JP6308847B2 - 造粒装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体を粉砕、摩砕して粒子をそろえ、液体を添加して混練し、大きさが均一の粒状に造粒する造粒装置に関し、特に造粒性能を向上した造粒装置に関する。

造粒装置は、円筒状の造粒槽の中で回転円板、或は回転刃等の回転翼により遠心力を発生させて、粉体を流動、転動させ、或は粉体を回転刃や回転羽で粉砕する。例えば、特許文献１及び２の造粒装置においては、粉体を回転円板の遠心力で回転外側に飛ばす。粉体は円筒状の造粒槽の内周側面に沿って上昇し、重力とバランスした位置から落下するということを繰り返して流動させる。この流動の過程で、粉体は粉砕、摩砕され、或は複数の粉体が混ぜ合わされ、混練されそして造粒される。また、特許文献３、４の造粒装置においては、回転軸に対して傾斜した回転翼を放射状に配置したものを用いている。

実公昭６１−３４０５４号公報 実公平４−４８８１４号公報 特開平５−２３６号公報 特開２０１２−１１５７５５号公報

従来の造粒装置は、粉体状の材料の流動、転動の性能向上に関しては、もっぱら遠心力を与え粉砕を行う回転翼について、その構造や形状を変更するアプローチがとられてきている。
一方で、材料の流動についてみれば、跳ね飛ばされた材料が、円筒状の造粒槽の内周側面に沿って上昇し、重力とバランスした位置から落下するということを繰り返すことは、いずれの従来技術をおいても基本的には同じである。特許文献１及び２には、円筒状の造粒槽の上方に、アジャストボルトを介して上下可能に吊り下げられたスライド蓋が開示されているが、このスライド蓋は、粉体の流動の上限を規制するものであり、重力とバランスした位置から落下する材料の基本的な動きを妨げるものではない。
本発明は、遠心力で飛ばされ流動状態にある粉体状の材料に働きかけて混合作用、混練作用、造粒作用の性能を向上させた造粒装置を提供することを目的とする。

本発明の造粒装置は、底面を下側にした円筒形状の内面を有する造粒槽と、前記造粒槽の底面に対向して回転する回転翼と、前記回転翼の上方空間を前記造粒槽の周側面に接触しながら上下に移動し、前記造粒槽の中心に向けて上側に上昇する傾斜された下面を有する押圧盤と、前記回転翼が回転した際に、前記造粒槽内に投入された材料が前記押圧盤に反射するときに生じる圧力を検出する検出器と、前記検出された圧力が所定の圧力となるように前記押圧盤を上下させる制御装置とを有することを特徴とする。

本発明によれば、押圧盤が回転翼により飛ばされた材料を反射して、すばやく回転翼に戻すため、混合や造粒に必要とされる時間を短縮することができる。また、押圧盤が材料を反射することから、材料へ圧密作用が増加し、練り込み、材料への水分の浸透を素早く、短時間に行うことができ、材料全体の水分分布を均一化できるという効果がある。

本実施例の造粒装置の造粒槽を縦に切断した断面を示す図である。 造粒槽を透視して示した図である。 押圧盤と回転翼の作用を説明する図である。 制御装置のフローを示す図である。 本実施例の造粒装置に適用可能な他の機構の例を示す図である。

図を用いて本実施例の造粒装置１００を説明する。
図１において、造粒装置１００は、円形状の底面１１と底面１１の周縁から立設した周側面１０を有する造粒槽１を具備している。造粒槽１は、底面１１を下側として直立しており、造粒槽１の周側面１０と底面１１とからなる内面は、縦方向に中心ｃを有する円筒形状をなしている。造粒槽１内には、底面１１に対向し、水平面内で中心位置を中心ｃとして回転するロータ２が備えられている。

ロータ２は、造粒槽１の底面１１から、造粒槽１の内方へ突入された回転軸３により回転される。回転軸３は、造粒槽１の外方に設けられたプーリー４を介して動力源（図示せず）から回転動力が伝達されている。

ロータ２は、回転軸３に対して傾斜した複数の回転翼５を放射状に配置したものを用いており、回転翼５の先端は遠心力で飛ばされる粉体が、造粒槽１の周側面１０に沿って上昇することを促進するために、やや上向きに曲げられた形状をしている。また、回転翼５の下側に入った粉体が遠心力で飛ばされた際に、回転翼５の上側に継続的に上昇可能なように、回転翼５の先端と周側面１０の間には、隙間Ｓが設けられている。

造粒槽１内において、回転翼５の上方空間には、造粒槽１の上方の蓋２１から、上下可能にロッド１４により吊り下げられた押圧盤１２が設けられている。押圧盤１２は、外周が周側面１０に沿ったドーナッツ状形状をしている。下面１３は、周側面１０側の外周に接触するエッジｅを有し、エッジｅから中心ｃに向かって上側に上昇する斜面に形成されている。押圧盤１２は、エッジｅが周側面１０側に沿って降下する。このとき、押圧盤１２を周側面１０に接触しながら降下させることにより、周側面１０に付着した材料を掻き落とす、いわゆるスクレーパーとして機能させることができるが、この機能は副次的なものであり、押圧盤１２の移動をスムースにするために微小隙間を開けた非接触としても良い。押圧盤１２は、放射状のスポークを介してロッド１４により吊下げられている。ロッド１４は、エアシリンダ１６内においてエアシリンダ１６のピストンに接続されている。ロッド１４の上下移動経路途中には、エンコーダ１５が配置され、ロッドの伸縮位置を検出する。この検出した長さは、押圧盤１２の造粒槽１の上下方向位置を表す。

エアシリンダ１６は、方向切換弁１８を介して圧力発生源１９に接続されており、上限の伸縮を可能にしている。制御装置２０は、検出器１７によるエア圧力の検出、エンコーダ１５による伸縮位置の検出をし、圧力発生源１９の運転、方向切換弁１８の制御を行う。検出器１７により検出されるエア圧力は、回転翼５により材料ｗが飛ばされて、周側面１０に沿って上昇する際に、押圧盤１２を衝突した際に生じる圧力を示すデータとして制御装置２０の制御に用いられる。

造粒装置１００は、一般に、混合工程・混練工程・造粒工程の工程を順に行う。夫々の工程における回転翼５の作用を簡単に説明する。図２を参照し、回転翼５は、中心ｃに対して、傾斜角度が付与されており、回転翼５が混合工程と造粒工程の際には逆転（図２のイ方向）し、混練工程の際には反転（図２のロ方向）することにより、各工程の機能を発揮する。尚、図２Ａにおいては、造粒槽１を透視的に示した

図２Ｂは、回転翼５が逆転する際の回転翼５と材料ｗの関係が示されている。回転翼５は回転方向側が低位となるように傾斜角度になる。ロータ２が回転することにより回転翼５の回転域へ取り込まれた材料ｗは回転翼５上面へ乗り上げ、傾斜によって上方へ跳ね上げられとともに、回転翼５の回転による遠心力で、周側面１０に向けて飛ばされる。

図２Ｃは、回転翼５が正転する際の回転翼５と材料ｗの関係が示されている。回転翼５は回転方向側が高位となる傾斜角度になる。ロータ２が回転することにより回転翼５の回転域へ取り込まれた材料ｗは、造粒槽１の底面１１と回転翼５下面に巻き込まれる。回転翼５と底面１１との隙間へ材料ｗが続々と押し込まれ続け、材料ｗが密着し、圧密域が形成される。

本実施例における回転翼５は、その先端が、やや上向きに曲げられた形状をしたものを用いたが、材料ｗを遠心力で飛ばす機能を有し、かつ中心に対して傾斜した上下面を有するものであれば、先端の曲げられた形状は無くても良い。

次に、図３及び図４を用いて、造粒装置１００による混合工程・混練工程・造粒工程における動作について説明する。
造粒装置１００の制御装置２０は、まずエアシリンダ１６により押圧盤１２を蓋２１に当てて、エンコーダ１５により検出された位置を押圧盤１２の原点として記憶する（図４、ステップＳ１）。

一種類或は複数種類の粉体状の材料ｗが造粒槽１に投入されると、混合工程が開始される。混合工程においては、制御装置２０は、ロータ２を逆転させて材料ｗを分散させて材料ｗの塊の粉砕や多種の材料ｗを混ぜ合わせる際には全体の均一化を行う。

まず、押圧盤１２を所定の高位置に移動させる（図３Ａ）。造粒槽１内へ材料ｗを投入しながら、ロータ２を逆転させて混合工程を開始する。このとき、制御装置２０は、検出器１７で検出された圧力値に基づき、負荷制御（ステップＳ３）を行う。負荷制御は、押圧盤１２が初期の高位置に配置されたときに、予め設定された負荷以上になった場合、すなわち、材料の上昇圧力が高く検出器１７に高い圧力値が検出された場合に、押圧盤１２を上昇させる制御である。押圧盤１２を上昇させた結果、目標の圧力値になった場合、その位置で押圧盤１２を固定する。

回転翼５により上方へ飛ばされる材料ｗを押圧盤１２の下面１３に衝突／反射させて、すばやく回転翼５に戻す。従来のように、重力による自然落下に任せるのではないため、材料ｗが回転翼５にあたる回数が増加し、混合時間を短縮することができる。押圧盤１２の下面１３の形状は、材料ｗを対流させ、造粒槽１の中央に戻ることを円滑にするのに寄与する。但し、回転翼５に押圧盤１２を近づけすぎると、材料ｗの密度が上がり、材料ｗが自由に動けなくなり、混合の均一な混ざりができない。また、飛散した材料ｗが、押圧盤１２の上部に堆積する。

逆に、押圧盤１２が回転翼５から遠すぎると材料ｗが、押圧盤１２に十分にあたらず、回転翼５にあたる回数が減少して、押圧盤１２を用いない従来の造粒装置と同様に、混合時間が長くなる。このため、材料ｗを短時間で、適正に混合するための最適な設定値が存在する。最適な設定値は、材料ｗの種類、性状により経験的に決めることができ、その値は押圧盤１２が材料ｗから受ける上昇圧力値として存在する。制御装置２０は、この最適な目標の圧力値を記憶しており、負荷制御（ステップＳ３）に用いる。
混合工程が終了すると、ロータ２が停止する。制御装置２０は、押圧盤１２を一旦、原点位置に戻す。

次の、混練工程は、液体を造粒槽１の内部へ投入し、材料ｗへ液体を含ませる工程である。この混練工程においては、材料ｗの内部へ液体を十分含ませて混合し、練り込んで造粒物の芯となる核を形成させる。

混合工程が終了した後、材料ｗの飛散が収まった時点において、押圧盤１２を所定の低位置に移動させる（図３Ｂ）。このとき、押圧盤１２のエッジｅは、造粒槽１の周側面１０に付着した材料ｗを掻き落とす。ロータ２を正転させて、材料ｗを回転翼５の回転域へ取り込む。回転翼５の回転域に取り込まれた材料ｗは、回転翼５の回転による遠心力によって、周側面１０へ巻き込まれる。このとき、ロータ翼５と周側面１０との隙間Ｓへ材料ｗが続々と押し込まれ続け、周側面１０へ押し付けられて、隙間Ｓ内にて材料同士が密着し、圧密域が形成される。

また、このとき回転翼５は、回転方向側が高位となるように傾斜される方向に回転するので、回転翼５の下面へ材料ｗを受け、材料ｗを造粒槽１下方へ押し込み、底面１１へ材料ｗを押し付けるようになされる。隙間Ｓから上方に跳ね飛ばされた材料ｗは、周側面１０に沿って上昇する。

押圧盤１２は、上方に跳ね飛ばされた材料ｗに衝突／反射して下降させ、回転翼５に押し付けることにより、材料ｗに負荷を与える。このとき、制御装置２０は、先の負荷制御（ステップＳ５）と目標の圧力値を用いた制御と同様に、混合工程のために別途設定された目標の圧力値になるように、押圧盤１２の位置を変動させる負荷制御（ステップＳ６）を行う。

混練工程では、押圧盤１２により材料ｗへ与えられる負荷が増え、材料同士を圧密させる。材料ｗが圧密されることにより、材料ｗの周囲の液体及び材料ｗへ含まれる液体が材料ｗの内部へ浸透される。さらには、粉体同士の密着によって、粉体が練り込まれて粉体内方の空気が押し出され、均一な練りを短時間に得ることができる。

混練工程が終了しロータ２が停止すると、制御装置２０は、押圧盤１２を中間位置に移動させる（図３Ｃ）。
造粒工程は、混練工程で形成された核同士の塊を崩しながら、造粒槽１内で転がすことで、個々の核の成長を促し、小径の粒を生成させる工程である。
ロータ２を逆転させて造粒工程を開始する。ロータ２の回転によって回転翼５を粉体の塊へ当てて叩いて塊を崩し、粉体を細分化することで、造粒物の芯となる核をバラバラに分断させる。

このときの回転翼５の傾斜は、混合工程と同じく、ロータ２の回転方向側が低位となり、回転翼５の上面へ粉体が当たり、粉体を上方へ巻き上げ、かつ遠心力で粉体を周側面１０に沿って上昇させる。造粒工程では、混合工程よりも回転翼５の回転を低速にすることにより、成長させる造粒物を必要以上に壊すことなく造粒する。

制御装置２０は、検出器１７で検出された圧力値に基づき、負荷制御（ステップＳ８）を行う。造粒工程の負荷制御は、先の負荷制御と同様に、目標の圧力値になるように押圧盤１２の位置を制御する。初期の中間位置から押圧盤１２を上昇させた結果、目標の圧力値になった場合、その位置で押圧盤１２を固定する。

回転翼５により上方へ飛ばされるのを押圧盤１２で反射させ素早く回転翼５に戻す。このことにより、回転翼５にあたる回数を増やし、造粒時間を短縮する。また、遠心力により粒径の大きいものは造粒槽１の外周側へ移動し、粒径の小さいものは内周側に留まることで、粒径のばらつきが生じる。外側にある粒径の大きいものを押圧盤１２の反射により、回転翼中央に戻すことにより、粒の大小を循環させ均一な粒度を保つことができる。但し、回転翼５に押圧盤１２を近づけすぎると材料密度が上がり、材料同士が結合して均一な粒ができない。また、押圧盤１２が回転翼５より遠すぎると、押圧盤１２に十分にあたらずに押圧盤１２を持たない造粒装置と同じく、造粒時間が長くなる。

このため、材料ｗを短時間で、適正に造粒するための最適な設定値が存在する。最適な設定値は、材料ｗの種類、性状により経験的に決めることができ、その値は押圧盤１２が材料ｗから受ける上昇圧力値として存在する。制御装置２０は、この最適な目標の圧力値を記憶しており、負荷制御（ステップＳ８）に用いる。

制御装置２０における、各工程の負荷制御（ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ８）は、ステップＳ３とステップＳ８が、工程の初期の状態で目標の圧力値になったときに、押圧盤１２の位置を固定するのに対して、ステップＳ８では目標の圧力値に対する追従制御をする点で異なっている。ステップＳ８の追従制御は、混練工程が進むにつれて、材料ｗの性状が変化してゆくために、目標の圧力値を示す位置の変化が工程の最初と最後が大きいからである。一方で、混合工程、造粒工程では初期のみで制御を省略しているのであり、追従制御させても良い。また、各工程が進むにつれて目標とする圧力値をダイナミックに変更しても良い。

本実施例の造粒装置１００においては、押圧盤１２を上下させる機構としてエアシリンダを用いたが、他の構成を用いても良い。また、押圧盤１２の位置の検出にエンコーダ１５を用いたが、これも他の機構を用いても良い。図５は、押圧盤１２を上下させる機構を例示している。

例えば、エアシリンダ１６のかわりに、電動シリンダ、油圧シリンダ、ピニオンギア、ボールネジ等を使用することができる。この場合、材料ｗの上昇圧力を検出するためには、モータ電流値、油圧等の周知の技術を利用することができる。また、押圧盤１２の位置の検出については、リミットスイッチ、近接センサ等の周知の技術を利用することができる。

また、本実施例の造粒装置１００においては、押圧盤１２を上下させるロッド１４をエアシリンダ１６のピストンに直結したが、図５に示す他の機構を用いることができる。図５Ａにおいては、押圧盤１２とシリンダ３１との間をガイド３２で間接的に接続した例である。例えば、ワイヤ等で吊るすものとする。シリンダ３１の配置位置の自由度を向上させることができる。

また、図５Ｂは、エアシリンダ１６のかわりに、ラックピニオンを用いた例を示している。同様に螺子を用いた例として、ボールネジも利用することができる。

上記実施例においては、造粒槽１の周側面１０と底面１１は不連続に連結したが、例えば、回転翼５の端部に倣うように滑らかに周側面１０を底面１１の周縁から立ち上げても良い。また、実施例では、制御装置２０による、負荷制御を混合工程、混練工程、造粒工程のいずれにおいても実行したが、いずれかの１または２の工程において選択的に実行しても良い。

１ 造粒槽
２ ロータ
５ 回転翼
１０ 周側面
１１ 底面
１２ 押圧盤
１３ 下面
１５ エンコーダ
１６ エアシリンダ
１７ 検出器
２０ 制御装置
１００ 造粒装置

Claims (3)

1. 底面を下側にした円筒形状の内面を有する造粒槽と、
   前記造粒槽の底面に対向して回転する回転翼と、
   前記回転翼の上方空間を前記造粒槽の周側面に沿って上下に移動し、前記造粒槽の中心に向けて上側に上昇する傾斜された下面を有する押圧盤と、
   前記回転翼が回転した際に、前記造粒槽内に投入された材料が前記押圧盤に反射するときに生じる圧力を検出する検出器と、
   前記検出された圧力が所定の圧力となるように前記押圧盤を上下させる制御装置とを有することを特徴とする造粒装置。
   
2. 前記制御装置により用いる前記所定の圧力は、混合工程・混練工程・造粒工程の各工程において、若しくはいずれか１又は２の工程において定められていることを特徴とする請求項１の造粒装置。
   
3. 前記制御装置は、前記混合工程の後、混練工程の前に、前記押圧盤を降下させて、前記造粒槽の内面に付着した材料を掻き落とすことを特徴とした請求項２の造粒装置。