JP2010023016A - マイクロ混合器 - Google Patents

Abstract

【課題】ドリルでの微細径な穴加工を可能としたマイクロ混合器を提供する。
【解決手段】内部に流路を有する流路ブロック３と、この流路ブロック３の周囲を取り囲む枠体２と、外部からの配管を流路に接続するための接続機構６〜９とを有し、この接続機構６〜９は流路ブロック３と枠体２との間に反力を生じさせて流路ブロック３と枠体２とを固定すると共に配管を流路ブロック３に接続するものであるマイクロ混合器によって、ドリルでの微細径な穴加工を可能とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器に関する。

マイクロチップ等マイクロ流体デバイスを利用した化学反応や分離・分析において、流体の混合を目的としてマイクロ混合器がある。流体をタンクに入れ羽根車で攪拌して混合する旧来の混合器に比べて小形であることからマイクロ混合器と呼ぶ。マイクロ混合器は、少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するようにしたものである。

マイクロ混合器においては、金属やセラミックスなどの塊からなるブロック材にドリルで穴を穿ち、そのブロック材の内部に流路を形成する構造が考えられる。このような構造では、ブロック材の表面に開口した流路に、外部から流体を供給する（あるいは混合後の流体を外部へ取り出す）ための配管を接続する接続構造を必要とする。この接続構造の最も簡単な例としては、配管の先端の外周に雄ねじを、ブロック材の流路開口の内周に雌ねじを、それぞれ形成して両者を締結するものである。このような接続構造は市販の配管や工業規格に基づくねじ形状を用いて形成されるので、流路径が小さくなるにつれて、ブロック材の中で流路自体よりも接続構造の占める寸法上の割合が大きくなる。配管用の継手の取り付けねじ部の長さを含めた長大な微小径ドリルが必要になるが、このような微小径ドリルは極めて折れやすいため市販されていない。したがって、微小径（０.５ｍｍ以下）の流路の形成は困難である。このため従来のマイクロ混合器のうち特に小形のものは、ブロック材にドリルで穴を穿って流路を形成する構造を採用せず、平面二分割構造として対向する両面にそれぞれ断面半円形状の流路を形成し、これらを貼り合わせて断面円形の流路を形成したり、或いは、マイクロマシニング技術を用いてシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板を加工して製作したりしている。

マイクロ混合器として、２個のインレットと２個のアウトレットとを具備した複数の混合分配ユニットを備え、これらの複数の混合分配ユニットを周期的に配列してなる複数枚の流路モジュールを積層して複数の層を成す流路を形成したものであって、前記各流路モジュールの１つの混合分配ユニットにおける２個のアウトレットを、隣接する次層の流路モジュールにおける２つの混合分配ユニットの各１個のインレットにそれぞれ個別に連結して、２種類の液体Ａ，Ｂを混合したマイクロ混合液を形成するマイクロ混合器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

或いは、それぞれが円柱状の形態の供給要素、合流要素および排出要素により構成され、これらの要素を円柱状となるように一体に締結して組み立て、各要素の周辺部に円柱を貫通するボア（又は穴）を等間隔に設けてボルトとナットで一体に締結した構造のマイクロディバイスが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３４６３５３号公報（４−６頁、図４） 特開２００５−２８８２５４号公報（１２頁、図４）

しかしながら、平面二分割構造として流路を構成する場合、気体シール（分割面から気体を漏らさない構造）は、液体シール（分割面から液体を漏らさない構造）に比べて実現が困難であり、また、貼り合せ構造であるために耐圧シール（大きな圧力がかかったとき分割面から流体を漏らさない構造）の点においても問題がある。特許文献１及び特許文献２に開示されている技術についても同様の問題がある。

本発明の目的は、ドリルでの微細径な孔加工によって流路を形成したマイクロ混合器を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係るマイクロ混合器は、
内部に流路を有する流路ブロックと、この流路ブロックの周囲を取り囲む枠体と、外部からの配管を前記流路に接続するための接続機構とを有し、この接続機構は前記流路ブロックと前記枠体との間に反力を生じさせて前記流路ブロックと前記枠体とを固定すると共に前記配管を流路ブロックに接続するものであることを特徴としている。

また、本発明の請求項２に係るマイクロ混合器は、
少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成された枠体と、
軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定するボルトと、
前記ボルトを前記流路ブロックに付勢する付勢手段と、
軸方向に配管挿通孔を有し前記ボルトと前記流路ブロックの開口部との間に介在され、前記付勢手段を介して前記ボルトを前記流路ブロックに押し付けることにより弾性変形して前記配管挿通孔が縮径して配管を固定する配管固定部材とを備えたことを特徴としている。

マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体の孔に流路ブロックを収め、貫通孔にボルトを螺合し、当該ボルトと流路ブロックとの間に配管固定部材を介在させ、ボルトの配管挿通孔及び配管固定部材の配管挿通孔を通して配管を流路ブロックの流体供給流路、流体排出流路に接続する。そして、付勢手段を介してボルトを流路ブロックに押し付けて配管固定部材を弾性変形させて配管を締め付けて固定すると共にボルトの配管挿通孔と流路ブロックの流路との接続部をシールしかつ流路ブロックを固定する。

このようにして、枠体に流路ブロックを固定すると共に配管と流路ブロックの流路とを接続する。そして、流路ブロック内において外部から流体供給流路に供給された少なくとも２種類の流体を混合させて排出流路から排出させる。

マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体の孔内に流路ブロックを収め、枠体に外部配管を挿通固定すると共に流路ブロックを固定するためのボルトを取り付け、流路ブロックに流体供給流路と流体排出流路を形成することにより、流路ブロックを小さく形成することが可能となる。これにより、流路ブロックに微細径の流体供給流路及び流体排出流路をドリル加工で形成することが可能となり、流路ブロックのシール性、耐圧性を著しく向上させることができる。

また、本発明の請求項３に係るマイクロ混合器は、
少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成され、これらの貫通孔の少なくとも一部にねじ溝が形成された枠体と、
軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定するボルトと、
軸方向に配管挿通孔を有し前記ボルトと前記流路ブロックの開口部との間に介在され、前記ボルトを締め付けることにより弾性変形して前記配管挿通孔が縮径して配管を固定する配管固定部材とを備えたことを特徴としている。

マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体の孔に流路ブロックを収め、ねじ溝が形成された貫通孔にボルトを螺合し、当該ボルトと流路ブロックとの間に配管固定部材を介在させ、ボルトの配管挿通孔及び配管固定部材の配管挿通孔を通して配管を流路ブロックの流体供給流路、流体排出流路に接続する。そして、ボルトを締め付けて配管固定部材を弾性変形させて配管を締め付けて固定すると共にボルトの配管挿通孔と流路ブロックの流路との接続部をシールしかつ流路ブロックを固定する。

このようにして、枠体に流路ブロックを固定すると共に配管と流路ブロックの流路とを接続する。そして、流路ブロック内において外部から流体供給流路に供給された少なくとも２種類の流体を混合させて排出流路から排出させる。

マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体の孔内に流路ブロックを収め、枠体に外部配管を挿通固定すると共に流路ブロックを固定するためのボルトを取り付け、流路ブロックに流体供給流路と流体排出流路を形成することにより、流路ブロックを小さく形成することが可能となる。これにより、流路ブロックに微細径の流体供給流路及び流体排出流路をドリル加工で形成することが可能となり、流路ブロックのシール性、耐圧性を著しく向上させることができる。

また、本発明の請求項４に係るマイクロ混合器は、請求項２又は請求項３に記載のマイクロ混合器おいて、
前記配管固定部材は、
軸方向に配管挿通孔を有し、一端面が前記流路ブロックの開口部又は前記ボルトに当接し、外周面が前記一端面から他端面に向かってテーパ状に縮径する弾性部材からなるリングと、
軸方向に配管挿通孔を有し、一端面が前記ボルト又は流路ブロックの開口部に当接し、その内周面が前記一端面から他端面まで前記リングの外周面に嵌合するテーパ面をなす剛性部材からなるリングとからなることを特徴としている。

枠体に螺合しているボルトの締め付けに伴い剛性部材からなるリングにより弾性部材からなるリングが弾性変形させられて配管挿通孔が縮径し、当該配管挿通孔を挿通する配管が締め付けられて固定される。これにより、配管が流路ブロック及びボルトから抜けることが防止される。

また、本発明の請求項５に係るマイクロ混合器は、
少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成され、これらの貫通孔の少なくとも一部にねじ溝が形成された枠体と、
軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されかつ先端部が前記流路の開口部に嵌挿されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定すると共に締め付けることにより前記先端部が変形して前記配管挿通孔を縮径させて配管を固定するボルトとを備えたことを特徴としている。

枠体の孔に流路ブロックを収め、ねじ溝が形成された貫通孔にボルトを螺合し、その先端部を流路ブロックの流路の開口部に嵌挿させると共に、ボルトの配管挿通孔に配管を挿通させて流路ブロックの流体供給流路、流体排出流路に接続する。そして、ボルトを締め付けて流路ブロックを固定すると共に、先端部を変形させて配管を締め付けて固定すると共にボルトの配管挿通孔と流路ブロックの流路の開口部との接続部をシールして配管と流路ブロックの流路とを接続する。そして、流路ブロック内において外部から流体供給流路に供給された少なくとも２種類の流体を混合させて流体排出流路から排出させる。

また、本発明の請求項６に係るマイクロ混合器は、請求項４に記載のマイクロ混合器おいて、
前記ボルトは先端部がテーパ状に縮径して形成され、
前記流路ブロックは流路の開口部がテーパ状に拡径して形成され、前記ボルトの先端部と嵌合することを特徴としている。

請求項４に記載のボルトの先端部をテーパ状に縮径させ、流路ブロックの流路の開口部をテーパ状に拡径させて形成することにより、ボルトの先端部と流路の開口部とをテーパ面により密着させて接続する。これにより、ボルトの先端部と流路ブロックの流路の開口部とを液密に接続することができる。

また、本発明の請求項７に係るマイクロ混合器は、請求項２乃至請求項５の何れかに記載のマイクロ混合器おいて、
前記流路ブロックに肉抜き部を設けて冷水又は温水を供給して温度調節をすることを特徴としている。

枠体の孔に収めた流路ブロックに肉抜き部を設け、この肉抜き部に冷水又は温水を供給して流路ブロックを所定の温度に調整する。これにより、流路ブロック内において混合される流体の反応を促進させたり、或いは反応の暴走を抑制させたりすることが可能である。

また、本発明の請求項８に係るマイクロ混合器は、請求項２乃至請求項５の何れかに記載のマイクロ混合器おいて、
前記流路ブロックと前記枠体の孔との間に空間部を設けて冷水又は温水を供給して温度調節をすることを特徴としている。

枠体の孔と、この孔に収めた流路ブロックとの間に空間部を設け、この空間部に冷水又は温水を供給して流路ブロックを所定の温度に調整する。これにより、流路ブロック内において混合される流体の反応を促進させたり、或いは反応の暴走を抑制したりすることが可能である。

本発明によると、マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体に設けた孔に流路ブロックを収めて配管用のボルトを枠体に取り付けると共に流路ブロックを固定し、当該流路ブロック内に流体供給流路及び流体排出流路を形成することにより流路ブロックの小型化が図られ、流路ブロックに流体供給流路、流体排出流路を形成するための微細径な孔加工をドリル加工により行うことが可能となり、シール性及び耐圧性に優れた構造のマイクロ混合器を構成することが可能となる。

本発明の実施形態に係るマイクロ混合器の正面図である。 図１に示したマイクロ混合器の上面図である。 図１に示したマイクロ混合器の矢線III−IIIに沿う断面図である。 図３に示した枠体の拡大図である 図３に示した流路ブロックの拡大図である。 図１に示した下蓋の上面図である。 図１に示した上蓋の下面図である。 図３に示したマイクロ混合器のボルトと流路ブロックとの間に配管固定部材を介在させて配管を固定する場合の説明図である。 図８に示した配管固定部材の説明図である。 図５に示した流路ブロックの変形例を示す断面図である。 図３に示した流路ブロックの変形例を示す説明図である。 図３に示した流路ブロックの変形例を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るマイクロ混合器を図面に基づいて説明する。本発明は、マイクロ混合器を、配管用の継手を装着固定するための枠体と、流体を供給・混合・排出するための微細径の流体供給流路・流体排出流路を有する流路ブロックの二つの部材に分けて構成したものである。そして、枠体は、配管用の継手が装着可能な大きさとし、流路ブロックは、ドリル加工が可能な長さの微細径長孔（流体供給流路・流体排出流路）を有する小さな形状として枠体内に収容する構成としたものである。

尚、本明細書において「流体」なる用語は、液体及び液体として扱うことができる液体混合物、及び気体を含むものとして使用している。また、「混合」なる用語は、反応を伴う混合を含むものとして使用している。図１乃至図３に示すようにマイクロ混合器１は、上方から見て正方形状をなし、枠体２と、この枠体２内に収容される流路ブロック３と、枠体２の下面２ｂ、上面２ａに固定される下蓋４、上蓋５、及び枠体２の側面に装着される配管用の継手としてのボルト６,７,８,９、及び上蓋５に装着される冷水／温水配管用の継手１１，１２等により構成されている。

枠体２は、正方形の厚板からなり、図４に示すように中央に流路ブロック３を嵌挿収容するための正方形の小さい孔２１が上面２ａから下面２ｂまで貫通して形成されており、各側面２ｃの中心位置に孔２１の中心に向かってねじ孔２２，２３，２４，２５が穿設されている。これらのねじ孔２２〜２５は貫通孔の内周面の少なくとも一部にねじ溝が形成されている。尚、本実施形態においては貫通孔の内周面の全長に亘りねじ溝が形成されたねじ孔とされている。

また、枠体２は四隅にボルト貫通孔２ｄが上面２ａから下面２ｂまで貫通して穿設されている。そして、枠体２の中央の孔２１内に流路ブロック３が収容され、ねじ孔２２〜２５には継手としてのボルト６〜９が螺合装着されるようになっている。この枠体２は、機械加工により形成されている。尚、ねじ孔２２〜２５は、貫通孔の内周面の少なくとも一部にねじを刻設するようにしても良い。

流路ブロック３は、図５に示すように上方から見て正方形をなし、枠体２の小さい正方形の孔２１内に嵌挿可能とされかつ枠体２と同じ板厚とされている。即ち、流路ブロック３は、上述したように混合すべき流体を供給するための微細径な流体供給流路と、混合した流体を排出するための微細径な流体排出流路を内部にドリルで加工（機械加工）することが可能な大きさとされている。

そして、流路ブロック３の各側面３ｃの中央位置に枠体２の各ねじ孔２２〜２５と対応し、かつこれらのねじ孔２２〜２５と同径の円形の凹部３２〜３５が形成されている。そして、ねじ孔２２〜２５の中心と対応する凹部３２〜３５の中心線は一致している。尚、流路ブロック３は、孔２１への着脱を容易にするために四隅が僅かに切り欠かれている。

凹部３２〜３５の底面の中心位置に外部からの配管の先端部を挿入するための穴３６〜３９が同心的に穿設されている。そして、穴３６の底面の中心位置に当該流路ブロック３の中心に向かってストレートの孔３６ａが形成されている。この孔３６ａは微細径(例えば、０.２ｍｍ)とされて中心位置まで形成されている。他の穴３７〜３９についても穴３６と同様にそれぞれ底面の中心位置に微細径の孔３７ａ〜３９ａが中心位置まで形成されている。

そして、孔３６ａ〜３９ａが当該流路ブロック３の中心位置において直交している。即ち、対向する孔３６ａと３８ａの中心線が一致し、対向する孔３７ａと３９ａの中心線が一致し、かつこれらの中心線が直交している。そして、孔３６ａ〜３９ａが直角に交差している中心部分が流体の合流領域４０とされる。そして、孔３６ａ，３７ａ，３９ａは、合流領域４０に混合すべき流体を供給するための流体供給流路とされ、孔３８ａは、合流領域４０で混合された流体を排出する流体排出流路とされる。以下、孔３６ａ，３７ａ，３９ａをそれぞれ流体供給流路３６ａ，３７ａ，３９ａ、孔３８ａを流体排出流路３８ａという。

このような内部構造を有する流路ブロック３は、厚板を機械加工により一体に形成したものであり、従って、従来の貼り合せ構造に比べて気密性、液密性及び耐圧性に極めて優れている。

また、流路ブロック３は、凹部３２〜３５、穴３６〜３９、及び流体供給流路３６ａ，３７ａ，３９ａ、及び流体排出流路３８ａの間の部分を肉抜きして肉抜き部（以下「空間部」という）４１，４２，４３，４４が形成されている。これらの空間部４１〜４４は、後述するように冷水又は温水を循環させて混合する流体の温度調節を行うためのものである。

下蓋４は、図６に示すように枠体２と同じ大きさの正方形をなし、上面４ａに枠体２の穴２１を囲繞するようにＯリング等のシール部材を装着するための環状溝４ｃが形成されている。また、環状溝４ｃの内側に図５に示す流路ブロック３の空間部４１と４２、空間部４３と４４とを連通するための連通溝４ｄ，４ｅが形成されている。また、四隅に枠体２のボルト貫通孔２ｄと対応してボルト貫通孔４ｆが形成されている。このボルト貫通孔４ｆは、下面４ｂ（図１参照）に開口する開口部がテーパ状に拡径して形成された座繰り穴とされている。

上蓋５は、図７に示すように枠体２と同じ大きさの正方形をなし、下面５ｂに枠体２の孔２１を囲繞するようにＯリング等のシール部材を装着するための環状溝５ｃが下蓋４の環状溝４ｃと対応して形成されている。また、環状溝５ｃの内側に図５に示す流路ブロック３の空間部４２と４４とを連通する連通溝５ｄ及び流路ブロック３の空間部４１と４３に連通するねじ穴５ｅ，５ｆが形成されている。また、四隅に枠体２のボルト貫通孔２ｄと対応してボルト貫通孔５ｇが形成されている。このボルト貫通孔５ｇは、上面５ａ（図１参照）に開口する開口部がテーパ状に拡径して形成された座繰り穴とされている。

そして、図２乃至図４、及び図６、図７に示すように枠体２、下蓋４及び上蓋５の一側部に位置決め用の切欠２ｈ，４ｈ，５ｈが形成されている。これらの枠体２、流路ブロック３、下蓋４及び上蓋５は、耐蝕性に優れた例えばステンレス（ＳＵＳ）部材により形成されている。

配管用の継手としてのボルト６は、図８に示すように頭部６ａ、軸部６ｂの中心に軸方向に外部からの配管を挿通するための配管挿通孔６ｃが穿設されている。そして、枠体２のねじ孔２２に螺合可能とされ、先端が流路ブロック３の対応する凹部３２内に挿入されて先端面が凹部３２の底面と当接可能とされている。また、ボルト６は、先端面６ｄに配管挿通孔６ｃと同心的に円形の凹部６ｅが形成されており、配管固定部材１５の一部を収容可能とされている。このボルト６は、作業者が指先で回して枠体２に着脱可能とされている。他のボルト７〜９もボルト６と同様に形成されている。尚、図３において図面の煩雑を避けるために配管固定部材１５は省略してある。これらのボルト６〜９も例えばステンレス（ＳＵＳ）部材により形成されている。

配管固定部材１５は、図９に示すようにボルト６の先端面６ｄに配管挿通孔６ｃと同心的に形成された円形の凹部６ｅ内に嵌合可能な大きさとされ、弾性部材例えば、樹脂部材からなるリング「以下「樹脂リング」という）１６と剛性部材、例えば金属部材からなるリング（以下「金属リング」という）１７とにより構成されている。

樹脂リング１６は、一側端面（下端面）１６ａが流路ブロック３の凹部３２の底面に当接可能な平面とされ、中央部が僅かな段差をなして小径とされ、この段差部から外周面が上方にテーパ状をなして他側端面（上端面）１６ｂに突出する凸部１６ｃが形成され、中央に軸方向に前記配管を挿通するための配管挿通孔１６ｄが形成されている。

一方、金属リング１７は、一側端面（上端面）１７ａがボルト６の凹部６ｅの底面に当接可能な平面とされ、中心の孔１７ｃの内周面が一側端面（上端面）１７ａ側から他側端面（下端面）１７ｂ側に向かって樹脂リング１６の凸部１６ｃテーパ面と対応してテーパ状に拡開して形成されている（以下「テーパ孔１７ｃ」という）。また、金属リング１７のテーパ孔１７ｃは、樹脂リング１６のテーパ状の凸部１６ｃよりも僅かに小径とされている。尚、ボルト６の凹部６ｅの深さは、金属リング１７の高さよりも浅く形成されている。

そして、樹脂リング１６のテーパ状の凸部１６ｃに金属リング１７のテーパ孔１７ｃを外嵌して押し付けることにより、テーパ孔１７ｃの内周面がテーパ状の凸部１６ｃの外周面に密着し、かつ樹脂リング１６の配管挿通孔１６ｄの凸部１６ｃ部分を縮径可能としている。

図１に戻り、冷水／温水配管用の継手１１は、下部が上蓋５のねじ穴５ｅに螺合可能なねじ部とされ中央部１１ａが図２に示すように六角部とされてレンチ等により締め付け可能とされ、上部１１ｂが外部配管との接続部とされており、中心に軸方向に孔１１ｃが穿設されている。継手１２も継手１１と同様に形成されている。

次に、上述した各部材を組み付けてマイクロ混合器１を構成する場合について説明する。先ず、図３に示すように枠体２の孔２１内に流路ブロック３を収容し、枠体２のねじ孔２２にボルト６を螺合して装着する。このときボルト６の先端面６ｄの凹部６ｅ内に配管固定部材１５を嵌め込んでおく。このようにして、図８に示すようにボルト６の先端面６ｄの凹部６ｅと流路ブロック３の凹部３２の底面との間に配管固定部材１５を介在させる。尚、図３においてボルト６の先端面の凹部６ｅ及び配管固定部１５は省略してある。他のボルト７〜８についても同様である。

配管固定部材１５は、図９に示す樹脂リング１６の凸部１６ｃに金属リング１７のテーパ孔１７ｃを軽く嵌め込んで組付けた状態で樹脂リング１６の平面をなす一側端面（下端面）１６ａを流路ブロック３の凹部３２の底面に当接させ、かつ配管挿通孔１６ｄを穴３６に合致させる。また、金属リング１７の平面をなす一側端面（上端面）をボルト６の先端面６ｄの凹部６ｅの底面に嵌め込む。他のボルト７〜９についても同様である。このとき、ボルト６〜９は枠体２に軽く螺合して装着しておき、樹脂リング１６の配管挿通孔１６ｄに外部からの配管を挿通し易くしておく。このようにして、枠体２に流路ブロック３を収容し、かつ枠体２にボルト６〜９を取付ける。

次いで、図１に示すように枠体２の下面２ｂと上面２ａに下蓋４と上蓋５を取り付け、各ボルト貫通孔５ｇ、２ｄ、４ｆに上蓋５側から、例えば十字穴付きボルト（皿ねじ）１８を挿入し、下蓋４のボルト貫通孔４ｆにボルト１８に応じた形状の十字穴付きナット（図示せず）を螺合して締め付け固定する。そして、上蓋５と枠体２と下蓋４を固定する。これにより、上蓋５の上面５ａ及び下蓋４の下面４ｂとボルト１８の頭部及びナットが面一となり、狭い箇所に配置した場合に他の機器との干渉を避けることが可能となると共に見栄えも向上する。

下蓋４には図６に示すように枠体２の下面２ｂと当接する上面４ａの環状溝４ｃにシール上面の環状溝４ｃにＯリング等のシール部材１３が装着され、上蓋５には図７に示すように枠体２の上面２ａと当接する下面５ｂの環状溝５ｃにＯリング等のシール部材１４が装着されている。従って、これらのシール部材１３，１４により枠体２の孔２１が気密及び液密に保持され、当該孔２１に収容されている流路ブロック３の各空間部４１〜４４が気密性及び液密性を有して画成される。次に、上蓋５のねじ孔５ｅ，５ｆに継手１１，１２を装着する。尚、継手１１，１２は、上蓋５に予め装着しておいても良い。

この状態において流路ブロック３は、下蓋４の連通溝４ｄにより空間部４１と４２が連通され、連通溝４ｅにより空間部４３と４４が連通され、上蓋５の連通溝５ｄにより空間部４２と４４が連通される。そして、流路ブロック３の空間部４１，４３に継手１１，１２が連通接続される。このようにして図１、図２乃至図３に示すマイクロ混合器１が構成される。

次に、図８に示すように外部からの配管１９をボルト６の配管挿通孔６ｃ、配管固定部材１５に挿通し、その先端面を流路ブロック３の穴３６の底面に突き当てて流体供給流路３６ａの開口部に連通する。次いで、ボルト６を締め付ける。

ボルト６を締め付けると図９に示す配管固定部材１５の金属リング１７のテーパ孔１７ｃの内周面が樹脂リング１６のテーパ状の凸部１６ｃの外周面に密着して押し付ける。これに伴い金属リング１７の一側端面１７ａ（上端面）がボルト６の先端面６ｄの凹部６ｅに密着し、樹脂リング１６の一側端面１６ａ（下端面）が流路ブロック３の凹部３２の底面に密着する。

そして、金属リング１７のテーパ孔１７ｃが樹脂リンク１６のテーパ状の凸部１６ｃよりも僅かに小径とされていることで、樹脂リング１６の凸部１６ｃが金属リング１７により締め付けられて縮径し、当該凸部１６ｃの配管挿通孔１６ｄ内を挿通している配管１９を締め付ける。これにより、ボルト６の先端部６ｄと流路ブロック３の凹部３２の底面とが液密に密着し、かつ配管１９がボルト６の配管挿入孔６ｃに固定されて引き抜き不能とされる。他のボルト７〜９についても同様である。この場合、対向するボルト６と８、ボルト７と９を交互に締め付けることにより、均等な力で流路ブロック３に力を及ぼして固定することができる。

このようにして配管１９がマイクロ混合器１の流路ブロック３の流体供給流路３６ａ，３７ａ，３９ａ、及び流体排出流路３８ａに連通接続される。尚、流体供給流路３７ａ，３９ａ、及び流体排出流路３８ａの配管は省略してある。

また、上蓋５に装着されている継手１１，１２も図示しない外部からの配管を介して図示しない冷水／温水供給装置に接続される。冷水／温水供給装置から継手１１に供給された冷水又は温水は、流路ブロック３の空間部４１→４２→４４→４３へと流れて継手１２から排出されて前記冷水／温水供給装置に戻る。このようにして、流路ブロック３の空間部４１〜４４に冷水又は温水を循環させて流路ブロック3の温度を所定の温度に保持するようにしている。

そして、図３に示すボルト６，７，９を挿通する各配管からそれぞれ混合すべき流体Ａ，Ｂ，Ｃが供給される。これらの３種類の供給流体Ａ，Ｂ，Ｃは、流路ブロック３内の合流領域４０（図５参照）において混合され、この混合された混合流体Ｄ（＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ）がボルト８の配管から排出される。そして、流路ブロック３内において供給流体Ａ〜Ｃは、冷水又は温水により所定の温度に調節される。このように流路ブロック３の温度を調節することにより、供給流体Ａ，Ｂ，Ｃを混合させた際に反応速度を速めて反応を促進させたり、或いは反応速度を抑えて反応が暴走したりすることを抑えることができる。

尚、上記実施形態において流路ブロック３に肉抜きをして空間部４１〜４４を形成し、冷水又は温水を循環させて流路ブロック３の温度を調整するようにしたが、混合する流体によっては流路ブロック３の温度調整を必要としない場合もある。このような流体を使用するマイクロ混合器においては流路ブロックに肉抜きを施して空間部を設ける必要がなく、下蓋や上蓋も必要としない。従って、流路ブロック３の加工費の低減及び部品点数の低減、コストの低減を図ることが可能となる。

図１０は、図５に示した流路ブロックの変形例を示し、図５に示した部位と対応する部位に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。流路ブロック３’は、第1の流体供給流路３６ａ’と流体排出流路３８ａ’が同一直線上に対向して配置されている。そして、第１の流体供給流路３６ａ’と流体排出流路３８ａ’とを連通する微細径の長孔としての合流領域４０’の流体供給流路３６ａ’側（上流側）に第２の流体供給流路３７ａ’が直交して形成され、流体排出流路３８ａ’側（下流側）に第３の流体供給流路３９ａ’が直交して形成されている。

このような構造の合流領域４０’とすることにより、流体を順序立てて混合することが可能となる。例えば、第１の流体供給流路３６ａ’から供給した高級流体Ｅに第２の流体供給流路３７ａ’から供給した供給流体Ｆを加えて混合流体（Ｅ＋Ｆ）とし、この混合流体（Ｅ＋Ｆ）に第３の流体供給流路３９ａ’に供給した供給流体Ｇを加えて混合流体Ｈ（＝Ｅ＋Ｆ＋Ｇ）として流体排出流路３８ａ’から排出させることが可能となる。

また、流路ブロック３，３’は、各側面にそれぞれ流路を形成して４ポートの構造としたが、上下両面にもそれぞれ流路を形成することにより６ポートの構造とすることも可能である。また、流路ブロック３’のように合流領域４０’を長くすることにより、流路を更に増やすことも可能である。

図１１は、図５に示した流路ブロックの変形例を示し、図５及び図８に示す部位と対応する部位に対応する符号を付して詳細な説明を省略する。図１１において、マイクロ混合器１’は、枠体２の孔２１内に収容する流路ブロック３”の外周面と孔２１の内周面との間に空間部４５を形成したものである。また、流路ブロック３”には流路ブロック３のように肉抜きによる空間部は形成されていない。また、ボルト６と流路ブロック３”との間には前述と同様に配管固定部材１５が介在されてこれら両者間をシールすると共に配管１９を固定している。尚、この場合流路ブロック３”には流路ブロック３の凹部３２に相当する凹部は設けられていない。

従って、流路ブロック３”を冷水又は温水で温度調整する場合には、枠体２に下蓋及び上蓋を液密に取付けて枠体２の孔２１と流路ブロック３”との間の空間部４５に冷水又は温水を供給して流路ブロック３”の温度調整を行うようにしてもよい。また、上述したように混合する流体によっては流路ブロック３”の温度調整を必要としない場合もあり、この場合には下蓋、上蓋が不要であり、流路ブロック３”を上下両面及び全周面に亘り露出させれば良い。

図１２は、図１１に示した流路ブロック及びボルトの変形例を示し、配管固定部材１５に代えてテーパ構造によりボルト６’と流路ブロック３”との間のシールを行うと共に配管１９を固定するようにしたものである。即ち、ボルト６’の軸部６ｂ’の先端部６ｆ’をテーパ状に縮径させると共に、流路ブロック３”の流体供給流路３６ａ"が開口する穴３６”の内周面をボルト６’のテーパ状の先端部６ｆ’と嵌合可能なテーパ形状に形成したものである。

枠体２のねじ穴２２にボルト６’を螺合して先端部６ｆ’を流路ブロック３”の穴３６”に嵌合させると、これに伴いボルト６’の先端部６ｆ’の外周面が流路ブロック３”の穴の内周面に密着する。同時に先端部６ｆ’が僅かに縮径されて配管挿通孔６ｃ’に挿通されている配管１９を締め付けて固定する。これにより、ボルト６’と流路ブロック３”との間がシールされると共に配管１９が流路ブロック３”から外れることが防止される。

また、ボルト６’の先端部６ｆ’と流路ブロック３”の穴３６”とがテーパ面により密着するためにボルト６’のねじ部の中心が穴３６”の中心に対して僅かにずれているような場合でも配管１９の先端部を流路ブロック３”の穴３６”に挿入させることができる。これにより、配管１９と流体供給流路３６ａ”との接続部分における流路断面積の減少を無くすことが可能である。

尚、図１１に示した変形例において、枠体２のねじ孔２２を単なるボルト貫通孔としてボルト６を挿通し、付勢手段によりボルト６を配管固定部材１５を介して流路ブロックに押し付けるようにしてもよい。例えば、枠体の前記貫通孔から流路ブロック３’側（空間部４５側）に突出したボルト６の先端部に付勢手段としてのナットを螺合し、ボルト６を配管固定部材１５を介して流路ブロック３’に押し付けた状態でナットを締めつけて固定するようにしてもよい。

この場合、流路ブロック３’に２つの流体供給路（流入ポート）と１つの流体排出流路（排出ポート）が１つの平面（Ｘ−Ｙ平面）上でＴ字状に合流するように形成し、かつ当該流路ブロック３’の流路が形成されていない側面を枠体２の孔２１の一側の内壁面に当接可能とする。そして、これに応じて枠体２のボルト貫通孔も３個とし、枠体のボルト貫通孔が形成されていない側壁部に流路ブロックの流体供給路が形成されていない側壁を押し当てる。

そして、反対側の側壁のボルト貫通孔からボルト６を配管固定部材１５を介して押し付けた状態で前記ナットを締め付けて枠体２に流路ブロック３’を固定する。これにより、枠体２に流路ブロックを安定かつ強固に取り付けることが可能である。また、対向する２つの側壁に形成された各ボルト貫通孔からそれぞれボルト６を挿通して配管固定部材１５を介して流路ブロック３’に均等な力で押し付けた状態でそれぞれナットを締め付けて固定する。

更に上記構成は図３に示す構成にも適用することが可能である。この場合、枠体２の孔２１の内周面と流路ブロック３の外周面との間に付勢手段としての前記ナットを収容することが可能な空間部を設け、当該空間部に収容したナットを締め付けてボルトを固定する。

更に、図１乃至図５に示す実施形態において１つの平面（Ｘ−Ｙ平面）上に３つの流体供給流路３６ａ，３７ａ，３９ａと１つの流体排出流路３８ａを形成したが、これに限るものではなく、２つの流体供給路３６ａ，３７ａと１つの流体排出流路３８ａを立体的（Ｘ−Ｙ−Ｚ平面）に形成するようにしてもよい。例えば、図５において２つの流体供給流路３６ａと３７ａを図示のような１つの平面（Ｘ−Ｙ平面）上に配置すると共に、この場合流体供給流路３７ａを設けないようにする。そして、流体排出流路３８ａの配置位置を流路ブロック３の上面に変更して流体供給流路３６ａと３７ａとの合流領域４０の真上位置に形成する。

この場合、枠体２の孔２１を流路ブロック３よりも大きく形成し、流路ブロック３の流路が形成されていない隣り合う側面及びその隅部を枠体２の孔２１対応する隣り合う内面及び隅部に押し付けた状態で図３に示すボルト６，７を枠体２に取り付け、流路ブロックを固定する。これにより、枠体２に流路ブロック３を強固に固定することが可能となる。そして、上蓋５に形成した流体排出流路にボルト８を取り付ける。これにより、２つの流体供給流路と１つの流体排出流路を３次元的に配置することが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、マイクロ混合器を枠体と流路ブロックとに分けた分割構造とし、枠体の孔内に流路ブロックを収め、枠体に外部からの配管を挿通固定すると共に流路ブロックを固定するためのボルトを取り付け、流路ブロックに流体供給流路と流体排出流路を形成することにより、流路ブロックを小さく形成することが可能となる。これにより、流路ブロックに微細径の流体供給路及び流体排出流路をドリル加工で形成することが可能となり、流路ブロックのシール性、耐圧性を著しく向上させることができる。

そして、流路ブロックに流体供給流路、流体排出流路を形成することにより、流路ブロックのみが接液し、枠体のボルト（継手）は接液することが無いので使用する流体に応じて流路ブロックのみを交換することで枠体を共用することが可能となる。これにより、コストの低減が図られる。また、枠体に取付ける外部配管継手としてのボルトは、市販されている通常の継手（ボルト）を使用することが可能であり、入手が容易であると共にコストの低減が図られる。

更に、流路ブロックの流路のデッドゾーンを小さくして流路ブロック内に残留する流体の量を少なくすることが可能となり、高価な流体や有害な流体の残存量を極力少なくすることが可能となる。

更に、枠体と流路ブロックとを別体とすることにより、枠体と流路ブロックとを異なる材質で形成することが可能となり、かつ流路ブロックのみが接液するために使用する流体に応じた最適な部材で流路ブロックを形成することが可能となる。例えば、枠体をステンレス（ＳＵＳ）部材で形成し、流路ブロックを石英ガラス等の脆性部材で形成することも可能である。

また、ボルトと流路ブロックの開口部との間に介在させる配管固定部材を、外周面がテーパ状に縮径する弾性部材からなるリングと、内周面がテーパ面をなす剛性部材からなるリングとにより構成することにより、枠体に螺合しているボルトの締め付けに伴い剛性部材からなるリングにより弾性部材からなるリングを弾性変形させて配管挿通孔を縮径し、当該配管挿通孔を挿通する配管を締め付けて固定することができ、配管が流路ブロック及びボルトから抜けることを防止することができる。

また、枠体の孔に流路ブロックを収め、少なくとも一部にねじ溝が形成された貫通孔にボルトを螺合し、その先端部を流路ブロックの流路の開口部に嵌挿させると共に、ボルトの配管挿通孔に配管を挿通させて流路ブロックの流体供給流路、流体排出流路に接続する。そして、ボルトを締め付けて流路ブロックを固定すると共に、先端部を変形させてボルトの配管挿通孔と流路ブロックの流路の開口部との接続部をシールして配管と流路ブロックの流路とを接続することにより、ボルトと流路ブロックとの間をシールすることができると共に配管が外れることを防止することができる。

また、ボルトの先端部と流路ブロックの開口部とがテーパ面により密着するためにボルトのねじ部の中心が開口部の中心に対して僅かにずれているような場合でも配管の先端部を流路ブロックの流路との接続部分における流路断面積の減少を無くすことが可能である。

また、ボルトの先端部をテーパ状に縮径させ、流路ブロックの流路の開口部をテーパ状に拡径させて形成してボルトの先端部と流路の開口部とをテーパ面により密着させて接続することにより、ボルトの先端部と流路ブロックの流路の開口部とを液密に接続することができる。

また、枠体の穴に収めた流路ブロックに肉抜き部（空間部）を設け、この肉抜き部に冷水又は温水を供給して流路ブロックを所定の温度に調整することにより、流路ブロック内において混合される流体の反応を促進させたり、或いは反応の暴走を抑制したりすることが可能である。

また、流路ブロックと枠体の穴との間に空間部を設けて冷水又は温水を供給して温度調節をすることにより、流路ブロック内において混合される流体の反応を促進させたり、或いは反応の暴走を抑制したりすることが可能である。

１，１’ マイクロ混合器
２ 枠体
２ａ 上面
２ｂ 下面
２ｃ 側面
２ｄ ボルト貫通孔
２ｈ 切欠
３，３’，３” 流路ブロック
３ｃ 側面
４ 下蓋
４ａ 上面
４ｂ 下面
４ｃ 環状溝
４ｄ，４ｅ 連通溝
４ｆ ボルト貫通孔
４ｈ 切欠
５ 上蓋
５ａ 上面
５ｂ 下面
５ｃ 環状溝
５ｄ 連通溝
５ｅ，５ｆ ねじ穴
５ｇ ボルト貫通孔
５ｈ 切欠
６，７，８，９，６’ ボルト（配管用の継手）
６ａ，６ａ’ 頭部
６ｂ，６ｂ’ 軸部
６ｃ，６ｃ’ 配管挿通孔
６ｄ 先端面
６ｅ 凹部
６ｆ’ 先端部
１１，１２ 継手
１１ａ 中央部
１１ｂ 上部
１１ｃ 孔
１３，１４ シール部材
１５ 配管固定部材
１６ 樹脂リング
１６ａ 一側端面（下端面）
１６ｂ 他側端面（上端面）
１６ｃ 凸部
１６ｄ 配管挿通孔
１７ 金属リング
１７ａ 一側端面（上端面）
１７ｂ 他側端面（下端面）
１７ｃ テーパ孔
１８ ボルト
１９ 配管
２１ 孔
２２，２３，２４，２５ ねじ孔（貫通孔）
３２，３３，３４，３５ 凹部
３６，３７，３８，３９，３６’，３６” 穴
３６ａ，３７ａ，３９ａ， 流体供給流路
３６ａ’，３６ａ”，３７ａ’，３９ａ’ 流体供給流路
３８ａ，３８ａ’ 流体排出流路
４０，４０’ 合流領域
４１，４２，４３、４４，４５ 空間部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ，Ｇ 供給流体
Ｄ，Ｈ 混合流体

Claims (8)

1. 内部に流路を有する流路ブロックと、この流路ブロックの周囲を取り囲む枠体と、外部からの配管を前記流路に接続するための接続機構とを有し、この接続機構は前記流路ブロックと前記枠体との間に反力を生じさせて前記流路ブロックと前記枠体とを固定すると共に前記配管を流路ブロックに接続するものであることを特徴とするマイクロ混合器。
2. 少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
   前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
   前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成された枠体と、
   軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定するボルトと、
   前記ボルトを前記流路ブロックに付勢する付勢手段と、
   軸方向に配管挿通孔を有し前記ボルトと前記流路ブロックの開口部との間に介在され、前記付勢手段を介して前記ボルトを前記流路ブロックに押し付けることにより弾性変形して前記配管挿通孔が縮径して配管を固定する配管固定部材とを備えたことを特徴とするマイクロ混合器。
3. 少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
   前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
   前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成され、これらの貫通孔の少なくとも一部にねじ溝が形成された枠体と、
   軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定するボルトと、
   軸方向に配管挿通孔を有し前記ボルトと前記流路ブロックの開口部との間に介在され、前記ボルトを締め付けることにより弾性変形して前記配管挿通孔が縮径して配管を固定する配管固定部材とを備えたことを特徴とするマイクロ混合器。
4. 前記配管固定部材は、
   軸方向に配管挿通孔を有し、一端面が前記流路ブロックの開口部又は前記ボルトに当接し、外周面が前記一端面から他端面に向かってテーパ状に縮径する弾性部材からなるリングと、
   軸方向に配管挿通孔を有し、一端面が前記ボルト又は流路ブロックの開口部に当接し、その内周面が前記一端面から他端面まで前記リングの外周面に嵌合するテーパ面をなす剛性部材からなるリングとからなることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のマイクロ混合器。
5. 少なくとも二種類の流体を独立して合流領域に供給する流体供給流路と、前記合流領域からこれらの流体を排出する流体排出流路が形成され、前記合流領域において前記少なくとも二種類の流体を混合するマイクロ混合器であって、
   前記流体供給流路と、前記流体排出流路が形成された流路ブロックと、
   前記流路ブロックを収める孔を有し、前記各流路の開口部と対応する位置にそれぞれ貫通孔が形成され、これらの貫通孔の少なくとも一部にねじ溝が形成された枠体と、
   軸方向に前記流路ブロックの流路と対応する配管挿通孔を有し、前記枠体の貫通孔に螺合されかつ先端部が前記流路の開口部に嵌挿されて前記流路ブロックに力を及ぼして前記枠体に固定すると共に締め付けることにより前記先端部が変形して前記配管挿通孔を縮径させて配管を固定するボルトと
   を備えたことを特徴とするマイクロ混合器。
6. 前記ボルトは先端部がテーパ状に縮径して形成され、
   前記流路ブロックは流路の開口部がテーパ状に拡径して形成され、前記ボルトの先端部と嵌合することを特徴とする、請求項５に記載のマイクロ混合器。
7. 前記流路ブロックに肉抜き部を設けて冷水又は温水を供給して温度調節をすることを特徴とする、請求項２乃至請求項６の何れかに記載のマイクロ混合器。
8. 前記流路ブロックと前記枠体の孔との間に空間部を設けて冷水又は温水を供給して温度調節をすることを特徴とする、請求項２乃至請求項６の何れかに記載のマイクロ混合器。
   

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