JP2013046914A

JP2013046914A - マイクロ粒子発生装置、マイクロ粒子の製造方法、及びマイクロ粒子が混入した液体

Info

Publication number: JP2013046914A
Application number: JP2012264407A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshizu Kinuta; 精鎮絹田; Katsuine Tabei; 勝稲田部井; Kenji Amaya; 賢児天谷; Kento Funatsu; 賢人船津
Original assignee: Optnics Precision Co Ltd
Current assignee: Optnics Precision Co Ltd
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-03-07

Abstract

【課題】液体中にマイクロ粒子を発生させるマイクロ粒子発生装置を提供する。
【解決手段】液体を貯蔵する液体槽と、前記液体槽に連通し、前記液体槽に貯蔵された液体とは性質の異なる液体が注入される圧力槽と、前記液体槽と前記圧力槽との連通部に設けられ、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、前記多孔のノズルに密着され、所定の周波数と振幅で前記多孔のノズルへ振動を与える超音波振動素子を有しする振動源と、前記圧力槽に注入された液体に所定の圧力を加える圧力ポンプと、を備え、前記圧力槽に注入された液体に前記圧力ポンプが圧力を加えると共に、振動が与えられた前記多孔のノズルの貫通孔から前記液体槽へ液体の微粒子を噴射させることで、前記液体槽に貯蔵された液体と反応させ、前記液体槽にマイクロ粒子を発生させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ粒子発生装置、マイクロ粒子の製造方法、及びマイクロ粒子が混入した液体に関する。

マイクロバブル発生装置として、液体を電気分解によってマイクロバブルを発生させるため、多孔質性を有する導電性材料を用いて液体を電気分解するための２電極の構成が提案されている（例えば、特許文献１）。また、このような装置を用いてマイクロ粒子を発生させる技術が知られている。

２００７−３８１４９号公報

ところが、先行技術として上述の公報に示された構成では、導電性材料に多孔質性を有するチタン又は導電性セラミック等の比較的高価な材料を用いる必要があると共に、マイクロ粒子を形成させる場合、そのマイクロ粒子の粒径又はその分布のコントロールが出来ない。また、構成が複雑となる。

本発明は、上記要求に対して、マイクロ粒子の径あるいはその分布がコントロール出来、更に、微細な粒径を有するマイクロ粒子を液体中に発生させることが出来る簡単な構成のマイクロ粒子発生装置、マイクロ粒子が混入した液体、及びその製造方法を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、液体を貯蔵する液体槽と、前記液体槽に連通し、前記液体槽に貯蔵された液体とは性質の異なる液体が注入される圧力槽と、前記液体槽と前記圧力槽との連通部に設けられ、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、前記多孔のノズルに密着され、所定の周波数と振幅で前記多孔のノズルへ振動を与える超音波振動素子を有する振動源と、前記圧力槽に注入された液体に所定の圧力を加える圧力ポンプと、を備え、前記圧力槽に注入された液体に前記圧力ポンプが圧力を加えると共に、振動が与えられた前記多孔のノズルの貫通孔から前記液体槽へ液体の微粒子を噴射させることで、前記液体槽に貯蔵された液体と反応させ、前記液体槽にマイクロ粒子を発生させることを特徴とする。

請求項２に記載のマイクロ粒子発生装置は、前記振動源における超音波振動素子の周波数あるいは振幅を調整することにより、前記液体槽に貯蔵された液体と反応して発生するマイクロ粒子の粒径を調整することを特徴とする。

請求項３に記載のマイクロ粒子発生装置は、前記多孔のノズルの孔径及び形状を選択することによって、前記液体槽に貯蔵された液体と反応して発生するマイクロ粒子の粒径を調整することを特徴とする。

請求項４に記載のマイクロ粒子発生装置は、上記液体槽内に貯蔵する液体及び圧力槽に注入する液体に応じて、上記多孔のノズルの表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性を有する表面処理を施すことを特徴とする。

請求項５に記載のマイクロ粒子発生装置は、前記液体槽に還元液を貯蔵し、前記圧力槽に金属錯塩溶液を注入し、前記圧力槽から前記液体槽へ、錯塩溶液の微粒子を噴射させ酸化還元反応により金属微粒子を製作することを特徴とする。

請求項６に記載のマイクロ粒子発生装置は、前記液体槽に摂氏５０度〜９０度の液体を貯蔵し、前記圧力槽に、樹脂を合成するモノマー、開始剤、硬化剤及び触媒が混合されたモノマー混合液を注入して、前記圧力槽から前記液体槽へ、モノマー混合液を噴射させ、前記液体槽の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせてモノマー粒子をポリマー粒子に合成することを特徴とする。

請求項７に記載のマイクロ粒子発生装置は、前記液体槽に酸性水溶液を貯蔵し、前記圧力槽に珪酸ソーダ溶液を注入して、前記圧力槽から前記液体槽へ、珪酸ソーダ溶液を噴射させ、前記液体槽に貯蔵された酸性水溶液と前記珪酸ソーダ溶液中の珪酸ソーダの微粒子とを中和させて二酸化珪素（ＳｉＯ２）の微粒子を合成することを特徴とする。

請求項８に記載のマイクロ粒子の製造方法は、請求項１〜７に記載したマイクロ粒子発生装置によってマイクロ粒子を生成することを特徴とする。

請求項９に記載のマイクロ粒子が混入した液体は、請求項１〜７に記載したマイクロ粒子発生装置によって生成されたことを特徴とする。

本発明に関わるマイクロ粒子発生装置は、上述の構成によって液体槽に貯蔵した液体中に、ノズルの孔径、密度に応じて所定の粒径、あるいはその分布を有する微細な粒体としてのマイクロ粒子を発生させることができる。

この場合、上記多孔のノズルの素材として耐食性を有するものを選べば、多孔のノズルの寿命が長く、従って装置としての寿命も長く保つことが可能となる。
この際、更に、上記多孔のノズルの表面を、液体槽内の液体に応じて親水性、撥水性、あるいは撥油性処理を施すことによって気液の界面及び液界面に位置する多孔のノズルの液体切れ、気体切れの有効に微細な粒径のマイクロ粒子を発生させることが出来る。

また、上記振動源の電圧、周波数を選択することによって多孔のノズル振動モードが制御出来る、その結果マイクロ粒子の直径を制御できるので、従来では得られなかったマイクロ粒子の粒子径を発生源である多孔のノズルの表面で粒子径が制御可能となる。

（Ａ）は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図である。

以下、図面に従って本発明を説明する。
図１（Ａ）は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図で、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図ある。

本発明に係るマイクロ粒子発生装置は、内部に液体６を貯蔵する液体槽１と、前記液体槽１の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル２と、所定の液体が投入されて圧力（Ｐ１）が与えられるとともに、前記多孔のノズル２を介して前記液体槽１に連設された圧力槽４と、前記多孔のノズル２に密着させた振動源３と、前記振動源３に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源５とから少なくとも構成されている。この図１の実施例は、圧力槽４の端部が図１の右端のようにストレート構造で事足り、圧力Ｐ１を加える部分が簡単な構造となる。

次に、図１（Ａ）及び図１(Ｂ)について説明すると、マイクロ粒子発生装置は、圧電振動素子等からなる駆動源５から振動源３に対して所定の電圧と周波数を有する駆動信号を供給し、振動源３の圧電振動素子を所定の振幅と、所定の振動を発生させる。
上記液体槽１における前記多孔のノズル２の近傍は、中に貯蔵された液体の重量に伴う一定の圧力（Ｐ０）となっている。前記圧力（Ｐ０）と前記圧力槽４に加えられる圧力（Ｐ１）の関係は、Ｐ１＞Ｐ０の関係に設定しておく。

先ず、実施例である図１について説明する。マイクロ粒子発生装置は、液体槽１に投入された液体６と、多数の微細な貫通孔を設けた多孔のノズル２と、振動源３に設けた超音波振動素子と、一定の圧力（Ｐ１）がエアポンプ等によって加えられた圧力槽４と、所定の電圧によって上記多孔のノズル２に振動を発生させる駆動源５で上記超音波振動素子を駆動させることにより、圧力槽４から多孔を有するノズル２を通して液体槽１内にマイクロ粒子として多孔のノズル２の孔の大きさに対応した、極めて微細な微粒子となって発生させることができる。

例えば、圧力槽４に１２パスカルの圧力をかけ、振動源にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、６Ｖの電圧印加で１３０ｋＨｚの振動を発生させ、多孔のノズルの孔径を２０μｍφにして、酸素ガスを液体層１に注入したところ、おおよそ数μｍφ、好ましくは５μｍφの酸素ガス微粒子が液中に注入出来た。

また、圧力槽４にサラダオイルを入れその中に２００ｎｍの粒径の銀の粉末を３重量パーセント混合して１２パスカルの圧力をかけながら振動源３にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、６ボルトの電圧で、１３０ｋＨｚの交流を印加させた場合、多孔ノズルの孔径を６μｍφにして銀の微粒子を混入させると、液体中には微細な銀粉末が上記サラダオイルによって覆われた状態の微粒子が得られる。

次に、振動源３に用いる圧電振動素子は、極めて振動効率が良いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリューム、フェライトを使用すれば有効である。また、上記液体槽に貯蔵させる液体６は、水あるいは各種化学薬品、特に、薬剤でも良く、また、有機溶媒でも良い。上記液体槽１に貯蔵された液体は、圧力槽４に挿入するものを、それぞれ要求する機能を有した液体を選べば、新たな機能を有する液体として調合が可能となる。

金属粒子を製作は、上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に還元液を、圧力槽４に金属錯塩溶液をそれぞれ投入して、圧力槽４より金属錯塩溶液の微粒子を噴射させ、酸化還元反応を行うことができる。

また、上記多孔のノズル３を挟んで液体槽１に摂氏５０度〜９０度の液体を投入し圧力槽４に所定の樹脂を合成するモノマーと、開始剤、たとえば、メタクリル酸メチル（モノマーＭｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ−ＭＭＡ）、エチレングリコールジアメタアクリル（ＥｔｈｙｌｅｎｅＧｌｙｃｏＤｉａｍｅｔｈａＡｃｒｙｌ−ＥＧＤＭＡ）、アゾビスイソスプチロニトリル（ＡｚｏｂｉｓＩｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ−ＡＩＢＮ）、硬化剤、触媒の混合液を投入し、圧力槽４よりモノマー混合液を多孔のノズル３より微粒子を液体槽１に噴射させ、液体槽１の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせ、モノマーをポリマー樹脂に合成して、その結果、ポリマーのマイクロ粒子を発生させることが出来る。

更に、上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に酸性水溶液、例えば塩酸の１規定溶液を満たし、圧力槽４に珪酸ソーダの５０％水溶液を投入し、多孔のノズル３を通じて圧力槽４より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽１の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され、二酸化珪素（ＳｉＯ２）の微粒子に合成することができる。

更に、振動源３に設けた超音波振動素子に与える駆動源５からの駆動信号の電圧あるいは周波数を変えることによって、所望のマイクロ粒子を発生させることができる。上記多孔のノズル２の孔径を変えることによって、上述のような粒径あるいは分布を変化させることも可能となる。

上記多孔のノズル２の材質を種々の材料を用いて選択すれば、耐食性が達成することが出来ると共に、特に、薬剤の調合、あるいは食品の製造に本発明を用いる場合、人体等に無害な材質を選択出来る。

更に、上記多孔のノズル２に表面処理、即ち、上記多孔のノズル２の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性処理を行うことによって、液体槽１に貯蔵する液体と、圧力槽４に挿入する材料を選択することが出来る。また、液体槽１に貯蔵する液体は、燃料とした場合、本発明によって、マイクロバブルを上記液体中に発生させると、その燃焼効率が向上させることが可能となり、例えば、輸送機器におけるエンジンに利用することが出来る。

上記圧力槽４に水に対して溶解しにくい無機ガス、あるいは有機ガスを挿入することによって、液体中に気泡を保持することが可能となり、その結果、同液体を農業、園芸、林業関係の、殺菌、酸素供給、等各種の目的に対応した水が出来る。その気体の例として、酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを、たとえば、数μｍφ、好ましくは５μｍφ以下にする事により液中にいつまでも存在する所定の気泡混入液が得られる。

以上のように、本発明のマイクロ粒子発生装置は、種々の目的、例えば、薬剤の調合、微細な粒径のマイクロ粒子を有する燃料用、あるいは農業用の肥料又は薬品等に利用でき、その応用範囲は極めて広い。
本発明は、上述した内容に限定することなく、マイクロ粒子発生装置として、更に、同装置で得られたマイクロ粒子を有する液体は種々の目的に多用可能である。

１液体槽
２多孔のノズル
３振動源
４圧力槽
５駆動源
６液体

Claims

液体を貯蔵する液体槽と、
前記液体槽に連通し、前記液体槽に貯蔵された液体とは性質の異なる液体が注入される圧力槽と、
前記液体槽と前記圧力槽との連通部に設けられ、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、
前記多孔のノズルに密着され、所定の周波数と振幅で前記多孔のノズルへ振動を与える超音波振動素子を有する振動源と、
前記圧力槽に注入された液体に所定の圧力を加える圧力ポンプと、
を備え、
前記圧力槽に注入された液体に前記圧力ポンプが圧力を加えると共に、振動が与えられた前記多孔のノズルの貫通孔から前記液体槽へ液体の微粒子を噴射させることで、前記液体槽に貯蔵された液体と反応させ、前記液体槽にマイクロ粒子を発生させることを特徴としたマイクロ粒子発生装置。
前記振動源における超音波振動素子の周波数あるいは振幅を調整することにより、前記液体槽に貯蔵された液体と反応して発生するマイクロ粒子の粒径を調整することを特徴とした請求項１に記載のマイクロ粒子発生装置。
前記多孔のノズルの貫通孔の孔径及び形状を選択することによって、前記液体槽に貯蔵された液体と反応して発生するマイクロ粒子の粒径を調整することを特徴とした請求項１又は２に記載のマイクロ粒子発生装置。
前記液体槽内に貯蔵する液体及び圧力槽に注入する液体に応じて、前記多孔のノズルの表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性を有する表面処理を施すことを特徴とした請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ粒子発生装置。
前記液体槽に還元液を貯蔵し、前記圧力槽に金属錯塩溶液を注入し、前記圧力槽から前記液体槽へ、錯塩溶液の微粒子を噴射させ酸化還元反応により金属微粒子を製作することを特徴とした請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ粒子発生装置。
前記液体槽に摂氏５０度〜９０度の液体を貯蔵し、前記圧力槽に、樹脂を合成するモノマー、開始剤、硬化剤及び触媒が混合されたモノマー混合液を注入して、前記圧力槽から前記液体槽へ、モノマー混合液を噴射させ、前記液体槽の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせてモノマー粒子をポリマー粒子に合成することを特徴とした請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ粒子発生装置。
前記液体槽に酸性水溶液を貯蔵し、前記圧力槽に珪酸ソーダ溶液を注入して、前記圧力槽から前記液体槽へ、珪酸ソーダ溶液を噴射させ、前記液体槽に貯蔵された酸性水溶液と前記珪酸ソーダ溶液中の珪酸ソーダの微粒子とを中和させて二酸化珪素（SiO2）の微粒子を合成することを特徴とした請求項１〜３の何れか１項に記載のマイクロ粒子発生装置。
請求項１〜７に記載したマイクロ粒子発生装置によってマイクロ粒子を生成することを特徴とするマイクロ粒子の製造方法。
請求項１〜７に記載したマイクロ粒子発生装置によって生成されたマイクロ粒子が混入した液体。