JP2015042399A - 流体混合器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から加わる応力に対して基板の耐久性を高めた流体混合器を提供することを目的とする。【解決手段】第一筐体１１の一面１１ａと、基板１３の一方の主面１３ａとの間には、第一シール部材２１が配されている。第一シール部材２１は、環状を成す弾性部材からなる。第二筐体１２の一面１２ａと、基板１３の他方の主面１３ｂとの間には、第二シール部材２２、および第三シール部材２３が配されている。第二シール部材２２、第三シール部材２３は、環状を成す弾性部材からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、微小な空間において複数種類の流体を混合させるための流体混合器に関する。

混合、反応、抽出、分離、加熱、冷却などの化学プロセスを微細な流路や微小な空間において行うマイクロ化学プロセスが提案され、微小空間での高効率な混合を可能とするマイクロミキサの研究がなされている。

マイクロミキサは、例えば数百μｍ以下の微小な空間で混合を行うデバイスであり、混合される流体間の距離を短くできるため、混合効率を大きく向上させることができる。一例として、界面活性剤を用いることなく、エマルジョンを生成することができるマイクロ乳化器及び乳化方法が知られている（特許文献１）。
また、複数の流入口から流入した液体を、精密加工で溝を刻んだ基板の組合せにより形成された三次元的な流路で、分割・混合を繰り返して混合液とするマイクロミキサが知られている（非特許文献１）。

かかるマイクロミキサにおいて、溝を刻んだ基板を複数重ねてマイクロミキサを構成する場合、これら基板を重ね合わせた後に、基板全体を厚み方向に沿ってネジなどでクランプする必要がある。
しかしながら、例えば基板がガラスなど破損しやすい材料から構成されている場合、複数重ねた基板をクランプする際に、基板の特定部位に強い応力が加わることがある。このため、マイクロミキサを構成する基板の特定部位に応力が集中して、割れや欠けが生じる虞があった。

特開２００４−８１９２４号公報

Savemation Review 2005年8月号 60-63頁

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、外部から加わる応力に対して基板の耐久性を高めた流体混合器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のような流体混合器を提供する。すなわち、本発明の流体混合器は、第一筐体および第二筐体の間に基板を配してなる流体混合器であって、
前記第一筐体の一面と前記基板の一方の主面との間に配されたリング状の第一シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配されたリング状の第二シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配され、前記第二シール部材を取り巻くリング状の第三シール部材と、を備え、前記第一シール部材、前記第一筐体の一面および前記基板の一方の主面により構成される第一空間と、前記第二シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第二空間と、前記第二シール部材、前記第三シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第三空間と、をそれぞれ有し、前記基板は、前記第一空間と前記第二空間との間を連通させる微細孔、および前記第一空間と前記第三空間との間を連通させる微細孔を有し、前記第一筐体には、前記第一空間を前記流体混合器の外部に連通させる導出孔が形成され、前記第二筐体には、前記第二空間を前記流体混合器の外部に連通させる第一導入孔、および前記第三空間を前記流体混合器の外部に連通させる第二導入孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

リング状の前記第一シール部材と前記第二シール部材とが、前記基板を挟んで重なる位置にあることを特徴とする。

前記第一シール部材に囲まれた内側、または外側において、前記第二シール部材、前記第三シール部材の少なくとも一方と重なる位置に、ダミーシール部材が配されていることを特徴とする。

前記ダミーシール部材は、前記第三シール部材と重なる位置に配されていることを特徴とする。

また、本発明の流体混合器は、第一筐体および第二筐体の間に基板を配してなる流体混合器であって、
前記第一筐体の一面と前記基板の一方の主面との間に配されたリング状の第一シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配されたリング状の第二シール部材、および該第二シール部材の周りに複数配された第四シール部材と、を備え、前記第一シール部材、前記第一筐体の一面および前記基板の一方の主面により構成される第一空間と、前記第二シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第二空間と、それぞれの前記第四シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される複数の第三空間とをそれぞれ有し、前記基板は、前記第一空間と前記第二空間との間を連通させる微細孔、および前記第一空間と複数の前記第四空間との間をそれぞれ連通させる複数の微細孔を有し、前記第一筐体には、前記第一空間を前記流体混合器の外部に連通させる導出孔が形成され、前記第二筐体には、前記第二空間を前記流体混合器の外部に連通させる第一導入孔、および前記第三空間を前記流体混合器の外部に連通させる第二導入孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする。

本発明の流体混合器は、基板を第一筐体および第二筐体によって挟持するとともに、基板と第一筐体との間に第一シール部材を、また基板と第二筐体との間に第二シール部材および第三シール部材をそれぞれ挟み込んでいる。これによって、基板が第一筐体や第二筐体に直接、当接することが無い。また、第一シール部材と第二シール部材とが第一空間側から見て、基板を介し重なるように配置されている。よって、第一筐体および第二筐体によって、基板を挟み込む応力が加わっても、基板に割れや欠けなどの破損が生じることを防止できる。特に、第一シール部材、第二シール部材、第三シール部材を、ゴムなどの弾性部材からなるＯリングとすることによって、基板に加わる応力を効果的に緩和しつつ、第一筐体と第二筐体との間で基板を位置ズレすることなく挟持することができる。

また、基板と第一筐体との間に第一シール部材を、また基板と第二筐体との間に第二シール部材および第三シール部材をそれぞれ挟み込むことによって、第一空間、第二空間、第三空間をそれぞれ形成するので、これら空間を形成するために、基板に広い窪みなどを形成する必要がない。よって、基板に窪みを形成してから、この窪みに微細孔を形成するなどの手間の掛かる工程を簡略化することができ、より低コストで容易に流体混合器を製造することが可能になる。

本発明の第一実施形態である流体混合器の破断斜視図である。 本発明の第一実施形態である流体混合器の断面図である。 本発明の第一実施形態である流体混合器の平面図である。 シール部材を構成するＯリングの形状例を示す破断斜視図である。 シール部材にＯリングを配する溝を形成した例を示す断面図。 本発明の第一実施形態の変形例である流体混合器の断面図である。 本発明の第二実施形態である流体混合器の断面図である。 本発明の第二実施形態である流体混合器の平面図である。 本発明の第三実施形態である流体混合器の断面図である。 本発明の第三実施形態である流体混合器の平面図である。 本発明の第四実施形態である流体混合器の断面図である。 本発明の第四実施形態である流体混合器の平面図である。 本発明の第五実施形態である流体混合器の断面図である。 本発明の第五実施形態である流体混合器の平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る流体混合器の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴を分かりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。

（第一実施形態）
図１は、本実施形態の流体混合器を中央で破断した状態を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態の流体混合器の断面図、図３は、流体混合器の第二筐体を除いた状態で基板を他面側から見た時の平面図である。
以下、本発明に係る第一実施形態を、図１〜３を参照しながら説明する。

流体混合器１０は、互いに対向して配された第一筐体１１および第二筐体１２と、この第一筐体１１および第二筐体１２の間に支持された基板１３と、から概略構成されている。
第一筐体１１は、全体が例えばガラスや耐蝕性の金属などから構成された略矩形の部材である。第一筐体１１は、その一面１１ａが基板１３の一方の主面１３ａに対して所定の間隔を保って対向する。また、第一筐体１１の一面１１ａ側には、周縁領域が基板１３の他面１３と同一平面となる部分まで突出し、基板１３の周縁を覆うように形成された突出部１１Ｔが一体に形成されている。

第二筐体１２は、全体が例えばガラスや耐蝕性の金属などから構成された略矩形の部材である。第二筐体１２は、その一面１２ａが基板１３の他方の主面１３ｂに対して所定の間隔を保って対向する。

基板１３は、全体が例えばガラスなどから構成された略板状の部材である。基板１３は、その一方の主面１３ａが第一筐体１１の一面１１ａに、また、他方の主面１３ｂが第二筐体１２の一面１２ａにそれぞれ対向するように配される。流体混合器１０を外側から見た時には、基板１３は第一筐体１１と第二筐体１２との間に内在するように配される。

第一筐体１１の一面１１ａと、基板１３の一方の主面１３ａとの間には、第一シール部材２１が配されている。第一シール部材２１は、環状を成す弾性部材からなる。具体的には、第一シール部材２１は、例えば耐蝕性のゴム材料からなるＯリングであればよい。この第一シール部材２１によって、第一筐体１１の一面１１ａと、基板１３の一方の主面１３ａとの間は、所定の間隔が保たれる。
あるいは、第一シール部材２１は後述する図５の矩形状の溝に押し込まれてしまい、第一筐体１１の一面１１ａと基板１３の一方の主面１３ａとが面同士で接触している場合もある。
こうした環状を成す第一シール部材２１の内側と、第一筐体１１の一面１１ａおよび基板１３の一方の主面１３ａとの間で、第一空間Ｅ１（混合空間）が区画される。第一空間Ｅ１は、例えば高さの低い略円筒形の空間を成す。

第二筐体１２の一面１２ａと、基板１３の他方の主面１３ｂとの間には、第二シール部材２２、および第三シール部材２３が配されている。第二シール部材２２、第三シール部材２３は、環状を成す弾性部材からなる。具体的には、第二シール部材２２、第三シール部材２３は、例えば耐蝕性のゴム材料からなるＯリングであればよい。第三シール部材２３は第二シール部材２２よりも直径が大きく、基板１３の他方の主面１３ｂの中心側に配された第二シール部材２２の周囲を、所定の間隔を開けて取り巻くように第三シール部材２３が配されている。
あるいは、第二シール部材２２は後述する図５の矩形状の溝に押し込まれてしまい、第二筐体１２の一面１２ａと基板１３の他方の主面１３ｂとが面同士で接触している場合もある。

第二シール部材２２、および第三シール部材２３によって、第二筐体１２の一面１２ａと、基板１３の他方の主面１３ｂとの間は、所定の間隔が保たれる。環状を成す第二シール部材２２の内側と、第二筐体１２の一面１２ａおよび基板１３の他方の主面１３ｂとの間で、第二空間Ｅ２が区画される。第二空間Ｅ２は、例えば高さの低い略円筒形の空間を成す。また、環状を成す第三シール部材２３の内側と、第二シール部材２２の外側と、第二筐体１２の一面１２ａおよび基板１３の他方の主面１３ｂとの間で、第三空間Ｅ３が区画される。第三空間Ｅ３は、例えば第二空間Ｅ２の外側に広がるドーナツ形の空間を成す。

第一筐体１１には、一面１１ａ側と他面１１ｂ側との間を貫通し、第一空間Ｅ１を外部に連通させる導出孔１５が形成されている。導出孔１５は、例えば円筒状の孔であればよい。

第二筐体１２の中心には、一面１２ａ側と他面１２ｂ側との間を貫通し、第二空間Ｅ２を外部に連通させる第一導入孔１６が形成されている。第一導入孔１６は、例えば円筒状の孔であればよい。また、第二筐体１２には、一面１２ａ側と他面１２ｂ側との間を貫通し、第三空間Ｅ３を外部に連通させる４つの第二導入孔１７，１７…が形成されている。導出孔１７，１７…は、例えば第一導入孔１６の周囲に、等間隔に形成されていればよい。

第一筐体１１と第二筐体１２とは、例えば、ネジやクリップによって、基板１３を挟み込むように締め付けられる。この時、弾性体からなる第一シール部材２１は、弾性変形して、第一筐体１１の一面１１ａおよび基板１３の一方の主面１３ａに密着する。同様に、第二シール部材２２および第三シール部材２３も弾性変形して、第二筐体１２の一面１２ａおよび基板１３の他方の主面１３ｂに密着する。

第一筐体１１の一面１１ａ側から平面視した際に、第一シール部材２１と第二シール部材２２とは、互いに重なる位置に配されている。即ち、第一シール部材２１および第二シール部材２２のそれぞれの中心軸は、導出孔１６の中心を通る軸Ｓに対して同軸となるように配された同一直径のＯリングである。これにより、第一空間Ｅ１と第二空間Ｅ２とは、第一筐体１１の一面１１ａ側から平面視した際に、互いに重なる空間を成す。

基板１３には、一方の主面１３ａ側と他方の主面１３ｂ側とを連通させる複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…が形成されている。これら複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…のうち、微細孔２５，２５…を構成する３次元的な流路群αは、基板１３の一方の主面１３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面１３ｂ側の第二空間Ｅ２との間を連通させる。

具体的には、微細孔２５，２５…は、基板１３をその厚み方向に沿って直線的に貫通し、一方の開口面が一方の主面１３ａの第一空間Ｅ１に露出し、他方の開口面が他方の主面１３ｂの第二空間Ｅ２に露出している。これら微細孔２５，２５…、２６，２６…は、いずれも、それぞれの流体の供給源から、流体同士を混合する第一空間Ｅ１（混合空間）に向けて、それぞれの流体を導く誘導空間として機能するものである。

また、微細孔２６，２６…を構成する３次元的な流路群βは、基板１３の一方の主面１３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面１３ｂ側の第三空間Ｅ３との間を連通させる。具体的には、微細孔２６，２６…は、一方の開口面が一方の主面１３ａの第一空間Ｅ１に露出し、そこから基板１３の厚みの任意の場所まで直線的に延び、そこから基板１３の面方向に沿うように屈曲して基板１３の周縁方向に延びる。更にそこから基板１３の厚み方向に沿うように再度屈曲して、他方の開口面が他方の主面１３ｂの第三空間Ｅ３に露出する。このように、微細孔２６，２６…は、途中の２か所で屈曲したクランク状に形成されている。本実施形態においては、流路群βの流入側は、４つの第二導入孔１７，１７…にそれぞれ対応する位置に形成されている。

微細孔２５，２５…、２６，２６…の長径は、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすることが好適である。また、互いに隣接する微細孔２５，２５…、２６，２６…どうしの間隔は、例えば、マイクロ・メーター乃至ナノ・メーターのオーダーとすることが好適である。
また、微細孔２５，２５…、２６，２６…の内面には、この微細孔２５，２５…、２６，２６…を通る流体に対して耐蝕性をもつ材料をコーティングしてもよい。

本実施形態においては、流路群αは、基板１３の中央部分に配した４つの微細孔２５，２５…から構成しているが、これに限定されるものではなく、流路群αは任意の複数の微細孔から構成されていればよい。また、本実施形態では、流路群βは、基板１３の周縁部分の４か所と基板１３の中央部分とを連通させる、それぞれ４つずつの微細孔２６，２６…から構成されているが、これに限定されるものではなく、それぞれの流路群βは任意の複数の微細孔から構成されていればよい。なお、図１〜２では、これら微細孔２５，２６のうちの一部について、基板１３内部における図示を省略して簡潔に表現しているが、実際には、これら微細孔２５，２６どうしは互いに独立して複数、並列に形成されている。

以上のような構成の本発明の流体混合器の作用を説明する。
流体混合器１０を用いて複数種の流体、例えば、流体Ａと流体Ｂを混合して、混合流体Ｃを得る際には、まず、第一導入孔１６から第二空間Ｅ２に向けて、所定の圧力で流体Ａを流入させる。また同時に、第二導入孔１７から第三空間Ｅ３に向けて、所定の圧力で流体Ｂを流入させる。流体Ａ、流体Ｂの流入圧力は、それぞれの流体の粘度や流動性、微細孔２５，２６の開口径などを考慮して定められればよい。

第二空間Ｅ２に達した流体Ａは、微細孔２５，２５…内に流入する。そして、流体Ａは微細孔２５，２５…を介して第一空間（混合空間）Ｅ１内に流出する。また、第三空間Ｅ３に達した流体Ｂは、微細孔２６，２６…内に流入する。そして、流体Ｂは微細孔２６，２６…を介して第一空間Ｅ１内に流出する。このように、個別に導入された流体Ａと流体Ｂは、共通の空間である第一空間Ｅ１内に流出し、この第一空間Ｅ１内で互いに混じり合う。そして、第一空間Ｅ１内で流体Ａおよび流体Ｂが混合した混合流体Ｃが形成される。

流路群αを構成する微細孔２５，２５…を流れる流体Ａと、流路群βを構成する微細孔２６，２６…を流れる流体Ｂとは、第一シール部材２１によって区画された第一空間Ｅ１内に、流線の広がりが抑えられて互いの拡散距離が縮まった状態で流出する。これによって、流出した流体Ａおよび流体Ｂの混合性が向上し、複数種類の流体を効率よく混合される。そして、形成した混合流体Ｃは、導出孔１６から流体混合器１０の外部に流出される。

このような構成の流体混合器１０は、基板１３を第一筐体１１および第二筐体１２によって挟持するとともに、基板１３と第一筐体１１との間に第一シール部材２１を、また基板１３と第二筐体１２との間に第二シール部材２２および第三シール部材２３をそれぞれ挟み込んでいる。これによって、例えばガラスなど破損しやすい材料から成る基板１３が、第一筐体１１や第二筐体１２に直接、当接することが無い。よって、第一筐体１１および第二筐体１２によって、基板１３を挟み込むような応力が加わっても、基板１３に割れや欠けなどの破損が生じることを防止できる。特に、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３を、ゴムなどの弾性部材からなるＯリングとすることによって、基板１３に加わる応力を緩和しつつ、第一筐体１１と第二筐体１２との間で基板１３を位置ズレすることなく挟持することができる。

また、第一シール部材２１および第二シール部材２２を、第一筐体１１の一面１１ａ側から平面視した際に、互いに重なるように配することによって、基板１３を挟み込む応力の加わる方向と、第一シール部材２１と第二シール部材２２との重なり方向が一致する。これによって、基板１３の一方の主面１３ａ側の特定部位に、一方向だけの応力が加わったり、基板１３の他方の主面１３ｂ側の特定部位に、一方向だけの応力が加わったりすることがない。よって、基板１３に割れや欠けなどの破損が生じることをより効果的に防止することができる。

更に、基板１３と第一筐体１１との間に第一シール部材２１を、また基板１３と第二筐体１２との間に第二シール部材２２および第三シール部材２３をそれぞれ挟み込むことによって、第一空間Ｅ１、第二空間Ｅ２、第三空間Ｅ３を形成するので、これら空間を形成するために、基板１３に広い窪みなどを形成する必要がない。よって、基板１３に窪みを形成してから、この窪みに微細孔を形成するなどの手間の掛かる工程を簡略化することができ、より低コストで容易に流体混合器１０を製造することが可能になる。

上述した第一実施形態では、微細孔２５，２５…の一端と、微細孔２６，２６…の一端とが、第一空間Ｅ１において、それぞれ４つごとに１か所に集まるように形成されている。しかし、例えば、１つの微細孔２５の一端と、１つの微細孔２６の一端とが、互いに隣接するように混在して露出するように、微細孔２５と微細孔２６の基板１３内部での流路を形成してもよい。これによって、第一空間Ｅ１における、微細孔２５，２５…を流れる流体Ａと、微細孔２６，２６…を流れる流体Ｂとの混合を、より効率的かつ均質に行うことができる。

上述した第一実施形態では、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として、長手方向に垂直な断面が円形のＯリングを用いている。しかしながら、これら第一シール部材２１〜第三シール部材２３に用いるＯリングは、こうした形状に限定されるものではない。例えば図４（ａ）に示すように、断面が四角形のＯリングＣ１であってもよい。また、例えば図４（ｂ）に示すように、断面が楕円形のＯリングＣ２であってもよい。更に、例えば図４（ｃ）に示すように、断面が六角形のＯリングＣ３であってもよい。

なお、図１〜図３では、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として用いるＯリングの断面形状を円形として表現している。しかしながら、実際には、基板１３を挟むように第一筐体１１と第二筐体１２とが、互いに接近する方向に付勢されるため、弾性材料から構成されるＯリングの断面形状は、若干押し潰されて断面楕円形となっている。

上述した第一実施形態では、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として、外形が円環状のＯリングを用いている。これによって、円盤状の第一空間Ｅ１、第二空間Ｅ２、第三空間Ｅ３を区画している。しかしながら、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として、例えば、四角環状のパッキンを用いることも好ましい。これによって、例えば、四角板状の基板に合わせて、四角形の第一空間、第二空間、および第三空間を形成することも可能になる。

上述した第一実施形態では、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として用いるＯリングを、平坦面上、即ち、基板１３の一方の主面１３ａ，１３ｂ、第一筐体１１の一面１１ａ、第二筐体１２の一面１２ａにそれぞれ載置している。しかし、例えば、図５に示すように、第一筐体１１の一面１１ａや第二筐体１２の一面１２ａに矩形の溝２８を形成しておくことによって、流体混合器１０の製造時に、第一シール部材２１、第二シール部材２２、第三シール部材２３として用いるＯリングを配置する際の位置決めが容易になる。また、使用時にＯリングが所定の配置位置からズレてしまうことも防止できる。

上述した第一実施形態の変形例として、図６に示すように、第一筐体１１の一面１１ａと基板１３の一方の主面１３ａとの間に、第一筐体１１の一面１１ａ側から平面視において、第三シール部材２３と重なる位置に、ダミーシール部材２９が配されていてもよい。ダミーシール部材２９が配されることによって、第一筐体１１および第二筐体１２によって基板１３を挟み込む応力が加わっても、基板１３に割れや欠けなどの破損が生じることを防止できる。

（第二実施形態）
図７は、第二実施形態における流体混合器の断面図であり、図８は、流体混合器の第二筐体を除いた状態で基板を他面側から見た時の平面図である。
本実施形態の流体混合器４０は、互いに対向して配された第一筐体４１および第二筐体４２と、この第一筐体４１および第二筐体４２の間に支持された基板４３と、から概略構成されている。

第一筐体４１の一面４１ａと、基板４３の一方の主面４３ａとの間には、第一シール部材２１が配されている。この第一シール部材２１の内側と第一筐体４１の一面４１ａおよび基板４３の一方の主面４３ａとの間で、円盤状の空間である第一空間Ｅ１（混合空間）が区画される。また、第一シール部材２１の外側には、ダミーシール部材２９が配されている。

第二筐体４２の一面４２ａと、基板４３の他方の主面４３ｂとの間には、例えば、Ｏリングからなる第二シール部材２２が配されている。第二シール部材２２の外側には、第三シール部材２３が配されている。第三シール部材２３は、例えば、ダミーシール部材２９と重なる位置に配される。

そして、環状を成す第二シール部材２３の内側と、第二筐体４２の一面４２ａおよび基板４３の他方の主面４３ｂとの間で、第二空間Ｅ２が区画される。こうした第二空間Ｅ２は、例えば円盤状の空間を成す。また、第二シール部材２３ｂの外側および環状を成す第三シール部材２３の内側、第二筐体４２の一面４２ａおよび基板４３の他方の主面４３ｂとの間で、第三空間Ｅ３が区画される。第三空間Ｅ３は、例えば第二空間Ｅ２の外側に広がるドーナツ形の空間を成す。

第一筐体４１には、第一空間Ｅ１を外部に連通させる４つの導出孔４５，４５…が形成されている。また、第二筐体４２には、第二空間Ｅ２を外部に連通させる４つの第一導入孔４６，４６…、および第三空間Ｅ３を外部に連通させる４つの第二導入孔４７，４７…がそれぞれ形成されている。

基板４３には、一方の主面４３ａ側と他方の主面４３ｂ側とを連通させる複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…が形成されている。これら複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…のうち、微細孔２５，２５…を構成する３次元的な流路群αは、基板４３の一方の主面４３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面４３ｂ側の第二空間Ｅ２との間を連通させる。また、微細孔２６，２６…を構成する３次元的な流路群βは、基板４３の一方の主面４３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面４３ｂ側の第三空間Ｅ３との間を連通させる。

本実施形態では、第二筐体４２の一面４２ａと、基板４３の他方の主面４３ｂとの間に配した第二シール部材２２に重なるように、第一筐体４１の一面４１ａと、基板４３の一方の主面４３ａとの間に、第一シール部材２１を配している。これによって、第一シール部材２１の内側の直径を大きくすることができる。よって、第一空間Ｅ１の容積が大きくなり、より一層高い流量で効率的に流体の混合を行うことが可能になる。

（第三実施形態）
図９は、第三実施形態における流体混合器の断面図であり、図１０は、流体混合器の第二筐体を除いた状態で基板を他面側から見た時の平面図である。
本実施形態の流体混合器５０は、互いに対向して配された第一筐体５１および第二筐体５２と、この第一筐体５１および第二筐体５２の間に支持された基板５３と、から概略構成されている。

第一筐体５１の一面５１ａと、基板５３の一方の主面５３ａとの間には、Ｏリングからなる第一シール部材２１が配されている。そして、この第一シール部材２１の内側には、円盤部材（ダミーシール部材）２６が配されている。この円盤部材２６は、例えば、第一シール部材２１を構成するＯリングの直径と同じ厚みをもつ中実円盤状の弾性部材であればよい。この第一シール部材２１ａの内側と円盤部材２６の周縁、第一筐体５１の一面５１ａおよび基板５３の一方の主面５３ａとの間で、ドーナツ形の空間である第一空間Ｅ１（混合空間）が区画される。また、第一シール部材２１の外側には、第一シール部材２１よりも直径が大きいダミーシール部材２９が配される。

第二筐体５２の一面５２ａと、基板５３の他方の主面５３ｂとの間には、例えば、互いに所定の間隔を開けて配された直径の異なる２つのＯリングからなる第二シール部材２２ａ，２２ｂが配されている。第二シール部材２２ｂの外側には、第三シール部材２３が配されている。

そして、環状を成す第二シール部材２２ａの外側と、第二シール部材２３ｂの内側と、第二筐体５２の一面５２ａおよび基板５３の他方の主面５３ｂとの間で、第二空間Ｅ２が区画される。こうした第二空間Ｅ２は、例えばドーナツ形の空間を成す。また、第二シール部材２３ｂの外側および環状を成す第三シール部材２３の内側、第二筐体５２の一面５２ａおよび基板５３の他方の主面５３ｂとの間で、第三空間Ｅ３が区画される。第三空間Ｅ３は、例えば第二空間Ｅ２の外側に広がるドーナツ形の空間を成す。

第一筐体５１には、第一空間Ｅ１を外部に連通させる４つの導出孔５５，５５…が形成されている。また、第二筐体５２には、第二空間Ｅ２を外部に連通させる４つの第一導入孔５６，５６…、および第三空間Ｅ３を外部に連通させる４つの第二導入孔５７，５７…がそれぞれ形成されている。

基板５３には、一方の主面５３ａ側と他方の主面５３ｂ側とを連通させる複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…が形成されている。これら複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…のうち、微細孔２５，２５…を構成する３次元的な流路群αは、基板５３の一方の主面５３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面５３ｂ側の第二空間Ｅ２との間を連通させる。また、微細孔２６，２６…を構成する３次元的な流路群βは、基板５３の一方の主面５３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面５３ｂ側の第三空間Ｅ３との間を連通させる。

本実施形態では、第一シール部材２１の内側に、Ｏリングではなく中実円盤状の弾性部材からなる円盤部材２６を用いることによって、第一筐体４１と第二筐体４２とをクランプした際に、基板５３に加わる応力を受け止める部分が大きくなる。これによって、第一シール部材２１の過剰な変形を防止し、第一筐体５１の一面５１ａと、基板５３の一方の主面５３ａとの間の間隔を適正に保つことができる。また、導出孔５５，５５…が４つ形成されているので、第一実施形態のように導出孔が１つの場合と比較して、より混合する流体の流量をより一層高めることができる。

（第四実施形態）
図１１は、第四実施形態における流体混合器の断面図であり、図１２は、流体混合器の第二筐体を除いた状態で基板を他面側から見た時の平面図である。
本実施形態の流体混合器６０は、互いに対向して配された第一筐体６１および第二筐体６２と、この第一筐体６１および第二筐体６２の間に支持された基板６３と、から概略構成されている。

第一筐体６１の一面６１ａと、基板６３の一方の主面６３ａとの間には、互いに所定の間隔を開けて配された直径の異なる２つのＯリングからなる第一シール部材２１ａ，２１ｂが配されている。この第一シール部材２１ａの外側と第一シール部材２１ｂの内側、第一筐体６１の一面６１ａおよび基板６３の一方の主面６３ａとの間で、ドーナツ形の空間である第一空間Ｅ１（混合空間）が区画される。また、第一シール部材２１ｂの外側には、第一シール部材２１ｂよりも直径が大きいダミーシール部材２９が配される。

第二筐体６２の一面６２ａと、基板６３の他方の主面６３ｂとの間には、例えば、互いに所定の間隔を開けて配された直径の異なる２つのＯリングからなる第二シール部材２２ａ，２２ｂが配されている。第二シール部材２２ｂの外側には、第三シール部材２３が配されている。

そして、環状を成す第二シール部材２２ａの外側と、第二シール部材２３ｂの内側と、第二筐体６２の一面６２ａおよび基板６３の他方の主面６３ｂとの間で、第二空間Ｅ２が区画される。こうした第二空間Ｅ２は、例えばドーナツ形の空間を成す。また、第二シール部材２３ｂの外側および環状を成す第三シール部材２３の内側、第二筐体６２の一面６２ａおよび基板６３の他方の主面６３ｂとの間で、第三空間Ｅ３が区画される。第三空間Ｅ３は、例えば第二空間Ｅ２の外側に広がるドーナツ形の空間を成す。

第一筐体６１には、第一空間Ｅ１を外部に連通させる４つの導出孔６５，６５…が形成されている。また、第二筐体６２には、第二空間Ｅ２を外部に連通させる２つの第一導入孔６６，６６、および第三空間Ｅ３を外部に連通させる２つの第二導入孔６７，６７がそれぞれ形成されている。第一導入孔６６と第二導入孔６７とは、それぞれ１つずつが互いに近接して集約配置されている。

基板６３には、一方の主面６３ａ側と他方の主面６３ｂ側とを連通させる複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…が形成されている。これら複数の微細孔２５，２５…、２６，２６…のうち、微細孔２５，２５…を構成する３次元的な流路群αは、基板６３の一方の主面６３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面６３ｂ側の第二空間Ｅ２との間を連通させる。また、微細孔２６，２６…を構成する３次元的な流路群βは、基板６３の一方の主面６３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面６３ｂ側の第三空間Ｅ３との間を連通させる。

本実施形態のように、流路群αと流路群βとを、ドーナツ形の空間を成す第二空間Ｅ２や第三空間Ｅ３に対して、互いに近接して集約配置することもできる。

（第五実施形態）
図１４は、第五実施形態における流体混合器の断面図であり、図１５は、流体混合器の第二筐体を除いた状態で基板を他面側から見た時の平面図である。
本実施形態の流体混合器７０は、互いに対向して配された第一筐体７１および第二筐体７２と、この第一筐体７１および第二筐体７２の間に支持された基板７３と、から概略構成されている。

第一筐体７１の一面７１ａと、基板７３の一方の主面７３ａとの間には、Ｏリングからなる第一シール部材２１が配されている。この第一シール部材２１の内側と、第一筐体７１の一面７１ａおよび基板７３の一方の主面７３ａとの間で、ドーナツ形の空間である第一空間Ｅ１（混合空間）が区画される。

第二筐体７２の一面７２ａと、基板７３の他方の主面７３ｂとの間には、例えば、Ｏリングからなる第二シール部材２２が配されている。この環状を成す第二シール部材２２の内側と、第二筐体７２の一面７２ａおよび基板７３の他方の主面７３ｂとの間で、第二空間Ｅ２が区画される。

そして、第二シール部材２２の外側には、４つの第四シール部材８１，８１…が、第二空間Ｅ２の周りに互いに等間隔となるように配されている。これらそれぞれの第四シール部材８１，８１…の内側と、第二筐体７２の一面７２ａおよび基板７３の他方の主面７３ｂとの間で、４つの独立した第四空間Ｅ４，Ｅ４…が区画される。

また、第一筐体７１の一面７１ａと、基板７３の一方の主面７３ａとの間において、４つのダミーシール部材８９，８９…が、第一シール部材２１の周りに互いに等間隔となるように配されている。それぞれのダミーシール部材８９は、第四シール部材８１と同一の形状であり、第四シール部材８１，８１…の形成位置と重なる位置に配置されることが好ましい。

第一筐体７１には、第一空間Ｅ１を外部に連通させる導出孔７５が形成されている。また、第二筐体５２には、第二空間Ｅ２を外部に連通させる第一導入孔７６およびそれぞれの第四空間Ｅ４を個々に外部に連通させる４つの第四導入孔８７，８７…がそれぞれ形成されている。

基板７３には、一方の主面７３ａ側と他方の主面７３ｂ側とを連通させる複数の微細孔２５，２５…、８８，８８…が形成されている。これら複数の微細孔２５，２５…、８８，８８…のうち、微細孔２５，２５…を構成する３次元的な流路群αは、基板７３の一方の主面７３ａ側の第一空間Ｅ１と、他方の主面７３ｂ側の第二空間Ｅ２との間を連通させる。また、微細孔８８，８８…を構成する３次元的な流路群γは、基板８３の一面８３ａ側の第一空間Ｅ１と、他面８３ｂ側の４つの第四空間Ｅ４，Ｅ４…との間をそれぞれ連通させる。

本実施形態では、第二シール部材２２の外側に４つの第四シール部材８１，８１…を配して、４つの独立した第四空間Ｅ４，Ｅ４…を形成することによって、例えば、４種類の流体を４つの第四導入孔８７，８７…からそれぞれ導入して、第一空間Ｅ１においてこれら４つの流体を混合させた混合流体を形成することができる。

なお、本実施形態では、４つの第四シール部材８１，８１…によって、第二空間Ｅ２の周りに４つの独立した第四空間Ｅ４，Ｅ４…を区画しているが、第四空間の数はこれに限定されるものではなく、第二空間Ｅ２の周りに任意の数の第四シール部材を配することによって、任意の数の第四空間を形成することができる。

１０…流体混合器、１１…第一筐体、１２…第二筐体、１３…基板、２１…第一シール部材、２２…第二シール部材、２３…第三シール部材、２５，２６…微細孔、Ｅ１…第一空間、Ｅ２…第二空間、Ｅ３…第三空間、Ｅ４…第四空間。

Claims (5)

1. 第一筐体および第二筐体の間に基板を配してなる流体混合器であって、
   前記第一筐体の一面と前記基板の一方の主面との間に配されたリング状の第一シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配されたリング状の第二シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配され、前記第二シール部材を取り巻くリング状の第三シール部材と、を備え、
   前記第一シール部材、前記第一筐体の一面および前記基板の一方の主面により構成される第一空間と、前記第二シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第二空間と、前記第二シール部材、前記第三シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第三空間と、をそれぞれ有し、
   前記基板は、前記第一空間と前記第二空間との間を連通させる微細孔、および前記第一空間と前記第三空間との間を連通させる微細孔を有し、
   前記第一筐体には、前記第一空間を前記流体混合器の外部に連通させる導出孔が形成され、前記第二筐体には、前記第二空間を前記流体混合器の外部に連通させる第一導入孔、および前記第三空間を前記流体混合器の外部に連通させる第二導入孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする流体混合器。
2. リング状の前記第一シール部材と前記第二シール部材とが、前記基板を挟んで重なる位置にあることを特徴とする請求項１記載の流体混合器。
3. 前記第一シール部材に囲まれた内側、または外側において、前記第二シール部材、前記第三シール部材の少なくとも一方と重なる位置に、ダミーシール部材が配されていることを特徴とする請求項１または２記載の流体混合器。
4. 前記ダミーシール部材は、前記第三シール部材と重なる位置に配されていることを特徴とする請求項３記載の流体混合器。
5. 第一筐体および第二筐体の間に基板を配してなる流体混合器であって、
   前記第一筐体の一面と前記基板の一方の主面との間に配されたリング状の第一シール部材と、前記第二筐体の一面と前記基板の他方の主面との間に配されたリング状の第二シール部材、および該第二シール部材の周りに複数配された第四シール部材と、を備え、
   前記第一シール部材、前記第一筐体の一面および前記基板の一方の主面により構成される第一空間と、前記第二シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される第二空間と、それぞれの前記第四シール部材、前記第二筐体の一面および前記基板の他方の主面により構成される複数の第三空間とをそれぞれ有し、
   前記基板は、前記第一空間と前記第二空間との間を連通させる微細孔、および前記第一空間と複数の前記第四空間との間をそれぞれ連通させる複数の微細孔を有し、
   前記第一筐体には、前記第一空間を前記流体混合器の外部に連通させる導出孔が形成され、前記第二筐体には、前記第二空間を前記流体混合器の外部に連通させる第一導入孔、および前記第三空間を前記流体混合器の外部に連通させる第二導入孔がそれぞれ形成されていることを特徴とする流体混合器。

Images