JP2013150949A - 粉体分散装置、微粉体生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術の方法は凝集性が弱い粉体に対してはある程度の効果を発揮するものの、凝集性が強い粉体に対しては粉体凝集物の形成を抑えることが難しくなるという問題があった。
【解決手段】、本発明は、粉体を導入して気体噴射により粉体を分散処理するための容器であって、下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器と、粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射をする気体噴射口と、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す取出口と、からなる粉体分散装置を提案する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉体分散装置、微粉体生成方法に関する。

医薬品や食品、トナーなどの製造工程において原料として微粉体を用いる場合、製品の均質性や均一性を保つため、均一な一次粒子の状態で微粉体を供給することが望まれる。しかしながら、一般的に微粉体は凝集性を有するため、粉体凝集物を形成しやすく、均質な分散状態が得ることが難しい。このため、粉体を取り扱う分野においては、微粉体をいかにして均質な状態で分散させるかが課題となっており、様々な方法が検討されてきている。

例えば、特許文献１においては、傾斜面に沿って下方の排出口に向かう粉体に対して気体を噴射させ、気流のせん断力によって粉体凝集物を分散させる粉体分散装置が開示されている。また、特許文献２においては、供給口から落下させた粉体を円錐状部材に衝突させ、粉体凝集物を分散させる粉体分散装置が開示されている。

特開２０１１−１１０５１２ 特開２００７−７５６８１

しかしながら、従来技術の方法では、傾斜面や衝突部材などの物体面において粉体同士が接触して粉体凝集物が形成され、重力作用によってそのまま下方の排出口に向かって移動し、排出されてしまうという問題があった。このため、従来技術の方法は凝集性が弱い粉体に対してはある程度の効果を発揮するものの、凝集性が強い粉体については一次粒子の状態で均一に分散させて供給することが難しかった。

以上の課題を解決するために、粉体を導入して気体噴射により粉体を分散処理するための容器であって、下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器と、粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射をする気体噴射口と、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す取出口と、からなる粉体分散装置を提案する。

また、粉体を下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器の底にいれてためる粉体貯留ステップと、粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射口から気体噴射する気体噴射ステップと、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す取出ステップと、からなる微粉体生成方法を提案する。

以上のような構成をとる本発明では、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を上方に設けられた取出口から取り出すため、凝集し易い粉体についても均一な状態で分散させることが可能になる。

実施形態１の粉体分散装置の構成を概略的に示す図 図１の粉体分散装置の粉体処理容器を分離した様子を示す斜視図 実施形態１の粉体処理容器の他の例を示す図 気体噴射口の他の例を示す図 気体導入口と取出口の位置関係の他の例を示す図 気体噴射口から粉体処理容器の最下部領域に気体を噴射した際の様子を示す図 粉体処理容器に粉体導入口を設けた例を示す図 粉体処理容器の外壁にノッカーを設けた例を示す図 実施形態１の微粉体生成方法の処理の流れの一例を示す図 実施形態２の粉体分散装置の構成を概略的に示す図 図１０の粉体分散装置の粉体処理容器を容器キャップと分離した様子を示す斜視図 気体噴射口から粉体処理容器の最下部領域に気体を噴射した際の様子を示す図 粉体制御柱が気体供給管の役割も担う構成の一例を示す図 粉体制御柱の下部領域が、反転した略円錐形状となる例を示す図 粉体制御柱の下部領域の側面に複数の気体噴射口を設けた例を示す図

以下に、本発明にかかる粉体分散装置の実施形態を説明する。実施形態と請求項の相互の関係は、以下のとおりである。実施形態１では主に請求項１、請求項５について説明し、実施形態２では主に請求項２、請求項３、請求項４について説明する。なお、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施しうる。

<<実施形態１>>

<構成>
図１は、本実施形態の粉体分散装置の構成を概略的に示す図である。「粉体分散装置」１００は、粉体を導入して気体噴射により粉体を分散処理するための装置であって、下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる「粉体処理容器」１と、粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射をする「気体噴射口」１１と、気体噴射によって舞い上がった粉体である分散粉体を粉体処理容器から取り出す「取出口」２１と、からなる。以下、各構成部について説明する。

（粉体処理容器）
図２は、図１の粉体分散装置の粉体処理容器を分離した様子を示す斜視図である。この図の例では、「気体導入口」１２と「取出口」２１が設けられた「容器キャップ」３１を「粉体処理容器」１にはめこむことが可能な構成となっており、「粉体処理容器」１と「容器キャップ」３１を容易に結合・分離することができる。なお、「気体導入管」１３は「気体導入口」１２と「気体噴射口」１１を連結している。粉体を粉体処理容器に導入する際には、「粉体処理容器」１と「容器キャップ」３１とを分離して「粉体処理容器」１の「開口部」２から粉体を導入し、粉体を導入し終わったらそれ以外の部分と結合する。

「粉体処理容器」１は、下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなることを特徴とする。粉体処理容器の下部領域は、気体噴射により分散する粉体を貯留し、上部からの気体噴射を受ける領域である。内径が下に向かって徐々に小さくなる下部領域の形状としては、図１、図２にて示す丸底形状が一例として考えられる。また、図３は粉体処理容器の他の例を示す図である。図３の例では、下部領域は反転した切頭円錐形状となっている。このように、下部領域の内径を下に向かって徐々に小さくすることにより、上部から気体噴射を受けた際に下部領域で気体が拡散されて、等方的な上昇流が発生する。

（気体噴射口）
「気体噴射口」１１は、粉体処理容器の下部領域に向かって気体噴射をする。噴射される気体は、「気体導入管」１３によって「気体導入口」１２から「気体噴射口」１１まで導入される。気体導入管の形状は特に限定されるものではなく、図１などにて示すように細管形状とすることが一例として考えられる。また、「気体噴射口」１１の径は、「気体導入管」１３の径と略同一とすることも可能であるし、図４にて示すように「気体導入管」１３の径より小さな径として、噴射気体の圧力・速度を高くすることも可能である。気体噴射口の口径が小さい程、噴射気体の圧力・速度が高くなるが、噴射量や噴射領域が小さくなるため、粉体の量などに応じて適宜選択することが好ましく、気体噴射口の口径を可変式とすることが考えられる。

また、気体噴射口の位置は粉体処理容器の下部領域に向かって気体噴射をすることが可能な位置であれば特に限定されるものではないが、粉体を貯留する領域に近くなるように、気体導入管の最下部に設けることが好ましい。また、気体導入管の最下部に設けられた気体噴射口から真下方向に気体を噴射することにより、粉体処理容器の底部にて等方的な拡散気流を発生させることが可能になる。拡散気流は、粉体を舞い上がらせるだけでなく、粉体凝集物を分散させることが可能である。また、気体導入管の最下部付近の側面に気体噴射口を合わせて設けてもよい。気体導入管の最下部付近の側面に気体噴射口を設けることにより、同時に旋回流を発生させることが可能になる。旋回流は、せん断力によって粉体凝集物を分散させることが可能である。なお、気体噴射口の気体噴射方向は、必ずしも粉体処理容器の最下部のみである必要はなく、他の領域に向けて合わせて噴射させてもよい。

（取出口）
「取出口」２１では、気体噴射により分散して舞い上がった粉体を「粉体処理容器」１から取り出す。取出口の位置は、気体噴射口よりも高い位置とし、気体噴射により分散して舞い上がった粉体が排出されるようにする。なお、取出口の位置を上部領域よりとすることにより、取出口から粉体凝集物の形で排出される割合を低くすることが可能である。また、図１、図２などでは「気体導入口」１２は「取出口」２１よりも上に設けているが、図５にて示すように「気体導入口」１２を「取出口」２１よりも下に設けることも可能である。また、取出口の数は単数としてもよいし、複数としてもよく、用途に合わせて適宜選択することが考えられる。例えば、粉体凝集物の許容レベルに応じて複数の取出口のいずれか一以上を開口し、気流中に含まれる粉体を取り出すことが考えられる。また、高さ位置の異なる取出口を一度に複数開口することにより、微粉末の濃度が異なる複数の気流を排出することが可能である。なお、取出口から排出される粉体は、用途に応じてそのまま排出してもよいし、輸送管を介して他の装置に輸送してもよい。

図６は、気体噴射口から粉体処理容器の最下部領域に気体を噴射した際の様子を示す図である。「気体導入口」１２から導入された圧力気体は「気体導入管」１３を介して「気体噴射口」１１まで輸送される。「気体噴射口」１１から噴射された気体は、粉体処理容器の最下部領域に貯留された粉体を分散させて舞い上がらせる。なお、「粉体処理容器」１に貯留している段階で粉体凝集物が形成されていたとしても、粉体凝集物は微粉体と比較して質量が大きいため、上方に舞い上がる程度が弱い。また、上述のように、「気体噴射口」１１から噴射される気体によって粉体凝集物そのものが分散されて微粉体となりやすい。

気体噴射口から噴射される気体の噴射速度としては、粉体処理容器の大きさや微粉体の平均質量、取出口の位置などにもよるが、１ｍ／ｓ〜５００ｍ／ｓの間で調整することが好ましい、さらに好ましくは１００ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓの間で調整することが好ましい。例えば、噴射速度を小さくすると、微粉体の排出速度が遅くなるが、粉体凝集物が舞い上がって取出口から排出される割合を低くすることが可能である。また、噴射速度を大きくすると、粉体凝集物が取出口から排出される割合がやや高くなるが、微粉体の排出速度を大きくすることが可能である。また、気体噴射速度は一定である必要はなく、周期的に大きさが変化する構成としてもよいし、間欠的に気体噴射を行う構成としてもよい。なお、気体噴射口から粉体処理容器に気体を噴射するために、気体導入管に導入される気体は、粉体処理容器内の気体よりも圧力が高くなっており、ポンプなどの圧力気体供給手段によって気体導入口に供給される。粉体処理容器内と気体導入管の圧力差を大きくすると、気体噴射速度も大きくなる。また、気体導入口をバルブとすることにより、必要に応じて圧力気体を導入したり、遮断したりすることが可能である。また、気体噴射口より噴射する気体の種類は特に限定されるものではなく、粉体との反応性が弱い気体を選択することが好ましい。

なお、図２の例では、粉体を「粉体処理容器」１の「開口部」２から導入する例を示したが、この例に限定されるものではない。例えば、粉体処理容器の一部に粉体導入口を設け、粉体処理容器を分離することなく連続的に粉体を導入する構成も考えられる。図７は、粉体処理容器に粉体導入口を設けた例を示す図である。この図の例では、「粉体導入口」２２は、「粉体処理容器」１の下部領域の少し上に設けられている。なお、粉体の導入は連続的であってもよいし、間欠的であってもよい。また、図７の例では粉体処理容器の下部領域の少し上に粉体導入口を設けたが、粉体処理容器の下部領域に設けてもよいし、中間領域や上部領域に設けてもよい。

また、粉体処理容器の内壁に粉体が付着することを防止するために、粉体処理容器の外壁を叩いて振動させるノッカーを設けることが考えられる。図８は、粉体処理容器の外壁にノッカーを設けた例を示す図である。この図の例では、「ノッカー」４１は、「粉体処理容器」１の中間領域に設けられている。なお、ノッカーの数や位置は特に限定されるものではなく、下部領域や上部領域に設けてもよいし、複数のノッカーを設けてもよい。

<処理の流れ>
図９は、本実施形態の微粉体生成方法の処理の流れの一例を示す図である。まず、ステップＳ１において、粉体を下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器の底にいれてためる（粉体貯留ステップ）。次に、ステップＳ２において、粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射口から気体噴射する（気体噴射ステップ）。次に、ステップＳ３において、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す（取出ステップ）。

<効果>
本実施形態の粉体分散装置では、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を上方に設けられた取出口から取り出すため、凝集し易い粉体についても均一な状態で分散させることが可能になる。

<<実施形態２>>

<構成>
図１０は、本実施形態の粉体分散装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態の「粉体分散装置」１００は、実施形態１と同様に、「粉体処理容器」１と、「気体噴射口」１１と、「取出口」２１と、を有する。さらに、本実施形態の「粉体分散装置」１００は、気体噴射により粉体が粉体処理容器の内面に沿って舞いあがるように、下部領域の外径が下に向かって徐々に小さくなる「粉体流制御柱」５１を「粉体処理容器」１内に備えることを特徴とする。

（粉体処理容器）
図１１は、図１０の粉体分散装置の粉体処理容器を容器キャップと分離した様子を示す斜視図である。この図の例では、「気体導入口」１２と「取出口」２１が設けられた「容器キャップ」３１を「粉体処理容器」１にはめこむことが可能な構成となっており、「粉体処理容器」１と「容器キャップ」３１を容易に結合・分離することができる。なお、「気体導入管」１３は「気体導入口」１２と「気体噴射口」１１を連結している。また、「粉体制御柱」５１は内部に「気体導入管」１３を格納している。粉体を粉体処理容器に導入する際には、「粉体処理容器」１と「容器キャップ」３１とを分離して「粉体処理容器」１の「開口部」２から粉体を導入し、粉体を導入し終わったらそれ以外の部分と結合する。

（粉体制御柱）
「粉体制御柱」５１は、気体噴射により粉体が粉体処理容器の内面に沿って舞いあがるように、下部領域の外径が下に向かって徐々に小さくなる。図１２は、気体噴射口から粉体処理容器の最下部領域に気体を噴射した際の様子を示す図である。この図に示すように、「粉体制御柱」５１の下部領域の外形を下に向かって徐々に小さくすることにより、気体噴射により舞い上がった粉体は粉体処理容器の内面壁方向に向かって移動し、粉体処理容器の内面壁に沿ってそのまま上昇する。このように、粉体処理容器と粉体制御柱の間隔を狭くすることにより、粉体へのせん断力が働きやすくなり、粉体を均等に分散させやすくなる。

図１０から１２に示したように、粉体制御柱を粉体処理容器内に設ける場合、「気体噴射口」１１は、「粉体制御柱」５１の最下部に設けることが考えられる。これにより、粉体処理容器の下部領域に貯留した粉体の真上から噴射して、拡散気流を発生させることが可能になる。なお、図１０から１２の例では、粉体制御柱の内部に気体供給管を格納する構成としているが、粉体制御柱そのものが気体供給管の役割も担う構成とすることも可能である。図１３は、粉体制御柱が気体供給管の役割も担う構成の一例を示す図である。この図の例では、「粉体制御柱」５１の内部が気体の通り道となっており、「気体導入口」１２から導入された気体は「粉体制御柱」５１の内部を通って、「気体噴射口」１１から排出される。

また、粉体制御柱の形状は上記の例に限定されるものではなく、他の形状とすることも可能である。図１４は、粉体制御柱の下部領域が、反転した略円錐形状となる例を示す図である。この図の例では、略円錐形状の頂点付近に「気体噴射口」１１が設けられており、小さい噴射口から高速の噴射を行うことが可能な構成となっている。なお、気体噴射口の位置は粉体制御柱の最下部に限定されるものではなく、粉体制御柱の下部領域の側面に気体噴射口を設けることも可能である。図１５は、粉体制御柱の下部領域の側面に複数の気体噴射口を設けた例を示す図である。この図の例では、「粉体制御柱」５１の最下部に設けられた「気体噴射口」１１の他に、「粉体制御柱」５１の下部領域の側面に複数設けられた「気体噴射口」１２が存在する。下部領域側面の気体噴射口から噴射された気体は旋回流となり、粉体処理容器の下部領域に貯留している粉体を巻き上げる。粉体制御柱の下部領域の側面に設ける気体噴射口の数は特に限定されるものではないが、粉体制御柱の外周に沿って等間隔に複数設けることが好ましい。当該構成とすることにより、円周方向で速度のバラつきの少ない旋回流を発生させることが可能になり、粉体をより分散させることが可能になる。

<効果>
本実施形態の粉体分散装置では、気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を上方に設けられた取出口から取り出すため、凝集し易い粉体についても均一な状態で分散させることが可能になる。また、粉体制御柱によって粉体へのせん断力が働きやすくなり、粉体凝集物の割合をさらに抑えることが可能になる。

１００…粉体処理装置、１…粉体処理容器、２…開口部、１１…気体噴射口、１２…気体導入口、１３…気体導入管、１４…他の気体噴射口、２１…取出口、３１…容器キャップ、４１…ノッカー、５１…粉体制御柱

Claims (5)

1. 粉体を導入して気体噴射により粉体を分散処理するための装置であって、
   下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器と、
   粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射をする気体噴射口と、
   気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す取出口と、
   からなる粉体分散装置。
2. 気体噴射によって粉体を粉体処理容器の内側面に沿って舞いあげるように、下部領域の外径が下に向かって徐々に小さくなる粉体流制御柱を粉体処理容器内に有する請求項１に記載の粉体分散装置。
3. 粉体流制御柱は、最下部に気体噴射口を備えている請求項２に記載の粉体分散装置。
4. 粉体流制御柱は、下部領域の面に気体噴射口を設けている請求項２又は３に記載の粉体分散装置。
5. 粉体を下部領域の内径が下に向かって徐々に小さくなる粉体処理容器の底にいれてためる粉体貯留ステップと、
   粉体処理容器の底面側に向かって気体噴射口から気体噴射する気体噴射ステップと、
   気体噴射によって分散して舞い上がった粉体を粉体処理容器から取り出す取出ステップと、
   からなる微粉体生成方法。

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