JP2014004534A - 流体混合器及び流体混合方法並びにエマルション - Google Patents

Abstract

【課題】構造簡易で安価に分散相をサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化する
こと。
【解決手段】一端開口部から導入した第１流体を他端開口部から導出する筒状の混合器本体内に、導入した第１流体を螺旋流となす第１螺旋流生起手段を設け、第１螺旋流生起手段の下流側に位置する混合器本体の周壁に、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を導入する本体導入孔を形成して、本体導入孔から導入した第２流体を混合器本体の内周面に沿わせて第１流体の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回させる第２螺旋流生起手段となし、第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とが螺旋混流となって他端開口部から導出されるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数種類の流体を混合する流体混合器及び流体混合方法並びにエマルションに関する。ここで、流体とは液体ないしは気体であり、液体と液体、液体と気体、及び、気体と気体を混合することができる。特に、エマルションの分散相を微細化かつ均一化することができる。エマルションとは，分散質及び分散媒が共に液体である分散系溶液のことを指す。

従来、流体混合器の一形態として、特許文献１に開示された乳化装置がある。かかる乳
化装置は、直状に伸延する分散相流路に、分散相流路の軸線廻りに旋回する旋回流路を介
して、分散相流路に対して直交方向に伸延する一対の連続相流路を接続し、分散相流路と
同一軸線上で旋回流路よりも下流側に混合流路を形成して構成している。

このように構成して、分散相流路を通して供給した分散相と、連続相流路を通して供給
した連続相を、旋回流路を介して合流させるとともに、混合流路を通して混合させること
でエマルションとなすようにしている。

特開２００９−２７９５０７

ところが、前記した乳化装置は、板状の液体導入部と合流流路部と混合流路部と液体導
出部とを積層させて構成し、各部に形成した流路形成路を接続して、分散相流路と連続相
流路と旋回流路と混合流路を形成しているが、構造が複雑で各流路形成路の加工成形が煩
雑になっている。そのため、乳化装置は製造コストが高価な上に、分散相をサブマイクロ
レベルに微細化することができるものではなかった。

そこで、本発明は、構造簡易で安価に分散相をマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる流体混合器及び流体混合方法並びにエマルションを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明に係る流体混合器は、一端開口部から導入した第１流体を他端開口部から導出する筒状の混合器本体内に、導入した第１流体を螺旋流となす第１螺旋流生起手段を設け、第１螺旋流生起手段の下流側に位置する混合器本体の周壁に、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を導入する本体導入孔を形成して、本体導入孔から導入した第２流体を混合器本体の内周面に沿わせて第１流体の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回させる第２螺旋流生起手段となし、第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とが螺旋混流となって他端開口部から導出されるようにしたことを特徴とする。

かかる流体混合器は、例えば、連続相としての第２流体を収容した容器内に配置し、分散相としての第１流体を混合器本体の一端開口部から他端開口部に向けて吸引ポンプにより吸引して流動させる。そうすることで、混合器本体の一端開口部から導入した第１流体は混合器本体内に設けた第１螺旋流生起手段により螺旋流となって流動する。また、第１流体の螺旋流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体が本体導入孔から混合器本体内に引き込まれながら導入される。そして、混合器本体の本体導入孔から混合器本体内に引き込まれながら導入された第２流体は、第２螺旋流生起手段により混合器本体の内周面に沿わせて第１流体の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回される。したがって、第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とが螺旋混流となって螺旋流動されて剪断・分散される。その結果、第１流体と第２流体が均一に混和されて他端開口部から導出される。

この際、第２流体は、螺旋流動される第１流体の外周において螺旋流動される。つまり、第２流体は第１流体の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら螺旋流動される。そのため、第２流体の螺旋流動が軸線中心側で加速されて高速で第１流体に剪断作用し、第１流体を微細かつ均等に分散する。

請求項２記載の発明に係る流体混合器は、請求項１記載の発明に係る流体混合器であって、第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と、第１流体の外周において第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とは、同一軸線上で同一螺旋方向に流動されて混合されるようにしたことを特徴とする。

かかる流体混合器では、第１流体と第２流体とが同一軸線上で同一螺旋方向に流動されるようにしているため、第１流体の螺旋流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体が円滑かつ堅実に本体導入孔から混合器本体内に引き込まれながら導入される。そのため、第２流体による第１流体の微細かつ均等な分散効率を高めることができる。

請求項３記載の発明に係る流体混合器は、請求項１又は２記載の発明に係る流体混合器であって、第１螺旋流生起手段は、第１流体が通過・案内されながら螺旋流となる通過・案内流路を有することを特徴とする。

かかる流体混合器では、第１螺旋流生起手段が通過・案内流路を有している。そして、通過・案内流路は導入された第１流体を通過・案内させながら螺旋流となす。そのため、第１流体を混合器本体内で流動する過程において堅実に螺旋流となすことができる。

請求項４記載の発明に係る流体混合器は、請求項１又は２記載の発明に係る流体混合器であって、第２螺旋流生起手段は、混合器本体の周壁にその長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状の本体導入孔を複数個形成するとともに、各本体導入孔を単一仮想螺旋に沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置して形成したことを特徴とする。

かかる流体混合器では、混合器本体の周壁に複数個の本体導入孔を形成しており、本体導入孔は混合器本体の長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状となして、単一仮想螺旋上に配置しているため、本体導入孔から導入された第２流体は混合器本体内で堅実に螺旋状に旋回される。そのため、螺旋流動する第１流体の外周で第２流体を螺旋流動させることができて、第１流体と第２流体とを螺旋混流させることができる。

請求項５記載の発明に係る流体混合器は、請求項１〜４のいずれか１項記載の発明に係る流体混合器であって、混合器本体の外周を被覆体により一定の間隔を保持して被覆し、被覆体内には、その周壁に形成した被覆体導入孔から導入した第２流体を被覆体の内周面に沿わせて被覆体の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体の本体導入孔に導入させる旋回流路を形成して、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を被覆体導入孔から被覆体内に導入するとともに、旋回流路を介して本体導入孔から混合器本体内に導入して、混合器本体内を螺旋流動する第１流体と、第１流体の外周において螺旋流動する第２流体とが螺旋混流となって他端開口部から導出されるようにしたことを特徴とする。

かかる流体混合器は、例えば、連続相としての第２流体を収容した容器内に配置し、分散相としての第１流体を混合器本体の一端開口部から他端開口部に向けて吸引ポンプにより吸引して流動させる。そうすることで、混合器本体内を減圧させることができて、第２流体を被覆体の被覆体導入孔から被覆体内に引き込みながら導入することができる。そして、被覆体内に導入された第２流体は、旋回流路を通して旋回されるとともに、混合器本体の本体導入孔から混合器本体内に引き込まれながら導入される。続いて、混合器本体の本体導入孔から混合器本体内に引き込まれながら導入された第２流体は、螺旋流動している第１流体の外周にて螺旋状に旋回流動されて、第１流体を剪断・分散する。その結果、第１流体と第２流体が均一に混和される。

この際、被覆体導入孔から導入された第２流体は旋回流路を介して旋回流動されるため、旋回流動された第２流体が本体導入孔を介して円滑に混合器本体内に導入される。そして、本体導入孔を介して混合器本体内に導入された第２流体は堅実に螺旋状に旋回流動される。その結果、第２流体が螺旋流動される第１流体の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら螺旋状に旋回される。そのため、第２流体の螺旋流動が軸線中心側で加速されて高速で第１流体に剪断作用し、第１流体を微細かつ均等に分散する。
また、流体混合器は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体と、混合器本体の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体とで構成することができるため、合成樹脂等により軽量で構造簡易かつ安価に製造することができる。

請求項６記載の発明に係る流体混合方法は、吸引ポンプにより吸引された第１流体を第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となし、第１流体と第２流体とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合することを特徴とする。

かかる流体混合方法では、吸引ポンプにより吸引されるとともに、第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となって流動される第１流体に対して、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により導入されるとともに、第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となって第２流体が流動されるため、第１流体と第２流体は相互に螺旋流動されながら混和される。その結果、螺旋流動される第１流体が、その外周において螺旋流動される第２流体によって微細化されるとともに、均一に分散される。

請求項７記載の発明に係るエマルションは、吸引ポンプにより吸引された分散相としての第１流体を第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により連続相としての第２流体を第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となして、第１流体と第２流体とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合生成されるものであることを特徴とする。

かかるエマルションは、吸引ポンプにより吸引されるとともに、第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となって流動される分散相としての第１流体に対して、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により導入されるとともに、第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となって連続相としての第２流体が流動されるため、第１流体と第２流体は相互に螺旋流動されながら混和される。その結果、螺旋流動される分散相としての第１流体が、その外周において螺旋流動される連続相としての第２流体によって効率良く剪断・分散されて混合生成されるものである。つまり、かかるエマルションは、第１流体が第２流体によってマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化されるとともに均一化されるものであって、液相−液相の２相を高速で旋回混流させることによりマイクロエマルション（マイクロオーダーのエマルション）として生成されるものである。そして、かかるエマルションは短時間・大量・安価に生成されるものである。

本発明は次のような効果を奏する。すなわち、本発明に係る流体混合器は、構造簡易で軽量・コンパクトかつ安価に製造することができる。そのため、必要な初期コストに対する効果は非常に大きい。そして、流体混合器の洗浄作業やメンテナンス作業を迅速かつ簡単に行うことができる。また、本発明に係る流体混合方法は、分散相としての第１流体を効率良く剪断・分散することができる。しかも、第１流体をマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる。そのため、短時間に大量の混合流体を安価に生成することができる。特に、本発明は、液相−液相の２相を高速で螺旋混流させることによりマイクロエマルション（マイクロオーダーのエマルション）を生成することができるものであり、乳化速度を飛躍的に向上させることができるものである。本発明に係るエマルションは、短時間・大量・安価に生成されるものである。

第１実施形態としての流体混合装置の説明図。 第１実施形態としての流体混合器の断面正面説明図。 第２実施形態としての流体混合装置の説明図。 第２実施形態としての流体混合器の断面正面説明図。 第２実施形態としての流体混合器の断面右側面説明図。 第２実施形態としての流体混合器の正面説明図。 図６のI-I線断面図。 混合器本体の正面説明図。 混合器本体の展開説明図。 本体導入孔の説明図。 混合器本体の右側面説明図。 被覆体の正面説明図。 図１２のII-II線断面図。 第１実施形態としての流体混合装置の第１変形例の断面正面説明図。 第１実施形態としての流体混合装置の第２変形例の断面正面説明図。 第１実施形態としての流体混合装置の第３変形例の断面正面説明図。 第２実施形態としての流体混合器の変形例の断面正面説明図。 図１７のIII-III線断面図。 第１螺旋流生起手段の分解斜視説明図。 第１螺旋流生起手段の側面説明図。 第１変形例としての第１螺旋流生起手段の取付斜視説明図。 第１変形例としての第１螺旋流生起手段の上流側斜視図（ａ）、下流側斜視図（ｂ）、正面図（ｃ）、上流側側面図（ｄ）、下流側側面図（ｅ）。 第２変形例としての第１螺旋流生起手段の取付斜視説明図。 第２変形例としての第１螺旋流生起手段の上流側斜視図（ａ）、下流側斜視図（ｂ）、正面図（ｃ）、上流側側面図（ｄ）、下流側側面図（ｅ）。 ４０ミリリットル／分のオレイン酸を導入したマイクロエマルションの粒度分布図。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１に示す１は第１実施形態としての流体混合装置であり、かかる流体混合装置１は図２に示す第１実施形態としての流体混合器１０を具備している。また、図３に示す１は第２実施形態としての流体混合装置であり、かかる流体混合装置１は図４に示す第２実施形態としての流体混合器１０を具備している。これら第１実施形態ないしは第２実施形態としての流体混合装置１は、図１及び図３に示すように、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２を混合する装置である。本実施形態では、第１流体Ｆ１は分散相としての液体（例えば、油）として、また、第２流体Ｆ２は連続相としての液体（例えば、水）として説明する。

［流体混合装置１の説明］
第１実施形態（第２実施形態）としての流体混合装置１は、図１（図３）に示すように、上面が開口した容器状の第２流体収容部２内に第２流体Ｆ２を収容し、第２流体Ｆ２中に第１実施形態（第２実施形態）としての流体混合器１０を配置している。流体混合器１０の一端側（基端側）には、第１連通路としての第１連通パイプ３を介して、第１流体Ｆ１を収容した第１流体収容部４を連通連結している。流体混合器１０の他端側（先端側）には、第２連通路としての第２連通パイプ５を介して、吸引ポンプＰの吸込口８を連通連結している。吸引ポンプＰの吐出口９には、第３連通路としての第３連通パイプ６を介して、混合流体Ｆ３を収容する混合流体収容部７を連通連結している。

このように構成して、吸引ポンプＰを吸引作動させることで、第１流体収容部４内の第１流体Ｆ１を第１連通パイプ３を通して流体混合器１０内に導入するとともに、吸引効果により減圧された流体混合器１０内に第２流体収容部２内の第２流体Ｆ２を導入して、流体混合器１０内で第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２を混合させて混合流体Ｆ３となすようにしている。そして、混合流体Ｆ３を第２連通パイプ５→吸引ポンプＰ→第３連通パイプ６を通して混合流体収容部７に収容するようにしている。また、混合流体Ｆ３は、混合流体収容部７から適宜回収することができる。

［流体混合器１０の説明］
第１実施形態としての流体混合器１０は、図１及び図２に示すように、両端に開口部を有する円筒状の混合器本体１１のみから構成している。また、第２実施形態としての流体混合器１０は、図３及び図４に示すように、混合器本体１１の外周を円筒状の被覆体３０により一定の間隔を保持して被覆するとともに、同心円状（二重筒状）に配置して構成している。そして、第２実施形態としての流体混合器１０は、被覆体３０中に混合器本体１１を抜き差し自在に挿入して、混合器本体１１の基端部を被覆体３０から突出させた状態となして構成している。ここで、流体混合器１０は、合成樹脂等により薄肉軽量に形成して、構造簡易かつ安価に製造している。しかも、被覆体３０から混合器本体１１を抜き取ることで、簡単に分解して、それぞれ洗浄作業やメンテナンス作業をすることができる。

第１実施形態としての流体混合器１０は、図２に示すように、混合器本体１１の基端部に連結体７５を介して柔軟性素材により形成した第１連通パイプ３の先端部を着脱自在に外嵌して連通連結している。連結体７５は、混合器本体１１の基端部に外嵌して連通連結する拡径部７６と、第１連通パイプ３の先端部が外嵌して連通連結する縮径部７７とを一体成形している。そして、混合器本体１１の先端部外周面には、柔軟性素材により形成した第２連通パイプ５の基端部を着脱自在に外嵌して連通連結している。

すなわち、第１実施形態としての流体混合器１０は、一端開口部１２から導入した第１流体Ｆ１を他端開口部１３から導出する円筒状の混合器本体１１内に、導入した第１流体Ｆ１を螺旋流となす第１螺旋流生起手段８０を設けている。第１螺旋流生起手段８０の下流側に位置する混合器本体１１の周壁には、第１流体Ｆ１の流動による減圧効果（エジェクタ効果）から生じる吸引により第２流体Ｆ２を導入する本体導入孔１５を複数個形成している。複数個の本体導入孔１５は、本体導入孔１５から導入した第２流体Ｆ２を混合器本体１１の内周面に沿わせて第１流体Ｆ１の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回させる第２螺旋流生起手段９０となしている。第１螺旋流生起手段８０により螺旋流となした第１流体Ｆ１と第２螺旋流生起手段９０により螺旋流となした第２流体Ｆ２とは、螺旋混流となって他端開口部１３から導出されるようにしている。

第１螺旋流生起手段８０は、第１流体Ｆ１が通過・案内されながら螺旋流となる通過・案内流路８１（図１９及び図２０参照）を有している。また、第２螺旋流生起手段９０は、混合器本体１１の周壁にその長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５を複数個形成するとともに、各本体導入孔１５を単一仮想螺旋Ｓに沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置して形成している。第１螺旋流生起手段８０により螺旋流となした第１流体Ｆ１と、第１流体Ｆ１の外周において第２螺旋流生起手段９０により螺旋流となした第２流体Ｆ２とは、同一軸線上で同一螺旋方向（本実施形態では上流側から下流側に向けて時計廻り）に流動されて混合されるようにしている。

このように構成して、連続相としての第２流体Ｆ２を収容した容器である第２流体収容部２内に配置し、分散相としての第１流体Ｆ１を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて吸引ポンプＰにより吸引して流動させる。そうすることで、混合器本体１１の一端開口部１２から導入した第１流体Ｆ１は混合器本体１１内に設けた第１螺旋流生起手段８０により螺旋流となって流動する。また、第１流体Ｆ１の螺旋流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体Ｆ２が本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入される。そして、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された第２流体Ｆ２は、第２螺旋流生起手段９０により混合器本体１１の内周面に沿わせて第１流体Ｆ１の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回される。したがって、第１螺旋流生起手段８０により螺旋流となした第１流体Ｆ１と第２螺旋流生起手段９０により螺旋流となした第２流体Ｆ２とが螺旋混流となって螺旋流動されて剪断・分散される。その結果、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２が均一に混和されて他端開口部１３から導出される。

この際、第２流体Ｆ２は、螺旋流動される第１流体Ｆ１の外周において螺旋流動される。つまり、第２流体Ｆ２は第１流体Ｆ１の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら螺旋流動される。そのため、第２流体Ｆ２の螺旋流動が軸線中心側で加速されて高速で第１流体Ｆ１に剪断作用し、第１流体Ｆ１を微細かつ均等に分散する。しかも、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが同一軸線上で同一螺旋方向に流動されるようにしているため、第１流体Ｆ１の螺旋流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体Ｆ２は円滑かつ堅実に本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入される。そのため、第２流体Ｆ２による第１流体Ｆ１の微細かつ均等な分散効率を高めることができる。第１螺旋流生起手段８０が有している通過・案内流路８１は、導入された第１流体Ｆ１を通過・案内させながら螺旋流となす。そのため、第１流体Ｆ１を混合器本体１１内で流動する過程において堅実に螺旋流となすことができる。第２螺旋流生起手段９０は、混合器本体１１の周壁に複数個の本体導入孔１５を形成しており、本体導入孔１５は混合器本体１１の長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状となして、単一仮想螺旋上に配置しているため、本体導入孔１５から導入された第２流体Ｆ２は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。そのため、螺旋流動する第１流体Ｆ１の外周で第２流体Ｆ２を螺旋流動させることができて、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とを螺旋混流させることができる。

第２実施形態としての流体混合器１０は、図４に示すように、混合器本体１１の基端部に、柔軟性素材により形成した第１連通パイプ３の先端部を着脱自在に外嵌して連通連結している。そして、混合器本体１１の先端部外周面に、弾性ゴム素材にて円筒状に形成したスペーサ２０を外嵌し、スペーサ２０の外周面と被覆体３０の先端部内周面との間に、第２連通パイプ５の基端部を着脱自在に嵌入して連通連結している。

すなわち、第２実施形態としての流体混合器１０は、混合器本体１１の外周を被覆体３０により一定の間隔を保持して被覆している。被覆体３０内には、その周壁に形成した被覆体導入孔３６から導入した第２流体Ｆ２を被覆体３０の内周面に沿わせて被覆体３０の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体１１の本体導入孔１５に導入させる予備的な旋回流路３７を形成している。第１流体Ｆ１の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体Ｆ２は、被覆体導入孔３６から被覆体３０内に導入されるとともに、旋回流路３７を介して本体導入孔１５から混合器本体１１内に導入されるようにしている。そして、混合器本体１１内を螺旋流動する第１流体Ｆ１と、第１流体Ｆ１の外周において螺旋流動する第２流体Ｆ２とは、螺旋混流となって他端開口部１３から導出されるようにしている。

そして、流体混合器１０は、連続相としての第２流体Ｆ２を収容した容器である第２流体収容部２内に配置して、分散相としての第１流体Ｆ１を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて吸引ポンプＰにより吸引して流動させる。そうすることで、混合器本体１１内を減圧させることができて、第２流体Ｆ２を被覆体３０の被覆体導入孔３６から被覆体３０内に引き込みながら導入することができる。そして、被覆体３０内に導入された第２流体Ｆ２は、旋回流路３７を通して旋回されるとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入される。続いて、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された第２流体Ｆ２は、螺旋流動している第１流体Ｆ１の外周にて螺旋状に旋回流動されて、第１流体Ｆ１を剪断・分散する。その結果、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２が均一に混和される。

この際、被覆体導入孔３６から導入された第２流体Ｆ２は旋回流路３７を介して旋回流動されるため、旋回流動された第２流体Ｆ２が本体導入孔１５を介して円滑に混合器本体１１内に導入される。そして、本体導入孔１５を介して混合器本体１１内に導入された第２流体Ｆ２は堅実に螺旋状に旋回流動される。その結果、第２流体Ｆ２が螺旋流動される第１流体Ｆ１の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら螺旋状に旋回される。そのため、第２流体Ｆ２の螺旋流動が軸線中心側で加速されて高速で第１流体に剪断作用し、第１流体Ｆ１を微細かつ均等に分散する。また、流体混合器１０は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体１１と、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体３０とで構成することができるため、合成樹脂等により軽量で構造簡易かつ安価に製造することができる。

本発明に係る流体混合方法としては、吸引ポンプＰにより吸引された第１流体Ｆ１を第１螺旋流生起手段８０を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体Ｆ１の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体Ｆ２を第２螺旋流生起手段９０を介して螺旋流となし、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合するようにしている。

かかる流体混合方法では、吸引ポンプＰにより吸引されるとともに、第１螺旋流生起手段８０を介して螺旋流となって流動される第１流体Ｆ１に対して、その外周において、第１流体Ｆ１の流動による減圧効果から生じる吸引により導入されるとともに、第２螺旋流生起手段９０を介して螺旋流となって第２流体Ｆ２が流動されるため、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２は相互に螺旋流動されながら混和される。その結果、螺旋流動される第１流体Ｆ１が、その外周において螺旋流動される第２流体Ｆ２によって微細化されるとともに、均一に分散される。

本発明に係るエマルションは、吸引ポンプＰにより吸引された分散相としての第１流体Ｆ１を第１螺旋流生起手段８０を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体Ｆ１の流動による減圧効果から生じる吸引により連続相としての第２流体Ｆ２を第２螺旋流生起手段９０を介して螺旋流となして、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合生成されるものである。

かかるエマルションは、吸引ポンプＰにより吸引されるとともに、第１螺旋流生起手段８０を介して螺旋流となって流動される分散相としての第１流体Ｆ１に対して、その外周において、第１流体Ｆ１の流動による減圧効果から生じる吸引により導入されるとともに、第２螺旋流生起手段９０を介して螺旋流となって連続相としての第２流体Ｆ２が流動されるため、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２は相互に螺旋流動されながら混和される。その結果、エマルションは、螺旋流動される分散相としての第１流体Ｆ１が、その外周において螺旋流動される連続相としての第２流体Ｆ２によって効率良く剪断・分散されて混合生成されるものである。つまり、かかるエマルションは、第１流体Ｆ１が第２流体Ｆ２によってマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化されるとともに均一化されるものであって、液相−液相の２相を高速で旋回混流させることによりマイクロエマルション（マイクロオーダーのエマルション）として生成されるものである。そして、かかるエマルションは短時間・大量・安価に生成されるものである。

上記ように構成した第１・第２実施形態の流体混合器１０は、第１・第２連通パイプ３,５から簡単に着脱可能として、流体混合器１０の洗浄作業やメンテナンス作業が楽に行えるようにしている。

以下に、前記した混合器本体１１と被覆体３０の構成をより具体的に説明する。
（混合器本体１１の説明）
混合器本体１１は、図８〜図１１に示すように、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって略同径に形成した円筒状の基端側筒状部１６と、基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成した円筒状の先端側筒状部１７と先端筒状部１８とから直状に形成している。Ｌ１は混合器本体１１の長手幅、Ｌ２は基端側筒状部１６の長手幅である。Ｄ１は一端開口部１２の内径、Ｄ２は他端開口部１３の内径である。

図２及び図４に示すように、基端側筒状部１６の基端部内（図８の長手幅Ｌ２内）に第１螺旋流生起手段８０を配設するとともに、先端側筒状部１７の周壁に第２螺旋流生起手段９０を形成している。すなわち、先端側筒状部１７の周壁は、図８に示すように、軸線方向に軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７の間隔で五等分割し、各軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７内には、その長手方向との間に一定の鋭角θ１（例えば、１５°〜７５°の範囲）をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５を形成している（本実施形態では５個）。そして、各本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁に描いた単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置するとともに、単一仮想螺旋Ｓの伸延方向に一定の間隔を開けて配置して第２螺旋流生起手段９０を形成している。単一仮想螺旋Ｓは、図９に示すように、先端側筒状部１７を展開させた状態では仮想直線を描いており、この仮想直線上に一定の間隔を開けてスリット状の本体導入孔１５を形成している。そして、円筒状に屈曲させて形成した本来の先端側筒状部１７において、この仮想直線が単一仮想螺旋Ｓを描いている。Ｌ８は先端筒状部１８の軸線方向幅である。

各本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓ上において、先端側筒状部１７の周壁の一部を切欠するとともに、他端開口部１３側の一端を円周方向に切欠した一側端縁部１７ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２側から他端開口部１３側に向かって漸次拡径状に開口させて形成している。Ｗ１は本体導入孔１５の最大開口幅である。

一側端縁部１７ａは、外方（先端側筒状部１７の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が本体導入孔１５から導入される第２流体Ｆ２の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される第２流体Ｆ２の旋回案内面として機能する。したがって、単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置された各本体導入孔１５を形成する一側端縁部１７ａが、第２流体Ｆ２を堅実に螺旋状に旋回案内する。

混合器本体１１内には、図２に示すように、一端開口部１２から導入した第１流体Ｆ１を軸線方向に流動させて他端開口部１３から導出する直状の流路を形成している。そして、混合器本体１１内の上流側である基端側筒状部１６には第１螺旋流生起手段８０によって第１螺旋流路１４が形成されるようにしている。また、混合器本体１１の下流側である先端側筒状部１７の周縁部には第２螺旋流生起手段９０によって第２螺旋流路１９が形成されるようにしている。第２螺旋流路１９では本体導入孔１５から導入された第２流体Ｆ２が先端側筒状部１７の内周面に沿って第１螺旋流路１４の軸線を中心として第１螺旋流路１４の外周を螺旋状に旋回されながら流動されるようにしている。そして、第２螺旋流路１９を螺旋流動する第２流体Ｆ２が、第１螺旋流路１４を螺旋流動する第１流体Ｆ１に剪断・分散作用して混和し、混和した後に他端開口部１３から混合流体Ｆ３として導出されるようにしている。

第１螺旋流生起手段８０は、図１９及び図２０にも示すように、混合器本体１１の内周面基端部に嵌合（内嵌）する略円筒状の支持片８３と、支持片８３の先端縁部から軸線方向に向けて捩れ状に対向させて形成した一対の螺旋流形成片８４,８４とを具備している。そして、一対の螺旋流形成片８４,８４間に通過・案内流路８１を形成している。支持片８３は、混合器本体１１の基端部内（図８の基端側筒状部１６の長手幅Ｌ２内）に嵌入・固定された円筒状の下流側係止片８５と、混合器本体１１の基端部に外嵌した連結体７５の拡径部７６とにより軸線方向で挟持されて固定している。第１流体Ｆ１は、捩れ状に対向する一対の螺旋流形成片８４,８４間に形成された通過・案内流路８１を通過・案内される際に、一対の螺旋流形成片８４,８４から捩れ作用を受けて螺旋流となる。そして、第１流体Ｆ１の螺旋流は混合器本体１１内を下流側に案内されるようにしている。

（被覆体３０の説明）
被覆体３０は、図６,図７,図１２及び図１３に示すように、一端開口部３１から他端開口部３２に向かって漸次拡径させて漏斗状に形成した被覆基端筒状部３３と、被覆基端筒状部３３の終端から他端開口部３２に向かって略同径にて伸延する円筒状の被覆本体３４と、被覆本体３４の終端から他端開口部３２まで伸延する円筒状の被覆先端筒状部３５とから直状に形成している。一端開口部３１の内周縁部には、混合器本体１１の基端側筒状部１６の外周面中途部が当接するようにしている。Ｌ９は被覆体３０の長手幅、Ｌ１０は被覆基端筒状部３３の軸線幅、Ｌ１１は被覆本体３４の長手幅、Ｌ１２は被覆先端筒状部３５の軸線幅である。Ｄ３は一端開口部３１の内径、Ｄ４は他端開口部３２の内径である。θ２は被覆基端筒状部３３の周面傾斜角度である。

被覆本体３４の周壁には、全幅にたって長手方向に沿って直状に伸延するスリット状の被覆体導入孔３６を複数（本実施形態では２個）形成している。２個一対の被覆体導入孔３６は、被覆体３０の軸線を中心とする点対称の位置に配置している。各被覆体導入孔３６は、被覆本体３４の長手幅Ｌ１１にわたって周壁を軸線方向に直状に切欠するとともに、両端を円周方向に切欠した一側端縁部３４ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって略同一幅に開口させて形成している。

一側端縁部３４ａは、外方（被覆本体３４の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が被覆体導入孔３６から導入される第２流体Ｆ２の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される第２流体Ｆ２の旋回案内面として機能する。したがって、点対称の位置に配置された一対の被覆体導入孔３６を形成する一側端縁部３４ａが、第２流体Ｆ２を堅実に旋回案内する。

被覆本体３４の内周面と混合器本体１１の先端側筒状部１７の外周面との間には、図５に示すように一定の間隔Ｗ３が保持された円筒状の旋回流路３７を形成して、この旋回流路３７内で第２流体Ｆ２が旋回流動されるようにしている。ここで、旋回流路３７の幅となる一定の間隔Ｗ３は、混合器本体１１の内径以下でその内径の半分以上、好ましくは、その内径と略同径となすことができる。そして、旋回流路３７では、被覆体導入孔３６から導入された第２流体Ｆ２が被覆本体３４の内周面に沿って第１螺旋流路１４の軸線を中心に旋回されながら流動するとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に導入されるようにしている。Ｗ２は被覆体導入孔３６の最大開口幅である。

被覆本体３４の周壁に形成した被覆体導入孔３６の長手幅Ｌ１１内には、混合器本体１１の先端側筒状部１７の周壁に形成した５個の本体導入孔１５を配置して、被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に導入された第２流体Ｆ２が旋回流路３７内で旋回されながら５個の本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入されるようにしている。

このように構成することによって、図４及び図５に示すように、混合器本体１１内の第１螺旋流路１４を第１流体Ｆ１が軸線方向に沿って流動されると、混合器本体１１内の第１螺旋流路１４が減圧される。そして、その減圧効果により第２流体収容部２内に収容した第２流体Ｆ２は、被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に旋回されながら導入されて、被覆本体３４内の旋回流路３７で旋回流動される。さらに、旋回流路３７で旋回流動されている第２流体Ｆ２は、本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入されるとともに、第１螺旋流路１４で螺旋流動されている第１流体Ｆ１の周囲にて螺旋状に旋回流動されて、第２螺旋流路１９の全域において、第１流体Ｆ１と旋回混流される。また、このようにして、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２とが旋回混流されて混合された混合流体Ｆ３を生成し、混合流体Ｆ３は他端開口部１３から導出される。

この際、連続相としての第２流体Ｆ２は、旋回流路３７で予備的に第１螺旋流路１４の軸線を中心に旋回され、続いて、第２螺旋流路１９を通して第１螺旋流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、第１螺旋流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、螺旋流動されている第２流体Ｆ２が、軸線中心側で加速されて高速で分散相としての第１流体Ｆ１に剪断作用する。その結果、第１流体Ｆ１は微細かつ均等に分散される。したがって、第１流体Ｆ１に第２流体Ｆ２を高速で螺旋混流させることができて、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２を均一に混和させることができる。

また、先端側筒状部１７を基端側筒状部１６の終端から先端筒状部１８まで略同径に形成して、先端側筒状部１７内において第２流体Ｆ２が螺旋状に旋回流動されるようにしているため、基端側筒状部１６から先端側筒状部１７に螺旋流動される第１流体Ｆ１と、先端側筒状部１７において螺旋状に旋回流動される第２流体Ｆ２との混和性と旋回性を促進させることができる。

本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁には、その長手方向との間に一定の鋭角θ１をなして伸延するスリット状に５個形成するとともに、５個の本体導入孔１５は単一仮想螺旋Ｓ上に配置しているため、本体導入孔１５から導入された第２流体Ｆ２は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。また、被覆体導入孔３６は、被覆本体３４の周壁にその長手方向に沿って伸延するスリット状に形成しているため、被覆体導入孔３６から導入された第２流体Ｆ２は被覆本体３４の内周面に沿って流動されて堅実に旋回される。したがって、連続相としての第２流体Ｆ２が、外周における予備的な旋回流から内周における螺旋状の旋回流に変化して、高速の旋回流となって分散相としての第１流体Ｆ１に堅実に剪断・分散化作用する。その結果、第１流体Ｆ１がサブマイクロレベルで微細化かつ均一化される。このように、第１実施形態としての流体混合器１０は、少なくとも第１螺旋流路１４と第２螺旋流路１９を具備する構成とし、第２実施形態としての流体混合器１０は、これらの流路１４,１９に加えて旋回流路３７を具備する構成としていることに特徴を有する。

なお、本実施形態では、第１実施形態ないしは第２実施形態としての流体混合器１０を備えた流体混合装置１により、第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２をそれぞれ液体として、液体と液体を混合させる形態について説明してきたが、流体混合器１０を備えた流体混合装置１は、液体と気体、又は、気体と気体を混合させる形態とすることもできる。また、流体混合器１０を形成する各部の大きさ等は、第１・第２流体Ｆ１,Ｆ２の粘度等に適応させて設定することができる。

次に、流体混合装置１と第２流体収容部２と流体混合器１０の変形例について説明する。なお、前記した構成と共通する箇所には同一符号を付して説明する。

［流体混合装置１の第１変形例の説明］
流体混合装置１の第１変形例について説明する。すなわち、図１４は第１実施形態としての流体混合装置１の第１変形例の断面正面説明図である。かかる第１変形例としての流体混合装置１は、図１４に示すように、第１実施形態としての流体混合器１０を第１変形例である閉塞ケース状に形成した第２流体収容部２により囲繞して構成している。すなわち、基端側筒状部１６の中途部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する混合器本体１１の部分を、第１変形例である第２流体収容部２により囲繞して構成している。第１変形例である第２流体収容部２は、円筒状の周壁形成体４０と、周壁形成体４０の一側端部に連設した一側端壁形成体４１と、周壁形成体４０の他側端部に連設した他側端壁形成体４２とから形成して、内部に第２流体Ｆ２を収容可能としている。４３は基端側筒状部１６の中途部周面に取り付ける基端側取付部、４４は第２連通パイプ５の基端部外周面に取り付ける先端側取付部である。

周壁形成体４０の基端側には、第２流体供給パイプ４５の先端部を連通連結している。そして、第２流体供給パイプ４５の先端開口部４６は周壁形成体４０の内周面でかつ下流側に指向させて、先端開口部４６から吸引・流入される第２流体Ｆ２が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流となされるようにしている。第２流体供給パイプ４５の基端部は第２流体貯留源（図示せず）に連通連結している。

このように構成することによって、第１流体Ｆ１が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、第２流体貯留源の第２流体Ｆ２が第２流体供給パイプ４５を通して先端開口部４６から第２流体収容部２内に吸引・流入され、吸引・流入された第２流体Ｆ２が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流となされる。その結果、第１変形例である第２流体収容部２内には予備な旋回流路３７が形成されて、第２流体Ｆ２が旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。

［流体混合装置１の第２変形例の説明］
流体混合装置１の第２変形例について説明する。すなわち、図１５は第１実施形態としての流体混合装置１の第２変形例の断面正面説明図である。かかる第２変形例としての流体混合装置１は、図１５に示すように、前記した第１変形例としての流体混合装置１と基本的構造を同じくしているが、第２流体収容部２を周壁形成体４０の内周面に螺旋状の旋回手段５０を配設して構成した第２変形例の第２流体収容部２となして、第２変形例の第２流体収容部２内に吸引・流入された第２流体Ｆ２が混合器本体１１の軸線廻りに堅実な螺旋状の旋回流となされるようにして、第２変形例の第２流体収容部２内に予備な旋回流路３７が形成されるようにしている点で異なる。

すなわち、第２変形例の第２流体収容部２は、旋回手段５０として、円筒状の周壁形成体４０の内周面に沿わせて、帯状の旋回案内片５１を周壁形成体４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成体４０の内方に凸条に取り付けて構成している。そして、第２変形例の第２流体収容部２内に吸引・流入された第２流体Ｆ２が旋回案内片５１の側壁に沿って流動されて、周壁形成体４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成体４０の内方に凸条に混合器本体１１の外周で形成されて、堅実に旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入されるようにしている。なお、第２変形例の第２流体収容部２は、円筒状の周壁形成体４０の内周面に凹条溝を周壁形成体４０の軸線廻りに螺旋状に形成して構成し、第２流体Ｆ２が凹条溝に沿って螺旋状の旋回流となされて、旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入されるようにすることもできる。

このように、流体混合装置１の第２変形例では、第１変形例である第２流体収容部２に旋回手段５０を配設して第２変形例としての第２流体収容部２を具備する構成とすることで、第２変形例である第２流体収容部２に予備な旋回流路３７を堅実に形成する旋回流路形成機能を保持させている。つまり、第２変形例である第２流体収容部２は旋回流路形成機能を保持する被覆体３０としても機能するようにしている。

［流体混合装置１の第３変形例の説明］
流体混合装置１の第３変形例について説明する。すなわち、図１６は第１実施形態としての流体混合装置１の第３変形例の断面正面説明図である。かかる第３変形例としての流体混合装置１は、図１６に示すように、第２実施形態としての流体混合器１０を第３変形例である閉塞ケース状に形成した第２流体収容部２により囲繞して構成している。すなわち、第３変形例としての第２流体収容部２は、被覆基端筒状部３３の基端部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する被覆体３０の部分を囲繞して構成している。第３変形例としての第２流体収容部２は、円筒状の周壁形成体６０と、周壁形成体６０の一側端部に連設した一側端壁形成体６１と、周壁形成体６０の他側端部に連設した他側端壁形成体６２とから形成して、内部に第２流体Ｆ２を収容可能としている。６３は被覆基端筒状部３３の中途部周面に取り付ける基端側取付部、６４は被覆先端筒状部３５の基端部外周面に取り付ける先端側取付部である。

周壁形成体６０の基端側には、第２流体供給パイプ６５の先端部を連通連結している。そして、第２流体供給パイプ６５の先端開口部６６は周壁形成体６０の内周面でかつ下流側に指向させて、先端開口部６６から吸引・流入される第２流体Ｆ２が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流となされるようにしている。第２流体供給パイプ６５の基端部は第２流体貯留源（図示せず）に連通連結している。

このように構成することによって、第１流体Ｆ１が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、第２流体貯留源の第２流体Ｆ２が第２流体供給パイプ６５を通して先端開口部６６から第２流体収容部２内に吸引・流入され、吸引・流入された第２流体Ｆ２が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流となされる。その結果、第１変形例である第２流体収容部２内には予備な旋回流路３７が形成されて、第２流体Ｆ２が旋回されながら被覆体導入孔３６を通して被覆体３０内に吸入される。

［第２実施形態としての流体混合器１０の変形例の説明］
第２実施形態としての流体混合器１０の変形例について説明する。すなわち、図１７は第２実施形態としての流体混合器１０の変形例の断面正面説明図、図１８は図１７のIII-III線断面図である。かかる第２実施形態としての流体混合器１０の変形例は、図１７及び図１８に示すように、被覆本体３４には、その内周面の接線方向に直状に伸延して被覆本体３４を貫通する被覆体導入孔７０を多数個整列させて形成している。すなわち、被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の軸線方向に一定の間隔をあけて形成するとともに、円周方向に一定の間隔（本実施形態では円周廻りに６０°の間隔をあけて６個形成している）をあけて形成している。そして、円周方向に隣接する被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の外周面においてその軸線方向に伸延する略仮想螺旋上に配置している。

このように構成して、図１８に示すように、被覆本体３４内には多数個の被覆体導入孔７０をそれぞれ通して第２流体Ｆ２が反時計廻りに吸入されるようにしている。そして、被覆本体３４内の旋回流路３７では第２流体Ｆ２が混合器本体１１の内周面に沿って、その軸線廻りに螺旋状の旋回流となされるようにしている。旋回流となされた第２流体Ｆ２は反時計廻りに旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入されるようにしている。

近年、マイクロエマルション生成の手法は、半導体分野で用いられるフォトレジストを用いて基盤上に微細な溝を形成し、油（あるいは水）を押し出すことによって生成する手法に移りつつある。この手法は均一な粒子径を生成できる利点がある反面、微細加工等の単価が高いことや生成されるエマルション数の時間効率が悪いなどの欠点が挙げられる。一方、本実施形態に係る流体混合装置１は、低コストでマイクロエマルションを生成可能なことや、マイクロエマルションを生成する時間効率が高い等の効果を奏する。つまり、水-油を引き入れるポンプ出力の可変制御のみで多量から少量までの均一なマイクロエマルションの生成が可能であり、スケールアップが容易である。さらには、界面活性剤等の乳化剤を含まないマイクロエマルションの生成、つまり、安定性のあるマイクロエマルションの生成が可能である。

［第１変形例としての第１螺旋流生起手段８０の説明］
図２１は、第１変形例としての第１螺旋流生起手段８０を示している。かかる第１螺旋流生起手段８０は、図２２にも示すように、直状に伸延する棒状の軸芯部１００と、軸芯部１００の周面から半径方向（放射線方向）に突設した複数（本実施形態では４片）の板状の螺旋流形成案内片１０１とを、合成樹脂（例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ））を削出加工して、表面を滑らかに（第１流体Ｆ１との摩擦が少ないように）成形している。すなわち、第１螺旋流生起手段８０は、棒状の軸芯部１００の周面から肉厚板状の４つの案内本片１０２を一定の間隔をあけて延設して断面十字状に形成し、各案内本片１０２の両側面には基端部から先端部にかけて円弧状凹面１０３を形成するとともに、隣接する案内本片１０２同士の円弧状凹面１０３の基端縁部が連続する円弧面となしている。そして、各案内本片１０２の中途部が最小肉厚で、各案内本片１０２の先端部が最大肉厚となるように形成している。

しかも、第１螺旋流生起手段８０の上流側の端面と下流側の端面は、一定のねじれ角θ（例えば、θ＝４５°〜６０°）を形成するように、螺旋流形成案内片１０１の上流側から下流側への伸延方向を軸芯部１００の軸線方向とねじれの位置に配置している。軸芯部１００の軸線方向とねじれの位置に配置した４つの螺旋流形成案内片１０１は、ほぼ並行させて配置されるとともに、隣接する螺旋流形成案内片１０１間に軸芯部１００の軸線廻りに捩れ状の螺旋流形成案内路１０４が４本形成されるようにしている。

各案内本片１０２の先端部の上流側部には係合用位置決め用の膨出部１０５を形成している。また、基端側筒状部１６の内周面の上流側端部には、膨出部１０５と整合して膨出部１０５が係合自在の係合凹部１０６を周面周りに４つ形成している。そして、基端側筒状部１６の上流側端部は、連結体７５の拡径部７６に当接させている。

上記のように構成して、基端側筒状部１６内に第１螺旋流生起手段８０を上流側から下流側に挿入するとともに、各係合凹部１０６に膨出部１０５を挿入して係合し、同状態にて、基端側筒状部１６の上流側端面と連結体７５の拡径部７６を当接させることで、第１螺旋流生起手段８０が軸線方向ないしは周面周りに移動するのを規制することができる。この際、螺旋流形成案内片１０１の先端面は、基端側筒状部１６の内周面に密着状に面接している。そのため、基端側筒状部１６内に流入した液流は、基端側筒状部１６内に配置された螺旋流形成案内路１０４に沿って上流側から下流側へ流動されることで、堅実に螺旋流となる。

［第２変形例としての第１螺旋流生起手段８０の説明］
図２３は、第２変形例としての第１螺旋流生起手段８０を示している。かかる第１螺旋流生起手段８０は、図２４にも示すように、直状に伸延する棒状の軸芯部１００と、軸芯部１００の周面から半径方向（放射線方向）に突設した複数（本実施形態では４片）の板状の螺旋流形成案内片１０１とを、合成樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂）により一体に積層製作している。すなわち、第１螺旋流生起手段８０は、断面正八角形の棒状の軸芯部１００の周面から均一肉厚の四角形板状の４つの案内本片１０２を軸芯部１００の一つおきの各片から延設して断面十字状に形成している。

しかも、第１螺旋流生起手段８０の上流側の端面と下流側の端面は、一定のねじれ角θ（例えば、θ＝４５°〜６０°）を形成するように配置し、案内本片１０２の上流側半部は上流側から下流側への伸延方向を軸芯部１００の軸線方向と平行に配置するとともに、案内本片１０２の下流側半部は上流側から下流側への伸延方向を軸芯部１００の軸線方向とねじれの位置に配置している。つまり、軸芯部１００の軸線方向とねじれの位置に配置した４つの螺旋流形成案内片１０１は、「へ」の字状に屈曲させて形成して、案内本片１０２の上流側半部が軸芯部１００の軸線とほぼ並行させて配置されるとともに、案内本片１０２の下流側半部が軸芯部１００の軸線廻りに捩れ状にほぼ並行させて配置されて、隣接する螺旋流形成案内片１０１間に案内本片１０２の中途部が屈曲された螺旋流形成案内路１０４が４本形成されるようにしている。

各案内本片１０２の先端部の上流側部には係合用位置決め用の膨出部１０５を形成している。また、基端側筒状部１６の内周面の上流側端部には、膨出部１０５と整合して膨出部１０５が係合自在の係合凹部１０６を周面周りに４つ形成している。そして、基端側筒状部１６の上流側端部は、連結体７５の拡径部７６に当接させている。

上記のように構成して、基端側筒状部１６内に第１螺旋流生起手段８０を上流側から下流側に挿入するとともに、各係合凹部１０６に膨出部１０５を挿入して係合し、同状態にて、基端側筒状部１６の上流側端面と連結体７５の拡径部７６を当接させることで、第１螺旋流生起手段８０が軸線方向ないしは周面周りに移動するのを規制することができる。この際、螺旋流形成案内片１０１の先端面は、基端側筒状部１６の内周面に密着状に面接している。そのため、基端側筒状部１６内に流入した液流は、基端側筒状部１６内に配置された螺旋流形成案内路１０４に沿って上流側から下流側へ流動されることで、堅実に螺旋流となる。

本実施例では、図３に示す第２実施形態の流体混合装置１によりエマルションの生成実験を行った。すなわち、第２変形例としての第１螺旋流生起手段８０を装備した混合器本体１１に被覆体３０を装着することで、第２実施形態の流体混合器１０を組み立てて、この流体混合器１０を使用してエマルションの生成実験を行った。

ここで、使用した混合器本体１１は、内径Ｄ１＝１１ｍｍ、内径Ｄ２＝１２ｍｍ、各軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７＝１５ｍｍ、鋭角θ１＝７５°、最大開口幅Ｗ１＝１ｍｍである。また、使用した被覆体３０の長手幅Ｌ９＝１１３ｍｍ、軸線幅Ｌ１０＝１４ｍｍ、長手幅Ｌ１１＝８３ｍｍ、軸線幅Ｌ１２＝１６ｍｍ、内径Ｄ３＝７ｍｍ、内径Ｄ４＝２８ｍｍ、周面傾斜角度θ２＝３４°最大開口幅Ｗ２＝１ｍｍ、一定の間隔Ｗ３＝８ｍｍである。

第１流体Ｆ１（分散相）としてオレイン酸を使用し、第２流体Ｆ２（連続相）として水道水を使用した。そして、オレイン酸の導入量が４００ミリリットル／分、水の導入量が４０リットル／分となるエマルション生成条件下で実験を行った。

この実験で生成したエマルションに含有されている油滴の大きさ（粒子径）は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２２００、株式会社島津製作所製）を用いて測定した。その測定結果を図２５に示す。

図２５のグラフに示すように、本実施例ではエマルションに含まれるオレイン酸滴の殆ど（積算量が９０％以下）は、その粒子径（体積分布）が約１０μｍ以下にほぼ集約できる性能を得た。換言すると、３０μｍ以上の粒子径は殆ど存在しなかった。

この測定結果より、第２実施形態の流体混合器１０は、極めて微粒の分散滴を有するエマルションを生成することができるという優れた性能を有していることが分かった。また、これにより、第２実施形態の流体混合器１０は極めて優れたエマルション生成能力（流体混合能力）を備えていることが分かった。

１ 流体混合装置
２ 第２流体収容部
３ 第１連通パイプ
４ 第１流体収容部
７ 混合流体収容部
１０ 流体混合器
１１ 混合器本体
１２ 一端開口部
１３ 他端開口部
１４ 第１螺旋流路
１５ 本体導入孔
１６ 基端側筒状部
１７ 先端側筒状部
１７ａ 一側端縁部
１８ 先端筒状部
１９ 第２螺旋流路
３０ 被覆体
３４ 被覆本体
３４ａ 一側端縁部

Claims (7)

1. 一端開口部から導入した第１流体を他端開口部から導出する筒状の混合器本体内に、導入した第１流体を螺旋流となす第１螺旋流生起手段を設け、
   第１螺旋流生起手段の下流側に位置する混合器本体の周壁に、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を導入する本体導入孔を形成して、本体導入孔から導入した第２流体を混合器本体の内周面に沿わせて第１流体の螺旋流の軸線を中心とする螺旋状に旋回させる第２螺旋流生起手段となし、
   第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とが螺旋混流となって他端開口部から導出されるようにしたことを特徴とする流体混合器。
2. 第１螺旋流生起手段により螺旋流となした第１流体と、第１流体の外周において第２螺旋流生起手段により螺旋流となした第２流体とは、同一軸線上で同一螺旋方向に流動されて混合されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の流体混合器。
3. 第１螺旋流生起手段は、第１流体が通過・案内されながら螺旋流となる通過・案内流路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の流体混合器。
4. 第２螺旋流生起手段は、混合器本体の周壁にその長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状の本体導入孔を複数個形成するとともに、各本体導入孔を単一仮想螺旋に沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置して形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の流体混合器。
5. 混合器本体の外周を被覆体により一定の間隔を保持して被覆し、
   被覆体内には、その周壁に形成した被覆体導入孔から導入した第２流体を被覆体の内周面に沿わせて被覆体の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体の本体導入孔に導入させる旋回流路を形成して、
   第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を被覆体導入孔から被覆体内に導入するとともに、旋回流路を介して本体導入孔から混合器本体内に導入して、混合器本体内を螺旋流動する第１流体と、第１流体の外周において螺旋流動する第２流体とが螺旋混流となって他端開口部から導出されるようにしたことを特徴とする流体混合器。したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の流体混合器。
6. 吸引ポンプにより吸引された第１流体を第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により第２流体を第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となし、第１流体と第２流体とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合することを特徴とする流体混合方法。
7. 吸引ポンプにより吸引された分散相としての第１流体を第１螺旋流生起手段を介して螺旋流となすとともに、その外周において、第１流体の流動による減圧効果から生じる吸引により連続相としての第２流体を第２螺旋流生起手段を介して螺旋流となして、第１流体と第２流体とを同一軸線上で同一螺旋方向に流動される螺旋混流となして混合生成されるものであることを特徴とするエマルション。

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