JP7109058B2

JP7109058B2 - 固形物製造装置及び固形物製造設備

Info

Publication number: JP7109058B2
Application number: JP2018102107A
Authority: JP
Inventors: 隆実浦野
Original assignee: 有限会社浦野技研
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2022-07-29
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: JP2019205963A

Description

本発明は、アトマイザーの原理を応用した固形物製造装置、及び、係る固形物製造装置を備えた固形物製造設備に関する。

微細噴霧ノズルを用いて塗装を行う塗装方法が、例えば、特開２００６－０９５４７７号公報から周知である。この特許公開公報に開示された微細噴霧ノズルは、塗料シャットオフノズル、及び、塗料シャットオフノズル開閉を制御するエアー駆動シリンダーを備えている。

特開２００６－０９５４７７号公報

ところで、上記の特許公開公報に開示された微細噴霧ノズルを用いた場合、塗料は塗料シャットオフノズルから円錐状に吐出されるので、被塗装物の表面に形成される塗膜は、一種、ドーナッツ状となる。それ故、被塗装物の表面に均一な厚さの塗膜を形成するためには、微細噴霧ノズル及び被塗装物を相対的に、複雑に移動させなければならず、塗装装置全体の機構が複雑になる。

従って、本発明の目的は、簡素な構成、構造であるにも拘わらず、例えば厚さといった物理量や物理的状態の均一性を容易に得ることが可能な固形物製造装置、及び、係る固形物製造装置を備えた固形物製造設備を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の固形物製造装置は、
ケーシング部材、及び、ケーシング部材内に格納されたノズル部材から成り、ノズル部材の後端部から供給された液状物質をノズル部材の先端部から吐出し、固形物を得る固形物製造装置であって、
ノズル部材は、ノズル部材の先端部からノズル部材の後端部に向かって、第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域から構成されており、
ノズル部材は、
ノズル部材をノズル部材の軸線に沿って貫通する液状物質流路、
液状物質流路の後端部に設けられた液状物質供給口、及び、
液状物質流路の先端部に設けられた液状物質吐出口、
を備えており、
第１領域の外面は円筒形状を有し、第１領域と対向するケーシング部材の内面と、第１領域の外面との間には、第１隙間部が設けられており、
第３領域と対向するケーシング部材の内面と、第３領域の外面との間には、空間部が設けられており、
第３領域と対向するケーシング部材には、空間部に連通した加圧流体導入部が設けられており、
第４領域は、空間部を閉塞しており、
ノズル部材の軸線に垂直な第１仮想平面と平行な仮想平面で切断したときの第３領域の外面の断面の少なくとも一部は、第２領域に向かって縮小しており、
第２領域には、ノズル部材の軸線を含む第２仮想平面に対して平行な仮想平面内に含まれたスリット部が形成されており、
加圧流体導入部から空間部に導入された加圧流体は、第３領域の外面と衝突して旋回流となり、旋回流となった加圧流体は、スリット部から第１隙間部を経由して外部に噴出（噴射、吐出）される。

上記の目的を達成するための本発明の固形物製造設備は、
上述した本発明の固形物製造装置、
ノズル部材を構成する液状物質供給口に液状物質を供給する液状物質供給装置、及び、
加圧流体導入部に加圧流体を供給する加圧流体供給装置、
を備えている。

本発明の固形物製造設備を構成する固形物製造装置、あるいは又、本発明の固形物製造装置にあっては、スリット部が形成されているので、外部に噴出（噴射、吐出）される加圧流体（便宜上、『噴出加圧流体』と呼ぶ）は旋回流となり、しかも、噴出加圧流体によって、液状物質吐出口の近傍の空間は減圧状態あるいは真空状態となる。その結果、液状物質吐出口から吐出された液状物質は、旋回流となった噴出加圧流体と混合され、液状物質に含まれる水分や溶媒が直ちに蒸発し、あるいは、昇華し、乾燥され、液状物質の組成の一部を有する微粒子状の固形物を容易に得ることができるし、固形物の抽出や固液分離を容易に行うことができる。また、旋回流となった噴出加圧流体は、全体としてみた場合、余り広がらず、一種、棒状（筒状）の流れとなるので、固形物は均一な流れとなり、例えば、噴出加圧流体に搬送されて被塗布物等の物品と固形物が衝突したとき、物品の表面に均一な厚さの固形物を得ることができる。更には、液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を制御することで、液状物質吐出口から吐出される液状物質は均一・均質な微粒子状となり得るが故に、ミクロン・オーダーでの固形物の厚さ等の物理量や物理的状態の制御を容易に行うことができる。

図１は、図３の矢印Ａ－Ａに沿った本発明の固形物製造装置の模式的な端面図である。図２は、図３の矢印Ａ－Ａに沿った本発明の固形物製造装置の変形例の模式的な端面図である。図３は、図１の矢印Ｂ－Ｂに沿った模式的な端面図である。図４は、図１に示すと同様の本発明の固形物製造装置の模式的な端面図である。図５は、図１に示すと同様の本発明の固形物製造装置の模式的な端面図において、加圧流体や固形物の流れを模式的に示す図である。図６は、本発明の固形物製造装置を含む本発明の固形物製造設備の概念図である。図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ、インク層が表面に形成された被塗布物の電子顕微鏡写真、及び、インク層が表面に形成された被塗布物断面の電子顕微鏡写真である。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、実施例における種々の数値や材料は例示である。尚、説明は、以下の順序で行う。
１．本発明の固形物製造装置及び本発明の固形物製造設備、全般に関する説明
２．実施例１（本発明の固形物製造装置及び本発明の固形物製造設備）
３．その他

本発明の固形物製造設備において、液状物質供給装置（液状物質供給系）は、ポンプ、液状物質供給口とポンプとを結ぶ配管、及び、配管の途中に配設された２つのオリフィスを備えている形態とすることができる。そして、この場合、
２つのオリフィスの間の配管には、排出管が接続されており、
排出管の途中にはトラップ部が設けられており、
排出管は、圧力調整手段を介して系外に繋がっている形態とすることができる。

トラップ部は、液状物質の流量調整のために設けられているし、液状物質に生じる圧力変動、圧力の脈動を吸収するために設けられており、コイル状に巻かれた細管（調圧コイル）から成る形態とすることができる。圧力調整手段は、具体的には、液状物質の圧力調整絞り弁及び排出弁から成る形態とすることができる。２つのオリフィスを設けることで、固形物製造装置内の液状物質に生じた圧力変動、圧力の脈動が液状物質供給系に及ぼす影響を小さくすることができる。ポンプは、如何なる形式のポンプからも構成することができ、例えば、サーボ機構付きのシリンジポンプを例示することができる。

上記の好ましい形態を含む本発明の固形物製造設備において、加圧流体供給装置（加圧流体供給系）は、加圧流体源、加圧流体流量制御装置及び加圧流体圧力制御装置を備えている形態とすることができる。加圧流体供給装置は、具体的には、例えば、精密レギュレータ、流量安定アキュムレータ及びマスフローコントローラを備えている。

上記の各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造設備を構成する固形物製造装置、あるいは又、本発明の固形物製造装置（以下、これらの固形物製造装置を、便宜上、『本発明の固形物製造装置等』と呼ぶ）において、第２領域は第１領域側に切頭円錐形状の外面を有し、第２領域と対向するケーシング部材の内面と、第２領域の切頭円錐形状の外面との間には、第２隙間部が設けられており、加圧流体導入部から空間部に導入された加圧流体は、第３領域の外面と衝突して旋回流となり、旋回流となった加圧流体は、第２隙間部及びスリット部から第１隙間部を経由して外部に噴出（噴射、吐出）される形態とすることができる。そして、このような形態を含む本発明の固形物製造装置等において、第１仮想平面と平行な仮想平面で切断したときの第３領域の断面形状は円形であり、第２仮想平面で切断したときの第３領域の外面の断面形状はアーチ状（クラウン状）である形態とすることができる。そして、この場合、（第３領域の断面形状の最大半径）／（第３領域の長さ）の値は０．０１乃至０．１であることが好ましい。更には、これらの場合、加圧流体導入部は、第１仮想平面と平行な仮想平面で切断したときの第３領域の断面形状が最大である部分（便宜上、『最大半径部分』と呼ぶ場合がある）よりもノズル部材の後端部側の部分に対応したケーシング部材に設けられている形態とすることができる。ここで、加圧流体導入部の中心は、第１仮想平面で切断したときの第３領域の断面形状が最大である部分（最大半径部分）よりも、１ｍｍ乃至５ｍｍ、ノズル部材の後端部側に位置する形態とすることができる。加圧流体導入部の数は、１以上であればよく、複数であってもよい。加圧流体導入部の数が複数（Ｍ）の場合、第１仮想平面に加圧流体導入部を正射影したときの正射影像は、対称軸（回転軸）をノズル部材の軸線としたＭ回の回転対称に配置されていることが好ましく、これによって、空間部に導入された加圧流体を一層容易に旋回流とすることができる。第２仮想平面で切断したときの第３領域の外面の断面形状をアーチ状（クラウン状）とすることで、加圧流体導入部から空間部に導入された加圧流体を容易に旋回流とすることができるし、噴出加圧流体の旋回速度の増加を図ることができる。場合によっては、第２仮想平面で切断したときの第３領域の外面の断面形状を、直線状（テーパー状）としてもよい。加圧流体導入部の軸線は、ノズル部材の軸線と交差していてもよいし、交差していなくともよい。後者の場合、空間部に導入された加圧流体を一層容易に旋回流とすることができる。また、ノズル部材の軸線と加圧流体導入部の入り口中心部とを通る仮想平面への加圧流体導入部の軸線の正射影像と、この仮想平面へのノズル部材の軸線の正射影像は９０度で交わっていてもよいし、９０度以外の角度で交わっていてもよい。後者の場合、ノズル部材の先端部へ向かうノズル部材の軸線の方向を正方向としたとき、この仮想平面への加圧流体導入部の軸線の正射影像と、この仮想平面へのノズル部材の軸線の正射影像とは、鋭角で交わっていることが好ましい。

更には、上記の各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、第１領域と対向するケーシング部材の先端面は、第１領域の先端面よりもノズル部材の後端部側に位置することが好ましく、この場合、第１領域と対向するケーシング部材の先端面から第１領域の先端面までの距離Ｌ₁として、限定するものではないが、０．１ｍｍ乃至１ｍｍを挙げることができる。

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、スリット部の数（Ｎ）は、使用する液状物質に依存して、また、本発明の固形物製造装置等の使用目的に応じて、適宜、決定すればよく、例えば、１乃至８とすることができる。スリット部の幅として、限定するものではないが、０．０５ｍｍ乃至０．５ｍｍを例示することができる。Ｎ≧２の場合、第１仮想平面にスリット部を正射影したときの正射影像は、対称軸（回転軸）をノズル部材の軸線としたＮ回の回転対称に配置されていることが好ましい。第２隙間部が設けられている場合、スリット部は、第２隙間部に連通していることが望ましいが、連通していなくともよい。複数のスリット部を設ける場合、スリット部の幅（あるいはスリット部の断面積）は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、ケーシング部材及びノズル部材は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、又は、全芳香族ポリイミド樹脂（具体的には、例えば、ベスペル（登録商標））から作製されている形態とすることができる。

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、加圧流体は、空気又は窒素ガスから成る形態とすることができる。

更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、液状物質は、液状の塗料、インク又はコーティング材料である構成とすることができ、この場合、被塗布物上に、塗膜が形成され、あるいは又、インク層が形成され、あるいは又、コーティング材料層が形成される。

塗料として、アクリル系樹脂、スチレン・アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、アクリル・シリコーン系樹脂等の各種塗料用バインダーを水や溶媒に分散、溶解させた樹脂溶液に、二酸化チタン、黒色酸化鉄、ベンガラ、クロムグリーン、カーボンブラック、銅フタロシアニン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、タルク、クレーの無機顔料や有機顔料、及び、分散剤、消泡剤、レベリング剤、増粘剤、成膜助剤、防カビ剤等の添加剤を必要量添加し、混合及び分散させたものを挙げることができる。また、塗料の粘度として、限定するものではないが、５ｍＰａ・ｓ乃至０．１Ｐａ・ｓを挙げることができる。被塗布物として、紙、布、ガラス、プラスチック、木材、金属材料、合金材料、メッシュ状の金属、カーボンから作製された物品、具体的には、例えば、各種建築部材や建築資材、各種樹脂成形品、各種電球やランプ、各種レンズ、自動車ガラス、ドアノブ、エンブレム、各種取手、自動車用ミラーを含む各種ミラーを例示することができる。また、メッキ層を代替することもできる。

インクとして、銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、これらの合金や化合物を含む導電性インク、プリント配線板の製造に用いられる各種レジスト材料（メッキレジスト、ソルダーレジスト、エッチングレジスト）を例示することができる。インクの粘度として、限定するものではないが、５ｍＰａ・ｓ乃至０．１Ｐａ・ｓを挙げることができる。導電性インクによって電極や配線、金属層を形成することができる。即ち、印刷法を代替することができるし、スパッタリング法を代替することもできる。インクが表面に形成された物品として、具体的には、プリント配線板、有機ＥＬ表示装置を例示することができる。インクの厚さとして４ｎｍ乃至５μｍを例示することができる。インクの層は複数層が積層された形態とすることもできる。

コーティング材料として、ハードコート材料や、反射防止膜材料、帯電防止材料、紫外線防止材料、防曇材料を例示することができるし、コーティング材料が表面に形成された物品として、具体的には、透明・高硬度ポリカーボネート樹脂製品等のプラスチック製品、各種ミラー、ガラスやプラスチックから成る透明板状製品、各種レンズを例示することができる。

あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、液状物質は、海水である構成とすることができ、この場合、粒子状あるいは粉末の塩（塩化ナトリウムを主成分とした「しお」であり、例えば、食塩や、ソーダ工業用、融氷雪用、水処理設備の一種の軟化器に使われるイオン交換樹脂の再生等にも使用される）を得ることができる。即ち、このような構成にあっては、固形物の抽出が行われ、あるいは又、液状物質に含まれる水分が瞬時に蒸発し、乾燥が行われる。

あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、液状物質は、塩である構成とすることができる。ここで、「塩」とは、酸に含まれている１以上の解離し得る水素イオンを陽イオンで置換した化合物であり、正塩、酸性塩、塩基性塩を含む。また、単塩、複塩、錯塩が含まれる。このような構成にあっては、固形物の抽出、あるいは、液状物質に含まれる水分や溶媒が瞬時に蒸発し、あるいは、昇華し、乾燥が行われる。

あるいは又、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の固形物製造装置等において、液状物質は、感光性樹脂材料、有機材料、果汁、産業廃棄物（産業廃棄液）、汚水（汚物）、薬剤原料である構成とすることもでき、このような形態にあっても、固形物の抽出、あるいは、液状物質に含まれる水分や溶媒が瞬時に蒸発し、あるいは、昇華し、乾燥が行われる。ここで、液状物質として、広くは、固形物の組成を有する材料（物質）が水や溶媒に分散している形態、溶解している形態を挙げることができる。固形物は、単独で存在する形態を挙げることができるし、あるいは又、例えば、被塗布物等の各種物品の表面に付着した形態あるいは形成された形態を挙げることもできる。

固形物製造装置に供給される液状物質の流量として、限定するものではないが、１リットル／分乃至２０リットル／分を例示することができるし、圧力（ゲージ圧）として０．０５ＭＰａ乃至０．６ＭＰａを例示することができる。液状物質供給口の直径として３ｍｍ乃至１２ｍｍを例示することができるし、液状物質吐出口の直径として０．５ｍｍ乃至１０ｍｍを例示することができる。液状物質吐出口から吐出される液状物質の吐出量及び吐出速度が均一であり、しかも、液状物質吐出口から吐出された液状物質は直ちに微粒子状となるが故に、固形物製造装置から離れても固形物を含む噴出加圧流体の流速の低下が少なく、液状物質吐出口から被塗布物までの距離の制約を受け難い。従って、液状物質吐出口から被塗布物までの距離を長くすることができ、最大距離として１５０ｍｍを例示することができる。尚、従来の噴霧ノズルを用いた場合、噴霧ノズルから吐出された塗料を含む空気の流速の低下が著しく、噴霧ノズルから離れた被塗布物において塗料のダレが生じた。

固形物製造装置と物品を相対的に移動させてもよい。この場合、固形物製造装置を直線的に移動させてもよいし、物品を直線的に移動させてもよいし、固形物製造装置及び物品を直線的に移動させてもよい。固形物製造装置の回転移動は不要である。固形物製造装置と物品との間に、微粒子状の固形物の通過を制御するマスクを配置することで、物品の所望の領域に固形物を形成することができる。また、固形物製造装置からの微粒子状の固形物を、例えば、回転するドラムの表面に衝突させ、ドラムの表面に付着した固形物を掻き取ることで、固形物を得ることもできる。ドラムの表面を加熱状態としてもよい。上述したとおり、液状物質吐出口から被塗布物までの距離を長くすることができるので、例えば、液状物質吐出口から被塗布物までの距離に依存した微粒子状の固形物の質量に基づく分別、分級を行うことも可能である。

実施例１は、本発明の固形物製造装置及び固形物製造設備に関する。図３の矢印Ａ－Ａに沿った実施例１の固形物製造装置の模式的な端面図（任意の方向に延びる第２仮想平面で切断したときの固形物製造装置の模式的な断面図）を図１に示し、図１の矢印Ｂ－Ｂに沿った模式的な端面図を図３に示す。また、図１に示すと同様の実施例１の固形物製造装置の模式的な端面図を図４に示し、図１に示すと同様の実施例１の固形物製造装置の模式的な端面図において、加圧流体や固形物の流れを模式的に図５に示す。更には、実施例１の固形物製造装置を含む実施例１の固形物製造設備の概念図を図６に示す。尚、以下の説明において、ノズル部材の軸線をＸ軸、Ｘ軸に垂直であって、任意の方向に延びる軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な軸線をＺ軸とする。

図１に示すように、実施例１の固形物製造装置２０は、ケーシング部材３０、及び、ケーシング部材３０内に格納されたノズル部材４０から成り、ノズル部材４０の後端部から供給された液状物質（図５において、白抜きの矢印で示す）をノズル部材４０の先端部から吐出し、固形物（図５において、白丸で示す）を得る固形物製造装置である。

そして、ノズル部材４０は、ノズル部材４０の先端部からノズル部材４０の後端部に向かって、第１領域４１、第２領域４２、第３領域４３及び第４領域４４から構成されており、
ノズル部材４０は、
ノズル部材４０（具体的には、ノズル部材４０の中心部）をノズル部材４０の軸線ＡＸに沿って貫通する液状物質流路５０、
液状物質流路５０の後端部に設けられた液状物質供給口５１、及び、
液状物質流路５０の先端部に設けられた液状物質吐出口５２、
を備えている。

また、第１領域４１の外面４１’は円筒形状を有し、第１領域４１と対向するケーシング部材３０の内面３１と、第１領域４１の外面４１’との間には、第１隙間部６１が設けられており、
第３領域４３と対向するケーシング部材３０の内面３３と、第３領域４３の外面４３’との間には、空間部４５が設けられており、
第３領域４３と対向するケーシング部材３０には、空間部４５に連通した加圧流体導入部３５が設けられており、
第４領域４４は、空間部４５を閉塞している。

更には、ノズル部材４０の軸線ＡＸに垂直な第１仮想平面と平行な仮想平面で切断したときの第３領域４３の外面４３’の断面の少なくとも一部は、第２領域４２に向かって縮小しており、
第２領域４２には、ノズル部材４０の軸線ＡＸを含む第２仮想平面に対して平行な仮想平面（便宜上、『第３仮想平面』と呼ぶ）内に含まれたスリット部６３が形成されており（図３参照）、
加圧流体導入部３５から空間部４５に導入された加圧流体は、第３領域４３の外面４３’と衝突して旋回流となり、旋回流となった加圧流体は、スリット部６３から第１隙間部６１を経由して外部に噴出（噴射、吐出）される。

尚、より具体的には、第２領域４２は第１領域側に切頭円錐形状の外面４２’を有し、第２領域４２と対向するケーシング部材３０の内面３２と、第２領域４２の切頭円錐形状の外面４２’との間には、第２隙間部６２が設けられている。また、より具体的には、加圧流体導入部３５から空間部４５に導入された加圧流体は、第３領域４３の外面４３’と衝突して旋回流（図５において、黒い矢印で示す）となり、旋回流となった加圧流体は、第２隙間部６２及びスリット部６３から第１隙間部６１を経由して外部に噴出（噴射、吐出）される。尚、図５において、外部に噴出された噴出加圧流体を矢印及び黒い矢印で示し、液状物質吐出口５２から吐出された微粒子状の固形物を白丸で示す。

円筒形状を有する第１領域４１の外面４１’と、切頭円錐形状を有する第２領域４２の外面４２’とは、繋がっている。第３領域４３の外面４３’の断面の少なくとも一部は、第２領域４２に繋がる部分である。即ち、第３領域４３の外面４３’の断面の縮小した部分は、第２領域に繋がる部分から第４領域に向かって延びている。スリット部６３は、空間部４５と連通し、且つ、第１隙間部６１と連通している。スリット部６３は、第２隙間部６２と連通していてもよいし、第２隙間部６２と連通していなくともよい。スリット部６３は第３仮想平面内に含まれるが、第３仮想平面は第２仮想平面と厳密に平行である必要は無い。第１隙間部６１は、第１領域４１と対向するケーシング部材３０の内面３１と第１領域４１の外面４１’との間の全周に設けられていることが望ましいが、これらの間の一部分に設けられていてもよい。第２隙間部６２は、第２領域４２と対向するケーシング部材３０の内面３２と第２領域４２の外面４２’との間の全周に設けられていることが望ましいが、これらの間の一部分に設けられていてもよい。加圧流体導入部３５は、第２仮想平面内に位置する。切頭円錐形状の外面４２’のノズル部材後端部側の直径をＲ_TC-2、第２領域に繋がった第３領域４３の外面４３’の直径をＲ₃₀としたとき（図４参照）、Ｒ_TC-2とＲ₃₀は、限定するものではないが、０．３≦Ｒ₃₀／Ｒ_TC-2≦０．７を満足することが好ましい。

また、実施例１の固形物製造設備（固形物製造システム）１０は、図６に示すように、
上述した実施例１の固形物製造装置２０、
ノズル部材４０を構成する液状物質供給口５１に液状物質を供給する液状物質供給装置７０（液状物質供給系）、及び、
加圧流体導入部３５に加圧流体を供給する加圧流体供給装置８０（加圧流体供給系）、
を備えている。

実施例１の固形物製造設備１０において、図６に示すように、液状物質供給装置７０は、ポンプ７１、液状物質供給口５１とポンプ７１とを結ぶ配管７２、及び、配管７２の途中に配設された２つのオリフィス７３，７４を備えている。更には、２つのオリフィス７３，７４の間の配管７２には排出管７５が接続されており、排出管７５の途中にはトラップ部７６が設けられており、排出管７５は、圧力調整手段７７を介して系外に繋がっている。

ポンプ７１は、如何なる形式のポンプからも構成することができ、例えば、サーボ機構付きのシリンジポンプを例示することができる。また、トラップ部７６は、液状物質の流量調整のために設けられているし、液状物質に生じる圧力変動、圧力の脈動を吸収するために設けられており、コイル状に巻かれた細管（調圧コイル）から成る。２つのオリフィス７３，７４を設けることで、固形物製造装置２０を移動させたときに固形物製造装置２０内の液状物質に生じた圧力変動、圧力の脈動が液状物質供給系に及ぼす影響を小さくすることができる。圧力調整手段７７は、具体的には、液状物質の圧力調整絞り弁及び排出弁から成る。圧力調整手段７７の上流には圧力計７８が配置されている。

加圧流体供給装置８０は、加圧流体源、加圧流体流量制御装置及び加圧流体圧力制御装置を備えており、具体的には、例えば、加圧流体源８１、精密レギュレータ８２、流量安定アキュムレータ８３、マスフローコントローラ８４、加圧流体流量制御装置８５から構成されており、これらは配管８７で結ばれている。精密レギュレータ８２の下流には圧力計８６が配置されている。加圧流体は、空気又は窒素ガスから成る。配管８７は、加圧流体導入部３５に繋がっている。

実施例１の固形物製造装置において、第１仮想平面と平行な仮想平面（ＹＺ仮想平面）で切断したときの第３領域４３の断面形状は円形であり、第２仮想平面（ＸＹ仮想平面）で切断したときの第３領域４３の外面の断面形状はアーチ状（クラウン状）である。そして、（第３領域４３の断面形状の最大半径）／（第３領域４３の長さ）の値は０．０１乃至０．５であることが好ましく、具体的には、０．２とした。加圧流体導入部３５は、最大半径部分４３”よりもノズル部材４０の後端部側の部分に対応したケーシング部材３０に設けられている。具体的には、加圧流体導入部３５の中心は、最大半径部分４３”よりも、１ｍｍ乃至５ｍｍ、ノズル部材４０の後端部側に位置し、より具体的には、０．５ｍｍノズル部材４０の後端部側に位置する。

第１領域４１と対向するケーシング部材３０の先端面３０Ａは、第１領域４１の先端面４１Ａよりもノズル部材４０の後端部側に位置する。ここで、第１領域４１と対向するケーシング部材３０の先端面３０Ａから第１領域４１の先端面４１Ａまでの距離Ｌ₁を、具体的には、以下の表１のとおりとした。実施例１の固形物製造装置において、スリット部６３の数（Ｎ）を４とし、スリット部６３の幅Ｗ_Slit（図３参照）を、具体的には、以下の表１のとおりとした。第１仮想平面にスリット部６３を正射影したときの正射影像は、対称軸をノズル部材４０の軸線ＡＸとした４回の回転対称に配置されている。ケーシング部材３０及びノズル部材４０を、全芳香族ポリイミド樹脂（具体的には、ベスペル）から、切削加工によって作製した。また、
（Ａ）第１隙間部６１の幅Ｗ₁
（Ｂ）第２隙間部６２の幅Ｗ₂
（Ｃ）第３領域４３の断面形状の最大半径ｒ_max
（Ｄ）第３領域４３と対向するケーシング部材３０の内面の半径ｒ₃₀
（Ｅ）液状物質流路５０の後端部に設けられた液状物質供給口５１の直径Ｒ_in
（Ｆ）液状物質流路５０の先端部に設けられた液状物質吐出口５２の直径Ｒ_out
（Ｇ）加圧流体導入部３５の直径Ｒ_gas
（Ｈ）切頭円錐形状の外面４２’のノズル部材先端部側の直径Ｒ_TC-1
（Ｉ）切頭円錐形状の外面４２’のノズル部材後端部側の直径Ｒ_TC-2
（Ｊ）第２領域に繋がった第３領域４３の外面４３’の直径をＲ₃₀
（Ｋ）ノズル部材４０の軸線ＡＸを含む第２仮想平面と、スリット部６３が設けられた仮想平面（第３仮想平面）との間の距離Ｄ_Slit（図３参照）、
を以下の表１のとおりとした。以上に説明したＬ₁、Ｗ₁ 、Ｗ₂ 、ｒ_max 、ｒ₃₀、Ｒ_in、Ｒ_out 、Ｒ_gas 、Ｒ_TC-1、Ｒ_TC-2及びＲ₃₀に関しては、図４を参照のこと。

〈表１〉
Ｌ₁ ：０．５ｍｍ
Ｗ_Slit：０．３ｍｍ
Ｄ_Slit：０．５ｍｍ
Ｗ₁ ：０．１ｍｍ
Ｗ₂ ：０．１ｍｍ
ｒ_max ：２５２ｍｍ
ｒ₃₀ ：４．２ｍｍ
Ｒ_in ：１．０ｍｍ
Ｒ_out ：２．０ｍｍ
Ｒ_gas ：２．４ｍｍ
Ｒ_TC-1：３．２ｍｍ
Ｒ_TC-2：７．０ｍｍ
Ｒ₃₀ ：４．０ｍｍ

実施例１においては、液状物質を液状の塗料とした。また、被塗布物として紙を用いた。第１領域４１の先端面４１Ａから被塗布物までの平均距離を１５０ｍｍとした。液状物質及び加圧流体の流量及び圧力（ゲージ圧であり、以下においても同様）を表２のとおりとした。

〈表２〉
液状物質の流量：１ｃｃ／分
液状物質の圧力：０．１ＭＰａ
加圧流体の流量：１×１０^-3ノルマルｍ³／分
加圧流体の圧力：０．２ＭＰａ

紙の表面に形成された塗膜は、均一な厚さを有し、塗膜にムラは生じなかった。また、旋回流となった噴出加圧流体は、全体としてみた場合、余り広がらず、一種、棒状の流れとなるので、固形物は均一な流れとなり、被塗布物の表面に凹凸部がある場合であっても、凹凸部を均一に被覆することができ、被塗布物の段差部に、固形物の一種のダレや溜まりが生じることはなかった。

液状物質をインクとした。具体的には、銀（Ａｇ）から成る導電性インク（溶剤：テトラデカン）を使用して、被塗布物としてプラスチックシートを用いた。第１領域４１の先端面４１Ａから被塗布物までの平均距離を１５０ｍｍとした。液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を上記の表２と同様とした。

インク層が表面に形成された被塗布物の電子顕微鏡写真を図７Ａに示し、インク層が表面に形成された被塗布物断面の電子顕微鏡写真を図７Ｂに示すが、被塗布物の表面に形成された銀粒子から成るインク層は、均一な厚さを有し、インク層にムラは生じなかった。また、旋回流となった噴出加圧流体は、全体としてみた場合、余り広がらず、一種、棒状の流れとなるので、固形物は均一な流れとなり、被塗布物の表面に凹凸部がある場合であっても、凹凸部を均一に被覆することができ、被塗布物の段差部に、固形物の一種のダレや溜まりが生じることはなかった。

液状物質をコーティング材料とした。具体的には、反射防止膜材料を使用して、被塗布物としてプラスチックから成る透明板状製品（プラスチック板）を用いた。第１領域４１の先端面４１Ａから被塗布物までの平均距離を１５０ｍｍとした。液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を上記の表２と同様とした。

被塗布物の表面に形成されたコーティング材料は、均一な厚さを有し、コーティング材料にムラは生じなかった。また、旋回流となった噴出加圧流体は、全体としてみた場合、余り広がらず、一種、棒状の流れとなるので、固形物は均一な流れとなり、被塗布物の表面に凹凸部がある場合であっても、凹凸部を均一に被覆することができ、被塗布物の段差部に、固形物の一種のダレや溜まりが生じることはなかった。

液状物質を海水とした。具体的には、高濃度の塩水（濃度：４質量％）を使用した。そして、液状物質吐出口５２から２ｍ離れた所にステンレス鋼板を配置した。液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を以下の表３のとおりとした。

〈表３〉
液状物質の流量：１．０リットル／分
液状物質の圧力：０．１ＭＰａ
加圧流体の流量：１×１０^-2ノルマルｍ³／分
加圧流体の圧力：０．４ＭＰａ

ステンレス鋼板に衝突して得られた塩（しお）は、微粒子状の結晶体であり、乾燥していた。

液状物質を塩とした。具体的には、クエン酸塩を使用した。そして、液状物質吐出口５２から２ｍ離れた所にステンレス鋼板を配置した。液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を上記の表３と同様とした。

ステンレス鋼板に衝突して得られたクエン酸塩は、一種の膜状となり、微粒子の集合体であり、乾燥していた。

実施例１の固形物製造装置にあっては、スリット部が形成されているので、外部に噴出（噴射、吐出）される加圧流体（噴出加圧流体）は旋回流となり、しかも、噴出加圧流体によって、液状物質吐出口の近傍の空間は減圧状態あるいは真空状態となる。尚、噴出加圧流体を旋回流にすることで、より効率良く、液状物質吐出口の近傍の空間を減圧状態あるいは真空状態にすることができる。そして、以上の結果として、液状物質吐出口から吐出された液状物質は、旋回流となった噴出加圧流体と混合され、液状物質に含まれる水分や溶媒が直ちに蒸発し、あるいは、昇華し、乾燥され、液状物質の組成の一部を有する微粒子状の固形物を容易に得ることができるし、固形物の抽出や固液分離を容易に行うことができる。また、旋回流となった噴出加圧流体は、全体としてみた場合、余り広がらず、一種、棒状（筒状）の流れとなり、固形物は均一な流れとなり、ドーナッツ状の流れとはならないので、例えば、噴出加圧流体に搬送されて被塗布物等の物品と固形物が衝突したとき、物品の表面に均一な厚さの固形物を得ることができる。更には、液状物質及び加圧流体の流量及び圧力を制御することで、液状物質吐出口から吐出される液状物質は均一・均質な微粒子状となり得るが故に、ミクロン・オーダーでの固形物の厚さ等の物理量や物理的状態の制御を容易に行うことができる。

しかも、例えば、物品の表面に均一な厚さの固形物を形成することができるが故に、固形物製造装置の複雑な移動、固形物製造装置と物品との相対的な複雑な移動は不要である。従って、固形物製造装置全体の簡素化を図ることができるし、汎用のロボット等に容易に取り付けることができるし、固形物製造装置の適用範囲の拡大を図ることができる。また、大気中での操作を行うことができるので、高価で特別な真空設備が不要であり、固形物製造装置の製造コストの削減、固形物の製造コストの低減を図ることができる。更には、液状物質吐出口から吐出された液状物質は、微粒子状となり、物品と衝突するので、物品の段差部等において固形物がだれるといった現象が発生し難い。固形物を得るために、乾燥における熱源や乾燥設備は、原則、不要である。

しかも、液状物質の利用効率が高い。例えば、従来のスプレー装置を使用した場合と比較して塗料の使用量を約１／２とすることができた。例えば、塗料において、顔料や添加物の粒径等に制限、制約は余り無いし、使用する溶剤の制限も余り無い。幅広い厚さ範囲（例えば、０．１μｍ乃至１００μｍ）の固形物の形成が可能であるし、固形物製造装置と物品との相対的な移動速度を１ｍｍ／秒乃至５００ｍｍ／秒とすることが可能である。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した固形物製造装置、固形物製造設備の構成、構造は例示であり、適宜、変更することができるし、使用した液状物質、得られた固形物、固形物を得るための固形物製造装置の運転条件等も例示であり、適宜、変更することができる。図３の矢印Ａ－Ａに沿った本発明の固形物製造装置の変形例の模式的な端面図を図２に示すように、ノズル部材の第３領域４３とノズル部材の第２領域４２の境界近傍のノズル部材の第３領域４３の部分、及び／又は、ノズル部材の第３領域４３とノズル部材の第４領域４４の境界近傍のノズル部材の第３領域４３の部分に、旋回流の流れの制御のための凹部４３ａを形成してもよい。

１０・・・固形物製造設備（固形物製造システム）、２０・・・固形物製造装置、３０・・・ケーシング部材、３０Ａ・・・ケーシング部材の先端面、３１・・・第１領域と対向するケーシング部材の内面、３２・・・第２領域と対向するケーシング部材の内面、３３・・・第３領域と対向するケーシング部材の内面、３５・・・加圧流体導入部、４０・・・ノズル部材、４１・・・ノズル部材の第１領域、４１’・・・第１領域の外面、４１Ａ・・・第１領域の先端面、４２・・・ノズル部材の第２領域、４２’・・・切頭円錐形状の外面、４３・・・ノズル部材の第３領域、４３’・・・第３領域の外面、４３”・・・最大半径部分、４３ａ・・・凹部、４４・・・ノズル部材の第４領域、４５・・・空間部、５０・・・液状物質流路、５１・・・液状物質供給口、５２・・・液状物質吐出口、６１・・・第１隙間部、６２・・・第２隙間部、６３・・・スリット部、７０・・・液状物質供給装置、７１・・・ポンプ、７２・・・配管、７３，７４・・・オリフィス、７５・・・排出管、７６・・・トラップ部、７７・・・圧力調整手段、７８・・・圧力計、８０・・・加圧流体供給装置、８１・・・加圧流体源、８２・・・精密レギュレータ、８３・・・流量安定アキュムレータ、８４・・・マスフローコントローラ、８５・・・加圧流体流量制御装置、８６・・・圧力計、８７・・・配管、ＡＸ・・・ノズル部材の軸線

Claims

ケーシング部材、及び、ケーシング部材内に格納されたノズル部材から成り、ノズル部材の後端部から供給された液状物質をノズル部材の先端部から吐出し、固形物を得る固形物製造装置であって、
ノズル部材は、ノズル部材の先端部からノズル部材の後端部に向かって、第１領域、第２領域、第３領域及び第４領域から構成されており、
ノズル部材は、
ノズル部材をノズル部材の軸線に沿って貫通する液状物質流路、
液状物質流路の後端部に設けられた液状物質供給口、及び、
液状物質流路の先端部に設けられた液状物質吐出口、
を備えており、
第１領域において、ノズル部材の外面は円筒形状を有し、第１領域と対向するケーシング部材の内面と、第１領域の外面との間には、第１隙間部が設けられており、
第２領域において、
（１）ノズル部材の外面は第１領域側に切頭円錐形状を有し、第２領域と対向するケーシング部材の内面と、第２領域の切頭円錐形状の外面全周との間に、第２隙間部が設けられ、
（２）ノズル部材の軸線を含む第２仮想平面に対して平行な仮想平面内に含まれたスリット部がノズル部材の軸線から所定距離離れて形成され、
第３領域において、
（１）ノズル部材の外面と対向するケーシング部材の内面との間に空間部が設けられ、
（２）ノズル部材の軸線に垂直な第１仮想平面と平行な仮想平面で切断したときの外面の断面形状は円形で、かつ第２仮想平面で切断したときの外面の断面形状は、円形の最大半径部から第２領域及び第４領域に向かって滑らかに縮小するアーチ状であり、
（３）円形の最大半径部よりも第４領域側の部分に対応した位置のケーシング部材に空間部に連通した加圧流体導入部が設けられ、
第４領域は、空間部を閉塞しており、
加圧流体導入部から空間部に導入された加圧流体は、第３領域のアーチ状の外面と衝突して第２領域に向かい、スリット部を通過して旋回流となって第２隙間部及び第１隙間部を経由して外部に噴出され、
噴出加圧流体の旋回流により、液状物質吐出口の近傍で少なくとも減圧状態が形成され、減圧状態下で液状物質吐出口から吐出された液状物質が、噴出加圧流体の旋回流と混合して微粒化されて、微粒化された液状物質から水分、溶媒が分離除去されて固形物が生成されることを特徴とする固形物製造装置。
（第３領域の断面形状の最大半径）／（第３領域の長さ）の値は０．０１乃至０．１である請求項１に記載の固形物製造装置。
加圧流体導入部の中心は、第３領域の円形の最大半径部よりも、１ｍｍ乃至５ｍｍ、第４領域側に位置する請求項１に記載の固形物製造装置。
第１領域と対向するケーシング部材の先端面は、第１領域の先端面よりもノズル部材の後端部側に位置する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
スリット部の数は１乃至８である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
ケーシング部材及びノズル部材は、ステンレス鋼、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、又は、全芳香族ポリイミド樹脂から作製されている請求項１乃至請求項５のいずれか１項
に記載の固形物製造装置。
加圧流体は、空気又は窒素ガスから成る請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
液状物質は、液状の塗料、インク又はコーティング材料である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
液状物質は、海水である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
液状物質は、塩を含む請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の固形物製造装置。
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の固形物製造装置、
ノズル部材を構成する液状物質供給口に液状物質を供給する液状物質供給装置、及び、
加圧流体導入部に加圧流体を供給する加圧流体供給装置、
を備えている固形物製造設備。
液状物質供給装置は、ポンプ、液状物質供給口とポンプとを結ぶ配管、及び、配管の途中に配設された２つのオリフィスを備えている請求項１１に記載の固形物製造設備。
２つのオリフィスの間の配管には、排出管が接続されており、
排出管の途中にはトラップ部が設けられており、
排出管は、圧力調整手段を介して系外に繋がっている請求項１２に記載の固形物製造設備。
加圧流体供給装置は、加圧流体源、加圧流体流量制御装置及び加圧流体圧力制御装置を備えている請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の固形物製造設備。