JP6419465B2 - 連続式攪拌処理装置 - Google Patents

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本発明は、医薬品、化学薬品、食品、農薬、飼料、化粧品、ファインケミカル等の製造分野において、粉粒体の混合、造粒、コーティング、乾燥等の処理を連続的に行う連続式攪拌処理装置に関する。
粉粒体に対して造粒等の処理を連続的に行う装置として、特許文献1、2に開示されているような2軸スクリュー方式の連続処理装置が知られている。特許文献1、2の連続処理装置では、結合剤液の添加により湿潤した粉粒体の被処理物を、処理容器内で回転する2軸の混練スクリューにより混練しつつ排出側に移動させ、処理容器の排出口から排出される被処理物を、ロール塊成機で板状に塊成し(特許文献1)、あるいは、半球殻ダイの多数の孔から連続的に押し出して顆粒状に成形する(特許文献2)。
特許第5316403号公報 特開2012−125754号公報
特許文献1、2の2軸スクリュー方式の連続処理装置では、生成される処理物が比較的固い混練物又はその解砕物になるため、処理物の粒度分布等の品質が安定せず、また、当該処理物を後工程で成形する際の成形性が悪いという問題点がある。さらに、被処理物が処理容器の内面やスクリューの外面に付着して、処理物を収率よく製造することが難しいという問題点もある。
本発明の課題は、粉粒体の被処理物を、安定した品質で成形性が良い顆粒状の処理物に収率よく連続的に処理することができる処理装置を提供することである。
上記課題を解決するため、本発明は、軸方向一端側に粉粒体の被処理物を供給する供給口を有し、軸方向他端側に前記被処理物の処理物を排出する排出口を有する筒状の処理容器と、前記処理容器の内部に挿通された回転軸、および、該回転軸の外周部に設けられ、軸方向及び回転方向に非連続な形状を有する複数の攪拌羽根を有するアジテータと、前記処理容器の内周部と所定の隙間をもって対向する掻き取り羽根を有し、前記処理容器に対して相対回転することにより、前記処理容器の内周部に付着した前記被処理物を前記掻き取り羽根で掻き落すスクレーパとを備え、前記スクレーパの掻き取り羽根は、前記処理容器内の被処理物に対して前記軸方向他端側又は軸方向一端側への移動力を与えるように、前記処理容器の軸線に対して傾斜していると共に前記スクレーパは、前記処理容器内の被処理物の前記軸方向他端側への移動を遅らせる遅延堰を有し、前記供給口から前記処理容器の内部に供給され、処理液で湿潤した前記被処理物を、前記処理容器の軸方向一端側から軸方向他端側に向けて移動させつつ、回転する前記アジテータの攪拌羽根で攪拌混合及び解砕して分散させて前記処理物を生成し、該処理物を前記処理容器の排出口から排出する連続式攪拌処理装置を提供する。
本発明の連続式攪拌処理装置では、処理容器が回転方向に固定で、アジテータとスクレーパが回転する構成、スクレーパが回転方向に固定で、アジテータと処理容器が回転する構成を選択できる。好ましくは、処理容器が回転方向に固定で、スクレーパがアジテータよりも遅い回転速度で回転する。
上記構成において、前記処理容器は、前記処理容器内の被処理物に対して軸方向一端側又は軸方向他端側への移動力を与えるように、水平線に対して傾斜可能である構成とすることができる。
上記構成において、前記アジテータの内部及び前記スクレーパの内部のうち少なくとも一方の部位を介して前記処理液を前記処理容器内の被処理物に添加する構成とすることができる。
上記構成において、被処理物を前記処理容器の供給口に投入する被処理物投入部と、該被処理物投入部に被処理物を供給する被処理物供給部とを備え、前記被処理物投入部及び前記被処理物供給部のうち少なくとも一方の部位で前記処理液を被処理物に添加する構成とすることができる。
本発明によれば、粉粒体の被処理物を、安定した品質で成形性が良い顆粒状の処理物に収率よく連続的に処理することができる処理装置を提供することができる。
実施形態に係る連続式攪拌処理装置を概念的に示す図である。 アジテータを示す斜視図{図2(a)}、側面図{図2(b)}、正面図{図2(c)}である。 アジテータの攪拌羽根を拡大して示す平面図{図3(a)}、側面図{図3(b)}、正面図{図3(c)}、斜視図{図3(d)}である。 スクレーパを構成するスクレーパ分割体を示す縦断面図{図4(a)}、図4(a)のA−A横断面図{図4(b)}、側面図{図4(c)}である。 実施形態に係る連続式攪拌処理装置を水平線に対して傾斜させた状態を示す図である。 連続式攪拌処理装置を傾斜させて、処理容器の軸線を水平線に対して角度90度で傾斜させた状態を示す図である。 変形例に係るアジテータを示す斜視図{図2(a)}、側面図{図2(b)}、正面図{図2(c)}である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図1は、実施形態に係る連続式攪拌処理装置を概念的に示している。この実施形態の連続式攪拌処理装置は、例えば、被処理物P1である粉粒体原料を連続的に造粒処理して、処理物P2である顆粒状の造粒物を連続的に製造する装置である。
この実施形態の連続式攪拌処理装置は、軸方向一端側に被処理物(粉粒体原料)P1を供給する供給口1aを有し、軸方向他端側に処理物(粉粒体原料の造粒物)P2を排出する排出口1bを有する筒状の処理容器1と、処理容器1の内部に挿通されたアジテータ2と、処理容器1の内部に設けられ、処理容器1に対して相対回転するスクレーパ3とを主要な要素として構成される。この実施形態において、処理容器1は回転せず、アジテータ2とスクレーパ3が回転する。アジテータ2とスクレーパ3は、回転駆動部4に設けられた個別の回転駆動機構(図示省略)にそれぞれ連結され、回転速度及び回転方向が個別的に設定可能である。
処理容器1は、周壁部(筒状部分)を、複数の分割筒体の連結体で構成し、あるいは、単一の筒体で構成したもので、周壁部の外周側は、加温媒体又は冷却媒体を流通させるジャケット(図示省略)で覆われる。
図2に示すように、アジテータ2は、処理容器1の内部に挿通される回転軸2aと、回転軸2aの外周部に設けられ、軸方向及び回転方向に非連続な形状を有する複数の攪拌羽根2bとを備えている。回転軸2aは、例えば、図2(a)及び図2(b)に示す一端部2a1が処理容器1の軸方向一端側(供給口1aの側)、他端部2a2が処理容器1の軸方向他端側に位置し、処理容器1の軸線に沿って軸方向一端側から軸方向他端側に延在する。また、回転軸2aは図2に矢印R1で示す方向に回転し、これにより各攪拌羽根2bも矢印R1方向に回転する。
図3は、攪拌羽根2bを拡大して示している(矢印R1は攪拌羽根2bの回転方向)。攪拌羽根2bは、回転軸2aのねじ穴(図示省略)に螺合するねじ部2b1を有しており、回転軸2aに対して着脱可能である。攪拌羽根2bは、回転方向R1と直交する側に偏平な形態を有し、攪拌羽根2bを回転軸2aに装着した状態で、攪拌羽根2bの回転方向R1側の中心線Lは、回転軸2aの軸線Xと直交する{図2(b)を参照}。ただし、攪拌羽根2bの中心線Lが回転軸2aの軸線Xに対して90度未満の角度で所定方向に傾斜するように、攪拌羽根2bを回転軸2aに装着するようにしても良い。また、攪拌羽根2bの回転方向R1側の前方部には、回転方向前方側に向かって漸次に鋭利になった片刃状のナイフエッジ部2b2が設けられている。この攪拌羽根2bが矢印R1方向に回転することにより、処理容器1内の被処理物が攪拌混合されると共に、被処理物がナイフエッジ部2b2で解砕されて分散される。
尚、回転軸2aの内部に処理液、例えば結合剤液の流通路を設けると共に、回転軸2aの一端部2a1の側の外周部に上記流通路と連通するノズル部を設け、処理容器1の外部から供給される結合剤液を上記流通路とノズル部を介して、処理容器1内の被処理物に添加するようにしても良い。あるいは、回転軸2aの内部に(必要に応じて攪拌羽根2bの内部にも)加温媒体又は冷却媒体を循環させる循環路を設け、処理容器1の外部から供給される加温媒体又は冷却媒体を上記循環路に導いて、回転軸2a及び攪拌羽根2bの温度調整を行うようにしても良い。
この実施形態において、スクレーパ3は、例えば、図4に示すようなスクレーパ分割体3Aを複数軸方向に連結して構成される(矢印R2はスクレーパ3の回転方向)。スクレーパ分割体3Aは、一端側の環状部3A1と、他端側の環状部3A2と、環状部3A1と環状部3A2とを繋ぐように設けられた複数の掻き取り羽根3A3とを備えている。環状部3A1は処理容器1の軸方向一端側(供給口1aの側)、環状部3A2は処理容器1の軸方向他端側(排出口1bの側)に位置する。また、環状部3A1には、ボルト等の連結具を挿通するための貫通孔3A11が設けられ、環状部3A2には、ボルト等の連結具を螺合させるためのねじ孔3A21が設けられている。軸方向に隣接するスクレーパ分割体3Aは、一方のスクレーパ分割体3Aの環状部3A2に他方のスクレーパ分割体3Aの環状部3A1を突き合わせた状態でボルト等の連結具で連結される。
掻き取り羽根3A3は、半径方向には、内径側から外径側に向かって、回転方向R2の前方側に傾斜し、軸方向には、一端側の環状部3A1から他端側の環状部3A2に向かって、回転方向R2の後方側に傾斜している。また、掻き取り羽根3A3の外周部は、処理容器1の内周部1cと僅かな隙間を介して対向する。
スクレーパ3(複数のスクレーパ分割体3Aの連結体)が、図4に示す矢印R2方向に回転すると、処理容器1の内周部1cに付着した被処理物が掻き取り羽根3A3で掻き落されて、処理容器1内の被処理物層に戻される。また、処理容器1内の被処理物が掻き取り羽根3A3の回転方向R2側の前面で軸方向他端側(排出口1bの側)に押されて、処理容器1内の被処理物に軸方向他端側への移動力が与えられる。その際、各スクレーパ分割体3Aの環状部3A1と3A2は、被処理物の軸方向他端側への移動を遅らせる遅延堰として機能する。
尚、スクレーパ3は、複数のスクレーパ分割体3Aの連結体ではなく、一体構造にしても良い。また、スクレーパ3の内部に処理液、例えば結合剤液の流通路を設けると共に、スクレーパ3の軸方向一端側の壁部に上記流通路と連通するノズル部を設け、処理容器1の外部から供給される結合剤液を上記流通路とノズル部を介して、処理容器1内の被処理物に添加するようにしても良い。あるいは、スクレーパ3の内部に加温媒体又は冷却媒体を循環させる循環路を設け、処理容器1の外部から供給される加温媒体又は冷却媒体を上記循環路に導いてスクレーパ3の温度調整を行うようにしても良い。
図1に示すように、この実施形態の連続式攪拌処理装置は、傾斜機構5aを有する支持部5で支持されており、傾斜機構5aにより、水平線に対して任意の角度で傾斜させることができる。図1に示す状態では、連続式攪拌処理装置は傾斜しておらず、処理容器1の軸線は水平線と平行又は略平行である。
被処理物(粉粒体原料)P1は、被処理物供給部6から被処理物投入部7を介して連続的又は断続的に処理容器1の供給口1aに供給され、供給口1aから処理容器1の内部に供給される。この実施形態において、被処理物供給部6は、被処理物P1を収容する被処理物収容部6aと、被処理物収容部6aから供給される被処理物P1を被処理物投入部7に向けて搬送する被処理物搬送部6bとを備えている。
被処理物P1に対して処理液、例えば結合剤液Qが添加され、これにより被処理物P1が湿潤するが、結合剤液Qを添加する位置は、処理容器1の内部(軸方向一端側の位置)、被処理物投入部7(図1の被処理物投入部7の箇所に符号Qを付した下向きの白抜き矢印で示す位置)、および被処理物搬送部6b(図1の被処理物搬送部6bの箇所に符号Qを付した下向きの白抜き矢印で示す位置)の中から選択することができる。また、処理容器1の内部(軸方向一端側の位置)に結合剤液Qを添加する場合、結合剤液Qを添加する手段を、アジテータ2のノズル部(図1のアジテータ2の箇所に符号Qを付した上向きの白抜き矢印で示す位置)、スクレーパ3のノズル部(図1のスクレーパ3の箇所に符号Qを付した下向きの白抜き矢印で示す位置)、および処理容器1の内部に設置したノズル部材(図示省略)の中から選択することができる。
アジテータ2とスクレーパ3は、回転駆動部4により、それぞれ上述した方向に回転駆動される。スクレーパ3の回転速度はアジテータ2の回転速度よりも遅く、例えば、スクレーパ3はアジテータ2の回転速度に対して1/5〜1/200の回転速度で回転する。
上記の態様で処理容器1の内部に供給され、結合剤液Qの添加により湿潤した被処理物P1は、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3から受ける軸方向他端側(排出口2bの側)への移動力により、処理容器1内を軸方向他端側に移動しつつ、回転するアジテータ2の攪拌羽根2bにより攪拌混合及び解砕されて分散され、所定の粒子径及び粒子形態の処理物P2、例えば、粒度分布が比較的シャープで、かつ、混練物又はその解砕物に比べて比較的軽質で塑性変形しやすい顆粒状の造粒物になる。その際、処理容器1の内周部1cに付着した被処理物P1が、スクレーパ3の掻き取り羽根3A3によって掻き落されて処理容器1の被処理物層に戻されるので、上記の処理が安定して行われると共に、処理物P2の収率が向上する。
上記の説明から理解できるように、この実施形態では、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3から処理容器1内の被処理物P1に作用する軸方向他端側(排出口2bの側)への移動力が、被処理物P1を処理容器1の軸方向一端側から軸方向他端側に移動させる送り手段として働く。その際、各スクレーパ分割体3Aの環状部3A1と3A2は、被処理物P1の軸方向他端側への移動を遅らせる遅延堰として機能し、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間を長くする役割を持つ。尚、アジテータ2の攪拌羽根2bの中心線Lを回転軸2aの軸線Xに対して傾斜させることによって、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間を長く又は短くすることもできる。
上記の態様で処理された処理物P2は、処理容器1の排出口1bから外部に排出される。この実施形態では、排出口1bから排出される処理物P2の物性(水分値等)を光学センサ、例えば近赤外線分光分析装置の近赤外線センサ(NIR)で検出し、この検出結果を連続式攪拌処理装置の制御装置にフィードバックして、処理操作因子、例えば処理容器1への被処理物P1の供給速度、結合剤液Qの添加量及び添加速度、アジテータ2の回転速度及び回転方向、スクレーパ3の回転速度及び回転方向等を制御できるようにしている。また、この実施形態では、排出口1bから排出される処理物P2を整粒機構8で整粒した後、次工程の処理装置9、例えば連続乾燥装置に連続的に供給して乾燥させる。その際、整粒機構8で整粒された後の処理物P2の粒子径や粒子形状等を光学式の画像処理装置(PV)で検出し、この検出結果を連続式攪拌処理装置の制御装置にフィードバックして、処理操作因子を制御できるようにしている。尚、排出口1bと整粒機構8との間に乾式造粒機構を介装しても良い。
図5は、連続式攪拌処理装置を傾斜機構5aにより傾斜させて、処理容器1の軸方向一端側(供給口1aの側)が傾斜方向上方側、軸方向他端側(排出口1bの側)が傾斜方向下方側に位置するように、処理容器1の軸線を水平線に対して所定角度で傾斜させた状態を示している。処理容器1が同図に示す方向に傾斜すると、重力の影響により、処理容器内1の被処理物P2に対して軸方向他端側に向かう移動力が与えられる。従って、この場合、処理容器内1の被処理物P2に対して、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3による軸方向他端側への移動力と、処理容器1の傾斜に伴う重力の影響による軸方向他端側への移動力とが与えられ、これらの移動力の合力が、被処理物P1を処理容器1の軸方向一端側から軸方向他端側に移動させる送り手段として働く。その際、各スクレーパ分割体3Aの環状部3A1と3A2は、被処理物P1の軸方向他端側への移動を遅らせる遅延堰として機能し、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間を長くする役割を持つ。また、アジテータ2の攪拌羽根2bの中心線Lを回転軸2aの軸線Xに対して傾斜させることによって、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間を長く又は短くすることもできる。
あるいは、スクレーパ3を上記とは反対方向に回転させると、処理容器内1の被処理物P2が、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3から軸方向一端側(供給口1aの側)への移動力を受けるので、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間が長くなる。この場合、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3により処理容器1内の被処理物P2に作用する軸方向一端側への移動力と、処理容器1の傾斜に伴う重力の影響により処理容器1内の被処理物P2に作用する軸方向他端側への移動力との合力が、被処理物P1を処理容器1の軸方向一端側から軸方向他端側に移動させる送り手段として働く。
一方、傾斜機構5aにより、処理容器1の軸方向一端側(供給口1aの側)が傾斜方向下方側、軸方向他端側(排出口1bの側)が傾斜方向上方側に位置するように、処理容器1の軸線を水平線に対して所定角度で傾斜させることもできる。この場合、処理容器1の傾斜に伴う重力の影響により、処理容器内1の被処理物P2に対して軸方向一端側に向かう移動力が与えられ、この移動力と、回転するスクレーパ3の掻き取り羽根3A3により処理容器内1の被処理物P2に作用する軸方向他端側への移動力との合力が、被処理物P1を処理容器1の軸方向一端側から軸方向他端側に移動させる送り手段として働く。
図6は、連続式攪拌処理装置を傾斜機構5aにより傾斜させて、処理容器1の軸方向一端側(供給口1aの側)が鉛直方向上方側、軸方向他端側(排出口1bの側)が鉛直方向下方側に位置するように、処理容器1の軸線を水平線に対して角度90度で傾斜させた状態を示している。処理容器1が同図に示す状態で傾斜すると、重力の影響により、処理容器内1の被処理物P2に対して軸方向他端側に向かう移動力が与えられる。
図7は、アジテータ2の変形例を示している。この変形例のアジテータ2では、各攪拌羽根2bが、回転方向R1と直交する側に偏平で、かつ、回転方向R1に均一な厚さを有する矩形片の形態を有している。この攪拌羽根2bが回転軸2aと伴に矢印R1方向に回転することにより、処理容器1内の被処理物が攪拌混合されると共に、被処理物が攪拌羽根2bの辺部で解砕されて分散される。その他の事項は、上述したアジテータ2と同じであるので、重複する説明を省略する。
以上の実施形態において、アジテータ2は、攪拌羽根2bの形状及び枚数、回転速度及び回転方向を変更することによって、被処理物P1に対する攪拌混合及び解砕作用や、処理容器1内での被処理物P1の滞留時間を調整することができる。
また、スクレーパ3は、スクレーパ分割体3Aの連結数、掻き取り羽根3A3の形状及び枚数、回転速度及び回転方向を変更することによって、被処理物P1の掻き落し作用や、被処理物P1に与える移動力を調整することができる。あるいは、スクレーパ3は、被処理物P1の掻き落し作用のみを行い(この場合、掻き取り羽根3A3は、軸方向には、一端側の環状部3A1から他端側の環状部3A2に向かって、処理容器1の軸線と平行に延びた形状にする。)、被処理物P1に対する軸方向他端側への移動力は、処理容器1を図5に示す状態で傾斜させることによって与えても良い。尚、上述したように、スクレーパ3は、スクレーパ分割体3Aの連結体ではなく、一体構造であっても良い。
さらに、以上の実施形態では、処理容器1が回転方向に固定で、アジテータ2とスクレーパ3が回転する構成にしているが、スクレーパ3が回転方向に固定で、処理容器1とアジテータ2が回転する構成にしてよい。また、図示は省略するが、被処理物投入部7や被処理物搬送部6b等の適宜の部位に加湿ゾーンを設け、加湿ゾーンにて、結合剤液Q以外の液体、例えば水で被処理物P1を加湿するようにしても良い。あるいは、アジテータ2やスクレーパ3に液体の流通路と、該流通路に連通するノズル部を設け、水等の液体を上記流通路とノズル部を介して、処理容器1内の被処理物P1に噴霧して加湿するようにしても良い。
1 処理容器
1a 供給口
1b 排出口
1c 内周部
2 アジテータ
2a 回転軸
2b 攪拌羽根
3 スクレーパ
3A スクレーパ分割体
3A1 環状部(遅延堰)
3A2 環状部(遅延堰)
3A3 掻き取り羽根
5 支持部
5a 傾斜機構
6 被処理物供給部6
6a 被処理物収容部
6b 被処理物搬送部

Claims (5)

  1. 軸方向一端側に粉粒体の被処理物を供給する供給口を有し、軸方向他端側に前記被処理物の処理物を排出する排出口を有する筒状の処理容器と、
    前記処理容器の内部に挿通された回転軸、および、該回転軸の外周部に設けられ、軸方向及び回転方向に非連続な形状を有する複数の攪拌羽根を有するアジテータと、
    前記処理容器の内周部と所定の隙間をもって対向する掻き取り羽根を有し、前記処理容器に対して相対回転することにより、前記処理容器の内周部に付着した前記被処理物を前記掻き取り羽根で掻き落すスクレーパとを備え、
    前記スクレーパの掻き取り羽根は、前記処理容器内の被処理物に対して前記軸方向他端側又は軸方向一端側への移動力を与えるように、前記処理容器の軸線に対して傾斜していると共に前記スクレーパは、前記処理容器内の被処理物の前記軸方向他端側への移動を遅らせる遅延堰を有し、
    前記供給口から前記処理容器の内部に供給され、処理液で湿潤した前記被処理物を、前記処理容器の軸方向一端側から軸方向他端側に向けて移動させつつ、回転する前記アジテータの攪拌羽根で攪拌混合及び解砕して分散させて前記処理物を生成し、該処理物を前記処理容器の排出口から排出することを特徴とする連続式攪拌処理装置。
  2. 前記処理容器は回転方向に固定で、前記スクレーパが前記アジテータよりも遅い回転速度で回転することを特徴とする請求項1に記載の連続式攪拌処理装置。
  3. 前記処理容器は、前記処理容器内の被処理物に対して前記軸方向他端側又は軸方向一端側への移動力を与えるように、水平線に対して傾斜可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載の連続式攪拌処理装置。
  4. 前記アジテータの内部及び前記スクレーパの内部のうち少なくとも一方の部位を介して前記処理液を前記処理容器内の被処理物に添加する請求項1からの何れか一項に記載の連続式攪拌処理装置。
  5. 被処理物を前記処理容器の供給口に投入する被処理物投入部と、該被処理物投入部に被処理物を供給する被処理物供給部とを備え、前記被処理物投入部及び前記被処理物供給部のうち少なくとも一方の部位で前記処理液を被処理物に添加する請求項1からの何れか一項に記載の連続式攪拌処理装置。
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