JP2011088108A

JP2011088108A - 衝突装置

Info

Publication number: JP2011088108A
Application number: JP2009245305A
Authority: JP
Inventors: Kota Ogura; 孝太小倉; Atsushi Nakajima; 淳中島; Masao Nakatani; 正雄中谷
Original assignee: Sugino Machine Ltd
Current assignee: Sugino Machine Ltd
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】安価な部材を使用しながらその寿命が従来より長期化できると共に従来と同等以上の微粒化・乳化・分散処理性能が期待できる衝突用チャンバを備えた衝突装置の提供。
【解決手段】衝突装置において、装置本体内に形成されたチャンバ内に、予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈した状態で硬質部材を保持配置するロッド部材と、前記露呈表面に対面して外周から内周に向かって全周に亘り一定の傾斜で縮径すると共に中央部に開口を有するリング状テーパー面と、該リング状テーパー面の中央部開口から排出路に連通する導出流路とを備えた硬質部材受け部を備え、バネ部材によりロッド部材を他端部から軸方向に付勢して前記露呈表面を硬質部材受けに押し付けるものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、原料液体を高圧で噴射、衝突させて微粒化・乳化・分散を行う噴流衝合装置に関するものである。

従来から、原料を微粒化・乳化・分散させる手法として、種々の装置が用いられている。このような装置の一つとして、例えば、高圧ポンプによって加圧した原料液体をチャンバ内の一点に向けて複数のノズルから噴流を互いに斜め方向から噴射させ、この噴流同士を衝突させる斜向衝突チャンバ型装置がある（例えば、特許文献１参照。）。この装置においては、噴流同士の衝突力によって液体中の原料の微粒化・乳化・分散が行われる。

また、高圧に加圧した原料液体を狭い隙間に通過させて剪断力を与え、さらにその後、金属製のバルブやシートに衝突させることで乳化・分散を行う装置もある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１０−３３７４５７号公報米国特許第５２１７０３７号公報

しかしながら、従来の斜向衝突チャンバ型装置は、ノズル同士が離れて配置されており、また各ノズルから衝突点まで距離があるため、衝突時には噴流に速度減速が生じてしまい、衝突処理が非効率的であった。しかも、ノズルには通常ダイヤモンドが使われているため、コスト高になってしまう問題もあった。

また、狭い隙間を通過させることで生じる剪断力を利用し、その後衝突させる装置では、部材に内部から高い引っ張り応力がかかるためセラミックスを使用できず、金属製のバルブやシートでは衝突の繰り返しによる損傷が激しく寿命が短かった。また、剪断力を得るための隙間構成はその調整が非常に難しいという問題もあった。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、安価な部材を使用しながらもその寿命が従来より長期化できると共に従来と同等以上の微粒化・乳化・分散処理性能が期待できる衝突用チャンバを備えた衝突装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る衝突装置は、装置本体内に形成され、外部から加圧手段によって高圧に加圧された原料液体が導入されるチャンバと、
チャンバ内に配置される硬質部材と、
一端側で前記硬質部材を、この硬質部材の予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈した状態でチャンバ内の予め定められた位置に保持するロッド部材と、
前記硬質部材の露呈表面を受け止める硬質部材受け部と、
ロッド部材を他端部からロッド部材の軸方向に付勢して前記硬質部材の露呈表面を硬質部材受け部に押し付けるバネ部材と、
該バネ部材の付勢力を装置本体の外側から調節するバネ調節機構と、を備え、
前記硬質部材受け部は、前記硬質部材の露呈表面に対面し、外周から内周に向かって全周に亘り一定の傾斜で縮径すると共に中央部に開口を有するリング状テーパー面と、該リング状テーパー面の中央部開口から装置本体外へ流体を排出する排出路に連通する導出流路とを、前記ロッド部材と同軸状に備え、
前記露呈表面は、前記硬質部材受け部のリング状テーパー面との接触部が円となる曲面形状であり、
前記チャンバ内に導入された高圧の原料液体が、前記硬質部材の露呈表面と前記硬質部材受け部のリング状テーパー面との間を該テーパー面の外周側から内周中心方向へ流れ、前記バネ部材の付勢力に抗して硬質部材をロッド部材と共に押し戻しながら前記中央部開口の中心軸方向へ集まり、互いに衝突した後、前記導出流路から排出路へ導出されるものである。

請求項２に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１に記載の衝突装置において、前記硬質部材および硬質部材受け部がセラミックス製であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１又は２に記載の衝突装置において、前記硬質部材の露呈表面が球面形状または円錐形状であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１又は２に記載の衝突装置において、前記硬質部材が球体であることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝突装置において、前記バネ調節機構は、装置本体に貫通状態で前記ロッド部材の中心軸方向に沿って前進・後退するボルト部材を備え、該ボルト部材の前進・後退に伴って前記バネ部材をロッド部材の他端部に対して伸縮させてバネ部材の圧縮状態を変更することによりバネ付勢力を調節するものである。

請求項６に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の衝突装置において、前記ロッド部材は、その中心軸上に、前記硬質部材を該硬質部材の一部を残して外周面を覆って保持する凹部が形成されたヘッド部を一端側に有し、
前記硬質部材受け部に対面する前記凹部領域を含むヘッド部の全底面積Ａが、他端側のロッド本体のロッド部材中心軸直交方向の断面積Ｃより大きいものであり、
前記リング状テーパー面に対する硬質部材露呈表面の接触点からなる円周の内面積をＢとしたとき、
面積（Ａ−Ｃ）と面積（Ａ−Ｂ）との差が７〜３０ｍｍ^２であることを特徴とするものである。

本発明の衝突装置においては、チャンバ内にて、予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈された状態で保持された硬質部材が、該露呈表面に対面する硬質部材受け部のリング状テーパー面に、バネ部材の付勢力よって押し付けられるものであり、高圧に加圧されてチャンバ内に導入された原料液体が、硬質部材の露呈表面と前記リング状テーパー面との間を、バネの付勢力に抗して硬質部材を押し戻しながら該テーパー面の外周側から内周方向へ流れて中央部開口の中心部へ集まり、硬質部材露呈表面上の該中央部開口の中心部にて互いに衝突した後、その開口から排出路に連通する導出流路へ導出されるものであるため、原料液体は、硬質部材露呈表面とリング状テーパー面との間の隙間を通過する際の剪断力によって第１段階目の微粒化・乳化・分散処理が施され、その後、硬質部材露呈表面上をリング状テーパー面の中央部開口の中心軸方向へ集まり、互いに衝突し、その衝突力によって第２段階目の微粒化・乳化・分散処理が行われる。このため、本衝突装置によれば、直接的な部材への高圧流体の衝突なく、２段階の微粒化・乳化・分散による優れた処理性能が期待できると共に、部材にダイヤモンド以外の安価なものを使用しても直接衝突型の従来装置に比べて部材の長寿命化が図れるという効果がある。しかも、良好な微粒化・乳化・分散処理性能を確保するための硬質部材露呈表面とリング状テーパー面との間に形成される隙間を維持するための圧力制御は、硬質部材を付勢するバネ部材の圧縮状態を変更調節するという容易な方法で行えるという効果もある。

本発明の一実施例による衝突装置の装置本体の構成を示す概略側断面図である。図１の衝突装置にて、図１とは異なる形状の露呈表面を備えた硬質部材を組み込んだ場合のチャンバ部分を示す概略側断面図である。

本発明による衝突装置は、チャンバ内にて、ロッド部材の一端側で、予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈した状態でロッド部材の中心軸上に保持された硬質部材が、ロッド部材を他端部からその軸方向に付勢するバネ部材によって、硬質部材受け部の、硬質部材露呈表面に対面し、外周から内周に向かって全周に亘り一定の傾斜で縮径すると共に中央部に開口を有するリング状テーパー面に押し付けられるものであり、チャンバ内に外部から加圧手段によって高圧に加圧され、チャンバ内に導入された原料液体が、硬質部材の露呈表面と硬質部材受け部のリング状テーパー面との間を該テーパー面の外周側から内周方向へ流れ、バネの付勢力に抗して硬質部材をロッド部材と共に押し戻しながらリング状テーパー面の中央部開口の中心軸方向へ集まり、互いに衝突した後、その開口から排出路に連通する導出流路へ導出されるものである。

即ち、本発明の衝突装置によれば、高圧原料液体は、まず硬質部材の露呈表面と硬質部材受け部のリング状テーパー面との間の隙間流路を外周側から内周中心方向へ通過する際に生じる剪断力によって微粒化・乳化・分散処理が施され、その後、硬質部材表面とテーパー面との隙間を抜けた後、中央部開口の中心部へ集まる方向へ加速された流体は、該中心部で互いに衝突し、その衝突力によりさらなる微粒化・乳化・分散が行われる。

従って、剪断力による第一段階目の処理に加え、速度低下のない近距離衝突による第２段階目の処理とによって高い微粒化・乳化・分散性能が得られる。しかも、第２段階目の衝突は、リング状テーパー面の中央部開口の空間内で流体同士が衝突するものであり、部材に対して摩耗が生じるような直接的な衝突はなく、また噴射ノズルも必要ないため、部材に高価なダイヤモンドを使用する必要はない。これにより、硬質部材と硬質部材受け部をセラミックス等のより安価な硬質材料を用いて部材の長寿命化とコスト低下を両立することができる。

本発明においては、硬質部材の露呈表面と前記リング状テーパー面との間をその外周側から内周中心部に向かって流れようとする原料液体による圧力で、バネ部材の付勢力によりロッド部材を介して硬質部材受け部に押し付けられている硬質部材を押し戻すことによって、硬質部材表面と硬質部材受け部のリング状テーパー面との間に当接部のない隙間流路が形成され、剪断力の発生と、その後の衝突が可能となるものである。

そこで、露呈表面の曲面形状は、リング状テーパー面との当接部が円となるものとする。これによって、硬質部材受け部に押し付けられている状態では外周側から該当接部までは外側から全周に亘って均一に原料流体が流入してくる隙間がリング状テーパー面と露呈表面との間に形成され、硬質部材を押し戻す流体圧も該当接部に均一にかかることになる。

このような露呈表面の曲面形状としては、設計の簡便なものとして、球面または円錐が挙げられる。球面とする場合、硬質部材を球体とすれば、どの部分を露呈させてもよい。また、既存の衝突用硬質ボールを利用することもできる。また、露呈表面となる以外の部分は、ロッド部材の一端側での保持機構に応じて保持し易い形状に加工しても良い。

上記のように、硬質部材を押し戻すことによって形成された前記隙間流路は、処理工程中、閉じることなく良好に維持されるように制御する必要がある。この隙間流路の制御は、硬質部材を押し戻す原料液体の圧力と、この流体圧に対してほぼ同等となるような硬質部材側の押圧力、即ちロッド部材に対するバネ部材の付勢力を調節することによる圧力制御で行うことができる。

前記バネ部材の付勢力の調節は、装置本体の外側から調節するバネ調整機構が最適である。バネ部材の付勢力の調節は、バネ部材の圧縮状態を調節することによって行えるが、その具体的機構としては、装置本体に貫通状態でロッド部材の中心軸方向に沿って前進・後退するボルト部材を備え、該ボルト部材の前進・後退に伴ってバネ部材をロッド部材の他端部に対して伸縮させる構成が最も簡便で好ましい。

以上のような、硬質部材の露呈表面に対向するリング状テーパー面の外周から内周中心方向に高圧流体が流れる構成においては、実際に圧力がかかる面積が非常に小さいため、圧力制御は容易に行える。例えば、通常の衝突処理で行われている原料液体の加圧における流体圧０〜１５０ＭＰａの範囲で充分制御できるものである。

この圧力がかかる面積を、硬質部材の押圧方向、即ちロッド部材の中心軸方向に直交する平面内で考えると、硬質部材表面がリング状テーパー面に押し付けられている状態での接点からなる円周の外側領域で、硬質部材に付勢力がかかる領域であるロッド部材の断面積内である。即ち、該ロッド部材の断面積Ｃに対する前記接点からなる円周の内面積Ｂとの差領域（Ｃ−Ｂ）である。

なお、この差領域の面積を７ｍｍ^２以上、３０ｍｍ^２以下とすることによって、上記圧力範囲内で圧力制御が容易に行える。即ち、この範囲より小さい面積では、特に低圧側での調整が困難で、大きすぎる面積の場合は圧力制御に大がかりな装置が必要となってしまう。従って、衝突装置の設計において、上記差領域の面積範囲となるように、ロッド部材の径、硬質部材径、リング状テーパー面の径およびテーパー角度等の各条件を適宜選択すればよい。

また、ロッド部材の一端側の硬質部材保持機構としては、前記リング状テーパー面に対面して高圧流体が流れる通路が形成できるように硬質部材の予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈状態で保持できるものであれば良いが、できるだけ簡便な構成が望ましい。例えば、ロッド部材の一端側に設けたヘッド部に形成された凹部によって、硬質部材を、前記リング状テーパー面と対面する露呈表面となる部分を残して外周面を覆った状態でロッド部材の中心軸上に保持する構成が挙げられる。

この場合、硬質部材受け部に対面する前記凹部領域を含むヘッド部の全底面積Ａが、他端側のロッド本体のロッド部材中心軸直交方向の断面積Ｃより大きいものであれば、前記リング状テーパー面に対する硬質部材露呈表面の接触点からなる円周の内面積Ｂに対して、原料液体が導入された際に圧力がかかる前記差領域は、面積（Ａ−Ｃ）と面積（Ａ−Ｂ）との差部分となる。従って、この差領域が７〜３０ｍｍ^２となるようにヘッド部の設計も適応させればよい。

なお、原料液体を加圧して装置本体へ高圧流体として供給する加圧手段としては、所望の流体圧まで加圧できるものであれば特に限定するものではないが、原料液体の状態に応じて適宜選択することが望ましい。例えば、原料液体が固形物を含むスラリー液である場合、その固形物によってポンプが傷まないように装置の耐久性の観点からプランジャをゆっくり動かすことができる油圧ブースター式超高圧ポンプの採用が最適である。

これに対して、特に化粧品や食品原料の乳化には、原料への他の油の混入を避けるためにも油圧を使用しないポンプ装置の採用が望ましい。固形物を含まない原料液体では、プランジャを高速で作動させても装置を長時間運転させることが可能であり、プランジャをゆっくり作動できる油圧式装置を用いる必要がない。

油圧を用いないポンプ装置としては、電動モータによりクランクシャフトを回転させ、それを往復運動に変換することによってプランジャを動作させるクランク式プランジャポンプが挙げられる。

但し、このようなクランク式プランジャポンプでは、ポンプ駆動部分での圧力制御ができない。しかし、本発明の衝突装置においては、硬質部材を押し戻して硬質部材露呈表面と硬質部材受け部のリング状テーパー面との間に隙間を形成する流体圧に対して、リング状テーパー面に硬質部材を押し付けるバネ部材の付勢力を調節することによって圧力制御がなされるため問題ない。即ち、本発明のチャンバ内では、リング状テーパー面に対してバネ部材で硬質部材を付勢する構成が、リリーフ弁として機能している。

本発明の一実施例として、セラミックス製の硬質ボール（硬質部材）とセラミックス製の硬質部材受け部を備えた衝突装置の本体構成を図１に示す。この装置本体１は、内部に形成されたチャンバ２へ、外部の加圧装置、例えばモータ駆動式３連プランジャポンプによって原料液体が高圧に加圧されて原料導入口２０から本体内に形成されたチャンバ２内に導入されるものである。

このチャンバ２内で、ロッド部材４の一端側に保持された硬質ボール３が硬質部材受け部１０に受け止められるように配置される。本実施例においては、ロッド部材４の一端側に設けられたヘッド部５に形成された凹部６によって、硬質ボール３がその一部表面を除く外表面が覆われた状態で保持されるものとした。よって、本実施例における露呈表面３ｘは、球面形状をもつものである。

なお、本実施例では、ロッド部材４は、軸本体７と一端側の拡径部５ｘとからなり、拡径部５ｘに形成された凹部６に硬質ボール３が嵌め込まれ、これに対して中央に開口を持つ押さえ部材５ｙを、露呈表面３ｘに該開口を合わせて被せて固定することによって、前記凹部６内に硬質ボール３が保持されるものである。よって、ヘッド部５はロッド部材４の拡径部５ｘと押さえ部材５ｙとによって構成されている。

硬質部材受け部１０には、硬質ボール３の露呈表面３ｘに対面し、外周から内周に向かって全周に亘り一定の傾斜で縮径するリング状テーパー面１１が形成されており、該テーパー面の中央部には開口１２が形成されており、装置本体１の外へ流体を排出するための排出路１５に連通する導出流路１３が開口１２から下流へ形成されている。

またロッド部材４は、その他端部に設けられたバネ部材８によってロッド部材軸方向に付勢されており、この付勢力により、ロッド部材４を介してヘッド部５の凹部６に保持された硬質ボール３が硬質部材受け部１０に押し付けられ、硬質ボール３の露呈表面３ｘが前記リング状テーパー面１１に当接する。

さらに、バネ部材８の付勢力を装置本体１の外側から調節するバネ調節機構として、装置本体１に貫通状態で、ロッド部材４の中心軸方向に沿って前進・後退するボルト部材９を備えた。このボルト部材９の前進・後退に伴ってバネ部材８がロッド部材４の他端部に対して伸縮して圧縮状態が変更され、バネ付勢力が調節される。

なお、これらボルト部材９からバネ部材８、ロッド部材４、硬質ボール３、硬質部材受け部１０のリング状テーパー面１１と開口１２及び導出流路は、全て同軸状に配置されるものである。

以上の構成において、チャンバ２内に導入された高圧の原料液体は、硬質ボール３の露呈表面３ｘと硬質部材受け部１０のリング状テーパー面１１との間を該テーパー面１１の外周側からリング状テーパー面１１の内周中心方向へ流れ、バネ部材８の付勢力に抗して硬質ボール３をロッド部材４と共に押し戻しながら硬質ボールの露呈表面３ｘ上を開口１２の中心軸方向へ向かって進む。

このとき、高圧流体が硬質ボール３の露呈表面３ｘとリング状テーパー面１１との間の隙間流路を通過することにより剪断力が発生し、該剪断力によって原料の微粒化・乳化・分散処理が第１段階目の処理として施される。その後、リング状テーパー面１１の外周側から開口１２の中心部付近に集まった高圧流体は互いに衝突し、このときの衝突力によりさらなる微粒化・乳化・分散処理が第２段階目の処理として施される。

処理後の流体は、開口１２から導出流路１３を介して排出路１５へ排出される。本装置による処理を連続して繰り返す場合は、排出路１５から排出される流体を回収し、必要があれば冷却等の処理を経て、加圧し、再び原料液体として導入口２０へ供給すればよい。

以上の構成を持つ衝突装置において、以降に微粒化・乳化・分散の処理実験を行った結果を示す。なお、以下の実験は、いずれも固形物を含まない原料液体の処理であるため、加圧手段として、油圧を用いないクランク式の３連プランジャポンプを用いた。

装置本体の具体的設計としては、硬質ボール３の直径１５．８８ｍｍに対して、リング状テーパー面１１との接地点からなる円周の直径が１０．７３ｍｍとなるテーパー角度とした。この円周の面積Ｂは９０．４ｍｍ^２となる。また、ロッド部材４の軸本体７の直径を１２ｍｍとし、その断面積Ｃが１１３．１ｍｍ^２である。

従って、硬質ボール３の露呈表面３ｘとリング状テーパー面１１との間を流れようとする高圧流体による圧力は、面積Ｃと面積Ｂの差領域（Ｃ−Ｂ＝２２．７ｍｍ^２）にかかり、硬質ボール３をバネ部材８の付勢力に抗して押し戻す力となる。例えば、流体圧力を１００ＭＰａとすると、その力は２２７ｋｇとなる。硬質ボール３を押し戻して形成された前記露呈表面３ｘとリング状テーパー面１１との間の隙間流路を維持するためには、前記力にほぼ釣り合う力で硬質ボール３を押さえつける付勢力をバネ部材８によって与えるようバネ調節機構（ボルト部材９）で調節しておけば良く、隙間を通過する流体は、圧力１００ＭＰａとなって開口１２の中心部に集まり、互いに衝突する。

実験１
まず、第１の実験として、流動パラフィンの乳化を繰り返し処理で行った場合を以下に示す。即ち、イオン交換水に分散剤としてのドデシル硫酸ナトリウム（一級，和光純薬工業株式会社製、以下ＳＤＳと略す）を溶解させた後に、原料油分としての流動パラフィン（一級，和光純薬工業株式会社製）を添加し、スターラーで撹拌して予備乳化を行ったものを原料液体とした。各組成は、流動パラフィン：ＳＤＳ：イオン交換水＝１０：１：８９（重量比）とした。

以上の原料液体を３連プランジャポンプを用いて昇圧し、前記衝突装置本体１へ供給して処理し、回収後再び昇圧して装置本体１へ供給するという処理を５回繰り返し行った。各処理段階での流動パラフィンの粒径について、粒度分布測定を行い、メジアン径を求めた。測定には、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡＬＡ−９１０）を用いて行った。測定方法は、フローセル／水測定、超音波照射０ｍｉｎとし、相対屈折率は１．０８−０．００ｉとした。

原料液体の圧力を１００ＭＰａと、７５ＭＰａとして実験を行った際の測定結果をそれぞれ以下の表１、表２に示す。なお、比較対照として、噴射口径０．１ｍｍのノズルを２つ備えた斜向衝突チャンバを用いて同じ原料液体の衝突処理を行った際の各処理段階における流動パラフィンのメジアン径も併せて示した。

以上の結果から明らかなように、本実施例の衝突装置によれば、斜向衝突チャンバと同等以上の乳化性能が発揮されることが判った。なお、分散剤であるＳＤＳの濃度に関し、上記１ｗｔ％の場合の他に、０．５ｗｔ％及び２．０ｗｔ％として同様の実験を行ったが、乳化性能は１ｗｔ％の場合とほぼ変わらなかった。

実験２
次に、第２の実験として、大豆油の乳化を繰り返し処理で行った場合を以下に示す。即ち、６０℃に加熱したイオン交換水に、分散剤としてのレシチン（大豆由来：一級，純正化学株式会社製）を溶解させた後に、原料油分としての大豆油（化学用，純正化学株式会社製）を添加し、スターラーで撹拌して予備乳化を行ったものを原料液体とした。各組成は、大豆油：レシチン：イオン交換水＝２０：１：７９（重量比）とした。

以上の原料液体を３連プランジャポンプを用いて昇圧し、流体圧を１００ＭＰａとして前記衝突装置本体１へ供給して処理し、回収後再び昇圧して装置本体１へ供給するという処理を１０回繰り返し行った。各処理段階での大豆油の粒径について、実験１と同様の装置、方法で粒度分布測定を行い、メジアン径を求めた。相対屈折率を１．１０−０．００ｉとした。また対照も実験１と同じ斜向衝突チャンバを用いて行った。測定結果を以下の表３に示す。

以上の結果から、本実施例の衝突装置によれば、従来の斜向衝突チャンバと同等以上の乳化性能が発揮されることが判った。

実験３
次に、第３の実験として、水添レシチンの分散を繰り返し処理で行った場合を以下に示す。即ち、イオン交換水に、原料油分としての水添レシチン（ＳＬＰ−ホワイトＨ，辻製油株式会社製）をスターラーで撹拌して予備分散させたものを原料液体とした。各組成は、水添レシチン：イオン交換水＝１：９９（重量比）とした。

以上の原料液体を３連プランジャポンプを用いて昇圧し、流体圧を１００ＭＰａとして前記衝突装置本体１へ供給して処理し、回収後再び昇圧して装置本体１へ供給するという処理を２０回繰り返し行った。各処理段階での水添レシチンの粒径について、粒度分布測定を行い、メジアン径を求めた。測定には、動的光散乱式粒径測定装置（ＭＡＬＶＥＲＮ，「ゼータサイザー」ＺＳ−ｎａｎｏＳ型）を用いて行った。測定方法は、ディスポセルとし、屈折率は、溶質／溶媒屈折率：１．６０／１．３３とした。この測定結果を以下の表４に示す。

さらに、上記繰り返し分散処理した水添レシチンについて、各処理段階での分散液の透過率を測定した。測定には分光光度計（アペル社製，ＰＤ−３０３）を用いて、測定波長５５０ｎｍで行った。その結果は表５に示す。なお、比較対照として、噴射口径０．１ｍｍのノズルからの噴射流体をセラミックス製のボールに衝突させるボール衝突チャンバを用いて、同じ原料液体を同じ回数だけ衝突処理を繰り返した際の各処理段階での水添レシチン分散液の透過率も併せて示した。

以上の結果から、本実施例の衝突装置によれば、従来のボール衝突チャンバと同等以上の分散性能が発揮されることが判った。

実験４
次に第４の実験として、セラミドの分散を繰り返し処理で行った場合を以下に示す。即ち、イオン交換水に、原料油分としてのセラミド（コーンセラミドＰ−１，辻製油株式会社製）をスターラーで撹拌して予備分散させたものを原料液体とした。各組成は、セラミド：イオン交換水＝１：９９（重量比）とした。

以上の原料液体を３連プランジャポンプを用いて昇圧し、流体圧を１００ＭＰａとして前記衝突装置本体１へ供給して処理し、回収後再び昇圧して装置本体１へ供給するという処理を２０回繰り返し行った。各処理段階でのセラミドの粒径について、実験３と同様の装置、方法で粒度分布測定を行い、メジアン径を求めた。測定結果を以下の表６に示す。さらに、セラミド分散液について、実験３と同じ測定方法にて各処理段階での透過率を測定した。このときの比較対照も実験３と同じボール衝突チャンバを用いて行った。透過率の測定結果は以下の表７に示す。

また、以上の実験１〜４における各原料の処理結果をまとめて見ると、本実施例による衝突装置を用いれば、従来の装置と比較して同等以上の優れた微粒化・乳化・分散性能が発揮されることが明らかとなった。

実験５
さらに、第５の実験として、本衝突装置１において、硬質ボール３を窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）製とし、硬質部材受け部１０をジルコニア（ＺｒＯ_２）製として構成し、連続運転における部材耐久性を検討した。本実験５では、実験１と同じ原料液体（流動パラフィン：ＳＤＳ：イオン交換水＝１：０．１：９８．９ｗｔ％をスターラー撹拌して予備乳化したもの）を用い、３連プランジャポンプを用いて昇圧し、流体圧を１００ＭＰａとして衝突装置本体１へ供給し続けて２００時間の連続処理を行った。連続処理後、装置を分解し点検を行い、硬質ボール３及び硬質部材受け部１０の重量を測定して連続処理前と比較した。結果を以下の表８に示す。

表８の結果及び目視点検の結果、２００時間連続処理後の硬質ボール３及び硬質部材受け部１０に大きな損傷はなく、まだ使用可能な状態であった。この連続処理時間は、従来の直接的に部材に高圧流体を衝突処理する方式において、ダイヤモンド以外の部材では不可能なものであった。

従って、本発明の衝突装置によれば、処理チャンバ内に配置される部材に、ダイヤモンド以外の安価な素材を用いても、従来装置より優れた微粒化・乳化・分散性能が、長期の使用に亘って期待できる。また、部材損傷後の交換は、硬質ボール、硬質部材受け部の交換で済むため、分解、組立を含む交換作業が簡単で短時間で完了できる。

なお、以上の実施例では、硬質部材として、球体である硬質ボールを採用した場合を示したが、本発明では、これに限定するものではなく、露呈表面が、リング状テーパー面との当接部が円となるような曲面形状で、全周に亘って外側から均一に高圧流体が流入し、均一な流体圧で硬質部材を押し上げることができる形状であれば良い。

例えば、図２に示すような露呈表面２３ｘに円錐形状を備えた硬質部材２３が挙げられる。露呈表面２３ｘとなる以外の部分は、保持しやすい形状に加工しても良い。このような硬質部材２３を組み込んだ場合、チャンバ２内に導入された高圧の原料液体は、円錐形状の露呈表面２３ｘと硬質部材受け部１０のリング状テーパー面１１との間を該テーパー面１１の外周側からリング状テーパー面１１の内周中心方向へ流れ、バネ部材８の付勢力に抗して硬質部材２３をロッド部材４と共に押し戻しながら露呈表面２３ｘの円錐面上をその頂点に向かって進む。

この高圧流体が、硬質部材２３を押し戻すことによって形成された露呈表面２３ｘとリング状テーパー面１１との間の隙間流路を通過することにより剪断力が発生し、該剪断力によって原料の微粒化・乳化・分散処理が第１段階目の処理として施される。その後リング状テーパー面１１の外周側から円錐形状の頂点、即ち開口１２の中心軸上の導出流路側に集まった高圧流体は互いに衝突し、このときの衝突力によりさらなる微粒化・乳化・分散処理が第２段階目の処理として施され、導出流路１３から排出路へ排出される。

以上のように、露呈表面が球面でなく、円錐形状のものであっても、本発明の優れた乳化性能が得られる。

１：装置本体
２：チャンバ
３：硬質ボール
３ｘ，２３ｘ：露呈表面
４：ロッド部材
５：ヘッド部
５ｘ：拡径部
５ｙ：押さえ部材
６：凹部
７：ロッド部材の軸本体
８：バネ部材
９：ボルト部材
１０：硬質部材受け部
１１：リング状テーパー面
１２：開口
１３：導出流路
１５：排出路
２０：導入口
２３：硬質部材

Claims

装置本体内に形成され、外部から加圧手段によって高圧に加圧された原料液体が導入されるチャンバと、
チャンバ内に配置される硬質部材と、
一端側で前記硬質部材を、この硬質部材の予め定められた曲面形状を持つ表面部分を露呈した状態でチャンバ内の予め定められた位置に保持するロッド部材と、
前記硬質部材の露呈表面を受け止める硬質部材受け部と、
ロッド部材を他端部からロッド部材の軸方向に付勢して前記硬質部材の露呈表面を硬質部材受け部に押しつけるバネ部材と、
該バネ部材の付勢力を装置本体の外側から調節するバネ調節機構と、を備え、
前記硬質部材受け部は、前記硬質部材の露呈表面に対面し、外周から内周に向かって全周に亘り一定の傾斜で縮径すると共に中央部に開口を有するリング状テーパー面と、該リング状テーパー面の中央部開口から装置本体外へ流体を排出する排出路に連通する導出流路とを、前記ロッド部材と同軸状に備え、
前記露呈表面は、前記硬質部材受け部のリング状テーパー面との接触部が円となる曲面形状であり、
前記チャンバ内に導入された高圧の原料液体が、前記硬質部材の露呈表面と前記硬質部材受け部のリング状テーパー面との間を該テーパー面の外周側から内周中心方向へ流れ、前記バネ部材の付勢力に抗して硬質部材をロッド部材と共に押し戻しながら前記中央部開口の中心軸方向へ集まり、互いに衝突した後、前記導出流路から排出路へ導出されることを特徴とする衝突装置。
前記硬質部材および硬質部材受け部がセラミックス製であることを特徴とする請求項１に記載の衝突装置。
前記硬質部材の露呈表面が球面形状または円錐形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝突装置。
前記硬質部材が球体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の衝突装置。
前記バネ調節機構は、装置本体に貫通状態で前記ロッド部材の中心軸方向に沿って前進・後退するボルト部材を備え、該ボルト部材の前進・後退に伴って前記バネ部材をロッド部材の他端部に対して伸縮させてバネ部材の圧縮状態を変更することによりバネ付勢力を調節することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の衝突装置。
前記ロッド部材は、その中心軸上に、前記硬質部材を該硬質部材の一部を残して外周面を覆って保持する凹部が形成されたヘッド部を一端側に有し、
前記硬質部材受け部に対面する前記凹部領域を含むヘッド部の全底面積Ａが、他端側のロッド本体のロッド部材中心軸直交方向の断面積Ｃより大きいものであり、
前記リング状テーパー面に対する硬質部材の露呈表面の接触点からなる円周の内面積をＢとしたとき、
面積（Ａ−Ｃ）と面積（Ａ−Ｂ）との差が７〜３０ｍｍ^２であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の衝突装置。