JP2012184025A

JP2012184025A - ナノ材料秤量包装装置

Info

Publication number: JP2012184025A
Application number: JP2011048845A
Authority: JP
Inventors: Eri Hino; 恵理日野; Hiroto Masuda; 洋人増田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】圧力制御された複数の区画でナノ材料の秤量・包装および容器の洗浄を分担して行うことにより、作業者のナノ材料からの暴露危険性を低減するナノ材料秤量包装装置を提供する。
【解決手段】ナノ材料を秤量して包装容器に充填する区画Ａと、前記区画Ａから移送された包装容器の外側を洗浄する区画Ｂと、前記区画Ｂから移送された包装容器を保管する区画Ａと、前記各室間を仕切る仕切壁と、前記各室と調整弁を介してダクトで接続され各室を陰圧に保つ吸引ファンと、各室の圧力を区画Ａ＜区画Ｂ＜区画Ａに保つように前記ダクトの調整弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノ材料製造環境のナノ粉体、ナノ材料などの秤量、包装作業に用いられるナノ材料秤量包装装置に関する。

ナノマテリアルはその組成単位が極小さく、表面積の増大、電気的物性の変化、結晶材料では硬さが増加するなど、ナノレベルでの微細化により、特有の物性を示すことが知られており、エレクトロニクス分野を始め、産業機械や自動車、化粧品等幅広い分野において高機能材料として欠くことのできないキーマテリアルとなっている。ナノマテリアルにはカーボンナノチューブ、フラーレン、金属酸化物ナノ粒子などがあり、特有の用途、製造方法、市場が形成され、市場規模は年々増加しており、新素材開発のための研究開発が積極的に展開されている。

一方で、ナノ粒子の表面積や組成、形状など新たな機能を付加されることから、暴露した際の人への有害性が懸念されており、リスク評価、毒性に関する研究がすすめられている。国内でＮＥＤＯプロジェクトとして、２００６年から５カ年計画で実施しているナノ粒子特性評価手法の研究開発を行う有害性評価手法開発テーマで、産総研や産業医大が中心となりＮｉｏ、ＡＮＴ、フラーレン、マウスによるｉｎｖｉｖｏ試験を行い、吸込み試験や、気管内投与試験などで暫定的なＮＯＡEL（No Observed Ａdverse Effect Level）が公表された。厚生労働省からは平成２１年３月３１日に「ナノマテリアルに対する暴露防止等のための予防的対応について」が発出され、ナノマテリアル製造メーカや、ナノマテリアル研究機関にその対応を求めている。その対策としては局所排気装置等換気装置の設置やグローブボックスの使用などが求められており、上記設置が困難な場合はオペレータへの保護具の使用を求めている。

本研究において着目した、材料の貯蔵庫からの秤量、包装作業では小規模生産向けにグローブボックスやクリーンベンチ、大量生産には局所排気方式が適用されている。

グローブボックスとしては、特許文献１（特開２００８−１８３６９７号）に、箱状の作業室の側面に水平または垂直方向にグローブを巻き取り、移動させることで作業性の高いグローブボックスが示されている。

クリーンベンチとしては、特許文献２（特開２００１−１４１２７３号）に、通気孔を有する作業テーブルと、電動ファンと連通して通気路の外部空気取入れ口を開閉するダンパを設けたことで、作業者への粉体の飛散を低減させる構造が示されている。

局所排気装置としては、特許文献３（特開２０００−１５３３６３号）に、直接作業者に噴射するエアー、湾曲壁、および直接噴射用のエアーの流量調整のための迂回エアーを利用して渦流を形成することで、作業に支障を来たす範囲を通過させずに局所排気する局所排気装置が開示されている。

特開２００８−１８３６９７号公報特開２００１−１４１２７３号公報特開２０００−１５３３６３号公報

しかしながら、上記各特許文献に示される装置を、ナノ粉体、ナノ材料などの秤量、包装作業に用いるには問題がある。すなわち、グローブボックス、クリーンベンチまたは局所排気装置にある程度の量のナノ材料を持ち込み、所定量を秤量して包装する場合を想定すると、ナノ材料の貯蔵庫の払い出し部を装置内に設置するのは困難で、また、ナノ材料を取り込む際に一度何らかの容器に払い出さなければならないが、払い出し時に暴露し易いという問題がある。

さらに、ナノ材料を容器に払い出してその質量を秤量後に、容器の外側に付着したナノ材料を除去する必要があり、この除去作業にはエアジェットによる吹き飛ばしが適している。しかし、クリーンベンチまたは局所排気装置では、エアジェットにより吹き飛ばされたナノ材料が舞い上がって、装置の開口部から外部に漏れる恐れがある。また、グローブボックスでは、エアジェットにより吹き飛ばされたナノ材料が装置の隙間から外部に漏れて暴露する恐れがある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、圧力制御された複数の室でナノ材料の秤量・包装および容器の洗浄を分担して行うことにより、作業者のナノ材料からの暴露危険性を低減するナノ材料秤量包装装置を提供するものである。

本発明は上記課題を解決するため、ナノ材料を所定量容器に充填して包装するナノ材料秤量包装装置において、
ナノ材料を取込んで包装容器に充填し秤量する区画Ａと、
前記区画Ａから移送された包装容器の外側を洗浄する区画Ｂと、
前記区画Ｂから移送された包装容器を保管する区画Ｃと、
前記区画の間に介在して包装容器を通過させるとき開く開閉手段と、
前記各区画と調整弁を介してダクトで接続され各区画を陰圧に保つ吸引ファンと、
各区画の圧力を区画Ａ＜区画Ｂ＜区画Ｃに保つように各区画の調整弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａには、ナノ材料を包装容器に充填する払出し部と、ナノ材料の質量を量る重量計と、各種作業を行う操作部と、ナノ材料の粒子個数表示器を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ｂには、包装容器の外側を洗浄する洗浄部と、作業を行う操作部と、ナノ材料の粒子個数表示器を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記洗浄部はエアジェットノズル、または液体で洗浄する洗浄ユニットであることを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、各区画はＡ、Ｂ、Ｃの順に開閉手段を介して接続され、区画Ａは前記吸引ファンに前記ダクトとは別系統で接続され、前記吸引ファンにより区画Ａを吸気することにより、開閉手段を介して区画Ｂ、Ｃを区画Ａ側に吸引することを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａと区画Ｂの間に包装容器を移送する移送手段が設けられたことを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａと区画Ｂの間の開閉手段は包装容器の移送を妨げないカーテンであることを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａには、ナノ材料を室外から供給する供給ホッパーが接続されていることを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａは、前記供給ホッパーとの接続を容易にする昇降機能および移動用車輪を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載のナノ材料秤量包装装置において、前記区画Ａに廃棄物を入れるダストボックスが備えられ、このダストボックスは区画Ａより陰圧に保たれたことを特徴とする。

本発明によれば、ナノ材料の秤量や包装をする作業での作業者への暴露危険性を低減し、装置の安全性を高めることが出来る。

本発明実施例のナノ材料秤量包装装置の構成図である。同じく装置を構成する各区画とその排気系統の説明図である。同じく装置を構成する各区画での作業手順を示す説明図ある。同じく各区画での作業手順を説明するフロー図である。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。図１は、実施例の密閉式のナノ材料秤量包装装置の構成図である。

図１において、密閉式のナノ材料秤量包装装置は、内部空間が区画Ａ、区画Ｂ、区画Ｃに分割されている。区画Ａは、ナノ材料を取込んで包装容器に充填し、秤量する区画である。区画Ｂは、前記区画Ａから移送された包装容器の外側を洗浄する区画である。区画Ｃは、前記区画Ｂから移送された包装容器を保管する区画である。

外部と区画Ｃの間、および区画Ｃと区画Ｂの間には、それぞれシール機構を備えた扉（開閉手段）１０ｃ、１０ｂを備え、閉じられたとき各区画を気密に保つ。区画Ｂと区画Ａの間には、クリーンなカーテン（開閉手段）１０ａを備え、両区画の間で物が簡単に通過できるように構成されている。なお、各区画Ａ〜Ｃは、外部空間とは気密に隔てられるように構成されている。装置の内部の各区画は外部に対して減圧されており、区画Ａ＜区画Ｂ＜区画Ｃの状態に圧力が保たれる。各区画の圧力を形成する排気系統は後述する。

１１（１１ａ〜１１ｃ）は、各区画に備えられた粒子個数表示器で、１２（１２ａ〜１２ｃ）は、各区画に備えられた作業用グローブ（操作部）である。粒子個数表示器１２は、対応する区画内のナノ材料のナノ粒子個数濃度を計測して表示する。作業用グローブ１２は、ナノ材料の容器への充填、包装や、容器の清浄作業を行う。１３は、区画ＡとＢの間の底部に設けられた移動用のコンベア（移送手段）で、後述するナノ材料の包装容器を、区画Ａから区画Ｂに前記カーテン１０ａを通過して移動させる。

１４は、ナノ材料秤量包装装置の下部に脚（昇降脚）１５を介して設けられた車輪で、装置全体を横方向に移動させる。脚１５は上下移動する昇降アクチュエータ（図示せず）を備えており、装置全体を昇降させる。区画Ａは、ナノ材料の粉体貯蔵装置（ホッパー）２０の下部が接続されるので、前記車輪１４と脚１５により装置全体を左右上下に移動することにより、ホッパー２０の下部の払出し部２０ａと区画Ａの上部との取り合いが調整される。

２１は、区画Ａの天井部の孔（図示せず）を塞ぐように設けられた伸縮性の高分子膜（ゴム等）で、天井部の孔とここから区画Ａ内に入り込んだ払出し部２０ａの間を気密にシールする。２２は、区画Ａの背面の壁に設けられた包装容器スットッカで、ナノ材料を充填して包装する袋状の容器を収納し、取り出し口が容器を１個ずつ取出せるように伸縮性の素材で構成される。２３は、区画Ａの側壁に設けられたＵＬＰＡフィルタまたはＨＥＰＡフィルタからなるフィルタで、吸引ファン（後述）の吸引動作によって区画Ａ内の空気を通過させる。２４は、区画Ａの下方に設けられたダストボックスで、区画Ａ内で発生した不要物を廃棄する。なお、ダストボックス２４内は陰圧に保たれる。２５は、区画Ａの底部に設けられて重量計で、ナノ材料が充填された袋状容器の重量を計測（秤量）する。

２６は、区画Ｂの天井に設けられた圧力調整用のフィルタであり、ＵＬＰＡまたはＨＥＰＡフィルタからなる。２７は、区画Ｂの天井に設けられたエアジェット、２８は、区画Ｂの背面の壁にオプションで設けられた洗浄ユニットで、液体で洗浄する機材が内蔵される。上記エアジェット２７と洗浄ユニット２８で洗浄部が構成される。区画Ｂでは、包装容器の外側に付着したナノ材料をエアジェットで吹くので、ナノ材料が飛散するが、フィルタ２６で吸引することにより外部への飛散を防止する。

次に、図２を用いて各区画の排気系統を説明する。３０は、各区画の空気を吸引して排気する吸引ファン、３１は、各区画と吸引ファン３０に介在して、各区画の空気を通過させて浄化し、吸引ファン３０に送出するフィルタである。このフィルタ３１は、図１で示したフィルタ２３、２６をも兼用している。３２〜３４は、一方がそれぞれ区画Ａ〜区画Ｃの天井から内部連通して接続された開閉調整弁で、他方がダクト３５を介してフィルタ３１の吸引側に接続されている。

３６は同様に、ダストボックス２４とフィルタ２３の吸引側に接続されたダクト３７の途中に設けられた開閉調整弁である。各開閉調整弁は、開度を調整することにより吸引ファン３０で吸引される気流の流量を調整し、各区画およびダストボックス２４内の圧力を調整する。

１１ａ〜１１ｃは、図１で粒子固数表示器と説明したが、これに代えて、各区画内の圧力を測定する圧力計であっても良く、また、粒子個数表示器と圧力計の両方を兼ねたものであっても良い。図２では圧力計として説明する。

３８は、前記した開閉調整弁３２〜３５、３６の開度および吸引ファン３０の運転を制御する制御装置である。制御装置３８は、圧力計１１ａ〜１１ｃで測定された各区画内の圧力に基づいて、対応する開閉調整弁と吸引ファン３０を、各区画の圧力が区画Ａ＜区画Ｂ＜区画Ｃに保たれるように制御する。また、制御装置３８は、開閉調整弁３６の開度も調整してダストボックスを陰圧に保つ。

図２で、ダクト３５を介して調整弁３２〜３４を通じて流れる気流を実線矢印で示し、ダストボックス２４を経由して流れる気流を破線矢印で示す。実線矢印で示す気流は、ベースとなる空気の流れで、各区画Ａ〜Ｃの圧力を上記関係の所定圧力に維持する。破線矢印で示す気流は、開閉手段のカーテン１０ａおよび扉１０ｂ、１０ｃが開かれたときに流れる空気の流れである。各区画は、区画Ｃ、Ｂ、Ａの順に連通して直列に気流が流れるように構成され、ナノ粒子がどの区画内に浮遊しても、破線矢印の気流によってダストボックス２４側に吸引され、区画から外部空間に流れ出すことがない。

このように、各区画の気流の流れが２系統で構成されるので、扉やカーテンの開閉があった場合の気流の変化を破線矢印の気流によって対応することができ、実線矢印で示すベースとなる気流は一定に保たれ、各区画の圧力の関係を安定に保つことができる。

次に、本実施例によるナノ材料秤量包装装置での作業について説明する。図３は同装置の各区画での作業手順を示す説明図で、図４は各区画での作業手順を説明する作業フロー図である。

前述のように装置内の各区画は、排気によって常に換気され減圧され、区画Ａが最も減圧されている。先ず、図４の区画Ａにおいて、図３の（１）で示すように包装容器のストッカ２２から袋状の包装容器２２ａを取出し、粉体貯蔵装置（ホッパー）２０の下部の払出し部２０ａに装着する。次いで（２）でナノ材料を包装容器２２ａに取り分け充填し、（３）でナノ材料が充填された包装容器２０ａを重量計によって計量（秤量）する。一連の作業は、作業用グローブ（操作部）１２ａを用いて行われ、包装容器２０ａの外表面に付着したナノ材料の拭取りに用いた不織布などのディスポーザル品は、専用のダストボックス２４へ廃棄される。

（３）の秤量後、包装容器２２ａの口を閉じ、（４）で包装容器２２ａを区画Ａから区画Ｂにコンベア１３により移送する。この場合、包装容器２２ａがカーテン１０ａを押し退けるような形で移送される。区画Ｂでは、（５）で包装容器２２ａの外表面に付着したナノ材料の清掃を行う。清掃は天井に設けられたエアジェット２７によってナノ材料を吹き飛ばすことにより行われる。清掃後の包装容器２２ａは（６）で、区画Ｂからが区画Ｃに移送される。この移送に際しては、清掃後の区画Ｂ内のナノ材料の粒子数が所定値まで下がるまで待ち、その後、作業用グローブ（操作部）１２ｂで扉１０ｂを開き、包装容器２２ａを持ち上げて区画Ｃに移す。

区画Ｃに搬出された包装容器２２ａはこの場所にストックされ、ナノ材料の需要に応じて出荷される。区画Ｃにおいても、ナノ材料の粒子が粒子個数表示器１１ｃで監視されており、粒子個数に応じて制御装置３８が開閉調整弁の開度および吸気ファンを調整し、所定個数以下となるように制御がなされる。これは、区画Ａ、Ｂが故障により陰圧に保たれない場合を想定し、二重に保護している。

区画Ａおよび区画Ｂの作業においても舞い上がったナノ材料は、開閉調整弁３２、３３とダクト３５を通じてフィルタ３１で捕集されるので、区画内に残留することがない。また、区画Ａおよび区画Ｂ内のナノ材料の粒子を粒子個数表示器１１ａ、１１ｂで表示されるので、作業者がナノ材料の粒子数を確認しながら、次の作業に移ることができ、ナノ粒子がどの区画の外に漏れることがなく、作業者への暴露危険性を低減し、装置の安全性を高めることが出来る。

以上説明したように、本実施例のナノ材料秤量包装装置によれば、圧力制御された複数の区画でナノ材料の秤量・包装および容器の洗浄を分担して効率よく行うことができ、作業者のナノ材料からの暴露危険性を効果的に低減することができる。

１０（１０ａ〜１０ｃ）…開閉手段、１１（１１ａ〜１１ｃ）、１２（１２ａ〜１２ｃ）…操作部、１３…移送手段（コンベア）、１４…移動車輪、１５…昇降脚、２０…供給ホッパー、２０ａ…払出し部、２２…包装容器ストッパ、２３、３１、３７…フィルタ、２４…ダストボックス、２５…重量計、２７…エアージェット、２８…洗浄ユニット、３０…吸引ファン、３２〜３４、３６…調整弁、３５、３７…ダクト、３８…制御装置。

Claims

ナノ材料を所定量容器に充填して包装するナノ材料秤量包装装置において、
ナノ材料を取込んで包装容器に充填し秤量する区画Ａと、
前記区画Ａから移送された包装容器の外側を洗浄する区画Ｂと、
前記区画Ｂから移送された包装容器を保管する区画Ｃと、
前記区画の間に介在して包装容器を通過させるとき開く開閉手段と、
前記各区画と調整弁を介してダクトで接続され各区画を陰圧に保つ吸引ファンと、
各区画の圧力を区画Ａ＜区画Ｂ＜区画Ｃに保つように各区画の調整弁を制御する制御装置を備えたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａには、ナノ材料を包装容器に充填する払出し部と、ナノ材料の質量を量る重量計と、各種作業を行う操作部と、ナノ材料の粒子個数表示器を備えたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１または２記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ｂには、包装容器の外側を洗浄する洗浄部と、作業を行う操作部と、ナノ材料の粒子個数表示器を備えたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項３に記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記洗浄部はエアジェットノズル、または液体で洗浄する洗浄ユニットであることを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１〜４のいずれかに記載のナノ材料秤量包装装置において、
各区画はＡ、Ｂ、Ｃの順に開閉手段を介して接続され、区画Ａは前記吸引ファンに前記ダクトとは別系統で接続され、前記吸引ファンにより区画Ａを吸気することにより、開閉手段を介して区画Ｂ、Ｃを区画Ａ側に吸引することを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａと区画Ｂの間に包装容器を移送する移送手段が設けられたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１〜６のいずれかに記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａと区画Ｂの間の開閉手段は包装容器の移送を妨げないカーテンであることを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１〜７のいずれかに記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａには、ナノ材料を室外から供給する供給ホッパーが接続されていることを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項８に記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａは、前記供給ホッパーとの接続を容易にする昇降機能および移動用車輪を備えたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。
請求項１〜９のいずれかに記載のナノ材料秤量包装装置において、
前記区画Ａに廃棄物を入れるダストボックスが備えられ、このダストボックスは区画Ａの圧力より陰圧に保たれたことを特徴とするナノ材料秤量包装装置。