JP2010162427A - 反応装置及び反応装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応装置における反応剤の混合の均一性を高めつつ、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐ。
【解決手段】反応装置の第１流路構造体１ａは、基板４と、基板４の一方の面を覆った状態でその面に接合されている第１封止部材６と、基板４の他方の面を覆った状態でその面に接合されている第２封止部材６とを有し、基板４の一方の面には、第１導入路１０を構成する第１導入溝１８が形成されているとともに、反応路１６を構成する反応溝２４が形成されている一方、基板４の他方の面には、第２導入路１２を構成する第２導入溝２０が形成されており、合流路１４を構成する合流孔２２が第１導入溝１８及び第２導入溝２０と反応溝２４との間で基板４の一方の面から他方の面へ貫通してそれら導入溝１８，２０の下流側端部と反応溝２４の上流側端部とを繋ぐように設けられ、反応溝接続部２４ａの深さは、第１導入溝接続部１８ａの深さよりも大きい。
【選択図】図６

Description

本発明は、反応装置及び反応装置の製造方法に関するものである。

従来、第１反応剤と第２反応剤とを接触させた状態で流通させながらそれら両反応剤を互いに反応させることにより所望の反応生成物を製造することが行われている。このような生成物の製造には、例えば下記特許文献１に開示された反応装置が用いられる。

図１０と図１１には、この特許文献１に開示された反応装置の例がそれぞれ示されている。

図１０に示す反応装置は、反応剤を流通させる流路が内部に設けられた流路構造体１０２を備えている。流路構造体１０２内の流路は、第１反応剤が導入される第１導入路１０４と、第２反応剤が導入される第２導入路１０６と、それら各導入路１０４，１０６を通じて流れる両反応剤を合流させる合流路１０８と、その合流路１０８において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路１１０とによって構成されている。

そして、流路構造体１０２は、基板１１２と、その基板１１２を挟み込んで一体化された一対の封止板１１４，１１６とからなる。基板１１２の一方の面には、第１導入路１０４を構成する第１導入溝１１８と、反応路１１０を構成する反応溝１２０とが形成されており、基板１１２の他方の面には、第２導入路１０６を構成する第２導入溝１２２が形成されている。また、合流路１０８を構成する合流孔１２４が、両導入溝１１８，１２２の下流側端部と反応溝１２０の上流側端部との間でそれら各溝１１８，１２２，１２０を繋ぐように基板４の一方の面から他方の面へ貫通している。これら各溝１１８，１２２，１２０及び合流孔１２４のそれぞれの開口部が対応する封止板１１４，１１６で覆われることによって、第１導入路１０４、第２導入路１０６、合流路１０８及び反応路１１０が形成されている。そして、この反応装置では、第１導入溝１１８の底面と反応溝１２０の底面とが面一に形成されている。

しかしながら、このような構成では、第１導入溝１１８の底面と反応溝１２０の底面とが面一に形成されていることに起因して、第１反応剤が直線的に円滑に流れる一方、第１導入溝１１８及び反応溝１２０が形成された面と反対側の基板１１２の他方の面に第２導入溝１２２が形成されていることに起因して、前記直線的に流れる第１反応剤に第２反応剤が途中から合流するので、第１反応剤に対する第２反応剤の十分な混入が比較的難しくなり、両反応剤の混合の均一性を高めることが難しくなる。

そこで、図１１に示す反応装置の流路構造体１３２のように、第１導入路１０４から合流路１０８を経て反応路１１０へ至る経路を第１反応剤が基板１１２の他方の面側へ移動しながら下流側へ流れるような屈曲した形状に構成するとともに、第２導入路１０６から合流路１０８を経て反応路１１０へ至る経路を第２反応剤が基板１１２の一方の面側へ移動しながら下流側へ流れるような屈曲した形状に構成すれば、両反応剤が互いに接近する方向へ移動しながら合流し、その結果、両反応剤の混合の均一性を高めることが可能である。

特開２００８−１６８１７３号公報

しかしながら、図１１に示す流路構造体１３２を形成しようとすると、基板１１２をエッチングして第１導入路１０４、第２導入路１０６、反応路１１０及び合流路１０８にそれぞれ対応する各溝部を当該基板１１２に形成するのに加えて、両封止板１１４，１１６のうち反応路１１０に対応する部分のみが突出するように両封止板１１４，１１６をエッチングする必要があり、エッチング工程が増大する。また、そのようにエッチングした基板１１２の反応路１１０に対応する部分に両封止板１１４，１１６の前記突出した部分が嵌り込むように両封止板１１４，１１６を基板１１２に対して位置合わせしながら接合する必要があり、封止板１１４，１１６と基板１１２との接合工程が煩雑になる。従って、この構成では、反応装置の製造工程が煩雑になるという問題点がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、反応装置における反応剤の混合の均一性を高めつつ、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことである。

上記目的を達成するために、この発明の反応装置は、第１反応剤と第２反応剤を流通させながらそれらを反応させる反応装置であって、前記第１反応剤が導入される第１導入路と、前記第２反応剤が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側と前記第２導入路の下流側に繋がり、前記第１導入路を通じて流れる前記第１反応剤と前記第２導入路を通じて流れる前記第２反応剤とを合流させるための合流路と、この合流路の下流側に繋がり、その合流路において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路とを有する流路を内部に持つ流路構造体を備え、前記流路構造体は、基板と、その基板の一方の面を覆った状態でその面に接合されている第１封止部材と、前記基板の他方の面を覆った状態でその面に接合されている第２封止部材とを有し、前記基板の一方の面には、前記第１導入路を構成する第１導入溝が形成されているとともに、前記反応路を構成する反応溝が形成されている一方、前記基板の他方の面には、前記第２導入路を構成する第２導入溝が形成されており、さらに、前記合流路を構成する合流孔が前記第１導入溝及び前記第２導入溝と前記反応溝との間で前記基板の前記一方の面から前記他方の面へそれぞれ貫通してそれら導入溝の下流側端部と反応溝の上流側端部とを繋ぐように設けられ、前記反応溝のうち前記合流孔に繋がる部分の深さは、前記第１導入溝のうち前記合流孔に繋がる部分の深さよりも大きい。

そして、この反応装置は、第１反応剤及び第２反応剤を流通させる流路が内部に設けられた流路構造体を備える反応装置を製造するための方法であって、前記流路が、前記第１反応剤が導入される第１導入路と、前記第２反応剤が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側と前記第２導入路の下流側に繋がり、前記第１導入路を通じて流れる前記第１反応剤と前記第２導入路を通じて流れる前記第２反応剤とを合流させるための合流路と、この合流路の下流側に繋がり、その合流路において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路とを有するように前記流路構造体を形成する構造体形成工程を備え、前記構造体形成工程は、基板の一方の面に前記第１導入路を構成する第１導入溝をエッチングによって形成する第１導入溝形成工程と、前記基板の一方の面に前記反応路を構成する反応溝をエッチングによって形成する反応溝形成工程と、前記基板の他方の面に前記第２導入路を構成する第２導入溝をエッチングによって形成する第２導入溝形成工程と、前記合流路を構成する合流孔をエッチングによって前記第１導入溝及び前記第２導入溝の下流側端部同士を繋ぐとともにそれらの下流側端部と前記反応溝の上流側端部とを繋ぐ形状で前記基板を貫通するように形成する合流孔形成工程と、前記基板の前記一方の面を覆うようにその一方の面に第１封止部材を接合することにより、前記第１導入溝、前記反応溝及び前記合流孔のそれぞれの当該一方の面側の開口部を封止する第１封止工程と、前記基板の前記他方の面を覆うようにその他方の面に第２封止部材を接合することにより、前記第２導入溝及び前記合流孔のそれぞれの当該他方の面側の開口部を封止する第２封止工程とを含み、前記第１導入溝形成工程は、前記基板の一方の面を第１の深さまでエッチングして前記第１導入溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する第１導入溝接続部形成工程を含み、前記反応溝形成工程は、前記基板の一方の面を前記第１の深さよりも大きい第２の深さまでエッチングして前記反応溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する反応溝接続部形成工程を含む、反応装置の製造方法によって製造することができる。

この反応装置及びその製造方法によれば、反応溝のうち合流孔に繋がる部分の底面が第１導入溝のうち合流孔に繋がる部分の底面よりも基板の他方の面側に設けられるから、反応溝のうち合流孔に繋がる部分の底面と第１導入溝のうち合流孔に繋がる部分の底面とが面一である場合よりも第１反応剤と第２反応剤との均一性の高い混合が可能となる。すなわち、本構成では、反応溝のうち合流孔に繋がる部分の底面が第１導入溝のうち合流孔に繋がる部分の底面よりも基板の他方の面側に設けられることに起因して第１反応剤が基板の他方の面側に移動しながら下流側に流れる。その一方で、第２導入溝が基板の他方の面に形成されるとともに反応溝が基板の一方の面に形成されることに起因して第２導入溝から合流孔を経て反応溝へ至る経路は屈曲し、この経路を流れる第２反応剤は基板の一方の面側へ移動しながら下流側へ流れる。従って、本構成では、第１反応剤と第２反応剤とが互いに接近する方向にそれぞれ移動しながら合流して下流側へ流れるので、上記のように反応溝のうち合流孔に繋がる部分の底面と第１導入溝のうち合流孔に繋がる部分の底面とが面一に形成されていて、直線的に円滑に流れる第１反応剤に対して第２反応剤が途中から合流する場合と比べて、第１反応剤と第２反応剤とが十分に混合され、両反応剤の混合の均一性を高めることができる。

さらに、この構成では、基板に第１導入溝、第２導入溝、反応溝及び合流孔が形成され、第１封止部材と第２封止部材とがその各溝の開口部と合流孔の開口部とを覆うだけで第１導入路、第２導入路、合流路及び反応路が形成されるので、流路を形成するために基板のエッチング加工を行うだけでよく、両封止部材のエッチング加工を行わなくてもよい。このため、基板のエッチング加工に加えて両封止部材のうち反応路に対応する部分が突出するようにその両封止部材をエッチング加工する必要がある従来の構成に比べて、エッチングの工程数を少なくすることができる。また、この構成では、単に両封止部材を基板に接合して基板に形成された各溝及び合流孔それぞれの開口部をその封止部材で覆うだけで流路が形成されるため、両封止部材を基板に対して位置合わせしながら接合するという煩雑な作業を行わなくてもよい。このため、本構成では、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。従って、本構成では、反応装置における反応剤の混合の均一性を高めつつ、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

また、上記反応装置の製造方法において、前記第２導入溝形成工程は、前記基板の他方の面を当該基板の板厚と前記第２の深さとの差よりも大きく、かつ、当該基板の板厚と前記第１の深さとの差よりも小さい第３の深さまでエッチングして前記第２導入溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する第２導入溝接続部形成工程を含み、前記合流孔形成工程は、前記反応溝接続部形成工程と同時に行われ、前記基板の前記一方の面のうち前記合流孔の形成領域を前記第２の深さまでエッチングする第１工程と、前記第２導入溝接続部形成工程と同時に行われ、前記基板の前記他方の面のうち前記合流孔の形成領域を前記第３の深さまでエッチングする第２工程とを含み、前記第１工程で前記第２の深さまでエッチングした部分と前記第２工程で前記第３の深さまでエッチングした部分とが繋がって前記合流孔が貫通することが好ましい。

このように構成すれば、反応溝接続部形成工程のエッチングと第２導入溝接続部形成工程のエッチングとを利用して合流孔を形成することができるから、合流孔を形成するための専用のエッチング工程やレーザー加工等により合流孔を形成する工程等を別途行う必要がなく、反応装置の製造工程を簡素化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、反応装置における反応剤の混合の均一性を高めつつ、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

本発明の一実施形態による反応装置の斜視図である。 図１に示した反応装置の流路装置を構成する第１流路構造体及び第２流路構造体の分解斜視図である。 第１流路構造体における第１導入路のグループと、第２導入路のグループと、合流路のグループと、反応路のグループとの位置関係を概略的に示した図である。 第１流路構造体を構成する基板の一方の面の平面図である。 第１流路構造体を構成する基板の他方の面の平面図である。 第１流路構造体の合流路近傍の部分の流路に沿った断面図である。 図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った第１流路構造体の部分的な断面図である。 図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った第１流路構造体の部分的な断面図である。 図６中のＩＸ−ＩＸ線に沿った第１流路構造体の部分的な断面図である。 従来の一例による反応装置の流路構造体の流路に沿った断面図である。 従来の別の例による反応装置の流路構造体の流路に沿った断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態による反応装置の斜視図である。図２は、図１に示した反応装置の流路装置Ｓを構成する第１流路構造体１ａ及び第２流路構造体１ｂの分解斜視図である。図３は、第１流路構造体１ａにおける第１導入路１０のグループと、第２導入路１２のグループと、合流路１４のグループと、反応路１６のグループとの位置関係を概略的に示した図である。図４は、第１流路構造体１ａを構成する基板４の一方の面の平面図であり、図５は、その基板４の他方の面の平面図である。図６は、第１流路構造体１ａの合流路１４近傍の部分の流路２に沿った断面図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った第１流路構造体１ａの部分的な断面図であり、図８は、図６中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った第１流路構造体１ａの部分的な断面図であり、図９は、図６中のＩＸ−ＩＸ線に沿った第１流路構造体１ａの部分的な断面図である。まず、図１〜図９を参照して、本発明の一実施形態による反応装置の構成について説明する。

本実施形態による反応装置は、図１に示すような流路装置Ｓを備えている。この流路装置Ｓは、反応剤を流通させる複数の流路２を内部に持つ第１流路構造体１ａと、熱媒を流通させる複数の熱媒流路を内部に持つ第２流路構造体１ｂとが交互にそれぞれ複数積層されることによって構成されている。なお、これら２つの流路構造体１ａ，１ｂのうち第１流路構造体１ａが、本発明の流路構造体の概念に含まれるものである。

そして、本実施形態による反応装置は、一般的にマイクロリアクタと呼ばれるものであり、この反応装置は、第１流路構造体１ａ内に設けられた複数の微小な流路２に第１反応剤と第２反応剤を流通させながらそれらを反応させることにより所望の反応生成物を製造する。

具体的には、第１流路構造体１ａは、基板４と、第１封止部材６と、第２封止部材８とによって構成されており、これら基板４、第１封止部材６及び第２封止部材８は、図２に示すようにそれぞれ矩形状の平板からなる。第１封止部材６は、基板４の一方の面を覆った状態でその面に接合されており、第２封止部材８は、基板４の他方の面を覆った状態でその面に接合されている。すなわち、第１封止部材６と第２封止部材８との間に基板４が挟み込まれた状態でこれら封止部材６，８及び基板４が一体化されることによって第１流路構造体１ａが構成されている。

そして、第１流路構造体１ａ内には、前記複数の流路２が基板４に沿って当該第１流路構造体１ａの幅方向に並んで配設されている。各流路２は、第１反応剤が導入される第１導入路１０と、第２反応剤が導入される第２導入路１２と、第１導入路１０の下流側と第２導入路１２の下流側に繋がり、第１導入路１０を通じて流れる第１反応剤と第２導入路１２を通じて流れる第２反応剤とを合流させるための合流路１４（図６参照）と、この合流路１４の下流側に繋がり、その合流路１４において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路１６（図６参照）とによって構成されている。

また、第１流路構造体１ａにおいて、各流路２の第１導入路１０からなるグループと、各流路２の第２導入路１２からなるグループと、各流路２の合流路１４からなるグループと、各流路２の反応路１６からなるグループは、図３に示すような位置関係でそれぞれ配置されている。

各第１導入路１０は、第１流路構造体１ａの幅方向の一方端部に導入口１０ａを有しており、その導入口１０ａから第１流路構造体１ａの幅方向に直線的に延びた後、９０°屈曲して第１流路構造体１ａの長手方向に直線的に延びている。各第１導入路１０の導入口１０ａには、第１反応剤供給部５０ａ（図１参照）が接続されており、その第１反応剤供給部５０ａから第１反応剤が各第１導入路１０に配分されて導入される。

そして、各第１導入路１０は、それぞれ流路長が異なっている。具体的には、各第１導入路１０は、第１流路構造体１ａの幅方向に等間隔で並列配置されており、各第１導入路１０が屈曲した箇所でその屈曲箇所の外寄りに配置された第１導入路１０ほど、内寄りに配置された第１導入路１０よりも流路長が大きくなっている。ここで、各第１導入路１０では、流路長に応じて各部の相当直径が適切に設定されることによって、当該各第１導入路１０それぞれの全体の圧力損失が等しい値に設定されている。

すなわち、各第１導入路１０は、その下流側端部が図７に示すように第１反応剤の流通方向と直交する断面において半円状の断面形状を有しているとともに、図４に示すように幅の大きさを変えることにより相当直径の異なる各部分を含んでいる。流路長の大きい第１導入路１０ほど、流路長の小さい第１導入路１０に比べて圧力損失は大きくなるが、第１導入路１０の各部の相当直径が適宜設定されることによって、その流路長の差に起因する圧力損失の差をなくし、各第１導入路１０の圧力損失が均等化されている。具体的には、第１導入路１０のうち相当直径の小さい部分は、圧力損失が大きくなる一方、相当直径の大きい部分は、圧力損失が小さくなるので、各第１導入路１０のうち流路長の大きいものほど相当直径の大きい部分、すなわち幅の大きい部分を増やすとともに相当直径の小さい部分、すなわち幅の小さい部分を減らすことによって各第１導入路１０の全体の圧力損失が均等化されている。そして、各第１導入路１０の圧力損失が均等化されていることに起因して、前記反応剤供給部から各第１導入路１０に配分されて流れる第１反応剤の流量が均一化される。

各第２導入路１２は、第１流路構造体１ａの長手方向の一方端部に導入口１２ａを有しており、その導入口１２ａから第１流路構造体１ａの長手方向に直線的に延びている。この各第２導入路１２は、対応する第１導入路１０のうち第１流路構造体１ａの長手方向に延びる部分と第１流路構造体１ａの厚み方向に並んで配置されているとともに互いに平行に配置されている。各第２導入路１２の導入口１２ａには、第２反応剤供給部５０ｂ（図１参照）が接続されており、その第２反応剤供給部５０ｂから第２反応剤が各第２導入路１２に配分されて導入される。

各第２導入路１２は、第１流路構造体１ａの幅方向に等間隔で並列配置されている。各第２導入路１２は、図７に示すように第２反応剤の流通方向と直交する断面において半円状の断面形状を有しているとともに、その全長に亘って幅が一定であり、全長に亘って相当直径が一定となっている。そして、各第２導入路１２は、それぞれ等しい流路長及び等しい相当直径を有している。これにより、各第２導入路１２の全体の圧力損失が均等となっている。各第２導入路１２の圧力損失が均等化されていることに起因して、反応剤供給部から各第２導入路１２に配分されて流れる第２反応剤の流量が均一化される。

各合流路１４は、対応する第１導入路１０の下流側と対応する第２導入路１２の下流側に繋がっているとともに、その第１導入路１０のうち第１流路構造体１ａの長手方向に延びる部分及び第２導入路１２と同方向に直線的に延びている。すなわち、この合流路１４には、対応する第１導入路１０のうち第１流路構造体１ａの長手方向に延びる部分と対応する第２導入路１２とが同方向から合流している。この合流路１４は、第１導入路１０を通じて流れる第１反応剤と第２導入路１２を通じて流れる第２反応剤とを第１流路構造体１ａの長手方向に流しながら合流させる。各合流路１４は、図８に示すように、その長手方向に直交する断面において２つの半円が円弧の頂点近傍で互いに結合したような断面形状を有するとともに、前記第１導入路１０の相当直径及び前記第２導入路１２の相当直径よりも大きい相当直径を有する。

各反応路１６は、対応する合流路１４の下流側に繋がっているとともに、その合流路１４と同方向に直線的に延びている。この各反応路１６は、合流路１４において合流された第１反応剤と第２反応剤とを第１流路構造体１ａの長手方向に流しながら互いに反応させる。各反応路１６は、第１流路構造体１ａにおいて基板４の一方の面側に設けられており、第１流路構造体１ａの幅方向に等間隔で並列配置されている。各反応路１６は、図９に示すようにその長手方向と直交する断面において半円状の断面形状を有しているとともに、その全長に亘って幅が一定であり、全長に亘って相当直径が一定となっている。そして、各反応路１６は、それぞれ等しい流路長及び等しい相当直径を有している。これにより、各反応路１６の圧力損失が均等となっている。

そして、本実施形態では、基板４に各第１導入路１０を構成する各第１導入溝１８と、各第２導入路１２を構成する各第２導入溝２０と、各合流路１４を構成する各合流孔２２と、各反応路１６を構成する各反応溝２４とがそれぞれ形成されており、その各溝１８，２０，２４の開口部及び各合流孔２２の開口部を封止部材６，８が単に覆うだけで第１流路構造体１ａ内の各流路２が形成されている。

具体的には、基板４の一方の面に複数の第１導入溝１８（図４参照）が平行かつ並列に形成されており、この基板４の一方の面に設けられた各第１導入溝１８の開口部が前記第１封止部材６によって封止されることにより前記各第１導入路１０が形成されている。従って、各第１導入路１０は、第１流路構造体１ａ内において基板４の一方の面側に平行かつ並列に配設されている。また、各第１導入溝１８は、後述する合流孔２２に繋がる第１導入溝接続部１８ａを有しており、この第１導入溝接続部１８ａは、深さｄ_１（図６参照）を有する。この深さｄ_１は、本発明の第１の深さの概念に含まれるものであり、各第１導入溝１８は、その全長に亘って均一の深さｄ_１となっている。また、第１導入溝接続部１８ａは、第１反応剤の流通方向と直交する断面において半円状の断面形状を有する。第１導入溝１８のうち第１導入溝接続部１８ａ以外の部分で前記第１導入路１０の相当直径が異なる各部分に対応する部分は、前記深さｄ_１は一定で、幅を変えて形成されている。

また、基板４の他方の面に複数の第２導入溝２０（図５参照）が平行かつ並列に形成されており、この基板４の他方の面に設けられた各第２導入溝２０の開口部が前記第２封止部材８によって封止されることにより前記各第２導入路１２が形成されている。従って、各第２導入路１２は、第１流路構造体１ａ内において基板４の他方の面側に平行かつ並列に配設されている。また、各第２導入溝２０は、後述する合流孔２２に繋がる第２導入溝接続部２０ａを有しており、この第２導入溝接続部２０ａは、深さｄ_３（図６参照）を有する。この深さｄ_３は、本発明の第３の深さの概念に含まれるものであり、この深さｄ_３は、基板４の板厚と後述する反応溝２４の深さｄ_２との差よりも大きく、かつ、基板４の板厚と前記第１導入溝１８の深さｄ_１との差よりも小さい深さに設定されている。なお、各第２導入溝２０は、その全長に亘って均一の深さｄ_３となっている。また、第２導入溝２０は、第２反応剤の流通方向と直交する断面において半円状の断面形状を有する。

前記各合流路１４は、基板４に設けられた各合流孔２２の両開口部が封止されることによって形成されている。すなわち、基板４には、複数の合流孔２２が当該基板４の幅方向に並列に形成されている。各合流孔２２は、前記各第１導入溝１８及び前記各第２導入溝２０のうち互いに対応するものとその導入溝１８，２０に対応する後述の反応溝２４との間で基板４の一方の面から他方の面へ貫通しており、それら対応する導入溝１８，２０の下流側端部と対応する反応溝２４の上流側端部とを繋ぐように設けられている。そして、基板４の一方の面に設けられた当該各合流孔２２の開口部が前記第１封止部材６によって封止されるとともに基板４の他方の面に設けられた当該各合流孔２２の開口部が前記第２封止部材８によって封止されることにより各合流路１４が形成されている。また、各合流孔２２は、前記合流路１４の断面形状に対応して、その長手方向に直交する断面において２つの半円が円弧の頂点近傍で互いに結合された断面形状を有する。

そして、基板４の一方の面に複数の反応溝２４（図４参照）が平行かつ並列に形成されており、この基板４の一方の面に設けられた各反応溝２４の開口部が前記第１封止部材６によって封止されることにより前記各反応路１６が形成されている。また、各反応溝２４は、前記合流孔２２に繋がる反応溝接続部２４ａを有しており、この反応溝接続部２４ａは、深さｄ_２（図６参照）を有する。この深さｄ_２は、本発明の第２の深さの概念に含まれるものであり、前記第１導入溝１８の深さｄ_１よりも大きく、前記第２導入溝２０の深さｄ_３と等しい深さになっている。そして、この深さｄ_２と前記深さｄ_３は、それらの和が基板４の板厚よりも大きくなるような深さに設定されている。なお、各反応溝２４は、その全長に亘って均一の深さｄ_３となっている。また、反応溝２４は、その長手方向と直交する断面において半円状の断面形状を有する。

そして、上記のように反応溝接続部２４ａの深さｄ_２が第１導入溝１８の深さｄ_１よりも大きいことにより、反応溝接続部２４ａの底面は、第１導入溝接続部１８ａの底面よりも基板４の他方の面側に位置しており、第１導入溝接続部１８ａの底面と反応溝接続部２４ａの底面との間には段差が形成されている。これにより、第１反応剤は、第１導入溝接続部１８ａから合流孔２２を経て反応溝接続部２４ａへ至る経路において基板４の他方の面側へ移動しながら下流側へ流れるようになっている。一方、第２導入溝２０が基板４の他方の面に形成されているとともに反応溝２４が基板４の一方の面に形成されていることに起因して、第２導入溝２０から合流孔２２を経て反応溝２４へ至る経路は屈曲しており、この経路を流れる第２反応剤は基板４の一方の面側へ移動しながら下流側へ流れる。

第２流路構造体１ｂは、上記したように熱媒を流通させる複数の熱媒流路（図示せず）を内部に持つものである。この複数の熱媒流路は、第２流路構造体１ｂ内において当該第２流路構造体１ｂの幅方向に等間隔で配設されている。各熱媒流路は、流路装置Ｓにおいて前記第２導入路１２の導入口１２ａが設けられた面と反対側に位置する面に図略の導入口を有し、その導入口から第２流路構造体１ｂの幅方向に直線的に延びた後、９０°屈曲して第２流路構造体１ｂの長手方向に直線的に延びている。各熱媒流路のうち第２流路構造体１ｂの長手方向に延びる部分は、前記各第１導入路１０のうち第１流路構造体１ａの長手方向に延びる部分及び各反応路１６と対応する位置に配置されている。

この第２流路構造体１ｂは、熱媒流路基板２６と、封止部材２８とによって構成されている。これら熱媒流路基板２６及び封止部材２８は、前記第１流路構造体１ａを構成する基板４、第１封止部材６、第２封止部材８と同形の矩形状の平板であり、封止部材２８は、第２封止部材８と兼用されている。また、封止部材２８は、熱媒流路基板２６の表面を覆った状態でその表面に接合されている。そして、各熱媒流路は、熱媒流路基板２６の表面に形成された溝部３２（図２参照）の開口部が封止部材２８により封止されることによって形成されている。

そして、各熱媒流路の導入口には、熱媒供給部５０ｃ（図１参照）が接続されており、この熱媒供給部５０ｃから熱媒が各熱媒流路に配分されて導入される。これにより、各熱媒流路を流れる熱媒と前記第１流路構造体１ａの各反応路１６を流れる第１反応剤及び第２反応剤との熱交換が行われ、各反応路１６における第１反応剤と第２反応剤との反応が促進される。

次に、本実施形態の反応装置の製造方法について説明する。

この本実施形態の反応装置の製造方法では、第１流路構造体１ａの内部に複数の流路２を設けるとともに、その各流路２が前記第１導入路１０、前記第２導入路１２、前記合流路１４及び前記反応路１６からなるように第１流路構造体１ａを形成する。

具体的には、基板４の一方の面に複数の前記第１導入溝１８と、複数の前記反応溝２４と、複数の前記合流孔２２のうち当該基板４の一方の面から所定の深さの部分２２ａ（図８参照）とをそれぞれフォトエッチングによって形成するとともに、基板４の他方の面に複数の前記第２導入溝２０と、複数の前記合流孔２２のうち当該基板４の他方の面から所定の深さの部分２２ｂ（図８参照）とをそれぞれフォトエッチングによって形成する。

この際、まず、基板４の両面の整面及び清浄化を行い、その後、その基板４の両面にそれぞれフォトレジストを塗布する。そして、基板４の一方の面では、フォトマスクを介して各第１導入溝１８、各反応溝２４及び各合流孔２２それぞれの形成領域以外の領域に露光を行い、基板４の他方の面では、別のフォトマスクを介して各第２導入溝２０及び各合流孔２２それぞれの形成領域以外の領域に露光を行う。その後、未露光のフォトレジストを基板４の両面から除去し、各第１導入溝１８、各第２導入溝２０、各反応溝２４及び各合流孔２２のそれぞれの形成領域を露出させる。

次に、基板４の一方の面の第１導入溝１８の形成領域上のみをマスキングテープ等の被覆材によって覆い、その後、基板４の両面にエッチング液を吹きかけてその両面のエッチングを同時に行う。この際、前記被覆材によって覆われた各第１導入溝１８の形成領域はエッチングされず、露出している各第２導入溝２０の形成領域、各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域のみがエッチングされる。そして、各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を基板４の一方の面から前記深さｄ_２（＝前記深さｄ_３）と前記深さｄ_１との差に相当する深さまでエッチングするとともに、各第２導入溝２０の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を基板４の他方の面から同様の深さまでエッチングすると、エッチングを一旦中止する。

この後、前記被覆材を除去して各第１導入溝１８の形成領域を露出させ、その後、エッチングを再開する。この再開したエッチング工程において、各第１導入溝１８の形成領域、各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を基板４の一方の面側から前記深さｄ_１の分だけエッチングするのと同時に、各第２導入溝２０の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を基板４の他方の面側から同様の深さだけエッチングする。これにより、基板４の一方の面から深さｄ_１の各第１導入溝１８が形成されるとともに、各第２導入溝２０の形成領域及び各反応溝２４の形成領域は、（ｄ_２−ｄ_１）＋ｄ_１＝ｄ_２の深さまでそれぞれエッチングされ、それによって基板４の一方の面から深さｄ_２の各反応溝２４と基板４の他方の面から深さｄ_２＝ｄ_３の各第２導入溝２０とが形成される。また、各合流孔２２の形成領域は、基板４の一方の面側から反応溝２４と同じ深さｄ_２までエッチングされるとともに、基板４の他方の面側から第２導入溝２０と同じ深さｄ_３までエッチングされる。これにより、その基板４の一方の面から深さｄ_２までエッチングした部分２２ａと基板４の他方の面から深さｄ_３までエッチングした部分２２ｂとが繋がって各合流孔２２が貫通する。すなわち、各合流孔２２は、各反応溝２４を形成するためのエッチングと各第２導入溝２０を形成するためのエッチングとを利用して形成される。この後、基板４の洗浄及びレジスト膜の除去を行う。

また、別の工程において、第２流路構造体１ｂを構成する熱媒流路基板２６に複数の前記溝部３２を形成する。具体的には、熱媒流路基板２６の一方の面に、上記と同様なフォトエッチングにより複数の前記溝部３２を形成する。

最後に、上記のようにエッチング加工を行った基板４及び熱媒流路基板２６と、第１封止部材６と、第２封止部材８（封止部材２８）とを図１のように積層し、それらを拡散接合により一体化することによって流路装置Ｓを作製する。

そして、このように作製した流路装置Ｓに対して第１反応剤供給部５０ａ、第２反応剤供給部５０ｂ、熱媒供給部５０ｃ等の他の構成部材を取り付けて本実施形態による反応装置を作製する。

次に、本実施形態による反応装置を用いた反応方法について説明する。

この反応方法では、まず、第１反応剤供給部５０ａから第１反応剤を各流路２の第１導入路１０に導入するとともに、第２反応剤供給部５０ｂから第２反応剤を各流路２の第２導入路１２に導入する。第１反応剤は、各第１導入路１０の全体の圧力損失が均等化されていることに起因して、各第１導入路１０に均一の流量で配分されて流れる。また、第２反応剤は、各第２導入路１２の全体の圧力損失が均等化されていることに起因して、各第２導入路１２に均一の流量で配分されて流れる。

そして、第１導入路１０を通過した第１反応剤と、第２導入路１２を通過した第２反応剤とは、互いに接近する方向へそれぞれ移動しながら合流路１４に流れ込んで合流し、均一に混合される。そして、合流した両反応剤は、合流路１４から反応路１６へ流入するとともに、その反応路１６内を下流側へ流れながら互いに反応し、それによって所定の反応生成物が製造される。

以上説明したように、本実施形態では、反応溝接続部２４ａの底面が第１導入溝接続部１８ａの底面よりも基板４の他方の面側に設けられるから、反応溝接続部２４ａの底面と第１導入溝接続部１８ａの底面とが面一である場合よりも第１反応剤と第２反応剤との均一性の高い混合が可能となる。すなわち、本実施形態では、反応溝接続部２４ａの底面が第１導入溝接続部１８ａの底面よりも基板４の他方の面側に設けられることに起因して第１反応剤が基板４の他方の面側に移動しながら下流側に流れる。その一方で、第２導入溝２０が基板４の他方の面に形成されるとともに反応溝２４が基板４の一方の面に形成されることに起因して第２導入溝２０から合流孔２２を経て反応溝２４へ至る経路は屈曲し、この経路を流れる第２反応剤は基板４の一方の面側へ移動しながら下流側へ流れる。従って、本実施形態では、第１反応剤と第２反応剤とが互いに接近する方向にそれぞれ移動しながら合流して下流側へ流れるので、反応溝接続部２４ａの底面と第１導入溝接続部１８ａの底面とが面一に形成されていて、直線的に円滑に流れる第１反応剤に対して第２反応剤が途中から合流する場合と比べて、第１反応剤と第２反応剤とが十分に混合され、両反応剤の混合の均一性を高めることができる。

さらに、本実施形態では、基板４に第１導入溝１８、第２導入溝２０、反応溝２４及び合流孔２２が形成され、第１封止部材６と第２封止部材８とがその各溝１８，２０，２４の開口部と合流孔２２の開口部とを覆うだけで第１導入路１０、第２導入路１２、合流路１４及び反応路１６が形成されるので、流路２を形成するために基板４のエッチング加工を行うだけでよく、両封止部材６，８のエッチング加工を行わなくてもよい。このため、基板のエッチング加工に加えて両封止部材のうち反応路に対応する部分が突出するようにその両封止部材をエッチング加工する必要がある従来の構成に比べて、エッチングの工程数を少なくすることができる。また、本実施形態では、単に両封止部材６，８を基板４に接合して基板４に形成された各溝１８，２０，２４及び合流孔２２それぞれの開口部をその封止部材６，８で覆うだけで流路２が形成されるため、両封止部材６，８を基板４に対して位置合わせしながら接合するという煩雑な作業を行わなくてもよい。このため、本実施形態では、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。従って、本実施形態では、反応装置における反応剤の混合の均一性を高めつつ、反応装置の製造工程が煩雑になるのを防ぐことができる。

また、本実施形態では、反応溝２４の形成と同時に合流孔２２の形成領域を基板４の一方の面から深さｄ_２までエッチングするとともに、第２導入溝２０の形成と同時に合流孔２２の形成領域を基板４の他方の面から深さｄ_３までエッチングすることにより、基板４の一方の面から深さｄ_２までエッチングした部分２２ａと基板４の他方の面から深さｄ_３までエッチングした部分２２ｂとが繋がって合流孔２２が貫通するため、反応溝２４を形成するエッチングと第２導入溝２０を形成するエッチングとを利用して合流孔２２を形成することができる。このため、合流孔２２を形成するための専用のエッチング工程やレーザー加工等により合流孔２２を形成する工程等を別途行う必要がなく、反応装置の製造工程を簡素化することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均一の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、第１導入路１０、第２導入路１２、合流路１４及び反応路１６は、上記以外の形状及び／又は配置で第１流路構造体１ａに設けられていてもよい。

例えば、各第１導入路１０を第１流路構造体１ａの長手方向に直線的に延びるように設けてもよい。また、各第２導入路１２を前記各第１導入路１０のように屈曲した形状で設けてもよい。また、第２導入路１２を構成する第２導入溝２０の深さｄ_３は、第１導入溝１８の深さｄ_１よりも小さくてもよい。

また、反応装置は、上記のように積層された複数の第１流路構造体１ａ及び複数の第２流路構造体１ｂを必ずしも備えている必要はなく、単一の第１流路構造体１ａのみを備えていてもよい。

また、第１流路構造体１ａ内に単一の流路２のみが設けられていてもよい。

また、各第１導入路１０（各第１導入溝１８）が異なる方向に延びていてもよく、各第２導入路１２（各第２導入溝２０）が異なる方向に延びていてもよい。また、各反応路１６（各反応溝２４）が異なる方向に延びていてもよい。

また、上記実施形態において、第１導入溝１８、第２導入溝２０及び反応溝２４の各溝において前記半円状の断面形状を有する部分は、その底面の部分に基板４に平行な直線部を有するとともにその直線部の両側に円弧状の部分がそれぞれ繋がった形状の断面形状を有していてもよい。

また、上記実施形態では、反応溝２４の深さｄ_２と第２導入溝２０の深さｄ_３とが等しい場合を例にとって説明したが、反応溝２４の深さｄ_２と第２反応溝２０の深さｄ_３との和が基板４の板厚よりも大きければ、それら深さｄ_２と深さｄ_３とは異なっていてもよい。

例えば、深さｄ_２が深さｄ_３よりも大きい場合には、以下のようなエッチング工程によって基板４に第１導入溝１８、第２導入溝２０、反応溝２４及び合流孔２２を形成する。

すなわち、上記実施形態と同様に基板４の両面のうち各第１導入溝１８、各第２導入溝２０、各反応溝２４及び各合流孔２２のそれぞれの形成領域以外の領域が露光されたフォトレジストで覆われた状態にする。

次に、基板４の一方の面の第１導入溝１８の形成領域上及び基板４の他方の面の第２導入溝２０の形成領域上をマスキングテープ等の被覆材によってそれぞれ覆い、その後、基板４の両面のエッチングを同時に行う。この際、露出している各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を基板４の一方の面から前記深さｄ_２と前記深さｄ_３との差に相当する深さ（ｄ_２−ｄ_３）までエッチングするとともに、各合流孔２２の形成領域を基板４の他方の面から同様の深さまでエッチングすると、第２導入溝２０の形成領域上を覆う被覆材を除去する。

その後、各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を前記深さｄ_３と前記深さｄ_１との差に相当する深さ（ｄ_３−ｄ_１）の分だけ基板４の一方の面側からエッチングするのと同時に、各第２導入溝２０の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を同様の深さだけ基板４の他方の面側からエッチングする。この後、第１導入溝１８の形成領域上を覆う被覆材を除去する。

その後、各第１導入溝１８の形成領域、各反応溝２４の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を前記深さｄ_１の分だけ基板４の一方の面側からエッチングするのと同時に、各第２導入溝２０の形成領域及び各合流孔２２の形成領域を同様の深さの分だけ基板４の他方の面側からエッチングする。これにより、基板４の一方の面から深さｄ_１の各第１導入溝１８が形成されるとともに、各反応溝２４の形成領域は、基板４の一方の面から（ｄ_２−ｄ_３）＋（ｄ_３−ｄ_１）＋ｄ_１＝ｄ_２の深さまでエッチングされて、基板４の一方の面から深さｄ_２の各反応溝２４が形成される。また、各第２導入溝２０の形成領域は、基板４の他方の面から（ｄ_３−ｄ_１）＋ｄ_１＝ｄ_３の深さまでエッチングされて、基板４の他方の面から深さｄ_３の各第２導入溝２０が形成される。また、各合流孔２２の形成領域は、基板４の一方の面側から反応溝２４と同じ深さｄ_２までエッチングされるとともに、基板４の他方の面側から第２導入溝２０と同じ深さｄ_３までエッチングされる。これにより、その基板４の一方の面から深さｄ_２までエッチングした部分と基板４の他方の面から深さｄ_３までエッチングした部分とが繋がって各合流孔２２が貫通する。すなわち、この構成においても、各合流孔２２は、各反応溝２４を形成するためのエッチングと各第２導入溝２０を形成するためのエッチングとを利用して形成される。

また、上記実施形態では、基板４の両面を同時にエッチング加工する場合を示したが、基板４の一方の面と他方の面とをそれぞれ別々にエッチング加工してもよい。

また、基板４をエッチング加工する工程では、基板４の一方の面を深さｄ_１までエッチングして第１導入溝１８のうち少なくとも第１導入溝接続部１８ａを形成すればよく、また、基板４の一方の面を深さｄ_２までエッチングして反応溝２４のうち少なくとも反応溝接続部２４ａを形成すればよい。また、この工程において、基板４の他方の面を深さｄ_３までエッチングして第２導入溝２０のうち少なくとも第２導入溝接続部２０ａを形成すればよい。すなわち、第１導入溝１８のうち第１導入溝接続部１８ａ以外の部分は、深さｄ_１と異なる深さに形成してもよく、反応溝２４のうち反応溝接続部２４ａ以外の部分は、深さｄ_２と異なる深さに形成してもよく、さらに、第２導入溝２０のうち第２導入溝接続部２０ａ以外の部分は、深さｄ_３と異なる深さに形成してもよい。そして、この場合には、反応溝２４のうち反応溝接続部２４ａを形成するエッチングと、第２導入溝２０のうち第２導入溝接続部２０ａを形成するエッチングとを利用して合流孔２２を形成すればよい。

１ａ 第１流路構造体（流路構造体）
２ 流路
４ 基板
６ 第１封止部材
８ 第２封止部材
１０ 第１導入路
１２ 第２導入路
１４ 合流路
１６ 反応路
１８ 第１導入溝
１８ａ 第１導入溝接続部
２０ 第２導入溝
２０ａ 第２導入溝接続部
２２ 合流孔
２４ 反応溝
２４ａ 反応溝接続部

Claims (3)

1. 第１反応剤と第２反応剤を流通させながらそれらを反応させる反応装置であって、
   前記第１反応剤が導入される第１導入路と、前記第２反応剤が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側と前記第２導入路の下流側に繋がり、前記第１導入路を通じて流れる前記第１反応剤と前記第２導入路を通じて流れる前記第２反応剤とを合流させるための合流路と、この合流路の下流側に繋がり、その合流路において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路とを有する流路を内部に持つ流路構造体を備え、
   前記流路構造体は、基板と、その基板の一方の面を覆った状態でその面に接合されている第１封止部材と、前記基板の他方の面を覆った状態でその面に接合されている第２封止部材とを有し、
   前記基板の一方の面には、前記第１導入路を構成する第１導入溝が形成されているとともに、前記反応路を構成する反応溝が形成されている一方、前記基板の他方の面には、前記第２導入路を構成する第２導入溝が形成されており、さらに、前記合流路を構成する合流孔が前記第１導入溝及び前記第２導入溝と前記反応溝との間で前記基板の前記一方の面から前記他方の面へそれぞれ貫通してそれら導入溝の下流側端部と反応溝の上流側端部とを繋ぐように設けられ、
   前記反応溝のうち前記合流孔に繋がる部分の深さは、前記第１導入溝のうち前記合流孔に繋がる部分の深さよりも大きい、反応装置。
2. 第１反応剤及び第２反応剤を流通させる流路が内部に設けられた流路構造体を備える反応装置を製造するための方法であって、
   前記流路が、前記第１反応剤が導入される第１導入路と、前記第２反応剤が導入される第２導入路と、前記第１導入路の下流側と前記第２導入路の下流側に繋がり、前記第１導入路を通じて流れる前記第１反応剤と前記第２導入路を通じて流れる前記第２反応剤とを合流させるための合流路と、この合流路の下流側に繋がり、その合流路において合流された両反応剤を流通させながら互いに反応させるための反応路とを有するように前記流路構造体を形成する構造体形成工程を備え、
   前記構造体形成工程は、基板の一方の面に前記第１導入路を構成する第１導入溝をエッチングによって形成する第１導入溝形成工程と、前記基板の一方の面に前記反応路を構成する反応溝をエッチングによって形成する反応溝形成工程と、前記基板の他方の面に前記第２導入路を構成する第２導入溝をエッチングによって形成する第２導入溝形成工程と、前記合流路を構成する合流孔をエッチングによって前記第１導入溝及び前記第２導入溝の下流側端部同士を繋ぐとともにそれらの下流側端部と前記反応溝の上流側端部とを繋ぐ形状で前記基板を貫通するように形成する合流孔形成工程と、前記基板の前記一方の面を覆うようにその一方の面に第１封止部材を接合することにより、前記第１導入溝、前記反応溝及び前記合流孔のそれぞれの当該一方の面側の開口部を封止する第１封止工程と、前記基板の前記他方の面を覆うようにその他方の面に第２封止部材を接合することにより、前記第２導入溝及び前記合流孔のそれぞれの当該他方の面側の開口部を封止する第２封止工程とを含み、
   前記第１導入溝形成工程は、前記基板の一方の面を第１の深さまでエッチングして前記第１導入溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する第１導入溝接続部形成工程を含み、
   前記反応溝形成工程は、前記基板の一方の面を前記第１の深さよりも大きい第２の深さまでエッチングして前記反応溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する反応溝接続部形成工程を含む、反応装置の製造方法。
3. 請求項２に記載の反応装置の製造方法において、
   前記第２導入溝形成工程は、前記基板の他方の面を当該基板の板厚と前記第２の深さとの差よりも大きく、かつ、当該基板の板厚と前記第１の深さとの差よりも小さい第３の深さまでエッチングして前記第２導入溝のうち少なくとも前記合流孔に繋がる部分を形成する第２導入溝接続部形成工程を含み、
   前記合流孔形成工程は、前記反応溝接続部形成工程と同時に行われ、前記基板の前記一方の面のうち前記合流孔の形成領域を前記第２の深さまでエッチングする第１工程と、前記第２導入溝接続部形成工程と同時に行われ、前記基板の前記他方の面のうち前記合流孔の形成領域を前記第３の深さまでエッチングする第２工程とを含み、
   前記第１工程で前記第２の深さまでエッチングした部分と前記第２工程で前記第３の深さまでエッチングした部分とが繋がって前記合流孔が貫通する、反応装置の製造方法。

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