JP3218445B2 - 超音波乳化方法及び装置 - Google Patents

超音波乳化方法及び装置

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JP3218445B2 JP25124093A JP25124093A JP3218445B2 JP 3218445 B2 JP3218445 B2 JP 3218445B2 JP 25124093 A JP25124093 A JP 25124093A JP 25124093 A JP25124093 A JP 25124093A JP 3218445 B2 JP3218445 B2 JP 3218445B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】従来の超音波乳化装置を用いた塗
料,感光乳剤,ワックス,圧延油等の分散への利用を含
め、未利用分野である食品,医薬,化粧品,工業薬品,
および高純度化学製品等への利用が開ける。
【0002】
【従来技術】図5は従来の超音波乳化方法の模式図で、
予備攪拌された液体Aと液体Bが矢印で示すように入り
口(18)から乳化室(14)に入り、隙間調整板(1
5)とホーン(13)の端面(17)との間の狭い乳化
用隙間(16)を通過する際に、超音波振動しているホ
ーン端面(17)に接触することにより乳化され、出口
(11)より矢印で示すように流出する。ここに示す従
来の超音波乳化方法で良質の乳化液を生成するには、
A,B両液界面に接するホーン端面(17)に対して数
十μmレベルの複振幅の超音波振動を与える必要があ
り、超音波発生装置はホーンにおいて数十W/cm
いうレベルの電力(パワー)でホーンを駆動しなければ
ならない。そのため超音波周波数は20KHZ前後の比
較的低い領域に限定されている。この理由は低い周波数
を採用することにより比較的大きな超音波電力を取り扱
えるようにし、さらに生成する乳化流量を産業目的に沿
ったレベルに高めるためである。しかし、この努力にも
かかわらず多くの事例において超音波乳化方法は単位流
量当たりのコストが割高になる傾向にあり、その用途が
限られていた。また上述した数十μmレベルの大振幅の
超音波振動はホーン振動面のキャビテーションエロージ
ョンによる浸蝕をより早く進行させることになり、高価
なホーンの交換頻度も多くなり、その上乳化液中に金属
微粉や金属イオンが混入する等乳化液の品質低下ならび
に保守費用の増加をもたらす。さらに超音波乳化装置に
入る前の予備攪拌が不十分なとき、しばしば粗大粒子の
混入がありプロセス管理上問題があった。この理由は予
備攪拌によってあらかじめすべての分散粒子径をプロセ
スの特性により定まる限界粒子径以下に微細化しておか
ないと、乳化用隙間(16)を液が通過する時間内に超
音波の分散作用が不十分となるためである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】第一の課題は乳化液生
成に必要なパワーの低減である。パワーは初期投資と運
転費に直接関係するので、超音波乳化方法の普及のため
にはできるだけ少ないパワーで乳化液を作りたいところ
である。このために従来必要とされてきた振幅よりさら
に小さい振幅で乳化できないかどうか工夫する必要があ
る。第二の課題は乳化液分散粒子径の均一性確保、つま
り粗大粒子生成機会の減少である。従来は予備攪拌の強
化あるいは毎時処理量の削減で対処してきたが、いずれ
も経済的に不利であった。第三の課題はホーンのエロー
ジョン浸蝕による乳化液中への金属微粉の混入と、ホー
ン金属材料からの金属イオンの溶け出しを防ぐことであ
る。これは食品,医薬品および高純度化学製品を取り扱
う上で必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】液体Aの中に分散質とな
る液体Bを微細に分散し、B/A型乳化液を生成するに
あたり、課題を解決する手段として、液体Bに対し小さ
い接触角を持つ固体表面に液体Bの濡れた薄膜を形成さ
せた後、これを超音波が印加されている液体A中に浸漬
し、乳化液を生成する。
【0005】
【作用】第一の課題を解決すべく繰り返し実験した結
果、本発明者らは次の事実を見出した。すなわち液体B
に対し小さい接触角を持つ固体材に、液体Bを薄く濡れ
広がるように塗布した上で、ホーンを使用せずに洗浄機
レベルの超音波振動を印加した液体Aに浸漬することに
より、液体Bは従来のホーンを使用する装置で得られる
粒子径と同等以下の粒子径に微細に分断され液体Aの中
に分散される。この時分散された液体Bは固体材に対し
濡れ性の悪い液体Aの連続相に抱き込まれる事となり、
固体材には再付着しない。故に液体Bの離脱した固体材
を液体Aより引上げ、再度液体Bを薄く濡れ広がるよう
に塗布し、超音波振動が印加されている液体Aに浸漬す
ることを繰り返すことで任意濃度の乳化液が得られる。
本発明の作用は分散質となるべき液体を固体面上であら
かじめ薄膜化する事により、乳化に必要な振幅レベルを
約10分の1以下に下げることである。このため低パワ
ー化と乳化液生成面積の増大すなわち処理量の増大が実
現する。さらに分散質がすべて一様に薄膜化されている
ので、予備攪拌が不必要なだけでなく粒子径も均一化さ
れる。したがって上述の第二の課題も解決される。また
本発明では振幅が約10分の1以下に下がったため、エ
ロージョン浸蝕発生の機会が大幅に減少し、事実上無視
できるようになる。したがって上述の第三の課題が消滅
する。
【0006】
【実施例】図1〜図4に本発明による乳化方法および装
置の1例を示す、図1は本発明の方法を示す説明図であ
る。超音波振動子(6)は図示しない超音波発振器で駆
動され、容器(1)に収容されている液体A(2)に超
音波振動を印加する。液体B(4)を薄く塗布すること
により液体Bの薄膜(4−1)を固体材(3)の上に作
る。濡れ性の良い固体材(3)を液体Aの中に浸漬する
事により、液体Bの薄膜(4−1)は液体A(2)の中
に微細粒子として分散し、B/A型乳化液(5)を生成
する。ここに用いる超音波周波数は既存の方法により、
約20KHZの低いレンジから1MHZを越える範囲で
乳化に最適なものを選ぶことができる。一例をあげると
次のとうりである。
【0007】洗浄目的に作られた超音波周波数26KH
Z,出力600W,電力密度1W/cmの振動板型超
音波発生装置を使用して、上記のテストを行った結果、
液体Bの水中への分散状態は、数ミクロン〜サブミクロ
ンの範囲にあり、均一性,安定性も含めて従来の超音波
乳化方法と比べ同等かもしくはそれ以上の乳化液が得ら
れる事が確認できた。
【0008】図2は薄膜化手段として液体B(4)に対
し濡れ性の良い固体材を、互いに密接して回転する一組
のローラー(3−1)とし、容器(9)から連続的に供
給される液体B(4)をこのローラーの接触回転により
薄膜状に塗り広げ、希望する濃度の乳化液を得る装置の
一例を示す。液体A(2)の供給口(10)と乳化液の
出口(11)を設け、液体A(2)と液体B(4)を連
続的に供給し一定濃度の乳化液を連続的に得る事ができ
る。もちろんバッチ処理もできる。一組のローラー(3
−1)の直径および軸方向長さを増加させることは容易
であり、必要な振動子(6)の数を増やすことにより経
済的に処理量を容易に増大できる。
【0009】図3は液体A(2)を収容する樹脂等の容
器(1−1)と、薄膜化手段として液体B(4)に対し
濡れ性の良い固体材を非金属材料たとえばセラミックス
あるいは樹脂等からなるローラー(3−1)とした物を
示す。明らかに液体A(2)と液体B(4)とがいずれ
も金属に接触することなく乳化液(5)を得る。(8)
は超音波振動を容器(1−1)を介し液体A(2)中に
伝える役目を果たすもので、超音波伝達水と呼ぶ。
【0010】図4は液体B(4)に対して濡れ性の良い
固体材をベルト(3−2)で構成した例を示す。ベルト
は矢印で示す方向に移動することにより、容器(9)中
の液体B(4)が表面に付着し一組のスキージーローラ
ー(12)で薄膜化され、超音波振動の印加されている
液体A(2)の中で分散し、B/A型の乳化液(5)を
得る。この例は液体A(2)と乳化液(5)が容器
(1)中に共存するバッチ処理である。
【0011】
【発明の効果】高価なホーン型振動子の代わりに超音波
洗浄に広く用いられている安価な振動板型振動子の使用
が可能となり、超音波放射面積が広くとれ(従来比10
0倍前後)超音波乳化装置の大型化が経済的に実現でき
る。薄膜化により分散粒子の均一性が高まり、また必要
に応じ開放乳化槽が採用でき清掃や保守が容易になっ
た、そのうえ金属に接触することなく乳化液を得る効果
も合せ持つ。このため超音波乳化の用途を食品および医
薬品などの分野に大きく広げるための技術基盤ができ
た。
【図面の簡単な説明】
図1…本発明による超音波乳化方法の説明図 図2…本発明による超音波乳化装置の1例 図3…本発明による金属非接触超音波乳化装置の1例 図4…本発明による超音波乳化装置の1例 図5…従来の超音波乳化方法の模式図
【符号の説明】 1・・・液体Aを収納する容器 7・・・外容器 1−1・同上(樹脂製) 8・・・超音波伝達水 2・・・液体A 9・・・液体Bを収納する容器 3・・・液体Bを塗布する固体材 10・・・液体Aの供給口 3−1・同上(ローラー) 11・・・乳化液の出口 3−2・同上(ベルト) 12・・・スキージーローラー 4・・・液体B 13・・・ホーン 4−1・液体Bの薄膜 14・・・乳化室 5・・・液体Bと液体AのB/A型 15・・・隙間調節板 乳化液 16・・・乳化用隙間 6・・・超音波振動子 17・・・ホーン端面 18・・・予備攪拌液の入り口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01F 3/08 B01F 11/02 B01J 19/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体Aの中に分散質となる液体Bを微細に
    分散し、B/A型乳化液を生成するにあたり、液体Bに
    対し小さい接触角を持つ固体表面に、液体Bの濡れた薄
    膜を形成させた後、これを超音波が印加されている液体
    A中に浸漬し、乳化液を生成する事を特徴とする超音波
    乳化方法。
  2. 【請求項2】液体Aに超音波を印加する超音波発生装置
    と、液体Aを収納する容器と、液体Aにその一部を浸漬
    されかつ、液体Bに対し濡れ性の良い固体表面を持つ液
    体Bの薄膜化手段とで構成された超音波乳化装置。
  3. 【請求項3】請求項2のうち液体A及び液体Bに接触す
    る部材を非金属材料で構成し、かつ超音波振動を液体A
    を収納する容器の外から超音波伝達水を介して間接的に
    印加する事を特徴とする超音波乳化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8821006B2 (en) 2006-01-18 2014-09-02 Ricoh Company, Ltd. Microscopic flow passage structure, microscopic liquid droplet generating method, microscopic liquid droplet generating system, particles, and microcapsules

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8821006B2 (en) 2006-01-18 2014-09-02 Ricoh Company, Ltd. Microscopic flow passage structure, microscopic liquid droplet generating method, microscopic liquid droplet generating system, particles, and microcapsules

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