JPH067915B2 - 微粉の造粒方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本願発明はかさ密度の小さい乾態の微粉，たとえばタル
クやカーボンブラックの中間処理に係る。

［従来の技術］ タルク及びカーボンブラックは合成樹脂のフィラー，塗
料，ゴムなどの他に、タルクは製紙，化粧品，医薬品等
に、カーボンブラックはインキ等にそれぞれ使用されて
いる。この粉体の粒子は微細であるために流動性が悪く
その上に多量の空気を含む低かさ密度体であるから貯
蔵，計量，輸送，投入等において粉塵飛散の問題と共に
取扱いは容易でなかった。

またたとえば農薬の原料粉などは四辺に飛散することは
厳重に防止しなければ重大な事故に繋がる。

かさ密度が小さく飛散し易い微粉を取扱い易いように中
間処理する方法としては、造粒して小さな粒やビード状
に成形することや、物理的にかさ密度そのものを高める
ための直接的な手段がよく使用される。

単なる造粒，成形ならば、粉体を圧縮成形するロール式
圧縮成形機が最も一般的であるが、タルクやカーボンブ
ラックでは、空気を含んでふわふわとした状態なので、
通常のロール式圧縮成形機を用いてもロール間に圧縮に
必要な粉体量を確保できないために、圧縮しても粗粒状
にならずかさ密度を充分増加することができなかった。

したがって特にこのような物質に適合するための技術が
求められ、たとえば特公昭５７−５１３３６号公報・第
４図ではカーボンブラックなどの造粒のための水や稀薄
な糖密溶液などの湿潤剤を混入し、ピン型攪拌造粒機で
混合しつつ湿潤剤の沸点以上〜１５０℃の範囲で外周か
ら蒸気加熱して所望の造粒体を得る技術を示し、また特
開昭６１−１０７９３６号公報では造粒キャリアを６０
０℃〜１３００℃で焼成する内容を示している。

一方かさ密度そのものを増大する技術としては、たとえ
ば特開昭６２−２８０３０１号公報があり、平均粒径１
mm以下の超微粒子の集合体で大部分の超微粒子が連鎖状
に連結し、かさ密度が０．１ｇ／cm³以下の高空隙率で
ある超微粒体を、容器内で振動を与えて前記の連鎖を破
壊し、少くとも０．３ｇ／cm³のかさ密度まで高める技
術内容を示している。また、第７図に示す実開昭63-150
795号公報では、逆円錐筒状のホッパー３ａ内にスクリ
ューフィーダー５ａを用いて一対の圧縮ローラ２ａ間へ
粉体を押し出す圧縮造粒装置１ａにおいて、ホッパー３
ａの上端部を密閉構造とし、供給ホッパー34ａとホッパ
ー３ａとの間にエヤーロック式の連続粉体供給装置101
を介装し、固気分離装置102を介してホッパー３ａと真
空ブロア31ａとを連通した構成である。

これによって非常に細かく、かつ水分の少ない微粉には
多量の空気が含まれているために、空気がクッションと
なって造粒が困難であったという課題を、圧縮ローラに
かける前にホッパーの中であらかじめ脱気することによ
って解決したと謳っている。

さらに第８図に示す特開昭64-44300号公報の従来技術で
は、微粉供給のホッパー34ｂの下端の一方に先端がテー
パー状の横向きトラフ３ｂを接続し、この全長に亘って
スクリュー羽根５ｂを軸支し、テーパートラフ先端を上
下一対の圧縮ローラ２ｂとした構成を基本しとて、トラ
フ３ｂを円筒状のフィルター32ｂで構成し、該フィルタ
ーの外側を環状室36ｂで取り囲み、該環状室と真空ポン
プとを連通した構成である。

この構成によって空気を多く含んだ微粉は、スクリュー
羽根５ｂによって移動される間に、フィルター筒32ｂを
通じて真空ポンプにより脱気作用を受け、見かけ比重を
高めた微粉として圧縮ローラ間へ送り込まれ造粒作用を
受けると、その効果を謳っている。

［発明が解決しようとする課題］ 前記の従来技術のうち、粒やビード状に造粒するものに
ついては、それぞれ対象とする超微粉体の品種が限られ
ているようであり、前者についてはカーボンブラック、
後者については農薬である。従って前者は添加湿潤剤の
沸点以上から１５０℃までの連続加熱を前提とし、後者
は６００〜１３００℃の焼成を要件としても、そのため
に品質が変化する危険がなく熱に耐え得る化学的安定性
が保障されている。

しかしこれら特定の超微粉体以外の物質に対してすべて
適用できる保障はなく、加熱によって化学反応を生じる
物質には到底実施できない。また適用できる場合であっ
ても純度を特に問題とする薬品類などでは、少量の湿潤
剤といえどもその添加が好ましくないこともあり、実施
上の制約は免れ得ない。

一方後者の技術については、この方法は回分式でなるた
め連続してかさ密度体を得ることはできず、またかさ密
度０．０９ｇ／cm³であったものをかさ密度０．１５ｇ
／cm³とするための加振時間は１．５時間要した実施例
があげられているように長時間を必要とする等の課題が
残る。かさ密度を直接高める手段については、直接密閉
容器内において真空ポンプで脱気する方法も考えられ
る。

しかしこの方法でも前と同様に時間の長い割に効果が薄
いという結果しか得られなかった。

たとえばタルクの場合平均粒径５〜６μのときかさ密度
は０．２５〜０．３０ｇ／cm³であり平均粒径１〜２μ
のときかさ密度は０．１０〜０．１６ｇ／cm³である。
またカーボンブラックの場合平均粒径は０．１μ以下で
あってかさ密度は０．８ｇ／cm³の値である。

第５図のうち曲線Ａは前記タルクについて、粉体を容器
に入れて貯蔵しておくと粒体の自重によって粉体中に含
まれている空気が時間を経るに従って排出される結果、
かさ密度が自然に増加する状態を示したもので、かさ密
度と日数（３０日まで）とを縦横軸にプロットした。ま
た曲線Ｂは同じ微粉を容器内で真空ポンプによって強制
的に脱気した場合のかさ密度と真空度（−７６０mmＨｇ
まで）をプロットしたものである。また第６図はカーボ
ンブラックについて同じ測定を表示したものである。

タルクについてはこれとは別試験によってかさ密度が
０．４５ｇ／cm³までの微粉体は粉塵として飛散する傾
向が高くて取扱いがきわめて難渋するのでこれをゾーン
Ｉとすれば、ゾーンIIのかさ密度が０．４５〜０．５５
ｇ／cm³の範囲においても微粉体の一部が粒状とはなる
もののまだ多少の粉塵飛散を免れることはなく、直接か
さ密度を高める手段で課題を解決することは難しい。

同様に平均粒径０．０８μｍのカーボンブラックについ
てもゾーンＩはかさ密度０．１４ｇ／cm³以下、ゾーンI
I０．１４〜０．１８ｇ／cm³であり、安定域である０．
１８ｇ／cm³以上であるゾーンIIIには到底達し得ない。
また、第７図の従来技術は、粉体圧縮装置の本体自体、
すなわち、ホッパー３ａへ直接脱気装置を連通する構造
であるから、本来的に脱気作用の点で甚だしく不利な条
件となることを免れない。なぜならば、粉体圧縮装置の
本体へは原料である処理前の微粉を供給する原料供給部
が必須であり、この部分からの空気の侵入を防止するこ
とはきわめて困難である。この従来技術ではエアロック
式の粉体供給装置としてロータリバルブを図示している
が、ロータリバルブといえども内壁と羽根との間に若干
の隙間を設けなければ羽根の回転ができないという本質
的な構成があるから、如何に加工を精密に仕上げたとし
ても、空気の漏洩を完全に断ち切ることはできず、な
お、高度の真空度には達し難いのである。同様にホッパ
ー３ａの下端開口部と圧縮ローラ２ａの外周面との間に
も若干の隙間を設けなければローラの回転が不可能であ
り、本体には不可避の回転物と非回転物との接点があ
り、この接点では必ず空気のリークを伴うから、実際の
微粉のかさ密度を測定して数字で実感できるほどの脱気
作用を発現することは構成上、難しいといわざるを得な
い。その上、真空ブロアヘリークした空気の流れに乗っ
て粉体が一緒に吸引されるのを防止するために、配管途
中にバグフィルタ102（固気分離装置）を介装しなけれ
ばならないから、真空ブロアの能力はますます減殺さ
れ、実際の脱気作用に有効な作用はさらに減少せざるを
得ない。

また、第８図の従来技術については、確かにこの構成で
あれば、前例とは異なって真空ポンプの作用を直接受
け、効果的な脱気作用が現われることは期待できる。問
題はこの構成が原材料であるかさ密度の低い微粉の供給
と圧縮ローラ間へ押し込む役割を単一のスクリュー５ｂ
に担持させている点にある。微粉の供給と圧縮ローラへ
の噛み込みを同一のスクリューで行なわせる構成は、簡
単で保守点検でも有利なように見えるが、実際の操業上
ではきわめて限定した運転条件しか選ぶことができず、
条件の変動を許容できる範囲がきわめて狭いという弱点
が避けられない。

粉体圧縮装置の本体自身の運転条件は、与えられる原料
微粉の性状（平均粒度、水分、表面の平滑度、流動性な
ど）、目的とする造粒体の性状、によって調整しなけれ
ばならない。すなわち、造粒能力や粒体の硬さ、厚みに
関係するスクリューの回転数、能力に関係する圧縮ロー
ラの回転数、粒体の固さを支配する圧縮ローラの加圧力
などが主たる要件である。これらの諸条件を対象とする
微粉に適合させなければ、効率よく品質の安定した造粒
体を確保することは難しいのである。

一方、脱気装置におけるスクリューは、供給量を決定す
る要素であるから、前記の本体能力と整合性を保つこと
が条件となるとともに、連接した真空ポンプの能力とも
整合性を保って、かさ密度の小さい微粉から効果的に空
気を分離する重要な要素となる。これもまた、供給され
る微粉の性状（空気の含有量、水分、流動性など）によ
っても調整する必要が生じるし、相互に関連しながらも
単独で変更可能な調整の独立性をそれぞれ保有させなけ
れば、高度な品質管理を施すことができないという特別
の事情がある。

この従来技術の場合に懸念される別の課題として、逆洗
の不都合がある。微粉の流れに対しフィルターを通して
一方向へ真空ポンプで吸引すれば、当然フィルターに目
詰りが生じ吸引作用を大幅に低下させるから、適宜逆洗
をして目詰りを解消しなければならない。通過する粉体
の粒度が細かいほど目詰りもはげしくなるから、逆洗も
頻繁におこなわなければ直ぐに脱気作用が減退する結果
となる。逆洗するには真空系を一旦閉じ、圧気をフィル
ターの外側から噴出して係留している微粉を離脱させる
のであるが、その場合にこのように粉体を圧縮ローラへ
噛み込ませるゾーンへ直接圧気が噴き込まれると、この
ゾーンにおける粉体の流れが一定の律動から外れた乱流
を生じ、圧縮ローラへ噛み込むまでの状態が変動して品
質上大きな影響を与える原因を誘発する。すなわち、逆
洗の実施が圧縮装置の運転条件に大きな干渉を及ぼすの
で品質が不安定となり、微妙な品質管理を台無しにする
危険性が隠れているのである。

本願発明は以上に述べた課題を解決するために熱的変化
を伴わず、微量の添加物も伴わないでかさ密度の小さい
乾態の微粉を造粒する方法およびその装置の提供を目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本願発明に係る微粉の造粒方法は、かさ密度の小さい乾
態の微粉Ｐを円筒形のフィルター32の中で単独に駆動さ
れるスクリューによって強制的に前進しつつフィルター
外周室に連通する真空ポンプ31によって脱気し、該脱気
後の微粉を竪型の粉体圧縮装置１の密閉ホッパー３内へ
供給し、別途駆動するスクリュー５によってバレル５底
部の一対の圧縮用ローラ２間へ供給し、かさ密度の大き
い粒体Ｓとすることによって前記の課題を解決した。ま
た、この方法にのみ使用する装置としては、単独で駆動
されるスクリュー33、スクリュー33を円筒形のフィルタ
ー32を介して囲繞する外周室36、外周室36と連通する真
空ポンプ31よりなる脱気装置30と、該スクリュー33の排
出部と連通する密閉のホッパー３を具え、ホッパー下方
と接続するバレル４、ホッパー３とバレル４の中心軸へ
垂直に垂設し別途に独立して駆動されるスクリュー５、
該スクリュー５の先端の延長上に開度Ｃを隔てて対向す
る一対の圧縮用ローラ２よりなる粉体圧縮装置１をそれ
ぞれ独立して連結する構成によって課題を解決すること
ができる。なお、当該装置のうち、粉体圧縮装置１につ
いてはバレル４の内壁面に複数の勾配溝６を刻設し、互
いに平行な回転軸で軸支され所望の開度Ｃを隔てて反対
方向に回転する一対の圧縮用ローラ２の外周表面の幅方
向に断面不等辺三角形の鋸状成形歯20を円周上均等に多
数刻設する構成がもっとも有効的に課題を解決する実施
例の一つである。

［作用］ かさ密度の小さい乾態の微粉は多量の空気を含んでふわ
ふわした状態でまづ脱気装置へ供給されると、装置内は
真空ポンプで負圧となっているから供給口付近で粉塵飛
散することなく静かに吸引され、装置内では攪拌を受け
つつ内包する空気の一部を離脱させ、かさ密度を増加し
て粉体圧縮装置へ供給される。かさ密度の小さいままで
あればロール間に圧縮に必要な量を捕捉できないため造
粒できなかった粉体でも、この前処理との連携によって
本来の造粒作用を与えられ通常の粉体と同様の圧縮作用
が発現する。

この作用をさらに顕著に強化するためには、粉体圧縮装
置自体の強化が望ましいのは言うまでもなく、出願人自
身の先願に依る特願昭６３−１９１９０２号の構成を援
用することを推奨する。

この粉体圧縮装置によれば、タルク及びカーボンブラッ
クのように摩擦係数が小さく相互に滑り易い難成形性の
粉体に対応させて、粉体を送り込むスクリューのバレル
内壁周面にバレル始端で最も深く始まり次第に浅く傾斜
した複数の勾配溝を刻設してあるから、粉体がスクリュ
ーと共に回転することを防止して圧縮しながら圧縮ロー
ルに強制供給し、圧縮ロールは外周表面の幅方向に断面
不等辺三角形の鋸状成形歯を円周上均等に多数刻設し、
非対称な面構成による独特の作用のために圧縮された粉
体は歯面に累積固着せず、簡単に剥脱して歯切れのよい
噛み込みと解放とを繰り返して一段と粉体を圧縮して粗
粒状とし、かさ密度を増加する。

一般的にこの作用を例示したのが第１図であって、既に
述べた第５図に対応するものである。すなわち点（イ）
からスタートして短時間にてＢ曲線上を辿って点（ロ）
に達し、この状態で粉体圧縮装置内で造粒作用をうけ曲
線Ｃ上によって定められる点（ハ）に到達する。ここで
曲線Ｃは、横軸が粉体圧縮の油圧力０〜１５０kg／cm²
に亘ってそれから得られるかさ密度との関係をプロット
したものである。

第２図は第６図に対応するカーボンブラックについての
同様の作用を示したものである。

［実施例］ 第３図において脱気装置３０は粉体圧縮装置１へのホッ
パー３に結合し、投入口３４から投入された粉体Ｐはス
クリュー３３が回転し前方へ送られてゆく間にフィルタ
ー３２と、フィルター３２を取り囲む外周室３６と、こ
れに配合結合した真空ポンプ３１とによって空気が排出
されより密な粉体となって粉体圧縮装置に供給される。

粉体圧縮装置１はホッパー３の下部の円筒形バレル４の
内径中心に回転するスクリュー５を貫設し、バレル４の
内壁周面にバレル始端９で最も深く始まり次第に浅く傾
斜した複数の勾配溝６を刻設し、密な粉体がスクリュー
５と共に回転することを防止して圧縮しながら一対の圧
縮用ロール２・２に強制供給し、その外周表面の幅方向
に断面不等辺三角形の圧縮成形面２・２と強制送り面２
１とからなる鋸状成形歯２０を円周上均等に多数刻設
し、非対称な面構成による独特の作用のために圧縮され
た粉体は断面に累積固着せず、簡単に剥脱して歯切れの
よい噛み込みと解放とを繰り返す。反対方向に回転する
一対の圧縮用ロール２は互いに平行な回転軸で軸支さ
れ、いずれか片方の回転軸は油圧シリンダーに移動可能
に連結し所望の開度Ｃを隔てて油圧力により密な粉体を
強力に圧縮して粗粒状態Ｓとし、乾式で連続的に粉体の
かさ密度を増加する。

粉体はかさ密度を増加していくと成形体となっていわゆ
る塊に近づき、貯蔵，計量，輸送，投入等の取扱におい
て粉じん飛散がなくなり非常に良好であるが、粘性体中
に配合したときの分散性が悪くなる。また分散性を良く
するためには、かさ密度を低くしなければならないとい
う相反する性状を呈する。

粉体を配合する粘性体の性状と配合した後の攪拌工程
（機械装置）等によって必要なかさ密度が決定される。

すなわちハンドリング面（粉塵飛散）と分散性を考慮
し、最初実用に供されるかさ密度はタルクにおいて粉体
の平均粒径１〜２μの場合０．６〜０．８ｇ／cm³、ま
たカーボンブラックにおいて平均粒径０．０８μの場合
０．２〜０．２４ｇ／cm³である。

既に述べたように第１図はタルク（平均粒径１〜２μ）
の、また第２図はカーボンブラック（平均粒径０．０８
μｍ）のそれぞれのかさ密度特性を示すものであり、粉
塵飛散のきわめて少ないゾーンIIIの範囲に達したもの
で、タルク粉体についてかさ密度０．１２ｇ／cm³の粉
体をかさ密度０．７５ｇ／cm³の粗粒状製品として１時
間当り６０kgを得ることができ、またカーボンブラック
粉体について、かさ密度０．０８ｇ／cm³の粉体をかさ
密度０．２４ｇ／cm³の粗粒状製品を１時間当り３０kg
を得ることができた。

第１表は実施例１としてタルクについての本願実施結果
を比較例１と並べて表示したものである。比較例１とは
供給原料をいきなり同一条件の粉体圧縮装置に供給した
ものである。実施例２，比較例２はカーボンブラックに
ついて同様の表示をしたものである。

［発明の効果］ この発明によればいかなる熱的な変化を与えることな
く、またバインダー，メディア等の結合剤を全く使用す
ることなく、粒同志を近接させて結合し粗粒状としてい
るから液体あるいは粘性体中に入れて攪拌すると容易に
分散してもとの粉粒とすることができる。実施例ではタ
ルクとカーボンブラックを取り上げたが他の粉体物質の
かさ密度増加にも採用できる。そして微粉体の貯蔵，軽
量，輸送，投入等において取扱を容易にしてその効率を
向上し、その上に粉塵飛散が減少し粉塵対策のための費
用を削減し、作業環境を改善することができる。

さらに製造工程においてかさ密度を増加した粉体を配合
工程に供した場合に液体あるいは粘性体中につぶ状物を
残すことなく容易にほぐれて分散する等の優れた効果を
奏する。また、ほぼ同じ目的で提案された第７図、第８
図の従来技術と比べてみても、本発明の脱気装置と圧縮
装置はそれぞれ独立して連結した構成よりなり、第７図
の従来技術は、脱気装置を圧縮装置本体に直結している
から如何に精巧に仕上げてもなお、本質的に避け難い空
気の漏洩があるのに対し、その点全く影響が及ばない独
立した脱気装置内での真空引きであるので、真空ポンプ
の能力を100％完全に発揮させることができ、強力な脱
気作用によるかさ密度の大幅な向上が期待できる。ま
た、脱気装置30のスクリュー33は粉体圧縮装置のスクリ
ュー５とは別個に独立して駆動されるから、圧縮作用に
おいて必要な運転条件の調整とは別に、供給量および脱
気能力のための調整を独自に受けて、現時点に対象とし
ている供給原料の性状や、目的とする造粒体の品質を得
るための最高の運転条件を、両者が共同して構成するこ
とができる。また、逆洗時には本体のホッパー３内へ供
給される前の段階での圧気の噴出を受けるだけであるか
ら、圧縮工程自体に及ぶ影響は微弱に留まり、殆ど問題
となる干渉の懸念は考えられないという優れた相違点が
具わっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はタルク粉体のかさ密度特性図、第２図はカーボ
ンブラックのかさ密度特性図、第３図は本願装置実施例
の正面断面図、第４図は従来技術の一例を示す正面断面
図、第５図と第６図は従来技術のタルク粉体およびカー
ボンブラックのそれぞれのかさ密度特性図、第７図と第
８図はそれぞれ異なる従来技術を示す一部縦断正面図。 １……粉体圧縮装置、２……圧縮用ロール ３……ホッパー、４……バレル ５……スクリュー、６……勾配溝、９……始端 １０……終端、２０……鋸状成形歯 ２１……強制送り面、２２……圧縮成形面 ３０……脱気装置、３１……真空ポンプ ３２……フィルター、３３……スクリュー ３４……投入口、３５……原動機、３６……外周室、Ｃ
……開度 Ｐ……粉体、Ｓ……粒体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】かさ密度の小さい乾態の微粉Ｐを円筒形の
   フィルター32の中で単独に駆動されるスクリューによっ
   て強制的に前進しつつフィルター外周室に連通する真空
   ポンプ31によって脱気し、該脱気後の微粉を竪型の粉体
   圧縮装置１の密閉ホッパー３内へ供給し、別途駆動する
   スクリュー５によってバレル５底部の一対の圧縮用ロー
   ラ２間へ供給し、かさ密度の大きい粒体Ｓとすることを
   特徴とする微粉の造粒方法。
2. 【請求項２】単独で駆動されるスクリュー33、スクリュ
   ー33を円筒形のフィルター32を介して囲繞する外周室3
   6、外周室36と連通する真空ポンプ31よりなる脱気装置3
   0と、該スクリュー33の排出部と連通する密閉のホッパ
   ー３を具え、ホッパー下方と接続するバレル４、ホッパ
   ー３とバレル４の中心軸へ垂直に垂設し別途に独立して
   駆動されるスクリュー５、該スクリュー５の先端の延長
   上に開度Ｃを隔てて対向する一対の圧縮用ローラ２より
   なる粉体圧縮装置１をそれぞれ独立して連結したことを
   特徴とする微粉の造粒装置。
3. 【請求項３】請求項２において、粉体圧縮装置１は、バ
   レル４の内壁面に複数の勾配溝６を刻設し、互いに平行
   な回転軸で軸支され所望の開度Ｃを隔てて反対方向に回
   転する一対の圧縮用ローラ２の外周表面の幅方向に断面
   不等辺三角形の鋸状成形歯20を円周上均等に多数刻設し
   たことを特徴とする微粉の造粒装置。