(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を複数の流体供給路から１本のミキシング流路内へ導入し、これらの流体を薄片状の層流として流通させつつ、流体同士をその接触界面の法線方向へ拡散し、混合するマイクロミキサーであって、
厚さ方向に沿った両端面がそれぞれ表面部及び裏面部とされたベースプレートと、
前記厚さ方向に沿って前記ベースプレートの表面部上に積層され、該ベースプレートと共にミキサー本体を構成するミキシングプレートと、
前記ベースプレートの表面部に沿って形成され、前記ミキサー本体の外部から流体が供給される第１のヘッダ部及び、該第１のヘッダ部と繋がり前記ベースプレートの表面部に開口するスリット状の第１の供給口が設けられた第１の流体供給路と、
前記ベースプレートに形成され、該ベースプレートの裏面部に開口し前記ミキサー本体の外部から流体が供給される第２のヘッダ部及び、前記ベースプレートを貫通する貫通部を介して前記第２のヘッダ部と繋がり、前記第１の供給口と幅方向に沿って隣接するように前記ベースプレートの表面部に開口するスリット状の第２の供給口が設けられた第２の流体供給路と、
前記ミキシングプレートに形成され、前記第１の供給口及び前記第２の供給口を前記幅方向に沿って横断するように前記ミキシングプレートの裏面部に開口するスリット状の入液口及び、前記ミキシングプレートを貫通する混合部を介して前記入液口と繋がり、前記ミキシングプレートの表面部に開口する出液口が設けられたミキシング流路とを有し、
前記前記第１の供給口及び前記第２の供給口の前記幅方向に沿った開口幅を１μm以上で５００μm以下としたことを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項２】
前記第１の流体供給路及び前記第２の流体供給路の少なくとも一方を前記ベースプレートに２本形成したことを特徴とする請求項１記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
前記第１の流体供給路を前記第１のヘッダ部と前記第１の供給口との間で複数に分岐し、前記ベースプレートの表面部に複数の第１の供給口を櫛歯状に開口させると共に、前記第２の流体供給路を前記第２のヘッダ部と前記第２の供給口との間で複数に分岐し、前記ベースプレートの表面部に複数の第２の供給口を櫛歯状に開口させ、複数の第１の供給口と複数の第２の供給口とを前記幅方向に沿って交互に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロミキサー。
【請求項４】
前記厚さ方向に沿って一対の前記ベースプレートを積層すると共に、該一対のベースプレート上に前記ミキシングプレートを積層して前記ミキサー本体を構成し、
前記ミキシングプレートに隣接する一方ベースプレートに、他方のベースプレートにおける第１の流体供給路及び第２の流体供給路にそれぞれ繋がる延長路を穿設し、該延長路により他方のベースプレートにおける第１の流体供給路及び第２の流体供給路をそれぞれ一方のベースプレートの表面部まで延長し、該表面部に第１の供給口及び前記第２の供給口を開口させたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のマイクロミキサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を複数本の流体供給路から１本のミキシング流路内へ導入し、これら流体を層流状態としてミキシング流路内を流通させつつ、流体同士をその接触界面の法線方向へ拡散し、混合するマイクロミキサーに関し、更に詳しくは、３種類以上の流体の混合に適した構造を有するマイクロミキサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、写真感光材料に用いられる乳剤製造等の化学産業の分野では、マイクロミキサー又はマイクロリアクターと呼ばれる微小容器を用いた新しい製造プロセスの開発が進められている。マイクロミキサー及びマイクロリアクターには、等価直径が数μｍ〜数百μｍ程度の複数本のマイクロチャンネル及び、これらのマイクロチャンネルと繋がる混合空間が設けられており、このマイクロミキサー及びマイクロリアクターでは、複数本のマイクロチャンネルを通して複数の溶液をそれぞれ混合空間へ導入することで、複数の溶液を混合し、又は混合と共に化学反応を生じさせる。なお、マイクロミキサーとマイクロリアクターとは基本的な構造が共通とされているが、特に、複数の溶液を混合する際に化学反応を伴うものをマイクロリアクターと言う場合がある。このことから、マイクロミキサーには、マイクロリアクターが含まれるものとして以下の説明を行う。このようなマイクロミキサーとしては、例えば、特表平９−５１２７４２号、ＰＣＴ国際公開ＷＯ  ００／６２９１３号公報に開示されているものがある。これらのマイクロミキサーは、何れも、２種類の溶液をそれぞれ微細なマイクロチャンネル等と呼ばれる流路を通し、極めて薄い薄片状の断面を有する層流として混合空間内へ供給することで、この混合空間内で二種類の溶液同士を混合及び反応させるものである。
【０００３】
次に、上記のようなマイクロミキサーによる混合及び反応がタンク等を用いたバッチ方式と異なる点を説明する。すなわち、液相の化学反応は、一般に反応液の界面において分子同士が出会うことによって反応が起こるので、微小空間内で反応を行うと相対的に界面の面積が大きくなり、反応効率は著しく増大する。また分子の拡散そのものも拡散時間は距離の二乗に比例する。このことは、スケールを小さくするに従って反応液を能動的に混合しなくても、分子の拡散によって混合が進み、反応が起こり易くなることを意味している。また、微小空間においては、スケールが小さいために層流支配の流れとなり、溶液同士が層流状態となって拡散混合される。
【０００４】
上記のような特徴を有するマイクロミキサーを用いれば、例えば、タンク等を用いた従来のバッチ方式と比較し、溶液同士の反応時間及び温度の高度制御が可能になり、また一次生成物が反応容器内に滞留する間に引き続き反応を受けてしまうことを抑止できるので、従来では取り出すことが困難であった純粋な一次生成物を取り出すことも可能になる。また、実験的な製造設備により製造された少量の化学物質を大規模の製造設備により多量に製造（スケールアップ）する際には、従来、実験的な製造設備に対し、大規模の製造設備での再現性を得るために多大の労力及び時間を要していたが、必要となる製造量に応じてマイクロミキサーからなる製造ラインを並列化することにより、このような再現性を得るための労力及び時間を大幅に減少できる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような化学物質の製造プロセスにおいては、３種類以上の溶液を急速に混合及び反応させることが要求されることがあるが、特表平９−５１２７４２号、ＷＯ  ００／６２９１３号等に開示された従来のマイクロミキサーは、２種類の溶液を混合及び反応させるためのものである。このため、従来のマイクロミキサーにより３種類以上の溶液を混合及び反応させる場合には、２個以上のマイクロミキサーを配管等により直列的に接続した流体回路を構成し、この流体回路により３種類以上の溶液を段階的に混合及び反応させる必要があった。しかし、流体回路では、上流側に配置されたマイクロミキサーと下流側に配置されたマイクロミキサーとの距離を短縮することには限界があり、２種類の溶液の混合容器に他の溶液を混合するまでには一定の時間を要し、３種類の溶液を同時に混合することはできない。また流体回路では、供給される溶液の種類が増加するに従って回路を構成する素子（マイクロミキサー）の個数が増加し、回路構造が複雑になってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上記事実を考慮して、混合する流体が３種類以上である場合でも、混合する流体の種類に等しい本数の流体供給路をミキサー本体に簡単に形成でき、これらの流体供給路から流体をそれぞれ薄片状の層流としてミキシング流路へ供給できるマイクロミキサーを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロミキサーでは、ベースプレートの表面部に沿って形成された第１の流体供給路に、ベースプレートの表面部に開口しミキサー本体の外部から流体が供給される第１のヘッダ部及び、この第１のヘッダ部と繋がりベースプレートの表面部に開口するスリット状の第１の供給口が設けられると共に、ベースプレートに形成された第２の流体供給路に、ベースプレートの裏面部に開口しミキサー本体の外部から流体が供給される第２のヘッダ部及び、ベースプレートを貫通する貫通部を介して第２のヘッダ部と繋がり、第１の供給口と幅方向に沿って隣接するようにベースプレートの表面部に開口するスリット状の第２の供給口が設けられていることにより、第２の流体供給路におけるヘッダ部及びこのヘッダ部を第２の供給口へ繋げる微細な溝部（マイクロチャンネル部）をベースプレートの表面部に形成する必要がなくなる。
【０００８】
従って、スペース的な制約によりベースプレートの表面部に第１の流体供給路を２本以下しか形成できない場合でも、ベースプレートの表面部に１μm〜５００μmの微小な開口幅しかない第２の供給口を開口させることにより、第１の供給口及び第２の供給口を通して流体をミキシングプレートに形成されたミキシング流路へ導入できるので、ベースプレートに１本又は２本の第２の流体供給路を形成すれば、第１及び第２の流体供給路を通して２種類乃至４種類の流体をミキシング流路へ導入し、これらの流体を第１及び第２の供給口の開口幅に対応する微小幅の層流としてミキシング流路内を流通させつつ、これらの流体同士を拡散混合できるようになる。
【０００９】
また本発明に係るマイクロミキサーによれば、特に、流体供給路における供給口がヘッダ部から複数に分岐して櫛歯状に配置される場合には、異なる流体供給路に繋がった複数の供給口を互い違いに配置しつつ、ベースプレートの片側の面（表面部又は裏面部）に形成できる流体供給路の最大本数は事実上、２本に制限されてしまうので、このような場合でも、３種類又は４種類の流体が混合可能なマイクロミキサーを簡単に実現できる。
【００１０】
また本発明に係るマイクロミキサーにおいて、外部から複数の流体供給路に供給される流体としては、例えば、液体、気体、液体中に金属微粒子等が分散された固液混合物、気体中に金属微粒子等が分散された固気混合物、液体中に気体が溶解せずに分散した気液混合物等も対象となり、また流体の種類が異なるとは、化学組成が異なる場合のみならず、例えば、温度、固液比等の状態が異なる場合も含まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るマイクロミキサーについて図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１及び図２には本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの一例が示されている。このマイクロミキサー１０は、３種類の溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を同時に混合し、これらの溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が均一に混合された溶液ＬＭを生成するためのものである。ここで、マイクロミキサー１０により溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を混合する際には、溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３間に化学反応が生じる場合と生じない場合とが考えられるが、本実施形態に係るマイクロミキサー１０は何れの場合にも用いることができる。
【００１３】
図１に示されるように、マイクロミキサー１０は全体として略円柱状に形成されており、ベースプレート１２、ミキシングプレート１４及びカバープレート１６，１８がプレートの厚さ方向（矢印Ｔ方向）に沿って積層されて構成されている。これら４枚のプレート１０，１２，１４，１６は、それぞれ外径が同一寸法とされた円板状に形成されている。ここで、ベースプレート１２及びミキシングプレート１４は溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を混合するためのミキサー本体２０を構成しており、カバープレート１６，１８は、ミキサー本体２０を厚さ方向に沿って両側から挟持するように配置されている。なお、図１（Ｂ）の紙面上、各プレート１０，１２，１４，１６における上側にそれぞれ位置する面を表面部と言い、下側にそれぞれ位置する面を裏面部と言うものとする。
【００１４】
カバープレート１６、ミキシングプレート１４及びベースプレート１２には、その外周部に厚さ方向へ貫通する複数の挿通穴２２，２４，２６が穿設され、カバープレート１８の外周部には、複数の挿通穴２２，２４，２６にそれぞれ対応するように複数のねじ穴２８が厚さ方向に沿って穿設されている。プレート１０，１２，１４，１６は、その挿通穴２２，２４，２６及びねじ穴２８が一致するように積層された後、連結ボルト３０がカバープレート１６側から挿通穴２２，２４，２６内へ挿入され、カバープレート１８のねじ穴２８内へねじ込まれることにより、連結ボルト３０により連結されマイクロミキサー１０として組み立てられている。
【００１５】
図１（Ｂ）に示されるように、カバープレート１６の裏面部１６Ｂ、ミキシングプレート１４の裏面部１４Ｂ、カバープレート１８の表面部１８Ａには、それぞれ挿通穴２４，２６又はねじ穴２８に対して僅かに内周側に周方向に沿って環状溝３２が形成されており、これらの環状溝３２内には、それぞれシリコンゴム等の弾性材料により成形されたＯリング３４（図２参照）が嵌挿されている。これらの３個のＯリング３４は、それぞれプレート１４，１６間、プレート１２，１４間及びプレート１２，１８間で厚さ方向に沿って圧縮状態とされ、プレート１２，１４、プレート１４，１６及びプレート１２，１８における面間からの溶液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，ＬＭの漏洩を防止している。
【００１６】
図２に示されるように、ベースプレート１２の表面部１２Ａには、凹状の給液路３６が形成されている。給液路３６には、表面部１２Ａの外周寄りの部位にヘッダ部３８が設けられており、このヘッダ部３８は、面方向に沿った形状が外周側から中心側へ向って幅が広くなる扇状とされている。また給液路３６には、ヘッダ部３８の中心側の端部から延出する複数本（図２では６本）のマイクロチャンネル部４０が一体的に形成されている。これらのマイクロチャンネル部４０は、それぞれベースプレート１２の径方向に沿って互いに平行に延在する細長い溝状に形成され、全体としては櫛歯状の配置になっている。複数本のマイクロチャンネル部４０は、それぞれベースプレート１２の表面部１２Ａにスリット状の給液口４２を開口させており、これらの給液口４２の開口幅Ｗ１（図２参照）は、溶液Ｌ１の種類、供給量等に応じて１μｍ以上で５００μｍ以下の範囲で適宜設定される。またマイクロチャンネル部４０の深さも、溶液Ｌ１の供給量に応じて適宜設定されるが、好ましくは開口幅Ｗ１の１倍以上、更に好ましくは開口幅Ｗ１の２倍以上となるように設定される。またヘッダ部３８から延出するマイクロチャンネル部４０の本数も溶液Ｌ１の供給量に応じて適宜設定され、開口幅Ｗ１が一定である場合には、供給量の増加に従って本数を増加する必要がある。
【００１７】
図３（Ｄ）及び図４に示されるように、ベースプレート１２の裏面部１２Ｂにはそれぞれ凹状とされた一対の給液路４４，５４が形成されている。これらの給液路４４，５４にも、表面部１２Ａにおける給液路３６と同様な形状を有するヘッダ部４６，５６が形成されており、これらのヘッダ部４６，５６は、マイクロミキサー１０の軸心Ｓを中心として互いに対称的に配置されている。一方の給液路４４には、ヘッダ部４６の中心側の端部から複数本（図３及び図４では６本）のマイクロチャンネル部４８が一体的に形成されている。これらのマイクロチャンネル部４８は、それぞれ径方向に沿って互いに平行に延在する細長い溝状に形成され、全体としては櫛歯状の配置になっている。これらのマイクロチャンネル部４８は、それぞれ給液路３６のマイクロチャンネル部４０に対し、チャンネル幅方向（矢印Ｗ方向）に沿って所定距離だけ偏倚し、かつチャンネル長方向（矢印Ｅ方向）ではマイクロチャンネル部４０と略一致するように配置されている。
【００１８】
また、他方の給液路５４にも、ヘッダ部５６の中心側の端部から複数本（図３及び図４では６本）のマイクロチャンネル部５８が一体的に形成されている。これらのマイクロチャンネル部５８は、それぞれ径方向に沿って互いに平行に延在する細長い溝状に形成され、全体としては櫛歯状の配置になっている。これらのマイクロチャンネル部５８は、それぞれチャンネル幅方向に沿ってマイクロチャンネル部４０とマイクロチャンネル部４８との中間に位置し、かつチャンネル長方向ではマイクロチャンネル部４８，５８と略一致するように配置されている。ここで、ベースプレート１２の表面部１２Ａにミキシングプレート１４の裏面部１４Ｂが密着することにより、この裏面部１４Ｂにより給液路３６のミキシングプレート１４側の開口が閉塞され、給液路３６内に外部から区画された空間が形成される。またベースプレート１２の裏面部１２Ｂにカバープレート１８の表面部１８Ａが密着することにより、この表面部１８Ａにより給液路４４，５４のカバープレート１８側の開口が閉塞され、給液路４４，５４内に外部から区画された空間がそれぞれ形成される。
【００１９】
図３（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるように、給液路４４，５４には、それぞれマイクロチャンネル部４８，５８の底面部分から厚さ方向に沿ってベースプレート１２の表面部１２Ａへ貫通する貫通部５０，６０が形成されている。これら貫通部５０，６０の表面部１２Ａの開口端は、チャンネル長方向に沿って細長いスリット状の給液口５２，６２とされている。これらの給液口５２，６２は、図３（Ａ）に示されるように給液路３６の給液口４２と平行に延在している。また３種類の給液口４２，５２，６２は、チャンネル幅方向に沿って互い違いとなるように配置されている。ここで、給液口５２，６２のチャンネル幅方向に沿った開口幅Ｗ２、Ｗ３は、給液口４２と同様に、溶液Ｌ２、Ｌ３の種類、供給量等に応じて１μｍ以上で５００μｍ以下の範囲で適宜設定されるが、本実施形態では開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が同一寸法とされている。また３種類の給液口４２，５２，６２間のチャンネル幅方向に沿ったピッチは、淀みの発生を抑制して溶液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の混合時間を短縮する観点からは、可能な限り狭いことが望ましい。
【００２０】
図２及び図５に示されるように、ミキシングプレート１４の中央部には裏面部１４Ｂから表面部１４Ａへ貫通するミキシング流路６４が穿設されている。このミキシング流路６４は、その断面形状が給液口４２，５２，６２と直交する方向（チャンネル幅方向）に沿って細長く、チャンネル長方向における開口幅が狭いスリット状とされている。ミキシング流路６４は、チャンネル幅方向に沿った開口長が裏面部１４Ｂから表面部１４Ａへ向ってテーパ状に狭くなっており、裏面部１４Ｂ及び表面部１４Ａにそれぞれチャンネル幅方向へ細長い入液口６６及び出液口６８を開口させている。入液口６６は、ベースプレート１２の給液口４２，５２，６２と正対し、給液口４２，５２，６２の中央部をチャンネル幅方向に沿って横断するように配置されている。これにより、給液路３６，４４，５４は、給液口４２，５２，６２が中央部のみが入液口６６によりミキシング流路６４へ連通する状態となる。ここで、ミキシング流路６４のチャンネル長方向に沿った開口幅Ｗ４（図２参照）は、給液口４２，５２，６２の開口幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、給液口４２，５２，６２からの溶液Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の給液量等に応じて１μｍ〜５００μｍの範囲内で適宜設定される。
【００２１】
図１に示されるように、下側のカバープレート１８には、厚さ方向に沿って２本の注液穴７０，７２が穿設されており、これらの注液穴７０，７２はカバープレート１８を貫通している。注液穴７０，７２の一端部はそれぞれ給液路４４，５４におけるヘッダ部４６，５６に接続され、また他端部にはそれぞれ雌ねじ部７０Ａ，７２Ａが形成されている。これらの雌ねじ部７０Ａ，７２Ａには、筒状に形成されたニップル部材７４の雄ねじ部がねじ込まれている。一対の注液穴７０，７２には、一対のニップル部材７４を介してそれぞれ給液配管（図示省略）が接続され、これら一対の給液配管を通して加圧状態の溶液Ｌ２，Ｌ３が供給される。
【００２２】
ミキシングプレート１４及び上側のカバープレート１６にも、厚さ方向に沿って注液穴７６，７８が厚さ方向に沿って穿設され、これらの注液穴７６，７８は、それぞれミキシングプレート１４及びカバープレート１６を貫通すると共に、ミキシングプレート１４とカバープレート１６の裏面部１６Ｂとの面間で互いに接続されている。注液穴７６の一端部は給液路３６におけるヘッダ部３８に接続され、また注液路７８の他端部には雌ねじ部７８Ａが形成されている。この雌ねじ部７８Ａには、ニップル部材７４の雄ねじ部がねじ込まれている。注液穴７６，７８には、ニップル部材７４を介して給液配管（図示省略）が接続され、この給液配管を通して加圧状態の溶液Ｌ１が供給される。またカバープレート１６の裏面部１６Ｂには、注液路７８の外周側に環状溝が形成されており、この環状溝内には、図１（Ｂ）に示されるようにＯリング１９が挿入され、このＯリング１９はカバープレート１９とミキシングプレート１４との間で軸方向へ圧縮されている。これにより、注液路７６，７８内を流通する溶液Ｌ３がカバープレート１６の裏面部１６Ｂとミキシングプレート１４の表面部１４Ａとの間から洩れることが防止されている。
【００２３】
図１に示されるように、上側のカバープレート１６には、軸心Ｓに沿って出液穴８０が穿設されており、この出液穴８０はカバープレート１６を貫通している。出液穴８０の一端部はミキシング流路６４の出液口６８に接続され、また他端部には雌ねじ部８０Ａが形成されている。この雌ねじ部８０Ａには、筒状に形成されたニップル部材８２の雄ねじ部がねじ込まれている。出液穴８０にはニップル部材８２を介して出液配管（図示省略）が接続される。これにより、３種類の溶液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が混合された溶液ＬＭは、カバープレート１６の出液穴８０を通して出液配管内へ送り出され、この出液配管を通して次の処理工程が行われる他のマイクロミキサーや溶液ＬＭを貯留する溶液タンク等へ送られる。
【００２４】
上記のように構成された本実施形態に係るマイクロミキサー１０では、注液穴７０，７２，７６，７８を通してベースプレート１２の表面部１２Ａ及び裏面部１２Ｂにそれぞれ形成されたヘッダ部３８，４６，５６に溶液Ｌ１〜Ｌ３を供給することにより、これらの溶液Ｌ１〜Ｌ３がマイクロチャンネル部４０，４８，５８の給液口４２，５２，６２を通ってミキシング流路６４内へ導入される。このとき、給液口４２，５２，６２の開口幅Ｗ１〜Ｗ３が１μｍ〜５００μｍという微小幅とされていることから、給液口４２，５２，６２からミキシング流路６４内へ吐出され溶液Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれ開口幅Ｗ１〜Ｗ３に対応する幅を有する薄片状の層流となって入液口６６から出液口６８側へ流れつつ、各層流の界面ではその法線方向に沿って分子拡散が生じて溶液Ｌ１〜Ｌ３が混合し、出液口６８の手前側で溶液Ｌ１〜Ｌ３が均一に混合された溶液ＬＭが生成される。従って、マイクロミキサー１０によれば、３種類の溶液Ｌ１〜Ｌ３をミキシング流路６４内で同時に混合し、これらが均一に混合し、又は混合と共に所要の化学反応が完了した溶液ＬＭをニップル部材８２に接続された出液配管へ供給できる。
【００２５】
次に、本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの変形例について説明する。図６及び図７には、それぞれ本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの変形例が示されている。
【００２６】
図６に示されるマイクロミキサー８６は、図１及び図２に示されるマイクロミキサー１０と同様に、３種類の溶液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を混合して溶液ＬＭを生成するためのものである。このマイクロミキサー８６におけるマイクロミキサー１０に対する主要な変更点は、ベースプレート１２の裏面部１２Ｂに形成された１本の給液路５４が省略されている点及び、ベースプレート１２の表面部１２Ａに給液路８８が追加して形成されている点である。
【００２７】
ベースプレート１２の表面部１２Ａに追加形成された給液路８８は、他方の給液路３６と同様に、ヘッダ部９０及びマイクロチャンネル部９２を備えており、軸心Ｓを中心として他方の給液路３６と対称的に配置されている。これらの主要な変更点に対応して、マイクロミキサー８６では、下側のカバープレート１８を貫通する１本の注液穴７２が省略されると共に、ミキシングプレート１４及び上側のカバープレート１６にそれぞれ注液穴９６，９８が追加して追加して穿設されている。この注液穴９６，９８は、他方の注液穴７６，７８と同様な形状とされており、その一端部が表面部１２Ａに追加形成された給液路８８ヘッダ部９０に接続されており、また他端部には雌ねじ部（図示省略）が形成され、この雌ねじ部には、他の注液穴７６，７８と同様に、ニップル部材７４（図１参照）がねじ込まれている。注液穴９６，９８にはニップル部材７４を介して給液配管（図示省略）が接続され、この給液配管を通して加圧状態の溶液Ｌ３が供給される。
【００２８】
図６（Ａ）に示されるように、ベースプレート１２の表面部１２Ａに形成された給液路３６のマイクロチャンネル部４０と給液路８８のマイクロチャンネル部９２とは、チャンネル幅方向に沿って互いに隣接するように配置され、それぞれ表面部１２Ａに給液口４２及び給液口９４を開口させている。ここで、給液口９４のチャンネル幅方向に沿った開口幅Ｗ５は、他の給液口４２と同様に、溶液Ｌ３の種類、供給量等に応じて１μｍ以上で５００μｍ以下の範囲で適宜設定される。またマイクロチャンネル部９２の深さも、他のマイクロチャンネル部４０と同様に、好ましくは開口幅Ｗ１の１倍以上、更に好ましくは開口幅Ｗ４の２倍以上となるように設定される。これらの給液口４２，９４と裏面部１２Ｂに形成された給液路４４に繋がった給液口５２とは、チャンネル幅方向に沿って互い違いとなるように配置されている。これらの給液口４２，５２，９４はそれぞれミキシング流路６４の入液口６６に接続される。これにより、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、給液口４２，５２，９４及び入液口６６を通して給液路３６，４４，８８からミキシング流路６４内へ導入され、このミキシング流路６４内を通って溶液ＬＭとして出液配管へ供給される。
【００２９】
上記のように構成された本実施形態に係るマイクロミキサー８６によっても、図１及び図２に示されるマイクロミキサー１０と同様に、３種類の溶液Ｌ１〜Ｌ３をミキシング流路６４内で同時に混合し、これらが均一に混合し、又は混合と共に所要の化学反応が完了した溶液ＬＭをニップル部材８２に接続された出液配管へ供給できる。
【００３０】
図７に示されるマイクロミキサー１００は、４種類の溶液Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を混合して溶液ＬＭを生成するためのものである。このマイクロミキサー１００におけるマイクロミキサー１０に対する主要な変更点は、ベースプレート１２の表面部１２Ａに給液路１０２が追加して形成されている点である。
【００３１】
ベースプレート１２の表面部１２Ａに形成された給液路１０２は、他方の給液路３６と同様に、ヘッダ部１０４及びマイクロチャンネル部１０６を備えており、軸心Ｓを中心として他方の給液路３６と対称的に配置されている。この主要な変更点に対応して、マイクロミキサー１００では、ミキシングプレート１４及び上側のカバープレート１６にそれぞれ互いに連通する注液穴９６，９８が追加して追加して穿設されている。この注液穴９６，９８は、他方の注液穴７６，７８と同様な形状とされており、その一端部が表面部１２Ａに追加形成された給液路１０２のヘッダ部１０４に接続されている。また注液穴９８の他端部には雌ねじ部（図示省略）が形成され、この雌ねじ部にはニップル部材７４（図１参照）がねじ込まれている。注液穴９６，９８にはニップル部材７４を介して給液配管（図示省略）が接続され、この給液配管を通して加圧状態の溶液Ｌ４が供給される。
【００３２】
図７（Ａ）に示されるように、ベースプレート１２の表面部１２Ａに形成された給液路３６のマイクロチャンネル部４０と給液路１０２のマイクロチャンネル部１０６とは、チャンネル幅方向に沿って給液口５２又は給液口６２を挟んで互いに隣接するように配置され、それぞれ表面部１２Ａに給液口４２及び給液口９４を開口させている。ここで、給液口９４のチャンネル幅方向に沿った開口幅Ｗ６は、他の給液口４２，５２，６２と同様に、溶液Ｌ４の種類、供給量等に応じて１μｍ以上で５００μｍ以下の範囲で適宜設定される。これらの給液口４２，５２，６２，９８は、チャンネル幅方向に沿って互い違いとなるように配置されている。これら４種類の給液口４２，５２，６２，９４はそれぞれミキシング流路６４の入液口６６に接続される。これにより、給液配管を通して給液路３６，４４，５４，１０２内にそれぞれ供給されたＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、給液口４２，５２，６２，９４及び入液口６６を通してミキシング流路６４内へ導入され、ミキシング流路６４内を通って溶液ＬＭとして出液配管へ供給される。
【００３３】
上記のように構成された本実施形態に係るマイクロミキサー１００によれば、４種類の溶液Ｌ１〜Ｌ４をミキシング流路６４内で同時に混合し、これらが均一に混合し、又は混合と共に所要の化学反応が完了した溶液ＬＭをニップル部材８２に接続された出液配管へ供給できる。
【００３４】
次に、本実施形態に係るマイクロミキサー１０，８６，１００の製造方法について説明する。マイクロミキサー１０，８６，１００を構成する各プレート１０，１２，１４，１６の素材については、強度、溶液Ｌ１〜Ｌ４に対する耐腐食性等の化学的安定性、溶液Ｌ１〜Ｌ４との接触界面における流動性等を考慮する必要があり、具体的には、例えば、ステンレス（ＳＵＳ系）、非鉄金属材料、ファインセラミックス、特殊セラミックス、プラスチック等が用いられ、これらの素材に必要に応じてコーティング等の表面処理が施されたものがプレート１０，１２，１４，１６の素材として用いられる。これらの素材及びこれらの素材を加工するための主な加工法を下記の（表１）に示す。
【００３５】
【表１】
0003727594.tif 000002
例えば、ベースプレート１２を金属材料により形成した場合に、このベースプレート１２には、次の▲１▼〜▲３▼に記載された方法により給液路３６を加工することができる。
【００３６】
▲１▼  ベースプレート１２の表面部１２Ａに放電加工によりマイクロチャンネル部４０を掘り込んで形成した後、ヘッダ部３８の開口形状に対応する面形状を有する電極を用いて表面部１２Ａを型削り放電加工してヘッダ部３８を形成する。
【００３７】
▲２▼  ベースプレート１２の表面部１２Ａに型削り放電加工によりヘッダ部３８を形成した後、マイクロチャンネル部４０をその開口幅Ｗ１に対応する数μｍ〜２０μｍ程度の直径を有する微細電極を用いた放電加工により形成する。
【００３８】
▲３▼  マイクロチャンネル部４０の開口幅Ｗ１が１０μｍ程度より広い場合は、ベースプレート１２の表面部１２Ａに、マイクロチャンネル部４０の溝形状に対応する電極を用いた微細放電加工によりマイクロチャンネル部４０を形成するか、超精密機械加工(マイクロ切削加工)を用いてマイクロチャンネル部４０を形成した後、型削り放電加工によりヘッダ部３８を形成する。
【００３９】
なお、ベースプレート１２に給液路４４，５４を形成する場合には、上記▲１▼〜３記載の何れかの方法により方法によりベースプレート１２の裏面部１２Ｂにマイクロチャンネル部４８，５８及びヘッダ部４６，５７を形成した後、微細電極を用いた放電加工によりマイクロチャンネル部４８，５８の底面部分から表面部１２Ａへ貫通する貫通部５０，６０を形成することで、これらの給液路４４，５４も形成できる。
【００４０】
またベースプレート１２がガラス等の導電性の無い素材により形成されている場合には、給液路３６，４４，５４，８８，１００は、例えば、超精密切削加工、超精密研削加工、ＩＣＰ等のドライエッチング加工によりベースプレート１２に形成することが可能である。
【００４１】
また、マイクロミキサー１０，８６，１００では、マイクロチャンネル部４０，４８，５８，９２，１０６の等価直径（チャンネルの断面形状を円形に換算した場合の内径）が小さくなるに従って、溶液Ｌ１〜Ｌ４の粘性の影響が増大して流動性が悪化するおそれがある。このような流動性の低下は、例えば、マイクロチャンネル部４０，４８，５８，９２，１０６の内面を、酸性溶液等の薬液を用いた湿式研磨によりＲmax≦０.２μｍの超平滑面に仕上げるか、これとは逆に、梨地処理等の粗面化処理を施すことで、効果的に抑制することが可能である。さらにマイクロチャンネル部４０，４８，５８，９２，１０６の内面に、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等のセラミックスコーティングを施すことも流動性の低下防止に有効であり、また流動性の低下防止に有効な素材としては、例えば、ＳＵＳ３１６が挙げられる。
【００４２】
また、特に腐食性が強い溶液Ｌ１〜Ｌ４を処理することが考えられる場合には、各プレート１２，１４，１６，１８における溶液Ｌ１〜Ｌ４との接触部にテフロン（Ｒ）、ＴｉＮ、ＳｉＣ等のコーティングを施すか、金（Ａｕ）等の化学的安定性の高い金属をメッキすることにより、腐食性を有する溶液Ｌ１〜Ｌ４に対する耐蝕性を上できる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図８には本発明の第２の実施形態に係るマイクロミキサーが示されている。このマイクロミキサー１１０は、８種類のＬ１〜Ｌ８を混合して溶液ＬＭを生成するためのものである。なお、図８に示されるマイクロミキサー１１０において、第１の実施形態に係るマイクロミキサー１０，８６，１００と構成及び作用が共通の部材については同一符合を付して説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係るマイクロミキサー１１０では、図８（Ｂ）に示されるように、ミキサー本体１１２がシールプレート１２２を介して２枚のベースプレート１１４，１１６が積層され、さらにベースプレート１１６上に１枚のミキシングプレート１４が積層されて構成されている。マイクロミキサー１１０は、ミキサー本体１１２の両側にそれぞれカバープレート１６，１８が積層され、これらが連結ボルト（図示省略）により連結されることより組み立てられている。図８（Ｂ）で下側に示されたベースプレート１１４には、その表面部１１４Ａに一対の給液路１１８，１２４が形成されると共に裏面部１１４Ｂに一対の給液路１３０，１３６が形成されている。下側のベースプレート１１４と同様に、上側に示されたベースプレート１１６にも、その表面部１１６Ａに一対の給液路１４８，１５４が形成されると共に裏面部１１６Ｂに一対の給液路１６０，１６６が形成されている。
【００４５】
下側のベースプレート１１４に形成された給液路１１８，１２４及び給液路１３０，１３６は、基本的には、第１の実施形態に係るマイクロミキサー１００のベースプレート１２に形成された給液路４４，５４及び給液路３６，１０２と同一構造とされており、それぞれヘッダ部１１９，１２５，１３１，１３７、こららのヘッダ部１１９，１２５，１３１，１３７の内周側の端部から延出する複数本（本実施形態では２本）のマイクロチャンネル部１２０，１２６，１３２，１３８及び、マイクロチャンネル部１３２，１３８の底面部分から表面部１１４Ａに貫通する貫通部１３３，１３９を備えている。
【００４６】
ここで、下側のカバープレート１８及びベースプレート１１４には、一端部がヘッダ部１１９，１２５，１３１，１３７に接続され、他端部がマイクロミキサー１１０の外部へ開口する４本の注液穴１４２，１４３，１４４，１４５が穿設されている。これらの注液穴１４２，１４３，１４４，１４５の他端部には給液配管（図示省略）が接続され、これらの給液配管及び注液穴１４２，１４３，１４４，１４５を通してヘッダ部１１９，１２５，１３１，１３７には溶液Ｌ１〜Ｌ４がそれぞれ供給される。
【００４７】
上側のベースプレート１１６に形成された給液路１４８，１５４及び給液路１６０，１６６も、基本的には、第１の実施形態に係るマイクロミキサー１００のベースプレート１２に形成された給液路４４，５４及び給液路３６，１０２と同一構造とされており、それぞれヘッダ部１４９，１５５，１６１，１６７、これらのヘッダ部１４９，１５５，１６１，１６７の内周側の端部から延出する複数本（本実施形態では２本）のマイクロチャンネル部１５０，１５６，１６２，１６８及び、マイクロチャンネル部１６２，１６８の底面部分から表面部１１６Ａに貫通する貫通部１６３，１６９（図８（Ｂ）参照）を備えている。
【００４８】
ここで、上側のカバープレート１６、ミキシングプレート１４及び上側のベースプレート１１６には、一端部がヘッダ部１４９，１５５，１６１，１６７に接続され、他端部がマイクロミキサー１１０の外部へ開口する４本の注液穴（図示省略）が穿設されている。これらの注液穴１７２，１７３，１７４，１７５の他端部には給液配管（図示省略）が接続され、これらの給液配管及び注液穴１７２，１７３，１７４，１７５を通してヘッダ部１４９，１５５，１６１，１６７には溶液Ｌ５〜Ｌ８がそれぞれ供給される。
【００４９】
上側のベースプレート１１６には、図８（Ｂ）に示されるように、その裏面部１１６Ｂから表面部１１６Ａに貫通する延長路１７８，１８０，１８２，１８４が穿設されている。ここで、延長路１７８，１８０は、その下側の開口端がベースプレート１１４の表面部１１４Ａに開口する貫通部１３３，１３９に接続されると共に、上側の開口端がベースプレート１１６の表面部１１６Ａに開口して給液口１７９，１８１を形成している。また延長路１８２，１８４は、その下側の開口端がベースプレート１１４の表面部１１４Ａに開口するマイクロチャンネル部１２０，１２６に接続されると共に、上側の開口端がベースプレート１１６の表面部１１６Ａに開口して給液口１８３，１８５を形成している。またシールプレート１２２には、貫通部１３３，１３９及びマイクロチャンネル部１２０，１２６との対向部分に厚さ方向へ貫通する開口部が形成されており、これらの開口部は、それぞれ延長路１７８，１８０，１８２，１８４の一部を構成している。
【００５０】
従って、上側のベースプレート１１６の表面部１１６Ａには、その表面部１１６Ａ及び裏面部１１６Ｂに形成された給液路１４８，１５４及び給液路１６０，１６６にそれぞれ繋がった給液口１５１，１５７及び給液口１６４，１７０が開口すると共に、延長路１７８，１８０，１８２，１８４を介して下側のベースプレート１１４の表面部１１４Ａ及び裏面部１１４Ｂに形成された給液路１１８，１２４及び給液路１３０，１３６にそれぞれ繋がった給液口１７９，１８１及び給液１８３，１８５が開口する。これらの給液口１５１，１５７，１６４，１７０，１７９，１８１，１８３，１８５は、チャンネル幅方向に沿って互い違いとなるように配置されており、その開口幅がそれぞれ１μｍ〜５００μｍ範囲で適宜設定される。これらの開口幅は、基本的に第１の実施形態に係るマイクロミキサー１０，８６，１００の場合と同様な方法により設定される。
【００５１】
ベースプレート１１６に開口する給液口１５１，１５７，１６４，１７０，１７９，１８１，１８３，１８５は、それぞれミキシングプレート１４に形成されたミキシング流路６４の入液口６６に接続される。これにより、ヘッダ部１１９，１２５，１３１，１３７，１４９，１５５，１６１，１６７にそれぞれ供給された溶液Ｌ１〜Ｌ８は、給液口１５１，１５７，１６４，１７０，１７９，１８１，１８３，１８５及び入液口６６を通してミキシング流路６４内へ導入され、このミキシング流路６４内を通って溶液ＬＭとして出液配管へ供給される。
【００５２】
上記のように構成された本実施形態に係るマイクロミキサー１１０によれば、８種類の溶液Ｌ１〜Ｌ８をミキシング流路６４内で同時に混合し、これらが均一に混合し、又は混合と共に所要の化学反応が完了した溶液ＬＭを出液穴８０に接続された出液配管へ供給できる。またマイクロミキサー１１０により処理する溶液の種類が８種類よりも少ない場合、すなわち５〜７種類の場合には、溶液の種類に応じて給液路１１８，１２４，１３０，１３６，１４２，１４８，１５４，１６０，１６６の両端部を１本〜３本塞ぐことで、マイクロミキサー１１０により５〜７種類の溶液が混合された溶液ＬＭを生成できるようになる。
【００５３】
以上説明した本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサー１０、８６，１００によれば、ベースプレート１２の表面部１２Ａに１本又は２本の給液路３６，８８，１０２を形成すると共に、裏面部１２Ｂに１本又は２本の給液路４４，５４におけるヘッダ部４６，５６及びマイクロチャンネル部４８，５８を形成し、このマイクロチャンネル部４８，５８の底面部分から表面部１２Ａへ貫通する貫通部５０，６０をベースプレート１２に穿設することにより、給液路４４，５４についてはそのヘッダ部４６，５６及びマイクロチャンネル部４８，５８をベースプレート１２の表面部１２Ａに形成する必要がなくなる。
【００５４】
従って、ベースプレート１２の表面部１２Ａには、給液路４４，５４に繋がる給液口５２，６２を開口させるだけで、３種類又は４種類の溶液Ｌ１〜Ｌ４をミキシングプレート１４に形成されたミキシング流路６４へ導入して拡散混合できるようになる。
【００５５】
また、本発明の第２の実施形態に係るマイクロミキサー１１０によれば、第１の実施形態に係るマイクロミキサー１００におけるベースプレート１２と略同一構造の２枚のベースプレート１１４，１１６及びミキシングプレート１４を積層してミキサー本体１１２を構成することで、５種類〜８種類の溶液Ｌ１〜Ｌ８をミキシングプレート１４に形成されたミキシング流路６４へ導入して拡散混合できるようになる。
【００５６】
なお、以上説明した第１及び第２の実施形態に係るマイクロミキサー１０，８６，１００，１１０では、複数種類の溶液が層流状態となってミキシング流路６４を流通する際には、複数種類の溶液からなる層流がミキシング流路６４内で対称的で、かつ各溶液からなる層流数が等しくなるような配置（例えば、Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３−Ｌ１−・・・）とされていたが、ミキシング流路６４内において複数種類の溶液を必ずしもこのような配置とする必要はなく、所定の２種類の溶液からなる層流間に他の溶液からなる層流が常に介在（例えば、Ｌ１−Ｌ３−Ｌ２−Ｌ３−Ｌ１−Ｌ３−Ｌ２−・・・）するように、ミキシング流路６４内に複数種類の溶液を供給しても良い。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るマイクロミキサーによれば、混合する流体が３種類以上である場合でも、混合する流体の種類に等しい本数の流体供給路をミキサー本体に簡単に形成でき、これらの流体供給路から流体を薄片状の層流としてミキシング流路へ供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの一例についての構成を示す平面図及び側面断面図である。
【図２】  図１に示されるようにマイクロミキサーの分解斜視図である。
【図３】  図１に示されるマイクロミキサーにおけるベースプレートの構成を示す平面部及び側面断面図である。
【図４】  図１に示されるマイクロミキサーにおけるベースプレートの裏面部を示す斜視図である。
【図５】  図１に示されるマイクロミキサーの構成を模式的に示す側面断面図であり、マイクロミキサーにおける混合前後の溶液の流れが示されている。
【図６】  本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの変形例についての構成を示す平面図及び側面断面図である。
【図７】  本発明の第１の実施形態に係るマイクロミキサーの変形例についての構成を示す平面図及び側面断面図である。
【図８】  本発明の第２の実施形態に係るマイクロミキサーについての構成を示す平面図及び側面断面図である。
【符号の説明】
１０      マイクロミキサー
１２      ベースプレート
１２Ａ    表面部（ベースプレート）
１２Ｂ    裏面部（ベースプレート）
１４      ミキシングプレート
１４Ａ    表面部（ミキシングプレート）
１４Ｂ    裏面部（ミキシングプレート）
２０      ミキサー本体
３６      給液路（第１の流体供給路）
３８      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
４０      マイクロチャンネル部）
４２      給液口（第１の供給口）
４４      給液路（第２の供給口）
４６      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
４８      マイクロチャンネル部
５２      給液口（第２の供給口）
５４      給液路（第２の流体供給路）
５６      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
５８      マイクロチャンネル部
６２      給液口（第２の供給口）
６４      ミキシング流路
６６      入液口
６８      出液口
８６      マイクロミキサー
８８      給液路（第１の流体供給路）
９０      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
９２      マイクロチャンネル部
９４      給液口（第１の給液口）
１００      マイクロミキサー
１０２      給液路（第１の流体供給路）
１０４      ヘッダ部
１１０      マイクロミキサー
１１２      ミキサー本体
１１４      ベースプレート
１１４Ａ    表面部（ベースプレート）
１１４Ｂ    裏面部（ベースプレート）
１１６      ベースプレート
１１６Ａ    表面部（ベースプレート）
１１６Ｂ    裏面部（ベースプレート）
１１８      給液路（第１の流体供給路）
１１９      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
１２０      マイクロチャンネル
１２１      給液口（第１の供給口）
１２４      給液路（第１の流体供給路）
１２５      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
１２６      マイクロチャンネル
１２７      給液口（第１の供給口）
１３０      給液路（第２の流体供給路）
１３１      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
１３２      マイクロチャンネル
１３３      貫通部
１３６      給液路（第２の流体供給路）
１３７      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
１３８      マイクロチャンネル
１３９      貫通部
１４８      給液路（第１の流体供給路）
１４９      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
１５０      マイクロチャンネル
１５１      給液口（第１の供給口）
１５４      給液路（第１の流体供給路）
１５５      ヘッダ部（第１のヘッダ部）
１５６      マイクロチャンネル
１５７      給液口（第１の供給口）
１６０      給液路（第２の流体供給路）
１６１      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
１６２      マイクロチャンネル
１６３      貫通部
１６４      給液口（第２の供給口）
１６６      ヘッダ部（第２のヘッダ部）
１６７      マイクロチャンネル
１６８      貫通部
１６９      給液口（第２の供給口）
１７８，１８０，１８２，１８４      延長路
１８０，１８２，１８４，１８６      給液口
【図１】
0003727594.tif 000003
【図２】
0003727594.tif 000004
【図３】
0003727594.tif 000005
【図４】
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【図５】
0003727594.tif 000007
【図６】
0003727594.tif 000008
【図７】
0003727594.tif 000009
【図８】
0003727594.tif 000010