遠心脱泡機
【課題】脱泡液中にサイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる遠心脱泡機を提供する。
【解決手段】回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、ロータ内の脱泡処理室に存在する原液に遠心力を与えることにより脱泡液と泡液とに分離する遠心脱泡機であって、脱泡処理室内から外部へ延在し且つ回転軸が内側に位置するように配置された外筒と内筒とを有する中空シャフトと、内筒の周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、外筒は、外周面と開口とによって原液供給口を画定するとともに規制板よりも開口側に位置する周壁に泡液取込口が設けられ、内筒は、外周面と外筒の内周面とによって泡液が通過する泡液通路を形成し、規制板よりも開口から離れて位置する周壁に脱泡液取込口が設けられ、内周面によって脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する。
【解決手段】回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、ロータ内の脱泡処理室に存在する原液に遠心力を与えることにより脱泡液と泡液とに分離する遠心脱泡機であって、脱泡処理室内から外部へ延在し且つ回転軸が内側に位置するように配置された外筒と内筒とを有する中空シャフトと、内筒の周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、外筒は、外周面と開口とによって原液供給口を画定するとともに規制板よりも開口側に位置する周壁に泡液取込口が設けられ、内筒は、外周面と外筒の内周面とによって泡液が通過する泡液通路を形成し、規制板よりも開口から離れて位置する周壁に脱泡液取込口が設けられ、内周面によって脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中に散在する泡を除去するための脱泡機に関し、特に、化学、医薬、製紙、繊維、印刷、電子材料、油製品などの工業分野や、化粧品、食品、樹脂、塗料、接着剤、シール材などの製品の製造過程において、液中に混入した泡を連続的に除去するための脱泡機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液中に混入した気泡を除去する方法としては、当該液中に消泡剤などを利用する化学的方法と以下に示す物理的方法とがある。物理的脱泡方法としては、例えば、自然圧力下又は減圧下において自然に気泡と液体とが分離するまで液体を放置する方法や加圧ロール方式、回転スクリーン方式、減圧薄膜方式を用いた方法が開示されている。
【０００３】
しかし、化学的方法は、液中に消泡剤などを添加することにより液中成分が変化するため、用途によっては好ましくない場合がある。また、物理的方法では、上記いずれの方法においても粘度が高い液体の脱泡が難しく、脱泡に長時間を有する等の問題がある。また、例えば、減圧下において処理を行うものは、液体の中に香料や溶剤などの揮発しやすい成分が蒸発しやすくなり、液の物性が不安定になる。さらに、高真空度対応の精密ポンプが必要であり、設備費が高くなる等の問題がある。
【０００４】
このような問題点を解決する遠心式の脱泡機が、例えば特開２００５−１３１６００号公報に開示されている。図７は、この従来例の遠心脱泡機の構成を示す断面図である。従来例の遠心脱泡機１０１は、上下方向に延びる回転軸ＡＸ１を中心に回転可能に構成される有底円筒形状の容器１０２と、容器１０２の底壁１０２ｄの内面中心部に回転軸ＡＸ１と同軸となるように固定され、上下方向に立設された中空シャフト１０３とを備えている。
【０００５】
容器１０２の上部開口には、中空シャフト１０３が貫通する開口１０８ａを有する蓋部１０８が設けられている。容器１０２と蓋部１０８とで略円筒形箱体のロータが構成されている。当該ロータの内部が、原液の脱泡処理を行う脱泡処理室１０２ａとなる。蓋部１０８の開口１０８ａの周囲には、シリンダ部１０８ｂが立設されている。
【０００６】
容器１０２の底壁１０２ｄの外面中心部には、容器１０２の回転軸ＡＸ１と同軸となるように回転シャフト１０７が固定されている。回転シャフト１０７が図示しないモーター等から動力を受けてＲ１方向に回転することにより、脱泡処理室１０２ａ内に供給された原液中の気泡が回転軸ＡＸ１側へ移動され、気泡を含まない脱泡液が脱泡処理室１０２ａ内の外側領域へ移動される。これにより、原液が、気泡が集められた泡液と脱泡液とに分離される。
【０００７】
中空シャフト１０３は、内筒１０４と、内筒１０４よりも長さが短く、内径が大きい外筒１０５とを備えた２重管構造で構成されている。
外筒１０５は、最下端に設けられた外筒固定部材１０６によって内筒１０４に固定され、内筒１０４の両端を除く中間部分のみを覆うように設けられている。外筒１０５と内筒１０４との間には、原液が通過する原液通路１１２が形成されている。脱泡処理室１０２ａの外部に位置する原液通路１１２の上端開口は、原液ケーシング１２２の内部と連通している。原液ケーシング１２２は、外筒１０５に覆われていない内筒１０４の上部外周面を回転可能に支持している。原液ケーシング１２２には、側壁に設けられた図示しない供給口より原液が供給される。
脱泡処理室１０２ａ内に位置する外筒１０５の下端部には、原液ケーシング１２２から原液通路１１２を通じて供給される原液を脱泡処理室１０２ａ内に供給するための原液供給口１０５ａが設けられている。
【０００８】
脱泡処理室１０２ａ内で且つ外筒１０５の原液供給口１０５ａの上位には、前記分離された脱泡液中に残存する気泡が脱泡液通路１１３側に移動するのを規制する規制板１０９が設けられている。規制板１０９は、外筒１０５の周りに回転軸ＡＸ１と交差する方向に放射状に突出するように設けられている。
【０００９】
外筒１０５とシリンダ１０８ｂとの間には、脱泡処理室１０２ａで脱泡処理された脱泡液を排出するための脱泡液通路１１３が形成されている。脱泡液通路１１３の上端開口は、脱泡液を排出するための脱泡液ケーシング１２３の内部と連通している。脱泡液ケーシング１２３は、外筒１０５の上部外周面を回転可能に支持している。
【００１０】
内筒１０４の下端は、容器１０２の底壁１０２ｄに回転軸ＡＸ１と同軸となるように固定されている。外筒固定部材１０６より下位で且つ内筒１０４の下端近傍には、脱泡処理室１０２ａと内筒１０４の内部とを連通する泡液取込口１０４ａが設けられている。内筒１０４の内部には、泡液取込口１０４ａから取り込まれた泡液を内筒１０４の上端開口から排出するための泡液通路１１１が形成されている。脱泡処理室１０２ａの外部に位置する泡液通路１１１の上端開口は、泡液を排出するための泡液ケーシング１２１の内部と連通している。泡液ケーシング１２１は、原液ケーシング１２２に固定され、原液ケーシング１２２は、脱泡液ケーシング１２３に固定されている。すなわち、泡液ケーシング１２１と原液ケーシング１２２と脱泡液ケーシング１２３とは、一体的に固定されており、それぞれ回転しない構成である。
【００１１】
なお、容器１０２及び中空シャフト１０３の回転をスムーズにするために、内筒１０４、外筒１０５、及びシリンダ部１０８ｂの上端近傍にはベアリング１３１〜１３３が設けられるとともに、各ケーシング間の液の漏出を防止するために、Ｏ−リング等のシール部材１３４〜１３８が備えられている。
【００１２】
従来例の遠心脱泡機１０１は、気泡と液とを分離するために規制板１０９を設けるなどの構成により、比較的高粘度の原液でも脱泡処理することが可能である。また、容器１０２に鉛直方向に原液が供給されるとともに、鉛直方向に泡液及び脱泡液が排出されるため、中空シャフト１０３内での原液の分離などの問題が生じることなく、供給された原液が容器１０２内に移動してから分離が行われるため、分離の効率も高い。
【特許文献１】特開２００５−１３１６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来例の遠心脱泡機１０１においては、比較的高粘度の原液でも脱泡処理することが可能であるものの、原液中から完全に気泡を分離することはできない。このため、脱泡液ケーシング１２３に送られる脱泡液中にも、僅かながらも気泡が残存する。脱泡液ケーシング１２３内においても、ロータの回転による遠心力の影響を受けて脱泡液の一部に脱泡処理が行われるため、脱泡液ケーシング１２３に送られた気泡は、回転軸ＡＸ１側に移動しようとする。このとき、脱泡液ケーシング１２３に送られる脱泡液と当該気泡との移動方向が互いに逆向きで釣り合い、泡溜まり領域Ｘ１００（図７参照）が発生する恐れがある。
【００１４】
脱泡液ケーシング１２３に送られる気泡は、従来例の遠心脱泡機１０１の脱泡効果により、目視では確認できない程にサイズが小さくされるが、泡溜まり領域Ｘ１００にて滞留することで、脱泡処理が進行するに連れて隣接する気泡が互いに連結してサイズが徐々に大きくなる。当該気泡は、ある程度のサイズになるとせん断され、脱泡液ケーシング１２３に設けられた脱泡液排出口より矢印１２３Ａの方向に排出される。
したがって、従来例の遠心脱泡機１０１においては、脱泡処理した脱泡液中に比較的サイズ（例えば２００μｍ以上）の大きな気泡が混入するという課題がある。
【００１５】
一方、原液の粘度が高いもの程、気泡が分離されにくいことが一般に知られている。従来例の遠心脱泡機１０１において脱泡効果を向上させるには、ロータの回転数を上げることが効果的であると考えられる。しかしながら、ロータの回転数を上げれば上げるほど、脱泡液ケーシング１２３内の脱泡液及び気泡にロータの回転による遠心力の影響が強く働くため、泡溜まり領域Ｘ１００が発生しやすくなる。このため、従来例の遠心脱泡機１０１においては、高粘度の原液に対して、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入しないようにして、脱泡効果を向上させることは困難である。
【００１６】
さらに、従来例の遠心脱泡機１０１においては、装置への原液の初期充填の際（原液に遠心力がかけられない状態）、気泡を含む液が脱泡液ケーシング１２３内に入り込む。この状態でロータが回転して当該液に遠心力がかかると、液中の気泡は、回転軸ＡＸ１方向に移動するため泡溜まり領域Ｘ１００で滞留することになる。すなわち、脱泡液ケーシング１２３内から気泡を完全に無くすことは困難である。また、泡溜まり領域Ｘ１００においてサイズの大きな気泡が存在するときにロータが高速回転すると、当該気泡はせん断されて脱泡液ケーシング１２３の脱泡液排出口より排出されやすくなる。すなわち、ロータの回転数を上げると、脱泡液中に気泡が混入する恐れが高くなる。このため、従来例の遠心脱泡機１０１においては、ロータの回転数を上げても気泡の混入を抑制することは困難である。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、原液に回転により遠心力を与えることによって脱泡液と泡液とに分離する遠心脱泡機において、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる遠心脱泡機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、前記ロータ内の脱泡処理室に存在しかつ気泡が含まれる原液に、回転により遠心力を与えることによって前記気泡を前記回転軸近傍に集める脱泡処理を行い、処理後の脱泡液と前記気泡が集められた泡液とに分離する遠心脱泡機であって、
前記脱泡処理室内から、前記回転軸を含むように前記ロータの一方の端部壁に形成された開口を通過して前記脱泡処理室の外部へ、前記回転軸と同軸で且つ前記ロータの回転軸方向に延在するようにそれぞれ配置された、外筒と内筒とを有する中空シャフトと、
前記脱泡処理室内において、前記ロータの一方の端部壁と対向するように設けられ、前記回転軸に交差する方向で且つ前記中空シャフトの周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、
前記外筒は、
前記外筒の外周面と前記開口とによって原液供給口を画定するとともに、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口側に位置する外筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する泡液取込口が設けられ、
前記内筒は、
前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とによって前記泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた泡液が通過する泡液通路を形成し、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口から離れて位置する内筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する脱泡液取込口が設けられ、前記内筒の内周面によって前記脱泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する、遠心脱泡機を提供する。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、前記中空シャフトは、前記ロータと一体的に回転するように、前記脱泡処理室内に位置する前記内筒の端部が前記ロータの他方の端部壁に固着され、
前記遠心脱泡機は、さらに、前記脱泡処理室の外部に位置する前記内筒の端部開口と連通する脱泡液ケーシングを備え、
前記脱泡液ケーシングは、
前記内筒の前記端部開口に対向する壁に、前記脱泡液を排出するための脱泡液排出口が設けられている、第１態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、前記脱泡液排出口は、前記回転軸を含むように設けられている、第２態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、前記脱泡液ケーシングは、内面に、前記内筒の前記端部開口から前記脱泡液排出口に向かうに従い収束するテーパ部が形成されている、第２又は３態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２２】
本発明の第５態様によれば、前記脱泡液ケーシングは、前記回転軸と直交する方向における前記回転軸から内面までの最大距離が前記外筒の外半径よりも短く構成されている、第２〜４態様のいずれか１つに記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２３】
本発明の第６態様によれば、前記内筒と前記脱泡液ケーシングとの間に、前記脱泡液の漏出を防止するメカニカルシールが設けられている、第２〜５態様のいずれか１つに記載の遠心脱泡機を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の遠心脱泡機によれば、中空シャフトの内筒をロータの回転軸と同軸となるように配置するとともに、当該内筒の内側に形成された脱泡液通路を通じて脱泡処理後の脱泡液が排出されるようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータの回転による遠心力の影響を小さくすることができる。また、脱泡液の移動方向は回転軸と平行であり、上記気泡の移動方向は、上記気泡が回転軸に向かって移動するため、回転軸に対して交差（例えば直交）方向である。すなわち、脱泡液と上記気泡との移動方向は互いに相違する。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、ロータの回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る遠心脱泡機１について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の構成を示す断面図である。遠心脱泡機１は、多数の気泡が分散された原液に遠心力を与えることによって脱泡液と泡液とに分離し、原液中の気泡を取り除くための装置である。なお、遠心脱泡機１の各構成部品は、特にことわりの無い限り、回転軸ＡＸを中心として線対称に形成されている。
【００２７】
図１において、遠心脱泡機１は、概ね円筒形箱体で構成され、上下方向に延在する回転軸ＡＸを中心に回転可能に構成されるロータ２を備えている。ロータ２の内部には、気泡が含まれる原液に回転により遠心力を与えて、気泡が集められた泡液と気泡が取り除かれた脱泡液とに分離するための脱泡処理室２ａが形成されている。
【００２８】
ロータ２は、有底円筒形状の容器２１と、「一方の端部壁」の一例である蓋部２２とを備えている。蓋部２２には、回転軸ＡＸと交差する部分を含むように開口２２ａが形成されている。蓋部２２の開口２２ａの周囲には、シリンダ部２２ｂが脱泡処理室２ａから離れる方向に立設されている。
【００２９】
ロータ２の「他方の端部壁」の一例である底壁２１ａの外面中心部には、回転軸ＡＸと同軸となるように回転シャフト２３が固定されている。なお、回転シャフト２３は、底壁２１ａの中心部を貫通して内筒３１の下端に固定されてもよい。回転シャフト２３が図示しないモーター等から動力を受けてＲ方向又はその逆方向に回転することにより、ロータ２がＲ方向又はその逆方向に回転する。このロータ２の回転により、脱泡処理室２ａ内に遠心力が発生し、脱泡処理室２ａ内に供給された原液中の気泡が回転軸ＡＸ側へ移動され、気泡を含まない脱泡液が脱泡処理室２ａ内の外側領域へ移動される。これにより、原液が泡液と脱泡液とに分離される。
【００３０】
ロータ２の底壁２１ａの内面中心部には、回転軸ＡＸ方向に延在するように中空シャフト３が固定されている。中空シャフト３は、内筒３１と、内筒３１よりも長さが短く且つ内径が大きく形成され、内筒３１の両端部を除く中間部分のみを覆うように配置された外筒３２と、を備えた２重管構造で構成されている。内筒３１と外筒３２とはそれぞれ、脱泡処理室２ａ内から開口２２ａを通過して脱泡処理室２ａの外部へ、回転軸ＡＸと略同軸で且つ回転軸ＡＸ方向に延在するように配置されている。
【００３１】
脱泡処理室２ａ内に位置する内筒３１の下端は、底壁２１ａの内面中心部に固定されている。なお、内筒３１の下端は、上記したように底壁２１ａの中心部を貫通する回転シャフトの上端に固定されてもよい。脱泡処理室２ａ内において、内筒２ａの周りには、蓋部２２と対向し且つ回転軸ＡＸに交差（例えば直交）する方向に放射状（例えば円形状）に延在する面３３ａを有し、脱泡処理室２ａ内の気泡の移動を規制する規制板３３が固定されている。規制板３３の面３３ａに外筒３２の一端部が固定されている。これにより、内筒３１と外筒３２と規制板３３とが、ロータ２と一体的に回転可能に構成されている。
【００３２】
外筒３２とシリンダ２２ｂとの間には、脱泡処理室１０２ａに原液を供給するための原液通路４１が、外筒３２の内周面とシリンダ２２ｂの外周面とにより形成されている。また、外筒３２の外周面と開口２２ａとにより、原液通路４１と脱泡処理室２ａとを連通する原液供給口４１ａが画定されている。脱泡液処理室１０２ａの外部に位置する原液通路４１の上端開口４１ｂは、原液を受け入れ、排出するための原液ケーシング５１の内部と連通している。原液ケーシング５１には、図示しない供給口が設けられており、当該供給口より矢印５１Ａに示すように遠心脱泡機１の外部から原液が供給される。また、原液ケーシング５１には、図示しない空気抜きバルブが接続されており、矢印８６に示すように内部の空気を排出可能になっている。
【００３３】
原液ケーシング５１は、外筒３２の上部外周面とシリンダ２２ｂの外周面とを、ベアリングなどの軸受部材６１，６２を介して回転可能に支持している。軸受部材６１の上部には、原液ケーシング５１内の原液が軸受部材６１に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７１が設けられている。軸受部材６２の下部には、原液ケーシング５１内の原液が軸受部材６２に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７２が設けられている。
【００３４】
脱泡液処理室２ａ内で且つ規制板３３よりも開口２２ａ側に位置する外筒３２の外筒周壁には、脱泡処理室２ａ内で分離された泡液を取り込むための泡液取込口３２ａが設けられている。外筒３２と内筒３１との間には、泡液取込口３２ａより取り込まれた泡液が通過する泡液通路４２が、外筒３２の内周面と内筒３１の外周面とにより形成されている。
【００３５】
泡液通路４２の上端開口４２ａは、泡液を受け入れ、排出するための泡液ケーシング５２の内部と連通している。泡液ケーシング５２には、図示しない排出口が設けられており、当該排出口より矢印５２Ａに示すように遠心脱泡機１の外部に泡液が排出される。また、泡液ケーシング５２には、図示しない空気抜きバルブが接続されており、矢印８７に示すように内部の空気を排出可能になっている。
【００３６】
泡液ケーシング５２は、外筒３２に覆われていない内筒３１の上部外周面を、ベアリングなどの軸受部材６３を介して回転可能に支持している。泡液ケーシング５２の下端部は、原液ケーシング５１の上面に一体的に固定されている。軸受部材６２の上部には、泡液ケーシング５２内の泡液が軸受部材６２に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７３が設けられている。軸受部材６３の下部には、泡液ケーシング５２内の泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７４が設けられている。
【００３７】
脱泡液処理室２ａ内で且つ規制板３３よりも開口２２ａから離れて位置する内筒３１の内筒周壁には、脱泡処理室２ａ内で分離された脱泡液を取り込むための脱泡液取込口３１ａが設けられている。内筒３１の内側には、脱泡液取込口３１ａより取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路４３が、内筒３１の内周面により形成されている。
【００３８】
内筒３１の上端開口（端部開口）３１ｂは、脱泡液を受け入れ、排出するための脱泡液ケーシング５３の内部と連通している。上端開口４３ａと対向する脱泡液ケーシング５３の壁には、矢印５３Ａに示すように脱泡液を遠心脱泡機１の外部に排出するための脱泡液排出口５３ａが設けられている。脱泡液排出口５３ａは、回転軸ＡＸを含むように、すなわち回転軸ＡＸ上に位置するように設けられている。
【００３９】
脱泡液ケーシング５３の内面には、上端開口３１ｂから脱泡液排出口５３ａに向かうに従い収束するテーパ部５３ｂが形成されている。このテーパ部５３ｂにより、脱泡液中に残存する気泡が脱泡液排出口５３ａから排出されやすくなっている。
【００４０】
脱泡液ケーシング５３の下端部は、泡液ケーシング５２の上面に一体的に固定されている。すなわち、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング５３とは回転しない構成であり、それらはロータ２及び中空シャフト３を回転可能に支持している。言い換えれば、ロータ２の回転中において、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング５３とは静止状態にある。
【００４１】
軸受部材６３の上部には、脱泡液ケーシング５３内の脱泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためのシール部材として、メカニカルシール７５が配置されている。メカニカルシール７５は、シール部材の中でも気密性に優れたシール部材である。このメカニカルシール７５としては、例えば、日本ピラー製のメカニカルシール（品番：ＰＥＵ−０２５）、イーグル工業製のメカニカルシール（品番：ＬＡ２００−０２５）などが挙げられる。なお、メカニカルシール７５は、内筒３１が回転することにより発熱する恐れがあるので、脱泡液ケーシング５３とは接触しないように配置されることが好ましい。このように配置することで、脱泡液の温度がメカニカルシールの発熱温度より低いとき（例えば常温のとき）、メカニカルシール７５を脱泡液と接触させて冷却することができる。
【００４２】
次に、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１を用いて原液を処理するシステムについて説明する。図２は、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１のシステム構成図である。なお、遠心脱泡機１を用いて原液を処理するシステムの各動作は、図示しない記憶部に予め記憶された動作プログラムに基づいて各装置の動作を制御するように構成された図示しない制御部にて制御される。
【００４３】
脱泡処理を行う原液は、原液タンク８１に蓄積されている。原液タンク８１からの原液は、ポンプ８２により配管８３を通って遠心脱泡機１の原液ケーシング５１に送りこまれる。原液ケーシング５１に送りこまれた原液は、上述したようにロータ２の脱泡処理室２ａ内に送られて泡液と脱泡液とに分離される。原液から分離された泡液は、配管８４を通じて遠心脱泡機１の外部に排出され、その一部は原料タンク４０に戻され、残りの一部は排出される。一方、原液から分離された脱泡液は、配管８５を通って遠心脱泡機１の外部に排出される。
【００４４】
なお、各配管８３〜８５には、当該配管を通過する給送量を調整するための図示しないバルブが設けられている。また、配管８３には、配管内に存在する空気が遠心脱泡機１内に送りこまれないようにするために、図示しない空気抜きバルブが設けられている。
【００４５】
次に、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の動作を説明する。
【００４６】
上記システムにおいてポンプ８２を駆動すると、原料タンク８１から遠心脱泡機１へ原液の供給が行われる。
遠心脱泡機１への原液の供給により遠心脱泡機１の空気抜きバルブから矢印８６、８７に示すように原液が出てきたら、各空気抜きバルブを閉じる。
この後、図示しないモーター等を駆動して回転シャフト２３を回転させ、所定の回転数でロータ２の回転を開始させる。ロータ２の回転数は、原料や遠心脱泡機１の仕様などの運転条件により適宜調整することができる。
【００４７】
配管８３を通って、図１の矢印５１Ａに示すように原液ケーシング５１に送りこまれた原液は、原液通路４１を通過し、脱泡処理室２ａ内に送られる。
脱泡処理室２ａ内に送られた原液は、ロータ２が回転することにより、ロータ２の回転に伴う遠心力を受ける。これにより、原液は、単位体積あたりの比重が大きい液体部分がロータ２の周壁側（外側領域）に移動し、単位体積あたりの比重が小さい気泡部分がロータ２の回転軸ＡＸ側へ移動する。このとき、規制板３３が回転軸ＡＸに対して交差する方向に放射状に延在するよう設けられているので、原液中の気泡の大部分又は全部は、規制板３３を越えて脱泡液取込口３１ａまで移動することができない。したがって、原液が泡液と脱泡液とに分離される。
【００４８】
規制板３３を越えることなく回転軸ＡＸ側に集められた気泡を含む泡液は、泡液取込口３２ａ、泡液通路４２を通じて泡液ケーシング５２に送られる。
この後、泡液は、図示しない排出口より、図１の矢印５２Ａに示すように遠心脱泡機１の外部（配管８４）に排出される。一方、脱泡処理されてロータ２の周壁側に移動した脱泡液は、原液供給口４１ａを通じて送られてくる原液の供給圧力により押されて、規制板３３を越えて脱泡液取込口３１ａへと送られる。
【００４９】
この後、脱泡液は、脱泡液取込口３１ａ、脱泡液通路４３を通じて脱泡液ケーシング５３に送られ、脱泡液排出口５３ａより矢印５３Ａに示すように遠心脱泡機１の外部（配管８５）に排出される。このとき、メカニカルシール７５により脱泡液ケーシング５３内の気密性が高くされるとともに、脱泡液ケーシング５３の内面にテーパ部５３ｂが形成されているので、脱泡液ケーシング５３内の脱泡液中に気泡が残存していたとしても、当該気泡は、複数が連結してサイズが大きくなることなく、脱泡液排出口５３ａより排出される。
【００５０】
本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、内筒３１をロータ２の回転軸と同軸となるように配置するとともに、内筒３１の内側に形成された脱泡液通路４２を通じて脱泡処理後の脱泡液が排出されるようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。また、脱泡液の移動方向は回転軸ＡＸと平行であり、上記気泡の移動方向は、上記気泡が回転軸ＡＸに向かって移動するため、回転軸ＡＸに対して交差（例えば直交）方向である。すなわち、脱泡液と上記気泡との移動方向は互いに相違する。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、装置への原液の初期充填時に脱泡液ケーシング５３内に入り込んだ気泡も、脱泡液ケーシング５３内に溜まらずに排出される。したがって、ロータ２の回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、泡液取込口３２ａを規制板３３よりも開口２２ａ側の位置に設けるとともに、脱泡液取込口３１ａを開口２２ａから離れた位置に設けている。これにより、脱泡処理室２ａ内の気泡は、規制板３３に移動を規制されて脱泡液取込口３１ａ側に移動できず、より確実に泡液取込口３２ａ側に誘導されることになる。したがって、脱泡効果を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、脱泡液ケーシング５３の内筒３１の端部開口３１ｂに対向する壁に、脱泡液排出口５３ａを設けている。さらに、当該脱泡液排出口５３ａを回転軸ＡＸ上に位置するように設けている。これにより、脱泡液中に残存する気泡が脱泡液排出口５３ａに向けて移動するときにおいても、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。なお、これに対して、例えば脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁のみに設けた場合には、脱泡液排出口５３ａが回転軸ＡＸから離れて位置することになるため、脱泡液中に残存する気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響が大きくなる。このため、泡溜まり領域が発生する恐れが高くなる。
【００５３】
なお、脱泡液排出口５３ａは、脱泡液ケーシング５３の内筒３１の端部開口３１ｂに対向する壁と脱泡液ケーシング５３の側壁の両方に設けてもよい。これにより、脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁のみに設ける場合よりも高い脱泡効果を得ることができる。また、脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁にも設けることで、メカニカルシール７５と脱泡液ケーシング５３との間への脱泡液の流れを発生させることができる。これにより、内筒３１の回転により発熱したメカニカルシール７５と脱泡液とを確実に接触させて、メカニカルシール７５を冷却できるという効果も得られる。
【００５４】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、脱泡液ケーシング５３の内面に、脱泡液排出口５３ａに向かうに従い収束するテーパ部５３ｂが形成されている。これにより、脱泡液ケーシング５３内の気泡は、脱泡液通路４３を通じて供給される脱泡液に押されて、テーパ５３ｂに沿って脱泡液排出口５３ａに誘導されることになる。したがって、泡溜まり領域の発生をさらに抑えることができる。
【００５５】
《第２実施形態》
図３を参照しつつ、本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａの構成を説明する。図３は、本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａの構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａは、脱泡液ケーシング５３及びメカニカルシール７５に代えて脱泡液ケーシング９１、スペーサ９２及びオイルシール９３を備える点で本第１実施形態にかかる遠心脱泡機１と異なる。それ以外の点は同様であるので重複する説明は省略し、以下、主に相違点について説明する。
【００５６】
図３において、脱泡液ケーシング９１は、概ね有底円筒形状に形成され、下端部が泡液ケーシング５２の上面に一体的に固定されている。すなわち、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング９１とは、回転しない構成であり、それらはロータ２及び中空シャフト３を回転可能に支持している。脱泡液ケーシング９１の内部には、内筒３１の上端開口３１ｂが連通している。内筒３１の上端開口３１ｂと対向する脱泡液ケーシング９１の壁には、矢印９１Ａに示すように脱泡液を遠心脱泡機１Ａの外部に排出するための脱泡液排出口９１ａが設けられている。脱泡液排出口９１ａは、回転軸ＡＸを含むように、すなわち回転軸ＡＸ上に位置するように設けられている。
【００５７】
脱泡液ケーシング９１の内半径ｒ１は、外筒３２の外半径ｒ２よりも大きく形成されている。脱泡液ケーシング９１の内側には、リング状のスペーサ９２が配置されている。スペーサ９２は、脱泡液中に残存する気泡が、回転軸９１Ａから離れて位置しないようにするための部材である。ここで、従来例の遠心脱泡機１００において、泡溜まり領域Ｘ１００は、外筒１０５の外周面よりも回転軸ＡＸ１から離れて位置する脱泡液ケーシング１２３内で発生する（図７参照）。このため、スペーサ９２の内半径ｒ３は、外筒３２の外半径ｒ２よりも小さく形成されている。すなわち、仮に泡溜まり領域が発生したとしても、当該泡溜まり領域が従来例よりも回転軸ＡＸ側で発生するようにしている。
【００５８】
軸受部材６３の上部には、脱泡液ケーシング９１内の脱泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためのシール部材として、オイルシール９３が配置されている。オイルシール９３は、回転部材の軸受部材を密封し、流体の漏出を防止するために一般的に使用されるシール部材である。オイルシール９３としては、例えば、荒井製作所製のオイルシール（品番：ＦＳ−２５−４０−７）が挙げられる。なお、オイルシール９３は、内筒３１が回転することにより発熱する恐れがあるので、脱泡液ケーシング９１及びスペーサ９２とは接触しないように配置されることが好ましい。言い換えれば、スペーサ９２の内半径ｒ３は、オイルシール９３の外半径以上に形成されることが好ましい。
【００５９】
以上のように構成される本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａによれば、脱泡液ケーシング９１の内側にスペーサ９２を設けて、脱泡液中に残存する気泡が回転軸９１Ａから離れて位置しないようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、ロータ２の回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【００６０】
次に、図４〜６を用いて、上記第１実施形態にかかる遠心脱泡機１と、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａと、従来例の遠心脱泡機１０１との脱泡効果について説明する。ここでは、サンプルとしてカーボポールを使用し、各遠心脱泡機に流れる原液の全流量を７５０ｃｃ／ｍｉｎとし、液と気泡との比率を５：５として脱泡処理を行い、処理後の脱泡液を２ｍｌ採取して、その脱泡液中に含まれる気泡の数及びサイズを観察した。また、ロータの回転数を０、３００〜１，８００ｒｐｍ（１００ｒｐｍ刻み）とし、粘度５００ｃｐ（センチポアズ）、３，０００ｃｐ、及び１０，０００ｃｐとしたときの脱泡液中の気泡について、それぞれ観察した。
【００６１】
図４は、原液の粘度が５００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図５は、原液の粘度が３，０００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図６は、原液の粘度が１０，０００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図４〜図６において、横軸はロータの回転数を示し、縦軸は脱泡液中に残存する気泡の個数を示している。また、各図中の実線は、サイズが５０μｍ〜１００μｍ未満の気泡のデータを結んでおり、点線は、サイズが１００μｍ〜２００μｍ未満の気泡のデータを結んでいる。各図中の１点鎖線は、サイズが２００〜４００μｍ未満の気泡のデータを結んでおり、２点鎖線は、サイズが４００μｍ以上の気泡のデータを結んでいる。
【００６２】
図４より、原液の粘度が５００ｃｐのとき、各遠心脱泡機により、ロータの回転数が８００ｒｐｍ以上でほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第１実施形態の遠心脱泡機１及び第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１と比べて、全体的に気泡の数が減るとともにサイズが小さくなっていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が８００ｒｐｍ以上のときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６３】
また、図５より、原液の粘度が３，０００ｃｐのとき、各遠心脱泡機により、ロータの回転数が１，１００ｒｐｍ〜１，２００ｒｐｍでほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第１実施形態の遠心脱泡機１及び第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１と比べて、全体的に気泡の数が減るとともにサイズが小さくなっていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が１，０００ｒｐｍ以上のときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６４】
一方、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａにおいても、ロータの回転数が１，３００ｒｐｍ以上のときに、５０μｍ〜１００μｍ程度の比較的サイズの小さな気泡が回転数の増加に伴って多数発生していることが分かる。この原因は、ロータの回転数の増加による脱泡液ケーシング内の圧力変化により、オイルシール９３の部分で空気漏れが発生しているためと推察される。これに対して、気密性の高いメカニカルシール７５を用いた第１実施形態の遠心脱泡機１においては、ロータの回転数が１，３００ｒｐｍ以上のときであっても、気泡の発生はほぼ抑えられている。
【００６５】
また、図６より、原液の粘度が１０，０００ｃｐのとき、第１実施形態の遠心脱泡機１により、ロータの回転数が１，５００ｒｐｍ以上でほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１に比べて、２００μｍ以上の比較的サイズの大きな気泡が減っていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が１，７００ｒｐｍ〜１，８００ｒｐｍのときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６６】
以上の結果より、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａによれば、従来例の遠心脱泡機１０１に比べて、脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができることが分かる。
また、第１実施形態の遠心脱泡機１によれば、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａよりもさらに、脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができることが分かる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、上記第２実施形態では、脱泡液の漏出を防止するためのシール部材としてオイルシール９３を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、メカニカルシール７５が用いられてもよい。
【００６８】
また、上記第２実施形態では、脱泡液ケーシング９１とスペーサ９２とを別々の部材で構成したが、脱泡液ケーシング９１とスペーサ９２とは単一の部材で構成されてもよい。
また、上記第２実施形態では、リング状のスペーサ９２を用いたが、本発明はこれに限定されず、その他の形状のものでもよい。この場合、回転軸ＡＸからスペーサ９２の内面までの最大距離が外筒３２の外半径ｒ２よりも短くなるように構成すればよい。これにより、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａと同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、上記第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の設置は、図１に示すようにロータ２を下にして脱泡液ケーシング５３が上方に位置するように設置されることが好ましい。これにより、脱泡液中に残存する気泡に上方向に浮力がかかることになり、当該気泡のサイズが大きくなる前に脱泡液排出口５３ａから排出することができる。これにより、さらに脱泡効果を向上させることができる。また、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａについても同様に、図３に示すようにロータ２を下にして脱泡液ケーシング９１が上方に位置するように設置されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明にかかる遠心脱泡機は、脱泡液中にサイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができるので、特に、化学、医薬、製紙、繊維、印刷、電子材料、油製品などの工業分野や、化粧品、食品、樹脂、塗料、接着剤、シール材などの製品の製造過程において、液中に混入した気泡を連続的に除去するための脱泡機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機を用いて原液を処理するシステムの模式構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が５００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が３，０００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が１０，０００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図７】従来例の遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ 遠心脱泡機
２ ロータ
２ａ 脱泡処理室
３ 中空シャフト
２１ 容器
２１ａ 底壁
２２ 蓋部
２２ａ 開口
２２ｂ シリンダ部
２３ 回転シャフト
３１ 内筒
３１ａ 脱泡液取込口
３２ 外筒
３２ａ 泡液取込口
３３ 規制板
４１ 原液通路
４１ａ 原液供給口
４２ 泡液通路
４３ 脱泡液通路
５１ 原液ケーシング
５２ 泡液ケーシング
５３，９１ 脱泡液ケーシング
５３ａ，９１ａ 脱泡液排出口
５３ｂ テーパ部
６１，６２，６３ 軸受部材
７１，７２，７３，７４ シール部材
７５ メカニカルシール
９２ スペーサ
９３ オイルシール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中に散在する泡を除去するための脱泡機に関し、特に、化学、医薬、製紙、繊維、印刷、電子材料、油製品などの工業分野や、化粧品、食品、樹脂、塗料、接着剤、シール材などの製品の製造過程において、液中に混入した泡を連続的に除去するための脱泡機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液中に混入した気泡を除去する方法としては、当該液中に消泡剤などを利用する化学的方法と以下に示す物理的方法とがある。物理的脱泡方法としては、例えば、自然圧力下又は減圧下において自然に気泡と液体とが分離するまで液体を放置する方法や加圧ロール方式、回転スクリーン方式、減圧薄膜方式を用いた方法が開示されている。
【０００３】
しかし、化学的方法は、液中に消泡剤などを添加することにより液中成分が変化するため、用途によっては好ましくない場合がある。また、物理的方法では、上記いずれの方法においても粘度が高い液体の脱泡が難しく、脱泡に長時間を有する等の問題がある。また、例えば、減圧下において処理を行うものは、液体の中に香料や溶剤などの揮発しやすい成分が蒸発しやすくなり、液の物性が不安定になる。さらに、高真空度対応の精密ポンプが必要であり、設備費が高くなる等の問題がある。
【０００４】
このような問題点を解決する遠心式の脱泡機が、例えば特開２００５−１３１６００号公報に開示されている。図７は、この従来例の遠心脱泡機の構成を示す断面図である。従来例の遠心脱泡機１０１は、上下方向に延びる回転軸ＡＸ１を中心に回転可能に構成される有底円筒形状の容器１０２と、容器１０２の底壁１０２ｄの内面中心部に回転軸ＡＸ１と同軸となるように固定され、上下方向に立設された中空シャフト１０３とを備えている。
【０００５】
容器１０２の上部開口には、中空シャフト１０３が貫通する開口１０８ａを有する蓋部１０８が設けられている。容器１０２と蓋部１０８とで略円筒形箱体のロータが構成されている。当該ロータの内部が、原液の脱泡処理を行う脱泡処理室１０２ａとなる。蓋部１０８の開口１０８ａの周囲には、シリンダ部１０８ｂが立設されている。
【０００６】
容器１０２の底壁１０２ｄの外面中心部には、容器１０２の回転軸ＡＸ１と同軸となるように回転シャフト１０７が固定されている。回転シャフト１０７が図示しないモーター等から動力を受けてＲ１方向に回転することにより、脱泡処理室１０２ａ内に供給された原液中の気泡が回転軸ＡＸ１側へ移動され、気泡を含まない脱泡液が脱泡処理室１０２ａ内の外側領域へ移動される。これにより、原液が、気泡が集められた泡液と脱泡液とに分離される。
【０００７】
中空シャフト１０３は、内筒１０４と、内筒１０４よりも長さが短く、内径が大きい外筒１０５とを備えた２重管構造で構成されている。
外筒１０５は、最下端に設けられた外筒固定部材１０６によって内筒１０４に固定され、内筒１０４の両端を除く中間部分のみを覆うように設けられている。外筒１０５と内筒１０４との間には、原液が通過する原液通路１１２が形成されている。脱泡処理室１０２ａの外部に位置する原液通路１１２の上端開口は、原液ケーシング１２２の内部と連通している。原液ケーシング１２２は、外筒１０５に覆われていない内筒１０４の上部外周面を回転可能に支持している。原液ケーシング１２２には、側壁に設けられた図示しない供給口より原液が供給される。
脱泡処理室１０２ａ内に位置する外筒１０５の下端部には、原液ケーシング１２２から原液通路１１２を通じて供給される原液を脱泡処理室１０２ａ内に供給するための原液供給口１０５ａが設けられている。
【０００８】
脱泡処理室１０２ａ内で且つ外筒１０５の原液供給口１０５ａの上位には、前記分離された脱泡液中に残存する気泡が脱泡液通路１１３側に移動するのを規制する規制板１０９が設けられている。規制板１０９は、外筒１０５の周りに回転軸ＡＸ１と交差する方向に放射状に突出するように設けられている。
【０００９】
外筒１０５とシリンダ１０８ｂとの間には、脱泡処理室１０２ａで脱泡処理された脱泡液を排出するための脱泡液通路１１３が形成されている。脱泡液通路１１３の上端開口は、脱泡液を排出するための脱泡液ケーシング１２３の内部と連通している。脱泡液ケーシング１２３は、外筒１０５の上部外周面を回転可能に支持している。
【００１０】
内筒１０４の下端は、容器１０２の底壁１０２ｄに回転軸ＡＸ１と同軸となるように固定されている。外筒固定部材１０６より下位で且つ内筒１０４の下端近傍には、脱泡処理室１０２ａと内筒１０４の内部とを連通する泡液取込口１０４ａが設けられている。内筒１０４の内部には、泡液取込口１０４ａから取り込まれた泡液を内筒１０４の上端開口から排出するための泡液通路１１１が形成されている。脱泡処理室１０２ａの外部に位置する泡液通路１１１の上端開口は、泡液を排出するための泡液ケーシング１２１の内部と連通している。泡液ケーシング１２１は、原液ケーシング１２２に固定され、原液ケーシング１２２は、脱泡液ケーシング１２３に固定されている。すなわち、泡液ケーシング１２１と原液ケーシング１２２と脱泡液ケーシング１２３とは、一体的に固定されており、それぞれ回転しない構成である。
【００１１】
なお、容器１０２及び中空シャフト１０３の回転をスムーズにするために、内筒１０４、外筒１０５、及びシリンダ部１０８ｂの上端近傍にはベアリング１３１〜１３３が設けられるとともに、各ケーシング間の液の漏出を防止するために、Ｏ−リング等のシール部材１３４〜１３８が備えられている。
【００１２】
従来例の遠心脱泡機１０１は、気泡と液とを分離するために規制板１０９を設けるなどの構成により、比較的高粘度の原液でも脱泡処理することが可能である。また、容器１０２に鉛直方向に原液が供給されるとともに、鉛直方向に泡液及び脱泡液が排出されるため、中空シャフト１０３内での原液の分離などの問題が生じることなく、供給された原液が容器１０２内に移動してから分離が行われるため、分離の効率も高い。
【特許文献１】特開２００５−１３１６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来例の遠心脱泡機１０１においては、比較的高粘度の原液でも脱泡処理することが可能であるものの、原液中から完全に気泡を分離することはできない。このため、脱泡液ケーシング１２３に送られる脱泡液中にも、僅かながらも気泡が残存する。脱泡液ケーシング１２３内においても、ロータの回転による遠心力の影響を受けて脱泡液の一部に脱泡処理が行われるため、脱泡液ケーシング１２３に送られた気泡は、回転軸ＡＸ１側に移動しようとする。このとき、脱泡液ケーシング１２３に送られる脱泡液と当該気泡との移動方向が互いに逆向きで釣り合い、泡溜まり領域Ｘ１００（図７参照）が発生する恐れがある。
【００１４】
脱泡液ケーシング１２３に送られる気泡は、従来例の遠心脱泡機１０１の脱泡効果により、目視では確認できない程にサイズが小さくされるが、泡溜まり領域Ｘ１００にて滞留することで、脱泡処理が進行するに連れて隣接する気泡が互いに連結してサイズが徐々に大きくなる。当該気泡は、ある程度のサイズになるとせん断され、脱泡液ケーシング１２３に設けられた脱泡液排出口より矢印１２３Ａの方向に排出される。
したがって、従来例の遠心脱泡機１０１においては、脱泡処理した脱泡液中に比較的サイズ（例えば２００μｍ以上）の大きな気泡が混入するという課題がある。
【００１５】
一方、原液の粘度が高いもの程、気泡が分離されにくいことが一般に知られている。従来例の遠心脱泡機１０１において脱泡効果を向上させるには、ロータの回転数を上げることが効果的であると考えられる。しかしながら、ロータの回転数を上げれば上げるほど、脱泡液ケーシング１２３内の脱泡液及び気泡にロータの回転による遠心力の影響が強く働くため、泡溜まり領域Ｘ１００が発生しやすくなる。このため、従来例の遠心脱泡機１０１においては、高粘度の原液に対して、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入しないようにして、脱泡効果を向上させることは困難である。
【００１６】
さらに、従来例の遠心脱泡機１０１においては、装置への原液の初期充填の際（原液に遠心力がかけられない状態）、気泡を含む液が脱泡液ケーシング１２３内に入り込む。この状態でロータが回転して当該液に遠心力がかかると、液中の気泡は、回転軸ＡＸ１方向に移動するため泡溜まり領域Ｘ１００で滞留することになる。すなわち、脱泡液ケーシング１２３内から気泡を完全に無くすことは困難である。また、泡溜まり領域Ｘ１００においてサイズの大きな気泡が存在するときにロータが高速回転すると、当該気泡はせん断されて脱泡液ケーシング１２３の脱泡液排出口より排出されやすくなる。すなわち、ロータの回転数を上げると、脱泡液中に気泡が混入する恐れが高くなる。このため、従来例の遠心脱泡機１０１においては、ロータの回転数を上げても気泡の混入を抑制することは困難である。
【００１７】
したがって、本発明の目的は、上記課題を解決することにあって、原液に回転により遠心力を与えることによって脱泡液と泡液とに分離する遠心脱泡機において、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる遠心脱泡機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、前記ロータ内の脱泡処理室に存在しかつ気泡が含まれる原液に、回転により遠心力を与えることによって前記気泡を前記回転軸近傍に集める脱泡処理を行い、処理後の脱泡液と前記気泡が集められた泡液とに分離する遠心脱泡機であって、
前記脱泡処理室内から、前記回転軸を含むように前記ロータの一方の端部壁に形成された開口を通過して前記脱泡処理室の外部へ、前記回転軸と同軸で且つ前記ロータの回転軸方向に延在するようにそれぞれ配置された、外筒と内筒とを有する中空シャフトと、
前記脱泡処理室内において、前記ロータの一方の端部壁と対向するように設けられ、前記回転軸に交差する方向で且つ前記中空シャフトの周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、
前記外筒は、
前記外筒の外周面と前記開口とによって原液供給口を画定するとともに、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口側に位置する外筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する泡液取込口が設けられ、
前記内筒は、
前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とによって前記泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた泡液が通過する泡液通路を形成し、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口から離れて位置する内筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する脱泡液取込口が設けられ、前記内筒の内周面によって前記脱泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する、遠心脱泡機を提供する。
【００１９】
本発明の第２態様によれば、前記中空シャフトは、前記ロータと一体的に回転するように、前記脱泡処理室内に位置する前記内筒の端部が前記ロータの他方の端部壁に固着され、
前記遠心脱泡機は、さらに、前記脱泡処理室の外部に位置する前記内筒の端部開口と連通する脱泡液ケーシングを備え、
前記脱泡液ケーシングは、
前記内筒の前記端部開口に対向する壁に、前記脱泡液を排出するための脱泡液排出口が設けられている、第１態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２０】
本発明の第３態様によれば、前記脱泡液排出口は、前記回転軸を含むように設けられている、第２態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２１】
本発明の第４態様によれば、前記脱泡液ケーシングは、内面に、前記内筒の前記端部開口から前記脱泡液排出口に向かうに従い収束するテーパ部が形成されている、第２又は３態様に記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２２】
本発明の第５態様によれば、前記脱泡液ケーシングは、前記回転軸と直交する方向における前記回転軸から内面までの最大距離が前記外筒の外半径よりも短く構成されている、第２〜４態様のいずれか１つに記載の遠心脱泡機を提供する。
【００２３】
本発明の第６態様によれば、前記内筒と前記脱泡液ケーシングとの間に、前記脱泡液の漏出を防止するメカニカルシールが設けられている、第２〜５態様のいずれか１つに記載の遠心脱泡機を提供する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の遠心脱泡機によれば、中空シャフトの内筒をロータの回転軸と同軸となるように配置するとともに、当該内筒の内側に形成された脱泡液通路を通じて脱泡処理後の脱泡液が排出されるようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータの回転による遠心力の影響を小さくすることができる。また、脱泡液の移動方向は回転軸と平行であり、上記気泡の移動方向は、上記気泡が回転軸に向かって移動するため、回転軸に対して交差（例えば直交）方向である。すなわち、脱泡液と上記気泡との移動方向は互いに相違する。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、ロータの回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
《第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係る遠心脱泡機１について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の構成を示す断面図である。遠心脱泡機１は、多数の気泡が分散された原液に遠心力を与えることによって脱泡液と泡液とに分離し、原液中の気泡を取り除くための装置である。なお、遠心脱泡機１の各構成部品は、特にことわりの無い限り、回転軸ＡＸを中心として線対称に形成されている。
【００２７】
図１において、遠心脱泡機１は、概ね円筒形箱体で構成され、上下方向に延在する回転軸ＡＸを中心に回転可能に構成されるロータ２を備えている。ロータ２の内部には、気泡が含まれる原液に回転により遠心力を与えて、気泡が集められた泡液と気泡が取り除かれた脱泡液とに分離するための脱泡処理室２ａが形成されている。
【００２８】
ロータ２は、有底円筒形状の容器２１と、「一方の端部壁」の一例である蓋部２２とを備えている。蓋部２２には、回転軸ＡＸと交差する部分を含むように開口２２ａが形成されている。蓋部２２の開口２２ａの周囲には、シリンダ部２２ｂが脱泡処理室２ａから離れる方向に立設されている。
【００２９】
ロータ２の「他方の端部壁」の一例である底壁２１ａの外面中心部には、回転軸ＡＸと同軸となるように回転シャフト２３が固定されている。なお、回転シャフト２３は、底壁２１ａの中心部を貫通して内筒３１の下端に固定されてもよい。回転シャフト２３が図示しないモーター等から動力を受けてＲ方向又はその逆方向に回転することにより、ロータ２がＲ方向又はその逆方向に回転する。このロータ２の回転により、脱泡処理室２ａ内に遠心力が発生し、脱泡処理室２ａ内に供給された原液中の気泡が回転軸ＡＸ側へ移動され、気泡を含まない脱泡液が脱泡処理室２ａ内の外側領域へ移動される。これにより、原液が泡液と脱泡液とに分離される。
【００３０】
ロータ２の底壁２１ａの内面中心部には、回転軸ＡＸ方向に延在するように中空シャフト３が固定されている。中空シャフト３は、内筒３１と、内筒３１よりも長さが短く且つ内径が大きく形成され、内筒３１の両端部を除く中間部分のみを覆うように配置された外筒３２と、を備えた２重管構造で構成されている。内筒３１と外筒３２とはそれぞれ、脱泡処理室２ａ内から開口２２ａを通過して脱泡処理室２ａの外部へ、回転軸ＡＸと略同軸で且つ回転軸ＡＸ方向に延在するように配置されている。
【００３１】
脱泡処理室２ａ内に位置する内筒３１の下端は、底壁２１ａの内面中心部に固定されている。なお、内筒３１の下端は、上記したように底壁２１ａの中心部を貫通する回転シャフトの上端に固定されてもよい。脱泡処理室２ａ内において、内筒２ａの周りには、蓋部２２と対向し且つ回転軸ＡＸに交差（例えば直交）する方向に放射状（例えば円形状）に延在する面３３ａを有し、脱泡処理室２ａ内の気泡の移動を規制する規制板３３が固定されている。規制板３３の面３３ａに外筒３２の一端部が固定されている。これにより、内筒３１と外筒３２と規制板３３とが、ロータ２と一体的に回転可能に構成されている。
【００３２】
外筒３２とシリンダ２２ｂとの間には、脱泡処理室１０２ａに原液を供給するための原液通路４１が、外筒３２の内周面とシリンダ２２ｂの外周面とにより形成されている。また、外筒３２の外周面と開口２２ａとにより、原液通路４１と脱泡処理室２ａとを連通する原液供給口４１ａが画定されている。脱泡液処理室１０２ａの外部に位置する原液通路４１の上端開口４１ｂは、原液を受け入れ、排出するための原液ケーシング５１の内部と連通している。原液ケーシング５１には、図示しない供給口が設けられており、当該供給口より矢印５１Ａに示すように遠心脱泡機１の外部から原液が供給される。また、原液ケーシング５１には、図示しない空気抜きバルブが接続されており、矢印８６に示すように内部の空気を排出可能になっている。
【００３３】
原液ケーシング５１は、外筒３２の上部外周面とシリンダ２２ｂの外周面とを、ベアリングなどの軸受部材６１，６２を介して回転可能に支持している。軸受部材６１の上部には、原液ケーシング５１内の原液が軸受部材６１に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７１が設けられている。軸受部材６２の下部には、原液ケーシング５１内の原液が軸受部材６２に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７２が設けられている。
【００３４】
脱泡液処理室２ａ内で且つ規制板３３よりも開口２２ａ側に位置する外筒３２の外筒周壁には、脱泡処理室２ａ内で分離された泡液を取り込むための泡液取込口３２ａが設けられている。外筒３２と内筒３１との間には、泡液取込口３２ａより取り込まれた泡液が通過する泡液通路４２が、外筒３２の内周面と内筒３１の外周面とにより形成されている。
【００３５】
泡液通路４２の上端開口４２ａは、泡液を受け入れ、排出するための泡液ケーシング５２の内部と連通している。泡液ケーシング５２には、図示しない排出口が設けられており、当該排出口より矢印５２Ａに示すように遠心脱泡機１の外部に泡液が排出される。また、泡液ケーシング５２には、図示しない空気抜きバルブが接続されており、矢印８７に示すように内部の空気を排出可能になっている。
【００３６】
泡液ケーシング５２は、外筒３２に覆われていない内筒３１の上部外周面を、ベアリングなどの軸受部材６３を介して回転可能に支持している。泡液ケーシング５２の下端部は、原液ケーシング５１の上面に一体的に固定されている。軸受部材６２の上部には、泡液ケーシング５２内の泡液が軸受部材６２に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７３が設けられている。軸受部材６３の下部には、泡液ケーシング５２内の泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためにＯ−リング等のシール部材７４が設けられている。
【００３７】
脱泡液処理室２ａ内で且つ規制板３３よりも開口２２ａから離れて位置する内筒３１の内筒周壁には、脱泡処理室２ａ内で分離された脱泡液を取り込むための脱泡液取込口３１ａが設けられている。内筒３１の内側には、脱泡液取込口３１ａより取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路４３が、内筒３１の内周面により形成されている。
【００３８】
内筒３１の上端開口（端部開口）３１ｂは、脱泡液を受け入れ、排出するための脱泡液ケーシング５３の内部と連通している。上端開口４３ａと対向する脱泡液ケーシング５３の壁には、矢印５３Ａに示すように脱泡液を遠心脱泡機１の外部に排出するための脱泡液排出口５３ａが設けられている。脱泡液排出口５３ａは、回転軸ＡＸを含むように、すなわち回転軸ＡＸ上に位置するように設けられている。
【００３９】
脱泡液ケーシング５３の内面には、上端開口３１ｂから脱泡液排出口５３ａに向かうに従い収束するテーパ部５３ｂが形成されている。このテーパ部５３ｂにより、脱泡液中に残存する気泡が脱泡液排出口５３ａから排出されやすくなっている。
【００４０】
脱泡液ケーシング５３の下端部は、泡液ケーシング５２の上面に一体的に固定されている。すなわち、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング５３とは回転しない構成であり、それらはロータ２及び中空シャフト３を回転可能に支持している。言い換えれば、ロータ２の回転中において、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング５３とは静止状態にある。
【００４１】
軸受部材６３の上部には、脱泡液ケーシング５３内の脱泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためのシール部材として、メカニカルシール７５が配置されている。メカニカルシール７５は、シール部材の中でも気密性に優れたシール部材である。このメカニカルシール７５としては、例えば、日本ピラー製のメカニカルシール（品番：ＰＥＵ−０２５）、イーグル工業製のメカニカルシール（品番：ＬＡ２００−０２５）などが挙げられる。なお、メカニカルシール７５は、内筒３１が回転することにより発熱する恐れがあるので、脱泡液ケーシング５３とは接触しないように配置されることが好ましい。このように配置することで、脱泡液の温度がメカニカルシールの発熱温度より低いとき（例えば常温のとき）、メカニカルシール７５を脱泡液と接触させて冷却することができる。
【００４２】
次に、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１を用いて原液を処理するシステムについて説明する。図２は、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１のシステム構成図である。なお、遠心脱泡機１を用いて原液を処理するシステムの各動作は、図示しない記憶部に予め記憶された動作プログラムに基づいて各装置の動作を制御するように構成された図示しない制御部にて制御される。
【００４３】
脱泡処理を行う原液は、原液タンク８１に蓄積されている。原液タンク８１からの原液は、ポンプ８２により配管８３を通って遠心脱泡機１の原液ケーシング５１に送りこまれる。原液ケーシング５１に送りこまれた原液は、上述したようにロータ２の脱泡処理室２ａ内に送られて泡液と脱泡液とに分離される。原液から分離された泡液は、配管８４を通じて遠心脱泡機１の外部に排出され、その一部は原料タンク４０に戻され、残りの一部は排出される。一方、原液から分離された脱泡液は、配管８５を通って遠心脱泡機１の外部に排出される。
【００４４】
なお、各配管８３〜８５には、当該配管を通過する給送量を調整するための図示しないバルブが設けられている。また、配管８３には、配管内に存在する空気が遠心脱泡機１内に送りこまれないようにするために、図示しない空気抜きバルブが設けられている。
【００４５】
次に、図１及び図２を参照しつつ、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の動作を説明する。
【００４６】
上記システムにおいてポンプ８２を駆動すると、原料タンク８１から遠心脱泡機１へ原液の供給が行われる。
遠心脱泡機１への原液の供給により遠心脱泡機１の空気抜きバルブから矢印８６、８７に示すように原液が出てきたら、各空気抜きバルブを閉じる。
この後、図示しないモーター等を駆動して回転シャフト２３を回転させ、所定の回転数でロータ２の回転を開始させる。ロータ２の回転数は、原料や遠心脱泡機１の仕様などの運転条件により適宜調整することができる。
【００４７】
配管８３を通って、図１の矢印５１Ａに示すように原液ケーシング５１に送りこまれた原液は、原液通路４１を通過し、脱泡処理室２ａ内に送られる。
脱泡処理室２ａ内に送られた原液は、ロータ２が回転することにより、ロータ２の回転に伴う遠心力を受ける。これにより、原液は、単位体積あたりの比重が大きい液体部分がロータ２の周壁側（外側領域）に移動し、単位体積あたりの比重が小さい気泡部分がロータ２の回転軸ＡＸ側へ移動する。このとき、規制板３３が回転軸ＡＸに対して交差する方向に放射状に延在するよう設けられているので、原液中の気泡の大部分又は全部は、規制板３３を越えて脱泡液取込口３１ａまで移動することができない。したがって、原液が泡液と脱泡液とに分離される。
【００４８】
規制板３３を越えることなく回転軸ＡＸ側に集められた気泡を含む泡液は、泡液取込口３２ａ、泡液通路４２を通じて泡液ケーシング５２に送られる。
この後、泡液は、図示しない排出口より、図１の矢印５２Ａに示すように遠心脱泡機１の外部（配管８４）に排出される。一方、脱泡処理されてロータ２の周壁側に移動した脱泡液は、原液供給口４１ａを通じて送られてくる原液の供給圧力により押されて、規制板３３を越えて脱泡液取込口３１ａへと送られる。
【００４９】
この後、脱泡液は、脱泡液取込口３１ａ、脱泡液通路４３を通じて脱泡液ケーシング５３に送られ、脱泡液排出口５３ａより矢印５３Ａに示すように遠心脱泡機１の外部（配管８５）に排出される。このとき、メカニカルシール７５により脱泡液ケーシング５３内の気密性が高くされるとともに、脱泡液ケーシング５３の内面にテーパ部５３ｂが形成されているので、脱泡液ケーシング５３内の脱泡液中に気泡が残存していたとしても、当該気泡は、複数が連結してサイズが大きくなることなく、脱泡液排出口５３ａより排出される。
【００５０】
本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、内筒３１をロータ２の回転軸と同軸となるように配置するとともに、内筒３１の内側に形成された脱泡液通路４２を通じて脱泡処理後の脱泡液が排出されるようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。また、脱泡液の移動方向は回転軸ＡＸと平行であり、上記気泡の移動方向は、上記気泡が回転軸ＡＸに向かって移動するため、回転軸ＡＸに対して交差（例えば直交）方向である。すなわち、脱泡液と上記気泡との移動方向は互いに相違する。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、装置への原液の初期充填時に脱泡液ケーシング５３内に入り込んだ気泡も、脱泡液ケーシング５３内に溜まらずに排出される。したがって、ロータ２の回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【００５１】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、泡液取込口３２ａを規制板３３よりも開口２２ａ側の位置に設けるとともに、脱泡液取込口３１ａを開口２２ａから離れた位置に設けている。これにより、脱泡処理室２ａ内の気泡は、規制板３３に移動を規制されて脱泡液取込口３１ａ側に移動できず、より確実に泡液取込口３２ａ側に誘導されることになる。したがって、脱泡効果を向上させることができる。
【００５２】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、脱泡液ケーシング５３の内筒３１の端部開口３１ｂに対向する壁に、脱泡液排出口５３ａを設けている。さらに、当該脱泡液排出口５３ａを回転軸ＡＸ上に位置するように設けている。これにより、脱泡液中に残存する気泡が脱泡液排出口５３ａに向けて移動するときにおいても、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。なお、これに対して、例えば脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁のみに設けた場合には、脱泡液排出口５３ａが回転軸ＡＸから離れて位置することになるため、脱泡液中に残存する気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響が大きくなる。このため、泡溜まり領域が発生する恐れが高くなる。
【００５３】
なお、脱泡液排出口５３ａは、脱泡液ケーシング５３の内筒３１の端部開口３１ｂに対向する壁と脱泡液ケーシング５３の側壁の両方に設けてもよい。これにより、脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁のみに設ける場合よりも高い脱泡効果を得ることができる。また、脱泡液排出口５３ａを脱泡液ケーシング５３の側壁にも設けることで、メカニカルシール７５と脱泡液ケーシング５３との間への脱泡液の流れを発生させることができる。これにより、内筒３１の回転により発熱したメカニカルシール７５と脱泡液とを確実に接触させて、メカニカルシール７５を冷却できるという効果も得られる。
【００５４】
また、本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機１によれば、脱泡液ケーシング５３の内面に、脱泡液排出口５３ａに向かうに従い収束するテーパ部５３ｂが形成されている。これにより、脱泡液ケーシング５３内の気泡は、脱泡液通路４３を通じて供給される脱泡液に押されて、テーパ５３ｂに沿って脱泡液排出口５３ａに誘導されることになる。したがって、泡溜まり領域の発生をさらに抑えることができる。
【００５５】
《第２実施形態》
図３を参照しつつ、本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａの構成を説明する。図３は、本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａの構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａは、脱泡液ケーシング５３及びメカニカルシール７５に代えて脱泡液ケーシング９１、スペーサ９２及びオイルシール９３を備える点で本第１実施形態にかかる遠心脱泡機１と異なる。それ以外の点は同様であるので重複する説明は省略し、以下、主に相違点について説明する。
【００５６】
図３において、脱泡液ケーシング９１は、概ね有底円筒形状に形成され、下端部が泡液ケーシング５２の上面に一体的に固定されている。すなわち、原液ケーシング５１と泡液ケーシング５２と脱泡液ケーシング９１とは、回転しない構成であり、それらはロータ２及び中空シャフト３を回転可能に支持している。脱泡液ケーシング９１の内部には、内筒３１の上端開口３１ｂが連通している。内筒３１の上端開口３１ｂと対向する脱泡液ケーシング９１の壁には、矢印９１Ａに示すように脱泡液を遠心脱泡機１Ａの外部に排出するための脱泡液排出口９１ａが設けられている。脱泡液排出口９１ａは、回転軸ＡＸを含むように、すなわち回転軸ＡＸ上に位置するように設けられている。
【００５７】
脱泡液ケーシング９１の内半径ｒ１は、外筒３２の外半径ｒ２よりも大きく形成されている。脱泡液ケーシング９１の内側には、リング状のスペーサ９２が配置されている。スペーサ９２は、脱泡液中に残存する気泡が、回転軸９１Ａから離れて位置しないようにするための部材である。ここで、従来例の遠心脱泡機１００において、泡溜まり領域Ｘ１００は、外筒１０５の外周面よりも回転軸ＡＸ１から離れて位置する脱泡液ケーシング１２３内で発生する（図７参照）。このため、スペーサ９２の内半径ｒ３は、外筒３２の外半径ｒ２よりも小さく形成されている。すなわち、仮に泡溜まり領域が発生したとしても、当該泡溜まり領域が従来例よりも回転軸ＡＸ側で発生するようにしている。
【００５８】
軸受部材６３の上部には、脱泡液ケーシング９１内の脱泡液が軸受部材６３に漏出するのを防止するためのシール部材として、オイルシール９３が配置されている。オイルシール９３は、回転部材の軸受部材を密封し、流体の漏出を防止するために一般的に使用されるシール部材である。オイルシール９３としては、例えば、荒井製作所製のオイルシール（品番：ＦＳ−２５−４０−７）が挙げられる。なお、オイルシール９３は、内筒３１が回転することにより発熱する恐れがあるので、脱泡液ケーシング９１及びスペーサ９２とは接触しないように配置されることが好ましい。言い換えれば、スペーサ９２の内半径ｒ３は、オイルシール９３の外半径以上に形成されることが好ましい。
【００５９】
以上のように構成される本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａによれば、脱泡液ケーシング９１の内側にスペーサ９２を設けて、脱泡液中に残存する気泡が回転軸９１Ａから離れて位置しないようにしている。これにより、脱泡液中に気泡が残存したとしても、当該気泡は従来例よりも回転軸近傍に位置することになり、当該気泡に加わるロータ２及び中空シャフト３の回転による遠心力の影響を小さくすることができる。したがって、泡溜まり領域の発生を抑えることができ、脱泡処理後の脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えることができる。また、泡溜まり領域の発生を抑えることができるので、ロータ２の回転数を上げることができ、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができる。
【００６０】
次に、図４〜６を用いて、上記第１実施形態にかかる遠心脱泡機１と、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａと、従来例の遠心脱泡機１０１との脱泡効果について説明する。ここでは、サンプルとしてカーボポールを使用し、各遠心脱泡機に流れる原液の全流量を７５０ｃｃ／ｍｉｎとし、液と気泡との比率を５：５として脱泡処理を行い、処理後の脱泡液を２ｍｌ採取して、その脱泡液中に含まれる気泡の数及びサイズを観察した。また、ロータの回転数を０、３００〜１，８００ｒｐｍ（１００ｒｐｍ刻み）とし、粘度５００ｃｐ（センチポアズ）、３，０００ｃｐ、及び１０，０００ｃｐとしたときの脱泡液中の気泡について、それぞれ観察した。
【００６１】
図４は、原液の粘度が５００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図５は、原液の粘度が３，０００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図６は、原液の粘度が１０，０００ｃｐのときの各遠心脱泡機の脱泡効果を示すグラフである。図４〜図６において、横軸はロータの回転数を示し、縦軸は脱泡液中に残存する気泡の個数を示している。また、各図中の実線は、サイズが５０μｍ〜１００μｍ未満の気泡のデータを結んでおり、点線は、サイズが１００μｍ〜２００μｍ未満の気泡のデータを結んでいる。各図中の１点鎖線は、サイズが２００〜４００μｍ未満の気泡のデータを結んでおり、２点鎖線は、サイズが４００μｍ以上の気泡のデータを結んでいる。
【００６２】
図４より、原液の粘度が５００ｃｐのとき、各遠心脱泡機により、ロータの回転数が８００ｒｐｍ以上でほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第１実施形態の遠心脱泡機１及び第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１と比べて、全体的に気泡の数が減るとともにサイズが小さくなっていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が８００ｒｐｍ以上のときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６３】
また、図５より、原液の粘度が３，０００ｃｐのとき、各遠心脱泡機により、ロータの回転数が１，１００ｒｐｍ〜１，２００ｒｐｍでほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第１実施形態の遠心脱泡機１及び第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１と比べて、全体的に気泡の数が減るとともにサイズが小さくなっていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が１，０００ｒｐｍ以上のときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６４】
一方、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａにおいても、ロータの回転数が１，３００ｒｐｍ以上のときに、５０μｍ〜１００μｍ程度の比較的サイズの小さな気泡が回転数の増加に伴って多数発生していることが分かる。この原因は、ロータの回転数の増加による脱泡液ケーシング内の圧力変化により、オイルシール９３の部分で空気漏れが発生しているためと推察される。これに対して、気密性の高いメカニカルシール７５を用いた第１実施形態の遠心脱泡機１においては、ロータの回転数が１，３００ｒｐｍ以上のときであっても、気泡の発生はほぼ抑えられている。
【００６５】
また、図６より、原液の粘度が１０，０００ｃｐのとき、第１実施形態の遠心脱泡機１により、ロータの回転数が１，５００ｒｐｍ以上でほぼ完全に脱泡液から気泡を取り除くことができることが分かる。また、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａでは、従来例の遠心脱泡機１０１に比べて、２００μｍ以上の比較的サイズの大きな気泡が減っていることが分かる。さらに、従来例の遠心脱泡機１０１では、ロータの回転数が１，７００ｒｐｍ〜１，８００ｒｐｍのときに、２００μｍ以上程度の比較的サイズの大きな気泡が突発的に発生していることが分かる。
【００６６】
以上の結果より、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａによれば、従来例の遠心脱泡機１０１に比べて、脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができることが分かる。
また、第１実施形態の遠心脱泡機１によれば、第２実施形態の遠心脱泡機１Ａよりもさらに、脱泡液中に比較的サイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができることが分かる。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、上記第２実施形態では、脱泡液の漏出を防止するためのシール部材としてオイルシール９３を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、メカニカルシール７５が用いられてもよい。
【００６８】
また、上記第２実施形態では、脱泡液ケーシング９１とスペーサ９２とを別々の部材で構成したが、脱泡液ケーシング９１とスペーサ９２とは単一の部材で構成されてもよい。
また、上記第２実施形態では、リング状のスペーサ９２を用いたが、本発明はこれに限定されず、その他の形状のものでもよい。この場合、回転軸ＡＸからスペーサ９２の内面までの最大距離が外筒３２の外半径ｒ２よりも短くなるように構成すればよい。これにより、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａと同様の効果を得ることができる。
【００６９】
なお、上記第１実施形態にかかる遠心脱泡機１の設置は、図１に示すようにロータ２を下にして脱泡液ケーシング５３が上方に位置するように設置されることが好ましい。これにより、脱泡液中に残存する気泡に上方向に浮力がかかることになり、当該気泡のサイズが大きくなる前に脱泡液排出口５３ａから排出することができる。これにより、さらに脱泡効果を向上させることができる。また、上記第２実施形態にかかる遠心脱泡機１Ａについても同様に、図３に示すようにロータ２を下にして脱泡液ケーシング９１が上方に位置するように設置されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明にかかる遠心脱泡機は、脱泡液中にサイズの大きな気泡が混入することを抑えるとともに、高粘度の原液に対しても脱泡効果を向上させることができるので、特に、化学、医薬、製紙、繊維、印刷、電子材料、油製品などの工業分野や、化粧品、食品、樹脂、塗料、接着剤、シール材などの製品の製造過程において、液中に混入した気泡を連続的に除去するための脱泡機として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる遠心脱泡機を用いて原液を処理するシステムの模式構成図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が５００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が３，０００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図６】本発明の第１及び第２実施形態にかかる遠心脱泡機と従来例の遠心脱泡機とにおいて、原液の粘度が１０，０００ｃｐのときの脱泡効果を示すグラフである。
【図７】従来例の遠心脱泡機の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１Ａ 遠心脱泡機
２ ロータ
２ａ 脱泡処理室
３ 中空シャフト
２１ 容器
２１ａ 底壁
２２ 蓋部
２２ａ 開口
２２ｂ シリンダ部
２３ 回転シャフト
３１ 内筒
３１ａ 脱泡液取込口
３２ 外筒
３２ａ 泡液取込口
３３ 規制板
４１ 原液通路
４１ａ 原液供給口
４２ 泡液通路
４３ 脱泡液通路
５１ 原液ケーシング
５２ 泡液ケーシング
５３，９１ 脱泡液ケーシング
５３ａ，９１ａ 脱泡液排出口
５３ｂ テーパ部
６１，６２，６３ 軸受部材
７１，７２，７３，７４ シール部材
７５ メカニカルシール
９２ スペーサ
９３ オイルシール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、前記ロータ内の脱泡処理室に存在しかつ気泡が含まれる原液に、回転により遠心力を与えることによって前記気泡を前記回転軸近傍に集める脱泡処理を行い、処理後の脱泡液と前記気泡が集められた泡液とに分離する遠心脱泡機であって、
前記脱泡処理室内から、前記回転軸を含むように前記ロータの一方の端部壁に形成された開口を通過して前記脱泡処理室の外部へ、前記回転軸と同軸で且つ前記ロータの回転軸方向に延在するようにそれぞれ配置された、外筒と内筒とを有する中空シャフトと、
前記脱泡処理室内において、前記ロータの一方の端部壁と対向するように設けられ、前記回転軸に交差する方向で且つ前記中空シャフトの周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、
前記外筒は、
前記外筒の外周面と前記開口とによって原液供給口を画定するとともに、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口側に位置する外筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する泡液取込口が設けられ、
前記内筒は、
前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とによって前記泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた泡液が通過する泡液通路を形成し、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口から離れて位置する内筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する脱泡液取込口が設けられ、前記内筒の内周面によって前記脱泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する、遠心脱泡機。
【請求項２】
前記中空シャフトは、前記ロータと一体的に回転するように、前記脱泡処理室内に位置する前記内筒の端部が前記ロータの他方の端部壁に固着され、
前記遠心脱泡機は、さらに、前記脱泡処理室の外部に位置する前記内筒の端部開口と連通する脱泡液ケーシングを備え、
前記脱泡液ケーシングは、
前記内筒の前記端部開口に対向する壁に、前記脱泡液を排出するための脱泡液排出口が設けられている、請求項１に記載の遠心脱泡機。
【請求項３】
前記脱泡液排出口は、前記回転軸を含むように設けられている、請求項２に記載の遠心脱泡機。
【請求項４】
前記脱泡液ケーシングは、内面に、前記内筒の前記端部開口から前記脱泡液排出口に向かうに従い収束するテーパ部が形成されている、請求項２又は３に記載の遠心脱泡機。
【請求項５】
前記脱泡液ケーシングは、前記回転軸と直交する方向における前記回転軸から内面までの最大距離が前記外筒の外半径よりも短く構成されている、請求項２〜４のいずれか１つに記載の遠心脱泡機。
【請求項６】
前記内筒と前記脱泡液ケーシングとの間に、前記脱泡液の漏出を防止するメカニカルシールが設けられている、請求項２〜５のいずれか１つに記載の遠心脱泡機。
【請求項１】
回転軸を中心として回転可能に構成された円筒形箱体のロータを有し、前記ロータ内の脱泡処理室に存在しかつ気泡が含まれる原液に、回転により遠心力を与えることによって前記気泡を前記回転軸近傍に集める脱泡処理を行い、処理後の脱泡液と前記気泡が集められた泡液とに分離する遠心脱泡機であって、
前記脱泡処理室内から、前記回転軸を含むように前記ロータの一方の端部壁に形成された開口を通過して前記脱泡処理室の外部へ、前記回転軸と同軸で且つ前記ロータの回転軸方向に延在するようにそれぞれ配置された、外筒と内筒とを有する中空シャフトと、
前記脱泡処理室内において、前記ロータの一方の端部壁と対向するように設けられ、前記回転軸に交差する方向で且つ前記中空シャフトの周りに放射状に延在する面を有する規制板とを備え、
前記外筒は、
前記外筒の外周面と前記開口とによって原液供給口を画定するとともに、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口側に位置する外筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する泡液取込口が設けられ、
前記内筒は、
前記内筒の外周面と前記外筒の内周面とによって前記泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた泡液が通過する泡液通路を形成し、前記脱泡処理室内に位置し且つ前記規制板よりも前記開口から離れて位置する内筒周壁の一部に前記脱泡処理室に連通する脱泡液取込口が設けられ、前記内筒の内周面によって前記脱泡液取込口を通じて前記脱泡処理室より取り込まれた脱泡液が通過する脱泡液通路を形成する、遠心脱泡機。
【請求項２】
前記中空シャフトは、前記ロータと一体的に回転するように、前記脱泡処理室内に位置する前記内筒の端部が前記ロータの他方の端部壁に固着され、
前記遠心脱泡機は、さらに、前記脱泡処理室の外部に位置する前記内筒の端部開口と連通する脱泡液ケーシングを備え、
前記脱泡液ケーシングは、
前記内筒の前記端部開口に対向する壁に、前記脱泡液を排出するための脱泡液排出口が設けられている、請求項１に記載の遠心脱泡機。
【請求項３】
前記脱泡液排出口は、前記回転軸を含むように設けられている、請求項２に記載の遠心脱泡機。
【請求項４】
前記脱泡液ケーシングは、内面に、前記内筒の前記端部開口から前記脱泡液排出口に向かうに従い収束するテーパ部が形成されている、請求項２又は３に記載の遠心脱泡機。
【請求項５】
前記脱泡液ケーシングは、前記回転軸と直交する方向における前記回転軸から内面までの最大距離が前記外筒の外半径よりも短く構成されている、請求項２〜４のいずれか１つに記載の遠心脱泡機。
【請求項６】
前記内筒と前記脱泡液ケーシングとの間に、前記脱泡液の漏出を防止するメカニカルシールが設けられている、請求項２〜５のいずれか１つに記載の遠心脱泡機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２８４４１９（Ｐ２００８−２８４４１９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２９１３３（Ｐ２００７−１２９１３３）
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１５日（２００７．５．１５）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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