JP2007090227A - Manufacturing method for fluid device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体デバイスの製作方法に係り、特に、供給された複数の流体を流体流通部に流出する際に、同芯流を正確に形成できる同芯整流部を製作する技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a fluid device, and more particularly to a technique for manufacturing a concentric rectification unit that can accurately form a concentric flow when a plurality of supplied fluids flow out to a fluid circulation unit.
近年、化学工業、或いは医薬品・試薬等の製造を行う医薬品工業等の分野において、1本の流路に複数の流体を流して反応をさせることで化学物質を製造する技術が脚光をあびており、その代表例としてマイクロリアクター等の流体デバイスがある。流体デバイスは、微小な流路断面を有する流路に複数の流体を層流状態で流通させながら反応させることで反応生成物である化学物質を連続製造する技術である。この方法は、攪拌タンク等を用いたバッチ式の反応とは異なり、微小空間である流路内を連続的に流れる流体の界面において流体中の反応分子同士が出会うことによって反応が起こるため、反応効率が著しく向上すると共に、微細粒子で単分散性に優れた化学物質を製造することができる。 In recent years, in the field of chemical industry or pharmaceutical industry that manufactures pharmaceuticals / reagents, etc., a technology for producing chemical substances by causing a plurality of fluids to flow through one channel and reacting them has been highlighted. A typical example is a fluid device such as a microreactor. The fluid device is a technique for continuously producing a chemical substance, which is a reaction product, by reacting a plurality of fluids in a laminar flow state in a channel having a minute channel cross section. This method differs from batch-type reactions using a stirring tank, etc., because the reaction occurs when the reaction molecules in the fluid meet at the interface of the fluid that flows continuously in the flow path, which is a minute space. The efficiency can be significantly improved, and a chemical substance having fine particles and excellent monodispersibility can be produced.
流体デバイスの一形態としては、複数の流体を同芯流状態で流路に流通させる同芯流タイプがあり、この同芯流タイプの流体デバイスは反応生成物の流路壁面への付着防止に有用である。 As one form of fluid device, there is a concentric flow type in which a plurality of fluids are circulated through the flow path in a concentric flow state. This concentric flow type fluid device prevents reaction products from adhering to the flow path wall surface. Useful.
同芯流タイプの流体デバイスとしては、例えば特許文献1や特許文献2がある。
Examples of concentric flow type fluid devices include
特許文献1には、反応流路への導入流路を、3重管構造とした流体デバイスが開示され、3重管はその基端部において支持されている。そして、3重管構造の最内側を流れる流体と最外側を流れる流体に相互に反応する流体を用い、この2つの流体の間に不活性な流体を流すことで、導入流路の流出口に反応による生成物が付着しにくくなるようにしている。
また、特許文献2は、それぞれ円板状の形態の供給プレート、合流プレート、排出プレートで構成された同芯流を形成するための流体デバイスが開示されている。この流体デバイスは上述の各プレートに分解できることから、生成物の付着等による流路不良が発生しても分解して簡単に洗浄することができる。また、分解した後で再び組み立てる場合でも、各プレートは位置決めピン又はインロー構造により互いに位置決めできるようになっている。
しかしながら、特許文献1のように、導入流路の流出口反対側の基端部において内管を外管に支持する構造では、内管を支持する部分が少なく、内管と外管との中心軸を一致させるための位置決め精度を出しにくいという欠点がある。内管と外管との中心軸を一致させる位置決め精度が悪いと、正確な同芯流を形成することができない。この結果、同芯流に乱れが生じるために、反応流路において層流の同芯流を精度良く得ることができず、流体同士の界面における拡散が不均一になる。これにより、均等な拡散が行われないので、生成される化学物質の純度が悪くなったり、歩留りが悪くなったりするという問題がある。
However, in the structure in which the inner tube is supported by the outer tube at the base end portion on the opposite side of the outlet of the introduction channel as in
また、内管を外管に基端部で支持する以外に、内管と外管との間にブロック状のスペーサを部分的に介在させることもあるが、基端部とスペーサとによる位置決めズレや、スペーサを介在させる位置や偏り等により内管と外管との中心軸にズレが生じ易く、根本的な解決にはならない。 In addition to supporting the inner tube on the outer tube at the base end, a block-shaped spacer may be partially interposed between the inner tube and the outer tube. In addition, the center axis between the inner tube and the outer tube is likely to be displaced due to the position or deviation of the spacer, which is not a fundamental solution.
特許文献2の場合には、特許文献1に比べて正確な同芯流を形成し易いが、機械加工での形成が容易でなく、特殊な加工方法、例えば微細放電加工等を必要とする。これにより、流体デバイスの製作が容易でないという共に製作コストが高くなるという問題がある。また、円板状の各プレートの厚みに制限があるため、高アスペクト比(流路長/等価直径)の流体デバイスを作成するには、複数枚のプレートの積層が必要であり、積層数が多くなると組み付けの際の位置精度が低下するので、正確な同芯流が得られにくくなる。
In the case of
同芯流が正確に形成できない場合の問題は、上記した化学反応のように反応操作を行う場合に限ったものではなく、流路により流体の単位操作(例えば混合、抽出、分離、加熱、冷却、熱交換、晶析、吸収)を行う装置も同様である。 The problem when the concentric flow cannot be formed accurately is not limited to the case where the reaction operation is performed as in the chemical reaction described above, but the unit operation of the fluid (for example, mixing, extraction, separation, heating, cooling) , Heat exchange, crystallization, absorption) is the same.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、正確な同芯流を形成できると共に、高いメンテナンス性や所望のアスペクト比を容易に得ることができ、しかも特殊な加工技術を必要とせず機械加工で製作できるので、製作が容易であり製作コストが安価な流体デバイスの製作方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, can form an accurate concentric flow, can easily obtain high maintainability and a desired aspect ratio, and requires special processing technology. Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a fluidic device that can be manufactured by machining and is easy to manufacture and low in manufacturing cost.
請求項1の発明は前記目的を達成するために、供給された複数の流体を同芯流が形成されるように整流する同芯整流部と、該同芯整流部から流出した同芯流を所望の処理を目的として流通させる流体流通部とを備えた流体デバイスの製作方法において、前記流体デバイスのうち前記同芯整流部の製作は、2重管以上の多重管構造において外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との間の環状隙間に、複数本の芯出し管を前記環状隙間に沿って配置させて前記大径管の中心軸と前記小径管の中心軸とを一致させた構造の原形体を、前記同芯整流部の最終的に必要な径よりも大径に製作する原形体製作工程と、製作した原形体を長手方向に伸長して前記最終的に必要な径寸法になるように前記原形体の断面積を縮小する伸長工程と、伸長した原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法を提供する。 In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention provides a concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a concentric flow that flows out of the concentric rectification unit. In the manufacturing method of a fluid device including a fluid circulation part that circulates for a desired treatment, the concentric rectification part of the fluid device is manufactured in a multiple tube structure of a double tube or more. A plurality of centering pipes are arranged along the annular gap in the annular gap between the diameter pipe and the small diameter pipe located inside the large diameter pipe, so that the central axis of the large diameter pipe and the small diameter pipe An original body manufacturing process for manufacturing an original body having a structure aligned with the central axis larger than the final required diameter of the concentric rectifying unit, and extending the manufactured original body in the longitudinal direction to Elongation process for reducing the cross-sectional area of the original body so that the final required diameter is obtained Provides a method of fabricating a fluidic device, characterized in that it comprises a cutting step of cutting for cutting the elongated original body needs a length of the concentric rectifying section.
ここで、単に管の径というときには、管の外径を意味する。また、2重管以上の多重管構造を構成する管のうちの外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との記載において、大径管と小径管とは相対的な関係を意味し、2重管構造に限定した意味ではない。従って、例えば3重管構造の場合には、最外側の管と真ん中の管との関係では、最外側の管が大径管になり真ん中の管が小径管となる。また、3重管構造の真ん中の管と最内側の管との関係では、真ん中の管が大径管となり最内側の管が小径管となる。多重管構造においても同様である。また、以下の説明において、3重管構造においては、真ん中の管を中径管として説明する場合もある。 Here, simply referring to the diameter of the pipe means the outer diameter of the pipe. Further, in the description of the large-diameter pipe located outside of the pipes constituting the multiple pipe structure of the double pipe or more and the small-diameter pipe located inside the large-diameter pipe, the large-diameter pipe and the small-diameter pipe are relatively This means a general relationship and is not limited to a double-pipe structure. Therefore, for example, in the case of a triple pipe structure, in the relationship between the outermost tube and the middle tube, the outermost tube is a large diameter tube and the middle tube is a small diameter tube. In the relationship between the middle tube and the innermost tube of the triple tube structure, the middle tube is a large diameter tube and the innermost tube is a small diameter tube. The same applies to the multiple tube structure. In the following description, in the triple tube structure, the middle tube may be described as a medium diameter tube.
本発明は、実際に使用する同芯整流部の径よりも大径で且つ正確な同芯流を形成できる同芯整流部の原形体を製作し、この原形体を正確に縮小することで、マイクロレベルの径でありながら同芯流を正確に形成でき同芯整流部を製作するものである。 The present invention produces an original body of a concentric rectification unit that can form an accurate concentric flow with a diameter larger than the diameter of the concentric rectification part actually used, and by accurately reducing the original form body, A concentric rectification unit can be produced by accurately forming a concentric flow with a micro-level diameter.
本発明の請求項1によれば、先ず、原形体製作工程において、同芯流を正確に形成できる構造の同芯整流部の原形体を、前記同芯整流部の最終的に必要な径よりも大径に製作する。この原形体は、2重管以上の多重管構造を構成する管のうちの外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との間の環状隙間に、芯出し管を環状隙間に沿って密に配置させて、大径管の中心軸と小径管の中心軸とを一致させた構造に形成される。また、芯出し管は、大径管と小径管の長さ方向の一部分を支持する従来のスペーサとは異なり、長さ方向全体を支持するので、原形体の長さ方向の何れの位置を径方向に切断しても、大径管と小径管との中心軸が一致する。 According to the first aspect of the present invention, first, in the original body manufacturing process, the original body of the concentric rectifying portion having a structure capable of accurately forming the concentric flow is made larger than the finally required diameter of the concentric rectifying portion. Is also made in large diameter. This original body has a centering pipe in an annular gap between a large-diameter pipe located outside a pipe constituting a multi-pipe structure of two or more pipes and a small-diameter pipe located inside the large-diameter pipe. Are densely arranged along the annular gap so that the central axis of the large-diameter pipe and the central axis of the small-diameter pipe coincide with each other. In addition, the centering tube supports the entire length direction, unlike the conventional spacer that supports a part of the length direction of the large diameter tube and the small diameter tube, so that any position in the length direction of the original body is set at the diameter. Even when cut in the direction, the central axes of the large-diameter pipe and the small-diameter pipe coincide.
本発明を2重管構造の例で説明すると、大径管と小径管の2重管構造の環状の隙間に複数の芯出し管を配置し、小径管内に流体Aを流し、環状に配置された複数の芯出し管内に流体Bを流せば、流体流通部に流体Aと流体Bの2層同芯流を正確に形成することができる。2重管構造以上の多重管構造の場合にも同様である。 The present invention will be described with an example of a double pipe structure. A plurality of centering pipes are arranged in an annular gap of a double pipe structure of a large diameter pipe and a small diameter pipe, and a fluid A is caused to flow in the small diameter pipe to be arranged in an annular shape. If the fluid B is caused to flow through the plurality of centering pipes, a two-layer concentric flow of the fluid A and the fluid B can be accurately formed in the fluid circulation portion. The same applies to a multiple tube structure having a double tube structure or more.
次に、伸長工程において、製作した原形体を長手方向に伸長して最終的に必要な径寸法になるように原形体の断面積を縮小する。これにより、伸長原形体を製作する。この場合、原形体を使用した部材材質の融点以下に温度をかけて伸長することが好ましい。以下に登場する伸長工程でも同様である。 Next, in the extending step, the produced original body is extended in the longitudinal direction and the cross-sectional area of the original body is reduced so as to finally have a required diameter. This produces an elongated original. In this case, it is preferable to extend by applying a temperature below the melting point of the member material using the original body. The same applies to the elongation process that appears below.
次に、切断工程では、伸長原形体を同芯整流部の必要長さに切断する。これにより、マイクロレベルの径でありながら同芯流を正確に形成でき同芯整流部を製作することができる。また、マイクロレベルの径の同芯整流部であっても、機械加工により容易に製作することができ、特殊な加工方法、例えば微細放電加工等を必要としない。従って、マイクロな流路を有する流体デバイスを容易且つ低コストで製作することができる。また、原形体を伸長工程で伸長する伸長率を変えることによって、同芯整流部の径寸法を所望の径寸法に簡単に変えることができる。更には、高アスペクト比(流路長/等価直径)の同芯整流部を作成する場合には、伸長工程での伸長率と切断工程で切断する切断長さを調整することで容易に対応することができる。 Next, in the cutting step, the elongated original body is cut to the required length of the concentric rectification unit. As a result, a concentric flow can be accurately formed with a micro-level diameter, and a concentric rectification unit can be manufactured. Moreover, even a concentric rectifying portion having a micro-level diameter can be easily manufactured by machining, and does not require a special processing method such as fine electrical discharge machining. Therefore, a fluid device having a micro channel can be manufactured easily and at low cost. Moreover, the diameter dimension of a concentric rectification | straightening part can be easily changed into a desired diameter dimension by changing the expansion | extension rate which expand | extends an original form body at an expansion | extension process. Furthermore, when creating a concentric rectification unit with a high aspect ratio (flow path length / equivalent diameter), it is easily handled by adjusting the elongation rate in the stretching process and the cutting length cut in the cutting process. be able to.
尚、大径管、小径管、及び芯出し管は、円管や正多角管(例えば正四角管)を好ましく使用できるが、大径管と小径管との間に芯出し管を配置することで、大径管と小径管との中心軸を一致させることのできる大径管、小径管、及び芯出し管の相互の関係であれば、どのような管でもよい。 As the large diameter tube, the small diameter tube, and the centering tube, a circular tube or a regular polygonal tube (for example, a regular square tube) can be preferably used, but a centering tube is disposed between the large diameter tube and the small diameter tube. Thus, any tube may be used as long as the large-diameter tube, the small-diameter tube, and the centering tube are mutually related so that the central axes of the large-diameter tube and the small-diameter tube can coincide with each other.
請求項2は請求項1において、前記大径管、前記小径管、及び前記芯出し管は断面形状が円形な円管であることを特徴とする。 A second aspect is characterized in that, in the first aspect, the large-diameter pipe, the small-diameter pipe, and the centering pipe are circular pipes having a circular cross-sectional shape.
請求項2は、大径管、小径管、及び芯出し管として円管を使用することが好ましいからである。 This is because it is preferable to use a circular pipe as the large diameter pipe, the small diameter pipe, and the centering pipe.
請求項3は請求項1において、前記大径管、前記小径管、及び前記芯出し管は断面形状が正多角径な多角管であることを特徴とする。 A third aspect is characterized in that, in the first aspect, the large-diameter pipe, the small-diameter pipe, and the centering pipe are polygonal pipes having a regular polygonal cross-sectional shape.
請求項3は、大径管、小径管、及び芯出し管として多角管を使用することが好ましいからである。 This is because it is preferable to use a polygonal tube as the large diameter tube, the small diameter tube, and the centering tube.
請求項4は請求項3において、前記多角管は正方形な角管であることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, the polygonal tube is a square square tube.
請求項4は多角管のうちの正方形な角管を使用する場合である。 The fourth aspect of the present invention is a case of using a square square tube among the polygonal tubes.
請求項5は請求項1〜4のいずれか1において、前記環状隙間に前記芯出し管が密に配置されていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any one of the first to fourth aspects, the centering pipes are densely arranged in the annular gap.
環状隙間に芯出し管が密に配置されていれば、伸長工程において原形体をバランス良く伸長することができる。しかし、環状隙間に芯出し管が密に配置されてない場合も本発明は適用できる。この場合には、環状隙間の空間を例えば溶媒に可溶な樹脂等で埋めておき、同芯整流部を製作した後で、樹脂を溶媒で解かしたり、エッチング処理したりすることで対応できる。 If the centering pipes are densely arranged in the annular gap, the original body can be stretched in a balanced manner in the stretching process. However, the present invention can also be applied when the centering tubes are not densely arranged in the annular gap. In this case, the space of the annular gap is filled with, for example, a resin soluble in a solvent, and after the concentric rectification unit is manufactured, the resin is dissolved with a solvent or etched.
請求項6の発明は前記目的を達成するために、供給された複数の流体を同芯流が形成されるように整流する同芯整流部と、該同芯整流部から流出した同芯流を所望の処理を目的として流通させる流体流通部とを備えた流体デバイスの製作方法において、前記流体デバイスのうち同芯整流部の製作は、大径管内に同径な多数本の小径管が密集して収納された構造であって、前記多数本の小径管のうち1本が前記大径管の中心軸と同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径管の外側に残りの小径管を環状に配列した管環状群が少なくとも1層以上積層された構造の原形体を、前記同芯整流部の最終的に必要な径よりも大径に製作する原形体製作工程と、製作した原形体を長手方向に伸長して前記最終的に必要な径寸法になるように前記原形体の断面積を縮小する伸長工程と、伸長した原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法を提供する。 In order to achieve the above object, a sixth aspect of the present invention provides a concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a concentric flow that flows out of the concentric rectification unit. In a method for manufacturing a fluid device including a fluid circulation part that circulates for the purpose of desired processing, the concentric rectification part of the fluid device is manufactured by concentrating a large number of small diameter tubes within a large diameter tube. One of the many small-diameter pipes is arranged coaxially with the central axis of the large-diameter pipe and remains outside the single small-diameter pipe located at the center. An original body having a structure in which at least one pipe annular group in which small-diameter pipes are arranged in an annular shape is laminated to have a diameter larger than the final required diameter of the concentric rectifying unit; and The produced original body is elongated in the longitudinal direction so that the final required diameter is obtained. A fluid device manufacturing method comprising: an elongating step for reducing the cross-sectional area of the original shape; and a cutting step for cutting the elongate original shape to a required length of the concentric rectifying unit. To do.
請求項6によれば、原形体を、大径管内に同径な多数本の小径管が密集して収納された構造であって、多数本の小径管のうち1本が大径管の中心軸と同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径管の外側に残りの小径管を環状に配列した管環状群が少なくとも1層以上積層された構造に形成したので、この原形体を、伸長程及び切断工程において上述のように加工することで、マイクロレベルの径でありながら同芯流を正確に形成でき同芯整流部を製作することができる。 According to claim 6, the original body has a structure in which a large number of small diameter tubes having the same diameter are densely housed in a large diameter tube, and one of the many small diameter tubes is the center of the large diameter tube. Since it is arranged on the same axis as the shaft, and is formed in a structure in which at least one layer of the annular ring group in which the remaining small diameter pipes are annularly arranged outside the single small diameter pipe located at the center is laminated. By processing the original body in the extension process and the cutting process as described above, a concentric flow can be accurately formed with a micro-level diameter, and a concentric rectifying unit can be manufactured.
尚、大径管、小径管、及び芯出し管は、円管や正多角管(例えば正四角管)を好ましく使用できるが、大径管、小径管、及び管環状群の中心軸を一致させることのできる大径管、小径管、及び管環状群の相互の関係であれば、どのような管でもよい。 As the large-diameter pipe, the small-diameter pipe, and the centering pipe, a circular pipe or a regular polygonal pipe (for example, a regular square pipe) can be preferably used, but the central axes of the large-diameter pipe, the small-diameter pipe, and the tube annular group are made to coincide. Any tube can be used as long as it is a mutual relationship between a large-diameter tube, a small-diameter tube, and a tube annular group.
請求項7は請求項6において、前記大径管及び前記小径管は断面形状が円形な円管であることを特徴とする。大径管及び小径管として円管を使用することが好ましいからである。 A seventh aspect is characterized in that, in the sixth aspect, the large-diameter pipe and the small-diameter pipe are circular pipes having a circular cross-sectional shape. This is because it is preferable to use circular pipes as the large diameter pipe and the small diameter pipe.
請求項8は請求項6において、前記大径管及び前記小径管は断面形状が正多角径な多角管であることを特徴とする。大径管及び小径管として多角管を使用することが好ましいからである。 An eighth aspect is characterized in that, in the sixth aspect, the large-diameter pipe and the small-diameter pipe are polygonal pipes having a regular polygonal cross-sectional shape. This is because it is preferable to use polygonal tubes as the large diameter tube and the small diameter tube.
請求項9は請求項8において、前記多角管は正方形な角管であることを特徴とする。 A ninth aspect is characterized in that, in the eighth aspect, the polygonal tube is a square square tube.
多角管として正方形な角管を使用する場合である。 This is a case where a square tube is used as the polygonal tube.
請求項10は請求項1〜9の何れか1において、前記伸長工程では、前記同芯整流部が層流の同芯流を形成可能な断面積になるように、前記原形体を伸長することを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to ninth aspects, wherein in the elongating step, the original body is extended so that the concentric rectifying portion has a cross-sectional area capable of forming a laminar concentric flow. It is characterized by.
これは、同芯流を正確に形成できる本発明は、層流において一層効果を発揮するからである。製作される同芯整流部の内径は、流体の流速、粘度等により多少変化するが、10mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。 This is because the present invention, which can accurately form a concentric flow, is more effective in laminar flow. The inner diameter of the manufactured concentric rectification unit varies somewhat depending on the flow rate, viscosity, etc. of the fluid, but is preferably 10 mm or less, and more preferably 1 mm or less.
請求項11は請求項1〜10の何れか1において、前記伸長工程では、前記原形体の径寸法の1/5〜1/25の範囲になるように伸長することを特徴とする。 An eleventh aspect is characterized in that, in any one of the first to tenth aspects, in the elongating step, elongating is performed in a range of 1/5 to 1/25 of a diameter of the original body.
これは、伸長工程での原形体の伸長率が小さい場合には、原形体の径を細くしなくてはならず、正確な同芯流を形成する構造を精度良く作りにくい。また、伸長工程での原形体の伸長率が大きすぎる場合には、伸長工程中に軸芯にズレが生じやすくなる。これらを勘案して、原形体の径寸法の1/5〜1/25の範囲になるように伸長することが好ましい。 This is because, when the elongation rate of the original body in the expansion process is small, the diameter of the original body must be reduced, and it is difficult to accurately form a structure that forms an accurate concentric flow. In addition, when the elongation rate of the original body in the stretching process is too large, the shaft core is likely to be displaced during the stretching process. Taking these into consideration, it is preferable to extend the film so as to be in the range of 1/5 to 1/25 of the diameter of the original body.
請求項12は請求項1〜11において、前記伸長工程では、前記原形体を多段階で伸長することを特徴とする。 A twelfth aspect according to the first to eleventh aspects is characterized in that, in the extension step, the original body is extended in multiple stages.
伸長工程での原形体の伸長は、一度に目標の伸長率まで伸長しなくても、多段階で伸長してもよい。例えば、1回目の伸長で原形体の径寸法の1/5とし、この1/5に伸長された原形体を次の伸長で更に径寸法の1/5になるように伸長する。これにより、元の原形体の径寸法の1/25に伸長することができる。 The stretching of the original body in the stretching process may be performed in multiple stages without stretching to the target stretching rate at a time. For example, the first extension is set to 1/5 of the diameter of the original body, and the original body extended to 1/5 is further extended to 1/5 of the diameter by the next extension. Thereby, it can extend | stretch to 1/25 of the radial dimension of the original original body.
請求項13の発明は前記目的を達成するために、供給された複数の流体を同芯流が形成されるように整流する同芯整流部と、該同芯整流部から流出した同芯流を所望の処理を目的として流通させる流体流通部とを備えた流体デバイスの製作方法において、前記流体デバイスのうち前記同芯整流部の製作は、2重管以上の多重管構造において外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との間の環状隙間に、複数本の芯出し管を前記環状隙間に沿って配置させて前記大径管の中心軸と前記小径管の中心軸とを一致させた構造の原形体を製作する原形体製作工程と、前記原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法を提供する。 In order to achieve the above object, a thirteenth aspect of the present invention provides a concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a concentric flow that flows out of the concentric rectification unit. In the manufacturing method of a fluid device including a fluid circulation part that circulates for a desired treatment, the concentric rectification part of the fluid device is manufactured in a multiple tube structure of a double tube or more. A plurality of centering pipes are arranged along the annular gap in the annular gap between the diameter pipe and the small diameter pipe located inside the large diameter pipe, so that the central axis of the large diameter pipe and the small diameter pipe A fluid comprising: an original body manufacturing process for manufacturing an original body having a structure in which a central axis is matched; and a cutting process for cutting the original body into a required length of the concentric rectifying unit. Provide a device fabrication method.
請求項13の発明は、最終的に製作する同芯整流部の細さの細管を使用した場合であり、この場合には伸長工程を省略することができる。同芯整流部の径が比較的太い場合に有効な製作方法である。 The invention of claim 13 is a case where a thin tube having a thin concentric rectifying portion to be finally manufactured is used, and in this case, the extending step can be omitted. This is an effective manufacturing method when the diameter of the concentric rectifying portion is relatively large.
請求項14の発明は前記目的を達成するために、供給された複数の流体を同芯流が形成されるように整流する同芯整流部と、該同芯整流部から流出した同芯流を所望の処理を目的として流通させる流体流通部とを備えた流体デバイスの製作方法において、前記流体デバイスのうち同芯整流部の製作は、大径管内に同径な多数本の小径管が密集して収納された構造であって、前記多数本の小径管のうち1本が前記大径管の中心軸と同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径管の外側に残りの小径管を環状に配列した管環状群が少なくとも1層以上積層された構造の原形体を製作する原形体製作工程と、前記原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法を提供する。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
請求項14の発明も最終的に製作する同芯整流部の細さの細管を使用した場合であり、原形体の構造が請求項13とは異なる場合である。
The invention of
請求項15は請求項1〜14のいずれか1において、前記製作した同芯整流部を、前記流体流通部を形成する外郭管の入口部内に着脱自在に嵌入することを特徴とする。 A fifteenth aspect is characterized in that, in any one of the first to fourteenth aspects, the manufactured concentric rectifying portion is detachably fitted into an inlet portion of an outer tube forming the fluid circulation portion.
請求項1〜14の何れかにより製作された同芯整流部を、流体流通部を形成する外郭管の入口部内に着脱自在に嵌入することにより、流体デバイスが製作される。このように、同芯整流部を外郭管に対して着脱自在に嵌合することで、同芯整流部に流通不良が発生した場合には、外郭管から取り外して簡単に洗浄することができる。これにより、高いメンテナンス性を得ることができる。更には、流体数に合わせて簡単に同芯整流部を交換できて便利である。
A fluid device is manufactured by detachably fitting the concentric rectifying unit manufactured according to any one of
請求項16は請求項1〜15において、前記流体流通部を流れる流体を同芯流として分離する同芯分離部を、前記同芯整流部と同様に製作し、製作した同芯分離部を、前記外郭管の出口部内に着脱時自在に嵌合することを特徴とする。 A sixteenth aspect is the same as the first to fifteenth aspects, in which the concentric separation part that separates the fluid flowing through the fluid circulation part as a concentric flow is manufactured in the same manner as the concentric rectification part, It fits in the outlet part of the said outer tube | pipe freely at the time of attachment or detachment.
これにより、流体流通部を流れる流体を同芯流として分離することのできる流体デバイスを製作することができる。 Thereby, the fluid device which can isolate | separate the fluid which flows through a fluid distribution part as a concentric flow can be manufactured.
また、同芯整流部と同芯分離部との中心軸を一致させることができるので、流体流通部を流れる流体を同芯分離部で同芯流に分離する場合、同芯整流部と同じ中心軸基準で同芯流を分離することができる。即ち、同芯整流部によって例えば正確な3層同芯流を流体流通部に流通させ、3層同芯流の中間層部分に生成物が生成された場合に、生成物を分離する際に同芯分離部の中心軸が同芯整流部の中心軸とズレていたのでは、中間層部分のみを精度良く分離することはできない。請求項16では、同芯整流部と同芯分離部との中心軸を一致させることができるので、中間層部分のみを精度良く分離することができる。この場合、同芯整流部で形成可能な同芯流の層数と、同芯分離部で分離可能な同芯流の層数を異なるようにしてもよい。例えば、同芯整流部で2流体により2層同芯流を形成したが、同芯分離部では3層の同芯流として分離したい場合には、同芯分離部として3層分離可能な構造のものを配置するとよい。更には、同芯分離部も外郭管に着脱自在に嵌合されていることが好ましく、流路不良等が発生したときに簡単に外郭管から取り外して洗浄することができる。 In addition, since the central axes of the concentric rectifying unit and the concentric separating unit can be matched, when the fluid flowing through the fluid circulation unit is separated into a concentric flow by the concentric separating unit, the same center as the concentric rectifying unit is used. Concentric flow can be separated on an axial basis. That is, for example, when an accurate three-layer concentric flow is circulated through the fluid circulation unit by the concentric rectification unit and a product is generated in the intermediate layer portion of the three-layer concentric flow, the same product is separated. If the center axis of the core separation part is displaced from the center axis of the concentric rectification part, only the intermediate layer part cannot be separated with high accuracy. According to the sixteenth aspect, since the central axes of the concentric rectifying unit and the concentric separating unit can be matched, only the intermediate layer portion can be separated with high accuracy. In this case, the number of concentric flow layers that can be formed by the concentric rectification unit may be different from the number of concentric flow layers that can be separated by the concentric separation unit. For example, when a two-layer concentric flow is formed with two fluids in the concentric rectification unit, but the concentric separation unit is to be separated as a three-layer concentric flow, the concentric separation unit can be separated into three layers. Things should be placed. Furthermore, it is preferable that the concentric separation part is also detachably fitted to the outer tube, and can be easily removed from the outer tube and cleaned when a flow path defect or the like occurs.
以上説明したように、本発明によれば、正確な同芯流を形成できると共に、高いメンテナンス性や所望のアスペクト比を容易に得ることのでき、しかも特殊な加工技術を必要とせず機械加工で製作できるので、製作が容易であり製作コストが安価な流体デバイスの製作方法を提供できる。 As described above, according to the present invention, an accurate concentric flow can be formed, high maintainability and a desired aspect ratio can be easily obtained, and machining can be performed without requiring a special processing technique. Since it can be manufactured, it is possible to provide a method for manufacturing a fluid device that is easy to manufacture and inexpensive to manufacture.
以下添付図面に従って本発明に係る流体デバイスの製作方法の好ましい実施の形態について詳説する。 Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a fluidic device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本発明の製作方法は、流体デバイスを構成する同芯整流部や同芯分離部の構造が重要になるので、先ず本発明の製作方法で製作される流体デバイス、特に同芯整流部の構造を説明し、その後で本発明の製作方法を説明することにする。 In the manufacturing method of the present invention, the structure of the concentric rectifying unit and the concentric separating part constituting the fluid device is important. First, the structure of the fluid device manufactured by the manufacturing method of the present invention, particularly the concentric rectifying unit, is used. We will explain and then explain the fabrication method of the present invention.
図1は、流体デバイスを複数本(図1では5本)1組としてユニット化した流体デバイスユニットの全体構成を説明する分解図である。尚、図1で使用する流体デバイスは2種類の流体L1,L2で2層同芯流を形成するタイプの例である。 FIG. 1 is an exploded view illustrating the entire configuration of a fluid device unit in which a plurality of fluid devices (five in FIG. 1) are grouped into one unit. In addition, the fluid device used in FIG. 1 is an example of a type in which a two-layer concentric flow is formed by two kinds of fluids L1 and L2.
図1に示すように、流体デバイスユニット10は、主として、複数本の流体デバイス12、12…を支持する四角形状な支持ケース14と、支持ケース14の上側開口14Aと下側開口14Bとに蓋をする一対の蓋板16,16と、支持ケース14の前側(流体デバイス12の流体供給側)に組み付けられ、2種類の流体L1,L2を複数本の流体デバイス12に供給する供給ヘッダ18と、支持ケース14の後側(流体デバイス12の流体排出側)に組み付けられ、複数本の流体デバイス12から排出される処理流体を排出する排出ヘッダ20と、で構成される。図1の矢印Fは流体L1,L2の流れ方向を示す。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、流体デバイス12は、円筒状の外郭管22の入口部内に同芯整流部24が着脱自在に嵌合される共に、出口部内に同芯分離部26が着脱自在に嵌合される。これにより、同芯整流部24と同芯分離部26との間の外郭管22内に、同芯整流部24から流出した同芯流を所望の処理を目的として流通させる流体流通部28が形成される。
As shown in FIG. 2, the
このように、外郭管22に対して同芯整流部24及び同芯分離部26を着脱自在に嵌合することで、同芯整流部24や同芯分離部26に流路不良が発生したときに、外郭管22から簡単に取り外して清浄することができる。また、同芯整流部24や同芯分離部26を外郭管22から取り外せることで、外郭管22の洗浄も容易になる。これにより、高いメンテナンス性を得ることができる。尚、同芯整流部24及び同芯分離部26は必ず着脱自在に限定するものではなく、着脱する必要がない場合には接着剤等で固定してもよい。
When the
ここで、所望の処理とは、流体同士が反応する反応操作、及び流体の単位操作(例えば混合、抽出、分離、加熱、冷却、熱交換、晶析、吸収)を意味する。尚、流体流通部28に同芯整流部24と同芯分離部26とを1対設けることに限定されるものではなく、同芯整流部24と同芯分離部26の一対を複数個設けて、整流と分離を多段で行ってもよい。
Here, the desired treatment means a reaction operation in which fluids react with each other and a unit operation of the fluid (for example, mixing, extraction, separation, heating, cooling, heat exchange, crystallization, absorption). In addition, it is not limited to providing one pair of the
同芯整流部24及び同芯分離部26は、同様の構造に形成され、2重管構造を構成する円管のうちの外側に位置する大径円管30と小径円管32との間の円環状隙間34に、複数の芯出し円管36(図2では8本)を密に配置した構造に形成される。従って、円環状隙間34に複数の芯出し円管36が密に配置されるように、大径円管30、小径円管32、芯出し円管36の径が設定されていることが必要である。そして、同芯整流部24の中心に位置する小径円管32に連結用供給管38が接続されると共に、同芯分離部26の中心に位置する小径円管32に連結用排出管40が接続される。ここで、複数の芯出し円管36のグループを環状グループ管42と言うことにする。図2は、かかる構造に形成された流体デバイス12において、同芯整流部24の中心に位置する小径円管32内に流体L1を供給し、環状グループ管42に流体L2を供給する場合である。また、図3に示すように、外郭管22を2分割可能な構造として、同芯整流部24や同芯分離部26を外郭管22に着脱する際に、外郭管22を2分割できると更にメンテナンスにおいて便利である。即ち、外郭管22分割した一方の半円片22Aと他方の半円片22Bとの嵌合部にそれぞれ凸部22aと凹部22bとを形成し、凸部22aと凹部22bとを嵌め合わせるようにするとよい。嵌合して外郭管22を形成した後、外郭管22の長さ方向における前後位置をリング状の固定部材29で固定するとよい。しかし嵌め合わせ構造及び固定部材は、これに限定するものではなく、要は外郭管22から流体が漏洩しない構造であればよい。
The
図1に示す支持ケース14の前側面と後側面にはそれぞれ、流体デバイス12の数に対応する複数個の丸孔44が開口されており、この丸孔44に流体デバイス12の前後部分が嵌合する。これにより、複数本の流体デバイス12が支持ケース14の前側面と後側面から部分的に突出した状態で、支持ケース14に支持される。この状態で、一対の蓋板16がパッキン17を介して支持ケース14の上側開口14Aと下側開口14Bに被せられてボルト46で締結される。また、支持ケース14の前側と後側に供給ヘッダ18と排出ヘッダ20とがパッキン19を介して被せられ、ボルト48により接続される。これにより、支持ケース14内に水密な密封空間が形成される。
A plurality of
供給ヘッダ18は、支持ケース14側の面が開放された箱形状をしており、支持ケース14の反対面には、前述した連結用供給管38が貫通する丸孔50が流体デバイス12の数に対応して複数個開口されている。この丸孔50から連結用供給管38が突出され、連結用供給管38に第1カプラー(ワンタッチジョイント)の雄部材52が接続される。そして、流体L1を供給する流体ポンプ(図示せず)から延設された供給チューブ(図示せず)先端に設けられた第1カプラーの雌部材(図示せず)を連結することで、同芯整流部24の中心に位置する小径円管32に流体L1が供給される。また、供給ヘッダ18の側面に形成された丸孔54には、第2カプラーの雄部材56が接続され、流体L2を供給する流体ポンプ(図示せず)から延設された供給チューブ(図示せず)先端に設けられた第2カプラーの雌部材(図示せず)を連結することで、供給ヘッダ18内を介して同芯整流部24の環状グループ管42に流体L2が供給される。
The supply header 18 has a box shape in which the surface on the
排出ヘッダ20は、その構造が供給ヘッダ18と同様に形成される。即ち、排出ヘッダ20は支持ケース14側の面が開放された箱形状をしており、支持ケース14の反対面には、上述した連結用排出管40が貫通する丸孔58が流体デバイス12の数に対応して複数個開口されている。この丸孔58から連結用排出管40が突出され、連結用排出管40に第3カプラーの雄部材60が接続される。そして、排出チューブ(図示せず)の先端に設けた第3カプラーの雌部材(図示せず)が連結される。これにより、流体流通部28を流通して化学反応等の所望の処理が成された処理流体は同芯分離部26において同芯流として分離され、分離された同芯流のうちの内層を形成する流体L3が排出される。また、排出ヘッダ20の側面に形成された丸孔62には、第4カプラーの雄部材64が接続され、排出チューブ(図示せず)の先端に設けた第4カプラーの雌部材(図示せず)を連結することで、同芯分離部26で同芯流として分離された外層の流体L4が排出ヘッダ20内を介して排出される。
The structure of the
また、上述した水密性を有する支持ケース14の側面2カ所に丸孔66が形成され、一方の丸孔66に第5カプラーの雄部材68が設けられると共に、他方の丸孔66に第6カプラーの雄部材68が設けられる。そして、図示しない熱媒体循環装置からの一対のチューブ(図示せず)先端にそれぞれ取り付けられた第5カプラー及び第6カプラーの雌部材(図示せず)が雄部材68接続される。これにより、所定温度の熱媒体を支持ケース14内と媒体循環装置との間で循環して、流体デバイス12を温調するための温調用循環ラインが形成される。
In addition, a
上記の如く構成された流体デバイスユニット10において、流体デバイス12の同芯整流部24を、2重管構造を構成する円管のうち外側に位置する大径円管30と内側に位置する小径円管32との間の円環状隙間34に、複数の芯出し円管36を密に配置した構造に形成したので、大径円管30と小径円管32との中心軸Pが一致するように、大径円管30と小径円管32とを精度良く位置決めすることができる。即ち、円環状隙間34に同径な芯出し円管36を密に配置することで、全方向において径が一定な芯出し円管36の芯出し作用が働く。これにより、大径円管30と小径円管32との間隔は円環状隙間34の何れの位置においても芯出し円管36の径に一致するので、大径円管30と小径円管32とは同じ中心軸P上に配置されることになる。しかも、同芯整流部24の長さ方向(軸方向)の何れの位置で同芯整流部24を径方向に切断しても、その断面における大径円管30と小径円管32との中心軸Pは一致する。このように、同芯整流部24の長さ方向の何れの位置でも大径円管30と小径円管32との中心軸Pを一致させることで、図4に示すように、L1(内層)とL2(外層)とから成る正確な2層同芯流を形成することができる。この場合、同芯整流部24と同芯分離部26との中心軸P上に、同芯整流部24と同芯分離部26とをつなぐ貫通管72を設けると、図5のように、L1(内層)の厚みを薄くできるので、L1(内層)とL2(外層)との間の拡散効率が良くなる。
In the
正確な同芯流を形成するには、同芯整流部の長さ方向の何れの位置で切断しても、大径円管30と小径円管32との同芯度(互いの円管の中心軸Pのズレ量)が100μm以内であることが好ましく、50μm以内がより、10μm以内が特に好ましい。前記同芯度は、径精度の高い円管を使用して同芯整流部24を上記した構造に形成することで達成できる。これにより、流体流通部28を流れる同芯流に乱れが発生しないので、層流の同芯流を精度良く得ることができる。従って、流体L1、L2同士の界面における拡散が均一に行われるので、例えば化学反応操作の場合には生成される化学物質の純度や歩留りが向上する。
In order to form an accurate concentric flow, the concentricity of the large-diameter
また、同芯整流部24と同様の構造を有する同芯分離部26を外郭管22の出口部内に設けることで、流体流通部28を流れる流体を同芯流として分離することができる。この場合に、同芯整流部と24同芯分離部26との中心軸Pを一致させることができるので、流体流通部28を流れる流体を同芯分離部26で同芯流に分離する際に、同芯整流部24と同じ中心軸基準で分離することができる。即ち、同芯整流部24によって例えば正確な3層同芯流を流体流通部28に流通させ、3層同芯流の中間層部分に生成物が生成された場合に、生成物を分離する際に同芯分離部26の中心軸Pが同芯整流部24の中心軸Pに対してズレがあると、中間層部分のみを精度良く分離することはできない。しかし、本発明のように、同芯整流部24と同芯分離部26との中心軸Pを一致させることができるので、中間層部分を精度良く分離することができる。これは、3層同芯流の内層や外層を精度良く分離したい場合も同様であり、多層同芯流に適用できる。この場合、図6に示すように、同芯整流部24と同芯分離部26において、中心に位置する小径円管32を環状グループ管42の流出口の位置からズラして流体流通部側に突出させるようにすると、流れが安定化し、安定した同芯流が形成される。また、同芯分離部26での分離性能も向上する。
Further, by providing the
尚、図6では、中心に位置する小径円管32を流体流通部側に突出させるようにしたが、逆に環状グループ管42の流出口の位置より凹ますようにしてもよい。更には、同芯整流部24では小径円管32を突出させ、同芯分離部26では小径円管32を凹ましてもよく、あるいは同芯整流部24では小径円管32を凹ませ、同芯分離部26では小径円管32を突出させてもよい。
In FIG. 6, the small-diameter
上述した本発明における同芯整流部24と同芯分離部26との特徴は、化学反応に限らず、流体の単位操作(例えば混合、抽出、分離、加熱、冷却、熱交換、晶析、吸収)を行う際にも適用できる。また、上述の同芯整流部4は2層同芯流を形成するタイプであるが、多層同芯流を形成する場合も考え方は同じである。
The features of the
次に、図7〜図10において、同芯整流部24の好ましい各種の態様を説明するが、同芯分離部26として使用してもよい。
Next, in FIG. 7 to FIG. 10, various preferred embodiments of the
図7の同芯整流部24は、既に図6で説明したように同芯整流部24の中心に位置する小径円管32を環状グループ管42の流出口の位置からズラして流体流通部側に突出させた態様であり、図8は小径円管を環状グループ管42の流出口の位置から凹ませた態様である。
The
図9の同芯整流部24は、3種類の流体(L1、L2、L3)により3層同芯流を形成するのに好適な態様であり、大径円管30、中径円管74、小径円管32とで構成される3重管構造における2つの円環状隙間34、34(大径円管30と中径円管74の間、及び中径円管74と小径円管32の間)に、同径(外径が同型)な複数本(図9では8本と12本)の芯出し円管36を円環状隙間34、34に沿って密に配置した場合である。また、図10の同芯整流部24は、図9の2つの円環状隙間34、34に芯出し円管36を90°間隔でそれぞれ4本配置した場合である。この場合、芯出し円管36の最小本数は120°間隔で3本である。また、大径円管30、中径円管74、小径円管32、及び芯出し円管36は互いに動かないように固定されている。固定方法としては、接着剤、拡散接合の他、大径円管30、中径円管74、小径円管32、及び芯出し円管36のそれぞれに軸芯方向の凸条部と凹条部を相対的に形成し、この凸条部と凹条部とを嵌め合うことで固定してもよい。また、円環状隙間34における芯出し円管36同士の間の空間に流体L2又は流体L3を供給してもよい。また、流体L1の供給量に対して流体L2や流体L3の供給量を多くしたい場合には、芯出し円管36内と空間の両方に流体L2や流体L3を供給してもよい。
The
尚、図10以外の図7〜図13の同芯整流部24の場合、円管や角管が密に詰まっており動かないものは固定しなくても、図10と同様に接着剤、拡散接合、嵌合等の固定手段で固定してもよく、いずれでもよい。
In addition, in the case of the
図11の同芯整流部24は、3流体L1,L2,L3の流出口の位置をズラすと共に、中心に位置する小径円管32の流出口を先細形状にして径を絞り、更には小径円管32と中径円管74との間の円環状隙間34に配置された芯出し円管74の流出口がテーパ状に切断されるようにした態様である。このように、3流体L1,L2,L3の流出口の位置をズラすことで流れが安定化し、安定した同芯流が形成される。また、中心に位置する小径円管32の流出口を絞ったり、芯出し円管74の流出口がテーパ状に切断されることで流出される流体の流れを安定化でき、より安定な同芯流を形成できる。
The
尚、図9〜図11は、3種類の流体L1,L2,L3の3層同芯流を形成するのに好適な態様であるが、3種類の流体に限定するものではなく、2種類の流体の同芯流を形成する場合にも適用できる。即ち、上記した3流体L1,L2,L3のうち、流体L1と流体L2に同じ種類の流体を使用することで2層同芯流としてもよく、流体L2と流体L3に同じ種類の流体を使用することで2層同芯流を形成してもよい。これにより、2層同芯流を構成する際の各層の厚みを変えることができる。 FIGS. 9 to 11 are embodiments suitable for forming a three-layer concentric flow of three types of fluids L1, L2, and L3, but are not limited to three types of fluids, but two types of fluids. The present invention can also be applied when forming a concentric flow of fluid. That is, among the three fluids L1, L2, and L3, the same type of fluid may be used for the fluid L1 and the fluid L2, so that a two-layer concentric flow may be used, and the same type of fluid is used for the fluid L2 and the fluid L3. By doing so, a two-layer concentric flow may be formed. Thereby, the thickness of each layer at the time of comprising a two-layer concentric flow can be changed.
図12の同芯整流部は、大径円管30内に、多数本の同径な小径円管32、32…が密集して収納された構造であって、多数本の小径円管32のうち1本が大径円管30の中心軸Pと同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径円管32Aの外側に残りの小径円管32Bを円環状に配列した円管環状群31が少なくとも1層以上積層された構造に形成される。
12 has a structure in which a large number of small diameter
このように、同芯整流部24を構成した場合、中心に位置する小径円管30Aの中心と、第1の円管環状群31Aを構成する各小径円管32Bの中心を結ぶ第1仮想円(点線76)の中心とは一致する。更には第2の円管環状群31Bを構成する各小径円管32Bの中心を結ぶ第2仮想円(点線78)の中心とは一致する。円管環状群31A,31Bが更に増えた場合も同様である。これにより、中心に位置する小径円管32Aと、第1円管環状群31A、第2円管環状群31Bは同じ中心軸P上に配置されることになるので、中心位置の小径円管32A内に流体L1を供給し、第1円管環状群31Aに流体L2を供給し、第2円管環状群31Bに流体L3を供給すれば、正確な3層同芯流を流体流通部28流出させることができる。
As described above, when the
図13の同芯整流部24は、正多角形な同芯流を形成する同芯整流部24の一例として、3種類の流体L1,L2,L3で正方形な3層同芯流を形成する場合である。この同芯整流部24は、径方向断面が正方形な大径角管80、中径角管82、小径角管84とで構成される3重管構造における2つの正方形環状隙間86、86(大径角管80と中径角管82の間、及び中径角管82と小径角管84の間)に、径方向断面が正方形で同径(外径が同径)な複数本(図13では8本と20本)の芯出し角管88を正方形環状隙間86、86に沿って密に配置した場合である。このような構造の同芯整流部24の場合にも、大径角管80、中径角管82、小径角管84は同じ中心軸P上に配置されることになるので、正確な正方形の3層同芯流を流体流通部28に流出できる。この場合、流体流通部28を形成する外郭管22も正方形な角管であることが必要である。尚、図示しなかったが、大径角管内に同径(外径が同径)な小径角管が密集して収納することにより、大径角管内に格子状の流路を形成するようにしてもよい。
The
尚、同芯整流部24と同芯分離部26とは同じ構造である必要はなく、例えば円環状の同芯流を形成する場合、図2〜図12で説明した構造のものを任意に組み合わせることができる。
The
次に、図2の2層同芯流を形成する流体デバイス12の例で、本発明の流体デバイス12を製作する工程について説明する。図14(A)〜図14(C)は同芯整流部24及び同芯整流部26を製作する工程であり、図14(D)は製作した同芯整流部24と同芯分離部26とを流体流通部28を形成する外郭管22に組み付けた図である。尚、同芯整流部24と同芯分離部26とは、基本的に構造が同じあり、同じ製作方法で製作するので、ここでは同芯整流部24を製作する例で説明する。
Next, a process of manufacturing the
同芯整流部24の製作は、主として、原形体製作工程と、伸長工程と、切断工程とで構成される。
The manufacture of the
原形体製作工程では、図14(A)に示すように、2重管構造において外側に位置する大径円管30と小径円管32との間の円環状隙間34に、複数の同径(外径が同径)な芯出し円管36、36…を円環状隙間34に沿って密に配置させた構造の原形体90を製作する。この原形体90は、同芯整流部24の最終的に必要な径よりも大径に予め製作する。かかる構造の原形体90は、図14(A)から分かるように、大径円管30内に小径円管32及び芯出し円管36が密に収納されており、しかも大径円管90の中心軸を中心として小径円管32及び芯出し円管36が同芯上に配置されている。従って、次の伸長工程で伸長しても全体が細くなるだけで、径方向の断面形状は同じになる。原形体90における大径円管30の径としては、例えば10mm〜50mm程度の範囲であることが好ましい。管の材質としては金属(例えばスレンレス材)、樹脂、ガラス等を好適に使用できる。
In the original body manufacturing process, as shown in FIG. 14 (A), a plurality of same diameters (in the
次に、伸長工程では、図14(B)に示すように、製作した原形体90を長手方向に伸長して最終的に必要な径寸法になるように原形体90の断面積を縮小する。この場合、使用する管の材質、例えばステンレス材、樹脂材、ガラス材等により、原形体90を伸長し易い温度に加熱しておくとよい。これにより、伸長原形体90‘を製作する。この伸長原形体90’の径としては、流体流通部28において層流の同芯流を形成できる径寸法であることが好ましく、伸長後の大径円管30‘において10mm以下が好ましく、1mm以下がより好ましい。
Next, in the stretching process, as shown in FIG. 14B, the manufactured
次に、切断工程では、図14(C)に示すように、伸長原形体90‘を同芯整流部24の必要長さに切断する。これにより、同芯整流部24が製作される。同芯整流部24は複数製作されるので、その中の一つを同芯分離部26として使用してもよく、上述した図7〜図12で示した別の態様のものを同芯整流部26として使用してもよい。
Next, in the cutting step, as shown in FIG. 14C, the elongated
そして、図14(D)に示すように、製作した同芯整流部24を、外郭管22の入口部内に着脱自在に嵌合すると共に、外郭管22の出口部内に同芯分離部26を着脱自在に嵌合する。これにより、流体デバイス12が製作される。
14D, the manufactured
上記した同芯整流部24の製作方法は、原形体90を精度良く伸長する関係上、一番外側の管(例えば大径円管)に内側の管(例えば小径円管、芯出し円管)が密に充満されている構造であれば円管でなくてもよく、図13のように正四角管を使用してもよい。
In the manufacturing method of the
これにより、径が10mm以下のマイクロな同芯整流部24や同芯流26であっても、機械加工により容易に製作することができ、特殊な加工方法、例えば微細放電加工等を必要としない。従って、マイクロな流路を有する流体デバイス12を容易且つ低コストで製作することができる。また、原形体90を伸長工程で伸長する伸長率を変えることによって、同芯整流部24や同芯分離部26の径寸法を簡単に変えることができる。更には、高アスペクト比(流路長/等価直径)の流体デバイス12を作成する場合には、伸長工程での伸長率と切断工程で切断する切断長さを調整することで容易に対応することができる。
Thereby, even if it is the micro
尚、本実施の形態では、原形体90は、同芯整流部24の最終的に必要な径よりも大径に予め製作し、伸長工程で最終的に必要な径まで細くすることで説明した。しかし、原形体90を同芯整流部24の最終的に必要な径になるように製作する場合には、伸長工程を省略することができ、原形体90を切断工程で必要な長さに切断すればよい。
In the present embodiment, the
次に、3種類の流体L1(内層)、L2(中間層)、L3(外層)で3層同芯流を形成する例で本発明の実施例を説明する。流体デバイス12は、流体流通部28を形成する外郭管22の入口部内と出口部内とに、図9に示した構造の同芯整流部24と同芯分離部26とをそれぞれ嵌合させたものを使用した。同芯整流部24と同芯分離部26は、上記製作方法により製作し、切断工程では伸長した伸長原形体90‘を長さ5mmに切断した。製作された同芯整流部24及び同芯分離部26は、大径円管30が外径2.5mm、内径2.0mm、小径円管32が外径0.925mm、内径0.71mm、芯出し円管(8本使用)が外径0.54mm、内径0.35mmであった。管の材質はSUS316を使用した。
Next, an embodiment of the present invention will be described using an example in which a three-layer concentric flow is formed by three types of fluids L1 (inner layer), L2 (intermediate layer), and L3 (outer layer). The
製作された同芯整流部24と同芯分離部26について特に精密位置決めすることなく、長さ方向の複数箇所で切断して、大径円管30と小径円管32との同芯度(互いの円管の中心軸Pのズレ量)を測定したところ、5μm以内であった。
The manufactured
そして、5本の流体デバイス12を支持ケース14に組み付け、流体デバイスユニット10を完成させ、感光性乳剤を製造する試験を行った。
Then, five
試験において、流体L1として硝酸銀水溶液、流体L2としてゼラチン水溶液、流体L3としてハロゲン塩水溶液を使用した。硝酸銀水溶液L1とハロゲン塩水溶液L3とは、体積換算で1:1の比で反応が完結する濃度に調整した。また、同芯整流部24から流出して流体流通部28を層流化された同芯流として流れる各流体L1、L2、L3において、硝酸銀水溶液L1とハロゲン塩水溶液L3とが、同じ流速且つ同じタイミングでゼラチン水溶液L2との反応を完結するように設定した。また各流体L1、L2、L3の粘度の影響や、流体流通部28の内壁面との間に生じる剪断抵抗力等により、硝酸銀水溶液L1とハロゲン塩水溶液L3とに流速差が生じる場合には、濃度や流体を供給する圧力を調整してゼラチン水溶液L2での反応条件を最適化した。
In the test, a silver nitrate aqueous solution was used as the fluid L1, a gelatin aqueous solution as the fluid L2, and a halogen salt aqueous solution as the fluid L3. The aqueous silver nitrate solution L1 and the aqueous halogen salt solution L3 were adjusted to a concentration at which the reaction was completed at a volume ratio of 1: 1. Further, in each of the fluids L1, L2, and L3 flowing out from the
このように実施された実施例によれば、同芯整流部24により、各流体L1、L2、L3は正確な層流の3層同芯流として流体流通部28に流出され、流体流通部28を流れていく過程で、3層同芯流を構成する内層の硝酸銀水溶液L1と外層のハロゲン塩水溶液L3とが、中間層のゼラチン水溶液L2に拡散して反応し、反応物である感光性乳剤を生成した。同芯分離部26では、内層、中間層、外層の3層を同芯流として分離し、中間層部分に高純度の感光性乳剤を得ることができた。
According to the embodiment implemented in this manner, the
また、感光性乳剤を生成する際に、同芯整流部24の流出口や流体流通部28の内壁に生成された感光性乳剤が付着することがなく、安定した製造を行うことができた。
Further, when the photosensitive emulsion was produced, the produced photosensitive emulsion did not adhere to the outlet of the
更には、本発明の3流体タイプの流体デバイス12と、従来技術の特許文献2で説明した流体デバイスとの製作コスト比較では、本発明の流体デバイス12は約1/2であることから、低コストで感光性乳剤を製造することができた。
Furthermore, in the comparison of the production cost between the three-fluid
10…流体デバイスユニット、12…流体デバイス、14…支持ケース、16…蓋板、18…供給ヘッダ、20…排出ヘッダ、22…外郭管、24…同芯整流部、26…同芯分離部、28…流体流通部、30…大径円管、32…小径円管、34…円環状隙間、36…芯出し円管、38…連結用供給管、40…連結用排出管、42…環状グループ管、44…、50、54、58、62、66…丸孔、46、48…ボルト、52、56、60、64、68、70…カプラーの雄部材、80…大径角管、82…中径角管、84…小径角管、86…正方形環状隙間、88…芯出し角管、90…原形体、90‘…伸長原形体
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記流体デバイスのうち前記同芯整流部の製作は、
2重管以上の多重管構造において外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との間の環状隙間に、複数本の芯出し管を前記環状隙間に沿って配置させて前記大径管の中心軸と前記小径管の中心軸とを一致させた構造の原形体を、前記同芯整流部の最終的に必要な径よりも大径に製作する原形体製作工程と、
製作した原形体を長手方向に伸長して前記最終的に必要な径寸法になるように前記原形体の断面積を縮小する伸長工程と、
伸長した原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法。 A concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a fluid circulation unit that circulates the concentric flow that flows out of the concentric rectification unit for a desired process. In a manufacturing method of a fluid device,
Production of the concentric rectification unit of the fluid device is as follows.
A plurality of centering pipes are arranged along the annular gap in an annular gap between a large-diameter pipe located outside and a small-diameter pipe located inside the large-diameter pipe in a multiple pipe structure of double pipes or more. The original body manufacturing process for manufacturing the original body having a structure in which the central axis of the large-diameter pipe and the central axis of the small-diameter pipe are made to have a diameter larger than the final required diameter of the concentric rectifying unit. When,
Elongating the produced original body in the longitudinal direction to reduce the cross-sectional area of the original body to the final required diameter;
And a cutting step of cutting the elongated original body into a necessary length of the concentric rectification unit.
前記流体デバイスのうち同芯整流部の製作は、
大径管内に同径な多数本の小径管が密集して収納された構造であって、前記多数本の小径管のうち1本が前記大径管の中心軸と同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径管の外側に残りの小径管を環状に配列した管環状群が少なくとも1層以上積層された構造の原形体を、前記同芯整流部の最終的に必要な径よりも大径に製作する原形体製作工程と、
製作した原形体を長手方向に伸長して前記最終的に必要な径寸法になるように前記原形体の断面積を縮小する伸長工程と、
伸長した原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法。 A concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a fluid circulation unit that circulates the concentric flow flowing out of the concentric rectification unit for a desired process. In a manufacturing method of a fluid device,
Production of the concentric rectification part of the fluidic device,
A large-diameter pipe has a structure in which a plurality of small-diameter pipes having the same diameter are densely accommodated, and one of the many small-diameter pipes is arranged coaxially with a central axis of the large-diameter pipe. The original shape of the concentric rectification unit is finally required to have a structure in which at least one annular ring group in which the remaining small-diameter pipes are annularly arranged outside the single small-diameter pipe located at the center is laminated. Original body production process to make larger diameter than the diameter,
Elongating the produced original body in the longitudinal direction to reduce the cross-sectional area of the original body to the final required diameter;
And a cutting step of cutting the elongated original body into a necessary length of the concentric rectification unit.
前記流体デバイスのうち前記同芯整流部の製作は、
2重管以上の多重管構造において外側に位置する大径管と該大径管の内側に位置する小径管との間の環状隙間に、複数本の芯出し管を前記環状隙間に沿って配置させて前記大径管の中心軸と前記小径管の中心軸とを一致させた構造の原形体を製作する原形体製作工程と、
前記原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法。 A concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a fluid circulation unit that circulates the concentric flow flowing out of the concentric rectification unit for a desired process. In a manufacturing method of a fluid device,
Production of the concentric rectification unit of the fluid device is as follows.
A plurality of centering pipes are arranged along the annular gap in an annular gap between a large-diameter pipe located outside and a small-diameter pipe located inside the large-diameter pipe in a multiple pipe structure of double pipes or more. An original body manufacturing process for manufacturing an original body having a structure in which the central axis of the large-diameter pipe and the central axis of the small-diameter pipe are matched,
A cutting step of cutting the original body into a required length of the concentric rectification unit.
前記流体デバイスのうち同芯整流部の製作は、
大径管内に同径な多数本の小径管が密集して収納された構造であって、前記多数本の小径管のうち1本が前記大径管の中心軸と同軸上に配置されると共に、該中心に位置する1本の小径管の外側に残りの小径管を環状に配列した管環状群が少なくとも1層以上積層された構造の原形体を製作する原形体製作工程と、
前記原形体を前記同芯整流部の必要長さに切断する切断する切断工程と、を含むことを特徴とする流体デバイスの製作方法。 A concentric rectification unit that rectifies a plurality of supplied fluids so that a concentric flow is formed, and a fluid circulation unit that circulates the concentric flow that flows out of the concentric rectification unit for a desired process. In a manufacturing method of a fluid device,
Production of the concentric rectification part of the fluidic device,
A large-diameter pipe has a structure in which a plurality of small-diameter pipes having the same diameter are densely accommodated, and one of the many small-diameter pipes is arranged coaxially with a central axis of the large-diameter pipe. An original body production process for producing an original body having a structure in which at least one or more layers of annular ring groups in which the remaining small diameter pipes are arranged in an annular manner are arranged outside the single small diameter pipe located at the center;
A cutting step of cutting the original body into a required length of the concentric rectification unit.
A concentric separation part that separates the fluid flowing through the fluid circulation part as a concentric flow is produced in the same manner as the concentric rectification part, and the produced concentric separation part is detachably fitted into the outlet part of the outer tube. The method of manufacturing a fluidic device according to any one of claims 1 to 15, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005282599A JP2007090227A (en) | 2005-09-28 | 2005-09-28 | Manufacturing method for fluid device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP (1) | JP2007090227A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010094590A (en) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Introducing pipe for mixer, method for manufacturing the same and mixer |
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2005
- 2005-09-28 JP JP2005282599A patent/JP2007090227A/en active Pending
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