(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ本体内に配置された硬質体に噴射ノズルからの高圧流体を衝突させる流体衝突装置において、
前記硬質体は、前記チャンバ本体内で、高圧流体の噴射軸線から偏心して回転可能に支承された球体からなることを特徴とする流体衝突装置。
【請求項２】
前記球体を高圧流体の噴射軸線に対して交叉する方向に変位して位置決めする偏心量調節機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体衝突装置。
【請求項３】
前記高圧流体の衝突力に対して前記球体を直接点接触状態で支承する回転自在な第２の球体をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体衝突装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧流体を硬質体に衝突させることにより、流体を乳化或いは流体に随体する物質を微粒子化するための流体衝突装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の流体衝突装置では、噴射ノズルから噴射される高圧流体を板状の硬質体に衝突させることによって流体内の物質（媒質）を粉砕して微粒子化したり、或いは流体を乳化させるプレート衝突方式が用いられている。
【０００３】
これは、本体チャンバ内に固定設置された硬質プレートに、チャンバ外の流路から導入される流体を、噴射ノズルから高圧噴射して衝突させるものであり、衝突部材としての硬質プレートには、平板状の焼結ダイヤモンドなどが用いられている。
【０００４】
このような流体衝突装置による流体媒質の微粒子化や流体の乳化は、食品、化粧品、塗料、セラミックス、電子材料などの広範囲な分野の素材を対象として利用されている。
【０００５】
例えば、化粧品では、ファンデーション用素材を微粒子化したりすることにより、皮膚被覆力や分泌物の吸収性を高めるなど、化粧品として望まれる特性を更に向上させている。また、セラミックス素材では微粒子化に伴ってその機械的強度が向上する。その他、飲料を含む各種食品や塗料、化粧品の乳液など、乳化（エマルジョン化）による組成物同士の親和性の向上と媒質の均一分散化が必要とされるものを対象として流体衝突装置が広く利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き従来のプレート衝突方式の流体衝突装置では、プレート表面上の高圧流体の衝突部位のみが局所的に摩耗し、場合によっては数時間で貫通してしまう。このように衝突部材としての硬質プレートの寿命が非常に短いため、比較的大量の流体を対象とする場合は、プレートの頻繁な交換が必要となり、手間の係る煩雑な工程となるだけでなくコスト高となってしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、衝突部材の寿命を従来よりも延長でき、効率的に流体の媒質微粒子化や乳化処理を行うことのできる流体衝突装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係る流体衝突装置は、チャンバ本体内に配置された硬質体に噴射ノズルからの高圧流体を衝突させる流体衝突装置において、前記硬質体は、前記チャンバ本体内で、高圧流体の噴射軸線から偏心して回転可能に支承された球体からなるものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明に係る流体衝突装置は、請求項１に記載の流体衝突装置において、前記球体を高圧流体の噴射軸線に対して交叉する方向に変位して位置決めする偏心量調節機構を備えたものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る流体衝突装置は、請求項１に記載の流体衝突装置において、前記高圧流体の衝突力に対して前記球体を直接点接触状態で支承する回転自在な第２の球体をさらに備えたものである。
【００１１】
本発明においては、衝突部材としての硬質体を球体とし、この硬質球体をチャンバ本体内の噴射ノズルから噴射される高圧流体の噴射軸線から偏心した状態で回転可能に支承したものであるため、高圧流体は、硬質球体表面上に入射角の余角が９０度未満で衝突することになり、衝突力の分力によって硬質球体に回転が生じる。
【００１２】
従って、本発明による流体衝突装置では、硬質球体が高圧流体の衝突を受けている間は常に回転することとなる。そのため硬質球体表面上の衝突位置は常に変化し、従来のように衝突部材表面の局所的な摩耗が回避される。
【００１３】
本発明における硬質球体でも使用時間の経過に伴って表面は徐々に摩耗されて行くが、球体の回転によって高圧流体の衝突位置が常に変化するため、摩耗も球体表面上で分散することとなり、使用に耐えなくなるほど小さくなるまで耐用寿命が延長される。従って、この硬質球体は、従来の平板状衝突部材に比べて長期の使用に耐え、部材の交換頻度も大幅に減少し、その分、交換のための手間もコストも省け、大量の流体を対象とした場合も作業効率の向上が図れる。
【００１４】
なお、硬質球体の材質としては、セラミックスや焼結ダイヤモンド等の従来から用いられている素材を使用可能である。
【００１５】
硬質球体の高圧流体噴射軸線に対する偏心量は、噴射軸線に交叉する方向の硬質球体の配置位置によって決定する。従って、硬質球体を前記噴射軸線に対して交叉する方向に変位させて任意の配置位置に位置決めできる調節機構を設ければ、その位置調節をすることによって任意の偏心量を得ることができる。具体的には、チャンバ本体内で硬質球体を支承している支持部材ごと噴射軸線と交叉する方向へ変位して固定できる構成とすれば良い。
【００１６】
また、高圧流体の衝突力に対して硬質球体を点接触状態で直接支承する回転自在な第２の球体を設けることによって、硬質球体自身の回転がよりスムーズとなり、摩耗位置の分散もより均一となり、硬質球体の衝突部材としての寿命の延長に寄与する。
【００１７】
なお、第２の球体は、硬質球体の底面（流体衝突表面に対向する表面）部を支承する一個の球体、あるいは、複数個の球体で構成しても良く、硬質球体を回転可能に支承する固定支承に代えて第２の球体による回転支持を増加するほど硬質球体の回転はスムーズとなる。例えば、硬質球体に対して３点以上の回転支承とすれば、全ての支承を第２の球体による回転支承で構成して、固定支承を一切含まない構成とすることも可能である。
【００１８】
また、通常、衝突装置のチャンバ本体内には、硬質球体に衝突した後の流体をチャンバ本体外へ導出するための流路が形成されるものであるが、本発明における衝突装置においても、硬質球体の周囲の部材の噴射ノズル側表面に、衝突後の流体を流下させるための溝を設けておくことは好ましいことである。
【００１９】
なお、流体の衝突による微粒子化効果は、硬質球体表面に対して直交方向に衝突する場合、即ち硬質球体に対する噴射軸線の偏心量が０であり衝突衝撃が最大である場合に最も大きく、偏心量が大きくなるに従って、流体の衝突時の衝撃が低下し、微粒子化効果も低下する。さらに、偏心量によってボールの回転速度も変わり、回転が速すぎる場合もまた流体媒質の微粒子化効果が低下する。従って硬質球体の偏心量は、目的とする流体媒質の微粒子化効果あるいは乳化効果が充分得られる衝突角度および回転数となる範囲内に調整するものとする。
【００２０】
また、流体噴射ノズルと硬質球体表面との間の距離は小さいほど微粒子化効果は大きくなるが硬質球体の摩耗速度も速くなる。従って、前記距離は微粒子化の対象物およびその処理量に応じて適宜設定する必要がある。
【００２１】
あるいは、硬質球体の回転が速すぎる場合にその回転を抑えたり、流体衝突作業途中において一次停止が必要な場合、球体の回転が惰性で続いているのを速やかに止めたりするための手段として、球体に対するブレーキ機構を設けておくことも考えられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による流体衝突装置の一実施形態を示す。図１は、本実施形態による衝突装置の主要部の構成を示した概略断面図であり、図２は要部の分解組立図である。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本実施形態におけるチャンバ本体１は、主に三つの部材がＯ−リング等のシール部材を介して互いに組み合わされてなり、中心軸上の流体導入プラグ及び排出口以外は密閉された高圧流体衝突空間５０内部に形成している。即ち、チャンバ本体１は、セラミックス製の硬質球体２のための保持部１２を備えた後方壁部材１０と、この後方壁部材１０の周縁部に嵌合し、硬質球体保持部１２を囲む円筒部材３０と、この円筒部材３０の前方側周縁部に嵌合し、チャンバ内方へ向けた噴出ノズル４１を備えた前方壁部材４０とを備えたものである。
【００２４】
保持部１２は、後方壁部材１０の内面側から衝突空間５０へ突出する円筒を斜めにカットしたような凹形状を持つ。この凹部１３内に硬質球体２を納め、これを覆うようにカバー部材２０を前方側から保持部１２にネジ止め固定し、凹部１３内で球体２を回転自在としている。本実施形態においては、硬質球体２を直径１５ｍｍ〜２０ｍｍとし、保持部１２は、このサイズの硬質球体２を回転可能に収納できるサイズに設定されている。
【００２５】
保持部１２には、凹部１３内の底面（後方側）及び内周側面に、硬質球体２を回転自在に支承するための第２の球体として、それぞれ底面支承球体１４、側面支承球体１５が回転可能に取付けられている。一方、カバー部材２０には、硬質球体２の、後述する衝突部位となる一部表面が露出するような開口２１が設けられており、前記両支承球体（１４，１５）による硬質球体２の表面点接触での支承状態が維持されるように、開口２１の縁部を硬質球体２の露出部周辺に摺接可能に当接させた状態でカバー部材２０を保持部１２に固定しているため、硬質球体２は保持部１２の凹部１３内で回転自在に保持されることとなる。
【００２６】
また、保持部１２は、円筒部材３０の軸心、即ち、チャンバ本体１の軸心に対して直交する方向に、後方壁部材１０内壁面上で変位でき、この変位によって位置決め可能である。この保持部１２の変位量は、円筒部材３０に螺合貫通し、更に保持部１２に回転可能に連結された偏心量調節ネジ３の回動操作によって調節可能となっている。本実施形態においては、この変位方向は、前記軸心に対して図１の紙面に平行な上下直交方向とした。
【００２７】
また、前方壁部材４０の噴射ノズル４１は、その流体噴射軸線が前記軸心と合致するように取り付けられている。従って、偏心量調節ネジ３の回動によって保持部１２が軸心と直交する方向に変位すると、これに伴って凹部１３内に保持されている硬質球体２も同方向に変位するため、硬質球体２を噴射ノズル４１の噴射軸線に対して所定の偏心量で位置決めすることができる。即ち、本実施形態では調節ネジ３が硬質球体２の偏心位置決めのための偏心量調節機構を構成している。
【００２８】
さらに、本実施形態では、図１に示すように、保持部１２が円筒をその軸心に対して斜めの平面でカット（図１で上部側が下部側よりも長く）したような特殊な形状のため、カバー部材２０をネジ固定したとき、カバー部材２０のほぼ中央の噴射ノズル４１側に設けられている開口２１には、硬質球体２の表面がノズルの噴射軸線に対して下方へ偏った状態で露出することとなる。
【００２９】
このように噴射軸線から下方に偏った位置に露出している硬質球体２の表面に向かって、噴射ノズル４１から噴射される高圧流体を或る偏心量で、入射角の余角が９０度未満にて衝突させると、衝突後の流体が、主に硬質球体２の曲面に沿って下方及び後方へ流れると共に、硬質球体２に対して衝突力の分力が下後方へ作用し、この分力の作用によって硬質球体２が矢印Ａで示すように自転する。
【００３０】
この硬質球体２の自転に対して、硬質球体２を互いに表面点接触状態で支承している底面支承球体１４および側面支承球体１５も回転し、これら支承球体による支承位置を衝突点に対して適宜定めることによって硬質球体２の自転軸を自然に揺動させ、高圧流体の衝突点が硬質球体のほぼ全表面に分散される構成となっている。
【００３１】
さらに、後方壁部材１０には、衝突後の流体を導出するための排出口１１が形成されているが、保持部１２の下方にはこの排出口１１に連通する流体流路１６が形成されており、またカバー部材２０の表面側にも、衝突後の流体をチャンバ下方へ導く溝２２が形成されている。
【００３２】
本実施形態による流体衝突装置の使用に際しては、図２に示すように、後方壁部材１０，保持部１２，硬質球体２，カバー部材２０，円筒部材３０，および前方壁部材４０からなる本体チャンバ１を組み立てておき、調節ネジ３によって、硬質球体２を噴射ノズル４１の噴射軸線に対して所定の偏心量となるように位置決めしておく。本実施形態においては、直径１５ｍｍ〜２０ｍｍの硬質球体２の偏心量が０〜５ｍｍの範囲内となるように調節した。この範囲内の偏心量であれば、流体媒質の微粒子化効果を決定する衝突時の衝撃の低下は小さい。
【００３３】
一方、衝突による微粒子化を目的とする媒質を含有する流体の供給源（不図示）からの加圧された流体を導く高圧流体供給管（不図示）をチャンバ本体１の前方側プラグ４２に連結し、また、排出口１１には処理済の流体を回収するための容器（不図示）を配管しておく。
【００３４】
このような作業準備が整ったら、前記供給源から噴射ノズル４１への高圧流体の供給を開始する。噴射ノズル４１から高圧流体が噴出されると、その噴射軸線に対して偏心している硬質球体２の下方に偏った表面へ噴射流体が衝突し始めると同時に硬質球体２がその衝突を受けて自転を開始する。
【００３５】
この高圧流体の連続的な噴射衝突が進められる間、硬質球体２の回転も持続する。従って、硬質球体２の表面上における高圧流体の衝突位置は、硬質球体２の回転によって常に変化しており、衝突による摩耗が硬質球体２の表面上で分散していくため、従来のように特定の一カ所のみの局部摩耗が進んで衝突部材に貫通孔が生じることは避けられる。
【００３６】
この硬質球体２においては、全体的な摩耗が進んで、保持部１２内における回転可能な保持状態の維持が困難になるまで使用可能であり、従来の固定的な衝突プレートに比べて衝突部材としての寿命は大幅に長くなる。従って、衝突対象流体が大量で長時間処理の場合でも、硬質球体２の交換頻度は少なく、交換に要する手間や時間が省け、作業効率が向上する。
【００３７】
なお、上記の実施形態においては、硬質球体２の偏心量調節は、チャンバ本体１の軸心と同軸の噴射ノズル４１の噴射軸線に対して調節ネジ３により垂直上下方向への保持部１２の位置決め変位によって行う構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに図１の紙面上での表裏方向に相当する水平方向、あるいはその他の交叉方向への変位による偏心調節を可能とした構成としても良い。
【００３８】
また、上記実施形態では、第２の球体として底面支承球体１４と側面支承球体１３の二つの球体を備えた構成を示したが、もちろん、３つ以上の球体で硬質球体２の多点接触支持を行う構成としても良く、この場合は硬質球体２のカバー部材２０に対して実質的に非接触の状態で装置を作動させることも可能となる。
【００３９】
また、上記実施形態においては、硬質球体の偏心方向をチャンバ本体の軸心に対して図１の紙面に平行な上下直交方向としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高圧流体の噴射軸線に対して交叉する方向であればいずれの方向でもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の流体衝突装置によれば、衝突部材の耐用寿命を長くすることができ、流体の媒質微粒子化や乳化処理が効率的に行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による流体衝突装置の主要部も構成を示す概略断面図である。
【図２】図１のチャンバ本体の分解組立図である。
【符号の説明】
１：チャンバ本体
２：硬質球体
３：偏心量調節ネジ
１０：後方壁部材
１１：排出口
１２：保持部
１３：凹部
１４：底面支承球体
１５：側面支承球体
１６：流路
２０：カバー部材
２１：開口
２２：溝
３０：円筒部材
４０：前方壁部材
４１：噴射ノズル
４２：プラグ
５０：衝突空間
【図１】
0003686528.tif 000002
【図２】
0003686528.tif 000003