WO2019065988A1

WO2019065988A1 - 微粒化装置

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Publication number: WO2019065988A1
Application number: PCT/JP2018/036301
Authority: WO
Inventors: 神谷　哲; 由式佐竹; 圭吾羽生; 昌志小野里
Original assignee: 株式会社明治
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2019-04-04
Also published as: JP7049793B2; US11318433B2; JP2019063713A; US20200222865A1

Abstract

微粒化装置１は、ケーシング２と、ケーシング２に対して回転自在に設けられるロータ３と、ロータ３と同一軸線上に配置されるステータ４とを備える。ロータ３は、周壁に複数の貫通孔が設けられ、同心状に配置される第１ロータ円筒部３３、第２ロータ円筒部３４を有する。ステータ４は、周壁に複数の貫通孔が設けられ、同心状に配置された主ステータ円筒部４２と内側副ステータ円筒部４３とを有する。ロータ３はケーシング２に対して位置固定されており、ステータ４は昇降手段７によって軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされている。

Description

微粒化装置

　本発明は、微粒化装置に関する。
　本願は、２０１７年９月２９日に出願された日本国特願２０１７－１９０１０２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来、このような分野の技術として、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。特許文献１には、円筒状の撹拌槽と、径方向に貫通する複数の貫通孔を有するとともに撹拌槽と同心状に配置された円筒状回転羽根と、を備える微粒化装置が開示されている。この微粒化装置では、撹拌槽と回転羽根との間に複数の貫通孔を有する中間層部材を更に設けることにより、微粒化しようとする対象物にせん断応力を加えて微粒化の効率向上が図られている。

特開２０１６－８７５９０号公報

　しかし、上述の微粒化装置では、回転羽根と中間層部材との相対位置が固定されているため、対象物に加えるせん断応力を調整することができない問題があった。

　本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、微粒化しようとする対象物に加えるせん断応力を調整できる微粒化装置を提供することを目的とする。

　本発明に係る微粒化装置は、ケーシングと、前記ケーシングに対して回転自在に設けられるロータと、前記ロータと同一軸線上に配置されるステータとを備える微粒化装置であって、前記ロータは、周壁に複数の貫通孔がそれぞれ設けられるとともに、同心状に配置される複数のロータ円筒部を有し、前記ステータは、周壁に複数の貫通孔が設けられるとともに、隣接する前記ロータ円筒部同士の間に挿入される主ステータ円筒部を少なくとも一つ有し、前記ロータと前記ステータとは、前記軸線方向に沿って相対的に移動可能にされていることを特徴としている。

　本発明に係る微粒化装置では、ロータとステータとは軸線方向に沿って相対的に移動可能にされているので、ロータとステータとの相対位置を変えることで、微粒化しようとする対象物に加えるせん断応力を調整することができる。このため、微粒化の性能を向上することができ、装置の汎用性を高めることができる。

　本発明に係る微粒化装置において、前記ステータは、前記複数のロータ円筒部のうち最も径方向の内側に位置するロータ円筒部よりも内側に配置されるとともに、周壁に複数の貫通孔が設けられる内側副ステータ円筒部を更に有することが好ましい。

　本発明に係る微粒化装置において、前記ステータは、前記複数のロータ円筒部のうち最も径方向の外側に位置するロータ円筒部よりも外側に配置されるとともに、周壁に複数の貫通孔が設けられる外側副ステータ円筒部を更に有することが好ましい。

　また、本発明に係る微粒化装置において、前記ロータは、前記ケーシングに対して位置固定されており、前記ステータは、昇降手段によって前記軸線方向に沿って移動可能にされていることが好ましい。

　また、本発明に係る微粒化装置において、前記ステータは、前記主ステータ円筒部の下端が前記ロータ円筒部の上端よりも上方に位置するように移動可能にされていることが好ましい。

　また、本発明に係る微粒化装置において、前記ステータは、前記主ステータ円筒部と一体的に形成されて前記昇降手段に連結される連結部を更に有することが好ましい。

　また、本発明に係る微粒化装置において、前記ケーシングは、上方に開放するタンクであり、前記ケーシングの底部と前記ロータとの間には、前記ロータの回転に伴って回転する回転翼が設けられていることが好ましい。

　本発明によれば、微粒化しようとする対象物に加えるせん断応力を調整することができる。

第１実施形態に係る微粒化装置を示す分解斜視図である。第１実施形態に係る微粒化装置の高せん断モード時の断面図である。第１実施形態に係る微粒化装置の低せん断モード時の断面図である。第２実施形態に係る微粒化装置を示す分解斜視図である。第２実施形態に係る微粒化装置の高せん断モード時の部分断面図である。第２実施形態に係る微粒化装置の低せん断モード時の部分断面図である。経過時間と粒子径との関係について発明品と従来品との比較結果を示す図である。

　以下、図面を参照して本発明に係る微粒化装置の実施形態を説明する。図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、重複説明は省略する。また、以下の説明において、特に断らない限り、「軸線」はロータの回転軸の軸線、「内側」は径方向の内側、「外側」は径方向の外側をそれぞれ指す。更に、図面においては、発明の理解を容易にするため、各構成部分の間の距離や間隔等を実物より大きく或いは小さく描かれている場合がある。

＜第１実施形態＞
　図１は第１実施形態に係る微粒化装置を示す分解斜視図であり、図２は第１実施形態に係る微粒化装置の高せん断モード時の断面図であり、図３は第１実施形態に係る微粒化装置の低せん断モード時の断面図である。本実施形態の微粒化装置１は、いわゆるロータ・ステータ型のインライン式微粒化装置であって、微粒化しようとする対象物にロータ及びステータにそれぞれ設けられた貫通孔を通過させながら、せん断応力を加えることにより該対象物を微粒化させる装置である。

　ここで、インライン式微粒化装置は、微粒化しようとする対象物を装置内に循環させることなく、連続的に微粒化処理を行う装置のことであり、微粒化のバラツキの低減効果を期待できる。また、インライン式微粒化装置は閉鎖系であるので、外部からのゴミや異物等の混入を防ぐことができ、コンタミネーションの防止効果も期待できる。また、微粒化しようとする対象物とは、食品、薬品、化粧品、工業化学製品等の原料となる液体、又は液体と粉体との混合物を意味する。食品には乳業、飲料も含まれ、工業化学製品には電池材料等も含まれている。更に、微粒化とは、微粒化処理を介して対象物の粒子径を小さくすることを意味する。微粒化処理には、乳化、分散、撹拌、混合操作等が含まれる。

　本実施形態の微粒化装置１は、主として、内部に収容空間を有するケーシング２と、ケーシング２の内部に回転自在に収容されたロータ３と、ロータ３と同一軸線上に配置されるとともに一部がケーシング２の内部に収容され、一部がケーシング２の外部に露出するステータ４とを備えている。

　ケーシング２は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属材料によって形成されており、円板状の底部２１と、底部２１の周縁から立設された円筒状の周壁部２２と、底部２１と対向して設けられた円環板状の蓋部２５と、蓋部２５から立設された充填部２６とを有する。底部２１の中央位置には、ロータ３の回転軸３２（後述する）を気密状態で挿通させうる軸孔２１ａが設けられており、軸シール２３によって気密状態が維持されている。周壁部２２の底部２１に隣接する位置には、ケーシング２の内部と連通し、微粒化された対象物をケーシング２の外部に排出するための排出管２４が設けられている。

　また、蓋部２５の中央位置には、充填部２６とケーシング２の内部とを連通するための連通孔２５ａが形成されている。この連通孔２５ａの直径は、ロータ３の回転軸３２の外径よりも大きくなっている。連通孔２５ａの周りには、ステータ４の支柱４４（後述する）が挿通される挿通孔２５ｂが４つ設けられている。これらの挿通孔２５ｂは、連通孔２５ａを取り囲むように該連通孔２５ａの周囲に等間隔で配置されている。

　充填部２６は、略円錐台筒状を呈しており、蓋部２５から上方に延設されるとともに、回転軸３２の軸線Ｌと同軸上に配置されている。そして、充填部２６の上端は外方に開放し、その下端は上述の連通孔２５ａを介してケーシング２の内部と連通している。

　ロータ３は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属材料によって形成されており、ケーシング２に対して回転自在に設けられている。このロータ３は、円形状の底板部３１と、底板部３１の中央位置に貫設された回転軸３２と、底板部３１から立設された２つのロータ円筒部（第１ロータ円筒部３３，第２ロータ円筒部３４）とを有する。回転軸３２は、その軸線Ｌがケーシング２の中心軸と重なるように配置されている。回転軸３２の下端部は、上述した底部２１の軸孔２１ａに挿通されて外部に露出し、図示しないモータと連結されている。これによって、回転軸３２はモータに回転駆動される。

　第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４とは、回転軸３２の軸線Ｌを中心として所定の距離で離れて同心状に配置されており、径方向の外側から内側に向かって第１、第２の順になっている。また、第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４は、底板部３１に対して同じ高さを有する。

　第１ロータ円筒部３３の周壁には、該周壁を貫通する貫通孔３３ａが複数設けられている。これらの貫通孔３３ａは、第１ロータ円筒部３３の周壁の全範囲に亘り所定のパターンで配列されている。同様に、第２ロータ円筒部３４の周壁にも、該周壁を貫通する貫通孔３４ａが複数設けられている。そして、これらの複数の貫通孔３４ａは、第１ロータ円筒部３３に設けられた貫通孔３３ａと対応し、同じ配列パターン且つ同じ位置を有するように形成されている。

　一方、ステータ４は、ロータ３と同一軸線上に配置されており、略中間位置に配置された円環状の中間板部４１と、中間板部４１から垂設された２つのステータ円筒部（主ステータ円筒部４２、内側副ステータ円筒部４３）と、中間板部４１を挟んでステータ円筒部とは反対側に配置されて上方に延設された４つの支柱４４と、これらの支柱４４に支持されて昇降手段７（後述する）に連結されたリング状の連結部４５とを有する。

　主ステータ円筒部４２は、上述の第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４との間に挿入可能に配置されている。主ステータ円筒部４２の周壁には、該周壁を貫通する貫通孔４２ａが複数設けられている。これらの複数の貫通孔４２ａは、第１ロータ円筒部３３に設けられた貫通孔３３ａ及び第２ロータ円筒部３４に設けられた貫通孔３４ａと対応し、同じ配列パターンを有するように形成されても良く、異なる配列パターンを有するように形成されても良い。

　内側副ステータ円筒部４３は、主ステータ円筒部４２と同心状に配置され、ロータ３の第２ロータ円筒部３４よりも内側に配置できるように形成されている。内側副ステータ円筒部４３の周壁には、該周壁を貫通する貫通孔４３ａが複数設けられている。これらの複数の貫通孔４３ａは、主ステータ円筒部４２に設けられた貫通孔４２ａと対応し、同じ配列パターン且つ同じ位置を有するように形成されている。

　本実施形態において、第１ロータ円筒部３３に設けられた貫通孔３３ａ、第２ロータ円筒部３４に設けられた貫通孔３４ａ、主ステータ円筒部４２に設けられた貫通孔４２ａ及び内側副ステータ円筒部４３に設けられた貫通孔４３ａは、それぞれ円形であることが好ましい。このように円形の貫通孔を採用する場合は、矩形状、Ｕ字状等の貫通孔を採用する場合と比べて、貫通孔の加工効率を向上しつつ、ぬれ縁の長さを長く確保することができる。

　また、第１ロータ円筒部３３の貫通孔３３ａ、第２ロータ円筒部３４の貫通孔３４ａ、主ステータ円筒部４２の貫通孔４２ａ、及び内側副ステータ円筒部４３の貫通孔４３ａは、孔径が同じであっても良く、それぞれ異なっても良い。そして、孔径が異なった場合には、内側から外側に行くにつれて孔径が大きくなるように形成されるのが好ましい。このようにすれば、微粒化の性能を高めることができるので、対象物の粒子径をより小さくすることが可能になる。

　一方、支柱４４は、円柱状を呈し、上述した蓋部２５の挿通孔２５ｂに摺動可能に挿通されている。連結部４５は、昇降手段７と連結され、該昇降手段７によって上下動可能とされている。昇降手段７には油圧シリンダ、エアシリンダ、アクチュエータ、ボールねじ等公知の手段を用いることができる。連結部４５と昇降手段７との連結には、既に周知された技術を用いることができる。

　このように構成されたステータ４は、その中間板部４１、主ステータ円筒部４２及び内側副ステータ円筒部４３がケーシング２の内部に収容される一方、連結部４５がケーシング２の外部に露出し、且つ支柱４４が蓋部２５の挿通孔２５ｂと摺動可能に挿通された状態で、ケーシング２と組み立てられている。そして、このステータ４は、昇降手段７によって軸線Ｌ方向（すなわち、上下方向）に沿って移動可能とされている。

　また、本実施形態の微粒化装置１は、対象物をケーシング２の内部に強制的に押し込む押込翼６を更に備えている。押込翼６は、回転軸３２と同一軸線上に配置されており、接着やねじ止め等で回転軸３２の上端に固定され、回転軸３２の回転に伴って回転される。ここで、押込翼６はねじ止めで回転軸３２の上端と固定されることが好ましい。このようにすれば、押込翼６を簡単に取り外すことができるので、押込翼６の修理や交換等の作業を容易に行うことができる。この押込翼６は、上方に向かって縮径された円錐台状の本体６１と、本体６１の外周面に形成される螺旋状のスクリュー羽根６２とを有する。押込翼６は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属材料によって形成されており、充填部２６の直下位置に配置され、充填部２６経由で充填された対象物をケーシング２の内部に押し込む。

　上述したように、ステータ４は、昇降手段７によって軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされているので、図２に示す最下降位置と図３に示す最上昇位置との間で昇降し、任意の位置に停止することができる。このため、本実施形態の微粒化装置１は、せん断応力が最も高いモード（図２に示す高せん断モード）とせん断応力が最も低いモード（図３に示す低せん断モード）とを有し、これらのモードの間にせん断応力を自由に調整することができるようになっている。以下、それについて詳細に説明する。

　図２に示す高せん断モードでは、ステータ４がケーシング２に対して最下降位置にある。このとき、主ステータ円筒部４２が第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４との間に挿入され、内側副ステータ円筒部４３が第２ロータ円筒部３４よりも内側に配置されている。これらの円筒部は、内側から外側に向かって内側副ステータ円筒部４３、第２ロータ円筒部３４、主ステータ円筒部４２、第１ロータ円筒部３３の順で同心状に配置されている。

　これによって、本実施形態の微粒化装置１では、４段階の微粒化機構が形成される。すなわち、装置内部に充填される対象物に内側副ステータ円筒部４３の貫通孔４３ａ（１段目）、第２ロータ円筒部３４の貫通孔３４ａ（２段目）、主ステータ円筒部４２の貫通孔４２ａ（３段目）、第１ロータ円筒部３３の貫通孔３３ａ（４段目）を順次に通過させてせん断応力を加える構造となっている。

　このため、ケーシング２の内部に充填された対象物は、ロータ３の高速回転で生じた遠心力によって、順次に内側副ステータ円筒部４３の貫通孔４３ａ、第２ロータ円筒部３４の貫通孔３４ａ、主ステータ円筒部４２の貫通孔４２ａ、第１ロータ円筒部３３の貫通孔３３ａを通過しながら、ロータ３の高速回転で生じた高いせん断応力を受けて、所定のサイズまで微粒化される。

　一方、ステータ４が昇降手段７によって上昇される場合、主ステータ円筒部４２及び内側副ステータ円筒部４３は、第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４との相対位置が変化する。これに伴い、主ステータ円筒部４２の貫通孔４２ａ及び内側副ステータ円筒部４３の貫通孔４３ａは、第１ロータ円筒部３３の貫通孔３３ａ及び第２ロータ円筒部３４の貫通孔３４ａに対する位置も変わる。

　そして、図３に示す低せん断モードでは、ステータ４がケーシング２に対して最上昇位置にある。このとき、主ステータ円筒部４２及び内側副ステータ円筒部４３の下端は、第１ロータ円筒部３３及び第２ロータ円筒部３４の上端よりも上方に位置する。これによって、貫通孔３４ａを有する第２ロータ円筒部３４（１段目）と貫通孔３３ａを有する第１ロータ円筒部３３（２段目）とで２段階の微粒化機構が形成される。

　本実施形態の微粒化装置１では、ステータ４が軸線Ｌ方向に沿って移動可能に構成されているので、主ステータ円筒部４２及び内側副ステータ円筒部４３と、第１ロータ円筒部３３及び第２ロータ円筒部３４との相対位置を変えることで、対象物に加えるせん断応力を高せん断モードと低せん断モードとの間で自由に調整することができる。その結果、微粒化の性能を向上することができるとともに、装置の汎用性を高めることができる。加えて、低せん断モードの場合には、ステータ４が最上昇位置にあるので、ロータ３をポンプ、撹拌器として機能させることができる。これによって、溶解時における発泡を抑制することができるので、対象物の良好な溶解状態を得ることができる。特に、対象物が粉体の場合は溶解時に発泡が激しいため、低せん断モードを利用することでその発泡を抑制でき、良好な溶解状態を確保することができる。

　また、ロータ３の第１ロータ円筒部３３及び第２ロータ円筒部３４と、ステータ４の主ステータ円筒部４２、内側副ステータ円筒部４３との組み合わせにより、ケーシング２の内部で複数段階の微粒化機構を形成することができるので、装置容積を有効的に活用することができ、微粒化装置１の容積効率の向上、スケールアップ及び能力の調整も可能になる。

　更に、対象物を強制的に押し込む押込翼６を備えるので、対象物を均一且つスムーズにケーシング２の内部に充填することができる。しかも、対象物が押込翼６によって加圧された状態で充填されるので、装置内でのキャビテーションの発生を抑制することができ、微粒化の性能を更に高める効果を奏する。

　なお、本実施形態では、ロータ３が２つのロータ円筒部（すなわち、第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４）を有し、ステータ４が２つのステータ円筒部（すなわち、主ステータ円筒部４２及び内側副ステータ円筒部４３）を有する例を挙げて説明したが、必要に応じてロータ円筒部及びステータ円筒部の数を適宜に増減しても良い。また、本実施形態において昇降手段７を用いた例を説明したが、昇降手段７に代えて作業者による手動操作でステータ４の昇降を行っても良い。更に、ケーシング２の周壁部２２の内壁面の全範囲に亘って複数の窪みを設けても良い。このように窪みを設けることで、乱流をより発生し易くなるので、微粒化の性能を高める効果を奏する。

＜第２実施形態＞
　図４は第２実施形態に係る微粒化装置を示す分解斜視図であり、図５は第２実施形態に係る微粒化装置の高せん断モード時の部分断面図であり、図６は第２実施形態に係る微粒化装置の低せん断モード時の部分断面図である。本実施形態の微粒化装置１Ａは、対象物を装置内に循環させながら微粒化を行うバッチ式微粒化装置である点において、上述の第１実施形態と相違している。

　具体的には、本実施形態の微粒化装置１Ａは、外部に開放するタンク２Ａと、タンク２Ａの底部２７に対して位置固定されたロータ３Ａと、ロータ３Ａと同一軸線上に配置されたステータ４Ａとを備えている。タンク２Ａは、特許請求の範囲に記載された「ケーシング」に相当するものであり、断面が上方に開口した有底円錐台筒状を呈し、円板状の底部２７と、底部２７の周縁から上方に向かって徐々に拡径された側壁部２８とを有する。

　図４に示すように、底部２７の中央位置には、ロータ３Ａの回転軸３２を気密状態で挿通させうる軸孔２７ａが設けられており、軸シール２３によって気密状態が維持されている。軸孔２７ａの周りには、ステータ４Ａの支柱４４が挿通される挿通孔２７ｂが４つ設けられている。これらの挿通孔２７ｂは、軸孔２７ａを取り囲むように該軸孔２７ａの周囲に等間隔で配置されている。

　ロータ３Ａは、第１実施形態のロータ３と略同じ構造を有し、円形状の底板部３１と、底板部３１の中央位置に貫設された回転軸３２と、底板部３１から立設された２つのロータ円筒部（第１ロータ円筒部３３，第２ロータ円筒部３４）とを有する。回転軸３２の上端には、押込翼６が固定されている。底板部３１には、回転軸３２の軸線Ｌに対して左右前後対称に４つの貫通孔３１ａが設けられている。

　また、ロータ３Ａは、その底板部３１とタンク２Ａの底部２７との間に空間を有するようにタンク２Ａに固定されている。底板部３１とタンク２Ａの底部２７との間の空間には、回転翼５が設けられている。この回転翼５は、周方向に等間隔で設けられた４枚の羽根を有し、回転軸３２の回転に伴って回転できるように該回転軸３２に外挿されている。

　一方、ステータ４Ａは、互いに対向して配置された円環状の台座部４６及び天板部４７と、台座部４６と天板部４７との間に配置されて該台座部４６及び天板部４７を連結する４つの支柱４４とを有する。支柱４４は、円柱状を呈し、上述したタンク２Ａの底部２７の挿通孔２７ｂに摺動可能に挿通されている。

　天板部４７には、下方に向かって３つのステータ円筒部（主ステータ円筒部４２、内側副ステータ円筒部４３、外側副ステータ円筒部４８）が垂設されている。主ステータ円筒部４２、内側副ステータ円筒部４３及び外側副ステータ円筒部４８は、軸線Ｌを中心として所定の距離で離れて同心状に配置されており、径方向の内側から外側に向かって内側副ステータ円筒部４３、主ステータ円筒部４２、外側副ステータ円筒部４８の順になっている。

　主ステータ円筒部４２は、上述の第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４との間に挿入可能に配置されている。主ステータ円筒部４２の周壁には、該周壁を貫通する貫通孔４２ａが複数設けられている。

　内側副ステータ円筒部４３は、第２ロータ円筒部３４よりも内側に配置できるように形成されており、その周壁には、該周壁を貫通する貫通孔４３ａが複数設けられている。これらの複数の貫通孔４３ａは、主ステータ円筒部４２に設けられた貫通孔４２ａと対応し、同じ配列パターン且つ同じ位置を有するように形成されている。

　外側副ステータ円筒部４８は、第１ロータ円筒部３３よりも外側に配置できるように形成されており、その周壁には、該周壁を貫通する貫通孔４８ａが複数設けられている。これらの複数の貫通孔４８ａは、主ステータ円筒部４２に設けられた貫通孔４２ａと対応し、同じ配列パターン且つ同じ位置を有するように形成されている。

　また、外側副ステータ円筒部４８の下方には、該外側副ステータ円筒部４８と一体的に形成された円筒状のスカート部４９が設けられている。該スカート部４９は、外側副ステータ円筒部４８と異なり、貫通孔が形成されていない。

　このように構成されたステータ４Ａは、その台座部４６がタンク２Ａの底部２７よりも下方に配置され、天板部４７、内側副ステータ円筒部４３、主ステータ円筒部４２、外側副ステータ円筒部４８及びスカート部４９がタンク２Ａの内部に配置され、且つ支柱４４がタンク２Ａの挿通孔２７ｂに摺動可能に挿通された状態で、タンク２Ａと組み立てられている。そして、該ステータ４Ａは、台座部４６の下方に配置された昇降手段７によって軸線Ｌ方向（すなわち、上下方向）に沿って移動可能にされている。

　ステータ４Ａは、昇降手段７によって軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされるため、図５に示す最下降位置と図６に示す最上昇位置との間で昇降し、任意の位置に停止することができる。従って、本実施形態の微粒化装置１Ａは、せん断応力が最も高いモード（図５に示す高せん断モード）とせん断応力が最も低いモード（図６に示す低せん断モード）とを有し、これらのモードの間にせん断応力を自由に調整することができるようになっている。以下、それについて詳細に説明する。

　図５に示す高せん断モードでは、ステータ４Ａは最下降位置にある。このとき、主ステータ円筒部４２が第１ロータ円筒部３３と第２ロータ円筒部３４との間に挿入され、内側副ステータ円筒部４３が第２ロータ円筒部３４よりも内側、外側副ステータ円筒部４８が第１ロータ円筒部３３より外側にそれぞれ配置されている。これらの円筒部は、内側から外側に向かって内側副ステータ円筒部４３、第２ロータ円筒部３４、主ステータ円筒部４２、第１ロータ円筒部３３、外側副ステータ円筒部４８の順で同心状に配置されている。

　これによって、本実施形態の微粒化装置１Ａでは、５段階の微粒化機構が形成される。すなわち、装置内部に充填される対象物に内側副ステータ円筒部４３の貫通孔４３ａ（１段目）、第２ロータ円筒部３４の貫通孔３４ａ（２段目）、主ステータ円筒部４２の貫通孔４２ａ（３段目）、第１ロータ円筒部３３の貫通孔３３ａ（４段目）、外側副ステータ円筒部４８の貫通孔４８ａ（５段目）を順次に通過させてせん断応力を加える構造となっている。

　この際に、押込翼６によって装置内部に押し込まれた対象物の一部は、底板部３１の貫通孔３１ａを介して底板部３１、タンク２Ａの底部２７及びスカート部４９によって形成された空間に落下し、そこで回転翼５によって撹拌される。落下した対象物は、スカート部４９によってタンク２Ａへの排出が抑制されている。

　そして、図６に示す低せん断モードでは、ステータ４Ａは最上昇位置にある。このとき、主ステータ円筒部４２、内側副ステータ円筒部４３及び外側副ステータ円筒部４８の下端は、第１ロータ円筒部３３及び第２ロータ円筒部３４の上端よりも上方に位置する。これによって、貫通孔３４ａを有する第２ロータ円筒部３４（１段目）と貫通孔３３ａを有する第１ロータ円筒部３３（２段目）とで２段階の微粒化機構が形成される。

　本実施形態の微粒化装置１Ａによれば、上述の第１実施形態と同様な作用効果を得られる。そして、本実施形態において回転翼５及びスカート部４９を設ける例を説明したが、回転翼５及びスカート部４９を設けなくても良い。また、ロータ円筒部及びステータ円筒部の数については、必要に応じて適宜に増減しても良い。更に、本実施形態において、ステータ４Ａが昇降手段７によって軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされる例を説明したが、ステータ４Ａの昇降に代えて、ロータ３Ａが昇降手段７によって軸線Ｌ方向に沿って移動可能とされても良い。例えば、図５に示すタンク２Ａの底部２７の下方に昇降手段７を設置し、該昇降手段７を利用してロータ３Ａをタンク２Ａとともに軸線Ｌ方向に沿って昇降させる。この場合は、同様な作用効果を得られる。

　以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。

＜実施例＞
　本実施例では、第１実施形態の微粒化装置１（発明品）を用いて経過時間及び粒子径との関係を調べた。使用した対象物は、全ての発明品と下記比較例の従来品で同一で、株式会社明治製の「明治ほほえみ」（登録商標）調合乳であった。なお、ここでの粒子径は粒子径の中央値（メイディアン、ｄ５０ともいう）のことである。

＜比較例＞
　また、比較のため、従来の乳化装置としてプライミクス株式会社製のＴＫホモミキサーＭＫII　Ｍｏｄｅｌ２．５（従来品）を用いて、上記実施例と同じ条件で経過時間及び粒子径との関係を調べた。

　図７は経過時間と粒子径との関係について発明品と従来品との比較結果を示す図である。図７から分かるように、従来品が周速度１２メートル／秒（ｍ／ｓ）で１０分で到達する粒子径を、発明品が（周速度１２ｍ／ｓ）で２分で実現できた。また、発明品の周速度を更に上げることで（１２ｍ／ｓ→１８ｍ／ｓ）、従来品では到達できない粒子径を得ることができた。これによって、発明品は従来品と比べて微粒化の能力（すなわち性能）が高いことが証明された。

　以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、ロータ円筒部及びステータ円筒部の貫通孔の配列パターンは、上述の実施形態に限定されずに、例えば千鳥状に配置されても良い。

１，１Ａ　　微粒化装置
２　　ケーシング
２Ａ　　タンク（ケーシング）
３，３Ａ　　ロータ
４，４Ａ　　ステータ
５　　回転翼
６　　押込翼
７　　昇降手段
２１，２７　　底部
２１ａ，２７ａ　　軸孔
２２　　周壁部
２３　　軸シール
２４　　排出管
２５　　蓋部
２５ａ　　連通孔
２５ｂ，２７ｂ　　挿通孔
２６　　充填部
２８　　側壁部
３１　　底板部
３２　　回転軸
３３　　第１ロータ円筒部
３４　　第２ロータ円筒部
３３ａ，３４ａ，４２ａ，４３ａ，４８ａ　　貫通孔
４１　　中間板部
４２　　主ステータ円筒部
４３　　内側副ステータ円筒部
４４　　支柱
４５　　連結部
４６　　台座部
４７　　天板部
４８　　外側副ステータ円筒部
４９　　スカート部
６１　　本体
６２　　スクリュー羽根
Ｌ　　軸線

Claims

　ケーシングと、前記ケーシングに対して回転自在に設けられるロータと、前記ロータと同一軸線上に配置されるステータとを備える微粒化装置であって、
　前記ロータは、周壁に複数の貫通孔がそれぞれ設けられるとともに、同心状に配置される複数のロータ円筒部を有し、
　前記ステータは、周壁に複数の貫通孔が設けられるとともに、隣接する前記ロータ円筒部同士の間に挿入される主ステータ円筒部を少なくとも一つ有し、
　前記ロータと前記ステータとは、前記軸線方向に沿って相対的に移動可能にされていることを特徴とする微粒化装置。
　前記ステータは、前記複数のロータ円筒部のうち最も径方向の内側に位置するロータ円筒部よりも内側に配置されるとともに、周壁に複数の貫通孔が設けられる内側副ステータ円筒部を更に有する請求項１に記載の微粒化装置。
　前記ステータは、前記複数のロータ円筒部のうち最も径方向の外側に位置するロータ円筒部よりも外側に配置されるとともに、周壁に複数の貫通孔が設けられる外側副ステータ円筒部を更に有する請求項１又は２に記載の微粒化装置。
　前記ロータは、前記ケーシングに対して位置固定されており、
　前記ステータは、昇降手段によって前記軸線方向に沿って移動可能にされている請求項１～３のいずれか一項に記載の微粒化装置。
　前記ステータは、前記主ステータ円筒部の下端が前記ロータ円筒部の上端よりも上方に位置するように移動可能にされている請求項４に記載の微粒化装置。
　前記ステータは、前記主ステータ円筒部と一体的に形成されて前記昇降手段に連結される連結部を更に有する請求項４又は５に記載の微粒化装置。
　前記ケーシングは、上方に開放するタンクであり、
　前記ケーシングの底部と前記ロータとの間には、前記ロータの回転に伴って回転する回転翼が設けられている請求項１～６のいずれか一項に記載の微粒化装置。