JP3808034B2 - 吐出ノズル、吐出装置及び硬化形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形成槽中に吐出された形成成分液を、形成槽中に蓄積されている硬化液で硬化させて、形成成分液の粒子（例えば、化粧クリームなどに混入して用いられる粒子）を製造するための吐出ノズル及びその吐出ノズルを用いた吐出装置及び形成成分液の硬化形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、硬化液中で硬化する形成成分液の液滴を、硬化液が充填された形成装置中に吐出し、硬化させて形成成分液の粒子を製造する技術は数多く提案されている。この技術に関する形成装置は、例えば、特開２０００−１８９４９５号公報や特開２００１−１５１８０３号公報に開示されている。
【０００３】
これらの形成装置の具体例として、特開２０００−１８９４９５号公報の図５に掲載されている装置を例にとって説明する。この形成装置は、外管と内管から構成されている。外管下部は実質的に有底構造であって、内管は外管の底部を貫通して延在している。外管の下部には、硬化液を供給するための供給口が設けられている。供給口から供給された硬化液は、外管内を上昇し、水位と内管の上端との差に応じた量の硬化液が内管の上端縁から内管内に溢流するというように、一定方向に流動する。
【０００４】
内管の上方には形成成分液を吐出するための吐出ノズルが設けられている。吐出ノズルより、硬化液中へ形成成分液を液滴状又は糸状に吐出すると、形成成分液が表面張力により液滴状になり、冷却されて粒状に固化する。この時、液滴状への形成を促進させて製造効率を向上させると共に、液滴の大きさを均一にして粒子の分散性を向上させるために、形成成分液に振動を与える場合もある。
【０００５】
そして、当該形成成分の粒子の生産性を向上させるために、底部に複数の吐出口を設けたオリフィスプレートを使用し、同時に複数の粒子を吐出するようにした吐出ノズルが用いられる場合がある。本発明の出願人は、当該複数ノズルを用いた吐出装置について特願２００１−４００７０８号に開示している。
【０００６】
しかし、このような吐出ノズルを使用した場合、特に上記構成を有する形成槽に使用した場合、以下のような問題が生じる。すなわち、吐出ノズルを形成槽の上側に配置し、吐出ノズルから粒子を下向きに吐出するように構成する形成成分液の硬化形成装置では、何らかの事情により形成槽の硬化液中に気泡が生じた場合、当該気泡が吐出ノズルの底部に接触して滞留するという問題が生じる。特に、図７の従来の吐出装置の使用状態を示す説明図に示すとおり、上記構成の形成槽を用いた場合は、乳化槽や硬化液供給槽から気泡が混入する場合や硬化液が形成槽上部でオーバーフローする際に気泡を巻きこむ場合があり、内管７内に気泡が生じやすい。そして、内管７内に生じた気泡５０は内管７内を矢印に示すように上昇し、吐出ノズル３０の底板３２の表面３３に接触する。当該気泡５０は、複数が集まって合一化し、より大きな気泡５１となって吐出ノズルの底板３２の表面３３に接触した状態で滞留する。その結果、吐出口３１から吐出される粒子は、当該気泡５１のために不規則に吐出され、きれいな粒子が形成されにくくなる。しかし、従来は、この気泡滞留の問題については、あまり着目されていなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１８９４９５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５１８０３号公報
【特許文献３】
特開２００２−３５５６０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、形成槽中に発生し、吐出ノズルの底面に滞留する気泡を除去することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、ノズル底部に気泡除去機構を設けることを基本的思想としている。具体的には、本発明によれば以下の構成の形成成分液の硬化形成装置用の吐出ノズルが提供される。
【００１０】
すなわち、この吐出ノズルは、吐出口がノズル底部に開口しかつ略環状又は多角形状配列された複数のオリフィスと、略環状又は多角形状の前記吐出口列の内側部分のノズル底部下面に形成された気泡収集用くぼみと、前記気泡収集用くぼみと連通し気泡を外部に排出する気泡排出用通路とを備える。ここで略環状とは、真円、少し歪んだ円、楕円などであり、多角形状とは四角形以上が好ましい。特に真円が好ましい。
【００１１】
上記構成の吐出ノズルは、吐出された前記形成成分液を硬化液中で硬化させる形成槽と共に形成成分液の硬化形成装置を構成し、その底部が前記硬化液に浸漬するように配置される吐出装置に用いられる。
【００１２】
吐出ノズルの底部には吐出口が開口し形成成分液を吐出するためのオリフィスが設けられている。その環状配列の吐出口の内側に気泡収集用のくぼみが設けられ、当該くぼみは、気泡を外部に排出する気泡排出用通路と連通する。くぼみの具体的形状としては、例えば、円錐形状などが例示され、気泡排出用通路は前記くぼみの中央部分に連通されることが好ましい。
【００１３】
上記構成において、形成槽中に気泡が発生すると、当該気泡が上昇し、吐出ノズルの底部に接触する。底部下面には、環状に吐出口が設けられており、その内側部分に接触した気泡は吐出口から次々と吐出される形成成分液により吐出口の外側に移動することができず滞留する。上記構成においては、当該内側部分に気泡収集用のくぼみが備えられているため、くぼみに気泡が収集され、当該くぼみに連通する気泡排出通路を通って気泡が系外に退避する。
【００１４】
上記構成によれば、吐出口の内側に設けられたくぼみによって、形成槽において発生した気泡が収集され、くぼみから排出させることによって、吐出ノズルの底面に気泡が滞留しないようにすることができる。したがって、形成槽から発生した気泡を原因とする形成成分液の不規則な吐出を防止することができる。
【００１５】
好ましくは、前記各オリフィスは、ノズル中心軸を中心として単環状に配列され、、ノズル中心軸方向に対して所定角度の傾きをもって放射状に前記形成成分液を吐出するように形成されている。
【００１６】
上記構成において、形成成分液は、所定角度で設けられているオリフィスに沿って傾斜して放射状に排出されるため、吐出口から吐出された直後の形成成分液は、放射状に互いの間隔を広げるように硬化液中を挙動する。所定角度は、前記中心軸に対し１０〜９０゜が好ましく、さらには、１５〜６０゜特に２０〜５０゜であることが好ましい。
【００１７】
硬化液中に吐出された形成成分液は、熱的変化あるいは化学的変化によって、硬化液と接触している表面から硬化し始め、順次内側に向かって硬化が進行する。したがって、上記構成によれば、硬化液中に吐出された形成成分の再結合を減少させることができ、吐出口のピッチを従来の吐出ノズルよりも小さくすることができる。一方で、吐出口間の間隔が小さくなることで、吐出ノズルの内側に位置する気泡が当該間を通って外側へ移動しにくくなる。よって、上記の気泡の除去のための構成をとることの効果がより一層顕著となる。
【００１８】
好ましくは、くぼみは前記吐出口の直近から設けられる。上記構成により、吐出口とくぼみの周縁との間の領域を少なくし、当該領域に気泡が蓄積しないようにすることができる。
【００１９】
また、上記構成において、環状配列の前記吐出口の外側部分のノズル底部下面が、外側ほど高位になるように傾斜していることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る吐出ノズルを用いた形成成分液の硬化形成装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る吐出ノズルを用いた粒子製造装置のシステム構成図である。
【００２１】
本実施形態において、粒子としては、ハイドロゲル粒子及びカプセルなどが例示できる。ハイドロゲルとは、水を溶媒としてゲル化剤から得られたゲルであり、ゲル化剤水溶液をゲル化して得られる。ゲル化剤の例としては、寒天、ゼラチン、アルギン酸塩等が挙げられる。図１の粒子製造装置１においては、概略以下の処理を行うことによって寒天をゲル化剤（形成材）とするハイドロゲル粒子を製造する。
【００２２】
粒子製造装置１のシステムに組み込まれる油性成分槽２は、充填されている化粧品や食料品などに用いられるオイルなどを加熱するためのヒーター（図示なし）を備えており、油性成分液を加熱した状態で保存し、給装パイプ７１を通って乳化槽４に供給する。また、寒天溶解槽３は、形成成分液である寒天水溶液を図示しないヒーターによって寒天が溶解する程度の温度まで加熱し、給装パイプ７２を通って乳化槽４に供給する。油性成分液と寒天溶液とは溶け合わないため、乳化槽４で乳化させて均一に分散させる必要がある。乳化槽４で撹拌、乳化された油性成分液と寒天水溶液からなる形成成分液は、給装パイプ７３を通して形成槽５に供給される。なお、乳化槽４も、寒天が硬化しないように図示しないヒーターを備えている。
【００２３】
乳化槽４で乳化された形成成分液は、給装パイプ７３を通って形成槽５に送られ、形成槽５で粒子が形成される。形成槽５は、図２に示すように吐出装置１０との組み合わせで用いられる。形成槽５及び吐出装置１０の構造及び作用については後で詳細に説明する。吐出装置１０から吐出された形成成分液が硬化槽５内で冷却オイルにより冷却され、形成成分液内の寒天が硬化することによって、ハイドロゲルの粒子となる。形成槽５により硬化されたハイドロゲル粒子は、給送パイプ７４を通って形成槽から排出される。
【００２４】
図２に図１の粒子製造装置に用いられる形成槽及び吐出装置の概略構成図を示す。上述のように、形成槽５は、吐出装置１０との組み合わせで利用される。形成槽５は、有底構造の外管６及び外管６の内側に設けられた内管７を備えた２重管構造である。形成槽５内には、硬化液給送口８から送られた硬化液が充填され、矢印４１で示すように上昇し、矢印４２に示すように、内管７の上縁から内管７内に溢流し、鉛直方向に流動する。内管７は、形成槽５の外管６の底壁を貫通して外部に伸びており、硬化液が矢印４５で示されるように給送パイプ７４を通して外部に排出される。内管７内に溢流しきれない硬化液は、矢印４３で示すように排出口９に流れ込み、形成槽５内に充填された硬化液の液面は常に一定に保たれる。
【００２５】
すなわち、硬化液は、矢印４０に示すように形成槽５の硬化液給送口８から供給され、矢印４１、４２に示すように一定方向に流動して矢印４５に示すように外部に排出される。
【００２６】
乳化槽４から給送パイプ７３を経由して送られてきた形成成分液を吐出するための吐出装置１０は、内管７の上側に設けられている。吐出装置１０は、本体１５とその先端に付される吐出ノズル２０とで構成される。本体１５は主に形成成分液を充填するものであり、吐出ノズル２０は、吐出口を備えた口金として機能する。吐出ノズル２０は、その底壁形成成分液を吐出するために用いられ、底壁表面に吐出口が開口したオリフィス２１を複数有する。形成成分液は、オリフィス２１を通過してその吐出口から吐出される。
【００２７】
吐出装置１０は、オリフィス２１の吐出口が硬化液内に浸漬するようにかつ、吐出した形成成分液が、降下してそのまま内管に流れ込むように、内管７の上部に配置する。
【００２８】
図３に図２の吐出装置の断面構成図を示す。吐出装置１０は、上述したように、主に本体１５と、本体の先端に固定される吐出ノズル２０とで構成され、使用時に本体１５の下部に吐出ノズル２０が固定される。本体１５には、形成成分液を給送するために、給送パイプ７３と接続する供給口１４が設けられており、乳化槽４からの形成成分液は、本体１５の内腔１００に給送される。本体１５の内腔１００には、ピストン１３が上下移動可能に設けられている。ピストンの軸には吐出装置１０を振動機１１に連結するための支柱１７が設けられており、当該支柱１７で囲まれた空間内に蛇腹状の封止具１６が設けられている。ピストンの軸先端に接続された振動機１１によって上下方向に駆動する。ピストン１３の上下方向の往復運動によって、形成成分液に振動が伝えられ、複数のオリフィス２１を通り、その吐出口２４から均等に形成成分液が吐出される。
【００２９】
次に吐出装置１０に用いられている吐出ノズルについて説明する。図４は、図３の吐出装置に用いられている吐出ノズルの構成を示す図である。吐出ノズルは、図４及び図５に示すように、底壁２２と側壁２９を備えた有底円筒形状の部材であり、その底壁２２は下面に円錐形状のくぼみ２３を形成するように下側が凹んだ形状を有している。くぼみ２３の周縁２３ａのすぐ外側には、オリフィス２１の吐出口２４が設けられている。
【００３０】
オリフィス２１は、図５（ａ）に示すように、所定の角度で外向きに傾いて設けられており、その結果、オリフィス２１を通って吐出される形成成分液は、外向きに放射状に吐出される。オリフィスが設けられているよりも外側に位置する底壁２２は、その下面２６が外側に向かうにしたがって高位になるように傾斜して設けられている。すなわち、図５（ａ）の断面図に示すように、吐出ノズルは、略Ｗ字形の断面形状を有し、もっとも下位に位置する稜線のすぐ外側部分に吐出口が配置されるように構成される。
【００３１】
くぼみ２３の中央部分には、気泡排出口２５が設けられている。気泡排出口２５は、気泡排出用通路２８と連通しており、吐出ノズル２０の側壁２９に設けられた通気口２７に接続する。その結果、くぼみ２３が、大気に開放され、気泡をくぼみ２３内から外部へ逃がすことができる。吐出のズルの側壁２９に設けられた通気口２７は、気泡排出口２５の大気開放を確保するために、吐出装置１０が形成槽５上部に配置されたとき、硬化液１０２に浸漬しないように、硬化液の液面上に位置する高さに設けられる。
【００３２】
気泡排出口２５と通気口２７とを接続する気泡排出用通路２８に使用されるパイプは、以下に説明するように、くぼみ２３に蓄積した気泡を外部に排出するという機能を害さない程度に細いのものを用いることが望ましい。すなわち、あまりに太いものを用いると、吐出装置１０の本体１５に設けられているピストン１３の振動から伝達される形成成分液の伝達が気泡排出用通路２８によって害され、気泡排出用通路２８の直下に位置するオリフィスに形成成分液の振動が均一に伝わらなくなるおそれがある。
【００３３】
図６に、本実施形態に係る形成成分液の硬化形成装置の作用説明図を示す。本実施形態に係る硬化形成装置は、形成槽５の内管７が直接外部に接続されており、また、内管７の周縁から硬化液１０２が溢流するような構成を有しているため、内管７内に気泡が発生しやすい。当該内管７内に存在する気泡５０は、矢印７６に示すように、硬化液１０２中を上昇し、吐出装置１０（図３参照）の底部を形成する吐出ノズル２０の底壁２２(図５参照)に接触する。
【００３４】
上述の通り、吐出ノズルの底壁２２下面には、吐出口２４が環状に配列されて設けられており（図４参照）、そのすぐ内側には、円錐形状のくぼみ２３が設けられているため、当該吐出口２４よりも内側に気泡が到達した場合は、当該気泡５１は矢印７７に示すように、下面がより高位に構成された中央部分に集められる。くぼみの中央部分には気泡排気口２５（図４参照）が設けられており、気泡５１は当該気泡排気口２５を通って、矢印７８に示すように気泡排出用通路２８から、通気口２７から吐出装置１０の外部に排出される（矢印７９）。
【００３５】
一方、吐出口２４の外側部分の下面２６は、外側に向かうにつれて高位になるように設けられているため、この部分に接触した気泡５２は、下面２６の傾斜に沿って吐出ノズル２０の外側方向に移動し、矢印８０に示すように吐出ノズルの底壁から離脱する。
【００３６】
上記の結果、吐出ノズルの底壁下面に存在する気泡はＷ字型の下面形状に沿って吐出ノズルの底壁から除去される。したがって、吐出装置の吐出口２４からは吐出される形成成分液１００は、当該気泡の影響を受けることなく規則的に吐出される。また、吐出ノズルのオリフィス２１は、形成成分液を外側に放射状に吐出するように設けられているため、吐出口２４から吐出した粒子は互いの間隔を広げるようにして吐出される。よって粒子の再結合を防止することができ、その結果、吐出口の配列ピッチを従来の吐出ノズルよりも小さくすることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態に係る形成成分液の硬化形成装置によれば、吐出ノズルの底壁に設けられている円錐形状のくぼみにより、底壁下面に接触下気泡をくぼみ内に収集し、気泡排出口を通じて底壁から除去することができる。また、吐出口が設けられているよりも外側の底壁周縁部は、外側に向かうにつれて高位になるように傾斜して設けられているため、この部分に接触した気泡を除去することができる。
【００３８】
したがって、吐出ノズルの吐出口近傍に気泡が蓄積することがなく、吐出口を気泡により隠蔽されることがないため、吐出口から吐出される形成成分液はピストンの振動にしたがって、規則的に吐出されることとなる。また、吐出口は粒子を放射状に吐出するため、粒子同士の再結合を抑制する。したがって、形が整った粒子の製造を製造することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、上記実施例では、吐出装置は、本体と吐出ノズルとが別部材として構成されているが、両者が一体的に構成されていてもよい。
【００４０】
吐出ノズルのすべての吐出口が、単周環状に設けられている必要はなく、例えば、複数の単周環状の吐出口列の内側部分にそれぞれくぼみを有するような構成としてもよい。
【００４１】
さらに、オリフィスは、断面円形に設けられている必要はなく、例えば楕円や四角形などの断面形状であってもよい。
【００４２】
また、本実施形態の吐出ノズルは、粒子の形成に用いられるだけではなく、例えば、連続した糸状体の製造に用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る粒子製造装置のシステム構成図である。
【図２】 図１の粒子製造装置に用いられる形成槽及び吐出装置の概略構成図である。
【図３】 図２の吐出装置の断面構成図である。
【図４】 図３の吐出装置に用いられている吐出ノズルの斜視図である。
【図５】 図３の吐出装置に用いられている吐出ノズルの構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図を示す。
【図６】 図２の吐出装置の機能の説明図である。
【図７】 従来の吐出装置の使用状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 粒子製造装置
２ 油性成分槽
３ 寒天溶解槽
４ 乳化槽
５ 形成槽
６ 外管
７ 内管
８ 硬化液給送口
９ 排出口
１０ 吐出装置
１３ ピストン
１５ 本体
２０ 吐出ノズル
２１ オリフィス
２２ 底壁
２３ くぼみ
２４ 吐出口
２５ 気泡排出口
２６ 底壁周縁部
２７ 通気口
２８ 気泡排出用通路
２９ 側壁
５０，５１，５２ 気泡
１００ 形成成分液
１０１ 粒子
１０２ 硬化液

Claims (7)

1. 吐出口がノズル底部に開口しかつ略環状又は多角形状配列された複数のオリフィスと、略環状又は多角形状の前記吐出口列の内側部分のノズル底部下面に形成された気泡収集用くぼみと、前記気泡収集用くぼみと連通し気泡を外部に排出する気泡排出用通路とを備えた、吐出ノズル。
2. 前記各オリフィスは、ノズル中心軸を中心として単周の略環状又は多角形状に配列され、ノズル中心軸方向に対して所定角度の傾きをもって放射状に前記形成成分液を吐出するように形成されている、請求項１に記載の吐出ノズル。
3. 前記気泡収集用くぼみは前記吐出口の直近から設けられる、請求項１又は２に記載の吐出ノズル。
4. 前記気泡収集用くぼみは、円錐形状に構成され、前記気泡排出用通路は前記気泡収集用くぼみの中央部分に連通する、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の吐出ノズル。
5. 略環状又は多角形状配列の前記吐出口の外側部分のノズル底部下面が、外側ほど高位になるように傾斜した、請求項４に記載の吐出ノズル。
6. 請求項１乃至５のいずれか１つに記載の吐出ノズルを備えた形成成分液の吐出装置。
7. 請求項６に記載の吐出装置と前記形成成分液の吐出装置から吐出された形成成分液を硬化させる硬化液を蓄積するための形成槽とから構成され、前記吐出装置の底部が前記硬化液に浸漬するように配置した、形成成分液の硬化形成装置。

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