(57)【要約】【課題】ｎｍ〜μｍ単位の微細で複雑なパターンの中空部を有する中空デバイスを簡易にかつ低コストで精度良く製造する。【解決手段】型枠１内に凸部３Ａを有する中空部形成用金型３を設置し、この型枠１内にエポキシ樹脂等の本体用材料２を注入して硬化させて第１デバイス本体１２Ａを形成する。第１デバイス本体を、中空部型性用金型３から離反して、中空部用凹部１４Ａを形成する。この第１デバイス本体１２Ａの中空部用凹部１４Ａを有する面に、無垢の表面を有する第２デバイス本体１２Ｂを接着して、中空部１４を有する中空デバイス１０を製造する。各デバイス本体１２Ａ、１２Ｂは、本体用材料２が中空デバイス１０として使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、プレスにより接着される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスの製造方法であって、型枠内に中空部形成用金型を設置し前記型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより、中空部用凹部を有する第１デバイス本体を形成し、前記中空部用凹部から中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項２】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスの製造方法であって、本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化させることにより第１デバイス本体を形成し、前記第１デバイス本体に中空部形成用金型をプレスして前記第１デバイス本体に中空部用凹部を形成し、前記中空部用凹部から中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記中空部用凹部を有する第１デバイス本体の前記中空部用凹部が形成された面に、前記本体用材料から予め別途形成された第２デバイス本体を接着して前記第１デバイス本体と前記第２デバイス本体との間で中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記中空部形成用金型は、前記中空部用凹部に相当する形状の凸部を有することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記本体用材料が中空デバイスとして使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、前記第２デバイス本体を、前記第１デバイス本体に接着することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記第２デバイス本体を、プレスにより前記第１デバイス本体に接着することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記第２デバイス本体は前記中空部用凹部を有しない無垢の表面を有することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記本体用材料として熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載された中空デバイスの製造方法であって、前記中空部の内寸をｎｍ〜μｍ単位で形成してマイクロリアクター用の中空デバイスを製造することを特徴とする中空デバイスの製造方法。
【請求項１０】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスであって、前記デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体と前記第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、前記中空部は、型枠内に中空部形成用金型を設置し前記型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と前記第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１１】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスであって、前記デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体と前記第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、前記中空部は、前記本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した前記第１デバイス本体に中空部形成用金型をプレスして前記第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と前記第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記第１デバイス本体に形成される前記中空部用凹部は、前記中空部用凹部に相当する形状の凸部を有する中空部形成用金型により形成されていることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記第２デバイス本体は、前記本体用材料が中空デバイスとして使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、前記第１デバイス本体に接着されることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１４】
請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記第２デバイス本体は、プレスにより前記第１デバイス本体に接着されることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１５】
請求項１０乃至請求項１４のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記第２デバイス本体は前記中空部用凹部を有しない無垢の表面を有することを特徴とする中空デバイス。
【請求項１６】
請求項１０乃至請求項１５のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記本体用材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１７】
請求項１０乃至請求項１６のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記中空部は前記デバイス本体の外部に連通していることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１８】
請求項１０乃至請求項１７のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記中空部は管状の流路であることを特徴とする中空デバイス。
【請求項１９】
請求項１０乃至請求項１８のいずれかに記載された中空デバイスであって、前記中空部の内寸がｎｍ〜μｍ単位であるマイクロリアクター用の中空デバイスであることを特徴とする中空デバイス。
【請求項２０】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスを有する反応装置であって、前記デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体と前記第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、前記中空部は、型枠内に中空部形成用金型を設置し前記型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と前記第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを有する反応装置。
【請求項２１】
デバイス本体と前記デバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスを有する反応装置であって、前記デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体と前記第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、前記中空部は、前記本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した前記第１デバイス本体に中空部形成用金型をプレスして前記第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と前記第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを備えた反応装置。
【請求項２２】
請求項２０又は請求項２１に記載された中空デバイスを有する反応装置であって、前記中空部は前記デバイス本体の外部に連通する管状の流路であって、前記中空部の内寸がｎｍ〜μｍ単位であることを特徴とする中空デバイスを有する反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に中空部を有する中空デバイス、特に、この中空部が内寸ｎｍ〜μｍ単位である微細な管状の流路（マイクロチャンネル）を有するマイクロリアクター（微小反応装置）用の流路デバイスとして使用することができる中空デバイス及びその製造方法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に、例えば、遺伝子解析に使用されるＰＣＲ（ポリメラーゼ連鎖反応）等の生化学関連の分野や、反応液と冷却液とを交互に流すことにより高い熱交換率を有する熱交換器やミキサー等の化学反応・合成関連の分野等において、従来のｃｍ単位の寸法の反応装置よりも更に小さい、例えば、５００μｍ以下の内寸を有する流路（マイクロチャンネル）を備えたマイクロリアクター（微小反応装置）の実用化が試みられている。
【０００３】
このマイクロリアクターは、液体状又は気体状等の流体（反応生成物）を流路内に流すことにより様々な反応を起こすものであるが、その流路が内寸ｎｍ〜μｍ単位と微細であるため、（１）反応条件を精密に制御することができることから、副生成物の発生がきわめて少なく環境・資源面で有利であると共に、（２）熱制御が容易となることから、不必要に熱を用いることなく省エネルギー化を実現することができ、更には、（３）様々な反応を容易に制御できることから、反応を適切に管理（制御）して、反応の際の安全性を向上させることができる等の利点を有し、近時着目されるに至っている。
【０００４】
このようなマイクロリアクターにおいては、その構成デバイスの１つとして、内部に流体の流路となる中空部を有する中空デバイスが使用され、マイクロリアクターは、この中空デバイスを適宜組み合わせる等して、加熱、冷却のためのデバイス（伝熱管等）と共に、反応生成物の分離（単離）、合成等を行う反応装置として形成される。
【０００５】
この中空デバイスは、従来、主に、例えば、ステンレス等の金属製材料から形成されていた（例えば、特許文献１及び２参照）。この場合、金属製材料は、溶融温度が非常に高いため、注型によっては、中空部、特に、内寸がμｍ単位の微細な流路を有するように成形することが困難であった。そのため、従来は、これらの金属製材料の表面にエッチング処理により毛細状の溝を形成した後、これを溶接等により接合して管路状の流路を形成したり、金属製材料にレーザー加工により短管路を形成し、この短管路を接続して形成されていた。
【０００６】
しかし、このように金属製材料から中空デバイスを製造すると、特に、微細な流路（中空部）を形成するのに、複数の工程と細かな作業を必要とするため、非常に面倒で手間が掛かると共に、その結果、金属製材料の材料費とも相乗して、製造にコストを要する問題があった。また、金属製材料の接合や接続を行う必要もあったため、これらの接合や接続の強度の向上にも配慮をしなければならず、例えば、螺子止め等の強度向上のための特別な処理を施すことも必要であった。加えて、接合の際に、μｍ単位の微細な内寸を有する流路が精度良く形成されるように、デバイス本体を接合又は中空部を接続することが困難であると共に、溶接等により接合又は接続すると、溶接の際の加熱により金属製材料が熱膨張して精度良く中空部を形成することが困難であった。一方、接合の際のこれらの問題を回避するために接着剤を使用すると、接着剤が中空部の内部へ入り込んで、中空デバイスとしての性能に悪影響を与えるおそれがあった。
【０００７】
このため、例えば、流路（中空部）内に使用により不純物（反応外物質）が残存や付着等している場合にも、１回の使用や短期間で交換する等して簡単に廃棄処理することができず、洗浄等した上で再利用する必要があり、不純物等が除去できない場合には、反応に微妙な影響を与えたり、場合によっては、製造にコストや手間を要したにもかかわらず短期間で廃棄しなければならないこともあり、コスト、資源に無駄が生ずるおそれがあった。このことは、マイクロリアクターの環境性、省資源化という利点に逆行するものであり、回避することが望まれる。なお、その他、中空デバイスの材料として、ガラスも使用されていたが（例えば、特許文献１乃至３参照）、７００℃以上の高温で溶融するため、やはり同様に、型に充填して成形することが困難であり、金属製材料の場合と、ほぼ同様の問題を有していた。
【０００８】
更に、金属製材料やガラス材料に対してエッチング等を施して毛細状の溝を形成する場合、加工後の内面の平滑性を確保するための作業が殆ど困難であると同時に、内寸がμｍ単位の微細な中空部の断面を角を有する形状に形成することも、困難であった。また、従来の金属製材料から成る中空デバイスでは、内部の中空部（流路）が中空デバイスの外部から観察することができないため、反応生成物の反応状態や導通状態等を確認することができなかった。
【０００９】
加えて、マイクロリアクターの実用化の更なる進展に伴い、複雑な流路パターンを有するマイクロチャンネルを形成することが今後より一層期待されることが予想されるが、これに伴い複雑なパターンを有する流路となる中空部を簡易に形成することが望まれる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平０８−２１３５２５号公報
【特許文献２】
特表２０００−５２１８１６号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８２７１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする第１の課題は、上記の問題点に鑑み、簡易にかつ低コストで複雑なパターンを有する微細な中空部を精度良く形成することができる中空デバイスの製造方法を提供することにある。また、本発明の第２の課題は、使い切り及び再利用により適切に反応を起こさせることができる中空デバイスの製造方法を提供することにある。本発明の第３の課題は、同時に、流路等として使用される中空部内の状態を観察することもできる中空デバイスの製造方法を提供するものである。更に、その結果物としての中空デバイス、並びに、このような中空デバイスを有する反応装置、特に、内寸ｎｍ〜μｍ単位の流路を備えたマイクロリアクターとしての反応装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するための第１の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスの製造方法であって、型枠内に中空部形成用金型を設置しこの型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより、中空部用凹部を有する第１デバイス本体を形成し、この中空部用凹部から中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１３】
このように、型枠内に予め設置された中空部形成用金型により第１デバイス本体に中空部用凹部を形成すると、中空部を複雑なパターンに簡易に設定することができると共に、エッチング等の煩雑な作業をすることなく本体用材料を型枠内に注入した後金型を離反するだけで複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができると共に、これにより、所望の化学反応その他の様々な反応に適した中空部を簡易に形成することができる。加えて、中空部形成用金型により中空部用凹部の位置を所望の任意の箇所に適切にかつ簡易に調整して設定することができるため、中空部の位置決めを適切に行うことができる。
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するための第２の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスの製造方法であって、本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化させることにより第１デバイス本体を形成し、中空部形成用金型を第１デバイス本体にプレスして第１デバイス本体に中空部用凹部を形成し、この中空部用凹部から中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１５】
このように、中空部形成用金型を第１デバイス本体にプレスして中空部用凹部を形成すると、中空部を複雑なパターンに簡易に設定することができると共に、エッチング等の煩雑な作業をすることなく金型を離反するだけで複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができると共に、特に、完全に硬化又は固化する前の塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した状態で中空部形成用金型をプレスすると、一定以上硬化等した後に金型をプレスする場合に比べて、中空部形成用金型の形状を正確に転写して、所望の化学反応その他の様々な反応に適した中空部を精度良く形成することができる。加えて、第１デバイス本体により中空部形成用金型の位置を所望の任意の箇所に適切にかつ簡易に調整して設定することができるため、中空部の位置決めを適切に行うことができる。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２のいずれかの解決手段において、中空部用凹部を有する第１デバイス本体の中空部用凹部が形成された面に、本体用材料から予め別途形成された第２デバイス本体を接着して第１デバイス本体と第２デバイス本体との間で中空部を形成することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１７】
このように、第１デバイス本体に第２デバイス本体を接着するだけで、特に溝等の凹部の微妙な位置合わせ等を要することなく、第１デバイス本体が有する中空部用凹部を、簡易に複雑なパターンを有する中空部とすることができる。
【００１８】
本発明は、上記の課題を解決するための第４の手段として、上記第１乃至第３のいずれかの解決手段において、中空部形成用金型は、中空部用凹部に相当する形状の凸部を有することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００１９】
このように、凸部を有する中空部形成用金型を用いると、凸部は、削り出しにより比較的簡易に複雑な形状に形成することができるため、複雑なパターンを有する中空部を簡易に設定することができると共に、特に、金型の表面を削り取って凹部を形成する場合に比べると、凸部の周囲を削り取ることにより、例えば、μｍ単位の寸法を有し、また、角を有する凸部を比較的簡易に形成することができるため、微細な内寸を有する中空部用凹部、ひいては、中空部であっても、簡易に任意の形状に設定することができる。
【００２０】
本発明は、上記の課題を解決するための第５の手段として、上記第１乃至第４のいずれかの解決手段において、本体用材料が中空デバイスとして使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、前記第２デバイス本体を、第１デバイス本体に接着することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００２１】
このように、本体用材料が、ほぼ完全に硬化又は固化して実際に製品として使用される程度にまで硬化又は固化する前にデバイス本体同士を接着すると、デバイス本体同士を比較的容易にかつ精度良く接着することができる一方、その後の硬化又は固化の進行によって、デバイス本体をより一体的に接合して中空デバイスを形成することができる。
【００２２】
本発明は、上記の課題を解決するための第６の手段として、上記第１乃至第５のいずれかの解決手段において、第２デバイス本体を、プレスにより第１デバイス本体に接着することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００２３】
このように、第２デバイス本体を第１デバイス本体にプレスにより接着すると、接着剤を用いることなく、より簡易にかつ強固に接着することができると共に、特に、接着剤が中空部用凹部ひいては中空部内に入り込んで中空デバイスとしての性能に悪影響を与えることがない。
【００２４】
本発明は、上記の課題を解決するための第７の手段として、上記第１乃至第６のいずれかの解決手段において、第２デバイス本体は中空部用凹部を有しない無垢の表面を有することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００２５】
このように、無垢の表面を有する第２デバイス本体とすると、溝等の凹部の微妙な位置合わせ等を要することなく、この第２デバイス本体を第１デバイス本体に接着するだけで、第１デバイス本体に形成された中空部用凹部との間で複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができる。
【００２６】
本発明は、上記の課題を解決するための第８の手段として、上記第１乃至第７のいずれかの解決手段において、本体用材料として熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００２７】
このように、本体用材料として、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の熱可塑性樹脂を使用すると、これらの樹脂を型に充填してデバイス本体を簡易にかつ適切に成形することができると共に、容易な作業と金属製材料に比べて比較的安価な材料で中空デバイスを製造することができるため、コストを低減させることができると同時に、その結果、短期間で新しい中空デバイスに交換しても経済性が良い一方、特に熱可塑性樹脂を使用した場合にはデバイス本体を溶融させて簡易に再利用することにより、環境性、省資源化を実現することもできる。
【００２８】
また、これらの樹脂は、種類が多いため、高弾性率や耐薬品性等、中空デバイスの用途に応じて適切な材質を幅広く選択することができ、中空デバイスを様々な用途に応じて簡易に対応させることができる。更に、この場合、例えば、エポキシ樹脂等の透明となる樹脂製材料を使用することにより、中空部内の状態をデバイス本体の外部から観察することができ、流体の反応状態や導通状態を簡易に確認することができる。
【００２９】
本発明は、上記の課題を解決するための第９の手段として、上記第１乃至第８のいずれかの解決手段において、中空部の内寸をｎｍ〜μｍ単位で形成してマイクロリアクター用の中空デバイスを製造することを特徴とする中空デバイスの製造方法を提供するものである。
【００３０】
このように、中空部形成部材の寸法を、例えば、ｎｍ〜μｍ単位の範囲で設定することにより、ｎｍ〜μｍ単位の内寸を有する微細な中空部を簡易にかつ適切に形成することができるため、マイクロリアクターに用いるのに適した中空デバイスを簡易に製造することができる。なお、この場合、中空デバイスは、（１）中空デバイスの中空部内で化学反応や生化学反応等の反応を起こさせるために用いられて中空デバイス自体が反応のためのマイクロリアクター（反応器）として使用されるものでもある場合は勿論、中空デバイス自体の中空部内では化学反応や生化学反応等の反応は行わないが、他のデバイス（反応器）内における反応のために流体を合流、分岐等する経路として使用されてマイクロリアクター（反応器）のために使用されるものであってもよい。また、（２）これらの中空デバイスを始め、例えば、伝熱管等の加熱・冷却のためのデバイスや、流体に圧力を負荷して搬送するためのポンプ等を含む系全体としてのマイクロリアクター（反応装置）の一部を構成する中空デバイスとして使用されるものであっても良い。
【００３１】
また、本発明は、上記第１乃至第９の解決手段である中空デバイスの製造方法により製造される中空デバイスをも提供するものである。即ち、具体的には、本発明は、上記の課題を解決するための第１０の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスであって、デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体とこの第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、中空部は、型枠内に中空部形成用金型を設置し型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３２】
本発明は、上記の課題を解決するための第１１の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスであって、デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体とこの第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、中空部は、本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した第１デバイス本体に中空部形成用金型をプレスして第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３３】
本発明は、上記の課題を解決するための第１２の手段として、上記第１０又は第１１のいずれかの解決手段において、第１デバイス本体に形成される中空部用凹部は、中空部用凹部に相当する形状の凸部を有する中空部形成用金型により形成されていることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３４】
本発明は、上記の課題を解決するための第１３の手段として、上記第１０乃至第１２のいずれかの解決手段において、第２デバイス本体は、本体用材料が中空デバイスとして使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、第１デバイス本体に接着されることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３５】
本発明は、上記の課題を解決するための第１４の手段として、上記第１０乃至第１３のいずれかの解決手段において、第２デバイス本体は、プレスにより第１デバイス本体に接着されることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３６】
本発明は、上記の課題を解決するための第１５の手段として、上記第１０乃至第１４のいずれかの解決手段において、第２デバイス本体は中空部用凹部を有しない無垢の表面を有することを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３７】
本発明は、上記の課題を解決するための第１６の手段として、上記第１０乃至第１５のいずれかの解決手段において、本体用材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３８】
本発明は、上記の課題を解決するための第１７の手段として、上記第１０乃至第１６のいずれかの解決手段において、中空部はデバイス本体の外部に連通していることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００３９】
このように、デバイス本体の外部に連通する中空部とすることにより、中空部がデバイス本体内部への流体の導管として機能する中空デバイスとすることができる。
【００４０】
本発明は、上記の課題を解決するための第１８の手段として、上記第１０乃至第１７のいずれかの解決手段において、中空部は管状の流路であることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００４１】
このように、中空部を、具体的には、流体の導管としての管状の流路とすると、この流路内に流体（反応生成物）を導通させて、混合・分離等の流体の反応に使用することができ、簡易に反応装置を構成する中空デバイスとすることができる。
【００４２】
本発明は、上記の課題を解決するための第１９の手段として、上記第１０乃至第１８のいずれかの解決手段において、中空部の内寸がｎｍ〜μｍ単位であるマイクロリアクター用の中空デバイスであることを特徴とする中空デバイスを提供するものである。
【００４３】
更に本発明は、上記第１乃至第１９の解決手段により提供される中空デバイスを有する以下の反応装置をも提供するものである。即ち、具体的には、本発明は、上記の課題を解決するための第２０の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスを有する反応装置であって、デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体とこの第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、中空部は、型枠内に中空部形成用金型を設置し型枠内に本体用材料を注入して硬化又は固化させることにより第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを有する反応装置を提供するものである。
【００４４】
本発明は、上記の課題を解決するための第２１の手段として、デバイス本体とこのデバイス本体の内部に形成された中空部とを備えた中空デバイスを有する反応装置であって、デバイス本体は、本体用材料を硬化又は固化させることにより形成された第１デバイス本体とこの第１デバイス本体に接着された第２デバイス本体とから成り、中空部は、本体用材料を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した第１デバイス本体に中空部形成用金型をプレスして第１デバイス本体に形成された中空部用凹部と第２デバイス本体との間で形成されていることを特徴とする中空デバイスを備えた反応装置を提供するものである。
【００４５】
本発明は、上記の課題を解決するための第２２の手段として、上記第２０又は第２１のいずれかの解決手段において、中空部はデバイス本体の外部に連通する管状の流路であって、中空部の内寸がｎｍ〜μｍ単位であることを特徴とする中空デバイスを有する反応装置を提供するものである。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明すると、図１は、本発明の中空デバイス１０の製造方法を実施する状態を示し、この中空デバイス１０は、特に、図１（Ｅ）に示すように、デバイス本体１２と、このデバイス本体１２の内部に形成された中空部１４とを備えている。
【００４７】
このデバイス本体１２は、特に、図１（Ｅ）に示すように、第１デバイス本体１２Ａと、この第１デバイス本体１２Ａに接着された第２デバイス本体１２Ｂとから成っている。これらの各デバイス本体１２Ａ、１２Ｂは、図１に示すように、型枠１内に、本体用材料２を充填して、この本体用材料２を型枠１内で硬化又は固化させることにより形成される。
【００４８】
この本体用材料２としては、何らかの方法により硬化又は固化させることができる液体状又は粉末状の材料を使用することができる。具体的には、例えば、溶融若しくは液体状の材料を硬化させることにより、また、粉末材料等を溶融等した後硬化させることにより、デバイス本体１２を形成することができるが、特に、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することが望ましい。
【００４９】
本体用材料２として、これらの熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用する場合、具体的な材質は、中空デバイス１０の用途に応じて、幅広く適切に選択することができる。具体的には、中空デバイス１０を、例えば、化学反応を主目的とした化学反応装置に使用する場合には、耐薬品性に優れる樹脂、具体的には、熱硬化性樹脂であればエポキシ樹脂やフラン樹脂等を、熱可塑性樹脂であればポリエチレン、ポリプロピレン等を選択して使用することもできる。同様に、主に耐熱性が要求される場合には、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を選択して使用することができる。また、このような用途だけではなく、硬化又は固化による形成や中空部形成部材３の除去作業の際の作業性・利便性等も考慮して、ある程度靱性の高い材料を選択することもできる。
【００５０】
勿論、これらの本体用材料２は、硬化又は固化によりデバイス本体１２を形成することができれば、特にその材質は限定されないが、化学反応装置用のデバイスとしての用途上要求される耐薬品性や注型による成形性の良さ等の総合的な性質を考慮して、図示の実施の形態では、エポキシ樹脂を使用している。特に、このエポキシ樹脂のように、透明となる樹脂製材料を使用することにより、中空部内の状態をデバイス本体１２の外部から観察することができ、中空部１４内の状態（後述するように、中空デバイス１０を反応装置に使用した場合には、流体の反応状態や導通状態）を簡易に確認することができる。
【００５１】
なお、本体用材料２として、熱硬化性樹脂を使用した場合には、型枠１内に充填後、加熱することにより、又は、常温で放置することにより、本体用材料２を硬化させてデバイス本体１２を形成することができる。一方、本体用材料２として、熱可塑性樹脂を使用した場合には、加熱により液体状となっている熱可塑性樹脂を型枠１に充填した後、強制冷却することにより、又は、常温下で放置して自然冷却することにより、本体用材料２を固化させてデバイス本体１２を形成することができる。なお、本体用材料２を硬化又は固化させる方法も、特に限定されるものではなく、本体用材料２の材質に応じて適切に硬化又は固化することができれば、その他、光硬化等により固形化することもできる。
【００５２】
このように、デバイス本体１２を、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の本体用材料２から簡易に形成すると、容易な作業と金属製材料に比べて比較的安価な材料で中空デバイス１０を製造することができるため、コストを低減させることができると同時に、その結果、短期間で新しい中空デバイス１０に交換しても経済性が良い一方、特に熱可塑性樹脂を使用した場合には、デバイス本体１２を溶融させて簡易に再利用することにより、環境性、省資源化を実現することもできる。
【００５３】
一方、中空部１４は、本発明では、図１に示すように、中空部形成用金型３により形成される。この場合、本発明では、図１に示すように、中空部用凹部１４Ａを有する第１デバイス本体１２Ａを形成した後、この中空部用凹部１４Ａを有する第１デバイス本体１２Ａの中空部用凹部１４Ａが形成された面に、本体用材料２から予め別途形成された第２デバイス本体１２Ｂを接着して第１デバイス本体１２Ａと第２デバイス本体１２Ｂとの間で中空部１４を形成する。
【００５４】
具体的には、図１に示す実施の形態では、まず図１（Ａ）に示すように、予め型枠１内の所定の位置に中空部形成用金型３を配置した上で、図１（Ｂ）に示すように、この内部に中空部形成用金型３が設置された型枠１内に本体用材料２を注入して硬化又は固化させて、表面に中空部用凹部１４Ａが形成された第１デバイス本体１２Ａを形成する。
【００５５】
その後、図１（Ｃ）に示すように、この中空部用凹部１４Ａが形成された第１デバイス本体１２Ａを、型枠１内から取り出し、図１（Ｄ）に示すように、本体用材料２から予め別途形成された第２デバイス本体１２Ｂを、この第１デバイス本体１２Ａの中空部用凹部１４Ａが形成された面に合わせ、最後に、図１（Ｅ）に示すように、第２デバイス本体１２Ｂを第１デバイス本体１２Ａに接着して、第１デバイス本体１２Ａの中空部用凹部１４Ａと第２デバイス本体１２Ｂとの間で中空部１４を形成して、中空部１４を有する中空デバイス１０を製造する。
【００５６】
これにより、この第１デバイス本体１２Ａに第２デバイス本体１２Ｂを接着するだけで、中空部１４を複雑なパターンに簡易に設定することができると共に、エッチング等の煩雑な作業をすることなく本体用材料２を型枠１内に注入した後中空部形成用金型３を離反するだけで複雑なパターンを有する中空部１４を簡易に形成することができると共に、所望の化学反応その他の様々な反応に適した中空部１４を簡易に形成することができる。
【００５７】
この場合、第２デバイス本体１２Ｂは、図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、第１デバイス本体１２Ａと異なり、中空部用凹部１４Ａを有しない無垢の表面を有することが望ましい。これにより、溝等の中空部用凹部１４Ａの微妙な位置合わせ等を要することなく、この第２デバイス本体１２Ｂを第１デバイス本体１２Ａに接着するだけで、第１デバイス本体１２Ａの中空部用凹部１４Ａとの間で複雑なパターンを有する中空部１４を簡易に形成することができるためである。
【００５８】
なお、図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示す、第１デバイス本体１２Ａと第２デバイス本体１２Ｂとの接着は、本体用材料２が中空デバイス１０として使用する状態での硬度にまで硬化又は固化する前に、すなわち、第１デバイス本体１２Ａ及び第２デバイス本体１２Ｂがほぼ完全に硬化又は固化する前の段階で、第２デバイス本体を、第１デバイス本体に接着することが望ましい。これにより、各デバイス本体１２Ａ、１２Ｂ同士を比較的容易にかつ精度良く接着することができる一方、その後の硬化又は固化の進行によって、デバイス本体１２をより一体的に接合して中空デバイス１０を形成することができるからである。
【００５９】
この場合、接着の方法としては、第２デバイス本体１２Ｂを、図示しないプレスにより第１デバイス本体１２Ａに接着することが望ましい。具体的には、第１デバイス本体１２Ａと第２デバイス本体１２Ｂの接着面を、中空部１４の形状やデバイス本体１２としての性能等に影響を与えない範囲、即ち、例えば、本体用材料２として、エポキシ樹脂を使用した場合には、約１７０℃前後の適温にまで加熱し、その状態で第２デバイス本体１２Ｂをプレスにより第１デバイス本体１２Ａに押しつけることにより、両者を加熱により熱融着させて接着することができる。これにより、接着剤を用いることなく、より簡易にかつ強固に接着することができると共に、特に、接着剤が中空部用凹部１４ひいては中空部１４内に入り込んで中空デバイス１０としての性能に悪影響を与えることがない。
【００６０】
以上のようにして製造された中空デバイス１０は、図１に示すように、中空部１４が、デバイス本体１２の外部に連通するように形成されている。従って、この中空デバイス１０を、例えば、中空部１４がデバイス本体１２の外部から内部への流体の導管として機能する中空デバイス１０とすることができる。
【００６１】
また、この場合、この中空部１４の断面形状やパターンは、上述したように、中空部形成用金型３の形状により決定される。従って、例えば、中空部１４を、円形あるいは角を有する管状の流路として使用できる形状に形成する場合には、中空部形成用金型３の凸部３Ａを、当該流路に合わせた外形やパターンに形成する。これにより、例えば、中空部１４を、略Ｙ字状に形成して、この流路（中空部１４）内に流体（反応生成物）を導通させて、混合・分離等の流体の反応に使用することができ、簡易に反応装置を構成する中空デバイス１０とすることができる。勿論、本発明においては、形成される中空部１４の形状に特に限定はなく、中空部型性用金型３により特定できるパターンであれば、必要や用途に応じて、如何なる複雑なパターンを有する中空部であっても簡易に形成することができる。
【００６２】
また、この中空部１４の大きさも、中空部形成用金型３の凸部３Ａの大きさにより決定され、図示の実施の形態では、μｍ単位等の微細なサイズを有する中空部１４を有する中空デバイス１０を製造することができた。このように、中空部形成用金型３の凸部３Ａの寸法を、例えば、ｎｍ〜μｍ単位の範囲で設定することにより、ｎｍ〜μｍ単位の内寸を有する微細な中空部１４を簡易にかつ適切に形成することができる。これにより、中空デバイス１０を、マイクロリアクターとしての反応装置に適した中空デバイス１０を簡易に製造することができる。このような中空デバイス１０を、例えば、伝熱管等の加熱・冷却のためのデバイスや、流体に圧力を負荷して搬送するためのポンプ等と組み合わせることにより、中空デバイス１０を有するマイクロリアクターとしての反応装置を製造することができる。なお、中空部形成用金型３の厚みや凸部３Ａの高さ等により、中空部用凹部１４Ａの位置を所望の任意の箇所に適切にかつ簡易に調整して設定することができるため、中空部１４の位置決めを適切に行うこともできる。
【００６３】
この場合、この中空部１４の大きさや形状、パターンを決定する中空部形成用金型３は、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、中空部用凹部１４Ａに相当する形状の凸部３Ａを有するものとすることが望ましい。凸部は、削り出しにより比較的簡易に複雑な形状に形成することができるため、上述した複雑なパターンを有する中空部１４を簡易に設定することができると共に、特に、金型３の表面を削り取って凹部を形成する場合に比べると、凸部３Ａの周囲を削り取ることにより、例えば、μｍ単位の寸法を有し、また、角を有する凸部３Ａを比較的簡易に形成することができるため、微細な内寸を有する中空部用凹部１４、ひいては、中空部１４であっても、簡易に任意の形状に設定することができるためである。従って、例えば、この凸部３Ａの寸法（幅）を約２０〜３５μｍ程度に設定することすることもできるし、更には、中空デバイス１０の用途や必要に応じて、ｎｍ単位、ｍｍ単位、ｃｍ単位の寸法を有する凸部３Ａとすることもできる。
【００６４】
なお、この中空部形成用金型３は、型枠１と一体的に形成して全体で１つの金型として型枠１内に設置することもできるし、型枠１とは別体として形成された中空部型性用金型３を型枠１内に設置することもできる。特に、後者の場合には、１つの型枠１で、内部に設置する中空部形成用金型３を適宜交換することにより様々なパターンの中空部１４の形成に簡易に対応することができる。
【００６５】
次に、本発明の他の実施の形態を、図２を参照しながら詳細に説明すると、この図２に示す実施の形態では、図１に示す実施の形態のように、予め中空部形成用金型３が設置された型枠１内に本体用材料２を充填するのではなく、ある程度デバイス本体１２を形成した後の段階で中空部形成用金型３により中空部１４を形成する点に特徴がある。具体的には以下の方法による。
【００６６】
即ち、まず図２（Ａ）に示すように、型枠１内に本体用材料２を充填し、この本体用材料２を塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化させることにより第１デバイス本体１２Ａを形成する。この場合、塑性変形可能な程度にまでとは、完全な溶解状態又は硬化若しくは固化状態のいずれでもなく、ある程度固体として自己保形性を有しつつ、未だ成形加工が可能な状態を指す。これは、例えば、本体用材料２であるエポキシ樹脂等は、少なくとも固体状に形成されれば、その後の製造工程に影響を与えないと共に、特に、完全硬化するよりも前の、破壊に至らない程度のある程度の塑性変形ができる状態である方が次に述べる中空部形成用金型３によるプレス加工に適すると同時に、同じく第２デバイス本体１２Ｂとの接合も容易に行うことができるからである。具体的には、本体用材料２がエポキシ樹脂である場合には、一般的には、ガラス転移温度以上まで温度を上昇させて硬化させれば充分であると考えられる。
【００６７】
次いで、図２（Ｂ）に示すように、この状態の第１デバイス本体１２Ａに、中空部形成用金型３をプレスして第１デバイス本体１２Ａに中空部用凹部１４（Ａ）を形成する。この場合、第１デバイス本体１２Ａは、上記の通り、固体でありながら未だ塑性変形が可能な状態であるため、この中空部型性用金型３のプレスにより、弾性変形しすることなく、中空部形成用金型３の形状を正確に転写して、所定のパターン・形状・大きさの中空部用凹部１４Ａを形成することができる。
【００６８】
その後、図１（Ｃ）に示すように、中空部形成用金型３を第１デバイス本体１２Ａから離反した後は、図１（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように、図１に示す実施の形態と同様にして、第２デバイス本体１２Ｂを接着して、中空部１４を有する中空デバイス１０を形成する。
【００６９】
なお、この場合、中空部形成用金型３によるプレスは、第１デバイス本体１２Ａを型枠１内に収納したまま行った方が、第１デバイス本体１２Ａが型崩れを起こすことなく好ましいが、特に問題がなければ、第１デバイス本体１２Ａを型枠１から取り出した後に行うこともできる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように、型枠内に予め設置された中空部形成用金型により第１デバイス本体に中空部用凹部を形成しているため、中空部を複雑なパターンに簡易に設定することができると共に、エッチング等の煩雑な作業をすることなく本体用材料を型枠内に注入した後金型を離反するだけで複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができると共に、これにより、所望の化学反応その他の様々な反応に適した中空部を簡易に形成することができる実益がある。加えて、中空部形成用金型により中空部用凹部の位置を所望の任意の箇所に適切にかつ簡易に調整して設定することができるため、中空部の位置決めを適切に行うことができる実益がある。
【００７１】
また、本発明によれば、上記のように、中空部形成用金型を第１デバイス本体にプレスして中空部用凹部を形成しているため、中空部を複雑なパターンに簡易に設定することができると共に、エッチング等の煩雑な作業をすることなく金型を離反するだけで複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができると共に、特に、完全に硬化又は固化する前の塑性変形可能な程度にまで硬化又は固化した状態で中空部形成用金型をプレスしているため、一定以上硬化等した後に金型をプレスする場合に比べて、中空部形成用金型の形状を正確に転写して、所望の化学反応その他の様々な反応に適した中空部を精度良く形成することができる実益がある。
【００７２】
本発明によれば、上記のように、第１デバイス本体に第２デバイス本体を接着するだけで、特に溝等の凹部の微妙な位置合わせ等を要することなく、第１デバイス本体が有する中空部用凹部を、簡易に複雑なパターンを有する中空部とすることができる実益がある。
【００７３】
本発明によれば、上記のように、凸部を有する中空部形成用金型を用いているため、凸部は、削り出しにより比較的簡易に複雑な形状に形成することができるので、複雑なパターンを有する中空部を簡易に設定することができると共に、特に、金型の表面を削り取って凹部を形成する場合に比べ、凸部の周囲を削り取ることにより、例えば、μｍ単位の寸法を有し、また、角を有する凸部を比較的簡易に形成することができるので、微細な内寸を有する中空部用凹部、ひいては、中空部であっても、簡易に任意の形状に設定することができる実益がある。
【００７４】
本発明によれば、上記のように、本体用材料が、ほぼ完全に硬化又は固化して実際に製品として使用される程度にまで硬化又は固化する前にデバイス本体同士を接着しているため、デバイス本体同士を比較的容易にかつ精度良く接着することができる一方、その後の硬化又は固化の進行によって、デバイス本体をより一体的に接合して中空デバイスを形成することができる実益がある。
【００７５】
本発明によれば、上記のように、第２デバイス本体を第１デバイス本体にプレスにより接着しているため、接着剤を用いることなく、より簡易にかつ強固に接着することができると共に、特に、接着剤が中空部用凹部ひいては中空部内に入り込んで中空デバイスとしての性能に悪影響を与えることがない実益がある。
【００７６】
本発明によれば、上記のように、中空部用凹部を有しない無垢の表面を有する第２デバイス本体としているため、溝等の凹部の微妙な位置合わせ等を要することなく、この第２デバイス本体を第１デバイス本体に接着するだけで、第１デバイス本体の中空部用凹部との間で複雑なパターンを有する中空部を簡易に形成することができる実益がある。
【００７７】
本発明によれば、上記のように、本体用材料として、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用しているため、これらの樹脂を型に充填して中空デバイスを簡易にかつ適切に一体成形することができると共に、容易な作業と金属製材料に比べて比較的安価な材料で中空デバイスを製造することができるため、コストを低減させることができると同時に、その結果、短期間で新しい中空デバイスに交換しても経済性が良い一方、特に熱可塑性樹脂を使用した場合にはデバイス本体を溶融させて簡易に再利用することにより、環境性、省資源化を実現することもできる実益がある。
【００７８】
また、これらの樹脂は、種類が多いため、高弾性率や耐薬品性等、中空デバイスの用途に応じて適切な材質を幅広く選択することができ、中空デバイスを様々な用途に応じて簡易に対応させることができる実益があり、更に、この場合、例えば、エポキシ樹脂等の硬化により透明となる樹脂製材料を使用しているため、中空部内の状態をデバイス本体の外部から観察することができ、流体の反応状態や導通状態を簡易に確認することができる実益がある。
【００７９】
本発明によれば、上記のように、中空部形成用金型の寸法を、例えば、ｎｍ〜μｍ単位の範囲で設定することにより、ｎｍ〜μｍ単位の内寸を有する微細な中空部を簡易にかつ適切に形成することができるため、マイクロリアクターに適した中空デバイスを簡易に製造することができる実益がある。
【００８０】
本発明によれば、上記のように、デバイス本体の外部に連通する中空部を簡易に形成しているため、中空部がデバイス本体内部への流体の導管として機能する中空デバイスとすることができる実益がある。
【００８１】
本発明によれば、上記のように、中空部を、具体的には、流体の導管としての管状の流路としているため、この流路内に流体（反応生成物）を導通させて、混合・分離等の流体の反応に使用することができ、簡易に反応装置を構成する中空デバイスとすることができる実益がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空デバイスの製造方法の実施状態を示す概略図である。
【図２】本発明の中空デバイスの製造方法の他の実施状態を示す概略図である。
【符号の説明】
１  型枠
２  本体用材料
３  中空部形成用金型
３Ａ  凸部
１０  中空デバイス
１２  デバイス本体
１２Ａ  第１デバイス本体
１２Ｂ  第２デバイス本体
１４  中空部
１４Ａ  中空部用凹部
【図１】
2004276124.tif 000003
【図２】
2004276124.tif 000004