(57)【要約】  本発明では、反応液導入口、反応液流路及び反応液排出口を有するマイクロリアクターにおいて、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した弾性表面波を発生する圧電体を、前記薄膜が反応液流路の内面を構成するように前記反応液流路内に設置する。触媒作用を有する薄膜は、金属又は金属酸化物、有機化合物錯体からなる群から選択された材料により構成することができる。  本発明のマイクロリアクターでは反応液の撹拌効果及び触媒作用が格段に改善されるために、化学反応を均一にかつ効率良く促進させることができる。また、流路の目詰まりや圧力損失を生じず、安定で精密な化学反応を実現することが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液導入口、反応液流路及び反応液排出口を有するマイクロリアクターにおいて、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した弾性表面波を発生する圧電体を、前記薄膜が反応液流路の内面を構成するように前記反応液流路内に設置したことを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項２】
前記圧電体が圧電体の長さ方向の両端部にくし型電極を設置し、前記くし型電極間に前記触媒作用を有する薄膜を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロリアクター。
【請求項３】
前記触媒作用を有する薄膜が、金属又は金属酸化物、有機化合物錯体からなる群から選択された材料により構成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロリアクター。
【請求項４】
前記触媒作用を有する薄膜が、複数の層により構成されたものであることを特徴とする請求項３に記載のマイクロリアクター。
【請求項５】
前記触媒作用を有する薄膜が、圧電体表面に隣接するモリブデン層及びインジウムにより構成された表面層を有することを特徴とする請求項４に記載のマイクロリアクター。
【請求項６】
前記触媒作用を有する薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【請求項７】
前記圧電体が、レイリー波を発生する圧電体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【請求項８】
前記圧電体が、バルク波とＳＨ波を同時に発生する圧電体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学反応を効率良く促進させることのできるマイクロリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術を用いてガラス基板、金属基板、樹脂基板、シリコン基板等の部材に形成された微小流路で化学反応を行わせるマイクロリアクターが種々提案されている。【０００３】
マイクロリアクターを用いたミクロ空間で行う化学反応は、つぎのような利点を有することから、様々な分野への応用が検討されている。
（１）空間が小さいことにより、分子の拡散距離が短くなることから混合・抽出等の分子輸送が速やかに起こる。したがって、反応時間やプロセスに要する時間を短縮することができる。
（２）リアクターの比表面積（体積当たりの界面の面積）が大きいことにより、反応する液体間或いは液体と固体の界面が関与する現象の効率が促進される。
（３）リアクター内部の熱容量が小さいため、迅速に熱交換を行うことが可能である。したがって、化学反応の温度制御が容易である。【０００４】
マイクロリアクターを用いた化学反応では、マイクロリットルオーダーの反応溶液を処理することから、従来の攪拌手段を用いて反応溶液を攪拌することは不可能である。そのため、マイクロリアクターでの化学反応を促進させる手段が種々提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照。）
【特許文献１】特開２００４−３１３８６７号公報
【特許文献２】特開２００７−９０３０６号公報
【特許文献３】特開２００４−１９５４３３号公報
【０００５】
特許文献１に記載された技術は、マイクロリアクター内に設ける流路の形状とその配置を工夫することによって反応溶液を攪拌しようとするものである。しかしながら、マイクロリアクターの流路の目詰まりや圧力損失を招くという欠点があった。
また、特許文献２，３に記載された振動手段を用いる技術では、反応溶液に脈動が発生する。その結果、化学反応が不均一になるという問題が生じる。【０００６】
マイクロリアクターでの化学反応を促進させる手段として、流路の壁面に電圧を印加して進行波を生起させる圧電体を設けたマイクロリアクターも種々提案されている。（例えば、特許文献４〜６参照。）
【特許文献４】特開２００８−３６４８５号公報
【特許文献５】特開２００５−２２４７４６号公報
【特許文献６】特開２００４−１８４３１５号公報
【０００７】
特許文献４に記載されたマイクロリアクターでは、図８にみられるように、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）の単結晶からなる基板の外側表面にくし型電極４’を設けた圧電体１’により、マイクロリアクターの流路１３’を形成している。このマイクロリアクターでは、圧電体１’から発生する進行波（レイリー波）のエネルギーは、基板表面から１波長以内の深さに集中するので、基板の厚さを１波長以内にする必要がある。一方、ニオブ酸リチウムの単結晶からなる基板表面を伝搬するレイリー波の波長と印加する周波数は、図９に示した関係を有する。したがって、このマイクロリアクターで圧電体１’に２０ＭＨｚ以上の周波数を印加して反応を行うには、基板の厚さを約２００μｍ以下とすることが必要となる。しかしながら、ＬｉＮｂＯ３の単結晶からなる基板は割れやすく、機械加工が困難であり、このような厚さを有する基板により実用に耐えるマイクロリアクターの流路を形成することはできない。【０００８】
また、特許文献５および６に記載されたマイクロリアクターは、流路の外壁面に圧電体を設置するものであり、流路内での化学反応の効率を充分に高めることはできない。
したがって、これらの特許文献４〜６に記載されたマイクロリアクターでは、リアクター内での化学反応の効率を実用的な水準まで高めることは困難であった。そのため、さらに反応効率が改善されたマイクロリアクターが求められていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、流路の目詰まりや圧力損失を生じずに、化学反応を均一にかつ効率良く促進させることのできるマイクロリアクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した弾性表面波を発生する圧電体を用いてマイクロリアクターの反応液流路の内面を構成することによって上記課題が解決されることを発見し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明はつぎの１〜８の構成を採用する。
１．反応液導入口、反応液流路及び反応液排出口を有するマイクロリアクターにおいて、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した弾性表面波を発生する圧電体を、前記薄膜が反応液流路の内面を構成するように前記反応液流路内に設置したことを特徴とするマイクロリアクター。
２．前記圧電体が圧電体の長さ方向の両端部にくし型電極を設置し、前記くし型電極間に前記触媒作用を有する薄膜を形成したものであることを特徴とする１に記載のマイクロリアクター。
３．前記触媒作用を有する薄膜が、金属又は金属酸化物、有機化合物錯体からなる群から選択された材料により構成されたものであることを特徴とする１又は２に記載のマイクロリアクター。
４．前記触媒作用を有する薄膜が、複数の層により構成されたものであることを特徴とする３に記載のマイクロリアクター。
５．前記触媒作用を有する薄膜が、圧電体表面に隣接するモリブデン層及びインジウムにより構成された表面層を有することを特徴とする４に記載のマイクロリアクター。
６．前記触媒作用を有する薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする１〜５のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
７．前記圧電体が、レイリー波を発生する圧電体であることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
８．前記圧電体が、バルク波とＳＨ波を同時に発生する圧電体であることを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のマイクロリアクターでは、反応液の撹拌効果及び触媒作用が格段に改善されるために、化学反応を均一にかつ効率良く促進させることができる。また、流路の目詰まりや圧力損失を生じず、安定で精密な化学反応を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のマイクロリアクターの１例を示す図であり、マイクロリアクターを構成する部材を組み立てる前の模式図である。
【図２】図１のマイクロリアクターを組み立てた後の正面図である。
【図３】図１のマイクロリアクターの主要部の拡大断面模式図である。
【図４】本発明のマイクロリアクターに用いる、触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子の１例を示す模式図である。
【図５】本発明のマイクロリアクターに用いる、触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子の他の例を示す模式図である。
【図６】本発明のマイクロリアクターに用いる、薄膜を形成する前のＳＡＷ素子の外観写真である。
【図７】本発明のマイクロリアクターの他の例を示す模式図である。
【図８】従来のマイクロリアクターの流路の断面模式図である。
【図９】ニオブ酸リチウム表面を伝搬するレイリー波の周波数と波長の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００１３】
１                下部材
２，７            凹部
３，１’          圧電体
４，１３’        流路
５                ガスケット
６                上部材
８                絶縁碍子
９                蓋
１０              触媒作用を有する薄膜
１１              原料導入口
１２              反応液排出口
１３              コンタクトプローブピン
１４，４’        くし型電極
１５，１６        反応液導入路
１０１，２０１    マイクロリアクター
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、図面を参照しながら本発明の具体的な実施の形態について説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
図１〜図３は、本発明のマイクロリアクターの１例を示す模式図である。図１はマイクロリアクターを構成する部材を組み立てる前の斜視図、図２はマイクロリアクターを組み立てた後のマイクロリアクターの正面図、そして図３はマイクロリアクターの主要部の断面模式図を表す。【００１５】
このマイクロリアクター１０１は、ステンレス等の材料により構成された下部材１、該下部材１に設けた凹部２内に収容される弾性表面波（ＳＡＷ）を発生させる圧電体３、中央部に流路４を設けたガスケット５、ステンレス等の材料により構成された凹部７を設けた上部材６、絶縁碍子８，８及び凹部７内に収容されるステンレス製の蓋９を、各部材に設けたネジ穴によりネジ止めすることにより構成される。
蓋９には、マイクロリアクターの流路４に原料を導入する導入口１１及び反応液を導出する排出口１２が設けられている。また、絶縁碍子８，８には、高周波電力印加用のコンタクトプローブピン１３が合計４本配置されている。そして、図３にみられるように、圧電体３の両側にはくし型電極１４，１４が設置され、くし型電極１４，１４間には触媒作用を有する薄膜１０が形成されている。流路４を設けたガスケット５を構成する材料に制限はなく、バイトンゴム、ポリイミド、テフロン（登録商標）等の合成ゴムやエンジニアリングプラスチックまたはステンレス、アルミニウム、銅等の金属泊等任意の材料を使用することができる。【００１６】
圧電体３の表面には、パラジウム、プラチナ、ルテニウム等の金属や、金属の酸化物、並びに有機化合物錯体からなる群から選択された材料により構成された触媒作用を有する薄膜を設ける。このような薄膜を設けることにより、マイクロリアクター内での化学反応効率を大幅に改善する固体触媒効果が奏される。
圧電体３の表面に触媒作用を有する薄膜を形成する方法には特に制限はなく、蒸着、スパッタリング、メッキ、塗布等、通常の方法が用いられる。好ましい薄膜の形成方法としては、例えば、金属薄膜を形成するには蒸着が、金属酸化物薄膜を形成するにはスパッタリングが挙げられる。また、有機化合物錯体薄膜を形成するには、有機化合物錯体を溶媒に溶解した溶液を塗布する方法が挙げられる。【００１７】
触媒作用を有する薄膜は単一の層により構成することができるが、該薄膜を複数の層により構成してもよい。
図４は、触媒作用を有する薄膜を複数の層により構成する１例を示す模式図である。この例では、圧電体３の表面にモリブデンのような金属或いは金属酸化物からなる第１の薄膜層１０ａを設け、その表面にインジウムのような金属或いは金属酸化物からなる表面層１０ｂを設けることにより触媒作用を有する薄膜１０を構成した。【００１８】
また、図５は、触媒作用を有する薄膜を複数の層により構成する他の例を示す模式図である。この例では、圧電体３の表面にモリブデンのような金属或いは金属酸化物からなる第１の薄膜層１０ａを設け、その表面に酸化タングステンのような金属酸化物からなる中間層１０ｃを形成し、さらに中間層１０ｃの上にインジウムのような金属或いは金属酸化物からなる表面層１０ｂを設けることにより触媒作用を有する薄膜１０を構成した。
圧電体３の表面に形成する第１の薄膜層１０ａや中間層１０ｃは、その薄膜自体が必ずしも触媒作用を有する必要はない。例えば、触媒作用を有する薄膜がインジウムのように圧電体３の表面への付着性が悪く、得られる薄膜がもろくて耐久性に欠ける場合には、モリブデンのような第１の薄膜層１０ａを圧電体３の表面に形成することが好ましい。このように、触媒作用を有する薄膜１０を複数の層により構成することによって、リアクターの耐久性や触媒作用をさらに改善し、マイクロリアクターによる化学反応を効率良く行うことが可能となる。【００１９】
弾性表面波（ＳＡＷ）を発生させる圧電体３としては、バルク波とＳＨ波を同時に発生することができる圧電体やレイリー波を発生する圧電体を使用することが好ましい。本発明のマイクロリアクター１０１では、このような圧電体３の表面に触媒作用を有する薄膜を形成したものを流路４の壁面（流路の下面）を構成する材料として使用する。
従来ＳＡＷは液体中では急速に減衰するために、マイクロリアクターにおける反応溶液の撹拌手段としては不充分であった。本発明では、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した圧電体を使用することにより、リアクター内での触媒作用を著しく改善することができる。また、上記のような圧電体を用いて反応液表面に対して垂直な変位波を発生させることにより、ＳＡＷが反応液内で減衰せずに伝搬して反応液の撹拌が促進され、化学反応が効率よく進行する。【００２０】
本発明のマイクロリアクターの流路の寸法は適宜選択することができる。通常は、流路の幅が１００〜５０００μｍ程度、特に１００〜２０００μｍ程度で、深さが１０〜１０００μｍ程度、特に１００〜１０００μｍ程度、また長さは１〜１５ｍｍ程度、特に５〜１５ｍｍ程度とすることが好ましい。【００２１】
上記の例では、マイクロリアクターの流路４の１つの壁面全体を表面に触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子で構成した例について説明したが、ＳＡＷ素子を流路の壁面の一部に設置する構成としてもよい。また、複数の壁面をＳＡＷ素子により構成してもよい。ＳＡＷ素子の表面に形成する触媒作用を有する薄膜は、素子の全長にわたって連続する膜として形成することができる。また、ＳＡＷ素子の表面に部分的に形成してもよい。
マイクロリアクターを構成する各部材としては、ステンレス等の金属以外に、ガラス、樹脂、シリコン、ファインセラミックス等他の材料を使用することもできる。【００２２】
また、流路４に接続して設ける原料導入口１１及び反応液排出口１２は１つには限定されず、複数設けるようにしてもよい。例えば特許文献１又は２に記載されているように、複数の原料導入口、及び該複数の原料導入口と反応流路を連通させる複数の反応液導入路、反応流路及び１つ以上の反応液排出口を設けて、マイクロリアクターを構成することもできる。【００２３】
図７は、本発明のマイクロリアクターの他の例を示す模式図である。このマイクロリアクター２０１には、２つの原料導入口１１ａ，１１ｂ、これらの原料導入口から反応流路４に原料を導入する反応液導入路１５，１６、及び反応流路４から反応液を排出する１つの反応液排出口１２が設けられている。マイクロリアクターの他の構成は、基本的に図１〜３に記載のものと同様である。
【実施例】
【００２４】
（製造例１：ＳＡＷ素子の製造）
ｚ−カット１２８°ｙ−回転ＬｉＮｂＯ３単結晶基板（長さ４０ｍｍ×幅２０ｍｍ）を使用して、双対のくし型(IDT：Interdigital
Transducer)電極を持ち１９．４ＭＨｚのレイリー（Rayleigh）波を発生することができるＳＡＷ素子を、通常のフォトリソグラフ法により次の手順で作製した。
（１）単結晶基板をエタノール中、次いで蒸留水中で超音波洗浄を行い、基板表面の塵や汚れを完全に除去し、乾燥機中で３５８Ｋで約３０分乾燥させた。
（２）電子ビーム蒸着装置（アネルバ株式会社製：ＥＶＣ１５０１）を用いて、基板温度４７３Ｋ、真空度５×１０−４Ｐａ、蒸着速度３ｎｍｓ−１で、基板表面に膜厚２００ｎｍのＡｌ蒸着膜を形成した。
（３）市販のポジタイプレジスト（東京応化株式会社製：ＯＦＰＲ−８００）２ｍｌをスピンコーター（有限会社共和理研製：Ｋ−３５９５Ｄ−１）を用いて、Ａｌ蒸着膜上にコーティングした後に、３５８Ｋで３０分プリベークを行い溶媒を蒸発させた。
（４）あらかじめ作製したフォトマスク及び基板をマスクアライメント装置（ミカサ株式会社製：ＭＡ−６０Ｆ）にセットし、出力２５０Ｗ超高圧水銀灯光で６秒間露光を行った。ついで、２９８Ｋに保った現像液（東京応化株式会社製：ＮＭＤ−３）中に１分間浸漬して露光したレジストの現像を行った。水洗後、３７３Ｋでポストベークを行い、レジストを完全硬化させた。
（５）基板を３１８Ｋに保った８５％リン酸水溶液に浸漬してエッチングを行い、不要部分のＡｌを除去した。水洗後、アセトンを用いてレジストを除去し、さらに水洗した。
（６）所定の寸法にカッティングして得られた、両端部にＩＤＴ電極パターンを有するＳＡＷ素子の外観写真を図６に示す。【００２５】
（製造例２：触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子）
製造例１で得られたＳＡＷ素子の両端部のＩＤＴ電極に挟まれた素子の表面に、次の手順によって触媒作用を有する薄膜を形成した。
（ａ）モリブデン膜
アルバック社製のヘリコン波励起スパッタリング装置「BC3285」を使用し、モリブデンをターゲットとして、次の条件でＳＡＷ素子の表面にモリブデン薄膜を形成した（膜厚：200ｎｍ）。
ＳＡＷ素子の温度:室温、アルゴンガスの圧力：１×１０−２Torr、ターゲット電力：75W。  【００２６】
（ｂ）インジウム膜
アルバック社製の抵抗加熱蒸着装置「YH-500A」を使用して、次の条件でＳＡＷ素子の表面にインジウム薄膜を形成した（膜厚：100ｎｍ）。
ＳＡＷ素子の温度:室温、圧力：１×１０−６Torr。【００２７】
（ｃ）ＷＯ３膜
アルバック社製のヘリコン波励起スパッタリング装置「BC3285」を使用し、ＷＯ３をターゲットとして、次の条件でＳＡＷ素子の表面に酸化タングステン薄膜を形成した（膜厚：250ｎｍ）。
ＳＡＷ素子の温度:室温、アルゴンと酸素の混合ガス（体積比でＡｒ：Ｏ２＝１５：１）の圧力：１×１０−６Torr、ターゲット電力：75W。【００２８】
（ｄ）モリブデン／インジウム複合膜
アルバック社製の抵抗加熱蒸着装置「YH-500A」を使用し、圧力：１×１０−６Torrで、室温のＳＡＷ素子の表面にモリブデン薄膜を形成した（膜厚：200ｎｍ）。ついで、アルバック社製の抵抗加熱蒸着装置「YH-500A」を使用して、同様にモリブデン薄膜の上にインジウム薄膜を蒸着した（膜厚：100ｎｍ）。【００２９】
（ｅ）モリブデン／酸化タングステン／インジウム複合膜
アルバック社製のヘリコン波励起スパッタリング装置「BC3285」を使用して、ＳＡＷ素子の表面に、温度:室温、圧力：アルゴン圧力１×１０-2Torrでモリブデン薄膜を形成した（膜厚：２００ｎｍ）。ついで、温度：室温、アルゴンと酸素の混合ガス（体積比でＡｒ：Ｏ２＝１５：１）の圧力：１×１０−６Torrで酸化タングステン薄膜を形成した（膜厚：２５０ｎｍ）。次に、アルバック社製のヘリコン波励起スパッタリング装置から取り出した基板をアルバック社製の抵抗加熱蒸着装置「YH-500A」に導入し、上記（ｂ）と同様にして酸化タングステン薄膜の表面にインジウム薄膜を接合した（膜厚：１００ｎｍ）。【００３０】
（ｆ）有機錯体触媒：スカンジウムトリフラートＳｃ（ＯＴｆ）３膜
Ｓｃ（ＯＴｆ）３をエタノールに溶解し、５モル％のＳｃ（ＯＴｆ）３エタノール溶液を調製した。この溶液をＳＡＷ素子の表面に塗布することにより、有機錯体触媒薄膜を表面に形成したＳＡＷ素子を得た。【００３１】
（実施例１：マイクロリアクターの作製）
上記製造例２（ａ）〜（ｆ）で得られた各ＳＡＷ素子を、図１〜３のマイクロリアクター１０１に組み込むことにより、幅２ｍｍ、深さ２５０μｍ、長さ１１ｍｍの流路４を有するマイクロリアクターを作製した。このマイクロリアクターには、蓋９に形成した内径がそれぞれ５００μｍの原料導入口１１及び反応液排出口１２を接続した。【００３２】
（実施例２：２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの合成）
上記製造例２（ｄ）で得られたモリブデン／インジウム複合膜を表面に形成したＳＡＷ素子を組み込んだマイクロリアクターを使用した。原料物質としてアセトフェノン及びアリルボロネートを用いて、次の反応式にしたがって２−フェニル−４−ペンテン−２−オールを合成した。表面のインジウム膜は、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールを合成する反応の触媒作用を有する。【００３３】
【化１】
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【００３４】
アセトフェノンとアリルボロネートを等モルに混合した溶液を原料溶液とし、溶媒として、純水を用いた。原料溶液と溶媒溶液を体積比で１：１０になるように混合し、反応液を調製した。この反応液を、シリンジポンプでマイクロリアクターの原料導入口１１から流路４内に流量１１μｌ／ｍｉｎで送り込み、室温で反応を行った。２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成量は、ガスクロマトグラフ質量分析計により測定した。
弾性波を印加せずに反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は１８．８μｍｏｌ／ｍｉｎであった。一方、印加電圧１０Ｗで周波数２０ＭＨｚの弾性波を印加して同様に反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は２６μｍｏｌ／ｍｉｎであり、無印加に比較して生成速度が約１．４倍に向上した。また、弾性波印加の後に弾性波無印加の状態で反応させた時には、生成速度が２２μｍｏｌ／ｍｉｎに低下した。【００３５】
（比較例１）
上記実施例２において、製造例２（ａ）で得られたモリブデン膜を表面に形成したＳＡＷ素子を組み込んだマイクロリアクターを使用した以外は、実施例２と同様にして２−フェニル−４−ペンテン−２−オールを合成した。モリブデン膜自体は、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールを合成する反応の触媒作用を有さない。
弾性波を印加せずに反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は０．３μｍｏｌ／ｍｉｎであった。一方、印加電圧１０Ｗで周波数２０ＭＨｚの弾性波を印加して同様に反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は０．４μｍｏｌ／ｍｉｎであった。【００３６】
（実施例３）
上記実施例２において、製造例２（ｅ）で得られたモリブデン／酸化タングステン／インジウム複合膜を表面に形成したＳＡＷ素子を組み込んだマイクロリアクターを使用した以外は、実施例２と同様にして２−フェニル−４−ペンテン−２−オールを合成した。
弾性波を印加せずに反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は４４μｍｏｌ／ｍｉｎであった。一方、印加電圧１０Ｗで周波数２０ＭＨｚの弾性波を印加して同様に反応を行った場合の、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度は８６μｍｏｌ／ｍｉｎであり、無印加に比較して生成速度が約２倍に向上した。また、弾性波印加の後に弾性波無印加の状態で反応させた時には、生成速度が４３μｍｏｌ／ｍｉｎに低下した。【００３７】
上記実施例２及び比較例１を対比すると、表面に触媒作用を有するインジウム薄膜を形成したＳＡＷ素子を組み込んだマイクロリアクターを使用することにより、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度が大幅に向上した。
特に、中間層として酸化タングステンを有する、モリブデン／酸化タングステン／インジウム複合膜を表面に形成したＳＡＷ素子を用いた実施例３のマイクロリアクターでは、２−フェニル−４−ペンテン−２−オールの生成速度が一段と向上した。【００３８】
（参考例１：カルコンの合成）
製造例１で得られた、表面に触媒作用を有する薄膜を設けていないＳＡＷ素子を組み込み、実施例１と同様のマイクロリアクターを作製した。このマイクロリアクターを使用して、原料物質としてベンズアルデヒド及びアセトフェノンを用いて、次の反応式にしたがってカルコン（1,3-diphenyl2-propen-1-one）を合成した。【００３９】
【化２】
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【００４０】
ベンズアルデヒドとアセトフェノンを等モルに混合した溶液を原料溶液とし、触媒溶液として、５モル％のスカンジウムトリフラートＳｃ（ＯＴｆ）３のエタノール溶液を用いた。触媒溶液と原料溶液を体積比で１５：１になるように混合した溶液を反応液とし、シリンジポンプでマイクロリアクターの原料導入口１１から流路４内に送り込み、反応を行った。その際に、ＳＡＷ素子によるＳＡＷ印加の効果を次のようにして確認した。【００４１】
（１）Ｓｃ（ＯＴｆ）３を用いたアルドール縮合反応に対するRayleigh-SAW印加効果
印加電力５W、Duty比50％、流量１μｌ／ｍｉｎ、反応温度353Kの条件で反応させた。
SAW-offではカルコン生成速度が42μｍｏｌ／ｈだったのに対し、SAW-onでは120μｍｏｌ／ｈと約3倍の生成速度の向上が得られた。また、SAW-onの後にSAW-offの状態で反応させた時には、生成速度が25μｍｏｌ／ｈに低下した。カルコンの生成量は、ガスクロマトグラフ質量分析計により測定した。【００４２】
（２）Duty比依存性
通常使用される弾性表面波素子では、連続的(CW波)な高周波電力を印加する場合、5W以上の電力では素子が破損するが、パルス波であるバースト波を用いると10W以上の高周波電力を素子に印加することが可能となる。バースト波において、高周波電力がONになっている時間とOFFになっている時間の比をDuty比（ON／OFF時間が丁度同じである場合Duty比は50%）と呼ぶが、反応のDuty比依存性について検討した。
印加電力を５Ｗ、流量１μｌ／ｍｉｎ、反応温度353ＫでDuty比を２０％、５０％、８０％とし反応を行った。その結果20％では反応速度比Ｒが1、50％ではＲが2.6、80％ではＲが3.3となった。【００４３】
（３）印加電力依存性
Duty比８０％、流量１μｌ／ｍｉｎ、反応温度353Ｋで印加電力を2Ｗ、５Ｗ、８Ｗとして反応を行った。２ＷではＲが1.2、５ＷではＲが3.1、８ＷではＲが4.3となった。【００４４】
（４）Ｓｃ（ＯＴｆ）３触媒を用いたアルドール縮合反応に対するSH−LSAW印加効果
上記の製造例１において、単結晶基板として36°-y cut LiTaO3を用いた以外は製造例１と同様にして、ＳＨ波を発生することができるＳＨ−ＬＳＡＷ素子を製造した。この素子を用いて、SH−LSAW印加効果について検討した。
印加電力５W、Duty比50％、流量1μｌ／ｍｉｎ、反応温度353Kの条件で反応させた。
SAW-offではカルコン生成速度が45μｍｏｌ／ｈだったのに対し、SAW-onでは105μｍｏｌ／ｈと約2倍の生成速度の向上が得られた。また、SAW-onの後にSAW-offの状態で反応させた時には、生成速度が59μｍｏｌ／ｈに低下した。【００４５】
（実施例４）
上記参考例１において、製造例２（ｆ）で得られたＳｃ（ＯＴｆ）３膜を表面に形成したＳＡＷ素子を組み込んだマイクロリアクターを使用した以外は、参考例１と同様にしてカルコンを合成した。
弾性波を印加せずに反応を行った場合の、カルコンの生成速度は51.8μｍｏｌ／ｍｉｎであった。一方、印加電圧１０Ｗで弾性波を印加して同様に反応を行った場合の、カルコンの生成速度は151μｍｏｌ／ｍｉｎであり、無印加に比較して生成速度が約３倍に向上した。また、弾性波印加の後に弾性波無印加の状態で反応させた時には、生成速度が57μｍｏｌ／ｍｉｎに低下した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年2月3日(2010.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液導入口、反応液流路及び反応液排出口を有するマイクロリアクターにおいて、圧電体表面に隣接するモリブデン層及びインジウムにより構成された表面層を有する複層構成の触媒作用を有する薄膜を表面に形成した弾性表面波を発生する圧電体を、前記薄膜が反応液流路の内面を構成するように前記反応液流路内に設置したことを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項２】
前記圧電体が圧電体の長さ方向の両端部にくし型電極を設置し、前記くし型電極間に前記触媒作用を有する薄膜を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロリアクター。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記触媒作用を有する薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【請求項７】
前記圧電体が、レイリー波を発生する圧電体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【請求項８】
前記圧電体が、バルク波とＳＨ波を同時に発生する圧電体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【請求項９】
前記マイクロリアクターが、２−フェニル−４−ペンテン−２−オール合成用のマイクロリアクターであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
したがって、これらの特許文献４〜６に記載されたマイクロリアクターでは、リアクター内での化学反応の効率を実用的な水準まで高めることは困難であった。そのため、さらに反応効率が改善されたマイクロリアクターが求められていた。
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００９］
したがって、本発明は、流路の目詰まりや圧力損失を生じずに、化学反応を均一にかつ効率良く促進させることのできるマイクロリアクターを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［００１０］
本発明者等は、表面に触媒作用を有する薄膜を形成した弾性表面波を発生する圧電体を用いてマイクロリアクターの反応液流路の内面を構成することによって上記課題が解決されることを発見し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明はつぎの１〜６の構成を採用する。
１．反応液導入口、反応液流路及び反応液排出口を有するマイクロリアクターにおいて、圧電体表面に隣接するモリブデン層及びインジウムにより構成された表面層を有する複層構成の触媒作用を有する薄膜を表面に形成した弾性表面波を発生する圧電体を、前記薄膜が反応液流路の内面を構成するように前記反応液流路内に設置したことを特徴とするマイクロリアクター。
２．前記圧電体が圧電体の長さ方向の両端部にくし型電極を設置し、前記くし型電極間に前記触媒作用を有する薄膜を形成したものであることを特徴とする１に記載のマイクロリアクター。
３．前記触媒作用を有する薄膜の厚さが１ｎｍ〜１０μｍであることを特徴とする１又は２に記載のマイクロリアクター。
４．前記圧電体が、レイリー波を発生する圧電体であることを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
５．前記圧電体が、バルク波とＳＨ波を同時に発生する圧電体であることを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
６．前記マイクロリアクターが、２−フェニル−４−ペンテン−２−オール合成用のマイクロリアクターであることを特徴とする１〜５のいずれか１項に記載のマイクロリアクター。
発明の効果
［００１１］
本発明のマイクロリアクターでは、反応液の撹拌効果及び触媒作用が格段に改善されるために、化学反応を均一にかつ効率良く促進させることができる。また、流路の目詰まりや圧力損失を生じず、安定で精密な化学反応を実現することが可能となる。
図面の簡単な説明
［００１２］
［図１］本発明のマイクロリアクターの１例を示す図であり、マイクロリアクターを構成する部材を組み立てる前の模式図である。
［図２］図１のマイクロリアクターを組み立てた後の正面図である。
［図３］図１のマイクロリアクターの主要部の拡大断面模式図である。
［図４］本発明のマイクロリアクターに用いる、触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子の１例を示す模式図である。
［図５］本発明のマイクロリアクターに用いる、触媒作用を有する薄膜を形成したＳＡＷ素子の他の例を示す模式図である。
［図６］本発明のマイクロリアクターに用いる、薄膜を形成する前のＳＡＷ素子の外観写真である。
［図７］本発明のマイクロリアクターの他の例を示す模式図である。
［図８］従来のマイクロリアクターの流路の断面模式図である。
［図９］ニオブ酸リチウム表面を伝搬するレイリー波の周波数と波長の関係を示す図である。
符号の説明
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
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2010032712.tif 000017
2010032712.tif 000018
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