WO2020039860A1 - 流路を有する構造体、およびその製造方法 - Google Patents

流路を有する構造体、およびその製造方法 Download PDF

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WO2020039860A1
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powder
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齋藤　宏
安居　伸浩
香菜子 大志万
久保田　純
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キヤノン株式会社
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a structure having a flow path and a method for manufacturing the same.
  • Microchannels are used to react, separate, purify, heat exchange, and detect substances in fluids. In order to efficiently achieve the above various purposes and to stably obtain a homogeneous target product, it is necessary to increase the rectification in the flow channel.
  • Patent Document 1 discloses a device provided with a microchannel having a semicircular cross section. From the viewpoint of rectification of the liquid flowing through the flow channel, it is preferable that the cross section of the micro flow channel has a shape having a symmetric curve such as a circle or an ellipse.
  • microchannels manufactured for industrial purposes are generally manufactured by laminating a plurality of substrates. .
  • a channel can be manufactured at low cost by providing a groove in one of a plurality of base materials and bonding the flat surface of the other base material to cover the groove. Therefore, as in Patent Literature 1, the cross section of the flow path often has a semicircular shape.
  • the connecting part between the curved surface and the flat surface matches the bonding surface of the base material and the flow path is narrow, so stress due to fluid is concentrated It is easy to do. Therefore, cracks may be formed in the connection between the curved surface and the flat surface due to the deterioration, and the fluid may leak out.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and has a structure including a microchannel having excellent rectifying properties and durability by integrally manufacturing a plurality of substrates instead of laminating a plurality of substrates.
  • the purpose is to provide the body.
  • the structure of the present invention for solving the above problems is a structure having a flow path therein,
  • the cross section of the flow path has a shape in which a region surrounded by a line segment and a substantially elliptic curve is connected to a triangular region having the line segment as a base,
  • a region surrounded by the line segment and the substantially elliptic curve is a semi-ellipse or more, and a base angle of the triangular region is 45 degrees or more.
  • FIG. 1A It is a figure showing the whole structure of the present invention. It is a figure which shows the cross section in AA 'of FIG. 1A. It is a figure showing the example of the suitable section shape of the channel which the structure of the invention has. It is a figure showing the example of the suitable section shape of the channel which the structure of the invention has. It is sectional drawing of the structure which has several flow paths concerning this invention. It is sectional drawing of the structure which has the some flow path of the comparative example. It is a schematic sectional drawing explaining the manufacturing method of the structure using a powder bed system, and is a figure which shows the state which mounted the powder on the base.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing explaining the manufacturing method of the structure using the cladding method, Comprising: It is a figure which shows the state which irradiates an energy beam to the area
  • FIG. 9 is a diagram showing a process of forming a portion of the structure without a flow path by laser irradiation in Examples 1 to 34.
  • FIG. 9 is a diagram showing a process of forming a portion of the structure without a flow path by laser irradiation in Examples 1 to 34.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a process of forming a flow channel by laser irradiation in Examples 1 to 34, and is a diagram illustrating a state in which the vicinity of the bottom of a substantially elliptical portion of the flow channel is formed.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a process of forming a flow channel by laser irradiation in Examples 1 to 34, and illustrates a state where a portion having a certain height of an elliptical portion of the flow channel is formed.
  • FIG. 7 is a view showing a process of forming a flow path by laser irradiation in Examples 1 to 34, and is a view showing a state where a triangular portion of the flow path is formed.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a process of forming a flow channel by laser irradiation in Examples 1 to 34, and is a diagram illustrating a state where a certain height portion of a triangular portion of the flow channel is formed.
  • FIG. 7 is a view showing a process of forming a flow path by laser irradiation in Examples 1 to 34, and is a view showing a state where a triangular portion of the flow path is formed.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a process of
  • FIG. 35 is a diagram illustrating a process of forming a channel by laser irradiation in Examples 1 to 34, and illustrates a state where a portion not including the channel is formed.
  • FIG. 37 is a diagram showing a structure having a plurality of microchannels manufactured in Example 35.
  • FIG. 37 is a diagram showing a structure having a plurality of microchannels manufactured in Example 35.
  • FIG. 37 is a diagram illustrating a structure having a plurality of microchannels created as a comparative example of Example 35.
  • FIG. 35 is an overall view of a structure having a T-shaped microchannel manufactured in Examples 36 to 39. It is the figure which looked at the flow path provided in the structure of Drawing 11A from the upper surface.
  • the structure of the present invention is a structure having a flow path therein. Such a structure can be used for various uses such as a chemical reaction and heat exchange.
  • the flow path may have a turn or a branch, and may be one or more.
  • “One flow path” in the present invention refers to a flow path that is independent of other flow paths inside the structure. For example, even if it branches in the middle, if it is connected to each other, it is one flow path.
  • FIG. 1 shows an example of a structure having a microchannel.
  • FIG. 1A is an overall view of the structure 10.
  • the microchannel 11 inside the structure 10 is visualized for convenience of explanation.
  • FIG. 1B is a diagram showing a cross section taken along line AA ′ of FIG. 1A.
  • the micro flow channel (hereinafter sometimes simply referred to as a flow channel) 11 has a structure communicating with the outside of the structure 10 as shown in FIG. 1A. If necessary, the flow path may be branched midway.
  • the surface of the structure 10 is preferably provided with one or more supply ports 12A for supplying the fluid flowing through the micro flow channel 11 from the outside and one or more discharge ports 12B for discharging the fluid to the outside.
  • the longer the flow path length L of the micro flow path 11 is, the longer the time that the fluid stays in the flow path becomes, and the time for the chemical reaction and heat exchange can be sufficiently secured.
  • the flow path length L refers to the total length of the flow path from the supply port 12A to the discharge port 12B, and when the flow path 11 branches or joins in the middle, the flow paths communicating with each other The length of the flow path from the supply port 12A to the discharge port 12B in the path is the longest.
  • the microchannels 11 are provided inside the structure so as to be parallel to each other except for the folded portion as shown in FIG. 1A.
  • the interval P between the flow paths provided in parallel is preferably 10 mm or less, more preferably 5 mm or less. Further, it is preferable that the interval P is 0.3 mm or more, since sufficient strength as a structure can be obtained.
  • the structure 10 can be appropriately selected from materials such as ceramics, metal, and resin according to the application. Above all, ceramic materials have better chemical resistance and heat resistance than other materials such as metals and resins, so a structure made of ceramic materials can realize microchannels that can be used under various conditions. It is preferable because it is possible.
  • Ceramics means solid inorganic compounds (excluding metals).
  • the term “inorganic compound” refers to an oxide or nitride containing at least one element selected from an element group in which antimony and bismuth are added to elements of Groups 1 to 14 except for hydrogen. , Oxynitride, carbide, or boride.
  • the structure mainly include at least one component selected from aluminum oxide, zirconium oxide, and silicon carbide.
  • the main component refers to a component that accounts for 50 mol% or more of the material composition of the structure 10.
  • the structure 10 according to the present invention is made of ceramics, it is not necessary that all of the structure be crystalline, and a part of the structure 10 may be made of amorphous or the like. In order to improve the corrosion resistance of the structure 10, the liquid contact part is preferably crystalline.
  • FIG. 2 shows a preferred example of a cross section of the flow path of the structure 10 of the present invention in a direction crossing the direction in which the flow path extends and in which the area product of the flow path is minimized.
  • the hatched area in FIG. 2 indicates the cross-sectional shape of the flow channel.
  • the line surrounding the hatched area in FIG. 2 corresponds to the wall surface of the structure 10 facing the flow path.
  • the flow path includes a region (hereinafter, referred to as an elliptical portion) 21 surrounded by a substantially elliptic curve and a line segment g, and a triangular region (hereinafter, referred to as a triangular portion) having the line segment g as a base. And has a shape that connects
  • the elliptical shape part 21 is a semi-ellipse or more.
  • the cross-sectional shape of the flow path includes a semi-elliptical shape of the major axis a.
  • the cross section of the flow channel may be the shape of a hole that appears when the micro flow channel is cut perpendicular to the flow direction of the fluid.
  • Semi-ellipse refers to a half-ellipse shape obtained by dividing an ellipse along its long axis.
  • a substantially elliptic curve is a relative error obtained by dividing a distance (error r) between a certain curve and an approximated elliptic curve by a major axis a of the elliptic curve when a certain curve is approximated as a part of an ellipse. , 20% or less.
  • An approximate ellipse is a representation that includes an ellipse. Also, the ellipse includes a circle.
  • the approximate curve of the curved part by the ellipse can be obtained, for example, by observing the cross section of the microchannel with an optical microscope, extracting the edge of the curved part by image processing, and fitting the ellipse using the least squares method.
  • the relative error obtained by dividing the error r between the edge-extracted curve portion and the approximate curve by the major axis a is preferably 15% or less, and more preferably 10% or less.
  • a semi-ellipse is a cross-sectional shape in which the pressure of the fluid is less likely to concentrate on a part of the inner wall. Therefore, when the cross section of the flow path includes a semi-elliptical shape, destruction due to stress concentration can be reduced.
  • a semi-elliptical approximate curve may be simply referred to as a semi-ellipse.
  • the cross section of the flow path 11 includes a semicircular shape. It is more preferable because the flow rate can be increased at the same flow rate as compared with the case where the semi-elliptical shape having the major axis having the same length as the semi-circular diameter is included.
  • Sectional area S of the flow path having the structures of the present invention when the major axis of the substantially elliptical curve and a, satisfy the relationship ⁇ a 2/8 ⁇ S ⁇ ( 3 ⁇ + 6) a 2/16.
  • the major axis a may be referred to as the major axis of the elliptical portion 21.
  • the cross-sectional area S of the flow path is greater than? Pa 2/8, the channel cross section is, than the flow path including a semi-circular shape of diameter a, can flow more fluid at the same flow rate. In terms of increasing the flow rate, S is more preferably greater than 1.5 ⁇ ⁇ a 2/8.
  • Sectional area S of the flow path (3 ⁇ + 6) a 2/ 16 is not more than sufficient rectification can be obtained.
  • the diameter of a circle having the same area as the sectional area S is defined as an equivalent diameter c.
  • S is a (3 ⁇ + 6) a 2/ 16 or less, the difference between the major axis a of the equivalent diameter c and elliptical portion is reduced, it is possible to obtain a good rectifying properties. More preferred S is 0.97 ⁇ (3 ⁇ + 6) a 2/16 or less.
  • the major axis a of the semi-ellipse is preferably 0.5 mm or more and 3.5 mm or less. More preferably, it is 0.8 mm or more and 3.2 mm or less.
  • the major axis a becomes small, the influence of the temperature and flow rate of the fluid tends to be large for various purposes such as reaction, separation, purification, heat exchange, and detection.
  • the resulting product may be heterogeneous.
  • the major axis a is 0.5 mm or more, a homogeneous result is obtained, and it is more preferably 0.8 mm or more.
  • turbulence tends to occur in the liquid flowing through the flow channel 11.
  • a is 3.5 mm or less, sufficient rectifying property for stably obtaining a homogeneous product can be obtained. More preferably, a is 3.2 mm or less.
  • e be the eccentricity of the ellipse when the curve included in the cross section of the flow path is approximated by the ellipse.
  • e may be referred to as a semi-elliptic eccentricity.
  • the eccentricity e of the semi-ellipse is preferably 0 or more and 0.95 or less. If the semi-ellipse is a semi-circle, e is zero. When e becomes large, the ellipse becomes flat and the flow of the fluid tends to be disturbed.
  • e is preferably 0.95 or less, more preferably 0.90 or less.
  • the movement of the gas may cause a decrease in rectification, and the chemical reaction in the micro flow path may become uneven.
  • the flow channel according to the present invention efficiently exhausts gas in the flow channel by devising the shape of the triangular portion included in the cross section of the flow channel, and maintains the gas even if the gas remains in the flow channel.
  • the effect of the generated gas on the reaction and rectification can be reduced.
  • the ratio R of the area Y of the triangular region having the line segment as the base to the area X of the region surrounded by the substantially elliptic curve and the line segment expressed by the following equation, is 0: It is desirable to be larger and 3 or less.
  • R is 3 or less, most of the gas is discharged to the outside of the flow path until the flow rate of the liquid flowing through the flow path becomes constant, which is preferable.
  • R is more preferably 2 or less, and even more preferably 0.7 or less.
  • the cross section of the flow channel has a triangular region, that is, R> 0, so that the triangular shape is obtained. This is preferable because gas is easily retained at the top portion. As a result, excellent rectifying properties and stable chemical reactions can be realized.
  • the flow path length L is long.
  • the flow path length L is preferably at least 10 times, and more preferably at least 20 times, the major axis a of the elliptical portion 21 constituting the cross section of the flow path.
  • the flow area has a larger cross-sectional area than a semicircle having a diameter equal to the major axis a of the elliptical portion 21, so that more fluid flows per unit time. Can be.
  • the heat transfer between adjacent flow paths can be made more uniform by having a triangular section in cross section. Thereby, for example, when performing heat conversion between flow paths, more uniform and efficient heat exchange can be realized as compared with a conventional flow path having a semicircular cross-sectional shape.
  • the triangular portion may have a major axis of a semi-ellipse as one side as shown in FIG. 2A, or a line parallel to the major axis of a substantially ellipse as shown in FIG. 2B. You may.
  • a part or the whole of the liquid contact portion of the flow channel that is, a wall surface (wall surface of the flow channel) in contact with the fluid flowing in the flow channel may have a porous structure.
  • a catalyst when supported on the liquid contact part of the flow channel, it is preferable to have a porous structure.
  • the specific surface area is increased by making the liquid contact surface of the flow channel a porous structure, and the reaction can be promoted by supporting the catalyst on the porous portion.
  • the arrangement of the porous structure in the flow path is not particularly limited, for example, the wall surface of the elliptical portion 21 in the liquid contact portion of the flow path can have a porous structure.
  • the structure of the present invention has a plurality of flow paths.
  • Each of the plurality of flow paths may join or branch on the way.
  • the type of fluid flowing through each of the plurality of flow paths may be different.
  • the structure has a plurality of flow paths, at least one of the flow paths through which the target fluid such as reaction, separation, purification, heat exchange, and detection flows flows, as shown in FIG. It preferably has a cross-sectional shape obtained by combining the semi-ellipse and a triangle whose sides are in contact. Since a part of the cross section has a triangular shape, the distance between the flow paths can be made constant when a plurality of flow paths are arranged. By making the distance between the flow paths constant, the heat transfer between the liquids flowing through the respective flow paths can be made more uniform.
  • the structure of FIG. 3A is a flow path for flowing high-temperature water, which is a flow path 31 having a parallelogram cross-sectional shape, and a flow path for flowing a reaction solution, which is substantially semi-elliptical and triangular. And a flow path 32 having a cross-sectional shape obtained by combining the above.
  • the structure in FIG. 3B includes a flow path 33 similar to that in FIG. 3A and a flow path for flowing a reaction solution, which has an elliptical cross-sectional shape.
  • the distances 35 and 36 between the flow path 31 and the flow path 32 are constant by arranging one wall surface of the flow path 31 and the wall surface of the triangular portion of the flow path 32 in parallel. Can be provided. Therefore, the distance between the fluid flowing through the flow path 31 and the fluid flowing through the flow path 32 can be kept constant, and the heat transfer from the high-temperature water to the reaction liquid can be made uniform.
  • the distances 37 and 38 between the flow path 33 and the flow path 33 differ depending on the location, and the heat transfer is not uniform.
  • the manufacturing method of the structure of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to apply an additional shaping technique, in other words, a three-dimensional shaping method which is a direct shaping method.
  • a powder bed direct molding method hereinafter, referred to as a powder bed method
  • a directional energy lamination method cladding method
  • the method for manufacturing a structure by the powder bed method includes the following steps. (I) Step of forming powder layer (ii) Step of selectively curing a predetermined region of the powder layer according to slice data
  • the powder 101 is placed on the base 130, and the powder layer 102 is formed using the roller 152 (FIGS. 4A and 4B).
  • the surface of the powder layer 102 is irradiated with energy rays emitted from the energy ray source 180 while being scanned by the scanner unit 181.
  • the particles contained in the powder in the region irradiated with the energy rays are melted and then solidified to form a solidified portion (hardened portion) 100 in which the particles are sintered together (FIG. 4C).
  • the region not irradiated with the energy beam remains as a non-solidified portion (non-cured portion) 103 as a powder.
  • the stage 151 is lowered to newly form the powder layer 102 on the solidified portion (hardened portion) 100 (FIG. 4D).
  • the newly generated powder layer 102 is irradiated with energy rays based on the slice data to form a new solidified portion 100 and a non-solidified portion 103 (FIG. 4E).
  • a powder containing an inorganic compound as a main component (hereinafter referred to as an inorganic compound powder) is used.
  • the term “inorganic compound” refers to an oxide, nitride, or acid containing at least one element selected from the group consisting of elements from Group 1 to Group 14 of the periodic table excluding hydrogen and antimony and bismuth. Refers to nitride, carbide, or boride.
  • the powder of the inorganic compound which is a powder composed of an inorganic compound, may be composed of one kind of inorganic compound or may be a mixture of two or more kinds of inorganic compounds.
  • the subsequent step (ii) when the inorganic compound powder is irradiated with energy rays to be melted and solidified, the resulting product can be made into a ceramic.
  • the inorganic compound powder is a powder capable of forming a ceramic-like ceramic structure by the steps (i) and (ii) of the present invention, and may be an amorphous powder.
  • the inorganic compound powder contains a small amount (10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the inorganic compound powder) of a resin or metal. May be.
  • the inorganic compound of the inorganic compound powder is composed of a metal oxide as a main component.
  • the oxide has no volatile components compared to other inorganic compounds, and can achieve stable melting in the step (ii).
  • the inorganic compound powder contains a metal oxide as a main component, a high-strength structure can be obtained.
  • the metal oxide includes at least one element selected from the above group of elements except for boron, carbon, silicon, germanium, and elements of group 13 (nitrogen group) and group 14 (oxygen group). Oxide.
  • aluminum oxide or zirconium oxide it is preferable to use aluminum oxide or zirconium oxide as a main component.
  • Aluminum oxide or zirconium oxide is a main component of the shaped article, and as an aggregate, a structure excellent in corrosion resistance to strong acids and strong alkalis, airtightness, mechanical strength, and environmental compatibility can be manufactured.
  • the inorganic compound powder may be composed of a single metal oxide, but when used in combination with another substance, it exhibits a new function and may be more desirable.
  • a powder containing aluminum oxide and zirconium oxide, or a powder containing aluminum oxide and a rare earth metal oxide such as gadolinium oxide or yttrium oxide is used.
  • the melting temperature is lower than that of a single metal oxide, and the melting / solidification reaction by laser irradiation becomes relatively easy.
  • the inorganic compound powder contains aluminum oxide and gadolinium oxide.
  • a mixed powder obtained by mixing powders each composed of a single substance may be used, or particles contained in the powder may be composed of a solid solution of a plurality of substances.
  • the energy ray in the step (ii) is a laser
  • the inorganic compound powder since the inorganic compound powder has sufficient energy absorption, the spread of heat in the powder is suppressed and localized, and the heat distortion and the heat affected portion are reduced. Therefore, the modeling accuracy is improved.
  • Tb 4 O 7 , Pr 6 O 11 and the like exhibit good absorption, and thus may be contained in the inorganic compound powder.
  • preferred combinations of inorganic compounds in the present invention include Al 2 O 3 —ZrO 2 , Al 2 O 3 —Gd 2 O 3 , Al 2 O 3 —Y 2 O 3 , and Al 2 O 3 —Tb. 4 O 7 , ZrO 2 —Tb 4 O 7 , Al 2 O 3 —Gd 2 O 3 —Tb 4 O 7 , Al 2 O 3 —ZrO 2 —Tb 4 O 7 , Al 2 O 3 —Y 2 O 3 ⁇ Tb 4 O 7 and the like.
  • the method of supplying the powder is not particularly limited.
  • the powder can be supplied by a powder supply device (not shown) as disclosed in JP-A-8-281807.
  • the position of the stage 151 is set to a position where the upper surface of the base 130 or the upper surface of the powder layer after the irradiation of the energy beam is lower than the upper edge of the container 153 by the thickness. adjust.
  • the powder is supplied onto the base 130 by the powder supply device, and the powder is flattened by the roller 152, whereby the powder layer 102 can be formed (FIGS. 4A and 4B).
  • the powder layer 102 may be formed by leveling the surface of the powder using a layer thickness regulating means (for example, a blade). It is preferable to use a heat-resistant ceramic flat plate for the base 130.
  • step (ii) shown in FIG. 4 an example will be described in which a predetermined region of the powder layer formed in step (i) is irradiated with an energy beam, and a portion of the powder layer irradiated with the energy beam is melted and solidified. I do. Irradiation with energy rays is performed based on slice data generated from three-dimensional data of the structure. In addition, ceramic powder is used as the molding powder.
  • a light source having an appropriate wavelength is selected in consideration of the absorption characteristics of the inorganic compound powder.
  • a laser beam or an electron beam having a narrow beam diameter and high directivity As an energy beam suitable for a powder containing aluminum oxide as a main component, a laser beam includes a YAG laser having a wavelength of 1 ⁇ m, a fiber laser, and a CO 2 laser having a wavelength of 10 ⁇ m.
  • a 1 ⁇ m wavelength band YAG laser is suitable.
  • the steps (i) and (ii) are repeated a predetermined number of times. That is, a new powder layer 102 is formed by the step (i) on the solidified portion 100 obtained in the step (ii), and the new powder layer 102 is irradiated with energy rays (FIGS. 4D to 4F).
  • the intensity of the energy beam is adjusted so that the powder layer 102 on the solidified portion 100 melts and the surface portion of the previously formed solidified portion 100 below the powder layer 102 in the irradiation area remelts. .
  • the solidified part 100 formed by irradiating the energy beam newly and the solidified part 100 formed earlier can be integrated, and the molded object having a shape according to the three-dimensional data of the structure (FIG. 4G).
  • the ceramic structure having the flow channel according to the present invention is manufactured by a powder bed method
  • the ceramic structure is formed in the direction of the arrow shown in FIG. 6, that is, from the bottom 61 of the elliptical portion to the vertex 64 of the triangular portion. Is preferred.
  • By molding under such conditions it is possible to manufacture a flow path surrounded by a wall surface having high density and little unevenness.
  • the steps (i) and (ii) may be repeatedly performed so as to form a powder layer on a plane perpendicular to the cross section of the microchannel.
  • the part 63 to be a flow path is not irradiated with energy rays, but the part 62 to be a structure is irradiated with energy rays.
  • the portion of the powder that is not irradiated with the energy beam does not melt and solidify, and thus remains as a powder (non-solidified portion 63).
  • Steps (i) and (ii) are repeated a predetermined number of times in accordance with the slice data of the structure to form a ceramic structure, and then the powder in the non-solidified portion 63 is removed to form a flow path.
  • the area of the non-solidified portion 62 serving as a flow path gradually increases in the laminating direction in accordance with the number of laminations of the powder layer. It is preferable that a portion of the flow path including the major axis of the elliptical portion has the largest area in the stacking direction. Then, it is preferable that the area of the non-solidified portion 63 serving as a flow path gradually decreases in accordance with the number of laminations of the powder layer, starting from the surface including the major axis of the semi-elliptical shape portion.
  • the two angles (base angles) ⁇ 1 and ⁇ 2 of the triangular portion 22 in FIG. 2A both be 45 degrees or more. If the angle is 45 degrees or less, the formation rate of the flow path becomes unstable due to a large reduction rate of each non-solidified portion, and the surface roughness of the flow path inner wall increases, which is not desirable. When viewed in the cross-sectional direction, if at least one of ⁇ 1 and ⁇ 2 is 45 degrees or less, the supplementary angle of the angle exceeds 135 degrees. Then, the inclination of the overhang of the solidified portion becomes too large, and it becomes difficult to support the solidified portion with the non-solidified portion immediately below the solidified portion, and the shape of the solidified portion may be disturbed.
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are each 80 degrees or less, and more preferably, 60 degrees or less.
  • the corner radius of the angle ⁇ 3 of the triangular portion 22 is 0.05 mm or more in radius.
  • the triangular portion 22 is preferably a triangle having a line g as one side, where angles ⁇ 4 and ⁇ 5 between the tangents of the elliptical portions 21 and the major axis at two end points are 45 degrees. .
  • the two angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the triangular shape 22 need not be equal to each other, but are preferably 45 degrees or more for the same reason as in FIG. 2A.
  • the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 are both preferably 90 degrees or less, and more preferably 80 degrees or less.
  • the corner of the triangular portion 22 at an angle ⁇ 3 is preferably a shape with a rounded angle such as a rounded shape.
  • the corner be an arc of a circle having a radius of 0.05 mm or more.
  • the angle ⁇ 3 is to be dropped, it is preferable to drop it at a width of 0.3 mm or less.
  • a heat treatment may be performed for the purpose of increasing the density and strength of the ceramic structure or reoxidizing the ceramic structure.
  • the heating means is not limited, and can be used according to the purpose, such as a resistance heating method, an induction heating method, an infrared lamp method, a laser method, and an electron beam method.
  • the metal component-containing liquid contains a raw material of a metal component that changes into a phase capable of forming a eutectic relationship with a phase constituting the shaped object by a heat treatment performed after being absorbed by the shaped object, and an organic solvent and a stabilizer. Is preferred.
  • a liquid containing a zirconium compound can be used as the metal component-containing liquid.
  • a raw material containing no metal element other than zirconium is preferable.
  • a metal alkoxide of zirconium or a salt compound such as chloride or nitrate can be used as a raw material of the zirconium component.
  • the use of a metal alkoxide is preferable because the zirconium component-containing liquid can be uniformly absorbed by the microcracks of the intermediate model.
  • zirconium alkoxide examples include zirconium tetraethoxide, zirconium tetra n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, zirconium tetra n-butoxide, zirconium tetra t-butoxide and the like.
  • a zirconium alkoxide is dissolved in an organic solvent to prepare a zirconium alkoxide solution.
  • the amount of the organic solvent added to the zirconium alkoxide is preferably 5 or more and 30 or less with respect to the compound. More preferably, it is 10 or more and 25 or less.
  • the addition amount of X in the molar ratio of 5 to Y means that the added amount of X is 5 times the molar amount of Y. If the concentration of the zirconium alkoxide in the solution is too low, a sufficient amount of the zirconium component cannot be absorbed by the model.
  • the concentration of the zirconium alkoxide in the solution is too high, the zirconium component in the solution will agglomerate, and the zirconium component cannot be uniformly arranged in the microcrack portion of the intermediate model.
  • an alcohol a carboxylic acid, an aliphatic or alicyclic hydrocarbon, an aromatic hydrocarbon, an ester, a ketone, an ether, or a mixed solvent of two or more of these is used.
  • alcohols include methanol, ethanol, 2-propanol, butanol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-ethoxy-2-propanol, 1-propoxy-2-propanol, Preferred are 4-methyl-2-pentanol, 2-ethylbutanol, 3-methoxy-3-methylbutanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin and the like.
  • aliphatic or alicyclic hydrocarbons n-hexane, n-octane, cyclohexane, cyclopentane, cyclooctane and the like are preferable.
  • aromatic hydrocarbons toluene, xylene, ethylbenzene and the like are preferable.
  • esters ethyl formate, ethyl acetate, n-butyl acetate, ethylene glycol monomethyl ether acetate, ethylene glycol monoethyl ether acetate, ethylene glycol monobutyl ether acetate, and the like are preferable.
  • ketones acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and the like are preferable.
  • ethers include dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxane, diisopropyl ether and the like.
  • zirconium alkoxide Since zirconium alkoxide has high reactivity with water, it is rapidly hydrolyzed by the addition of water or water in the air, causing cloudiness and precipitation of the solution. It is preferable to add a stabilizer in order to prevent turbidity or precipitation, thereby stabilizing the solution.
  • the stabilizer examples include ⁇ -diketone compounds such as acetylacetone, 3-methyl-2,4-pentanedione, 3-ethyl-2,4-pentanedione and trifluoroacetylacetone; methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate Butyl acetoacetate, allyl acetoacetate, benzyl acetoacetate, isopropyl acetoacetate, tert-butyl acetoacetate, isobutyl acetoacetate, ethyl 3-oxohexanoate, ethyl 2-methylacetoacetate, ethyl 2-fluoroacetoacetate, acetoacetic acid 2 ⁇ -ketoester compounds such as -methoxyethyl; and alkanolamines such as monoethanolamine, diethanolamine and triethanolamine.
  • the amount of the stabilizer added is preferably 0.1 or more and 3 or less in
  • the solution may be prepared by reacting at room temperature or by refluxing.
  • the melting point of the modeled object is determined according to the composition ratio of the two phases. For example, if the two phases are eutectic, the melting point will be about 1720 ° C.
  • the metal component-containing liquid at this time it is possible to select a zirconium component-containing liquid in which a ZrO 2 phase is generated by heat treatment.
  • the metal component-containing liquid is distributed not only on the surface layer of the modeled object but also inside the modeled object through microcracks in the step (iii).
  • a method of impregnating the modeled product with the metal component-containing liquid is not limited.
  • the molded object may be immersed in the metal component-containing liquid, the metal component-containing liquid may be atomized and sprayed on the molded object, or may be applied with a brush or the like. Further, a plurality of these methods may be combined, or the same method may be repeated a plurality of times.
  • the metal component-containing liquid When the metal component-containing liquid is sprayed or when the metal component-containing liquid is applied, 5% to 20% by volume of the metal component-containing liquid is sprayed or applied to a molded article not impregnated with the metal component-containing liquid. Is preferred. When the content is less than 5% by volume, the amount of the metal component arranged in the micro crack portion of the modeled product becomes insufficient, and the micro crack portion may not melt.
  • the metal component-containing liquid that is, the metal component
  • the metal component-containing liquid is present in the shaped article after the step (iii) is distributed on the surface layer of the shaped article and the microcracks inside the shaped article.
  • a heat treatment By subjecting such a shaped article to a heat treatment, sintering or partial melting occurs at the portion where the metal component of the shaped article is present, specifically, at the microcrack portion inside the shaped article surface layer and inside the shaped article. Occurs.
  • the maximum temperature reached by the shaped object is higher than the eutectic temperature of the phase of the metal oxide containing the metal component-containing liquid and the phase of the shaped object, and Preferably, it is lower than the melting point.
  • the metal component distributed in the microcrack is formed. Diffuses inside the crystal of the material. Then, the molded article in the micro crack portion where the metal component exists is melted. In the molten state, the diffusion of atoms proceeds in the direction in which the surface energy decreases, and then the temperature is lowered, whereby the crystal is recrystallized in a state where the molten portion contains the metal component, and the microcracks are reduced. As a result, the bonding force between the crystal structures of the modeled object becomes strong, and the wear resistance and strength of the modeled product are greatly improved.
  • a zirconium component-containing liquid is suitable for compensating for cracks in a shaped article made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ; melting point: 2070 ° C.).
  • a zirconia (ZrO 2 ; melting point 2715 ° C.) phase is formed by heat treatment.
  • the eutectic temperature of Al 2 O 3 and ZrO 2 is about 1900 ° C.
  • the heating may be performed so that the maximum temperature reached by the microc portion during the heat treatment is higher than 1900 ° C. and lower than 2070 ° C.
  • a sufficient metal component is interposed in the microcrack portion, the formed object in the vicinity of the microcrack is melted as described above, and there is an effect of reducing the microcrack.
  • zirconium oxide is near 22 mol% with respect to 78 mol% of a shaped article mainly composed of aluminum oxide in the vicinity of a micro crack, so that the vicinity of the micro crack of the shaped article is selectively melted. be able to.
  • the microcrack portion can be selectively melted and solidified to be recrystallized.
  • the shaped article obtained in this way has reduced microcracks and greatly improved wear resistance and mechanical strength as compared with before the treatment.
  • the structure can be formed by using the cladding method.
  • the cladding method will be described with reference to FIG.
  • powder is ejected from a plurality of powder supply holes 202 provided in a cladding nozzle 201, an energy beam 203 is irradiated to a region where the powder is focused, and a coagulation unit 100 is additionally added to a desired location. Is formed (FIG. 5A).
  • This is a method of obtaining a modeled object 500 having a desired shape by repeatedly performing these steps (FIGS. 5B and 5C).
  • an unnecessary portion of the modeled object 500 is removed and the modeled object 500 and the base 130 are separated as necessary.
  • the powder bed method is more suitable than the cladding method from the viewpoint of forming a micro flow path with small irregularities on the inner wall and reducing the resistance in the flow path.
  • the present invention is not limited to the ceramic material.
  • the metal structure or the resin structure including the microchannel according to the present invention can be prepared using the metal powder or the resin powder.
  • Example 1 A structure having a size of 60 mm ⁇ 57 mm ⁇ 13 mm in which twelve channels having the cross-sectional shape of FIG.
  • ⁇ -Al 2 O 3 powder, Gd 2 O 3 powder, and Tb 2 O 3.5 powder (Tb 4 O 7 powder) were prepared, and the molar ratio was Al 2 O 3 : Gd 2 O 3 : Tb 2 O.
  • the weighed powder was mixed with a dry ball mill for 30 minutes to obtain a mixed powder (material powder).
  • Example 1 the molded article of Example 1 was formed through basically the same steps as those shown in FIG.
  • ProX DMP 200 manufactured by 3D SYSTEMS and equipped with a 300 W Nd: YAG laser (beam diameter 65 ⁇ m) was used.
  • a 20 ⁇ m thick first powder layer of the material powder was formed on an alumina base using a roller (step (i)).
  • a laser beam of 30 W was applied to the powder layer to melt and solidify the material powder in a rectangular area of 60 mm ⁇ 57 mm.
  • the drawing speed was 100 mm / s to 140 mm / s, and the drawing pitch was 100 ⁇ m. Further, as shown in FIG. 7A, the drawing line was set to be at an angle of 45 degrees with respect to the rectangle.
  • Step (ii) Next, a powder layer having a thickness of 20 ⁇ m was newly formed with a roller so as to cover the melted and solidified portion (step (i)). As shown in FIG.
  • a laser was applied to the powder layer immediately above the rectangular area in a manner to be orthogonal to the first drawing line, and a 60 mm ⁇ 57 mm area was melted and solidified (step ( ii)).
  • a 60 mm ⁇ 57 mm rectangular intermediate product having a height of 5.5 mm was formed.
  • a powder layer having a thickness of 20 ⁇ m is formed on the intermediate object, and the laser is scanned and flowed so that the length of the non-solidified portion is 398 ⁇ m in the cross section direction and 60 mm in the cross section and vertical direction as shown in FIG. 8A.
  • the vicinity of the bottom of the substantially elliptical portion of the road was formed.
  • the width which solidifies and melts by laser irradiation was measured and corrected in advance, so that a shaped object having desired dimensions was obtained.
  • the laser was scanned through the triangular portion of the flow path so that the width of the non-solidified portion was 1960 ⁇ m in the cross-sectional direction and the length of the non-solidified portion was 60 mm in the cross-sectional direction and the vertical direction. Formed.
  • the laser is scanned so that the width of the non-solidified portion in the cross-sectional direction becomes 2 ⁇ (1 mm ⁇ 20 ⁇ m ⁇ m), and the lamination is repeated.
  • the height of the triangular portion of the flow channel becomes 1 mm. It was shaped up to. Thereafter, as shown in FIG.
  • a solidified portion having a height of 5.5 mm was further formed, and a molded article having a non-solid solution portion therein was obtained.
  • the intermediate object was separated from the base made of alumina, and the non-solidified powder in the object was removed by washing to obtain a model having a flow path. Observation of the surface of the modeled object with an optical microscope revealed that the unevenness of the surface of the modeled product was 20 ⁇ m or less.
  • the obtained shaped article was heated by absorbing the zirconium component-containing liquid to reduce microcracks.
  • Zr (On-Bu) 4 zirconium (IV) butoxide
  • IPA 2-propanol
  • EAcAc ethyl acetoacetate
  • Example 1 The molded article of Example 1 was immersed in a zirconium component-containing liquid, degassed under reduced pressure for 1 minute, allowed to penetrate the liquid to the inside, and then naturally dried for 1 hour (step (iii)).
  • the shaped article impregnated with the liquid containing the zirconium component was heated in an electric furnace. The temperature was raised to 1670 ° C. for 4 hours in the air atmosphere, and the temperature was maintained at 1670 ° C. for 30 minutes, and then cooled to 200 ° C. or lower over 6 hours (step (iv)).
  • Example 1 the ceramic structures of Examples 2 to 23 were designed so that one side of the triangular portion of the cross section of the flow path had the major axis of the elliptical portion, and the shape was as shown in FIG. 2A. It was prepared by changing the composition of the raw material powder used.
  • Table 1 shows the design dimensions of the elliptical and triangular portions and the mixing ratio of the raw material powders in Examples 1 to 23.
  • the shaping of the structure was performed in the same manner as in Example 1. However, in the examples described as “none” in the column of “Step (iii) and Step (iv)”, a process for reducing cracks after the shaping was not performed. Was.
  • the elliptical portion 21 of the cross section of the flow path was designed to have a shape shown in FIG. 2B larger than a semi-elliptical shape.
  • the angles ⁇ 4 and ⁇ 5 between the two tangents of the elliptical portion 21 and the long axis are 45 degrees, and one side of the triangular portion 22 connects two contact points of the two tangents and the elliptical portion 21.
  • Table 2 shows the design dimensions of the elliptical portions and the triangular portions and the mixing ratio of the raw material powders in Examples 24 to 34.
  • Comparative Example 1 In the same manner as in Example 1, a structure having a shape in which one side of the triangular portion of the flow path cross section became the major axis of the elliptical portion was produced. Table 1 shows the design dimensions of the structure of Comparative Example 1. In Comparative Example 1, both ⁇ 1 and ⁇ 2 of the triangular portion are 20 degrees, which is less than 45 degrees.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line AA ′.
  • a flow path 111 for a high-temperature liquid and a flow path 112 for a low-temperature liquid were provided.
  • the flow path 111 for a high-temperature liquid is a flow path having a square cross-sectional shape with a diagonal line of 2 mm.
  • the cross section of the flow channel 112 for the low-temperature liquid is such that the elliptical portion 21 is a semicircle having a diameter of 2 mm, and the triangular portion is a right-angled isosceles triangle whose one side is the diameter of the semicircle.
  • the flow path length of each flow path was designed to be 1 m.
  • Example 2 For comparison with the above Example 35, a structure having a microchannel and having a cross section as shown in FIG. 10 was produced.
  • the channel 115 for the high-temperature liquid and the channel 116 for the low-temperature liquid are both semicircular with a diameter of 2 mm.
  • the shortest distance between the flow paths was designed to be 2 mm, which is the same as that in FIG. 9B of Example 1, and the length of each flow path was 1 m.
  • FIG. 11A is an overall view of the structure created in FIG. 11A
  • FIG. 11B is a diagram of a flow path provided in the structure viewed from above.
  • Comparative Example 3 For comparison with Example 36, a structure similar to that of Example 36 was produced as Comparative Example 3 except that the cross-sectional shape of the flow channel was changed to the same shape as Comparative Example 1.
  • Comparative Example 1 had a smaller cross-sectional area than Example 3 despite the longer major axis a. As a result, the flow rate at the same flow rate was inferior.
  • the ceramic powder is used to irradiate the powder layer with energy rays to selectively cure a predetermined region according to the slice data.
  • the method of curing the powder layer is limited to this example. Not something.
  • a binder is ejected to a powder layer according to slice data and cured, or a method of ejecting a bonding initiator to a powder layer in which an inorganic material and a resin material serving as a binder are mixed is used.
  • a method of selectively heating a predetermined region according to slice data by applying heat for selectively melting a resin material to a powder layer in which a resin material serving as an inorganic material and a binder is mixed by a laser or the like is adopted.
  • a method of selectively heating a predetermined region according to slice data by applying heat for selectively melting a resin material to a powder layer in which a resin material serving as an inorganic material and a binder is mixed by a laser or the like is adopted.
  • the structure having the flow channel of the present invention by laminating a highly viscous mixed fluid obtained by mixing a powder and a binder on the basis of slice data, it is also possible to manufacture the structure having the flow channel of the present invention.
  • the kind of binder is not limited, but a thermoplastic binder such as vinyl acetate or wax is preferable.
  • a thermoplastic binder for example, a structure is manufactured by the following procedure.
  • thermoplastic binder a mixture obtained by heating and kneading a powder, which is a raw material of ceramic or metal, and a thermoplastic binder is put into an injection molding machine or an extrusion molding machine. Next, when the mixture is kneaded and heated in the cylinder of the molding machine, the thermoplastic binder is melted to become a fluid mixture having fluidity. Then, the mixed fluid is extruded from the molding machine and laminated, whereby a molded body having a desired internal flow path shape is completed.
  • the molded body is a non-oxide ceramic and metal, in a vacuum or in a reducing atmosphere such as hydrogen, when the molded body is an oxide ceramic, if heated in air, the thermoplastic binder is decomposed and vaporized, By sintering the powder, a structure having a desired internal channel shape is obtained.
  • the powder used for molding is not limited to the ceramic powder, but may be appropriately selected and used according to the molding method and the characteristics of the structure to be manufactured, from metal powder, resin powder, and a mixed powder thereof. it can.
  • the size of the channel is not limited, and the present invention can be applied to channels of various sizes used for various applications.
  • a fluid supply device that supplies a fluid such as a liquid or a gas to the flow channel is connected to the supply port of the flow channel, and the fluid is supplied by a pressurizing mechanism provided in the fluid supply device. It is preferable to configure a system for feeding into the road.
  • the pressurizing mechanism may employ a pressurizing pump or a method of applying momentum to a fluid using potential energy. Thereby, the fluid can be taken out from the outlet of the flow channel without staying in the flow channel.
  • a fluid supply device may be individually connected to each supply port, or when the same fluid is supplied, a plurality of supply ports may be connected to one fluid supply mechanism.
  • a suction mechanism may be provided at the discharge port to prompt the discharge of the fluid.

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Abstract

整流性と耐久性に優れた、マイクロ流路を有する構造体を提供するもので、内部に流路を有する構造体であって、前記流路の断面が、略楕円曲線と線分とに囲まれた領域と、前記線分を底辺とする三角形状の領域とを連結した形状を有し、前記線分と前記略楕円曲線とに囲まれた領域は、半楕円以上であり、前記三角形状の領域の底角が４５度以上であることを特徴とする。

Description

流路を有する構造体、およびその製造方法
　本発明は、流路を有する構造体、およびその製造方法に関する。
　マイクロ流路は、流体中の物質を反応、分離、精製、熱交換、検出をする目的で使用されている。前記種々の目的を効率的に達成し、かつ、均質な目的物を安定的に得るためには、流路内の整流性を高める必要がある。
　特許文献１には、断面が半円形状のマイクロ流路が設けられたデバイスが開示されている。流路を流れる液体の整流性の観点から、マイクロ流路の断面を、円あるいは楕円などの対称な曲線を有する形状とするのが好ましい。
　マイクロ流路は、折り返しや分岐などの複雑な構造を有している場合が多いため、産業目的で製造されるマイクロ流路は、複数の基材を貼り合せて製造するのが一般的である。具体的には、複数の基材のうち一方の基材に溝を設け、他方の基材の平面を張り合わせて溝に蓋をすることにより、低コストで流路を製造することができる。そのため、特許文献１のように、流路の断面が半円形状となる場合が多い。
特開２０１７－１１６０９０号公報
　基板の貼り合わせで作製した半円状の流路の場合、曲面と平面とのつながり部は、基材の張り合わせ面と一致している上に流路が狭くなっており、流体による応力が集中しやすい箇所となっている。そのため、劣化によって曲面と平面とのつながり部に亀裂が入り、流体が漏れ出てしまう場合がある。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複数の基材を張り合わせるのではなく一体で製造することにより、整流性と耐久性に優れるマイクロ流路を備えた構造体を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明の構造体は、内部に流路を有する構造体であって、
　前記流路の断面が、線分と略楕円曲線とに囲まれた領域と、前記線分を底辺とする三角形状の領域とを連結した形状を有し、
　前記線分と略楕円曲線とに囲まれた領域は、半楕円以上であり、前記三角形状の領域の底角が４５度以上であることを特徴とする。
　発明によれば、整流性と耐久性に優れたマイクロ流路を有する構造体を提供することができる。
本発明の構造体の全体を示す図である。 図１ＡのＡ－Ａ´における断面を示す図である。 発明の構造体が有する流路の好適な断面形状の例を示す図である。 発明の構造体が有する流路の好適な断面形状の例を示す図である。 本発明にかかる複数の流路を有する構造体の断面図である。 比較例の複数の流路を有する構造体の断面図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、基台上に粉末を載置した状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、粉末層を形成した状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、粉末層にエネルギー線を照射した範囲に凝固部が形成された状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、凝固部の上に粉末層を新たに形成した状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、新たに形成した粉末層にエネルギー線を照射した範囲に凝固部が形成された状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、所望形状の造形物が形成された状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、非凝固部の粉末を除去した状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、基台から分離した造形物を示す図である。 クラッディング法を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、粉末が焦点を結ぶ領域にエネルギー線を照射して、凝固部を形成している状態を示す図である。 クラッディング法を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、凝固部の上に、さらに凝固部を形成している状態を示す図である。 クラッディング法を用いた、構造体の製造方法を説明する概略断面図であって、所望の造形物が形成された状態を示す図である。 粉末ベッド方式を用いて本発明の構造体の好適な造形方法を示す断面図である。 実施例１～３４においてレーザー照射によって構造体の流路のない部分を造形する過程を示す図である。 実施例１～３４においてレーザー照射によって構造体の流路のない部分を造形する過程を示す図である。 実施例１～３４において、レーザー照射によって流路を造形する過程を示す図であって、流路の略楕円部の底部近傍を形成している状態を示す図である。 実施例１～３４において、レーザー照射によって流路を造形する過程を示す図であって、流路の楕円形状部のある高さの部分を形成している状態を示す図である。 実施例１～３４において、レーザー照射によって流路を造形する過程を示す図であって、流路の三角形形状部を形成している状態を示す図である。 実施例１～３４において、レーザー照射によって流路を造形する過程を示す図であって、流路の三角形形状部のある高さの部分を形成している状態を示す図である。 実施例１～３４において、レーザー照射によって流路を造形する過程を示す図であって、流路を含まない部分を形成している状態を示す図である。 実施例３５で作製した、複数のマイクロ流路を有する構造体を示す図である。 実施例３５で作製した、複数のマイクロ流路を有する構造体を示す図である。 実施例３５の比較例として作成した、複数のマイクロ流路を有する構造体を示す図である。 実施例３６～３９で作製した、Ｔ字形状のマイクロ流路を有する構造体の全体図である。 図１１Ａの構造体に設けた流路を上面からみた図である。
　以下、本発明にかかる実施形態について説明する。
　（構造体）
　本発明の構造体は、その内部に流路を有する構造体のことである。このような構造体は、化学反応や熱交換などの様々な用途に用いることができる。流路は、折り返しや分岐を有していても良く、１本でも複数であってもよい。本発明における「一本の流路」とは、構造体内部において、他の流路とは独立した流路を指す。例えば、途中で分岐していても、互いに連通していれば、１本の流路である。
　図１にマイクロ流路を有する構造体の一例を示す。図１Ａは構造体１０の全体図である。図１Ａでは、説明の便宜上、構造体１０の内部のマイクロ流路１１を可視化している。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ´における断面を示す図である。
　マイクロ流路（以下、単に流路と記述する場合がある）１１は、図１Ａに示すように、構造体１０の外部と連通した構造を有している。必要に応じて、流路は途中で分岐していてもよい。構造体１０の表面には、マイクロ流路１１に流す流体を、外部から供給する供給口１２Ａおよび外部へ排出するための排出口１２Ｂが、それぞれ１か所以上設けられていることが好ましい。
　マイクロ流路１１の流路長Ｌが長いほど、流路内に流体がとどまる時間が長くなり、化学反応や熱交換のための時間を十分に確保することができる。長い流路長Ｌが必要な場合は、図１Ａのように、流路１１は構造体の内部で折り返しながら蛇行しているのが好ましい。ここで、流路長Ｌとは、供給口１２Ａから排出口１２Ｂに至るまでの流路の総長さをいい、流路１１が途中で枝分かれや合流している場合は、互いに連通している流路のうち供給口１２Ａから排出口１２Ｂまでが最も長い流路の長さをいう。
　マイクロ流路１１を高密度に配置すると、化学反応や熱交換等の効率を高めることができる。このため、構造体の内部において、マイクロ流路１１は、図１Ａのように折り返し部を除いて互いに平行になるよう設けられていることが望ましい。平行に設けられた流路の間隔Ｐは、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。また、間隔Ｐが０．３ｍｍ以上であると、構造体として十分な強度が得られるため好ましい。
　構造体１０は、用途に応じて、セラミックス、金属、樹脂などの材質から適宜選択することができる。中でも、セラミックス材料は金属や樹脂など他の材質に比べて耐薬品性や耐熱性に優れるため、セラミックス材料からなる構造体は、様々な条件で利用することができるマイクロ流路を実現することができるため、好ましい。
　セラミックスとは、固体状の無機化合物（ただし、金属を除く）を意味する。また、本発明において、無機化合物とは、水素を除く周期表１族から１４族までの元素に、アンチモンおよびビスマスを加えた元素群のうち、１種類以上の元素を含有する酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、あるいはホウ化物を指す。
　セラミックス材料の中でも、酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム（ジルコニア）、炭化シリコンは、強酸や強アルカリに対して溶解度が低く耐食性に優れるのに加え、緻密化して気密性にも優れるため、特に好ましい。従って、構造体は、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化シリコンから選択される少なくとも一種の成分を主成分とするのが好ましい。ここでいう主成分とは、構造体１０を構成する材料組成のうち５０ｍｏｌ％以上を占める成分をいう。
　本発明にかかる構造体１０をセラミックスで構成する場合は、そのすべてが結晶質である必要はなく、一部が非晶質などで構成されていてもよい。構造体１０の耐食性を向上させるためには、接液部は結晶質であることが好ましい。
　（流路の断面形状）
　本発明の構造体１０が有する流路の、流路が伸びる方向と交差し、かつ流路の面積積が最小となる方向における断面の好ましい例を、図２に示す。図２の斜線でハッチングされた領域が、流路の断面形状を示している。図２のハッチングされた領域を囲む線は、流路に面した構造体１０の壁面に相当する。流路は、略楕円曲線と線分ｇとに囲まれた領域（以下、楕円形状部と呼ぶ）２１と、前記線分ｇを底辺とする三角形状の領域（以下三角形状部と呼ぶ）２２とを繋いだ形状を有している。
　そして、楕円形状部２１は、半楕円以上である。楕円形状部２１の長径をａとしたとき、流路の断面形状は、長径ａの半楕円形状を含んでいる、ということもできる。流路の断面は、マイクロ流路を流体の流れ方向に対して垂直に切断したときに現れる孔の形状ということもできる。
　半楕円とは、楕円を長軸に沿って分割して得られる、楕円の半分の形状を指している。本発明において、略楕円曲線とは、ある曲線を楕円の一部として近似したときに、ある曲線と近似した楕円曲線との距離（誤差ｒ）を、楕円曲線の長径ａで除した相対誤差が、２０％以下である場合をいう。略楕円は楕円を含む表現である。また、楕円は円を含む。
　曲線部分の楕円による近似曲線は、例えば、マイクロ流路の断面を光学顕微鏡で観察し、曲線部分を画像処理でエッジを抽出し、最小二乗法を用いて楕円でフィッティングすることで求めることができる。整流性を確保するという観点から、エッジ抽出した曲線部分と近似曲線との誤差ｒを長径ａで除した相対誤差は、１５％以下であることが好ましく、より望ましくは１０％以下である。
　半楕円は、流体の圧力が内壁の一部に集中しにくい断面形状である。そのため、流路の断面が半楕円形状を含んでいると、応力集中による破壊を軽減することができる。本明細書では、半楕円形状の近似曲線を、単に半楕円と表記することがある。
　流路１１の断面は、半円形状を含む場合がより好ましい。半円の直径と同じ長さの長径を有する半楕円形状を含んでいる場合よりも、同じ流速で流量を増加させることができるので、より好ましい。
　本発明の構造体が有する流路の断面積Ｓは、略楕円曲線の長径をａとすると、πａ２／８＜Ｓ≦（３π＋６）ａ２／１６の関係を満たす。以下、長径ａを、楕円形状部２１の長径と呼ぶ場合がある。
　流路の断面積Ｓがπａ２／８より大きいと、流路の断面が、直径がａの半円形状を含む流路よりも、同じ流速で多くの流体を流すことができる。流量を増やすという観点で、Ｓは１．５×πａ２／８より大きいことがより好ましい。
　流路の断面積Ｓが（３π＋６）ａ２／１６以下であると十分な整流性が得られる。断面積Ｓと同じ面積の円の直径を等価直径ｃとする。楕円形状部の長径ａが等価直径ｃとかい離すると乱流になる傾向がある。Ｓが（３π＋６）ａ２／１６以下であると、等価直径ｃと楕円形状部の長径ａとの差が小さくなり、良好な整流性を得ることができる。より好ましいＳは、０．９７×（３π＋６）ａ２／１６以下である。
　前記半楕円の長径ａは０．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．８ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である。長径ａが小さくなると、反応、分離、精製、熱交換、検出などの種々目的に対して、流体の温度や流量の影響が大きくなる傾向があるため、流体を、流路１１を通すことによって得られる結果物が不均質となる恐れがある。長径ａが０．５ｍｍ以上であれば、均質な結果物が得られるため好ましく、０．８ｍｍ以上であればより好ましい。また、長径ａが大きくなると、流路１１を流れる液体に乱流が生じる傾向がある。ａが３．５ｍｍ以下であれば、均質な結果物を安定的に得るのに十分な整流性を得ることができる。より好ましくは、ａは３．２ｍｍ以下である。
　楕円の離心率ｅは、長径をａ、短径をｂとした時、以下の式であらわされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　流路の断面が含む曲線を楕円で近似したときの楕円の離心率をｅとする。本明細書ではｅを半楕円の離心率と呼ぶ場合がある。このとき、半楕円の離心率ｅは０以上、０．９５以下であることが好ましい。前記半楕円が半円の場合、ｅは０となる。ｅが大きくなると楕円が扁平となって流体の流れが乱れる傾向がある。ｅは０．９５以下が好ましく、０．９０以下がより好ましい。液体を流している流路内に気体が残存していると、気体の移動によって整流性の低下を招いて、マイクロ流路での化学反応が不均一になる恐れがある。流路を流れる液体の整流性を高めるには、流路を流れる液体が一定の流量になるまでの間に、流路内の気体をできるだけ流路の外に排出することが望ましい。ところが、実際には、流路内の気体をすべてなくすのは困難である。
　本発明にかかる流路は、流路の断面に含まれる三角形状部の形状を工夫することにより、流路内の気体を効率よく排気するとともに、流路内に気体が残存しても、残存する気体が反応や整流性に与える影響を低減することができる。具体的には、以下の式で表される、前記略楕円曲線と線分とに囲まれた領域の面積Ｘに対する前記線分を底辺とする三角形状の領域の面積Ｙの比Ｒを、０より大きく３以下とすることが望ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　Ｒが３以下であると、流路を流れる液体の流量が一定になるまでの間に、気体の多くが流路の外に排出されるため好ましい。Ｒが２以下であればより好ましく、０．７以下であればさらに好ましい。
　流路を流れる液体の流量が一定になった時点で流路に残留する気体がある場合、流路の断面が三角形状の領域を有すること、すなわちＲ＞０であることで、前記三角形状の頂点部に気体が保持されやすくなるため好ましい。その結果、優れた整流性や、安定した化学反応を実現することができる。
　前述したように、マイクロ流路の流路長Ｌが長いと、液体が流路内にとどまる時間が長くなり、化学反応や熱交換が十分に行われる。従って、流路長Ｌは長い方が好ましい。流路長Ｌは、流路の断面を構成する楕円形状部２１の長径ａの１０倍以上であることが好ましく、２０倍以上がより好ましい。
　流路が、図２のような断面形状を有していると、楕円形状部２１の長径ａに等しい直径を有する半円よりも断面積が大きいため、単位時間当たりにより多くの流体を流すことができる。また、後に詳述するが、断面が三角形状部を有することで、複数の流路を配置する場合に、隣接する流路間の伝熱をより均一にすることも可能である。これにより、例えば、流路間で熱変換を行なう場合、従来の半円形状の断面形状を有する流路に比べて、より均一で効率的な熱交換を実現することができる。
　前記三角形状部は、図２Ａのように半楕円の長軸を一辺とするものであってもよいし、図２Ｂのように略楕円の長軸と平行な線分を一辺とするものであってもよい。
　使用目的によっては、流路の接液部、すなわち、流路内を流れる流体と接する壁面（流路の壁面）、の一部または全部が、多孔質構造を有してもよい。例えば、流路の接液部に触媒を担持させる場合は、多孔質構造を有することが好ましい。流路の接液面を多孔質構造にすることで比表面積を増大させ、多孔質部に触媒を担持させることで、反応を促進させることができる。多孔質構造の流路内における配置は特に制限されるものではないが、例えば、流路の接液部のうち楕円形状部２１の壁面を多孔質構造とすることができる。
　本発明の構造体内部には、図３に示すように、複数の流路を有することがより好ましい形態である。複数の流路のそれぞれは、途中で合流や分岐をしてもよい。複数の流路それぞれに流す流体の種類は異なっていてもよい。構造体が複数の流路を有する場合、反応、分離、精製、熱交換、検出などの対象とする流体が流れる流路のうち少なくとも１つの流路は、図２に示すように、半楕円と該半楕円と辺が接する三角形を組み合わせた断面形状を有しているのが好ましい。断面の一部が三角形状を有することで、複数の流路を配置する場合に流路同士の距離を一定にすることができる。流路間の距離が一定になることでそれぞれの流路を流れる液体間の伝熱をより均一にすることが可能となる。
　例えば、高温水を流す流路と、反応液を流す流路とを備え、高温水の熱を反応液に伝えることによって、反応を促進させるための構造体について考える。本発明にかかる図３Ａの構造体は、高温水を流す流路であって、平行四辺形の断面形状を有する流路３１と、反応液を流す流路であって、略半楕円と三角形状を組み合わせた断面形状を有する流路３２を備えている。一方、図３Ｂの構造体は、図３Ａと同様の流路３３と、反応液を流す流路であって、楕円の断面形状を有する流路３４を備えている。
　図３Ａの場合、流路３１の一壁面と流路３２の三角形状部分の壁面とが平行になるように配置することで、流路３１と流路３２との間の距離３５、３６が一定となる部分を設けることができる。従って、流路３１を流れる流体と流路３２を流れる流体との間の距離を一定に保つことが可能となり、高温水から反応液への伝熱を均一にすることができる。それに対して、図３Ｂの場合、流路３４には曲面部分しかないため、流路３３との間の距離３７、３８は場所によって異なり、伝熱が均一とならない。
　（構造体の製造方法）
　本発明の構造体の製造方法は特に限定されるものではないが、付加造形技術、言い換えると、直接造形方式である三次元造形方法を適用することが好ましい。中でも粉末ベッド直接造形方式（以下、粉末ベッド方式と記述する）や、材料を肉盛りするような指向性エネルギー積層方式（クラッディング方式）が好適である。これらの方式を適用することで、マイクロ流路を有する本発明の構造体を一体で製造できる。
　以下、粉末ベッド方式について、セラミックスで造形する例を挙げて説明する。粉末ベッド方式による構造体の製造方法は、以下の工程を有する。
（ｉ）粉末層を形成する工程
（ｉｉ）スライスデータに応じて、粉末層の所定領域を選択的に硬化させる工程
　まず、粉末ベッド方式の基本的な造形の流れについて図４の具体例を用いて説明する。先ず、基台１３０上に粉末１０１を載置し、ローラー１５２を用いて粉末層１０２を形成する（図４Ａ、図４Ｂ）。構造体の３次元データから生成したスライスデータに基づいて、粉末層１０２の表面に、エネルギー線源１８０から射出したエネルギー線をスキャナ部１８１で走査しながら照射する。すると、エネルギー線が照射された領域の粉末に含まれる粒子が熔融してその後凝固し、粒子同士が互い焼結した凝固部（硬化部）１００が形成される（図４Ｃ）。エネルギー線が照射されない領域は粉末のまま、非凝固部（非硬化部）１０３として残る。続いて、ステージ１５１を降下させ、前記凝固部（硬化部）１００上に粉末層１０２を新たに形成する（図４Ｄ）。新たに生成した粉末層１０２に、スライスデータに基づいてエネルギー線を照射し、新たな凝固部１００と非凝固部１０３とを形成する（図４Ｅ）。
　これら一連の工程を繰り返し、所望形状の造形物５００を形成する（図４Ｆ）。そして、最後に非凝固部１０３の粉末を除去し、必要に応じて造形物の不要部分の除去や、造形物と基台１３０との分離を行う（図４Ｇ、図４Ｈ）。
　続いて、セラミックスの造形に用いる材料粉末について説明した後、各工程について詳細に説明する。
　＜材料粉末＞
　セラミックスの造形に用いる材料粉末として、無機化合物を主成分とする粉末（以下、無機化合物粉末と記述する）を用いる。本発明において、無機化合物とは、水素を除く周期表１族から１４族までの元素に、アンチモンおよびビスマスを加えた元素群のうち、１種類以上の元素を含有する酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、あるいはホウ化物を指す。無機化合物からなる粉末である無機化合物の粉末は１種類の無機化合物により構成されてもよく、２種類以上の無機化合物が混合したものでもよい。後の工程（ｉｉ）において、前記無機化合物粉末にエネルギー線を照射して熔融および凝固させると、その結果物をセラミックス状とすることができる。
　無機化合物粉末とは、本発明の工程（ｉ）（ｉｉ）によってセラミックス状のセラミックス構造体を形成することができる粉末ということであって、アモルファス質からなる粉末であってもよい。また、無機化合物粉末の流動性や最終的なセラミックス構造体の性能を調整するために、無機化合物粉末に少量（無機化合物粉末１００重量部に対して１０重量部以下）の樹脂や金属等を含んでもよい。
　無機化合物粉末の無機化合物は金属酸化物を主成分とするものからなることが、特に好ましい。酸化物はその他の無機化合物に比べて揮発成分がなく、工程（ｉｉ）において安定した熔融が実現できる。また、無機化合物粉末が金属酸化物を主成分とすることで、高強度の構造体を得ることができる。ここで金属酸化物とは上記元素群からホウ素、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、並びに１３族（窒素族）および１４族（酸素族）の元素を除いた元素群のうち、１種類以上の元素を含有する酸化物を指す。無機化合物粉末、金属酸化物の中でも、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムを主成分とすることが好ましい。酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムが、造形物の主成分であり、骨材となることで、強酸や強アルカリに対する耐食性、気密性、機械強度、環境適合性に優れた構造体を作製することができる。
　無機化合物粉末は、単体の金属酸化物で構成しても良いが、他の物質と組み合わせて用いることで新たな機能を発現し、さらに望ましくなる場合がある。例えば、酸化アルミニウムと酸化ジルコニウムとを含む粉末、あるいは、酸化アルミニウムと酸化ガドリニウムや酸化イットリウムなどの希土類金属酸化物とを含む粉末である。このような粉末を用いた造形は、加温時に共晶が形成されるため単体の金属酸化物よりも融解温度が低下し、レーザー照射による熔融・凝固反応が比較的容易になる。そればかりでなく、熔融後に凝固した際には構造体中に共晶組織が発現し、単体の金属酸化物よりもクラックの進展が抑えられるため、機械的強度および気密性が高くなることがある。そのような観点で、無機化合物粉末は、酸化アルミニウムと酸化ガドリニウムとを含有していることが、特に好ましい。
　複数の物質を組み合わせる場合、それぞれの物質単体からなる粉末を混合した混合粉末であってもよいし、粉末に含まれる粒子が複数の物質の固溶体で構成されていてもよい。
　また、工程（ｉｉ）におけるエネルギー線がレーザーである場合、無機化合物粉末に十分なエネルギー吸収があることで、粉末における熱の広がりが抑制されて局所的になり、熱ひずみや熱影響部分が低減するため、造形精度が向上する。たとえば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを使用する場合は、Ｔｂ４Ｏ７、Ｐｒ６Ｏ１１などが良好な吸収を示すため、無機化合物粉末に含有されていてもよい。
　以上の観点から、本発明における好適な無機化合物の組み合わせとして、Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３－Ｇｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３－Ｔｂ４Ｏ７、ＺｒＯ２－Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３－Ｇｄ２Ｏ３－Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３－ＺｒＯ２－Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３－Ｙ２Ｏ３－Ｔｂ４Ｏ７等が挙げられる。
　＜工程（ｉ）：粉末層を形成する工程＞
　粉末の供給方法は特に限定されないが、例えば、特開平８－２８１８０７に開示されているような粉末供給装置（不図示）によって、供給することができる。スライスデータで定義される厚みに応じて、基台１３０の上面あるいはエネルギー線照射後の粉末層の上面が、コンテナ１５３の上縁より一層の厚さ分だけ下方となる位置にステージ１５１の位置を調整する。そして、粉末供給装置により基台１３０の上に粉末を供給し、粉末をローラー１５２によって平坦化することにより、粉末層１０２を形成することができる（図４Ａ、図４Ｂ）。粉末を供給した後、層厚規制手段（例えばブレードなど）で粉末の表面を均して粉末層１０２を形成してもよい。基台１３０には、耐熱性のあるセラミックス製の平板を用いることが好ましい。
　＜工程（ｉｉ）：粉末層にエネルギー線を照射する工程＞
　図４に示した、工程（ｉｉ）では、工程（ｉ）で形成した粉末層の所定領域にエネルギー線を照射して、前記粉末のエネルギー線が照射された部位を熔融および凝固させる例で説明する。エネルギー線の照射は、構造体の３次元データから生成したスライスデータに基づいて行う。また、造形用の粉末としてセラミックス粉末を用いることとする。
　粉末にエネルギー線を照射すると、粉末がエネルギーを吸収し、該エネルギーが熱に変換されて粉末が熔融する。エネルギー線の照射が終了すると、熔融した粉末は、雰囲気および隣接するその周辺部によって冷却され、凝固し、凝固部１００が形成される（図４Ｃ）。
　使用するエネルギー線としては、無機化合物粉末の吸収特性に鑑みて、適切な波長を有する光源を選定する。微細な構造を有する構造体を形成するためには、ビーム径が絞れて指向性が高いレーザー線もしくは電子線を採用することが好ましい。酸化アルミニウムを主成分とする粉末に好適なエネルギー線は、レーザー線としては、１μｍ波長帯のＹＡＧレーザーやファイバーレーザー、１０μｍ波長帯のＣＯ２レーザーなどが挙げられる。粉末が副成分として酸化テルビウムや酸化プラセオジムを含む場合は、１μｍ波長帯のＹＡＧレーザーが好適である。
　造形物を得るには、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）を、所定回数繰り返す。すなわち、工程（ｉｉ）で得られた凝固部１００の上に、工程（ｉ）によって新たに粉末層１０２を形成し、新たな粉末層１０２にエネルギー線を照射する（図４Ｄ～図４Ｆ）。エネルギー線の強度は、凝固部１００の上の粉末層１０２が熔融するとともに、照射領域の粉末層１０２の下にある先に形成した凝固部１００の表面部分が再熔融する程度に調整しておく。これにより、新たにエネルギー線を照射して形成された凝固部１００と、先に形成された凝固部１００とを一体化することができ、構造体の３次元データに応じた形状を有する造形物を作製することができる（図４Ｇ）。
　本発明にかかる流路を有するセラミックス構造体を粉末ベッド方式で製造する場合、図６に示した矢印の方向、即ち、楕円形状部の底部６１の側から三角形状部の頂点６４に向かって造形することが好ましい。このような条件で造形すると、緻密性が高く凹凸が少ない壁面で囲まれた流路を製造できる。
　例えば、図１に示した構造体を製造する場合は、マイクロ流路の断面に対して垂直な面に粉末層を形成するように、工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を繰り返し実施することが好ましい。流路となる部分６３にはエネルギー線を照射せず、構造体となる部分６２にエネルギー線を照射する。エネルギー線が照射されない部分の粉末は熔融および凝固しないため、粉末のままとなる（非凝固部６３）。工程（ｉ）および工程（ｉｉ）を、構造体のスライスデータに従って所定回数繰り返してセラミックス構造体を造形したのち、非凝固部６３の粉末を除去することで流路が形成される。
　半楕円形状部の造形では、積層方向に対して、流路となる非凝固部６２の面積が粉末層の積層回数に応じて徐々に大きくなっていくことが好ましい。流路は、楕円形状部の長軸を含む部分が、積層方向のうち最大の面積となることが好ましい。そして、半楕円形状部の長軸を含む面を境として、流路となる非凝固部６３の面積が粉末層の積層回数に応じて徐々に小さくなっていくことが好ましい。
　図２Ａの三角形状部２２の２つの角（底角）θ１とθ２は、ともに４５度以上となることが好ましい。４５度以下だと非凝固部の一層毎の減少率が大きいことに起因して、流路の形成が不安定になり、流路内壁の表面粗さが増加してしまうため望ましくない。断面方向で見た場合、θ１とθ２のうち一方でも４５度以下であると、その角の補角は１３５度を超えることになる。すると、凝固部のオーバーハングの傾斜が大きくなりすぎ、凝固部を、その直下の非凝固部で支持することが難しくなり、凝固部の形状が乱れてしまうおそれがある。
　また、２つの角θ１とθ２のうち一方でも９０度を超えると三角形状部２２のθ１とθ２以外の角が鋭角になりすぎるので、流路の流れを妨げてしまう。好ましくは、θ１とθ２はそれぞれ８０度以下であり、より好ましくは６０度以下である。また、三角形状部２２の角θ３のコーナーアールは、半径０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。
　図２Ｂの場合、三角形状部２２は、２つの端点における楕円形状部２１の接線と長軸とのなす角θ４およびθ５が４５度となる、線分ｇを一辺とした三角形であることが好ましい。三角形形状２２の２つの角θ１とθ２は、互いに等しい角度である必要はないが、図２Ａと同様の理由で、ともに４５度以上となることが好ましい。また、図２Ａと同様に、角θ１とθ２はともに９０度以下であることが好ましく、８０度以下がより好ましい。また三角形状部の２２の角θ３のコーナーは、アールをつけるなど角の鈍った形状が好ましい。角θ３のコーナーにアールをつける場合は、コーナーを半径０．０５ｍｍ以上の円の弧とするのが好ましい。角θ３の角を落とす場合は、０．３ｍｍ以下の幅で落とすのが好ましい。
　造形後に、セラミックス構造体の密度上昇や強度向上、あるいは再酸化を目的として、加熱処理を実施してもよい。その際、釉薬として有機化合物や無機化合物を塗布、含浸させると、単なる加熱処理に比べてセラミックス構造体の密度上昇や強度向上が期待できる点で好ましい。
　加熱手段に制限はなく、抵抗加熱方式、誘導加熱方式、赤外線ランプ方式、レーザー方式、電子線方式など目的に応じて利用することが可能である。
　前記工程（ｉ）と（ｉｉ）の繰り返しによって得られたセラミックス構造体は、製造時の熔融および凝固の過程の急激な温度変化によって、表層および内部に応力が発生し、マイクロクラックが形成される場合がある。そこで、マイクロクラックを補償して、セラミックス構造体の密度上昇や機械強度の向上を図る処理として、下記工程（ｉｉｉ）および（ｉｖ）を実施するのが好ましい。
（ｉｉｉ）造形物に金属成分含有液を吸収させる工程
（ｉｖ）金属成分含有液を吸収させた造形物を加熱する工程
　以下、工程（ｉｉｉ）、（ｉｖ）について詳細に説明する。
　＜工程（ｉｉｉ）：造形物に金属成分含有液を吸収させる工程＞
　金属成分含有液について説明する。金属成分含有液は、造形物に吸収させた後に行われる加熱処理によって造形物を構成する相と共晶関係となり得る相に変化する金属成分の原料と、有機溶媒と安定化剤とを含むものが好適である。
　例えば、造形物が酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；融点Ｔｍ：２０７０℃）からなる場合は、金属成分含有液としてジルコニウム化合物を含む液を用いることができる。アルミナを主体とした造形物に吸収させる場合は、ジルコニウム以外の金属元素が含まれない原料が好ましい。ジルコニウム成分の原料としては、ジルコニウムの金属アルコキシドや塩化物や硝酸塩などの塩化合物を用いることができる。中でも金属アルコキシドを用いると、ジルコニウム成分含有液を中間造形物のマイクロクラックに均質に吸収させることができるため好ましい。ジルコニウムアルコキシドの具体例として、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラｎ－プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラｎ－ブトキシド、ジルコニウムテトラｔ－ブトキシド等が挙げられる。
　まず、ジルコニウムアルコキシドを有機溶媒に溶解させて、ジルコニウムアルコキシドの溶液を調製する。ジルコニウムアルコキシドに加える有機溶媒の添加量は、化合物に対してモル比で５以上３０以下であることが好ましい。より好ましくは、１０以上２５以下である。なお、本発明において、Ｘの添加量はＹに対してモル比で５とは、添加するＸのモル量がＹのモル量に対して５倍であることを表している。溶液中のジルコニウムアルコキシドの濃度が低すぎると十分な量のジルコニウム成分を造形物に吸収させることができない。一方で、溶液中のジルコニウムアルコキシドの濃度が高すぎると溶液中のジルコニウム成分が凝集してしまい、中間造形物のマイクロクラック部分にジルコニウム成分を均質に配置することができない。
　前記有機溶媒としては、アルコール、カルボン酸、脂肪族系または脂環族系の炭化水素類、芳香族系炭化水素類、エステル、ケトン類、エーテル類、あるいはこれら２種以上の混合溶媒を用いる。アルコール類としては、例えばメタノール、エタノール、２－プロパノール、ブタノール、２－メトキシエタノール、２－エトキシエタノール、１－メトキシ－２－プロパノール、１－エトキシ－２－プロパノール、１－プロポキシ－２－プロパノール、４－メチル－２－ペンタノール、２－エチルブタノール、３－メトキシ－３－メチルブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどが好ましい。脂肪族系ないしは脂環族系の炭化水素類としては、ｎ－ヘキサン、ｎ－オクタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、シクロオクタンなどが好ましい。芳香族炭化水素類としては、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどが好ましい。エステル類としては、ギ酸エチル、酢酸エチル、酢酸ｎ－ブチル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテートなどが好ましい。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが好ましい。エーテル類としては、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジイソプロピルエーテルなどが挙げられる。本発明で使用される塗布溶液を調製するに当たり、溶液の安定性の点から上述した各種の溶剤類のうちアルコール類を使用することが好ましい。
　次に、安定化剤について説明する。ジルコニウムアルコキシドは水に対する反応性が高いため、空気中の水分や水の添加により急激に加水分解され溶液の白濁、沈殿を生じる。白濁や沈殿が生じるのを防止するために安定化剤を添加し、溶液の安定化を図ることが好ましい。安定化剤としては、例えば、アセチルアセトン、３－メチル－２，４－ペンタンジオン、３－エチル－２，４－ペンタンジオン、トリフルオロアセチルアセトンなどのβ－ジケトン化合物類；アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、アセト酢酸ブチル、アセト酢酸アリル、アセト酢酸ベンジル、アセト酢酸イソプロピル、アセト酢酸ｔｅｒｔ－ブチル、アセト酢酸イソブチル、３－オキソヘキサン酸エチル、２－メチルアセト酢酸エチル、２－フルオロアセト酢酸エチル、アセト酢酸２－メトキシエチルなどの、β－ケトエステル化合物類；さらには、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどの、アルカノールアミン類等を挙げることができる。安定化剤の添加量は、ジルコニウムアルコキシドに対してモル比で０．１以上３以下が好ましい。より好ましくは、０．５以上２以下である。
　溶液の調製は、室温で反応させても、還流させて調製しても構わない。
　また、造形物がＡｌ２Ｏ３とＧｄＡｌＯ３の２相からなる場合、造形物の融点は２相の組成比に応じて決まる。例えば、この２相が共晶組成であれば、融点は約１７２０℃になる。このときの金属成分含有液としては、加熱処理によってＺｒＯ２の相が生じるジルコニウム成分含有液を選択することが可能である。
　工程（ｉ）においてエネルギー線照射によって熔融した粉末は、周囲に冷やされて凝固し、凝固部が形成される。セラミックスの場合は、熔融／凝固の温度差が大きいので、凝固部にはマイクロクラックが発生する場合がある。このマイクロクラックが造形物に残存する。
　金属成分含有液は、工程（ｉｉｉ）によって、造形物の表層のみならず、マイクロクラックを伝って造形物の内部にも分布する。造形物のマイクロクラックの十分な範囲に、十分な量の金属成分を介在させることができるのであれば、造形物に金属成分含有液を含浸させる手法は問わない。金属成分含有液中に造形物を浸けてもよいし、金属成分含有液を霧状にして造形物に吹き付けてもよいし、刷毛などで塗布してもよい。また、これらの手法を複数組み合わせてもよいし、同じ手法を複数回繰り返してもよい。金属成分含有液を吹き付ける場合、および、金属成分含有液を塗布する場合は、金属成分含有液を含浸していない造形物の５体積％以上２０体積％以下の金属成分含有液を吹き付け乃至塗布することが好ましい。５体積％未満であると、造形物のマイクロクラック部分に配置される金属成分量が不足し、マイクロクラック部分が熔融しないおそれがある。
　＜工程（ｉｖ）：金属成分含有液を吸収させた造形物を加熱する工程＞
　工程（ｉｉｉ）では、金属成分含有液を吸収させた造形物を加熱する工程を実施する。
　工程（ｉｉｉ）を施した後の造形物には、金属成分含有液、即ち金属成分が、造形物表層および造形物内部のマイクロクラックに分布して存在している。このような造形物を、加熱処理することによって、造形物の金属成分が存在している部分、具体的には、造形物表層と造形物内部のマイクロクラック部分で、焼結または一部熔融が生じる。加熱する工程では、造形物が到達する最高温度が、金属成分含有液から形成される金属酸化物の相と造形物を構成する相との共晶温度よりも高く、造形物を構成する相の融点よりも低いことが好ましい。
　マイクロクラック部分が、金属成分含有液から形成される金属酸化物の相と造形物を構成する相との共晶温度よりも高い温度に達すると、マイクロクラック部に分布していた金属成分が造形物の結晶内部に拡散する。そして、金属成分が存在しているマイクロクラック部分の造形物が熔融する。熔融状態では、表面エネルギーが減少する方向に原子の拡散が進み、その後温度を低下させることで、熔融した部分が、金属成分を含んだ状態で結晶が再結晶化し、マイクロクラックが低減する。その結果、造形物の結晶組織間の結合力が強くなり、造形物の耐摩耗性および強度が大きく向上する。
　前述したように、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３；融点２０７０℃）からなる造形物のクラックの補償には、ジルコニウム成分含有液が好適である。ジルコニウム成分含有液からは、加熱処理によってジルコニア（ＺｒＯ２；融点２７１５℃）相が形成される。そして、Ａｌ２Ｏ３とＺｒＯ２との共晶温度は約１９００℃である。この場合は、加熱処理時にマイクロック部分が到達する最高温度が、１９００℃より高く２０７０℃より低くなるように加熱するとよい。
　耐摩耗性を向上させるためには、金属成分を造形物の結晶内部に十分に拡散させる必要がある。そのためには、金属成分含有液から形成される金属酸化物の相と造形物を構成する相との共晶温度よりも高い温度で長時間加熱することが好ましい。マイクロクラック部分の温度が上記温度範囲になるように加熱温度をコントロールすることで、金属成分が存在する部分の近傍のみを熔融させることができるため、造形物の形状を崩さずマイクロクラックを低減することができる。加熱温度がコントロールされていれば、長時間加熱しても造形物形状は維持される。
　マイクロクラック部分に十分な金属成分が介在すれば、上述のようにマイクロクラックの近傍の造形物が熔融し、マイクロクラックを低減させる効果がある。例えば、マイクロクラック近傍を、酸化アルミニウムを主成分とした造形物７８ｍｏｌ％に対して酸化ジルコニウムが２２ｍｏｌ％近傍である、共晶組成に近づけることで、造形物のマイクロクラック近傍を選択的に熔融させることができる。
　このように、造形物に金属成分含有液を含浸させた後に加熱処理することによって、マイクロクラック部分を選択的に熔融および凝固して再結晶化させることができる。このようにして得られる造形物は、マイクロクラックが低減し、処理前に比べて耐摩耗性および機械強度が大きく向上する。
　以上、粉末ベッド方式を用いて構造体を造形する例について説明したが、クラッディング方式を用いて造形することもできる。
　クラッディング方式について図５を用いて説明する。クラッディング方式は、クラッディングノズル２０１にある複数の粉末供給孔２０２から粉末を噴出させ、それらの粉末が焦点を結ぶ領域にエネルギー線２０３を照射して、所望の場所に付加的に凝固部１００を形成する（図５Ａ）。かかる工程を繰り返し行って所望形状の造形物５００を得る（図５Ｂ、図５Ｃ）手法である。最後に、必要に応じて造形物５００の不要部分の除去や造形物５００と基台１３０との分離を実施する。
　クラッディング方式は、粉末ベッド方式に比べて、造形物表面に凹凸ができやすい。そのため、内壁の凹凸が小さいマイクロ流路を形成して、流路内の抵抗を小さくするという観点においては、クラッディング方式よりも粉末ベッド方式の方が好適である。
　また、セラミックス材料を用いて造形したセラミックス構造体について説明したが、本発明はセラミックス材料に限定されるものではない。無機化合物粉末を用いた造形と同様に、金属粉末あるいは樹脂粉末を用いて、本発明にかかるマイクロ流路を含む金属構造体あるいは樹脂構造体を作成することができる。
　以下に実施例を挙げて、本発明の構造体を説明するが、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
　（実施例１）
　図２Ａの断面形状を有する流路を、内部に２ｍｍピッチで１２本備える６０ｍｍ×５７ｍｍ×１３ｍｍの構造体を作製した。
　まず、α－Ａｌ２Ｏ３粉末、Ｇｄ２Ｏ３粉末、Ｔｂ２Ｏ３．５粉末（Ｔｂ４Ｏ７粉末）を用意し、モル比がＡｌ２Ｏ３：Ｇｄ２Ｏ３：Ｔｂ２Ｏ３．５＝７７．４：２０．８：１．８となるように各粉末を秤量した。秤量粉末を乾式ボールミルで３０分間混合して混合粉末（材料粉末）を得た。
　次に、上述した図４に示す工程と基本的に同様な工程を経て実施例１の造形物を形成した。
　造形物の形成には、３００ＷのＮｄ：ＹＡＧレーザー（ビーム径６５μｍ）が搭載されている３Ｄ　ＳＹＳＴＥＭＳ社のＰｒｏＸ　ＤＭＰ　２００を用いた。
　最初に、ローラーを用いてアルミナ製の基台上に前記材料粉末の２０μｍ厚の一層目の粉末層を形成した（工程（ｉ））。次いで、３０Ｗのレーザービームを、前記粉末層に照射し、６０ｍｍ×５７ｍｍの長方形の領域にある材料粉末を熔融および凝固させた。描画速度は１００ｍｍ／ｓから１４０ｍｍ／ｓ、描画ピッチは１００μｍとした。また、図７Ａに示すように、描画ラインは長方形に対して斜め４５度となるようにした。（工程（ｉｉ））。次に、前記熔融および凝固部を覆うように２０μｍ厚の粉末層をローラーで新たに形成した（工程（ｉ））。図７Ｂに示すように、一層目の描画ラインと直交するような形で前記長方形の領域の真上にある粉末層にレーザーを照射し、６０ｍｍ×５７ｍｍの領域を熔融および凝固させた（工程（ｉｉ））。このような工程を繰り返して、６０ｍｍ×５７ｍｍの長方形で高さ５．５ｍｍの中間造形物を形成した。この中間造形物の上に２０μｍ厚の粉末層を形成し、図８Ａに示すように断面方向で非凝固部の長さが３９８μｍで断面と鉛直方向に６０ｍｍとなるようにレーザーをスキャンして流路の略楕円部の底部近傍を形成した。なお、レーザー照射によって熔融および凝固する幅（凝固線幅）をあらかじめ計測して補正することで、所望寸法の造形物が得られるよう調整した。この時の積層回数をｎ＝１とする。この後、非凝固部の長さが２×（２０μｍ×ｎ×（２×１ｍｍ－２０μｍ×ｎ））０．５となるようにレーザーをスキャンして積層を繰り返し、図８Ｂに示すように流路の楕円形状部の高さが１ｍｍになるまで図８造形した。流路は２ｍｍピッチで１２本形成した。次に図８Ｃに示すように流路の三角形形状部を、非凝固部の幅が断面方向に１９６０μｍで、非凝固部の長さが断面と鉛直方向に６０ｍｍとなるようにレーザーをスキャンして形成した。この時の積層回数をｍ＝１とする。断面方向における非凝固部の幅が２×（１ｍｍ－２０ｕｍ×ｍ）となるようにレーザーをスキャンして積層を繰り返し、図８Ｄに示すように流路の三角形形状部の高さが１ｍｍになるまで造形した。その後、図８Ｅに示すようにさらに高さ５．５ｍｍの厚さの凝固部を形成し、内部に非固溶部を有する造形物を得た。前記中間造形物をアルミナ製の基台から切り離し、洗浄によって造形物内の非凝固粉末を取り除くことで、流路を有する造形物を得た。光学顕微鏡で前記造形物の表面を観察したところ、造形物表面の凹凸は２０μｍ以下であった。
　続いて、得られた造形物にジルコニウム成分含有液を吸収させて加熱し、マイクロクラックを低減する処理を行った。
　ジルコニウム成分含有液は、次のように作製した。８５重量％のジルコニウム（ＩＶ）ブトキシド（以下、Ｚｒ（Ｏ－ｎ－Ｂｕ）４と表記する）を１－ブタノール中に溶解させた溶液を用意した。前記Ｚｒ（Ｏ－ｎ－Ｂｕ）４の溶液を２－プロパノール（ＩＰＡ）中に溶解させ、安定化剤としてアセト酢酸エチル（ＥＡｃＡｃ）を添加した。各成分モル比は、Ｚｒ（Ｏ－ｎ－Ｂｕ）４：ＩＰＡ：ＥＡｃＡｃ＝１：１５：２とした。その後、室温で約３時間攪拌することにより、ジルコニウム成分含有液を作製した。
　実施例１の造形物をジルコニウム成分含有液に浸漬し、１分減圧脱気して、内部まで液を浸透させたのち、１時間自然乾燥させた（工程（ｉｉｉ））。
　ジルコニウム成分含有液を含浸させた造形物を電気炉に入れて加熱した。大気雰囲気にて１６７０℃まで４時間で昇温させ、１６７０℃で３０分保持した後、６時間かけて２００℃以下に冷却した（工程（ｉｖ））。
　以上の手順により、図２Ａのように、楕円形状部と三角形状部とからなる断面形状を有する流路を内部に備えるセラミックス構造体を得た。
　（実施例２～３４）
　原料粉末の種類や流路の断面形状を変えて、複数種のセラミックス構造体を作製した。
　実施例２から実施例２３のセラミックス構造体は、実施例１と同様に、流路の断面の三角形状部の一辺が楕円形状部の長径である、図２Ａの形状となるように設計し、用いる原料粉末の組成を変えて作成したものである。
　実施例１から実施例２３の楕円形状部と三角形状部の設計寸法、および原料粉末の配合比を表１に示す。構造体の造形は実施例１と同様に行ったが、「工程（ｉｉｉ）および工程（ｉｖ）」の欄に無と記載されている実施例は、造形後にクラックを低減する処理を実施しなかった。
　実施例２４から実施例３４のセラミックス構造体では、流路の断面の楕円形状部２１が半楕円形状よりも大きい図２Ｂの形状となるように設計した。楕円形状部２１の２本の接線と長軸のなす角θ４およびθ５を４５度とし、三角形状部２２の一辺が、前記２本の接線と楕円形状部２１との２つの接点を結んだ線分ｇとなるようにした。実施例２４から実施例３４の楕円形状部と三角形状部の設計寸法および原料粉末の配合比を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　（比較例１）
　実施例１と同様にして、流路断面の三角形状部の一辺が楕円形状部の長径となるような形状の構造体を作製した。比較例１の構造体の設計寸法を表１に示す。比較例１は、三角形状部の各θ１、θ２が共に２０度であり、４５度未満となっている。
　（実施例３５）
　実施例１と同様の工程を経て、図９Ａに示すような、構造体の端部に折返し部を有するマイクロ流路を備える構造体を作成した。図９ＢにＡ－Ａ‘断面の断面図を示す。図９Ｂに示すように高温液体用の流路１１１と低温液体用の流路１１２を設けた。高温液体用の流路１１１は、対角線が２ｍｍの正方形の断面形状を有する流路である。低温液体用の流路１１２の断面は、楕円形状部２１が直径２ｍｍの半円であり、三角形状部が前記半円の直径を一辺とする直角２等辺三角形とした。それぞれの流路の流路長は１ｍとなるように設計した。
　（比較例２）
　上記実施例３５と比較するために、図１０に示すような断面を有する、マイクロ流路を備える構造体を作製した。図１０のマイクロ流路は、高温液体用の流路１１５と低温液体用の流路１１６が、いずれも直径２ｍｍの半円形をしている。各流路間の最短距離は実施例１の図９Ｂと同じ２ｍｍ、流路長さはいずれも１ｍとなるように設計した。
　（実施例３６～６９）
　実施例１と同様の工程を経て、流路の断面形状がそれぞれ実施例１から実施例３４と同じで、図１１に示すようなＴ字形状のマイクロ流路を実施例３６から実施例６９として造形した。図１１Ａが作成した構造体の全体図、図１１Ｂに構造体に設けた流路を上面からみた図である。
　（比較例３）
　実施例３６と比較するために、流路の断面形状を比較例１と同じ形状に変更した点を除いて、実施例３６と同様の構造体を比較例３として作製した。
　（形状の評価）
　実施例１～３４、および比較例１の構造体を切断・研磨し、流路断面の形状を光学顕微鏡で観察した。その時の流路断面積と半楕円部分の長径を測定した。測定した断面積と長径を表３に示す。さらに、光学顕微鏡で測定したマイクロ流路の断面のエッジを画像処理により抽出し、設計した外形と最小二乗法を用いてフィッティングを行った。その際の最大の誤差の絶対値を求めた。
　比較例１は、最大の誤差が０．５ｍｍを超えており、これは流路内壁の凹凸が大きく、流れを妨げているので望ましくない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　（組成の評価）
　実施例１～３４、および比較例１の造形物の一部を酸で溶解し、ＩＣＰ発光分光分析法で組成分析を行った。その結果、表１および表２で示したような組成であることを確認した。
　（性能の評価）
　図９に示す実施例３５の高温液体用の流路１１１に８０℃の水を循環させ、低温液体用の流路１１２に２５℃の水を流して出口の温度を測定したところ、最大７５℃となっており、熱交換による水の温度上昇が確認された。
　図１０に示す比較例２の高温液体用の流路に８０℃の水を循環させ、低温液体用の流路に２５℃の水を流して出口の温度を測定したところ、最大でも６０℃程度であり、熱交換による水の温度上昇は実施例３５より小さかった。
　実施例３６から実施例６９で作製した、Ｔ字形状の流路を有する構造体の２つの供給口から、有機溶媒１１３と水１１４をそれぞれ供給して合流させたところ、サイズの均一なエマルションになることを確認した。本発明である実施例３６から実施例６９の流路は整流性に優れているため、均質な分散液が得られた。このことから、本発明の流路を用いれば、均質な化学反応を実現することも可能である。一方で、比較例３の流路に同じく有機溶媒と水を流して合流させたところ、サイズが不均一なエマルションとなった。比較例３では乱流となり、均質な分散液は得られなかった。
　実施例３と比較例１を比較すると、比較例１は実施例３よりも長径ａが長いにもかかわらず断面積は小さかった。その結果、同じ流速での流量が劣っていた。
　実施例１から実施例３５の流路にヘリウムガスを流し、リークテストをしたが、リークは認められず、良好な気密性を示すことを確認した。
　実施例１から実施例３５の構造体を水酸化ナトリウムおよび塩酸にそれぞれ浸漬したが、構造体の変形は認められなかった。また、浸漬後の溶媒をＩＣＰ発光分光分析法で組成分析したが、各実施例の構造体の成分は数ｐｐｍ以下であり、各実施例の構造体の耐食性が高いことを確認した。
　実施例１から実施例３４の流路に流体を流し、流量が一定になるまでに各流路から排出される気泡の量をカメラで測定した。流路の出口につないだガラス管を通過する気泡の二次元画像（気泡の投影像）を取得し、前記投影像の面積から円相当径と、前記径を有する球の体積を算出し、これを気泡の体積とした。３分間の撮影を行い、出てきた気泡の体積を概算した。その結果、Ｒが３以下である実施例１から７、実施例９から３４は、Ｒが３より大きい実施例８と比べて排出される気泡の量が２割多かった。Ｒが３以下である実施例１から７、実施例９から３４は、Ｒが３より大きい実施例８に比べて流路内のより多くの気体が外部に排出され、より優れた整流性を得ることができた。
　次に、実施例１から実施例３４、および比較例１の流路に流体を流し、流量が一定になったのち、上記と同様の測定を行って各流路から出てくる気泡の量を算出した。その結果、流路断面に三角形状部を有する実施例１から３４は、三角形状部がない比較例１に比べて流路から出てくる気泡の量が２割少なかった。これは、実施例１から３４では、流量が一定になった後の流路内の残留気体の移動が抑制されたことを示す。これは、三角形状の頂点部付近に残留気体が保持されたためと考えられる。これにより、比較例１に比べて優れた整流性が得られた。
　以上、セラミックス粉末を用い、粉末層にエネルギー線を照射して、スライスデータに応じた所定領域を選択的に硬化させる例を示したが、粉末層を硬化させる方法は、この例に限定されるものではない。
　例えば、インクジェット法などを用いて、粉末層にスライスデータに応じてバインダーを吐出して硬化させる方法や、無機材料とバインダーとなる樹脂材料を混合した粉末層に、結合開始材を吐出する方法などが挙げられる。あるいは、無機材料とバインダーとなる樹脂材料を混合した粉末層に、樹脂材料を選択的に溶融する熱をレーザー等で与え、スライスデータに応じた所定領域を選択的に硬化させる方法を採用することもできる。
　また、粉末とバインダーとを混合した粘性の高い混合流体を、スライスデータに基づいて積層することで、本発明の流路を有する構造体を製造することも可能である。この場合、バインダーの種類は問わないが、例えば酢酸ビニルやワックス等の熱可塑性バインダーが好適である。熱可塑性バインダーを使用した場合、例えば、以下の手順によって構造体が製造される。
　まず、セラミックや金属などの原料となる粉末と熱可塑性バインダーを加熱混練した混合物を射出成形機や押し出し成形機に投入する。次に、前記成形機のシリンダ内において、前記混合物を混練加熱すると、熱可塑性バインダーが溶融して流動性を有する混合流体となる。そして、混合流体を成形機から押し出し、積層していくことで所望の内部流路形状を有する成形体が完成する。
　前記成形体が非酸化物セラミックおよび金属の場合は、真空中または水素等還元雰囲気中において、前記成形体が酸化物セラミックの場合は大気中において加熱すれば、熱可塑性バインダーが分解気化し、原料粉末が焼結することで所望の内部流路形状を有する構造体が得られる。
　造形に用いる粉末は、セラミックス粉末に限定されるものではなく、金属粉末や樹脂粉末、これらの混合粉末などの中から、造形方法や製造する構造体の特性に応じて適宜選択して用いることができる。
　また、マイクロ流路について説明をしてきたが、本発明は、流路のサイズが限定されるものではなく、様々な用途に用いられる各種サイズの流路に適用することができる。
　本発明にかかる流路を用いる際、流路の供給口には、流路に液体やガスなどの流体を供給する流体供給装置が接続され、流体供給装置が備える加圧機構によって、流体を流路内へと供給するシステムを構成するのが好ましい。加圧機構は、加圧ポンプや、位置エネルギーを利用して流体に勢いを与える方法を採用することもできる。これにより、流体が流路内にとどまることなく、流路の排出口からの流体を取り出すことができる。供給口が複数ある場合は、供給口ごとに、個別に流体供給装置を接続してもよいし、供給する流体が同じ場合は、複数の供給口を１つの流体供給機構に接続してもよい。また、流路が細い場合や長い場合など、流路から流体が排出されにくい場合は、排出口に吸引機構を設けて流体の排出を促してもよい。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１８年８月２４日提出の日本国特許出願特願２０１８－１５７８０３と２０１９年７月２４日提出の日本国特許出願特願２０１９－１３６３９８を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (17)

  1. 　内部に流路を有する構造体であって、
    　前記流路の断面が、略楕円曲線と線分とに囲まれた領域と、前記線分を底辺とする三角形状の領域とを連結した形状を有し、
    　前記線分と略楕円曲線とに囲まれた領域は、半楕円以上であり、前記三角形の領域の底角が４５度以上であることを特徴とする構造体。
  2. 　前記構造体は、第１の流路と第２の流路を有しており、
    　前記第１の流路が、略楕円曲線と線分とに囲まれた領域と、前記線分を底辺とする三角形状の領域とを連結した断面形状を有し、
    　前記線分と略楕円曲線とに囲まれた領域は、前記略楕円曲線が半楕円以上であり、前記三角形状の領域の底角が４５度以上であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記構造体は、前記第２の流路の断面形状が、前記第１の流路の前記三角形状の領域を構成する辺と平行な辺を有する四辺形であることを特徴とする請求項２に記載の構造体。
  4. 　前記略楕円の長径をａとしたとき、前記断面の面積Ｓが、πａ２／８＜Ｓ≦（３π＋６）ａ２／１６の関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の構造体。
  5. 　前記長径ａが、０．５ｍｍ≦ａ≦３．５ｍｍで前記略楕円の離心率ｅが０≦ｅ≦０．９５であることを特徴とする請求項４に記載の構造体。
  6. 　前記略楕円曲線と線分とに囲まれた領域が半楕円であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の構造体。
  7. 　前記線分の２つの端点における２本の接線と、前記略楕円の長軸とのなす角が、それぞれ４５度であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の構造体。
  8. 　前記略楕円曲線と線分とに囲まれた領域の面積に対する前記線分を底辺とする三角形状の領域の面積の比Ｒが０＜Ｒ≦３の関係を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の構造体。
  9. 　前記流路の流路長が、前記略楕円の長径の１０倍以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の構造体。
  10. 　前記構造体の少なくとも前記流路を囲む領域がセラミックス材料で構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の構造体。
  11. 　前記構造体の少なくとも前記流路を囲む領域が、酸化ジルコニウムを含有していることを特徴とする請求項１０に記載の構造体。
  12. 　前記構造体の少なくとも前記流路を囲む領域が、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムを主成分として含有していることを特徴とする請求項１０または１１に記載の構造体。
  13. 　請求項１から１２のいずれか１項に記載の構造体の流路の一方の端部に液体供給装置を接続し、前記流路の多方の端部に吸引機構を接続した反応システム。
  14. 　請求項１０から１２のいずれか１項に記載の構造体の製造方法であって、
    　（ｉ）無機化合物の粉末を含む粉末層を形成する工程と、
    　（ｉｉ）造形データに応じて、前記粉末層の所定の領域を選択的に硬化させる工程と、
    　を有し、前記工程（ｉ）および（ｉｉ）を繰り返すことで構造体を製造することを特徴とする構造体の製造方法。
  15. 　前記工程（ｉｉ）において、造形データに応じて、エネルギー線を照射することにより前記粉末を硬化させることを特徴とする請求項１４に記載の構造体の製造方法。
  16. 　前記工程（ｉ）および（ｉｉ）を繰り返して得られる造形物に対して、
    　（ｉｉｉ）造形物に金属成分含有液を含浸させる工程と、
    　（ｉｖ）前記金属成分含有液を含浸させた前記造形物を加熱する工程と、
    　をさらに有することを特徴とする請求項１４または１５に記載の構造体の製造方法。
  17. 　請求項１０から１２のいずれか１項に記載の構造体の製造方法であって、
    　（ｖ）無機化合物の粉末と樹脂からなる混合物層を形成する工程と、
    　（ｖｉ）造形データに応じて、前記混合物層の所定の領域を選択的に硬化させる工程と、
    　を有し、前記工程（ｖ）および（ｖｉ）を繰り返すことで構造体を製造することを特徴とする構造体の製造方法。
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