(57)【要約】【課題】原料液を強制的にパルス化させることなく、安定して長時間連続で液滴を製造可能な液滴製造装置および液滴製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る液滴製造装置１は、原料液をノズル３に供給し、ノズル３の先端から原料液を排出して液滴を製造するものであって、一端がノズル３に連通し、他端が貯槽１１に連通する原料液供給管５と、ノズル３に供給する前記原料液の流量を調整する第１の流量調整器１３と、一端が原料液供給管５に接続され、他端がガス容器２１に接続されたガス供給管７と、ガス供給管７から原料液供給管５に供給する前記ガスの圧力を調整するガス圧力調整器２３と、ガス供給管７から原料液供給管５に供給する前記ガスの流量を調整する第２の流量調整器２５と、を備え、原料液供給管５内に前記ガスが供給されることで前記原料液がパルス化され、前記原料液の液滴を連続的に製造することを特徴とするものである。【選択図】  図１
2018065067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料液を管状のノズルに供給し、該ノズルの先端から前記原料液を排出して液滴を製造する液滴製造装置であって、
一端が前記ノズルに連通し、他端が前記原料液の供給源に連通する原料液供給管と、
前記ノズルに供給する前記原料液の流量を調整する原料液流量調整器と、
一端が前記原料液供給管に接続され、他端がガスの供給源に接続されたガス供給管と、
該ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの圧力を調整するガス圧力調整器と、
前記ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの流量を調整するガス流量調整器と、を備え、
前記原料液供給管内に前記ガスが供給されることで、前記原料液がパルス化され、前記原料液の液滴を連続的に製造することを特徴とする液滴製造装置。
【請求項２】
前記ガス供給管に、加熱又は冷却する機構が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液滴製造装置。
【請求項３】
原料液を管状のノズルに供給し、該ノズルの先端から前記原料液を排出して液滴を製造する液滴製造方法であって、
前記ノズルに前記原料液を供給する原料液供給管に、ガスを連続的に供給することで前記原料液をパルス化し、前記ノズルの先端から前記原料液の液滴を連続的に製造することを特徴とする液滴製造方法。
【請求項４】
前記原料液供給管に供給する前記ガスの圧力を、前記原料液供給管に供給する前記原料液の圧力よりも高く設定することを特徴とする請求項３記載の液滴製造方法。
【請求項５】
前記原料液供給管に供給する前記ガスの温度を、所定の温度に調整することを特徴とする請求項３又は４に記載の液滴製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルに原料液を供給して液滴を製造する液滴製造装置および液滴製造方法に関し、特に、原料液を強制的にパルス化させて液滴を製造する液滴製造装置および液滴製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ノズルに原料液を供給して液滴を製造する装置においては、加振器を用いて原料液を強制的にパルス化させる機構が備えられている。
例えば、特許文献１に開示された滴下装置においては、液滴を滴下する滴下ノズルと、該滴下ノズルに振動を加える加振器が設けられ、該加振器によって前記滴下ノズルに連続的に供給された液体を強制的にパルス化し、該パルス化した液体を前記滴下ノズルの先端から鉛直下向きに滴下させることにより、液滴が連続的に製造される。
また、原料液を強制的にパルス化する方法として、連続的に弁の開閉を繰り返す方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０２５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、加振器や弁などを用いて強制的に液体をパルス化させた場合、毎秒数回という高い振動数や回数で、かつ長時間連続で加振器や弁などを動作させるため、これらの機器の故障頻度が高く、頻繁に液滴サイズの精度が低下することが問題であった。
そして、液滴サイズの精度が低下するたびに、加振器や弁の交換が必要となり、その間は液滴の製造も停止せざるを得なかった。
【０００５】
また、強制的に液体をパルス化させても、液体の粘度が高い場合や時間経過により液体の性質が変化する場合、また液体の流量が少ない場合、さらには液体の圧力が低い場合などでは、液体がノズル内で詰まりやすく、長時間安定して液滴を製造することが困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、加振器や弁を用いずに原料液をパルス化し、安定して長時間連続で液滴を製造することができる液滴製造装置および液滴製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る液滴製造装置は、原料液を管状のノズルに供給し、該ノズルの先端から前記原料液を排出して液滴を製造するものであって、一端が前記ノズルに連通し、他端が前記原料液の供給源に連通する原料液供給管と、前記ノズルに供給する前記原料液の流量を調整する原料液流量調整器と、一端が前記原料液供給管に接続され、他端がガスの供給源に接続されたガス供給管と、該ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの圧力を調整するガス圧力調整器と、前記ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの流量を調整するガス流量調整器と、を備え、前記原料液供給管内に前記ガスが供給されることで、前記原料液がパルス化され、前記原料液の液滴を連続的に製造することを特徴とするものである。
【０００８】
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記ガス供給管に、加熱又は冷却する機構が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）本発明に係る液滴製造方法は、原料液を管状のノズルに供給し、該ノズルの先端から前記原料液を排出して液滴を製造するものであって、前記ノズルに前記原料液を供給する原料液供給管に、ガスを連続的に供給することで前記原料液をパルス化し、前記ノズルの先端から前記原料液の液滴を連続的に製造することを特徴とするものである。
【００１０】
（４）上記（３）に記載のものにおいて、前記原料液供給管に供給する前記ガスの圧力を、前記原料液供給管に供給する前記原料液の圧力よりも高く設定することを特徴とするものである。
【００１１】
（５）上記（３）又は（４）に記載のものにおいて、前記原料液供給管に供給する前記ガスの温度を、所定の温度に調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明においては、原料液を管状のノズルに供給し、該ノズルの先端から前記原料液の液滴を製造するものであって、一端が前記ノズルに連通し、他端が前記原料液の供給源に連通する原料液供給管と、前記ノズルに供給する前記原料液の流量を調整する原料液流量調整器と、一端が前記原料液供給管に接続され、他端がガスの供給源に接続されたガス供給管と、該ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの圧力を調整するガス圧力調整器と、前記ガス供給管から前記原料液供給管に供給する前記ガスの流量を調整するガス流量調整器と、を備え、前記原料液供給管内に前記ガスが供給されることで、前記原料液がパルス化され、前記原料液の液滴を連続的に製造することができ、加振器や弁を用いずに安定して長時間連続で液滴を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴製造装置の構成を説明する説明図である。
【図２】本発明の実施の形態において、原料液供給管にガスを供給することで原料液がパルス化される状況を説明する説明図である。
【図３】原料液供給管に原料液とガスとを供給することで原料液の層とガスの層が形成されて、原料液がパルス化された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本実施の形態に係る液滴製造装置１は、図１に示すように、原料液を管状のノズル３に供給し、ノズル３の先端から排出して前記原料液の液滴を製造するものであって、一端がノズル３に連通する原料液供給管５と、一端が原料液供給管５に接続するガス供給管７とを備え、原料液供給管５の他端側には、貯槽１１と第１の流量調整器１３とからなる原料液供給部１０が設けられ、ガス供給管７の他端側には、ガス容器２１とガス圧力調整器２３と第２の流量調整器２５とからなるガス供給部２０が設けられている。
【００１５】
以下、図１を参照して、液滴製造装置１の各構成要素について詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実物と同じであるとは限らない。
また、実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、本発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
【００１６】
なお、本発明に係る原料液としては、食品や薬品などが挙げられる。また、原料液は、固体を加熱して溶融させたものであってもよい。
また、本発明に係るガスとしては、窒素や希ガスなどの不活性ガスが好ましく、原料液と反応せず、原料液の組成や性質に影響を及ばさないガスであれば使用することができる。
【００１７】
＜ノズル＞
ノズル３は、鉛直下向きに配置され、先端から原料液を排出して液滴を滴下させるものである。
本実施の形態において、ノズル３は、外径2〜10mmの配管で製造され、その内径は1.4〜8.0mmである。また、ノズル３の材質としては、SUS304を用いたが、これに限定されるものではなく、原料液と反応しない材質であれば使用することができる。
【００１８】
＜原料液供給管＞
原料液供給管５は、一端がノズル３に連通し、他端が貯槽１１に連通するものであり、貯槽１１に貯留された原料液をノズル３に供給するものである。
【００１９】
本実施の形態において、原料液供給管５は、外径2〜10mm、内径1.4〜8.0mmの配管を用いている。原料液供給管５の材料には、SUS304を用いたが、これに限定されるものではなく、原料液と反応しない材質のものであれば使用することができる。また、原料液供給管５は、チューブであってもよい。
【００２０】
＜貯槽＞
貯槽１１は、ノズル３に供給する原料液の供給源として該原料液を貯留するものである。
本実施の形態において、貯槽１１の材料には、SUS304を用いたが、これに限定されるものではなく、原料液と反応しない材質のものであれば使用することができる。
また、図１には示されていないが、原料液を所定の温度に加熱もしくは冷却する機構を貯槽１１に設けてもよい。
【００２１】
＜第１の流量調整器＞
第１の流量調整器１３は、原料液供給管５におけるガス供給管７との合流部９よりも一次側（貯槽１１側）に原料液流量調整器として設けられて、貯槽１１からノズル３に供給する原料液の流量を調整するものである。
【００２２】
本実施の形態において、第１の流量調整器１３としてニードル弁を用いたが、これに限定されるものではなく、マスフローコントローラなどを使用することができる。
【００２３】
＜ガス供給管＞
ガス供給管７は、一端が原料液供給管５における合流部９に接続され、他端がガスの供給源であるガス容器２１に接続されたものであり、ガス容器２１に貯蔵されたガスを原料液供給管５に供給するものである。
【００２４】
＜ガス容器＞
ガス容器２１は、原料液供給管５に供給するガスの供給源として該ガスを貯蔵するものである。
本実施の形態において、貯槽１１にはマンガン鋼製の高圧ガス容器（ボンベ）を用いているが、これに限定されることではなく、様々な容器を用いることができる。
【００２５】
＜ガス圧力調整器＞
ガス圧力調整器２３は、ガス容器２１から原料液供給管５に供給されるガスの圧力を調整するものである。本実施の形態では、ガス圧力調整器２３として減圧弁を用いたが、これに限定されるものではなく、自動コントロール弁などを使用することができる。
【００２６】
＜第２の流量調整器＞
第２の流量調整器２５は、ガス流量調整器としてガス供給管７に設けられて、ガス容器２１から原料液供給管５に供給されるガスの流量を調整するものである。本実施の形態では、第２の流量調整器２５にニードル弁を用いたが、これに限定されるものではなく、マスフローコントローラなどを使用することができる。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態に係る液滴製造方法を、液滴製造装置１の動作と共に、図１および２を用いて説明する。
本実施の形態に係る液滴製造方法は、図１および２に示すように、原料液を管状のノズル３に供給し、ノズル３の先端から前記原料液の液滴を製造するものである。
なお、図２においては、図１に示す液滴製造装置１を構成する要素と実質的に同一の機能を有するものについては、同一の符号を付している。
【００２８】
まず、ノズル３に、原料液供給管５を通して原料液を供給する。原料液の流量は、原料液供給管５に設けた第１の流量調整器１３により調整することができる。
【００２９】
次に、ガス容器２１からガス供給管７を通して合流部９に向けてガスを供給する。このとき、ガス供給管７に設けたガス圧力調整器２３によりガスの供給圧力を調整するとともに、第２の流量調整器２５でガスの流量を調整する。
【００３０】
上記のように構成された液滴製造装置１および液滴製造方法によれば、所定の流量に調整した原料液と、所定の圧力および流量に調整したガスとを原料液供給管５に供給することにより、原料液供給管５の合流部９よりもノズル３側においては原料液の層同士の間にガスの層が形成されて、原料液がパルス化され、該パルス化された原料液がノズル３の先端から排出されることにより、連続的に液滴を製造することができる。
【００３１】
図３に、原料液供給管５として透明なチューブを用い、該チューブにガスを供給して原料液をパルス化した状態の一例を示す。
図３より、チューブ内において原料液が切断されて原料液の層と層の間にガスの層が形成され、原料液がパルス化されていることが分かる。
【００３２】
そして、本実施の形態に係る液滴製造装置１および液滴製造方法によれば、原料液の流量が少ない場合や圧力が低い場合、原料液の粘度が高い場合、または、時間経過により原料液の性質が変化する場合であっても、ノズル３内で原料液が詰まることなく長時間安定して連続的に液滴を製造することができる。
なお、原料液の流量と、ガスの供給圧力および流量の好適な範囲については、後述する実施例にて説明する。
【００３３】
また、原料液をパルス化するに際しては、原料液供給管５に供給するガスの圧力を、原料液供給管５に供給する原料液の圧力よりも高く設定することにより、原料液供給管５内において原料液の層を押し流す効果が生じて原料液の流れやよりスムーズとなり、ノズル３の先端からより安定して液滴を製造することができて好ましい。
なお、原料液供給管５に供給する原料液の圧力は、例えば貯槽１１が密閉されている場合、貯槽１１の気相部に圧力を調整した窒素ガスなどを供給することで貯槽１１内の圧力を上げた後、減圧することで調整することができる。
【００３４】
さらに、ガス供給管７においてガスの温度を所定の温度に調整して原料液供給管５に供給することにより、原料液を適した温度に保つことができ、より長時間安定して液滴を製造することができて好ましい。
【００３５】
また、上記の説明では、図１に示すように、ノズル３の先端を下向きとし、ノズル３の先端から原料液が滴下して液滴を製造するものであったが、本発明においてノズルの配置はこれに限定されることではなく、ノズルを傾けることや、さらには横向きにした状態であっても、該ノズルの先端から原料液を排出して液滴を製造することもできる。
【００３６】
これは、本発明では、原料液供給管に供給されたガスによってパルス化された原料液をノズルの先端から押し出すことによって液滴を製造するためである。
【００３７】
さらに、原料液供給部１０においては、図１には図示されていないが、原料液を供給するためのポンプを、原料液供給管５における合流部９よりも一次側に設けてもよい。
【００３８】
また、上記の説明では、貯槽１１から供給された原料液は原料液供給管５内で連続流の状態であるが、本発明は、原料液供給管５における合流部９よりも一次側において原料液を強制的にパルス化した後にガスを供給するものであってもよい。
【００３９】
原料液が連続流の状態である場合では、合流部９にて供給されたガスは原料液を切断し、該切断した原料液の層同士の間にガスの層が形成されることで、原料液をパルス化した状態にすることができる。
【００４０】
一方、原料液がパルス化した状態である場合、合流部９にて供給されたガスは原料液の層と層の間に供給されるため、原料液の層同士の間隔をより大きくすることができる。
【００４１】
原料液供給管５に供給する原料液が連続流の状態又はパルス化した状態での液滴の製造を比較すると、安定して液滴を製造するためには、連続流の状態の方がより高いガスの供給圧力、あるいは、より多くのガスの供給量を必要とした。
【００４２】
なお、図１に示す液滴製造装置１では、原料液供給管５は直管形状であるが、ガス供給管７との合流部９において原料液とガスとが供給されて原料液をパルス化することができるものであれば、原料液供給管５は直管形状に限るものではない。
【実施例】
【００４３】
本発明の作用効果について確認するための実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
本実施例では、図１に示す液滴製造装置１において、原料液供給管５に供給するガスの圧力と流量を変化させ、また、粘度の異なる原料液を用いて液滴を製造する試験を行い、ノズル３から排出する原料液の状態を観察することによって、液滴を安定して製造できる条件を調査した。
【００４４】
ノズル３、原料液供給管５およびガス供給管７には、内径8.0mmのものを用いた。
原料液には、水（粘度：1mPa・s）または油（100mPa・s）を用い、いずれの原料液においても、原料液供給管５の合流部９の一次側において、原料液は連続状態（連続流）とし、原料液を供給する圧力を0.05MPaG、流量を0.5mL/sに設定した。
ここで、原料液を供給する圧力は、貯槽１１を密閉し、貯槽１１内の気相部に圧力を調整した窒素ガスを供給することで圧力を上げた後、減圧することにより調整した。
【００４５】
ガス供給管７を通して原料液供給管５との合流部９に供給するガスには、窒素ガスを用い、供給圧力を0.05〜0.6MPaG、流量を0.25〜5.0mL/sの範囲で調整した。また、ガス供給管７の合流部９の一次側において、ガスは連続状態（連続流）とした。
【００４６】
表１〜４に、本実施例における実験結果をまとめて示す。表１〜４において、1時間継続して液滴を製造できた条件を「安定」と表記し、液滴を1時間継続して安定に製造できなかった場合を「不可」と表記した。
表１に、原料液を水とし、ガスの供給圧力を一定（=0.05MPaG）としてガスの流量を変化（0.25〜5.0mL/s）させた場合の結果を示す。
【００４７】
【表１】
2018065067.tif 000003
【００４８】
表１より、原料液の流量を1とした場合、ガスの流量が約1〜6の範囲(0.5mL/s〜3.0mL/s)で液滴を安定して製造できた。
【００４９】
これに対し、ガスの流量が1よりも小さい場合（=0.25mL/s）においては、原料液の層同士の間に設けられるガスの層が安定せず、安定して液滴を製造することができなかった。
また、ガスの流量が8以上の場合（=4.0mL/s以上）、原料液供給管５へのガスの供給量が多すぎて原料液の層が破壊され、ノズル３から排出される原料液は連続流となり、安定して液滴を製造することができなかった。
【００５０】
表２に、原料液を水とし、ガスの流量を一定（=0.5mL/s）としてガスの圧力を変化（0.05〜5.0MPaG）させた場合の結果を示す。
【００５１】
【表２】
2018065067.tif 000004
【００５２】
表２より、ガスの供給圧力が0.1〜0.3MPaGの範囲で液滴を安定して製造できることが示された。
【００５３】
これに対し、原料液とガスの供給圧力が等しい場合（=0.05MPaG）、原料液の層同士の間に設けられるガスの層が安定せず、安定して液滴を製造することができなかった。
また、ガスの供給圧力が0.4MPaG以上の場合、原料液供給管５に供給したガスによって原料液の層が破壊され、ノズル３から排出される原料液は連続流となり、安定して液滴を製造することができなかった。
【００５４】
表３に、原料液を油とし、ガスの圧力を一定（=0.05MPaG）としてガスの流量を変化（0.25〜5.0mL/s）させた場合の結果を示す。
【００５５】
【表３】
2018065067.tif 000005
【００５６】
表３より、原料液の流量を1とした場合、ガスの流量が約4〜8の範囲（2.0〜4.0mL/s）において、安定して液滴を製造できることが示された。
【００５７】
これに対し、原料液とガスの流量が1.0mL/s以下の場合、原料液の層同士の間に設けられるガスの層が安定せず、安定して液滴を製造することができなかった。
また、ガスの流量が5.0mL/sの場合、原料液供給管５に供給したガスによって原料液の層が破壊され、ノズル３から排出される原料液は連続流となり、安定して液滴を製造することができなかった。
【００５８】
さらに、原料液に水を用いたときの実験結果（表１参照）と比較すると、原料液の粘度が高い油の場合においては、安定して液滴を製造することができるガスの流量の範囲が多量側に移動することが分かった。
【００５９】
表４に、原料液を油とし、ガスの流量を一定（=0.5mL/s）としてガスの圧力を変化（0.05〜0.6MPaG）させた場合の結果を示す。
【００６０】
【表４】
2018065067.tif 000006
【００６１】
表４より、ガスの流量が0.2〜0.5MPaGの範囲において、液滴を安定して製造できることが示された。
【００６２】
これに対し、原料液とガスの流量が1.0mL/s以下の場合、原料液の層同士の間に設けられるガスの層が安定せず、安定して液滴を製造することができなかった。
また、ガスの圧力が0.6MPaGの場合、原料液供給管５に供給したガスによって原料液の層が破壊され、ノズル３から排出される原料液は連続流となった。
【００６３】
さらに、原料液に水を用いたときの実験結果（表２参照）と比較すると、原料液の粘度が高い油の場合においては、安定して液滴を製造することができるガスの圧力の範囲が高圧側に移動することが分かった。
【００６４】
以上より、本発明に係る液滴製造装置において、原料液供給管に供給するガスの流量と圧力を調整することによって、安定して連続的に液滴を製造できることが実証された。さらに、原料液の粘度が高くなった場合においては、ガスの流量を多量側、もしくは、ガスの圧力を高圧側に調整することで、安定して連続的に液滴を製造できることが示された。
【符号の説明】
【００６５】
１  液滴製造装置
３  ノズル
５  原料液供給管
７  ガス供給管
９  合流部
１０  原料液供給部
１１  貯槽
１３  第１の流量調整器
２０  ガス供給部
２１  ガス容器
２３  ガス圧力調整器
２５  第２の流量調整器
【図１】
2018065067.tif 000007
【図２】
2018065067.tif 000008
【図３】
2018065067.tif 000009