(57)【要約】【課題】第１液体と第２液体を分離する液体分離装置を、連続的に使用可能とする技術を提供する。【解決手段】本明細書は、第１液体と第２液体を分離する液体分離装置を開示する。液体分離装置は、第１流路と、第１流路に隣接する箇所を有する第２流路と、第１流路と第２流路が隣接する箇所に設けられており、第１流路と第２流路の間を部分的に遮蔽する隔壁部材を備えている。隔壁部材の表面は、鋭角の角部を備えている。隔壁部材の表面と第１液体との接触角は、隔壁部材の表面と第２液体との接触角よりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体と第２液体を分離する液体分離装置であって、
第１流路と、
第１流路に隣接する箇所を有する第２流路と、
第１流路と第２流路が隣接する箇所に設けられており、第１流路と第２流路の間を部分的に遮蔽する隔壁部材を備えており、
隔壁部材の表面が、鋭角の角部を備えており、
隔壁部材の表面と第１液体との接触角が、隔壁部材の表面と第２液体との接触角よりも大きい、液体分離装置。
【請求項２】
隔壁部材の表面と第１液体との接触角が鈍角であり、隔壁部材の表面と第２液体との接触角が鋭角である、請求項１の液体分離装置。
【請求項３】
隔壁部材の、第１流路に対向する表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状である、請求項１または２の液体分離装置。
【請求項４】
第１流路の、隔壁部材が配置された側とは反対側の表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状である、請求項１から３の何れか一項の液体分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、液体分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、第１液体と第２液体を分離する液体分離装置が開示されている。この液体分離装置は、第１流路と、第１流路に直列に接続された第２流路と、第１流路と第２流路が接続する箇所に設けられたフィルタを備えている。この液体分離装置では、フィルタの表面と第１液体との接触角が、フィルタの表面と第２液体との接触角よりも大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−６４３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の液体分離装置では、第２液体は第１流路から第２流路へと流れ出ていくものの、第１液体は第１流路から第２流路へと流れ込むことができず、第１流路に溜まっていくことになる。このため、液体分離装置の使用者は、第１流路に溜まった第１液体を取り除く作業を定期的に行なう必要があり、液体分離装置を連続的に使用することができない。
【０００５】
本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、第１液体と第２液体を分離する液体分離装置を、連続的に使用可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、第１液体と第２液体を分離する液体分離装置を開示する。液体分離装置は、第１流路と、第１流路に隣接する箇所を有する第２流路と、第１流路と第２流路が隣接する箇所に設けられており、第１流路と第２流路の間を部分的に遮蔽する隔壁部材を備えている。隔壁部材の表面は、鋭角の角部を備えている。隔壁部材の表面と第１液体との接触角は、隔壁部材の表面と第２液体との接触角よりも大きい。
【０００７】
上記の液体分離装置では、第１液体と第２液体の混合液体が第１流路を流れる際に、第１流路と第２流路が隣接する箇所を通過する。この際に、第１液体は、隔壁部材の表面との接触角が大きいので、隔壁部材の角部でのピン留め効果によって、第１流路から第２流路へ流れ込むことができず、そのまま第１流路を流れる。これに対して、第２液体は、隔壁部材の表面との接触角が小さいので、隔壁部材の角部でのピン留め効果を受けることなく、第１流路から第２流路に流れ込んでいく。このように、上記の液体分離装置によれば、混合液体が第１流路の第２流路と隣接する箇所を流れる際に、第２液体のみが第２流路に流れ出ていく結果、第１流路には第１液体のみが流れるようになり、第１液体と第２液体を分離することができる。上記の液体分離装置では、分離された第１液体または第２液体が液体分離装置の内部に溜まってしまうことがないので、液体分離装置を連続的に使用することができる。
【０００８】
上記の液体分離装置は、隔壁部材の表面と第１液体との接触角が鈍角であってもよく、隔壁部材の表面と第２液体との接触角が鋭角であってもよい。
【０００９】
上記の構成によれば、隔壁部材の表面との接触角が鈍角である第１液体には、隔壁部材の鋭角の角部において大きなピン留め効果が作用し、隔壁部材の表面との接触角が鋭角である第２液体には、隔壁部材の鋭角の角部においてピン留め効果がほとんど作用しない。上記の構成によれば、混合液体の第１液体と第２液体への分離をより促進することができる。
【００１０】
上記の液体分離装置は、隔壁部材の、第１流路に対向する表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状であってもよい。
【００１１】
第１液体に対する隔壁部材の角部のピン留め効果は、第１流路から第２流路へ向かう流れに対してだけでなく、第１流路の流れ方向に沿った流れに対しても作用する。このため、第１液体が第１流路の流れ方向に沿った方向に流れる際に、第１液体は隔壁部材から抵抗を受ける。上記の液体分離装置では、隔壁部材の、第１流路に対向する表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状となっているので、第１液体が第１流路の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００１２】
上記の液体分離装置は、第１流路の、隔壁部材が配置された側とは反対側の表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状であってもよい。
【００１３】
第１液体に対する隔壁部材の角部のピン留め効果は、第１流路から第２流路へ向かう流れに対してだけでなく、第１流路の流れ方向に沿った流れに対しても作用する。このため、第１液体が第１流路の流れ方向に沿った方向に流れる際に、第１液体は隔壁部材から抵抗を受ける。上記の液体分離装置では、第１流路の、隔壁部材が配置された側とは反対側の表面が、第１流路の流れ方向に対して略平行な形状となっているので、第１液体が第１流路の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例の液体分離装置２の外観を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施例のシリコン基板４の断面図である。
【図３】実施例の液体分離装置２において、隔壁部材１４に接触する第１液体Ｌ１の挙動を示す図である。
【図４】実施例の液体分離装置２において、隔壁部材１４に接触する第２液体Ｌ２の挙動を示す図である。
【図５】変形例のシリコン基板４の断面図である。
【図６】別の変形例のシリコン基板４の断面図である。
【図７】さらに別の変形例のシリコン基板４の断面図である。
【図８】さらに別の変形例のシリコン基板４の断面図である。
【図９】さらに別の変形例のシリコン基板４の断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ断面で見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施例）
図１は、本実施例の液体分離装置２の構成を模式的に示している。液体分離装置２は、第１液体と第２液体の混合液体を流入口２ａから受け入れ、混合液体を第１液体と第２液体に分離して、第１流出口２ｂに第１液体を送り出すとともに、第２流出口２ｃに第２液体を送り出す。第１液体は、例えば油であり、第２液体は、例えば水である。液体分離装置２は、シリコン基板４と、シリコン基板４の一方の面に貼り合わされた第１ガラス基板６と、シリコン基板４の他方の面に貼り合わされた第２ガラス基板８を備えている。以下の説明では、シリコン基板４の厚み方向をＸ方向といい、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向およびＺ方向という。本実施例の液体分離装置２では、第１流出口２ｂは流入口２ａから見てＺ方向負方向に位置している。また、本実施例の液体分離装置２では、Ｚ方向負方向に、重力加速度ｇが作用している。
【００１６】
図２に示すように、シリコン基板４には、深掘りエッチング（ＤＲＩＥ）等のエッチング加工によって、第１流路１０と、第２流路１２が形成されている。第１流路１０と第２流路１２は、シリコン基板４の厚さ方向（Ｘ方向）に関して、シリコン基板４を貫通しており、第１ガラス基板６と第２ガラス基板８によって封止されている。第２流路１２は第１流路１０に隣接して配置されている。第１流路１０の上流端は、液体分離装置２の流入口２ａに接続しており、第１流路１０の下流端は、液体分離装置２の第１流出口２ｂに接続している。第２流路１２の上流端は、シリコン基板４の内部に位置しており、第２流路１２の下流端は、液体分離装置２の第２流出口２ｃに接続している。
【００１７】
第１流路１０と第２流路１２が隣接する箇所には、第１流路１０と第２流路１２の間を部分的に遮蔽する隔壁部材１４が設けられている。本実施例では、隔壁部材１４は、シリコン基板４をエッチングして第１流路１０と第２流路１２を形成する際に、シリコンを部分的に残存させることで形成されている。本実施例では、隔壁部材１４は、シリコン基板４の厚さ方向（Ｘ方向）に沿って伸びる複数の柱状部材であって、それぞれの柱状部材は１０μｍ−１００μｍ程度の間隔で配置されており、それぞれの柱状部材の断面形状は、一辺が１０μｍ−１００μｍ程度の正三角形状である。すなわち、隔壁部材１４は、全ての角部が鋭角（例えば６０度）となっている。
【００１８】
本実施例の液体分離装置２では、隔壁部材１４の表面は、第１液体との接触角が、第２液体との接触角よりも大きい。特に、本実施例の液体分離装置２では、隔壁部材１４の表面は、第１液体との接触角が９０度より大きく（すなわち、第１液体との接触角が鈍角であり）、第２液体との接触角が９０度よりも小さい（すなわち、第２液体との接触角が鋭角である）。例えば、第１液体が油であり、第２液体が水である場合には、隔壁部材１４の表面にシリコン酸化膜を形成することで、隔壁部材１４の表面は、第１液体との接触角は９０度より大きくなり、第２液体との接触角は９０度よりも小さくなる。
【００１９】
本実施例の液体分離装置２では、第１流路１０を流入口２ａから第１流出口２ｂに向けて流れる方向（以下では、第１流路１０の流れ方向ともいう）に、重力加速度ｇが作用している。このため、流入口２ａから流れ込んだ混合液体は、第１流出口２ｂに向けて、第１流路１０を流れていく。
【００２０】
混合液体は、第１流路１０を流れる際に、第１流路１０と第２流路１２が隣接する箇所を通過する。この際に、混合液体のうちの第１液体は、隔壁部材１４に阻まれて第２流路１２に流れ込むことができず、そのまま第１流路１０を流れていく。これに対して、混合液体のうちの第２液体は、隔壁部材１４に阻まれることなく第１流路１０から第２流路１２に流れ込んでいく。これは、第１液体と、第２液体で、隔壁部材１４との接触角が異なっており、隔壁部材１４が鋭角の角部を有するためである。
【００２１】
図３は、第１流路１０を流れる第１液体のうち、隔壁部材１４と接触しながら流れる第１液体Ｌ１の挙動を示している。第１液体Ｌ１は、隔壁部材１４の表面との接触角が大きい。このため、第１液体Ｌ１には、隔壁部材１４の鋭角の角部においてピン留め効果が作用する。このピン留め効果によって、隔壁部材１４の近傍の第１液体Ｌ１は、第１流路１０から第２流路１２へ向かう方向に流れることが困難となる。このため、第１流路１０を流れる第１液体は、第１流路１０から第２流路１２へ流れ込むことなく、そのまま第１流路１０を流れていく。特に、第１液体と隔壁部材１４との接触角が９０度より大きい場合、隔壁部材１４の鋭角の角部において大きなピン留め効果が作用する。
【００２２】
図４は、第１流路１０を流れる第２液体のうち、隔壁部材１４と接触しながら流れる第２液体Ｌ２の挙動を示している。第２液体Ｌ２は、隔壁部材１４の表面との接触角が小さい。このため、第２液体Ｌ２には、隔壁部材１４の鋭角の角部においてピン留め効果がそれほど作用しないので、隔壁部材１４の近傍の第２液体Ｌ２は、第１流路１０から第２流路１２へ向かう方向に容易に流れることができる。このため、第１流路１０を流れる第２液体は、第１流路１０から第２流路１２へと流れ込んでいく。特に、第２液体と隔壁部材１４の表面との接触角が９０度より小さい場合、隔壁部材１４の鋭角の角部においてピン留め効果がほとんど作用しない。
【００２３】
図２に示すように、本実施例の液体分離装置２では、混合液体が第１流路１０を流れる際に、隔壁部材１４が設けられた箇所において、第２液体が第２流路１２へ流れ込むのに対して、第１液体は第２流路１２へ流れ込むことができず、そのまま第１流路１０を流れる。そして、第２流路１２を流れる第２液体が増加していくにつれて、第１流路１０を流れる第２液体が減少していく。結果として、第１流出口２ｂからは第１液体のみが流出するとともに、第２流出口２ｃからは第２液体のみが流出する。このように、本実施例の液体分離装置２によれば、簡素な構成によって、混合液体を第１液体と第２液体に分離することができる。
【００２４】
上述したように、第１流路１０を流れる第１液体には、隔壁部材１４の角部においてピン留め効果が作用する。このピン留め効果は、第１液体が、第１流路１０の流れ方向に沿って流れる際にも作用する。液体分離装置２の単位時間あたりの処理能力を向上するためには、第１液体が第１流路１０の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を、可能な限り小さくすることが好ましい。
【００２５】
本実施例の液体分離装置２では、隔壁部材１４の第１流路１０に対向する表面１４ａが、第１流路１０の流れ方向に対して略平行な形状である。このような構成とすることによって、第１液体が第１流路１０の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００２６】
また、本実施例の液体分離装置２では、第１流路１０の、隔壁部材１４が配置された側とは反対側の表面１０ａが、第１流路１０の流れ方向に対して略平行な形状である。このような構成とすることによって、第１液体が第１流路１０の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００２７】
なお、隔壁部材１４の断面形状は、上記のような正三角形状に限られるものではない。例えば、図５に示すように、隔壁部材１４は、断面が台形形状であってもよい。あるいは、図６に示すように、隔壁部材１４は、断面が菱形形状であってもよい。隔壁部材１４は、第１流路１０から第２流路１２へ向かう方向に流れる液体と接触する角部が鋭角となっていれば、どのような断面形状であってもよい。
【００２８】
上記では、第１流路１０に隣接する第２流路１２を１つ設ける場合について説明したが、例えば図７に示すように、第１流路１０に隣接する第２流路１２を２つ設けて、それぞれの第２流路１２に対応する隔壁部材１４を設ける構成としてもよい。この場合、図８に示すように、第１流路１０の中央に、第１流路１０の流れ方向に沿って配置された板状部材１６を設けてもよい。図８に示す構成では、板状部材１６の表面１６ａが、板状部材１６によって分割された第１流路１０のそれぞれにおいて、隔壁部材１４が配置された側とは反対側の表面となる。板状部材１６の表面１６ａが、第１流路１０の流れ方向に対して略平行な形状であるので、第１液体が第１流路１０の流れ方向に沿って流れる際の抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
上記では、隔壁部材１４が、シリコン基板４の厚さ方向（Ｘ方向）に沿って伸びる複数の柱状部材である場合について説明したが、例えば図９、図１０に示すように、隔壁部材１４は、第１流路１０の流れ方向（Ｚ方向）に沿って伸びる複数の梁状部材であってもよい。
【００３０】
上記の実施例では、液体分離装置２に、第１流路１０の流れ方向（Ｚ方向）に沿って重力加速度ｇが作用する場合について説明したが、重力加速度ｇに限らず、他の力を作用させてもよい。あるいは、ポンプ等の外部機器（図示せず）を用いて、液体分離装置２の流入口２ａに混合液体を大きな流入圧力で流し込む構成としてもよい。
【００３１】
上記の実施例では、シリコン基板４にエッチング加工を施すことで、第１流路１０と第２流路１２を形成する場合について説明した。これとは異なり、シリコン基板４にナノインプリントを施すことで、第１流路１０と第２流路１２を形成してもよい。あるいは、シリコン基板４の代わりに、ガラスブロックや金属ブロックにレーザー加工を施すことで、第１流路１０と第２流路を形成してもよい。あるいは、シリコン基板４の代わりに、３Ｄプリント技術によって第１流路１０と第２流路１２を形成した、樹脂製のブロックを用いてもよい。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３３】
２：液体分離装置；    ２ａ：流入口；    ２ｂ：第１流出口；    ２ｃ：第２流出口；    ４：シリコン基板；    ６：第１ガラス基板；    ８：第２ガラス基板；    １０：第１流路；    １０ａ：表面；    １２：第２流路；    １４：隔壁部材；    １４ａ：表面；    １６：板状部材；    １６ａ：表面
【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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【図１０】
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