JP6248150B2

JP6248150B2 - 粉体処理装置

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Publication number: JP6248150B2
Application number: JP2016149272A
Authority: JP
Inventors: 正佳河原; 憲司村田; 中島　康宏; 康宏中島
Original assignee: Hosokawa Micron Corp
Current assignee: Hosokawa Micron Corp
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2016215204A

Description

本発明は、被処理物を液体中で粉砕、分散、溶解等する粉体処理装置に関するものである。

湿式粉砕機は、水等の液体に粉砕すべき被処理物を分散し、粉砕ピンやメディア等を用いて磨砕するものであり、広く利用されている。例えば、特許文献１は、回転軸に設けられた撹拌ピンと固定ピンとを備える湿式粉砕機において、その回転軸に硬質材料製の保護部材を取り付けることによって、回転軸の摩耗を防止する技術を開示している。また、特許文献２は、回転軸に設けられた撹拌ピンと固定ピンを備える湿式の混練機において、流路の途中で原料となる粉体を予め混合させておくことによって、効率的に混練する技術を開示している。

実開平１−７７８４７号公報実開平５−９３５３９号公報

しかしながら、前述のいずれの従来技術を採用しても、例えば、被処理物が医薬の錠剤のような硬い造粒物のような場合には、被処理物が液体中で十分分散しなかったり、あるいは被処理物が細かく粉砕されないまま排出され、その結果製品中に粗大粒子が混入するおそれがあった。そのため、湿式粉砕機に供給する前に予め微粉砕の処理を行ったり、あるいは粉砕後の製品を篩などにかけ粗大粒子を取り除く必要があった。しかし、そのような予備粉砕工程を用いると、吸湿性の高い性質を有する造粒物の場合には、微粉砕の処理中に空気中の水分を吸湿するため、再び固着してしまうという問題が生じる。また、有害な成分を含む造粒物を被処理物とする場合、外気中で微粉砕処理を行うと、生じた粉塵によって人体に悪影響を及ぼす可能性が高まるため、発塵しない状態で処理工程を進めることが望まれる。さらに、上記のような予備粉砕工程や粗大粒子除去工程といった余分な工程が増えることによって生産性が悪くなるため、工程数の減少と併せて、被処理物の粉砕、分散、溶解等の処理能力を増大させることによって、生産性を向上させる技術を提供することも、重要な技術課題といえる。

本発明は、上述の問題を解決するものであり、仮に、硬く液体中で分散しにくい造粒物または凝集物を予め微粉砕を行うことなく、直接、処理装置内に供給した場合であっても、被処理物を十分に粉砕及び／又は混合することが可能な粉体処理装置を提供する。従って、本発明は、代表的には、液体中で硬い造粒物を粉砕する処理が行われる処理技術の発展に大きく貢献するものである。

上述のとおり、仮に硬く液体中で分散しにくい造粒物または凝集物を、直接、粉体処理装置に供給した場合であっても、被処理物を十分に粉砕及び／又は混合することが可能な粉体処理装置の検討が鋭意行われた。その結果、本願発明者らは、効率よく被処理物の粉砕又は混合等（以下、単に粉砕等という）を行う領域と粉砕等された被処理物及び液体を送液する領域とを、特定の構造を採用することによって区画することにより、上述の技術課題が解決され得ることを知見した。本発明は上述のような知見に基づいて創出された。

本発明の１つの粉体処理装置は、被処理物を液体中で粉砕及び／又は混合するケーシングを備える縦型の粉体処理装置である。より具体的には、この粉体処理装置においては、前述のケーシングは、回転刃とそのケーシングの軸芯周りに回転駆動するロータとが内側に設けられている円筒部を有する、第一処理室と、その第一処理室に連通し、かつ前述の円筒部から軸芯に沿って一様に、下方へ向かうほど小径となる、無底筒状の仕切部と、その仕切部に連通し、前述の被処理物及び前述の液体を送液する送液ロータが設けられている第二処理室と、前述の第一処理室に連通する供給口と、前述の第二処理室に連通する排出口とを備える。

この粉体処理装置は、第一処理室に連通し、かつ前述の円筒部から軸芯に沿って一様に、下方へ向かうほど小径となる、無底筒状の仕切部が、第一処理室と第二処理室との間に形成されている。そのため、第一処理室から第二処理室への被処理物及び液体の流量を制限することができる。その結果、例えば、硬く液体中で分散しにくい造粒物または凝集物を予め微粉砕を行うことなく直接、かつ連続的に粉体処理装置内に供給した場合であっても、第一処理室内での被処理物の滞留時間を確保して、被処理物を十分に粉砕及び／又は混合させることが可能となる。従って、この粉体処理装置を用いることによって、各種の製品中への粗大粒子の混入を抑制するとともに、大量の被処理物の粉砕処理が可能となるため、生産工程及び生産コストの大幅な低減を図ることができる。

本発明の１つの粉体処理装置によれば、硬く液体中で分散しにくい造粒物または凝集物を予め微粉砕を行うことなく、直接、かつ連続的に粉体処理装置内に供給することができる。その結果、各種の製品中への粗大粒子の混入を抑制するとともに、大量の被処理物の粉砕処理が可能となるため、生産工程及び生産コストの大幅な低減を図ることができる。

本実施形態における粉体処理装置の構成を概略的に示す説明図である。粉体処理装置における循環領域、粉砕・混合領域、分散・溶解領域、及び送液領域を示す図である。本実施形態における粉砕ロータを示す概略斜視図である本実施形態における粉砕ロータを示す概略斜視図である。本実施形態における粉砕ロータを示す概略斜視図である。本実施形態における固定刃を示す概略斜視図である。本実施形態における固定刃を示す概略斜視図である。本実施形態における第１スクリーンの形状の例を示す概略斜視図である。粉砕試験で行われた工程を概略的に示す図である。

本発明の実施形態を、添付する図面に基づいて詳細に述べる。なお、この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分には共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。また、各図面を見やすくするために、一部の符号が省略され得る。
＜第１の実施形態＞

図１は、本実施形態における粉体処理装置１００の構成を側面視において概略的に示す説明図である。また、図２は、粉体処理装置１００を説明するために便宜上分類した、循環領域、粉砕・混合領域、分散・溶解領域、及び送液領域を示す図である。粉体処理装置１００における循環領域及び粉砕・混合領域の２つの領域が第一処理室を形成し、送液領域が第二処理室を形成する。そして、及び分散・溶解領域によって第一処理室と第二処理室とが分離される。なお、本実施形態の粉体処理装置１００は、被処理物を液体とともに受け入れ、被処理物を液体中で粉砕処理、分散処理、又は溶解処理等を行う縦型の湿式粉砕機である。粉体処理装置１００は、供給された被処理物及び液体に対して、乳化、分散、混合、粉砕、溶解等の工程を行うことが可能である。本実施形態においては、説明の便宜上、代表的に、粉体処理装置１００を「粉砕機」として説明するが、この「粉砕機」が、本実施形態の粉体処理装置１００の構成の主たる構成を備えることにより、前述の乳化、分散、混合、溶解等を行う装置ともなり得る。また、被処理物は、例えば、造粒物、凝集体、又は顆粒状粉体等の粉体である。特にそれらの大きさは限定されないが、代表的な被処理物の大きさの例は、粒径が１０ｍｍ以下である。また、本実施形態で採用される代表的な液体は、水や、有機溶剤、あるいはオイル類である。

図１に示すように、本実施形態の粉体処理装置１００は、主として、ケーシング５、回転軸２５、粉砕ロータ２０、送液ロータ５８、ライナ１０、テーパカバー１１、第１スクリーン４０、及び第２スクリーン５０とを備える。

本実施形態のケーシング５は縦型であり、ケーシング５の底部には架台６が連接されている。また、ケーシング５の内壁には、第一処理室の一部を形成する円筒部７０として、ライナ１０が設けられている。本実施形態では、ライナ１０は、その内周面に固定刃３０を備えている。また、ライナ１０の下方には、ライナ１０と連続し、換言すれば、第一処理室に連通し、円筒部７０から軸芯に沿って一様に、下方へ向かうほど小径となる、無底筒状の仕切部を形成するテーパカバー１１が取り付けられている。このテーパカバー１１によって、図１に示すように、いわば、漏斗状空間８０が形成されることになる。なお、テーパカバー１１は独立した部材として構成するほか、ケーシング５やライナ１０の一部を回転軸２５中心方向へ突出させることによっても形成できる。また、ケーシング５は、円筒部７０の上方に、円筒部７０が形成する空間に連続する上層空間６０と、被処理物を液体とともにケーシング５内に供給する供給口５５とを備える。加えて、ケーシング５は、底部の一端には粉砕等の処理後の被処理物及び液体を排出する排出口５６を備える。さらに、ケーシング５の内壁とライナ１０との間には、後述する粉砕ロータ２０の回転刃２２とライナ１０の固定刃３０との間隔を調整するスペーサ１５が設けられている。スペーサ１５は、ケーシング５又はライナ１０と一体に形成されてもよい。また、スペーサ１５を全く設けない構成も採用し得る。なお、ケーシング５は、冷媒又は熱媒を流すことによってケーシング５内を加熱又は冷却するためのジャケットを備えていてもよい。

ケーシング５内の構造は、腐食による劣化を防ぐ観点から、できる限り溶接部をなくした構成とすることが望ましい。加えて、耐磨耗あるいは耐腐食の観点から、少なくとも液体又は被処理物と接する部材であるケーシング５、ライナ１０、スペーサ１５、テーパカバー１１、回転刃２２、固定刃３０、及び送液ロータ５８は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などのステンレス鋼、チタン合金、ニッケル基合金、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、又は炭化窒素などの材料で構成されるか、あるいはクロムめっきや亜鉛めっきなどのめっき処理されていることが望ましい。

なお、本実施形態の粉体処理装置１００を用いた一例としての処理方法においては、まず、供給口５５から液体とともに供給された被処理物が、回転刃２２とケーシング５の軸芯周りに回転駆動する粉砕ロータ２０とが内側に設けられている円筒部７０内に導入される。そうすると、被処理物は、固定刃３０と、回転軸２５に連接されて回転する粉砕ロータ２０の回転刃２２とから繰り返し衝撃を受けることにより粉砕等（代表的には、粉砕及び／又は混合）される。従って、本実施形態では、回転刃２２と固定刃３０とが協働して被処理物を粉砕等することになる。その後、粉砕等された被処理物は液体とともに回転する送液ロータ５８によって排出口５６から粉体処理装置１００外へ排出される。

本実施形態の粉体処理装置１００についてより詳細に説明すると、図２に示すように、本実施形態の粉体処理装置１００は、大きく４つの構成部分に分類される。具体的には、本実施形態の粉体処理装置１００は、循環領域、粉砕・混合領域、分散・溶解領域、及び送液領域を備えている。

まず、その１つの構成部分は、図２の領域Ｂで示される主として被処理物を粉砕及び／又は混合するための領域（以下、便宜上、「粉砕・混合領域」という）である。本実施形態では、粉体処理装置１００のケーシング５における円筒部７０内の領域が、粉砕・混合領域として機能する。

本実施形態の円筒部７０内には、ライナ１０が備える固定刃３０と、図３乃至図５において後述する回転刃２２を備えた粉砕ロータ２０とが設けられている。また、円板状の第１スクリーン４０が、円筒部７０と漏斗状空間８０との間に設けられる。

まず、円筒部７０内について説明する。円筒部７０内に設けられる粉砕ロータ２０は、導入された被処理物を粉砕する。また、粉砕ロータ２０は、回転軸２５に連接され、その回転刃２２はライナ１０の内周面近傍まで延出する。すなわち、ライナ１０または固定刃３０と回転刃２２との間には隙間が設けられている。

本実施形態の粉体処理装置１００では、粉砕ロータ２０の回転によって、円筒部７０内のライナ１０の内周壁にそって旋回する渦流が形成され得る。粉砕ロータ２０を回転させることにより、液体による渦流を生じさせることができる。このため、ケーシング５内に、被処理物が供給口５５から供給されると、被処理物が、回転刃２２と固定刃３０とによって粉砕されるとともに、液体及び粉砕等された被処理物の一部は渦流によってライナ１０及びケーシング５の内壁に沿って上方へ移動する。即ち、粉砕等された被処理物は、渦流によって上昇および下降を繰り返しながら回転刃２２、固定刃３０、及びライナ１０との衝突によって、さらに粉砕されることになる。

また、粉砕ロータ２０は、上述のとおり、乳化、分散、混合、粉砕、溶解等の目的に応じて交換可能であり、特定の形状に限定されるものではない。なお、代表的な粉砕ロータ２０の回転刃２２の例は、丸棒ロータ型、斜め羽根型、及び凹凸ディスク型などがある。また、粉砕ロータ２０の具体的な寸法は、特に限定されず、その適用場所や態様等に応じて適宜調整することができる。

なお、図１に示すように、回転軸２５は円筒部７０の軸芯方向に沿って設けられている。回転軸２５は、ケーシング５と同軸芯に配置されて、その一端が上部に設けられた図示しないモータの出力軸に連結されている。また、回転軸２５には、粉砕ロータ２０が設けられている。なお、本実施形態の回転軸２５の速度は特に限定されないが、回転軸２５のジョイント部分に液体が侵入することを防ぐ観点から、粉砕ロータ２０の回転刃２２の先端周速が、６０ｍ／ｓ以下の回転速度とすることが望ましい。

図３乃至図５は、本実施形態の粉砕ロータ２０の形状の例を示す概略斜視図である。図３は、本実施形態における丸棒２段型ロータ２０ａを示す概略斜視図である。丸棒２段型ロータ２０ａは、回転刃２２として円筒状の外筒２１と外筒２１の外周面に設けられた２段の複数のピン状の丸棒型回転刃２２ａを備える。また、外筒２１の中央の貫通孔２３には、回転軸２５に固定するためのキー溝２４が設けられている。なお、丸棒型回転刃２２ａの径及び本数は、適宜変更可能である。例えば、丸棒型回転刃２２ａの径が大きくなると被処理物の粉砕能力が向上するが、回転軸２５の動力源の負担が大きくなるため、丸棒型回転刃２２ａの径を使用態様に応じて適宜決定することになる。また、図３では丸棒型回転刃２２ａが２段の例を示したが、丸棒型回転刃２２ａの段数は２段に限定されない。例えば、丸棒型回転刃２２ａが１段だけ設けられたものであってもよく、回転軸２５の動力源の負担を考慮した上で３段以上設けられたものであってもよい。その他、丸棒型回転刃２２ａを複数段設けた場合には、粉砕ロータ２０を上から見たとき、Ｎ段目の隣り合う丸棒型回転刃２２ａ同士の間に、（Ｎ＋１）段目の丸棒型回転刃２２ａが配置されるように、Ｎ段目と（Ｎ＋１）段目の丸棒型回転刃２２ａとを互いにずらせて設けてもよい。

また、図４は、本実施形態における斜め羽根型ロータ２０ｂを示す概略斜視図である。斜め羽根型ロータ２０ｂは、回転刃２２として円筒状の外筒１２１の外周に一定間隔で傾斜させた複数の羽根型回転刃２２ｂを備えている。また、外筒１２１の中央の貫通孔１２３には、回転軸２５に固定するためのキー溝１２４が設けられている。斜め羽根型ロータ２０ｂは、回転軸２５の回転方向と羽根型回転刃２２ｂの角度とを考慮し、被処理物及び液体を底部空間９０へ送り出す向きに回転軸２５に取り付けられる。なお、羽根型回転刃２２ｂの角度及び枚数は適宜変更可能であり、例えば、羽根型回転刃２２ｂの角度を２０°以上５０°以下とすることは、被処理物及び液体の粉砕・混合領域及び後述する循環領域のおける好適な滞留時間を得る上で好ましい。

また、図５は、本実施形態における凹凸ディスク型ロータ２０ｃを示す概略斜視図である。凹凸ディスク型ロータ２０ｃは、回転刃２２として凸型円筒状の外筒２２１の外周部の周方向に、複数の凸状の凸型回転刃２２ｃを備えている。凸型回転刃２２ｃは、周方向に複数箇所設けられた凹部（溝部）２２５により分割されている。また、外筒２２１の中央には、回転軸２５に固定するためのキー溝２２４を有する貫通孔２２３が設けられている。図５に示すように、凹部２２５の側壁は、凸型回転刃２２ｃに対して垂直に形成されているが、凹部２２５の側壁はこの形状に限定されない。例えば、凹部２２５の側壁が凸型回転刃２２ｃに対して斜行するようにしてもよいし、凹部２２５の底面を平坦ではなく曲面状に凹んでいる形状とすることもできる。また、凸型回転刃２２ｃの形状、大きさ、及び数は、適宜変更可能である。

なお、回転刃２２は上述した丸棒型回転刃２２ａ、羽根型回転刃２２ｂ、及び凸型回転刃２２ｃ以外にも、楕円状又は角柱状のピン（図示省略）、あるいは円筒状の外筒の外周表面に複数の凹凸溝を設けた回転刃（図示省略）とすることもできる。また、回転刃２２を直接回転軸２５に形成し、回転軸２５が粉砕ロータ２０の役割を兼ねることも可能である。

次に、図６乃至図７は、本実施形態の固定刃３０の形状の具体例を示す概略図である。固定刃３０を設けることにより、さらに被処理物が粉砕等され易くなる。

固定刃３０の形状は、特に限定されるものではないが、代表的な固定刃３０の形状の例は、後述するように、丸棒型、及び凸条型などがある。なお、これらの固定刃３０の具体的な寸法も特に限定されず、その適用場所や態様等に応じて適宜調整することができる。なお、被処理物の種類によっては、固定刃３０を設けないことも可能である。

図６は、本実施形態における固定刃３０を示す概略斜視図である。固定刃３０は、ライナ１０の内周面に設けられた複数のピン状の固定刃である丸棒型固定刃３０ａを備える。また、ライナ１０の側面には、スペーサ１５に固定するためのキー溝３４が設けられている。なお、丸棒型固定刃３０ａの径及び本数は、適宜変更可能であり、丸棒型固定刃３０ａを２段以上設けることも可能である。丸棒型固定刃３０ａを複数段設けた場合には、ライナ１０を上から見たとき、Ｎ段目の隣り合う丸棒型固定刃３０ａ同士の間に、（Ｎ＋１）段目の丸棒型固定刃３０ａが配置されるように、Ｎ段目と（Ｎ＋１）段目の丸棒型固定刃３０ａとを互いにずらせて設けてもよい。

また、図７は、本実施形態における凸条型固定刃３０ｂを示す概略斜視図である。凸条型固定刃３０ｂは、ライナ１０の内周面に、複数の断面が三角形の凸条型固定刃３０ｂを備えている。また、ライナ１０の側面には、スペーサ１５に固定するためのキー溝１３４が設けられている。なお、凸条型固定刃３０ｂの高さ、数、及び形状は、適宜変更可能である。

上述のとおり、それぞれ多様な形状の回転刃２２と固定刃３０との組み合わせを採用することが可能となる。例えば、丸棒２段型ロータ２０ａと凸条型固定刃３０ｂとの組み合わせや、丸棒２段型ロータ２０ａと丸棒型固定刃３０ａとの組み合わせなどを採用することも他の一態様である。また、回転刃２２と固定刃３０は、回転軸２５の軸芯方向に複数段設けることも可能である。なお、回転刃２２と固定刃３０を設置するピッチは、顆粒状または造粒物などの粒径に合わせて設定すればよく、そのピッチは被処理物の大きさよりも小さくすることが好ましい。また、丸棒２段型ロータ２０ａと丸棒型固定刃３０ａとの組み合わせのように、回転刃２２及び固定刃３０にピン状の刃を使用し、さらに回転刃２２又は固定刃３０のうち少なくとも一方を複数段設けることも採用し得る他の一態様である。その場合には、図１に示すように、固定刃３０は回転刃２２との関係においては、側面視において回転刃２２と固定刃３０とを軸芯方向に間隔をあけて交互に、換言すれば櫛歯状に配列されていることが望ましい。このように、櫛歯状に配列することで、被処理物が回転刃２２及び固定刃３０に衝突する確率が高くなることで、被処理物がより粉砕等され易くなり、処理能力を向上させることができる。

次に、２つ目の構成部分は、図２の領域Ｃで示される主として粉砕等された被処理物を液体中に分散・溶解させる領域（以下、便宜上、「分散・溶解領域」という）である。また、３つ目の構成部分は、領域Ｄで示される主として被処理物及び液体を送液する領域（以下、便宜上、「送液領域」という）である。本実施形態では、粉体処理装置１００の漏斗状空間８０の下端から底部空間９０に至るまでの領域は送液領域として機能する。換言すれば、仕切部を形成するテーパカバー１１によって、被処理物及び液体を送液する送液領域が、循環領域、粉砕・混合領域、及び分散・溶解領域から分離されることになる。

本実施形態のテーパカバー１１の傾斜面が形成する漏斗状空間８０は、下方側ほど小径となる漏斗状の形状を有する。また、漏斗状空間８０は、円筒部７０が形成する空間と同軸芯となるように、該空間の軸芯方向の下方に連続している。ここで、本実施形態では、漏斗状空間８０が先端側ほど小径となる漏斗状の形状を有することにより、後述する底部空間９０へ送液する流量を制限することになる。その結果、循環領域、粉砕・混合領域及び分散・溶解領域での被処理物の滞留時間を長くすることが可能となり、被処理物がより粉砕等される。さらに、粉砕等された塊状又は粒状の被処理物（以下、単に「粒子」ともいう）のうちの比較的大きな粒子が、渦流に乗って漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の傾斜面に沿って上昇し、漏斗状空間８０から底部空間９０への流出が留められ、その間に再度分散・溶解作用を受ける。そのため、液体中に分散又は溶解するための滞留時間をより長くすることが可能となる。

なお、粉砕等された被処理物の比較的大きな粒子が、漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の傾斜面に沿ってスムーズに上昇することを可能にする観点から、仕切部の側面傾斜角度、すなわち、漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の傾斜部分１１ｂの傾斜角度は、漏斗状空間８０の上端から見たときに、水平面に対して俯角５°以上６０°以下となるように形成することが好ましい。これらの角度の範囲よりも急峻であれば、上述の被処理物の滞留時間を十分に得ることができない。他方、これらの角度の範囲よりも緩やかであれば、その滞留時間が長くなりすぎて被処理物の処理速度が低減することになる。上述の観点から言えば、漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の傾斜部分１１ｂの傾斜角度が約３０°となることは、最も好ましい態様といえる。また、本実施形態においては、漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の先端部１１ａは曲面状に形成されているが、鋭角状に屈折させてもよい。但し、よりスムーズな流体の移動を実現する観点から言えば、漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の先端部１１ａは曲面状に形成されることが好ましい。

本実施形態の底部空間９０は、円筒部７０及び漏斗状空間８０と同軸芯となるように漏斗状空間８０の軸芯方向の下方に連続している。また、底部空間９０は、送液ロータ５８と排出口５６とを備えている。

また、本実施形態の送液ロータ５８は、排出口５６に向けて粉砕等された被処理物及び液体を排出口５６に向けて送液する。送液ロータ５８を回転させることによって、排出量を調節して、効率よく粉砕等された被処理物及び液体を排出させる流れを作り出す。送液ロータ５８は、公知の形状を使用することができる。送液ロータ５８の送液羽根は、テーパカバー１１の下方開口よりも回転軸２５中心方向内側から形成されていることが望ましい。粉砕ロータ２０が回転することにより発生するテーパカバー１１の内周壁に沿って旋回する渦流によって、比較的大きい粒子径の被処理物ほど漏斗状空間８０を形成するテーパカバー１１の壁面に沿って上昇しやすくなる。一方、細かい粒子径の被処理物は、送液ロータ５８によって強制的に下方に流れることになる。

なお、本実施形態では、送液ロータ５８を粉砕ロータ２０同じ回転軸２５に取り付けているが、必ずしも同じ回転軸２５に取り付ける必要はない。例えば、ケーシング５に回転軸２５とは別の回転軸を下方から取り付け、その回転軸に送液ロータ５８を取り付けるようにしてもよい。このような構成を採用することにより、粉砕ロータ２０と送液ロータ５８との回転速度や回転方向をそれぞれ独立して変えることが可能となる。一般的に、送液ロータ５８の回転速度が遅くなれば被処理物及び液体の排出量は減少する。従って、送液ロータ５８の回転速度を調整することによっても、被処理物の滞留時間を調整することが可能となる。

また、本実施形態の排出口５６は、粉砕等された被処理物及び液体を排出する。回転刃２２及び固定刃３０により粉砕等された被処理物は、液体に分散、溶解、又は液体と乳化、あるいは液体と混合された状態で排出口５６から排出される。このように、本実施形態の粉体処理装置１００の構成を採用すれば、ケーシング５の上部に設けられた供給口５５から被処理物を連続的に供給し、ケーシング５の下部に設けられた排出口５６から連続的に取り出すという、連続操業が可能になる点は特筆に値する。

なお、上述の最終的に得られる被処理物の粒子径のバラつきを更に低減する観点から、本実施形態の第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０が採用される。第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０は、所望の大きさに粉砕等された固形物を通過させて選別するものであり、必要に応じて設置することができる。図１に示すように、本実施形態においては、円板状の第１スクリーン４０が、粉砕ロータ２０と漏斗状空間８０との間に設けられる。また、円筒状の第２スクリーン５０が、底部空間９０の送液ロータ５８の付近に設けられる。

第１スクリーン４０が、円筒部７０と漏斗状空間８０との間に設けられることによって、粉砕等された被処理物が、粉砕・混合領域である円筒部７０内で滞留する時間がより確度高く調節され得る。具体的には、円筒部７０内の回転刃２２及び固定刃３０によって、被処理物に対して粉砕処理が繰り返し行われ、やがて、第１スクリーン４０の開口部から漏斗状空間８０に向けて下降し、送液ロータ５８によって抜け出ることになる。従って、第１スクリーン４０の開口面積を大きくすると、被処理物がすぐに通過してしまうため、被処理物の滞留時間が短くなる。そうすると、回転刃２２や固定刃３０から衝撃を受ける回数が少なくなるため、得られる粉砕等された被処理物の粒径も比較的大きくなる。また、第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０は、水の抵抗をできる限り低減する形状を採用することが好ましい。

図８は、本実施形態における第１スクリーン４０の形状の例を示す概略斜視図である。図８に示すように、円板状の第１スクリーン４０は、リム部４１とフィルター部４５とを備えている。また、フィルター部４５の中心部には、回転軸２５に嵌挿される挿通孔４６が形成されている。フィルター部４５は、粉砕ロータ２０と対抗する表面に、開口部４２，４４及び突起部４３を設けている。より具体的には、フィルター部４５における直交座標系の第１象限及び第３象限に該当する部分に、Ｘ軸方向に長穴形状の凹陥部を形成する複数の開口部４２が一定間隔で形成され、突起部４３が各開口部４２の間に等間隔で形成されている。また、フィルター部４５における直交座標系の第２象限及び第４象限に該当する部分に、Ｙ軸方向に長穴形状の凹陥部を形成する複数の開口部４４が一定間隔で形成され、突起部４３が各開口部４４の間に等間隔で形成されている。

第１スクリーン４０が複数の突起部４３を備えることにより、粉砕等された被処理物は、粉砕ロータ２０によって第１スクリーン４０の突起部４３に押し付けられることになるため、より粉砕が進行し易くなる。また、リム部４１は、第１スクリーン４０とライナ１０とを固定するためのボルトを通す穴であるボルト穴４７を複数備えている。なお、第１スクリーン４０の突起部４３の設置は任意である。従って、第１スクリーン４０の表面に、開口部４２，４４のみを設けてもよい。

また、本実施形態の第２スクリーン５０は、底部空間９０と同軸芯に配置される。また、円筒状の第２スクリーン５０は、複数の長穴形状や丸穴形状などの開口部を、円筒壁の回りに備えている。第２スクリーン５０が、底部空間９０が備える排出口５６付近に設けられることによって、粉砕等された被処理物が、送液領域の一部である底部空間９０内で滞留する時間が調節される。その結果、底部空間９０内で被処理物の滞留する時間が長くなることによって、本実施形態における粉体処理装置１００は、粉砕等された被処理物の分散及び／又は溶解能力を向上させることが可能となる。また、第１スクリーン４０と第２スクリーン５０とは、開口部の大きさを変えることも採用し得る他の一態様である。例えば、排出口５６に近い第２スクリーン５０の開口部の大きさを第１スクリーン４０の開口部よりも小さくすることによって、粉砕等された被処理物の分散及び／又は溶解能力をより向上させることができる。

また、第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０の形状は、特に限定されるものではない。また、第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０の具体的な寸法は特に限定されず、その適用場所や態様等に応じて適宜調整することができる。さらに、第１スクリーン４０及び第２スクリーン５０における開口部の形状は、長穴形状、丸穴形状、角穴形状等、種々の形状を用いることができ、その開口部の大きさ、数、配列パターン、及びサイズも適宜変更することが可能である。

そして、４つ目の構成部分は、図２の領域Ａで示される主として粉砕等された被処理物を液体中で循環させながら分散及び／又は溶解させる領域（以下、便宜上、「循環領域」という）である。本実施形態では、粉体処理装置１００の上層空間６０は、循環領域として機能する。

本実施形態の上層空間６０には、被処理物及び液体を供給する供給口５５が設けられている。上層空間６０の形状は、特に限定されるものではないが、上層空間６０は、上述のとおり、固定刃３０と、回転刃２２とにより粉砕等された被処理物を循環させながら分散及び／又は溶解させる領域であるため、粉砕等された被処理物が上昇しやすい形状であることが望ましい。本実施形態においては、上層空間６０の底面部と側面部との境界部分６０ａが、角部を備えているが、この形状に限定されない。例えば、境界部分６０ａが曲面状に形成されていることは、粉砕等された被処理物がより上昇し易くなるため採用し得る好適な一態様である。

また、上層空間６０は、供給された被処理物及び液体を一時的に貯留するためのバッファ領域としても機能する。すなわち、仮に粉砕・混合領域で処理可能な量以上の被処理物及び液体が供給されたとしても、粉砕・混合領域の上部に設けられた上層空間６０内で過剰量の被処理物及び液体を一旦貯留・循環させながら、粉砕・混合領域で順次粉砕等の処理が行われる。そのため、被処理物及び液体を粉体処理装置１００に連続的かつ大量に供給することが可能となり、生産性が向上する。

また、本実施形態の供給口５５は、図１に示すように、斜め上方から斜め下方に向けて被処理物と液体とをケーシング５内に供給する。なお、供給口５５は、被処理物をスムーズにケーシング５内に供給するとともに、供給口５５と接合される液体タンクの設置を容易にするために、傾斜角度が水平面に対して１０°以上６０°以下となるように形成することが好ましい。なお、前述の各観点から、傾斜角度が水平面に対して約２０°となるように設置することが最も好ましい。

以上述べたとおり、本実施形態における粉体処理装置１００は、ケーシング５内において、循環領域、粉砕・混合領域及び分散・溶解領域と送液領域とが区画されている。従って、例えば被処理物が医薬品として用いられる錠剤のような硬い造粒物（一般に、硬度４０Ｎ〜１００Ｎ）又は凝集物を予め微粉砕を行うことなく、直接、被処理物を粉砕機内に供給した場合であっても、被処理物の循環領域、粉砕・混合領域及び分散・溶解領域での滞留時間を確保して、被処理物を十分に粉砕及び／又は混合させることが可能となる。その結果、本実施形態の粉体処理装置１００を用いることによって製品中への粗大粒子の混入を抑制するとともに大量の被処理物の粉砕処理が可能となるため、生産工程及び生産コストを大幅に低減することができる。

＜実施例＞
以下、上述の実施形態をより詳細に説明するために、実施例をあげて説明するが、上述の実施形態はこれらの例によって限定されるものではない。以下に、粉体処理装置１００を用いて被処理物の粉砕試験を行った結果を示す。

まず、粉砕試験で行われた具体的な工程と次のとおりである。図９は、粉砕試験で行われた工程を概略的に示す図である。本実施例の被処理物は、ラクトース造粒品（粒径約１０ｍｍ）である。また、ライナ１０の内径は、１２０ｍｍに設定した。テーパカバー１１の傾斜角度は、３０°に設定した。また、粉砕ロータ２０は、８本の丸棒（φ１１５ｍｍ）２段型（図３に記載）である。また、固定刃３０は、８本の丸棒（長さ３５ｍｍ）１段型（図６に記載）である。第１スクリーン４０は、長穴形状の開口部（短径３ｍｍ）及び突起部（３ｍｍ×３ｍｍ×３ｍｍ）を備える円板状のスクリーン（図６に記載）である。また、第２スクリーン５０は、長穴形状の開口部（短径３ｍｍ）を備える円板状のスクリーンである。さらに、粉砕ロータ、固定刃、及びスクリーンの材質は、ＳＵＳ３０４である。また、粉砕ロータ２０の回転刃２２である丸棒の先端周速は、約２２ｍ／ｓ（回転速度３６００ｒｐｍ）に設定した。

図９に示すとおり、まず、ラクトース造粒品と水道水とを供給口５５から粉体処理装置１００内に供給した。具体的には、水道水が、液体タンク２１０からポンプ２２０を用いて、流量計２３０の管理下で４５００ｋｇ／ｈで粉体処理装置１００に供給された。また、被処理物であるラクトース造粒品は、被処理物供給機２４０から、１０００ｋｇ／ｈで粉体処理装置１００に供給された。

液体とともに供給された被処理物を、固定刃３０と、回転する粉砕ロータ２０とによって粉砕処理し、粉砕等された被処理物を、水道水とともに粉体処理装置１００から排出させた。排出口５６からの排出量は、流量計２５０の管理下で５５００ｋｇ／ｈであった。また、本実施例の条件において、運転動力は９ｋＷであった。

排出された被処理物及び水道水を、回収タンク２６０に回収することにより、本実施形態の粉砕能力を、ふるい上の質量割合で評価した。具体的には、回収された被処理物及び水道水を０．８４ｍｍの目開きのふるいを用いてふるい、そのふるい上に残った粉砕物の質量を測定して得た値を、粉体処理装置１００に供給した被処理物の質量で除して質量割合（％）が求められた。その結果、０．８４ｍｍのふるい上の質量割合は、１０質量％という良好な結果であった。

以上の結果から、本実施形態の粉体処理装置１００によって、液体供給量が４５００ｋｇ／ｈであり、ラクトース造粒品供給量が１０００ｋｇ／ｈであるという条件であっても、従来は不可能であった大量の硬い被処理物を予め微粉砕させることなく、粉砕及び分散処理をすることが可能であることが明らかとなった。

上述のとおり、本実施形態における粉体処理装置によれば、被処理物が硬い造粒物からなるものであっても、予め微粉砕を行うことなく乳化、分散、混合、粉砕、溶解等の工程が可能である。また、本実施形態における粉体処理装置を用いることによって、大量の処理が可能となる。従って、生産性、工業性に優れた粉体処理装置の提供に大きく貢献するものである。

＜その他の実施形態＞
上述の実施形態においては、円筒部の軸芯方向にケーシングと同軸に配置された回転軸に、粉砕ロータが設けられ、固定刃がケーシングの内壁に備えられたライナに設けられていたが、粉砕ロータと固定刃との態様は、それらの態様に限定されない。例えば、円筒部の軸芯部分に固定刃を設け、円筒部の内周面に沿って設けられた回転筒に粉砕ロータが備えられることも、採用し得る他の一態様である。

以上述べたとおり、上述の各実施形態の開示は、それらの実施形態の説明のために記載したものであって、本発明を限定するために記載したものではない。加えて、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

５ケーシング
６架台
１０ライナ
１１テーパカバー（仕切部）
１１ａ先端部
１１ｂ傾斜部分
１５スペーサ
２０粉砕ロータ
２０ａ丸棒２段型ロータ
２０ｂ斜め羽根型ロータ
２０ｃ凹凸ディスク型ロータ
２２回転刃
２２ａ丸棒型回転刃
２２ｂ羽根型回転刃
２２ｃ凸型回転刃
２１，１２１，２２１外筒
２３，１２３，２２３貫通孔
２４，３４，１２４，１３４，２３４キー溝
２５回転軸
３０固定刃
３０ａ丸棒型固定刃
３０ｂ凸条型固定刃
４０第１スクリーン
４１リム部
４２開口部
４３突起部
４４開口部
４５フィルター部
４６挿通孔
４７ボルト穴
５０第２スクリーン
５５供給口
５６排出口
５８送液ロータ
６０上層空間
６０ａ境界部分
７０円筒部
８０漏斗状空間
９０底部空間
１００粉体処理装置
２２０ポンプ
２２２切刃
２２５凹部
２３０流量計
２４０被処理物供給機
２５０流量計
２６０回収タンク

Claims

被処理物を液体中で粉砕及び／又は混合するケーシングを備える縦型の粉体処理装置であって、
前記ケーシングは、
回転刃と前記ケーシングの軸芯周りに回転駆動するロータとが内側に設けられている円筒部を有する、第一処理室と、
前記第一処理室に連通し、かつ前記円筒部から軸芯に沿って一様に、下方へ向かうほど小径となる漏斗状の傾斜面によって形成された無底筒状の仕切部と、
前記ロータと前記仕切部との間に、前記被処理物と前記液体とを通過させて選別するスクリーンと、
前記仕切部に連通し、前記被処理物及び前記液体を送液する送液ロータが設けられている第二処理室と、
前記第一処理室に連通する供給口と、
前記第二処理室に連通する排出口と、を備え、
前記第一処理室が、前記円筒部の上方に位置し、前記被処理物を前記液体中で循環させながら分散及び／又は溶解させる循環領域をさらに備える、
粉体処理装置。
被処理物を液体中で粉砕及び／又は混合するケーシングを備える縦型の粉体処理装置であって、
前記ケーシングは、
回転刃と前記ケーシングの軸芯周りに回転駆動するロータとが内側に設けられている円筒部を有する、第一処理室と、
前記第一処理室に連通し、かつ前記円筒部から軸芯に沿って一様に、下方へ向かうほど小径となる漏斗状の傾斜面によって形成された無底筒状の仕切部と、
前記仕切部に連通し、前記被処理物及び前記液体を送液する送液ロータが設けられている第二処理室と、
前記第一処理室に連通する供給口と、
前記第二処理室に連通する排出口と、を備え、
前記第一処理室が、前記円筒部の上方に位置し、前記被処理物を前記液体中で循環させながら分散及び／又は溶解させる循環領域をさらに備え、かつ
前記円筒部の内側には、前記回転刃と協働して前記被処理物を粉砕及び／又は混合する固定刃がさらに設けられた、
粉体処理装置。
前記仕切部は、前記傾斜面の下方の先端部が曲面状に形成された無底筒状の仕切部である、
請求項１又は請求項２に記載の粉体処理装置。
前記回転刃と前記固定刃とがともにピンを備え、前記回転刃と前記固定刃とを軸芯方向に間隔をあけて交互に配列するように配置した、
請求項２に記載の粉体処理装置。
前記循環領域が、前記供給口から供給された前記被処理物及び前記液体を一時的に貯留する、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉体処理装置。
斜め上方から斜め下方に向けて前記被処理物と前記液体を供給する前記供給口に連続する、前記ケーシング内の前記循環領域の底面部と、前記ケーシングの側面部との境界領域が曲面状である、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉体処理装置。