JPH0747253A - エマルション製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 粒子の大きさが均一なエマルションを効率的
に得ることができるエマルション製造方法及び装置を提
供する。 【構成】 撹拌羽根３８を複数有する撹拌手段により撹
拌を行って、粗エマルションを生成した後、この粗エマ
ルションをポーラスパイプ１０を通過させることによ
り、粒子の大きさに応じて弁別を行う。これにより、迅
速な撹拌混合が行われ迅速にエマルションが形成される
と共に、粒子の大きさが均一なエマルションを得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエマルション製造装置及
び方法、特に均一な粒径の分散粒子を含むエマルション
を製造する製造装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】互いに混合し合わない液体同士を撹拌混
合してエマルションを製造する装置には種々のものがあ
る。この中でも、バイブロミキサ（ＶＩＢＲＯ ＭＩＸ
ＥＲ；商品名、例えば特公平２−１５２４７公報、特開
平２−２９３０３５号公報）は所望のエマルションを迅
速に得ることができるため、広く利用されている。この
バイブロミキサは、駆動軸とこの駆動軸に取り付けられ
た螺旋羽根とからなる撹拌体を備える。そして、撹拌混
合の際には、この撹拌体が振動し、この振動により生じ
た乱流によって流体の混合が促進され、エマルションが
製造される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記バ
イブロミキサにおいては、容易かつ迅速にエマルション
を得ることができるという利点を有するものの、得られ
るエマルションの粒径にばらつきがあるという問題があ
った。

【０００４】また、このような不具合を解消するため
に、ポーラスパイプを用いた混合装置（例えば、特開平
４−２６５１３７号公報）も発明されているが、この混
合装置ではバイブロミキサよりも撹拌効率が落ちるとい
う問題があった。

【０００５】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、均一な粒径の分散粒子を含む
エマルションを容易かつ迅速に製造することができるエ
マルション製造装置及び方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために本発明に係る混合装置においては、撹拌混合
装置で流径の揃っていない粗エマルションを形成し、こ
の粗エマルションをポーラス材に通過させることで粒子
の弁別を行い、弁別された粒子を含むエマルションを得
ることで、大きさの均一な粒子を含むエマルションを容
易かつ迅速に得ることを特徴とする。

【０００７】即ち、本願の請求項１に係るエマルション
製造装置においては、内側に流体が流通されるポーラス
パイプと、このポーラスパイプ内に配置された撹拌体を
含み、この撹拌体の振動によりポーラスパイプ内の流体
を撹拌する撹拌手段と、前記ポーラスパイプのポーラス
壁を介して流体を移動させる移動手段と、を有し、前記
撹拌手段で粗エマルションを製造した後、この粗エマル
ションを前記ポーラスパイプのポーラス壁を介して移動
させ、該粗エマルションの分散粒子をポーラス壁で弁別
することにより、弁別された粒径の分散粒子を含むエマ
ルションを製造することを特徴とする。

【０００８】また、本願の請求項２に係るエマルション
製造装置においては、請求項１記載のエマルション製造
装置において、前記ポーラスパイプの表面は、親水性あ
るいは親油性に表面処理されていることを特徴とする。

【０００９】請求項３に係るエマルション製造装置にお
いては、請求項１記載のエマルション製造装置におい
て、装置は更に、相互の連絡が保たれた複数の部屋を前
記ポーラスパイプの内側に形成する仕切板を備えること
を特徴とする。

【００１０】請求項４に係るエマルション製造装置にお
いては、請求項１、２又は３記載のエマルション製造装
置において、装置は更に、撹拌手段により形成された粗
エマルション中の分散粒子を微小振動させる振動手段を
有することを特徴とする。

【００１１】請求項５に係るエマルション製造方法にお
いては、互いに交じり合わない流体同士を、振動する撹
拌体を含む撹拌手段で撹拌混合することにより粗エマル
ションを形成し、得られた粗エマルションをポーラス材
で濾過することにより所定の粒径の分散粒子を含むエマ
ルションを製造することを特徴とする。

【００１２】請求項６に係るエマルション製造方法にお
いては、請求項５記載のエマルション製造装置におい
て、前記粗エマルションを微小振動させることにより、
該粗エマルション中の分散粒子の見掛上の大きさを調節
し、粗エマルションを粒径に応じて分割することを特徴
とする。

【００１３】

【作用】以上のような構成を有する本発明のエマルショ
ン製造装置においては、ポーラスパイプ内に通じられた
複数の流体は撹拌手段によって互いに混合され、これに
よりポーラスパイプ内に粗エマルションが生成する。そ
して、この粗エマルションは、移動手段によりポーラス
パイプの内側から外側に移動させられる。その際に、ポ
ーラスパイプの細孔により分散粒子の弁別が行われる。
即ち、ポーラスパイプの細孔よりも大きな粒子はここを
通過することをできず、従ってこのポーラスパイプの細
孔よりも小さい粒子のみが通過する。よって、ポーラス
パイプのポーラス壁を通過した粗エマルションを収集す
ることで、均一な粒径の分散粒子を含むエマルションを
容易かつ迅速に製造することができる。

【００１４】ここで、ポーラスパイプの表面を親水性に
表面処理した場合には、エマルション中に含まれる親油
性の分散質がポーラスパイプに付着せず、従って、ポー
ラスパイプの細孔よりも小さい粒子が、他の分散質の妨
害を受けずに細孔を通過することができる。このため、
分散粒子を形成しない分散質あるいは細孔よりも大きな
分散粒子による妨害効果を排除しながら、適格に親油性
の分散粒子の弁別を行うことができる。同様に、ポーラ
スパイプの表面を親油性に表面処理した場合には、親水
性の分散質による妨害効果を排除しながら親水性の分散
粒子を弁別することができる。なお、ポーラスパイプを
親水性あるいは親油性にした場合には、分散質すなわち
分散粒子のポーラス壁への接触が防止されるため、粗エ
マルションの移動による当該粗エマルションの破壊を防
止することもできる。

【００１５】また、上記エマルション製造装置が仕切板
を備えることにより、相互の連絡が保たれた複数の部屋
が前記ポーラスパイプの内側に形成される。この仕切板
によりポーラスパイプ内の流体の流通速度が速くなるた
め、混合効率が向上する。また、この部屋を単位として
エマルション製造装置を組むことができるため、装置の
組み立て、修理、洗浄を容易に行うことができる。

【００１６】更に、振動手段により粗エマルション中の
分散粒子が微小振動させられた場合には、振動によるゆ
らぎが生じ、粒径に振幅を加えた大きさがポーラスパイ
プの細孔径よりも小さい場合にのみ、ポーラス壁を通過
することが可能となる。従って、振動の強度等を変化さ
せることにより、弁別される粒子の大きさを調整するこ
とが可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係るエマルション製造装置及
び方法の好適な実施例について、図面に基づいて説明す
る。

【００１８】・第一実施例の構成 図１は、本発明の第一実施例に係るエマルション製造装
置の構成を示す断面図である。図に示されるように、円
筒状の多孔性部材で構成される本実施例のポーラスパイ
プ１０はその内側で２種類以上の流体の混合を行うもの
であり、内部に流体を流通させる流通路１２が設けら
れ、その下方開口部が流体の第一の流入口１４であり、
上部右の開口部が第二の流入口１６である。そして、流
体は、ポンプ（図示せず）により第一の流入口１４ある
いは第二の流入口１６から圧入されて流通路１２に通じ
られる。例えば、水と油を混合する場合には、向流型の
場合には第一及び第二の流入口から水と油がそれぞれ圧
入され、並流型の場合には第一又は第二の流入口から水
と油が同時に圧入される。

【００１９】第一実施例においては、前記ポーラスパイ
プ１０が複数個の円筒状のパイプユニット１８と、各パ
イプユニット１８同士を接続する接合部に介在させる仕
切り板２０とを有し、パイプユニット１８と仕切り板２
０とを交互に積み重ねて多段に構成している。

【００２０】図２は、本実施例に係るポーラスパイプの
組み立て工程を示す斜視図である。図に示されるよう
に、円筒状のパイプユニット１８の上下の円周端面に
は、仕切り板２０との接続を確実にし、流体の漏れ防止
（気密性、水密性）用のパッキン２２が施されている。
ここでは、テフロンパッキンを使用している。

【００２１】そして、パイプユニット１８同士をつなぐ
接合部には、周縁の内径がパイプユニット１８の外径と
略同じ大きさで、嵌合可能に構成した円板状の仕切り板
２０（図中、砂地で示す）が挟み込まれる。ここでは、
仕切り板２０は、プラスチックで形成されている。

【００２２】図３は、この仕切り板２０の平面図であ
る。図に示されるように、仕切り板２０の中央には、後
述する撹拌体の撹拌体素子を取付ける軸部を通す丸穴２
４が形成され、そこからさらに流体を流通させるスリッ
ト状の流通穴２６が形成されている。この流通穴２６
は、螺旋状の撹拌体を通過させる導入口も兼用してい
る。再び図１に戻り、上記のようにパイプユニット１８
と仕切り板２０とで多段に構成されたポーラスパイプ１
０は、その上下端部をシャフト２８とナット３０とから
成る固定具３２で一体的にかしめて固定する。この固定
具２６は、図１では１個しか図示していないが、ポーラ
スパイプ１０の周囲３ヵ所で同様に固定している。

【００２３】一方、ポーラスパイプ１０の内部には、撹
拌体３４が挿入配置されている。

【００２４】図４は、撹拌体の正面図である。図に示さ
れるように、この撹拌体３４は、ここでは軸部３６とそ
の周囲に取付けられる螺旋羽根（撹拌羽根）３８が形成
された複数の撹拌体素子４０とで構成されている。そし
て、螺旋羽根３８には、開口３８ａが上下位置をずらし
て形成されている。これは、軸方向の短絡流発生を防止
して撹拌効果を上げるためである。

【００２５】前記撹拌体素子４０は、例えば軸部３６の
外側に嵌合する短筒４２に対応する開口を中央部に設け
たドーナツ状の円板の所定位置に開口３８ａを形成後、
円板の一部を半径方向に切断して、切断した端部を円板
面と直角方向にずらして螺旋羽根３８を形成し、短筒４
２に溶接等で固定して形成することができる。撹拌体素
子４０の材料としては、これ以外にプラスチックやセラ
ミックなどを用いて形成することもできる。

【００２６】撹拌体の組立ては、次のようにして行う。
図に示されるように、軸部３６の下端には、つば部４４
がネジ４６で固定されている。そして、その上に順次ス
ペーサパッキン４８や撹拌体素子４０を軸部３６に挿通
しながら積層する。また、撹拌体素子４０同士の間に
は、パッキンが挟まれる。このようにして積層された撹
拌体素子４０等は、軸部３６の上端にねじ部を設け、こ
れにふくろナットを螺合してつば部４４との間でかしめ
固定してもよい。このようにして形成された撹拌体３４
は、所望の間隔で撹拌羽根３８が形成された撹拌体３４
を形成することができる。

【００２７】上述した軸部３６は、ポーラスパイプ１０
の上方へ伸びて振動源（図示せず）に接続されている。
振動源は、モータ及び所定のカム機構により容易に構成
することができる。そして、振動源が駆動するとその駆
動力は軸部３６に上下動として伝えられ、これにより撹
拌体３４が振動する。なお、振動源と軸部３６の連結部
には、ダイヤフラム５２が設けられ、ポーラスパイプ１
０内に流通する流体が振動源に向けて侵入するのを防止
している。

【００２８】・動作 このような混合装置において、流体の混合を行う場合
は、第一の流入口１４及び／又は第二の流入口１６より
被混合対象である２種類以上の流体の混合物を流入す
る。そして、この状態で撹拌体３４は、上記振動源５４
によって上下振動されるため、流体が振動する撹拌体３
４と接触することによって撹拌混合が行われる。この
時、仕切り板２０はポーラスパイプ１０に固定され、一
方撹拌体３４は振動源に接続されているので、被混合流
体は各仕切り室を多段に移動しながら各仕切り室内で固
定仕切り板２０と振動撹拌体３４との相対的な運動によ
って効率的に撹拌混合され、粗エマルションが形成され
る。

【００２９】そして、実施例においては、この粗エマル
ションが形成された後、第一の流入口１４及び／又は第
二の流入口１６から継続して圧入が行われる。すると、
ポーラスパイプ１０内の流体がポーラスパイプ１０外に
浸出してくる。このようにしてポーラスパイプ１０のポ
ーラス壁を介して移動した粗エマルションは、分散粒子
の弁別が行われている。ポーラス壁の細孔よりも大きな
分散粒子の移動は、ポーラス壁により阻止されるからで
ある。従って、ポーラス壁の細孔よりも小さな分散粒子
は、当該ポーラス壁により濾過されるのと同様の原理で
弁別される。

【００３０】図５は、このような弁別の効果を説明する
図である。この図５に示されるように、振動撹拌体３４
により撹拌が行われて粗エマルションが形成された場
合、この粗エマルションに含まれる分散粒子の大きさの
分布は、μを極大とする正規分布をなす。ところが、こ
の内、ポーラス壁を通過できるのはその細孔よりも小さ
い粒子に限られる。このため、ポーラスパイプ１０の外
に浸出してきた流体を集めて得られたエマルションは、
所定の大きさよりも小さい分散粒子（図５中の斜線部
分）のみを含んでいる。そして、分散粒子が弁別された
後も振動撹拌体３４が振動し続けることにより再び正規
分布を生じるので、連続的に所定の大きさの分散粒子を
含むエマルションを製造することができる。なお、この
ような濾過を行う場合には、分散質による細孔の閉塞
や、ポーラス材との接触による分散粒子の破壊などが生
じるおそれがあるが、これを防止するためには、分散質
と疎性になるようにポーラスパイプ１０の表面処理を行
えばよい。即ち、分散質が油性の場合には親水性の表面
処理を、水性の場合には親油性の表面処理を行う。

【００３１】ここで、第一実施例の混合反応装置は、ポ
ーラスパイプ１０が複数のパイプユニット１８と仕切り
板２０とを交互に積み重ねた多段構造で形成されている
ため、組立てや分解が容易に行うことができる。従っ
て、第一実施例のポーラスパイプ１０は、メンテナンス
作業が容易に行えるとともに、使用するパイプユニット
の長さや仕切り板等を変えるだけで所望の構造に簡単に
変更することができるという利点を有している。

【００３２】また、ポーラスパイプ１０の流通路１２内
には、流通穴２６が形成された仕切り板２０が多段に配
置されている。従って、流体の流通速度を流通穴２６の
大きさによって所望の速度に制御することが可能とな
る。この混合処理は、振動源に接続された撹拌体３４
が、仕切り板２０との間の相対運動によって行われるた
め、効果的に混合させることができるという利点も有し
ている。

【００３３】・第二実施例の構成 本発明の第二実施例に係るエマルション製造装置は、ポ
ーラスパイプ１０を囲むステンレス製のケーシング６０
を備え、このケーシング６０には、ポーラスパイプ１０
内に流体を圧入する圧入口６２と、ケーシング６０とポ
ーラスパイプ１０の間を減圧してここから流体を吸引す
る吸引口６４と、を有している。また、ケーシング６０
の外壁には、ケーシング６０内の流体に超音波を照射し
てそこに含まれる微粒子を微小振動させる超音波発生装
置６６を取り付けている。

【００３４】ポーラスパイプ１０内には、第一実施例と
同様に、軸部３６と螺旋状の撹拌羽根３８とからなり、
全体が上下方向に加振されることにより、ポーラスパイ
プ１０内を撹拌する撹拌体３４が備えられている。ダイ
ヤフラム５２は、エマルション製造装置内部と外部を隔
絶している。実施例において、ポーラスパイプ１０内に
は、圧入口６２を介して、第一の供給手段６８からは水
性の溶液が、第二の供給手段６９からは油性の溶液が、
それぞれ所望の割合で放出され、ポーラスパイプ１０内
に流入される。

【００３５】・動作 このような第二実施例に係るエマルション製造装置にお
いては、撹拌体３４が上下方向に駆動することにより、
ここに設けられている複数の撹拌羽根３８により水と油
が振動させられ、粗エマルションが形成される。ここで
形成された粗エマルションは、供給装置６８からの加圧
と吸引口６４からの吸引により、ポーラスパイプ１０を
浸透してその外側に移動する。ポーラスパイプ１０を浸
透したエマルションは、吸引口６４から取り出される。
この際に、撹拌装置３８により形成された粗エマルショ
ンは、ポーラスパイプ１０の壁を通過することにより、
当該ポーラスパイプ１０の細孔の穴径よりも小さいもの
だけが選別される。なお、ポーラスパイプ１０内の液体
をその外側に移動させるためには、ポーラスパイプ１０
内の加圧あるいはポーラスパイプ１０外の減圧のいずれ
かのみを行うものであってもよい。いずれにしても、第
二実施例に係るエマルション製造装置においても、図５
で説明される原理により、第一実施例と同様に、分散粒
子の弁別が行われたエマルションが製造される。

【００３６】ここで、第二実施例に係るエマルション製
造装置においては、分散質を油、分散媒を水とし、ポー
ラスパイプ１０の表面が親水性となるように表面処理を
している。親水性の処理をした場合には、ポーラスパイ
プ１０の表面に油が付着しない。このため、まだ混合が
不十分な油あるいはポーラスパイプ１０の細孔よりも大
きい油による細孔の閉塞や、ポーラスパイプ１０への接
触による油滴の破壊などを防止することができる。な
お、分散質を水、分散媒を油とする場合には、ポーラス
パイプ１０の表面が親油性となるように表面処理を施
す。

【００３７】また、第二実施例においては超音波発生装
置６６を備えているが、ここから超音波が発せられる
と、粗エマルションに含まれる微粒子が微小振動する。
こうなると、微小振動によるぶれが生じるため、当該微
粒子の見掛上の大きさが大きくなる。この結果、図７に
示されるように、理論上ポーラスパイプ通過できる大き
さよりも小さな粒子のみがポーラスパイプ１０を通過で
きるようになる（図７中、斜線部分）。そして、超音波
の強度等を調整することにより、粗エマルションに含ま
れる微粒子の見掛上の大きさを制御することができるの
で、弁別される微粒子の大きさを調節することが可能と
なる。この場合において、超音波の強度等を調整し、得
られたエマルションを取捨選択することにより、粗エマ
ルション中の所定の領域にある分散粒子を取り出すこと
ができる。例えば、図８に示されるように、撹拌体３４
を停止してから、まず超音波を強くして粒径が小さい部
分（図８中、αの部分）のみを取り出す。そして、粒径
が小さい部分（αの領域）を除去した後、粒径が中程度
の部分（βの領域）を取り出す。そして、同様にして、
粒径が大きい部分（γの領域）も取り出せる。このよう
にして、粗エマルションを粒子の大きさに応じて分割す
ることもできる。

【００３８】以上のように、第一実施例も第二実施例
も、粗エマルションを形成してからその弁別を行うた
め、粗エマルションを形成せずにポーラスパイプを用い
て最初からエマルションを製造した場合よりも、所定の
大きさの分散粒子を含むエマルションを迅速かつ容易に
製造することができる。この際に、ポーラスパイプを適
当に表面処理することで、この効果を阻害する要因を排
除することができる。また、超音波発生装置を取り付
け、この強度を調整することにより、弁別される微粒子
の大きさを調節することが可能となる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るエマ
ルション製造装置及び方法においては、粒子の大きさが
均一なエマルションを効率的に製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る混合反応装置のケー
シングの構成を示す断面図である。

【図２】第一実施例に係るポーラスパイプの組立て工程
を示す斜視図である。

【図３】第一実施例に係る仕切り板の平面図である。

【図４】第一実施例に係る撹拌体の正面図である。

【図５】本発明の原理及び効果を説明するための図であ
る。

【図６】本発明の第二実施例に係るエマルション製造装
置の構成を示す断面図である。

【図７】超音波発生装置を使用した場合の原理及び効果
を説明するための図である。

【図８】超音波発生装置を使用した場合の応用例を説明
するための図である。

【符号の説明】

１０ ポーラスパイプ １２ 流通路 １８ パイプユニット ２０ 仕切り板 ２６ 流通穴 ３４ 撹拌体 ３６ 軸部 ３８ 撹拌羽根 ５２ ダイアフラム ６０ ケーシング ６２ 圧入口 ６４ 吸引口 ６６ 超音波発生装置 ６８、６９ 供給装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内側に流体が流通されるポーラスパイプ
   と、 このポーラスパイプ内に配置された撹拌体を含み、この
   撹拌体の振動によりポーラスパイプ内の流体を撹拌する
   撹拌手段と、 前記ポーラスパイプのポーラス壁を介して流体を移動さ
   せる移動手段と、 を有し、 前記撹拌手段で粗エマルションを製造した後、この粗エ
   マルションを前記ポーラスパイプのポーラス壁を介して
   移動させ、該粗エマルションの分散粒子をポーラス壁で
   弁別することにより、弁別された粒径の分散粒子を含む
   エマルションを製造することを特徴とするエマルション
   製造装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエマルション製造装置に
   おいて、 前記ポーラスパイプの表面は、親水性あるいは親油性に
   表面処理されていることを特徴とするエマルション製造
   装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のエマルション製造装置に
   おいて、 装置は更に、相互の連絡が保たれた複数の部屋を前記ポ
   ーラスパイプの内側に形成する仕切板を備えることを特
   徴とするエマルション製造装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２又は３記載のエマルショ
   ン製造装置において、装置は更に、撹拌手段により形成
   された粗エマルション中の分散粒子を微小振動させる振
   動手段を有することを特徴とするエマルション製造装
   置。
5. 【請求項５】 互いに交じり合わない流体同士を、振動
   する撹拌体を含む撹拌手段で撹拌混合することにより粗
   エマルションを形成し、得られた粗エマルションをポー
   ラス材で濾過することにより所定の粒径の分散粒子を含
   むエマルションを製造することを特徴とするエマルショ
   ンの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載のエマルション製造装置に
   おいて、 前記粗エマルションを微小振動させることにより、該粗
   エマルション中の分散粒子の見掛上の大きさを調節し、
   粗エマルションを粒径に応じて分割することを特徴とす
   るエマルションの製造方法。