JP4478932B2 - マイクロ混合器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば水と油のような互いに混ざり難い流体であっても効率的に混合し得る小型の流体混合器であるマイクロ混合器（小型の流体混合器）に関する。尚、本願における「混合」の概念には、流体どうしを乳化させることや、マイクロ混合器の中で接触した流体どうしがその結果として化学反応を生じることを含むるものとする。

マイクロマシンニング技術等の微細加工技術を用いて製作されるマイクロ混合器（小型の流体混合器）は、基本的には２種類の液（流体）Ａ,Ｂを混合して２層の層流（Ａ＋Ｂ）を形成した後、この層流（Ａ＋Ｂ）をその層方向に（Ａ＋Ｂ）／２ずつ２分割し、更にこれらの２分割された２つの層流（Ａ／２＋Ｂ／２）を混合して４層の層流（Ａ／２＋Ｂ／２＋Ａ／２＋Ｂ／２）を形成した後、これらの層流をその層方向に更に２分割すると言う処理を多段階に繰り返すことで、上記各液Ａ,Ｂがなす層（大きさ）を徐々に細分化し、これによって前記各液Ａ,Ｂの拡散（混合）を進めるように構成される。

しかしながら従来の一般的なマイクロ混合器にあっては、流体（液）を混合・分配する為の流路自体が微細であり、また高度な製作精度が要求されるので、その加工（製造）自体が容易でない。しかも組み付けに正確な位置調整を必要とするので製造コストが高いと言う問題がある。
そこで本出願人は、先に２個の流体導入口と２個の流体導出口とを備えた所定数の混合分配器を設けた複数枚の流路モジュールを準備し、各流路モジュールの１つの混合分配器における２個の流体導出口を次層の流路モジュールにおける２つの混合分配器の各１個の流体導入口にそれぞれ個別に連結して前記複数枚の流路モジュールを順に積層した構造のマイクロ混合器を提唱した（例えば特許文献１を参照）。このような構造のマイクロ混合器によれば、上述の層流による混合を目的とせず、流路内の層流状態を維持するための構成に注意を払う必要がないので、基本的には複数枚の流路モジュールを順に積層して流路を形成するだけで実現することができる。従ってその構造が簡単であり、製作も容易である等の利点がある。
特開２００２−３４６３５３号公報

しかしながら上述した構成のマイクロ混合器においては、混合分配器の数がそれぞれのモジュール毎に異なるという複雑な構成を採るため、製造工程の管理が煩雑になり量産性が劣るという問題点があった。
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、例えば水と油のような互いに混ざり難い流体を混合するに適した簡易な構造のマイクロ混合器を提供することにある。

本発明に係るマイクロ混合器は、複数の混合分配器を順に直列に接続したものであって、前記各混合分配器のそれぞれは、流体を導入するｎ個（ただし、ｎ＞１の整数）の流体導入口と、流体を導出するｎ個の流体導出口とを有すると共に、各流体導入口からそれぞれ導入された流体を分岐して少なくとも２つの流体導出口へとそれぞれ導く流路を有し、上流側の混合分配器のｎ個の流体導出口を、隣接する下流側の混合分配器のｎ個の流体導入口のそれぞれに各別に接続したことを特徴としている。

即ち、本発明は、例えば複数枚の流路モジュールを積層して構成されるマイクロ混合器の各層における混合分配器の数を等しくし、各流路モジュールの混合分配器における２個の流体導出口を、次層の流路モジュールにおける対応する混合分配器の２つの流体導入口にそれぞれ連結してその流路を基本的に１系統化すれば、各層において混合分配される流体の流れが等しくなり、その混合分配作用が一体化されることに着目している。またこのようにして各層の混合分配器がなす流路を１系統化すれば、各流路モジュールの構成を単純化してマイクロ混合器の構成の簡素化を図り、その製作精度も容易に高め得ることに着目している。

そこで上述した目的を達成するべく本発明に係るマイクロ混合器は、好ましくは請求項２に記載するように混合分配器をそれぞれ備えた複数の流路モジュールを順に積層して形成されるものであって、
前記各流路モジュールは、少なくとも一部に平板状部分を備え、この平板状部分に前記混合分配器を形成した構造をそれぞれ有し、
上記各混合分配器のそれぞれは、前記平板状部分の一方の面に開口するｎ個（ただし、ｎ＞１の整数）の流体導入口と、前記平板状部分の他方の面に開口するｎ個の流体導出口と、これらの流体導入口および流体導出口に接続されて上記ｎ個の流体導入口から流入した流体をそれぞれ分岐して前記ｎ個の流体導出口の少なくとも２つに導く流路を形成した構成体からなり、
前記流体導入口および流体導出口を、前記流路モジュールどうしを積層したとき、一方の流路モジュールのｎ個の流体導出口が他方の流路モジュールのｎ個の流体導入口にそれぞれ各別に合致する位置に設けたことを特徴としている。

具体的には、２枚の流路モジュール間の混合分配器を１対１に対応付け、上流側に位置付けられる混合分配器の前記第１および第２の流体導出口に、その下流（次層）に位置付けられる混合分配器の前記第１および第２の流体導入口をそれぞれ連結し、上流側の混合分配器にて２種類の流体Ａ,Ｂを混合分配して出力される流体（Ａ／２＋Ｂ／２，Ａ／２＋Ｂ／２）を、下流側の混合分配器にて再度混合分配するように構成すれば良い。

好ましくは請求項３に記載するように前記混合分配器を、前記流体導入口および流体導出口に囲まれた領域中に、それぞれの流路に流路断面積の狭い部分を形成する流路仕切部を備えたものとして実現することが望ましい。
また請求項４に記載するように前記複数の流路モジュールを、それぞれその外形が同一の正４ｎ角形状を有したものとし、前記各混合分配器を、互いに同一寸法形状を有したものとして前記各流路モジュールの中心にそれぞれ形成し、これらの各混合分配器の前記流体導入口および流体導出口は同一円周上に並ぶ位置に交互に配置するようにしても良い。

更には請求項５に記載するように前記各流路モジュールにおける流路を、前記平板状部分の一方の面に穿たれた凹部として実現し、前記流体導入口を上記凹部の底面と前記平板状部分の他方の面とに通じる貫通孔として形成すると共に、前記流体導出口については、隣接する流路モジュールの流体導入口の位置に合致するように前記凹部の一部に形成されたものとして構成することが望ましい。

或いは請求項６に記載するように前記各流路モジュールにおける流路を、前記平板状部分の一方の面に穿たれた凹部として実現し、前記流体導出口を上記凹部の底面と前記平板状部分の他方の面とに通じる貫通孔として形成すると共に、前記流体導入口を、隣接する流路モジュールの流体導出口の位置に合致するように前記凹部の一部に形成されたものとして構成するようにしても良い。

また請求項７に記載するように前記各流路モジュールを中心孔とこの中心孔を挟んで流体導入口をなす２ｎ個の貫通孔とを備えた第１の平板体と、この第１の平板体に設けられた上記中心孔および２ｎ個の貫通孔を露出させる切り抜き部を備え、前記た第１の平板体に積層されて前記流路を形成する第２の平板体と、前記第１の平板体の前記中心孔に嵌合させて設けられて第２の平板体の切り抜き部に挿通されるシャフトとを備えたものとして構成するようにしても良い。

更には請求項８に記載するように前記各流路モジュールの前記混合分配器を形成した平板状部分の表面をそれぞれ鏡面状態に加工し、積層された複数の流路モジュールにおける上記鏡面加工された表面どうしを互いに密着させることで、漏れのない流路を形成することも有用である。

上述した構成のマイクロ混合器によれば、順に積層される複数枚の流路モジュールにおいて、上流側の混合分配器にて混合分配して出力された流体が、上記混合分配器に１対１に対応付けられた下流側（次層）の混合分配器にて再度混合分配されるだけなので、流体に対する混合分配が安定に行われることになる。特にマイクロ混合器を構成する複数枚の流路モジュールの全てが上述した流路構成単位を構成するようにすれば、各層の混合分配器の順次１列に連なった直列型の流路として形成することができる。この結果、マイクロ混合器に導入された流体は常に全ての混合分配器を通って混合されて外部へ排出されるため、流体に対する混合作用が一定の条件の下で進むこととなるので流体を安定に、しかも均一に混合することが可能となる。

特に請求項２に記載の構成によれば、複数の流路モジュールのそれぞれに同じ形状の混合分配器を形成するだけで良いので、同じ加工手順を繰り返して複数の流路モジュールを製作すれば良いので、その作業効率を向上させることが可能である。
また請求項３に記載するように流路に流路断面積が狭い部分を形成しておけば、これによって流体の流れを調整することができるので、その混合能力を高めることができる。

また請求項４に記載したように同一形状の流路モジュールを複数製作しておけば、その外形を基準にして角度をずらして積層することで所望とする流路を形成することができる。従って多種類の流路モジュールを準備する必要がないので、量産性に優れる等の効果が奏せられる。
また請求項５および６にそれぞれ記載した構成とすれば、流路モジュールの構造の単純化を図り、その製作を容易化することができる。更には請求項７に示した構造とすれば、更に流路モジュールの構造を単純化することができるので、その製造に際しては切削加工、エッチング加工、板金プレス加工、樹脂射出成形加工などの様々な加工法を適用できる可能性が高まると共に、量産性に優れる等の効果が奏せられる。

また請求項８に示す構成として流路モジュールを実現すれば、複数の流路モジュールが鏡面どうしで密着して流路を形成するので、流路モジュールどうしの間に、流体の漏れを防ぐためのシール部材を適用する必要が無く、その積層構造を単純にできる。またシール部材を侵す性質の流体を混合する用途にも用いることが可能となる等の利点がある。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るマイクロ混合器について説明する。
図１はこの実施形態に係るマイクロ混合器の全体構成を示す外観斜視図である。以下では説明の便宜上、この外観斜視図の姿勢を基準にして上下方向を表現するが、本発明のマイクロ混合器の使用時の設置姿勢が重力方向に規制されるものではない。
このマイクロ混合器は、全体的には、例えば一辺が略２５ｍｍからなる略立方体形状の装置として実現されている。具体的にはこのマイクロ混合器は、５ｍｍ程度の肉厚の金属（アルミニウム材やステンレス鋼等）からなる平板状の下部プレート体１および上部プレート体２と、これらの下部プレート体１および上部プレート体２間に積層されて保持された複数枚の流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k；但し、ｋは自然数）とにより構成される。これらの各流路モジュール３は、例えば１ｍｍ程度の厚みを有する一辺２５ｍｍの正方形状の平板体により構成される。尚、これらの各流路モジュール３は、複数枚重ねて用いられて所定の流路を形成する部品要素をなすもので、各平板体の両面は十分な表面粗さ（流体の性状によって異なるが、例えばＲmax０.２μｍ以下）および平行度を保つようにそれぞれ鏡面仕上げされている。そしてこれらの流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）を互いに重ね合わせたとき、その重ね合わせ面にて一体に密着するようになっている。

尚、図中５,６は、上述した如く積層された上記各プレート体１,２、およびｋ枚の流路モジュール３₁,３₂,…３_kの四隅をそれぞれ貫通して設けられて、これらの積層体を一体化した４組のボルトおよびナットである。上部および下部プレート体１,２は流路モジュール３に対して十分な厚み（剛性）を有しており、これらのプレート体１,２の間に流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）が挟み込まれるので、４組のボルトおよびナットで全体を締結するだけであっても、その締結力が均等であれば流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）どうしの隙間から流体の漏れは生じない。

また前記下部プレート体１の互いに対向する側面には、２種類の液（流体）Ａ,Ｂをそれぞれ注入する一対の流体注入コネクタ（流体入口）７ａ,７ｂが設けられている。また前記上部プレート体２の上面中央部には、上記液（流体）Ａ,Ｂの混合液を取り出す為の流体取り出しコネクタ（流体出口）８が設けられている。これらのコネクタ７ａ，７ｂ，８にそれぞれ対応するコネクタが各配管の先端に設けられており、配管の着脱を容易にしている（図示せず）。また前記各プレート体１,２、および流路モジュール３₁,３₂,…３_kの各一辺部には、これらを位置合わせして積層する為の三角形状の切り込み（位置合わせ指標）がそれぞれ設けられている。これらの切り込みはプレート体１,２、および流路モジュール３の予め設定された一辺の中央から偏った位置に設けられているので、プレート体１,２と複数枚の流路モジュール３を重ね合わせたとき、上記切り込みの重なり具合から流路モジュール３の裏返しと位置ずれとを容易に判別することができる。

さて前記下部プレート体１は、例えば図２(ａ)に平面図を示すように前述した流体注入コネクタ７ａ,７ｂが装着される孔径２ｍｍ、深さ５ｍｍの一対の横穴１ａ,１ｂと、これらの横穴１ａ,１ｂの底部（奥部）から該下部プレート体１の上面に向けてそれぞれ穿たれた縦穴１ｃ,１ｄと、これらの縦穴１ｃ,１ｄの開口部から下部プレート体１の上面中心に向けて穿たれた幅２ｍｍ，深さ２ｍｍの一対のチャネル溝１ｅ,１ｆとを備える。これらのチャネル溝１ｅ,１ｆは、最下位置に位置付けられる前記流路モジュール３₁に設けられた後述する混合分配器の一対の流体導入口に対峙する位置までそれぞれ延ばされており、その端部は下部プレート体１の中心位置において幅０.２ｍｍ程度の隔壁１ｇにより区画されている。

下部プレート体１に設けられた上記横穴１ａ,１ｂ、縦穴１ｃ,１ｄおよびチャネル溝１ｅ,１ｆは、前記流体注入コネクタ７ａ,７ｂからそれぞれ注入された液（流体）Ａ,Ｂを、最下位置に設けられる最上流の流路モジュール３₁にそれぞれ導く役割を担う。また上部プレート体２は、例えば図２(ｂ)に平面図を示すように前述した流体取り出しコネクタ８が装着される孔径２ｍｍ、深さ３ｍｍの縦穴２ａと、この縦穴２ａに連通して上部プレート体２の下面に開口部を形成したチャネル孔２ｂとを同軸に備える。このチャネル孔２ｂは、最上位置に位置付けられる最下流の流路モジュール３_kに設けられた後述する混合分配器の一対の流体導出口に連結されて、上記流路モジュール３ｎから出力される混合液を流体取り出しコネクタ８に導く役割を担う。

さて上述した下部プレート体１と上部プレート体２との間に、積層して挟み込まれる複数枚の各流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）は、例えば図２(ｃ)(ｄ)にそれぞれ示すように、１ｍｍ程度の厚みを有する平板体の中央部に、その表裏方向に所定の流路を形成した混合分配器３０を設けたものである。特にこれらの流路モジュール３₁,３₂,…３_kは、図２(ｃ)に示すように後述する一対の流体導入口を、前述した三角形状の切り込み（位置合わせ指標）を形成した辺と平行に配列した第１の流路モジュール３ｘと、図２(ｄ)に示すように一対の流体導入口を、上記切り込み（位置合わせ指標）を形成した辺と直角に配列した第２の流路モジュール３ｙとからなる２種類の流路モジュールとして実現される。即ち、三角形状の切り込みの位置が異なる以外は、流路モジュール３ｘ,３ｙとは同一の形状を有している。

これらの各流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）がそれぞれ備える混合分配器３０は、例えば図３および図４にその概略構成を拡大して示すように構成される。即ち、各混合分配機３０は、基本的には流路モジュール３（３ｘ,３ｙ）の主体をなす平板体３１を貫通して設けた、例えば直径０.４ｍｍの貫通孔からなる第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂと、上記流路モジュール３における下流面（上面）側を開放して設けた第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂとを備え、その上面側に穿たれた深さ０.４ｍｍの溝からなる流路（チャネル）３４を介して上記各流体導入口３２ａ,３２ｂと流体導出口３３ａ,３３ｂとを相互に連結した構造を有する。

尚、上記流体導出口３３ａ,３３ｂおよび流路３４は、全体的にはその上端が開放された１つの溝として形成されている。そしてこの溝は、その上面に下層側となる別の流路モジュール３が重ね合わせられとき、開放された上端側が上記下層側の流路モジュール３の下面により塞さがれることで所定の流路断面積の流路３４を形成する。またこの溝の端部は、上記別の流路モジュール３の流体導入口３２ａ,３２ｂが重ね合わせられることで、その上部が開放された流体導出口３３ａ,３３ｂとして機能する。

特にこの混合分配器３０においては、前記流路３４の中央に位置付けられて該流路３４における流体通流方向を定める島状の仕切部３５が設けられている。そして上述した２個の流体導入口３２ａ,３２ｂおよび２個の流出口（溝の端部）３３ａ,３３ｂは、上記仕切部１４を挟んで互いに直交する方向にそれぞれ対称に配置されている。換言すれば上記流路仕切部３５は第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂの間の連通を阻止し、且つ前記第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂの間の直接的な連通を阻止して流路３４を仕切っている。そしてこの仕切部３５を間にして仕切られた流路３４は、途中でその流路断面積を一旦狭めつつ前記第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂと前記第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂとの間をそれぞれ連通させるものとなっている。

尚、ここでは上記流路仕切部３５は円柱形状をなしているが、これに限らず角柱形状や錐形状とすることもできる。また上記混合分配器３０については、微小なドリルやミルを用いた切削加工によって形成可能であるが、更に微小な寸法のものを形成する場合にはエッチング加工を用いることでも実現可能である。
混合分配器３０においては、上述した仕切部３５を中心部に設けて４方向に仕切られた流路３４により、前記第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂからそれぞれ流入した流体が前記第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂに向けてそれぞれ分岐され、分岐した前記各流体は互いに混合されて前記第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂにそれぞれ導かれる。具体的には、２つの流体導入口３２ａ,３２ｂからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂは仕切部３５により２方向に分流され、これらの分流された各流体は流路３４を介して２層の層流（Ａ／２＋Ｂ／２）にそれぞれまとめられて各流体導出口３３ａ,３３ｂにそれぞれ導かれる。従って２つの流体導入口３２ａ,３２ｂａからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂは、２つの流体導出口３３ａ,３３ｂから混合分配された流体（Ａ／２＋Ｂ／２）としてそれぞれ出力されることになる。

尚、前記第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂ、前記第１および第２の流体導出口３３ａ,３３ｂは、図３にその平面配置を示すように前記仕切部３５を中心とする同一円周上に配置されている。そして前述したように第１および第２の流路モジュール３ｘ,３ｙにそれぞれ設けられた混合分配器３０は、その流体導入口３２ａ,３２ｂと流体導出口３３ａ,３３ｂの配置方向を互いに９０°異ならせて設けたものとなっている。即ち、流体導入口３２ａ,３２ｂと流体導出口３３ａ,３３ｂとは互いに同軸にならないように配置されている。これ故、これらの第１および第２の流路モジュール３ｘ,３ｙを順次交互に重ね合わせるだけで、その向きが９０°異なる混合分配器３０が順次１対１に結合される。具体的には図４に示すように上流側の流路モジュール３ｘ（３ｙ）における混合分配器３０の流体導出口３３ａ,３３ｂに対して、この混合分配器３０に１対１に対応する下流側の流路モジュール３ｙ（３ｘ）における混合分配器３０の体流入口３２ａ,３２ｂがそれぞれ連結されることになる。

そしてこの実施形態に係るマイクロ混合器は、上述した第１および第２の流路モジュール３ｘ,３ｙを交互に重ね合わせた複数枚の流路モジュール３₁,３₂,…３_kを前述したプレート体１,２の間に挟み込み、最下層（最上流側）の流路モジュール３₁の流体導入口３２ａ,３２ｂを前記流体注入コネクタ７ａ,７ｂにそれぞれ連結すると共に、最上層（最下流側）の流路モジュール３_kの流体導出口３３ａ,３３ｂを前記流体取り出しコネクタ８に連結し、この状態で前述したボルトおよびナットを用いて積層一体化することで組み立てられる。当然のことながら、流路モジュール３（３₁,３₂,…３_k）の重ね合わせ枚数や混合分配器３０の寸法形状は、原料となる流体および得られる混合物の性状に合わせて適宜変更されるべきものである。

かくして上述したように構成されるマイクロ混合器によれば、複数枚（ｋ枚）の流路モジュール３₁,３₂,…３_kを積層することにより、各流路モジュール３₁,３₂,…３_k（３ｘ,３ｙ）にそれぞれ設けられた混合分配器３０が順次１対１に連結され、これらの混合分配器３０を１列に連ねた流路が形成されることになる。そして一対の流体注入コネクタ７ａ,７ｂからそれぞれ導入された流体Ａ,Ｂは、最上流（最下層）の流路モジュール３₁の混合分配器３０に導かれて分配混合され、これらの分配混合された混合液（Ａ／２＋Ｂ／２，Ａ／２＋Ｂ／２）は更に次層の流路モジュール３₂の混合分配器３０に導かれて分配混合され、このような分配混合が最下流（最上層）の流路モジュール３_kまで順次繰り返されることになる。

特にこのマイクロ混合器は、前述した特許文献１に開示したマイクロ混合器に比較して、複数枚の流路モジュール３₁,３₂,…３_kにそれぞれ設けた混合分配器３０を１対１に対応付けながら順次連結して行くだけなので、その構成が簡単であり、組立性にも優れている。しかも前述したように流体導入口３２ａ,３２ｂおよび流体導出口３３ａ,３３ｂの配置方向を互いに９０°異ならせた２種類の流路モジュール３ｘ,３ｙをそれぞれ複数枚準備し、これらの流路モジュール３ｘ,３ｙを交互に重ね合わせるだけで良いので、その構成の大幅な簡素化を図ることができる。更には流路モジュール３ｘ,３ｙの積層枚数を変えてその全体的な流路長、ひいては混合分配の処理段数を変更することも容易なので、処理目的に応じた仕様のマイクロ混合器を容易に実現することができる等の効果が奏せられる。またマイクロ混合器内部にて各混合分配器３０が直列に接続されて一系統を成しているので、その一系統へ導入された流体は、外部へ排出されるまでに全ての混合分配器を通ることになり流体に対して常に同一の混合作用がなされるので、マイクロ混合器内部にて各混合分配器が並列に接続されているものに比べて、流体を安定的に均一に混合することが可能である。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは全体的に１系統の流路を形成したマイクロ混合器を例に説明したが、前述した流路モジュール３ｘ,３ｙを１枚ずつ積層して構成される２つの混合分配器３０を１つの流路構成単位として用いるようにすれば、その流路構成は特に限定されない。具体的には流路モジュール３ｘ,３ｙを１枚ずつ積層して構成される少なくとも１つの流路構成単位を含むように流路を形成してマイクロ混合器を構成することも可能である。例えば数段階に亘って上記流路構成単位により流体を分配混合した後、その混合液を分岐して加熱等のプロセス処理を加えた後、再度、その混合液を混合して出力するように構成することも可能である。

また前述した流路モジュール３₁,３₂,…３_kについては、例えばアルミニウム（Ａl）材やステンレス鋼等の肉厚の金属を用いて構成することが望ましいが、処理対象とする流体の種類によってはＰＰ（ポリプロピレン）等の合成樹脂材を用いて上記流路モジュール３₁,３₂,…３_kをそれぞれ射出成形して製作することも可能である。この場合、その熱収縮性を考慮して混合分配器３０の寸法精度に起因する作用（特性）が損なわれないようにすべきことは言うまでもない。このようにして流路モジュール３₁,３₂,…３_kを合成樹脂材にて製作すれば、その製作コストを大幅に低減することができるので、いわゆるディスポーザブル化による使い捨てが容易となるので、種々の流体を試行的に混合する場合に好適である等の効果が奏せられる。

また金属板を用いて流路モジュール３₁,３₂,…３_kを構成する場合であっても、例えばプレスによる打ち抜き加工だけで安価に製作することが可能である。この場合には、例えば第５図に示すように中心孔４１とこの中心孔４１を挟んで前記第１および第２の流体導入口３２ａ,３２ｂをなす２つの貫通孔４２ａ,４２ｂとを備えた第１の平板体４３と、この第１の平板体４３に設けられた上記中心孔４１および２つの貫通孔４２ａ,４２ｂとを一括して露出させる切り抜き部４４を備え、前記第１の平板体４３に積層されて前述した流路３４を形成する第２の平板体４５とを準備する。そしてこれらの第１および第２の平板体４３,４５を図６に示すように重ね合わせ、前記前記中心孔４１にシャフト４６を嵌合し、このシャフト４６を前記切り抜き部４４の中心部に位置付けられて前記流路３４を仕切る仕切部３５として機能させるようにすれば良い。

このようにして第１および第２の平板体４３,４５を重ね合わせて切り抜き部４４の一面側を貫通孔４２ａ,４２ｂの形成部位を除いて閉じ、前記中心孔４１にシャフト４６を嵌合すれば該シャフト４６が切り抜き部４４に突出する仕切部３５として機能するので、前述した図４に示した構造と同様な分配混合ユニット３０を実現することができる。特にこのような２枚の平板体４３,４５を用いて分配混合ユニット３０を実現する場合には長尺のシャフト４６を準備し、このシャフト４６に対して前述した２枚の平板体４３,４５を交互に重ねながら、第１の平板体４３の向きを順次９０°ずつ異ならせていくだけで前述した流路を形成するマイクロ混合器を容易に構築することが可能となる。尚、上記の切り抜き部４４は四弁の花形状を呈しているが、これに限らず単なる円形状にすることもできる。その場合、シャフト４６の断面形状を、円形ではなく周方向に凹凸の或る異形状とすることによって流路の断面積に変化をもたせることができる。

特に上述した構造の第１および第２の平板体４３,４５を、例えばプレスによる打ち抜き加工により製作すれば、その製作コストを十分に下げることができるので、マイクロ混合器を安価に提供することが可能となる。この場合、第１および第２の平板体４３,４５を、前述した実施形態に示した平板体３１の半分の厚みとしておけば十分である。但し、プレス加工するに際しては、いわゆるファインブランキング処理により、そのエッジにバリが生じないようにし、且つ打ち抜き寸法精度を十分に確保することが重要である。

また前述した流路モジュール３₁,３₂,…３_kについては、流体に対する耐薬品性を考慮して金（Ａu）やセラミック等を用いて実現することも可能である。また水と油だけを混合するような場合には、これらの水や油によってパッキング材が腐食することがないので、流路モジュール３₁,３₂,…３_kの両面を鏡面仕上げすることに代えて（即ち、通常の面粗度のままで）ゴム製のパッキング材を介在させながら積層することも可能である。また流体導入口３２ａ,３２ｂおよび流体導出口３３ａ,３３ｂの径、流路３４の流路断面積等は、処理対象とする流体の性質（性状）等に応じたものとして設定すれば良いものであり、例えば上記流体導入口３２ａ,３２ｂおよび流体導出口３３ａ,３３ｂの径を０.１ｍｍとして設定することも可能である。

更には混合分配器３０における流体導入口および流体導出口の数については、それぞれが２個ずつある場合を上述したが、これに限るものではない。例えば図７に示すように流体導入口および流体導出口をそれぞれ３個ずつ有する実施形態、或いは図８に示すように流体導入口および流体導出口をそれぞれ４個ずつ有する実施形態も考えられる。即ち、混合分配器３０において流体導入口の数と流体導出口の数とが一致していさえすれば良い。

またここでは流路モジュールの中央に１個の混合分配器を形成したものを例に説明したが、各流路モジュールのそれぞれに複数の混合分配器を形成しても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロ混合器の全体形状を示す外観斜視図。 図１に示すマイクロ混合器を構築するプレート体および流路モジュールの各平面構成を示す図。 流路モジュールに設けられる混合分配器の平面構成を示す図。 流路モジュールに設けられる混合分配器の構成と、積み重ねられた混合分配器が形成する流路を説明するための斜視図。 流路モジュールの別の実施形態を示す図。 図５に示す流路モジュールの組立形態を示す図。 混合分配器の別の実施形態を示す図。 混合分配器の更に別の実施形態を示す図。

符号の説明

１ 下部プレート体
１ａ,１ｂ 横穴
１ｃ,１ｄ 縦穴
１ｅ,１ｆ チャネル溝
１ｇ 隔壁
２ 上部プレート体
２ａ 縦穴
２ｂ チャネル孔
３,３₁,３₂,…３_k 流路モジュール
３ｘ,３ｙ 流路モジュール
５ ボルト
６ ナット
７ａ,７ｂ 流体注入コネクタ
８ 流体取り出しコネクタ
３０ 混合分配器
３１ 平板体
３２ａ,３２ｂ 流体導入口
３３ａ,３３ｂ 流体導出口
３４ 流路
３５ 仕切体
４１ 中心孔
４２ａ,４２ｂ 貫通孔
４３ 平板体
４４ 切り抜き部
４５ 平板体
４６ シャフト

Claims (8)

1. 複数の混合分配器を順に直列に接続して構成されるマイクロ混合器であって、
   前記各混合分配器のそれぞれは、流体を導入するｎ個（ただし、ｎ＞１の整数）の流体導入口と、流体を導出するｎ個の流体導出口とを有すると共に、
   各流体導入口からそれぞれ導入された流体を分岐して少なくとも２つの流体導出口へとそれぞれ導く流路を有し、
   上流側の混合分配器のｎ個の流体導出口を、隣接する下流側の混合分配器のｎ個の流体導入口のそれぞれに各別に接続したことを特徴とするマイクロ混合器。
2. 混合分配器をそれぞれ備えた複数の流路モジュールを順に積層して形成されるマイクロ混合器であって、
   前記各流路モジュールは、少なくとも一部に平板状部分を備え、この平板状部分に前記混合分配器を形成した構造をそれぞれ有し、
   上記各混合分配器のそれぞれは、前記平板状部分の一方の面に開口するｎ個（ただし、ｎ＞１の整数）の流体導入口と、前記平板状部分の他方の面に開口するｎ個の流体導出口と、これらの流体導入口および流体導出口に接続されて上記ｎ個の流体導入口から流入した流体をそれぞれ分岐して前記ｎ個の流体導出口の少なくとも２つに導く流路を形成した構成体からなり、
   前記流体導入口および流体導出口は、前記流路モジュールどうしを積層したとき、一方の流路モジュールのｎ個の流体導出口が他方の流路モジュールのｎ個の流体導入口にそれぞれ各別に合致する位置に設けられることを特徴とするマイクロ混合器。
3. 前記各混合分配器は、前記流体導入口および流体導出口に囲まれた領域中に、それぞれの流路に流路断面積の狭い部分を形成する流路仕切部を備えたものである請求項２に記載のマイクロ混合器。
4. 前記複数の流路モジュールは、それぞれその外形が同一の正４ｎ角形状を有し、
   前記各混合分配器は互いに同一寸法形状を有して前記各流路モジュールの中心にそれぞれ形成され、これらの各混合分配器の前記流体導入口および流体導出口は同一円周上に並ぶ位置に交互に配置されている請求項２または３に記載のマイクロ混合器。
5. 前記各流路モジュールにおける流路は、前記平板状部分の一方の面に穿たれた凹部からなり、
   前記流体導入口は、上記凹部の底面と前記平板状部分の他方の面とに通じる貫通孔として形成され、更に前記流体導出口は、隣接する流路モジュールの流体導入口の位置に合致するように前記凹部の一部に形成されたものである請求項２〜４のいずれかに記載のマイクロ混合器。
6. 前記各流路モジュールにおける流路は、前記平板状部分の一方の面に穿たれた凹部からなり、
   前記流体導出口は、上記凹部の底面と前記平板状部分の他方の面とに通じる貫通孔として形成され、更に前記流体導入口は、隣接する流路モジュールの流体導出口の位置に合致するように前記凹部の一部に形成されたものである請求項２〜４のいずれかに記載のマイクロ混合器。
7. 前記各流路モジュールは、
   中心孔とこの中心孔を挟んで流体導入口をなすｎ個の貫通孔とを備えた第１の平板体と、
   この第１の平板体に設けられた上記中心孔およびｎ個の貫通孔を露出させる切り抜き部を備え、前記第１の平板体に積層されて前記流路を形成する第２の平板体と、
   前記第１の平板体の前記中心孔に嵌合させて設けられて第２の平板体の切り抜き部に挿通されるシャフトと
   を備えて構成される請求項２〜４のいずれかに記載のマイクロ混合器。
8. 前記各流路モジュールの前記混合分配器を形成した平板状部分の表面は鏡面状態に加工されており、積層された複数の流路モジュールにおける上記鏡面加工された表面は、互いに密着して流路を形成するものである請求項２〜４のいずれかに記載のマイクロ混合器。

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