(57)【要約】 【課題】従来よりもより衝突用の硬質球体の長期化を可能とし、長時間に亘る原料液の衝突処理工程における効率化が図れる衝突装置の提供。【解決手段】衝突用チャンバ内に回転自在に支承された球状の硬質体に噴射ノズルから噴射される高圧噴流を衝突させる衝突装置において、前記硬質体に向けて流体を噴射して硬質体表面上の互いに異なる位置へ噴射流を衝突させる第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとを備え、第１の噴射ノズルの噴射軸線と第２の噴射ノズルの噴射軸線とが、それぞれ前記硬質体の球心に対して偏心した位置に指向されているものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突用チャンバ内に回転自在に支承された球状の硬質体に噴射ノズルから噴射される高圧噴流を衝突させる衝突装置において、
前記硬質体に向けて流体を噴射して硬質体表面上の互いに異なる位置へ噴射流を衝突させる第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとを備え、  
第１の噴射ノズルの噴射軸線と第２の噴射ノズルの噴射軸線とが、それぞれ前記硬質体の球心に対して偏心した位置に指向されていることを特徴とする衝突装置。
【請求項２】
前記第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルへの流体の加圧供給を行う流体供給手段と、
該流体供給手段による第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルへの流体の供給と停止をそれぞれ任意に制御すると共に、各噴射ノズルへ供給される流体に加える圧力をそれぞれ変更可能に制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の衝突装置。
【請求項３】
前記第２の噴射ノズルの噴射軸線が、前記第１の噴射ノズルの噴射軸線に対して直交する平面上にあることを特徴とする請求項２に記載の衝突装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧流体を硬質球体に衝突させることによって流体の乳化や流体中の粒子の微粒子化、分散を行うための衝突装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原料液の乳化や液中の粒状原料物質の微粒化、分散を行う際に、噴射ノズルから原料液を高圧で噴射させてその高圧噴流を硬質体に衝突させることによる衝撃力を利用した衝突装置が用いられている。硬質体としては、板状のものを用いていたが、高圧噴流が常に同じ位置に衝突し続けるため、長時間運転により硬質板に穴が開いてしまい、頻繁な交換が必要で、そのための停止時間や手間、部材等、ランニングコストの増加を招く要素が少なくなく、製品の連続製造工程において、実用に適したものではなかった。
【０００３】
そこで、硬質体として球状のものを用いることによってその長寿命化を図った衝突装置が考えられている。これは、衝突チャンバー内において硬質球体を高圧噴流の噴射軸線に対して偏心させた位置で回転自在に支承することにより、噴射ノズルから噴射される高圧噴流を硬質球体の表面に衝突点における入射法線に対して９０度未満の傾斜角度をもって衝突させて硬質球体に衝突力の分力で回転を生じさせるものである。従って、硬質球体は高圧噴流が衝突している間は常に回転することとなるため、球体表面上の衝突位置は常に変化し、同一点で衝突し続けることによる穴開けの問題は回避される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように噴射軸線に対して偏心位置で支承された硬質球体を用いる衝突装置においても、硬質球体表面に対して高圧噴流が衝突する傾斜角度が一定であるため、硬質球体の回転方向も常に同じとなり、硬質球体表面の同一円周上に衝突が集中するため、長時間運転においては該円周に沿って溝状の損傷が生じてしまう。
【０００６】
従って、硬質板を用いていた場合よりも、噴射軸線に対して偏心位置に配置した球状の硬質体の寿命は長くはなるが、やはり実用に即した長時間運転では上記溝状損傷により良好な衝突処理が維持できなくなって製品の品質低下を招くことになるため硬質球体の交換を余儀なくされ、原料液の連続衝突処理による製品製造工程の実用においては充分な効率化が望めなかった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来よりもより衝突用の硬質球体の長期化を可能とし、長時間に亘る原料液の衝突処理工程における効率化が図れる衝突装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る衝突装置は、衝突用チャンバ内に回転自在に支承された球状の硬質体に噴射ノズルから噴射される高圧噴流を衝突させる衝突装置において、
前記硬質体に向けて流体を噴射して硬質体表面上の互いに異なる位置へ噴流を衝突させる第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとを備え、  
第１の噴射ノズルの噴射軸線と第２の噴射ノズルの噴射軸線とが、それぞれ前記硬質体の球心に対して偏心した位置に指向されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明に係る衝突装置は、請求項１に記載の衝突装置において、前記第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルへの流体の加圧供給を行う流体供給手段と、
該流体供給手段による第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルへの流体の供給と停止をそれぞれ任意に制御すると共に、各噴射ノズルへ供給される流体に加える圧力をそれぞれ変更可能に制御する制御手段と、を備えているものである。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明に係る衝突装置は、請求項２に記載の衝突装置において、記第２の噴射ノズルの噴射軸線が、前記第１の噴射ノズルの噴射軸線に対して直交する平面上にあることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による衝突装置においては、球状の硬質体に高圧噴流を衝突させるものであって、それぞれ噴射軸線が球状硬質体の球心に対して偏心した位置に指向され、硬質体表面上の互いに異なる位置へ噴流を衝突させる第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとを備えたものであるため、硬質体には、第１の噴射ノズルからの噴流が衝突する第１の衝突点と第２の噴射ノズルからの噴流が衝突する第２の衝突点とのそれぞれで衝突力の分力による回転力が生じ、この互いに異なる二方向への回転が相乗的に作用して被衝突領域は硬質体のほぼ全表面に亘るので、長時間運転においても特定箇所に衝突が集中して著しい損傷を生じることもなくなるので、従来より硬質体の長寿命化が図れ、実際の製品の製造工程に応じた長時間運転においても良好な連続衝突処理状態を維持でき、ランニングコストの低減も期待できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、球状の硬質体に高圧噴流を衝突させる衝突装置において、それぞれ噴射軸線が球状硬質体の球心に対して偏心した位置に指向され、硬質体表面上の互いに異なる位置へ噴流を衝突させる第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとを備えたことによって、硬質体には、第１の噴射ノズルからの噴流が衝突する第１の衝突点と第２の噴射ノズルからの噴流が衝突する第２の衝突点とのそれぞれで衝突力の分力による回転力が生じるため、噴流が衝突している間は、互いに異なる二方向への回転が相乗的に作用して、硬質体表面は実質的に２つの衝突位置に対し様々な方向に相対移動し、その被衝突箇所は全体的に分散したものとなる。
【００１３】
従って、本発明によれば、被衝突領域は硬質体のほぼ全表面に亘り、従来のような特定箇所に衝突が集中して著しい損傷を生じることがなくなり、さらなる硬質体の長寿命化が図れ、実際の製品の製造工程に応じた長時間運転においても良好な連続衝突処理状態を維持でき、ランニングコストの低減も期待できる。
【００１４】
即ち、本発明においては、第１と第２の噴射ノズルから噴射される噴流の球状硬質体表面上の衝突位置が、それぞれ各衝突点で生じる回転力の方向が互いに異なるものとなるように、言い換えればそれぞれの回転中心軸同士が一致しない回転方向に回転力が生じる位置であればよい。
【００１５】
ただし、第１と第２の噴射ノズルの双方から同時に高圧噴流を噴射して同じ衝突力が硬質体に作用する場合、互いの衝突力が拮抗するなどして球状硬質体が良好に回転しない恐れがあるため、第１の噴射ノズルからの噴射と第２の噴射ノズルからの噴射とを交互に切り換えたり、第１と第２の噴射ノズルとで異なる衝突力となるように設定すれば、互いに異なる二つの方向への回転の相乗効果で、長時間の衝突処理工程の間中、噴流衝突位置に対する球状硬質体の表面被衝突箇所は相対的に様々に変位し、実質的にほぼ全面に亘って衝突部位が分散することになる。
【００１６】
上記のような第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとで互いに異なる衝突力となるように流体を噴射させるには、流量の異なるノズルを用いることによっても、また、各ノズルから噴射される流体の圧力を互いに異なるものとすることによって実現することができる。
【００１７】
実際には、第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとで、流体噴射を切り換えたり、流体の圧力を互いに異なるものにするには、第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとに加圧流体を供給する、例えばポンプ装置等の流体供給手段を駆動制御することによって行うことができる。
【００１８】
そこで、該流体供給手段による第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルへの流体の供給と停止をそれぞれ任意に制御すると共に、各噴射ノズルへ供給される流体に加える圧力をそれぞれ変更可能に制御する制御手段を備えれば、予め所望の噴射処理の切換運転に応じた各噴射ノズルへの流体供給開始から供給期間と停止期間、また各噴射ノズルへ供給される流体への加圧力を設定しておき、該設定を運転指令として制御手段に入力して該指令を実行させれば、簡便に、良好な硬質体の回転状態を維持できる衝突処理運転となるように流体供給手段を制御することができる。
【００１９】
なお、第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとで互いに異なる衝突力とする場合、一方が他方より弱い衝突力となるため、両ノズルからの噴流を原料液の衝突処理とするのでは、衝撃力の違いから、処理状態に差が生じてしまい、乳化、微粒化が均一になり難い。そこで、第１の噴射ノズルを衝突処理用として、乳化、微粒化に十分必要な衝撃が得られる衝突力となる高圧で原料液を噴射させ、第２の噴射ノズルを専ら球状硬質体に第１の噴射ノズルからの噴流衝突による回転とは別の方向の回転力を与えるための回転用として、たとえば原料液の媒質溶液を噴射させるものすれば、乳化、微粒化処理状態自体は第１の噴射ノズルからの噴流衝突にのみよるものであるから、処理の不均一化は避けられる。
【００２０】
以上のような第１の噴射ノズルと第２の噴射ノズルとが、双方ともに衝突処理用として用い同じ原料液を同時に噴射する場合には、硬質体の球心より偏心量が大きくなるほど衝突力が回転力に生じる分力側への偏りが大きくなって衝撃力が減少して乳化、微粒化効果が低減するため、ある程度以上の衝撃力を持って効率的に衝突処理を行うためには、両噴射ノズルとも前記球心に対する偏心量を抑える必要があり、結果として互いに比較的近接した衝突位置が望まれる。そこで、同一部材に両噴射ノズルを形成したものを本衝突装置に組み込む構成とすれば、互いに前記球心に対する偏心量を小さく抑えて良好な衝突処理が行えると同時に同一流体供給装置から加圧流体を同時供給するという簡便な装置設計が可能であり、少ない部品点数で装置の小型化にも有効である。
【００２１】
一方、第１の噴射ノズルを衝突処理用とし、第２の噴射ノズルを硬質体回転用とする場合には、各噴射ノズルをそれぞれ別の部材に形成し、本衝突装置に組み込む構成とすれば、流体導入路も別に設けて、それぞれ原料液と媒質液とをそれぞれ異なる圧力で互いに切り換えてそれぞれの噴射ノズルへ供給制御するのが容易である。
【００２２】
このように第１と第２の噴射ノズルをそれぞれ別体の部材に形成し、それぞれ衝突装置の異なる位置に組み込む構成とした場合、衝突処理用の第１の噴射ノズルの方は、できるだけ硬質体の球心からの偏心量をできるだけ小さく抑えて優れた原料液の乳化、微粒化等の衝突処理効果が得られる配置とすると共に、回転用の第２の噴射ノズルは、第１の噴射ノズルによる噴流衝突位置が硬質体表面上でより広範囲に亘って分散できるような回転力を生じることのできる配置となるように互いに影響なく別個の設定が容易となる。
【００２３】
例えば、回転用の第２の噴射ノズルを、その噴射軸線が衝突処理用の第１の噴射ノズルの噴射軸線に直交する平面上にあるものとして、ある平面内にて両噴射ノズルの噴射軸線同士が９０度の角度をなす設定とすることによって、第２の噴射ノズルによる回転用噴流の衝突位置として、より効率よく第１の噴射ノズルの噴流衝突による回転方向に沿った衝突領域の大きな変位をもたらし得ると同時に第１の噴射ノズルによる高圧噴流の衝突処理に影響の少ない離れた位置に設定することができる。
【００２４】
なお、本発明においては、第１と第２の二つの噴射ノズルのみを備えた構成に限定するものではなく、例えばさらに第３の噴射ノズルを備えた構成としてよい。この場合、全ノズルの噴流が球状硬質体表面上の互いに異なる位置を衝突点とし、各噴射軸線がそれぞれ該硬質体の球心より偏心していれば、全ての噴射ノズルを衝突処理用と設定しても、あるいは二つを衝突用として一つを回転用としたりまた逆に二つを回転用として一つを衝突用にするという組合せでも可能である。もちろん設計が困難でなければ、四つ以上の噴射ノズルを設けて衝突用と回転用とで様々な組合せとする構成も可能である。
【実施例１】
【００２５】
以下に、本発明の第１の実施例として、チャンバ本体に第１と第２の噴射ノズルの双方が形成されている一部材を組み込んだ場合の衝突装置を示す。図１は本衝突装置の主要部の概略断面図である。
【００２６】
本衝突装置のチャンバ本体１は、略円筒状の後方チャンバハウジング２内と、該ハウジング２内に載置されて球状硬質体１０を回転自在に支承するボールホルダー３と該ボールホルダーを前後で挟む後方支持部材４及びノズル部材５と該ノズル部材５をボールホルダー３との当接状態で前方からチャンバハウジング２に対して押圧固定する前方チャンバハウジング６とからから主に構成されている。本実施例では、流体流れに沿って上流側を前方、下流側を後方とする。
【００２７】
ノズル部材５には、第１の噴射ノズル１１と第２の噴射ノズル１２とが形成されており、第１の噴射ノズル１１の第１噴射軸線１１ｘと第２の噴射ノズル１２の第２噴射軸線１２ｘとが、ボールホルダー３の前面側開口窓に露呈する球状硬質体１０の表面上の互いに異なると共に球状硬質体１０の球心に対して偏心した位置に指向されている。図１に示す本装置のノズル部材５においては、球状硬質体１０球心に対して第１噴射軸線１１ｘが紙面上方向と及び手前方向に偏心し、第２噴射軸線１２ｘが紙面下方向及び奥方向に偏心するように各噴射ノズル（１１，１２）が設定されている。
【００２８】
前方チャンバハウジング６には、各噴射ノズル（１１，１２）へ原料液を導入するための導入流路（１３，１４）が形成されており、ポンプ等を備えた流体供給装置２０からチャンバ本体１へ加圧供給されてくる原料液が該導入流路（１３，１４）を介して第１の噴射ノズル１１と第２の噴射ノズル１２へ同時に供給される。
【００２９】
原料液は、第１と第２の噴射ノズル（１１，１２）から噴射され、各高圧噴流となって第１の噴射軸線１１ｘと第２の噴射軸線１２ｘに沿って進み、球状硬質体１０の表面に衝突し、その際の衝撃によって乳化、分散、あるいは原料液中の原料微粒子の微粒化等の衝突処理が行われ、後方支持部材４に形成された導出流路１５を介して後方チャンバハウジング２の後端の排出口１６から回収側へ排出される。
【００３０】
この衝突時に、各点においてそれぞれ生じる衝突力の分力で互いに異なる方向へ球状硬質体１０を回転させるため、衝突処理を行っている間は常に球状硬質体１０は二方向への回転が相乗的に作用して実質的に球状硬質体１０の表面の被衝突領域はほぼ全面に亘る。
【００３１】
これによって球状硬質体１０の被衝突箇所は全面的に分散し、従来の一方向のみの回転で同一円周上のみに衝突が集中して溝状の損傷が生じることもなくなるため、球状硬質体１０自体の寿命が長期化し、硬質体の交換頻度も大幅に低減できるので、実際の長時間に亘る衝突処理運転に好適な衝突装置が実現できる。
【００３２】
また、本実施例においては、同一のノズル部材５に第１と第２の噴射ノズル（１１，１２）を形成したものであるため、両噴射ノズルともに、噴射軸線（１１ｘ、１２ｘ）の球状硬質体１０の球心に対する偏心量を小さく抑えて互いに衝突位置を近接させた構成にできるため、いずれの噴射ノズルからの噴流も充分な衝撃力をもって球状硬質体１０に衝突し、良好な乳化、微粒化効果が得られる。
【００３３】
なお、第１の噴射ノズル１１と第２の噴射ノズル１２への加圧流体の供給を同時に行い、同時に噴射衝突させる構成に限らず、加圧流体の供給・停止を互いに切り換えて第１の噴射ノズル１１と第２の噴射ノズル１２による衝突処理を交互に行う構成してもよい。
【実施例２】
【００３４】
以下に、本発明の第２の実施例として、チャンバ本体に衝突処理用の第１の噴射ノズルと回転用の第２の噴射ノズルがそれぞれ形成された別体の二部材を組み込んだ場合の衝突装置を示す。図２は本衝突装置の主要部の概略断面図である。
【００３５】
本衝突装置のチャンバ本体３１は、略円筒状の後方チャンバハウジング３２と、該ハウジング３２内に載置されて球状硬質体４０を回転自在に支承するボールホルダー３３と該ボールホルダー３３を前後で挟む後方支持部材３４および第１ノズル部材３６と、該第１ノズル部材３６をボールホルダー３３当接状態で前方からチャンバハウジング３２に対して第１ノズル部材３６周りの中間チャンバハウジング３５を介して押圧固定する前方チャンバハウジング３７と、後方チャンバハウジング３２に装着された第２ノズル部材３８とから主に構成されている。本実施例においても、流体流れに沿って上流側を前方、下流側を後方とする。
【００３６】
第１ノズル部材３６には、衝突処理用の第１の噴射ノズル４１が形成されており、その第１噴射軸線４１ｘがチャンバ本体３１の中心軸と平行で且つ球状硬質体４０の球心に対して図２の紙面奥行き側に偏心する位置に指向するよう設定されている。この第１ノズル部材３６においては、第１の噴射ノズル４１が第１噴射軸線４１ｘの球状硬質体４０の球心に対する偏心量をできるだけ小さく抑えて衝突力のほとんどが乳化、微粒化のための衝撃力となって大きな衝突処理効果が得られる位置付けとなるように設定されている。
【００３７】
一方、第２ノズル部材３８には、回転用の第２の噴射ノズル４２が形成されており、その第２噴射軸線４２ｘがチャンバ本体３１の中心軸および第１噴射軸線４１ｘに直交する平面上で、球状硬質体４０の球心に対して後方で且つ紙面奥方向に偏心する位置に指向するように設定されている。
【００３８】
即ち、第２ノズル部材３８は、第２の噴射ノズル４２が、図２の紙面上（装置側面視）で第１の噴射ノズル４１と噴射軸線同士が直交する位置付けとして、第２の噴射ノズル４２による回転用噴流の衝突位置を、効率的に乳化、微粒化効果が得られる位置付けとした第１の噴射ノズル４１による高圧噴流の衝突位置から離れて該衝突処理に影響を与えることなく、同時に専らより効率良く第１の噴射ノズル４１の噴流衝突による回転方向に沿った衝突領域の大きな変位をもたらし得る回転を球状硬質体４０に与えることができる位置に設定したものである。
【００３９】
前方チャンバハウジング３７には、衝突処理用の第１の噴射ノズル４１へ原料液を導入するための導入流路４３が形成されており、ポンプ等を備えた流体供給装置５０からチャンバ本体３１へ加圧供給されてくる原料液が該導入流路４３を介して第１の噴射ノズル４１へ供給され、該噴射ノズル４１から噴射され、高圧噴流となって第１の噴射軸線４１ｘに沿って進み、球状硬質体４０の表面に衝突し、その際の衝撃によって乳化、分散、あるいは原料液中の原料微粒子の微粒化等の衝突処理が行われ、後方支持部材３４に形成された導出流路４４を介して後方チャンバハウジング３２の後端の排出口４５から回収側へ排出される。
【００４０】
また、流体供給装置５０は、回転用の第２の噴射ノズル４２へ原料液の媒質液を回転用流体として回転に必要なだけの衝突力相当の圧力、即ち、第１の噴射のノズル４１へ衝突用として高圧で供給される原料液より低圧で供給できるものとする。
【００４１】
従って、流体供給装置５０に対して、所定時間毎に第１の噴射ノズル４１への原料液の加圧供給を続けて衝突処理を行う合間の衝突処理停止状態において、第２の噴射ノズル４２へ回転量流体を低圧供給を行わせれば、第２の噴射ノズル４２からの低圧噴流の衝突によって球状硬質体４０は回転し、直前の衝突処理において第１の噴射ノズル４１からの高圧噴流が衝突していた円周領域を高圧噴流衝突位置から相対的に移動させ、次の衝突処理の際には、球状硬質体４０の別の表面領域が衝突対象円周領域となる。
【００４２】
このような流体供給装置５０のポンプ装置に対するチャンバ本体３１への加圧流体の供給、停止切換や圧力調整等をコンピュータを備えた制御装置６０を介した指令により制御するものとすれば、予め所望の噴射処理の切換運転に応じた各噴射ノズルへの流体供給開始から供給期間と停止期間、また各噴射ノズルへ供給される流体への加圧力を設定しておき、該設定を運転指令として制御装置６０に入力するだけで、流体供給装置５０に対して指令を実行させ、良好な硬質体の回転状態を維持できる衝突処理運転を簡便に自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施例による衝突装置の主要部の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による衝突装置の主要部の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：チャンバ本体
２：後方チャンバハウジング
３：ボールホルダー
４：後方支持部材
５：ノズル部材
６：前方チャンバハウジング
１０：球状硬質体
１１：第１の噴射ノズル（衝突処理用）
１１ｘ：第１噴射軸線
１２：第２の噴射ノズル（衝突処理用）
１２ｘ：第２噴射軸線
１３，１４：原料液導入流路
１５：導出流路
１６：排出口
２０：流体供給装置
３１：チャンバ本体
３２：後方チャンバハウジング
３３：ボールホルダー
３４：後方支持部材
３５：中間チャンバハウジング
３６：第１ノズル部材
３７：前方チャンバハウジング
３８：第２ノズル部材
４０：球状硬質体
４１：第１の噴射ノズル
４１ｘ：第１噴射軸線
４２：第２の噴射ノズル
４２ｘ：第２噴射軸線
４３：原料液導入流路
４４：導出流路
４５：排出口
５０：流体供給装置
６０：制御装置
【図１】
2010036119.tif 000003
【図２】
2010036119.tif 000004