JP2016532561A - 粉体圧縮方法およびローラ型圧縮装置 - Google Patents

Abstract

複数のニップローラ（２，３）を用いた粉体（Ｐ）の圧縮方法では、粉体（Ｐ）が複数のニップローラ（２，３）へと供給速度で搬送されると共に、複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラとそのニップローラ（２，３）のところにある粉体（Ｐ）との間の摩擦が測定される。摩擦に応じて、複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラの回転速度が調節される。ニップローラ（２，３）への粉体（Ｐ）の供給速度も複数のニップローラ（２，３）間の距離も実質的に一定に保持される。

Description

本願発明は、ニップローラを用いた粉体圧縮方法であって、粉体が供給速度で複数のニップローラの間のニップ領域へと搬送される粉体圧縮方法に関する。

粉体の圧縮は、望ましくないサイズの粒子を再利用するために粉体コーティングの分野において周知である。粉体コーティングは、ポリマーと任意の１つ又は複数の架橋剤及び/又は顔料との混合物を備える無溶剤塗料であり、乾燥粉体として塗布される。粉体は、対象物に塗布されると、溶融されて液膜を形成する。液膜の硬化時に、ポリマーが架橋されて塗膜は凝固する。一定の粉体噴射を実現するために、粉体は所望の範囲内の粒径のものでなければならない。比較的に小さい又は大きい粒子は、粉体コーティング工程において望ましくない場合がある。

一般に、粉体コーティングは、粒径範囲が比較的に広くなるミリングによって製造される。粒径範囲の両端における望ましくない粒子は、粗粉分離器およびサイクロンを用いて取り除かれて収集される。好ましくは、収集された粉体廃物は、粉体コーティング工程のために再利用される。粉体廃物を再利用するための好適な選択肢は、粉体コーティングを形成するためにそのまま再ミリング、すなわち再挽砕することができる硬い固形物を形成するために、ニップローラを用いて圧縮、すなわち乾式結合することである。これは、圧縮された粉体を同じ製造バッチの間中にミリング装置に戻すことができることを意味する。圧縮された微細な粉体から硬い固形物を形成するためには、有意な圧力が必要である。しかしながら、圧力が高すぎると、圧縮された粉体の温度上昇に起因して、早まった溶融が生じる場合があり、それ故に追加の冷却が必要であり、圧力が低すぎると、再ミリング中に小さ過ぎる粒子が生じる場合がある。

粉体コーティングの製造中に生じる微粒子の物理的性質は、例えば、粒径分布、平均粒径、流動性、嵩密度、ポリマー含有量などに関して、大きく変動する。これらの特性に影響を及ぼす周囲の状況には、例えば温度や湿度など、いくつかあるが、これらの特性は、沈下に起因して、経時的に変動する。

ニップローラにおける圧力によって、粒子は塑性変形して粒子間接点において砕けると共に、粒子は互いに結合する。結合の強度は、変形する粒子間面積に左右される。一般に、圧縮された製品の強度は、粒径分布、形状、及び材料の弾性率に左右される。実際のところ、ローラ幅１ｃｍ当たり１５〜２０ｋＮの圧力が、硬い圧縮された製品を生み出すと思われる。

下記特許文献１は、全溶融させて焼結製品を生み出すことなく、粉体コーティング廃物の圧縮によって再利用可能な粉体コーティングを生み出すように粉体コーティング廃物を加工するための圧縮工程に関するものである。公知の工程では、粉体コーティングの製造中に生じた粉体コーティングの残留物は、絶えず分離されて絶えず圧縮され、圧縮された製品は、押し出して粉体コーティングを生み出すことなく、粉体コーティングの同じバッチの新たな挽砕材料と共に絶えず挽砕される。

米国特許第６５００３８５号明細書 特開平５−２９３３５７号公報 米国特許第３７３４６５９号明細書 特開２００９−１４９９６０号公報

本発明の課題は、粉体廃物の最適な圧縮方法を提供することである。

これは、本発明に係る方法によって達成され、本発明に係る方法では、複数のニップローラのうちの少なくとも１つのニップローラとそのニップローラのところにある粉体との間の摩擦が測定され、その摩擦に応じて、複数のニップローラのうちの少なくとも１つのニップローラの回転速度が調節され、その一方で、ニップローラへの粉体の供給速度も複数のニップローラ間の距離も実質的に一定に保持される。

本発明に係る方法の利点は、最小限のオペレータの介入が必要な閉ループ制御で容易に自動化できることである。摩擦を測定することは、ニップローラに送り込まれた粉体品質の変動が監視されることを基本的に意味する。ニップローラに対する粉体の供給速度もニップローラ間の距離も実質的に一定に保持されることによって、供給速度が変動することによって、自動的に制御するのがより難しい方法へとつながることがある粉体の流動性を変更できるという利点があり、その一方で、ニップローラ間の距離の変動には比較的に複雑な装置が必要である。

基本的に、摩擦は、粉体に作用するニップローラによる反力を測定することによって測定することができる。その力は、例えば力センサや歪ゲージを用いて導き出すことができる。

有利な実施形態では、ニップローラは電気モータで駆動すると共に、摩擦は、電気モータの消費電力を測定することによって導き出される。これは、ニップローラのある速度での摩擦を導き出す、どちらかと言えば簡単な方法である。

ニップローラの回転速度は、ニップローラにおける摩擦に基づいて調整され得る。これは、摩擦を測定することも速度を制御することも同じニップローラにおいて行われることを意味する。

これは工程制御の大きな自由度をもたらすので、ニップローラを互いに独立して駆動させるという利点がある。例えば、ニップローラを異なる速度で作動させることが望ましい場合がある。

特定の実施形態では、粉体と両方のニップローラとの間の摩擦の度合いが測定されると共に、両方のニップローラの回転速度が互いに独立して調整される。例えば、それは、各ニップローラの異なる速度制御を必要とするニップローラの各々の摩耗を考慮する機会をもたらす。

一般に、ニップローラでの摩擦が増大するとニップローラの回転速度は高くなるであろう。より高い速度に起因して、圧縮圧力を減少するであろう。圧縮圧力が低すぎになると、摩擦はある値を下回って低下すると共に、この作用を補うためにニップローラの回転速度が減少させられるであろう。

また、本発明は、粉体の圧縮のためのローラ型圧縮装置に関するものであり、その圧縮装置は、複数のニップローラ、及び粉体を複数のニップローラ間のニップ領域へと搬送するためのフィーダと、複数のニップローラのうちの少なくとも１つのニップローラとそのニップローラのところにある粉体との間の摩擦を測定するため感知装置と、フィーダの速度も複数のニップローラ間の距離も実質的に一定であるのに、摩擦の度合いに応じて複数のニップローラのうちの少なくとも１つのニップローラの回転速度を調節するためのコントローラと、を備えている。

ニップローラは、電気モータで駆動することができ、電気モータの消費電力及び速度を測定するための測定装置がコントローラに接続されている。例えば電流検出計や電圧メータ、速度センサなどの測定装置からの信号は、コントローラにおける制御プログラムのための入力信号として使用される。

ニップローラの周面は滑らかにすることができ、これは、その表面が、巨視的に浮き彫りや粗い質感が無いことを意味する。これは、再挽砕するのに特に適した整合的な硬い固形物製品を得るのに利点がある。

特定の実施形態では、ニップローラのうちの一方のニップローラが、ディアボロ形（diabolo-shape）となっているのに対し、他方のニップローラは、相補的な形状となっている円錐台形の軸方向端部分を有している。これは、全体的に円筒形状のニップローラと比べて、ニップローラの軸方向端部での粉体の減損を減少させる。ニップローラのこれらの形状は、感知装置及びコントローラの存在から独立して、ニップローラを備える任意の他のローラ型圧縮装置に適用され得ることを言及する。

上記特許文献２は、ホッパー内の粉体を、相互に逆方向に回転している一対のローラの間に回転スクリューによって押し出して圧縮して成形する装置に関する。成形品の放出密度は、ローラの回転を踏まえて成型品の放出体積と放出重量とから算出される。指標として放出密度を維持しながら成型品の品質は制御される。ローラの更なる加圧力は、成型品の放出密度を一定に保持するために制御される。さらに、スクリューの回転数は、成型品の厚さを一定に保持するために制御される。その結果、そのような機能によって、所定の品質を有する成型品が所定の生産量で絶えず得られる。本発明に係る方法は、結果的に生じる製品の特性を測定しないが、製造中の工程パラメータ、すなわち、ローラと粉体との間の摩擦を測定する。本発明に係る方法などの工程における更に上流側のパラメータに基づいて工程を制御する利点は、より速いシステム制御を提供する

特許文献３は、圧縮中に作用する圧力に応じてローラ間の間隔を変動させるため、側方変位用に取り付けられた対向ローラを備える材料圧縮装置に関する。ホッパーは、材料を保持するためにローラの上方に位置付けられており、フィードスクリューは、材料をローラへと送り出すためにホッパーの中に配置されている。制御手段は、変動させるためのローラによって加えられた圧力の任意の傾向に応じた変動と共にフィードスクリューの運転動作を変動させるために設けられている。フィードスクリューは、油圧式又は電動式に駆動され、信号が、フィードスクリューの圧力を変動させるための駆動手段に印加される。フィードスクリューの駆動力の変動は、ローラ間の間隔を変動させる傾向がある力をオフセットさせることを意図しており、それによって、一定のローラ間隔が達成され、それによって、一定の厚さの製品を達成することができる。しかしながら、本発明に係る方法は、ニップローラ速度を制御せず、その一方で、ニップローラへの粉体の供給速度もニップローラ間の距離も実質的に一定に保持される。

特許文献４は、粉体を基材の表面に圧着させることによってクラッド材を製造するための粉体圧延装置に関する。それは、一対の圧延ローラを備えており、それらの圧延ローラは、水平方向に平行に延在する軸線回りに回転可能に設けられていると共に、基材を挟みつつ互いに向かい合うように配置されており、それによって、外周面がそれぞれ、基材の表面のうちの一方の面と他方の面とを押圧するようになっている。一対の圧延ローラは、一方の圧延ローラが他方の圧延ローラに対して上方部分に設けられるように配置されており、他方の圧延ローラは、回転と同時に外周面の上に供給された粉体を搬送して粉体を基材に圧着する。特許文献４は、圧縮装置ではなくてコーティング装置に関する。限られた量の粉体だけが、コーティングしようとするプレートとローラとの間の領域に搬送される。実際に、コーティングしようとするプレートが存在しているので、ローラ間にニップ領域は無い。圧縮装置では、ニップ間のニップ領域が粉体によって全体的に充填されており、ニップ領域およびニップローラ間を通過するのは粉体だけである。

以下、本発明について、本初笑みの実施形態を模式的に図示した図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る圧縮装置の実施形態の側面図である。 図２は、図１に示されたような実施形態の一部分の拡大図である。 図１の実施形態の底面図である。 図１に示されたような圧縮装置を用いた粉体圧縮方法の実施形態を図示したブロック図である。

ミリングによって製造された粉体塗料は、粒径範囲が比較的に広くなるという結果になる。粉体塗装工程にとって望ましくない、粒径範囲の両端における粒子は、取り除かれて収集される。収集された粉体廃物は、粉体塗料を形成するためにそのまま再ミリング、すなわち再挽砕することができる硬い固形物を形成するために圧縮、すなわち乾式結合することによって、粉体塗装工程のために再利用することができる。これは、圧縮された粉体を同じ製造バッチの間中にミリング装置に戻すことを意味する。

図１は、本発明に係るローラ型圧縮装置１の実施形態を示している。ローラ型圧縮装置１は、図１に矢印で示されているように反対方向に回転する２つのニップローラ２，３を備える。粉体Ｐ、例えば、１０μｍ未満のポリマー微粒子が、貯留装置へ、この場合はホッパー４へと送り込まれる。ニップローラ２，３は、電気モータ（図示せず）によって別々に駆動される。これは、ニップローラ２，３が互いに独立して駆動できることを意味する。

粉体Ｐは、フィードスクリュー５を用いてホッパー４からニップローラ２，３間のニップ領域へと搬送される。この実施形態では、粉体Ｐが一定の供給速度でニップローラ２，３へと搬送されるように、フィードスクリュー５が一定速度で稼働する。代替の実施形態では、フィードスクリュー５は、所望により、可変的な速度で作動させることができる。粉体Ｐがフィードスクリュー５によって搬送されるとき、空気が除去されて、粒子を変形させずに嵩密度が高くすることができる。また、振動若しくは真空濾過、又はその両方を、フィードスクリュー５での嵩密度を高めるために適用することができる。

図２は、フィードスクリュー５とニップローラ２，３間の最小隙間との間の粉体Ｐの搬送領域をより詳細に示している。粉体Ｐは、スリップ領域Ｓを通過し、続いてニップ領域Ｎを通過する。ニップ領域Ｎにおいて、粉体は、ニップローラ２，３の周速度と実質的に同じ速度で動く。微粒子がニップローラ２，３間の最小隙間から出たときに硬いシートを形作るように、ニップ領域Ｎにおいて微粒子は圧縮される。実際のところ、シートの厚さは５〜１０ｍｍであるが、より薄いシートやより厚いシートは考えられる。図１及び図２に示されたような実施形態では、ニップローラ２，３の相対位置が一定であるので最小隙間は一定であるが、代替の実施形態では、ニップローラ２，３間の距離を調整可能にすることができる。

粉体を圧縮することで結果的に生じるシートを適切な品質に保持するために、粉体Ｐの圧縮工程を制御することができる。図１及び図２に示されたような実施形態では、品質は、粉体Ｐとニップローラ２，３との間の摩擦を測定して各ニップローラ２，３の回転速度を制御することによって保持される。摩擦の度合いは、各電気モータの各速度での各電気モータの消費電力を計測することによって測定される。ニップローラのある回転速度での粉体Ｐとニップローラとの間の摩擦の度合いは、計測された消費電力がより大きい場合により高くなる。ニップローラの対応する速度で粉体Ｐに作用する、対応するニップローラによる力は、このようにして間接的に計測される。代替の実施形態では、力は、ニップローラにおける反力を例えば歪ゲージを用いて計測することによって導き出すことができる。

図３は、図１における下側から見たニップローラ２，３を分離させて示している。ニップローラ２，３は、円筒状の中央部分を有している一方で、各軸方向端部分が異なる形状になっていることが分かる。これらのニップローラのうちの一方のニップローラ２は、ディアボロ形（diabolo-shape）となっているのに対し、他方のニップローラ３は、相補的な形状となっている円錐台形の軸方向端部分を有している。言い換えると、ニップローラ２，３の各々は、逆のテーパ状の軸方向端部を有しており、１つのニップローラ３では外側に向かって窄まっていると共に、もう１つのニップローラ２では外側に向かって拡がっている。このような形状の端部分は、ニップローラ２，３の軸方向端部での粉体Ｐの減損を最小限にすると思われる。ニップローラ２，３は、滑らかな周面を有しているが、代替の実施形態では、ニップローラ２，３は、浮き彫りされた正面を具備することができる。

また、ローラ型圧縮装置１は、ニップローラ２，３の回転速度を調節するためのコントローラ６も具備する。図４は、コントローラ６がどのように操作するかを図解で説明するブロック図を示している。この実施形態では、コントローラ６は、フィードスクリュー５の速度を設定するための第１の駆動制御７と、一方のニップローラ２の電気モータの回転速度を設定するための第２の駆動制御８と、他方のニップローラ３の電気モータの回転速度を設定するための第３の駆動制御９とを制御するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）又はＰＡＣ（プログラマブルオートメーションコントローラ）を備えている。電気モータは、電気モータの回転速度を調節できるようにするために、可変周波数インバータドライブを用いて制御することができる。コントローラは、いくつかの工程パラメータに関するオペレータ情報を提供するユーザーインタフェース１０も具備する。

図４は、ＰＬＣ６に対する６つの関連性のある入力信号を示しており、それらは、各電気モータの２つの実際の速度の度合い、並びに、各電気モータに対する２つの実際の電圧の度合い及び２つの実際の電流の度合いである。実際の入力信号値は、場合によってはその値を物理的なパラメータに変換した後、所望の値と比較される。コントローラが、あるパラメータの実際の度合いと所望の度合いとの間の差を検出する場合、ニップローラ２，３のうちの１つ又は両方の回転速度が調節される。例えば、両方のニップローラ２，３のある回転速度において、両方の電気モータに対する電流が、その回転速度での所望値よりも高い場合、ニップローラ２，３と粉体Ｐとの間の摩擦は高すぎることになり、コントローラ６は、ニップローラ２，３の回転速度を上げる。

本発明は、図面に示されると共に上述された実施形態に限定されず、特許請求の範囲の中で様々な方法で変更されてもよい。例えば、ニップローラと粉体との間の摩擦は、代替の方法で測定されてもよい。

１ ローラ型圧縮装置
２ ニップローラ
３ ニップローラ
４ ホッパー
５ フィードスクリュー、フィーダ
６ コントローラ
７ 第１の駆動制御
８ 第２の駆動制御
９ 第３の駆動制御
１０ ユーザーインタフェース
Ｎ ニップ領域
Ｐ 粉体
Ｓ スリップ領域

Claims (11)

1. 複数のニップローラ（２，３）を用いた粉体（Ｐ）の圧縮方法であって、前記粉体（Ｐ）が前記複数のニップローラ（２，３）間のニップ領域へと供給速度で搬送されると共に、前記複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラと該ニップローラ（２，３）のところにある前記粉体（Ｐ）との間の摩擦が測定され、前記摩擦に応じて前記複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラの回転速度が調節され、その一方で、前記ニップローラ（２，３）への前記粉体（Ｐ）の前記供給速度も前記複数のニップローラ（２，３）間の距離も実質的に一定に保持される、圧縮方法。
2. 前記摩擦が、前記ニップローラ（２，３）のある速度で前記粉体（Ｐ）に作用する前記ニップローラ（２，３）による力を測定することによって測定される、請求項１に記載の圧縮方法。
3. 前記力が、前記ニップローラ（２，３）における反力を測定することによって導き出される、請求項２に記載の圧縮方法。
4. 前記ニップローラ（２，３）は電気モータで駆動し、前記力が、前記電気モータのある速度での前記電気モータの消費電力を測定することによって導き出される、請求項２に記載の圧縮方法。
5. 前記ニップローラ（２，３）の回転速度が、前記ニップローラ（２，３）における前記摩擦に基づいて調節される、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮方法。
6. 前記ニップローラ（２，３）が互いに独立して駆動する、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮方法。
7. 前記粉体（Ｐ）と両方の前記ニップローラ（２，３）との間の前記摩擦の度合いが測定されると共に、両方の前記ニップローラ（２，３）の回転速度が互いに独立して調節される、請求項６に記載の圧縮方法。
8. 粉体（Ｐ）の圧縮のためのローラ型圧縮装置（１）であって、複数のニップローラ（２，３）、及び粉体（Ｐ）を前記複数のニップローラ（２，３）間のニップ領域へと搬送するためのフィーダ（５）と、前記複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラと該ニップローラ（２，３）のところにある粉体（Ｐ）との間の摩擦を測定するため感知装置と、前記フィーダ（５）の速度も前記複数のニップローラ（２，３）間の距離も実質的に一定であるのに、前記摩擦の度合いに応じて前記複数のニップローラ（２，３）のうちの少なくとも１つのニップローラの回転速度を調節するためのコントローラと、を備えるローラ型圧縮装置（１）。
9. 前記ニップローラは電気モータで駆動し、前記電気モータの消費電力及び速度を測定するための測定装置が前記コントローラに接続されている、請求項８に記載のローラ型圧縮装置（１）。
10. 前記複数のニップローラ（２，３）の周面は滑らかである、請求項８又は９に記載のローラ型圧縮装置（１）。
11. 前記複数のニップローラ（２，３）のうちの一方のニップローラは、ディアボロ形となっているのに対し、他方のニップローラ（２，３）は、相補的な形状となっている円錐台形の軸方向端部分を有している、請求項８から１０のいずれか一項に記載のローラ型圧縮装置（１）。

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