(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が加圧もしくは減圧される加減圧容器と、この加減圧容器内で振動する振動体と、を備える加減圧装置において、
前記加減圧容器は、前記振動体が密着した状態で貫通する可撓性のある境界膜部材を備え、かつ、
前記加減圧容器内の内圧に対応する圧力を前記境界膜部材に付与する加減圧室を備え、
前記加減圧室の圧力を検出する圧力センサと、前記加減圧室の加減圧停止状態での圧力変化から前記境界膜部材の漏洩を判定する判定器と、を備えることを特徴とする加減圧装置。
【請求項２】
請求項１記載の加減圧装置において、前記加減圧室は、前記振動体が密着した状態で貫通する可撓性のある別の境界膜部材を備え、かつ、前記加減圧室内の内圧に対応する圧力を前記別の境界膜部材に付与する別の加減圧室を備えることを特徴とする加減圧装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の加減圧装置において、前記加減圧容器には、更に、第二の境界膜部材と、この境界膜部材に前記加減圧容器内の内圧に対応する圧力を付与する第二の加減圧室と、を備えることを特徴とする加減圧装置。
【請求項４】
請求項３記載の加減圧装置において、前記加減圧容器内の圧力Ｐ1と、前記加減圧室の圧力Ｐ2と、前記第二の加減圧室内の圧力Ｐ3は、次のような関係にあることを特徴とする加減圧装置。
Ｐ2＞Ｐ1＞Ｐ3 または  Ｐ3＞Ｐ1＞Ｐ2
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、加圧あるいは減圧した状態で流体どうしの撹拌混合等を行う加圧あるいは減圧混合装置のように、加減圧容器内を振動する部材に対して好適な機構を備える加減圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
互いに混合し合わない流体どうしを撹拌混合してエマルションを製造する装置としてバイブロミキサ（ＶＩＢＲＯ  ＭＩＸＥＲ；商品名、例えば特公平２−１５２４７号公報、特開平２−２９３０３５号公報）があり、これを使用することにより所望のエマルションを迅速に得ることができる。バイブロミキサは、図６に示されるように、不透性のケーシング１０内に撹拌体１１を備え、この撹拌体１１が軸方向に振動する。撹拌体１１は、駆動軸１１ａとこの駆動軸１１ａに巻着された螺旋状の撹拌羽根１１ｂとからなる。撹拌体１１が軸方向に振動すると、ケーシング１０内の流体に乱流が生じ、異なる流体間において新界面の形成と拡散が行われる。バイブロミキサでは、このような新界面形成と拡散とが常時行われるため、連続的にエマルションを製造することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなバイブロミキサにおいては、圧力を加えた状態で流体同士を撹拌混合したいという要求がある。これに応えるために単にケーシングの内圧を高めると、ケーシング内を仕切っているダイヤフラムが破損してしまう場合がある。これは、ケーシング内を減圧した場合も同様である。
【０００４】
本発明は以上のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、圧力を加えた状態でも部材の破損を伴うことなく撹拌混合が行える振動型混合装置を初めとして、加圧あるいは減圧下で振動させても部材の破損を招かない機構を備える加減圧装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上のような課題を解決するために、本願の請求項１に係る加減圧装置においては、内部が加圧もしくは減圧される加減圧容器と、この加減圧容器内で振動する振動体と、を備える加減圧装置において、前記加減圧容器は、前記振動体が密着した状態で貫通する可撓性のある境界膜部材を備え、かつ、前記加減圧容器内の内圧に対応する圧力を前記境界膜部材に付与する加減圧室を備えることを特徴とする。
【０００６】
さらに、請求項１記載の加減圧装置において、前記加減圧室の圧力を検出する圧力センサと、前記加減圧室の加減圧停止状態での圧力変化から前記境界膜部材の漏洩を判定する判定器と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る加減圧装置においては、請求項１記載の加減圧装置において、前記加減圧室は、前記振動体が密着した状態で貫通する可撓性のある別の境界膜部材を備え、かつ、前記加減圧室内の内圧に対応する圧力を前記別の境界膜部材に付与する別の加減圧室を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る加減圧装置においては、請求項１または請求項２に記載の加減圧装置において、前記加減圧容器には、更に、第二の境界膜部材と、この境界膜部材に前記加減圧容器内の内圧に対応する圧力を付与する第二の加減圧室と、を備えることを特徴とする加減圧装置。
【０００９】
請求項４に係る加減圧装置においては、請求項３記載の加減圧装置において、前記加減圧容器内の圧力Ｐ1と、前記加減圧室の圧力Ｐ2と、前記第二の加減圧室内の圧力Ｐ3は、次のような関係にあることを特徴とする加減圧装置。
Ｐ2＞Ｐ1＞Ｐ3  または  Ｐ3＞Ｐ1＞Ｐ2
【００１０】
この他には、請求項４記載の加減圧装置において、前記振動体は前記加減圧容器内の試料を加振混合する撹拌体であることを特徴とする加減圧混合装置を第５番目の発明として提供する。また、第５番目の発明に係る加減圧装置において、駆動軸と該駆動軸に巻着された螺旋状の撹拌羽根とからなることを特徴とする加減圧混合装置を第６番目の発明として提供する。更に、請求項３記載の加減圧装置において、前記加減圧容器、前記加減圧室、前記別の加減圧室、前記第二の加減圧室についてそれらに圧力を付与する手段を任意に共有することを特徴とする加減圧混合装置を第７番目の発明として提供する。
【００１１】
加振機構を備える加圧装置は、一般的には、試料等が圧入され内部が加圧される加圧容器に、ダイヤフラム等の可撓性の境界膜部材が設けられ、この境界膜部材に密着した状態で振動部材が通される。密着した状態で通されなければならないのは、加圧容器の内圧減少防止のためである。なお、この事情については、加振機構を備える減圧装置の場合も同様である。
【００１２】
ここで、境界膜部材は可撓性でなければならないのは、振動部材の振動に伴って動ける必要があるからであるが、可撓性があるとはいっても、加減圧状態で振動部材を振動させれば、加減圧状態でない場合に比べて境界膜部材は破損しやすくなる。ところが、請求項１の装置では、加減圧容器内の内圧に対応する圧力が加減圧室によって境界膜部材に付与されているため、加減圧容器から境界膜部材に与える加減圧力が中和される形となる（より具体的には、加減圧容器内が加圧された場合にはその内圧に対抗する加圧力が加減圧室によって境界膜部材に付与されることとなり、加減圧容器内が減圧された場合にはその内圧に応じた減圧が加減圧室で行われる）。このため、振動体が振動しても境界膜部材の破損が起こらなくなる。
【００１３】
もし、境界膜部材が破損しても、請求項１の加減圧装置によれば容易にこれを検出することができる。請求項１の加減圧装置は加減圧停止状態で該加減圧室の圧力変化を監視することにより前記境界膜部材での漏洩を検出するものであり、異常な圧力変化が生じた場合には漏洩と判断する。
【００１４】
請求項２の加減圧装置のように、加減圧容器に直結している加減圧室に対して更に別の加減圧室を備えるようにした場合には、加減圧容器の境界膜部材が破損して試料の漏洩が生じた場合でも、加減圧容器に直結している加減圧室の部分でそれを食い止めることができる。
【００１５】
請求項３の加減圧装置のように、加減圧容器に更に第二の加減圧室を設けた場合には、この第二の加減圧室が第一の加減圧室に対する緩衝室として働く。この場合に、請求項４のように、加減圧容器内の圧力Ｐ1と、第一の加減圧室の圧力Ｐ2と、第二の加減圧室内の圧力Ｐ3を次のような関係にすると、振動体の振動による圧力変動を第二の加減圧室が吸収でき、かかる圧力変動による境界膜部材（第一の加減圧室に対するもの）の破損を防止できる。
【００１６】
Ｐ2 ＞Ｐ1 ＞Ｐ3   または  Ｐ3 ＞Ｐ1 ＞Ｐ2 
これについて図に基づいて詳細に説明する。図１において、加圧室Ａは境界膜Ｌを挟んで加圧容器Ｂに隣接している。加圧容器Ｂには、加圧室Ａの他に境界膜Ｑを挟んで第二の加圧室Ｃも設けられている。振動体Ｍは、上下方向（イ、ロの方向）に振動する。境界膜Ｌは可撓性を有するため振動体Ｍは上下方向に動くことができる。
【００１７】
ここで、図１（Ａ）は、Ｐ2 ，Ｐ3 ＞Ｐ1 の状態である。この状態では、境界膜Ｌ，Ｑは、ともに加圧容器Ｂ側に撓んでいる。もしこの状態で振動体Ｍがイの方向に動くと、境界膜Ｌにはロの方向に強い力がかかる。これは加圧室Ａの加圧力によるものであるが、いずれにしても、Ｐ2 ，Ｐ3 ＞Ｐ1 の状態で振動体Ｍをイの方向に動かすと、それと反対方向に境界膜Ｌに強い力がかかって境界膜Ｌが破損してしまう。この事情は図１（Ｃ）のケース（Ｐ1 ＞Ｐ2 ，Ｐ3 ）も同様であり、この場合には振動体Ｍをロの方向に動かすとそれと反対方向（即ちイの方向）に境界膜Ｌに強い力がかかって境界膜Ｌが破損してしまう。
【００１８】
これに対して、図１（Ｂ）のようにＰ2 ＞Ｐ1 ＞Ｐ3 の状態では、振動体Ｍをロの方向に動かした場合には、その方向は境界膜Ｌが撓んでいる方向であるため、境界膜Ｌには負担がかからない。一方、振動体Ｍをイの方向に動かした場合には、境界膜Ｌがイの方向に動いて加圧容器Ｂ内の圧力が変化した分だけ境界膜Ｑが加圧容器Ｂの方向に撓んで圧力変化が起こらないようになるため、この場合も境界膜Ｌの負担が軽減される。このように、Ｐ2 ＞Ｐ1 ＞Ｐ3 のように圧力を設定した場合には、振動体Ｍがイ、ロいずれの方向に動いたとしても境界膜Ｌは破損しない。この事情は図１（Ｄ）のケース（Ｐ3 ＞Ｐ1 ＞Ｐ2 ）も同様であり、この場合には、振動体Ｍをイの方向に動かしたときには境界膜Ｌには本質的に負担がかからず、ロの方向に動かしたときにはその分だけ境界膜Ｑが撓んで圧力変化が補償され、境界膜Ｌの負担が軽減されることになる。以上の原理は、加圧容器Ｂが減圧容器であった場合も同様であるため、加減圧装置一般についてＰ2 ＞Ｐ1 ＞Ｐ3   または  Ｐ3 ＞Ｐ1 ＞Ｐ2 のような関係が成立すれば十分である。
【００１９】
なお、このような加減圧装置において、前記加減圧容器、前記加減圧室、前記別の加減圧室、前記第二の加減圧室についてそれらの圧力を加圧あるいは減圧する手段を任意の組み合わせで共有するようにすると、装置全体を簡易化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば以下のような加圧混合装置に適用できる。
【００２１】
第１の加圧混合装置においては、管状のケーシング内に該ケーシングの長手方向に振動する撹拌体を備え、この撹拌体を加振することにより前記ケーシング内の被混合体を混合する混合装置において、前記ケーシング内の被混合体を外部から遮蔽して該ケーシング内に混合室を仕切り形成する境界膜部材と、前記混合室内を加圧する加圧手段と、前記混合室の内圧に対応した対抗圧力を該境界膜部材に付与する少なくとも一つの加圧室と、を備え、前記加圧室は前記境界膜部材を挟んで前記混合室の反対側に配置する。
【００２２】
このような第１の加圧混合装置では、混合室内が加圧されると、その反対側に配置されている加圧室に対抗圧力が付与される。これにより、混合室内の内圧と加圧室の対抗圧力との間でバランスがとられ、混合室の内圧が該境界膜部材に対して与えるストレスが緩和されることとなる。このように、本発明に係る混合装置によれば、境界膜部材の状態を保護した状態のまま混合室内を加圧することができるため、加圧下でも支障なく撹拌混合が行える。
【００２３】
第２の加圧混合装置においては、第１の加圧混合装置において、前記加圧室を２室直列に配置している。第２の加圧混合装置では、加圧室が２室直列に配置されていることにより、これら２つの加圧室にそれぞれ別の圧力流体を注入することができる。このため、例えば混合室の隣にある加圧室には混合室に混入しても支障のない流体を圧入するようにし、混合室に対して他の加圧室を介して配置されている加圧室には、圧力制御を行い易いが混合室に混合しては困るような流体を圧入することができる。
【００２４】
第３の加圧混合装置は、第１または第２の加圧混合装置において、前記撹拌体の振動により生ずる前記加圧室の圧力変動を吸収するバッファを備え、第４の加圧混合装置は、前記撹拌体が駆動軸と該駆動軸に巻着された螺旋状の撹拌羽根とからなる。第５の加圧混合装置は、第２の加圧混合装置において、前記加圧室の内で前記混合室に隣接する加圧室の加圧を、前記混合室内を加圧する加圧手段により行う。
【００２５】
このような加圧混合装置では攪拌体が上下方向に振動し、この振動により加圧室に特有の圧力変動が生じるが、第３の加圧混合装置はバッファを備えるため加圧室に生ずる特有の圧力変動が吸収でき、安定した圧力制御を行うことができるようになる。
【００２６】
なお、前記攪拌体を駆動軸と該駆動軸に巻着された螺旋状の攪拌羽根とで構成すると（第４の加圧混合装置）、発明者等による経験則上、特に良質のエマルションを得ることができるということが分かっている。
【００２７】
第５の加圧混合装置においては、混合室内を加圧する加圧手段によって加圧室の加圧を行うことにより、自動的に混合室内と加圧室内を同じ圧力にすることができる。これにより、混合室内と加圧室内の間の圧力調整を行うコントローラの負担を軽減することができる。
【００２８】
図２は上記第１の加圧混合装置の好適な実施態様を示すブロック図である。なお、従来と同様の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。
【００２９】
この態様に係る加圧混合装置では、原料口１３から被混合体が注入され、生成口１５から混合体が排出される。混合は、従来と同様にケーシング１０内で攪拌体１１が上下方向に振動することにより行われる。攪拌体１１の振動源はモータ１６であり、駆動軸１１ａの上部は軸受１７ａ及び１７ｂにより受けられ、途中にはダイヤフラム１８が設けられている。このダイヤフラム１８は、特許請求の範囲に記載された境界膜部材に相当するものであり、生成した混合体等がこの装置の駆動機構部に及ぶのを防止する役割を果している。このダイヤフラム１８が存在することにより、この装置の駆動機構部とは明らかに分離された混合室１９がケーシング１０内に形成されることになる。
【００３０】
この態様に係る加圧混合装置には、加圧用の第１のポンプ２０と第２のポンプ２１が設けられている。これらは、コントローラ２３により、バルブ２４〜２６と共に制御される。第１のポンプは混合室１９内へ被混合体の圧入を行うためのものであり、バルブ２５を閉じた状態でバルブ２６を開くと加圧が行われる。一方、ダイヤフラム１８と軸受１３ｂとの間に形成されている加圧室２７の加圧はポンプ２１により行われる。混合室１９への被混合体の圧入は、圧入用ポンプ２０により行う。また、加圧室２７を加圧するポンプ２１の管には、バッファ２８が接続されている。
【００３１】
ダイヤフラム１８は、それ自体が可撓性のある膜であり、単に混合室１９内の圧力だけを高めた場合には単純に上方向に膨脹する。加圧力が大きければ、破裂をしてしまうことも考えられる。また、破壊にまで至らない場合でも、加圧を繰り返すことにより寿命が短くなることも考えられる。しかしながら、この態様に係る加圧混合装置においては、混合室１９の加圧に対抗して加圧室２７内を加圧しそこに対抗圧力を付与することで、これらのバランスをとり、ダイヤフラム１８にかかるストレスを緩和させることができる。
【００３２】
なお、この態様においては、軸受１７ｂから漏れる流体を排出するドレン穴３１が設けられている。また、混合室１９内の圧力は第１の圧力計２９により検出され、加圧室２７内の圧力は圧力計３０により検出される。これらの圧力変化はコントローラ２３により監視され、混合室１９と加圧室２７の間で圧力差が生じないようにポンプ２０及び２１は制御される。更に、バッファ２８に関しては、この態様ではシリンジ型のバッファを採用している。
【００３３】
図３は、第２の態様に係る加圧混合装置の機能構成を示すブロック図である。なお、第１の態様と同様の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。
【００３４】
第２の態様において特徴的なことは、加圧室が２室設けられ、しかもそれらが直列に配置されていることである。この態様においては、加圧室２７ａと２７ｂが直列に設けられており、それぞれにポンプ２１ａ及び２１ｂ、バルブ２４ａ及び２４ｂ、並びに、圧力計３０ａ及び３０ｂが設けられている。なお、加圧室２７ｂに対するものにのみバッファ２８が設けられているのは、ダイヤフラム１８ａが上方向に膨らめばダイヤフラム１８ｂも上方向に膨らむため、攪拌体１１の上下振動による圧力変動は加圧室２７ａにおいては殆ど生じないものと考えられるからである。
【００３５】
このような第２の態様に係る加圧混合装置においては、加圧室２７ａと２７ｂにおいてそれぞれ異なる流体で加圧を行うことができる。例えば、加圧室２７ａに対しては圧力空気で加圧を行い、加圧室２７ｂに対しては油圧で加圧するということが可能である。この場合には、ダイヤフラム１８ｂにおいて漏れが生じた場合でも、混合室１９に圧入用油が混入してしまう恐れがなく、得られる混合体の品質が害されないという利点を有する。また、加圧室２７ａに圧力空気を注入した場合には、バッファ２８は容量の大きい容器で十分になる。
【００３６】
図４は、第３の態様に係る加圧混合装置の機能構成を示すブロック図である。なお、第１乃至第２の態様と同様の構成要素には同一符号を付しその説明を省略する。
【００３７】
第３の態様では、生成口１５にジョイント４１を取り付ける。このジョイント４１は、圧力空気が送り込まれる圧力室４１ａとダイヤフラム４１ｂとを有する。生成口１５にジョイント４１が取り付けられると、混合体は取出口４１ｃから取り出される。第３の態様では、ケーシング１０内圧力に対向する圧力室４１ａを有することから、加圧容器に対して更に第二の加圧室を設けたものに該当することになる。圧力室４１ａへの圧力空気は、ポンプ４２ａからバルブ４２ｂを介して送り込まれる。圧力室４１ａの圧力は、圧力計４２ｃにより追跡される。バルブ４２ｂの開閉を調整するスイッチ４２ｄは、コントローラ４４により制御される。
【００３８】
この第３の態様では、駆動軸１１ａ（もしくはケーシング１０）に対して直列に設けられた加圧室２７ａ及び２７ｂには、共通のポンプ４６ａにより圧力空気を送り込むようにしている。この内、加圧室２７ａに圧力空気を送る管にはバルブ４６ｂが設けられており、その開閉はスイッチ４６ｄにより制御され、加圧室２７ａの圧力は圧力計４６ｃにより追跡される。
【００３９】
原料口１３への原料の圧入はポンプ４５ａによりバルブ４５ｂを介して行われ、バルブ４５ｂの開閉はスイッチ４５ｄで調整される。一方、取出口４１ｃにもバルブ４７ｂが取り付けられており、その開閉はスイッチ４７ｄで調整される。バルブ４７ｂの上流に取り付けられた圧力計４７ｃは、ケーシング１０（加圧容器）内の圧力を計測することができる。
【００４０】
コントローラ４４は、圧力計４２ｃ，４６ｃ及び４７ｃ、並びにスイッチ４２ｄ，４５ｄ，４６ｄ及び４７ｄに接続されており、これらの圧力計から得られるデータを監視し、それらに対応するスイッチを制御する。
【００４１】
第３の態様では、バルブ４６ｂを閉じた状態で圧力計４６ｃにより加圧室２７ａ内の圧力を追跡することにより、ダイヤフラム１８ａ乃至１８ｂの破損を検出できる。即ち、図５に示されるように、バルブ４６ｂを閉じた状態では加圧室２７ａ内の圧力が低下するものの（Ｐa →Ｐb ）、ダイヤフラムが正常の場合にはその圧力低下は比較的緩やかである（図５中の（ａ））。一方、両方またはいずれかのダイヤフラムに破損を生じていた場合には、加圧室２７ａ内の圧力は急速に低下する。この場合、それ程の破損でなければ正常の場合よりも急速に低下する程度であるが（図５中の（ｂ））、破損が著しければかなり急激に低下することになる（図５中の（ｃ））。コントローラ４４は、これらの圧力変化を見て、ダイヤフラムの破損を検出する。
【００４２】
また、第３の態様では、ケーシング１０内（即ち混合室１９内）の圧力Ｐ1 と、加圧室２７ａ内の圧力Ｐ2 と、圧力室４１ａ内の圧力Ｐ3 を次のような関係にする。
【００４３】
Ｐ2 ＞Ｐ1 ＞Ｐ3   または  Ｐ3 ＞Ｐ1 ＞Ｐ2 
Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 をこのような関係にすると、攪拌体１１の振動による混合室１９内の圧力変動を加圧室２７ａが吸収でき、かかる圧力変動によるダイヤフラム１８ａの破損を防止できる。
【００４４】
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。例えば、加圧室に圧入する流体はいかなるものも用いることができる。また、上記実施の形態では加圧装置を加圧混合装置として説明してきたが、加圧装置は加圧混合装置に限られることなく、振動機構を有するあらゆる加圧装置（例えば、特開平５−２２８３５９号公報の中空粒子の製造装置や特開平６−２４２８３６号の濾過装置）に適用することができる。この場合において、圧力容器は円筒状のケーシングに限られることなく、圧力容器として機能するものであればいかなるものも用いることができる。
【００４５】
また、実施の形態は加圧装置について説明してきたが、減圧装置について適用した場合には基本的にはダイヤフラム１８ａの撓み方向が逆になるだけであり、本発明は加圧装置だけでなく減圧装置についても同様に適用することができることは明らかである。例えば、減圧装置の場合に圧力変化を追跡してダイヤフラムの破損を検出する場合には、圧力の急激な上昇を見ればよいことになる。
【００４６】
いずれにしても本発明の実施の形態に係る加減圧装置については、それぞれの各部材は当業者において自明な事項の範囲内で容易に改変を行うことができることは理解されるべきである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る加減圧装置では、装置の部材の破壊や寿命の短縮化を伴うことなく加減圧が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  加圧容器内の圧力Ｐ1 と、第一の加圧室の圧力Ｐ2 と、第二の加圧室内の圧力Ｐ3 の関係と境界膜部材の変化を説明するための図である。
【図２】  第１の態様に係る加圧混合装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】  第２の態様に係る加圧混合装置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】  第３の態様に係る加圧混合装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】  バルブ４６ｂを閉じた状態での加圧室２７ａ内の圧力変化を説明するための図である。
【図６】  従来の混合装置（バイブロミキサ）の機能構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  ケーシング、１１  攪拌体、１１ａ  駆動軸、１１ｂ  攪拌羽根、１６モータ、１７ａ，１７ｂ  軸受、１８，１８ａ，１８ｂ，４１ｂ  ダイヤフラム、１９  混合室、２０，２１，２１ａ，２１ｂ，４２ａ，４５ａ，４６ａ  ポンプ、２３，４４  コントローラ、２７，２７ａ，２７ｂ  加圧室、２８  バッファ、２９，２９ａ，２９ｂ，４２ｃ，４６ｃ，４７ｃ  圧力計  ４１  ジョイント、４１ａ  圧力室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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