(57)【要約】 【課題】  チタン酸バリウム等の極めて硬質の材料粒子を含む原料液に対する分散・解砕にも適用でき、従来より高い耐摩耗性を備えてより長い寿命を実現可能とするフィルタ装置の提供。【解決手段】  加圧手段を介して加圧された原料液を噴射ノズルへ送る配管途中に配置され、ノズル上流側で原料液中の材料粒子を少なくとも前記噴射ノズル径より小径に分散・解砕するフィルタ装置において、超高合金製のリング部材と、該リング部材に対して、予め定められた前記噴射ノズル径より小さい幅寸法の間隙を形成する他部材とを備え、前記間隙が材料粒子を前記寸法以下に分散・解砕する原料液流路を構成するものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧手段を介して加圧された原料液を噴射ノズルへ送る配管途中に配置され、原料液中の材料粒子を分散または解砕するフィルタ装置において、
高硬度部材製の第１のリング部材と、この第１のリング部材とは別体で該第１のリング部材に対して前記噴射ノズルの噴射口径より小さい幅寸法の間隙を形成する第２の部材とを備え、
前記間隙が材料粒子を前記幅寸法以下に分散または解砕する原料液流路を構成することを特徴とするフィルタ装置。
【請求項２】
前記第２の部材は、前記第１のリング部材の内側に配置され、第１のリング部材内径より小さい外径を有するセラミックス製ボールであることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
【請求項３】
前記第２の部材は、前記第１のリング部材とスペーサを介して同軸に配置された第２のリング部材であり、
前記間隙が、隣合う前記第１のリング部材と第２のリング部材同士間に前記スペーサによって形成されることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばスラリー液や異種の液体からなる混合液等の原料液を高圧ノズル噴射により材料粒子の微粒化、分散、乳化等を行う際にノズル上流側で用いるフィルタ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
材料物質の微粒化や乳化または微細粒子の分散などの流体の均質化を行う方法の一つとして、例えば図５に示すような微粒化装置を用いて材料粒子を含む液体（原料液）を高圧プランジャポンプで加圧してノズルから衝突チャンバー内に高圧噴射する方法が採用されている。
【０００３】
このような方法では、原料液が小径のノズルから噴射される際に、ノズルが目詰まりしないようにノズルより上流で材料粒子径を小さく、望ましくは噴射ノズルの噴射口径よりも小さくしておかなければならない。
【０００４】
そこで、ノズル（衝突チャンバー）より上流位置に超高圧フィルタを設置して、大径の粒子を細かくしてノズルの目詰まりを防止している。このようなフィルタとしては、例えば、ウェッジワイヤーフィルタがある。これは、ＳＵＳステンレス鋼製のワイヤーからなる金網フィルタであって、ワイヤー間の網目間隙に原料液を通すことによって大径粒子を分散、解砕するフィルタである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
即ち、原料液に含まれる粒子が軟質なものであれば、網目を通るだけで粒子は解砕、分散されるが、原料液に含まれる粒子が比較的硬質なものであれば、その粒子はまず網目に噛み込み、その後に網目の前後の圧力差によって解砕されて噛み込みが解消される。このようにウェッジワイヤーフィルタは強固な構造であることから、比較的硬質な粒子にも適用でき、高圧な流れにも適用できる。
【０００６】
【非特許文献１】インターネット＜ＵＲＬ：http://www.onc.ne.jp/manabe/wedge.htm＞真鍋工業株式会社製「ウェッジワイヤースクリーン」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようなウェッジワイヤーフィルタでも、チタン酸バリウムなどの極めて硬い粒子を対象とする場合には、この硬質粒子が高速で狭い網目を通過すると、網目を構成するＳＵＳ製ワイヤーからなるフィルタ面がアブレージョンやエロージョンによって磨耗あるいは壊食されていき、ついには大径粒子がそのままフィルタを通過してノズルの目詰まりを引き起こしてしまう。
【０００８】
また、磨耗や壊食が生じる前でも、極めて硬い粒子を含む原料液では、ウェッジワイヤーフィルタの網目に噛み込んだ大径粒子はいつまでも解砕されないか、解砕されるまでの時間が長くなる。
【０００９】
この場合、硬質粒子が網目に噛み込んだままの領域が拡がっていき、塞がった網目前後の圧力差によってついにはワイヤーが破損する可能性が高まる。生産ラインでこのような事態が生じると、その都度ラインを停止し、フィルタの取り外し・分解、ウェッジワイヤー交換、フィルタ部品の組付け及び、ノズル目詰まりの解消など、復旧に時間を要し、実際の微粒化や分散等の処理において作業効率に悪影響を及ぼし、最終的な製品の生産性の低下をもたらしてしまう。
【００１０】
このようなワイヤー破損を回避し、より長寿命のフィルタを得るためには、エロージョンやアブレージョンに強い超硬合金製のフィルタを製作することがまず考えられる。しかしながら、超硬合金は脆性材料であるため、複雑な形状に加工することができず、ウェッジワイヤーフィルタの製造は困難で実用に適さなかった。
【００１１】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、チタン酸バリウム等の極めて硬質の材料粒子を含む原料液に対する分散・解砕にも適用でき、従来より高い耐摩耗性を備えてより長い寿命を実現可能とするフィルタ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係るフィルタ装置は、加圧手段を介して加圧された原料液を噴射ノズルへ送る配管途中に配置され、原料液中の材料粒子を分散または解砕するフィルタ装置において、高硬度部材製の第１のリング部材と、この第１のリング部材とは別体で該第１のリング部材に対して前記噴射ノズルの噴射口径より小さい幅寸法の間隙を形成する第２の部材とを備え、前記間隙が材料粒子を前記幅寸法以下に分散または解砕する原料液流路を構成するものである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明に係るフィルタ装置は、請求項１に記載のフィルタ装置において、前記第２の部材は、第１のリング部材の内部に配置され、第１のリング部材内径より小さい外径を有するセラミックス製ボールであることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明に係るフィルタ装置は、請求項１に記載のフィルタ装置において、第２の部材は、前記第１のリング部材とスペーサを介して同軸に配置された第２のリング部材であり、前記間隙が、隣合う前記第１のリング部材と第２のリング部材同士間に前記スペーサによって形成されるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフィルタ装置においては、第１のリング部材と第２の部材としてのセラミックス製ボールとの間に形成される間隙、あるいは第１のリング部材と第２のリング部材との間でスペーサを介して形成される間隙を原料液流路とし、この間隙寸法を噴射ノズルの噴射口径より小さくすることによって、噴射口径より大径の材料粒子を分散または解砕してノズルの目詰まりを防止するものであるため、フィルタ装置を構成する各部材形状は単純で複雑な加工を必要とせず、チタン酸バリウム等の極めて硬質粒子を対象とした場合にも優れた耐摩耗性を示す超硬合金やセラミックスでリング部材を製造でき、フィルタ装置自体の長寿命化とこれによる生産性の向上を実現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】
【００１６】
本発明においては、第１のリング部材とこれとは別体の第２の部材との間に形成される間隙を、原料液流路とし、この間隙を、噴射ノズルの噴射口径より小さい所定の幅寸法とすることによって、該間隙を通過する際に原料液に含まれる材料粒子の大径のものを分散または解砕させて、ノズル目詰まりを回避するフィルタ装置である。
【００１７】
このように、フィルタ装置の主要部分をリング状という単純な形状としたことによって、製造時に複雑な加工を必要としなくなり、第１のリング部材を耐摩耗性に優れた高硬度部材、具体的には超硬合金製またはセラミックス製とすることができる。従って、処理対象である材料粒子がチタン酸バリウムのような極めて硬質のものであっても、フィルタへの磨耗、損傷は従来に比べて大幅に低減されて良好な粒子の分散・解砕処理が維持できるため、フィルタ装置自体の寿命は延び、損傷によるフィルタ交換や目詰まり解消等の煩雑な作業も大幅に省かれ、消耗部品コストが抑えられ、作業効率も向上し、結果として製品の生産性も向上する。
【００１８】
なお、本発明における第１のリング部材と第２の部材との間に前記原料液流路となる間隙を形成するための具体的構成としては、第１のリング部材の内部に、この第１のリング部材内径より小さい外径を有するセラミックス製ボールを第２の部材として配置する構成が簡便なものとして挙げられる。
【００１９】
この場合、第１のリング部材とボールはある程度の加工精度は要求されるものの、形状は単純であるため、製作は比較的容易であり、第１のリング内径とそれより小さいボール外径さえ適度な精度を確保すれば、両部材間に噴射ノズルの噴射口径に応じた極めて狭い環状間隙を形成できる。
【００２０】
原料液に含まれる材料粒子が硬質である場合、この環状間隙に大径粒子が噛み込んだとしても、それは周囲を高速で流れる原料液の衝突エネルギーによって解砕されたり、噛み込み粒子の前後の圧力差によって解砕され微細化される。従ってこのような環状間隙においては、粒子が噛み込んだままの領域が拡がって間隙が塞がり過ぎることはない。また極めて硬い粒子が原料液と共にこの環状間隙を高速で通過したとしても、ボールは窒化珪素、ジルコニア等のセラミックス材または超硬合金材からなり、第１のリング部材は超硬合金製またはセラミックス製であるため、磨耗や壊食はほとんどなく、フィルタ装置の寿命は長くなる。
【００２１】
セラミックス製ボールの第１のリング部材内への配置は、例えば第１のリング部材内の下流側にボール受けを設け、上流側でスプリング等で押さえることによって固定できる。この時、原料液の流れに応じてボールを回転可能とすることによってもボールへの衝撃は緩和され、ボールの磨耗や損傷は回避できる。
【００２２】
また、前記間隙を形成するための他の構成としては、第２の部材として、別のリング部材をスペーサを介して同軸方向に配列するものが挙げられる。即ち、第１のリング部材に対し第２のリング部材を隣り合わせに配置するものであり、実際の装置構成に応じて同軸方向にさらに第３のリング部材、第４のリング部材、と配列するリング部材の個数を設定すればよい。例えば、同形状の複数個のリング部材とスペーサを交互に管状の軸部材外周に嵌める構成とし、スペーサの軸方向の寸法によって隣り合うリング部材同士間の間隙を所定寸法で確保することができる。
【００２３】
この場合、管状軸部材には、管内流路と各間隙に対応する位置で各間隙と管内流路とを連通するように複数本の貫通孔を径方向に放射状に等角度間隔で形成すればよい。これにより原料液は、各リング部材外周方向からこの間隙を通って内周に向かう際に所定径以下に分散・解砕され、前記貫通孔から筒内部の流路へ導入され、軸部材の下流側端部から噴射ノズルへ向かう配管中へ流出される。
【００２４】
従って、スペーサは、この間隙にて原料液のリング部材外周側から内周側への導入をできるだけ遮ることのない形状とする。例えば、１つのリング部材につき１つのスペーサが嵌合状態で配置され、この嵌合状態にあるリング部材から所定寸法だけ突出するスペーサ部分が隣り合う別のリング部材に突き当たることによってその別のリング部材との間に突出寸法分の間隙を確保するというフィルタ装置が構成できるが、前記突出部は、間隙を塞ぐことにもなるため、突出部領域はリング部材全周に対して均一な間隙を維持できる部分的な領域のみとすれば良い。特に、前記貫通孔の開口ができるだけ突出部に重ならないものとする。
【００２５】
例えば、スペーサ突出部がリング部材全周に対して２箇所設けられている場合、前記径方向に放射状に形成される貫通孔を少なくとも３つとすれば、例え貫通孔の開口のうち１つが突出部で塞がれても、他の２つは塞がれることはない。
【００２６】
以上のように、リング部材に外周側にも原料液を回り込ませる構成とすることによって、リング部材にかかる応力分布は一様になり、リング部材の内側と外側の圧力差が小さくなってリング部材にかかる機械的な強度負担が軽減される。
【００２７】
なお、本発明で云う原料液としては、固体粒子＋液体（溶媒）の所謂スラリー液に限らず、油などの液体粒子＋液体（溶媒）の場合もあり、また液体（溶媒）としては、水に限らず各種溶媒の場合もあり、本発明によるフィルタ装置では、いずれの場合も有効である。
【実施例１】
【００２８】
本発明の第１の実施例として、第１のリング部材と第２の部材としてのセラミックス製ボールとで前記大径粒子の分散・解砕のための間隙が形成されるフィルタ装置を図１に示す。図１（ａ）は、本フィルタ装置の構成を示す概略側断面図であり、（ｂ）は原料液流入側（上流側）から見た概略正面図、（ｃ）は（ａ）中のＣ部分の拡大図である。
【００２９】
本フィルタ装置１は、中心軸に沿って原料液流路が形成されているフィルタボディ２の中央部に設けられたフィルタ室９内に、超硬合金製の第１のリング部材３とセラミックスボール４とから主に構成されるフィルタ部を配置し、フィルタボディ２に対して下流側からフィルタ押さえ８でボルト止めすることによりこのフィルタ部が固定されるものである。
【００３０】
セラミックス製ボール４は、リング部材３の内部下流側のボール受け５に対して、上流側からのスプリング６によるバネ付勢によってリング部材３内に位置決めされる。このようなフィルタ装置１おいて、高圧の原料液が流路の上流側から導入されると、フィルタ室９内のフィルタ部に衝突し、セラミックス製ボール４とリング部材３との間の極めて狭い環状間隙Ｚを通過し、この通過時に原料液に含まれる大径粒子が環状間隙の幅寸法に応じて小径のものに分散・解砕されてから下流側流路へ流れる。
【００３１】
本実施例では、超硬合金製のリング部材３の内径を１３．１４ｍｍ、セラミックス製ボール４を窒化珪素製としてその外径を１２．７０ｍｍとし、両部材間の形成される環状間隙Ｚの幅を０．２２ｍｍとした。この間隙Ｚが小さすぎると、フィルタ部での圧損が大きくなり、フィルタ装置１の下流側でノズルから原料液を噴射する際に噴射圧の低下を招いてしまう。本実施例では、間隙の開口面積は８．８ｍｍ２  であり、直径３．３ｍｍの円管の流路面積に相当し、圧損は小さい。
【００３２】
本実施例によるフィルタ装置１を、図５の微粒化装置中の超高圧フィルタとして配置し、該微粒化装置にてチタン酸バリウム微粒化処理テストにおけるフィルタ装置の寿命判定を行った。本テストは、増圧機としての２つの高圧プランジャポンプにより原料スラリーをチャンバーに２４５ＭＰａ、流量８ｋｇ／ｍｉｎで送り込み、チャンバー内でノズル径０．３５ｍｍでの噴射による対向衝突を行うものである。ここで、ウェッジワイヤーフィルタ（網目幅０．２２ｍｍ）を用いた場合を比較例とし、結果を、以下の表１に示す。フィルタ装置の寿命判定は、隙間が０．３０ｍｍに達した時点で寿命とした。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上記表１の結果から明らかなように、本実施例によるフィルタ装置では、従来のものよりも寿命が長くなることが確認された。これによって、フィルタ装置の交換を頻繁にする必要がなく、消耗部品コストが抑えられ、作業効率も向上し、結果的に製品の生産性の向上につながる。
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施例として、第１〜第４の４つのリング部材で構成され、リング部材同士間でスペーサによって前記大径粒子の分散・解砕のための間隙が形成されるフィルタ装置の場合を図２に示す。図２（ａ）は本フィルタ装置の原料液流入側（上流側）から見た概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面矢視図であり、（ｄ）は（ｂ）中のＤ部分の拡大図である。
【００３６】
図３は、本実施例のフィルタ部分を構成するリング部材とスペーサの構成を示す模式図であり、（ａ）は両部材が離反状態における斜視図、（ｂ）はスペーサがリング部材に嵌合状態にある場合の側面図、（ｃ）は嵌合状態にある場合の斜視図である。図４は４個のリング部材とスペーサによりフィルタ部分を構成する場合を示す説明図であり、（ａ）は各リング部材およびスペーサを管状軸部材に順次装着していく途中を示す側面図であり、（ｂ）は４つのリング部材の装着完了状態を示す側面図である。
【００３７】
本実施例におけるフィルタ装置１１は、中心軸に沿って原料液流路が形成されているフィルタボディ１２の略中央部に形成されたフィルタ室１９内に、複数個の超硬合金製のリング部材１３が軸部材１５にスペーサ１４を介して装着されてなるフィルタ部を設置し、フィルタボディ１２に対して下流側からフィルタ押さえ１８でボルト止めすることによりこのフィルタ部が固定されるものである。
【００３８】
このフィルタ部は、図３に示すように、各リング部材１３の内部に環状のスペーサ１４が嵌合された状態にて、図４に示すように軸部材１５に順次装着されるものであり、各スペーサ１４の周縁上に２箇所ずつ形成された突出部１４Ｓが、隣り合う別のリング部材１３との間に所定幅寸法の間隙Ｘを確保するものである。
【００３９】
軸部材１５には、軸方向に沿って各リング部材１３およびスペーサ１４装着状態において間隙Ｘに対応する周上位置に、間隙Ｘと管内流路１６とを連通する貫通孔１７が径方向に放射状に形成されている。従って、このようなフィルタ装置１１おいて、高圧の原料液が流路の上流側から導入されると、フィルタ室１９内では、高圧原料液は、リング部材１３の外周側から間隙Ｘを通ってリング部材１３の内側へ流入し、各貫通孔１７から管内流路１６内に導入され、下流側へ流出する。本フィルタ装置１１においては、リング部材１３の外周側から間隙Ｘを通過する際に、原料液に含まれる大径粒子が間隙Ｘの幅寸法に応じて小径のものに分散・解砕される。
【００４０】
本実施例では、超硬合金製の４つのリング部材１３を、３つのＳＵＳステンレス鋼製のスペーサを介して軸部材１５に装着し、隣合うリング部材１３間に３つの間隙Ｘを形成するものとし、該間隙Ｘの幅寸法を０．２２ｍｍとして構成した。また、管状軸部材１５の各周上位置に形成される貫通孔１７は、それぞれ等角度間隔で３本ずつ、計９本設けた。
【００４１】
原料液の流量は、この３つの間隙Ｘの流路面積で規定されるが、その最小流路面積は、図３（ｃ）に示す隙間部最小径Ｙを１９ｍｍとした場合に、「１９ｍｍ×０．２２ｍｍ×π×３個」で求められ、本実施例の場合は３９．３ｍｍ２  である。これは、上記実施例１に示したリング部材とセラミックスボールからフィルタ部を構成した場合の流路面積８．８ｍｍ２  に対して約４．５倍になっており、実施例１におけるフィルタ装置よりもさらに圧損を小さくできる構成である。本実施例の如く、複数個のリング部材１３とスペーサ１４により間隙Ｘを形成するフィルタ構成の場合は、スペーサ１４の突出部１４Ｓの長さを変更することによって、任意の間隙幅寸法、即ち流路面積を自由に選択することができる。
【００４２】
以下に、図５に示した微粒化装置において、超高圧フィルタとして本実施例のフィルタ装置１１を配置してチタン酸バリウム微粒化処理テストにおけるフィルタ装置の寿命判定を行った場合を示す。具体的なテスト条件および比較例（ウェッジワイヤーフィルタ：網目幅０．２２ｍｍ）、寿命判定基準は、実施例１の場合と同様である。結果を、以下の表２に示す。
【００４３】
【表２】
2007083133.tif 000004
【００４４】
上記表２の結果から明らかなように、本実施例によるフィルタ装置では、従来のものはもちろん実施例１のフィルタ装置よりもさらに寿命が長くなり、４５０時間も安定して稼働できることが確認された。これによって、フィルタ装置の交換等の手間は更に省かれ、消耗部品コストが抑えられ、作業効率も製品の生産性もより向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例によるフィルタ装置の概略構成図であり、（ａ）は、本フィルタ装置の側断面図、（ｂ）は原料液流入側（上流側）から見た概略正面図、（ｃ）は（ａ）中Ｃ部分の拡大図である。
【図２】本発明の第２実施例によるフィルタ装置の概略構成図であり、（ａ）は本フィルタ装置の原料液流入側（上流側）から見た概略正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面矢視図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ断面矢視図、（ｄ）は（ｂ）中のＤ部分の拡大図である。
【図３】第２実施例のフィルタ部分を構成するリング部材とスペーサの構成を示す模式図であり、（ａ）は両部材が離反状態における斜視図、（ｂ）はスペーサがリング部材に嵌合状態にある場合の断面図、（ｃ）は嵌合状態にある場合の斜視図である。
【図４】第２実施例による４つのリング部材とスペーサによりフィルタ部分を構成する場合を示す説明図であり、（ａ）は各リング部材およびスペーサを管状軸部材に順次装着していく途中を示す側面図であり、（ｂ）は４つのリング部材の装着完了状態を示す側面図である。
【図５】第１、第２実施例におけるフィルタ装置が配置される微粒化装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１：フィルタ装置
２：フィルタボディ
３：リング部材
４：セラミックス製ボール
５：ボール受け
６：スプリング
８：フィルタ押さえ
９：フィルタ室
１１：フィルタ装置
１２：フィルタボディ
１３：リング部材
１４：スペーサ
１４Ｓ：スペーサ突出部
１５：管状軸部材
１６：管内流路
１７：貫通孔
１８：フィルタ押さえ
１９：フィルタ室
Ｚ：間隙（リング部材とボール間）
Ｘ：間隙（リング部材同士間）
Ｙ：間隙部最小径
【図１】
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【図２】
2007083133.tif 000006
【図３】
2007083133.tif 000007
【図４】
2007083133.tif 000008
【図５】
2007083133.tif 000009