JP6482542B2 - ミル機能と羽根せん断機能との一体型微細化装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料を微細化するための微細化装置に関する。

食品、医薬品、化成品等の製造業分野において湿式微細化加工の技術は不可欠となっている。また微細化加工の技術はナノテクノロジーの一環としても製造業分野に不可欠の要素となっている。

近未来の食品加工技術には、即ち、より付加価値の大きい食品加工にはサブミクロンレベルの微細化技術が必須となっている。我が国は今第６次産業として農業の振興が叫ばれ、農産物の加工食品に熱い眼差しが注がれている。より付加価値の大きい加工食品を創りだすためには、食材のより高度な微細化技術が求められる。

従来の微細化に関する技術・製品は、次の1)〜3)等に分類される。
1) 羽根回転によるせん断力を用いた乳化装置
2) 擦り合わせ技術を駆使したコロイドミル装置
3) 高圧により狭いノズルの通過させる高圧乳化装置
それぞれの装置は微細化の程度(粒度）や処理量、粘度、処理温度、ホモジナイェティ（均一性）等に一長一短がある。

1)の羽根のせん断力による乳化装置は大量処理を可能にするが、均一性に難があり、粒径１００μｍを切ることは難しい。

2)のコロイドミル装置は１次微細化したものなどのミクロンレベルへの微粒化を可能にするものの、大量処理や均一性に難がある。

3)の高圧乳化装置はナノレベルの微細化を可能にするが、大量処理に難がある。

また、このような既存の微細化装置は一般に事業用としては大型化し、且つ、高額である。そして既存の装置は用途別、機能別にそれぞれ単一機能として発達してきたため、近年の様々な境界領域の高度なニーズに応えるのが困難になってきている。不況の最中に設備投資をする場合、単一装置で種々の機能を兼備した廉価で費用対効果のよい装置の登場が期待される状況にある。

一方、ポンプは機能性部品の一つとして産業の根幹を支えている。その重要な用途は液体の輸送機能である。この用途に加えて、上記のように微細化というもう一つの重要な用途がクローズアップされようとしている。

輸送機能としては消防の放水に始まり、様々な化成品や食品等のプロダクツの輸送に用いられている。一方、微細化の機能としては、ジューサー、ミキサーに始まりフードプロセッサー等のようにポンプの範疇から外れるが、羽根の高速回転により微細化する装置である。この方法の進化した微細化装置としてはコロイドミル（独マウンテック社）、スーパーマスコロイダー（登録商標:増幸産業）、コミトロール（登録商標:米アーシェル社）が上市されている。しかし何れもモーターの羽根回転によるせん断力に拠っている。

本発明者らは、既に気体混入可能な高圧遠心ポンプとマイクロバブル発生用デバイスとの組み合わせにより攪拌、遠心、圧縮、せん断、キャビテーションの機能を備えた微細化加工ポンプシステムを開発してきた（特許文献１）。

国際公開第２０１１／０４９２１５号

しかしながら、このポンプシステムは、粘性の高いサンプルや数十ミクロンレベルの大容量の微細化処理を可能とするが、既存の装置と同様にサブミクロンレベルの微細化には限界があった。

近未来の食品加工技術には、即ち、より付加価値の大きい食品加工を達成するためにはサブミクロンレベルの微細化技術が必須となる。

本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、一台の装置で数十ミリの大きい粒径からサブミクロンまでのダイナミックレンジの大きい微細化（微粒化）を可能する微細化装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明の微細化装置は、試料を微細化するための微細化装置であって、
羽根車と、この羽根車を収容し、微細化する試料を含む流体をポンプ室内に吸入する吸入口およびこの流体をポンプ室外に送出する送出口を有するケースとを備え、
羽根車は、円盤状の羽根板と、この羽根板の中心部に設けられ羽根車をケースに回転可能に軸支するボス部と、羽根板の側面でボス部から放射状に突出し、ボス部と面一の側端面を有する複数の羽根とを備え、
ケースは、羽根車をその外周部に沿って収容する円筒状の内周面と、ケースに収容された羽根車の羽根に対向して設けられた加圧部とを備え、
加圧部は、ケースに収容された羽根車の羽根に対向しケースの吸入口側から送出口側に向けて収束するポンプ室を羽根車との間で形成する加圧面と、この加圧面をケースの吸入口側とポンプ室の収束する側との間で仕切り、羽根車のボス部から羽根に至る側端面と接触する側端面を有する仕切り壁とを備え、
羽根車をケースの吸入口側から仕切り壁とは反対側へケースの送出口側に回転させて、試料を含む流体を羽根車の回転方向に移送し、ケースの吸入口側から送出口側に向けて収束するポンプ室によって試料を含む流体を加圧することでケースの送出口から送出する容積型のポンプを構成し、
羽根車のボス部から羽根に至る側端面と、ケースの仕切り壁の側端面のそれぞれに、擦り合わせ面を有し、これらの擦り合わせ面での羽根車の回転による擦り合わせおよび羽根車の羽根によるせん断によって試料を微細化することを特徴としている。

本発明によれば、羽根回転によるせん断力を用いた微細化機能とミル（擦り合わせ）機能との一体化した微細化装置によって、段階的微細化の必要なく一台の装置で数十ミリからサブミクロンまでの微細化が可能である。ポンプを通して循環式加工を行うことができるため多数回加工が可能で、均一性に優れ、操作性にも優れ、短時間で大量生産が可能であり、費用対効果も大きい。このように数十ミリからサブミクロンまでの微細化加工を可能にすることから、新たな加工技術の創出に寄与する。

本発明の微細化装置に使用される加圧部材の実施形態を示した加圧部側の側面図である。 本発明の微細化装置に使用される加圧部材の実施形態を示した加圧部側の斜視図である。 本発明の微細化装置に使用される加圧部材の実施形態を示した吸入管側の斜視図である。 本発明の微細化装置に使用される羽根車の実施形態を示した羽根側の側面図である。 本発明の微細化装置に使用される羽根車の実施形態を示した羽根側の斜視図である。 本発明の微細化装置の実施形態におけるケース構造を示す分解斜視図である。 本発明の微細化装置の実施形態を一部破断して示す側面図である。 本発明の微細化装置の実施形態におけるポンプ室の構成を示す断面図である。 本発明の微細化装置の別の実施形態におけるポンプ室の構成を示す断面図である。 本発明の微細化装置を用いたよもぎの微細化の実施例の結果を示すチャートである。 本発明の微細化装置を用いたコーヒー滓の微細化の実施例の結果を示すチャートである。 本発明の微細化装置を用いた活性炭の微細化の実施例の結果を示すチャートである。 本発明の微細化装置を用いた緑茶の微細化の実施例の結果を示すチャートである。 実施例の微細化装置によるポンプシステムの揚程対吐出量曲線である。 容積型羽根を用いた実施例の微細化装置によるポンプシステムと、遠心型羽根およびこれらの中間の羽根を用いた微細化装置によるポンプシステムの揚程対吐出量曲線である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１〜図８は、本発明の微細化装置の実施形態を示したものである。

この微細化装置１は、図７に示すように、羽根車８と、この羽根車８を収容するケース２とを備えている。

ケース２は、蓋状の加圧部材２ａとドラム状のケース本体２ｂとを備え、このケース２は、吸入口３を有する蓋状の加圧部材２ａと、送出口６を有する羽根車ケース２ｂとを左右一対として形成されている。

ケース２の加圧部材２ａは、微細化する試料を含む流体を吸入する吸入口３を有し、羽根車８を収容するケース本体２ｂは、この流体を送出する送出口６を有している。

この加圧部材２ａは、ケース本体２ｂの蓋となる形状で、図３に示すように、ケース２の外側となる面に微細化する試料を導入する吸入管４を備えている。吸入管４と反対側の面には、図１および図２に示すように、吸入管４から連通し微細化する試料をケース２内に導入する吸入口３が設けられている。

また加圧部材２ａは、図１および図２に示すように、吸入管４とは反対側の面に加圧部１４を備えている。この加圧部１４は、ケース２に収容された羽根車８の羽根９に対向しケース２の吸入口３側から送出口６側に向けて収束する図８のポンプ室１３を羽根車８との間で形成する加圧面１７と、この加圧面１７をケース２の吸入口３側とポンプ室１３の収束する側との間で仕切り、図４の羽根車８のボス部１２から羽根９に至る側端面（擦り合わせ面２０ａ）と接触する側端面（擦り合わせ面２０ｂ）を有する仕切り壁１６とを備えている。

そして吸入口３よりも外側の外周部に沿って、ケース本体２ｂと接続し外部からシールするための円環状の平面を成す接続面４０が設けられている。

円環状の接続面４０の内側には、接続面４０から突出し羽根車８との間で微細化する試料を加圧する加圧面１７と、この加圧面１７を仕切る仕切り壁１６が形成されている。

仕切り壁１６は、加圧部材２ａの中心部から接続面４０までの範囲に加圧面１７から突出して形成され、その側端面は、羽根車８のボス部１２と接触する略円環状の接触面３０から接続面４０まで連続する擦り合わせ面２０ａとなっている。

加圧面１７は、仕切壁１６の一方側に設けられた吸入口３から、仕切壁１６と接続面４０との間を仕切壁１６の吸入口３とは反対側まで徐々に傾斜する傾斜面となっている。

羽根車８は、図４および図５に示すように、円盤状の羽根板１０と、この羽根板１０の中心部に設けられ羽根車８をケース本体２ｂに回転可能に軸支するボス部１２と、羽根板１０の側面でボス部１２から放射状に突出し、ボス部１２と面一の側端面を有する複数の羽根９とを備えている。

インペラ状の羽根車８は、羽根側壁となる円盤状の羽根板１０の中心部から、ポンプ軸への取付け部材を兼ねる円筒状のボス部１２が一体に形成されている。

そして、羽根板１０およびボス部１２から、各羽根９を所定間隔を設けて放射状に突出させ、各羽根９と羽根板１０とボス部１２とにより形成される空間部が、微細化する試料を内包させる図８の羽根室１１となる。

羽根車８は、ボス部１２および羽根９の側端面を面一に形成しており、ケース２ｂ本体に装着した際に、ボス部１２の側端面を加圧部材２ａの中心部に形成した仕切り壁１６の側端面である接触面３０と接触させている。

この羽根車８の羽根９は、図４、図５、および図７に示すように、円盤状の羽根板１０の一側面にボス部１２から羽根車８の回転方向下手側に向けて放射方向に突設され、側面視で平板状の羽根片を長さの中途部で屈曲し前進傾斜させている。すなわち羽根車８の羽根９は、側端面において長さ方向先端側が羽根車８の回転方向に前進傾斜して反るように屈曲している。

さらに、加圧部材２ａ側の羽根９の外側端面（板厚端）を羽根板１０の基部側より後退させるように、図８に示すように羽根面に後退角θを設けて羽根車８の回転方向上手側に向けて傾けて形成している。あるいは、別の実施形態として図９に示すように、加圧部材２ａ側の羽根９の外側端面（板厚端）を羽根板１０の基部側より先行させるように、羽根面に前傾角θを設けて羽根車８の回転方向下手側に向けて傾けて形成してもよく、または、図示はしないが、加圧部材２ａ側の羽根９の外側端面（板厚端）を羽根板１０の基部側より傾けず直立させるように（θがほぼ０となるように）形成してもよい。

この羽根形状により、羽根車８の回転に伴い試料を含む流体を吸入口３から掻き込み易くし、そして図８の羽根室１１内で流体を保持する。そして、各羽根９は送出口６の部位に至るとき、羽根室１１内の流体を前進傾斜させた羽根形状によって送出口６から外部に押し出す。

図６および図７に示すように、ケース本体２ｂは、円盤状の側壁の外周に、羽根車８および加圧部材２ａの加圧部１４を内嵌する幅の周壁が一体に形成される。ケース本体２ｂは、図６に示すように、円筒状の内周面に、羽根車８をその外周部に沿って収容する。

ケース本体２ｂの周壁には、図７に示すように、複数枚の羽根９,９・・に跨がる所定長さの送出口６が、羽根車８の羽根幅に対向する所定部位に穿設されている。そして、送出口６には流体の送出方向に湾曲した送出管７が一体的に接続されている。

加圧部材２ａの側壁はその外側に支持部を一体に連結しポンプ軸をポンプ室１３の中心部に位置させ回転可能に支持する。図６に示すように、羽根車８を組み付けた状態のケース本体２ｂの開口部に、加圧部材２ａの加圧面１７（加圧部１４）を嵌挿し、加圧部材２ａの接続面４０の固定穴４１とケース本体２ｂの接続面４２の固定穴４３とを固定具で締着固定し、図７に示すようにケース２を閉鎖状に構成する。

これにより、図８に示すように、加圧面１７（加圧部１４）と羽根車８との間に、吸入口３から吸い込んだ微細化する試料を、羽根車８を介して加圧し送出口６から送出するポンプ室１３を形成する。

羽根車８は、ケース本体２ｂ内にクリアランス50μの切削精度で隙間なく収められている。このケース本体２ｂの中で後述のミル機能の擦り合わせ面２０ａ、２０ｂを有し、微細化加工を可能にする。ポンプとして機能する微細化装置１の大きさは、羽根車８の径を基準として（大：φ１２０ｍｍ、中：１００ｍｍ、小：５ｍｍ）を選択することができる。

図８を参照しながら微細化装置の動作について説明する。図８に示すように、ポンプ室１３は、流体の吸い込みを促進させる吸入室５と、これに連通し流体の加圧を行う加圧室１５とを備えている。

また、加圧室１５の終端と吸入口３との間には、複数の羽根９の側端面に接触する仕切り壁１６が、略円環状のボス部１２との接触面３０から接続面４０まで連続するように面一に形成される。これにより羽根車８のボス部１２の側端面に対向する略円環状の接触面３０の周囲には、吸入室５と加圧室１５および仕切り壁１６が一連に形成される。

また、吸入口３側から仕切り壁１６に至る範囲に滑らかな傾斜面で形成される加圧面１７は、吸入室５側から羽根９に徐々に近接する加圧室１５を収束状に形成する。これにより、吸入口３からポンプ室１３内に吸い込まれる試料を含む流体は、羽根車８の回転によって順次各羽根室１１内に掻き込み保持された状態で、長い通路の加圧室１５を介して複数の羽根９によって徐々に加圧される。

加圧面１７は、仕切り壁１６の吸入口３と反対側に位置する加圧終了点１８まで形成され、吸入室５から下流側に移送される流体を加圧面１７に沿わせて羽根室１１内に加圧誘導する。また、ポンプ室１３内で流体に急激な加圧変動を生じさせることなく加圧し、加圧終了点１８の位置において最高圧力に加圧された流体を送出口６から効率良く押し出す。

ポンプ軸の一側を原動機側から駆動して羽根車８を矢印方向に回転駆動すると、各羽根９が吸入口３から流体とエアーを羽根室１１内に掻き込んで吸い込むとともに、各羽根室１１に流体を収容した状態で持ち回り連続的にポンプ室１３内に至らせる。そして加圧室１５内の流体とエアー気泡は、加圧面１７に沿って加圧され羽根室１１内に圧力を高めながら入り込んで仕切り壁１６に至り、最加圧状態になって、加圧面１７の形状および羽根９の回転による押し出し力を付加されて送出口６から送り出される。

このように、羽根車８をケース２の吸入口３側から仕切り壁１６とは反対側へケース２の送出口６側に回転させて、試料を含む流体を羽根車８の回転方向に移送し、ケース２の吸入口３側から送出口６側に向けて収束するポンプ室１３によって試料を含む流体を加圧することでケース２の送出口６から送出する容積型のポンプを構成している。

すなわち、ケース本体２ｂと羽根９とのクリアランスを極小に押さえているため、ケース本体２ｂの中に羽根９が隙間なく入り込み、吸入口３から羽根９の各フィン間に入り込んだ流体が、圧縮流路を構成する加圧部１４を押し上げられて、最後に送出口６から飛び出す機構によって、容積型のポンプを構成している。

一般に、ポンプケース内で羽根（ブレードまたはフィン）が回転するポンプの分類としては、遠心型ポンプと容積型ポンプに大別される。遠心型ポンプはポンプケース内の空間と回転羽根との間に空隙があり、羽根の回転によりこの空隙に入った液体を遠心力によって外側に移動させるように働く。羽根の回転を低速から高速へと変化させた場合、低速の場合は羽根の回転と空隙に入った液体とは同調した動きをする。この時のポンプの揚程対吐出量曲線は比例関係を示す。しかし、羽根の高速回転の場合は、羽根の回転と空隙に入った液体とは同調した動きができず、遅れが生じる。この遅れはポンプの揚程対吐出量曲線上に飽和した（頭打ちの）プラトウ（plateau）曲線として現れる。カスケードポンプ、サニタリーポンプのように渦巻型ポンプといわれるもののポンプ性能は全てこのようなパターンを示す。

微細化装置１が構成するポンプは、羽根（羽根車８）がポンプケース（ケース２、ケース本体２ｂ）内で回転している点では遠心型の渦巻ポンプのように見える。しかし、後述の実施例において作製した微細化装置１が構成するポンプの揚程対吐出量曲線は、図１４に示すように、低速回転の吐出量から高速回転の吐出量までの変化に対して直線関係が維持され、プラトウは現れない。この結果は（曲線パターンは）、微細化装置１が構成するポンプが遠心型ポンプではなく容積型ポンプであることを示唆している。この原因として、このポンプのクリアランスが極めて小さく、ポンプケース（ケース２、ケース本体２ｂ）と回転羽根（羽根車８）との間に空隙がほとんどなく、羽根のブレードまたはフィン内に巻き込んだ液体のみが揚程対吐出量曲線に影響するため、羽根回転数が上がった時にもそれに比例した吐出量即ち揚程を示したものと理解される。

そして微細化装置１は、ケース２の仕切り壁１６の側端面と、羽根車８のボス部１２から羽根９に至る側端面のそれぞれに、擦り合わせ面２０ａ、２０ｂを有し、これらの擦り合わせ面２０ａ、２０ｂでの羽根車８の回転による擦り合わせおよび羽根車８の羽根９によるせん断によって試料を微細化する。

すなわち、サブミクロンレベルの微細化技術を達成するため、羽根車８と蓋状の加圧部材２ａとの間の平面で接する面に溝を掘り、擦り合わせのミル機能を付与したことを特徴としている。ミル機能は加圧部材２ａの擦り合わせ面２０ａと羽根車８の擦り合わせ面２０ｂとの平面での擦り合わせ機能の付与による。この擦り合わせ機能は、ケース２の仕切り壁１６の側端面と、羽根車８のボス部１２から羽根９に至る側端面のそれぞれに切削加工を施し、ゴマのすり鉢や石臼のような擦り合わせ面（ざら面）加工を施すことにより達成される。

鋳造した羽根車８と加圧部材２ａを切削加工し、擦り合わせの面に様々にデザインされた溝を切削することができる。ケース２の仕切り壁１６の側端面と、羽根車８の側端面のそれぞれに、例えば、幅０．５〜１．５ｍｍ、深さ０．５〜１．５ｍｍの溝を様々な形状にデザインして精密切削加工する。溝間隔は、例えば０．５〜１．５ｍｍとし、これに９０度の切削や、６０度傾いた切削を施し、格子状の擦り合わせ面（ざら面）加工を施すことができる。

好ましい態様では、擦り合わせ面２０ａ、２０ｂは、切削加工により形成された、上記のような幅、深さ、間隔の格子状の溝を有する。

擦り合わせ面２０ａ、２０ｂは、切削幅、切削間隔が狭い程、微細化に有効となる傾向があり、溝の深さは１ｍｍ程度が特に微細化効果に適している。切削幅および切削間隔１ｍｍ、溝の深さ１ｍｍの擦り合わせ面２０ａ、２０ｂを形成した実験では、８０ｎｍまでのナノレベルでの微細化が可能となったことが確認されている。従来の乳化装置の微細化は１μｍ程度が限界であったのに比べて格段の微細化効果が得られた。

微細化加工に際しては、ケース２と羽根車８とに切削加工を施し、ミル機能の擦り合わせ面２０ａ、２０ｂにおける材質の強度、耐磨耗度及び耐薬品性に配慮を払わねばならない。これらを担保するため、ステンレス製SUS316、SUS316L、SCR10、チタン等の素材の選択をすることができる。

擦り合わせ（ミル）効果は羽根車８と加圧部材２ａとの接触面間の距離に大きく依存する。面間距離（クリアランス）は、切削精度等にもよるが、一例では５/１００ｍｍである。羽根車８と加圧部材２ａとの間の平面で接する面に溝を掘り、擦り合わせのミル機能をデザインすることによって、石臼のような微細化の機能を設計し、羽根せん断機能とミル機能とを一体化した微細化装置１が構成される。クリアランスを極小とするため、平面で向き合う羽根車８と加圧部材２ａとの間に溝切削加工を施し、即ち石臼のような擦り合わせ面として粗面加工を施すことで、従来不可能だったナノレベルの微細化加工も可能にする。

微細化装置１は、ケース２の吸入管４と送出管７を循環部、例えば特許文献１に示されるような循環部に接続し、循環式ポンプを構成することができる。微細化装置１は、従来より知られている乳化ポンプシステム装置に取り付けることができ、従来と同様に運転できる。

微細化装置１は、循環式のミル機能搭載微細化ポンプシステムを構築でき、ポンプ部で微細化加工を実施するため、循環式で多数回の加工が可能であることから、微細化効果が向上する。

微細化装置１の運転条件は、特に限定されないが、３相２００Ｖモーターを使用し、高速回転、例えば６０Ｈｚ，３６００ｒｐｓで回転する羽根車８と加圧部材２ａとの擦り合わせ効果（ミル効果）によってサブミクロンレベルの微細化を達成できる。羽根車８の回転速度は、例えばインバーターの周波数の選択により０〜５０００ｒｐｓの範囲で選択できる。

本発明の微細化装置は、羽根のせん断機能とミル機能とを合体させた装置のため、ホモジナイザーとコロイドミルとを一体型した装置と言える。一台の装置でミリからミクロンさらにはサブミクロンに至るまでのまでの微細化加工が可能になるため、微細化性能は抜群に向上し、均一性に優れ、短時間に大量生産が可能となる。また、微細化機能はもとより、コンパクトで機能性に優れ、操作性が良く費用対効果に優れている。すなわち本発明の微細化装置を用いて微細化加工を実施した場合、ホモジナイザーやコロイドミルを用いた場合に比べて一工程も二工程も省力化できるため、コストダウンを図ることができる。このように、従来の乳化装置のホモジナイザーやコロイドミル装置単体ではできなかった微細化加工装置を提供できる。

従来不可能だったサブミクロンに至る微細化加工が可能になれば、新規な加工食品の創出が期待できる。本発明の微細化装置を循環式ポンプシステムとして組み上げれば加工上の操作性は飛躍的に向上し、付加価値も高くなる。

本発明の微細化装置による微細化の対象試料は、金属類以外は穀物、種、まめ類、果物、野菜、柔らかい骨まで可能である。汚泥の微細化処理、残滓微細化処理又は有効利用、微細化抽出、ナノバブルの有効利用、微細化化学反応、難溶性薬物の易吸収化等の微細化による有効利用が開ける。

本発明の微細化装置は上記のような試料を含む流体、特に液状物を用いて湿式の条件で試料を微粒化するのに適している。

本発明の微細化装置によれば、従来困難であった野菜や果物等の食品類の微細化加工や、食品加工残渣（茶葉、おから、コーヒー糟、みかんの皮、椿油の搾り糟、紫蘇の葉、海苔等）の新たな有効利用の道が切り開かれるものと期待される。例えば、果物類や食材等の新たな加工法の開拓（乳化、ピューレ化、ペースト化）を可能にする。本発明者らの検討によれば、食品加工以外の領域においても、例えば凝集したカーボンナノチューブや活性炭等の分散等に対しても優れることが明らかになっている。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

本発明の微細化装置を作製した。ケースには素材としてステンレスを使用し、加圧部材の仕切り壁の側端面と羽根車の側端面のそれぞれには幅０．５〜１．５ｍｍ、深さ０．５〜１．５ｍｍの溝を間隔０．５〜１．５ｍｍで精密切削加工を施し、格子状の溝からなる擦り合わせ面（ざら面）を形成した。擦り合わせ面同士は面間距離（クリアランス）５/１００ｍｍで平面状に接している。

羽根車の駆動には３相２００Ｖモーターを使用し、羽根の回転速度はインバーターの周波数の選択により通常は６０Ｈｚ，３６００ｒｐｓの標準状態で運転した。

微細化装置のケースの吸入管と送出管を特許文献１に示されるような循環部に接続し、ポンプシステムを構成した。

なお、遠心型のポンプの揚程対吐出量曲線は一般には吐出量が絞られても揚程は頭打ちになることが知られている。これに対して容積型のポンプは吐出量減少とともに直線的に揚程が増加することが知られているが、この微細化装置のポンプシステムについて水道水を用いて空気注入（特許文献１の構成によってマイクロバブルを発生）条件下にて揚程対吐出量を測定したところ、図１４に示すように容積型のポンプに分類される結果が得られた。また、容積型羽根を用いた本実施例の微細化装置によるポンプシステムと、遠心型羽根を用いた微細化装置のポンプシステムと、これらの中間の羽根を用いた微細化装置のポンプシステムについて、揚程対吐出量曲線を比較した。本実施例の微細化装置は、羽根車の羽根が、側端面において長さ方向先端側が羽根車の回転方向に前進傾斜して反るように屈曲し、容積型羽根を構成している。一方、遠心型羽根を用いた微細化装置では、羽根車の羽根が、側端面において長さ方向先端側が羽根車の回転方向とは反対側に後退傾斜して反るように屈曲し、遠心型羽根を構成している。これらの中間の羽根を用いた微細化装置では、羽根車の羽根の側端面における長さ方向先端側の屈曲形状が、容積型羽根と遠心型羽根の中間の形状となっている。これらの微細化装置によるポンプシステムを用いて揚程対吐出量曲線を測定した結果を図１５に示す。容積型のポンプに分類される本実施例の微細化装置は、遠心型羽根を用いた微細化装置およびこれらの中間の羽根を用いた微細化装置との間で揚程対吐出量曲線に明確な違いが確認された。尚、同じ容積型ポンプを用いたとき、併用するマイクロバブル発生用デバイスの性能によって、
揚程対吐出量の特性曲線が異なる事に注意しなければならない。

この微細化装置のポンプシステムを用いて、よもぎ、コーヒー滓、活性炭、緑茶を試料として湿式微細化の試験を行った。

微細化前後の試料の粒径分布は、株式会社堀場製作所（HORIBA）LA-950を用いて測定した。

その結果を図１０〜図１３に示す。

同図に示されるように、微細化装置による処理後の試料は、大きい粒径成分が減少し、小さい粒径成分が増加し、サブミクロンレベルでの微細化が可能であることが明らかになった。

図１０（Ａ）は、よもぎ乾燥粉を試料に用いて水と共に容器に入れて手振りで混合した後の試料の粒径分布、図１０（Ｂ）は、これらをミキサーで２分攪拌した後の試料の粒径分布、図１０（Ｃ）はこれらを微細化装置により５分攪拌した後の試料の粒径分布である。図１０（Ｃ）より、微細化装置を用いた処理後の試料は大きい粒径成分が減少し、小さい粒径成分が増加していることが分かる。

図１１は、コーヒー滓（珈琲豆抽出滓）を試料に用いて水と共に微細化装置により３０分撹拌した後の試料の粒径分布、図１２は、活性炭を試料に用いて食用油（菜種油）と共に微細化装置により２０分撹拌した後の試料の粒径分布、図１３は、緑茶（煎茶の葉）を試料に用いて水と共に微細化装置により３分撹拌した後の試料の粒径分布である。これらの場合も、微細化装置を用いた処理後の試料は大きい粒径成分が減少し、小さい粒径成分が増加した。

１ 微細化装置
２ ケース
２ａ 加圧部材
２ｂ ケース本体
３ 吸入口
４ 吸入管
５ 吸入室
６ 送出口
７ 送出管
８ 羽根車
９ 羽根
１０ 羽根板
１１ 羽根室
１２ ボス部
１２ａ 貫通穴
１３ ポンプ室
１４ 加圧部
１５ 加圧室
１６ 仕切り壁
１７ 加圧面
１８ 加圧終了点
θ 羽根後退角（前傾角）
２０ａ 擦り合わせ面
２０ｂ 擦り合わせ面
３０ ボス部との接触面
４０ 接続面
４１ 固定穴
４２ 接続面
４３ 固定穴

Claims (3)

1. 試料を微細化するための微細化装置であって、
   羽根車と、この羽根車を収容し、微細化する試料を含む流体をポンプ室内に吸入する吸入口およびこの流体をポンプ室外に送出する送出口を有するケースとを備え、
   羽根車は、円盤状の羽根板と、この羽根板の中心部に設けられ羽根車をケースに回転可能に軸支するボス部と、羽根板の側面でボス部から放射状に突出し、ボス部と面一の側端面を有する複数の羽根とを備え、
   ケースは、羽根車をその外周部に沿って収容する円筒状の内周面と、ケースに収容された羽根車の羽根に対向して設けられた加圧部とを備え、
   加圧部は、ケースに収容された羽根車の羽根に対向しケースの吸入口側から送出口側に向けて収束するポンプ室を羽根車との間で形成する加圧面と、この加圧面をケースの吸入口側とポンプ室の収束する側との間で仕切り、羽根車のボス部から羽根に至る側端面と接触する側端面を有する仕切り壁とを備え、
   羽根車をケースの吸入口側から仕切り壁とは反対側へケースの送出口側に回転させて、試料を含む流体を羽根車の回転方向に移送し、ケースの吸入口側から送出口側に向けて収束するポンプ室によって試料を含む流体を加圧することでケースの送出口から送出する容積型のポンプを構成し、
   羽根車のボス部から羽根に至る側端面と、ケースの仕切り壁の側端面のそれぞれに、擦り合わせ面を有し、これらの擦り合わせ面での羽根車の回転による擦り合わせおよび羽根車の羽根によるせん断によって試料を微細化することを特徴とする微細化装置。
2. 擦り合わせ面は、切削加工により形成された格子状の溝を有することを特徴とする請求項１に記載の微細化装置。
3. 羽根車の羽根は、側端面において長さ方向先端側が羽根車の回転方向に前進傾斜して反るように屈曲していることを特徴とする請求項１または２に記載の微細化装置。