(57)【要約】【課題】  従来よりも短波長の光を透過させ、紫外線による劣化を防ぐ。【解決手段】  水晶からなり所定のパターンで形成された流路が形成された第一のプレートと、水晶からなり第一のプレートと接合される第二のプレートと、第一のプレートの流路が形成された面と第二のプレートの流路と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材と、を備え、第一のプレートに設けられた接合材と第二のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合されて構成されることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶からなり所定のパターンで形成された流路が形成された第一のプレートと、
水晶からなり前記第一のプレートと接合される第二のプレートと、
前記第一のプレートの前記流路が形成された面と前記第二のプレートの前記流路と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材と、
を備え、
前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第二のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合されて構成されることを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項２】
水晶からなり所定のパターンで形成された流路が形成された第一のプレートと、
水晶からなり前記第一のプレートと接合される第二のプレートと、
水晶からなり前記第一のプレートと接合される第三のプレートと、
前記第一のプレートの他の面よりも面積の大きい２つ面と前記第二のプレートの前記流路と対向させる面と前記第三のプレートの前記流路と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材と、
を備え、
前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第二のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合され、
前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第三のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合されて構成されることを特徴とするマイクロリアクター。
【請求項３】
前記第一のプレートにおいて、
前記流路の入口と出口とが第一のプレートの側面に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマイクロリアクター。
【請求項４】
前記第一のプレートにおいて、
前記流路の少なくとも２つの端部が側面に貫通せずに設けられ、
前記第二のプレートにおいて、
前記流路の端部に対応する位置に貫通穴が設けられ、前記流路の入口と出口を形成す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５】
前記第一のプレートにおいて、
前記流路の少なくとも２つの端部が側面に貫通せずに設けられ、
前記第二のプレート又は前記第三のプレートにおいて、
前記流路の一方の端部に対応する位置に貫通穴が設けられて前記流路の入口が形成され、
前記第二のプレート又は前記第三のプレートにおいて、
前記流路の他方の端部に対応する位置に貫通穴が設けられて前記流路の出口が形成され、
てい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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体からなる被反応物の化学反応に用いるマイクロリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体からなる被反応物の化学反応をするためにマイクロリアクターが用いられている。
この従来のマイクロリアクターは、例えば、石英ガラスからなり、内部に流路パターンが設けられている。
この流路パターン内に被反応物を流し込み、マイクロリアクターに紫外光を照射して被反応物の化学反応をしている（例えば、特許文献１参照）。
このようなマイクロリアクターは、例えば、以下のようにして設けられる。
石英ガラス部材は、第一のプレートとこのプレートに張り合わされる第二のプレートとから構成されている（例えば、特許文献２参照）。
第一のプレートは、球状石英ガラス粉末にアクリル樹脂系バインダーを加熱混合し、シート化した状態で粉砕してフレーク状とし、外形形状が射出形成にて形成される。第二のプレートは、第一のプレートと同様に、射出形成にて形成される。
第一のプレートと第二のプレートとは、接着材を介して重ね合わされて、最大で１３００℃まで加熱されて接合される。
【０００３】
石英ガラス部材は、例えば、第一のプレートに流路パターンが形成されていれば、マイクロリアクターとして用いることができる。
なお、マイクロリアクターには、フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムなどを用いることもできる（例えば、特許文献３参照）。フッ化マグネシウムやフッ化カルシウムは、短波長の光を透過させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４６３９４号公報
【特許文献２】特開２００９−２４２１２９号公報
【特許文献３】特開２００７−１７１５５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、石英ガラスを使った従来のマイクロリアクターは、接合のために最大で１３００℃で加熱されなければならず、加熱のための設備や製造にかかるコストが高くなることが懸念される。
また、石英ガラスは、１７０ｎｍ以下における紫外光の透過率が著しく悪化する。また、石英ガラスは、紫外光が照射されると劣化するという課題がある。そのため、石英ガラスからなるマイクロリアクターは、交換の頻度が高いという課題がある。
また、マイクロリアクターにフッ化マグネシウムやフッ化カルシウムを用いた場合は、液体からなる被反応物の水分を吸収して劣化する場合があり、劣化するたびに交換が必要となる。
【０００６】
そこで、本発明では、前記の問題を解決し、従来よりも短波長の光を透過させ、紫外線による劣化を防ぐマイクロリアクターを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマイクロリアクターは、水晶からなり所定のパターンで形成された流路が形成された第一のプレートと、水晶からなり前記第一のプレートと接合される第二のプレートと、前記第一のプレートの前記流路が形成された面と前記第二のプレートの前記流路と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材と、を備え、前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第二のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合されて構成されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のマイクロリアクターは、水晶からなり所定のパターンで形成された流路が形成された第一のプレートと、水晶からなり前記第一のプレートと接合される第二のプレートと、水晶からなり前記第一のプレートと接合される第三のプレートと、前記第一のプレートの他の面よりも面積の大きい２つ面と前記第二のプレートの前記流路と対向させる面と前記第三のプレートの前記流路と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材と、を備え、前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第二のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合され、前記第一のプレートに設けられた接合材と前記第三のプレートとに設けられた接合材とが原子拡散接合法により接合されて構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のマイクロリアクターは、前記第一のプレートにおいて、前記流路の入口と出口とが第一のプレートの側面に設けられていても良い。
また、本発明のマイクロリアクターは、前記第一のプレートにおいて、前記流路の少なくとも２つの端部が側面に貫通せずに設けられ、前記第二のプレートにおいて、前記流路の端部に対応する位置に貫通穴が設けられ、前記流路の入口と出口を形成されていても良い。
【００１０】
また、本発明のマイクロリアクターは、前記第一のプレートにおいて、前記流路の少なくとも２つの端部が側面に貫通せずに設けられ、前記第二のプレート又は前記第三のプレートにおいて、前記流路の一方の端部に対応する位置に貫通穴が設けられて前記流路の入口が形成され、前記第二のプレート又は前記第三のプレートにおいて、前記流路の他方の端部に対応する位置に貫通穴が設けられて前記流路の出口が形成されていても良い。
【発明の効果】
【００１１】
このような本発明のマイクロリアクターは、第一のプレートと第二のプレートとに水晶が用いられており、これら第一のプレートと第二のプレートとが１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材で接合されており、この接合材は、原子拡散接合法により接合されているので、紫外光が第一のプレートと第二のプレートとに照射されても劣化することがない。
また、接合材が１ｎｍ以下の厚みで設けられるため、成膜にかかる時間を少なくすることができ、また、成膜された接合材は、原子拡散接合により接合されるので、５００℃を超える温度を用いることなく接合することができる。
【００１２】
このような本発明のマイクロリアクターは、水晶からなり、厚み方向に貫通した流路を備えた第一のプレートを第二のプレートと第三のプレートで挟んだ構成となっており、１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材で第一のプレートと第二のプレートが原子拡散接合法により接合され、第一のプレートと第三のプレートとが原子拡散接合法により接合されるので、紫外光が第一のプレートと第二のプレートとに照射されても劣化することがない。
また、接合材が１ｎｍ以下の厚みで設けられるため、成膜にかかる時間を少なくすることができ、また、成膜された接合材は、原子拡散接合により接合されるので、５００℃を超える温度を用いることなく接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るマイクロリアクターの一例を示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は第一のプレートと第二のプレートに接合材を設ける前の状態を示す概念図であり、（ｂ）は第一のプレートと第二のプレートに接合材を設けた後の状態を示す概念図である。
【図３】接合材を介して第一のプレートと第二のプレートとを接合した状態を示す概念図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に係るマイクロリアクターの一例を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の第三の実施形態に係るマイクロリアクターの一例を示す分解斜視図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係るマイクロリアクターの他の一例を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の第三の実施形態に係るマイクロリアクターの他の一例を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の第四の実施形態に係るマイクロリアクターの一例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。また、説明を明確にするために、発明の構成を誇張して図示している。
【００１５】
（第一の実施形態）
図１〜図３に示すように、本発明の第一の実施形態に係るマイクロリアクター１００は、所定のパターンで形成される流路１１を有する第一のプレート１０と、第二のプレート２０と、接合材３０と、から主に構成されている。
このマイクロリアクター１００は、流路１１内に液体からなる被反応物を流し込み、第一のプレート１０又は第二のプレート２０の外側から短波長の光を照射して流路１１内の被反応物を化学反応させるのに用いられる。
【００１６】
図１に示すように、第一のプレート１０は、水晶からなり所定のパターンで形成された流路１１が形成されている。
この第一のプレート１０は、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により外形形状を形成することができる。また、第一のプレート１０に設けられる流路１１は、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により所定のパターンで形成することができる。
この流路１１には、少なくとも２つの端部１１Ａ，１１Ｂが設けられており、第一のプレート１０の主面内に位置させた状態となっている。この流路１１には底があり、第一のプレート１０の厚み内で収まる深さで設けられている。
【００１７】
流路１１のパターンは、例えば、直線状に形成してもよいし、又は、図示しないが、蛇行させたパターンで形成してもよいし、円形や円弧系のパターンで形成しても良い。
なお、直線状以外のパターンで流路を形成するのは、短波長の光を受ける時間が長くなり、その分、均一な反応を被反応物にさせることができる。
ここで、主面とは、第一のプレート１０において、最も広い平面積となる面を主面とし、厚みをもって形成される第一のプレート１０には、平行となる２つの主面が存在している。
【００１８】
第二のプレート２０は、水晶からなり前記第一のプレート１０と接合材３０を介して接合され、第一のプレート１０に形成される流路の所定の部分を覆う役割を果たす。
この第二のプレート２０は、第一のプレート１０と同じ大きさで、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により外形形状を形成することができる。
第二のプレート２０は、一方の主面を第一のプレート１０の流路１１が設けられた主面側に向けた状態で、後述する接合材３０を介して接合される。これにより、流路１１を覆うことができる。
【００１９】
なお、この第二のプレート２０には、第一のプレート１０に設けられている流路１１の端部１１Ａ，１１Ｂに対応する位置に貫通穴２１Ａ，２１Ｂが設けられている。
これら貫通穴２１Ａ，２１Ｂが被反応物の入口・出口として用いられる。
なお、これら貫通穴２１Ａ，２１Ｂは、どちらを入口にするかを適宜、決定することが出来る。
【００２０】
接合材３０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、前記第一のプレート１０の前記流路１１が形成された面と前記第二のプレート２０の前記流路１１と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられ、第一のプレート１０と第二のプレート２０とを接合する役割を果たす。
この接合材３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）などを用いることができ、厚みが１ｎｍ以下で成膜される。なお、接合材３０の厚みは、１ｎｍを超えて厚くなると、短波長の光が透過しにくくなる。そのため、接合材３０の厚みは１ｎｍ以下とするのが良い。
【００２１】
接合材３０は、例えば、従来周知のスパッタ技術により真空雰囲気中において所定の温度で第一のプレート１０と第二のプレート２０とに成膜される。この成膜の際の温度は、例えば、約２５０℃となっている。
【００２２】
図３に示すように、第一のプレート１０と第二のプレート２０とに成膜された接合材３０は、この真空雰囲気中のまま第一のプレート１０に設けられた接合材３０と第二のプレート２０とに設けられた接合材３０とを向かい合わせにされ重ねることで原子拡散接合法により接合される。
この原子拡散接合は、真空雰囲気中でスパッタ等で成膜すると、成膜された接合材の表面が高い活性状態となっており、この表面活性が高い状態のまま重ね合わせることで接合することができる。
なお、接合材３０は、１ｎｍ以下と薄く成膜されるので、短波長の光を透過させることができる。
【００２３】
このような本発明のマイクロリアクター１００は、第一のプレート１０と第二のプレート２０とに水晶が用いられており、これら第一のプレート１０と第二のプレート２０とが１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材３０で接合されており、この接合材３０が、原子拡散接合法により接合されているので、紫外光が第一のプレート１０と第二のプレート２０とに照射されても劣化することがない。
また、接合材３０が１ｎｍ以下の厚みで設けられるため、成膜にかかる時間を少なくすることができ、また、成膜された接合材３０は、原子拡散接合により接合されるので、５００℃を超える温度を用いることなく接合することができる。
【００２４】
（第二の実施形態）
図４に示すように、本発明の第二の実施形態に係るマイクロリアクター１０１は、第一のプレート１０Ｂに設けられる流路１１の端部１１Ｃ，１１Ｄが、第一のプレート１０Ｂの側面に設けられ、第二のプレート２０Ｂが貫通穴のない平板状に設けられている点で第一の実施形態と異なる。
このように第二の実施形態を構成しても、第一の実施形態に係るマイクロリアクター１００と同様の効果を奏する。
【００２５】
（第三の実施形態）
図５に示すように、本発明の第三の実施形態に係るマイクロリアクター１０２は、所定のパターンで形成され厚み方向に貫通する流路１１を有する第一のプレート１０Ｃと、第二のプレート２０Ｃと、第三のプレート４０と、接合材３０と、から主に構成されている。
【００２６】
第一のプレート１０Ｃは、水晶からなり所定のパターンで形成されつつ厚み方向に貫通した流路１１が形成されている。
この第一のプレート１０Ｃは、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により外形形状を形成することができる。また、第一のプレート１０Ｃに設けられる流路１１は、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により所定のパターンで形成することができる。
この流路１１には、少なくとも２つの端部１１Ｅ，１１Ｆが設けられており、第一のプレート１０Ｃの主面内に位置させた状態となっている。この流路１１は第一のプレート１０Ｃの厚み方向に貫通している。
【００２７】
流路１１のパターンは、例えば、直線状に形成してもよいし、又は、図示しないが、蛇行させたパターンで形成してもよいし、円形や円弧系のパターンで形成しても良い。
なお、直線状以外のパターンで流路を形成するのは、短波長の光を受ける時間が長くなり、その分、均一な反応を被反応物にさせることができる。
【００２８】
第二のプレート２０Ｃは、水晶からなり前記第一のプレート１０Ｃと接合材３０を介して接合され、第一のプレート１０Ｃに形成される流路の所定の部分を覆う役割を果たす。
この第二のプレート２０Ｃは、第一のプレート１０Ｃと同じ大きさで、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により外形形状を形成することができる。
第二のプレート２０Ｃは、一方の主面を第一のプレート１０Ｃの流路１１が設けられた主面側に向けた状態で、後述する接合材３０を介して接合される。これにより、流路１１を覆うことができる。
【００２９】
第三のプレート４０は、水晶からなり前記第一のプレート１０Ｃと接合材３０を介して接合され、第一のプレート１０Ｃに形成される流路１１の所定の部分を覆う役割を果たす。
この第三のプレート４０は、第一のプレート１０Ｃと同じ大きさで、例えば、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術により外形形状を形成することができる。
第三のプレート４０は、一方の主面を第一のプレート１０Ｃの流路１１が設けられた主面側に向けた状態で、後述する接合材３０を介して接合される。これにより、流路１１を覆うことができる。
【００３０】
なお、第二のプレート２０Ｃ又は第三のプレート４０には、第一のプレート１０Ｃに設けられた流路１１の端部１１Ｅ，１１Ｆに対応した位置に貫通穴２１Ｃ，２１Ｄが設けられる。
例えば、図５に示すように、入口となる貫通孔２１Ｃを第二のプレート２０Ｃに設け、出口となる貫通穴２１Ｄを第二のプレート２０Ｃに設けることができる。
また、他の一例として、図６に示すように、入口となる貫通孔２１Ｃを第二のプレート２０Ｃに設け、出口となる貫通穴２１Ｄを第三のプレート４０に設けることができる。
また、他の一例として、図７に示すように、入口となる貫通孔２１Ｃを第三のプレート４０に設け、出口となる貫通穴２１Ｄを第三のプレート４０に設けることができる。
【００３１】
接合材３０は、前記第一のプレート１０Ｃの前記流路１１が形成された２つの面と前記第二のプレート２０Ｃの前記流路１１と対向させる面と前記第三のプレート４０の前記流路１１と対向させる面とに１ｎｍ以下の厚みで設けられ、第一のプレート１０Ｃと第二のプレート２０Ｃとを接合し、第一のプレート１０Ｃと第三のプレート４０とを接合する役割を果たす。
この接合材３０は、例えば、Ｃｒ（クロム）などを用いることができ、厚みが１ｎｍ以下で成膜される。
【００３２】
接合材３０は、例えば、従来周知のスパッタ技術により真空雰囲気中において所定の温度で第一のプレート１０Ｃと第二のプレート２０Ｃと第三のプレート４０とに成膜される。この成膜の際の温度は、例えば、約２５０℃となっている。
【００３３】
第一のプレート１０Ｃと第二のプレート２０Ｃとに成膜された接合材３０は、この真空雰囲気中のまま第一のプレート１０Ｃに設けられた接合材３０と第二のプレート２０Ｃとに設けられた接合材３０とを向かい合わせにされ重ねることで原子拡散接合法により接合される。
同様に、第一のプレート１０Ｃと第三のプレート４０とに成膜された接合材３０は、この真空雰囲気中のまま第一のプレート１０Ｃに設けられた接合材３０と第三のプレート４０とに設けられた接合材３０とを向かい合わせにされ重ねることで原子拡散接合法により接合される。
【００３４】
このようにして、第一のプレート１０Ｃを第二のプレート２０Ｃと第三のプレート４０とで挟んで接合することができる。
この原子拡散接合は、真空雰囲気中でスパッタ等で成膜すると、成膜された接合材の表面が高い活性状態となっており、この表面活性が高い状態のまま重ね合わせることで接合することができる。
なお、接合材３０は、１ｎｍ以下と薄く成膜されるので、短波長の光を透過させることができる。
【００３５】
このような本発明のマイクロリアクター１０２は、水晶からなり、厚み方向に貫通した流路を備えた第一のプレートを第二のプレートと第三のプレートで挟んだ構成となっており、１ｎｍ以下の厚みで設けられる接合材で第一のプレートと第二のプレートが原子拡散接合法により接合され、第一のプレートと第三のプレートとが原子拡散接合法により接合されるので、紫外光が第一のプレートと第二のプレートとに照射されても劣化することがない。
【００３６】
また、接合材が１ｎｍ以下の厚みで設けられるため、成膜にかかる時間を少なくすることができ、また、成膜された接合材は、原子拡散接合により接合されるので、５００℃を超える温度を用いることなく接合することができる。
【００３７】
（第四の実施形態）
図８に示すように、本発明の第四の実施形態に係るマイクロリアクター１０３は、第一のプレート１０Ｄに設けられる流路１１の端部１１Ｇ，１１Ｈが、第一のプレート１０Ｃの側面に設けられ、第二のプレート２０Ｄが貫通穴のない平板状に設けられている点で第一の実施形態と異なる。
このように第四の実施形態を構成しても、第三の実施形態に係るマイクロリアクター１０２と同様の効果を奏する。
【００３８】
このような本発明のマイクロリアクターを用いれば、従来の石英では透過しない波長である１７０ｎｍ以下の光であっても反応に寄与させることが可能となるため短時間で効率の良い反応を行うことができる。
【００３９】
なお、本発明は、適宜変更して用いることが出来る。
例えば、流路は、途中で分岐して入口又は出口が複数となっても良く、また、複数の流路を形成しても良い。
また、流路内に設けられた接合材３０を酸やアルカリからなる溶液でエッチングして除去しても良い。この場合、接合面は極めて隙間が小さいため、エッチングで用いる溶液が入り込むことはない。
【符号の説明】
【００４０】
１００  マイクロリアクター
１０    第一のプレート
１１    流路
２０    第二のプレート
２１Ａ，２１Ｂ  貫通穴
３０    接合材
４０    第三のプレート
【図１】
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【図２】
2013027844.tif 000004
【図３】
2013027844.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013027844.tif 000008
【図７】
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【図８】
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