(57)【要約】【課題】型による成形が可能な単層構造の流路を用いることにより、低コストでコンパクトな流体の混合装置を実現することを目的とする。【解決手段】Ａ液が流れる流路Ａは、位置（ｂ）から位置（ｃ）において、Ｂ液が流れる流路Ｂの下部へ延出しているため、位置（ｃ）において、Ａ液はＢ液の下部に流入する。その後、位置（ｄ）から位置（ｅ）で流路は左右に分離され、両方の流路において、２つの流体が上下２層に混合された状態となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、前記流路は、
一方の流体を収容する一方の流路と、
他方の流体を収容する他方の流路より構成され、
流路方向に垂直な上下方向の前記一方の流路の最下部の位置が、前記他方の流路における前記上下方向の最下部の位置よりも下部である第１の流路部と、
前記流路の合流後の状態において、前記一方の流路から延出する部分の前記上下方向最下部が、前記他方の流路から延出する部分の最下部の真下である第２の流路部を、
備えることを特徴とする流体の混合装置。
【請求項２】
前記第２の流路部を、前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向に分離する第３の流路部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項３】
前記第３の流路部で分離された少なくとも２つの流路を、
前記第１の流路部と前記第２の流路部と同様の流路形状を用いて流体を混合させる第４の流路部をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の流体の混合装置。
【請求項４】
前記他方の流路の断面形状が、頂角が一方の流路に向かうくさび形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流体の混合装置。
【請求項５】
前記第２の流路部に続く流路部であって、前記一方の流路から延出する部分の前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向幅と前記他方の流路から延出する部分の左右方向幅を同一にする第１２の流路部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の流体の混合装置。
【請求項６】
前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に深い部分を形成して、２つの流体が前記深い部分に収容された状態とする第１３の流路部と、
前記他の部分の左右方向幅を小さくして、前記他方の流路から流入する流体を上下方向に分離した状態とする第１４の流路部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の流体の混合装置。
【請求項７】
前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に浅い部分を形成して、前記他方の流路を流れる流体のみが流れる状態とする第１８の流路部と、
前記一方の流路から延出する流路部分の上下方向深さを浅くすることにより、前記他方の流路から流入する流体を左右方向に分離した状態とする第１９の流路部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の流体の混合装置。
【請求項８】
前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に深い部分として形成し、前記深い部分が前記他の部分の真下になる状態とする第２０の流路部と、
を備える請求項５に記載の流体の混合装置。
【請求項９】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、
前記流路の合流後の底部を延出して形成される流路部分が、流路方向に垂直な上下方向に深い部分を含む流路部分と、該深い部分を含まない流路部分となる第５の流路部と、
前記深い部分を含む流路部分と、前記深い部分を含まない流路部分とを、前記流路方向および前記上下方向に垂直な左右方向に分離する第６の流路部と、
を備えることを特徴とする流体の混合装置。
【請求項１０】
前記第６の流路部で分離された流路を、前記左右方向から合流させる第７の流路部をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の流体の混合装置。
【請求項１１】
前記第７の流路部で合流された流路を、
前記第５の流路部と前記第６の流路部と同様の流路形状を用いて流路を分離させる第８の流路部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の流体の混合装置。
【請求項１２】
前記第６の流路部において、前記深い部分を含まない部分の流路部分の断面形状が、前記深い部分を含む部分の流路部分に向かうくさび形状であることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の流体の混合装置。
【請求項１３】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、
合流後の流路において、前記流路方向に垂直な上下方向の幅を小さくするとともに、合流後流路の上端部の流路方向に垂直な左右方向の幅を大きくした第９の流路部と、
を備えることを特徴とする流体の混合装置。
【請求項１４】
前記合流後流路の左右方向端部の流路部分と上端部の流路部分を左右方向に分離し、分離されたそれぞれの流路を略同一形状とする第１０の流路部と、
前記分離された流路を左右方向から合流させる第１１の流路部と
を備えることを特徴とする請求項１３に記載の流体の混合装置。
【請求項１５】
前記第９の流路部の流路の深さを一定の深さとすることにより、上下方向において２つの流体が流れる状態とする第１５の流路部と、
前記第１５の流路部の底部の一部を他の部分より深い部分とし、前記深い部分に左右方向において２つの流体が流れる状態とする第１６の流路部と、
を備える請求項１３に記載の流体の混合装置。
【請求項１６】
前記第９の流路部の上端部の底部の一部を他の部分より深い部分とし、前記深い部分に２つの流体が流れる状態とする第１７の流路部と、
を備える請求項１３に記載の流体の混合装置。
【請求項１７】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合方法であって、前記流路は、
一方の流体を収容する一方の流路と、
他方の流体を収容する他方の流路より構成され、
流路方向に垂直な上下方向の前記一方の流路の最下部の位置を、前記他方の流路における前記上下方向の最下部の位置よりも下部にする第１のステップと、
前記第１のステップの後であって、前記流路の合流後の状態において、前記一方の流路から延出する部分の前記上下方向最下部を、前記他方の流路から延出する部分の最下部の真下にする第２のステップと、
からなる流体の混合方法。
【請求項１８】
前記第２のステップの後に、合流後の流路を、前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向に分離する第３のステップをさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の流体の混合方法。
【請求項１９】
前記第３のステップで分離された少なくとも２つの流路を、
前記第１のステップと前記第２のステップと同様に流体を混合させる第４のステップをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の流体の混合方法。
【請求項２０】
前記他方の流路の断面形状が、頂角が一方の流路に向かうくさび形状であることを特徴とする請求項１７から１９のいずれか１項に記載の流体の混合方法。
【請求項２１】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、
前記流路の合流後の底部を延出して形成される流路部分が、流路方向に垂直な上下方向に深い部分を含む流路部分と、該深い部分を含まない流路部分となる第５ステップと、
前記深い部分を含む流路部分と、前記深い部分を含まない流路部分とを、前記流路方向および前記上下方向に垂直な左右方向に分離する第６ステップと、
からなることを特徴とする流体の混合方法。
【請求項２２】
前記第６のステップで分離された流路を前記左右方向から合流させる第７のステップをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の流体の混合方法。
【請求項２３】
前記第７のステップで合流された流路を、
前記第５のステップと前記第６のステップと同様の方法で分離させる第８のステップをさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載の流体の混合方法。
【請求項２４】
前記第６のステップにおいて、前記深い部分を含まない部分の流路部の断面形状が、前記深い部分を含む部分の流路部分に向かうくさび形状であることを特徴とする請求項２１から２３のいずれか１項に記載の流体の混合方法。
【請求項２５】
少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合方法であって、
合流後の流路において、前記流路方向に垂直な上下方向の幅を小さくするとともに、合流後流路の上端部の流路方向に垂直な左右方向の幅を大きくした第９のステップと、
を備えることを特徴とする流体の混合方法。
【請求項２６】
請求項１から１６に記載した流体の混合装置の形状、またはその反対形状を、金型として用いることを特徴とする金型構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の混合装置、流体の混合方法及び金型構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の流体を混合した後に、反応生成物を抽出、分離または検出するための様々な方法が研究されている。例えば、μ−ＴＡＳ（マイクロタス、Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）、集積化化学システムやＬａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐなどでは、化学プロセスの集積、微細化によって、試薬量や廃棄液の削減、省スペース化、携帯性の向上、測定の効率化、低コスト化が期待されている。その反面、装置のサイズが小さくなると、レイノルズ数の小さな層流（極端な場合には、ストークス流れ）になるため、流体の混合に長い時間と距離を要することが問題となっている。
【０００３】
このため、従来より様々な流体の混合方法が研究されている。以下に示す特許文献１乃至５には、振動や磁力などの外力によって、流体の混合を促進する方法が記載されている。また、特許文献６乃至９には、流路を多層構造にすることにより、流体の混合を促進するもの、特許文献１０乃至１５には、流路に障害物を設置し、流路の断面積を変えることにより、流体の混合を促進するもの、特許文献１６には、自励振動を励起して混合を促進するものが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７７２１９号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５３１号公報
【特許文献３】特開２００４−３５４１８０号公報
【特許文献４】特開２００４−１８４３１５号公報
【特許文献５】特開２００３−２１０９６３号公報
【特許文献６】特開２００４−２０２６１３号公報
【特許文献７】特開２００４−１１３９６７号公報
【特許文献８】特開２００３−２１０９５７号公報
【特許文献９】特開２００３−１０７７号公報
【特許文献１０】特開２００６−７００７号公報
【特許文献１１】特開２００５−１６９２１８号公報
【特許文献１２】特開２００５−１２７８６４号公報
【特許文献１３】特開２００５−１１８６３４号公報
【特許文献１４】特開２００４−２９４４１７号公報
【特許文献１５】特開２００２−３４６３５５号公報
【特許文献１６】特開２００５−１６９２１９号公報
【特許文献１７】特開２０００−７０６９１号公報
【特許文献１８】特開平９−２５３４６７号公報
【特許文献１９】特開２００６−２３９５３８号公報
【特許文献２０】特開昭６１−６０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の各特許文献については以下に述べる問題点があった。すなわち、超音波振動や磁力などの外力を用いる場合や、流路を多層構造にする場合は、単純な単層構造の流路に比べてコストが高くなり、また、装置が複雑化したり、大型化するという問題があった。また、流路内に障害物を備えるなど、流路の断面積を変える方法では、複数の流体の混合の効果が高くない上に、流路抵抗が大きくなる。また、自励振動を励起する方法においても、自励振動によって流体の抵抗が増加するためにポンプの出力を増加させる必要があり、さらに、流体の特性が変化すると自励振動が生じ難いなど、汎用性に欠けるものであるという問題点を有していた。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、型による成形が可能な単層構造の流路を用いることにより、低コストでコンパクトな混合装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、前記流路は、一方の流体を収容する一方の流路と、他方の流体を収容する他方の流路より構成され、流路方向に垂直な上下方向の前記一方の流路の最下部の位置が、前記他方の流路における前記上下方向の最下部の位置よりも下部である第１の流路部と、前記流路の合流後の状態において、前記一方の流路から延出する部分の前記上下方向最下部が、前記他方の流路から延出する部分の最下部の真下である第２の流路部を、備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成される。上記の構成によれば、流路の合流状態において、一方の流路から延出する部分の最下部が、他方の流路から延出する部分の最下部の真下となるため、一方の流路から流入した流体は、他方の流路から流入した流体の下部に流入する。したがって、２つの流体を上下方向に２層に混合することができるため、効率よく流体を混合することができる。なお、２つの流体は通常互いの合流面で拡散して混合するものであるが、２つの流体の混合の度合いを向上させるためには、互いの流体を層状にして、合流面を増加させることが効率的であるため、本出願では、混合の度合いを説明するために、２つの流体を層状にして良好に混合させる、という説明を用いるものとする。
【０００８】
なお、本発明は、２つの流体の混合を行なうものであるが、２つに限らず、３つ以上の流路を合流させて３つ以上の流体を混合させるものであっても良い。また、流路の最下部とは、流路の底面に該当する部分をいう。また、一方の流路の最下部の位置が他方の流路の最下部の位置よりも下部であるとは、両方の最下部を比較して、一方の最下部のいずれかの部分の上下方向位置が、他方の最下部よりも下に存在する場合をいう。また、一方の流路から延出する部分とは、一方の流路の形状を流路方向下流側へ延長した流路部分であり、他方の流路から延出する部分とは、他方の流路の形状を流路方向下流側へ延長した流路部分である。また、一方の流路から延出する部分の最下部が他方の流路から延出する部分の最下部の真下である、とは、左右方向の位置関係において最下部が重複（ラップ）した状態で、一方の流路から延出する部分が他方の流路から延出する部分の下部にある状態をいう。また、本発明の混合装置は、少なくとも２つの流体を混合させるものであるが、混合の仕方は様々なものがあり、２つの流体が互いに拡散して混合する場合や、２つの流体の拡散係数が非常に低い場合や２つの流体が非相溶性材料であって、各々の流体の層が積層状態となって混合される場合も、本発明の混合装置の適用範囲に含まれるものである。
【０００９】
また、本発明は、前記第２の流路部を、前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向に分離する第３の流路部をさらに備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、第１の流路部および第２の流路部で上下方向に混合された２層の流体を、良好に左右方向に分離することができる。
【００１０】
また、本発明は、前記第３の流路部で分離された少なくとも２つの流路を、前記第１の流路部と前記第２の流路部と同様の流路形状を用いて流体を混合させる第４の流路部をさらに備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、上下方向に混合された２層の流体を、さらに上下方向に混合することにより、上下方向に４層の流体とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記他方の流路の断面形状が、頂角が一方の流路に向かうくさび形状であることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、他方の流路の断面形状がくさび形状とされているため、一方の流路を他方の流路の下方へ移動させやすくなり、良好に２つの流体を混合することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記第２の流路部に続く流路部であって、前記一方の流路から延出する部分の前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向幅と前記他方の流路から延出する部分の左右方向幅を同一にする第１２の流路部と、を備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、左右方向幅を同一にすることで、上下方向に混合された２層の流体を良好に混合することができる。なお、左右方向幅を同一とするとは、左右方向幅を全く同一とする場合に限らず、左右方向幅を概ね同一とする場合をも含むものである。
【００１３】
また、本発明は、前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に深い部分を形成して、２つの流体が前記深い部分に収容された状態とする第１３の流路部と、前記他の部分の左右方向幅を小さくして、前記他方の流路から流入する流体を上下方向に分離した状態とする第１４の流路部と、
を備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、第１４の流路部で他方の流路から流入する流体を上下方向に分離した状態とするため、２つの流体を上下方向に４層の状態とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００１４】
また、本発明は、前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に浅い部分を形成して、前記他方の流路を流れる流体のみが流れる状態とする第１８の流路部と、前記一方の流路から延出する流路部分の上下方向深さを浅くすることにより、前記他方の流路から流入する流体を左右方向に分離した状態とする第１９の流路部と、を備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、他方の流路から流入する流体を左右方向に分離した状態とするため、２つの流体を左右方向に３層の状態とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記第１２の流路部の底部の一部を他の部分よりも流路方向に垂直な上下方向に深い部分として形成し、前記深い部分が前記他の部分の真下になる状態とする第２０の流路部と、を備える流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、２つ流体を上下方向に３層あるいは４層の状態とすることができるため、良好に流体を混合することができる。
【００１６】
また、本発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、前記流路の合流後の底部を延出して形成される流路部分が、流路方向に垂直な上下方向に深い部分を含む流路部分と、該深い部分を含まない流路部分となる第５の流路部と、前記深い部分を含む流路部分と、前記深い部分を含まない流路部分とを、前記流路方向および前記上下方向に垂直な左右方向に分離する第６の流路部と、を備えることを特徴とする流体の混合装置よって構成することもできる。この構成によれば、２つの流体が流れ込む流路の底部から延出する流路部分が、深い部分を含む流路部分と、深い部分を含まない流路部分とされるため、両方の流路部分には２つの流体が含まれることになる。その後、それぞれの流路部分が左右方向に分離され、それぞれの流路において、２つの流体を左右方向に２層に混合することができるため、良好に流体を混合することができる。なお、合流後の底部とは、２つの流路が合流し、２つの流体が接している流路の底部をいう。また、深い部分とは、流路の底部から延長して形成され、他の部分よりも深さが深い部分をいう。
【００１７】
また、本発明は、前記第６の流路部で分離された流路を、前記左右方向から合流させる第７の流路部をさらに備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、左右方向に２層に混合された流体を、さらに左右方向から合流させることにより、左右方向に４層に混合することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記第７の流路部で合流された流路を、前記第５の流路部と前記第６の流路部と同様の流路形状を用いて流路を分離させる第８の流路部をさらに備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、左右方向に４層に混合された流体を、さらに左右方向に分離するため、それぞれの流路において、左右方向に４層に混合された流体を得ることができる。
【００１９】
また、本発明は、第６の流路部において、前記深い部分を含まない部分の流路部分の断面形状が、前記深い部分を含む部分の流路部分に向かうくさび形状であることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、深い部分を含まない部分の流路部分の断面形状がくさび形状とされているため、深い部分を含まない部分の流路部分を、深い部分を含む部分の流路部分から分離しやすくなる。
【００２０】
また、本発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、合流後の流路において、前記流路方向に垂直な上下方向の幅を小さくするとともに、合流後流路の上端部の流路方向に垂直な左右方向の幅を大きくした第９の流路部と、を備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、流路の上下方向幅を小さくするとともに、左右方向幅を大きくすることで、流路の上端部においては、２つの流体が上下方向に積層された状態とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。なお、上述の第９の流路部は以下のようにすることもできる。すなわち、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、合流後の流路において、前記流路方向に垂直な左右方向の幅を小さくするとともに、合流後の左端部あるいは右端部の流路方向に垂直な上下方向の幅を大きくした第９の流路部を備えることを特徴とする流体の混合装置とすることもできる。この装置によっても、同様に、２つの流体が左右方向に積層された状態とすることができるため、良好に流体を混合することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記合流後流路の左右方向端部の流路部分と上端部の流路部分を左右方向に分離し、分離されたそれぞれの流路を略同一形状とする第１０の流路部と、前記分離された流路を左右方向から合流させる第１１の流路部と、を備えることを特徴とする流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、流路を分離および合流することにより、流路内の流体を左右方向に４層の状態とすることができるため、良好に流体を混合することができる。
【００２２】
また、本発明は、前記第９の流路部の流路の深さを一定の深さとすることにより、上下方向において２つの流体が流れる状態とする第１５の流路部と、前記第１５の流路部の底部の一部を他の部分より深い部分とし、前記深い部分に左右方向において２つの流体が流れる状態とする第１６の流路部と、を備える流体の混合装置によって構成することができる。この構成によれば、流路の深い部分に２つの流体が流れる状態とされるため、２つの流体を左右方向に３層あるいは４層の状態とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００２３】
また、本発明は、前記第９の流路部の上端部の底部の一部を他の部分より深い部分とし、前記深い部分に２つの流体が流れる状態とする第１７の流路部と、
を備える流体の混合装置によって構成することもできる。この構成によれば、他の部分に２つの流体が流れる状態にすることにより、２つの流体を左右方向に４層の状態とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００２４】
また、本発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合方法であって、前記流路は、一方の流体を収容する一方の流路と、他方の流体を収容する他方の流路より構成され、流路方向に垂直な上下方向の前記一方の流路の最下部の位置を、前記他方の流路における前記上下方向の最下部の位置よりも下部にする第１のステップと、前記第１のステップの後であって、前記流路の合流後の状態において、前記一方の流路から延出する部分の前記上下方向最下部を、前記他方の流路から延出する部分の最下部の真下にする第２のステップと、からなる流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、流路の合流状態において、一方の流路から延出する部分の最下部が、他方の流路から延出する部分の最下部の真下となるため、一方の流路から流入した流体は、他方の流路から流入した流体の下部に流入する。したがって、２つの流体を上下方向に２層に混合することができるため、効率よく流体を混合することができる。また、本発明の混合方法は、少なくとも２つの流体を混合させるものであるが、混合の仕方は様々なものがあり、２つの流体が互いに拡散して混合する場合や、２つの流体の拡散係数が非常に低い場合や２つの流体が非相溶性材料であって、各々の流体の層が積層状態となって混合される場合も、本発明の混合方法の適用範囲内である。
【００２５】
また、本発明は、前記第２のステップの後に、合流後の流路を、前記前記流路方向および前記上下方向に垂直な方向である左右方向に分離する第３のステップをさらに備えることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、第１のステップおよび第２のステップで上下方向に混合された２層の流体を、良好に左右方向に分離することができる。
【００２６】
また、本発明は、前記第３のステップで分離された少なくとも２つの流路を、前記第１のステップと前記第２のステップと同様に流体を混合させる第４のステップをさらに備えることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、上下方向に混合された２層の流体を、さらに上下方向に混合することにより、上下方向に４層の流体とすることができる。これにより、良好に流体を混合することができる。
【００２７】
また、本発明は、前記他方の流路の断面形状が、頂角が一方の流路に向かうくさび形状であることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、他方の流路の断面形状がくさび形状とされているため、一方の流路を他方の流路の下方へ移動させやすくなり、良好に２つの流体を混合することができる。
【００２８】
また、本発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合装置であって、前記流路の合流後の底部を延出して形成される流路部分が、流路方向に垂直な上下方向に深い部分を含む流路部分と、該深い部分を含まない流路部分となる第５ステップと、前記深い部分を含む流路部分と、前記深い部分を含まない流路部分とを、前記流路方向および前記上下方向に垂直な左右方向に分離する第６ステップと、からなることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、２つの流体が流れ込む流路の底部から延出する流路部分が、深い部分を含む流路部分と、深い部分を含まない流路部分とされるため、両方の流路部分には２つの流体が含まれることになる。その後、それぞれの流路部分が左右方向に分離され、それぞれの流路において、２つの流体を左右方向に２層に混合することができるため、良好に流体を混合することができる。
【００２９】
また、本発明は、前記第６のステップで分離された流路を前記左右方向から合流させる第７のステップをさらに備えることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、左右方向に２層に混合された流体を、さらに左右方向から合流させることにより、左右方向に４層に混合することができる。
【００３０】
また、本発明は、前記第７のステップで合流された流路を、前記第５のステップと前記第６のステップと同様の方法で分離させる第８のステップをさらに備えることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、左右方向に４層に混合された流体を、さらに左右方向に分離するため、それぞれの流路において、左右方向に４層に混合された流体を得ることができる。
【００３１】
また、本発明は、第６のステップにおいて、前記深い部分を含まない部分の流路部の断面形状が、前記深い部分を含む部分の流路部分に向かうくさび形状であることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、深い部分を含まない部分の流路部分の断面形状がくさび形状とされているため、深い部分を含まない部分の流路部分を、深い部分を含む部分の流路部分から分離しやすくなる。
【００３２】
また、本発明は、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合方法であって、合流後の流路において、前記流路方向に垂直な上下方向の幅を小さくするとともに、合流後流路の上端部の流路方向に垂直な左右方向の幅を大きくした第９のステップと、を備えることを特徴とする流体の混合方法によって実現することもできる。この方法によれば、流路の左右方向端部の上下方向幅を小さくするとともに、流路の上端部の左右方向幅を大きくしたことにより、２つの流体が上下方向に積層された状態とすることができるため、良好に流体を混合することができる。なお、上述の第９のステップは以下のようにすることもできる。すなわち、少なくとも２つの流路を合流させることで、２つの流体を混合させてなる流体の混合方法であって、合流後の流路において、前記流路方向に垂直な左右方向の幅を小さくするとともに、合流後の左端部あるいは右端部の流路方向に垂直な上下方向の幅を大きくした第９のステップを備えることを特徴とする流体の混合方法とすることもできる。この方法によっても、同様に、２つの流体が左右方向に積層された状態とすることができるため、良好に流体を混合することができる。
【００３３】
また、本発明は、上記した流体の混合装置の形状、またはその反対形状を、金型として用いることを特徴とする金型構造によって構成することもできる。この構成によれば、液体の混合装置の形状を金型とすることにより、当該金型を用いて、流体の混合装置の作製に利用することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、単層構造の流路を用いて流路の混合部分の流路構成を工夫し、混合装置を構成したため、流体を良好に混合することができるとともに、混合装置をコンパクトなものとし、また安価に量産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明を実施するための実施の形態について以下に詳細に説明する。図１は、本発明が適用された第１の実施形態の流体の混合装置２の全体構成を示す概略図である。なお、図１は、混合装置２を真上からみたものであり、混合装置２の内部の流路４の構成を分かり易くするために、流路４を点線で示している。
【００３６】
混合装置２は、２種類の液体を混合する際に用いられるものであり、混合装置２の内部には流路４が形成されている。流路４は、液体の入り口部分である合流部分６と、合流部分から流入した液体を混合させる混合部分８と、混合された液体を流出させる出口部分１０から構成されている。合流部分６は、外部から２種類の液体を導入し、次に続く混合部分８に２種類の液体を供給する部分であり、互いに独立な流路を有している。また、混合部分８は、流路を合流させて、２種類の液体を混合させる部分であり、液体の混合の度合いを高くするために、特定の流路のパターンが設計されている。また、出口部分１０は、混合部分８からの液体を他の装置（例えば、液体の分析装置など）に供給するための部分である。なお、混合装置２の厚さ（紙面に垂直な方向の幅）は、流路４を形成するために十分なものとされている。
【００３７】
次に、第１の実施形態の混合装置２の混合部分８の構成について詳細に説明する。図２は、混合装置２の混合部分８の各位置における断面図と、混合部分８の流路の位置を上部から見たものを示す図である。混合部分８の各位置は、入り口側から出口側に向かうにつれて、位置（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と表示するものとする。また、当初Ａ液が流れる流路を流路Ａとし、図においては、グレーで表示し、当初Ｂ液が流れる流路は流路Ｂとし、図においては、白で表示する。なお、各実施形態においては、Ａ液とＢ液の境界面を実線で示したが、流路内に仕切り板や壁面が存在するのではなく、Ａ液とＢ液の境界面を模式的に示したものである。
【００３８】
図２において、混合部分８の位置（ａ）では、Ａ液が流れる流路ＡとＢ液が流れる流路Ｂは互いに分離された状態となっている。位置（ａ）から位置（ｂ）では、流路Ａは流路Ｂよりも深い（図２の断面図の上下方向幅が大きい）状態となり、流路Ｂは、その流路の一部が、流路Ａに向かうくさび形状となっている。なお、位置（ａ）から位置（ｂ）の流路部分は、特許請求の範囲における第１の流路部に該当する。
【００３９】
次の位置（ｂ）から（ｃ）では、流路Ａと流路Ｂが合流し、流路Ａから延出する部分が流路Ｂから延出する部分の下部に位置している。なお、位置（ｂ）から（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第２の流路部に該当する。
【００４０】
次の位置（ｃ）から（ｄ）では、流路の深さが浅くなり（図２の断面図の上下方向幅が小さくなり）、位置（ｄ）から（ｅ）において、合流した流路は、左右に２つに分離される。位置（ｄ）から（ｅ）の状態では、左右に分離された２つの流路には、Ａ液およびＢ液が含まれた状態となる。なお、位置（ｄ）から（ｅ）の流路部分は、特許請求の範囲の第３の流路部に該当する。
【００４１】
次の位置（ｅ）から（ｆ）では、左側の流路の深さが右側の流路よりも深くなり、右側の流路の一部がくさび形状となる。次の位置（ｆ）から（ｇ）では、左側の流路から延出する部分が右側の流路から延出する部分の下部に位置している。そして、次の位置（ｇ）から（ｈ）では、流路の深さが浅くなり、位置（ｈ）から（ｉ）において、流路は左右に２つに分離される。なお、本実施形態においては、位置（ａ）から位置（ｅ）までを１サイクルとして、混合部分８は、５サイクルの流路構成となっている。なお、位置（ｅ）から位置（ｇ）の流路部分は、特許請求の範囲の第４の流路部に該当する。
【００４２】
上述したように、位置（ａ）から（ｂ）で流路Ａを流路Ｂよりも深くし、位置（ｂ）から（ｃ）で流路Ａから延出する部分を流路Ｂから延出する部分の下部に位置させているため、Ａ液をＢ液の下部に流れ易くすることができる。したがって、Ａ液とＢ液を上下に位置させることで、液を上下２層の状態とすることができる。また、Ａ液がＢ液の下部に位置する状態で、流路を浅くし（位置（ｃ）から（ｄ））、流路を左右に２つに分離しているため（位置（ｄ）から（ｅ））、Ａ液とＢ液を上下に位置させた状態で流路を２つに分離することができる。
【００４３】
また、Ａ液とＢ液を上下に位置させた流路を、位置（ｅ）から位置（ｇ）のような構成をとることにより、位置（ｈ）に示すように、Ａ液とＢ液の４層の状態とすることができる。本実施形態では、このように液体の混合を繰り返すことにより、理想的には、Ａ液とＢ液を２の５乗、すなわち、３２層の状態とすることができる。したがって、第１の実施形態では、Ａ液とＢ液の混合を良好に行なうことが可能な混合装置２を実現することができる。また、本実施形態では、比較的短い距離でＡ液とＢ液を多層の状態にすることができるため、混合装置２をコンパクトなものとすることができる。
【００４４】
また、本実施形態では、一方の流路の一部の形状をくさび形状としているため、他方の流路を流れる液を、一方の流路を流れる液の下部に位置させ易くなる。これにより、異なる液体を上下の層の状態とすることが容易化される。
【００４５】
次に、図３を用いて本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態も第１の実施形態と同様に、混合部分８の流路の断面図と流路の位置を上部から見た図で説明する。図３の位置（ｂ）において、流路Ａが流路Ｂよりも深いものとなり、位置（ｃ）で、流路Ａから延出した部分が流路Ｂから延出した部分の下部に位置している。その後、Ａ液とＢ液が上下に２層とされた状態で位置（ｅ）において、左右に流路が分離される。その後、第１の実施形態と同様に、２サイクル目（位置（ｅ）から位置（ｈ））では、位置（ｈ）に示すように、Ａ液とＢ液が上下に４層の状態となり、３サイクル目（位置（ｉ）から位置（ｌ））では、位置（ｌ）に示すようにＡ液とＢ液が上下８層の状態となる。
【００４６】
したがって、第２の実施形態においても、Ａ液とＢ液を上下方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。
【００４７】
次に、本発明の第３の実施形態について、図４を用いて説明する。第３の実施形態も第１の実施形態と同様に、混合部分８の流路の断面図と流路の位置を上部から見た図で説明する。図４において、位置（ｂ）では、流路Ａが流路Ｂよりも深いものとなり、位置（ｃ）で流路Ａから延出した部分が流路Ｂから延出した部分の下部に位置している。その後、位置（ｄ）でＡ液とＢ液が上下方向に２層の状態となり、２サイクル目（位置（ｅ）から位置（ｈ））では、位置（ｈ）に示すように、Ａ液とＢ液が上下方向に４層の状態となる。
【００４８】
したがって、第３の実施形態においても、Ａ液とＢ液を上下方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１の実施形態と同様に、本実施形態では、一方の流路の一部の形状をくさび形状としている。これにより、他方の流路を流れる液を一方の流路を流れる液の下部に位置させやすくすることができる。これについて詳説すると、図４の位置（ｂ）においては、流路Ｂが流路Ａに向かう向きにくさび形状となっているため、くさび形状ではない（例えば、底部が水平の形状）場合に比べて、合流部分における流路Ｂと流路Ａの深さの差を大きくすることができる。これにより、流路Ａを流れるＡ液を流路Ｂを流れるＢ液の下に流れさせ易くすることができる。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施形態について、図５を用いて説明する。第４の実施形態も第１の実施形態と同様に、混合部分８の流路の断面図と流路の位置を上部から見た図で説明する。図５において、位置（ｂ）において流路Ａと流路Ｂが合流し、位置（ｂ）から（ｃ）で、合流した流路底部から延出する部分の深さが、他の部分に比べて深い（図の断面図の上下方向幅が大きい）部分が形成される。なお、Ａ液とＢ液が流入した流路の底部を延出して、流路の深さを深くしたため、深くした流路部分には、Ａ液およびＢ液が収容された状態となっており、この部分は特許請求の範囲の深い部分となる。したがって、位置（ｂ）から（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第５の流路部に該当する。
【００５０】
位置（ｄ）以降では、Ａ液とＢ液を収容する深い部分が右方向に移動し、深い部分を含む流路部分から延出する流路部分と、深い部分を含まない流路部分から延出する流路部分が左右方向に分離される。図５（ｄ）および（ｅ）に示すように、深い部分を含む流路部分および深い部分を含まない流路部分は、ともにＡ液とＢ液が流入した状態となっている。なお、位置（ｄ）から（ｅ）の流路部分は、特許請求の範囲の第６の流路部に該当する。
【００５１】
次の位置（ｅ）から（ｆ）では、分離された流路の深さが同じものとされ、位置（ｇ）で、分離された流路が再び合流した状態となる。なお、位置（ｇ）の流路部分は、特許請求の範囲の第７の流路部に該当する。
【００５２】
さらに、位置（ｇ）から（ｈ）では、流路部分の底部から延出して、左右の流路から流れる流体を収容する深さが深い部分が形成され、位置（ｉ）以降において、深い部分が左方向に移動し、深い部分を含む流路部分と深い部分を含まない流路部分が左右方向に分離される。その後、位置（ｋ）で、再び流路が合流した状態となる。なお、位置（ｇ）から（ｊ）の流路部分は、特許請求の範囲の第８の流路部に該当する。
【００５３】
上述したように、第４の実施形態では、位置（ｂ）から（ｃ）で、Ａ液とＢ液を収容する深い部分を形成し、位置（ｃ）から（ｅ）で深い部分を含む流路部分と、深い部分を含まない流路部分を左右に分離し、合流させたため、位置（ｇ）に示すように、Ａ液とＢ液を左右方向に４層とすることができる。また、これらの流路を、位置（ｇ）から位置（ｊ）にかけて再び、左右に分離し、合流させたため、位置（ｋ）に示すように、Ａ液とＢ液を左右方向に８層とすることができる。したがって、第４の実施形態では、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる混合装置２を実現することができる。また、本実施形態では、混合部分８の長さを比較的短いものとすることができるため、混合装置２をコンパクトなものとすることができる。
【００５４】
次に、本発明の第５の実施形態について、図６を用いて説明する。第５の実施形態も第１の実施形態と同様に、混合部分８の流路の断面図と流路の位置を上部から見た図で説明する。図６において、位置（ｂ）で流路Ａと流路Ｂが合流し、位置（ｂ）から（ｃ）で、Ａ液とＢ液を収容する深い部分が形成される。位置（ｃ）以降で深い部分が左に移動し、位置（ｄ）以降で流路が左右に分離され、位置（ｆ）で再び、流路が合流する。したがって、第５の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができ、Ａ液とＢ液を良好に混合することができる混合装置２を実現することができる。
【００５５】
次に、本発明の第６の実施形態について、図７を用いて説明する。第６の実施形態も第１の実施形態と同様に、混合部分８の流路の断面図と流路の位置を上部から見た図を用いて説明する。図７において、位置（ｂ）で流路Ａと流路Ｂが合流し、位置（ｂ）から（ｃ）で、Ａ液とＢ液を収容する深い部分が形成される。位置（ｃ）以降で、深い部分が右に移動し、位置（ｄ）以降で、流路が２つに分離され、位置（ｆ）で流路が合流する。したがって、第６の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができ、Ａ液とＢ液を良好に混合することが可能な混合装置２を実現することができる。
【００５６】
次に、本発明の第７の実施形態について、図８を用いて説明する。第７の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図８において、２つの流路は位置（ｃ）で合流し、位置（ｄ）で上下方向に細長い形状となる。次に、位置（ｅ）から位置（ｈ）にかけて、左端流路の上下方向幅が小さくなると同時に、流路の上端部分が右方向に延出し、位置（ｈ）で、流路の左端部分の上下方向幅と流路の上端部分の左右方向幅がほぼ同一となる。なお、位置（ｅ）から位置（ｈ）の流路部分は、特許請求の範囲の第９の流路部に該当する。
【００５７】
その後、位置（ｉ）において、流路は２つに分離され、位置（ｏ）において、右側流路の左右方向幅が小さくなると同時に右側流路の左端部が下方に延出し、位置（ｓ）において、左右の流路の形状が略同一のものとなり、位置（ｔ）で流路が合流する。したがって、第７の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができ、Ａ液とＢ液を良好に混合することが可能な混合装置２を実現することができる。なお、位置（ｉ）から位置（ｓ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１０の流路部に該当し、位置（ｔ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１１の流路部に該当する。
【００５８】
また、第７の実施形態においては、位置（ｅ）から位置（ｈ）に示すように、左端流路の上下方向幅を小さくして、上端流路の左右方向幅を大きくしたため、２つの流体が上端流路の右上隅部分まで流れ込み易くなり、左右の層を上下の層に変換させることができる。同様に、位置（ｏ）から位置（ｓ）に示すように、右側流路の左右方向幅が小さくなると同時に右側流路の左端部の上下方向幅を大きくしたたいめ、２つの流体が右側流路の左下隅部まで流れ込み易くなり、上下の層を左右の層に変換させることができる。
【００５９】
次に、本発明の第８の実施形態について、図９を用いて説明する。第８の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図９において、２つの流路Ａおよび流路Ｂは、位置（ｂ）で流路Ａが流路Ｂよりも深い流路形状で合流し、位置（ｃ）で流路Ａの底部が流路Ｂの真下となっている。その後、位置（ｄ）から位置（ｇ）でＡ液とＢ液が深さ方向に２層の状態とされ、流路Ａから延出する部分と流路Ｂから延出する部分の左右方向幅が同じ大きさとされる。位置（ｈ）では、左右方向中央部の流路が他の部分よりも深い状態となり、位置（ｉ）に示すように、深い部分の底部からＡ液、Ｂ液の順に液が流入した状態となる。その後、位置（ｊ）において、流路の浅い部分の左右方向幅が小さくなり、Ｂ液はＡ液によって上下に分離され、位置（ｋ）において、Ａ液とＢ液は上下方向に４層の状態となる。なお、位置（ｂ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｃ）から位置（ｄ）は第２の流路部に、位置（ｄ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｇ）から位置（ｉ）は第１３の流路部に、位置（ｉ）から位置（ｊ）は第１４の流路部にそれぞれ該当する。
【００６０】
したがって、第８の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第８の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００６１】
次に、本発明の第９の実施形態について、図１０を用いて説明する。第９の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１０において、２つの流路Ａおよび流路Ｂは、位置（ｂ）で流路Ａが流路Ｂよりも深い流路形状で合流し、位置（ｃ）で流路Ａの底部が流路Ｂの真下となっている。その後、位置（ｄ）から位置（ｇ）でＡ液とＢ液が深さ方向に２層の状態とされ、流路Ａから延出する部分と流路Ｂから延出する部分の左右方向幅が同じ大きさとされる。その後、位置（ｈ）では、流路の右側部分が他の部分よりも深い状態となり、位置（ｉ）において、深い部分の底部よりＡ液、Ｂ液の順に液が流入した状態となる。次の位置（ｊ）では、流路の浅い部分が右方に移動して、Ａ液によってＢ液は、深さ方向に分離される。その後、位置（ｌ）に示すように、Ａ液とＢ液は上下方向に４層の状態となる。なお、位置（ｂ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｃ）から位置（ｄ）は第２の流路部に、位置（ｄ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｇ）から位置（ｉ）は第１３の流路部に、位置（ｉ）から位置（ｊ）は第１４の流路部にそれぞれ該当する。
【００６２】
したがって、第９の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第９の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００６３】
次に、本発明の第１０の実施形態について、図１１を用いて説明する。第１０の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１１において、２つの流路Ａおよび流路Ｂは、位置（ｃ）で合流し、位置（ｅ）から位置（ｆ）にかけて、流路は、深さ方向が小さくされるとともに、流路の上端部分が右方に伸張される。その後、位置（ｇ）においては、流路は底部が一定の深さを持つ状態となり、位置（ｈ）では、流路の左右方向中央部が他の部分よりも深くされた状態とされ、深くされた部分にＡ液およびＢ液が流入する。その後、位置（ｉ）および位置（ｊ）に示すように、流路は左右方向幅一定の形状となり、流路内のＡ液およびＢ液は、左右方向に３層の状態となる。なお、位置（ｅ）から位置（ｆ）の流路部分は、特許請求の範囲の第９の流路部に、位置（ｇ）は第１５の流路部に、位置（ｈ）から位置（ｊ）は第１６の流路部にそれぞれ該当する。
【００６４】
したがって、第１０の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１０の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００６５】
次に、本発明の第１１の実施形態について、図１２を用いて説明する。第１１の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１２において、２つの流路Ａおよび流路Ｂは、位置（ｃ）で合流し、位置（ｅ）から位置（ｆ）にかけて、流路は、深さ方向が小さくされるとともに、流路の上端部分が右方に伸張される。その後、位置（ｆ）から（ｇ）においては、流路の右側の部分（浅い部分）の右端が左方に移動するとともに、流路の右側の部分（浅い部分）の左端が深さ方向下方に伸張する。この場合、深さ方向下方に伸張する流路の部分には、Ａ液およびＢ液が流入している。その後、深さ方向に伸張した流路部分は、位置（ｈ）に示すように、流路の左側部分と同じ深さとなり、位置（ｉ）に示すように、Ａ液とＢ液は左右方向に４層の状態となる。なお、位置（ｅ）から（ｆ）の流路部分は、特許請求の範囲の第９の流路部に、位置（ｇ）から（ｉ）は第１７の流路部にそれぞれ該当する。
【００６６】
したがって、第１１の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１１の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００６７】
次に、本発明の第１２の実施形態について、図１３を用いて説明する。第１２の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１３において、２つの流路Ａおよび流路Ｂは、位置（ｃ）で合流し、位置（ｅ）から位置（ｆ）にかけて、流路は、深さ方向が小さくされる同時に、流路の上端部分が右方に伸張される。その後、位置（ｆ）から（ｇ）においては、流路の左側の部分（深い部分）の深さが小さくされるとともに、流路の左側の部分（浅い部分）が左方に伸張する。この場合、左方に伸張する流路の部分には、Ａ液およびＢ液が流入している。その後、位置（ｈ）に示すように、流路の左側の部分の深さは、流路の右側の部分と同じ深さとなる。次に、位置（ｉ）において、流路の中央部分の深さが他の流路部分の深さよりも深くされるとともに、流路の浅い部分の左右方向幅が小さくされる。この時、深さが他の流路部分の深さよりも深くされる部分には、流路の左側部分および右側部分よりＡ液およびＢ液が流入している。その後、位置（ｋ）に示すように、Ａ液とＢ液は左右方向に４層の状態となる。なお、位置（ｅ）から位置（ｆ）の流路部分は特許請求の範囲の第９の流路部に、位置（ｇ）から位置（ｈ）は第１５の流路部に、位置（ｈ）から（ｋ）は第１６の流路部にそれぞれ該当する。
【００６８】
したがって、第１２の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１２の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００６９】
次に、本発明の第１３の実施形態について、図１４を用いて説明する。第１３の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１４において、２つの流路は位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ａから延出する流路の深さが、流路Ｂから延出する流路の深さよりも深い状態となる。その後、位置（ｄ）において、深い位置からＡ液、Ｂ液の順に液体が流れる状態となる。次の位置（ｅ）では、流路の深さが浅くなるとともに、Ｂ液が流れる流路部分の上端部の左右方向幅が伸張し、位置（ｆ）から位置（ｇ）にかけては、流路の深さがさらに浅くなり、Ａ液によってＢ液が左右に分離された状態となる。その後、位置（ｈ）では、流路部分の左端部が右側に移動するとともに、流路部分の右端部が深さ方向に下に伸張し、位置（ｉ）で流路部分の深い位置からＢ液、Ａ液、Ｂ液の順に流れる状態となる。その後、位置（ｊ）および（ｋ）では、流路の深さが浅くなるとともに、流路の上端部の左右方向幅が伸張し、Ａ液によってＢ液が左右に分離された状態となる。次に、位置（ｌ）では、流路の深い部分の深さがさらに浅くなるとともに、流路の浅い部分の幅がさらに伸張し、Ｂ液によってＡ液が左右に分離された状態となり、図に示すように、Ａ液とＢ液は左右方向に４層の状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）は第２および第１２の流路部に、位置（ｅ）は第１８の流路部に、位置（ｆ）は第１９の流路部にそれぞれ該当する。
【００７０】
したがって、第１３の実施形態においても、Ａ液とＢ液を左右方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１３の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００７１】
次に、本発明の第１４の実施形態について、図１５を用いて説明する。第１４の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１５において、２つの流路は、位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ｂから延出する流路の深さが、流路Ａから延出する流路の深さよりも深い状態となる。次の位置（ｄ）では、流路Ｂから延出する流路が、流路Ａから延出する流路の真下にある状態となり、Ａ液の下方にＢ液が流れる状態となる。その後、位置（ｅ）において、流路のＢ液が流れる部分の深さが浅くなるとともに、流路のＢ液が流れる流路が右方に伸張し、位置（ｆ）および位置（ｇ）に示すように、Ａ液とＢ液が深さ方向に２層の状態となる。その後、位置（ｈ）において、流路の左端に他の部分よりも深い部分が形成され、位置（ｉ）においては、流路の深い部分の深さが浅くなるとともに、深い部分が右方に移動する。その後、位置（ｊ）および位置（ｋ）に示すように、流路内には、Ａ液とＢ液が深さ方向に３層の状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）から（ｅ）は第２の流路部に、位置（ｆ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｈ）から位置（ｋ）は第２０の流路部にそれぞれ該当する。
【００７２】
したがって、第１４の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１４の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００７３】
次に、本発明の第１５の実施形態について、図１６を用いて説明する。第１５の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１６において、２つの流路は、位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ｂから延出する流路の深さが、流路Ａから延出する流路の深さよりも深い状態となる。次の位置（ｄ）では、流路Ｂから延出する流路が、流路Ａから延出する流路の真下にある状態となり、Ａ液の下方にＢ液が流れる状態となる。その後、位置（ｅ）から位置（ｇ）にかけては、Ｂ液が流れる流路部分の深さが浅くされるとともに、Ｂ液が流れる流路部分の浅い部分が右方に伸張し、Ａ液とＢ液が深さ方向に２層の状態となる。その後、位置（ｈ）では、流路の上端部の左右方向幅が小さくされるとともに、流路の左端の深さが深くなる。その後、位置（ｉ）から位置（ｊ）において、流路の深い部分の深さが浅くなるとともに、流路の深い部分の左右方向幅が大きくなり、位置（ｋ）および位置（ｌ）に示すように、流路内には、Ａ液とＢ液が深さ方向に４層で流れる状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）から（ｅ）は第２の流路部に、位置（ｆ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｈ）から位置（ｌ）は第２０の流路部にそれぞれ該当する。
【００７４】
したがって、第１５の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１５の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００７５】
次に、本発明の第１６の実施形態について、図１７を用いて説明する。第１６の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１７において、２つの流路は、位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ｂから延出する流路の深さが、流路Ａから延出する流路の深さよりも深い状態となる。次の位置（ｄ）では、流路Ｂから延出する流路が、流路Ａから延出する流路の真下にある状態となり、Ａ液の下方にＢ液が流れる状態となる。その後、位置（ｅ）では、Ａ液が流れる流路部分が右方に移動し、位置（ｆ）では、Ｂ液が流れる流路部分の深さが浅くなるとともに、Ｂ液が流れる流路部分が左方に移動し、Ａ液とＢ液は、深さ方向に２層で流れる状態となる。次に、位置（ｉ）では、流路の左右方向幅が小さくなるとともに、流路の左端の深さが深くなり、位置（ｊ）では、流路の左端の深い部分が右方に移動し、次の位置（ｋ）では、下方の流路の上下方向幅が小さくなるとともに、流路の左右方向幅が大きくなる。その後、位置（ｌ）および位置（ｍ）に示すように、流路内には、Ａ液とＢ液が深さ方向に４層で流れる状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）から（ｆ）は第２の流路部に、位置（ｇ）から位置（ｈ）は第１２の流路部に、位置（ｉ）から位置（ｍ）は第２０の流路部にそれぞれ該当する。
【００７６】
したがって、第１６の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１６の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００７７】
次に本発明の第１７の実施形態について、図１８を用いて説明する。第１７の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１８において、２つの流路は位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ｂから延出する流路の深さが、流路Ａから延出する流路の深さよりも深い状態となる。次の位置（ｄ）では、流路Ｂから延出する流路が、流路Ａから延出する流路の真下にある状態となり、Ａ液の下方にＢ液が流れることとなる。その後、位置（ｅ）では、Ｂ液が流れる流路部分の深さが浅くなるとともに、Ｂ液が流れる流路部分が右方に移動し、Ａ液とＢ液は深さ方向に２層に流れる状態となる。次に、位置（ｈ）で、流路の左右方向幅が小さくなるとともに、流路の右端の深さが深くなり、位置（ｊ）では流路の浅い部分が右方に移動し、位置（ｋ）では下方の流路の上下方向幅が小さくなるとともに流路の左右方向幅が大きくなる。その後、位置（ｌ）に示すように、流路には、Ａ液とＢ液が深さ方向に４層に流れる状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）から位置（ｅ）は第２の流路部に、位置（ｆ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｈ）から位置（ｌ）は第２０の流路部にそれぞれ相当する。したがって、第１７の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１７の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００７８】
次に、本発明の第１８の実施形態について、図１９を用いて説明する。第１８の実施形態は、流路の混合部分８の断面図を用いて説明するものである。図１９において、２つの流路は、位置（ｂ）において合流し、位置（ｃ）においては、流路Ｂから延出する流路の深さが、流路Ａから延出する流路の深さよりも深い状態となる。その後、位置（ｄ）において、Ａ液はＢ液の上部を流れる状態となる。その後、位置（ｅ）では、Ｂ液が流れる流路部分の深さが浅くなるとともに、Ｂ液が流れる流路部分の左右方向幅が大きくなり、位置（ｆ）および位置（ｇ）では、流路内には、Ａ液とＢ液が深さ方向に２層で流れる状態となる。その後、位置（ｈ）では、流路の上端部の左右方向幅が小さくされるとともに、流路の左端の深さが深くなる。その後、位置（ｉ）から位置（ｊ）において、流路の深い部分の深さが浅くなるとともに、流路の深い部分の左右方向幅が大きくなり、位置（ｋ）および位置（ｌ）に示すように、流路内には、Ａ液とＢ液が深さ方向に４層で流れる状態となる。なお、位置（ｃ）の流路部分は、特許請求の範囲の第１の流路部に、位置（ｄ）から（ｅ）は第２の流路部に、位置（ｆ）から位置（ｇ）は第１２の流路部に、位置（ｈ）から位置（ｌ）は第２０の流路部にそれぞれ該当する。
【００７９】
したがって、第１８の実施形態においても、Ａ液とＢ液を深さ方向に多層の状態とすることができるため、Ａ液とＢ液を良好に混合させることができる。なお、第１８の実施形態においては、Ａ液とＢ液を混合させた後に、流路を分離する部分を必要としないため、混合流路の流路長さを短くすることができる。
【００８０】
なお、本発明の混合装置は、実施形態が同じ構成である２つ以上の混合装置を直列あるいは並列に組み合わせても良いし、実施形態が異なる構成の２つ以上の混合装置を直列あるいは並列に組み合わせても良い。
また、本発明の各実施形態では、２種類の流体を混合する混合装置について説明したが、これに限られず、３種類以上の流体を混合させるものでも良い。
【００８１】
また、本発明の第１４の実施形態、第１５の実施形態、第１６の実施形態および第１８の実施形態においては、それぞれ、図１５の位置（ａ）から位置（ｅ）、図１６の位置（ａ）から位置（ｅ）、図１７の位置（ａ）から位置（ｆ）、図１９の位置（ａ）から位置（ｅ）の各構成によって２つの流体を上下方向に２層の状態としたが、２つの流体を上下方向に２層の状態とする構成は他の構成を用いることが可能である。この場合、図１５の位置（ｆ）から位置（ｋ）、図１６の位置（ｆ）から位置（ｌ）、図１７の位置（ｇ）から位置（ｍ）、図１９の位置（ｆ）から位置（ｌ）については以下のように表現することができる。流路方向に垂直な上下方向に少なくとも２つの流体が層状になった第２１の流路部と、前記第２１の流路部の底部の一部を他の部分よりも上下方向に深い部分として形成し、前記深い部分が前記他の部分の真下になる状態とする第２２の流路部とを備える流体の混合装置。この構成ば、図１５の位置（ａ）から位置（ｅ）、図１６の位置（ａ）から位置（ｅ）、図１７の位置（ａ）から位置（ｆ）、図１９の位置（ａ）から位置（ｅ）の各構成が第２１の流路部に該当し、図１５の位置（ｆ）から位置（ｋ）、図１６の位置（ｆ）から位置（ｌ）、図１７の位置（ｇ）から位置（ｍ）、図１９の位置（ｆ）から位置（ｌ）の各構成が第２２の流路部に該当する。この構成によれば、上下２層の状態の流体を、さらに上下方向に多層の状態とするができ、流体を良好に混合することができる。
【００８２】
（金型の作製）
次に、本発明の第１の実施形態の混合装置２の流路を作製するために、実際に金型を作製したが、その金型について説明する。図２０に作製した金型の寸法図を示す。図２０は、金型を上部から見た上面視図である。図２０に示すように、金型には、無酸素銅を用い、各寸法をｍｍで示している。金型を加工する工具の逃げ角は２度とし、合流部分および出口部分の深さはそれぞれ３０μｍとした。なお、混合部分は、流路の１サイクルが７ｍｍで５サイクルの３５ｍｍとした。
次に、図２１に、金型の混合部分の流路の１サイクルの寸法図を示す。図２１は、混合部分の流路の１サイクル（７ｍｍ＝７０００μｍ）の寸法を、上から見た図と、当該図の各位置における流路の断面図で示すものである。図２１に示すように、各寸法はμｍで示し、図面の上方から下方に向かって加工を行なった。また、各流路の断面に示す抜き勾配は５度とした。
【００８３】
次に、図２２に、図２０および図２１に基づいて作製した金型を顕微鏡で観察し、撮影した写真を示す。図２２の上側の写真は、作製した金型の全体を撮影したものであり、下側の写真は、金型の流路部分の混合部分の３サイクル目のみを拡大して撮影したものである。
次に、図２３に、作製した金型の形状を測定したデータを示す。図２３の上側の図は、金型の流路部分の混合部分の１サイクル目の深さ方向を測定し、上面から見た流路の測定結果を表示したものであり、図２３の下側の図は、横方向から見た流路部分の測定結果を表示したものである。なお、表示中で白く抜けている箇所は、測定装置の分解能の問題によるものであり、実際には流路はつながって存在している。
【００８４】
図２０および図２１の設計により作製された金型は、図２２および図２３の結果より、精度良く作製されているといえる。作製された金型を用いることにより、第１の実施形態の混合装置２の各部分を作製することができる。
【００８５】
（解析結果）
次に、本実施形態の第１の実施形態の混合装置２を用いた流体の混合度合いを解析するために、コンピュータを用いたシミュレーション結果について説明する。解析に用いた各条件を図２４に示す。解析には、図２０および図２１に示した流路の各寸法を用い、使用流体を水（密度：１０００ｋｇ／ｍ３、粘度：１×１０−３Ｐａ・ｓ）とし、層流で非圧縮なものとした。また、境界条件として、流路の入り口の流体の圧力を１００ｋＰａ、出口の圧力を０Ｐａとした。また、支配方程式は図２４に示すナビエ−ストークス方程式を用いた。
【００８６】
上記の解析条件を用いてコンピュータシミュレーションを行なった結果を図２５に示す。図２５の右側の図は、流路を流れる流体の圧力分布を示すものである。また、図２５の左側の図は、流路を流れる流体の速度分布を図で表示したものである。なお、図に示されているように、流路の壁際は、流体の速度が低いため、実際には多くの流体は流路の断面中央部分を流れていることが分かる。
【００８７】
次に、図２５に示す流体の速度分布に基づき、流体の流線を求めて、流線を表示したものを図２６に示す。図２６の右側は、流体の流線を求め、流路の混合部分の１サイクル目の全体に流線を表示したものであり、図２６の左側は、流路の混合部分の１サイクル目の各位置における流線の断面を切り出したものを表示したものである。流線の断面図は、流路の入り口から１ｍｍ毎に表示されている。流線の断面図において、粒子状に表示されているものが、各流線である。各流線は、入り口の断面図に示すように、左側の流路から流れる流体の流線と、右側の流路を流れる流体の流線とを比較するために、流線の濃淡が異なるものとされている。図２６によれば、３ｍｍおよび４ｍｍの断面図において、右側の流路の流体が左側の流路の流体の下部に侵入している。また、出口では、分離された流路の両方で、流体が上下に混合されていることが分かる。
【００８８】
次に、流路の混合部分の２サイクル目の流線の様子を図２７に示す。図２７に示すように、２サイクル目の混合部分においても、６ｍｍの部分で２つの流体が上下に４層に混合されている。また、出口では、分離された流路の両方で、流体が上下４層に混合されていることが分かる。
【００８９】
また、図２６および図２７の流線の出口の断面図の拡大図を図２８に示す。図２８（ａ）は、流路の混合部分の１サイクル目の入り口と出口部分の断面図を示している。これによると、出口部分では、２つの流体が上下に２層に混合されていることがわかる。また、図２８（ｂ）は、流路の混合部分１サイクル目の入り口と２サイクル目の出口部分の断面図を示している。これによれば、２サイクル目の出口部分では、２つの流体が上下に４層に混合されており、１サイクル目よりも混合度合いが進んでいることがわかる。
【００９０】
したがって、上記の解析結果より、第１の実施形態の混合装置２の混合部分では、２つの流体が上下方向に層状に混合され、出口部分を流れる流体は、良好に混合されていることが分かる。
【００９１】
なお、第１の実施形態では、図２６および図２７に示すように、流路の混合部分の１サイクル目では、図２６の３ｍｍの断面図のように、右側の流路を左側の流路の下に潜り込ませ、２サイクル目では、図２７の３ｍｍの断面図のように、左側の流路を右側の流路の下に潜り込ませて、２つの流体を混合させた。このように、第１の実施形態では、左右の流路を交互に他方の流路の下に潜り込ませたが、これ以外にも、一方（例えば、右側）の流路を他方の（例えば、左側）の流路の下に繰り返し潜り込ませても比較的流体を良好に混合させることができる。この解析結果を図２９に示す。図２９は、図２８に対応する図であり、一方の流路を他方の流路の下に２サイクル潜り込ませたものである。図２９においても、２つの流体が上下４層に混合されていることがわかる。
【００９２】
また、別の解析結果を図３０および図３１に示す。図３０及び図３１は、図２６および図２７と同じ条件で解析したものであるが、本発明の各実施形態の混合部分の形状とは全く同一ではないが、混合部分の各位置における流体の混合度合いを示すために図示するものである。
【００９３】
図３０において、位置３では２つの流体が左右方向に２層の状態であるが、位置４では、流路の上端側では上下方向に２層の状態となっている。この位置４は、第１０の実施形態（図１１）の位置（ｆ）、第１１の実施形態（図１２）の位置（ｆ）などに相当する部分である。また、位置６から位置７では、２つの流体が上下方向に２層の状態から左右方向に２層の状態となっていることが分かる。これは第１４の実施形態（図１５）の位置（ｈ）などに相当する部分である。したがって、図３０によれば、本発明の各実施形態の混合部分の所定の位置では、良好に流体を混合できることが分かる。
【００９４】
また、図３１において、位置３から位置７にかけては、２つの流体が上下方向に混合されていることがわかる。この位置は、第１４の実施形態（図１５）の位置（ｃ）から位置（ｆ）、第１５の実施形態（図１６）の位置（ｃ）から位置（ｆ）に相当する部分である。また、位置８から位置１４にかけては、２つの流体が上下方向に混合されていることがわかる。この部分は、第１４の実施形態（図１５）の位置（ｇ）から位置（ｋ）などに相当する部分である（左右方向は逆である）。したがって、図３１によれば、本発明の各実施形態の混合部分の所定の位置では、良好に流体を混合できることがわかる。
【００９５】
（ＰＤＭＳ製マイクロチップの製作）
次に、図２０乃至図２３に示した金型を用いて、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）製マイクロチップを作製したが、作製方法および作製結果について説明する。
【００９６】
ＰＤＭＳ（ダウコーニング社、Ｓｙｌｇａｒｄ１８４）に対し、硬化剤を１／１０の分量加え、十分に攪拌した。これを図２０に示す無酸素銅で作製した金型に流し入れ、真空吸引することにより脱気を行なったのち、６５℃のオーブンに入れ、２時間放置した。これにより硬化したＰＤＭＳを金型から剥がし取り、１２０℃のホットプレート上で３０分間ハードベークを行い、凸型のＰＤＭＳを作製した（転写１段階目）。
【００９７】
この凸型ＰＤＭＳを、５パーセントの洗剤溶液に５分間浸し、蒸留水で良くすすいだ後、真空吸引により乾燥させた。この処理は、次に加えるＰＤＭＳが硬化したときに、互いを剥がし易くするために行なうものである。
【００９８】
乾燥した凸型ＰＤＭＳに、さらにＰＤＭＳを流し入れ、凸型ＰＤＭＳを作製したのと同様の手順でＰＤＭＳを硬化させた。凸型ＰＤＭＳからＰＤＭＳを剥がし取り、凹型のＰＤＭＳを作製した（転写２段階目）。剥がし取った凹型ＰＤＭＳに、混合させる溶液の導入口となる穴を形成した。
【００９９】
次に、凹型ＰＤＭＳと、これと貼り合せられるガラスの表面を、共に酸素プラズマで１５秒間処理し、処理後１分以内に互いのプラズマ処理した面同士が合わさるように、ガラス上にＰＤＭＳを置いた。これにより、金型の構造と同様のチャネルを持つＰＤＭＳ製マイクロチップを作製した。作製したマイクロチップの外観図を図３２に示す。
【０１００】
（ＰＤＭＳ製マイクロチップのＳＥＭ観察）
作製した凸型ＰＤＭＳと凹型ＰＤＭＳのＳＥＭ（走査電子顕微鏡ＪＳＭ−５６００、ＪＥＯＬ）による観察を行なった。観察の際には、ＰＤＭＳ型の上に金を約３０ｎｍ蒸着した。ＳＥＭを用い、金型から転写した凸型ＰＤＭＳ（１次転写物）、この凸型ＰＤＭＳから転写した凹型ＰＤＭＳ（２次転写物）の構造を観察した。
【０１０１】
ＰＤＭＳ型の一部に、１次転写物と２次転写物を剥がした際に発生したと思われる欠損部が存在するものの、ＰＤＭＳ型の全体の構造は、金型の形状を忠実に反映している様子が観測された。
【０１０２】
（マイクロミキサーの溶液混合率の測定）
次に、作製したマイクロチップをマイクロミキサーとして実験し、溶液混合率の評価を行なったので、以下に説明する。なお、マイクロミキサーに流す溶液としては、蛍光色素溶液と水を用いた。
【０１０３】
まず、蛍光色素溶液の色素がマイクロミキサーのチャネル内部に吸着するのを防ぐために、マイクロミキサー中にＢｌｏｃｋｅｒ  ＢＳＡ（１０％）ｉｎ  ＰＰＢＳ（ＰＩＥＲＣＥ）を満たし、３０分間放置することにより、チャネル内壁面をＢＳＡコーティングした。その後、マイクロミキサーの２つの導入口のうち、一方から蛍光色素溶液を導入し、他方の導入口から水を導入した。
【０１０４】
チャネル内の様子を倒立顕微鏡（ＴＥ３００、Ｎｉｋｏｎ）で観察し、蛍光画像を取得した（対物レンズ１０倍）。得られた蛍光画像をプロファイルし、蛍光強度の分布を求めた。このグラフと、チャネル内で完全に溶液が混合した時のグラフを比較することにより、蛍光色素の混合率を求め、マイクロミキサーの混合能の評価を行なった。このとき用いた式は、以下のように表される。
【数１】
2008221208.tif 000003
【０１０５】
ここで、Ｎ、Ｉｉ、Ｉｉ０、ＩｉPerf.mixは、それぞれ、それぞれのピクセルの総数、ピクセルｉにおける輝度、溶液の混合が全く起きていないときのピクセルｉにおける輝度（バックグラウンド）、溶液が完全に混合したときのｉにおける輝度を示す。
【０１０６】
実験に用いたサンプルは、ＦＩＴＣ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎ  ｉｓｏｔｈｉｏｃｙｎａｎａｔｅ（ｉｓｏｍｅｒｌ）（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ））溶液で、拡散係数Ｄは、４．２×１０−６ｃｍ２／ｓｅｃであった。これをナトリウムバッファー（１０ｍＭ、ｐＨ６．７）に溶解させ、５．２９×１０−５Ｍとしたものを用いた。また、マイクロミキサーへ溶液を導入する前に、溶液を０．２５μｍのメンブレンフィルターによってろ過を行なった。なお、混合率を算出するために撮影した画像の一例を図３３に示す。図３３は、チャネルを上から観察したものであり、左から、入り口付近（０ｍｍ）、入り口から７ｍｍ、入り口から２１ｍｍの地点を示している。
【０１０７】
（マイクロミキサーの混合率の結果）
上述の算出方法を用いて、マイクロミキサーにＦＩＴＣ溶液と水を流し、混合率の測定を行なった。なお、マイクロミキサーの効果を示すために、マイクロミキサーと、ミキサー（混合部分）の無いフラットなガラスのチップ（幅１００μｍ、深さ４０μｍ）を用いて比較を行なった。混合率の測定結果を図３４に示す。図３４（ａ）は、マイクロミキサーの混合率の測定結果であり、図３４（ｂ）は、ミキサーの無いガラスチップの混合率の測定結果である。図３４に示すように、溶液と水の流速を４ｍｍ／ｓｅｃから２５ｍｍ／ｓｅｃまで変化させて測定を行なった。
【０１０８】
図３４（ａ）に示すように、マイクロミキサーの測定結果においては、図３４（ｂ）の測定結果と比較して、短い時間で混合率が上昇していることが分かる。混合率９０パーセントを混合が完了した時点とすると、図３４（ａ）では、各流速とも約２秒の時点で混合が完了しているが、図３４（ｂ）では、混合率が９０パーセントになるまでに、約３秒程度かかることが分かる。したがって、本実施形態の混合装置２を具体化したマイクロミキサーは、良好に溶液を混合を行なうことができることがわかった。
【０１０９】
（共焦点顕微鏡による混合過程の観察）
ＦＩＴＣ溶液と水の混合の様子を、共焦点レーザー蛍光顕微鏡（ＦＶ１０００、ＯＬＹＭＰＵＳ）により観察した（対物レンズ４０倍）。測定の手順は、混合率を導出した際と同様の手順を用いた。観察結果を図３５に示す。図３５は、マイクロミキサーの流路を入り口から各位置において輪切りにして撮影したもの（チャネルの流路方向断面図）であり、流速は１２ｍｍ／ｓｅｃである。なお、図３５の観察結果は、測定の都合上、図２の混合部分の断面図と上下が反対の状態となっている。図３５により、蛍光色素溶液と水が徐々に混合されていく様子を観察することができる。なお、上述の説明では、各実施形態について、金型を作成し、これを用いて流路を形成するものとしたが、これに限らず、半導体デバイス等の手段を用いて、各実施形態の流路を作成しても良い。
【０１１０】
（金型の作製）
次に、本発明の第１７の実施形態の混合装置２の流路を作製するために、実際に金型を作製したが、その金型について説明する。図３６に作製した金型の寸法図を示す。図３６は金型を上部から見た上面視図である。図３６に示すように、各寸法はｍｍで表されている。金型の合流部分および出口部分の深さは０．０２ｍｍとした。なお、混合部分は１０サイクルとし、寸法を１２ｍｍとした。
【０１１１】
次に、図３７に、金型の混合部分の流路の１サイクルの寸法図を示す。図３７は、混合部分の流路の寸法を、上から見た図と、当該図の各位置における流路の断面図で示すものである。図３７に示すように、各寸法はμｍで示し、図面の上方から下方に向かって加工を行なった。
【０１１２】
次に、図３８に、図３６および図３７に基づいて作製した金型を撮影した写真を示す。
次に、図３９に、作製した金型の形状を測定したデータを示す。図３９は、金型の流路部分の混合部分の深さ方向を測定し、上面から見た流路の測定結果を示したものである。なお、表示中で白く抜けている箇所の多くは、金型表面の反射率が低いために測定不能になっているものであり、実際の流路は正しく作製されている。
【０１１３】
図３６および図３７の設計により作製された金型は、図３８および図３９の結果より、精度良く作製されていると言える。作製された金型を用いることにより、第１７の実施形態の混合装置２の各部分を作製することができる。
【０１１４】
（解析結果）
次に、本実施形態の第１７の実施形態の混合装置２を用いた流体の混合度合いを解析するために、コンピュータを用いたシミュレーション結果について説明する。解析に用いた各条件を図４０に示す。解析には、図３６および図３７に示した流路の各寸法を用い、使用流体を水（密度：１０００ｋｇ／ｍ３、粘度：１×１０−３Ｐａ・ｓ）とし、層流で非圧縮なものとした。また、境界条件として、流路の入り口の流体の速度を６ｍｍ／ｓ、出口の圧力を０Ｐａとした。また、支配方程式は図４０に示すナビエ−ストークス方程式を用いた。
【０１１５】
上記の解析条件を用いてコンピュータシミュレーションを行なった結果を図４０に示す。図４０は、混合部分を上から見た上面図と、各位置における断面図を示すものである。図４０に示すシミュレーション結果によれば、本発明の第１７の実施形態の混合装置２は、２つの流体を良好に混合できることがわかる。
【０１１６】
（共焦点顕微鏡による混合過程の観察）
ＦＩＴＣ溶液と水との混合の様子を、共焦点レーザー蛍光顕微鏡により観察した。観察結果を図４１に示す。図４１は、マイクロミキサーの流路を入り口から各位置において輪切りにして撮影したものである。図４１により、蛍光色素溶液と水が徐々に混合されていく様子を観察することができる。
【０１１７】
（マイクロミキサーの混合率の結果）
マイクロミキサーにＦＩＴＣ溶液と水を流し、混合流路の長さに対する混合率の測定を行なった。混合率の測定結果を図４２に示す。溶液と水の流速は８ｍｍ／ｓである。図４２に示すように、混合流路の長さが約３ｍｍ以上で混合率は９０パーセント以上となった。
【０１１８】
次に、上記の結果を混合時間と混合率の関係として整理した。その結果を図４３に示す。溶液と水の流速は８ｍｍ／ｓである。図４３に示すように、混合時間が約０．４秒以上経過すると混合率は９０パーセント以上となっていることが分かった。
【０１１９】
次に、マイクロミキサーにＦＩＴＣ溶液を流し、溶液と水の流速を変化させて、混合時間に対する混合率の測定を行なった。混合率の測定結果を図４４に示す。溶液と水の流速は、８、１０．４、２０．８、３１．３ｍｍ／ｓとした。図４４に示すように、各流速とも、約０．５秒以上経過すると、混合率はほぼ１００％になっていることが分かった。
【０１２０】
（解析結果および実験結果に基づく改良）
上述した解析結果および実験結果では、本発明の第１の実施形態である混合装置２によって良好に流体の混合ができることがわかった。しかしながら、さらに改良が必要な点も存在する。図２６の位置６ｍｍの流線プロット、および図３５の位置５．５ｍｍの断面図に示されているように、流路の右上隅部では、左側の流体が十分に流れておらず、左下隅部では、右側の流体が十分に流れておらず、２つの流体が十分に２層になっているとはいえない。この部分は、元々流れている流体部分に他の流体が流入し難くなっているため、混合し難くなっているものと考えられる。したがって、流路の形状を以下のように変更することにより、流体の混合が向上するものと考えられる。
【０１２１】
まず、流路の右上隅部に左側の流体を流入させるための流路構造を図４５に示す。図４５は、第１の実施形態の混合部分８の位置約１ｍｍから位置約３ｍｍ部分の流路の断面図の形状を示すものである。位置（Ａ）から位置（Ｄ）において、流路の上端部の左右方向幅は徐々に小さくされている。また、位置（Ａ）から位置（Ｄ）において、流路の右端部の上下方向幅は徐々に大きくされている。これにより、流路の左側を流れる流体は、流路の右側に流入し易くなる（右側流路に吸引される）ため、左側を流れる流体は流路の右上隅部に流入し易くなる。
【０１２２】
また、流路の左下隅部に右側の流体を流入させるための流路構造を図４６に示す。図４６は、第１の実施形態の混合部分８の位置約３ｍｍから位置約６ｍｍ部分の流路の断面図の形状を示すものである。位置（Ｆ）において、流路の左部分（浅い部分）の底面が左上から右下に向かって傾斜しており、この流路部分の左端部の上下方向幅が小さく（浅く）されている。したがって、流路の左側部分を流れる流体が、積極的に流路の右側部分に流されることになるため、右側を流れる流体は流路の左下隅部へも流入することになる。
【０１２３】
したがって、第１の実施形態の混合装置２の混合部分８の流路の形状を変更することにより、２つの流体を良好に２層の状態とすることができ、２つの流体の混合の度合いを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る第２実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る第３実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る第４実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図６】本発明に係る第５実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図７】本発明に係る第６実施形態の混合部分の構成を示す図である。
【図８】本発明に係る第７実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図９】本発明に係る第８実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１０】本発明に係る第９実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１１】本発明に係る第１０実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１２】本発明に係る第１１実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１３】本発明に係る第１２実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１４】本発明に係る第１３実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１５】本発明に係る第１４実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１６】本発明に係る第１５実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１７】本発明に係る第１６実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１８】本発明に係る第１７実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図１９】本発明に係る第１８実施形態の混合部分の構造を示す図である。
【図２０】本発明に係る第１実施形態の金型の全体の寸法を示す図である。
【図２１】本発明に係る第１実施形態の金型の混合部分の寸法を示す図である。
【図２２】本発明に係る第１実施形態の金型の顕微鏡撮影による写真である。
【図２３】本発明に係る第１実施形態の金型の形状測定結果である。
【図２４】本発明に係る第１実施形態の混合装置２のコンピュータシミュレーションの解析条件を示す図である。
【図２５】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の圧力分布および速度分布を示す図である。
【図２６】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の混合部分８の１サイクル目の解析結果の流線をプロットした図である。
【図２７】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の混合部分８の２サイクル目の解析結果の流線をプロットした図である。
【図２８】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の混合部分８の各サイクルの出口の流線プロットの断面図である。
【図２９】本発明に係る第１実施形態の混合装置２の混合部分８の変形例の出口の流線プロットの断面図である。
【図３０】本発明に係る各実施形態の混合装置２の混合部分８の解析結果の流線をプロットした図である。
【図３１】本発明に係る各実施形態の混合装置２の混合部分８の解析結果の流線をプロットした図である。
【図３２】マイクロミキサーチップの外観図である。
【図３３】マイクロミキサーチップの倒立顕微鏡による観察結果である。
【図３４】マイクロミキサーチップの混合率を測定した結果を示すグラフである。
【図３５】マイクロミキサーチップの共焦点顕微鏡による観察結果である。
【図３６】本発明に係る第１７実施形態の金型の全体の寸法を示す図である。
【図３７】本発明に係る第１７実施形態の金型の混合部分の寸法を示す図である。
【図３８】本発明に係る第１７実施形態の金型の写真である。
【図３９】本発明に係る第１７実施形態の金型の形状測定結果である。
【図４０】本発明に係る第１７実施形態の混合装置２の混合部分８の解析結果の流線をプロットした図である。
【図４１】マイクロミキサーチップの共焦点顕微鏡による観察結果である。
【図４２】マイクロミキサーチップの混合率を測定した結果を示すグラフである。
【図４３】マイクロミキサーチップの混合率を測定した結果を示すグラフである。
【図４４】マイクロミキサーチップの混合率を測定した結果を示すグラフである。
【図４５】本発明に係る第１実施形態の混合部分の改良部分を示す図である。
【図４６】本発明に係る第１実施形態の混合部分の改良部分を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
２    混合装置
４    流路
６    合流部分
８    混合部分
１０  出口部分
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３５】
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【図３８】
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