(57)【要約】【課題】流通路内での著しい圧力損失の増大を回避しつつ、その流通路において合流した流体同士の混合を促進することが可能な流路構造体を提供する。【解決手段】流路構造体が有する流通路２は、第１流体が導入される第１導入路２２と、第２流体が導入される第２導入路２４と、第１導入路２２を通じて流れる第１流体と第２導入路２４を通じて流れる第２流体とを基板４の厚み方向において合流させる合流部２６と、合流部２６において合流した両流体が基板４の表面４ａに沿って流れる第１合流流体流路２８と、第１合流流体流路２８を通じて流れる流体が基板４の表面４ａ側から裏面４ｂ側へ向かうようにその流体の流通方向を変更させる流通方向変更部３０と、第１合流流体流路２８から流通方向変更部３０を通じて流れる流体が基板４の裏面４ｂに沿って流れるようにその流体の流通方向を変更させて下流側へ流すための第２合流流体流路３２とを含む。【選択図】図３
2012120962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体とをそれらの流体が互いに混合するように流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、
表面及びこの表面と反対方向を向く裏面を有する基板と、
前記基板の表面に接合された第１封止板と、
前記基板の裏面に接合された第２封止板とを備え、
前記基板の表面には、特定方向に延びる第１溝部が形成され、
前記基板の裏面には、特定方向に延び、前記基板の表面に垂直な方向から見て前記第１溝部と重なる端部を有する第２溝部と、特定方向に延び、前記第２溝部の前記第１溝部と重なる端部から離間した位置に前記基板の表面に垂直な方向から見て前記第１溝部と重なる端部を有する第３溝部とが形成され、
前記基板のうち前記第２溝部の前記第３溝部側の端部が位置する部位には、当該基板を表面から裏面へ貫通して当該第２溝部とその表側に位置する前記第１溝部とを連通させる第１穴部が形成され、
前記基板のうち前記第３溝部の前記第２溝部側の端部が位置する部位には、当該基板を表面から裏面へ貫通して当該第３溝部とその表側に位置する前記第１溝部とを連通させる第２穴部が形成され、
前記第１封止板は、前記第１溝部の前記表面側の開口を封止するように前記基板の表面に接合され、
前記第２封止板は、前記第２溝部の前記裏面側の開口及び前記第３溝部の前記裏面側の開口を封止するように前記基板の裏面に接合され、
前記流通路は、前記第１溝部のうち前記第１穴部に対して前記第２穴部側と反対側に位置する部分によって構成され、前記第１流体が導入される第１導入路と、前記第２溝部のうち前記第１穴部が形成された部分以外の部分によって構成され、前記第２流体が導入される第２導入路と、前記第１穴部と前記第１溝部及び前記第２溝部のうちその第１穴部により連通された部分とによって構成され、前記第１導入路を通じて流れる前記第１流体と前記第２導入路を通じて流れる前記第２流体とを前記基板の厚み方向において合流させる合流部と、前記第１溝部のうち前記第１穴部と前記第２穴部との間に位置する部分によって構成され、前記合流部において合流した前記両流体が前記基板の表面に沿って流れる第１合流流体流路と、前記第２穴部と前記第１溝部及び前記第３溝部のうちその第２穴部により連通された部分とによって構成され、前記第１合流流体流路を通じて流れる流体が前記基板の表面側から裏面側へ向かうようにその流体の流通方向を変更させる流通方向変更部と、前記第３溝部のうち前記第２穴部に対して前記第２溝部側と反対側へ延びる部分によって構成され、前記第１合流流体流路から前記流通方向変更部を通じて流れる流体が前記基板の裏面に沿って流れるようにその流体の流通方向を変更させて下流側へ流すための第２合流流体流路とを含む、流路構造体。
【請求項２】
前記第２溝部は、前記第１溝部と平行に延びている、請求項１に記載の流路構造体。
【請求項３】
前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１溝部のうち前記第１導入路を構成する部分と前記第２溝部のうち前記第２導入路を構成する部分とのうち一方は、他方の幅の範囲内に設けられている、請求項２に記載の流路構造体。
【請求項４】
前記第３溝部は、前記第１溝部と平行に延びている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流路構造体。  
【請求項５】
複数の前記流通路を有し、
前記各流通路の前記第１導入路及び前記第１合流流体流路を構成する前記第１溝部は、前記基板の表面において互いに平行に並ぶように配置され、
前記各流通路の前記第２導入路を構成する前記第２溝部は、前記基板の裏面において互いに平行に並ぶように配置され、
前記各流通路の前記第２合流流体流路を構成する前記第３溝部は、前記基板の裏面において互いに平行に並ぶように配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流路構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の流体を混合させてそれらの流体同士の相互作用を生じさせる手段として流路構造体が知られている。下記特許文献１には、このような流路構造体の一例が示されている。
【０００３】
特許文献１に示されている流路構造体は、微小流路内で２流体を相互に混合させるマイクロミキシングデバイスとして用いられている。このミキシングデバイスが有する微小流路は、２本の入口流路と、それらの入口流路の下流側の端部に結合された１本の出口流路とを備えている。出口流路のうち入口流路との結合部近傍の位置には、その出口流路の内面から突出し、当該出口流路を狭める突起が設けられている。そして、前記各入口流路には、流体がそれぞれ導入され、その各入口流路に導入された流体が下流側へ流れて出口流路に流入することによって互いに合流される。出口流路に流入して合流された流体は、前記突起により当該出口流路の幅が狭められた部位を通る直前及び直後において渦を生じ、その結果、当該流体の混合が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２７８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された流路構造体では、流路径が小さく元々圧力損失の大きい微小流路においてその流路径が前記突起によりさらに絞られているため、その流路内での圧力損失が著しく大きくなる。
【０００６】
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、流通路内での著しい圧力損失の増大を回避しつつ、その流通路において合流した流体同士の混合を促進することが可能な流路構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明による流路構造体は、第１流体と第２流体とをそれらの流体が互いに混合するように流通させるための流通路を内部に有する流路構造体であって、表面及びこの表面と反対方向を向く裏面を有する基板と、前記基板の表面に接合された第１封止板と、前記基板の裏面に接合された第２封止板とを備え、前記基板の表面には、特定方向に延びる第１溝部が形成され、前記基板の裏面には、特定方向に延び、前記基板の表面に垂直な方向から見て前記第１溝部と重なる端部を有する第２溝部と、特定方向に延び、前記第２溝部の前記第１溝部と重なる端部から離間した位置に前記基板の表面に垂直な方向から見て前記第１溝部と重なる端部を有する第３溝部とが形成され、前記基板のうち前記第２溝部の前記第３溝部側の端部が位置する部位には、当該基板を表面から裏面へ貫通して当該第２溝部とその表側に位置する前記第１溝部とを連通させる第１穴部が形成され、前記基板のうち前記第３溝部の前記第２溝部側の端部が位置する部位には、当該基板を表面から裏面へ貫通して当該第３溝部とその表側に位置する前記第１溝部とを連通させる第２穴部が形成され、前記第１封止板は、前記第１溝部の前記表面側の開口を封止するように前記基板の表面に接合され、前記第２封止板は、前記第２溝部の前記裏面側の開口及び前記第３溝部の前記裏面側の開口を封止するように前記基板の裏面に接合され、前記流通路は、前記第１溝部のうち前記第１穴部に対して前記第２穴部側と反対側に位置する部分によって構成され、前記第１流体が導入される第１導入路と、前記第２溝部のうち前記第１穴部が形成された部分以外の部分によって構成され、前記第２流体が導入される第２導入路と、前記第１穴部と前記第１溝部及び前記第２溝部のうちその第１穴部により連通された部分とによって構成され、前記第１導入路を通じて流れる前記第１流体と前記第２導入路を通じて流れる前記第２流体とを前記基板の厚み方向において合流させる合流部と、前記第１溝部のうち前記第１穴部と前記第２穴部との間に位置する部分によって構成され、前記合流部において合流した前記両流体が前記基板の表面に沿って流れる第１合流流体流路と、前記第２穴部と前記第１溝部及び前記第３溝部のうちその第２穴部により連通された部分とによって構成され、前記第１合流流体流路を通じて流れる流体が前記基板の表面側から裏面側へ向かうようにその流体の流通方向を変更させる流通方向変更部と、前記第３溝部のうち前記第２穴部に対して前記第２溝部側と反対側へ延びる部分によって構成され、前記第１合流流体流路から前記流通方向変更部を通じて流れる流体が前記基板の裏面に沿って流れるようにその流体の流通方向を変更させて下流側へ流すための第２合流流体流路とを含む。
【０００８】
この流路構造体では、合流部で合流して混合された第１流体と第２流体の混合流体が前記基板の表面に沿って第１合流流体流路を流れた後、流通方向変更部を前記基板の表面側から裏面側へ向かうように流れ、その後、第２合流流体流路を前記基板の裏面に沿って流れる。従って、この流路構造体では、混合流体が第１合流流体流路から流通方向変更部を経て第２合流流体流路へ至る過程において、その混合流体の流通方向が、基板の表面に沿う方向から基板の厚み方向に急激に変化し、さらに基板の厚み方向から基板の裏面に沿う方向に急激に変化する。このため、その過程において当該混合流体の流れに乱れが生じ、その結果、第１流体と第２流体の混合を促進することができる。しかも、この流路構造体では、上記のように流通路の第１合流流体流路から第２合流流体流路に至る部分において混合流体の流通方向を基板の表面に沿う方向から基板の厚み方向、さらに基板の裏面に沿う方向へ急激に変化させることでその混合流体の混合を促進させているため、従来の流路構造体のように突起で流路径を絞ることによって流体の混合促進を図る必要がなく、流通路における著しい圧力損失の増大を回避することができる。
【０００９】
さらにこの流路構造体では、流通路のうち第１合流流体流路から流通方向変更部を経て第２合流流体流路へ至る部分が基板の厚み方向において屈曲した形状に形成される。このため、第１合流流体流路から流通方向変更部を経て第２合流流体流路へ至る部分が基板の同一面において屈曲した形状に形成されている場合に比べて、当該部分が基板の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００１０】
上記流路構造体において、前記第２溝部は、前記第１溝部と平行に延びていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、第１導入路と第２導入路が互いに平行に延びることになるため、第１導入路と第２導入路が基板の面方向において互いに異なる方向に延びている場合に比べて、流路構造体内で流通路の第１導入路及び第２導入路が基板の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００１２】
この場合において、前記基板の表面に垂直な方向から見て、前記第１溝部のうち前記第１導入路を構成する部分と前記第２溝部のうち前記第２導入路を構成する部分とのうち一方は、他方の幅の範囲内に設けられていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、第１導入路と第２導入路のうちの一方が他方の幅の範囲内に配置されるので、両導入路のうちの一方が他方に対して幅方向にはみ出るように配置されている場合に比べて、両導入路が基板の面方向において占有する幅をより小さくすることができる。
【００１４】
上記流路構造体において、前記第３溝部は、前記第１溝部と平行に延びていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、第２合流流体流路が第１合流流体流路と平行に延びることになるため、第２合流流体流路が第１合流流体流路と異なる方向に延びる場合に比べて、流路構造体内で流通路のうち第１合流流体流路から第２合流流体流路に至る部分が基板の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００１６】
上記流路構造体において、複数の前記流通路を有し、前記各流通路の前記第１導入路及び前記第１合流流体流路を構成する前記第１溝部は、前記基板の表面において互いに平行に並ぶように配置され、前記各流通路の前記第２導入路を構成する前記第２溝部は、前記基板の裏面において互いに平行に並ぶように配置され、前記各流通路の前記第２合流流体流路を構成する前記第３溝部は、前記基板の裏面において互いに平行に並ぶように配置されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、複数の流通路でそれぞれ第１流体と第２流体を合流させてそれらの流体を混合する処理を行うことができ、流路構造体全体における流体の混合処理の効率を向上することができる。しかも、この構成によれば、各流通路の第１導入路同士、第２導入路同士、第１合流流体流路同士及び第２合流流体流路同士がそれぞれ互いに平行に配置されるため、それらの流路同士が異なる方向に延びるように配置される場合に比べて、各流通路間の間隔を小さくすることができる。このため、この構成では、流路構造体の大容量化が要求される場合でも、複数の流通路を密に配置することができるため、流路構造体をコンパクト化しつつ、流路構造体の大容量化を実現することができる。従って、この構成では、流路構造体をコンパクト化しつつ、流路構造体全体での流体の混合処理の効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、流通路内での著しい圧力損失の増大を回避しつつ、その流通路において合流した流体同士の混合を促進することが可能な流路構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による流路構造体の斜視図である。
【図２】図１に示した流路構造体の分解斜視図である。
【図３】図１に示した流路構造体の流通路の長手方向に沿った縦断面図である。
【図４】図１に示した流路構造体のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。
【図５】図１に示した流路構造体のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図１に示した流路構造体のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】図１に示した流路構造体のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】本発明の一実施形態の変形例による流路構造体の流通路の長手方向に沿った図３に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
まず、図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による流路構造体の構成について説明する。
【００２２】
本実施形態による流路構造体は、複数の流体同士を互いに混合するように流通させるためのものである。この流路構造体は、第１流体と第２流体とをそれらの流体が互いに混合するように流通させるための複数の微細な流通路２を内部に有する。
【００２３】
具体的には、この流路構造体は、例えば、マイクロリアクタ（反応装置）、熱交換器、抽出器、吸収装置またはエマルション化用の混合装置等に用いられる。
【００２４】
この流路構造体がマイクロリアクタ（反応装置）に用いられる場合には、互いに反応し得る反応剤からなる２つの流体が当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、それらの流体同士の化学反応が生じ、所望の反応生成物が得られる。この場合には、第１流体と第２流体は、共に液体、共に気体もしくは一方が液体で他方が気体であってもよい。
【００２５】
また、この流路構造体が熱交換器に用いられる場合には、流路構造体内の流通路２に流通させる流体は、気液二相流、液体の単相流もしくは気体の単相流である。流通路２に流通させる流体が気液二相流の場合、すなわち第１流体と第２流体のうち一方が気体で他方が液体である場合は、均一な蒸発か又は均一な凝縮を行いたい場合であり、２つの流体が流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、偏流が少なく均一な伝熱が行われる。また、流通路２に流通させる流体が単相流である場合、すなわち第１流体と第２流体が共に液体又は共に気体である場合には、第１流体と第２流体との接触界面の積極的な更新による両流体間の伝熱の促進が期待される。
【００２６】
また、この流路構造体が抽出器に用いられる場合には、抽出対象物を含む一方の流体と抽出媒体である他方の流体とが当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、一方の流体から他方の流体へ抽出対象物が抽出される。この場合には、第１流体と第２流体は、共に液体である。
【００２７】
また、この流路構造体が吸収装置に用いられる場合には、吸収対象物を含む一方の流体と吸収媒体である他方の流体とが当該流路構造体内の流通路２を流通してそれら両流体の接触界面が積極的に更新されることにより、一方の流体から他方の流体へ吸収対象物が吸収される。この場合には、第１流体と第２流体は、気体又は液体である。
【００２８】
また、この流路構造体がエマルション化用の混合装置に用いられる場合には、２つの流体が当該流路構造体内の流通路２を流通して混合されることにより、一方の流体がエマルション化される。この場合には、第１流体と第２流体は、共に液体である。
【００２９】
流路構造体は、図１に示すように、基板４と、第１封止板６と、第２封止板８とを備えている。これら基板４、第１封止板６及び第２封止板８は、矩形状の平板によってそれぞれ形成されている。
【００３０】
基板４は、図２に示すように、その厚み方向において一方側を向く表面４ａと、この表面４ａと反対方向を向く裏面４ｂとを有している。第１封止板６は、基板４の表面４ａを覆った状態でその表面４ａに接合されており、第２封止板８は、基板４の裏面４ｂを覆った状態でその裏面４ｂに接合されている。すなわち、第１封止板６と第２封止板８との間に基板４が挟み込まれた状態でこれら基板４と両封止板６，８とが一体化されることによって流路構造体が形成されている。
【００３１】
基板４の表面４ａには、複数の第１溝部１０がエッチングによって形成されている。この複数の第１溝部１０は、特定方向に直線的に延び、等間隔で互いに平行に並ぶように配置されており、基板４の表面４ａにおいてそれぞれ開口している。前記第１封止板６は、第１溝部１０の基板４の表面４ａ側の開口を封止するように当該基板４の表面４ａに接合されている。各第１溝部１０は、その長手方向に垂直な方向における断面形状が互いに異なる第１部分１０ａと第２部分１０ｂからなる。これら第１部分１０ａ及び第２部分１０ｂは、それぞれ所定の長さと特定の深さとを有しており、第１溝部１０の長手方向に沿って延びるとともにその長手方向に並んで配置されている。
【００３２】
第１部分１０ａは、図４に示すように、当該第１部分１０ａの長手方向に垂直な方向における断面が円弧状となるように形成された内面を有する。
【００３３】
第２部分１０ｂは、図６に示すように、当該第２部分１０ｂの長手方向に垂直な方向における断面が円弧状となるように形成された内面を有しており、第１部分１０ａよりも大きな深さ及び幅を有する。すなわち、この第２部分１０ｂの内面の円弧状の断面は、第１部分１０ａの内面の円弧状の断面の半径よりも大きい半径を有している。
【００３４】
基板４の裏面４ｂには、特定方向に延びる複数の第２溝部１２（図２参照）と、その各第２溝部１２の長手方向においてその各第２溝部１２から離間して配置された複数の第３溝部１４（図３参照）とがエッチングによって形成されている。
【００３５】
各第２溝部１２は、前記各第１溝部１０の第１部分１０ａの裏側にその第１部分１０ａと平行に延びるように配置されている。すなわち、第１溝部１０の第１部分１０ａと第２溝部１２とは、基板４の厚み方向に並んで互いに平行に配置されている。また、各第２溝部１２は、基板４の裏面４ｂにおいて等間隔で互いに平行に並ぶように配置されており、基板４の裏面４ｂにおいてそれぞれ開口している。各第２溝部１２の第３溝部１４側の端部は、その第２溝部１２の表側に位置する第１溝部１０の第２部分１０ｂの第１部分１０ａ側の端部と基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに垂直な方向から見て重なるように配置されている。また、各第２溝部１２は、図４に示すように、当該第２溝部１２の長手方向に垂直な方向における断面が円弧状となるように形成された内面を有する。この第２溝部１２は、第１溝部１０の第１部分１０ａよりも大きな幅及び深さを有している。すなわち、この第２溝部１２の内面の円弧状の断面は、第１部分１０ａの内面の円弧状の断面の半径よりも大きい半径を有している。各第２溝部１２が以上のような形状に形成されていることにより、その第２溝部１２の表側に位置する第１溝部１０の第１部分１０ａは、基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに垂直な方向から見て第２溝部１２の幅の範囲内に設けられている。
【００３６】
各第３溝部１４は、前記各第２溝部１２の長手方向において対応する第２溝部１２から離間して配置されており、その対応する第２溝部１２と同方向に延びている。また、各第３溝部１４は、その表側（基板４の表面４ａ側）に位置する第１溝部１０の第２部分１０ｂと平行に延びている。各第３溝部１４は、対応する第２溝部１２と幅方向の中心位置が一致するように配置されている。また、各第３溝部１４は、等間隔で互いに平行に並ぶように配置されており、基板４の裏面４ｂにおいてそれぞれ開口している。各第３溝部１４の第２溝部１２側の端部は、その第３溝部１４の表側に位置する第１溝部１０の第２部分１０ｂのうち第１部分１０ａと反対側の端部と基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに垂直な方向から見て重なるように配置されている。また、第３溝部１４は、第１溝部１０の第２部分１０ｂの前記断面形状を基板４の厚み方向において反転させた断面形状を有する（図７参照）。
【００３７】
前記第２封止板８は、第２溝部１２及び第３溝部１４の基板４の裏面４ｂ側の開口を封止するように当該基板４の裏面４ｂに接合されている。
【００３８】
また、基板４には、図２に示すように、複数の第１穴部１６と、複数の第２穴部１８とが形成されている。
【００３９】
各第１穴部１６は、基板４のうち各第２溝部１２の第３溝部１４側の端部が位置する部位にそれぞれ形成されている。各第１穴部１６は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第２溝部１２の第３溝部１４側の端部とその表側に位置する第１溝部１０の第２部分１０ｂの第１部分１０ａ側の端部とを連通させている。この各第１穴部１６は、当該第１穴部１６によって連通される第２部分１０ｂ及び第２溝部１２の深さの和が基板４の厚みよりも大きいことに起因して、その第２部分１０ｂと第２溝部１２がそれぞれエッチングにより形成されたときにそれらの重なった端部同士が基板４の厚み方向で繋がることによって形成される。
【００４０】
各第２穴部１８は、基板４のうち各第３溝部１４の第２溝部１２側の端部が位置する部位にそれぞれ形成されている。各第２穴部１８は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第３溝部１４の第２溝部１２側の端部とその表側に位置する第１溝部１０の第２部分１０ｂの第１部分１０ａと反対側の端部とを連通させている。この各第２穴部１８は、当該第２穴部１８によって連通される第２部分１０ｂ及び第３溝部１４の深さの和が基板４の厚みよりも大きいことに起因して、その第２部分１０ｂと第３溝部１４がそれぞれエッチングにより形成されたときにそれらの重なった端部同士が基板４の厚み方向で繋がることによって形成される。
【００４１】
流路構造体内に設けられた前記複数の流通路２は、基板４の面方向に等間隔で平行に並ぶように配置されている。各流通路２は、図３に示すように、第１導入路２２と、第２導入路２４と、合流部２６と、第１合流流体流路２８と、流通方向変更部３０と、第２合流流体流路３２とを有する。
【００４２】
第１導入路２２は、第１流体が導入されて流れる部分であり、特定方向に直線的に延びている。第１導入路２２は、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第１溝部１０のうち第１穴部１６に対して第２穴部１８と反対側に位置する部分によって構成されている。すなわち、第１導入路２２は、第１封止板６により前記表面４ａ側の開口が封止された第１溝部１０の第１部分１０ａによって構成されている。この第１導入路２２の長手方向に垂直な方向における断面の形状は、図４に示すように、円弧状の部分が基板４の裏面４ｂ側を向く半円状となっている。
【００４３】
第２導入路２４（図３参照）は、第２流体が導入されて流れる部分である。この第２導入路２４は、当該第２導入路２４を有する流通路２の第１導入路２２の裏側に配置され、その第１導入路２２と平行に延びている。すなわち、各流通路２において、第１導入路２２と第２導入路２４は、基板４の厚み方向に並んで互いに平行に配置されている。第２導入路２４は、第２封止板８により基板４の裏面４ｂ側の開口が封止された第２溝部１２のうち第１穴部１６が形成された部分以外の部分、すなわち第２溝部１２のうち第１穴部１６に対して第３溝部１４と反対側に位置する部分によって構成されている。この第２導入路２４の長手方向に垂直な方向における断面の形状は、図４に示すように、円弧状の部分が基板４の表面４ａ側を向く半円状となっている。基板４の厚み方向における第２導入路２４の深さは、同方向における第１導入路２２の深さよりも大きい。また、基板４の面方向でかつ第２導入路２４の長手方向に垂直な方向における当該第２導入路２４の幅は、基板４の面方向でかつ第１導入路２２の長手方向に垂直な方向における当該第１導入路２２の幅よりも大きい。第２導入路２４が以上のような形状に形成されていることにより、第２導入路２４の基板４の表面４ａ側に位置する第１導入路２２は、基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに垂直な方向から見て当該第２導入路２４の幅の範囲内に設けられている。また、各流通路２の第１導入路２２と第２導入路２４は、その幅方向の中心位置が一致するように配置されている。
【００４４】
合流部２６（図３参照）は、第１導入路２２及び第２導入路２４の下流側に繋がっており、第１導入路２２を通じて流れる第１流体と第２導入路２４を通じて流れる第２流体とを基板４の厚み方向において合流させるための部分である。この合流部２６は、第１穴部１６と、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第１溝部１０の第２部分１０ｂ及び第２封止板８により基板４の裏面４ｂ側の開口が封止された第２溝部１２のうち第１穴部１６により連通された部分とによって構成されている。流通路２の延びる方向に対して垂直な方向における合流部２６の断面形状は、図５に示すように、基板４の厚み方向において互いに対称的に配置された２つの半円がその頂点近傍の部分で重ね合わされたような形状となっている。
【００４５】
第１合流流体流路２８（図３参照）は、合流部２６において合流した第１流体と第２流体の混合流体が基板４の表面４ａに沿って流れる部分である。第１合流流体流路２８は、合流部２６の下流側に繋がっており、第１導入路２２と同方向に延びている。この第１合流流体流路２８は、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第１溝部１０の第２部分１０ｂうち第１穴部１６と第２穴部１８との間に位置する部分によって構成されている。この第１合流流体流路２８の長手方向に垂直な方向における断面形状は、図６に示すように、円弧状の部分が基板４の裏面４ｂ側を向く半円状となっている。基板４の厚み方向における第１合流流体流路２８の深さは、同方向における第１導入路２２の深さよりも大きく、基板４の面方向でかつ第１合流流体流路２８の長手方向に垂直な方向における第１合流流体流路２８の幅は、基板４の面方向でかつ第１導入路２２の長手方向に垂直な方向における第１導入路２２の幅よりも大きい。
【００４６】
流通方向変更部３０（図３参照）は、第１合流流体流路２８の下流側に繋がっており、第１合流流体流路２８を通じて流れる混合流体が基板４の表面４ａ側から裏面４ｂ側へ向かうようにその混合流体の流通方向を変更させるための部分である。また、流通方向変更部３０は、第２穴部１８と、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第１溝部１０の第２部分１０ｂ及び第２封止板８により基板４の裏面４ｂ側の開口が封止された第３溝部１４のうち第２穴部１８により連通された部分とによって構成されている。流通路２の延びる方向に対して垂直な方向における流通方向変更部３０の断面形状は、同方向における前記合流部２６の断面形状と同様に構成されている。
【００４７】
第２合流流体流路３２（図３参照）は、第１合流流体流路２８から流通方向変更部３０を通じて流れる混合流体が基板４の裏面４ｂに沿って流れるようにその混合流体の流通方向を変更させて下流側へ流すための部分である。この第２合流流体流路３２は、第２封止板８により基板４の裏面４ｂ側の開口が封止された第３溝部１４のうち第２穴部１８に対して第２溝部１２側と反対側へ延びる部分によって構成されている。この第２合流流体流路３２の長手方向に垂直な方向における断面形状は、図７に示すように、円弧状の部分が基板４の表面４ａ側を向く半円状となっている。基板４の厚み方向における第２合流流体流路３２の深さは、同方向における第１合流流体流路２８の深さと等しい。また、基板４の面方向でかつ第２合流流体流路３２の長手方向に垂直な方向における当該第２合流流体流路３２の幅は、基板４の面方向でかつその長手方向に垂直な方向における第１合流流体流路２８の幅と等しい。また、第２合流流体流路３２は、その幅方向の中心位置が第１合流流体流路２８の幅方向の中心位置及び第２導入路２４の幅方向の中心位置と一致するように配置されている。
【００４８】
次に、第１流体と第２流体が、本実施形態による流路構造体の各流通路２を流通して互いに混合される際のプロセスについて説明する。
【００４９】
まず、第１流体が各流通路２の第１導入路２２に導入されるとともに、第２流体が各流通路２の第２導入路２４に導入される。各第１導入路２２に導入された第１流体は、基板４の表面４ａに沿って下流側へ流れて各合流部２６へ流入し、各第２導入路２４に導入された第２流体は、基板４の裏面４ｂに沿って下流側へ流れて各合流部２６へ流入する。各合流部２６に流入した第１流体は、僅かに基板４の裏面４ｂ側へ移動しながら下流側へ流れ、各合流部２６に流入した第２流体は、僅かに基板４の表面４ａ側へ移動しながら下流側へ流れる。このため、各合流部２６では、第１流体と第２流体とが基板４の厚み方向において互いに衝突しながら合流し、その結果、第１流体と第２流体とが互いに混合される。
【００５０】
各合流部２６で合流した第１流体と第２流体の混合流体は、各第１合流流体流路２８を基板４の表面４ａに沿って下流側へ流れる。その後、その混合流体は、各第１合流流体流路２８から各流通方向変更部３０へ流入し、基板４の表面４ａ側から裏面４ｂ側へ向かって流れる。すなわち、混合流体は、各第１合流流体流路２８から各流通方向変更部３０へ流入することにより、その流通方向が基板４の表面４ａに沿う方向から基板４の厚み方向に急激に変化する。その結果、混合流体の流れに乱れが生じ、当該混合流体の混合が促進される。
【００５１】
そして、各流通方向変更部３０を基板４の表面４ａ側から裏面４ｂ側へ向かって流れた混合流体は、その流通方向変更部３０から各第２合流流体流路３２へ流入し、基板４の裏面４ｂに沿って流れる。すなわち、混合流体は、各流通方向変更部３０から各第２合流流体流路３２へ流入することにより、その流通方向が基板４の厚み方向から基板４の裏面４ｂに沿う方向に急激に変化する。その結果、混合流体の流れにさらに乱れが生じ、当該混合流体の混合がさらに促進される。
【００５２】
以上のようにして、各流通路２を流通する第１流体と第２流体との混合が行われる。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態による流路構造体では、各流通路２で混合流体が第１合流流体流路２８から流通方向変更部３０を経て第２合流流体流路３２へ至る過程において、その混合流体の流通方向が、基板４の表面４ａに沿う方向から基板４の厚み方向に急激に変化し、さらに基板４の厚み方向から基板４の裏面４ｂに沿う方向に急激に変化する。このため、その過程において混合流体の流れに乱れが生じ、その結果、当該混合流体の混合を促進することができる。そして、本実施形態では、このように各流通路２の第１合流流体流路２８から第２合流流体流路３２に至る部分において混合流体の流通方向を基板４の表面４ａに沿う方向から基板４の厚み方向、さらに基板４の裏面４ｂに沿う方向へ急激に変化させることでその混合流体の混合を促進させているため、従来の流路構造体のように突起で流路径を絞ることによって流体の混合促進を図る必要がなく、各流通路２における著しい圧力損失の増大を回避することができる。
【００５４】
さらに本実施形態では、各流通路２のうち第１合流流体流路２８から流通方向変更部３０を経て第２合流流体流路３２へ至る部分が基板４の厚み方向において屈曲した形状に形成されているため、第１合流流体流路から流通方向変更部を経て第２合流流体流路へ至る部分が基板の同一面において屈曲した形状に形成されている場合に比べて、当該部分が基板４の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００５５】
また、本実施形態では、各流通路２において第１導入路２２と第２導入路２４が互いに平行に延びるため、第１導入路と第２導入路が基板の面方向において互いに異なる方向に延びている場合に比べて、流路構造体内で各流通路２の第１導入路２２及び第２導入路２４が基板４の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００５６】
また、本実施形態では、各流通路２において第１導入路２２が第２導入路２４の幅の範囲内に配置されているため、両導入路のうちの一方が他方に対して幅方向にはみ出るように配置されている場合に比べて、両導入路２２，２４が基板４の面方向において占有する幅をより小さくすることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、各流通路２において第２合流流体流路３２が第１合流流体流路２８と平行に延びるため、第２合流流体流路が第１合流流体流路と異なる方向に延びる場合に比べて、流路構造体内で各流通路のうち第１合流流体流路２８から第２合流流体流路３２に至る部分が基板４の面方向において占有する幅を小さくすることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、流路構造体が複数の流通路２を有しているため、複数の流通路２でそれぞれ第１流体と第２流体を合流させてそれらの流体を混合する処理を行うことができ、流路構造体全体における流体の混合処理の効率を向上することができる。しかも、本実施形態では、各流通路２の第１導入路２２同士、第２導入路２４同士、第１合流流体流路２８同士及び第２合流流体流路３２同士がそれぞれ互いに平行に配置されるため、それらの流路同士が異なる方向に延びるように配置される場合に比べて、各流通路２間の間隔を小さくすることができる。このため、本実施形態では、流路構造体の大容量化が要求される場合でも、複数の流通路２を密に配置することができるため、流路構造体をコンパクト化しつつ、流路構造体の大容量化を実現することができる。従って、本実施形態では、流路構造体をコンパクト化しつつ、流路構造体全体での流体の混合処理の効率を向上することができる。
【００５９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６０】
例えば、図８に示す上記実施形態の変形例のように、各流通路２が第２合流流体流路３２の下流側でさらに流体の流通方向の変更が行われるように構成されていてもよい。
【００６１】
具体的には、この変形例による流路構造体では、各流通路２が第１導入路２２、第２導入路２４、合流部２６、第１合流流体流路２８、第１流通方向変更部３０ａ、第２合流流体流路３２、第２流通方向変更部３４及び第３合流流体流路３６を有している。なお、第１流通方向変更部３０ａは、本発明の流通方向変更部の概念に含まれるものであり、上記実施形態の流通方向変更部３０と同様に構成されている。
【００６２】
流路構造体を構成する基板４の表面４ａには、複数の第４溝部４２がエッチングによって形成されている。各第４溝部４２は、対応する第１溝部１０の第２部分１０ｂの第１部分１０ａと反対側の端部からその第１溝部１０の長手方向において離間して配置されており、その対応する第１溝部１０と同方向に延びている。各第４溝部４２は、対応する第１溝部１０と幅方向の中心位置が一致するように配置されている。また、各第４溝部４２は、等間隔で互いに平行に並ぶように配置されており、基板４の表面４ａにおいてそれぞれ開口している。各第４溝部４２の第１溝部１０側の端部は、その第４溝部４２の裏側に位置する第３溝部１４のうち第２溝部１２と反対側の端部と基板４の表面４ａ及び裏面４ｂに垂直な方向から見て重なるように配置されている。また、第４溝部４２は、その長手方向に垂直な断面において第１溝部１０の第２部分１０ｂと同じ断面形状を有する。第１封止板６は、各第１溝部１０及びこの各第４溝部４２の基板４の表面４ａ側の開口を封止するように基板４の表面４ａに接合されている。
【００６３】
また、基板４には、複数の第３穴部４４が形成されている。各第３穴部４４は、基板４のうち各第４溝部４２の第１溝部１０側の端部が位置する部位にそれぞれ形成されている。各第３穴部４４は、基板４を表面４ａから裏面４ｂへ当該基板４の厚み方向に貫通して各第４溝部４２の第１溝部１０側の端部とその裏側に位置する第３溝部１４の第２溝部１２と反対側の端部とを連通させている。この各第３穴部４４は、当該第３穴部４４によって連通される第３溝部１４と第４溝部４２の深さの和が基板４の厚みよりも大きいことに起因して、その第３溝部１４と第４溝部４２がそれぞれエッチングにより形成されたときにそれらの重なった端部同士が基板４の厚み方向で繋がることによって形成される。
【００６４】
各流通路２の第２流通方向変更部３４は、第２合流流体流路３２の下流側に繋がっており、第２合流流体流路３２を通じて流れる混合流体が基板４の裏面４ｂ側から表面４ａ側へ向かうようにその混合流体の流通方向を変更させるための部分である。この第２流通方向変更部３４は、第３穴部４４と、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第４溝部４２及び第２封止板８により基板４の裏面４ｂ側の開口が封止された第３溝部１４のうち第３穴部４４により連通された部分とによって構成されている。流通路２の延びる方向に対して垂直な方向における第２流通方向変更部３４の断面形状は、同方向における第１流通方向変更部３０ａの断面形状と同様に構成されている。
【００６５】
各流通路２の第３合流流体流路３６は、第２合流流体流路３２から第２流通方向変更部３４を通じて流れる混合流体が基板４の表面４ａに沿って流れるようにその混合流体の流通方向を変更させて下流側へ流すための部分である。この第３合流流体流路３６は、第１封止板６により基板４の表面４ａ側の開口が封止された第４溝部４２のうち第３穴部４４に対して第１溝部１０と反対側へ延びる部分によって構成されている。第３合流流体流路３６は、その幅方向の中心位置が第１導入路２２、第２導入路２４、第１合流流体流路２８、第２合流流体流路３２の幅方向の中心位置と一致するように配置されている。この第３合流流体流路３６のこれ以外の構成は、第１合流流体流路２８の構成と同様である。
【００６６】
そして、この変形例による流路構造体では、第１流体と第２流体の混合流体が各流通路２の各第１合流流体流路２８から各第１流通方向変更部３０を経て各第２合流流体流路３２へその流通方向を変更しつつ流れ、その後、各第２流通方向変更部３４へ流入する。これにより、混合流体は、基板４の裏面４ｂ側から表面４ａ側へ向かって流れる。すなわち、混合流体は、各第２合流流体流路３２から各第２流通方向変更部３４へ流入することにより、その流通方向が基板４の裏面４ｂに沿う方向から基板４の厚み方向に急激に変化する。その結果、混合流体の流れに乱れが生じ、当該混合流体の混合が促進される。
【００６７】
そして、各第２流通方向変更部３４を基板４の裏面４ｂ側から表面４ａ側へ向かって流れた混合流体は、その第２流通方向変更部３４から各第３合流流体流路３６へ流入し、基板４の表面４ａに沿って流れる。すなわち、混合流体は、各第２流通方向変更部３４から各第３合流流体流路３６へ流入することにより、その流通方向が基板４の厚み方向から基板４の表面４ａに沿う方向に急激に変化する。その結果、混合流体の流れにさらに乱れが生じ、当該混合流体の混合がさらに促進される。
【００６８】
なお、この変形例における各流通路２の第３合流流体流路３６の下流側に、第１流通方向変更部３０ａ及び第２合流流体流路３２と同様の構造を有する流路が更に繋がっていてもよく、また、その第３合流流体流路３６の下流側に第１流通方向変更部３０ａ及び第２合流流体流路３２と同様の構造を有する流路構成部と、第２流通方向変更部３４及び第３合流流体流路３６と同様の構成を有する流路構成部とが任意の繰り返し回数分だけ連続するように設けられていてもよい。この繰り返し回数が増えるにつれて混合流体の混合がより促進されるため、当該繰り返し回数を任意の回数に設定することによって、混合流体の混合度合いを調節することができる。
【００６９】
また、流路構造体は、流通路２を１つのみ有していてもよい。
【００７０】
また、第１溝部の第１部分と第２溝部とが基板の表面に垂直な方向から見て互いに異なる方向に延びるように形成され、第１溝部と第２溝部のうち第１穴部によって連通される部分が基板に垂直な方向から見て重なるように配置されていてもよい。
【００７１】
また、第１溝部の第２部分と第３溝部とが基板の表面に垂直な方向から見て互いに異なる方向に延びるように形成され、第１溝部の第２部分と第３溝部のうち第２穴部によって連通される部分が基板に垂直な方向から見て重なるように配置されていてもよい。
【００７２】
また、第１導入路２２の上流側にその第１導入路２２と異なる方向に延びる流路や、屈曲又は湾曲した形状等の種々の形状を有する流路が繋がっていてもよい。また、同様の流路が、第２導入路２４の上流側に繋がっていてもよい。
【００７３】
また、流通路２の最下流部にその最下流部と異なる方向に延びる流路や、屈曲又は湾曲した形状等の種々の形状を有する流路が繋がっていてもよい。
【００７４】
また、第１溝部の第１部分と第２溝部とが互いに等しい幅を有するように形成されることにより、第１導入路と第２導入路が互いに等しい流路幅を有していてもよい。また、第１溝部の第１部分が第２溝部よりも大きい幅を有するように形成されることにより、第１導入路が第２導入路よりも大きい流路幅を有していてもよい。
【００７５】
また、第１導入路（第１溝部の第１部分）と第２導入路（第２導入溝）は、それらの幅方向の中心位置が互いに一致していなくてもよく、それらのうちの一方が他方に対して基板の表面に垂直な方向から見て幅方向にはみ出すように設けられていてもよい。
【００７６】
また、流通路を構成する各溝部及び各穴部は、エッチングによって基板に形成されるものに限定されない。例えば、それらの溝部及び穴部は、切削加工等によって基板に形成されてもよい。
【００７７】
また、流通路を構成する各部とそれらを構成する各溝部及び各穴部の断面形状は、上記以外の種々の形状であってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
２  流通路
４  基板
４ａ  表面
４ｂ  裏面
６  第１封止板
８  第２封止板
１０  第１溝部
１２  第２溝部
１４  第３溝部
１６  第１穴部
１８  第２穴部
２２  第１導入路
２４  第２導入路
２６  合流部
２８  第１合流流体流路
３０  流通方向変更部
３０ａ  第１流通方向変更部（流通方向変更部）
３２  第２合流流体流路
【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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