流路構造体および流体混合装置
【課題】流路構造体において、横幅が小さく縦幅が大きい流路を、等方性エッチングを利用して容易に形成する。
【解決手段】微細流路構造体１は、積層方向に対して垂直な第１基板１１、第１基板１１上に積層された中間基板１２および第２基板１３を備える。微細流路１４の長手方向の一部であって第１基板１１に平行な平行部１４０は、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１により形成され、縦幅が横幅の２倍以上とされる。微細流路構造体１では、貫通孔１２１が形成された中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【解決手段】微細流路構造体１は、積層方向に対して垂直な第１基板１１、第１基板１１上に積層された中間基板１２および第２基板１３を備える。微細流路１４の長手方向の一部であって第１基板１１に平行な平行部１４０は、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１により形成され、縦幅が横幅の２倍以上とされる。微細流路構造体１では、貫通孔１２１が形成された中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体に関し、例えば、流路構造体は、複数の流体を混合する流体混合装置に利用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学合成反応や生化学反応等の分野において、微量の試料流体を反応させるための微小容器として、微細流路を有するマイクロリアクタが利用されている。例えば、特許文献１では、異方性エッチングによりチャネル（流路）が形成されたシリコン基板の表面を平板により覆って形成されたマイクロリアクタが開示されている。このようなマイクロリアクタでは、複数の注入ポートから試料流体が供給されてチャネル内で混合および反応し、反応物が排出ポートから取り出される。特許文献２では、流路を蛇行させることにより試料流体の混合時間を延長する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献３では、２種類の試料流体がそれぞれ流れる複数の分岐流路を交互に並べて合流させることにより、混合流路内において２種類の層状の試料流体を交互に複数回積層し、各層間における試料の混合を短時間で効率良く行う技術が開示されている。また、特許文献４では、混合流路を上下方向に分割して再度合流させることにより、積層される試料流体の層数を増加して混合効率を向上する技術が開示されている。一方、特許文献５では、貫通孔を有する複数の流路板を、底板と蓋板とで挟んで積層することによりマイクロリアクタの流路を形成する技術が開示されている。なお、特許文献６および特許文献７では、管路を流れる流体を磁気力により改質する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９８４号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７７号公報
【特許文献４】特表平１１−５１２６４５号公報
【特許文献５】特開２００４−３３９０７号公報
【特許文献６】特開２００４−１２４９１８号公報
【特許文献７】特開２００２−３６１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなマイクロリアクタでは、試料流体の混合効率を向上するために混合流路の分割および合流を繰り返すことが好ましいが、流路の横幅が大きいと、これらの流路を所定の面積内に配置することが困難となり、マイクロリアクタが大型化してしまう。また、流路を高密度に配置するためには必然的に流路が曲げられることになるが、流路の屈曲部の横幅が大きいと、屈曲部の内周側と外周側とで流速差が生じて内周側に試料流体が滞留しやすくなる。しかしながら、流路の断面積を極端に小さくしてしまうと、流体に働く抵抗が大きくなって流体が流れにくくなってしまうため、所定の断面積を維持し、かつ、横幅の小さい流路が求められている。
【０００５】
一方、マイクロリアクタの流路は、一般的に、横方向（幅方向）と縦方向（深さ方向）とのエッチング量がほぼ等しい等方性のウェットエッチングにより金属等の基板上に形成される。したがって、横幅が小さい流路は縦幅も小さくなり、横幅を小さく維持したまま流路に要求される断面積を実現すること、すなわち、横幅が小さく縦幅が大きい流路を形成することが困難であった。さらに、横幅が等しく縦幅が異なる２種類の流路を同一基板上に形成することも困難であった。
【０００６】
また、複数のマイクロリアクタを積層して使用する場合、個々のマイクロリアクタの厚さが厚くなると全体が大型化して取り扱いが困難になってしまう。しかしながら、マイクロリアクタの薄型化のために、流路が形成される基板として、流路の縦幅に対応する最小限の厚さを有するものを使用しようとすると、基板の板厚が規格外となってマイクロリアクタの製造コストが上昇してしまう。さらに、マイクロリアクタの種類毎に使用する基板の厚さが異なると、マイクロリアクタの製造装置における基板の搬送機構が複雑化および大型化してしまい、製造装置のコストも上昇してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体において、横幅が小さく縦幅が大きい流路を、等方性エッチングにより容易に形成することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状の第１部材と、それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材上において前記積層方向に積層された少なくとも１つの中間部材と、前記少なくとも１つの中間部材上に積層された板状またはシート状の第２部材とを備え、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行な平行部が形成され、前記平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第２部材上に存在し、前記少なくとも１つの中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、前記平行部の前記積層方向の第１の幅が、前記積層方向に垂直な方向の第２の幅の２倍以上である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが、１００μｍ以上である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが等しく、かつ、それぞれが同じ材料により形成される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の流路構造体であって、それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材の前記少なくとも１つの中間部材とは反対側に積層された少なくとも１つの他の中間部材と、前記少なくとも１つの他の中間部材上に積層された板状またはシート状の第３部材とをさらに備え、前記第１部材、前記少なくとも１つの他の中間部材および前記第３部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第３部材上に存在し、前記少なくとも１つの他の中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の流路構造体であって、前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記第１部材を介して熱交換が行われる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で非接触状態にて熱交換が行われる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の流路構造体であって、前記流路が、複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路とを備える。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、流体混合装置であって、請求項８に記載の流路構造体と、前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源とを備え、前記もう１つの流路を流れる流体の温度と前記容器内の前記液体の温度とが異なる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、前記流路が、複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路とを備える。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、流体混合装置であって、請求項１０に記載の流路構造体と、前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源とを備える。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部が、前記平行部よりも前記第２の幅が大きく、前記第１の幅が小さい。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の流路構造体であって、前記もう１つの平行部が複数の分割流路に連絡しており、前記複数の分割流路のそれぞれが前記平行部であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第２の幅の合計が、前記もう１つの平行部の前記第２の幅以下であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第１の幅が前記もう１つの平行部の前記第１の幅以上である。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし８，１０，１２並びに１３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、積層方向に垂直な方向の第２の幅が小さく、かつ、積層方向の第１の幅が大きい流路を、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【００２３】
請求項２の発明では、第１部材と中間部材とをより確実に接合することができる。請求項３の発明では、流路構造体の製造装置を簡素化することができる。
【００２４】
請求項４の発明では、流路構造体を薄型化することができる。請求項５の発明では、積層方向に重ねて形成された２つの流路を備える流路構造体の薄型化を実現することができる。請求項６および７の発明では、互いの間で熱交換が行われる２つの流路を備える流路構造体の薄型化を実現することができる。
【００２５】
請求項９および１１の発明では、複数の流体の混合を促進することができる。さらに、請求項９の発明では、振動媒体となる液体の温度の影響を抑制することができる。
【００２６】
請求項１２の発明では、流路を必要に応じて高密度に配置することができる。請求項１３の発明では、流路の分割の前後において流路を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路が占める横幅を小さくすることができる。
【００２７】
請求項１４の発明では、流路を流れる流体のクラスタを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明に係る微細流路構造体１の基本構造を示す断面図である。図１は、微細流路構造体１を、微細流路構造体１の内部に形成される微細流路１４の長手方向（すなわち、微細流路１４を流れる流体の流動方向）に垂直な面で切断した図である。図１に示すように、微細流路構造体１は、所定の積層方向（すなわち、図１中のＺ方向）に対して垂直な基板であって最も下側のベースとなる第１基板１１、第１基板１１上においてＺ方向に積層された中間基板１２、および、中間基板１２の第１基板１１とは反対側に直接的に積層された第２基板１３を備える。第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３は、それぞれが同じ金属材料により形成された厚さが等しい板状（またはシート状）の部材であり、それぞれの厚さは１００μｍ以上とされる。
【００２９】
微細流路構造体１では、第１基板１１および中間基板１２により溝部が形成され、蓋部材である第２基板１３により溝部の開口が閉塞されることにより、流体が流れる微細流路１４が形成される。図１は、微細流路１４の長手方向の一部であって第１基板１１に平行な平行部１４０における断面を示している。平行部１４０は、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成されて中間基板１２を積層方向に貫通する貫通孔１２１により形成される。微細流路構造体１では、平行部１４０の積層方向の幅（以下、「縦幅」という。）が、積層方向に垂直な方向（すなわち、Ｙ方向）の幅（以下、「横幅」という。）の２倍以上とされる。
【００３０】
図１に示すように、平行部１４０の内壁面のうち、Ｚ方向に関して両端の部位（以下、（−Ｚ）側の部位を「下端部１４０１」、（＋Ｚ）側の部位を「上端部１４０３」という。）は第１基板１１および第２基板１３上に存在する。換言すれば、下端部１４０１は、第１基板１１上に形成された第１凹部１１１の内壁面である凹面であり、上端部１４０３は、第２基板１３上に形成された第２凹部１３１の内壁面である凹面である。また、平行部１４０の内壁面のうち、下端部１４０１および上端部１４０３の間の中間部１４０２は貫通孔１２１により形成される。
【００３１】
なお、微細流路構造体１では、複数の中間基板１２が第１基板１１と第２基板１３との間にて積層され、第１基板１１の第１凹部１１１、複数の中間基板１２に連通して形成された貫通孔１２１、および、第２基板１３の第２凹部１３１により微細流路１４の平行部１４０が形成されてもよい。また、第２基板１３上に第２凹部１３１が形成されず、第２基板１３の（−Ｚ）側の平坦な主面の一部が、平行部１４０の内壁面の上端部１４０３とされてもよい（第１基板１１についても同様に第１凹部１１１が省略されてよい。）。微細流路構造体１では、微細流路１４の平行部１４０以外の部位において、微細流路１４の底面や上面が水平面（すなわち、ＸＹ平面）に対して傾斜して形成されることにより、微細流路１４の縦幅が長手方向に関して漸次増加（または減少）してもよい。
【００３２】
次に、上記基本構造を有する微細流路構造体１の具体的な形状について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体１を示す平面図である。微細流路構造体１は、２種類の流体の混合および反応に利用される微小容器であり、以下、「マイクロリアクタ１」という。マイクロリアクタ１は、上述のように、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により構成される３層構造であり、これらの基板により、図２中に破線にて示す微細流路１４が形成される。
【００３３】
図２に示すように、マイクロリアクタ１は、２種類の微量の流体がそれぞれ供給される２つの供給口１４３を微細流路１４の（−Ｘ）側に備え、微細流路１４を通過した流体が排出される１つの排出口１４４を微細流路１４の（＋Ｘ）側に備える。微細流路１４は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された各供給口１４３から供給された流体がそれぞれ通過する２つの供給路１４１、および、２つの供給路１４１に接続されて２種類の流体が混合された混合流体が通過する混合路１４２を備える。
【００３４】
混合路１４２では、図２に示すように、流路の一部が２つに分割されている。以下、混合路１４２の分割されている部位を「分割部位１４２２」、それ以外の部位を「合流部位１４２１」という。混合路１４２では、混合流体の分割と合流が繰り返されることにより２種類の流体の混合が効率良く行われる。微細流路１４の一部である混合路１４２を通過した混合流体は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された排出口１４４から排出される。
【００３５】
マイクロリアクタ１では、２つに分割された流路である供給路１４１のそれぞれが、第１基板１１に平行な平行部１４０となり、２つの供給路１４１に連絡する混合路１４２が、第１基板１１に平行なもう１つの平行部１４０となる。図３および図４は、マイクロリアクタ１の一部を図２中のＡ−ＡおよびＢ−Ｂの位置で供給路１４１および混合路１４２の合流部位１４２１に垂直な面（すなわち、Ｘ方向に垂直な面）により切断した部分断面図である。なお、混合路１４２の分割部位１４２２の断面形状は、図３に示す供給路１４１の断面形状と同様であり、２つの流路の間隔のみが異なる。
【００３６】
マイクロリアクタ１では、供給路１４１を流れる流体に働く抵抗、および、混合路１４２の合流部位１４２１を流れる流体に働く抵抗が略等しくなるように、供給路１４１および合流部位１４２１の断面積が決定されている（分割部位１４２２についても同様）。ただし、流路の横幅や縦幅が極端に小さくならないことが前提とされる。図３および図４に示すように、混合路１４２の合流部位１４２１は、各供給路１４１（および混合路１４２の分割部位１４２２）よりも横幅が大きく、縦幅が小さい。また、２つの供給路１４１の横幅の合計は混合路１４２の合流部位１４２１の横幅以下とされ、各供給路１４１の縦幅は、合流部位１４２１の縦幅以上とされる（２つの分割部位１４２２についても同様）。
【００３７】
その結果、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路である供給路１４１が占める横幅（２つの供給路１４１の間隙の横幅も含む。）を小さくすることができる。同様に、微細流路１４の２つの分割部位１４２２が占める横幅を小さくすることもできる。このように、マイクロリアクタ１では、微細流路１４の各部位に要求される断面積を、各部位の横幅と縦幅とを自由に組み合わせて実現することにより、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００３８】
図５は、マイクロリアクタ１の中間基板１２を（＋Ｚ）側から見た平面図である。図５に示すように、中間基板１２は、Ｚ方向に貫通して微細流路１４の一部を形成する貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、微細流路１４の長手方向の所定の部位において、流路領域１２０の両側の部位を連結する複数の連結部１２２を備える。
【００３９】
図６は、マイクロリアクタ１を、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でＸ方向に垂直な面により切断した部分断面図である。図６では、理解を容易にするために、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を分解して示している。図６に示すように、中間基板１２の流路領域１２０の（−Ｚ）側の開口１２３は、第１基板１１により閉塞される。また、連結部１２２は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側（すなわち、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側）の部位よりも薄い板状であり、連結部１２２の（＋Ｚ）側の主面は、当該両側の部位の（＋Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００４０】
図５に示すように、中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた部位が、複数（本実施の形態では３つ）の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されている。また、混合路１４２の２つの分割部位１４２２に対応する流路領域１２０に挟まれた略菱形の孤立部１２４が、孤立部１２４の周囲の周辺部１２５から独立しており、複数（本実施の形態では４つ）の連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されている。換言すれば、連結部１２２を挟んで中間基板１２の独立した部材要素である孤立部１２４および周辺部１２５は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側の部位をそれぞれ含む。なお、孤立部１２４が小さい場合（例えば、連結部１２２と同程度の大きさである場合）等には、孤立部１２４は１つの連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されてもよい。
【００４１】
図７は、マイクロリアクタ１の製造工程を示す図である。マイクロリアクタ１が製造される際には、まず、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３用の金属板（すなわち、各基板の元になる部材であり、以下、「元部材」という。）が準備される。３つの元部材は同じ金属材料により形成されており、厚さも等しい。
【００４２】
元部材が準備されると、１つの元部材について、両主面にフォトレジストが塗布され、（＋Ｚ）側の主面に対して露光および現像が行われて第１凹部１１１に対応するエッチング領域以外の領域にレジスト膜が形成される。その後、エッチング領域に対して等方性エッチングが行われて第１凹部１１１が形成され、さらに、レジスト膜が元部材から除去されて第１基板１１が形成される（ステップＳ１１）。
【００４３】
第１基板１１が形成されると、他の１つの元部材に対する加工が行われて中間基板１２が形成される（ステップＳ１２）。図８は、中間基板１２の形成工程を示す図である。図９および図１０は、中間基板１２の形成途上における部分断面図であり、それぞれ、図５中のＣ−ＣおよびＤ−Ｄの位置における中間基板１２の断面を示す。以下、図８ないし図１０を参照しつつ中間基板１２の形成工程を説明する。
【００４４】
中間基板１２が形成される際には、まず、元部材の両主面にフォトレジストが塗布される（ステップＳ１２１）。続いて、元部材の（−Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、図９および図１０に示すように、流路領域１２０以外の領域に第１レジスト膜９１が形成される（ステップＳ１２２）。さらに、元部材の（＋Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、流路領域１２０以外の領域、および、連結部１２２に対応する領域に第２レジスト膜９２が形成される（ステップＳ１２３）。
【００４５】
なお、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２の形成は、元部材の（−Ｚ）側および（＋Ｚ）側の主面に対して露光が同時もしくは順次行われた後、両主面が同時、あるいは、順次に現像されることにより行われてもよい。また、フォトレジストは、光が照射された部分のみが現像時に除去されるポジ型であってもよく、光が照射された部分のみが硬化して現像時に残置されるネガ型であってもよい。さらに、元部材に対する露光は、開口パターンを有するマスクを介しての光の照射であってもよく、変調される光ビームを走査させながら照射してパターンを直接描画する直描方式により行われてもよい。
【００４６】
第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が形成されると、元部材に対してシャワー状または霧状のエッチング液が付与されて両主面の第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２以外の領域に対して等方性エッチングが行われ、図９および図１０中に二点鎖線にて示す部位が除去されて貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、連結部１２２が形成される（ステップＳ１２４）。その後、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が元部材から除去されて中間基板１２の形成が完了する（ステップＳ１２５）。このように、中間基板１２の形成工程では、流路領域１２０を形成する際のエッチングにより、複数の連結部１２２が貫通孔１２１の形成と並行して容易に形成される。なお、エッチング液の付与は、元部材がエッチング液に浸漬されることにより行われてもよい。
【００４７】
中間基板１２の形成が完了すると、ステップＳ１１と同様に、さらに他の元部材に対するフォトレジストの塗布、露光、現像、等方性エッチング、および、レジスト膜の除去が行われ、第２凹部１３１を（−Ｚ）側の主面に有する第２基板１３が形成される（ステップＳ１３）。なお、第１基板１１、中間基板１２、第２基板１３の処理条件が同じであれば、レジスト塗布、露光、現像、エッチングの各工程を一度の処理で行っても良い。その後、第１基板１１上に中間基板１２が積層され、数百度に加熱されて加圧されることにより、互いに拡散接合されて微細流路１４の一部である溝部が形成され、さらに、中間基板１２上（すなわち、中間基板１２の第１基板１１とは反対側）に溝部の開口を閉塞する蓋部材である第２基板１３が直接積層されて拡散接合されることにより、縦幅が横幅の２倍以上である微細流路１４を内部に備えるマイクロリアクタ１が形成される（ステップＳ１４）。各基板の接合は、接着剤や板状シールにより行われてもよい。
【００４８】
以上に説明したように、マイクロリアクタ１では、貫通孔１２１が形成された中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。また複数の薄い元部材に対してエッチングを行って貫通孔１２１等を形成し、これらを積層することにより微細流路１４が形成されるため、１つの厚い元部材に同じ縦幅の微細流路を形成する場合に比べて、個々の元部材に対するエッチング量を少なくして微細流路１４を短時間で形成することができる。さらには、底板部材である第１基板１１および蓋部材である第２基板１３に、微細流路１４の一部を構成する第１凹部１１１および第２凹部１３１が形成されているため、必要とされる微細流路１４の縦幅に対して、マイクロリアクタ１を薄型化することができる。
【００４９】
マイクロリアクタ１では、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３のそれぞれの厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造時における各基板の曲げや張力等の搬送条件を同じにすることができる。その結果、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。また、各基板の厚さが１００μｍ以上とされることにより、基板同士を拡散接合する際に、基板に加えられる圧力の均一性が向上し、基板同士をより確実に接合することができる。その結果、微細流路１４からの流体の漏出を防止することができる。
【００５０】
マイクロリアクタ１の中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた片持梁状の部位が、複数の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されているため、中間基板１２の第１基板１１上への積層の際等、中間基板１２をハンドリングする際に、当該片持梁状の部位が変形してしまうことが防止される。また、互いに独立した孤立部１２４および周辺部１２５が複数の連結部１２２により連結されているため、中間基板１２の一部が分離することが防止される。その結果、中間基板１２の形成時およびハンドリング時に、中間基板１２をエッチング耐性シート等に固定することなく１つの部材として容易に扱うことができ、マイクロリアクタ１の製造工程を簡素化することができる。
【００５１】
生産現場等における混合処理において、処理すべき流体の総量が多い場合には、通常、流体の総量に合わせて流路が拡大されるが、マイクロリアクタ１の場合は本体が薄いため、多数積層されて使用される。これにより、量産時の混合条件の変化が防止され、混合流体の品質を維持することができる。また、混合処理に利用される設備を小型化することもできる。
【００５２】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ａの部分断面図である。（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて見たマイクロリアクタ１ａの形状は図２に示すマイクロリアクタ１と同様であり、図１１は、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でマイクロリアクタ１ａを切断した断面を示す。図１１に示すように、マイクロリアクタ１ａは、第１基板１１と第２基板１３との間に２つの中間基板１２を備える。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。マイクロリアクタ１ａの製造工程については、中間基板１２の形成工程が２度行われて２つの中間基板１２が形成されることを除いて第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３が透光性の材料（例えば、ガラス）により形成されており、第１基板１１および２つの中間基板１２により形成される溝部の（＋Ｚ）側の開口を閉塞する蓋部材の役割を果たす。第１の実施の形態と対比した場合、第２基板１３は、第１基板１１上に積層された中間基板１２の第１基板１１とは反対側（すなわち、（＋Ｚ）側）にもう１つの中間基板１２を挟んで間接的に積層された部材となっている。第２基板１３を除く他の３つの基板は、第１の実施の形態と同様に、同じ金属材料により形成されており、それぞれの厚さも等しくされる。
【００５４】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３を介して微細流路１４内の流体に光を照射することができる。したがって、マイクロリアクタ１ａは、試料流体の光反応を行うための容器に特に適している。また、マイクロリアクタ１ａでは、微細流路１４内における流体の様子を視覚的に観察することもできる。
【００５５】
マイクロリアクタ１ａでは、第１の実施の形態と同様に、貫通孔１２１が形成された２つの中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングにより容易に形成することができ、また、微細流路１４の一部を第１基板１１および第２基板１３上に形成することにより、マイクロリアクタ１ａを薄型化することができる。さらに、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路（供給路１４１、および、混合路１４２の分割部位１４２２）が占める横幅を小さくすることができ、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００５６】
また、マイクロリアクタ１ａでは、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。そして、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが１００μｍ以上とされることにより、第１基板１１および２つの中間基板１２をより確実に接合することができる。さらに、２つの中間基板１２にそれぞれ連結部１２２が設けられることにより、各中間基板１２の形成時およびハンドリング時に中間基板１２の一部が分離することが防止され、中間基板１２を１つの部材として容易に扱うことができ、その結果、マイクロリアクタ１ａの製造工程を簡素化することができる。なお、以下に説明する他の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の上記効果が実現される。なお、第２基板１３は、流路を持たない透光性の材料もしくは非透光性の材料でも良い。
【００５７】
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｂを示す平面図である。マイクロリアクタ１ｂは、流体の混合に利用される微細流路１４の周囲に配置されたもう１つの微細流路１４ａ（以下、２つの微細流路を区別するために、「第１微細流路１４」、「第２微細流路１４ａ」という。）、並びに、第２微細流路１４ａの両端に接続される供給口１４３ａおよび排出口１４４ａを備える。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明および図１２において同符号を付す。
【００５８】
第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４と同様に、その大部分が第１基板１１に平行な平行部１４０とされる（図１参照）。第２微細流路１４ａの平行部１４０は、図１に示すように、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１により形成され、縦幅が横幅の２倍以上となっている。第２微細流路１４ａの形成は、第１微細流路１４と同じ方法により第１微細流路１４の形成と並行して行われる。
【００５９】
マイクロリアクタ１ｂでは、所定の温度の熱媒流体が供給口１４３ａを介して第２微細流路１４ａに供給される。そして、第１微細流路１４を流れる試料流体と第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体との間で、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を介して非接触状態にて熱交換が行われ、試料流体の温度が、第１微細流路１４内にて行われる反応に適した温度まで加熱（または冷却）される。
【００６０】
マイクロリアクタ１ｂでは、互いの間で熱交換が行われる第１微細流路１４および第２微細流路１４ａが、積層方向に垂直な同一平面を含むようにして第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により形成される。その結果、マイクロリアクタ１ｂの薄型化を実現することができる。また、第１微細流路１４の混合路１４２が合流部位１４２１および分割部位１４２２を有しており、第１微細流路１４内において試料流体が合流と分割を繰り返すことにより、第１微細流路１４を流れる試料流体の温度分布を均等化することができる。
【００６１】
マイクロリアクタ１ｂでは、第２微細流路１４ａが、第１微細流路１４の２つの供給路１４１の間、および、排出口１４４近傍で大きく屈曲しているが、第２微細流路１４ａの縦幅を大きくして横幅を小さくすることにより、屈曲部における内周側と外周側との流速差を小さくし、内周側における熱媒流体の滞留の発生を抑制することができる。
【００６２】
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｃの部分断面図である。（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて見たマイクロリアクタ１ｃの形状は図２に示すマイクロリアクタ１と同様であり、図１３は、図５中のＤ−Ｄに対応する位置でマイクロリアクタ１ｃを切断した断面を示す。図１３に示すように、マイクロリアクタ１ｃは、第１基板１１の中間基板１２とは反対側に積層されたもう１つの中間基板１２（以下、２つの中間基板１２を区別するために、上側のものを「第１中間基板１２」、下側のものを「第２中間基板１２ａ」という。）、および、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側に積層された板状（またはシート状）の第３基板１５をさらに備える。第２中間基板１２ａおよび第３基板１５は、第１基板１１等と同じ金属材料により形成され、等しい厚さを有する。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００６３】
マイクロリアクタ１ｃでは、第１基板１１、第２中間基板１２ａおよび第３基板１５により第２微細流路１４ａが形成される。第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４と同じ形状を有しており、第１基板１１を挟んで第１微細流路１４の（−Ｚ）側に重ねて形成される。第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４の平行部１４０（図１参照）と同様に第１基板１１に平行な平行部１４０ａを流路の一部として備える。第２微細流路１４ａの平行部１４０ａは、第３基板１５の（＋Ｚ）側の主面、および、第１基板１１の（−Ｚ）側の主面上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第３凹部１５１および第４凹部１１２、並びに、第２中間基板１２ａに等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１ａにより形成され、縦幅が横幅の２倍以上となっている。第２微細流路１４ａの形成は、第１微細流路１４と同じ方法により行われる。
【００６４】
平行部１４０ａでは、内壁面のうち積層方向（Ｚ方向）に関して両端の部位が第１基板１１および第３基板１５上に存在する。換言すれば、内壁面の（＋Ｚ）側の部位は、第１基板１１の（−Ｚ）側の主面に形成された第４凹部１１２の内壁面である凹面であり、（−Ｚ）側の部位は、第３基板１５上に形成された第３凹部１５１の内壁面である凹面である。また、平行部１４０ａの内壁面のうち、上記両端の部位の間の部位は貫通孔１２１ａにより形成される。
【００６５】
マイクロリアクタ１ｃでは、第３の実施の形態と同様に、所定の温度の熱媒流体が第２微細流路１４ａに供給され、第１微細流路１４を流れる試料流体と第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体との間で第１基板１１を介して非接触状態にて熱交換が行われることにより、試料流体の温度が反応に適した温度まで加熱（または冷却）される。
【００６６】
マイクロリアクタ１ｃでは、第１基板１１の（＋Ｚ）側の主面に第１微細流路１４の一部である第１凹部１１１が形成され、（−Ｚ）側の主面に第２微細流路１４ａの一部である第４凹部１１２が形成される。その結果、積層方向に重ねて形成され、互いの間で熱交換が行われる第１微細流路１４および第２微細流路１４ａを備えるマイクロリアクタ１ｃの薄型化を実現することができる。また、第３の実施の形態と同様に、第１微細流路１４の混合路１４２が合流部位１４２１および分割部位１４２２を有しているため、第１微細流路１４を流れる試料流体の温度分布を均等化することができる。
【００６７】
マイクロリアクタ１ｃは、他のマイクロリアクタ１ｃと積層されて利用されてもよい。例えば、複数のマイクロリアクタ１ｃの第１微細流路１４が互いに接続され、混合に利用される流路長が延長されてもよい。さらに、積層されるとともに連結されるマイクロリアクタ１ｃ間に断熱材が設けられ、各マイクロリアクタ１ｃの第２微細流路１４ａにそれぞれ異なる温度の熱媒流体が供給されることにより、第１微細流路１４における試料流体の混合の前半と後半とで温度条件に差を設けることもできる。例えば、混合の前半では試料流体を加熱することにより２つの試料流体の混合および反応を促進し、後半では混合された試料流体を冷却することにより生成された反応物の分解を防止することができる。
【００６８】
なお、マイクロリアクタ１ｃでは、第１微細流路１４における試料流体の混合と並行して、第２微細流路１４ａにおいても２種類の試料流体の混合が行われてもよい。また、第１微細流路１４の排出口と第２微細流路１４ａの供給口とが接続され、第１微細流路１４および第２微細流路１４ａ内において試料流体の混合が連続的に行われてもよい。
【００６９】
第２微細流路１４ａの形状は、必ずしも第１微細流路１４の形状と同じである必要はなく、様々な形状とされてよい。図１４は、他の形状を有する第２微細流路１４ａを備えたマイクロリアクタ１ｄを示す平面図であり、図１５は第２中間基板１２ａの底面図である。図示の都合上、図１４では、第２微細流路１４ａを実線にて描いている（後述の図１６についても同様）。マイクロリアクタ１ｄでは、図１４に示すように、蛇行する第２微細流路１４ａが設けられる。この場合、図１５に示すように、第２中間基板１２ａでは、蛇行する第２微細流路１４ａに挟まれるＹ方向に長い帯状の部位が、連結部１２２により周囲の部位に連結される。なお、連結部１２２の（−Ｚ）側の主面は、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００７０】
図１６は、さらに他の形状を有する第２微細流路１４ａを備えたマイクロリアクタ１ｅを示す平面図であり、図１７は第２中間基板１２ａの底面図である。マイクロリアクタ１ｅでは、図１６に示すように、２つの独立する渦巻き型の第２微細流路１４ａが第１基板１１、第２中間基板１２ａおよび第３基板１５により形成されてもよい。さらに、２つの第２微細流路１４ａの間に断熱材１４５を設け、２つの第２微細流路１４ａにそれぞれ異なる温度の熱媒流体を供給することにより、第１微細流路１４における試料流体の混合の前半と後半とで温度条件に差を設けることができる。また、図１７に示すように、第２中間基板１２ａでは、渦巻き型の第２微細流路１４ａに囲まれる部位が、複数の連結部１２２により周囲の部位に連結される。なお、図１５の場合と同様、連結部１２２の（−Ｚ）側の主面は、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００７１】
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｆの構成を示す正面図である。マイクロリアクタ１ｆは、永久磁石４１，４２をさらに備えることを除き、その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００７２】
図１８に示すように、永久磁石４１および永久磁石４２は、第１基板１１の（−Ｚ）側、および、第２基板１３の（＋Ｚ）側に設けられ、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を挟んで互いに対向する。永久磁石４１，４２の互いに対向する部位は互いに逆極性とされる。このように、マイクロリアクタ１ｆでは、永久磁石４１，４２が、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により形成される微細流路１４（図２参照）の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部の役割を果たす。なお、永久磁石４１，４２の互いに対向する部位が、同極性であっても良い。
【００７３】
マイクロリアクタ１ｆでは、永久磁石４１，４２により、微細流路１４を流れる流体に磁場が印可される。その結果、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができ、流体の反応性を向上したり、あるいは、微細流路１４の内壁面から流体が受ける抵抗を軽減して流体の流れを滑らかにすることができる。
【００７４】
図１９は、永久磁石４１，４２に代えて、電磁石４３を磁場発生部として設けたマイクロリアクタ１ｇを示す正面図である。図１９に示すように、電磁石４３は、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３の周囲に形成されたコイル４３１、並びに、コイル４３１に接続される電源４３２を備える。電磁石４３では、電源４３２からコイル４３１へと直流電流、交流電流またはパルス電流が供給されることにより、微細流路１４の少なくとも一部に磁場が印加される。
【００７５】
マイクロリアクタ１ｇでは、電磁石４３により微細流路１４（図２参照）を流れる流体に磁場が印可されることにより、図１８に示すマイクロリアクタ１ｆと同様に、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができる。
【００７６】
なお、磁場発生部は、上記以外の様々な構成とされてよい。また、マイクロリアクタの供給口１４３および排出口１４４に接続される供給管および排出管に磁場発生部が設けられて、供給管および排出管を流れる流体に磁場が印可されてもよい。
【００７７】
図２０は、流体混合装置１０の構成を示す正面図であり、流体混合装置１０は、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１、マイクロリアクタ１が浸漬される液体２０を貯留する貯溜槽２、および、液体２０に超音波振動を付与する超音波震動源３を備える。貯溜槽２の内部には、マイクロリアクタ１の図１中の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側に配置され、マイクロリアクタ１を下方から支持するリアクタ支持部２１が設けられる。マイクロリアクタ１は、下面にＯリングを有する押圧部２２によりリアクタ支持部２１に対して押圧されて貯溜槽２内に固定される。押圧部２２は、マイクロリアクタ１の供給口１４３および排出口１４４（図２参照）に対応する位置に設けられ、押圧部２２の内部に設けられる流路２２１は、供給口１４３または排出口１４４に接続される。
【００７８】
流体混合装置１０では、超音波震動源３が駆動され、液体２０を介してマイクロリアクタ１に超音波震動が付与されることにより、マイクロリアクタ１が微小振動する。その結果、微細流路１４内における２つの試料流体の混合を促進することができる。また、微細流路１４の内壁面近傍における試料流体の滞留を抑制することもできる。流体混合装置１０では、液体２０を媒体としてマイクロリアクタ１に超音波振動を付与するため、出力の大きい超音波震動源３を利用することができる。また、液体２０により超音波震動源３を冷却することができるため、超音波震動源３の冷却機構を簡素化することも可能である。
【００７９】
流体混合装置１０では、マイクロリアクタ１に代えて、他の実施の形態に係るマイクロリアクタが設けられてもよい。例えば、第２微細流路１４ａを有するマイクロリアクタ１ｂ（図１２参照）やマイクロリアクタ１ｃ（図１３参照）が設けられた場合、第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体の温度を貯溜槽２内の液体２０の温度と異ならせることにより、第１微細流路１４内における２つの試料流体の混合を、振動媒体となる液体２０の温度の影響を抑制しつつ好ましい温度条件において促進することができる。このような構造を備える流体混合装置１０は、マイクロリアクタにおいて超音波震動源３の耐熱温度の範囲外の温度条件にて混合を行う場合に特に適している。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００８１】
例えば、マイクロリアクタを形成する各基板は、金属、ガラス、セラミック、シリコン、樹脂等、様々な材料により形成されてよい。また、基板同士をより確実に接合するという観点からは、各基板の厚さは１００μｍ以上とされることが好ましいが、１００μｍより薄い基板により形成されるマイクロリアクタに対しても本発明を適用することができる。
【００８２】
マイクロリアクタの製造装置の簡素化の観点からは、各基板の厚さおよび材料がそれぞれ同じとされることが好ましいが、必要に応じて、異なる材料から形成された基板や厚さの異なる基板が積層されてマイクロリアクタが形成されてもよい。
【００８３】
マイクロリアクタでは、様々な種類の流体が混合される。例えば、組成が異なる２つの流体が混合されてもよく、状態が異なる（例えば、気層と液層）２つの流体が混合されてもよい。また、３種類以上の流体の混合が行われてもよい。マイクロリアクタは、複数の流体の混合による化学反応、化学反応を伴わない単なる混合、液体と気体の混合による微粒子化や霧化、あるいは、泡化等、流体の混合を伴う様々な目的に利用可能である。
【００８４】
図２１は、マイクロリアクタの供給路１４１の他の好ましい形状を示す断面図である。マイクロリアクタに粘度の異なる２つの流体が供給される場合、図２１に示すように、２つの供給路１４１の横幅を等しくして縦幅に差を設けることにより、２つの供給路１４１が占める横幅を小さくしつつ２つの流体に働く抵抗を等しくして両流体の流速を容易に近似させることができる。このような横幅が等しく縦幅が異なる微細流路１４を有するマイクロリアクタは、図７中のステップＳ１２において複数の中間基板１２を形成する際に、貫通孔１２１を形成する箇所を変更することにより、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【００８５】
図２２は、３以上の微細流路１４を積層方向に重ねて備えるマイクロリアクタの部分断面図である。図２２に示すように、Ｚ方向に隣接する微細流路１４を隔てる基板１６は、（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側の主面に凹部を備え、これらの凹部が基板１６を挟んで対向する２つの微細流路１４の一部を構成する。その結果、マイクロリアクタの薄型化が実現される。
【００８６】
上記実施の形態に係る微細流路構造体は、２種類の流体の混合および反応に利用されるマイクロリアクタに適しており、流体分析機器の混合機部分等にも利用される。なお、流体の供給口を３以上設けて、３種類以上の流体の混合、および反応に利用しても良い。また、微細流路構造体は、燃料電池やその他様々な用途にも利用可能である。燃料電池として利用される場合には、図２３に示すように、第１基板１１および第１中間基板１２上に第２基板１３としてイオン交換膜等の機能性膜が設けられ、貫通孔１２１を有する第２中間基板１２ａ、および、凹部が形成された第４基板１７が第２基板１３上に積層されることにより、第２基板１３を挟んで対向する第１微細流路１４および第２微細流路１４ａが形成される。また、図２４に示すように、図２３に示す微細流路構造体の第２基板１３と第２中間基板１２ａとの間に、２つの第３中間基板１２ｂおよびイオン交換膜１３ａをさらに設けることにより、２つのイオン交換膜を挟んで３層に重ねられた微細流路を有する微細流路構造体が形成されてもよい。
【００８７】
上記実施の形態では、微細流路が内部に形成された微細流路構造体について説明しているが、本発明に係る流路構造体では、流路は必ずしも微細なもの（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の深さや横幅のもの）には限定されず、深さや横幅が２０ｍｍ程度の流路を有する流路構造体にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る微細流路構造体の基本構造を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る微細流路構造体を示す平面図である。
【図３】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図４】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図５】中間基板の平面図である。
【図６】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図７】マイクロリアクタの製造工程を示す図である。
【図８】中間基板の形成工程を示す図である。
【図９】中間基板の部分断面図である。
【図１０】中間基板の部分断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係るマイクロリアクタの部分断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るマイクロリアクタの平面図である。
【図１３】第４の実施の形態に係るマイクロリアクタの部分断面図である。
【図１４】マイクロリアクタの平面図である。
【図１５】中間基板の底面図である。
【図１６】マイクロリアクタの平面図である。
【図１７】中間基板の底面図である。
【図１８】第５の実施の形態に係るマイクロリアクタの正面図である。
【図１９】マイクロリアクタの正面図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る流体混合装置の構成を示す正面図である。
【図２１】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図２２】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図２３】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【図２４】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ〜１ｇ 微細流路構造体（マイクロリアクタ）
２ 貯溜槽
３ 超音波震動源
１０ 流体混合装置
１１ 第１基板
１２ （第１）中間基板
１２ａ 第２中間基板
１３ 第２基板
１５ 第３基板
１４，１４ａ 微細流路
２０ 液体
４１，４２ 永久磁石
４３ 電磁石
１２１，１２１ａ 貫通孔
１４０，１４０ａ 平行部
１４１ 供給路
１４２ 混合路
１４０１ 下端部
１４０２ 中間部
１４０３ 上端部
Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ１２１〜Ｓ１２５ ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体に関し、例えば、流路構造体は、複数の流体を混合する流体混合装置に利用される。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学合成反応や生化学反応等の分野において、微量の試料流体を反応させるための微小容器として、微細流路を有するマイクロリアクタが利用されている。例えば、特許文献１では、異方性エッチングによりチャネル（流路）が形成されたシリコン基板の表面を平板により覆って形成されたマイクロリアクタが開示されている。このようなマイクロリアクタでは、複数の注入ポートから試料流体が供給されてチャネル内で混合および反応し、反応物が排出ポートから取り出される。特許文献２では、流路を蛇行させることにより試料流体の混合時間を延長する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献３では、２種類の試料流体がそれぞれ流れる複数の分岐流路を交互に並べて合流させることにより、混合流路内において２種類の層状の試料流体を交互に複数回積層し、各層間における試料の混合を短時間で効率良く行う技術が開示されている。また、特許文献４では、混合流路を上下方向に分割して再度合流させることにより、積層される試料流体の層数を増加して混合効率を向上する技術が開示されている。一方、特許文献５では、貫通孔を有する複数の流路板を、底板と蓋板とで挟んで積層することによりマイクロリアクタの流路を形成する技術が開示されている。なお、特許文献６および特許文献７では、管路を流れる流体を磁気力により改質する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７９８４号公報
【特許文献３】特開２００３−１０７７号公報
【特許文献４】特表平１１−５１２６４５号公報
【特許文献５】特開２００４−３３９０７号公報
【特許文献６】特開２００４−１２４９１８号公報
【特許文献７】特開２００２−３６１２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなマイクロリアクタでは、試料流体の混合効率を向上するために混合流路の分割および合流を繰り返すことが好ましいが、流路の横幅が大きいと、これらの流路を所定の面積内に配置することが困難となり、マイクロリアクタが大型化してしまう。また、流路を高密度に配置するためには必然的に流路が曲げられることになるが、流路の屈曲部の横幅が大きいと、屈曲部の内周側と外周側とで流速差が生じて内周側に試料流体が滞留しやすくなる。しかしながら、流路の断面積を極端に小さくしてしまうと、流体に働く抵抗が大きくなって流体が流れにくくなってしまうため、所定の断面積を維持し、かつ、横幅の小さい流路が求められている。
【０００５】
一方、マイクロリアクタの流路は、一般的に、横方向（幅方向）と縦方向（深さ方向）とのエッチング量がほぼ等しい等方性のウェットエッチングにより金属等の基板上に形成される。したがって、横幅が小さい流路は縦幅も小さくなり、横幅を小さく維持したまま流路に要求される断面積を実現すること、すなわち、横幅が小さく縦幅が大きい流路を形成することが困難であった。さらに、横幅が等しく縦幅が異なる２種類の流路を同一基板上に形成することも困難であった。
【０００６】
また、複数のマイクロリアクタを積層して使用する場合、個々のマイクロリアクタの厚さが厚くなると全体が大型化して取り扱いが困難になってしまう。しかしながら、マイクロリアクタの薄型化のために、流路が形成される基板として、流路の縦幅に対応する最小限の厚さを有するものを使用しようとすると、基板の板厚が規格外となってマイクロリアクタの製造コストが上昇してしまう。さらに、マイクロリアクタの種類毎に使用する基板の厚さが異なると、マイクロリアクタの製造装置における基板の搬送機構が複雑化および大型化してしまい、製造装置のコストも上昇してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体において、横幅が小さく縦幅が大きい流路を、等方性エッチングにより容易に形成することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状の第１部材と、それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材上において前記積層方向に積層された少なくとも１つの中間部材と、前記少なくとも１つの中間部材上に積層された板状またはシート状の第２部材とを備え、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行な平行部が形成され、前記平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第２部材上に存在し、前記少なくとも１つの中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、前記平行部の前記積層方向の第１の幅が、前記積層方向に垂直な方向の第２の幅の２倍以上である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが、１００μｍ以上である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の流路構造体であって、前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが等しく、かつ、それぞれが同じ材料により形成される。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の流路構造体であって、それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材の前記少なくとも１つの中間部材とは反対側に積層された少なくとも１つの他の中間部材と、前記少なくとも１つの他の中間部材上に積層された板状またはシート状の第３部材とをさらに備え、前記第１部材、前記少なくとも１つの他の中間部材および前記第３部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第３部材上に存在し、前記少なくとも１つの他の中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の流路構造体であって、前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記第１部材を介して熱交換が行われる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で非接触状態にて熱交換が行われる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の流路構造体であって、前記流路が、複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路とを備える。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、流体混合装置であって、請求項８に記載の流路構造体と、前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源とを備え、前記もう１つの流路を流れる流体の温度と前記容器内の前記液体の温度とが異なる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、前記流路が、複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路とを備える。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、流体混合装置であって、請求項１０に記載の流路構造体と、前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源とを備える。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部が、前記平行部よりも前記第２の幅が大きく、前記第１の幅が小さい。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の流路構造体であって、前記もう１つの平行部が複数の分割流路に連絡しており、前記複数の分割流路のそれぞれが前記平行部であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第２の幅の合計が、前記もう１つの平行部の前記第２の幅以下であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第１の幅が前記もう１つの平行部の前記第１の幅以上である。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし８，１０，１２並びに１３のいずれかに記載の流路構造体であって、前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備える。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、積層方向に垂直な方向の第２の幅が小さく、かつ、積層方向の第１の幅が大きい流路を、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【００２３】
請求項２の発明では、第１部材と中間部材とをより確実に接合することができる。請求項３の発明では、流路構造体の製造装置を簡素化することができる。
【００２４】
請求項４の発明では、流路構造体を薄型化することができる。請求項５の発明では、積層方向に重ねて形成された２つの流路を備える流路構造体の薄型化を実現することができる。請求項６および７の発明では、互いの間で熱交換が行われる２つの流路を備える流路構造体の薄型化を実現することができる。
【００２５】
請求項９および１１の発明では、複数の流体の混合を促進することができる。さらに、請求項９の発明では、振動媒体となる液体の温度の影響を抑制することができる。
【００２６】
請求項１２の発明では、流路を必要に応じて高密度に配置することができる。請求項１３の発明では、流路の分割の前後において流路を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路が占める横幅を小さくすることができる。
【００２７】
請求項１４の発明では、流路を流れる流体のクラスタを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明に係る微細流路構造体１の基本構造を示す断面図である。図１は、微細流路構造体１を、微細流路構造体１の内部に形成される微細流路１４の長手方向（すなわち、微細流路１４を流れる流体の流動方向）に垂直な面で切断した図である。図１に示すように、微細流路構造体１は、所定の積層方向（すなわち、図１中のＺ方向）に対して垂直な基板であって最も下側のベースとなる第１基板１１、第１基板１１上においてＺ方向に積層された中間基板１２、および、中間基板１２の第１基板１１とは反対側に直接的に積層された第２基板１３を備える。第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３は、それぞれが同じ金属材料により形成された厚さが等しい板状（またはシート状）の部材であり、それぞれの厚さは１００μｍ以上とされる。
【００２９】
微細流路構造体１では、第１基板１１および中間基板１２により溝部が形成され、蓋部材である第２基板１３により溝部の開口が閉塞されることにより、流体が流れる微細流路１４が形成される。図１は、微細流路１４の長手方向の一部であって第１基板１１に平行な平行部１４０における断面を示している。平行部１４０は、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成されて中間基板１２を積層方向に貫通する貫通孔１２１により形成される。微細流路構造体１では、平行部１４０の積層方向の幅（以下、「縦幅」という。）が、積層方向に垂直な方向（すなわち、Ｙ方向）の幅（以下、「横幅」という。）の２倍以上とされる。
【００３０】
図１に示すように、平行部１４０の内壁面のうち、Ｚ方向に関して両端の部位（以下、（−Ｚ）側の部位を「下端部１４０１」、（＋Ｚ）側の部位を「上端部１４０３」という。）は第１基板１１および第２基板１３上に存在する。換言すれば、下端部１４０１は、第１基板１１上に形成された第１凹部１１１の内壁面である凹面であり、上端部１４０３は、第２基板１３上に形成された第２凹部１３１の内壁面である凹面である。また、平行部１４０の内壁面のうち、下端部１４０１および上端部１４０３の間の中間部１４０２は貫通孔１２１により形成される。
【００３１】
なお、微細流路構造体１では、複数の中間基板１２が第１基板１１と第２基板１３との間にて積層され、第１基板１１の第１凹部１１１、複数の中間基板１２に連通して形成された貫通孔１２１、および、第２基板１３の第２凹部１３１により微細流路１４の平行部１４０が形成されてもよい。また、第２基板１３上に第２凹部１３１が形成されず、第２基板１３の（−Ｚ）側の平坦な主面の一部が、平行部１４０の内壁面の上端部１４０３とされてもよい（第１基板１１についても同様に第１凹部１１１が省略されてよい。）。微細流路構造体１では、微細流路１４の平行部１４０以外の部位において、微細流路１４の底面や上面が水平面（すなわち、ＸＹ平面）に対して傾斜して形成されることにより、微細流路１４の縦幅が長手方向に関して漸次増加（または減少）してもよい。
【００３２】
次に、上記基本構造を有する微細流路構造体１の具体的な形状について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る微細流路構造体１を示す平面図である。微細流路構造体１は、２種類の流体の混合および反応に利用される微小容器であり、以下、「マイクロリアクタ１」という。マイクロリアクタ１は、上述のように、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により構成される３層構造であり、これらの基板により、図２中に破線にて示す微細流路１４が形成される。
【００３３】
図２に示すように、マイクロリアクタ１は、２種類の微量の流体がそれぞれ供給される２つの供給口１４３を微細流路１４の（−Ｘ）側に備え、微細流路１４を通過した流体が排出される１つの排出口１４４を微細流路１４の（＋Ｘ）側に備える。微細流路１４は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された各供給口１４３から供給された流体がそれぞれ通過する２つの供給路１４１、および、２つの供給路１４１に接続されて２種類の流体が混合された混合流体が通過する混合路１４２を備える。
【００３４】
混合路１４２では、図２に示すように、流路の一部が２つに分割されている。以下、混合路１４２の分割されている部位を「分割部位１４２２」、それ以外の部位を「合流部位１４２１」という。混合路１４２では、混合流体の分割と合流が繰り返されることにより２種類の流体の混合が効率良く行われる。微細流路１４の一部である混合路１４２を通過した混合流体は、マイクロリアクタ１の（＋Ｚ）側の主面上に形成された排出口１４４から排出される。
【００３５】
マイクロリアクタ１では、２つに分割された流路である供給路１４１のそれぞれが、第１基板１１に平行な平行部１４０となり、２つの供給路１４１に連絡する混合路１４２が、第１基板１１に平行なもう１つの平行部１４０となる。図３および図４は、マイクロリアクタ１の一部を図２中のＡ−ＡおよびＢ−Ｂの位置で供給路１４１および混合路１４２の合流部位１４２１に垂直な面（すなわち、Ｘ方向に垂直な面）により切断した部分断面図である。なお、混合路１４２の分割部位１４２２の断面形状は、図３に示す供給路１４１の断面形状と同様であり、２つの流路の間隔のみが異なる。
【００３６】
マイクロリアクタ１では、供給路１４１を流れる流体に働く抵抗、および、混合路１４２の合流部位１４２１を流れる流体に働く抵抗が略等しくなるように、供給路１４１および合流部位１４２１の断面積が決定されている（分割部位１４２２についても同様）。ただし、流路の横幅や縦幅が極端に小さくならないことが前提とされる。図３および図４に示すように、混合路１４２の合流部位１４２１は、各供給路１４１（および混合路１４２の分割部位１４２２）よりも横幅が大きく、縦幅が小さい。また、２つの供給路１４１の横幅の合計は混合路１４２の合流部位１４２１の横幅以下とされ、各供給路１４１の縦幅は、合流部位１４２１の縦幅以上とされる（２つの分割部位１４２２についても同様）。
【００３７】
その結果、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路である供給路１４１が占める横幅（２つの供給路１４１の間隙の横幅も含む。）を小さくすることができる。同様に、微細流路１４の２つの分割部位１４２２が占める横幅を小さくすることもできる。このように、マイクロリアクタ１では、微細流路１４の各部位に要求される断面積を、各部位の横幅と縦幅とを自由に組み合わせて実現することにより、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００３８】
図５は、マイクロリアクタ１の中間基板１２を（＋Ｚ）側から見た平面図である。図５に示すように、中間基板１２は、Ｚ方向に貫通して微細流路１４の一部を形成する貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、微細流路１４の長手方向の所定の部位において、流路領域１２０の両側の部位を連結する複数の連結部１２２を備える。
【００３９】
図６は、マイクロリアクタ１を、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でＸ方向に垂直な面により切断した部分断面図である。図６では、理解を容易にするために、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を分解して示している。図６に示すように、中間基板１２の流路領域１２０の（−Ｚ）側の開口１２３は、第１基板１１により閉塞される。また、連結部１２２は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側（すなわち、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側）の部位よりも薄い板状であり、連結部１２２の（＋Ｚ）側の主面は、当該両側の部位の（＋Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００４０】
図５に示すように、中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた部位が、複数（本実施の形態では３つ）の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されている。また、混合路１４２の２つの分割部位１４２２に対応する流路領域１２０に挟まれた略菱形の孤立部１２４が、孤立部１２４の周囲の周辺部１２５から独立しており、複数（本実施の形態では４つ）の連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されている。換言すれば、連結部１２２を挟んで中間基板１２の独立した部材要素である孤立部１２４および周辺部１２５は、連結部１２２が設けられた流路領域１２０の両側の部位をそれぞれ含む。なお、孤立部１２４が小さい場合（例えば、連結部１２２と同程度の大きさである場合）等には、孤立部１２４は１つの連結部１２２のみにより周辺部１２５に連結されてもよい。
【００４１】
図７は、マイクロリアクタ１の製造工程を示す図である。マイクロリアクタ１が製造される際には、まず、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３用の金属板（すなわち、各基板の元になる部材であり、以下、「元部材」という。）が準備される。３つの元部材は同じ金属材料により形成されており、厚さも等しい。
【００４２】
元部材が準備されると、１つの元部材について、両主面にフォトレジストが塗布され、（＋Ｚ）側の主面に対して露光および現像が行われて第１凹部１１１に対応するエッチング領域以外の領域にレジスト膜が形成される。その後、エッチング領域に対して等方性エッチングが行われて第１凹部１１１が形成され、さらに、レジスト膜が元部材から除去されて第１基板１１が形成される（ステップＳ１１）。
【００４３】
第１基板１１が形成されると、他の１つの元部材に対する加工が行われて中間基板１２が形成される（ステップＳ１２）。図８は、中間基板１２の形成工程を示す図である。図９および図１０は、中間基板１２の形成途上における部分断面図であり、それぞれ、図５中のＣ−ＣおよびＤ−Ｄの位置における中間基板１２の断面を示す。以下、図８ないし図１０を参照しつつ中間基板１２の形成工程を説明する。
【００４４】
中間基板１２が形成される際には、まず、元部材の両主面にフォトレジストが塗布される（ステップＳ１２１）。続いて、元部材の（−Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、図９および図１０に示すように、流路領域１２０以外の領域に第１レジスト膜９１が形成される（ステップＳ１２２）。さらに、元部材の（＋Ｚ）側の主面上のフォトレジストに対して露光および現像が行われ、流路領域１２０以外の領域、および、連結部１２２に対応する領域に第２レジスト膜９２が形成される（ステップＳ１２３）。
【００４５】
なお、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２の形成は、元部材の（−Ｚ）側および（＋Ｚ）側の主面に対して露光が同時もしくは順次行われた後、両主面が同時、あるいは、順次に現像されることにより行われてもよい。また、フォトレジストは、光が照射された部分のみが現像時に除去されるポジ型であってもよく、光が照射された部分のみが硬化して現像時に残置されるネガ型であってもよい。さらに、元部材に対する露光は、開口パターンを有するマスクを介しての光の照射であってもよく、変調される光ビームを走査させながら照射してパターンを直接描画する直描方式により行われてもよい。
【００４６】
第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が形成されると、元部材に対してシャワー状または霧状のエッチング液が付与されて両主面の第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２以外の領域に対して等方性エッチングが行われ、図９および図１０中に二点鎖線にて示す部位が除去されて貫通孔１２１を含む流路領域１２０、および、連結部１２２が形成される（ステップＳ１２４）。その後、第１レジスト膜９１および第２レジスト膜９２が元部材から除去されて中間基板１２の形成が完了する（ステップＳ１２５）。このように、中間基板１２の形成工程では、流路領域１２０を形成する際のエッチングにより、複数の連結部１２２が貫通孔１２１の形成と並行して容易に形成される。なお、エッチング液の付与は、元部材がエッチング液に浸漬されることにより行われてもよい。
【００４７】
中間基板１２の形成が完了すると、ステップＳ１１と同様に、さらに他の元部材に対するフォトレジストの塗布、露光、現像、等方性エッチング、および、レジスト膜の除去が行われ、第２凹部１３１を（−Ｚ）側の主面に有する第２基板１３が形成される（ステップＳ１３）。なお、第１基板１１、中間基板１２、第２基板１３の処理条件が同じであれば、レジスト塗布、露光、現像、エッチングの各工程を一度の処理で行っても良い。その後、第１基板１１上に中間基板１２が積層され、数百度に加熱されて加圧されることにより、互いに拡散接合されて微細流路１４の一部である溝部が形成され、さらに、中間基板１２上（すなわち、中間基板１２の第１基板１１とは反対側）に溝部の開口を閉塞する蓋部材である第２基板１３が直接積層されて拡散接合されることにより、縦幅が横幅の２倍以上である微細流路１４を内部に備えるマイクロリアクタ１が形成される（ステップＳ１４）。各基板の接合は、接着剤や板状シールにより行われてもよい。
【００４８】
以上に説明したように、マイクロリアクタ１では、貫通孔１２１が形成された中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。また複数の薄い元部材に対してエッチングを行って貫通孔１２１等を形成し、これらを積層することにより微細流路１４が形成されるため、１つの厚い元部材に同じ縦幅の微細流路を形成する場合に比べて、個々の元部材に対するエッチング量を少なくして微細流路１４を短時間で形成することができる。さらには、底板部材である第１基板１１および蓋部材である第２基板１３に、微細流路１４の一部を構成する第１凹部１１１および第２凹部１３１が形成されているため、必要とされる微細流路１４の縦幅に対して、マイクロリアクタ１を薄型化することができる。
【００４９】
マイクロリアクタ１では、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３のそれぞれの厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造時における各基板の曲げや張力等の搬送条件を同じにすることができる。その結果、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。また、各基板の厚さが１００μｍ以上とされることにより、基板同士を拡散接合する際に、基板に加えられる圧力の均一性が向上し、基板同士をより確実に接合することができる。その結果、微細流路１４からの流体の漏出を防止することができる。
【００５０】
マイクロリアクタ１の中間基板１２では、２つの供給路１４１に対応する流路領域１２０に挟まれた片持梁状の部位が、複数の連結部１２２により供給路１４１の外側の部位と連結されているため、中間基板１２の第１基板１１上への積層の際等、中間基板１２をハンドリングする際に、当該片持梁状の部位が変形してしまうことが防止される。また、互いに独立した孤立部１２４および周辺部１２５が複数の連結部１２２により連結されているため、中間基板１２の一部が分離することが防止される。その結果、中間基板１２の形成時およびハンドリング時に、中間基板１２をエッチング耐性シート等に固定することなく１つの部材として容易に扱うことができ、マイクロリアクタ１の製造工程を簡素化することができる。
【００５１】
生産現場等における混合処理において、処理すべき流体の総量が多い場合には、通常、流体の総量に合わせて流路が拡大されるが、マイクロリアクタ１の場合は本体が薄いため、多数積層されて使用される。これにより、量産時の混合条件の変化が防止され、混合流体の品質を維持することができる。また、混合処理に利用される設備を小型化することもできる。
【００５２】
図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ａの部分断面図である。（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて見たマイクロリアクタ１ａの形状は図２に示すマイクロリアクタ１と同様であり、図１１は、図５中のＣ−Ｃに対応する位置でマイクロリアクタ１ａを切断した断面を示す。図１１に示すように、マイクロリアクタ１ａは、第１基板１１と第２基板１３との間に２つの中間基板１２を備える。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。マイクロリアクタ１ａの製造工程については、中間基板１２の形成工程が２度行われて２つの中間基板１２が形成されることを除いて第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００５３】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３が透光性の材料（例えば、ガラス）により形成されており、第１基板１１および２つの中間基板１２により形成される溝部の（＋Ｚ）側の開口を閉塞する蓋部材の役割を果たす。第１の実施の形態と対比した場合、第２基板１３は、第１基板１１上に積層された中間基板１２の第１基板１１とは反対側（すなわち、（＋Ｚ）側）にもう１つの中間基板１２を挟んで間接的に積層された部材となっている。第２基板１３を除く他の３つの基板は、第１の実施の形態と同様に、同じ金属材料により形成されており、それぞれの厚さも等しくされる。
【００５４】
マイクロリアクタ１ａでは、第２基板１３を介して微細流路１４内の流体に光を照射することができる。したがって、マイクロリアクタ１ａは、試料流体の光反応を行うための容器に特に適している。また、マイクロリアクタ１ａでは、微細流路１４内における流体の様子を視覚的に観察することもできる。
【００５５】
マイクロリアクタ１ａでは、第１の実施の形態と同様に、貫通孔１２１が形成された２つの中間基板１２を、第１基板１１および第２基板１３で挟んで積層することにより、横幅が小さく縦幅が大きい微細流路１４を、等方性エッチングにより容易に形成することができ、また、微細流路１４の一部を第１基板１１および第２基板１３上に形成することにより、マイクロリアクタ１ａを薄型化することができる。さらに、微細流路１４の分割の前後において微細流路１４を流れる流体に働く抵抗の変化を抑制しつつ複数の分割流路（供給路１４１、および、混合路１４２の分割部位１４２２）が占める横幅を小さくすることができ、微細流路１４の横幅を必要に応じて小さくして高密度に配置することができる。
【００５６】
また、マイクロリアクタ１ａでは、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが等しく、それぞれが同じ金属材料により形成されているため、マイクロリアクタ１の製造装置を簡素化することができる。そして、第１基板１１および２つの中間基板１２の厚さが１００μｍ以上とされることにより、第１基板１１および２つの中間基板１２をより確実に接合することができる。さらに、２つの中間基板１２にそれぞれ連結部１２２が設けられることにより、各中間基板１２の形成時およびハンドリング時に中間基板１２の一部が分離することが防止され、中間基板１２を１つの部材として容易に扱うことができ、その結果、マイクロリアクタ１ａの製造工程を簡素化することができる。なお、以下に説明する他の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の上記効果が実現される。なお、第２基板１３は、流路を持たない透光性の材料もしくは非透光性の材料でも良い。
【００５７】
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｂを示す平面図である。マイクロリアクタ１ｂは、流体の混合に利用される微細流路１４の周囲に配置されたもう１つの微細流路１４ａ（以下、２つの微細流路を区別するために、「第１微細流路１４」、「第２微細流路１４ａ」という。）、並びに、第２微細流路１４ａの両端に接続される供給口１４３ａおよび排出口１４４ａを備える。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明および図１２において同符号を付す。
【００５８】
第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４と同様に、その大部分が第１基板１１に平行な平行部１４０とされる（図１参照）。第２微細流路１４ａの平行部１４０は、図１に示すように、第１基板１１および第２基板１３上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第１凹部１１１および第２凹部１３１、並びに、中間基板１２に等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１により形成され、縦幅が横幅の２倍以上となっている。第２微細流路１４ａの形成は、第１微細流路１４と同じ方法により第１微細流路１４の形成と並行して行われる。
【００５９】
マイクロリアクタ１ｂでは、所定の温度の熱媒流体が供給口１４３ａを介して第２微細流路１４ａに供給される。そして、第１微細流路１４を流れる試料流体と第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体との間で、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を介して非接触状態にて熱交換が行われ、試料流体の温度が、第１微細流路１４内にて行われる反応に適した温度まで加熱（または冷却）される。
【００６０】
マイクロリアクタ１ｂでは、互いの間で熱交換が行われる第１微細流路１４および第２微細流路１４ａが、積層方向に垂直な同一平面を含むようにして第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により形成される。その結果、マイクロリアクタ１ｂの薄型化を実現することができる。また、第１微細流路１４の混合路１４２が合流部位１４２１および分割部位１４２２を有しており、第１微細流路１４内において試料流体が合流と分割を繰り返すことにより、第１微細流路１４を流れる試料流体の温度分布を均等化することができる。
【００６１】
マイクロリアクタ１ｂでは、第２微細流路１４ａが、第１微細流路１４の２つの供給路１４１の間、および、排出口１４４近傍で大きく屈曲しているが、第２微細流路１４ａの縦幅を大きくして横幅を小さくすることにより、屈曲部における内周側と外周側との流速差を小さくし、内周側における熱媒流体の滞留の発生を抑制することができる。
【００６２】
図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｃの部分断面図である。（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて見たマイクロリアクタ１ｃの形状は図２に示すマイクロリアクタ１と同様であり、図１３は、図５中のＤ−Ｄに対応する位置でマイクロリアクタ１ｃを切断した断面を示す。図１３に示すように、マイクロリアクタ１ｃは、第１基板１１の中間基板１２とは反対側に積層されたもう１つの中間基板１２（以下、２つの中間基板１２を区別するために、上側のものを「第１中間基板１２」、下側のものを「第２中間基板１２ａ」という。）、および、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側に積層された板状（またはシート状）の第３基板１５をさらに備える。第２中間基板１２ａおよび第３基板１５は、第１基板１１等と同じ金属材料により形成され、等しい厚さを有する。その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００６３】
マイクロリアクタ１ｃでは、第１基板１１、第２中間基板１２ａおよび第３基板１５により第２微細流路１４ａが形成される。第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４と同じ形状を有しており、第１基板１１を挟んで第１微細流路１４の（−Ｚ）側に重ねて形成される。第２微細流路１４ａは、第１微細流路１４の平行部１４０（図１参照）と同様に第１基板１１に平行な平行部１４０ａを流路の一部として備える。第２微細流路１４ａの平行部１４０ａは、第３基板１５の（＋Ｚ）側の主面、および、第１基板１１の（−Ｚ）側の主面上にそれぞれ等方性エッチングにより形成された第３凹部１５１および第４凹部１１２、並びに、第２中間基板１２ａに等方性エッチングにより形成された貫通孔１２１ａにより形成され、縦幅が横幅の２倍以上となっている。第２微細流路１４ａの形成は、第１微細流路１４と同じ方法により行われる。
【００６４】
平行部１４０ａでは、内壁面のうち積層方向（Ｚ方向）に関して両端の部位が第１基板１１および第３基板１５上に存在する。換言すれば、内壁面の（＋Ｚ）側の部位は、第１基板１１の（−Ｚ）側の主面に形成された第４凹部１１２の内壁面である凹面であり、（−Ｚ）側の部位は、第３基板１５上に形成された第３凹部１５１の内壁面である凹面である。また、平行部１４０ａの内壁面のうち、上記両端の部位の間の部位は貫通孔１２１ａにより形成される。
【００６５】
マイクロリアクタ１ｃでは、第３の実施の形態と同様に、所定の温度の熱媒流体が第２微細流路１４ａに供給され、第１微細流路１４を流れる試料流体と第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体との間で第１基板１１を介して非接触状態にて熱交換が行われることにより、試料流体の温度が反応に適した温度まで加熱（または冷却）される。
【００６６】
マイクロリアクタ１ｃでは、第１基板１１の（＋Ｚ）側の主面に第１微細流路１４の一部である第１凹部１１１が形成され、（−Ｚ）側の主面に第２微細流路１４ａの一部である第４凹部１１２が形成される。その結果、積層方向に重ねて形成され、互いの間で熱交換が行われる第１微細流路１４および第２微細流路１４ａを備えるマイクロリアクタ１ｃの薄型化を実現することができる。また、第３の実施の形態と同様に、第１微細流路１４の混合路１４２が合流部位１４２１および分割部位１４２２を有しているため、第１微細流路１４を流れる試料流体の温度分布を均等化することができる。
【００６７】
マイクロリアクタ１ｃは、他のマイクロリアクタ１ｃと積層されて利用されてもよい。例えば、複数のマイクロリアクタ１ｃの第１微細流路１４が互いに接続され、混合に利用される流路長が延長されてもよい。さらに、積層されるとともに連結されるマイクロリアクタ１ｃ間に断熱材が設けられ、各マイクロリアクタ１ｃの第２微細流路１４ａにそれぞれ異なる温度の熱媒流体が供給されることにより、第１微細流路１４における試料流体の混合の前半と後半とで温度条件に差を設けることもできる。例えば、混合の前半では試料流体を加熱することにより２つの試料流体の混合および反応を促進し、後半では混合された試料流体を冷却することにより生成された反応物の分解を防止することができる。
【００６８】
なお、マイクロリアクタ１ｃでは、第１微細流路１４における試料流体の混合と並行して、第２微細流路１４ａにおいても２種類の試料流体の混合が行われてもよい。また、第１微細流路１４の排出口と第２微細流路１４ａの供給口とが接続され、第１微細流路１４および第２微細流路１４ａ内において試料流体の混合が連続的に行われてもよい。
【００６９】
第２微細流路１４ａの形状は、必ずしも第１微細流路１４の形状と同じである必要はなく、様々な形状とされてよい。図１４は、他の形状を有する第２微細流路１４ａを備えたマイクロリアクタ１ｄを示す平面図であり、図１５は第２中間基板１２ａの底面図である。図示の都合上、図１４では、第２微細流路１４ａを実線にて描いている（後述の図１６についても同様）。マイクロリアクタ１ｄでは、図１４に示すように、蛇行する第２微細流路１４ａが設けられる。この場合、図１５に示すように、第２中間基板１２ａでは、蛇行する第２微細流路１４ａに挟まれるＹ方向に長い帯状の部位が、連結部１２２により周囲の部位に連結される。なお、連結部１２２の（−Ｚ）側の主面は、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００７０】
図１６は、さらに他の形状を有する第２微細流路１４ａを備えたマイクロリアクタ１ｅを示す平面図であり、図１７は第２中間基板１２ａの底面図である。マイクロリアクタ１ｅでは、図１６に示すように、２つの独立する渦巻き型の第２微細流路１４ａが第１基板１１、第２中間基板１２ａおよび第３基板１５により形成されてもよい。さらに、２つの第２微細流路１４ａの間に断熱材１４５を設け、２つの第２微細流路１４ａにそれぞれ異なる温度の熱媒流体を供給することにより、第１微細流路１４における試料流体の混合の前半と後半とで温度条件に差を設けることができる。また、図１７に示すように、第２中間基板１２ａでは、渦巻き型の第２微細流路１４ａに囲まれる部位が、複数の連結部１２２により周囲の部位に連結される。なお、図１５の場合と同様、連結部１２２の（−Ｚ）側の主面は、第２中間基板１２ａの（−Ｚ）側の主面と同一平面上に位置する。
【００７１】
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係るマイクロリアクタ１ｆの構成を示す正面図である。マイクロリアクタ１ｆは、永久磁石４１，４２をさらに備えることを除き、その他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下の説明において同符号を付す。
【００７２】
図１８に示すように、永久磁石４１および永久磁石４２は、第１基板１１の（−Ｚ）側、および、第２基板１３の（＋Ｚ）側に設けられ、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３を挟んで互いに対向する。永久磁石４１，４２の互いに対向する部位は互いに逆極性とされる。このように、マイクロリアクタ１ｆでは、永久磁石４１，４２が、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３により形成される微細流路１４（図２参照）の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部の役割を果たす。なお、永久磁石４１，４２の互いに対向する部位が、同極性であっても良い。
【００７３】
マイクロリアクタ１ｆでは、永久磁石４１，４２により、微細流路１４を流れる流体に磁場が印可される。その結果、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができ、流体の反応性を向上したり、あるいは、微細流路１４の内壁面から流体が受ける抵抗を軽減して流体の流れを滑らかにすることができる。
【００７４】
図１９は、永久磁石４１，４２に代えて、電磁石４３を磁場発生部として設けたマイクロリアクタ１ｇを示す正面図である。図１９に示すように、電磁石４３は、第１基板１１、中間基板１２および第２基板１３の周囲に形成されたコイル４３１、並びに、コイル４３１に接続される電源４３２を備える。電磁石４３では、電源４３２からコイル４３１へと直流電流、交流電流またはパルス電流が供給されることにより、微細流路１４の少なくとも一部に磁場が印加される。
【００７５】
マイクロリアクタ１ｇでは、電磁石４３により微細流路１４（図２参照）を流れる流体に磁場が印可されることにより、図１８に示すマイクロリアクタ１ｆと同様に、流体のクラスタ（集合体）を小さくすることができる。
【００７６】
なお、磁場発生部は、上記以外の様々な構成とされてよい。また、マイクロリアクタの供給口１４３および排出口１４４に接続される供給管および排出管に磁場発生部が設けられて、供給管および排出管を流れる流体に磁場が印可されてもよい。
【００７７】
図２０は、流体混合装置１０の構成を示す正面図であり、流体混合装置１０は、第１の実施の形態に係るマイクロリアクタ１、マイクロリアクタ１が浸漬される液体２０を貯留する貯溜槽２、および、液体２０に超音波振動を付与する超音波震動源３を備える。貯溜槽２の内部には、マイクロリアクタ１の図１中の（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側に配置され、マイクロリアクタ１を下方から支持するリアクタ支持部２１が設けられる。マイクロリアクタ１は、下面にＯリングを有する押圧部２２によりリアクタ支持部２１に対して押圧されて貯溜槽２内に固定される。押圧部２２は、マイクロリアクタ１の供給口１４３および排出口１４４（図２参照）に対応する位置に設けられ、押圧部２２の内部に設けられる流路２２１は、供給口１４３または排出口１４４に接続される。
【００７８】
流体混合装置１０では、超音波震動源３が駆動され、液体２０を介してマイクロリアクタ１に超音波震動が付与されることにより、マイクロリアクタ１が微小振動する。その結果、微細流路１４内における２つの試料流体の混合を促進することができる。また、微細流路１４の内壁面近傍における試料流体の滞留を抑制することもできる。流体混合装置１０では、液体２０を媒体としてマイクロリアクタ１に超音波振動を付与するため、出力の大きい超音波震動源３を利用することができる。また、液体２０により超音波震動源３を冷却することができるため、超音波震動源３の冷却機構を簡素化することも可能である。
【００７９】
流体混合装置１０では、マイクロリアクタ１に代えて、他の実施の形態に係るマイクロリアクタが設けられてもよい。例えば、第２微細流路１４ａを有するマイクロリアクタ１ｂ（図１２参照）やマイクロリアクタ１ｃ（図１３参照）が設けられた場合、第２微細流路１４ａを流れる熱媒流体の温度を貯溜槽２内の液体２０の温度と異ならせることにより、第１微細流路１４内における２つの試料流体の混合を、振動媒体となる液体２０の温度の影響を抑制しつつ好ましい温度条件において促進することができる。このような構造を備える流体混合装置１０は、マイクロリアクタにおいて超音波震動源３の耐熱温度の範囲外の温度条件にて混合を行う場合に特に適している。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【００８１】
例えば、マイクロリアクタを形成する各基板は、金属、ガラス、セラミック、シリコン、樹脂等、様々な材料により形成されてよい。また、基板同士をより確実に接合するという観点からは、各基板の厚さは１００μｍ以上とされることが好ましいが、１００μｍより薄い基板により形成されるマイクロリアクタに対しても本発明を適用することができる。
【００８２】
マイクロリアクタの製造装置の簡素化の観点からは、各基板の厚さおよび材料がそれぞれ同じとされることが好ましいが、必要に応じて、異なる材料から形成された基板や厚さの異なる基板が積層されてマイクロリアクタが形成されてもよい。
【００８３】
マイクロリアクタでは、様々な種類の流体が混合される。例えば、組成が異なる２つの流体が混合されてもよく、状態が異なる（例えば、気層と液層）２つの流体が混合されてもよい。また、３種類以上の流体の混合が行われてもよい。マイクロリアクタは、複数の流体の混合による化学反応、化学反応を伴わない単なる混合、液体と気体の混合による微粒子化や霧化、あるいは、泡化等、流体の混合を伴う様々な目的に利用可能である。
【００８４】
図２１は、マイクロリアクタの供給路１４１の他の好ましい形状を示す断面図である。マイクロリアクタに粘度の異なる２つの流体が供給される場合、図２１に示すように、２つの供給路１４１の横幅を等しくして縦幅に差を設けることにより、２つの供給路１４１が占める横幅を小さくしつつ２つの流体に働く抵抗を等しくして両流体の流速を容易に近似させることができる。このような横幅が等しく縦幅が異なる微細流路１４を有するマイクロリアクタは、図７中のステップＳ１２において複数の中間基板１２を形成する際に、貫通孔１２１を形成する箇所を変更することにより、等方性エッチングを利用して容易に形成することができる。
【００８５】
図２２は、３以上の微細流路１４を積層方向に重ねて備えるマイクロリアクタの部分断面図である。図２２に示すように、Ｚ方向に隣接する微細流路１４を隔てる基板１６は、（＋Ｚ）側および（−Ｚ）側の主面に凹部を備え、これらの凹部が基板１６を挟んで対向する２つの微細流路１４の一部を構成する。その結果、マイクロリアクタの薄型化が実現される。
【００８６】
上記実施の形態に係る微細流路構造体は、２種類の流体の混合および反応に利用されるマイクロリアクタに適しており、流体分析機器の混合機部分等にも利用される。なお、流体の供給口を３以上設けて、３種類以上の流体の混合、および反応に利用しても良い。また、微細流路構造体は、燃料電池やその他様々な用途にも利用可能である。燃料電池として利用される場合には、図２３に示すように、第１基板１１および第１中間基板１２上に第２基板１３としてイオン交換膜等の機能性膜が設けられ、貫通孔１２１を有する第２中間基板１２ａ、および、凹部が形成された第４基板１７が第２基板１３上に積層されることにより、第２基板１３を挟んで対向する第１微細流路１４および第２微細流路１４ａが形成される。また、図２４に示すように、図２３に示す微細流路構造体の第２基板１３と第２中間基板１２ａとの間に、２つの第３中間基板１２ｂおよびイオン交換膜１３ａをさらに設けることにより、２つのイオン交換膜を挟んで３層に重ねられた微細流路を有する微細流路構造体が形成されてもよい。
【００８７】
上記実施の形態では、微細流路が内部に形成された微細流路構造体について説明しているが、本発明に係る流路構造体では、流路は必ずしも微細なもの（例えば、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の深さや横幅のもの）には限定されず、深さや横幅が２０ｍｍ程度の流路を有する流路構造体にも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る微細流路構造体の基本構造を示す断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る微細流路構造体を示す平面図である。
【図３】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図４】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図５】中間基板の平面図である。
【図６】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図７】マイクロリアクタの製造工程を示す図である。
【図８】中間基板の形成工程を示す図である。
【図９】中間基板の部分断面図である。
【図１０】中間基板の部分断面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係るマイクロリアクタの部分断面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係るマイクロリアクタの平面図である。
【図１３】第４の実施の形態に係るマイクロリアクタの部分断面図である。
【図１４】マイクロリアクタの平面図である。
【図１５】中間基板の底面図である。
【図１６】マイクロリアクタの平面図である。
【図１７】中間基板の底面図である。
【図１８】第５の実施の形態に係るマイクロリアクタの正面図である。
【図１９】マイクロリアクタの正面図である。
【図２０】第６の実施の形態に係る流体混合装置の構成を示す正面図である。
【図２１】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図２２】マイクロリアクタの部分断面図である。
【図２３】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【図２４】微細流路構造体の他の例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ〜１ｇ 微細流路構造体（マイクロリアクタ）
２ 貯溜槽
３ 超音波震動源
１０ 流体混合装置
１１ 第１基板
１２ （第１）中間基板
１２ａ 第２中間基板
１３ 第２基板
１５ 第３基板
１４，１４ａ 微細流路
２０ 液体
４１，４２ 永久磁石
４３ 電磁石
１２１，１２１ａ 貫通孔
１４０，１４０ａ 平行部
１４１ 供給路
１４２ 混合路
１４０１ 下端部
１４０２ 中間部
１４０３ 上端部
Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ１２１〜Ｓ１２５ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、
所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状の第１部材と、
それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材上において前記積層方向に積層された少なくとも１つの中間部材と、
前記少なくとも１つの中間部材上に積層された板状またはシート状の第２部材と、
を備え、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行な平行部が形成され、
前記平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第２部材上に存在し、
前記少なくとも１つの中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、
前記平行部の前記積層方向の第１の幅が、前記積層方向に垂直な方向の第２の幅の２倍以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の流路構造体であって、
前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが、１００μｍ以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流路構造体であって、
前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが等しく、かつ、それぞれが同じ材料により形成されることを特徴とする流路構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面であることを特徴とする流路構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の流路構造体であって、
それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材の前記少なくとも１つの中間部材とは反対側に積層された少なくとも１つの他の中間部材と、
前記少なくとも１つの他の中間部材上に積層された板状またはシート状の第３部材と、
をさらに備え、
前記第１部材、前記少なくとも１つの他の中間部材および前記第３部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、
前記もう１つの平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第３部材上に存在し、
前記少なくとも１つの他の中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、
前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面であることを特徴とする流路構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の流路構造体であって、
前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記第１部材を介して熱交換が行われることを特徴とする流路構造体。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、
前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で非接触状態にて熱交換が行われることを特徴とする流路構造体。
【請求項８】
請求項６または７に記載の流路構造体であって、
前記流路が、
複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、
前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路と、
を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項９】
流体混合装置であって、
請求項８に記載の流路構造体と、
前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、
前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源と、
を備え、
前記もう１つの流路を流れる流体の温度と前記容器内の前記液体の温度とが異なることを特徴とする流体混合装置。
【請求項１０】
請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記流路が、
複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、
前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路と、
を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項１１】
流体混合装置であって、
請求項１０に記載の流路構造体と、
前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、
前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源と、
を備えることを特徴とする流体混合装置。
【請求項１２】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部が、前記平行部よりも前記第２の幅が大きく、前記第１の幅が小さいことを特徴とする流路構造体。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流路構造体であって、
前記もう１つの平行部が複数の分割流路に連絡しており、前記複数の分割流路のそれぞれが前記平行部であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第２の幅の合計が、前記もう１つの平行部の前記第２の幅以下であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第１の幅が前記もう１つの平行部の前記第１の幅以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項１４】
請求項１ないし８，１０，１２並びに１３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項１】
流体が流れる流路が内部に形成された流路構造体であって、
所定の積層方向に対して垂直な板状またはシート状の第１部材と、
それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材上において前記積層方向に積層された少なくとも１つの中間部材と、
前記少なくとも１つの中間部材上に積層された板状またはシート状の第２部材と、
を備え、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行な平行部が形成され、
前記平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第２部材上に存在し、
前記少なくとも１つの中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、
前記平行部の前記積層方向の第１の幅が、前記積層方向に垂直な方向の第２の幅の２倍以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の流路構造体であって、
前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが、１００μｍ以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流路構造体であって、
前記第１部材および前記少なくとも１つの中間部材のそれぞれの厚さが等しく、かつ、それぞれが同じ材料により形成されることを特徴とする流路構造体。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面であることを特徴とする流路構造体。
【請求項５】
請求項４に記載の流路構造体であって、
それぞれが板状またはシート状であり、前記第１部材の前記少なくとも１つの中間部材とは反対側に積層された少なくとも１つの他の中間部材と、
前記少なくとも１つの他の中間部材上に積層された板状またはシート状の第３部材と、
をさらに備え、
前記第１部材、前記少なくとも１つの他の中間部材および前記第３部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、
前記もう１つの平行部の内壁面のうち前記積層方向に関して両端の部位が前記第１部材および前記第３部材上に存在し、
前記少なくとも１つの他の中間部材が、等方性エッチングにより形成された貫通孔を有し、前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記両端の部位の間の部位が前記貫通孔により形成され、
前記もう１つの平行部の前記内壁面のうち前記第１部材上の部位が、等方性エッチングにより形成された凹面であることを特徴とする流路構造体。
【請求項６】
請求項５に記載の流路構造体であって、
前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で前記第１部材を介して熱交換が行われることを特徴とする流路構造体。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、もう１つの流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、
前記流路を流れる流体と前記もう１つの流路を流れる流体との間で非接触状態にて熱交換が行われることを特徴とする流路構造体。
【請求項８】
請求項６または７に記載の流路構造体であって、
前記流路が、
複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、
前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路と、
を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項９】
流体混合装置であって、
請求項８に記載の流路構造体と、
前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、
前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源と、
を備え、
前記もう１つの流路を流れる流体の温度と前記容器内の前記液体の温度とが異なることを特徴とする流体混合装置。
【請求項１０】
請求項１ないし５のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記流路が、
複数の流体がそれぞれ通過する複数の供給路と、
前記複数の供給路に接続されて前記複数の流体が混合された混合流体が通過する混合路と、
を備えることを特徴とする流路構造体。
【請求項１１】
流体混合装置であって、
請求項１０に記載の流路構造体と、
前記流路構造体が浸漬される液体を貯溜する容器と、
前記液体に超音波振動を付与する超音波振動源と、
を備えることを特徴とする流体混合装置。
【請求項１２】
請求項１ないし４のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記第１部材、前記少なくとも１つの中間部材および前記第２部材により、前記流路の一部であって前記第１部材に平行なもう１つの平行部が形成され、前記もう１つの平行部が、前記平行部よりも前記第２の幅が大きく、前記第１の幅が小さいことを特徴とする流路構造体。
【請求項１３】
請求項１２に記載の流路構造体であって、
前記もう１つの平行部が複数の分割流路に連絡しており、前記複数の分割流路のそれぞれが前記平行部であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第２の幅の合計が、前記もう１つの平行部の前記第２の幅以下であり、前記複数の分割流路のそれぞれの前記第１の幅が前記もう１つの平行部の前記第１の幅以上であることを特徴とする流路構造体。
【請求項１４】
請求項１ないし８，１０，１２並びに１３のいずれかに記載の流路構造体であって、
前記流路の少なくとも一部に磁場を印加する磁場発生部をさらに備えることを特徴とする流路構造体。
【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】
【公開番号】特開２００６−１２２７３５（Ｐ２００６−１２２７３５Ａ）
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３１０７２９（Ｐ２００４−３１０７２９）
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１８日（２００６．５．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月２６日（２００４．１０．２６）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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