送液装置、分級装置及び分級方法
【課題】置換流による粒子の沈降が抑制された送液装置を提供すること。分級精度が高い分級装置及び分級方法を提供すること。
【解決手段】微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置。
【解決手段】微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送液装置、分級装置及び分級方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロオーダーを代表とする微細流路を用いた、化学工学単位操作が注目されている。微細流路を用いる場合、流体は層流となり、乱れがないため、粒子の堆積や流路閉塞を避ける一般的な方法としては、分散媒体を粒子の密度と同じものを使用することが挙げられる。この方法を用いれば、粒子は沈降することはないので、堆積、閉塞を防ぐことが可能となる。
特許文献１にあるように、重力方向に分散媒体を送液する方法が提案されている。また、略水平方向に送液する方法としては、特許文献２において、粒子を含まない流体を別途送液する方法が提案されている。
特許文献３では、湾曲形状の流路を持つマイクロチャネル装置により遠心力を発生させ、粒子を分離することが提案されている。粒子は遠心力により湾曲の外側に移動するが、同時に遠心力はディーン渦という渦を発生させ、微粉はそのディーン渦に運ばれ湾曲内部に移動するが、粗粉はそのまま湾曲外部にとどまるため分離が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１９４０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６５２０号公報
【特許文献３】特開２００４−３３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、置換流による粒子の沈降が抑制された送液装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとするもう１つの課題は、分級精度が高い分級装置及び分級方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記課題は、以下の＜１＞、＜５＞及び＜６＞に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である＜２＞〜＜４＞とともに以下に記載する。
＜１＞微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置、
＜２＞前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである、＜１＞に記載の送液装置、
＜３＞前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである、＜１＞又は＜２＞に記載の送液装置、
＜４＞前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンである、＜１＞〜＜３＞いずれか１つに記載の送液装置、
＜５＞＜１＞〜＜４＞いずれか１つに記載の送液装置を含むことを特徴とする、分級装置、
＜６＞＜５＞に記載の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする分級方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記＜１＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、置換流による粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜２＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜３＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜４＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜５＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、分級精度の高い、分級装置が提供される。
上記＜６＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、分級精度の高い、分級方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】粒径の異なる粒子の沈降の様子を示す模式図である。
【図２】粒子の挙動の一例を示す模式図である。
【図３】置換流及び上昇流を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図５】第１の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。
【図６】第１の実施形態における上昇流の模式図である。
【図７】第１の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図８】本実施形態に好適に使用できる送液装置の製造方法の一実施態様を示す製造工程図である。
【図９】第１の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１０】第２の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図１１】第２の実施形態における上昇流の模式図である。
【図１２】第２の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図１３】第２の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１４】第３の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図１５】第３の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。
【図１６】第３の実施形態における下降流及び上昇流の模式図である。
【図１７】第３の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図１８】第３の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１９】本実施形態の分級装置及び分級方法の概念説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする。
なお、本実施形態において、粒子を含む粒子分散液は、粒子の比重が、該粒子分散液の分散媒の比重よりも大きく、粒子分散液中で粒子が沈降する。以下、適宜図面を参照しながら、本実施形態の送液装置について詳述する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、同一の符号は同一の対象を表す。また、以下の説明において、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」の記載は、特に断りのない限り「Ａ以上Ｂ以下」を意味し、端点であるＡ及びＢを含む数値範囲を意味する。
【０００９】
流体中を沈降する粒子の終末速度（重力と抵抗力が釣合った時の速度）は、下記のようなストークスの式で表される。
【００１０】
【数１】
（ｖs：粒子の終末速度、Ｄp：粒子径、ρp：粒子の密度、ρf：流体の密度、ｇ：重力加速度、η：流体の粘度）
【００１１】
図１に示すように、水平方向に流体を速度ＶHで流しながら粒子を沈降させれば、粒径の異なる粒子は、終末速度Ｖ1、Ｖ2に応じた距離ｈ1、ｈ2だけ垂直方向に分離される。しかしながら、粒子の沈降に伴い二次流（置換流）が発生する。これは上記ストークスの式に依存する分級に対して外乱となり、分級の精度が落ちたり、分級効率が低下したりする。
【００１２】
粒子が重力により沈降すると、それまで粒子が存在した体積を埋めるために、流体が移動する。この粒子の沈降による流体の移動を置換流と呼ぶ。粒子濃度が十分に薄い場合には、粒子の隙間から流体が移動するため、その影響はほとんどない。一方、粒子の濃度が高くなると、粒子間の距離が近くなるため、粒子濃度が十分に薄い場合ほど流体は粒子の間を移動することができず、粒子がある程度密集した状態で沈降するため置換流が発生する。その結果、ストークスの式から算出される終末沈降速度以上の流速で粒子の沈降が生じるものと考えられる。
【００１３】
置換流の影響は、粒子が側壁から離れている場合と、側壁近傍まで存在する場合とでは、その挙動が異なる。
図２（Ａ）に示すように、粒子が側壁から離れており流路幅の中央部に存在する場合、粒子が下方へ沈降すると、図２（Ｂ）に示すように、流体は粒子が存在した体積を埋めるように粒子の横側から流れ込み、中央付近では沈降方向、側壁近傍では沈降方向の逆向きに置換流が発生し、渦が形成される。すなわち、置換流は流路中央を下方へ、流路側壁近傍を上方へ流れる。その結果、粒子には置換流による下方への力がかかる。ストークスの式では、粒子に下向きに働く重力と、上向きの力を及ぼす抵抗力及び浮力との釣り合いによって終末速度が決定されるが、粒子に下向きに置換流の影響が及ぶため、終末速度以上の速度での沈降が認められる。
【００１４】
本実施形態の送液装置は、隔壁又は流路内壁に置換流を抑制するための開口又は溝を有し、置換流を打ち消す方向の渦を発生させる。すなわち、図２（Ｂ）及び図３（Ａ）に示すような置換流に対して、図３（Ｂ）に示すような置換流と逆向きとなる流れを発生させることにより置換流を打ち消す。これにより上記置換流は低減するので、安定した沈降速度が得られる。
また、本実施形態の送液装置は、二重底構造を採用しており、閉塞の原因となる粗粉は最下段の流路に落ちるため、上段の流路では閉塞が発生しにくく、また不要な粗粉により流れが乱されることがない。置換流が抑制された流路の出口に複数の取り出し口（排出口）を設け、粒径の違いに応じた粒子を取り出すことにより、分級精度や分級効率が改善された分級装置を提供できる。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の送液装置を例に、本実施形態の送液装置について説明する。
第１の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである送液装置である。
【００１６】
図４は第１の実施形態の送液装置の斜視図である。
第１の分割流路２と第２の分割流路３との間をＶ字型の開口を有する隔壁４が仕切っている。輸送液Ｂは微小流路１全体に送液されるが、主に第１の分割流路２から矢印のように導入される。
図５は上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路２に導入された輸送液Ｂのうち隔壁４近傍の輸送液Ｂは、図５中の曲線状の矢印のように、Ｖ字型の隔壁の側面に衝突し、その傾斜のため微小流路の側壁側から内側方向に向きを変える。その結果、両側壁側から中央部に集まってきた流体は行き場を失い、第１の分割流路２の中央部において上昇流Ｃを引き起こす。
この上昇流Ｃは、図６のように微小流路１の天井部分に衝突し、左右に分かれ、さらに微小流路１の両側壁近傍においては下降流となる。これら上昇流と下降流とは、図２（Ｂ）に示すような微小流路中央部付近に粒子を供給した場合に生じる前記置換流と全く逆方向であるため、構造や流速等の送液条件を適切に設計すれば、置換流と上昇流とで相殺することが可能となる。
【００１７】
（微小流路）
本実施形態の送液装置は、微小流路（以下、「チャネル」ともいう。）を有する。
本実施形態において、前記微小流路はマイクロ流路であることが好ましい。マイクロスケールの流路は寸法及び流速がいずれも小さい。
【００１８】
本実施形態において、微小流路内におけるレイノルズ数は２，３００以下であることが好ましい。すなわち、本実施形態の送液装置内においては、通常の送液のような乱流支配ではなく、層流支配であることが好ましい。
ここで、レイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式で表されるものであり、２，３００以下のとき層流支配となる。
Ｒｅ＝ｕＬ／ν （ｕ：流速、Ｌ：代表長さ、ν：動粘性係数）
本実施形態において、レイノルズ数は５００以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましく、１０以下であることがさらに好ましい。レイノルズ数が５００以下であると、粒子の沈降速度の制御が容易であるため好ましい。
【００１９】
層流支配の場合、粒子分散液中の粒子が分散媒体である媒体液体より重い場合、粒子は媒体液体中を沈降する。その際の沈降速度は粒子の比重、粒径によって異なる。本実施形態においては、この沈降速度差を利用して粒子を分級してもよい。特に粒子の粒径が異なる場合、沈降速度が粒径の２乗に比例し、粒径が大きい粒子ほど急速に沈降するため、粒径が異なる粒子の分級に適している。
一方、微小流路の流路径が大きく、粒子分散液が乱流となる場合は、粒子の沈降位置が変化してしまうため、基本的に分級はできない。ここで、輸送液が同時に送液される場合には、粒子分散液及び輸送液の双方が層流にて送液路を送液されることが好ましい。
【００２０】
微小流路を流体の流れ方向に対して垂直に切断した場合の微小流路の断面形状は正方形及び長方形を含む矩形が好ましい。
また、微小流路の流体の送液方向の形状は、直線状であることが好ましく、湾曲や屈折する部分を含まないことが好ましい。
【００２１】
第１の実施形態の送液装置における各部位の好ましい形状等について図７を参照して説明する。図７は第１の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。ここで、図７（Ａ）は微小流路及び隔壁を上面から見た平面図、図７（Ｂ）は微小流路のＡ−Ａ’断面図を示す。
微小流路の幅Ｗ1は、０．０１〜３０ｍｍが好ましく、０．１〜１０ｍｍがより好ましく、０．２〜１ｍｍがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、層流が形成されやすく、粒子の沈降の制御が容易であるため好ましい。
微小流路の高さについては、第１の分割流路の高さｈ1、隔壁の厚さｄ1、第２の分割流路の高さｈ1’の合計により確定し、それぞれの好ましい範囲については、後述する。
粒子分散液供給口から排出口までの流路長さＬ1は、５〜２００ｍｍが好ましく、１０〜１００ｍｍがより好ましく、２０〜３０ｍｍがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、高い分級効率が得られるため好ましい。
【００２２】
（輸送液供給口）
本実施形態の送液装置は、微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口を有する。
輸送液供給口は微小流路に輸送液を供給するものであり、少なくとも第１の分割流路に輸送液を供給すればよいが、微小流路全体に輸送液を供給するものが好ましい。特に第１の実施形態においては、隔壁の側面に輸送液が衝突して上昇流を発生させるため、微小流路全体に輸送液を供給し、隔壁の側面に輸送液を衝突させることが好ましい。また、第２の分割流路に蓄積した粗粉により、流路の詰まりが生じた場合に、第２の分割流路のみを洗浄するための洗浄液供給口を第２の分割流路に設けてもよい。輸送液は分級目的の粒子を含まない液体であり、後述する粒子分散液の媒体液体と輸送液とが同じ液体であることが好ましい。
【００２３】
（隔壁）
本実施形態の送液装置は、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁を有する。微小流路を上下に隔てるとは、鉛直方向の上下に隔てるという意味である。隔壁は前記微小流路内に流体の流れ方向に形成されており、具体的には微小流路の上面と隔壁の上面とが平行に形成されていることが好ましい。
また、隔壁には開口が形成されている。隔壁に開口を形成することにより、粒子分散液に含まれる沈降速度の速い粗粉を通過させ、第２の分割流路に粗粉を分離することができる。このことにより微小流路全体の詰まりを防止することができる。
図７（Ｂ）における隔壁の厚さｄ1は、第１の分割流路の高さｈ1との比ｄ1／ｈ1において０．１〜０．５が好ましく、０．２〜０．３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
なお、第１の実施形態においては、図４〜図６に示すように、隔壁４に形成された開口自体が、上昇流を発生させるパターンとなっている。
【００２４】
（分割流路）
本実施形態の送液装置は、隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路とを有する。図７を参照して各分割流路の好ましい寸法について説明する。
前記第１の分割流路及び第２の分割流路の幅は、微小流路の幅Ｗ1と同一であり、好ましい範囲も同様である。
第１の分割流路の高さｈ1は、微小流路の幅との比ｈ1／Ｗ1において、０．１〜１０が好ましく、０．５〜２．０がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、十分な沈降長を確保できるためであるため好ましい。
第２の分割流路の高さｈ1’は、隔壁の厚さｄ1との比ｈ1’／ｄ1において、０．５〜３．０が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、想定される粗粉を効率よく分離できるため好ましい。
【００２５】
（パターン）
本実施形態において、微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れ（上昇流）を発生させるパターンが形成されている。
例えば、比重１．２、粒径１０μｍの粒子の水中での沈降速度はストークスの式から１×１０-5ｍ／ｓ程度である（２０℃）。高濃度の粒子分散液の場合、粒子の沈降に対して、その粒子の存在した体積を埋めるように流体が移動する置換流の効果により、実際には上記の流速よりも速い速度で沈降する。したがって、置換流に応じた上昇流の速度の設定が必要となる。特定のパターンにおいて、上昇流の流速は、輸送液の流速に応じて変化するため、輸送液の流速を調整することにより上昇流の速度が調整される。
【００２６】
第１の実施形態においては、前記上昇流を発生させるパターンが隔壁に形成されている。パターンは、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンとなっている。ここで、図７を参照して、第１の実施形態におけるパターンについて説明する。
Ｖ字の中央部の角度θ1は、８０〜１４０度が好ましく、１００〜１２０度がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
Ｖ字の流れ方向の幅ｌ1は、隔壁の厚さｄ1との比ｌ1／ｄ1において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。
Ｖ字間のピッチｐ1は、Ｖ字の流れ方向の幅ｌ1との比ｐ1／ｌ1において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
【００２７】
（粒子分散液供給口）
本実施形態の送液装置は、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給するための粒子分散液供給口を有する。粒子分散液供給口の大きさ、形状は粒子分散液を供給できるものであればよく、特に限定されない。粒子分散液供給口の位置は、上昇流が発生している箇所に粒子を供給する必要があることから、上昇流を発生させるパターンの最上流側よりも下流側であることが好ましい。
【００２８】
次に、粒子分散液について説明する。本実施形態の分級装置及び分級方法は、粒子の沈降を利用したものであることから、粒子分散液中の粒子の比重は、粒子分散液の分散媒体である媒体液体及び輸送液の比重よりも大きい。
粒子の体積平均粒子径は、０．１〜１，０００μｍであることが好ましく、０．１〜５００μｍであることがより好ましく、０．１〜２００μｍであることがさらに好ましく、０．１〜５０μｍであることが特に好ましい。上記の数値の範囲内であると、流路詰まりが生じにくく、沈降速度が適当であり、流路底面への堆積、流路の閉塞が抑制される。また、流路内壁面との相互作用が生じにくく、付着が生じにくい。
【００２９】
粒子の形状は特に限定されないが、針状で、特に長軸が流路幅の１／４より大きくなると詰まりの可能性が高くなる場合がある。このような観点から、粒子の長軸長と短軸長との比（長軸長／短軸長）は、１〜５０の範囲が好ましく、１〜２０の範囲がより好ましい。なお、粒径、粒子形状に合わせて、適宜流路幅を選択することが好ましい。
【００３０】
粒子の種類としては、高分子粒子、顔料のごとき有機物の結晶あるいは凝集体、無機物の結晶あるいは凝集体、金属粒子、あるいは金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物のごとき金属化合物の粒子などである。
【００３１】
前記高分子粒子としては、具体的には、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン−メタクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、セルロース系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、カゼイン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、変性塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アルキッド樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂等の粒子が挙げられる。
【００３２】
また、前記金属あるいは金属化合物の粒子としては、カーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、あるいはその合金、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、酸化鉄等の金属酸化物やこれらの化合物、窒化ケイ素などの金属窒化物などやそれらを組み合わせた粒子が挙げられる。
【００３３】
これら粒子の製法は多岐に渉るが、合成により媒体液体中で粒子を作製し、そのまま粒子の分級を行う場合が多い。塊状物を機械的に解砕して作製した粒子を媒体液体中に分散し分級する場合もある。この場合は、媒体液体中で解砕することが多く、この場合はそのまま分級される。
【００３４】
一方、乾式で作製された粉体（粒子）を分級する場合には、予め、媒体液体に分散しておく必要がある。媒体液体中に乾燥粉体を分散させる方法としては、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ボールミル、ダイノーミル、高圧ホモジナイザー、超音波分散機、コボールミル、ロールミル等が挙げられるが、この際、分散によって１次粒子が粉砕されない条件で行なうことが好ましい。
【００３５】
前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１〜２０であることが好ましく、０．０５〜１１であることがより好ましく、０．０５〜４であることがさらに好ましい。前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１以上であると、粒子沈降が良好であるので好ましい。一方、２０以下であると、粒子の搬送が容易であるので好ましい。
【００３６】
媒体液体としては、上述のように、前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１〜２０のものであれば好ましく用いることができ、例えば、水、あるいは水系媒体、有機溶剤系媒体などが挙げられる。
【００３７】
前記水としては、イオン交換水、蒸留水、電解イオン水などが挙げられる。また、前記有機溶剤系媒体としては、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ベンジルアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸ｎ−ブチル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、クロルベンゼン、トルエン、キシレンなど、及びこれらの２種以上の混合物が挙げられる。
【００３８】
好ましい媒体液体は前記粒子の種類によって異なる。前記粒子の種類別の好ましい前記媒体液体としては、高分子粒子（一般的に比重が１．０５〜１．６程度である。）と組み合わされる媒体液体として、粒子を溶解させない水系、アルコール類、キシレンなどの有機溶媒、酸あるいはアルカリ水などが好ましく挙げられる。
また、金属あるいは金属化合物の粒子（一般的に比重が２〜１０程度である。）と組み合わされる媒体液体としては、金属などを酸化、還元などで侵さない水、アルコール類、キシレンなどの有機溶媒、あるいは油類が好ましく挙げられる。
【００３９】
より好ましい粒子と媒体液体との組み合わせとしては、高分子粒子と水系媒体との組み合わせ、金属あるいは金属化合物と低粘度油性媒体との組み合わせが挙げられ、この中でも高分子粒子と水系媒体との組み合わせが特に好ましい。
好ましい粒子と媒体液体との組み合わせとしては、スチレン−アクリル樹脂系粒子と水系媒体、スチレン−メタクリル樹脂系粒子と水系媒体、ポリエステル樹脂系粒子と水系媒体が挙げられる。
【００４０】
また、前記粒子分散液における粒子の含有率は、０．１〜４０体積％であることが好ましく、１〜２５体積％であることがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく精度の高い分級が可能であるため好ましい。また、粒子の回収が容易であり、流路詰まりが抑制される。特に本実施形態においては、従来送液が困難であった比較的粒子濃度の高い粒子分散液を使用した場合であっても、沈降による粒子の堆積が抑制される。
【００４１】
粒子の体積平均粒径は、下記粒径（５μｍ以下）の場合を除き、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター（株）製）を用いて測定した値である。この場合、粒子の粒径レベルにより、最適なアパーチャーを用いて測定する。
粒子の粒径が５μｍ以下の場合は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９２０、（株）堀場製作所製）を用いて測定する。
また、前記粒子の比重は、気相置換法（ピクノメータ法）により、湯浅アイオニクス（株）製ウルトラピクノメータ１０００を用いて測定される。
さらに、前記媒体液体の比重は、エーアンドディー社の比重測定キットＡＤ−１６５３を用いて測定される。
【００４２】
（排出口）
本実施形態の送液装置は、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口を有する。
第１の分割流路には少なくとも１つの排出口が形成されており、分級を目的とする粒子の種類により複数設けてもよい。
第２の分割流路にも少なくとも１つの排出口が形成されており、隔壁の開口を通過した粗粉を回収する。
【００４３】
（送液装置の製造方法）
本実施態様の送液装置に用いられる材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、粒子分散液の流動性を高くするものであることが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、セラミックス（シリコン等）、ガラス（石英等）など一般的に用いられているものが使用可能であり、送液する媒体液体等により、適宜選択することが好ましい。また、プラズマＣＶＤ方などの表面改質処理を行って、ＳｉＮ4、ＳｉＮ2、Ａｌ2Ｏ3などの皮膜を分級装置の構成材料の表面に形成して、耐食性、流動性を向上させることもできる。
【００４４】
分級装置を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザ加工法、イオンビーム加工法、及びダイヤモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いる機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。一般的に、マイクロデバイス（微小流路装置）としては、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の部材を微細放電加工して微細流路を形成することが多いが、使用する材質に応じた加工方法で加工することが好ましい。
【００４５】
部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００４６】
本実施形態の送液装置を製造する際、接合技術を用いることができる。通常の接合技術は大きく固相接合と液相接合に分けられ、一般的に用いられている接合方法としては、固相接合として圧接や拡散接合、液相接合として溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等が代表的な接合方法として挙げられる。
【００４７】
さらに、接合に際しては高温加熱による材料の変質や変形による流路等の微小構造体の破壊を伴わない寸法精度を保った高度に精密な接合方法が望ましく、その技術としてはシリコン直接接合、陽極接合、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ水溶液を用いた接合、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合、ボイドフリー接合、拡散接合などが挙げられる。
【００４８】
送液装置の製造方法としては、パターン部材（薄膜パターン部材）を積層して形成する製造方法が好ましい。なお、パターン部材の厚さは特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましく、１０〜３００μｍであることがより好ましい。
本実施形態の分級装置は、所定の二次元パターンが形成されたパターン部材が積層されて形成された送液装置であることが好ましく、パターン部材の面同士が直接接触して接合された状態で積層されていることがより好ましい。
送液装置の水平方向、又は、鉛直方向の各断面形状に対応した複数のパターン部材を積層することにより、簡便に送液装置を形成することができるので好ましい。
【００４９】
本実施形態の送液装置の好ましい製造方法としては、（ｉ）第１の基板上に目的とする送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材を形成する工程（ドナー基板作製工程）、及び、（ii）前記複数のパターン部材が形成された前記第１の基板と第２の基板との接合及び離間を繰り返すことにより前記第１の基板上の前記複数のパターン部材を前記第２の基板上に転写する工程（接合工程）を含む製造方法が例示でき、例えば、特開２００６−１８７６８４号公報に記載の製造方法を参照できる。第１の実施形態の送液装置の製造方法についてさらに詳述する。
【００５０】
〔ドナー基板作製工程〕
本実施形態において、ドナー基板は電鋳法を用いて作製することが好ましい。ここで、ドナー基板とは、第１の基板上に目的とする分級装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材が形成された基板である。第１の基板は、金属、セラミックス又はシリコンから形成されていることが好ましく、ニッケル等の金属が好適に使用できる。
まず、第１の基板５００としてステンレス基板を準備し、第１の基板５００上に厚膜フォトレジストを塗布し、作製する送液装置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して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。次に、このレジストパターンを有する基板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の表面に例えばニッケルめっきを成長させる。パターン部材は電鋳法を用いて、金、銅、又はニッケルにより形成されていることが好ましい。
次に、レジストパターンを除去することにより、第１の基板上に送液装置の各断面形状に対応したパターン部材を形成する。
【００５１】
〔接合工程〕
接合工程とは、複数のパターン部材が形成された前記第１の基板（ドナー基板）と第２の基板（ターゲット基板）との接合及び離間を繰り返すことにより前記ドナー基板上の前記複数のパターン部材を前記ターゲット基板上に転写する工程である。接合は、常温接合又は表面活性化接合により行われることが好ましい。
図８（ａ）から（ｆ）は、本実施形態に好適に使用できる送液装置の製造方法の一実施態様を示す製造工程図である。
図８（ａ）に示すように、ドナー基板５０５には、第１の基板である金属基板５００上に、目的とする送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材（５０１）が形成されている。上記ドナー基板５０５を真空槽内の図示しない下部ステージ上に配置し、ターゲット基板５１０を真空層内の図示しない上部ステージ上に配置する。続いて、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にする。次に、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５１０の直下にドナー基板５０５の１層目のパターン部材５０１Ａを位置させる。次に、ターゲット基板５１０の表面、及び１層目のパターン部材５０１Ａの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、上部ステージを下降させ、所定の応力（例えば、１０ｋｇｆ／ｃｍ2）でターゲット基板５１０とドナー基板５０５とを所定の時間（例えば、５分間）押圧し、ターゲット基板５１０と１層目のパターン部材５０１Ａとを常温接合（表面活性化接合）する。本実施の形態では、パターン部材５０１Ａ、５０１Ｂ・・・の順に積層する。
【００５３】
次に、図８（ｃ）に示すように、上部ステージを上昇させて、ドナー基板５０５とターゲット基板５１０を離間させると、１層目のパターン部材５０１Ａが金属基板（第１の基板）５００から剥離し、ターゲット基板５１０側に転写される。これは、１層目のパターン部材５０１Ａとターゲット基板５１０との密着力が１層目のパターン部材５０１Ａと金属基板（第１の基板）５００との密着力よりも大きいからである。
【００５４】
次に、図８（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５１０の直下にドナー基板５０５上の２層目のパターン部材５０１Ｂを位置させる。次に、ターゲット基板５１０側に転写された１層目のパターン部材５０１Ａの表面（金属基板５００に接触していた面）、及び２層目のパターン部材５０１Ｂの表面を前述したように清浄化する。
【００５５】
次に、図８（ｅ）に示すように、上部ステージを下降させ、１層目のパターン部材５０１Ａと２層目のパターン部材５０１Ｂを接合させ、図８（ｆ）に示すように、上部ステージを上昇させると、２層目のパターン部材５０１Ｂが金属基板（第１の基板）５００から剥離し、ターゲット基板５１０側に転写される。
【００５６】
他のパターン部材も同様に、ドナー基板５０５とターゲット基板５１０との位置決め、接合及び離間を繰り返すことにより、送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材がターゲット基板上に転写される。ターゲット基板５１０上に転写された積層体を上部ステージから取り外し、ターゲット基板５１０を除去すると、第１の実施形態の送液装置が得られる。
【００５７】
上記の実施形態では、ドナー基板を電鋳法を用いて作製したが、半導体プロセスを用いて作製してもよい。例えば、Ｓｉウエハからなる基板を準備し、この基板上にポリイミドからなる離型層をスピンコーティング法により着膜し、この離型層の表面に送液装置の構成材料となるＡｌ薄膜をスパッタ法により着膜し、Ａｌ薄膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、ドナー基板を作製することもできる。
【００５８】
図９は、第１の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図９（ａ）〜図９（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材を組み合わせた積層により形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）及び（ｃ）のパターン部材を接合転写する。第２の分割流路の高さを調整したい場合には（ｂ）のパターン部材の接合転写を複数回行う。引き続き（ｃ）を接合転写することにより、隔壁を形成する。その後、（ｄ）又は（ｅ）のパターン部材を組み合わせて接合転写することにより、第１の分割流路の高さ排出口の位置（高さ）及び数を調整することができる。最後に（ｆ）のパターン部材を接合転写することにより、粒子分散液供給口を形成する。以上の工程により、第１の実施形態の送液装置が作製される。
【００５９】
（実施形態２）
第２の実施形態の送液装置について説明する。
第２の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンを有する。
【００６０】
図１０は第２の実施形態の送液装置の斜視図である。
本実施形態においては、第１の分割流路２と第２の分割流路３とは、流体の送液方向に沿って開口を有する隔壁４により仕切られている。
図１１は下降流及び上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路に導入された側壁近傍の輸送液は、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンに衝突する。前記パターンは、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである。衝突した輸送液は、パターンの傾斜のため上方から下方に向きを変えて下降流となる。隔壁に衝突して側壁側から中央部に向きを変えて集まってきた下降流は行き場を失い、第１の分割流路の中央部において上昇流Ｃとなる。これら上昇流Ｃと下降流とは、前記置換流と逆方向であるため、送液条件を適切に調整すれば置換流と上昇流とで相殺することが可能となる。
【００６１】
第２の実施形態における微小流路、輸送液供給口、分割流路、粒子分散液、輸送液、粒子分散液供給口及び排出口等については、第１の実施形態におけるものと同様であり、好ましい範囲についても同様である。
【００６２】
（隔壁）
第２の実施形態における隔壁について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。図１２（Ａ）は隔壁を上方から見た断面図であり、図１２（Ｂ）におけるＢ−Ｂ’断面を表す。図１２（Ｂ）は送液装置の断面図であり、図１２（Ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表す。
第２の実施形態における隔壁は、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁であるが、上昇流又は下降流を生じるパターンが形成されていない点で第１の実施形態における隔壁とは異なる。
第２の実施形態における隔壁に形成された開口は、主に粗粉を隔壁下部に隔離することを目的として形成される。従って、開口の形状は特に限定されないが、図１２（Ａ）に示すように、流体の流れ方向に沿ったストライプ状の格子状に形成された開口であることが、流体の流れを乱すことがないため好ましい。微小流路における隔壁の設置位置、厚み等については第１の実施形態における隔壁と同様であり、好ましい範囲も同様である。
【００６３】
図１２（Ａ）において、隔壁の厚さｄ2は第１の実施形態における隔壁の厚さｄ1と同様であり、好ましい範囲についても同様である。
隔壁に形成された格子の幅ｌ2’は、隔壁の厚さｄ2との比ｌ2’／ｄ2において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、粗粉を効率よく分離できるため好ましい。
格子間のピッチｐ2’は、格子の幅ｌ2’との比ｐ2／ｌ2’において１〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、粗粉を効率よく分離できる。
【００６４】
（パターン）
第２の実施形態においては、上昇流を発生させるパターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンとなっている。図１２を参照して、第２の実施形態におけるパターンについて説明する。
斜めに形成された凸部（又は凹部）と隔壁とが形成する角度θ2は、１０度以上８０度未満が好ましく、２０〜７０度がより好ましく、３０〜６０度がさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成でき、また圧損が少ないため好ましい。
斜めに形成された凸部（又は凹部）の厚みｄ2’’は、隔壁の厚さｄ2と同様であり，好ましい範囲についても同様である。
斜めに形成された凸部（又は凹部）の流れ方向の幅ｌ2は、ｄ2’’との比ｌ2／ｄ2’’において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成できるため好ましい。
斜めに形成された凸部（又は凹部）のピッチｐ2は、斜めに形成された凸部（又は凹部）の流れ方向の幅ｌ2との比ｐ2／ｌ2において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成でき、また圧損が少ないため好ましい。
また、第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンは左右対称に形成されていることが好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
【００６５】
（送液装置の製造方法）
図１３は、第１の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材を組み合わせにより形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）のパターン部材を接合転写する。
引き続き（ｃ）と（ｄ）とを交互に接合転写することにより隔壁を形成する。粒子分散液供給口を形成する際には、（ｃ）及び（ｄ）の代わりに、（ｅ）及び（ｆ）を用いて隔壁を形成する。隔壁の開口の幅、ピッチ、微小流路の流路幅等の調整は、（ｃ）及び（ｄ）、又は、（ｅ）及び（ｆ）の組合せを複数回繰り返すことにより行う。
その後、（ｃ）を接合転写した後に（ｂ）を接合転写し、最後に（ａ）を接合転写することにより第２の実施形態の送液装置が完成する。
【００６６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の送液装置について説明する。
第３の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンを有する。
【００６７】
図１４は第３の実施形態の送液装置の斜視図である。
本実施形態においては、第１の分割流路２と第２の分割流路３との間を流体の送液方向に沿って開口を有する隔壁４が仕切っている。
図１５は第３の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路に導入された側壁近傍の輸送液は、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、Ｖ字型のパターンに衝突し、その傾斜のため中央からから側壁側に向きを変える。側壁に衝突した流体は行き場を失い、側壁付近で下降流となり、図１６に示すように、隔壁に衝突した後に第１の分割流路の中央部において上昇流Ｃを引き起こす。これら上昇流と下降流とは、前記置換流と全く逆方向であるため、構造や流通条件を適切に設計すれば相殺することが可能となる。
【００６８】
第３の実施形態における微小流路、輸送液供給口、隔壁、分割流路、粒子分散液、輸送液、粒子分散液供給口及び排出口等については、第２の実施形態におけるものと同様であり、好ましい範囲についても同様である。
【００６９】
（パターン）
第３の実施形態においては、前記下降流及び上昇流を発生させるパターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンとなっている。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を参照して、第３の実施形態におけるパターンについて説明する。
Ｖ字の中央部の角度θ3は、８０〜１４０度が好ましく、１００〜１２０度がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を形成できるため好ましい。
Ｖ字の流れ方向の幅ｌ3は、パターンの鉛直方向の厚みｄ3’’との比ｌ3／ｄ3’’において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。
Ｖ字間のピッチｐ3は、Ｖ字の流れ方向の幅ｌ3との比ｐ3／ｌ3において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
パターンの鉛直方向の厚みｄ3’’は、第１の分割流路の高さｈ3との比ｄ3’’／ｈ3において０．１〜０．５が好ましく、０．２〜０．３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
【００７０】
（送液装置の製造方法）
図１８は、第３の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図１８（ａ）〜図１８（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材の組み合わせにより形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）を接合転写した後に（ｃ）の隔壁を接合転写する。第２の分割流路の高さを調整したい場合には（ｂ）のパターン部材の接合転写を複数回行う。その後、（ｂ）又は（ｄ）のパターン部材を組み合わせて複数回接合転写することにより、第１の分割流路の高さ、排出口の位置（高さ）及び数を調整することができる。最後に（ｅ）及び（ｆ）のパターン部材を接合転写することにより、粒子分散液供給口を形成する。以上の工程により、第３の実施形態の送液装置が作製される。
【００７１】
以上、第１の実施形態から第３の実施形態における上昇流を発生させるパターンについて説明したが、例えば第１の実施形態におけるパターンが形成された隔壁を第２の実施形態又は第３の実施形態において適用するなど、各実施形態を組み合わせた送液装置も本実施形態の送液装置に含まれるものとする。
【００７２】
ＩＩ．分級装置及び分級方法
次に、本実施形態の送液装置を利用した分級装置及び分級方法について説明する。
本実施形態の分級装置は、本実施形態の送液装置を含むことを特徴とする。
また、本実施形態の分級方法は、本実施形態の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする。
【００７３】
本実施形態の送液方法を利用した分級方法では、送液路における粒子の沈降速度が、ストークスの式に基づく粒子の沈降速度により近く、理論的な沈降速度差による粒子の分級に近い形で沈降速度を利用した粒子の分級が行われる。具体的には、置換流を打ち消す程度の上昇流を発生させるように流速を選択することで、粒径の異なる粒子の沈降速度差を利用した分級が行われる。
【００７４】
図１９は、本実施形態の分級装置に輸送液及び粒子分散液を送流した場合の概念図である。微小流路に輸送液を送流すると、微小流路の内壁又は隔壁に形成されたパターンにより、微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させる。
一方、第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口から供給された粒子分散液により、置換流が発生する。前記パターンにより発生した流れと前記置換流とは逆方向の流れとなるため、互いに打ち消しあい、供給された粒子はストークスの式に従って沈降する。粒子分散液に含まれる粒子のうち、粒子径の小さいものは第１の分割流路の下流に形成された上側の排出口から回収される。また、第２の排出口から回収される粒子よりも粒子径の大きいものはより沈降しており、第１の分割流路の下流に形成された下側の排出口から回収される。また、粒子分散液に含まれる粒子のうち、粒子径の大きい粗粉は隔壁に形成された開口を通過し、第２の分割流路まで沈降し、下流の第２の分割流路に形成された排出口から排出される。
【実施例】
【００７５】
以下に実施例及び比較例を示して本実施形態について詳述するが、本実施形態は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
前記第１の実施形態の分級装置を作製した。図７における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ1：１ｍｍ
微小流路長さＬ1：２５ｍｍ
第１の分割流路高さｈ1：１ｍｍ
隔壁厚さｄ1：０．２５ｍｍ
第２の分割流路高さｈ1’：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンの先端の角度θ1：１１０度
Ｖ字型のパターンの流路方向の幅ｌ1：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンのピッチｐ1：０．７５ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ1’は０．２５ｍｍとした。
【００７７】
（上昇流の発生の確認）
比重１．０のカラービーズを１０重量％含む樹脂粒子分散液を輸送液供給口から送液し、第１の分割流路において上昇流が発生しているか否かを観察した。評価結果を表１に示した。
【００７８】
（分級の評価）
下記の平均粒子径を有する単分散ポリエステル真球粒子（密度１，２００ｋｇ／ｍ3）を純水に分散させ（微量の界面活性剤を含む。）、１０重量％濃度の粒子分散液（粒子分散液（１））を作製した。
・平均粒子径（小粒子径）６μｍ ５部
・平均粒子径（大粒子径）１５μｍ ５部
・水 ９０部
【００７９】
粒子分散液（１）及び輸送液（水）の送液はシリンジポンプを用いた。各送液速度は、粒子分散液（１）を粒子分散液供給口から２〜２０ｍｌ／ｈ、輸送液を輸送液供給口から１０〜１００ｍｌ／ｈにて送液した。
第１の分割流路上部の排出口から回収した回収液を回収液（１）、第１の分割流路下部の排出口から回収した回収液を回収液（２）、第２の分割流路上部の排出口から回収した回収液を回収液（３）とした。
【００８０】
各回収液に含まれる粒子の数平均粒子径や数平均粒度分布指標を評価した。
粒子の数平均粒子径や数平均粒度分布指標は、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター（株）製）で測定した。粒度分布を基にして分割された大小各単分散ポリエステル粒子の割合を、出口ごとにカウントした。評価結果を表１に示した。
【００８１】
（実施例２）
前記第２の実施形態の分級装置を作製した。図１２における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ2：１ｍｍ
微小流路長さＬ2：２０ｍｍ
第１の分割流路高さｈ2：１ｍｍ
隔壁厚さｄ2：０．１ｍｍ
隔壁に形成された格子の幅ｌ2’：０．１ｍｍ
格子間のピッチｐ2’：０．２ｍｍ
第２の分割流路高さｈ2’：０．２ｍｍ
斜めに形成された凸部の角度θ2：６０度
斜めに形成された凸部の流路方向の幅ｌ2：０．１ｍｍ
斜めに形成された凸部のピッチｐ2：０．３ｍｍ
斜めに形成された凸部の厚みｄ2’’：０．１ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ2’は０．１ｍｍとした。実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８２】
（実施例３）
前記第１の実施形態の分級装置を作製した。図１７における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ3：１ｍｍ
微小流路長さＬ3：３０ｍｍ
第１の分割流路高さｈ3：１ｍｍ
隔壁厚さｄ3：０．１ｍｍ
第２の分割流路高さｈ3’：０．３ｍｍ
Ｖ字型のパターンの先端の角度θ3：１１０度
Ｖ字型のパターンの流路方向の幅ｌ3：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンのピッチｐ3：０．７５ｍｍ
Ｖ字型のパターンの厚さｄ3’’：０．１ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ3’は０．１ｍｍとした。
実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８３】
（比較例）
実施例１で使用した分級装置の隔壁のかわりに、実施例２で使用した隔壁を使用して分級装置を作製した。実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８４】
【表１】
【符号の説明】
【００８５】
Ｂ 輸送液
Ｃ 上昇流
１ 微小流路
２ 第１の分割流路
３ 第２の分割流路
４ 隔壁
５ パターン
６ 輸送液供給口
７ 粒子分散液供給口
８ 排出口
１０ 送液装置
５００ 金属基板（第１の基板）
５０１Ａ １層目のパターン部材
５０１Ｂ ２層目のパターン部材
５０５ ドナー基板
５１０ ターゲット基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送液装置、分級装置及び分級方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロオーダーを代表とする微細流路を用いた、化学工学単位操作が注目されている。微細流路を用いる場合、流体は層流となり、乱れがないため、粒子の堆積や流路閉塞を避ける一般的な方法としては、分散媒体を粒子の密度と同じものを使用することが挙げられる。この方法を用いれば、粒子は沈降することはないので、堆積、閉塞を防ぐことが可能となる。
特許文献１にあるように、重力方向に分散媒体を送液する方法が提案されている。また、略水平方向に送液する方法としては、特許文献２において、粒子を含まない流体を別途送液する方法が提案されている。
特許文献３では、湾曲形状の流路を持つマイクロチャネル装置により遠心力を発生させ、粒子を分離することが提案されている。粒子は遠心力により湾曲の外側に移動するが、同時に遠心力はディーン渦という渦を発生させ、微粉はそのディーン渦に運ばれ湾曲内部に移動するが、粗粉はそのまま湾曲外部にとどまるため分離が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１９４０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６５２０号公報
【特許文献３】特開２００４−３３０００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、置換流による粒子の沈降が抑制された送液装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとするもう１つの課題は、分級精度が高い分級装置及び分級方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の上記課題は、以下の＜１＞、＜５＞及び＜６＞に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である＜２＞〜＜４＞とともに以下に記載する。
＜１＞微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置、
＜２＞前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである、＜１＞に記載の送液装置、
＜３＞前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである、＜１＞又は＜２＞に記載の送液装置、
＜４＞前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンである、＜１＞〜＜３＞いずれか１つに記載の送液装置、
＜５＞＜１＞〜＜４＞いずれか１つに記載の送液装置を含むことを特徴とする、分級装置、
＜６＞＜５＞に記載の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする分級方法。
【発明の効果】
【０００６】
上記＜１＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、置換流による粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜２＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜３＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜４＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、より粒子の沈降が抑制された、送液装置が提供される。
上記＜５＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、分級精度の高い、分級装置が提供される。
上記＜６＞に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比して、分級精度の高い、分級方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】粒径の異なる粒子の沈降の様子を示す模式図である。
【図２】粒子の挙動の一例を示す模式図である。
【図３】置換流及び上昇流を示す模式図である。
【図４】第１の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図５】第１の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。
【図６】第１の実施形態における上昇流の模式図である。
【図７】第１の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図８】本実施形態に好適に使用できる送液装置の製造方法の一実施態様を示す製造工程図である。
【図９】第１の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１０】第２の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図１１】第２の実施形態における上昇流の模式図である。
【図１２】第２の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図１３】第２の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１４】第３の実施形態の送液装置の斜視図である。
【図１５】第３の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。
【図１６】第３の実施形態における下降流及び上昇流の模式図である。
【図１７】第３の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。
【図１８】第３の実施形態の送液装置を形成する薄膜パターン部材の概念説明図である。
【図１９】本実施形態の分級装置及び分級方法の概念説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする。
なお、本実施形態において、粒子を含む粒子分散液は、粒子の比重が、該粒子分散液の分散媒の比重よりも大きく、粒子分散液中で粒子が沈降する。以下、適宜図面を参照しながら、本実施形態の送液装置について詳述する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、同一の符号は同一の対象を表す。また、以下の説明において、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」の記載は、特に断りのない限り「Ａ以上Ｂ以下」を意味し、端点であるＡ及びＢを含む数値範囲を意味する。
【０００９】
流体中を沈降する粒子の終末速度（重力と抵抗力が釣合った時の速度）は、下記のようなストークスの式で表される。
【００１０】
【数１】
（ｖs：粒子の終末速度、Ｄp：粒子径、ρp：粒子の密度、ρf：流体の密度、ｇ：重力加速度、η：流体の粘度）
【００１１】
図１に示すように、水平方向に流体を速度ＶHで流しながら粒子を沈降させれば、粒径の異なる粒子は、終末速度Ｖ1、Ｖ2に応じた距離ｈ1、ｈ2だけ垂直方向に分離される。しかしながら、粒子の沈降に伴い二次流（置換流）が発生する。これは上記ストークスの式に依存する分級に対して外乱となり、分級の精度が落ちたり、分級効率が低下したりする。
【００１２】
粒子が重力により沈降すると、それまで粒子が存在した体積を埋めるために、流体が移動する。この粒子の沈降による流体の移動を置換流と呼ぶ。粒子濃度が十分に薄い場合には、粒子の隙間から流体が移動するため、その影響はほとんどない。一方、粒子の濃度が高くなると、粒子間の距離が近くなるため、粒子濃度が十分に薄い場合ほど流体は粒子の間を移動することができず、粒子がある程度密集した状態で沈降するため置換流が発生する。その結果、ストークスの式から算出される終末沈降速度以上の流速で粒子の沈降が生じるものと考えられる。
【００１３】
置換流の影響は、粒子が側壁から離れている場合と、側壁近傍まで存在する場合とでは、その挙動が異なる。
図２（Ａ）に示すように、粒子が側壁から離れており流路幅の中央部に存在する場合、粒子が下方へ沈降すると、図２（Ｂ）に示すように、流体は粒子が存在した体積を埋めるように粒子の横側から流れ込み、中央付近では沈降方向、側壁近傍では沈降方向の逆向きに置換流が発生し、渦が形成される。すなわち、置換流は流路中央を下方へ、流路側壁近傍を上方へ流れる。その結果、粒子には置換流による下方への力がかかる。ストークスの式では、粒子に下向きに働く重力と、上向きの力を及ぼす抵抗力及び浮力との釣り合いによって終末速度が決定されるが、粒子に下向きに置換流の影響が及ぶため、終末速度以上の速度での沈降が認められる。
【００１４】
本実施形態の送液装置は、隔壁又は流路内壁に置換流を抑制するための開口又は溝を有し、置換流を打ち消す方向の渦を発生させる。すなわち、図２（Ｂ）及び図３（Ａ）に示すような置換流に対して、図３（Ｂ）に示すような置換流と逆向きとなる流れを発生させることにより置換流を打ち消す。これにより上記置換流は低減するので、安定した沈降速度が得られる。
また、本実施形態の送液装置は、二重底構造を採用しており、閉塞の原因となる粗粉は最下段の流路に落ちるため、上段の流路では閉塞が発生しにくく、また不要な粗粉により流れが乱されることがない。置換流が抑制された流路の出口に複数の取り出し口（排出口）を設け、粒径の違いに応じた粒子を取り出すことにより、分級精度や分級効率が改善された分級装置を提供できる。
【００１５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の送液装置を例に、本実施形態の送液装置について説明する。
第１の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである送液装置である。
【００１６】
図４は第１の実施形態の送液装置の斜視図である。
第１の分割流路２と第２の分割流路３との間をＶ字型の開口を有する隔壁４が仕切っている。輸送液Ｂは微小流路１全体に送液されるが、主に第１の分割流路２から矢印のように導入される。
図５は上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路２に導入された輸送液Ｂのうち隔壁４近傍の輸送液Ｂは、図５中の曲線状の矢印のように、Ｖ字型の隔壁の側面に衝突し、その傾斜のため微小流路の側壁側から内側方向に向きを変える。その結果、両側壁側から中央部に集まってきた流体は行き場を失い、第１の分割流路２の中央部において上昇流Ｃを引き起こす。
この上昇流Ｃは、図６のように微小流路１の天井部分に衝突し、左右に分かれ、さらに微小流路１の両側壁近傍においては下降流となる。これら上昇流と下降流とは、図２（Ｂ）に示すような微小流路中央部付近に粒子を供給した場合に生じる前記置換流と全く逆方向であるため、構造や流速等の送液条件を適切に設計すれば、置換流と上昇流とで相殺することが可能となる。
【００１７】
（微小流路）
本実施形態の送液装置は、微小流路（以下、「チャネル」ともいう。）を有する。
本実施形態において、前記微小流路はマイクロ流路であることが好ましい。マイクロスケールの流路は寸法及び流速がいずれも小さい。
【００１８】
本実施形態において、微小流路内におけるレイノルズ数は２，３００以下であることが好ましい。すなわち、本実施形態の送液装置内においては、通常の送液のような乱流支配ではなく、層流支配であることが好ましい。
ここで、レイノルズ数（Ｒｅ）は、下記式で表されるものであり、２，３００以下のとき層流支配となる。
Ｒｅ＝ｕＬ／ν （ｕ：流速、Ｌ：代表長さ、ν：動粘性係数）
本実施形態において、レイノルズ数は５００以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましく、１０以下であることがさらに好ましい。レイノルズ数が５００以下であると、粒子の沈降速度の制御が容易であるため好ましい。
【００１９】
層流支配の場合、粒子分散液中の粒子が分散媒体である媒体液体より重い場合、粒子は媒体液体中を沈降する。その際の沈降速度は粒子の比重、粒径によって異なる。本実施形態においては、この沈降速度差を利用して粒子を分級してもよい。特に粒子の粒径が異なる場合、沈降速度が粒径の２乗に比例し、粒径が大きい粒子ほど急速に沈降するため、粒径が異なる粒子の分級に適している。
一方、微小流路の流路径が大きく、粒子分散液が乱流となる場合は、粒子の沈降位置が変化してしまうため、基本的に分級はできない。ここで、輸送液が同時に送液される場合には、粒子分散液及び輸送液の双方が層流にて送液路を送液されることが好ましい。
【００２０】
微小流路を流体の流れ方向に対して垂直に切断した場合の微小流路の断面形状は正方形及び長方形を含む矩形が好ましい。
また、微小流路の流体の送液方向の形状は、直線状であることが好ましく、湾曲や屈折する部分を含まないことが好ましい。
【００２１】
第１の実施形態の送液装置における各部位の好ましい形状等について図７を参照して説明する。図７は第１の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。ここで、図７（Ａ）は微小流路及び隔壁を上面から見た平面図、図７（Ｂ）は微小流路のＡ−Ａ’断面図を示す。
微小流路の幅Ｗ1は、０．０１〜３０ｍｍが好ましく、０．１〜１０ｍｍがより好ましく、０．２〜１ｍｍがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、層流が形成されやすく、粒子の沈降の制御が容易であるため好ましい。
微小流路の高さについては、第１の分割流路の高さｈ1、隔壁の厚さｄ1、第２の分割流路の高さｈ1’の合計により確定し、それぞれの好ましい範囲については、後述する。
粒子分散液供給口から排出口までの流路長さＬ1は、５〜２００ｍｍが好ましく、１０〜１００ｍｍがより好ましく、２０〜３０ｍｍがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、高い分級効率が得られるため好ましい。
【００２２】
（輸送液供給口）
本実施形態の送液装置は、微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口を有する。
輸送液供給口は微小流路に輸送液を供給するものであり、少なくとも第１の分割流路に輸送液を供給すればよいが、微小流路全体に輸送液を供給するものが好ましい。特に第１の実施形態においては、隔壁の側面に輸送液が衝突して上昇流を発生させるため、微小流路全体に輸送液を供給し、隔壁の側面に輸送液を衝突させることが好ましい。また、第２の分割流路に蓄積した粗粉により、流路の詰まりが生じた場合に、第２の分割流路のみを洗浄するための洗浄液供給口を第２の分割流路に設けてもよい。輸送液は分級目的の粒子を含まない液体であり、後述する粒子分散液の媒体液体と輸送液とが同じ液体であることが好ましい。
【００２３】
（隔壁）
本実施形態の送液装置は、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁を有する。微小流路を上下に隔てるとは、鉛直方向の上下に隔てるという意味である。隔壁は前記微小流路内に流体の流れ方向に形成されており、具体的には微小流路の上面と隔壁の上面とが平行に形成されていることが好ましい。
また、隔壁には開口が形成されている。隔壁に開口を形成することにより、粒子分散液に含まれる沈降速度の速い粗粉を通過させ、第２の分割流路に粗粉を分離することができる。このことにより微小流路全体の詰まりを防止することができる。
図７（Ｂ）における隔壁の厚さｄ1は、第１の分割流路の高さｈ1との比ｄ1／ｈ1において０．１〜０．５が好ましく、０．２〜０．３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
なお、第１の実施形態においては、図４〜図６に示すように、隔壁４に形成された開口自体が、上昇流を発生させるパターンとなっている。
【００２４】
（分割流路）
本実施形態の送液装置は、隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路とを有する。図７を参照して各分割流路の好ましい寸法について説明する。
前記第１の分割流路及び第２の分割流路の幅は、微小流路の幅Ｗ1と同一であり、好ましい範囲も同様である。
第１の分割流路の高さｈ1は、微小流路の幅との比ｈ1／Ｗ1において、０．１〜１０が好ましく、０．５〜２．０がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、十分な沈降長を確保できるためであるため好ましい。
第２の分割流路の高さｈ1’は、隔壁の厚さｄ1との比ｈ1’／ｄ1において、０．５〜３．０が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、想定される粗粉を効率よく分離できるため好ましい。
【００２５】
（パターン）
本実施形態において、微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れ（上昇流）を発生させるパターンが形成されている。
例えば、比重１．２、粒径１０μｍの粒子の水中での沈降速度はストークスの式から１×１０-5ｍ／ｓ程度である（２０℃）。高濃度の粒子分散液の場合、粒子の沈降に対して、その粒子の存在した体積を埋めるように流体が移動する置換流の効果により、実際には上記の流速よりも速い速度で沈降する。したがって、置換流に応じた上昇流の速度の設定が必要となる。特定のパターンにおいて、上昇流の流速は、輸送液の流速に応じて変化するため、輸送液の流速を調整することにより上昇流の速度が調整される。
【００２６】
第１の実施形態においては、前記上昇流を発生させるパターンが隔壁に形成されている。パターンは、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンとなっている。ここで、図７を参照して、第１の実施形態におけるパターンについて説明する。
Ｖ字の中央部の角度θ1は、８０〜１４０度が好ましく、１００〜１２０度がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
Ｖ字の流れ方向の幅ｌ1は、隔壁の厚さｄ1との比ｌ1／ｄ1において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。
Ｖ字間のピッチｐ1は、Ｖ字の流れ方向の幅ｌ1との比ｐ1／ｌ1において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
【００２７】
（粒子分散液供給口）
本実施形態の送液装置は、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給するための粒子分散液供給口を有する。粒子分散液供給口の大きさ、形状は粒子分散液を供給できるものであればよく、特に限定されない。粒子分散液供給口の位置は、上昇流が発生している箇所に粒子を供給する必要があることから、上昇流を発生させるパターンの最上流側よりも下流側であることが好ましい。
【００２８】
次に、粒子分散液について説明する。本実施形態の分級装置及び分級方法は、粒子の沈降を利用したものであることから、粒子分散液中の粒子の比重は、粒子分散液の分散媒体である媒体液体及び輸送液の比重よりも大きい。
粒子の体積平均粒子径は、０．１〜１，０００μｍであることが好ましく、０．１〜５００μｍであることがより好ましく、０．１〜２００μｍであることがさらに好ましく、０．１〜５０μｍであることが特に好ましい。上記の数値の範囲内であると、流路詰まりが生じにくく、沈降速度が適当であり、流路底面への堆積、流路の閉塞が抑制される。また、流路内壁面との相互作用が生じにくく、付着が生じにくい。
【００２９】
粒子の形状は特に限定されないが、針状で、特に長軸が流路幅の１／４より大きくなると詰まりの可能性が高くなる場合がある。このような観点から、粒子の長軸長と短軸長との比（長軸長／短軸長）は、１〜５０の範囲が好ましく、１〜２０の範囲がより好ましい。なお、粒径、粒子形状に合わせて、適宜流路幅を選択することが好ましい。
【００３０】
粒子の種類としては、高分子粒子、顔料のごとき有機物の結晶あるいは凝集体、無機物の結晶あるいは凝集体、金属粒子、あるいは金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物のごとき金属化合物の粒子などである。
【００３１】
前記高分子粒子としては、具体的には、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン−メタクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、セルロース系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、カゼイン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、変性塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−アルキッド樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂等の粒子が挙げられる。
【００３２】
また、前記金属あるいは金属化合物の粒子としては、カーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、あるいはその合金、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、Ｓｂ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ、酸化鉄等の金属酸化物やこれらの化合物、窒化ケイ素などの金属窒化物などやそれらを組み合わせた粒子が挙げられる。
【００３３】
これら粒子の製法は多岐に渉るが、合成により媒体液体中で粒子を作製し、そのまま粒子の分級を行う場合が多い。塊状物を機械的に解砕して作製した粒子を媒体液体中に分散し分級する場合もある。この場合は、媒体液体中で解砕することが多く、この場合はそのまま分級される。
【００３４】
一方、乾式で作製された粉体（粒子）を分級する場合には、予め、媒体液体に分散しておく必要がある。媒体液体中に乾燥粉体を分散させる方法としては、サンドミル、コロイドミル、アトライター、ボールミル、ダイノーミル、高圧ホモジナイザー、超音波分散機、コボールミル、ロールミル等が挙げられるが、この際、分散によって１次粒子が粉砕されない条件で行なうことが好ましい。
【００３５】
前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１〜２０であることが好ましく、０．０５〜１１であることがより好ましく、０．０５〜４であることがさらに好ましい。前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１以上であると、粒子沈降が良好であるので好ましい。一方、２０以下であると、粒子の搬送が容易であるので好ましい。
【００３６】
媒体液体としては、上述のように、前記粒子の比重から前記媒体液体の比重を引いた差が０．０１〜２０のものであれば好ましく用いることができ、例えば、水、あるいは水系媒体、有機溶剤系媒体などが挙げられる。
【００３７】
前記水としては、イオン交換水、蒸留水、電解イオン水などが挙げられる。また、前記有機溶剤系媒体としては、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ベンジルアルコール、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸ｎ−ブチル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、クロルベンゼン、トルエン、キシレンなど、及びこれらの２種以上の混合物が挙げられる。
【００３８】
好ましい媒体液体は前記粒子の種類によって異なる。前記粒子の種類別の好ましい前記媒体液体としては、高分子粒子（一般的に比重が１．０５〜１．６程度である。）と組み合わされる媒体液体として、粒子を溶解させない水系、アルコール類、キシレンなどの有機溶媒、酸あるいはアルカリ水などが好ましく挙げられる。
また、金属あるいは金属化合物の粒子（一般的に比重が２〜１０程度である。）と組み合わされる媒体液体としては、金属などを酸化、還元などで侵さない水、アルコール類、キシレンなどの有機溶媒、あるいは油類が好ましく挙げられる。
【００３９】
より好ましい粒子と媒体液体との組み合わせとしては、高分子粒子と水系媒体との組み合わせ、金属あるいは金属化合物と低粘度油性媒体との組み合わせが挙げられ、この中でも高分子粒子と水系媒体との組み合わせが特に好ましい。
好ましい粒子と媒体液体との組み合わせとしては、スチレン−アクリル樹脂系粒子と水系媒体、スチレン−メタクリル樹脂系粒子と水系媒体、ポリエステル樹脂系粒子と水系媒体が挙げられる。
【００４０】
また、前記粒子分散液における粒子の含有率は、０．１〜４０体積％であることが好ましく、１〜２５体積％であることがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく精度の高い分級が可能であるため好ましい。また、粒子の回収が容易であり、流路詰まりが抑制される。特に本実施形態においては、従来送液が困難であった比較的粒子濃度の高い粒子分散液を使用した場合であっても、沈降による粒子の堆積が抑制される。
【００４１】
粒子の体積平均粒径は、下記粒径（５μｍ以下）の場合を除き、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター（株）製）を用いて測定した値である。この場合、粒子の粒径レベルにより、最適なアパーチャーを用いて測定する。
粒子の粒径が５μｍ以下の場合は、レーザ回折散乱式粒度分布測定装置（ＬＡ−９２０、（株）堀場製作所製）を用いて測定する。
また、前記粒子の比重は、気相置換法（ピクノメータ法）により、湯浅アイオニクス（株）製ウルトラピクノメータ１０００を用いて測定される。
さらに、前記媒体液体の比重は、エーアンドディー社の比重測定キットＡＤ−１６５３を用いて測定される。
【００４２】
（排出口）
本実施形態の送液装置は、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口を有する。
第１の分割流路には少なくとも１つの排出口が形成されており、分級を目的とする粒子の種類により複数設けてもよい。
第２の分割流路にも少なくとも１つの排出口が形成されており、隔壁の開口を通過した粗粉を回収する。
【００４３】
（送液装置の製造方法）
本実施態様の送液装置に用いられる材質としては、強度が高く、腐食防止性があり、粒子分散液の流動性を高くするものであることが好ましい。例えば、金属（鉄、アルミ、ステンレス鋼、チタン、その他の各種金属）、樹脂（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、セラミックス（シリコン等）、ガラス（石英等）など一般的に用いられているものが使用可能であり、送液する媒体液体等により、適宜選択することが好ましい。また、プラズマＣＶＤ方などの表面改質処理を行って、ＳｉＮ4、ＳｉＮ2、Ａｌ2Ｏ3などの皮膜を分級装置の構成材料の表面に形成して、耐食性、流動性を向上させることもできる。
【００４４】
分級装置を製作するには、微細加工技術が適用される。適用可能な微細加工技術としては、例えば、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ（Ｒｏｅｎｔｇｅｎ−Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ Ｇａｌｖａｎｉｋ Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８（商品名）を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ））、Ｄｅｅｐ ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるシリコンの高アスペクト比加工法、Ｈｏｔ Ｅｍｂｏｓｓ加工法、光造形法、レーザ加工法、イオンビーム加工法、及びダイヤモンドのような硬い材料で作られたマイクロ工具を用いる機械的マイクロ切削加工法等がある。これらの技術を単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。好ましい微細加工技術は、Ｘ線リソグラフィを用いるＬＩＧＡ技術、ＥＰＯＮ ＳＵ−８を用いた高アスペクト比フォトリソグラフィ法、マイクロ放電加工法（μ−ＥＤＭ）、及び機械的マイクロ切削加工法である。一般的に、マイクロデバイス（微小流路装置）としては、ＳＵＳ（ステンレス鋼）製の部材を微細放電加工して微細流路を形成することが多いが、使用する材質に応じた加工方法で加工することが好ましい。
【００４５】
部材間の接合方法は、高温加熱による材料の変質や変形による流路等の破壊を伴わず、寸法精度を保った精密な方法が望ましく、製作材料との関係から固相接合（例えば圧接接合や拡散接合等）や液相接合（例えば、溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等）を選択することが好ましい。例えば、材料にシリコンを使用する場合にシリコン同士を接合するシリコン直接接合や、ガラス同士を接合する融接、シリコンとガラスを接合する陽極接合、金属同士を接合する拡散接合等が挙げられる。セラミックスの接合については、金属のようなメカニカルなシール技術以外の接合技術が必要であり、アルミナに対してｇｌａｓｓ ｓｏｌｄｅｒなる接合剤をスクリーン印刷で、８０μｍ程度の膜厚に印刷し、圧力をかけずに４４０〜５００℃で熱処理する方法がある。また、新しい技術として、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ（フッ化水素）水溶液を用いた接合等がある。
【００４６】
本実施形態の送液装置を製造する際、接合技術を用いることができる。通常の接合技術は大きく固相接合と液相接合に分けられ、一般的に用いられている接合方法としては、固相接合として圧接や拡散接合、液相接合として溶接、共晶接合、はんだ付け、接着等が代表的な接合方法として挙げられる。
【００４７】
さらに、接合に際しては高温加熱による材料の変質や変形による流路等の微小構造体の破壊を伴わない寸法精度を保った高度に精密な接合方法が望ましく、その技術としてはシリコン直接接合、陽極接合、表面活性化接合、水素結合を用いた直接接合、ＨＦ水溶液を用いた接合、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合、ボイドフリー接合、拡散接合などが挙げられる。
【００４８】
送液装置の製造方法としては、パターン部材（薄膜パターン部材）を積層して形成する製造方法が好ましい。なお、パターン部材の厚さは特に限定されないが、５〜５００μｍであることが好ましく、１０〜３００μｍであることがより好ましい。
本実施形態の分級装置は、所定の二次元パターンが形成されたパターン部材が積層されて形成された送液装置であることが好ましく、パターン部材の面同士が直接接触して接合された状態で積層されていることがより好ましい。
送液装置の水平方向、又は、鉛直方向の各断面形状に対応した複数のパターン部材を積層することにより、簡便に送液装置を形成することができるので好ましい。
【００４９】
本実施形態の送液装置の好ましい製造方法としては、（ｉ）第１の基板上に目的とする送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材を形成する工程（ドナー基板作製工程）、及び、（ii）前記複数のパターン部材が形成された前記第１の基板と第２の基板との接合及び離間を繰り返すことにより前記第１の基板上の前記複数のパターン部材を前記第２の基板上に転写する工程（接合工程）を含む製造方法が例示でき、例えば、特開２００６−１８７６８４号公報に記載の製造方法を参照できる。第１の実施形態の送液装置の製造方法についてさらに詳述する。
【００５０】
〔ドナー基板作製工程〕
本実施形態において、ドナー基板は電鋳法を用いて作製することが好ましい。ここで、ドナー基板とは、第１の基板上に目的とする分級装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材が形成された基板である。第１の基板は、金属、セラミックス又はシリコンから形成されていることが好ましく、ニッケル等の金属が好適に使用できる。
まず、第１の基板５００としてステンレス基板を準備し、第１の基板５００上に厚膜フォトレジストを塗布し、作製する送液装置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して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。次に、このレジストパターンを有する基板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の表面に例えばニッケルめっきを成長させる。パターン部材は電鋳法を用いて、金、銅、又はニッケルにより形成されていることが好ましい。
次に、レジストパターンを除去することにより、第１の基板上に送液装置の各断面形状に対応したパターン部材を形成する。
【００５１】
〔接合工程〕
接合工程とは、複数のパターン部材が形成された前記第１の基板（ドナー基板）と第２の基板（ターゲット基板）との接合及び離間を繰り返すことにより前記ドナー基板上の前記複数のパターン部材を前記ターゲット基板上に転写する工程である。接合は、常温接合又は表面活性化接合により行われることが好ましい。
図８（ａ）から（ｆ）は、本実施形態に好適に使用できる送液装置の製造方法の一実施態様を示す製造工程図である。
図８（ａ）に示すように、ドナー基板５０５には、第１の基板である金属基板５００上に、目的とする送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材（５０１）が形成されている。上記ドナー基板５０５を真空槽内の図示しない下部ステージ上に配置し、ターゲット基板５１０を真空層内の図示しない上部ステージ上に配置する。続いて、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にする。次に、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５１０の直下にドナー基板５０５の１層目のパターン部材５０１Ａを位置させる。次に、ターゲット基板５１０の表面、及び１層目のパターン部材５０１Ａの表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００５２】
次に、図８（ｂ）に示すように、上部ステージを下降させ、所定の応力（例えば、１０ｋｇｆ／ｃｍ2）でターゲット基板５１０とドナー基板５０５とを所定の時間（例えば、５分間）押圧し、ターゲット基板５１０と１層目のパターン部材５０１Ａとを常温接合（表面活性化接合）する。本実施の形態では、パターン部材５０１Ａ、５０１Ｂ・・・の順に積層する。
【００５３】
次に、図８（ｃ）に示すように、上部ステージを上昇させて、ドナー基板５０５とターゲット基板５１０を離間させると、１層目のパターン部材５０１Ａが金属基板（第１の基板）５００から剥離し、ターゲット基板５１０側に転写される。これは、１層目のパターン部材５０１Ａとターゲット基板５１０との密着力が１層目のパターン部材５０１Ａと金属基板（第１の基板）５００との密着力よりも大きいからである。
【００５４】
次に、図８（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５１０の直下にドナー基板５０５上の２層目のパターン部材５０１Ｂを位置させる。次に、ターゲット基板５１０側に転写された１層目のパターン部材５０１Ａの表面（金属基板５００に接触していた面）、及び２層目のパターン部材５０１Ｂの表面を前述したように清浄化する。
【００５５】
次に、図８（ｅ）に示すように、上部ステージを下降させ、１層目のパターン部材５０１Ａと２層目のパターン部材５０１Ｂを接合させ、図８（ｆ）に示すように、上部ステージを上昇させると、２層目のパターン部材５０１Ｂが金属基板（第１の基板）５００から剥離し、ターゲット基板５１０側に転写される。
【００５６】
他のパターン部材も同様に、ドナー基板５０５とターゲット基板５１０との位置決め、接合及び離間を繰り返すことにより、送液装置の各断面形状に対応した複数のパターン部材がターゲット基板上に転写される。ターゲット基板５１０上に転写された積層体を上部ステージから取り外し、ターゲット基板５１０を除去すると、第１の実施形態の送液装置が得られる。
【００５７】
上記の実施形態では、ドナー基板を電鋳法を用いて作製したが、半導体プロセスを用いて作製してもよい。例えば、Ｓｉウエハからなる基板を準備し、この基板上にポリイミドからなる離型層をスピンコーティング法により着膜し、この離型層の表面に送液装置の構成材料となるＡｌ薄膜をスパッタ法により着膜し、Ａｌ薄膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、ドナー基板を作製することもできる。
【００５８】
図９は、第１の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図９（ａ）〜図９（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材を組み合わせた積層により形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）及び（ｃ）のパターン部材を接合転写する。第２の分割流路の高さを調整したい場合には（ｂ）のパターン部材の接合転写を複数回行う。引き続き（ｃ）を接合転写することにより、隔壁を形成する。その後、（ｄ）又は（ｅ）のパターン部材を組み合わせて接合転写することにより、第１の分割流路の高さ排出口の位置（高さ）及び数を調整することができる。最後に（ｆ）のパターン部材を接合転写することにより、粒子分散液供給口を形成する。以上の工程により、第１の実施形態の送液装置が作製される。
【００５９】
（実施形態２）
第２の実施形態の送液装置について説明する。
第２の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンを有する。
【００６０】
図１０は第２の実施形態の送液装置の斜視図である。
本実施形態においては、第１の分割流路２と第２の分割流路３とは、流体の送液方向に沿って開口を有する隔壁４により仕切られている。
図１１は下降流及び上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路に導入された側壁近傍の輸送液は、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンに衝突する。前記パターンは、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである。衝突した輸送液は、パターンの傾斜のため上方から下方に向きを変えて下降流となる。隔壁に衝突して側壁側から中央部に向きを変えて集まってきた下降流は行き場を失い、第１の分割流路の中央部において上昇流Ｃとなる。これら上昇流Ｃと下降流とは、前記置換流と逆方向であるため、送液条件を適切に調整すれば置換流と上昇流とで相殺することが可能となる。
【００６１】
第２の実施形態における微小流路、輸送液供給口、分割流路、粒子分散液、輸送液、粒子分散液供給口及び排出口等については、第１の実施形態におけるものと同様であり、好ましい範囲についても同様である。
【００６２】
（隔壁）
第２の実施形態における隔壁について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態の送液装置の各部位の形状等を説明する模式図である。図１２（Ａ）は隔壁を上方から見た断面図であり、図１２（Ｂ）におけるＢ−Ｂ’断面を表す。図１２（Ｂ）は送液装置の断面図であり、図１２（Ａ）におけるＡ−Ａ’断面を表す。
第２の実施形態における隔壁は、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁であるが、上昇流又は下降流を生じるパターンが形成されていない点で第１の実施形態における隔壁とは異なる。
第２の実施形態における隔壁に形成された開口は、主に粗粉を隔壁下部に隔離することを目的として形成される。従って、開口の形状は特に限定されないが、図１２（Ａ）に示すように、流体の流れ方向に沿ったストライプ状の格子状に形成された開口であることが、流体の流れを乱すことがないため好ましい。微小流路における隔壁の設置位置、厚み等については第１の実施形態における隔壁と同様であり、好ましい範囲も同様である。
【００６３】
図１２（Ａ）において、隔壁の厚さｄ2は第１の実施形態における隔壁の厚さｄ1と同様であり、好ましい範囲についても同様である。
隔壁に形成された格子の幅ｌ2’は、隔壁の厚さｄ2との比ｌ2’／ｄ2において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、粗粉を効率よく分離できるため好ましい。
格子間のピッチｐ2’は、格子の幅ｌ2’との比ｐ2／ｌ2’において１〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、粗粉を効率よく分離できる。
【００６４】
（パターン）
第２の実施形態においては、上昇流を発生させるパターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンとなっている。図１２を参照して、第２の実施形態におけるパターンについて説明する。
斜めに形成された凸部（又は凹部）と隔壁とが形成する角度θ2は、１０度以上８０度未満が好ましく、２０〜７０度がより好ましく、３０〜６０度がさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成でき、また圧損が少ないため好ましい。
斜めに形成された凸部（又は凹部）の厚みｄ2’’は、隔壁の厚さｄ2と同様であり，好ましい範囲についても同様である。
斜めに形成された凸部（又は凹部）の流れ方向の幅ｌ2は、ｄ2’’との比ｌ2／ｄ2’’において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成できるため好ましい。
斜めに形成された凸部（又は凹部）のピッチｐ2は、斜めに形成された凸部（又は凹部）の流れ方向の幅ｌ2との比ｐ2／ｌ2において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を生成でき、また圧損が少ないため好ましい。
また、第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンは左右対称に形成されていることが好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
【００６５】
（送液装置の製造方法）
図１３は、第１の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材を組み合わせにより形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）のパターン部材を接合転写する。
引き続き（ｃ）と（ｄ）とを交互に接合転写することにより隔壁を形成する。粒子分散液供給口を形成する際には、（ｃ）及び（ｄ）の代わりに、（ｅ）及び（ｆ）を用いて隔壁を形成する。隔壁の開口の幅、ピッチ、微小流路の流路幅等の調整は、（ｃ）及び（ｄ）、又は、（ｅ）及び（ｆ）の組合せを複数回繰り返すことにより行う。
その後、（ｃ）を接合転写した後に（ｂ）を接合転写し、最後に（ａ）を接合転写することにより第２の実施形態の送液装置が完成する。
【００６６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の送液装置について説明する。
第３の実施形態の送液装置は、微小流路と、前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする送液装置において、前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンを有する。
【００６７】
図１４は第３の実施形態の送液装置の斜視図である。
本実施形態においては、第１の分割流路２と第２の分割流路３との間を流体の送液方向に沿って開口を有する隔壁４が仕切っている。
図１５は第３の実施形態における上昇流の発生を示す概念図である。第１の分割流路に導入された側壁近傍の輸送液は、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、Ｖ字型のパターンに衝突し、その傾斜のため中央からから側壁側に向きを変える。側壁に衝突した流体は行き場を失い、側壁付近で下降流となり、図１６に示すように、隔壁に衝突した後に第１の分割流路の中央部において上昇流Ｃを引き起こす。これら上昇流と下降流とは、前記置換流と全く逆方向であるため、構造や流通条件を適切に設計すれば相殺することが可能となる。
【００６８】
第３の実施形態における微小流路、輸送液供給口、隔壁、分割流路、粒子分散液、輸送液、粒子分散液供給口及び排出口等については、第２の実施形態におけるものと同様であり、好ましい範囲についても同様である。
【００６９】
（パターン）
第３の実施形態においては、前記下降流及び上昇流を発生させるパターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンとなっている。図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）を参照して、第３の実施形態におけるパターンについて説明する。
Ｖ字の中央部の角度θ3は、８０〜１４０度が好ましく、１００〜１２０度がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、効率よく下降流を形成できるため好ましい。
Ｖ字の流れ方向の幅ｌ3は、パターンの鉛直方向の厚みｄ3’’との比ｌ3／ｄ3’’において、０．５〜２が好ましく、０．７５〜１．５がより好ましい。
Ｖ字間のピッチｐ3は、Ｖ字の流れ方向の幅ｌ3との比ｐ3／ｌ3において２〜１０が好ましく、２〜３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
これらのパラメータは、液体の種類と流速、粒子の種類と大きさ等により適切に設定される。
パターンの鉛直方向の厚みｄ3’’は、第１の分割流路の高さｈ3との比ｄ3’’／ｈ3において０．１〜０．５が好ましく、０．２〜０．３がより好ましい。上記の数値の範囲内であると、上昇流を効率よく生成できるため好ましい。
【００７０】
（送液装置の製造方法）
図１８は、第３の実施形態の送液装置を形成するための薄膜パターン部材の概念説明図である。第１の実施形態の送液装置が、図１８（ａ）〜図１８（ｆ）の計６パターンの薄膜パターン部材の組み合わせにより形成されていることを示す。ニッケルの電鋳により、上記（ａ）から（ｆ）のパターン部材をステンレス基板上（ドナー基板）に一括形成する。ターゲット基板にまず（ａ）のパターン部材を常温接合技術により接合転写する。次に（ａ）のパターン部材の上に、同様な方法により（ｂ）を接合転写した後に（ｃ）の隔壁を接合転写する。第２の分割流路の高さを調整したい場合には（ｂ）のパターン部材の接合転写を複数回行う。その後、（ｂ）又は（ｄ）のパターン部材を組み合わせて複数回接合転写することにより、第１の分割流路の高さ、排出口の位置（高さ）及び数を調整することができる。最後に（ｅ）及び（ｆ）のパターン部材を接合転写することにより、粒子分散液供給口を形成する。以上の工程により、第３の実施形態の送液装置が作製される。
【００７１】
以上、第１の実施形態から第３の実施形態における上昇流を発生させるパターンについて説明したが、例えば第１の実施形態におけるパターンが形成された隔壁を第２の実施形態又は第３の実施形態において適用するなど、各実施形態を組み合わせた送液装置も本実施形態の送液装置に含まれるものとする。
【００７２】
ＩＩ．分級装置及び分級方法
次に、本実施形態の送液装置を利用した分級装置及び分級方法について説明する。
本実施形態の分級装置は、本実施形態の送液装置を含むことを特徴とする。
また、本実施形態の分級方法は、本実施形態の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする。
【００７３】
本実施形態の送液方法を利用した分級方法では、送液路における粒子の沈降速度が、ストークスの式に基づく粒子の沈降速度により近く、理論的な沈降速度差による粒子の分級に近い形で沈降速度を利用した粒子の分級が行われる。具体的には、置換流を打ち消す程度の上昇流を発生させるように流速を選択することで、粒径の異なる粒子の沈降速度差を利用した分級が行われる。
【００７４】
図１９は、本実施形態の分級装置に輸送液及び粒子分散液を送流した場合の概念図である。微小流路に輸送液を送流すると、微小流路の内壁又は隔壁に形成されたパターンにより、微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させる。
一方、第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口から供給された粒子分散液により、置換流が発生する。前記パターンにより発生した流れと前記置換流とは逆方向の流れとなるため、互いに打ち消しあい、供給された粒子はストークスの式に従って沈降する。粒子分散液に含まれる粒子のうち、粒子径の小さいものは第１の分割流路の下流に形成された上側の排出口から回収される。また、第２の排出口から回収される粒子よりも粒子径の大きいものはより沈降しており、第１の分割流路の下流に形成された下側の排出口から回収される。また、粒子分散液に含まれる粒子のうち、粒子径の大きい粗粉は隔壁に形成された開口を通過し、第２の分割流路まで沈降し、下流の第２の分割流路に形成された排出口から排出される。
【実施例】
【００７５】
以下に実施例及び比較例を示して本実施形態について詳述するが、本実施形態は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００７６】
（実施例１）
前記第１の実施形態の分級装置を作製した。図７における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ1：１ｍｍ
微小流路長さＬ1：２５ｍｍ
第１の分割流路高さｈ1：１ｍｍ
隔壁厚さｄ1：０．２５ｍｍ
第２の分割流路高さｈ1’：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンの先端の角度θ1：１１０度
Ｖ字型のパターンの流路方向の幅ｌ1：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンのピッチｐ1：０．７５ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ1’は０．２５ｍｍとした。
【００７７】
（上昇流の発生の確認）
比重１．０のカラービーズを１０重量％含む樹脂粒子分散液を輸送液供給口から送液し、第１の分割流路において上昇流が発生しているか否かを観察した。評価結果を表１に示した。
【００７８】
（分級の評価）
下記の平均粒子径を有する単分散ポリエステル真球粒子（密度１，２００ｋｇ／ｍ3）を純水に分散させ（微量の界面活性剤を含む。）、１０重量％濃度の粒子分散液（粒子分散液（１））を作製した。
・平均粒子径（小粒子径）６μｍ ５部
・平均粒子径（大粒子径）１５μｍ ５部
・水 ９０部
【００７９】
粒子分散液（１）及び輸送液（水）の送液はシリンジポンプを用いた。各送液速度は、粒子分散液（１）を粒子分散液供給口から２〜２０ｍｌ／ｈ、輸送液を輸送液供給口から１０〜１００ｍｌ／ｈにて送液した。
第１の分割流路上部の排出口から回収した回収液を回収液（１）、第１の分割流路下部の排出口から回収した回収液を回収液（２）、第２の分割流路上部の排出口から回収した回収液を回収液（３）とした。
【００８０】
各回収液に含まれる粒子の数平均粒子径や数平均粒度分布指標を評価した。
粒子の数平均粒子径や数平均粒度分布指標は、コールターマルチサイザーＩＩ型（ベックマン・コールター（株）製）で測定した。粒度分布を基にして分割された大小各単分散ポリエステル粒子の割合を、出口ごとにカウントした。評価結果を表１に示した。
【００８１】
（実施例２）
前記第２の実施形態の分級装置を作製した。図１２における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ2：１ｍｍ
微小流路長さＬ2：２０ｍｍ
第１の分割流路高さｈ2：１ｍｍ
隔壁厚さｄ2：０．１ｍｍ
隔壁に形成された格子の幅ｌ2’：０．１ｍｍ
格子間のピッチｐ2’：０．２ｍｍ
第２の分割流路高さｈ2’：０．２ｍｍ
斜めに形成された凸部の角度θ2：６０度
斜めに形成された凸部の流路方向の幅ｌ2：０．１ｍｍ
斜めに形成された凸部のピッチｐ2：０．３ｍｍ
斜めに形成された凸部の厚みｄ2’’：０．１ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ2’は０．１ｍｍとした。実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８２】
（実施例３）
前記第１の実施形態の分級装置を作製した。図１７における分級装置の寸法は下記の通りである。
微小流路幅Ｗ3：１ｍｍ
微小流路長さＬ3：３０ｍｍ
第１の分割流路高さｈ3：１ｍｍ
隔壁厚さｄ3：０．１ｍｍ
第２の分割流路高さｈ3’：０．３ｍｍ
Ｖ字型のパターンの先端の角度θ3：１１０度
Ｖ字型のパターンの流路方向の幅ｌ3：０．２５ｍｍ
Ｖ字型のパターンのピッチｐ3：０．７５ｍｍ
Ｖ字型のパターンの厚さｄ3’’：０．１ｍｍ
第１の分割流路の下流に形成された上部排出口と下部排出口とを分ける仕切りを第１の分割流路末端のほぼ中間位置に設けた。仕切りの厚みｄ3’は０．１ｍｍとした。
実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８３】
（比較例）
実施例１で使用した分級装置の隔壁のかわりに、実施例２で使用した隔壁を使用して分級装置を作製した。実施例１と同様にして上昇流の発生の確認及び分級の評価を行った。結果を表１に示した。
【００８４】
【表１】
【符号の説明】
【００８５】
Ｂ 輸送液
Ｃ 上昇流
１ 微小流路
２ 第１の分割流路
３ 第２の分割流路
４ 隔壁
５ パターン
６ 輸送液供給口
７ 粒子分散液供給口
８ 排出口
１０ 送液装置
５００ 金属基板（第１の基板）
５０１Ａ １層目のパターン部材
５０１Ｂ ２層目のパターン部材
５０５ ドナー基板
５１０ ターゲット基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流路と、
前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、
前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、
前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、
前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、
前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、
前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、
前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする
送液装置。
【請求項２】
前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである、請求項１に記載の送液装置。
【請求項３】
前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである、請求項１又は２に記載の送液装置。
【請求項４】
前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンである、請求項１〜３いずれか１つに記載の送液装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１つに記載の送液装置を含むことを特徴とする、分級装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、
前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする
分級方法。
【請求項１】
微小流路と、
前記微小流路に輸送液を供給する輸送液供給口と、
前記微小流路内に流体の流れ方向に形成され、微小流路を上下に隔て、かつ、開口を有する隔壁と、
前記隔壁に対して上側に位置する第１の分割流路と、
前記隔壁の下側に位置する第２の分割流路と、
前記第１の分割流路の幅方向中央部に粒子分散液を供給する粒子分散液供給口と、
前記第１の分割流路及び第２の分割流路の下流から流体を排出する少なくとも１つの排出口と、を有し、
前記微小流路の内壁又は隔壁には、前記微小流路の断面の中央部において鉛直方向に対して上向きの流れを発生させるパターンが形成されていることを特徴とする
送液装置。
【請求項２】
前記パターンが、前記隔壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って微小流路側壁から微小流路中央に向かうＶ字型の開口部が複数個連なった開口パターンである、請求項１に記載の送液装置。
【請求項３】
前記パターンが、前記第１の分割流路の両側壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記第１の分割流路上面から下方に向かって、流体の流れ方向に対して斜めに形成された凸部又は凹部が複数連なったパターンである、請求項１又は２に記載の送液装置。
【請求項４】
前記パターンが、前記微小流路の上面内壁に形成されたパターンであり、流体の流れ方向に沿って前記上面内壁の中央から微小流路側壁に向かうＶ字型の凸部又は凹部が複数連なったパターンである、請求項１〜３いずれか１つに記載の送液装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１つに記載の送液装置を含むことを特徴とする、分級装置。
【請求項６】
請求項５に記載の分級装置の粒子分散液供給口に粒子分散液を送流する供給工程、及び、
前記微小流路において粒子を分級する分級工程を含むことを特徴とする
分級方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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】
【公開番号】特開２０１１−６７７８５（Ｐ２０１１−６７７８５Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２２１８２（Ｐ２００９−２２２１８２）
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【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２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２８日（２００９．９．２８）
【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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