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マイクロデバイス

国内特許コード P150012380
整理番号 789
掲載日 2015年10月16日
出願番号 特願2005-103659
公開番号 特開2006-281071
登録番号 特許第4298671号
出願日 平成17年3月31日(2005.3.31)
公開日 平成18年10月19日(2006.10.19)
登録日 平成21年4月24日(2009.4.24)
発明者
  • 前 一廣
  • 長谷部 伸治
  • 宮田 博之
  • 川口 達也
  • 末益 猛
出願人
  • 宇部興産株式会社
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 マイクロデバイス
発明の概要 【課題】 滞留時間分布がよりシャープな、マイクロデバイスとしての混合デバイスを提供する。
【解決手段】 流体を混合する混合デバイスは、
流体が上流から下流に向かって流れる平板状流路(10)、
平板状流路の上流側に位置する、第1流体が流入する第1流体流入口(18)、
第1流体流入口の下流側に位置する、第2流体が流入する第2流体流入口(20)、および
第2流体流入口の下流側に位置し、平板状流路が分割されて形成された側方縮流部(22)
を有して成り、
第2流体流入口は、平板状流路内へ通じる複数の穿孔部であり、複数の穿孔部の配置プロファイルは、平板状流路における流体のバルクの流れ方向に対して凸状である。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


流体の混合を目的として種々のマイクロデバイスが提案されている。そのようなマイクロデバイスにおける混合は、混合すべき流体間における物質の拡散現象を主として利用している。尚、「混合」とは、複数種の流体が相互に混じり合った状態にすることを意味し、混合の程度は種々のオーダーのマクロ混合であっても、あるいはミクロ混合であってもよい。また、混合の結果として流体が反応してもよい。そのような混合を迅速かつ均一に行うために例えば次のようなマイクロデバイスが提案されている。



半導体加工技術により形成された微細な溝または孔から分散相を連続相に供給することによってマルションを連続的に生産できるマイクロデバイスが提案されている(例えば特許文献1および特許文献2参照)。デバイスによって流体を混合するに際して、デバイス内における各流体の滞留時間分布はよりシャープであることが望まれている。特に、流体を混合して反応させる場合、流体の滞留時間分布をシャープにしてデバイスから排出される流体に関して、いずれの流体塊についても反応転化率の差が小さいことが望ましい。尚、「流体塊」とは、流体の全体という概念とは対照的に、全体としての流体を構成する個々の微小な一部分を意味するものとして使用する。



しかしながら、上述のようなデバイスは、連続相が存在する混合領域への分散相の流入口は混合領域に対して偏在し、また、混合によって生成するエマルションの流出口も混合領域に対して偏在しているというデバイス構造であるため、滞留時間分布をシャープに保ちながら流体の混合を制御することが困難であると考えられる。



また、提案されているマイクロデバイスは、2種の液体を混合するものが多く、3種以上の流体を混合する場合は、最初のデバイスで2種の液体を混合した後、別のマイクロデバイスを用いて3種目の流体を混合せざるを得ず、その結果、2つのデバイスを接続管によって連結する必要がある。この場合、連結に際して用いる接続管の径、長さを極力小さくする必要があるが、その場合には、流体を送る場合の圧力損失が大きくなるので、流体を送る量が制限されることになる。
【特許文献1】
特開2003-71261号公報
【特許文献2】
特開2002-119841号公報

産業上の利用分野


本発明は、マイクロデバイス、より詳しくは少なくとも2種の流体を混合するマイクロデバイス、特にマイクロミキサーに関する。そのようなマイクロデバイスは、化学工業や医薬品工業において、例えば、流体材料を混合したり、反応させたりすることによって種々の生成物を製造する場合に使用できる。



尚、本明細書において、「流体」なる用語は、液体(溶液を含む)および液体として扱うことができる液体混合物を含むものとして使用している。そのような混合物としては、固体および/または気体を含む液体を例示でき、例えば粉末のような微小な固体(例えば金属微粒子)および/または微細な気泡を含む液体混合物であってもよい。また、液体は、溶解していない他の種類の液体を含むものであってよく、例えばエマルションであってよい。別の態様では、本発明において流体は気体であってもよく、気体は固体の微粒子を含んでいてもよい。

特許請求の範囲 【請求項1】
流体を混合する混合デバイスであって、
流体が上流から下流に向かって流れる平板状流路、
平板状流路の上流側に位置する、第1流体が流入する第1流体流入口、
第1流体流入口の下流側に位置する、第2流体が流入する第2流体流入口、および
第2流体流入口の下流側に位置し、平板状流路が分割されて形成された側方縮流部
を有して成り、
第2流体流入口は、平板状流路内へ通じる複数の穿孔部であり、複数の穿孔部の配置プロファイルは、平板状流路における流体のバルクの流れ方向に対して凸状であることを特徴とする混合デバイス。

【請求項2】
側方縮流部の下流側でこれらが合流した領域に位置する、第3流体が流入する第3流体流入口、および
第3流体流入口の下流側に位置する、平板状流路の中央縮流部
を更に有して成り、
第3流体流入口は、平板状流路内へ通じる複数の穿孔部であり、複数の穿孔部の配置プロファイルは、平板状流路における流体のバルクの流れ方向に対して凹状であることを特徴とする、請求項1に記載の混合デバイス。

【請求項3】
第1流体流入口と第2流体流入口との間において、第4流体が流入する第4流体流入口およびその下流側に位置する中央縮流部を更に有して成り、
第4流体流入口は、平板状流路内へ通じる複数の穿孔部であり、複数の穿孔部の配置プロファイルは、平板状流路における流体のバルクの流れ方向に対して凹状であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の混合デバイス。

【請求項4】
少なくとも1つの流体流入口の下流側に、邪魔板部が存在し、それによって、平板状流路の断面が狭くなっていることを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項5】
少なくとも1つの流体流入口(但し、第1流体流入口を除く)は、平板状流路を構成する上側壁面および下側壁面の少なくとも一方に位置することを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項6】
少なくとも1つの流体流入口(但し、第1流体流入口を除く)は、流れ方向に沿って隣接する、複数本の配置プロファイルの形態で存在することを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項7】
平板状流路を構成する壁面に関して、流体の流入に関与しない壁面または壁面の一部分に隣接して平板状流路の外側で熱媒が流れることを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項8】
配置プロファイルを構成する穿孔部の数が少なくとも3であることを特徴とする、請求項1~7のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項9】
複数の穿孔部の内の隣接する2またはそれ以上の穿孔部は実質的に相互に接続され、その結果、これらの穿孔部は単一のスリットの形態であることを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項10】
凹状または凸状の穿孔部の配置プロファイルは、その中心が平板状流路の中央に位置する扇形の形状であることを特徴とする、請求項1~9のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項11】
平板状流路の側方縮流部への流路の縮小的遷移または側方縮流部からの流路の拡大的遷移は、連続的であることを特徴とする、請求項1~10のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項12】
平板状流路の厚さは、1μm~5000μmであることを特徴とする、請求項1~11のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項13】
側方縮流部は、平板状流路の中央に位置する流れ遮蔽手段によって、その側方に形成されることを特徴とする、請求項1~12のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項14】
混合することによって少なくとも2種の流体を反応させることを特徴とする、請求項1~13のいずれかに記載の混合デバイス。

【請求項15】
請求項1~14のいずれかに記載の混合デバイスに少なくとも2種の流体をそれぞれの供給口から供給することを特徴とする、流体の混合方法。

【請求項16】
流体は液体であることを特徴とする、請求項15に記載の流体の混合方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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