(57)【要約】【課題】小型で高効率の触媒反応を可能とするマイクロリアクターと、このマイクロリアクターを簡便に製造することが可能な製造方法を提供する。【解決手段】マイクロリアクターの構成を、１組の基板が接合された接合体と、上記の基板の少なくとも一方の基板の接合面に形成された微細溝部で構成された流路と、該流路内に配設された触媒担持部材と、を備えるものとし、このようなマイクロリアクターの製造では、接合体の形成と別に触媒担持部材を作製し、接合体の形成時に流路内に触媒担持部材を配設する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の基板が接合された接合体と、前記基板の少なくとも一方の基板の接合面に形成された微細溝部で構成された流路と、該流路内に配設された触媒担持部材と、を備えることを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項２】
前記触媒担持部材は、金属基体と、該金属基体を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備え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】
前記金属酸化膜は、前記金属基体の陽極酸化により形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロリアクター。
【請求項４】
前記金属酸化膜は、ベーマイト処理により形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載のマイクロリアクター。
【請求項５】
前記接合体は、少なくとも一方の基板に発熱体を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のマイクロリアクター。
【請求項６】
前記発熱体は、絶縁層を介して前記基板に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のマイクロリアクター。
【請求項７】
前記触媒担持部材は、電熱体と、該電熱体を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備え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８】
前記金属酸化膜は、ベーマイト処理により形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載のマイクロリアクター。
【請求項９】
前記触媒担持部材は、電熱体と、該電熱体を被覆する金属膜と、該金属膜を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備え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１０】
前記金属酸化膜は、前記金属膜の陽極酸化により形成されたものであることを特徴とする請求項９に記載のマイクロリアクター。
【請求項１１】
前記金属酸化膜は、ベーマイト処理により形成されたものであることを特徴とする請求項９に記載のマイクロリアクター。
【請求項１２】
接合体を構成するための１組の基板の少なくとも一方の基板の片面に微細溝部を形成する溝部形成工程と、
表面に触媒を担持した触媒担持部材を形成する触媒担持工程と、
前記微細溝部内に前記触媒担持部材を配設して前記１組の基板を対向させ接合することにより、前記微細溝部で構成された流路を有し、該流路内に前記触媒担持部材を備えた接合体を形成する接合工程と、を有することを特徴とするマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１３】
接合体を構成するための１組の基板の少なくとも一方の基板の片面に複数の微細溝部を形成する溝部形成工程と、
表面に触媒を担持した触媒担持部材を形成する触媒担持工程と、
前記微細溝部内に前記触媒担持部材を配設して前記１組の基板を対向させ接合することにより、複数の前記微細溝部で構成された複数の流路を有し、各流路内に前記触媒担持部材を備え、各流路の両端開口部が２つの端面にそれぞれ露出した接合体を形成する第１接合工程と、
前記接合体の流路の開口部が露出している２つの端面に、折り返し用の流路を備えた終端部材を接合することにより、１つの連続した流路を形成する第２接合工程と、を有することを特徴とするマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１４】
前記触媒担持工程では、金属基体の表面に金属酸化膜を形成し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１５】
前記金属基体の陽極酸化により前記金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１４に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１６】
ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１４に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１７】
前記触媒担持工程では、電熱体を金属酸化膜で被覆し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１８】
ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１７に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項１９】
前記触媒担持工程では、電熱体を金属膜で被覆し、さらに該金属膜を金属酸化膜で被覆し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項２０】
前記金属膜の陽極酸化により前記金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１９に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【請求項２１】
ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成することを特徴とする請求項１９に記載のマイクロリアクターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロリアクター、特に担持した触媒により所望の反応を進行させるためのマイクロリアクターと、このマイクロリアクターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、触媒を利用したリアクターが種々の分野で使用されており、目的に応じて最適な設計がなされている。
一方、近年、地球環境保護の観点で二酸化炭素等の地球温暖化ガスの発生がなく、また、エネルギー効率が高いことから、水素を燃料とすることが注目されている。特に、燃料電池は水素を直接電力に変換できることや、発生する熱を利用するコジェネレーションシステムにおいて高いエネルギー変換効率が可能なことから注目されている。これまで燃料電池は宇宙開発や海洋開発等の特殊な条件において採用されてきたが、最近では自動車や家庭用分散電源用途への開発が進んでおり、また、携帯機器用の燃料電池も開発されている。
【０００３】
携帯機器用の燃料電池では小型化が必須であり、炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素ガスを生成する改質器の小型化が種々検討されている。例えば、シリコン基板やセラミックス基板にマイクロチャネルを形成し、このマイクロチャネル内に触媒を担持したマイクロリアクターが開発されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２５２０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、水素製造用のマイクロリアクターを含めて、従来のマイクロリアクターはマイクロチャネル内に触媒を担持しているため、触媒の担持性を考慮してマイクロリアクターの材質を選定する必要があり、熱の利用効率が悪い材料を使用せざるを得ない場合があった。また、マイクロチャネル内に触媒を担持する工程において、マイクロチャネルが形成された基板面の清浄性が失われ、基板の接合によるマイクロリアクター作製に支障を来たすという問題があった。また、マイクロチャネル内に担持した触媒が、後工程において著しく汚染されたり失活する場合あり、使用できる触媒が制限されたり、製造工程管理が難しいという問題もあった。さらに、従来のマイクロリアクターは、反応効率が低く、より反応効率の高いマイクロリアクターが要望されている。
【０００５】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、小型で高効率の触媒反応を可能とするマイクロリアクターと、このマイクロリアクターを簡便に製造することが可能な製造方法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】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明のマイクロリアクターは、１組の基板が接合された接合体と、前記基板の少なくとも一方の基板の接合面に形成された微細溝部で構成された流路と、該流路内に配設された触媒担持部材と、を備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記触媒担持部材は、金属基体と、該金属基体を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属酸化膜が前記金属基体の陽極酸化により形成されたものであるような構成、あるいは、前記金属酸化膜がベーマイト処理により形成されたものであるような構成とした。
【０００７】
本発明の他の態様として、前記接合体は、少なくとも一方の基板に発熱体を備えるような構成とし、また、前記発熱体が絶縁層を介して前記基板に設けられているような構成とした。
本発明の他の態様として、前記触媒担持部材は、電熱体と、該電熱体を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属酸化膜がベーマイト処理により形成されたものであるような構成とした。
【０００８】
本発明の他の態様として、前記触媒担持部材は、電熱体と、該電熱体を被覆する金属膜と、該金属膜を被覆する金属酸化膜と、該金属酸化膜に担持された触媒とを備えるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属酸化膜が前記金属膜の陽極酸化により形成されたものであるような構成、あるいは、前記金属酸化膜がベーマイト処理により形成されたものであるような構成とした。
【０００９】
本発明のマイクロリアクターの製造方法は、接合体を構成するための１組の基板の少なくとも一方の基板の片面に微細溝部を形成する溝部形成工程と、表面に触媒を担持した触媒担持部材を形成する触媒担持工程と、前記微細溝部内に前記触媒担持部材を配設して前記１組の基板を対向させ接合することにより、前記微細溝部で構成された流路を有し、該流路内に前記触媒担持部材を備えた接合体を形成する接合工程と、を有するような構成とした。
【００１０】
また、本発明のマイクロリアクターの製造方法は、接合体を構成するための１組の基板の少なくとも一方の基板の片面に複数の微細溝部を形成する溝部形成工程と、表面に触媒を担持した触媒担持部材を形成する触媒担持工程と、前記微細溝部内に前記触媒担持部材を配設して前記１組の基板を対向させ接合することにより、複数の前記微細溝部で構成された複数の流路を有し、各流路内に前記触媒担持部材を備え、各流路の両端開口部が２つの端面にそれぞれ露出した接合体を形成する第１接合工程と、前記接合体の流路の開口部が露出している２つの端面に、折り返し用の流路を備えた終端部材を接合することにより、１つの連続した流路を形成する第２接合工程と、を有するような構成とした。
【００１１】
本発明の他の態様として、前記触媒担持工程では、金属基体の表面に金属酸化膜を形成し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属基体の陽極酸化により前記金属酸化膜を形成するような構成、あるいは、ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記触媒担持工程では、電熱体を金属酸化膜で被覆し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成するような構成とした。
【００１２】
本発明の他の態様として、ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記触媒担持工程では、電熱体を金属膜で被覆し、さらに該金属膜を金属酸化膜で被覆し、該金属酸化膜に触媒を担持させて触媒担持部材を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記金属膜の陽極酸化により前記金属酸化膜を形成するような構成、あるいは、ベーマイト処理により前記金属酸化膜を形成するような構成とした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、触媒担持部材が流路内に配設されており、基板壁面（流路壁面）に触媒を直接担持したものではないので、触媒担持性を考慮することなく基板を選定することができ、例えば、熱伝導率の高い基板を使用して発熱源からの熱伝導を高めて反応効率を向上させることができ、あるいは、熱伝導率の低い基板を使用して流路内の熱の放出を防止して熱の利用効率を向上させることができ、また、触媒担持部材が電熱体を有する場合には、触媒を瞬時に適温に加熱することができ、停止状態から始動したときの立ち上がり速度が速く、かつ、投入電力の利用効率の高いマイクロリアクターが可能となる。
また、基板の微細溝部に直接触媒を担持することなく、基板への微細溝部形成と独立して触媒担持部材が作製されるので、触媒担持量のバラツキが抑制され、均一な触媒担持が可能であり、かつ、触媒の汚染や失活が生じることが防止され、また、基板面の清浄性が失われることがなく、基板の接合の信頼性が高いものとなり、難しい製造工程管理も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
マイクロリアクター
（第１の実施形態）
【００１５】
図１は本発明のマイクロリアクターの一実施形態を示す斜視図であり、図２は図１に示されるマイクロリアクターのＡ−Ａ線における拡大縦断面図である。図１および図２において、本発明のマイクロリアクター１は、一方の面４ａに微細溝部５が形成された基板４と、一方の面６ａに微細溝部７が形成された基板６とが、微細溝部５と微細溝部７が対向するように接合された接合体２を有している。この接合体２の内部には、対向する微細溝部５，７で構成された流路８が形成されており、この流路８の内部に触媒担持部材１５が配設されている。また、上記の接合体２の１つの端面には、流路８の両端開口が露出しており、それぞれ原料導入口８ａと生成物回収口８ｂを構成している。また、基板４の表面４ｂ上には、絶縁層１０を介して発熱体１１が設けられており、発熱体１１には電極１２，１２が形成され、この電極１２，１２が露出するような電極開口部１３ａ，１３ａを有する発熱体保護層１３が、発熱体１１を覆うように設けられている。
【００１６】
図３は、図１に示されるマイクロリアクター１の接合体２を構成する基板４と基板６を離間させ、流路８内に配設された触媒担持部材１５を取り出した状態を示す斜視図である。図３に示されるように、微細溝部５は櫛状のリブ４Ａ，４Ｂの各先端部において１８０度折り返すように形成され、端部５ａから端部５ｂまで蛇行して連続する形状である。また、微細溝部７も櫛状のリブ６Ａ，６Ｂの各先端部において１８０度折り返すように形成され、端部７ａから端部７ｂまで蛇行して連続する形状である。そして、微細溝部５と微細溝部７は、基板４，６の接合面に対して対称関係にあるパターン形状である。
また、触媒担持部材１５は、上記の微細溝部５，７の蛇行形状に対応して蛇行した１本の部材であり、その断面構造は、図４に示されるように、金属基体１６を覆うように金属酸化膜１７を備え、この金属酸化膜１７に触媒Ｃを担持したものである。
【００１７】
接合体２は、上記のような基板４，６を、触媒担持部材１５を微細溝部５，７に位置させて接合したものであり、微細溝部５の端部５ａが微細溝部７の端部７ａ上に位置し、微細溝部５の端部５ｂが微細溝部７の端部７ｂ上に位置して、微細溝部５と微細溝部７が完全に対向して流路８が構成されている。このような微細溝部５，７で構成され、内部に触媒担持部材１５が配設された流路８は、その流体の流れ方向に垂直な断面における内壁面の形状が略円形状となっている。さらに、櫛状のリブ４Ａ，４Ｂやリブ６Ａ，６Ｂの各先端部での流路８の折り返しは角部のない丸みをもつものとなっている。そして、微細溝部５の端部５ａと微細溝部７の端部７ａが原料導入口８ａをなし、微細溝部５の端部５ｂと微細溝部７の端部７ｂが生成物回収口８ｂをなしている。
【００１８】
マイクロリアクター１を構成する基板４，６は、流路８内での反応に支障を来たさない材質であれば特に制限はなく、金属、シリコン、セラミックス等の材質から適宜選定することができる。また、本発明では、流路８の壁面に触媒を直接担持させないので、触媒担持性を考慮することなく基板４，６の材質を選定することができる。
基板４，６用の金属材料としては、流路８内での反応に支障を来たさない材質であれば特に制限はなく、例えば、陽極酸化により金属酸化膜（絶縁層１０）を形成することができる金属を使用することができる。このような金属としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ等を挙げることできる。これらの金属の中で、特にＡｌが加工適性や、熱容量、熱伝導率等の特性、単価の点から好ましく使用される。また、セラミックス材料としては、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＺｒＯ2等を挙げることができる。
【００１９】
基板４，６の厚みは、マイクロリアクター１の大きさ、使用する基板材料の熱容量、熱伝導率等の特性、形成する微細溝部５，７の大きさ等を考慮して適宜設定することができるが、例えば、１００μｍ〜２ｍｍ程度の範囲で設定することができる。
【００２０】
金属基板４，６に形成される微細溝部５，７は、後述するような触媒担持部材１５を内部に配設した状態で流路８を形成することが可能であればよく、図示例の形状に限定されるものではない。図示例では、流路８の方向が変化する箇所では、流路方向がＵ字型になめらかに変化するように微細溝部５，７が形成されているが、内壁面が折れ曲がっている部位（例えば、コ字形状部位）が存在してもよい。また、流体の流れ方向に垂直な断面における微細溝部４，６の内壁面の形状は、円弧形状ないし半円形状、あるいは、Ｕ字形状でもよく、また、流路８の内部に配設する触媒担持部材１５の形状等に対応して、Ｖ字形状、コ字形状等、適宜設定することができる。このような微細溝部４，６の深さや幅は、マイクロリアクター１の用途、触媒担持部材１５の形状、寸法等を考慮して設定することができ、例えば、深さは２００〜８００μｍ程度の範囲内、幅は２００μｍ〜１０ｍｍ程度の範囲内で設定することができる。また、流路８の長さも、マイクロリアクター１の用途等を考慮して設定することができ、例えば、８０〜３２０ｍｍ程度の範囲とすることができる。
【００２１】
マイクロリアクター１を構成する触媒担持部材１５は、上述のように、金属基体１６を覆うように金属酸化膜１７を備え、この金属酸化膜１７に触媒Ｃを担持したものである。
金属基体１６としては、例えば、陽極酸化により金属酸化膜１７を形成できる金属を使用することができる。このような金属としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ等を挙げることできる。また、金属基体１６として、ベーマイト処理により金属酸化膜１７の形成が可能な材料、例えば、Ｃｕ、ステンレス、Ｆｅ、Ａｌ等を使用することもできる。図示例では、金属基体１６は断面円形の連続したワイヤー形状であるが、断面形状には特に制限はない。また、金属基体１６の太さは、マイクロリアクター１の用途、流路８の太さ、長さ、流路８内での原料の流れ易さ等を考慮して適宜設定することができ、例えば、１００〜８００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
【００２２】
金属酸化膜１７は、触媒Ｃを担持するために設けられたものであり、上述のような金属基体１６の陽極酸化により形成されたもの、あるいは、ベーマイト処理により形成されたものであってよい。このような金属酸化膜１７は、微細孔を有し、触媒Ｃの担持量が大きく、かつ、安定した触媒担持を可能とするものである。
金属基体１６への陽極酸化による金属酸化膜１７の形成は、金属基体１６を外部電極の陽極に接続した状態で、陽極酸化溶液に浸漬して陰極と対向させ通電することにより行うことができる。金属酸化膜１７厚みは、例えば、１０〜１００μｍ程度の範囲で設定することができる。
【００２３】
また、ベーマイト処理による金属酸化膜１７の形成は、例えば、アルミナゾルのようなベーマイトアルミナが分散されている状態の懸濁液を用い、この懸濁液の粘度を十分に低下させたものを金属基体１６に塗布（あるいは、金属基体１６を浸漬）し、その後、乾燥させ、ベーマイト被膜を金属基体１６の表面に固定化させることにより行うことができる。このようなベーマイト処理により形成される金属酸化膜１７は、酸化アルミニウム薄膜であり、厚みは、例えば、０．１〜１０μｍ程度の範囲で設定することができる。
【００２４】
金属酸化膜１７に担持される触媒Ｃは、マイクロリアクター１の用途に応じて適宜選択することができ、特に制限はない。
触媒担持部材１５の形状は、図示例では、１本の蛇行した形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、触媒担持部材１５を所定の長さの直線形状とし、図５に示されるように、蛇行する流路８（図示では、一方の基板６の微細溝部７のみを示す）の各直線部位に触媒担持部材１５を配設してもよい。
【００２５】
基板４の面４ｂに形成された絶縁層１０は、基板４が金属材料（導電性を有する材料）からなる場合、基板４と発熱体１１との間に電気的絶縁を確保するためのものである。このような絶縁層１０は、基板４が陽極酸化可能な場合には、陽極酸化により形成した金属酸化物かなるものであってよく、また、例えば、ポリイミド、セラミック（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2）等の電気絶縁性材料により形成されたものであってもよい。このような絶縁層１０の厚みは、使用する材料の特性等を考慮して適宜設定することができ、例えば、０．１〜２μｍ程度の範囲で設定することができる。尚、絶縁層１０は接合体２と発熱体１１との間に少なくとも存在すればよく、接合体２の他の面にも形成されてもよく、さらに、接合体２の周面全域に形成されてもよい。また、基板４が電気絶縁性の材料からなる場合には、絶縁層１０は設けられてなくてもよい。
【００２６】
マイクロリアクター１を構成する発熱体１１は、流路８内での反応に必要な熱を供給するためのものであり、カーボンペースト、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の電熱材料を使用することができる。この発熱体１１は、例えば、幅１０〜２００μｍ程度の細線を、微細溝部５が形成されている領域に相当する基板面４ｂ（絶縁層１０）上の領域全面に引き回したような形状とすることができる。
【００２７】
このような発熱体１１には、通電用の電極１２，１２が形成されている。通電用の電極１２，１２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ等の導電材料を用いて形成することができる。
発熱体保護層１３は、上記の電極１２，１２を露出させるための電極開口部１３ａ，１３ａを有し、発熱体１１を覆うように配設されている。この発熱体保護層１３は、例えば、感光性ポリイミド、ワニス状のポリイミド等により形成することができる。また、発熱体保護層１３の厚みは、使用する材料等を考慮して適宜設定することができる。
【００２８】
上述のような本発明のマイクロリアクター１では、触媒担持部材１５が流路８内に配設されており、基板４，６の微細溝部５，７の壁面（流路８の壁面）に触媒Ｃを直接担持したものではないので、触媒担持性を考慮することなく基板４，６を選定することができる。例えば、熱伝導率の高い金属基板を使用し、発熱体１１からの熱を流路内に効率的に伝えて反応効率を向上させることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図６は、本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す図２相当の縦断面図である。図６において、本発明のマイクロリアクター２１は、一方の面２４ａに微細溝部２５が形成された基板２４と、一方の面２６ａに微細溝部２７が形成された基板２６とが、微細溝部２５と微細溝部２７が対向するように接合された接合体２２を有している。この接合体２２の内部には、対向する微細溝部２５，２７で構成された流路２８が形成されており、この流路２８の内部に触媒担持部材３５が配設されている。また、上記の接合体２２の１つの端面には、流路２８の両端開口が露出しており、それぞれ原料導入口（図示せず）と生成物回収口（図示せず）を構成している。また、基板２４の表面２４ｂ上には、絶縁層３０を介して発熱体３１が設けられており、発熱体３１には電極３２，３２が形成され、この電極３２，３２が露出するような電極開口部３３ａ，３３ａを有する発熱体保護層３３が、発熱体３１を覆うように設けられている。
【００３０】
このマイクロリアクター２１では、流路２８内に配設されている触媒担持部材３５が、図７に示されるように、断面が波型の板状であり、この触媒担持部材３５を配設するために、流路２８の流れ方向に垂直な面の形状が方形となっている点で、上述のマイクロリアクター１と相違する。
触媒担持部材３５の断面構造は、図８に示されるように、波型の金属基体３６と、この金属基体３６を覆う金属酸化膜３７を備え、この金属酸化膜３７に触媒Ｃを担持したものである。触媒担持部材３５を構成する金属基体３６、金属酸化膜３７の材質と形成方法は、上述の実施形態の金属基体１６、金属酸化膜１７と同様とすることができる。また、触媒担持部材３５の幅Ｗ、高さＨは、流路２８の太さ、流路２８内での原料の流れ易さ等を考慮して適宜設定することができる。
【００３１】
マイクロリアクター２１を構成する触媒Ｃ、絶縁層３０、発熱体３１、電極３２，３２、発熱体保護層３３は、それぞれマイクロリアクター１を構成する触媒Ｃ、絶縁層１０、発熱体１１、電極１２，１２、発熱体保護層１３と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
上述のような本発明のマイクロリアクター２１では、触媒担持部材３５が流路２８内に配設されており、基板２４，２６の微細溝部２５，２７の壁面（流路２８の壁面）に触媒Ｃを直接担持したものではないので、触媒担持性を考慮することなく基板２４，２６を選定することができる。例えば、熱伝導率の高い金属基板を使用し、発熱体３１からの熱を流路内に効率的に伝えて反応効率を向上させることができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図９は本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す斜視図であり、図１０は図９に示されるマイクロリアクターのＢ−Ｂ線における拡大縦断面図である。図９および図１０において、本発明のマイクロリアクター４１は、一方の面４４ａに微細溝部４５が形成された基板４４と、一方の面４６ａに微細溝部４７が形成された基板４６とが、微細溝部４５と微細溝部４７が対向するように接合された接合体４２を有している。この接合体４２の内部には、対向する微細溝部４５，４７で構成された流路４８が形成されており、この流路４８の内部に触媒担持部材５５が配設されている。また、上記の接合体４２の１つの端面には、流路４８の両端開口が露出しており、それぞれ原料導入口４８ａと生成物回収口４８ｂを構成している。
【００３３】
微細溝部４５，４７は、上述のマイクロリアクター１を構成する基板４，６に設けられた微細溝部５，７と同様に、各基板に蛇行する形状で形成されている（図３参照）。
触媒担持部材５５は、上記の微細溝部４５，４７の蛇行形状に対応して蛇行した１本の部材であり、その断面構造は、図１１に示されるように、電熱体５６を覆うように金属膜５７と金属酸化膜５８を備え、最外層である金属酸化膜５８に触媒Ｃを担持したものである。そして、この触媒担持部材５５に内蔵された電熱体５６は、触媒担持部材５５の両端部近傍において、基板４４に穿設された貫通孔４４ｃ、４４ｃ内に設けられた配線５１，５１を介して、電極５２，５２に接続されている。
【００３４】
微細溝部４５，４７を有する基板４４，４６は、基板４４が貫通孔４４ｃ、４４ｃを有する点を除いて、上述のマイクロリアクター１を構成する基板４，６と同様のものとすることができる。
また、マイクロリアクター４１を構成する触媒担持部材５５は電熱体を内蔵するものであり、上述のように、電熱体５６を覆うように金属膜５７と金属酸化膜５８を備え、最外層である金属酸化膜５８に触媒Ｃを担持したものである。
電熱体５６としては、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の電熱材料を使用することができる。図示例では、電熱体５６は断面円形の連続したワイヤー形状であるが、断面形状には特に制限はない。この電熱体５６の太さは、マイクロリアクター４１の用途、流路４８の太さ、長さ、流路４８内での原料の流れ易さ、電熱材料等を考慮して適宜設定することができ、例えば、１００〜８００μｍ程度の範囲内で設定することができる。
【００３５】
金属膜５７としては、例えば、陽極酸化により金属酸化膜５８を形成できる金属を使用することができる。このような金属としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ等を挙げることできる。また、金属膜５７として、ベーマイト処理により金属酸化膜５８の形成が可能な材料、例えば、Ｃｕ、ステンレス、Ｆｅ、Ａｌ等を使用することもできる。
金属酸化膜５８は、触媒Ｃを担持するために設けられたものであり、上述のような金属膜５７の陽極酸化により形成されたもの、あるいは、ベーマイト処理により形成されたものであってよい。このような金属酸化膜５８は、微細孔を有し、触媒Ｃの担持量が大きく、かつ、安定した触媒担持を可能とするものである。
【００３６】
金属膜５７の陽極酸化による金属酸化膜５８の形成は、電熱体５６を被覆した状態の金属膜５７を外部電極の陽極に接続した状態で、陽極酸化溶液に浸漬して陰極と対向させ通電することにより行うことができる。金属酸化膜５８厚みは、例えば、１０〜１００μｍ程度の範囲で設定することができる。
また、ベーマイト処理による金属酸化膜５８の形成は、例えば、アルミナゾルのようなベーマイトアルミナが分散されている状態の懸濁液を用い、この懸濁液の粘度を十分に低下させたものを金属膜５７に塗布（あるいは、電熱体５６を被覆した状態の金属膜５７を浸漬）し、その後、乾燥させ、ベーマイト被膜を金属膜５７の表面に固定化させることにより行うことができる。このようなベーマイト処理により形成される金属酸化膜５８は、酸化アルミニウム薄膜であり、厚みは、例えば、０．１〜２μｍ程度の範囲で設定することができる。
【００３７】
金属酸化膜５８に担持される触媒Ｃは、マイクロリアクター４１の用途に応じて適宜選択することができ、特に制限はない。
触媒担持部材５５の形状は、上述の触媒担持部材１５と同様に、１本の蛇行した形状であるが、これに限定されるものではなく、例えば、図５に示されるような直線形状であってもよい。但し、図５に示されるように、直線形状の触媒担持部材５５を流路４８の直線部位に配設する場合、各触媒担持部材５５毎に、発熱体５６と接続するための１組の配線５１，５１と、この配線を可能とするための１組の貫通孔４４ｃ、４４ｃを基板４４に穿設する必要がある。尚、電極５２，５２は、正・負の１対の電極を配し、これに複数の配線５１を介して複数の触媒担持部材５５の発熱体５６を接続してもよく、また、個々の触媒担持部材５５の発熱体５６毎に１対の電極を設けてもよい。
【００３８】
尚、電熱体を内蔵した触媒担持部材５５としては、電熱体５６を覆うように金属酸化膜５８を備え、この金属酸化膜５８に触媒Ｃを担持したものであってもよい。すなわち、金属膜５７を介在させることなく、電熱体５６に直接金属酸化膜５８を形成したものである。この場合、電熱体５６としては、上記の電熱体５６と同様の材料を使用することができる。また、金属酸化膜５８は、ベーマイト処理により形成されたものとすることができる。
【００３９】
上述のような本発明のマイクロリアクター４１では、触媒担持部材５５が流路４８内に配設されており、基板４４，４６の微細溝部４５，４７の壁面（流路４８の壁面）に触媒Ｃを直接担持したものではないので、触媒担持性を考慮することなく基板４４，４６を選定することができる。さらに、触媒担持部材５５が電熱体５６を内蔵しているので、触媒Ｃを瞬時に適温に加熱することができ、停止状態から始動したときの立ち上がり速度が速く、かつ、投入電力の利用効率の高いマイクロリアクターが可能となる。また、シリコンやセラミックス等の熱伝導率の低いセラミックス基板を使用して流路４８内の熱の放出を防止して熱の利用効率を向上させることができる。
【００４０】
（第４の実施形態）
図１２は本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す斜視図であり、図１３は図１２に示されるマイクロリアクターのＣ−Ｃ線における拡大縦断面図である。図１２および図１３において、本発明のマイクロリアクター６１は、一方の面６４ａに微細溝部６５が形成された基板６４と、微細溝部６５を覆うように基板６４の面６４ａに接合された基板（カバー部材）６６とからなる接合体６２を有している。この接合体６２の内部には、微細溝部６５と基板６６とで構成された流路６８が形成されており、この流路６８の内部に触媒担持部材７５が配設されている。また、基板（カバー部材）６６には、原料導入口６６ａと生成物回収口６６ｂが設けられており、これらは流路６８の両端部に位置している。さらに、基板６４の表面６４ｂ上には、絶縁層７０を介して発熱体７１が設けられており、発熱体７１には電極７２，７２が形成され、この電極７２，７２が露出するような電極開口部７３ａ，７３ａを有する発熱体保護層７３が、発熱体７１を覆うように設けられている。
【００４１】
マイクロリアクター６１を構成する基板６４が有する微細溝部６５は、図３に示される微細溝部５と同様に、櫛状のリブの各先端部において１８０度折り返すように形成され、端部３ａから端部３ｂまで蛇行しながら連続する形状である。但し、微細溝部６５の両端部は、基板６４の端面に露出しておらず、基板６４の表面６４ａ内に位置している。また、基板６６の原料導入口６６ａが微細溝部６５の一方の端部に位置し、生成物回収口６６ｂが微細溝部６５の他方の端部に位置するように構成されている。
マイクロリアクター６１を構成する基板６４は、上述の基板４、基板２４と同様とすることができる。また、基板６６はカバー部材としての機能をなすものであり、材質は基板６４と同等のものであってもよく、また、異なるものであってもよい。
【００４２】
マイクロリアクター６１を構成する触媒担持部材７５は、上述の触媒担持部材１５、３５と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。また、触媒担持部材７５は、上述の触媒担持部材５５のように、電熱体を内蔵するものであってもよく、この場合、発熱体７１はなくてもよく、上述のマイクロリアクター４１のように、触媒担持部材に内蔵された発熱体を、接合体に設けられた電極に接続する必要がある。
また、マイクロリアクター６１を構成する触媒Ｃ、絶縁層７０、発熱体７１、電極７２，７２、発熱体保護層７３は、それぞれマイクロリアクター１を構成する触媒Ｃ、絶縁層１０、発熱体１１、電極１２，１２、発熱体保護層１３と同様とすることができ、ここでの説明は省略する。
尚、上述のマイクロリアクターの各実施形態は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、原料導入口と生成物回収口の位置は、微細溝部の形状（流路の形状）を変えることにより任意の位置にすることができる。
【００４３】
マイクロリアクターの製造方法
（第１の実施形態）
図１４および図１５は本発明のマイクロリアクター製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。
図１４、図１５では、上述のマイクロリアクター１を例にして説明する。
本発明の製造方法では、まず、溝部形成工程において、基板４の一方の面４ａに微細溝部５を形成し、基板６の一方の面６ａに微細溝部７を形成する（図１４（Ａ））。この微細溝部５，７は、基板４，６の面４ａ，６ａに所定の開口パターンを有するレジストを形成し、このレジストをマスクとしてウエットエッチングにより櫛状のリブ４Ａ，４Ｂ、リブ６Ａ，６Ｂを残すように基板４，６をエッチングして形成することができる。また、ルータ加工やプレス加工、サンドブラスト法等を用いて微細溝部５，７を形成することも可能である。
【００４４】
基板４，６は、形成される微細溝部５と微細溝部７のパターン形状（例では、蛇行形状）が、基板４，６の接合面（４ａ，６ａ）に対して対称関係にある１組の基板をなす。使用する基板４，６は、触媒担持性を考慮することなく、金属、シリコン、セラミックス等から適宜選定することができる。
また、上記の溝部形成工程とは独立して、触媒担持工程において、微細溝部５，７に対応した蛇行形状の触媒担持部材１５を作製する。すなわち、金属基材１６を被覆するように金属酸化膜１７を形成し（図１４（Ｂ））、この金属酸化膜１７に触媒Ｃを担持させて触媒担持部材１５を作製する（図１４（Ｃ））。
【００４５】
金属基体１６は、例えば、陽極酸化により金属酸化膜１７を形成できる金属、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂｉ、Ｙ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ等とすることができる。また、金属基体１６を、ベーマイト処理により金属酸化膜１７の形成が可能なＣｕ、ステンレス、Ｆｅ、Ａｌ等としてもよい。
金属基体１６への陽極酸化による金属酸化膜１７の形成は、金属基体１６を外部電極の陽極に接続した状態で、陽極酸化溶液に浸漬して陰極と対向させ通電することにより行うことができる。また、ベーマイト処理による金属酸化膜１７の形成は、例えば、アルミナゾルのようなベーマイトアルミナが分散されている状態の懸濁液を用い、この懸濁液の粘度を十分に低下させたものを金属基体１６に塗布（あるいは、金属基体１６を浸漬）し、その後、乾燥させ、ベーマイト被膜を金属基体１６の表面に固定化させることにより行うことができる。
【００４６】
金属酸化膜１７への触媒Ｃの担持は、例えば、金属酸化膜１７で被覆された金属基体１６を触媒前駆体溶液に浸漬したり、触媒前駆体溶液を塗布して、適量を金属酸化膜１７に付着させ、その後、触媒前駆体溶液を乾燥することにより行うことができる。
尚、触媒担持部材１５を、微細溝部５，７に対応した蛇行形状に加工するのは、金属基材１６に金属酸化膜１７を形成する前の状態から、触媒Ｃの担持後まで、いずれであってもよい。
この触媒担持工程では、上述のように、金属基体１６上に均一な金属酸化膜１７を形成することができ、また、金属酸化膜１７上に触媒前駆体溶液を均一に付着させることができるので、所望の担持量で触媒を均一に担持させることができる。
【００４７】
次に、接合工程において、１組の基板４，６を、微細溝部５と微細溝部７とが対向するように、かつ、微細溝部５と微細溝部７との間に触媒担持部材１５を配設して、面４ａ，６ａで接合し接合体２を形成する（図１５（Ａ））。上記のように、微細溝部５と微細溝部７は、基板４，６の接合面（４ａ，６ａ）に対して対称関係にあるパターン形状であるため、基板４，６の接合により、微細溝部５と微細溝部７が完全に対向して流路８が形成される。この基板４，６の接合は、例えば、拡散接合、ロウ付け、レーザー溶接、抵抗溶接、陽極接合（基板４，６がシリコンの場合）等により行うことができる。
【００４８】
次に、接合体２の一方の面（基板４の表面４ｂ）に絶縁層１０を形成し、この絶縁層１０上に発熱体１１を設け、さらに、通電用の電極１２，１２を形成する（図１５（Ｂ））。
絶縁層１０は、基板４が陽極酸化により金属酸化物を形成できる場合には、陽極酸化により形成することができる。この場合、接合体２を外部電極の陽極に接続し、接合体２の所望の面を陽極酸化溶液に浸漬して陰極と対向させ通電することにより金属酸化物（絶縁層１０）を形成することができる。また、絶縁層１０は、ポリイミド、セラミック（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2）等の電気絶縁性材料により形成していもよい。
【００４９】
発熱体１１は、カーボンペースト、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、Ｗ、Ｍｏ等の材質を使用して形成することができる。発熱体１１の形成方法としては、上記の材料を含有するペーストを用いてスクリーン印刷により形成する方法、上記の材料を含有するペーストを用いて塗布膜を形成し、その後、エッチング等によりパターニングする方法、配線パターンを有するメタルマスクを介して真空成膜法により絶縁膜上にパターニングする方法等を挙げることができる。
また、通電用の電極１２，１２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ等の導電材料を用いて形成することができ、例えば、上記の導電材料を含有するペーストを用いてスクリーン印刷により形成することができる。
【００５０】
次いで、電極１２，１２が露出するように発熱体保護層１３を発熱体１１上に形成する（図１５（Ｃ））。これにより、本発明のマイクロリアクター１が得られる。発熱体保護層１３は、ポリイミド、セラミック（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2）等の材料を用いて形成することができ、例えば、上記材料を含有するペーストを用いてスクリーン印刷により電極開口部１３ａ，１３ａを有するパターンで形成することができる。
【００５１】
尚、上述の本実施形態により、図５に示される直線形状の触媒担持部材１５を備えたマイクロリアクター１の製造も可能である。
また、基板６の代わりに、微細溝部が形成されていない基板６６とを使用することにより、上記と同様の工程により、上述のマイクロリアクター６１を製造することができる。但し、微細溝部６５が形成された基板６４は、微細溝部６５の両端部が基板６４の端面に露出しておらず、基板６４の表面６４ａ内に位置しているものとし、また、基板６６は、原料導入口６６ａと生成物回収口６６ｂが設けられたものとする。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１６および図１７は本発明のマイクロリアクター製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
図１６、図１７では、上述のマイクロリアクター４１を例にして説明する。
【００５３】
本発明の製造方法では、まず、溝部形成工程において、基板４４の一方の面４４ａに微細溝部４５を形成し、基板４６の一方の面４６ａに微細溝部４７を形成する。さらに、微細溝部４５の所定箇所に２個の貫通孔４４ｃ，４４ｃを穿設する（図１６（Ａ））。基板４４，４６への微細溝部４５，４７の形成は、上述の実施形態における基板４，６への微細溝部５，７の形成と同様にして行なうことができる。また、貫通孔４４ｃ，４４ｃの穿設は、基板４４の面４４ｂに、所定の開口を有するレジストを、微細溝部４５形成用のレジストと同時に形成し、両面エッチングすることにより形成することができる。また、ドリル加工により貫通孔４４ｃ，４４ｃを形成してもよい。
【００５４】
上記の溝部形成工程とは独立して、触媒担持工程において、微細溝部４５，４７に対応した蛇行形状の触媒担持部材５５を作製する。すなわち、電熱体５６を被覆するように金属膜５７を形成し（図１６（Ｂ））、この金属膜５７を被覆するように金属酸化膜５８を形成し（図１６（Ｃ））、その後、この金属酸化膜５８に触媒Ｃを担持させて触媒担持部材５５を作製する（図１６（Ｄ））。
電熱体５６は、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）等の電熱材料を使用することができ、図示例では、電熱体５６は断面円形の連続したワイヤー形状である。
【００５５】
金属膜５７は、無電解めっき、ホットディップ、クラッド被覆等の方法により、電熱体５６を被覆するように形成することができる。この金属膜５７の材質は、上述の金属基体１６と同様のものを使用することができる。また、金属膜５７の厚みは、金属酸化膜５８を形成した状態での厚みが、電熱体５６による通電発熱に支障を来さない厚みであればよく、例えば、１〜１０μｍの範囲となるように設定することが好ましい。
金属膜５７を被覆する金属酸化膜５８の形成は、金属膜５８の陽極酸化による方法、あるいは、ベーマイト処理による方法により行なうことができ、形成方法は上述の実施形態と同様とすることができる。
また、金属酸化膜５８への触媒Ｃの担持も、上述の実施形態と同様に行うことができる。
【００５６】
尚、上述のように、触媒担持部材５５が、電熱体５６と、これを覆う金属酸化膜５８と、この金属酸化膜５８に担持された触媒Ｃからなる場合、電熱体５６上への金属酸化膜５８の形成は、上述のベーマイト処理による方法で行なうことができる。
この触媒担持工程では、上述のように、金属基体１６上に均一な金属酸化膜１７を形成することができ、また、金属酸化膜１７上に触媒前駆体溶液を均一に付着させることができるので、所望の担持量で触媒を均一に担持させることができる。
【００５７】
尚、触媒担持部材５５に内蔵される電熱体５６は、後工程において、電極５２と接続する必要があり、所定箇所の金属酸化膜５８、金属膜５７を除去して電熱体５６を露出させる。金属酸化膜５８、金属膜５７の除去は、例えば、研磨による除去、水酸化ナトリウム水溶液等の薬液による溶解除去等により行なうことができる。あるいは、上記の陽極酸化により金属酸化膜５８を形成する工程にて、電極５２と接続するための部位（金属酸化膜５８を形成したくない部位）にレジストを設け、金属膜５７の露出部分にのみ金属酸化膜５８を形成（部分陽極酸化）してもよい。また、触媒担持部材５５を、微細溝部４５，４７に対応した蛇行形状に加工するのは、電熱体５６に金属膜５７を形成する前の状態から、触媒Ｃの担持後まで、いずれであってもよい。
【００５８】
次に、接合工程において、基板４４の微細溝部４５に触媒担持部材５５を配設し、基板４４に穿設された貫通孔４４ｃ，４４ｃ内に配設された配線５１，５１を介して、触媒担持部材５５に内蔵される電熱体５６と電極５２，５２を接続する（図１７（Ａ））。貫通孔４４ｃ，４４ｃ内への配線５１，５１の形成は、めっきによる充填、導電ペースト印刷による充填等により行なうことができる。配線５１，５１の材質は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ等の導電材料を用いることができる。また、通電用の電極５２，５２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｄ−Ａｇ等の導電材料を用いて形成することができ、例えば、上記の配線５１，５１と一体で形成することができる。
【００５９】
次いで、基板４４，４６を、微細溝部４５と微細溝部４７とが対向するように面４４ａ，４６ａで接合して接合体４２を形成する（図１７（Ｂ））。これにより、本発明のマイクロリアクター４１が得られる。上記のように、微細溝部４５と微細溝部４７は、基板４４，４６の接合面（４４ａ，４６ａ）に対して対称関係にあるパターン形状であるため、基板４４，４６の接合により、微細溝部４５と微細溝部４７が完全に対向して流路４８が形成される。そして、この流路４８内には、触媒担持部材５５が配設されたものとなる。基板４４，４６の接合は、上述の実施形態と同様にして行うことができる。
【００６０】
尚、上述の本実施形態により、図５に示される直線形状の触媒担持部材１５を備えたマイクロリアクター１の製造も可能である。
また、基板４６の代わりに、微細溝部が形成されていない基板６６とを使用することにより、上記と同様の工程により、上述のマイクロリアクター６１を製造することができる。但し、微細溝部６５が形成された基板６４は、微細溝部６５の両端部が基板６４の端面に露出しておらず、基板６４の表面６４ａ内に位置しているものとし、また、基板６６は、原料導入口６６ａと生成物回収口６６ｂが設けられたものとする。
【００６１】
（第３の実施形態）
図１８は本発明のマイクロリアクター製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
図１８では、図５に示される直線形状の触媒担持部材１５を備えたマイクロリアクター１を例にして説明する。
【００６２】
本発明の製造方法では、まず、溝部形成工程において、基板８４の一方の面８４ａに微細溝部８５を所定方向（矢印ａ方向）に平行に複数形成し、また、基板８６の一方の面８６ａに微細溝部８７を所定方向（矢印ａ方向）に平行に複数形成する（図１６（Ａ））。基板８４，８６への微細溝部８５，８７の形成は、上述の実施形態における基板４，６への微細溝部５，７の形成と同様にして行なうことができ、形成される微細溝部８５と微細溝部８７のパターン形状（例では、直線形状）、および形成個数は、基板８４，８６の接合面（８４ａ，８６ａ）に対して対称関係にある。
【００６３】
また、上記の溝部形成工程とは独立して、触媒担持工程において、直線形状の触媒担持部材９５を作製する。この触媒担持部材９５の作製は、上述の触媒担持部材１５の作製と同様にして行なうことができる。この触媒担持部材９５の長さは、微細溝部８５，８７の長さ、後述する終端部材の折り返し用の流路形状等を考慮して適宜設定することができる。
次に、第１の接合工程において、１組の基板８４，８６を、微細溝部８５と微細溝部８７とが対向するように、かつ、微細溝部８５と微細溝部８７との間に触媒担持部材９５を配設して、面８４ａ，８６ａで接合し接合体８２を形成する（図１８（Ｂ））。この基板８４，８６の接合により、微細溝部８５と微細溝部８７が完全に対向して複数（図示では６本）の流路８８が形成され、接合体８２の両端部８２ａ，８２ｂには、各流路８８の開口部が露出した状態となる。
【００６４】
次いで、第２の接合工程において、折り返し用の流路を備えた終端部材８３Ａ，８３Ｂを、流路８８の開口部が露出している接合体８２の両端部８２ａ，８２ｂに接合する（図１８（Ｃ））。終端部材８３Ａは、原料導入口と生成物回収口となるための流路８８ａ，８８ｂと、２個の折り返しのＵ字型の流路８８ｃが形成されたものであり、また、終端部材８３Ｂは、３個の折り返しのＵ字型の流路８８ｃが形成されたものである。この第２の接合により、流路８８は、流路８８ａから流路８８ｂへ蛇行して連続した１つの流路となる。そして、この蛇行した流路８８の６箇所の直線部位に、それぞれ直線形状の触媒担持部材９５が配設されたものとなる。
【００６５】
その後、図１５（Ａ）から図１５（Ｃ）と同様の工程により、絶縁層１０、発熱体１１、通電用の電極１２，１２、発熱体保護層１３を形成して、図５に示される形態のマイクロリアクター１が得られる。
この実施形態によるマイクロリアクターの製造方法においても、電熱体を内蔵した触媒担持部材を備えるマイクロリアクターを製造することが可能であることは、勿論である。すなわち、図１６、図１７に示される触媒担持部材５５の作製方法と、導通用の貫通孔４４ｃ，４４ｃの穿設、電極と電熱体との接続を、本実施形態に取り入れることにより、蛇行した流路４８の６箇所の直線部位に、それぞれ直線形状の触媒担持部材５５が配設された形態のマイクロリアクター４１を製造することができる。
【００６６】
尚、基板８６の代わりに、微細溝部が形成されていない基板とを使用することにより、上記と同様の工程により、上述のマイクロリアクター６１を製造することができる。但し、終端部材８３Ａは、原料導入口と生成物回収口となるための流路８８ａ，８８ｂの代わりに、原料導入口６６ａと生成物回収口６６ｂに相当する流路が設けられたものとする。
上述のような本発明の製造方法では、基板の微細溝部に直接触媒Ｃを担持することなく、基板への微細溝部の形成とは別に、触媒担持部材が作製されるので、触媒担持量のバラツキが抑制され、均一な触媒担持が可能である。また、触媒担持と微細溝部の形成が独立しているので、触媒Ｃの汚染や失活、基板の清浄性低下が防止され、基板の接合の信頼性も高いものとなる。
尚、上述のマイクロリアクター製造方法の実施形態は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００６７】
次に、より具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
（溝部形成工程）
基板として厚み１０００μｍのＡｌ基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ）を準備し、このＡｌ基板の両面に感光性レジスト材料（東京応化工業（株）製ＯＦＰＲ）をディップ法により塗布（膜厚７μｍ（乾燥時））した。次に、Ａｌ基板の微細溝部を形成する側のレジスト塗膜上に、幅１５００μｍのストライプ状の遮光部がピッチ２０００μｍで左右から交互に突出（突出長２０ｍｍ）した形状のフォトマスクを配した。
【００６８】
上記と同様のＡｌ基板を準備し、同様に感光性レジスト材料を塗布し、Ａｌ基板の微細溝部を形成する側のレジスト塗膜上に、フォトマスクを配した。このフォトマスクは、Ａｌ基板面に対して、上記のフォトマスクと面対称となるものとした。
次いで、上記の１組の金属基板について、それぞれフォトマスクを介してレジスト塗布膜を露光し、炭酸水素ナトリウム溶液を使用して現像した。これにより、各Ａｌ基板の一方の面には、幅５００μｍのストライプ状の開口部がピッチ２０００μｍで配列され、隣接するストライプ状の開口部が、その端部において交互に連続するようなレジストパターンが形成された。
【００６９】
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、下記の条件でＡｌ基板をエッチング（３分間）した。
（エッチング条件）
・温度  ：  ２０℃
・エッチング液（ＨＣｌ）濃度：  ２００ｇ／Ｌ
（３５％ＨＣｌを純水中に２００ｇ溶解して１Ｌとする）
【００７０】
上記のエッチング処理が終了した後、水酸化ナトリウム溶液を用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより、１組のＡｌ基板は、その一方の面に、幅１０００μｍ、深さ６５０μｍ、長さ２０ｍｍのストライプ形状の微細溝が２０００μｍのピッチで形成され、隣接する微細溝の端部において交互に連続するような形状（図３に示されるような１８０度折り返しながら蛇行して連続する形状）の微細溝部（流路長約２２０ｍｍ）が形成された。この微細溝部の流体の流れ方向に垂直な断面における内壁面の形状は略半円形状であった。
【００７１】
（触媒担持工程）
金属基体として、直径４００μｍのアルミニウム線を準備し、このアルミニウム線を外部電極の陽極に接続し、陽極酸化溶液（４％シュウ酸溶液）に浸漬して陰極と対向させ、下記の条件で通電することにより、表面に酸化アルミニウム薄膜を形成した。この酸化アルミニウム薄膜の厚みをエリプソメーターで測定した結果、約３０μｍであった。
（陽極酸化の条件）
・浴温      ：  ２５℃
・電圧      ：  ２５Ｖ（ＤＣ）
【００７２】
次いで、酸化アルミニウム薄膜を形成したアルミニウム線を、下記組成の触媒前駆体溶液内に浸漬（２時間）し、引き上げ、３５０℃、６時間の乾燥処理を施して、酸化アルミニウム薄膜に触媒（Ｃｕ／ＺｎＯ）を担持させた。その後、上記のＡｌ板に形成した微細溝部の蛇行形状に対応する形状に曲げ加工を施して、全長２００ｍｍの触媒担持部材とした。
（触媒前駆体溶液の組成）
・Ｃｕ                                    …    ０．５モル／Ｌ
・Ｚｎ                                    …    ０．５モル／Ｌ
【００７３】
（接合工程）
次いで、上記の１組のＡｌ基板を、互いの微細溝部が対向し、かつ、微細溝部内に上記の触媒担持部材を載置して、下記の条件でロウ付けにより接合して接合体を作製した。この接合では、１組のＡｌ基板の微細溝部どうしが完全に対向するように位置合わせをした。これにより、接合体の一端面に原料導入口と生成物回収口とが存在する流路が接合体内に形成され、この流路内に触媒担持部材が配設された。
（ロウ付け接合条件）
・ロウ材料      ：ＡＡ４００４（古河スカイ（株）製）
・雰囲気        ：真空中
・ロウ付け温度  ：６００℃
・接合時間      ：３分間
【００７４】
次いで、一方のＡｌ基板上に絶縁層用塗布液（東レ（株）製  フォトニース）をスピンコート法により塗布し、乾燥して絶縁層（厚み５μｍ）を形成した。
次に、上記の絶縁層上に下記組成の発熱体用ペーストをスクリーン印刷により印刷し、２００℃で硬化させて発熱体を形成した。形成した発熱体は、幅１００μｍの細線を、微細溝部が形成されている領域に相当する領域（２０ｍｍ×２０ｍｍ）全面を覆うようにＡｌ基板上に線間隔１００μｍで引き回したような形状とした。
（発熱体用ペーストの組成）
・カーボン粉末                              …    ２０重量部
・微粉末シリカ                              …    ２５重量部
・キシレンフェノール樹脂                    …    ３６重量部
・ブチルカルビトール                        …    １９重量部
【００７５】
また、下記組成の電極用ペーストを用いて、スクリーン印刷により発熱体の所定の２ヶ所に電極（０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）を形成した。
（電極用ペーストの組成）
・銀めっき銅粉末                            …    ９０重量部
・フェノール樹脂                            …  ６．５重量部
・ブチルカルビトール                        …  ３．５重量部
【００７６】
次に、発熱体上に形成された２個の電極を露出するように、下記組成の保護層用ペーストを用いて、スクリーン印刷により発熱体保護層（厚み２０μｍ）を発熱体上に形成した。
（保護層用ペーストの組成）
・樹脂分濃度                                …    ３０重量部
・シリカフィラー                            …    １０重量部
・ラクトン系溶剤（ペンタ１−４−ラクトン）  …    ６０重量部
これにより、本発明のマイクロリアクターを得ることができた。
【００７７】
［実施例２］
（溝部形成工程）
基板として厚み１０００μｍのＡｌ基板（２５ｍｍ×２５ｍｍ）を準備し、このＡｌ基板の両面に感光性レジスト材料（東京応化工業（株）製ＯＦＰＲ）をディップ法により塗布（膜厚７μｍ（乾燥時））した。次に、Ａｌ基板の微細溝部を形成する側のレジスト塗膜上に、幅１５００μｍのストライプ状の遮光部がピッチ２０００μｍで左右から交互に突出（突出長２０ｍｍ）した形状のフォトマスクを配した。
【００７８】
次いで、このフォトマスクを介してレジスト塗布膜を露光し、炭酸水素ナトリウム溶液を使用して現像した。これにより、Ａｌ基板の一方の面には、幅５００μｍのストライプ状の開口部がピッチ２０００μｍで配列され、隣接するストライプ状の開口部が、その端部において交互に連続するようなレジストパターンが形成された。
【００７９】
次に、上記のレジストパターンをマスクとして、下記の条件でＡｌ基板をエッチング（３分間）した。
（エッチング条件）
・温度  ：  ２０℃
・エッチング液（ＨＣｌ）濃度：  ２００ｇ／Ｌ
（３５％ＨＣｌを純水中に２００ｇ溶解して１Ｌとする）
【００８０】
上記のエッチング処理が終了した後、水酸化ナトリウム溶液を用いてレジストパターンを除去し、水洗した。これにより、Ａｌ基板の一方の面に、幅１０００μｍ、深さ６５０μｍ、長さ２０ｍｍのストライプ形状の微細溝が２０００μｍのピッチで形成され、隣接する微細溝の端部において交互に連続するような形状（図３に示されるような１８０度折り返しながら蛇行して連続する形状）の微細溝部（流路長約２２０ｍｍ）が形成された。但し、この微細溝部の両端部はＡｌ基板の表面内に存在する点で、図３に示される微細溝部形状とは異なる。また、微細溝部の流体の流れ方向に垂直な断面における内壁面の形状は略半円形状であった。
【００８１】
（触媒担持工程）
金属基体として、直径４００μｍのアルミニウム線を準備し、このアルミニウム線を外部電極の陽極に接続し、陽極酸化溶液（４％シュウ酸溶液）に浸漬して陰極と対向させ、下記の条件で通電することにより、表面に酸化アルミニウム薄膜を形成とした。この酸化アルミニウム薄膜の厚みをエリプソメーターで測定した結果、約３０μｍであった。
（陽極酸化の条件）
・浴温      ：  ２５℃
・電圧      ：  ２５Ｖ（ＤＣ）
【００８２】
次いで、酸化アルミニウム薄膜を形成したアルミニウム線を、下記組成の触媒前駆体溶液内に浸漬（２時間）し、引き上げ、３５０℃、６時間の乾燥処理を施して、酸化アルミニウム薄膜に触媒（Ｃｕ／ＺｎＯ）を担持させた。その後、上記のＡｌ板に形成した微細溝部の蛇行形状に対応する形状に曲げ加工を施して、全長２００ｍｍの触媒担持部材とした。
（触媒前駆体溶液の組成）
・Ｃｕ                                    …    ０．５モル／Ｌ
・Ｚｎ                                    …    ０．５モル／Ｌ
【００８３】
（接合工程）
上記のように微細溝部を形成したＡｌ基板の微細溝部に、上記の触媒担持部材を配設した。また、基板（カバー部材）として厚み１００μｍのＡｌ板を準備し、このＡｌ板（カバー部材）を、触媒担持部材が配設されたＡｌ基板に、微細溝部を覆うように下記の条件でロウ付けにより接合して接合体を作製した。このＡｌ板（カバー部材）には、２ヶ所の開口部（原料導入口と生成物回収口、各開口部の寸法は０．６ｍｍ×０．６ｍｍ）が設けられており、各開口部がＡｌ基板に形成された微細溝部の流路の両端部に一致するように位置合わせをした。これにより、原料導入口と生成物回収口とを結ぶ流路が接合体内に形成された。
（ロウ付け接合条件）
・ロウ材料      ：ＡＡ４００４（古河スカイ（株）製）
・雰囲気        ：真空中
・ロウ付け温度  ：６００℃
・接合時間      ：３分間
【００８４】
次いで、微細溝部が形成されたＡｌ基板上に、実施例１と同様にして、絶縁層、発熱体、電極、発熱体保護層を形成した。
これにより、本発明のマイクロリアクターを得ることができた。
【００８５】
［実施例３］
（溝部形成工程）
実施例１と同様にして、微細溝部を備えた１組のＡｌ基板を作製した。
【００８６】
（触媒担持工程）
金属基体として、直径４００μｍのＳＵＳ３０４線を準備した。次に、アルミナゾル５２０（日産化学（株）製）を使用して、粘度が１５〜２０ｍＰａ・ｓであるアルミナゾル懸濁液を調製し、このアルミナゾル懸濁液に、上記のＳＵＳ３０４線を浸漬（５分間）し、引き上げた後、４５０℃、３０分間の乾燥を行って、ベーマイト処理を施した。これにより、ＳＵＳ３０４線を被覆する酸化アルミニウム薄膜を形成した。尚、形成した酸化アルミニウム薄膜の厚みをエリプソメーターで測定した結果、約１μｍであった。
次いで、ＳＵＳ３０４線に形成した酸化アルミニウム薄膜に、実施例１と同様にして触媒を担持させた。その後、Ａｌ板に形成した微細溝部の蛇行形状に対応する形状に曲げ加工を施して、全長２００ｍｍの触媒担持部材とした。
【００８７】
（接合工程）
次いで、実施例１と同様にして、ロウ付けにより接合して接合体を作製した。これにより、一端面に原料導入口と生成物回収口とが存在する流路が接合体内に形成され、この流路内には触媒担持部材が配設された接合体を得た。
次いで、微細溝部が形成されたＡｌ基板上に、実施例１と同様にして、絶縁層、発熱体、電極、発熱体保護層を形成した。
これにより、本発明のマイクロリアクターを得ることができた。
【００８８】
［実施例４］
（溝部形成工程）
まず、実施例１と同様にして、微細溝部を備えた１組のＡｌ基板を作製した。
次いで、一方のＡｌ基板の微細溝部の両端部近傍に、リーマーを用いて、反対面に貫通する貫通孔（開口径約５００μｍ）を形成した。
【００８９】
（触媒担持工程）
金属基体として、直径４００μｍのニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）線を準備した。次に、このニクロム線を溶融アルミニウム中に浸漬し引き上げることにより、ニクロム線を被覆するようにアルミニウム膜（厚み１００μｍ）を形成した。このようにニクロム線に形成したアルミニウム膜を外部電極の陽極に接続し、陽極酸化溶液（４％シュウ酸溶液）に浸漬して陰極と対向させ、下記の条件で通電することにより、表面に酸化アルミニウム薄膜を形成した。この酸化アルミニウム薄膜の厚みをエリプソメーターで測定した結果、約３０μｍであった。
（陽極酸化の条件）
・浴温      ：  ２５℃
・電圧      ：  ２５Ｖ（ＤＣ）
【００９０】
次いで、酸化アルミニウム薄膜に、実施例１と同様にして触媒を担持させた。その後、Ａｌ板に形成した微細溝部の蛇行形状に対応する形状に曲げ加工を施して、全長２００ｍｍの触媒担持部材とした。さらに、この触媒担持部材の両端部近傍において、５％水酸化ナトリウム水溶液により酸化アルミニウム薄膜、アルミニウム膜を除去して、ニクロム線を露出させた。
【００９１】
（接合工程）
次いで、貫通孔を形成したＡｌ基板の微細溝部に上記の触媒担持部材を載置した。この際、貫通孔と、触媒担持部材のニクロム線が露出している箇所とを位置合わせした。次に、貫通孔にＡｇペーストを充填して、触媒担持部材のニクロム線露出箇所に接続し、かつ、Ａｌ基板の反対面に電極を形成した。
その後、上記の１組のＡｌ基板を、互いの微細溝部が対向するようにして、実施例１と同条件でロウ付けにより接合して接合体を作製した。この接合により、一端面に原料導入口と生成物回収口とが存在する流路が接合体内に形成され、この流路内に、ニクロム線を内蔵した触媒担持部材が配設された接合体を得た。
これにより、本発明のマイクロリアクターを得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、担持した触媒により所望の反応を得るための用途、例えば、炭化水素系燃料を水蒸気改質して水素を製造する用途等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のマイクロリアクターの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示されるマイクロリアクターのＡ−Ａ線における拡大縦断面図である。
【図３】図１に示されるマイクロリアクターの接合体を構成する基板を離間させ、触媒担持部材を取り出した状態を示す斜視図である。
【図４】図１に示されるマイクロリアクターを構成する触媒担持部材の縦断面図である。
【図５】本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す基板の平面図である。
【図６】本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す図２相当の縦断面図である。
【図７】図６に示されるマイクロリアクターを構成する触媒担持部材の斜視図である。
【図８】図７に示される触媒担持部材の拡大断面図である。
【図９】本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す斜視図である。
【図１０】図９に示されるマイクロリアクターのＢ−Ｂ線における拡大縦断面図である。
【図１１】図９に示されるマイクロリアクターを構成する触媒担持部材の縦断面図である。
【図１２】本発明のマイクロリアクターの他の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示されるマイクロリアクターのＣ−Ｃ線における拡大縦断面図である。
【図１４】本発明のマイクロリアクター製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【図１５】本発明のマイクロリアクター製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。
【図１６】本発明のマイクロリアクター製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【図１７】本発明のマイクロリアクター製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【図１８】本発明のマイクロリアクター製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００９４】
１，２１，４１，６１…マイクロリアクター
２，２２，４２，６２，８２…接合体
４，６，２４，２６，４４，４６，６４，６６，８４，８６…基板
５，７，２５，２７，４５，４７，６５，８５，８７…微細溝部
８，２８，４８，６８，８８…流路
１５，３５，５５，７５，９５…触媒担持部材
１６，３６…金属基体
１７，３７…金属酸化膜
５６…電熱体
５７…金属膜
５８…金属酸化膜
８３Ａ，８３Ｂ…終端部材
８８ａ，８８ｂ，８８ｃ…流路
Ｃ…触媒
【図１】
2005246115.tif 000003
【図２】
2005246115.tif 000004
【図３】
2005246115.tif 000005
【図４】
2005246115.tif 000006
【図５】
2005246115.tif 000007
【図６】
2005246115.tif 000008
【図７】
2005246115.tif 000009
【図８】
2005246115.tif 000010
【図９】
2005246115.tif 000011
【図１０】
2005246115.tif 000012
【図１１】
2005246115.tif 000013
【図１２】
2005246115.tif 000014
【図１３】
2005246115.tif 000015
【図１４】
2005246115.tif 000016
【図１５】
2005246115.tif 000017
【図１６】
2005246115.tif 000018
【図１７】
2005246115.tif 000019
【図１８】
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