(57)【要約】【課題】粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子から構成される擬似噴霧液滴の提供。【解決手段】原料物質を超臨界流体中に懸濁させて形成される超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出して得られるものである、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子の粒子群から構成される擬似噴霧液滴及びその製造方法。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子の粒子群から構成されることを特徴とする擬似噴霧液滴。
【請求項２】
前記粒子性状が、個々の粒子の大きさ、形状、屈折率などを意味するものであることを特徴とする請求項１記載の擬似噴霧液滴。
【請求項３】
前記固体粒子は、原料物質を超臨界流体中に懸濁させて形成される超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出して得られるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の擬似噴霧液滴。
【請求項４】
原料物質を、超臨界流体中に懸濁させて超臨界流体を気化させる環境条件下に放出し、超臨界懸濁流体から超臨界流体を気化させた気体中に固体粒子を発生分散させることにより粒子群を製造することを特徴とする疑似噴霧液滴の製造方法。
【請求項５】
固体粒子を発生分散させることを、噴霧により又は噴霧後にインパクター処理を施すことにより行うことを特徴とする請求項４記載の擬似噴霧液滴の発生方法。
【請求項６】
擬似噴霧液滴に希釈用ガスを供給し、得られる擬似噴霧液滴濃度を制御することを特徴とする請求項４又は５記載の擬似噴霧液滴の発生方法。
【請求項７】
原料物質である固体粒子を供給する供給手段、超臨界流体を供給する供給手段及び形成される超臨界懸濁流体を排出する排出手段を有する、固体粒子を超臨界流体中に懸濁させる超臨界懸濁流体形成槽と、超臨界懸濁流体形成槽から排出された超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出させ、気化された超臨界流体中に固体粒子が分散された状態で擬似噴霧液滴として発生分散させる手段からなることを特徴とする擬似噴霧液滴の発生装置。
【請求項８】
擬似噴霧液滴として発生分散させる手段が、噴霧ノズル又は噴霧ノズルに続いてインパクター処理手段からなることを特徴とする請求項７記載の擬似噴霧液滴の発生装置。
【請求項９】
擬似噴霧液滴の発生濃度を制御するための希釈用ガス供給手段が設けられていることを特徴とする請求項７又は８記載の擬似噴霧液滴の発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の粒子性状をしており、且つ、時系列変化がなく、安定な固体粒子から構成される擬似噴霧液滴の発生方法及び装置に関するものであり、噴霧液滴計測の精度と信頼性を保証する標準としての利用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】
微粒化技術の発展に欠かせないものは、噴霧液滴の計測技術である。噴霧液滴計測は精度と信頼性の点において最も難しい計測の部類に属し、最近は、種々の光学原理に基づく測定法が多く利用されている。しかし、いずれの方法も一長一短があって、異なる原理や計測法によるデータを相互に比較すると必ずしもよい一致が見られない（非特許文献１）。さらに、同じ原理に基づく計測器であっても、しばしば機種間や個体間の差が、無視できないほど大きくなる場合がある。
このような様々な方法や装置間での整合性を確保するために用いるものとして、標準の必要性が広く認識されている。その標準には、個々の粒子の大きさ、形状、あるいは屈折率など、更には、粒子群を特徴付ける粒径分布、数密度などの粒子性状が明らかなことが要求される。しかしながら、噴霧ノズル形状、微粒化エネルギーの大きさ、湿度及び温度などの環境条件などの多くの要因に、粒径分布などの粒子性状が大きく影響を受けるとともに不安定であり、さらに蒸発などに伴い時々刻々と粒子径が変化するために、液体で構成される試験用粒子は、噴霧液滴の標準としての利用が困難であった。一方、固体粒子で構成される試験用粒子は、前記粒子性状が明らかで、且つ、時系列変化がなく安定であるが、特に、一次粒子の粒径が数ミクロン以下の固体粒子では、高い凝集性を示し、複数の一次粒子が凝集して高次の凝集体を形成しているために、試験用粒子として気体中に発生分散させることが困難であった（非特許文献２）。また、レーザ回折法に限っては、ガラス基板に様々な粒子像を焼き付けた試験用試料（レチクル）を用いている例も見られるが、焼き付けた粒子像の形状、個数などに問題があるだけでなく、他の原理や計測法とのデータの比較ができない欠点を有している。
このように、噴霧液滴計測の精度と信頼性を保証できるような標準と成り得る擬似噴霧液滴、その方法及び製造装置は未だ存在せず、早期に標準と成り得る擬似噴霧液滴、その製造方法及び製造装置が待望されている。
【０００３】
【非特許文献１】倉林編、液体の微粒化技術、アイピーシー（１９９５）
【非特許文献２】Ｙ．　Ｋｏｕｓａｋａ，　Ｔ．　Ｈｏｒｉｕｃｈｉ，　Ｙ．　Ｅｎｄｏ　ａｎｄ　Ｓ．　Ａｏｔａｎｉ，　Ａｅｒｏｓｏｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２１　（１９９４）　２３６−２４０．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子から構成される擬似噴霧液滴を提供することである。ここで、粒子性状とは、個々の粒子の大きさ、形状、屈折率などを意味するものである。また、この固体粒子を発生分散させて、固体粒子を擬似噴霧液滴として製造する方法及び製造装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意研究努力を重ね以下の知見を得て前記課題を解決することができることを確信した。
粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子から構成される擬似噴霧液滴を得ることができることを見出した。
そして、この擬似噴霧液滴を用いることにより、様々な計測法や装置間におけるデータの比較ができ、整合性の確保を目指す標準としての利用することができることとなった。
一般に、数ミクロン以下の固体粒子は、その材質を問わず、高い凝集性を示し、通常の環境条件下では、複数の一次粒子が凝集して高次の凝集体を形成しているために、擬似噴霧液滴として用いる事ができない。前記のような標準物質として用いる事ができる擬似噴霧液滴を得る事ができた理由は、前記の擬似噴霧液滴の製法を、新たに見出した点にある。
擬似噴霧液滴を製造するに当たっては、原料物質の固体粒子を超臨界流体中に懸濁させると、超臨界流体と接触させることによって、固体粒子に凝集力を与えている原因が除去され、或いは凝集性の程度が大幅に緩和されて固体粒子が解砕を起こすとともに、その超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出すると、状態変化に際して大きな膨張力を得ることができ、その状態変化に伴って発生する大きな膨張力を用いて擬似噴霧液滴を形成しようとする固体粒子が凝集してできた凝集体に対して、解砕を起こすことができ、急減に一次粒子化された固体粒子を、超臨界流体を気化させた気体中に噴霧液滴として発生分散することができること、そして、このようにして得られる特定材料の固体粒子では、粒子性状が一定であり、時系列変化がないこと、そして、このような特性を有するものであるから、様々な計測法や装置間におけるデータの比較ができ、整合性の確保を目指す標準としての利用することができることを見いだしたものである。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子の粒子群から構成されることを特徴とする擬似噴霧液滴。
（２）前記粒子性状が、個々の粒子の大きさ、形状、屈折率などを意味するものであることを特徴とする（１）記載の擬似噴霧液滴。
（３）前記固体粒子は、原料物質を超臨界流体中に懸濁させて形成される超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出して得られるものであることを特徴とする（１）又は（２）記載の擬似噴霧液滴。
（４）原料物質を、超臨界流体中に懸濁させて超臨界流体を気化させる環境条件下に放出し、超臨界懸濁流体から超臨界流体を気化させた気体中に固体粒子を発生分散させることにより粒子群を製造することを特徴とする疑似噴霧液滴の製造方法。
（５）固体粒子を発生分散させることを、噴霧により又は噴霧後にインパクター処理を施すことにより行うことを特徴とする（４）記載の擬似噴霧液滴の発生方法。
（６）擬似噴霧液滴に希釈用ガスを供給し、得られる擬似噴霧液滴濃度を制御することを特徴とする（４）又は（５）記載の擬似噴霧液滴の発生方法。
（７）原料物質である固体粒子を供給する供給手段、超臨界流体を供給する供給手段及び形成される超臨界懸濁流体を排出する排出手段を有する、固体粒子を超臨界流体中に懸濁させる超臨界懸濁流体形成槽と、超臨界懸濁流体形成槽から排出された超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出させ、気化された超臨界流体中に固体粒子が分散された状態で擬似噴霧液滴として発生分散させる手段からなることを特徴とする擬似噴霧液滴の発生装置。
（８）擬似噴霧液滴として発生分散させる手段が、噴霧ノズル又は噴霧ノズルに続いてインパクター処理手段からなることを特徴とする（７）記載の擬似噴霧液滴の発生装置。
（９）擬似噴霧液滴の発生濃度を制御するための希釈用ガス供給手段が設けられていることを特徴とする（７）又は（８）記載の擬似噴霧液滴の発生装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の擬似噴霧液滴は、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子の粒子群として構成されるものである。ここで、粒子性状とは、個々の粒子の大きさ、形状、屈折率などを意味するものである。このような粒子性状は、用いる原料物質の特性及び粒子を製造する固有の方法に由来する。
原料物質には、試験用粉体及び試験用粒子（ＪＩＳ　Ｚ　８９０１）をあげることができる。また、スチレン、メタクリル酸エステル、４フッ素化エチレン、その他のビニルモノマーから得られる重合体または共重合体、並びにエポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ポリアミド樹脂、シリコーン樹脂などの種々の重合体または共重合体の粒子などの有機物質、そして、金、白金、ロジウムなどの各種金属、炭素、珪素などの非金属、シリカ、アルミナなどのセラミックスの粒子などの無機物質、さらには、フラーレン、デンドリマー、カーボンナノチューブなどの超分子をあげることができる。これら原料物質からなる固体粒子は、適宜その大きさを調節された状態で用いられる。そして、この固体粒子を、本発明の擬似噴霧液滴の製法により処理することにより、本発明の擬似噴霧液滴として得られる固体粒子は、その性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子として得られるものである。
【０００８】
本発明の擬似噴霧液滴の製法について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の擬似噴霧液滴の製造装置を示す図である。
擬似噴霧液滴の製法に際し、以下に述べる装置を用いることにより、本発明の目的物質である、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子を得ることができる。
超臨界懸濁流体形成槽１は、超臨界流体を供給する供給手段４、原料物質からなる固体粒子を供給する供給手段３及び形成される超臨界懸濁流体を排出する排出手段６を有する。
この超臨界懸濁流体形成槽１内において、原料物質からなる固体粒子の超臨界懸濁流体が形成される。
前記の原料物質からなる固体粒子は、供給手段３を経て供給される。
超臨界流体は、適宜選択して用いることができる。具体的には、二酸化炭素、二酸化窒素、エタン、プロパン、エチレン、代替フロン、水などを挙げることができる。
フィルタを介して清浄化された二酸化炭素、メタン、エチレン、代替フロンなどを臨界状態に加熱加圧し、超臨界流体として、超臨界流体供給手段４により、流量調整手段５を介して、超臨界流体懸濁形成槽１に供給される。
この超臨界懸濁流体形成槽１内には、例えば、攪拌羽根や攪拌子を用いる高速ミキサーや、超音波発生装置を設置して用いることによって攪拌混合された懸濁流体を得ることもできる。
この懸濁による超臨界流体との接触によって、擬似噴霧液滴を形成する固体粒子に凝集力を与えている原因が除去され、或いは凝集性の程度が大幅に緩和されて固体粒子に解砕を起こさせることができる。
【０００９】
超臨界懸濁流体形成槽１は、その周囲に調温ジャケット２を有し、超臨界流体を超臨界状態又は亜超臨界状態に保たれるようにする。
超臨界流体は、超臨界流体とは超臨界状態の流体を意味し、また、超臨界状態とは臨界温度、臨界圧力を超えた、いわゆる超臨界状態のほか、そのような臨界温度、臨界圧力をわずかに下回るような状態であるが、状態変化が極めて短時間に起こるため、上記の超臨界流体とほぼ同様の取り扱いができるような亜臨界状態も含み、超臨界流体には亜臨界状態の亜臨界流体も含むものとする。
超臨界流体として二酸化炭素を用いる場合には、温度が３０〜８０℃、好ましくは、３０〜５０℃、圧力が４０〜４００ａｔｍ、好ましくは１００〜３００ａｔｍに維持されることが必要である。
【００１０】
次に、前記超臨界懸濁流体は、超臨界懸濁流体を排出する排出手段６を経て、流量調整手段７により流量を適宜調整された後、擬似噴霧液滴発生分散手段８から、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出される。この発生分散手段８から発生分散させることにより、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子が分散された状態で構成される擬似噴霧液滴を得ることができる。
この擬似噴霧液滴発生分散手段８には、通常の液滴を生成する場合に用いられるノズルが一般的に採用される。このノズルは、細孔により形成される。孔の大きさは、噴霧する結果得られる固体粒子の大きさを考慮して、適宜決めればよい。
さらに、ノズルは、温度変化を補償できる調温機能を有する噴霧ノズルを用いることができる。調温機能は発熱ヒータなどの温度制御可能な手段を有するものである。
ノズルについては、超臨界懸濁流体を噴霧する単管により形成されるノズル、または、超臨界懸濁流体の他に、得られる擬似噴霧液滴の濃度を調節する必要がある場合には、必要に応じて希釈用ガスを供給することができる２重管により形成される２流体ノズルを用いることができる。希釈ガスには、清浄空気、二酸化炭素などが適宜選択され、用いられる。
【００１１】
この放出により、超臨界流体中に懸濁した固体粒子は、粒子間の間隙などに入り込んだ超臨界流体が急激に体積膨張することにより、凝集体の解砕や一次粒子化が起こり、超臨界流体の気化気体中に粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子を擬似噴霧液滴として発生分散することができる。
また、インパクター処理は、噴霧ノズルから出た固体粒子を含む流体を平板にぶつけ、流れの方向を曲げることによって、十分な慣性を有する解砕や一次粒子化せずに残った凝集体を取り除くものであり、その結果、擬似噴霧液滴の良好な発生分散ができる。
インパクター処理手段とは、ノズルから噴霧される固体粒子を含む流体を平板にぶつけることができるようにした装置を言う。
【００１２】
前記の処理を前記の装置を用いて行うことにより、原料物質からなる固体粒子を、超臨界流体中に懸濁させて形成される超臨界懸濁流体を、超臨界流体を気化させる環境条件下に放出し、超臨界懸濁流体から超臨界流体を気化させた気体中で擬似噴霧液滴として発生分散させた本発明の擬似噴霧液滴を製造することができる。また、原料物質として用いる固体粒子及びその固体粒子の超臨界流体への懸濁量によって、本発明の目的物質である、粒子性状が一定であり、時系列変化がない固体粒子からなる粒子群の粒径分布及び数密度などの性状は、制御が可能である。さらに、擬似噴霧液滴として発生分散して得られる固体粒子は、一次粒子の状態のもので構成される粒子群である。
【００１３】
【実施例】
以下に実施例により、より詳細に本発明の内容について説明する。
実施例１
超臨界懸濁流体形成槽１に固体粒子供給手段３から１０ｍｇの一次粒子が約１０μｍの平均粒径を有するガラス粒子を投入し、超臨界流体供給手段４から温度が４０℃、圧力が１００ａｔｍの超臨界二酸化炭素を流入して懸濁させた。供給時点のガラス粒子は、数十から数百μｍの大きさの高次の凝集体である。
この懸濁液を超臨界懸濁流体排出手段６から流量調整手段７を介して、０．１３ｍｍの相当オリフィス径を有する噴霧ノズルで構成される擬似噴霧液滴発生分散手段８から放出し、擬似噴霧液滴を発生分散させた。光散乱式粒子計数器により、数十から数百μｍの大きさの高次の凝集体であったガラス粒子は、約１０μｍの平均粒径を有した高濃度の一次粒子にまで分散した擬似噴霧液滴として発生したことを確認した。さらに、擬似噴霧液滴として発生分散したガラス粒子をスライドガラス上に沈着させ、光学顕微鏡により観察し、一次粒子にまで分散したことを確認した。図２（ａ）には、光学顕微鏡により観察した供給時点のガラス粒子の凝集体の様子を、図２（ｂ）には、本実施例により発生分散されたガラス粒子の様子を示す。
【００１４】
実施例２
実施例１と同様にして、超臨界懸濁流体形成槽１に固体粒子供給手段３から１０ｍｇの一次粒子が約１μｍの平均粒径を有するポリメチルメタクリレート粒子を投入し、超臨界流体供給手段４から、温度が４０℃、圧力が１００ａｔｍの超臨界二酸化炭素を流入して懸濁させた。供給時点のポリメチルメタクリレート粒子は、数十から数百μｍの大きさの高次の凝集体である。
この懸濁液を超臨界懸濁流体排出手段６から流量調整手段７を介して、０．１３ｍｍの相当オリフィス径を有する噴霧ノズルで構成される擬似噴霧液滴発生分散手段８から放出し、擬似噴霧液滴を発生分散させた。光散乱式粒子計数器により、数十から数百μｍの大きさの高次の凝集体であったポリメチルメタクリレート粒子は、約１μｍの平均粒径を有した高濃度の一次粒子にまで分散した擬似噴霧液滴として発生したことを確認した。さらに、擬似噴霧液滴として発生分散したポリメチルメタクリレート粒子をスライドガラス上に沈着させ、光学顕微鏡により観察し、一次粒子にまで分散したことを確認した。図３（ａ）には、光学顕微鏡により観察した供給時点のポリメチルメタクリレート粒子の凝集体の様子を、図３（ｂ）には、本実施例により発生分散されたポリメチルメタクリレート粒子の様子を示す。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、個々の粒子の大きさ、形状、屈折率などの粒子性状が一定であり、時系列変化がなく安定な固体粒子から構成される擬似噴霧液滴を得ることができる。また、この擬似噴霧液滴得るための製造方法及び製造装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】擬似噴霧液滴発生装置の概略図
【図２】光学顕微鏡により観察したガラス粒子の様子
（ａ）供給時点の凝集体
（ｂ）発生分散後の一次粒子
【図３】光学顕微鏡により観察したポリメチルメタクリレート粒子の様子
（ａ）供給時点の凝集体
（ｂ）発生分散後の一次粒子
【符号の説明】
１　超臨界懸濁流体形成槽
２　調温ジャケット
３　原料物質の固体粒子供給手段
４　超臨界流体供給手段
５　流量調整手段
６　超臨界懸濁流体排出手段
７　流量調整手段
８　擬似噴霧液滴発生分散手段
【図１】
2004132700.tif 000002
【図２】
2004132700.tif 000003
【図３】
2004132700.tif 000004