(57)【要約】      （修正有）【課題】安定して均一の液滴を生成する事ができ、粒子堆積のない液滴生成装置の提供。【解決手段】連続相液体を供給する連続相パイプ１２と、分散相液体を供給する分散相流路１４と、連続相パイプ１２に連結され、連続相液体を保持する保持タンク１０と、分散相流路１４の先端部分に設けた堆積防止部１４ｅとを含み、堆積防止部１４ｅは、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面を有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成された開孔１４ｂを有し、分散相液体は開孔１４ｂを通じて保持タンク１０に送出される液滴生成装置１００。【選択図】図１Ｃ
2017176982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、
連続相液体を供給する連続相パイプ、
上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、
分散相液体を供給する分散相流路、ここで分散相流路の下流側の終端は上記保持タンク内に存在する、
上記分散相流路の下流側の終端に形成された複数の開孔、
上記複数の開孔のそれぞれを囲み、一端が上記分散相流路の終端に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の周壁、
複数の周壁のそれぞれの内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する複数の液滴流路
を含む液滴生成装置。
【請求項２】
連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、
連続相液体を供給する連続相パイプ、
分散相液体を供給する分散相流路、
上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、
上記分散相流路の下流側に設けた堆積防止部、ここで該堆積防止部は、分散相液体に対向する傾斜面を有すると共に、傾斜面の先端に形成された開孔を有し、分散相液体は開孔を通じて保持タンクに送出される、
上記開孔を囲み、一端が堆積防止部に連結され、他端が保持タンク内に解放された円筒形又は多角形の周壁、
上記周壁の内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する液滴流路
を含む液滴生成装置。
【請求項３】
上記傾斜面は円錐状である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項４】
上記傾斜面の断面は直線である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項５】
上記傾斜面の断面は曲線である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項６】
上記堆積防止部の先端面と上記周壁の内壁との連結部分に湾曲部を形成した、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項７】
上記開孔の下流側において、連続相液体の流れる方向と、分散相液体が流れる方向とが鋭角になるような盛り上がり部を形成した、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項８】
上記液滴流路の上記一端がテーパー状になっている、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項９】
更に、分散相液体を保持する、供給タンクを含む、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項１０】
更に、上記供給タンクと上記保持タンクとの間に、中間層を設け、中間層内に複数の並行した貫通孔を形成し、貫通孔を上記周壁として機能させる、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１１】
上記供給タンクの内壁は矩形である、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１２】
上記供給タンクの内壁はドーム状である、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１３】
上記供給タンクの内壁に分散相流路を形成し、該分散相流路を、複数の放射状に延在する分流路に分岐させ、それぞれの終端が複数の貫通孔が形成されている位置まで延びている、請求項１０に記載の液滴生成装置。
【請求項１４】
上記分散相流路の分岐点に液貯めを設けた、請求項１３に記載の液滴生成装置。
【請求項１５】
上記周壁の内面を親水性の材料で表面処理が成された、請求項１又は２に記載の液滴生成装置。
【請求項１６】
上記周壁の内面を疎水性の材料で表面処理が成された、請求項１又は２に記載の液滴生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液体供給口からそれぞれ供給される種類の異なる液体を微小流路に導き、微小流路においてそれらの液体の乳化を行ない、ある液体が他の液体中に液滴として分散した乳液、すなわち[Ｏ／Ｗ]，[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等のエマルジョンを得る液滴生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置として、特許第３７４６７６６号明細書に記載の装置や、非特許文献であるThe Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chuに記載の装置が知られている。
これらの文献では単一流路のみの液滴生成を議論しており工業的生産に関しては一切の説明がなされていない。すなわち、如何にして変動係数の小さな液滴生成を効率的に行う複数流路に関する説明がなされていなかった。
従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めることにより、別々に分散相ポンプと連続相ポンプを導入した並列タイプ（図１２）が考えられるが、この並列タイプではキャピラリーのポジショニングに非常に時間を要し、液滴生成装置の本数だけ分散相ポンプ及び連続相ポンプが必要である。実際、非特許文献では顕微鏡下での微調整が求められている。また、圧力が微妙に流路毎に異なるため、生成する液滴の分散度が高くなる。すなわち、CV値が上昇し、均一な粒径のエマルションが得難い。別の例として従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせ、複数ある分散相ポンプおよび複数ある連続相ポンプをそれぞれひとまとめにした構成（図１３）が考えられるが、この構成では、分散相ポンプから分散相流路までのパイプの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が異なるため、分散相流路内の抵抗を厳密に等しくする事は困難であり、その結果圧力差が生じ、せん断力の差異が生じる。その結果、生成する液滴径に大きなバラつきが生じCV値が上昇する。この流路抵抗の微調整には多大な時間を要し、工業的な生産には適さない。
更に、これらの文献にあっては、分散相液体には固形物が含まれておらず、流体のみで構成される場合について説明がされている。分散相液体に固形物が含まれている場合の問題点、解決策については、いずれの文献にも全く記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４６７６６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】The Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chu
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工業的生産を行う場合の複数流路を如何に製造するかという問題があった。
また、分散相液体に微粒固形物が含まれている場合、微粒固形物が流路の内壁に堆積し、流路を閉栓、閉塞することが有り、安定して液滴を生成する事ができないという問題があった。
上記の問題に鑑み、解決しようとする課題は、均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができるようにする事である。
【０００６】
別の課題は、微粒固形物が流路の内壁に堆積したり、流路を閉栓、閉塞することが無いようにする事である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプ、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、分散相液体を供給する複数の分散相流路、ここで各分散相流路の下流側の一端は上記保持タンク内に存在する、上記各分散相流路の下流側に形成された開孔、上記開孔を囲み、一端が上記各分散相流路に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の周壁、各周壁の内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する複数の液滴流路を含む。
本発明の別の実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプと、分散相液体を供給する分散相流路と、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンクと、必要により上記分散相流路の先端部分に設けた堆積防止部とを含む。ここで該堆積防止部は、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面を有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成された開孔を有し、分散相液体は開孔を通じて保持タンクに送出される。更に、本発明の液滴生成装置は、上記開孔を囲み、一端が堆積防止部に連結され、他端が保持タンク内に解放された円筒形又は多角形の周壁と、上記円筒形又は多角形の周壁内に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する液滴流路とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
さらに［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］、［（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］などの複合エマルションを調製する場合には、分散相流路の開孔の上流側に、円錐状の傾斜面を設けることにより、分散相液体に含まれる微粒固形物(S)が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【０００９】
連続相液体が先端面に沿って流れ、連続相液体を集中して開孔の方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｃ】本発明の第２実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｄ】本発明の第２実施形態の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｅ】本発明の第２実施形態の別の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図２】図１Ｃに示す液滴生成部の拡大図。
【図３】図２に示す実施形態の変形図。
【図４】図２に示す実施形態の別の変形図。
【図５】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図６】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図７Ａ】本発明の第３実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す実施形態の変形例。
【図７Ｃ】図７Ａに示す実施形態の別の変形例。
【図８】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図９】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図１０】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１１】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１２】従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めた概念図。
【図１３】従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせた概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは本発明に係る液適生成装置１００の第１実施形態を示す。液滴生成装置１００は、連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６，保持タンク１０を有する。例えばO/W,(S/O)/Wエマルションを調製する場合には、連続相ポンプ２からは連続相液体、例えば水、好ましくは界面活性剤を含む水、が送出され、連続相パイプ１２を通って密閉状の保持タンク１０に送り込まれる。保持タンク１０には連続相液体が満たされる。分散相ポンプ４からは分散相液体、例えば、油又は微粒固形物が含まれた油、が送出され、分散相流路１４を通って保持タンク１０内の液滴生成部１８に送り込まれる。液滴生成部１８では、分散相液体が液滴ＥＴ（エマルション）になり、液滴ＥＴは連続相液体に混じって混合液体となり、液滴流路１６を通って生成物タンク６に集められる。保持タンク１０、連続相パイプ１２、分散相流路１４、液滴流路１６は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６は、無くても、液適生成装置１００は商品として成立する。
【００１２】
この実施の形態においては、微粒固形物（Ｓ）が含まれている油（Ｏ）の液滴が水（Ｗ）の中に生成される形態、いわゆるソリッド・イン・オイル・イン・ウォータ[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]の液滴生成装置の形態について説明するが、本発明は、他の形態、[Ｏ／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等についても利用可能である事は、言うまでも無い。
図１Ａの第１実施形態においては、更に、図２で詳述する堆積防止部１４ｅが設けられている。
図１Ｂは、図１Ａの変形例を示し、この変形例では図１Ａで示した堆積防止部１４ｅが省略されている。この変形例においては、液滴流路１６の先端部を取り囲む周壁２０の内面は、[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルションを生成する場合は疎水性の材料で表面処理がなされる一方、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルションを生成する場合は親水性の材料で表面処理がなされる。他の変形例や実施形態においても同様である。
図1Ｃは、液適生成装置１００の第２実施形態を示す。第１実施形態においては液滴生成部１８は、単流路で構成されていたが、第２実施形態においては、液滴生成部１８は複流路で構成される。分散相流路１４側から周壁２０を見た場合、周壁２０は８の字のように、２つの円が隣り合わせにある。隣り合う液滴生成部１８の間には分離壁１９が存在し、分離壁１９の上側先端（分散相流路１４が存在する側）には、分離壁１９の厚みよりも厚い堆積防止部１４ｅが設けられている。堆積防止部１４ｅは、漏斗状の傾斜面を有し、漏斗状の傾斜面の中心は開孔１４ｂが形成されている。この実施形態においては、開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径と等しいかより小さい。開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径よりも大きくても良い。分散相流路１４の終端は保持タンク１０内に存在し、分散相流路１４の下流側の終端に複数の開孔１４ｂが形成されている。また、複数の開孔１４ｂのそれぞれを囲み、一端が分散相流路１４の終端に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の内壁を有する周壁２０が設けられている。分離壁１９は周壁２０の一部を構成する。更に、複数の周壁２０のそれぞれの内側に挿入され、一端が上記保持タンク１０内であって、開孔の近傍に位置し、他端が保持タンク１０の外側に位置する複数の液滴流路１６を有する。
図１Ｄは、図１Ｃの変形例を示し、この変形例では図１Ｃで示した堆積防止部１４ｅが分離壁１９の厚みと同じ厚みのものとして形成されている。分離壁１９の上側先端がテーパー状に尖った構成になっている。
図１Ｅは、図１Ｃの別の変形例を示し、この変形例では、堆積防止部１４ｅが、分離壁１９を含む周壁２０に形成されている。
【００１３】
図２は、液滴生成部１８の堆積防止部14eを備え、複流路を有する第２実施形態（図１Ｃ）の詳細を示す。
【００１４】
分散相流路１４は、円筒形又は多角形の流路であり、その最も下流側には円錐状の傾斜面１４ｃが複数設けられており、各傾斜面１４ｃの先端には微細な開孔１４ｂが形成されている。分散相流路１４の先端面１４aは、保持タンク１０の内側に存在し、微細な開孔１４ｂから分散相液体が流出する。開孔１４ｂの直径Ｄ１は、液滴（エマルション）を形成するのに適した大きさになっており、例えば、１０μｍ〜５ｍｍ程度で、好ましくは１００μｍ程度である。直径Ｄ１は、液滴のサイズ（直径）によって決めることができる。また、開孔１４ｂは、その軸方向に所定の厚み（１０μｍ〜５ｍｍ程度）を有する。円錐状の傾斜面１４ｃにより、微粒固形物と共に分散相液体を開孔１４ｂに案内する。分散相流路１４の軸方向に切断した時の傾斜面１４ｃは、同軸方向に対し大略４５度の角度で、直線的に傾斜している。傾斜面１４ｃの上流側は、分散相流路１４の内周面１４ｄに繋がっている。先端面１４ａ、開孔１４ｂ、傾斜面１４ｃで囲まれる部分に堆積防止部１４ｅが形成される。すなわち、分散相流路１４の下流側に設けた堆積防止部１４ｅは、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面１４ｃを有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成した開孔１４ｂを有するので、傾斜面を流れる分散相液体により、微粒固形物は堆積する事無く開孔を通じて保持タンクに送出される。
【００１５】
先端面１４ａの先には開孔１４ｂを囲む円筒形又は多角形の周壁２０が形成されている。周壁２０の一端は堆積防止部１４ｅに連結され、他端２０ａは保持タンク１０内に解放されている。分散相流路１４と周壁２０とは、一体構成されても良いし、別体構成されても良い。周壁２０の長さＤ２は、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。周壁２０の内側の内周面２０ｂと先端面１４ａとで円柱状の空間２０ｃが形成される。内周面２０ｂの直径Ｄ３は、１０００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。
【００１６】
液滴流路１６は、周壁２０の内周面２０ｂより細い流路であり、液滴流路１６の内周面１６ｂの内径Ｄ４は、内径Ｄ３の１／２から４／５程度である。筒状になっている液滴流路１６の先端部分は、空間２０ｃ内に、同軸状（同心状）に挿入されている。挿入される長さＤ５は、例えば、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。液滴流路１６の先端１６ａと先端面１４ａとの間に間隙が設けられている。間隙の長さＤ６は、１０μｍ〜５ｍｍ程度である。
【００１７】
上記の構成により、周壁２０の内周面２０ｂと液滴流路１６の外周面との間に連続相流路２２が形成される。
【００１８】
連続相流路２２の入口２２ａは、周壁２０の先端２０ａに形成され、そこから、連続相流体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）が連続相流路２２に案内される。連続相流路２２の途中に、液滴ＥＴが生成される連続相-分散相合流部２２ｂおよび２２ｃが存在する。また、連続相流路２２の出口２２ｃは、液滴流路１６の先端１６ａに形成され、そこから、生成された液滴ＥＴと連続相液体とが存在する混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が液滴流路１６を通って送出される。
【００１９】
図１Ｃ、図2に示すように、連続相ポンプ２から送り出される連続相液体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）は、保持タンク１０内に送り込まれ、矢印Ａで示すように、連続相流路２２の入口２２ａから流入する。連続相液体は、連続相流路２２の中に流入し、分散相流路１４の先端面１４ａに沿って案内され、矢印Ｂで示すように、開孔１４ｂに集中的に向かう。矢印Ｂのように、開孔１４ｂの中心に向かって３６０度の方向から流れる流体を集中流と言う。一方、分散相ポンプ４からは、分散相液体である、微粒固形物が混じった油が、分散相流路１４を通り、開孔１４ｂから下方（液滴流路１６の方向）に放出される。この時、開孔１４ｂから放出された分散相液体は、集中流により滴下・せん断される。液滴ＥＴは、合流部２２ｂから出口２２ｃの間で生成される。生成された液滴ＥＴは、連続相液体と混合され、出口２２ｃに向かう。これにより、出口２２ｃから液滴ＥＴと連続相液体とが混ざった混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が、液滴流路１６を通り、生成物タンク６に集められる。連続相ポンプ２は、連続相液体により作られる集中流の強さを調整する流量圧力で連続相液体を送り出せば良い。また、分散相ポンプ４は、分散相流体が開孔１４ｂを通過する早さを調整する流量圧力で分散相流体を送り出せば良い。これにより、ポンプ２，４の流量圧力の調整がなされる。
【００２０】
堆積防止部１４ｅの一方の面は、分散相液体に対向し、円錐状の傾斜面１４ｃが設けられているので、分散相液体に含まれる微粒固形物が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。
【００２１】
連続相液体が先端面１４ａに沿って流れ、連続相液体を集中して開孔１４ｂの方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。また、液滴のサイズは開孔１４ｂのサイズや、出口２２ｃの細孔径にも依存する。
【００２２】
連続相液体に含まれる界面活性剤の例として、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性（高分子）界面活性剤がある。より具体的にはアニオン性界面活性剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸カリウム。アルキル硫酸エステル塩としてラウリル硫酸ナトリウム。ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸カリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン。アルキルベンゼンスルホン酸塩として、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム。その他スルホン酸塩として、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸カリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸カリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸カリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸カリウム。脂肪酸塩として、半硬化牛脂脂肪酸ナトリウム、半硬化牛脂脂肪酸カリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、オレイン酸カリウム、ヒマシ油ナトリウム、ヒマシ油カリウムその他、アルケニルコハク酸ジカリウム、アルケニルコハク酸ナトリウム、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド。アルキルアミン塩として、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート。第四級アンモニウム塩として、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンや原子移動ラジカル重合等の精密重合（ATRP,ICAR, AGET, Reverse ASTRP, RAFT, NMP）により合成されるブロックコポリマーやトリブロックポリマーなどがある。具体的にはポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリメチルア��リレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマーなどが挙げられる。
【００２３】
分散相液体の例として、好ましくは非水溶性有機溶媒である、メチルメタアクリレート（MMA）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸ターシャルブチルなどが挙げられる。溶質として、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリターシャルブチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリターシャルブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート-ポリエチルメタクリレートコポリマー、ポリメチルアクリレート-ポリエチルアクリレートコポリマーなどが挙げられる。
【００２４】
微粒固形物の例として、好ましくは例えば歯科用無機ガラス組成物がある。特にフッ素イオンなどを放出するイオン徐放性ガラスが好ましい。このイオン徐放性ガラスは、ガラス骨格を形成する１種類以上のガラス骨格形成元素とガラス骨格を修飾する１種類以上のガラス修飾元素を含んだガラスであれば何等制限なく用いることができる。また、本発明においてはガラス組成によってガラス骨格形成元素又はガラス修飾元素になりうる元素、いわゆるガラス両性元素はガラス骨格形成元素の範疇として含めるものである。イオン徐放性ガラスに含まれるガラス骨格形成元素を具体的に例示するとシリカ、アルミニウム、ボロン、リン等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。また、ガラス修飾元素を具体的に例示するとフッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン類元素、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属類元素、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属類元素等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。これらの中でもガラス骨格形成元素としてシリカ、アルミニウム、ボロンを含み、且つガラス修飾元素としてフッ素、ナトリウム、ストロンチウムを含むことが好ましく、具体的にはストロンチウム、ナトリウムを含んだシリカガラス、フルオロアルミノシリケートガラス、フルオロボロシリケートガラス、フルオロアルミノボロシリケートガラス等が挙げられる。さらに、フッ化物イオン、ストロンチウムイオン、アルミニウムイオン、ホウ酸イオンを徐放する観点から、より好ましくはナトリウム、ストロンチウムを含んだフルオロアルミノボロシリケートガラスであり、そのガラス組成範囲はＳｉＯ２  １５〜３５質量％、Ａｌ２Ｏ３  １５〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３  ５〜２０質量％、ＳｒＯ  ２０〜４５質量％、Ｆ  ５〜１５質量％、Ｎａ２Ｏ  ０〜１０質量％となる。また、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）ヘキサン、1,3-ビス（t-ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン及び2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）-3-ヘキシンなどの有機過酸化物微粉末も好ましく使用される。さらに、バビツール酸やその誘導体微粉末も好ましい。例えば、バルビツール酸、1,3-ジメチルバルビツール酸、1,3-ジフェニルバルビツール酸、1,5-ジメチルバルビツール酸、5-ブチルバルビツール酸、5-エチルバルビツール酸、5-イソプロピルバルビツール酸、5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-エチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-n-ブチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3-ジメチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロペンチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-フェニルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-1-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、5-メチルバルビツール酸、5-プロピルバルビツール酸、1,5-ジエチルバルビツール酸、1-エチル-5-メチルバルビツール酸、1-エチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3-ジエチル-5-ブチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-メチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-オクチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-ヘキシルバルビツール酸、5-ブチル-1-シクロヘキシルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸及びチオバルビツール酸類、ならびにこれらの塩（特にアルカリ金属又はアルカリ土類金属類が好ましい）が挙げられ、これらバルビツール酸類の塩としては、例えば、5-ブチルバルビツール酸ナトリウム、1,3,5-トリメチルバルビツール酸ナトリウム及び1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸ナトリウムなどのバルビツール酸誘導体微粉末も挙げられる。特に好適なバルビツール酸誘導体を具体的に例示すると、例えば、5-ブチルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、及びこれらバルビツール酸類のナトリウム塩などが挙げられる。
【００２５】
本発明に係る液滴生成装置は、分散相液体として、微粒固形物が含まれた油を用いる事を想定して構成されているが、微粒固形物を含まない油を用いることも可能である事は、言うまでも無い。
【００２６】
図３は、傾斜面１４ｃの変形例を示す。軸方向に切断した傾斜面１４ｃは、Ｓ字曲線を描く。これにより、より効率的に、微粒固形物の沈殿を防止することができる。
【００２７】
図４は、連続相流路２２の変形例を示す。内周面２０ｂと先端面１４ａとの間は湾曲部２０ｄで連結されている。このようにすることにより、集中流を効率よく発生させ、連続相液体の流れを安定して開孔１４ｂの方向に向かわせることができる。
【００２８】
図５は、連続相流路２２の別の変形例を示す。先端面１４ａの開孔１４ｂに隣接する部分が液滴流路１６の方向に湾曲している。開孔１４ｂの下流側において、連続相液体の流れる方向と、分散相液体が流れる方向とが鋭角になるような盛り上がり部１４ｆを形成する。このようにすることにより、連続相液体の流れをより安定化することができ、液滴サイズを均一化することができる。又、液滴ＥＴの生成早さを上げる事も可能となる。
【００２９】
図６は、液滴流路１６の変形例を示す。図２に示した液滴流路１６は、筒状で、開孔１４ｂに近い先端部分も筒状になっている。図６に示す変形例においては、同先端部分がテーパー状に、開孔１４ｂに向かって細くなっている。
【００３０】
この様に、液滴流路１６の先端部分をテーパー状にすることにより、連続相流路２２の出口２２ｃから液滴流路１６内に送り込まれる連続相液体の流れがより急峻になり、液滴をちぎる流力（せん断力）が強くなり、均一なサイズの液滴をより高速で確実に生成することができる。
【００３１】
上記の変形例は、単独で採用してもよいし、組み合わせて採用してもよい。又、次に説明する第２実施形態やその変形例においても採用しても良い。
【００３２】
図７Ａは、本発明に係る液適生成装置２００の第３実施形態を示す。第１、第２実施形態では液滴生成部１８が保持タンク１０内に設けられていたが、第３実施形態では、液滴生成部１８を一つの中間層３２の中に形成した。又、中間層３２の中には複数の、例えば４つの液滴生成部１８が並行に設けられている。第１実施形態で示した部分と同様の部分には、同じ参照符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
液滴生成装置２００は、連続相液体を保持する保持タンク１０とは別の分散相液体を供給する供給タンク３０が設けられている。保持タンク１０と供給タンク３０との間に、液滴生成部１８を構成する中間層３２が設けられている。供給タンク３０には、分散相ポンプ４から分散相液体が送り込まれるための分散相パイプ１１が繋がっている。供給タンク３０の内壁は、矩形の空間が形成されている。供給タンク３０には、空気を抜くための空気抜きポート１５が設けられている例が示されているが、ポート１５は省略しても良い。
【００３４】
中間層３２には、第１実施形態の空間２０ｃに相当する円柱状の貫通孔２０ｃが形成されている。貫通孔２０ｃの内壁が、第１実施形態の周壁２０に対応する。貫通孔２０ｃが複数本、ここでは４本、並行に形成されている。従って、周壁２０が複数本、並行に形成されている事になる。貫通孔２０ｃ内に、液滴流路１６の先端部分が同軸状に挿入されている。保持タンク１０、供給タンク３０、中間層３２は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。
【００３５】
供給タンク３０の内壁が分散相液体を供給する分散相流路１４としての機能を有する。供給タンク３０には、４つの円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅが設けられており、各堆積防止部の中心に開孔１４ｂが形成されている。開孔１４ｂの中心は、貫通孔２０ｃの中央に位置している。また、堆積防止部１４ｅの外側の面が第１実施形態の先端面１４ａに対応すると共に、堆積防止部１４ｅの内側の面が第１実施形態の傾斜面１４ｃに対応する。
図７Ｂは、図７Ａで示した液適生成装置２００の変形例を示す。図７Ｂの変形例においては、傾斜面１４ｃの先端に設けた開孔１４ｂが、トンネルの如く、所定の長さを有している。従って、傾斜面１４ｃと開孔１４ｂは、漏斗状に成っている。
図７Ｃは、図７Ａで示した液適生成装置２００の別の変形例を示す。図７Ｃの変形例においては、傾斜面１４ｃが無く、中間層３２の貫通孔２０ｃが供給タンク３０の開孔になっている。
図７Ｃの変形例においては、図１２に示す様な液滴生成部が別々に構成されたものと比べ、全てのキャピラリーに均一な圧力がかかるためCV値が低い。すなわち液滴の分散度は低い。また、キャピラリーのポジショニングも凸冶具等を用いることで瞬時に行える事ができる。
【００３６】
図８は、図７Ａで示した液適生成装置２００の更に別の変形例を示す。図８の変形例にあっては、分散相パイプ１１の軸方向が、複数の円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅを囲い込む面の中心を通り、かつ、その面と垂直である位置関係で、分散相パイプ１１が設けられている。
【００３７】
図８の変形例の構成により、各堆積防止部１４ｅに送られる分散相液体の液圧をほぼ均一にすることができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【００３８】
図９は、図７Ａで示した液適生成装置２００の更に別の変形例を示す。図９の変形例は、図８の変形例を更に変形したもので、供給タンク３０の内壁をドーム状にしたものである。ドーム状に変えて、円錐状にする事も可能である。この様にする事により、ドーム内の分散相の流れを全体的により均一にすることができる。
【００３９】
又、図９の変形例においては、開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成した。この様にする事により、液滴ＥＴのサイズや、液滴の生成速度を所望のサイズ、所望の速度にすることができる。開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成する変形例は、第１、第２、第３の実施形態やその変形例に適用する事もできる。
【００４０】
図１０は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１０の変形例は、分散相パイプ１１に連結された供給タンク３０の中に分散相流路１４を設け、この分散相流路１４を複数本、第２実施形態にあっては４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚに分岐させている。４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚは、分散相パイプ１１の先端から放射状に延在し、開孔１４ｂが形成される位置、すなわち貫通孔が形成されている位置まで延びている。この様にして、４本の分流路が４つの液滴生成部１８にそれぞれ分散相液体を供給する。また、４本の分流路のいずれもが傾斜面１４ｃで開孔１４ｂと繋がっているので、傾斜面１４ｃは、上述した堆積防止部としての機能を有する。この形態の場合には４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの距離、すなわち１１末端から１４aまでの距離が可能な限り等しいことが望まれる。そうすることで流路の抵抗が均一になり液滴排出量や粒径のCV値が均一になる。
【００４１】
図１０に示す様に、分散相流路を、複数の分流路に分ける事により、それぞれの液滴生成部１８に均等の圧力で分散相液体を供給する事ができる。従って、４つの液滴生成部１８間で、優劣無く同等の効率で液滴を生成する事ができる。
【００４２】
図１１は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１１の変形例は、図１０に示した変形例を更に変形したもので、４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの分岐点に球状の液貯め１４ｇを形成する。
【００４３】
液貯め１４ｇを設ける事により、分散相パイプ１１から送られてくる分散相液体が脈動して液圧に強弱が生じていても、液貯め１４ｇにおいて係る脈動する液圧は低減され、分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚには均一の液圧で分散相液体を送出する事ができる。これにより、液滴生成部１８において、均一な液滴を生成する事ができる。
【００４４】
図１０，図１１の変形例では空気抜きポート１５を省いているが、必要に応じて設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
ここに記載の液滴生成装置は、液滴を生成する産業に利用する事ができる。
【符号の説明】
【００４６】
２・・・連続相ポンプ，４・・・分散相ポンプ，６・・・生成物タンク，
１０・・・保持タンク，１１・・・分散相パイプ，１２・・・連続相パイプ，
１４・・・分散相流路，１４ａ・・・先端面，１４ｂ・・・開孔，１４ｃ・・・傾斜面，
１４ｄ・・・内周面，１４ｅ・・・堆積防止部，１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ・・・分流路，１４ｇ・・・液貯め，１５・・・空気抜きポート，
１６・・・液滴流路，１８・・・液滴生成部，２０・・・周壁，２０ａ・・・他端，
２０ｂ・・・内周面，２０ｃ・・・空間，２０ｄ・・・湾曲部，２２・・・連続相流路，２２ａ・・・入口，２２ｂ・・・連続相-分散相合流部，２２ｃ・・・出口，
３０・・・供給タンク，３２・・・中間層，ＥＴ・・・液滴
【図１Ａ】
2017176982.tif 000003
【図１Ｂ】
2017176982.tif 000004
【図１Ｃ】
2017176982.tif 000005
【図１Ｄ】
2017176982.tif 000006
【図１Ｅ】
2017176982.tif 000007
【図２】
2017176982.tif 000008
【図３】
2017176982.tif 000009
【図４】
2017176982.tif 000010
【図５】
2017176982.tif 000011
【図６】
2017176982.tif 000012
【図７Ａ】
2017176982.tif 000013
【図７Ｂ】
2017176982.tif 000014
【図７Ｃ】
2017176982.tif 000015
【図８】
2017176982.tif 000016
【図９】
2017176982.tif 000017
【図１０】
2017176982.tif 000018
【図１１】
2017176982.tif 000019
【図１２】
2017176982.tif 000020
【図１３】
2017176982.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月2日(2016.9.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、
連続相液体を供給する連続相パイプ、
上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、
分散相液体を供給する分散相流路、ここで分散相流路の下流側の終端は上記保持タンク内に存在する、
上記分散相流路の下流側の終端に形成された複数の開孔、
上記複数の開孔のそれぞれを囲み、一端が上記分散相流路の終端に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の周壁、
上記複数の周壁の一端に設けた堆積防止部、ここで該堆積防止部は、分散相液体の流れる方向に対して傾斜する傾斜面を有する、
複数の周壁のそれぞれの内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する複数の液滴流路
を含む液滴生成装置。
【請求項２】
連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、
連続相液体を供給する連続相パイプ、
分散相液体を供給する分散相流路、
上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、
上記分散相流路の下流側に設けた堆積防止部、ここで該堆積防止部は、分散相液体の流れる方向に対して傾斜する傾斜面を有すると共に、傾斜面の先端に形成された開孔を有し、分散相液体は開孔を通じて保持タンクに送出される、
上記開孔を囲み、一端が堆積防止部に連結され、他端が保持タンク内に解放された円筒形又は多角形の周壁、
上記周壁の内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する液滴流路
を含む液滴生成装置。
【請求項３】
上記傾斜面は円錐状である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項４】
上記傾斜面が分散相液体の流れる方向に沿って切断されたときの傾斜面の断面のエッジは直線である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項５】
上記傾斜面が分散相液体の流れる方向に沿って切断されたときの傾斜面の断面のエッジは曲線である、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項６】
上記堆積防止部の先端面と上記周壁の内壁との連結部分に湾曲部を形成した、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項７】
上記開孔の下流側において、連続相液体の流れる方向と、分散相液体が流れる方向とがなす角度が鋭角になるような盛り上がり部が形成された、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項８】
上記液滴流路の上記一端がテーパー状になっている、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項９】
更に、分散相液体を保持する、供給タンクを含む、請求項２に記載の液滴生成装置。
【請求項１０】
更に、上記供給タンクと上記保持タンクとの間に、中間層が設けられ、中間層内に複数の並行した貫通孔が形成され、貫通孔の周囲の壁部を上記周壁として機能させる、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１１】
上記供給タンクの内壁は矩形である、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１２】
上記供給タンクの内壁はドーム状である、請求項９に記載の液滴生成装置。
【請求項１３】
上記供給タンクの内壁に分散相流路が形成され、該分散相流路が、複数の放射状に延在する分流路に分岐した構成を有し、それぞれの終端が複数の貫通孔が形成されている位置まで延びている、請求項１０に記載の液滴生成装置。
【請求項１４】
上記分散相流路の分岐点に液貯めを設けた、請求項１３に記載の液滴生成装置。
【請求項１５】
上記周壁の内面は親水性の材料で表面処理が成された、請求項１又は２に記載の液滴生成装置。
【請求項１６】
上記周壁の内面は疎水性の材料で表面処理が成された、請求項１又は２に記載の液滴生成装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液体供給口からそれぞれ供給される種類の異なる液体を微小流路に導き、微小流路においてそれらの液体の乳化を行ない、ある液体が他の液体中に液滴として分散した乳液、すなわち[Ｏ／Ｗ]，[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等のエマルジョンを得る液滴生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置として、特許第３７４６７６６号明細書に記載の装置や、非特許文献であるThe Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chuに記載の装置が知られている。
これらの文献では単一流路のみの液滴生成を議論しており工業的生産に関しては一切の説明がなされていない。すなわち、如何にして変動係数の小さな液滴生成を効率的に行う複数流路に関する説明がなされていなかった。
従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めることにより、別々に分散相ポンプと連続相ポンプを導入した並列タイプ（図１２）が考えられるが、この並列タイプではキャピラリーのポジショニングに非常に時間を要し、液滴生成装置の本数だけ分散相ポンプ及び連続相ポンプが必要である。実際、非特許文献では顕微鏡下での微調整が求められている。また、圧力が微妙に流路毎に異なるため、生成する液滴の分散度が高くなる。すなわち、CV値が上昇し、均一な粒径のエマルションが得難い。別の例として従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせ、複数ある分散相ポンプおよび複数ある連続相ポンプをそれぞれひとまとめにした構成（図１３）が考えられるが、この構成では、分散相ポンプから分散相流路までのパイプの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が異なるため、分散相流路内の抵抗を厳密に等しくする事は困難であり、その結果圧力差が生じ、せん断力の差異が生じる。その結果、生成する液滴径に大きなバラつきが生じCV値が上昇する。この流路抵抗の微調整には多大な時間を要し、工業的な生産には適さない。
更に、これらの文献にあっては、分散相液体には固形物が含まれておらず、流体のみで構成される場合について説明がされている。分散相液体に固形物が含まれている場合の問題点、解決策については、いずれの文献にも全く記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４６７６６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】The Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chu
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工業的生産を行う場合の複数流路を如何に製造するかという問題があった。
また、分散相液体に微粒固形物が含まれている場合、微粒固形物が流路の内壁に堆積し、流路を閉栓、閉塞することが有り、安定して液滴を生成する事ができないという問題があった。
上記の問題に鑑み、解決しようとする課題は、均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができるようにする事である。
【０００６】
別の課題は、微粒固形物が流路の内壁に堆積したり、流路を閉栓、閉塞することが無いようにする事である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプ、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、分散相液体を供給する複数の分散相流路、ここで各分散相流路の下流側の一端は上記保持タンク内に存在する、上記各分散相流路の下流側に形成された開孔、上記開孔を囲み、一端が上記各分散相流路に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の周壁、各周壁の内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する複数の液滴流路を含む。
本発明の別の実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプと、分散相液体を供給する分散相流路と、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンクと、必要により上記分散相流路の先端部分に設けた堆積防止部とを含む。ここで該堆積防止部は、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面を有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成された開孔を有し、分散相液体は開孔を通じて保持タンクに送出される。更に、本発明の液滴生成装置は、上記開孔を囲み、一端が堆積防止部に連結され、他端が保持タンク内に解放された円筒形又は多角形の周壁と、上記円筒形又は多角形の周壁内に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する液滴流路とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
さらに［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］、［（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］などの複合エマルションを調製する場合には、分散相流路の開孔の上流側に、円錐状の傾斜面を設けることにより、分散相液体に含まれる微粒固形物(S)が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【０００９】
連続相液体が先端面に沿って流れ、連続相液体を集中して開孔の方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｃ】本発明の第２実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｄ】本発明の第２実施形態の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｅ】本発明の第２実施形態の別の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図２】図１Ｃに示す液滴生成部の拡大図。
【図３】図２に示す実施形態の変形図。
【図４】図２に示す実施形態の別の変形図。
【図５】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図６】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図７Ａ】本発明の第３実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す実施形態の変形例。
【図７Ｃ】図７Ａに示す実施形態の別の変形例。
【図８】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図９】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図１０】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１１】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１２】従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めた概念図。
【図１３】従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせた概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは本発明に係る液滴生成装置１００の第１実施形態を示す。液滴生成装置１００は、連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６，保持タンク１０を有する。例えばO/W,(S/O)/Wエマルションを調製する場合には、連続相ポンプ２からは連続相液体、例えば水、好ましくは界面活性剤を含む水、が送出され、連続相パイプ１２を通って密閉状の保持タンク１０に送り込まれる。保持タンク１０には連続相液体が満たされる。分散相ポンプ４からは分散相液体、例えば、油又は微粒固形物が含まれた油、が送出され、分散相流路１４を通って保持タンク１０内の液滴生成部１８に送り込まれる。液滴生成部１８では、分散相液体が液滴ＥＴ（エマルション）になり、液滴ＥＴは連続相液体に混じって混合液体となり、液滴流路１６を通って生成物タンク６に集められる。保持タンク１０、連続相パイプ１２、分散相流路１４、液滴流路１６は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６は、無くても、液滴生成装置１００は商品として成立する。
【００１２】
この実施の形態においては、微粒固形物（Ｓ）が含まれている油（Ｏ）の液滴が水（Ｗ）の中に生成される形態、いわゆるソリッド・イン・オイル・イン・ウォータ[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]の液滴生成装置の形態について説明するが、本発明は、他の形態、[Ｏ／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等についても利用可能である事は、言うまでも無い。
図１Ａの第１実施形態においては、更に、図２で詳述する堆積防止部１４ｅが設けられている。
図１Ｂは、図１Ａの変形例を示し、この変形例では図１Ａで示した堆積防止部１４ｅが省略されている。この変形例においては、液滴流路１６の先端部を取り囲む周壁２０の内面は、[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルションを生成する場合は疎水性の材料で表面処理がなされる一方、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルションを生成する場合は親水性の材料で表面処理がなされる。他の変形例や実施形態においても同様である。
図1Ｃは、液滴生成装置１００の第２実施形態を示す。第１実施形態においては液滴生成部１８は、単流路で構成されていたが、第２実施形態においては、液滴生成部１８は複流路で構成される。分散相流路１４側から周壁２０を見た場合、周壁２０は８の字のように、２つの円が隣り合わせにある。隣り合う液滴生成部１８の間には分離壁１９が存在し、分離壁１９の上側先端（分散相流路１４が存在する側）には、分離壁１９の厚みよりも厚い堆積防止部１４ｅが設けられている。堆積防止部１４ｅは、漏斗状の傾斜面を有し、漏斗状の傾斜面の中心は開孔１４ｂが形成されている。この実施形態においては、開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径と等しいかより小さい。開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径よりも大きくても良い。分散相流路１４の終端は保持タンク１０内に存在し、分散相流路１４の下流側の終端に複数の開孔１４ｂが形成されている。また、複数の開孔１４ｂのそれぞれを囲み、一端が分散相流路１４の終端に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の内壁を有する周壁２０が設けられている。分離壁１９は周壁２０の一部を構成する。更に、複数の周壁２０のそれぞれの内側に挿入され、一端が上記保持タンク１０内であって、開孔の近傍に位置し、他端が保持タンク１０の外側に位置する複数の液滴流路１６を有する。
図１Ｄは、図１Ｃの変形例を示し、この変形例では図１Ｃで示した堆積防止部１４ｅが分離壁１９の厚みと同じ厚みのものとして形成されている。分離壁１９の上側先端がテーパー状に尖った構成になっている。
図１Ｅは、図１Ｃの別の変形例を示し、この変形例では、堆積防止部１４ｅが、分離壁１９を含む周壁２０に形成されている。
【００１３】
図２は、液滴生成部１８の堆積防止部14eを備え、複流路を有する第２実施形態（図１Ｃ）の詳細を示す。
【００１４】
分散相流路１４は、円筒形又は多角形の流路であり、その最も下流側には円錐状の傾斜面１４ｃが複数設けられており、各傾斜面１４ｃの先端には微細な開孔１４ｂが形成されている。分散相流路１４の先端面１４aは、保持タンク１０の内側に存在し、微細な開孔１４ｂから分散相液体が流出する。開孔１４ｂの直径Ｄ１は、液滴（エマルション）を形成するのに適した大きさになっており、例えば、１０μｍ〜５ｍｍ程度で、好ましくは１００μｍ程度である。直径Ｄ１は、液滴のサイズ（直径）によって決めることができる。また、開孔１４ｂは、その軸方向に所定の厚み（１０μｍ〜５ｍｍ程度）を有する。円錐状の傾斜面１４ｃにより、微粒固形物と共に分散相液体を開孔１４ｂに案内する。分散相流路１４の軸方向に切断した時の傾斜面１４ｃは、同軸方向に対し大略４５度の角度で、直線的に傾斜している。傾斜面１４ｃの上流側は、分散相流路１４の内周面１４ｄに繋がっている。先端面１４ａ、開孔１４ｂ、傾斜面１４ｃで囲まれる部分に堆積防止部１４ｅが形成される。すなわち、分散相流路１４の下流側に設けた堆積防止部１４ｅは、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面１４ｃを有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成した開孔１４ｂを有するので、傾斜面を流れる分散相液体により、微粒固形物は堆積する事無く開孔を通じて保持タンクに送出される。
【００１５】
先端面１４ａの先には開孔１４ｂを囲む円筒形又は多角形の周壁２０が形成されている。周壁２０の一端は堆積防止部１４ｅに連結され、他端２０ａは保持タンク１０内に解放されている。分散相流路１４と周壁２０とは、一体構成されても良いし、別体構成されても良い。周壁２０の長さＤ２は、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。周壁２０の内側の内周面２０ｂと先端面１４ａとで円柱状の空間２０ｃが形成される。内周面２０ｂの直径Ｄ３は、１０００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。
【００１６】
液滴流路１６は、周壁２０の内周面２０ｂより細い流路であり、液滴流路１６の内周面１６ｂの内径Ｄ４は、内径Ｄ３の１／２から４／５程度である。筒状になっている液滴流路１６の先端部分は、空間２０ｃ内に、同軸状（同心状）に挿入されている。挿入される長さＤ５は、例えば、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。液滴流路１６の先端１６ａと先端面１４ａとの間に間隙が設けられている。間隙の長さＤ６は、１０μｍ〜５ｍｍ程度である。
【００１７】
上記の構成により、周壁２０の内周面２０ｂと液滴流路１６の外周面との間に連続相流路２２が形成される。
【００１８】
連続相流路２２の入口２２ａは、周壁２０の先端２０ａに形成され、そこから、連続相流体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）が連続相流路２２に案内される。連続相流路２２の途中に、液滴ＥＴが生成される連続相-分散相合流部２２ｂが存在する。また、連続相流路２２の出口２２ｃは、液滴流路１６の先端１６ａに形成され、そこから、生成された液滴ＥＴと連続相液体とが存在する混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が液滴流路１６を通って送出される。
【００１９】
図１Ｃ、図2に示すように、連続相ポンプ２から送り出される連続相液体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）は、保持タンク１０内に送り込まれ、矢印Ａで示すように、連続相流路２２の入口２２ａから流入する。連続相液体は、連続相流路２２の中に流入し、分散相流路１４の先端面１４ａに沿って案内され、矢印Ｂで示すように、開孔１４ｂに集中的に向かう。矢印Ｂのように、開孔１４ｂの中心に向かって３６０度の方向から流れる流体を集中流と言う。一方、分散相ポンプ４からは、分散相液体である、微粒固形物が混じった油が、分散相流路１４を通り、開孔１４ｂから下方（液滴流路１６の方向）に放出される。この時、開孔１４ｂから放出された分散相液体は、集中流により滴下・せん断される。液滴ＥＴは、合流部２２ｂから出口２２ｃの間で生成される。生成された液滴ＥＴは、連続相液体と混合され、出口２２ｃに向かう。これにより、出口２２ｃから液滴ＥＴと連続相液体とが混ざった混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が、液滴流路１６を通り、生成物タンク６に集められる。連続相ポンプ２は、連続相液体により作られる集中流の強さを調整する流量圧力で連続相液体を送り出せば良い。また、分散相ポンプ４は、分散相流体が開孔１４ｂを通過する早さを調整する流量圧力で分散相流体を送り出せば良い。これにより、ポンプ２，４の流量圧力の調整がなされる。
【００２０】
堆積防止部１４ｅの一方の面は、分散相液体に対向し、円錐状の傾斜面１４ｃが設けられているので、分散相液体に含まれる微粒固形物が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。
【００２１】
連続相液体が先端面１４ａに沿って流れ、連続相液体を集中して開孔１４ｂの方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。また、液滴のサイズは開孔１４ｂのサイズや、出口２２ｃの細孔径にも依存する。
【００２２】
連続相液体に含まれる界面活性剤の例として、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性（高分子）界面活性剤がある。より具体的にはアニオン性界面活性剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸カリウム。アルキル硫酸エステル塩としてラウリル硫酸ナトリウム。ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸カリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン。アルキルベンゼンスルホン酸塩として、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム。その他スルホン酸塩として、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸カリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸カリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸カリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸カリウム。脂肪酸塩として、半硬化牛脂脂肪酸ナトリウム、半硬化牛脂脂肪酸カリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、オレイン酸カリウム、ヒマシ油ナトリウム、ヒマシ油脂肪酸カリウムその他、アルケニルコハク酸ジカリウム、アルケニルコハク酸ジナトリウム、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド。アルキルアミン塩として、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート。第四級アンモニウム塩として、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンや原子移動ラジカル重合等の精密重合（ATRP,ICAR, AGET, Reverse ASTRP, RAFT, NMP）により合成されるブロックコポリマーやトリブロックポリマーなどがある。具体的にはポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリ��チルアクリレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマーなどが挙げられる。
【００２３】
分散相液体の例として、好ましくは非水溶性有機溶媒である、メチルメタアクリレート（MMA）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸ターシャルブチルなどが挙げられる。溶質として、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリターシャルブチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリターシャルブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート-ポリエチルメタクリレートコポリマー、ポリメチルアクリレート-ポリエチルアクリレートコポリマーなどが挙げられる。
【００２４】
微粒固形物の例として、好ましくは例えば歯科用無機ガラス組成物がある。特にフッ素イオンなどを放出するイオン徐放性ガラスが好ましい。このイオン徐放性ガラスは、ガラス骨格を形成する１種類以上のガラス骨格形成元素とガラス骨格を修飾する１種類以上のガラス修飾元素を含んだガラスであれば何等制限なく用いることができる。また、本発明においてはガラス組成によってガラス骨格形成元素又はガラス修飾元素になりうる元素、いわゆるガラス両性元素はガラス骨格形成元素の範疇として含めるものである。イオン徐放性ガラスに含まれるガラス骨格形成元素を具体的に例示するとシリカ、アルミニウム、ボロン、リン等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。また、ガラス修飾元素を具体的に例示するとフッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン類元素、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属類元素、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属類元素等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。これらの中でもガラス骨格形成元素としてシリカ、アルミニウム、ボロンを含み、且つガラス修飾元素としてフッ素、ナトリウム、ストロンチウムを含むことが好ましく、具体的にはストロンチウム、ナトリウムを含んだシリカガラス、フルオロアルミノシリケートガラス、フルオロボロシリケートガラス、フルオロアルミノボロシリケートガラス等が挙げられる。さらに、フッ化物イオン、ストロンチウムイオン、アルミニウムイオン、ホウ酸イオンを徐放する観点から、より好ましくはナトリウム、ストロンチウムを含んだフルオロアルミノボロシリケートガラスであり、そのガラス組成範囲はＳｉＯ２  １５〜３５質量％、Ａｌ２Ｏ３  １５〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３  ５〜２０質量％、ＳｒＯ  ２０〜４５質量％、Ｆ  ５〜１５質量％、Ｎａ２Ｏ  ０〜１０質量％となる。また、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）ヘキサン、1,3-ビス（t-ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン及び2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）-3-ヘキシンなどの有機過酸化物微粉末も好ましく使用される。さらに、バルビツール酸やその誘導体微粉末も好ましい。例えば、バルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1,3-ジフェニルバルビツール酸、1,5-ジメチルバルビツール酸、5-ブチルバルビツール酸、5-エチルバルビツール酸、5-イソプロピルバルビツール酸、5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-エチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-n-ブチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロペンチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-フェニルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-1-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、5-メチルバルビツール酸、5-プロピルバルビツール酸、1,5-ジエチルバルビツール酸、1-エチル-5-メチルバルビツール酸、1-エチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3-ジエチル-5-ブチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-メチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-オクチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-ヘキシルバルビツール酸、5-ブチル-1-シクロヘキシルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸及びチオバルビツール酸類、ならびにこれらの塩（特にアルカリ金属又はアルカリ土類金属類が好ましい）が挙げられ、これらバルビツール酸類の塩としては、例えば、5-ブチルバルビツール酸ナトリウム、1,3,5-トリメチルバルビツール酸ナトリウム及び1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸ナトリウムなどのバルビツール酸誘導体微粉末も挙げられる。特に好適なバルビツール酸誘導体を具体的に例示すると、例えば、5-ブチルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、及びこれらバルビツール酸類のナトリウム塩などが挙げられる。
【００２５】
本発明に係る液滴生成装置は、分散相液体として、微粒固形物が含まれた油を用いる事を想定して構成されているが、微粒固形物を含まない油を用いることも可能である事は、言うまでも無い。
【００２６】
図３は、傾斜面１４ｃの変形例を示す。軸方向に切断した傾斜面１４ｃは、Ｓ字曲線を描く。これにより、より効率的に、微粒固形物の沈殿を防止することができる。
【００２７】
図４は、連続相流路２２の変形例を示す。内周面２０ｂと先端面１４ａとの間は湾曲部２０ｄで連結されている。このようにすることにより、集中流を効率よく発生させ、連続相液体の流れを安定して開孔１４ｂの方向に向かわせることができる。
【００２８】
図５は、連続相流路２２の別の変形例を示す。先端面１４ａの開孔１４ｂに隣接する部分が液滴流路１６の方向に湾曲している。開孔１４ｂの下流側において、連続相液体の流れる方向と、分散相液体が流れる方向とが鋭角になるような盛り上がり部１４ｆを形成する。このようにすることにより、連続相液体の流れをより安定化することができ、液滴サイズを均一化することができる。又、液滴ＥＴの生成早さを上げる事も可能となる。
【００２９】
図６は、液滴流路１６の変形例を示す。図２に示した液滴流路１６は、筒状で、開孔１４ｂに近い先端部分も筒状になっている。図６に示す変形例においては、同先端部分がテーパー状に、開孔１４ｂに向かって細くなっている。
【００３０】
この様に、液滴流路１６の先端部分をテーパー状にすることにより、連続相流路２２の出口２２ｃから液滴流路１６内に送り込まれる連続相液体の流れがより急峻になり、液滴をちぎる流力（せん断力）が強くなり、均一なサイズの液滴をより高速で確実に生成することができる。
【００３１】
上記の変形例は、単独で採用してもよいし、組み合わせて採用してもよい。又、次に説明する第２実施形態やその変形例においても採用しても良い。
【００３２】
図７Ａは、本発明に係る液滴生成装置２００の第３実施形態を示す。第１、第２実施形態では液滴生成部１８が保持タンク１０内に設けられていたが、第３実施形態では、液滴生成部１８を一つの中間層３２の中に形成した。又、中間層３２の中には複数の、例えば４つの液滴生成部１８が並行に設けられている。第１実施形態で示した部分と同様の部分には、同じ参照符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
液滴生成装置２００は、連続相液体を保持する保持タンク１０とは別の分散相液体を供給する供給タンク３０が設けられている。保持タンク１０と供給タンク３０との間に、液滴生成部１８を構成する中間層３２が設けられている。供給タンク３０には、分散相ポンプ４から分散相液体が送り込まれるための分散相パイプ１１が繋がっている。供給タンク３０の内壁は、矩形の空間が形成されている。供給タンク３０には、空気を抜くための空気抜きポート１５が設けられている例が示されているが、ポート１５は省略しても良い。
【００３４】
中間層３２には、第１実施形態の空間２０ｃに相当する円柱状の貫通孔２０ｃが形成されている。貫通孔２０ｃの内壁が、第１実施形態の周壁２０に対応する。貫通孔２０ｃが複数本、ここでは４本、並行に形成されている。従って、周壁２０が複数本、並行に形成されている事になる。貫通孔２０ｃ内に、液滴流路１６の先端部分が同軸状に挿入されている。保持タンク１０、供給タンク３０、中間層３２は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。
【００３５】
供給タンク３０の内壁が分散相液体を供給する分散相流路１４としての機能を有する。供給タンク３０には、４つの円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅが設けられており、各堆積防止部の中心に開孔１４ｂが形成されている。開孔１４ｂの中心は、貫通孔２０ｃの中央に位置している。また、堆積防止部１４ｅの外側の面が第１実施形態の先端面１４ａに対応すると共に、堆積防止部１４ｅの内側の面が第１実施形態の傾斜面１４ｃに対応する。
図７Ｂは、図７Ａで示した液滴生成装置２００の変形例を示す。図７Ｂの変形例においては、傾斜面１４ｃの先端に設けた開孔１４ｂが、トンネルの如く、所定の長さを有している。従って、傾斜面１４ｃと開孔１４ｂは、漏斗状に成っている。
図７Ｃは、図７Ａで示した液滴生成装置２００の別の変形例を示す。図７Ｃの変形例においては、傾斜面１４ｃが無く、中間層３２の貫通孔２０ｃが供給タンク３０の開孔になっている。
図７Ｃの変形例においては、図１２に示す様な液滴生成部が別々に構成されたものと比べ、全てのキャピラリーに均一な圧力がかかるためCV値が低い。すなわち液滴の分散度は低い。また、キャピラリーのポジショニングも凸冶具等を用いることで瞬時に行える事ができる。
【００３６】
図８は、図７Ａで示した液滴生成装置２００の更に別の変形例を示す。図８の変形例にあっては、分散相パイプ１１の軸方向が、複数の円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅを囲い込む面の中心を通り、かつ、その面と垂直である位置関係で、分散相パイプ１１が設けられている。
【００３７】
図８の変形例の構成により、各堆積防止部１４ｅに送られる分散相液体の液圧をほぼ均一にすることができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【００３８】
図９は、図７Ａで示した液滴生成装置２００の更に別の変形例を示す。図９の変形例は、図８の変形例を更に変形したもので、供給タンク３０の内壁をドーム状にしたものである。ドーム状に変えて、円錐状にする事も可能である。この様にする事により、ドーム内の分散相の流れを全体的により均一にすることができる。
【００３９】
又、図９の変形例においては、開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成した。この様にする事により、液滴ＥＴのサイズや、液滴の生成速度を所望のサイズ、所望の速度にすることができる。開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成する変形例は、第１、第２、第３の実施形態やその変形例に適用する事もできる。
【００４０】
図１０は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１０の変形例は、分散相パイプ１１に連結された供給タンク３０の中に分散相流路１４を設け、この分散相流路１４を複数本、図１０の変形例にあっては４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚに分岐させている。４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚは、分散相パイプ１１の先端から放射状に延在し、開孔１４ｂが形成される位置、すなわち貫通孔が形成されている位置まで延びている。この様にして、４本の分流路が４つの液滴生成部１８にそれぞれ分散相液体を供給する。また、４本の分流路のいずれもが傾斜面１４ｃで開孔１４ｂと繋がっているので、傾斜面１４ｃは、上述した堆積防止部としての機能を有する。この形態の場合には４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの距離、すなわち１１末端から１４aまでの距離が可能な限り等しいことが望まれる。そうすることで流路の抵抗が均一になり液滴排出量や粒径のCV値が均一になる。
【００４１】
図１０に示す様に、分散相流路を、複数の分流路に分ける事により、それぞれの液滴生成部１８に均等の圧力で分散相液体を供給する事ができる。従って、４つの液滴生成部１８間で、優劣無く同等の効率で液滴を生成する事ができる。
【００４２】
図１１は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１１の変形例は、図１０に示した変形例を更に変形したもので、４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの分岐点に球状の液貯め１４ｇを形成する。
【００４３】
液貯め１４ｇを設ける事により、分散相パイプ１１から送られてくる分散相液体が脈動して液圧に強弱が生じていても、液貯め１４ｇにおいて係る脈動する液圧は低減され、分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚには均一の液圧で分散相液体を送出する事ができる。これにより、液滴生成部１８において、均一な液滴を生成する事ができる。
【００４４】
図１０，図１１の変形例では空気抜きポート１５を省いているが、必要に応じて設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
ここに記載の液滴生成装置は、液滴を生成する産業に利用する事ができる。
【符号の説明】
【００４６】
２・・・連続相ポンプ，４・・・分散相ポンプ，６・・・生成物タンク，
１０・・・保持タンク，１１・・・分散相パイプ，１２・・・連続相パイプ，
１４・・・分散相流路，１４ａ・・・先端面，１４ｂ・・・開孔，１４ｃ・・・傾斜面，
１４ｄ・・・内周面，１４ｅ・・・堆積防止部，１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ・・・分流路，１４ｇ・・・液貯め，１５・・・空気抜きポート，
１６・・・液滴流路，１８・・・液滴生成部，２０・・・周壁，２０ａ・・・他端，
２０ｂ・・・内周面，２０ｃ・・・空間，２０ｄ・・・湾曲部，２２・・・連続相流路，２２ａ・・・入口，２２ｂ・・・連続相-分散相合流部，２２ｃ・・・出口，
３０・・・供給タンク，３２・・・中間層，ＥＴ・・・液滴
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月6日(2016.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の液体供給口からそれぞれ供給される種類の異なる液体を微小流路に導き、微小流路においてそれらの液体の乳化を行ない、ある液体が他の液体中に液滴として分散した乳液、すなわち[Ｏ／Ｗ]，[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等のエマルジョンを得る液滴生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置として、特許第３７４６７６６号明細書に記載の装置や、非特許文献であるThe Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chuに記載の装置が知られている。
これらの文献では単一流路のみの液滴生成を議論しており工業的生産に関しては一切の説明がなされていない。すなわち、如何にして変動係数の小さな液滴生成を効率的に行う複数流路に関する説明がなされていなかった。
従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めることにより、別々に分散相ポンプと連続相ポンプを導入した並列タイプ（図１２）が考えられるが、この並列タイプではキャピラリーのポジショニングに非常に時間を要し、液滴生成装置の本数だけ分散相ポンプ及び連続相ポンプが必要である。実際、非特許文献では顕微鏡下での微調整が求められている。また、圧力が微妙に流路毎に異なるため、生成する液滴の分散度が高くなる。すなわち、CV値が上昇し、均一な粒径のエマルションが得難い。別の例として従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせ、複数ある分散相ポンプおよび複数ある連続相ポンプをそれぞれひとまとめにした構成（図１３）が考えられるが、この構成では、分散相ポンプから分散相流路までのパイプの長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が異なるため、分散相流路内の抵抗を厳密に等しくする事は困難であり、その結果圧力差が生じ、せん断力の差異が生じる。その結果、生成する液滴径に大きなバラつきが生じCV値が上昇する。この流路抵抗の微調整には多大な時間を要し、工業的な生産には適さない。
更に、これらの文献にあっては、分散相液体には固形物が含まれておらず、流体のみで構成される場合について説明がされている。分散相液体に固形物が含まれている場合の問題点、解決策については、いずれの文献にも全く記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７４６７６６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】The Royal Society of Chemistry 2008; Soft matter, 2008, 4, 2303-2309 "Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices" by Rhutesh K. Shah, Jin-Woong Kim, Jeremy J. Agresti, David A. Weitz, Liang-Yin Chu
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工業的生産を行う場合の複数流路を如何に製造するかという問題があった。
また、分散相液体に微粒固形物が含まれている場合、微粒固形物が流路の内壁に堆積し、流路を閉栓、閉塞することが有り、安定して液滴を生成する事ができないという問題があった。
上記の問題に鑑み、解決しようとする課題は、均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができるようにする事である。
【０００６】
別の課題は、微粒固形物が流路の内壁に堆積したり、流路を閉栓、閉塞することが無いようにする事である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプ、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンク、分散相液体を供給する複数の分散相流路、ここで各分散相流路の下流側の一端は上記保持タンク内に存在する、上記各分散相流路の下流側に形成された開孔、上記開孔を囲み、一端が上記各分散相流路に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の周壁、各周壁の内側に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する複数の液滴流路を含む。
本発明の別の実施形態に係る液滴生成装置は、連続相液体と分散相液体を合流部に導き、合流部において連続相液体の中に分散相液体の液滴を形成する液滴生成装置であって、連続相液体を供給する連続相パイプと、分散相液体を供給する分散相流路と、上記連続相パイプに連結され、連続相液体を保持する保持タンクと、必要により上記分散相流路の先端部分に設けた堆積防止部とを含む。ここで該堆積防止部は、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面を有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成された開孔を有し、分散相液体は開孔を通じて保持タンクに送出される。更に、本発明の液滴生成装置は、上記開孔を囲み、一端が堆積防止部に連結され、他端が保持タンク内に解放された円筒形又は多角形の周壁と、上記円筒形又は多角形の周壁内に挿入され、一端が上記保持タンク内であって、上記開孔の近傍に位置すると共に、他端が上記保持タンクの外側に位置する液滴流路とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
さらに［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］、［（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］などの複合エマルションを調製する場合には、分散相流路の開孔の上流側に、円錐状の傾斜面を設けることにより、分散相液体に含まれる微粒固形物(S)が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【０００９】
連続相液体が先端面に沿って流れ、連続相液体を集中して開孔の方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態の参考例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｃ】本発明の第２実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｄ】本発明の第２実施形態の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図１Ｅ】本発明の第２実施形態の別の変形例に係る液滴生成装置の断面図。
【図２】図１Ｃに示す液滴生成部の拡大図。
【図３】図２に示す実施形態の変形図。
【図４】図２に示す実施形態の別の変形図。
【図５】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図６】図２に示す実施形態の更に別の変形図。
【図７Ａ】本発明の第３実施形態に係る液滴生成装置の断面図。
【図７Ｂ】図７Ａに示す実施形態の変形例。
【図７Ｃ】図７Ａに示す実施形態の別の変形例。
【図８】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図９】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形例。
【図１０】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１１】図７Ａに示す実施形態の更に別の変形図。
【図１２】従来の単流路の液滴生成装置を複数寄せ集めた概念図。
【図１３】従来の単流路の液滴生成装置を複数つなぎ合わせた概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１Ａは本発明に係る液滴生成装置１００の第１実施形態を示す。液滴生成装置１００は、連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６，保持タンク１０を有する。例えばO/W,(S/O)/Wエマルションを調製する場合には、連続相ポンプ２からは連続相液体、例えば水、好ましくは界面活性剤を含む水、が送出され、連続相パイプ１２を通って密閉状の保持タンク１０に送り込まれる。保持タンク１０には連続相液体が満たされる。分散相ポンプ４からは分散相液体、例えば、油又は微粒固形物が含まれた油、が送出され、分散相流路１４を通って保持タンク１０内の液滴生成部１８に送り込まれる。液滴生成部１８では、分散相液体が液滴ＥＴ（エマルション）になり、液滴ＥＴは連続相液体に混じって混合液体となり、液滴流路１６を通って生成物タンク６に集められる。保持タンク１０、連続相パイプ１２、分散相流路１４、液滴流路１６は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。連続相ポンプ２，分散相ポンプ４，生成物タンク６は、無くても、液滴生成装置１００は商品として成立する。
【００１２】
この実施の形態においては、微粒固形物（Ｓ）が含まれている油（Ｏ）の液滴が水（Ｗ）の中に生成される形態、いわゆるソリッド・イン・オイル・イン・ウォータ[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ]の液滴生成装置の形態について説明するが、本発明は、他の形態、[Ｏ／Ｗ]、[Ｗ／Ｏ]、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ]等についても利用可能である事は、言うまでも無い。
図１Ａの第１実施形態においては、更に、図２で詳述する堆積防止部１４ｅが設けられている。
図１Ｂは、図１Ａの参考例を示し、この参考例では図１Ａで示した堆積防止部１４ｅが省略されている。この参考例においては、液滴流路１６の先端部を取り囲む周壁２０の内面は、[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルションを生成する場合は疎水性の材料で表面処理がなされる一方、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルションを生成する場合は親水性の材料で表面処理がなされる。他の変形例や実施形態においても同様である。
図1Ｃは、液滴生成装置１００の第２実施形態を示す。第１実施形態においては液滴生成部１８は、単流路で構成されていたが、第２実施形態においては、液滴生成部１８は複流路で構成される。分散相流路１４側から周壁２０を見た場合、周壁２０は８の字のように、２つの円が隣り合わせにある。隣り合う液滴生成部１８の間には分離壁１９が存在し、分離壁１９の上側先端（分散相流路１４が存在する側）には、分離壁１９の厚みよりも厚い堆積防止部１４ｅが設けられている。堆積防止部１４ｅは、漏斗状の傾斜面を有し、漏斗状の傾斜面の中心は開孔１４ｂが形成されている。この実施形態においては、開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径と等しいかより小さい。開孔１４ｂの直径は液滴流路１６の直径よりも大きくても良い。分散相流路１４の終端は保持タンク１０内に存在し、分散相流路１４の下流側の終端に複数の開孔１４ｂが形成されている。また、複数の開孔１４ｂのそれぞれを囲み、一端が分散相流路１４の終端に連結され、他端が保持タンク内に解放された複数の円筒形又は多角形の内壁を有する周壁２０が設けられている。分離壁１９は周壁２０の一部を構成する。更に、複数の周壁２０のそれぞれの内側に挿入され、一端が上記保持タンク１０内であって、開孔の近傍に位置し、他端が保持タンク１０の外側に位置する複数の液滴流路１６を有する。
図１Ｄは、図１Ｃの変形例を示し、この変形例では図１Ｃで示した堆積防止部１４ｅが分離壁１９の厚みと同じ厚みのものとして形成されている。分離壁１９の上側先端がテーパー状に尖った構成になっている。
図１Ｅは、図１Ｃの別の変形例を示し、この変形例では、堆積防止部１４ｅが、分離壁１９を含む周壁２０に形成されている。
【００１３】
図２は、液滴生成部１８の堆積防止部14eを備え、複流路を有する第２実施形態（図１Ｃ）の詳細を示す。
【００１４】
分散相流路１４は、円筒形又は多角形の流路であり、その最も下流側には円錐状の傾斜面１４ｃが複数設けられており、各傾斜面１４ｃの先端には微細な開孔１４ｂが形成されている。分散相流路１４の先端面１４aは、保持タンク１０の内側に存在し、微細な開孔１４ｂから分散相液体が流出する。開孔１４ｂの直径Ｄ１は、液滴（エマルション）を形成するのに適した大きさになっており、例えば、１０μｍ〜５ｍｍ程度で、好ましくは１００μｍ程度である。直径Ｄ１は、液滴のサイズ（直径）によって決めることができる。また、開孔１４ｂは、その軸方向に所定の厚み（１０μｍ〜５ｍｍ程度）を有する。円錐状の傾斜面１４ｃにより、微粒固形物と共に分散相液体を開孔１４ｂに案内する。分散相流路１４の軸方向に切断した時の傾斜面１４ｃは、同軸方向に対し大略４５度の角度で、直線的に傾斜している。傾斜面１４ｃの上流側は、分散相流路１４の内周面１４ｄに繋がっている。先端面１４ａ、開孔１４ｂ、傾斜面１４ｃで囲まれる部分に堆積防止部１４ｅが形成される。すなわち、分散相流路１４の下流側に設けた堆積防止部１４ｅは、分散相液体に対向する円錐状の傾斜面１４ｃを有すると共に、円錐状の傾斜面の先端に形成した開孔１４ｂを有するので、傾斜面を流れる分散相液体により、微粒固形物は堆積する事無く開孔を通じて保持タンクに送出される。
【００１５】
先端面１４ａの先には開孔１４ｂを囲む円筒形又は多角形の周壁２０が形成されている。周壁２０の一端は堆積防止部１４ｅに連結され、他端２０ａは保持タンク１０内に解放されている。分散相流路１４と周壁２０とは、一体構成されても良いし、別体構成されても良い。周壁２０の長さＤ２は、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。周壁２０の内側の内周面２０ｂと先端面１４ａとで円柱状の空間２０ｃが形成される。内周面２０ｂの直径Ｄ３は、１０００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。
【００１６】
液滴流路１６は、周壁２０の内周面２０ｂより細い流路であり、液滴流路１６の内周面１６ｂの内径Ｄ４は、内径Ｄ３の１／２から４／５程度である。筒状になっている液滴流路１６の先端部分は、空間２０ｃ内に、同軸状（同心状）に挿入されている。挿入される長さＤ５は、例えば、１００μｍ〜数１０ｍｍ程度である。液滴流路１６の先端１６ａと先端面１４ａとの間に間隙が設けられている。間隙の長さＤ６は、１０μｍ〜５ｍｍ程度である。
【００１７】
上記の構成により、周壁２０の内周面２０ｂと液滴流路１６の外周面との間に連続相流路２２が形成される。
【００１８】
連続相流路２２の入口２２ａは、周壁２０の先端２０ａに形成され、そこから、連続相流体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）が連続相流路２２に案内される。連続相流路２２の途中に、液滴ＥＴが生成される連続相-分散相合流部２２ｂが存在する。また、連続相流路２２の出口２２ｃは、液滴流路１６の先端１６ａに形成され、そこから、生成された液滴ＥＴと連続相液体とが存在する混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が液滴流路１６を通って送出される。
【００１９】
図１Ｃ、図2に示すように、連続相ポンプ２から送り出される連続相液体である水（好ましくは、界面活性剤を含む水）は、保持タンク１０内に送り込まれ、矢印Ａで示すように、連続相流路２２の入口２２ａから流入する。連続相液体は、連続相流路２２の中に流入し、分散相流路１４の先端面１４ａに沿って案内され、矢印Ｂで示すように、開孔１４ｂに集中的に向かう。矢印Ｂのように、開孔１４ｂの中心に向かって３６０度の方向から流れる流体を集中流と言う。一方、分散相ポンプ４からは、分散相液体である、微粒固形物が混じった油が、分散相流路１４を通り、開孔１４ｂから下方（液滴流路１６の方向）に放出される。この時、開孔１４ｂから放出された分散相液体は、集中流により滴下・せん断される。液滴ＥＴは、合流部２２ｂから出口２２ｃの間で生成される。生成された液滴ＥＴは、連続相液体と混合され、出口２２ｃに向かう。これにより、出口２２ｃから液滴ＥＴと連続相液体とが混ざった混合液体（［Ｏ／Ｗ］、［（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション）が、液滴流路１６を通り、生成物タンク６に集められる。連続相ポンプ２は、連続相液体により作られる集中流の強さを調整する流量圧力で連続相液体を送り出せば良い。また、分散相ポンプ４は、分散相流体が開孔１４ｂを通過する早さを調整する流量圧力で分散相流体を送り出せば良い。これにより、ポンプ２，４の流量圧力の調整がなされる。
【００２０】
堆積防止部１４ｅの一方の面は、分散相液体に対向し、円錐状の傾斜面１４ｃが設けられているので、分散相液体に含まれる微粒固形物が滑り落ち、堆積することを防止することができ、流路の閉栓、閉塞を防ぐことができる。
【００２１】
連続相液体が先端面１４ａに沿って流れ、連続相液体を集中して開孔１４ｂの方向に向かう集中流を発生させることができるので、液滴のサイズを均一化することができる。また、液滴のサイズは開孔１４ｂのサイズや、出口２２ｃの細孔径にも依存する。
【００２２】
連続相液体に含まれる界面活性剤の例として、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性（高分子）界面活性剤がある。より具体的にはアニオン性界面活性剤としては、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリメタクリル酸カリウム。アルキル硫酸エステル塩としてラウリル硫酸ナトリウム。ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩として、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸カリウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン。アルキルベンゼンスルホン酸塩として、ドデシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム。その他スルホン酸塩として、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、アルキルナフタレンスルホン酸カリウム、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム、ジアルキルスルホコハク酸カリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸カリウム、アルカンスルホン酸ナトリウム、アルカンスルホン酸カリウム。脂肪酸塩として、半硬化牛脂脂肪酸ナトリウム、半硬化牛脂脂肪酸カリウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸ナトリウム、オレイン酸カリウム、ヒマシ油脂肪酸ナトリウム、ヒマシ油脂肪酸カリウム、その他、アルケニルコハク酸ジカリウム、アルケニルコハク酸ジナトリウム、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル硫酸アンモニウム等が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド。アルキルアミン塩として、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート。第四級アンモニウム塩として、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジステアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライドなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンや原子移動ラジカル重合等の精密重合（ATRP,ICAR, AGET, Reverse ASTRP, RAFT, NMP）により合成されるブロックコポリマーやトリブロックポリマーなどがある。具体的にはポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリメチルメタアクリレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマ��、ポリメチルアクリレート-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリメタアクリル酸ブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルピロリドンブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリ2-ヒドロキシメタアクリレートブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリビニルアルコールブロックコポリマー、ポリスチレン-ｂ-ポリエチレングリコールブロックコポリマーなどが挙げられる。
【００２３】
分散相液体の例として、好ましくは非水溶性有機溶媒である、メチルメタアクリレート（MMA）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸ターシャルブチルなどが挙げられる。溶質として、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリプロピルメタクリレート、ポリイソプロピルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリターシャルブチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリプロピルアクリレート、ポリイソプロピルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリターシャルブチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート-ポリエチルメタクリレートコポリマー、ポリメチルアクリレート-ポリエチルアクリレートコポリマーなどが挙げられる。
【００２４】
微粒固形物の例として、好ましくは例えば歯科用無機ガラス組成物がある。特にフッ素イオンなどを放出するイオン徐放性ガラスが好ましい。このイオン徐放性ガラスは、ガラス骨格を形成する１種類以上のガラス骨格形成元素とガラス骨格を修飾する１種類以上のガラス修飾元素を含んだガラスであれば何等制限なく用いることができる。また、本発明においてはガラス組成によってガラス骨格形成元素又はガラス修飾元素になりうる元素、いわゆるガラス両性元素はガラス骨格形成元素の範疇として含めるものである。イオン徐放性ガラスに含まれるガラス骨格形成元素を具体的に例示するとシリカ、アルミニウム、ボロン、リン等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。また、ガラス修飾元素を具体的に例示するとフッ素、臭素、ヨウ素等のハロゲン類元素、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属類元素、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属類元素等が挙げられるが、単独だけでなく複数を組み合わせて用いることができる。これらの中でもガラス骨格形成元素としてシリカ、アルミニウム、ボロンを含み、且つガラス修飾元素としてフッ素、ナトリウム、ストロンチウムを含むことが好ましく、具体的にはストロンチウム、ナトリウムを含んだシリカガラス、フルオロアルミノシリケートガラス、フルオロボロシリケートガラス、フルオロアルミノボロシリケートガラス等が挙げられる。さらに、フッ化物イオン、ストロンチウムイオン、アルミニウムイオン、ホウ酸イオンを徐放する観点から、より好ましくはナトリウム、ストロンチウムを含んだフルオロアルミノボロシリケートガラスであり、そのガラス組成範囲はＳｉＯ２  １５〜３５質量％、Ａｌ２Ｏ３  １５〜３０質量％、Ｂ２Ｏ３  ５〜２０質量％、ＳｒＯ  ２０〜４５質量％、Ｆ  ５〜１５質量％、Ｎａ２Ｏ  ０〜１０質量％となる。また、ジ-t-ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルクミルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）ヘキサン、1,3-ビス（t-ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン及び2,5-ジメチル-2,5-ジ（t-ブチルパーオキシ）-3-ヘキシンなどの有機過酸化物微粉末も好ましく使用される。さらに、バルビツール酸やその誘導体微粉末も好ましい。例えば、バルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1,3-ジフェニルバルビツール酸、1,5-ジメチルバルビツール酸、5-ブチルバルビツール酸、5-エチルバルビツール酸、5-イソプロピルバルビツール酸、5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-エチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-n-ブチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロペンチルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-シクロヘキシルバルビツール酸、1,3-ジメチル-5-フェニルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-５-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、5-メチルバルビツール酸、5-プロピルバルビツール酸、1,5-ジエチルバルビツール酸、1-エチル-5-メチルバルビツール酸、1-エチル-5-イソブチルバルビツール酸、1,3-ジエチル-5-ブチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-メチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-オクチルバルビツール��、1-シクロヘキシル-5-ヘキシルバルビツール酸、5-ブチル-1-シクロヘキシルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸及びチオバルビツール酸類、ならびにこれらの塩（特にアルカリ金属又はアルカリ土類金属類が好ましい）が挙げられ、これらバルビツール酸類の塩としては、例えば、5-ブチルバルビツール酸ナトリウム、1,3,5-トリメチルバルビツール酸ナトリウム及び1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸ナトリウムなどのバルビツール酸誘導体微粉末も挙げられる。特に好適なバルビツール酸誘導体を具体的に例示すると、例えば、5-ブチルバルビツール酸、1,3,5-トリメチルバルビツール酸、1-シクロヘキシル-5-エチルバルビツール酸、1-ベンジル-5-フェニルバルビツール酸、及びこれらバルビツール酸類のナトリウム塩などが挙げられる。
【００２５】
本発明に係る液滴生成装置は、分散相液体として、微粒固形物が含まれた油を用いる事を想定して構成されているが、微粒固形物を含まない油を用いることも可能である事は、言うまでも無い。
【００２６】
図３は、傾斜面１４ｃの変形例を示す。軸方向に切断した傾斜面１４ｃは、Ｓ字曲線を描く。これにより、より効率的に、微粒固形物の沈殿を防止することができる。
【００２７】
図４は、連続相流路２２の変形例を示す。内周面２０ｂと先端面１４ａとの間は湾曲部２０ｄで連結されている。このようにすることにより、集中流を効率よく発生させ、連続相液体の流れを安定して開孔１４ｂの方向に向かわせることができる。
【００２８】
図５は、連続相流路２２の別の変形例を示す。先端面１４ａの開孔１４ｂに隣接する部分が液滴流路１６の方向に湾曲している。開孔１４ｂの下流側において、連続相液体の流れる方向と、分散相液体が流れる方向とが鋭角になるような盛り上がり部１４ｆを形成する。このようにすることにより、連続相液体の流れをより安定化することができ、液滴サイズを均一化することができる。又、液滴ＥＴの生成早さを上げる事も可能となる。
【００２９】
図６は、液滴流路１６の変形例を示す。図２に示した液滴流路１６は、筒状で、開孔１４ｂに近い先端部分も筒状になっている。図６に示す変形例においては、同先端部分がテーパー状に、開孔１４ｂに向かって細くなっている。
【００３０】
この様に、液滴流路１６の先端部分をテーパー状にすることにより、連続相流路２２の出口２２ｃから液滴流路１６内に送り込まれる連続相液体の流れがより急峻になり、液滴をちぎる流力（せん断力）が強くなり、均一なサイズの液滴をより高速で確実に生成することができる。
【００３１】
上記の変形例は、単独で採用してもよいし、組み合わせて採用してもよい。又、次に説明する第２実施形態やその変形例においても採用しても良い。
【００３２】
図７Ａは、本発明に係る液滴生成装置２００の第３実施形態を示す。第１、第２実施形態では液滴生成部１８が保持タンク１０内に設けられていたが、第３実施形態では、液滴生成部１８を一つの中間層３２の中に形成した。又、中間層３２の中には複数の、例えば４つの液滴生成部１８が並行に設けられている。第１実施形態で示した部分と同様の部分には、同じ参照符号を用い、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
液滴生成装置２００は、連続相液体を保持する保持タンク１０とは別の分散相液体を供給する供給タンク３０が設けられている。保持タンク１０と供給タンク３０との間に、液滴生成部１８を構成する中間層３２が設けられている。供給タンク３０には、分散相ポンプ４から分散相液体が送り込まれるための分散相パイプ１１が繋がっている。供給タンク３０の内壁は、矩形の空間が形成されている。供給タンク３０には、空気を抜くための空気抜きポート１５が設けられている例が示されているが、ポート１５は省略しても良い。
【００３４】
中間層３２には、第１実施形態の空間２０ｃに相当する円柱状の貫通孔２０ｃが形成されている。貫通孔２０ｃの内壁が、第１実施形態の周壁２０に対応する。貫通孔２０ｃが複数本、ここでは４本、並行に形成されている。従って、周壁２０が複数本、並行に形成されている事になる。貫通孔２０ｃ内に、液滴流路１６の先端部分が同軸状に挿入されている。保持タンク１０、供給タンク３０、中間層３２は、例えばガラス、金属、プラスチック等で構成され、その表面接液部は必要により[Ｗ／Ｏ］、[（Ｓ／Ｗ）／Ｏ］エマルション調製時には疎水化処理、[Ｏ／Ｗ］、[（Ｓ／Ｏ）／Ｗ］エマルション調製時には親水化処理される。
【００３５】
供給タンク３０の内壁が分散相液体を供給する分散相流路１４としての機能を有する。供給タンク３０には、４つの円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅが設けられており、各堆積防止部の中心に開孔１４ｂが形成されている。開孔１４ｂの中心は、貫通孔２０ｃの中央に位置している。また、堆積防止部１４ｅの外側の面が第１実施形態の先端面１４ａに対応すると共に、堆積防止部１４ｅの内側の面が第１実施形態の傾斜面１４ｃに対応する。
図７Ｂは、図７Ａで示した液滴生成装置２００の変形例を示す。図７Ｂの変形例においては、傾斜面１４ｃの先端に設けた開孔１４ｂが、トンネルの如く、所定の長さを有している。従って、傾斜面１４ｃと開孔１４ｂは、漏斗状に成っている。
図７Ｃは、図７Ａで示した液滴生成装置２００の別の変形例を示す。図７Ｃの変形例においては、傾斜面１４ｃが無く、中間層３２の貫通孔２０ｃが供給タンク３０の開孔になっている。
図７Ｃの変形例においては、図１２に示す様な液滴生成部が別々に構成されたものと比べ、全てのキャピラリーに均一な圧力がかかるためCV値が低い。すなわち液滴の分散度は低い。また、キャピラリーのポジショニングも凸冶具等を用いることで瞬時に行える事ができる。
【００３６】
図８は、図７Ａで示した液滴生成装置２００の更に別の変形例を示す。図８の変形例にあっては、分散相パイプ１１の軸方向が、複数の円錐状の傾斜面１４ｃで形成される堆積防止部１４ｅを囲い込む面の中心を通り、かつ、その面と垂直である位置関係で、分散相パイプ１１が設けられている。
【００３７】
図８の変形例の構成により、各堆積防止部１４ｅに送られる分散相液体の液圧をほぼ均一にすることができる。これにより、安定して均一なサイズの液滴を容易に連続して生成し、液滴を量産する事ができる。
【００３８】
図９は、図７Ａで示した液滴生成装置２００の更に別の変形例を示す。図９の変形例は、図８の変形例を更に変形したもので、供給タンク３０の内壁をドーム状にしたものである。ドーム状に変えて、円錐状にする事も可能である。この様にする事により、ドーム内の分散相の流れを全体的により均一にすることができる。
【００３９】
又、図９の変形例においては、開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成した。この様にする事により、液滴ＥＴのサイズや、液滴の生成速度を所望のサイズ、所望の速度にすることができる。開孔１４ｂを内周面２０ｂと大略同じ大きさに形成する変形例は、第１、第２、第３の実施形態やその変形例に適用する事もできる。
【００４０】
図１０は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１０の変形例は、分散相パイプ１１に連結された供給タンク３０の中に分散相流路１４を設け、この分散相流路１４を複数本、図１０の変形例にあっては４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚに分岐させている。４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚは、分散相パイプ１１の先端から放射状に延在し、開孔１４ｂが形成される位置、すなわち貫通孔が形成されている位置まで延びている。この様にして、４本の分流路が４つの液滴生成部１８にそれぞれ分散相液体を供給する。また、４本の分流路のいずれもが傾斜面１４ｃで開孔１４ｂと繋がっているので、傾斜面１４ｃは、上述した堆積防止部としての機能を有する。この形態の場合には４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの距離、すなわち１１末端から１４aまでの距離が可能な限り等しいことが望まれる。そうすることで流路の抵抗が均一になり液滴排出量や粒径のCV値が均一になる。
【００４１】
図１０に示す様に、分散相流路を、複数の分流路に分ける事により、それぞれの液滴生成部１８に均等の圧力で分散相液体を供給する事ができる。従って、４つの液滴生成部１８間で、優劣無く同等の効率で液滴を生成する事ができる。
【００４２】
図１１は、第３実施形態の更に別の変形例を示す。図１１の変形例は、図１０に示した変形例を更に変形したもので、４本の分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚの分岐点に球状の液貯め１４ｇを形成する。
【００４３】
液貯め１４ｇを設ける事により、分散相パイプ１１から送られてくる分散相液体が脈動して液圧に強弱が生じていても、液貯め１４ｇにおいて係る脈動する液圧は低減され、分流路１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚには均一の液圧で分散相液体を送出する事ができる。これにより、液滴生成部１８において、均一な液滴を生成する事ができる。
【００４４】
図１０，図１１の変形例では空気抜きポート１５を省いているが、必要に応じて設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
ここに記載の液滴生成装置は、液滴を生成する産業に利用する事ができる。
【符号の説明】
【００４６】
２・・・連続相ポンプ，４・・・分散相ポンプ，６・・・生成物タンク，
１０・・・保持タンク，１１・・・分散相パイプ，１２・・・連続相パイプ，
１４・・・分散相流路，１４ａ・・・先端面，１４ｂ・・・開孔，１４ｃ・・・傾斜面，
１４ｄ・・・内周面，１４ｅ・・・堆積防止部，１４ｗ、１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ・・・分流路，１４ｇ・・・液貯め，１５・・・空気抜きポート，
１６・・・液滴流路，１８・・・液滴生成部，２０・・・周壁，２０ａ・・・他端，
２０ｂ・・・内周面，２０ｃ・・・空間，２０ｄ・・・湾曲部，２２・・・連続相流路，２２ａ・・・入口，２２ｂ・・・連続相-分散相合流部，２２ｃ・・・出口，
３０・・・供給タンク，３２・・・中間層，ＥＴ・・・液滴