JP2006122888A - 高圧均質化装置、および高圧均質化方法 - Google Patents

高圧均質化装置、および高圧均質化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は高圧均質化装置、および高圧均質化方法に関し、化学品、医薬品、樹脂等において微細な固形体や繊維状セルロース等よりなる原料を液体中に含む懸濁液の原料の分散、乳化を行ったり、菌類の細胞膜を破砕する等の細分化が高効率に行え、バルブ等の部品の破損もなく、保守・管理を容易にする。
【解決手段】微細な固形体、繊維状セルロース等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過させて細分化する高圧均質化装置において、高圧均質化機構部に接続した原料収容通路６と、原料処理ピストン５と、原料処理ピストンの先端部を増圧機構部により挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部７と、を備え、被挿入部材または／および原料処理ピストンが相対移動するのに伴う原料処理凹部の容量減少変化にて原料収容通路内に原料Ｇを含む懸濁液２を圧送し、固形体、繊維状セルロース等の原料Ｇを細分化する。
【選択図】図１

Description

本発明は高圧均質化装置、および高圧均質化方法に関し、例えば食品、化学品、医薬品、各種樹脂等において微細な固形体等よりなる原料を液体に含む懸濁液、または製紙分野等にて繊維状セルロースを含む懸濁液等の原料を分散、乳化を行ったり、さらには液体中に含まれる大腸菌、イースト菌等の菌類の細胞膜を破砕する等の原料の細分化を行うものであり、高圧力を発揮して懸濁液中の固形体等の分散、乳化、細胞膜を破砕する等の細分化が高効率に行えて処理能力が高く、自動化も可能であり、またバルブの破損もなく、保守・管理を容易にしようとする。
従来、例えば製紙分野等において繊維状セルロースを含む懸濁液中の原料を細分化するために、高圧力の下で小径のオリフィスを高速度にて通過させることにより高圧力差にて原料を分散させて細分化を行う高圧均質化装置があった（例えば特許文献１参照。）。
特公昭６０−１９９２１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の上記従来の高圧均質化装置による方法は、原料としての繊維状セルロースの懸濁液に高圧をかけて細いオリフィスを通す必要があるのと、懸濁液は粘性があり、高圧均質化装置の前段において原料に高圧を与えて圧送するために、駆動源としてモータの回転によりシリンダー内をピストンが往復運動させる構造より、原料を直接吸入、排出を行うポンプピストンの吸入、排出速度を早くすることができないことから、液体中に含まれる繊維状セルロースよりなる原料を細分化するのに処理効率が低いものであった。
その上、液体中には、繊維状セルロース等の固形体が懸濁しているので、この固形体がポンプピストンの吸入弁や排出弁のバルブシート面に詰まり、バルブの開閉が完全には行えないため、高圧下において処理すべき原料が漏洩したり、高圧を発生させるのが困難になることも、原料の処理効率を低くする一因であった。
しかも、特許文献１に記載の上記従来の高圧均質化装置による方法は、原料を含む懸濁液を吸入、または排出するための前記ポンプピストン、吸入弁や排出弁等の部品の摩耗が激しかった。また、特許文献１に記載の上記従来の高圧均質化装置による方法は、懸濁液に含まれる繊維状セルロースの細分化処理は高圧下で行われるので、ポンプピストン、吸入弁や排出弁等の部品が損壊し易く、機械的な寿命に難点があった。このため、新たな部品の交換、取り替え作業が頻繁に必要になるとともに多くの労力と手間がかかり、保守・管理が容易ではなく、さらには多くの経費がかかっていた。
本発明は上記従来の欠点を解決し、懸濁液に含まれる固形体、または繊維状セルロース等の原料の分散、乳化や、細胞の細胞膜破壊等の原料の細分化が簡単な構造にて高圧力を発揮することにより迅速かつ確実に行えて処理能力が高く、自動化も可能であり、またバルブを一切使用しないため、破損もなく、部品の機械的な寿命が長くなり、保守・管理も容易な高圧均質化装置、および高圧均質化方法を提供することを目的とする。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、請求項１に記載の発明は、
（ａ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液を高圧力の下で高圧均質化機構部に設けた小径のオリフィスを高速度にて通過させることにより原料を分散、乳化、細胞膜破砕等の細分化を行う高圧均質化装置において、
（ｂ）前記高圧均質化機構部に接続された原料収容通路と、
（ｃ）原料処理ピストンと、
（ｄ）該原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材と、
（ｅ）前記原料処理ピストンの先端部を増圧機構部により挿入可能に前記被挿入部材に設けた原料処理凹部と、を備え、
（ｆ）前記増圧機構部の駆動により前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料収容通路内に懸濁液を所望処理量圧送し、懸濁中の固形体、繊維状セルロース、細胞等の原料を前記高圧均質化機構部のオリフィスにて細分化する、
（ｇ）ことを特徴とする。
また、本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記原料処理凹部が、機枠に固定的に取付けられる前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての前記増圧機構部の増圧ピストン部材に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記原料処理凹部が、機枠に固定的に取付けられる前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての前記増圧機構部の可動シリンダー部材に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記原料処理凹部が、機枠に移動可能に設けられる増圧機構部の増圧ピストン部材を形成する前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としてのシリンダー部材に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記原料処理凹部が、機枠に移動可能に設けられる増圧機構部の増圧ピストン部材を形成する原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての可動シリンダー部材に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１,２,または３の何れかに１の請求項において、前記原料収容通路が、前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の請求項７に記載の発明は、請求項1,２,または５の何れかに１の請求項において、前記原料収容通路が、前記原料処理凹部と細分化を行う高圧均質機構部とを連通可能に前記原料処理凹部の半径方向に設けられたことを特徴とする。
また、本発明の請求項８に記載の発明は、請求項1,４,５,または７の何れか１の請求項において、前記原料収容通路が、前記原料処理凹部の下端内に介装される断面Ｔ字状乃至は断面Ｌ字状のブッシュを介して一端が接続されたことを特徴とする。
また、本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１,４,５,７,または８の何れか１の請求項において、前記原料処理凹部の内部下方には、内圧の変化に伴って前記原料収容通路を開閉可能となす摺動弁体をばね材を介して摺動可能に内蔵したことを特徴とする。
また、本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９の何れか１の請求項において、前記原料処理凹部の水密位置を前記原料処理ピストンが通過することにより前記原料処理凹部が水密にされた時点から原料を含む懸濁液は前記原料収容通路内に圧送されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１の請求項において、前記原料処理凹部の前記水密位置を前記原料処理ピストンが通過することにより前記原料処理凹部と前記原料収容通路内に原料を含む懸濁液が水密に満たされた時点から懸濁液は前記収容通路内に圧送されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１の請求項において、前記原料処理凹部の入口に前記懸濁液が供給されるホッパーを設け、該ホッパーを介して前記原料処理凹部内に前記原料処理ピストンを水密に挿入可能に設けることを特徴とする。
また、本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１〜１０,１２の何れかに１の請求項において、前記増圧ピストン部材、前記原料処理ピストン、さらには前記可動シリンダー部材の何れかは、前記増圧機構部の駆動により前記原料収容通路内に前記懸濁液を高圧導入後に復帰シリンダーにより復帰可能に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１〜１３の何れか１の請求項において、前記増圧機構部は、油または水が流入可能な増圧シリンダーと、該増圧シリンダーに摺動可能に設けられ、且つ原料処理ピストンの先端部を挿入する原料処理凹部を二次側の一端に設けた増圧ピストン部材とから形成されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１４の何れか１の請求項において、前記増圧機構部は、油または水が流入可能な増圧シリンダーと、該増圧シリンダーに摺動可能に設けられ原料処理ピストンを形成する増圧ピストン部材と、該原料処理ピストンの先端部を挿入する原料処理凹部が対向する一端に設けられたシリンダー部材とから形成されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１１,１４,１５の何れか１の請求項において、原料を液体中に含む懸濁液は前記増圧機構部の加圧処理後の復帰時に、前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う原料処理凹部の容量増大変化により該処理凹部内に吸引されて前記水密位置以上に充填されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１１,１４〜１６の何れか１の請求項において、前記原料処理ピストンは、前記原料処理凹部の前記水密位置以上に原料を液体中に含む懸濁液が満たされる初期位置に該原料処理ピストンの軸回りに設けたハンドルにより手動に移動されることを特徴とする。
また、本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１１,１４〜１７の何れか１の請求項において、動力源としてのモータと、該モータのモータシャフトに装着した駆動歯車、および該駆動歯車に噛合可能に設けられ前記原料処理ピストンの外周に設けられた受動ねじ部に噛合する回転自在な受動歯車よりなる歯車群と、前記原料処理ピストンの外周に前記受動ねじ部に対して軸長方向に交叉して設けられたキー溝と、該キー溝内に係入されるキー材とにより移動可能に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１１,１４〜１７の何れか１の請求項において、前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンの自動運転時の相対移動による移動ストロークはストローク調整手段により調整可能に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１１,１４〜１９の何れか１の請求項において、前記被挿入部材の上面には前記処理凹部を密閉し、原料処理ピストンが摺動可能に貫通される蓋部材が着脱可能に被冠されることを特徴とする。
また、本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項１１,１４〜２０の何れか１の請求項において、原料処理凹部を有する被挿入部材の上部に取付けられる固定板と、該固定板の上面に取付けられ、外周衝合縁には第１の係止縁が設けられた環状の蓋主体部と、前記原料処理ピストンが挿入される貫通孔が設けられ、前記蓋主体部の前記第１の係止縁に衝合可能になる第２の係止縁を外周衝合縁に設けた上蓋部材と、該上蓋部材と前記蓋主体部との第１の前記係止縁および第２の前記係止縁を係止可能に抱持する２つ割のカラーとにより形成され、該カラーにより前記上蓋部材を前記蓋主体部に着脱自在に取付けることを特徴とする。
また、本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１〜２０の何れかに１の請求項１において、前記高圧均質化機構部は、油圧シリンダーまたは空気シリンダーにより直線的に軸方向に駆動するホモジバルブが前記オリフィスを形成するバルブシートに可変的に圧接されることにより原料を処理する内圧力を調整することを特徴とする。
また、本発明の請求項２３に記載の発明は、請求項１〜２２の何れかに１の請求項において、前記高圧均質化機構部における懸濁液に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞よりなる原料を細分化する高圧は、前記増圧機構部の増圧シリンダー内に流入される油または水の一次側の低圧力を検知することにより換算して察知されることを特徴とする。
また、本発明の請求項２４に記載の発明は、請求項１〜２３の何れかに１の請求項において、前記高圧均質化機構部は、前記原料収容通路の二次側の他端に所望複数個が分岐して接続されたことを特徴とする。
また、本発明の請求項２５に記載の発明は、請求項１〜２４の何れか１の請求項において、液体に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞よりなる原料を細分化する高圧均質化機構部の内圧力は、増圧機構部の増圧シリンダーに流入される油または水の一次側の低圧力を検知することにより、その検知信号に基づいて前記増圧ピストン部材と、復帰シリンダーとを自動的に制御して自動運転を可能としたことを特徴とする。
また、本発明の請求項２６に記載の発明は、
（ｈ）原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材に、前記原料処理ピストンの先端部を増圧機構部により挿入可能に設けた原料処理凹部内に微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液を供給する工程と、
（ｉ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と原料の細分化を行う高圧均質機構部とを連通可能に前記原料処理凹部の半径方向に設けた原料収容通路内に前記懸濁液を所望処理量導入する工程とを含み、
（ｊ）前記原料収容通路内に導入される前記懸濁液を高圧化させて懸濁液に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等を前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度に通過させて原料を分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする。
また、本発明の請求項２７に記載の発明は、
（ｌ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液をホッパー内に供給する工程と、
（ｍ）原料処理ピストンの先端部を前記ホッパーを通じて原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材に設けた原料処理凹部内に挿入させる工程と、
（ｎ）前記原料処理ピストンが前記原料処理凹部内に挿入されることにより水密位置を通り過ぎて水密状態の下で増圧する工程と、
（ｏ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と原料の細分化を行う高圧均質化機構部とを連通可能に半径方向に設けた原料収容通路内に原料を所望処理量導入し、圧送する工程と、
（ｐ）該原料収容通路内に導入される原料を含む懸濁液を高圧化させて固形体、繊維状セルロース、細胞等の原料を前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度にて通過させて分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする。
また、本発明の請求項２８に記載の発明は、
（ｒ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液を原料処理ピストンが挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部の水密位置以上に供給する予備工程と、
（ｓ）原料処理ピストンの先端部を前記原料処理凹部内に挿入させる工程と、
（ｔ）前記原料処理ピストンが前記原料処理凹部内に挿入されることにより水密位置を通り過ぎて水密状態の下で増圧する工程と、
（ｕ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と原料の細分化を行う高圧均質化機構部とを連通可能に半径方向に設けた原料収容通路内に前記懸濁液を所望処理量圧送する工程と、
（ｖ）該原料収容通路内に導入される懸濁液を高圧化させて前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度にて通過させて原料を分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする。
また、本発明の請求項２９に記載の発明は、請求項２８において、原料を液体中に含む懸濁液は前記増圧機構部の加圧処理後の復帰時に、前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う原料処理凹部の容量増大変化により該処理凹部内に吸引されて前記水密位置以上に充填されることを特徴とする。
本発明は、固形体、繊維状セルロース等よりなる原料を液体中に含む懸濁液における原料の分散、乳化や、細胞の細胞膜破壊等の細分化が簡単な構造にて高圧力を発揮することにより迅速かつ確実に行えて処理能力が高く、自動化も可能であり、またバルブを一切使用しないため、破損もなく、部品の機械的な寿命が長くなり、保守・管理も容易になる。
以下図面に従い、本発明を実施するための最良の形態につき詳細を説明する。
図１は本発明の高圧均質化装置の実施形態１を示し、原料投入時の断面図、図２は同じく原料処理凹部内の水密位置を原料処理ピストンが通り過ぎて原料を圧縮する状態を示す断面図、図３は同じく原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を導入して高圧に圧縮し、高圧均質化機構部により細分化処理する状態を示す断面図、図４は同じく原料の細分化処理後、内部を減圧して増圧ピストン部材を復帰動作する状態を示す断面図、図５は同じく高圧均質化機構部のホモジバルブを開放して空気を導入しながら増圧ピストン部材を降下して復帰動作している状態を示す断面図、図６は同じく１サイクルを終了した状態を示す断面図、図７は同じく本実施形態１を構成する高圧均質化機構部を示す拡大断面図、図８は高圧均質化機構部にて細分化処理前にミキサーにて撹拌した顕微鏡写真、図９は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2（４９０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真、図１０は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2（９８０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真、図１１は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2（１４７０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真、図１２は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2（４９０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフ、図１３は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2（９８０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフ、図１４は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2（１４７０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフである。
本発明は、微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を高圧力の下で高圧均質化機構部１に設けた小径のオリフィス３を高速度にて通過させることにより原料Ｇの分散、乳化、細胞膜破砕等の細分化を行う高圧均質化装置において、前記高圧均質化機構部１に接続された原料収容通路６と、原料処理ピストン５と、該原料処理ピストン５に対向して設置する被挿入部材と、前記原料処理ピストン５の先端部（一端）５ａを増圧機構部９により挿入可能に設けた原料処理凹部７と、を備え、前記増圧機構部９の駆動により前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストン５が相対移動するのに伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料収容通路６内に懸濁液２を所望処理量圧送し、懸濁液２中の固形体、または繊維状セルロース、細胞等の原料を前記高圧均質化機構部１のオリフィス３にて細分化する、ことを基本的特徴とする。
そして、本実施形態１は図示するように、前記原料処理凹部７の入口に設けられた前記懸濁液２が供給されるホッパー４と、該ホッパー４内に一端５ａが移動可能に挿入され、内部軸方向には原料収容通路６が設けられると共に他端５ｂが前記高圧均質化機構部１に接続された原料処理ピストン５と、前記原料処理凹部７を二次側（図１において上側）となる対向側の一端８ａに設けた被挿入部材としての増圧ピストン部材８と、該増圧ピストン部材８を増圧して前記原料処理ピストン５に対して相対方向（図示では上下方向）に移動可能に設けた増圧機構部９と、前記増圧ピストン部材８を復帰可能に設けられる復帰シリンダー１０,１０とから成り、前記原料処理ピストン５と原料処理凹部７との対向方向の移動に伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化に対応して前記原料収容通路６内に圧送される所要処理量の懸濁液２中の固形体、繊維状セルロース、細胞等を前記高圧均質化機構部１にて細分化するようにした。
前記高圧均質化機構部１は、図１に示す油圧シリンダーＣまたは空気シリンダーにより直線的に軸方向Ｘに駆動するホモジバルブＶが前記オリフィス３を形成するバルブシートＶ．Ｓに可変的に圧接されることにより原料Ｇを細分化処理する内圧力を調整するようになっている。
前記原料Ｇは、例えば、食品分野で取り扱われるトマト・ケチャップ、オイル、またバター、ヨーグルト等の乳製品、清涼飲料、果汁飲料、スープ、乳児食等においては、分離防止、長期安定性、風味、のどごし改善等の観点から各種調合剤、繊維状セルロース等の固形体が例えば半製品または完成品の懸濁液２に含まれるもの、また、化学品や化粧品については、各種顔料、磁性粉、鉱物等の固形体が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれたもの、また、医薬品については、鉱物、生薬等の固形体が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれたもの、また、ガラス工業品等においては、顔料、鉱物等の微細な固形体が液状ガラス中に含まれたもの、また、合成樹脂工業分野では顔料、鉱物、可塑剤、強化繊維等が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれたもの、または製紙分野等においては繊維状セルロースの固形体が製造途中の懸濁液２に含まれたもの、さらには、各種病理研究室では、大腸菌、イースト菌等の菌類の細胞が含まれた懸濁液２があげられる。
前記ホッパー４は中空な容器であることが望ましい。そして、このホッパー４に一端が接続されたフレキシブル性を発揮する供給管１１を通じて原料Ｇはホッパー４内に供給される。
前記原料収容通路６の断面積φ１および長さＬ１は、前記高圧均質化機構部１にて細分化処理量を行うのに応じて原料Ｇの収容量が最良になるように自由に設定される。
そして、増圧機構部９の増圧ピストン部材８を増圧することにより、増圧機構部９に対向して前記原料処理ピストン５を対向方向（図１においては上下方向）に移動させて増圧ピストン部材８の対向側の一端８ａに設けた原料処理凹部７の水密位置Ｓを前記原料処理ピストン５が通過することにより前記原料処理凹部７内が原料処理ピストン５により水密にされた時点からホッパー４内に供給された原料Ｇを含む懸濁液２は原料処理ピストン５の内部に設けた前記原料収容通路６内に圧送されて所望量が収容される。
また、前記増圧機構部９は、油Ｏまたは水Ｗが流入可能な増圧シリンダー１２と、該増圧シリンダー１２に摺動可能に設けられ、且つ原料処理ピストン５の先端部としての一端５ａが往復移動可能に挿入される原料処理凹部７を対向側の一端８ａに設けた増圧ピストン部材８とから形成される。
そして、増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に低圧の油Ｏまたは水ＷがポンプＰを駆動することにより流入されると、増圧ピストン部材８は原料処理ピストン５に向かって対向して図では上方に移動し、原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）がホッパー４を通じて増圧ピストン部材８の対向側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入されて増圧が行われることにより、ホッパー４内の原料Ｇを含む懸濁液２が前述のように原料処理ピストン５の原料収容通路６内に導入されるようになっている。
また、図示する実施形態１では、増圧シリンダー１２の内断面Ｓ１の直径φ２は、約３４０ｍｍ程度であり、増圧ピストン部材８に設けた原料処理凹部７の内断面Ｓ２の直径φ３は約１１０ｍｍ程度に形成される。
この際、油Ｏまたは水Ｗが流入される当初の増圧機構部９の増圧シリンダー１２内の内圧は１００Ｋｇ／ｃｍ2（９８００ｋｐａ）程度の低圧力Ｈ１であるが、原料処理凹部７が密閉されてから原料収容通路６内は９５５Ｋｇ／ｃｍ2（９３５９０ｋｐａ）もに増圧され、高圧Ｈ２になる。そして、この原料収容通路６内は、増圧シリンダー１２の内断面Ｓ１の直径φ２、増圧ピストン部材８に設けた原料処理凹部７の内断面Ｓ２の直径φ３、およびポンプＰの出力等を所望のものに選択すれば最高内圧として２３００Ｋｇ／ｃｍ2（２２５４００ｋｐａ）もの高圧Ｈ２にすることが可能である。
また、懸濁液２に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを分散、乳化、細胞膜の破砕等を行って細分化するための前記高圧均質化機構部１における高圧Ｈ３は、前記増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に流入される油Ｏまたは水Ｗの一次側の低圧力Ｈ１を例えば油圧計１３により測定し、図には示さないセンサーにより検知することにより換算して察知されるようにしている。
また、前記復帰シリンダー１０,１０は、該復帰シリンダー１０内を昇降可能になるピストン棒１４を介して前記増圧ピストン部材８に連結することにより原料収容通路６内を高圧Ｈ２に増圧するために、図４において上昇していた増圧ピストン部材８を旧位置に移動させて復帰させるためのものである。
図１において、１５は機枠であり、この機枠１５の上部に前記高圧均質化機構部１は取付けられる。また、前記機枠１５の上面左右には前記復帰シリンダー１０,１０が取付けられる。また、前記機枠１５内の上方中央には前記原料処理ピストン５が取付けられる。さらに、機枠１５内の下方には前記増圧シリンダー１２が取付けられる。
１１′は前記高圧均質化機構部１の後段に接続される排出管であり、この排出管１１′は細分化処理した原料Ｇを必要に応じて設けた処理液槽１６内に排出するためのものである。
本発明の懸濁液等の高圧均質化装置の実施形態１は以上の構成からなり、以下懸濁液２に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを分散したり、乳化したり、細胞膜を破砕する等して細分化する方法を作用とともに工程順に説明する。
細分化処理される原料Ｇとしては、例えば、食品分野で取り扱われるトマト・ケチャップ、オイルや、バター、ヨーグルト等の乳製品、清涼飲料、果汁飲料、スープ、乳児食等においては、分離防止、長期安定性、風味、のどごし改善等の観点から各種調合剤、繊維状セルロース等の固形体が例えば半製品または完成品に含まれた懸濁液２であったり、また、化学品や化粧品については、各種顔料、磁性粉、鉱物等の固形体が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれていたり、また、医薬品については、鉱物、生薬等の固形体が含まれる半製品または完成品での懸濁液２や乳化液があり、また、ガラス工業品等においては、微細な固形体が液状ガラス中に含まれていたり、また、合成樹脂工業分野では顔料、鉱物、可塑剤、強化繊維等が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれたもの、または製紙分野等においては繊維状セルロースの固形体が製造途中に含まれる懸濁液２があり、さらには各種病理研究室で取り扱われる大腸菌、イースト菌等の菌類の細胞を液体中に含む懸濁液２がある。
これらの懸濁液２等に含まれる各種固形体、繊維状セルロース、各種菌類の細胞を細分化するには、先ず、各種固形体、繊維状セルロース、各種菌類の細胞等の原料Ｇを含む懸濁液２をホッパー４内にフレキシブル性を発揮する供給管１１を通じて供給すると、原料処理ピストン５に対向して設置する被挿入部材としての増圧ピストン部材８の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内にも懸濁液２は供給される（図１参照）。
次いで、増圧機構部９を駆動することにより原料処理ピストン５の一端５ａを前記ホッパー４を通じて前記原料処理凹部７内に挿入する。
このように、原料処理ピストン５の一端５ａをホッパー４を通じて増圧ピストン部材８に設けた原料処理凹部７内に挿入するのには、本実施形態１では増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に低圧力Ｈ１の油Ｏまたは水ＷがポンプＰを駆動することにより流入されると、増圧ピストン部材８は原料処理ピストン５に向かって対向して（図１では上方へ）移動し、原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）がホッパ４ーを通じて増圧ピストン部材８の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入される（図２参照）。
そして、前記原料処理ピストン５が前記原料処理凹部７内の水密位置Ｓを図３に示すように通り過ぎて原料処理凹部７内を水密にした状態の下で増圧する。
その後、前記原料処理ピストン５に対して増圧ピストン部材８が対向方向にセンサーにより検知するまで移動することにより前記原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料処理ピストン５内に軸方向に設けた原料収容通路６内に所要処理量の原料Ｇを含む懸濁液２を圧送し、増圧する。
この際、図示する実施形態１では、増圧シリンダー１２の内断面Ｓ１の直径φ２は、約３４０ｍｍ程度であり、増圧ピストン部材８に設けた原料処理凹部７の内断面Ｓ２の直径φ３は約１１０ｍｍ程度に形成されているので、油Ｏまたは水Ｗが流入される増圧機構部９の増圧シリンダー１２内の当初の内圧が１００Ｋｇ／ｃｍ2（９８００ｋｐａ）程度の低圧力Ｈ１であるが、増圧ピストン部材８の原料処理凹部７は９５５Ｋｇ／ｃｍ2（９３５９０ｋｐａ）にも増圧され、高圧Ｈ２になる。そして、この原料収容通路６内は、増圧シリンダー１２の内断面Ｓ１の直径φ２、増圧ピストン部材８に設けた原料処理凹部７の内断面Ｓ２の直径φ３、およびポンプＰの出力等を所望のものに選択すれば最高内圧として２３００Ｋｇ／ｃｍ2（２２５４００ｋｐａ）もの高圧Ｈ２にすることが可能である。
そして、原料処理ピストン５の一端５ｂに接続されている高圧均質化機構部１のバルブシートＶ．Ｓと、このバルブシートＶ．Ｓに圧接されているホモジバルブＶとの間に微少間隙として形成されるオリフィス３を高圧Ｈ２に加圧された原料収容通路６内の原料Ｇが通過する時に、原料Ｇは高速流となって通過され、オリフィス３には空洞化現象（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）が発生されるため、この空洞部が崩壊する時に高い圧力差が引き起こされることにより剪断作用を受け、オリフィス３から吐出後に高速にて壁に衝突し、高圧Ｈ３下にて懸濁液２中に含まれる原料Ｇの分散相としての固化体、繊維状セルロースを分散したり、または乳化したり、また、細胞等を引き裂いて細胞膜破砕を行い、細分化する。この時、原料収容通路６内が高圧Ｈ２になればなるほど、原料Ｇは高速にてオリフィス３を通過し、強い破砕力を発揮するようになる。
また、前記高圧均質化機構部１における懸濁液２中に含まれる固形体、または繊維状セルロース等よりなる原料Ｇを分散や乳化したり、細胞膜の破砕等を行って細分化する高圧Ｈ２は、前述のように増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に流入される油Ｏまたは水Ｗの一次側の低圧力Ｈ１を例えば油圧計１３を用いて測定し、図には示さないセンサーにて検知することにより換算して察知するので、油圧計１３等の測定機器が内圧に充分耐え、しかも、摩耗および故障が少なく測定を容易かつ確実に行うことができる。
この際、高圧均質化機構部１は、ホモジバルブＶがオリフィス３を形成するバルブシートＶ．Ｓに図１、図７に示すような油圧シリンダーＣまたは空気シリンダーにより直線的に軸方向Ｘに駆動されて可変的に加圧力を、例えば単に押圧したり、高圧となしたり、超高圧になすとかに段階的に変えて圧接することができるので、高圧均質化機構部１のオリフィス３付近に生ずる内圧力を前記油圧シリンダーＣを駆動することにより調整を行い、高圧均質化機構部１によって処理すべき原料Ｇの固形体、繊維状セルロースを分散したり、乳化し、細胞膜を破砕する等して細分化することができる。そして、高圧均質化機構部１により細分化処理された原料Ｇは、排出管１１′を通じて必要に応じて設けられた処理液槽１６内に排出される。
このようにして懸濁液２中に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞を細分化させて原料Ｇの細分化処理を終えると、増圧シリンダー１２内の油Ｏまたは水Ｗを排出し、抵抗がないようにした状態で復帰シリンダー１０,１０を駆動することによりピストン棒１４を介して増圧ピストン部材８を増圧シリンダー１２内において降下させて旧位に復帰させる（図４参照）。そして、増圧ピストン部材８は機枠１５に固定的に取付けられた原料処理ピストン５から離反するように降下することにより原料処理ピストン５が原料処理凹部７から抜かれ、旧位に復す。
この際、増圧ピストン部材８が降下する時に、高圧均質化機構部１のバルブシートＶ．Ｓに対するホモジバルブＶの押圧を油圧シリンダーＣを駆動することにより開放させて原料収容通路６内に空気を迅速かつ容易に吸入させて原料収容通路６内が真空になって増圧ピストン部材８の降下動作の妨げになるのを防止する（図５参照）。
そして、増圧ピストン部材８が増圧シリンダー１２内を円滑かつ迅速に降下して旧位に復す（図６参照）。この増圧ピストン部材８の降下位置は、センサーにより検知される。
そして、前述のように、例えば油圧計１３により測定されセンサーにて検知される増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に流入される油Ｏまたは水Ｗの一次側の当初の低圧力Ｈ１を検知することにより、この検知信号に基づいて前記増圧ピストン部材８の駆動時期、移動ストローク等を決定したり、原料処理ピストン５内に設けた原料収容通路６内に収容する原料Ｇを含む懸濁液２の収容量を制御したり、また、原料収容通路６内に収容する原料Ｇを所望圧にて圧縮して高圧Ｈ２にするという制御が行える。
しかも、増圧シリンダー１２の一次側の低圧力Ｈ１を検知した検知信号に基づいて、高圧均質化機構部１のオリフィス３を形成するために、バルブシートＶ．Ｓに押付けられるホモジバルブＶを駆動する油圧シリンダーＣを制御することにより、バルブシートＶ．Ｓに対するホモジバルブＶの押付圧を加減して高圧均質化機構部１にて細分化処理を行うための原料Ｇの内圧力や押付時期、押付け手順を決定する等して調整することができる。また、増圧シリンダー１２の一次側の低圧力Ｈ１を検知した検知信号に基づいて前記復帰シリンダー１０,１０による増圧ピストン部材８の復帰時期を制御することができる。
これらの制御は、コンピュータによるプログラミング操作により容易に行える。
そして、懸濁液２に含まれる固形体、または繊維状セルロース等の原料Ｇを分散したり、乳化したり、細胞膜を破砕する等の細分化処理を自動的に行え、自動運転を可能にできる。しかも、例えば、前述のようにホッパー４への懸濁液２の投入から始まって増圧機構部９の増圧ピストン部材８を増圧して原料収容凹部７の水密位置Ｓを原料処理ピストン５が通過されるようにして水密状態にしてから原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に導入して高圧Ｈ２に圧縮することにより高圧均質化機構部１にて１度細分化処理がされて処理液槽１６内に収容された懸濁液２中の原料Ｇを供給管１１を介して再びホッパー４内に投入する。その後、油圧シリンダーＣを駆動することによりバルブシートＶ．Ｓに対するホモジバルブＶの押付力を強くした後に再び高圧均質化機構部１により前回よりも細かく細分化処理を行うようにすれば、原料Ｇをさらに細分化処理することができる。
このように、高圧均質化機構部１にて細分化処理がされて処理液槽１６内に収容された原料Ｇを含む懸濁液２を供給管１１を介して再びホッパー４内に投入することにより原料処理ピストン５の原料収容通路６内に懸濁液２を再び導入し、その後、増圧して高圧均質化機構部１にて原料Ｇの細分化処理を行って処理液槽１６内に懸濁液２と一緒に収容される原料Ｇを２回、３回・・・と何度となく循環して高圧均質化機構部１による原料Ｇの細分化処理回数を２回、３回・・・と所望回数何度となく繰り返して行えば、固形体や繊維状セルロースを目標とする所望の大きさに原料Ｇを細分化することができるとともに細胞膜を破砕し、原料Ｇの固形体等の細分化処理のサイクル化を容易かつ迅速に行うことができる。
このように、本実施形態１の高圧均質化機構部１では、懸濁液２等に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇの細分化処理が増圧機構部９の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に原料処理ピストン５が挿入されることにより水密位置Ｓを通り過ぎて原料処理凹部７内を水密化した後に、増圧機構部９によりなお継続して加圧を行って原料処理ピストン５の内部に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含んだ懸濁液２を収容し、直ちに原料Ｇを高圧Ｈ２に増圧することができるものなので、原料Ｇを含んだ懸濁液２を通す高圧均質化機構部１のオリフィス３が細かったり、懸濁液２が粘性があっても、高圧均質化機構部１の前段において所要量の原料Ｇを迅速かつ円滑に圧送することができるとともに即座に高圧化が行える。
そして、各操作は終始一貫して連続して行われるため、懸濁液２中に含まれる分散相としての固化体、繊維状セルロース等よりなる原料Ｇを分散したり、または乳化を行ったり、細胞等を引き裂いて細胞膜破砕を行う等、高効率に細分化処理をすることができる。
本発明者および出願人は、本実施形態１の高圧均質化装置についての性能を検証するために測定を行った結果、以下の優れた効能を発揮することが実証された。
＜測定１＞
先ず、１つ目の測定事項は、例えば試検体として繊維状セルロースよりなる原料Ｇを水に分散させた懸濁液２を本実施形態１の高圧均質化装置の高圧均質化機構部１にて細分化処理を行った場合のオリフィス３の吐出圧と繊維状セルロースの細分化との関係を調べようとするものである。
すなわち、紙片中に含まれる繊維状セルロースよりなる原料Ｇを水に分散させた懸濁液２を本実施形態１の高圧均質化装置の高圧均質化機構部１にて細分化処理を行った場合のオリフィス３の吐出圧と繊維状セルロースの細分化との関係を調べると、図８、図９、図１０、図１１に示す顕微鏡写真に見られるように固形体を高圧均質化機構部１により細分化処理する時の吐出圧が増加して高くなるのに応じて懸濁液２中の原料Ｇとしての繊維状セルロースが一層小さく細分化されることがわかった。
この時、使用した懸濁液２は、例えば含水率が約８ｗｔ％の紙片を例えば松江ナカバヤシ株式会社社製の裁断機（機種：ＮＳ−３２Ｃ）にて約４×１５ｍｍ程度の裁断寸法に細かく裁断した細片の約４３．５ｇを水が約９５６．５ｇに混入する。その後、松下電器産業株式会社社製のミキサー（機種：ＭＸ−１５２Ｓ）を用いて約１分間撹拌処理することにより繊維状セルロース等の固形体をある程度細かに粉砕して水中に均一に分散させた固形体（繊維状セルロース）が４ｗｔ％のものを４Ｋｇ使用した。
また、観察には、懸濁液２中の固形体を高圧均質化機構部１により細分化処理する前の固形体としての繊維状セルロースをニコン社製の反射／透過両用型顕微鏡（機種：エクリプスＭＥ６００Ｌ）を用いて倍率が、対物レンズ倍率として１０〜５０倍にて観察し、同社製の顕微鏡用デジタルカメラユニット（機種：ＤＳ−５Ｍ−Ｌ１）を前記反射／透過両用型顕微鏡に組付けて撮影することにより、図８に示す顕微鏡写真を得た。
また、高圧均質化機構部１のオリフィス３の吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2（４９０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理したものを同様にニコン社製の前記顕微鏡と同社製の顕微鏡用デジタルカメラユニットとを用いて観察することにより図９に示す顕微鏡写真を得た。同様に、高圧均質化機構部１のオリフィス３の吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2（９８０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理したもの、および同様に、高圧均質化機構部１のオリフィス３の吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2（１４７０００ｋｐａ）にて連続して３回ほど細分化処理したものにつき同様にニコン社製の前記顕微鏡と同社製の顕微鏡用デジタルカメラユニットを用いて観察することにより、それぞれ図１０、および図１１に示す顕微鏡写真を得た。
このうち、図８に示す顕微鏡写真では、固形体として繊維太さが２０〜２５μｍ程度の繊維状セルロースが懸濁液２中に原料Ｇとして縦横に均一に分散さていることがわかった。
また、図９に示すオリフィス３の吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理を行った顕微鏡写真では、繊維太さが１５μｍ程度の繊維状セルロースの太い繊維の周りにミクロフィブリル（Ｍｉｃｒｏ Ｆｉｂｒｉｌ）らしき造影が少し見え、細分化が進んだことがうかがわれる。
また、図１０に示すオリフィス３の吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理を行った顕微鏡写真では、セルロース鎖の結合が断たれた繊維長が短いものの数が増え、しかも繊維太さが７〜１４μｍ程度の繊維状セルロースの太い繊維の周りにミクロフィブリルらしき造影がかなり見え、細分化がさらに進んだことがうかがわれる。
さらに、図１１に示すオリフィス３の吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理を行った顕微鏡写真では、繊維長が短いものが多数存在し、繊維太さが１０μｍ以下の繊維状セルロースの太い繊維の周りにミクロフィブリルらしき造影が多数見え、細分化がさらに進んだことがうかがわれる。
従って、図８ないし図１１に示す顕微鏡写真から、懸濁液２中に原料Ｇが分散された固形体としての繊維状セルロースは、本実施形態１の高圧均質化装置の高圧均質化機構部１にて細分化処理を行うことにより細分化されることがわかった。また、高圧均質化機構部１の細分化を複数回行えば、１回の細分化を行う場合よりも固形体の細分化がより行えることがわかった。しかも、高圧均質化機構部１のオリフィス３の吐出圧を高くすると、吐出圧が低い場合に較べて繊維状セルロースの固形体は一層細かに細分化されることがわかった。
＜測定２＞
次いで、本実施形態１の高圧均質化装置の高圧均質化機構部１についての２つ目の測定事項として、懸濁液２中に分散する原料Ｇとしての繊維状セルロースを細分化する時に、高圧均質化機構部１のオリフィス３からの吐出圧と、細分化された原料Ｇの吐出温度との関係につき調べた。
この吐出温度の測定は、高圧均質化機構部１のオリフィス３からの原料Ｇの吐出圧を５００Ｋｇ／ｃｍ2、１０００Ｋｇ／ｃｍ2、１５００Ｋｇ／ｃｍ2と高めた場合につき、高圧均質化機構部１のオリフィス３による細分化処理が１回目、２回目、３回目と行う場合につきそれぞれ吐出温度を測定した。
この時、高圧均質化機構部１のオリフィス３からの原料Ｇの吐出温度は、ガラス製の棒状水銀温度計（０〜３００°Ｃの目盛り付き）を用いて測定が行われた。
また、測定条件は、水温が２６°Ｃ、気温が２７°Ｃ、ミキサーによる撹拌処理後の原料Ｇの温度は２８．５°Ｃの実測値であった。
そして、高圧均質化機構部１による原料Ｇの細分化処理が、オリフィス３からの原料Ｇの吐出圧が５００Ｋｇ／ｃｍ2である場合に、高圧均質化機構部１のオリフィス３の通し回数が１回目の時は、吐出温度は３８．０°Ｃ、また、通し回数が２回目の時は、４１．５°Ｃ、さらに、通し回数が３回目の時は、４２．５°Ｃの実測値を得た。
また、高圧均質化機構部１による原料Ｇの細分化処理が、オリフィス３からの原料Ｇの吐出圧が１０００Ｋｇ／ｃｍ2である場合に、高圧均質化機構部１のオリフィス３の通し回数が１回目の時は、吐出温度は４５．５°Ｃ、また、通し回数が２回目の時は、５４．０°Ｃ、さらに、通し回数が３回目の時は、５４．５°Ｃの実測値を得た。
さらに、高圧均質化機構部１による原料Ｇの細分化処理が、オリフィス３からの原料Ｇの吐出圧が１５００Ｋｇ／ｃｍ2である場合に、高圧均質化機構部１のオリフィス３の通し回数が１回目の時は、吐出温度は４９．０°Ｃ、また、通し回数が２回目の時は、６０．０°Ｃ、さらに、通し回数が３回目の時は、６３．０°Ｃの実測値を得た。
このように、懸濁液２中に分散する原料Ｇとしての繊維状セルロースを細分化する時に、高圧均質化機構部１のオリフィス３からの吐出圧と、細分化された原料Ｇの吐出温度との関係を測定し、これらの測定値をまとめた結果、下記[表１]を得た。
上記[表１]から、高圧均質化機構部１のオリフィス３による原料Ｇの細分化を行う時に、オリフィス３からの原料Ｇの吐出圧をそれぞれ５００Ｋｇ／ｃｍ2、１０００Ｋｇ／ｃｍ2、１５００Ｋｇ／ｃｍ2と次第に高く設定して行くと、オリフィス３の通過時の原料Ｇの吐出温度は上昇して行くことがわかった。
また、上記[表１]から、オリフィス３からの原料Ｇの吐出圧がそれぞれ５００Ｋｇ／ｃｍ2、１０００Ｋｇ／ｃｍ2、１５００Ｋｇ／ｃｍ2と吐出圧が上昇される場合に、各吐出圧につき、それぞれの高圧均質化機構部１のオリフィス３の通し回数が、１回目の時のオリフィス３からの吐出温度に対する通し回数が２回目の時のオリフィス３からの吐出温度の温度上昇よりも通し回数が２回目の時のオリフィス３からの吐出温度に対する通し回数が３回目の時のオリフィス３からの吐出温度の温度上昇の方が少ないことがわかった。
すなわち、高圧均質化機構部１のオリフィス３からの吐出圧を所望倍数的に高く設定して行っても、オリフィス３からの原料Ｇの吐出温度は吐出圧に対応して一定比率にて比例倍数的に増加するものではないことがわかった。
ところで、一定容積空間を内部に有する管状体等の容器内に収容される懸濁液２等の液状体につき、該容器の一次側から加圧力を加えて容器の二次側での吐出圧と吐出温度との関係は下記に示す[一般式１]で求まる。
ρ・Ｑ・ｃ・ΔＴ＝Ｐ・Ｑ [一般式１]
そして、上記[一般式１]を整理すると、
ΔＴ＝Ｐ・Ｑ／ρ・Ｑ・ｃ [式２]が得られる。
上記[一般式１] ,[式２]において、ρ：液状体の比重[Ｋｇ／ｃｍ3]
ｃ：液状体の比熱[Ｋｃａｌ／（Ｋｇ．°Ｃ）]
Ｑ：液状体の吐出量[Ｋｇｆ／ｃｍ3]
Ｐ：液状体の吐出圧[Ｋｇｆ／ｃｍ2]
ΔＴ：液状体の吐出温度[°Ｃ] を示す。
そして、上記[式２]に液状体について既知の所望数値を代入すれば、高圧均質化機構部１のオリフィス３から吐出する細分化された原料Ｇの吐出温度ΔＴを計算により求めることができる。
このようにして、上記[一般式１]、および上記[式２]から計算により求められた高圧均質化機構部１のオリフィス３から吐出する細分化された原料Ｇの各吐出圧毎におけるオリフィス３の通し回数毎の吐出温度ΔＴを上記[一般式１] ,および[式２]により計算される計算値Ｂと、前述の実測値Ａとを一緒に表したものとして図１２、図１３、図１４に示すような特性の線グラフを得た。
図１２に示す線グラフにおいて、オリフィス３から吐出する細分化された原料Ｇの吐出圧が５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]である場合には、オリフィス３による細分化処理前のミキサーによる撹拌処理後の原料温度が実測値Ａおよび計算値Ｂともに２８．５°Ｃである。また、第１回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは３８．０°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは４０．０°Ｃ程度である。また、第２回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは４１．５°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは５２．０°Ｃ程度である。さらに、第３回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは４２．５°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは６４．０°Ｃ程度である。
また、図１３に示す線グラフにおいて、オリフィス３から吐出する細分化された原料Ｇの吐出圧が１０００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]である場合には、オリフィス３による細分化処理前のミキサーによる撹拌処理後の原料温度が実測値Ａおよび計算値Ｂともに２８．５°Ｃである。また、第１回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは４５．５°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは５５．０°Ｃ程度である。また、第２回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは５４．０°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは７５．０°Ｃ程度である。さらに、第３回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａが５４．５°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは約９８．０°Ｃ程度である。
さらに、図１４に示す線グラフにおいて、オリフィス３から吐出する細分化された原料Ｇの吐出圧が１５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]である場合には、ミキサーによる撹拌処理後の原料温度が実測値Ａおよび計算値Ｂともに２８．５°Ｃである。また、第１回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは４９．０°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは６４．０°Ｃ程度である。また、第２回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは６０．０°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは約９８．０°Ｃ程度である。さらに、第３回目のオリフィス３の通し回数時には実測値Ａでは６３．０°Ｃであるのに対して計算値Ｂでは１３５．０°Ｃ程度である。
こうして、高圧均質化機構部１のオリフィス３に対する原料Ｇの通し回数が５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2] 、１０００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]、１５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]の各吐出圧毎に、１回目、２回目、３回目の何れの場合も、計算値Ｂよりも実測値Ａの方が温度が低いことが分かった。
しかも、各吐出圧毎のオリフィス３からの吐出回数が１回目、２回目、３回目と増えるのに従ってオリフィス３からの吐出温度の温度上昇比率が少なくなることがわかった。
総じて、高圧均質化機構部１のオリフィス３の吐出圧を５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]程度から１５００[Ｋｇｆ／ｃｍ2]もの高圧にしても、オリフィス３の吐出温度は２８．５°Ｃ〜６３．０°Ｃの範囲であり、直線的に上昇する計算値よりも温度上昇は高圧になるほど、遙かに低い。
このように高圧均質化機構部１のオリフィス３による原料Ｇの細分化処理時での吐出温度の実測値Ａと計算値Ｂとの差は、原料Ｇ中の固形体としての繊維状セルロースをオリフィス３を通過して細分化するのに、セルロース繊維相互を結合している水素結合を切断して細分化を行う時のエネルギーとして費やされるために生ずるものと推察される。
従って、懸濁液２中に分散される原料Ｇとしての繊維状セルロース等の固形体を細分化して分散させる時に発生する吐出温度により固形体としての繊維状セルロースが変質したりすることなく細分化が行える。
また、例えば、原料Ｇが食品分野で取り扱われるトマト・ケチャップ、オイルや、バター、ヨーグルト等の乳製品、清涼飲料、果汁飲料、スープ等の固形体であったり、また、原料Ｇが乳児食等である場合に、分離防止、長期安定性、風味、のどごし改善等の観点から各種調合剤であったり、また、繊維状セルロース等の固形体が例えば前記食品、乳製品、乳児食等の原料Ｇの半製品または完成品に含まれた懸濁液２であったり、また、原料Ｇが化学品や化粧品である場合に、各種顔料、磁性粉、鉱物等の固形体が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれていたり、また、原料Ｇが医薬品である場合には、鉱物、生薬等の固形体が含まれる半製品または完成品での懸濁液２や乳化液であったり、また、原料Ｇがガラス工業品等において、微細な固形体が液状ガラス中に含まれていたり、また、原料Ｇが合成樹脂工業分野において顔料、鉱物、可塑剤、安定剤、強化繊維等が半製品または完成品での懸濁液２や乳化液に含まれたものであったり、また、原料Ｇが製紙分野等において繊維状セルロースの固形体が製造途中に含まれる懸濁液２であったり、さらには、原料Ｇが各種病理研究室で取り扱われる大腸菌、イースト菌等の菌類の細胞を含む懸濁液２がある場合にも、熱による変質や劣化がなく、原料Ｇの懸濁液２等に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等の細分化処理を行うことができる。
そして、例えば、熱による変質がし難い固形体を細分化することはもとより、特に熱による変質がし易い固形体等を細分化するのに、変質や劣化がなく、細分化が最適に行える。
また、前述のように、モータの回転を駆動源としてシリンダー内をピストンが往復運動させる構造のポンプピストンに原料を吸入したり、排出が行われて原料を圧送する形式の従来装置では、ポンプピストンにより原料の吸入と排出とが繰り返して行われて系内が所定の高圧になるという準備操作が事前に行われるのを待って原料を高圧均質化機構部に移送して細分化処理を行うものであるので、原料の細分化処理には多くの時間がかかるものであるため、運転の立ち上がりが悪く、さらには原料の液体中に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞を細分化処理するのに効率が悪かったのとは異なり、本実施形態１では、高圧均質化機構部１の前段の原料収容通路６内は、２３００Ｋｇ／ｃｍ2もの高圧Ｈ２に即座になされるので、原料Ｇの細分化処理を高効率に行うことができる。
また、本実施形態１の高圧均質化装置では、高圧均質化機構部１の前段において原料Ｇを高圧Ｈ２にするのに、前述の従来装置のように駆動源としてモータの回転によりピストンをシリンダー内において往復運動させる構造より、原料を吸入し、排出を行うポンプピストン、吸入弁、排出弁を用いた従来装置とは異なり、ポンプピストンや吸入弁、排出弁を一切用いないので、懸濁液２中に、繊維状セルロース等の絡み易い状態の固形体が原料として懸濁している場合にも、この固形体がポンプピストンの吸入弁や排出弁のバルブシート面に詰まる不都合がなくなるとともに、バルブの開閉操作を心配することもなく、細分化作業は完全には行え、また、の懸濁液２として原料Ｇを圧送する場合にも脈動を生ぜず、一定速度で所望量を移送することができる。
従って、本実施形態１の高圧均質化装置では、高圧下もしくは超高圧下において細分化処理すべき原料Ｇが漏洩することがなく、しかも超高圧を発生させることができるので、原料Ｇの細分化処理効率を高くすることができる。
しかも、本実施形態１の高圧均質化装置では、前述のように、モータを駆動源として回転することによりシリンダー内にピストンを往復運動させる構造より、原料の吸入と排出を行うポンプピストン、吸入弁、排出弁を用いた従来装置とは異なり、ポンプピストンや吸入弁、排出弁を用いないので、前記ポンプピストン、吸入弁、排出弁等の部品の摩耗がなく、その損壊もなく、機械的な寿命が向上される。このため、本実施形態１ではポンプピストン等の新たな部品の交換、取り替え作業が不用になるとともにその労力と手間が省け、保守・管理が容易になり、さらには経費も省ける。
また、図１５ないし図１７に示すものは本発明の懸濁液等の高圧均質化装置の実施形態２であり、この実施形態２では、１本の復帰シリンダー１０用い、この復帰シリンダー１０は、ピストン棒１４の先端部に取り付けた連結バー２０、該連結バー２０の左右下方に垂下した連結棒２１,２１を介して増圧ピストン部材８に連結させる構成により、増圧ピストン部材８を復帰動作するために前記実施形態１に比較して１本の復帰シリンダー１０で済むので、部品点数が少なくなり、製作、組付が容易であり、製作コストが安価になるほかは、前記実施形態１と同様の構成、作用である。
また、図１８に示すものは本発明の高圧均質化装置の実施形態３であり、この実施形態３では増圧ピストン部材８の長さを前記実施形態１、実施形態２よりも長く形成することにより、原料処理凹部７を有する増圧ピストン部材８の加工を容易にするととも耐高圧性が高い増圧ピストン部材８が得られ、さらには、増圧ピストン部材８は製作精度を高くなくても増圧シリンダー１２、原料処理ピストン５の組付、製作が容易に行える点が前記実施形態１、前記実施形態２と構成を異にするほか、前記実施形態１、前記実施形態２と同様の構成、作用である。
また、図１９に示すものは本発明の高圧均質化装置の実施形態４である。
この実施形態４は、例えば前記実施形態１、実施形態２、実施形態３に示すように、増圧ピストン部材８を復帰動作させるための復帰シリンダー１０を個別に機枠１５の上部に設けるのに代えて増圧機構部９の増圧シリンダー１２内部に増圧ピストン部材８を復帰動作させるための油圧または水圧の回路部Ｋを形成することにより増圧ピストン部材８を増圧させて原料処理ピストン５に向かって対向して（図では上方へ）移動し、原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）がホッパ４ーを通じて増圧ピストン部材８の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入させ、原料処理ピストン５が原料処理凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎて原料処理凹部７内を水密にした状態の下で増圧することにより原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に導入して高圧Ｈ２に増圧させるとともに、回路部Ｋ内の油圧または水圧を切り替えることにより増圧ピストン部材８を降下動作させて復帰するようにした。
このように、本実施形態４の高圧均質化装置では、増圧ピストン部材８を復帰動作させるための復帰シリンダー１０を設けないので、部品点数を削減し、製作、組付けを簡便になすようにした点が前記実施形態１、実施形態２、実施形態３とは異なる構成、作用であるほかは前記実施形態１、実施形態２、実施形態３と略同様の構成、作用である。
また、図２０に示すものは本発明の高圧均質化装置の実施形態５である。
この実施形態５は、例えば前記実施形態１、実施形態２、実施形態３に示すように、増圧ピストン部材８を復帰動作させるための復帰シリンダー１０を個別に機枠１５の上部に設けるのに代えて機枠１５の上部に取付けた原料処理ピストン５に対向して移動可能に設けた増圧機構部９の増圧ピストン部材８を収容する増圧シリンダー１２の周囲に複数の復帰シリンダー１０,１０をピストンロッド１４,１４、連結バー２０′,２０′を介して設けたことにより増圧ピストン部材８を増圧させて原料処理ピストン５に向かって対向して（図では上方へ）移動し、原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）をホッパ４ーを通じて増圧ピストン部材８の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入させ、原料処理ピストン５が原料処理凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎて原料処理凹部７内を水密にした状態の下で増圧させて原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に導入して高圧Ｈ２に増圧させるとともに、増圧ピストン部材８の復帰時には復帰シリンダー１０,１０を駆動させて増圧ピストン部材８を降下動作させ、復帰するようにした。
このように、前記実施形態１、実施形態２、実施形態３が復帰シリンダー１０,１０を個別に機枠１５の上部に設けているのに代えて本実施形態５では、復帰シリンダー１０,１０を機枠１５の下部に設けた増圧機構部９の増圧シリンダー１２の周囲に設けたので、該復帰シリンダー１０,１０よりも上部に位置するホッパー４内に投入される原料Ｇには復帰シリンダー１０,１０を駆動するための油、水等の不純物が漏れ出て混入することなく、原料Ｇの純度を維持でき、しかもホッパー４の周囲を広く確保できるので、原料Ｇの性状や投入状態を迅速かつ確実に観察できる。さらには、ホッパー４の周囲を広く確保できるので、製作および組立が容易に行え、保守・管理も容易になるという利点がある。
また、この実施形態５では、原料処理ピストン５の他端（図において上方一端）に設けた高圧均質化機構部１の一側に外気を導入するための外気導入孔３０ａを有する外気導入バルブ３０を設けたことにより、原料Ｇの細分化に際して機枠１５の下部に設けた増圧機構部９の増圧ピストン部材８を原料処理ピストン５の内部軸方向に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を導入して高圧に圧縮して高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過させて原料Ｇの細分化を行い、その後に増圧ピストン部材８を降下させて復帰動作をさせる時に、前記外気導入バルブ３０の外気導入孔３０ａから外気を高圧均質化機構部１を介して原料処理ピストン５の原料収容通路６内に吸入して原料収容通路６内が真空になることにより増圧ピストン部材８の降下動作が妨げになるのを防止し、増圧ピストン部材８の復帰操作を簡便になすようにしている。
このほか、本実施形態５では、高圧均質化機構部１により細分化して処理液槽１６内に収容されている原料Ｇを、さらに、細分化を行うために、ホッパー４内に所定時間、所望量の原料Ｇを供給させるポンプＰ１を供給管１１の途中に設けて原料Ｇをホッパー４内に供給させることにより固形物等のさらなる細分化を行う。また、供給管１１には、初期の原料Ｇをホッパー４に供給させるための原料移送ポンプＰ２と切替弁Ｖ１とを介して原料タンクＴを接続することにより切替弁Ｖ１を切替えてホッパー４内に初期の原料Ｇを供給して高圧均質化機構部１により固形物等の細分化処理を行うようにしている。なお、この実施形態５では、図示するようにホッパー４を密閉型のものを用いて密閉度を確保するようにしているが、このホッパー４は図示するように、必ずしも密閉型のものに限る必要はなく、図には示さないが開放型のものであってもよい。
しかも、外気導入バルブ３０は、高圧均質化機構部１により原料Ｇを細分化処理した後毎に外気を導入し得るものであれば、図示する構造のものに捕らわれずに変更は自由に行える。
また、図２１に示すものは本発明の実施形態６である。
この実施形態６では、高圧均質化機構部１は、前記原料収容通路６の二次側の他端５ｂに所望複数個、図２１では２個が分岐して接続された構成により、増圧機構部９の増圧ピストン部材８を駆動して原料処理ピストン５を増圧ピストン部材８の対向側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入することにより原料処理ピストン５の原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を直ちに増圧し、複数の高圧均質化機構部１,１により原料Ｇ中の固形物等の細分化処理するようにして細分化処理量の拡大化と効率化をはかるようにした点が前記実施形態１、実施形態２、実施形態３と異なる構成、作用である。なお、複数の高圧均質化機構部１,１による原料Ｇの細分化処理は、同時に行っても良いし、時間を違えて行うように制御されても良い。しかも、細分化処理する高圧均質化機構部１の設置個数の増減変更は図示するものに限らず、自由に設定することができる。
また、図２２に示すものは本発明の実施形態７である。
前記実施形態１、実施形態２、実施形態３、実施形態４、実施形態５、実施形態６では、機枠１５に固定される原料処理ピストン５に対して増圧機構部９を構成する増圧ピストン部材８を移動することにより原料処理凹部７内に原料処理ピストン５の先端部５ａを挿入して原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を導入し、高圧Ｈ２に圧縮させる構成にしている。
これに対してこの実施形態７では、増圧機構部９は、図２２に示すように、油または水が流入可能な増圧シリンダー１２′と、該増圧シリンダー１２′に摺動可能に設けられ、原料処理ピストン５を下部中央に形成した増圧ピストン部材８′とを機枠１５の上部に設け、下部にはホッパー４を備え、該原料処理ピストン５の先端部５ａが移動可能に挿入される原料処理凹部７が前記増圧ピストン部材８′に対向して一端に設けられた固定的な被挿入部材としてのシリンダー部材８″とから形成された構成を採用している。
そして、機枠１５の下端に固定されたシリンダー部材８″に対して増圧ピストン部材８′に設けた原料処理ピストン５を対向方向（図において下方）に移動することによりシリンダー部材８″の原料処理凹部７内に原料処理ピストン５の先端部５ａを挿入して水密状態の下にて原料Ｇを含む懸濁液２を原料処理ピストン５の原料収容通路６内に導入し、高圧Ｈ２に圧縮して高圧均質化機構部１により原料Ｇを細分化するという作用であるほかは、前記実施形態１、実施形態２、実施形態３、実施形態４、実施形態５、実施形態６と略同様の構成、作用である。
図２３に示すものは本発明の実施形態８である。
この実施形態８では高圧均質化機構部１を原料処理ピストン５の他端５ｂ（図において上方一端）に軸方向に設け、該高圧均質化機構部１の一側にスプリングの附勢力により常閉となっている弁体３０′ａを開閉可能に内蔵している外気導入バルブ３０′を設けたものであり、機枠１５の下部に設けた増圧機構部９の増圧ピストン部材８を原料処理ピストン５に対して対向方向に移動することにより原料処理ピストン５の内部軸方向に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を導入して高圧Ｈ２に圧縮することにより高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過させて原料Ｇの細分化を行った後に増圧ピストン部材８を降下させる。
そして、増圧ピストン部材８を復帰動作させる時に前記外気導入バルブ３０′から外気を高圧均質化機構部１を介して原料処理ピストン５の原料収容通路６内に迅速かつ容易に吸入して原料収容通路６内が真空になることにより増圧ピストン部材８の降下動作が妨げになるのを防止し、増圧ピストン部材８の復帰操作を簡便にするほか、固形物等のさらなる細分化を行うためにホッパー４内に原料Ｇを含む懸濁液２を供給するための原料搬送用のポンプＰ１を供給管１１に設けた点は、図２０に示す前記実施形態５と同様の構成、作用あるとともに図９に示す前記実施形態４とは異なる構成、作用であるほかは前記実施形態４と同様の構成、作用である。
図２４に示すものは本発明の実施形態９である。
この実施形態９では、原料処理ピストン５が機枠１５に固定的に取付けられ、前記原料処理ピストン５に対して対向方向に移動可能になる前記増圧機構部９の増圧ピストン部材８の駆動により前記原料処理ピストン５に対向して被挿入部材としての可動シリンダー部材４０が移動可能に設置され、該可動シリンダー部材４０には、前記原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）を挿入可能な前記原料処理凹部７を設けた構成である。
そして、ホッパー４内に導入された原料Ｇを含む懸濁液２を原料処理ピストン５の内部軸方向に設けた原料収容通路６内に導入するのには、水Ｗ、油ＯをポンプＰを駆動して増圧機構部９の増圧シリンダー１２内に流入することにより増圧ピストン部材８を上昇し、可動シリンダー部材４０を原料処理ピストン５に対して移動して原料処理凹部７の容量減少変化を生じさせ、原料処理ピストン５内の原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を導入し、この原料収容通路６内を高圧Ｈ２に圧縮することにより原料Ｇを高圧均質化機構部１のオリフィス３に高圧Ｈ３にて高速度にて通過させて原料Ｇを細分化する点が前記実施形態４、実施形態８と異なる構成、作用である。
そして、原料Ｇを高圧均質化機構部１のオリフィス３に高速度にて通過させることにより原料Ｇの細分化を行った後は、増圧機構部９の増圧シリンダー部材１２の上面に設けた複数個の復元シリンダー４１,４１を駆動して可動シリンダー部材４０を降下させ、旧位に復帰させるようにするとともに、原料処理ピストン５内に設ける原料収容通路６内に超高圧にて原料Ｇを導入して細分化を行うのに適するほかは、前記実施形態４、および実施形態８と同様の構成、作用である。
図２５に示すものは本発明の実施形態１０である。
この実施形態１０では、原料処理ピストン５が増圧機構部９の増圧ピストン部材８′であって機枠１５に移動可能に設けられ、被挿入部材が機枠１５に固定的に取付けられたシリンダー部材８″である点は前記実施形態７と同様の構成であるが、原料収容通路６が、原料処理ピストン５の内部軸方向に設けられるのではなく、原料処理凹部７と高圧均質化機構部１とを連通可能に前記原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けられたことにより、原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を高圧均質化機構部１に水平に搬送して高圧均質化機構部１にて原料Ｇの細分化を行うようにした点が前記実施形態７と異なる構成、作用である。
そして、この実施形態１０では、原料収容通路６が、前記実施形態１、実施形態２、実施形態３、実施形態４、実施形態５、実施形態７，実施形態８のように原料処理ピストン５の軸方向に原料収容通路６を設けたのとは異なり、原料収容通路６は、原料処理凹部７の下方において、原料処理凹部７と高圧均質化機構部１とを連通可能に前記原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けられた構成により高圧均質化装置自体の高さを低くして装置のコンパクト化を実現できるとともに原料処理ピストン５の内部軸方向に原料収容通路６を設けなくても済むので、原料処理ピストン５の製作、加工が容易に行え、原料Ｇが高い粘性を有するものであるとか、原料Ｇの懸濁液２中に分散される固形体の粒子が大きい場合であるとか、繊維状セルロースが長い場合に原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けられた略水平な原料収容通路６内に所望量の原料Ｇを迅速かつ確実に導入して高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過することにより細分化処理を行うのに適するという優れた作用を奏する。
図２６に示すものは本発明の実施形態１１である。
この実施形態１１では、前記実施形態１０と同様に原料処理ピストン５が増圧機構部９の増圧ピストン部材８′であって機枠１５に移動可能に取付けられ、また、被挿入部材が機枠１５に固定的に取付けられたシリンダー部材８″であり、原料収容通路６が、原料処理ピストン５に対向する被挿入部材としての前記シリンダー部材８″に設けた原料処理凹部７と高圧均質化機構部１とを連通可能に前記原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けられた構成、作用である。図示では、原料処理凹部７の底部７ａに水平な原料収容通路６が段差を生ずることなく、設けた構成により、原料処理凹部７内に収容される原料Ｇを含む懸濁液２を円滑にかつ所望量を確実に原料収容通路６内を水平方向に搬送するようにする構成である。
また、この実施形態１１では、原料処理ピストン５が略中央に貫通された連結バー５０の左右の端部に先端を固着したピストン棒１４′,１４′を昇降可能に有する復帰シリンダー１０′,１０′を増圧シリンダー部材１２の外周に設けた構成により高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過することにより原料Ｇが細分化処理された後に前記復帰シリンダー１０′,１０′を駆動させて増圧ピストン部材８′を上昇し、復帰するようにした点が実施形態７、実施形態１０と異なる構成、作用であるほかは実施形態７、実施形態１０と同様の構成、作用である。
図２７および図２８に示すものは本発明の実施形態１２である。
この実施形態１２では原料処理凹部７の内部下方に、原料処理ピストン５の加圧による内圧の変化に伴って原料処理凹部７と高圧均質化機構部１とを連通可能に前記原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けた原料収容通路６を開閉可能となす摺動弁体６０をばね材６１を介して原料処理凹部７の下方部に摺動可能に内蔵した構成により、高圧均質化機構部１により原料Ｇの細分化を行う際に、機枠１５の上方に設けた増圧機構部９を駆動して増圧ピストン部材８′としての原料処理ピストン５の先端部を被挿入部材に設けた原料処理凹部７内に挿入させて行くことにより、原料処理凹部７の水密位置Ｓを原料処理ピストン５が通過することにより前記原料処理凹部７が水密にされ、原料処理凹部７の内圧を高くするようにしたものである。
そして、原料処理凹部７の内部下方に設けた摺動弁体６０は、増圧ピストン部材８′の原料処理ピストン５が降下することにより原料処理凹部７内の内圧が高く変化するのに伴ってばね材６１の上方への附勢力に抗して押し下げられて行くことにより、原料収容通路６は摺動弁体６０の閉止から開かれて行く。そして、原料処理ピストン５が挿入により原料処理凹部７が水密に圧縮される時点から原料処理凹部７内の容積減少変化により原料Ｇは原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けた前記原料収容通路６内に圧送され、高圧均質化機構部１のオリフィス３を通過することにより原料Ｇを細分化処理したものである。
図２９に示すものは本発明の実施形態１３であり、さらに、図３０に示すものは本発明の実施形態１４である。
これらの実施形態１３、および実施形態１４では、原料処理ピストン５が増圧機構部９の増圧ピストン部材８′であって機枠１５に移動可能に取付けられ、被挿入部材が原料処理ピストン５に対して対向して設置された可動シリンダー部材４０であり、該可動シリンダー部材４０には、前記原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）を挿入可能な前記原料処理凹部７を設け、原料処理凹部７の半径方向Ｒに設けた原料収容通路６は、原料処理凹部７の下端内に介装される図示する断面Ｔ字状乃至は図には示さない断面Ｌ字状のブッシュ７０を介して一端が接続される構成により原料収容通路６の製作、および可動シリンダー部材４０に対する原料収容通路６の組付けや新部品の交換が容易に行え、保守・点検を確実に行えるようにした点が前記実施形態１１と異なる構成、作用であるほかは前記実施形態１１と同様の構成、作用である。
また、図３０に示す実施形態１４において、７１は原料収容通路６の他端に設けられ、スプリングの附勢力により常閉となる弁体７１ａを開閉可能に内蔵した外気導入バルブであり、この外気導入バルブ７１は増圧機構部９の増圧ピストン部材８′を被挿入部材としての可動シリンダー部材４０に設けた原料処理凹部７内に挿入し、原料処理凹部７の容積減少変化により原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を所望処理量圧送して高圧細分化機構部１により原料Ｇを細分化処理した後に、復帰シリンダー１０′,１０′が駆動することにより原料処理ピストン５が原料処理凹部７から退出する場合に、原料処理凹部７内が真空になって原料処理ピストン５が上昇し、退出する時に支障が生ずるのをこの外気導入バルブ７１を開いて外気を原料処理凹部７内に導入して原料処理ピストン５の復帰動作を速やかに行うようにするためのものである。
図３１乃至図４４は本発明の実施形態１５である。
この実施形態１５は、微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を高圧力の下で高圧均質化機構部１に設けた小径のオリフィス３を高速度にて通過させることにより分散、乳化、細胞膜破砕等の原料Ｇの細分化を行う高圧均質化装置において、前記高圧均質化機構部１に接続された原料収容通路６と、原料処理ピストン５と、該原料処理ピストン５に対向して設置する被挿入部材と、前記原料処理ピストン５の先端部（一端）５ａを増圧機構部９により挿入可能に設けた原料処理凹部７と、を備え、前記増圧機構部９の駆動により前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストン５が相対移動するのに伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料収容通路６内に原料Ｇを含む前記懸濁液２を所望処理量圧送し、原料Ｇ中の固形体、または繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを前記高圧均質化機構部１のオリフィス３にて細分化する点については前記第１実施形態、実施形態２、実施形態３と同様にである。
また、本実施形態１５は、図１９に示す実施形態４と同様に、例えば前記実施形態１、実施形態２、実施形態３においては増圧ピストン部材８を復帰動作させるための復帰シリンダー１０を個別に機枠１５の上部に設けているのに代えて増圧機構部９の増圧シリンダー１２の内部に増圧ピストン部材８を復帰動作させるための油圧または水圧の回路部Ｋを形成することにより増圧ピストン部材８を増圧させて原料処理ピストン５に向かって対向して（図では上方へ）移動し、原料処理ピストン５の先端部（一端５ａ）を増圧ピストン部材８の二次側の一端８ａに設けた原料処理凹部７内に挿入させ、原料処理ピストン５が原料処理凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎて原料処理凹部７内を水密にした状態の下で増圧することにより原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に導入して高圧Ｈ２に増圧させるとともに、回路部Ｋ内の油圧または水圧を切り替えることにより増圧ピストン部材８を降下動作させて復帰するものである。
しかしながら、本実施形態１５では、運転に際して先ず、微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を原料処理ピストン５が挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部７の水密位置Ｓ以上に供給する予備工程を行う。
これには、先ず、前記被挿入部材の上面に設けた原料処理凹部７を密閉するために、原料処理ピストン５が摺動可能に貫通されるように着脱可能に被挿入部材に被冠した蓋部材８０を取り外す（図３１参照）。
その後、蓋部材８０を取り外した前記原料処理凹部７の前記水密位置Ｓ以上に原料Ｇを含む懸濁液２を満たす。この際、この懸濁液２を被挿入部材に装填するのは手作業により被挿入凹部７内に汲み入れても良いし、自動的に被挿入凹部７内に供給しても良い。
そして、蓋部材８０を被挿入部材の上面に再び取付けて被収納凹部７を被冠する。それから、原料処理ピストン５の軸回りに設けたハンドル８１を把持して回動操作すると、ハンドル８１が取付けられているボス部８１Ａの内周に設けたねじ部に原料ピストン５の外周に軸長方向に少なくとも１条設けた受動ねじ部９４が螺合され、原料ピストン５はキー部材ｋにより回動は規制されているので、手動にて原料処理ピストン５を蓋部材８０内に貫通させて原料処理凹部７内に移動することにより前記原料処理凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎて原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に充満させ、初期位置を設定する。
また、図３８乃至図４４に示すように前記蓋部材８０は、原料処理凹部７を有する被挿入部材の上部に取付けられる固定板８２と、該固定板８２の上面にボルト８３等により取付けられ、外周衝合縁には第１の係止縁８４ａが設けられた環状の蓋主体部８４と、前記原料処理ピストン５が挿入される貫通孔８５ａが設けられ、前記蓋主体部８４の前記第１の係止縁８４ａに衝合可能になる第２の係止縁８５ｂを外周衝合縁に設けた上蓋部材８５と、該上蓋部材８５と前記蓋主体部８４との第１の前記係止縁８４ａおよび第２の前記係止縁８５ｂに係止可能に抱持する嵌合凹部８６ａを有する２つ割のカラー８６,８６とにより形成され、該カラー８６により前記上蓋部材８５を前記蓋主体部８４に着脱自在に取付ける。８６Ａは２つ割のカラー８６,８６を止漬するためのボルトである。
このように、蓋部材８０を被挿入部材に設ける原料処理凹部７に被冠して着脱自在に取付けるのは、原料Ｇを含む懸濁液２を原料処理凹部７と原料収容通路６内に導入して高圧縮させて高圧均質化機構部１により細分化処理するのに際して原料Ｇが周囲に飛散するのを防止するのと、内部の掃除を簡単に行うとともに部品の交換等の保守・管理を容易にするためである。
なお、８７は原料供給ホッパであり、また、８８はこの原料供給ホッパ８７が前記原料処理ピストン５内に設けた原料収容通路６に通ずる部所に設けられた原料供給バルブであり、この原料供給バルブ８８は図示ではにハンドル操作により開閉されるが、これに限ることなく、図示はしないが自動的に開閉操作されるものでもよい。
８９は前記上蓋部材８５の側面に一端を固着して敷設されたオーバーフロー管であり、９０はオーバーフロー管８９からオーバーフローされる原料Ｇを溜めておくための原料溜め容器である。また、前記オーバーフロー管８９には、図には示さないが、弁体を設けることにより原料処理凹部７内の水密性を確保することができる。
そして、本実施形態１５においては、以下のような工程手順により原料Ｇの細分化処理が行われる。
先ず、原料処理ピストン５を挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部７内の水密位置Ｓ以上に微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を供給することにより予備工程を行う（図３１、図３２、図３３参照）。
次いで、前記増圧機構部９を駆動することにより前記原料処理ピストン５を前記原料処理凹部７内に挿入させて先端部５ａが水密位置Ｓを通り過ぎる水密状態の下で増圧する（図３４参照）。この際、原料供給ホッパ８７の原料供給バルブ８８は閉じられ、原料Ｇを含む懸濁液２が液体収容通路６内に導入されるのは停止されている。
その後、前記被挿入部材または前記原料処理ピストン５が相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料処理ピストン５の内部に長手方向に設ける原料収容通路６と前記原料処理凹部７内に原料Ｇを含む懸濁液２を所望処理量圧送する。
それから、該原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を高圧化させて固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを前記高圧均質化機構部１のオリフィス３に高速度にて通過させて分散、乳化、細胞膜破砕等をして原料Ｇを細分化する（図３５参照）。
さらに、原料Ｇは前記増圧機構部９の加圧処理後に増圧ピストン部材８が降下する復帰時に、被挿入部材としての増圧ピストン部材８が降下して相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により該原料処理凹部７内に吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填される。この際、原料供給バルブ８８は再び開かれている。このようにして、以後、原料Ｇの細分化処理が行われる毎に前記増圧機構部９の加圧処理後に増圧ピストン部材８が降下する復帰時に、被挿入部材としての増圧ピストン部材８が降下して相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により原料Ｇを含む懸濁液２は原料供給ホッパ８７から原料処理凹部７内に吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填され、以後の高圧均質化機構部１による細分化処理の自動運転の使用に供される（図３６参照）。このように、原料Ｇは原料処理凹部７内に自動吸引されるので、固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを分散、乳化させた流動性に富んだ原料Ｇの処理に適する。
また、蓋部材８０は被挿入部材の上面に着脱自在に取付けられるので、原料処理凹部７内の清掃や部品の交換が便利になり、保守・点検は容易であるほかは、前記各実施形態と同様の構成、作用である。なお、本実施形態では、増圧機構部９の回路部Ｋの油圧または水圧を切り換えて増圧シリンダー１２内部の復帰シリンダー８を復帰動作させるようにしているけれども、図には示さないが、回路部Ｋとは個別に設けた復帰シリンダーの復帰力を増圧機構部９の回路部Ｋの油圧または水圧を切り換えるほかに働かすことにより復帰シリンダー８を復帰させることもできる。しかも、上記各実施形態では、バルブシートＶ．Ｓに対するホモジバルブＶの押圧力を調整するために、油圧シリンダーＣを駆動することにより自動的に行うようにしているが、本実施形態では、ホモジバルブＶの押圧力の調整は自動的に行われるものでも良いし、手動により行われるものでも良い。
図４５および図４６は本発明の実施形態１６であり、この実施形態では、図３１乃至図４４に示す実施形態１５とは逆に、原料処理凹部７を上面に設けた被挿入部材としてのシリンダー部材８″を機枠１５の下方に固定的に設け、この原料処理凹部７に対して機枠１５の上方に設けた増圧機構部９の原料処理ピストン５を挿入可能に設けた点は図２２に示す実施形態７、図２５に示す実施形態１０と同様の構成、作用である。
しかしながら、本実施形態１６では、増圧機構部９として、被挿入部材としてのシリンダー部材８″の原料処理凹部７に対して原料処ピストン５を挿入したり、または脱挿されて移動可能にするための手段は、動力源としてのモータＭと、該モータＭのモータシャフト９１に装着した駆動歯車９２、および該駆動歯車９２が外周に設ける歯部９３ａに噛合可能に設けられ、内周には原料処理ピストン５の内周に設けた受動ねじ部９４に噛合可能な歯部９３ｂを有し、原料処理ピストン５の外周に回転自在に配置された略環状の受動歯車９３よりなる歯車群９５と、前記原料処理ピストン５の外周に前記受動ねじ部９４に対して軸長方向に交叉して設けられたキー溝９４Ａと、該キー溝９４Ａ内に係入されるキー材９４Ｂとにより原料処理ピストン５は移動可能に設けられる。
そして、本実施形態１６では、前記実施形態１５と同様に、蓋部材８０の上蓋部材８５を取り外して原料Ｇを原料処理ピストン５が挿入可能に被挿入部材としてのシリンダー部材８″に設けた原料処理凹部７の水密位置Ｓ以上に供給して予備工程を行う。
次いで、蓋部材８０の上蓋部材８５を再び被挿入部材の上面に取付けて原料処理凹部７に被冠してから、駆動源としてのモータＭを駆動することにより駆動歯車９２を回転すると、原料処理ピストン５の軸回りに設けられ、駆動歯車９２が噛合している受動歯車９３が回転するので、この受動歯車９３の内周に設ける歯部９３ｂが噛合している受動ねじ部９４が外周に設けられ、受動ねじ部９４に交叉して設けたキー溝９４Ａにキー材９４Ｂが係入されている原料処理ピストン５は、降下して前記原料処理凹部７内に挿入され、先端部５ａが原料収容凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎることにより水密状態の下で原料Ｇを含む懸濁液２を増圧する。
その後、原料処理ピストン５は、なお降下動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストン５が相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料処理ピストン５の内部に長手方向に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を所望処理量圧送する。それから、原料処理ピストン５がなお降下されることにより原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を高圧化させて懸濁液２中の固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを前記高圧均質化機構部１のオリフィス３を高速度にて通過させて分散、乳化、細胞膜破砕等をして原料Ｇを細分化する。
さらに、前述のように、増圧機構部９の加圧処理後に、モータＭが反転することにより駆動歯車９２、受動歯車９３が反転されて原料処理ピストン５が上昇する復帰時に、被挿入部材と、原料処理ピストン５が相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により該処理凹部７内に原料供給ホッパ８７から原料Ｇを含む懸濁液２は吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填される。
このようにして、以後、原料Ｇの細分化処理が行われる毎に前記増圧機構部９による加圧処理後に原料処理ピストン５が上昇する復帰時に、原料処理凹部７の容量増大変化により原料Ｇを含む懸濁液２は原料供給バルブ８８が開かれた原料供給ホッパ８７から原料処理凹部７内に吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填されて使用に供されるほかは、前記各実施形態１５と同様の構成、作用である。
図４７および図４８に示すものは本発明の実施形態１７である。
この実施形態１７においては原料Ｇを細分化するための予備工程として原料処理ピストン５の先端部５ａが水密位置Ｓ以上に挿入可能になる原料処理凹部７を上面８″ａに設けた被挿入部材としてのシリンダー部材８″の内部に原料収容通路６を設け、シリンダー部材８″下方の半径方向Ｒには原料Ｇを含む懸濁液２を原料処理凹部７内に供給するための原料供給ホッパ８７を設けるとともに前記原料処理凹部７と原料Ｇの細分化を行うホモジバルブＶを有する高圧均質化機構部１とを連通可能に設けることにより原料Ｇを含む懸濁液２を原料処理凹部７内に供給後に増圧機構部９における原料処理ピストン５が原料処理凹部７内に降下することにより加圧されて原料Ｇの細分化を行う構成である。
そして、本実施形態１７においては、蓋部材８０の上蓋部材８５を取り外した後に、原料処理ピストン５が挿入可能になる被挿入部材としてのシリンダー部材８″に設けた原料処理凹部７の水密位置Ｓ以上に手作業にて原料Ｇを含む懸濁液２を汲み入れることにより原料収容凹部７内に供給して予備工程を行う。
次いで、蓋部材８０の上蓋部材８５を再び被挿入部材の上面８″ａに取付けて原料収納凹部７に被冠してから、駆動源としてのモータＭを駆動することにより駆動歯車９２を回転すると、原料処理ピストン５の軸回りに設けられ、増圧機構部９の駆動手段を形成する駆動歯車９２が噛合している歯部９３ａを有する受動歯車９３が回転するので、この受動歯車９３が噛合している受動ねじ部９４を外周に設けた原料処理ピストン５は降下して前記原料処理凹部７内に挿入され、先端部５ａが原料収容凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎて水密状態の下で原料Ｇの増圧を行う。
その後、原料処理ピストン５がなお降下することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストン５が相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部７の容量減少変化によりシリンダー部材８″の内部に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を所望処理量圧送する。それから、原料処理ピストン５がなお降下されることにより原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を高圧化させて懸濁液２に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを前記高圧均質化機構部１のオリフィス３を高速度にて通過させて分散、乳化、細胞膜破砕等をして原料Ｇの細分化を行う。
また、前述のように、増圧機構部９の加圧処理後に、モータＭが反転することにより駆動歯車９２、受動歯車９３が反転されて原料処理ピストン５が上昇する復帰時に、被挿入部材と、原料処理ピストン５が相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により該原料処理凹部７内に原料Ｇを含む懸濁液２は吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填される。
このようにして、以後、原料Ｇの細分化処理が行われる毎に前記増圧機構部９による加圧処理後に原料処理ピストン５が上昇する復帰時に、原料処理凹部７の容量増大変化により原料Ｇを含む懸濁液２は原料供給ホッパ８７から開かれた原料供給バルブ８８を通じて原料処理凹部７内に吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填され、原料Ｇが高圧均質化機構部１にて細分化されるほかは、図２５に示す実施形態１０，図２６に示す実施形態１１、図２７に示す実施形態１２、図２８に示す実施形態１２、図４４および図４５に示す前記各実施形態１６と同様の構成、作用である。
図４９乃至図５５は本発明の実施形態１８である。
図４５および図４６に示す本発明の実施形態１６では、運転に際して先ず、微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを液体中に含む懸濁液２を原料処理ピストン５が挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部７内の水密位置Ｓ以上に供給する予備工程を行うのに、被挿入部材の上面に設けた原料処理凹部７に被冠している蓋部材８０を取り外す。その後、原料処理凹部７の水密位置Ｓ以上に原料Ｇを含む懸濁液２を満たし、蓋部材８０を被挿入部材の上面に再び取付けて被冠してから原料処理ピストン５の軸回りに設けたハンドル８１を把持して手動にて原料ピストン５を移動させながら蓋部材８０内に貫通させて原料処理凹部７内の水密位置Ｓを通り過ぎることにより原料Ｇを含む懸濁液２を原料収容通路６内に充満させ、初期位置を設定するようにしている。
しかしながら、本実施形態１８においては、原料処理凹部７の水密位置Ｓ以上に原料Ｇを含む懸濁液２を満たしてから、蓋部材８０を被挿入部材の上面に再び取付けて被冠する（図４９、図５０参照）。
その後、増圧機構部９を駆動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストン５が相対方向に移動するのに伴う原料処理凹部７の容量減少変化により前記原料処理ピストン５の内部に長手方向に設けた原料収容通路６内に原料Ｇを含む懸濁液２を自動的に所望処理量圧送する（図５１、図５２参照）。
そして、原料収容通路６内に導入される原料Ｇを含む懸濁液２を高圧化させて懸濁液２に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料Ｇを高圧均質化機構部１のオリフィス３を高速度にて通過させて原料Ｇを分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化する（図５３参照）。さらに、原料Ｇは前記増圧機構部９の加圧処理後に増圧ピストン部材８が降下する復帰時に、被挿入部材としての増圧ピストン部材８が降下して相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により該原料処理凹部７内に懸濁液２は吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填される（図５４、図５５参照）。
このようにして、以後、原料Ｇの細分化処理が行われる毎に前記増圧機構部９の加圧処理後に増圧ピストン部材８が降下する復帰時に、被挿入部材としての増圧ピストン部材８が降下して相対移動するのに伴う原料処理凹部７の容量増大変化により原料Ｇを含む懸濁液２は原料供給ホッパ８７から原料処理凹部８７内に吸引されて前記水密位置Ｓ以上に充填されて使用に供される。
また、原料処理ピストン５が増圧機構部９を形成する被挿入部材としての増圧ピストン部材８″に対して自動運転時に相対移動される移動ストロークＪは、ストローク調整手段１００により調整可能に設けられる。このストローク調整手段１００は、本実施形態では図に示すように自動運転時に増圧ピストン部材８が連続的に上昇したり、または降下する時に、機枠１５の支柱１０１に水平方向に回転可能に、かつ偏心的に取付けられた板形状のストッパー板１０２を回転することにより対向して変位させると、このストッパー板１０２に増圧ピストン部材８が自動運転により降下するたび毎に、蓋部材８０を着脱自在に取付けている固定板８２がストッパー板１０２に係止することにより増圧機構部９の増圧ピストン部材８の降下の移動ストロークＪを降下時毎に略一定に調整するようになっているほかは、前記各実施形態１５と同様の構成、作用である。本実施形態ではストローク調整手段１００は前述のようにストッパー板１０２により機械的に移動ストロークＪを調整するようにしているが、これに限ることなく、電気的センサー、磁気センサー、光学的センサー等の検知手段を用いて得られる信号にもとずいて回路部Ｋの駆動を制御することでシリンダー部材８″の移動ストロークＪを調整するようにしてもよい。
本発明は、固形体、繊維状セルロース等よりなる原料を液体中に含む懸濁液における原料の分散、乳化や、細胞の細胞膜破壊等の細分化が簡単な構造にて高圧力を発揮することにより迅速かつ確実に行えて処理能力が高く、自動化も可能であり、またバルブを一切使用しないため、破損もなく、部品の機械的な寿命が長くなり、保守・管理も容易になる分野・用途に適する。
図１は本発明の高圧均質化装置の実施形態１を示し、原料投入時の断面図である。 図２は同じく原料処理凹部内の水密位置を原料処理ピストンが通り過ぎて原料を圧縮する状態を示す断面図である。 図３は同じく原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を導入して高圧に圧縮し、高圧均質化機構部により細分化処理する状態を示す断面図である。 図４は同じく原料の細分化処理後、内部を減圧して増圧ピストン部材を復帰動作する状態を示す断面図である。 図５は同じく高圧均質化機構部のホモジバルブを開放して空気を導入しながら増圧ピストン部材を降下して復帰動作している状態を示す断面図である。 図６は同じく１サイクルを終了した状態を示す断面図である。 図７は同じく本実施形態１を構成する高圧均質化機構部を示す拡大断面図である。 図８は高圧均質化機構部にて細分化処理前にミキサーにて撹拌した顕微鏡写真である。 図９は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真である。 図１０は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真である。 図１１は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した顕微鏡写真である。 図１２は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフである。 図１３は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１０００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフである。 図１４は高圧均質化機構部のオリフィスの吐出圧が、１５００Ｋｇ／ｃｍ2にて連続して３回ほど細分化処理した場合の実測の吐出温度と、計算温度とを示すグラフである。 図１５は本発明の高圧均質化装置の実施形態２を示す断面図である。 図１６は同じく原料処理凹部内の水密位置を原料処理ピストンが通り過ぎて原料を圧縮する状態を示す断面図である。 図１７は同じく原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を導入して高圧に圧縮する状態を示す断面図である。 図１８は本発明の高圧均質化装置の実施形態３を示す断面図である。 図１９は本発明の高圧均質化装置の実施形態４を示す断面図である。 図２０は本発明の高圧均質化装置の実施形態５を示す断面図である。 図２１は本発明の高圧均質化装置の実施形態６を示す断面図である。 図２２は本発明の高圧均質化装置の実施形態７を示す断面図である。 図２３は本発明の高圧均質化装置の実施形態８を示す断面図である。 図２４は本発明の高圧均質化装置の実施形態９を示す断面図である。 図２５は本発明の高圧均質化装置の実施形態１０を示す断面図である。 図２６は本発明の高圧均質化装置の実施形態１１を示す断面図である。 図２７は本発明の高圧均質化装置の実施形態１２を示し、摺動弁体により原料収容通路を閉じている状態を示す断面図である。 図２８は同じく本実施形態１２において原料収容通路が開かれている状態を示す断面図である。 図２９は本発明の高圧均質化装置の実施形態１３を示す断面図である。 図３０は本発明の高圧均質化装置の実施形態１４を示す断面図である。 図３１は本発明の高圧均質化装置の実施形態１５を示す断面図である。 図３２は同じく本実施形態１５を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填した予備工程を示す断面図である。 図３３は同じく本実施形態１５を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内に導入する状態の断面図である。 図３４は同じく本実施形態１５を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内の原料を加圧する状態の断面図である。 図３５は同じく本実施形態１５を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内の原料を加圧して細分化している状態の断面図である。 図３６は同じく本実施形態１５を示し、原料収容通路内の原料を加圧して細分化した後に原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を吸引している状態の断面図である。 図３７は同じく本実施形態１５を示し、原料収容通路内の原料を加圧して細分化した後に原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を吸引して完了した状態の断面図である。 図３８は同じく本実施形態１５を示す拡大断面図である。 図３９は同じく本実施形態１５を構成する蓋部材の蓋主体部を示す拡大断面図である。 図４０は同じく本実施形態１５の蓋主体部を示す拡大平面図である。 図４１は同じく本実施形態１５を構成する蓋部材の上蓋部材を示す拡大断面図である。 図４２は同じく本実施形態１５の上蓋部材を示す拡大平面図である。 図４３は同じく本実施形態１５を構成するカラーの拡大断面図である。 図４４は同じく本実施形態１５のカラーを示す拡大平面図である。 図４５は本発明の高圧均質化装置の実施形態１６を示す断面図である。 図４６は本実施形態１６を他側から見た断面図である。 図４７は本発明の高圧均質化装置の実施形態１７を示す断面図である。 図４８は本実施形態１７を他側から見た断面図である。 図４９は本発明の高圧均質化装置の実施形態１８を示す断面図である。 図５０は同じく本実施形態１８を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填した予備工程を示す断面図である。 図５１は同じく本実施形態１８を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内に導入する状態の断面図である。 図５２は同じく本実施形態１８を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内の原料を加圧する状態の断面図である。 図５３は同じく本実施形態１８を示し、被挿入部材の原料収容凹部内に原料を水密位置Ｓ以上に充填してから原料収容通路内の原料を加圧して細分化している状態の断面図である。 図５４は同じく本実施形態１８を示し、原料収容通路内の原料を加圧して細分化した後に原料処理ピストンを駆動させて原料収容通路内に原料を吸引している状態の断面図である。 図５５は同じく本実施形態１８を示し、原料収容通路内の原料を加圧して細分化した後に原料処理ピストンの原料収容通路内に原料を吸引して完了した状態の断面図である。
符号の説明
１ 高圧均質化機構部
２ 懸濁液
３ オリフィス
４ ホッパー
５ 原料処理ピストン
６ 原料収容通路
７ 原料処理凹部
８ 増圧ピストン部材
８′ 増圧ピストン部材
９ 増圧機構部
１０ 復帰シリンダー
１１ 供給管
１２ 増圧シリンダー
１３ 油圧計
１５ 機枠
Ｓ 水密位置

Claims (29)

  1. （ａ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液よりなる原料を高圧力の下で高圧均質化機構部に設けた小径のオリフィスを高速度にて通過させることにより原料を分散、乳化、細胞膜破砕等の細分化を行う高圧均質化装置において、
    （ｂ）前記高圧均質化機構部に接続された原料収容通路と、
    （ｃ）原料処理ピストンと、
    （ｄ）該原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材と、
    （ｅ）前記原料処理ピストンの先端部を増圧機構部により挿入可能に前記被挿入部材に設けた原料処理凹部と、を備え、
    （ｆ）前記増圧機構部の駆動により前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料収容通路内に懸濁液を所望処理量圧送し、懸濁液中の固形体、繊維状セルロース、細胞等の原料を前記高圧均質化機構部のオリフィスにて細分化する、
    （ｇ）ことを特徴とする高圧均質化装置。
  2. 前記原料処理凹部が、機枠に固定的に取付けられる前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての前記増圧機構部の増圧ピストン部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧均質化装置。
  3. 前記原料処理凹部が、機枠に固定的に取付けられる前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての前記増圧機構部の可動シリンダー部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧均質化装置。
  4. 前記原料処理凹部が、機枠に移動可能に設けられる増圧機構部の増圧ピストン部材を形成する前記原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としてのシリンダー部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧均質化装置。
  5. 前記原料処理凹部が、機枠に移動可能に設けられる増圧機構部の増圧ピストン部材を形成する原料処理ピストンに対して相対移動可能に設置される被挿入部材としての可動シリンダー部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載の高圧均質化装置。
  6. 前記原料収容通路が、前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けられたことを特徴とする請求項１,２,または３の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  7. 前記原料収容通路が、前記原料処理凹部と細分化を行う高圧均質機構部とを連通可能に前記原料処理凹部の半径方向に設けられたことを特徴とする請求項1,２,または５の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  8. 前記原料収容通路が、前記原料処理凹部の下端内に介装される断面Ｔ字状乃至は断面Ｌ字状のブッシュを介して一端が接続されたことを特徴とする請求項1,４,５,または７の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  9. 前記原料処理凹部の内部下方には、内圧の変化に伴って前記原料収容通路を開閉可能となす摺動弁体をばね材を介して摺動可能に内蔵したことを特徴とする請求項１,４,５,７,または８の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  10. 前記原料処理凹部の水密位置を前記原料処理ピストンが通過することにより前記原料処理凹部が水密にされた時点から原料を含む懸濁液は前記原料収容通路内に圧送されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  11. 前記原料処理凹部の前記水密位置を前記原料処理ピストンが通過することにより前記原料処理凹部と前記原料収容通路内に原料を含む懸濁液が水密に満たされた時点から懸濁液は前記収容通路内に圧送されることを特徴とする請求項１〜６の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  12. 前記原料処理凹部の入口に前記懸濁液が供給されるホッパーを設け、該ホッパーを介して前記原料処理凹部内に前記原料処理ピストンを水密に挿入可能に設けることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  13. 前記増圧ピストン部材、前記原料処理ピストン、さらには前記可動シリンダー部材の何れかは、前記増圧機構部の駆動により前記原料収容通路内に懸濁液を高圧導入後に復帰シリンダーにより復帰可能に設けられることを特徴とする請求項１〜１０,１２の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  14. 前記増圧機構部は、油または水が流入可能な増圧シリンダーと、該増圧シリンダーに摺動可能に設けられ、且つ原料処理ピストンの先端部を挿入する原料処理凹部を二次側の一端に設けた増圧ピストン部材とから形成されることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  15. 前記増圧機構部は、油または水が流入可能な増圧シリンダーと、該増圧シリンダーに摺動可能に設けられ原料処理ピストンを形成する増圧ピストン部材と、該原料処理ピストンの先端部を挿入する原料処理凹部が対向する一端に設けられたシリンダー部材とから形成されることを特徴とする請求項１〜１４の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  16. 原料を液体中に含む懸濁液は前記増圧機構部の加圧処理後の復帰時に、前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う原料処理凹部の容量増大変化により該原料処理凹部内に吸引されて前記水密位置以上に充填されることを特徴とする請求項１１,１４,１５の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  17. 前記原料処理ピストンは、前記原料処理凹部の前記水密位置以上に原料を液体中に含む懸濁液が満たされる初期位置に該原料処理ピストンの軸回りに設けたハンドルにより手動に移動されることを特徴とする請求項１１,１４〜１６の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  18. 前記原料処理ピストンは、動力源としてのモータと、該モータのモータシャフトに装着した駆動歯車、および該駆動歯車に噛合可能に設けられ前記原料処理ピストンの外周に設けられた受動ねじ部に噛合する回転自在な受動歯車よりなる歯車群と、前記原料処理ピストンの外周に前記受動ねじ部に対して軸長方向に交叉して設けられたキー溝と、該キー溝内に係入されるキー材とにより移動可能に設けられることを特徴とする請求項１１,１４〜１７の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  19. 前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンの自動運転時の相対移動による移動ストロークはストローク調整手段により調整可能に設けられることを特徴とする請求項１１,１４〜１８の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  20. 前記被挿入部材の上面には前記処理凹部を密閉し、原料処理ピストンが摺動可能に貫通される蓋部材が着脱可能に被冠されることを特徴とする請求項１１,１４〜１９の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  21. 前記蓋部材は、原料処理凹部を有する被挿入部材の上部に取付けられる固定板と、該固定板の上面に取付けられ、外周衝合縁には第１の係止縁が設けられた環状の蓋主体部と、前記原料処理ピストンが挿入される貫通孔が設けられ、前記蓋主体部の前記第１の係止縁に衝合可能になる第２の係止縁を外周衝合縁に設けた上蓋部材と、該上蓋部材と前記蓋主体部との第１の前記係止縁および第２の前記係止縁を係止可能に抱持する２つ割のカラーとにより形成され、該カラーにより前記上蓋部材を前記蓋主体部に着脱自在に取付けることを特徴とする請求項１１,１４〜２０の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  22. 前記高圧均質化機構部は、油圧シリンダーまたは空気シリンダーにより直線的に軸方向に駆動するホモジバルブが前記オリフィスを形成するバルブシートに可変的に圧接されることにより原料を処理する内圧力を調整することを特徴とする請求項１〜２１の何れかに１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  23. 前記高圧均質化機構部における懸濁液に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞よりなる原料を細分化する高圧は、前記増圧機構部の増圧シリンダー内に流入される油または水の一次側の低圧力を検知することにより換算して察知されることを特徴とする請求項１〜２２の何れかに１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  24. 前記高圧均質化機構部は、前記原料収容通路の二次側の他端に所望複数個が分岐して接続されたことを特徴とする請求項１〜２３の何れかに１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  25. 液体に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞よりなる原料を細分化する高圧均質化機構部の内圧力は、増圧機構部の増圧シリンダーに流入される油または水の一次側の低圧力を検知することにより、その検知信号に基づいて前記増圧ピストン部材と、復帰シリンダーとを自動的に制御して自動運転を可能としたことを特徴とする請求項１〜２４の何れか１の請求項に記載の高圧均質化装置。
  26. （ｈ）原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材に、前記原料処理ピストンの先端部を増圧機構部により挿入可能に設けた原料処理凹部内に微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液を供給する工程と、
    （ｉ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と細分化を行う高圧均質機構部とを連通可能に前記原料処理凹部の半径方向に設けた原料収容通路内に前記懸濁液を所望処理量導入する工程とを含み、
    （ｊ）前記原料収容通路内に導入される前記懸濁液を高圧化させて懸濁液に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等を前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度に通過させて原料を分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする、
    （ｋ）高圧均質化方法。
  27. （ｌ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液をホッパー内に供給する工程と、
    （ｍ）原料処理ピストンの先端部を前記ホッパーを通じて原料処理ピストンに対向して設置する被挿入部材に設けた原料処理凹部内に挿入させる工程と、
    （ｎ）前記原料処理ピストンが前記原料処理凹部内に挿入されることにより水密位置を通り過ぎて水密状態の下で増圧する工程と、
    （ｏ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と原料の細分化を行う高圧均質化機構部とを連通可能に半径方向に設けた原料収容通路内に原料を所望処理量導入し、圧送する工程と、
    （ｐ）該原料収容通路内に導入される原料を含む懸濁液を高圧化させて液体に含まれる固形体、繊維状セルロース、細胞等の原料を前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度にて通過させて分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする、
    （ｑ）高圧均質化方法。
  28. （ｒ）微細な固形体、繊維状セルロース、細胞等よりなる原料を液体中に含む懸濁液を原料処理ピストンが挿入可能に被挿入部材に設けた原料処理凹部の水密位置以上に供給する予備工程と、
    （ｓ）原料処理ピストンの先端部を前記原料処理凹部内に挿入させる工程と、
    （ｔ）前記原料処理ピストンが前記原料処理凹部内に挿入されることにより水密位置を通り過ぎて水密状態の下で増圧する工程と、
    （ｕ）前記増圧機構部を駆動することにより前記被挿入部材または前記原料処理ピストンが相対方向に移動するのに伴う前記原料処理凹部の容量減少変化により前記原料処理ピストンの内部に長手方向に設けるか、または前記原料処理凹部と原料の細分化を行う高圧均質化機構部とを連通可能に半径方向に設けた原料収容通路内に前記懸濁液を所望処理量圧送する工程と、
    （ｖ）該原料収容通路内に導入される懸濁液を高圧化させて前記高圧均質化機構部のオリフィスを高速度にて通過させて原料を分散、乳化、細胞膜破砕等をして細分化することを特徴とする、
    （ｗ）高圧均質化方法。
  29. 原料を液体中に含む懸濁液は前記増圧機構部の加圧処理後の復帰時に、前記被挿入部材または／および前記原料処理ピストンが相対移動するのに伴う原料処理凹部の容量増大変化により該処理凹部内に吸引されて前記水密位置以上に充填されることを特徴とする請求項２８に記載の高圧均質化方法。
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