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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024145994
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】凍結粒子製造装置
(51)【国際特許分類】
F26B 5/06 20060101AFI20241004BHJP
F26B 11/14 20060101ALI20241004BHJP
F26B 11/16 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
F26B5/06
F26B11/14
F26B11/16
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058648
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000192590
【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション
(74)【代理人】
【識別番号】110002734
【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】小川 智宏
(72)【発明者】
【氏名】岸 勇佑
【テーマコード（参考）】
3L113
【Ｆターム（参考）】
3L113AC23
3L113AC58
3L113BA36
3L113CB13
3L113CB15
3L113CB29
3L113DA07
(57)【要約】
【課題】凝集隗の形成を抑制することが可能な凍結粒子製造装置を提供すること。
【解決手段】水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、前記凍結粒子が収容される収容空間（１０ａ）を備えた容器と、前記被処理物を粒子状にして前記収容空間（１０ａ）に放出するノズル（３１）とを備え、前記ノズル（３１）から放出される以前、又は、前記ノズル（３１）から放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置（４０）を更に備え、該攪拌装置（４０）が、軸周りに回転可能な攪拌軸（４１）と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材（４４）とを備え、前記攪拌軸（４１）が、前記収容空間（１０ａ）を通るように設けられ、前記被処理物を放出する前記ノズル（３１）の向きが、前記攪拌軸（４１）から離れる方向である凍結粒子製造装置、を提供する。
【選択図】 図１
【解決手段】水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、前記凍結粒子が収容される収容空間（１０ａ）を備えた容器と、前記被処理物を粒子状にして前記収容空間（１０ａ）に放出するノズル（３１）とを備え、前記ノズル（３１）から放出される以前、又は、前記ノズル（３１）から放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置（４０）を更に備え、該攪拌装置（４０）が、軸周りに回転可能な攪拌軸（４１）と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材（４４）とを備え、前記攪拌軸（４１）が、前記収容空間（１０ａ）を通るように設けられ、前記被処理物を放出する前記ノズル（３１）の向きが、前記攪拌軸（４１）から離れる方向である凍結粒子製造装置、を提供する。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置。
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置。
【請求項2】
前記攪拌軸は、前記収容空間を上下方向に通るように設けられている請求項１記載の凍結粒子製造装置。
【請求項3】
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
前記収容空間から排気を行うための排気口が前記天壁部に設けられ、
該排気口と前記ノズルとは、前記天壁部の中央部を介して一方と他方とに分かれて配されている請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
前記収容空間から排気を行うための排気口が前記天壁部に設けられ、
該排気口と前記ノズルとは、前記天壁部の中央部を介して一方と他方とに分かれて配されている請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【請求項4】
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
該天壁部に複数の前記ノズルが配置されている請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
該天壁部に複数の前記ノズルが配置されている請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【請求項5】
前記天壁部の中央部には前記攪拌軸が上下方向に貫通している貫通部が設けられ、
前記複数のノズルは、周方向に並んで配置されている請求項４記載の凍結粒子製造装置。
前記複数のノズルは、周方向に並んで配置されている請求項４記載の凍結粒子製造装置。
【請求項6】
前記容器が、前記収容空間の側縁を画定する壁面を備えた側壁部を有し、
該壁面の温度を調整するための温度調節機構を有し、
前記ノズルの向きが、該壁面に向かう方向である請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
該壁面の温度を調整するための温度調節機構を有し、
前記ノズルの向きが、該壁面に向かう方向である請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【請求項7】
前記収容空間が逆円錐台形状である請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【請求項8】
前記ノズルが超音波ノズルである請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は凍結粒子製造装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、食品分野などでは、水分を含んだ被処理物を凍結粒子にして保存したり、凍結粒子を乾燥（フリーズドライ）して凍結乾燥粒子を作製したりすることが行われている。また、凍結粒子や凍結乾燥粒子は、食品分野のみならず各種の分野において作製されている。このような凍結粒子は、被処理物を凍結可能な温度や真空度に調整された収容空間を備えた容器内で被処理物を粒子状にして放出することで製造されたりしている（下記特許文献１参照）。このような方法で凍結粒子を製造する場合、被処理物はノズルを通じて放出されることで粒子状にされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００６－１７７６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
凍結粒子を製造する過程では、該凍結粒子を製造する装置内で粒子同士が接着して凝集隗が形成されることがある。凝集塊の形成を防止する上で容器内に収容された凍結粒子を攪拌することが考えられ得る。しかしながら、凍結粒子製造装置に攪拌装置を設けて当該攪拌装置で凍結粒子を攪拌しても凝集隗が形成されてしまうことがあり、凝集塊の形成を抑制することが困難になっている。そこで、本発明は、凝集隗の形成を抑制することが可能な凍結粒子製造装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決すべく鋭意検討を行ったところ、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備えた攪拌装置を備えた凍結粒子製造装置では、攪拌装置自体に凍結粒子の付着が生じてそのことによって凝集塊が生じる場合があることが見出された。また、凍結粒子を攪拌する操作において攪拌軸は攪拌部材に比べて凍結粒子との間にせん断力が発揮され難いため、当該攪拌軸に凍結粒子が堆積し易く凝集塊の発生要因となっていることが見出された。
【0006】
そこで、上記課題を解決すべく、本発明は、
水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置、を提供する。
水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置、を提供する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば凍結粒子の製造時に凍結粒子が攪拌軸に付着し難くなるため凝集塊の形成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明の一実施の形態について図を参照しつつ説明する。本実施形態においては、凍結粒子製造装置として、凍結乾燥粒子を製造可能な凍結乾燥粒子製造装置（以下、単に「粒子製造装置」ともいう）を例に挙げて説明する。本実施形態では粒子製造装置として凍結状態が解除された状態において乾燥した固体状態を保つ凍結乾燥粒子を製造可能な装置を例示するが、本実施形態で製造される凍結粒子は、常温・常圧（例えば、２３℃・１気圧）に戻って凍結状態が解除された状態において液状に戻るようなものであってもよい。
【0010】
本実施形態の粒子製造装置では水分を含む液状の被処理物が凍結粒子の原料として用いられる。被処理物は、液体のみを含む物であっても液体と固体粒子とを含むスラリーであってもよい。尚、本実施形態では被処理物として液状物を例示しているが凍結粒子とされる被処理物は液状物に限らず粒子化できるものであればゼリー状物やペースト状物のような固形物や半固形物などであってもよい。
【0011】
（第１実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る粒子製造装置１００を示したもので、該第１実施形態における粒子製造装置１００は、液状の被処理物（以下「原料液Ｌ」ともいう）が凍結されて凍結粒子Ａが形成されるように構成されている。本実施形態の粒子製造装置１００は、蒸発熱を利用して被処理物の凍結が行われるように構成されており、被処理物（原料液Ｌ）よりも水分含有率の低い凍結粒子Ａが形成されるように構成されている。尚、被処理物の凍結方法はそのような方法に限定されない。粒子製造装置１００は、原料液Ｌの凍結可能な温度に調整された空間に原料液Ｌを粒子状にして放出して凍結が行われるように構成されていてもよい。
図１は、第１の実施形態に係る粒子製造装置１００を示したもので、該第１実施形態における粒子製造装置１００は、液状の被処理物（以下「原料液Ｌ」ともいう）が凍結されて凍結粒子Ａが形成されるように構成されている。本実施形態の粒子製造装置１００は、蒸発熱を利用して被処理物の凍結が行われるように構成されており、被処理物（原料液Ｌ）よりも水分含有率の低い凍結粒子Ａが形成されるように構成されている。尚、被処理物の凍結方法はそのような方法に限定されない。粒子製造装置１００は、原料液Ｌの凍結可能な温度に調整された空間に原料液Ｌを粒子状にして放出して凍結が行われるように構成されていてもよい。
【0012】
本実施形態の粒子製造装置１００は、凍結粒子Ａを収容する容器として凍結容器１０を備えている。該凍結容器１０は、凍結粒子Ａが収容される収容空間１０ａを備えている。
【0013】
粒子製造装置１００は、前記凍結容器１０を減圧する減圧装置２０と、前記原料液を凍結させて又は凍結させずに粒子状にして前記凍結容器１０に放出する造粒装置３０とを備えている。該造粒装置３０には、図２に示すように前記原料液Ｌを粒子状にして前記凍結容器１０に放出するノズル３１が備えられている。
【0014】
粒子製造装置１００は、前記凍結容器１０に収容されている前記凍結粒子Ａを攪拌する攪拌装置４０を更に備える。本実施形態の粒子製造装置１００は、前記凍結粒子Ａを減圧環境下で加温しながら攪拌しつつ該凍結粒子Ａから更に水分を除去して凍結乾燥粒子を形成し得るように構成されている。攪拌装置４０は、軸心周りに回転可能な攪拌軸４１と、該攪拌軸４１とともに回転する攪拌部材４４とを備え、前記攪拌軸４１が、前記収容空間１０ａを通るように設けられている。
【0015】
粒子製造装置１００は、水分を含む被処理物（原料液Ｌ）が前記ノズル３１から放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に凍結して前記凍結粒子Ａが形成され、該凍結粒子Ａが前記凍結容器１０に収容されるように構成されている。
【0016】
前記凍結容器１０では、図２に示すように、放出された原料液Ｌが細かな粒状になり、個々の粒から水分Ｗが蒸発され、該水分Ｗの蒸発による蒸発熱によって原料液Ｌよりも水分Ｗの少ない凍結粒子Ａが製造される。また、本実施形態では、原料液Ｌが凍結した凍結粒子Ａが造粒装置３０から前記凍結容器１０に放出され当該凍結容器１０で前記凍結粒子Ａから更に水分Ｗが蒸発される。このときノズル３１から放たれる瞬間やそれ以前に原料液Ｌが凍結する場合もあり、ノズル３１から放出直後の粒子は、全てが凍結前の状態というわけではなく、凍結状態になっているものと凍結状態になっていないものとが混在する場合がある。加えて、全てが凍結状態になっている場合もあり得る。凍結状態になっていない粒子の一部又は全部は、収容空間１０ａを降下する過程で凍結状態となり得る。また、ノズルから放出された時点で凍結状態になっていない粒子の一部又は全部は、凍結容器１０の内壁などに到達してから凍結状態になることもある。
【0017】
本実施形態の凍結容器１０は、水平方向での寸法よりも鉛直方向での寸法の方が大きな縦型容器である。前記攪拌軸４１は、該凍結容器１０の前記収容空間１０ａを上下方向に通るように設けられている。前記攪拌軸４１は、凍結容器１０の中央部を通って上下方向に延在するように設けられている。
【0018】
本実施形態の凍結容器１０は、その中心軸Ｘｃが鉛直方向となるように粒子製造装置１００に備えられている。そして、前記攪拌軸４１は、その回転軸心が前記中心軸Ｘｃに一致するように鉛直方向に延在されている。当該第１実施形態の粒子製造装置１００での攪拌軸４１は、凍結容器１０の中心軸Ｘｃに沿った配置となっているが、後述するように攪拌軸４１は、中心軸Ｘｃから離れて場所に配されてもよく、延在する方向が鉛直方向に限定されるものでもない。
【0019】
本実施形態以おいては、中心軸Ｘｃに沿った方向を高さ方向や上下方向などとも称する。また、以下においては攪拌軸４１に沿った方向を長さ方向Ｘ１などと称することがある。また、更に以下においては、この攪拌軸４１を通り、且つ、該攪拌軸４１に直交する方向を径方向Ｘ２などとも称する。また、以下においては、この攪拌軸４１を中心に周回する方向を周方向Ｘ３などとも称する。
【0020】
本実施形態の凍結容器１０は、収容空間１０ａの底部を画定する底壁部１１と、収容空間１０ａの側縁部を画定する側壁部１２と、収容空間１０ａの頂部を画定する天壁部１３とを備えている。凍結容器１０は、底壁部１１と側壁部１２とを構成する容器本体１０ｂと天壁部１３を構成する蓋体１０ｃとを備えている。
【0021】
本実施形態の前記側壁部１２は、前記底壁部１１の外周縁より外広がりに立ち上がっている。したがって、本実施形態での前記容器本体１０ｂの形状は、すり鉢状である。前記蓋体１０ｃは、該容器本体１０ｂの上部開口を塞ぐように設けられている。本実施形態での蓋体１０ｃは、前記容器本体１０ｂの上端縁に接する外周部から中央部に向かうに従って上下方向での位置が高くなるように構成されており、中央部が上方に向かって膨出したドーム状となっている。本実施形態での凍結容器１０は、前記収容空間１０ａが逆円錐台形状となっている。
【0022】
本実施形態での粒子製造装置１００は、側壁部１２がジャケット構造を有し、二重壁となって内部に熱媒を導入可能な空間部１２ｂを有しており、収容空間１０ａに露出した前記内壁面１２ａの温度を調節できるようになっており、温度調節機構を備えている。本実施形態の該側壁部１２は、前記凍結粒子Ａの製造に際し、内壁面１２ａの温度が収容空間１０ａの温度よりも低温となるように調節可能である。本実施形態の該側壁部１２は、内壁面１２ａの温度が前記原料液Ｌの凝固点（凍結可能な温度）以下にとなるように調節可能である。また、側壁部１２は、収容空間１０ａの気温よりも高温となるように調節可能である。そのことにより本実施形態の該側壁部１２は、凍結粒子から更に水分を除去するのに際し、内壁面１２ａを通じて凍結粒子に蒸発熱を与えて該凍結粒子から水分を除去するのを促進させ得る。
【0023】
本実施形態の粒子製造装置１００における前記減圧装置２０は、前記蓋体１０ｃに設けられた排気口１３ａを通じて収容空間１０ａからの排気を行うように構成されている。本実施形態の粒子製造装置１００は、前記排気口１３ａの上方にフィルターユニット１５が接続されており、前記減圧装置２０による収容空間１０ａからの排気が該フィルターユニット１５を介して行われるように構成されている。
【0024】
本実施形態の前記減圧装置２０は、前記排気を行なうための真空ポンプ２１を有している。該真空ポンプ２１は、往復式ポンプ、ロータリーポンプ、拡散ポンプなどの一般的なものであってもよい。
【0025】
本実施形態の造粒装置３０は、前記排気口１３ａとは反対側より原料液Ｌを収容空間１０ａに放出し得るように構成されており、前記排気口１３ａと前記ノズル３１とが、前記天壁部１３（蓋体１０ｃ）の中央部を介して一方と他方とに分かれて配されている。造粒装置３０でのノズル３１は、原料液Ｌとともに気体を放出する２流体ノズルであってもよいが、減圧装置２０への負荷を考慮すると原料液Ｌのみを放出する１流体ノズルであることが好ましい。本実施形態でのノズル３１は、例えば、図２に示すような、超音波ノズルが好適である。
【0026】
本実施形態での該攪拌装置４０は、先述のように攪拌軸４１の回転軸心が凍結容器１０の中心軸Ｘｃと一つの直線上に並ぶように備えられている。攪拌装置４０は、ギアボックス４２を介して回転機４３に接続され、該回転機４３の駆動力によって軸心周りに回転可能となっている。前記攪拌軸４１は、長さ方向Ｘ１他端側が収容空間１０ａの下端部まで延びており、底壁部１１の近傍まで延びている。
【0027】
本実施形態での前記攪拌装置４０は、前記収容空間１０ａの下端部で回転するヘリカルリボン翼４４１と、前記収容空間１０ａの高さ方向中央部で回転する複数のパドル翼４４２とを前記攪拌部材４４として備えている。即ち、前記攪拌装置４０は、前記収容空間１０ａに収容されっている凍結粒子Ａをヘリカルリボン翼４４１やパドル翼４４２で攪拌し得るように構成されている。該ヘリカルリボン翼４４１やパドル翼４４２は、攪拌軸４１を回転させた時に凍結容器１０の側壁部１２の直近を通過して周回するように配されている。即ち、ヘリカルリボン翼４４１やパドル翼４４２の外縁と側壁部１２の内壁面１２ａとの間には僅かなクリアランスしか設けられていない。
【0028】
本実施形態では、収容空間が逆円錐台形状を有するため、底壁部１１からの凍結粒子Ａの堆積高さを高くし易く、凍結粒子Ａが攪拌部材４４（ヘリカルリボン翼４４１）によって攪拌され易い。また、凍結粒子Ａの堆積高さを高くすることが容易な本実施形態の粒子製造装置１００は、凍結粒子Ａが側壁部１２の内壁面１２ａと接し易く、温度調節機構による凍結粒子Ａの温度コントロールが容易となっている。
【0029】
本実施形態では、前記天壁部１３を構成する前記蓋体１０ｃの中央部に前記攪拌軸４１が上下方向に貫通している貫通部が設けられている。前記蓋体１０ｃには、前記攪拌軸４１の通過している貫通部から径方向に離れた位置に前記ノズル３１が配されている。即ち、本実施形態での前記ノズル３１は、前記攪拌軸４１の上端部から径方向に離れた位置に配されている。
【0030】
該ノズル３１は、前記側壁部１２の内壁面１２ａに向けて配されている。即ち、ノズル３１の向いている方向は、当該ノズル３１から離れるに従って前記攪拌軸４１との距離が徐々に離れて、最終的には側壁部１２の内壁面に達する方向である。図１に示すように、本実施形態では、攪拌軸４１から離れる向きに配されたノズル３１が複数設けられている。
【0031】
以下においては、このノズル３１の“向き”に関し、“粒子の放出方向”や、単に、“放出方向”などとも称する。粒子の放出方向が見た目上では判断し難い場合、水平な面の上方（例えば、１～２ｍ上方）にノズルを下向き（所定の方向）に配置し、該ノズルから、できるだけ気流などの影響を受けないようにして、粒子を下方に向けて放出させ、水平面における粒子の放出範囲を確認し、該範囲の中心とノズルとを結ぶ線分の向きをノズル３１の向き（粒子の放出方向）として確認することができる。
【0032】
攪拌軸４１の長さ方向Ｘ１（軸方向）とノズル３１の放出方向との間の角度（θ１）は、原料液Ｌの種類などにもよるが、例えば、１度以上とすることができる。角度θ１は、５度以上であってもよく、１０度以上であってもよく、１５度以上であってもよく、２０度以上であってもよい。角度θ１は、例えば、７５度以下とすることができる。角度θ１は、７０度以下であってもよく、６５度以下であってもよい。角度θ１は、６０度以下であってもよく、５０度以下であってもよい。
【0033】
ノズル３１から放出方向に延ばした線分が凍結容器１０の内壁面に達するまでの距離（Ｌ１）は、原料液Ｌの種類などにもよるが、例えば、２０ｃｍ以上とされる。距離Ｌ１は、３０ｃｍ以上であってもよく、４０ｃｍ以上であってもよく、５０ｃｍ以上であってもよい。距離Ｌ１は、６０ｃｍ以上であってもよく、１ｍ以上であってもよい。
【0034】
後述するように、ノズル３１を複数設ける場合、上記のような好ましい放出方向となるように配置されるノズル３１は、１つであってもよく、複数であってもよい。複数のノズル３１は、全てが上記のような好ましい放出方向となるように配置されることが好ましい。また、凍結容器１０の内壁面までの距離Ｌ１が上記のような好ましい値となるように配置されるノズル３１は、１つであってもよく、複数であってもよい。複数のノズル３１は、全てが上記のような好ましい距離Ｌ１を設けて配置されることが好ましい。
【0035】
先述の通り、ノズルから放出される粒子の一部は十分に凍結した状態になっていないことがある。ノズルを真下に向けて配置した場合、攪拌軸から径方向に離れた位置にノズルを設けても、粒子がある程度広がりながら落下するので十分に凍結していない粒子が攪拌軸に降りかかって攪拌軸に付着してしまうことがある。十分に凍結していない粒子は、それ自身が付着し易い状態であるばかりでなく、十分に凍結している粒子を攪拌軸に付着させる接着剤ともなり得る。ヘリカルリボン翼やパドル翼などの攪拌部材の回転半径に比べて攪拌軸の外周面の回転半径は著しく小さいので、回転速度が遅く、攪拌軸は、付着した粒子を払い落とす機能が攪拌部材に比べて劣る。そのため攪拌軸は、外周面での凝集塊の形成を許してしまい易い。
【0036】
本実施形態では、ノズル３１が攪拌軸４１から離れる方向に向けられているため、凝集塊の形成が抑制される。本実施形態では、攪拌軸４１が上下方向に延在するように配され、その表面が粒子の落下方向と概ね平行するように攪拌軸４１が配されていることからも、当該攪拌軸への粒子の付着が生じにくい。
【0037】
本実施形態では、ノズル３１が側壁部１２の内壁面１２ａに向けて配されているため、十分に凍結していない粒子が内壁面１２ａに達する場合がある。先述の通り、本実施形態では、内壁面１２ａの表面温度を原料液Ｌが凍結可能な温度に調整可能であるため、内壁面１２ａに付着した後に短期間で粒子を凍結させて別の凍結粒子に対して接着剤として機能することを防いだりすることができる。また、本実施形態では、内壁面１２ａに沿ってヘリカルリボン翼４４１やパドル翼４４２が周回するため、粒子の堆積が生じたとしてこれらの攪拌部材によって速やかに除去される。
【0038】
本実施形態では収容空間１０ａが減圧状態（例えば、絶対圧で１００～１０００Ｐａ）となっているが、収容空間１０ａに空気などの気体が存在する場合、内壁面１２ａの表面温度を低温にすることで、該内壁面１２ａ上に冷気層を形成させることができ、未凍結の粒子が内壁面１２ａに付着することを防ぐことも可能となる。
【0039】
内壁面１２ａにおいて、その表面上を攪拌部材４４が通過する領域（以下「攪拌部材通過領域」ともいう）とその表面上を攪拌部材４４が通過しない領域（以下「攪拌部材非通過領域」ともいう）とが設けられる場合、内壁面への粒子の付着を抑制する上ではノズル３１は、放出方向が攪拌部材通過領域となるように配されてもよい。一方で、攪拌部材通過領域を放出方向としてノズル３１を配置すると、攪拌部材４４に粒子が付着する確率が高くなる。その場合、攪拌部材４４の通過するタイミングに合わせて粒子の放出量を低下させてもよい。その場合、放出が停止されるまで放出量を低下させてもよい。さらに本実施形態では、攪拌部材４４の通過するタイミングに合わせて粒子の放出方向を変えて攪拌部材４４への粒子の付着を防止してもよい。
【0040】
上記のようなことから本実施形態の粒子製造装置１００は、未凍結の原料液Ｌの粒子や原料液Ｌが凍結した粒子の単位時間当たりのノズル３１からの放出量を変更する放出量可変機構と、ノズル３１からの粒子の放出方向を変更する放出方向可変機構との内の少なくとも一方を有していることが好ましい。放出量可変機構は、タイマー制御などにより放出量を周期的に変化させるものであってもよく、攪拌軸４１の回転に連動して放出量を変化させるものであってもよく、凍結容器１０の内部における攪拌部材４４の位置をセンサーなどで検出して該検出の結果と連動して放出量を変化させるようなものであってもよい。
【0041】
放出方向可変機構も、放出量可変機構と同じく、タイマー制御などによりノズル３１の向きを周期的に変化させるものであってもよく、攪拌軸４１の回転に連動してノズル３１の向きを変化させるものであってもよく、凍結容器内での攪拌部材４４の位置をセンサーなどで検出してノズル３１の向きを変化させるようなものであってもよい。
【0042】
上記のようなことから本実施形態の粒子製造装置１００は、該収容空間１０ａにおいて攪拌部材４４を周回させつつノズル３１から収容空間１０ａに粒子が放出される第１運転モードと、該第１運転モードに比べて攪拌部材４４への粒子の付着を抑制する第２運転モードとを含む複数のモードで運転可能とすることができ、第２運転モードでは、第１運転モードよりも粒子の放出量が低減されるか、第１運転モードとはノズル３１の向きが変更されるかの何れかが実施され得る。第２運転モードで粒子の放出量を低減する場合、先述のように、放出量がゼロ（放出停止）になるまで低減されてもよく、放出停止が行われる期間は第２運転モードでの一部の期間であっても全部の期間であってもよい。
【0043】
本実施形態のノズル３１は、前記攪拌軸４１を介して前記排気口１３ａとは反対側に位置する。そのため、前記攪拌軸４１から離れる方向に粒子を放出する本実施形態のノズル３１は、排気口１３ａに対しても径方向に離れるように粒子を放出する。本実施形態の粒子製造装置１００では、ノズル３１から放出される粒子のサイズを小さくして比表面積を大きくするとともに収容空間１０ａでの浮遊時間を長くする方が凝集塊の形成を抑制する上において有利となるが、そうすると排気口１３ａから吸い出される気流に粒子が同伴され易くなり、フィルターユニット１５の目詰まりの要因ともなりかねない。その点、本実施形態のノズル３１は、排気口１３ａからも径方向に離れるように粒子を放出するため、収容空間１０ａでの浮遊時間を長くしても上記のような問題を生じさせ難い。
【0044】
排気口１３ａからの排気が連続的でなく断続的である場合、例えば、収容空間１０ａの圧力が第１の基準値を上回った場合に真空ポンプ２１が運転し、収容空間１０ａの圧力が第１の基準値と同じか又はそれよりも低い値となる第２の基準値（第１の基準値以下の基準値）を圧力が下回った時点で真空ポンプ２１が停止するような場合、ノズル３１からの放出量は真空ポンプ２１のオン／オフに連動して変化されてもよい。そのことにより粒子の排気口１３ａへの吸い込みを抑制することができる。
【0045】
前記排気口１３ａの端縁から前記ノズル３１までの水平方向での距離は３０ｃｍ以上確保されることが好ましく、５０ｃｍ以上確保されることがより好ましい。ノズル３１が複数設けられる場合、少なくとも１つのノズル３１に上記のような距離が確保されていることが好ましく、複数のノズル３１に上記のような距離が確保されていることがより好ましく、全てのノズル３１に上記のような距離が確保されていることが更に好ましい。
【0046】
本実施形態では、前記ノズル３１が複数設けられている。そのため、１つのノズルだけを用いる場合に比べてそれぞれのノズル３１からの原料液の放出量を低減しても単位時間あたりの凍結粒子の製造量を増大させることができる。したがって、本実施形態では、ノズル３１から放出される粒子の速度を低くしたり、粒子の大きさを小さくしたりしても単位時間当たりの凍結粒子の製造量を一定以上確保し易く、凝集隗の形成を抑制しつつ凍結粒子の製造量の増大を図ることができる。
【0047】
図３ａに示すように第１ノズル３１ａ、第２ノズル３１ｂ、及び、第３ノズル３１ｃの３つのノズル３１を設ける場合、これらは、例えば、径方向Ｘ２に並ぶように配置することができる。複数のノズル３１を設ける場合、それぞれのノズル３１の放出方向は共通していても異なっていてもよい。また、凍結容器１０の中心軸Ｘｃに沿った軸方向視（攪拌軸４１の軸方向視）でのノズル３１の向きは、径方向Ｘ２であってもよく、図３ｂに示すように径方向Ｘ２対して傾きを持っていてもよい。軸方向視での第１ノズル３１ａの向き（第１放出方向Ｄａ）は、他のノズルの向き（第２ノズル３１ｂの向き（第２放出方向Ｄｂ）や第３ノズル３１ｃの向き（第３放出方向Ｄｃ））と同じであっても異なっていてもよい。
【0048】
中心軸Ｘｃに沿った軸方向視でのノズル３１の放出方向を径方向Ｘ２に対して傾斜させる場合、ノズル３１から当該ノズル３１の放出方向に延ばした仮想線が容器本体１０ｂに到達するまでの距離を長く確保できる。
【0049】
複数のノズル３１を設ける場合、前記複数のノズル３１は、図３ｃに示すように、周方向Ｘ３に並んで配置されていてもよい。複数のノズル３１は、図３ｄに示すように、径方向Ｘ２と周方向Ｘ３とのそれぞれに位置をずらして配置されてもよい。前記天壁部１３の中央部には前記攪拌軸４１が上下方向に貫通している貫通部が設けられているため、複数のノズル３１を径方向Ｘ２に並べて配置しようとすると、ノズル３１間での距離を十分に保ち難い。一方で複数のノズル３１を周方向Ｘ３に並べるようにすると、ノズル３１どうしの間隔を広く開けることが可能となる。ノズル３１どうしの間隔を広く開けることが可能になると、各ノズル３１から十分に凍結が進んでいない粒子が複数放出されたとしても当該粒子同士が空中で衝突して凝集粒子を形成してしまうことを抑制することができる。
【0050】
複数のノズル３１を設ける場合、放出量可変機構や放出方向可変機構は、例えば、複数のノズル３１の内の一つ以上（例えば、第２ノズル３１ｂ、及び、第３ノズル３１ｃ）を運転しつつ残りのノズル３１（例えば、第１ノズル３１ａ）を停止させるようにしてもよい。複数のノズル３１を図３ｃに示すように周方向に配置する場合で、例えば、攪拌軸４１が上面視において時計回りに回転するのであれば、パドル翼４４２の通過にあわせてノズル３１からの粒子の放出量の低減（停止）と復帰（増量）とを、第１ノズル３１ａ、第２ノズル３１ｂ、及び、第３ノズル３１ｃで順次実施してパドル翼４４２に向けて粒子が放出されることを防止することができる。即ち、周方向に複数のノズル３１を配置し、攪拌軸４１の回転に合わせて該ノズル３１からの粒子の放出量を変化させる場合、複数のノズル３１の内の一ノズル３１と、該一ノズル３１よりも前記攪拌軸４１の回転方向下流側に位置する他ノズル３１とで放出量を変化させるタイミングを異ならせ、前記一ノズル３１での放出量の変化を他ノズル３１に先行させるようにしてもよい。
【0051】
複数のノズル３１を周方向Ｘ３に配置する場合は、上記のような点において凝集塊の形成防止に特に有効となり得る。一方で複数のノズル３１を径方向Ｘ２に並べて配置する場合は、放出量の低減（停止）と増量（復帰）とを全てのノズル３１で同じタイミングで実施させることができ、制御が簡単になるという利点を有する。
【0052】
狭い流路を通じて液体を高速で放出することで液体を粒状にしている従来のノズルでは、この流路に凍結が生じてしまい易い。一方で超音波ノズル３１０は、超音波振動を加えることにより原料液Ｌを微細な粒状にして放出できるため、必ずしもそのような狭い流路を設ける必要がない。また、従来のノズルでは流量を上記のように原料液Ｌの流通量を低減して一定期間流れを緩やかにしたり止めたりすると内部で凍結が生じてしまい易いが、超音波ノズル３１０では流路内で凍った凍結物が超音波振動によって壊され易いためノズルの目詰まりを防ぐことができる。また、そのため超音波ノズルが好適に利用される本実施形態においては、被処理物が液状でなく固形物のようなものであっても収容空間に粒子状になった被処理物を放出することができる。
【0053】
本実施形態での超音波ノズル３１０は、凍結前の被処理物や凍結後の被処理物に対して超音波振動を加えることにより被処理物を微細な粒子状にして放出できるように構成されているものであればよく、特に図２に例示のもの以外でも本実施形態において採用可能である。
【0054】
図２に例示の超音波ノズル３１０は、先端部が前記放出口３１０ａとなって開口している筒状のノズル本体３１１と、該ノズル本体３１１を覆うハウジング３１２と、前記ノズル本体３１１を振動させるための超音波振動子３１３とを備える。本実施形態の超音波振動子３１３は、例えば、電歪素子や磁歪素子などであってもよい。本実施形態での超音波ノズル３１０では、前記超音波振動子３１３の振動する周波数を調節できるようになっている。超音波振動子３１３の周波数は、例えば、２０ｋＨｚから１３０ｋＨｚまでの間で可変とすることができる。
【0055】
前記ノズル本体３１１は、内部に前記原料液Ｌの流路３１１ｂを備え、該流路３１１ｂの終端が前記放出口３１０ａとなって開口している。該流路３１１ｂを通って前記放出口３１０ａに到達した原料液Ｌは、ノズル本体３１１の先端部の振動により細かな粒状となって放出口３１０ａから放出される。
【0056】
前記ノズル本体３１１は、放出口３１０ａから径方向外向に延びる鍔部３１１１を備える。前記ノズル本体３１１は、鍔部３１１１の中心となる位置に前記放出口３１０ａを有し、原料液Ｌを放出口３１０ａから直接的に収容空間１０ａに放出するのでなく一時的に鍔部３１１１に留めた後で放出できるように構成されている。本実施形態のノズル本体３１１は、前記ハウジング３１２から棒状になって延び、基端側が前記ハウジング３１２に固定された固定端となっている一方で前記放出口３１０ａの開口している先端部は自由端となっているため先端部の振動方向が前記鍔部３１１１の平面方向となっている。そのため、放出口３１０ａから出た原料液Ｌは前記鍔部３１１１の表面を伝って一旦横移動する。そして、原料液Ｌは、一旦、鍔部３１１１の表面に留まった後に粒子状となって収容空間１０ａに放出される。
【0057】
原料液Ｌは、鍔部３１１１に滞留される時間が表面張力などによっても左右されるものの一時的に鍔部３１１１の表面に留まることで放出される前に温度低下が進むことになる。また、超音波ノズルは、原料液Ｌを大きさが比較的小さな粒にして放出することができる。そのため、放出された原料液Ｌの粒は、ゆっくりと落下することになる。鍔部３１１１での滞留によって温度低下した原料液Ｌの粒をゆっくりと落下させることができる本実施形態において、放出された粒が所望の温度の凍結粒子となるまでに要する落下距離が短くなり、装置サイズのコンパクト化を図ることもできる。
【0058】
本実施形態では、前記超音波振動子３１３の振動する周波数を調節できるため、放出口３１０ａより放出される原料液Ｌの粒の大きさを変更することができる。即ち、本実施形態では、前記超音波振動子３１３の振動周波数を大きく（波長を短く）することで粒の大きさを細かくすることができ、比表面積の大きな水分の蒸発しやすい粒を形成することができる。比表面積の大きな状態になった原料液Ｌの粒は、減圧状態の凍結容器１０の収容空間１０ａに放出され表面から水分Ｗが蒸発し、当該水分Ｗの蒸発熱によって温度低下し、凍結粒子Ａとなる。
【0059】
一般的な噴霧装置では小さなノズル孔から勢いよく液体を放出させることで液体を細かな霧状にするためノズルでの液体の通過抵抗が大きく、液体に０．１ＭＰａ以上の圧力が加えられている。一方で、本実施形態においては、放出口３１０ａを有するノズル本体３１１が振動して放出口３１０ａから放出される原料液Ｌを微細な粒へと変化させることができる。ノズル本体３１１の振動による運動エネルギーで原料液Ｌが微細化される本実施形態においては、超音波ノズル３１０に供給される直前での原料液Ｌの圧力を５０ｋＰａ以下にすることができ、ポンプ３２の負荷を大きく削減することができる。
【0060】
本実施形態では、前記放出口３１０ａが減圧された収容空間１０ａにおいて開口しており、収容空間１０ａ側から原料液Ｌが吸引されるような状況になっているため、超音波ノズル３１０への原料液Ｌの供給圧力はさらに低減可能となり得る。前記圧力は４０ｋＰａ以下であってもよく、３０ｋＰａ以下であってもよい。前記圧力は、例えば、１ｋＰａ以上とされる。
【0061】
超音波ノズル３１０は、減圧状態になっている前記凍結容器１０に対して前記放出口３１０ａが開口しているため、前記流路３１１ｂを構成しているノズル本体３１１の内部の空間と前記収容空間１０ａとが当該放出口３１０ａを介して連通されている。言い換えると当該超音波ノズル３１０の内部の空間は、前記凍結容器１０とともに減圧装置２０で減圧されるようになっている。そのため、前記放出口３１０ａの開口面積（流路３１１ｂの断面積）を大きくすると前記流路３１１ｂに対しては放出口３１０ａよりも上流側の方にまで負圧が加わり易くなる。この状況で原料液Ｌの供給に規制を加えて放出口３１０ａから原料液Ｌが放出され難い状況を発生させると前記放出口３１０ａよりも奥まった箇所で原料液Ｌから水分が蒸発し易くなる。流路３１１ｂの断面積が大きいと水分の蒸発によって生じた水蒸気は、放出口３１０ａを通じて凍結容器１０へと放出され易くなる。そうすると、前記放出口３１０ａよりも奥まった箇所で原料液Ｌの凍結によって生じた凍結物で流路３１１ｂが閉塞されることになる。
【0062】
本実施形態では、原料液Ｌが流路３１１ｂの途中で流路３１１ｂを塞ぐように凍結してもノズル本体３１１の振動によって凍結物を破砕することができ、当該凍結物の破砕によって得られた凍結粒子Ａを放出口３１０ａより放出させることができる。また、流路３１１ｂを塞ぐ凍結物が破砕されるまでには至らなくても流路３１１ｂの壁面と凍結物との界面に振動によって摩擦熱を発生させることができ、凍結物の表層部を液状化させることができるので、収容空間１０ａ側からの吸引力を利用して凍結物を放出口３１０ａに向けて移動させることができ、当該凍結物を放出口３１０ａから放出する際に粒子化して凍結粒子Ａを形成させることも可能である。
【0063】
前記収容空間１０ａの圧力は、通常、放出された原料液Ｌからの水分蒸発量と前記真空ポンプ２１による排気量とのバランスによって決定される。原料液Ｌに圧力を加える必要性の低い本実施形態の超音波ノズル３１０では、必要に応じて放出口３１０ａの直前における流路３１１ｂの断面積を一般的なノズルに比べて大きくすることができ、原料液Ｌの吐出量に時間変動が生じることを抑制することができる。
【0064】
原料液Ｌが、例えば、果汁などの食物繊維を含む物であったり、微粒子を含むスラリー状のものであったりする場合、流路が狭いと食物繊維や微粒子が流路に挟まって液の流れを阻害する障害物となりかねない。このような障害物が発生すると放出される液の量が低減し、何等かの拍子に障害物が外れると放出される液量が回復することが起こり、放出される液量の変動幅が大きなものになりかねない。減圧された空間に対して放出される液量が変動すると、当該空間の圧力バランスが崩れて大きな圧力変動を起こしかねない。一方で本実施形態においてはそのような問題が発生することを抑制することができる。
【0065】
放出される液量が変動すると液の粒の大きさが変化することにもなり、大量に液が放出される場合には真空度が低下（絶対圧が上昇）して液の凍結が不十分になるおそれもあり、既に形成されている凍結粒子が凍結の不十分な液で凝集してしまうおそれもある。収容空間１０ａに放出される原料液Ｌの量が変動し難い本実施形態では、そのような問題が生じ難く、大きさの揃った凍結粒子を作製し得る。
【0066】
本実施形態の超音波ノズル３１０では、放出口３１０ａの直前における流路３１１ｂの断面積を大きく確保し易い点からも凍結による目詰まりを抑制することができる。しかしながら、予期せぬ要因で凍結による目詰まりが生じてしまう可能性もあるため、目詰まりが生じた時に備えて素早く目詰まりを解消して原料液Ｌの放出を復活させることが可能な機構を設けることが望ましい。
【0067】
本実施形態での前記ハウジング３１２は、ノズル本体３１１の外径よりも大きな内径を有する筒状で、前記ノズル本体３１１との間に空間を設けるようにノズル本体３１１を覆っている。本実施形態での超音波ノズル３１０は、当該空間に熱媒ＦＬ（不凍液等）を流通可能になっており、前記ノズル本体３１１を必要に応じて温度調節し得るようになっている。
【0068】
本実施形態では、上記のような熱媒ＦＬでノズル本体３１１を加温できるため、凍結時における目詰まりの解消を図ることができる。安定した量での原料液Ｌの放出が可能な本実施形態の粒子製造装置１００では、収容空間１０ａの圧力をモニタリングすることでノズル本体３１１が目詰まりしたことを把握することができる。そこで、本実施形態の粒子製造装置１００は、前記収容空間１０ａの圧力を測定するための圧力測定器（図示せず）を有していてもよい。また、前記超音波ノズル３１０は、該圧力測定器での測定結果に基づいてノズル本体３１１の温度調節をし得るように構成されていてもよい。本実施形態の粒子製造装置１００は、圧力測定器で測定される前記収容空間１０ａの圧力について定めた基準値に達した時に前記超音波ノズル３１０の加温が行われるように構成されていてもよい。
【0069】
超音波ノズル３１０の目詰まりを解消するための機構としては、上記のようなもの以外にも考えられる。超音波ノズル３１０の目詰まりを解消するための機構としては、例えば、超音波ノズル３１０の放出口３１０ａに向けて気体を吹き付けて目詰まりの原因となっている凍結物を排除するための浄化用ノズルを設けることなどが考えられる。該浄化用ノズルから超音波ノズル３１０に吹き付ける浄化用のガスは、例えば、空気や窒素などとすることができる。浄化用ノズルには、このような浄化用ガスを常温で供給してもよく、加熱して供給してもよく、冷却して供給してもよい。目詰まりを解消するための浄化用ガスの吹き付けは連続的なものであってもよく断続的なものであってもよい。連続的に浄化用ガスを吹き付ける場合、吹き付け圧力を一定にしてもよく、吹き付け圧力の上下を繰り返すようにしてもよい。
【0070】
浄化用ガスは、外部から放出口３１０ａに向けて吹き付けるようにしてもよく、ノズル内部の流路３１１ｂを通じて放出口３１０ａに供給するようにしてもよい。即ち、超音波ノズル３１０での原料液Ｌの圧力が上昇するなどして放出口３１０ａ又は流路３１１ｂにおいて凍結物等による閉塞が生じ始めたことを検知できた時点で原料液Ｌの供給を停止して代わりに浄化用ガスを供給し、該浄化用ガスで凍結物等を取り除くようにしてもよい。該浄化用ガスの供給・停止の切り替えなどについても前記収容空間１０ａの圧力について定めた基準値に基づいて実施してもよい。
【0071】
本実施形態の粒子製造装置１００では、先述のように凍結乾燥粒子が製造される。凝集塊が形成されると凝集塊の中心部に位置する凍結粒子からは水分が除去され難くなり、効率良く凍結乾燥粒子を作製することが難しくなるが、凝集塊が形成され難い本実施形態の粒子製造装置１００では、凍結粒子Ａの表面から水分が除去され易いため効率良く凍結乾燥粒子を作製することができる。
【0072】
凍結粒子Ａの乾燥に際しては、ジャケット構造を有する側壁部１２に熱媒を流通させて凍結が解除されない程度に凍結粒子Ａを加熱し、水分の蒸発を促進させることが望ましい。その際、攪拌装置４０で凍結粒子Ａを攪拌することで、より効率良く凍結乾燥粒子が製造され得る。
【0073】
前記凍結乾燥粒子は、常温（例えば、２３℃）において十分乾燥した固体となる程度にまで乾燥されていることが好ましいが、前記凍結粒子Ａは、常温において固体状となるものでなくてもよく、例えば、常温においてペースト状（半固体状）となるようなものであっても、液体に戻ってしまう程度の乾燥状態のものであってもよい。特に前記凍結粒子Ａは、引き続き乾燥されることが予定されている場合、常温において原料液Ｌが濃縮された濃縮液となる程度に水分が除去されたものであってもよい。
【0074】
前記凍結乾燥粒子は、例えば、水分含有量が５質量％以下となるように作製される。凍結乾燥粒子の水分含有量は４質量％以下であってもよく、３質量％以下であってもよい。凍結乾燥粒子の水分含有量は、例えば、１０５℃のギアオーブンで凍結乾燥粒子を２時間乾燥させた時の質量変化を元の凍結乾燥粒子の質量で除して求めることができる。
【0075】
前記凍結乾燥粒子を得るために前記凍結粒子Ａを製造するに際し、本実施形態では前記真空ポンプ２１で凍結容器１０を真空引きして前記収容空間１０ａを減圧し、蒸発熱を利用して原料液の凍結を行っているが、前記原料液Ｌは、凍結容器１０で凍結し易くなるように予め冷却しておいてもよく、例えば、０℃～１５℃となるように冷却していてもよい。
【0076】
前記凍結粒子Ａが製造される前記凍結容器１０は、例えば、前記原料液Ｌの放出に際して前記収容空間１０ａが１００Ｐａ～１０００Ｐａの圧力（絶対圧）となるように調整される。凍結容器１０は、所定の原料液Ｌの放出が完了し、所定量の凍結粒子Ａが凍結容器１０に蓄えられるまで収容空間１０ａが上記範囲内に維持されることが好ましい。収容空間１０ａの圧力は、低い方が凍結には有利となる。前記圧力は８００Ｐａ以下であることが好ましく、６００Ｐａ以下さらには４００Ｐａ以下であることがより好ましい。一方で圧力が過度に低いと超音波ノズル３１０が目詰まりするおそれがある。そのため前記圧力は、１５０Ｐａ以上であることが好ましく、２００Ｐａ以上であることがより好ましい。
【0077】
前記収容空間１０ａの圧力は凍結粒子Ａの製造開始から製造完了まで一定している必要はない。例えば、凍結粒子Ａの大きさに過度なバラツキが生じない程度の範囲で圧力を変動させるようにしてもよい。凍結粒子の製造開始から製造完了までの間は、例えば、最低圧力から最高圧力までの差が１０Ｐａ以上１００Ｐａ以下となるように圧力の高低差を設けて前記圧力の上下を繰り返すようにしてもよい。そのことによりノズル本体３１１が連続的に強く冷却されることを抑制でき、凍結粒子を超音波ノズル３１０の目詰まりを抑制しつつ製造することができる。
【0078】
所定量の凍結粒子が凍結容器１０に蓄えられた場合、原料液Ｌの放出を止め、前記収容空間１０ａは、例えば、１Ｐａ～１００Ｐａの圧力（絶対圧）となるように調整される。前記収容空間１０ａの内壁面（側壁部１２の内壁面１２ａ）は、例えば－４０℃～４０℃の範囲で所定の温度に調整される。
【0079】
本実施形態ではこのようにして効率良く凍結乾燥粒子を作製することができる。
【0080】
（第２実施形態）
凍結粒子Ａを製造する凍結容器１０は、図１に示したような縦型容器でなくてもよい。この点に関して、図４を参照しつつ第２実施形態での粒子製造装置１００について説明する。この図４に示す第２実施形態の粒子製造装置１００は、凍結容器１０が横型容器となっている。前記凍結粒子Ａが収容される収容空間１０ａを備えた凍結容器１０と、被処理物を粒子状にして前記収容空間１０ａに放出するノズル３１とを備える点においては第１実施形態における粒子製造装置１００と第２実施形態での粒子製造装置１００とは共通している。
凍結粒子Ａを製造する凍結容器１０は、図１に示したような縦型容器でなくてもよい。この点に関して、図４を参照しつつ第２実施形態での粒子製造装置１００について説明する。この図４に示す第２実施形態の粒子製造装置１００は、凍結容器１０が横型容器となっている。前記凍結粒子Ａが収容される収容空間１０ａを備えた凍結容器１０と、被処理物を粒子状にして前記収容空間１０ａに放出するノズル３１とを備える点においては第１実施形態における粒子製造装置１００と第２実施形態での粒子製造装置１００とは共通している。
【0081】
第２実施形態の粒子製造装置１００も、前記ノズル３１から放出される以前、又は、前記ノズル３１から放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子Ａが前記凍結容器１０に収容されるように構成されている。また、第２実施形態の粒子製造装置１００は、前記凍結容器１０に収容されている前記凍結粒子Ａを攪拌する攪拌装置４０を更に備え、該攪拌装置４０が、軸周りに回転可能な攪拌軸４１と、該攪拌軸４１とともに回転する攪拌部材４４とを備えている。そして、第２実施形態の粒子製造装置１００でも前記攪拌軸４１が、前記収容空間１０ａを通るように設けられ、前記被処理物を放出する前記ノズル３１の向きが、前記攪拌軸４１から離れる方向である。
【0082】
第２実施形態の粒子製造装置１００は、攪拌軸４１が水平方向に延びており、ノズル３１が攪拌軸４１よりも上方に位置し、放出方向が斜め上向きとなるように配されている。この第２実施形態の粒子製造装置１００も、攪拌軸４１への粒子の付着が抑制され凝集塊の形成が抑制される。
【0083】
（第３実施形態）
第１実施形態や第２実施形態では、攪拌軸４１が固定配置されているが、攪拌軸４１から離れる方向を放出方向としたノズル３１を設けることで凝集塊の形成を防止し得る点については攪拌軸４１が移動するような場合にも共通する。この点に関して図５ａ、図５ｂを参照しつつ第３実施形態の粒子製造装置１００について説明する。
第１実施形態や第２実施形態では、攪拌軸４１が固定配置されているが、攪拌軸４１から離れる方向を放出方向としたノズル３１を設けることで凝集塊の形成を防止し得る点については攪拌軸４１が移動するような場合にも共通する。この点に関して図５ａ、図５ｂを参照しつつ第３実施形態の粒子製造装置１００について説明する。
【0084】
図５ａに示す第３実施形態の粒子製造装置１００は、凍結容器１０が逆円錐台形状の収容空間１０ａを備えた縦型容器となっている点において第１実施形態の粒子製造装置１００に共通している。第１実施形態、及び、第２実施形態における粒子製造装置１００と当該第３実施形態での粒子製造装置１００とは、前記凍結粒子Ａが収容される収容空間１０ａを備えた凍結容器１０と、被処理物を粒子状にして前記収容空間１０ａに放出するノズル３１とを備える点において共通している。
【0085】
第３実施形態の粒子製造装置１００も、前記ノズル３１から放出される以前、又は、前記ノズル３１から放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子Ａが前記凍結容器１０に収容されるように構成されている。また、第３実施形態の粒子製造装置１００は、前記凍結容器１０に収容されている前記凍結粒子Ａを攪拌する攪拌装置４０を更に備え、該攪拌装置４０が、軸周りに回転可能な攪拌軸４１と、該攪拌軸４１とともに回転する攪拌部材４４とを備えている。そして、攪拌部材４４して攪拌軸４１の周りに螺旋状に配されたスクリュー翼４４３を有している点において、第３実施形態の粒子製造装置１００と第１実施形態の粒子製造装置１００とは共通している。第３実施形態の粒子製造装置１００でも前記攪拌軸４１が、前記収容空間１０ａを上下方向に通るように設けられ、前記被処理物を放出する前記ノズル３１の向きが、前記攪拌軸４１から離れる方向である。
【0086】
第１実施形態の粒子製造装置１００は、先述の通り、鉛直方向に延びる凍結容器１０の中心軸Ｘｃと、攪拌軸４１の回転軸心とが一つの直線として重なるように攪拌装置４０が構成されている。一方で第３実施形態の粒子製造装置１００は、攪拌軸４１が凍結容器１０の中心軸Ｘｃとは離れた位置に配され、該攪拌軸４１が回転軸心を傾けた状態で配置されている。より詳しくは、第３実施形態の攪拌軸４１は、逆円錐台形状の収容空間を画定する側壁部１２の内壁面１２ａに沿って上下方向に延びており、上方に向かうに従って凍結容器１０の中心軸Ｘｃから離れるように外側に傾いて配されている。そして、第３実施形態の攪拌装置４０は、この攪拌軸４１を側壁部１２の内壁面１２ａに沿って周回させ得るように構成されている。
【0087】
第３実施形態の攪拌装置４０は、攪拌軸４１が自転しつつ公転するように構成されており、攪拌軸４１の回転軸心である自転軸ＸＡと、攪拌軸４１の公転軸ＸＢとが径方向に離れており、該公転軸ＸＢが、凍結容器１０の中心軸Ｘｃと一つの直線となるように構成されている。そのため、ノズル３１の放出方向を固定していると攪拌軸４１が公転している間の一部の区間ではノズル３１の放出方向が攪拌軸４１に接近する方向となり、図５ｂに示す瞬間では、ノズル３１の放出方向の先に攪拌軸４１が存在することになる。
【0088】
第３実施形態の粒子製造装置１００では、前記放出量可変機構か前記放出方向変機構かが設けられ、前記第１運転モードと、前記第２運転モードとを含む複数のモードで運転されることで攪拌軸４１での粒子の堆積による凝集塊の形成が抑制され得る。第３実施形態の粒子製造装置１００では、前記放出量可変機構が設けられ、図５ｂに示す瞬間の前後でノズル３１からの粒子の放出が低減されることが好ましく、粒子の放出量がゼロになるまで粒子の放出が低減（放出が休止）されることがより好ましい。
【0089】
第３実施形態の粒子製造装置１００での第１運転モードと、第２運転モードとの切替はタイマー制御などであってもよく、単に周期的にノズル３１からの粒子の放出が低減されるシンプルなものであってもよく、攪拌軸４１の位置を検出して行われるようなものであってもよい。
【0090】
上記のように本実施形態で粒子製造装置は、従来の装置に比べて凝集隗の形成を抑制することが可能となっている。尚、本発明は、上記の３つの実施形態以外でも実施が可能である。上記においては、凍結容器が縦型容器である場合として逆円錐台形状の収容空間を有するものを例示しているが、縦型容器は円筒状などの他の形状のものであってもよい。本実施形態の凍結粒子製造装置や凍結粒子の製造方法は、上記例示に何等限定されることなく、上記に例示されていない事項なども適宜採用することができ、上記例示に各種の変更を加え得る。
【0091】
以上のように本明細書には以下のような開示が含まれている。
（１）
水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置。
（１）
水分を含む被処理物が凍結されて凍結粒子が製造される凍結粒子製造装置であって、
前記凍結粒子が収容される収容空間を備えた容器と、
前記被処理物を粒子状にして前記収容空間に放出するノズルとを備え、
前記ノズルから放出される以前、又は、前記ノズルから放出された後に前記被処理物が凍結して得られる前記凍結粒子が前記容器に収容されるように構成されており、
前記容器に収容されている前記凍結粒子を攪拌する攪拌装置を更に備え、
該攪拌装置が、軸周りに回転可能な攪拌軸と、該攪拌軸とともに回転する攪拌部材とを備え、
前記攪拌軸が、前記収容空間を通るように設けられ、
前記被処理物を放出する前記ノズルの向きが、前記攪拌軸から離れる方向である凍結粒子製造装置。
【0092】
（２）
前記攪拌軸は、前記収容空間を上下方向に通るように設けられている（１）記載の凍結粒子製造装置。
前記攪拌軸は、前記収容空間を上下方向に通るように設けられている（１）記載の凍結粒子製造装置。
【0093】
（３）
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
前記収容空間から排気を行うための排気口が前記天壁部に設けられ、
該排気口と前記ノズルとは、前記天壁部の中央部を介して一方と他方とに分かれて配されている（１）又は（２）の凍結粒子製造装置。
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
前記収容空間から排気を行うための排気口が前記天壁部に設けられ、
該排気口と前記ノズルとは、前記天壁部の中央部を介して一方と他方とに分かれて配されている（１）又は（２）の凍結粒子製造装置。
【0094】
（４）
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
該天壁部に複数の前記ノズルが配置されている（１）～（３）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
前記容器が、前記収容空間の上縁を画定する壁面を備えた天壁部を有し、
該天壁部に複数の前記ノズルが配置されている（１）～（３）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
【0095】
（５）
前記天壁部の中央部には前記攪拌軸が上下方向に貫通している貫通部が設けられ、
前記複数のノズルは、周方向に並んで配置されている（１）～（４）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
前記天壁部の中央部には前記攪拌軸が上下方向に貫通している貫通部が設けられ、
前記複数のノズルは、周方向に並んで配置されている（１）～（４）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
【0096】
（６）
前記容器が、前記収容空間の側縁を画定する壁面を備えた側壁部を有し、
該壁面の温度を調整するための温度調節機構を有し、
前記ノズルの向きが、該壁面に向かう方向である（１）～（５）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
前記容器が、前記収容空間の側縁を画定する壁面を備えた側壁部を有し、
該壁面の温度を調整するための温度調節機構を有し、
前記ノズルの向きが、該壁面に向かう方向である（１）～（５）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
【0097】
（７）
前記収容空間が逆円錐台形状である（１）～（６）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
前記収容空間が逆円錐台形状である（１）～（６）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。
【0098】
（８）
前記ノズルが超音波ノズルである（１）～（７）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
前記ノズルが超音波ノズルである（１）～（７）の何れかに記載の凍結粒子製造装置。請求項１又は２記載の凍結粒子製造装置。
【符号の説明】
【0099】
１０：凍結容器、１０ａ：収容空間、１０ｃ：蓋体、１１：底壁部、１２：側壁部、１２ａ：（側壁部の）内壁面、１３：天壁部、１３ａ：排気口、１５：フィルターユニット、
２０：減圧装置、
３０：造粒装置、３１：ノズル、３１０：超音波ノズル、
４０：攪拌装置、４１：攪拌軸、４４：攪拌部材
１００：粒子製造装置（凍結粒子製造装置）
２０：減圧装置、
３０：造粒装置、３１：ノズル、３１０：超音波ノズル、
４０：攪拌装置、４１：攪拌軸、４４：攪拌部材
１００：粒子製造装置（凍結粒子製造装置）
【図1】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【図4】
【図5a】
【図5b】
