(57)【要約】【課題】  安定した形状のカプセルを効率よく生成する。【解決手段】  第１の液体の液滴を第２の液体中に噴射して、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応により、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成することと、前記ゲル状のカプセルと第３の液体とを接触させ、前記化学反応を促進させることと、を有する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液体の液滴を第２の液体中に噴射して、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応により、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成することと、
前記ゲル状のカプセルと第３の液体とを接触させ、前記化学反応を促進させることと、
を有するカプセル製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のカプセル製造方法であって、
前記第２の液体は所定の方向に流動し、
前記ゲル状のカプセルは、流動する前記第２の液体中を前記所定の方向に流される間に形状が変化する、ことを特徴とするカプセル製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカプセル製造方法であって、
前記第１の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、
前記第２の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる硬化反応により、前記ゲル状のカプセルが形成される、ことを特徴とするカプセル製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のカプセル製造方法であって、
前記第３の液体は、前記第２の液体と同じ種類の多価金属塩を含む水溶液であり、
前記第３の液体に含まれる金属塩の濃度が、前記第２の液体含まれる金属塩の濃度よりも高い、ことを特徴とするカプセル製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のカプセル製造方法であって、
前記第２の液体は、前記ゲル状のカプセルの周囲を取り囲んだ状態で、前記第３の液体と混合される、ことを特徴とするカプセル製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかに記載のカプセル製造方法によって製造された医療用カプセル。
【請求項７】
第１の液体を噴射して液滴を形成する液体噴射部と、
前記第１の液体と接触することにより化学反応を生じる第２の液体を流動させ、前記液体噴射部から噴射された前記第１の液体の液滴と接触させることにより、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成させる、第２液体流動部と、
前記化学反応を促進させる第３の液体を流動させ、前記第２の液体と前記第３の液体とを混合させることにより、前記ゲル状のカプセルと前記第３の液体とを接触させる、第３液体流動部と、
を備えるカプセル製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カプセル製造方法、医療用カプセル、及び、カプセル製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内包物（コア）、及び、該コアを内包する物質（シェルまたはマトリクス）によって構成されるカプセルがある。特に、粒径がマイクロメートルオーダーの微小なカプセルはマイクロカプセル（マイクロスフィア）と呼ばれ、近年開発が進んでいる。
【０００３】
このようなカプセルの生成方法として、コアの原料となるコア材、及び、コア材を硬化させる硬化材の２種類の液体を用いる方法が知られている。例えば、特許文献１には、エジェクター等の噴射装置を用いてコア材の液滴を硬化材中に噴射して、コア材と硬化材との化学反応を生じさせることでコア材の液滴を硬化させ、カプセルを生成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５２６３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法によれば、コア材の噴射量を制御して液滴の大きさを調整することにより、所望の大きさのカプセルを生成することができる。
しかし、この方法では、生成されるカプセルの大きさを調整することは可能だが、カプセルの形状を調整することは難しい。例えば、コア材の液滴を噴射する際の条件（噴射量や噴射速度等）の違いや、液滴が硬化材の液面に着弾する際の衝撃によって、カプセルの形状に歪みが発生して形状が不揃いなカプセルが生成されるおそれがある。したがって、形状が安定したカプセルを効率よく生成することは困難である。
【０００６】
本発明では、安定した形状のカプセルを効率よく生成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための主たる発明は、第１の液体の液滴を第２の液体中に噴射して、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応により、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成することと、前記ゲル状のカプセルと第３の液体とを接触させ、前記化学反応を促進させることと、を有するカプセル製造方法である。
【０００８】
本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】カプセル製造装置１の概略図である。
【図２】噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図である。
【図３】第１実施形態におけるカプセル生成工程のフロー図である。
【図４】アルギン酸ナトリウムの説明図である。
【図５】アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。
【図６】アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【図７】カプセル製造装置１の変形例におけるノズルの配置を説明する図である。
【図８】カプセル製造装置２の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも、以下の事項が明らかとなる。  
【００１１】
第１の液体の液滴を第２の液体中に噴射して、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる化学反応により、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成することと、前記ゲル状のカプセルと第３の液体とを接触させ、前記化学反応を促進させることと、を有するカプセル製造方法。
このようなカプセル製造方法によれば、安定した形状のカプセルを効率よく生成することができる。
【００１２】
かかるカプセル製造方法であって、前記第２の液体は所定の方向に流動し、前記ゲル状のカプセルは、流動する前記第２の液体中を前記所定の方向に流される間に形状が変化することが望ましい。
このようなカプセル製造方法によれば、ゲル状のカプセルが第２の液体中を流されながら移動する間に、表面張力の働きにより球状の形状に変化させることができる。また、流動時間を調整することや第２の液体の流路を直線状にすることにより、安定した球形カプセルを生成しやすくなる。
【００１３】
かかるカプセル製造方法であって、前記第１の液体は多糖類または蛋白質類を含む水溶液であり、前記第２の液体は多価金属塩を含む水溶液であり、前記第１の液体と前記第２の液体とが接触する際に生じる硬化反応により、前記ゲル状のカプセルが形成されることが望ましい。
このようなカプセル製造方法によれば、人体に無害で医療分野等に対する応用性が高いカプセルを効率よく生成することができる。また、親水性のゲルによるカプセルを形成することが可能であるため、保水性能が高く、また、外部環境との間で浸透圧調整が容易なカプセルを生成することができる。
【００１４】
かかるカプセル製造方法であって、前記第３の液体は、前記第２の液体と同じ種類の多価金属塩を含む水溶液であり、前記第３の液体に含まれる金属塩の濃度が、前記第２の液体含まれる金属塩の濃度よりも高いことが望ましい。
このようなカプセル製造方法によれば、第１の液体と第２の液体とが接触した際に生じる化学反応の進行を促進させ、カプセルの形状を固定することができる。すなわち、形状が球形に変化したカプセルを、その形状（球形）の状態で固定することにより、より均一で安定した形状のカプセルを生成しやすくなる。
【００１５】
かかるカプセル製造方法であって、前記第２の液体は、前記ゲル状のカプセルの周囲を取り囲んだ状態で、前記第３の液体と混合されることが望ましい。
このようなカプセル製造方法によれば、第２の液体と第３の液体とが混合される際の衝撃がカプセルに作用することを抑制することができるので、カプセルの形状に歪が発生しにくくなる。
【００１６】
また、かかるカプセル製造方法によって製造された医療用カプセルが明らかなる。
このような医療用カプセルであれば、熱加工により原料成分（例えば生体組織）が変質したり、形状や大きさが不揃いなため人体に摂取する際に危険が生じたりする可能性の低い、良質なカプセルを供給することができる。また、原料の歩留まりが高くコストの無駄が抑えられ、環境にも優しいことから、医療分野への応用可能性が高くなる。
【００１７】
また、第１の液体を噴射して液滴を形成する液体噴射部と、前記第１の液体と接触することにより化学反応を生じる第２の液体を流動させ、前記液体噴射部から噴射された前記第１の液体の液滴と接触させることにより、形状変化が可能なゲル状のカプセルを形成させる、第２液体流動部と、前記化学反応を促進させる第３の液体を流動させ、前記第２の液体と前記第３の液体とを混合させることにより、前記ゲル状のカプセルと前記第３の液体とを接触させる、第３液体流動部と、を備えるカプセル製造装置が明らかとなる。
【００１８】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜概要＞
本実施形態では、カプセルの原料となる第１の液体の液滴によって、カプセルのコアとなる部分が形成される。形成されたコアは、第２の液体と接触することにより、化学反応を生じて硬化する。これにより、形状変化が可能な程度の柔らかさ（硬さ）を有するゲル状のカプセルが生成される。そして、当該ゲル状のカプセルを所定の形状（例えば球形）に変化させた後、第３第の液体と接触させることで化学反応を促進させてカプセルの形状を固定する。
【００１９】
以下、第１の液体を「コア材」、第２の液体を「硬化材」、第３の液体を「硬化促進材」とも呼ぶ。各液体の具体的な詳細や化学反応については後で説明する。
【００２０】
＜カプセル製造装置の構成＞
第１実施形態では、カプセル製造装置１を用いてカプセルを生成する。図１に、カプセル製造装置１の概略図を示す。カプセル製造装置１は、液体噴射部１０と、流動部２０と、制御部５０とを備える。
【００２１】
また、説明のため、図１に示されるような座標軸を設定する。Ｚ軸は鉛直方向（図１において下向きの方向）であり、Ｘ軸はＺ軸に対して垂直な方向である。
【００２２】
（液体噴射部１０）
液体噴射部１０は、第１の液体を噴射して液滴を形成する。液体噴射部１０は噴射ヘッド１１と第１液体タンク１２とを有する。
【００２３】
噴射ヘッド１１は第１の液体を所定量ずつ噴射することで、第１の液体の液滴を形成する。本実施形態では、基本的に第１の液体がＺ軸方向（鉛直下向きの方向）に噴射されるものとする。ただし、噴射ヘッド１１はＺ軸方向に対して傾いた方向に第１の液体を噴射させることも可能である。
【００２４】
図２に、噴射ヘッド１１の構造を説明する断面図を示す。本実施形態で、噴射ヘッド１１は、ノズル１１１、ピエゾ素子ＰＺＴ、液体供給路１１２、ノズル連通路１１４（容積室に相当する）、及び、弾性板１１６（ダイアフラムに相当する）を有する。
【００２５】
第１液体タンク１２に貯留された第１の液体は、液体供給路１１２を介してノズル連通路１１４に供給される。圧電素子であるピエゾ素子ＰＺＴには、制御部５０で生成される複数のパルスを有する電圧信号が、駆動信号として印加される。駆動信号が印加されると、該駆動信号に従ってピエゾ素子ＰＺＴが伸縮し、弾性板１１６を振動させる。そして、ノズル連通路１１４の容積を変化させ、駆動信号の振幅に対応するようにノズル連通路１１４内に供給された第１の液体を移動させる。
【００２６】
第１の液体の移動について具体的に説明する。本願実施形態のピエゾ素子ＰＺＴは、電圧を印加すると図２の上下方向に収縮する特性を有する。駆動信号としてある電圧からより大きい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図２の上下方向に収縮してノズル連通路１１４の容積を拡大する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１における液体表面はノズル１１１の内側（図２の上側）方向に移動する。逆に、ある電圧からより小さい電圧を印加した場合、ピエゾ素子ＰＺＴは図２の上下方向に伸長し、ノズル連通路１１４の容積を縮小する方向に弾性板１１６を変形させる。このとき、ノズル１１１の液体表面はノズル１１１の外側（図２の下側）方向に移動する。このように、ノズル連通路１１４の容積を変化させるとノズル連通路１１４における圧力が変動し、ノズル連通路１１４に充填された第１の液体をノズル１１１から噴射することができる。
【００２７】
噴射された第１の液体（液体）は、空気中を飛翔する間に表面張力によって球形に近い形状を有する液滴となる。つまり、ピエゾ素子ＰＺＴに印加される駆動信号の振幅（電圧の大きさ）を変更することによって、噴射される液滴の大きさ（液体の量）を調整することができる。これにより、所望のサイズのカプセルを正確に形成することができるようになる。
【００２８】
なお、第１の液体に酸素分子が溶け込んでいると、この圧力変動の際、ノズル連通路１１４において気泡が生じてしまう。よって、本実施形態において使用される第１の液体は予め溶存空気（酸素）が除去されていることが望ましい。
【００２９】
第１液体タンク１２はカプセルの原料となる第１の液体を貯留しておくタンクであり、不図示の液体伝送路を介して噴射ヘッド１１に第１の液体を供給する。
【００３０】
（流動部２０）
流動部２０は、第２の液体を所定の方向に連続的に流動させ、川のような流れを生じさせる。本実施形態で、流動部２０はＸ軸方向に沿って第２の液体を流動させるものとする。また、第３の液体を流動させて第２の液体と混合させる。流動部２０は、第２液体流動通路２２と、第３液体流動通路２３と、容器２５とを有する。また、必要に応じて第２の液体及び第３の液体を供給するためのタンク等（不図示）を備えていてもよい。
【００３１】
第２液体流動通路２２は、Ｘ軸方向に沿って伸びた溝状の装置であり、第２の液体（図１で淡い着色部）は当該流動通路を流れることによってＸ軸方向に流動する。すなわち、第２液体流動通路２２は、第２の液体を流動させるための第２液体流動部である。第２液体流動通路２２は液体噴射部１０の下方（Ｚ軸方向の下方）に設置され、液体噴射部１０から噴射された第１の液体（コア材）の液滴が、第２液体流動通路２２を流れる第２の液体（硬化材）の液面に着弾するように位置が調整される。そして、第２の液体中に着弾したコア材の液滴を、第２の液体の流動方向下流側（Ｘ軸方向）へと移動させる。
【００３２】
なお、流動通路２１の流路や形状は任意であり、例えば、流動通路２１の流路の途中がカーブしていたり、流路の断面形状が変化していたりしてもよい。ただし、本実施形態では、コア材の液滴が第２の液体中を流される間に該液滴の形状を変化させるので、液滴の形状に歪みを生じさせないように、第２の液体の流動は層流に近い状態であることが望ましい。そのため、流路の直線部分をなるべく長くして、第２の液体の流動条件が一定になりやすいようにする。
【００３３】
また、第２の液体の単位時間当たりの流量を正確に調整することができるように、流水発生装置等の流動機構を設けておくとよい。流水発生装置としては、市販の流水ポンプ等を用いることができる。
【００３４】
第３液体流動通路２３は、第３の液体（図１で濃い着色部）を容器２５に流入させ、第２の液体とを混合させる。第３液体流動通路２３は、第２液体流動通路２２と同様の溝状の装置（流路）としてもよいし、タンク状の貯留容器から容器２５内へ第３の液体を直接導入するような装置としてもよい。いずれの場合でも、最終的に容器２５の内部にて第２の液体と合流（混合）するように第３の液体を流動させる。すなわち、第３液体流動通路２３は、第３の液体を流動させて第２の液体と混合させるための第３液体流動部である。
【００３５】
なお、本実施形態では、第２の液体の濃度と第３の液体の濃度とのバランスを調整することで、第１の液体の液滴の化学反応の進行が制御される。つまり、容器２５内における第２の液体と第３の液体との混合比が所定の値となるように調整する必要がある。したがって、第２の液体の単位時間当たりの流量に応じて、第３の液体の単位時間当たりの流量を調節できるようにしておく。流量の調節には、上述したように流水発生装置等を用いることができる。
【００３６】
容器２５は、図１のように、第２液体流動通路２２及び第３液体流動通路２３の流動方向の最下流側に設けられる。そして、第２液体流動通路２２から流入する第２の液体と、第３液体流動通路２３から流入する第３の液体とを合流させ、両者を混合する。
【００３７】
また、容器２５は、生成されたカプセルを回収するための回収容器としての機能も有する。
【００３８】
（制御部５０）
制御部５０は、噴射ヘッド１１を駆動させるための電圧波形信号である駆動信号を生成し、ピエゾ素子ＰＺＴに印加することによって、噴射ヘッド１１の駆動を制御し、第１の液体の噴射を制御する。また、流動部２０が流動機構を備える場合には、当該流動機構を制御することによって第２の液体、第３の液体の流動速度を制御するようにしてもよい。
【００３９】
＜カプセル生成動作について＞
第１実施形態におけるカプセルの生成動作について説明する。図３に、カプセル生成工程のフロー図を示す。本実施形態では、Ｓ１０１〜Ｓ１０４の工程を経ることでカプセルが形成される。
【００４０】
（Ｓ１０１：コア形成工程）
まず、液体噴射部１０から噴射される第１の液体（コア材）の液滴によってカプセルのコアが形成される。
【００４１】
第１の液体（コア材）を噴射する際の噴射量は、生成されるカプセルの大きさ（容量）に応じて決定される。本実施形態においては、噴射されたコア材の液滴が硬化されることによってカプセルが形成される。したがって、コア材を噴射する量を制御することによって、生成されるカプセルのサイズを調整することができる。なお、液体噴射部１０から噴射されるコア材の量は、噴射ヘッド１１に印加される駆動信号（電圧波形）の形状を変更することで調整される。
【００４２】
このことは、コア材（第１の液体）の歩留まりが非常に高いということを意味する。すなわち、噴射されたコア材がそのままカプセル（コア）を形成するため、コア材はほとんど無駄にならない。したがって、カプセルの原料コストを安く抑えることができる。特に、コア材として非常に高価な物質を使用しなければならない場合（例えば、医療用カプセルを生成する際に、医療用材料をコアとする場合）に非常に効果的である。また、使用される液体の量が最適化できるため、廃棄される液体の量が少なく環境保護という観点でも有効である。また、医療用カプセルに限らず、化粧用カプセルや食品用カプセルにおいても、上述したとおり、使用される液体材料の量を最適化することができる。
【００４３】
（Ｓ１０２：ゲル化工程）
液体噴射部１０から噴射された第１の液体（コア材）の液滴は、第２液体流動通路２２内を流れる第２の液体（硬化材）中に着弾する。そして、第１の液体（コア材）と第２の液体（硬化材）とが接触することによりコア材液滴（コア）の表面部分で化学反応が生じ、コア材の液滴がゲル化して硬くなる。これにより、ゲル状のカプセルが形成される。なお、Ｓ１０２では、液滴の全体ではなく一部（表面部分付近）のみがゲル化されるため、外力が加えられることによって簡単に形状が変化する程度の硬さのカプセル（ゲル）が形成される。つまり、本実施形態で用いられる第２の液体の濃度は、カプセル（液滴）の表面部分付近でのみ化学反応（ゲル化）を進行させることができる程度に調整されている。
【００４４】
（Ｓ１０３：カプセル形状変化工程）
コア形成工程（Ｓ１０１）において第１の液体（コア材）を噴射する際に、球形の液滴（コア）が形成されない場合がある。例えば、第１の液体の物性（粘度や分子量等）、噴射条件（噴射速度や噴射量）、空気中を飛翔する時間等によっては、液滴の形状が楕円形や平板状になりやすい。また、ゲル化工程（Ｓ１０２）において第１の液体（コア材）の液滴が第２の液体（硬化材）の液面に着弾する際に、着弾時の衝撃によってコアの形状に歪みが生じる場合がある。例えば、図１に示されるような涙滴形状になる場合がある。
【００４５】
形状に歪みが生じたままコアが硬くなると、不揃いな形状のカプセルが生成され、医療品や化粧品として応用しにくくなる。
【００４６】
そこで本実施形態では、ゲル状のカプセルが第２の液体中を移動する（流される）間に、当該カプセルを球形に変形させることで、安定した形状のカプセルを生成する。
【００４７】
第２の液体中に着弾してゲル化されたコア材の液滴（カプセル）が第２の液体中を流動する際に、該カプセルには表面張力が働く。上述のように、Ｓ１０２において形成されるカプセルは自在に形状変更が可能な硬さである。したがって、ゲル化された時点においてカプセルが平板状や楕円形状であったとしても、表面張力の働きによって球状に変形しようとする。実際に、第２の液体の流れが層流であり、流動速度が一定であれば、第２液体流動通路２２を移動する間にコアの形状はほぼ球状になり、均一な形状のカプセルが生成されやすくなる。
【００４８】
なお、カプセルの形状をより球形に近くするためには、形状変形に要する時間をなるべく長く確保することが望ましい。したがって、第１の液体と第２の液体とが接触してから、次工程（Ｓ１０４）において第３の液体と接触するまでの間に、所定の時間間隔を設けるようにする。特に、形成されるカプセルの大きさ（直径）が大きいほど、第１の液体が第２の液体と接触してから第３の液体と接触するまでの時間間隔を長くするとよい。例えば、形成されるカプセルの大きさに応じて、第２の液体の流動速度を変更したり、流路の長さを変更したりして、形状変形に要する時間を調整すると効果的である。
【００４９】
また、カプセルの形状変形時に余計な外力を加えないために、第２の液体は乱れのない状態で流動させることが望ましい。例えば、第２の液体が乱流であったり、流動速度が急激に変化したりすると、カプセルの形状に歪が生じやすくなる。そのため、上述のように第２液体流動通路２２の直線部分を長くする等によって、カプセルが球状に変形しやすいようにしておく。
【００５０】
（Ｓ１０４：カプセル形状固定工程）
球状に変形したカプセルは、第２の液体と共に容器２５の内部へと流入する。ここで、容器２５には第３の液体も流入するため（図１参照）、容器２５内部には第２の液体と第３の液体とが混合された溶液が貯留されている。また、第３の液体は第２の液体よりも濃度の濃い液体であり、第１の液体の化学反応を促進させる作用がある。したがって、容器２５の内部において第１の液体（ゲル状のカプセル）と、第３の液体（第２の液体と第３の液体との混合溶液）とが接触することによって、第１の液体をゲル化する化学反応が促進され、カプセルが硬くなり、球状のまま形状が固定される。
【００５１】
なお、本実施形態ではゲル状のカプセルが第２液体流動通路２２から容器２５内に流入する際に、周囲を第２の液体に取り囲まれた状態で流入するため、第２の液体と第３の液体とが混合されるときの衝撃がカプセルに作用しにくい。第２の液体が緩衝材の役割を果たし、第１の液体の液滴が第２の液体の液面に着弾するときのような衝撃（図１参照）が液滴に加えられることを抑制するからである。これにより、カプセルの形状に歪が生じにくくなるので、球状のカプセルを安定して生成しやすくなる。
【００５２】
このように、はじめに柔らかいゲルを形成し、形状を変化させた後で当該ゲルを硬くすることによって、球形のカプセルが生成される。つまり、コア材の液滴を２段階で硬化させることにより、形状が安定したカプセルを効率的に生成することができる。生成後、容器２５内に集まったカプセルは、遠心分離法やろ過法等によって回収される。
【００５３】
＜カプセル生成材料について＞
カプセルを生成する材料である第１〜第３の液体について説明する。
【００５４】
（第１の液体について）
本実施形態において、第１の液体（コア材）としては多糖類、もしくは蛋白質類（例えば、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カルシウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸アンモニウム、エチルセルロース、メチルセルロース、ペクチン、ジェランガム、キトサン、コラーゲン、フィブリノーゲン等）を含んだ液体（水溶液）が用いられる。アルギン酸塩類は人体に対してほぼ無害であり、コア材として使用することにより医療分野などへの応用性の範囲が広いカプセルを形成することができる。
【００５５】
また、第１の液体は有効成分（例えば、ハイドロキノン、セラミド、牛血清アルブミン、γ−グロブリン、リピオドール、ビフィズス菌、ビタミン、ヒアルロン酸、ＩＰＳ細胞等）を含んでいてもよい。
【００５６】
（第２の液体について）
第２の液体（硬化材）としては、ゲル化誘発因子を持つような多価金属塩（例えば、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硝酸カルシウム、クエン酸カルシウム、乳酸カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム塩を含むものや、塩化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、リン酸アルミニウム等のアルミニウム塩、塩化マンガン、硝酸マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン等のマンガン塩、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸マグネシウム等のマグネシウム塩、リン酸第一鉄、リン酸第二鉄等の鉄塩等）を含む液体（水溶液）が用いられる。
【００５７】
本実施形態では、第１の液体が第２の液体と接触して架橋反応、重合反応、高分子反応といった化学反応を生じることにより、第１の液体による液滴（コア）の表面部分から硬化（ゲル化）する。なお、ここで言う「硬化（ゲル化）」とは粘度が高くなる状態も含む。
【００５８】
（第３の液体について）
第３の液体（硬化促進材）としては、第２の液体と同じ種類の多価金属塩を含み、かつ、当該金属塩のモル濃度が第２の液体よりも高い液体（水溶液）が用いられる。
【００５９】
第２の液体よりも濃度が高い物質を第３の液体として用いることにより、第１の液体の化学反応（架橋反応等）が促進されてゲル化がより進行しやすくなり、カプセルの形状を固定しやすくなる。
【００６０】
次に、化学反応の具体例について説明する。以下では、コア材としてアルギン酸ナトリウム水溶液を用い、硬化材として塩化カルシウム水溶液を用いた場合に生じる化学反応について説明する。図４は、アルギン酸ナトリウムの説明図である。図５は、アルギン酸ナトリウムからアルギン酸カルシウムゲルへ変化する中間の様子を示す説明図である。図６は、アルギン酸カルシウムゲルの説明図である。
【００６１】
図４に示されるように、アルギン酸ナトリウム（Ｃ６Ｈ７Ｏ６Ｎａ）はアルギン酸に１価のナトリウムイオンが結合している。このアルギン酸ナトリウムが塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）水溶液にと接触すると、２価のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が、アルギン酸ナトリウムのナトリウムイオン（Ｎａ＋）と置換されることで、ゲル化が進行する（図５）。このとき、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）は１価であり、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）は２価であるので、２個のナトリウムイオン（Ｎａ＋）に対して、１個のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）が置換される。このとき、アルギン酸ナトリウムは、２つのアルギン酸ナトリウム間において、２つのナトリウムイオン（Ｎａ＋）が脱離して、２価の金属イオンである１つのカルシウムイオン（Ｃａ２＋）に置換される（図６）。そして、２つのアルギン酸間を橋架けする架橋凝縮が生じ、ゲル化（硬化）する。このような化学反応は架橋反応とも呼ばれる。
【００６２】
本実施形態では、第２の液体として金属塩のモル濃度の低い物質を用い、第３の液体として金属塩のモル濃度の高い物質を用いる。
【００６３】
第２の液体のモル濃度は、上述のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を十分に供給することができず、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）の方が余る程度の濃度である。この場合、第１の液体（コア）と第２の液体とを接触させても、ナトリウムイオンの置換は一部についてしか生じない。言い換えると、架橋凝縮が十分に進行しない。そのため、表面張力によって簡単に形状が変化する程度の柔らかいカプセル（ゲル）が形成される。
【００６４】
一方、第３の液体のモル濃度は、上述のカルシウムイオン（Ｃａ２＋）を十分に供給することができ、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）を完全に置換することができる程度の濃度である。この場合、第１の液体（コア）を第３の液体（上述の例では、第２の液体と第３の液体との混合溶液）と接触させると、化学反応が進行しやすくなる。すなわち、架橋凝縮（ゲル化）が促進され、外力を加えても形状が変更されにくい硬いカプセルが形成される。
【００６５】
なお、本実施形態において、第２の液体と第３の液体とは同じ種類の金属塩を含む異なる液体を用いることが可能である。例えば、第２の液体として塩化カルシウムを用い、第３の液体として酢酸カルシウムを用いる。どちらの場合でもカルシウムイオン（Ｃａ２＋）とナトリウムイオンとの置換反応を生じさせることができるため、上述の架橋凝縮を正常に進行させることができる。
【００６６】
ところで、図６には、破線で囲われた領域が示されている。アルギン酸カルシウムゲルでは、この破線で囲われた領域を通じてゲルの内部から外部へ水分子が移動したり、外部から内部へと水分子が移動したりする。このように破線で囲われた領域に水分子が存在することにより、弾力性のあるゲルが実現されている。そして、ゲルにおける水分子の流入量と流出量は均衡している。本実施形態において、親水性を有するゲルが形成されることによって、生体組織として用いる場合等において生体親和性が高いゲルを生成することができる。また、親水性のゲルであることから、当該ゲルと外部環境との間でゲルを介した浸透圧の調整が容易になるという利点もある。
【００６７】
＜比較例＞
第１実施形態の比較例として、第１の液体（コア材）の液滴を第２の液体、若しくは、第３の液体のみを用いて硬化させる場合について説明する。
【００６８】
まず、第２の液体（金属塩の濃度が薄い液体）のみを用いて第１の液体を硬化させようとすると、上述のように化学反応（例えば架橋凝縮）を十分に進行させるのに十分な量の金属イオンが供給されない。そのため、第１の液体の液滴は柔らかいままで化学反応が停止してしまい、安定した形状のカプセルを形成することは困難である。
【００６９】
一方、第３の液体（金属塩の濃度が濃い液体）のみを用いて第１の液体を硬化させようとすると、十分な量の金属イオンが供給されるため、化学反応は急激に進行し、第１の液体の液滴は第３の液体と接触した後、短時間で硬化される。この場合、第１の液体の液滴と第３の液体との接触時の条件が問題となる。例えば、液体噴射部１０を用いて第３の液体中に第１の液体の液滴を噴射させる場合、第３の液体の液面に着弾する際の衝撃によって液滴が歪んだままの状態で硬化されてしまうおそれがある。また、第１の液体が噴射された際に、非球形（例えば楕円形や涙滴形）の液滴が形成されると、その形状のまま硬化されてしまうこともある。したがって、安定した形状のカプセルを形成することは困難である。
【００７０】
つまり、コア材の液滴を第２の液体若しくは第３の液体と接触させて一段階で硬化させようとしても、安定した形状のカプセルを形成することは難しい。
【００７１】
＜第１実施形態の効果＞
第１実施形態では、所定の方向に流動する第２の液体中に第１の液体の液滴を断続的に噴射して、ゲル状のカプセルを形成する。形成されたカプセルは、第２の液体中を流動しながら形状が変化し、第３の液体と接触することにより、その形状で固定（硬化）される。これにより、形状が安定したカプセルを効率的に生成することができる。また、形状変化に要する時間を十分長く確保し、さらに、第２の液体をなるべく定常な流れとすることで、より球形に近いカプセルを生成することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、カプセルを生成する際に加温等を必要とせず、化学反応によってカプセルを所定の硬さまで硬化（ゲル化）させることができる。そのため、カプセルの原料として細胞等の生体材料を用いる場合であっても、加熱により当該細胞が破壊されてしまうといった問題は発生せず、医療用カプセル等への応用性が高い。
【００７３】
＜変形例＞
カプセル製造装置１の液体噴射部１０が複数のノズルを備える構成としてもよい。図７に、変形例におけるカプセル製造装置１のノズルの配置を説明する図を示す。図７では液体噴射部１０（噴射ヘッド１１）及び第２液体流動通路２２を上方側から見た場合について表している。
【００７４】
変形例の液体噴射部１０（噴射ヘッド１１）は、第２の液体の流動方向と交差する方向に並ぶ複数のノズルを有する。図７の場合、Ｘ軸方向に流動する第２の液体に対して、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に並ぶ複数のノズルからそれぞれ第１の液体が噴射される。流動する第２の液体に着弾した複数の液滴は、それぞれ流動方向の下流側（Ｘ軸方向）へと流されるので、液滴同士が互いに接触して結合したりすることは生じにくい。これにより、複数の液滴（第１の液体）を同じタイミングで噴射して同時に複数のカプセルを生成することができる。すなわち、より効率的にカプセルを生成することができる。その際、第２液体流動通路２２を直線状にしておけば、第２の液体の流動が層流の流れになりやすくなるため、複数のカプセルが流動中に互いに接触する可能性をより低くすることができる。
【００７５】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
第２実施形態では、所定の方向に流動する第３の液体の流路の途中に、第２の液体の流路が合流する構成のカプセル製造装置２を用いてゲルを生成する。
【００７６】
＜カプセル製造装置の構成＞
図８は、カプセル製造装置２の概略図である。カプセル製造装置２では、流動部２０の構成がカプセル製造装置１とは異なる。液体噴射部１０及び制御部５０の構成はカプセル製造装置１と同様である。
【００７７】
（流動部２０）
カプセル製造装置２の流動部２０は、第２液体流動通路２６と、第３液体流動通路２７と、容器２５とを有する。
【００７８】
第２液体流動通路２６（第２液体流動部）は、Ｘ軸方向に沿って伸びた溝状の装置であり、第２の液体（図８で淡い着色部）は当該溝部分を流れることによってＸ軸方向に流動する。第２液体流動通路２６の基本的な構成は、カプセル製造装置１の第２液体流動通路２２とほぼ同様であるが、出口部分が異なる。カプセル製造装置２では、第２液体流動通路２６の出口部分が、第３液体流動通路２７の流路の途中に設けられた接続点Ａに接続される（図８参照）。
【００７９】
第３液体流動通路２７（第３液体流動部）は、第３の液体（図８で濃い着色部）を所定の方向に流動させ、第２の液体と混合することで、第１の液体の液滴を移動させながら硬化させる。第３液体流動通路２７は第２液体流動通路２６と同様の溝状の装置であり、第３の液体は当該溝部分を流れることによってＸ軸方向に流動する。また、第３の液体の流量を自由に調節できるように、流動機構（不図示）を設けておくことが望ましい。
【００８０】
本実施形態では、接続点Ａにて第２液体流動通路２６から第２の液体が合流し、第２の液体と第３の液体とが混合された状態で流動方向の下流側へと流動する。したがって、接続点Ａを境にして液体の流量が増加するため、急激に流速が変動するおそれがある。そこで、第２の液体及び第３の液体の流量等の条件によっては、第３液体流動通路２７の接続点Ａ以降における流路を広くして、急激な流速の変動を抑制するようにしてもよい。
【００８１】
容器２５は、第１実施形態で説明したものとほぼ同様の容器であり、生成されたカプセルを回収するための回収容器としての機能を有する。
【００８２】
＜カプセル生成動作について＞
第２実施形態のカプセル生成動作は、基本的に第１実施形態と同様である（図３参照）。すなわち、まず、第１の液体の液滴によりコアが形成される。形成されたコアは第２の液体と接触することにより化学反応によってゲル化され、第２の液体を流動する間に形状が変形して球形になる。形状が変形したゲル状の液滴（カプセル）は、第３の液体と接触することにより化学反応が促進され、ゲルが硬くなり形状が固定される。
【００８３】
ただし、本実施形態では、第１の液体の液滴（コア）が第２の液体と第３の液体とが合流する接続点Ａを通過する際、濃度の高い第３の液体とより接触しやすくなる。これにより、第１の液体の液滴は第３液体流動通路２７を流動する間に十分に化学反応が進行し、ゲル化したコアの形状をより固定しやすくなる。そして、流動中に液滴（ゲル）の形状を固定させることにより、容器２５内に入ったカプセルを直ちに回収することも可能になる。
【００８４】
なお、図８では、第２の液体及び第３の液体を用いて、第１の液体の化学反応（ゲル化）を２段階で進行させている。これに対して、第３の液体よりもさらに濃度の高い第４の液体等を用いることにより、化学反応行を３段階以上で進行させてもよい。その場合、第３液体流動通路２７を他の液体の流動通路（不図示）に合流させることで、化学反応を多段階で進行させる。各液体の濃度を細かく設定することによって、第１の液体の化学反応の進行をより精細に制御することができる。
【００８５】
＜第２実施形態の効果＞
第２実施形態では、第３の液体の流動路の途中で第２の液体を合流させることにより、第１の液体の液滴を流動中に硬化させることができる。これにより、カプセルの形状をより安定させやすくなる。
【００８６】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
一実施形態としてのカプセル製造装置を説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。
【００８７】
＜カプセル生成材料について＞
前述の各実施形態では、第１〜第３の液体についてそれぞれ具体例が例示されていたが、例示された以外のカプセル生成材料を用いてカプセルを生成することも可能である。
【００８８】
＜カプセルの用途について＞
前述の各実施形態では、カプセルの用途として医療用材料としての用途について説明されていたが、例示された以外にも幅広い用途にカプセルを利用することができる。例えば、化粧品としての用途や、機能性食品としての用途等が考えられる。
【００８９】
＜液体噴射部１０について＞
前述の各実施形態では、第１の液体の液滴を噴射する液体噴射部として、圧電素子（ピエゾ素子ＰＺＴ）が用いられていたが、他の機構を用いた液体噴射部であってもよい。例えば、シリンジを押すことによって液体を滴下するディスペンサを用いた機構、静電アクチュエーターを用いた液体噴射機構、静電吸引方式を用いた液体噴射機構、音響エネルギーを用いた液体噴射機構等、種々の機構を用いることができる。その際、噴射される第１の液体の量、噴射周期を任意に変更できる機構であることが望ましい。
【符号の説明】
【００９０】
１、２  カプセル製造装置、
１０  液体噴射部、１１  噴射ヘッド、１２  第１液体タンク、
２０  流動部、２２  第２液体流動通路、２３  第３液体流動通路、２５  容器、
２６  第２液体流動通路、２７  第３液体流動通路、
５０  制御部
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図７】
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【図８】
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