JPWO2013121889A1 - マイクロ流路装置およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体や気体が処理体の外に浸出しにくい構造のマイクロ流路装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】 環状ポリオレフィン樹脂で形成された第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０が接着剤を用いることなく接合されている。プレートの接合部に処理槽２５が形成され、この処理槽２５に処理体４０が収納されている。処理体４０は多孔質体４１とこれを囲む被覆層４２を有している。被覆層４２はプレートと同じ合成樹脂で形成され、被覆層４２と処理槽２５の内面とが接着剤を用いることなく密着して接合されている。流体は、入力通路２６および被覆層４２に形成された浸入口４３から多孔質体４１の内部に注入され、多孔質体４１の内部で拡散しながら混合されまたは反応して、浸出口４４が進出させられる。【選択図】図７

Description

本発明は、本体部に入力通路と出力通路および処理槽が形成されて、処理槽に処理体が収納されたマイクロ流路装置に係り、特に処理体と本体部とを密着させることができるマイクロ流路装置およびその製造装置に関する。

少量の流体を混合しまたは反応させあるいは分離する装置としてマイクロ流路装置が使用されている。

特許文献１に記載されたマイクロリアクタは、筐体の内部に触媒反応部が設けられている。触媒反応部は、触媒活性物質の粉末を成形した成形体で構成され、成形体に多数の連続細孔が形成されている。流入口から反応性物質が供給されると、この反応性物質が多数の連続細孔に分岐して流入し、触媒活性物質と反応させられる。または、前記触媒反応部が、触媒活性物質を保持した多孔質の基体で構成され、流入口から供給された反応性物質が基体の内部に導かれ、触媒活性物質と反応させられる。

特許文献２に記載された化学マイクロデバイスは、基板に複数の流路と反応部が形成され、前記反応部に０．００１〜０．３μｍの孔径のメンブランフィルターが保持されている。この発明は、捕集溶液を反応部に送り、反応部で捕集溶液にＮＯ₂ガスを捕集させるというものである。

特開２００６−１７５３６１号公報 特開２００４−９７９７８号公報

特許文献１に記載されたマイクロリアクタは、連続細孔を有する成形体と筐体との境界部、または多孔質の基体と筐体との境界部の気密性や液密性が考慮されておらず、気体や液体を混合したり反応させようとしたときに、前記境界部に気体や液体が浸出しやすくなり、流体に対する混合や反応の精度が低下する課題がある。

特許文献２に記載された化学マイクロデバイスも、基板とメンブランフィルターとの境界部の気密性や液密性が考慮されておらず、この場合も、流体を混合したり反応させようとしたときに、前記境界部に流体が浸出しやすい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、多孔質体を用いて気体や液体を混合させまたは化学反応させる際に、流体が多孔質体と本体部との間に滲み出る現象を起こりにくくして、混合や反応を効果的に行えるようにしたマイクロ流路装置およびその製造装置を提供することを目的としている。

本発明は、処理槽と、前記処理槽に至る入力通路と、前記処理槽から延びる出力通路とが内部に形成された板状の本体部、および前記処理槽の内部に配置された処理体とが設けられたマイクロ流路装置において、
前記処理体は、多孔質体と前記多孔質体を囲む合成樹脂製の被覆層とを有し、前記被覆層が前記処理槽の内面に密着しており、前記被覆層に、前記入力通路と前記多孔質体とを連通する浸入口と、前記多孔質体と前記出力通路とを連通する浸出口が形成されていることを特徴とするものである。

本発明のマイクロ流路装置の処理体は、多孔質体が合成樹脂層で囲まれて、この合成樹脂層が本体部の内面に密着している。そのため、多孔質体と本体部の内面との気密性や液密性を高めることができ、前記境界部に液や気体が浸出しにくくなって、流体を多孔質体の内部で処理できる確率を向上させることができる。

本発明は、前記被覆層が、前記本体部と同じ合成樹脂材料で形成されていることが好ましい。この構成では被覆層と本体部とを密着させやすくなる。

本発明は、前記多孔質体が、モノリス構造の焼結セラミックスの多孔質体であることが好ましい。結晶セラミックスの多孔質体は加工精度を高くするのに限界があるが、その周囲を合成樹脂製の被覆層で被覆することで、多孔質体と本体部との境界部を被覆層で密着させて、多孔質体の内部で流体の処理が可能になる。また、多孔質体の構造を活かした高精度の流体処理が可能になる。

本発明は、例えば、前記多孔質体が、多孔質シリカである。
本発明は、前記多孔質体が板状であり、板表面に前記浸入口が形成され、板の側面に前記浸出口が形成されているものとして構成できる。または、前記多孔質体は長尺形状であり、その長さ方向に向く一方の端面に前記浸入口が形成され、他方の端面に前記浸出口が形成されているものとして構成できる。

本発明は、前記本体部は、複数の合成樹脂製のプレートで構成され、前記プレートに、前記処理槽ならびに前記入力通路と前記出力通路を構成する穴または凹部が形成されており、
複数のプレートは、接合表面どうしが接着剤を用いることなく密着して接合されているとともに、前記被覆層とプレートとが接着剤を用いることなく密着して接合されているものである。

プレートどうしおよび被覆層とプレートとを接着剤を用いることなく密着して接合させることで、供給される流体が接着剤の影響を受けることを防止できる。

本発明のマイクロ流路装置の製造方法は、本体部を構成する複数の合成樹脂製の本体プレートに、処理槽と、前記処理槽に至る入力通路と、前記処理槽から延びる出力通路とを構成する穴または凹部を形成する工程と、
本体プレートの接合表面に光エネルギーを与えて接合表面を改質する工程と、
多孔質体が合成樹脂製の被覆層で覆われるとともに、前記多孔質体に通じる浸入口と浸出口とが形成された処理体を前記処理槽の内部に設置する工程と、
本体プレートの改質された接合表面どうしを接触させ加熱し且つ加圧して、前記接合表面どうしを接着剤を用いることなく密着させて接合するとともに、前記被覆層の表面をそれぞれの本体パネルに接着剤を用いることなく密着させて接合し、
前記入力通路を前記浸入口に連通させ、前記出力通路を前記浸出口に連通させることを特徴とするものである。

本発明のマイクロ流路装置の製造方法は、前記処理体を、加熱し且つ加圧して成形した後に、前記処理槽の内部に設置することが好ましい。

さらに、本体プレートの改質された接合表面どうしを接触させ加熱し且つ加圧する工程で、前記処理体に圧縮力を与えて、前記被覆層の表面とそれぞれの本体パネルとを接着剤を用いることなく密着させて接合することが好ましい。

本発明のマイクロ流路装置は、本体部の内部に配置された多孔質体と前記本体部の内面との間の気密性や液密性を高め、多孔質体によって流体を効率よく混合したり反応させることが可能になる。

本発明のマイクロ流路装置の製造方法は、本体プレートどうしの接合、および処理体の被覆層と本体プレートとの接合を、接着剤を用いることなく行うことが可能になる。

（Ａ）は本発明の第１の実施の形態のマイクロ流路装置の平面図、（Ｂ）は右側面図、 （Ａ）はマイクロ流路装置の第１の本体プレートを示す平面図、（Ｂ）は右側面図、 （Ａ）はマイクロ流路装置の第２の本体プレートを示す平面図、（Ｂ）は右側面図、 （Ａ）はマイクロ流路装置の第３の本体プレートを示す平面図、（Ｂ）は右側面図、 図４（Ａ）の一部拡大平面図、 マイクロ流路装置を、図１（Ａ）のＶＩ−ＶＩ線で切断した拡大断面図、 マイクロ流路装置を、図１（Ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した拡大断面図、 マイクロ流路装置に用いられる処理体の製造方法を示す説明図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、マイクロ流路装置に用いられる処理体の製造方法を示す説明図、 本発明の第２の実施の形態のマイクロ流路装置を示す平面図、 マイクロ流路装置を、図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断した拡大断面図、 マイクロ流路装置を、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線で切断した拡大断面図、 マイクロ流路装置を、図１０のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切断した拡大断面図、 第２の実施の形態のマイクロ流路装置に用いられる処理体の斜視図、 （Ａ）（Ｂ）は、図１４に示す処理体を実施の形態別に示す断面図、

図１（Ｂ）に示すように、本発明の第１の実施の形態のマイクロ流路装置１は、第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０がその板厚方向に重ねられて本体部が構成されている。

第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレートは、いずれも同じ合成樹脂材料で形成されている。好ましい合成樹脂材料は、薬品に対する耐性を有し且つ蛍光性の低い環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）である。ただし、使用する流体の物性などに応じて前記合成樹脂を自由に選択することが可能である。

第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０は、同じ厚み寸法ｔを有している。厚み寸法ｔは０．３〜３．０ｍｍ程度であり、この実施の形態では厚み寸法ｔが１．０ｍｍである。第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０は共に平面形状が四角形である。

図２（Ａ）に示すように、第１の本体プレート１０は、平面形状が四角形であり、図２（Ｂ）に示すように、接合表面１０ａと外表面１０ｂとを有している。第１の本体プレート１０の四角形の平面の４つの角部に位置決め穴１１が板厚方向に貫通して形成されている。第１の本体プレート１０の図示上方の２箇所に、流入口１２，１３となる穴が板厚方向に貫通して形成されており、図示下方の１箇所に出力通路１４となる穴が板厚方向に貫通して形成されている。

図３（Ａ）に示すように、第２の本体プレート２０は、平面形状が四角形であり、図３（Ｂ）に示すように、第１の接合表面２０ａと第２の接合表面２０ｂを有している。第２の本体プレート２０の四角形の平面の４つの角部に位置決め穴２１が貫通して形成されている。第１の本体プレート１０に形成された位置決め穴１１と第２の本体プレート２０に形成された位置決め穴２１は互いに同じ開口径で且つ同じ配列ピッチで形成されている。

図３（Ａ）に示すように、第２の本体プレート２０には、２つの流入口２２，２３となる穴が板厚方向に貫通して形成されている。第１の本体プレート１０の流入口１２，１３と第２の本体プレート２０の流入口２２，２３は、互いに同じ開口径で且つ同じ配列ピッチで形成されている。

図３（Ａ）と図７に示されているように、第２の本体プレート２０には、第１の接合表面２０ａに開口して第２の接合表面２０ｂに向けて凹状に形成された処理槽２５が形成されている。処理槽２５は第１の接合表面２０ａに開口している開口形状が真円形である。図３（Ａ）および図７に示すように、処理槽２５は円形の底面２５ａと、前記底面２５ａの周縁から立ち上がって第１の接合表面２０ａに向けて開口面積を徐々に広くするテーパ側面２５ｂが形成されている。

処理槽２５の第１の接合表面２０ａからの深さ寸法Ｄは、第２の本体プレート２０の板厚寸法ｔの３０〜８０％の範囲である。この実施の形態では、深さ寸法Ｄが板厚寸法ｔの７０％であり、０．７ｍｍである。

図１と図７に示すように、処理槽２５には、テーパ側面２５ｂの１箇所から半径方向へ延長された出力通路２４が凹状に形成されている。出力通路２４の第１の接合表面２０ａからの深さ寸法ｄは、０．０５〜０．３ｍｍ程度であり、この実施の形態の深さ寸法ｄは０．１ｍｍである。出力通路２４は、第１の本体プレート１０に形成された出力通路１４と連通できる位置に形成されている。

処理槽２５の底面２５ａの真円径の中心に入力通路２６が形成されている。図７に示すように、入力通路２６は、処理槽２５の底面２５ａから第２の接合表面２０ｂまでを貫通する穴である。

図４（Ａ）に示すように、第３の本体プレート３０は、平面形状が四角形であり、図４（Ｂ）に示すように、接合表面３０ａと外表面３０ｂを有している。第３の本体プレート３０の四角形の平面の４つの角部に位置決め穴３１が貫通して形成されている。第１の本体プレート１０に形成された位置決め穴１１ならびに第２の本体プレート２０に形成された位置決め穴２１と、第３の本体プレート３０に形成された位置決め穴３１は、互いに同じ開口径で且つ同じ配列ピッチで形成されている。

図４（Ａ）に示すように、第３の本体プレート３０の接合表面３０ａには、斜めに延びる２つの凹部で形成された流入通路３２，３３が設けられている。一方の流入通路３２の始端３２ａは、第２の本体プレート２０に形成された流入口２２の真下に位置し、他方の流入通路３３の始端３３ａは、第２の本体プレート２０に形成された流入口２３の真下に位置している。

第３の本体プレート３０の接合表面３０ａには、直線的に延びる凹部で形成された入力通路３６が形成されている。入力通路３６の終端３６ａは、第２の本体プレート２０の処理槽２５に通じる前記入力通路２６の真下に対向している。

流入通路３２，３３と入力通路３６の接合表面３０ａからの深さ寸法ｄ（図６、図７参照）は、前記出力通路２４の深さ寸法ｄとおなじである。

図４（Ａ）に示すように、流入通路３２の終端３２ｂと流入通路３３の終端３３ｂおよび入力通路３６の始端３６ｂは、混合通路３５を介して連通されている。図５に拡大して示されているように、混合通路３５は、流入通路３２の終端３２ｂと連続する細路３５ａと、流入通路３３の終端３３ｂと連続する細路３５ｂと、入力通路３６の始端３６ｂと連続する細路３５ｃが、連結部３５ｃにおいて連結されて構成されている。

図７に示すように、第２の本体プレート２０に形成された処理槽２５に、処理体４０が収納されている。処理体４０は、円板形状の多孔質体４１とその周囲を覆う被覆層４２とから構成されている。被覆層４２には、図７において下に向けられている多孔質体４１の板面４１ａの中心に対向する浸入口４３と、多孔質体４１の側面４１ｂに対向する複数の浸出口４４が開口している。

図７に示すように、処理槽２５に処理体４０が収納されると、浸入口４３が、処理槽２５の底面２５ａに形成された入力通路２６に対向する。第２の本体プレート４０に形成された処理層２５の周囲全周に、処理体４０の側面とテーパ部２６ｂの形状によって出力空間２５ｃが形成される。処理体４０に開口している複数の浸出口４４は前記出力空間２５ｃに対向する。

次に、前記マイクロ流路装置１の製造方法を説明する。
環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）で形成された板厚ｔが１．０ｍｍの板材が使用されて、図２に示す第１の本体プレート１０と図３に示す第２の本体プレート２０および図４に示す第３の本体プレート３０が加工される。本体プレート１０，２０，３０の流入口と流出口および入力通路と出力通路ならびに処理槽を構成する凹部や穴は、射出成型やプレス加工で形成されてもよいし、レーザなどで物理的に加工されてもよい。

図８と図９は、処理体４０の製造方法を示している。
多孔質体４１は、液体の混合や化学反応の促進、または流体中の成分の分離を行うためのものであり、要求される処理や使用する流体の種類によってセラミック、高分子など種々のものから選択することができる。特に、モノリス構造の焼結セラミックスの多孔質体は、低い流路損失で高性能の分離、混合ができるために好ましい。特に、全体が一体のシリカゲルで形成されたシリカモノリスが好適であり、例えば、株式会社京都モノテック製のものを用いることができる。図８に示すように、多孔質シリカである多孔質体４１は、直径が１２ｍｍ、厚さ寸法が０．５ｍｍ程度のものが使用される。

図８に示すように、多孔質体４１を覆う被覆層４２は、２枚の合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂによって構成されている。合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂは、第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０に対し加熱且つ加圧処理で接着剤を用いることなく密着して接合できる合成樹脂材料で形成されており、好ましくは、合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂは、第１の本体プレート１０ならびに第２の本体プレート２０の材質と同じ環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）で形成される。合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂは、厚さが１０〜２００μｍのものが複数枚積層されて使用される。

図８に示すように、一方の合成樹脂フィルム４２ａは円形であり、その中心部に浸入口４３が開孔している。他方の合成樹脂フィルム４２ｂも円形であり、円弧形状に沿って複数の浸出口４４が開孔している。

図９（Ａ）に示すように、多孔質体４１は外形の精度を高くするのに限界がある。特に、モノリス構造の焼結セラミックなどの空隙が大きい焼結体では、焼結形状に制約があるため、寸法精度を高めることが困難である。また、焼結体は脆い材料であるため、寸法精度を高めるのが難しい。そのため、円柱状の焼結体を切断してから研磨して円板形状に形成した場合に、多孔質体４１の厚みの精度、板面４１ａ，４１ｃのそれぞれの平面度、ならびに板面４１ａと板面４１ｂとの平行度の精度をあまり高くできない。

そこで、図９（Ｂ）に示すように、多孔質体４１を２枚の合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂの間に挟み込み、図９（Ｃ）に示すように、上下から平板またはプレス型で加圧し且つ加熱して、合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂを上下にやや圧縮させて、合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂの表面を平滑にするとともに、処理体４０の２つの表面４０ａ，４０ｂが互いに平行となるように成形する。

合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂは、多孔質体４１の側面４１ｂの外周で加熱され加圧されて接合させられるので、図９（Ｃ）に示すように、処理体４０の側部に、合成樹脂フィルムが接合されて側面４１ｂから突出した突出部４２ｃが形成される。この突出部４２ｃは切断線Ｌｃにおいて切断されて除去される。

その結果、多孔質体４１の周囲が合成樹脂フィルム４２ａ，４２ｂによる被覆層４２で囲まれた円板形状の処理体４０が完成する。処理体４０は、上下の表面４０ａ，４０ｂが互いに平行であり、被覆層４２に、多孔質体４１の板面４１ａの中心部に対向する浸入口４３と、多孔質体４１の側面４１ｂに対向する多数の浸出口４４が形成されている。

次に、第１の本体プレート１０の接合表面１０ａを改質処理する。この改質出処理では、前記接合表面１０ａに真空紫外光（ＶＵＶ）を照射し、環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）の表面の分子を活性化させる。同様に、第２の本体プレート２０の第１の接合表面２０ａおよび凹状の処理槽２５の内面に、真空紫外光（ＶＵＶ）を照射し、その表面を活性化させる。

図９（Ｃ）の工程で得られた処理体４０を処理槽２５の内部に収納し、第１の本体プレート１０の接合表面１０ａと第２の本体プレート２０の第１の接合表面２０ａとを対面させる。このとき、４本の位置決めピンがそれぞれ４箇所の位置決め穴１１と４箇所の位置決め穴２１に隙間なく挿入されて、位置決め穴１１，２１を基準として第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０とが位置決めされる。本体プレート１０，２０は、９０〜１１０℃の熱を５〜２０分程度与えながら加圧され、両本体プレート１０，２０が接合される。

第１の本体プレート１０の接合表面１０ａと第２の本体プレート２０の第１の接合表面２０ａは、表面が活性化されているので、前記加熱および加圧工程で境界面が相溶状態となり、接着剤を用いることなく密着して強固に接合される。さらに、第１の本体プレート１０の接合表面１０ａと第２の本体プレート２０の処理槽２５の内面が活性化されているため、図７に示すように、処理体４０の一方の表面４０ａに現れている被覆層４２が処理槽２５の底面２５ａに密着して接合され、他方の表面４０ｂに現れている被覆層４２が接合表面１０ａに密着して接合される。

被覆層４２が、第１の本体プレート１０および第２の本体プレート２０と同じ環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）で形成されていると、前記加熱・加圧工程で、被覆層４２が第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０と密着し、その境界部が相溶状態となって、強固に固着される。

図９（Ｃ）に示した処理体４０の表面４０ａと表面４０ｂとの厚さ寸法を、処理槽２５の深さ寸法Ｄよりもやや大きめに形成しておくことで、第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０とが加熱されて加圧されるときに、処理体４０の一方の表面４０ａが処理槽２５の底面２５ａに確実に密着して接合され、他方の表面４０ｂが接合表面１０ａに確実に密着して接合されるようになる。さらに、液処理体４０の２つの表面４０ａ，４０ｂに真空紫外光（ＶＵＶ）を照射し被覆層４２の表面の樹脂の分子を活性化させてから、処理槽２５の内部に収納させると、処理体４０の表面４０ａ，４０ｂを、第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０にさらに強固に密着させて固定できるようになる。

さらに、第２の本体プレート２０の第２の接合表面２０ｂと第３の本体プレート３０の接合表面３０ａに真空紫外光（ＶＵＶ）を照射し、位置決め穴１１，２１に挿入された位置決めピンに、位置決め穴３１を隙間なく挿入させて、第２の本体プレート２０と第３の本体プレート３０とを位置決めし、第３の本体プレート３０の接合表面３０ａを第２の本体プレート２０の第２の接合表面３０ａに加圧し加熱することで、第３の本体プレート３０と第２の本体プレート２０を、接着剤を用いることなく密着させて接合することができる。

なお、第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０のどのプレートどうしを先に接合してもよいし、３枚の本体プレート１０，２０，３０を同時に接合してもよい。

本体部となる第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０とが接合されると、図１（Ａ）と図６に示すように、第１の本体プレート１０の流入口１２と第２の本体プレート２０の流入口２２および第３の本体プレート３０の流入通路３２の始端３２ａとが連通する。同様に、第１の本体プレート１０の流入口１３と第２の本体プレート２０の流入口２３および第３の本体プレート３０の流入通路３３の始端３３ａとが連通する。

図７に示すように、第３の本体プレート３０の入力通路３６の終端３６ａと、第２の本体プレート２０の処理槽２５に通じる入力通路２６とが連通する。また、第１の本体プレート１０の出力通路１４と、第２の本体プレート２０の出力通路２４ならびに出力空間２５ｃとが連通する。

上記のようにして製造されたマイクロ流路装置１は、第１の本体プレート１０の外表面１０ｂに開口する流入口１２と流入口１３から液体や気体などの流体が注入される。このとき流体に注入圧力を与えておくことが好ましい。

図６に示す流入口１２に与えられた流体は、第２の本体プレート２０の流入口２２を通過し、第３の本体プレート３０の流入通路３２に与えられる。同様に、流入口１３に与えられた流体は、第２の本体プレート２０の流入口２３を通過して、第３の本体プレート３０の流入通路３３に与えられる。流入通路３２に供給された流体と、流入通路３３に供給された流体は、図５に示す混合通路３５で混合されて混合流体となって入力通路３６に与えられる。

入力通路３６に与えられた混合流体は、図７に示す入力通路３６から、第２の本体プレート２０に形成された入力通路２６を通過して、処理槽２５に収納されている処理体４０に与えられる。

処理体４０の被覆層４２には、入力通路２６と対向する位置に浸入口４３が開口しているため、混合流体は、浸入口４３から多孔質体４１の内部に供給される。処理体４０の下向きの表面４０ａの被覆層４２は、処理槽２５の底面２５ａに密着して接合され、境界部が気密状態で且つ液密状態である。同様に処理体４０の上向きの表面４０ａの被覆層４２は、第１の本体プレート１０の接合表面１０ａに密着して接合され、境界部が気密状態で且つ液密状態である。よって、浸入口４３に与えられた混合流体は、前記表面４０ａと前記底面２５ａとの境界部および前記表面４０ｂと前記接合表面１０ａとの境界部に滲み出ることなく、ほとんどの流体が、多孔質体４１の内部を通過し、被覆層４２に形成された浸出口４４から、処理槽２５の外周領域である出力空間２５ｃに浸出する。

多孔質体４１では、下向きの板面４１ａの中心部から混合流体が注入され、円板状の多孔質体４１の内部の細孔を通過して放射方向へ拡散しながら移動して、円周面である側面４１ｂから浸出口４４に浸出する。その過程において、混合流体は多孔質体４１の内部でさらに均等に混合され、出力空間２５ｃに浸出する。

出力空間２５ｃに浸出した混合流体は、図７に示す出力通路２４と、第１の本体プレート１０に形成された出力通路１４を経て取り出される。

なお、前記実施の形態では、流入口１２と流入口１３に別々に供給された流体が処理体４０の内部で混合されるが、例えば、処理体４０の多孔質体４１の細孔に触媒や反応物質を保持させ、または多孔質体４１を反応性物質で形成しておくことで、多孔質体４１に供給される単一の流体または混合流体に化学反応を生じさせてもよい。

第１の本体プレート１０と第２の本体プレート２０および第３の本体プレート３０は、接着剤を用いることなく接合され、処理体４０の被覆層４２と第１の本体プレート１０ならびに第２の本体プレート２０も接着剤を用いることなく接合されているため、マイクロ流路装置１の内部に供給されて混合され、反応させられる流体が接着剤の影響を受けることがない。

図１０に示す第２の実施の形態のマイクロ流路装置１０１は、図１１に示すように第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０とが接合された本体部が形成されている。第１の本体プレート１１０の４箇所に位置決め穴１１１が開口し、第２の本体プレート１２０の４箇所に位置決め穴１２１が開口している。位置決め穴１１１，１２１に同じ位置決めピンが挿入されて２つの本体プレート１１０，１２０が位置決めされ、第１の本体プレート１１０の接合表面１１０ａと、第２の本体プレート１２０の接合表面１２０ａが対面して接合される。この接合は、第１の実施の形態と同様に、接合表面１１０ａ，１２０ａに真空赤外光（ＶＵＶ）を照射してプレート表面を活性化させて、接着剤を用いないで接合する。

図１０と図１１に示すように、第１の本体プレート１１０に流入口１１２となる穴と流入口１３となる穴が貫通して形成されている。第１の本体プレート１１０の接合表面１１０ａと第２の本体プレート１２０の接合表面１２０ａに溝（凹部）が形成され、両本体プレートの溝が合わされて流入通路１３２が形成されている。前記流入口１１２は流入通路１３２に連通している。同様に、第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０との接合境界に形成された流入通路１３３が前記流入口１１２に連通している。

図１０と図１２に示すように、第１の本体プレート１１０の接合表面１１０ａと第２の本体プレート１２０の接合表面１２０ａに溝（凹部）が形成され、両本体プレート１１０，１２０の接合部に、それぞれの流入通路１３２，１３３に通じる混合通路１３５、ならびに混合通路１３５から延びる入力通路１３６が形成されている。さらに、両本体プレート１１０，１２０の接合部に凹部が合わされた処理槽１２５が形成されており、入力通路１３６が処理槽１２５に連通している。図１３に示すように、処理槽１２５は断面が真円形状である。

図１２に示すように、第１の本体プレート１１０に出力通路１１４が貫通して形成されており、出力通路１１４が前記処理槽１２５に連通している。

処理槽１２５に処理体１４０が保持されている。図１４に示すように、処理体１４０は円柱体１４３と、円柱体１４３の周囲を囲む被覆層１４２とを有している。

図１５（Ａ）に示す実施の形態では、円柱体１４３が、第１の実施の形態の多孔質体４１と同じ多孔性シリカで形成された円柱状の多孔質体１４１と、前記多孔質体１４１を保持するガラス管１４４と、ガラス管１４４の表面にコーティングされたポリイミドなどのコート層１４５を有している。処理体１４０はコート層１４５の外周面に被覆層１４２が形成されている。

図１５（Ｂ）に示す実施の形態では、円柱体１４３の全体が多孔性シリカで形成された多孔質体１４１であり、多孔質体１４１の周囲に直接に被覆層１４２が形成されている。

図１２と図１４に示すように、処理体１４０は、被覆体１４２の端部の外側で且つ多孔質体１４１の一方の端部が浸入口１４６となり、被覆体１４２の端部の外側で且つ多孔質体１４１の他方の端部が浸出口１４７である。

被覆層１４２は、第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０に、接着剤を用いることなく接合可能な合成樹脂材料のフィルムで形成されている。例えば、第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０が、環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）で形成され、被覆層１４２も同じ環状ポリオレフィン樹脂（ＣＯＰ）のフィルムで形成されている。

図９に示した実施の形態と同様に、処理体１４０は、円柱体１４３を合成樹脂フィルムで巻いた後に、加熱し加圧して外周面が円筒面に近時できるように成形してから処理槽１２５に設置される。または、処理体１４０を成形することなく、そのまま処理槽１２５に設置してもよい。

第１の本体プレート１１０の接合表面１１０ａと第２の本体プレート１２０の接合表面１２０ａに真空紫外光を与える。また、処理体１４０は、被覆層１４２の表面に真空紫外光を与えまたは与えることなく、図１２に示すように、第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０との間の処理槽１２５に挟み込む。そして両プレート１１０，１２０が加熱されて加圧され、第１の本体プレート１１０の接合表面１１０ａと第２の本体プレート１２０の接合表面１２０ａとが接着剤を用いることなく密着して接合されるとともに、処理体１４０の被覆層１４２の表面が、処理槽１２５の内面に接着剤を用いることなく密着して接合される。

被覆層１４２の外周面の直径を、処理槽１２５の内径寸法よりも大きめに形成しておくことで、第１の本体プレート１１０と第２の本体プレート１２０とが加熱されて加圧されるときに、被覆層１４２が圧縮され、その表面と処理槽１２５の内面とがさらに確実に密着できるようになる。

また、図１３に示すように、第１の本体プレート１１０に、処理槽１２５から延長する余剰隙間１２５ａ，１２５ａを形成しておき、圧縮された被覆層１４２の一部がこの余剰隙間１２５ａ，１２５ａの内部に逃げるようにしておくことで、さらに被覆層１４２と処理槽１２５の内面とが密着しやすくなる。なお、前記余剰隙間１２５ａ，１２５ａは、図１２において長さＬの範囲に連続的にまたは不連続に形成される。長さＬは被覆層１４２の軸方向の長さ寸法よりも短く設定されている。

これにより、図１２に示す処理槽１２５のうちの処理体１４０が設置されていない部分のうちの入力側の入力空間１２５ｂと出力側の出力空間１２５ｃとが、多孔質体１４１以外の領域で連通しにくくなる。これにより、入力通路１３６から導入された流体を多孔質体１４１の内部に確実に流入させることができるようになる。

第２の実施の形態のマイクロ流路装置は、流入口１１２と流入口１１３から圧力を与えて供給された流体が、流入通路１３２と流入通路１３３を通過して混合通路１３５で混合され、入力通路１３６から処理槽１２５の入力空間１２５ｂに与えられる。入力空間１２５ｂの混合流体は浸入口１４６から円柱状の多孔質体１４１の内部を通過して混合されあるいは反応させられて、浸出口１４７から処理槽１２５の出力空間１２５ｃに至り、出力通路１１４から取り出される。

前記各実施の形態では、処理体４０，１４０の被覆層４２，１４２がＣＯＰなどの合成樹脂フィルムで形成されているが、例えば、多孔質体４１，１４１の周囲に、溶媒で溶解したＣＯＰ樹脂を塗布し、乾燥させることで、被覆層４２，１４２が形成されてもよい。

１ マイクロ流路装置
１０ 第１の本体プレート
１０ａ 接合表面
１２，１３ 流入口
１４ 出力通路
２０ 第２の本体プレート
２０ａ 第１の接合表面
２０ｂ 第２の接合表面
２２，２３ 流入口
２４ 出力通路
２５ 処理槽
２６ 入力通路
３０ 第３の本体プレート
３０ａ 接合表面
３２，３３ 流入通路
３５ 混合通路
３６ 入力通路
４０ 処理体
４１ 多孔質体
４１ａ 板面
４１ｂ 側面
４２ 被覆層
４２ａ，４２ｂ 合成樹脂フィルム
４３ 浸入口
４４ 浸出口
１１０ 第１の本体プレート
１１０ａ 接合表面
１１２，１１３ 流入口
１１３ 流出口
１１４ 出力通路
１２０ 第２の本体プレート
１２０ａ 接合表面
１２５ 処理槽
１３２，１３３ 流入通路
１３５ 混合流路
１３６ 入力通路
１４０ 処理体
１４１ 多孔質体
１４２ 被覆層

Claims (10)

1. 処理槽と、前記処理槽に至る入力通路と、前記処理槽から延びる出力通路とが内部に形成された板状の本体部、および前記処理槽の内部に配置された処理体とが設けられたマイクロ流路装置において、
   前記処理体は、多孔質体と前記多孔質体を囲む合成樹脂製の被覆層とを有し、前記被覆層が前記処理槽の内面に密着しており、前記被覆層に、前記入力通路と前記多孔質体とを連通する浸入口と、前記多孔質体と前記出力通路とを連通する浸出口が形成されていることを特徴とするマイクロ流路装置。
2. 前記被覆層が、前記本体部と同じ合成樹脂材料で形成されている請求項１記載のマイクロ流路装置。
3. 前記多孔質体が、モノリス構造の焼結セラミックスの多孔質体である請求項１または２記載のマイクロ流路装置。
4. 前記多孔質体が、多孔質シリカである請求項３記載のマイクロ流路装置。
5. 前記多孔質体が板状であり、板表面に前記浸入口が形成され、板の側面に前記浸出口が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ流路装置。
6. 前記多孔質体は長尺形状であり、その長さ方向に向く一方の端面に前記浸入口が形成され、他方の端面に前記浸出口が形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロ流路装置。
7. 前記本体部は、複数の合成樹脂製のプレートで構成され、前記プレートに、前記処理槽ならびに前記入力通路と前記出力通路を構成する穴または凹部が形成されており、
   複数のプレートは、接合表面どうしが接着剤を用いることなく密着して接合されているとともに、前記被覆層とプレートとが接着剤を用いることなく密着して接合されている請求項１ないし５のいずれかに記載のマイクロ流路装置。
8. 本体部を構成する複数の合成樹脂製の本体プレートに、処理槽と、前記処理槽に至る入力通路と、前記処理槽から延びる出力通路とを構成する穴または凹部を形成する工程と、
   本体プレートの接合表面に光エネルギーを与えて接合表面を改質する工程と、
   多孔質体が合成樹脂製の被覆層で覆われるとともに、前記多孔質体に通じる浸入口と浸出口とが形成された処理体を前記処理槽の内部に設置する工程と、
   本体プレートの改質された接合表面どうしを接触させ加熱し且つ加圧して、前記接合表面どうしを接着剤を用いることなく密着させて接合するとともに、前記被覆層の表面をそれぞれの本体パネルに接着剤を用いることなく密着させて接合し、
   前記入力通路を前記浸入口に連通させ、前記出力通路を前記浸出口に連通させることを特徴とするマイクロ流路装置の製造方法。
9. 前記処理体を、加熱し且つ加圧して成形した後に、前記処理槽の内部に設置する請求項８記載のマイクロ流路装置の製造方法。
10. 本体プレートの改質された接合表面どうしを接触させ加熱し且つ加圧する工程で、前記処理体に圧縮力を与えて、前記被覆層の表面とそれぞれの本体パネルとを接着剤を用いることなく密着させて接合する請求項８または９記載のマイクロ流路装置の製造方法。

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