JP5832282B2 - マイクロミキサ - Google Patents
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Description
このように、従来のマイクロミキサは、複数の部材同士を組み合わせた構造に起因した不具合が指摘されていた。
本発明の請求項2に記載のマイクロミキサは、請求項1において、前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路及び前記第二の分流路が、それぞれ、前記単一の基体中に中空に形成されていること、を特徴とする。
本発明の請求項3に記載のマイクロミキサは、請求項1又は2において、前記基体が、透明な材料からなること、を特徴とする。
本発明の請求項4に記載のマイクロミキサは、請求項1〜3の何れか一項において、前記第一の分流路と前記第二の分流路とが、その幅方向において交互に配されていること、を特徴とする。
また、本発明のマイクロミキサの製造方法では、前記基体において、前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路、前記第二の分流路、及び前記混合部となる領域をレーザー光照射することにより前記基体の内部に改質部を形成する工程と、前記改質部をエッチングにより除去し、前記基体に前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路、前記第二の分流路、及び前記混合部を形成する工程と、を含んでいるので、前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路、前記第二の分流路、及び前記混合部が、単一の基体の内部に設けられたマイクロミキサを製造することができる。また、本発明では、レーザー光照射による改質とエッチングを用いるため、三次元的に任意の構造体を形成することが可能であり、最適な形状の流路、分流路及び混合部を容易に形成することができる。その結果、本発明では、信頼性の高いマイクロミキサを簡便な方法で製造可能なマイクロミキサの製造方法を提供することができる。
このマイクロミキサ1は、第一の流体Aが流れる第一の流路3aと、前記第一の流路3aと対向して配され第二の流体Bが流れる第二の流路3bと、前記第一の流路3aから枝分かれした複数の第一の分流路4aと、前記第二の流路3bから枝分かれした複数の第二の分流路4bと、前記第一の分流路4aで分流された前記第一の流体Aと、前記第二の分流路4bで分流された前記第二の流体Bとを合流させ混合する混合部5と、前記混合部5から伸びた第三の流路6と、を少なくとも備えてなる。
本発明では、第一の流路3a、第二の流路3b、第一の分流路4a、第二の分流路4b、及び混合部5が、単一の基体2の内部に設けられているので、従来のマイクロミキサ1のような接合界面が無い。したがって、変形による界面剥離や接着剤成分の混入など、複数の部材同士を組み合わせた構造に起因する不具合が生じることがない。その結果、本発明のマイクロミキサ1は、複数の部材同士を組み合わせた構造に起因した不具合を解決し、信頼性の高いものとなる。
さらに、基体2をガラスのような絶縁体から構成することで、流体に電位を加えて移動させる場合に、混合部5が通電されることによる発熱や感電などの心配がない。また、基体2をガラスから構成することで、流路や混合部5が微細構造となった場合でも、機械的強度を保つことが可能である。
後述するように、これらの流路はいずれも、例えばレーザー光を用いたガラスの改質と、該改質部のエッチングにより形成できる。これにより、流路の断面形状を任意に制御できる。例えば、丸型や六角形にすることもできる。
第一の分流路4aは、複数の支流4a1、4a2、4a3、・・・から構成されている。第二の分流路4bは、複数の支流4b1、4b2、4b3、・・・から構成されている。そして、支流4a1、4a2、4a3・・・と、支流4b1、4b2、4b3・・・とが、支流の幅方向に交互に配されている。つまり、4a1、4b1、4a2、4b2、4a3、4b3、・・・の順に並んで配されている。第一の分流路4aと記第二の分流路4bとは、図2(a)に示すようにそれぞれ櫛歯状としてもよいし、図2(b)に示すようにそれぞれ鋸歯状としてもよい。なお、これらは一例であり、分流路の先端をR形状にしたり、櫛歯の長方形を多角形にしたり、鋸歯に突起をつけたり、などすることもできる。
後述するように、これらの分流路は、例えばレーザー光を用いたガラスの改質と、該改質部のエッチングにより形成できる。これにより、ガラス基体2内に図に示したような複雑な立体構造を形成できる。図3(a)に示すように、分流路を四角形状とし、第一の分流路4aと第二の分流路4bとを交互に格子状に配置することもできるし、図3(b)に示すように、分流路を丸形状とし、第一の分流路4aと第二の分流路4bとを交互に並べて配置することもできる。また、図3(c)に示すように、分流路を六角形状にして第一の分流路4aと第二の分流路4bとを交互に並べれば、ハニカム構造となる。この形状は、流路自体の機械的強度と流路の密度の観点から好ましい。
図4に示すように流路を複数のツリー状(幹の部分を平面方向から見たときに櫛歯状にする)に形成すれば、分流路をアレイ状に配置できる。図4に示す例では分流路の幹に当たる部分と枝に当たる部分、葉にあたる部分でそれぞれ寸法が異なるが、流路の寸法は混合速度、流体へかける圧力により任意に形成することができる。
図5は、図1に示すマイクロミキサにおいて、X1−X2線における縦断面図である。流路や分流路の断面形状を、例えば図5(a)に示すような四角形状にすることもできるし、図5(b)に示すような半円形状にすることもできる。また、図5(c)に示すような台形形状にすることもできる。これらは一例であり、例えば六角形などの多角形にすることもでき、混合部5と接点を持ちさえすれば良い。混合の効率の観点からは、混合部5との接触面積が大きく、かつ並列する分流路の密度が高く、分流路自体の機械的強度を併せもった形状が望ましい。
分析チップ10は、分析チップの基体と一体に設けられたマイクロミキサ1を備える。この分析チップ10では、キャリア入口11、サンプル入口12、マイクロミキサ1、リアクター13、検出部14、ポンプ15、出口16を備えているが、これは分析チップの構成の一例であり、これに限定されるものではない。例えば、フィルターやセパレータ、電子回路などその他必要な機能を備えた構成とすることもできる。また、各構成要素は1個に限定されるものではなく、例えばサンプル入口やリアクターを複数個備えた構成とすることもできる。
図7は、本発明のマイクロミキサの製造方法を工程順に示す断面図である。
本発明のマイクロミキサ1の製造方法は、基体2において、第一の流路3a、第二の流路3b、第一の分流路4a、第二の分流路4b、及び混合部5となる領域をレーザー光照射することにより前記基体2の内部に改質部20を形成する工程と、前記改質部をエッチングにより除去し、前記基体2に第一の流路3a、第二の流路3b、第一の分流路4a、第二の分流路4b、及び混合部5を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
まず、基体2の第一の流路3a、第二の流路3b、第一の分流路4a、第二の分流路4b、及び混合部5となる領域をレーザー光照射することにより改質する。
次に、前工程で形成した改質部20を除去して、基体2に第一の流路3a、第二の流路3b、第一の分流路4a、第二の分流路4b、及び混合部5を形成する。
浸入孔21は1〜100μmの微小な径でも十分に改質後のエッチング速度の改善効果が得られる。また、浸入孔21は1個に限定されず、複数個形成させることもできる。
Claims (4)
- 第一の流体が流れる第一の流路と、
第二の流体が流れる第二の流路と、
前記第一の流路から枝分かれした複数の第一の分流路と、
前記第二の流路から枝分かれした複数の第二の分流路と、
前記第一の分流路で分流された前記第一の流体と、前記第二の分流路で分流された前記第二の流体とを合流させ混合する混合部と、を少なくとも備えてなり、
前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路、前記第二の分流路、及び前記混合部が、単一の基体の内部に設けられており、前記混合部が前記単一の基体中に中空に形成されていること、を特徴とするマイクロミキサ。 - 前記第一の流路、前記第二の流路、前記第一の分流路及び前記第二の分流路が、それぞれ、前記単一の基体中に中空に形成されていること、を特徴とする請求項1に記載のマイクロミキサ。
- 前記基体が、透明な材料からなること、を特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロミキサ。
- 前記第一の分流路と前記第二の分流路とが、その幅方向において交互に配されていること、を特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のマイクロミキサ。
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