JPH10192672A - 微粒化方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルを交換することなく微粒化効果を調整
することのできる微粒化方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 密閉容器３の流路入口１から導入された
微粒化すべき素材を含む高圧流体は、可動軸４内に設け
られた複数のノズル列５に分岐されることによって複数
の高速流に変換され、その高速流は、密閉容器３内壁と
可動軸４との間に隙間を形成している衝突用通路６内に
噴射され、その壁面と衝突して微粒化が行われる。上記
可動軸４は、衝突用通路６が形成されている部分を除い
ては密閉容器３内壁と接触しているため、ノズル５ｂの
出口が衝突用通路６の範囲から外れるとその出口が遮断
される。それにより、可動軸４を密閉容器３内で進退さ
せれば、衝突させようとする流体の圧力を調整すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種素材を微粒化す
るための方法及びその装置に関し、より詳しくは、素材
を懸濁した液体を超高圧で衝突させることにより、瞬間
的に乳化、分散、微粉砕等を行う微粒化方法及びその装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧を利用して物質の微粒化を行
う装置としては、一般的に二液衝突式の微粒化装置、例
えば特開平2 −261525号公報に記載の乳化装置が知られ
ている。

【０００３】この乳化装置は、図７に示すように、被処
理液流路を硬質のプレート材からなる２枚のライナー部
材６０，６１によって閉塞し、流入側のライナー部材６
０には、２つの貫通孔６０ａ，６０ｂを形成するととも
に各貫通孔出口を溝状通路６０ｃで連通させ、また、ラ
イナー部材６０と密着配置されたライナー部材６１に
は、溝状通路６０ｃと直交する方向に溝状通路６１ｃを
所定長さ形成するとともに、その各端部には混合液を排
出するための貫通孔６１ａ，６１ｂが形成されている。
上記溝状通路６１ｃはノズルとして機能し、これらのラ
イナー部材６０，６１内に高圧の被処理液を導入するこ
とにより、被処理液の流れを強制的に対向流として加速
させ、二液の流れを衝突させて乳化を行うようになって
いる。

【０００４】上記二液衝突式の装置では、狭間路で構成
されている流路の断面形状が固定されているため、微粒
化効果を調整する場合には、流体を加圧するための動力
源側の能力を調整するか、または使用するノズルを、異
なる断面形状からなる別のノズルに交換していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、動力源
側を調整する方法では、加圧装置の機構が複雑となりコ
スト高になるという問題がある。一方、ノズルを交換す
る場合には、多数の交換用ノズルを準備しなければなら
ず、また交換作業も煩雑になるという問題がある。ま
た、弁と弁座バルブの間隙をノズルとして利用するバル
ブ式ノズルも検討されてはいるが、この方式では、間隙
に高圧流体を通過させ高速流を発生させる構造は極めて
複雑となり、装置が大型化するという不都合が生じる。
加えて、微小流量であって超高圧という運転条件や耐久
性を満足する仕様も確立されていない。

【０００６】本発明は以上のような従来の微粒化装置に
おける課題を考慮してなされたものであり、ノズルを交
換することなく微粒化効果を調整することのできる微粒
化方法及びその装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の微粒化方法は、
流路入口及び流路出口を有する密閉容器内に、微粒化す
べき素材を含む高圧流体を導入し、その流れを複数のノ
ズルに分岐導入して高速流を形成し、該高速流を固定面
に衝突させることによって微粒化する微粒化方法におい
て、ノズルの全部若しくは一部に対し高圧流体を導入す
ることにより、衝突させようとする高圧流体の流量を調
整して所望の流体圧力を得ることを要旨とする。

【０００８】本発明の微粒化装置は、筒穴状の中空室及
び該中空室と連通する流路入口及び流路出口を備えた密
閉容器と、中空室内壁と摺動しつつその中空室内を移動
し得る軸体と、軸体を移動させるための軸体移動手段
と、該軸体内にその外周面に向けて設けられ、軸体内に
流入された微粒化すべき素材を含む高圧流体を軸体の長
さ方向に並んだ状態で分岐させて高速流を形成する複数
のノズルと、軸体との摺動面の一部に隙間を形成し且つ
流路出口と連通するように中空室内壁に凹設され、軸体
の移動に応じて複数のノズルの一部の出口または全部の
出口と連通する衝突用通路と、を備えてなることを要旨
とする。

【０００９】上記微粒化装置において、複数のノズル
は、軸体の中心軸に形成された単一の深孔から分岐して
形成することが好ましい。また、それら複数のノズルの
配列は、軸体の長さ方向において等間隔に整列させても
よく、また不規則に配列してもよい。なお、流体を超高
速で衝突させるには、微粒化装置に導入する流体を10〜
300MPaに加圧することが好ましい。

【００１０】また、軸体移動手段の一例としては手動式
のハンドルが示されるが、これに限らず、周波数制御に
よる駆動するステッピングモータを用いて流量調整を自
動制御することもでき、また電気的または機械的に遠隔
制御することもできる。

【００１１】上記微粒化装置において、軸体の材質、ノ
ズルから噴射される高圧流体が衝突する衝突用通路の材
質は、それぞれ硬質材料から構成することが好ましく、
その硬質材料の一例としては、セラミックス，超硬合
金，ダイヤモンド等の耐摩耗性部材が示される。

【００１２】本発明において微粒化すべき素材を含む流
体とは、液体または粉体からなる素材を含む液状流体を
示し、素材として液体を選択する場合は乳化が行われ、
粉体を選択する場合は分散，微粉砕が行われる。乳化に
おいては、各種疎水物の水中での微小液滴化、各種親水
物の油中での微小液滴化等が示され、分散においては微
粒子の金属酸化物，その他無機顔料，有機顔料等の液中
での凝集解砕が示され、微粉砕においては金属酸化物，
その他無機顔料，有機顔料等の液中での単粒子の微小化
が示される。

【００１３】本発明に従えば、密閉容器の流路入口から
導入された微粒化すべき素材を含む高圧流体は、軸体内
に設けられた複数のノズルに分岐導入されることによっ
て複数の高速流に変換され、各ノズルを通過した各高速
流は、密閉容器内壁と軸体との間に形成されている衝突
用通路内にそれぞれ噴射され、衝突用通路の内壁と衝突
し、その衝撃波等によって微粒化が行われた後、合流し
て流路出口から排出される。上記軸体は、衝突用通路が
形成されている範囲を除いては密閉容器内壁と接触して
いるため、軸体が移動するにつれてノズルの出口がその
衝突用通路の範囲から外れると、その外れた部分のノズ
ル出口は密閉容器内壁によって遮断されることになり、
有効なノズル数が減少する。それにより、導入される高
圧流体の圧力が一定の下では、衝突用通路の範囲内にあ
るノズルを通過する流体の圧力は増加する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の微粒
化方法に使用する微粒化装置の一具体例を示したもので
ある。同図において、微粒化装置ＦＡは、筒孔状の中空
室及びその中空室と連通する流路入口１及び流路出口２
を備えた有底筒状の密閉容器３から構成されており、そ
の密閉容器３の開口側端部には、密閉容器３の中空室内
壁と摺動しつつその中空室内を移動する軸体としての可
動軸４が螺合されている。この可動軸４内には、流路入
口１から流入された微粒化すべき素材を含む高圧流体を
分岐させて高速流を形成するための複数のノズルとして
のノズル列５が形成されている。

【００１５】上記密閉容器３の中空室内壁において、可
動軸４が摺動する摺動面の一部には、可動軸４との間に
隙間が形成されるように浅溝状の衝突用通路６が凹設さ
れている。この衝突用通路６は、環状の通路７を介して
流路出口２と連通している。これら衝突用通路６と環状
の通路７を除いては、密閉容器３の中空室内壁と可動軸
４の外壁とは液密状態で接触しているため、可動軸４が
密閉容器３の軸方向に移動すれば、ノズル列５は、その
出口の一部または全部が衝突用通路６と連通する。すな
わち、ノズル列５を通過する流体の流量を調整すること
ができるようになっている。

【００１６】上記ノズル列５の各ノズル５ａは、図２に
示すように、可動軸４の中心軸に形成された単一の深孔
５ａから、可動軸４と直交する方向に向けて４本十字状
に形成されており、深孔５ａの深さ方向（軸体４の長さ
方向）に等間隔に配列されている。

【００１７】また、図１において可動軸４の先端側に
は、中空室の一部であり可動軸４の移動代に相当する逃
げ部８ａが設けられている。この逃げ部８ａは密閉容器
３に対して螺合されるグランドケース８の中心軸に形成
されている。なお、この逃げ部８ａの底面８ｂに可動軸
４の前面４ａが当接した状態では、ノズル列５の最も後
側のノズル５ｂのみが衝突用通路６と連通することにな
る。

【００１８】上記グランドケース８の中心軸には雌ねじ
部が形成されており、カラー９を装着した高圧パイプ１
０を貫通させた状態のグランドナット１１をグランドケ
ース８に螺合させれば、高圧パイプ１０の先端部を、貫
通孔８ｃに接続することができ、それにより、高圧パイ
プ１０から逃げ部８ａまでを連通させることができる。
なお、上記グランドケース８及びグランドナット１１は
流路入口１とみなすことができる。

【００１９】なお、可動軸４の後端には、手動で回転さ
せることにより、密閉容器３内でその可動軸４を進退さ
せることができる軸体移動手段としてのハンドル１２が
備えられている。また、図１中、符号１３，１４はＯリ
ングからなるシールであり、１５は緩み止めナットであ
る。次に、上記構成を有する微粒化装置ＦＡ₁ の動作を
図３を交えて説明する。なお、同図において、紙面に対
して直角方向の流れＦ₂ については省略している。

【００２０】微粒化すべき素材を含む高圧流体が、高圧
パイプ１０から密閉容器３の逃げ部８ａ内に流れると、
その逃げ部８ａ内で乱流状態が形成され、乱流となった
流体は深孔５ａ内に導入される（流れＦ₁ 参照）。深孔
５ａ内に導入された流体は、隘路からなるノズル５ｂ内
に強制的に導入されることによって高速流Ｆ₂ に変換さ
れ、可動軸４と直交する４方向であって且つ外向きに高
速噴射される。各ノズル孔５ｂから高速噴射された流体
は、それぞれ衝突用通路６の内壁６ａと衝突して混合さ
れ、環状の通路７内に流れ込み（流れＦ₃ 参照）、回転
軸４の胴部に沿って流れ（流れＦ₄ 参照）、合流して流
路出口２から排出される（流れＦ₅ 参照）。

【００２１】微粒化処理を行うにあたり、可動軸４を右
廻りに回転させると、可動軸４の先端部は逃げ部８ａ内
に進出し、衝突用通路６が形成されている範囲から外れ
たノズル５の出口は、密閉容器３の中空室内壁と接触す
ることになり閉塞される。それにより、流体の流量が減
少し、有効なノズル５ｂを通過する流体の圧力は増加す
る。

【００２２】これとは逆に、可動軸４を左廻りに回転さ
せて、逃げ部８ａから後退させると、衝突用通路６が形
成されている範囲内に位置し得るノズル５ｂの数が増加
し、それにより、流体の流量が増加し、ノズル５ｂを通
過する流体の圧力は減少する。従って、可動軸４を密閉
容器３内で進退させることにより、衝突させようとする
流体の圧力を調整することが可能になる。

【００２３】図４は上記した可動軸４の他の実施形態を
示したものである。なお、図２及び図３と同じ構成要素
については同一符号を付してその説明を省略する。図４
に示すノズル列５´は、可動軸４の中心軸に形成された
単一の深孔５ａ´と、その深孔５ａ´から可動軸４と直
交する方向に向けて、且つ深孔５ａ´の深さ方向に沿っ
て不規則な間隔で配列された複数のノズル５ｂ´とから
構成されている。このような構成のノズル列５´を有す
る可動軸４を用いれば、図５に示すように、衝突に至る
までの流体経路において、流体の流れＦ₁ ，Ｆ₂ が層流
となり得ず、流体の微粒化効果を促進することができ
る。

【００２４】なお、上記したノズル列５の各ノズル５ｂ
は、上記した実施形態の４本に限らず、それ以上または
それ以下であってもよい。ただし、その場合、各ノズル
５ｂは可動軸４の胴部周面上において等間隔に割り付け
ることが好ましい。また、上記したノズル列５´の各ノ
ズル５ｂ´は、可動軸４の長さ方向における配置は任意
であるが、可動軸４の胴部周面上においては等間隔に割
り付けることが好ましい。

【００２５】次に、上記微粒化装置ＦＡ周辺の構成につ
いて説明すると、微粒化処理は、水系流体と油系流体を
それぞれ別に引き込んで合流させることにより混合液
（微粒化すべき素材を含む流体）とし、その混合液の流
量を調整した後、微粒化装置ＦＡに圧送し、その微粒化
装置内で乳化、分散、微粉砕または滅菌を行うようにな
っている。

【００２６】具体的には、図６に示すように、微粒化シ
ステムＦＳは水系流体を貯留するための容器５０と油系
流体を貯留するための容器５１とを備えており、これら
の容器５０，５１内の各流体は、弁５０ａ，５１ａにて
それぞれ流量が調節され、配管５２で合流され、加圧ポ
ンプＶＰの吸入口に供給されるようになっている。加圧
ポンプＶＰは、混合液を100 〜150MPaに加圧して高圧流
とし、微粒化装置ＦＡに導入するようになっている。

【００２７】この微粒化システムＦＳにおいては、微粒
化効率を高めることができる上、原料液の比率を調整す
ることができるため、撹拌設備を必要とせずに所定の混
合比率にて微粒化された均一粒子が得られる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明の微粒化装置を用いて乳化を行
った結果を以下に示す。なお、撹拌機（日本精機製作所
製）及び高圧ホモジナイザー（日本精機製作所製）を用
い、同じ条件にて実験した結果を比較例として示す。測
定装置：島津製作所( 株) 製レーザー回折式粒度分布測
定装置 SALD-2000A評価方法：メジアン径の大小で評価
を行う。

【００２９】 乳化実験 (1) 試料内容：大豆油（関東化学( 株) ） …１０wt％ 大豆製レシチン（関東化学( 株) ） …０．５wt％ 純水 …８９．５wt％ (2) 前処理：大豆油を所定量秤取り、さらに大豆レシチンを所定量添加し 豆油に大豆レシチンを溶解させる。 秤量しておいた純水に上記を加え、卓上型撹拌機（日本精 機製ＡＭ−９）にて5000r.p.m で１分間予備乳化させる。 予備乳化品メジアン径：２６．７２μｍ

【００３０】

【表１】

【００３１】以上の実験結果より、本発明装置によれ
ば、従来の撹拌機や高圧ホモジナイザーよりも微粒化効
果を高められることが確認され、粒度分布幅が狭い均質
な微粒化が達成された。

【００３２】また、本発明は、乳脂肪の微粒化，香料の
分散等を行う食品分野に、脂肪乳剤の調整，細胞破砕，
滅菌等を行う医薬品分野に、乳液の調整，顔料の分散等
を行う化粧品分野に、各種乳化重合製品の製造，有機顔
料の粉砕等を行う化学品分野、或いはその他の新素材開
発研究分野にそれぞれ適用することができる。

【００３３】また、本発明の微粒化装置は簡単に分解す
ることができるため、洗浄、清掃、滅菌が必要とされる
ような例えば上記食品分野、化学薬品分野において好適
に実施することができる。また、超微粒化により得られ
る滅菌効果は、食品、医薬品分野への適用において有益
となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、ノズルを交換することなく、衝突させ
ようとする流体の流量を変化させることが可能になるた
め、微粒化効果を調整することができるという長所を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粒化装置の一実施形態を示す正
面縦断面図である。

【図２】図１に示す分岐通路の構成を示す拡大図であ
る。

【図３】図２における流体の流れを示す説明図である。

【図４】分岐通路の他の実施形態を示す図２相当図であ
る。

【図５】図４における流体の流れを示す図３相当図であ
る。

【図６】本発明の微粒化装置の周辺設備を示すブロック
図である。

【図７】従来の二液衝突式微粒化装置の構成を示す説明
図である。

【符号の説明】

ＦＡ 微粒化装置 １ 流路入口 ２ 流路出口 ３ 密閉容器 ４ 可動軸 ５ ノズル列 ５ｂ ノズル ６ 衝突用通路 ７ 環状の通路 ８ グランドケース １０ 高圧パイプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流路入口及び流路出口を有する密閉容器
   内に、微粒化すべき素材を含む高圧流体を導入し、その
   流れを複数のノズルに分岐導入して高速流を形成し、該
   高速流を固定面に衝突させることによって微粒化する微
   粒化方法において、 前記ノズルの全部若しくは一部に対し前記高圧流体を導
   入することにより、衝突させようとする前記高圧流体の
   流量を調整して所望の流体圧力を得ることを特徴とする
   微粒化方法。
2. 【請求項２】 筒穴状の中空室及び該中空室と連通する
   流路入口及び流路出口を備えた密閉容器と、 前記中空室内壁と摺動しつつその中空室内を移動し得る
   軸体と、 前記軸体を移動させるための軸体移動手段と、 該軸体内にその外周面に向けて設けられ、前記軸体内に
   流入された微粒化すべき素材を含む高圧流体を前記軸体
   の長さ方向に並んだ状態で分岐させて高速流を形成する
   複数のノズルと、 前記軸体との摺動面の一部に隙間を形成し、且つ前記流
   路出口と連通するように前記中空室内壁に凹設され、前
   記軸体の移動に応じて前記複数のノズルの一部の出口ま
   たは全部の出口と連通する流体衝突用通路と、 を備えてなることを特徴とする微粒化装置。
3. 【請求項３】 前記複数のノズルは、前記軸体の中心軸
   に形成された単一の深孔から分岐して形成される請求項
   ２記載の微粒化装置。
4. 【請求項４】 前記ノズルの配列が、前記軸体の長さ方
   向において整列または不規則である請求項２または３に
   記載の微粒化装置。