合流ブロック３４と排出ブロック３６とは着脱自在にピン結合される。また、３つのピン３１は非対称の配置とすることで、合流ブロック３４と排出ブロックの相対的な向きの間違えを防止でき、組立てミスを防止できる。更に、３本のピン３１の径をそれぞれ異なるようにしておくことでも、合流ブロック３４と排出ブロックの相対的な向きの間違えを防止できる。
【００９４】
次に、図１０（Ｃ）の第４加工において、合流ブロック３４と排出ブロック３６とをピン結合したまま、排出ブロック３６側の板面の中心位置から、例えばマイクロドリルを使用し、合流ブロック３４の途中まで穴を穿設して排出流路１６と混合場１８を形成すると共に、これにより排出流路１６と混合場１８との中心軸１１２を一致させる。
【００９５】
次に、図１０（Ｄ）の第５加工において、排出ブロック３６を合流ブロック３４から取り外して一旦分解する。
【００９６】
次に、図１０（Ｅ）の第６加工において、合流ブロック３４の排出ブロック３６側の板面に、第４の工程で形成された混合場１８の中心軸１１２から放射状に供給流路１２、１４と同じ本数の放射状溝４８、５８を形成する。
【００９７】
次に、図１０（Ｆ）の第６加工において、合流ブロック３４に排出ブロック３６を再びピン結合して組み立てる。これにより、供給流路１２、１４、混合場１８、排出流路１６が形成される。尚、合流ブロック３４及び排出ブロック３６以外のブロックをボルトで締結するときに、ピン３１が排出ブロック３６側に出っ張ると邪魔になるので突起部分を切断しておく。
【００９８】
本発明のマイクロデバイスの製作方法によれば、合流ブロック３４と排出ブロック３６とを分解・組立の際の位置決め精度が良くなるように、ピン孔３３とピン３１とで着脱自在に結合できるようにした状態で、先ず混合場１８と排出流路１６の中心軸を一致させるように混合場１８と排出流路１６とを形成した後、混合場１８の中心軸１１２から放射状に供給流路１２、１４を形成するようにした。これにより、複数の供給流路１２、１４と混合場１８との相対的な位置精度、及び混合場１８と排出流路１６の相対的な位置精度を極めて高く製作することができる。従って、均一且つ迅速な混合を行うことのできるマイクロデバイス３０、７０を製作することができる。
【００９９】
また、合流ブロック３４と排出ブロック３６との正確な位置決めが可能なため、高度な組み立て技術を有する技術者がいなくとも、分解して洗浄し、再び精度良く組み立てることが可能である。
【０１００】
尚、本実施の形態では、マイクロデバイス１０、３０を横型にした例で説明したが、マイクロデバイス１０、３０を縦型にすることで、比重による層流の乱れを抑制できる。この結果、比重が大幅に異なる流体や、分散している粒子が大きな場合でも、迅速な混合を安定して行うことが可能である。
【実施例】
【０１０１】
以下、図１に示したマイクロデバイス３０を使用して、有機系顔料微粒子を製造する実施例を説明する。しかし、この実施例に限定されるものではない。
【０１０２】
（１）流体Ａ（有機系顔料水溶液）の調製
ピグメントイエロー１２８（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製、ＣＲＯＭＯＰＨＴＡＬ ＹＥＬＬＯＷ ８ＧＮＰ）３．０ｇをジメチルスルホキシド４５．５ｍＬ、２８％ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（和光純薬（株）社製）２．４９ｍＬ、アクアロンＫＨ−１０（第一工業製薬（株）社製）２．４ｇ、Ｎ−ビニルピロリドン（和光純薬（株）社製）０．６ｇ、ポリビニルピロリドンＫ３０（東京化成工業（株）社製）０．１５ｇ、ＶＰＥ０２０１（和光純薬（株）社製）１．５ｇと共に室温で溶解した。流体ＡのｐＨは測定限界(ｐＨ１４)を超えており、測定不能であった。
【０１０３】
（２）流体Ｂとしては蒸留水を使用した。
【０１０４】
そして、これらの流体Ａ，Ｂを、０．４５μｍのミクロフィルター（ザルトリウス社製）を通すことでごみ等の不純物を除いた。
【０１０５】
（３）マイクロデバイス３０の条件
（ｉ）供給流路本数…２種類の流体Ａ，Ｂを、それぞれについて５本に分割（合計１０本の流路が合流する。尚、図１の装置の場合は各４本で合計８本である。）
（ii）供給流路１２、１４の直径…各４００μｍ
（iii）混合場１８の直径…８００μｍ
（iv）排出流路１６の直径…８００μｍ
（ｖ）混合場１８において各供給流路１２、１４と排出流路１６との中心軸同士の交差角度…９０°
（vi）装置の材質…ステンレス（ＳＵＳ３０４）
（vii）流路加工法…マイクロ放電加工で行い、供給ブロック３２、合流ブロック３４、第１排出ブロック３６、第２排出ブロック３７の４つのパーツの封止方法は鏡面研磨による金属面シールで行った。マイクロデバイス１０の入り口に長さ５０ｃｍ、等価直径１ｍｍのテフロン（登録商標）チューブ２本を用いて接続し、その先にそれぞれ流体Ａと流体Ｂとを入れたシリンジを繋ぎ、ポンプにセットした。また、マイクロデバイス１０の出口には長さ１．５ｍ、等価直径２ｍｍを有するテフロン（登録商標）チューブを接続した。そして、流体Ａを１５０ｍＬ／ｍｉｎ、流体Ｂを６００ｍＬ／ｍｉｎの送液速度にて送り出した。
【０１０６】
マイクロデバイス３０は、各供給流路の先端部にテーパー６０を形成しないもの（比較例）と、テーパー６０を形成して混合場１８に入る流れを縮流して、混合場１８における流体同士Ａ，Ｂの拡散距離を比較例の１／２に小さくしたもの（実施例）と、を使用して対比した。
【０１０７】
その結果、比較例のマイクロデバイスによって得られた有機系顔料微粒子の体積平均粒径Ｍｖは２５．２ｎｍであり、単分散性の指標である体積平均粒径Ｍｖ／個数平均粒径Ｍｎの比は１．５０であった。
【０１０８】
これに対して、実施例のマイクロデバイスによって得られた有機系顔料微粒子の体積平均粒径Ｍｖ、及び単分散性の指標である体積平均粒径Ｍｖ／個数平均粒径Ｍｎの比ともに比較例よりも小さくなり、良い結果となった。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のマイクロデバイスの分解斜視図
【図２】流体を分割することにより、混合場での拡散混合距離が短くなることを説明する説明図
【図３】供給流路の流路先端部にテーパーを形成した場合と形成しない場合での混合場の相当直径を比較する説明図
【図４】テーパーを形成したことにより混合場あるいは排出流路での拡散混合距離が短くなることを説明する説明図
【図５】供給流路の流路先端部のテーパーを説明する説明図
【図６】流路断面積を変えずにテーパーを形成する説明図
【図７】混合場に旋回流を形成するためのテーパーの形成方法を説明する説明図
【図８】排出流路を先細形状にする概念図
【図９】本発明のマイクロデバイスの別態様で、多段混合を行うものの分解斜視図
【図１０】本発明のマイクロデバイスの製作方法を説明する説明図
【図１１】従来のマイクロデバイスを説明する説明図
【符号の説明】
【０１１０】
３０、７０…マイクロデバイス、１２、１４…流体の供給流路、１６…排出流路、１８…混合場、３２供給ブロック、３４…合流ブロック、３６…第１排出ブロック、３７…第２排出ブロック、３８…外側環状溝、４０…内側環状溝、４２、４４…供給ブロックの貫通孔、４６…合流孔（混合場１８）、４８…長尺放射状溝、５０…短尺放射状溝、５２、５４…合流ブロックの貫通孔、５６…貫通孔（５８…第１の排出流路）、５７…貫通孔（
５９…第２の排出流路）、６０…テーパー、６２…仮想円、６４…交差点、６６…供給流路の中心軸、７２…第１供給ブロック、７４…第１合流ブロック、７６…第１排出ブロック、７８…第２供給ブロック、８０…第２合流ブロック、８２…第２排出ブロック、８４…第３排出ブロック、８５…貫通孔、８６…環状溝、９０…合流孔、９２…混合場、９６…放射状溝、９８…貫通孔、１００…貫通孔（１０２…第２の排出流路）、１０４…貫通孔（１０６…第３の排出流路）、１１０…仮止め手段、１１２…混合場の中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出する流体混合方法において、
前記複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させる分割工程と、
前記分割工程後のそれぞれの流体について、前記混合場に合流する直前で縮流する縮流工程と、
前記縮流したそれぞれの流体を、前記混合場の一点で交差するように合流させて流体同士を混合する合流工程と、
前記混合された混合流体を前記混合場から排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする流体混合方法。
【請求項２】
前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１の流体混合方法。
【請求項３】
前記排出工程では、排出される混合流体を流れ方向に縮流することを特徴とする請求項１又は２の流体混合方法。
【請求項４】
前記分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１の流体混合方法。
【請求項５】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスにおいて、
前記供給流路は、複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させるように複数本に分割した分割供給流路を含み、
前記分割供給流路を含む各供給流路は、該各供給流路の中心軸が前記混合場の一点で交差するように前記混合場の回りに放射状に配置され、
前記混合場に接続される各供給流路の先端部には、流体の流れを縮流するように前記先端部のうちの少なくとも一部にテーパーが形成され、
前記テーパーは、前記放射状に配置された各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、前記テーパーを形成しないで各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項６】
前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５のマイクロデバイス。
【請求項７】
前記各供給流路の先端部は、前記テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されていることを特徴とする請求項５又は６のマイクロデバイス。
【請求項８】
前記相当直径Ｄ１と前記排出流路の流路断面の直径Ｄ３とが同じであることを特徴とする請求項５〜７の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項９】
前記排出流路は、前記混合流体の流れ方向に先細形状に形成されていることを特徴とする請求項５〜８の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項１０】
前記各供給流路の中心軸を動かさないで、前記混合場に旋回流を発生させるように前記テーパーの向きが調整されていることを特徴とする請求項５〜９の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項１１】
請求項５〜１０の何れか１のマイクロデバイスを複数直列に連結して成ることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１２】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスを構成する複数の板状のブロックのうちの前記混合場及び該混合場に連通する前記複数本の供給流路を形成する合流ブロックと、前記排出流路を形成する排出ブロックとを製作する方法において、
加工前の前記合流ブロックと前記排出ブロックとの板面同士を合わせて仮止め手段で仮止めする第１の工程と、
前記仮止めされた状態で前記合流ブロックと前記排出ブロックとを着脱自在にピン結合するための複数のピンとピン孔を形成する第２の工程と、
前記ピン孔にピンを挿入して前記合流ブロックと前記排出ブロックとをピン結合すると共に、前記仮止め手段を取り外す第３の工程と、
前記ピン結合したまま、前記排出ブロック側の板面の中心位置から、前記合流ブロックの途中まで孔を穿設して、前記排出流路と前記混合場とを互い中心軸が一致するように形成する第４の工程と、
前記排出ブロックを前記合流ブロックから取り外して一旦分解する第５の工程と、
前記合流ブロックの前記排出ブロック側の面に、前記第４の工程で形成された混合場の中心軸から放射状に前記供給流路と同じ本数の流路溝を形成する第６の工程と、
前記合流ブロックに前記排出ブロックを再びピン結合して組み立てる第７の工程と、を備えたことを特徴とするマイクロデバイスの製作方法。
【請求項１】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出する流体混合方法において、
前記複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させる分割工程と、
前記分割工程後のそれぞれの流体について、前記混合場に合流する直前で縮流する縮流工程と、
前記縮流したそれぞれの流体を、前記混合場の一点で交差するように合流させて流体同士を混合する合流工程と、
前記混合された混合流体を前記混合場から排出する排出工程と、を備えたことを特徴とする流体混合方法。
【請求項２】
前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１の流体混合方法。
【請求項３】
前記排出工程では、排出される混合流体を流れ方向に縮流することを特徴とする請求項１又は２の流体混合方法。
【請求項４】
前記分割工程、縮流工程、合流工程、排出工程を１単位のユニット工程として、該ユニット工程を多段で行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか１の流体混合方法。
【請求項５】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスにおいて、
前記供給流路は、複数種類の流体のうちの少なくとも一種類の流体を複数の流体に分割して流通させるように複数本に分割した分割供給流路を含み、
前記分割供給流路を含む各供給流路は、該各供給流路の中心軸が前記混合場の一点で交差するように前記混合場の回りに放射状に配置され、
前記混合場に接続される各供給流路の先端部には、流体の流れを縮流するように前記先端部のうちの少なくとも一部にテーパーが形成され、
前記テーパーは、前記放射状に配置された各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ１が、前記テーパーを形成しないで各供給流路の流路先端同士を繋いで仮想円を描いたときの相当直径Ｄ２よりも小さくなるように形成されていることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項６】
前記混合場は円板状のマイクロ空間であって、円板直径が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５のマイクロデバイス。
【請求項７】
前記各供給流路の先端部は、前記テーパーにより流路幅を狭め、該狭めたことによる流路断面積の減少を、流路深さを深くすることで補うように形成されていることを特徴とする請求項５又は６のマイクロデバイス。
【請求項８】
前記相当直径Ｄ１と前記排出流路の流路断面の直径Ｄ３とが同じであることを特徴とする請求項５〜７の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項９】
前記排出流路は、前記混合流体の流れ方向に先細形状に形成されていることを特徴とする請求項５〜８の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項１０】
前記各供給流路の中心軸を動かさないで、前記混合場に旋回流を発生させるように前記テーパーの向きが調整されていることを特徴とする請求項５〜９の何れか１のマイクロデバイス。
【請求項１１】
請求項５〜１０の何れか１のマイクロデバイスを複数直列に連結して成ることを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項１２】
複数種類の流体を、それぞれ独立した供給流路を流通させてマイクロ空間の混合場に合流して流体同士を混合し、混合した混合流体を前記混合場から排出流路を介して排出するマイクロデバイスを構成する複数の板状のブロックのうちの前記混合場及び該混合場に連通する前記複数本の供給流路を形成する合流ブロックと、前記排出流路を形成する排出ブロックとを製作する方法において、
加工前の前記合流ブロックと前記排出ブロックとの板面同士を合わせて仮止め手段で仮止めする第１の工程と、
前記仮止めされた状態で前記合流ブロックと前記排出ブロックとを着脱自在にピン結合するための複数のピンとピン孔を形成する第２の工程と、
前記ピン孔にピンを挿入して前記合流ブロックと前記排出ブロックとをピン結合すると共に、前記仮止め手段を取り外す第３の工程と、
前記ピン結合したまま、前記排出ブロック側の板面の中心位置から、前記合流ブロックの途中まで孔を穿設して、前記排出流路と前記混合場とを互い中心軸が一致するように形成する第４の工程と、
前記排出ブロックを前記合流ブロックから取り外して一旦分解する第５の工程と、
前記合流ブロックの前記排出ブロック側の面に、前記第４の工程で形成された混合場の中心軸から放射状に前記供給流路と同じ本数の流路溝を形成する第６の工程と、
前記合流ブロックに前記排出ブロックを再びピン結合して組み立てる第７の工程と、を備えたことを特徴とするマイクロデバイスの製作方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−８６８８９（Ｐ２００８−８６８８９Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６９５２８（Ｐ２００６−２６９５２８）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．パイレックス
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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