JPH11201029A

JPH11201029A - 高圧供給装置

Info

Publication number: JPH11201029A
Application number: JP745198A
Authority: JP
Inventors: Atsumi Ikeda; 篤海池田; Hiroshi Kato; 寛加藤; Hidetaka Miyazaki; 英孝宮崎; Hiroyuki Kono; 博之河野
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1998-01-19
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】プランジャーポンプを使用した、高度な耐久性
を有するスラリーの高圧供給装置を提供する。【解決手段】室内が変位性の隔膜２によって２つの隔室
（Ａ）及び（Ｂ）に分割された耐圧容器１の、隔室
（Ａ）に圧力媒体３を供給するためのプランジャーポン
プ４が、隔室（Ｂ）に該隔室（Ｂ）からのスラリーの逆
流を止める逆止弁５を介してスラリーを供給するための
低圧ポンプ６がそれぞれ接続され、上記隔室（Ｂ）に
は、スラリーの高圧取出口７が設けられ、且つ上記変位
性の隔膜の変位によって隔室（Ａ）が採り得る最大容積
と最小容積との差の容積を、プランジャーポンプの１ス
トロークの容積より１０倍以上、好ましくは１００倍以
上大きくした高圧供給装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラリーの新規な
高圧供給装置に関する。詳しくは、プランジャーポンプ
を使用した、高度な耐久性を有するスラリーの高圧供給
装置である。

【０００２】

【従来の技術】塗料、顔料、インキ、医薬品、感光材
料、磁気記録媒体、研磨剤等の製造において、それぞれ
の用途に対応した機能を有する固体粒子を溶媒に分散さ
せたスラリーが使用される。例えば、研磨剤において
は、シリカ、窒化珪素等の研磨用固体粒子を所望のｐＨ
の水に分散したスラリーが調製される。かかるスラリー
中の該固体粒子を均一に分散せしめるために各種の分散
装置が用いられている。

【０００３】上記分散装置としては、各種のボールミ
ル、サンドグラインダー、ホモジナイザー、コロイドミ
ル、高せん断ミキサー、超音波分散装置等が知られてい
るが、そのうち、スラリーを高圧で衝突せしめるか或い
はオリフィスを通過させることによって該固体粒子を液
体中に均一分散せしめる分散装置（以下、高圧ホモジナ
イザーともいう）は、他の機種に比べて固体粒子分散液
の製造において優れた分散能力を示し、また、ボールミ
ル等の分散装置に比べて装置からのコンタミが極めて少
ないという特徴があり、好適に使用される。

【０００４】上記高圧ホモジナイザーにおいて、スラリ
ーを高圧で供給する高圧供給装置としては、高圧ポンプ
として、プランジャーポンプが一般に使用され、該スラ
リーを３００〜２５００ｋｇ／ｃｍ２の高圧に加圧して
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記プ
ランジャーポンプによってスラリーを高圧で供給する手
段においては、長期の連続運転を行おうとした場合に、
種々の問題が発生する。即ち、プランジャーポンプは、
３００〜２５００ｋｇ／ｃｍ２という高圧で動作させる
ために、プランジャーが１秒間に数回の割合で往復運動
を行うが、そのときスラリー中の固体粒子がプランジャ
ーの摺動部に噛み込み、そのシール部材が摩耗して液漏
れを起こし易く、場合によっては、この摩耗はプランジ
ャー自身にまでにも及ぶという問題を有する。

【０００６】また、上記プランジャーポンプは、プラン
ジャー一本に対して供給側と排出側にそれぞれ一つずつ
逆支弁を有しており、長期の運転において、上記固体粒
子の影響により、この逆支弁のシール性が劣化すること
も多い。

【０００７】上記のような問題点を解決するために、特
開平３−８９９３０号や特開平６−３３０８６０号に
は、スラリーとプランジャーのシール部材とが接触しな
いように、個々のプランジャーとスラリーが通過するポ
ンプ室との間に伸縮性の隔膜を設けた構造のものが提案
されている。かかる構造は、従来から提案されている膜
ポンプと呼ばれる構成のポンプを応用したものである
が、プランジャーの往復回数だけいわゆる伸縮性の隔膜
も作動しなければならず、長期運転においては隔膜の劣
化が著しいという問題を有し、実用化には至っていない
のが現状である。

【０００８】したがって、本発明の目的は、長期の連続
運転においても安定に作動することが可能なスラリーの
高圧供給装置を提案することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、特定の容量
を有する耐圧容器を変位性の隔膜によって２室に分割
し、分割された一方の室には、逆止弁を介して低圧ポン
プを接続すると共に取出口を設け、該低圧ポンプよりス
ラリーを供給する如く構成し、他方の室には、プランジ
ャーポンプを接続し、固体粒子を含まない圧力媒体を供
給する如く構成し、該低圧ポンプにより耐圧容器に供給
されたスラリーをプランジャーポンプから耐圧容器に供
給される圧力媒体により変位性の隔膜を介して伝達され
る圧力により、前記取出口から高圧で取り出せるように
することにより、プランジャー部と被分散液の接触を避
け、且つ該変位性の隔膜と逆止弁の作動回数を低減で
き、長期間安定してスラリーを高圧で供給できる高圧供
給装置が得られることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【００１０】以下、本発明の代表的な態様を示す図１に
よって説明する。

【００１１】本発明のスラリーの高圧供給装置は、室内
が変位性の隔膜２によって２つの隔室（Ａ）及び（Ｂ）
に分割された耐圧容器１の、隔室（Ａ）に圧力媒体３を
供給するためのプランジャーポンプ４が、隔室（Ｂ）に
該隔室（Ｂ）からのスラリーの逆流を止める逆止弁５を
介してスラリーを供給するための低圧ポンプ６がそれぞ
れ接続され、上記隔室（Ｂ）には、スラリーの高圧取出
口７が設けられ、且つ上記変位性の隔膜の変位によって
隔室（Ａ）が採り得る最大容積と最小容積との差の容積
を、プランジャーポンプの１ストロークの容積より１０
倍以上大きくしたことを特徴とするものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、耐圧容器１は、
プランジャーポンプにより該容器にかかる圧力に耐えら
れる材質、構造を有するものならば、特に制限されな
い。上記構造としては、所定の肉厚を有する中空の円柱
状、球状、角柱状などが一般的である。

【００１３】また、材質としては、例えば、ステンレ
ス、炭素鋼、鋼、鋳造鋼、工具鋼などが好適に使用され
る。

【００１４】本発明で使用される変位性の隔膜は、上記
耐圧容器内を２室に分割するものであり、圧力媒体とし
ての液体及び対象となるスラリーに対して非透過性であ
り、少なくとも一部分において変位性を有するものなら
ば特に制限なく公知のものが使用できる。ここで、変位
性とは、耐圧容器において、分割された室の体積比を変
えるように隔膜の面が変位可能であることをいう。具体
的には、可撓性の隔膜を使用し、該隔膜と耐圧容器の内
面とが固定された状態で、隔膜の面が変位し得るように
した態様、剛体よりなる隔膜が耐圧容器の内面と液密状
態で接触した状態で摺動し得るようにした態様等が挙げ
られる。そのうち、特に、摺動部を持たない、可撓性の
隔膜を固定して使用する態様が好適である。

【００１５】上記可撓性の隔膜を使用した態様として
は、伸縮性を有する材質によって構成し、該隔膜の伸縮
可能な範囲で隔膜を変位させ、分割された隔室の体積比
を可変とした態様、該隔膜に弛みを持たせ、かかる弛み
の範囲内で隔膜を変位させ、分割された隔室の体積比を
可変とした態様、上記態様の両方の機能を使用した態様
等が挙げられる。

【００１６】上記可撓性の隔膜は、分割された隔室の体
積比を大きく変えることができるものほど装置の小型化
が可能であり好ましい。一般には、隔室の最小体積に対
して２〜１００倍の最大体積を採り得るように、隔膜の
材質や面積を選択することが望ましい。

【００１７】上記伸縮性の材質としては、前記特性を満
足するものを公知の材質より選択することができる。例
えば、シリコンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、
フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン
プロピレンゴム、ハイパロン、天然ゴムなどのゴム類、
ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系高分
子等より選択して採用できる。

【００１８】また、隔膜を弛ませて使用する伸縮性を実
質的に持たない可撓性材質としては、ポリエチレン、ポ
リプロピレンなどのオレフィン系高分子等が挙げられ
る。

【００１９】上記耐圧容器内に隔膜を固定して使用する
場合、該隔膜の固定位置は、隔室（Ａ）及び隔室（Ｂ）
が確保できる位置ならばどこに設けても良い。好ましく
は、隔膜が隔室（Ａ）及び隔室（Ｂ）側にそれぞれ均等
に変位した場合に前記容積比が最大値を取り得るような
位置が、装置の効率の上好ましい。

【００２０】本発明において、プランジャーポンプ４
は、目的とする圧力まで昇圧できるものならば、公知の
ものが特に制限無く採用できる。

【００２１】一般には、図１に示すように、プランジャ
ー８の後退によって液をポンプ室９内に吸引し、前進に
よってポンプ室９より排出するよう、該ポンプ室にそれ
ぞれ逆止弁１０、１０'を取り付けた構造が採用され
る。そして、該プランジャーは、一般には、５〜２００
回／分の速度で往復運動を行い、１００〜３０００ｋｇ
／ｃｍ²の圧力で液を供給することができる。

【００２２】上記プランジャーポンプの駆動動力は、電
動モーター式、空圧式、油圧式のいずれでも良い。ま
た、プランジャーの本数は、１〜数本のものが制限なく
採用できる。

【００２３】また、上記プランジャーポンプが接続され
る隔室（Ａ）には、圧力媒体を供給後、これを効率よく
排出するために、図示されていないが、バルブ有する液
排出口を設けることが好ましい。上記液排出口は、隔室
（Ａ）に直接取り付けても良いし、隔室（Ａ）とプラン
ジャーポンプ４との間の配管に設けても良い。

【００２４】本発明において、低圧ポンプ６は、隔膜を
伸縮させて耐圧容器内（隔室（Ｂ））に固体粒子分散液
を供給することができるものならば何等制限無く採用す
ることができる。したがって、低圧ポンプは１〜７ｋｇ
／ｃｍ²の吐出圧力を有するものが好適に使用される。

【００２５】上記低圧ポンプ６は、逆止弁５を介して隔
室（Ｂ）に接続されることにより、高圧時の逆流を防止
することができる。ここで、使用される逆止弁は、固体
粒子分散液の逆流を防ぐことができるものならば何等制
限無く採用することができる。例えば、ボール式あるい
は板式のチャッキ弁が好適に採用できる。また、逆支弁
を接続する方向は、低圧ポンプから隔室（Ｂ）には液が
流れ、逆向きには液が流れない方向に取り付ける必要が
ある。

【００２６】また、逆支弁の機能をバルブによって行う
ことも本発明の態様に含まれる。即ち、隔室（Ｂ）と低
圧ポンプの間にバルブを取り付け、後で詳述する動作に
おいて、隔室（Ｂ）に固体粒子スラリーを供給する際に
はバルブを開け、供給終了後にはバルブを閉じる操作を
行うことによって逆止弁の機能を持たせることも可能で
ある。

【００２７】本発明の重要な要件は、隔室（Ａ）の採り
得る最大容積と最小容積との差の容積（以下では隔室の
容積差と略記することもある。）を、プランジャーポン
プの１ストロークの容積より１０倍以上大きくすること
が必要である。

【００２８】即ち、本発明の装置は、隔膜によってスラ
リーとプランジャーシール部との接触を避けることによ
って、該プランジャーのシール部の寿命を延ばすことが
可能であるが、隔室の容積差を上記範囲に設定すること
によって変位性の隔膜及び低圧ポンプ側に設けられた逆
支弁の動作回数を減らすことができ、装置の寿命を大幅
に延ばすことができる。

【００２９】上記隔室の容積差は、プランジャーポンプ
のプランジャー１ストロークの容積の１０倍以上が確保
できればよいが、好ましくは５０倍以上、更に好ましく
は１００倍以上にすることが必望ましい。

【００３０】上記プランジャーポンプのプランジャーの
１ストロークの容積は、プランジャーの容積、本数によ
って異なるが、一般に、１ｍｌ〜数百ｍｌの範囲であ
り、これに対して、耐圧容器の隔室の容積差が設定され
る。

【００３１】尚、上記隔室（Ａ）の採り得る最大容積と
最小容積は、耐圧容器の断面積、使用する隔膜の伸縮性
や弛みの度合い等によって異なるが、該隔膜が実用上破
損しない範囲をもって決定される。

【００３２】本発明において、スラリーの高圧取出口７
は、隔室（Ｂ）よりスラリーを高圧で供給するためのも
のであり、該隔室（Ｂ）に直接取り付けても良いし、該
隔室（Ｂ）と逆止弁５との間の配管に取り付けても良
い。

【００３３】本発明の装置に使用するバルブや配管類
は、使用する圧力に耐えられるものであれば公知のもの
が採用できる。固体粒子分散液や圧力媒体として水系の
溶媒を使用する場合には、耐食性の高いステンレス等が
好ましい。

【００３４】本発明において使用される圧力媒体として
は、固体粒子を含まない液体が特に制限無く使用される
が、水または防錆剤などを混合した水溶液、シリコンオ
イル、潤滑油、シリンダーオイル等のオイル類等が好適
に使用できる。

【００３５】また、高圧供給するスラリーとしては、シ
リカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化セリウ
ム、酸化マグネシウム、酸化スズ、酸化亜鉛などの金属
酸化物、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硝酸銀等の塩
類、窒化珪素、炭化珪素、窒化チタン、窒化ホウ素等の
非酸化物セラミックス、カーボン、グラファイト、各種
の有機高分子類等の有機粉体等を水や有機溶媒に分散さ
せたものが挙げられる。

【００３６】本発明の高圧供給装置において、スラリー
の高圧取出口７に接続する高圧装置１２は、スラリーの
用途において適宜選択することができる。例えば、スラ
リーが前記研磨剤である場合、砥粒である固体粒子の均
一な分散を達成するために、高圧噴射式分散器が接続さ
れる。

【００３７】上記高圧噴射式分散器は、口径が１００〜
数１００μｍの流路を有し、該流路に被分散液を通過さ
せることによって分散処理を行うものである。一般的
に、ダイヤモンド等の超硬材料によって作製されてお
り、大別すると二つのタイプがある。一つは二つの流路
を有し、それぞれの流路から出てきた被分散液同士を互
いに衝突させるもの（対抗衝突式とも呼ばれている）
で、もう一つは、口径の狭いオリフィス状の流路に単に
被分散液を通過させるもの（オリフィス式とも呼ばれて
いる）である。

【００３８】次に、本発明の装置の動作原理を図１を用
いて更に説明する。

【００３９】まず、隔室（Ａ）及び該隔室（Ａ）とプラ
ンジャーポンプ４及びバルブ１１を接続するライン（以
下、Ａラインと言う）は、空気を抜いた状態で水等の圧
力媒体が充填されている。一方、隔室（Ｂ）には、低圧
ポンプ６よりスラリーが圧送される。尚、高圧装置１２
として高圧噴射式分散器を使用する場合、かかる装置は
１００〜数百μｍの貫通孔を有しているのでごく少量の
被分散液は流れ出るが、その流量は低圧ポンプの圧力で
は無視できるほど小さい。

【００４０】ここで、バルブ１２を開けると、隔膜が押
し広げられ隔室（Ｂ）にはスラリーが充填され、隔室
（Ａ）の圧力媒体はバルブ１２より系外に排出される。
隔室（Ａ）の体積が前記適当な容積まで減少した時、バ
ルブ１２を閉じ、プランジャーポンプを作動させると、
隔室（Ａ）に圧力媒体としての水が高圧で充填され、隔
室（Ｂ）の高圧取出口７からスラリーが、該プランジャ
ーポンプの圧力に対応する高圧で排出され、高圧装置１
１、例えば、高圧噴射式分散器に供給され、スラリーの
均一分散が行われる。

【００４１】隔室（Ｂ）よりスラリーが排出されたとこ
ろで、バルブ１２を開け、好ましくは、プランジャーポ
ンプを停止することによって、Ａラインの圧力が下が
り、逆支弁５が開状態になって低圧ポンプよりスラリー
を再び隔室（Ｂ）に供給することができる。その後、前
記操作を繰り返して実施することにより、スラリーを高
圧で供給することが可能である。

【００４２】なお、本発明の装置では、バルブと逆支弁
は、基本的には一方を閉じたときにはもう一方は開いて
いる。したがって、バルブと逆支弁を機械的に連動して
開閉するようにしても良い。

【００４３】

【発明の効果】上記の説明より理解されるように、本発
明のスラリーの高圧供給装置は、耐圧容器を変位性の隔
膜によって分割された隔室に、それぞれプランジャーポ
ンプによる圧力媒体の供給系と低圧ポンプによるスラリ
ーの供給系とを接続することによって、プランジャーシ
ール部とスラリーとが接触することなく、プランジャー
シール部の劣化を抑えることができた。また、上記隔室
の容量を特定の容量以上確保することによって、前記隔
膜や逆支弁の動作回数を大幅に減らすことができたた
め、装置の寿命を驚異的に延ばすことが可能となった。

【００４４】

【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明は、
これらの実施例に限定されるものではない。

【００４５】実施例図１に示されるスラリーの高圧供給装置を下記のように
して製造した。

【００４６】耐圧容器１には、内容積約１リットルのス
テンレス製の耐圧容器を用いた。該耐圧容器のほぼ中央
部にシリコンゴム製の伸縮性のある隔膜２を設け、隔室
（Ａ）と隔室（Ｂ）に分割した。該隔膜は十分に弾性を
有し、液漏れのないことを確認した。該耐圧容器の隔室
（Ａ）には３連のプランジャーポンプ４を接続した。こ
のプランジャーポンプのプランジャーの直径は９ｍｍ
で、１ストロークの容積は３ｍｌであった。また、該耐
圧容器の隔室（Ａ）に設けるバルブ１２は、高圧用のス
トップバルブを使用した。該耐圧容器の隔室（Ｂ）の高
圧取出口７には高圧噴射式分散器（１００μｍの穴の開
いたダイヤモンド製ディスクを装着したもの）を接続
し、更に、隔室（Ｂ）には逆支弁５を介して空圧駆動の
ダイヤフラムポンプよりなる低圧ポンプ６を接続した。
なお、逆支弁は低圧ポンプから隔室（Ｂ）に液が流れ、
逆向きには流れない方向に接続した。低圧ポンプの圧力
は１．５ｋｇ／ｃｍ²にセットした。

【００４７】スラリー１３としてはシリカの水分散液を
用いた。シリカにはフュームドシリカ（トクヤマ製、Ｑ
Ｓ１０）を用い、シリカ濃度が１０重量％になるように
水に分散させたものを調製し、使用した。

【００４８】次に、本装置の動作を確認した。

【００４９】まず、バルブ１２を開にしてプランジャー
ポンプ４を低速で作動させ、隔室（Ａ）を含めたＡライ
ンの中の空気を排出し、純水で充たした。バルブを半開
状態にしてプランジャーポンプを一旦停止した。

【００５０】続いて、低圧ポンプのスイッチを入れてラ
インから空気を押し出して、スラリーで充たした。低圧
ポンプの吐出圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ²であるので、隔
膜はある程度膨張したところで釣り合いが取れ、高圧噴
射式分散器からごく少量のスラリーが漏れ出る状態にな
った。

【００５１】なお、このときの隔室（Ａ）の採り得る最
大容積と最小容積との差の容積は、約７００ｍｌであっ
た。また、前述したようにプランジャーの１ストローク
の容積は３ｍｌであるので、両者の比率は約２３３倍で
あった。

【００５２】次に、バルブ１２を閉じてから、プランジ
ャーポンプ４を起動し、徐々に圧力を上げていったとこ
ろ、高圧装置１１として使用した高圧噴射式分散器から
徐々に勢いを増してシリカ分散液が排出されてきた。定
常状態になったときのＡライン及びＢラインの圧力は約
８００ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００５３】高圧噴射式分散器から排出されたシリカ分
散液の体積が７００ｍｌを超える前に、低圧ポンプ６は
作動した状態で、バルブ１２を全開にした。Ａラインの
圧力が１．５ｋｇ／ｃｍ²未満になると自動的に逆支弁
が開き、低圧ポンプよりシリカ分散液が隔室（Ｂ）に供
給された。隔室（Ｂ）が一杯になったところでバルブ１
２を全閉にすることによって、プランジャーポンプ４の
高圧がかかるようにし、高圧噴射式分散器を通してシリ
カ分散液を排出させた。

【００５４】以上の操作を繰り返し行って、装置の安定
動作を確認した。

【００５５】上記の装置を用いて合計２００時間以上運
転を行ったが、プランジャーシールの漏れや逆支弁の動
作不良は起こらず、安定に動作することが確認できた。

【００５６】また、本装置を用いて処理したシリカ分散
液の物性を測定したところ、シリカの分散状態は非常に
優れていることが確認できた。

【００５７】比較例プランジャーポンプと高圧噴射式分散器を直結した構成
の分散装置を組み立てた。実施例と同じ条件でシリカ分
散液を処理したところ、約４０時間でプランジャーシー
ル部から液漏れが発生した。プランジャーシールを交換
して試験を継続したところ、約６０時間後には圧力変動
が大きくなったため逆支弁を分解して調べたところ、弁
座に傷が入っていることがわかった。

【００５８】なお、正常に動作していたときのシリカの
分散状態は、実施例と全く同一であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の分散液の製造装置を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１耐圧容器２隔膜３圧力媒体４プランジャーポンプ５逆止弁６低圧ポンプ７高圧取出口８プランジャー９ポンプ室１０、１０' 逆止弁１１高圧装置１２バルブ１３スラリー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河野博之山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室内が変位性の隔膜によって２つの隔室
（Ａ）及び（Ｂ）に分割された耐圧容器の、隔室（Ａ）
に圧力媒体を供給するためのプランジャーポンプが、隔
室（Ｂ）に該隔室（Ｂ）からのスラリーの逆流を止める
逆止弁を介してスラリーを供給するための低圧ポンプが
それぞれ接続され、上記隔室（Ｂ）には、スラリーの高
圧取出口が設けられ、且つ上記変位性の隔膜の変位によ
って隔室（Ａ）が採り得る最大容積と最小容積との差の
容積を、プランジャーポンプの１ストロークの容積より
１０倍以上大きくしたことを特徴とするスラリーの高圧
供給装置。