JP2024117451A - マイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】多種多量の流体混合に対して設置スペースおよび製造コストを抑制できるマイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメントを提供する。【解決手段】本体ブロック１０と、本体ブロック１０に組み込まれるマイクロミキサーエレメント２０とを有し、マイクロミキサーエレメント２０には、第１流体が供給される第１分岐通路と第２流体が供給される第２分岐通路とが交互に配置された混合区画２３，２３Ａが複数形成され、本体ブロック１０には、混合区画２３，２３Ａの外で第１分岐通路に連通する第１供給通路３１，３１Ａと、混合区画２３，２３Ａの外で第２分岐通路に連通する第２供給通路３２、３２Ａと、混合区画２３，２３Ａで第１分岐通路および第２分岐通路に連通するミキシング通路３３，３３Ａとが形成され、第１供給通路３１，３１Ａ、第２供給通路３２，３２Ａ、およびミキシング通路３３，３３Ａが、混合区画２３，２３Ａごとに複数形成される。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の流体を精密に混合するためのマイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメントに関する。

複数の流体を精密に混合するために、エレメントに形成された交互溝により微細な交互層流を形成するマイクロミキサーが用いられている。
そして、交互溝のさらなる微少化および通路内面の平滑化の要望に対して、これを実現するマイクロミキサー、マイクロミキサーエレメント、およびその製造方法が、本願出願人により開発されている（特許文献１～３参照）。

特許文献１では、エレメントが３枚の板材で構成され、各板材の上面に所定のピッチで多数の溝が形成されており、３枚の板材を重ね合わせることでエレメントの上面に微小かつ平滑な交互溝が得られる。
特許文献２では、各板材に形成する溝の形状を改めることで、２枚の板材でエレメントが構成され、構造および製造が簡素化されている。
特許文献３では、エレメントが分岐通路の方向に沿った多数の板材を積層して構成され、各板材の重ね合わせ面に凹部を形成しておくことで、積層した際に凹部により交互溝が構成される。

特許第５８６４２３６号公報 特許第６００６９６９号公報 特開２０１７－１４８７９６号公報

前述した特許文献１～３のマイクロミキサーおよびエレメントでは、混合するための流路が１系統であり、ミキサー本体には混合すべき２つの流体のポートおよび混合された流体のポートが各１個形成され、エレメントには上面に交互溝が１区画だけであった。
このため、多量の流体の混合や多種の流体の混合に利用する場合、多数のミキサー本体およびエレメントが必要になるとともに、各ポートに接続する配管も多数にわたり、設置スペースの増大や製造コストの増大をまねいていた。

本発明の目的は、多種多量の流体混合に対して設置スペースおよび製造コストを抑制できるマイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメントを提供することにある。

本発明のマイクロミキサーは、本体ブロックと、前記本体ブロックに組み込まれるマイクロミキサーエレメントとを有し、前記マイクロミキサーエレメントには、第１流体が供給される第１分岐通路と第２流体が供給される第２分岐通路とが交互に配置された混合区画が複数形成され、前記本体ブロックには、前記混合区画の外で前記第１分岐通路に連通する第１供給通路と、前記混合区画の外で前記第２分岐通路に連通する第２供給通路と、前記混合区画の前記第１分岐通路および前記第２分岐通路に連通するミキシング通路と、が形成され、前記第１供給通路、前記第２供給通路、および前記ミキシング通路が、前記混合区画ごとに複数形成されている。

このような本発明では、第１流体が本体ブロックの第１供給通路からマイクロミキサーエレメントの第１分岐通路に供給され、第２流体が本体ブロックの第２供給通路からマイクロミキサーエレメントの第２分岐通路に供給される。これらの流体は、第１分岐通路と第２分岐通路とが交互溝となる混合区画において微細な交互層流として混合され、本体ブロックのミキシング通路から取り出される。
本発明においては、このようなミキシング系統（第１分岐通路、第２分岐通路、混合区画）が、１つのマイクロミキサーに複数形成されるため、多量の流体の混合や多種の流体の混合に利用する場合でも、必要なマイクロミキサーの数を削減できる。併せて、マイクロミキサーの各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

本発明のマイクロミキサーにおいて、複数の前記第１供給通路どうしを互いに連通する第１連通路と、複数の前記第２供給通路どうしを互いに連通する第２連通路と、複数の前記ミキシング通路どうしを互いに連通する第３連通路と、の少なくともいずれかを有することが好ましい。

このような本発明では、本体ブロックおよびマイクロミキサーエレメントに複数のミキシング系統を設ける場合でも、本体ブロックの外面に形成されるポートの数を削減できる。例えば、複数の第１供給通路を互いに連通させることで、１つのポートで複数の第１供給通路に第１流体を供給でき、第２供給通路およびミキシング通路についても同様である。その結果、マイクロミキサーのポートの数を削減でき、各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

本発明のマイクロミキサーエレメントは、本体ブロックに組み込まれてマイクロミキサーを形成するマイクロミキサーエレメントであって、第１流体が供給される第１分岐通路と第２流体が供給される第２分岐通路とが交互に配置された混合区画が複数形成されている。
このような本発明のマイクロミキサーエレメントでは、前述した本発明のマイクロミキサーの本体ブロックに組み込むことで、前述した本発明のマイクロミキサーの効果を得ることができる。

本発明のマイクロミキサーエレメントにおいて、一対の外面および各外面を接続する複数の側面を有する基材を有し、複数の前記混合区画が前記基材の異なる側面に形成され、
前記基材には、前記混合区画の外で前記第１分岐通路どうしを互いに連通する第１連通部と、前記混合区画の外で前記第２分岐通路どうしを互いに連通する第２連通部と、複数の前記混合区画どうしを互いに連通する第３連通部と、の少なくともいずれかを有することが好ましい。

このような本発明では、本体ブロックおよびマイクロミキサーエレメントに複数のミキシング系統を設ける場合でも、本体ブロックの外面に形成されるポートの数を削減できる。例えば、複数の混合区画に至る第１分岐通路どうしを互いに連通させることで、１つのポートで複数の混合区画の第１分岐通路に第１流体を供給でき、第２分岐通路および混合区画についても同様である。その結果、マイクロミキサーのポートの数を削減でき、各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

本発明によれば、多種多量の流体混合に対して設置スペースおよび製造コストを抑制できるマイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメントを提供できる。

本発明の第１実施形態のマイクロミキサーを示す斜視図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーを示す他の角度から見た斜視図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーの内部構造を示す縦断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーの内部構造を示す他の部分の縦断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す縦断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の方向の縦断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す平断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の部分の平面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す斜視図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す拡大正面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す拡大平面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す拡大断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す拡大分解斜視図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの貫通溝の加工を示す断面図。 前記第１実施形態のマイクロミキサーエレメントの中途溝の加工を示す断面図。 本発明の第２実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す縦断面図。 前記第２実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す斜視図。 本発明の第３実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す縦断面図。 前記第３実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の方向の縦断面図。 前記第３実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す平断面図。 前記第３実施形態のマイクロミキサーのエレメント部分を示す他の部分の平面図。 本発明の第４実施形態のマイクロミキサーのエレメントを示す斜視図。 本発明の他の実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す模式図。 本発明のさらに他の実施形態のマイクロミキサーエレメントを示す模式図。

〔第１実施形態〕
図１から図１５には、本発明の第１実施形態が示されている。
このうち、図１から図４には、本実施形態のマイクロミキサーの本体ブロックの構成が示されている。図５から図８には、本実施形態のマイクロミキサーにおけるエレメントおよびその収容部分の構成が示されている。図９から図１５には、本実施形態のマイクロミキサーエレメントが示されている。

図１から図４に示すように、本実施形態のマイクロミキサー１は、金属製の本体ブロック１０を有する。
図１および図２に示すように、本体ブロック１０は、上から第１ブロック１１、第２ブロック１２、第３ブロック１３を積層したものである。各ブロックはハステロイあるいはステンレス鋼などの耐食性を有する金属材料あるいはセラミックス材料から削り出し等の加工により製造される。

図２および図３に示すように、第３ブロック１３および第２ブロック１２は、第３ブロック１３の底面から延びるボルト１４により連結される。
図４に示されるように、第１ブロック１１には上面のボルト孔１５Ａからボルト１５が挿通され、このボルト１５は第２ブロック１２を貫通して第３ブロック１３に螺合されている。
これらのボルト１４，１５により、第１ブロック１１から第３ブロック１３までが積層状態で一体化されている。
なお、第１ブロック１１から第３ブロック１３を積層する際に仮止めあるいは位置合わせを行うために、各ブロックには第３ブロック１３の底面から第１ブロック１１まで貫通する２本の挿通孔１０Ａが形成されている。

図５から図８に示すように、本実施形態のマイクロミキサー１は、本体ブロック１０内に収容されたマイクロミキサーエレメント２０を有する。
詳細は後述するが、マイクロミキサーエレメント２０は、一対２枚の板材つまり第１板材２１および第２板材２２を重ね合わせたものである。
第２ブロック１２には、マイクロミキサーエレメント２０を収容するために、第２ブロック１２の中央を貫通するスリット１２Ａが形成されている。

図５に示すように、第２ブロック１２の上面（第１ブロック１１と接合される面）には、扁平な凹部からなる第１供給通路３１および第２供給通路３２が形成されており、第２ブロック１２の下面（第３ブロック１３と接合される面）には、扁平な凹部からなる第１供給通路３１Ａおよび第２供給通路３２Ａが形成されている。
上面側の第１供給通路３１は、スリット１２Ａ内に固定された第１板材２１の上端縁（第１ブロック１１に近い辺縁）に臨んでおり、上面側の第２供給通路３２は、スリット１２Ａ内に固定された第２板材２２の上端縁（第１ブロック１１に近い辺縁）に臨んでいる。
下面側の第１供給通路３１Ａは、スリット１２Ａ内に固定された第１板材２１の下端縁（第３ブロック１３に近い辺縁）に臨んでおり、下面側の第２供給通路３２Ａは、スリット１２Ａ内に固定された第２板材２２の下端縁（第３ブロック１３に近い辺縁）に臨んでいる。

図８に示すように、第１供給通路３１および第２供給通路３２は、それぞれ平面形状がマイクロミキサーエレメント２０に臨む側が拡がった二等辺三角形状とされている。第１供給通路３１Ａおよび第２供給通路３２Ａも同様な平面形状とされている。
第２ブロック１２には、第１供給通路３１，３１Ａの二等辺三角形状の頂点部分どうしを連通する第１連通路３１Ｂ、および、第２供給通路３２，３２Ａの二等辺三角形状の頂点部分どうしを連通する第２連通路３２Ｂが形成されている。
これらの第１連通路３１Ｂおよび第２連通路３２Ｂにより、第１供給通路３１と第１供給通路３１Ａとが互いに連通されるとともに、第２供給通路３２と第２供給通路３２Ａとが互いに連通されている。

図５および図１に示すように、第１ブロック１１には、前述した第１供給通路３１および第２供給通路３２の二等辺三角形状の頂点部分（第１連通路３１Ｂおよび第２連通路３２Ｂの開口に対向する位置）に連通する流入ポート１６，１７が形成されている。
流入ポート１６は、第１ブロック１１の上面に形成された傾斜部１６Ａに開口され、外部からの図示しない第１流体配管が接続され、これにより第１流体が第１供給通路３１，３１Ａに供給される。
流入ポート１７は、第１ブロック１１の上面に形成された傾斜部１７Ａに開口され、外部からの図示しない第２流体配管が接続され、これにより第２流体が第２供給通路３２，３２Ａに供給される。

図５および図６に示すように、第１ブロック１１の下面側には、マイクロミキサーエレメント２０の第１板材２１および第２板材２２の互いに接合された部分に臨むミキシング通路３３が形成されている。ミキシング通路３３は、上方に向かって二等辺三角形状に縮小し、その頂点は第１ブロック１１の上面中央に形成された流出ポート１８に連通されている。
同様に、第３ブロック１３の上面側には、マイクロミキサーエレメント２０の第１板材２１および第２板材２２の互いに接合された部分に臨むミキシング通路３３Ａが形成されている。ミキシング通路３３Ａは、下方に向かって二等辺三角形状に縮小し、その頂点は第３ブロック１３の上面中央に形成された流出ポート１８Ａに連通されている。
流出ポート１８，１８Ａには、それぞれ外部からの図示しない混合液配管が接続され、これにより第１流体と第２流体との混合液が取り出される。

図９から図１３の各図に示すように、マイクロミキサーエレメント２０は、第１板材２１および第２板材２２を重ね合わせたものである。
第１板材２１および第２板材２２は、それぞれ同じ幅、高さおよび厚さを有するセラミックス製の板材である。
これらの板材のセラミックス材料としては、アルミナ、ＳｉＣ、ジルコニア等が利用できる。

これらの第１板材２１および第２板材２２は、各々の第１ブロック１１側の端面２１Ａ，２２Ａおよび第３ブロック１３側の端面２１Ｆ，２２Ｆを有し、各々の端面２１Ａ，２２Ａ，２１Ｆ，２２Ｆにはそれぞれ貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃが交互に形成されている。
貫通溝２１Ｂ，２２Ｂは、第１板材２１および第２板材２２の表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅまで連続する所定深さの溝である。
中途溝２１Ｃ，２２Ｃは、第１板材２１および第２板材２２の表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅに向けた中途位置まで連続した溝である。
これらの貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃは、第１板材２１および第２板材２２を各々の表面２１Ｄ，２２Ｄを向かい合わせた状態で重ね合わせることにより、対向するものどうしが互いに接続される。これにより、第１板材２１の貫通溝２１Ｂは第２板材２２の中途溝２２Ｃに連通され、第２板材２２の貫通溝２２Ｂは第１板材２１の中途溝２１Ｃに連通される。

図１０および図１１に示すように、第１板材２１および第２板材２２において、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂどうしは互いに同じ溝ピッチで形成されている。一方、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂと中途溝２１Ｃ，２２Ｃとの間は前述した貫通溝２１Ｂ，２２Ｂどうしのピッチの半分の溝ピッチで形成されている。
第１板材２１および第２板材２２の貫通溝２１Ｂ，２２Ｂの溝幅および溝深さは、全体として一様に形成され、中途溝２１Ｃ，２２Ｃの表面２１Ｄ，２２Ｄにおける溝幅および溝深さも貫通溝２１Ｂ，２２Ｂと同じ溝幅および溝深さで形成されている。これらの溝深さは第１供給通路３１および第２供給通路３２の深さと略同じかやや浅くされている。

第１板材２１および第２板材２２の貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃは、それぞれ第１供給通路３１、第２供給通路３２、ミキシング通路３３の幅（図１０および図１１で横方向）の範囲内に複数が配列されている。
第１板材２１および第２板材２２の中途溝２１Ｃ，２２Ｃは、それぞれミキシング通路３３の厚み（図１１で縦方向）よりやや大きい範囲まで延びるように、表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅに向けての長さを設定されている。
第１板材２１および第２板材２２の端面２１Ａ，２２Ａにおいては、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃにより交互溝が形成され、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃが交互溝となっている領域が混合区画２３とされている。

図１０および図１１には、第１板材２１および第２板材２２の端面２１Ａ，２２Ａにおける貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃについて説明したが、第１板材２１および第２板材２２の端面２１Ｆ，２２Ｆにおける貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃも同様に構成され、それぞれ第１供給通路３１Ａ、第２供給通路３２Ａ、ミキシング通路３３Ａの幅の範囲内に複数が配列されて交互溝を形成し、これにより混合区画２３Ａが形成されている（図１２参照）。

図１２および図１３に示すように、第１板材２１および第２板材２２を重ね合わせた状態では、第１板材２１の貫通溝２１Ｂは第２板材２２の中途溝２２Ｃに連通され、第２板材２２の貫通溝２２Ｂは第１板材２１の中途溝２１Ｃに連通される。
前述した通り、貫通溝２１Ｂ、２２Ｂは、その溝深さは表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅに至る全長にわたって一定である。そして、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂ内の空間は、端面２１Ａ，２２Ａ，２１Ｆ，２２Ｆ、表面２１Ｄ，２２Ｄおよび裏面２１Ｅ，２２Ｅでそれぞれ外部と連通されている。

一方、中途溝２１Ｃ，２２Ｃは、表面２１Ｄ，２２Ｄ側での溝深さが貫通溝２１Ｂ、２２Ｂと同じである。しかし、中途溝２１Ｃ，２２Ｃは底面が傾斜され、溝深さは表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅに向けて徐々に浅くなっている。そして、中途溝２１Ｃ，２２Ｃの裏面２１Ｅ，２２Ｅに近い側の端部では、深さがゼロつまり端面２１Ａ，２２Ａ，２１Ｆ，２２Ｆ，と同じ高さとされている。これにより、中途溝２１Ｃ，２２Ｃ内の空間は、端面２１Ａ，２２Ａ，２１Ｆ，２２Ｆ，および表面２１Ｄ，２２Ｄでそれぞれ外部と連通されている。

このような貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃにより、第１供給通路３１，３１Ａから貫通溝２１Ｂにより分岐され、それぞれ中途溝２２Ｃからミキシング通路３３，３３Ａへと連通する第１分岐通路が形成される。
また、貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃにより、第２供給通路３２，３２Ａから貫通溝２２Ｂにより分岐され、それぞれ中途溝２１Ｃからミキシング通路３３，３３Ａへと連通する第２分岐通路が形成される。
従って、混合区画２３，２３Ａにおいては、このような第１分岐通路（貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃ）および第２分岐通路（貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ）が、端面２１Ａ，２２Ａ，２１Ｆ，２２Ｆ，において互いに交互に配置されることで、ミキシング通路３３内において従来のマイクロミキサーと同様に流体の交互層流を形成することができる。

前述した第１分岐通路および第２分岐通路は、それぞれ反対側の第１板材２１または第２板材２２に形成されている中途溝２１Ｃ，２２Ｃによって閉鎖されることで、終端を形成される。このため、第１板材２１および第２板材２２のいずれにおいても、端面２１Ａ，２２Ａに溝を形成する際に端部として微細な立体形状を形成する必要がない。
具体的に、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃを加工する際には、円盤状砥石を利用することができる。

図１４に示すように、例えば、第１板材２１または第２板材２２の端面２１Ａ，２２Ａから垂直に、数十ミリ以上の半径の円盤状砥石９を用いて切込みを入れれば、表面２１Ｄ，２２Ｄから裏面２１Ｅ，２２Ｅにかけて一定の深さの溝が形成される。従って、これを貫通溝２１Ｂ，２２Ｂとすることができる。

図１５に示すように、例えば、第１板材２１または第２板材２２において、端面２１Ａ，２２Ａと表面２１Ｄ，２２Ｄとが交差する辺の稜線から斜めに、数十ミリ以上の半径の円盤状砥石９を用いて切込みを入れれば、端面２１Ａ，２２Ａと表面２１Ｄ，２２Ｄとにわたって底面が傾斜した溝を形成することができる。従って、これを中途溝２１Ｃ，２２Ｃとすることができる。

このような加工で得られる中途溝２１Ｃ，２２Ｃにより、第１分岐通路および第２分岐通路の終端となるべきミクロンオーダーの立ち上がりを形成することができる。
また、このような円盤状砥石の利用により、第１板材２１および第２板材２２に対して加工される貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃの溝幅を１５μｍ程度まで微細化し、内面の表面粗さを０．１４μｍＲｚ程度まで平滑化することができる。

このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態のマイクロミキサー１では、第１流体が本体ブロック１０の第１供給通路３１，３１Ａから第１分岐通路（貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃ）に供給され、第２流体が本体ブロック１０の第２供給通路３２，３２Ａから第２分岐通路（貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ）に供給される。これらの流体は、第１分岐通路と第２分岐通路とが交互溝となる混合区画２３において微細な交互層流として混合され、本体ブロック１０のミキシング通路３３，３３Ａから取り出すことができる。
本実施形態においては、このようなミキシング系統（第１分岐通路、第２分岐通路、混合区画２３，２３Ａ）が、１つのマイクロミキサー１に複数形成されるため、多量の流体の混合や多種の流体の混合に利用する場合でも、必要なマイクロミキサー１およびマイクロミキサーエレメント２０の数を削減できる。併せて、マイクロミキサー１の各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

本実施形態のマイクロミキサー１は、複数の第１供給通路どうしを互いに連通する第１連通路３１Ｂと、複数の第２供給通路どうしを互いに連通する第２連通路３２Ｂと、を有する。このため、本体ブロック１０およびマイクロミキサーエレメント２０に複数のミキシング系統を設ける場合でも、本体ブロック１０の外面に形成されるポートの数を削減できる。
すなわち、第１連通路３１Ｂで第１供給通路３１，３１Ａを相互連通させることで、１つの流入ポート１６で複数の第１供給通路３１，３１Ａに第１流体を供給でき、第２連通路３２Ｂで第２供給通路３２，３２Ａを相互連通させることで、１つの流入ポート１７で複数の第２供給通路３２，３２Ａにそれぞれ第２流体を供給できる。
その結果、マイクロミキサー１のポートの数を削減でき、各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

〔第２実施形態〕
図１６および図１７には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的な構成が前述した第１実施形態と共通である。従って、共通の構成については重複する説明を省略し、以下には相違する構成について説明する。
前述した第１実施形態では、第２ブロック１２に第１供給通路３１，３１Ａを連通する第１連通路３１Ｂ、および第２供給通路３２，３２Ａを連通する第２連通路３２Ｂを設け、流入ポート１６から供給された第１流体を第１供給通路３１から第１供給通路３１Ａまで導入するとともに、流入ポート１７から供給された第２流体を第２供給通路３２から第２供給通路３２Ａまで導入していた。

図１６において、本実施形態のマイクロミキサー１Ｓでは、本体ブロック１０Ｓの中間部が第２ブロック１２Ｓとされ、そのスリット１２Ａにマイクロミキサーエレメント２０Ｓが収容されている。
第２ブロック１２Ｓは、第１実施形態の第１連通路３１Ｂおよび第２連通路３２Ｂがなく、第１供給通路３１，３１Ａの相互連通および第２供給通路３２，３２Ａの相互連通は第２ブロック１２Ｓにおいて得られていない。
一方、マイクロミキサーエレメント２０Ｓには、スリット１２Ａに収容された際に第１供給通路３１，３１Ａを相互連通させる第１連通部２１Ｇおよび第２供給通路３２，３２Ａを相互連通させる第２連通部２２Ｇが形成されている。

図１７において、マイクロミキサーエレメント２０Ｓは、前述した第１実施形態と同様に、第１板材２１および第２板材２２を重ね合わせて形成され、各々の第１ブロック１１側の端面２１Ａ，２２Ａおよび第３ブロック１３側の端面２１Ｆ，２２Ｆには、第１分岐通路（貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃ）および第２分岐通路（貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ）による交互溝が形成され、これらにより混合区画２３，２３Ａが形成されている。

本実施形態のマイクロミキサーエレメント２０Ｓにおいては、第１板材２１および第２板材２２の裏面２１Ｅ，２２Ｅ（重ね合わせた際にマイクロミキサーエレメント２０Ｓの外側となる面）に、端面２１Ａ，２２Ａから端面２１Ｆ，２２Ｆまで連続する凹部が形成されている。第１分岐通路（貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃ）および第２分岐通路（貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ）は、それぞれ裏面２１Ｅ，２２Ｅ側の端部がこの凹部内に開口されている。
ここで、マイクロミキサーエレメント２０Ｓをスリット１２Ａに収容した際には、凹部がスリット１２Ａの内側面で覆われて偏平な通路となり、第１供給通路３１，３１Ａおよび各々に連通する第１分岐通路（貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃ）の相互連通が得られるとともに、第２供給通路３２，３２Ａおよび各々に連通する第２分岐通路（貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ）の相互連通が得られる。
従って、マイクロミキサーエレメント２０Ｓにおいては、裏面２１Ｅ，２２Ｅに形成された凹部により、第１連通部２１Ｇおよび第２連通部２２Ｇが形成される。

すなわち、本実施形態のマイクロミキサーエレメント２０Ｓは、一対の外面（裏面２１Ｅ，２２Ｅ）および各外面を接続する複数の側面（端面２１Ａ，２２Ａおよび端面２１Ｆ，２２Ｆ）を有する基材（第１板材２１および第２板材２２）を有し、複数の混合区画２３，２３Ａが基材の異なる側面（端面２１Ａ，２２Ａおよび端面２１Ｆ，２２Ｆ）に形成され、基材には、混合区画２３，２３Ａの外で第１分岐通路どうしを互いに連通する第１連通部２１Ｇと、混合区画２３，２３Ａの外で第２分岐通路どうしを互いに連通する第２連通部２２Ｇと、が形成される。

このような本実施形態では、第１連通部２１Ｇで第１供給通路３１，３１Ａを相互連通させることで、１つの流入ポート１６で複数の第１供給通路３１，３１Ａに第１流体を供給でき、第２連通部２２Ｇで第２供給通路３２，３２Ａを相互連通させることで、１つの流入ポート１７で複数の第２供給通路３２，３２Ａにそれぞれ第２流体を供給できる。
その結果、マイクロミキサー１Ｓのポートの数を削減でき、各ポートに接続する配管の数も削減でき、これにより設置スペースの増大や製造コストの増大を回避できる。

〔第３実施形態〕
図１８ないし図２１には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的な構成が前述した第１実施形態と共通である。従って、共通の構成については重複する説明を省略し、以下には相違する構成について説明する。
前述した第１実施形態では、マイクロミキサー１の第２ブロック１２に、第１連通路３１Ｂおよび第２連通路３２Ｂが形成されていた（図５～図８参照）。
すなわち、第１実施形態では、第２ブロック１２の流入ポート１６と対向する位置に、第１供給通路３１，３１Ａを連通する貫通孔状の第１連通路３１Ｂが形成され、第２ブロック１２の流入ポート１７と対向する位置に、第２供給通路３２，３２Ａを連通する貫通孔状の第２連通路３２Ｂが形成されていた。
これに対し、本実施形態では、第２ブロック１２の中央を貫通するスリット１２Ａの内側面に断面半円形の溝状の第１連通路３１Ｃおよび第２連通路３２Ｃが形成されている。

第１連通路３１Ｃは、スリット１２Ａの内側面のうち、第１板材２１に対向する面に形成されている。第１連通路３１Ｃは、第１供給通路３１，３１Ａのスリット１２Ａへ連通する部分の両端内側に一対に形成され、スリット１２Ａに第１板材２１を収容した際には一対の第１連通路３１Ｃが混合区画２３，２３Ａを挟むように配置されている。
第２連通路３２Ｃは、スリット１２Ａの内側面のうち、第２板材２２に対向する面に形成されている。第２連通路３２Ｃは、第２供給通路３２，３２Ａのスリット１２Ａへ連通する部分の両端内側に一対に形成され、スリット１２Ａに第２板材２２を収容した際には一対の第２連通路３２Ｃが混合区画２３，２３Ａを挟むように配置されている。
このような本実施形態においても、スリット１２Ａの内側に形成された第１連通路３１Ｃにより第１供給通路３１，３１Ａが連通され、同じく第２連通路３２Ｃにより第２供給通路３２，３２Ａが連通され、これらにより前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

〔第４実施形態〕
図２２には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的な構成が前述した第２実施形態と共通である。従って、共通の構成については重複する説明を省略し、以下には相違する構成について説明する。
前述した第２実施形態では、マイクロミキサーエレメント２０Ｓの側面に形成された凹部により第１連通部２１Ｇおよび第２連通部２２Ｇが形成されていた（図１６～図１７参照）。
すなわち、第２実施形態では、第１板材２１の裏面２１Ｅおよび第２板材２２の裏面２２Ｅにそれぞれ混合区画２３，２３Ａの全幅におよぶ凹部が形成されており、マイクロミキサーエレメント２０Ｓとしてスリット１２Ａに収容した際には各面の凹部により第１連通部２１Ｇおよび第２連通部２２Ｇが形成されていた。
これに対し、本実施形態では、第１板材２１の裏面２１Ｅおよび第２板材２２の裏面２２Ｅには、凹部に代えて混合区画２３，２３Ａの両側に一対の第１連通部２１Ｈおよび第２連通部２２Ｈが形成されている。
一対の第１連通部２１Ｈおよび第２連通部２２Ｈは、それぞれ断面半円形の溝状とされ、各々の両端は第１板材２１および第２板材２２の上下面に開いている。
このような本実施形態においても、マイクロミキサーエレメント２０Ｓの側面に形成された溝状の第１連通部２１Ｇにより第１供給通路３１，３１Ａが連通され、同じく第２連通部２２Ｇにより第２供給通路３２，３２Ａが連通され、これらにより前述した第２実施形態と同様な効果を得ることができる。

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
前述した第１実施形態ないし第４実施形態のマイクロミキサー１，１Ｓでは、それぞれマイクロミキサーエレメント２０，２０Ｓに２つの混合区画２３，２３Ａを形成していた。
すなわち、図２３（Ａ）に示すマイクロミキサー１Ｄのように、マイクロミキサーエレメント２０Ｄの対向する２面（端面２１Ａ，２２Ａおよび端面２１Ｆ，２２Ｆ）にそれぞれ混合区画２３，２３Ａを形成し、マイクロミキサー１Ｄには混合区画２３，２３Ａに連通する第１供給通路３１，３１Ａおよび第２供給通路３２，３２Ａを設け、各々を第１連通路３１Ｂおよび第２連通路３２Ｂ（または第１連通路３１Ｃおよび第２連通路３２Ｃ、第１連通部２１Ｇ，２１Ｈおよび第２連通部２２Ｇ，２２Ｈ）で相互連通させていた。
これに対し、図２３（Ｂ）に示すマイクロミキサー１Ｅのように、マイクロミキサーエレメント２０Ｅの隣接する２面に混合区画２３，２３Ｂを設けてもよい。マイクロミキサー１Ｅにおいては、混合区画２３，２３Ｂに連通する第１供給通路３１および第２供給通路３２はＬ字状の第１連通路３１Ｅおよび第２連通路３２Ｅで相互連通させることができる。
さらに、図２３（Ｃ）に示すマイクロミキサー１Ｆのように、マイクロミキサーエレメント２０Ｆの４面に混合区画２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃを設けてもよい。マイクロミキサー１Ｆにおいては、４面の第１供給通路３１および第２供給通路３２に対して十字状の第１連通路３１Ｆおよび第２連通路３２Ｆを形成し、相互連通させることができる。

前述した第１実施形態および第２実施形態では、それぞれマイクロミキサーエレメント２０，２０Ｓの対向する２面（端面２１Ａ，２２Ａおよび端面２１Ｆ，２２Ｆ）に、それぞれ１つの混合区画２３，２３Ａを形成していた。これに対し、各面に複数の混合区画２３，２３Ａを形成してもよい。
すなわち、図２４（Ａ）に示すマイクロミキサー１Ｊのように、マイクロミキサーエレメント２０Ｊの上面側に複数の混合区画２３を配列し、下面側に複数の混合区画２３Ａを配列してもよい。マイクロミキサー１Ｊには混合区画２３，２３Ａに対応した複数の第１供給通路３１，３１Ａおよび第２供給通路３２，３２Ａを設け、各々を第１連通路３１Ｊおよび第２連通路３２Ｊで相互連通させることができる。
さらに、図２４（Ｂ）に示すマイクロミキサー１Ｋのように、マイクロミキサーエレメント２０Ｋの上面側および下面側にそれぞれ複数の混合区画２３，２３Ａを配列し、各々に対応する第１供給通路３１，３１Ａおよび第２供給通路３２，３２Ａ、第１連通路３１Ｊおよび第２連通路３２Ｊを設けるとともに、複数の第１連通路３１Ｊおよび第２連通路３２Ｊを交差連通路３１Ｋ，３２Ｋで相互に連通させてもよい。これにより、流入ポート１６，１７をさらに集約化することができる。

前記実施形態においては、第１流体を供給する第１供給通路３１，３１Ａを相互連通させるために第１連通路３１Ｂ，３１Ｃ、第１連通部２１Ｇ，２１Ｈを設け、第２流体を供給する第２供給通路３２，３２Ａを相互に連通させるために第２連通路３２Ｂ，３２Ｃ、第２連通部２２Ｇ，２２Ｈを設けたが、さらにミキシング通路３３，３３Ａを相互連通させる別の連通路を設けてもよく、流出ポート１８，１８Ａをいずれか一方に集約できる。

前記実施形態のマイクロミキサーエレメント２０における第１板材２１および第２板材２２の材質、寸法は任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。
同様に、マイクロミキサーエレメント２０における第１板材２１および第２板材２２に形成される貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃの溝ピッチ、溝幅および溝深さも任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。

前記実施形態では、貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃを同じ溝幅および溝深さとしたが、これらを異なる寸法としてもよい。但し、揃えておくことで、第１分岐通路および第２分岐通路としての内面の連続性を確保できる。
なお、第１分岐通路を構成する貫通溝２１Ｂおよび中途溝２２Ｃと、第２分岐通路を構成する貫通溝２２Ｂおよび中途溝２１Ｃの溝幅および深さに差をつけることで、第１分岐通路および第２分岐通路からそれぞれ混合される第１流体および第２流体の混合比率を変化させることができる。例えば、同じ圧力のもとで、第１分岐通路の溝幅を第２分岐通路の２倍とすることで、第１流体が２／３で第２流体が１／３となるように混合する等の設定も可能である。

前記実施形態においては、２枚の板材（第１板材２１および第２板材２２）でマイクロミキサーエレメント２０を構成し、各板材に円盤状砥石９を用いて貫通溝２１Ｂ，２２Ｂおよび中途溝２１Ｃ，２２Ｃを形成し、これにより第１供給通路３１，３１Ａおよび第２供給通路３２，３２Ａを形成した。これに対し、前述した特許文献１に開示されるように、マイクロミキサーエレメント２０を３枚の板材で構成し、各板材の上面に所定のピッチで多数の溝を形成し、３枚の板材を重ね合わせることでエレメントの上面に微小かつ平滑な交互溝が得られるようにしてもよい。
さらに、前述した特許文献３に開示されるように、マイクロミキサーエレメント２０を分岐通路の方向に沿った多数の板材を積層して構成し、各板材の重ね合わせ面に凹部を形成しておくことで、積層した際に凹部により交互溝が構成されるようにしてもよい。

前記実施形態のマイクロミキサー１における第１ブロック１１、第２ブロック１２、第３ブロック１３の材質、寸法も任意であり、適用する機器、適用する流体などに応じて適宜選択すればよい。
マイクロミキサー１の本体ブロック１０は、３つのブロック１１～１３による構成に限らず、例えば第２ブロック１２と第３ブロック１３を一体化し、その上面にスリット１２Ａを加工してマイクロミキサーエレメント２０を収容してもよい。あるいは内部構成によっては、さらに多数のブロックに分割してもよい。

本発明は、複数の流体を精密に混合するためのマイクロミキサーおよびマイクロミキサーエレメントに利用できる。

１，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｓ…マイクロミキサー、１０，１０Ｓ…本体ブロック、１０Ａ…挿通孔、１１…第１ブロック、１２，１２Ｓ…第２ブロック、１２Ａ…スリット、１３…第３ブロック、１４，１５…ボルト、１５Ａ…ボルト孔、１６，１７…流入ポート、１６Ａ，１７Ａ…傾斜部、１８，１８Ａ…流出ポート、２０，２０Ｄ，２０Ｅ，２０Ｆ，２０Ｊ，２０Ｋ，２０Ｓ…マイクロミキサーエレメント、２１…第１板材、２１Ａ，２１Ｆ，２２Ａ，２２Ｆ…端面、２１Ｂ，２２Ｂ…貫通溝、２１Ｃ，２２Ｃ…中途溝、２１Ｄ，２２Ｄ…表面、２１Ｅ，２２Ｅ…裏面、２１Ｇ，２１Ｈ…第１連通部、２２…第２板材、２２Ｇ，２２Ｈ…第２連通部、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…混合区画、３１，３１Ａ…第１供給通路、３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｊ…第１連通路、３１Ｋ，３２Ｋ…交差連通路、３２，３２Ａ…第２供給通路、３２Ｂ，３２Ｃ，３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｊ…第２連通路、３３，３３Ａ…ミキシング通路、９…円盤状砥石。

Claims (4)

1. 本体ブロックと、前記本体ブロックに組み込まれるマイクロミキサーエレメントとを有し、
   前記マイクロミキサーエレメントには、第１流体が供給される第１分岐通路と第２流体が供給される第２分岐通路とが交互に配置された混合区画が複数形成され、
   前記本体ブロックには、前記混合区画の外で前記第１分岐通路に連通する第１供給通路と、前記混合区画の外で前記第２分岐通路に連通する第２供給通路と、前記混合区画で前記第１分岐通路および前記第２分岐通路に連通するミキシング通路と、が形成され、
   前記第１供給通路、前記第２供給通路、および前記ミキシング通路が、前記混合区画ごとに複数形成されているマイクロミキサー。
2. 請求項１に記載のマイクロミキサーにおいて、
   複数の前記第１供給通路どうしを互いに連通する第１連通路と、複数の前記第２供給通路どうしを互いに連通する第２連通路と、複数の前記ミキシング通路どうしを互いに連通する第３連通路と、の少なくともいずれかを有するマイクロミキサー。
3. 本体ブロックに組み込まれてマイクロミキサーを形成するマイクロミキサーエレメントであって、
   第１流体が供給される第１分岐通路と第２流体が供給される第２分岐通路とが交互に配置された混合区画が複数形成されているマイクロミキサーエレメント。
4. 請求項３に記載のマイクロミキサーエレメントにおいて、
   一対の外面および各外面を接続する複数の側面を有する基材を有し、
   複数の前記混合区画が前記基材の異なる側面に形成され、
   前記基材には、前記混合区画の外で前記第１分岐通路どうしを互いに連通する第１連通部と、前記混合区画の外で前記第２分岐通路どうしを互いに連通する第２連通部と、複数の前記混合区画どうしを互いに連通する第３連通部と、の少なくともいずれかを有するマイクロミキサーエレメント。
   

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