(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液体と第２液体とを反応させゲルを生成するゲル製造装置であって、
前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルと連通する貫通孔が形成されたギャッププレートと、
前記第２液体を収納する容器と、
前記容器内の前記第２液体を流動させる流動機構と、を含み、
前記ギャッププレートは、前記ノズルプレートと前記容器の底面との間に設けられ、
前記第１液体と前記第２液体とを反応させゲルを生成する場合、前記ギャッププレートが前記第２液体及び前記ノズルプレートと接触した状態で、前記容器に収納された前記第２液体に向けて前記ノズルから前記第１液体を噴射させる、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、
前記貫通孔は、前記ノズルプレート側に設けられた第１開口部と、前記容器の底面側に設けられた第２開口部と、を備え、前記第２開口部の開口部面積よりも前記第１開口部の開口部面積の方が大きいテーパー形状を有する、ゲル製造装置。
【請求項３】
請求項２に記載のゲル製造装置において、
前記流動機構は、前記容器内に配置される回転子を有し、
前記貫通孔の前記第２開口部から前記第１開口部の方向へと広がる角が、前記回転子に近い側よりも前記回転子から遠い側の方が大きい、ゲル製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記容器をガイドする容器ガイドプレートを備える、ゲル製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記貫通孔は、前記容器の底面側のエッジ部の少なくとも一部にＲ形状の部分を備える、ゲル製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記ギャッププレートは、前記第２液体と接触する面に、液体の流れを制御するための整流部を有する、ゲル製造装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のゲル製造装置において、
前記貫通孔は、
前記ノズルプレート側に設けられた第１開口部と、前記容器の底面側に設けられた第２開口部と、を備え、前記第２開口部の開口部面積よりも前記第１開口部の開口部面積の方が大きいテーパー形状を有する斜面状部と、
該斜面状部よりも前記容器の底面に近い位置に形成された筒状の管状部と、を備える、ゲル製造装置。
【請求項８】
第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートと、前記ノズルと連通する貫通孔が形成されたギャッププレートと、前記第１液体と反応する第２液体と、前記第２液体を流動させる流動機構と、を備えるゲル製造装置を用いたゲル製造方法であって、
前記ギャッププレートが前記ノズルプレート及び前記第２液体と接触した状態で、前記第２液体に対して前記第１液体を噴射してゲルを製造する、ゲル製造方法。
【請求項９】
第１液体と第２液体とを反応させゲルを生成するゲル製造装置であって、
前記第１液体を噴射するノズルが形成されたノズルプレートと、
前記ノズルと連通する貫通孔が形成されたギャッププレートと、
前記第２液体を収納可能な容器が設置される場合に、前記容器をガイドする容器ガイドプレートと、前記容器内の前記第２液体を流動させる流動機構と、を含み、
前記第２液体が収納された前記容器が設置され、前記第１液体と前記第２液体とを反応させゲルを生成する場合、
前記ギャッププレートは前記ノズルプレートと前記容器の底面との間に位置し、前記ギャッププレートが前記第２液体及び前記ノズルプレートと接触した状態で、前記容器に収納された前記第２液体に向けて前記ノズルから前記第１液体を噴射させる、ゲル製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲル製造装置及びゲル製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被噴射液体に向けて、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、第１液体を第２液体の中に噴射すると、第２液体の液面の揺れ、又は振動等によりノズルに第２液体が付着する。これによりノズル内で第１液体と第２液体とが反応してゲル状になり、噴射不良となる可能性があった。
【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］第１液体と第２液体とを反応させゲルを生成するゲル製造装置であって、前記第２液体を収納する容器と、前記容器内で前記第２液体を流動させる流動機構と、流動されている前記第２液体に、前記第１液体を液滴噴射法により噴射するノズルが形成されたノズルプレートを備えた噴射機構と、前記ノズルと連通する貫通孔が形成されたギャッププレートと、を含み、前記ギャッププレートは、前記流動機構と前記噴射機構との間に配置されていることを特徴とするゲル製造装置。
【０００７】
これによれば、ギャッププレートにより第２液体の液面の揺れ、又は振動等を抑制できるので、第１液体噴射用のノズルに第２液体が付着することが少なくなり、ノズル内で第１液体と第２液体とが反応してゲル状になることによる噴射不良を抑えることができる。また、ギャッププレートの厚みで第２液体の液面とノズルプレートとのギャップを一定に管理できる。
【０００８】
［適用例２］上記ゲル製造装置であって、前記ギャッププレートは、０．１〜１０ｍｍの厚さを有することを特徴とするゲル製造装置。
【０００９】
これによれば、ギャッププレートの厚みを決定することで、噴射機構のノズルプレートと、流動機構により流動される第２液体の液面との距離（間隔）を容易に規定することができる。
【００１０】
［適用例３］上記ゲル製造装置であって、前記貫通孔の開口部は、前記ノズル列方向を長径とする楕円形の長穴であることを特徴とするゲル製造装置。
【００１１】
これによれば、貫通孔の開口部がノズル列方向を長径とする楕円形の長穴であるので、ノズルプレートに形成されたノズル列から第１液体を一括して噴射できる。
【００１２】
［適用例４］上記ゲル製造装置であって、前記貫通孔は、前記流動機構側のエッジ部の少なくとも一部にＲ形状の部分を備えていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１３】
これによれば、第２液体が、ギャッププレートの貫通孔から、噴射機構のノズルへ入り込んでしまうことを抑制し、第２液体によりノズルが塞がれることを防ぐ。
【００１４】
［適用例５］上記ゲル製造装置であって、前記貫通孔は、前記流動機構側の開口部面積より前記噴射機構側の開口部面積の方が大きいテーパー形状であることを特徴とするゲル製造装置。
【００１５】
これによれば、貫通孔のテーパー形状により、第２液体の噴出が抑えられるので、第１液体噴射用のノズルに第２液体が付着することが少なくなり、ノズル詰まりの発生を抑える。
【００１６】
［適用例６］上記ゲル製造装置であって、前記テーパー形状は、５〜１７５度のテーパー角を有することを特徴とするゲル製造装置。
【００１７】
これによれば、テーパー形状のテーパー角を決定することで、ノズルと面する側からもう一方側へ小さくなる貫通孔のテーパー形状を容易に規定することができる。
【００１８】
［適用例７］上記ゲル製造装置であって、前記貫通孔は、前記テーパー形状の斜面状部と、該斜面状部の前記流動機構側に形成された筒状の管状部と、を備えていることを特徴とするゲル製造装置。
【００１９】
これによれば、第２液体が、ギャッププレートの貫通孔から、噴射機構のノズルへ入り込んでしまうことを更に抑制し、第２液体によりノズルが塞がれることを防ぐ。
【００２０】
［適用例８］上記のいずれか一項に記載のゲル製造装置を用いたゲル製造方法。
【００２１】
これによれば、ギャッププレートにより第２液体の液面の揺れ、又は振動等を抑制できるので、第１液体噴射用のノズルに第２液体が付着することが少なくなり、ノズル内で第１液体と第２液体とが反応してゲル状になることによる噴射不良を抑えることができる。また、ギャッププレートの厚みで第２液体の液面とノズルプレートとのギャップを一定に管理できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係るゲル製造装置を示す斜視図。
【図２】本実施形態に係るゲル製造装置を示す立面図。
【図３】本実施形態に係るゲル製造装置を示す平面図。
【図４】本実施形態に係るゲル製造装置を示す断面図。
【図５】本実施形態に係るゲル製造装置のゲル生成ユニットを示す断面図。
【図６】本実施形態に係るゲル製造装置のプレートを示す平面図。
【図７】本実施形態に係るゲル製造装置のプレート箇所を示す平面図。
【図８】本実施形態に係るゲル製造装置のギャッププレートを示す平面図及び断面図。
【図９】本実施形態に係る貫通孔の第２開口部における液体のメニスカスを示す断面図。
【図１０】本実施形態に係るギャッププレートを示す平面図及び断面図。
【図１１】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１２】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１３】変形例１におけるギャッププレートを示す断面図。
【図１４】変形例４におけるギャッププレートを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。ゲル製造装置は、第１液体と第２液体とを反応させゲルを生成する。
【００２４】
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る。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る。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る。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）２０を駆動するヘッド駆動ＢＯＸ２２と、を備えている。
【００２５】
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。
【００２６】
ゲル生成ユニット１２は、スターラー（流動機構）２８と、シャーレー２４と、プレート３０と、ギャッププレート８８（図５参照）と、ヘッド２０と、を備えている。
【００２７】
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水溶液（第２液体）Ｃを渦巻流動させている。これにより、滴下されるアルギン酸ナトリウム水溶液（第１液体）Ａが塩化カルシウム水溶液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。
【００２８】
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、塩化カルシウム水溶液Ｃを収納する。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、塩化カルシウム水溶液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水溶液Ａ、塩化カルシウム水溶液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水溶液Ｃは２％の濃度である。
【００２９】
図５は、本実施形態に係るゲル製造装置のゲル生成ユニットを示す断面図である。図６は、本実施形態に係るゲル製造装置のプレートを示す平面図である。図７は、本実施形態に係るゲル製造装置のプレート箇所を示す平面図である。図８は、本実施形態に係るゲル製造装置のギャッププレートを示す平面図及び断面図である。なお、図８（Ａ）は、ギャッププレート８８を示す平面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の切断線Ａ−Ａに沿ったギャッププレート８８の断面図を示す。
【００３０】
図５及び６に示すように、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を固定するヘッド固定部（固定治具）４０とノズル３６と連通する角穴８６とが形成されている。プレート３０の材料は、例えばアクリル板である。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水溶液Ｃの渦巻流動状態を観察することができる。プレート３０は、塩化カルシウム水溶液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水溶液供給口４２を備えている。塩化カルシウム水溶液供給口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水溶液Ｃのロート外への噴出を防止する（安全対策）。角穴８６には、図示しない防水ゴム又はＯリングなどのシール部が形成されている。
【００３１】
図５及び７に示すように、ギャッププレート８８は、略円柱体の形状であって、ギャッププレート８８の中央と縁との間に位置するように形成された貫通孔１２６を有している。ギャッププレート８８は、プレート３０と塩化カルシウム水溶液Ｃとの間に配置されている。ギャッププレート８８は、ヘッド２０のノズルプレート３４面と塩化カルシウム水溶液Ｃの液面との距離を一定に保っている。貫通孔１２６は、ノズル３６列方向を長径とする楕円形の長穴であって、ヘッド２０側の開口である第１開口部９０の大きさがヘッド２０と反対側の開口である第２開口部９２の大きさより大きくなっている。また、貫通孔１２６は、ノズル３６の一列の長さ以上の長穴である。即ち、（第１開口部９０の長径（短径）＞第２開口部９２の長径（短径））となる設定である。以降、貫通孔１２６の形状を楕円錐状と呼ぶ。具体的には、この楕円錐は、図８に示すように、板厚ｔ＝０．２ｍｍのギャッププレート８８に、直径（短径）ｗ１＝１ｍｍの第２開口部９２からθ＝１２０度の角度をなして直径（短径）ｗ２の第１開口部９０の方向へ広がっている形状である。
【００３２】
次に、ギャッププレート８８の貫通孔１２６の果たす機能について説明する。
図９は、本実施形態に係る貫通孔１２６の第２開口部９２における液体のメニスカスを示す断面図である。なお、図９（Ａ）は、貫通孔１２６の第２開口部９２における溶液のメニスカスを示す断面図、図９（Ｂ）は、第２開口部９２へ溶液が浸入した場合のメニスカスを示す断面図である。図９（Ａ）に示すように、ギャッププレート８８の第２開口部９２の側では、塩化カルシウム水溶液Ｃが流動している。この場合、塩化カルシウム水溶液Ｃは、ギャッププレート８８に対してほとんど圧力を付与しない状態で流動している。したがって、塩化カルシウム水溶液Ｃは、第２開口部９２におけるメニスカスが、わずかに貫通孔１２６の内側へ脹らんだ状態の定常液面９４をなしている。この定常液面９４へ向かって、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａの液滴が噴射される。
【００３３】
一方、ゲル製造装置２が振動等で揺れたときには、シャーレー２４内の塩化カルシウム水溶液Ｃの流動が乱れ、第２開口部９２の定常液面９４の状態も乱れる。つまり、塩化カルシウム水溶液Ｃが、第２開口部９２から速度Ｖで浸入してノズル３６の方向へ立ち上がった、浸入液面９６のような状態となる。しかし、貫通孔１２６は、第２開口部９２から第１開口部９０の方向へ向かって広がった楕円錐状であるため、浸入液面９６は、ノズル３６の方向へは向かわずに、図９（Ｂ）に示すように、楕円錐状の壁面の方向へ拡散して広がる拡散液面９８のような状態となり、浸入液面９６は拡散液面９８となる。そして、塩化カルシウム水溶液Ｃは、拡散液面９８の状態から更に揺れが収まった収拾液面１００の状態を経て、最終的には、図９（Ａ）に示す定常液面９４の状態へ戻る。
【００３４】
ここで、貫通孔１２６においては、毛細管現象を表す式、ｈ＝２Ｔｃｏｓθ／ρｇｒ、が適用でき、この式によれば、貫通孔１２６と塩化カルシウム水溶液Ｃとの接触角θが９０度以上であると、塩化カルシウム水溶液Ｃの高さｈが大きくならず、即ち塩化カルシウム水溶液Ｃが第１開口部９０に近づきにくくなり、より好ましいことが分かる。なお、毛細管現象を表す式において、ｈ＝塩化カルシウム水溶液Ｃの高さ（ｍ）、Ｔ＝表面張力（Ｎ／ｍ3）、θ＝接触角、ρ＝塩化カルシウム水溶液Ｃの密度（Ｋｇ／ｍ3）、ｇ＝重力加速度（ｍ／ｓ2）、ｒ＝第２開口部９２の半径（ｍ）である。
【００３５】
このように、ギャッププレート８８の貫通孔１２６を楕円錐状にすることにより、塩化カルシウム水溶液Ｃが第２開口部９２から貫通孔１２６内へ浸入しても、塩化カルシウム水溶液Ｃを第２開口部９２の近傍に留めて侵入状態を収拾することができる。つまり、塩化カルシウム水溶液Ｃがノズル３６まで達して、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａをゲル化することを回避できる。したがって、ゲル製造装置２は、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａがノズル３６内でゲルとならないため、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａの噴射不良を略皆無にすることが可能である。
【００３６】
図１０は、本実施形態に係るギャッププレート８８を示す平面図及び断面図である。本実施形態において、塩化カルシウム水溶液Ｃが流動しているときのギャッププレート８８にかかる塩化カルシウム水溶液Ｃの水圧は、ギャッププレート８８の中心側が小さく、外周側が大きくなるので、貫通孔１２６の第２開口部９２から第１開口部９０の方向へ広がっている角は、中心側の角ａが小さく、外周側の角ｂが大きくなる。また、貫通孔１２６の第２開口部９２の短径は、中心側の短径ｄが大きく、外周側の短径ｅが小さくなる。また、貫通孔１２６は、塩化カルシウム水溶液Ｃ側のエッジ部の少なくとも一部にＲ形状の部分を備えていてもよい。
【００３７】
ヘッド２０は、アルギン酸ナトリウム水溶液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水溶液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水溶液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水溶液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。塩化カルシウム水溶液Ｃの液面の平滑領域と複数のノズル３６の配列領域とは、塩化カルシウム水溶液Ｃの水面と平行な方向にオーバーラップしている。また、塩化カルシウム水溶液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、塩化カルシウム水溶液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、塩化カルシウム水溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａをヘッド２０により連続して噴射しても、塩化カルシウム水溶液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水溶液Ａと塩化カルシウム水溶液Ｃとが反応して生成されるゲルＧが、さらに密着することなく、個々のゲルＧを得ることができる。なお、ノズル３６はヘッド２０に１列形成されているとしたが、これに限るものではなく、複数列形成されていてもよい。ヘッド２０のノズルプレート３４と、スターラー２８により渦巻流動される塩化カルシウム水溶液Ｃの液面との距離（間隔）は規定されている。
【００３８】
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５０と、天面５０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水溶液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水溶液Ａが１％の濃度である。
【００３９】
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１１参照）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。
【００４０】
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水溶液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。
【００４１】
ゲル製造装置２は、シャーレー２４内を渦巻流動する塩化カルシウム水溶液Ｃに向けて、ノズル３６からアルギン酸ナトリウム水溶液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水溶液Ａと塩化カルシウム水溶液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水溶液Ａを塩化カルシウム水溶液Ｃに向けて噴射させることで、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａと塩化カルシウム水溶液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。
【００４２】
本実施形態によれば、ノズルプレート３４と塩化カルシウム水溶液Ｃの液面との距離は、塩化カルシウム水溶液Ｃの水位が変位しても、一定に保たれる。なお、ノズルプレート３４と塩化カルシウム水溶液Ｃの液面とは、平行であってもよい。これによれば、更に安定したゲルＧを生成することができる。
【００４３】
図１１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。ヘッド駆動ＢＯＸ２２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、ヘッド駆動ＢＯＸ２２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を制御するためのヘッド駆動ＢＯＸ２２の詳細について、次に説明する。
【００４４】
ヘッド駆動ＢＯＸ２２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、ヘッド駆動ＢＯＸ２２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。
【００４５】
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水溶液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水溶液Ａが塩化カルシウム水溶液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の液量を受信し、噴射継続に必要な液量であるか否かを判断する。判断結果は、ＣＰＵ６８に伝えられ、液量不足と判断した場合、ＣＰＵ６８が噴射制御部７６に停止を指示する。停止の場合、ＣＰＵ６８は、表示部６４へ停止した旨の警報を表示させる。
【００４６】
次に、ゲル製造装置２によりアルギン酸ナトリウム水溶液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１２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。
【００４７】
事前準備として、ゲル製造者は、塩化カルシウム水溶液Ｃをシャーレー２４内に入れる。なお、塩化カルシウム水溶液Ｃを塩化カルシウム水溶液供給口４２を介してシャーレー２４内に入れてもよい。塩化カルシウム水溶液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水溶液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。塩化カルシウム水溶液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。塩化カルシウム水溶液Ｃの量は、事前にシャーレー２４内に塩化カルシウム水溶液Ｃが、ノズルプレート３４と塩化カルシウム水溶液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水溶液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水溶液Ｃを必要な重さだけ電子天秤で測定し、塩化カルシウム水溶液供給口４２を介して入れる。
【００４８】
次に、ゲル製造者は、ヘッド駆動ＢＯＸ２２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水溶液Ａの液滴を噴射するための噴射パターンを選択する。
【００４９】
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水溶液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。
【００５０】
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８６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、塩化カルシウム水溶液Ｃの回転により発生する中央部の窪みＰを避け、塩化カルシウム水溶液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、塩化カルシウム水溶液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、塩化カルシウム水溶液Ｃの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。
【００５１】
以上で事前準備が終了し、先ず、ステップＳ１０において、ヘッド駆動ＢＯＸ２２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水溶液Ｃを渦巻流動させる。
【００５２】
次に、ステップＳ２０において、ヘッド駆動ＢＯＸ２２は、渦巻流動する塩化カルシウム水溶液Ｃにヘッド２０からアルギン酸ナトリウム水溶液（第１液体）Ａの液滴を噴射させる。噴射された液滴は、貫通孔１２６を通過し、第２開口部９２において、流動している塩化カルシウム水溶液Ｃの中へ没入する。貫通孔１２６は、既述したように楕円錐状をなしていて、第１開口部９０と第２開口部９２との間に塩化カルシウム水溶液Ｃが浸入しにくい構成となっているため、各液滴は、第２開口部９２までの間で塩化カルシウム水溶液Ｃに接触することなく噴射される。つまり、液滴は、第２開口部９２の近傍に至るまでの間に、均一な液滴形状となっている。この状態の液滴が塩化カルシウム水溶液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。
【００５３】
次に、ステップＳ３０において、ヘッド駆動ＢＯＸ２２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水溶液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。
【００５４】
ゲルＧが所定のゲル状態であれば、ステップＳ４０において、選択した噴射数が終了したか否かを判断する。この判断は、ヘッド２０の噴射数をカウントして、図示していない噴射制御部が行う。そして、所定数の液滴を噴射していれば、フローを終了し、一方、所定数の液滴を噴射していなければ、ステップＳ２０へ戻る。
【００５５】
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及びギャッププレート８８を取り除き、シャーレー２４にフタをして移動する。
【００５６】
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。
【００５７】
（１）ギャッププレート８８により塩化カルシウム水溶液Ｃの液面の揺れ、又は振動等を抑制できるので、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａ噴射用のノズル３６に塩化カルシウム水溶液Ｃが付着することが少なくなり、ノズル３６内でアルギン酸ナトリウム水溶液Ａと塩化カルシウム水溶液Ｃとが反応してゲル状になることによる噴射不良を抑えることができる。また、ギャッププレート８８の厚みで塩化カルシウム水溶液Ｃの液面とノズルプレート３４とのギャップを一定に管理できる。
【００５８】
（２）ゲル製造装置２は、塩化カルシウム水溶液Ｃへ向けて、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａをヘッド２０により連続して噴射しても、塩化カルシウム水溶液Ｃが渦巻流動しているため、アルギン酸ナトリウム水溶液Ａと塩化カルシウム水溶液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。
【００５９】
（３）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水溶液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水溶液Ａの液滴は、塩化カルシウム水溶液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水溶液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。
【００６０】
（４）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水溶液Ａの液滴の大きさや、噴射の速度及び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。
【００６１】
（５）アルギン酸ナトリウム水溶液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。
【００６２】
（６）塩化カルシウム水溶液Ｃが静止状態ではなくシャーレー２４内で渦巻流動される方式であるため、塩化カルシウム水溶液Ｃの汚染あるいは生菌の発生等を防止することができる。
【００６３】
なお、上記課題の少なくとも一部を解決できる範囲での変形、改良などは前述の実施形態に含まれるものである。
【００６４】
（変形例１）
図１３は、本変形例におけるギャッププレート１０８を示す断面図である。上記実施形態のゲル製造装置２において、ギャッププレート８８の貫通孔１２６は、楕円錐状の形状であるが、この形状に限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、貫通孔１２８は、管状部１０２と斜面状部１０４とを有する漏斗状をなしている。管状部１０２は、塩化カルシウム水溶液Ｃの流動する側に形成された第２開口部１０６から、第２開口部１０６と同形状でギャッププレート８８の内部方向へ直状に形成されている。この場合、第２開口部１０６は、図８に示す貫通孔１２６の第２開口部９２と同じ１ｍｍの径であり、管状部１０２は、０．２ｍｍ厚のギャッププレート１０８に対し０．０７ｍｍの深さに形成されている。そして、斜面状部１０４は、管状部１０２から連なっていて、１２０度の角度をなして広がる楕円錐状の形状である。この斜面状部１０４により、ギャッププレート１０８のノズル３６の側には、第２開口部１０６より大きな径の第１開口部１１０が形成される。このような形状の貫通孔１２８によれば、塩化カルシウム水溶液Ｃの貫通孔１２８内への浸入を防ぐことに加え、第２開口部１０６の側が管状部１０２であることにより、第２開口部１０６が鋭角状の尖った先端部とならないため、第２開口部１０６の短径を、正確に、１ｍｍに加工することができる。なお、管状部１０２の部分は、略円弧状に丸めた形状であってもよい。これらの形態は、上記実施形態におけるギャッププレート８８の貫通孔１２６にも適用することが可能である。
【００６５】
（変形例２）
また、ギャッププレート８８において、ギャッププレート８８は０．２ｍｍの厚さであり、また、楕円錐状の貫通孔１２６の第２開口部９２の短径は１ｍｍ、楕円錐状の角度は１２０度であるが、この値に限定されず、次のような範囲であれば、ほぼ同様の効果があるという知見が得られている。それらは、ギャッププレート８８の厚みが０．１〜１０ｍｍであり、また、楕円錐状の貫通孔１２６の第２開口部９２の短径は１ｍｍ以下、楕円錐状の角度は５〜１７５度である。
【００６６】
（変形例３）
貫通孔１２６，１２８を構成する各面は、楕円錐状や管状等の滑面に限定されず、凹凸面等であってもよい。
【００６７】
（変形例４）
図１４は、本変形例におけるギャッププレートを示す斜視図である。ギャッププレート８８の塩化カルシウム水溶液Ｃと接する面には、液体の流れを制御する整流部１１２が設けられている。整流部１１２は、例えばギャッププレート８８の面に設けられた溝１１４であり、その溝１１４は、図１４に示すように、複数の同心円であってもよい。また図示しないが溝１１４は回転方向に発散する（外向き）渦巻であってもよいし、回転方向に収束する（内向き）渦巻であってもよい。更に、溝１１４は蛇行していてもよい。
【００６８】
（変形例５）
シャーレー２４及びギャッププレート８８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水溶液Ａ、塩化カルシウム水溶液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。
【００６９】
（変形例６）
アルギン酸ナトリウム水溶液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水溶液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水溶液Ａの液滴を塩化カルシウム水溶液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、粘性の高い溶液を噴射するために、溶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。
【００７０】
（変形例７）
また、インクパック４８の検出器７２は、貯蔵する液量以外に液体の濃度等の情報を検出してもよい。
【００７１】
（変形例８）
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水溶液Ａを用い、第２液体として塩化カルシウム水溶液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水溶液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、更に、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】
【００７２】
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）  ２２…ヘッド駆動ＢＯＸ  ２４…シャーレー（容器）  ２６…シャーレーガイドプレート  ２８…スターラー（流動機構）  ３０…プレート  ３２…回転子  ３４…ノズルプレート  ３６…ノズル  ４０…ヘッド固定部（固定治具）  ４２…塩化カルシウム水溶液供給口  ４６…第２作業台  ４８…インクパック  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  ８６…角穴  ８８…ギャッププレート  ９０…第１開口部  ９２…第２開口部  ９４…定常液面  ９６…侵入液面  ９８…拡散液面  １００…収拾液面  １０２…管状部  １０４…斜面状部  １０６…第２開口部  １０８…ギャッププレート  １１０…第１開口部  １１２…整流部  １１４…溝  １２６，１２８…貫通孔。
【図５】
0005845562.tif 000002
【図６】
0005845562.tif 000003
【図７】
0005845562.tif 000004
【図８】
0005845562.tif 000005
【図１０】
0005845562.tif 000006
【図１１】
0005845562.tif 000007
【図１２】
0005845562.tif 000008
【図１３】
0005845562.tif 000009
【図１４】
0005845562.tif 000010
【図１】
0005845562.tif 000011
【図２】
0005845562.tif 000012
【図３】
0005845562.tif 000013
【図４】
0005845562.tif 000014
【図９】
0005845562.tif 000015