(57)【要約】【課題】  迅速かつ均一な混合に関して向上したマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供する。【解決手段】  流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域１０に供給し、合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスは、マイクロデバイスに流入した各流体を合流領域に供給する供給チャンネル１２，１８、および合流した流体を合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネル２６を有して成り、  少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルは、合流領域に流入する複数のサブチャンネル１６，１６’を有して成り、複数のサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸とが一点２０で交差するように、サブチャンネルおよび供給チャンネルが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスであって、
マイクロデバイスに流入した各流体を合流領域に供給する供給チャンネル、および合流した流体を合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルを有して成り、
少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルは、マイクロデバイスに供給された流体を合流領域に供給する複数のサブチャンネルを有して成り、
複数のサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸とが一点で交差するように、これらのサブチャンネルおよび供給チャンネルが形成されている
ことを特徴とするマイクロデバイス。
【請求項２】
合流領域において、２種以上の流体を混合するマイクロミキサーである請求項１に記載のマイクロデバイス。
【請求項３】
該少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルは、途中で分岐して複数のサブチャンネルを形成し、これらのサブチャンネルに供給された流体を合流領域に供給する請求項１または２に記載のマイクロデバイス。
【請求項４】
該複数のサブチャンネルは、実質的に同じ断面形状を有する請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項５】
各流体用に複数のサブチャンネルを有する請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項６】
該２種以上の流体は２種の流体であり、これらの流体の一方を供給する複数のサブチャンネルを有し、複数のサブチャンネルの少なくとも１つ、好ましくは全ての中心軸および他方の流体の供給チャンネルの中心軸が一点にて交差する請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項７】
該２種以上の流体は２種の流体であり、各流体を供給する複数のサブチャンネルを有し、一方の流体の複数のサブチャンネルの少なくとも１つ、好ましくは全ての中心軸および他方の流体の複数のサブチャンネルの少なくとも１つ、好ましくは全ての中心軸が一点にて交差する請求項１〜５のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項８】
サブチャネルおよび供給チャンネルの相当直径は、合流領域に隣接する箇所において１μｍ〜１０００μｍの範囲内にある請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項９】
サブチャンネルから合流領域に供給される流体は、そのサブチャンネルに最も近接する他のサブチャンネルまたは供給チャンネルから供給される流体と種類が異なる請求項１〜８のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項１０】
排出チャンネルの相当直径は、合流領域に隣接する箇所において１μｍ〜１０００μｍの範囲内にある請求項１〜９のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項１１】
合流領域において、少なくとも２種の流体を反応させるマイクロリアクターである請求項１〜１０のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項１２】
供給チャンネルに流入する流体以外の流体を、合流した流体を包囲するように合流領域または排出チャンネルに供給するチャンネルまたはサブチャンネルを有する請求項１〜１１のいずれかに記載のマイクロデバイス。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載のマイクロデバイスが複数直列に連結されたマイクロデバイスッセンブリであって、上流のマイクロデバイスの排出チャンネルがその直ぐ下流のマイクロデバイスの供給チャンネルとして機能するマイクロデバイスアッセンブリ。
【請求項１４】
合流領域を有するマイクロデバイスを用いて２種以上の流体のストリームを別々に合流領域に供給してそこで合流させる方法であって、
少なくとも１種の流体のストリームを複数のサブストリームに分割して合流領域に供給し、また、分割しない流体が存在する場合には、その流体のストリームを合流領域に供給し、
分割して供給する流体の内の少なくとも１種のサブストリームの少なくとも１つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体の少なくとも１つのサブストリームまたはストリーム（分割しない流体が存在する場合）の中心軸とが一点で交差するように合流領域に供給する
ことを特徴とする合流方法。
【請求項１５】
合流領域において、２種以上の流体を混合する請求項１４に記載の合流方法。
【請求項１６】
合流領域において、２種以上の流体が反応する請求項１４または１５に記載の合流方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の流体を合流させるマイクロデバイスに関し、より詳しくはそのように合流した流体を混合するおよび／または反応させるマイクロデバイスに関する。そのようなマイクロデバイスは、化学工業や医薬品工業において、例えば流体材料を混合させたり、反応させたりすることによって種々の生成物を製造する場合に使用できる。
【０００２】
尚、本明細書において、「流体」なる用語は、液体および液体として扱うことができる液体混合物を含むものとして使用している。そのような混合物としては、固体および／または気体を含む液体を例示でき、例えば粉末のような微小な固体（例えば金属微粒子）および／または微細な気泡を含む液体混合物であってもよい。また、液体は、溶解していない他の種類の液体を含むものであってよく、例えばエマルションであってよい。別の態様では、本発明において流体は気体であってもよく、気体は固体または固体の微粒子を含んでいてもよい。
【背景技術】
【０００３】
流体の混合（ここで、「混合」とは、反応を伴う混合を含む）を目的として種々のマイクロデバイスが提案されている。そのようなマイクロデバイスにおける混合は、混合すべき流体間における物質の拡散現象を利用している。その混合を迅速かつ均一に行うためには、混合すべき流体の接触面積を増加させることが要件である。これまでに提案されているマイクロデバイスは、例えば下記特許文献１〜３等に開示されている。
【０００４】
特許文献１および２に開示されているマイクロデバイスでは、２種の流体が相互に接触した状態を維持しながらマイクロチャンネルに沿って流れるようになっている。そのようなマイクロチャンネルは、半導体製造技術、具体的にはフォトリソエッチングを用いて容易に形成できる。しかしながら、形成できるマイクロチャンネルは、その幅に対して深さは浅く、その結果、流体の接触面積は必ずしも十分ではない。最近では、ドライエッチング法によってより深いマイクロチャンネルを形成する技術も提案されているが、そのようなマイクロチャンネルを形成するには相当の費用を要する。
【０００５】
これらのマイクロデバイスのようにマイクロチャンネル幅（流れ方向に対して垂直方向の幅）が大きく、その方向に混合すべき流体間の物質が拡散していくのに時間を要する場合、流体の接触界面の近傍とそれから離れた箇所とでは混合の程度が明らかに異なる。接触界面から最も遠い箇所では、混合が実質的に起こることなくマイクロデバイスから流体が排出されることも有り得る。このようなマイクロデバイスを用いて２種の反応物質を混合して反応させる場合には、マイクロデバイスの箇所によって反応の進行度が異なり、結果的に均一な反応を実施できないことになる。
【０００６】
一般的にマイクロデバイスは特定の操作条件に対して最適に操作できるようにテーラーメイド的に設計されるが、そのようなマイクロデバイスを異なる操作条件で用いる場合、マイクロデバイスの機能が十分に発揮できない場合が多い。換言すれば、既知のマイクロデバイスは使用できる操作条件範囲が限られている。例えば２種の流体を同じ流量で供給するように設計されたマイクロデバイスの場合、これらの流体の流量比が大きく異なる操作条件になると、その流量比を一定に保ちながら安定的に混合することは容易ではない。結果として、所望の生成物が得られないことがある。
【０００７】
固体が析出したり、析出固体が凝集したりしてマイクロチャンネルを閉塞させ、混合操作を安定して連続に実施できないことがある。当然ながら、微粒子を生成する晶析反応を実施する場合のように意図した析出が生じる場合は閉塞が特に問題となる。
【０００８】
発明者らが特許文献３に開示されているマイクロデバイスを用いて塩化銀（ＡｇＣｌ）の微粒子の晶析反応を実施したところ、供給するそれぞれの液の薄層を形成するスリット部を出た直後の箇所で微粒子の凝集が起こり、液体の供給の開始後、１０分以内に目詰まりが生じ、運転の継続が困難となった。
【０００９】
化学プロセスにおいて、混合または反応操作を複数のステップで実施することがしばしばある。マイクロデバイスを用いてこの複数のステップを実施する場合、例えば、１つの混合または反応を１つのマイクロデバイスによって実施し、そのマイクロデバイスにおいて得られた生成物（例えば混合物、反応生成物を含んでもよい）を次のマイクロデバイスに供給して、次の混合または反応を実施する。
【００１０】
このように２つのマイクロデバイスをシリーズで用いる場合、これらのマイクロデバイスの間を配管および継手を用いて接続する必要がある。このような配管および継手内の容積は比較的大きく、場合によってはマイクロデバイスの内容量より大きいこともある。その結果、配管および継手を流体が通過するのに時間を要し、最初の混合または反応の直後に、次の混合または反応を実施することができないことがある。
【００１１】
他方、配管および継手中に存在する流体については、混合または反応が途中の段階にあるので、プロセスを停止した場合には、そのような流体は最終生成物として取り扱うことができず、ロスをもたらす。また、マイクロデバイスを使用する利点であるコンパクトなプラントを実現することが困難になる。
【特許文献１】特表平１０−５０７４０６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８１０９号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ００／６２９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、上述のようなマイクロデバイスの種々の問題点の少なくとも１つを少なくとも緩和し、好ましくは解消することである。具体的には、例えば以下の少なくとも１つを達成しようとするものである：
迅速かつ均一な混合に関して向上したマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、
混合の操作条件にフレキシブルに対応できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、
また、これらのマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法において、
閉塞を抑制して、安定して連続運転できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること、
コンパクトで種々の混合プロセスにフレキシブルに対応できるマイクロデバイスまたはマイクロデバイスを使用して流体を合流させる方法を提供すること。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明者らは、上記課題について鋭意検討し、マイクロデバイスにおける拡散現象は種々のファクターによって影響を受けるが、より迅速かつ均一な混合を達成するためには、混合すべき流体間の接触界面積を短時間で増やす方法を検討することが重要であるとの考えに到り、そして、更に検討を重ねた結果、２種以上の流体のストリームが合流領域に流入し、そこで合流した後に排出されるマイクロデバイスを用いる場合、少なくとも１種の流体のストリームを複数に分割したサブストリームの形態として合流領域に供給する（分割しない流体が残存する場合には、その流体のストリームをそのまま合流領域に供給する）に際して、分割して供給する流体の内の少なくとも１種のサブストリームの少なくとも１つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体の少なくとも１つのサブストリーム（この流体も分割されて供給される場合）および／またはストリーム（分割しない流体が残存する場合）の中心軸とが、一点で交差する、このましくは合流領域にて一点で交差するように、これらの流体を合流領域に供給することによって、上記課題が解決されることを見出した。
【００１４】
本発明は、第１の要旨において、
流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスを提供し、このマイクロデバイスは、
マイクロデバイスに流入した各流体を合流領域に供給する供給チャンネル、および合流した流体を合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルを有して成り、
少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネルは、合流領域に流入する複数のサブチャンネルを有して成り（そして、これらのサブチャンネルが流体を合流領域に供給し）、
複数のサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸と、そのサブチャンネルが供給する流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体を供給する供給チャンネル（サブチャンネルを有さない供給チャンネルが存在する場合）またはサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸とが一点で交差するように、これらのサブチャンネルおよび供給チャンネルが形成されている
ことを特徴とする。中心軸が交差する点は、合流領域に位置するのが好ましい。
【００１５】
本発明は、第２の要旨において、
合流領域を有するマイクロデバイスを用いて２種以上の流体のストリームを別々に合流領域に供給してそこで合流させる方法を提供し、この方法は、
少なくとも１種の流体のストリームを複数のサブストリームに分割して合流領域に供給し、また、分割しない流体が存在する場合には、その流体のストリームを合流領域に供給し、
分割して供給する流体の内の少なくとも１種のサブストリームの少なくとも１つの中心軸と、その流体以外の他の種類の流体の内の少なくとも１種の流体の少なくとも１つのサブストリームまたはストリーム（分割しない流体が存在する場合）の中心軸とが一点で交差するように合流領域に供給する
ことを特徴とする。中心軸が交差する点は、合流領域に位置するのが好ましい。
【００１６】
本発明のマイクロデバイスまたは流体の合流方法の１つの態様では、１つのサブチャンネル（またはサブストリーム）の中心軸とそのサブチャンネルが供給する流体（簡単のため、第１流体と呼ぶ）と異なる種類の流体（簡単のため、第２流体と呼ぶ）を供給する１つの供給チャンネル（またはストリーム）の中心軸とが一点で交差し、別の態様では、１つのサブチャンネル（またはサブストリーム）の中心軸とそのサブチャンネルが供給する流体（第１流体）と異なる種類の流体（第２流体）を供給する１つのサブチャンネル（またはサブストリーム）の中心軸とが一点で交差する。換言すれば、第１流体のサブチャンネル（またはサブストリーム）の１つの中心軸と第２流体の供給チャンネル（またはストリーム）またはサブチャンネル（またはサブストリーム）の１つの中心軸とが交差する。
【００１７】
別の態様では、第１流体の他のサブチャンネル（またはサブストリーム）の中心軸および／または第２流体の他のサブチャンネル（またはサブストリーム）の中心軸も同じ点で交差する。
【００１８】
これらの流体に加えて、他の１種またはそれ以上の流体もサブチャンネルまたは供給チャンネルを経由して合流領域に供給してよく、そのようなチャンネルの中心軸の１つまたはそれ以上も、同じ点で交差してよい。
【００１９】
本明細書では、「チャンネル」および「ストリーム」なる用語を用いているが、前者は、マイクロデバイスの流路としての構成要素を指し、後者はそこを流れる流体を指す。本発明においては、チャンネルおよびストリームの中心軸に特に着目しているが、ストリームの形状は、チャンネルの内部空間の形状に対応するので、中心軸に関する限り、これらの用語の意味するところは、実質的に同じと考えることができ、その意味でこれらの用語を使用している。従って、「チャンネル」に当て嵌まる事項は、同様に「ストリーム」にも当て嵌まる。また、「サブ」なる用語は、チャンネルまたはストリームが分割されたものを意味するものとして使用している。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のマイクロデバイスまたは合流方法では、異なる２種またはそれ以上の流体を合流領域に送り込むに際して、少なくとも２種の流体について、それぞれの流体を供給する供給チャンネル（従って、ストリーム）またはサブチャンネル（従って、サブストリーム）の少なくとも１つの中心軸が、合流領域にて一点で交差する（但し、少なくとも１種の流体はサブチャンネルを経由して（従って、サブストリームの形態で）合流領域に供給される）。
【００２１】
上述の本発明のマイクロデバイスまたは流体の合流方法によって、迅速かつ均一な混合、そして混合の操作条件に対するフレキシブルな対応の課題の少なくとも１つが少なくとも緩和され、好ましくは解消される。その結果、そのようなマイクロデバイスおよび流体の合流方法は、２種以上の流体を混合する場合に適用でき、そのような混合と共に反応を実施する場合に好適である。
【００２２】
このような本発明では、合流する流体の中心軸が一点で交差するように衝突・接触するので、これら流体は、それが有する運動エネルギーによって瞬間的により小さい流体塊に分割（または微細化）すると共に流体塊の接触状態も改善される。その結果、合流する流体同士の接触界面積が急激に増加し、これらの流体の間の混合が促進され、よって、より迅速かつ均一な混合が達成される。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のマイクロデバイスは、それに流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出する機能を有するデバイスである。ここで、「独立して」とは、マイクロデバイスに流入する各流体は、合流領域に到達するまでは、別々の経路を通過することを意味し、異なる種類の流体が同じ経路を経由しない、即ち、「別々に供給される」ことを意味する。
【００２４】
本発明のマイクロデバイスでは、２種またはそれ以上の流体が流入口を経てマイクロデバイス内に供給されて、これらが供給チャンネルを経由して合流領域に供給される。供給チャンネルは、マイクロデバイスに供給された流体を合流領域に供給する通路であれば特に限定されるものではなく、通常、断面が円形または矩形の導管部である。このような供給チャンネルを流れる流体をストリームと呼ぶ。
【００２５】
合流領域とは、これらの流体が合流する領域であり、別々に供給されてきた流体が初めて相互に接触する領域である。各供給チャンネルは合流領域において一体となり、即ち、各供給チャンネルは合流領域にて終端し、合流領域にて合流した流体は相互に混合する。従って、合流領域においては、マイクロデバイスに供給される全ての種類の流体が存在する。この意味において、供給チャンネル（またはサブチャンネル）においては実質的に１種類の流体のみが存在する。
【００２６】
合流領域にて合流した流体は、その後、合流領域から排出チャンネルを経てマイクロデバイスの外部に排出される。従って、排出チャンネルは、その端部が合流領域から始まる。供給チャンネルと同様に、排出チャンネルは、合流領域から合流した流体を排出する通路であれば特に限定されるものではなく、通常、断面円形または矩形の導管部である。このように供給された流体の合流が生じる領域が合流領域であり、合流した流体をマイクロデバイスの外部に排出する際に流体が通過するチャンネルが排出チャンネルである。排出チャンネルの数は、通常１つであるが、例えば２またはそれ以上の数であってもよく、また、１つの排出チャンネルが途中で複数のチャンネル（即ち、サブチャンネル）に分岐していてもよい。
【００２７】
サブチャンネルとは、マイクロデバイスに供給される流体のストリームを分割した複数のサブストリームの形態で輸送する流路であり、上述の供給チャンネルと同様に、デバイスに供給された流体を合流領域に供給する通路であれば特に限定されるものではなく、通常、断面円形または矩形の導管部である。一般的には、サブチャンネルの太さは供給チャンネルの太さと同等であるか、それより細い。
【００２８】
本発明において「マイクロデバイス」とは、微小流路（マイクロチャンネル）で流体を流し、および／またはそこで合流させ、それに起因する混合、反応、熱交換等の操作を行うための装置の総称であって、特に、混合を主目的とするマイクロデバイスをマイクロミキサー、反応を主目的とするマイクロデバイスをマイクロリアクター、熱交換を主目的とするマイクロデバイスをマイクロ熱交換器（マイクロヒートエクスチェンジャー）と呼ぶ。その微小流路（マイクロチャンネル）またはそこを通過するストリームの直径または相当直径（チャンネルまたはストリームの断面が円形でない場合）は、１ｍｍ以下であり、特に直径または相当直径が通常５００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以下である。また、「相当直径」なる用語は、流体力学の分野において用いられる意味で使用している。尚、上述のような供給チャンネル、サブチャンネルおよび排出チャンネル（これらを総称して単にチャンネルとも呼ぶ）は、真直ぐであっても、湾曲していてもよい。
【００２９】
容易に理解できるように、上述のような合流領域では、その一方の端部が供給チャンネルの終端部に対応し、他方の端部が排出チャンネルの始端部に対応し、これらの端部の間の部分が合流領域に相当する。即ち、流体の流れ方向に沿って、供給チャンネルに隣接して合流領域が存在し、合流領域に隣接して排出チャンネルが隣接する。但し、供給チャンネルおよびサブチャンネルの数は合わせて複数であり、排出チャンネルの数も１であっても、それ以上であってもよいので、「端部」なる用語は、概念的には文字通り「端」であるが、実際にはその必要はなく、むしろ、それぞれの端部は、マイクロデバイスにおける流体の流れ方向を基準として、それぞれの端部は合流領域の上流側および下流側を意味する。
【００３０】
尚、上述のこれらの隣接関係に関しては、明確な境界部が規定されている必要は必ずしもなく、供給チャンネルの終端部と合流領域の端部（または上流側）との間で明確な境界が存在しなくてもよく、および／または合流領域の他方の端部（または下流側）と排出チャンネルの始端部との間で明確な境界が存在しなくてもよい。その結果、本発明のマイクロデバイスにおいて、例えば、１つの場合では、合流領域の下流側が排出チャンネルの始端部へと遷移的に変化してよく、別の場合では、排出チャンネルの始端部が合流領域を兼ねることによって、合流領域が領域として実質的に存在しなくてもよい。即ち、排出チャンネルは合流領域を端部に有する。
【００３１】
本発明のマイクロデバイスにおいて、２種またはそれ以上の流体が合流領域にて合流する。各流体は、供給チャンネルを経由して別々に合流領域まで供給される。このように供給される流体の少なくとも１種については、それぞれ複数のサブチャンネルの形態の供給チャンネルによって供給される。この場合、供給チャンネルがその全長にわたってこのようなサブチャンネルによって構成されている必要は必ずしもなく、少なくとも合流領域に流入するに際して、該少なくとも１種の流体が複数のサブチャンネルを経て流入することが必要である。
【００３２】
従って、該少なくとも１種の流体（例えば上述の第１流体）は、例えば、最初は単一の供給チャンネルを流れ、その後、途中で供給チャンネルが分岐した複数のサブチャンネルを流れ、最終的に、サブチャンネルの端部から合流領域に流入することであってもよい。別の態様では、途中で分岐するのではなく、該少なくとも１種の流体は、マイクロデバイスに流入する時点で複数のサブストリームで流入してよく、この場合は、その流体を供給する供給チャンネルは、その全体にわたって複数のサブチャンネルから構成されている。
【００３３】
このように分割して供給される流体は、マイクロデバイスに供給する２種以上の流体の内の少なくとも１種であり、それ以上の種類の流体についても分割されて供給してもよく、その場合、各流体について複数のサブチャンネルが存在する。全ての種類の流体について、分割して供給してもよい。
【００３４】
１種の流体のストリームをサブチャンネルを経由して合流領域に供給するに際して、サブチャンネルの数は、特に限定されるものではない。マイクロデバイスの構造が複雑になるので、多数のサブチャンネルを設けることは好ましくない場合がある。通常、１種の流体について、好ましくは２〜１０本、より好ましくは２〜５本、例えば２本、３本または４本のサブチャンネルを経由して合流領域に供給する。
【００３５】
上述のように、本発明のマイクロデバイスにおいて、少なくとも１つの供給チャンネルの中心軸とそれと異なる少なくとも１種類の流体を供給する少なくとも１つのサブチャンネルの中心軸とが、あるいは、それぞれ異なる流体を供給するサブチャンネルの少なくとも２つの中心軸が、好ましくは合流領域にて、一点で交差する。本発明において、供給チャンネルまたはサブチャンネルの中心軸とは、合流領域に流入する供給チャンネルまたはサブチャンネルを流れる流体の質量中心、即ち、合流領域に隣接する供給チャンネルまたはサブチャンネルの部分に存在する流体の質量中心（または重心）の移動方向に沿った軸（または直線）を意味する。
【００３６】
容易に理解できるように、マイクロデバイスの供給チャンネルまたはサブチャンネルをストリームまたはサブストリームとして通過する流体は、これらのチャンネルの内部空間に対応する流体塊と考えることができ、従って、ストリームまたはサブストリームとして通過する流体は、供給チャンネルまたはサブチャンネルの中心軸と実質的に一致する中心軸を有する。本発明の方法においては、このような中心軸を、ストリームの中心軸またはサブストリームの中心軸と呼ぶ。
【００３７】
具体的には、合流領域に流入する、供給チャンネルまたはサブチャンネルの部分が筒状である場合、筒の長さ方向に垂直な断面の重心（幾何学的な重心）を通過して筒の長さ方向に沿った軸が中心軸に相当し、従って、この中心軸がこのようなチャンネルを流れる流体のストリームまたはサブストリームの中心軸に相当する。例えば、チャンネルまたはサブチャンネル（従って、ストリームまたはサブストリーム）が円筒または角筒状である場合、その筒の長さ方向に垂直な断面（即ち、円形または矩形）の重心（円の中心または対角線の交点）を通過する、筒の長さ方向に沿った直線が中心軸となる。このような中心軸の概念は、当業者であれば、そのチャンネルの断面形状に応じて、容易に理解できる。
【００３８】
本発明のマイクロデバイスにおいて、少なくとも１種の流体の少なくとも１つのサブチャンネルの中心軸と少なくとも１種の他の流体の供給チャンネルまたはサブチャンネルの少なくとも１つの中心軸が、好ましくは合流領域にて、一点で交差する。一点で交差するとは、対象となる中心軸が２本の場合は、これらが交わることを意味し、対象となる中心軸が２本を越える場合は、そのような中心軸の全てが一点にて交わることを意味する。
【００３９】
具体的には、２種の流体が合流する場合、１つの態様では、一方の流体をサブチャンネルにて、他方を供給チャンネルにて合流領域に供給し、サブチャンネルの１つまたはそれ以上、最も好ましくは全ての中心軸と供給チャンネルの中心軸とが一点で交差する。別の態様では、双方の流体をサブチャンネルにて合流領域に供給し、それぞれの流体の１つまたはそれ以上、最も好ましくは全てのサブチャンネルの中心軸が一点で交差する。
【００４０】
３種以上の流体を供給する場合についても、その内の少なくとも１種を、より好ましくは２種を、最も好ましくは３種をサブチャンネルを経て供給する。そして、該少なくとも１種の流体の少なくとも１つまたはそれ以上のサブチャンネルの中心軸と他の２種またはそれ以下の流体のチャンネルおよびサブチャンネルの少なくとも１つまたはそれ以上の中心軸とが一点にて交差する。最も好ましくは、全ての中心軸が一点で交差する。
【００４１】
次に、本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法を図面を参照して、より具体的に説明する。図１に、本発明のマイクロデバイスの概念図を模式的に示す。図１は、２種の流体としての流体Ａおよび流体Ｂを合流領域において合流させるマイクロデバイスのチャンネルの構成の概念を示し、図示するようなチャンネルがマイクロデバイス内に形成されている。
【００４２】
図１において、マイクロデバイスは合流領域１０（点線で囲む矩形領域）を有し、この合流領域に向かって流体Ａおよび流体Ｂが矢印で示すように外部からマイクロデバイス内に供給される。マイクロデバイスに供給された流体Ａは、供給チャンネル１２を経由してストリームの形態で流れ、その後、分岐点１４にて分割されてサブチャンネル１６および１６’を経由して、即ち、サブストリーム２２および２２’の形態で合流領域１０に供給される。マイクロデバイスに供給された流体Ｂは、供給チャンネル１８を経由し、その後、分割されることなくストリーム２４の形態で合流領域１０に供給される。
【００４３】
図１の合流領域１０に関して、流体Ａのサブチャンネル１６と１６’との間の一方の側で流体Ｂの供給チャンネル１８が流入し、流体Ａのサブチャンネル１６と１６’との間の他方の側で合流した流体の排出供給チャンネル２６が始まり、これらの全てのチャンネルが実質的に同一の平面内で合流領域１０の周りで９０°の等角度で配置されている。図示した態様では、合流した流体は、単一の排出チャンネル２６を経てマイクロデバイスの外部に合流により形成される生成物である流体混合物Ｃとして排出されるが、排出チャンネルの数は、複数であってもよい。
【００４４】
図示するように、流体Ａは、サブチャンネル１６および１６’を経由してサブストリーム２２および２２’の形態で合流領域１０に流入する。他方、流体Ｂは、分割されることなく、そのままのストリーム２４の形態で合流領域１０に流入する。これらのサブストリームおよびストリームの中心軸を一点鎖線で示す。図示した態様は、チャンネルおよびサブチャンネルは円筒状または角筒状である場合を示し、従って、中心軸がチャンネルおよびサブチャンネルの実質的に中央を通過するように描き、中心軸が点２０で交差する様子を示す。
【００４５】
尚、上述のように流体が合流する場合、容易に理解できるように、流体が衝突して相互に接触し、その結果、混合する。この意味で、本発明のマイクロデバイスは混合装置としての機能を有し、また、本発明の合流方法は、流体を混合する方法であると言える。
【００４６】
また、合流する流体が相互に反応性である場合には、合流領域１０において両者が接触して、反応が始まり、合流によって生成する流体の混合物は反応生成物を含んでよい。この場合、合流領域は反応の場を提供する。また、排出チャンネル２６においても反応が更に進行してもよい。この場合、この意味で、本発明のマイクロデバイスは反応装置としての機能を有し、また、本発明の合流方法は、流体を反応させる方法であると言える。そのような反応の例としては、無機物質、有機物質等を対象としたイオン反応、酸化還元反応、熱反応、触媒反応、ラジカル反応、重合反応等を例示できる。
【００４７】
図２には別の態様の本発明のマイクロデバイスの概念図を、図１と同様にそのチャンネルの様子が理解できるように示す。図１と実質的に同様の機能を有する要素については、同じ参照番号を付しており、他の図面についても同様である。図２に示す態様は、供給チャンネル１８とサブチャンネル１６または１６’の交差する角度が異なっている、従って、チャンネルの中心軸が交差することによって形成される角度が異なっている点で図１に示す態様と異なる。
【００４８】
図２に示す態様では、供給チャンネル１８の中心軸とサブチャンネル１６または１６’の中心軸との間の角度（小さい方）が９０°より小さい。図示した態様では、供給チャンネルの中心軸とサブチャンネルの中心軸とが為す角度βは例えば４５°である。また、排出チャンネル２６の中心軸とサブチャンネル１６または１６’の中心軸とが為す角度αは例えば１３５°である。
【００４９】
本発明のマイクロデバイスにおいて、供給チャンネルおよびサブチャンネルによって合流領域に供給される流体に関して、１つのサブチャンネルを特定した場合、それを経由して合流領域に供給される流体の種類は、そのサブチャンネルに最も近接して合流領域に供給される、他のサブチャンネルまたは供給チャンネルを経由して合流領域に供給される流体の種類と異なるように、これらの流体を供給できるようにチャンネルを構成するのが好ましい。即ち、合流領域に流入するサブストリームの流体の種類は、そのサブストリームに最も近接して合流領域に流入するサブストリームまたはストリームの流体の種類と異なるように、これらの流体を混合領域に供給するのが好ましい。近接なる用語は、ストリームまたはサブストリームの合流領域への流入箇所に基づいて判断する。
【００５０】
例えば、図１および図２に示すように、サブチャンネル１６または１６’を経て供給される流体Ａのサブストリームに最も近接して供給される流体のストリームは供給チャンネル１８を経て供給される流体Ｂである。従って、同じ流体のサブストリーム同士が最も近接する関係にはない。換言すれば、ある特定のサブストリーム（またはサブチャンネル）の流入箇所を決め、それと他のサブストリーム（またはサブチャンネル）またはストリーム（または供給チャンネル）の流入箇所との距離を考えた場合、異なる種類の流体のサブストリーム（またはサブチャンネル）またはストリーム（または供給チャンネル）の流入箇所同士の距離が最も小さくなるようにマイクロデバイスを構成する、あるいは合流方法を実施するのが好ましい。
【００５１】
図１および図２において、交差する点２０は理想的には幾何学的な点（即ち、大きさが無い）であるが、現実的には、そのような点を中心としてある程度広がった領域であってよい。具体的には、各ストリーム（またはチャンネル）の中心軸を中心として、そのストリーム（またはチャンネル）の直径または相当直径の５０％またはそれ以下の半径、好ましくは３０％またはそれ以下、より好ましくは２０％またはそれ以下、最も好ましくは１０％またはそれ以下、特に５％またはそれ以下、例えば３％またはそれ以下の半径の円柱部分が相互に交差する場合（少なくとも一部分の空間を共有する場合）には、本発明では、中心軸が一点で交差すると考える。従って、そのような円柱が共通して占める空間がある程度広がった領域に相当する。円柱部分が相互に交差するとは、交差部分において１つの中心軸の円柱部分の一部分が、他の１またはそれ以上の中心軸の円柱部分の一部分を構成することを意味する。即ち、そのような交差部分を全ての円柱部分が共有する。
【００５２】
交差点またはそのようなある程度広がった領域は、上述のように合流領域に存在するのが好ましく、存在しない場合には、通常排出チャンネル内に交差点が存在する。本発明においては、マイクロデバイスに供給されるストリーム（またはチャンネル）の２またはそれ以上の中心軸が交差する点（ある程度広がった領域を含む）が存在すればよい。
【００５３】
図３に、サブチャンネル１６および１６’と供給チャンネル１８が合流する様子、従って、流体Ａのサブストリーム２２および２２’と流体Ｂのストリーム２４とが合流する様子を模式的に示す。図示した態様では、例えばマイクロデバイスのこれらのチャンネル部分の平面図を模式的に想定している。合流した流体は、排出チャンネル２６を経てマイクロデバイスから排出される。
【００５４】
図示した態様において、各ストリーム（または各チャンネル）の中心軸３０、３０’および３２を一点鎖線で示している。そして、各サブストリーム２２および２２’の相当直径の例えば１５％の半径を有する同心の円柱部分を横線３４および点描３４’で示し、ストリーム２４の相当直径の例えば１５％の半径を有する同心の円柱部分を縦線３６で示している。図示した態様において、各中心軸は一点２０にて交差している。明らかなように、相当直径の１５％の半径を有する３つの円柱部分は、菱形の領域４０を共有して相互に交差している。
【００５５】
図から明らかなように、円柱部分３４の菱形の領域４０は、円柱部分３４の一部分を構成する共に、円柱部分３４’の一部分をも構成し、また、円柱部分３６の一部分をも構成する。即ち、菱形部分４０は、円柱部分３４、３４’および３６の一部分を構成する共通の空間である。このように３つの円柱部分が共通する空間を占める場合には、本発明においてはこれらの中心軸が一点で交差しているものと考える。尚、図３において、供給する流体の流れ方向を基準にして、破線より下流部分が合流領域４４に相当し、排出チャンネル２６は、点４６で始まると考えるが、合流領域４４と排出チャンネル４６との境界は明確である必要はない。
【００５６】
本発明のマイクロデバイスの一例を図４に斜視図にて示す。図示した態様では、マイクロデバイス１００を構成する３つのパーツを分解した様子を斜視図にて示す。マイクロデバイスは、それぞれが円柱状の形態の供給要素１０２、合流要素１０４および排出要素１０６により構成されている。マイクロデバイスを構成するに際しては、これらの要素が円柱状となるように一体に締結して組み立てる。この組み立てには、例えば、各要素の周辺部に円柱を貫通するボア（または、穴、図示せず）を等間隔に設けてボルト／ナットでこれらの要素を一体に締結すればよい。
【００５７】
供給要素１０２の合流要素１０４に対向する面には、断面が矩形の環状チャンネル１０８および１１０が同心状に形成されている。図示した態様では、供給要素１０２をその厚さ（または高さ）方向に貫通してそれぞれの環状チャンネルに到るボア１１２および１１４が形成されている。
【００５８】
合流要素１０４は、その厚さ方向に貫通するボア１１６が形成されている。このボア１１６は、マイクロデバイスを構成するために要素を締結した場合、供給要素に対向する合流要素の面に位置するボア１１６の端部１２０が環状チャンネル１０８に開口するようになっている。図示した態様では、ボア１１６は４つ形成され、これらが環状チャンネル１０８の周方向で等間隔に配置されている。
【００５９】
合流要素１０４には、ボア１１６と同様にボア１１８が貫通して形成されている。ボア１１８も、ボア１１６と同様に、環状チャンネル１１０に開口するように形成されている。図示した態様では、ボア１１８も環状チャンネル１１０の周方向で等間隔に配置され、かつ、ボア１１６とボア１１８が交互に位置するように配置されている。
【００６０】
合流要素１０４の排出要素１０６に対向する面１２２には、マイクロチャンネル１２４および１２６が形成されている。このマイクロチャンネル１２４または１２６の一端はボア１１６または１１８の開口部であり、他方の端部は、面１２２の中心１２８であり、全てのマイクロチャンネルはこの中心１２８に向かってボアから延在し、中心で合流している。マイクロチャンネルの断面は、例えば矩形であってよい。
【００６１】
排出要素１０６は、その中心を通過して厚さ方向に貫通するボア１３０が形成されている。従って、このボアは、一端にて合流要素１０４の中心１２８に開口し、他端にてマイクロデバイスの外部に開口している。
【００６２】
容易に理解できるように、環状チャンネル１０８および１１０が、本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルに対応し、ボア１１２および１１４の端部にてマイクロデバイスの外部から供給される流体ＡおよびＢは、それぞれボア１１２および１１４を経由して環状チャンネル１０８および１１０に流入する。
【００６３】
環状チャンネル１０８とボア１１６が連通し、環状チャンネル１０８に流入した流体Ａは、ボア１１６を経由してマイクロチャンネル１２４に入る。また、環状チャンネル１１０とボア１１８が連通し、環状チャンネル１１０に流入した流体Ｂは、ボア１１８を経由してマイクロチャンネル１２６に入る。明らかなように、流体ＡおよびＢは、合流領域において４つに分割され、それぞれマイクロチャンネル１２４および１２６に流入し、その後、中心１２８に向かって流れる。
【００６４】
容易に理解できるように、ボア１１６または１１８およびマイクロチャンネル１２４または１２６が、本発明のマイクロデバイスのサブチャンネルに対応し、合流要素の中心１２８が、合流領域に対応する。そして、マイクロチャンネル１２４の中心軸とマイクチャンネル１２６の中心軸は、中心１２８にて交差する。合流した流体は、ボア１３０を経由してマイクロデバイスの外部にストリームＣとして排出される。従って、ボア１３０は、本発明のマイクロデバイスの排出チャンネルに対応する。
【００６５】
尚、図示するマイクロデバイスの製造、特に各要素の製造には、半導体加工技術、特にエッチング（例えばフォトリソエッチング）加工、超微細放電加工、光造型法、鏡面仕上げ加工技術、拡散接合技術等の精密機械加工技術を利用でき、また、汎用的な旋盤、ボール盤を用いる機械加工技術も利用でき、当業者であれば容易に製造できる。
【００６６】
マイクロデバイスに使用する材料は、特に限定されるものではなく、上述の加工技術を適用できる材料であって、合流させるべき流体によって影響を受けないものであればよい。具体的には、金属材料（鉄、アルミニウム、ステンレススチール、チタン、各種の合金等）、樹脂材料（フッ素樹脂、アクリル樹脂等）、ガラス（シリコン、石英等）を用いることができる。
【００６７】
１例として、図示したステンレス製マイクロデバイスを製造した。このマイクロデバイスの仕様は以下のようであった：
環状チャンネル１０８の断面形状、幅、深さ、直径：
矩形断面、１．５ｍｍ、１．５ｍｍ、２５ｍｍ
環状チャンネル１１０の断面形状、幅、深さ、直径：
矩形断面、１．５ｍｍ、１．５ｍｍ、２０ｍｍ
ボア１１２の直径、長さ：１．５ｍｍ、１０ｍｍ（円形断面）
ボア１１４の直径、長さ：１．５ｍｍ、１０ｍｍ（円形断面）
ボア１１６の直径、長さ：０．５ｍｍ、４ｍｍ（円形断面）
ボア１１８の直径、長さ：０．５ｍｍ、４ｍｍ（円形断面）
マイクロチャンネル１２４の断面形状、幅、深さ、長さ：
矩形断面、２００μｍ、２００μｍ、１２．５ｍｍ
マイクロチャンネル１２６の断面形状、幅、深さ、長さ：
矩形断面、２００μｍ、２００μｍ、１０ｍｍ
ボア１３０の直径、長さ：５００μｍ、１０ｍｍ（円形断面）
【００６８】
尚、マイクロデバイスに流体ＡおよびＢを供給する導管を接続するため、また、マイクロデバイスから流体Ｃを排出する導管を接続するために、ボア１１２、１１４および１３０にはネジ部を設けている。
【００６９】
別の態様のマイクロデバイス１００を図５に示す。図示した態様では、図４の態様に加えて、流体Ｄを更に供給できるようになっている。図示したマイクロデバイスは、供給要素１０２および合流要素１０４に追加のボア１３２および１３４を有する。ボア１３４は、面１２２の中心部にて開口している。
【００７０】
図示した要素を上述と同様に一体に締結した場合、これらのボアは一体となり、１つのチャンネルを形成する。マイクロデバイスの外部から供給された流体Ｄは、ボア１３２および１３４を通過して、マイクロチャンネル１２４および１２６が合流する合流領域としての中心１２８に合流する。
【００７１】
容易に理解できるように、ボア１３２および１３４は、マイクロデバイスに供給される流体を分割せずに、そのまま合流領域に供給するので、これらは、本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルを構成している。明らかなように、供給チャンネルとしてのボア１３２および１３４の中心軸も点１２８で交差する。従って、図５に示すマイクロデバイスは、３種の流体を合流させ、その内の２種の流体をサブチャンネルを経てサブストリームの形態で合流領域に供給し、残りの１種の流体をそのまま供給チャンネルを経て合流領域に供給する。
【００７２】
流体Ｄは、流体Ａおよび流体Ｂと合流させる必要がある、例えば流体ＡおよびＢと混合する必要がある流体であってよい。また、流体Ｄは、流体Ａおよび流体Ｂの合流により得られる混合物としての流体をすみやかにマイクロデバイスから排出するキャリヤとして用いることもできる。
【００７３】
更に別の態様のマイクロデバイス１００を図６に示す。図示した態様では、図４におけるボア１１８の数を１つとし、そのボアが流体Ａを輸送するマイクロチャンネル１２４の途中の開口部１３６にて開口し、従って、マイクロチャンネル１２６は存在しない点で、図４と異なり、その他の点については、実質的に同じである。容易に理解できるように、流体Ｂは、ボア１１４、環状チャンネル１１０およびボア１１８を経由してマイクロチャンネル１２４に流入する。従って、ボア１１４、環状チャンネル１１２およびボア１１８は流体をそのままマイクロチャンネル１２４にストリームとして供給するので、これらは本発明のマイクロデバイスの供給チャンネルを構成する。
【００７４】
他方、流体Ａは、先と同様にサブストリームとしてマイクロチャンネル１２４を流れ、開口部１３６において、ストリームとしての流体Ｂに合流するボア１１６を経由してマイクロチャンネル１２４を流れる流体Ａと流体Ｂとが合流し、その後、中心１２８に向かって流れる。ボア１１８とチャンネル１２４の寸法およびその配置は、ボア１１８とチャンネル１２４の中心軸とが交差するように構成されている。
【００７５】
従って、図６に示す態様において、開口部１３６に向かって流れる流体Ａは分割されたサブストリームの形態であり、また、開口部１３６に向かって流れる流体Ｂはストリームの形態であり、これらの中心軸が交差し、流体Ａおよび流体Ｂが開口部１３６付近で合流する（即ち、開口部１３６付近が合流領域となる）。その後、合流した流体は、中心１２８に向かって流れていく。従って、マイクロチャンネル１２４の開口部１３６から中心１２８の間の部分は、本発明のマイクロデバイスの排出チャンネルと考えることができる。
【００７６】
更に、中心１２８を中心に考えると、上述のようにして合流することにより形成される流体Ａと流体Ｂとの混合流体であるストリームと、分割してサブストリームの形態で供給される流体Ａとが、中心１２８で合流する。チャンネル１２４（従って、そこを流れるストリームまたはサブストリーム）の中心軸は一点で交差する。即ち、中心１２８を基準に考えても、図６に示す態様は、本発明のマイクロデバイスを構成する。
【００７７】
図７に本発明のマイクロデバイスの好ましい変形例を示す。これは、流体の混合（ここで、「混合」とは、反応を伴う混合も含む）により意図しない固体の析出やその凝集の発生により懸念される閉塞、あるいは微粒子を生成する際に問題となる閉塞を緩和、好ましくは防止するための態様である。図示した態様では、流体Ａおよび流体Ｂを合流させるマイクロデバイス１００を簡略化して示している。図示した態様では、供給要素１０２および合流要素１０４を一体で示し、合流した流体は、排出チャンネル２６を有する排出要素１０６を経て排出される。図示した態様では、要素を分解して示し、排出チャンネル２６を流れる合流した流体のストリーム１３８を示している。
【００７８】
図示した態様では、排出ストリーム１３８の周囲に別の流体を供給できるシース流体供給要素１４０を排出要素１０６に隣接して配置している。シース流体供給要素１４０は、排出ストリーム１３８との間に環状空間を規定できる寸法を有する筒状部分１４２を有し、環状空間にシース流体Ｅを供給できるように構成されている。シース流体Ｅの具体的な供給方法は、排出ストリームを包囲するように流体を供給できる限り、いずれの適当な方法を用いてもよい。
【００７９】
例えば、図７におけるシース流体供給要素１４０の上面（または排出要素１０６の下面）に排出ストリーム（即ち、合流した流体のストリーム）１３８に向けて複数のサブチャンネルを施し、このサブチャンネルにシース流体（または液体）を適切な量で流す方法を使用できる。そして、シース流体供給要素の端部から、シース流体によって包囲された流体ＡおよびＢの混合物Ｆが排出される。このシース流体用サブチャンネルの数は、構造的に可能な限り、多い方が望ましい。また、そのサブチャンネルの形状は任意であるが、矩形または円形の断面を有するものが好ましい。サブチャンネルの直径または相当直径（サブチャンネルの断面が円形でない場合）は通常１ｍｍ以下、特に５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下である。シース流体としては、目的とする混合や反応等の操作に対して不活性であるいずれの適当な流体であってもよく、例えば混合や反応すべき流体の溶媒であってもよい。
【００８０】
図１０に、シース流体Ｅを供給するマイクロデバイスを分解した状態で模式的に示す。このマイクロデバイスは、図４に示すマイクロデバイスと類似するが、合流要素１０４と排出要素１０６との間にシース流体供給要素１４０を有すること、および排出要素１０６がシース流体を供給する供給チャンネル１４４を有する点で、図４に示すマイクロデバイスと異なる。シース流体供給チャンネル１４４は、排出要素１０６に設けたボア１４６および排出要素のシース流体供給要素１４０に対向する面に設けた環状チャンネル１４８から構成されている。図示した態様では、マイクロデバイスは、供給チャンネルに流入する流体（流体ＡおよびＢ）以外の流体をシース流体として、合流した流体１５２を包囲するように供給するチャンネル１４４およびそれが分岐したサブチャンネル１５０を有する。シース流体Ｅは、環状の供給チャンネル１４８から一辺が５０μｍの正方形断面を有する８本のサブチャンネル１５０に分岐して流れる。これらのサブチャンネル１５０は排出チャンネルとして機能するボア１３０の端部に向かって（図示した態様では、シース流体供給要素１４０の中心部１５６に向かって）流れ、排出チャンネルを流れる合流した流体１５２を包み込むように（従って、シース流体の鞘状部１５４を形成して）排出チャンネルに沿って流れマイクロデバイスから排出される。尚、容易に理解できるように、シール流体供給要素１４０の中心部１５６は、合流要素の中心部に隣接しているので、中心部１５６は実質的に合流領域として機能できる。
【００８１】
本発明のマイクロデバイスにおいて、排出チャンネルは、その径（または相当直径）が途中で小さくなるのが好ましい。段階的に小さくなっても、あるいは徐々に小さくなってもよい。また、小さくなった後に、直線状部分が存在してもよい。このような態様では、複数のチャンネルまたはサブチャンネルの合流により合流領域における直径または相当直径が大きくなる場合でも、排出チャンネルの径を小さくすることによって拡散混合距離を短くすることができ、結果的に混合を促進することが可能になるという利点がある。
【００８２】
このような態様のマイクロデバイスを図８に示す。図８では、図７と同様に本発明のマイクロデバイスを示している。図示した態様では、排出チャンネル２６の延長部においてその径が小さくなり、テーパー形状となっているが、排出要素１０６内の排出チャンネル２６がそのように細くなっていてもよい。排出チャンネルの直径または相当直径Ｄ１に対して縮小部の直径または相当直径Ｄ２の縮小割合は、Ｄ２／Ｄ１が例えば０．１〜１、好ましくは０．１〜０．５である。
【００８３】
上述のように、供給要素、合流要素および排出要素から成る本発明のマイクロデバイスは、そのような要素機能を有するチャンネル（またはチャンネルを形成するような溝等）を加工した板（またはプレート）状部品（ここでは、高さが低い円柱状部品、即ち、円板状部品）の積層によって構成される。よって、複数のマイクロデバイスをシリーズで接続して使用することができる。例えば２つのマイクロデバイス、即ち、第１マイクロデバイスおよび第２マイクロデバイスを使用する場合、第１マイクロデバイスの排出要素が有する排出チャンネルを、第２マイクロデバイスの供給要素の供給チャンネルとして使用し、第２マイクロデバイスの供給要素（従って、第１マイクロデバイスの排出要素）には、別の流体を供給するチャンネルを設ける。このようにすると、第２マイクロデバイスの合流要素では、第１マイクロデバイスにより合流して混合した流体と第２マイクロデバイスから新たに供給される別の流体を合流させることができる。
【００８４】
このようなシリーズで接続したマイクロデバイスの概念図を図９に示す。尚、マイクロデバイスを構成する要素を破線にて示している。図示した態様では、第１マイクロデバイス１０−１および第２マイクロデバイス１０−２が直列に接続されている。それぞれのマイクロデバイスは、供給要素１０２、合流要素１０４および排出要素１０６から構成されている。第１マイクロデバイスの排出要素１０６は第２マイクロデバイスの供給要素１０２を兼ねている。
【００８５】
具体的には、第１マイクロデバイスの排出要素１０６は排出チャンネル２６に加えて、供給チャンネル１２−２を更に有し、それによって、第１マイクロデバイスの排出要素１０６は第２マイクロデバイスの供給要素１０２も兼ねることができる。図示した態様では、第２マイクロデバイスは、流体Ｃと流体Ｄ’とを合流させるデバイスであって、その結果、混合流体Ｈを得ることができる。このように本発明のマイクロデバイスをシリーズ化することによって、配管および継手を省略することができ、それに付随する問題点を緩和できる。
【００８６】
尚、本発明のマイクロデバイスを構成する要素は、それが有するマイクロチャンネルを流れる流体の温度をコントロールする手段を有してよい。例えば、要素内に抵抗加熱ヒーターを埋め込むことによって、マイクロチャンネルを流れる流体の温度をコントロールできる。このようにすると、マイクロデバイスを反応装置として使用する場合、反応温度を好都合に制御できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法は、合流させる流体の混合および／または反応に利用できる。混合の迅速性および均一性が向上し、均一な混合および／または反応が可能となり、本発明のマイクロデバイスおよび流体の合流方法を種々の化学プロセスに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明のマイクロデバイスの概念図を模式的に示す。
【図２】図２は、本発明のマイクロデバイスの別の概念図を模式的に示す。
【図３】図３は、流体Ａのサブストリームと流体Ｂのストリームとが合流する様子を模式的に示すと共に、および中心軸が交差する意味を説明する。
【図４】図４は、本発明のマイクロデバイスの一例の分解斜視図を模式的に示す。
【図５】図５は、本発明のマイクロデバイスの別の例の分解斜視図を模式的に示す。
【図６】図６は、本発明のマイクロデバイスの更に別の例の分解斜視図を模式的に示す。
【図７】図７は、本発明のマイクロデバイスの好ましい変形例を模式的に示す。
【図８】図８は、排出チャンネルの径が途中で小さくなっている本発明のマイクロデバイスを模式的に示す。
【図９】図９は、シリーズで接続したマイクロデバイスの概念図を示す。
【図１０】図１０は、シース流体を供給するマイクロデバイスの分解斜視図を模式的に示す。
【符号の説明】
【００８９】
１０…合流領域、１２…供給チャンネル、１４…分岐点、
１６，１６’…サブチャンネル、１８…供給チャンネル、２０…中心軸交差点、
２２，２２’…サブストリーム、２４…ストリーム、２６…排出チャンネル、
１００…マイクロデバイス、１０２…供給要素、１０４…合流要素、１０６…排出要素、
１０８，１１０…環状チャンネル、１１２，１１４，１１６，１１８…ボア、
１２０…ボアの端部、１２２…合流要素の排出要素に対向する面、
１２４，１２６…マイクロチャンネル、１２８…中心、１３０，１３２，１３４…ボア、
１３６…開口部、１３８…合流流体ストリーム、１４０…シース流体供給要素、
１４２…筒状部分、１４４…シース流体供給チャンネル、１４６…ボア、
１４８…環状チャンネル、１５０…サブチャンネル、１５２…合流流体、
１５４…鞘状シース流体、１５６…シース流体供給要素の中心部。
【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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