(57)【要約】【課題】  本発明は、混合までに要する距離の短縮化を行うことができるマイクロミキサーおよびその製造方法を提供することを主目的とするものである。【解決手段】  上記目的を達成するために、本発明は、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の４面の少なくとも３面に凹凸部が形成されていることを特徴とするマイクロミキサーを提供する。【選択図】      図２
2005199245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流入する複数の流体入口と、
前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、
前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、
前記混合流路の４面の少なくとも３面に凹凸部が形成されていることを特徴とするマイクロミキサー。
【請求項２】
前記混合流路の４面全面に凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のマイクロミキサー。
【請求項３】
流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
少なくとも一方の表面に、前記混合流路の側面の凹凸部に対応するパターンが形成された第１遮光層が設けられた透明基板の、前記第１遮光層上に感光性レジストを塗布する塗布工程と、
前記透明基板の第１遮光層が形成された表面の反対側の表面側から前記透明基板に対して特定の傾斜角度で斜め露光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる第１露光工程と、
前記感光性レジストの表面にフォトマスクを介して露光することにより、前記混合流路に対応する部分を感光させる第２露光工程と、
前記感光性レジストを現像することにより、前記混合流路部分の鋳型を得る現像工程と、
前記鋳型を用いて、マイクロミキサーの混合流路を形成する混合流路形成工程と
を有することを特徴とするマイクロミキサーの製造方法。
【請求項４】
前記透明基板の第１遮光層が形成された表面と反対側の表面に、第２遮光層が形成されており、前記第１露光工程において、前記第２遮光層を介して斜め露光することを特徴とする請求項３に記載のマイクロミキサーの製造方法。
【請求項５】
流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
基板の表面に形成されたレジストパターンを介してエッチングすることにより、前記混合流路となる溝部を形成する溝部形成工程と、
前記基板の溝部が形成されている側の表面に感光性レジストを塗布する塗布工程と、
前記レジスト表面側から、特定の傾斜角度で斜め露光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる露光工程と、
前記感光性レジストを現像する現像工程と
を有することを特徴とするマイクロミキサーの製造方法。
【請求項６】
前記現像工程後に前記感光性レジスト上からエッチングを行う第２のエッチング工程と、
前記感光性レジストを剥離する剥離工程と
をさらに有することを特徴とする請求項５記載のマイクロミキサーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体混合機構を備えたマイクロミキサーおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体微細加工技術の応用により、化学分析装置、生化学分析装置等の小型化を目的としたμ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）が注目され、遺伝子分析チップ、化学合成チップ、生化学合成チップ、環境分析チップ等への応用が期待されている。これらの小型化が実現すると、従来の分析装置と比較して試料、試薬、廃液等の少量化、測定時間の短縮、システム全体の消費電力の低減、低コスト化、携帯性等の有益性が期待されることから、多種多様な研究が行われている。
【０００３】
これらの分析システムの一構成要素として、微小領域で混合を行うためのマイクロミキサーがある。このマイクロミキサーは、多孔フィルターを用いたミキサー、多層ミキサー等の多種多様なマイクロミキサーが報告されている。その１つとして、流体のらせん流れを利用したカオス混合によって混合を行うマイクロミキサーがある。
【０００４】
微細流路（マイクロチャネル）内では、チャネルの代表寸法、流速が共に小さいことから、レイノルズ数が２００以下程度である事例が多い。レイノルズ数が小さい場合、マイクロチャネル内において乱流が起こりにくくなり、層流が支配的となる。したがって、流体の混合は、流体同士の接触界面による拡散混合が主流となる。
【０００５】
この拡散効率を向上させるためには、流体同士の接触界面面積を増加させることが考えられる。この場合、らせん流れによるカオス混合を利用すると、流体の回転数と共に流体同士の接触界面面積が増加し、かつ、流体の層厚が減少する。したがって、流体の混合効率は、回転の進展に伴い指数関数的に向上すると考えられる。
【０００６】
例えば、非特許文献１には、長方形断面の流路においてその流壁の一面に溝を有するマイクロミキサーが開示されている。また、非特許文献２には、長方形断面の流路においてその流壁の二面に溝を有するマイクロミキサーが開示されている。
【０００７】
しかしながら、これらのマイクロミキサーは、回転効率が低く混合までに要する流路長が大きくなることから、微細化には適していない。
【非特許文献１】Chaotic Mixer for Microchannels(Science,Vol.295,p647-651(2002))
【非特許文献２】BARRIER EMBEDDED CHAOTIC MICROMIXER(Proc.16th Int.Conf.MEMS03,Kyoto,Japan,2003,p339-342)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、混合までに要する距離の短縮化を行うことができるマイクロミキサーおよびその製造方法を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の４面の少なくとも３面に凹凸部が形成されていることを特徴とするマイクロミキサーを提供する。
【００１０】
本発明においては、混合流路が有する断面略四辺形の４つの面のうちの少なくとも３つの面に凹凸部が形成されているので、流体同士の混合効率が向上する。その結果、流路の長さを短縮化することができることから、マイクロミキサーの小型化を図ることが可能となる。
【００１１】
この場合、前記混合流路の４面全面に凹凸部が形成されていることが好ましい。より混合効率が向上するからである。
【００１２】
また、本発明においては、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
少なくとも一方の面に、前記混合流路の側面の凹凸部に対応するパターンが形成された第１遮光層が設けられた透明基板の、前記第１遮光層上に感光性レジストを塗布する塗布工程と、
前記透明基板の第１遮光層が形成された表面の反対側の表面側から前記透明基板に対して特定の傾斜角度で斜め露光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる第１露光工程と、
前記感光性レジストの表面にフォトマスクを介して露光することにより、前記混合流路に対応する部分を感光させる第２露光工程と、
前記感光性レジストを現像することにより、前記混合流路部分の鋳型を得る現像工程と、
前記鋳型を用いて、マイクロミキサーの混合流路を形成する混合流路形成工程と
を有することを特徴とするマイクロミキサーの製造方法を提供する。
【００１３】
本発明においては、上述したような製造方法であることから、混合流路の側面に凹凸部を形成することが可能となり、混合効率の極めて良好なマイクロミキサーを製造することができる。なお、混合流路は、溝部上に蓋部が形成されてなるものであり、ここでいう混合流路の側面とは、前記溝部の側面に該当する面を意味するものである。
【００１４】
この発明においては、前記透明基板の第１遮光層が形成された表面と反対側の表面に、第２遮光層が形成されており、前記第１露光工程において、前記第２遮光層を介して斜め露光することが好ましい。このようにして斜め露光を行うことにより、効率的に側面の凹凸部を形成することができるからである。
【００１５】
本発明はまた、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
基板の表面に形成されたレジストパターンを介してエッチングすることにより、前記混合流路となる溝部を形成する溝部形成工程と、
前記基板の溝部が形成されている側の表面に感光性レジストを塗布する塗布工程と、
前記レジスト表面側から、特定の傾斜角度で斜め露光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる露光工程と、
前記感光性レジストを現像する現像工程と
を有することを特徴とするマイクロミキサーの製造方法を提供する。
【００１６】
本発明においても同様に、混合効率の良好なマイクロミキサーを得ることができると同時に、例えば基板材料が鋳型を用いた形成方法に不向きな材料である場合であっても、混合流路の側面に凹凸部を形成することが可能となり、材料選択の幅を広げることができる。
【００１７】
上記発明においては、前記現像工程後に前記感光性レジスト上からエッチングを行う第２のエッチング工程と、前記感光性レジストを剥離する剥離工程とをさらに有するものであってもよい。これにより単一の材料により混合流路を形成することができるという利点を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明においては、複数の溝により流体の回転が生じる。したがって、流体同士の混合効率が向上する。その結果、流路の長さを短縮化することができることから、マイクロミキサーの小型化を図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明のマイクロミキサーおよびその製造方法について詳細に説明する。
【００２０】
Ａ．マイクロミキサー
まず、本発明のマイクロミキサーについて説明する。
【００２１】
本発明のマイクロミキサーは、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の４面の少なくとも３面に凹凸部が形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明のマイクロミキサーについて図面を用いて説明する。図１は、本発明のマイクロミキサーの一例を示す概略平面図である。図１に示すように、本発明のマイクロミキサー１０は、複数の流体入口１１、混合流路１２および流体出口１３を有するマイクロチャネル構造体である。複数の流体入口１１から流入する流体は、混合流路１２において混合され、流体出口１３から流出する。
【００２３】
なお、本発明のマイクロミキサーは、図１の形態に限られず、通常マイクロミキサーとして用いられる形態を有するものであれば特に限定されるものではない。
【００２４】
次に、混合流路１２の内部の構造について説明する。図２は、図１の混合流路１２の内部構造を示す概略斜視図である。図２に示すように、混合流路１２の内部は、断面略四辺形状を有する流路１４からなる。流路１４の底面および両側面には、複数の凹凸部１５が設けられている。なお、図２の溝部を密封するように蓋部が設けられて流路１４が形成されているが、この図では蓋部については省略する。
【００２５】
複数の凹凸部１５は、流路１４の一側面においては流路１４の上面側から底面側にかけて流体の流動方向に傾斜し、流路１４の底面においては流路１４の一側面側から他側面側にかけて流体の流動方向に傾斜し、流路１４の他側面においては流路１４の底面側から上面側にかけて流体の流動方向に傾斜する。この場合、図面には記載されていないが、蓋部にも同様の凹凸部が形成されていることが好ましい。
【００２６】
この場合、複数の流体流入路１１から流入する流体は、複数の凹凸部１５に沿ってらせんを描きながら流路１４を流動する。らせんを描く回転数が増加すれば、流体同士の接触界面面積が増加し、各流体の層厚が減少することになる。したがって、流体同士の混合効率が向上する。その結果、混合流路１２の長さを短縮化することができることから、マイクロミキサーの小型化を図ることが可能である。なお、この場合、蓋部にも同様の凹凸部が形成されていることが好ましく、これによりさらに混合効率を向上させることができる。
【００２７】
例えば、流路１４の溝部の高さは１μｍ〜２５０μｍ程度であり、幅は１μｍ〜２５０μｍ程度である。また、凹凸部１５の溝の深さは１μｍ〜１００μｍ程度であり、幅は１μｍ〜１００μｍ程度であり、溝の間隔は１μｍ〜１００μｍ程度である。
【００２８】
なお、凹凸部１５に形成された複数の溝もしくは凸部は傾斜していればよく、流体の流動方向に対して水平または直角でなければよい。また、本例においては流体がらせんを描きながら流動するが、それに限られない。例えば、隣り合う凹凸部１５が同方向に傾斜する必要はなく、互いに逆向きに傾斜してもよい。この場合でも、流体の回転が発生するので、流体同士の混合が効率よく行われる。
【００２９】
また、本発明の効果を発揮させるには、流路１４の４面のうちいずれか３面に凹凸部１５を設けていればよい。したがって、流路１４の底面に代わり流路１４の蓋部に凹凸部１５を設けてもよい。また、別の形状として流路１４の底面、蓋部および片方の側面に凹凸部１５を設けてもよい。さらに、流路１４の４面全てに凹凸部１５が設けられてもよい。この場合、流路１４内において４つの面の全面に設けられた凹凸部１５により効率的に流体の回転が発生する。
【００３０】
また、各面の少なくとも一部に凹凸部１５を設けていればよい。すなわち、流路１４の一つの面、例えば側面全面に凹凸部１５が形成されたものであってもよいが、その一部分に凹凸部１５が形成されたものであってもよいのである。さらに、複数単位で並ぶ溝または凸部を有する凹凸部１５の一群が流体の流動方向に対して所定の間隔ごとに設けられてもよい。したがって、流体流動方向に対して部分的に凹凸部１５が設けられていない部分が存在してもよい。このように部分的に凹凸部１５が設けられても、流路１４内で流体の回転が発生するからである。
【００３１】
Ｂ．マイクロミキサーの第１の製造方法
次に、本発明のマイクロミキサーの第１の製造方法について説明する。
【００３２】
本発明のマイクロミキサーの製造方法は、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
少なくとも一方の表面に、前記混合流路の側面の凹凸部に対応するパターンが形成された第１遮光層が設けられた透明基板の、前記第１遮光層上に感光性レジストを塗布する塗布工程と、前記透明基板の第１遮光層が形成された表面の反対側の表面側から前記透明基板に対して特定の傾斜角度で斜め露光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる第１露光工程と、前記感光性レジストの表面にフォトマスクを介して露光することにより、前記混合流路に対応する部分を感光させる第２露光工程と、前記感光性レジストを現像することにより、前記混合流路部分の鋳型を得る現像工程と、前記鋳型を用いて、マイクロミキサーの混合流路を形成する混合流路形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００３３】
このような本発明のマイクロミキサーの製造方法について、図面を用いて説明する。
【００３４】
１．マイクロミキサー鋳型の製造工程
まず、マイクロミキサー鋳型の製造工程について説明する。図３は、マイクロミキサー鋳型の製造方法の一例を示す工程図である。
【００３５】
（パターニング工程）
まず、透明基板としてのガラス基板２０の両面を洗浄する（図３（ａ））。ガラス基板２０の寸法は、例えば幅２ｃｍ×長さ３ｃｍ×厚さ１ｍｍである。次に、ガラス基板２０の両面にＣｒを蒸着させ、表面側の第１遮光層としてのＣｒ層２１および裏面側の第２遮光層としてのＣｒ層２２を形成する（図３（ｂ））。Ｃｒ層２１，２２の膜厚は、例えば２０００Åである。次いで、Ｃｒ層２１，２２のパターニングを行う（図３（ｃ））。
【００３６】
ここで、図４（ａ）に示すように、パターニング後のＣｒ層２１には、複数の孔が一列に並んだスリット部２１ａ，２１ｂが形成されている。スリット部２１ａ，２１ｂは、互いに平行に並ぶように形成されている。図４（ｂ）に示すように、パターニング後のＣｒ層２２には、一字状の露光制御孔２２ａ，２２ｂが形成されている。露光制御孔２２ａ，２２ｂは、互いに平行に並ぶように形成されている。露光制御孔２２ａ，２２ｂから入射する光は、スリット部２１ａ，２１ｂを通過する。スリット部２１ａ，２１ｂと露光制御孔２２ａ，２２ｂとの位置関係の詳細は、後述する。
【００３７】
なお、本例においては、透明基板としてのガラス基板２０の両面に第１遮光層および第２遮光層としてＣｒ層を形成しているが、本発明においては、少なくとも表面側すなわち上記第１遮光層が形成されていればよい。例えば、後述する第１露光工程において、裏面側からフォトマスクを介して露光する場合は、第２遮光層は特に必要とされないからである。
【００３８】
（塗布工程）
次に、ガラス基板２０の表面側に感光性レジスト、すなわち感光性樹脂（例えば、ＳＵ−８  ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製  厚膜感光性樹脂等）を塗布して感光性樹脂膜２３を形成する（図３（ｄ））。
【００３９】
（第１の露光工程）
次いで、ガラス基板２０を傾斜させ、Ｃｒ層２２側から露光する（図３（ｅ））。次に、ガラス基板２０を水平に戻した後、逆側に傾斜させ、Ｃｒ層２２側から露光する（図３（ｆ））。それにより、図３（ｊ）に示す現像後における感光性樹脂膜２３の側面の凸部分が感光（この場合硬化）する。
【００４０】
ここで、図４（ｂ）の露光制御孔２２ａ，２２ｂから入射する光が図４（ａ）のスリット部２１ａ，２１ｂを通過して感光性樹脂膜２３を通過する詳細を説明する。図５に示すように、露光制御孔２２ａから入射する光は、空気、ガラス基板２０および感光性樹脂膜２３の屈折率の差異により屈折する。それにより、露光制御孔２２ａ，２２ｂとスリット部２１ａ，２１ｂとの位置関係が定まる。
【００４１】
露光制御孔２２ａの開口幅をｗ１とし、スリット部２１ａの開口幅をｗ２とし、入射光のガラス基板２０内でのシフト距離をｄとし、スリット部２１ａ同士の間隔をｑとする場合、下記の式（１）および式（２）の関係が必要となる。なお、露光制御孔２２ｂとスリット部２１ｂとの関係も同様である。
ｗ１≧ｗ２  （１）
ｑ≧２ｄ  （２）
【００４２】
式（１）の関係は、スリット部２１ａの複数の孔の全てに入射光が入射するために必要であり、式（２）の関係は、ガラス基板２０を逆に傾斜させたときに露光制御孔２２ａから入射した光がスリット部２１ａを通過しないために必要である。
【００４３】
以上の条件により、２回の露光において、スリット部２１ａ，２１ｂを光が通過するのはそれぞれ１回となり得る。それにより、Ｃｒ層２２を他のマスクで覆わなくても所望の露光が実現される。したがって、マイクロミキサーの製造工程の短縮化を図ることができる。
【００４４】
なお、ガラス基板２０の表面側にのみ遮光部を有する場合、すなわち第１遮光部のみを有する場合には、図４（ａ）のスリット部２１ａから光を入射させる場合にスリット部２１ｂをマスクし、スリット部２１ｂから光を入射させる場合にスリット部２１ａをマスクすることにより、感光性樹脂膜２３の側面の凸部分を感光（この場合硬化）させることができる。
【００４５】
（第２の露光工程）
次に、フォトマスク２４を感光性樹脂膜２３の表面側から被せ、表面側から露光する（図３（ｇ））。それにより、図３（ｊ）に示す現像後における感光性樹脂膜２３の直方体部分、すなわち得られる混合流路の溝部に該当する部分が感光（この場合硬化）する。
【００４６】
（現像工程）
次いで、感光性樹脂膜２３の上にさらに感光性樹脂を塗布して感光性樹脂膜２５を形成する（図３（ｈ））。次に、図３（ｇ）のフォトマスク２４とは異なるフォトマスク２６を感光性樹脂膜２５の表面側から被せ、表面側から露光する（図３（ｉ））。それにより、図３（ｊ）に示す現像後における感光性樹脂膜２３の表面側の凸部分、すなわち得られる混合流路の溝部の底面に形成された凹凸部が感光（この場合硬化）する。最後に、現像を行うことによってマイクロミキサーの混合流路の鋳型２７（以下、マイクロミキサー鋳型とする場合がある。）が形成される（図３（ｊ）。この際、現像液はスターラーにより攪拌し、乾燥にはＩＰＡ（Isopropyl alcohol）を用いる。
【００４７】
なお、本例においてはこのように得られる混合流路の溝部の底面に凹凸部を形成するようにしているが、本発明は特にこれに限定されるものではなく、上述したような底面に凹凸部を形成する工程を有さないものであってもよい。その場合、後述する図６の蓋部３１に凹凸部を形成するようにしてもよい。これにより、図２の流路１４の３面が溝を有することになる。
【００４８】
２．マイクロミキサー鋳型からマイクロミキサーを製造する工程（混合流路形成工程）
次に、マイクロミキサー鋳型からマイクロミキサーを製造する工程について説明する。図６は、マイクロミキサー鋳型からマイクロミキサーを製造する工程の一例を示す工程図である。まず、図６（ａ）のマイクロミキサー鋳型２７の両端部表面側にＰＶＡ（Polyvinyl alcohol）を塗布してＰＶＡ塗布部２８を形成し（図６（ｂ））、真鍮製の流路出入口用金具２９（内径１ｍｍ程度）を両方のＰＶＡ塗布部２８に取り付ける（図６（ｃ））。それにより、マイクロミキサー鋳型２７と流路出入口用金具２９との間が封止される。
【００４９】
（転写工程）
次いで、マイクロミキサー鋳型２７を型にはめ込み、主剤と硬剤との比率が１０：１で混合されたＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane：シリコーンゴム（ダウコーニング社製  Sylgard184））等の熱硬化型のシリコーン樹脂を流し込み、減圧脱泡後に８５℃で９０分ベークする。それにより、シリコーン樹脂が、マイクロミキサー鋳型２７のパターンが転写されたシリコーン樹脂構造体３０となる（図６（ｄ））。
なお、本例においては熱硬化型のシリコーン樹脂を用いているが、光硬化型樹脂を用いても構わない。また、硬化後に弾性を有する材料であればより好ましい。
【００５０】
次に、純水を用いてＰＶＡ塗布部２８を除去する（図６（ｅ））。次いで、マイクロミキサー鋳型２７を取り外す（図６（ｆ））。次に、シリコーン樹脂構造体３０をガラス、アクリル板等の蓋部３１に吸着させ、本発明のマイクロミキサーが完成する（図６（ｇ））。シリコーン樹脂は自己吸着性を有していることから、シリコーン樹脂構造体３０の吸着面が平らであれば、シリコーン樹脂構造体は蓋部３１に吸着する。それにより、シリコーン樹脂構造体３０に蓋部３１を特に接着させる必要はない。
【００５１】
次いで、蓋部３１の製造方法について説明する。図７は、蓋部３１を作るための鋳型の製造工程の一例を示す工程図である。まず、ガラス基板４０の両面を洗浄する（図７（ａ））。次に、ガラス基板４０の表面側に感光性レジスト、すなわち感光性樹脂（例えば、ＳＵ−８  ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製  厚膜感光性樹脂等）を塗布して感光性樹脂膜４１を形成する（図７（ｂ））。
【００５２】
次いで、フォトマスク４２を感光性樹脂膜４１の表面側から被せ、表面側から露光する（図７（ｃ））。それにより、得られる混合流路の溝部の上面に形成された凹凸部が感光（この場合硬化）する。次に、現像を行うことによってマイクロミキサーの混合流路の蓋部の鋳型４３が形成される（図７（ｄ））。
【００５３】
次に、鋳型４３を型にはめ込み、主剤と硬剤との比率が１０：１で混合されたＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane：シリコーンゴム（ダウコーニング社製  Sylgard184））等の熱硬化型のシリコーン樹脂４４を流し込み、減圧脱泡後にベークする。それにより、シリコーン樹脂４４が、鋳型４３のパターンが転写された蓋部３１となる（図７（ｆ））。
【００５４】
なお、本例においては熱硬化型のシリコーン樹脂を用いているが、光硬化型樹脂を用いても構わない。また、硬化後に弾性を有する材料であればより好ましい。さらに、ガラス基板４０の代わりにシリコン基板を用いることができる。その場合、エッチング処理を施すことにより、蓋部３１の形状とすることができる。
【００５５】
３．マイクロミキサーを封止する工程
次に、図６（ｆ）のシリコーン樹脂構造体３０を封止する工程について説明する。図８は、シリコーン樹脂構造体３０の封止方法を説明する概略図である。図６（ｇ）のマイクロミキサー１０において、マイクロミキサー１０内の流体圧力がシリコーン樹脂の吸着力より大きい場合には、シリコーン樹脂構造体３０が蓋部３１から剥がれ、液漏れが生じる。
【００５６】
そこで、ある程度の流体圧力にも耐えうるように、本発明においてはシリコーン樹脂構造体３０をスライドガラス等の蓋部３１に吸着させた後にアクリル板３２で挟み込んでボルト（図示せず）およびナット（図示せず）で固定し、封止した。この封止方法により、例えば水の流量が２００ｍｌ／ｍｉｎにおいても液漏れが生じないことを確認した。また、例えば、シリコーン樹脂構造体３０と蓋部３１とを貼り合わせて封止してもよい。
【００５７】
なお、マイクロミキサー１０内の流体を吸引により流動させる場合には、上記のようなシリコーン樹脂の吸着力を考慮する必要はない。
【００５８】
Ｃ．マイクロミキサーの第２の製造方法
本発明のマイクロミキサーの第２の製造方法は、流体が流入する複数の流体入口と、前記複数の流体入口から流入する前記流体が流動して攪拌される断面略四辺形の混合流路と、前記混合流路を流動する前記流体が流出する流体出口とを有し、前記混合流路の側面に凹凸部が形成されているマイクロミキサーの製造方法であって、
基板の表面に形成されたレジストパターンを介してエッチングすることにより、前記混合流路となる溝部を形成する溝部形成工程と、前記基板の溝部が形成されている側の表面に感光性レジストを塗布する塗布工程と、前記レジスト表面側から、特定の傾斜角度で斜め感光することにより前記感光性レジストを特定の傾斜角度で感光させ、前記凹凸部に対応する部分を感光させる露光工程と、前記感光性レジストを現像する現像工程とを有することを特徴とするものである。
【００５９】
（１）第１実施態様
本発明のマイクロミキサーの第２の製造方法について、図面を用いて説明する。図９は、マイクロミキサーの第２の製造方法の一例を示す工程図である。
【００６０】
（溝部形成工程）
まず、基板として、シリコン基板５０の両面を洗浄する（図９（ａ））。次に、シリコン基板５０の表面側にレジスト５１を塗布してパターニングを行う（図９（ｂ））。レジスト５１としては、例えば、ポジレジストＯＦＰＲ（東京応化工業製）等を用いることができる。次いで、シリコン基板５０の表面側からエッチング処理を施す（図９（ｃ））。それにより、図１０（ａ）に示すように、図２に示した流路１４の底面の凹凸部１５が形成される。次に、シリコン基板５０からレジスト５１を剥離する（図９（ｄ））。
【００６１】
なお、以上の工程は必須の工程はなく、ここで凹凸部１５を形成しなくてもよい。その場合、蓋部に凹凸部が形成されていれば、流路１４の３面が凹凸部を有することになる。
ここで、基板の材料としては、エッチングが可能な材料であれば特に限定されるものではないが、この例で示したシリコン等を用いることが好ましい。
【００６２】
（エッチング工程）
次いで、シリコン基板５０の表面側にレジスト５２を塗布する（図９（ｅ））。レジスト５２は、レジスト５１と同様の材料を用いることができる。その後、レジスト５２のパターニングを行う（図９（ｆ））。
【００６３】
次に、シリコン基板５０の表面側からエッチング処理を施す（図９（ｇ））。それにより、図１０（ｂ）に示すように、流路１４が形成される。次に、シリコン基板５０からレジスト５２を剥離する（図９（ｈ））。
【００６４】
（塗布工程）
次いで、シリコン基板５０表面上に感光性樹脂（ＳＵ−８  １００  １００μｍｔ  ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製  厚膜感光性樹脂等）を塗布して感光性樹脂膜５３を形成する（図９（ｉ））。
【００６５】
（パターニング工程および露光工程）
次に、図３（ｄ）に示すガラス基板およびＣｒ層２１，２２からなるフォトマスク５４をＣｒ層２２が表面側になるように被せ（図９（ｊ））、図３（ｅ）および図３（ｆ）に示す方法により２回露光する（図９（ｋ））。
【００６６】
（現像工程）
次いで、フォトマスク５４を外した後に感光性樹脂膜５３に現像処理を施す（図９（ｌ））。それにより、図１０（ｃ）に示すように、流路１４の側面に複数の凹凸部１５が形成される。なお、現像処理に用いる現像液としては、現像液（東京応化工業製）等を用いることができる。次に、蓋部を密封させることにより、マイクロミキサーが完成する。
【００６７】
（２）第２実施態様
次に、本発明のマイクロミキサーの第２の製造方法の第２実施態様について、図面を用いて説明する。図１１は、マイクロミキサーの第２の製造方法の第２実施態様を示す工程図である。
【００６８】
（溝部形成工程およびエッチング工程）
まず、シリコン基板６０の両面を洗浄する（図１１（ａ））。次に、シリコン基板６０の表面側にレジスト６１を塗布してパターニングを行う（図１１（ｂ））。レジスト６２としては、例えば、ポジレジストＯＦＰＲ（東京応化工業製）等を用いることができる。次いで、シリコン基板６０の表面側からエッチング処理を施す（図１１（ｃ））。それにより、図２に示した流路１４が形成される。次に、シリコン基板６０からレジスト６１を剥離する（図１１（ｄ））。
なお、第２実施態様に用いられる基板の材料は、上記第１実施態様で記載したものと同様の材料を用いることができる。
【００６９】
（塗布工程）
次いで、シリコン基板６０の表面側に感光性の電着レジストを塗布して電着レジスト膜６２を形成する（図１１（ｅ））。
【００７０】
（パターニング工程および露光工程）
次に、図３（ｄ）に示すガラス基板およびＣｒ層２１，２２からなるフォトマスク６３をＣｒ層２２が表面側になるように被せ（図１１（ｆ））、図３（ｅ）および図３（ｆ）に示す方法により２回露光する（図１１（ｇ））。
次いで、フォトマスク６３を外して、図３（ｉ）で示したフォトマスク２６と同様の形状を有するフォトマスク６４を被せ、露光する（図１１（ｈ））。
【００７１】
（現像工程）
次に、現像処理を施し、露光部分を除去する。これにより、流路の側面および底面の凹凸部の溝を形成する部分のシリコン基板６０が露出する。
（第２のエッチング工程）
次いで、シリコン基板６０の表面側にエッチング処理を施すことにより、シリコン基板６０の露出部分が浸食され、凹凸部１５の複数の溝が形成される（図１１（ｉ））。
【００７２】
（剥離工程）
次に、電着レジスト膜６２を剥離し、その後蓋部を密着させて取り付けることにより、マイクロミキサーが完成する。
【００７３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記第１実施態様および第２実施態様は、いずれも混合流路の溝部の底部に凹凸部を形成する工程を含むものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、底部に凹凸部を形成する工程を有さないものも本発明に含まれるものである。この場合、蓋部に凹凸部が形成されていることが好ましい。これにより混合流路の３面に凹凸部が形成されることになり、得られるマイクロミキサーの混合効率を向上させることができるからである。
【実施例】
【００７４】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
（実施例１，２）
実施例１，２では、本発明のマイクロミキサーの第１の製造方法によりマイクロミキサーを作製した。図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、それぞれ実施例１，２のマイクロミキサーを作製した際のマイクロミキサー鋳型２７ａ，２７ｂを示す概略図である。
【００７５】
図１２（ａ）に示すように、マイクロミキサー鋳型２７ａの上面全体には、複数の凸部２７ａａを等間隔に設けた。マイクロミキサー鋳型２７ａの一側面には１０個単位で等間隔に並ぶ凸部２７ａｂの一群を一定間隔ごとに設け、マイクロミキサー鋳型２７ａの他側面には１０個単位で等間隔に並ぶ凸部２７ａｃの一群を一定間隔ごとに設けた。凸部２７ａｂの一群と凸部２７ａｃの一群とは、流体の流動方向に対して交互に設けた。したがって、流体の流動方向に対して、流路の２面に溝が設けられている。
【００７６】
図１２（ｂ）に示すように、マイクロミキサー鋳型２７ｂの上面全体には、複数の凸部２７ｂａを等間隔に設けた。マイクロミキサー鋳型２７ｂの一側面には１０個単位で等間隔に並ぶ凸部２７ｂｂの一群を一定間隔ごとに設け、マイクロミキサー鋳型２７ｂの他側面には１０個単位で等間隔に並ぶ凸部２７ｂｃの一群を一定間隔ごとに設けた。凸部２７ｂｂの一群と凸部２７ｂｃの一群とは、流体の流動方向に対して重複するように設けた。したがって、流体の流動方向に対して、流路の３面に溝が設けられている部分と流路の１面に溝が設けられている部分とが交互に存在する。
【００７７】
なお、マイクロミキサー鋳型２７ａ，２７ｂの直方体部は厚膜ネガフォトレジスト（ＳＵ−８  １００  １００μｍｔ  ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製  厚膜感光性樹脂）を用い、マイクロミキサー鋳型２７ａ，２７ｂの凸部は厚膜ネガフォトレジスト（ＳＵ−８  ５０  ３０μｍｔ  ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製  厚膜感光性樹脂）を用いた。マイクロミキサー鋳型２７ａ，２７ｂを転写するシリコーン樹脂には、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane：シリコーンゴム（ダウコーニング社製  Sylgard184））を用いた。実施例１，２のマイクロミキサーを作製した際のその他の条件は、表１に示す。
【００７８】
【表１】
2005199245.tif 000003
【００７９】
（比較例１）
比較例１では、凸部を設けないマイクロミキサー鋳型によりマイクロミキサーを作製した。図１２（ｃ）は、比較例１のマイクロミキサーを作製した際のマイクロミキサー鋳型２７ｃを示す概略図である。図１２（ｃ）に示すように、マイクロミキサー鋳型２７ｃの各面には凸部を設けなかった。したがって、比較例１のマイクロミキサーの流路には溝が形成されていない。その他の作製条件は実施例１，２と同様である。
【００８０】
（比較例２）
比較例２では、上面にのみ凸部を設けた。マイクロミキサー鋳型によりマイクロミキサーを作製した。図１２（ｄ）は、比較例２のマイクロミキサーを作製した際のマイクロミキサー鋳型２７ｄを示す概略図である。図１２（ｄ）に示すように、マイクロミキサー鋳型２７ｄの上面全体には、複数の凸部２７ｄａを等間隔に設けた。したがって、比較例２のマイクロミキサーの流路の底面にのみ溝が形成されている。
【００８１】
（評価）
実施例１，２および比較例１，２のマイクロミキサーにシアンおよびイエローの２色の水性顔料を流し、流体の混合および回転を調べた。それぞれの水性顔料は、溶液６ｍｌ中に顔料３ｇを溶かすことにより作製した。これらの水性顔料の注入にはマイクロシリンジポンプを使用し、流体流入路１１の各々に流量５μｌ／ｍｉｎの流体を流入させ、流路１４を流れる流体流量の合計が１０μｌ／ｍｉｎになるようにした。この流量をマイクロミキサーの流路寸法から平均流速に換算すると約１．７ｃｍ／ｓである。また、この場合のレイノルズ数は、１．７×１０−３程度となる（ただし、チャネル代表寸法（チャネル幅）ｌを１００μｍ、流体の動粘性係数νは水の動粘性係数（２０℃：１０．０６ｃｍ２／ｓとする））。
【００８２】
実施例１，２および比較例１，２の流路１４を流れる流体の回転率を表２に示す。ここで、回転率とは、複数の溝１５の開始点から流体出口１３までの距離（約１．４ｃｍ）に対する流体の回転数を表すものである。表２に示すように、実施例２のマイクロミキサーが最も回転率が高く、次いで実施例１、比較例２のマイクロミキサーの順に高く、比較例１のマイクロミキサーの回転率は０であった。
【００８３】
【表２】
2005199245.tif 000004
【００８４】
実施例１のマイクロミキサーの回転率よりも実施例２のマイクロミキサーの回転率が低い値となった。これは、実施例１のマイクロミキサーの流路１４のいずれか２面に常に溝１５が設けられているのに対して、実施例２のマイクロミキサーの流路１４には底面にのみ溝１５が形成されている部分が存在することからであると考えられる。
【００８５】
さらに、回転率に及ぼす流体の流量の影響を確認するため、流量を２倍の２０μｌ／ｍｉｎとして同様の実験を試みたが、回転率に差異はなかった。
【００８６】
以上のことから、流路１４の底面にのみ傾斜溝を有する２次元的配列よりも、流路１４の側面にも傾斜溝を有する３次元配列の方が流体の混合に有効であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明のマイクロミキサーの一例を示す概略平面図である。
【図２】混合流路の内部構造を示す概略斜視図である。
【図３】マイクロミキサー鋳型の製造方法の一例を示す工程図である。
【図４】Ｃｒ層の露光制御孔およびスリット部を説明する概略平面図である。
【図５】露光制御孔とスリット部との位置関係を説明する概略図である。
【図６】マイクロミキサー鋳型からマイクロミキサーを製造する工程の一例を示す工程図である。
【図７】蓋部の製造工程の一例を示す工程図である。
【図８】シリコーン樹脂構造体の封止方法を説明する概略図である。
【図９】マイクロミキサーの第２の製造方法の第１態様を示す工程図である。
【図１０】シリコン基板の概略平面図である。
【図１１】マイクロミキサーの第２の製造方法の第２態様を示す工程図である。
【図１２】実施例および比較例のマイクロミキサーを作製する際に用いたマイクロミキサー鋳型を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  …  マイクロミキサー
１４  …  流路
１５  …  凹凸部
２０  …  ガラス基板
２１，２２  …  Ｃｒ層
２１ａ，２１ｂ  …  スリット部
２２ａ，２２ｂ  …  露光制御孔
２３  …  感光性樹脂膜
２７  …  マイクロミキサー鋳型
３０  …  シリコーン樹脂構造体
【図１】
2005199245.tif 000005
【図２】
2005199245.tif 000006
【図３】
2005199245.tif 000007
【図４】
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【図５】
2005199245.tif 000009
【図６】
2005199245.tif 000010
【図７】
2005199245.tif 000011
【図８】
2005199245.tif 000012
【図９】
2005199245.tif 000013
【図１０】
2005199245.tif 000014
【図１１】
2005199245.tif 000015
【図１２】
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