JPH11511689A - 少量液体の混合デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の目的は、非常に少量な液体でも非常に効率的に均質化することができ、また製造が簡単なデバイスを設計することにある。これは次の特徴を備えることによって達成される：デバイスが少なくとも１つの送入チャンネルおよび少なくとも１つの排出チャンネルを備えた混合要素を含み；送入チャンネルからは少なくとも２つのマイクロチャンネルが派生しており、これら全部の派生チャンネルは１つの派生面に横たえられており；これらのマイクロチャンネルは当該派生面に対して90°回転している面において合流要素に導かれており；この混合要素は基板の平坦な表面に配置されており、この平坦な表面はカバリングにより密閉してシールされている。本発明は、混合する液体流を狭いチャンネルに通すことによって混合が行われる液体混合用デバイスに関する。

Description

【発明の詳細な説明】 少量液体の混合デバイス 本発明は、混合する液体を狭いチャンネル（channel）に通して流動させなが ら混合を生じさせる液体混合デバイスに関する。 従来技術において、液体混合デバイスは静的ミキサー（static mixers）また は動的ミキサー（dynamic mixers）の形態で知られている。静的ミキサーは一般 に、内部固定部品（internal fixtures）を備えた管系からなる。流動する液体 の運動エネルギーを利用することによって、液体は特定の流路を通過した後に均 質化される。動的ミキサーは回転する混合手段を備えている。これらの混合手段 は混合エネルギーを混合する物質に導入し、均質化を生じさせる。装置の大きさ が原因して、この型式のミキサーは大量の液体にしか使用できない。しかしなが ら、生じる最終生成物または中間生成物は多くの場合に、このような容積を必要 としない。 反応環境を格別に減少させることによって、少量で使用される物質を混合する ことができる装置を提供する試みがなされている。このようなミキサーは、液体 粒子の拡散原理に従い少量の液体を均質に混合するための静的ミキサーとして動 作する。Ｐroceedings，μ−ＴＡＳ；Ｅnschede 1994；142〜151頁；ＩＳＢＮ 0 −7923−3217−2は、液体が狭いチャンネルを通って流動し、相当する長さの流 路を通過した後に拡散によって混合されるデバイスを開示している。これらの装 置は、圧力損失が大きくおよび効率が悪いという欠点を有することが証明されて いる。 もう一つのデザインの静的ミキサーは、Ｐroceedings，μ−ＴＡＳ；Ｅnsched e 1994；79頁に記載されている。この装置は多数のノズルを備えており、これら のノズルを通し、混合すべき液体が相互に押し込められる。これらのデザインも 、圧力損失が大きくおよび効率が悪いという欠点を有する。 さらにまた、チャンネルが複雑な形状を有するミキサーが知られており、この ミキサーでは、内部固定部品によって、液体の回転及びそれによって生ずる混合 が起こる。このミキサーでは、各混合要素（mixing element）の通過後に、ま た後続の要素の通過後に、好ましくない液体拡散が生じる。この拡散はまた、液 体の機械的分離を導く(Ｐroceedings,μ−ＴＡＳ；Ｅnschede 1994；237〜243頁 )。この少量液体用の公知ミキサーは、構築が非常に複雑であるか、または効率 が非常に悪い。 本発明は、非常に少量の液体でさえも高効率で均質化させることができ、かつ また製造が単純である装置を開示するという目的に基づいている。 本発明に従い、この目的が達成された。本発明のデバイスは、 − 少なくとも１つの送入チャンネル（inlet channel）および少なくとも１ つの排出チャンネル（outlet channel）を備えた、少なくとも１つの混合要素か らなり、 − 送入チャンネルから少なくとも２つのマイクロチャンネル（micro channe l）が派生しており、これらの派生チャンネルは全て、１つの枝分れしてできた 派生している面（branching plane）に横たえられており、 − これらのマイクロチャンネルは合流要素（confluence element）に導かれ ており、流入は１つの上記派生面に対して90°回転して配置されている１つの面 で行われ、そして − 混合要素は基板（substrate）の平滑な表面において配置されていて、こ の基板の平滑な表面はカバリングによって密閉して堅くシールされている。 本発明による装置の好適な態様は、従属項で特定されている。 本発明による装置は非常に少量の液体を高効率に混合するのに適しており、非 常に小さい構造寸法を有する点に特徴を有する。各要素は混合する液体用の、少 なくとも２つの送入チャンネルを備えている。これらのチャンネルは垂直面に、 または水平面に配置することができる。流動方向で、これらのチャンネルは或る 地点、合流要素で出会う。ｎ個の送入チャンネルが水平に位置している場合には 、ｎ個の排出チャンネルはそれぞれ、ｎ個の相違する垂直面で合流要素から派生 している。垂直面にｎ個の送入チャンネルが存在する場合には、ｎ個の排出チャ ンネルはそれぞれ、相違する水平面で合流要素から派生している。次いで、これ らの排出チャンネルは後続の混合要素のための送入チャンネルを形成する。この 全体装置は多数の、しかし少なくとも２つのこれらの要素の相互連結構造体から なる。液体 の混合は、例えば垂直境界層が２種の液体間に発現するような形態で、水平流動 チャンネルを流動する２種の液体が合流地点で相互に出会うことによって達成さ れる。次いで、２つの排出チャンネルが、相互に垂直に配置されている２つの面 で、この合流地点から派生する。これにより、全体流の垂直分離が生じる。第一 の部分流（part−flow）は第一面を流動する。第二の部分流は第二面を流動する 。次の合流点に到達する前に、これら２つの部分流は再度、１つの面に導かれる 。これにより３つの境界層を備えた４つの液体層を有する液体流が、合流地点で 生じる。この合流地点からまた、垂直に配置されている排出チャンネルが派生し ている。これらはまた、１つの面の次の合流地点で開口している。この合流地点 における液体中の境界層の数は７である。 排出チャンネルはそれぞれの場合に、液体の流路が等しい長さを有するか、ま たは流動抵抗値が等しい大きさであるような形態にデザインする。 これらの要素は微小構造体に形成可能な材料を使用して製造する。これらは一 方を他方の次に配置することができ、あるいは一方を他方の上に配置することが できる。後続の要素はいずれか所望の角度で、好ましくは先行要素に対して90° まで回転させて配置することができる。 本発明を、具体的態様を引用してさらに詳細に説明する。添付図面において、 図1aは液体が垂直分離され、かつまた一方の上に他方が存在する水平層形成さ れる混合要素の基本的配置を示している、 図1bは液体が水平分離され、かつまた隣接して垂直層形成される混合要素の基 本的配置を示している、 図２は送入基板プレート、構造形成された基板プレートおよびカバープレート を備えた混合要素の前面を示している、 図３は２つの構造形成された基板からなる混合要素の前面を示している、 図４は２つの構造形成された基板からなり、混合要素の送入口および排出口が 側面に配置されている混合要素の前面を示している、 図５は２つの構造形成された基板からなり、混合要素の送入口および排出口が 上方基板プレートに配置されている混合要素の前面を示している、 図６は３つの構造形成された基板プレートからなる混合要素の前面を示してい る、 図７は全構造体が基板に存在する混合要素の前面を示している、 図８は２種以上の液体を混合するための混合要素であって、２つの構造形成さ れた基板プレートからなり、液体の送入口および排出口が側面に配置されている 混合要素の前面を示している、 図９は２種以上の液体を混合するための混合要素であって、液体の送入口およ び排出口が上方基板プレート上に配置されている混合要素の前面を示している、 図10は３つの基板が一方が他方の裏側に存在するように配置されている、複数 の混合要素の連結可能性を示す平面図である、そして 図11は配置10の部分図を示している。 図1aは、混合要素の基本的配置を図解式に例示するものである。この混合要素 の場合に、均質化する液体は送入口１でマイクロチャンネルを通って混合要素に 送られる。このマイクロチャンネルは分岐点２を備えており、この分岐点からマ イクロチャンネル３および４が派生する。この分岐点２は、仮想垂直線に沿って 液体の分離を生じさせる。この混合要素は、順次何個も配置することができる。 出発地点に配置されている混合要素では、混合される液体の流入が断面領域1.1 および1.2を通して行われる。送入口１、断面領域1.1および1.2、分岐点２およ びマイクロチャンネル3,4は、水平面に位置している。引続くマイクロチャンネ ルは、マイクロチャンネル６がこの面から離れていくような形態で配置する。マ イクロチャンネル５はこの水平面に残される。マイクロチャンネル５および６は 、これらが合流要素７で再度出会うような形態で配置されている。すなわち、２ つのマイクロチャンネル５および６は、相違する面に位置している。これにより 、マイクロチャンネル５および６から流出する液体は、仮想水平線に沿って相互 に重なり合って合流要素７で積層される。液体は合流要素７を通過した後に、も う一つのマイクロチャンネル８中に流動する。このマイクロチャンネル８はその 形状で次の混合要素のための新しい送入口を形成しているか、あるいは最終混合 要素である場合には、このマイクロミキサーの排出口に導かれる。 図1bは、混合要素の基本的配置を図解式に示すものである。この混合要素の場 合には、均質化する液体は送入口１でマイクロチャンネルを通って混合要素に導 か れる。このマイクロチャンネルは分岐点２に開口しており、ここからマイクロチ ャンネル３および４が派生している。この分岐点２において、液体は仮想水平線 に沿って分離される。出発地点に配置されている混合要素の場合には、相違する 液体の流入が断面領域1.1および1.2を通して生じる。この混合要素の場合には、 送入口１、断面領域1.1および1.2およびマイクロチャンネル３および４が２つの 水平面に位置している。この２つの水平面は、形成された開口部を介して分岐点 ２により連結されている。もう一つのマイクロチャンネルの進路では、マイクロ チャンネル４は水平面から離れており、マイクロチャンネル３は水平面に残留し ている。混合チャンネル５および６は、これらが合流要素７で再度出会うような 形態で配置されている。しかしながら、マイクロチャンネル５と６とは両方とも に、同一水平面に存在することから、マイクロチャンネル５および６から流出す る液体は仮想垂直線に沿って合流要素７で隣接して層を形成する。追加のマイク ロチャンネル８をこの合流要素７の下流に配置する。このマイクロチャンネルは その形状で引続く混合要素のための新しい送入口を形成しているか、あるいは引 続く混合要素が最終混合要素である場合には、当該マイクロミキサーの排出口に 導かれる。 図２は平坦な基板10に位置している混合要素を例示している。追加の基板11が この基板10の頂上側の上面に配置されている。この基板11は混合要素への送入口 12および13およびミキサーから出る排出口14を備えている。いずれか所望の数の 混合要素を基板10に配置することができる。送入口12および13の位置およびまた 排出口14の位置は、混合要素の位置に関連して、矢印15a、15bおよび15cで示さ れている。この場合に、このマイクロミキサーの第一混合要素の送入口12および 13は基板11に位置しており、これらの送入口は基板10のマイクロチャンネル16お よび17に直接連結している。この基板10と11とは、密閉シールされた状態で相互 に連結させる。マイクロチャンネル16および17は基板10に隣接して配置する。マ イクロチャンネル16および17を経て供給される液体は、マイクロチャンネル18に 次々に導かれる。マイクロチャンネル16および17から流出する液体流は、連結地 点19で再度出会うが、この連結地点では、マイクロチャンネル16からの液体流は 、相違する水平面にある、マイクロチャンネル18からの液体流とは相違する水平 面にある。連結地点19から出発して、マイクロチャンネル18aか らの液体流は基板10の第二の面で分岐点20まで連続している。２つのマイクロチ ャンネル21および22はまた、分岐点20から派生しており、これによりマイクロチ ャンネル22から出発する液体流は基板10の第二の面に残り、他方マイクロチャン ネル21から出発する液体流はこの水平面から離れて、基板10の第一の水平面でマ イクロチャンネル23中に放出される。この基板10の相違する水平面に位置するマ イクロチャンネル22および23からの２つの液体流は、連結点24で再度出会い、こ の連結点において、チャンネル22から流入する液体流はチャンネル23から流入す る液体流とは相違する水平面に存在する。連結点24から派生するマイクロチャン ネル23aは基板10の第一の面で分岐点25まで連続している。この分岐点25におい て、マイクロチャンネル16a,17aからの２つの液体流が再度生成される。マイク ロチャンネル16aおよび17aは、もう一つの混合要素のための送入口チャンネルで ある。この混合要素が最後の混合要素である場合には、基板10でチャンネル23a に直接連結しているような形態で、基板11に開口部が配置されている。全部の混 合要素の構造体をその上に有する完全基板10は、その下側で、別の基板26により 堅く密閉シールする。 混合要素のもう一つの態様が図３に示されている。この混合要素は、相互に堅 く密閉されて連結している２つの基板30および31により提供される。マイクロチ ャンネル32、33および34は、水平面である基板31の頂上面側に形成する。これら のチャンネルはそれぞれ、基板31に存在する別のチャンネル32、33および34から 分離されている。相違する区分を有するマイクロチャンネル構造体をまた同様に 、水平面である基板30の裏側に形成する。第一区分35では、マイクロチャンネル は直線であるように形成されている。分岐点36は、この区分に隣接している。こ の分岐点36から派生して、２本の新しいマイクロチャンネル37および38を形成す る。この場合には、基板30のマイクロチャンネルは、マイクロチャンネル32、33 の末端がチャンネル35と直接に接触する形態で第二基板31の方向に向ける。さら にまた、マイクロチャンネル37、38の末端は、第二基板31のマイクロチャンネル 34でカバーされる形態で配置する。 基板30の裏側に位置しているマイクロチャンネル39は基板31のチャンネル32お よび33の末端をカバーしている。マイクロチャンネル39は、混合される液体の ための送入面40を有する。この混合要素の排出口は、外側表面42を有するマイク ロチャンネル41とから形成される。 液体入口および液体出口の適当な配置は図４に示されている。第一基板30に位 置しているマイクロチャンネル47および48は、それらの全幅にわたって第二基板 31に存在するマイクロチャンネル53および54をカバーしており、それらの末端は また、基板31のマイクロチャンネル32および33をカバーしている。第一基板30の マイクロチャンネル47および48と一緒になって、第二基板31のマイクロチャンネ ル53および54は、混合される液体のための送入面45および46を形成する。液体出 口は、第一基板30に存在するマイクロチャンネル49と第二基板31に存在するマイ クロチャンネル55とのカバリングによって形成される。この２つのマイクロチャ ンネル49と55とのカバリングによって、共通の出口表面が得られる。液体を接触 させるために、基板30および31からそれらの周囲で密閉されている毛細管をまた 、入口面45および46および出口面50を突き通して形成することができるが、これ は図示されていない。 微量混合要素が外部液体と接触する可能性は、図５に示されている。この基板 30は形成された開口部56を有しており、この開口部は基板31に存在するマイクロ チャンネル32および33の末端をカバーしている。これらの開口部は、混合される 液体の混合要素への流入が可能であるようにデザインする。混合要素の排出口は また、基板30で開口部57により形成される。この場合には、この開口部57は、基 板31でマイクロチャンネル34の末端をカバーしているような形態で配置される。 基板30の表面上に管を配置することができることは図示されていない。これらの 管は、その入口断面が基板の表面に対して平行に配置することができる。 図６によるもう一つの具体的態様では、全部で３つの基板から形成されている 混合要素が示されている。流入チャンネル63および64が、第一基板60に位置して いる。これらの流入チャンネルの末端は、カバリングが生じるような形態で、第 二基板61で２つのマイクロチャンネル区分67および69に向かう流動方向で配置す る。マイクロチャンネル区分67および69は合流要素68中に開口している。合流要 素68はその頂上側が基板60のマイクロチャンネル65によりカバーされており、そ してその裏側は第三基板62のマイクロチャンネル66によりカバーされる。 これらのマイクロチャンネル65および66は、流動方向から見て、これらが第二基 板61でマイクロチャンネル区分70および71と一致するように形成されている。マ イクロチャンネル区分70および71は、合流要素72に開口している。この地点から 出発して、この混合要素は新しいマイクロチャンネル73によりもう一つの混合要 素と接続している。 図７は、構造体全体が基板75上に位置している混合要素を示している。液体用 の送入チャンネル77はこの基板75の上面に配置されている。同一基板75の下面に は、第二の液体用の送入チャンネル76が位置している。これら両方のマイクロチ ャンネルは合流要素78に開口しており、この合流要素78は２つの新しいマイクロ チャンネル79および80がこの基板の下方面から派生しているような形態にデザイ ンされている。この場合に、合流要素78は、基板75の上方面と下方面とを相互に 連結しているような形態にデザインされている。これらのマイクロチャンネルの 一方80は、その先の進路が基板75の下方面に滞まっている。二つ目のマイクロチ ャンネル79は基板75の上方面と下方面との間の開口部81中に開口している。この 開口部81から派生して、新しいマイクロチャンネル82が基板75の上方面に存在す る。マイクロチャンネル82は最終的に、合流要素83中に開口しており、この合流 要素83は合流要素78と同様のデザインを有する。さらに２つのマイクロチャンネ ル80および81が基板の上方面で合流要素83から派生している。この場合に、点線 は混合要素の末端および新しい混合要素への交替を定めている。送入口76および 77は当該混合要素の操作に使用することができる。この場合に、排出口はチャン ネル80および81によって形成される。チャンネル80および81を当該混合要素の送 入口としてデザインすることも可能である。この場合には、当該混合要素の排出 口はチャンネル76および77によって形成される。 図８は２種以上の相違する液体の混合に適する混合要素を示している。マイク ロチャンネル85、86、87および88は液体送入用にデザインされている。これらの チャンネルは、各液体の一方が他方の上にあるような層形成がマイクロチャンネ ル89で生じるような形態で相互に連結している。分岐点90において、これらのマ イクロチャンネルは同数のマイクロチャンネル92に分割され、液体送入部を形成 する。マイクロチャンネル92はそれらの末端でマイクロチャンネル91と相互に連 結している。その出口はマイクロチャンネル93によって形成される。 図９は２種以上の相違する液体を混合できる可能性を示している。液体送入部 93は、混合要素の第二面でマイクロチャンネル94、95および96に連結している。 マイクロチャンネル94、95および96は、それらの末端で混合要素の第一面でチャ ンネル97中に開口している。その一方の末端には分岐点98が位置しており、この 分岐点から、当該混合要素の第二面に少なくとも２本のマイクロチャンネル99お よび100が存在する。当該混合要素からの出口102はマイクロチャンネル101の末 端に配置している。 図10は複数の混合要素の相互連結を示す平面図である。明確にするために、上 方基板は図示されていない。実線103は第一面のマイクロチャンネルの構造を示 している。第二面の構造は点線104で示されている。これらの面間の開口部は、 これら二面からなる構造体のカバリング部分105に位置している。 図11は図10の一部分を示しており、送入開口部107および排出開口部108を備え たカバリング用基板106が示されている。基板11にチャンネル構造体109および開 口部110を明確に見ることができる。組み立てられた基板111の裏側は別の基板11 2によりカバーする。 参考符号のリスト １ 送入口 1.1、1.2 断面領域 ２ 分岐点 ３、４ マイクロチャンネル ５、６ マイクロチャンネル ７ 合流要素 ８ マイクロチャンネル 10、11 基板 12、13 送入口 14 排出口 15a、b、c 矢印 16、17、18 マイクロチャンネル 18a マイクロチャンネル 19 連結地点 20 分岐点 21、22、23 マイクロチャンネル 24 連結地点 25 分岐点 26 基板 30、31 基板 32、33、34 マイクロチャンネル 35 マイクロチャンネルの第一部分 36 分岐点 37、38、39 マイクロチャンネル 40 送入表面 41 マイクロチャンネル 42 排出表面 45、46 送入表面 47、48 マイクロチャンネル 49 カバリング 50 排出表面 53、54 マイクロチャンネル 55 マイクロチャンネル

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月２８日 【補正内容】 Ｐroceedings，μ−ＴＡＳ；Ｅnschede 1994；142〜151頁；ＩＳＢＮ 0−7923 −3217−2は、液体が狭いチャンネルを通って流動し、相当する長さの流路を通 過した後に拡散によって混合されるデバイスを開示している。これらの装置は、 圧力損失が大きくおよび効率が悪いという欠点を有することが証明されている。 もう一つのデザインの静的ミキサーは、Ｐroceedings，μ−ＴＡＳ；Ｅnsched e 1994；79頁に記載されている。この装置は多数のノズルを備えており、これら のノズルを通し、混合すべき液体が相互に押し込められる。これらのデザインも 、圧力損失が大きくおよび効率が悪いという欠点を有する。 さらにまた、チャンネルが複雑な形状を有するミキサーが知られており、この ミキサーでは、内部固定部品によって、液体の回転及びそれによって生ずる混合 が起こる。このミキサーでは、各混合要素（mixing element）の通過後に、また 後続の要素の通過後に、好ましくない液体拡散が生じる。この拡散はまた、液体 の機械的分離を導く(Ｐroceedings,μ−ＴＡＳ；Ｅnschede 1994；237〜243頁) 。この少量液体用の公知ミキサーは、構築が非常に複雑であるか、または効率が 非常に悪い。 粘性の高分子物質の混合物または溶液の混合に適する静的ミキサーの特定の態 様が、ＥＰ 0 495 169 Ａ1に記載されている。このミキサーは比較的薄いプレー トを有しており、これらのプレートは一方が他方の上に直接配置されており、か つまた開口部および液体流を分割させるためのチャンネルを備えていて、これに より液体流は相違する方向に導かれ、引続いて排出口で再度合流される。 ＵＳ−Ａ−4,971,450では、その送入口が１つの面に隣接して存在する相違す る管の開口部中に液体を供給することによって混合が行われる。これらの管は、 排出口が再度、１つの面に隣接して存在するような形態で短路で伸びているが、 この面は送入面に対して垂直に配置されている。このような２つの装置を、一方 が他方の裏側にあるような形態で配置した場合に、液体の混合は各要素間に生じ る空間の移動地点で行われる。 顆粒状物質の混合用装置が公開Ｆr−Ａ−2,262,552に記載されている。この装 置は、一方が他方の次に存在するように連結されている複数の要素からなり、各 要素がそれぞれ、２つの管から形成されており、これらの管はその長さ方向で相 互 に回転されており、同時に、その横断面が中間部分では、矩形の横断面が正方形 の横断面になり、かつまたその末端では、再度矩形横断面になるように変えられ るている。一方、その出発点では、２つの管が相互に接触して、内側で共通の縁 端を形成しており、これらの管は矩形断面部分の高さでその１つの曲がり角での み相互に接触している。ここからこれらの管は、２つの矩形部分がその末端で相 互に再度出会うように、連続的に変化するその断面をもって相互に先まで通じて いる。しかしながら、その共通の縁端部は元のものに対して垂直に配置されてい る。混合要素に入ると、混合された生成物はその縁端部で分離され、 少なくとも１つの送入チャンネルおよび少なくとも１つの排出チャンネルを備え た、少なくとも１つの混合要素（mixing element）からなり、 − 送入チャンネルから少なくとも２つのマイクロチャンネルが派生しており 、これらの派生チャンネルは全部が、１つの分離して派生している面に横たえら れており、 − これらのマイクロチャンネルは合流要素（confluence element）に導かれ ており、流入は１つの上記派生面に対して90°まで回転して配置されている１つ の面で行われ、そして − 混合要素は基板の平面に配置されていて、この基板の平面はカバリングに よって密閉して堅くシールされている。 本発明による装置の有利な詳細は、従属項で特定されている。 本発明によるデバイスは非常に少量の液体を高効率をもって混合するのに適し ており、非常に小さい構造寸法を有する点で際立っている。特別の態様では、各 要素が混合する液体用の、少なくとも２つの送入チャンネルを備えている。これ らのチャンネルは垂直面に、または水平面に配置することができる。流動方向で 、これらのチャンネルは或る地点、合流要素で出会う。ｎ個の送入チャンネルが 水平に位置している場合には、ｎ個の排出チャンネルはそれぞれ、ｎ個の相違す る垂直面で合流要素から派生している。垂直面にｎ個の送入チャンネルが存在す る場合には、ｎ個の排出チャンネルはそれぞれ、水平面で合流要素から派生して いる。 次いで、これらの排出チャンネルは後続の混合要素のための送入チャンネルを 再び形成する。この総合集成装置は多数の、しかし少なくとも２つのこれらの要 素の相互連結構造体からなることができる。液体の混合は、例えば垂直境界層が ２種の液体間に発現するような形態で、水平流動チャンネルを流動する２種の液 体が合流地点で相互に出会うことによって達成される。次いで、２つの排出チャ ンネルが、相互に垂直に配置されている２つの面で、この合流地点から派生する 。これにより全体流の垂直分離が生じる。第一の部分流は第一面を流動する。第 二の部分流は第二面を流動する。次の合流点に到達する前に、これら２つの部分 流は再度、１つの面に導かれる。これにより３つの境界層を備えた４つの液体層 を有する液体流が、合流地点で生じる。この合流地点からまた、垂直に配置され ている排出チャンネルが派生している。これらはまた、１つの面の次の合流地点 で開口している。この合流地点における液体中の境界層の数は７である。 排出チャンネルはそれぞれの場合に、液体の流路が等しい長さを有するか、ま たは流動抵抗値が等しい大きさであるような形態にデザインする。これらの要素 は微小構造体に形成可能な材料を使用して製造する。それらの製造は好ましくは 、微細技術を用いて、基板材料として単結晶シリコーンまたは構造用ガラスを加 工することによって行われ、詳細には、マイクロチャンネルおよび開口部はミク ロ構造形成法、例えば化学エッチッング法、レーザー構造形成法、写真式形成法 、サンドブラストなどによって、シリコーンを用いて形成される。図２〜11から 見ることができるように、広く種々の形態の本発明による装置をこの方法で形成 された複数個の基板を組み合わせることによって形成することができる。この場 合に、各基板の間に中間層を配置することができ、この中間層は各面間を連絡す るための開口部を備えている。さらにまた、本発明によるこのようなデバイスは 、シリコーンまたはガラスのカバリングを備えていてもよい。各混合要素は一方 を他方の次に配置することができ、あるいは一方を他方の上に配置することがで きる。後続の要素はいずれか所望の角度で、好ましくは先行要素に対して90°ま で回転させて配置することができる。 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年５月９日 【補正内容】 別々に連続し、次いで90°まで回転され、これにより線または縁端部でその分離 線に対して垂直の方向に向かって再度一緒に導かれる。この操作が後続の要素で 反復されるので、混合プロセスは相互に対して90°まで回転した面における薄い 隣接層の一定の分離および合同流動によるものと考えられる。これらの混合要素 のデザインは、微細規模にまで減少させることはできない。 ２種の液体の混合装置がＦＲ−Ａ1−2,407,019により開示されており、この装 置は非常に少量の液体の混合を可能にする。開示されている装置は、２つのチャ ンネルが刻み込まれている下方の平坦なプレートからなり、これらのチャンネル は短い経路の後に再度分離するため、相互に対向して伸びており、或る地点で合 体し、チャンネルの形態で連続して伸び、次いで分裂したループ（lobed loop） まで伸びた後に、再度合体して、チャンネルを形成する。この共通チャンネルの 分裂したループにおける反復分離の後に、この混合装置はチャンネルで終了して いる。混合される２種の液体はシール可能な上方プレートの開口部を通して相互 に対向して伸びている２つのチャンネルに導入され、得られる液体混合物は当該 混合装置のチャンネルの末端に隣接する上方プレートの開口部を通して排出され る。この上部面および下部面は金属ブッシュにより一体に保持されている。この 装置は少量の非常に低粘度の液体の塗布に適している。これに対して、高粘度の 液体では問題が生じる。 本発明は、非常に少量の液体でさえも高効率で均質化させることができ、かつ また製造が単純である装置を開示するという目的に基づいている。 本発明に従い、この目的が達成された。本発明のデバイスは、 本発明による目的はまた、液体の少なくとも２つの分離している均質な部分流 が、ここに記載のとおりの本発明によるデバイスに一緒に導入され、狭いチャン ネルを通過する時に、 ａ）２つまたは３つ以上の部分流に分離され、 ｂ）この部分流が合流要素で再度合体され、先行の分離に際して、隣接して存 在する部分流が一方が他方の上にあるように層を形成する形態で、１つの液体流 を生成し、 ｃ）必要に応じて、一方が他方の裏側にあるような形態で連結する１個または 複数個の混合要素で、この段階ａ）およびｂ）が反復して行われ高効率の混合が 達成される、 という、２種または３種以上の液体混合方法によって達成される。 請求の範囲 １．混合する液体を狭いチャンネルに通して流動させながら混合を生じさせる液 体混合デバイスであって、 −少なくとも１つの送入チャンネルおよび少なくとも１つの排出チャンネルを 備えた、少なくとも１つの混合要素からなり、 −送入チャンネルから少なくとも２つのマイクロチャンネルが派生しており、 これらの派生チャンネルは全部が、１つの分離して派生している面に存在してお り、 −これらのマイクロチャンネルは合流要素に導かれ、流入は１つの上記派生面 に対して90°まで回転して配置されている１つの面で行われ、そして −混合要素は基板の平面に配置されていて、この基板の平面はカバリングによ って密閉して堅くシールされている、 ことを特徴とする液体混合デバイス。 ２．排出チャンネルおよび送入チャンネルは、相互に平行にある相違する面を伸 びており、かつまた各面間の開口部を経て相互に連結していることを特徴とする 、請求項１に記載のデバイス。 ３．連結チャンネルによりそれぞれ形成されている合流要素において、後続の面 に対して開口部が派生しており、かつまた新しい混合チャンネルが上記開口部か ら派生していることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。 ４．合流要素から派生している排出チャンネルが同一の流動抵抗値を有すること を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。 ５．多くの混合要素が順次配置されており、後続の混合要素がそれぞれ、先行混 合要素に対して回転して配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいず れか１項に記載のデバイス。 ６．後続の混合要素が先行混合要素に対して９０°まで回転して配置されている ことを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。 ７．カバリングがシリコーンまたはガラスからなることを特徴とする、請求項１ 〜６のいずれか１項に記載のデバイス。 ８．相違する面のマイクロチャンネルが別々の基板上に位置していることを特徴 とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。 ９．各面間を連絡するための開口部を備えた基板の間に、中間層が位置している ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。 １０．基板材料が微細技術によって構造形成される単結晶シリコーンまたは構造 用ガラスであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイ ス。 １１．マイクロチャンネルおよび開口部が微細構造形成法、例えば化学エッチッ ング法、レーザー構造形成法、写真式形成法、サンドブラストなどによって形成 されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。 １２．２種または３種以上の液体を混合する方法であって、少なくとも２つの分 離している均質な部分流を、請求項１〜１１に記載の装置に一緒に導入し、狭い チャンネルを通過する時点で、 ａ）２つまたは３つ以上の部分流に分離させ、 ｂ）この部分流が合流要素で再度合体され、先行の分離に際して、隣接して存 在する部分流が一方が他方の上にあるように層を形成するような形態で、１つの 液体流を生成させ、 ｃ）必要に応じて、一方が他方の裏側にあるような形態で連結する１個または 複数個の混合要素で、この段階ａ）およびｂ）を反復して行うことによって高効 率の混合を達成する、 ことを特徴とする方法。 １３．請求項１２に記載の方法を行うための請求項１〜１１に記載のデバイスの 使用。 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月２０日 【補正内容】 請求の範囲 １．混合する液体をマイクロチャンネルに通して流動させながら混合を生じさせ る少量液体混合デバイスであって、 −該デバイスは、少なくとも１つの送入チャンネルおよび少なくとも１つの排 出チャンネルを備えた、少なくとも１つの混合要素からなり、 −液体送入流が複数である場合には、送入チャンネルがこのチャンネルの区分 により形成され、ここで混合される液体の流入流が合体され、これらの流入流は 、これらが一緒に導入された時点で、仮想境界面が生じるような形態で配置され 、 −この送入チャンネルから、少なくとも２つのマイクロチャンネルが派生して おり、ここを通してマイクロチャンネル液体部分流が流動し、 −この派生するマイクロチャンネルは、液体部分流の層が相互に上下に、また は隣接して層を形成することによって、１つまたは２つ以上の仮想境界層が形成 されるような形態で送入要素に再び導かれ、この仮想境界層は液体流が部分流に 分離された時点で得られる仮想境界面（１つまたは２つ以上）に対して垂直で存 在し、 −この仮想液体層の数は、少なくとも２つのマイクロチャンネル中への派生、 引続く液体部分流の相互に上下のまたは隣接する層形成によって、少なくとも二 重であり、 −１つまたは２つ以上の混合要素は平坦な基板に配置されており、この基板の 表面は、送入口および排出口を除いて、必要に応じてカバリングにより密閉シー ルされており、あるいは１つまたは２つ以上の混合要素は相互に連結している複 数の平坦な基板に配置されており、この基板の外表面は、送入口および排出口を 除いて、必要に応じてカバリングにより密閉シールされている、 ことを特徴とする前記デバイス。 ２．排出チャンネルおよび送入チャンネルは、相互に平行にある相違する面を伸 びており、かつまた各面間の開口部を経て相互に連結していることを特徴とする 、請求項１に記載のデバイス。 ３．連結チャンネルによりそれぞれ形成されている合流要素において、後続の面 に対して開口部が派生しており、かつまた新しい混合チャンネルが上記開口部か ら派生していることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。 ４．合流要素から派生している排出チャンネルが同一の流動抵抗値を有すること を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。 ５．多くの混合要素が順次配置されており、後続の混合要素がそれぞれ、先行混 合要素に対して回転して配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいず れか１項に記載のデバイス。 ６．後続の混合要素が先行混合要素に対して９０°まで回転して配置されている ことを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。 ７．カバリングがシリコーンまたはガラスからなることを特徴とする、請求項１ 〜６のいずれか１項に記載のデバイス。 ８．相違する面のマイクロチャンネルが別々の基板上に位置していることを特徴 とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。 ９．各面間を連絡するための開口部を備えた基板の間に、中間層が位置している ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか1項に記載のデバイス。 １０．基板材料が微細技術によって構造形成される単結晶シリコーンまたは構造 用ガラスであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイ ス。 １１．マイクロチャンネルおよび開口部が微細構造形成法、例えば化学エッチッ ング法、レーザー構造形成法、写真式形成法、サンドブラストなどによって形成 されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のデバイス。 １２．２種または３種以上の液体を混合する方法であって、少なくとも２つの分 離している均質な部分流を、請求項１〜１１に記載の装置に一緒に導入し、狭い チャンネルを通過する時点で、 ａ）２つまたは３つ以上の部分流に分離させ、 ｂ）この部分流が合流要素で再度合体され、先行の分離に際して、隣接して存 在する部分流が一方が他方の上にあるように層を形成するような形態で、１ つの液体流を生成させ、 ｃ）必要に応じて、一方が他方の裏側にあるような形態で連結する１個または 複数個の混合要素で、この段階ａ）およびｂ）を反復して行うことによって高効 率の混合を達成する、 ことを特徴とする方法。 １３．請求項１２に記載の方法を行うための請求項１〜１１に記載のデバイスの 使用。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．混合する液体を狭いチャンネルに通して流動させながら混合を生じさせる液 体混合デバイスであって、 −少なくとも１つの送入チャンネルおよび少なくとも１つの排出チャンネルを 備えた、少なくとも１つの混合要素からなり、 −送入チャンネルから少なくとも２つのマイクロチャンネルが派生しており、 これらの派生チャンネルは全部が、１つの分離して派生している面に存在してお り、 −これらのマイクロチャンネルは合流要素に導かれ、流入は１つの上記派生面 に対して90°まで回転して配置されている１つの面で行われ、そして −混合要素は基板の平面に配置されていて、この基板の平面はカバリングによ って密閉して堅くシールされている、 ことを特徴とする液体混合デバイス。 ２．排出チャンネルが送入チャンネルの面に対して平行の面を縦走しており、そ してこれら２面間の開口部を経て送入チャンネルの面に逆戻りしていることを特 徴とする、請求項１に記載のデバイス。 ３．合流要素において、後続の面に対して開口部が派生しており、この開口部は 上記面上に位置する連結チャンネルにより形成されており、かつまた新しい混合 チャンネルが上記開口部から派生していることを特徴とする、請求項１または２ に記載のデバイス。 ４．合流要素から派生している排出チャンネルが同一の流動抵抗値を有すること を特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。 ５．多くの混合要素が１つの面に順次配置されており、後続の混合要素がそれぞ れ、先行混合要素に対して回転して配置されていることを特徴とする、請求項１ 〜４のいずれか１項に記載のデバイス。 ６．後続の混合要素が先行混合要素に対して90°まで回転して配置されているこ とを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。 ７．カバリングがシリコーンまたはガラスからなることを特徴とする、請求項１ 〜 ６のいずれか１項に記載のデバイス。 ８．各面のマイクロチャンネルが別々の基板上に位置していることを特徴とする 、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。 ９．各面間を連絡するための開口部を備えた基板の間に、中間層が位置している ことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。 １０．基板材料が微細技術によって構造形成される単結晶シリコーンまたは構造 用ガラスであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のデバイ ス。 １１．マイクロチャンネルおよび開口部が化学エッチッング法、レーザー構造形 成法、写真式形成法、サンドブラストなどの微細構造形成法によって形成される ことを特徴とする、請求項１〜10のいずれか１項に記載のデバイス。