流路構造体
【課題】流路の耐圧性を向上することができる流路構造体を提供する。
【解決手段】
マイクロ流体装置１は、連続相１００及び分散相１０１が流入される流路構造体２等を備える。流路構造体２は、管の内側に形成され、第１の径を有する貫通流路２１と、貫通流路２１に合流するように、管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の微細流路２３とを備え、複数の微細流路２３から貫通流路２１への開放部２４は、流体が微細流路２３から貫通流路２１に流れたときに粒状となる構造を有する。
【解決手段】
マイクロ流体装置１は、連続相１００及び分散相１０１が流入される流路構造体２等を備える。流路構造体２は、管の内側に形成され、第１の径を有する貫通流路２１と、貫通流路２１に合流するように、管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の微細流路２３とを備え、複数の微細流路２３から貫通流路２１への開放部２４は、流体が微細流路２３から貫通流路２１に流れたときに粒状となる構造を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散相が流れる第１流路と、連続相とマイクロスフィアを含む相が流れる第２流路とを連通する多数の貫通孔が形成されたマイクロスフィアの製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このマイクロスフィアの製造装置は、間隔をあけて取り付けられた第１プレート、中間プレート及び第２プレートを備え、第１プレートと中間プレートとの間に第１流路が形成され、中間プレート及び第２プレートとの間に第２流路が形成され、中間プレートには第１流路と第２流路とを連通する多数の貫通孔が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２-１１９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、流路の耐圧性を向上することができる流路構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の流路構造体を提供する。
【０００７】
［１］管の内側又は外側に形成され、第１の径を有する第１の流路と、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するように、前記管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の第２の流路とを備え、前記複数の第２の流路から前記第１の流路への出口部は、流体が前記第２の流路から前記第１の流路に流れたときに粒状となる構造を有する流路構造体。
【０００８】
［２］前記出口部は、前記第２の径よりも大きく開放された開放部を備えた前記［１］に記載の流路構造体。
【０００９】
［３］前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士が連結されている前記［２］に記載の流路構造体。
【００１０】
［４］前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士を仕切る仕切り部を有する前記［２］に記載の流路構造体。
【００１１】
［５］前記複数の第２の流路は、前記軸方向に沿って複数段設けられた前記［１］に記載の流路構造体。
【００１２】
［６］前記複数の第２の流路は、隣り合う前記段において前記周方向の位置が重ならないように設けられた前記［５］に記載の流路構造体。
【００１３】
［７］前記複数の第２の流路は、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐された前記［１］に記載の流路構造体。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、流路の耐圧性を向上することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、開放部を備えていない場合に比べて、第１の流路を流れる流体の影響を受けることなく、第２の流路を流れる流体を粒状にすることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、周方向において隣り合う開放部同士が連結されていない出口部を有する場合に比べて、流路構造体を形成する工程を簡素化することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、仕切り部を有さない出口部を有する場合に比べて、粒状物同士の結合を抑制することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、複数の第２の流路が複数段設けられていない場合に比べて、第１の流路を流れる流体に第２の流路から流れた粒状物を均一に分散することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、複数の第２の流路が隣り合う段において周方向の位置が重なる場合に比べて、第２の流路を流れる流体の粘性が低い場合でも、その流体を粒状にすることができる。
【００２０】
請求項７に係る発明によれば、複数の第２の流路が第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐されていない場合に比べて、流体から粒状物に生産する際の管の単位長さ当たりの生産効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、流路構造体の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、開放部における分散相の流れを示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】図９は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２３】
このマイクロ流体装置１は、上方の導入口３０に連続相１００が導入される第１の導入管３と、側方の導入口４０に分散相１０１が導入される第２の導入管４と、連続相１００と分散相１０１とから分散液１０２を生成する流路構造体２と、流路構造体２により生成された分散液１０２を下方の排出口５０から排出する排出管５と、流路構造体２の上面２０ａ及び下面２０ｂに第１の導入管３、排出管５をそれぞれ支持するとともに、流路構造体２の外周面２０ｃを覆うように第２の導入管４を支持するハウジング６とから構成されている。
【００２４】
ここで、分散液１０２は、分散相１０１が粒状となって連続相１００に分散した分散系（エマルション）であり、本実施の形態では、分散液１０２を生成する乳化装置として流路構造体２を用いる。
【００２５】
第１の導入管３は、例えば、内径１５００μｍの円筒形状を有し、導入口３０に導入された連続相１００を、流路構造体２の後述する貫通流路に供給する。
【００２６】
第２の導入管４は、流路構造体２の外周を覆うように設けられており、導入口４０に導入された分散相１０１を、流路構造体２の後述する複数の微細流路に供給する。
【００２７】
排出管５は、第１の導入管３と同様に、内径１５００μｍの円筒形状を有する。
【００２８】
なお、第１の導入管３、第２の導入管４及びハウジング６の周囲には、加熱用ヒータ、冷却用クーラ等の連続相１００及び分散相１０１を所定の温度に調整する温度調整部が設けられていてもよい。
【００２９】
（流路構造体）
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この流路構造体２は、第１の導入管３及び排出管５と同心の円管であり、その円管の内側に上面２０ａと下面２０ｂとを貫通する貫通流路（第１の流路）２１と、その円管の軸方向に沿って設けられた第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃとを備える。
【００３０】
流路構造体２の外形は、例えば、３０００μｍであり、その内径（第１の径）、すなわち、貫通流路２１の直径は、１５００μｍである。なお、貫通流路２１の断面形状は、円の他に、楕円でもよいし、多角形でもよい。
【００３１】
第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、円管の外周面２０ｃから内側の貫通流路２１に合流するように形成された複数の微細流路（第２の流路）２３と、複数の微細流路２３が貫通流路２１に合流する位置に形成された開放部（出口部）２４とが設けられている。なお、微細流路段の数は、１段又は２段でもよいし、４段以上でもよい。
【００３２】
複数の微細流路２３は、円管の壁に周方向に渡って形成されている。図２（ｂ）の例では、各微細流路段２２Ａ〜２２Ｃには、１２個の微細流路２３が、均等な間隔、すなわち、３０度（周期角度）毎にそれぞれ配置されている。そして、微細流路２３は、隣り合う微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの間では、微細流路２３の周方向の位置が重ならないように、例えば、周期角度の半分である１５度ずつずらした状態で配置されている。なお、１つの微細流路段には、微細流路２３を１１個以下又は１３個以上設けてもよい。
【００３３】
微細流路２３は、一辺の長さ（第２の径）が１５μｍの正方形の断面を有する。なお、微細流路２３の断面形状は、円形でもよいし、多角形でもよい。
【００３４】
開放部２４は、微細流路２３から貫通流路２１への出口部に設けられており、分散相１０１が微細流路２３から貫通流路２１に流れたときに粒状となる構造を有する。この流体となる粒状となる構造は、形状及び大きさにより特定される。本実施の形態では、開放部２４は、周方向において隣り合う開放部同士が連結されており、円管の内側にリング状に設けられており、開放部２４の径方向の幅は、例えば、３０μｍである。
【００３５】
また、流路構造体２は、円管の軸方向の断面に対応する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、例えば、１５μｍの厚みを有し、ＡｌＣｕ、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、Ｓｉ、誘電体等の非金属等からなる。
【００３６】
図３は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、貫通流路２１、複数の微細流路２３及び開放部２４の断面にそれぞれ相当する形状を有する。
【００３７】
第１、第３、第５及び第７の薄膜パターン２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇは、ドーナツ状の形状をそれぞれ有する。第１の薄膜パターン２Ａは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａの上壁とに相当する形状を有する。第３の薄膜パターン２Ｃは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａの下壁と、第２の微細流路段２２Ｂの上壁とに相当する形状を有する。第５の薄膜パターン２Ｅは、第２の微細流路段２２Ｂの下壁と、第３の微細流路段２２Ｃの上壁とに相当する形状を有する。第７の薄膜パターン２Ｇは、貫通流路２１と、第３の微細流路段２２Ｃの下壁とに相当する形状を有する。
【００３８】
第２の薄膜パターン２Ｂは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第４の薄膜パターン２Ｄは、貫通流路２１と、第２の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第６の薄膜パターン２Ｆは、貫通流路２１と、第３の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、第２の薄膜パターン２Ｂと、第６の薄膜パターン２Ｆとは、同一の形状である。第４の薄膜パターン２Ｄは、第２及び第６の薄膜パターン２Ｂ，２Ｆに比べて周期角度を半分ずらしたものである。
【００４０】
（製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体装置の製造方法について説明する。
【００４１】
（１）ドナー基板の作製
図４（ａ）〜（ｆ）は、流路構造体の製造工程の一例を示す模式図である。ここでは、ドナー基板２００を電鋳法を用いて作製する方法について説明する。
【００４２】
まず、所定の表面粗さを有するステンレス等からなる金属基板２００ａを準備する。次に、金属基板２００ａ上に厚膜フォトレジストを塗布し、流路構造体２の各断面形状に対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像する。これにより、各断面形状のポジネガ反転したレジストパターンを形成する。
【００４３】
次に、このレジストパターンを有する金属基板２００ａをめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない金属基板２００ａの表面にニッケルめっきを成長させる。
【００４４】
次に、レジストパターンを除去することにより、図４（ａ）に示すように、金属基板２００ａ上に、流路構造体２の各断面形状に対応した第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが形成されたドナー基板２００が得られる。なお、図４（ａ）では、第３乃至第７の薄膜パターン２Ｃ〜２Ｇを省略している。
【００４５】
なお、薄膜の形成方法としては、上記の電鋳法の他に、例えば、電子ビーム加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の真空蒸着法、スピンコート法等を用いてもよい。また、薄膜のパターニング方法としては、上記のフォトリソグラフィー法の他に、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いてもよい。
【００４６】
（２）薄膜パターンの積層
次に、図４（ａ）に示すように、ドナー基板２００を図示しない真空槽内の下部ステージ（図示せず）に配置し、ターゲット基板２０１を上部ステージ（図示せず）に配置する。
【００４７】
次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。そして、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させて、ターゲット基板２０１の直下にドナー基板２００の第１の薄膜パターン２Ａを位置決めし、ターゲット基板２０１の表面、及びドナー基板２００の表面、すなわち、第１の薄膜パターン２Ａの表面をＦＡＢ(Fast Atom Beam)処理により清浄化する。ＦＡＢ処理とは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを高電圧で加速して接合面に照射し、接合面の酸化膜、不純物等を除去する処理をいう。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２０１を降下させ、ターゲット基板２０１と第１の薄膜パターン２Ａとを荷重を加えて圧接して常温接合する。そして、図４（ｃ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第１の薄膜パターン２Ａが金属基板２００ａから剥離し、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００４９】
ここで、「常温接合」とは、上記のＦＡＢ処理によって清浄化された接合面同士を常温雰囲気で接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい，表面活性化接合ともいう。常温接合（表面活性化接合）の他に、清浄化された接合面同士が拡散を生じない程度の温度（例えば、１００℃程度）で加熱して接合してもよい。
【００５０】
次に、図４（ｄ）に示すように、下部ステージを移動させ、ターゲット基板２０１の直下にドナー基板２００上の第２の薄膜パターン２Ｂを位置決めし、ターゲット基板２０１側に転写された第１の薄膜パターン２Ａの表面（金属基板２００ａに接触していた面）、及び第２の薄膜パターン２Ｂの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００５１】
次に、図４（ｅ）に示すように、上部ステージを下降させ、第１及び第２の薄膜パターン２Ａ，２Ｂを常温接合させ、図４（ｆ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第２の薄膜パターン２Ｂが金属基板２００ａから剥離し、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００５２】
そして、第３乃至第７の薄膜パターン２Ｃ〜２Ｇについても、第１及び第２の薄膜パターン２Ａ，２Ｂを転写したのと同様に、ドナー基板２００とターゲット基板２０１との位置決め、接合、離間を繰り返すことにより、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００５３】
以上のようにして、ターゲット基板２０１上に転写された第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを上部ステージから取り外し、ターゲット基板２０１を除去することにより、第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇからなる流路構造体２が作製される。
【００５４】
（３）マイクロ流体装置の組み付け
上記のようにして作製された流路構造体２に対して、図１に示すように、その上側に第１の導入管３、その下側に排出管５、その周囲に第２の導入管４をそれぞれ配置して、ハウジング６によりそれらを固定することにより、マイクロ流体装置１が製造される。
【００５５】
（マイクロ流体装置の動作）
次に、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１の動作について説明する。まず、第１の導入管３に設けられた導入口３０に連続相１００が導入されると、その連続相１００は、第１の導入管３の内部を流れて、流路構造体２の貫通流路２１に流入する。
【００５６】
また、第２の導入管４に設けられた導入口４０に分散相１０１が導入されると、その分散相１０１は、第２の導入管４の内部を流れることにより、流路構造体２の外周面２０ｃ全体に行き渡り、その分散相１０１は、外周面２０ｃに設けられた各微細流路２３に流入する。
【００５７】
そして、微細流路２３に流入した分散相１０１は、流路構造体２の内側方向に向かって流れ、微細流路２３から開放部２４に流れ込む。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｃ）は、開放部における分散相の流れを示す模式図である。開放部２４に流れ込んだ分散相１０１の界面は、図５（ａ）に示すように、微細流路２３から開放部２４に円弧状に膨らんだ状態となる。
【００５９】
そして、開放部２４の断面積は、微細流路２３の断面積よりも広いことから、分散相１０１の界面は、図５（ｂ）に示すように、その円弧状の径方向に拡散するとともに、その拡散により開放部２４ではくびれ部１０１ｂが形成される。
【００６０】
そして、分散相１０１の拡散がさらに進むと、図５（ｃ）に示すように、くびれ部１０１ｂが切断されて、液滴１０１ａが生成される。
【００６１】
上記のようにして、各微細流路２３から分散相１０１の液滴１０１ａが次々に生成され、その液滴１０１ａが貫通流路２１を流れる連続相１００に合流することにより、連続相１００に液滴１０１ａが分散された分散液１０２が、排出管５の排出口５０から排出される。
【００６２】
（実施例１）
次に、本発明の実施例１について説明する。この実施例１で用いたマイクロ流体装置１は、外径３０００μｍ、内径１５００μｍの流路構造体２を有し、流路構造体２には、３つの微細流路段２２Ａ〜２２Ｃが設けられている。そして、微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、一辺１５μｍの正方形の微細流路２３が、約１００μｍ間隔で４７個配置されており、流路構造体２全体では、合計１４７個の微細流路２３が配置されている。また、流路構造体２には、幅３０μｍの開放部２４が設けられている。
【００６３】
上記のマイクロ流体装置１において、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１としてシリコーンオイルを流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約４０μｍのシリコーンオイル分散液が、１１７０個／秒で排出管５から排出された。
【００６４】
また、上記のマイクロ流体装置１において、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１としてポリエステル前駆体を流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約３５μｍのポリエステル分散液が、１１７０個／秒で排出管５から排出された。
【００６５】
ここで、ポリエステル前駆体とは、重合トナーの原料となる物質であり、例えば、大豆油３４ｇ、イソフタル酸２５ｇ、無水トリメリット酸９ｇ、トリメチロールプロパン３１ｇ、ジブチル酸化錫０．０２ｇの混合液を、摂氏２００度の窒素気流下で重縮合反応させて生成したものである。
【００６６】
（比較例）
比較例として、上記した特許文献１に記載されたマイクロスフィアの製造装置であって、貫通孔の形状が９．５μｍ×２３μｍ、その数が３６個配置されたものを用いた。
【００６７】
このマイクロスフィアの製造装置において、連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、分散相１０１としてシリコーンオイルを流量０．００３３ｍｌ／分で導入した。その結果、シリコーンオイル分散液が、１００個／秒で作製された。なお、分散相１０１の流量をこれ以上高速にした場合には、このマイクロスフィアの製造装置では、分散相１０１のリークや、製造装置の破損等が発生する可能性がある。
【００６８】
［第２の実施の形態］
本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、隣り合う微細流路２３から開放部２４に流れた分散相１０１が開放部２４で結合するのを防ぐように、開放部２４が仕切られた流路構造体を備え、その他は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００６９】
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。この流路構造体２は、第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃを有し、その第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、第１の実施の形態と同様の貫通流路２１、複数の微細流路２３及び開放部２４の他に、隣り合う微細流路２３から流れた分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられている。仕切り部２５の幅は、例えば、１０μｍである。
【００７０】
また、流路構造体２は、第１の実施の形態と同様に、第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。第１、第３、第５及び第７の薄膜パターン２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇは、第１の実施の形態と同様の断面形状を有する。第２、第４、第６の薄膜パターン２Ｂ，２Ｄ，２Ｆは、貫通流路２１と、１２個の微細流路２３の側壁と、仕切り部２５に相当する形状を有する。
【００７１】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００７２】
上記構成において、第１の導入管３に導入された連続相１００は、貫通流路２１に流入するとともに、第２の導入管４に導入された分散相１０１は、各微細流路２３に流入する。そして、各微細流路２３に流入した分散相１０１は、開放部２４に流れ込むと、仕切り部２５により隣り合う微細流路２３との間が仕切られた状態で液滴１０１ａが生成され、その液滴１０１ａが貫通流路２１を流れる連続相１００と合流することにより、分散液１０２が排出管５から排出される。
【００７３】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２では、上記の実施例１と同様の構成を有するマイクロ流体装置１を用いて、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１として空気を流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約４５μｍの気泡分散液が、６７０個／秒で排出管５から排出された。
【００７４】
［第３の実施の形態］
第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、流路構造体２の外側から内側に向かって分散相１０１を流し、流路構造体２の内側を流れる連続相１００に分散相１０１を合流させた。これに対し、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、流路構造体２の内側から外側に向かって分散相１０１を流し、流路構造体２の外側を流れる連続相１００に分散相１０１を合流させるものである。
【００７５】
図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。このマイクロ流体装置１は、側方の導入口７０から連続相１００が流入されるとともに、分散液１０２を下方の排出口７１から排出する導入排出管７と、上方の導入口８０から分散相１０１が流入される導入管８と、連続相１００と分散相１０１とから分散液１０２を生成する流路構造体２と、流路構造体２の上面２０ａに導入管８を支持するとともに、流路構造体２の外周面２０ｃ及び下面２０ｂを覆うように導入排出管７を支持するハウジング６とから構成されている。
【００７６】
導入排出管７は、流路構造体２の外周を覆うように設けられており、導入口８０に導入された連続相１００を、流路構造体２の外周面２０ｃと導入排出管７とにより形成された外側流路（第１の流路）２８に供給する。また、導入管８は、導入口８０に導入された分散相１０１を、流路構造体２の後述する中央流路に供給する。
【００７７】
（流路構造体）
図８（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。この流路構造体２は、円管の内側に下面２０ｂを貫通せずに上面２０ａから底部２７まで設けられた中央流路２６と、その円管の軸方向に沿って設けられた第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃとを備える。
【００７８】
第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、円管の内側の中央流路２６から外側の外側流路２８に合流するように、円管に周方向に渡って形成された複数の微細流路（第２の流路）２３と、複数の微細流路２３が貫通流路２１に合流する位置に形成された開放部（出口部）２４とが設けられている。
【００７９】
また、流路構造体２は、第１の実施の形態と断面形状が一部異なる第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。
【００８０】
図９は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、中央流路２６、複数の微細流路２３、開放部２４及び底部２７の断面にそれぞれ相当する形状を有する。
【００８１】
第１の薄膜パターン２Ａは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａの上壁とに相当する形状を有する。第３の薄膜パターン２Ｃは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａの下壁と、第２の微細流路段２２Ｂの上壁とに相当する形状を有する。第５の薄膜パターン２Ｅは、第２の微細流路段２２Ｂの下壁と、第３の微細流路段２２Ｃの上壁とに相当する形状を有する。第７の薄膜パターン２Ｇは、底部２７に相当する形状を有する。
【００８２】
第２の薄膜パターン２Ｂは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第４の薄膜パターン２Ｄは、中央流路２６と、第２の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第６の薄膜パターン２Ｆは、中央流路２６と、第３の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。
【００８３】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００８４】
上記構成において、導入排出管７の導入口７０に導入された連続相１００は、外側流路２８に流入する。また、導入管８の導入口８０に導入された分散相１０１は、中央流路２６を介して各微細流路２３に流入する。次に、各微細流路２３に流入した分散相１０１は、流路構造体２の外側に設けられた開放部２４に流れ込むことにより、分散相１０１の液滴１０１ａが生成される。そして、その液滴１０１ａが外側流路２８に流入した連続相１００と合流することにより、導入排出管７の排出口７１から排出される。
【００８５】
［第４の実施の形態］
本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、微細流路２３が中央流路２６に合流するまでに複数の流路に分岐されるとともに、隣り合う２つの微細流路２３から流入された分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられた流路構造体２を備え、その他は、第３の実施の形態と同様に構成されている。
【００８６】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図である。この流路構造体２は、第３の実施の形態と同様の開放部２４、中央流路２６及び底部２７の他に、Ｙ字状の分岐流路２９と、隣り合う微細流路２３から流れた分散相１０１を仕切る仕切り部２５とを備える。
【００８７】
分岐流路２９は、中央流路２６に接続された入口流路２９０と、入口流路２９０が２つに分岐されて開放部２４に接続された２つの出口流路２９１とを有する。なお、分岐流路２９は、１つの入口流路２９０が３つ以上の出口流路２９１に分岐されていてもよい。
【００８８】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００８９】
上記構成において、導入排出管７の導入口７０に導入された連続相１００は、流路構造体２の外周面２０ｃに到達する。また、導入管８の導入口８０に導入された分散相１０１は、流路構造体２の中央流路２６を介して各分岐流路２９に流入する。
【００９０】
次に、各分岐流路２９の入口流路２９０に流入した分散相１０１は、流路構造体２の外側に向かって流れると、２つの出口流路２９１により２分岐されて開放部２４に流れ込むことにより、分散相１０１の液滴１０１ａが生成される。そして、その液滴１０１ａが外周面２０ｃに到達した連続相１００と合流することにより、導入排出管７の排出口７１から排出される。
【００９１】
以上、第４の実施の形態に係る流路構造体について、第３の実施の形態と同様に構成されている場合を例に説明したが、第１の実施の形態又は第２の実施の形態における流路構造体２が、微細流路２３が貫通流路２１に合流するまでに複数の流路に分岐されるとともに、隣り合う２つの微細流路２３から流入された分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられた構造であってもよい。
【００９２】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態では、複数の薄膜パターンを積層して流路構造体を作製したが、流路構造体の他に、第１及び第２の導入管及び排出管の断面に対応する薄膜パターンを形成して、流路構造体とともに第１及び第２の導入管及び排出管を一体化した構造体として製作してもよい。
【００９３】
また、上記各実施の形態におけるマイクロ流体装置は、顔料、塗料、食用油等の各種の分散系の生成に用いることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…マイクロ流体装置、２…流路構造体、２Ａ〜２Ｇ…薄膜パターン、３…第１の導入管
４…第２の導入管、５…排出管、６…ハウジング、７…導入排出管、８…導入管、２０ａ…上面、２０ｂ…下面、２０ｃ…外周面、２１…貫通流路、２２Ａ〜２２Ｃ…微細流路段、２３…微細流路、２４…開放部、２５…仕切り部、２６…中央流路、２７…底部、２８…外側流路、２９…分岐流路、３０…導入口、４０…導入口、５０…排出口、７０…導入口、７１…排出口、８０…導入口、１００…連続相、１０１…分散相、１０１ａ…液滴、１０１ｂ…くびれ部、１０２…分散液、２００…ドナー基板、２００ａ…金属基板、２０１…ターゲット基板、２９０…入口流路、２９１…出口流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散相が流れる第１流路と、連続相とマイクロスフィアを含む相が流れる第２流路とを連通する多数の貫通孔が形成されたマイクロスフィアの製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このマイクロスフィアの製造装置は、間隔をあけて取り付けられた第１プレート、中間プレート及び第２プレートを備え、第１プレートと中間プレートとの間に第１流路が形成され、中間プレート及び第２プレートとの間に第２流路が形成され、中間プレートには第１流路と第２流路とを連通する多数の貫通孔が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２-１１９８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、流路の耐圧性を向上することができる流路構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の流路構造体を提供する。
【０００７】
［１］管の内側又は外側に形成され、第１の径を有する第１の流路と、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するように、前記管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の第２の流路とを備え、前記複数の第２の流路から前記第１の流路への出口部は、流体が前記第２の流路から前記第１の流路に流れたときに粒状となる構造を有する流路構造体。
【０００８】
［２］前記出口部は、前記第２の径よりも大きく開放された開放部を備えた前記［１］に記載の流路構造体。
【０００９】
［３］前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士が連結されている前記［２］に記載の流路構造体。
【００１０】
［４］前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士を仕切る仕切り部を有する前記［２］に記載の流路構造体。
【００１１】
［５］前記複数の第２の流路は、前記軸方向に沿って複数段設けられた前記［１］に記載の流路構造体。
【００１２】
［６］前記複数の第２の流路は、隣り合う前記段において前記周方向の位置が重ならないように設けられた前記［５］に記載の流路構造体。
【００１３】
［７］前記複数の第２の流路は、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐された前記［１］に記載の流路構造体。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、流路の耐圧性を向上することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、開放部を備えていない場合に比べて、第１の流路を流れる流体の影響を受けることなく、第２の流路を流れる流体を粒状にすることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、周方向において隣り合う開放部同士が連結されていない出口部を有する場合に比べて、流路構造体を形成する工程を簡素化することができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、仕切り部を有さない出口部を有する場合に比べて、粒状物同士の結合を抑制することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、複数の第２の流路が複数段設けられていない場合に比べて、第１の流路を流れる流体に第２の流路から流れた粒状物を均一に分散することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、複数の第２の流路が隣り合う段において周方向の位置が重なる場合に比べて、第２の流路を流れる流体の粘性が低い場合でも、その流体を粒状にすることができる。
【００２０】
請求項７に係る発明によれば、複数の第２の流路が第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐されていない場合に比べて、流体から粒状物に生産する際の管の単位長さ当たりの生産効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図３は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｆ）は、流路構造体の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は、開放部における分散相の流れを示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【図９】図９は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２３】
このマイクロ流体装置１は、上方の導入口３０に連続相１００が導入される第１の導入管３と、側方の導入口４０に分散相１０１が導入される第２の導入管４と、連続相１００と分散相１０１とから分散液１０２を生成する流路構造体２と、流路構造体２により生成された分散液１０２を下方の排出口５０から排出する排出管５と、流路構造体２の上面２０ａ及び下面２０ｂに第１の導入管３、排出管５をそれぞれ支持するとともに、流路構造体２の外周面２０ｃを覆うように第２の導入管４を支持するハウジング６とから構成されている。
【００２４】
ここで、分散液１０２は、分散相１０１が粒状となって連続相１００に分散した分散系（エマルション）であり、本実施の形態では、分散液１０２を生成する乳化装置として流路構造体２を用いる。
【００２５】
第１の導入管３は、例えば、内径１５００μｍの円筒形状を有し、導入口３０に導入された連続相１００を、流路構造体２の後述する貫通流路に供給する。
【００２６】
第２の導入管４は、流路構造体２の外周を覆うように設けられており、導入口４０に導入された分散相１０１を、流路構造体２の後述する複数の微細流路に供給する。
【００２７】
排出管５は、第１の導入管３と同様に、内径１５００μｍの円筒形状を有する。
【００２８】
なお、第１の導入管３、第２の導入管４及びハウジング６の周囲には、加熱用ヒータ、冷却用クーラ等の連続相１００及び分散相１０１を所定の温度に調整する温度調整部が設けられていてもよい。
【００２９】
（流路構造体）
図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。この流路構造体２は、第１の導入管３及び排出管５と同心の円管であり、その円管の内側に上面２０ａと下面２０ｂとを貫通する貫通流路（第１の流路）２１と、その円管の軸方向に沿って設けられた第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃとを備える。
【００３０】
流路構造体２の外形は、例えば、３０００μｍであり、その内径（第１の径）、すなわち、貫通流路２１の直径は、１５００μｍである。なお、貫通流路２１の断面形状は、円の他に、楕円でもよいし、多角形でもよい。
【００３１】
第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、円管の外周面２０ｃから内側の貫通流路２１に合流するように形成された複数の微細流路（第２の流路）２３と、複数の微細流路２３が貫通流路２１に合流する位置に形成された開放部（出口部）２４とが設けられている。なお、微細流路段の数は、１段又は２段でもよいし、４段以上でもよい。
【００３２】
複数の微細流路２３は、円管の壁に周方向に渡って形成されている。図２（ｂ）の例では、各微細流路段２２Ａ〜２２Ｃには、１２個の微細流路２３が、均等な間隔、すなわち、３０度（周期角度）毎にそれぞれ配置されている。そして、微細流路２３は、隣り合う微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの間では、微細流路２３の周方向の位置が重ならないように、例えば、周期角度の半分である１５度ずつずらした状態で配置されている。なお、１つの微細流路段には、微細流路２３を１１個以下又は１３個以上設けてもよい。
【００３３】
微細流路２３は、一辺の長さ（第２の径）が１５μｍの正方形の断面を有する。なお、微細流路２３の断面形状は、円形でもよいし、多角形でもよい。
【００３４】
開放部２４は、微細流路２３から貫通流路２１への出口部に設けられており、分散相１０１が微細流路２３から貫通流路２１に流れたときに粒状となる構造を有する。この流体となる粒状となる構造は、形状及び大きさにより特定される。本実施の形態では、開放部２４は、周方向において隣り合う開放部同士が連結されており、円管の内側にリング状に設けられており、開放部２４の径方向の幅は、例えば、３０μｍである。
【００３５】
また、流路構造体２は、円管の軸方向の断面に対応する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、例えば、１５μｍの厚みを有し、ＡｌＣｕ、Ａｌ，Ｎｉ、Ｃｕ等の金属や、セラミックス、Ｓｉ、誘電体等の非金属等からなる。
【００３６】
図３は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、貫通流路２１、複数の微細流路２３及び開放部２４の断面にそれぞれ相当する形状を有する。
【００３７】
第１、第３、第５及び第７の薄膜パターン２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇは、ドーナツ状の形状をそれぞれ有する。第１の薄膜パターン２Ａは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａの上壁とに相当する形状を有する。第３の薄膜パターン２Ｃは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａの下壁と、第２の微細流路段２２Ｂの上壁とに相当する形状を有する。第５の薄膜パターン２Ｅは、第２の微細流路段２２Ｂの下壁と、第３の微細流路段２２Ｃの上壁とに相当する形状を有する。第７の薄膜パターン２Ｇは、貫通流路２１と、第３の微細流路段２２Ｃの下壁とに相当する形状を有する。
【００３８】
第２の薄膜パターン２Ｂは、貫通流路２１と、第１の微細流路段２２Ａに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第４の薄膜パターン２Ｄは、貫通流路２１と、第２の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第６の薄膜パターン２Ｆは、貫通流路２１と、第３の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、第２の薄膜パターン２Ｂと、第６の薄膜パターン２Ｆとは、同一の形状である。第４の薄膜パターン２Ｄは、第２及び第６の薄膜パターン２Ｂ，２Ｆに比べて周期角度を半分ずらしたものである。
【００４０】
（製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係るマイクロ流体装置の製造方法について説明する。
【００４１】
（１）ドナー基板の作製
図４（ａ）〜（ｆ）は、流路構造体の製造工程の一例を示す模式図である。ここでは、ドナー基板２００を電鋳法を用いて作製する方法について説明する。
【００４２】
まず、所定の表面粗さを有するステンレス等からなる金属基板２００ａを準備する。次に、金属基板２００ａ上に厚膜フォトレジストを塗布し、流路構造体２の各断面形状に対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像する。これにより、各断面形状のポジネガ反転したレジストパターンを形成する。
【００４３】
次に、このレジストパターンを有する金属基板２００ａをめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない金属基板２００ａの表面にニッケルめっきを成長させる。
【００４４】
次に、レジストパターンを除去することにより、図４（ａ）に示すように、金属基板２００ａ上に、流路構造体２の各断面形状に対応した第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが形成されたドナー基板２００が得られる。なお、図４（ａ）では、第３乃至第７の薄膜パターン２Ｃ〜２Ｇを省略している。
【００４５】
なお、薄膜の形成方法としては、上記の電鋳法の他に、例えば、電子ビーム加熱蒸着法、抵抗加熱蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の真空蒸着法、スピンコート法等を用いてもよい。また、薄膜のパターニング方法としては、上記のフォトリソグラフィー法の他に、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いてもよい。
【００４６】
（２）薄膜パターンの積層
次に、図４（ａ）に示すように、ドナー基板２００を図示しない真空槽内の下部ステージ（図示せず）に配置し、ターゲット基板２０１を上部ステージ（図示せず）に配置する。
【００４７】
次に、真空槽内を排気し、高真空状態あるいは超真空状態にする。そして、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させて、ターゲット基板２０１の直下にドナー基板２００の第１の薄膜パターン２Ａを位置決めし、ターゲット基板２０１の表面、及びドナー基板２００の表面、すなわち、第１の薄膜パターン２Ａの表面をＦＡＢ(Fast Atom Beam)処理により清浄化する。ＦＡＢ処理とは、例えば、アルゴン、クリプトン、キセノン等の不活性ガスを高電圧で加速して接合面に照射し、接合面の酸化膜、不純物等を除去する処理をいう。本実施の形態では、不活性ガスとしてアルゴンを用いる。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、上部ステージを移動させてターゲット基板２０１を降下させ、ターゲット基板２０１と第１の薄膜パターン２Ａとを荷重を加えて圧接して常温接合する。そして、図４（ｃ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第１の薄膜パターン２Ａが金属基板２００ａから剥離し、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００４９】
ここで、「常温接合」とは、上記のＦＡＢ処理によって清浄化された接合面同士を常温雰囲気で接触させ、原子同士を直接結合させる接合方法をいい，表面活性化接合ともいう。常温接合（表面活性化接合）の他に、清浄化された接合面同士が拡散を生じない程度の温度（例えば、１００℃程度）で加熱して接合してもよい。
【００５０】
次に、図４（ｄ）に示すように、下部ステージを移動させ、ターゲット基板２０１の直下にドナー基板２００上の第２の薄膜パターン２Ｂを位置決めし、ターゲット基板２０１側に転写された第１の薄膜パターン２Ａの表面（金属基板２００ａに接触していた面）、及び第２の薄膜パターン２Ｂの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００５１】
次に、図４（ｅ）に示すように、上部ステージを下降させ、第１及び第２の薄膜パターン２Ａ，２Ｂを常温接合させ、図４（ｆ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第２の薄膜パターン２Ｂが金属基板２００ａから剥離し、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００５２】
そして、第３乃至第７の薄膜パターン２Ｃ〜２Ｇについても、第１及び第２の薄膜パターン２Ａ，２Ｂを転写したのと同様に、ドナー基板２００とターゲット基板２０１との位置決め、接合、離間を繰り返すことにより、ターゲット基板２０１側に転写される。
【００５３】
以上のようにして、ターゲット基板２０１上に転写された第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを上部ステージから取り外し、ターゲット基板２０１を除去することにより、第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇからなる流路構造体２が作製される。
【００５４】
（３）マイクロ流体装置の組み付け
上記のようにして作製された流路構造体２に対して、図１に示すように、その上側に第１の導入管３、その下側に排出管５、その周囲に第２の導入管４をそれぞれ配置して、ハウジング６によりそれらを固定することにより、マイクロ流体装置１が製造される。
【００５５】
（マイクロ流体装置の動作）
次に、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１の動作について説明する。まず、第１の導入管３に設けられた導入口３０に連続相１００が導入されると、その連続相１００は、第１の導入管３の内部を流れて、流路構造体２の貫通流路２１に流入する。
【００５６】
また、第２の導入管４に設けられた導入口４０に分散相１０１が導入されると、その分散相１０１は、第２の導入管４の内部を流れることにより、流路構造体２の外周面２０ｃ全体に行き渡り、その分散相１０１は、外周面２０ｃに設けられた各微細流路２３に流入する。
【００５７】
そして、微細流路２３に流入した分散相１０１は、流路構造体２の内側方向に向かって流れ、微細流路２３から開放部２４に流れ込む。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｃ）は、開放部における分散相の流れを示す模式図である。開放部２４に流れ込んだ分散相１０１の界面は、図５（ａ）に示すように、微細流路２３から開放部２４に円弧状に膨らんだ状態となる。
【００５９】
そして、開放部２４の断面積は、微細流路２３の断面積よりも広いことから、分散相１０１の界面は、図５（ｂ）に示すように、その円弧状の径方向に拡散するとともに、その拡散により開放部２４ではくびれ部１０１ｂが形成される。
【００６０】
そして、分散相１０１の拡散がさらに進むと、図５（ｃ）に示すように、くびれ部１０１ｂが切断されて、液滴１０１ａが生成される。
【００６１】
上記のようにして、各微細流路２３から分散相１０１の液滴１０１ａが次々に生成され、その液滴１０１ａが貫通流路２１を流れる連続相１００に合流することにより、連続相１００に液滴１０１ａが分散された分散液１０２が、排出管５の排出口５０から排出される。
【００６２】
（実施例１）
次に、本発明の実施例１について説明する。この実施例１で用いたマイクロ流体装置１は、外径３０００μｍ、内径１５００μｍの流路構造体２を有し、流路構造体２には、３つの微細流路段２２Ａ〜２２Ｃが設けられている。そして、微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、一辺１５μｍの正方形の微細流路２３が、約１００μｍ間隔で４７個配置されており、流路構造体２全体では、合計１４７個の微細流路２３が配置されている。また、流路構造体２には、幅３０μｍの開放部２４が設けられている。
【００６３】
上記のマイクロ流体装置１において、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１としてシリコーンオイルを流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約４０μｍのシリコーンオイル分散液が、１１７０個／秒で排出管５から排出された。
【００６４】
また、上記のマイクロ流体装置１において、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１としてポリエステル前駆体を流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約３５μｍのポリエステル分散液が、１１７０個／秒で排出管５から排出された。
【００６５】
ここで、ポリエステル前駆体とは、重合トナーの原料となる物質であり、例えば、大豆油３４ｇ、イソフタル酸２５ｇ、無水トリメリット酸９ｇ、トリメチロールプロパン３１ｇ、ジブチル酸化錫０．０２ｇの混合液を、摂氏２００度の窒素気流下で重縮合反応させて生成したものである。
【００６６】
（比較例）
比較例として、上記した特許文献１に記載されたマイクロスフィアの製造装置であって、貫通孔の形状が９．５μｍ×２３μｍ、その数が３６個配置されたものを用いた。
【００６７】
このマイクロスフィアの製造装置において、連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、分散相１０１としてシリコーンオイルを流量０．００３３ｍｌ／分で導入した。その結果、シリコーンオイル分散液が、１００個／秒で作製された。なお、分散相１０１の流量をこれ以上高速にした場合には、このマイクロスフィアの製造装置では、分散相１０１のリークや、製造装置の破損等が発生する可能性がある。
【００６８】
［第２の実施の形態］
本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、隣り合う微細流路２３から開放部２４に流れた分散相１０１が開放部２４で結合するのを防ぐように、開放部２４が仕切られた流路構造体を備え、その他は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００６９】
図６（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。この流路構造体２は、第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃを有し、その第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、第１の実施の形態と同様の貫通流路２１、複数の微細流路２３及び開放部２４の他に、隣り合う微細流路２３から流れた分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられている。仕切り部２５の幅は、例えば、１０μｍである。
【００７０】
また、流路構造体２は、第１の実施の形態と同様に、第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。第１、第３、第５及び第７の薄膜パターン２Ａ，２Ｃ，２Ｅ，２Ｇは、第１の実施の形態と同様の断面形状を有する。第２、第４、第６の薄膜パターン２Ｂ，２Ｄ，２Ｆは、貫通流路２１と、１２個の微細流路２３の側壁と、仕切り部２５に相当する形状を有する。
【００７１】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００７２】
上記構成において、第１の導入管３に導入された連続相１００は、貫通流路２１に流入するとともに、第２の導入管４に導入された分散相１０１は、各微細流路２３に流入する。そして、各微細流路２３に流入した分散相１０１は、開放部２４に流れ込むと、仕切り部２５により隣り合う微細流路２３との間が仕切られた状態で液滴１０１ａが生成され、その液滴１０１ａが貫通流路２１を流れる連続相１００と合流することにより、分散液１０２が排出管５から排出される。
【００７３】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２では、上記の実施例１と同様の構成を有するマイクロ流体装置１を用いて、第１の導入管３に連続相１００として水を流量０．１ｍｌ／分で導入し、第２の導入管４に分散相１０１として空気を流量０．０１ｍｌ／分で導入した。その結果、粒径約４５μｍの気泡分散液が、６７０個／秒で排出管５から排出された。
【００７４】
［第３の実施の形態］
第１の実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、流路構造体２の外側から内側に向かって分散相１０１を流し、流路構造体２の内側を流れる連続相１００に分散相１０１を合流させた。これに対し、本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、流路構造体２の内側から外側に向かって分散相１０１を流し、流路構造体２の外側を流れる連続相１００に分散相１０１を合流させるものである。
【００７５】
図７（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るマイクロ流体装置の一例を示す斜視図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。このマイクロ流体装置１は、側方の導入口７０から連続相１００が流入されるとともに、分散液１０２を下方の排出口７１から排出する導入排出管７と、上方の導入口８０から分散相１０１が流入される導入管８と、連続相１００と分散相１０１とから分散液１０２を生成する流路構造体２と、流路構造体２の上面２０ａに導入管８を支持するとともに、流路構造体２の外周面２０ｃ及び下面２０ｂを覆うように導入排出管７を支持するハウジング６とから構成されている。
【００７６】
導入排出管７は、流路構造体２の外周を覆うように設けられており、導入口８０に導入された連続相１００を、流路構造体２の外周面２０ｃと導入排出管７とにより形成された外側流路（第１の流路）２８に供給する。また、導入管８は、導入口８０に導入された分散相１０１を、流路構造体２の後述する中央流路に供給する。
【００７７】
（流路構造体）
図８（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。この流路構造体２は、円管の内側に下面２０ｂを貫通せずに上面２０ａから底部２７まで設けられた中央流路２６と、その円管の軸方向に沿って設けられた第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃとを備える。
【００７８】
第１乃至第３の微細流路段２２Ａ〜２２Ｃの各々には、円管の内側の中央流路２６から外側の外側流路２８に合流するように、円管に周方向に渡って形成された複数の微細流路（第２の流路）２３と、複数の微細流路２３が貫通流路２１に合流する位置に形成された開放部（出口部）２４とが設けられている。
【００７９】
また、流路構造体２は、第１の実施の形態と断面形状が一部異なる第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇが積層されて形成されている。
【００８０】
図９は、第１乃至第７の薄膜パターンの一例を示す平面図である。第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇは、中央流路２６、複数の微細流路２３、開放部２４及び底部２７の断面にそれぞれ相当する形状を有する。
【００８１】
第１の薄膜パターン２Ａは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａの上壁とに相当する形状を有する。第３の薄膜パターン２Ｃは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａの下壁と、第２の微細流路段２２Ｂの上壁とに相当する形状を有する。第５の薄膜パターン２Ｅは、第２の微細流路段２２Ｂの下壁と、第３の微細流路段２２Ｃの上壁とに相当する形状を有する。第７の薄膜パターン２Ｇは、底部２７に相当する形状を有する。
【００８２】
第２の薄膜パターン２Ｂは、中央流路２６と、第１の微細流路段２２Ａに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第４の薄膜パターン２Ｄは、中央流路２６と、第２の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。第６の薄膜パターン２Ｆは、中央流路２６と、第３の微細流路段２２Ｃに配置された１２個の微細流路２３の側壁とに相当する形状を有する。
【００８３】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００８４】
上記構成において、導入排出管７の導入口７０に導入された連続相１００は、外側流路２８に流入する。また、導入管８の導入口８０に導入された分散相１０１は、中央流路２６を介して各微細流路２３に流入する。次に、各微細流路２３に流入した分散相１０１は、流路構造体２の外側に設けられた開放部２４に流れ込むことにより、分散相１０１の液滴１０１ａが生成される。そして、その液滴１０１ａが外側流路２８に流入した連続相１００と合流することにより、導入排出管７の排出口７１から排出される。
【００８５】
［第４の実施の形態］
本実施の形態に係るマイクロ流体装置１は、微細流路２３が中央流路２６に合流するまでに複数の流路に分岐されるとともに、隣り合う２つの微細流路２３から流入された分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられた流路構造体２を備え、その他は、第３の実施の形態と同様に構成されている。
【００８６】
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係る流路構造体の構成例を示す拡大断面図である。この流路構造体２は、第３の実施の形態と同様の開放部２４、中央流路２６及び底部２７の他に、Ｙ字状の分岐流路２９と、隣り合う微細流路２３から流れた分散相１０１を仕切る仕切り部２５とを備える。
【００８７】
分岐流路２９は、中央流路２６に接続された入口流路２９０と、入口流路２９０が２つに分岐されて開放部２４に接続された２つの出口流路２９１とを有する。なお、分岐流路２９は、１つの入口流路２９０が３つ以上の出口流路２９１に分岐されていてもよい。
【００８８】
マイクロ流体装置１の製造方法は、（１）ドナー基板の作製において、上記の断面形状を有する第１乃至第７の薄膜パターン２Ａ〜２Ｇを形成する点が異なり、（２）薄膜パターンの積層、（３）マイクロ流体装置の組み付けについては、第１の実施の形態と同様のため、詳細な説明を省略する。
【００８９】
上記構成において、導入排出管７の導入口７０に導入された連続相１００は、流路構造体２の外周面２０ｃに到達する。また、導入管８の導入口８０に導入された分散相１０１は、流路構造体２の中央流路２６を介して各分岐流路２９に流入する。
【００９０】
次に、各分岐流路２９の入口流路２９０に流入した分散相１０１は、流路構造体２の外側に向かって流れると、２つの出口流路２９１により２分岐されて開放部２４に流れ込むことにより、分散相１０１の液滴１０１ａが生成される。そして、その液滴１０１ａが外周面２０ｃに到達した連続相１００と合流することにより、導入排出管７の排出口７１から排出される。
【００９１】
以上、第４の実施の形態に係る流路構造体について、第３の実施の形態と同様に構成されている場合を例に説明したが、第１の実施の形態又は第２の実施の形態における流路構造体２が、微細流路２３が貫通流路２１に合流するまでに複数の流路に分岐されるとともに、隣り合う２つの微細流路２３から流入された分散相１０１を仕切る仕切り部２５が設けられた構造であってもよい。
【００９２】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々に変形実施が可能である。例えば、上記各実施の形態では、複数の薄膜パターンを積層して流路構造体を作製したが、流路構造体の他に、第１及び第２の導入管及び排出管の断面に対応する薄膜パターンを形成して、流路構造体とともに第１及び第２の導入管及び排出管を一体化した構造体として製作してもよい。
【００９３】
また、上記各実施の形態におけるマイクロ流体装置は、顔料、塗料、食用油等の各種の分散系の生成に用いることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…マイクロ流体装置、２…流路構造体、２Ａ〜２Ｇ…薄膜パターン、３…第１の導入管
４…第２の導入管、５…排出管、６…ハウジング、７…導入排出管、８…導入管、２０ａ…上面、２０ｂ…下面、２０ｃ…外周面、２１…貫通流路、２２Ａ〜２２Ｃ…微細流路段、２３…微細流路、２４…開放部、２５…仕切り部、２６…中央流路、２７…底部、２８…外側流路、２９…分岐流路、３０…導入口、４０…導入口、５０…排出口、７０…導入口、７１…排出口、８０…導入口、１００…連続相、１０１…分散相、１０１ａ…液滴、１０１ｂ…くびれ部、１０２…分散液、２００…ドナー基板、２００ａ…金属基板、２０１…ターゲット基板、２９０…入口流路、２９１…出口流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内側又は外側に形成され、第１の径を有する第１の流路と、
前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するように、前記管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の第２の流路とを備え、
前記複数の第２の流路から前記第１の流路への出口部は、流体が前記第２の流路から前記第１の流路に流れたときに粒状となる構造を有する流路構造体。
【請求項２】
前記出口部は、前記第２の径よりも大きく開放された開放部を備えた請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士が連結されている請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士を仕切る仕切り部を有する請求項２に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記複数の第２の流路は、前記軸方向に沿って複数段設けられた請求項１に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記複数の第２の流路は、隣り合う前記段において前記周方向の位置が重ならないように設けられた請求項５に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記複数の第２の流路は、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐された請求項１に記載の流路構造体。
【請求項１】
管の内側又は外側に形成され、第１の径を有する第１の流路と、
前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するように、前記管に周方向に渡って形成され、前記第１の径よりも小さい第２の径を有する複数の第２の流路とを備え、
前記複数の第２の流路から前記第１の流路への出口部は、流体が前記第２の流路から前記第１の流路に流れたときに粒状となる構造を有する流路構造体。
【請求項２】
前記出口部は、前記第２の径よりも大きく開放された開放部を備えた請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士が連結されている請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記出口部は、前記周方向において隣り合う開放部同士を仕切る仕切り部を有する請求項２に記載の流路構造体。
【請求項５】
前記複数の第２の流路は、前記軸方向に沿って複数段設けられた請求項１に記載の流路構造体。
【請求項６】
前記複数の第２の流路は、隣り合う前記段において前記周方向の位置が重ならないように設けられた請求項５に記載の流路構造体。
【請求項７】
前記複数の第２の流路は、前記管の外側又は内側から前記第１の流路に合流するまでに複数の流路に分岐された請求項１に記載の流路構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２０１３３６（Ｐ２０１０−２０１３３６Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４９４７６（Ｐ２００９−４９４７６）
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３日（２００９．３．３）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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