ゲル作成方法
【課題】任意のパターンのゲルを作成することが可能なゲル作成方法を提供する。
【解決手段】ゲル形成材を含むアルギン酸ナトリウム溶液Ａをインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するゲル作成方法であって、ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップＳ１と、アルギン酸ナトリウム溶液Ａが反応してゲル化するための塩化カルシウム溶液Ｃへ、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７をインクジェット方式のノズル２６から吐出する吐出ステップＳ２と、吐出ステップで吐出された液滴２７とは異なる位置へ次の液滴２７を吐出するために受容部３１の位置移動をする移動ステップＳ３と、を有することを特徴とする。
【解決手段】ゲル形成材を含むアルギン酸ナトリウム溶液Ａをインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するゲル作成方法であって、ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップＳ１と、アルギン酸ナトリウム溶液Ａが反応してゲル化するための塩化カルシウム溶液Ｃへ、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７をインクジェット方式のノズル２６から吐出する吐出ステップＳ２と、吐出ステップで吐出された液滴２７とは異なる位置へ次の液滴２７を吐出するために受容部３１の位置移動をする移動ステップＳ３と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を化学反応によってゲル化させるゲル作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲルを作成する方法として、例えば特許文献１には、アルギン酸の液滴を支持体に付着させ、支持体と共に塩化カルシウム溶液等の硬化液へ浸漬することにより、アルギン酸ゲル球を得る方法が開示されている。この方法によれば、簡便な操作でアルギン酸ゲル球を作成することが可能である。
【０００３】
また、特許文献２には、吐出物であるアルギン酸ナトリウム等の液体を、インクジェット方式により、液滴として被吐出液体である塩化カルシウム溶液等へ吐出することにより、該液滴をゲル球化したマイクロカプセルを得る方法が開示されている。このインクジェット方式を用いた方法によれば、吐出物である液体を、均一な大きさの液滴にする等の正確な制御に基づいて吐出することができ、得られたマイクロカプセルは、その粒径や膜厚等がほぼ均一に揃ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９２４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の技術において、球状のゲルを個々に作成することについては、好適であるが、球状の単体のゲル以外、例えば単体のゲルを連ねた線状や面状等の所望の形状にゲル化することは、開示された方法では困難である、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係るゲル作成方法は、ゲル形成材を含む少なくとも１種類の吐出液体をインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するために、前記ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップと、前記吐出液体が反応してゲル化するための被吐出液体へ、前記吐出液体の液滴を前記インクジェット方式のノズルから吐出する吐出ステップと、前記吐出ステップで吐出された前記液滴とは異なる位置へ次の前記液滴を吐出するための位置移動をする移動ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
このゲル作成方法によれば、インクジェット方式のノズルから吐出された液滴は、その液滴より前に吐出された液滴が被吐出液体に着弾した位置とは異なる位置へ、吐出される。即ち、吐出ステップにおける液滴吐出と、移動ステップにおける液滴が着弾する位置の移動と、のタイミングを調整すれば、選択した吐出パターンに応じて、被吐出液体の任意の位置へ液滴を吐出することが可能である。これにより、液滴を被吐出液体へ間隔を空けて吐出すれば、液滴それぞれがゲル化した個別のゲル球を得られる。さらに、このゲル作成方法によれば、液滴が被吐出液体と反応して完全にゲル化する前に、この未ゲル化の液滴と間隔を空けずに次の液滴を吐出することもでき、その結果、複数の液滴が連続して１つになった状態のゲルを得られる。このように、複数の液滴を１つのゲルにする正確な吐出の方法および位置移動の方法により、単独のゲル球を作成する従来の方法では困難であった種々の形状のゲルを、容易に得ることが可能である。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して所定の方向に沿って連なった前記ゲルとなるための主移動をすることが好ましい。
【００１０】
この方法によれば、インクジェット方式のノズルから吐出された液滴は、吐出ステップにおける液滴吐出のタイミングと、移動ステップにおける液滴が着弾する位置の移動と、が調整され、既に吐出されて被吐出液体に着弾した液滴と接触する位置に吐出される。この場合、移動ステップにおける位置の移動は、選択した吐出パターンに応じた所定の方向へ向いて行われる主移動であり、この主移動によって、ノズルは、液滴と液滴との間隔を空けずに、液滴を被吐出液体へ吐出することが可能である。このようなゲル作成方法により、所定の方向へ沿った糸のような線状のゲルを容易に得ることが可能である。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して前記所定の方向と交差する方向にも連なった前記ゲルを作成するための副移動をさらにすることが好ましい。
【００１２】
この方法によれば、主移動により、所定の方向へ沿って連なった糸のような線状のゲルを作成すると共に、さらに、副移動により、所定の方向と交差する方向にも連なったゲルを作成する。つまり、移動ステップは、主移動に加え副移動を有することにより、主移動および副移動の両移動で作成されたゲルは、所定の方向と、所定の方向に対して交差する方向とに延在し、繊維のような面状に連なった形状をなしている。このようなゲル作成方法により、面状のゲルを容易に作成することが可能である。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記吐出ステップは、前記位置移動する所定の方向と交差する方向に沿って所定間隔を有し前記所定の方向と直交する方向には間隔を有しない位置関係で設けられた、複数の前記ノズルから前記液滴を吐出し、前記移動ステップは、前記ノズルからそれぞれ順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して、前記所定の方向に沿って連なった前記ゲルと、前記所定の方向と直交する方向に連なった前記ゲルと、を作成することが好ましい。
【００１４】
この方法によれば、複数のノズルは、位置移動する方向である所定の方向に対して交差する方向に沿って所定の間隔を空けて設けられ、さらに、この交差していることにより、所定の方向と直交する方向においては、間隔を空けていない位置関係と見えるように、配置されている。つまり、複数のノズルのそれぞれから吐出された液滴を、所定の方向へ位置移動しつつ吐出タイミングを調節して、所定の方向と直交する方向に沿って被吐出液体へ吐出して並べることができ、並んだ各液滴は、間隔を空けずに連なった状態となっている。このように、所定の方向と交差する方向に沿ってノズルを設け、液滴の吐出タイミングを調節する方法によれば、所定の方向と直交する方向への位置移動をすることなく、所定の方向と直交する方向へも連なったゲルを作成することが可能である。また、このノズルの配置によれば、吐出した液滴が完全にゲル化する前に、その液滴に対して所定の方向および所定の方向と直交する方向へ、次の液滴を迅速に吐出することができ、複数の液滴が連なったゲルを確実に作成することが可能である。即ち、この配置のノズルによれば、四角形状をなす面状のゲルであっても、所定の方向の位置移動をするだけで容易に作成することが可能である。
［適用例５］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルと前記被吐出液体とのいずれかまたは両方が移動する、ことが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、移動ステップにおける位置移動は、ノズルのみが移動する設定や、被吐出液体のみが移動する設定、さらに、ノズルおよび被吐出液体の両方が移動する設定が考えられ、ゲル形状に即した吐出パターンに対して、最良の移動方法が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態１に係るゲル作成方法を示すフローチャート。
【図２】ゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図。
【図３】ゲルを受容した受容部を示す断面図。
【図４】本実施形態２に係るゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図。
【図５】液滴の吐出方法を示す平面図。
【図６】吐出装置の概観を示す斜視図。
【図７】（ａ）液滴の吐出方法の変形例を示す平面図、（ｂ）受容部の変形例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、ゲル作成方法の具体的な実施形態について図面に従って説明する。本実施形態におけるゲル作成方法は、インクジェット方式を用いて、任意形状のゲルを作成できることを特徴とする。
（実施形態１）
【００１８】
図１は、本実施形態１に係るゲル作成方法を示すフローチャートである。また、図２および図３は、このフローチャートに基づいて、ゲルを作成する一例を示しており、図２は、ゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図、図３は、ゲルを受容した受容部を示す断面図である。この場合、ゲル作成方法は、吐出装置１を用いてゲルを作成し、作成されたゲルは、図２および図３に示すように、糸のような線状をなしている線状ゲル１０である。
【００１９】
線状ゲル１０の作成は、まず、図１に示すフローチャートのステップＳ１において、吐出パターンの選択がなされる。これは、吐出パターンの選択がなされたことを、吐出装置１が認識するステップである。そして、吐出パターンとして線状ゲル１０のパターンが選択され、吐出装置１は、線状ゲル１０を作成するように制御される。このステップＳ１は、選択ステップに該当する。
【００２０】
本実施形態１に係るゲル作成方法で用いられる吐出装置１は、図６を参照して詳細を後述するが、吐出液体としてのアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７を吐出するノズル２６と、ノズル２６が設けられているキャリッジ２３と、液滴２７が吐出される対象である被吐出液としての塩化カルシウム溶液Ｃを収容し液滴２７を受容する受容部３１と、を備えている。受容部３１は、ノズル２６に対向する側が開口した箱状であり、塩化カルシウム溶液Ｃを収容する箱状内に線状ゲル１０を受けるためのネット３１１を有している。キャリッジ２３は、２つのノズル２６ａ，２６ｂを有していて、これらノズル２６ａ，２６ｂは、Ｙ軸方向に沿って設けられている。そして、線状ゲル１０を作成するための位置移動は、受容部３１がＸ軸方向へ移動する主移動のみである。吐出パターンの選択後、ステップＳ２へ進む。
【００２１】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。アルギン酸ナトリウム溶液Ａ（吐出液体）の液滴２７は、直径Ｒの球状であって、ノズル２６から塩化カルシウム溶液Ｃに吐出されると、塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲル化し、ゲル粒１０１となる。ゲル粒１０１は、それぞれのノズル２６ａ，２６ｂに対応したゲル粒１０１ａ，１０１ｂとして、塩化カルシウム溶液Ｃに浸漬して設けられているネット３１１に受け止められる。このステップＳ２は、吐出ステップに該当する。液滴２７が塩化カルシウム溶液Ｃへ着弾すると、ステップＳ３へ進む。
【００２２】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この位置移動は、Ｘ軸に沿う主移動であって、液滴２７が完全にゲル化しないうちにすばやく行われる。主移動する距離Ｓは、液滴２７の直径Ｒより小さい。このステップＳ３は、移動ステップに該当する。主移動後、ステップＳ４へ進む。
【００２３】
ステップＳ４において、所定数を吐出したか否かを判断する。この判断は、吐出装置１の制御部が液滴２７の吐出数をカウントして行う。所定数の液滴２７を吐出していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴２７を吐出していなければ、ステップＳ２へ戻る。
【００２４】
ステップＳ２に戻って、再度、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、前に吐出した液滴２７の吐出位置から距離Ｓだけ主移動した時点で、塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒１０２となる。ここで、距離Ｓと液滴２７の直径Ｒとは、Ｓ＜Ｒの関係であることにより、ゲル粒１０１とゲル粒１０２とは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化することになる。つまり、ゲル粒１０１が完全にゲル化しないうちに、ゲル粒１０２となる液滴２７が接触するため、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この連なったゲルは、この場合の所定の方向であるＸ軸方向に沿って糸のように線状をなしている線状ゲル１０である。線状ゲル１０は、ゲル粒１０１ａとゲル粒１０２ａとが連なった線状ゲル１０ａ、および、ゲル粒１０１ｂとゲル粒１０２ｂとが連なった線状ゲル１０ｂの２本が延在する。再度、液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００２５】
ステップＳ３において、再度、受容部３１の移動がなされ、次いで、ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。即ち、液滴２７が所定数吐出されるまで、これらステップＳ２、ステップＳ３およびステップＳ４が繰り返されて、所定の長さの線状ゲル１０が作成される。なお、ゲル粒１０１，１０２，・・・・が連なった一体の状態の線状ゲル１０となるように、ステップＳ３では、主移動を迅速に行い、ステップ４では、主移動が行われているうちに判断をすること、が望ましい。
【００２６】
以下、実施形態１の効果をまとめて記載する。
【００２７】
（１）実施形態１におけるゲル作成方法は、選択ステップを有し、吐出パターンを選択することにより、線状ゲル１０の長さ、ゲル粒１０１，１０２，・・・・の重なり等を簡便に調整して、多様なゲル作成に対応できる。さらに、ゲル作成方法は、インクジェット方式で液滴２７を受容部３１へ吐出する吐出ステップと、受容部３１を所定方向へ主移動させる移動ステップと、を有し、主移動に対応した正確な吐出タイミングにより、受容部３１へ吐出された液滴２７同士が、接触して確実に連なった状態でゲル化する。そのため、所定の方向へ沿って延在する線状ゲル１０が容易に得られる。
【００２８】
（２）また、ゲル作成方法では、受容部３１を主移動させるため、ノズル２６を移動させる必要がない。そのため、ノズル２６は、移動に伴う振動、慣性等の影響を受けず、均一形状の液滴２７を一定方向へ正確に吐出することができ、ゲル粒１０１，１０２，・・・・が均一に重なって並んだ線状ゲル１０を作成できる。
【００２９】
（３）ゲル作成方法により作成された線状ゲル１０は、受容部３１のネット３１１で受けとめられて延在するため、平面視および断面視においても、同一の線状をなしている。そして、ゲル粒１０１，１０２，・・・・の重なりを増して作成した線状ゲル１０は、表面の凹凸が目立たないものとなる。
（実施形態２）
【００３０】
次に、ゲル作成方法における実施形態２について説明する。図４は、本実施形態２に係るゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図であり、図５は、液滴の吐出方法を示す平面図である。実施形態２において作成したゲルは、ゲル粒５０１，５０２,５０３が面状の形状をなしている面状ゲル５０である。本実施形態２に係るゲル作成方法は、図１に示すフローチャートに基づいて行われるが、用いられる吐出装置５は、ヘッド部２８に設けられているノズル２６の配置が、吐出装置１とは異なっている。ノズル２６の配置以外は、位置移動が受容部３１の主移動のみであるなど、吐出装置１と同様の構成である。
【００３１】
吐出装置５は、吐出液体としてのアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７（図３）を吐出するノズル２６が、受容部３１の主移動方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向に沿って、配置されている。つまり、ノズル２６は、３つのノズル２６ｐ，２６ｑ，２６ｒからなり、主移動方向と斜めに交差する方向に沿って等間隔に設けられている。そして、例えば、ノズル２６ｑとノズル２６ｒとは、Ｘ軸方向に距離Ｌだけ離間しＹ軸方向に距離Ｔだけ離間するように、主移動方向に対し斜めに配置されている。同様に、ノズル２６ｑとノズル２６ｐも、Ｘ軸方向に距離Ｌだけ離間しＹ軸方向に距離Ｔだけ離間している。また、液滴２７の直径Ｒ（図３）と、距離Ｌと、距離Ｔとの関係は、この場合、Ｌ＞Ｒ＞Ｔであり、少なくとも、Ｒ＞Ｔであれば良い。
【００３２】
面状ゲル３０の作成は、まず、図１に示すフローチャートのステップＳ１において、吐出パターンの選択がなされ、吐出パターンとして面状ゲル５０のパターンが選択される。これにより、吐出装置５は、面状ゲル５０を作成するように制御される。吐出パターンの選択後、ステップＳ２へ進む。
【００３３】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。図４および図５では、面状ゲル５０を分かりやすくするように、面状ゲル５０から離してヘッド部２８を描いてあるが、液滴２７の吐出時は、ノズル２６が面状ゲル５０と平面視重なった状態になっている。例えば、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出された液滴２７は、図５に示すように、塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲル化し、ゲル粒５０１ｒとなる。この時、同時にノズル２６ｑおよびノズル２６ｐから液滴２７が吐出されると、作成すべきゲル粒５０１ｒおよびゲル粒５０１ｐから離間したゲル粒５０１ｑ’およびゲル粒５０１ｐ’となってしまう。そこで、ノズル２６ｒから液滴２７を吐出した後、ステップＳ３へ進む。
【００３４】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この位置移動は、Ｘ軸に沿う主移動であって、ノズル２６ｒから吐出された液滴２７が完全にゲル化しないうちにすばやく行われる。主移動は、液滴２７の直径Ｒより小さい距離Ｔだけ行われる。主移動後、ステップＳ４へ進む。
【００３５】
ステップＳ４において、所定数を吐出したか否かを判断する。所定数の液滴２７を吐出していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴２７を吐出していなければ、ステップＳ２へ戻る。
【００３６】
ステップＳ２に戻って、再度、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ゲル粒５０１ｒを作成した液滴２７の吐出位置から距離Ｔだけ主移動した時点で、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０２ｒとなる。ゲル粒５０２ｒとゲル粒５０１ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｑは、ノズル２６ｑから吐出された液滴２７が最初に作成すべきゲル粒５０１ｑに対し、距離（Ｌ−Ｔ）だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。再度の液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００３７】
ステップＳ３において、再度、受容部３１の移動がなされる。移動は、距離（Ｌ−Ｔ）であり、移動後、ステップＳ４へ進む。
【００３８】
ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。この場合、否であるため、ステップＳ２へ戻る。
【００３９】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ノズル２６ｑから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０１ｑとなる。ゲル粒５０１ｑとゲル粒５０１ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｐは、ノズル２６ｐから吐出された液滴２７が最初に作成すべきゲル粒５０１ｐに対し、距離ＬだけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。ノズル２６ｑからの液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００４０】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この場合、移動が距離Ｌであればノズル２６ｐから液滴２７を吐出してゲル粒５０１ｐを作成できるが、その前にノズル２６ｒが距離｛Ｔ−（Ｌ−Ｔ）｝だけ移動して、ゲル粒５０２ｒから距離Ｔだけ移動した吐出位置に達する。従って、距離｛Ｔ−（Ｌ−Ｔ）｝の移動後、ステップＳ４へ進む。
【００４１】
ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。この場合、否であるため、ステップＳ２へ戻る。
【００４２】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０３ｒ（図４）となる。ゲル粒５０３ｒとゲル粒５０２ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｑは、次に作成すべきゲル粒５０２ｑに対し、（Ｌ−Ｔ）だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にあり、ノズル２６ｐは、次に作成すべきゲル粒５０１ｐに対し、｛２（Ｌ−Ｔ）｝だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。ノズル２６ｒからの液滴２７の吐出後、ステップＳ３、ステップＳ４、そしてステップＳ２へ進む。
【００４３】
ここで、受容部３１が距離（Ｌ−Ｔ）だけ移動すると、ノズル２６ｑがゲル粒５０１ｑから距離Ｔだけ移動したことになり、ゲル粒５０２ｑを作成するための液滴２７を吐出する位置へ達する。さらに、受容部３１が距離｛２（Ｌ−Ｔ）｝だけ移動すると、ノズル２６ｐがゲル粒５０１ｐを作成するための液滴２７を吐出する位置へ達する。このように、各ノズル２６が、最初の液滴２７を吐出した位置から距離Ｔだけ移動したそれぞれの位置において、順に液滴２７を吐出し、各ノズル２６からの吐出数が所定数に達するまで、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４を繰り返す。こうして、受容部３１が主移動するのみで、平面視で四角形の面状ゲル５０を作成することができる。
【００４４】
以下、実施形態２の効果を記載する。
【００４５】
（１）実施形態２におけるゲル作成方法において、用いられる吐出装置５は、受容部３１が主移動する方向と斜めに交差する方向に沿って設けられたノズル２６を備え、各ノズル２６は、主移動方向と直交する方向においては、間隔を空けていない位置関係と見えるように、配置されている。これにより、吐出ステップにおける液滴２７の吐出タイミングと、移動ステップにおける主移動とを調節することにより、主移動以外の位置移動をすることなく、ゲル粒５０１，５０２，・・・が一体に連なった面状ゲル５０を作成することができる。
【００４６】
最後に、ゲル作成方法に用いられる吐出装置１（吐出装置５）について、簡単に説明する。図６は、吐出装置の概観を示す斜視図である。図６に示すように、吐出装置１（５）は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７（図３）を吐出するヘッド部２２（２８）を有するヘッド機構部２と、液滴２７が受容される塩化カルシウム溶液Ｃを収容した受容部３１を載置する受容機構部３と、ヘッド部２２（２８）にアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４と、これら各機構部および供給部を総括的に制御する制御部１３と、を備えている。
【００４７】
また、吐出装置１は、床上に設置された複数の支持脚１１と、支持脚１１の上側に設置された定盤１２を備えている。定盤１２の上側には、受容機構部３が定盤１２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。受容機構部３の上方には、定盤１２に固定された２本の支持柱２１で支持されているヘッド機構部２が、受容機構部３と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在して配置されている。また、定盤１２の一方の端部には、ヘッド機構部２のヘッド部２２（２８）から連通してアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４が配置されている。そして、定盤１２の下側には、制御部１３が収容されている。
【００４８】
ヘッド機構部２は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを吐出するヘッド部２２（２８）と、ヘッド部２２（２８）を懸架したキャリッジ２３と、キャリッジ２３のＹ軸方向への移動をガイドするＹ軸ガイド２４と、Ｙ軸ガイド２４の側方にＹ軸ガイド２４と平行に設置されたＹ軸リニアモータ２５と、を備えている。なお、ヘッド部２２（２８）は、受容機構部３へ向いた側に、ノズル２６（図２）を有し、ノズル２６から液滴２７を吐出する。そして、ノズル２６から液滴２７を吐出する方法としては、ピエゾ素子の振動を利用して吐出する方法や、吐出液体を熱膨張させて吐出する方法等があるが、吐出液体を熱変質させないピエゾ素子を用いた方法が好ましい。
【００４９】
受容機構部３は、ヘッド機構部２の下方に位置し、ヘッド機構部２とほぼ同様の構成でＸ軸方向に配置されており、受容部３１と、受容部３１を載置している載置台３２と、載置台３２の移動をガイドするＸ軸ガイド３３と、Ｘ軸ガイド３３の側方にＸ軸ガイド３３と平行に設置されたＸ軸リニアモータ３４とを備えている。
【００５０】
これらの構成により、ヘッド部２２（２８）は、Ｙ軸方向の吐出位置まで移動して停止し、下方にある受容部３１のＸ軸方向の移動に同調して、液滴２７を吐出することが可能である。従って、Ｘ軸方向に移動する受容部３１と、Ｙ軸方向に移動するヘッド部２２（２８）とを相対的に制御することにより、受容部３１に収容されている塩化カルシウム溶液Ｃの任意位置へ液滴２７を吐出できる。即ち、任意パターンのゲルを自在に作成することができる。なお、実施形態１，２においては、キャリッジ２３は、移動しない設定である。
【００５１】
また、ヘッド部２２（２８）にアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを貯蔵するタンク４１と、液体ポンプ４２と、タンク４１から液体ポンプ４２を経てヘッド部２２までを接続する流路チューブ４３とを備えている。
【００５２】
そして、制御部１３は、図示していないが、吐出装置１を総合的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが参照し液滴２７の吐出パターンや各種処理を実行するためのプログラム等を保存しているＲＯＭ（Read Only Memory）と、ノズル２６からの吐出の制御および吐出数のカウントをする吐出制御部と、キャリッジ２３および載置台３２の移動を制御する移動制御部と、液体ポンプ４２の駆動を制御する供給制御部と、外部機器等との入出力を行うための入出力インターフェースなどを有している。以上のような諸機構を備えた吐出装置１を用いたゲル作成方法によれば、吐出パターンに基づいて、単独のゲル球や、線状、面状等の任意パターンのゲルを自在に作成することができる。
【００５３】
また、ゲル作成方法は、上記の実施形態１，２に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、各実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
（変形例１）吐出装置５において、ヘッド部２８は、Ｘ軸方向に対して斜め方向に並んだノズル２６を備えた構成であるが、この構成に限定されるものではない。図７（ａ）は、液滴の吐出方法の変形例を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、液滴２７の吐出方法は、Ｙ軸方向に沿ってノズル２６を並べた複数のヘッド部２９を用いる方法であっても良い。この場合、ヘッド部２９は、ノズル２６ｃおよびノズル２６ｄを有するヘッド部２９ａと、ノズル２６ｅおよびノズル２６ｆを有するヘッド部２９ｂと、を有し、ノズル２６ｃとノズル２６ｄとの間隔およびノズル２６eとノズル２６ｆとの間隔は、液滴２７の直径Ｒ(図３)より小さい距離である。つまり、ヘッド部２９ａのノズル２６ｃとノズル２６ｄとの間に、ヘッド部２９ｂのノズル２６ｅを配置している。また、ヘッド部２９ｂのノズル２６ｅとノズル２６ｆとの間に、ヘッド部２９ａのノズル２６ｄを配置している。このような配置において、ヘッド部２９ａおよびヘッド部２９ｂのノズル２６からの吐出タイミングと、受容部３６の主移動とを調整すれば、ノズル２６ｃから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｃと、ノズル２６ｄから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｄと、ノズル２６ｅから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１eと、ノズル２６ｆから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｆと、をＹ軸方向に沿って一体となって並ベルことができ、連粒ゲル６０を作成できる。この連粒ゲル６０をＸ軸方向へ順に配置すれば、図４に示す面状ゲル５０が作成できる。なお、複数のヘッド部２９は、Ｙ軸方向に対して斜め方向にノズル２６を並べた構成であっても良い。
【００５５】
（変形例２）吐出装置１，５は、受容部３１を移動させる構成であるが、これに限定されるものではない。図７（ｂ）は、受容部の変形例を示す側面図である。図７（ｂ）に示すように、吐出装置７は、固定された受容部３７と、受容部３７に収容されている被吐出液体（この場合、塩化ナトリウム溶液Ｃ）を一定流速で循環させるための循環ポンプ３７４および流路３７５と、受容部３７に設けられ流路から塩化ナトリウム溶液Ｃが流入する流入口３７３と、受容部３７に設けられ流路から吐出液体が排出する排出口３７２と、を備えている。この構成によれば、吐出された液滴２７は、塩化ナトリウム溶液Ｃと反応してゲル化し、液滴２７の吐出間隔に対して流速が速ければ、単独のゲル球７０となり、液滴２７の吐出間隔に対して流速が遅ければ、ゲル球７０が一体となって連なった連粒ゲル７１となる。
【００５６】
（変形例３）吐出装置１，５において、各実施形態では、受容部３１がＸ軸方向へ主移動するだけであるが、これに限定されず、Ｙ軸方向へも移動してゲルを作成する方法であっても良い。これにより、曲線の線状ゲル等、より多様な形状のゲルが作成できる。また、受容部３１に替えてノズル２６が移動する構成や、受容部３１とノズル２６とが移動する構成でも良い。
【００５７】
（変形例４）アルギン酸のゲルを得る方法としては、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃを用いることに限定されず、アルギン酸カリウム溶液の液滴を、塩化バリウム溶液へ吐出する方法であっても良い。また、ゲルに所望の物質を含有させることも可能であって、例えば、アルギン酸ナトリウム溶液Ａに、薬剤、酵素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を含ませて、液滴として吐出する。これにより、薬剤、酵素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を内部に封入した単独のゲル粒や、線状ゲルおよび面状ゲルを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るゲル作成方法は、インクジェット方式で液滴吐出することにより、作成したゲルは、微小なものであっても均一な大きさであり、単体の粒状や、単体を連ねた線状および面状等の所望の形状を作成できる。従って、このゲル作成方法は、薬品・医療分野、人工皮膚・再生細胞等の生体材料分野、液晶等の表示装置関係、などの広範な分野に用いられる種々のゲルを作成するために、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…吐出装置、２…ヘッド機構部、３…受容機構部、４…液体供給部、１０…線状ゲル、５…吐出装置、２２…ヘッド部、２６…ノズル、２７…液滴、３１…受容部、５０…面状ゲル、１０１，１０２…ゲル粒、３１１…ネット、５０１，５０２，５０３…ゲル粒。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を化学反応によってゲル化させるゲル作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ゲルを作成する方法として、例えば特許文献１には、アルギン酸の液滴を支持体に付着させ、支持体と共に塩化カルシウム溶液等の硬化液へ浸漬することにより、アルギン酸ゲル球を得る方法が開示されている。この方法によれば、簡便な操作でアルギン酸ゲル球を作成することが可能である。
【０００３】
また、特許文献２には、吐出物であるアルギン酸ナトリウム等の液体を、インクジェット方式により、液滴として被吐出液体である塩化カルシウム溶液等へ吐出することにより、該液滴をゲル球化したマイクロカプセルを得る方法が開示されている。このインクジェット方式を用いた方法によれば、吐出物である液体を、均一な大きさの液滴にする等の正確な制御に基づいて吐出することができ、得られたマイクロカプセルは、その粒径や膜厚等がほぼ均一に揃ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９２４７１号公報
【特許文献２】特開２００１−２３２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の技術において、球状のゲルを個々に作成することについては、好適であるが、球状の単体のゲル以外、例えば単体のゲルを連ねた線状や面状等の所望の形状にゲル化することは、開示された方法では困難である、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係るゲル作成方法は、ゲル形成材を含む少なくとも１種類の吐出液体をインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するために、前記ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップと、前記吐出液体が反応してゲル化するための被吐出液体へ、前記吐出液体の液滴を前記インクジェット方式のノズルから吐出する吐出ステップと、前記吐出ステップで吐出された前記液滴とは異なる位置へ次の前記液滴を吐出するための位置移動をする移動ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
このゲル作成方法によれば、インクジェット方式のノズルから吐出された液滴は、その液滴より前に吐出された液滴が被吐出液体に着弾した位置とは異なる位置へ、吐出される。即ち、吐出ステップにおける液滴吐出と、移動ステップにおける液滴が着弾する位置の移動と、のタイミングを調整すれば、選択した吐出パターンに応じて、被吐出液体の任意の位置へ液滴を吐出することが可能である。これにより、液滴を被吐出液体へ間隔を空けて吐出すれば、液滴それぞれがゲル化した個別のゲル球を得られる。さらに、このゲル作成方法によれば、液滴が被吐出液体と反応して完全にゲル化する前に、この未ゲル化の液滴と間隔を空けずに次の液滴を吐出することもでき、その結果、複数の液滴が連続して１つになった状態のゲルを得られる。このように、複数の液滴を１つのゲルにする正確な吐出の方法および位置移動の方法により、単独のゲル球を作成する従来の方法では困難であった種々の形状のゲルを、容易に得ることが可能である。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して所定の方向に沿って連なった前記ゲルとなるための主移動をすることが好ましい。
【００１０】
この方法によれば、インクジェット方式のノズルから吐出された液滴は、吐出ステップにおける液滴吐出のタイミングと、移動ステップにおける液滴が着弾する位置の移動と、が調整され、既に吐出されて被吐出液体に着弾した液滴と接触する位置に吐出される。この場合、移動ステップにおける位置の移動は、選択した吐出パターンに応じた所定の方向へ向いて行われる主移動であり、この主移動によって、ノズルは、液滴と液滴との間隔を空けずに、液滴を被吐出液体へ吐出することが可能である。このようなゲル作成方法により、所定の方向へ沿った糸のような線状のゲルを容易に得ることが可能である。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して前記所定の方向と交差する方向にも連なった前記ゲルを作成するための副移動をさらにすることが好ましい。
【００１２】
この方法によれば、主移動により、所定の方向へ沿って連なった糸のような線状のゲルを作成すると共に、さらに、副移動により、所定の方向と交差する方向にも連なったゲルを作成する。つまり、移動ステップは、主移動に加え副移動を有することにより、主移動および副移動の両移動で作成されたゲルは、所定の方向と、所定の方向に対して交差する方向とに延在し、繊維のような面状に連なった形状をなしている。このようなゲル作成方法により、面状のゲルを容易に作成することが可能である。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記吐出ステップは、前記位置移動する所定の方向と交差する方向に沿って所定間隔を有し前記所定の方向と直交する方向には間隔を有しない位置関係で設けられた、複数の前記ノズルから前記液滴を吐出し、前記移動ステップは、前記ノズルからそれぞれ順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して、前記所定の方向に沿って連なった前記ゲルと、前記所定の方向と直交する方向に連なった前記ゲルと、を作成することが好ましい。
【００１４】
この方法によれば、複数のノズルは、位置移動する方向である所定の方向に対して交差する方向に沿って所定の間隔を空けて設けられ、さらに、この交差していることにより、所定の方向と直交する方向においては、間隔を空けていない位置関係と見えるように、配置されている。つまり、複数のノズルのそれぞれから吐出された液滴を、所定の方向へ位置移動しつつ吐出タイミングを調節して、所定の方向と直交する方向に沿って被吐出液体へ吐出して並べることができ、並んだ各液滴は、間隔を空けずに連なった状態となっている。このように、所定の方向と交差する方向に沿ってノズルを設け、液滴の吐出タイミングを調節する方法によれば、所定の方向と直交する方向への位置移動をすることなく、所定の方向と直交する方向へも連なったゲルを作成することが可能である。また、このノズルの配置によれば、吐出した液滴が完全にゲル化する前に、その液滴に対して所定の方向および所定の方向と直交する方向へ、次の液滴を迅速に吐出することができ、複数の液滴が連なったゲルを確実に作成することが可能である。即ち、この配置のノズルによれば、四角形状をなす面状のゲルであっても、所定の方向の位置移動をするだけで容易に作成することが可能である。
［適用例５］上記適用例に係るゲル作成方法において、前記移動ステップは、前記ノズルと前記被吐出液体とのいずれかまたは両方が移動する、ことが好ましい。
【００１５】
この方法によれば、移動ステップにおける位置移動は、ノズルのみが移動する設定や、被吐出液体のみが移動する設定、さらに、ノズルおよび被吐出液体の両方が移動する設定が考えられ、ゲル形状に即した吐出パターンに対して、最良の移動方法が行える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態１に係るゲル作成方法を示すフローチャート。
【図２】ゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図。
【図３】ゲルを受容した受容部を示す断面図。
【図４】本実施形態２に係るゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図。
【図５】液滴の吐出方法を示す平面図。
【図６】吐出装置の概観を示す斜視図。
【図７】（ａ）液滴の吐出方法の変形例を示す平面図、（ｂ）受容部の変形例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、ゲル作成方法の具体的な実施形態について図面に従って説明する。本実施形態におけるゲル作成方法は、インクジェット方式を用いて、任意形状のゲルを作成できることを特徴とする。
（実施形態１）
【００１８】
図１は、本実施形態１に係るゲル作成方法を示すフローチャートである。また、図２および図３は、このフローチャートに基づいて、ゲルを作成する一例を示しており、図２は、ゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図、図３は、ゲルを受容した受容部を示す断面図である。この場合、ゲル作成方法は、吐出装置１を用いてゲルを作成し、作成されたゲルは、図２および図３に示すように、糸のような線状をなしている線状ゲル１０である。
【００１９】
線状ゲル１０の作成は、まず、図１に示すフローチャートのステップＳ１において、吐出パターンの選択がなされる。これは、吐出パターンの選択がなされたことを、吐出装置１が認識するステップである。そして、吐出パターンとして線状ゲル１０のパターンが選択され、吐出装置１は、線状ゲル１０を作成するように制御される。このステップＳ１は、選択ステップに該当する。
【００２０】
本実施形態１に係るゲル作成方法で用いられる吐出装置１は、図６を参照して詳細を後述するが、吐出液体としてのアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７を吐出するノズル２６と、ノズル２６が設けられているキャリッジ２３と、液滴２７が吐出される対象である被吐出液としての塩化カルシウム溶液Ｃを収容し液滴２７を受容する受容部３１と、を備えている。受容部３１は、ノズル２６に対向する側が開口した箱状であり、塩化カルシウム溶液Ｃを収容する箱状内に線状ゲル１０を受けるためのネット３１１を有している。キャリッジ２３は、２つのノズル２６ａ，２６ｂを有していて、これらノズル２６ａ，２６ｂは、Ｙ軸方向に沿って設けられている。そして、線状ゲル１０を作成するための位置移動は、受容部３１がＸ軸方向へ移動する主移動のみである。吐出パターンの選択後、ステップＳ２へ進む。
【００２１】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。アルギン酸ナトリウム溶液Ａ（吐出液体）の液滴２７は、直径Ｒの球状であって、ノズル２６から塩化カルシウム溶液Ｃに吐出されると、塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲル化し、ゲル粒１０１となる。ゲル粒１０１は、それぞれのノズル２６ａ，２６ｂに対応したゲル粒１０１ａ，１０１ｂとして、塩化カルシウム溶液Ｃに浸漬して設けられているネット３１１に受け止められる。このステップＳ２は、吐出ステップに該当する。液滴２７が塩化カルシウム溶液Ｃへ着弾すると、ステップＳ３へ進む。
【００２２】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この位置移動は、Ｘ軸に沿う主移動であって、液滴２７が完全にゲル化しないうちにすばやく行われる。主移動する距離Ｓは、液滴２７の直径Ｒより小さい。このステップＳ３は、移動ステップに該当する。主移動後、ステップＳ４へ進む。
【００２３】
ステップＳ４において、所定数を吐出したか否かを判断する。この判断は、吐出装置１の制御部が液滴２７の吐出数をカウントして行う。所定数の液滴２７を吐出していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴２７を吐出していなければ、ステップＳ２へ戻る。
【００２４】
ステップＳ２に戻って、再度、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、前に吐出した液滴２７の吐出位置から距離Ｓだけ主移動した時点で、塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒１０２となる。ここで、距離Ｓと液滴２７の直径Ｒとは、Ｓ＜Ｒの関係であることにより、ゲル粒１０１とゲル粒１０２とは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化することになる。つまり、ゲル粒１０１が完全にゲル化しないうちに、ゲル粒１０２となる液滴２７が接触するため、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この連なったゲルは、この場合の所定の方向であるＸ軸方向に沿って糸のように線状をなしている線状ゲル１０である。線状ゲル１０は、ゲル粒１０１ａとゲル粒１０２ａとが連なった線状ゲル１０ａ、および、ゲル粒１０１ｂとゲル粒１０２ｂとが連なった線状ゲル１０ｂの２本が延在する。再度、液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００２５】
ステップＳ３において、再度、受容部３１の移動がなされ、次いで、ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。即ち、液滴２７が所定数吐出されるまで、これらステップＳ２、ステップＳ３およびステップＳ４が繰り返されて、所定の長さの線状ゲル１０が作成される。なお、ゲル粒１０１，１０２，・・・・が連なった一体の状態の線状ゲル１０となるように、ステップＳ３では、主移動を迅速に行い、ステップ４では、主移動が行われているうちに判断をすること、が望ましい。
【００２６】
以下、実施形態１の効果をまとめて記載する。
【００２７】
（１）実施形態１におけるゲル作成方法は、選択ステップを有し、吐出パターンを選択することにより、線状ゲル１０の長さ、ゲル粒１０１，１０２，・・・・の重なり等を簡便に調整して、多様なゲル作成に対応できる。さらに、ゲル作成方法は、インクジェット方式で液滴２７を受容部３１へ吐出する吐出ステップと、受容部３１を所定方向へ主移動させる移動ステップと、を有し、主移動に対応した正確な吐出タイミングにより、受容部３１へ吐出された液滴２７同士が、接触して確実に連なった状態でゲル化する。そのため、所定の方向へ沿って延在する線状ゲル１０が容易に得られる。
【００２８】
（２）また、ゲル作成方法では、受容部３１を主移動させるため、ノズル２６を移動させる必要がない。そのため、ノズル２６は、移動に伴う振動、慣性等の影響を受けず、均一形状の液滴２７を一定方向へ正確に吐出することができ、ゲル粒１０１，１０２，・・・・が均一に重なって並んだ線状ゲル１０を作成できる。
【００２９】
（３）ゲル作成方法により作成された線状ゲル１０は、受容部３１のネット３１１で受けとめられて延在するため、平面視および断面視においても、同一の線状をなしている。そして、ゲル粒１０１，１０２，・・・・の重なりを増して作成した線状ゲル１０は、表面の凹凸が目立たないものとなる。
（実施形態２）
【００３０】
次に、ゲル作成方法における実施形態２について説明する。図４は、本実施形態２に係るゲル作成方法により作成したゲルを示す平面図であり、図５は、液滴の吐出方法を示す平面図である。実施形態２において作成したゲルは、ゲル粒５０１，５０２,５０３が面状の形状をなしている面状ゲル５０である。本実施形態２に係るゲル作成方法は、図１に示すフローチャートに基づいて行われるが、用いられる吐出装置５は、ヘッド部２８に設けられているノズル２６の配置が、吐出装置１とは異なっている。ノズル２６の配置以外は、位置移動が受容部３１の主移動のみであるなど、吐出装置１と同様の構成である。
【００３１】
吐出装置５は、吐出液体としてのアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７（図３）を吐出するノズル２６が、受容部３１の主移動方向（Ｘ軸方向）に対して交差する方向に沿って、配置されている。つまり、ノズル２６は、３つのノズル２６ｐ，２６ｑ，２６ｒからなり、主移動方向と斜めに交差する方向に沿って等間隔に設けられている。そして、例えば、ノズル２６ｑとノズル２６ｒとは、Ｘ軸方向に距離Ｌだけ離間しＹ軸方向に距離Ｔだけ離間するように、主移動方向に対し斜めに配置されている。同様に、ノズル２６ｑとノズル２６ｐも、Ｘ軸方向に距離Ｌだけ離間しＹ軸方向に距離Ｔだけ離間している。また、液滴２７の直径Ｒ（図３）と、距離Ｌと、距離Ｔとの関係は、この場合、Ｌ＞Ｒ＞Ｔであり、少なくとも、Ｒ＞Ｔであれば良い。
【００３２】
面状ゲル３０の作成は、まず、図１に示すフローチャートのステップＳ１において、吐出パターンの選択がなされ、吐出パターンとして面状ゲル５０のパターンが選択される。これにより、吐出装置５は、面状ゲル５０を作成するように制御される。吐出パターンの選択後、ステップＳ２へ進む。
【００３３】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。図４および図５では、面状ゲル５０を分かりやすくするように、面状ゲル５０から離してヘッド部２８を描いてあるが、液滴２７の吐出時は、ノズル２６が面状ゲル５０と平面視重なった状態になっている。例えば、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出された液滴２７は、図５に示すように、塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲル化し、ゲル粒５０１ｒとなる。この時、同時にノズル２６ｑおよびノズル２６ｐから液滴２７が吐出されると、作成すべきゲル粒５０１ｒおよびゲル粒５０１ｐから離間したゲル粒５０１ｑ’およびゲル粒５０１ｐ’となってしまう。そこで、ノズル２６ｒから液滴２７を吐出した後、ステップＳ３へ進む。
【００３４】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この位置移動は、Ｘ軸に沿う主移動であって、ノズル２６ｒから吐出された液滴２７が完全にゲル化しないうちにすばやく行われる。主移動は、液滴２７の直径Ｒより小さい距離Ｔだけ行われる。主移動後、ステップＳ４へ進む。
【００３５】
ステップＳ４において、所定数を吐出したか否かを判断する。所定数の液滴２７を吐出していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴２７を吐出していなければ、ステップＳ２へ戻る。
【００３６】
ステップＳ２に戻って、再度、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ゲル粒５０１ｒを作成した液滴２７の吐出位置から距離Ｔだけ主移動した時点で、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０２ｒとなる。ゲル粒５０２ｒとゲル粒５０１ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｑは、ノズル２６ｑから吐出された液滴２７が最初に作成すべきゲル粒５０１ｑに対し、距離（Ｌ−Ｔ）だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。再度の液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００３７】
ステップＳ３において、再度、受容部３１の移動がなされる。移動は、距離（Ｌ−Ｔ）であり、移動後、ステップＳ４へ進む。
【００３８】
ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。この場合、否であるため、ステップＳ２へ戻る。
【００３９】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ノズル２６ｑから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０１ｑとなる。ゲル粒５０１ｑとゲル粒５０１ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｐは、ノズル２６ｐから吐出された液滴２７が最初に作成すべきゲル粒５０１ｐに対し、距離ＬだけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。ノズル２６ｑからの液滴２７の吐出後、ステップＳ３へ進む。
【００４０】
ステップＳ３において、受容部３１の移動がなされる。この場合、移動が距離Ｌであればノズル２６ｐから液滴２７を吐出してゲル粒５０１ｐを作成できるが、その前にノズル２６ｒが距離｛Ｔ−（Ｌ−Ｔ）｝だけ移動して、ゲル粒５０２ｒから距離Ｔだけ移動した吐出位置に達する。従って、距離｛Ｔ−（Ｌ−Ｔ）｝の移動後、ステップＳ４へ進む。
【００４１】
ステップＳ４において、再度、所定数を吐出したか否かを判断する。この場合、否であるため、ステップＳ２へ戻る。
【００４２】
ステップＳ２において、吐出液体を液滴２７として吐出する。ここで吐出する液滴２７は、ノズル２６ｒから塩化カルシウム溶液Ｃへ吐出され、ゲル粒５０３ｒ（図４）となる。ゲル粒５０３ｒとゲル粒５０２ｒとは、塩化カルシウム溶液Ｃの中で、互いに接触しつつゲル化し、双方の一部分が重なりあって１つに連なった状態のゲルとなる。この時、ノズル２６ｑは、次に作成すべきゲル粒５０２ｑに対し、（Ｌ−Ｔ）だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にあり、ノズル２６ｐは、次に作成すべきゲル粒５０１ｐに対し、｛２（Ｌ−Ｔ）｝だけＸ軸（＋）方向に離れた位置にある。ノズル２６ｒからの液滴２７の吐出後、ステップＳ３、ステップＳ４、そしてステップＳ２へ進む。
【００４３】
ここで、受容部３１が距離（Ｌ−Ｔ）だけ移動すると、ノズル２６ｑがゲル粒５０１ｑから距離Ｔだけ移動したことになり、ゲル粒５０２ｑを作成するための液滴２７を吐出する位置へ達する。さらに、受容部３１が距離｛２（Ｌ−Ｔ）｝だけ移動すると、ノズル２６ｐがゲル粒５０１ｐを作成するための液滴２７を吐出する位置へ達する。このように、各ノズル２６が、最初の液滴２７を吐出した位置から距離Ｔだけ移動したそれぞれの位置において、順に液滴２７を吐出し、各ノズル２６からの吐出数が所定数に達するまで、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４を繰り返す。こうして、受容部３１が主移動するのみで、平面視で四角形の面状ゲル５０を作成することができる。
【００４４】
以下、実施形態２の効果を記載する。
【００４５】
（１）実施形態２におけるゲル作成方法において、用いられる吐出装置５は、受容部３１が主移動する方向と斜めに交差する方向に沿って設けられたノズル２６を備え、各ノズル２６は、主移動方向と直交する方向においては、間隔を空けていない位置関係と見えるように、配置されている。これにより、吐出ステップにおける液滴２７の吐出タイミングと、移動ステップにおける主移動とを調節することにより、主移動以外の位置移動をすることなく、ゲル粒５０１，５０２，・・・が一体に連なった面状ゲル５０を作成することができる。
【００４６】
最後に、ゲル作成方法に用いられる吐出装置１（吐出装置５）について、簡単に説明する。図６は、吐出装置の概観を示す斜視図である。図６に示すように、吐出装置１（５）は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴２７（図３）を吐出するヘッド部２２（２８）を有するヘッド機構部２と、液滴２７が受容される塩化カルシウム溶液Ｃを収容した受容部３１を載置する受容機構部３と、ヘッド部２２（２８）にアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４と、これら各機構部および供給部を総括的に制御する制御部１３と、を備えている。
【００４７】
また、吐出装置１は、床上に設置された複数の支持脚１１と、支持脚１１の上側に設置された定盤１２を備えている。定盤１２の上側には、受容機構部３が定盤１２の長手方向（Ｘ軸方向）に延在するように配置されている。受容機構部３の上方には、定盤１２に固定された２本の支持柱２１で支持されているヘッド機構部２が、受容機構部３と直交する方向（Ｙ軸方向）に延在して配置されている。また、定盤１２の一方の端部には、ヘッド機構部２のヘッド部２２（２８）から連通してアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４が配置されている。そして、定盤１２の下側には、制御部１３が収容されている。
【００４８】
ヘッド機構部２は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを吐出するヘッド部２２（２８）と、ヘッド部２２（２８）を懸架したキャリッジ２３と、キャリッジ２３のＹ軸方向への移動をガイドするＹ軸ガイド２４と、Ｙ軸ガイド２４の側方にＹ軸ガイド２４と平行に設置されたＹ軸リニアモータ２５と、を備えている。なお、ヘッド部２２（２８）は、受容機構部３へ向いた側に、ノズル２６（図２）を有し、ノズル２６から液滴２７を吐出する。そして、ノズル２６から液滴２７を吐出する方法としては、ピエゾ素子の振動を利用して吐出する方法や、吐出液体を熱膨張させて吐出する方法等があるが、吐出液体を熱変質させないピエゾ素子を用いた方法が好ましい。
【００４９】
受容機構部３は、ヘッド機構部２の下方に位置し、ヘッド機構部２とほぼ同様の構成でＸ軸方向に配置されており、受容部３１と、受容部３１を載置している載置台３２と、載置台３２の移動をガイドするＸ軸ガイド３３と、Ｘ軸ガイド３３の側方にＸ軸ガイド３３と平行に設置されたＸ軸リニアモータ３４とを備えている。
【００５０】
これらの構成により、ヘッド部２２（２８）は、Ｙ軸方向の吐出位置まで移動して停止し、下方にある受容部３１のＸ軸方向の移動に同調して、液滴２７を吐出することが可能である。従って、Ｘ軸方向に移動する受容部３１と、Ｙ軸方向に移動するヘッド部２２（２８）とを相対的に制御することにより、受容部３１に収容されている塩化カルシウム溶液Ｃの任意位置へ液滴２７を吐出できる。即ち、任意パターンのゲルを自在に作成することができる。なお、実施形態１，２においては、キャリッジ２３は、移動しない設定である。
【００５１】
また、ヘッド部２２（２８）にアルギン酸ナトリウム溶液Ａを供給する液体供給部４は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを貯蔵するタンク４１と、液体ポンプ４２と、タンク４１から液体ポンプ４２を経てヘッド部２２までを接続する流路チューブ４３とを備えている。
【００５２】
そして、制御部１３は、図示していないが、吐出装置１を総合的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが参照し液滴２７の吐出パターンや各種処理を実行するためのプログラム等を保存しているＲＯＭ（Read Only Memory）と、ノズル２６からの吐出の制御および吐出数のカウントをする吐出制御部と、キャリッジ２３および載置台３２の移動を制御する移動制御部と、液体ポンプ４２の駆動を制御する供給制御部と、外部機器等との入出力を行うための入出力インターフェースなどを有している。以上のような諸機構を備えた吐出装置１を用いたゲル作成方法によれば、吐出パターンに基づいて、単独のゲル球や、線状、面状等の任意パターンのゲルを自在に作成することができる。
【００５３】
また、ゲル作成方法は、上記の実施形態１，２に限定されるものではなく、次に挙げる変形例のような形態であっても、各実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
（変形例１）吐出装置５において、ヘッド部２８は、Ｘ軸方向に対して斜め方向に並んだノズル２６を備えた構成であるが、この構成に限定されるものではない。図７（ａ）は、液滴の吐出方法の変形例を示す平面図である。図７（ａ）に示すように、液滴２７の吐出方法は、Ｙ軸方向に沿ってノズル２６を並べた複数のヘッド部２９を用いる方法であっても良い。この場合、ヘッド部２９は、ノズル２６ｃおよびノズル２６ｄを有するヘッド部２９ａと、ノズル２６ｅおよびノズル２６ｆを有するヘッド部２９ｂと、を有し、ノズル２６ｃとノズル２６ｄとの間隔およびノズル２６eとノズル２６ｆとの間隔は、液滴２７の直径Ｒ(図３)より小さい距離である。つまり、ヘッド部２９ａのノズル２６ｃとノズル２６ｄとの間に、ヘッド部２９ｂのノズル２６ｅを配置している。また、ヘッド部２９ｂのノズル２６ｅとノズル２６ｆとの間に、ヘッド部２９ａのノズル２６ｄを配置している。このような配置において、ヘッド部２９ａおよびヘッド部２９ｂのノズル２６からの吐出タイミングと、受容部３６の主移動とを調整すれば、ノズル２６ｃから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｃと、ノズル２６ｄから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｄと、ノズル２６ｅから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１eと、ノズル２６ｆから吐出された液滴２７によるゲル粒６０１ｆと、をＹ軸方向に沿って一体となって並ベルことができ、連粒ゲル６０を作成できる。この連粒ゲル６０をＸ軸方向へ順に配置すれば、図４に示す面状ゲル５０が作成できる。なお、複数のヘッド部２９は、Ｙ軸方向に対して斜め方向にノズル２６を並べた構成であっても良い。
【００５５】
（変形例２）吐出装置１，５は、受容部３１を移動させる構成であるが、これに限定されるものではない。図７（ｂ）は、受容部の変形例を示す側面図である。図７（ｂ）に示すように、吐出装置７は、固定された受容部３７と、受容部３７に収容されている被吐出液体（この場合、塩化ナトリウム溶液Ｃ）を一定流速で循環させるための循環ポンプ３７４および流路３７５と、受容部３７に設けられ流路から塩化ナトリウム溶液Ｃが流入する流入口３７３と、受容部３７に設けられ流路から吐出液体が排出する排出口３７２と、を備えている。この構成によれば、吐出された液滴２７は、塩化ナトリウム溶液Ｃと反応してゲル化し、液滴２７の吐出間隔に対して流速が速ければ、単独のゲル球７０となり、液滴２７の吐出間隔に対して流速が遅ければ、ゲル球７０が一体となって連なった連粒ゲル７１となる。
【００５６】
（変形例３）吐出装置１，５において、各実施形態では、受容部３１がＸ軸方向へ主移動するだけであるが、これに限定されず、Ｙ軸方向へも移動してゲルを作成する方法であっても良い。これにより、曲線の線状ゲル等、より多様な形状のゲルが作成できる。また、受容部３１に替えてノズル２６が移動する構成や、受容部３１とノズル２６とが移動する構成でも良い。
【００５７】
（変形例４）アルギン酸のゲルを得る方法としては、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃを用いることに限定されず、アルギン酸カリウム溶液の液滴を、塩化バリウム溶液へ吐出する方法であっても良い。また、ゲルに所望の物質を含有させることも可能であって、例えば、アルギン酸ナトリウム溶液Ａに、薬剤、酵素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を含ませて、液滴として吐出する。これにより、薬剤、酵素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を内部に封入した単独のゲル粒や、線状ゲルおよび面状ゲルを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るゲル作成方法は、インクジェット方式で液滴吐出することにより、作成したゲルは、微小なものであっても均一な大きさであり、単体の粒状や、単体を連ねた線状および面状等の所望の形状を作成できる。従って、このゲル作成方法は、薬品・医療分野、人工皮膚・再生細胞等の生体材料分野、液晶等の表示装置関係、などの広範な分野に用いられる種々のゲルを作成するために、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１…吐出装置、２…ヘッド機構部、３…受容機構部、４…液体供給部、１０…線状ゲル、５…吐出装置、２２…ヘッド部、２６…ノズル、２７…液滴、３１…受容部、５０…面状ゲル、１０１，１０２…ゲル粒、３１１…ネット、５０１，５０２，５０３…ゲル粒。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル形成材を含む少なくとも１種類の吐出液体をインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するゲル作成方法であって、
前記ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップと、
前記吐出液体が反応してゲル化するための被吐出液体へ、前記吐出液体の液滴を前記インクジェット方式のノズルから吐出する吐出ステップと、
前記吐出ステップで吐出された前記液滴とは異なる位置へ次の前記液滴を吐出するための位置移動をする移動ステップと、を有することを特徴とするゲル作成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して所定の方向に沿って連なった前記ゲルとなるための主移動をすることを特徴とするゲル作成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して前記所定の方向と交差する方向にも連なった前記ゲルを作成するための副移動をさらにすることを特徴とするゲル作成方法。
【請求項４】
請求項１に記載のゲル作成方法において、
前記吐出ステップは、前記位置移動する所定の方向と交差する方向に沿って所定間隔を有し前記所定の方向と直交する方向には間隔を有しない位置関係で設けられた、複数の前記ノズルから前記液滴を吐出し、
前記移動ステップは、前記ノズルからそれぞれ順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して、前記所定の方向に沿って連なった前記ゲルと、前記所定の方向と直交する方向に連なった前記ゲルと、を作成することを特徴とするゲル作成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルと前記被吐出液体とのいずれかまたは両方が移動することを特徴とするゲル作成方法。
【請求項１】
ゲル形成材を含む少なくとも１種類の吐出液体をインクジェット方式により吐出し、ゲルを作成するゲル作成方法であって、
前記ゲルの形状に応じた吐出パターンの選択をする選択ステップと、
前記吐出液体が反応してゲル化するための被吐出液体へ、前記吐出液体の液滴を前記インクジェット方式のノズルから吐出する吐出ステップと、
前記吐出ステップで吐出された前記液滴とは異なる位置へ次の前記液滴を吐出するための位置移動をする移動ステップと、を有することを特徴とするゲル作成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して所定の方向に沿って連なった前記ゲルとなるための主移動をすることを特徴とするゲル作成方法。
【請求項３】
請求項２に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルから順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して前記所定の方向と交差する方向にも連なった前記ゲルを作成するための副移動をさらにすることを特徴とするゲル作成方法。
【請求項４】
請求項１に記載のゲル作成方法において、
前記吐出ステップは、前記位置移動する所定の方向と交差する方向に沿って所定間隔を有し前記所定の方向と直交する方向には間隔を有しない位置関係で設けられた、複数の前記ノズルから前記液滴を吐出し、
前記移動ステップは、前記ノズルからそれぞれ順次吐出された前記液滴が前記被吐出液中で接触して、前記所定の方向に沿って連なった前記ゲルと、前記所定の方向と直交する方向に連なった前記ゲルと、を作成することを特徴とするゲル作成方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のゲル作成方法において、
前記移動ステップは、前記ノズルと前記被吐出液体とのいずれかまたは両方が移動することを特徴とするゲル作成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２００５６（Ｐ２０１１−２００５６Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６７５４５（Ｐ２００９−１６７５４５）
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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