特許 7389069 増圧機及び増圧機を用いた微粒化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-20

(45)【発行日】2023-11-29

(54)【発明の名称】増圧機及び増圧機を用いた微粒化装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 37/12 20060101AFI20231121BHJP

   F04B 9/08 20060101ALI20231121BHJP

   F04B 53/00 20060101ALN20231121BHJP

【ＦＩ】

F04B37/12

F04B9/08 G

F04B53/00 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021009316

(22)【出願日】2021-01-25

(65)【公開番号】P2022113237

(43)【公開日】2022-08-04

【審査請求日】2022-11-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000132161

【氏名又は名称】株式会社スギノマシン

(74)【代理人】

【識別番号】110000165

【氏名又は名称】弁理士法人グローバル・アイピー東京

(72)【発明者】

【氏名】前田 巧

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１１４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公平０７－００３０８７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開２００１－０９０６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０８３１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２６１６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４１３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２１７５５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｂ ３７／１２

Ｆ０４Ｂ ９／０８

Ｆ０４Ｂ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動ポンプから供給される媒体により、原料を加圧する増圧機であって、
前記媒体が供給される低圧シリンダと、
前記低圧シリンダに固定される高圧シリンダと、
前記低圧シリンダに供給される前記媒体によって、前記低圧シリンダ及び前記高圧シリンダの内部を摺動可能なピストンと、
前記ピストンを軸支するボトムアダプタであって、
洗浄液が供給される洗浄液供給口と、
前記ボトムアダプタ内に供給された前記洗浄液が排出される洗浄液排出口と、
を有するボトムアダプタと、
前記高圧シリンダ内で前記ボトムアダプタを固定する固定部と、
前記ボトムアダプタの内周に配置される樹脂部と、
を有し、
前記洗浄液を前記洗浄液排出口から外部に排出する洗浄用流路が、前記ボトムアダプタの外周と前記固定部の内周で形成される、
増圧機。

【請求項2】

前記樹脂部は、外周に樹脂溝を有する、
請求項１に記載の増圧機。

【請求項3】

前記ボトムアダプタは、
周方向に均等に配置される複数の前記洗浄液供給口と、
周方向に均等に配置される複数の前記洗浄液排出口と、
を有する、請求項１又は２に記載の増圧機。

【請求項4】

外部から前記洗浄液を取り入れる洗浄入口であって、前記洗浄液供給口と連通する洗浄入口と、
外部へ前記洗浄液を排出する洗浄出口であって、前記洗浄液排出口と連通する洗浄出口と、
を更に有する、請求項１～３のいずれかに記載の増圧機。

【請求項5】

前記洗浄出口は、前記洗浄液供給口とは連通せず、前記洗浄入口とずらした位置に配置される、
請求項４に記載の増圧機。

【請求項6】

原料を圧送する給液ポンプと、
前記原料を加圧する請求項１～５のいずれかに記載の増圧機と、
加圧された原料をフィルタ処理する超高圧フィルタと、
フィルタ処理された原料を噴射する噴射チャンバーと、
を有する
微粒化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、増圧機及び増圧機を用いた微粒化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流体や原料を加圧する装置として、増圧機が多く用いられている。増圧機を用いて、流体、例えば、水を１００～２５０ＭＰａまで加圧することで、高圧水を洗浄、切断、破壊等の各種用途に利用されている。また、増圧機を用いて、医薬材料、半導体材料、電子材料、化学材料等の原料を加圧することや、加圧原料の高圧流体同士を衝突させることによって粒子を微細化することで、物性等を変化させ、高付加価値な材料開発が行なわれている。

【0003】

また、高い清浄度が求められるものや、多様な加圧原料に対して装置を利用する場合には、装置やシステム内部における洗浄や原料の汚染を防止することを目的とした増圧機の開発が求められていた。

【0004】

このような課題を解決するために、原料を加圧処理する一次シリンダと、一次シリンダから原料が漏洩した場合に洗浄および排出を行なう二次シリンダを有することで、二次シリンダ室内に収容された処理液を汚染することを防止する増圧機が開示されている（例えば、特開平６－２０７５８５号公報）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の増圧機は、一次シリンダの両端に二次シリンダが配置される。そのため、装置構成が大きく、スペースや費用の点で課題があった。

【0006】

また、加圧原料を漏洩させず、清浄度の高い処理を施すことのできる一方、増圧機を構成する各要素や一次シリンダ内を洗浄することが難しいという課題があった。

【0007】

また、付着性や研磨性の高い加圧原料の場合に、プランジャの摺動時に、僅かな隙間から加圧原料が増圧機の内部に侵入してしまうことがある。そうした場合に適切に洗浄しなければ、プランジャの表面に付着した加圧原料がプランジャの摺動時に余計な負荷をかけてしまい、パッキンやボトムアダプタの内面を損傷してしまう可能性があった。

【0008】

本発明は、内部を分解することなく加圧原料が付着する箇所を洗浄できる増圧機及び増圧機を用いた微粒化装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、
駆動ポンプから供給される媒体により、原料を加圧する増圧機であって、
前記媒体が供給される低圧シリンダと、
前記低圧シリンダに固定される高圧シリンダと、
前記低圧シリンダに供給される前記媒体によって、前記低圧シリンダ及び前記高圧シリンダの内部を摺動可能なピストンと、
前記ピストンを軸支するボトムアダプタと、
前記ボトムアダプタの内周に配置される樹脂部と、
を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の増圧機及び増圧機を用いた微粒化装置によれば、内部を分解することなく加圧原料が付着する箇所を洗浄できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の微粒化装置の構成図

【図2】本実施形態の増圧機の断面図

【図3】本実施形態のボトムアダプタの断面図

【図4】本実施形態の洗浄液の流路を示すボトムアダプタの断面図

【図5】本実施形態のボトムアダプタの斜視図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。

【0013】

（微粒化装置の構成）
本実施形態の微粒化装置１００は、図１に示すように、原料タンク１０１と、給液ポンプ１０２と、増圧機１と、超高圧フィルタ１０３と、噴射チャンバー１０４とを有する。原料タンク１０１は、原料Ｍ（スラリー）を貯留する。給液ポンプ１０２は、原料タンク１０１の原料Ｍを圧送する。増圧機１は、給液ポンプ１０２から圧送される原料Ｍを加圧する。超高圧フィルタ１０３は、加圧された原料Ｍをフィルタ処理する。噴射チャンバー１０４は、微粒化処理を行う。

【0014】

（増圧機の構成）
本実施形態の増圧機１は、図２に示すように、ピストン２と、低圧シリンダ３と、高圧シリンダ４とを有する。高圧シリンダ４には、孔４ｃが形成される。ピストン２は、駆動ポンプＰ（油圧ポンプ）が低圧シリンダ３内に媒体Ｏを供給した場合に、高圧側に摺動し、給液ポンプ１０２から孔４ｃを介して高圧シリンダ４内に供給される原料Ｍを１００～２４５ＭＰａまで加圧する。ピストン２は、ピストン本体２ａと、プランジャ２ｂを有する。ピストン本体２ａは、低圧シリンダ３内を摺動する。プランジャ２ｂは、高圧シリンダ４内を摺動する。特に、プランジャ２ｂは、先端で原料Ｍと接触するとともに、加圧状態で摺動を繰り返す部位であるため、耐圧性、耐熱性、耐衝撃性を備える材質を用いる。

【0015】

低圧シリンダ３及び高圧シリンダ４は、円筒状である。低圧シリンダ３及び高圧シリンダ４は、原料Ｍを１００～２４５ＭＰａまで加圧するための耐圧性のシリンダである。孔４ｃは、給液ポンプ１０２から原料Ｍを供給する通路である。孔４ｃは、高圧シリンダ４の内径よりも小さい。
また、高圧シリンダ４は、内側高圧シリンダ４ａと、外側高圧シリンダ４ｂを有する。内側高圧シリンダ４ａは、原料を加圧する空間を有する。外側高圧シリンダ４ｂは、内側高圧シリンダ４ａの周囲に配置される。内側高圧シリンダ４ａは、耐圧性が高く、原料Ｍによる表面耐性等が強い。外側高圧シリンダ４ｂは、部材同士の固定に強い素材とする。このように内側高圧シリンダ４ａと外側高圧シリンダ４ｂに別々の特性を持たせることによって、高圧シリンダ４の機能が向上する。

【0016】

低圧シリンダ３と高圧シリンダ４を確実に固定することで、１つのシリンダが形成される。低圧シリンダ３と高圧シリンダ４のそれぞれに負荷がかかりにくくするため、低圧シリンダ３と高圧シリンダ４の間に、シリンダサポート５が配置される。シリンダサポート５は、円筒状であり、低圧シリンダ３と高圧シリンダ４を固定する。

【0017】

また、低圧シリンダ３と高圧シリンダ４は、それぞれ密閉される。これにより、低圧シリンダ３内の媒体Ｏと、高圧シリンダ４内の原料Ｍは、混ざり合わない。

【0018】

ここで、単にシリンダ（低圧シリンダ３、高圧シリンダ４）内を仕切るだけでは、ピストン２が摺動する際に、位置ズレや摺動により、媒体Ｏまたは原料Ｍが侵入する可能性がある。そのため、ボトムアダプタ６および固定部７を高圧シリンダ４に配置することで、装置としての安定性が向上する。

【0019】

ボトムアダプタ６は、図３～図５に示すとおり、ピストン２を軸支する。プランジャ２ｂは、ボトムアダプタ６を挿通する。固定部７は、高圧シリンダ４の内部にボトムアダプタ６をより安定して固定する。固定部７は、高圧シリンダ４とボトムアダプタ６に挟まれる。

【0020】

長期的なピストン２の摺動に伴い、ボトムアダプタ６の表面は摩耗することがある。ボトムアダプタ６およびピストン２の摺動負荷を軽減するために、ボトムアダプタ６の内周に樹脂部１０が配置される。樹脂部１０は、ボトムアダプタ６の内部に着脱可能である。そのため、ピストン２の摺動によって樹脂部１０が摩耗した場合、樹脂部１０を交換できる。これにより、ボトムアダプタ６等のより大きな要素を交換する必要がなく、メンテナンスコストを削減できる。
樹脂部１０の材質は、耐圧性、耐熱性、耐衝撃性に優れたものが望ましい。樹脂部１０の材質は、例えば、熱可塑性樹脂である。さらに、原料Ｍに対して溶剤を用いて処理する場合に、内側高圧シリンダ４ａ、プランジャ２ｂの表面等に対して化学的な負担がかかることがある。そうした場合は、樹脂部１０の素材を各種溶媒に適したもの（耐酸性、耐アルカリ性等）を用いることで、樹脂部１０の長寿命化を図ることができる。

【0021】

また、ボトムアダプタ６によるピストン２の軸支に加えて、各種シール部材を配置することで、シール性が向上する。図２に示すように、ボトムアダプタ６の一部または両端において、低圧側シール部８や高圧側シール部９を配置する。低圧側シール部８および高圧側シール部９は、例えば、弾性部材やパッキンである。さらに、ボトムアダプタ６の低圧側にスペーサ１１を配置することで、低圧側への原料Ｍの侵入や洗浄液Ｌの内部での流通を確実にシールできる。スペーサ１１は、プランジャ２ｂが摺動可能な状態で配置される。スペーサ１１は、ボトムアダプタ６の低圧側端を閉じる。また、スペーサ１１の先端部は、洗浄液排出口１５および樹脂溝１０ａを塞ぐことのないように、ボトムアダプタ６の端を押さえる。スペーサ１１の先端部は、樹脂部１０の厚みと同等の厚みを有する。これにより、ボトムアダプタ６とスペーサ１１を適切に固定および密閉できる。

【0022】

（洗浄流路の構成）
本実施形態の増圧機１における洗浄流路は、図４に示すように、ボトムアダプタ６に形成される洗浄液供給口１４と、洗浄液排出口１５と、樹脂部１０の樹脂溝１０ａと、洗浄用流路１６で構成される。

【0023】

洗浄液供給口１４は、ボトムアダプタ６の高圧側に形成される流路である。洗浄液供給口１４には、洗浄液供給源Ｑから洗浄液Ｌが供給される。ボトムアダプタ６が固定部７、高圧シリンダ４、またはシリンダサポート５等で固定される場合、各部材を連通する流路として、洗浄入口１２が形成される。洗浄入口１２から洗浄液供給口１４に、洗浄液Ｌが供給される。
洗浄液排出口１５は、ボトムアダプタ６の低圧側に形成される流路である。洗浄液排出口１５から、洗浄液Ｌが外部に排出される。ボトムアダプタ６が固定部７、高圧シリンダ４、またはシリンダサポート５等で固定される場合、各部材を連通する流路として、洗浄出口１３が形成される。洗浄用流路１６を介して、洗浄出口１３から洗浄液Ｌが外部に排出される。

【0024】

複数の洗浄液供給口１４と複数の洗浄液排出口１５が、ボトムアダプタ６の周方向に均等に配置される。これによって、ボトムアダプタ６の周囲に侵入する原料Ｍを洗浄液Ｌで洗い流すことができる。

【0025】

洗浄出口１３は、洗浄入口１２と同軸上または少しずらした位置に配置される。なお、図２～図４では、洗浄出口１３を洗浄入口１２と少しずらした位置に配置した場合を示す。洗浄出口１３は、洗浄液供給口１４とは連結せず、洗浄液排出口１５から排出される洗浄液Ｌを、洗浄用流路１６を介して排出する。

【0026】

洗浄用流路１６は、洗浄液Ｌを洗浄液排出口１５から外部に排出する流路である。ボトムアダプタ６と固定部７が固定された状態で、洗浄用流路１６は、ボトムアダプタ６の外周と固定部７の内周で形成される。流路が大きすぎるとボトムアダプタ６と固定部７の固定状態にも悪影響を及ぼすため、必要最小限の空間で構成する。

【0027】

洗浄入口１２に供給される洗浄液Ｌは、洗浄液供給口１４を通過し、ボトムアダプタ６の高圧側内周とプランジャ２ｂの隙間に至る。そして、洗浄液Ｌは、樹脂溝１０ａを通って洗浄液排出口１５から洗浄用流路１６を通過して、洗浄出口１３から排出される。ボトムアダプタ６の外周に洗浄液Ｌが回り込んだ後、排出されることによって、ボトムアダプタ６の全周囲を洗浄できる。

【0028】

樹脂溝１０ａは、樹脂部１０の外周に形成される。内部の洗浄時、ボトムアダプタ６の内周面と樹脂溝１０ａの隙間が洗浄流路の一部となり、洗浄液供給口１４から供給される洗浄液Ｌが通過する。複数の樹脂溝１０ａが、周方向に均等に配置される。これにより、ボトムアダプタ６の内部に侵入する原料Ｍを洗浄液Ｌで洗い流すことができる。また、樹脂溝１０ａの形状としては、原料Ｍを洗浄液Ｌで排出できる幅であればよく、多角形状、円弧形状等問わない。さらに、樹脂溝１０ａの個数は、周方向に均等に配置される個数（４つ、６つ、８つ等）であればよい。

【0029】

また、本実施形態における増圧機１を本実施形態の微粒化装置１００の増圧機として用いることによって、原料Ｍの加圧中において、微粒化装置１００を停止させることなく、洗浄や冷却を同時にできるため、作業時間を短縮できる。また、原料Ｍの加圧前、加圧中、加圧後における冷却機構としても応用できる。

【0030】

以下、本実施形態の微粒化装置１００の処理手順を説明する。
まず、原料タンク１０１内に処理対象となる原料Ｍを投入し、スラリー状に調整する。次に、原料タンク１０１内の原料Ｍが、給液ポンプ１０２によって、増圧機１に圧送される。圧送された原料Ｍは、増圧機１によって加圧される。そして、加圧された原料Ｍは、超高圧フィルタ１０３を通った後、噴射チャンバー１０４に供給され、噴射される。なお、この処理は１回だけでなく、複数回繰り返してもよい。

【0031】

ここで、増圧機１内の洗浄工程の手順を詳細に説明する。
まず、原料Ｍの加圧処理中に、洗浄液供給源Ｑから洗浄液Ｌを洗浄液供給口１４に供給する。ボトムアダプタ６が固定部７やシリンダサポート５で固定されている場合は、洗浄液Ｌを洗浄入口１２から洗浄液供給口１４に供給する。複数の洗浄液供給口１４が、周方向に均等に配置されている。そのため、ボトムアダプタ６の高圧側の外周と固定部７の内周の隙間内を全周に亘って洗浄液Ｌが行きわたり、ボトムアダプタ６の高圧側の外周を洗浄する。

【0032】

次に、周方向に均等に配置される複数の洗浄液供給口１４から、ボトムアダプタ６の低圧側の内周とプランジャ２ｂの外周の一部を通過した後、樹脂溝１０ａ内を洗浄する。

【0033】

さらに、洗浄液排出口１５から洗浄液Ｌが排出される。ボトムアダプタ６が固定部７やシリンダサポート５で固定されている場合は、洗浄液排出口１５に連通する洗浄出口１３から洗浄液Ｌが排出される。

【0034】

洗浄出口１３の位置を洗浄入口１２と同軸またはずらした位置に配置し、ボトムアダプタ６と固定部７の隙間である洗浄用流路１６を形成することによって、ボトムアダプタ６の外周を洗浄する。この場合、洗浄液排出口１５から排出される洗浄液Ｌが洗浄用流路１６を通過して、洗浄出口１３までの区間を洗浄する。
一連の内部洗浄によって、ボトムアダプタ６の内周および外周に侵入する原料Ｍを洗浄できる。

【0035】

本明細書中において、洗浄を目的した内容として説明しているが、原料Ｍの加圧前、加圧中、加圧後における冷却機構としても応用できる。また、原料Ｍの加圧中において、微粒化装置１００を停止させることなく、洗浄や冷却を同時にできるため、作業時間を短縮できる。

【0036】

以上、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることは言うまでもない。

【符号の説明】

【0037】

１ 増圧機
２ ピストン
２ａ ピストン本体
２ｂ プランジャ
３ 低圧シリンダ
４ 高圧シリンダ
４ａ 内側高圧シリンダ
４ｂ 外側高圧シリンダ
４ｃ 孔
５ シリンダサポート
６ ボトムアダプタ
７ 固定部
８ 低圧側シール部
９ 高圧側シール部
１０ 樹脂部
１０ａ 樹脂溝
１１ スペーサ
１２ 洗浄入口
１３ 洗浄出口
１４ 洗浄液供給口
１５ 洗浄液排出口
１６ 洗浄用流路
１００ 微粒化装置
１０１ 原料タンク
１０２ 給液ポンプ
１０３ 超高圧フィルタ
１０４ 噴射チャンバー
Ｐ 駆動ポンプ（油圧ポンプ）
Ｑ 洗浄液供給源
Ｍ 原料
Ｏ 媒体
Ｌ 洗浄液

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】