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を提供する。
【解決手段】ゲル製造装置は、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の流速を変更しながら渦巻流動させる流動機構部２８と、容器２４内において第２液体Ｃの渦巻流動の抵抗となる邪魔板２５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の液滴を噴射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を備える噴射機構部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、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の流速を変更しながら渦巻流動させる流動機構部２８と、容器２４内において第２液体Ｃの渦巻流動の抵抗となる邪魔板２５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の液滴を噴射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を備える噴射機構部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］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、前記容器内において前記第２液体の渦巻流動の抵抗となる邪魔板と、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液体の液滴を噴射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噴射機構部と、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液体を噴射機構部により連続して噴射しても、第２液体が流速を変更しながら渦巻流動しているため、容器内では第２液体が乱流となるため、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、少なくとも噴射機構部から噴射される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、噴射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噴射され、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噴射してもよく、またインクジェット方式により噴射してもよい。なお、液滴として噴射された第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、前記邪魔板は、前記渦巻流動に対して抵抗を受ける第１の面と、前記第１の面とは異なる第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、を含み、前記容器内に少なくとも一部が固定されていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１０】
これによれば、第２液体が収容される容器内で、第２液体の流速を変更しながら渦巻流動を容易に実行することができる。また、回転子から最も離れたシャーレーの内壁近傍でも流動性を保持でき、ゲルの滞留を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】本実施形態に係る邪魔板の配置パターンを示す立面図並びに断面図。
【図６】本実施形態に係る邪魔板の変形例を示す平面図。
【図７】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８】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９】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】
【００１２】
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。
【００１３】
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（噴射機構部）２０を駆動するヘッド駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、邪魔板２５と、プレート３０と、ヘッド２０と、を備えている。
【００１６】
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を不規則な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。
【００１７】
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。
【００１８】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５の形状は回転子３２にて形成される渦巻流動の抵抗となる形状であり、例えば直方体、立方体などの形状からなるものである。邪魔板２５は、直方体、立方体などからなるとしたが、これに限るものではなく、渦巻流動の抵抗となる形状であれば、円柱、円錐形状からなるとしてもよい。
【００１９】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５は、回転子３２の回転半径よりも外側、かつシャーレー２４の内壁と接することなく、ある間隔をもって設置されている。邪魔板２５が配置される範囲は、以下の関係を満足させる範囲である。
【００２０】
（回転子３２の回転半径）＜（邪魔板２５の配置範囲）＜（シャーレー２４の半径）
【００２１】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５のサイズは、シャーレー２４の半径から回転子３２の回転半径を引いたサイズ未満であり、以下の関係を満足させるサイズである。
【００２２】
（邪魔板２５のサイズ）＜（シャーレー２４の半径）−（回転子３２の回転半径）
【００２３】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。シャーレー２４内に設置されている邪魔板２５は、例えばアクリルなどの比較的加工しやすい材質からなり、シャーレー２４のサイズ、回転子３２のサイズに応じて任意に形状変更することができる。邪魔板２５は、アクリル、又は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、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。
【００２４】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５は、空隙のない構造からなるものである。例えばアクリル、ポリプロピレンのような材質からなるが、これに限るものではなく、渦巻に対して抵抗となる構造であれば、多孔質又は、空隙をあけた構造であるとしてもよい。
【００２５】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。複数枚配置される邪魔板２５のうち、少なくとも一対は、互いに表面状態の異なる邪魔板２５からなるものである。例えば、空隙のない構造と、多孔質又は、空隙をあけた構造の組合せからなるが、これに限るものではなく、不規則な渦巻を発生させる構造であれば、表面に突起物を設けた邪魔板２５との組合せであるとしてもよい。
【００２６】
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の不規則な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。
【００２７】
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。
【００２８】
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（図７参照）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。
【００２９】
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。
【００３０】
ヘッド２０は、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。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。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により連続して噴射しても、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。
【００３１】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内を不規則な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。
【００３２】
図５は、本実施形態に係る邪魔板２５の配置パターンを示す立面図並びに断面図である。邪魔板２５は回転子３２の回転軸に対称に配置されていてもよい。邪魔板２５は、表面状態の異なる一対の組合せを含んでいれば、枚数、配置は任意変更可能である。例えば、図５に２枚の邪魔板２５を用いた組合せを示す。パターン１は邪魔板２５が流れに対して垂直、軸中心に対称配置である。パターン２は邪魔板２５が流れに対して垂直、軸中心に非対称配置である。パターン３は邪魔板２５が流れに対して傾斜、軸中心に対称配置である。パターン４は邪魔板２５が流れに対して傾斜、軸中心に非対称配置である。また邪魔板２５はシャーレー２４内壁には接合されず、ある間隔をもって配置されている。これにより、シャーレー２４内壁近傍での流動が維持、促進される。
【００３３】
図６は、本実施形態に係る邪魔板２５の変形例を示す平面図である。邪魔板２５は、空隙のない構造からなるものに限らず、不規則な渦巻を発生させる構造であれば、多孔質又は、空隙をあけた、突起物を設けた構造であるとしてもよい。これら表面状態の異なる邪魔板２５を少なくとも一対設けることにより、不規則な渦巻流動をさらに不規則化させ、常時、異なる流動を発生させることができる。
【００３４】
図７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、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及び渦巻制御部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。渦巻制御部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、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、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａの消費量を受信し、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８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回の液滴噴射のフローを示すものである。
【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、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。
【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、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（第２液体）Ｃを不規則な渦巻流動させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、不規則な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（第１液体）Ａの液滴を噴射させる。噴射された液滴は、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、フローを修了し、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。
【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、塩化カルシウム溶液Ｃが不規則な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。
【００４９】
（２）少なくともヘッド２０から噴射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、噴射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噴射され、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噴射してもよく、またインクジェット方式により噴射してもよい。
【００５０】
（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、噴射の速度及ぶ方向等の制御が他噴射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。
【００５１】
（４）アルギン酸ナトリウム溶液Ａがヘッド２０から液滴の状態で噴射されるため、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。
【００５２】
（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内で不規則な渦巻流動される方式であるため、回転子３２から最も離れたシャーレー２４の内壁近傍でも流動性を保持でき、流動が最も低下するシャーレー２４近傍でのゲルの滞留を防止することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
（変形例１）
図９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９（Ａ）、（Ｂ）、（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を中心として対角、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、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９（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、各噴射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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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噴射され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００５８】
（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、第２液体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、第２液体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】
【００５９】
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（噴射機構部） ２２…ヘッド駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２５…邪魔板 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…噴射制御部 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］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、前記容器内において前記第２液体の渦巻流動の抵抗となる邪魔板と、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液体の液滴を噴射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噴射機構部と、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液体を噴射機構部により連続して噴射しても、第２液体が流速を変更しながら渦巻流動しているため、容器内では第２液体が乱流となるため、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、少なくとも噴射機構部から噴射される第１液体の液滴は、液滴の大きさや、噴射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噴射され、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噴射してもよく、またインクジェット方式により噴射してもよい。なお、液滴として噴射された第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、前記邪魔板は、前記渦巻流動に対して抵抗を受ける第１の面と、前記第１の面とは異なる第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、を含み、前記容器内に少なくとも一部が固定されていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１０】
これによれば、第２液体が収容される容器内で、第２液体の流速を変更しながら渦巻流動を容易に実行することができる。また、回転子から最も離れたシャーレーの内壁近傍でも流動性を保持でき、ゲルの滞留を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】本実施形態に係る邪魔板の配置パターンを示す立面図並びに断面図。
【図６】本実施形態に係る邪魔板の変形例を示す平面図。
【図７】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８】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９】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】
【００１２】
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。
【００１３】
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（噴射機構部）２０を駆動するヘッド駆動ＢＯＸ（制御部）２２と、を備えている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、邪魔板２５と、プレート３０と、ヘッド２０と、を備えている。
【００１６】
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を不規則な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。
【００１７】
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。
【００１８】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５の形状は回転子３２にて形成される渦巻流動の抵抗となる形状であり、例えば直方体、立方体などの形状からなるものである。邪魔板２５は、直方体、立方体などからなるとしたが、これに限るものではなく、渦巻流動の抵抗となる形状であれば、円柱、円錐形状からなるとしてもよい。
【００１９】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５は、回転子３２の回転半径よりも外側、かつシャーレー２４の内壁と接することなく、ある間隔をもって設置されている。邪魔板２５が配置される範囲は、以下の関係を満足させる範囲である。
【００２０】
（回転子３２の回転半径）＜（邪魔板２５の配置範囲）＜（シャーレー２４の半径）
【００２１】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５のサイズは、シャーレー２４の半径から回転子３２の回転半径を引いたサイズ未満であり、以下の関係を満足させるサイズである。
【００２２】
（邪魔板２５のサイズ）＜（シャーレー２４の半径）−（回転子３２の回転半径）
【００２３】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。シャーレー２４内に設置されている邪魔板２５は、例えばアクリルなどの比較的加工しやすい材質からなり、シャーレー２４のサイズ、回転子３２のサイズに応じて任意に形状変更することができる。邪魔板２５は、アクリル、又は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、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。
【００２４】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。邪魔板２５は、空隙のない構造からなるものである。例えばアクリル、ポリプロピレンのような材質からなるが、これに限るものではなく、渦巻に対して抵抗となる構造であれば、多孔質又は、空隙をあけた構造であるとしてもよい。
【００２５】
邪魔板２５は、シャーレー２４内に設置されている。複数枚配置される邪魔板２５のうち、少なくとも一対は、互いに表面状態の異なる邪魔板２５からなるものである。例えば、空隙のない構造と、多孔質又は、空隙をあけた構造の組合せからなるが、これに限るものではなく、不規則な渦巻を発生させる構造であれば、表面に突起物を設けた邪魔板２５との組合せであるとしてもよい。
【００２６】
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の不規則な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。
【００２７】
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。
【００２８】
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（図７参照）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。
【００２９】
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。
【００３０】
ヘッド２０は、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。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。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により連続して噴射しても、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。
【００３１】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内を不規則な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。
【００３２】
図５は、本実施形態に係る邪魔板２５の配置パターンを示す立面図並びに断面図である。邪魔板２５は回転子３２の回転軸に対称に配置されていてもよい。邪魔板２５は、表面状態の異なる一対の組合せを含んでいれば、枚数、配置は任意変更可能である。例えば、図５に２枚の邪魔板２５を用いた組合せを示す。パターン１は邪魔板２５が流れに対して垂直、軸中心に対称配置である。パターン２は邪魔板２５が流れに対して垂直、軸中心に非対称配置である。パターン３は邪魔板２５が流れに対して傾斜、軸中心に対称配置である。パターン４は邪魔板２５が流れに対して傾斜、軸中心に非対称配置である。また邪魔板２５はシャーレー２４内壁には接合されず、ある間隔をもって配置されている。これにより、シャーレー２４内壁近傍での流動が維持、促進される。
【００３３】
図６は、本実施形態に係る邪魔板２５の変形例を示す平面図である。邪魔板２５は、空隙のない構造からなるものに限らず、不規則な渦巻を発生させる構造であれば、多孔質又は、空隙をあけた、突起物を設けた構造であるとしてもよい。これら表面状態の異なる邪魔板２５を少なくとも一対設けることにより、不規則な渦巻流動をさらに不規則化させ、常時、異なる流動を発生させることができる。
【００３４】
図７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、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及び渦巻制御部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。渦巻制御部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、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、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａの消費量を受信し、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８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回の液滴噴射のフローを示すものである。
【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、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。
【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、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（第２液体）Ｃを不規則な渦巻流動させる。
【００４３】
次に、ステップＳ２０において、制御部２２は、不規則な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（第１液体）Ａの液滴を噴射させる。噴射された液滴は、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、フローを修了し、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。
【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、塩化カルシウム溶液Ｃが不規則な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。
【００４９】
（２）少なくともヘッド２０から噴射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、噴射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噴射され、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噴射してもよく、またインクジェット方式により噴射してもよい。
【００５０】
（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、噴射の速度及ぶ方向等の制御が他噴射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。
【００５１】
（４）アルギン酸ナトリウム溶液Ａがヘッド２０から液滴の状態で噴射されるため、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。
【００５２】
（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内で不規則な渦巻流動される方式であるため、回転子３２から最も離れたシャーレー２４の内壁近傍でも流動性を保持でき、流動が最も低下するシャーレー２４近傍でのゲルの滞留を防止することができる。
【００５３】
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。
【００５４】
（変形例１）
図９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９（Ａ）、（Ｂ）、（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を中心として対角、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、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９（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、各噴射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。
【００５５】
（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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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噴射され、均一な大きさにゲル化することが可能である。
【００５８】
（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、第２液体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、第２液体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】
【００５９】
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（噴射機構部） ２２…ヘッド駆動ＢＯＸ（制御部） ２４…シャーレー（容器） ２５…邪魔板 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…噴射制御部 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液体の流速を変更しながら渦巻流動させる流動機構部と、
前記容器内において前記第２液体の渦巻流動の抵抗となる邪魔板と、
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液体の液滴を噴射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噴射機構部と、
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、
前記邪魔板は、
前記渦巻流動に対して抵抗を受ける第１の面と、
前記第１の面とは異なる第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、
を含み、
前記容器内に少なくとも一部が固定されている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液体の流速を変更しながら渦巻流動させる流動機構部と、
前記容器内において前記第２液体の渦巻流動の抵抗となる邪魔板と、
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液体の液滴を噴射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噴射機構部と、
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、
前記邪魔板は、
前記渦巻流動に対して抵抗を受ける第１の面と、
前記第１の面とは異なる第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、
を含み、
前記容器内に少なくとも一部が固定されていることを特徴とするゲル製造装置。
【図８】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２３２２３４（Ｐ２０１２−２３２２３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１００８４５（Ｐ２０１１−１００８４５）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【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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