ゲル製造装置
【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を第２液体Ｃへ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、第１液体Ａを噴射するノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備えるヘッド２０と、第２液体Ｃを収容する容器２４と、第１液体Ａを収容するタンク４８と、容器２４の上方でヘッド２０を移動させる移動手段２８と、を含む。
【解決手段】ゲル製造装置は、ゲル形成材を含む第１液体Ａを第２液体Ｃへ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、第１液体Ａを噴射するノズル３６が形成されたノズルプレート３４を備えるヘッド２０と、第２液体Ｃを収容する容器２４と、第１液体Ａを収容するタンク４８と、容器２４の上方でヘッド２０を移動させる移動手段２８と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被噴射液体に向けて、液滴噴射法により噴射液体を噴射して、ゲルを製造する方法が知られている。例えば、静止した状態の被噴射液体に対して、一定の間隔を空けて、噴射物を噴射する噴射口（ノズル）を配置し、液滴噴射法によりノズルから噴射される噴射物と、静止した状態の被噴射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噴射したいという要望に対応する場合などでは、被噴射液体が、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、微小な液滴が被噴射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］本適用例にかかるゲル製造装置は、ゲル形成材を含む第１液体を第２液体へ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートを備えるヘッドと、前記第２液体を収容する容器と、前記第１液体を収容するタンクと、前記容器の上方で前記ヘッドを移動させる移動手段と、を含む ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体をノズルから連続して噴射しても、第１液体を噴射するノズルを備えるヘッドが、移動手段によって第２液体を収容している容器の上方を移動するため、ノズルから先に噴射された第１液体液滴と、同じノズルから後に噴射された第１液体液滴とは、第２液体液面上の違った所に着弾する。したがって、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ノズルは所定の方向に沿って複数形成され、前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とは、互いに交差することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、ノズルがヘッドに複数形成されているため、一定時間に生成されるゲルの数を増やすことができる。若しくは、所望するゲルの数を生成する時間が短縮できる。
【００１０】
さらに、第１液体を噴射する複数のノズルが形成される方向は、ノズルを備えるヘッドの移動方向と交差しているので、ヘッドの移動に伴うノズルの移動軌跡は、ノズル同士お互い重ならない。複数のノズルが形成される方向とヘッドの移動方向との交差角度をθとし、隣り合うノズルの間隔をＬとすると、ノズルの移動軌跡の間隔はＬ×ｓｉｎθとなる。ここで、複数のノズルが形成される方向とヘッドの移動方向とは交差するため、θが０度あるいは１８０度となることはない。すなわち、ｓｉｎθが０となることはない。したがって、Ｌ×ｓｉｎθが０となることはなく、ノズルの移動軌跡の間隔が０となることはない。このことは、異なったノズルから噴射された第１液体液滴が、第２液体液面上の異なった位置に着弾することを意味する。したがって、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とのなす角は、９０度であることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、ヘッドの移動方向と複数のノズルが形成される方向とのなす角が９０度のとき、ｓｉｎθは、最大値１となるため、ノズルの移動軌跡の間隔Ｌ×ｓｉｎθが最大値Ｌとなる。すなわち、異なったノズルから噴射された第１液体液滴同士の間隔を最も離すことができるため、生成されるゲルが、いっそう、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記移動手段は、前記ヘッドの前記容器に向かい合う面と前記第２液体の液面とを所定の間隔に保って前記ヘッドを移動させることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、ヘッドを移動させる際において、ヘッドの容器に向かい合う面と第２液体の液面との間隔を保つことができるため、ヘッドを移動させてもほぼ同じ条件で、第１液体を第２液体に向けて噴射することが可能となる。したがって、均一な大きさで均一な形状のゲルを生成することができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ヘッドは、複数設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、多ヘッド化が可能になり、短時間に多くのゲルを製造できる。また、ヘッド毎に噴射される第１液体の噴射量や種類を変えることが可能となり、大きさや形状、材質が異なる多種類のゲルを容易に製造することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記容器内の前記第２液体の液面位置を検出するセンサーと、前記容器内に前記第２液体を供給する供給部と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
これによれば、第２液体の液面位置を検出するセンサーを用いて、第２液体の液面位置が所定の位置になったら第２液体の供給を停止することができるため、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）を所定の範囲に維持することができる。そのため、均一な大きさのゲルを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】本実施形態に係わるシャーレーを示す図。
【図６】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７】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８】変形例１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】
【００２０】
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噴射して、液体のゲル化を図るものである。
【００２１】
最初に、ゲル製造装置の一例について説明する。本実施形態に係るゲル製造装置は、ノズルからアルギン酸ナトリウム溶液（第１液体）を、塩化カルシウム溶液（第２液体）に向けて噴射させることで、アルギン酸ナトリウム溶液と塩化カルシウム溶液とを化学反応させ、アルギン酸カルシウムゲルを生成する装置である。
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り、図５は、本実施形態に係わるシャーレーを示す図である。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２０、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９を駆動する、駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００２２】
ベースプレート１０は、後述するゲル生成ユニット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。
【００２３】
ゲル生成ユニット１２は、シャーレー２４と、プレート３０と、ヘッド２０と、ヘッド２０の移動手段であるヘッド移動機構部２８とを備えている。ヘッド移動機構部２８は、例えばモーターなどでもよい。
【００２４】
ヘッド移動機構部２８は、回転軸２９を備え、回転軸は時計あるいは反時計方向に回転する。回転軸２９の端面には、円形のプレート３０が、中央部で固定される。回転軸２９の回転に従って、プレート３０は回転する。
【００２５】
シャーレー２４は、ヘッド移動機構部２８の上部に設置されている。シャーレー２４の中心には、図４及び５に示すように、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９を貫くための通し穴２５が、設けられている。シャーレー２４は、例えば透明なアクリル、又は透明若しくは半透明なポリプロピレンなどの視認可能な材質からなることが好ましい。これにより、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。なお、シャーレー２４の材質は、これらに限るものではなく、不透明な材質でもよい。シャーレー２４の材質は、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。
【００２６】
プレート３０は、回転軸２９によりシャーレー２４の上部に設置される。プレート３０には、ヘッド２０が固定される。固定されたヘッド２０は、回転軸２９の回転に従って回転するプレート３０と一緒に、ノズルプレート３４の下面（塩化カルシウム溶液Ｃの液面と向かい合う面）と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離を一定に保ちながら回転する。
【００２７】
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はシャーレー２４内の塩化カルシウム溶液（第２液体）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。
【００２８】
また、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の外部から滴下されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの滴下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。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。
【００２９】
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４８はアルギン酸ナトリウム溶液Ａを収容する。また、インクパック４８は、収容しているアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液量を検出する検出器７２を有していてもよい。インクパック４８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４８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、金属プレートに向かってヘッド２０から液体を噴射することによって、ヘッド２０のノズル噴射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４８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４８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４８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。
【００３０】
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、所定数の液滴噴射後又は画像解析部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。
【００３１】
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噴射し、噴射された状態からヘッド２０のノズル噴射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。
【００３２】
ヘッド２０は、いわゆるインクジェットヘッドであって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを噴射するための複数のノズル３６が所定の方向に沿って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、多噴射ヘッド化が可能になり、短時間に多くのゲルＧを製造できる。また、ヘッド２０毎に噴射されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの噴射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。ヘッド２０は例えば、ピエゾ素子に所定の電圧波形を印加してピエゾ素子を伸縮させることによって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをノズル３６から噴射する。ノズル３６は、例えば直径１００μｍであり、噴射周波数１０Ｈｚ以上でノズル３６から噴射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から噴射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。また、ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とは、互いに交差していてもよい。なお、ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とのなす角は、互いに直角（９０度）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により連続して噴射しても、ヘッド２０の移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。ヘッド移動機構により移動しているヘッド２０のノズルプレート３４と、シャーレー２４内の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。
【００３３】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内の塩化カルシウム溶液Ｃに向けて、ヘッド移動機構部２８により移動しているヘッド２０に備えられている、ノズル３６からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを液滴噴射法により噴射させることで、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に向けて噴射させることで、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。
【００３４】
図６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。
【００３５】
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が参照して液滴の噴射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を制御する噴射制御部７６と、ヘッド移動機構部２８を制御するヘッド移動機構制御部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イス８２と、を備えている。
【００３６】
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、噴射の継続の可否等を決定して、噴射制御部７６及びヘッド移動機構制御部７８へ指示する。噴射制御部７６は、ＣＰＵ６８の指示に基づいてヘッド２０からの液滴の噴射を制御する。ヘッド移動機構制御部７８は、噴射制御部７６によるヘッド２０からの液滴の噴射に対応して、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、ヘッド移動機構部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、噴射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が噴射制御部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。
【００３７】
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７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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、ゲル製造者は、制御部２２の電源を投入し液滴の噴射パターンを選択する。噴射パターンとは、ノズル３６から噴射する液体に応じた噴射条件を設定したものであり、ヘッド２０を駆動するピエゾ素子へ印加する電圧波形等が含まれる。この場合、液滴の噴射数も含まれる。アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射するための噴射パターンを選択する。
【００４０】
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の噴射を事前確認する。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から液滴となって噴射される。
【００４１】
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が固定されたプレート３０は、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９に固定する。これにより、プレート３０に固定されたヘッド２０は、塩化カルシウム溶液Ｃの液面上にセットされる。なお、多ノズルヘッドにおいては、ヘッド移動（回転）方向に対しノズル３６が形成される配列方向を垂直にセットしてもよい。また、多ノズルヘッドにおいては、ヘッド移動（回転）方向に対しノズル３６の配列方向を斜めにセットしてもよい。
【００４２】
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、ヘッド移動機構部２８を用いて回転軸２９を回転させ、プレート３０に固定されているヘッド２０を回転させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、塩化カルシウム溶液Ｃに、回転しているヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射させる。噴射された液滴は、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。液滴の噴射後、ステップＳ３０へ進む。
【００４４】
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噴射等を停止する。
【００４５】
ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０において、選択した噴射数が修了したか否かを判断する。この判断は、ヘッド２０の噴射数をカウントして、図示していない噴射制御部が行う。そして、所定数の液滴を噴射していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴を噴射していなければ、ステップＳ２０へ戻る。
【００４６】
ステップＳ２０へ戻る場合、所定数の液滴を噴射するまで、ステップＳ２０〜ステップＳ４０のステップを継続して実行する。そして、所定数の液滴を噴射すれば、フローを終了する。ヘッド２０及びヘッド移動機構部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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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により連続して噴射しても、ヘッド２０が移動（回転）しているため、ノズル３６から先に噴射された液滴と、同じノズルから後に噴射された液滴とは、塩化カルシウム溶液Ｃの違った所に着弾する。したがって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００４９】
（２）アルギン酸ナトリウム溶液Ａを噴射する複数のノズル３６が形成される方向は、ノズル３６を備えるヘッド２０の移動方向と交差しているので、ヘッド２０の移動に伴うノズル３６の移動軌跡は、ノズル３６同士お互い重ならない。具体的には、複数のノズル３６が形成される方向とヘッド２０の移動方向との交差角度をθとし、隣り合うノズル３６の間隔をＬとすると、ノズル３６の移動軌跡の間隔はＬ×ｓｉｎθとなる。ここで、複数のノズル３６が形成される方向とヘッド２０の移動方向とは交差するため、θが０度あるいは１８０度となることはない。すなわち、ｓｉｎθが０となることはない。したがって、Ｌ×ｓｉｎθが０となることはなく、ノズル３６の移動軌跡の間隔が０となることはない。このことは、異なったノズル３６から噴射されたアルギン酸ナトリウム溶液Ａが、塩化カルシウム溶液Ｃの液面上の異なった位置に着弾することを意味する。したがって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００５０】
（３）ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とのなす角が９０度であれば、前述したｓｉｎθは、最大値１となるため、ノズル３６の移動軌跡の間隔Ｌ×ｓｉｎθが最大値Ｌとなる。すなわち、異なったノズル３６から噴射されたアルギン酸ナトリウム溶液Ａ同士の間隔を最も離すことができるため、生成されるゲルが、いっそう、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００５１】
（４）ヘッド２０を移動させる際において、ヘッド２０のシャーレー２４に向かい合う面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との間隔を保つことができるため、ヘッド２０を移動させてもほぼ同じ条件で、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを塩化カルシウム溶液Ｃに向けて噴射することが可能となる。したがって、均一な大きさで均一な形状のゲルを生成することができる。
【００５２】
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。変形例の説明にあたっては、上記の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
（変形例１）
図８は、本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８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プレート３０上の角穴３８が、回転軸２９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により連続して噴射しても、各ヘッド２０が離れているため、各ヘッド２０より噴射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８（Ｃ）に示すように、プレート３０上の角穴３８が、回転軸２９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、各ヘッドと、塩化カルシウム溶液Ｃとの相対的な移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。
【００５４】
（変形例２）
アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射するヘッド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、正確に噴射することができ、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噴射方式とを併用することにより、噴射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、粘性の高い容液を噴射するために、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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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内に塩化カルシウム溶液Ｃの液面位置を検出するセンサー（図示せず）を搭載し、所定の液面位置になったらシャーレー２４内に塩化カルシウム溶液Ｃを供給する供給部（図示せず）を停止してもよい。これによれば、所定の液面位置になったら塩化カルシウム溶液Ｃの供給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）を所定範囲内に維持することができる。そのため、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００５７】
（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。この他に、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てもよい。第１液体と第２液体との組み合わせは、ゲル形成材を含む第１液体と、第１液体と反応してゲル化する第２液体との組み合わせであれば、どのような組み合わせでも適用できる。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、液滴として噴射する。これにより、硬化剤、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】
【００５８】
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 ２２…駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２５…通し穴 ２６…シャーレーガイドプレート ２８…ヘッド移動機構部（移動手段） ２９…回転軸 ３０…プレート 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…噴射制御部 ７８…ヘッド移動機構制御部 ８０…液量検出部 ８２…入出力インターフェイス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被噴射液体に向けて、液滴噴射法により噴射液体を噴射して、ゲルを製造する方法が知られている。例えば、静止した状態の被噴射液体に対して、一定の間隔を空けて、噴射物を噴射する噴射口（ノズル）を配置し、液滴噴射法によりノズルから噴射される噴射物と、静止した状態の被噴射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噴射したいという要望に対応する場合などでは、被噴射液体が、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、微小な液滴が被噴射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］本適用例にかかるゲル製造装置は、ゲル形成材を含む第１液体を第２液体へ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートを備えるヘッドと、前記第２液体を収容する容器と、前記第１液体を収容するタンクと、前記容器の上方で前記ヘッドを移動させる移動手段と、を含む ことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、第２液体へ向けて、第１液体をノズルから連続して噴射しても、第１液体を噴射するノズルを備えるヘッドが、移動手段によって第２液体を収容している容器の上方を移動するため、ノズルから先に噴射された第１液体液滴と、同じノズルから後に噴射された第１液体液滴とは、第２液体液面上の違った所に着弾する。したがって、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ノズルは所定の方向に沿って複数形成され、前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とは、互いに交差することを特徴とする。
【０００９】
これによれば、ノズルがヘッドに複数形成されているため、一定時間に生成されるゲルの数を増やすことができる。若しくは、所望するゲルの数を生成する時間が短縮できる。
【００１０】
さらに、第１液体を噴射する複数のノズルが形成される方向は、ノズルを備えるヘッドの移動方向と交差しているので、ヘッドの移動に伴うノズルの移動軌跡は、ノズル同士お互い重ならない。複数のノズルが形成される方向とヘッドの移動方向との交差角度をθとし、隣り合うノズルの間隔をＬとすると、ノズルの移動軌跡の間隔はＬ×ｓｉｎθとなる。ここで、複数のノズルが形成される方向とヘッドの移動方向とは交差するため、θが０度あるいは１８０度となることはない。すなわち、ｓｉｎθが０となることはない。したがって、Ｌ×ｓｉｎθが０となることはなく、ノズルの移動軌跡の間隔が０となることはない。このことは、異なったノズルから噴射された第１液体液滴が、第２液体液面上の異なった位置に着弾することを意味する。したがって、第１液体と第２液体とが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とのなす角は、９０度であることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、ヘッドの移動方向と複数のノズルが形成される方向とのなす角が９０度のとき、ｓｉｎθは、最大値１となるため、ノズルの移動軌跡の間隔Ｌ×ｓｉｎθが最大値Ｌとなる。すなわち、異なったノズルから噴射された第１液体液滴同士の間隔を最も離すことができるため、生成されるゲルが、いっそう、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記移動手段は、前記ヘッドの前記容器に向かい合う面と前記第２液体の液面とを所定の間隔に保って前記ヘッドを移動させることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、ヘッドを移動させる際において、ヘッドの容器に向かい合う面と第２液体の液面との間隔を保つことができるため、ヘッドを移動させてもほぼ同じ条件で、第１液体を第２液体に向けて噴射することが可能となる。したがって、均一な大きさで均一な形状のゲルを生成することができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記ヘッドは、複数設けられていることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、多ヘッド化が可能になり、短時間に多くのゲルを製造できる。また、ヘッド毎に噴射される第１液体の噴射量や種類を変えることが可能となり、大きさや形状、材質が異なる多種類のゲルを容易に製造することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例にかかるゲル製造装置において、前記容器内の前記第２液体の液面位置を検出するセンサーと、前記容器内に前記第２液体を供給する供給部と、をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
これによれば、第２液体の液面位置を検出するセンサーを用いて、第２液体の液面位置が所定の位置になったら第２液体の供給を停止することができるため、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）を所定の範囲に維持することができる。そのため、均一な大きさのゲルを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】本実施形態に係わるシャーレーを示す図。
【図６】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７】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８】変形例１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】
【００２０】
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噴射して、液体のゲル化を図るものである。
【００２１】
最初に、ゲル製造装置の一例について説明する。本実施形態に係るゲル製造装置は、ノズルからアルギン酸ナトリウム溶液（第１液体）を、塩化カルシウム溶液（第２液体）に向けて噴射させることで、アルギン酸ナトリウム溶液と塩化カルシウム溶液とを化学反応させ、アルギン酸カルシウムゲルを生成する装置である。
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り、図５は、本実施形態に係わるシャーレーを示す図である。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２０、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９を駆動する、駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００２２】
ベースプレート１０は、後述するゲル生成ユニット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。
【００２３】
ゲル生成ユニット１２は、シャーレー２４と、プレート３０と、ヘッド２０と、ヘッド２０の移動手段であるヘッド移動機構部２８とを備えている。ヘッド移動機構部２８は、例えばモーターなどでもよい。
【００２４】
ヘッド移動機構部２８は、回転軸２９を備え、回転軸は時計あるいは反時計方向に回転する。回転軸２９の端面には、円形のプレート３０が、中央部で固定される。回転軸２９の回転に従って、プレート３０は回転する。
【００２５】
シャーレー２４は、ヘッド移動機構部２８の上部に設置されている。シャーレー２４の中心には、図４及び５に示すように、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９を貫くための通し穴２５が、設けられている。シャーレー２４は、例えば透明なアクリル、又は透明若しくは半透明なポリプロピレンなどの視認可能な材質からなることが好ましい。これにより、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。なお、シャーレー２４の材質は、これらに限るものではなく、不透明な材質でもよい。シャーレー２４の材質は、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。
【００２６】
プレート３０は、回転軸２９によりシャーレー２４の上部に設置される。プレート３０には、ヘッド２０が固定される。固定されたヘッド２０は、回転軸２９の回転に従って回転するプレート３０と一緒に、ノズルプレート３４の下面（塩化カルシウム溶液Ｃの液面と向かい合う面）と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との距離を一定に保ちながら回転する。
【００２７】
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はシャーレー２４内の塩化カルシウム溶液（第２液体）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。
【００２８】
また、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の外部から滴下されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの滴下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。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。
【００２９】
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４８はアルギン酸ナトリウム溶液Ａを収容する。また、インクパック４８は、収容しているアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液量を検出する検出器７２を有していてもよい。インクパック４８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４８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、金属プレートに向かってヘッド２０から液体を噴射することによって、ヘッド２０のノズル噴射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４８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４８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４８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。
【００３０】
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、所定数の液滴噴射後又は画像解析部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。
【００３１】
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噴射し、噴射された状態からヘッド２０のノズル噴射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。
【００３２】
ヘッド２０は、いわゆるインクジェットヘッドであって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを噴射するための複数のノズル３６が所定の方向に沿って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、多噴射ヘッド化が可能になり、短時間に多くのゲルＧを製造できる。また、ヘッド２０毎に噴射されるアルギン酸ナトリウム溶液Ａの噴射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。ヘッド２０は例えば、ピエゾ素子に所定の電圧波形を印加してピエゾ素子を伸縮させることによって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａをノズル３６から噴射する。ノズル３６は、例えば直径１００μｍであり、噴射周波数１０Ｈｚ以上でノズル３６から噴射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から噴射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。また、ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とは、互いに交差していてもよい。なお、ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とのなす角は、互いに直角（９０度）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により連続して噴射しても、ヘッド２０の移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。ヘッド移動機構により移動しているヘッド２０のノズルプレート３４と、シャーレー２４内の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。
【００３３】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内の塩化カルシウム溶液Ｃに向けて、ヘッド移動機構部２８により移動しているヘッド２０に備えられている、ノズル３６からアルギン酸ナトリウム溶液Ａを液滴噴射法により噴射させることで、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に向けて噴射させることで、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。
【００３４】
図６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。
【００３５】
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が参照して液滴の噴射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を制御する噴射制御部７６と、ヘッド移動機構部２８を制御するヘッド移動機構制御部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イス８２と、を備えている。
【００３６】
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、噴射の継続の可否等を決定して、噴射制御部７６及びヘッド移動機構制御部７８へ指示する。噴射制御部７６は、ＣＰＵ６８の指示に基づいてヘッド２０からの液滴の噴射を制御する。ヘッド移動機構制御部７８は、噴射制御部７６によるヘッド２０からの液滴の噴射に対応して、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、ヘッド移動機構部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、噴射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が噴射制御部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。
【００３７】
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７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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、ゲル製造者は、制御部２２の電源を投入し液滴の噴射パターンを選択する。噴射パターンとは、ノズル３６から噴射する液体に応じた噴射条件を設定したものであり、ヘッド２０を駆動するピエゾ素子へ印加する電圧波形等が含まれる。この場合、液滴の噴射数も含まれる。アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射するための噴射パターンを選択する。
【００４０】
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の噴射を事前確認する。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から液滴となって噴射される。
【００４１】
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が固定されたプレート３０は、ヘッド移動機構部２８の回転軸２９に固定する。これにより、プレート３０に固定されたヘッド２０は、塩化カルシウム溶液Ｃの液面上にセットされる。なお、多ノズルヘッドにおいては、ヘッド移動（回転）方向に対しノズル３６が形成される配列方向を垂直にセットしてもよい。また、多ノズルヘッドにおいては、ヘッド移動（回転）方向に対しノズル３６の配列方向を斜めにセットしてもよい。
【００４２】
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、ヘッド移動機構部２８を用いて回転軸２９を回転させ、プレート３０に固定されているヘッド２０を回転させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、塩化カルシウム溶液Ｃに、回転しているヘッド２０からアルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射させる。噴射された液滴は、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。液滴の噴射後、ステップＳ３０へ進む。
【００４４】
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噴射等を停止する。
【００４５】
ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０において、選択した噴射数が修了したか否かを判断する。この判断は、ヘッド２０の噴射数をカウントして、図示していない噴射制御部が行う。そして、所定数の液滴を噴射していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴を噴射していなければ、ステップＳ２０へ戻る。
【００４６】
ステップＳ２０へ戻る場合、所定数の液滴を噴射するまで、ステップＳ２０〜ステップＳ４０のステップを継続して実行する。そして、所定数の液滴を噴射すれば、フローを終了する。ヘッド２０及びヘッド移動機構部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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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により連続して噴射しても、ヘッド２０が移動（回転）しているため、ノズル３６から先に噴射された液滴と、同じノズルから後に噴射された液滴とは、塩化カルシウム溶液Ｃの違った所に着弾する。したがって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００４９】
（２）アルギン酸ナトリウム溶液Ａを噴射する複数のノズル３６が形成される方向は、ノズル３６を備えるヘッド２０の移動方向と交差しているので、ヘッド２０の移動に伴うノズル３６の移動軌跡は、ノズル３６同士お互い重ならない。具体的には、複数のノズル３６が形成される方向とヘッド２０の移動方向との交差角度をθとし、隣り合うノズル３６の間隔をＬとすると、ノズル３６の移動軌跡の間隔はＬ×ｓｉｎθとなる。ここで、複数のノズル３６が形成される方向とヘッド２０の移動方向とは交差するため、θが０度あるいは１８０度となることはない。すなわち、ｓｉｎθが０となることはない。したがって、Ｌ×ｓｉｎθが０となることはなく、ノズル３６の移動軌跡の間隔が０となることはない。このことは、異なったノズル３６から噴射されたアルギン酸ナトリウム溶液Ａが、塩化カルシウム溶液Ｃの液面上の異なった位置に着弾することを意味する。したがって、アルギン酸ナトリウム溶液Ａと塩化カルシウム溶液Ｃとが反応して生成されるゲルが、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００５０】
（３）ヘッド２０の移動方向と複数のノズル３６が形成される方向とのなす角が９０度であれば、前述したｓｉｎθは、最大値１となるため、ノズル３６の移動軌跡の間隔Ｌ×ｓｉｎθが最大値Ｌとなる。すなわち、異なったノズル３６から噴射されたアルギン酸ナトリウム溶液Ａ同士の間隔を最も離すことができるため、生成されるゲルが、いっそう、所望の大きさよりも大きくなったり、形状が不均一となったりすることを抑制することができる。
【００５１】
（４）ヘッド２０を移動させる際において、ヘッド２０のシャーレー２４に向かい合う面と塩化カルシウム溶液Ｃの液面との間隔を保つことができるため、ヘッド２０を移動させてもほぼ同じ条件で、アルギン酸ナトリウム溶液Ａを塩化カルシウム溶液Ｃに向けて噴射することが可能となる。したがって、均一な大きさで均一な形状のゲルを生成することができる。
【００５２】
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。変形例の説明にあたっては、上記の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
（変形例１）
図８は、本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８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、プレート３０上の角穴３８が、回転軸２９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により連続して噴射しても、各ヘッド２０が離れているため、各ヘッド２０より噴射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８（Ｃ）に示すように、プレート３０上の角穴３８が、回転軸２９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、各ヘッドと、塩化カルシウム溶液Ｃとの相対的な移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。
【００５４】
（変形例２）
アルギン酸ナトリウム溶液Ａの液滴を噴射するヘッド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、正確に噴射することができ、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噴射方式とを併用することにより、噴射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、粘性の高い容液を噴射するために、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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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内に塩化カルシウム溶液Ｃの液面位置を検出するセンサー（図示せず）を搭載し、所定の液面位置になったらシャーレー２４内に塩化カルシウム溶液Ｃを供給する供給部（図示せず）を停止してもよい。これによれば、所定の液面位置になったら塩化カルシウム溶液Ｃの供給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）を所定範囲内に維持することができる。そのため、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００５７】
（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。この他に、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てもよい。第１液体と第２液体との組み合わせは、ゲル形成材を含む第１液体と、第１液体と反応してゲル化する第２液体との組み合わせであれば、どのような組み合わせでも適用できる。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、液滴として噴射する。これにより、硬化剤、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】
【００５８】
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 ２２…駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２５…通し穴 ２６…シャーレーガイドプレート ２８…ヘッド移動機構部（移動手段） ２９…回転軸 ３０…プレート 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…噴射制御部 ７８…ヘッド移動機構制御部 ８０…液量検出部 ８２…入出力インターフェイス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲル形成材を含む第１液体を第２液体へ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、
前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートを備えるヘッドと、
前記第２液体を収容する容器と、
前記第１液体を収容するタンクと、
前記容器の上方で前記ヘッドを移動させる移動手段と、
を含むことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のゲル製造装置において、
前記ノズルは所定の方向に沿って複数形成され、
前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のゲル製造装置において、
前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とのなす角は、９０度であることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のゲル製造装置において、
前記移動手段は、前記ヘッドの前記容器に向かい合う面と前記第２液体の液面とを所定の間隔に保って前記ヘッドを移動させることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記ヘッドは、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６】
請求項１〜５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液体の液面位置を検出するセンサーと、
前記容器内に前記第２液体を供給する供給部と、
をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項１】
ゲル形成材を含む第１液体を第２液体へ滴下してゲルを製造するゲル製造装置であって、
前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートを備えるヘッドと、
前記第２液体を収容する容器と、
前記第１液体を収容するタンクと、
前記容器の上方で前記ヘッドを移動させる移動手段と、
を含むことを特徴とするゲル製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のゲル製造装置において、
前記ノズルは所定の方向に沿って複数形成され、
前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とは、互いに交差することを特徴とするゲル製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のゲル製造装置において、
前記ヘッドの移動方向と前記所定の方向とのなす角は、９０度であることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載のゲル製造装置において、
前記移動手段は、前記ヘッドの前記容器に向かい合う面と前記第２液体の液面とを所定の間隔に保って前記ヘッドを移動させることを特徴とするゲル製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記ヘッドは、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６】
請求項１〜５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液体の液面位置を検出するセンサーと、
前記容器内に前記第２液体を供給する供給部と、
をさらに含むことを特徴とするゲル製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４３６６７（Ｐ２０１２−１４３６６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７２９（Ｐ２０１１−１７２９）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【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８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【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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