セラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置
【課題】微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができるセラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置を提供する。
【解決手段】界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程（Ｓ１００）と、前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程（Ｓ１１０）と、前記冷却した微小液滴を洗浄する工程（Ｓ１２０）と、前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程（Ｓ１３０）と、前記乾燥した微小液滴を焼成する工程（Ｓ１４０）とを備える。
【解決手段】界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程（Ｓ１００）と、前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程（Ｓ１１０）と、前記冷却した微小液滴を洗浄する工程（Ｓ１２０）と、前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程（Ｓ１３０）と、前記乾燥した微小液滴を焼成する工程（Ｓ１４０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分取・分離用カラム充填剤などの用途に数μｍから数百μｍ程度の粒径を有する固体微粒子（以下、単に、微粒子という）が用いられている。
このような微粒子のうち、樹脂で構成された微粒子（以下、樹脂微粒子という）の製造方法としては、交差部を有する微細流路内に２種類の液体（連続相、分散相）を導入して微小液滴を生成し、この生成した微小液滴を、光照射や、加熱、冷却などにより固化させて生成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
また、樹脂微粒子の製造方法として、微小流路（本願でいう微細流路）で生成した微小液滴を、微小流路構造体（本願でいう微細流路構造体）の外部でビーカーなどに収集して硬化すると、硬化した微小粒子（本願でいう微粒子）の粒径のばらつきが大きくなるという課題を解決するために、微小流路の合流部で微小液滴が生成した直後に光照射や加熱を行って、微小流路構造体内の排出流路で微小液滴を硬化させる技術が知られている（例えば、特許文献２）。
また、前記微粒子のうち、セラミックスで構成された微粒子（以下、セラミックス微粒子という）の製造方法としては、スプレードライ法（例えば、特許文献３）や物理的粉砕法（例えば、特許文献４）等を用いる技術が知られている。
【特許文献１】特開２００４−５９８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２１０７号公報
【特許文献３】特開２００６−３１５８７１号公報
【特許文献４】特開２００５−１７４７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献３、４に記載されているスプレードライ法や物理的粉砕法を用いて製造されたセラミックス微粒子は、真円に近い球状粒子を製造することが困難であり、形状が悪く、また、粒径分布が悪いという問題があった。なお、前記微粒子が球状から外れて形状が悪くなると微粒子としての流動性が悪化してしまうため、この微粒子を例えば充填剤に用いた場合は、その充填性が悪化するという問題があった。また、このようなセラミックス微粒子は、分散性が悪いため、分散性を良くするため各種分級工程が必要とされ、製造工程が煩雑化すると共に、歩留も悪いという問題があった。
また、ゾルゲル法と懸濁重合法や乳化重合法を組み合わせて、粒径がサブミクロンから数十μｍのシリカゲルを製造する方法も実用化されているが、この方法では、それ以上のより大きな粒径のセラミックス微粒子を効率よく製造することが難しいという問題があった。
【０００４】
更に、前述した特許文献１、２に記載されているような微細流路を用いた微粒子の製造方法では、樹脂微粒子の球状化においては成功しているが、セラミックス微粒子、特に、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を球状化させた例はなく、難しいとされていた。
更に、特許文献２に記載されているように、微小流路の合流部で微小液滴が生成した直後に光照射や加熱を行う場合は、微小液滴が生成される前に分散相が硬化しないように、様々な工夫（光照射の場合はマスク、加熱の場合は断熱材等）を施さなければならず、微細流路構造体が煩雑化してしまうという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができるセラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成し、前記生成した微小液滴を回収し、冷却した後、前記連続相成分を除去し、その後、前記微小液滴を焼成することを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【０００７】
詳しくは、本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程と、前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程と、前記冷却した微小液滴を洗浄する工程と、前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程と、前記乾燥した微小液滴を焼成する工程と、を備えたことを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【０００８】
前記ゲル化剤は、寒天を好適に用いることができる。
このような構成を備えることで、前記生成した微小液滴を冷却する際、急速に微小液滴を硬化させることができるため、微小液滴の形状を悪化させることがなく、真円に近い状態で強固な球状ゲルを形成することができる。
前記ゲル化剤に、寒天を用いる場合には、前記微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことが好ましい。
このような構成を備えることで、寒天を含む前記分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を生成することができる。
【０００９】
本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体と、前記微細流路構造体内に前記連続相を供給する連続相供給部と、前記微細流路構造体内に前記分散相を供給する分散相供給部と、前記微細流路構造体で生成した微小液滴を回収する回収部と、前記回収部で回収した微小液滴を冷却する冷却部と、前記冷却部で冷却した微小液滴を洗浄する洗浄部と、前記洗浄部で洗浄した微小液滴を乾燥する乾燥部と、を備えることを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【００１０】
前記ゲル化剤に寒天を用いる場合には、前記微細流路構造体、前記連続相供給部及び前記分散相供給部を加熱する加熱部を更に備えていることが好ましい。
このような構成を備えることで、寒天を含む前記分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を生成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができるセラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係るセラミックス微粒子の製造方法を示す各工程のフローチャートである。
本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、図１に示すように、最初に、周知の微細流路構造体を用いて微小液滴を生成する（Ｓ１００：微小液滴生成工程）。
この微小液滴生成工程Ｓ１００では、周知の微細流路構造体の微細流路内に連続相と分散相を例えば別経路で供給し、前記連続相と前記分散相が合流する合流部で、前記連続相中に前記分散相が送り込まれることによって、前記分散相が連続的にせん断され、真円に近い球状の形状を有し、かつ、単分散性に優れた前記分散相で構成された微小液滴を生成する。
【００１３】
この微小液滴生成工程Ｓ１００で用いられる連続相は、界面活性剤を含む油性液体で構成されている。なお、該油性液体に界面活性剤が含まれていない場合には、分散相を連続的にせん断する際、真円に近い球状の微小液滴を連続的に生成することが難しい。前記油性液体は、例えば、イソパラフィンを用いることができる。また、前記界面活性剤は、例えば、ソルビタントリオレエートを用いることができる。前記連続相は、例えば、油性液体に対して界面活性剤が４ｗｔ％程度含まれるものを用いることができる。
また、この微小液滴生成工程Ｓ１００で用いられる分散相は、冷却によりゲル化（固化）するゲル化剤と、セラミックス原料とが含まれる水性液体で構成されている。
【００１４】
前記ゲル化剤は水性のものが用いられ、後述する焼成工程において燃焼、気化するものであれば、その材料は特に限定されないが、ゲル化速度が速く、少量で大きなゲル化強度を得られる点から寒天を用いることが好ましい。特に、寒天から精製された高純度アガロースが純度の面でより好ましい。
寒天は、数％という小量でも、冷却することで急速に強固なゲルを形成することができるため、後述する冷却工程において、微細流路構造体を用いて生成された真円に近い球状の微小液滴の形状を悪化させることなく、真円に近い状態で容易に強固な球状ゲルを生成することができる。
【００１５】
前記セラミック原料は、セラミックス超微粒子が用いられる。ここでいう超微粒子とは、最終的に製造されるセラミックス微粒子よりも粒径が小さいものをいい、例えば、ｎｍオーダーから数μｍ程度の粒径をもつ１次粒子或いは２次粒子を有する微粒子をさす。なお、前記セラミックス超微粒子は、前述したゲル化剤に所定量分散、混合させることができれば、特にその材料は限定されないが、バインダとなるゲル化剤（例えば、寒天）に含まれるカーボンを除去することが必要であるならば、酸素含有雰囲気で焼成可能な酸化物系セラミックス材料を用いることができる。また、ゲル化剤（例えば、寒天）に含まれるカーボンの数％の含有を許容できるものであれば、非酸化物系セラミックス材料も適用可能である。特に、水溶性カーボンブラックや炭化物金属系のセラミックス超微粒子を用いる場合には、前記カーボンを原料の一部として使用するため好適に適用が可能である。なお、ここで用いられるセラミックス超微粒子は、周知の方法（例えば、湿式合成法や物理的粉砕法等）により生成されたものを用いることができる。
【００１６】
なお、ゲル化剤として、寒天を用いる場合には、前記微小液滴生成工程Ｓ１００における微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことが好ましい。このような構成とすることで、寒天を含む分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を形成することができる。
なお、ゲル化剤として、寒天を用いた場合には、前述したように加熱環境下で行うことが好ましいが、加熱環境下で行うかどうかは、ゲル化剤の材料に応じて適時設定される。
【００１７】
また、前記周知の微細流路構造体は、例えば、断面方向の幅及び高さが２０〜１０００μｍ程度の微細流路が形成されたものが用いられる。また、前記微細流路構造体は、微小液滴の形成に用いられる分散相が水性であるため、微細流路の内面は疎水性であることが好ましい。前記微細流路の内面が親水性である場合には、微細流路内の分散相の流れに悪影響を及ぼし、真円に近い球状の微小液滴を生成することが難しい。
【００１８】
次に、生成した微小液滴を回収し、冷却する（Ｓ１１０：微小液滴冷却工程）。
この微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、微小液滴生成工程Ｓ１００の微細流路構造体内で生成した微小液滴を、微細流路構造体の外部へ排出して、例えば、回収容器を用いて前記連続相と共に回収し、回収した微小液滴を冷却する。なお、前記分散相には冷却により固化するゲル化剤が含まれているため、冷却することで、微小液滴内に含まれるゲル化剤が固化し、これによって、微小液滴全体が固化されて球状ゲルとなる。
【００１９】
このように、微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、微細流路構造体で生成した微小液滴をその外部で回収し、回収した微小液滴を冷却するため、微細流路構造体自体が煩雑化することが無く、かつ、微細流路構造体を用いて生成された真円に近い球状の微小液滴の形状を悪化させることなく、真円に近い状態で容易に強固な球状ゲルを生成することができる。
なお、微細流路構造体内で生成した微小液滴を微細流路構造体内で冷却して固化させる場合には、微小液滴が生成される前に、微細流路内に供給した分散相が固化しないように、新たに、加熱手段等を設ける必要があり、微細流路構造体自体が煩雑化してしまうため好ましくない。
なお、この微小液滴を冷却する温度は、使用するゲル化剤により適時設定されるが、ゲル化剤に寒天を用いた場合には、１０℃以下に冷却することが好ましい。
また、この微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、生成した微小液滴を回収しながら冷却してもよく、回収した後、冷却してもよい。なお、早急に冷却処理を施すことが好ましいため、生成した微小液滴を回収しながら冷却したほうが好ましいのは言うまでもない。
【００２０】
次に、冷却した微小液滴（球状ゲル）を洗浄する（Ｓ１２０：微小液滴洗浄工程）。
この微小液滴洗浄工程Ｓ１２０では、微小液滴生成工程Ｓ１００で使用した連続相成分（界面活性剤を含む油性液体成分）、特に、界面活性剤成分を除去する。主たる方法としては、例えば、微小液滴が回収され、冷却された回収容器内にエタノール等の溶剤を供給して、該容器内で、微小液滴と共に回収された連続相を前記溶剤に置換する。また、この処理を行うことで、微小液滴に含まれている水分も前記溶剤に置換される。
【００２１】
次に、洗浄した球状ゲルを乾燥して球状セラミック成形体を得る（Ｓ１３０：微小液滴乾燥工程）。
この微小液滴乾燥工程Ｓ１３０では、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０で使用した溶剤を除去する。主たる方法としては、例えば、前記溶剤に置換した該回収容器内の溶剤を、減圧下により真空乾燥を行うことで、蒸発させて除去する。これによって、球状セラミックス成形体が得られる。
【００２２】
最後に、乾燥させた球状ゲル、すなわち、球状セラミック成形体を焼成する（Ｓ１４０：微小液滴焼成工程）。
この微小液滴焼成工程Ｓ１４０では、前記球状セラミック成形体を焼成することで、球状セラミック成形体内に含まれるゲル化剤が焼成、気化されて、前記ゲル化剤が球状セラミック成形体内から除去され、セラミックス原料の固体成分のみとなった球状セラミック焼結体が得られる。
【００２３】
この焼成を行う際に用いられる雰囲気ガス、焼成温度は、使用する前記ゲル化剤及びセラミックス原料の材質によって適時設定されるが、ゲル化剤として寒天を用いた場合には、酸素雰囲気ガス中で焼成することにより、前記寒天を球状セラミック成形体内から好適に除去することが可能である。また、寒天に含まれる金属不純物の除去を目的とする場合は、水素雰囲気中で焼成することも効果的である。
また、分散相に使用するセラミックス原料の材質や粒径によって、焼成温度を制御することにより、製造されるセラミックス微粒子の構造を多孔体から緻密体まで任意に制御することが可能である。
【００２４】
以上のように、本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、上述した各々の工程を備えているため、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
なお、前述した微小液滴洗浄工程Ｓ１２０を行わず、直接回収した微小液滴を焼成した場合には、各微小液滴同士が凝縮、結合してしまい、微小液滴自体の形状が大きく悪化してしまうため、好ましくない。
なお、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０後、微小液滴乾燥工程Ｓ１３０前に、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０で洗浄した球状ゲルに油性成分を被膜する工程を更に備えることが好ましい。
【００２５】
この油性成分を球状ゲルに被膜する方法としては、例えば、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０において、エタノール等の溶剤に置換された回収容器に、例えば、イソパラフィン等の油性成分を供給し、前記溶剤を前記油性成分に置換することで行う。
その後、油性成分を被膜させた球状ゲルに対して微小液滴乾燥工程Ｓ１３０を行い、前記溶剤成分及び油性成分を除去した後、前記微小液滴焼成工程Ｓ１４０を行うと、微小液滴焼成工程Ｓ１４０における球状セラミック成形体の形状の悪化を防止することができ、より球状のセラミックス微粒子を得ることができる。
【００２６】
次に、前述したセラミックス微粒子の製造方法に用いられるセラミックス微粒子の製造装置を説明する。図２は、本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造装置を説明するための概念図である。
本実施形態に関るセラミックス微粒子の製造装置１は、図２に示すように、微小液滴生成部１０と、微小液滴回収部６０と、微小液滴冷却部９０と、微小液滴洗浄部１００と、微小液滴乾燥部１２０とを備える。
【００２７】
微小液滴生成部１０は、連続相中に分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体２０と、微細流路構造体２０内に連続相を供給する連続相供給部３０と、微細流路構造体２０内に分散相を供給する分散相供給部４０とを備える。微小液滴生成部１０は、例えば、図２に示すように、プラスチック製の板状基板１５上に各々固定された構成を備えている。
【００２８】
微細流路講造体２０は、図２に示すように、連続相を供給する連続相供給口２１と、連続相供給口２１から延びる第１微細流路２２と、分散相を供給する分散相供給口２３と、分散相供給口２３から伸び、第１微細流路２２と任意の角度をもって繋がる第２微細流路２４と、第１微細流路２２と第２微細流路２４と繋がり、前記連続相供給口２１から供給した連続相と、前記連続相中に前記分散相が送り込まれることによって生成される微小液滴とが流れる第３微細流路２５と、前記第３微細流路２５を流れる連続相及び微小液滴を排出する排出口２６とを備える。
【００２９】
本実施形態で係る微細流路構造体２０は、図２に示すように、第１微細流路２２と第３微細流路２５が直線的に繋がっており、第２微細流路２４は、第１微細流路２２及び第３微細流路２５に対して各々９０度の角度をもって繋がったいわゆるＴ字型の構成のものを用いて説明するが、本発明に係る微細流路構造体２０は、連続相中に分散相が送り込まれることによって微小液滴が生成される構成を備えていればよく、図２に示すような構成に限定されるものではない。
【００３０】
微細流路講造体２０は、例えば、第１の板状基板の表面に前記第１から第３微細流路となる溝部を周知の方法（エッチング、レーザー加工等）で形成し、第２の板状基板上に前記連続相供給口、分散相供給口及び排出口となる貫通口を周知の方法（機械加工、レーザー加工等）で形成し、第１の板状基板と第２の板状基板とを前記溝部と前記貫通口とを合わせるように接合することで製造することができる。
微細流路構造体２０に用いられる材質としては、前記溝部や前記貫通口が形成可能であって、かつ、ある程度の耐薬品性を備えていれば、特に限定されない。微細流路構造体２０は、例えば、石英、ガラス、Ａｌ2Ｏ3、ＹＡＧ等のセラミックス、シリコン、樹脂等で構成されている。なお、本実施形態では、ガラスを用いた例で説明する。
【００３１】
連続相供給部３０は、図２に示すように、連続相を所定量保持すると共に、保持された連続相を、例えば、供給管３３を介して微細流路構造体２０の連続相供給口２１に供給する連続相供給装置３７（例えば、注射器）で構成されている。この連続相供給装置３７には、例えば、連続相の供給量を制御可能な図示しない制御部が設けられている。なお、連続相供給装置３７に保持される連続相は、前述したように、界面活性剤を含む油性液体で構成されている。
【００３２】
分散相供給部４０は、図２に示すように、分散相を所定量保持すると共に、保持された分散相を、例えば、供給管４３を介して微細流路構造体２０の分散相供給口２３に供給する分散相供給装置４７（例えば、注射器）で構成されている。この分散相供給装置４７には、例えば、分散相の供給量を制御可能な図示しない制御部が設けられている。なお、分散相供給装置４７に保持される分散相は、前述したように、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成されている。
なお、前記分散相に含まれるゲル化剤に、寒天を用いる場合には、微小液滴生成部１０全体、すなわち、微細流路構造体２０、連続相供給部３０及び分散相供給部４０を、例えば、５０℃程度に加熱する加熱部が更に設けられていることが好ましい。加熱部は、例えば、図２に示す板状基板１５内に埋め込んだ加熱ヒータ５０より構成することができる。
このような構成とすることで、前記分散相に含まれるゲル化剤に、寒天を用いる場合には、微小液滴が微細流路構造体２０の合流部２９で生成される前に該ゲル化剤を含む分散相が固化してしまうのを防止することができる。
【００３３】
微小液滴回収部６０（以下、単に、回収部６０という）は、例えば、図２に示すように、微細流路構造体２０で生成された微小液滴７０と、微小液滴７０と同時に流れる連続相７５を、微細流路構造体２０の排出口２６に連結された排出管６５を介して回収する回収容器（例えば、ガラス製のビーカー）で構成されている。
微小液滴冷却部９０は、例えば、図２に示すように、回収部６０を冷却するための、氷９３を有する氷水９７を保持した金属製の保持容器で構成されている。
微小液滴洗浄部１００は、例えば、図２に示すように、回収部６０に回収された連続相７５を回収部６０から排液する図示しない第１の排液手段と、連続相７５を排液した回収部６０内にエタノール等の溶剤１０５を供給する図示しない溶剤供給手段と、回収部６０内に供給された溶剤１０５を回収部６０から排液する図示しない第２の排液手段とを備える。
【００３４】
前記図示しない第１の排液手段、前記第２の排液手段は、例えば、回収部６０を固定しながら傾斜させて連続相７５又は溶剤１０５のみを回収部６０から排液する図示しない排液装置を用いることができる。
前記図示しない溶剤供給手段は、例えば、回収部６０の周辺に設けられ、溶剤を所定量保持すると共に、保持された溶剤を、回収部６０内に供給することができる図示しない溶剤供給装置で構成されている。
すなわち、微小液滴洗浄部１００では、回収部６０に回収された連続相７５は、溶剤１０５に置換され（図２（ａ））、その後、回収部６０から溶剤１０５が排液される（図２（ｂ））。
このように、微小液滴洗浄部１００では、前記第１、第２の排液手段及び前記溶剤供給手段を備えているため、これによって、回収部６０内に存在する連続相成分、特に、界面活性剤成分を除去することができる。
【００３５】
また、微小液滴洗浄部１００は、溶剤供給手段により回収部６０に溶剤１０５が供給された後、溶剤１０５を攪拌する図示しない攪拌手段や、回収部６０に振動を付与する図示しない振動手段を設けてもよい。このような攪拌手段や、振動手段を設けることで、回収部６０内に存在する連続相成分を除去する効率が向上する。ただし、前記図示しない攪拌手段や振動手段を備える場合には、それによって、回収部６０に収容されている球状ゲルを破壊しないように、その限度において、前記攪拌手段及び抵振手段を設けることが必要である。
微小液滴乾燥部１２０は、例えば、減圧下により真空乾燥を行う図示しない乾燥機で構成されている。微小液滴乾燥部１２０では、例えば、図示しない乾燥機を用いて、図２に示すように、回収部６０に残存する溶剤１０５を完全に蒸発させて除去する。
なお、微小液滴乾燥部１２０は、前記乾燥機ではなく、回収部６０を加熱する図示しない加熱ヒータで構成されていてもよい。
【００３６】
以上のように、本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、上述した構成を備えているため、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
また、本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、微小液滴洗浄部１００で洗浄した微小液滴を油性成分で被膜する図示しない油性成分被膜部を更に備えていることが好ましい。
【００３７】
油性成分被膜部は、例えば、回収部６０内に油性成分を供給する図示しない油性成分供給手段と、回収部６０内に供給された油性成分を回収部６０から排液する図示しない第３の排液手段で構成されている。
前記油性成分供給手段は、例えば、回収部６０の周辺に設けられ、油性成分を所定量保持すると共に、保持された油性成分を、回収部６０内に供給することができる図示しない油性成分供給装置で構成されている。ここでいう油性成分は、前述したように、例えば、イソパラフィンを用いることができる。
前記第３の排液手段は、例えば、回収部６０を固定しながら傾斜させて油性成分を回収部６０から排液する図示しない排液装置を用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
（実施例１）
図２に示すようなセラミックス微粒子の製造装置を用いてセラミックス微粒子を製造した。
幅及び高さが２００μｍであり、内面が疎水性である微細流路を有するＴ字型の微細流路構造体内に、連続相として、界面活性剤（ソルビタントリオレエート）を含むイソパラフィンを、分散相として、水、寒天及び一次粒子の粒径が５０ｎｍ〜１００ｎｍであるリン酸カルシウム粉が分散混合された水性液体を各々供給して、前記分散相で構成された微小液滴を微細流路構造体内で生成し、前記生成した微小液滴及び前記連続相をビーカーで回収して、氷水により冷却して球状ゲルとした。
【００３９】
次に、ビーカーに回収した前記連続相を排液した後、エタノールを前記ビーカー内に供給して、球状ゲルを洗浄し、前記ビーカー内に含まれる連続相成分を除去した。エタノール洗浄後、前記ビーカーを７０℃程度に加熱し、前記ビーカー内のエタノール成分を蒸発させた。
最後に、球状ゲルのエタノール成分を蒸発させて得られた球状セラミック成形体を、加熱炉に投入し、酸素雰囲気ガス中、６００℃で、１時間焼成することにより、セラミックス微粒子を製造した。
図３に、実施例１で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真を示す。
図３に示すように、実施例１で製造されたセラミックス微粒子は、真円に近い球状の形状を備えていることが確認された。
【００４０】
（実施例２）
前記エタノール洗浄後、前記エタノール成分を蒸発させる前に、ビーカー内に、界面活性剤を含まないイソパラフィンを供給して、洗浄した球状ゲルをイソパラフィンにより被膜させた。その後、前記ビーカーを７０℃程度に加熱し、前記ビーカー内のイソパラフィンを蒸発させて球状セラミック成形体を得た。最後に、得られた球状セラミック成形体を加熱炉に投入し、酸素雰囲気ガス中、６００℃で、１時間焼成することにより、セラミックス微粒子を製造した。
その他は、実施例１と同様な方法で行った。
図４に、実施例２で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真を示す。
図４に示すように、実施例２で製造されたセラミックス微粒子は、実施例１のものよりも、真円により近い球状の形状を備えていることが確認された。
【００４１】
（比較例１）
前記エタノール洗浄後を行わないで、その他は、実施例１と同様な方法でセラミックス微粒子を製造した。
その結果、微小液滴を生成し冷却した時点では、真円に近い球状の形状を備えていたにもかかわらず、焼成後においては、各々の微粒子同士が凝縮してしまい、真円に近い球状のセラミックス微粒子を得ることが出来なかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造方法を示す各工程のフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造装置を説明するための概念図である。
【図３】実施例１で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４３】
１ セラミックス微粒子の製造装置
１０ 微小液滴生成部
２０ 微細流路講造体
３０ 連続相供給部
４０ 分散相供給部
５０ 加熱部
６０ 微小液滴回収部
９０ 微小液滴冷却部
１００ 微小液滴洗浄部
１２０ 微小液滴乾燥部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分取・分離用カラム充填剤などの用途に数μｍから数百μｍ程度の粒径を有する固体微粒子（以下、単に、微粒子という）が用いられている。
このような微粒子のうち、樹脂で構成された微粒子（以下、樹脂微粒子という）の製造方法としては、交差部を有する微細流路内に２種類の液体（連続相、分散相）を導入して微小液滴を生成し、この生成した微小液滴を、光照射や、加熱、冷却などにより固化させて生成する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
また、樹脂微粒子の製造方法として、微小流路（本願でいう微細流路）で生成した微小液滴を、微小流路構造体（本願でいう微細流路構造体）の外部でビーカーなどに収集して硬化すると、硬化した微小粒子（本願でいう微粒子）の粒径のばらつきが大きくなるという課題を解決するために、微小流路の合流部で微小液滴が生成した直後に光照射や加熱を行って、微小流路構造体内の排出流路で微小液滴を硬化させる技術が知られている（例えば、特許文献２）。
また、前記微粒子のうち、セラミックスで構成された微粒子（以下、セラミックス微粒子という）の製造方法としては、スプレードライ法（例えば、特許文献３）や物理的粉砕法（例えば、特許文献４）等を用いる技術が知られている。
【特許文献１】特開２００４−５９８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２１０７号公報
【特許文献３】特開２００６−３１５８７１号公報
【特許文献４】特開２００５−１７４７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献３、４に記載されているスプレードライ法や物理的粉砕法を用いて製造されたセラミックス微粒子は、真円に近い球状粒子を製造することが困難であり、形状が悪く、また、粒径分布が悪いという問題があった。なお、前記微粒子が球状から外れて形状が悪くなると微粒子としての流動性が悪化してしまうため、この微粒子を例えば充填剤に用いた場合は、その充填性が悪化するという問題があった。また、このようなセラミックス微粒子は、分散性が悪いため、分散性を良くするため各種分級工程が必要とされ、製造工程が煩雑化すると共に、歩留も悪いという問題があった。
また、ゾルゲル法と懸濁重合法や乳化重合法を組み合わせて、粒径がサブミクロンから数十μｍのシリカゲルを製造する方法も実用化されているが、この方法では、それ以上のより大きな粒径のセラミックス微粒子を効率よく製造することが難しいという問題があった。
【０００４】
更に、前述した特許文献１、２に記載されているような微細流路を用いた微粒子の製造方法では、樹脂微粒子の球状化においては成功しているが、セラミックス微粒子、特に、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を球状化させた例はなく、難しいとされていた。
更に、特許文献２に記載されているように、微小流路の合流部で微小液滴が生成した直後に光照射や加熱を行う場合は、微小液滴が生成される前に分散相が硬化しないように、様々な工夫（光照射の場合はマスク、加熱の場合は断熱材等）を施さなければならず、微細流路構造体が煩雑化してしまうという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができるセラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成し、前記生成した微小液滴を回収し、冷却した後、前記連続相成分を除去し、その後、前記微小液滴を焼成することを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【０００７】
詳しくは、本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程と、前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程と、前記冷却した微小液滴を洗浄する工程と、前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程と、前記乾燥した微小液滴を焼成する工程と、を備えたことを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【０００８】
前記ゲル化剤は、寒天を好適に用いることができる。
このような構成を備えることで、前記生成した微小液滴を冷却する際、急速に微小液滴を硬化させることができるため、微小液滴の形状を悪化させることがなく、真円に近い状態で強固な球状ゲルを形成することができる。
前記ゲル化剤に、寒天を用いる場合には、前記微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことが好ましい。
このような構成を備えることで、寒天を含む前記分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を生成することができる。
【０００９】
本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体と、前記微細流路構造体内に前記連続相を供給する連続相供給部と、前記微細流路構造体内に前記分散相を供給する分散相供給部と、前記微細流路構造体で生成した微小液滴を回収する回収部と、前記回収部で回収した微小液滴を冷却する冷却部と、前記冷却部で冷却した微小液滴を洗浄する洗浄部と、前記洗浄部で洗浄した微小液滴を乾燥する乾燥部と、を備えることを特徴とする。
このような構成を備えることで、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
【００１０】
前記ゲル化剤に寒天を用いる場合には、前記微細流路構造体、前記連続相供給部及び前記分散相供給部を加熱する加熱部を更に備えていることが好ましい。
このような構成を備えることで、寒天を含む前記分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を生成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができるセラミックス微粒子の製造方法及びそれに用いられるセラミックス微粒子の製造装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明について、図面を参照して、詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係るセラミックス微粒子の製造方法を示す各工程のフローチャートである。
本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、図１に示すように、最初に、周知の微細流路構造体を用いて微小液滴を生成する（Ｓ１００：微小液滴生成工程）。
この微小液滴生成工程Ｓ１００では、周知の微細流路構造体の微細流路内に連続相と分散相を例えば別経路で供給し、前記連続相と前記分散相が合流する合流部で、前記連続相中に前記分散相が送り込まれることによって、前記分散相が連続的にせん断され、真円に近い球状の形状を有し、かつ、単分散性に優れた前記分散相で構成された微小液滴を生成する。
【００１３】
この微小液滴生成工程Ｓ１００で用いられる連続相は、界面活性剤を含む油性液体で構成されている。なお、該油性液体に界面活性剤が含まれていない場合には、分散相を連続的にせん断する際、真円に近い球状の微小液滴を連続的に生成することが難しい。前記油性液体は、例えば、イソパラフィンを用いることができる。また、前記界面活性剤は、例えば、ソルビタントリオレエートを用いることができる。前記連続相は、例えば、油性液体に対して界面活性剤が４ｗｔ％程度含まれるものを用いることができる。
また、この微小液滴生成工程Ｓ１００で用いられる分散相は、冷却によりゲル化（固化）するゲル化剤と、セラミックス原料とが含まれる水性液体で構成されている。
【００１４】
前記ゲル化剤は水性のものが用いられ、後述する焼成工程において燃焼、気化するものであれば、その材料は特に限定されないが、ゲル化速度が速く、少量で大きなゲル化強度を得られる点から寒天を用いることが好ましい。特に、寒天から精製された高純度アガロースが純度の面でより好ましい。
寒天は、数％という小量でも、冷却することで急速に強固なゲルを形成することができるため、後述する冷却工程において、微細流路構造体を用いて生成された真円に近い球状の微小液滴の形状を悪化させることなく、真円に近い状態で容易に強固な球状ゲルを生成することができる。
【００１５】
前記セラミック原料は、セラミックス超微粒子が用いられる。ここでいう超微粒子とは、最終的に製造されるセラミックス微粒子よりも粒径が小さいものをいい、例えば、ｎｍオーダーから数μｍ程度の粒径をもつ１次粒子或いは２次粒子を有する微粒子をさす。なお、前記セラミックス超微粒子は、前述したゲル化剤に所定量分散、混合させることができれば、特にその材料は限定されないが、バインダとなるゲル化剤（例えば、寒天）に含まれるカーボンを除去することが必要であるならば、酸素含有雰囲気で焼成可能な酸化物系セラミックス材料を用いることができる。また、ゲル化剤（例えば、寒天）に含まれるカーボンの数％の含有を許容できるものであれば、非酸化物系セラミックス材料も適用可能である。特に、水溶性カーボンブラックや炭化物金属系のセラミックス超微粒子を用いる場合には、前記カーボンを原料の一部として使用するため好適に適用が可能である。なお、ここで用いられるセラミックス超微粒子は、周知の方法（例えば、湿式合成法や物理的粉砕法等）により生成されたものを用いることができる。
【００１６】
なお、ゲル化剤として、寒天を用いる場合には、前記微小液滴生成工程Ｓ１００における微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことが好ましい。このような構成とすることで、寒天を含む分散相が微小液滴生成前に固化されるのを防止することができ、効率よく微小液滴を形成することができる。
なお、ゲル化剤として、寒天を用いた場合には、前述したように加熱環境下で行うことが好ましいが、加熱環境下で行うかどうかは、ゲル化剤の材料に応じて適時設定される。
【００１７】
また、前記周知の微細流路構造体は、例えば、断面方向の幅及び高さが２０〜１０００μｍ程度の微細流路が形成されたものが用いられる。また、前記微細流路構造体は、微小液滴の形成に用いられる分散相が水性であるため、微細流路の内面は疎水性であることが好ましい。前記微細流路の内面が親水性である場合には、微細流路内の分散相の流れに悪影響を及ぼし、真円に近い球状の微小液滴を生成することが難しい。
【００１８】
次に、生成した微小液滴を回収し、冷却する（Ｓ１１０：微小液滴冷却工程）。
この微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、微小液滴生成工程Ｓ１００の微細流路構造体内で生成した微小液滴を、微細流路構造体の外部へ排出して、例えば、回収容器を用いて前記連続相と共に回収し、回収した微小液滴を冷却する。なお、前記分散相には冷却により固化するゲル化剤が含まれているため、冷却することで、微小液滴内に含まれるゲル化剤が固化し、これによって、微小液滴全体が固化されて球状ゲルとなる。
【００１９】
このように、微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、微細流路構造体で生成した微小液滴をその外部で回収し、回収した微小液滴を冷却するため、微細流路構造体自体が煩雑化することが無く、かつ、微細流路構造体を用いて生成された真円に近い球状の微小液滴の形状を悪化させることなく、真円に近い状態で容易に強固な球状ゲルを生成することができる。
なお、微細流路構造体内で生成した微小液滴を微細流路構造体内で冷却して固化させる場合には、微小液滴が生成される前に、微細流路内に供給した分散相が固化しないように、新たに、加熱手段等を設ける必要があり、微細流路構造体自体が煩雑化してしまうため好ましくない。
なお、この微小液滴を冷却する温度は、使用するゲル化剤により適時設定されるが、ゲル化剤に寒天を用いた場合には、１０℃以下に冷却することが好ましい。
また、この微小液滴冷却工程Ｓ１１０では、生成した微小液滴を回収しながら冷却してもよく、回収した後、冷却してもよい。なお、早急に冷却処理を施すことが好ましいため、生成した微小液滴を回収しながら冷却したほうが好ましいのは言うまでもない。
【００２０】
次に、冷却した微小液滴（球状ゲル）を洗浄する（Ｓ１２０：微小液滴洗浄工程）。
この微小液滴洗浄工程Ｓ１２０では、微小液滴生成工程Ｓ１００で使用した連続相成分（界面活性剤を含む油性液体成分）、特に、界面活性剤成分を除去する。主たる方法としては、例えば、微小液滴が回収され、冷却された回収容器内にエタノール等の溶剤を供給して、該容器内で、微小液滴と共に回収された連続相を前記溶剤に置換する。また、この処理を行うことで、微小液滴に含まれている水分も前記溶剤に置換される。
【００２１】
次に、洗浄した球状ゲルを乾燥して球状セラミック成形体を得る（Ｓ１３０：微小液滴乾燥工程）。
この微小液滴乾燥工程Ｓ１３０では、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０で使用した溶剤を除去する。主たる方法としては、例えば、前記溶剤に置換した該回収容器内の溶剤を、減圧下により真空乾燥を行うことで、蒸発させて除去する。これによって、球状セラミックス成形体が得られる。
【００２２】
最後に、乾燥させた球状ゲル、すなわち、球状セラミック成形体を焼成する（Ｓ１４０：微小液滴焼成工程）。
この微小液滴焼成工程Ｓ１４０では、前記球状セラミック成形体を焼成することで、球状セラミック成形体内に含まれるゲル化剤が焼成、気化されて、前記ゲル化剤が球状セラミック成形体内から除去され、セラミックス原料の固体成分のみとなった球状セラミック焼結体が得られる。
【００２３】
この焼成を行う際に用いられる雰囲気ガス、焼成温度は、使用する前記ゲル化剤及びセラミックス原料の材質によって適時設定されるが、ゲル化剤として寒天を用いた場合には、酸素雰囲気ガス中で焼成することにより、前記寒天を球状セラミック成形体内から好適に除去することが可能である。また、寒天に含まれる金属不純物の除去を目的とする場合は、水素雰囲気中で焼成することも効果的である。
また、分散相に使用するセラミックス原料の材質や粒径によって、焼成温度を制御することにより、製造されるセラミックス微粒子の構造を多孔体から緻密体まで任意に制御することが可能である。
【００２４】
以上のように、本発明に係るセラミックス微粒子の製造方法は、上述した各々の工程を備えているため、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
なお、前述した微小液滴洗浄工程Ｓ１２０を行わず、直接回収した微小液滴を焼成した場合には、各微小液滴同士が凝縮、結合してしまい、微小液滴自体の形状が大きく悪化してしまうため、好ましくない。
なお、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０後、微小液滴乾燥工程Ｓ１３０前に、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０で洗浄した球状ゲルに油性成分を被膜する工程を更に備えることが好ましい。
【００２５】
この油性成分を球状ゲルに被膜する方法としては、例えば、微小液滴洗浄工程Ｓ１２０において、エタノール等の溶剤に置換された回収容器に、例えば、イソパラフィン等の油性成分を供給し、前記溶剤を前記油性成分に置換することで行う。
その後、油性成分を被膜させた球状ゲルに対して微小液滴乾燥工程Ｓ１３０を行い、前記溶剤成分及び油性成分を除去した後、前記微小液滴焼成工程Ｓ１４０を行うと、微小液滴焼成工程Ｓ１４０における球状セラミック成形体の形状の悪化を防止することができ、より球状のセラミックス微粒子を得ることができる。
【００２６】
次に、前述したセラミックス微粒子の製造方法に用いられるセラミックス微粒子の製造装置を説明する。図２は、本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造装置を説明するための概念図である。
本実施形態に関るセラミックス微粒子の製造装置１は、図２に示すように、微小液滴生成部１０と、微小液滴回収部６０と、微小液滴冷却部９０と、微小液滴洗浄部１００と、微小液滴乾燥部１２０とを備える。
【００２７】
微小液滴生成部１０は、連続相中に分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体２０と、微細流路構造体２０内に連続相を供給する連続相供給部３０と、微細流路構造体２０内に分散相を供給する分散相供給部４０とを備える。微小液滴生成部１０は、例えば、図２に示すように、プラスチック製の板状基板１５上に各々固定された構成を備えている。
【００２８】
微細流路講造体２０は、図２に示すように、連続相を供給する連続相供給口２１と、連続相供給口２１から延びる第１微細流路２２と、分散相を供給する分散相供給口２３と、分散相供給口２３から伸び、第１微細流路２２と任意の角度をもって繋がる第２微細流路２４と、第１微細流路２２と第２微細流路２４と繋がり、前記連続相供給口２１から供給した連続相と、前記連続相中に前記分散相が送り込まれることによって生成される微小液滴とが流れる第３微細流路２５と、前記第３微細流路２５を流れる連続相及び微小液滴を排出する排出口２６とを備える。
【００２９】
本実施形態で係る微細流路構造体２０は、図２に示すように、第１微細流路２２と第３微細流路２５が直線的に繋がっており、第２微細流路２４は、第１微細流路２２及び第３微細流路２５に対して各々９０度の角度をもって繋がったいわゆるＴ字型の構成のものを用いて説明するが、本発明に係る微細流路構造体２０は、連続相中に分散相が送り込まれることによって微小液滴が生成される構成を備えていればよく、図２に示すような構成に限定されるものではない。
【００３０】
微細流路講造体２０は、例えば、第１の板状基板の表面に前記第１から第３微細流路となる溝部を周知の方法（エッチング、レーザー加工等）で形成し、第２の板状基板上に前記連続相供給口、分散相供給口及び排出口となる貫通口を周知の方法（機械加工、レーザー加工等）で形成し、第１の板状基板と第２の板状基板とを前記溝部と前記貫通口とを合わせるように接合することで製造することができる。
微細流路構造体２０に用いられる材質としては、前記溝部や前記貫通口が形成可能であって、かつ、ある程度の耐薬品性を備えていれば、特に限定されない。微細流路構造体２０は、例えば、石英、ガラス、Ａｌ2Ｏ3、ＹＡＧ等のセラミックス、シリコン、樹脂等で構成されている。なお、本実施形態では、ガラスを用いた例で説明する。
【００３１】
連続相供給部３０は、図２に示すように、連続相を所定量保持すると共に、保持された連続相を、例えば、供給管３３を介して微細流路構造体２０の連続相供給口２１に供給する連続相供給装置３７（例えば、注射器）で構成されている。この連続相供給装置３７には、例えば、連続相の供給量を制御可能な図示しない制御部が設けられている。なお、連続相供給装置３７に保持される連続相は、前述したように、界面活性剤を含む油性液体で構成されている。
【００３２】
分散相供給部４０は、図２に示すように、分散相を所定量保持すると共に、保持された分散相を、例えば、供給管４３を介して微細流路構造体２０の分散相供給口２３に供給する分散相供給装置４７（例えば、注射器）で構成されている。この分散相供給装置４７には、例えば、分散相の供給量を制御可能な図示しない制御部が設けられている。なお、分散相供給装置４７に保持される分散相は、前述したように、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成されている。
なお、前記分散相に含まれるゲル化剤に、寒天を用いる場合には、微小液滴生成部１０全体、すなわち、微細流路構造体２０、連続相供給部３０及び分散相供給部４０を、例えば、５０℃程度に加熱する加熱部が更に設けられていることが好ましい。加熱部は、例えば、図２に示す板状基板１５内に埋め込んだ加熱ヒータ５０より構成することができる。
このような構成とすることで、前記分散相に含まれるゲル化剤に、寒天を用いる場合には、微小液滴が微細流路構造体２０の合流部２９で生成される前に該ゲル化剤を含む分散相が固化してしまうのを防止することができる。
【００３３】
微小液滴回収部６０（以下、単に、回収部６０という）は、例えば、図２に示すように、微細流路構造体２０で生成された微小液滴７０と、微小液滴７０と同時に流れる連続相７５を、微細流路構造体２０の排出口２６に連結された排出管６５を介して回収する回収容器（例えば、ガラス製のビーカー）で構成されている。
微小液滴冷却部９０は、例えば、図２に示すように、回収部６０を冷却するための、氷９３を有する氷水９７を保持した金属製の保持容器で構成されている。
微小液滴洗浄部１００は、例えば、図２に示すように、回収部６０に回収された連続相７５を回収部６０から排液する図示しない第１の排液手段と、連続相７５を排液した回収部６０内にエタノール等の溶剤１０５を供給する図示しない溶剤供給手段と、回収部６０内に供給された溶剤１０５を回収部６０から排液する図示しない第２の排液手段とを備える。
【００３４】
前記図示しない第１の排液手段、前記第２の排液手段は、例えば、回収部６０を固定しながら傾斜させて連続相７５又は溶剤１０５のみを回収部６０から排液する図示しない排液装置を用いることができる。
前記図示しない溶剤供給手段は、例えば、回収部６０の周辺に設けられ、溶剤を所定量保持すると共に、保持された溶剤を、回収部６０内に供給することができる図示しない溶剤供給装置で構成されている。
すなわち、微小液滴洗浄部１００では、回収部６０に回収された連続相７５は、溶剤１０５に置換され（図２（ａ））、その後、回収部６０から溶剤１０５が排液される（図２（ｂ））。
このように、微小液滴洗浄部１００では、前記第１、第２の排液手段及び前記溶剤供給手段を備えているため、これによって、回収部６０内に存在する連続相成分、特に、界面活性剤成分を除去することができる。
【００３５】
また、微小液滴洗浄部１００は、溶剤供給手段により回収部６０に溶剤１０５が供給された後、溶剤１０５を攪拌する図示しない攪拌手段や、回収部６０に振動を付与する図示しない振動手段を設けてもよい。このような攪拌手段や、振動手段を設けることで、回収部６０内に存在する連続相成分を除去する効率が向上する。ただし、前記図示しない攪拌手段や振動手段を備える場合には、それによって、回収部６０に収容されている球状ゲルを破壊しないように、その限度において、前記攪拌手段及び抵振手段を設けることが必要である。
微小液滴乾燥部１２０は、例えば、減圧下により真空乾燥を行う図示しない乾燥機で構成されている。微小液滴乾燥部１２０では、例えば、図示しない乾燥機を用いて、図２に示すように、回収部６０に残存する溶剤１０５を完全に蒸発させて除去する。
なお、微小液滴乾燥部１２０は、前記乾燥機ではなく、回収部６０を加熱する図示しない加熱ヒータで構成されていてもよい。
【００３６】
以上のように、本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、上述した構成を備えているため、微細流路構造体が煩雑化すること無く、真円に近い球状の形状を備え、かつ、単分散性に優れ、セラミックス単体の固体成分のみで構成されたセラミックス微粒子を容易に製造することができる。
また、本発明に係るセラミックス微粒子の製造装置は、微小液滴洗浄部１００で洗浄した微小液滴を油性成分で被膜する図示しない油性成分被膜部を更に備えていることが好ましい。
【００３７】
油性成分被膜部は、例えば、回収部６０内に油性成分を供給する図示しない油性成分供給手段と、回収部６０内に供給された油性成分を回収部６０から排液する図示しない第３の排液手段で構成されている。
前記油性成分供給手段は、例えば、回収部６０の周辺に設けられ、油性成分を所定量保持すると共に、保持された油性成分を、回収部６０内に供給することができる図示しない油性成分供給装置で構成されている。ここでいう油性成分は、前述したように、例えば、イソパラフィンを用いることができる。
前記第３の排液手段は、例えば、回収部６０を固定しながら傾斜させて油性成分を回収部６０から排液する図示しない排液装置を用いることができる。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
（実施例１）
図２に示すようなセラミックス微粒子の製造装置を用いてセラミックス微粒子を製造した。
幅及び高さが２００μｍであり、内面が疎水性である微細流路を有するＴ字型の微細流路構造体内に、連続相として、界面活性剤（ソルビタントリオレエート）を含むイソパラフィンを、分散相として、水、寒天及び一次粒子の粒径が５０ｎｍ〜１００ｎｍであるリン酸カルシウム粉が分散混合された水性液体を各々供給して、前記分散相で構成された微小液滴を微細流路構造体内で生成し、前記生成した微小液滴及び前記連続相をビーカーで回収して、氷水により冷却して球状ゲルとした。
【００３９】
次に、ビーカーに回収した前記連続相を排液した後、エタノールを前記ビーカー内に供給して、球状ゲルを洗浄し、前記ビーカー内に含まれる連続相成分を除去した。エタノール洗浄後、前記ビーカーを７０℃程度に加熱し、前記ビーカー内のエタノール成分を蒸発させた。
最後に、球状ゲルのエタノール成分を蒸発させて得られた球状セラミック成形体を、加熱炉に投入し、酸素雰囲気ガス中、６００℃で、１時間焼成することにより、セラミックス微粒子を製造した。
図３に、実施例１で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真を示す。
図３に示すように、実施例１で製造されたセラミックス微粒子は、真円に近い球状の形状を備えていることが確認された。
【００４０】
（実施例２）
前記エタノール洗浄後、前記エタノール成分を蒸発させる前に、ビーカー内に、界面活性剤を含まないイソパラフィンを供給して、洗浄した球状ゲルをイソパラフィンにより被膜させた。その後、前記ビーカーを７０℃程度に加熱し、前記ビーカー内のイソパラフィンを蒸発させて球状セラミック成形体を得た。最後に、得られた球状セラミック成形体を加熱炉に投入し、酸素雰囲気ガス中、６００℃で、１時間焼成することにより、セラミックス微粒子を製造した。
その他は、実施例１と同様な方法で行った。
図４に、実施例２で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真を示す。
図４に示すように、実施例２で製造されたセラミックス微粒子は、実施例１のものよりも、真円により近い球状の形状を備えていることが確認された。
【００４１】
（比較例１）
前記エタノール洗浄後を行わないで、その他は、実施例１と同様な方法でセラミックス微粒子を製造した。
その結果、微小液滴を生成し冷却した時点では、真円に近い球状の形状を備えていたにもかかわらず、焼成後においては、各々の微粒子同士が凝縮してしまい、真円に近い球状のセラミックス微粒子を得ることが出来なかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造方法を示す各工程のフローチャートである。
【図２】本発明の実施形態に係るセラミックス微粒子の製造装置を説明するための概念図である。
【図３】実施例１で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真である。
【図４】実施例２で製造したセラミックス微粒子のＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００４３】
１ セラミックス微粒子の製造装置
１０ 微小液滴生成部
２０ 微細流路講造体
３０ 連続相供給部
４０ 分散相供給部
５０ 加熱部
６０ 微小液滴回収部
９０ 微小液滴冷却部
１００ 微小液滴洗浄部
１２０ 微小液滴乾燥部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成し、前記生成した微小液滴を回収し、冷却した後、前記連続相成分を除去し、その後、前記微小液滴を焼成することを特徴とするセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項２】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程と、
前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程と、
前記冷却した微小液滴を洗浄する工程と、
前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程と、
前記乾燥した微小液滴を焼成する工程と、
を備えたことを特徴とするセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項３】
前記ゲル化剤は、寒天であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項４】
前記微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことを特徴とする請求項３に記載のセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項５】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体と、
前記微細流路構造体内に前記連続相を供給する連続相供給部と、
前記微細流路構造体内に前記分散相を供給する分散相供給部と、
前記微細流路構造体で生成した微小液滴を回収する回収部と、
前記回収部で回収した微小液滴を冷却する冷却部と、
前記冷却部で冷却した微小液滴を洗浄する洗浄部と、
前記洗浄部で洗浄した微小液滴を乾燥する乾燥部と、
を備えることを特徴とするセラミックス微粒子の製造装置。
【請求項６】
前記微細流路構造体、前記連続相供給部及び前記分散相供給部を加熱する加熱部を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載のセラミックス微粒子の製造装置。
【請求項１】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成し、前記生成した微小液滴を回収し、冷却した後、前記連続相成分を除去し、その後、前記微小液滴を焼成することを特徴とするセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項２】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する工程と、
前記生成した微小液滴を回収し、冷却する工程と、
前記冷却した微小液滴を洗浄する工程と、
前記洗浄した微小液滴を乾燥する工程と、
前記乾燥した微小液滴を焼成する工程と、
を備えたことを特徴とするセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項３】
前記ゲル化剤は、寒天であることを特徴とする請求項１又は２に記載のセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項４】
前記微小液滴の生成は、加熱環境下で行うことを特徴とする請求項３に記載のセラミックス微粒子の製造方法。
【請求項５】
界面活性剤を含む油性液体で構成された連続相中に、冷却によりゲル化するゲル化剤とセラミックス原料とが含まれる水性液体で構成された分散相が送り込まれることによって微小液滴を生成する微細流路構造体と、
前記微細流路構造体内に前記連続相を供給する連続相供給部と、
前記微細流路構造体内に前記分散相を供給する分散相供給部と、
前記微細流路構造体で生成した微小液滴を回収する回収部と、
前記回収部で回収した微小液滴を冷却する冷却部と、
前記冷却部で冷却した微小液滴を洗浄する洗浄部と、
前記洗浄部で洗浄した微小液滴を乾燥する乾燥部と、
を備えることを特徴とするセラミックス微粒子の製造装置。
【請求項６】
前記微細流路構造体、前記連続相供給部及び前記分散相供給部を加熱する加熱部を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載のセラミックス微粒子の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１８４８９０（Ｐ２００９−１８４８９０Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８４０２（Ｐ２００８−２８４０２）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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