流体混合器
【課題】各部品を精度良く位置決めでき、組み立て及び分解を行いやすく、メンテナンス性に優れた流体混合器を提供すること。
【解決手段】流体混合器１０は、柱状部２１を有するコア部材２０と、柱状部２１との嵌合が可能な貫通孔３１を有するハウジング部材３０と、ハウジング部材３０の流体流出側と嵌合するオリフィス部材４０とを具備する。柱状部２１は貫通孔３１と嵌合する柱状基部２１ａと、柱状基部２１ａよりも細径の柱状先端部２１ｂを有する。第１流路１１が柱状部２１の軸線方向に沿って、該柱状部２１に設けられている。第２流路１２は貫通孔３１の内面と柱状先端部２１ｂの外面との間に形成された空間からなる。柱状先端部２１ｂの先端域とオリフィス部材４０との間に流体合流部１０Ｂが形成される。オリフィス部材４０の細孔４１によって流体縮流部１０Ｃが形成される。オリフィス部材４０の流体流出側に、流体拡大部１０Ｄが形成される。
【解決手段】流体混合器１０は、柱状部２１を有するコア部材２０と、柱状部２１との嵌合が可能な貫通孔３１を有するハウジング部材３０と、ハウジング部材３０の流体流出側と嵌合するオリフィス部材４０とを具備する。柱状部２１は貫通孔３１と嵌合する柱状基部２１ａと、柱状基部２１ａよりも細径の柱状先端部２１ｂを有する。第１流路１１が柱状部２１の軸線方向に沿って、該柱状部２１に設けられている。第２流路１２は貫通孔３１の内面と柱状先端部２１ｂの外面との間に形成された空間からなる。柱状先端部２１ｂの先端域とオリフィス部材４０との間に流体合流部１０Ｂが形成される。オリフィス部材４０の細孔４１によって流体縮流部１０Ｃが形成される。オリフィス部材４０の流体流出側に、流体拡大部１０Ｄが形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体を混合するために用いられる流体混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の流体を合流させて細孔に流通させる流体混合器として種々のものが提案されている。例えば、流入された流体を種類数に対応した同芯流として流出させる同芯整流部と、同芯整流部から流出した同芯流を混合させる流体混合部とを別部材として構成した流体混合装置が提案されている（特許文献１参照）。同芯整流部と流体混合部とは、これらを組み付けた後に、ボルトネジによって固定される。
【０００３】
特許文献２には、流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスが記載されている。このマイクロデバイスは、マイクロデバイスに流入した各流体を合流領域に供給する供給チャンネル、及び合流した流体を合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルを有している。このマイクロデバイスにおいても、各部品間がボルトとナットによって締結されている。
【０００４】
特許文献３には、流体を複数の供給口を通してそれぞれ１本のミキシング流路内へ導入し、これらの流体を薄片状の層流として流通させつつ、流体どうしをその接触界面の法線方向へ拡散し、混合するマイクロミキサーが記載されている。このマイクロミキサーは、外部から供給された流体が一端部から他端部へ向かってそれぞれ流通する複数の流体供給路と、該流体供給路の他端部にそれぞれ開口し、該流体供給路内における流体の流通方向と直交する所定の拡散方向に沿って互いに隣接するように配設された複数の供給口と、一端部が該供給口に接続され、該供給口を通して導入された流体を他端部から吐出するミキシング流路と、該ミキシング流路内を流通する流体に、前記の拡散方向に沿ってマイクロ波を照射する拡散制御手段とを有している。そして前記の拡散制御手段を、前記のミキシング流路の断面中心に対して対称的に配置してある。このマイクロミキサーにおいても、各部品間がボルトとナットによって締結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４４８７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８２５４号公報
【特許文献３】特開２００７−１８５６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した各特許文献に記載の技術においては、流体混合器を構成する各部品間を、複数のボルトとナットによって締結しているので、該混合器の組み立て及び分解が容易でなく、メンテナンス性が良好であるとは言えない。また、ボルトとナットによって締結していることに起因して、各部品間における流体の流路を精度良く位置決めすることが容易でない。更に、締め付け力を各ボルトとナットとに均等に加えないと、締め付け後にがたつきが生じやすい。
【０００７】
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る流体混合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方向に延びる第１流路、及び第１流路と同方向に延びる第２流路と、
第１流路及び第２流路の流体流出側に設けられ、第１流路を流通した第１流体と第２流路を流通した第２流体とが合流する流体合流部と、
合流した第１流体及び第２流体が縮流する流体縮流部と、
縮流した第１流体及び第２流体が流入する流体拡大部とを有する流体混合器であって、
柱状部を有するコア部材と、
柱状部との嵌合が可能な貫通孔を有するハウジング部材と、
ハウジング部材における流体流出側と嵌合するオリフィス部材とを具備し、
コア部材の柱状部は、ハウジング部材の貫通孔と相補形状をなし、貫通孔と嵌合する柱状基部と、柱状基部よりも先端側に位置し、かつ柱状基部よりも細径の柱状先端部とを有し、
第１流路が、コア部材の柱状部の軸線方向に沿って、該柱状部に設けられており、
第２流路が、ハウジング部材の貫通孔の内面と、コア部材の柱状部の柱状先端部の外面との間に形成された空間からなり、
オリフィス部材は、その細孔の位置が、第１流路の軸線と一致するように、ハウジング部材における流体流出側と嵌合して、柱状先端部の先端域とオリフィス部材との間に流体合流部が形成されるとともに、オリフィス部材の細孔によって流体縮流部が形成され、
オリフィス部材の流体流出側に、流体拡大部が形成されている流体混合器を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流体混合器は、これを構成する主要部材を嵌合のみによって組み付けることができるので、これらの部品を精度良く位置決めすることができる。また、構造が簡素であり、組み立て及び分解を行いやすく、かつメンテナンス性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の流体混合器の一実施形態を模式的に示す横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるｂ−ｂ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の流体混合器を示す側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるｂ−ｂ線断面図である。
【図３】図３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す流体混合器の分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す流体混合器におけるコア部材の横断面図である。
【図５】図５は、図２に示す流体混合器におけるハウジング部材の横断面図である。
【図６】図６は、図２に示す流体混合器におけるオリフィス部材の横断面図である。
【図７】図７は、図２に示す流体混合器における排出栓の横断面図である。
【図８】図８は、図２に示す流体混合器における第１エンドキャップの横断面図である。
【図９】図９は、図２に示す流体混合器における第２エンドキャップの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１（ａ）及び（ｂ）には、本発明の流体混合器の一例としての流体混合器１０の要部が模式的に示されている。
【００１２】
流体混合器１０は、流体流路部１０Ａと、その流体流出側に連続して設けられた流体合流部１０Ｂと、流体合流部１０Ｂの流体流出側に連続して設けられた流体縮流部１０Ｃと、流体縮流部１０Ｃの流体流出側に連続して設けられた流体拡大部１０Ｄを備えている。
【００１３】
流体流路部１０Ａは、一方向に延びる第１流路１１、及び第１流路と同方向に延びる第２流路１２を有している。第１流路１１及び第２流路１２それぞれには第１流体及び第２流体が流通する。第１流路１１及び第２流路１２は、図１（ｂ）に示すように、それらの断面形状が同心の位置に設けられていることが好ましい。第１流路１１は流体混合器１０の流体流入側に設けられた第１流体供給部（図示せず）に連通している。第２流路１２は、流体混合器１０の側面に設けられた第２流体供給部（図示せず）に連通している。
【００１４】
流体合流部１０Ｂは、第１流路１１を流通した第１流体と、第２流路１２を流通した第２流体とが合流する部位である。流体合流部１０Ｂは、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また例えば、細孔４１に向かって収束するコーン形状のような先細り形状に形成されていてもよい。流体合流部１０Ｂは、第１流路１１の終端から細孔４１までの距離Ｌが例えば０．２０〜２０．００ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
流体縮流部１０Ｃは、細孔４１からなり、流体合流部１０Ｂで合流した第１流体及び第２流体が縮流する部位である。流体拡大部１０Ｄは、細孔４１の流体流出側に位置している。流体拡大部１０Ｄは、流路拡大域１４を有している。流路拡大域１４には、細孔４１を縮流した第１流体及び第２流体が流入する。なお、流路拡大域１４は流体混合器１０の流体流出側に設けられた流体排出部（図示せず）に連通している。
【００１６】
以上の構成を有する流体混合器１０の具体的な構造が図２〜図９に示されている。これらの図から明らかなように、流体混合器１０は、複数の部品を組み付けて構成されている。かかる複数の部品は、コア部材２０、ハウジング部材３０、オリフィス部材４０、排出栓５０、第１エンドキャップ６０及び第２エンドキャップ７０を含んでいる。以下、これらの部材についてそれぞれ説明する。
【００１７】
コア部材２０は、図２〜図４に示すように、一方向に延びる柱状部２１を有している。柱状部２１は、柱状基部２１ａと柱状先端部２１ｂとを有している。流体混合器１０において、柱状基部２１ａは、流体流入側に位置しており、柱状先端部２１ｂは、流体流出側に位置している。柱状基部２１ａは、後述するハウジング部材３０の貫通孔３１と相補形状をなし、かつ該貫通孔３１と嵌合する。したがって、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状基部２１ａの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間は形成されない。一方、柱状先端部２１ｂは、柱状基部２１ａよりも先端側に位置し、かつ柱状基部２１ａよりも細径になっている。したがって、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状先端部２１ｂの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間が形成される。
【００１８】
柱状部２１ｂの断面形状は特に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。第２流体の流れの乱れを抑制する観点からは、柱状部２１の断面形状は円形であることが好ましい。
【００１９】
柱状部２１の柱状先端部２１ｂの先端域の形状は特に限定されるものではないが、第１流路１１を流通する第１流体と第２流路１２を流通する第２流体とを緩やかに合流させてそれらの流れの乱れを抑制する観点から、先細りのテーパー形状に形成されているか、又は凸の曲面状に形成されていることが好ましい。
【００２０】
コア部材２０の柱状部２１には、該柱状部２１の軸線方向に沿って、上述した第１流路１１が設けられている。第１流路１１は、コア部材２０の全長にわたって形成されている。そして第１流路１１は、その両端が開口している。具体的には、第１流路１１の流体流出側の端部は、柱状先端部２１ｂの先端において開口している。第１流路１１の流体流入側の端部は、後述する流入栓部２３において開口している。第１流体は、この流入栓部２３を通じて第１流路１１に供給される。
【００２１】
第１流路１１の断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。第１流路１１を流通する第１流体の流れの乱れを抑制する観点からは、第１流路１１の断面形状は円形であることが好ましい。また、第１流路１１は、その横断面形状が長さ方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは異なる形状であってもよい。第１流路１１を流通する第１流体の流れの乱れを抑制する観点からは、第１流路１１の横断面形状は長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。第１流路１１の断面形状が円形である場合、その直径が例えば０．８〜２０．０ｍｍであり、２．０〜１０．０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
コア部材２０は、更に、鍔部２２を有している。鍔部２２は、柱状部２１の柱状基部２１ａに連設されている。鍔部２２は、その断面形状が、柱状基部２１ａの断面形状よりも大きくなっている。鍔部２２は、その流体流入側に環状第１端面２２ａを有し、かつ流体流出側に環状第２端面２２ｂを有している。
【００２３】
コア部材２０は、更に、流入栓部２３を有している。流入栓部２３は、鍔部２２の流体流入側に位置し、鍔部２２と連設されている。 流入栓部２３は中央域が凹陥して凹陥部２３ａを形成している。凹陥部２３ａの底部においては、第１流路１１の流入側の端部が開口している。第１流体は、流入栓部２３を通じて第１流路１１に供給される。
【００２４】
ハウジング部材３０は、流体混合器１０における位置決めの基本となる部材である。つまり、流体混合器１０を構成する各部品は、ハウジング部材３０からすべて基準（基軸）をとるように構成されている。
【００２５】
ハウジング部材３０は、図２，図３及び図５に示すように、コア部材２０の柱状部２１との嵌合が可能な貫通孔３１を有している。貫通孔３１の横断面形状は長さ方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは長さ方向に沿って連続的に又は段階的に拡径や縮径していてもよい。貫通孔３１の横断面形状は、先に述べたとおり、柱状部２１の柱状基部２１ａの横断面形状と相補形状になっている。更に、先に述べたとおり、柱状部２１の柱状先端部２１ｂは、柱状基部２１ａよりも細径になっているので、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状先端部２１ｂの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間が形成される。この空間が、上述した第２流路１２となっている。第２流路１２の断面形状は、例えば図１（ｂ）に示すように円環状になっている。
【００２６】
第２流路１２は、その長さ方向の全域において断面形状が同じであってもよく、あるいは流体流出側に向かうに連れ、連続的に又は段階的に断面形状が広くなっていてもよく、狭くなっていてもよい。連続的に又は段階的に断面形状が狭くなっている構成を採用すると、第２流路１２を流通する第２流体の流通が滑らかになるので好ましい。このような構成は、例えばコア部材２０の柱状先端部２１ｂの横断面形状をその長さ方向にわたって同一とし、かつハウジング部材３０の貫通孔３１を、その長さ方向に沿って連続的に又は段階的に縮径させればよい。
【００２７】
第２流路１２の流体流出側の端部域は、コア部材２０の柱状先端部２１ｂの先端域と、オリフィス部材４０における流体流入側に位置する第１の面４３（図６参照）とで画定される。第２流路１２の流体流出側の端部域は、隙間δ（図１（ａ）参照）が流体流動方向で均一であることが好ましい。具体的には、隙間δが０．１０〜１０．００ｍｍ、特に０．２０〜５．００ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
ハウジング部材３０は、その側面に凹陥部３２が形成されている。凹陥部３２の底部からは、貫通孔３１へ向かう液供給孔３３が穿設されている。液供給孔３３は、凹陥部３２の底面において開口しているとともに、貫通孔３１の内面においても開口している。液供給孔３３が貫通孔３１の内面において開口している位置は、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態において柱状先端部２１ｂが存在する位置になっている。この液供給孔３３を通じて、第２流体が、第２流路１２内へ供給される。
【００２９】
コア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の流体流入側から貫通孔３１内に挿入すると、ハウジング部材の流体流入側の端面３４と、コア部材２０の鍔部２２における流体流出側の端面２２ｂとが当接するようになっている。この当接によって、柱状部２１が貫通孔３１内に挿入することが規制される。その結果、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、柱状部２１が貫通孔３１内に挿入される挿入深さは毎回同じになる。
【００３０】
ハウジング部材３０の流体流出側には、後述するオリフィス部材４０の収容部３５が凹設されている。収容部３５の形状は、オリフィス部材４０の形状と相補形状になっている。相補形状へ加工する方法としては、例えばハウジング部材３０の貫通穴３１、収容部３５及び後述する外側壁３５ｂを、旋盤などの機械加工で同時に仕上げる方法が挙げられる。この方法を採用すると、各形状部の軸線が一致し、収容部３５の形状をオリフィス部材４０の形状と相補形状とすることができる。収容部３５には、オリフィス部材４０が嵌合されることで、第１流路１１の軸線と、オリフィス部材４０の細孔４１の位置とが位置合わせされるようになっている。その結果、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、第１流路１１の中心位置と、オリフィス部材４０の細孔４１の中心位置とが毎回合わさる。これによって、第１流路１１の終端から細孔４１までの距離Ｌ（図１（ａ）参照）を組み付けのたびに同じに設定することができる。収容部３５とオリフィス部材４０との嵌合は、例えば隙間嵌めとすることができる。隙間嵌めとすることで、位置決めをするための基準ピンなどの機械部品を使用することなく、流体混合器１０を構成する最小限の部品で簡単に高精度な位置決めができ、かつハンマーなどの手動工具を使用せずに組み立てや分解作業が簡単に行えるという有利な効果が奏される。
【００３１】
ハウジング部材３０に設けられた収容部３５は、その開口端、すなわち流体流出側に向かうに連れて拡径するように、該収容部３５の側壁３５ａが傾斜している。すなわち収容部３５の側壁３５ａはテーパー形状になっている。一方、後述するオリフィス部材４０の側面４２は、収容部３５の側壁３５ａの傾斜と同じ傾斜を有している。すなわち、オリフィス部材４０の側面４２もテーパー形状になっている。こうすることによって、収容部３５に嵌合されたオリフィス部材４０の着脱性が増し、流体混合器１０の分解の作業性が向上する。
【００３２】
ハウジング部材３０に設けられた収容部３５の外側壁３５ｂ（図５参照）は、流体流出側に向かうに連れて縮径するように傾斜している。すなわち収容部３５の外側壁３５ｂはテーパー形状になっている。一方、後述する排出栓５０の側壁５４ａは、収容部３５の外側壁３５ｂの傾斜と同じ傾斜を有している。すなわち、排出栓５０の側壁５４ａもテーパー形状になっていて、ハウジング部材３０の貫通孔３１と、排出栓５０の貫通孔５１とが位置合わせされるようになっている。こうすることによって、外側壁３５ｂに嵌合された排出栓５０の着脱性が増し、流体混合器１０の分解の作業性が向上する。
【００３３】
収容部３５の側壁３５ａ及びオリフィス部材４０の側面４２をテーパー形状とすることに代えて、収容部３５の側壁３５ａを、第１流路１１の軸線と平行に形成するとともに、オリフィス部材４０の側面４２を収容部３５の側壁３５ａと平行に形成してもよい。こうすることによって、オリフィス部材４０を収容部３５内に収容配置するときの位置決めの精度を一層高めることができる。
【００３４】
収容部３５の形状は、以上の各形状の他、各部品の嵌合方向軸を回転軸とする回転体の形状となるものを用いることもできる。例えば、回転放物形、半球形などが挙げられる。オリフィス部材４０の外形も、これと同様にすることができる。
【００３５】
図３及び図５に示すように、ハウジング部材３０の流体流入側の端部には、第１のネジ山３６が形成されている。一方、ハウジング部材３０の流体流出側の端部には、第２のネジ山３７が形成されている。各ネジ山３６，３７は、貫通孔３１の延びる方向に向けてネジ山が切られている。各ネジ山３６，３７は、後述する第１エンドキャップ６０及び第２エンドキャップ７０と螺合するようになっている。
【００３６】
オリフィス部材４０は、図２、図３及び図６に示すように板状のものであり、平面視してその中心部に細孔４１を有している。また、その側面４２がテーパー形状になっている。更に、オリフィス部材４０は、流体流入側に位置する第１の面４３と、流体流出側に位置する第２の面４４とを有している。オリフィス部材４０は、その第１の面４３側に、円錐形の第１凹陥部４５を有している。一方、オリフィス部材４０は、その第２の面４４側に、扁平な円柱形の第２凹陥部４６を有している。円錐形の第１凹陥部４５における底部、すなわち円錐の頂点部の位置は、細孔４１の位置と一致している。同様に、円柱形の第２凹陥部４６における底部、すなわち円柱の軸線の位置も、細孔４１の位置と一致している。つまり、細孔４１は、第１凹陥部４５における底部と、円柱形の第２凹陥部４６における底部とを連結するように形成されている。
【００３７】
第２凹陥部４６の形状は、以上の各形状の他、嵌合方向軸を回転軸とする回転体の形状となるものを用いることもできる。例えば截頭円錐形、回転放物形、半球形などが挙げられる。
【００３８】
オリフィス部材４０における第１の面４３側と、コア部材２０の柱状先端部２１ｂの先端域との間には、第１凹陥部４５を含む、上述した流体合流部１０Ｂが形成される。また、細孔４１によって、上述した流体縮流部１０Ｃが形成される。更に、オリフィス部材４０の流体流出側である第２の面４４側には、第２凹陥部４６を含む、上述した流体拡大部１０Ｄが形成される。
【００３９】
オリフィス部材４０の細孔４１は、その断面形状が特に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。細孔４１は、その横断面形状が流体流動方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは異なる形状であってもよい。合流した第１流体及び第２流体の流れの乱れを抑制する観点からは、細孔４１の断面形状は円形であることが好ましく、また長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。つまり、細孔４１内の流路は、その横断面形状が流体流動方向に沿って流体流入端から流体流出端まで均一であることが好ましい。
【００４０】
オリフィス部材４０の細孔４１は、その孔長さｌ（図１（ａ）参照）が０．１００〜５．０００ｍｍであり、特に０．２００〜３．０００ｍｍであることが好ましい。また細孔４１は、断面形状が円形である場合、その孔径ｄ（図１（ａ）参照）が０．１００〜５．０００ｍｍ、特に０．２００〜３．０００ｍｍであることが好ましい。更に細孔４１の孔面積ｓは、０．００８〜１９．６３５ｍｍ2、特に０．０３１〜７．０６９ｍｍ2であることが好ましい。細孔４１は、孔長さｌの孔径ｄに対する比ｌ／ｄが、０．０２０≦ｌ／ｄ≦５０．０００であることが好ましく、０．０６０≦ｌ／ｄ≦１５．０００であることが更に好ましい。
【００４１】
排出栓５０は、図２、図３及び図７に示すように、貫通孔５１を有する。貫通孔５１は、その一端が流体流入側において開口しているとともに、その他端が流体流出側においても開口している。この貫通孔５１と、先に述べたオリフィス部材４０における円柱形の第２凹陥部４６とで、流体拡大部１０Ｄの流路拡大域１４（図１（ａ）参照）が形成される。
【００４２】
流路拡大域１４は、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また、例えば細孔４１から末広がりに拡径したコーン形状に形成されていてもよい。
【００４３】
排出栓５０は、その流体流入側に第１凹陥部５２が形成されているとともに、その流体流出側に第２凹陥部５３が形成されている。上述した貫通孔５１の各端部は、第１凹陥部５２の底部及び第２凹陥部５３の底部において開口している。第１凹陥部５２は、図２（ｂ）に示すように、各部品が組み付けられた状態において、オリフィス部材４０を収容するのに足りる空間となっている。また第１凹陥部５２は、流体流出側に向かうに連れて縮径するように、第１凹陥部５２の側壁５４ａが傾斜している。すなわち第１凹陥部５２の側壁５４ａはテーパー形状になっている。第２凹陥部５３の周壁には、ネジ山５３ａが形成されている。
【００４４】
排出栓５０は、更に、鍔部５４を有している。先に述べた第１凹陥部５２と、貫通孔５１の一部は、この鍔部５４内に形成されている。鍔部５４は、その流体流入側に、側壁５４ａを有している。これとともに鍔部５４は、その流体流出側に環状端面５４ｂを有している。
【００４５】
排出栓５０は、更に、鍔部５４の流体流出側に連設された排出部５５を有している。先に述べた第２凹陥部５３と、貫通孔５１の一部は、この排出部５５内に形成されている。
【００４６】
第１エンドキャップ６０は、図２、図３及び図８に示すように、キャップ天面６１と、該キャップ天面６１から垂下する袴部６２とを有している。キャップ天面６１は、その中央域が開口して、開口部６１ａが形成されている。開口部６１ａの大きさは、先に述べたコア部材２０の流入栓部２３よりも大きく、かつコア部材２０の鍔部２２よりも小さくなっている。袴部６２の内面には、ネジ山６２ａが形成されている。このネジ山６２ａは、ハウジング部材３０の第１のネジ山３６と螺合するようになっている。つまり、第１エンドキャップ６０は、ハウジング部材３０の流体流入側において、ハウジング部材３０と螺合するようになっている。図２に示すように第１エンドキャップ６０がハウジング部材３０と螺合した状態においては、ハウジング部材３０と、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に柱状部２１が嵌合された状態のコア部材２０とが、第１エンドキャップ６０によって固定される。具体的には、螺合によって第１エンドキャップ６０におけるキャップ天面６１の下面６１ｂが、コア部材２０の環状第１端面２２ａを押しつける。この押しつけによって、コア部材２０とハウジング部材３０とが密接すると、コア部材２０の環状第２端面２２ｂが、ハウジング部材３０の端面３４に規制されるので、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入される挿入深さが、組み付けのたびに一定となる。
【００４７】
第２エンドキャップ７０は、図２、図３及び図９に示すように、キャップ天面７１と、該キャップ天面７１から垂下する袴部７２とを有している。キャップ天面７１は、その中央域が開口して、開口部７１ａが形成されている。開口部７１ａの大きさは、先に述べた排出栓５０の排出部５５よりも大きく、かつ排出栓５０の鍔部５４よりも小さくなっている。袴部７２の内面には、ネジ山７２ａが形成されている。このネジ山７２ａは、ハウジング部材３０の第２のネジ山３７と螺合するようになっている。つまり、第２エンドキャップ７０は、ハウジング部材３０の流体流出側において、ハウジング部材３０と螺合するようになっている。図２に示すように第２エンドキャップ７０がハウジング部材３０と螺合した状態においては、ハウジング部材３０と、該ハウジング部材３０の収容部３５に嵌合したオリフィス部材４０とが、第２エンドキャップ７０によって固定される。具体的には、螺合によって第２エンドキャップ７０におけるキャップ天面７１の下面７１ｂが、排出栓５０の環状端面５４ｂを押しつける。この押しつけによって、排出栓５０の第１凹陥部５２における底面がオリフィス部材４０と密接する。これとともに、排出栓５０における第１凹陥部５２の側壁５４ａとハウジング部材３０における流体流出側の外側壁３５ｂが面で接して、オリフィス部材４０の第１の面４３がハウジング部材３０における収容部３５の底面と密接する。それによって、ハウジング部材３０とオリフィス部材４０とが、第２エンドキャップ７０によって固定される。
【００４８】
本実施形態の流体混合器１０は、以上の構成を有することに加え、コア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の貫通孔３１へ挿入する挿入深さを調整する調整機構を更に具備していてもよい。例えば、コア部材２０の環状第２端面２２ｂ（図４参照）と、ハウジング部材３０の流体流入側の端面との間に、シムと呼ばれる薄板（図示せず）を介在させることで、柱状部２１の挿入の挿入深さを調整することができる。つまり、図１（ａ）に示す距離Ｌ及び隙間δの程度を調整することができる。この場合、薄板の厚みを増減させたり、薄板を介在させる枚数を増減させたりすることで、柱状部２１の挿入の挿入深さを調整することができる。薄板としては、例えば柱状部２１の柱状基部２１ａの断面よりも大きな開口部を有する円環状の薄板を用いることができる。
【００４９】
前記の調整機構の別の例として、コア部材２０の鍔部２２に、柱状部２１の延びる方向と同方向に延びる貫通ネジ孔を設けることができる。この貫通ネジ孔にネジ（例えば、いわゆるイモネジと呼ばれるセットスクリュー）を螺合しておく。そして、コア部材２０の鍔部２２におけるハウジング部材３０との対向面である環状第２端面２２ｂ（図４参照）からのネジの突出量を調整することで、コア部材２０の柱状部２１をハウジング部材３０の貫通孔３１へ挿入する挿入深さを調整可能にできる。
【００５０】
以上の構成を有する各部品を組み付けて流体混合器１０を組み立てるときには、まずコア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に、流体流入側から挿入して、コア部材２０とハウジング部材３０とを嵌合させる。この状態下に、ハウジング部材３０の流体流入側において、第１エンドキャップ６０をハウジング部材３０と螺合する。次に、ハウジング部材３０の流体流出側において、収容部３５とオリフィス部材４０と嵌合させ、引き続き該オリフィス部材４０を覆うように排出栓５０を配置する。この状態下に、ハウジング部材３０の流体流出側において、第２エンドキャップ７０をハウジング部材３０と螺合する。これによって、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構造の流体混合器１０が形成される。この流体混合器１０によれば、先に背景技術の項で述べた各特許文献に記載の技術と異なり、コア部材２０とオリフィス部材４０とが、ハウジング部材３０を基軸（基準部品）として該ハウジング部材３０と嵌合するので、これらの部品の位置決めの精度を高くすることが容易であり、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、各部品の位置合わせを精度良く行うことができる。したがって、この流体混合器１０はメンテナンス性が極めて良好なものである。また、ボルト及びナットによる締結を行わずに、第１及び第２エンドキャップ６０，７０の螺合という簡単な操作によって各部品を組み付けることができるので、流体混合器１０の組み立て及び分解が極めて容易である。しかも、コア部材２０とハウジング部材３０とオリフィス部材４０との嵌合方向軸の両側から螺合を行うので、組み立て後に流体混合器１０にがたつきが生じることも効果的に防止される。
【００５１】
流体混合器１０を構成する各部品は、例えば金属、セラミックス、合成樹脂等で形成することができる。
【００５２】
本実施形態の流体混合器１０は、例えば分散相と連続相が均一に分散したエマルジョンを製造する乳化装置などに適用される。
【００５３】
本実施形態の流体混合器１０に供給される流体としては、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）など流動性を保持する性状のものであればよく、それらのうちの２種の組み合わせ（同相の組み合わせも含む）を任意に選択できる。
【００５４】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記の実施形態に制限されず、当業者の技術常識の範囲内で前記の実施形態以外の種々の変更形態を構成してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 流体混合器
２０ コア部材
２１ 柱状部
２１ａ 柱状基部
２１ｂ 柱状先端部
２２ 鍔部
３０ ハウジング部材
３１ 貫通孔
４０ オリフィス部材
５０ 排出栓
６０ 第１エンドキャップ
７０ 第２エンドキャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体を混合するために用いられる流体混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の流体を合流させて細孔に流通させる流体混合器として種々のものが提案されている。例えば、流入された流体を種類数に対応した同芯流として流出させる同芯整流部と、同芯整流部から流出した同芯流を混合させる流体混合部とを別部材として構成した流体混合装置が提案されている（特許文献１参照）。同芯整流部と流体混合部とは、これらを組み付けた後に、ボルトネジによって固定される。
【０００３】
特許文献２には、流入した２種以上の流体をそれぞれ独立して合流領域に供給し、合流領域からこれらの流体を排出するマイクロデバイスが記載されている。このマイクロデバイスは、マイクロデバイスに流入した各流体を合流領域に供給する供給チャンネル、及び合流した流体を合流領域からマイクロデバイスの外部に排出する排出チャンネルを有している。このマイクロデバイスにおいても、各部品間がボルトとナットによって締結されている。
【０００４】
特許文献３には、流体を複数の供給口を通してそれぞれ１本のミキシング流路内へ導入し、これらの流体を薄片状の層流として流通させつつ、流体どうしをその接触界面の法線方向へ拡散し、混合するマイクロミキサーが記載されている。このマイクロミキサーは、外部から供給された流体が一端部から他端部へ向かってそれぞれ流通する複数の流体供給路と、該流体供給路の他端部にそれぞれ開口し、該流体供給路内における流体の流通方向と直交する所定の拡散方向に沿って互いに隣接するように配設された複数の供給口と、一端部が該供給口に接続され、該供給口を通して導入された流体を他端部から吐出するミキシング流路と、該ミキシング流路内を流通する流体に、前記の拡散方向に沿ってマイクロ波を照射する拡散制御手段とを有している。そして前記の拡散制御手段を、前記のミキシング流路の断面中心に対して対称的に配置してある。このマイクロミキサーにおいても、各部品間がボルトとナットによって締結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４４８７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８２５４号公報
【特許文献３】特開２００７−１８５６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した各特許文献に記載の技術においては、流体混合器を構成する各部品間を、複数のボルトとナットによって締結しているので、該混合器の組み立て及び分解が容易でなく、メンテナンス性が良好であるとは言えない。また、ボルトとナットによって締結していることに起因して、各部品間における流体の流路を精度良く位置決めすることが容易でない。更に、締め付け力を各ボルトとナットとに均等に加えないと、締め付け後にがたつきが生じやすい。
【０００７】
したがって本発明の課題は、前述した従来技術が有する欠点を解消し得る流体混合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一方向に延びる第１流路、及び第１流路と同方向に延びる第２流路と、
第１流路及び第２流路の流体流出側に設けられ、第１流路を流通した第１流体と第２流路を流通した第２流体とが合流する流体合流部と、
合流した第１流体及び第２流体が縮流する流体縮流部と、
縮流した第１流体及び第２流体が流入する流体拡大部とを有する流体混合器であって、
柱状部を有するコア部材と、
柱状部との嵌合が可能な貫通孔を有するハウジング部材と、
ハウジング部材における流体流出側と嵌合するオリフィス部材とを具備し、
コア部材の柱状部は、ハウジング部材の貫通孔と相補形状をなし、貫通孔と嵌合する柱状基部と、柱状基部よりも先端側に位置し、かつ柱状基部よりも細径の柱状先端部とを有し、
第１流路が、コア部材の柱状部の軸線方向に沿って、該柱状部に設けられており、
第２流路が、ハウジング部材の貫通孔の内面と、コア部材の柱状部の柱状先端部の外面との間に形成された空間からなり、
オリフィス部材は、その細孔の位置が、第１流路の軸線と一致するように、ハウジング部材における流体流出側と嵌合して、柱状先端部の先端域とオリフィス部材との間に流体合流部が形成されるとともに、オリフィス部材の細孔によって流体縮流部が形成され、
オリフィス部材の流体流出側に、流体拡大部が形成されている流体混合器を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の流体混合器は、これを構成する主要部材を嵌合のみによって組み付けることができるので、これらの部品を精度良く位置決めすることができる。また、構造が簡素であり、組み立て及び分解を行いやすく、かつメンテナンス性に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の流体混合器の一実施形態を模式的に示す横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるｂ−ｂ線断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の流体混合器を示す側面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるｂ−ｂ線断面図である。
【図３】図３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す流体混合器の分解斜視図である。
【図４】図４は、図２に示す流体混合器におけるコア部材の横断面図である。
【図５】図５は、図２に示す流体混合器におけるハウジング部材の横断面図である。
【図６】図６は、図２に示す流体混合器におけるオリフィス部材の横断面図である。
【図７】図７は、図２に示す流体混合器における排出栓の横断面図である。
【図８】図８は、図２に示す流体混合器における第１エンドキャップの横断面図である。
【図９】図９は、図２に示す流体混合器における第２エンドキャップの横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図１（ａ）及び（ｂ）には、本発明の流体混合器の一例としての流体混合器１０の要部が模式的に示されている。
【００１２】
流体混合器１０は、流体流路部１０Ａと、その流体流出側に連続して設けられた流体合流部１０Ｂと、流体合流部１０Ｂの流体流出側に連続して設けられた流体縮流部１０Ｃと、流体縮流部１０Ｃの流体流出側に連続して設けられた流体拡大部１０Ｄを備えている。
【００１３】
流体流路部１０Ａは、一方向に延びる第１流路１１、及び第１流路と同方向に延びる第２流路１２を有している。第１流路１１及び第２流路１２それぞれには第１流体及び第２流体が流通する。第１流路１１及び第２流路１２は、図１（ｂ）に示すように、それらの断面形状が同心の位置に設けられていることが好ましい。第１流路１１は流体混合器１０の流体流入側に設けられた第１流体供給部（図示せず）に連通している。第２流路１２は、流体混合器１０の側面に設けられた第２流体供給部（図示せず）に連通している。
【００１４】
流体合流部１０Ｂは、第１流路１１を流通した第１流体と、第２流路１２を流通した第２流体とが合流する部位である。流体合流部１０Ｂは、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また例えば、細孔４１に向かって収束するコーン形状のような先細り形状に形成されていてもよい。流体合流部１０Ｂは、第１流路１１の終端から細孔４１までの距離Ｌが例えば０．２０〜２０．００ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
流体縮流部１０Ｃは、細孔４１からなり、流体合流部１０Ｂで合流した第１流体及び第２流体が縮流する部位である。流体拡大部１０Ｄは、細孔４１の流体流出側に位置している。流体拡大部１０Ｄは、流路拡大域１４を有している。流路拡大域１４には、細孔４１を縮流した第１流体及び第２流体が流入する。なお、流路拡大域１４は流体混合器１０の流体流出側に設けられた流体排出部（図示せず）に連通している。
【００１６】
以上の構成を有する流体混合器１０の具体的な構造が図２〜図９に示されている。これらの図から明らかなように、流体混合器１０は、複数の部品を組み付けて構成されている。かかる複数の部品は、コア部材２０、ハウジング部材３０、オリフィス部材４０、排出栓５０、第１エンドキャップ６０及び第２エンドキャップ７０を含んでいる。以下、これらの部材についてそれぞれ説明する。
【００１７】
コア部材２０は、図２〜図４に示すように、一方向に延びる柱状部２１を有している。柱状部２１は、柱状基部２１ａと柱状先端部２１ｂとを有している。流体混合器１０において、柱状基部２１ａは、流体流入側に位置しており、柱状先端部２１ｂは、流体流出側に位置している。柱状基部２１ａは、後述するハウジング部材３０の貫通孔３１と相補形状をなし、かつ該貫通孔３１と嵌合する。したがって、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状基部２１ａの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間は形成されない。一方、柱状先端部２１ｂは、柱状基部２１ａよりも先端側に位置し、かつ柱状基部２１ａよりも細径になっている。したがって、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状先端部２１ｂの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間が形成される。
【００１８】
柱状部２１ｂの断面形状は特に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。第２流体の流れの乱れを抑制する観点からは、柱状部２１の断面形状は円形であることが好ましい。
【００１９】
柱状部２１の柱状先端部２１ｂの先端域の形状は特に限定されるものではないが、第１流路１１を流通する第１流体と第２流路１２を流通する第２流体とを緩やかに合流させてそれらの流れの乱れを抑制する観点から、先細りのテーパー形状に形成されているか、又は凸の曲面状に形成されていることが好ましい。
【００２０】
コア部材２０の柱状部２１には、該柱状部２１の軸線方向に沿って、上述した第１流路１１が設けられている。第１流路１１は、コア部材２０の全長にわたって形成されている。そして第１流路１１は、その両端が開口している。具体的には、第１流路１１の流体流出側の端部は、柱状先端部２１ｂの先端において開口している。第１流路１１の流体流入側の端部は、後述する流入栓部２３において開口している。第１流体は、この流入栓部２３を通じて第１流路１１に供給される。
【００２１】
第１流路１１の断面形状は特に限定されるものではなく、例えば、円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。第１流路１１を流通する第１流体の流れの乱れを抑制する観点からは、第１流路１１の断面形状は円形であることが好ましい。また、第１流路１１は、その横断面形状が長さ方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは異なる形状であってもよい。第１流路１１を流通する第１流体の流れの乱れを抑制する観点からは、第１流路１１の横断面形状は長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。第１流路１１の断面形状が円形である場合、その直径が例えば０．８〜２０．０ｍｍであり、２．０〜１０．０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
コア部材２０は、更に、鍔部２２を有している。鍔部２２は、柱状部２１の柱状基部２１ａに連設されている。鍔部２２は、その断面形状が、柱状基部２１ａの断面形状よりも大きくなっている。鍔部２２は、その流体流入側に環状第１端面２２ａを有し、かつ流体流出側に環状第２端面２２ｂを有している。
【００２３】
コア部材２０は、更に、流入栓部２３を有している。流入栓部２３は、鍔部２２の流体流入側に位置し、鍔部２２と連設されている。 流入栓部２３は中央域が凹陥して凹陥部２３ａを形成している。凹陥部２３ａの底部においては、第１流路１１の流入側の端部が開口している。第１流体は、流入栓部２３を通じて第１流路１１に供給される。
【００２４】
ハウジング部材３０は、流体混合器１０における位置決めの基本となる部材である。つまり、流体混合器１０を構成する各部品は、ハウジング部材３０からすべて基準（基軸）をとるように構成されている。
【００２５】
ハウジング部材３０は、図２，図３及び図５に示すように、コア部材２０の柱状部２１との嵌合が可能な貫通孔３１を有している。貫通孔３１の横断面形状は長さ方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは長さ方向に沿って連続的に又は段階的に拡径や縮径していてもよい。貫通孔３１の横断面形状は、先に述べたとおり、柱状部２１の柱状基部２１ａの横断面形状と相補形状になっている。更に、先に述べたとおり、柱状部２１の柱状先端部２１ｂは、柱状基部２１ａよりも細径になっているので、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態においては、柱状先端部２１ｂの外面と、貫通孔３１の内面との間に空間が形成される。この空間が、上述した第２流路１２となっている。第２流路１２の断面形状は、例えば図１（ｂ）に示すように円環状になっている。
【００２６】
第２流路１２は、その長さ方向の全域において断面形状が同じであってもよく、あるいは流体流出側に向かうに連れ、連続的に又は段階的に断面形状が広くなっていてもよく、狭くなっていてもよい。連続的に又は段階的に断面形状が狭くなっている構成を採用すると、第２流路１２を流通する第２流体の流通が滑らかになるので好ましい。このような構成は、例えばコア部材２０の柱状先端部２１ｂの横断面形状をその長さ方向にわたって同一とし、かつハウジング部材３０の貫通孔３１を、その長さ方向に沿って連続的に又は段階的に縮径させればよい。
【００２７】
第２流路１２の流体流出側の端部域は、コア部材２０の柱状先端部２１ｂの先端域と、オリフィス部材４０における流体流入側に位置する第１の面４３（図６参照）とで画定される。第２流路１２の流体流出側の端部域は、隙間δ（図１（ａ）参照）が流体流動方向で均一であることが好ましい。具体的には、隙間δが０．１０〜１０．００ｍｍ、特に０．２０〜５．００ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
ハウジング部材３０は、その側面に凹陥部３２が形成されている。凹陥部３２の底部からは、貫通孔３１へ向かう液供給孔３３が穿設されている。液供給孔３３は、凹陥部３２の底面において開口しているとともに、貫通孔３１の内面においても開口している。液供給孔３３が貫通孔３１の内面において開口している位置は、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入された状態において柱状先端部２１ｂが存在する位置になっている。この液供給孔３３を通じて、第２流体が、第２流路１２内へ供給される。
【００２９】
コア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の流体流入側から貫通孔３１内に挿入すると、ハウジング部材の流体流入側の端面３４と、コア部材２０の鍔部２２における流体流出側の端面２２ｂとが当接するようになっている。この当接によって、柱状部２１が貫通孔３１内に挿入することが規制される。その結果、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、柱状部２１が貫通孔３１内に挿入される挿入深さは毎回同じになる。
【００３０】
ハウジング部材３０の流体流出側には、後述するオリフィス部材４０の収容部３５が凹設されている。収容部３５の形状は、オリフィス部材４０の形状と相補形状になっている。相補形状へ加工する方法としては、例えばハウジング部材３０の貫通穴３１、収容部３５及び後述する外側壁３５ｂを、旋盤などの機械加工で同時に仕上げる方法が挙げられる。この方法を採用すると、各形状部の軸線が一致し、収容部３５の形状をオリフィス部材４０の形状と相補形状とすることができる。収容部３５には、オリフィス部材４０が嵌合されることで、第１流路１１の軸線と、オリフィス部材４０の細孔４１の位置とが位置合わせされるようになっている。その結果、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、第１流路１１の中心位置と、オリフィス部材４０の細孔４１の中心位置とが毎回合わさる。これによって、第１流路１１の終端から細孔４１までの距離Ｌ（図１（ａ）参照）を組み付けのたびに同じに設定することができる。収容部３５とオリフィス部材４０との嵌合は、例えば隙間嵌めとすることができる。隙間嵌めとすることで、位置決めをするための基準ピンなどの機械部品を使用することなく、流体混合器１０を構成する最小限の部品で簡単に高精度な位置決めができ、かつハンマーなどの手動工具を使用せずに組み立てや分解作業が簡単に行えるという有利な効果が奏される。
【００３１】
ハウジング部材３０に設けられた収容部３５は、その開口端、すなわち流体流出側に向かうに連れて拡径するように、該収容部３５の側壁３５ａが傾斜している。すなわち収容部３５の側壁３５ａはテーパー形状になっている。一方、後述するオリフィス部材４０の側面４２は、収容部３５の側壁３５ａの傾斜と同じ傾斜を有している。すなわち、オリフィス部材４０の側面４２もテーパー形状になっている。こうすることによって、収容部３５に嵌合されたオリフィス部材４０の着脱性が増し、流体混合器１０の分解の作業性が向上する。
【００３２】
ハウジング部材３０に設けられた収容部３５の外側壁３５ｂ（図５参照）は、流体流出側に向かうに連れて縮径するように傾斜している。すなわち収容部３５の外側壁３５ｂはテーパー形状になっている。一方、後述する排出栓５０の側壁５４ａは、収容部３５の外側壁３５ｂの傾斜と同じ傾斜を有している。すなわち、排出栓５０の側壁５４ａもテーパー形状になっていて、ハウジング部材３０の貫通孔３１と、排出栓５０の貫通孔５１とが位置合わせされるようになっている。こうすることによって、外側壁３５ｂに嵌合された排出栓５０の着脱性が増し、流体混合器１０の分解の作業性が向上する。
【００３３】
収容部３５の側壁３５ａ及びオリフィス部材４０の側面４２をテーパー形状とすることに代えて、収容部３５の側壁３５ａを、第１流路１１の軸線と平行に形成するとともに、オリフィス部材４０の側面４２を収容部３５の側壁３５ａと平行に形成してもよい。こうすることによって、オリフィス部材４０を収容部３５内に収容配置するときの位置決めの精度を一層高めることができる。
【００３４】
収容部３５の形状は、以上の各形状の他、各部品の嵌合方向軸を回転軸とする回転体の形状となるものを用いることもできる。例えば、回転放物形、半球形などが挙げられる。オリフィス部材４０の外形も、これと同様にすることができる。
【００３５】
図３及び図５に示すように、ハウジング部材３０の流体流入側の端部には、第１のネジ山３６が形成されている。一方、ハウジング部材３０の流体流出側の端部には、第２のネジ山３７が形成されている。各ネジ山３６，３７は、貫通孔３１の延びる方向に向けてネジ山が切られている。各ネジ山３６，３７は、後述する第１エンドキャップ６０及び第２エンドキャップ７０と螺合するようになっている。
【００３６】
オリフィス部材４０は、図２、図３及び図６に示すように板状のものであり、平面視してその中心部に細孔４１を有している。また、その側面４２がテーパー形状になっている。更に、オリフィス部材４０は、流体流入側に位置する第１の面４３と、流体流出側に位置する第２の面４４とを有している。オリフィス部材４０は、その第１の面４３側に、円錐形の第１凹陥部４５を有している。一方、オリフィス部材４０は、その第２の面４４側に、扁平な円柱形の第２凹陥部４６を有している。円錐形の第１凹陥部４５における底部、すなわち円錐の頂点部の位置は、細孔４１の位置と一致している。同様に、円柱形の第２凹陥部４６における底部、すなわち円柱の軸線の位置も、細孔４１の位置と一致している。つまり、細孔４１は、第１凹陥部４５における底部と、円柱形の第２凹陥部４６における底部とを連結するように形成されている。
【００３７】
第２凹陥部４６の形状は、以上の各形状の他、嵌合方向軸を回転軸とする回転体の形状となるものを用いることもできる。例えば截頭円錐形、回転放物形、半球形などが挙げられる。
【００３８】
オリフィス部材４０における第１の面４３側と、コア部材２０の柱状先端部２１ｂの先端域との間には、第１凹陥部４５を含む、上述した流体合流部１０Ｂが形成される。また、細孔４１によって、上述した流体縮流部１０Ｃが形成される。更に、オリフィス部材４０の流体流出側である第２の面４４側には、第２凹陥部４６を含む、上述した流体拡大部１０Ｄが形成される。
【００３９】
オリフィス部材４０の細孔４１は、その断面形状が特に限定されるものではなく、例えば円形、楕円形、星形、正多角形等であり得る。細孔４１は、その横断面形状が流体流動方向に沿って同一形状であってもよく、あるいは異なる形状であってもよい。合流した第１流体及び第２流体の流れの乱れを抑制する観点からは、細孔４１の断面形状は円形であることが好ましく、また長さ方向に沿って同一形状であることが好ましい。つまり、細孔４１内の流路は、その横断面形状が流体流動方向に沿って流体流入端から流体流出端まで均一であることが好ましい。
【００４０】
オリフィス部材４０の細孔４１は、その孔長さｌ（図１（ａ）参照）が０．１００〜５．０００ｍｍであり、特に０．２００〜３．０００ｍｍであることが好ましい。また細孔４１は、断面形状が円形である場合、その孔径ｄ（図１（ａ）参照）が０．１００〜５．０００ｍｍ、特に０．２００〜３．０００ｍｍであることが好ましい。更に細孔４１の孔面積ｓは、０．００８〜１９．６３５ｍｍ2、特に０．０３１〜７．０６９ｍｍ2であることが好ましい。細孔４１は、孔長さｌの孔径ｄに対する比ｌ／ｄが、０．０２０≦ｌ／ｄ≦５０．０００であることが好ましく、０．０６０≦ｌ／ｄ≦１５．０００であることが更に好ましい。
【００４１】
排出栓５０は、図２、図３及び図７に示すように、貫通孔５１を有する。貫通孔５１は、その一端が流体流入側において開口しているとともに、その他端が流体流出側においても開口している。この貫通孔５１と、先に述べたオリフィス部材４０における円柱形の第２凹陥部４６とで、流体拡大部１０Ｄの流路拡大域１４（図１（ａ）参照）が形成される。
【００４２】
流路拡大域１４は、その形状が特に限定されるものではなく、横断面形状が流体流動方向に沿って均一形状に形成されていてもよく、また、例えば細孔４１から末広がりに拡径したコーン形状に形成されていてもよい。
【００４３】
排出栓５０は、その流体流入側に第１凹陥部５２が形成されているとともに、その流体流出側に第２凹陥部５３が形成されている。上述した貫通孔５１の各端部は、第１凹陥部５２の底部及び第２凹陥部５３の底部において開口している。第１凹陥部５２は、図２（ｂ）に示すように、各部品が組み付けられた状態において、オリフィス部材４０を収容するのに足りる空間となっている。また第１凹陥部５２は、流体流出側に向かうに連れて縮径するように、第１凹陥部５２の側壁５４ａが傾斜している。すなわち第１凹陥部５２の側壁５４ａはテーパー形状になっている。第２凹陥部５３の周壁には、ネジ山５３ａが形成されている。
【００４４】
排出栓５０は、更に、鍔部５４を有している。先に述べた第１凹陥部５２と、貫通孔５１の一部は、この鍔部５４内に形成されている。鍔部５４は、その流体流入側に、側壁５４ａを有している。これとともに鍔部５４は、その流体流出側に環状端面５４ｂを有している。
【００４５】
排出栓５０は、更に、鍔部５４の流体流出側に連設された排出部５５を有している。先に述べた第２凹陥部５３と、貫通孔５１の一部は、この排出部５５内に形成されている。
【００４６】
第１エンドキャップ６０は、図２、図３及び図８に示すように、キャップ天面６１と、該キャップ天面６１から垂下する袴部６２とを有している。キャップ天面６１は、その中央域が開口して、開口部６１ａが形成されている。開口部６１ａの大きさは、先に述べたコア部材２０の流入栓部２３よりも大きく、かつコア部材２０の鍔部２２よりも小さくなっている。袴部６２の内面には、ネジ山６２ａが形成されている。このネジ山６２ａは、ハウジング部材３０の第１のネジ山３６と螺合するようになっている。つまり、第１エンドキャップ６０は、ハウジング部材３０の流体流入側において、ハウジング部材３０と螺合するようになっている。図２に示すように第１エンドキャップ６０がハウジング部材３０と螺合した状態においては、ハウジング部材３０と、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に柱状部２１が嵌合された状態のコア部材２０とが、第１エンドキャップ６０によって固定される。具体的には、螺合によって第１エンドキャップ６０におけるキャップ天面６１の下面６１ｂが、コア部材２０の環状第１端面２２ａを押しつける。この押しつけによって、コア部材２０とハウジング部材３０とが密接すると、コア部材２０の環状第２端面２２ｂが、ハウジング部材３０の端面３４に規制されるので、コア部材２０の柱状部２１が、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に挿入される挿入深さが、組み付けのたびに一定となる。
【００４７】
第２エンドキャップ７０は、図２、図３及び図９に示すように、キャップ天面７１と、該キャップ天面７１から垂下する袴部７２とを有している。キャップ天面７１は、その中央域が開口して、開口部７１ａが形成されている。開口部７１ａの大きさは、先に述べた排出栓５０の排出部５５よりも大きく、かつ排出栓５０の鍔部５４よりも小さくなっている。袴部７２の内面には、ネジ山７２ａが形成されている。このネジ山７２ａは、ハウジング部材３０の第２のネジ山３７と螺合するようになっている。つまり、第２エンドキャップ７０は、ハウジング部材３０の流体流出側において、ハウジング部材３０と螺合するようになっている。図２に示すように第２エンドキャップ７０がハウジング部材３０と螺合した状態においては、ハウジング部材３０と、該ハウジング部材３０の収容部３５に嵌合したオリフィス部材４０とが、第２エンドキャップ７０によって固定される。具体的には、螺合によって第２エンドキャップ７０におけるキャップ天面７１の下面７１ｂが、排出栓５０の環状端面５４ｂを押しつける。この押しつけによって、排出栓５０の第１凹陥部５２における底面がオリフィス部材４０と密接する。これとともに、排出栓５０における第１凹陥部５２の側壁５４ａとハウジング部材３０における流体流出側の外側壁３５ｂが面で接して、オリフィス部材４０の第１の面４３がハウジング部材３０における収容部３５の底面と密接する。それによって、ハウジング部材３０とオリフィス部材４０とが、第２エンドキャップ７０によって固定される。
【００４８】
本実施形態の流体混合器１０は、以上の構成を有することに加え、コア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の貫通孔３１へ挿入する挿入深さを調整する調整機構を更に具備していてもよい。例えば、コア部材２０の環状第２端面２２ｂ（図４参照）と、ハウジング部材３０の流体流入側の端面との間に、シムと呼ばれる薄板（図示せず）を介在させることで、柱状部２１の挿入の挿入深さを調整することができる。つまり、図１（ａ）に示す距離Ｌ及び隙間δの程度を調整することができる。この場合、薄板の厚みを増減させたり、薄板を介在させる枚数を増減させたりすることで、柱状部２１の挿入の挿入深さを調整することができる。薄板としては、例えば柱状部２１の柱状基部２１ａの断面よりも大きな開口部を有する円環状の薄板を用いることができる。
【００４９】
前記の調整機構の別の例として、コア部材２０の鍔部２２に、柱状部２１の延びる方向と同方向に延びる貫通ネジ孔を設けることができる。この貫通ネジ孔にネジ（例えば、いわゆるイモネジと呼ばれるセットスクリュー）を螺合しておく。そして、コア部材２０の鍔部２２におけるハウジング部材３０との対向面である環状第２端面２２ｂ（図４参照）からのネジの突出量を調整することで、コア部材２０の柱状部２１をハウジング部材３０の貫通孔３１へ挿入する挿入深さを調整可能にできる。
【００５０】
以上の構成を有する各部品を組み付けて流体混合器１０を組み立てるときには、まずコア部材２０の柱状部２１を、ハウジング部材３０の貫通孔３１内に、流体流入側から挿入して、コア部材２０とハウジング部材３０とを嵌合させる。この状態下に、ハウジング部材３０の流体流入側において、第１エンドキャップ６０をハウジング部材３０と螺合する。次に、ハウジング部材３０の流体流出側において、収容部３５とオリフィス部材４０と嵌合させ、引き続き該オリフィス部材４０を覆うように排出栓５０を配置する。この状態下に、ハウジング部材３０の流体流出側において、第２エンドキャップ７０をハウジング部材３０と螺合する。これによって、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構造の流体混合器１０が形成される。この流体混合器１０によれば、先に背景技術の項で述べた各特許文献に記載の技術と異なり、コア部材２０とオリフィス部材４０とが、ハウジング部材３０を基軸（基準部品）として該ハウジング部材３０と嵌合するので、これらの部品の位置決めの精度を高くすることが容易であり、流体混合器１０の組み立て及び分解を繰り返しても、各部品の位置合わせを精度良く行うことができる。したがって、この流体混合器１０はメンテナンス性が極めて良好なものである。また、ボルト及びナットによる締結を行わずに、第１及び第２エンドキャップ６０，７０の螺合という簡単な操作によって各部品を組み付けることができるので、流体混合器１０の組み立て及び分解が極めて容易である。しかも、コア部材２０とハウジング部材３０とオリフィス部材４０との嵌合方向軸の両側から螺合を行うので、組み立て後に流体混合器１０にがたつきが生じることも効果的に防止される。
【００５１】
流体混合器１０を構成する各部品は、例えば金属、セラミックス、合成樹脂等で形成することができる。
【００５２】
本実施形態の流体混合器１０は、例えば分散相と連続相が均一に分散したエマルジョンを製造する乳化装置などに適用される。
【００５３】
本実施形態の流体混合器１０に供給される流体としては、気相、液相、気液混合相、乳化相、固液混合相（スラリー）など流動性を保持する性状のものであればよく、それらのうちの２種の組み合わせ（同相の組み合わせも含む）を任意に選択できる。
【００５４】
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記の実施形態に制限されず、当業者の技術常識の範囲内で前記の実施形態以外の種々の変更形態を構成してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 流体混合器
２０ コア部材
２１ 柱状部
２１ａ 柱状基部
２１ｂ 柱状先端部
２２ 鍔部
３０ ハウジング部材
３１ 貫通孔
４０ オリフィス部材
５０ 排出栓
６０ 第１エンドキャップ
７０ 第２エンドキャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に延びる第１流路、及び第１流路と同方向に延びる第２流路と、
第１流路及び第２流路の流体流出側に設けられ、第１流路を流通した第１流体と第２流路を流通した第２流体とが合流する流体合流部と、
合流した第１流体及び第２流体が縮流する流体縮流部と、
縮流した第１流体及び第２流体が流入する流体拡大部とを有する流体混合器であって、
柱状部を有するコア部材と、
柱状部との嵌合が可能な貫通孔を有するハウジング部材と、
ハウジング部材における流体流出側と嵌合するオリフィス部材とを具備し、
コア部材の柱状部は、ハウジング部材の貫通孔と相補形状をなし、貫通孔と嵌合する柱状基部と、柱状基部よりも先端側に位置し、かつ柱状基部よりも細径の柱状先端部とを有し、
第１流路が、コア部材の柱状部の軸線方向に沿って、該柱状部に設けられており、
第２流路が、ハウジング部材の貫通孔の内面と、コア部材の柱状部の柱状先端部の外面との間に形成された空間からなり、
オリフィス部材は、その細孔の位置が、第１流路の軸線と一致するように、ハウジング部材における流体流出側と嵌合して、柱状先端部の先端域とオリフィス部材との間に流体合流部が形成されるとともに、オリフィス部材の細孔によって流体縮流部が形成され、
オリフィス部材の流体流出側に、流体拡大部が形成されている流体混合器。
【請求項２】
コア部材は、柱状基部と連設された鍔部を有し、
柱状部を、ハウジング部材の流体流入側から貫通孔内に挿入したときに、ハウジング部材の流体流入側の端面と鍔部とが当接して、柱状部が貫通孔内に挿入することを規制する請求項１に記載の流体混合器。
【請求項３】
ハウジング部材の流体流入側において、ハウジング部材と螺合する第１エンドキャップを更に具備し、
第１エンドキャップがハウジング部材と螺合した状態において、ハウジング部材と、ハウジング部材の貫通孔内に柱状部が挿入された状態のコア部材とが、第１エンドキャップによって固定される請求項２に記載の流体混合器。
【請求項４】
ハウジング部材の流体流出側において、ハウジング部材と螺合する第２エンドキャップを更に具備し、
第２エンドキャップがハウジング部材と螺合した状態において、ハウジング部材とオリフィス部材とが、第２エンドキャップによって固定される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項５】
ハウジング部材の流体流出側にオリフィス部材の収容部が凹設されており、
収容部とオリフィス部材とが嵌合することで、第１流路の軸線とオリフィス部材の細孔の位置とが位置合わせされる請求項１ないし４のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項６】
収容部がその開口端に向かうに連れて拡径するように、収容部の側壁が傾斜しているとともに、オリフィス部材の側面が、収容部の側壁の傾斜と同じ傾斜を有している請求項５記載の流体混合器。
【請求項７】
収容部の側壁が、第１流路の軸線と平行に形成されているとともに、オリフィス部材の側面が、収容部の側壁と平行に形成されている請求項５に記載の流体混合器。
【請求項８】
コア部材の柱状部をハウジング部材の貫通孔へ挿入する挿入深さを調整する調整機構を更に具備している請求項１ないし７のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項９】
コア部材の鍔部に、柱状部の延びる方向と同方向に延びる貫通ネジ孔が設けられているとともに、貫通ネジ孔にネジが螺合されており、
コア部材の鍔部におけるハウジング部材との対向面からのネジの突出量を調整することで、コア部材の柱状部をハウジング部材の貫通孔へ挿入する挿入深さが調整可能になっている請求項２に記載の流体混合器。
【請求項１】
一方向に延びる第１流路、及び第１流路と同方向に延びる第２流路と、
第１流路及び第２流路の流体流出側に設けられ、第１流路を流通した第１流体と第２流路を流通した第２流体とが合流する流体合流部と、
合流した第１流体及び第２流体が縮流する流体縮流部と、
縮流した第１流体及び第２流体が流入する流体拡大部とを有する流体混合器であって、
柱状部を有するコア部材と、
柱状部との嵌合が可能な貫通孔を有するハウジング部材と、
ハウジング部材における流体流出側と嵌合するオリフィス部材とを具備し、
コア部材の柱状部は、ハウジング部材の貫通孔と相補形状をなし、貫通孔と嵌合する柱状基部と、柱状基部よりも先端側に位置し、かつ柱状基部よりも細径の柱状先端部とを有し、
第１流路が、コア部材の柱状部の軸線方向に沿って、該柱状部に設けられており、
第２流路が、ハウジング部材の貫通孔の内面と、コア部材の柱状部の柱状先端部の外面との間に形成された空間からなり、
オリフィス部材は、その細孔の位置が、第１流路の軸線と一致するように、ハウジング部材における流体流出側と嵌合して、柱状先端部の先端域とオリフィス部材との間に流体合流部が形成されるとともに、オリフィス部材の細孔によって流体縮流部が形成され、
オリフィス部材の流体流出側に、流体拡大部が形成されている流体混合器。
【請求項２】
コア部材は、柱状基部と連設された鍔部を有し、
柱状部を、ハウジング部材の流体流入側から貫通孔内に挿入したときに、ハウジング部材の流体流入側の端面と鍔部とが当接して、柱状部が貫通孔内に挿入することを規制する請求項１に記載の流体混合器。
【請求項３】
ハウジング部材の流体流入側において、ハウジング部材と螺合する第１エンドキャップを更に具備し、
第１エンドキャップがハウジング部材と螺合した状態において、ハウジング部材と、ハウジング部材の貫通孔内に柱状部が挿入された状態のコア部材とが、第１エンドキャップによって固定される請求項２に記載の流体混合器。
【請求項４】
ハウジング部材の流体流出側において、ハウジング部材と螺合する第２エンドキャップを更に具備し、
第２エンドキャップがハウジング部材と螺合した状態において、ハウジング部材とオリフィス部材とが、第２エンドキャップによって固定される請求項１ないし３のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項５】
ハウジング部材の流体流出側にオリフィス部材の収容部が凹設されており、
収容部とオリフィス部材とが嵌合することで、第１流路の軸線とオリフィス部材の細孔の位置とが位置合わせされる請求項１ないし４のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項６】
収容部がその開口端に向かうに連れて拡径するように、収容部の側壁が傾斜しているとともに、オリフィス部材の側面が、収容部の側壁の傾斜と同じ傾斜を有している請求項５記載の流体混合器。
【請求項７】
収容部の側壁が、第１流路の軸線と平行に形成されているとともに、オリフィス部材の側面が、収容部の側壁と平行に形成されている請求項５に記載の流体混合器。
【請求項８】
コア部材の柱状部をハウジング部材の貫通孔へ挿入する挿入深さを調整する調整機構を更に具備している請求項１ないし７のいずれか一項に記載の流体混合器。
【請求項９】
コア部材の鍔部に、柱状部の延びる方向と同方向に延びる貫通ネジ孔が設けられているとともに、貫通ネジ孔にネジが螺合されており、
コア部材の鍔部におけるハウジング部材との対向面からのネジの突出量を調整することで、コア部材の柱状部をハウジング部材の貫通孔へ挿入する挿入深さが調整可能になっている請求項２に記載の流体混合器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８３４５８（Ｐ２０１２−１８３４５８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４６９９２（Ｐ２０１１−４６９９２）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（００００００９１８）花王株式会社 (8,290)
【Ｆターム（参考）】
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