分散液製造装置及び分散液製造方法
【課題】インクジェット方式の吐出技術を用いて液体中に他の液体の微細液滴を吐出し、液体中に液滴径が均一な他の液体の微細液滴が分散した分散液を製造する分散液製造装置及び分散液製造方法を提供する。
【解決手段】吐出ヘッド１２から気相を介してプール１５内の水へ油の微細液滴を吐出して、均一なサイズを有する油の液滴が分散した分散液が生成される。プール１５内の水に層流を発生させることでプール１５内の水での複数の油の液滴の合体が回避され、単分散の好ましい分散液を得ることができる。
【解決手段】吐出ヘッド１２から気相を介してプール１５内の水へ油の微細液滴を吐出して、均一なサイズを有する油の液滴が分散した分散液が生成される。プール１５内の水に層流を発生させることでプール１５内の水での複数の油の液滴の合体が回避され、単分散の好ましい分散液を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分散液製造装置及び分散液製造方法に係り、特に、液体中に別種の微細液滴が分散する分散液の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品や化粧品などに用いられる乳化液（水と油の場合は乳濁液）は、液体中に混じりあわない他の液体が微細液滴となって分散、浮遊している。乳化液は、食品や化粧品以外に医療や電子材料の分野にも使用されている。乳化液は、分散している微細液滴の液滴径が不均一であると、微細液滴同士が合一して不安定化するといった問題があり、インクジェットの吐出技術を利用して均一な粒径を持つ微細液滴を形成し、液体中にこの微細液滴の液滴を吐出させて乳化液を製造する技術が提案されている。インクジェットの吐出技術を用いて形成された液滴は、そのサイズが揃っているので単一サイズの液滴が溶液中に分散することになる（単分散）。
【０００３】
特許文献１に記載された発明には、サーマルインクジェットノズルを用いて液体２を液体１中にパルス状に吐出することにより液体１中に液体２から成る液滴が分散した分散液を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５４１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、ノズルの先端を液体１に接触させて液体２の液滴を吐出しているので、液相（液体１）の粘度や、液体１に吐出した液体２の液滴の蒸発が起こらない点を考えると、液体２の液滴の微細化には不利である。また、引用文献１の構成では、連続的に液体２を液体１中に吐出した場合に、液体１における液体２の液滴の着弾位置がずれないので、高速吐出周波数で吐出を行うと液体１中で液体２の液滴同士が合体してしまい、好ましい単分散状態を得ることが困難になる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インクジェット方式の吐出技術を用いて液体中に他の液体の微細液滴を吐出し、液体中に液滴径が均一な他の液体の微細液滴が分散した分散液を製造する分散液製造装置及び分散液製造方法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】
上記目的を達成するために本発明に係る分散液製造装置は、第１の液体に微細化した第２の液体の液滴を分散させた分散液を製造する分散液製造装置であって、前記第１の液体が収容される第１の液体収容部材と、前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を微細化した液滴を吐出するとともに、前記第２の液体の吐出面が前記第１の液体の前記第２の液体が着弾する面と所定の距離を離して配置される吐出ヘッドと、を備え、前記吐出ヘッドは、気相を介して前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を吐出することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、第１の液体に気相を介して第２の液体を吐出するので、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点や、気相中で第２の液滴の蒸発が起こる点で第２の液体の微細液滴化に有利であり、好ましい単分散の微細化された液滴を製造可能である。
【０００８】
また、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に直接吐出する場合には、第２の液体に吐出力を付与する吐出力付与手段にサーマル方式など大きな吐出圧力を発生させるアクチュエータを適用しなければならないのに対して、気相を介して第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、サーマル方式と比較して吐出圧力が小さなピエゾ方式など他の方式を適用可能である。
【０００９】
更に、吐出ヘッド（第２の液体）と、第１の液体が気相によって分離されているので、第１の液体と第２の液体の温度調整を個別に行うことができ、吐出ヘッドの内部に第２の液体が逆流することも防止できる。
【００１０】
吐出ヘッドには、第２の液体を吐出するノズル（吐出孔）と、前記吐出孔と連通する圧力室と、前記圧力室内の第２の液体に吐出圧力を付与する圧力発生手段（アクチュエータ）と、前記圧力室に第２の液体を供給する第２の液体供給手段と、を備える態様がある。
【００１１】
吐出ヘッドは、第１の液体の第２の液体が着弾する面から所定の間隔を離して配置される。吐出ヘッドと第１の液との距離は０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましく、更に好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材内の第１の液体と前記吐出ヘッドとを一方向に一定の速さで相対的に移動させる移動手段を備え、前記移動手段によって前記第１液体収容部材内の第１液体と前記吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記吐出ヘッドから前記第２の液体を微細液滴化して吐出することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、第２の液体を所定の吐出間隔で連続的に吐出する場合に、第１の液体の第２液体が吐出される面における同一位置に同一タイミングで複数の第２の液体が着弾することが回避され、第１の液体中で第２の液体が合体することが防止される。
【００１４】
第１の液体収容部材と吐出ヘッドとを相対的に移動させる態様には、第１の液体収容部材を固定して第１の液体収容部材に対して吐出ヘッドを移動させる態様や、吐出ヘッドを固定した第１の液体収容部材を移動させる態様がある。もちろん、第１の液体収容部材と吐出ヘッドの両方を移動させてもよい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材内の第１の液体に層流を発生させる層流発生手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、第１の液体に層流を発生させることで、第２の液体を所定の吐出間隔で連続的に吐出した場合に第１の液体における第２の液体の着弾位置が序々にずれていくので、第２の液体同士が第１の液体中で合体することを防止でき、好ましい単分散を実現可能である。
【００１７】
第１の液体に層流を発生させる態様には、固定した吐出ヘッドに対して第１の液体収容部材を所定の速度で一方向に移動させる第１の液体収容部材移動手段を備えてもよいし、固定した第１の液体収容部材に対して吐出ヘッドを所定の速度で一方向に移動させる吐出ヘッド移動手段を備えてもよい。もちろん、第１の液体収容部材と吐出ヘッドの両方を相対的に移動させる相対移動手段を備えてもよい。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材は、前記第２の液体が吐出される面に第２の液体の液滴サイズに対応する幅を有し、前記第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を具備することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、第１の液体収容部材に第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を設けることで、好ましい層流を発生させることができる。なお、溝の幅が大きくなると乱流が起こりやすくなるので、溝幅は１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材は、前記第１の液体が収容されるとともに微細液滴化された第２の液体のサイズに対応する複数の凹部を具備し、前記凹部の開口部は前記第２の液体の吐出面と平行な面に２次元状に並べられた構造を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、凹部の中の第１の液体に微細化された第２の液体の液滴を1滴単位で吐出することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記吐出ヘッドと前記第１の液体の第２の液体が着弾する面との間の気相中に電界を形成する電界形成手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、第２の液体が吐出される空間の気相中に電界を付与することで該電界を第２の液体に作用させて、第２の液体の第１の液体への入射をアシストしたり、第２の液体のサテライト液滴をメイン液滴から分離させたりすることが可能になる。
【００２４】
なお、電界に代わり、熱、光、電磁波、磁界、大気圧プラズマなどの場を適用することも可能である。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記電界形成手段は、前記吐出ヘッドから吐出された第２の液体の微細液滴からサテライト液滴を分離することを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、第２の液体のメイン液滴からサテライト液滴を容易に分離することができ、液滴径の揃った好ましい分散液が生成される。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項６記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記電界形成手段は、前記第１の液体収容部材の第１の液体への前記第２の液体の入射をアシストすることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、第２の液体の液滴の飛翔方向が安定し、第２の液体の液滴を確実に第１の液体に到達させることが可能になる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体に分散する前記第２の液体を固体化する固体化手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、分散液の生成と該分散液中の液滴の固体化処理とを連続工程とすることができ、生産効率の向上が見込まれる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の分散液製造装置一態様に係り、前記第１の液体に分散する第２の液体のサイズ、形状及び内部の様子のうち少なくとも何れか１つを検査する検査手段を備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、検査工程を含めて連続処理が可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体に分散した第２の液体を分級する分級手段を備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、分級工程を含めて連続処理が可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記分級手段によって分級された第２の液体の級ごとに、前記第１の液体に第２の液体が分散した分散液を回収する回収手段を備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、分散液の生成から回収までの工程を連続処理することが可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３７】
また、本発明は上記目的を達成するための方法発明を提供する。即ち、請求項１３に記載の分散液製造方法は、第１の液体に気相を介して吐出ヘッドから第２の液体を吐出して、前記第１の液体中に微細液滴化した前記第２の液体を分散させた分散液を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、第１の液体に気相を介して第２の液体を吐出するので、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点や気相中で第２の液滴の蒸発が起こる点で第２の液体の微細液滴化に有利であり、好ましい単分散の微細化された液滴を製造可能である。
【００３９】
また、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、第２の液体に吐出力を付与する吐出力付与手段にサーマル方式など大きな吐出圧力を発生させるアクチュエータを適用しなければならないのに対して、気相を介して第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、サーマル方式と比較して吐出圧力が小さいピエゾ方式など他の方式を適用できる。
【００４０】
更に、吐出ヘッド（第２の液体）と、第１の液体が気相によって分離されているので、第１の液体と第２の液体の温度調整を個別に行うことができ、吐出ヘッドの内部に第２の液体が逆流することも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４２】
〔装置の全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る分散液製造装置の全体構成図である。同図に示す分散液製造装置１０は、水または水系の溶液中に有機化合物、油、脂肪など液滴サイズが揃った微細液滴を分散させて、ドレッシング、マーガリン、健康食品などの食品となる乳化液（分散液）を製造する分散液製造装置である。
【００４３】
図１に示す分散液製造装置１０は、水または水系の溶液（第１液体）に分散させる油（第２の液体）を均一な液滴サイズを有する微細液滴化して吐出するインクジェット方式の吐出ヘッド１２と、と、吐出ヘッド１２に供給される油を貯蔵するタンク１４と、油の液滴を分散させる分散媒となる水が収容され、吐出ヘッド１２の吐出面と対向する面に開口を有するプール１５を具備する流路チップ１６と、流路チップ１６に供給される水を貯蔵するタンク１８と、流路チップ１６内の水を加圧して層流を発生させるポンプ２０と、水に油の液滴を分散させた乳化液を流路チップ１６から回収する回収器２２と、を備えている。
【００４４】
吐出ヘッド１２は、プール１５の水面（油の液滴が着弾する面）から所定の（０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの）距離を離してプール１５の開口面（油の液滴が吐出される面）に対向するようにプール１５の上部に配設され、吐出ヘッド１２から吐出された油の液滴は吐出ヘッド１２とプール１５との間の気相に吐出され、該気相を介してプール１５内の水に着弾する。このように気相を介して油の液滴をプール１５内の水に吐出すると、例えば、マイクロチャネルリアクターのように気相を介さずに液相に直接油の液滴を吐出させる場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点（即ち、液滴が減速しない点）や、気相中では油の液滴の蒸発が起こる点で微細液滴化に有利である。
【００４５】
タンク１４は吐出ヘッド１２に供給する油が貯蔵されており、流路２４を介して吐出ヘッド１２と連通されている。また、タンク１４は、油の残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、油以外の液体を用いる態様では、種類の異なる液体間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４６】
タンク１８は、流路２６、２８及びポンプ２０を介して流路チップ１６が具備するプール１５と連通している。タンク１８は、タンク１４と同様に複数の溶液を用いる態様では、種類の異なる溶液間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４７】
ポンプ２０を動作させると、タンク１８に貯蔵されている水は、流路２６、ポンプ２０、流路２８を経由して流路チップ１６の上側面（天面）に設けられた導入口３０からプール１５に導入され、プール１５内の水に層流が発生する。プール１５内の水に安定した層流を発生させるようにポンプ２０の発生圧力が制御され、ポンプ２０はプール１５への水の供給手段及びプール１５内の水の層流発生手段として機能する。プール１５内に発生させた層流の流速を検出する流速センサを備え、該層流の流速が乱流とならないようにポンプ２０の発生圧力を制御する態様が好ましい。
【００４８】
なお、流路チップ１６内の水に層流を発生させる代わりに、吐出ヘッド１２をプール１５に対して所定の一方向（例えば、上述した層流の流れ方向）に走査するように構成してもよい。吐出ヘッド１２の走査方向は、図１に符号Ｂで示す方向でもよいし、符号Ｃで示す方向でもよい。
【００４９】
ここでいう「層流」とは、プール１５内の水の流れに乱れがなく整然と流れる状態であり、本発明では、｛（特性速度）×（特性長さ）｝／｛（粘性係数）／（密度）｝で表されるレイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ＜２３００の状態を層流とする。なお、「層流」には、プール１５内の水が全体として常に一方向に流れる状態に、プール１５の外周部近傍（内壁面近傍）では、内壁面に衝突した水の流れが内壁面に沿って流れる状態を含んでいてもよい。
【００５０】
上述した「特性速度」は「層流」における代表的な速度を意味し、「特性長さ」は「層流」における代表的な長さを意味している。管の中を流れる流体の場合、「代表的な長さ」とは管の中で最も狭い部分の幅であり、「代表的な速度」とは、代表的な長さに対応する部分における流速といえる。
【００５１】
吐出ヘッド１２は、プール１５の開口の最大幅を超える長さにわたって複数のノズルが配列されたライン型ヘッドで構成されている（図３(a),(b)参照）。このように、プール１５の全幅をカバーするフルライン型の吐出ヘッド１２によれば、１回の吐出動作でプール１５の幅方向の全域にわたって微細化された油の液滴を吐出することが可能であり、プール１５の幅に満たない短尺ヘッドをプール１５の幅方向に走査させてプール１５の幅方向の全域にわたって油を吐出するシリアル方式の吐出ヘッドに比べて生産性を上げることができる。
【００５２】
本例では、プール１５の幅方向（プール１５内の水の層流の流れ方向Ａと直交する方向）の全幅に対応するフルライン型ヘッドを例示したが、上述したシリアル方式の吐出ヘッドを本発明に適用してもよい。
【００５３】
図２(a)には、層流を発生させた水４０に吐出ヘッド１２から油の微細液滴４２を吐出させて乳化液を生成する様子を図示する。層流を発生させた水４０に吐出ヘッド１２から均一な液滴サイズを有する微細化された油４２を吐出すると、水中に均一なサイズの油が分散した単分散の乳化液が生成される。
【００５４】
水の層流の作用によって、吐出ヘッド１２から数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高い吐出周波数で連続的に油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，を吐出しても、水に着弾した油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，は層流の流れ方向Ａに沿って時間経過とともに移動するので、水中や水の表面で油の液滴同士が合体することなく好ましい単分散が維持された乳化液が生成される。
【００５５】
図２(b)には、吐出ヘッド１２を符号Ｂで示す方向に走査させて乳化液を生成する様子を図示する。吐出ヘッド１２を移動させることで連続的に吐出される油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，の着弾位置を変えることができ、図２(a)に示す態様と同様に、水中に吐出された油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，の単分散が維持された好ましい乳化液が生成される。
【００５６】
このようにして生成された乳化液は、プール１５の底面に設けられた回収口３２から回収流路３４を通って回収器２２に送られる。回収器２２に収容された乳化液は所定の検査、分級、封入などの工程に送られる。
【００５７】
図３(a)は、分散液製造装置１０を吐出ヘッド１２側の上部から見た平面図であり、図３(b)は、図３(a)に示すプール１５の他の構造例を示す図である。
【００５８】
図３(a)に示すように、プール１５は底辺部１５Ａの長さが斜辺部１５Ｂ及び斜辺部１５Ｃの長さ（斜辺部の底辺部方向成分の長さ）よりも長くなっている細長い略六角形の平面形状を有し、吐出ヘッド（ＩＪヘッド）１２の長手方向と直交する方向に底辺部１５Ａが形成されている。また、流路チップ１６は吐出ヘッド１２の長手方向と直交する方向に細長い略長方形の平面形状を有している。
【００５９】
プール１５の長手方向の一方の端部（図３(a)における右側端部）の略中心部には、タンク１８（図１参照）からポンプ２０を介して水が供給される導入口３０が設けられ、他方の端部（図３(a)の左側端部）の略中心には近傍は回収器２２と連通する回収口３２が設けられ、プール１５は長手方向（底辺部１５Ａと平行方向）に層流を発生させる構造を有している。
【００６０】
また、プール１５は、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｂ壁面とのなす角、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｃの壁面とのなす角は９０°を超える構造となっており、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｂ、斜辺部１５Ｃとの接合部近傍では水の流れによどみが抑制され、プール１５内の水には好ましい層流が発生する。
【００６１】
図３(b)には、プール１５に代わり、数μｍ〜数百μｍの幅を有する複数のマイクロチャネル（微細流路）４８が配置される態様を示す。
【００６２】
図３(b)に図示されたマイクロチャネル４８は、一方の端部が導入口３０と連通するとともに他方の端部が回収口３２と連通し、吐出ヘッド１２の長手方向に沿って複数のマイクロチャネル４８が配置される配置構造を有し、マイクロチャネル４８には、導入口３０から回収口３２へ向う方向（符号Ｄで図示する方向）に層流が発生する。
【００６３】
図３(b)に示すマイクロチャネル４８は、吐出ヘッド１２の長手方向と直交する方向に沿う長辺部４８Ａと、該長辺部４８Ａに対して９０°を超える角度をなし、一方の端部が長辺部４８Ａと連通するとともに他方の端部が導入口３０と連通する斜辺部４８Ｂと、該長辺部４８Ａに対して９０°を超える角度をなし、一方の端部が長辺部４８Ａと連通するとともに他方の端部が回収口３２と連通する斜辺部４８Ｃと、から構成されている。
【００６４】
なお、図３(b)には、１つの導入口３０近傍で複数のマイクロチャネル４８が分岐し、当該複数のマイクロチャネル４８が回収口３２の近傍で合流する構造を例示したが、マイクロチャネル４８の数に対応した数の導入口３０、回収口３２及び流路２６，３４を備える構造も可能である。また、導入口３０及び回収口３２を流路チップ１６の短手方向に細長い形状として、長辺部４８Ａの一方の端部が導入口３０と連通するとともに、他方の端部が回収口３２と連通する構造も可能である。なお、マイクロチャネル４８の配置数及び配置構造は、吐出ヘッド１２が有するノズル（図５参照）の数及び配置構造に対応して決められている。
【００６５】
図４(a)には、複数のノズル５１から複数のマイクロチャネル４８に向けて油の微細液滴４２を吐出する様子を図示する。図４(a)に示す各マイクロチャネル４８には、符合Ｄで図示する方向に層流を発生させており、各マイクロチャネル４８の層流の流れ方向（チャネル４８の形成方向）の同一位置には同一タイミングでは異なるノズル５１から油の液滴４２が吐出されるように、マイクロチャネル４８及びノズル５１の配置が決められている。
【００６６】
図４(a)に示すように、マイクロチャネル４８に符号Ｄ示す方向の層流を発生させるとともに、吐出ヘッド１２から油の微細液滴４２を順次吐出することで、マイクロチャネル４８内における油の微細液滴４２の合体が抑制され、単分散が維持された好ましい乳化液を生成することができる。
【００６７】
なお、マイクロチャネル４８の厚みｈが大きくなると、マイクロチャネル４８内に乱流が発生しやすくなるので、マイクロチャネル４８の厚みｈは１ｍｍ以下とする態様が好ましい。
【００６８】
図４(a)に示すマイクロチャネル４８に代わり、流路チップ１６に図４(b)に示す微細箱５０をアレイ状に配置してもよい。微細箱５０は、吐出ヘッド１２の吐出面と対向する面に吐出ヘッド１２から吐出される油の液滴の液滴サイズよりも大きい面積を持つ開口を有するとともに分散媒となる水が収容されている。また、吐出ヘッド１２のノズルに１対１で対応しており、微細箱５０内に油の微細液滴４２を１滴単位で収容することが可能である。
【００６９】
図４(b)に示す微細箱５０を備えた流路チップ１６と吐出ヘッド１２とを相対的に一方向に走査させながら各微細箱５０に対して異なるノズルを用いて油の液滴を吐出することで、微細箱５０内で油の液滴が合体することなく単分散が維持された好ましい乳化液を生成可能である。
【００７０】
また、微細箱５０に乳化液が生成された状態の流路チップ１６に対して加熱や冷却のなどを施して、微細箱５０内の乳化液の液滴を粉粒化（固体化）させることができ、粉粒化処理の前に流路チップ１６から乳化液を一旦回収する工程を省くことが可能になる。
【００７１】
〔ヘッドの構造の説明〕
次に、吐出ヘッド１２の構造について詳細に説明する。図５(a) は吐出ヘッド１２の構造例を示す平面透視図であり、図５(b) は吐出ヘッド１２の他の構造例を示す平面透視図である。また、図５(c) は吐出ヘッド１２の他の構造例を示す平面透視図である。
【００７２】
本例の吐出ヘッド１２は、図５(a) 〜(c)に示すように、油の液滴が出されるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数の吐出素子５３を千鳥でマトリックス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。
【００７３】
即ち、本実施形態における吐出ヘッド１２は、図５(a),(b) に示すように、油の液滴を吐出する複数のノズル５１が主走査方向に沿って、図３(a)に示すプール１５の層流の流れ方向と略直交する幅や図３(b)に示すマイクロチャネル４８の形成幅などの吐出領域の幅に対応する長さにわたって配列された１列以上のノズル列を有するフルラインヘッドである。
【００７４】
また、図５(c) に示すように、短尺の２次元に配列されたヘッド１２’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、吐出領域の全幅に対応する長さとしてもよい。また、図示は省略するが短尺のヘッドを直線状につなぎ合わせてもよい。
【００７５】
図５(a)〜(c)示すように、各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。また、各圧力室５２は供給口５４を介して共通液室（図５(a)〜(c)には不図示、図６に符号５５で図示）と連通されている。
【００７６】
かかる構造を有する多数の吐出素子５３を図５(b)に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造になっている。主走査方向に対してある角度θの方向に沿って吐出素子５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなる。
【００７７】
即ち、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投さ影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
【００７８】
図５(b)に示す主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰを図３(b)に示すマイクロチャネル４８の配置ピッチと同一に構成する態様が好ましい。また、図４(b)に示す微細箱５０の配置構造を図５(b)に示すノズル５１の配置構造と同一に構成する態様が好ましい。
【００７９】
図６は、吐出ヘッド１２の立体構造を示す断面図（図５(a),(b) 中の６−６線に沿う断面図）である。圧力室５２の天面を構成している加圧板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、加圧板５６は圧電素子５８の共通電極と兼用されている。個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８にたわみ変形が生じて圧力室５２が変形し、油の液滴がノズル５１から吐出される。油の液滴がからインクが吐出されると、共通液室５５から供給口５４を通って新しい油が圧力室５２に供給される。
【００８０】
一般的な吐出ヘッドの吐出方式には、サーマルジェット方式及びピエゾジェット方式が好適に用いられる。サーマルジェット方式は、膜沸騰現象によりバブルを発生し吐出圧力を得る方式であり、バブル発生のため及び液体のコゲ（加熱により生成される固形物）を少なくするために適用可能な液体は基本的に水系でコゲにくい液体に限定される。したがって、分散液の製造を考えた場合、サーマルジェット方式ではその分散液として油系の溶液中に水系の液滴が分散したものに限定されることになる。一方、ピエゾジェット方式では水系の液体及び油系の液体の何れも吐出可能であり、ピエゾジェット方式はサーマルジェット方式に比べて適用可能な液体の選択の自由度が大きいという特徴がある。
【００８１】
また、サーマルジェット方式が用いられる吐出ヘッドでは、液体流路の内部にサーマルアクチュエータ部（例えば、ヒータ）を形成する必要があるため、このサーマルアクチュエータ部の寿命により吐出ヘッドの寿命が短くなる傾向がある。また、液体のコゲによる特性低下もあって、一般的にピエゾジェット方式を用いた吐出ヘッドに比べて寿命が短くなる。本例のような分散液の製造では、画像形成とは異なり連続して液体を吐出し続けることも考えられるので、ピエゾジェット方式を用いた吐出ヘッドはサーマルジェット方式を用いた吐出ヘッドに比べて寿命が長いので、分散液の製造には非常に有利である。
【００８２】
サーマルジェット方式では、吐出液適量の変調は基本的に吐出する／吐出しない、の２値に限られるが、ピエゾジェット方式では、一般的に吐出可能最小液滴の約１０倍の範囲で変調することが可能である。即ち、ピエゾジェット方式の吐出ヘッドは、分散液のサイズを変調する際に吐出ヘッドの交換を必要とせず、分散液の製造に用いる場合には対応性に優れているといえる。
【００８３】
サーマルジェット方式はピエゾジェット方式と比べて吐出の際に損失するエネルギー量が５倍から１０倍程度大きくなる。即ち、ピエゾジェット方式はサーマルジェット方式と比べてエネルギー効率に優れ、更に、製造コストの面でも優位性がある。
【００８４】
一方、サーマルジェット方式はアクチュエータ部（発熱体）のサイズが小さくてすむので、ピエゾジェット方式よりも吐出ヘッドの高集積化に有利であるといえるが、ピエゾジェット方式は、アクチュエータ（ＰＺＴ）の寿命が長いこと、適用可能な液体の限定が少ないこと、吐出量の変調が容易であること、吐出時のエネルギー効率に優れていることといった優位性があり、分散液の製造にはサーマルジェット方式よりもピエゾジェット方式がより好ましい。
【００８５】
ここで、「気相を介して液滴を吐出する場合」と、「気相を介さずに直接液相に液滴を吐出する場合」について、「微細液滴化」、「吐出周波数（液滴の生成周波数）の高速化」について詳細に説明する。
【００８６】
液滴をノズルから吐出するときに抵抗として作用すると考えられるものには、「液滴と連続相の界面張力」、「連続相の粘性係数」、「連続相の密度」がある。ここで、「連続相」とは、ノズルより液滴が吐出される側の相であり、例えば、画像を形成するインクジェット記録装置の場合には「気相（空気の相）」である。
【００８７】
上述した連続相を「気相」から「液相」に変えても「液滴と連続相の界面張力」の物性値が大きく変化することはなく、「気相を介して液滴を吐出する場合」と「気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合」とには大きな差が生じることはない。よって、「液滴と連続相の界面張力」によって「微細液滴化」、「吐出周波数の高速化」に大きな違いが生じるとは考え難い。
【００８８】
但し、連続相を「気相」から「液相」に変えると、「連続相の粘性係数」及び「連続相の密度」の物性値は１００倍から１０００００倍程度大きくなり、ノズルの先に大きな粘性抵抗と大きな密度を持つ相が存在することになるので、液滴の吐出に対する抵抗成分が極端に大きくなる。
【００８９】
その抵抗分よりもおおきな発生圧力を発生させることができれば問題とならないが、ヘッドの構造及びサイズには現実的なノズル集積度などの観点から制約があり、アクチュエータの能力の向上も材質や構造から限界がある。よって発生圧力を最大限に見積ると、「気相を介して液滴を吐出する場合（即ち、粘性抵抗が小さい場合）」は「気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合（即ち、粘性抵抗が大きい場合）」に比べてノズルから吐出される液滴の吐出速度が大きくなり、「吐出速度の高速化」に有利となる。
【００９０】
また、一般的に液滴を微細化するためには、ノズル径を小さくすることが必須であるが、ノズルの微細化によるノズル内部の流路における圧力損失はノズル径の４乗に比例して急激に大きくなる。ノズルに付加する圧力を限界まで見積り一定値として、連続相を「気相」から「液相」に変化させて更にノズルの微細化を行うと、ノズル内部の流路における抵抗成分の急激な増加に加えて、「連続相の粘性係数」及び「連続相の密度」の物性値が１００倍から１０００００倍程度大きくなることによる抵抗成分の増加が加わるため、液滴を吐出させるためには必然的にノズル径を大きくしなければならない。よって、「微細液滴化」に関しても、「気相を介して液滴を吐出すること」は有利といえる。
【００９１】
即ち、連続相の粘度と密度の違いにより、気相を介して液滴を吐出する場合は気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合に比べて、「吐出周波数の高速化」及び「微細液滴化」に有利である。
【００９２】
本例では、ノズルがマトリクス状に並べえられた記録ヘッドを例示したが、ノズル配置はマトリクス配置に限定されず、図３(a)に示すプール１５の幅方向に沿ってノズルを１列に並べる態様や、２列のノズル列を千鳥状に配置する態様も可能である。
【００９３】
〔供給系の説明〕
次に、分散液製造装置１０の供給系の概略構成について説明する。図７は分散液製造装置１０における油の供給系の構成を示した概要図である。
【００９４】
タンク６０は油を吐出ヘッド１２に供給するための基タンクであり、図１で説明したタンク１４と同一のものである。タンク６０の形態には、油の残量が少なくなった場合に、不図示の補充口から油を補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。乳化液滴となる液体の種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、液体の種類情報をバーコード等で識別して、液体種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
【００９５】
なお、吐出ヘッド１２に供給する液体の種類を変更する場合には、吐出ヘッド１２及びタンク６０と吐出ヘッド１２との間の流路の清掃が行われ、更に、タンク６０と吐出ヘッド１２との間に設けられたフィルタ６２の交換が行われる。
【００９６】
上述したように、タンク６０と吐出ヘッド１２の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましく、吐出ヘッド１２に供給される液体の種類に応じて適宜メッシュサイズの異なるフィルタを用いるとよい。
【００９７】
なお、吐出ヘッド１２の近傍又は吐出ヘッド１２と一体にサブタンク（不図示）を設ける構成も好ましい。サブタンクは、圧力室５２や共通液室５５の内圧変動を防止するダンパ効果及びリフィルを改善する機能を有する。
【００９８】
サブタンクにより共通液室５５内圧を制御する態様には、大気開放されたサブタンクと吐出ヘッド１２内の圧力室５２との水頭圧の差により圧力室５２内の内圧を制御する態様や、密閉されたサブタンクに接続されたポンプによりサブタンク及び圧力室５２の内圧を制御する態様などがあり、何れの態様を適用してもよい。
【００９９】
〔ヘッドのメンテナンスの説明〕
図７に示すように、分散液製造装置１０にはノズル５１の乾燥防止又はノズル５１近傍の液体の粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４が設けられ、ノズル５１が形成されるノズル形成面のクリーニング（ワイピング）を行うための手段としてブレード６６が設けられている。
【０１００】
キャップ６４やブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によって吐出ヘッド１２に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から吐出ヘッド１２下方の位置に移動される。
【０１０１】
図７に示すキャップ６４は、吐出ヘッド１２のノズル形成面を全面にわたって覆うことができるサイズを有している。キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によって吐出ヘッド１２に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、吐出ヘッド１２（吐出ヘッド１２のノズル形成面）に密着させることにより、ノズル形成面をキャップ６４で覆い、ノズル形成面がキャップ６４によって保護される。
【０１０２】
また、吐出ヘッド１２の供給される液体を変更する場合など、吐出ヘッド１２内に残留する液体を排出するために、キャップ６４をノズル形成面に当接した後にキャップ６４に接続されたポンプ６７を用いて吸引が行われる。なお、ノズル内に異物が混入した場合には、この異物を排出すべくキャップ６４に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き）が行われる。上述した吸引動作は、初期の吐出ヘッドへの液体の装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも液体の排出が行われる。
【０１０３】
ブレード６６は、ノズル形成面に当接させながら移動してノズル形成面の汚れを除去する払拭手段として機能し、硬質ゴムなどの材料が好適に用いられる。即ち、ブレード６６は所定の強度（剛性）及び所定の弾力性を有し、その表面は吐出ヘッドから吐出される様々な液体をはじく所定の撥水性能を有している。ブレード６６はノズル形成面に付着した液体（固まってノズル形成面に固着した液体）やその他の異物を払拭除去可能な部材で構成される。
【０１０４】
また、図７には図示しないが、分散液製造装置１０のヘッドメンテナンス機構（ヘッドメンテナンス手段）には、該ブレード６６を上下方向に移動させてノズル形成面に接触させる／接触させない（非接触）を切り換えるブレード上下機構（不図示）や、ブレード６６に付着した異物を除去するクリーニング手段が備えられている。
【０１０５】
〔制御系の説明〕
次に、本例に示す分散液製造装置１０の制御系について説明する。図８は分散液製造装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。分散液製造装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、ポンプ制御部７９、吐出制御部８０、バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【０１０６】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる吐出データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリを搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された吐出データは通信インターフェース７０を介して分散液製造装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された吐出データを一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【０１０７】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【０１０８】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバー（駆動回路）である。図８にはモータ８８を１つだけ図示したが、モータ８８には、図７に示すキャップ６４の移動機構のモータや、吐出ヘッド１２を流路チップに対して走査させる態様における吐出ヘッド１２の走査機構のモータなど、複数のモータが含まれている。
【０１０９】
ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってヒータ８９を駆動するドライバーである。図８に示すヒータ８９には、吐出ヘッド１２の温度調節ヒータや、図１に示すプール１５の温度調節ヒータ、タンク１４，１８の温度調節ヒータなど、複数のヒータが含まれている。
【０１１０】
ポンプ制御部７９は、システムコントローラ７２に指令信号に応じて、図１のポンプ２０や、図７のポンプ６７を制御する制御ブロックである。ポンプ制御部７９は、図１に示したプール１５内に発生させる層流を制御する層流制御手段としても機能している。
【０１１１】
吐出制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の吐出データから吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した吐出制御信号（吐出指令信号）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。吐出制御部８０において所要の信号処理が施され、該吐出データに基づいてヘッドドライバ８４を介して各吐出ヘッド１２の液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。
【０１１２】
吐出制御部８０にはバッファメモリ８２が備えられており、吐出制御部８０における吐出データ処理時に吐出データやパラメータなどのデータがバッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図８においてバッファメモリ８２は吐出制御部８０に付随する態様で示されているが、メモリ７４と兼用することも可能である。また、吐出制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１１３】
ヘッドドライバ８４は、吐出制御部８０から与えられる吐出制御信号に基づいて吐出ヘッド１２の圧電素子５８（図６参照）を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【０１１４】
プログラム格納部９０には、分散液製造装置１０の制御プログラムが格納され、システムコントローラ７２はプログラム格納部９０に格納されている種々の制御プログラムを適宜読み出し、制御プログラムを実行する。
【０１１５】
即ち、図８に示す制御系は、吐出データに基づいて吐出ヘッド１２から吐出される油の液滴の吐出タイミングや吐出量を制御するとともに、図３(a)に示すプール１５内の層流を制御する。
【０１１６】
なお、図８には図示しないセンサ（吐出ヘッド１２、タンク１４、１８などの温度を検出する温度センサや、プール１５内の水の流速を検出する流速センサ）などの検出手段から得られた各情報は、システムコントローラ７２に送られてその情報に応じて装置内の各部の制御が行われる。
【０１１７】
上記の如く構成された分散液製造装置では、気相を介して吐出ヘッド１２から油の微細液滴が吐出されるので、均一な微小サイズを有する好ましい油の液滴を生成することができるとともに、気相を介さずに油の液滴を直接液相に吐出する場合に比べて、吐出周波数を高くすることも可能である。また、ノズルが液相に接触（近接）しないので、水や油の液滴は吐出ヘッド内に逆流することがない。
【０１１８】
また、油の液滴を吐出させる水に層流を発生させることで、水中で油の液滴が合体することなく単分散が維持された好ましい乳化液が生成される。
【０１１９】
〔応用例〕
次に、図９〜図１３を用いて本実施形態に係る応用例について説明する。図９は、本応用例に係る分散液製造装置１００の概略構成を示す概念図であり、図１０及び図１１は、液滴の飛翔方向偏向制御を説明する概念図である。また、図１２は、図９に示す電極対１０６の他の構成例を示す図であり、図１３は図９の分散液製造装置１００を吐出ヘッド１２側（上面側）から見た図である。なお、図９〜図１３中、図１及び図３と同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１２０】
図９に示す分散液製造装置１００は、吐出ヘッド１２とマイクロチャネル４８との間の油の液滴が飛翔する空間部に電界を形成するプラス電極１０２及びマイナス電極１０４から構成される電極対１０６が設けられている。電極対１０６は不図示の電源に接続され、該電源を用いてプラス電極１０２と、該プラス電極１０２に対向するマイナス電極１０４との間に電圧を印加すると、プラス電極１０２からマイナス電極１０４へ向う電界が油の液滴の吐出方向と略直交する方向に発生する。
【０１２１】
吐出ヘッド１２から１回の吐出動作で吐出される油の液滴には、メイン液滴（理論上の液滴サイズと略同一サイズの液滴）１１０の他にサテライト（メイン液滴に比べて非常に小さなサイズを有する液滴）１１２を含んでいることがある。帯電させた油の液滴を吐出ヘッド１２から吐出させると、該油の液滴がプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間を通過するときに、プラス電極１０２とマイナス電極１０４の間の電場によってメイン液滴１１０とサテライト液滴１１２に分離され、サテライト液滴１１２はガター１１４に回収される。
【０１２２】
図９に図示する例では、メイン液滴１１０がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間を通過するタイミングではプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間に電界を発生させず、メイン液滴１１０の飛翔方向を偏向させずにメイン液滴１１０をマイクロチャネル４８の水に着弾させる。一方、サテライト１１２がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間を通過するタイミングではプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間に電界を発生させて、サテライト１１２の飛翔方向を偏向してサテライト１１２はガター１１４に回収される。
【０１２３】
図１０(a)に示すように、メイン液滴１１０がノズル５１内の液と分離するタイミングとサテライトがノズル５１の液と分離するタイミングが異なり、メイン液滴１１０とサテライト１１２には飛翔速度差が生じるので、メイン液滴１１０がプラス電極１０２及びマイナス電極１０４間に到達するタイミングと、サテライト１１２がプラス電極１０２及びマイナス電極１０４間に到達するタイミングとの間には時間差が生じる。したがって、図１０(b)に示すように、サテライト１１２がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間に到達するタイミングに同期して電界を発生させることで、サテライト１１２の飛翔方向を偏向させて、ノズル５１の垂直下方向に向かう飛翔経路から所定の距離だけ離された位置に配置されるガター１１４にサテライト１１２が回収される。
【０１２４】
電界の発生タイミングは、図６に示す圧電素子５８の駆動タイミングｔ０から、サテライト１１２の飛翔速度ｖｓにノズル５１と電極対１１６との間の距離ｙを乗じた時間Δｔ（＝ｖｓ×ｙ）だけ遅れたタイミングｔ１（＝ｔ０＋Δｔ＝ｔ０＋（ｖｓ×ｙ））となる。
【０１２５】
また、図示は省略するが、メイン液滴１１０の通過タイミングに同期して電界を発生させて、メイン液滴１１０の飛翔方向を偏向させ、サテライト１１２の通過タイミングでは電界を発生させないことも可能である。サテライト１１２の飛翔方向を偏向させずに垂直下方向に吐出させる場合には、ガター１１４はノズル５１の垂直下方向に向かう飛翔経路上に設けられている。
【０１２６】
例えば、図１１に示すように、メイン液滴１１０とサテライト１１２は保持する電荷量の違いを利用して分離することも可能である。電極対１０６の間をメイン液滴１１０及びサテライト１１２が通過する際に同じ大きさ及び同じ時間間隔で電場を発生させると（連続的に電場を発生させると）、メイン液滴１１０とサテライト１１２は同じ方向に電界から力を受けるが、メイン液滴１１０の持つ電荷量とサテライト１１２の持つ電荷量との違いによって飛翔方向に違いが生じる。このようにメイン液滴１１０とサテライト１１２の飛翔方向が変わることを利用して、サテライト１１２をガターに収容するとともに、メイン液滴１１０はマイクロチャネル４８内の水に到達する。なお、図１９(b)に図示するように、メイン液滴１１０の入射方向がマイクロチャネル４８内の水の流れに対して垂直になるように、ノズル５１（ヘッド１２）の吐出角度（吐出方向）及び電極対１０６の位置を調整してもよい。
【０１２７】
このように油の液滴が吐出される気相空間に電場を形成し、メイン液滴１１０とサテライト液滴１１２に分離することによって、サテライト液滴１１２がマイクロチャネル４８内の水に到達せず、液滴サイズの揃った好ましい乳化液が生成される。
【０１２８】
なお、サテライト液滴１１２をマイクロチャネル４８内の水に分散させると、メイン液滴１１０をマイクロチャネル４８内の水に分散させる態様に比べて分散させる液滴が微小化される。また、電場を油の液滴の吐出方向（吐出ヘッド１２からマイクロチャネル４８に向かう方向）に形成し、電場によって油の液滴の飛翔をアシストする（電場をアシスト手段として用いる）ことも可能である。
【０１２９】
図１２(a)〜(c)には、電場を油の液滴の吐出方向に形成して油の液滴の飛翔をアシストするアシスト手段として用いられる電極対１０６の構成例を示す。図１２(a)に示す態様は、ノズル５１が形成されるノズルプレート５１Ａをプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８の内部にノズルプレート５１Ａに対向するようにマイナス電極１０４を配設し、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３０】
図１２(b)には静電吐出方式を適用した態様を示す。ノズル５１の内部の設けられた針状の電極をプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８の内部にノズルプレート５１Ａに対向するようにマイナス電極１０４を配設し、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３１】
図１２(c)には、ノズル５１とマイクロチャネル４８との間の気相空間に油の液滴の吐出方向に開口部が形成されるリング形状の電極を油の液滴の吐出方向に沿って対向するように配設して電極対を形成する態様を示す。ノズル５１側の電極をプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８側の電極をマイナス電極１０４として、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３２】
本例では、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出される気相空間に電場を付与する態様を示したが、本発明の適用範囲は電場に限定されず、熱（乾燥雰囲気）、光、電磁波、磁場、大気圧プラズマなど、電場以外の場も適用可能である。
【０１３３】
例えば、油の液滴が吐出される気相空間に熱を付与する（或いは、油の液滴が吐出される気相空間を乾燥雰囲気とする）ことにより、吐出ヘッド１２から吐出された油の液滴の乾燥を促進してより微細液滴化することや、相変化（例えば、ゾルゲル化）させることが考えられる。
【０１３４】
また、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出させる吐出領域のマイクロチャネル４８内の水の流れ方向の下流側には、各マイクロチャネル４８のそれぞれに油の液滴が分散した乳化液を加熱するヒータ１２０が備えられている。
【０１３５】
吐出ヘッド１２の吐出タイミングに対応して、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出され、所定の時間が経過した後に、ヒータ１２０をオンしてマイクロチャネル４８内の乳化液を加熱すると、乳化液中の油の液滴が固体化（或いは、結晶化、高分子化）し、粉粒体が生成される。
【０１３６】
ヒータ１２０は、図８に示したヒータドライバ７８を介してシステムコントローラ７２によって、オンオフや発生熱量が制御される。また、ヒータ１２０の加熱処理領域の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）を備え、該温度センサによって検出された温度に応じてヒータ１２０を制御する態様が好ましい。
【０１３７】
本例では、乳化液中の液滴の固体化手段（結晶化手段、高分子化手段）としてヒータを例示したが、電磁波、光（赤外線、レーザ、マイクロ波）などを用いてマイクロチャネル４８の外部から乳化液中の液滴へ固体化（結晶化、高分子化）に要するエネルギーを付与してもよい。また、マイクロチャネル４８内の乳化液を冷却して、乳化液中の液滴を反応変化させてもよい。
【０１３８】
ヒータ１２０のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、マイクロチャネル４８の上部（吐出ヘッド１２から油の液滴を吐出される面に対向する位置）に、固体化した乳化液中の粉粒体の検査手段（測定手段）としてマイクロスコープ１３０が備えられている。
【０１３９】
マイクロスコープ１３０は解析装置１３２に接続されており、マイクロスコープ１３０により得られた情報は解析装置１３２で画像解析され、固体化された粉粒体のサイズ（体積）、形状、内部の様子などの情報が得られる。解析装置１３２は、図８の制御系の一部として設けられてもよいし、図８の制御系とは別に設けられてもよい。なお、マイクロスコープ１３０には、レーザ解析散乱法や動的光散乱法などの方式があり、本発明には何れの方式を適用してもよい。
【０１４０】
本例では、分散液として食品を製造する態様を例示したが、後述するように電子産業分野における電子機器の製造にも適用することができる。電子産業分野に使用される粉粒体には厳しい保障が要求される場合（製造バラつきが３σで±５μｍの範囲に入っていることや、ある数値以上の粒子径を持つ粒子が存在しないことを要求される場合）があり、精度の高い検査が要求される。したがって、多量の粒子をひとつの容器に回収した後に粒子を再検査するよりも、１つの粒子を生成した直後にマイクロチャネル４８内でそのまま検査をする態様は効率面で優れているといえる。
【０１４１】
マイクロスコープ１３０による検査領域のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、分級機構（選別機構）が設けられている。一般的なインクジェット方式の吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズは数％以内のゆらぎの範囲にあり揃っているが、イレギュラーなサイズを持つ液滴が混入する可能があるので、乳化液中の粉粒体（液滴）のサイズの規格に応じて粉粒体を分級する態様が好ましい。
【０１４２】
図１３を用いて分級機構及び分級機構による分級工程について説明する。図１３に示すように、マイクロスコープ１３０のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、プラス電極１４２とプラス電極１４２に対向するマイナス電極１４４から構成される電極対１４６が設けられ、電荷を持つ粉粒体にプラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に発生させた電界を作用させて分級が行われる。
【０１４３】
即ち、マイクロスコープ１３０及び解析装置１３２を含む検査手段による検査工程において、規格外の粒子（異常粒子）が発見された場合には、検査手段から規格外粒子の情報（制御信号）が電極対１４６を制御する電圧制御部１４７に送られる。電圧制御手段１４７は、該制御信号を取得すると電極対１４６に所定の電圧を印加してプラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に電界を発生させて分級が行われる。
【０１４４】
このようにして、検査工程による検査結果を分級工程にフィードバックすることで、検査工程及び分級工程を一貫して自動的に実行することができる。
【０１４５】
なお、粉粒体の分級には、レーザマニピュレータやマイクロマニピュレータ、多数の微細孔をもつフィルタなどを適用してもよい。また、本例の分級には水中で沈降する粉粒体と沈降せずに浮遊している粉粒体に分ける態様も可能である。
【０１４６】
上述したように分級された粉粒体を含む乳化液は、粉粒体の規格ごとに設けられた排出流路１４８Ａ、１４８Ｂを介してそれぞれに対応した回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂに送られる。本例では、流路チップ１６の底面に回収口３２を設け、流路チップ１６の下方に設けられた回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂに乳化液を回収する態様を例示したが、回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂは回収流路を介して排出流路１４８Ａ，１４８Ｂと連通していれば回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂの配置は限定されない。また、粉粒体と溶液（水）を分離する機構を備え、粉粒体と溶液とを別々に回収してもよい。プラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に印加する電圧の極性を反転させて電界を逆方向に発生させると、回収器２２Ａに回収される粉粒体と回収器２２Ｂに回収される粉粒体とを入れ換えることも可能である。
【０１４７】
本応用例では、乳化液中の液滴を粉粒化した後に検査（測定）、分級（選別）する態様を例示したが、粉粒化せずに液滴のまま乳化液を回収する態様にも、検査工程及び分級工程を適用することも可能である。
【０１４８】
本応用例によれば、乳化液を生成した後に固形化（粉粒化）工程、検査工程及び分級工程を備えることで、乳化液製造の後工程の連続処理が可能となる。
【０１４９】
〔応用例２〕
次に、本発明の実施形態に係る他の応用例について説明する。図１４は、本応用例に係る分散液製造装置２００の概略構成を示す概念図である。本応用例に示す分散液製造装置２００は、搬送ベルト２０２を用いて水が収容された容器２０４を一方向に一定速で搬送し、容器２０４が吐出ヘッド１２の下部の吐出領域に到達すると、吐出ヘッド１２から容器２０４内の水に油の液滴が吐出され、容器２０４内に水に油の液滴が分散した乳化液が生成される。
【０１５０】
搬送ベルト２０２の搬送制御は、図８に示す制御系のシステムコントローラ７２によりモータドライバ７６を介して行われる。即ち、吐出データに基づいて搬送ベルト２０２の搬送速度が決められ、該搬送速度に基づいて搬送ベルト２０２を駆動するモータ（不図示）の制御が行われる。
【０１５１】
吐出ヘッド１２の容器２０４の搬送方向下流側には、乳化液中の油の液滴を固体化させるためのエネルギーを付与するハロゲンランプ２０６が備えられている。容器２０４内に乳化液が生成され、該容器がハロゲンランプ２０６の下部の照射領域に達すると、ハロゲンランプからハロゲン光が照射され、乳化液中の油の液滴が固体化される。
【０１５２】
本例では、乳化液中の液滴の固体化手段としてハロゲンランプを例示したが、図９及び図１３に示したヒータ１２０や、電磁波、光（赤外線、レーザ、マイクロ波）などを用いて容器２０４の外部から乳化液中の油の液滴へ固体化（結晶化、高分子化）に要するエネルギーを付与してもよい。また、マイクロチャネル４８内の乳化液を冷却して、乳化液中の液滴を反応変化させてもよい。
【０１５３】
ハロゲンランプ２０６の容器２０４の搬送方向の下流側には、解析装置１３２に接続されたマイクロスコープ１３０が設けられ、乳化液中の粉粒体の検査が行われる。本例の検査工程は上述した応用例と同じであり、ここでは説明を省略する。
【０１５４】
検査工程が終了すると乳化液が収容された容器２０４は所定の排出路（不図示）を経由して容器ごと回収される。
【０１５５】
図１５には、容器２０４の一例を図示する。本応用例に示す容器２０４は、図１５(a)に示すように油の液滴が吐出される面に開口部を有す微細箱２１０を２次元状に並べた構造を適用してもよいし、図１５(b)に示すように一体型のプール２１２を備える構造を適用してもよい。
【０１５６】
図１５(a)に示すように、容器２０４を微小領域に分割する態様によれば、乳化液生成後の加熱処理がより早く、均一に行うことが可能である。また、微小領域に分かれていると検査工程が容易であり、検査工程で不合格となったものの除去も容易である。
【０１５７】
なお、図１６に示すように、ヘッド１２から吐出させる液体の種類とマイクロチャネル４８内の液体の種類との組み合わせによっては、吐出液滴がマイクロチャネル４８内の液体（溶媒）の中に入らずにマイクロチャネル４８内の液体の表面に浮遊する場合が考えられる。また、ヘッド１２から吐出される際に付与される吐出力によっても同様の現象が起こり得る。このようにマイクロチャネル４８内の液体表面に浮遊する液滴を加熱して固体化すると、扁平形状を有する円盤状の分粒体や、ドーム形状を上下に貼り合わせた形状の分粒体など、非球形の分粒体が形成される。
【０１５８】
例えば、円盤状の分粒体は、球形状の分粒体とは違い円盤の平端部とその垂直方向で異方性を有するので、液体中の流れの中での挙動や凝集したときの充填性、光による散乱性などに違いがある。即ち、球形状の分粒体とは異なる性質を利用して、塗料、インク、潤滑油、充填剤、化粧品、電子材料などに応用することが可能である。
【０１５９】
本実施形態では、食品となる乳化液が生成されるので、吐出される油に影響を与え難いように、吐出ヘッド１２を接着剤レスにすることや、吐出される液により吐出ヘッド１２が腐食、変質し難いセラミックやシリコンなどの部材を用いることが好ましい。
【０１６０】
また、本実施形態では、水または水系の溶液に有機化合物、油、脂肪などの微細液滴を分散させて、マーガリンやドレッシング、健康食品などの食品を製造する態様を例示したが、本発明は他のアプリケーションにも適用可能である。
【０１６１】
例えば、水または水系の溶液に病気の治療に必要な薬物を含む有機化合物の液体、油もしくは油系の液体を分散させて、ドラックデリバリーを製造してもよい。ドラックデリバリーの製造では、装置はクリーンルーム環境に設置されるので装置全体として高いクリーン度が要求され、製造工程に異物を検出する工程及び吐出ヘッド１２の内部を定期的に洗浄する洗浄工程が追加される。また、吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズは１μｍ以下のサブミクロンオーダーであり、食品製造と同様に、吐出ヘッド１２から吐出される液体に影響を与えない（例えば、変質させない）ように、接着剤レス構造にすることや、吐出ヘッドから吐出される液体によって吐出ヘッドが腐食、変質し難いように、吐出ヘッドを構成する部材にはセラミックやシリコンなどの材料が適用される。吐出ヘッドの一部を透明な部材で構成し、吐出ヘッドの内部の液体の汚染状況を目視で確認できるように構成する態様も好ましい。
【０１６２】
また、水または水系の溶液にモノマーを含む有機化合物の液滴を分散させて、液晶スペーサーや電子ペーパの粒子のどの高分子球状粒体を製造することや、水にはんだペーストの液滴を分散させて液晶スペーサーや電子ペーパの粒子に用いられるはんだ球状粒子を製造することも可能である。高分子球状粒体の製造では、分散液を生成した後に加熱工程（加熱のためのヒータ）を備えることが必須であり、極端な単分散性（±１０％以内）とサイズの保障が必要になるので、吐出ヘッドのノズルを高精度に形成しなければならない。
【０１６３】
逐次処理方式では生産性を上げることができないので、連続処理方式によって、液滴生成、加熱、分級、検査の各工程を一貫工程として生産性を上げることが可能である。更に、量産量の増減があるので、装置の大型化ではなくナンバリングアップにより生産性を調整する態様が好ましい。
【０１６４】
はんだ球状粒子の製造では、吐出ヘッド内のはんだを溶融温度まで加熱する必要があり、分散液を生成した後に冷却工程を備えて、冷却によってはんだの液滴が固体化される。なお、はんだ球状粒子の製造では、高分子球状粒子の製造と同様に、極端な単分散性（±１０％以内）とサイズの保障が必要になるので、吐出ヘッドのノズルを高精度に形成しなければならず、逐次処理方式では生産性を上げることができないので、連続処理方式によって、液滴生成、冷却、分級、検査の各工程を一貫工程として生産性を上げることが可能である。更に、量産量の増減があるので、装置の大型化ではなくナンバリングアップにより生産性を調整する態様が好ましい。
【０１６５】
上述したアプリケーション以外にも、水または水系の溶液に油の液滴を分散させた乳液などの化粧品や、化粧品の素材や燃料ガス流速計用のトレーサー粒子となるシリカ球状粒子、水、油またはイオン液体の溶液にイオン液体または水、油の液滴を分散させるイオン液体にも適用可能である。
【０１６６】
化粧品の製造では、大量に低コストで製造するためにヘッドの多ノズル化、吐出周波数の高速化、ナンバリングアップが必要である。また、吐出ヘッドから吐出される液体に影響しないように、吐出ヘッドを接着レス構造にすることや、吐出ヘッドから吐出する液体によって吐出ヘッドに腐食、変質し難い材料を吐出ヘッドの構成部材に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の実施形態に係る分散液製造装置の基本構成図
【図２】層流を説明する図
【図３】図１に示す分散液製造装置の概略平面図
【図４】分散液の生成を説明する図
【図５】図１に示す吐出ヘッドのノズル配置を示す平面図
【図６】ヘッドの立体構造を示す断面図
【図７】図１に示す分散液製造装置の供給系の構成を示す断面図
【図８】図１に示す分散液製造装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【図９】本発明の応用例に係る分散液製造装置の基本構成図
【図１０】サテライトの回収を説明する図
【図１１】図１０に示すサテライトの回収の他の態様を説明する図
【図１２】図９の電極対の構成例を示す図
【図１３】図９に示す分散液製造装置の概略平面図
【図１４】図９に示す分散液製造装置の他の応用例に係る分散液製造装置の基本構成図
【図１５】図１４に示す容器の構造を示す斜視図
【図１６】円盤状の分散粒子を説明する図
【符号の説明】
【０１６８】
１０，１００，２００…分散液製造装置、１２…吐出ヘッド、１５…プール、２０…ポンプ、４８…マイクロチャネル、５０，２１０…微細箱、５１…ノズル、７９…ポンプ制御部、１０６，１４６…電極対、１２０…ヒータ、１３０…マイクロスコープ、１３２…解析装置、２０２…搬送ベルト、２０４…容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は分散液製造装置及び分散液製造方法に係り、特に、液体中に別種の微細液滴が分散する分散液の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品や化粧品などに用いられる乳化液（水と油の場合は乳濁液）は、液体中に混じりあわない他の液体が微細液滴となって分散、浮遊している。乳化液は、食品や化粧品以外に医療や電子材料の分野にも使用されている。乳化液は、分散している微細液滴の液滴径が不均一であると、微細液滴同士が合一して不安定化するといった問題があり、インクジェットの吐出技術を利用して均一な粒径を持つ微細液滴を形成し、液体中にこの微細液滴の液滴を吐出させて乳化液を製造する技術が提案されている。インクジェットの吐出技術を用いて形成された液滴は、そのサイズが揃っているので単一サイズの液滴が溶液中に分散することになる（単分散）。
【０００３】
特許文献１に記載された発明には、サーマルインクジェットノズルを用いて液体２を液体１中にパルス状に吐出することにより液体１中に液体２から成る液滴が分散した分散液を形成する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２５４１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、ノズルの先端を液体１に接触させて液体２の液滴を吐出しているので、液相（液体１）の粘度や、液体１に吐出した液体２の液滴の蒸発が起こらない点を考えると、液体２の液滴の微細化には不利である。また、引用文献１の構成では、連続的に液体２を液体１中に吐出した場合に、液体１における液体２の液滴の着弾位置がずれないので、高速吐出周波数で吐出を行うと液体１中で液体２の液滴同士が合体してしまい、好ましい単分散状態を得ることが困難になる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インクジェット方式の吐出技術を用いて液体中に他の液体の微細液滴を吐出し、液体中に液滴径が均一な他の液体の微細液滴が分散した分散液を製造する分散液製造装置及び分散液製造方法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】
上記目的を達成するために本発明に係る分散液製造装置は、第１の液体に微細化した第２の液体の液滴を分散させた分散液を製造する分散液製造装置であって、前記第１の液体が収容される第１の液体収容部材と、前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を微細化した液滴を吐出するとともに、前記第２の液体の吐出面が前記第１の液体の前記第２の液体が着弾する面と所定の距離を離して配置される吐出ヘッドと、を備え、前記吐出ヘッドは、気相を介して前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を吐出することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、第１の液体に気相を介して第２の液体を吐出するので、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点や、気相中で第２の液滴の蒸発が起こる点で第２の液体の微細液滴化に有利であり、好ましい単分散の微細化された液滴を製造可能である。
【０００８】
また、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に直接吐出する場合には、第２の液体に吐出力を付与する吐出力付与手段にサーマル方式など大きな吐出圧力を発生させるアクチュエータを適用しなければならないのに対して、気相を介して第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、サーマル方式と比較して吐出圧力が小さなピエゾ方式など他の方式を適用可能である。
【０００９】
更に、吐出ヘッド（第２の液体）と、第１の液体が気相によって分離されているので、第１の液体と第２の液体の温度調整を個別に行うことができ、吐出ヘッドの内部に第２の液体が逆流することも防止できる。
【００１０】
吐出ヘッドには、第２の液体を吐出するノズル（吐出孔）と、前記吐出孔と連通する圧力室と、前記圧力室内の第２の液体に吐出圧力を付与する圧力発生手段（アクチュエータ）と、前記圧力室に第２の液体を供給する第２の液体供給手段と、を備える態様がある。
【００１１】
吐出ヘッドは、第１の液体の第２の液体が着弾する面から所定の間隔を離して配置される。吐出ヘッドと第１の液との距離は０．３ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましく、更に好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材内の第１の液体と前記吐出ヘッドとを一方向に一定の速さで相対的に移動させる移動手段を備え、前記移動手段によって前記第１液体収容部材内の第１液体と前記吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記吐出ヘッドから前記第２の液体を微細液滴化して吐出することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、第２の液体を所定の吐出間隔で連続的に吐出する場合に、第１の液体の第２液体が吐出される面における同一位置に同一タイミングで複数の第２の液体が着弾することが回避され、第１の液体中で第２の液体が合体することが防止される。
【００１４】
第１の液体収容部材と吐出ヘッドとを相対的に移動させる態様には、第１の液体収容部材を固定して第１の液体収容部材に対して吐出ヘッドを移動させる態様や、吐出ヘッドを固定した第１の液体収容部材を移動させる態様がある。もちろん、第１の液体収容部材と吐出ヘッドの両方を移動させてもよい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材内の第１の液体に層流を発生させる層流発生手段を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、第１の液体に層流を発生させることで、第２の液体を所定の吐出間隔で連続的に吐出した場合に第１の液体における第２の液体の着弾位置が序々にずれていくので、第２の液体同士が第１の液体中で合体することを防止でき、好ましい単分散を実現可能である。
【００１７】
第１の液体に層流を発生させる態様には、固定した吐出ヘッドに対して第１の液体収容部材を所定の速度で一方向に移動させる第１の液体収容部材移動手段を備えてもよいし、固定した第１の液体収容部材に対して吐出ヘッドを所定の速度で一方向に移動させる吐出ヘッド移動手段を備えてもよい。もちろん、第１の液体収容部材と吐出ヘッドの両方を相対的に移動させる相対移動手段を備えてもよい。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材は、前記第２の液体が吐出される面に第２の液体の液滴サイズに対応する幅を有し、前記第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を具備することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、第１の液体収容部材に第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を設けることで、好ましい層流を発生させることができる。なお、溝の幅が大きくなると乱流が起こりやすくなるので、溝幅は１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体収容部材は、前記第１の液体が収容されるとともに微細液滴化された第２の液体のサイズに対応する複数の凹部を具備し、前記凹部の開口部は前記第２の液体の吐出面と平行な面に２次元状に並べられた構造を有することを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、凹部の中の第１の液体に微細化された第２の液体の液滴を1滴単位で吐出することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記吐出ヘッドと前記第１の液体の第２の液体が着弾する面との間の気相中に電界を形成する電界形成手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、第２の液体が吐出される空間の気相中に電界を付与することで該電界を第２の液体に作用させて、第２の液体の第１の液体への入射をアシストしたり、第２の液体のサテライト液滴をメイン液滴から分離させたりすることが可能になる。
【００２４】
なお、電界に代わり、熱、光、電磁波、磁界、大気圧プラズマなどの場を適用することも可能である。
【００２５】
請求項７に記載の発明は、請求項６記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記電界形成手段は、前記吐出ヘッドから吐出された第２の液体の微細液滴からサテライト液滴を分離することを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明によれば、第２の液体のメイン液滴からサテライト液滴を容易に分離することができ、液滴径の揃った好ましい分散液が生成される。
【００２７】
請求項８に記載の発明は、請求項６記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記電界形成手段は、前記第１の液体収容部材の第１の液体への前記第２の液体の入射をアシストすることを特徴とする。
【００２８】
請求項８に記載の発明によれば、第２の液体の液滴の飛翔方向が安定し、第２の液体の液滴を確実に第１の液体に到達させることが可能になる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体に分散する前記第２の液体を固体化する固体化手段を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項９に記載の発明によれば、分散液の生成と該分散液中の液滴の固体化処理とを連続工程とすることができ、生産効率の向上が見込まれる。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の分散液製造装置一態様に係り、前記第１の液体に分散する第２の液体のサイズ、形状及び内部の様子のうち少なくとも何れか１つを検査する検査手段を備えたことを特徴とする。
【００３２】
請求項１０に記載の発明によれば、検査工程を含めて連続処理が可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記第１の液体に分散した第２の液体を分級する分級手段を備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項１１に記載の発明によれば、分級工程を含めて連続処理が可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１記載の分散液製造装置の一態様に係り、前記分級手段によって分級された第２の液体の級ごとに、前記第１の液体に第２の液体が分散した分散液を回収する回収手段を備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、分散液の生成から回収までの工程を連続処理することが可能になり、更なる生産効率の向上が見込まれる。
【００３７】
また、本発明は上記目的を達成するための方法発明を提供する。即ち、請求項１３に記載の分散液製造方法は、第１の液体に気相を介して吐出ヘッドから第２の液体を吐出して、前記第１の液体中に微細液滴化した前記第２の液体を分散させた分散液を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、第１の液体に気相を介して第２の液体を吐出するので、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点や気相中で第２の液滴の蒸発が起こる点で第２の液体の微細液滴化に有利であり、好ましい単分散の微細化された液滴を製造可能である。
【００３９】
また、気相を介さずに第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、第２の液体に吐出力を付与する吐出力付与手段にサーマル方式など大きな吐出圧力を発生させるアクチュエータを適用しなければならないのに対して、気相を介して第２の液体を第１の液体に吐出する場合には、サーマル方式と比較して吐出圧力が小さいピエゾ方式など他の方式を適用できる。
【００４０】
更に、吐出ヘッド（第２の液体）と、第１の液体が気相によって分離されているので、第１の液体と第２の液体の温度調整を個別に行うことができ、吐出ヘッドの内部に第２の液体が逆流することも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００４２】
〔装置の全体構成〕
図１は、本発明の実施形態に係る分散液製造装置の全体構成図である。同図に示す分散液製造装置１０は、水または水系の溶液中に有機化合物、油、脂肪など液滴サイズが揃った微細液滴を分散させて、ドレッシング、マーガリン、健康食品などの食品となる乳化液（分散液）を製造する分散液製造装置である。
【００４３】
図１に示す分散液製造装置１０は、水または水系の溶液（第１液体）に分散させる油（第２の液体）を均一な液滴サイズを有する微細液滴化して吐出するインクジェット方式の吐出ヘッド１２と、と、吐出ヘッド１２に供給される油を貯蔵するタンク１４と、油の液滴を分散させる分散媒となる水が収容され、吐出ヘッド１２の吐出面と対向する面に開口を有するプール１５を具備する流路チップ１６と、流路チップ１６に供給される水を貯蔵するタンク１８と、流路チップ１６内の水を加圧して層流を発生させるポンプ２０と、水に油の液滴を分散させた乳化液を流路チップ１６から回収する回収器２２と、を備えている。
【００４４】
吐出ヘッド１２は、プール１５の水面（油の液滴が着弾する面）から所定の（０．５ｍｍ〜５．０ｍｍの）距離を離してプール１５の開口面（油の液滴が吐出される面）に対向するようにプール１５の上部に配設され、吐出ヘッド１２から吐出された油の液滴は吐出ヘッド１２とプール１５との間の気相に吐出され、該気相を介してプール１５内の水に着弾する。このように気相を介して油の液滴をプール１５内の水に吐出すると、例えば、マイクロチャネルリアクターのように気相を介さずに液相に直接油の液滴を吐出させる場合に比べて、液相に比べて気相の粘度が小さい点（即ち、液滴が減速しない点）や、気相中では油の液滴の蒸発が起こる点で微細液滴化に有利である。
【００４５】
タンク１４は吐出ヘッド１２に供給する油が貯蔵されており、流路２４を介して吐出ヘッド１２と連通されている。また、タンク１４は、油の残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、油以外の液体を用いる態様では、種類の異なる液体間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４６】
タンク１８は、流路２６、２８及びポンプ２０を介して流路チップ１６が具備するプール１５と連通している。タンク１８は、タンク１４と同様に複数の溶液を用いる態様では、種類の異なる溶液間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００４７】
ポンプ２０を動作させると、タンク１８に貯蔵されている水は、流路２６、ポンプ２０、流路２８を経由して流路チップ１６の上側面（天面）に設けられた導入口３０からプール１５に導入され、プール１５内の水に層流が発生する。プール１５内の水に安定した層流を発生させるようにポンプ２０の発生圧力が制御され、ポンプ２０はプール１５への水の供給手段及びプール１５内の水の層流発生手段として機能する。プール１５内に発生させた層流の流速を検出する流速センサを備え、該層流の流速が乱流とならないようにポンプ２０の発生圧力を制御する態様が好ましい。
【００４８】
なお、流路チップ１６内の水に層流を発生させる代わりに、吐出ヘッド１２をプール１５に対して所定の一方向（例えば、上述した層流の流れ方向）に走査するように構成してもよい。吐出ヘッド１２の走査方向は、図１に符号Ｂで示す方向でもよいし、符号Ｃで示す方向でもよい。
【００４９】
ここでいう「層流」とは、プール１５内の水の流れに乱れがなく整然と流れる状態であり、本発明では、｛（特性速度）×（特性長さ）｝／｛（粘性係数）／（密度）｝で表されるレイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ＜２３００の状態を層流とする。なお、「層流」には、プール１５内の水が全体として常に一方向に流れる状態に、プール１５の外周部近傍（内壁面近傍）では、内壁面に衝突した水の流れが内壁面に沿って流れる状態を含んでいてもよい。
【００５０】
上述した「特性速度」は「層流」における代表的な速度を意味し、「特性長さ」は「層流」における代表的な長さを意味している。管の中を流れる流体の場合、「代表的な長さ」とは管の中で最も狭い部分の幅であり、「代表的な速度」とは、代表的な長さに対応する部分における流速といえる。
【００５１】
吐出ヘッド１２は、プール１５の開口の最大幅を超える長さにわたって複数のノズルが配列されたライン型ヘッドで構成されている（図３(a),(b)参照）。このように、プール１５の全幅をカバーするフルライン型の吐出ヘッド１２によれば、１回の吐出動作でプール１５の幅方向の全域にわたって微細化された油の液滴を吐出することが可能であり、プール１５の幅に満たない短尺ヘッドをプール１５の幅方向に走査させてプール１５の幅方向の全域にわたって油を吐出するシリアル方式の吐出ヘッドに比べて生産性を上げることができる。
【００５２】
本例では、プール１５の幅方向（プール１５内の水の層流の流れ方向Ａと直交する方向）の全幅に対応するフルライン型ヘッドを例示したが、上述したシリアル方式の吐出ヘッドを本発明に適用してもよい。
【００５３】
図２(a)には、層流を発生させた水４０に吐出ヘッド１２から油の微細液滴４２を吐出させて乳化液を生成する様子を図示する。層流を発生させた水４０に吐出ヘッド１２から均一な液滴サイズを有する微細化された油４２を吐出すると、水中に均一なサイズの油が分散した単分散の乳化液が生成される。
【００５４】
水の層流の作用によって、吐出ヘッド１２から数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高い吐出周波数で連続的に油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，を吐出しても、水に着弾した油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，は層流の流れ方向Ａに沿って時間経過とともに移動するので、水中や水の表面で油の液滴同士が合体することなく好ましい単分散が維持された乳化液が生成される。
【００５５】
図２(b)には、吐出ヘッド１２を符号Ｂで示す方向に走査させて乳化液を生成する様子を図示する。吐出ヘッド１２を移動させることで連続的に吐出される油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，の着弾位置を変えることができ、図２(a)に示す態様と同様に、水中に吐出された油の液滴４２−１，４２−２，４２−３，４２−４，…，の単分散が維持された好ましい乳化液が生成される。
【００５６】
このようにして生成された乳化液は、プール１５の底面に設けられた回収口３２から回収流路３４を通って回収器２２に送られる。回収器２２に収容された乳化液は所定の検査、分級、封入などの工程に送られる。
【００５７】
図３(a)は、分散液製造装置１０を吐出ヘッド１２側の上部から見た平面図であり、図３(b)は、図３(a)に示すプール１５の他の構造例を示す図である。
【００５８】
図３(a)に示すように、プール１５は底辺部１５Ａの長さが斜辺部１５Ｂ及び斜辺部１５Ｃの長さ（斜辺部の底辺部方向成分の長さ）よりも長くなっている細長い略六角形の平面形状を有し、吐出ヘッド（ＩＪヘッド）１２の長手方向と直交する方向に底辺部１５Ａが形成されている。また、流路チップ１６は吐出ヘッド１２の長手方向と直交する方向に細長い略長方形の平面形状を有している。
【００５９】
プール１５の長手方向の一方の端部（図３(a)における右側端部）の略中心部には、タンク１８（図１参照）からポンプ２０を介して水が供給される導入口３０が設けられ、他方の端部（図３(a)の左側端部）の略中心には近傍は回収器２２と連通する回収口３２が設けられ、プール１５は長手方向（底辺部１５Ａと平行方向）に層流を発生させる構造を有している。
【００６０】
また、プール１５は、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｂ壁面とのなす角、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｃの壁面とのなす角は９０°を超える構造となっており、底辺部１５Ａの壁面と斜辺部１５Ｂ、斜辺部１５Ｃとの接合部近傍では水の流れによどみが抑制され、プール１５内の水には好ましい層流が発生する。
【００６１】
図３(b)には、プール１５に代わり、数μｍ〜数百μｍの幅を有する複数のマイクロチャネル（微細流路）４８が配置される態様を示す。
【００６２】
図３(b)に図示されたマイクロチャネル４８は、一方の端部が導入口３０と連通するとともに他方の端部が回収口３２と連通し、吐出ヘッド１２の長手方向に沿って複数のマイクロチャネル４８が配置される配置構造を有し、マイクロチャネル４８には、導入口３０から回収口３２へ向う方向（符号Ｄで図示する方向）に層流が発生する。
【００６３】
図３(b)に示すマイクロチャネル４８は、吐出ヘッド１２の長手方向と直交する方向に沿う長辺部４８Ａと、該長辺部４８Ａに対して９０°を超える角度をなし、一方の端部が長辺部４８Ａと連通するとともに他方の端部が導入口３０と連通する斜辺部４８Ｂと、該長辺部４８Ａに対して９０°を超える角度をなし、一方の端部が長辺部４８Ａと連通するとともに他方の端部が回収口３２と連通する斜辺部４８Ｃと、から構成されている。
【００６４】
なお、図３(b)には、１つの導入口３０近傍で複数のマイクロチャネル４８が分岐し、当該複数のマイクロチャネル４８が回収口３２の近傍で合流する構造を例示したが、マイクロチャネル４８の数に対応した数の導入口３０、回収口３２及び流路２６，３４を備える構造も可能である。また、導入口３０及び回収口３２を流路チップ１６の短手方向に細長い形状として、長辺部４８Ａの一方の端部が導入口３０と連通するとともに、他方の端部が回収口３２と連通する構造も可能である。なお、マイクロチャネル４８の配置数及び配置構造は、吐出ヘッド１２が有するノズル（図５参照）の数及び配置構造に対応して決められている。
【００６５】
図４(a)には、複数のノズル５１から複数のマイクロチャネル４８に向けて油の微細液滴４２を吐出する様子を図示する。図４(a)に示す各マイクロチャネル４８には、符合Ｄで図示する方向に層流を発生させており、各マイクロチャネル４８の層流の流れ方向（チャネル４８の形成方向）の同一位置には同一タイミングでは異なるノズル５１から油の液滴４２が吐出されるように、マイクロチャネル４８及びノズル５１の配置が決められている。
【００６６】
図４(a)に示すように、マイクロチャネル４８に符号Ｄ示す方向の層流を発生させるとともに、吐出ヘッド１２から油の微細液滴４２を順次吐出することで、マイクロチャネル４８内における油の微細液滴４２の合体が抑制され、単分散が維持された好ましい乳化液を生成することができる。
【００６７】
なお、マイクロチャネル４８の厚みｈが大きくなると、マイクロチャネル４８内に乱流が発生しやすくなるので、マイクロチャネル４８の厚みｈは１ｍｍ以下とする態様が好ましい。
【００６８】
図４(a)に示すマイクロチャネル４８に代わり、流路チップ１６に図４(b)に示す微細箱５０をアレイ状に配置してもよい。微細箱５０は、吐出ヘッド１２の吐出面と対向する面に吐出ヘッド１２から吐出される油の液滴の液滴サイズよりも大きい面積を持つ開口を有するとともに分散媒となる水が収容されている。また、吐出ヘッド１２のノズルに１対１で対応しており、微細箱５０内に油の微細液滴４２を１滴単位で収容することが可能である。
【００６９】
図４(b)に示す微細箱５０を備えた流路チップ１６と吐出ヘッド１２とを相対的に一方向に走査させながら各微細箱５０に対して異なるノズルを用いて油の液滴を吐出することで、微細箱５０内で油の液滴が合体することなく単分散が維持された好ましい乳化液を生成可能である。
【００７０】
また、微細箱５０に乳化液が生成された状態の流路チップ１６に対して加熱や冷却のなどを施して、微細箱５０内の乳化液の液滴を粉粒化（固体化）させることができ、粉粒化処理の前に流路チップ１６から乳化液を一旦回収する工程を省くことが可能になる。
【００７１】
〔ヘッドの構造の説明〕
次に、吐出ヘッド１２の構造について詳細に説明する。図５(a) は吐出ヘッド１２の構造例を示す平面透視図であり、図５(b) は吐出ヘッド１２の他の構造例を示す平面透視図である。また、図５(c) は吐出ヘッド１２の他の構造例を示す平面透視図である。
【００７２】
本例の吐出ヘッド１２は、図５(a) 〜(c)に示すように、油の液滴が出されるノズル５１と、各ノズル５１に対応する圧力室５２等からなる複数の吐出素子５３を千鳥でマトリックス状に配置させた構造を有し、これにより見かけ上のノズルピッチの高密度化を達成している。
【００７３】
即ち、本実施形態における吐出ヘッド１２は、図５(a),(b) に示すように、油の液滴を吐出する複数のノズル５１が主走査方向に沿って、図３(a)に示すプール１５の層流の流れ方向と略直交する幅や図３(b)に示すマイクロチャネル４８の形成幅などの吐出領域の幅に対応する長さにわたって配列された１列以上のノズル列を有するフルラインヘッドである。
【００７４】
また、図５(c) に示すように、短尺の２次元に配列されたヘッド１２’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせて、吐出領域の全幅に対応する長さとしてもよい。また、図示は省略するが短尺のヘッドを直線状につなぎ合わせてもよい。
【００７５】
図５(a)〜(c)示すように、各ノズル５１に対応して設けられている圧力室５２は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部にノズル５１と供給口５４が設けられている。また、各圧力室５２は供給口５４を介して共通液室（図５(a)〜(c)には不図示、図６に符号５５で図示）と連通されている。
【００７６】
かかる構造を有する多数の吐出素子５３を図５(b)に示す如く、主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に配列させた構造になっている。主走査方向に対してある角度θの方向に沿って吐出素子５３を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなる。
【００７７】
即ち、主走査方向については、各ノズル５１が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投さ影されるノズル列が１インチ当たり2400個（2400ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
【００７８】
図５(b)に示す主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰを図３(b)に示すマイクロチャネル４８の配置ピッチと同一に構成する態様が好ましい。また、図４(b)に示す微細箱５０の配置構造を図５(b)に示すノズル５１の配置構造と同一に構成する態様が好ましい。
【００７９】
図６は、吐出ヘッド１２の立体構造を示す断面図（図５(a),(b) 中の６−６線に沿う断面図）である。圧力室５２の天面を構成している加圧板５６には個別電極５７を備えた圧電素子５８が接合されており、加圧板５６は圧電素子５８の共通電極と兼用されている。個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８にたわみ変形が生じて圧力室５２が変形し、油の液滴がノズル５１から吐出される。油の液滴がからインクが吐出されると、共通液室５５から供給口５４を通って新しい油が圧力室５２に供給される。
【００８０】
一般的な吐出ヘッドの吐出方式には、サーマルジェット方式及びピエゾジェット方式が好適に用いられる。サーマルジェット方式は、膜沸騰現象によりバブルを発生し吐出圧力を得る方式であり、バブル発生のため及び液体のコゲ（加熱により生成される固形物）を少なくするために適用可能な液体は基本的に水系でコゲにくい液体に限定される。したがって、分散液の製造を考えた場合、サーマルジェット方式ではその分散液として油系の溶液中に水系の液滴が分散したものに限定されることになる。一方、ピエゾジェット方式では水系の液体及び油系の液体の何れも吐出可能であり、ピエゾジェット方式はサーマルジェット方式に比べて適用可能な液体の選択の自由度が大きいという特徴がある。
【００８１】
また、サーマルジェット方式が用いられる吐出ヘッドでは、液体流路の内部にサーマルアクチュエータ部（例えば、ヒータ）を形成する必要があるため、このサーマルアクチュエータ部の寿命により吐出ヘッドの寿命が短くなる傾向がある。また、液体のコゲによる特性低下もあって、一般的にピエゾジェット方式を用いた吐出ヘッドに比べて寿命が短くなる。本例のような分散液の製造では、画像形成とは異なり連続して液体を吐出し続けることも考えられるので、ピエゾジェット方式を用いた吐出ヘッドはサーマルジェット方式を用いた吐出ヘッドに比べて寿命が長いので、分散液の製造には非常に有利である。
【００８２】
サーマルジェット方式では、吐出液適量の変調は基本的に吐出する／吐出しない、の２値に限られるが、ピエゾジェット方式では、一般的に吐出可能最小液滴の約１０倍の範囲で変調することが可能である。即ち、ピエゾジェット方式の吐出ヘッドは、分散液のサイズを変調する際に吐出ヘッドの交換を必要とせず、分散液の製造に用いる場合には対応性に優れているといえる。
【００８３】
サーマルジェット方式はピエゾジェット方式と比べて吐出の際に損失するエネルギー量が５倍から１０倍程度大きくなる。即ち、ピエゾジェット方式はサーマルジェット方式と比べてエネルギー効率に優れ、更に、製造コストの面でも優位性がある。
【００８４】
一方、サーマルジェット方式はアクチュエータ部（発熱体）のサイズが小さくてすむので、ピエゾジェット方式よりも吐出ヘッドの高集積化に有利であるといえるが、ピエゾジェット方式は、アクチュエータ（ＰＺＴ）の寿命が長いこと、適用可能な液体の限定が少ないこと、吐出量の変調が容易であること、吐出時のエネルギー効率に優れていることといった優位性があり、分散液の製造にはサーマルジェット方式よりもピエゾジェット方式がより好ましい。
【００８５】
ここで、「気相を介して液滴を吐出する場合」と、「気相を介さずに直接液相に液滴を吐出する場合」について、「微細液滴化」、「吐出周波数（液滴の生成周波数）の高速化」について詳細に説明する。
【００８６】
液滴をノズルから吐出するときに抵抗として作用すると考えられるものには、「液滴と連続相の界面張力」、「連続相の粘性係数」、「連続相の密度」がある。ここで、「連続相」とは、ノズルより液滴が吐出される側の相であり、例えば、画像を形成するインクジェット記録装置の場合には「気相（空気の相）」である。
【００８７】
上述した連続相を「気相」から「液相」に変えても「液滴と連続相の界面張力」の物性値が大きく変化することはなく、「気相を介して液滴を吐出する場合」と「気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合」とには大きな差が生じることはない。よって、「液滴と連続相の界面張力」によって「微細液滴化」、「吐出周波数の高速化」に大きな違いが生じるとは考え難い。
【００８８】
但し、連続相を「気相」から「液相」に変えると、「連続相の粘性係数」及び「連続相の密度」の物性値は１００倍から１０００００倍程度大きくなり、ノズルの先に大きな粘性抵抗と大きな密度を持つ相が存在することになるので、液滴の吐出に対する抵抗成分が極端に大きくなる。
【００８９】
その抵抗分よりもおおきな発生圧力を発生させることができれば問題とならないが、ヘッドの構造及びサイズには現実的なノズル集積度などの観点から制約があり、アクチュエータの能力の向上も材質や構造から限界がある。よって発生圧力を最大限に見積ると、「気相を介して液滴を吐出する場合（即ち、粘性抵抗が小さい場合）」は「気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合（即ち、粘性抵抗が大きい場合）」に比べてノズルから吐出される液滴の吐出速度が大きくなり、「吐出速度の高速化」に有利となる。
【００９０】
また、一般的に液滴を微細化するためには、ノズル径を小さくすることが必須であるが、ノズルの微細化によるノズル内部の流路における圧力損失はノズル径の４乗に比例して急激に大きくなる。ノズルに付加する圧力を限界まで見積り一定値として、連続相を「気相」から「液相」に変化させて更にノズルの微細化を行うと、ノズル内部の流路における抵抗成分の急激な増加に加えて、「連続相の粘性係数」及び「連続相の密度」の物性値が１００倍から１０００００倍程度大きくなることによる抵抗成分の増加が加わるため、液滴を吐出させるためには必然的にノズル径を大きくしなければならない。よって、「微細液滴化」に関しても、「気相を介して液滴を吐出すること」は有利といえる。
【００９１】
即ち、連続相の粘度と密度の違いにより、気相を介して液滴を吐出する場合は気相を介さずに液相に直接液滴を吐出する場合に比べて、「吐出周波数の高速化」及び「微細液滴化」に有利である。
【００９２】
本例では、ノズルがマトリクス状に並べえられた記録ヘッドを例示したが、ノズル配置はマトリクス配置に限定されず、図３(a)に示すプール１５の幅方向に沿ってノズルを１列に並べる態様や、２列のノズル列を千鳥状に配置する態様も可能である。
【００９３】
〔供給系の説明〕
次に、分散液製造装置１０の供給系の概略構成について説明する。図７は分散液製造装置１０における油の供給系の構成を示した概要図である。
【００９４】
タンク６０は油を吐出ヘッド１２に供給するための基タンクであり、図１で説明したタンク１４と同一のものである。タンク６０の形態には、油の残量が少なくなった場合に、不図示の補充口から油を補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。乳化液滴となる液体の種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、液体の種類情報をバーコード等で識別して、液体種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。
【００９５】
なお、吐出ヘッド１２に供給する液体の種類を変更する場合には、吐出ヘッド１２及びタンク６０と吐出ヘッド１２との間の流路の清掃が行われ、更に、タンク６０と吐出ヘッド１２との間に設けられたフィルタ６２の交換が行われる。
【００９６】
上述したように、タンク６０と吐出ヘッド１２の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましく、吐出ヘッド１２に供給される液体の種類に応じて適宜メッシュサイズの異なるフィルタを用いるとよい。
【００９７】
なお、吐出ヘッド１２の近傍又は吐出ヘッド１２と一体にサブタンク（不図示）を設ける構成も好ましい。サブタンクは、圧力室５２や共通液室５５の内圧変動を防止するダンパ効果及びリフィルを改善する機能を有する。
【００９８】
サブタンクにより共通液室５５内圧を制御する態様には、大気開放されたサブタンクと吐出ヘッド１２内の圧力室５２との水頭圧の差により圧力室５２内の内圧を制御する態様や、密閉されたサブタンクに接続されたポンプによりサブタンク及び圧力室５２の内圧を制御する態様などがあり、何れの態様を適用してもよい。
【００９９】
〔ヘッドのメンテナンスの説明〕
図７に示すように、分散液製造装置１０にはノズル５１の乾燥防止又はノズル５１近傍の液体の粘度上昇を防止するための手段としてのキャップ６４が設けられ、ノズル５１が形成されるノズル形成面のクリーニング（ワイピング）を行うための手段としてブレード６６が設けられている。
【０１００】
キャップ６４やブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によって吐出ヘッド１２に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置から吐出ヘッド１２下方の位置に移動される。
【０１０１】
図７に示すキャップ６４は、吐出ヘッド１２のノズル形成面を全面にわたって覆うことができるサイズを有している。キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によって吐出ヘッド１２に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、吐出ヘッド１２（吐出ヘッド１２のノズル形成面）に密着させることにより、ノズル形成面をキャップ６４で覆い、ノズル形成面がキャップ６４によって保護される。
【０１０２】
また、吐出ヘッド１２の供給される液体を変更する場合など、吐出ヘッド１２内に残留する液体を排出するために、キャップ６４をノズル形成面に当接した後にキャップ６４に接続されたポンプ６７を用いて吸引が行われる。なお、ノズル内に異物が混入した場合には、この異物を排出すべくキャップ６４に向かって予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き）が行われる。上述した吸引動作は、初期の吐出ヘッドへの液体の装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも液体の排出が行われる。
【０１０３】
ブレード６６は、ノズル形成面に当接させながら移動してノズル形成面の汚れを除去する払拭手段として機能し、硬質ゴムなどの材料が好適に用いられる。即ち、ブレード６６は所定の強度（剛性）及び所定の弾力性を有し、その表面は吐出ヘッドから吐出される様々な液体をはじく所定の撥水性能を有している。ブレード６６はノズル形成面に付着した液体（固まってノズル形成面に固着した液体）やその他の異物を払拭除去可能な部材で構成される。
【０１０４】
また、図７には図示しないが、分散液製造装置１０のヘッドメンテナンス機構（ヘッドメンテナンス手段）には、該ブレード６６を上下方向に移動させてノズル形成面に接触させる／接触させない（非接触）を切り換えるブレード上下機構（不図示）や、ブレード６６に付着した異物を除去するクリーニング手段が備えられている。
【０１０５】
〔制御系の説明〕
次に、本例に示す分散液製造装置１０の制御系について説明する。図８は分散液製造装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。分散液製造装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８、ポンプ制御部７９、吐出制御部８０、バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【０１０６】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる吐出データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリを搭載してもよい。ホストコンピュータ８６から送出された吐出データは通信インターフェース７０を介して分散液製造装置１０に取り込まれ、一旦メモリ７４に記憶される。メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された吐出データを一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【０１０７】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、メモリ７４、モータドライバ７６、ヒータドライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ８８やヒータ８９を制御する制御信号を生成する。
【０１０８】
モータドライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってモータ８８を駆動するドライバー（駆動回路）である。図８にはモータ８８を１つだけ図示したが、モータ８８には、図７に示すキャップ６４の移動機構のモータや、吐出ヘッド１２を流路チップに対して走査させる態様における吐出ヘッド１２の走査機構のモータなど、複数のモータが含まれている。
【０１０９】
ヒータドライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示にしたがってヒータ８９を駆動するドライバーである。図８に示すヒータ８９には、吐出ヘッド１２の温度調節ヒータや、図１に示すプール１５の温度調節ヒータ、タンク１４，１８の温度調節ヒータなど、複数のヒータが含まれている。
【０１１０】
ポンプ制御部７９は、システムコントローラ７２に指令信号に応じて、図１のポンプ２０や、図７のポンプ６７を制御する制御ブロックである。ポンプ制御部７９は、図１に示したプール１５内に発生させる層流を制御する層流制御手段としても機能している。
【０１１１】
吐出制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、メモリ７４内の吐出データから吐出制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した吐出制御信号（吐出指令信号）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。吐出制御部８０において所要の信号処理が施され、該吐出データに基づいてヘッドドライバ８４を介して各吐出ヘッド１２の液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。
【０１１２】
吐出制御部８０にはバッファメモリ８２が備えられており、吐出制御部８０における吐出データ処理時に吐出データやパラメータなどのデータがバッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図８においてバッファメモリ８２は吐出制御部８０に付随する態様で示されているが、メモリ７４と兼用することも可能である。また、吐出制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１１３】
ヘッドドライバ８４は、吐出制御部８０から与えられる吐出制御信号に基づいて吐出ヘッド１２の圧電素子５８（図６参照）を駆動する。ヘッドドライバ８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【０１１４】
プログラム格納部９０には、分散液製造装置１０の制御プログラムが格納され、システムコントローラ７２はプログラム格納部９０に格納されている種々の制御プログラムを適宜読み出し、制御プログラムを実行する。
【０１１５】
即ち、図８に示す制御系は、吐出データに基づいて吐出ヘッド１２から吐出される油の液滴の吐出タイミングや吐出量を制御するとともに、図３(a)に示すプール１５内の層流を制御する。
【０１１６】
なお、図８には図示しないセンサ（吐出ヘッド１２、タンク１４、１８などの温度を検出する温度センサや、プール１５内の水の流速を検出する流速センサ）などの検出手段から得られた各情報は、システムコントローラ７２に送られてその情報に応じて装置内の各部の制御が行われる。
【０１１７】
上記の如く構成された分散液製造装置では、気相を介して吐出ヘッド１２から油の微細液滴が吐出されるので、均一な微小サイズを有する好ましい油の液滴を生成することができるとともに、気相を介さずに油の液滴を直接液相に吐出する場合に比べて、吐出周波数を高くすることも可能である。また、ノズルが液相に接触（近接）しないので、水や油の液滴は吐出ヘッド内に逆流することがない。
【０１１８】
また、油の液滴を吐出させる水に層流を発生させることで、水中で油の液滴が合体することなく単分散が維持された好ましい乳化液が生成される。
【０１１９】
〔応用例〕
次に、図９〜図１３を用いて本実施形態に係る応用例について説明する。図９は、本応用例に係る分散液製造装置１００の概略構成を示す概念図であり、図１０及び図１１は、液滴の飛翔方向偏向制御を説明する概念図である。また、図１２は、図９に示す電極対１０６の他の構成例を示す図であり、図１３は図９の分散液製造装置１００を吐出ヘッド１２側（上面側）から見た図である。なお、図９〜図１３中、図１及び図３と同一または類似する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【０１２０】
図９に示す分散液製造装置１００は、吐出ヘッド１２とマイクロチャネル４８との間の油の液滴が飛翔する空間部に電界を形成するプラス電極１０２及びマイナス電極１０４から構成される電極対１０６が設けられている。電極対１０６は不図示の電源に接続され、該電源を用いてプラス電極１０２と、該プラス電極１０２に対向するマイナス電極１０４との間に電圧を印加すると、プラス電極１０２からマイナス電極１０４へ向う電界が油の液滴の吐出方向と略直交する方向に発生する。
【０１２１】
吐出ヘッド１２から１回の吐出動作で吐出される油の液滴には、メイン液滴（理論上の液滴サイズと略同一サイズの液滴）１１０の他にサテライト（メイン液滴に比べて非常に小さなサイズを有する液滴）１１２を含んでいることがある。帯電させた油の液滴を吐出ヘッド１２から吐出させると、該油の液滴がプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間を通過するときに、プラス電極１０２とマイナス電極１０４の間の電場によってメイン液滴１１０とサテライト液滴１１２に分離され、サテライト液滴１１２はガター１１４に回収される。
【０１２２】
図９に図示する例では、メイン液滴１１０がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間を通過するタイミングではプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間に電界を発生させず、メイン液滴１１０の飛翔方向を偏向させずにメイン液滴１１０をマイクロチャネル４８の水に着弾させる。一方、サテライト１１２がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間を通過するタイミングではプラス電極１０２とマイナス電極１０４の間に電界を発生させて、サテライト１１２の飛翔方向を偏向してサテライト１１２はガター１１４に回収される。
【０１２３】
図１０(a)に示すように、メイン液滴１１０がノズル５１内の液と分離するタイミングとサテライトがノズル５１の液と分離するタイミングが異なり、メイン液滴１１０とサテライト１１２には飛翔速度差が生じるので、メイン液滴１１０がプラス電極１０２及びマイナス電極１０４間に到達するタイミングと、サテライト１１２がプラス電極１０２及びマイナス電極１０４間に到達するタイミングとの間には時間差が生じる。したがって、図１０(b)に示すように、サテライト１１２がプラス電極１０２とマイナス電極１０４との間に到達するタイミングに同期して電界を発生させることで、サテライト１１２の飛翔方向を偏向させて、ノズル５１の垂直下方向に向かう飛翔経路から所定の距離だけ離された位置に配置されるガター１１４にサテライト１１２が回収される。
【０１２４】
電界の発生タイミングは、図６に示す圧電素子５８の駆動タイミングｔ０から、サテライト１１２の飛翔速度ｖｓにノズル５１と電極対１１６との間の距離ｙを乗じた時間Δｔ（＝ｖｓ×ｙ）だけ遅れたタイミングｔ１（＝ｔ０＋Δｔ＝ｔ０＋（ｖｓ×ｙ））となる。
【０１２５】
また、図示は省略するが、メイン液滴１１０の通過タイミングに同期して電界を発生させて、メイン液滴１１０の飛翔方向を偏向させ、サテライト１１２の通過タイミングでは電界を発生させないことも可能である。サテライト１１２の飛翔方向を偏向させずに垂直下方向に吐出させる場合には、ガター１１４はノズル５１の垂直下方向に向かう飛翔経路上に設けられている。
【０１２６】
例えば、図１１に示すように、メイン液滴１１０とサテライト１１２は保持する電荷量の違いを利用して分離することも可能である。電極対１０６の間をメイン液滴１１０及びサテライト１１２が通過する際に同じ大きさ及び同じ時間間隔で電場を発生させると（連続的に電場を発生させると）、メイン液滴１１０とサテライト１１２は同じ方向に電界から力を受けるが、メイン液滴１１０の持つ電荷量とサテライト１１２の持つ電荷量との違いによって飛翔方向に違いが生じる。このようにメイン液滴１１０とサテライト１１２の飛翔方向が変わることを利用して、サテライト１１２をガターに収容するとともに、メイン液滴１１０はマイクロチャネル４８内の水に到達する。なお、図１９(b)に図示するように、メイン液滴１１０の入射方向がマイクロチャネル４８内の水の流れに対して垂直になるように、ノズル５１（ヘッド１２）の吐出角度（吐出方向）及び電極対１０６の位置を調整してもよい。
【０１２７】
このように油の液滴が吐出される気相空間に電場を形成し、メイン液滴１１０とサテライト液滴１１２に分離することによって、サテライト液滴１１２がマイクロチャネル４８内の水に到達せず、液滴サイズの揃った好ましい乳化液が生成される。
【０１２８】
なお、サテライト液滴１１２をマイクロチャネル４８内の水に分散させると、メイン液滴１１０をマイクロチャネル４８内の水に分散させる態様に比べて分散させる液滴が微小化される。また、電場を油の液滴の吐出方向（吐出ヘッド１２からマイクロチャネル４８に向かう方向）に形成し、電場によって油の液滴の飛翔をアシストする（電場をアシスト手段として用いる）ことも可能である。
【０１２９】
図１２(a)〜(c)には、電場を油の液滴の吐出方向に形成して油の液滴の飛翔をアシストするアシスト手段として用いられる電極対１０６の構成例を示す。図１２(a)に示す態様は、ノズル５１が形成されるノズルプレート５１Ａをプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８の内部にノズルプレート５１Ａに対向するようにマイナス電極１０４を配設し、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３０】
図１２(b)には静電吐出方式を適用した態様を示す。ノズル５１の内部の設けられた針状の電極をプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８の内部にノズルプレート５１Ａに対向するようにマイナス電極１０４を配設し、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３１】
図１２(c)には、ノズル５１とマイクロチャネル４８との間の気相空間に油の液滴の吐出方向に開口部が形成されるリング形状の電極を油の液滴の吐出方向に沿って対向するように配設して電極対を形成する態様を示す。ノズル５１側の電極をプラス電極１０２とし、マイクロチャネル４８側の電極をマイナス電極１０４として、電源１１３から電極対１０６に所定の電圧を印加して油の液滴の吐出方向（飛翔方向）と略平行方向に電界を発生させる。
【０１３２】
本例では、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出される気相空間に電場を付与する態様を示したが、本発明の適用範囲は電場に限定されず、熱（乾燥雰囲気）、光、電磁波、磁場、大気圧プラズマなど、電場以外の場も適用可能である。
【０１３３】
例えば、油の液滴が吐出される気相空間に熱を付与する（或いは、油の液滴が吐出される気相空間を乾燥雰囲気とする）ことにより、吐出ヘッド１２から吐出された油の液滴の乾燥を促進してより微細液滴化することや、相変化（例えば、ゾルゲル化）させることが考えられる。
【０１３４】
また、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出させる吐出領域のマイクロチャネル４８内の水の流れ方向の下流側には、各マイクロチャネル４８のそれぞれに油の液滴が分散した乳化液を加熱するヒータ１２０が備えられている。
【０１３５】
吐出ヘッド１２の吐出タイミングに対応して、吐出ヘッド１２から油の液滴が吐出され、所定の時間が経過した後に、ヒータ１２０をオンしてマイクロチャネル４８内の乳化液を加熱すると、乳化液中の油の液滴が固体化（或いは、結晶化、高分子化）し、粉粒体が生成される。
【０１３６】
ヒータ１２０は、図８に示したヒータドライバ７８を介してシステムコントローラ７２によって、オンオフや発生熱量が制御される。また、ヒータ１２０の加熱処理領域の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）を備え、該温度センサによって検出された温度に応じてヒータ１２０を制御する態様が好ましい。
【０１３７】
本例では、乳化液中の液滴の固体化手段（結晶化手段、高分子化手段）としてヒータを例示したが、電磁波、光（赤外線、レーザ、マイクロ波）などを用いてマイクロチャネル４８の外部から乳化液中の液滴へ固体化（結晶化、高分子化）に要するエネルギーを付与してもよい。また、マイクロチャネル４８内の乳化液を冷却して、乳化液中の液滴を反応変化させてもよい。
【０１３８】
ヒータ１２０のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、マイクロチャネル４８の上部（吐出ヘッド１２から油の液滴を吐出される面に対向する位置）に、固体化した乳化液中の粉粒体の検査手段（測定手段）としてマイクロスコープ１３０が備えられている。
【０１３９】
マイクロスコープ１３０は解析装置１３２に接続されており、マイクロスコープ１３０により得られた情報は解析装置１３２で画像解析され、固体化された粉粒体のサイズ（体積）、形状、内部の様子などの情報が得られる。解析装置１３２は、図８の制御系の一部として設けられてもよいし、図８の制御系とは別に設けられてもよい。なお、マイクロスコープ１３０には、レーザ解析散乱法や動的光散乱法などの方式があり、本発明には何れの方式を適用してもよい。
【０１４０】
本例では、分散液として食品を製造する態様を例示したが、後述するように電子産業分野における電子機器の製造にも適用することができる。電子産業分野に使用される粉粒体には厳しい保障が要求される場合（製造バラつきが３σで±５μｍの範囲に入っていることや、ある数値以上の粒子径を持つ粒子が存在しないことを要求される場合）があり、精度の高い検査が要求される。したがって、多量の粒子をひとつの容器に回収した後に粒子を再検査するよりも、１つの粒子を生成した直後にマイクロチャネル４８内でそのまま検査をする態様は効率面で優れているといえる。
【０１４１】
マイクロスコープ１３０による検査領域のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、分級機構（選別機構）が設けられている。一般的なインクジェット方式の吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズは数％以内のゆらぎの範囲にあり揃っているが、イレギュラーなサイズを持つ液滴が混入する可能があるので、乳化液中の粉粒体（液滴）のサイズの規格に応じて粉粒体を分級する態様が好ましい。
【０１４２】
図１３を用いて分級機構及び分級機構による分級工程について説明する。図１３に示すように、マイクロスコープ１３０のマイクロチャネル４８の内の水の流れ方向の下流側には、プラス電極１４２とプラス電極１４２に対向するマイナス電極１４４から構成される電極対１４６が設けられ、電荷を持つ粉粒体にプラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に発生させた電界を作用させて分級が行われる。
【０１４３】
即ち、マイクロスコープ１３０及び解析装置１３２を含む検査手段による検査工程において、規格外の粒子（異常粒子）が発見された場合には、検査手段から規格外粒子の情報（制御信号）が電極対１４６を制御する電圧制御部１４７に送られる。電圧制御手段１４７は、該制御信号を取得すると電極対１４６に所定の電圧を印加してプラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に電界を発生させて分級が行われる。
【０１４４】
このようにして、検査工程による検査結果を分級工程にフィードバックすることで、検査工程及び分級工程を一貫して自動的に実行することができる。
【０１４５】
なお、粉粒体の分級には、レーザマニピュレータやマイクロマニピュレータ、多数の微細孔をもつフィルタなどを適用してもよい。また、本例の分級には水中で沈降する粉粒体と沈降せずに浮遊している粉粒体に分ける態様も可能である。
【０１４６】
上述したように分級された粉粒体を含む乳化液は、粉粒体の規格ごとに設けられた排出流路１４８Ａ、１４８Ｂを介してそれぞれに対応した回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂに送られる。本例では、流路チップ１６の底面に回収口３２を設け、流路チップ１６の下方に設けられた回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂに乳化液を回収する態様を例示したが、回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂは回収流路を介して排出流路１４８Ａ，１４８Ｂと連通していれば回収器２２Ａ及び回収器２２Ｂの配置は限定されない。また、粉粒体と溶液（水）を分離する機構を備え、粉粒体と溶液とを別々に回収してもよい。プラス電極１４２及びマイナス電極１４４間に印加する電圧の極性を反転させて電界を逆方向に発生させると、回収器２２Ａに回収される粉粒体と回収器２２Ｂに回収される粉粒体とを入れ換えることも可能である。
【０１４７】
本応用例では、乳化液中の液滴を粉粒化した後に検査（測定）、分級（選別）する態様を例示したが、粉粒化せずに液滴のまま乳化液を回収する態様にも、検査工程及び分級工程を適用することも可能である。
【０１４８】
本応用例によれば、乳化液を生成した後に固形化（粉粒化）工程、検査工程及び分級工程を備えることで、乳化液製造の後工程の連続処理が可能となる。
【０１４９】
〔応用例２〕
次に、本発明の実施形態に係る他の応用例について説明する。図１４は、本応用例に係る分散液製造装置２００の概略構成を示す概念図である。本応用例に示す分散液製造装置２００は、搬送ベルト２０２を用いて水が収容された容器２０４を一方向に一定速で搬送し、容器２０４が吐出ヘッド１２の下部の吐出領域に到達すると、吐出ヘッド１２から容器２０４内の水に油の液滴が吐出され、容器２０４内に水に油の液滴が分散した乳化液が生成される。
【０１５０】
搬送ベルト２０２の搬送制御は、図８に示す制御系のシステムコントローラ７２によりモータドライバ７６を介して行われる。即ち、吐出データに基づいて搬送ベルト２０２の搬送速度が決められ、該搬送速度に基づいて搬送ベルト２０２を駆動するモータ（不図示）の制御が行われる。
【０１５１】
吐出ヘッド１２の容器２０４の搬送方向下流側には、乳化液中の油の液滴を固体化させるためのエネルギーを付与するハロゲンランプ２０６が備えられている。容器２０４内に乳化液が生成され、該容器がハロゲンランプ２０６の下部の照射領域に達すると、ハロゲンランプからハロゲン光が照射され、乳化液中の油の液滴が固体化される。
【０１５２】
本例では、乳化液中の液滴の固体化手段としてハロゲンランプを例示したが、図９及び図１３に示したヒータ１２０や、電磁波、光（赤外線、レーザ、マイクロ波）などを用いて容器２０４の外部から乳化液中の油の液滴へ固体化（結晶化、高分子化）に要するエネルギーを付与してもよい。また、マイクロチャネル４８内の乳化液を冷却して、乳化液中の液滴を反応変化させてもよい。
【０１５３】
ハロゲンランプ２０６の容器２０４の搬送方向の下流側には、解析装置１３２に接続されたマイクロスコープ１３０が設けられ、乳化液中の粉粒体の検査が行われる。本例の検査工程は上述した応用例と同じであり、ここでは説明を省略する。
【０１５４】
検査工程が終了すると乳化液が収容された容器２０４は所定の排出路（不図示）を経由して容器ごと回収される。
【０１５５】
図１５には、容器２０４の一例を図示する。本応用例に示す容器２０４は、図１５(a)に示すように油の液滴が吐出される面に開口部を有す微細箱２１０を２次元状に並べた構造を適用してもよいし、図１５(b)に示すように一体型のプール２１２を備える構造を適用してもよい。
【０１５６】
図１５(a)に示すように、容器２０４を微小領域に分割する態様によれば、乳化液生成後の加熱処理がより早く、均一に行うことが可能である。また、微小領域に分かれていると検査工程が容易であり、検査工程で不合格となったものの除去も容易である。
【０１５７】
なお、図１６に示すように、ヘッド１２から吐出させる液体の種類とマイクロチャネル４８内の液体の種類との組み合わせによっては、吐出液滴がマイクロチャネル４８内の液体（溶媒）の中に入らずにマイクロチャネル４８内の液体の表面に浮遊する場合が考えられる。また、ヘッド１２から吐出される際に付与される吐出力によっても同様の現象が起こり得る。このようにマイクロチャネル４８内の液体表面に浮遊する液滴を加熱して固体化すると、扁平形状を有する円盤状の分粒体や、ドーム形状を上下に貼り合わせた形状の分粒体など、非球形の分粒体が形成される。
【０１５８】
例えば、円盤状の分粒体は、球形状の分粒体とは違い円盤の平端部とその垂直方向で異方性を有するので、液体中の流れの中での挙動や凝集したときの充填性、光による散乱性などに違いがある。即ち、球形状の分粒体とは異なる性質を利用して、塗料、インク、潤滑油、充填剤、化粧品、電子材料などに応用することが可能である。
【０１５９】
本実施形態では、食品となる乳化液が生成されるので、吐出される油に影響を与え難いように、吐出ヘッド１２を接着剤レスにすることや、吐出される液により吐出ヘッド１２が腐食、変質し難いセラミックやシリコンなどの部材を用いることが好ましい。
【０１６０】
また、本実施形態では、水または水系の溶液に有機化合物、油、脂肪などの微細液滴を分散させて、マーガリンやドレッシング、健康食品などの食品を製造する態様を例示したが、本発明は他のアプリケーションにも適用可能である。
【０１６１】
例えば、水または水系の溶液に病気の治療に必要な薬物を含む有機化合物の液体、油もしくは油系の液体を分散させて、ドラックデリバリーを製造してもよい。ドラックデリバリーの製造では、装置はクリーンルーム環境に設置されるので装置全体として高いクリーン度が要求され、製造工程に異物を検出する工程及び吐出ヘッド１２の内部を定期的に洗浄する洗浄工程が追加される。また、吐出ヘッドから吐出される液滴のサイズは１μｍ以下のサブミクロンオーダーであり、食品製造と同様に、吐出ヘッド１２から吐出される液体に影響を与えない（例えば、変質させない）ように、接着剤レス構造にすることや、吐出ヘッドから吐出される液体によって吐出ヘッドが腐食、変質し難いように、吐出ヘッドを構成する部材にはセラミックやシリコンなどの材料が適用される。吐出ヘッドの一部を透明な部材で構成し、吐出ヘッドの内部の液体の汚染状況を目視で確認できるように構成する態様も好ましい。
【０１６２】
また、水または水系の溶液にモノマーを含む有機化合物の液滴を分散させて、液晶スペーサーや電子ペーパの粒子のどの高分子球状粒体を製造することや、水にはんだペーストの液滴を分散させて液晶スペーサーや電子ペーパの粒子に用いられるはんだ球状粒子を製造することも可能である。高分子球状粒体の製造では、分散液を生成した後に加熱工程（加熱のためのヒータ）を備えることが必須であり、極端な単分散性（±１０％以内）とサイズの保障が必要になるので、吐出ヘッドのノズルを高精度に形成しなければならない。
【０１６３】
逐次処理方式では生産性を上げることができないので、連続処理方式によって、液滴生成、加熱、分級、検査の各工程を一貫工程として生産性を上げることが可能である。更に、量産量の増減があるので、装置の大型化ではなくナンバリングアップにより生産性を調整する態様が好ましい。
【０１６４】
はんだ球状粒子の製造では、吐出ヘッド内のはんだを溶融温度まで加熱する必要があり、分散液を生成した後に冷却工程を備えて、冷却によってはんだの液滴が固体化される。なお、はんだ球状粒子の製造では、高分子球状粒子の製造と同様に、極端な単分散性（±１０％以内）とサイズの保障が必要になるので、吐出ヘッドのノズルを高精度に形成しなければならず、逐次処理方式では生産性を上げることができないので、連続処理方式によって、液滴生成、冷却、分級、検査の各工程を一貫工程として生産性を上げることが可能である。更に、量産量の増減があるので、装置の大型化ではなくナンバリングアップにより生産性を調整する態様が好ましい。
【０１６５】
上述したアプリケーション以外にも、水または水系の溶液に油の液滴を分散させた乳液などの化粧品や、化粧品の素材や燃料ガス流速計用のトレーサー粒子となるシリカ球状粒子、水、油またはイオン液体の溶液にイオン液体または水、油の液滴を分散させるイオン液体にも適用可能である。
【０１６６】
化粧品の製造では、大量に低コストで製造するためにヘッドの多ノズル化、吐出周波数の高速化、ナンバリングアップが必要である。また、吐出ヘッドから吐出される液体に影響しないように、吐出ヘッドを接着レス構造にすることや、吐出ヘッドから吐出する液体によって吐出ヘッドに腐食、変質し難い材料を吐出ヘッドの構成部材に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の実施形態に係る分散液製造装置の基本構成図
【図２】層流を説明する図
【図３】図１に示す分散液製造装置の概略平面図
【図４】分散液の生成を説明する図
【図５】図１に示す吐出ヘッドのノズル配置を示す平面図
【図６】ヘッドの立体構造を示す断面図
【図７】図１に示す分散液製造装置の供給系の構成を示す断面図
【図８】図１に示す分散液製造装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【図９】本発明の応用例に係る分散液製造装置の基本構成図
【図１０】サテライトの回収を説明する図
【図１１】図１０に示すサテライトの回収の他の態様を説明する図
【図１２】図９の電極対の構成例を示す図
【図１３】図９に示す分散液製造装置の概略平面図
【図１４】図９に示す分散液製造装置の他の応用例に係る分散液製造装置の基本構成図
【図１５】図１４に示す容器の構造を示す斜視図
【図１６】円盤状の分散粒子を説明する図
【符号の説明】
【０１６８】
１０，１００，２００…分散液製造装置、１２…吐出ヘッド、１５…プール、２０…ポンプ、４８…マイクロチャネル、５０，２１０…微細箱、５１…ノズル、７９…ポンプ制御部、１０６，１４６…電極対、１２０…ヒータ、１３０…マイクロスコープ、１３２…解析装置、２０２…搬送ベルト、２０４…容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体に微細化した第２の液体の液滴を分散させた分散液を製造する分散液製造装置であって、
前記第１の液体が収容される第１の液体収容部材と、
前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を微細化した液滴を吐出するとともに、前記第２の液体の吐出面が前記第１の液体の前記第２の液体が着弾する面と所定の距離を離して配置される吐出ヘッドと、
を備え、
前記吐出ヘッドは、気相を介して前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を吐出することを特徴とする分散液製造装置。
【請求項２】
前記第１の液体収容部材内の第１の液体と前記吐出ヘッドとを一方向に一定の速さで相対的に移動させる移動手段を備え、
前記移動手段によって前記第１液体収容部材内の第１液体と前記吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記吐出ヘッドから前記第２の液体を微細液滴化して吐出することを特徴とする請求項１記載の分散液製造装置。
【請求項３】
前記第１の液体収容部材内の第１の液体に層流を発生させる層流発生手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の分散液製造装置。
【請求項４】
前記第１の液体収容部材は、前記第２の液体が吐出される面に第２の液体の液滴サイズに対応する幅を有し、前記第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を具備することを特徴とする請求項３記載の分散液製造装置。
【請求項５】
前記第１の液体収容部材は、前記第１の液体が収容されるとともに微細液滴化された第２の液体のサイズに対応する複数の凹部を具備し、前記凹部の開口部は前記第２の液体の吐出面と平行な面に２次元状に並べられた構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の分散液製造装置。
【請求項６】
前記吐出ヘッドと前記第１の液体の第２の液体が着弾する面との間の気相中に電界を形成する電界形成手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項７】
前記電界形成手段は、前記吐出ヘッドから吐出された第２の液体の微細液滴からサテライト液滴を分離することを特徴とする請求項６記載の分散液製造装置。
【請求項８】
前記電界形成手段は、前記第１の液体収容部材の第１の液体への前記第２の液体の入射をアシストすることを特徴とする請求項６記載の分散液製造装置。
【請求項９】
前記第１の液体に分散する前記第２の液体を固体化する固体化手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１０】
前記第１の液体に分散する第２の液体のサイズ、形状及び内部の様子のうち少なくとも何れか１つを検査する検査手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１１】
前記第１の液体に分散した第２の液体を分級する分級手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１２】
前記分級手段によって分級された第２の液体の級ごとに、前記第１の液体に第２の液体が分散した分散液を回収する回収手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の分散液製造装置。
【請求項１３】
第１の液体に気相を介して吐出ヘッドから第２の液体を吐出して、前記第１の液体中に微細液滴化した前記第２の液体を分散させた分散液を製造することを特徴とする分散液製造方法。
【請求項１】
第１の液体に微細化した第２の液体の液滴を分散させた分散液を製造する分散液製造装置であって、
前記第１の液体が収容される第１の液体収容部材と、
前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を微細化した液滴を吐出するとともに、前記第２の液体の吐出面が前記第１の液体の前記第２の液体が着弾する面と所定の距離を離して配置される吐出ヘッドと、
を備え、
前記吐出ヘッドは、気相を介して前記第１の液体収容部材内の第１の液体に前記第２の液体を吐出することを特徴とする分散液製造装置。
【請求項２】
前記第１の液体収容部材内の第１の液体と前記吐出ヘッドとを一方向に一定の速さで相対的に移動させる移動手段を備え、
前記移動手段によって前記第１液体収容部材内の第１液体と前記吐出ヘッドとを相対的に移動させながら、前記吐出ヘッドから前記第２の液体を微細液滴化して吐出することを特徴とする請求項１記載の分散液製造装置。
【請求項３】
前記第１の液体収容部材内の第１の液体に層流を発生させる層流発生手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の分散液製造装置。
【請求項４】
前記第１の液体収容部材は、前記第２の液体が吐出される面に第２の液体の液滴サイズに対応する幅を有し、前記第１の液体の層流の流れ方向に形成された複数の溝を具備することを特徴とする請求項３記載の分散液製造装置。
【請求項５】
前記第１の液体収容部材は、前記第１の液体が収容されるとともに微細液滴化された第２の液体のサイズに対応する複数の凹部を具備し、前記凹部の開口部は前記第２の液体の吐出面と平行な面に２次元状に並べられた構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の分散液製造装置。
【請求項６】
前記吐出ヘッドと前記第１の液体の第２の液体が着弾する面との間の気相中に電界を形成する電界形成手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項７】
前記電界形成手段は、前記吐出ヘッドから吐出された第２の液体の微細液滴からサテライト液滴を分離することを特徴とする請求項６記載の分散液製造装置。
【請求項８】
前記電界形成手段は、前記第１の液体収容部材の第１の液体への前記第２の液体の入射をアシストすることを特徴とする請求項６記載の分散液製造装置。
【請求項９】
前記第１の液体に分散する前記第２の液体を固体化する固体化手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１０】
前記第１の液体に分散する第２の液体のサイズ、形状及び内部の様子のうち少なくとも何れか１つを検査する検査手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１１】
前記第１の液体に分散した第２の液体を分級する分級手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の分散液製造装置。
【請求項１２】
前記分級手段によって分級された第２の液体の級ごとに、前記第１の液体に第２の液体が分散した分散液を回収する回収手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の分散液製造装置。
【請求項１３】
第１の液体に気相を介して吐出ヘッドから第２の液体を吐出して、前記第１の液体中に微細液滴化した前記第２の液体を分散させた分散液を製造することを特徴とする分散液製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
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【図５】
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【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−８０２５０（Ｐ２００８−８０２５０Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６３４８０（Ｐ２００６−２６３４８０）
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２７日（２００６．９．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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