カプセル製造装置、及び、カプセル製造方法、及び、医療用カプセル
【課題】 カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成可能なカプセル製造装置を提供する。
【解決手段】 第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる。
【解決手段】 第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプセル製造装置、及び、カプセル製造方法、及び、医療用カプセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
芯物質（コア）を皮膜（シェル）で覆うことによって生成されるカプセルが知られている。このようなカプセルのうち、粒径がマイクロメートルオーダーの微小なカプセルはマイクロカプセル（マイクロスフィア、ゲルビーズ）と呼ばれ、近年開発が進んでいる。マイクロカプセルは、コアやシェルの形成材料を適当に選択することで様々な機能を持たせることができる。例えば、コアを外部環境から保護する機能や、外部環境へコアを放出する速度を調節する機能等を持たせることができ、現在では、機能性材料として食品、医薬品等の多岐の分野に渡って応用されている。
【０００３】
このようなマイクロカプセルの生成方法として、カプセルのコアを形成するコア材及びシェルを形成するシェル材（ともに液体である）を用いて、シェル材によってコア材を被覆させることでカプセルを生成する方法がある。例えば、コア材によって形成される液面の上に、該コア材よりも比重の小さいシェル材を浮かべるようにしてシェル材を液膜状に形成して保持する。そして、コア材とシェル材との界面付近（コア材液面の下側）で気泡を発生・破裂させる。この気泡が破裂する際に生じる圧力によって、コア材をシェル材の液膜側に吐出させ、シェル材によってコア材を包み込むように被覆してマイクロカプセルを生成する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によれば、シェルの厚さが均一なマイクロカプセルを生成しやすくなる。
しかし、特許文献１の方法でカプセルを生成する場合、時間の経過と共にシェル材の液膜の状態が悪化するおそれがある。例えば、カプセル生成動作中に、シェル材の液膜にコア材の断片や小さな気泡等の異物が混入する場合が考えられる。異物が混入した状態のシェル材によってコア材が被覆されると、シェルに異物が含まれたカプセルが生成されることになり、高品質なカプセルを生成することができなくなる。
【０００６】
これに対して、特許文献１ではシェル材の液膜に異物が混入する可能性が考慮されていないため、液膜に異物が混入した場合であっても当該異物を液膜から排除することができない。したがって、液膜を正常な状態（異物が混入していない状態）に保つことができず、高品質なカプセルを生成することが困難な場合がある。
【０００７】
本発明では、カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成可能なカプセル製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための主たる発明は、第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、ことを特徴とするカプセル製造装置である。
【０００９】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】カプセルの概念図である。
【図２】シェルが形成される際の動作について概略的に説明する図である。
【図３】第１実施形態におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。
【図４】噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図である。
【図５】第１実施形態においてカプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図である。
【図６】アルギン酸ナトリウムの説明図である。
【図７】アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。
【図８】アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【図９】第１実施形態の変形例におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。
【図１０】第２実施形態におけるカプセル製造装置２の基本的な構成を説明する概略図である。
【図１１】第２実施形態においてカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図である。
【図１２】第２実施形態において、カプセルが第２の液膜を貫通しない場合のカプセル生成動作について説明する図である。
【図１３】第３実施形態におけるカプセル製造装置３の基本的な構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成することができる。これにより、シェルに異物が混入されていない高品質なカプセルが生成される。
【００１３】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体を流動させる所定の方向は、鉛直下向きの方向であることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、シェル材の液膜には鉛直方向に対して重力が作用する。つまり、シェル材を流動させるための動力（例えばポンプやモーター等による動力）を外部から加えることなく、重力によってシェル材の液膜を流動させることができる。また、鉛直方向に働く重力以外には余計な外力が作用しないため、液膜を安定して支持しやすくなる。
【００１４】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体によって形成されるシェルを第３の液体と接触させて化学反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、適切に硬化されたシェルを有するカプセルを生成することができる。
【００１５】
かかるカプセル製造装置であって、所定の方向に流動する前記第３の液体を膜状に支持する第２の液膜支持部を備えることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを硬化させるシェル硬化材の液膜に異物が混入していない状態でシェル材とシェル硬化材との化学反応を生じさせることができる。これにより、化学反応を正常に進行させ、シェルを適切な硬さにすることができる。
【００１６】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、前記第３の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、前記第２の液体と前記第３の液体とを接触させて架橋反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のゲルによるシェルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境とカプセルとの間でシェルを介しての浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
【００１７】
かかるカプセル製造装置であって、前記液体噴射部は、前記第１の液体の液滴を噴射するノズルが複数並ぶノズル列を備えることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、ノズル列から一度に複数のコア材を噴出させることができるため、一度に複数のカプセルが生産可能になる。つまり、カプセルを効率よく量産することができる。
【００１８】
また、かかるカプセル製造装置で製造された医療用カプセルが明らかなる。
このような医療用カプセルによれば、所望のサイズや硬さの微小カプセルが製造できるため、ＤＤＳ（ドラックデリバリーシステム）のように、薬剤などのコアとそれを被覆するシェルなどを構成することにより、途中で吸収・分解されることなく患部に到達させ、患部で薬剤を放出することができる。
【００１９】
また、所定の方向に流動しながら膜状に支持された第２の液体の液膜に向けて第１の液体を噴射することにより、コアを形成することと、前記コアが前記第２の液体の液膜を貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成することと、を有するカプセル製造方法が明らかとなる。
＝＝＝概要＝＝＝
＜カプセルとは＞
図１に、本実施形態で生成されるカプセルの概念図を示す。本実施形態におけるカプセルは、図のように「コア」（内包物）、及びそれを覆う「シェル」によって構成され、球状の外形を有する。「コア」を形成するコア材は、有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）を含んだ物質である。コア材には当該有効成分が溶解していているもの、有効成分が分散しているもの、また、有効成分が固体もしくは気体状で存在しているものが含まれる。このようなカプセルは、食料、医薬部外品、医薬品等、種々の分野で使用されており、カプセルの大きさ（内包物の容量）や、シェルの厚さはその用途に応じて様々である。
【００２０】
＜カプセルの生成方法＞
上述のようなコアとシェルとを有するカプセルを生成する方法の概要について簡単に説明する。本実施形態では、複数種類の液体を原材料としてカプセルが生成される。コアを形成するコア材として第１の液体が用いられ、シェルを形成するシェル材として第２の液体が用いられるものとする。第１の液体及び第２の液体は、生成されるカプセルの機能や用途に応じてそれぞれ最適な液体材料が選択される。
【００２１】
カプセルを生成する際には、薄膜状に支持された状態で所定の方向に流動するシェル材（以下、シェル材による「液膜」とも呼ぶ）に対して、カプセルのコアとなるコア材（第１の液体）の液滴を突入させる。そして、コア材がシェル材の液膜を貫通する際にシェル材がコア材全体を包み込むようにして覆うことによってシェルが形成される。
【００２２】
図２は、シェルが形成される際の動作について概略的に説明する図である。図の（Ａ）〜（Ｄ）は流動するシェル材の液膜をコア材が貫通する際の様子を時系列順に表したものである。図では、シェル材が鉛直下方向に流動しながら薄膜状に支持されることによって、シェル材の液膜（斜線部）が形成されている。このシェル材の液膜に対して、図の左側から右側へコア材が突入するものとする。
【００２３】
（Ａ）はじめに、コア材（第１の液体）の液滴によって形成されたコアが、シェル材（第２の液体）によって形成された液膜に所定の速度（液膜を貫通可能な速度）で突入する。（Ｂ）液膜と接触したコアはそのまま直進を続け、液膜を貫通しようとする。これに対して、液膜はコアを包むように変形する。なお、コア材（第１の液体）とシェル材（第２の液体）とは、組成や比重、粘度、表面張力等の性質が異なり、互いに混合しにくい液体が選択される。例えば、水性の液体と油性の液体など界面が形成される液体の組合せを選択することにより、両者が接触した場合でも直ちに混合されることがないようにする。（Ｃ）コアは液膜に包まれたまま直進を続ける。コアが当初の液膜の位置を通過した段階では、コアの大部分がシェル材（第２の液体）の液膜によって覆われる。なお、コアが通過した部分では液膜に穴が開いたような状態となるが、その穴の鉛直上方側から下方側へシェル材（第２の液体）が穴を塞ぐように移動（流動）することにより、液膜を穴のない状態に戻そうとする。（Ｄ）コアが液膜を完全に貫通すると、コア全体がシェル材によって被覆された状態となり、コアを内包するシェルが形成される。また、コアが貫通することによって液膜に開いた穴は第２の液体によって閉じられる。
【００２４】
このような動作を経ることで、シェルによってコアが被覆された構造を有するカプセルが生成される。
【００２５】
なお、図２の（Ｄ）の状態では、カプセルのシェルが液体（第２の液体）のままである。そのため、当該シェルは外部環境に対して非常に不安定なものもあり、生成されたカプセルに触れるだけでシェルが破壊されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、形成されたシェル（第２の液体）にシェル硬化材として第３の液体を接触させて化学反応を生じさせることにより、シェルを適切な硬さに硬化させる。シェルを硬化させることよって外部環境に対して強いカプセルを生成する。第２の液体と第３の液体との化学反応についての詳細は後で説明する。なお、硬化するとは、液体の粘度が高くなることや、液体状のものが固体状に性状変化することなどを含み、特に固体特有の強度変化に限定されるものではない。
【００２６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
発明を実施するためのカプセル製造装置の形態として、液体噴射装置を用いたカプセル製造装置１を例に挙げて説明する。
【００２７】
カプセル製造装置１では、インクジェット方式を用いて液滴を噴射することにより、カプセルの大きさやシェルの厚さを自由に調整しながら、所望のサイズのカプセルを製造（生成）する。また、インクジェット方式により微少量の液滴を噴射することで、カプセル径がナノメートル（ｎｍ）オーダーやマイクロメートル（μｍ）オーダーとなるような、微小サイズのカプセルを生成することが可能である。例えば、０．１〜５００ｐｌ（ピコリットル）程度の容量の、所謂マイクロカプセル（マイクロスフィア）を生成することができる。
【００２８】
＜カプセル製造装置１の構成＞
図３は、第１実施形態におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置１は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０とを備える。
【００２９】
説明のため、図３に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直下向きの方向（図３において下方向）であり、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸に垂直な方向であるものとする。図３では、シェル材（第２の液体）の液膜がＹＺ平面上に形成され、コア材（第１の液体）がＸ軸方向に噴射される。
【００３０】
（液体噴射部１０）
液体噴射部１０は、第１の液体（コア材）を噴射することによってマイクロカプセルのコアを形成するコア形成部である。液体噴射部１０は噴射ヘッド１１と第１液体タンク１２とを有する。
【００３１】
噴射ヘッド１１は第１の液体を液滴として噴射する。噴射ヘッド１１による液体噴射動作については後で説明する。第１液体タンク１２はコアの原料である第１の液体を貯留しておくタンクであり、不図示の液体伝送路を介して噴射ヘッド１１に第１の液体を供給する。噴射ヘッド１１の動作は不図示の制御部ＨＣによって制御される。制御部ＨＣは、噴射ヘッド１１を駆動させるための電圧波形信号である駆動信号を生成し、後述するピエゾ素子ＰＺＴに印加することによって、第１の液体を噴射させる。
【００３２】
本実施形態で、噴射ヘッド１１はシェル材（第２の液体）の液膜に対して垂直な方向にコア材（第１の液体）の液滴を噴射する。液膜に対してコア材を垂直に突入させることにより、コア材を被覆するシェル材の厚さをなるべく均等にするためである。図３の場合、シェル材の液膜がＹＺ平面上に形成されているため、コア材はＸ軸方向に噴射される。ただし、コア材の液滴がシェル材によって被覆されるのであれば、液膜に対してコア材が垂直に噴射されなくてもカプセルを生成することは可能である。例えば、液膜に対してコア材を斜め方向に噴射してもよい。
【００３３】
図４は、噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図である。噴射ヘッド１１は、ノズル１１１、ピエゾ素子ＰＺＴ、液体供給路１１２、ノズル連通路１１４（容積室に相当する）、及び、弾性板１１６（ダイアフラムに相当する）を有する。なお、図４では噴射ヘッド１１が下方向に液体を噴射するものとして説明を行なう。
【００３４】
第１液体タンク１２に貯留された第１の液体は、液体供給路１１２を介してノズル連通路１１４に供給される。圧電素子であるピエゾ素子ＰＺＴには、制御部ＨＣで生成された複数のパルスを有する電圧信号が駆動信号として印加される。駆動信号が印加されると、該駆動信号に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板１１６を振動させる。そして、ノズル連通路１１４の容積を変化させ、駆動信号の振幅に対応するようにノズル連通路１１４内に供給された第１の液体を移動させる。
【００３５】
第１の液体の移動について具体的に説明する。本願実施形態のピエゾ素子ＰＺＴは、電圧を印加すると図４の上下方向に収縮する特性を有する。駆動信号としてある電圧からより大きい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図４の上下方向に収縮してノズル連通路１１４の容積を拡大する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１における液体表面はノズル１１１の内側（図４の上側）方向に移動する。逆に、ある電圧からより小さい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図４の上下方向に伸長し、ノズル連通路１１４の容積を縮小する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１の液体表面はノズル１１１の外側（図４の下側）方向に移動する。このように、ノズル連通路１１４の容積を変化させるとノズル連通路１１４における圧力が変動し、ノズル連通路１１４に充填された液体をノズル１１１から噴射することができる。噴射された第１の液体は、その表面張力により球形（液滴）となる。つまり、ピエゾ素子ＰＺＴに印加される駆動信号の振幅（電圧の大きさ）を変更することによって、噴射される液滴の大きさ（液体の量）を調整することができる。これにより、所望のサイズのカプセルコアを正確に形成することができるようになる。
【００３６】
なお、第１の液体に酸素分子が溶け込んでいると、この圧力変動の際、ノズル連通路１１４において気泡が生じてしまう。よって、本実施形態において使用される第１の液体は予め中空糸などを用いて脱気されていることが望ましい。
【００３７】
本実施形態において、ノズル１１１は、例えば直径２０μｍであり、噴射周波数１０Ｈｚ以上で第１の液体を噴射することができる。また、駆動信号の周波数を変更することにより噴射周波数を変更し、カプセル（コア）の生成効率を変化させことができる。
【００３８】
（液膜支持部３０）
液膜支持部３０は、液膜支持部材３１及び液膜支持部材３２を有する。液膜支持部材３１及び３２は、シェルを形成する原材料である第２の液体（シェル材）を薄膜状に支持する板状の部材である。液膜支持部材３１及び３２は、図３に示されるように所定の間隔（ｈ）を保つようにＺ軸方向に沿って平行に配置される。そして、この液膜支持部材３１及び３２の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）に第２の液体（シェル材）を供給すると、Ｙ軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向（Ｚ軸方向）に流動する。供給されたシェル材は、液膜支持部材３１と３２との隙間に広がるが、このとき、表面張力が働くためシェル材は幅ｈを有する薄い膜状となる。したがって、液膜支持部３０の鉛直上方からシェル材を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流動するシェル材が膜状に形成され、シェル材の液膜として支持される。
【００３９】
上述のように、当該液膜は表面張力によって膜状に支持されているため、膜厚（液膜の厚さ）が非常に薄くなり、液体噴射部１０から噴射されたコア材を容易に貫通させやすくなる。これにより、カプセル生成の効率を高くすることができる。
【００４０】
なお、液膜支持部３０の最下部（鉛直下方向）まで流動したシェル材は、そのまま液膜支持部３０の外部へ排出されるが、排出されたシェル材を回収してクリーニング等した後にシェル材として再利用するようにしてもよい。これにより、使用されるシェル材の量を最適化することができる。
【００４１】
液膜支持部材３１及び３２の材質は、液膜を支持できるものであれば自由であり、本実施形態では金属製（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、金、銀、真鍮、チタン、炭素鋼、洋白等）や樹脂製（例えば、アクリル、ポリウレタン、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン等）の部材を用いることができる。なお、液膜支持部材３１及び３２の厚さは、支持するべき液膜の厚さを考慮して決定される。本実施形態において、シェル材の液膜はコア材の液滴が貫通可能なように極めて薄く形成されるため、液膜支持部材３１及び３２もそのような薄膜を支持することが可能なものが用いられる。
【００４２】
なお、図３に示されるシェル材の液膜は、液膜支持部材３１及び３２によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って支持されているが、膜支持部材３１及び３２が鉛直方向に対して斜めに設置されることにより、シェル材の液膜が鉛直方向に対して斜めに支持されるのであってもよい。言い換えると、シェル材が鉛直下向きの成分を有する方向に流動しつつ水平方向にも流動するようにしてもよい。
【００４３】
ただし、図３のように鉛直下方向にシェル材を流動させる場合には、シェル材には鉛直方向成分の力（重力）のみが働き、水平方向成分の力が働かなくなる。これにより、モーターを駆動させる動力等を用いることなくシェル材を重力によって鉛直下方向に流動させることができる。また、重力以外の余計な外力が作用しないため、液膜を安定して支持しやすくなる。
【００４４】
（液体接触部５０）
液体接触部５０は、第３の液体（シェル硬化材）を液体の状態で貯留し、該液体接触部５０において第３の液体（シェル硬化材）と第２の液体（シェル材）とを接触させる。シェル材とシェル硬化材との接触によって化学反応が生じてシェルが適切な硬さになる。
【００４５】
液体接触部５０は、液体貯留槽５１を有する。液体貯留槽５１は液体を貯留しておくことができる容器であり、図３の斜線部で表されるように第３の液体を液体の状態で貯留して液相を形成する。本実施形態においては、液体貯留槽５１の上部が開口部となっていて、液膜支持部３０を貫通することにより第２の液体（シェル材）によって被覆されたカプセルが当該開口部より第３の液体中に進入する。そして、第２の液体（シェル材）が第３の液体（シェル硬化材）と接触することによって、液体貯留槽５１内において化学反応を生じる。なお、液体貯留槽５１を設置する位置はシェル材の液膜を貫通した後のカプセル（シェル材によって被覆されたコア材）の軌道に合わせて調整される。言い換えると、シェル材の液膜を貫通した後のカプセルが落下する位置に合わせて液体貯留槽５１が設置される。
【００４６】
また、液体貯留槽５１は、第３の液体と接触した後のカプセルを回収するための回収機構（不図示）を備えていてもよい。回収機構としては、例えば、生成されたカプセルを第３の液体中から濾し取るためのろ過装置等が備えられる。この場合、液体接触部５０はカプセル回収部としての機能も有する。
【００４７】
＜カプセル生成動作について＞
続いて、カプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する際の具体的動作について説明する。図５に、第１実施形態においてカプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程（Ｓ１０１）、シェル形成工程（Ｓ１０２）、シェル硬化工程（Ｓ１０３）の３つの工程によりカプセルが生成される。
【００４８】
Ｓ１０１：コア形成工程
まず、液体噴射部１０から噴射されるコア材（第１の液体）の液滴（ドット）によってカプセルのコアが形成される。コア材としては、有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）を含んだ物質が用いられる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００４９】
図３に表されるように、コア材を噴射する際は、液膜支持部３０によって支持されるシェル材の液膜に向かって垂直方向に液滴が噴射される。図３の例では、シェル材の液膜がＹＺ平面に平行に支持され、液体噴射部１０は液膜支持部３０に対して横方向（Ｘ軸方向）に設けられており、コア材（第１の液体）はＸ軸方向に噴射される。ただし、上述したように、コア材は必ずしもシェル材の液膜に対して垂直な方向に噴射される必要は無く、シェル材の液膜に対して斜めの方向に噴射されるのであってもよい。
【００５０】
本実施形態において、コア材を噴射する際の液体噴射量は、生成されるカプセルのコアの大きさ（容量）に応じて決定される。噴射された第１の液体による液滴がそのままコアになるためである。すなわち、コア材を噴射する量を制御することによって、生成されるカプセルのサイズ（コアの大きさ）を自由に設定することができる。液体噴射部１０から噴射されるコア材（第１の液体）の量は、上述したように、駆動信号の電圧を変更することによって調整することができる。
【００５１】
また、このことは、コア材（第１の液体）の歩留まりが非常に高いということを意味する。すなわち、噴射されたコア材は全てコアを形成するために用いられるため、コア材はほとんど無駄にならない。したがって、カプセルの原料コストを安く抑えることができる。特に、コア材として非常に高価な物質を使用しなければならない場合（例えば、医療用カプセルを生成する際に、医療用材料をコアとする場合）に非常に効果的である。また、使用される液体の量が最適化できるため、廃棄される液体の量が少なく環境保護という観点でも有効である。また、医療用カプセルに限らず、化粧用カプセルや食品用カプセルにおいても、上述したとおり、使用される液体の量が最適化できる。このことは、後述する各実施形態についても言える。
【００５２】
コア材を噴射する際の液体噴射速度は、次工程のシェル形成工程（Ｓ１０２）においてシェル材（第２の液体）の液膜を貫通できるような速度に設定される。すなわち、噴射されたコア材の液滴が、該液膜を貫通するのに十分な大きさの運動量を有するように設定される。設定される速度は、貫通するべき液膜の厚さ、液膜の流動速度、液膜材料（シェル材）の粘度や液膜の表面張力、コア（第１の液体）の噴射量や密度等によって条件が異なる。また、液体噴射部１０と液体支持部３０との位置関係（距離）によっても条件が異なる。したがって、実際にカプセルが生成される条件にてあらかじめ実験を行なって、シェル材の液膜を貫通することができる最小のコア材噴射速度を調べておき、当該速度を閾値として設定しておく。例えば生成されるコアのサイズや使用される液体材料毎に閾値が設定される。制御部ＨＣは、設定された閾値を参照してピエゾ素子ＰＺＴを駆動させ、所定の速度以上となるように第１の液体を噴射させる。
【００５３】
Ｓ１０２：シェル形成工程
続いて、液膜支持部３０に支持されながら流動するシェル材（第２の液体）の液膜に、Ｓ１０１で形成されたコアが突入する。そして、コアが液膜を貫通する際に、シェル材によって当該コアが覆われることによって、シェルが形成される（図２参照）。
【００５４】
本実施形態において、シェル材（第２の液体）としては多糖類、もしくは蛋白質類（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウム、エチルセルロース、メチルセルロース、ペクチン、ジェランガム、キトサン、コラーゲン、フィブリノーゲン等）を含んだ物質（水溶液）が用いられる。アルギン酸塩類等は人体に対してほぼ無害であり、カプセルのシェル材として使用することによりカプセルの応用性の範囲が広くなる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００５５】
上述したように、シェル材（第２の液体）とコア材（第１の液体）とは、互いに混合しにくい液体が選択される。言い換えると、第１の液体と第２の液体とが、一定時間の間分離した状態を保つことができるような液体材料を選択すればよい。例えば、コア材が油性の液体であれば、シェル材は水性の液体であればよい。本実施形態のカプセル製造装置では、このように材料選択性が広いので、多くの種類の液体をシェル材（第２の液体）として用いることが可能である。
【００５６】
本実施形態では液膜支持部３０が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って設置されているため、シェル材（第２の液体）を重力によって流動させることで、シェル材液膜の流動の状態が一定に保たれやすくなっている。すなわち、液膜が安定的に流動する。そして当該安定的に流動する液膜に対してコアを垂直に突入させることにより、厚みのムラが少ない均一なシェルを形成させやすくなる。ただし、上述したように液膜を支持できるのであれば、液膜支持部３０を鉛直方向に対して斜めに設置しても、コアを被覆するシェルを形成させることは可能である。
【００５７】
また、シェル材（第２の液体）の液膜が支持される位置と液体噴射部１０との間の距離（図３のＺ軸方向の距離）は小さい方が望ましい。コア材（第１の液体）が噴射されてから空気中を長距離移動すると、移動する間にコア材が蒸発して形成されるコアの大きさが予定よりも小さくなってしまうおそれがあるからである。特に、上述のような微小サイズのカプセル（例えば、直径が１００μｍ未満のマイクロカプセル）を生成する場合には、移動中にコア材が蒸発しやすいため注意が必要となる。また、本実施形態ではＸ軸方向に沿って水平にコアが移動されるため、移動距離が長すぎると重力の影響によってコアの軌道が斜めに変化してしまうおそれがある。また、液膜を貫通させるための速度が空気抵抗によって減少してしまうおそれもある。このような問題を防止するためにも、両者の距離は短い方が有利である。したがって、本実施形態では、コア材が噴射されてからシェル材の液膜に着弾するまでの距離が１０〜１００００μｍ程度となるように、液膜保持部３０が配置される。特に、速度減衰の観点から液滴蒸発に有利であるため、１０〜５０００μｍの距離とすることが望ましい。
【００５８】
また、マイクロカプセルの直径が１００μｍ以上１０００μｍ以下である場合には、コア材が噴射されてからシェル材の液膜に着弾するまでの距離が１〜１０００ｍｍ程度となるように、液膜保持部３０が配置される。特に、１〜３００ｍｍ付近の距離が、速度減衰の観点から液滴蒸発に有利であり、大きく関係するため、望ましい非常に重要なパラメータになる。なお、液滴の蒸発は着弾精度の低下を防ぐために、無風環境下が望ましく、蒸発を抑制するために、液滴飛行環境は多湿が望ましい。
【００５９】
カプセル製造装置１では、シェル材（第２の液体）を原料としてカプセルのシェルが形成される。カプセル生成動作を繰り返すうちに、シェル材の液膜に異物（例えば、気泡やコア材の残留物）が混入するおそれがある。このような場合、液膜の品質が悪化することから、形成されるシェルの品質も悪化するおそれがある。
【００６０】
しかし、本実施形態ではカプセル生成動作中にシェル材の液膜が流動しているため、該液膜には連続的に新しいシェル材が供給され、古いシェル材は排出される。したがって、シェル材の液膜に異物が混入したとしても、その異物はシェル材とともに速やかに排出されるため、シェル材の液膜はカプセル生成動作を通して異物が混入していないクリーンな状態に保たれる。これにより、形成されるシェルに異物が混入することを抑制できる。
【００６１】
また、シェル材（第２の液体）を原料としてカプセルのシェルが形成されるため、カプセルを生成する毎にシェル材の液膜からシェル材が消費されていくことになる。シェル材が消費されることにより液膜の厚さが変化すると、形成されるシェルの厚さも変化してしまうことが考えられる。
【００６２】
しかし、本実施形態では上述のようにシェル材が連続的に液膜に供給されるため、シェル材の液膜には常に一定量のシェル材が存在する。すなわち、カプセル生成動作を通してシェル材液膜の厚さを一定に保つことができる。これにより、形成されるシェルの厚さも一定に保たれる。
【００６３】
Ｓ１０３：シェル硬化工程
Ｓ１０２でコアを被覆するシェルが形成された後、液体接触部５０において当該シェルが硬化される。本実施形態では、液体接触部５０の液体貯留槽５１の設置位置を調整しておくことにより（図３参照）、シェル材（第２の液体）の液膜を貫通した後コア材（第１の液体）は、そのまま液体貯留槽５１内に進入（降下）する。そして、液体貯留槽５１内に貯留されたシェル硬化材（第３の液体）とシェル材（第２の液体）とが接触することで化学反応を生じ、シェルが硬化する。硬化したカプセルはそのまま第３の液体の液相中に沈降するため、完成後のカプセルを回収することが容易である。
【００６４】
なお、コアが液膜支持部３０を貫通した後に液体貯留槽５１内に降下するまでの距離は、シェルの蒸発を考慮して決定される。液体支持部３０を貫通してから液体貯留槽５１までのカプセルの移動距離が長すぎて、移動中にシェル材（第２の液体）が蒸発してしまわないように注意する必要がある。液滴降下中は蒸発や着弾精度の低下を防ぐために、無風環境下が望ましい。さらに、蒸発を抑制するために、液滴飛行環境は多湿であることが望ましい。
【００６５】
本実施形態において、シェル硬化材（第３の液体）は、ゲル化誘発因子を持つような多価金属塩（例えば、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、クエン酸カルシウム、乳酸カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム塩を含むものや、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等のマグネシウム塩、リン酸第一鉄、リン酸第二鉄等の鉄塩等）を含む（物質）水溶液が用いられる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００６６】
そして、シェル材（第２の液体）がシェル硬化材（第３の液体）と接触して架橋反応、重合反応、高分子反応といった化学反応を生じることにより、シェル材がゲル化する。なお、ここで言う「ゲル化」とは粘度が高くなる状態も含み、以下、「硬化」とも表現する。
【００６７】
＜化学反応について＞
ここで、第２の液体（シェル材）としてアルギン酸ナトリウム水溶液を用い、第３の液体（シェル硬化材）として塩化カルシウム水溶液を用いた場合に生じる化学反応の例について説明する。図６は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図７は、アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図８は、アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【００６８】
図６に示されるように、アルギン酸ナトリウム（Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ）はアルギン酸に１価のナトリウムイオンが結合している。このアルギン酸ナトリウムが塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）水溶液と接触すると、２価のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が、アルギン酸ナトリウムのナトリウムイオン（Ｎａ＋）と置換されることで、ゲル化が進行する（図７）。このとき、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は１価であり、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）は２価であるので、２個のナトリウムイオン（Ｎａ＋）に対して、１個のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が置換される。つまり、２つのアルギン酸ナトリウム間において、２つのナトリウムイオン（Ｎａ＋）が脱離して、２価の金属イオンである１つのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）に置換される（図８）。そして、２つのアルギン酸間を橋架けする架橋凝縮が生じ、ゲル化（硬化）する。このような化学反応は架橋反応とも呼ばれる。なお、反応式は次のようであると考えられる。
２Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ＋ＣａＣｌ２＝（Ｃ６Ｈ７Ｏ６−Ｃａ−Ｃ６Ｈ７Ｏ６）＋２ＮａＣｌ
【００６９】
ところで、図８には、破線で囲われた領域が示されている。アルギン酸カルシウムゲルでは、この破線で囲われた領域を通じてゲルの内部から外部へ水分子が移動したり、外部から内部へと水分子が移動したりする。このように破線で囲われた領域に水分子が存在することにより、弾力性のあるゲルが実現されている。そして、ゲルにおける水分子の流入量と流出量は均衡している。本実施形態において、親水性を有するゲル状のシェルが形成されることによって、人体に摂取する場合に生体親和性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のシェルであることから、コアと外部環境との間で該シェルを介した浸透圧の調整が容易になるという利点もある。
【００７０】
また、アルギン酸ナトリウムに対してグリセリンが添加されている場合には、水分子の流入量と流出量との均衡が崩れ、より水分子が外部に流出しやすくなる。図８の破線で囲われた領域にグリセリンも存在するのであるが、このグリセリンが外部に流出する際、この破線で囲われた領域の網目が収縮する。そうすると、アルギン酸カルシウムの密度が高まることから、ゲルが硬くなる。また、グリセリンはゲル化の反応速度を速くすることに貢献していると考えられ、このためゲルが硬くなるとも考えられる。
【００７１】
尚、グリセリンは人体に与える影響が少ないため薬剤を含むゲルを製造する際の添加剤として有利である。また、グリセリンは密度が高く水の中では沈みやすいという性質をもつ。そのため、グリセリンを含むゲルを製造した場合には、沈降するのに要する時間が短くなり、生成後のカプセルを回収しやすくなる。また、短時間でゲルが沈降するので、連続してカプセルを生成しやすくなるため、生産性が向上する。
【００７２】
本実施形態では、このような化学反応（上述の例では架橋反応）の性質を利用して、シェルのゲルの硬さを調整することが可能である。例えば、第２の液体（シェル材）と第３の液体（シェル硬化材）との接触時間を変更することによって硬さを調整する。まず、第２の液体の液膜を貫通することによりシェルが形成されたカプセルが、液体貯留槽５１内に貯留された第３の液体に進入した後、すぐにカプセルを回収したとする。この場合、第２の液体と第３の液体との接触時間が短いため、化学反応はシェル（第２の液体）の表面では進行するが、シェルの内側では十分に進行しない。これにより、シェルが薄く、硬度の低いカプセルを生成することができる。逆に、第２の液体の液膜を貫通したカプセルが液体貯留槽５１に進入した後、十分な時間が経過した後にカプセルを回収した場合、化学反応はシェル（第２の液体）の内側まで十分に進行し、シェルが厚く、硬度の高いカプセルを生成することができる。また、化学反応の進行速度は液体の濃度などによっても影響されるため、第２の液体及び第３の液体の濃度を調整することによっても、シェルの硬化速度を変えることができる。つまり、所望の時間で硬さを調整できることになる。
【００７３】
このようにして、形成されるシェルの厚さやゲルの硬さを自由に調整することによって、様々な用途に対応したカプセルを生成することができる。例えば、カプセルを医療分野に応用する場合、シェルの強さ（硬さ）を調整することによって、人体に摂取されてからシェルが壊れて内部物質（コア）が露出するまでの時間を選択することができるようになる。具体的には、薬剤等によるコアとそれを被覆するシェル等によって構成されるカプセルを生成する。このようなカプセルによれば、人体に摂取された後、途中で吸収・分解されることなく患部まで薬剤（コア）を到達させ、患部に到達した段階で薬剤を放出させる等、ＤＤＳ（ドラックデリバリーシステム）への応用が可能となる。
【００７４】
シェルが硬化されたカプセルは、液体接触部５０に備えられた回収機構によって回収される。
【００７５】
＜変形例＞
図３では、シェル材の液膜が液膜支持部３０によって鉛直方向に沿って支持されつつ、重力によって鉛直下方向に流動していたが、流動する液膜を支持できるのであればこのような形態には限られない。例えば、変形例として、シェル材の液膜が水平方向に支持されつつ、水平方向に流動する例について説明する。
【００７６】
図９は、第１実施形態の変形例におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。本変形例では、液体噴射部１０と液膜支持部３０と液体接触部５０とを備え、それぞれの機器はＺ軸方向に沿って直線状に配置される。液体噴射部１０及び液体接触部５０は第１実施形態で説明したものと略同様である（図３参照）。一方、液膜支持部３０の構成の一部が第１実施形態とは異なる。
【００７７】
（液膜支持部３０）
変形例の液膜支持部３０は、液膜支持部材３３と、液膜支持部材３４と、不図示の送液機構とを有する。液膜支持部材３３及び３４はＸＹ平面上で水平となるように間隔ｈを空けてＸ軸方向に平行となるように配置される。送液機構は一定量の液体を連続的に送り出すことができる機構であり、例えばポンプ等を用いることができる。この送液機構によって液膜支持部材３３及び３４の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）に所定量の第２の液体（シェル材）が連続的に供給され、図のようにＸ軸方向に沿って流される。シェル材は流動しながら液膜支持部材３３と３４との隙間で表面張力によって広がって薄膜状となり、Ｘ軸方向の上流側から下流側に川のように流動するシェル材の液膜が形成される。なお、この場合も液膜は表面張力によって膜状に支持されているため、膜厚（液膜の厚さ）は非常に薄くなり、液体噴射部１０から噴射されたコア材を容易に貫通させることができる。
【００７８】
変形例では、液膜支持部３０がシェル材（第２の液体）の液膜を水平方向（ＸＹ平面上）に支持しているため、コア材は当該液膜に垂直な方向（Ｚ軸方向）に噴射される。液体噴射部１０から噴射されたコア材は流動する液膜を貫通する際にシェル材（第２の液体）によって被覆されることによってシェルが形成される。そして、Ｚ軸方向下方側に設置された液体接触部５０に進入して化学反応を生じることによって形成されたシェルが硬化される。これにより、第１実施形態と同様にカプセルを生成することができる。ただし、変形例の場合、液膜が水平に支持されているため重力によって第２の液体（シェル材）を流動させることができない。したがって、液膜を安定的に流動させるためには、送液機構によって第２の液体を正確に供給し続ける必要がある。
【００７９】
一方で、第１実施形態では噴射されたコア材が放物線のような軌道を描いて移動していたのに対して（図３参照）、比較例ではコア材の噴射方向と噴射後の移動方向とが基本的に同一線上（Ｚ軸方向）となる。したがって、コア材の移動方向（軌道）が予測しやすく、詳細な軌道制御等が不要となるため、コア材を噴射する際の速度制御が単純になる。
【００８０】
＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態のカプセル製造装置では、所定の方向に流動する第２の液体（シェル材）が膜状に支持されることで、第２の液体（シェル材）の液膜が形成される。
【００８１】
カプセルを製造する際には、液膜支持部３０に支持されつつ流動する当該第２の液体（シェル材）の液膜に向けて液体噴射部１０から第１の液体（コア材）を噴射することによりコアを形成する。そして、コアが液膜を貫通する際に、第２の液体（シェル材）によってコアを被覆させることにより、コアを内包するシェルを形成させる。そして、液体接触部５０に貯留された第３の液体（シェル硬化材）と接触させて化学反応を生じさせることによりシェルを硬化させて、カプセルを生成する。
【００８２】
本実施形態のカプセル製造装置によれば、シェル材の液膜が流動しているため、カプセル生成動作中に液膜に気泡等の異物が混入したとしても、その異物はシェル材とともに速やかに液膜から排出される。したがって、シェル材の液膜に異物が混入していないクリーンな状態でカプセルを生成することが可能となる。また、シェル材の液膜には常に新しいシェル材が供給されるため、カプセル生成動作を通してシェル材液膜の厚さを一定に保つことができる。これにより、形成されるシェルの厚さを一定に保ちやすくなる。
【００８３】
また、第１の液体（コア材）の噴射量や第２の液体（シェル材）の液膜厚さを調整することにより、所望のサイズのカプセルを高精度に生成することができる。そして液体噴射部１０（噴射ヘッド１１）を駆動させる駆動信号の周波数を変化させることで第１の液体を噴射する際の噴射タイミングを変更することにより、カプセルの生成効率を自由に調整することができる。さらに、噴射された第１の液体がそのままコアを形成するため、コア材の歩留まりが非常に高い。そのため、医療用カプセル等を生成する場合にコスト面で有利である。
【００８４】
また、第２の液体（シェル材）と第３の液体（シェル硬化材）との接触時間を調節することにより、カプセルの使用用途や要求される機能に応じてシェルの厚さや硬さを適切に調整しながらカプセルを生成することができる。そして、液相中でカプセルのシェルが硬化されるため、完成後のカプセルを液相中に沈降させて回収することができる。
【００８５】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、シェル硬化材（第３の液体）の液膜を形成して、シェル材（第２の液体）の液膜と並べて配置する。そして、コア材（第１の液体）の液滴によって該２つの液膜を順番に貫通させ、シェルの形成・硬化を行うことでカプセルを生成する。本実施形態では、カプセル製造装置１とは液体接触部５０の構成が異なるカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する。
【００８６】
＜カプセル製造装置２の構成＞
図１０に、第２実施形態におけるカプセル製造装置２の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置２は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０と、カプセル回収部７０とを備える。液体噴射部１０及び液膜支持部３０についてはカプセル製造装置１とほぼ同様であるが（図３参照）、液体接触部５０の構成とカプセル回収部７０を備える点がカプセル製造装置１と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
【００８７】
（液体接触部５０）
カプセル製造装置２の液体接触部５０は、液膜支持部３０と同様に、液膜を流動させながら支持することができる。液体接触部５０は液体支持部材５５及び液体支持部材５６を有する。液膜支持部材５５及び５６は、シェルを硬化させるシェル硬化材（第３の液体）を薄膜状に支持する板状の部材であり、所定の間隔（ｈ´）を保つようにＺ軸方向に沿って平行に配置される（図１０）。この液膜支持部材５５及び５６の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）にシェル硬化材（第３の液体）を供給すると、Ｙ軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向（Ｚ軸方向）に流動する。供給されたシェル硬化材は、液膜支持部材５５と５６との隙間に広がり、表面張力によって幅ｈ´を有する薄い膜状となる。したがって、液体接触部５０の鉛直上方から所定量のシェル硬化材（第３の液体）を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流れるシェル硬化材の液膜が形成される。
【００８８】
つまり、本実施形態において液膜支持部３０は「第１の液膜支持部」であり、液体接触部５０は、「第２の液膜支持部」であるともいえる。
【００８９】
（カプセル回収部７０）
カプセル回収部７０は、コアを被覆するシェルが硬化された後の状態のカプセルを回収する回収用トラップ７１を有する。回収用トラップ７１は図１０に示されるような容器であって、噴射されたコア（カプセル）の移動方向に設置される。そして、生成されたカプセルを当該容器内に進入させることによって完成後のカプセルを回収する。なお、カプセルを回収できるのであれば回収用トラップ７１の形状は任意であり、図１０に示されるような形状には限られない。また、カプセルが回収用トラップ７１に着弾する際の衝撃を緩和するために、回収用トラップ７１に蒸留水等の液体を貯留してプールのような状態にしてもよい。
【００９０】
＜カプセル生成動作について＞
図１１に、第２実施形態においてカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。第２実施形態では、コア形成工程（Ｓ２０１）、シェル形成工程（Ｓ２０２）、シェル硬化工程（Ｓ２０３）の３つの工程によりカプセルが生成される。このうち、コア形成工程（Ｓ２０１）及びシェル形成工程（Ｓ２０２）は第１実施形態において説明した動作（Ｓ１０１及びＳ１０２）と基本的に同様であるが、シェル硬化工程（Ｓ２０３）における動作が異なる。
【００９１】
Ｓ２０３：シェル硬化工程
図１０に示されるように、本実施形態では、液膜支持部３０に支持されるシェル材の液膜（以下、第１の液膜とも言う）と、液体接触部５０に支持されるシェル硬化材の液膜（以下、第２の液膜とも言う）とが平行に並んで配置されている。液体噴射部１０から噴射されたコア材の液滴は、第１の液膜を貫通する際にシェル材に被覆され、そのまま第２の液膜に突入する。そして、第１の液膜を貫通するときと同様にして第２の液膜に突入する。これにより、コア材（第１の液体）を覆うシェル材（第２の液体）と、第２の液膜を形成するシェル硬化材（第３の液体）とが接触し、化学反応を生じることによってシェル材が硬化する。
【００９２】
本実施形態の液体接触部５０では、シェル硬化材が液膜（第２の液膜）として支持され、流動している。したがって、カプセル生成動作中にシェル硬化材の液膜に気泡等の異物が混入した場合でも、当該異物はシェル硬化材とともに速やかには外部へ排出される。これにより、カプセル生成動作を通してシェル硬化材の液膜（第２の液膜）を異物等が含まれないクリーンな状態に保つことができる。したがって、シェル材とシェル硬化材との化学反応を正常に進行させやすくなる。
【００９３】
また、図１０においてコア材は２つの液膜（第１及び第２の液膜）を貫通しているが、必ずしも第２の液膜を貫通させる必要はない。図１２に第２実施形態において、カプセルが第２の液膜を貫通しない場合のカプセル生成動作について説明する図を示す。図１２では、コア材が第１の液膜を貫通して第２の液膜に着弾した後、第２の液膜を貫通することなく、そのままシェル硬化材（第３の液体）の流れに乗って鉛直下流側（Ｚ軸方向）に移動する。そして、液体接触部５０の下部に配置されたカプセル回収部７０によってシェル硬化材（第３の液体）とともに回収される。シェル硬化材の液膜（第２の液膜）と一緒にカプセルを移動させることにより、カプセルの移動方向をシェル硬化材液膜の流動方向に合わせることができる。すなわち、カプセルの移動方向をコントロールすることができるので、完成後のカプセルをより回収しやすくなる。
【００９４】
また、このようにすることで、コア材に第２の液膜を貫通させる必要がなくなるため、コア材の運動量もその分だけ小さくすることができる。すなわち、液体噴射部１０からコア材の液滴を噴射する際の噴射速度を小さくすることができる。
【００９５】
＜第２実施形態のまとめ＞
第２実施形態では、第３の液体（シェル硬化材）の液膜（第２の液膜）が形成され、液体接触部５０によって支持されながら流動している。液体噴射部１０から噴射されたコア材の液滴は、シェル材の液膜（第１の液膜）を貫通することによってシェル材に被覆される。続いて、シェル硬化材の液膜（第２の液膜）に突入して第３の液体と接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。
【００９６】
カプセル生成動作中にシェル硬化材の液膜に異物が混入したとしても、その異物はシェル硬化材とともに速やかに液膜から排出されるため、シェル硬化材の液膜は異物が混入していないクリーンな状態に保たれる。これにより、シェル材とシェル硬化材との化学反応が正常に進行しやすくなり、シェルを硬化させやすくなる。また、完成後のカプセルをシェル硬化材の液膜の流れに乗せてシェル硬化材と共に移動させることにより、カプセルを回収しやすくすることもできる。
【００９７】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、液体噴射部１０の噴射ヘッド１１が複数のノズル１１１を有するカプセル製造装置３を用いてカプセルの製造を行なう。複数ノズルによってコア材の液滴を１度に複数噴射することで、より効率的にカプセルを生成することができるようになる。
【００９８】
＜カプセル製造装置３の構成＞
図１３に、第３実施形態におけるカプセル製造装置３の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置３は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０と、カプセル回収部７０とを備える。液体噴射部１０以外の構成は第２実施形態で説明したカプセル製造装置２とほぼ同様である。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９９】
（液体噴射部１０）
カプセル製造装置３では、液体噴射部１０の噴射ヘッド１１にノズル１１１が４つ設けられる。この４つのノズルはＺ軸方向に直列に並ぶことによりノズル列を構成し、Ｚ軸方向に沿って同時に４つのコア材液滴を噴射することが可能である。なお、１つのノズル列に設けられるノズルの数は４つには限られず、５つ以上のノズルが設けられていてもよいし、３つ以下のノズルが設けられていてもよい。また、１つの噴射ヘッド１１に複数のノズル列が設けられるようにすることもできる。１つの噴射ヘッド１１に対してノズル１１１が複数設けられる場合には、ピエゾ素子ＰＺＴも各ノズルに対応して設けられるようにする。そして、ピエゾ素子ＰＺＴを駆動するための駆動信号も各ノズルについて生成されるようにする。これにより、ノズル毎に液滴噴射量や噴射速度を制御しやすくなる。各ノズルの構成及び液滴噴射時の動作については第１実施形態で説明したものと同様である（図４参照）。
【０１００】
＜カプセル生成動作について＞
噴射ヘッド１１のノズル列から噴射された複数（図１３においては４つ）のコア材液滴は液膜支持部３０に支持されたシェル材の液膜（第１の液膜）を貫通する際に、それぞれシェル材によって被覆される。その後、シェル硬化材の液膜（第２の液膜）に着弾してシェルとシェル硬化材とが接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。したがって、液体噴射部１０から噴射される液滴（コア）を増やすことにより、より多くのカプセルを同時に生成することができるようになり、カプセル生成効率を高くすることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態のように複数のコア材液滴を同時に噴射する方法は、第１実施形態で説明したカプセル製造装置１（図３参照）についても適用可能である。その場合、噴射されたコア材がシェル材によって被覆された後、シェルが硬化する前にカプセル同士が接触しないように十分に注意する必要がある。シェルが未硬化の状態で２以上のカプセルが接触すると、互いのシェルが破壊、または合体してしまい、カプセル生成効率が悪化するからである。
【０１０２】
これに対して、図１３のようにシェル硬化材によって流動する液膜（第２の液膜）を形成し、シェル材の液膜（第１の液膜）に隣り合うようにして配置することで、カプセルを安全に生成しやすくなる。図１３の場合、噴射されたコア材がシェル材によって被覆された後、第２の液膜に突入した時点でカプセルのシェルが硬化される。したがって、第２の液膜に突入した後であれば、その後に２つのカプセルが接触して重なったとしても、互いのシェルが破壊されることはない。さらに、上述の図１２で説明したように、第２の液膜の流れに乗せてシェル硬化材と共にカプセルを回収するようにすれば、カプセルを確実に回収しやすくなる。
【０１０３】
なお、図１３の例では液体噴射部１０のノズル列がＺ軸方向に沿って配置されているが、ノズル列の配置はこれには限られない。例えば、図のＹ軸方向に沿ってノズル列を配置してもよいし、斜め方向に配置されるのであってもよい。ノズル列の配置は、流動する液膜（第１の液膜及び第２の液膜）の状態などに応じて決定される。
【０１０４】
＜第３実施形態のまとめ＞
第３実施形態では、複数のノズルが直列に並ぶノズル列を備えた液体噴射部を用いて、シェル材の液膜及びシェル硬化材の液膜に対して複数のコア材を噴射させる。
これにより、同時に複数のカプセルが生成され、高効率なカプセル製造を実現することができる。
【０１０５】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのカプセル製造装置を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【０１０６】
＜カプセル生成材料について＞
前述の各実施形態では、第１の液体〜第３の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のカプセル生成材料を用いてカプセルを生成することも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２，３ カプセル製造装置、
１０ 液体噴射部、１１ 噴射ヘッド、１２ 第１液体タンク、
３０ 液膜支持部、３１〜３４ 液膜支持部材、
５０ 液体接触部、５１ 液体貯留槽、５５ 液膜支持部材、５６ 液膜支持部材、
７０ カプセル回収部、７１ 回収用トラップ、
１１１ ノズル、１１２ 液体供給路、１１４ ノズル連通路、１１６ 弾性板、
ＰＺＴ ピエゾ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプセル製造装置、及び、カプセル製造方法、及び、医療用カプセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
芯物質（コア）を皮膜（シェル）で覆うことによって生成されるカプセルが知られている。このようなカプセルのうち、粒径がマイクロメートルオーダーの微小なカプセルはマイクロカプセル（マイクロスフィア、ゲルビーズ）と呼ばれ、近年開発が進んでいる。マイクロカプセルは、コアやシェルの形成材料を適当に選択することで様々な機能を持たせることができる。例えば、コアを外部環境から保護する機能や、外部環境へコアを放出する速度を調節する機能等を持たせることができ、現在では、機能性材料として食品、医薬品等の多岐の分野に渡って応用されている。
【０００３】
このようなマイクロカプセルの生成方法として、カプセルのコアを形成するコア材及びシェルを形成するシェル材（ともに液体である）を用いて、シェル材によってコア材を被覆させることでカプセルを生成する方法がある。例えば、コア材によって形成される液面の上に、該コア材よりも比重の小さいシェル材を浮かべるようにしてシェル材を液膜状に形成して保持する。そして、コア材とシェル材との界面付近（コア材液面の下側）で気泡を発生・破裂させる。この気泡が破裂する際に生じる圧力によって、コア材をシェル材の液膜側に吐出させ、シェル材によってコア材を包み込むように被覆してマイクロカプセルを生成する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２４６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によれば、シェルの厚さが均一なマイクロカプセルを生成しやすくなる。
しかし、特許文献１の方法でカプセルを生成する場合、時間の経過と共にシェル材の液膜の状態が悪化するおそれがある。例えば、カプセル生成動作中に、シェル材の液膜にコア材の断片や小さな気泡等の異物が混入する場合が考えられる。異物が混入した状態のシェル材によってコア材が被覆されると、シェルに異物が含まれたカプセルが生成されることになり、高品質なカプセルを生成することができなくなる。
【０００６】
これに対して、特許文献１ではシェル材の液膜に異物が混入する可能性が考慮されていないため、液膜に異物が混入した場合であっても当該異物を液膜から排除することができない。したがって、液膜を正常な状態（異物が混入していない状態）に保つことができず、高品質なカプセルを生成することが困難な場合がある。
【０００７】
本発明では、カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成可能なカプセル製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための主たる発明は、第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、ことを特徴とするカプセル製造装置である。
【０００９】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】カプセルの概念図である。
【図２】シェルが形成される際の動作について概略的に説明する図である。
【図３】第１実施形態におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。
【図４】噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図である。
【図５】第１実施形態においてカプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図である。
【図６】アルギン酸ナトリウムの説明図である。
【図７】アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。
【図８】アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【図９】第１実施形態の変形例におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。
【図１０】第２実施形態におけるカプセル製造装置２の基本的な構成を説明する概略図である。
【図１１】第２実施形態においてカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図である。
【図１２】第２実施形態において、カプセルが第２の液膜を貫通しない場合のカプセル生成動作について説明する図である。
【図１３】第３実施形態におけるカプセル製造装置３の基本的な構成を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、を備え、前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを形成するシェル材の液膜に異物が混入していない状態でカプセルを生成することができる。これにより、シェルに異物が混入されていない高品質なカプセルが生成される。
【００１３】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体を流動させる所定の方向は、鉛直下向きの方向であることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、シェル材の液膜には鉛直方向に対して重力が作用する。つまり、シェル材を流動させるための動力（例えばポンプやモーター等による動力）を外部から加えることなく、重力によってシェル材の液膜を流動させることができる。また、鉛直方向に働く重力以外には余計な外力が作用しないため、液膜を安定して支持しやすくなる。
【００１４】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体によって形成されるシェルを第３の液体と接触させて化学反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、適切に硬化されたシェルを有するカプセルを生成することができる。
【００１５】
かかるカプセル製造装置であって、所定の方向に流動する前記第３の液体を膜状に支持する第２の液膜支持部を備えることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、カプセルのシェルを硬化させるシェル硬化材の液膜に異物が混入していない状態でシェル材とシェル硬化材との化学反応を生じさせることができる。これにより、化学反応を正常に進行させ、シェルを適切な硬さにすることができる。
【００１６】
かかるカプセル製造装置であって、前記第２の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、前記第３の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、前記第２の液体と前記第３の液体とを接触させて架橋反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のゲルによるシェルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境とカプセルとの間でシェルを介しての浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
【００１７】
かかるカプセル製造装置であって、前記液体噴射部は、前記第１の液体の液滴を噴射するノズルが複数並ぶノズル列を備えることが望ましい。
このようなカプセル製造装置によれば、ノズル列から一度に複数のコア材を噴出させることができるため、一度に複数のカプセルが生産可能になる。つまり、カプセルを効率よく量産することができる。
【００１８】
また、かかるカプセル製造装置で製造された医療用カプセルが明らかなる。
このような医療用カプセルによれば、所望のサイズや硬さの微小カプセルが製造できるため、ＤＤＳ（ドラックデリバリーシステム）のように、薬剤などのコアとそれを被覆するシェルなどを構成することにより、途中で吸収・分解されることなく患部に到達させ、患部で薬剤を放出することができる。
【００１９】
また、所定の方向に流動しながら膜状に支持された第２の液体の液膜に向けて第１の液体を噴射することにより、コアを形成することと、前記コアが前記第２の液体の液膜を貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成することと、を有するカプセル製造方法が明らかとなる。
＝＝＝概要＝＝＝
＜カプセルとは＞
図１に、本実施形態で生成されるカプセルの概念図を示す。本実施形態におけるカプセルは、図のように「コア」（内包物）、及びそれを覆う「シェル」によって構成され、球状の外形を有する。「コア」を形成するコア材は、有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）を含んだ物質である。コア材には当該有効成分が溶解していているもの、有効成分が分散しているもの、また、有効成分が固体もしくは気体状で存在しているものが含まれる。このようなカプセルは、食料、医薬部外品、医薬品等、種々の分野で使用されており、カプセルの大きさ（内包物の容量）や、シェルの厚さはその用途に応じて様々である。
【００２０】
＜カプセルの生成方法＞
上述のようなコアとシェルとを有するカプセルを生成する方法の概要について簡単に説明する。本実施形態では、複数種類の液体を原材料としてカプセルが生成される。コアを形成するコア材として第１の液体が用いられ、シェルを形成するシェル材として第２の液体が用いられるものとする。第１の液体及び第２の液体は、生成されるカプセルの機能や用途に応じてそれぞれ最適な液体材料が選択される。
【００２１】
カプセルを生成する際には、薄膜状に支持された状態で所定の方向に流動するシェル材（以下、シェル材による「液膜」とも呼ぶ）に対して、カプセルのコアとなるコア材（第１の液体）の液滴を突入させる。そして、コア材がシェル材の液膜を貫通する際にシェル材がコア材全体を包み込むようにして覆うことによってシェルが形成される。
【００２２】
図２は、シェルが形成される際の動作について概略的に説明する図である。図の（Ａ）〜（Ｄ）は流動するシェル材の液膜をコア材が貫通する際の様子を時系列順に表したものである。図では、シェル材が鉛直下方向に流動しながら薄膜状に支持されることによって、シェル材の液膜（斜線部）が形成されている。このシェル材の液膜に対して、図の左側から右側へコア材が突入するものとする。
【００２３】
（Ａ）はじめに、コア材（第１の液体）の液滴によって形成されたコアが、シェル材（第２の液体）によって形成された液膜に所定の速度（液膜を貫通可能な速度）で突入する。（Ｂ）液膜と接触したコアはそのまま直進を続け、液膜を貫通しようとする。これに対して、液膜はコアを包むように変形する。なお、コア材（第１の液体）とシェル材（第２の液体）とは、組成や比重、粘度、表面張力等の性質が異なり、互いに混合しにくい液体が選択される。例えば、水性の液体と油性の液体など界面が形成される液体の組合せを選択することにより、両者が接触した場合でも直ちに混合されることがないようにする。（Ｃ）コアは液膜に包まれたまま直進を続ける。コアが当初の液膜の位置を通過した段階では、コアの大部分がシェル材（第２の液体）の液膜によって覆われる。なお、コアが通過した部分では液膜に穴が開いたような状態となるが、その穴の鉛直上方側から下方側へシェル材（第２の液体）が穴を塞ぐように移動（流動）することにより、液膜を穴のない状態に戻そうとする。（Ｄ）コアが液膜を完全に貫通すると、コア全体がシェル材によって被覆された状態となり、コアを内包するシェルが形成される。また、コアが貫通することによって液膜に開いた穴は第２の液体によって閉じられる。
【００２４】
このような動作を経ることで、シェルによってコアが被覆された構造を有するカプセルが生成される。
【００２５】
なお、図２の（Ｄ）の状態では、カプセルのシェルが液体（第２の液体）のままである。そのため、当該シェルは外部環境に対して非常に不安定なものもあり、生成されたカプセルに触れるだけでシェルが破壊されてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、形成されたシェル（第２の液体）にシェル硬化材として第３の液体を接触させて化学反応を生じさせることにより、シェルを適切な硬さに硬化させる。シェルを硬化させることよって外部環境に対して強いカプセルを生成する。第２の液体と第３の液体との化学反応についての詳細は後で説明する。なお、硬化するとは、液体の粘度が高くなることや、液体状のものが固体状に性状変化することなどを含み、特に固体特有の強度変化に限定されるものではない。
【００２６】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
発明を実施するためのカプセル製造装置の形態として、液体噴射装置を用いたカプセル製造装置１を例に挙げて説明する。
【００２７】
カプセル製造装置１では、インクジェット方式を用いて液滴を噴射することにより、カプセルの大きさやシェルの厚さを自由に調整しながら、所望のサイズのカプセルを製造（生成）する。また、インクジェット方式により微少量の液滴を噴射することで、カプセル径がナノメートル（ｎｍ）オーダーやマイクロメートル（μｍ）オーダーとなるような、微小サイズのカプセルを生成することが可能である。例えば、０．１〜５００ｐｌ（ピコリットル）程度の容量の、所謂マイクロカプセル（マイクロスフィア）を生成することができる。
【００２８】
＜カプセル製造装置１の構成＞
図３は、第１実施形態におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。カプセル製造装置１は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０とを備える。
【００２９】
説明のため、図３に示されるように、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直下向きの方向（図３において下方向）であり、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向であり、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸に垂直な方向であるものとする。図３では、シェル材（第２の液体）の液膜がＹＺ平面上に形成され、コア材（第１の液体）がＸ軸方向に噴射される。
【００３０】
（液体噴射部１０）
液体噴射部１０は、第１の液体（コア材）を噴射することによってマイクロカプセルのコアを形成するコア形成部である。液体噴射部１０は噴射ヘッド１１と第１液体タンク１２とを有する。
【００３１】
噴射ヘッド１１は第１の液体を液滴として噴射する。噴射ヘッド１１による液体噴射動作については後で説明する。第１液体タンク１２はコアの原料である第１の液体を貯留しておくタンクであり、不図示の液体伝送路を介して噴射ヘッド１１に第１の液体を供給する。噴射ヘッド１１の動作は不図示の制御部ＨＣによって制御される。制御部ＨＣは、噴射ヘッド１１を駆動させるための電圧波形信号である駆動信号を生成し、後述するピエゾ素子ＰＺＴに印加することによって、第１の液体を噴射させる。
【００３２】
本実施形態で、噴射ヘッド１１はシェル材（第２の液体）の液膜に対して垂直な方向にコア材（第１の液体）の液滴を噴射する。液膜に対してコア材を垂直に突入させることにより、コア材を被覆するシェル材の厚さをなるべく均等にするためである。図３の場合、シェル材の液膜がＹＺ平面上に形成されているため、コア材はＸ軸方向に噴射される。ただし、コア材の液滴がシェル材によって被覆されるのであれば、液膜に対してコア材が垂直に噴射されなくてもカプセルを生成することは可能である。例えば、液膜に対してコア材を斜め方向に噴射してもよい。
【００３３】
図４は、噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図である。噴射ヘッド１１は、ノズル１１１、ピエゾ素子ＰＺＴ、液体供給路１１２、ノズル連通路１１４（容積室に相当する）、及び、弾性板１１６（ダイアフラムに相当する）を有する。なお、図４では噴射ヘッド１１が下方向に液体を噴射するものとして説明を行なう。
【００３４】
第１液体タンク１２に貯留された第１の液体は、液体供給路１１２を介してノズル連通路１１４に供給される。圧電素子であるピエゾ素子ＰＺＴには、制御部ＨＣで生成された複数のパルスを有する電圧信号が駆動信号として印加される。駆動信号が印加されると、該駆動信号に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板１１６を振動させる。そして、ノズル連通路１１４の容積を変化させ、駆動信号の振幅に対応するようにノズル連通路１１４内に供給された第１の液体を移動させる。
【００３５】
第１の液体の移動について具体的に説明する。本願実施形態のピエゾ素子ＰＺＴは、電圧を印加すると図４の上下方向に収縮する特性を有する。駆動信号としてある電圧からより大きい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図４の上下方向に収縮してノズル連通路１１４の容積を拡大する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１における液体表面はノズル１１１の内側（図４の上側）方向に移動する。逆に、ある電圧からより小さい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図４の上下方向に伸長し、ノズル連通路１１４の容積を縮小する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１の液体表面はノズル１１１の外側（図４の下側）方向に移動する。このように、ノズル連通路１１４の容積を変化させるとノズル連通路１１４における圧力が変動し、ノズル連通路１１４に充填された液体をノズル１１１から噴射することができる。噴射された第１の液体は、その表面張力により球形（液滴）となる。つまり、ピエゾ素子ＰＺＴに印加される駆動信号の振幅（電圧の大きさ）を変更することによって、噴射される液滴の大きさ（液体の量）を調整することができる。これにより、所望のサイズのカプセルコアを正確に形成することができるようになる。
【００３６】
なお、第１の液体に酸素分子が溶け込んでいると、この圧力変動の際、ノズル連通路１１４において気泡が生じてしまう。よって、本実施形態において使用される第１の液体は予め中空糸などを用いて脱気されていることが望ましい。
【００３７】
本実施形態において、ノズル１１１は、例えば直径２０μｍであり、噴射周波数１０Ｈｚ以上で第１の液体を噴射することができる。また、駆動信号の周波数を変更することにより噴射周波数を変更し、カプセル（コア）の生成効率を変化させことができる。
【００３８】
（液膜支持部３０）
液膜支持部３０は、液膜支持部材３１及び液膜支持部材３２を有する。液膜支持部材３１及び３２は、シェルを形成する原材料である第２の液体（シェル材）を薄膜状に支持する板状の部材である。液膜支持部材３１及び３２は、図３に示されるように所定の間隔（ｈ）を保つようにＺ軸方向に沿って平行に配置される。そして、この液膜支持部材３１及び３２の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）に第２の液体（シェル材）を供給すると、Ｙ軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向（Ｚ軸方向）に流動する。供給されたシェル材は、液膜支持部材３１と３２との隙間に広がるが、このとき、表面張力が働くためシェル材は幅ｈを有する薄い膜状となる。したがって、液膜支持部３０の鉛直上方からシェル材を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流動するシェル材が膜状に形成され、シェル材の液膜として支持される。
【００３９】
上述のように、当該液膜は表面張力によって膜状に支持されているため、膜厚（液膜の厚さ）が非常に薄くなり、液体噴射部１０から噴射されたコア材を容易に貫通させやすくなる。これにより、カプセル生成の効率を高くすることができる。
【００４０】
なお、液膜支持部３０の最下部（鉛直下方向）まで流動したシェル材は、そのまま液膜支持部３０の外部へ排出されるが、排出されたシェル材を回収してクリーニング等した後にシェル材として再利用するようにしてもよい。これにより、使用されるシェル材の量を最適化することができる。
【００４１】
液膜支持部材３１及び３２の材質は、液膜を支持できるものであれば自由であり、本実施形態では金属製（例えば、ステンレス、アルミニウム、銅、金、銀、真鍮、チタン、炭素鋼、洋白等）や樹脂製（例えば、アクリル、ポリウレタン、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ナイロン等）の部材を用いることができる。なお、液膜支持部材３１及び３２の厚さは、支持するべき液膜の厚さを考慮して決定される。本実施形態において、シェル材の液膜はコア材の液滴が貫通可能なように極めて薄く形成されるため、液膜支持部材３１及び３２もそのような薄膜を支持することが可能なものが用いられる。
【００４２】
なお、図３に示されるシェル材の液膜は、液膜支持部材３１及び３２によって鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って支持されているが、膜支持部材３１及び３２が鉛直方向に対して斜めに設置されることにより、シェル材の液膜が鉛直方向に対して斜めに支持されるのであってもよい。言い換えると、シェル材が鉛直下向きの成分を有する方向に流動しつつ水平方向にも流動するようにしてもよい。
【００４３】
ただし、図３のように鉛直下方向にシェル材を流動させる場合には、シェル材には鉛直方向成分の力（重力）のみが働き、水平方向成分の力が働かなくなる。これにより、モーターを駆動させる動力等を用いることなくシェル材を重力によって鉛直下方向に流動させることができる。また、重力以外の余計な外力が作用しないため、液膜を安定して支持しやすくなる。
【００４４】
（液体接触部５０）
液体接触部５０は、第３の液体（シェル硬化材）を液体の状態で貯留し、該液体接触部５０において第３の液体（シェル硬化材）と第２の液体（シェル材）とを接触させる。シェル材とシェル硬化材との接触によって化学反応が生じてシェルが適切な硬さになる。
【００４５】
液体接触部５０は、液体貯留槽５１を有する。液体貯留槽５１は液体を貯留しておくことができる容器であり、図３の斜線部で表されるように第３の液体を液体の状態で貯留して液相を形成する。本実施形態においては、液体貯留槽５１の上部が開口部となっていて、液膜支持部３０を貫通することにより第２の液体（シェル材）によって被覆されたカプセルが当該開口部より第３の液体中に進入する。そして、第２の液体（シェル材）が第３の液体（シェル硬化材）と接触することによって、液体貯留槽５１内において化学反応を生じる。なお、液体貯留槽５１を設置する位置はシェル材の液膜を貫通した後のカプセル（シェル材によって被覆されたコア材）の軌道に合わせて調整される。言い換えると、シェル材の液膜を貫通した後のカプセルが落下する位置に合わせて液体貯留槽５１が設置される。
【００４６】
また、液体貯留槽５１は、第３の液体と接触した後のカプセルを回収するための回収機構（不図示）を備えていてもよい。回収機構としては、例えば、生成されたカプセルを第３の液体中から濾し取るためのろ過装置等が備えられる。この場合、液体接触部５０はカプセル回収部としての機能も有する。
【００４７】
＜カプセル生成動作について＞
続いて、カプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する際の具体的動作について説明する。図５に、第１実施形態においてカプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。本実施形態では、コア形成工程（Ｓ１０１）、シェル形成工程（Ｓ１０２）、シェル硬化工程（Ｓ１０３）の３つの工程によりカプセルが生成される。
【００４８】
Ｓ１０１：コア形成工程
まず、液体噴射部１０から噴射されるコア材（第１の液体）の液滴（ドット）によってカプセルのコアが形成される。コア材としては、有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）を含んだ物質が用いられる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００４９】
図３に表されるように、コア材を噴射する際は、液膜支持部３０によって支持されるシェル材の液膜に向かって垂直方向に液滴が噴射される。図３の例では、シェル材の液膜がＹＺ平面に平行に支持され、液体噴射部１０は液膜支持部３０に対して横方向（Ｘ軸方向）に設けられており、コア材（第１の液体）はＸ軸方向に噴射される。ただし、上述したように、コア材は必ずしもシェル材の液膜に対して垂直な方向に噴射される必要は無く、シェル材の液膜に対して斜めの方向に噴射されるのであってもよい。
【００５０】
本実施形態において、コア材を噴射する際の液体噴射量は、生成されるカプセルのコアの大きさ（容量）に応じて決定される。噴射された第１の液体による液滴がそのままコアになるためである。すなわち、コア材を噴射する量を制御することによって、生成されるカプセルのサイズ（コアの大きさ）を自由に設定することができる。液体噴射部１０から噴射されるコア材（第１の液体）の量は、上述したように、駆動信号の電圧を変更することによって調整することができる。
【００５１】
また、このことは、コア材（第１の液体）の歩留まりが非常に高いということを意味する。すなわち、噴射されたコア材は全てコアを形成するために用いられるため、コア材はほとんど無駄にならない。したがって、カプセルの原料コストを安く抑えることができる。特に、コア材として非常に高価な物質を使用しなければならない場合（例えば、医療用カプセルを生成する際に、医療用材料をコアとする場合）に非常に効果的である。また、使用される液体の量が最適化できるため、廃棄される液体の量が少なく環境保護という観点でも有効である。また、医療用カプセルに限らず、化粧用カプセルや食品用カプセルにおいても、上述したとおり、使用される液体の量が最適化できる。このことは、後述する各実施形態についても言える。
【００５２】
コア材を噴射する際の液体噴射速度は、次工程のシェル形成工程（Ｓ１０２）においてシェル材（第２の液体）の液膜を貫通できるような速度に設定される。すなわち、噴射されたコア材の液滴が、該液膜を貫通するのに十分な大きさの運動量を有するように設定される。設定される速度は、貫通するべき液膜の厚さ、液膜の流動速度、液膜材料（シェル材）の粘度や液膜の表面張力、コア（第１の液体）の噴射量や密度等によって条件が異なる。また、液体噴射部１０と液体支持部３０との位置関係（距離）によっても条件が異なる。したがって、実際にカプセルが生成される条件にてあらかじめ実験を行なって、シェル材の液膜を貫通することができる最小のコア材噴射速度を調べておき、当該速度を閾値として設定しておく。例えば生成されるコアのサイズや使用される液体材料毎に閾値が設定される。制御部ＨＣは、設定された閾値を参照してピエゾ素子ＰＺＴを駆動させ、所定の速度以上となるように第１の液体を噴射させる。
【００５３】
Ｓ１０２：シェル形成工程
続いて、液膜支持部３０に支持されながら流動するシェル材（第２の液体）の液膜に、Ｓ１０１で形成されたコアが突入する。そして、コアが液膜を貫通する際に、シェル材によって当該コアが覆われることによって、シェルが形成される（図２参照）。
【００５４】
本実施形態において、シェル材（第２の液体）としては多糖類、もしくは蛋白質類（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウム、エチルセルロース、メチルセルロース、ペクチン、ジェランガム、キトサン、コラーゲン、フィブリノーゲン等）を含んだ物質（水溶液）が用いられる。アルギン酸塩類等は人体に対してほぼ無害であり、カプセルのシェル材として使用することによりカプセルの応用性の範囲が広くなる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００５５】
上述したように、シェル材（第２の液体）とコア材（第１の液体）とは、互いに混合しにくい液体が選択される。言い換えると、第１の液体と第２の液体とが、一定時間の間分離した状態を保つことができるような液体材料を選択すればよい。例えば、コア材が油性の液体であれば、シェル材は水性の液体であればよい。本実施形態のカプセル製造装置では、このように材料選択性が広いので、多くの種類の液体をシェル材（第２の液体）として用いることが可能である。
【００５６】
本実施形態では液膜支持部３０が鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って設置されているため、シェル材（第２の液体）を重力によって流動させることで、シェル材液膜の流動の状態が一定に保たれやすくなっている。すなわち、液膜が安定的に流動する。そして当該安定的に流動する液膜に対してコアを垂直に突入させることにより、厚みのムラが少ない均一なシェルを形成させやすくなる。ただし、上述したように液膜を支持できるのであれば、液膜支持部３０を鉛直方向に対して斜めに設置しても、コアを被覆するシェルを形成させることは可能である。
【００５７】
また、シェル材（第２の液体）の液膜が支持される位置と液体噴射部１０との間の距離（図３のＺ軸方向の距離）は小さい方が望ましい。コア材（第１の液体）が噴射されてから空気中を長距離移動すると、移動する間にコア材が蒸発して形成されるコアの大きさが予定よりも小さくなってしまうおそれがあるからである。特に、上述のような微小サイズのカプセル（例えば、直径が１００μｍ未満のマイクロカプセル）を生成する場合には、移動中にコア材が蒸発しやすいため注意が必要となる。また、本実施形態ではＸ軸方向に沿って水平にコアが移動されるため、移動距離が長すぎると重力の影響によってコアの軌道が斜めに変化してしまうおそれがある。また、液膜を貫通させるための速度が空気抵抗によって減少してしまうおそれもある。このような問題を防止するためにも、両者の距離は短い方が有利である。したがって、本実施形態では、コア材が噴射されてからシェル材の液膜に着弾するまでの距離が１０〜１００００μｍ程度となるように、液膜保持部３０が配置される。特に、速度減衰の観点から液滴蒸発に有利であるため、１０〜５０００μｍの距離とすることが望ましい。
【００５８】
また、マイクロカプセルの直径が１００μｍ以上１０００μｍ以下である場合には、コア材が噴射されてからシェル材の液膜に着弾するまでの距離が１〜１０００ｍｍ程度となるように、液膜保持部３０が配置される。特に、１〜３００ｍｍ付近の距離が、速度減衰の観点から液滴蒸発に有利であり、大きく関係するため、望ましい非常に重要なパラメータになる。なお、液滴の蒸発は着弾精度の低下を防ぐために、無風環境下が望ましく、蒸発を抑制するために、液滴飛行環境は多湿が望ましい。
【００５９】
カプセル製造装置１では、シェル材（第２の液体）を原料としてカプセルのシェルが形成される。カプセル生成動作を繰り返すうちに、シェル材の液膜に異物（例えば、気泡やコア材の残留物）が混入するおそれがある。このような場合、液膜の品質が悪化することから、形成されるシェルの品質も悪化するおそれがある。
【００６０】
しかし、本実施形態ではカプセル生成動作中にシェル材の液膜が流動しているため、該液膜には連続的に新しいシェル材が供給され、古いシェル材は排出される。したがって、シェル材の液膜に異物が混入したとしても、その異物はシェル材とともに速やかに排出されるため、シェル材の液膜はカプセル生成動作を通して異物が混入していないクリーンな状態に保たれる。これにより、形成されるシェルに異物が混入することを抑制できる。
【００６１】
また、シェル材（第２の液体）を原料としてカプセルのシェルが形成されるため、カプセルを生成する毎にシェル材の液膜からシェル材が消費されていくことになる。シェル材が消費されることにより液膜の厚さが変化すると、形成されるシェルの厚さも変化してしまうことが考えられる。
【００６２】
しかし、本実施形態では上述のようにシェル材が連続的に液膜に供給されるため、シェル材の液膜には常に一定量のシェル材が存在する。すなわち、カプセル生成動作を通してシェル材液膜の厚さを一定に保つことができる。これにより、形成されるシェルの厚さも一定に保たれる。
【００６３】
Ｓ１０３：シェル硬化工程
Ｓ１０２でコアを被覆するシェルが形成された後、液体接触部５０において当該シェルが硬化される。本実施形態では、液体接触部５０の液体貯留槽５１の設置位置を調整しておくことにより（図３参照）、シェル材（第２の液体）の液膜を貫通した後コア材（第１の液体）は、そのまま液体貯留槽５１内に進入（降下）する。そして、液体貯留槽５１内に貯留されたシェル硬化材（第３の液体）とシェル材（第２の液体）とが接触することで化学反応を生じ、シェルが硬化する。硬化したカプセルはそのまま第３の液体の液相中に沈降するため、完成後のカプセルを回収することが容易である。
【００６４】
なお、コアが液膜支持部３０を貫通した後に液体貯留槽５１内に降下するまでの距離は、シェルの蒸発を考慮して決定される。液体支持部３０を貫通してから液体貯留槽５１までのカプセルの移動距離が長すぎて、移動中にシェル材（第２の液体）が蒸発してしまわないように注意する必要がある。液滴降下中は蒸発や着弾精度の低下を防ぐために、無風環境下が望ましい。さらに、蒸発を抑制するために、液滴飛行環境は多湿であることが望ましい。
【００６５】
本実施形態において、シェル硬化材（第３の液体）は、ゲル化誘発因子を持つような多価金属塩（例えば、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、クエン酸カルシウム、乳酸カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム塩を含むものや、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等のマグネシウム塩、リン酸第一鉄、リン酸第二鉄等の鉄塩等）を含む（物質）水溶液が用いられる。後述の各実施形態についても同様とする。
【００６６】
そして、シェル材（第２の液体）がシェル硬化材（第３の液体）と接触して架橋反応、重合反応、高分子反応といった化学反応を生じることにより、シェル材がゲル化する。なお、ここで言う「ゲル化」とは粘度が高くなる状態も含み、以下、「硬化」とも表現する。
【００６７】
＜化学反応について＞
ここで、第２の液体（シェル材）としてアルギン酸ナトリウム水溶液を用い、第３の液体（シェル硬化材）として塩化カルシウム水溶液を用いた場合に生じる化学反応の例について説明する。図６は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図７は、アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図８は、アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【００６８】
図６に示されるように、アルギン酸ナトリウム（Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ）はアルギン酸に１価のナトリウムイオンが結合している。このアルギン酸ナトリウムが塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）水溶液と接触すると、２価のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が、アルギン酸ナトリウムのナトリウムイオン（Ｎａ＋）と置換されることで、ゲル化が進行する（図７）。このとき、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は１価であり、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）は２価であるので、２個のナトリウムイオン（Ｎａ＋）に対して、１個のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が置換される。つまり、２つのアルギン酸ナトリウム間において、２つのナトリウムイオン（Ｎａ＋）が脱離して、２価の金属イオンである１つのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）に置換される（図８）。そして、２つのアルギン酸間を橋架けする架橋凝縮が生じ、ゲル化（硬化）する。このような化学反応は架橋反応とも呼ばれる。なお、反応式は次のようであると考えられる。
２Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ＋ＣａＣｌ２＝（Ｃ６Ｈ７Ｏ６−Ｃａ−Ｃ６Ｈ７Ｏ６）＋２ＮａＣｌ
【００６９】
ところで、図８には、破線で囲われた領域が示されている。アルギン酸カルシウムゲルでは、この破線で囲われた領域を通じてゲルの内部から外部へ水分子が移動したり、外部から内部へと水分子が移動したりする。このように破線で囲われた領域に水分子が存在することにより、弾力性のあるゲルが実現されている。そして、ゲルにおける水分子の流入量と流出量は均衡している。本実施形態において、親水性を有するゲル状のシェルが形成されることによって、人体に摂取する場合に生体親和性が高いカプセルを生成することができる。また、親水性のシェルであることから、コアと外部環境との間で該シェルを介した浸透圧の調整が容易になるという利点もある。
【００７０】
また、アルギン酸ナトリウムに対してグリセリンが添加されている場合には、水分子の流入量と流出量との均衡が崩れ、より水分子が外部に流出しやすくなる。図８の破線で囲われた領域にグリセリンも存在するのであるが、このグリセリンが外部に流出する際、この破線で囲われた領域の網目が収縮する。そうすると、アルギン酸カルシウムの密度が高まることから、ゲルが硬くなる。また、グリセリンはゲル化の反応速度を速くすることに貢献していると考えられ、このためゲルが硬くなるとも考えられる。
【００７１】
尚、グリセリンは人体に与える影響が少ないため薬剤を含むゲルを製造する際の添加剤として有利である。また、グリセリンは密度が高く水の中では沈みやすいという性質をもつ。そのため、グリセリンを含むゲルを製造した場合には、沈降するのに要する時間が短くなり、生成後のカプセルを回収しやすくなる。また、短時間でゲルが沈降するので、連続してカプセルを生成しやすくなるため、生産性が向上する。
【００７２】
本実施形態では、このような化学反応（上述の例では架橋反応）の性質を利用して、シェルのゲルの硬さを調整することが可能である。例えば、第２の液体（シェル材）と第３の液体（シェル硬化材）との接触時間を変更することによって硬さを調整する。まず、第２の液体の液膜を貫通することによりシェルが形成されたカプセルが、液体貯留槽５１内に貯留された第３の液体に進入した後、すぐにカプセルを回収したとする。この場合、第２の液体と第３の液体との接触時間が短いため、化学反応はシェル（第２の液体）の表面では進行するが、シェルの内側では十分に進行しない。これにより、シェルが薄く、硬度の低いカプセルを生成することができる。逆に、第２の液体の液膜を貫通したカプセルが液体貯留槽５１に進入した後、十分な時間が経過した後にカプセルを回収した場合、化学反応はシェル（第２の液体）の内側まで十分に進行し、シェルが厚く、硬度の高いカプセルを生成することができる。また、化学反応の進行速度は液体の濃度などによっても影響されるため、第２の液体及び第３の液体の濃度を調整することによっても、シェルの硬化速度を変えることができる。つまり、所望の時間で硬さを調整できることになる。
【００７３】
このようにして、形成されるシェルの厚さやゲルの硬さを自由に調整することによって、様々な用途に対応したカプセルを生成することができる。例えば、カプセルを医療分野に応用する場合、シェルの強さ（硬さ）を調整することによって、人体に摂取されてからシェルが壊れて内部物質（コア）が露出するまでの時間を選択することができるようになる。具体的には、薬剤等によるコアとそれを被覆するシェル等によって構成されるカプセルを生成する。このようなカプセルによれば、人体に摂取された後、途中で吸収・分解されることなく患部まで薬剤（コア）を到達させ、患部に到達した段階で薬剤を放出させる等、ＤＤＳ（ドラックデリバリーシステム）への応用が可能となる。
【００７４】
シェルが硬化されたカプセルは、液体接触部５０に備えられた回収機構によって回収される。
【００７５】
＜変形例＞
図３では、シェル材の液膜が液膜支持部３０によって鉛直方向に沿って支持されつつ、重力によって鉛直下方向に流動していたが、流動する液膜を支持できるのであればこのような形態には限られない。例えば、変形例として、シェル材の液膜が水平方向に支持されつつ、水平方向に流動する例について説明する。
【００７６】
図９は、第１実施形態の変形例におけるカプセル製造装置１の基本的な構成を説明する概略図である。本変形例では、液体噴射部１０と液膜支持部３０と液体接触部５０とを備え、それぞれの機器はＺ軸方向に沿って直線状に配置される。液体噴射部１０及び液体接触部５０は第１実施形態で説明したものと略同様である（図３参照）。一方、液膜支持部３０の構成の一部が第１実施形態とは異なる。
【００７７】
（液膜支持部３０）
変形例の液膜支持部３０は、液膜支持部材３３と、液膜支持部材３４と、不図示の送液機構とを有する。液膜支持部材３３及び３４はＸＹ平面上で水平となるように間隔ｈを空けてＸ軸方向に平行となるように配置される。送液機構は一定量の液体を連続的に送り出すことができる機構であり、例えばポンプ等を用いることができる。この送液機構によって液膜支持部材３３及び３４の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）に所定量の第２の液体（シェル材）が連続的に供給され、図のようにＸ軸方向に沿って流される。シェル材は流動しながら液膜支持部材３３と３４との隙間で表面張力によって広がって薄膜状となり、Ｘ軸方向の上流側から下流側に川のように流動するシェル材の液膜が形成される。なお、この場合も液膜は表面張力によって膜状に支持されているため、膜厚（液膜の厚さ）は非常に薄くなり、液体噴射部１０から噴射されたコア材を容易に貫通させることができる。
【００７８】
変形例では、液膜支持部３０がシェル材（第２の液体）の液膜を水平方向（ＸＹ平面上）に支持しているため、コア材は当該液膜に垂直な方向（Ｚ軸方向）に噴射される。液体噴射部１０から噴射されたコア材は流動する液膜を貫通する際にシェル材（第２の液体）によって被覆されることによってシェルが形成される。そして、Ｚ軸方向下方側に設置された液体接触部５０に進入して化学反応を生じることによって形成されたシェルが硬化される。これにより、第１実施形態と同様にカプセルを生成することができる。ただし、変形例の場合、液膜が水平に支持されているため重力によって第２の液体（シェル材）を流動させることができない。したがって、液膜を安定的に流動させるためには、送液機構によって第２の液体を正確に供給し続ける必要がある。
【００７９】
一方で、第１実施形態では噴射されたコア材が放物線のような軌道を描いて移動していたのに対して（図３参照）、比較例ではコア材の噴射方向と噴射後の移動方向とが基本的に同一線上（Ｚ軸方向）となる。したがって、コア材の移動方向（軌道）が予測しやすく、詳細な軌道制御等が不要となるため、コア材を噴射する際の速度制御が単純になる。
【００８０】
＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態のカプセル製造装置では、所定の方向に流動する第２の液体（シェル材）が膜状に支持されることで、第２の液体（シェル材）の液膜が形成される。
【００８１】
カプセルを製造する際には、液膜支持部３０に支持されつつ流動する当該第２の液体（シェル材）の液膜に向けて液体噴射部１０から第１の液体（コア材）を噴射することによりコアを形成する。そして、コアが液膜を貫通する際に、第２の液体（シェル材）によってコアを被覆させることにより、コアを内包するシェルを形成させる。そして、液体接触部５０に貯留された第３の液体（シェル硬化材）と接触させて化学反応を生じさせることによりシェルを硬化させて、カプセルを生成する。
【００８２】
本実施形態のカプセル製造装置によれば、シェル材の液膜が流動しているため、カプセル生成動作中に液膜に気泡等の異物が混入したとしても、その異物はシェル材とともに速やかに液膜から排出される。したがって、シェル材の液膜に異物が混入していないクリーンな状態でカプセルを生成することが可能となる。また、シェル材の液膜には常に新しいシェル材が供給されるため、カプセル生成動作を通してシェル材液膜の厚さを一定に保つことができる。これにより、形成されるシェルの厚さを一定に保ちやすくなる。
【００８３】
また、第１の液体（コア材）の噴射量や第２の液体（シェル材）の液膜厚さを調整することにより、所望のサイズのカプセルを高精度に生成することができる。そして液体噴射部１０（噴射ヘッド１１）を駆動させる駆動信号の周波数を変化させることで第１の液体を噴射する際の噴射タイミングを変更することにより、カプセルの生成効率を自由に調整することができる。さらに、噴射された第１の液体がそのままコアを形成するため、コア材の歩留まりが非常に高い。そのため、医療用カプセル等を生成する場合にコスト面で有利である。
【００８４】
また、第２の液体（シェル材）と第３の液体（シェル硬化材）との接触時間を調節することにより、カプセルの使用用途や要求される機能に応じてシェルの厚さや硬さを適切に調整しながらカプセルを生成することができる。そして、液相中でカプセルのシェルが硬化されるため、完成後のカプセルを液相中に沈降させて回収することができる。
【００８５】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、シェル硬化材（第３の液体）の液膜を形成して、シェル材（第２の液体）の液膜と並べて配置する。そして、コア材（第１の液体）の液滴によって該２つの液膜を順番に貫通させ、シェルの形成・硬化を行うことでカプセルを生成する。本実施形態では、カプセル製造装置１とは液体接触部５０の構成が異なるカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する。
【００８６】
＜カプセル製造装置２の構成＞
図１０に、第２実施形態におけるカプセル製造装置２の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置２は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０と、カプセル回収部７０とを備える。液体噴射部１０及び液膜支持部３０についてはカプセル製造装置１とほぼ同様であるが（図３参照）、液体接触部５０の構成とカプセル回収部７０を備える点がカプセル製造装置１と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。
【００８７】
（液体接触部５０）
カプセル製造装置２の液体接触部５０は、液膜支持部３０と同様に、液膜を流動させながら支持することができる。液体接触部５０は液体支持部材５５及び液体支持部材５６を有する。液膜支持部材５５及び５６は、シェルを硬化させるシェル硬化材（第３の液体）を薄膜状に支持する板状の部材であり、所定の間隔（ｈ´）を保つようにＺ軸方向に沿って平行に配置される（図１０）。この液膜支持部材５５及び５６の間に生じる隙間（上述の間隔ｈ）にシェル硬化材（第３の液体）を供給すると、Ｙ軸方向の両端側を支持された状態で重力によって鉛直下方向（Ｚ軸方向）に流動する。供給されたシェル硬化材は、液膜支持部材５５と５６との隙間に広がり、表面張力によって幅ｈ´を有する薄い膜状となる。したがって、液体接触部５０の鉛直上方から所定量のシェル硬化材（第３の液体）を連続的に供給することによって、鉛直下方向に流れるシェル硬化材の液膜が形成される。
【００８８】
つまり、本実施形態において液膜支持部３０は「第１の液膜支持部」であり、液体接触部５０は、「第２の液膜支持部」であるともいえる。
【００８９】
（カプセル回収部７０）
カプセル回収部７０は、コアを被覆するシェルが硬化された後の状態のカプセルを回収する回収用トラップ７１を有する。回収用トラップ７１は図１０に示されるような容器であって、噴射されたコア（カプセル）の移動方向に設置される。そして、生成されたカプセルを当該容器内に進入させることによって完成後のカプセルを回収する。なお、カプセルを回収できるのであれば回収用トラップ７１の形状は任意であり、図１０に示されるような形状には限られない。また、カプセルが回収用トラップ７１に着弾する際の衝撃を緩和するために、回収用トラップ７１に蒸留水等の液体を貯留してプールのような状態にしてもよい。
【００９０】
＜カプセル生成動作について＞
図１１に、第２実施形態においてカプセル製造装置２を用いてカプセルを生成する工程のフローを表す図を示す。第２実施形態では、コア形成工程（Ｓ２０１）、シェル形成工程（Ｓ２０２）、シェル硬化工程（Ｓ２０３）の３つの工程によりカプセルが生成される。このうち、コア形成工程（Ｓ２０１）及びシェル形成工程（Ｓ２０２）は第１実施形態において説明した動作（Ｓ１０１及びＳ１０２）と基本的に同様であるが、シェル硬化工程（Ｓ２０３）における動作が異なる。
【００９１】
Ｓ２０３：シェル硬化工程
図１０に示されるように、本実施形態では、液膜支持部３０に支持されるシェル材の液膜（以下、第１の液膜とも言う）と、液体接触部５０に支持されるシェル硬化材の液膜（以下、第２の液膜とも言う）とが平行に並んで配置されている。液体噴射部１０から噴射されたコア材の液滴は、第１の液膜を貫通する際にシェル材に被覆され、そのまま第２の液膜に突入する。そして、第１の液膜を貫通するときと同様にして第２の液膜に突入する。これにより、コア材（第１の液体）を覆うシェル材（第２の液体）と、第２の液膜を形成するシェル硬化材（第３の液体）とが接触し、化学反応を生じることによってシェル材が硬化する。
【００９２】
本実施形態の液体接触部５０では、シェル硬化材が液膜（第２の液膜）として支持され、流動している。したがって、カプセル生成動作中にシェル硬化材の液膜に気泡等の異物が混入した場合でも、当該異物はシェル硬化材とともに速やかには外部へ排出される。これにより、カプセル生成動作を通してシェル硬化材の液膜（第２の液膜）を異物等が含まれないクリーンな状態に保つことができる。したがって、シェル材とシェル硬化材との化学反応を正常に進行させやすくなる。
【００９３】
また、図１０においてコア材は２つの液膜（第１及び第２の液膜）を貫通しているが、必ずしも第２の液膜を貫通させる必要はない。図１２に第２実施形態において、カプセルが第２の液膜を貫通しない場合のカプセル生成動作について説明する図を示す。図１２では、コア材が第１の液膜を貫通して第２の液膜に着弾した後、第２の液膜を貫通することなく、そのままシェル硬化材（第３の液体）の流れに乗って鉛直下流側（Ｚ軸方向）に移動する。そして、液体接触部５０の下部に配置されたカプセル回収部７０によってシェル硬化材（第３の液体）とともに回収される。シェル硬化材の液膜（第２の液膜）と一緒にカプセルを移動させることにより、カプセルの移動方向をシェル硬化材液膜の流動方向に合わせることができる。すなわち、カプセルの移動方向をコントロールすることができるので、完成後のカプセルをより回収しやすくなる。
【００９４】
また、このようにすることで、コア材に第２の液膜を貫通させる必要がなくなるため、コア材の運動量もその分だけ小さくすることができる。すなわち、液体噴射部１０からコア材の液滴を噴射する際の噴射速度を小さくすることができる。
【００９５】
＜第２実施形態のまとめ＞
第２実施形態では、第３の液体（シェル硬化材）の液膜（第２の液膜）が形成され、液体接触部５０によって支持されながら流動している。液体噴射部１０から噴射されたコア材の液滴は、シェル材の液膜（第１の液膜）を貫通することによってシェル材に被覆される。続いて、シェル硬化材の液膜（第２の液膜）に突入して第３の液体と接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。
【００９６】
カプセル生成動作中にシェル硬化材の液膜に異物が混入したとしても、その異物はシェル硬化材とともに速やかに液膜から排出されるため、シェル硬化材の液膜は異物が混入していないクリーンな状態に保たれる。これにより、シェル材とシェル硬化材との化学反応が正常に進行しやすくなり、シェルを硬化させやすくなる。また、完成後のカプセルをシェル硬化材の液膜の流れに乗せてシェル硬化材と共に移動させることにより、カプセルを回収しやすくすることもできる。
【００９７】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
第３実施形態では、液体噴射部１０の噴射ヘッド１１が複数のノズル１１１を有するカプセル製造装置３を用いてカプセルの製造を行なう。複数ノズルによってコア材の液滴を１度に複数噴射することで、より効率的にカプセルを生成することができるようになる。
【００９８】
＜カプセル製造装置３の構成＞
図１３に、第３実施形態におけるカプセル製造装置３の基本的な構成を説明する概略図を示す。カプセル製造装置３は、液体噴射部１０と、液膜支持部３０と、液体接触部５０と、カプセル回収部７０とを備える。液体噴射部１０以外の構成は第２実施形態で説明したカプセル製造装置２とほぼ同様である。以下、第２実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００９９】
（液体噴射部１０）
カプセル製造装置３では、液体噴射部１０の噴射ヘッド１１にノズル１１１が４つ設けられる。この４つのノズルはＺ軸方向に直列に並ぶことによりノズル列を構成し、Ｚ軸方向に沿って同時に４つのコア材液滴を噴射することが可能である。なお、１つのノズル列に設けられるノズルの数は４つには限られず、５つ以上のノズルが設けられていてもよいし、３つ以下のノズルが設けられていてもよい。また、１つの噴射ヘッド１１に複数のノズル列が設けられるようにすることもできる。１つの噴射ヘッド１１に対してノズル１１１が複数設けられる場合には、ピエゾ素子ＰＺＴも各ノズルに対応して設けられるようにする。そして、ピエゾ素子ＰＺＴを駆動するための駆動信号も各ノズルについて生成されるようにする。これにより、ノズル毎に液滴噴射量や噴射速度を制御しやすくなる。各ノズルの構成及び液滴噴射時の動作については第１実施形態で説明したものと同様である（図４参照）。
【０１００】
＜カプセル生成動作について＞
噴射ヘッド１１のノズル列から噴射された複数（図１３においては４つ）のコア材液滴は液膜支持部３０に支持されたシェル材の液膜（第１の液膜）を貫通する際に、それぞれシェル材によって被覆される。その後、シェル硬化材の液膜（第２の液膜）に着弾してシェルとシェル硬化材とが接触することによって化学反応を生じ、シェルが硬化される。したがって、液体噴射部１０から噴射される液滴（コア）を増やすことにより、より多くのカプセルを同時に生成することができるようになり、カプセル生成効率を高くすることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態のように複数のコア材液滴を同時に噴射する方法は、第１実施形態で説明したカプセル製造装置１（図３参照）についても適用可能である。その場合、噴射されたコア材がシェル材によって被覆された後、シェルが硬化する前にカプセル同士が接触しないように十分に注意する必要がある。シェルが未硬化の状態で２以上のカプセルが接触すると、互いのシェルが破壊、または合体してしまい、カプセル生成効率が悪化するからである。
【０１０２】
これに対して、図１３のようにシェル硬化材によって流動する液膜（第２の液膜）を形成し、シェル材の液膜（第１の液膜）に隣り合うようにして配置することで、カプセルを安全に生成しやすくなる。図１３の場合、噴射されたコア材がシェル材によって被覆された後、第２の液膜に突入した時点でカプセルのシェルが硬化される。したがって、第２の液膜に突入した後であれば、その後に２つのカプセルが接触して重なったとしても、互いのシェルが破壊されることはない。さらに、上述の図１２で説明したように、第２の液膜の流れに乗せてシェル硬化材と共にカプセルを回収するようにすれば、カプセルを確実に回収しやすくなる。
【０１０３】
なお、図１３の例では液体噴射部１０のノズル列がＺ軸方向に沿って配置されているが、ノズル列の配置はこれには限られない。例えば、図のＹ軸方向に沿ってノズル列を配置してもよいし、斜め方向に配置されるのであってもよい。ノズル列の配置は、流動する液膜（第１の液膜及び第２の液膜）の状態などに応じて決定される。
【０１０４】
＜第３実施形態のまとめ＞
第３実施形態では、複数のノズルが直列に並ぶノズル列を備えた液体噴射部を用いて、シェル材の液膜及びシェル硬化材の液膜に対して複数のコア材を噴射させる。
これにより、同時に複数のカプセルが生成され、高効率なカプセル製造を実現することができる。
【０１０５】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのカプセル製造装置を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【０１０６】
＜カプセル生成材料について＞
前述の各実施形態では、第１の液体〜第３の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のカプセル生成材料を用いてカプセルを生成することも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２，３ カプセル製造装置、
１０ 液体噴射部、１１ 噴射ヘッド、１２ 第１液体タンク、
３０ 液膜支持部、３１〜３４ 液膜支持部材、
５０ 液体接触部、５１ 液体貯留槽、５５ 液膜支持部材、５６ 液膜支持部材、
７０ カプセル回収部、７１ 回収用トラップ、
１１１ ノズル、１１２ 液体供給路、１１４ ノズル連通路、１１６ 弾性板、
ＰＺＴ ピエゾ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、
所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、
を備え、
前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、
前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、
ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体を流動させる所定の方向は、鉛直下向きの方向である、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体によって形成されるシェルを第３の液体と接触させて化学反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のカプセル製造装置であって、
所定の方向に流動する前記第３の液体を膜状に支持する第２の液膜支持部を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第３の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第２の液体と前記第３の液体とを接触させて架橋反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のカプセル製造装置であって、
前記液体噴射部は、前記第１の液体の液滴を噴射するノズルが複数並ぶノズル列を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のカプセル製造装置で製造された医療用カプセル。
【請求項８】
所定の方向に流動しながら膜状に支持された第２の液体の液膜に向けて第１の液体を噴射することにより、コアを形成することと、
前記コアが前記第２の液体の液膜を貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成することと、
を有するカプセル製造方法。
【請求項１】
第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部と、
所定の方向に流動する第２の液体を膜状に支持する液膜支持部と、
を備え、
前記液膜支持部に支持されながら流動する前記第２の液体の液膜に向けて前記第１の液体の液滴を噴射することにより、コアを形成し、
前記第２の液体の液膜を前記コアが貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成させる、
ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体を流動させる所定の方向は、鉛直下向きの方向である、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体によって形成されるシェルを第３の液体と接触させて化学反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項４】
請求項３に記載のカプセル製造装置であって、
所定の方向に流動する前記第３の液体を膜状に支持する第２の液膜支持部を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のカプセル製造装置であって、
前記第２の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第３の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第２の液体と前記第３の液体とを接触させて架橋反応を生じさせることにより、前記シェルを硬化させる、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のカプセル製造装置であって、
前記液体噴射部は、前記第１の液体の液滴を噴射するノズルが複数並ぶノズル列を備える、ことを特徴とするカプセル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のカプセル製造装置で製造された医療用カプセル。
【請求項８】
所定の方向に流動しながら膜状に支持された第２の液体の液膜に向けて第１の液体を噴射することにより、コアを形成することと、
前記コアが前記第２の液体の液膜を貫通する際に、前記第２の液体によって前記コアを被覆させることにより、前記コアを内包するシェルを形成することと、
を有するカプセル製造方法。
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１】
【図３】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−７１０８０（Ｐ２０１３−７１０８０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３１９３（Ｐ２０１１−２１３１９３）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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