(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器両端に突設して設けられた注液口を有し、該注液口に連続して０．５ミリ以下のギャップを有する平板状キャピラリーを有するコロイド単結晶作製容器であって、該注液口の構造を、入口側開口部を広く、奥を狭くテーパーを付して設定すると共に、容器の材質は、少なくともキャピラリー領域は透明材料によって構成されていることを特徴とするコロイド単結晶作製容器。
【請求項２】
前記容器が、ガラス製であることを特徴とする請求項１に記載するコロイド単結晶作製容器。
【請求項３】
前記容器が、プラスチック製であることを特徴とする請求項１に記載するコロイド単結晶作製容器。
【請求項４】
前記請求項１、２又は３に記載するコロイド単結晶作製容器の前記注液口に、先端部が先細のテーパーを有しており、前記先端部の前記テーパーと前記注液口の前記テーパーとが密接する注液手段を差し込み、次いで該注液手段からコロイド溶液を前記コロイド単結晶作製容器に圧入することを特徴とする、コロイド単結晶の作製方法。
【請求項５】
前記注液手段を用いて前記コロイド結晶単結晶作製容器内の前記コロイド溶液に剪断流動を与えることを特徴とする、請求項４に記載するコロイド単結晶の作製方法。
【請求項６】
前記コロイド単結晶作製容器がガラス製である場合、前記注液手段を前記コロイド単結晶作製容器から除去し、前記注液口が開放された前記コロイド単結晶作製容器を保持することを特徴とする、請求項４または５に記載するコロイド単結晶の作製方法。
【請求項７】
前記コロイド単結晶作製容器がプラスチック製であり、かつ、前記コロイド溶液の分散媒が水である場合、前記注液手段を前記コロイド単結晶作製容器から除去し、前記注液口を封止し、前記注液口が封止された前記コロイド単結晶作製容器を保持することを特徴とする、請求項４または５に記載するコロイド単結晶の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子材料となりうるコロイド単結晶を作製し且つ作製された結晶を保存するためのコロイド単結晶作製容器とこの容器を使用してコロイド単結晶を製作するコロイド結晶の単結晶化方法、及び乾燥コロイド結晶の作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水や有機溶媒等の液体媒質に高分子ラッテクスやシリカ等の微粒子を分散したコロイド溶液においては、適切な条件下において、粒子が三次元的に規則的に配列した構造が自発的に形成され、このような状態にあるコロイド溶液はコロイド結晶と呼ばれており（参考文献：日本化学会編「コロイド科学I」119頁）、光学材料としての利用に注目されている。
【０００３】
通常、コロイド結晶は、数ミリ以下のサイズの結晶ドメインが集合した多結晶状態で得られるが、本発明者等においては、コロイド溶液に剪断流動を与えることによって、平板状のキャピラリー内にセンチメートルサイズに及ぶ巨大な単結晶ドメインを形成させることに成功し、これに基づいて先に特許出願した（特願2000-217660号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従前の技術、すなわち上記先願発明の概要は、図１に示すように容器両端にコロイド溶液を注液するための円筒状注液口が容器外壁に突設して設けられ、且つ該円筒状注液口に連接して狭い平板状ギャップを呈したキャピラリー空間が設けられているコロイド単結晶作製容器に、その一端の注液口からコロイド結晶状態にあるコロイド溶液を注液し、容器内をコロイド溶液にて満たし、次いでコロイド溶液に剪断流動を与え、引き続き、平板状ギャップを呈したキャピラリー空間内で基板面に平行に一軸方向に流動させた後、静止させ、三次元的な均一性に優れた組織を有するコロイド結晶であるコロイド単結晶を形成させるものであった。その間のコロイド溶液の注液から、剪断流動の付与、一軸方向の流動に至る一連の操作は、まず、針のついたシリンジ（注射器）にコロイド溶液を満たし、針を、円筒状注液口に差込み、シリンジのピストン操作によってコロイド溶液を注液口から注液し、注液操作完了後、針をつけない空のシリンジをチューブを介することによって注液口に密閉して取り付け（図１）、容器内のコロイド溶液、すなわちキャピラリー内の試料溶液に剪断流動のための圧力をかけていた。
【０００５】
しかし、この方法は、後述するように、試料コロイド溶液を容器に注液する過程でキャピラリー内に気泡が混入しやすいという点で問題があった。一旦キャピラリー内に混入した気泡は取り除くことが難しく、この操作に続く流動による単結晶化処理において障害となっていた。（課題１）
【０００６】
また、結晶を得る一連のシリンジ操作を完了後、該シリンジは注液口から抜き取るが、従前の方法ではシリンジの先端は、前記したようにチューブを介して注液口に接続されており（図１）、単結晶を得るプロセス操作後、シリンジをチューブから、あるいはチューブごと取り外そうとすると、キャピラリー部に圧力変動が掛かり、一旦単結晶化された試料の状態を乱してしまうという不都合があった。（課題２）
【０００７】
また、単結晶性の良い大きなドメインの乾燥コロイド結晶を得るためには、平板状キャピラリー内において剪断流動を付与することによって単結晶を形成後、これを極めてゆっくりと全体的に均一に乾燥させる必要がある。
乾燥コロイド結晶は、溶媒の存在しているコロイド結晶と比較して、粒子とそれ以外の部分との屈折率の差が大きいことから、フォトニック・バンド・ギャップ（参考文献：J.D.Joannopoulos他著、藤井・井上訳「フォトニック結晶」コロナ社）のより大きな、機能性に優れた光学素子材料としての用途開発に結びつくものと期待されている。
【０００８】
しかしながら、従前の方法、すなわち上記先願発明の方法においては、単結晶を形成し、次いでシリンジを抜き取った後の乾燥工程は、両端に設けられている注液口を開放し、そこから溶媒を蒸発させることによって、乾燥させる態様によって行われていたが、かかる乾燥方法では、開放端に近いところとこれより遠い奥の方とで不均一にならざるを得ず、均一な乾燥速度に基づいて単結晶性の高い乾燥コロイド結晶を得ることは極めて困難であった。（課題３）
【０００９】
本発明は、コロイド単結晶を得るために、コロイド溶液を容器に注液するプロセスにおいても、キャピラリー内に気泡が混入することのない、そして、単結晶形成後の注液器抜取り操作においても、キャピラリーに圧力変動を生じさせることのないコロイド単結晶作製容器を提供しようというものであり、また、この容器の使用によって、前示不都合な事態が生ずることのないコロイド単結晶あるいは乾燥コロイド結晶の作製方法を提供しようというものである。
【００１０】
さらにまた、前記容器を特定の材質にて設定することによって、前記諸問題の解決に加えて、コロイド結晶の均一乾燥をも実現し得るコロイド単結晶作製容器を提供し、あるいは、この手段による均一乾燥によって、単結晶性の高い乾燥コロイド結晶を得る方法を提供しようというものである。
【００１１】
【課題解決するための手段】
本発明者において鋭意研究した結果、（i）気泡が生ずる原因は、シリンジの針を介した注液によっては、狭いキャピラリーにおける液体の先端界面は、必ずしも一様に進行せず、キャピラリーの抵抗や濡れ性の差等によって遅速が生じ、これによって気泡の巻き込み現象が生じるものであること、そしてこれらの現象は、要するに注液する際における力が液体に均等且つ充分に作用しないことから引き起こされる現象であること、また（ii）圧力変動は、シリンジを抜き取るときに加えられる力が、キャピラリー内の単結晶化処理されたコロイド溶液に作用し、これが圧力変動となって影響する結果生ずる現象であることを突き止めた。
【００１２】
そして、これらの現象を生じないようにするためには、コロイド溶液を注液する際には、むしろコロイド溶液を圧入することによって、力が確実に液体に作用するようにし、そして、単結晶形成後のシリンジ抜取の際には、力が作用しないようにすることが必要であることから、この要件を満たす手段につきさらに鋭意研究を進めた結果、注液手段先端部の差込口として注液口の構造を図２、あるいはその注液口と注液手段先端との取り付け関係を拡大した図３に示すように、入口から奥にかけて入口を広く、奥を狭くテーパーを付して設定することによって解決しうることを見いだした。
【００１３】
すなわち、注液口をテーパーを付した構造とすることにより、先端に針を付した注液器を使用する必要はなく、また密着性を確保するためチューブを使用する必要もない、すなわち、注液器をシリンジに基づいて述べると針を取り付けるシリンジ先端部分を注液口に差込むだけで、容器に対して確実に密着することが出来、その結果、圧入する力を確実に液体に作用することが出来、反対に抜き取りの際にはテーパーから単に抜き取るだけの操作に拠るだけで、キャピラリー内に形成された単結晶に力が作用することはない。
【００１４】
これを、従前のように単に円筒状を呈した構造のもので実施しようとしても、注液器先端と注液口との関係は、両者が寸法的に一致するよう形成され、これによって密着関係を維持しうるようにした場合以外は、密着性を担保することが出来ず、すなわち、少しでも寸法の異なるものを使用しても、圧入操作に支障を来すこととなり、あるいは、両者を寸法的に一致させて設定し、密着性を保持することができるように形成されている場合においては、抜き取りの際に無理な力を要することとなり、この力が結晶に作用する結果、整列したコロイド粒子よりなる結晶を乱し、悪影響を与えることとなる。
【００１５】
本発明は少なくとも注液口の構造をテーパー形状に構成することにより、両者の装着、脱着がスムースに行われ、前示不都合を生ずることなく、所期のねらいを達成することができるものである。
【００１６】
なお、本発明は、その前提技術とする先願発明においては、注液操作、剪断流動を付与する一連の全操作は、専らシリンジを使用し、シリンジのピストン操作によって行なわれていたものであって、その間には針を介した注液操作が実施されていたものである。したがって、従前の技術に関連して述べる際には、注液手段は専らシリンジに基づいて述べているが、本発明のねらいは如上のとおりであり、該全操作期間を通じ針による注液は不要とするものであって、そのための手段として開示した注液口の構造より、従前と同様、針を抜いた状態のシリンジを使用しうることは勿論、それ以外の注液手段も使用することができる。
【００１７】
すなわち、注液口の構造をテーパーを付した構造に設定した点の意義は、当該注液手段についても、該注液口に対応した構造のものを使用することを事実上意味しているものであり、図２に示すように針を抜いた構造のシリンジは勿論、これに限らず同様の構造を有するもの、例えば先端がテーパー状に先細を呈しているスポイト、ピペット等の液体圧入手段は、これを使用することができる。ただし、針を装着してなるシリンジについては、排除されることは、如上の説明からも明らかであろう。
【００１８】
いずれにしても、シリンジ先端の針を介し、あるいは単に円筒形注液口にて注液操作を行っていた従来技術に比し、本発明は、如上の構成を講ずることによって、これに対応した構造を有する注液器を注液口に単に差込むだけの操作によって気泡の巻き込みもなく、また、取り扱いに厄介なチューブを用いる必要もなく、そのままコロイド溶液を容器に圧入し、コロイド溶液に剪断流動を付与し、単結晶を形成することが出来、そしてまた、コロイド単結晶形成後の注液器の抜き取りも、単に抜取りだけの操作要領によって、力を要することもなく、容易に脱離することが出来、生成したコロイド単結晶に対してこれを乱すような力が作用するようなこともない。
【００１９】
また、（iii）容器に封じ込められている分散媒を含んでいるコロイド結晶を均一に乾燥する手段についても鋭意検討した結果、コロイド結晶の原料液として、水を分散媒とするコロイド溶液を使用し、一方結晶保存用容器としては、一定の透湿性を有するプラスチックによって製作構成されてなるものを使用することによって、解決しうることを見いだしたものである。
【００２０】
従前の先願発明で開示した方法では、乾燥は、容器全体に収容したコロイド結晶から見ると局所にすぎない注液口開放端を通じて行われ、極めて局所に偏在して行われていることから、不均質にならざるを得なかったものであり、これを解決するには、全体的に乾燥させる必要があるところ、この条件を満たす手段につき鋭意研究した結果、容器の材質を特定の性質に基づいて選定し、且つこれに特定の分散媒によるコロイド溶液を選択、組み合わせることによって、コロイド結晶全体を均一に乾燥しうることを見出したものである。
【００２１】
すなわち、容器は、一定の透湿性のあるプラスチックを選定、使用し、これに水を分散媒としたコロイド溶液を組み合わせることによって、得られた結晶から分散媒の水分を、容器の壁材全体を通じて放出させ、これによって注液口に偏在した局部的蒸発域による従来技術に比し、容器全面にわたりほぼ同一乾燥速度にて、換言すれば全体的に均一に乾燥することができるものである。
【００２２】
以上述べたとおり、本発明の第１の解決手段は、（１）容器両端に突設して設けられた注液口を有し、該注液口に連接して０．５ミリ以下のギャップを有する平板状キャピラリーを有するコロイド単結晶作製容器であって、該注液口の構造を、入口から奥にかけて入口を広く、奥を狭くテーパーを付して設定すると共に、容器の材質は、少なくともキャピラリー領域は透明材料によって構成されていることを特徴とするコロイド単結晶作製容器としたことである。
【００２３】
本発明の第２の解決手段は、（２）前記第１の解決手段に示す容器が、ガラス製であることを特徴とするコロイド単結晶作製容器としたことである。
【００２４】
本発明の第３の解決手段は、（３）前記第１の解決手段に示す容器が、プラスチック製であることを特徴とするコロイド単結晶作製容器としたことである。
【００２５】
本発明の第４の解決手段は、（４）前記解決手段１、２又は３記載のコロイド単結晶作製容器にコロイド溶液を圧入し、該コロイド溶液に剪断流動を与えることによってコロイド単結晶を形成することを特徴とするコロイド結晶の単結晶化方法である。
【００２６】
本発明の第５の解決手段は、（５）前記解決手段１又は２記載のコロイド単結晶作製容器にコロイド溶液を圧入し、該コロイド溶液に剪断流動を与えることによってコロイド単結晶を形成し、次いで乾燥工程に付すことを特徴とする乾燥コロイド結晶の作製方法である。
【００２７】
本発明の第６番目の解決手段は、（６）前記解決手段３記載のコロイド単結晶作製容器にコロイド溶液を圧入し、該コロイド溶液に剪断流動を与えることによってコロイド単結晶を形成し、次いでそのプラスチック材質の有するわずかな透湿性によって水分を緩慢に放出し、これによって乾燥結晶を得ることを特徴とする乾燥コロイド結晶の作製方法である。
【００２８】
本発明の第７番目の解決手段は、（７）乾燥コロイド結晶を得るにおいて、特に特定構造によることなく、一定の透湿性を有するプラスチック製の容器内にコロイド結晶を作製し、該容器の有する僅かな透湿性を利用した水分の緩慢な放出により、コロイド結晶を乾燥することを特徴とするものである。
【００２９】
ここに、第１の解決手段において、その前段の事項、すなわち、容器両端に突設して設けられた注液口を有し、該注液口に連接して０．５ミリ以下のギャップを有する平板状キャピラリーを有するコロイド単結晶作製容器とした点は、従前の技術、すなわち本発明の前提技術とする先願発明と共通している技術的事項を指している。
本発明は、その狭い平板状キャピラリー内にコロイド結晶状態をとるコロイド溶液を注入して満たし、次いで、コロイド溶液に剪断流動を与え、これによってコロイド粒子の配列方向を揃え、コロイド単結晶を形成するものであり、そのギャップの設定を０．５ミリを上限とした理由は、ギャップがこれより広くなると、流動内の剪断力が弱くなり、コロイド単結晶の形成が困難になることより、規定したものである。
【００３０】
後段の事項、すなわち、注液口の構造を、入口側の開口部を広く、奥側を狭く、テーパーを付して設定した点は、これによって、容器にコロイド溶液を注液し、剪断流動を与える注液器は、該注液口の形状に対応した先細状のテーパー形状を有する注液手段、例えば図２に示すように針を取った状態のシリンジに限らず、スポイト、ピペット、マイクロピペット等の注液手段を使用することが出来、これによって、注液器と容器とを密着することが出来、コロイド溶液を気泡を巻き込むことなくキャピラリーに高速で圧入し、コロイド溶液に剪断流動を付与し、単結晶を形成することができ、従来の針のついたシリンジ操作に起因する気泡の巻き込みを防止することが出来、またチューブを介することなく操作するものであるので、単結晶形成後の注液器の抜き取りもコロイド単結晶を乱す等の悪影響を与えることもなく簡単に抜取ることができる等の優れた作用効果が奏せられるものである。
【００３１】
なお、気泡が混入する原因については、平板状の狭いギャップのキャピラリーに針のついたシリンジ操作によって液体を注入するにおいては、注入するための手段たるシリンジ先端の針を、注液口に差込み、液体を注入しようとしても、該注液口が外に向けて開放されているため、針からキャピラリーに流入していく液体に圧力が掛かりにくい状態となり、また、キャピラリーの流体抵抗のため液体の流入速度が遅くなる。
一方、液体と容器内壁の濡れ方は、容器内壁の清浄度の場所による微妙な差や、キャピラリーの中心部であるか端かといった局所的な形状の違いに依存して異なるため、キャピラリー内に流入していく液体の最前線の液面の形状はそのような濡れ方の差異を反映して湾曲していく傾向にある。液体の流入速度が遅いと、最前線の液面の湾曲が高じて、ついには気泡を抱き込む結果となる。
【００３２】
実際、本発明の前提としている従前の技術においては、図１に示すように円筒状に形成された注液口に、シリンジの針を差込み、針による緩慢な注液態様によるものであったため、前示気泡の巻き込み現象が生じやすく、その結果、気泡が混入し易い状況にあった。すなわち、容器の注液システムにも一端の原因があったことは否めないものであった。しかし、注液口をテーパーを付した構造とする本発明の容器によると、すなわち、図２、図３に示すように注液口がテーパー形状を呈している容器であれば、テーパー部７によって容器と注液器との間を密着できるため、注液器の圧入手段（ピストン）により試料液体を強制的に高速に注入することが可能となり、キャピラリー内に流入していく液体の最前線の液面における気泡の混入を防ぐことができる。
【００３３】
そして、注液操作に引き続く単結晶化操作が終われば、注液器先端を注液口から取外すが、このとき、テーパー形状で当接しているため、注液器を差込み方向とは逆方向に抜き取るだけで、注液器先端と注液口との密着関係を簡単に解消できるので、注液器を簡単に取り外すことができる。これに対して、テーパーが付されていない前提技術においては、図１に示すように、チューブを介して接続されていたため、シリンジをチューブから取りはずそうとすると、あるいは、チューブごと取りはずそうとするとキャピラリー部に圧力変動が掛かり、一旦単結晶化された試料の状態を乱してしまうことがあった。すなわち、取り外す際に、少しの力が加わってしまうだけで、これが圧力変動となってキャピラリーに伝わるものであるが、本発明はテーパーが付されているため、その取り外しは抜き取りだけでキャピラリーに圧力変動を与えることはない。
【００３４】
なお、一度混入した気泡は、これを取り除くことは事実上不可能であるため、一旦気泡が混入したような場合、製品価値はなくなり、高価な容器と共に廃棄処分せざるを得ないこととなる。本発明によって、すなわち、注液口の構造をテーパー構造とする簡単な手段を講ずることによって、気泡の発生を抑えることができるようになった点は、極めて大きな意義がある。
【００３５】
（１）、（２）、（３）の解決手段において容器の材料を、透明材料とした点、そしてガラスとした点、あるいはプラスチックとした点は、容器内部に形成されたコロイド単結晶の品質の光学的検査を行う必要があること、また、コロイド結晶は、製作した容器内に収容したまま封止することによって素子化し、容器ごとコロイド結晶素子として使用しようとする実施態様もあることから、容器は透明材料によって作られている必要があり、このための構成である。そして、ガラス、プラスチックは、そのための具体的な材料選定を開示しているものである。
【００３６】
次に、（４）、（５）の解決手段は、前記解決手段１、２又は３記載のコロイド単結晶作製容器を使用してコロイド結晶を単結晶化する方法、さらには乾燥コロイド結晶を作製する方法を開示するものである。すなわち、前示コロイド単結晶作製容器にコロイド溶液を圧入し、容器内において該コロイド溶液に剪断流動を与え、これによって単結晶を形成するものであり、さらに乾燥工程を付加することによって乾燥コロイド結晶を作製するものである。この場合の乾燥方法は、本発明で前提技術とする先願発明と同様の方法によって行われる。すなわち、容器両端に突設して設けられた注液口を開放し、ここから分散媒をゆっくりと時間をかけて蒸発させることによって行われる。
【００３７】
（６）、（７）に記載の解決手段は、特有な乾燥手段によって、乾燥コロイド結晶を作製する方法を開示するものである。これによって、これまでの該特有な乾燥手段によらない乾燥手段によっては達成し得なかった均一乾燥が可能となり、単結晶性の高い乾燥コロイド結晶を得ることができるものである。この方法において、そのための要件事項とするところは、使用するコロイド溶液は、水を分散媒とするコロイド溶液を選択すると共に、使用する結晶作製容器も、一定の透湿度を有するプラスチックによって作製されたものを選択するものであり、これによって単結晶を形成後の乾燥工程は、専らそのプラスチック材質の有するわずかな透湿性によって容器全体から水分を緩慢に放出することによって乾燥し、これによって単結晶性の高い乾燥コロイド結晶を得るものである。
【００３８】
【本発明の実施の形態及び実施例】
本発明のコロイド単結晶作製容器の基本構成とこの容器を使用したコロイド結晶の単結晶化方法とを図２に基づいて説明する。
図２において、２は平板状キャピラリーを有するコロイド単結晶作製容器である。容器は、硬質で透明な材料で出来ている。例えば石英ガラス、各種光学ガラス、ポリカーボネート、アクリル等のプラスチックが挙げられる。容器内部は、ギャップ０．５ミリ以下に設定したことによって平板状のキャピラリー５が形成されている。容器の両端には注液口１が突設して設けられ、その一端の注液口は内部の平板状キャピラリー５からさらに他端の注液口へと続いている。３は注液器であり、４は注液器先端部である。
【００３９】
注液口１は、拡大図３に示すように、入口側の開口部を広く、奥を狭くテーパーを付して設定されている。このテーパーによって注液器の先端を差し込むだけの操作によって、注液器の先端部は注液口に密着して当接し、取り外しも簡単に行うことができる。なお、このテーパー形状は、市販の標準的な注液器すなわちルアーシリンジ３の注射針取りつけ部分４に対応した形式のものを採用すればよく、ことさら特殊なものである必要はない。
【００４０】
注液器に求められる機能は、コロイド溶液を容器に圧入し、あるいはコロイド溶液に剪断流動を与え、平板状キャピラリー空間に沿って一軸方向に流動させる等の圧力操作を行うことが求められているものであり、最も典型的にはシリンジが挙げられるが、上記操作が可能であればシリンジに限らずスポイト、ピペット等も使用しうることは前述したとおりである。
【００４１】
なお、本発明の前提技術とする先願発明の場合は、図１に示すように円筒形状の注液口に、針のついたシリンジを差し入れてコロイド結晶溶液を注入していたが、この場合はキャピラリーに流入していく試料液には圧力がかかりづらく、また、キャピラリーの流体抵抗のため液体の流入速度が遅くなる。一方、液体と容器内壁の濡れ方は、容器内壁の清浄度の場所による微妙な差や、キャピラリーの中心部か端かといった局所的な形状の違いに依存して異なるため、キャピラリー内に流入していく液体の最前線の液面の形状はそのような濡れ方の差異を反映して湾曲していく傾向にある。液体の流入速度が遅いと、最前線の液面の湾曲が高じて、ついには気泡を抱き込む結果となる。実際、テーパーが付されていない注入方法では気泡が混入してしまう確率が高かった。
【００４２】
しかし、注液口が上記のようにテーパー形状をとっている容器としたことにより、テーパー部分のところで密着して当接できるので、容器と注液器との間は確実に密閉できるため、注液器のピストンの押し込みにより試料液体を強制的に高速に注入することが可能であり、キャピラリー内に流入していくコロイド溶液の最前線の液面の形状が、湾曲する現象が顕れる前に素早く注液を完了することができ、気泡の混入が阻止される。
【００４３】
ここに、コロイド粒子は、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート等の有機高分子粒子をはじめ、さらにはシリカ粒子、金、銀などの金属粒子、チタン、鉄などの各種金属の酸化物粒子などが挙げられる。分散媒としては、水をはじめ、各種アルコール、ベンゼンなどの有機溶媒等が挙げられる。
【００４４】
先ず注液器にコロイド結晶状態をとるコロイド溶液を採取し、注液口に注液器先端を密着するまで差し込み、コロイド溶液を容器内に圧入する。圧入された溶液は、突設した注液口から屈曲した流路を通過して平板状キャピラリーに注入され、他端の注液口まで溶液で満たされる。以上の操作によって、容器にコロイド溶液６を圧入した後、注液器のピストンを押し引きすることでキャピラリー内のコロイド結晶に剪断流動を与えることにより、コロイド溶液は単結晶化する。
この操作が終われば、注液器先端を容器から必要に応じて取り外すが、このとき、テーパー形状で結合しているため、注液器先端と注液口との密着状態を簡単に解消できるので、ほとんどキャピラリー内部に圧力変動を与えずに取り外すことができる。
【００４５】
従来であれば、シリンジ先端と容器に突設した注液口とをチューブで結合して密閉していたので（図１）、注液器すなわちシリンジを取り外すときに、チューブから引き抜く工程でキャピラリー内部に圧力変動が伝わり、せっかく単結晶化した試料の結晶組織を乱す可能性が高かったが、上記手段によって、この不都合を解消することが出来た。
【００４６】
コロイド単結晶が形成された後は、その両注液口を封止することによって素子化され、容器ごとコロイド結晶素子とする。あるいは、乾燥コロイド結晶を得ようとする場合は、注液口を開放して分散媒をゆっくりと蒸発させることにより乾燥結晶を得るものである。
【００４７】
以上は、本発明のコロイド単結晶作製容器を使用してコロイド単結晶並びに乾燥結晶を作製する方法を説明したが、容器の材質を一定の透湿性を有するポリカーボネートやアクリル等のプラスチックによって作られた容器を使用し、コロイド溶液として水を液体媒質とするコロイド溶液を使用することによって、容器を通じて、すなわち容器壁材を構成しているプラスチックを通じて水を蒸発、乾燥させ、以て乾燥コロイド結晶を得る方法について説明する。
【００４８】
プラスチックの水分を透過する性質は、「透湿性」、その値を示す量は「透湿度」が通常用いられている。ここに、透湿度についてはJIS規格(JIS Z 0208)に規定されており、本発明において透湿度を表す数値はこの規定に基づいた数値を指している。厚さを１mmとしたときのプラスチックの透湿度（単位は、g/m2・24Hr、40℃、90%RH、すなわち、40℃、相対湿度90%の環境で面積１m2 のプラスチックを24時間かけて透過する水分重量を示す値で表される。）を具体的に開示すると、ポリカーボネイトが約４、ポリスチレン約3、ポリプロピレン約0.3、高密度ポリエチレン0.13、アペル（三井化学株式会社のプラスチック；商品名）0.09の順であった。
【００４９】
本発明者が実際に実験で使用したポリカーボネート容器〔厚さ１mm、表面積約０．００１ｍ2（１０cm2）、単位面積当りのコロイド溶液重量100g/ m2から500g/ m2（容器内の実際の溶液量は0.1gから0.5g）〕について上記透湿度に基づき、コロイド結晶の乾燥時間を試算してみると、乾燥に要する時間は計算上は25日から125日となる。これを実際の乾燥実験と対比すると、乾燥実験では、乾燥コロイド結晶を得るのに、数十日から数ヶ月を要し、計算上と実際の実験結果とでは、さほどの違いはなく、ほぼ一致した。
【００５０】
以上に示す実験や各種資料から、乾燥コロイド結晶を製造するのに適したコロイド結晶形成用容器の材質は、厚さを１mmとした場合の透湿度が0.3 g/m2・24Hr、 40℃、90%RH程度から 40 g/m2・24Hr、40℃、90%RH程度位までは、使用可能と思われる。
上記範囲は、下限については、0.3g/m2・24Hr、40℃、90%RH以下では乾燥に要する時間が長くなり過ぎるためこれを考慮したものである。一方、上限については、ポリカーボネイトの十倍程度位は実施領域として妥当ではないかとの観点から、40g/m2・24Hr、40℃、90%RH程度位までと規定した所以である。
ただし、上記規定は、あくまでも一つの目安としての意義を提供するするものである。
【００５１】
以上、容器を一定の透湿度のあるプラスチックによって設定し、この透湿性を利用して、乾燥コロイド結晶を得る例につき開示したが、この乾燥プロセスは、プラスチック製の容器中にコロイド単結晶を作製した後、注液口１を封じて行なわれ、この状態を長期間静置することによって、容器の壁材であるプラスチックを通して容器内部の水分が拡散し放出されることによって行われる。乾燥操作という観点から見ると、水分の放出速度は非常に遅く、通常であれば、この様な水分の放出現象は無視しうる場合がほとんどであるが、本発明においては、この無視しうる程度に小さい水分の放出現象が、極めて重要である。すなわち、急速な蒸発は、得られる膜に乾燥ひずみを与え、ひび割れの原因となったり、光学上不都合な歪みを残し、好ましくない。本発明のように、キャピラリー内の試料の量が非常に少なく、対して、これに接するプラスチックの面積が相対的には非常に大きいことにより、僅かな水分の放出により、充分な時間をかけ数週間から数ヶ月程度で乾燥コロイド結晶を得ることができる。このことは、前述したような不都合を避けるためにも重要な技術的事項である。
【００５２】
いずれにしても、この容器の壁材全体を通じて行われる乾燥プロセスにおいては、容器の注液口１を敢えて封止し、ここより水分が急速に蒸発しないようにすることが肝要である。注液口を封止しなければ、注液口付近から乾燥が急速に進行し、不均一な乾燥となり、コロイド結晶に乾燥の不均一性に起因するクラックや歪み等の欠陥の発生が起こる。注液口を封止すれば、コロイド結晶に接したキャピラリーの全面から、極めて緩慢にかつ均一に水分の除去が行われ、これによって、欠陥の少ない単結晶性の高い乾燥コロイド結晶が得られる。
【００５３】
以上述べた一定の透湿度を有するプラスチック容器に基づく乾燥コロイド結晶作製方法は、この方法を実施するに際して使用する容器は、その注液口の形状が、テーパー形状であることは当然実施態様として含みうるものではあるが、必ずしも、該特定の構造のものである必然性はない。すなわち、プラスチック容器の透湿度を利用する乾燥コロイド結晶の作製の場合、通常の構造の容器においても実施でき、従前の注液口の開放端を通じて乾燥していた方法に比して、均一乾燥しうるという格別の作用効果が奏せられ、独立した発明としての意義が認められるものである。請求項７、そしてこれに対応する第７番目の解決手段はこの点の技術的事項を記載しているものである。
【００５４】
以上、プラスチック材料に基づく本発明のコロイド結晶を得るための容器は、透明性に優れたものであることも要求されているところから、適したプラスチックの種類としては、前示規定した透湿度以外にも、光学的透明性にも優れたものでなければならない。したがって、プラスチックの選択に当たっては、これらのことを総合的に参酌しなければならないが、本発明においてはプラスチックの物性等につき縷々検討した結果、総合的に優れたプラスチックを挙げると、メタクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂等一般的に知られたものを挙げることができる。すなわち、その使用するプラスチック材料は、特に入手困難な材料によることもなく、むしろ一般的にも入手容易な材料を使用することができる。
なお、コロイド結晶は偏光に対して光学特性に依存性があり、この偏光依存性を利用するためには容器材質が偏光を乱しては都合が悪いので、この観点からは、樹脂の特性として光弾性係数が小さいほうが良く、上記の三種類の樹脂のうちではメタクリル樹脂が最も適していると言える。
【００５５】
以上、透湿性のあるプラスチックに基づいた乾燥コロイド結晶を得る条件について言及開示したが、コロイド結晶の単結晶化操作終了後、乾燥することなくそのまま素子として供するコロイド結晶の場合は、長期にわたりその状態が保たれることが必要となり、すなわち乾燥を防ぎ、保存のため水分量を保つ必要があることから、プラスチックを使用する場合は、プラスチックはガラスと異なり僅かでも透湿性を有しているので、そのことを、むしろ注意しなければならない。
その場合、コロイド結晶の長期保存用に適した材質としては、透湿度が小さく（目安としては厚さを１mmとした場合の透湿度が0.3g/m2・24Hr、40℃、90%RH未満）光学的透明性に優れていることが重要である。具体的には、非晶性ポリオレフィン樹脂が優れている。具体的な商品名としては、三井化学株式会社のAPO（同社の商品名）、同じく同社のアペル（同社の商品名）、さらに、日本ゼオン株式会社のZEONEX（商品名）が挙げられる。これらの非晶性ポリオレフィン系樹脂製品の透湿度は厚さ１mm当たり0.1g/m2・24Hr、40℃、90%RH以下に達している。また、これらの樹脂はいずれも光弾性係数が小さく、偏光測定が可能な容器を形成できる点でもきわめて都合が良いといえる。
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単に、気泡の混入なく試料の注入ができ、また、注液器による圧力変化操作によるコロイド結晶の単結晶化の後、圧力変動を与えることなく注液器の取り外しができる。これらの効果によって、キャピラリー内には、気泡の影響と余分の圧力変動による乱れのない高品質のコロイド単結晶を作製できる。 また、特に特定の透湿度を有するプラスチックによる本発明容器によれば、単結晶化したコロイド結晶を作製した状態から、試料全体をほぼ同一乾燥速度で均質にゆっくりと乾燥できるので、結晶性の高い乾燥コロイド結晶が得られる。そして、その工程は極めて単純であり実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の、平板状キャピラリー容器を用いた単結晶化操作の説明図。
【図２】本発明に係わる容器の構造とその使用法を示す説明図。
【図３】注液器と注液口の関係を示す拡大図。
【符号の説明】
１・・・注液口
２・・・平板状キャピラリー容器（コロイド単結晶作製容器）
３・・・注液器
４・・・注液器先端部
５・・・キャピラリー内部
６・・・コロイド溶液
７・・・テーパー部
８・・・ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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