(57)【要約】【課題】分岐通路をさらに微少化できるマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】第１供給面４１および第２供給面４２を有し、第１供給面４１の辺縁および第２供給面４２の辺縁に接続される送出面４３を有するエレメント本体２０と、第１供給面４１および送出面４３の各々に開口する第１分岐通路５１と、第２供給面４２および送出面４３の各々に開口する第２分岐通路５２と、を有するマイクロミキサーエレメントであって、互いに重ね合わせられてエレメント本体２０を形成する複数の板状部材２１，２２を有し、板状部材２１，２２は、互いに接続される表面２１Ｆ，２２Ｆに所定深さの凹部２１Ｒ，２２Ｒを有し、凹部２１Ｒ，２２Ｒと他の板状部材との間の空間により、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が形成される。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１供給面および第２供給面を有し、前記第１供給面の辺縁および前記第２供給面の辺縁に接続される送出面を有するエレメント本体と、前記第１供給面および前記送出面の各々に開口する第１分岐通路と、前記第２供給面および前記送出面の各々に開口する第２分岐通路と、を有するマイクロミキサーエレメントであって、
互いに重ね合わせられて前記エレメント本体を形成する複数の板状部材を有し、
前記板状部材は、互いに接続される表面に所定深さの凹部を有し、
前記凹部と他の前記板状部材との間の空間により、前記第１分岐通路および前記第２分岐通路が形成されていることを特徴とするマイクロミキサーエレメント。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロミキサーエレメントにおいて、
前記エレメント本体は、表面に第１分岐通路となる凹部が形成された第１板状部材と、表面に第２分岐通路となる凹部が形成された第２板状部材とを有し、
前記第１板状部材と前記第２板状部材とが交互に重ね合わせられていることを特徴とするマイクロミキサーエレメント。
【請求項３】
請求項１に記載のマイクロミキサーエレメントにおいて、
前記エレメント本体は、一方の表面に第１分岐通路となる凹部が形成され、かつ反対側の表面に第２分岐通路となる凹部が形成された主板状部材と、表面に凹部が形成されていない副板状部材とを有し、前記主板状部材と前記副板状部材とが交互に重ね合わせられていることを特徴とするマイクロミキサーエレメント。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたマイクロミキサーエレメントにおいて、前記凹部の深さが５μｍ以下であることを特徴とするマイクロミキサーエレメント。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたマイクロミキサーエレメントの製造方法であって、
前記板状部材を複数作成し、
前記板状部材の互いに接続される表面に所定深さの凹部を形成し、
前記凹部が形成された前記板状部材を複数重ね合わせ、前記凹部と他の前記板状部材との間の空間により、前記第１分岐通路および前記第２分岐通路を形成することを特徴とするマイクロミキサーエレメントの製造方法。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載されたマイクロミキサーエレメントを収容する本体ブロックを有し、
前記本体ブロックは、前記マイクロミキサーエレメントを収容するエレメント収容部と、前記第１供給面に面しかつ前記第１分岐通路に連通する第１流入通路と、前記第２供給面に面しかつ前記第２分岐通路に連通する第２流入通路と、前記送出面に面して配置されたミキシング通路と、を有することを特徴とするマイクロミキサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の流体を精密に混合するためのマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の流体とくに液体を混合するために、攪拌や振動を用いる各種のミキサーが知られている。このような攪拌や振動を用いるミキサーでは、機械的な動作が必要であるうえ、混合された流体にムラが生じることがある。
このような混合ムラが避けられるミキサーとして、微細な交互層流を形成するマイクロミキサーが開発されている。
【０００３】
特許文献１には、このような交互層流を形成するマイクロミキサーの一例が示されている。
特許文献１の構成では、隔壁でキャビティを２つに仕切るとともに、隔壁をジグザグ形状として微細な幅で枝分かれした分岐通路を形成し、これらの分岐通路が交互に２つのキャビティ部分の何れかの側に連通するように構成する。２つのキャビティ部分にそれぞれＡ液およびＢ液を注入すると、各液はそれぞれ分岐通路に流入し、これらの分岐通路を横断するように配置されたミキシング通路へとＡ液およびＢ液が流出する。各分岐通路は、Ａ液およびＢ液が交互に並んでいるため、ミキシング通路へと流出する微細な流れはＡ液およびＢ液が交互に層流を形成することになる。
【０００４】
このような微細な分岐通路が交互配置されたマイクロミキサーは、多様な液体の精密混合に利用されており、なかでもドイツ国ＩＭＭ社製のものが知られている（特許文献２，３参照）。
【０００５】
前述したマイクロミキサーの製造にあたっては、ベース材料の表面に加工を行ってキャビティを形成し、その際に交互に分岐通路を形成するジグザグ状の隔壁を削り残すことで、これらを一体に形成することがなされている。
特に、マイクロミキサーでは、分岐通路の通路幅が細くなるほど、ミキシング通路に流出する液体の交互層流を細密とすることができ、混合速度あるいは混合精度を高くすることができるため、放電加工による微細な加工が行われている。
このような放電加工による分岐通路の最小幅は４０μｍまで実用化されており、その際の溝深さは３００μｍ程度とされている。
【０００６】
特許文献３、３のマイクロミキサーにおいては、更なる高精度化の要求に拘わらず、放電加工による分岐通路の最小幅は４０μｍが限界となっていた。
また、放電加工では、加工面が平滑にならず、面粗さ１μｍＲｚ程度までが限界であり、微少な凹凸が残って通過する流体に対して抵抗あるいは変質などの影響を少なからず生じていた。
【０００７】
これに対し、本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、分岐通路をさらに微少化できかつ通路を平滑にできるマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法を提案するに至っている（特許文献４，５参照）。
【０００８】
このうち、特許文献４では、分岐通路を形成するジグザグ状態の隔壁を削り残すのではなく、分岐通路を形成するエレメントを複数の板材（第１板材、第２板材および中間板材）で構成し、これらの板材に分岐通路となる溝を形成したうえ、溝が形成された板材を重ね合わせることで交互配置された分岐通路を構成する。
一方、特許文献５では、分岐通路を形成するジグザグ状態の隔壁を削り残すのではなく、分岐通路を形成するエレメントを一対の板材（第１板材および第２板材）で構成し、これらの板材に分岐通路となる貫通溝および封止溝を形成したうえ、これらの板材を重ね合わせて、各々の貫通溝および封止溝を互いに連通させて交互配置された分岐通路を構成する。
【０００９】
その結果、特許文献４および特許文献５においては、ジグザグ状態の隔壁を削り残すことなしに、ミクロンオーダーで立ち上がる微細な端部を有する分岐通路を形成することができる。このため、分岐通路の加工に微少な幅の円盤状砥石を用いることが可能となり、各板材に加工する溝幅を２０μｍ程度まで微細化し、かつ表面粗さを０．１４μｍＲｚ程度まで平滑化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２１０９５７号公報
【特許文献２】特開２００５−１８７４５０号公報
【特許文献３】特開２００５−５４０２３号公報
【特許文献４】特開２０１３−１１９０６４号公報
【特許文献５】特開２０１３−２２６４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した特許文献４および特許文献５のマイクロミキサーにおいては、複数の板材を重ね合わせるとともに、各板材に厚み方向の微小な溝を円盤状砥石で加工していた。
このような円板状砥石により得られる溝の幅は、２０〜１５μｍ程度まで微細化することができる。
しかし、近年では、更なるマイクロミキサーの高精度化の要求があり、分岐通路の溝幅を１０μｍ以下にすることが求められていた。
【００１２】
本発明の目的は、分岐通路をさらに微少化できるマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、複数の板状部材を重ね合わせてマイクロミキサーエレメントを形成するとともに、板状部材の表面に凹部を形成しておき、これらを重ね合わせた際に、凹部により分岐通路が形成される構成とする。
このような構成では、円板状砥石による溝加工を用いずに分岐通路を形成できる。そして、分岐通路となる凹部は、板状部材の表面研磨などにより、表面に対して１０μｍ以下の僅かな凹みとすることができる。その中でも、凹部の深さは５μｍ以下であることが好ましい。これにより、マイクロミキサーエレメントに、溝幅１０μｍ以下の分岐通路を容易かつ確実に形成することが可能となる。
【００１４】
本発明のマイクロミキサーエレメントは、第１供給面および第２供給面を有し、前記第１供給面の辺縁および前記第２供給面の辺縁に接続される送出面を有するエレメント本体と、前記第１供給面および前記送出面の各々に開口する第１分岐通路と、前記第２供給面および前記送出面の各々に開口する第２分岐通路と、を有するマイクロミキサーエレメントであって、互いに重ね合わせられて前記エレメント本体を形成する複数の板状部材を有し、前記板状部材は、互いに接続される表面に所定深さの凹部を有し、前記凹部と他の前記板状部材との間の空間により、前記第１分岐通路および前記第２分岐通路が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このような本発明では、複数の板状部材を重ね合わせることで、エレメント本体が形成される。この際、板状部材の両端面（凹部が形成される表面の両側の端面）により、エレメント本体の第１供給面および第２供給面が形成され、上端面（凹部が形成される表面の上側の端面）により、エレメント本体の送出面が形成される。
板状部材の表面には、第１供給面または第２供給面となる両端面の一方から、送出面となる上端面に至る凹部を形成しておく。このような凹部を有する板状部材を重ね合わせると、板状部材の表面に形成された凹部が、重ね合わせられる他の板状部材で覆われ、これにより第１供給面から送出面に至る第１分岐通路、または第２供給面から送出面に至る第２分岐通路が形成される。
【００１６】
このように、本発明においては、表面に凹部が形成された板状部材を重ね合わせることで、溝状あるいはトンネル状の第１分岐通路あるいは第２分岐通路を形成することができる。そして、分岐通路となる凹部は、板状部材の表面研磨などの高精度な材料除去技術により、表面に対して１０μｍ以下の僅かな凹みとすることができる。
従って、本発明により、マイクロミキサーエレメントに、従来にない微小な分岐通路を容易かつ確実に形成することができる。
【００１７】
本発明において、前記エレメント本体は、表面に第１分岐通路となる凹部が形成された第１板状部材と、表面に第２分岐通路となる凹部が形成された第２板状部材とを有し、前記第１板状部材と前記第２板状部材とが交互に重ね合わせられている構成とすることができる。
【００１８】
本発明において、前記エレメント本体は、一方の表面に第１分岐通路となる凹部が形成され、かつ反対側の表面に第２分岐通路となる凹部が形成された主板状部材と、表面に凹部が形成されていない副板状部材とを有し、前記主板状部材と前記副板状部材とが交互に重ね合わせられている構成とすることができる。
【００１９】
前述した本発明のマイクロミキサーエレメントの製造方法であって、前記板状部材を複数作成し、前記板状部材の互いに接続される表面に所定深さの凹部を形成し、前記凹部が形成された前記板状部材を複数重ね合わせ、前記凹部と他の前記板状部材との間の空間により、前記第１分岐通路および前記第２分岐通路を形成することを特徴とする。
【００２０】
このような本発明のマイクロミキサーエレメントの製造方法によれば、前述した本発明のマイクロミキサーエレメントを製造することができ、前述した本発明のマイクロミキサーエレメントについて説明した通りの効果を得ることができる。
【００２１】
本発明のマイクロミキサーは、前述した本発明のマイクロミキサーエレメントを収容する本体ブロックを有し、前記本体ブロックは、前記マイクロミキサーエレメントを収容するエレメント収容部と、前記第１供給面に面しかつ前記第１分岐通路に連通する第１流入通路と、前記第２供給面に面しかつ前記第２分岐通路に連通する第２流入通路と、前記送出面に面して配置されたミキシング通路と、を有することを特徴とする。
【００２２】
このような本発明のマイクロミキサーでは、第１流入通路からの流体と第２流入通路からの流体とを、マイクロミキサーエレメントで混合してミキシング通路に送出することができる。従って、本発明のマイクロミキサーによれば、前述した本発明のマイクロミキサーエレメントについて説明した通りの効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、分岐通路をさらに微少化できるマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態のマイクロミキサーを示す斜視図。
【図２】前記第１実施形態のマイクロミキサーを示す他の角度から見た斜視図。
【図３】前記第１実施形態のマイクロミキサーの内部構造を示す縦断面図。
【図４】前記第１実施形態のマイクロミキサーの内部構造を示す他の部分の縦断面図。
【図５】前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す縦断面図。
【図６】前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の方向の縦断面図。
【図７】前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す平断面図。
【図８】前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の部分の平断面図。
【図９】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す斜視図。
【図１０】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの第１板状部材を示す側面図。
【図１１】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの第２板状部材を示す側面図。
【図１２】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す分解斜視図。
【図１３】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す拡大平面図。
【図１４】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す拡大側面図。
【図１５】本発明の第２実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す分解斜視図。
【図１６】本発明の第３実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す拡大平面図。
【図１７】本発明の第４実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す拡大平面図。
【図１８】本発明の第５実施形態のマイクロミキサーエレメントの要部を示す分解斜視図。
【図１９】前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの効果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１から図４には、本実施形態のマイクロミキサーの本体ブロックの構成が示されている。図５から図８には、本実施形態のマイクロミキサーのエレメントおよびその収容部分の構成が示されている。
図９から図１４には、本実施形態のマイクロミキサーエレメントが示されている。
【００２６】
〔マイクロミキサー１〕
図１から図４において、本実施形態のマイクロミキサー１は、金属製の本体ブロック１０を有する。
図１および図２に示すように、本体ブロック１０は、上から第１ブロック１１、第２ブロック１２、第３ブロック１３を積層したものである。各ブロックはハステロイ（登録商標）あるいはステンレス鋼などの耐食性を有する金属材料あるいはセラミックス材料から削り出し等の加工により製造される。
【００２７】
図２および図３に示すように、第３ブロック１３および第２ブロック１２は、第３ブロック１３の底面から延びるボルト１４により連結される。
図４に示されるように、第１ブロック１１には上面のボルト孔１５Ａからボルト１５が挿通され、このボルト１５は第２ブロック１２を貫通して第３ブロック１３に螺合されている。
これらのボルト１４，１５により、第１ブロック１１から第３ブロック１３までが積層状態で一体化されている。
なお、第１ブロック１１から第３ブロック１３を積層する際に仮止めあるいは位置合わせを行うために、各ブロックには第３ブロック１３の底面から第１ブロック１１まで貫通する２本の挿通孔１０Ａが形成されている。
【００２８】
本実施形態のマイクロミキサー１は、本体ブロック１０内に収容されたマイクロミキサーエレメント２を有する。
詳細は後述するが、マイクロミキサーエレメント２は、ブロック状に形成されたエレメント本体２０を有する。このエレメント本体２０は、薄板状の第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に積層して形成される。
【００２９】
図５、図８および図９に示すように、エレメント本体２０の上面（第１ブロック１１と接合される面）には、扁平な凹部からなる第１供給通路３１および第２供給通路３２が形成されている。
第１供給通路３１および第２供給通路３２の間には、エレメント本体２０の元の高さ（第１供給通路３１および第２供給通路３２でない部分と同じ高さ）の合流部３０が形成されている。
第１供給通路３１および第２供給通路３２は、それぞれ平面形状が合流部３０に臨む側が拡がった二等辺三角形状とされている。
【００３０】
図１，図２、図６、図７および図８に示すように、マイクロミキサー１の第２ブロック１２は、第１部材１２１および第２部材１２２で構成され、第１部材１２１および第２部材１２２の間に、前述したエレメント本体２０を挟み込んで形成される。
このために、第１部材１２１の側面から、第１部材１２１およびエレメント本体２０を貫通し、第２部材１２２に達するボルト１９が設置されている。
図７に示すように、ボルト１９の先端は第２部材１２２に螺合されており、このボルト１９を締め付けることで、第１部材１２１および第２部材１２２の間にエレメント本体２０が挟み込まれ。この挟み付けにより、交互に積層された第１板状部材２１および第２板状部材２２も、エレメント本体２０として一体に固定される。
なお、ボルト孔からの流体の漏洩を防止するために、ボルト１９にはＯリングが介装されている。
【００３１】
図５および図１に示すように、第１ブロック１１には、前述した第１供給通路３１および第２供給通路３２の二等辺三角形状の頂点に連通する流入ポート１６，１７が形成されている。
流入ポート１６は、第１ブロック１１の上面に形成された傾斜部１６Ａに開口され、外部からの図示しない第１液配管が接続され、これにより第１液が第１供給通路３１に供給される。
流入ポート１７は、第１ブロック１１の上面に形成された傾斜部１７Ａに開口され、外部からの図示しない第２液配管が接続され、これにより第２液が第２供給通路３２に供給される。
【００３２】
図５および図６に示すように、第１ブロック１１の下面側には、マイクロミキサーエレメント２の合流部３０に臨むミキシング通路３３が形成されている。
ミキシング通路３３は、上方に向かって二等辺三角形状に縮小し、その頂点は第１ブロック１１の上面中央に形成された流出ポート１８に連通されている。
流出ポート１８は、外部からの図示しない混合液配管が接続され、これにより第１液と第２液との混合液が取り出される。
【００３３】
〔マイクロミキサーエレメント２〕
図９に示すように、本実施形態のマイクロミキサーエレメント２は、ブロック状のエレメント本体２０を有する。
エレメント本体２０は、前述した第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に積層して構成されており、各部材はハステロイ（登録商標）あるいはセラミックス、例えばアルミナ、ジルコニア等で形成されている。
【００３４】
エレメント本体２０の上面には、前述した通り、第１供給通路３１、第２供給通路３２および合流部３０が形成されている。合流部３０は、第１供給通路３１に臨む側面が第１供給面４１とされ、第１供給通路３１に臨む側面が第２供給面４２とされ、さらに、上面が送出面４３とされている。
さらに、エレメント本体２０には、第１供給面４１から送出面４３の中央部分まで連続して開口する溝状の第１分岐通路５１と、第２供給面４２から送出面４３まで連続して開口する溝状の第２分岐通路５２とが形成されている。
第１分岐通路５１および第２分岐通路５２は、送出面４３において交互に並ぶように形成されている。
【００３５】
前述の通り、マイクロミキサーエレメント２は、第１供給通路３１、第２供給通路３２、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２を有する。
このような構成により、マイクロミキサー１においては、流入ポート１６からの流体が、第１供給通路３１から合流部３０の第１供給面４１に供給され、第１分岐通路５１を通して送出面４３に至り、ミキシング通路３３へと送出される。
また、流入ポート１７からの流体が、第２供給通路３２から合流部３０の第２供給面４２に供給され、第２分岐通路５２を通して送出面４３に至り、ミキシング通路３３へと送出される。
その結果、ミキシング通路３３には、第１分岐通路５１からの流体と第２分岐通路５２からの流体とがそれぞれ供給されて合流する。そして、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が交互に配置されることで、ミキシング通路３３内において従来のマイクロミキサーと同様に流体の交互層流を形成することができる。
【００３６】
このような第１分岐通路５１および第２分岐通路５２を形成するために、本実施形態においては、エレメント本体２０を構成する第１板状部材２１および第２板状部材２２の互いに接続される表面に、所定深さの凹部が形成されている。
図１０および図１１に示すように、第１板状部材２１および第２板状部材２２は、それぞれ横長の短冊状の薄板で形成され、上面側に第１供給通路３１および第２供給通路３２となる切欠きが形成されている。第１供給通路３１および第２供給通路３２となる切欠きの間には、合流部３０となる凸形状が残されている。
合流部３０の表面には、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２となる凹部が形成されている。ただし、第１分岐通路５１と第２分岐通路５２とは、互いに逆向きに形成されている。
【００３７】
図１０に示すように、第１分岐通路５１は、第１板状部材２１の合流部３０の表面において、第１供給面４１の側から、送出面４３の側にわたって連続するように形成されている。
図１１に示すように、第２分岐通路５２は、第１板状部材２１の合流部３０の表面において、第２供給面４２の側から、送出面４３の側にわたって連続するように形成されている。
【００３８】
図１２および図１３に示すように、第１板状部材２１の合流部３０は、表面２１Ｆおよび裏面２１Ｂを有する。
表面２１Ｆのうち、エレメント本体２０の第１供給面４１および送出面４３が交差する辺縁に対応する角部が、所定の深さにわたって削除されて、表面２１Ｆに対して一段低くなった凹部２１Ｒとされている。
【００３９】
図１４に示すように、凹部２１Ｒと表面２１Ｆとの境界となる段差２１Ｅは、第１供給面４１に臨む部分から第２供給面４２に向けて、徐々に送出面４３に近接するように傾斜しており、緩やかな円弧状の部分を経て送出面４３に達している。
送出面４３において、凹部２１Ｒの第２供給面４２の側の先端は、エレメント本体２０を本体ブロック１０内に収容した際に、ミキシング通路３３の第２供給面４２の側の端部に対応する位置とされている。
【００４０】
図１２および図１３に示すように、第２板状部材２２の合流部３０は、表面２２Ｆおよび裏面２２Ｂを有する。
表面２２Ｆのうち、エレメント本体２０の第２供給面４２および送出面４３が交差する辺縁に対応する角部が、所定の深さにわたって削除されて、表面２２Ｆに対して一段低くなった凹部２２Ｒとされている。
【００４１】
図１４に示すように、凹部２２Ｒと表面２２Ｆとの境界となる段差２２Ｅは、第２供給面４２に臨む部分から第１供給面４１に向けて、徐々に送出面４３に近接するように傾斜しており、緩やかな円弧状の部分を経て送出面４３に達している。送出面４３において、凹部２２Ｒの第１供給面４１の側の先端は、エレメント本体２０を本体ブロック１０内に収容した際に、ミキシング通路３３の第１供給面４１の側の端部に対応する位置とされている。
【００４２】
第１板状部材２１および第２板状部材２２は、エレメント本体２０を構成するために、交互に重ね合わせられる。この際、各々の表面２１Ｆ，２２Ｆは、隣接する第１板状部材２１または第２板状部材２２の裏面２１Ｂ，２２Ｂに密接される。
このとき、各々の表面２１Ｆ，２２Ｆに形成された凹部２１Ｒ，２２Ｒは、隣接する第１板状部材２１または第２板状部材２２の裏面２１Ｂ，２２Ｂで覆われる。そして、ここに形成されるスリット状の空間により、各々の合流部３０に第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が形成される。
【００４３】
〔マイクロミキサーエレメントの製造手順〕
本実施形態において、マイクロミキサーエレメント２は、次のような手順で製造することができる。
先ず、エレメント本体２０を構成する複数の薄板状の第１板状部材２１および第２板状部材２２を準備する。
各々は、エレメント本体２０としての高さおよび厚みを有するセラミック材料を、所定の厚みにスライスすることで、得ることができる。
【００４４】
各部材が得られたら、第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆ、裏面２１Ｂ，２２Ｂについては、互いに重ね合わせた際に精密に密着するように、高い平面度が得られる状態に研磨しておく。
さらに、第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆの角部を研磨し、凹部２１Ｒ，２２Ｒを形成しておく。
この際、凹部２１Ｒ，２２Ｒの表面２１Ｆ，２２Ｆに対する深さは、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２の通路幅として求められる微小な寸法（１０μｍ以下）に基づいて高精度に調整しておく。
【００４５】
これらの加工の後、第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に重ね合わせることで、エレメント本体２０を構成することができる。
なお、本実施形態では、第１部材１２１および第２部材１２２で挟み付け、ボルト１９で締め付けることで、エレメント本体２０を含む第２ブロック１２として一体化される。
【００４６】
〔実施形態の効果〕
このような本実施形態では、複数の板状部材（第１板状部材２１および第２板状部材２２）を重ね合わせることで、エレメント本体２０が形成される。
第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆには、第１供給面４１または第２供給面４２となる両端面の一方から、送出面４３となる上端面に至る凹部２１Ｒ，２２Ｒを形成しておく。
このような凹部２１Ｒ，２２Ｒを有する第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に重ね合わせると、各々の表面に形成された凹部２１Ｒ，２２Ｒが、重ね合わせられる他の板状部材で覆われる。これにより、第１供給面４１から送出面４３に至る第１分岐通路５１、および第２供給面４２から送出面４３に至る第２分岐通路５２が形成される。
【００４７】
従って、本実施形態においては、表面に凹部２１Ｒ，２２Ｒが形成された第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に重ね合わせることで、溝状あるいはスリット状の第１分岐通路５１および第２分岐通路５２を形成することができる。
そして、分岐通路となる凹部２１Ｒ，２２Ｒは、第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆに対する研磨などの高精度な材料除去技術により、表面２１Ｆ，２２Ｆに対して１０μｍ以下の僅かな凹みとすることができる。
従って、本実施形態のマイクロミキサーエレメント２においては、従来にない微小な通路幅の第１分岐通路５１および第２分岐通路５２を、容易かつ確実に形成することができる。
【００４８】
〔実施形態の効果の具体例〕
本実施形態のマイクロミキサーエレメント２を適用して、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）保護金ナノクラスター（Ａｕ：ＰＶＰ）を合成する実験を行った。
実験に用いたマイクロミキサーエレメント２の材質としては、ハステロイ（登録商標）を用いた。第１分岐通路５１及び第２分岐通路５２の凹部２１Ｒ、２２Ｒの表面２１Ｆ、２２Ｆからの凹みを５μｍとし、厚み３０μｍの第１板状部材２１および厚み３０μｍの第２板状部材２２が各１６枚ずつ、合計３２枚重ね合わせることでエレメント本体２０を構成した。また、第１分岐通路５１及び第２分岐通路５２の高さ、すなわち段差２１Ｅ部の送出面４３からの最大距離および段差２２Ｅ部の送出面４３からの最大距離Ｈ（図１４参照）は、数値流体力学シミュレーションを用いて、混合部における流体の圧力損失を下げるために４００μｍとした。
【００４９】
このようなマイクロミキサーエレメント２に対して、第１液としてＰＶＰと塩化金酸の混合水溶液（Ａ）、および、第２液としてＰＶＰと水素化ホウ素ナトリウムの混合水溶液（Ｂ）を個別に調製し、それぞれを一定流速にて流入ポート１６および流入ポート１７から供給した。
流入ポート１６からの第１液（Ａ）は、第１供給通路３１から合流部３０の第１供給面４１に供給され、第１分岐通路５１を通して送出面４３に至り、ミキシング通路３３へと送出される。一方、流入ポート１７からの第２液（Ｂ）は、第２供給通路３２から合流部３０の第２供給面４２に供給され、第２分岐通路５２を通して送出面４３に至り、ミキシング通路３３へと送出される。その結果、ミキシング通路３３には、第１分岐通路５１からの第１液（Ａ）と、第２分岐通路５２からの第２液（Ｂ）とが、それぞれ供給されて合流する。そして、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が交互に配置されることで、ミキシング通路３３内において１６対の流体の交互層流を形成することができる。この交互層流はミキシング通路３３の二等辺三角形状により、幅方向に圧縮されながら混合されながら流出ポートに送り出された後、流出ポートに接続した混合液配管から取り出される。
【００５０】
第１液（Ａ）と第２液（Ｂ）との混合により、Ａｕ：ＰＶＰが生成される。生成されたＡｕ：ＰＶＰは、脱塩処理後、乾燥して保存した。
生成されたＡｕ：ＰＶＰの粒子サイズを粉末Ｘ線回折および透過電子顕微鏡で測定した結果、直径は１ｎｍ程度であり、従来のバッチ式混合法で得られたＡｕ：ＰＶＰの粒子サイズ１．２  ｎｍに比べて微細化できたことを確認した。
図１９に示すように、生成されたＡｕ：ＰＶＰをマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析（ＭＡＬＤＩ−ＭＳ）により評価した結果、特定の化学組成をもつ金ナノクラスター（ＡｕｎＣｌｍ）が観測された。
ここで、従来のバッジ式混合法では、５０００から１５０００の幅広い質量数範囲に亘り、（ｎ，ｍ）＝（２４，７），（３１，８），（４３，１０），（〜７０，〜１２）の金ナノクラスター（ＡｕｎＣｌｍ）が観測された。
これに対し、本実施形態のマイクロ混合法では５０００から５３００と限られた質量数範囲において、（ｎ，ｍ）＝（２４，７），（２５，８）と選択された金ナノクラスター（ＡｕｎＣｌｍ）が観測された。
【００５１】
本実施形態による混合でＡｕ２４Ｃｌ７とＡｕ２５Ｃｌ８がともに生成するのは、ナノクラスターの安定性に関係している。ナノクラスターの安定性を決める要因は、電子構造（主に電子の数）に起因する安定性と幾何構造に起因する安定性、の二つが考えられる。
まず、電子構造に起因する安定性は、総価電子数によって支配され、Ａｕは６ｓ軌道に１個の価電子をもっており、Ｃｌは１電子を獲得してＣｌ−（負イオン）として安定である。従って、それぞれの価電子の総数は、ナノクラスター負イオンの電荷状態の１電子を含めて、［Ａｕ２４Ｃｌ７］−、［Ａｕ２５Ｃｌ８］−のどちらも、総計１８個の電子をもつ等価電子数の化合物となる。この「１８」という数は特別で、元素に例えると、希ガス元素のような安定化学種となる電子数である。
一方、幾何構造に起因する安定性は、飛び出した原子がないかなどの対称性の高い構造となることで実現される。Ａｕ２４Ｃｌ７とＡｕ２５Ｃｌ８の場合、球形や楕円回転体に近い構造を取れるので、これらの組成が安定になる。中心のＡｕ原子１個の有無によって、Ｃｌが１個付加するかどうかが変化すると考えられ、この構造では全ての金原子が配位子で保護されている。
このように、本実施形態のマイクロミキサーによって、安定な組成の（ｎ，ｍ）＝（２４，７），（２５，８）の選択性が、従来のバッチ式混合法に比べて高まることを確認できた。
【００５２】
〔第２実施形態〕
図１５には、本発明の第２実施形態のマイクロミキサーエレメント２の要部が示されている。なお、第２実施形態において、以下に述べる相違点以外の構成は、前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００５３】
前述した第１実施形態では、第１板状部材２１および第２板状部材２２を交互に重ね合わせてエレメント本体２０を形成し、第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆの角部に凹部２１Ｒ，２２Ｒを形成した。
これにより、第１供給面４１から送出面４３まで連続したスリット状の第１分岐通路５１を形成するとともに、第２供給面４２から送出面４３まで連続したスリット状の第２分岐通路５２を形成していた。
【００５４】
これに対し、図１５に示す第２実施形態では、第１板状部材２１Ｓおよび第２板状部材２２Ｓを交互に重ね合わせてエレメント本体２０Ｓを形成している。さらに、第１板状部材２１Ｓおよび第２板状部材２２Ｓの表面２１Ｆ，２２Ｆの角部近傍に、帯状の凹部２１Ｒ，２２Ｒを形成している。
このような第２実施形態では、第１板状部材２１Ｓおよび第２板状部材２２Ｓの角部には表面２１Ｆ，２２Ｆが残り、第１供給面４１および送出面４３に各々開口するトンネル状の第１分岐通路５１Ｓが形成される。さらに、第２供給面４２および送出面４３に各々開口するトンネル状の第２分岐通路５２Ｓが形成される。
【００５５】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、第１分岐通路５１Ｓおよび第２分岐通路５２Ｓがトンネル状となることで、流体の流路の設計自由度を高めることができる。
【００５６】
〔第３実施形態〕
図１６には、本発明の第３実施形態のマイクロミキサーエレメント２の要部が示されている。なお、第３実施形態において、以下に述べる相違点以外の構成は、前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００５７】
前述した第１実施形態では、第１板状部材２１および第２板状部材２２の表面２１Ｆ，２２Ｆに各々凹部２１Ｒ，２２Ｒを形成し、隣接する第１板状部材２１および第２板状部材２２の裏面２１Ｂ，２２Ｂで覆って第１分岐通路５１および第２分岐通路５２を形成していた。この際、裏面２１Ｂ，２２Ｂは、第１板状部材２１および第２板状部材２２の全面にわたって平面とした。
つまり、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２は、第１板状部材２１および第２板状部材２２の一方に形成された凹部２１Ｒ，２２Ｒによって構成されるものであった。
【００５８】
これに対し、図１６に示す第３実施形態では、第１板状部材２１Ｔおよび第２板状部材２２Ｔを交互に重ね合わせてエレメント本体２０Ｔを形成するとともに、第１板状部材２１Ｔおよび第２板状部材２２Ｔにおいては、その表裏（表面２１Ｆ，２２Ｆおよび裏面２１Ｂ，２２Ｂ）にそれぞれ凹部２１Ｒ，２２Ｒ，２１Ｐ，２２Ｐを形成する。
そして、互いに向かい合わせに配置される凹部２１Ｒと凹部２２Ｐとで第１分岐通路５１を形成し、凹部２２Ｒと凹部２１Ｐとで第２分岐通路５２を形成する。
【００５９】
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が、それぞれ向かい合わせの凹部２１Ｒと凹部２２Ｐと、および凹部２２Ｒと凹部２１Ｐとで形成される。このため、それぞれにおいて凹部深さの調整を高精度に行うことができ、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２の溝幅の微妙な調整も行うことができる。
【００６０】
〔第４実施形態〕
図１７には、本発明の第４実施形態のマイクロミキサーエレメント２の要部が示されている。なお、第４実施形態において、以下に述べる相違点以外の構成は、前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００６１】
前述した第１実施形態では、表面２１Ｆに凹部２１Ｒが形成された第１板状部材２１と、表面２２Ｆに凹部２２Ｒが形成された第２板状部材２２を交互に重ね合わせてエレメント本体２０を構成していた。
【００６２】
これに対し、図１７に示す第４実施形態では、主板状部材２３および副板状部材２４を交互に重ね合わせてエレメント本体２０Ｕを形成する。
主板状部材２３には、その表面２３Ｆに凹部２３Ｒが形成され、その裏面２３Ｂに凹部２３Ｐが形成される。これらの凹部２３Ｒ，２３Ｐは、それぞれ第１実施形態の凹部２１Ｒ，２２Ｒに準じた形状とされている。
副板状部材２４は、その表面２４Ｆおよび裏面２４Ｂが全面にわたって平坦面とされている。
【００６３】
エレメント本体２０Ｕにおいては、主板状部材２３および副板状部材２４を交互に重ね合わせることにより、主板状部材２３の凹部２３Ｒ，２３Ｐが、副板状部材２４の表面２４Ｆおよび裏面２４Ｂで覆われ、これにより第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が形成される。
なお、副板状部材２４の厚み（表面２４Ｆと裏面２４Ｂとの距離）は、主板状部材２３の凹部２３Ｒ，２３Ｐにおける厚みに揃えておくことで、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２の配置を均等にすることができる。
【００６４】
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、凹部２３Ｒ，２３Ｐは主板状部材２３のみに形成すればよく、副板状部材２４には凹部の加工が不要であり、加工工程の簡略化を図ることもできる。
【００６５】
〔第５実施形態〕
図１８には、本発明の第５実施形態のマイクロミキサーエレメント２の要部が示されている。なお、第５実施形態において、以下に述べる相違点以外の構成は、前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００６６】
前述した第１実施形態では、第１分岐通路５１となる凹部２１Ｒは第１板状部材２１に形成し、第２分岐通路５２となる凹部２２Ｒは第２板状部材２２に形成し、これらを交互に重ね合わせてエレメント本体２０を構成していた。
【００６７】
これに対し、図１８に示す第５実施形態では、板状部材２５の表面２５Ｆに第１分岐通路５１および第２分岐通路５２となる凹部２５Ｒを形成しておき、この板状部材２５を重ね合わせてエレメント本体２０Ｖを形成する。
【００６８】
板状部材２５の表面２５Ｆにおいて、凹部２５Ｒは逆Ｙ字状の帯状の溝とされ、第１供給面４１から送出面４３に連通する部分と第２供給面４２から送出面４３に連通する部分とを併せた形状となっている。
従って、このような板状部材２５を重ね合わせることで、その表面２５Ｆの凹部２５Ｒが、隣接する板状部材２５の裏面２５Ｂで覆われ、これにより第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が形成される。
【００６９】
このような第５実施形態においては、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２が同じ表面２５Ｆに沿って配置され、第１〜第４の実施形態のように第１分岐通路５１と第２分岐通路５２とが交互に配置されることにはならない。しかし、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２に供給される流体を混合させる点では十分な機能が得られ、マイクロミキサーエレメント２として用いることができる。
従って、第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様な効果が得られる。
さらに、１種類の板状部材２５だけでよいため、製造が容易にできる。
【００７０】
〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態のマイクロミキサーエレメント２における各部（板状部材２１〜２５）の材質、寸法は任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。
同様に、マイクロミキサーエレメント２における板状部材２１〜２５の数、凹部２１Ｒ，２２Ｒ等の輪郭形状および深さも任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。
【００７１】
前記各実施形態において、第１分岐通路５１および第２分岐通路５２の溝幅は、通常は同じとすればよいが、相違させることで、各々を通して混合される第１液および第２液の混合比率を変化させることができる。例えば、同じ圧力のもとで、第１分岐通路５１の溝幅を第２分岐通路５２の２倍とすることで、第１液が２／３で第２液が１／３となるように混合する等の設定も可能である。
【００７２】
前記実施形態のマイクロミキサー１における各部（第１ブロック１１、第２ブロック１２、第３ブロック１３）の材質、寸法も任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。
マイクロミキサー１の本体ブロック１０は、３つのブロック１１〜１３による構成に限らず、例えば第２ブロック１２である第１部材１２１および第２部材１２２と第３ブロック１３を一体化し、第１部材１２１および第２部材１２２の間に形成されるスリットにエレメント本体２０を収容してもよい。第１部材１２１および第２部材１２２の一方と第３ブロック１３を一体化し、他方と第１ブロック１１を一体化してもよい。あるいは内部構成によっては、更に多数のブロックに分割してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、複数の流体を精密に混合するためのマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメントおよびその製造方法として利用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１…マイクロミキサー、１０…本体ブロック、１０Ａ…挿通孔、１１…第１ブロック、１２…第２ブロック、１２１…第１部材、１２２…第２部材、１３…第３ブロック、１４…ボルト、１５…ボルト、１５Ａ…ボルト孔、１６，１７…流入ポート、１６Ａ，１７Ａ…傾斜部、１８…流出ポート、１９…ボルト、２…マイクロミキサーエレメント、２０，２０Ｓ，２０Ｔ，２０Ｕ，２０Ｖ…エレメント本体、２１，２１Ｓ，２１Ｔ…第１板状部材、２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ…裏面、２１Ｅ，２２Ｅ…段差、２１Ｆ，２２Ｆ，２３Ｆ，２４Ｆ，２５Ｆ…表面、２１Ｐ，２１Ｒ，２２Ｐ，２２Ｒ，２３Ｐ，２３Ｒ，２５Ｒ…凹部、２２，２２Ｓ，２２Ｔ…第２板状部材、２３…主板状部材、２４…副板状部材、２５…板状部材、３０…合流部、３１…第１供給通路、３２…第２供給通路、３３…ミキシング通路、４１…第１供給面、４２…第２供給面、４３…送出面、５１，５１Ｓ…第１分岐通路、５２，５２Ｓ…第２分岐通路。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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