JP2010104868A - マイクロリアクタ - Google Patents

Abstract

【課題】部品コスト及び管理コストを低減させつつメンテナンスの利便性に優れると共に反応用途の多様化を図ることのできるマイクロリアクタを提供する。
【解決手段】厚さ方向に貫通し且つ面方向に連続する貫通溝（２３）を有する貫通溝板材（２）と、平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を有し貫通溝板材（２）と合体・分離自在とされた平坦板材（１，３）と、平坦板材（１，３）の平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を貫通溝板材（２）に対面させた状態で、平坦板材（１，３）により貫通溝板材（２）の厚さ方向両面を挟圧する挟圧手段（７）とを備え、平坦面（１Ｕ，３Ｄ）により貫通溝（２３）を閉塞することで微細流路（Ｒ１）を形成するマイクロリアクタ（１）において、挟圧手段（７）の少なくとも一つは、微細流路（Ｒ１）を包絡する平面領域（Ｈ１）内に位置するように設けられたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微細流路を用いて、流体の混合や反応を行うマイクロリアクタに関する。より詳しくは、被反応流体を導入するための入口ポートと、導入した被反応流体を反応させる微細流路と、微細流路で反応を完了した反応済流体を導出するための出口ポートとを備える装置に関する。

マイクロ化学プラントは、マイクロスケールの空間内での混合、化学反応、分離などを利用した生産設備であり、大型タンク等を用いた従来のバッチ方式のプラントと比較して多くの有利点を備える。例えば、複数の流体の混合や化学反応を短時間且つ微量の試料で行えること、装置が小型であるため実験室レベルで生成物の製造技術を確立できればナンバリングアップを行うことで容易に量産用の設備化ができること、爆発などの危険を伴う反応にも低リスクで適用可能であること、多品種少量生産を必要とする化合物の生成などにも素早く適応できること、需要量に合わせた生産量の調整が容易にできることなどである。このため、化学工業や医薬品工業の分野では、流体の混合または反応を行い材料や製品を製造するための好適な装置として注目され、近年、その研究開発が盛んに行われている。

マイクロ化学プラントの構成要素は、流体供給装置、マイクロミキサ、熱交換装置、マイクロリアクタ、分離装置、これらの各装置を接続する配管、及び制御装置などである。このうち、マイクロミキサ及びマイクロリアクタは、それぞれ流路幅が数μｍ〜１ｍｍ程度のオーダーである微細流路を有し、この流路に導かれた複数種類の流体を互いに接触させることで混合または化学反応を生起するものである。マイクロミキサとマイクロリアクタとは、基本的には共通な構成とされ、一般にその用途が混合である場合はマイクロミキサと呼び、化学反応である場合はマイクロリアクタと呼ぶが、本明細書では、マイクロミキサもマイクロリアクタの一部として扱う。

マイクロリアクタの従来例の一つとして下記特許文献１に記載のものがある。図８は従来のマイクロリアクタ１００の主要部を示す正面断面図である。図８に示すように、従来のマイクロリアクタ１００は、第１基板１１０、第２基板１２０及び第３基板１３０を備える。第２基板１２０は、その厚さ方向に貫通する第１スリット（貫通孔）１２１を備える。第１基板１１０は表面に平坦面１１１を備え、第３基板１３０は表面に平坦面１３１を備える。

第２基板１２０は、第１基板１１０と第３基板１３０とにより挟み込まれる形で、これら第１基板１１０及び第２基板１３０と拡散接合等により接合され一体化される。これにより、微細流路１０１が形成される。微細流路１０１は、被反応流体がこれを流れながら反応を進行させる流路である。なお、図８では被反応流体の流れる方向は、紙面に垂直な方向である。

ところで、一般にマイクロリアクタでは、被反応流体の反応中に析出した物質により、微細流路が目詰まりを起こすことがある。また、反応形態に応じて、流路長さや流路幅の異なる微細流路に変更したいことがある。このような状況に対処するにあたり、上述した従来のマイクロリアクタ１００では、拡散接合等により各基板１１０，１２０,１３０が一体化されているため、マイクロリアクタ１００の全体を一つのユニットとして交換する必要があり、メンテナンスの利便性が良くなく且つ反応用途の多様化を図る上でコストアップを招いた。そこで、各基板を合体・分離自在とすることで、メンテナンスの利便性を良くし、且つ反応用途の多様化を図ることが考えられ、実際にそのような合体・分離自在型のマイクロリアクタが、例えば非特許文献１に開示されている。図９に示すように、この種の従来のマイクロリアクタ２００は、基本的には図８のマイクロリアクタ１００の各基板１１０，１２０，１３０をＯリング１５０を介した状態でボルト１４０で締結した構成とされる。ボルト１４０を締め付け、第１基板１１０と第３基板１３０とにより第２基板１２０を挟圧することで、微細流路１０１を形成している。そして、ボルト１４０を緩めることで、各基板は分離可能とされる。
特開２００７−７５５８号公報 「THE CATALOGUE>process technology of tomorrow made by imm 5/06」（ＩＭＭ社（ドイツ）カタログ）の５３ページ

しかしながら、上述した合体・分離自在型のマイクロリアクタ２００では、ボルト１４０は、図９に示すように、微細流路１０１を包絡する平面領域Ｈ４の外側に位置するように設けられている。このため、微細流路１０１の近傍領域では、微細流路１０１を形成する各基板同士の間に微小な隙間が形成されやすい。このような隙間は、被反応流体の漏れや、ショートカット（被反応流体が微細流路外の隙間経路を通り、通るべき微細流路をバイパスしてしまう現象）を引き起こす要因となる。各基板の間にＯリング等のシール部材を介在させることで、外部への漏れを防止することはできるが、部品コストの増大を招いている。また、シール部材には、被反応流体により浸食或いは腐食されないものを選択する必要があると共に、定期的な点検や交換も必要であることから、管理コストの増大を招いている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、部品コスト及び管理コストを低減させつつメンテナンスの利便性に優れると共に反応用途の多様化を図ることのできるマイクロリアクタを提供することを目的とする。

上記目的は、下記の本発明により達成される。なお「特許請求の範囲」及びこの「課題を解決するための手段」の欄において各構成要素に付した括弧書きの符号は、後述する一実施形態に記載の具体的手段の一部との対応関係を示すものである。

請求項１の発明は、厚さ方向に貫通し且つ面方向に連続する貫通溝（２３）を有する貫通溝板材（２）と、平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を有し貫通溝板材（２）と合体・分離自在とされた平坦板材（１，３）と、平坦板材（１，３）の平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を貫通溝板材（２）に対面させた状態で、平坦板材（１，３）により貫通溝板材（２）の厚さ方向両面を挟圧する挟圧手段（７）とを備え、平坦面（１Ｕ，３Ｄ）により貫通溝（２３）を閉塞することで微細流路（Ｒ１）を形成するマイクロリアクタ（１）において、挟圧手段（７）の少なくとも一つは、微細流路（Ｒ１）を包絡する平面領域（Ｈ１）内に位置するように設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明によると、部品コスト及び管理コストを低減させつつメンテナンスの利便性に優れると共に反応用途の多様化を図ることができるようになる。その理由は次のとおりである。即ち、挟圧手段（７）の少なくとも一つは、微細流路（Ｒ１）を包絡する平面領域（Ｈ１）内に位置するように設けられることで、微細流路（Ｒ１）に近い位置を挟圧している。これにより、貫通溝板材（２）の貫通溝（２３）の外側近傍領域（Ｒ１ｓ，Ｒ１ｔ）において、強い挟圧力が確保できるため、平坦板材（１，３）の平坦面（１Ｕ，３Ｄ）と貫通溝板材（２）との隙間を極めて小さくすることができる。その結果、微細流路（Ｒ１）から被反応流体が漏れるのを防止することができる。つまり、Ｏリング等のシール部材を別途用いなくても、流体の漏れや、この漏れに伴うショートカットが極めて少ない微細流路（Ｒ１）を形成することができる。従って、シール部材の定期的な点検や交換も不要であることから、部品コスト及び管理コストを低減することができる。ここで貫通溝板材（２）と平坦板材（１，３）とは合体・分離自在とされるため、微細流路（Ｒ１）が目詰まりを起こした場合は、貫通溝板材（２）を平坦板材（１，３）から分離して、貫通溝（２３）の洗浄を行えばよく、メンテナンスの利便性に優れる。また、異なる反応形態に使用する場合は、貫通溝板材（２）を平坦板材（１，３）から分離して、当該異なる反応形態に対応できる長さまたは幅の貫通溝を有する貫通溝板材に付け替えればよく、容易に反応用途の多様化を図ることができる。

請求項２の発明は、微細流路（Ｒ１）の近傍位置に当該微細流路（Ｒ１）と非連通に設けられ且つ外部空間と連通するように設けられた流路溝（２４）を備える。

請求項２の発明によると、挟圧手段（７）による挟圧力が弱い場合に、例えばショートカットを起こした被反応流体は、流路溝（２４）を介して外部空間に流れ出てくる。これにより、挟圧手段（７）による挟圧力が弱いことが確認できる。その時点で挟圧手段（７）による挟圧力を高めることにより、上記平坦面（１Ｕ，３Ｄ）と外側近傍領域（Ｒ１ｓ，Ｒ１ｔ）との密着性を確実にできるため、ショートカットが続いた状態での長時間運転を防止することができる。

なお、本発明において、上記平坦面（１Ｕ，３Ｄ）は、貫通溝（２３）を閉塞して微細流路（Ｒ１）を形成するための手段であるため、平坦板材（１，３）は、少なくとも貫通溝（２３）を閉塞できる範囲が平坦面であれば足り、その他の範囲は必ずしも平坦面でなくてもよい。

本発明によると、部品コスト及び管理コストを低減させつつメンテナンスの利便性に優れると共に反応用途の多様化を図ることのできるマイクロリアクタが提供される。

〔第１実施形態〕
以下、添付図面を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るマイクロリアクタ１０の分解斜視図、図２は本発明の第１実施形態に係るマイクロリアクタ１０の外観斜視図、図３は本発明に係るマイクロリアクタ１０の要部を示す断面図である。

本発明に係るマイクロリアクタ１０は、被反応液を導入するための入口ポートと、導入した被反応液を反応させる微細流路Ｒと、微細流路Ｒで反応を完了した反応済液を導出するための出口ポートとを備える装置であり、具体的には、図１，２に示すように、第１ブロック１、第１中間板２、第２ブロック３、第２中間板４、第３ブロック５、第１ポート部材６１、第２ポート部材６２、第３ポート部材６３、六角穴付きボルト７及び位置決めピン８などを備える。

第１ブロック１、第１中間板２、第２ブロック３、第２中間板４及び第３ブロック５は、微細流路Ｒを形成するための手段であり、被反応液、反応途中液及び反応済液が直接に接する部材である。従って、これら各部材の材質は、上記各液により浸食或いは腐食されないものが適宜選択される。例えば、ステンレス鋼やハステロイ（登録商標）等の金属またはテフロン（登録商標）等の耐薬品性または耐腐食性の高い樹脂などを用いることができる。

第１ブロック１は、ボルト穴１１、位置決めピン穴１２、第１ポート穴１３１及び第２ポート穴１３２を備えた厚肉円盤からなり、その上端面１Ｕ及び下端面１Ｄは共に平坦面とされる。なお、図示は省略するが、熱交換を行うために、第１ブロック１の内部に電熱ヒータ若しくは熱媒流路などを構成要素とした加熱手段、または冷媒流路などを構成要素とした冷却手段を設けてもよい。

ボルト穴１１は、六角穴付きボルト７を締結するための雌ねじ穴であり、第１ブロック１の円周方向に沿ってそれぞれ等間隔で複数個穿設されると共に、第１ブロック１における一本の直径線上に複数個穿設される。

位置決めピン穴１２は、位置決めピン８を嵌合するための嵌合穴であり、第１ブロック１の厚さ方向に貫通するように穿設される。このような位置決めピン穴１２は、第１ブロック１の中心位置を対象中心として点対象の関係となるように合計２個穿設される。

第１ポート穴１３１は、第１ブロック１の側面から上端面１Ｕに向けて偏角して貫通した貫通穴である。第２ポート穴１３２は、第１ポート穴１３１と並設された貫通穴であり、第１ポート穴１３１と同様に、第１ブロック１の側面から上端面１Ｕに向けて偏角して貫通した貫通穴である。第１ポート穴１３１の一端側には第１ポート部材６１が取り付けられ、他端は第１中間板２における微細流路溝２３の第１端２３１への連通口とされる。第２ポート穴１３２の一方側には第２ポート部材６２が取り付けられ、他端は第１中間板２における微細流路溝２３の第２端２３２への連通口とされる。第１ポート穴１３１への第１ポート部材６１の取付け、及び第２ポート穴１３２への第２ポート部材６２の各取付けは、それぞれ溶接または螺接などにより行う。

第１中間板２は、ボルト穴２１、位置決めピン穴２２及び微細流路溝２３を備えた薄肉円盤からなり、その厚さは、０．０１〜１ｍｍ程度とされる。

ボルト穴２１は、六角穴付きボルト７を挿通させるための馬鹿穴であり、第１中間板２の厚さ方向に貫通するように穿設される。

位置決めピン穴２２は、位置決めピン８を嵌合するための嵌合穴であり、第１中間板２の厚さ方向に貫通するように穿設される。このような位置決めピン穴１２は、第１中間板２の中心位置を対象中心として点対象の関係となるように合計２個穿設される。

微細流路溝２３は、第１中間板２の内側領域において、厚さ方向に貫通し且つ面方向にジグザグ曲線状に連続する貫通溝である。その幅は０．０１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされ、一端側が二股状に分かれている。この二股は、第１ポート穴１３１に直接に連通する側と、第２ポート穴１３２に直接に連通する側とに分けられ、それらの交差点が合流点２３Ｘとなる。

第２ブロック３は、ボルト穴３１、位置決めピン穴３２及び連絡穴３３を備えた厚肉円盤からなり、その上端面３Ｕ及び下端面３Ｄは共に平坦面とされる。なお、第１ブロック１と同様に、第２ブロック３の内部に加熱手段または冷却手段を設けてもよい。

ボルト穴３１は、六角穴付きボルト７を挿通させるための馬鹿穴であり、第２ブロック３の円周方向に沿ってそれぞれ等間隔で複数個穿設されると共に、第２ブロック３における一本の直径線上に複数個穿設される。これらボルト穴３１の穿設位置は、第１ブロック１の位置決めピン穴１２及び次述する位置決めピン穴３２に位置決めピン８を嵌合わせた状態で、第１ブロック１のボルト穴１１に対応する位置とされる。

位置決めピン穴３２は、第１ブロック１の位置決めピン穴１２と同様に、第２ブロック３の厚さ方向に貫通する嵌合穴であり、第２ブロック３の中心位置を対象中心として点対象の関係となるように合計２個穿設される。

連絡穴３３は、第１中間板２の微細流路溝２３により形成される第１微細流路Ｒ１の端部と、第２中間板４の微細流路溝４３により形成される第２微細流路Ｒ２の端部とを連通させるための貫通穴であり、第２ブロック３の厚さ方向に貫通するように穿設される。連絡穴３３の一端は、第１中間板２における微細流路溝２３の出口２３２への連通口３３１とされ、他端は第２中間板４における微細流路溝４３（後述）の入口４３１への連通口３３２とされる。

第２中間板４は、第１中間板２と同様に、ボルト穴４１、位置決めピン穴４２及び微細流路溝４３を備えた薄肉円盤からなり、その厚さは、０．０１〜１ｍｍ程度とされる。

ボルト穴４１及び位置決めピン穴４２は、それぞれ第１中間板２のボルト穴２１及び位置決めピン穴２２と同様な形状・配置とされる。微細流路溝４３は、第１中間板２の微細流路溝２３に対して、一端が二股となっていないこと以外は、第１中間板２の微細流路溝２３と同様なものとされる。なお、この微細流路溝４３は、反応形態に応じて、長さ、幅、平面視形状等が微細流路溝４３と異なるものとしてよい。

第３ブロック５は、ボルト穴５１、位置決めピン穴５２及び第３ポート穴５３を備えた厚肉円盤からなり、その上端面５Ｕ及び下端面５Ｄは共に平坦面とされる。なお、第１ブロック１や第２ブロック３と同様に、第３ブロック５の内部に加熱手段または冷却手段を設けてもよい。

ボルト穴５１は、第２ブロック３のボルト穴３１と同様に、六角穴付きボルト７を挿通させるための馬鹿穴であり、第３ブロック５の円周方向に沿ってそれぞれ等間隔で複数個穿設されると共に、第３ブロック５における一本の直径線上に複数個穿設される。これらボルト穴５１の穿設位置は、第２ブロック３の位置決めピン穴３２に位置決めピン８及び次述する位置決めピン穴５２に位置決めピン８を嵌合わせた状態で、第２ブロック３のボルト穴３２に対応する位置とされる。

位置決めピン穴５２は、第２ブロック３の位置決めピン穴３２と同様に、第３ブロック５の厚さ方向に貫通する嵌合穴であり、第３ブロック５の中心位置を対象中心として点対象の関係となるように合計２個穿設される。

第３ポート穴５３は、第３ブロック５の側面から下端面５Ｄに向けて偏角して貫通した貫通穴である。第３ポート穴５３の一端側には第３ポート部材６３が取り付けられ、他端は第２中間板４における微細流路溝４３の出口４３２への連通口５３１とされる。第３ポート穴５３への第３ポート部材６３の取付けは、溶接または螺接などにより行う。

以上のような構成要素を持つマイクロリアクタ１０は、次のようにして、図１に示すような一体ものに組立てられる。即ち、まず、第１ブロック１、第１中間板２、第２ブロック３、第２中間板４、第３ブロック５を、それぞれの中心軸が一致し且つそれぞれの位置決めピン穴１２，２２，３２，４２，５２の中心軸が一致するようにして下からこの順に積層する。

次いで、位置決めピン穴５２から位置決めピン穴４２，３２，２２，１２，１１の順に位置決めピン８を嵌挿させ固定する。次いで、ボルト穴５１からボルト穴４１，３１，２１の順に六角穴付きボルト７を挿通させた後、第１ブロック１のボルト穴１１に締結する。

六角穴付きボルト７は、第１中間板２の厚さ方向両面が第１ブロック１と第２ブロック３とで挟圧されるようにボルト穴１１に締結される。そして、第２中間板４の厚さ方向両面が第２ブロック３と第３ブロック５とで挟圧されるようにボルト穴１１に締結される。

六角穴付きボルト７の一部（本実施形態では４本）は、マイクロリアクタ１を平面視したときの直径線上に一列に設けられている。これら４本の六角穴付きボルト７が設けられる位置は、第１中間板２においては平面領域Ｈ１内とされる。平面領域Ｈ１は、微細流路Ｒ１の始端から終端に至るまでを全体的に包絡するように形成される矩形状の領域である。これら４本の六角穴付きボルト７は、この位置において、第１ブロック１及び第２ブロック３が第１中間板２を第１中間板２の厚さ方向両面から挟圧するように設けられることで、微細流路Ｒ１に近い位置を挟圧している。これにより、微細流路溝２３の外側近傍領域Ｒ１ｓ，Ｒ１ｔにおいて、強い挟圧力が確保できるため、第１ブロック１の上端面１Ｕと、第１中間板２の微細流路溝２３の外側近傍領域Ｒ１ｓとが第１微細流路Ｒ１の全長域に亘って密着し、且つ第２ブロック３の下端面３Ｄと、第１中間板２の微細流路溝２３の外側近傍領域Ｒ１ｔとが第１微細流路Ｒ１の全長域に亘って密着するようになる。これにより、微細流路溝２３の外側近傍領域Ｒ１ｓと第１ブロック１の上端面１Ｕとの隙間、及び微細流路溝２３の外側近傍領域Ｒ１ｔと第２ブロック３の下端面３Ｄとの隙間が無くなり、第１微細流路Ｒ１からの液漏れが防止される。

また、上記４本の六角穴付きボルト７が設けられる位置は、第２中間板４においては平面領域Ｈ２内とされる。平面領域Ｈ２は、微細流路Ｒ２の始端から終端に至るまでを全体的に包絡するように形成される矩形状の領域である。これら４本の六角穴付きボルト７は、この位置において、第２ブロック３及び第３ブロック５が第２中間板４を第２中間板４の厚さ方向両面から挟圧するように設けられる。これにより、微細流路溝４３の外側近傍領域Ｒ２ｓ，Ｒ２ｔにおいて、強い挟圧力が確保できるため、第２ブロック３の上端面３Ｕと、第２中間板４の微細流路溝４３の外側近傍領域Ｒ２ｓとが第２微細流路Ｒ２の全長域に亘って密着し、且つ第３ブロック５の下端面５Ｄと、第２中間板４の微細流路溝４３の外側近傍領域Ｒ２ｔとが第２微細流路Ｒ２の全長域に亘って密着するようになる。これにより、微細流路溝４３の外側近傍領域Ｒ２ｓと第２ブロック３の上端面３Ｕとの隙間、及び微細流路溝４３の外側近傍領域Ｒ２ｔと第３ブロック５の下端面５Ｄとの隙間が無くなり、第２微細流路Ｒ２からの液漏れが防止される。

六角穴付きボルト７の締結に要するトルクは、予め求められた所定値に決定されている。その求め方については後述する。また、六角穴付きボルト７の締結を緩めることにより、第１ブロック１、第１中間板２、第２ブロック３、第２中間板４及び第３ブロック５は、それぞれ分離自在とされる。

このようにして組立てられたマイクロリアクタ１０の内部には、微細流路Ｒが形成される。微細流路Ｒは、図２，３に示すように、第１微細流路Ｒ１と第２微細流路Ｒ２とが連通して形成される。第１微細流路Ｒ１は、第１ブロック１の上端面１Ｕと第１中間板２の微細流路溝２３と第２ブロック３の下端面３Ｄとにより形成される。第２微細流路Ｒ２は、第２ブロック３の上端面３Ｕと第２中間板４の微細流路溝４３と第３ブロック５の下端面５Ｄとにより形成される。第１微細流路Ｒ１と第２微細流路Ｒ２とは、第２ブロック３の連絡穴３３により連通する。上記したように、各ブロックと各中間板とは隙間が無いように構成できるため、Ｏリング等のシール部材を別途用いなくても、液体の漏れが極めて少ない微細流路Ｒを形成することができる。

次に、マイクロリアクタ１０の使用例について説明する。マイクロリアクタ１０において、図示は省略するが、第１ポート部材６１は配管により第１液供給部に接続される。第２ポート部材６２は配管により第２液供給部に接続される。第３ポート部材６３は配管により液回収部に接続される。

第１液供給部は、第１の被反応液である第１液を供給する部位であり、第１液を貯留するタンク、及びこのタンク内の第１液を圧送するポンプなどから構成される。第２液供給部は、第２の被反応液である第２液を供給する部位であり、第２液を貯留するタンク、及びこのタンク内の第２液を圧送するポンプなどから構成される。液回収部は、第１液と第２液とが反応してできた反応済液を貯留するタンク、及びこのタンク内に反応済液を導く配管などから構成される。

第１ポート部材６１から圧送された第１液と、第２ポート部材６２から圧送された第２液とは、第１微細流路Ｒ１の上流における合流点２３Ｘで合流した後、第１微細流路Ｒ１と第２微細流路Ｒ２との内部を移動しながら両液の反応を進行させる。反応が完了した反応済液は、第３ポート部材６３から出て、回収用のタンクに送られる。なお、必要に応じて第１ブロック１、第２ブロック３及び第３ブロック５の少なくとも一つの内部に設けた加熱手段または冷却手段により、微細流路Ｒ内を流れる液の加熱または冷却を行ってもよい。

次に、マイクロリアクタ１０が奏する作用効果について説明する。マイクロリアクタ１０では、上記したように、Ｏリング等のシール部材を別途用いなくても、被反応液の漏れが極めて少ない微細流路Ｒを形成することができ、シール部材の定期的な点検や交換も不要であることから、部品コスト及び管理コストを低減することができる。

また、マイクロリアクタ１０を製造するに際し、微細流路溝２３の開口を閉鎖する第１ブロック１の上端面１Ｕ及び第２ブロック３の下端面３Ｄは、それぞれ平坦面に加工される。微細流路溝４３の開口を閉鎖する第２ブロック３の上端面３Ｕ及び第３ブロック５の下端面５Ｄについても、それぞれ平坦面に加工される。このように、高精度な精密加工する必要があるのは、第１中間基板２における微細流路溝２３、及び第２中間基板４における微細流路溝４３のみである。この加工は、例えばレーザ加工で比較的簡単に行うことができる。従って、加工に費やす手間と時間が少なくて済み、製造コストを低減することができる。また、各端面１Ｕ，３Ｄ，３Ｕ，５Ｄを平坦面に加工することにより、凹凸等の表面バラツキが極めて少なくなり、流路断面積の均一性が確保でき、反応精度に優れるようになる。また、微細流路Ｒの表面に溶質が付着しにくいため、微細流路Ｒの目詰まりが起きにくい。仮に目詰まりが起きたときでも、第１中間基板２または第２中間基板４の交換や簡単な洗浄で容易に対処でき、メンテナンスの利便性が良い。

また、第１ブロック１と第２ブロック３との少なくとも一方の内部に加熱手段を設けることで、加熱を要する反応に適切に対応できる。この場合、高精度な精密加工を要することのない第１ブロック１及び／または第２ブロック３に加熱手段を設ける。つまり、各部材毎に機能が分かれるため、各部材の構造が簡素化でき、製造が容易である。傷などができた場合には、平坦面を再加工するだけでよく、最悪でもその部材だけを交換するだけで全体を作り直す必要がないため、材料コストを低減することができる。加熱手段に代えて冷却手段とした場合も、同主旨の作用効果が得られる。

また、第１ブロック１と第１中間板２と第２ブロック３とは、六角穴付きボルト７の締弛により互いに合体・分離自在とされる。第２ブロック３と第２中間板４と第３ブロック５についても同様に合体・分離自在とされる。従ってメンテナンスの利便性が良い。また、異なる反応形態の試料に適応させる場合には、分離後に第１中間板２及び／または第２中間板４を、微細流路溝２３，４３の断面積や長さの異なるものに交換すればよく、他の第１ブロック１、第２ブロック３及び第３ブロック５はそのまま使用できるので、製作コストを低減することができる。

例えば図４に示すように、図３のマイクロリアクタ１０に、第２ブロック３と第２中間板４とをそれぞれ２つずつ追加し、長めの六角穴付きボルト７Ａで締結することで、対処することができる。このような構成とすることで、第３微細流路Ｒ３及び第４微細流路Ｒ４が形成され、流路長さを長くすることができる。なお、追加する第２ブロック３の一つは、水平面上で１８０度反転させた位置に配置させることで、連絡穴３３により第２微細流路Ｒ２と第３微細流路Ｒ３とを連通させている。このように、既存部材と同型部材を追加することで、異なる反応形態に対応できる。つまり、異なる部材を使う必要が無く、部材の製作コストを低減することができる。また、積層型構造とすることで、積層方向（垂直方向）のスペースを有効活用でき水平方向の省スペース化も図ることができる。

また、第１中間板２及び第２中間板４の材質をポリテトラフルオロエチレン等の高密着性材とすることでシール性を更に良くすることが可能となる。

次に、六角穴付きボルト７の締結に要するトルクの求め方について説明する。上記マイクロリアクタ１０は、図５に示すように、第１中間板２及び第２中間板４に代えてそれぞれ第１中間板２Ａ及び第２中間板４Ａを用いることで、六角穴付きボルト７による最適な締付トルクを決定することができる。図５において、第１中間板２Ａは液漏れチェック用の貫通溝２４を有し、第２中間板４Ａは液漏れチェック用の貫通溝４４を有する。貫通溝２４は、微細貫通溝２３の近傍位置に当該微細貫通溝２３に連通しないと共に第１中間板２Ａの外周面に出口穴２４１を備えるように複数本設けられる。同様に、貫通溝４４は、微細貫通溝４３の近傍位置に当該微細貫通溝４３に連通しないと共に第２中間板４Ａの外周面に出口穴４４１を備えるように複数本設けられる。

最適な締付トルクは、具体的には、例えば次のようにして求められる。即ち、第１ポート部材６１及び第２ポート部材６２から着色液を所定の圧力で導入し、第３ポート部材６３から導出させる。出口２４１，４４１の少なくとも一方から着色液が流れ出てくる場合は、六角穴付きボルト７の締結力が小さく、液漏れまたはショートカット（液が微細流路Ｒ外の隙間経路を通り、通るべき微細流路Ｒをバイパスしてしまう現象）を起こしていることになる。従って、出口穴２４１，４４１から着色液が流れ出てこないように六角穴付きボルト７を締付け直し、そのときのトルク値をトルクレンチ等で計測する。このようにして、最適な締付トルクを決定することができる。なお、このような貫通溝２４，４４は、それぞれ第１中間板２Ａ及び第２中間板４Ａに設けずに、それぞれ第２ブロック３の上下面に設けるようにしてもよい。

なお、図５に示すマイクロリアクタは、上記のように、六角穴付きボルト７の締結トルク決定用として使用することができるが、実際のマイクロプラントに組み込んで使用してもよい。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図６は本発明の第２実施形態に係るマイクロリアクタ１０ｄの正面一部断面図、図７は本発明の第２実施形態に係るマイクロリアクタ１０ｄの平面一部断面図である。図６，７に示すように、第２実施形態に係るマイクロリアクタ１０ｄは、第１実施形態に係るマイクロリアクタ１０における第１ブロック１、第２ブロック３及び第３ブロック５に代えて、それぞれ第１ブロック１ｄ、第２ブロック３ｄ及び第３ブロック５ｄを備え、また、筐体９０を新たに備える。

第１ブロック１ｄは、マイクロリアクタ１０の第１ブロック１におけるボルト穴１２を有さないこと以外は、基本的には第１ブロック１と同様な構成とされる。第２ブロック３ｄは、マイクロリアクタ１０の第２ブロック３におけるボルト穴３２を有さないこと以外は、基本的には第２ブロック３と同様な構成とされる。第３ブロック５ｄは、マイクロリアクタ１０の第３ブロック５におけるボルト穴５２を有さないこと以外は、基本的には第３ブロック５と同様な構成とされる。

筐体９０は、第１ブロック１ｄ、第１中間板２、第２ブロック３ｄ、第２中間板４及び第３ブロック５ｄをこの順で積層した積層体を収容可能な内部空間を有する。筐体９０の上面には、六角穴付きボルト７を締結するためのボルト穴９１が形成される。六角穴付きボルト７は、上記積層体の上面、つまり第３ブロック５ｄの上端面に当接して、筐体９０の底部９１と当該六角穴付きボルト７とにより積層体を挟圧するように構成される。六角穴付きボルト７の配置は、第３ブロック５におけるボルト穴５２と同じとされる。つまり、六角穴付きボルト７のうち４本の六角穴付きボルト７が設けられる位置は、第１中間板２においては平面領域Ｈ１内、第２中間板４においては平面領域Ｈ２内とされる。六角穴付きボルト７の底部を第３ブロック５ｄの上端面に当接させた状態で、六角穴付きボルト７をボルト穴９１に締結させる。このときの締結トルクは、第１実施形態の場合と同様にして求められ、その値で締結される。これにより、第１実施形態の場合と同様に微細流路Ｒからの液漏れが防止される。

以上、本発明の実施形態について説明を行ったが、上に開示した実施形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。つまり、マイクロリアクタ１０，１０ｄの全体または一部の構造、形状、寸法、材質、個数などは、本発明の趣旨に沿って種々変更することができる。例えば微細流路を形成するための微細流路溝２３，４３は、ジグザグ曲線状としたが、ジグザグ直線状などとしてもよい。

本発明に係るマイクロリアクタの分解斜視図である。 本発明に係るマイクロリアクタの外観斜視図である。 本発明に係るマイクロリアクタの要部を示す断面図である。 本発明に係るマイクロリアクタの変形例の要部を示す断面図である。 漏れ検査機能を備えたマイクロリアクタの外観斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るマイクロリアクタの正面一部断面図である。 本発明の第２実施形態に係るマイクロリアクタの平面一部断面図である。 従来におけるマイクロリアクタの断面図である。 従来における他のマイクロリアクタの分解斜視図である。

符号の説明

１ 第１ブロック（平坦板材）
１Ｕ 上端面（平坦面）
２ 第１中間板（貫通溝板材）
２Ａ 第１中間板（貫通溝板材）
３ 第２ブロック（平坦板材）
３Ｄ 下端面（平坦面）
３Ｕ 上端面（平坦面）
４ 第２中間板（貫通溝板材）
４Ａ 第２中間板（貫通溝板材）
５ 第３ブロック（平坦板材）
５Ｄ 下端面（平坦面）
７ 六角穴付きボルト（挟圧手段）
１０ マイクロリアクタ
１０ｄ マイクロリアクタ
２３ 微細流路溝（貫通溝）
２４ 貫通溝（流路溝）
４４ 貫通溝（流路溝）
４３ 微細流路溝（貫通溝）
Ｒ１ 第１微細流路（微細流路）
Ｒ２ 第２微細流路（微細流路）
Ｒ１ｓ 外側近傍領域
Ｒ１ｔ 外側近傍領域
Ｒ２ｓ 外側近傍領域
Ｒ２ｔ 外側近傍領域

Claims (2)

1. 厚さ方向に貫通し且つ面方向に連続する貫通溝（２３）を有する貫通溝板材（２）と、
   平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を有し貫通溝板材（２）と合体・分離自在とされた平坦板材（１，３）と、
   平坦板材（１，３）の平坦面（１Ｕ，３Ｄ）を貫通溝板材（２）に対面させた状態で、平坦板材（１，３）により貫通溝板材（２）の厚さ方向両面を挟圧する挟圧手段（７）とを備え、
   平坦面（１Ｕ，３Ｄ）により貫通溝（２３）を閉塞することで微細流路（Ｒ１）を形成するマイクロリアクタ（１）において、
   挟圧手段（７）の少なくとも一つは、微細流路（Ｒ１）を包絡する平面領域（Ｈ１）内に位置するように設けられたことを特徴とするマイクロリアクタ。
2. 微細流路（Ｒ１）の近傍位置に当該微細流路（Ｒ１）と非連通に設けられ且つ外部空間と連通するように設けられた流路溝（２４）を備える請求項１に記載のマイクロリアクタ。

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