ゲル製造装置及びゲル製造方法
【課題】均一な大きさにゲル化することを可能とするゲル製造装置及びゲル製造方法を提供する。
【解決手段】ゲル製造装置は、ゲル形成材を含む第１液体Ａを反応してゲル化する第２液体Ｃへ滴下して第１液体Ａと第２液体Ｃとのゲルを製造するゲル製造装置であって、第２液体Ｃを収容する容器２４と、容器２４内において第２液体Ｃを渦巻流動させる流動機構部２８と、第１液体Ａを収容するタンク４８と、タンク４８と連通し、渦巻流動されている第２液体Ｃに、第１液体Ａの液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備える吐出機構部２０と、を含み、第２液体Ｃの液面の平滑領域と複数のノズル３６の配列領域とは、第２液体Ｃの水面と平行な方向にオーバーラップし、第２液体Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに交差する。
【解決手段】ゲル製造装置は、ゲル形成材を含む第１液体Ａを反応してゲル化する第２液体Ｃへ滴下して第１液体Ａと第２液体Ｃとのゲルを製造するゲル製造装置であって、第２液体Ｃを収容する容器２４と、容器２４内において第２液体Ｃを渦巻流動させる流動機構部２８と、第１液体Ａを収容するタンク４８と、タンク４８と連通し、渦巻流動されている第２液体Ｃに、第１液体Ａの液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備える吐出機構部２０と、を含み、第２液体Ｃの液面の平滑領域と複数のノズル３６の配列領域とは、第２液体Ｃの水面と平行な方向にオーバーラップし、第２液体Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに交差する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置及びゲル製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被吐出液体に向けて、液滴吐出法により吐出液体を吐出して、ゲルを製造する方法が知られている。例えば、静止した状態の被吐出液体に対して、一定の間隔を空けて、吐出物を吐出する吐出口（ノズル）を配置し、液滴吐出法によりノズルから吐出される吐出物と、静止した状態の被吐出液体とを反応させてゲルを製造する方法及び装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
しかしながら、従来技術において、より微小な液滴をより短間隔で吐出したいという要望に対応する場合などでは、被吐出液体が、特許文献１に図示されているように、静止している状態であるため、微小な液滴が被吐出液体の液面で重なり合い密着し、ゲルが個別回収できない可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体へ滴下して前記第１液体と前記第２液体とのゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第２液体を収容する容器と、前記容器内において前記第２液体を渦巻流動させる流動機構部と、前記第１液体を収容するタンクと、前記タンクと連通し、渦巻流動されている前記第２液体に、前記第１液体の液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズルが形成されたノズルプレートを備える吐出機構部と、を含み、前記第２液体の液面の平滑領域と前記複数のノズルの配列領域とは、前記第２液体の水面と平行な方向にオーバーラップし、前記第２液体の流動方向と前記複数のノズルの配列方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【０００７】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体が渦巻流動しているため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【０００８】
また、少なくとも液体吐出部から吐出される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。この場合、第１液体は、ディスペンサー等により吐出してもよく、またインクジェット方式により吐出してもよい。なお、液滴として吐出された第１液体のゲルは、特許文献１におけるマイクロカプセルに該当する。
【０００９】
［適用例２］上記ゲル製造装置であって、前記交差は、直角であることを特徴とするゲル製造装置。
【００１０】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体の流動方向に対して各ノズル間距離を最大にとることができるため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、さらに密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００１１】
［適用例３］上記ゲル製造装置であって、前記流動機構部は、スターラーを用いて回転子により前記第２液体を渦巻流動させていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１２】
これによれば、第２液体が収容される容器内で、第２液体の渦巻流動を容易に実行することができる。
【００１３】
［適用例４］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、複数設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１４】
これによれば、多吐出機構部化が可能になり、短時間に多くのゲルを製造できる。また、吐出機構部毎に吐出される第１液体の吐出量や種類を変えることが可能となり、多岐に渡るゲル製造が一度にできる。
【００１５】
［適用例５］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心として対角に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１６】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、各液体吐出部が離れているため、各液体吐出部より吐出される第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００１７】
［適用例６］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心に同心円状に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１８】
これによれば、各吐出機構部下の第２液体の流動速度が同じになるため、均一な大きさにゲル化することができる。
【００１９】
［適用例７］上記ゲル製造装置であって、前記容器内の前記第２液体の水位を感知する水位センサーと、前記容器内に前記第２液体を供給する供給装置と、をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【００２０】
これによれば、一定水位になったら吸水（第２液体）を停止することができるため、吐出機構部のノズルプレート面と第２液体の液面との距離（プラテンギャップ）の管理ができる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００２１】
［適用例８］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、インクジェットヘッドであることを特徴とするゲル製造装置。
【００２２】
これによれば、第１液体の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御がより確実かつより容易に行える。そのため、第２液体に向けて吐出される第２液体との接触位置等のバラツキが抑制でき、第１液体を常に同一条件化でゲル化することが可能である。
【００２３】
［適用例９］上記のいずれか一項に記載のゲル製造装置を用いたゲル製造方法。
【００２４】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体が渦巻流動しているため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００２５】
また、少なくとも液体吐出部から吐出される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係るゲル製造装置を示す斜視図。
【図２】本実施形態に係るゲル製造装置を示す立面図。
【図３】本実施形態に係るゲル製造装置を示す平面図。
【図４】本実施形態に係るゲル製造装置を示す断面図。
【図５】本実施形態に係るゲル製造装置の制御構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態に係るゲルを製造するための工程を示すフローチャート。
【図７】変形例における多数ヘッドに対応する各プレートを示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、ゲル製造方法及びゲル製造装置の具体的な実施形態について図面に従って説明する。本実施形態に係るゲル製造装置は、インクジェット方式により液体を吐出して、液体のゲル化を図るものである。
【００２８】
最初に、ゲル製造装置の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す立面図であり、図３は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す平面図であり、図４は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す断面図である。本実施形態に係るゲル製造装置２は、図１〜４に示すように、ベースプレート１０と、ベースプレート１０上に設置されたゲル生成ユニット１２と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置されたインクパックユニット１４と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置されたヘッド吸引ポンプ１６と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置された第１作業台１８と、ゲル生成ユニット１２のヘッド（吐出機構部）２０を駆動するヘッド駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００２９】
ベースプレート１０は、ゲル生成ユニット１２のシャーレー（容器）２４を所定の位置にガイドするシャーレーガイドプレート２６を備えている。
【００３０】
ゲル生成ユニット１２は、スターラー（流動機構部）２８と、シャーレー２４と、プレート３０と、ヘッド２０と、を備えている。
【００３１】
スターラー２８は回転子３２を備えている。回転子３２はシャーレー２４内に置かれている。スターラー２８は、シャーレー２４内の回転子３２を回転させ、シャーレー２４内の塩化カルシウム溶液（第２液体）Ｃを渦巻流動させている。これにより、滴下されるアルギン酸ナトリウム溶液（第１液体）Ａが塩化カルシウム溶液Ｃの液面上で重なってしまい、ゲルＧの未生成が生じてしまうことを防止する役目を果たしている。
【００３２】
シャーレー２４はスターラー２８の上部に設置されている。シャーレー２４の中心はスターラー２８の回転子３２の回転の中心と合っている。シャーレー２４は、例えば透明なアクリルなどの視認可能な材質からなり、管状に形成され、塩化カルシウム溶液Ｃ及びゲルＧの流動状態を目視により確認することができる。シャーレー２４は、透明なアクリル、又は透明若しくは半透明なポリプロピレンなどからなるとしたが、これに限るものではなく、不透明な材質でもよく、アルギン酸ナトリウム溶液Ａ、塩化カルシウム溶液Ｃ、及び生成されるゲルＧを変質又は化学反応させない材質であれば、ガラス又は金属などからなるとしてもよい。シャーレー２４に収容されている塩化カルシウム溶液Ｃは２％の濃度である。
【００３３】
プレート３０はシャーレー２４の上部に設置されている。プレート３０は、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離を一定に保っている。プレート３０は透明アクリル板で形成されている。これにより、プレート３０の外部から塩化カルシウム溶液Ｃの渦巻流動状態を観察することができる。プレート３０は、ヘッド２０のノズル３６面を出す角穴３８と、ヘッド２０を固定するヘッド固定部４０と、塩化カルシウム溶液Ｃをシャーレー２４内に供給する際に用いられる塩化カルシウム溶液供給口４２と、を備えている。塩化カルシウム溶液供給口４２はフタ付きロートである。フタ付きロートはプレート３０の上に設置される。フタ付きロートのフタはロートの上部にあり、左右にスライドが可能である。これにより、ロート内へのパーティクルの侵入防止と塩化カルシウム溶液Ｃのロート外への噴出を防止する（安全対策）。角穴３８には、防水ゴム又はＯリングなどのシール部が形成されている。
【００３４】
インクパックユニット１４は、第２作業台４６と、第２作業台４６に設置されたインクパック（タンク）４８と、を備えている。第２作業台４６は、鏡面金属プレート状の天面５６と、天面５６の下方に設けられた中段５２と、を備えている。インクパック４８は中段５２に設置されている。インクパックユニット１４はアルギン酸ナトリウム溶液Ａを収容し、ヘッド２０近傍に設置されている。インクパックユニット１４は、第２作業台４６の中段５２を上下移動させることにより、上下移動可能である。天面５０は、金属プレートからなりインクパックユニット１４への上部からの衝撃を保護している。金属プレートは鏡面になっている。これにより、ヘッド２０のノズル吐出有無の目視確認として用いることができる。鏡面加工はアルミ表面に無電解ニッケルメッキがコーティングされている。これにより、鏡面金属プレートの軽量化が図られる。インクパックユニット１４の供給口はノズルプレート３４面と同じ高さである。これにより、ノズル３６からの液だれ、あるいはノズル３６内への空気の侵入を防止できる。インクパックユニット１４は、例えば透明又は半透明なポリエチレンなどからなる。なお、ゲル製造装置２では、インクパックユニット１４に収容されているアルギン酸ナトリウム溶液Ａが１％の濃度である。
【００３５】
ヘッド吸引ポンプ１６は、ヘッド２０の目詰まりを防止するためのクリーニング機構を備えている。クリーニング機構は、例えば、所定数の液滴吐出後又は画像解析部５４がゲルＧの異常を解析した場合等に、ヘッド２０からの強制的な液滴吸引やヘッド清掃を行い、ゲル製造装置２の安定稼動を図るものである。
【００３６】
第１作業台１８は、鏡面金属プレート状の天面５６を備えている。鏡面金属プレートは、例えば、ゲル製造前にヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを鏡面金属プレート上に吐出し、吐出された状態からヘッド２０のノズル吐出有無の目視確認を事前にすることでヘッド２０の安定稼動を図るものである。
【００３７】
ヘッド２０は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを吐出するための複数のノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備えている。これによれば、多吐出機構部化が可能になり、短時間に多くのゲルＧを製造できる。また、ヘッド２０毎に吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの吐出量や種類を変えることが可能となり、多岐に渡るゲル製造が一度にできる。ノズル３６は、例えば直径１００μｍであり、吐出周波数１０Ｈｚ以上でノズル３６から吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａは、流速１ｍｍ／ｓとする。ノズル３６から吐出する液滴の大きさは、約５０μｍである。アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、インクパック４８に収容されていて、導管６０に導かれてヘッド２０へ供給される。塩化カルシウム溶液Ｃの液面の平滑領域と複数のノズル３６の配列領域とは、塩化カルシウム溶液Ｃの水面と平行な方向にオーバーラップしている。また、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに交差している。なお、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに直角になるように構成されていてもよい。これによれば、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向に対して各ノズル３６間距離を最大にとることができるため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、さらに密着することなく、個々のゲルＧを得ることができる。なお、ノズル３６はヘッド２０に１列形成されているとしたが、これに限るものではなく、複数列形成されていてもよい。ヘッド２０のノズルプレート３４と、スターラー２８により渦巻流動される塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（間隔）は規定されている。
【００３８】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内を渦巻流動する塩化カルシウム溶液Ｃに向けて、ノズル３６からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを液滴吐出法により吐出させることで、シャーレー２４内において、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが化学反応して生成されたゲルＧを得る。具体的には、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを塩化カルシウム溶液Ｃに向けて吐出させることで、アルギン酸ナトリウムＡと塩化カルシウムＣとが化学反応し、アルギン酸カルシウムゲルが生成される。
【００３９】
図５は、本実施形態に係るゲル製造装置２の制御構成を示すブロック図である。制御部２２は、撮像機６２を通して把握したゲル化状態や、ゲル製造装置２の稼動状態等を表示する表示部６４と、ゲル製造装置２の各部への指示等を入力するための操作部６６と、を有している。この場合、制御部２２としていわゆるパーソナルコンピューターを用いており、ゲル製造装置２を制御するための制御部２２の詳細について、次に説明する。
【００４０】
制御部２２は、ゲル製造装置２を総合的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６８と、ＣＰＵ６８が参照して液滴の吐出等の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）７０と、操作部６６、撮像機６２、及び検出器７２から送られて来るデータ等を一時的に記憶しておくＲＡＭ（Random Access Memory）７４と、を有している。また、制御部２２は、撮像機６２からの画像データを受信して解析する画像解析部５４と、ヘッド２０を制御する吐出制御部７６と、スターラー２８を制御する渦巻制御部７８と、検出器７２からの液体量のデータを受信する液量検出部８０と、表示部６４及び操作部６６あるいは外部機器との入出力を行うための入出力インターフェース８２と、を備えている。
【００４１】
画像解析部５４は、撮像機６２が撮影したアルギン酸ナトリウム溶液Ａのゲル状態を示す画像を受信して、所望の形態のゲルであるか否かを解析する。解析結果は、ＣＰＵ６８に伝えられ、ＣＰＵ６８が、吐出の継続の可否等を決定して、吐出制御部７６及び渦巻制御部７８へ指示する。吐出制御部７６は、ＣＰＵ６８の指示に基づいてヘッド２０からの液滴の吐出を制御する。渦巻制御部７８は、吐出制御部７６によるヘッド２０からの液滴の吐出に対応して、アルギン酸ナトリウム溶液Ａが塩化カルシウム溶液Ｃの液面上で重ならないように、スターラー２８を制御する。液量検出部８０は、インクパック４８の検出器７２が検出した、塩化カルシウム溶液Ｃの液量を受信し、吐出継続に必要な液量であるか否かを判断する。判断結果は、ＣＰＵ６８に伝えられ、液量不足と判断した場合、ＣＰＵ６８が吐出制御部７６に停止を指示する。停止の場合、ＣＰＵ６８は、表示部６４へ停止した旨の警報を表示させる。
【００４２】
次に、ゲル製造装置２によりアルギン酸ナトリウム溶液Ａのゲルを生成（製造）する方法について、フローチャートに基づいて説明する。
図６は、本実施形態に係るゲルを製造するための工程を示すフローチャートである。このフローチャートは、１回の液滴吐出のフローを示すものである。
【００４３】
事前準備として、ゲル製造者は、塩化カルシウム溶液Ｃをシャーレー２４内に入れる。なお、塩化カルシウム溶液Ｃを塩化カルシウム溶液供給口４２を介してシャーレー２４内に入れてもよい。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（プラテンギャップ）Ｓを規定することにより決定される。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、シャーレー２４の側面に印刷された目盛り線により測定される。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、事前にシャーレー２４内に塩化カルシウム溶液Ｃを、ノズルプレート３４と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との必要な距離分だけ入れられ、その塩化カルシウム溶液Ｃの重さが測定される。次回から、ゲル製造者は塩化カルシウム溶液Ｃを必要な重さだけ電子天秤で測定し、塩化カルシウム溶液供給口４２を介して入れる。
【００４４】
次に、ゲル製造者は、制御部２２の電源を投入し液滴の吐出パターンを選択する。吐出パターンとは、ノズル３６から吐出する液体に応じた吐出条件を設定したものであり、ピエゾ素子へ印加する電圧波形等が含まれる。この場合、液滴の吐出数も含まれる。アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出するための吐出パターンを選択する。
【００４５】
次に、ゲル製造者は、第１作業台１８の天面５６の鏡面金属プレート上にて、ヘッド２０の吐出を事前確認する。アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、ヘッド２０が有する図示していないピエゾ素子に押されて、ノズル３６から液滴となって吐出される。
【００４６】
次に、ゲル製造者は、ヘッド２０をシャーレー２４上部のプレート３０の角穴３８にセットし、ヘッド固定部４０によりヘッド２０上部を固定する。ヘッド２０のセット位置は、塩化カルシウム溶液Ｃの回転により発生する中央部の窪みＰを避け、塩化カルシウム溶液Ｃの平滑面上にセットする。なお、多ノズルヘッドにおいては、塩化カルシウム溶液Ｃの回転方向に対しノズル３６配置列方向を垂直にセットしてもよい。また、多ノズルヘッドのおいては、塩化カルシウム溶液Ｃに回転方向に対しノズル３６配置列方向を斜めにセットしてもよい。
【００４７】
以上で事前準備が終了し、先ず、ステップＳ１０において、制御部２２は、スターラー２８を用いて回転子３２により塩化カルシウム溶液Ｃを渦巻流動させる。
【００４８】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、渦巻流動する塩化カルシウム溶液Ｃにヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出させる。吐出された液滴は、流動している塩化カルシウム溶液Ｃの中へ投入される。この状態の液滴が塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲルＧになるため、均一な形状のゲルＧを得ることができる。液滴の吐出後、ステップＳ３０へ進む。
【００４９】
次に、ステップＳ３０において、制御部２２は、所定のゲル状態か否かを判断する。つまり、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴が所望の形状のゲルＧになっているか否かの判断をする。この判断は、撮像機６２で撮影したゲルＧの映像を参照して、画像解析部５４が行う。ゲル製造装置２では、撮像機６２が図示していないゲル回収部の回収ネットに回収されたゲルＧを撮影している。そして、ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０へ進み、一方、ゲルＧが所定のゲル状態でなければ、ステップＳ５０でその旨を警報表示してフローを終了する。フローを終了することで液滴の吐出等を停止する。
【００５０】
ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０において、選択した吐出数が修了したか否かを判断する。この判断は、ヘッド２０の吐出数をカウントして、図示していない吐出制御部が行う。そして、所定数の液滴を吐出していれば、フローを修了し、一方、所定数の液滴を吐出していなければ、ステップＳ２０へ戻る。
【００５１】
ステップＳ２０へ戻る場合、所定数の液滴を吐出するまで、ステップＳ２０のステップを継続して実行する。そして、所定数の液滴を吐出すれば、フローを終了する。ヘッド２０及びスターラー２８の電源を切る。ヘッド２０を取り除き、シャーレー２４をスライドさせながら取り除く。又は、ヘッド２０とプレート３０を取り除き、シャーレー２４にフタをして移動する。
【００５２】
以上、ゲル製造装置２を用いたゲル製造方法の実施形態について説明した。以下に、実施形態の効果をまとめて記載する。
【００５３】
（１）ゲル製造装置２は、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、塩化カルシウム溶液Ｃが渦巻流動しているため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００５４】
（２）少なくともヘッド２０から吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、塩化カルシウム溶液Ｃと確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。この場合、アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、ディスペンサー等により吐出してもよく、またインクジェット方式により吐出してもよい。
【００５５】
（３）ゲル製造装置２は、ヘッド２０がインクジェット方式であるため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴の大きさや、吐出の速度及ぶ方向等の制御が他吐出方式より正確に行え、液滴を常に同一条件で均一な大きさにゲル化することができる。特に、微小なゲルＧであっても、ゲルＧの均一化が図れる。
【００５６】
（４）アルギン酸ナトリウム溶液Ａがヘッド２０から液滴の状態で吐出されるため、１０μｍの大きさの均一なゲルＧが得られる。この液滴の大きさを調整すれば、本実施形態で生成した１０μｍ以外の所望の大きさのゲルＧが容易に得られる。
【００５７】
（５）塩化カルシウム溶液Ｃが静止状態ではなくシャーレー２４内で渦巻流動される方式であるため、塩化カルシウム溶液Ｃの汚染あるいは生菌の発生等を防止することができる。
【００５８】
また、ゲル製造方法及びゲル製造装置２は、上記の実施形態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、実施形態と同様な効果が得られる。
【００５９】
（変形例１）
図７は、変形例における多数ヘッドに対応する各プレートを示す平面図である。上記各実施形態では、ヘッド２０は、ゲル生成ユニット１２に１個配置していると図示したが、これに限るものではなく、ゲル生成ユニット１２に複数配置されている構成としてもよい。具体的には、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プレート３０上の角穴３８がアルギン酸ナトリウム溶液Ａの窪みＰを中心として対角に複数配置されている構成としてもよい。これによれば、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、各ヘッド２０が離れているため、各ヘッド２０より吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、密着することなく、個々のゲルＧを得ることができる。また、図７（Ｃ）に示すように、プレート３０上の角穴３８がアルギン酸ナトリウム溶液Ａの窪みＰを中心に同心円状に複数配置されている構成としてもよい。これによれば、各吐出機構部下の塩化カルシウム溶液Ｃの流動速度が同じになるため、均一な大きさにゲル化することができる。
【００６０】
（変形例２）
アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出するヘッド２０は、インクジェット方式ではなく、例えば、ディスペンサー等によりアルギン酸ナトリウム溶液Ａを滴下等する方法であってもよい。これによれば、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、正確に吐出することができ、ゲルＧの生成が行える。このように、インクジェット方式と多様な吐出方式とを併用することにより、吐出する種々の溶液に対応したゲル製造装置を提供できる。そして、粘性の高い容液を吐出するために、容液を加熱して粘度を低くする機構をゲル製造装置２に設けてもよい。
【００６１】
（変形例３）
また、インクパック４８の検出器７２は、貯蔵する液体量以外に液体の濃度等の情報を検出してもよい。
【００６２】
（変形例４）
ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面の距離（プラテンギャップ）Ｓはシャーレー２４内に図示しない水位センサーを搭載し、一定水位になったら吸水（塩化カルシウム溶液Ｃ）を停止してもよい。これによれば、一定水位になったら吸水（塩化カルシウム溶液Ｃ）を停止することができるため、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（プラテンギャップ）の管理ができる。そのため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、塩化カルシウム溶液Ｃと確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００６３】
（変形例５）
上記各実施形態では、アルギン酸のゲルＧを得るために、第１液体としてアルギン酸ナトリウム溶液Ａを用い、塩化カルシウム溶液Ｃとして塩化カルシウム溶液Ｃを用いた場合を例に説明した。このほかに、アルギン酸のゲルＧを得るためには、第１液体としてアルギン酸カリウム溶液を用い、塩化カルシウム溶液Ｃとして塩化バリウム溶液を用いる方法等であってもよく、ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体であれば、適用できる。また、ゲルＧ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、硬化剤、薬剤、酸素、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、酸素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を内部に封入したゲルＧを得ることができる。例えば、硬化剤や薬剤を内部に封入したゲルＧは、外部圧力等が加わったときゲルＧから硬化剤や薬剤が出て硬化作用や薬剤作用が始まるといった使用方法をも可能とし、さらに、微小液体を形成することにより、狭小な箇所でも硬化作用や薬剤作用を得られるゲルＧを製造することが可能である。特に、歯科材料として硬化剤を内部に封入した微小なゲルＧを製造することによって、歯冠などの狭小な箇所に適量の硬化剤を与えることが可能である。硬化剤を必要量以上使用することがなく、硬化剤の無駄がなくなる他、歯科治療の費用を低くすることができる。なお、それぞれの液体における液滴の大きさや濃度は、各実施形態の設定に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
２…ゲル製造装置 １０…ベースプレート １２…ゲル生成ユニット １４…インクパックユニット １６…ヘッド吸引ポンプ １８…第１作業台 ２０…ヘッド（吐出機構部） ２２…ヘッド駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２６…シャーレーガイドプレート ２８…スターラー（流動機構部） ３０…プレート ３２…回転子 ３４…ノズルプレート ３６…ノズル ３８…角穴 ４０…ヘッド固定部 ４２…塩化カルシウム溶液供給口 ４６…第２作業台 ４８…インクパック（タンク） ５０…天面 ５２…中段 ５４…画像解析部 ５６…天面 ６０…導管 ６２…撮像機 ６４…表示部 ６６…操作部 ６８…ＣＰＵ ７０…ＲＯＭ ７２…検出器 ７４…ＲＡＭ ７６…吐出制御部 ７８…渦巻制御部 ８０…液量検出部 ８２…入出力インターフェース。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置及びゲル製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被吐出液体に向けて、液滴吐出法により吐出液体を吐出して、ゲルを製造する方法が知られている。例えば、静止した状態の被吐出液体に対して、一定の間隔を空けて、吐出物を吐出する吐出口（ノズル）を配置し、液滴吐出法によりノズルから吐出される吐出物と、静止した状態の被吐出液体とを反応させてゲルを製造する方法及び装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
しかしながら、従来技術において、より微小な液滴をより短間隔で吐出したいという要望に対応する場合などでは、被吐出液体が、特許文献１に図示されているように、静止している状態であるため、微小な液滴が被吐出液体の液面で重なり合い密着し、ゲルが個別回収できない可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体へ滴下して前記第１液体と前記第２液体とのゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第２液体を収容する容器と、前記容器内において前記第２液体を渦巻流動させる流動機構部と、前記第１液体を収容するタンクと、前記タンクと連通し、渦巻流動されている前記第２液体に、前記第１液体の液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズルが形成されたノズルプレートを備える吐出機構部と、を含み、前記第２液体の液面の平滑領域と前記複数のノズルの配列領域とは、前記第２液体の水面と平行な方向にオーバーラップし、前記第２液体の流動方向と前記複数のノズルの配列方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【０００７】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体が渦巻流動しているため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【０００８】
また、少なくとも液体吐出部から吐出される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。この場合、第１液体は、ディスペンサー等により吐出してもよく、またインクジェット方式により吐出してもよい。なお、液滴として吐出された第１液体のゲルは、特許文献１におけるマイクロカプセルに該当する。
【０００９】
［適用例２］上記ゲル製造装置であって、前記交差は、直角であることを特徴とするゲル製造装置。
【００１０】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体の流動方向に対して各ノズル間距離を最大にとることができるため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、さらに密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００１１】
［適用例３］上記ゲル製造装置であって、前記流動機構部は、スターラーを用いて回転子により前記第２液体を渦巻流動させていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１２】
これによれば、第２液体が収容される容器内で、第２液体の渦巻流動を容易に実行することができる。
【００１３】
［適用例４］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、複数設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１４】
これによれば、多吐出機構部化が可能になり、短時間に多くのゲルを製造できる。また、吐出機構部毎に吐出される第１液体の吐出量や種類を変えることが可能となり、多岐に渡るゲル製造が一度にできる。
【００１５】
［適用例５］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心として対角に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１６】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、各液体吐出部が離れているため、各液体吐出部より吐出される第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００１７】
［適用例６］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心に同心円状に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１８】
これによれば、各吐出機構部下の第２液体の流動速度が同じになるため、均一な大きさにゲル化することができる。
【００１９】
［適用例７］上記ゲル製造装置であって、前記容器内の前記第２液体の水位を感知する水位センサーと、前記容器内に前記第２液体を供給する供給装置と、をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【００２０】
これによれば、一定水位になったら吸水（第２液体）を停止することができるため、吐出機構部のノズルプレート面と第２液体の液面との距離（プラテンギャップ）の管理ができる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００２１】
［適用例８］上記ゲル製造装置であって、前記吐出機構部は、インクジェットヘッドであることを特徴とするゲル製造装置。
【００２２】
これによれば、第１液体の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御がより確実かつより容易に行える。そのため、第２液体に向けて吐出される第２液体との接触位置等のバラツキが抑制でき、第１液体を常に同一条件化でゲル化することが可能である。
【００２３】
［適用例９］上記のいずれか一項に記載のゲル製造装置を用いたゲル製造方法。
【００２４】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体を液体吐出部により連続して吐出しても、第２液体が渦巻流動しているため、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００２５】
また、少なくとも液体吐出部から吐出される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、第１液体の液滴は、第２液体と確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係るゲル製造装置を示す斜視図。
【図２】本実施形態に係るゲル製造装置を示す立面図。
【図３】本実施形態に係るゲル製造装置を示す平面図。
【図４】本実施形態に係るゲル製造装置を示す断面図。
【図５】本実施形態に係るゲル製造装置の制御構成を示すブロック図。
【図６】本実施形態に係るゲルを製造するための工程を示すフローチャート。
【図７】変形例における多数ヘッドに対応する各プレートを示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、ゲル製造方法及びゲル製造装置の具体的な実施形態について図面に従って説明する。本実施形態に係るゲル製造装置は、インクジェット方式により液体を吐出して、液体のゲル化を図るものである。
【００２８】
最初に、ゲル製造装置の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す斜視図であり、図２は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す立面図であり、図３は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す平面図であり、図４は、本実施形態に係るゲル製造装置を示す断面図である。本実施形態に係るゲル製造装置２は、図１〜４に示すように、ベースプレート１０と、ベースプレート１０上に設置されたゲル生成ユニット１２と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置されたインクパックユニット１４と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置されたヘッド吸引ポンプ１６と、ゲル生成ユニット１２の近傍のベースプレート１０上に設置された第１作業台１８と、ゲル生成ユニット１２のヘッド（吐出機構部）２０を駆動するヘッド駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００２９】
ベースプレート１０は、ゲル生成ユニット１２のシャーレー（容器）２４を所定の位置にガイドするシャーレーガイドプレート２６を備えている。
【００３０】
ゲル生成ユニット１２は、スターラー（流動機構部）２８と、シャーレー２４と、プレート３０と、ヘッド２０と、を備えている。
【００３１】
スターラー２８は回転子３２を備えている。回転子３２はシャーレー２４内に置かれている。スターラー２８は、シャーレー２４内の回転子３２を回転させ、シャーレー２４内の塩化カルシウム溶液（第２液体）Ｃを渦巻流動させている。これにより、滴下されるアルギン酸ナトリウム溶液（第１液体）Ａが塩化カルシウム溶液Ｃの液面上で重なってしまい、ゲルＧの未生成が生じてしまうことを防止する役目を果たしている。
【００３２】
シャーレー２４はスターラー２８の上部に設置されている。シャーレー２４の中心はスターラー２８の回転子３２の回転の中心と合っている。シャーレー２４は、例えば透明なアクリルなどの視認可能な材質からなり、管状に形成され、塩化カルシウム溶液Ｃ及びゲルＧの流動状態を目視により確認することができる。シャーレー２４は、透明なアクリル、又は透明若しくは半透明なポリプロピレンなどからなるとしたが、これに限るものではなく、不透明な材質でもよく、アルギン酸ナトリウム溶液Ａ、塩化カルシウム溶液Ｃ、及び生成されるゲルＧを変質又は化学反応させない材質であれば、ガラス又は金属などからなるとしてもよい。シャーレー２４に収容されている塩化カルシウム溶液Ｃは２％の濃度である。
【００３３】
プレート３０はシャーレー２４の上部に設置されている。プレート３０は、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離を一定に保っている。プレート３０は透明アクリル板で形成されている。これにより、プレート３０の外部から塩化カルシウム溶液Ｃの渦巻流動状態を観察することができる。プレート３０は、ヘッド２０のノズル３６面を出す角穴３８と、ヘッド２０を固定するヘッド固定部４０と、塩化カルシウム溶液Ｃをシャーレー２４内に供給する際に用いられる塩化カルシウム溶液供給口４２と、を備えている。塩化カルシウム溶液供給口４２はフタ付きロートである。フタ付きロートはプレート３０の上に設置される。フタ付きロートのフタはロートの上部にあり、左右にスライドが可能である。これにより、ロート内へのパーティクルの侵入防止と塩化カルシウム溶液Ｃのロート外への噴出を防止する（安全対策）。角穴３８には、防水ゴム又はＯリングなどのシール部が形成されている。
【００３４】
インクパックユニット１４は、第２作業台４６と、第２作業台４６に設置されたインクパック（タンク）４８と、を備えている。第２作業台４６は、鏡面金属プレート状の天面５６と、天面５６の下方に設けられた中段５２と、を備えている。インクパック４８は中段５２に設置されている。インクパックユニット１４はアルギン酸ナトリウム溶液Ａを収容し、ヘッド２０近傍に設置されている。インクパックユニット１４は、第２作業台４６の中段５２を上下移動させることにより、上下移動可能である。天面５０は、金属プレートからなりインクパックユニット１４への上部からの衝撃を保護している。金属プレートは鏡面になっている。これにより、ヘッド２０のノズル吐出有無の目視確認として用いることができる。鏡面加工はアルミ表面に無電解ニッケルメッキがコーティングされている。これにより、鏡面金属プレートの軽量化が図られる。インクパックユニット１４の供給口はノズルプレート３４面と同じ高さである。これにより、ノズル３６からの液だれ、あるいはノズル３６内への空気の侵入を防止できる。インクパックユニット１４は、例えば透明又は半透明なポリエチレンなどからなる。なお、ゲル製造装置２では、インクパックユニット１４に収容されているアルギン酸ナトリウム溶液Ａが１％の濃度である。
【００３５】
ヘッド吸引ポンプ１６は、ヘッド２０の目詰まりを防止するためのクリーニング機構を備えている。クリーニング機構は、例えば、所定数の液滴吐出後又は画像解析部５４がゲルＧの異常を解析した場合等に、ヘッド２０からの強制的な液滴吸引やヘッド清掃を行い、ゲル製造装置２の安定稼動を図るものである。
【００３６】
第１作業台１８は、鏡面金属プレート状の天面５６を備えている。鏡面金属プレートは、例えば、ゲル製造前にヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを鏡面金属プレート上に吐出し、吐出された状態からヘッド２０のノズル吐出有無の目視確認を事前にすることでヘッド２０の安定稼動を図るものである。
【００３７】
ヘッド２０は、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを吐出するための複数のノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備えている。これによれば、多吐出機構部化が可能になり、短時間に多くのゲルＧを製造できる。また、ヘッド２０毎に吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの吐出量や種類を変えることが可能となり、多岐に渡るゲル製造が一度にできる。ノズル３６は、例えば直径１００μｍであり、吐出周波数１０Ｈｚ以上でノズル３６から吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａは、流速１ｍｍ／ｓとする。ノズル３６から吐出する液滴の大きさは、約５０μｍである。アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、インクパック４８に収容されていて、導管６０に導かれてヘッド２０へ供給される。塩化カルシウム溶液Ｃの液面の平滑領域と複数のノズル３６の配列領域とは、塩化カルシウム溶液Ｃの水面と平行な方向にオーバーラップしている。また、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに交差している。なお、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向と複数のノズル３６の配列方向とは、互いに直角になるように構成されていてもよい。これによれば、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、塩化カルシウム溶液Ｃの流動方向に対して各ノズル３６間距離を最大にとることができるため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、さらに密着することなく、個々のゲルＧを得ることができる。なお、ノズル３６はヘッド２０に１列形成されているとしたが、これに限るものではなく、複数列形成されていてもよい。ヘッド２０のノズルプレート３４と、スターラー２８により渦巻流動される塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（間隔）は規定されている。
【００３８】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内を渦巻流動する塩化カルシウム溶液Ｃに向けて、ノズル３６からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを液滴吐出法により吐出させることで、シャーレー２４内において、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが化学反応して生成されたゲルＧを得る。具体的には、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを塩化カルシウム溶液Ｃに向けて吐出させることで、アルギン酸ナトリウムＡと塩化カルシウムＣとが化学反応し、アルギン酸カルシウムゲルが生成される。
【００３９】
図５は、本実施形態に係るゲル製造装置２の制御構成を示すブロック図である。制御部２２は、撮像機６２を通して把握したゲル化状態や、ゲル製造装置２の稼動状態等を表示する表示部６４と、ゲル製造装置２の各部への指示等を入力するための操作部６６と、を有している。この場合、制御部２２としていわゆるパーソナルコンピューターを用いており、ゲル製造装置２を制御するための制御部２２の詳細について、次に説明する。
【００４０】
制御部２２は、ゲル製造装置２を総合的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）６８と、ＣＰＵ６８が参照して液滴の吐出等の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）７０と、操作部６６、撮像機６２、及び検出器７２から送られて来るデータ等を一時的に記憶しておくＲＡＭ（Random Access Memory）７４と、を有している。また、制御部２２は、撮像機６２からの画像データを受信して解析する画像解析部５４と、ヘッド２０を制御する吐出制御部７６と、スターラー２８を制御する渦巻制御部７８と、検出器７２からの液体量のデータを受信する液量検出部８０と、表示部６４及び操作部６６あるいは外部機器との入出力を行うための入出力インターフェース８２と、を備えている。
【００４１】
画像解析部５４は、撮像機６２が撮影したアルギン酸ナトリウム溶液Ａのゲル状態を示す画像を受信して、所望の形態のゲルであるか否かを解析する。解析結果は、ＣＰＵ６８に伝えられ、ＣＰＵ６８が、吐出の継続の可否等を決定して、吐出制御部７６及び渦巻制御部７８へ指示する。吐出制御部７６は、ＣＰＵ６８の指示に基づいてヘッド２０からの液滴の吐出を制御する。渦巻制御部７８は、吐出制御部７６によるヘッド２０からの液滴の吐出に対応して、アルギン酸ナトリウム溶液Ａが塩化カルシウム溶液Ｃの液面上で重ならないように、スターラー２８を制御する。液量検出部８０は、インクパック４８の検出器７２が検出した、塩化カルシウム溶液Ｃの液量を受信し、吐出継続に必要な液量であるか否かを判断する。判断結果は、ＣＰＵ６８に伝えられ、液量不足と判断した場合、ＣＰＵ６８が吐出制御部７６に停止を指示する。停止の場合、ＣＰＵ６８は、表示部６４へ停止した旨の警報を表示させる。
【００４２】
次に、ゲル製造装置２によりアルギン酸ナトリウム溶液Ａのゲルを生成（製造）する方法について、フローチャートに基づいて説明する。
図６は、本実施形態に係るゲルを製造するための工程を示すフローチャートである。このフローチャートは、１回の液滴吐出のフローを示すものである。
【００４３】
事前準備として、ゲル製造者は、塩化カルシウム溶液Ｃをシャーレー２４内に入れる。なお、塩化カルシウム溶液Ｃを塩化カルシウム溶液供給口４２を介してシャーレー２４内に入れてもよい。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（プラテンギャップ）Ｓを規定することにより決定される。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、シャーレー２４の側面に印刷された目盛り線により測定される。塩化カルシウム溶液Ｃの量は、事前にシャーレー２４内に塩化カルシウム溶液Ｃを、ノズルプレート３４と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との必要な距離分だけ入れられ、その塩化カルシウム溶液Ｃの重さが測定される。次回から、ゲル製造者は塩化カルシウム溶液Ｃを必要な重さだけ電子天秤で測定し、塩化カルシウム溶液供給口４２を介して入れる。
【００４４】
次に、ゲル製造者は、制御部２２の電源を投入し液滴の吐出パターンを選択する。吐出パターンとは、ノズル３６から吐出する液体に応じた吐出条件を設定したものであり、ピエゾ素子へ印加する電圧波形等が含まれる。この場合、液滴の吐出数も含まれる。アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出するための吐出パターンを選択する。
【００４５】
次に、ゲル製造者は、第１作業台１８の天面５６の鏡面金属プレート上にて、ヘッド２０の吐出を事前確認する。アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、ヘッド２０が有する図示していないピエゾ素子に押されて、ノズル３６から液滴となって吐出される。
【００４６】
次に、ゲル製造者は、ヘッド２０をシャーレー２４上部のプレート３０の角穴３８にセットし、ヘッド固定部４０によりヘッド２０上部を固定する。ヘッド２０のセット位置は、塩化カルシウム溶液Ｃの回転により発生する中央部の窪みＰを避け、塩化カルシウム溶液Ｃの平滑面上にセットする。なお、多ノズルヘッドにおいては、塩化カルシウム溶液Ｃの回転方向に対しノズル３６配置列方向を垂直にセットしてもよい。また、多ノズルヘッドのおいては、塩化カルシウム溶液Ｃに回転方向に対しノズル３６配置列方向を斜めにセットしてもよい。
【００４７】
以上で事前準備が終了し、先ず、ステップＳ１０において、制御部２２は、スターラー２８を用いて回転子３２により塩化カルシウム溶液Ｃを渦巻流動させる。
【００４８】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、渦巻流動する塩化カルシウム溶液Ｃにヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出させる。吐出された液滴は、流動している塩化カルシウム溶液Ｃの中へ投入される。この状態の液滴が塩化カルシウム溶液Ｃと反応してゲルＧになるため、均一な形状のゲルＧを得ることができる。液滴の吐出後、ステップＳ３０へ進む。
【００４９】
次に、ステップＳ３０において、制御部２２は、所定のゲル状態か否かを判断する。つまり、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴が所望の形状のゲルＧになっているか否かの判断をする。この判断は、撮像機６２で撮影したゲルＧの映像を参照して、画像解析部５４が行う。ゲル製造装置２では、撮像機６２が図示していないゲル回収部の回収ネットに回収されたゲルＧを撮影している。そして、ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０へ進み、一方、ゲルＧが所定のゲル状態でなければ、ステップＳ５０でその旨を警報表示してフローを終了する。フローを終了することで液滴の吐出等を停止する。
【００５０】
ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０において、選択した吐出数が修了したか否かを判断する。この判断は、ヘッド２０の吐出数をカウントして、図示していない吐出制御部が行う。そして、所定数の液滴を吐出していれば、フローを修了し、一方、所定数の液滴を吐出していなければ、ステップＳ２０へ戻る。
【００５１】
ステップＳ２０へ戻る場合、所定数の液滴を吐出するまで、ステップＳ２０のステップを継続して実行する。そして、所定数の液滴を吐出すれば、フローを終了する。ヘッド２０及びスターラー２８の電源を切る。ヘッド２０を取り除き、シャーレー２４をスライドさせながら取り除く。又は、ヘッド２０とプレート３０を取り除き、シャーレー２４にフタをして移動する。
【００５２】
以上、ゲル製造装置２を用いたゲル製造方法の実施形態について説明した。以下に、実施形態の効果をまとめて記載する。
【００５３】
（１）ゲル製造装置２は、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、塩化カルシウム溶液Ｃが渦巻流動しているため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、密着することなく、個々のゲルを得ることができる。
【００５４】
（２）少なくともヘッド２０から吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、液滴の大きさや、吐出の速度及び方向等の制御が確実かつ容易になされる。そのため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、塩化カルシウム溶液Ｃと確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。この場合、アルギン酸ナトリウム溶液Ａは、ディスペンサー等により吐出してもよく、またインクジェット方式により吐出してもよい。
【００５５】
（３）ゲル製造装置２は、ヘッド２０がインクジェット方式であるため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴の大きさや、吐出の速度及ぶ方向等の制御が他吐出方式より正確に行え、液滴を常に同一条件で均一な大きさにゲル化することができる。特に、微小なゲルＧであっても、ゲルＧの均一化が図れる。
【００５６】
（４）アルギン酸ナトリウム溶液Ａがヘッド２０から液滴の状態で吐出されるため、１０μｍの大きさの均一なゲルＧが得られる。この液滴の大きさを調整すれば、本実施形態で生成した１０μｍ以外の所望の大きさのゲルＧが容易に得られる。
【００５７】
（５）塩化カルシウム溶液Ｃが静止状態ではなくシャーレー２４内で渦巻流動される方式であるため、塩化カルシウム溶液Ｃの汚染あるいは生菌の発生等を防止することができる。
【００５８】
また、ゲル製造方法及びゲル製造装置２は、上記の実施形態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、実施形態と同様な効果が得られる。
【００５９】
（変形例１）
図７は、変形例における多数ヘッドに対応する各プレートを示す平面図である。上記各実施形態では、ヘッド２０は、ゲル生成ユニット１２に１個配置していると図示したが、これに限るものではなく、ゲル生成ユニット１２に複数配置されている構成としてもよい。具体的には、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プレート３０上の角穴３８がアルギン酸ナトリウム溶液Ａの窪みＰを中心として対角に複数配置されている構成としてもよい。これによれば、塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをヘッド２０により連続して吐出しても、各ヘッド２０が離れているため、各ヘッド２０より吐出されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、密着することなく、個々のゲルＧを得ることができる。また、図７（Ｃ）に示すように、プレート３０上の角穴３８がアルギン酸ナトリウム溶液Ａの窪みＰを中心に同心円状に複数配置されている構成としてもよい。これによれば、各吐出機構部下の塩化カルシウム溶液Ｃの流動速度が同じになるため、均一な大きさにゲル化することができる。
【００６０】
（変形例２）
アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を吐出するヘッド２０は、インクジェット方式ではなく、例えば、ディスペンサー等によりアルギン酸ナトリウム溶液Ａを滴下等する方法であってもよい。これによれば、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を塩化カルシウム溶液Ｃへ向けて、正確に吐出することができ、ゲルＧの生成が行える。このように、インクジェット方式と多様な吐出方式とを併用することにより、吐出する種々の溶液に対応したゲル製造装置を提供できる。そして、粘性の高い容液を吐出するために、容液を加熱して粘度を低くする機構をゲル製造装置２に設けてもよい。
【００６１】
（変形例３）
また、インクパック４８の検出器７２は、貯蔵する液体量以外に液体の濃度等の情報を検出してもよい。
【００６２】
（変形例４）
ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面の距離（プラテンギャップ）Ｓはシャーレー２４内に図示しない水位センサーを搭載し、一定水位になったら吸水（塩化カルシウム溶液Ｃ）を停止してもよい。これによれば、一定水位になったら吸水（塩化カルシウム溶液Ｃ）を停止することができるため、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離（プラテンギャップ）の管理ができる。そのため、アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴は、塩化カルシウム溶液Ｃと確実に接触するように所定の大きさで吐出され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００６３】
（変形例５）
上記各実施形態では、アルギン酸のゲルＧを得るために、第１液体としてアルギン酸ナトリウム溶液Ａを用い、塩化カルシウム溶液Ｃとして塩化カルシウム溶液Ｃを用いた場合を例に説明した。このほかに、アルギン酸のゲルＧを得るためには、第１液体としてアルギン酸カリウム溶液を用い、塩化カルシウム溶液Ｃとして塩化バリウム溶液を用いる方法等であってもよく、ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体であれば、適用できる。また、ゲルＧ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、硬化剤、薬剤、酸素、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、酸素、細胞、顔料、触媒、ナノ粒子、蛍光粒子等を内部に封入したゲルＧを得ることができる。例えば、硬化剤や薬剤を内部に封入したゲルＧは、外部圧力等が加わったときゲルＧから硬化剤や薬剤が出て硬化作用や薬剤作用が始まるといった使用方法をも可能とし、さらに、微小液体を形成することにより、狭小な箇所でも硬化作用や薬剤作用を得られるゲルＧを製造することが可能である。特に、歯科材料として硬化剤を内部に封入した微小なゲルＧを製造することによって、歯冠などの狭小な箇所に適量の硬化剤を与えることが可能である。硬化剤を必要量以上使用することがなく、硬化剤の無駄がなくなる他、歯科治療の費用を低くすることができる。なお、それぞれの液体における液滴の大きさや濃度は、各実施形態の設定に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
２…ゲル製造装置 １０…ベースプレート １２…ゲル生成ユニット １４…インクパックユニット １６…ヘッド吸引ポンプ １８…第１作業台 ２０…ヘッド（吐出機構部） ２２…ヘッド駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２６…シャーレーガイドプレート ２８…スターラー（流動機構部） ３０…プレート ３２…回転子 ３４…ノズルプレート ３６…ノズル ３８…角穴 ４０…ヘッド固定部 ４２…塩化カルシウム溶液供給口 ４６…第２作業台 ４８…インクパック（タンク） ５０…天面 ５２…中段 ５４…画像解析部 ５６…天面 ６０…導管 ６２…撮像機 ６４…表示部 ６６…操作部 ６８…ＣＰＵ ７０…ＲＯＭ ７２…検出器 ７４…ＲＡＭ ７６…吐出制御部 ７８…渦巻制御部 ８０…液量検出部 ８２…入出力インターフェース。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体へ滴下して前記第１液体と前記第２液体とのゲルを製造するゲル製造装置であって、
前記第２液体を収容する容器と、
前記容器内において前記第２液体を渦巻流動させる流動機構部と、
前記第１液体を収容するタンクと、
前記タンクと連通し、渦巻流動されている前記第２液体に、前記第１液体の液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズルが形成されたノズルプレートを備える吐出機構部と、
を含み、
前記第２液体の液面の平滑領域と前記複数のノズルの配列領域とは、前記第２液体の水面と平行な方向にオーバーラップし、
前記第２液体の流動方向と前記複数のノズルの配列方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のゲル製造装置において、
前記交差は、直角であることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のゲル製造装置において、
前記流動機構部は、スターラーを用いて回転子により前記第２液体を渦巻流動させていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、複数設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心として対角に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項６】
請求項４に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心に同心円状に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記容器内の前記第２液体の水位を感知する水位センサーと、
前記容器内に前記第２液体を供給する供給装置と、
をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、インクジェットヘッドであることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のゲル製造装置を用いたゲル製造方法。
【請求項１】
ゲル形成材を含む第１液体を反応してゲル化する第２液体へ滴下して前記第１液体と前記第２液体とのゲルを製造するゲル製造装置であって、
前記第２液体を収容する容器と、
前記容器内において前記第２液体を渦巻流動させる流動機構部と、
前記第１液体を収容するタンクと、
前記タンクと連通し、渦巻流動されている前記第２液体に、前記第１液体の液滴を吐出する配列方向に沿って配置された複数のノズルが形成されたノズルプレートを備える吐出機構部と、
を含み、
前記第２液体の液面の平滑領域と前記複数のノズルの配列領域とは、前記第２液体の水面と平行な方向にオーバーラップし、
前記第２液体の流動方向と前記複数のノズルの配列方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載のゲル製造装置において、
前記交差は、直角であることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のゲル製造装置において、
前記流動機構部は、スターラーを用いて回転子により前記第２液体を渦巻流動させていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、複数設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項５】
請求項４に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心として対角に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項６】
請求項４に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、渦巻流動されている前記第２液体の回転軸を中心に同心円状に設けられていることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記容器内の前記第２液体の水位を感知する水位センサーと、
前記容器内に前記第２液体を供給する供給装置と、
をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記吐出機構部は、インクジェットヘッドであることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のゲル製造装置を用いたゲル製造方法。
【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２０１２−２０２２３（Ｐ２０１２−２０２２３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９５１２（Ｐ２０１０−１５９５１２）
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【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２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１４日（２０１０．７．１４）
【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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