JP3056939B2 - 流動層利用の造粒制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動層利用の造粒制御
方法及びその装置に関し、詳述すると、例えば、気体噴
出口を造粒容器の底部に設け、その気体噴出口から噴出
される気流により、供給部からの造粒原料を流動層状態
にして、前記造粒容器の上方空間に設けた結合剤噴出機
構から結合剤を噴霧して造粒するような流動層利用の造
粒装置における流動層利用の造粒制御方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流動層利用の造粒装置においては、超音
波センサ等を用いた層高検出手段により流動層の上面高
さを検出し、検出された流動層の上面高さが常に一定に
維持されるように気体噴出口からの気体噴出量を調節し
ながら、その状態を予め把握された一定時間だけ維持す
るように造粒するもので、造粒過程における粒の状態を
直接にセンサにより確認する造粒制御方法はなかった。

【０００３】一方、造粒容器内部にモータ駆動される攪
拌用のインペラを備えた造粒装置においては、容器外部
に振動検出器を設けて、その振動検出器により検出され
る約５０Ｈｚの振動加速度の強度データと嵩密度の相関
関係から造粒状態を検出するものが提案されている（特
開平５−２３７２５７号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た振動検出器により検出された振動加速度の強度データ
と嵩密度の相関関係から造粒状態を検出するものは、造
粒装置の構造からして比較的球形で密度の大きい固い造
粒物を検出対象とするものであり、不定型で密度がそれ
ほど大きくない造粒物を製造する流動層利用の造粒装置
ではそのような振動検出器では振動状態の検出が困難で
あるという事情があった。

【０００５】また、振動検出器によるものは、嵩密度を
造粒状態の指標として、その値が大きいほど粒径が大き
く、且つ、密度が高いという関係を把握するものであ
り、粒径と密度のそれぞれを的確に判断することができ
ないために、粒径と密度のそれぞれを独立して管理する
必要がある流動層利用の造粒装置に適用するのは困難で
あるという事情もあった。

【０００６】本発明の目的は、造粒過程で造粒物の粒径
と密度のそれぞれを独立して検出でき、その検出値に基
づいて効率よく造粒できる流動層利用の造粒制御方法及
びその装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明に係る流動層利用の造粒制御方法の特徴構成
は、造粒容器の底部に設けた気体噴出口から噴出される
気流により、造粒原料を流動層状態にして、前記造粒容
器の上方空間に設けた結合剤噴出機構から結合剤を噴霧
して造粒する流動層に対して、その流動層での造粒物の
衝突により生じる弾性波（ＡＥ）を検出する弾性波検出
手段を設けて、前記弾性波検出手段により検出された弾
性波の特定周波数成分のＡＥ事象率に基づいて造粒径の
適否を判断し、且つ、ＡＥ強度に基づいて粒密度の適否
を判断して、所望の造粒物を得る点にある。

【０００８】さらに、本発明に係る流動層利用の造粒制
御装置の特徴構成は、造粒容器の底部に設けた気体噴出
口から噴出される気流により、造粒原料を流動層状態に
して、前記造粒容器の上方空間に設けた結合剤噴出機構
から結合剤を噴霧して造粒する流動層に対して、その流
動層での造粒物の衝突により生じる弾性波（ＡＥ波）を
検出する弾性波検出手段を設けて、前記弾性波検出手段
により検出された弾性波の特定周波数成分のＡＥ事象率
に基づいて造粒径を検出し、検出された造粒径が目標造
粒径になるように、前記結合剤の噴霧量を調節する第一
制御手段と、ＡＥ強度に基づいて粒密度を検出し、検出
された粒密度が目標粒密度になるように、造粒時間を調
節する第二制御手段を設けてある点にある。

【０００９】

【作用】造粒物同士、或いは、造粒物が、造粒容器内で
壁面や回転円盤に衝突すると、造粒物の種類などにより
定まるある周波数の弾性波（ＡＥ；ＡｃｑｕｓｔｉｃＥ
ｍｉｓｓｉｏｎという）が生じるが、この弾性波は造粒
物の衝突回数や衝突強度等と一定の相関がある。つま
り、図４（イ）に示すように、ＡＥ事象率が造粒径の平
均値と正の相関を持ち、図４（ロ）に示すように、ＡＥ
強度が造粒物の硬さと正の相関を持つ。従って、流動層
での造粒物の衝突により生じる弾性波（ＡＥ）を検出し
て、特定周波数成分のＡＥ事象率とＡＥ強度を求めるこ
とにより、造粒過程における造粒径と造粒物の硬さが独
立して検出でき、それらの値に基づいて適切に制御する
ことにより所望の造粒物を得ることができる。ここに、
図５に示すように、ＡＥ事象率とはイベントレートとも
いうもので、単位時間当たりに振幅が閾値を越えたＡＥ
信号の発生回数をいい、ＡＥ強度とは、ＡＥ信号の振幅
のせん頭値或いはせん頭値の二乗と持続時間の積をい
う。

【００１０】従って、第一制御手段により、弾性波検出
手段による弾性波の特定周波数成分のＡＥ事象率に基づ
いて検出された造粒径が目標造粒径になるように結合剤
の噴霧量を調節すれば、粒径の調節が可能となり、第二
制御手段により、弾性波検出手段による弾性波の特定周
波数成分のＡＥ強度に基づいて検出された粒密度が目標
粒密度になるように造粒時間を調節すれば、粒の硬さの
調節ができることになる。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、造粒過程で造粒物の粒
径と密度のそれぞれを独立して的確に検出でき、その検
出値に基づいて効率よく造粒できる流動層利用の造粒制
御方法及びその装置を提供することができるようにな
り、その結果、流動層利用の造粒装置により高品質の製
品が製造できるようになった。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、本発明に係る流動層利用の造
粒装置は、上部が下部よりも若干拡径した円筒状の造粒
容器１の底部に、上面中心部が上向きに突出した円錐面
に形成された回転円盤１０を、前記造粒容器１内におい
て鉛直方向の回転軸芯周りに回転自在に取り付けて、そ
の回転円盤１０の円錐面の上方空間を造粒部３とし、そ
の造粒部３で、造粒容器１の底部に形成した複数の気体
噴出口１０ａから噴出される気流により造粒原料を流動
層状態にするとともに、前記造粒容器１の上方空間に設
けた結合剤噴出機構８から結合剤を噴霧して造粒するよ
うに構成してある。

【００１３】前記造粒容器１の中段（詳しくは、前記造
粒容器１の拡径部）には、前記造粒原料のうちの原料粉
体を供給するための供給機構１５を設けてあり、前記供
給機構１５からの原料粉体を前記造粒部３に一旦貯留
し、その貯留物を流動層状態にして造粒を行う。

【００１４】前記造粒容器１の側方に、エアーフィルタ
４ａを備えた送風装置４を設けてあり、ヒータ５にて適
宜温度に加熱された後に、前記気体噴出口１０ａを介し
て前記造粒部３に給気される。

【００１５】前記結合剤噴出機構８は、前記造粒容器１
の最上部に冠着された濾過部２を貫通した状態に配置さ
れた上端供給部８ａと、（その部分には、圧縮空気供給
装置６及び結合剤供給装置７からの配管の下流端が接続
されている）と、前記造粒容器１内の下部下方に開口
し、前記造粒部３へ噴霧供給されるようになっているノ
ズル８ｃと、上端供給部８ａからノズル８ｃへの結合剤
の供給管８ｂを、前記造粒容器１内の中心部に鉛直姿勢
で配置して構成してある。即ち、前記結合剤供給装置７
からバルブ機構７ａを介して供給される結合剤を、圧縮
空気供給装置６からの圧縮空気をキャリアガスとして、
前記ノズル８ｃから前記造粒部３へ噴霧供給する。

【００１６】更に、前記濾過部２には、前記造粒容器１
内からの吸引排気を濾過するためのフィルタ２ａを設け
て、その吸引排気を装置外へ排出するための排気装置９
へ通じる配管を接続してあり、前記濾過部２内には、前
記フィルタ２ａを洗浄するために圧縮空気を前記フィル
タ２ａに吹き付けるブローチューブ２ｂを設けてある。

【００１７】前記回転円盤１０は、前記造粒容器１の下
部に配置したモータ１３の駆動力によって鉛直方向の回
転軸芯周りに回転自在に取り付けてあり、前記造粒容器
１の給気口１ａを経由して導入される前記送風装置４か
らの給気が、前記気体噴出口１０ａを介して前記造粒部
３へ噴出される。

【００１８】上述の造粒装置には、造粒物の硬さと粒径
が所定の目標値になるように造粒するために、前記造粒
部３へ噴出すべき風量や結合剤の供給量等を調節する造
粒制御装置を設けてある。前記造粒制御装置は、前記造
粒部３での造粒物同士の衝突や造粒物と側壁との間の衝
突により生じる弾性波（ＡＥ）を検出するために前記造
粒容器１の外壁に取り付けた弾性波検出手段２０として
の圧電型超音波センサと、前記弾性波検出手段２０によ
り検出された弾性波の特定周波数成分のＡＥ事象率に基
づいて造粒径を検出し、検出された造粒径が目標造粒径
になるように、前記結合剤の噴霧量を調節する第一制御
手段２１ａと、ＡＥ強度に基づいて粒密度を検出し、検
出された粒密度が目標粒密度になるように、造粒時間を
調節する第二制御手段２１ｂと、その他の造粒制御を行
う第三制御手段２１ｃとを備えたコンピュータ利用の造
粒制御手段２１とから構成してある。

【００１９】図２（イ）に示すように、前記供給機構１
５から前記造粒部３に材料粉体を投入して（図中、Ａ点
からＢ点）、所定の粒径、硬さに造粒する場合を考え
る。所定量の材料粉体を投入後、前記第三制御手段２１
ｃにより、前記回転円盤１０を回転させながら前記送風
装置４から送風して流動層状態に移行後、バルブ機構７
ａの開度一定の下、前記結合剤供給装置７のポンプをオ
ン・オフ制御してノズル８ｃから結合剤を供給して造粒
を開始すると（図中、Ｂ点）、水分値Ｍｐが上昇すると
ともに粉が凝集して顆粒が生成され成長する（図中、Ｂ
点からＣ点）。水分値Ｍｐが一定になると顆粒の成長が
止まり、流動作用により圧密を受け、顆粒密度（硬さ）
が時間とともに増大する（図中、Ｃ点からＤ点）。前記
第三制御手段２１ｃにより、所定の硬さになったところ
で結合剤の供給を停止して、顆粒を乾燥させて造粒工程
を終了する（図中、Ｄ点以降）。

【００２０】ここで、上述した造粒開始から結合剤の供
給の停止時点（図中、Ｂ点からＤ点）までにおける前記
弾性波検出手段２０により検出される弾性波の特徴を、
ＡＥ事象率（イベントレート）、ＡＥせん頭値（又はＡ
Ｅエネルギー）、ＡＥ平均周波数）を用いて考察する
と、図２（ロ）に示すようになる。ここに、図５に示す
ように、ＡＥ事象率とはイベントレートともいうもの
で、単位時間当たりに振幅が閾値を越えたＡＥ信号の発
生回数をいい、ＡＥ強度とは、ＡＥ信号の振幅のせん頭
値或いはせん頭値の二乗と持続時間の積をいい、ＡＥ平
均周波数とは、単位ＡＥ波の周波数の平均値をいう。

【００２１】即ち、顆粒が生成され成長する（図中、Ｂ
点からＣ点）過程では、粉が顆粒になることにより流動
性が向上して活動が活発になり、ＡＥ波形は図３（イ）
から図３（ロ）に移行する。単位時間当たりの容器１と
の衝突回数が増えることによりＡＥ事象率が上昇するも
のと考えられ、図４（イ）に示すように、顆粒の平均粒
径とＡＥ事象率の関係は比例関係にあることが判明し
た。

【００２２】顆粒の成長が止まり、流動作用により圧密
を受け、顆粒密度（硬さ）が時間とともに増大する（図
中、Ｃ点からＤ点）過程では、ＡＥ波形は図３（ハ）に
示すようになる。顆粒の粒径が一定であるために衝突回
数は変わらずＡＥ事象率はほぼ一定となるが、顆粒が次
第に硬くなるために顆粒個々の容器１との衝突強さが次
第に増してＡＥ強度が大きくなると考えられ、図４
（ロ）に示すように、顆粒の硬さ（嵩密度）とＡＥ強度
の関係は比例関係にあることが判明した。

【００２３】つまり、図５に示すように、ＡＥ信号を適
当な閾値を基準にとりＡＥ事象率、ＡＥ強度を計測すれ
ば、造粒状態がリアルタイムで把握できるのである。Ａ
Ｅ強度は零であるがＡＥ事象率が増す領域では顆粒が成
長過程にあり、ＡＥ事象率が一定となりＡＥ強度が増す
領域では顆粒の強度増大過程にあることが把握できるの
である。

【００２４】そこで、前記第一制御手段２１ａは、ＡＥ
事象率が一定になる時点での粒径をＡＥ事象率から換算
して目標粒径に至らない場合には、バルブ機構７ａの開
度を調節して結合剤の供給量を増し、或いは、ＡＥ事象
率が増加傾向にある状態でＡＥ事象率から換算して目標
粒径を超えるおそれがある場合には、バルブ機構７ａの
開度を調節して結合剤の供給量を減らして粒径を調節す
る。また、前記第二制御手段２１ｂは、ＡＥ強度から換
算される顆粒の硬さが目標硬さに至る時点で材料粉体を
投入及び結合剤の供給を停止して、顆粒の乾燥工程に移
行するのである。

【００２５】以下に別実施例を説明する。弾性波検出手
段２０は、１００ＫＨｚから１ＭＨｚの周波数特性を持
つ圧電素子で検出される弾性波から造粒物の衝突により
生じる約１０００ＫＨｚのローパスフィルタを用いて濾
過した信号を増幅器で増幅してＡＥ波を検出するもの
で、圧電素子は、造粒容器１で造粒層が形成されている
範囲の外壁に金属製の取り付け部材を介して固定設置し
てあるが、圧電素子の種類、取り付け方法や取り付け位
置、さらには数を限定するものではなく造粒装置の規模
や造粒物の種類により適宜設定することができる。

【００２６】さらに、ＡＥ波を解析するときの閾値もと
くに限定するものではなく造粒装置の規模や造粒物の種
類により適宜設定することができる。

【００２７】又、結合剤噴出機構８のノズル８ｃは、造
粒容器１の側面に向かって横向きに取付けてもよい。そ
の際、ノズル８ｃの数は特に限定するものではなく、複
数本であってもよい。

【００２８】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】造粒装置の要部を示す概略構成図

【図２】弾性波検出手段の出力特性図

【図３】弾性波検出手段の出力特性図

【図４】弾性波検出手段の出力特性図

【図５】弾性波検出手段の出力特性図

【符号の説明】

１ 造粒容器 ８ 結合剤噴出機構 １０ａ 気体噴出口 ２０ 弾性波検出手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 造粒容器（１）の底部に設けた気体噴出
   口（１０ａ）から噴出される気流により、造粒原料を流
   動層状態にして、前記造粒容器（１）の上方空間に設け
   た結合剤噴出機構（８）から結合剤を噴霧して造粒する
   流動層に対して、 その流動層での造粒物の衝突により生じる弾性波（Ａ
   Ｅ）を検出する弾性波検出手段（２０）を設けて、前記
   弾性波検出手段（２０）により検出された弾性波の特定
   周波数成分のＡＥ事象率に基づいて造粒径の適否を判断
   し、且つ、ＡＥ強度に基づいて粒密度の適否を判断し
   て、所望の造粒物を得る流動層利用の造粒制御方法。
2. 【請求項２】 造粒容器（１）の底部に設けた気体噴出
   口（１０ａ）から噴出される気流により、造粒原料を流
   動層状態にして、前記造粒容器（１）の上方空間に設け
   た結合剤噴出機構（８）から結合剤を噴霧して造粒する
   流動層に対して、 その流動層での造粒物の衝突により生じる弾性波（ＡＥ
   波）を検出する弾性波検出手段（２０）を設けて、前記
   弾性波検出手段（２０）により検出された弾性波の特定
   周波数成分のＡＥ事象率に基づいて造粒径を検出し、検
   出された造粒径が目標造粒径になるように、前記結合剤
   の噴霧量を調節する第一制御手段（２１ａ）と、 ＡＥ強度に基づいて粒密度を検出し、検出された粒密度
   が目標粒密度になるように、造粒時間を調節する第二制
   御手段（２１ｂ）を設けてある流動層利用の造粒制御装
   置。