(57)【要約】【課題】均一なものを短時間で得ることが可能で、コンタミネーションの問題が生じることはなく、構造が簡易で、原料を破壊することはなく、さらにスラリーなど高粘性を有するものであっても、乳化処理を行なうことが可能な乳化分散破砕装置及び乳化分散破砕方法を提供することである。【解決手段】乳化処理される流体を収容可能な収容部１２を備えるとともに、回転可能に設けられた回転体１０と、該回転体１０の収容部１２から前記回転体１０の外まで連通する連通孔１５を有する乳化分散破砕ノズル１６と、前記回転体１０の回転による遠心力によって前記乳化分散破砕ノズル１６の連通孔１５を通って前記回転体１０の外まで流動された流体を受領可能な受領部１８と、を備えたことを特徴とする乳化分散破砕装置である。【選択図】図１
2005238000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳化処理される流体を収容可能な収容部を備えるとともに、回転可能に設けられた回転体と、
該回転体の収容部から前記回転体の外まで連通する連通孔を有する乳化分散破砕ノズルと、
前記回転体の回転による遠心力によって前記乳化分散破砕ノズルの連通孔を通って前記回転体の外まで流動された流体を受領可能な受領部と、
を備えたことを特徴とする乳化分散破砕装置。
【請求項２】
前記乳化分散破砕ノズルの連通孔には、前記回転体の半径方向に対して垂直な方向に延在するとともに、上流側端部に前記回転体の半径方向内側に向けて形成された流入口と下流側端部に前記回転体の半径方向外側に向けて形成された流出口を有する第１流路が設けられ、前記流出口は、前記第１流路の流路断面積よりも小さな面積を有し、前記流体が前記第１流路を通って前記回転体の収容部から前記回転体の外まで流動するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の乳化分散破砕装置。
【請求項３】
前記乳化分散破砕ノズルの連通孔には、前記回転体の半径方向に対して垂直な方向に延在するとともに、両端部に前記回転体の半径方向内側に向けて形成された一対の流入口と中間部に前記回転体の半径方向外側に向けて形成された流出口を有する第１流路が設けられ、前記流出口は、前記第１流路の流路断面積の二倍よりも小さな面積を有し、前記流体が前記第１流路を通って前記回転体の収容部から前記回転体の外まで流動するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の乳化分散破砕装置。
【請求項４】
前記流出口には、前記回転体の半径方向に延在する第２流路が連通されており、該第２流路の流路断面積は、前記流出口よりも大きな面積を有することを特徴とする請求項２又は３記載の乳化分散破砕装置。
【請求項５】
前記回転体は、１〜１１００００Ｇの遠心力が加えられて回転するよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の乳化分散破砕装置。
【請求項６】
前記乳化分散破砕ノズルの連通孔の前記回転体の半径方向内側の開口縁には、前記回転体の内周面から前記連通孔に連通する連通路が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の乳化分散破砕装置。
【請求項７】
乳化処理される流体が収容された収容容器を回転し、
その回転の際の遠心力を利用して、前記流体を前記収容容器の内部から外部に連通する連通孔を有する乳化分散破砕ノズルを通過させることを特徴とする乳化分散破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品、医薬品、化粧品、化学薬品、その他の新素材開発研究や水質浄化処理などの分野に利用されるものであって、水と油などの流体原料を乳化分散及び破砕処理を行なう乳化分散破砕装置及び乳化分散破砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の乳化及び分散処理は、ミキサなどの攪拌式装置によって行なわれ、破砕処理はビーズミル等によって行われている。撹拌式装置は、一般に乳化処理される流体を収容可能な容器内で撹拌羽根を回し、流体を撹拌して懸濁状にすることによって、乳化を行なうものである。また、ビーズミルは、容器の中にビーズを充填しておき、中央の回転軸を回転することによりビーズに動きを与え、ここに原料を送り込み、ビーズにより摺りつぶすことによって粉砕、分散を行なうものである。
【０００３】
また、乳化分散破砕装置としては、原料を高圧に加圧し、スリットを抜けさせ、その抜ける際のせん断力を利用することによって、粉砕・分散・乳化を行なう高圧ホモジナイザーがある（特許文献１及び２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１１６４８７号公報
【特許文献２】特開平８−１０８７９３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、攪拌式装置は、撹拌羽根を回して容器内の流体を撹拌するものであるので、均一なものができるのに時間がかかるという問題がある。また、ビーズミルは、ビーズ同士が擦れ合って、コンタミネーションが生じるという問題がある。さらに、高圧ホモジナイザーは、圧力発生部やチェックバルブ等ポンプの構造が複雑であり、流体に高圧を加えるため、食物成分などが破壊されるという問題がある。また、高圧ホモジナイザーは、ポンプに負担を与えてしまうため、スラリーなど高粘性を有するものについての乳化分散及び破砕処理には適していない。
【０００６】
そこで、本発明は、均一なものを短時間で得ることが可能で、コンタミネーションが生じることはなく、構造が簡易で、原料を破壊することはなく、さらにスラリーなど高粘性を有するものであっても、乳化処理を行なうことが可能な乳化分散破砕装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するため、本発明は、乳化処理される流体を収容可能な収容部を備えるとともに、回転可能に設けられた回転体と、該回転体の収容部から前記回転体の外まで連通する連通孔を有する乳化分散破砕ノズルと、前記回転体の回転による遠心力によって前記乳化分散破砕ノズルの連通孔を通って前記回転体の外まで流動された流体を受領可能な受領部と、を備えたことを特徴とする乳化分散破砕装置である。
【０００８】
以上のように本発明に係る乳化分散破砕装置は、回転体を回転すると回転体の遠心力により、回転体の収容部に収容された流体が、乳化分散破砕ノズルの連通孔を通って回転体の収容部から回転体の外まで流動し、受領部によって受領される。このように流体は、乳化分散破砕ノズルの連通孔を通って流動する際のせん断力を利用することにより、乳化分散及び破砕処理が行なわれる。
【０００９】
このように本発明に係る乳化分散破砕装置は、容器内の流体を撹拌するものではなく、遠心力を利用して乳化分散破砕ノズルを通過させることによって乳化分散及び破砕処理を行なうものなので、均一な乳化物を短時間で得ることができ、ビーズなどを利用するものではないので、コンタミネーションが生じることはない。また、本発明に係る乳化分散破砕装置は、このように回転体、乳化分散破砕ノズル及び受領部からなるので、構造が簡易であり、遠心力を利用するだけで高圧を加えることはないので、原料を破壊することはない。さらに、ポンプを使用しないので、高粘性を有するものであっても、負荷が加わることはない。
【００１０】
本発明に係る乳化分散破砕装置において、前記乳化分散破砕ノズルの連通孔には、前記回転体の半径方向に対して垂直な方向に延在するとともに、上流側端部に前記回転体の半径方向内側に向けて形成された流入口と下流側端部に前記回転体の半径方向外側に向けて形成された流出口を有する第１流路が設けられ、前記流出口は、前記第１流路の流路断面積よりも小さな面積を有し、前記流体が前記第１流路を通って前記回転体の収容部から前記回転体の外まで流動するよう構成されていることが好ましく、前記乳化分散破砕ノズルの連通孔には、前記回転体の半径方向に対して垂直な方向に延在するとともに、両端部に前記回転体の半径方向内側に向けて形成された一対の流入口と中間部に前記回転体の半径方向外側に向けて形成された流出口を有する第１流路が設けられ、前記流出口は、前記第１流路の流路断面積の二倍よりも小さな面積を有し、前記流体が前記第１流路を通って前記回転体の収容部から前記回転体の外まで流動するよう構成されていることが好ましい。
【００１１】
このように流体が前記第１流路を通って前記回転体の収容部から前記回転体の外まで流動するよう構成することにより、流体は、断面積又は２倍の断面積が広い第１流路から断面積が狭い流出口に流動する際、ある程度の角度を以って屈曲させられ、急激に加速して流動するので、乳化分散及び破砕処理を効率的に行なうことができる。
【００１２】
また、本発明に係る乳化分散破砕装置において、前記流出口には、前記回転体の半径方向に延在する第２流路が連通されており、該第２流路の流路断面積は、前記流出口よりも大きな面積を有することが好ましい。このように流出口に断面積が流出口よりも広い第２流路を連通することにより、流出口から第２流路に至る際に、断面積が急激に広げられるので、流体の加速を助長することができ、乳化分散及び破砕処理をさらに効率的に行なうことができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る乳化分散破砕装置において、前記回転体は、１〜１１００００Ｇ、特に１０〜１００００Ｇの遠心力が加えられて回転するよう構成されていることが好ましい。１０Ｇの遠心力より大きな遠心力が加えられる回転のほうがより効率的に乳化分散及び破砕処理を行なうことができ、１００００Ｇの遠心力よりも大きくなると流体に加わる負荷が大き過ぎて、成分が分解してしまう場合がある。
【００１４】
またさらに、本発明に係る乳化分散破砕装置において、前記乳化分散破砕ノズルの連通孔の前記回転体の半径方向内側の開口縁には、前記回転体の内周面から前記連通孔に連通する連通路が形成されていることが好ましく、この連通路は、前記回転体の半径方向に対して垂直な方向に延びるように形成されていることが好ましい。このように連通路を設けることにより、回転体の遠心力により回転体の内周面に移動した流体が容易に乳化分散破砕ノズルの連通孔内に流動することができる。
【００１５】
本発明に係る乳化分散破砕装置においては、複数の乳化分散破砕ノズルを設けることができる。例えば、回転体の周方向に複数の乳化分散破砕ノズルを並列させることができ、このように周方向に並列させることにより、乳化分散及び破砕効率を向上させて、処理時間を短縮することができる。また、周方向だけでなく、回転体の半径方向に複数並列させても良く、半径方向に並列させることにより、乳化分散破砕ノズルを複数回通過させることができるので、細かい粒子に乳化分散及び破砕処理を行なうことができる。半径方向に並列させる場合、回転体の外周壁の内側に内壁を設けて、内壁毎に乳化分散破砕ノズルを設けることが必要である。
【００１６】
さらに、本発明は、乳化処理される流体が収容された収容容器を回転し、その回転の際の遠心力を利用して、前記流体を前記収容容器の内部から外部に連通する連通孔を有する乳化分散破砕ノズルを通過させることを特徴とする乳化分散破砕方法である。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、均一なものを短時間で得ることが可能で、コンタミネーションが生じることはなく、構造が簡易で、原料を破壊することはなく、さらにスラリーなど高粘性を有するものであっても、乳化処理を行なうことが可能な乳化分散破砕装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明に係る乳化分散破砕装置の第１実施例について図面に基づいて説明する。図１は、第１実施例に係る乳化分散破砕装置の正面断面図である。第１実施例に係る乳化分散破砕装置は、乳化処理される流体原料を収容可能な収容部１２を備えるとともに、回転可能に設けられた回転体１０と、回転体１０の収容部１２に乳化処理される流体原料を供給する流体原料供給部１４と、回転体１０の収容部１２から回転体１０の外に連通する連通孔１５を有する乳化分散破砕ノズル１６と、乳化分散破砕ノズル１６から回転体１０の外側に流動された流体を受領可能な受領部１８と、受領部１８に受領された流体を回収する流体回収部２０と、を備えている。
【００１９】
回転体１０は、図２に示すように上方に開口部２２を有する有底円筒状に形成されており、この有底円筒状の周面１０Ａ及び底面１０Ｂによって収容部１２が形成される。回転体１０の底面の中心には、回転軸２４が連結されており、この回転軸２４は、回転体１０の下方に設けられたモータ２６によって回転され、この回転よって回転体１０を回転するように構成されている。回転体１０の周面１０Ａには、乳化分散破砕ノズル１６が嵌入可能な嵌入孔１１が周方向に等間隔をおいて４つ形成されている。
【００２０】
流体原料供給部１４は、流体原料である水及び油と、乳化処理のための界面活性剤を貯蔵する流体原料タンク２８と、流体原料タンク２８内の流体原料を回転体１０の開口部２２から収容部１２内に誘導するパイプ３０と、パイプ３０に設けられたボールバルブ３３と、を備えている。流体原料タンク２８は、回転体１０の上方に設けられており、このため、ボールバルブ３３を開口状態にすることにより、流体原料タンク２８内の流体原料をその自重によりパイプ３０を介して回転体１０の収容部１２内に供給することができる。
【００２１】
乳化分散破砕ノズル１６は、図３に示すように円筒状に形成されたノズル本体３２と、周面がノズル本体３２の内周面に接着可能に円状に形成された上流側ディスク３４と、上流側ディスク３４に対してノズル本体３２の下流側（図３の下側）に設けられ、周面がノズル本体３２の内周面に接着可能に円盤状に形成された下流側ディスク３６と、を備えており、円筒状に形成されたノズル本体３２の内周面によって連通孔１５が形成される。ノズル本体３２の上流側（図３の上側）の上端開口には、全周に亘って外側に突出するフランジ３８が形成されており、ノズル本体３２は、このフランジ３８の基端面３８Ａが回転体１０の収容部１２の内周面１２Ａに接着した状態で、回転体１０の周面１０Ａに形成された嵌入孔１１それぞれに脱着可能な状態で嵌入されている。このフランジ３８の基端側部分とノズル本体３２の間にはノズル本体３２の半径方向外側からノズル本体３２の連通孔１５に亘って貫通する第１貫通孔４０が周方向に等間隔をおいて４つ形成されている。上流側ディスク３４及び下流側ディスク３６は、それらの上流側に押しねじ４４によって保持された上流側押え部材４２と、それらの下流側に設けられた下流側押え部材４６によって挟持されることによってノズル本体３２内に固定されており、押しねじ４４は、乳化分散破砕ノズル本体３２の内周面にねじ結合している。上流側押え部材４２の外周にはＯリング４８が設けられており、これによりノズル本体３２内を通る流体が上流側押え部材４２の外周面とノズル本体３２の内周面の間を通るのを防止することができる。
【００２２】
上流側ディスク３４には、図３乃至５に示すように上流側の面３４Ａから下流側の面３４Ｂに貫通する一対の第２貫通孔５０、５０が上流側ディスク３４の中心を中心に対称な位置に設けられており、その下流側の面３４Ｂには、一対の第２貫通孔５０、５０を連通する連通溝５２が形成されている。下流側ディスク３６の中心には、上流側の面３６Ａから下流側の面３６Ｂに貫通する断面長方形の矩形状の第３貫通孔５４が形成されている。そして、上流側ディスク３４と下流側ディスク３６は、連通溝５２の長手方向と第３貫通孔５４の長手方向が直角に交差するように重なって設けられている。また、連通溝５２と第３貫通孔５４の交差によって形成される流出口５６の面積（図７の斜線で示される部分の面積）は、連通溝５２と下流側ディスク３６の上流側の面３６Ａによって形成される流路５８の断面積（図６参照）の２倍よりも小さくなるように形成されている。
【００２３】
受領部１８は、上方に開口を有する有底円筒状に形成されており、底面１８Ａの中央には、回転体１０に接続された回転軸２４が貫通可能な貫通穴５７が形成されている。受領部１８の底面１８Ａは、この貫通穴５７を頂点とし、周辺部近傍全周に亘って溝が形成するように略円錐状に形成されている。また、この底面１８Ａは、一方向、例えば図１の右方向に傾いて形成されている。
【００２４】
回収部２０は、乳化物を収容する回収容器５９と、この回収容器５９と受領部１８を連通する連通パイプ６０と、を備えており、この連通パイプ６０は、一方向に傾いた受領部１８の底面１８Ａの最も低い位置に接続されている。
【００２５】
次に、第１実施例に係る乳化分散破砕装置の動作について説明する。先ず、ボールバルブ３３を開口状態にすることにより、流体原料タンク２８内の適宜量の流体原料をパイプ３０を介して回転体１０の収容部１２内に供給する。回転体１０の収容部１２内に流体原料を収容すると、モータ２６を稼動させることによって回転軸２４を介して回転体１０を高速回転する。回転体１０が高速回転すると、その遠心力により収容部１２内の流体原料が収容部１２の内周面１２Ａに移動し、第１貫通孔４０を通って乳化分散破砕ノズル１６のノズル本体３２内に誘導される。ノズル本体３２内に誘導された流体原料は、先ず一対の第２貫通孔５０、５０を介して流路５８に流動し、その後流出口５６を通って第３貫通孔５４に流動する。流体原料は、２倍の断面積が広い流路５８から断面積が狭い流出口５６に流動する際、ある程度の角度を以って屈曲させられるので、急激に加速して流動する。さらに、流出口５６から第３管通孔５４に至る際に、断面積が急激に広げられるので、流体原料の加速を助長させることができる。このように流体原料の流動速度を加速させることによって、流体原料を分散又は破砕して乳化物とすることができるので、乳化分散破砕処理を効率的に行なうことができる。
【００２６】
乳化分散破砕ノズル１６を通って、乳化分散破砕処理された乳化物は、受領部１８の内周面１８Ｂに当たり、自重により底面１８Ａに流動する。底面１８Ａまで流動した乳化物は、周面近傍に形成された溝に集まり、その後傾いた底面１８Ａの最も低い位置に流動する。この底面１８Ａの最も低い位置には、連通パイプ６０が連通しているので、乳化物は、連通パイプ６０を通って、回収容器に流動する。
【００２７】
次に、本発明に係る乳化分散破砕装置の第２実施例について図面に基づいて説明する。図８は、第２実施例に係る乳化分散破砕装置に使用される回転体７０の正面断面図である。第２実施例に係る乳化分散破砕装置において、回転体７０の外周壁７０Ａの内側には、全周に亘って内壁７０Ｂが形成されており、この内壁７０Ｂにも乳化分散破砕ノズル７２が周方向に等間隔をおいて４つ設けられている。流体原料は、この内壁７０Ｂによって囲まれる収容部７４に投入され、回転体７０の遠心力により内壁７０Ｂに設けられた乳化分散破砕ノズル７２を通った後、外周壁７０Ａに設けられた乳化分散破砕ノズル７６に誘導されるように構成されている。
【００２８】
第２実施例に係る乳化分散破砕装置に使用された乳化分散破砕ノズル７２及び７６の上流側ディスク７８には、図９及び１０に示すように上流側の面７８Ａから下流側の面７８Ｂに貫通する第１貫通孔８０が上流側ディスク７８の中心からずれた位置に一つ設けられており、その下流側の面７８Ｂには、第１貫通孔８０に連通する連通溝８２が形成されている。第１貫通孔８０と連通溝８２の反対側の端部、すなわち下流側端部は、上流側ディスク７８の中心を中心に対称な位置に形成されている。下流側ディスク８４の連通溝８２の下流側端部に対抗する位置には、図９及び１１に示すように上面側の面８４Ａから下流側の面８４Ｂに貫通する第２管通孔８６が形成されている。この第２管通孔８６は、連通溝８２の長手方向と垂直な方向に延びる断面長方形の矩形状に形成されている。連通溝８２と第２貫通孔８６の交差によって形成される流出口８８の面積（図１３の斜線で示される部分の面積）は、連通溝８２と下流側ディスク８４の上流側の面８４Ａによって形成される流路９０の断面積（図１２参照）よりも小さくなるように形成されている。
【００２９】
以上のように第１実施例及び第２実施例においては、乳化分散破砕ノズルに上流側ディスク及び下流側ディスクを設けたが、例えばこれらディスクを設けなくても良く、例えば連通孔として半径方向に延びるスリットを設けるだけも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る乳化分散破砕装置の第１実施例の正面断面図である。
【図２】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた回転体の正面断面図である。
【図３】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた乳化分散破砕ノズルの正面断面図である。
【図４】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスクの底面図である。
【図５】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた下流側ディスクの平面図である。
【図６】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスク及び下流側ディスクを重ねた状態の図４のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
【図７】第１実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスク及び下流側ディスクを重ねた状態の概念図である。
【図８】本発明に係る乳化分散破砕装置の第２実施例に用いられた回転体の正面断面図である。
【図９】第２実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスク及び下流側ディスクを重ねた状態の正面断面図である。
【図１０】第２実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスクの底面図である。
【図１１】第２実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた下流側ディスクの平面図である。
【図１２】第２実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスク及び下流側ディスクを重ねた状態の図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。
【図１３】第２実施例に係る乳化分散破砕装置に用いられた上流側ディスク及び下流側ディスクを重ねた状態の概念図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０   回転体
１２   収容部
１５   連通孔
１６   乳化分散破砕ノズル
１８   受領部
【図１】
2005238000.tif 000003
【図２】
2005238000.tif 000004
【図３】
2005238000.tif 000005
【図４】
2005238000.tif 000006
【図５】
2005238000.tif 000007
【図６】
2005238000.tif 000008
【図７】
2005238000.tif 000009
【図８】
2005238000.tif 000010
【図９】
2005238000.tif 000011
【図１０】
2005238000.tif 000012
【図１１】
2005238000.tif 000013
【図１２】
2005238000.tif 000014
【図１３】
2005238000.tif 000015