JP2006026503A - 微粒子の製造方法、及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能な微粒子の製造方法、及び製造装置を提供する。
【解決手段】 溶媒４、及び物質の原料粒子５からなる被処理液２を収容する処理チャンバ３と、互いに異なる波長のレーザ光を供給する複数のレーザ光源１１〜１４を有するレーザ光照射装置１０と、照射装置１０から被処理液２へのレーザ光の照射を制御するレーザ光制御部２５を有する制御装置２０とによって製造装置１Ａを構成する。そして、被処理液２に対して波長λ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、λ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行う２段階のレーザ光照射により、所望のサイズの物質の微粒子を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、物質の微粒子の製造方法、及び製造装置に関するものである。

物質の微粒子化は、極端な表面積の増大をもたらす。このため、物質を微粒子化することにより、物質固有の性質が出現しやすくなるという利点がある。また、難溶性・不溶性の物質である場合、その微粒子化により微粒子を水などの溶媒中に擬似的に可溶化した状態（微粒子が溶媒中に懸濁している状態であるが、光散乱が少ないために擬似的に可溶化しているように見える状態）にすることもできる。

このような微粒子化方法としては、従来、特許文献１（特開２００１−１１３１５９号公報）に開示されている方法がある。ここでは、レーザ光を照射することにより有機顔料や芳香族縮合多環化合物の微粒子を生成する方法が開示されている。また、レーザ光照射による有機化合物の微粒子化については特許文献２及び３、非特許文献１〜３にも記載がある。
特開２００１−１１３１５９号公報 特開２００４−８９８９０号公報 特開２００４−１６７３１６号公報 Y.Tamaki et al., "Tailoring nanoparticles of aromatic and dye molecules by excimer laser irradiation", Applied Surface Science Vol. 168, p.85-88 (2000) Y.Tamaki et al., "Nanoparticle Formation of Vanadyl Phthalocyanine by Laser Ablation of Its Crystalline Powder in a Poor Solvent", J. Phys. Chem. A 2002, 106, p.2135-2139 (2002) B.Li et al., "Enhancement of organic nanoparticle preparation by laser ablation in aqueous solution using surfactants", Applied Surface Science Vol. 210, p.171-176 (2003)

上述した微粒子化の技術を用いれば、原料物質の新しい調製方法を提供できる可能性があり、幅広い分野での応用が期待される。例えば、素材分野において微粒子を基盤とする新規材料を開発したり、また、創薬分野においては、微粒子化により難溶性または不溶性の創薬候補物質のＡＤＭＥ試験（吸収・分布・代謝・排泄試験）などを実施できる可能性がある。

しかしながら、微粒子化対象となる物質に対してレーザ光を照射して、微粒子化処理を行う方法では、物質の原料粒子に対してレーザ光を照射する際に、サイズが大きい原料粒子によるレーザ光の光散乱損失が発生する。このため、特に微粒子化処理の初期段階において、微粒子化の効率が充分に得られないという問題がある。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能な微粒子の製造方法、及び製造装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による微粒子の製造方法は、物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造方法であって、微粒子化対象の物質に対して波長λ_Ｙのレーザ光を照射することによって物質の粗破砕を行う粗破砕ステップと、粗破砕された物質に対してλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を照射することによって物質の本破砕を行って、その微粒子を生成する本破砕ステップとを備えることを特徴とする。

同様に、本発明による微粒子の製造装置は、物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造装置であって、微粒子化対象の物質を収容する処理チャンバと、処理チャンバ内に収容された物質に対して、物質を微粒子化するためのレーザ光として、物質の粗破砕を行う波長λ_Ｙのレーザ光、及び物質の本破砕を行うλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、レーザ光照射手段から物質への波長λ_Ｙのレーザ光の照射、及び波長λ_Ｘのレーザ光の照射を制御することによって、光照射による物質の微粒子化を制御するレーザ光制御手段とを備えることを特徴とする。

上記した微粒子の製造方法及び装置によれば、微粒子化対象の物質に対するレーザ光の照射条件について、微粒子化の初期段階において長波長λ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、短波長λ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行うこととしている。ここで、レーザ光照射によって得られる物質の微粒子の粒子径は、物質に照射するレーザ光の波長λと相関を有し、波長λが短いほど生成微粒子のサイズが小さくなる。したがって、上記のようにレーザ光の波長を変えて、２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化処理を行うことにより、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。このような物質の微粒子のサイズと、微粒子化用のレーザ光の波長との相関は、本願発明者によってはじめて見出されたものである。

あるいは、微粒子の製造方法は、物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造方法であって、微粒子化対象の物質に対して所定波長のレーザ光を強度Ｐ_Ｙで照射することによって物質の粗破砕を行う粗破砕ステップと、粗破砕された物質に対してレーザ光をＰ_Ｙよりも高い強度Ｐ_Ｘで照射することによって物質の本破砕を行って、その微粒子を生成する本破砕ステップとを備えることを特徴とする。

同様に、微粒子の製造装置は、物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造装置であって、微粒子化対象の物質を収容する処理チャンバと、処理チャンバ内に収容された物質に対して、物質を微粒子化するためのレーザ光として、物質の粗破砕を行う所定波長で強度Ｐ_Ｙのレーザ光、及び物質の本破砕を行うＰ_Ｙよりも高い強度Ｐ_Ｘのレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、レーザ光照射手段から物質への強度Ｐ_Ｙのレーザ光の照射、及び強度Ｐ_Ｘのレーザ光の照射を制御することによって、光照射による物質の微粒子化を制御するレーザ光制御手段とを備えることを特徴とする。

上記した微粒子の製造方法及び装置によれば、微粒子化対象の物質に対するレーザ光の照射条件について、微粒子化の初期段階において低強度Ｐ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、高強度Ｐ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行うこととしている。ここで、レーザ光照射によって得られる物質の微粒子の粒子径は、物質に照射するレーザ光の強度Ｐと相関を有し、強度Ｐが高いほど生成微粒子のサイズが小さくなる。したがって、上記のようにレーザ光の強度を変えて、２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化処理を行うことにより、レーザ光の波長を変えた場合と同様に、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。

ここで、微粒子化対象となる物質については、溶媒中に物質が混合された被処理液を準備し、被処理液に対して２段階でレーザ光を照射して物質の微粒子化を行うことが好ましい。あるいは、固体状の物質の被処理体に対して２段階でレーザ光を照射して物質の微粒子化を行うことも可能である。

また、上記した微粒子化処理において、物質に対して互いに異なる２波長λ_Ｘ、λ_Ｙのレーザ光の照射を行う場合には、レーザ光照射手段としてレーザ光の波長を変更、制御可能な構成を用いることが好ましい。そのような構成としては、例えば、レーザ光照射手段が、互いに異なる波長のレーザ光を供給する複数のレーザ光源を有する構成を用いることができる。あるいは、レーザ光照射手段が、波長可変レーザ光源を有する構成を用いることができる。

さらに、製造方法は、物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、本破砕ステップで用いられるレーザ光の波長を選択する波長選択ステップを備えることが好ましい。同様に、製造装置は、物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、物質の本破砕を行うレーザ光の波長を選択する波長選択手段を備えることが好ましい。

このように、上記した微粒子のサイズとレーザ光の波長との相関を利用し、本破砕でのレーザ光の波長λ_Ｘを選択することにより、２段階のレーザ光照射で最終的に得られる物質の微粒子のサイズを所望のサイズに制御することが可能となる。また、得られる微粒子のサイズを制御しつつ物質の微粒子化を行うことにより、微粒子化処理の効率をさらに向上することができる。

また、製造方法は、物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、本破砕ステップで用いられるレーザ光の強度を選択する強度選択ステップを備えることが好ましい。同様に、製造装置は、物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、物質の本破砕を行うレーザ光の強度を選択する強度選択手段を備えることが好ましい。

このように、上記した微粒子のサイズとレーザ光の強度との相関を利用し、本破砕でのレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択することにより、２段階のレーザ光照射で最終的に得られる物質の微粒子のサイズを所望のサイズに制御することが可能となる。また、得られる微粒子のサイズを制御しつつ物質の微粒子化を行うことにより、微粒子化処理の効率をさらに向上することができる。例えば、本破砕でのレーザ光の波長λ_Ｘ及び強度Ｐ_Ｘを選択する構成では、レーザ光の波長λ_Ｘによって得られる微粒子のサイズを粗調整するとともに、レーザ光の強度Ｐ_Ｘによって微粒子のサイズを微調整する構成とすることができる。

また、製造方法は、物質の微粒子化状況をモニタするモニタステップを備え、本破砕ステップにおいて、モニタステップでの微粒子化状況のモニタ結果を参照して、レーザ光の照射を制御することとしても良い。同様に、製造装置は、物質の微粒子化状況をモニタするモニタ手段を備え、レーザ光制御手段は、モニタ手段での微粒子化状況のモニタ結果を参照して、レーザ光の照射を制御することとしても良い。このように、微粒子化状況をモニタして微粒子化処理のフィードバック制御を行うことにより、２段階のレーザ光照射による物質の微粒子化処理を好適に制御することができる。

また、製造方法は、粗破砕ステップによる生成微粒子の平均粒子径と、本破砕ステップによる生成微粒子の平均粒子径との粒子径差の設定により、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することとしても良い。同様に、製造装置は、物質の粗破砕処理による生成微粒子の平均粒子径と、本破砕処理による生成微粒子の平均粒子径との粒子径差の設定により、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することとしても良い。

ここで、粗破砕及び本破砕の２段階の処理で微粒子化処理を行う場合、最終的に得られる微粒子の粒子径分布は、粗破砕処理と本破砕処理との間での粒子径差と相関を有する。したがって、上記したように、２段階の処理での粒子径差の設定によって、得られる微粒子の粒子径分布を制御することが可能である。このような粒子径差の設定については、物質に対して２波長λ_Ｘ、λ_Ｙでレーザ光の照射を行う場合には、その波長差によって粒子径差を制御することができる。また、物質に対して２強度Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙでレーザ光の照射を行う場合には、その強度差によって粒子径差を制御することができる。また、波長差と強度差とを組み合わせて粒子径差を制御することも可能である。

さらに、製造方法は、粗破砕ステップ及び本破砕ステップを組とした微粒子化ステップを、微粒子化の目標サイズを順次小さくしつつ複数回繰り返すことにより、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することも可能である。同様に、製造装置は、物質の粗破砕処理及び本破砕処理を組とした微粒子化処理を、微粒子化の目標サイズを順次小さくしつつ複数回繰り返すことにより、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することも可能である。

本発明によれば、物質に対するレーザ光の照射条件について、長波長λ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、短波長λ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行う２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行うことにより、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。

あるいは、物質に対するレーザ光の照射条件について、低強度Ｐ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、高強度Ｐ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行う２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行うことにより、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。

以下、図面とともに本発明による微粒子の製造方法、及び製造装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明による微粒子の製造装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。本微粒子の製造装置１Ａは、物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造装置である。また、本実施形態では、微粒子化対象となる物質について、溶媒中に物質が混合された被処理液を用いて微粒子化処理を行っている。被処理液２は、液相の水などの溶媒４と、溶媒４中に含まれる物質の原料粒子５とから構成されている。

図１に示すように、微粒子の製造装置１Ａは、被処理液２を収容するための処理チャンバ３と、処理チャンバ３内に収容された被処理液２に対してレーザ光を照射するレーザ光照射装置１０と、製造装置１Ａの動作を制御する制御装置２０とを備えている。処理チャンバ３は、微粒子化対象となる物質の原料粒子５を収容するためのものであり、例えば石英で構成されている。

レーザ光照射装置１０は、被処理液２に対して、被処理液２の溶媒４中にある原料粒子５の物質を微粒子化するためのレーザ光を照射する照射手段である。本実施形態においては、製造装置１Ａでのレーザ光照射装置１０は、処理チャンバ３内に収容された物質の原料粒子５に対して、物質を微粒子化するためのレーザ光として、微粒子化の第１段階として物質の粗破砕を行うための波長λ_Ｙのレーザ光、及び第２段階として物質の本破砕を行うためのλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘ（λ_Ｘ＜λ_Ｙ）のレーザ光を照射することが可能なように構成されている。

具体的には、本実施形態においては、レーザ光照射装置１０は、４つのレーザ光源１１〜１４からなるレーザ群を有して構成されている。これらのレーザ光源１１〜１４は、互いに異なる波長λ_１〜λ_４のレーザ光を供給可能な波長固定レーザ光源である。このような構成において、被処理液２へと照射するレーザ光の波長λ_Ｘ、λ_Ｙは、これらの４波長λ_１〜λ_４から選択される。また、レーザ光照射装置１０には、必要に応じて、レーザ光源１１〜１４のそれぞれから供給されるレーザ光の処理チャンバ３への照射、及びその切換えを行うための照射光学系が設けられる。

また、処理チャンバ３内の被処理液２に対して、モニタ装置３０が設置されている。このモニタ装置３０は、被処理液２に含まれる原料粒子５の物質の微粒子化状況をモニタするモニタ手段である。物質の微粒子化状況のモニタは、例えば、被処理液２に対してモニタ用の光を照射し、その透過率を測定するなどの方法を用いて行うことができる。具体的な構成例としては、処理チャンバ３を挟んで設置された光源及び光検出器を用い、処理チャンバ３内の被処理液２における光散乱や吸光度などを測定して溶媒４中での物質の微粒子化状況をモニタする構成がある。なお、図１においては、この微粒子化状況モニタ装置３０を模式的に図示している。

レーザ光照射装置１０、及び微粒子化状況モニタ装置３０は、コンピュータなどからなる制御装置２０に接続されている。この制御装置２０は、上記した製造装置１Ａの各部の動作を制御することにより、物質の微粒子の製造を制御する。

制御装置２０は、波長選択部２１と、強度選択部２２と、レーザ光制御部２５とを備えている。レーザ光制御部２５は、レーザ光照射装置１０による被処理液２へのレーザ光の照射を制御する制御手段である。具体的には、レーザ光制御部２５は、上記したレーザ光照射装置１０の構成に対応して、物質の粗破砕を行う際の被処理液２への長波長λ_Ｙのレーザ光の照射、及び物質の本破砕を行う際の短波長λ_Ｘのレーザ光の照射を制御することによって、光照射による物質の原料粒子５の微粒子化を制御する。

波長選択部２１は、被処理液２に含まれる原料粒子５の物質に対して設定された微粒子化の目標サイズ（例えば目標の粒子径）に基づいて、被処理液２に照射するレーザ光の波長を選択する。本製造装置１Ａにおいては、波長選択部２１は、レーザ光照射装置１０において選択可能なレーザ光の波長λ_１〜λ_４を参照し、これらの４波長から物質の本破砕に用いるレーザ光の波長λ_Ｘを選択する。また、この波長λ_Ｘを参照し、物質の粗破砕に用いるレーザ光のλ_Ｘよりも長い波長λ_Ｙを選択する。

強度選択部２２は、微粒子化の目標サイズに基づいて、被処理液２に照射するレーザ光の強度を選択する。本製造装置１Ａにおいては、強度選択部２２は、物質の本破砕に用いる波長λ_Ｘのレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択する。また、物質の粗破砕に用いる波長λ_Ｙのレーザ光の強度Ｐ_Ｙを選択する。

レーザ光制御部２５は、波長選択部２１で選択された波長λ_Ｘ、λ_Ｙ、及び強度選択部２２で選択された強度Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙを参照する。そして、物質の粗破砕及び本破砕のそれぞれを行う際に、レーザ光照射装置１０から被処理液２へと照射されるレーザ光の波長λ、強度Ｐなどの照射条件を制御する。

また、本実施形態においては、これらの波長選択部２１、強度選択部２２に対して、データベース２３が設けられている。このデータベース２３は、被処理液２に照射するレーザ光の波長λ、及び強度Ｐと、得られる物質の微粒子のサイズとの相関についてのデータを含む相関データベースである。波長選択部２１、強度選択部２２は、この相関データベース２３から読み出したレーザ光の波長λ、強度Ｐと微粒子のサイズとの相関データを参照して、粗破砕に用いるレーザ光の波長λ_Ｙ、強度Ｐ_Ｙ、及び本破砕に用いるレーザ光の波長λ_Ｘ、強度Ｐ_Ｘをそれぞれ選択する。

また、制御装置２０に対して、入力装置２６と、表示装置２７とが接続されている。入力装置２６は、例えば、操作者による微粒子化対象とする物質の指定、物質に対する微粒子化の目標サイズの入力、微粒子化処理の開始、終了の指示などに用いられる。また、表示装置２７は、例えば、操作者に対する物質の微粒子化処理に関する必要な情報の表示などに用いられる。

次に、図１に示した微粒子の製造装置１Ａを用いた本発明による微粒子の製造方法について、図２に示すフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、水などの溶媒４と、微粒子化対象となる物質の原料粒子５とを混合して被処理液２を調製し、処理チャンバ３内に被処理液２を導入する（準備ステップ）。このとき、原料粒子５は、溶解物質または非溶解物質の状態で溶媒４中に含まれた状態となる。また、必要があれば、被処理液２を攪拌して、溶媒４中において原料粒子５を分散させる。続いて、被処理液２に含まれる微粒子化対象の物質に対して微粒子化の目標となる粒子サイズＷ_Ｘを設定し、その目標サイズＷ_Ｘを入力装置２６から入力する（ステップＳ１０１、目標入力ステップ）。目標の粒子サイズＷ_Ｘは、例えば得られる微粒子の粒子径によって指定される。

次に、制御装置２０において、被処理液２に対するレーザ光の照射条件を設定する。まず、波長選択部２１において、相関データベース２３から読み出したレーザ光の波長と得られる微粒子のサイズとの相関データを参照し、入力された目標サイズＷ_Ｘに基づいて、微粒子化処理の第２段階で被処理液２に照射する本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘを選択する。さらに、選択された波長λ_Ｘを参照し、微粒子化処理の第１段階で被処理液２に照射する粗破砕用のレーザ光の波長λ_Ｙ（λ_Ｙ＞λ_Ｘ）を選択する。

また、強度選択部２２において、相関データベース２３から読み出したレーザ光の強度と得られる微粒子のサイズとの相関データを参照し、入力された目標サイズＷ_Ｘ、及び波長選択部２１で選択された波長λ_Ｘに基づいて、本破砕用のレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択する。さらに、選択された波長λ_Ｘ、強度Ｐ_Ｘ、及び波長λ_Ｙを参照し、粗破砕用のレーザ光の強度Ｐ_Ｙを選択する。以上により、粗破砕及び本破砕のそれぞれでの被処理液２に対するレーザ光の照射条件が決定される（ステップＳ１０２、波長選択ステップ、強度選択ステップ）。

次に、被処理液２に対し、物質の粗破砕を行うための波長λ_Ｙ、強度Ｐ_Ｙでの第１段階（初期段階）のレーザ光照射を行う。まず、レーザ光照射装置１０において、レーザ光源１１〜１４のうちで、粗破砕用に選択された波長λ_Ｙに対応するレーザ光源からのレーザ光を被処理液２へと照射可能なように、照射光学系での光路を切換えて設定する（Ｓ１０３）。この光路の設定は、レーザ光制御部２５により自動で、または操作者により手動で行うことができる。また、照射光学系における光路の切換えは、例えば、可動ミラーによる光路の変更や、シャッターによる不要な光路の遮断などによって行うことができる。

粗破砕用のレーザ光照射の光路の設定が終了したら、レーザ光制御部２５は、レーザ光照射装置１０を駆動制御し、波長選択部２１、強度選択部２２で選択された波長λ_Ｙ、強度Ｐ_Ｙを有するレーザ光を、対応するレーザ光源から照射光学系を介して被処理液２へと照射する。この第１段階のレーザ光照射により、処理チャンバ３内の被処理液２において溶媒４中にある原料粒子５が、ある程度のサイズまで粗破砕される（Ｓ１０４、粗破砕ステップ）。

また、この粗破砕用のレーザ光照射を行いつつ、微粒子化状況モニタ装置３０により、被処理液２での物質の粗破砕処理の進行状況がモニタされる（モニタステップ）。ここでは、例えば、被処理液２の溶媒４中での物質の粒子径分布がモニタされる。そして、そのモニタ結果に基づいて、微粒子化の第１段階である粗破砕処理が完了しているかどうかを判断する（Ｓ１０５）。被処理液２での物質の微粒子化状況が粗破砕の完了条件を満たしていなければ、さらに粗破砕処理を続行する。一方、その微粒子化状況が完了条件を満たしていれば、被処理液２への粗破砕用のレーザ光照射を停止する。

続いて、被処理液２に対し、物質の本破砕を行うための波長λ_Ｘ、強度Ｐ_Ｘでの第２段階（最終段階）のレーザ光照射を行う。まず、レーザ光照射装置１０において、レーザ光源１１〜１４のうちで、本破砕用に選択された波長λ_Ｘに対応するレーザ光源からのレーザ光を被処理液２へと照射可能なように、照射光学系での光路を切換えて設定する（Ｓ１０６）。

本破砕用のレーザ光照射の光路の設定が終了したら、レーザ光制御部２５は、レーザ光照射装置１０を駆動制御し、波長選択部２１、強度選択部２２で選択された波長λ_Ｘ、強度Ｐ_Ｘを有するレーザ光を、対応するレーザ光源から照射光学系を介して被処理液２へと照射する。この第２段階のレーザ光照射により、処理チャンバ３内の被処理液２において溶媒４中にある原料粒子５が所望のサイズまで本破砕され、その物質の微粒子が生成される（Ｓ１０７、本破砕ステップ）。このとき、上記したレーザ光の波長λ_Ｘ、強度Ｐ_Ｘの選択により、本破砕によって生成される最終的な物質の微粒子のサイズが目標の粒子サイズＷ_Ｘとなるように、製造装置１Ａでの微粒子化の処理条件が制御される。

また、この本破砕用のレーザ光照射を行いつつ、微粒子化状況モニタ装置３０により、被処理液２での物質の本破砕処理の進行状況がモニタされる（モニタステップ）。ここでは、例えば、被処理液２の溶媒４中での物質の粒子径分布がモニタされる。そして、そのモニタ結果に基づいて、微粒子化の第２段階である本破砕処理が完了しているかどうかを判断する（Ｓ１０８）。被処理液２での物質の微粒子化状況が本破砕の完了条件を満たしていなければ、さらに本破砕処理を続行する。一方、その微粒子化状況が完了条件を満たしていれば、被処理液２への本破砕用のレーザ光照射を停止し、粗破砕処理及び本破砕処理を含む物質の微粒子化処理を終了する。

本実施形態による微粒子の製造方法及び製造装置の効果について説明する。

図１及び図２に示した微粒子の製造方法及び装置によれば、微粒子化対象の原料粒子５の物質に対するレーザ光の照射条件について、微粒子化の初期段階において長波長λ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、短波長λ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行うこととしている。ここで、レーザ光照射によって得られる物質の微粒子の粒子径は、物質に照射するレーザ光の波長λと相関を有し、後述するように、波長λが短いほど生成微粒子のサイズが小さくなる。したがって、上記のようにレーザ光の波長を変えて、２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行うことにより、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。また、上記した製造方法及び製造装置を用いれば、効率良く製造された所望のサイズを有する物質の微粒子を得ることができる。

また、本実施形態においては、物質に対して微粒子化の目標サイズＷ_Ｘを設定するとともに、設定された目標サイズＷ_Ｘに応じて波長選択部２１で選択された波長λ_Ｘのレーザ光を照射して、物質の本破砕を行っている。このように、本破砕でのレーザ光の波長λ_Ｘを選択することにより、２段階のレーザ光照射で最終的に得られる物質の微粒子のサイズを確実に制御することが可能となる。また、得られる微粒子のサイズを制御しつつ物質の微粒子化を行うことにより、微粒子化処理の効率をさらに向上することができる。

また、波長選択部２１による波長λ_Ｘの選択に加えて、目標サイズＷ_Ｘに応じて強度選択部２２でレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択して、物質の本破砕を行っている。ここで、レーザ光照射によって得られる物質の微粒子の粒子径は、物質に照射するレーザ光の強度Ｐとも相関を有する。したがって、上記のように本破砕でのレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択することにより、２段階のレーザ光照射で最終的に得られる物質の微粒子のサイズを確実に制御することが可能となる。また、得られる微粒子のサイズを制御しつつ物質の微粒子化を行うことにより、微粒子化処理の効率をさらに向上することができる。

図３は、レーザ光の波長λ及び照射光強度Ｐと、光照射によって得られる粒子サイズＷとの相関の一例を模式的に示すグラフである。このグラフの相関データでは、レーザ光の波長λについては、粒子サイズがＷ_０〜Ｗ_１の範囲では波長λ_１、Ｗ_１〜Ｗ_２の範囲では波長λ_２、Ｗ_２〜Ｗ_３の範囲では波長λ_３、Ｗ_３〜Ｗ_４の範囲では波長λ_４を選択することにより、所望のサイズＷの物質の微粒子を生成可能となっている。

また、波長λ_ｉ（ｉ＝１〜４）を一定とした場合のサイズ範囲Ｗ_ｉ−１〜Ｗ_ｉ内では、波長λ_１〜λ_４にそれぞれ対応するグラフに示すように、レーザ光の強度を変えることによって得られる微粒子のサイズを設定可能であることがわかる。このように、物質の原料粒子５を含む被処理液２に対して照射する本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘ、及び強度Ｐ_Ｘを適切に選択することにより、生成される物質の微粒子のサイズＷを所望のサイズに制御することが可能である。例えば、図３中に示すサイズＷ_Ｘが目標サイズの場合、グラフに示した相関データを参照して、微粒子化の最終段階である本破砕処理におけるレーザ光の照射条件が波長λ_Ｘ＝λ_２、強度Ｐ_Ｘに選択される。

また、この場合、微粒子化の初期段階である粗破砕処理におけるレーザ光の照射条件については、レーザ光の波長λ_Ｙとしてはλ_Ｘ＝λ_２よりも長い波長λ_３、λ_４のいずれかが選択される。この粗破砕用のレーザ光の波長λ_Ｙ、強度Ｐ_Ｙの選択については、本破砕用のレーザ光の照射条件を参照して適切に選択することが好ましい。あるいは、最終的な物質の微粒子の目標サイズＷ_Ｘに加えて、粗破砕処理が行われた段階での中間的な物質の粒子の目標サイズＷ_Ｙを設定し、その目標サイズＷ_Ｙに応じて波長λ_Ｙ、強度Ｐ_Ｙの選択を行っても良い。

微粒子化処理におけるレーザ光の照射条件については、一般には、物質に照射するレーザ光の波長λ、及び強度Ｐに対する得られる微粒子のサイズＷの依存性では、図３の例に示したように、レーザ光の波長λでは制御可能なサイズ範囲が広く、強度Ｐでは制御可能なサイズ範囲は比較的狭い。この場合、本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘによって得られる微粒子のサイズＷを粗調整するとともに、レーザ光の強度Ｐ_Ｘによって微粒子のサイズＷを微調整する構成とすることが好ましい。これにより、最終的に得られる微粒子のサイズを精度良く制御することが可能となる。

また、レーザ光の照射条件による微粒子のサイズの制御については、レーザ光の波長、または強度の一方を用いて、生成される物質の微粒子のサイズを制御する構成としても良い。

また、上記した実施形態では、レーザ光の波長を変えて２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行っている。これに対して、微粒子化処理に必要な具体的な条件等に応じて、レーザ光の波長ではなく強度を変えて２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行う方法を用いることも可能である。

この場合の微粒子の製造方法について概略的に説明する。まず、調製した被処理液２を処理チャンバ３内に導入する（準備ステップ）。続いて、被処理液２に含まれる微粒子化対象の物質に対して目標サイズＷ_Ｘを設定し、その目標サイズＷ_Ｘを入力装置２６から入力する（目標入力ステップ）。

次に、制御装置２０において、被処理液２に対して照射する所定波長のレーザ光の照射条件を設定する。まず、強度選択部２２において、相関データベース２３から読み出したレーザ光の強度と得られる微粒子のサイズとの相関データを参照し、入力された目標サイズＷ_Ｘに基づいて、微粒子化処理の第２段階で被処理液２に照射する本破砕用のレーザ光の強度Ｐ_Ｘを選択する。さらに、選択された強度Ｐ_Ｘを参照し、微粒子化処理の第１段階で被処理液２に照射する粗破砕用のレーザ光の強度Ｐ_Ｙを選択する。これらの強度Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙは、本破砕での強度Ｐ_ＸがＰ_Ｙよりも高い強度となる（Ｐ_Ｙ＜Ｐ_Ｘ）ように選択される（強度選択ステップ）。

次に、被処理液２に対し、物質の粗破砕を行うための強度Ｐ_Ｙでの第１段階のレーザ光照射を行う。レーザ光制御部２５は、レーザ光照射装置１０を駆動制御し、強度選択部２２で選択された強度Ｐ_Ｙを有する所定波長のレーザ光を被処理液２へと照射する。この第１段階のレーザ光照射により、処理チャンバ３内の被処理液２において溶媒４中にある原料粒子５が、ある程度のサイズまで粗破砕される（粗破砕ステップ）。

続いて、被処理液２に対し、物質の本破砕を行うための強度Ｐ_Ｘでの第２段階のレーザ光照射を行う。レーザ光制御部２５は、レーザ光照射装置１０を駆動制御し、強度選択部２２で選択された強度Ｐ_Ｘを有する所定波長のレーザ光を被処理液２へと照射する。この第２段階のレーザ光照射により、処理チャンバ３内の被処理液２において溶媒４中にある原料粒子５が所望のサイズまで本破砕され、その物質の微粒子が生成される（本破砕ステップ）。

上記した製造方法では、微粒子化対象の原料粒子５の物質に対するレーザ光の照射条件について、微粒子化の初期段階において低強度Ｐ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、続いて、高強度Ｐ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行うこととしている。ここで、レーザ光照射によって得られる物質の微粒子の粒子径は、上述したように、物質に照射するレーザ光の強度Ｐと相関を有し、強度Ｐが高いほど生成微粒子のサイズが小さくなる。したがって、上記のようにレーザ光の強度を変えて、２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行うことにより、レーザ光の波長を変えた場合と同様に、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。

このように、レーザ光の強度Ｐを変えて２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行う場合、レーザ光の波長λを変える必要がなければ、図１に示した製造装置１Ａの構成において、レーザ光照射装置１０を、単一波長のレーザ光を供給する構成としても良い。あるいは、レーザ光の強度Ｐ及び波長λを組み合わせて制御する場合には、図１に示したように複数波長のレーザ光を供給可能な構成のレーザ光照射装置１０を用いても良い。このようなレーザ光照射装置の構成、及び２段階のレーザ光照射での強度Ｐ及び波長λの選択については、微粒子化処理の具体的な条件等に応じて適宜設定すれば良い。

図４は、本発明による微粒子の製造装置の他の実施形態を概略的に示す構成図である。本微粒子の製造装置１Ｂにおいて、溶媒４中に物質の原料粒子５が混合された被処理液２を収容するための処理チャンバ３、微粒子化状況モニタ装置３０、入力装置２６、及び表示装置２７の構成については、図１に示した構成と同様である。

レーザ光照射装置１０は、被処理液２に対してレーザ光を照射する照射手段である。本実施形態においては、このレーザ光照射装置１０は、所定の波長範囲内でレーザ光の波長λを制御可能な波長可変レーザ光源１５を有して構成されている。

波長可変レーザ光源１５、及び微粒子化状況モニタ装置３０は、製造装置１Ｂの各部の動作を制御する制御装置２０に接続されている。制御装置２０は、波長選択部２１と、レーザ光制御部２５とを備えている。波長選択部２１は、被処理液２に含まれる原料粒子５の物質に対して設定された微粒子化の目標サイズＷ_Ｘに基づいて、被処理液２に照射するレーザ光の波長を選択する。本製造装置１Ｂにおいては、波長選択部２１は、波長可変レーザ光源１５において可変な波長範囲を参照し、その波長範囲内から本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘを選択し、さらにλ_Ｘよりも長い粗破砕用のレーザ光の波長λ_Ｙを選択する。

この波長選択部２１に対して、データベース２４が設けられている。このデータベース２４は、被処理液２に照射するレーザ光の波長と、得られる物質の微粒子のサイズとの相関についてのデータを含む相関データベースである。波長選択部２１は、この相関データベース２４から読み出したレーザ光の波長と微粒子のサイズとの相関データを参照して、レーザ光の波長を選択する。また、レーザ光制御部２５は、波長選択部２１で選択された波長λ_Ｘ、λ_Ｙを参照する。そして、物質の粗破砕及び本破砕のそれぞれを行う際に、波長可変レーザ光源１５から被処理液２へと照射されるレーザ光の波長λ、強度Ｐなどの照射条件を制御する。

本実施形態においては、レーザ光の強度については微粒子化の目標サイズによる選択を行わず、目標サイズに応じて波長選択部２１で選択された波長のレーザ光を照射して、物質の粗破砕及び本破砕を行っている。このような構成によっても、生成される物質の微粒子のサイズを確実に制御することが可能となる。また、得られる微粒子のサイズを制御しつつ物質の微粒子化を行うことにより、微粒子化処理の効率をさらに向上することができる。

また、本製造装置１Ｂでは、レーザ光照射装置１０において、図１に示した複数の波長固定レーザ光源１１〜１４に代えて、波長可変レーザ光源１５を用いている。一般には、微粒子化対象の物質に２段階でレーザ光を照射するレーザ光照射手段は、レーザ光の波長を制御可能な構成、あるいは、レーザ光の波長、及び強度を制御可能な構成を用いることが好ましい。

また、レーザ光の波長の制御については、図１に示した複数の波長固定レーザ光源１１〜１４のように波長を離散的に制御可能な構成を用いても良く、あるいは、図４に示した波長可変レーザ光源１５のように波長を連続的に制御可能な構成を用いても良い。複数のレーザ光源からなるレーザ群を用いた場合、波長可変レーザ光源よりも安価にレーザ光照射手段を実現できるという利点がある。

被処理液２へのレーザ光の照射条件の具体的な制御方法については、レーザ光照射装置１０の具体的な構成、微粒子のサイズについて必要とされる精度などに応じて適宜に設定して良い。例えば、図１に示した構成において、強度選択部２２を設けずに波長のみを制御する構成としても良い。また、図１に示した構成において、波長選択部２１を設けずに強度のみを制御する構成としても良い。あるいは、図４に示した構成において、波長選択部２１に加えてさらに強度選択部を設け、微粒子のサイズを精度良く制御しても良い。なお、レーザ光照射手段から供給可能なレーザ光の波長については、物質の吸光特性などに基づいて、適切な波長または波長範囲を設定することが好ましい。また、必要に応じて、レーザ光照射装置１０に対して減衰フィルタや光減衰器などの光強度調整手段を設けても良い。

また、図１及び図４に示した構成では、レーザ光の波長、及び強度の選択を、相関データベース２３、２４を参照して行っている。これにより、微粒子化対象の物質に対して、目標の粒子サイズに応じたレーザ光の波長、強度の選択を容易に行って、生成される物質の微粒子のサイズを確実に制御することができる。

相関データベースに含まれる相関データとしては、例えば、図３に示したようなレーザ光の波長、強度と、得られる物質の微粒子のサイズとの相関データがある。また、レーザ光の波長のみを制御する場合には、レーザ光の波長と、得られる物質の微粒子のサイズとの相関データを用いても良い。あるいは、レーザ光の強度のみを制御する場合には、レーザ光の強度と、得られる物質の微粒子のサイズとの相関データを用いても良い。また、具体的なレーザ光の波長、及び強度の選択方法としては、相関データベースを参照する方法以外にも、例えば相関を表す演算式を用いる方法など、他の方法を用いても良い。

なお、粗破砕及び本破砕におけるレーザ光の照射条件があらかじめ設定されている場合には、目標サイズによるレーザ光の照射条件の選択を行わない構成としても良い。この場合、図１に示した構成において、波長選択部２１、強度選択部２２、及び相関データベース２３は不要となる。また、レーザ光照射装置１０の構成については、物質の粗破砕を行う波長λ_Ｙのレーザ光を供給可能な波長固定レーザ光源、及び物質の本破砕を行うλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を供給可能な波長固定レーザ光源の２つのレーザ光源を有する構成を用いることができる。

また、上記構成では、被処理液２に対して微粒子化状況モニタ装置３０を設け、物質の微粒子化状況をモニタするとともに、そのモニタ結果を参照してレーザ光の照射を制御している。このように、微粒子化状況をモニタして微粒子化処理のフィードバック制御を行うことにより、上記した２段階のレーザ光照射による物質の微粒子化を好適に制御することができる。この場合、さらに、モニタ装置３０によるモニタ結果を参照して、レーザ光の波長、強度を調整する構成としても良い。あるいは、このような微粒子化状況モニタ装置３０については、不要であれば設置しない構成としても良い。

ここで、レーザ光照射装置１０から被処理液２へと照射される粗破砕用、本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘ、λ_Ｙは、微粒子化する物質の電子遷移に起因する吸光帯よりも長い波長、あるいは吸光帯であることが好ましい。また、光劣化（光化学反応）を避ける必要のある物質の場合、赤外域の波長であることが好ましく、さらに、９００ｎｍ以上の波長であることが好ましい。これにより、レーザ光照射による物質の微粒子化を、品質劣化を低減して好適に実現することができる。また、レーザ光照射装置１０でのレーザ光源としては、パルスレーザ光源を用いることが好ましい。特に、被処理液２での余分な光化学反応や熱分解の発生を抑制しつつ、充分な効率で微粒子化を行うため、光照射による微粒子化現象を引き起こす光強度の閾値を超えているのであれば、１パルス当たりの照射エネルギーが低く、高い繰返し周波数を有するパルスレーザ光源を用いることが好ましい。

また、レーザ光照射による微粒子化対象となる原料粒子５の物質を有機化合物としても良い。有機化合物としては、例えば、有機顔料、芳香族縮合多環化合物、薬物（薬剤、医薬品関連物質）などが挙げられる。薬物の場合、上記した粗破砕処理、及び本破砕処理を行うことにより、所望のサイズへの微粒子化を効率良く行うことができ、レーザ光照射による薬物での光化学反応の防止に寄与する。このため、薬物の薬効を失うことなくその微粒子を製造することができる。また、光化学反応については、レーザ光の波長を好適に選択（例えば上記した９００ｎｍ以上の波長に選択）することにより、光化学反応の発生をさらに抑制することが可能である。

詳述すると、薬物として用いられる有機化合物では、分子構造の中に比較的弱い化学結合を含むことが多いが、このような有機化合物に紫外光などの光を照射すると、微粒子を部分的に生成することはできるものの、同時に、一部で電子励起状態を経由して有機化合物の光化学反応が生じて不純物が生成されてしまう場合がある。特に、有機化合物が体内に投与される薬物（医薬品）の場合、そのような不純物は副作用の原因となり、生体に悪影響を与えるおそれもあるため、このような事態は極力避けなければならない。これに対して、物質の微粒子を所望のサイズで効率良く製造することが可能な、上記した好適に選択された波長、強度のレーザ光を用いた製造方法で有機化合物の微粒子を製造することにより、光化学反応の発生を抑制して、不純物の生成を充分に抑制することが可能となる。

また、上記のように、薬効を失うことなく保持しつつ薬物の微粒子化を実現することにより、微粒子化前の形態では評価できなかった物理化学的研究、スクリーニングなどの候補化合物の探索、決定や、ＡＤＭＥ試験、動物での前臨床試験における一般毒性、一般薬理、薬効薬理、生化学的研究、及び臨床試験などができるようになる。また、上記した製造方法により、極めて多種類の生体に投与可能な薬物を得ることができる。このため、薬物の選択の幅を飛躍的に拡大することができる。また、薬物の微粒子化により薬物の表面積が増大し、生体組織への吸収性が向上するため、少量で有効な薬物微粒子を得ることができる。このような微粒子化処理は、薬物以外の有機化合物に対しても有効である。

微粒子化の対象となる有機化合物の具体例としては、例えば、薬物である酪酸クロベタゾンやカルバマゼピン等の難溶性薬物がある。また、上記した微粒子の製造方法及び製造装置は、上記医薬品物質以外にも、医薬品候補物質（天然物、化合物ライブラリー中の物質等）、あるいは医薬部外品、化粧品等にも適用可能である。

また、薬物などの有機化合物の溶媒としては、上記したように水を用いることが好ましく、若干のアルコール類、糖類、塩類が入っていても良い。あるいは、水以外の溶媒を用いても良い。そのような溶媒としては、１価アルコールであるエチルアルコール、２価アルコールであるグリコール類（プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等）、３価アルコールであるグリセロールなどがある。また、植物油であるダイズ油、トウモロコシ油、ゴマ油、ラッカセイ油なども溶媒として用いることができる。これらの溶媒は、注射剤として使用する場合に、非水性注射剤の有機溶媒として好適に用いることができる。

また、図１に示した製造装置１Ａ、図４に示した製造装置１Ｂにおいて、物質に対する粗破砕処理時、及び本破砕処理時のそれぞれでの被処理液２に対するレーザ光照射の停止については、あらかじめ微粒子化処理に必要な処理時間を求めておき、その処理時間に基づいてレーザ光照射を制御することが可能である。あるいは、被処理液２に対して微粒子化状況モニタ装置３０が設置されている場合には、上記したように、モニタ装置３０によるモニタ結果に応じてレーザ光照射を制御することとしても良い。

次に、レーザ光の照射条件を変えた微粒子化処理の測定例、及び２段階のレーザ光照射を用いた微粒子化処理の実施例により、本発明の内容をより具体的に説明する。ただし、本発明は、以下に示す測定例、実施例に限定されるものではない。

まず、レーザ光の波長を変えた場合について生成微粒子のサイズの変化を調べた。ここでは、微粒子化対象の原料粒子５の物質として、バナジルフタロシアニン（ＶＯＰｃ）の微粒子化を試みた。ＶＯＰｃは、水に対して不溶性の顔料である。まず、原料粒子であるＶＯＰｃの粉体を濃度０．５ｍｇ／ｍｌで溶媒である水中に懸濁したサンプルを微粒子化処理の被処理液として準備した。そして、１０ｍｍ×１０ｍｍ×４０ｍｍの石英角セルを処理チャンバとして被処理液を３ｍｌずつ分注し、λ＝１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの３波長のレーザ光のそれぞれによって、レーザ光照射によるＶＯＰｃの微粒子化を行った。ＶＯＰｃの原料粉体の粒子径分布は、１０μｍ〜７０μｍである。

レーザ光の波長以外の照射条件については、レーザ光のスポット直径φ１ｍｍ、パルスレーザ光の１パルス当たりの照射光強度１５０ｍＪ／ｃｍ^２、繰返し周波数２０Ｈｚ、パルス幅ＦＷＨＭ７ｎｓで同一条件とした。そして、レーザ光を４時間照射後、得られた微粒子のサイズを粒度分布測定装置（島津製作所ＳＡＬＤ７０００）によって調べた。

ここで、レーザ光照射による物質の微粒子化は、時間とともに進行していくが、上記した４時間の照射時間は、３ｍｌの被処理液に含まれる物質の原料粒子を限界まで微粒子化するために充分に長い時間である。したがって、上記測定で得られる微粒子の粒子径分布は、レーザ光の各照射条件に対して得られる最終的な粒子径分布を示している。また、原料粒子を懸濁させた被処理液には、生成微粒子の凝集を防止する目的で、界面活性剤（和光純薬製：Igapal CA-630）を濃度２．９×１０^−３ｍｏｌ／リットルで添加している。

図５は、上記各照射条件でレーザ光照射を行ったＶＯＰｃ微粒子の粒子径分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はＶＯＰｃの粒子径（μｍ）を示し、縦軸は体積換算の相対粒子量（％）を示している。また、グラフＡ〜Ｃは、それぞれ、波長（Ａ）１０６４ｎｍ、（Ｂ）５３２ｎｍ、（Ｃ）３５５ｎｍのレーザ光を用いた微粒子化処理に対応している。

図５のグラフにおいて、グラフＡをみると、波長１０６４ｎｍのレーザ光を用いた微粒子化処理では、生成微粒子の粒子径は約１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲となっている。また、グラフＢをみると、波長５３２ｎｍのレーザ光を用いた微粒子化処理では、生成微粒子の粒子径は約７０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲となっている。また、グラフＣをみると、波長３５５ｎｍのレーザ光を用いた微粒子化処理では、生成微粒子の粒子径は約３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲となっている。

図６は、レーザ光の波長と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はレーザ光の波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸はＶＯＰｃの生成微粒子の図５に示した粒子径分布での中心サイズＷ（中心粒子径、ｎｍ）を示している。これらの図５に示したグラフＡ〜Ｃ、及び図６に示した相関のグラフより、被処理液に照射するレーザ光の波長λと、微粒子化によって生成される微粒子のサイズＷとは、図１に示した製造装置１Ａに関して上述したように、波長λが短いほど生成微粒子のサイズＷが小さくなる相関を有することがわかる。

このようなレーザ光の波長λと、生成微粒子のサイズＷとの相関により、長波長λ_Ｙのレーザ光を照射して物質の粗破砕を行い、さらに、短波長λ_Ｘのレーザ光を照射して本破砕を行う２段階のレーザ光照射で物質の微粒子化を行うことで、物質を段階的に微粒子化して、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能となる。

例えば、レーザ光照射による物質の微粒子化では、物質の原料粒子５に対してレーザ光を照射する際に、サイズが大きい原料粒子５によるレーザ光の光散乱損失が発生する。このため、特に微粒子化の初期段階において、微粒子化の効率が充分に得られないという問題がある。これに対して、上記した方法では、粗破砕処理によって物質の原料粒子をある程度のサイズまで小さくした後に、レーザ光の波長を変えて本破砕処理を行っている。これにより、本破砕用のレーザ光の光散乱損失を抑制して、微粒子化処理の初期段階、最終段階を通して充分な効率で物質の微粒子化を行うことが可能となる。

このような２段階での微粒子化処理の具体例としては、レーザ光照射装置１０として、光学結晶の選択によって１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの３波長のレーザ光を供給可能なＹＡＧレーザを用い、物質の微粒子化の目標サイズをＷ_Ｘ＝１０５ｎｍとした場合、図６のグラフより、本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘは５３２ｎｍとなる。また、λ_Ｘよりも長い粗破砕用のレーザ光の波長λ_ＹはＹＡＧレーザの基本波長である１０６４ｎｍとなる。一方、目標サイズをＷ_Ｘ＝５０ｎｍとした場合、図６のグラフより、本破砕用のレーザ光の波長λ_Ｘは３５５ｎｍとなる。また、λ_Ｘよりも長い粗破砕用のレーザ光の波長λ_Ｙは、１０６４ｎｍ、及び５３２ｎｍの２波長がその候補となる。ただし、ＹＡＧレーザの基本波長である１０６４ｎｍとすることがフォトンの経済性の点から好ましい。

次に、上記と同様のＶＯＰｃのサンプルを用いるとともに、レーザ光の強度を変えた場合について生成微粒子のサイズの変化を調べた。まず、原料粒子であるＶＯＰｃの粉体を水中に懸濁したサンプルを微粒子化処理の被処理液として準備した。そして、石英角セルを処理チャンバとして被処理液を３ｍｌ分注し、レーザ光の波長をλ＝３５５ｎｍに固定して、生成微粒子のサイズを調べた。レーザ光の波長以外の照射条件については、レーザ光のスポット直径φ１ｍｍ、繰返し周波数２０Ｈｚ、パルス幅ＦＷＨＭ７ｎｓで同一条件とした。そして、レーザ光を４時間照射後、得られた微粒子の平均サイズを粒度分布測定装置（島津製作所ＳＡＬＤ７０００）によって調べた。ＶＯＰｃの濃度、添加剤等については、上記と同様である。

図７は、レーザ光の強度と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はレーザ光の強度Ｐ（ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅ）を示し、縦軸はＶＯＰｃの生成微粒子の平均サイズＷ（平均粒子径、ｎｍ）を示している。この相関のグラフより、被処理液に照射するレーザ光の強度Ｐと、微粒子化によって生成される微粒子のサイズＷとは、相関を有することがわかる。また、ここでは、レーザ光の強度Ｐが大きいほど平均サイズＷが小さくなる傾向がみられるが、そのサイズの調整幅はレーザ光の波長λを変えた場合と比べると小さいことがわかる。このような場合には、上記したように、レーザ光の波長を微粒子のサイズの粗調整に用い、その強度をサイズの微調整に用いることができる。また、レーザ光の強度のみによって微粒子のサイズを調整しても良い。

次に、上記と同様にＶＯＰｃをサンプルとし、微粒子化の目標サイズＷ_Ｘを粒子径６０ｎｍとして、粗破砕及び本破砕の２段階のレーザ光照射によるＶＯＰｃの微粒子化処理を試みた。図７に示したレーザ光の強度と、生成微粒子のサイズとの相関により、波長３５５ｎｍのレーザ光を用いた場合、強度Ｐ＝８０ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅの照射条件で、目標サイズＷ_Ｘ＝６０ｎｍでの微粒子化処理が実施できることがわかっている。

ここでは、レーザ光照射装置１０として、光学結晶の選択によって１０６４ｎｍ（基本波）、５３２ｎｍ（第２高調波）、３５５ｎｍ（第３高調波）の３波長のレーザ光を供給可能なＹＡＧレーザを用いた。また、レーザ光照射による物質の微粒子化処理のうち、その第１段階である粗破砕処理に波長λ_Ｙ＝１０６４ｎｍのレーザ光、第２段階である本破砕処理に波長λ_Ｘ＝３５５ｎｍのレーザ光を用いた。

ＹＡＧレーザでの２波長１０６４ｎｍ、３５５ｎｍの切換えは、非線形光学結晶の有無のみで行っており、２波長におけるレーザの消費電力は同じである。目標サイズ６０ｎｍで本破砕を行うための照射条件は、上記したように、波長３５５ｎｍで強度８０ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅである。このＹＡＧレーザの動作条件において、非線形光学結晶を外して波長１０６４ｎｍでのレーザ光の強度を測定したところ、強度は６３１ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅであった。すなわち、本実施例では、粗破砕処理は波長λ_Ｙ＝１０６４ｎｍ、強度Ｐ_Ｙ＝６３１ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅのレーザ光を用い、本破砕処理は波長λ_Ｘ＝３５５ｎｍ、強度Ｐ_Ｘ＝８０ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅのレーザ光を用いて行われた。

レーザ光の波長、強度、照射時間以外の照射条件については、レーザ光のスポット直径φ１ｍｍ、繰返し周波数２０Ｈｚ、パルス幅ＦＷＨＭ７ｎｓとした。そして、レーザ光を所定の照射条件で照射した後、得られた微粒子の平均サイズを粒度分布測定装置（島津製作所ＳＡＬＤ７０００）によって調べた。また、ＶＯＰｃの濃度、添加剤等については、上記と同様である。

図８は、ＶＯＰｃ微粒子の粒子径分布を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はＶＯＰｃの粒子径（μｍ）を示し、縦軸は体積換算の相対粒子量（％）を示している。また、グラフＤ１〜Ｄ６は、それぞれ（１）ＶＯＰｃの原料粒子自体、（２）波長１０６４ｎｍ、照射時間３０分で粗破砕処理を実施、（３）粗破砕処理後に波長３５５ｎｍ、照射時間３０分で本破砕処理を実施、（４）粗破砕処理後に波長３５５ｎｍ、照射時間６０分で本破砕処理を実施、（５）粗破砕処理を行わずに波長３５５ｎｍ、照射時間９０分で微粒子化処理を実施、（６）粗破砕処理を行わずに波長３５５ｎｍ、照射時間１８０分で微粒子化処理を実施、の異なる条件での処理に対応している。

本実施例では、微粒子化対象となるＶＯＰｃの原料粒子は、グラフＤ１に示すように１０μｍ〜５０μｍの粒子径であることがわかる。この原料粒子を含むサンプルの被処理液に対し、照射時間３０分で波長１０６４ｎｍでの粗破砕処理を行うと、グラフＤ２に示すようにＶＯＰｃの粒子は平均サイズ２００ｎｍ程度となる。ただし、この状態では、まだ目標サイズである６０ｎｍまでの微粒子化は達成されていない。

次に、上記した条件で粗破砕処理を行った後の被処理液に対し、照射時間３０分で波長３５５ｎｍでの本破砕処理を行うと、グラフＤ３に示すようにＶＯＰｃは平均サイズ７０ｎｍまで微粒子化された。さらに、照射時間を３０分追加して合計６０分の本破砕処理を行うことにより、グラフＤ４に示すように目標サイズである６０ｎｍまでの微粒子化処理が達成された。すなわち、この方法では、６０ｎｍの目標サイズでの微粒子化処理を完了するまでのＹＡＧレーザの稼動時間は、粗破砕及び本破砕を合わせて９０分であった。

これに対して、比較のため、本破砕処理に相当する波長３５５ｎｍのレーザ光での微粒子化処理のみを行った場合、照射時間９０分では、グラフＤ５に示すように多くの大サイズの粒子を残しており、微粒子化処理は完了していない。そして、さらに照射時間を１８０分にまで延ばすと、グラフＤ６に示すように目標サイズである６０ｎｍまでの微粒子化処理がようやく完了した。以上により、長波長λ_Ｙのレーザ光による粗破砕処理と、短波長λ_Ｘのレーザ光による本破砕処理とを組み合わせて微粒子化処理を行うことにより、微粒子化の効率を向上して、短い処理時間で微粒子化を完了可能であることが示された。

本発明による微粒子の製造方法、及び製造装置についてさらに説明する。

上記した微粒子の製造方法及び装置では、物質に対してレーザ光の波長または強度を変えて、粗破砕処理及び本破砕処理の２段階でのレーザ光照射によって微粒子化処理を行っている。このような方法では、粗破砕及び本破砕でのレーザ光照射の条件の設定により、微粒子化条件の様々な制御が可能である。そのような微粒子化条件の制御方法としては、例えば、粗破砕処理による生成微粒子の平均粒子径と、本破砕処理による生成微粒子の平均粒子径との粒子径差（平均粒子径差）の設定により、粗破砕処理及び本破砕処理を含む微粒子化処理において最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御する方法がある。

図９は、レーザ光照射によって得られる微粒子の粒子径分布を示すグラフである。グラフ（ａ）は、生成微粒子の平均粒子径がＤ_Ｙとなる照射条件で粗破砕処理を行って得られる粒子径分布Ｒ_Ｙ、及び平均粒子径がＤ_Ｘとなる照射条件で本破砕処理を行って得られる粒子径分布Ｒ_Ｘを示している。このように、２段階のレーザ光照射のそれぞれでの生成微粒子の粒子径Ｄ_Ｙ、Ｄ_Ｘが離れている場合には、両者の粒子径分布Ｒ_Ｙ、Ｒ_Ｘはほぼ正規分布となる。

一方、グラフ（ｂ）は、生成微粒子の平均粒子径がＤ_Ｙとなる照射条件での粗破砕処理と、平均粒子径がＤ_Ｘとなる照射条件での本破砕処理とに対して、Ｄ_Ｘに比較的近い平均粒子径Ｄ_Ｚが得られる照射条件での粗破砕処理を加えた場合のそれぞれにおける粒子径分布Ｓ_Ｙ、Ｓ_Ｘ、Ｓ_Ｚを示している。

このように、生成微粒子の平均粒子径がＤ_Ｚとなる照射条件での粗破砕処理、及び平均粒子径がＤ_Ｘとなる照射条件での本破砕処理を行った場合、本破砕処理後に得られる微粒子の粒子径分布Ｓ_Ｘは、グラフ（ｂ）に示すように、平均粒子径がＤ_Ｘとなる生成微粒子の粒子径分布と、平均粒子径がＤ_Ｘの微粒子が削られた破片微粒子の粒子径分布とを含む特殊な粒子径分布となる。したがって、このような微粒子の製造方法によれば、最終的に得られる微粒子の粒子径分布にバリエーションをつけて、微粒子化条件を様々に制御することが可能となる。

また、本破砕処理後に得られる破片微粒子の平均粒子径は、図１０のグラフに示すように、粗破砕と本破砕との平均粒子径差（上記した例では粒子径差Ｄ_Ｚ−Ｄ_Ｘ）に対して相関を有する。したがって、粗破砕処理による生成微粒子の平均粒子径と、本破砕処理による生成微粒子の平均粒子径との粒子径差の設定により、破片微粒子を含んで最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することができる。なお、このような粒子径差の設定については、物質に対して２波長λ_Ｘ、λ_Ｙでレーザ光の照射を行う場合には、その波長差によって粒子径差を制御することができる。また、物質に対して２強度Ｐ_Ｘ、Ｐ_Ｙでレーザ光の照射を行う場合には、その強度差によって粒子径差を制御することができる。また、波長差と強度差とを組み合わせて粒子径差を制御することも可能である。

さらに、微粒子化条件の他の制御方法として、上記したように粗破砕処理と本破砕処理との平均粒子径差を小さく設定し、かつ、本破砕処理後に得られる生成微粒子の平均粒子径（微粒子化の目標サイズ）を順次小さくしつつ粗破砕処理及び本破砕処理を組とした微粒子化処理を複数回繰り返して、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御する方法がある。このような方法によれば、粗破砕と本破砕との粒子径差によって生じる破片微粒子により、本破砕処理によって通常得られる生成微粒子の平均粒子径Ｄ_Ｘよりも小さい粒子径を有する微粒子を大量に生成することができる。

図１１は、粗破砕処理及び本破砕処理を複数回繰り返す微粒子の製造方法について示す図である。この図１１では、粗破砕ステップ及び本破砕ステップを組とした微粒子化ステップを、１回目のステップａ、及び２回目のステップｂの２回繰り返す例を示している。

まず、１回目の微粒子化ステップａにおいて、粗破砕で平均粒子径Ｓａ、本破砕で平均粒子径Ｍａの微粒子が生成されるようにレーザ光の照射条件を設定して、微粒子化処理を行う。このとき、平均粒子径Ｍａの微粒子に加えて、平均粒子径差Ｓａ−Ｍａに基づく破片微粒子が生成される。次に、２回目の微粒子化ステップｂにおいて、粗破砕で平均粒子径Ｓｂ、本破砕で平均粒子径Ｍｂの微粒子が生成されるようにレーザ光の照射条件を設定して、微粒子化処理を行う。このとき、さらに、平均粒子径差Ｓｂ−Ｍｂに基づく破片微粒子が生成される。

このように、粗破砕と本破砕との平均粒子径差を小さくした状態で、粗破砕及び本破砕を含む微粒子化処理を繰り返して行うことにより、最終的な微粒子化ステップｂにおいて本破砕処理後に通常得られる平均粒子径Ｍｂよりも小さい粒子径を有する破片微粒子を得ることが可能である。また、この場合に最終的に得られる微粒子の粒子径分布は、各ステップにおける粗破砕と本破砕との平均粒子径差Ｓａ−Ｍａ、Ｓｂ−Ｍｂによって制御することができる。これは、粗破砕及び本破砕を含む微粒子化処理を３回以上繰り返して行う場合も同様である。

また、このような微粒子化条件の制御方法は、レーザ光の照射条件としてレーザ光の波長λを制御する方法のみでなく、レーザ光の強度Ｐを制御することによっても実現可能である。図１２は、レーザ光の強度と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。ここでは、微粒子化対象の物質をＶＯＰｃ、溶媒を水とし、レーザ光源としてレーザ光波長λ＝１０６４ｎｍのＹＡＧパルスレーザを用いている。

このグラフに示すように、単一波長λのレーザ光を用いた場合でも、照射するレーザ光の強度Ｐを制御することにより、ある程度の範囲で生成微粒子のサイズを制御することが可能である。また、レーザ光の照射強度を順次高めつつ、レーザ光照射による微粒子化処理を繰り返すことにより、上記した粗破砕及び本破砕を繰り返す処理と同等の処理を実現して、破片微粒子を含む微粒子を生成することができる。

例えば、図１２のグラフにおいて、レーザ光強度３００ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅの照射条件Ｐａ、レーザ光強度５００ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅの照射条件Ｐｂ、及びレーザ光強度７８０ｍＪ／ｃｍ^２・ｐｕｌｓｅの照射条件Ｐｃを考えると、条件Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの順で、生成微粒子の平均粒子径が５ｎｍずつ小さくなっている。したがって、これらの条件Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃによって工程を分けて微粒子化処理を行うことにより、５ｎｍずつ小さくなる平均粒子径の粒子径差によって破片微粒子を生成させて、通常の１０６４ｎｍのレーザ光照射では得られない大きさの微粒子を製造することが可能となる。

本発明による微粒子の製造方法、及び製造装置は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。特に、上記の製造方法及び装置は、光と物質との相互作用に基づく破砕現象を利用しているため、様々な媒質中での実施が可能である。例えば、微粒子化対象となる物質については、上記実施形態では、溶媒４中に物質の原料粒子５が混合された液相の被処理液２を用いている。これにより、物質の微粒子化処理を好適に実行することができる。あるいは、液体を用いないドライ系の固体状、粉体状などの固相の物質の被処理体に対してレーザ光を照射して物質の微粒子化を行うことも可能である。ただし、固相の物質を用いる場合、その原料粉体を気相中に分散させて微粒子化処理を行うことが好ましい。また、微粒子化対象の物質を収容する処理チャンバとしては、物質の被処理液または被処理体の状態に応じて適当なものを用いれば良い。

また、被処理液を用いる場合、必要に応じて、被処理液の溶媒中で原料粒子を分散させるための分散手段を設置しても良い。このような分散手段としては、例えば、被処理液の溶媒と原料粒子とを攪拌するマグネットスティック及びマグネットスターラを用いることができる。

本発明は、所望のサイズへの物質の微粒子化処理を効率良く行うことが可能な微粒子の製造方法、及び製造装置として利用可能である。

微粒子の製造装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。 図１に示した製造装置を用いた微粒子の製造方法の一例を示すフローチャートである。 レーザ光の波長λ及び照射光強度Ｐと、微粒子化によって得られる粒子サイズＷとの相関の一例を模式的に示すグラフである。 微粒子の製造装置の他の実施形態を概略的に示す構成図である。 ＶＯＰｃ微粒子の粒子径分布を示すグラフである。 レーザ光の波長と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。 レーザ光の強度と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。 ＶＯＰｃ微粒子の粒子径分布を示すグラフである。 レーザ光照射によって得られる微粒子の粒子径分布を示すグラフである。 粗破砕と本破砕との平均粒子径差と、破片微粒子の平均粒子径との相関を示すグラフである。 粗破砕処理及び本破砕処理を複数回繰り返す微粒子の製造方法について示す図である。 レーザ光の強度と、生成微粒子のサイズとの相関を示すグラフである。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ…微粒子の製造装置、２…被処理液、３…処理チャンバ、４…溶媒、５…物質の原料粒子、１０…レーザ光照射装置、１１〜１４…レーザ光源、１５…波長可変レーザ光源、２０…制御装置、２１…波長選択部、２２…強度選択部、２３、２４…相関データベース、２５…レーザ光制御部、２６…入力装置、２７…表示装置、３０…微粒子化状況モニタ装置。

Claims (16)

1. 物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造方法であって、
   微粒子化対象の前記物質に対して波長λ_Ｙのレーザ光を照射することによって前記物質の粗破砕を行う粗破砕ステップと、
   粗破砕された前記物質に対してλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を照射することによって前記物質の本破砕を行って、その微粒子を生成する本破砕ステップと
   を備えることを特徴とする微粒子の製造方法。
2. 物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造方法であって、
   微粒子化対象の前記物質に対して所定波長のレーザ光を強度Ｐ_Ｙで照射することによって前記物質の粗破砕を行う粗破砕ステップと、
   粗破砕された前記物質に対して前記レーザ光をＰ_Ｙよりも高い強度Ｐ_Ｘで照射することによって前記物質の本破砕を行って、その微粒子を生成する本破砕ステップと
   を備えることを特徴とする微粒子の製造方法。
3. 前記物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、前記本破砕ステップで用いられるレーザ光の波長を選択する波長選択ステップを備えることを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
4. 前記物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、前記本破砕ステップで用いられるレーザ光の強度を選択する強度選択ステップを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の製造方法。
5. 前記物質の微粒子化状況をモニタするモニタステップを備え、
   前記本破砕ステップにおいて、前記モニタステップでの前記微粒子化状況のモニタ結果を参照して、前記レーザ光の照射を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の製造方法。
6. 前記粗破砕ステップによる生成微粒子の平均粒子径と、前記本破砕ステップによる生成微粒子の平均粒子径との粒子径差の設定により、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の製造方法。
7. 前記粗破砕ステップ及び前記本破砕ステップを組とした微粒子化ステップを、微粒子化の目標サイズを順次小さくしつつ複数回繰り返すことにより、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の製造方法。
8. 物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造装置であって、
   微粒子化対象の前記物質を収容する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に収容された前記物質に対して、前記物質を微粒子化するためのレーザ光として、前記物質の粗破砕を行う波長λ_Ｙのレーザ光、及び前記物質の本破砕を行うλ_Ｙよりも短い波長λ_Ｘのレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
   前記レーザ光照射手段から前記物質への波長λ_Ｙのレーザ光の照射、及び波長λ_Ｘのレーザ光の照射を制御することによって、光照射による前記物質の微粒子化を制御するレーザ光制御手段と
   を備えることを特徴とする微粒子の製造装置。
9. 物質を光照射で微粒子化して、その微粒子を製造する製造装置であって、
   微粒子化対象の前記物質を収容する処理チャンバと、
   前記処理チャンバ内に収容された前記物質に対して、前記物質を微粒子化するためのレーザ光として、前記物質の粗破砕を行う所定波長で強度Ｐ_Ｙのレーザ光、及び前記物質の本破砕を行うＰ_Ｙよりも高い強度Ｐ_Ｘのレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、
   前記レーザ光照射手段から前記物質への強度Ｐ_Ｙのレーザ光の照射、及び強度Ｐ_Ｘのレーザ光の照射を制御することによって、光照射による前記物質の微粒子化を制御するレーザ光制御手段と
   を備えることを特徴とする微粒子の製造装置。
10. 前記レーザ光照射手段は、互いに異なる波長のレーザ光を供給する複数のレーザ光源を有することを特徴とする請求項８または９記載の製造装置。
11. 前記レーザ光照射手段は、波長可変レーザ光源を有することを特徴とする請求項８または９記載の製造装置。
12. 前記物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、前記物質の本破砕を行うレーザ光の波長を選択する波長選択手段を備えることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項記載の製造装置。
13. 前記物質に対して設定された微粒子化の目標サイズに基づいて、前記物質の本破砕を行うレーザ光の強度を選択する強度選択手段を備えることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項記載の製造装置。
14. 前記物質の微粒子化状況をモニタするモニタ手段を備え、
    前記レーザ光制御手段は、前記モニタ手段での前記微粒子化状況のモニタ結果を参照して、前記レーザ光の照射を制御することを特徴とする請求項８〜１３のいずれか一項記載の製造装置。
15. 前記物質の粗破砕処理による生成微粒子の平均粒子径と、本破砕処理による生成微粒子の平均粒子径との粒子径差の設定により、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することを特徴とする請求項８〜１４のいずれか一項記載の製造装置。
16. 前記物質の粗破砕処理及び本破砕処理を組とした微粒子化処理を、微粒子化の目標サイズを順次小さくしつつ複数回繰り返すことにより、最終的に得られる微粒子の粒子径分布を制御することを特徴とする請求項８〜１５のいずれか一項記載の製造装置。

Images