JP6352005B2 - 造粒装置および造粒方法 - Google Patents

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Description

本発明は、造粒装置および造粒方法に関し、より特定的には、原料粉末が混合された混合液に熱風を供給して当該混合液を乾燥させることにより造粒する造粒装置および当該造粒装置が用いられる造粒方法に関する。
超硬スローアウェイ(Throw−Away:TA)チップやBN(Boron Nitride)TAチップなどの切削工具は、以下のようにして製造される。まず、原料粉末(たとえば炭化タングステンやコバルトなど)が準備され、当該原料粉末がエタノールなどの溶媒中において混合、粉砕および撹拌されることにより混合液が得られる。次に、この混合液をスプレードライヤと呼ばれるプラント設備を用いて乾燥させることにより球状の粒子(完成粉末)が得られる(造粒プロセス)。次に、この完成粉末がプレス機を用いて成形された後、焼結炉内において高温加熱されることにより焼結体が得られる。そして、当該焼結体に対してダイヤモンド砥石による仕上げ加工やコーティングなどが施されて切削工具が完成する。
スプレードライヤを用いた造粒プロセスにおいては、乾燥室内において原料粉末が添加された混合液を噴霧ノズルから霧状に噴射し、これに高温の窒素ガスを供給して乾燥させることにより完成粉末が得られる。このスプレードライヤ装置の例としては、たとえば特開平4−281873号公報(特許文献1)において、原液吹出し用のノズルが乾燥室の下部において上向きに配置されるように組み込まれたスプレードライヤ装置が提案されている。
特開平4−281873号公報
上記スプレードライヤを用いた造粒プロセスにおいては、完成粉末の粒度の均一性などの品質を向上させるために、装置内を循環させる熱風の温度をより精密に制御することが必要となる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱風の温度をより精密に制御することが可能な造粒装置および当該造粒装置が用いられる造粒方法を提供することである。
本発明に従った造粒装置は、原料粉末が混合された混合液に熱風を供給して混合液を乾燥させることにより原料粉末を含む粒状体を製造する造粒装置である。上記造粒装置は、熱風の入口部および熱風の出口部を有し、混合液を乾燥させるための乾燥室を有する装置本体と、熱風を加熱するためのヒータと、入口部から乾燥室に供給された後、出口部より乾燥室から排出される熱風の温度を測定する出口側センサと、出口側センサの情報に基づいてヒータの出力を制御する制御部とを備えている。
本発明によれば、熱風の温度をより精密に制御することが可能な造粒装置および当該造粒装置が用いられる造粒方法を提供することができる。
実施形態1に係るスプレードライヤの構成を示す概略図である。 実施形態1に係るスプレードライヤにおけるヒータ出力の制御方式を示す概略図である。 実施形態1に係る造粒方法の手順を概略的に示すフローチャートである。 実施形態2に係るスプレードライヤにおけるヒータ出力の制御方式を示す概略図である。
[本願発明の実施形態の説明]
まず、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
(1)本実施形態に係る造粒装置(スプレードライヤ10)は、原料粉末が混合された混合液に熱風を供給して混合液を乾燥させることにより原料粉末を含む粒状体を製造する造粒装置である。上記スプレードライヤ10は、熱風の入口部11bおよび熱風の出口部11cを有し、混合液を乾燥させるための乾燥室11aを有する装置本体(造粒塔11)と、熱風を加熱するための電気ヒータ14と、入口部11bから乾燥室11aに供給された後、出口部11cより乾燥室11aから排出される熱風の温度を測定する出口側センサ19と、出口側センサ19の情報に基づいて電気ヒータ14の出力を制御する制御部21とを備えている。
上記スプレードライヤ10においては、乾燥室11aから排出される熱風の温度が出口側センサ19により測定され、当該測定結果に基づいて制御部21により電気ヒータ14の出力が制御される。そのため、上記スプレードライヤ10によれば、従来のスプレードライヤに比べて、混合液を乾燥させるための熱風の温度をより精密に制御することができる。その結果、粒度分布がより均一化された高品質な完成粉末を得ることができる。
また、上記スプレードライヤ10においては、熱媒油を循環させた熱交換器を用いて熱風を間接的に加熱する装置とは異なり、電気ヒータ14を用いて熱風を直接的に加熱することができる。そのため、上記間接加熱方式の場合に比べて熱風の温度応答性がより向上し、熱風温度の精密な制御により完成粉末の粒度分布のばらつきを抑制することができる。さらに、装置内における熱媒油の漏れや熱媒油の交換作業がなくなるとともに、設備をより簡略化することができる。
(2)上記スプレードライヤ10において、混合液はエタノールを含んでいる。
これにより、炭化タングステンやコバルトなどの合金粉末をより均一に混合させることができる。その結果、より高品質な完成粉末を得ることができる。
(3)上記スプレードライヤ10は、入口部11bから乾燥室11aに供給される熱風の温度を測定する入口側センサ18をさらに備えている。そして、制御部21は、入口側センサ18および出口側センサ19の情報に基づいて電気ヒータ14の出力を制御する。
これにより、混合液を乾燥させるための熱風の温度をさらに精密に制御することができる。その結果、さらに高品質な完成粉末を得ることができる。
(4)上記スプレードライヤ10において、制御部21は、第1の演算部23と、第2の演算部24と、第3の演算部25とを含んでいる。第1の演算部23は、出口側センサ19により測定される熱風の温度である出口側実測温度TEX1と、乾燥室11aから排出される熱風の基準温度である出口側基準温度TEX2とを比較して演算する。第2の演算部24は、第1の演算部23の演算結果に基づいて、乾燥室11aに供給される熱風の入口側目標温度TOB1を算出する。第3の演算部25は、入口側目標温度TOB1と入口側センサ18により測定される熱風の温度である入口側実測温度TIN1とを比較して演算する。電気ヒータ14の出力は、第3の演算部25の演算結果に基づいて制御される。
これにより、出口側実測温度TEX1と出口側基準温度TEX2との比較結果に基づいて入口側目標温度TOB1が設定された上で、当該入口側目標温度TOB1と入口側実測温度TIN1との比較結果に基づいて電気ヒータ14の出力を制御することができる。その結果、電気ヒータ14により加熱される熱風の温度を一層精密に制御することができる。
(5)上記スプレードライヤ10において、制御部21は、第1の演算部23と、第2の演算部24と、第3の演算部25とを含んでいる。第1の演算部23は、入口側センサ18により測定される熱風の温度である入口側実測温度TIN1と、乾燥室11aに供給される熱風の基準温度である入口側基準温度TIN2とを比較して演算する。第2の演算部24は、第1の演算部23の演算結果に基づいて、乾燥室11aから排出される熱風の出口側目標温度TOB2を算出する。第3の演算部25は、出口側目標温度TOB2と出口側センサ19により測定される熱風の温度である出口側実測温度TEX1とを比較して演算する。電気ヒータ14の出力は、第3の演算部25の演算結果に基づいて制御される。
これにより、入口側実測温度TIN1と入口側基準温度TIN2との比較結果に基づいて出口側目標温度TOB2が設定された上で、当該出口側目標温度TOB2と出口側実測温度TEX1との比較結果に基づいて電気ヒータ14の出力を制御することができる。その結果、電気ヒータ14により加熱される熱風の温度を一層精密に制御することができる。
(6)上記スプレードライヤ10は、入口側センサ18および出口側センサ19のうち少なくともいずれか一方のセンサの情報に基づいて、電気ヒータ14側へ供給される熱風の流量を調整する流量調整部(ブロワ22)をさらに備えている。
これにより、熱風の流量を調整して電気ヒータ14における滞留時間(電気ヒータ14との接触時間)を制御することにより当該熱風の温度を制御することができる。
(7)上記スプレードライヤ10は、電気ヒータ14の温度を測定するヒータ用センサ20をさらに備えている。また、制御部21は、ヒータ用センサ20の情報に基づいて電気ヒータ14の出力を制御する。
これにより、電気ヒータ14の温度を直接測定した上でその出力を制御することができる。その結果、電気ヒータ14により加熱される熱風の温度をより一層精密に制御することができる。
(8)本実施形態に係る造粒方法では、上記(1)〜(7)のいずれかに記載の造粒装置が用いられる。そのため、上記造粒方法によれば、粒度分布がより均一化された高品質な完成粉末を得ることができる。
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施形態の具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
(実施形態1)
まず、本発明の一実施形態である実施形態1に係る造粒装置の構成について説明する。図1を参照して、本実施形態に係る造粒装置であるスプレードライヤ10は、エタノール中において炭化タングステン(WC)やコバルト(Co)などの合金粉末(原料粉末)が混合された混合液に窒素ガスなどの熱風を当てて当該混合液を乾燥させることにより、当該合金粉末からなる粒状体(完成粉末)を製造するための装置である。
スプレードライヤ10は、造粒塔11(装置本体)と、循環ガス配管12,17と、噴霧ノズル30と、電気ヒータ14と、入口側センサ18と、出口側センサ19と、ヒータ用センサ20と、制御部21と、ブロワ22(流量調整部)とを主に備えている。
造粒塔11は、混合液を乾燥処理するための空間である乾燥室11aを内部に有している。造粒塔11において重力方向(図1中の上下方向)の上方部には、乾燥室11aの内部に窒素ガスの熱風を供給するための部分である入口部11bが設けられている。造粒塔11は、入口部11bにおいて循環ガス配管17と接続されている。これにより、電気ヒータ14により加熱された後に循環ガス配管17を通過した熱風が、入口部11bから乾燥室11a内に供給されるように構成されている。なお、熱風の種類は窒素ガスに限定されず、他の不活性ガスが採用されてもよい。
循環ガス配管17において造粒塔11との接続部の近傍には入口側センサ18が設けられている。入口側センサ18は、循環ガス配管17を通過して入口部11bから乾燥室11a内に供給される熱風の温度を測定するためのものである。
造粒塔11において入口部11bの重力方向の反対側には、乾燥室11aから熱風を排出するための部分である出口部11cが設けられている。造粒塔11は、出口部11cにおいて循環ガス配管12と接続されている。これにより、乾燥室11a内において混合液の乾燥のために使用されて温度が低下した熱風が、出口部11cより乾燥室11aから排出されるように構成されている。
循環ガス配管12において造粒塔11との接続部の近傍には出口側センサ19が設けられている。出口側センサ19は、乾燥室11a内において混合液の乾燥のために使用され、出口部11cより乾燥室11aから排出される熱風の温度を測定するためのものである。
噴霧ノズル30は、エタノール中に合金粉末が混合された混合液を乾燥室11a内において霧状に放出するためのものであり、乾燥室11aにおいて重力方向の下方部に配置されている。これにより、図1中破線に示すように、乾燥室11a内において重力方向の下方部から上方部に向かって混合液が霧状に噴射されるように構成されている。
電気ヒータ14は、乾燥室11a内に供給される熱風を加熱するためのものであり、ヒータ本体14aと、複数の素線14b(図1中では4本)と、ケース14cと、ヒータ電源14d(電圧:200V)とを主に含んでいる。素線14bおよびヒータ電源14dは、ヒータ本体14aに取り付けられている。これにより、ヒータ電源14dから素線14bへ電流を供給し、当該素線14bを抵抗加熱により加熱することができるように構成されている。
素線14bはケース14cの内部に配置されており、当該ケース14cは循環ガス配管12,17のそれぞれと連通している。これにより、乾燥室11aから排出された熱風が循環ガス配管12を通じてケース14c内に流入し、素線14bと接触して加熱された後に循環ガス配管17へ流入され、再び乾燥室11aに供給されるように構成されている。このようにしてスプレードライヤ10の装置内において熱風が循環する。
ヒータ本体14aは制御部21と接続されており、電気ヒータ14の出力は当該制御部21により制御されるように構成されている。素線14bには、当該素線14bの表面温度を測定するためのヒータ用センサ20が取り付けられている。ヒータ用センサ20は制御部21と接続されており、素線14bの表面温度に関する情報を制御部21に入力可能となっている。これにより、制御部21においてヒータ用センサ20の警報接点をたとえば360℃以上に設定し、ヒータ用センサ20により測定された素線14bの表面温度が当該警報接点を超えた場合には、制御部21を介して電気ヒータ14の出力を低下させるなどの制御が可能となる。
ブロワ22は、乾燥室11aから排出されて電気ヒータ14側へ供給される熱風の流量を調整するためのものであり、造粒塔11と電気ヒータ14との間において循環ガス配管12の一部に取り付けられている。ブロワ22は、制御部21と接続されている。ブロワ22は制御部21により動作が制御されるように構成されており、たとえば入口側センサ18および出口側センサ19の両方の情報に基づいて電気ヒータ14側へ供給される熱風の流量を調整する。これにより、電気ヒータ14へ流入する直前において熱風の流量を調整し、電気ヒータ14での熱風の滞留時間を制御することができる。
なお、ブロワ22は入口側センサ18および出口側センサ19の両方のセンサの情報に基づいて熱風の流量を調整するものに限定されない。ブロワ22は、入口側センサ18のみの情報に基づいて熱風の流量を調整するものでもよいし、出口側センサ19のみの情報に基づいて熱風の流量を調整するものでもよい。
制御部21は電気ヒータ14の出力やブロワ22の動作を制御する機能を有しており、入口側センサ18、出口側センサ19およびヒータ用センサ20と接続されている。これにより、それぞれのセンサにより測定された温度データを制御部21に入力し、制御部21において当該測定データに基づいた演算を行うことができる。そして、制御部21において電気ヒータ14への出力値を決定し、あるいはブロワ22の動作を制御することができるように構成されている。
次に、制御部21による電気ヒータ14の出力制御の方式について、図2を参照しつつ詳細に説明する。まず、出口側センサ19により乾燥室11aから排出された熱風の温度が測定され、出口側実測温度TEX1が得られる。そして、出口側実測温度TEX1の測定データが、制御部21の第1の演算部23に対して入力される。
次に、第1の演算部23において、乾燥室11aから排出される熱風の基準温度として予め設定された出口側基準温度TEX2と出口側実測温度TEX1とが比較演算される。これにより、出口側基準温度TEX2と出口側実測温度TEX1との大小関係についての演算結果が得られる(たとえば、TEX2>TEX1、TEX2=TEX1、TEX2<TEX1)。そして、第1の演算部23における上記演算結果が、制御部21の第2の演算部24に対して入力される。
次に、第2の演算部24において、第1の演算部23における上記演算結果(出口側基準温度TEX2と出口側実測温度TEX1との大小関係)と、乾燥室11aに供給される熱風の基準温度として予め設定された入口側基準温度TIN2とに基づいて、乾燥室11aに供給される熱風の入口側目標温度TOB1が設定される。より具体的には、出口側実測温度が出口側基準温度よりも小さい場合(TEX2>TEX1)には、入口側目標温度TOB1が入口側基準温度TIN2よりもたとえば一定値だけ高くなるように設定される。また、出口側実測温度が出口側基準温度よりも大きい場合(TEX2<TEX1)には、入口側目標温度TOB1が入口側基準温度TIN2よりもたとえば一定値だけ低くなるように設定される。そして、設定された入口側目標温度TOB1の情報が、制御部21の第3の演算部25に対して入力される。
次に、入口側センサ18により乾燥室11aに供給される熱風の温度が測定され、入口側実測温度TIN1が得られる。そして、入口側実測温度TIN1の測定データが、第3の演算部25に対して入力される。次に、第3の演算部25において、入口側目標温度TOB1と入口側実測温度TIN1とが比較演算される。そして、当該演算結果に基づいてヒータ出力値が決定され、当該出力値が電気ヒータ14に対して入力される。より具体的には、入口側実測温度TIN1が入口側目標温度TOB1よりも小さい場合には、電気ヒータ14の出力がより大きくなるようにヒータ出力値が決定される。また、入口側実測温度TIN1が入口側目標温度TOB1よりも大きい場合には、電気ヒータ14の出力がより小さくなるようにヒータ出力値が決定される。
上記本実施形態においては、制御部21は、入口側センサ18および出口側センサ19の両方のセンサからの情報に基づいて電気ヒータ14の出力を制御可能に構成されているが、これに限定されない。たとえば、制御部21は出口側センサ19のみの情報に基づいて電気ヒータ14の出力を制御可能に構成されていてもよい。より具体的には、第1の演算部23における演算結果(出口側基準温度TEX2と出口側実測温度TEX1との大小関係)に基づいて電気ヒータ14の出力を制御可能に構成されていてもよい。
次に、上記スプレードライヤ10を用いた造粒プロセスを一例として、本実施形態に係る造粒方法について説明する。図3を参照して、まず原料粉末を準備する工程(S10)が実施される。この工程(S10)では、たとえば炭化タングステン(WC)やコバルト(Co)などの合金粉末および結合剤(バインダー)が所定の配合比率で準備される。この配合比率は、製造される切削工具の用途などに応じて適宜選択される。
次に、混合工程(S20)が実施される。この工程(S20)では、合金粉末、バインダーおよびエタノールを容器内で混ぜ合わせることで混合液が得られる。
次に、造粒工程(S30)が実施される。この工程(S30)では、図1を参照して、上記工程(S20)において準備された混合液が、噴霧ノズル30から造粒塔11の乾燥室11a内において霧状に噴射される。そして、電気ヒータ14により加熱された窒素ガスの熱風を当該混合液に供給して乾燥させることにより、直径がたとえば100μm程度の球状の粒子(完成粉末)が得られる。
この工程(S30)では、上述のように入口側センサ18および出口側センサ19、さらにヒータ用センサ20の情報に基づいて制御部21により電気ヒータ14の出力を制御することにより、装置内を循環させる熱風の温度を精密に制御することができる。そのため、得られた完成粉末は、粒径分布が均一化された高品質なものとなっている。上記工程(S10)〜(S30)が順に実施されることにより上記合金粉末からなる完成粉末が得られ、本実施形態に係る造粒方法が完了する。
その後、上記完成粉末がプレス機の金型に充填され、加圧圧縮されることにより成形体が作製され、当該成形体が焼結炉内において一定時間高温加熱されることにより焼結体が得られる。そして、ダイヤモンド砥石による仕上げ加工やコーティング加工などが実施されて超硬工具が完成する。
(実施形態2)
次に、本発明の他の実施形態である実施形態2に係る造粒装置の構成について説明する。実施形態2に係る造粒装置は、基本的には上記実施形態1に係る造粒装置(スプレードライヤ10)と同様の構成を備え、かつ同様の効果を奏する。しかし、実施形態2に係る造粒装置は、制御部による電気ヒータの制御方式において上記実施形態1に係る造粒装置とは異なっている。
図4を参照して、まず、入口側センサ18により乾燥室11aに供給される熱風の温度が測定され、入口側実測温度TIN1が得られる。そして、入口側実測温度TIN1の測定データが、制御部21の第1の演算部23に対して入力される。
次に、第1の演算部23において、乾燥室11aに供給される熱風の基準温度として予め設定された入口側基準温度TIN2と入口側実測温度TIN1とが比較演算される。これにより、入口側基準温度TIN2と入口側実測温度TIN1との大小関係についての演算結果が得られる(たとえば、TIN2>TIN1、TIN2=TIN1、TIN2<TIN1)。そして、第1の演算部23における上記演算結果が、制御部21の第2の演算部24に対して入力される。
次に、第2の演算部24において、第1の演算部23における上記演算結果(入口側基準温度TIN2と入口側実測温度TIN1との大小関係)と、乾燥室11aから排出される熱風の基準温度として予め設定された出口側基準温度TEX2とに基づいて、乾燥室11aから排出される熱風の出口側目標温度TOB2が設定される。より具体的には、入口側実測温度が入口側基準温度よりも小さい場合(TIN2>TIN1)には、出口側目標温度TOB2が出口側基準温度TEX2よりもたとえば一定値だけ高くなるように設定される。また、入口側実測温度が入口側基準温度よりも大きい場合(TIN1>TIN2)には、出口側目標温度TOB2が出口側基準温度TEX2よりもたとえば一定値だけ低くなるように設定される。そして、設定された出口側目標温度TOB2の情報が、制御部21の第3の演算部25に対して入力される。
次に、出口側センサ19により乾燥室11aから排出される熱風の温度が測定され、出口側実測温度TEX1が得られる。そして、出口側実測温度TEX1の測定データが、第3の演算部25に対して入力される。次に、第3の演算部25において、出口側目標温度TOB2と出口側実測温度TEX1とが比較演算される。そして、当該演算結果に基づいてヒータ出力値が決定され、当該出力値が電気ヒータ14に対して入力される。より具体的には、出口側実測温度TEX1が出口側目標温度TOB2よりも小さい場合には、電気ヒータ14の出力がより大きくなるようにヒータ出力値が決定される。また、出口側実測温度TEX1が出口側目標温度TOB2よりも大きい場合には、電気ヒータ14の出力がより小さくなるようにヒータ出力値が決定される。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明の造粒装置および造粒方法は、熱風の温度を精密に制御することが要求される造粒装置および当該造粒装置が用いられる造粒方法において、特に有利に適用され得る。
10 スプレードライヤ
11 造粒塔
11a 乾燥室
11b 入口部
11c 出口部
12,17 循環ガス配管
14 電気ヒータ
14a ヒータ本体
14b 素線
14c ケース
14d ヒータ電源
18 入口側センサ
19 出口側センサ
20 ヒータ用センサ
21 制御部
22 ブロワ
23 第1の演算部
24 第2の演算部
25 第3の演算部
30 噴霧ノズル

Claims (5)

  1. 原料粉末が混合された混合液に熱風を供給して前記混合液を乾燥させることにより前記原料粉末を含む粒状体を製造する造粒装置であって、
    前記熱風の入口部および前記熱風の出口部を有し、前記混合液を乾燥させるための乾燥室を有する装置本体と、
    前記熱風を加熱するためのヒータと、
    前記入口部から前記乾燥室に供給される前記熱風の温度を測定する入口側センサと、
    前記入口部から前記乾燥室に供給された後、前記出口部より前記乾燥室から排出される前記熱風の温度を測定する出口側センサと、
    前記入口側センサおよび前記出口側センサの情報に基づいて前記ヒータの出力を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記入口側センサにより測定される前記熱風の温度である入口側実測温度と、前記乾燥室に供給される前記熱風の基準温度である入口側基準温度とを比較して演算する第1の演算部と、
    前記第1の演算部の演算結果に基づいて、前記乾燥室から排出される前記熱風の目標温度を算出する第2の演算部と、
    前記目標温度と前記出口側センサにより測定される前記熱風の温度である出口側実測温度とを比較して演算する第3の演算部とを含み、
    前記ヒータの前記出力は、前記第3の演算部の演算結果に基づいて制御される、造粒装置。
  2. 前記混合液はエタノールを含む、請求項1に記載の造粒装置。
  3. 前記入口側センサおよび前記出口側センサのうち少なくともいずれか一方のセンサの情報に基づいて、前記ヒータ側へ供給される前記熱風の流量を調整する流量調整部をさらに備える、請求項1または請求項に記載の造粒装置。
  4. 前記ヒータの温度を測定するヒータ用センサをさらに備え、
    前記制御部は、前記ヒータ用センサの情報に基づいて前記ヒータの前記出力を制御する、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の造粒装置。
  5. 請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の造粒装置が用いられる、造粒方法。
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