(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め荷電されている液体粒子を有する荷電されたエアゾール流を電気−流体力学的スプレイ法によって生成し、その流れを粉体粒子に変換することにより乾燥粉体粒子を製造する方法であって、
荷電された液体粒子を有する荷電された第１のエアゾール流を、逆極性に荷電された粒子からなる第２のエアゾール流と接触させて、乾燥粉体粒子を形成するための混合エアゾール流を生成させ、得られた乾燥粉体粒子に対して電場をかけることにより所望の組成の粒子が電荷対質量比に従って分離選択される前記方法において、少なくとも第１のエアゾール流は、大型粒子とサテライト粒子を有し、実質的に単分散のエアゾール流を供給する粒子分離工程に投入され、その後、実質的に単分散のエアゾール流は逆極性に荷電された第２のエアゾール流と接触させられることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１の乾燥粉体粒子の製造方法において、第１及び第２のエアゾール流の双方が、それぞれの粒子分離工程に投入されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２の乾燥粉体粒子の製造方法において、前記粒子分離工程は接地された電極を使用して行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかの方法において、エアゾール流を生成するために使用する電極であって、
入口および出口と、前記入口および出口を接続するチャネルとを有し、前記出口が第１の導電性領域の中央に位置する穴であり、前記第１の導電性領域が凹部によって画定され、前記凹部は前記第１の導電性領域の外への液体の流れを阻止するものであって、
前記第１の導電性領域が導電性材料の第２の領域によって囲まれ、前記第２の領域は前記凹部から半径方向外側に少なくとも１ｍｍ延長されていることを特徴とする前記電極。
【請求項５】
請求項４の電極において、前記第２の領域は、前記第１の導電性領域の半径の少なくとも半分の距離だけ、外側に延長されていることを特徴とする電極。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかの方法を実施するための装置であって、入口および出口と、前記入口および出口を接続するチャネルを有した第１の電極を備え、前記出口は、導電性領域の中央に位置し、チャンバ内へ開口する穴であり、前記導電性領域は凹部によって画定され、前記凹部は前記導電性領域を超える液体の流れを阻止するものであり、
更に前記チャンバは、前記第１の電極と対向する対向電極と、乾燥粉体粒子を排出する排出開口とを具備しており、
ここで、前記チャンバは混合チャンバであり、
前記排出開口には、前記乾燥粉体粒子に対して電場をかけることにより所望の組成の粒子を電荷対質量比に従って分離選択するための第２の電極が備えられることを特徴とする前記装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、予め荷電されている液体粒子を有する荷電されたエアゾール流を生成し、その流れを粉体粒子に変換することにより乾燥粉体粒子を製造する方法に関する。
このような方法は、従来からよく知られている。溶媒に溶解した溶質を有する液体を、高電圧が使用された細い穴を通過させることによって、荷電された液体粒子を有する荷電されたエアゾール流が生成される。溶媒の蒸発によって、比較的狭いサイズ分布を有する細かな粉体が生じる。電気−流体力学的スプレイ法として知られるこの方法は、例えば粉体を被覆する際の静電スプレイに使用されるポリマー粉体の製造に適している。
本発明の目的は、上記方法の適用可能性を拡大すること、特に現在まで製造されていない粉体の製造を可能にする方法を提供すること、および上記の方法を使用して製造される粉体の品質を改良することにある。本願における「粉体の製造」という用語は、粉体混合物の製造を含んでいる。
この目的のために、本発明に係る方法は、荷電された粒子からなる荷電されたエアゾール流が、逆極性に荷電された粒子を有する第2のエアゾール流と接触して、粉体粒子を形成するための混合エアゾール流を生じさせることを特徴としている。
かくして本発明は、あまり荷電されていないか、または実質的に中性である粒子からなる粉体を構成するための、粉体粒子の製造方法を提供する。この方法は、例えば物理的及び化学的反応を生じさせる異なる組成のエアゾール流の使用、並びに粒子の被覆を可能にする。
従来の方法によって製造された荷電された粉体は、固まりを形成する傾向があるため、従来の方法は高品質に仕上げられた表面の製造にはあまり適していない。荷電された粉体はまた、パイプラインを詰まらせる傾向にあるため、粉体の製造およびその使用の双方を妨害する。かくして、本発明の方法は、より高い歩留まりを得ることができ、しかも改良された産業上の適用可能性を有した粉体を提供する。
燃料噴射の分野では、同様に荷電された２つのエアゾール燃料流を接触させることによって、２つのエアゾール燃料流を混合する現象を研究することが知られている。（Dunn P.F.等の、電気−流体力学的微細スプレイ間および内での電気的に荷電された小滴の混合、J.Aerosol Sci.vol.25,0.6,pp.1213-1227,1994）。
荷電された顆粒を逆極性に荷電された粉体と接触させることによって均質な混合物を製造することもまた知られている（P.Vercoulenの主題、粒子の静電処理、Technical University of Delft、オランダ）。この目的のために、ミクロンオーダーの粒子からなる粉体は、逆極性に荷電された直径２ｍｍ程度の固体顆粒と接触させられる前に、噴霧され、続いて例えばコロナ放電装置を使用して荷電される。微粒子の開始材料は従来技術、例えば粉砕を使用して製造された。
本発明の好ましい実施例によると、第１のエアゾール流の電荷量と第２のエアゾール流の電荷量は、実質的に中性の粉体粒子を生じるように制御される。
かくして、粉体の歩留まりは、従来達成可能であったものに比べて高いものが得られる。
好ましい実施例によると、荷電された粒子を有する少なくとも第１のエアゾール流の粒子は、電気−流体力学的スプレイ法によって生成される。
電気−流体力学的スプレイ法は、良く規定された粒子サイズ分布を有する荷電されたエアゾール流の生成を可能とする。即ち、液体粒子は、それが形成された瞬間に荷電され、その小滴は分離荷電工程の後に荷電される必要がない。
好ましい実施例によると、第１のエアゾール流は溶媒と溶質を有する液体粒子から構成され、前記溶媒は実質的に乾燥した粉体粒子を生じるように蒸発される。
このことは、同一組成ではあるが逆極性の電荷で荷電された粒子を有する粉体混合物や、異なる組成のエアゾール流が使用される時に異なる組成で逆極性の電荷で荷電された粒子を有する粉体混合物の製造を可能とする。もう１つの可能性は、２以上の付着したサブユニットを有する粉体の製造である。この方法は、溶媒の一部が第１のエアゾール流から蒸発して、荷電された固体粒子を有した第２のエアゾール流と接触する荷電された粘性のある固体粒子からなる第１のエアゾール流を形成し、基本的に乾燥した粉体に変換される混合エアゾール流を生じることを特徴とするものである。かくして、エアゾール粒子を特異な形状に形成し、サブユニットが同じかまたは異なる組成を有することが可能となる。
本発明に係る方法の特に好ましい実施例は、第１及び第２のエアゾール流の双方は、接触される時に、荷電された液体粒子を有することを特徴とするものである。
この実施例は、多数の物理的および化学的反応が起こることを可能にする。
本発明に係る方法は、好ましくは、第１のエアゾール流を第２のエアゾール流と接触させた後に、所望の組成の粒子が電荷対質量比に従って分離することを含んでいる。
電荷の量は粒子の質量（または、粒子が蒸発溶媒を有している場合には、溶媒の質量）に比例するので、粒子の組成は形成された粒子の電荷対質量比を反映する。
本発明に係る粉体の他の好ましい製造方法は、少なくとも第１のエアゾール流は、大型粒子とサテライト粒子を有し、実質的に均質に分散したエアゾール流を供給する粒子分離工程に投入され、その後実質的に均質に分散したエアゾール流は逆極性に荷電されたエアゾール流と接触させられることを特徴としている。
この実施例は、特に電気−流体力学的スプレイ法での使用に適しているが、狭い粒子サイズ分布を有する粉体の製造に適している。従って、第１及び第２のエアゾール流の双方は、粒子分離工程に投入されることが望ましい。
有利な実施例によると、分離工程は接地された電極を使用して行われる。この接地された電極は、除去される粒子が通過するエアゾール流の近くまたは中に配置され、且つ所望の粒子からは遠くに離れて位置され、望まない粒子を引き付けて除去するための単純で効果的な手段として機能する。かくして、所望の粒子に富んだエアゾール流が得られ、続いて逆極性に荷電されたエアゾール流と接触させられる。
本発明はまた、セラミック前駆体の粉体粒子を有する粉体や、ポリマーを構成する粉体、または薬品化合物を有する粒子を備える粉体、例えば被覆された粉体粒子や、薬学的に許容される担体または希釈剤を伴う薬学的化合物を有した粉体を備えた薬品組成物に関する。
本発明は更に、セラミック生成物の製造方法に関する。この場合、本発明のセラミック前駆体の粉体は焼結されたものである。
この方法は、極めて微細なセラミック前駆体の粉体や、これまでに得られなかったかまたは非常に困難であった組成を有する粉体を、粉砕すること無しに製造可能にする。上述した分離工程が行われると、サテライト小滴からなる２つのエアゾール流が得られ、欠陥の無いセラミック生成物に適した、極めて望ましいセラミック前駆体のナノ粒子を得ることができる。
最後に、本発明は、本発明の方法を実施するための装置に関する。この装置は、入口および出口と、前記入口および出口を接続するチャネルとを有した電極を備え、前記出口が導電性領域の中央のチャンバ内に開口した穴であり、前記導電性領域が障壁によって規定され、前記障壁が前記導電性領域を超えた液体の流れを阻止し、更に前記チャンバが、対向電極と、電気−流体力学的スプレイ法によって形成された生成物を排出する開口とを有したものである。
本発明では、前記チャンバは混合チャンバであり、前記装置は前記チャンバに開口した穴を有する第２の電極を備えることを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明が詳細に説明される。この図面では、１つの図が本発明の方法を実施するための装置の模式的な断面図を表わしている。
本発明は、荷電された粒子からなる第１の荷電されたエアゾール流と、逆極性に荷電された粒子からなる第２の荷電されたエアゾール流とを混合域において接触させ、結果として実質的に粉体に転化された混合エアゾール流を生じさせる方法を提供する。エアゾール流を形成する粒子は、１００μｍ以下、通常はミクロン範囲の直径を有する。
第１の荷電されたエアゾール流は、従来から良く知られている電気−流体力学的スプレイ法を使用して生成されることが望ましい。１つの液体Ａはチャネル１を通してノズル３の細い、例えば直径０．２ｍｍの穴２を通過する。一般には５−３０ｋＶの高電圧が、ノズル３と環状の接地された対向電極４との関に印加される。この高電圧は、液体Ａを、チャネル１を通して、そして環状対向電極４に向けて加速する。液体ジェット流Ｂが穴１に出現して、小さなサイズ、電荷密度および速度分布を有する円錐形の小滴流を形成している荷電された小滴を分散する。小滴の初期速度故に、小滴は対向電極４とは対向しない。この分散過程でサテライト小滴と呼ばれるより小さな小滴がまた生成され、結果として２様式の粒子サイズ分布が生じる。このサテライト小滴は、極めて小さく、円錐形エアゾール流の外周に終着する。
望むならば、接地された電極５をその経路の近く、例えばサテライト小滴を除去するための位置Ｃ、またはより大きな小滴を除去するための位置Ｄに配置することによって、２つのタイプの小滴の一方を除去することが可能である。
荷電された粒子からなる荷電されたエアゾール流は、混合域６において、逆極性に荷電された第２のエアゾール流と接触される。第２のエアゾール流は、液体粒子即ち小滴からなるか、または固体粒子からなる。
各エアゾール流の粒子の逆極性の電荷に起因して、異なるエアゾール流の粒子は互いに引き付けられ混合され、さほど荷電されていないか、あるいは中性の粒子を形成する。
好ましくは、第１のエアゾール流の電荷量と第２のエアゾール流の電荷量は、中性の粉体を生じるように制御される。このことは数種の方法で達成できるが、この内の２つが説明される。第１は、第１のエアゾール流の秒当たりの電荷量を、第２のエアゾール流の秒当たりの電荷量と等しくすることである。第２は、一方のエアゾール流が他方のエアゾール流の粒子と比較して極めて多くの微細粒子からなる場合は、多くの微細粒子が大型の粒子を中性化するために必要とされ、大型の粒子の精密な中性化が可能になる。かくして、中性粒子の生産性が増加可能となる。極めて小さな粒子を有するエアゾール流は、粒子中の電荷密度が高くなり過ぎた時に、溶媒の蒸発に起因して生じるレイリー分散現象を利用して得ることができる。極めて微細な粒子は過剰に使用されることができ、余剰分は廃棄される。余剰分を廃棄するために、荷電された電極が使用され得る。また、極めて微細な粒子を揮発性溶媒のみで構成することも好ましい。
エアゾール流の混合は、ガスＧ、通常は不活性ガスを第１および第２のエアゾール流が接触する混合域６に供給することによって強化され得る。ガス流はまた、形成された粉体を運び出すのに便利な手法を提供する。ガスGは、入口９を通して供給され、電界強度とエアゾール流の不安定さを増加させる結果につながるノズル３前方への空間電荷の蓄積を防止する。
本発明に係る方法は、さほど荷電されていないか、あるいは実質的に中性の粒子からなる粉体を生じさせる。荷電された生成物粒子は、実質的に中性の粒子の生成物の流れを生じさせる接地された電極を使用して取り除かれるか、あるいは荷電された電極１０ａ，１０ｂを使用してそれらの電荷対質量比に従って分類される。このような分離は、例えば所望の組成を有する粒子を選択するためには、極めて有益である。種々の組成の粉体の製造は、以下で説明される。
前述したように、第２のエアゾール流は液体粒子即ち小滴によって構成されるか、あるいは固体粒子によって構成されうる。仮に第２のエアゾール流が固体粒子から構成されているとすれば、これらの粒子は摩擦学的に、または例えばコロナ放電装置を使用して荷電されている。しかしながら、好ましくは第２のエアゾール流は、図示のように電気−流体力学的スプレイ法を使用して生成される（固体粒子および液体粒子の双方に対して）。この図では、アポストロフィを付した参照符号で示される部分は、同じ符号を有する上述したものに対応している。希釈剤を含有した液体を使用すると、流れに対し接触する前の溶媒の蒸発が荷電された固体粒子を迅速且つ効果的に生じさせる結果を生じる。
仮に第１のエアゾール流が液体粒子からなる場合は、第２のエアゾール流と接触する間に、被覆された粒子を製造することが可能になる。被覆された粒子は、例えば薬学的に活性な化合物を迅速に、または遅延して、あるは持続して放出するための薬品組成物の製造に利点がある。液体粒子を被覆する必要があるときは、界面活性剤と組み合わされる必要がある。
第１の荷電されたエアゾール流を液体粒子からなる第２の荷電されたエアゾール流で被覆することは、種々の組成を有する粒子を製造する可能性を全面的に拡張する。
好ましい実施例によると、第１のエアゾール流の液体は、第１のエージェントを有し、第２のエアゾール流の液体は第２のエージェントを有する。かくして、多くの物理的および化学的反応を極めて微小な小滴中で起こすことが可能になる。
例えば、第１のエアゾール流の液体と第２のエアゾール流の液体とが混和しやすいと、均質な物理的または化学的反応が新たに形成された各小滴内に発生する。もしも第１のエアゾール流の液体と第２のエアゾール流の液体とが混和しにくいと、異質の反応が発生する。典型的な物理的過程には、沈殿過程と結晶化過程とが含まれる。かくして、本発明に係る方法は、例えばそれぞれが初めから各エアゾール流内に存在した化合物の非晶質混合物または結晶を有した粒子を生じる。このようにして、例えばセラミック前駆体の粉体の製造が可能になる。セラミック前駆体の粉体の中でも、高温超伝導体が説明されうる。
潜在的に有用な実施例では、水に溶けないかまたは溶けにくいポリマーを有する、水に混和しやすい有機溶媒を、逆極性に荷電された水性エアゾール流と接触させることで、水がポリマーを沈殿させる。沈殿を得るための他の手法は、希釈剤の溶解度がｐＨに依存する場合は、対応するエアゾール流に対してアルカリ性および酸性の液体を使用することである。
本発明に係る方法の好ましい実施例は、第１のエアゾール流の液体は第１の試薬を有し、第２のエアゾール流の液体は第２の試薬を有し、反応は化学反応であることを特徴とする。本願では、「試薬」という用語は、化学的または生物学的な触媒、例えば酵素を含んでいる。
化学的反応によって、生成物粒子は新規な化合物を含有することができる。化学的反応は、実際にどのような化学的反応、例えば重合反応でありうる。
異質な反応の場合には、本発明は、例えば、固体生成物の形成が残存する試薬の反応を阻害するために、バルクと液体との混合によっては十分に得ることができない化合物の調整を可能にする。
本発明はまた、電気−流体力学的スプレイ法を使用する本発明の方法での使用に好適な電極に関する。この電極は、入口および出口と、前記入口および出口を接続するチャネルとを有し、前記出口が導電性領域７の中央に位置する穴であり、前記導電性領域７が障壁によって規定され、前記障壁が前記導電性領域７の外への液体の流れを阻止するものである。
本発明によると、前記電極において、前記導電性領域７が導電性材料の第２の領域８によって囲まれて、前記障壁から半径方向外側に少なくとも１ｍｍ、好ましくは前記第１の領域の半径の少なくとも半分の距離だけ延長されていることを特徴とする。
かくして、ノズル３の近傍に、電界の半径方向成分が減少することによって、より均質な電界が生成される。このことは、第１および第２のエアゾール流の混合物を攪乱してしまう放電を回避するためには極めて重要である。上記電極の使用は、上記電極を使用して生成されるエアゾール流のサイズ、電荷密度、および速度分布を改善する。加えて、この電極は、従来の電極使用時と比べてより高い導電性を有した液体の使用を可能にする。
前記障壁は、図示のように、第１の領域に対して例えば９０°の角度をなす壁面を有する急峻な凹部でありうる。第１および第２の領域は、同じ平面に存在することが好ましい。更にそれらは電気的に接続されていると有利である。
上述したことから明らかなように、本発明に係る方法は、同一または異なる組成を有する物理的に分離された荷電された粒子の混合物を含んだ粉体や、各粒子が使用されている化合物のそれぞれを含有した、さほど荷電されていないか、あるいは実質的に中性の粒子からなる粉体、さらには開始物質中には存在しない化合物を含んだ粒子からなる粉体の製造に使用され得る。
本発明は、これまでは溶媒の蒸発／除去を必要とした煩雑で高価な乳化技術を使用した場合にのみ得ることができた粉体の製造を可能にする。
本発明はまた、粉体を形成する粒子のサイズと形状の制御に使用され得る。使用される溶媒の蒸発速度を制御することによって、当業者は例えば多孔質の、中空の、または大型の粒子からなる粉体を達成することができる。多孔質または非晶質の粒子は、触媒としての応用が見出される。被覆された粒子に対しては、希釈剤濃度および小滴サイズを適切に選択することによって、被膜の厚みを制御することができる。蒸発速度は、当業者には周知のように、溶媒、加熱（マイクロ波、特定温度で供給されるガス）、エアゾール流の適当な選択等によって、制御することができる。
添付の請求の範囲に請求されている本発明は、当業者には明らかなように、複数の手法によって実施されうる。例えば、液体について記述されている場合、その液体は溶融した固体をまた含むことができる。エアゾール流のサイズ分布は、例えば高周波交流電圧を一定電圧の上に重畳することによって改善することが可能である。
レイリー分散は、サテライト小滴よりも小さな小滴を生成することにも使用でき、かくして極めて微細な粉体の製造が可能になる。好ましくは前述したように、分離工程は、生成されたエアゾール流が第２のエアゾール流と接触する前に実施される。
既に述べたものとは別に、本発明に係る粉体には、他の多くの使用、例えば校正の目的および種材料への使用がある。
本発明に係る方法を拡大するために、例えば、正に荷電されたエアゾール流用の列と、負に荷電されたエアゾール用の列とを交互にしたノズルの配列が使用されうる。好ましくは、これらのノズルには１つの供給源から液体が供給されるか、または異なる液体の場合には２つの供給源だけから供給され、そして同様にして電圧が各極性毎に１つの電源を使用して供給される。
本発明に係る装置は、例えばベルトコンベアのように実現される可動対向電極および／または荷電された粒子を除去するための電極を備えることができる。電極に付着する粒子は、混合域の外、例えばチャンバの外側に取り出され、そして、形成された粉体のタイプに応じて、再使用または廃棄される。
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