JP2006212598A - 物質の微粒子化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成部品を少なくして保守・点検の手間を減らすことができ、信頼性を向上させた物質の微粒子化装置を提供すること。
【解決手段】 同軸に配置された細いシリンダ11および太いシリンダ21と、細いシリンダ11に挿通される細いピストン12および太いシリンダ21に挿通され、細いピストン12と連動する太いピストン22とを備えたポンプ１と、太いシリンダ21の側方の開口24に連通した原料物質の粒子を混合した液体を貯留する貯留槽４と、細いシリンダ11の閉塞端部19の開口19Aに連通し、原料物質の粒子を微細化するジェネレータ３とを具備し、細いピストン12は、先端からあけられた軸方向の孔14およびこの軸方向の孔14に連通して側方に開口した孔15を有し、この側方に開口した孔15は、加圧工程において細いシリンダ11で閉塞されるように構成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、食品、化学、医薬などの各種分野で扱う物質を微粒子化する装置に関し、特に、３０μｍ程度の微粒子を１００ｎｍ以下の微粒子にする微粒子化装置に関する。

従来の物質の微粒子化装置は、原料となる物質の粒子を混入した粘度の低い液体を１５０ＭＰａ程度の高い圧力に加圧する高圧ポンプによりジェネレータに圧送して、原料粒子を微粒子化するものである。

ジェネレータは、例えば、下記特許文献に開示されているように、対向する２つの通路を経て供給された原料粒子混合液体を正面衝突させて原料粒子を粉砕するものである。ジェネレータにおける対向する狭窄された小径の通路により原料粒子混合液体を加速しなければならないので、ポンプにより１５０ＭＰａ程度の高い圧力に加圧して供給している。

原料粒子混合液体を高い圧力に加圧する従来のポンプは、ピストンおよびシリンダを備え、さらに、ポンプには逆止弁を備えている。
ＷＯ2004/020080 Ａ1

このような従来の物質の微粒子化装置においては、加圧ポンプに逆止弁を必要とするので、この逆止弁は、１５０ＭＰａ程度の高い圧力に耐え得るものものでなければならない。また、逆止弁に原料粒子が付着すると、逆止弁の機能が低下するので、逆止弁の分解、洗浄、組立を行わなければならず、その手間がかかっていた。

従来の微粒子化装置で用いる加圧ポンプにおいては、市販されているＭＣナイロン（主原料のナイロンモノマーを大気圧下で重合・成型して特性を向上させたもの）を切削加工したシール部材を使用していたが、このシール部材は高価で摩耗し易く、交換の手間がかかり、費用がかさむなどの問題があった。

また、従来の微粒子化装置においては、原料となる物質の粒子を粘度の低い液体に混入して供給するので、常に攪拌し続けなければ、原料粒子が沈殿して均一に分散させた状態の液体を供給することができなかった。

そこで、この発明は、逆止弁を使用しない加圧ポンプを採用し、かつ、攪拌装置を使用しない物質の微粒子化装置を提供するために考えられたものである。

この発明の物質の微粒子化装置は、同軸に配置された細いシリンダおよび太いシリンダと、上記細いシリンダに挿通される細いピストンおよび上記太いシリンダに挿通され、上記細いピストンと連動する太いピストンとを備えたポンプと、上記太いシリンダの側方の開口に連通した原料物質の粒子を混合した液体を貯留する貯留槽と、上記細いシリンダの閉塞端部の開口に連通し、上記原料物質の粒子を微細化するジェネレータとを具備し、上記細いピストンは、先端からあけられた軸方向の孔および該軸方向の孔に連通して側方に開口した孔を有し、該側方に開口した孔は、加圧工程において上記細いシリンダで閉塞されるように構成されている。

この発明の物質の微粒子化装置における細いピストンは、細いシリンダに設けたメタルブッシュ、断面形状がＵ形のロッドシール・パッキンおよびバックアップリングよりなるシール部材により液密にシールされている。

この発明の物質の微粒子化装置によると、連動する細いピストンおよび太いピストンを具備することにより、細いピストンにより大きい圧力で原料粒子混合液体をジェネレータに送出することができ、太いピストンにより原料粒子混合液体を吸引して取り込んだり戻したりして、貯留槽に貯留されている原料粒子混合液体を底から攪拌するから、原料粒子を均一に分散させた状態の液体を供給することができる。

また、トラブルの原因となる逆止弁を使用しないので、構成部品が少なくなって保守・点検の手間を減らすことができ、信頼性を向上させることができる。

加圧ポンプのシール部材として、市販されている廉価な断面形状がＵ形のロッドシール・パッキンおよびバックアップリングを採用しているにも拘わらず、長時間の使用に耐えるので、保守・点検の手間を減らすことができ、ランニングコストを低減することができる。

さらに、シール部材が劣化して、細いピストンと細いシリンダよりなる加圧ポンプより原料粒子混合液体が漏洩しても、太いシリンダの中に漏洩することになるので、周囲に飛散することがないという効果を奏することができる。

この発明の物質の微粒子化装置は、図１に示すように、底部が漏斗形の筒体であって、原料となる物質の粒子を混入した粘度の低い液体を貯留する貯留槽４と、液体に混合されている粒子を微粒子化するジェネレータ３と、貯留槽４に貯留されている原料粒子混合液体を加圧してジェネレータ３に供給するポンプ１とを具備している。

ジェネレータ３は、図５の縦断面図に示すように、流入口30を有する筒体32と、流出口33を有する蓋34よりなる容器を備え、筒体32の中には、外筒35と内筒36とが同心状に挿入されており、外筒35の内周と内筒36の外周との間に中空室37が形成され、流入口30より中空室37へ通じる流入流路31が形成されている。内筒36はセラミックス製であって、周囲から中心に向かって対向する小径の孔38があけられおり、中心には軸方向に流出流路39があけられて流出口33に通じている。なお、流出流路39の流通抵抗を小さくするために、小径の孔38よりも孔の断面積を大きく設定されている。

流入口30より流入流路31および中空室37を経て、加圧した原料粒子混合液体を内筒36の対向する小径の孔38に供給して、小径の孔38の出口で正面衝突させたのち、流出流路39より排出させるように構成されている。小径の孔38を経て供給された原料粒子混合液体が、超高速で正面衝突するとき、液体中に浮遊している粒子同士が衝突して微細化される。

以上で説明したジェネレータ３は一例であり、加圧された原料粒子混合液体が供給されて液体中に浮遊している粒子同士を衝突させて微細化する他の形態のジェネレータにも、この発明の物質の微粒子化装置を適用することができる。

ポンプ１は、図１および図２に示すように、同軸に配置された細いシリンダ11を有する第１のブロック10および太いシリンダ21を有する第２のブロック20と、細いピストン12と一体に形成されたピストン・ロッド13およびこのピストン・ロッド13に結合された太いピストン22とを具備している。この太いピストン22の周囲には横溝が形成されてシール用のリング23が嵌め込まれている。

細いシリンダ11の閉塞端部19は、貫通孔19Aを経てジェネレータ３に連通しており、太いシリンダ21の先端部近傍には、上向きに貫通した孔24を経て貯留槽４の底部に連通している。

図３および図４に拡大して示すように、細いピストン12は、先端から軸方向に孔14があけられており、この孔14と直交方向に貫通して側面に開口する孔15があけられている。そして、この細いピストン12は、第１のブロック10の細いシリンダ11に設けたメタルブッシュ16、市販されているバックアップリング18および断面形状がＵ形のロッドシール・パッキン17よりなるシール部材により液密にシールされている。

市販されている断面形状がＵ形のウレタンゴム製のロッドシール・パッキン17は、３０ＭＰａ程度の圧力にしか耐えることができないので、市販されているフッ素樹脂製のバックアップリング18を併用することにより７０ＭＰａ程度の圧力に耐えることがでる。さらに、メタルブッシュ16を併用して、１５０ＭＰａ以上の圧力に耐え、かつ、長寿命の液密シールを実現することができる。

バックアップリング18は、細いピストン12およびシリンダ11と強く密着していないが、加圧されると、ロッドシール・パッキン17とメタルブッシュ16とにより挟まれて、放射方向に変形して細いピストン12に強く密着して１５０ＭＰａ以上の圧力に耐え得るシールを形成する。

この細いピストン12にあけられた軸線に直交方向の孔15と、細いピストン12の先端との間隔は、シール部材によってシールされる長さよりも長く設定されており、細いピストン12を引き抜いたときに、細いピストン12の先端がロッドシール・パッキン17から抜け出さないように構成されている。

細いピストン12も太いピストン22も１ストロークの長さは同じであるが、両ピストンの１ストロークにおけるシリンダの容積は、両ピストンの半径の比率の二乗倍だけ違する。

次に、このように構成された物質の微粒子化装置により粒子を微粒化する動作を説明する。

原料となる物質の粒子を体積比で５％程度混入した粘度の低い液体を貯留槽４に注入したのち、図１および図２に示すように、駆動装置によりピストン・ロッド13を往復運動をさせる。

ピストン・ロッド13を始動時に数回往復させると、太いシリンダ21の中に原料粒子混合液体が充満され、続いて細いピストン12の直交方向の孔15および軸方向に孔14を経て細いシリンダ11内にも原料粒子混合液体が充満される。ジェネレータ３中の空気を押し出して原料粒子混合液体が充満するまでの期間は、流通抵抗が小さいので比較的小さい圧力で太いシリンダ21および細いシリンダ11の中に原料粒子混合液体を充満させることができる。

ジェネレータ３の中に原料粒子混合液体が充満すると、ジェネレータ３の流通抵抗、特に小径の孔38における流通抵抗が大きくなるので、ピストン・ロッド13を押し出して、細いピストン12により原料粒子混合液体を１５０ＭＰａ程度の高圧で加圧すると、ジェネレータ３の流入口30より流入流路31、中空室37および対向する小径の孔38を経て、原料粒子混合液体が小径の孔38の出口において超高速で正面衝突する。この正面衝突により、原料粒子混合液体中の原料粒子同士が衝突して微粒子化される。

この衝突により微細化された原料粒子は、液体とともに流出流路39を経て流出口33より排出される。

ピストン・ロッド13を引き戻して細いピストン12を細いシリンダ11から引き抜くとき、ジェネレータ３に液体が充満しているので、ジェネレータ３の流通抵抗、特に小径の孔38における流通抵抗が大きいので、ジェネレータ３から原料粒子混合液体が殆ど逆硫することなく、細いシリンダ11の中が真空状態になる。

そして、図１および図３に示すように、細いピストン12の直交方向の孔15が細いシリンダ11のシール部材から太いシリンダ21の中に突出すると、太いシリンダ21の中の原料粒子混合液体が、細いピストン12の直交方向の孔15および軸方向に孔14を経て細いシリンダ11の中に吸引されて次の加圧工程に進む。

このように、ピストン・ロッド13を往復運動させたとき、１ストロークの間に細いピストン12によってジェネレータ３に押し出される原料粒子混合液体の体積に対し、太いピストン22によって貯留槽４に押し戻される原料粒子混合液体の体積は、細いピストン12と太いピストン22との半径の比率の二乗倍であり、ジェネレータ３へ送出する体積よりも多量の原料粒子混合液体が貯留槽４の底部に押し戻されて、貯留槽４の中の原料粒子混合液体が底から攪拌される。

このような動作を繰り返し行うことにより、貯留槽４の中の原料粒子混合液体を攪拌しながらジェネレータ３に送出して、原料粒子を微細に粉砕することができる。このように、各ストロークごとに貯留槽４の原料粒子混合液体を底から攪拌するので、比重の大きい原料粒子が混合されていても、原料粒子を沈殿させることなく、常に均一に分散させた状態でジェネレータ３に送出することができる。

この発明の物質の微粒子化装置の実施形態におけるポンプの吸引状態を示す縦断面図、 この発明の実施形態におけるポンプの加圧状態を示す縦断面図、 図１の要部を拡大して示す縦断面図、 図２の要部を拡大して示す縦断面図、 ジェネレータの一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ポンプ
３ ジェネレータ
４ 貯留槽
10 第１のブロック
11 細いシリンダ
12 細いピストン
13 ピストン・ロッド
14 軸方向に孔
15 側面に開口した孔
16 メタルブッシュ
17 ロッドシール・パッキン
18 バックアップリング
19 閉塞端部
20 第２のブロック
21 太いシリンダ
22 太いピストン
23 シール用のリング
30 流入口
31 流入流路
32 筒体
33 流出口
34 蓋
35 外筒
36 内筒
37 中空室
38 対向する小径の孔
39 流出流路

Claims (2)

1. 同軸に配置された細いシリンダおよび太いシリンダと、上記細いシリンダに挿通される細いピストンおよび上記太いシリンダに挿通され、上記細いピストンと連動する太いピストンとを備えたポンプと、
   上記太いシリンダの側方の開口に連通した原料物質の粒子を混合した液体を貯留する貯留槽と、
   上記細いシリンダの閉塞端部の開口に連通し、上記原料物質の粒子を微細化するジェネレータとを具備し、
   上記細いピストンは、先端からあけられた軸方向の孔および該軸方向の孔に連通して側方に開口した孔を有し、該側方に開口した孔は、加圧工程において上記細いシリンダで閉塞されることを特徴とする物質の微粒子化装置。
2. 細いピストンは、細いシリンダに設けたメタルブッシュ、断面形状がＵ形のロッドシール・パッキンおよびバックアップリングよりなるシール部材により液密にシールされていることを特徴とする請求項１に記載の物質の微粒子化装置。
   

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