特開 2024-88401 膜形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088401

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】膜形成装置

(51)【国際特許分類】

   C23C 24/04 20060101AFI20240625BHJP

   A61C 3/025 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

C23C24/04

A61C3/025

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203541

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000130776

【氏名又は名称】株式会社サンギ

(74)【代理人】

【識別番号】110002354

【氏名又は名称】弁理士法人平和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石崎 勉

【テーマコード（参考）】

4C052

4K044

【Ｆターム（参考）】

4C052AA17

4C052BB12

4C052HH08

4K044AB10

4K044BA11

4K044BA12

4K044BB16

4K044CA23

4K044CA29

4K044CA71

(57)【要約】

【課題】ＰＪＤ法を用いた膜形成装置による成膜を良好にする。
【解決手段】膜形成装置１０は、所定の粒径の粉体８０を分級するように構成された分級装置４１と、分級された粉体８０を気体の流れによって搬送するように構成された流路５０と、流路５０の終端であり、気体中に分散した粉体８０を対象物に向けて噴出するように構成された噴出口２１と、分級装置４１の内部の粉体８０の通路又は流路５０に配置され、進行方向に開口６２を通過した粉体８０の少なくとも一部が前方の接触部６３に衝突するように構成された複数の開口６２と複数の接触部６３とを形成する構造体６１を含むフィルタ６０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の粒径の粉体を分級するように構成された分級装置と、
分級された前記粉体を気体の流れによって搬送するように構成された流路と、
前記流路の終端であり、前記気体中に分散した前記粉体を対象物に向けて噴出するように構成された噴出口と、
前記分級装置の内部の前記粉体の通路又は前記流路に配置され、進行方向に開口を通過した粉体の少なくとも一部が前方の接触部に衝突するように構成された複数の前記開口と複数の前記接触部とを形成する構造体を含むフィルタと
を備える膜形成装置。

【請求項2】

前記分級装置は、粒径が１０μｍ以下の前記粉体を分級するように構成されている、請求項１に記載の膜形成装置。

【請求項3】

前記開口の寸法の代表値は、１～２ｍｍである、請求項１又は２に記載の膜形成装置。

【請求項4】

前記フィルタを設けたことによる噴射量率は、５０～７０％である、請求項１又は２に記載の膜形成装置。

【請求項5】

前記噴出口を有し、操作者によって把持されるハンドピースをさらに備え、
前記フィルタは、前記ハンドピース内の前記流路に設けられている、
請求項１又は２に記載の膜形成装置。

【請求項6】

前記フィルタは、前記分級装置に設けられている、請求項１又は２に記載の膜形成装置。

【請求項7】

前記フィルタは、無膜ポリウレタンフォームで形成されている、請求項１又は２に記載の膜形成装置。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の膜形成装置を有する歯科用の処置システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、膜形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

常温大気圧環境下で微小な粉体を対象物に高速で吹き付けることで、当該対象物の表面に膜を形成するパウダージェットデポジション（ＰＪＤ）法が知られている。歯科分野においても、ＰＪＤ法によりハイドロキシアパタイトの微小粒子を歯牙に吹き付けることで、歯牙の表面に膜が形成されることが知られている。このような技術について、例えば特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３９６２０６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、ＰＪＤ法を用いた膜形成装置による成膜を良好にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、膜形成装置は、所定の粒径の粉体を分級するように構成された分級装置と、分級された前記粉体を気体の流れによって搬送するように構成された流路と、前記流路の終端であり、前記気体中に分散した前記粉体を対象物に向けて噴出するように構成された噴出口と、前記分級装置の内部の前記粉体の通路又は前記流路に配置され、進行方向に開口を通過した粉体の少なくとも一部が前方の接触部に衝突するように構成された複数の前記開口と複数の前記接触部とを形成する構造体を含むフィルタとを備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ＰＪＤ法を用いた膜形成装置による成膜を良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態に係る処置システムの構成例の概略を模式的に示す図である。

【図2】図２は、気体中に分散した粉体の進行方向に向けて見たフィルタの構造体の構造のごく一部を模式的に示す拡大図である。

【図3A】図３Ａは、フィルタに用いられるパンチングメタルの構成例の概略を模式的に示す図である。

【図3B】図３Ｂは、パンチングメタルにより構成されたフィルタの構成例の概略を模式的に示す図である。

【図4】図４は、第２の実施形態に係る処置システムのハンドピースの構成例の概略を模式的に示す図である。

【図5】図５は、第３の実施形態に係る処置システムの分級装置の構成例の概略を模式的に示す図である。

【図6】図６は、実施例に係るごく粗目フィルタの顕微鏡写真である。

【図7】図７は、実施例に係る各フィルタについての、孔径及び線径の計測結果と、セル数のカタログ値と、フィルタを用いない場合と比較した粉体の噴射量率と、成膜実験により得られた成膜状態とを示す。

【図8】図８は、膜形成装置による噴出口からの粉体の噴射量と噴射時間との関係を示す図である。

【図9】図９は、フィルタを設けなかった膜形成装置を用いて形成された成膜層の表面の写真と、ごく粗目フィルタを設けた膜形成装置を用いて形成された成膜層の表面の写真とを示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、膜を形成するように構成された膜形成装置に関する。この膜形成装置では、常温大気圧環境下において対象物に粉体を吹き付けて当該対象物に当該粉体を付着させて膜を形成するパウダージェットデポジション（ＰＪＤ）法が用いられている。すなわち、本実施形態は、常温大気圧下において微小な粉体を対象物に噴射することで、対象物の表面に膜を形成する膜形成装置に関する。

【0009】

膜形成装置の用途はこれに限らないが、本実施形態は、一例として、この膜形成装置を歯科用の処置システムに適用したものである。すなわち、本実施形態は、常温大気圧下において微小な無機粉体を歯牙に噴射することで、歯牙の表面に膜を形成する歯科用の処置システムに関する。この処置システムは、例えば、窩洞の充填、露出した象牙細管の封鎖、変色した歯の色調改善などに用いられ得る。

【0010】

〈システムの構成〉
図１は、本実施形態の処置システム１の構成例の概略を模式的に示す図である。処置システム１は、膜形成装置１０を備える。膜形成装置１０は、被処置者９１の歯牙９３に向けて粉体８０を噴射して当該歯牙９３に当該粉体８０を付着させて成膜するように構成された装置である。膜形成装置１０は、ハンドピース２０と、気体供給ユニット３０と、粉体供給ユニット４０とを備える。

【0011】

ハンドピース２０は、操作者によって把持されるように構成された部分である。ハンドピース２０は、その先端に噴出口２１を有する。ハンドピース２０は、噴出口２１から粉体８０を噴射するように構成されている。

【0012】

気体供給ユニット３０は、ハンドピース２０及び粉体供給ユニット４０に気体を供給するように構成されている。この気体は、例えば空気又は窒素などのガスである。

【0013】

粉体供給ユニット４０は、粉体８０を分級するように構成された分級装置４１を有する。分級装置４１は、気体供給ユニット３０から供給された気体中に粉体８０を分散させながら、粉体８０を分級する。粉体供給ユニット４０は、分級装置４１で分級された粉体８０を、気体供給ユニット３０から供給された気体中に分散させた状態でハンドピース２０に供給するように構成されている。

【0014】

粉体８０は、本実施形態では一例として、ハイドロキシアパタイト（ＨＡＰ）の粒子である。粉体供給ユニット４０は、気体供給ユニット３０から供給された気体を用いて、例えば、０．１μｍから５００μｍのＨＡＰ粒子を分級する。成膜効率を考慮すると、０．１μｍから１０μｍのＨＡＰ粒子を得ることがさらに好ましい。分級されたＨＡＰ粒子の粉体８０は、気体供給ユニット３０から供給された気体中に分散された状態でハンドピース２０に供給される。

【0015】

ハンドピース２０には、気体流路２３と粉体流路２４とが設けられている。気体流路２３には、気体供給ユニット３０から気体が供給される。粉体流路２４には、粉体供給ユニット４０から気体中に分散した粉体８０が供給される。ハンドピース２０は、気体供給ユニット３０から供給された気体を、気体流路２３を介して噴出口２１から高速で噴出させる。ハンドピース２０は、この高速の気体に粉体流路２４を介して粉体供給ユニット４０から供給された粉体８０を混合し、噴出口２１から粉体８０を高速で噴出させる。

【0016】

このように、粉体供給ユニット４０から終端の噴出口２１に至るまで、分級された粉体８０を気体の流れによって搬送するように構成された流路５０が形成されている。

【0017】

本実施形態の膜形成装置１０では、流路５０の何れかの位置にフィルタ６０が設けられている。フィルタ６０を形成する構造体は、次のような構造を有する。すなわち、構造体は、進行方向に開口を通過した粉体８０の少なくとも一部が前方の接触部に衝突するように構成された、複数の開口と複数の接触部とを形成する。

【0018】

構造体６１の形状の一例について、図２を参照して説明する。図２は、気体中に分散した粉体８０の進行方向に向けて見た構造体６１の構造のごく一部を模式的に示す拡大図である。すなわち、気体中に分散した粉体８０は、図２における紙面手前側から奥側に向けて搬送される。この方向から見たときに、構造体６１は、手前に開口６２が設けられており、その開口６２の奥に接触部６３が設けられている構造を有する。ここで、奥の接触部６３を形成する構造体６１は、別の開口６２を形成する構造体６１であり得る。気体中に分散した粉体８０の一部は、開口６２通過する。この粉体８０の一部は、開口６２を通過した後に接触部６３に衝突する。

【0019】

これに限らないが、例えば、直径が１０μｍ程度、例えば０．１～１０μｍ、好ましくは、３～１０μｍの粉体８０に対して、開口６２の大きさは、例えば、１～２ｍｍ程度であり得、好ましくは、１．５～２．０ｍｍである。このとき、開口６２や接触部６３を形成する構造体６１の幅は、例えば０．２～０．４ｍｍ程度であり得、好ましくは、０．３～０．４ｍｍである。ここで示した開口６２及び構造体６１の寸法は、その代表値であり、例えば開口６２の重心を通る距離として計測される開口６２の最も大きいところ又は最も小さいところの値であってもよく、それらの平均値などであってもよい。

【0020】

フィルタ６０のこのような構造は、粉体８０の進行方向に対して垂直な方向に、流路５０全体を塞ぐように面状に広がっている。また、このような構造は、複数層にわたって重ねられ得る。例えば、厚さが１０ｍｍ程度であり、３～８層程度設けられていてもよい。

【0021】

フィルタ６０は、例えば、無膜ポリウレタンフォームといった多孔質体であってもよい。このウレタンフォームの密度は、例えば２５～３５ｋｇ／ｍ^３程度であってもよい。また、ウレタンフォームは、例えば、セルが１０ｍｍあたり３～８個程度あるといったセルの密度を有するものであってもよい。

【0022】

また、フィルタ６０は、図３Ａに模式的に示すような金属板６６に多数の貫通孔６７が設けられたパンチングメタル６５によって形成されていてもよい。図３Ｂに模式的に示すように、パンチングメタル６５が複数枚間隔をあけて設けられることで、フィルタ６０が形成され得る。この場合、パンチングメタル６５は、フィルタ６０を形成する構造体６１として、貫通孔６７を通過した粉体の少なくとも一部が前方の金属板６６に衝突するように配置される。

【0023】

〈システムの動作〉
処置システム１の動作について説明する。術者は、ハンドピース２０を把持して、噴出口２１を被処置者９１の歯牙９３に向ける。術者による操作によって、以下が行われる。気体供給ユニット３０から粉体供給ユニット４０に供給された気体によって、粉体供給ユニット４０内でＨＡＰ粒子が分級され、例えば１０μｍ以下の粉体８０が気体中に分散した状態でハンドピース２０に供給される。この粉体流路２４を介して供給された粉体８０は、気体供給ユニット３０から気体流路２３を介して供給された気体によって加速され、噴出口２１から歯牙９３に向けて噴射される。歯牙９３の表面に衝突した粉体８０は、歯牙９３の表面に付着し、歯牙９３の表面に膜が形成される。

【0024】

ＰＪＤ法では、所定の均一な粒径を有する粉体８０を噴出することで、成膜効率がよくなることが知られている。一方で、微小な粉体８０は、凝集しやすい。本実施形態の処置システム１では、流路５０にフィルタ６０が設けられていることで、粉体８０が凝集しても、開口６２よりも大きな凝集体は、開口６２を通り抜けられずにはじかれる。この際、凝集体が解砕されることもある。開口６２を通り抜ける凝集体のうち大きいものは、開口６２を通り抜けたのちに接触部６３に衝突して砕かれる。したがって、フィルタ６０を通過した粉体８０は、例えば３～１０μｍなどといった、よくそろった所定の粒径を有する。その結果、このようなフィルタ６０がない場合と比較して、成膜効率が向上する。

【0025】

また、流路５０内を通過する粉体８０は、その濃度が高いと凝集しやすい。凝集した粉体８０又は濃度が高い粉体８０を歯牙９３の表面に噴射した場合、口腔内で膜を形成しない粉体８０が飛散することで、その後に噴射される粉体８０の歯牙９３の表面への接触が阻害され、粉体８０は効率よく歯牙９３の表面に接触することができない。また、凝集により粒径がそろった均一な粒子を歯牙９３の表面に供給することができない。これらのことが、成膜効率の低下の要因の一つとして考えられる。

【0026】

本実施形態の処置システム１では、流路５０にフィルタ６０が設けられていることで、粉体８０の一部が、開口６２を通り抜けられずにはじかれることによって、粉体８０の濃度調整がされる。

【0027】

この処置システム１では、このフィルタ６０によって、流路５０にフィルタ６０を設けない場合と比較して、噴出口２１から噴射される粉体８０の噴射量が、５０～７０％に調整される。より好適には、噴射量は６０～７０％に調整される。噴射量が５０％未満の場合、成膜に時間がかかりすぎて実用的ではなく、更にはフィルタ６０を通過できない粉体８０がフィルタ６０の上流側で滞留し、フィルタ６０の目詰まりが生じやすくなるなどの不具合が生じる。また、噴射量が７０％を超えた場合、粉体８０の濃度が高くなりすぎるため、上述したように、歯牙９３の表面に粉体８０を効率よく接触させることができなくなるとともに、均一な粒径を有する粉体８０を歯牙９３の表面に供給できずに、成膜層の表面形状が悪くなる。

【0028】

このように、本実施形態の処置システム１は、フィルタ６０を用いることで、歯牙９３の表面に噴射される粉体８０をほぼ粒径がそろった均一な粒子とするとともに、粉体８０の濃度を調整することで、歯面に粉体８０を効率よく接触させることが可能となり、成膜効率が向上する。

【0029】

［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第２の実施形態では、図４に模式的に示すように、フィルタ６０は、ハンドピース２０内の流路５０に設けられている。特に、フィルタ６０は、噴出口２１の近傍に、配置されている。

【0030】

このような位置にフィルタ６０が配置されることで、フィルタ６０を通過することで粒径が均一化された粉体８０が、再凝集する前に歯牙９３に向けて噴出される。その結果、噴出口２１から離れた位置にフィルタ６０が設けられている場合と比較して、再凝集による成膜効率の低下が抑制され、さらに成膜効率が向上する。

【0031】

［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第３の実施形態では、図５に模式的に示すように、フィルタ６０は、分級装置４１内の粉体８０が通り抜ける位置に設けられている。

【0032】

分級装置４１は、縦長の容器４３を備え、この容器４３内には、粉体８０と気体とを容器４３の下方に吹き込む導入管４４が設けられている。容器４３の上方には粉体８０と気体とが流出する流出口４５が設けられている。流出口４５は、ハンドピース２０へとつながる流路５０に接続されている。

【0033】

導入管４４から粉体８０と気体とが吹き込まれることで、粉体８０は舞い上がる。このとき、粉体８０のサイズに応じて舞い上がる高さが異なることで、粉体８０が分級される。本実施形態の分級装置４１では、容器４３の例えば上下方向の中程の位置にフィルタ６０が設けられている。上述のとおり、大きく凝集した粉体８０はフィルタ６０を通過することができず、また、フィルタ６０を通過する際に凝集した粉体８０は砕かれる。したがって、フィルタ６０よりも下流側の部屋４７（上側の部屋）では、フィルタ６０よりも上流側の部屋４６（下側の部屋）よりも粒径が小さく、かつ、粒径がそろった粉体８０が存在することになる。さらに、フィルタ６０が粉体８０の通過量を制御することで、下流側の部屋４７では、粉体８０の濃度が制御されたものとなる。粉体８０の濃度が適切に調整されることは、膜形成装置１０による良好な成膜に貢献する。したがって、この点においても、分級装置４１にフィルタ６０が設けられることは好ましい。

【0034】

フィルタ６０が設けられた分級装置４１を含む粉体供給ユニット４０から供給される気体中に分散した粉体８０では、粉体８０の粒径がそろっているとともに、粉体８０の濃度が高精度に制御される。その結果、本実施形態の膜形成装置１０によれば、第１の実施形態の膜形成装置１０の場合と比較して、さらに成膜効率が向上する。

【0035】

なお、第１の実施形態から第３の実施形態まで、フィルタ６０を設ける位置として３つの位置を示したが、これに限らず、フィルタ６０は粉体８０が通るどのような位置に設けられてもよい。また、フィルタ６０は、複数個所に設けられてもよい。例えば、噴出口２１の近傍と分級装置４１の内部とに設けられてもよい。この場合、第３の実施形態として示したように、適切に分級され、濃度が制御された状態の気体に分散した粉体８０が、フィルタ６０が設けられた分級装置４１によって得られ、それがハンドピース２０に供給される。なおかつ、搬送中に再凝集した粉体８０があったとしても再凝集した粉体８０は、第２の実施形態として示したように、噴出口２１の近傍に設けられたフィルタ６０によって解砕され、噴出口２１から噴出される粉体８０は、粒径がよく揃い、濃度も制御されたものとなり得る。

【実施例0036】

上述の第３の実施形態の構成を有する膜形成装置１０を用いて、フィルタ６０に関する実験を行った。実験には、セルサイズが異なる４種類のポリエステル系の無膜ポリウレタンフォーム（イノアックコーポレーション製；MF-50, MF20, MF-13, MF-8）をフィルタ６０として用いた。セルが小さいものから順にそれぞれ、細目フィルタ、中目フィルタ、粗目フィルタ、ごく粗目フィルタと称することにする。

【0037】

それぞれのフィルタを顕微鏡で観察し、開口６２の孔径と構造体６１の線径とを測定した。これらフィルタの厚さを１０ｍｍとし、図５に模式的に示したように、分級装置４１内に取り付けた。粉体８０をＨＡＰ粒子とし、その目標粒径を３～１０μｍとし、膜形成装置１０を用いて、成膜を行った。また、比較実験として、分級装置４１内にフィルタを取り付けずに、同様の実験を行った。

【0038】

図６は、ごく粗目フィルタの顕微鏡写真である。図６に示されるように、フィルタ６０を形成する構造体６１が、立体的な網目状の構造を有していることが分かる。構造体６１は、開口６２を通過した粉体８０の少なくとも一部が前方の接触部６３に衝突するように構成された、複数の開口６２と複数の接触部６３とを形成している。

【0039】

図７は、それぞれのフィルタについての、孔径及び線径の計測結果と、製品説明書に記載されたセル数と、フィルタを用いない場合と比較した粉体の噴射量の率と、成膜実験により得られた成膜の状態とを示す。図７に孔径及び線径として示すように、細目、中目、粗目、ごく粗目の順に、目が粗いほど、フィルタの構造を形成する構造体６１の線径は太くなり、形成される開口６２の孔径も大きくなっている。

【0040】

図８は、膜形成装置１０による、噴出口２１からの粉体８０の噴射量と噴射時間との関係を示す図である。図８は、他の条件を等しくして、膜形成装置１０に、ごく粗目フィルタを設けた場合と、フィルタを設けなかった場合との測定結果を示す。この図に示すように、ごく粗目フィルタを設けた場合、フィルタを設けなかった場合と比較して粉体８０の噴射量は低下するが、グラフの傾きが一定となっていることから、定量的な噴射が可能であること明らかになった。ごく粗目フィルタを設けた場合の粉体８０の噴射量は、約０．７ｇ／ｍｉｎであり、粉体８０の噴射量率は、フィルタを設けなかった場合の約６５％であった。なお、粗目フィルタを設けた場合の粉体８０の噴射量率は、フィルタを設けなかった場合の約６０％に制御され、中目フィルタを設けた場合の粉体８０の噴射量率は、フィルタを設けなかった場合の約５０％に制御された。

【0041】

図９は、フィルタを設けなかった膜形成装置１０を用いて形成された成膜層の表面の写真と、ごく粗目フィルタを設けた膜形成装置１０を用いて形成された成膜層の表面の写真とを示す。ごく粗目フィルタを設けた場合、フィルタを設けなかった場合と比較して、成膜層の表面形状が滑らかになった。これは、凝集したＨＡＰ粒子がごく粗目フィルタを通過する際に解砕され、粉体８０の粒径が均一化したこと、粉体８０の濃度調整による粉体８０の再凝集が抑制されたこと、及び粉体８０の無駄な飛散が防止されたことによるものと考えられる。

【0042】

図７にまとめられているように、フィルタ６０として、細目フィルタが用いられたとき、フィルタ６０が目詰まりを起こし、膜形成装置１０は良好に機能しなかった。粉体８０の粒径は３～１０μｍとしているにもかかわらず、孔径０．５ｍｍのフィルタ６０が目詰まりしたことから、フィルタ６０の上流側でＨＡＰ粒子は凝集していると考えられた。

【0043】

フィルタ６０として、中目フィルタ、粗目フィルタ又はごく粗目フィルタが用いられたとき、膜形成装置１０は機能した。成膜状態については、粗目フィルタ又はごく粗目フィルタが用いられたときに良好な結果が得られた。このように、フィルタ６０の孔径は、１～２ｍｍが好ましく、１．５ｍｍ～２．０ｍｍがさらに好ましいことが明らかになった。

【0044】

なお、フィルタ６０の孔径が１ｍｍ未満の場合、目詰まりが発生しやすく、フィルタ６０の孔径が２ｍｍを超える場合、成膜率が低下する。孔径が２ｍｍを超える場合、粉体８０の粒径が拡大することや粒径の均一性が損なわれることによるものと考えられる。

【0045】

以上、本発明について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、前述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0046】

１ 処置システム
１０ 膜形成装置
２０ ハンドピース
２１ 噴出口
３０ 気体供給ユニット
４０ 粉体供給ユニット
４１ 分級装置
４３ 容器
４４ 導入管
４５ 流出口
４６ 上流側の部屋
４７ 下流側の部屋
５０ 流路
６０ フィルタ
６１ 構造体
６２ 開口
６３ 接触部
６５ パンチングメタル
６６ 金属板
６７ 貫通孔
８０ 粉体
９１ 被処置者
９３ 歯牙

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】