JP2005177701A - 二段式ホモジナイザー - Google Patents

Abstract

【課題】高い粘性を有するものであっても、効率的に処理することのできるホモジナイザーを提供することを目的とする。
【解決手段】円形状に複数の粉砕羽根を上下面に有するステータならびにステータの粉砕羽根と直径方向にかみ合う複数の撹拌羽根および被粉砕物を取り込む開口部を有する２つのロータからなり、シャフトによりロータがステータを挟むことでステータの上下面に固定された、ロータの回転により液体または液体と粉体を撹拌するホモジナイザーであって、
ロータの開口部にフードを備えたホモジナイザー。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体、または液体と粉体とを撹拌する装置に関し、詳細には、ロータ・ステータ方式高速撹拌羽根を有し、内容物に剪断をかけて、乳化、分散、または破砕などを行うホモジナイザーに関する。

従来、油と水とを高速撹拌によって乳化させる乳化装置、および液体に粉末を分散させる分散機には、ロータ・ステータ式ホモジナイザーと称する撹拌羽根が使用される場合が多く、剪断により、効果的に乳化や分散を促進させている。

このホモジナイザーは、図３に示されるように、モータ１からシャフト２を介して、撹拌部３がシャフトの最下部に取り付けられるのが一般的である。ジェネレーターは、図４（ａ）、図４（ｂ）に示されるように、シャフトを介して高速で回転する歯型リング状のロータ４と、固定されていて動かない歯型リング状のステータ５とで構成されている。また、ロータ４は、開口部６を有している。

図５に示されるように、ホモジナイザーは、前記ロータ４を高速で回転させることにより、ロータ４の開口部から処理対象物が入り込み、ロータ４の撹拌羽根とステータ５の粉砕羽根との隙間部分７を通過する時に、前記処理対象物に高い剪断力が加わるため、微細な粒子を得ることができるものである。

しかし、従来のホモジナイザーにおいては、たとえばコールドクリームおよび液体ファンデーションなどの化粧品、軟膏および練り歯磨きなどの医薬品、マヨネーズおよび練りわさびなどの食品を撹拌により製造する場合、粘度が高く（およそ５０Ｐａ・ｓ以上）なると、処理対象物が開口部に吸い込まれないという問題を有していた。

そこで、高速撹拌機の羽根形状を改良することで、高粘度物の製造効率を向上させる方法（たとえば、特許文献１参照）が試みられているが、粘性の高い半個体のものは、羽根の部分に入り込むことができず、ロータの回転による充分な剪断効果が得られものではなかった。

特開２００１−１４９７６４号公報

本発明は、前記課題を解決するものであり、高い粘性を有するものであっても、効率的に処理することのできるホモジナイザーを提供することを目的とする。

本発明は、ロータをステータを挟む形で２段に配し、処理対象物をロータの開口部に強制的にかき込ませることのできるフード（覆い）を設けることにより、粘性の高い処理対象物を剪断がかかる部分に効率的に吸い込むことができるものである。

すなわち、本発明は、円形状に複数の粉砕羽根を上下面に有するステータならびにステータの粉砕羽根と直径方向にかみ合う複数の撹拌羽根および被粉砕物を取り込む開口部を有する２つのロータからなり、シャフトによりロータがステータを挟むことでステータの上下面に固定された、ロータの回転により液体または液体と粉体を撹拌するホモジナイザーであって、
ロータの開口部にフードを備えたホモジナイザーに関する。

前記粉砕羽根を、円形状に直径方向に２列以上有することが好ましい。

前記撹拌羽根を、円形状に直径方向に２列以上有することが好ましい。

前記ロータの開口部を、２つ以上有することが好ましい。

前記ロータのフードが、ロータの回転方向に傾斜していることが好ましい。

本発明によれば、高粘度物の乳化、分散または破砕が可能となり、長時間必要であった撹拌時間が短縮されると共に、粘性を下げるために必要であった加熱用の蒸気および温水も不要となり、光熱費などのコストの低減が図られる。

本発明のホモジナイザーの撹拌部の一例を、図１を参照にして説明する。

本発明に使用されるホモジナイザーは、ステータ５の上下面に、複数の粉砕羽根９が円形に取り付けられている。前記粉砕羽根９を図１のように２列以上有してもよいが、特に限定されない。粉砕羽根９の層を２列以上有することが、処理対象物に高い剪断力を加えることができるという点で好ましい。また、前記粉砕羽根９の形状は、長方形、正方形、台形、三角形などがあげられるが、特に限定されない。なかでも、剪断のかかる面積や処理液の吐出量の点で、長方形、正方形が好ましい。

ロータ４は、シャフトにより、前記ステータ５を挟むことでステータ５の上下面に固定される。ロータ４が上下に配されていることにより、高粘度物の乳化、分散または破砕が可能となり、長時間必要であった撹拌時間が短縮されると共に、粘性を下げるために必要であった加熱用の蒸気および温水も不要となり、光熱費などのコストの低減が図られる。ロータ４がステータ５の片面にだけ固定される場合に比べ、ステータ５の上下面に固定された場合は、その相乗効果により、１／２以下の撹拌時間で高粘度物の乳化、分散または破砕することが可能となる。

ロータ４の一面には、複数の撹拌羽根１０が円形に取り付けられている。この撹拌羽根１０は、前記ステータ５の粉砕羽根９とステータ５の直径方向にかみ合っており、外周側の粉砕羽根９とその内側の粉砕羽根９の間に挿入されるように組合される。ロータ４が回転することにより、処理対象物が粉砕羽根９と撹拌羽根１０を通過するときに高い剪断力が加えられる。

図１のように粉砕羽根９をステータ５が直径方向に２列有している場合は、前記撹拌羽根１０を３列有することが好ましいが、粉砕羽根９とかみ合わせることができる範囲において、特に限定されない。なかでも、２列以上有することが、処理対象物に高い剪断力を加えることができるという点で好ましい。撹拌羽根１０の層間のクリアランスも、粉砕羽根９の直径方向の厚さに応じて適宜調整することができる。外側の撹拌羽根１０と内側の粉砕羽根９との層間のクリアランスは、０．３〜０．８ｍｍが好ましい。

また、前記撹拌羽根１０の形状は、長方形、正方形、台形、三角形などがあげられるが、特に限定されない。なかでも、処理対象物に対して剪断のかかる面積や処理液の吐出量の点で、長方形や正方形が好ましい。

ロータ４の撹拌羽根１０が取り付けられている面は、平面であってもよく、ロータ４の直径方向に向かって傾斜していても良い。この傾斜はロータ４の中心が高くなっていてもよく、低くなっても良い。また、ロータ４は、ステータ５の上面に固定されるものと下面に固定されるもので、異なる形状の物を使用してもよく、とくにステータ５の下面に固定されるロータ４が傾斜を有していることが好ましい。

ロータ４は、処理対象物を吸引するための開口部６を２つ以上有していることが好ましい。開口部６を１つしか有していない場合は、処理対象物が十分に吸引されず、撹拌効率が充分でない傾向にある。

ロータ４は、撹拌羽根１０を有する面とは反対の面に、この開口部６を覆うようにフード８を備えている。フード８は、少なくとも１つの開口部に設けられているが、処理対象物を開口部６に取り込みやすくする点で、すべての開口部６にフード８が設けられていることが好ましい。フード８は、前記のとおり処理対象物を開口部６に取り込みやすくするために設けられたものであり、ロータの回転方向に向かって開口している。このフードにより、たとえば、処理温度において粘度５０Ｐａ・ｓ以上の高粘度物であっても、開口部６に確実に取り込むことができるため、充分な剪断を与えることができる。

前記フード８の形状は、処理対象物を開口部６に取り込めるものであれば、特に限定されない。具体的には、図１に示すようにロータの回転方向に傾斜した円錐形、三角や四角の角錐形などがあげられる。なかでも、処理対象物が無理なく、開口部に取り込まれ、内部付着も少ない点で、図１に示すようにロータの回転方向に傾斜していることが好ましい。

図２は、本発明のホモジナイザーの一例を示す全体図である。モータ１からシャフト２を介して、撹拌部３がシャフト２の最下部に設けられており、撹拌部３はロータ４、ステータ５からなっている。

本発明のホモジナイザーで撹拌することにより、乳化、分散、または破砕が可能になるものとしては、コールドクリームおよび液体ファンデーションなどの化粧品、軟膏および練り歯磨きなどの医薬品、ならびにマヨネーズおよび練りわさびなどの食品などの製造において、高粘度となるものがあげられる。その他の例としては、液状の合成樹脂、高粘度シリコン油、印刷用インキがあげられる。

実施例１
粉砕羽根と撹拌羽根のクリアランスが０．５ｍｍであり、粉砕羽根の形状が長方形および正方形で、粉砕羽根の層が２列であるステータ、ならびにステータを挟むように配され、撹拌羽根の径が５０ｍｍ、撹拌羽根の層が３列、撹拌羽根の形状が長方形および正方形で、開口部が３個、フードの形状が円錐形（フードはすべての開口部に設けられている）でフードの高さ８ｍｍである２つのロータを備えたホジナイザーを用いた。流動パラフィン２５部、白色ワセリン７４部からなる５０Ｐａ・ｓ（２０℃）の粘度を持つ混合物に、赤色の色素１部を添加したものを、前記ホモジナイザーで５０００ｒ／分で撹拌させたところ、５分で色素を均一にすることができた。

比較例１
粉砕羽根と撹拌羽根のクリアランス０．５ｍｍであり、粉砕羽根の形状が長方形および正方形で、粉砕羽根の層が２列であるステータ、ならびに撹拌羽根の径が５０ｍｍ、撹拌羽根の層が３列、撹拌羽根の形状が長方形および正方形で、開口部３個であるロータを片面だけに備えたホジナイザーを用いて、実施例１同様に撹拌を行ったところ、色素が均一になるまでに１５分を要した。

実施例１と比較例１の結果から、ロータをステータの上下面に設け、開口部にフードを設けることで、１／２以下の撹拌時間で、色素が均一になったことがわかる。

本発明のホモジナイザーの撹拌部の一例を示す図である。 本発明のホモジナイザーの一例を示す図である。 従来のホモジナイザーを示す図である。 従来のホモジナイザーの撹拌部を示す図である。 従来のホモジナイザーの撹拌部において、処理対象物が微細化される状態を示す図である。

符号の説明

１ モータ
２ シャフト
３ 撹拌部
４ ロータ
５ ステータ
６ 開口部
７ 隙間部分
８ フード
９ 粉砕羽根
１０ 撹拌羽根

Claims (5)

1. 円形状に複数の粉砕羽根を上下面に有するステータならびにステータの粉砕羽根と直径方向にかみ合う複数の撹拌羽根および被粉砕物を取り込む開口部を有する２つのロータからなり、シャフトによりロータがステータを挟むことでステータの上下面に固定された、ロータの回転により液体または液体と粉体を撹拌するホモジナイザーであって、
   ロータの開口部にフードを備えたホモジナイザー。
2. 前記粉砕羽根を、円形状に直径方向に２列以上有する請求項１記載のホモジナイザー。
3. 前記撹拌羽根を、円形状に直径方向に２列以上有する請求項１または２記載のホモジナイザー。
4. 前記ロータの開口部を、２つ以上有する請求項１、２または３記載のホモジナイザー。
5. 前記ロータのフードが、ロータの回転方向に傾斜している請求項１、２、３または４記載のホモジナイザー。

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