JP2000074811A - 粉粒体の流動特性測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】閉塞状態を形成し易い粉粒体でも流動性を定量
的に正確に評価でき、流動挙動の均一性を定量的に評価
できる粉粒体の測定方法を提供する。 【解決手段】流出部２ａを有する保持部材２により粉粒
体３を保持し、その粉粒体３が流出部２ａから落下する
ように、その保持部材２を設定した速度で漸次傾斜さ
せ、その流出部２ａから一定量の粉粒体３が落下するの
に要する時間を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、粉粒体の流動特性
の測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば粉粒体製造プラントにおいては、
粉粒体に架橋や閉塞現象が生じるとプラントを円滑に運
転できなくなる。そのような架橋や閉塞現象に影響する
粉粒体物性として流動特性が、プラント運転の円滑化等
に資するために測定されている。従来、その粉粒体の流
動特性として、粉粒体の安息角や、一定量の粉粒体の流
動し易さに対応する流動性といった流動特性が測定され
ていた。

【０００３】図５は、従来の流動性の測定方法を示す。
すなわち、見かけ密度測定容器１０１により計量した一
定量、例えば１００ｃｃ、の粉粒体１０２をホッパー１
０３に投入し、しかる後に、そのホッパー１０３の下端
開口を閉鎖するシャッター１０４を開き、その一定量の
粉粒体が排出するまでに要する時間を流動性に対応する
値として測定していた。その排出に要する時間が短いほ
どに流動性が良好であると評価していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流動性
の測定方法では、粉粒体１０２が構成粒子間の摩擦、付
着力、ケーキング等により閉塞現象を起こした場合、ホ
ッパー１０３から流出しなかったり、流出が途中で停止
し、流動性を評価できない場合がある。これは、ホッパ
ー１０３が下方に絞られた形状のため、ホッパー下方の
粉粒体が圧密され閉塞現象を起こし易くなるからであ
る。これを解決するために、ホッパー１０３の下端開口
を大きくすることで閉塞現象は防止できるが、排出に要
する時間が短くなり過ぎるため流動性を正確に評価する
ことができなくなる。或いは、ホッパー１０３を打撃す
ることでも粉粒体の閉塞現象を解除することはできる
が、打撃力を定量化できたとしても流動性を排出に要す
る時間と打撃力の２因子で評価することは困難である。

【０００５】さらに、薬品や洗剤等の粉粒体は、その使
用に際して所定量を容器から流出させたり、包装容器に
充填するために所定量をホッパー等から流出させる。こ
の際、上記のような流動性（排出に要する時間）が同一
であっても、容器やホッパー等から所定量だけ円滑に流
出可能な粉粒体と、所定量を円滑に流出するのが困難な
粉粒体とがある。これは、粉粒体の閉塞現象により、一
時的に流出が停滞したり、一挙に塊状になって流出し、
流動挙動が均一にならない場合があることによる。すな
わち、流動性が同一であっても流動挙動が不均一な粉粒
体がある。そのような流動挙動の均一性は、粉粒体を所
定量だけ計量したり充填することの容易性に影響する。
従来は、そのような粉粒体の流動挙動の均一性を定量的
に評価できなかった。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することのでき
る粉粒体の流動特性の測定方法と測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による粉粒体の流
動特性測定方法の第１の特徴は、流出部を有する保持部
材により粉粒体を保持し、その粉粒体が流出部から落下
するように、その保持部材を設定した速度で漸次傾斜さ
せ、その流出部から一定量の粉粒体が落下するのに要す
る時間を測定する点にある。その流出部から一定量の粉
粒体が落下するのに要する時間が、一定量の粉粒体の流
動し易さに対応する流動性を示し、その時間が短い程に
流動性は良好である。この方法によれば、流出部から一
定量の粉粒体が落下するのに要する時間は、保持部材を
漸次傾斜させる際の速度を変化させることで調節でき
る。これにより、粉粒体が閉塞状態を形成したとして
も、流出部を大きくすることで落下できるようにし、か
つ、その落下に要する時間が流動性を評価できない程に
短くなるのを防止できる。

【０００８】本発明による粉粒体の流動特性測定方法の
第２の特徴は、流出部を有する保持部材により粉粒体を
保持し、その流出部から一定量の粉粒体が落下するま
で、その保持部材を設定した速度で漸次傾斜させ、その
保持部材の傾斜程度と、その流出部から落下する粉粒体
の重量とを時系列に測定し、その測定結果に基づき、そ
の保持部材の傾斜程度の変化に対する流出部から落下す
る粉粒体の重量の変化の追従度に相関する値を求める点
にある。粉粒体が閉塞状態を形成することで一時的に落
下が停滞する場合、保持部材の傾斜程度は変化している
にも拘らず流出部から落下する粉粒体の重量は変化しな
い。また、粉粒体が一挙に塊状になって落下する場合、
保持部材の傾斜程度は僅かしか変化していないにも拘ら
ず流出部から落下する粉粒体の重量は大きく変化する。
すなわち、保持部材の傾斜程度の変化に対する流出部か
ら落下する粉粒体の重量の変化の追従度が低いと、粉粒
体の流動挙動の均一性は低くなる。逆に、その追従度が
高いと粉粒体の流動挙動の均一性は高くなる。

【０００９】本発明の粉粒体の流動特性測定装置は、流
出部を有する粉粒体保持部材の支持機構と、その流出部
から粉粒体が落下するように、その支持機構により支持
された保持部材を設定した速度で漸次傾斜させる装置
と、その保持部材の傾斜程度を時系列に測定する装置
と、その保持部材の流出部から落下する粉粒体重量を時
系列に測定する装置と、その測定結果に基づき、その保
持部材の傾斜程度の変化に対する流出部から落下する粉
粒体の重量の変化の追従度に相関する値を演算する装置
とを備える。本発明装置によれば本発明方法の実施に供
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１の（１）、（２）に示す粉粒体
の流動特性測定装置１は、保持部材２により保持される
粉粒体３の流動特性を測定するもので、その保持部材２
の支持機構４、傾斜装置５、傾斜測定装置６、重量測定
装置７、および演算装置８を備えている。

【００１１】その支持機構４は、ベース１１上に設けら
れる支柱１２により水平軸中心に回転可能に支持される
回転部材１３を有し、その回転部材１３の先端に取り付
けられる挟み込み具１４に保持部材２が着脱可能とされ
ている。その保持部材２は、本実施形態では開口を有す
る容器状とされ、その開口が粉粒体３の流出部２ａとさ
れている。

【００１２】その傾斜装置５は、そのベース１１上に設
けられるモータ１６の回転を巻きかけ伝動機構１７、減
速機構１８を介して上記回転部材１３に伝達し、その回
転部材１３を回転させることで、上記支持機構４により
支持された保持部材２を設定した速度で漸次傾斜させる
ことができる。その傾斜により、保持部材２に保持され
た粉粒体３を流出部２ａから落下させることができる。
そのモータ１６は図外速度調節装置に接続され、その回
転速度を変化させることで保持部材２の傾斜速度を調節
できる。

【００１３】その傾斜測定装置６は、その保持部材２の
傾斜程度を時系列に測定するもので、本実施形態では上
記回転部材１３の回転角度センサにより構成されてい
る。

【００１４】その重量測定装置７は、その保持部材２の
流出部２ａから落下する粉粒体３の重量を時系列に測定
するもので、本実施形態では重量センサにより構成さ
れ、その上に粉粒体３の受け皿２０が取り付けられてい
る。

【００１５】その演算装置８は、傾斜測定装置６と重量
測定装置７の測定結果に基づき、その保持部材２の傾斜
程度の変化に対する流出部２ａから落下する粉粒体３の
重量の変化の追従度に相関する値を演算するもので、そ
の傾斜測定装置６と重量測定装置７とに接続されるコン
ピュータにより構成される。この演算装置８に、プリン
ターやモニター等により構成される出力装置９が接続さ
れる。

【００１６】上記流動特性測定装置１により流動性を測
定する場合、先ず、保持部材２によって粉粒体３を保持
するため、一定量の粉粒体３を保持部材２に投入する。
その粉粒体３の投入量は保持部材２の容積に応じて適宜
定めればよく（例えば１００ｇｆ又は１００ｍＬ）、ま
た、その精度も必要とする流動特性の精度に応じて適宜
定めればよい（例えば０．１ｇｆオーダー）。この際、
保持部材２の流出部２ａの向きは、保持部材２により粉
粒体３を保持できる向き、例えば上向きとされる。

【００１７】次に、その粉粒体３が流出部２ａから落下
するように、その保持部材２を傾斜装置５により設定し
た速度で漸次傾斜させる。本実施形態では、図１（１）
に示すように流出部２ａを上向きの状態から、図１
（２）に示すように流出部２ａが下向きとなるように保
持部材２を傾斜させ、その傾斜程度を一定量の粉粒体３
の全てが流出部２ａから落下するまで漸次増加させる。
その傾斜速度の大きさは特に限定されないが、早過ぎて
流動性を評価するのが困難になることがなく、遅過ぎて
測定に長時間を要することがない範囲に設定するのが好
ましく、例えば１〜２０度／秒とする。また、その傾斜
速度は、その速度での測定を繰り返すことができれば一
定でもよいし一定でなくてもよい。

【００１８】その流出部２ａから粉粒体３が落下を開始
してから一定量の粉粒体３の全ての落下が完了するまで
の時間、すなわち流出部２ａから一定量の粉粒体３が落
下するのに要する時間を測定する。なお、最初に保持部
材２に一定量を超える粉粒体３を保持させ、しかる後に
保持部材２を傾斜させた際に流出部２ａから落下する粉
粒体３の積算重量を計量し、その積算重量が一定量にな
るまでの時間を測定してもよい。この測定した時間が、
一定量の粉粒体３の流動し易さに対応する流動性を示
す。その時間が短い程に流動性は良好である。

【００１９】上記流動性の測定方法によれば、流出部２
ａから一定量の粉粒体３が落下するのに要する時間は、
保持部材２を漸次傾斜させる際の速度を変化させること
で調節できる。これにより、粉粒体３が閉塞状態を形成
したとしても、流出部２ａを大きくすることで落下でき
るようにし、かつ、その落下に要する時間が流動性を評
価できない程に短くなるのを防止できる。

【００２０】上記流動特性測定装置１により流動挙動の
均一性を測定する場合、先ず、保持部材２により粉粒体
３を保持し、次に、その流出部２ａから一定量の粉粒体
３が落下するまで、その保持部材２を設定した速度で漸
次傾斜させる。ここまでは、上記の流動性測定と同様に
行うことができる。その傾斜速度の大きさは特に限定さ
れないが、早過ぎて流動挙動の均一性を評価するのが困
難になることがなく、遅過ぎて測定に長時間を要するこ
とがない範囲に設定するのが好ましく、例えば１〜２０
度／秒とする。また、その傾斜速度は、その速度での測
定を繰り返すことができ、また、保持部材２の傾斜程度
の測定が可能であれば、一定でもよいし一定でなくても
よい。また、最初に保持部材２に一定量を超える粉粒体
３を保持させ、しかる後に保持部材２を傾斜させた際に
流出部２ａから落下する粉粒体３の積算重量を計量し、
一定量の粉粒体３が落下するまでを測定範囲としてもよ
い。

【００２１】その保持部材２の傾斜程度と、その流出部
２ａから落下する粉粒体３の重量とを時系列に測定す
る。

【００２２】その保持部材２の傾斜程度として、上記傾
斜測定装置６により測定される回転部材１３の回転角度
に対応する傾斜角度θを時系列に測定する。この際、図
１（１）に示すように流出部２ａが鉛直上向きの状態で
傾斜角度θを零とし、しかる後に図１（２）に示すよう
に傾斜角度θを漸次増加させる。その傾斜測定装置６か
ら出力される傾斜角度θに対応する信号は演算装置８に
入力される。なお、保持部材２の傾斜角速度が一定であ
れば、傾斜開始からの時間と傾斜角速度との積を演算す
ることにより傾斜角度θを求めてもよく、また、そのよ
うな傾斜角度θに代えて、例えばベース１１上面から保
持部材２の底面中央までの高さを傾斜程度として測定し
てもよい。

【００２３】その流出部２ａから落下する粉粒体３の重
量として、上記重量測定装置７により測定される受け皿
２０上の粉粒体３の積算重量を時系列に測定する。ある
いは、その流出部２ａから落下する粉粒体３の重量とし
て、保持部材２の単位傾斜程度あたりの粉粒体重量であ
る瞬間落下重量を時系列に測定する。その重量測定装置
７から出力される粉粒体３の積算重量に対応する信号は
演算装置８に入力される。その粉粒体３の瞬間落下重量
は、その演算装置８において、保持部材２の単位傾斜角
度当たりの粉粒体３の積算重量の変化量として演算され
る。なお、その粉粒体３の積算重量あるいは瞬間落下重
量を、例えば保持部材２を支持機構４によりロードセル
を介して支持することで測定される保持部材２に残存す
る粉粒体３の重量から求めてもよい。

【００２４】その保持部材２の傾斜程度と、その流出部
２ａから落下する粉粒体３の重量の測定結果に基づき、
その保持部材２の傾斜程度の変化に対する流出部２ａか
ら落下する粉粒体３の重量の変化の追従度に相関する値
を求める。その追従度が粉粒体３の流動挙動の均一性を
示し、その追従度が高い程に粉粒体３の落下が一時的に
停滞したり、一挙に塊状になって落下する程度が小さ
く、流動挙動の均一性が良好になる。

【００２５】その流出部２ａから落下する粉粒体３の重
量として粉粒体３の積算重量を時系列に測定する場合、
その積算重量の増加量が設定値以下の時の保持部材２の
傾斜程度の増加量を、その追従度に相関する値として求
めるのが好ましい。すなわち、図２の（１）は、その追
従度が高い場合の保持部材２の傾斜角度θと粉粒体３の
積算重量との関係を示す。この場合、保持部材２の傾斜
角度θの増加により粉粒体３は停滞することなく落下し
て積算重量は増加する。これに対して、図２の（２）
は、その追従度が低い場合の保持部材２の傾斜角度θと
粉粒体３の積算重量との関係を示す。この場合、その保
持部材２の傾斜角度θが増加しても粉粒体３の流出部か
らの落下が一時的に停滞し、その積算重量の増加量は一
時的に設定値以下になる。その設定値は、粉粒体３の流
出部からの落下が一時的に停滞する時の落下量に応じて
適宜設定すればよく、その落下量が図示のように零であ
れば零としてもよい。その積算重量の増加量が設定値以
下の時の保持部材２の傾斜角度θの増加量〔（θＢ−θ
Ａ）＋（θＤ−θＣ）＋（θＦ−θＥ）〕を、その追従
度に相関する値として演算装置８により求め、その求め
た結果を出力装置９に出力する。その積算重量の増加量
が設定値以下の時の保持部材２の傾斜角度θの増加量
〔（θＢ−θＡ）＋（θＤ−θＣ）＋（θＦ−θＥ）〕
が大きい程、その追従度は低く粉粒体３の流動挙動の均
一性は悪い。

【００２６】その流出部２ａから落下する粉粒体３の重
量として粉粒体３の瞬間落下重量を時系列に測定する場
合、その瞬間落下重量が設定値を超える極大値をとる回
数、その極大値をとった時の保持部材２の傾斜程度をそ
の極大値に掛けた値の中の少なくとも一方を、その追従
度に相関する値として求めるのが好ましい。すなわち、
図３の（１）は、その追従度が高い場合の保持部材２の
傾斜角度θと粉粒体３の瞬間落下重量との関係を示す。
この場合、その粉粒体３の落下が一時的に停滞すること
がなく、その瞬間落下重量が設定値を超える極大値をと
る回数は一度だけである。これに対して、図３の（２）
は、その追従度が低い場合の保持部材２の傾斜角度θと
粉粒体３の瞬間落下重量との関係を示す。この場合、そ
の瞬間落下重量が設定値を超える極大値をとる回数は複
数（４回）であり、その回数は粉粒体３の落下が一時的
に停滞した回数に応じて増加する。すなわち、その一時
的な停滞が複数回になると、粉粒体３が塊状になって一
挙に落下する回数が増加するため、その極大値をとる回
数が複数になる。その設定値は、粉粒体３の落下が一時
的に停滞した後に一挙に落下する時の瞬間落下重量に応
じて適宜設定すればよく、実験により求めればよい。そ
の瞬間落下重量が設定値を超える極大値をとる回数が、
その追従度に相関する値として演算装置８により求めら
れ、出力装置９に出力される。その回数が多い程、保持
部材２の傾斜角度θの変化に対する流出部２ａから落下
する粉粒体３の重量の変化の追従度は低く、粉粒体３の
流動挙動の均一性は悪い。また、保持部材２の傾斜角度
（θａ、θｂ、θｃ、θｄ）で生じる極大値ａ、ｂ、
ｃ、ｄは、流出部２ａから一挙に落下する粉粒体３の量
が多い程に大きくなる。その極大値をとった時の保持部
材２の傾斜角度にその極大値を掛けた値（ａ×θａ＋ｂ
×θｂ＋ｃ×θｃ＋ｄ×θｄ）が、その追従度に相関す
る値として演算装置８により求められ、出力装置９に出
力される。その値（ａ×θａ＋ｂ×θｂ＋ｃ×θｃ＋ｄ
×θｄ）が大きい程、その追従度は低く粉粒体３の流動
挙動の均一性は悪い。

【００２７】また、その流出部２ａから落下する粉粒体
３の重量として粉粒体３の瞬間落下重量を時系列に測定
する場合、その瞬間落下重量が設定値を超える複数の極
大値をとらなくなるまで保持部材２の傾斜速度を増大さ
せ、その時点での保持部材２の傾斜速度を、その追従度
に相関する値として求めることも好ましい。すなわち、
その保持部材２の傾斜程度の増加により一定量の粉粒体
３が流出部２ａから落下する場合、その瞬間落下重量が
設定値を超える極大値をとる回数は、上記のように、そ
の落下が一時的に停滞することがなければ一度だけであ
り、その一時的な停滞の数に応じて増加する。その一時
的な停滞が生じ易い粉粒体３ほど、その一時的な停滞を
生じなくするのに必要な保持部材２の傾斜速度は大きく
なる。すなわち、複数の極大値をとらなくなる保持部材
２の傾斜増加速度が大きい程、その追従度は低く、粉粒
体３の流動挙動の均一性は悪い。その設定値は、粉粒体
３の落下が一時的に停滞した後に一挙に落下する時の瞬
間落下重量に応じて適宜設定すればよく、実験により求
めればよい。

【００２８】上記構成によれば、粉粒体３の流動特性で
ある流動性を、その粉粒体３が閉塞状態を形成し易いも
のであっても定量的に正確に評価でき、さらに、その粉
粒体３の流動特性として流動挙動の均一性も定量的に評
価できる。これにより、例えば粉粒体の流動挙動を均一
化するのに適した粉粒体容器の選定にも貢献できる。な
お、上記流動特性測定装置１を用いて粉粒体３の安息角
を併せて測定するようにしてもよい。

【００２９】本発明は上記実施形態に限定されない。例
えば、上記実施形態では保持部材２として容器状のもの
を示したが、図４に示すように横軸心の円柱を４分割す
ることで得られる形状で、上部開口が流出部２ａ′とさ
れた保持部材２′を、図中矢印で示すように、その円柱
の軸中心の回転により傾斜させるようにしてもよい。こ
の保持部材２′を用いることにより、粉粒体３の体積が
変動しても保持部材２′の形状の影響を受けることなく
流動特性を測定することができる。また、保持部材は、
粉粒体を保持できると共に傾斜されることで粉粒体を落
下させることができる流出部を有するものであればよ
く、例えば粉粒体を載置保持し、傾斜されることで粉粒
体を周縁一部から落下させる板材であってもよく、この
場合は板材の周縁一部が流出部になる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、閉塞状態を形成し易い
粉粒体でも流動性を定量的に正確に評価でき、さらに、
流動挙動の均一性を定量的に評価できる粉粒体の測定方
法と装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の流動特性測定装置の（１）
は正面図、（２）は部分側面図

【図２】（１）、（２）は本発明の実施形態の粉粒体の
傾斜角度と積算重量との関係を示す図

【図３】（１）、（２）は本発明の実施形態の粉粒体の
傾斜角度と瞬間落下重量との関係を示す図

【図４】本発明の変形例の保持部材の斜視図

【図５】従来の流動特性測定装置の説明図

【符号の説明】

１ 流動特性測定装置 ２ 保持部材 ２ａ 流出部 ３ 粉粒体 ４ 支持機構 ５ 傾斜装置 ６ 傾斜測定装置 ７ 重量測定装置 ８ 演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中前 泰治 和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社 研究所内 (72)発明者 新田 秀一 和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社 研究所内 Ｆターム(参考） 2F030 CC07 CE01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流出部を有する保持部材により粉粒体を
   保持し、 その粉粒体が流出部から落下するように、その保持部材
   を設定した速度で漸次傾斜させ、 その流出部から一定量の粉粒体が落下するのに要する時
   間を測定する粉粒体の流動特性測定方法。
2. 【請求項２】 流出部を有する保持部材により粉粒体を
   保持し、 その流出部から一定量の粉粒体が落下するまで、その保
   持部材を設定した速度で漸次傾斜させ、 その保持部材の傾斜程度と、その流出部から落下する粉
   粒体の重量とを時系列に測定し、 その測定結果に基づき、その保持部材の傾斜程度の変化
   に対する流出部から落下する粉粒体の重量の変化の追従
   度に相関する値を求める粉粒体の流動特性測定方法。
3. 【請求項３】 その流出部から落下する粉粒体の重量と
   して積算重量を時系列に測定し、 その積算重量の増加量が設定値以下の時の保持部材の傾
   斜程度の増加量を、前記追従度に相関する値として求め
   る請求項２に記載の粉粒体の流動特性測定方法。
4. 【請求項４】 流出部を有する粉粒体保持部材の支持機
   構と、 その流出部から粉粒体が落下するように、その支持機構
   により支持された保持部材を設定した速度で漸次傾斜さ
   せる装置と、 その保持部材の傾斜程度を時系列に測定する装置と、 その保持部材の流出部から落下する粉粒体重量を時系列
   に測定する装置と、 その測定結果に基づき、その保持部材の傾斜程度の変化
   に対する流出部から落下する粉粒体の重量の変化の追従
   度に相関する値を演算する装置とを備える粉粒体の流動
   特性測定装置。