WO2020179805A1 - 粉体圧縮物の製造方法 - Google Patents

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WO2020179805A1
WO2020179805A1 PCT/JP2020/009019 JP2020009019W WO2020179805A1 WO 2020179805 A1 WO2020179805 A1 WO 2020179805A1 JP 2020009019 W JP2020009019 W JP 2020009019W WO 2020179805 A1 WO2020179805 A1 WO 2020179805A1
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compressed
powder
product
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圭吾 羽生
神谷 哲
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株式会社明治
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    • A23C9/00Milk preparations; Milk powder or milk powder preparations
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    • AHUMAN NECESSITIES
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    • B30B11/027Particular press methods or systems

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a compressed powder product.
  • Solid milk obtained by compression molding powdered milk is known (Patent Document 1).
  • This solid milk is required to have solubility that dissolves quickly when put into warm water, and is also required to have transportability, that is, hardness that does not cause cracking, collapse, or breakage during transportation or carrying. There is.
  • the solid milk can be improved in solubility by increasing the porosity, but the hardness is lowered by increasing the porosity. Therefore, the optimum porosity is set from the viewpoint of solubility and transport suitability.
  • the "porosity” means the ratio of the volume occupied by the voids to the bulk volume of the powder.
  • a rotary tableting machine is known as a tableting machine for compressing and molding powders such as milk powder (for example, see Patent Document 2). Further, there is known a tableting machine (see Patent Document 3) that horizontally reciprocates a slide plate having two die holes.
  • a tableting machine of Patent Document 3 two discharge zones are provided with the molding zone in between, and a first position for setting one mortar portion in the molding zone and the other mortar portion in one discharge zone.
  • the slide plate is reciprocated between the mortar and the second position where the other mortar is set in the molding zone and one mortar is set in the other discharge zone, and a plurality of mortars set in the molding zone.
  • the lower punch and the upper punch are inserted into the mortar holes to compress and mold the powder, and the compressed powder is extruded from the multiple mortar holes of the mortar holes set in the discharge zone. is there.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for producing a compressed powder product, which can improve the hardness while suppressing a decrease in the production efficiency of the compressed powder product. To do.
  • the method for producing a compressed powder product of the present invention is a method for producing a solid powder compressed product obtained by compression-molding a powder, wherein the first compression step of compressing the powder at a first compression rate and the first compression step are performed. At a second compression rate slower than the compression rate, the powder compressed product of the powder compressed in the first compression step is compressed in the first compression step to the target thickness of the powder compressed product. It has a second compression step of compressing the powder compressed product to the final thickness in the compressed state determined in accordance with the above.
  • the second compression is performed at a second compression rate slower than the first compression rate following the first compression at the first compression rate, compared with the case where only the compression at the first compression rate is performed.
  • the hardness of the compressed powder product can be improved, and the decrease in the production efficiency of the compressed powder product can be suppressed.
  • the locking machine 10 is provided with a molding zone 12 and extraction zones 13a and 13b on both sides of the molding zone 12.
  • the molding zone 12 is a zone for compression molding the powder into a solid powder compressed product (hereinafter, simply referred to as a compressed product) 14.
  • the extraction zones 13a and 13b are zones for extracting the compressed product 14 compression-molded in the molding zone 12 to the collection tray 15. Note that FIG. 1 schematically shows the configuration of the locking machine 10.
  • powdered milk is used as the powder
  • the solid milk as the compressed product 14 is compression-molded by the locking machine 10.
  • the locking machine 10 and the compression molding method are also useful when producing a compressed product 14 from a powder other than milk powder.
  • the powder is not particularly limited, and examples thereof include inorganic compounds such as metals, catalysts and surfactants, organic compounds such as sugars, powdered fats and oils and proteins, and mixtures thereof.
  • the produced compressed product 14 is also not particularly limited, and may be a compressed product as a food or medicine, a compressed product as an industrial product, and the like.
  • the lock machine 10 is provided with a slide plate 17 slidable in the horizontal direction (left-right direction in the figure).
  • the slide plate 17 has a first sulcus portion 17a on one end side (left side in the drawing) and a second sulcus portion 17b on the other end side (right side in the drawing) in the sliding direction.
  • a plurality of mortar holes 18 penetrating in the thickness direction (vertical direction) of the slide plate 17 are arranged in a matrix in the first mortar portion 17a and the second mortar portion 17b, respectively.
  • the slide plate 17 has a first slide position in which the first die portion 17a is set in the molding zone 12 and the second mill portion 17b in the extraction zone 13b, and the second mill portion 17b is in the molding zone. 12, the first mortar portion 17a is slid by the slide mechanism (not shown) to the second slide position set in the ejection zone 13a.
  • a lower punch part 21 is arranged below the slide plate 17, and an upper punch part 22 is arranged above. Further, in each of the extraction zones 13a and 13b, push-out portions 24a and 24b are arranged above the slide plate 17, respectively.
  • the lower punch 21 is moved up and down by the actuator 26.
  • the upper punch part 22 and the extruding parts 24a and 24b are connected by a connecting member, and are vertically moved integrally by an actuator 27.
  • the lower pestle portion 21 has a plurality of lower pestle 31 erected above it, and the upper pestle portion 22 has a plurality of upper pestle 32 erected below it.
  • the lower punch 31 and the upper punch 32 are arranged in a matrix corresponding to a plurality of mortar holes 18 in the mortar portion.
  • the lower punch 31 and the upper punch 32 are fitted into the respective mortar holes 18 of either the first mortar portion 17a or the second mortar portion 17b set in the molding zone 12.
  • powder is compression-molded into a compressed product 14 between the upper end surface of the inserted lower punch 31 and the lower end surface of the upper punch 32.
  • the actuators 26 and 27 are driven by a control unit 34, for example, a servomotor, and move the lower punch portion 21 and the upper punch portion 22 up and down.
  • a control unit 34 for example, a servomotor
  • the compression speed at the time of compression molding that is, the moving speed of the lower punch 31 and the upper punch 32 is changed, as will be described in detail later.
  • the actuators 26 and 27 are not limited to the servomotor, and the method of changing the moving speed of the lower punch portion 21 and the upper punch portion 22 is not limited to this.
  • a hydraulic cylinder or the like may be used.
  • both the lower punch 31 and the upper punch 32 are moved in the direction of approaching each other, but one may be fixed and only the other may be moved.
  • the locking machine 10 is provided with a funnel 36 that supplies powder to the mortar hole 18.
  • the bottom surface of the funnel 36 is arranged close to the upper surface of the slide plate 17.
  • the bottom surface of the funnel 36 is provided with a slit-shaped bottom opening extending in the width direction of the slide plate 17 (direction orthogonal to the sliding direction).
  • the funnel 36 reciprocates above the mortar portion set in the molding zone 12 prior to compression molding by the lower punch 31 and the upper punch 32. During this reciprocating motion, powder is supplied into the funnel 36 from a hopper (not shown), so that a certain amount of powder is supplied into the mortar hole 18 through the bottom opening. In this way, the funnel 36 and the hopper form a powder supply unit.
  • the funnel 36 moves to a position where it does not interfere with the descending upper punch part 22 and the extruding parts 24a and 24b.
  • the lower punch 31 is fitted in the die hole 18. Further, the bottom surface of the funnel 36 may slide with the upper surface of the slide plate 17.
  • a plurality of extruded bodies 38 are erected below the extruded portions 24a and 24b.
  • the extruded bodies 38 of the extruded portions 24a and 24b are arranged in a matrix corresponding to the plurality of mortar holes 18 of the mortar portion, respectively, like the upper punch 32.
  • the slide plate 17 is moved to the first slide position, the extruded body 38 of the extrusion portion 24b is inserted into the mortar hole 18 of the second mortar portion 17b, and when it is moved to the second slide position, it is extruded.
  • the extruded body 38 of the portion 24a is inserted into the mortar hole 18 of the first mortar portion 17a.
  • the compressed product 14 that has been compression-molded from the inside of the mortar hole 18 is extruded by the extruder 38 and taken out to the recovery tray 15.
  • the shape of the compressed product 14 produced by the locking machine 10 is not particularly limited.
  • Examples of the shape of the compressed product 14 include a disk shape, a lens shape, a cube shape, and a shape in which a concave portion or a convex portion is provided on the surface of the cube.
  • the procedure for compression molding of the compressed product 14 by the above-mentioned locking machine 10 is as follows.
  • the slide plate 17 is moved to, for example, the first slide position.
  • the actuator 26 is driven to raise the lower pestle portion 21, and each lower pestle 31 is fitted into the corresponding mortar hole 18 of the first mortar portion 17a. Stop with the bottom of the pestle closed.
  • the funnel 36 reciprocates so as to move from one end to the other end (from the right end to the left end in this example) of the first die portion 17a and then return to one end. Then, during this time, the powder is supplied to the funnel 36, so that a certain amount of the powder is supplied into the die hole 18 through the bottom opening of the funnel 36.
  • the actuator 27 is driven to lower the upper punch portion 22 and the extruded portions 24a and 24b.
  • each upper pestle 32 of the upper pestle portion 22 is fitted into each mortar hole 18 of the first mortar portion 17a.
  • the lower punch portion 22 continues to descend, and the lower punch portion 21 starts to rise again.
  • the powder is compressed between the upper end surface of the lower punch 31 and the lower end surface of the upper punch 32 in each mortar hole 18.
  • the compression speed at which the upper end surface of the lower punch 31 and the lower end surface of the upper punch 32 approach each other is changed (switched). That is, first, the first compression is performed at the first compression speed V 1 , and then the second compression is performed at the second compression speed V 2 following the first compression. In the locking machine 10, the second compression speed V 2 is slower than the first compression speed V 1 .
  • the compressed product 14 is formed by compressing the powder with the lower punch 31 and the upper punch 32.
  • the thickness (length in the vertical direction) of the compressed product 14 expands more than in the compressed state. Therefore, in the tableting machine 10, the distance between the upper end surface of the lower punch 31 and the lower end surface of the upper punch 32 at the end of compression, that is, the final thickness of the compressed product 14 in a state where the compression is maintained is released from the compression. It is determined based on the target thickness of the compressed product 14 which is the final molded body in the state (hereinafter referred to as the target thickness) in consideration of the expansion of the compressed product 14 when the compression is released.
  • the lower pestle portion 21 is lowered, the upper pestle portion 22 is raised, and each lower pestle 31 and each upper pestle 32 are pulled out from the mortar hole 18. At this time, the compressed product 14 remains in the mortar hole 18.
  • the slide plate 17 is moved from the first slide position to the second slide position, and the second die portion 17b is set in the molding zone 12.
  • the compressed material 14 is compression-molded from the powder in each mortar 18 using the second mortar portion 17b in the same procedure as the compression molding of the powder using the first mortar portion 17a. R.
  • the first mortar portion 17a is set in the extraction zone 13a together with the compressed material 14 in the mortar hole 18. Since the extruded portions 24a and 24b descend integrally with the upper punch portion 22, when the compressed product 14 is compression-molded using the second mortar portion 17b as described above, each mortar hole of the first mortar portion 17a The extruder 38 is inserted into 18. As a result, the extruded body 38 pushes the compressed product 14 in each mortar hole 18 of the first mortar portion 17a from the mortar hole 18 onto the recovery tray 15. The recovery tray 15 moves after the compressed product 14 is pushed out, and a new recovery tray 15 is set in the extraction zone 13a.
  • the slide plate 17 moves to the first slide position. After this movement, compression molding using the first mortar portion 17a is performed by the same procedure as described above, and the compressed product 14 is recovered from each mortar hole 18 of the second mortar portion 17b set in the extraction zone 13b. It is extruded onto the tray 15.
  • the slide plate 17 is similarly moved alternately to the first slide position and the second slide position, and the powder is compression-molded in the molding zone 12 and the compressed material 14 is taken out in the extraction zone 13a or the extraction zone 13b. I do.
  • the second compression in the second compression speed V 2 performed.
  • the compression distances of the first compression and the second compression are based on the state at the end of the second compression, that is, at the end of the entire compression stroke, as shown in FIG. 2 (A).
  • the compression by the lower punch 31 and the upper punch 32 is performed until the punch distance between the upper end surface of the lower punch 31 and the lower end surface of the upper punch 32 becomes the final punch distance L.
  • the final punch interval L is the final thickness of the compressed product 14 in a state of being compressed in the entire compression stroke.
  • the final punch spacing L is determined in consideration of the expansion of the compressed product 14 when the compression is released as described above, and is smaller than the target thickness of the compressed product 14.
  • FIG. 2B shows a state at the start of the second compression, that is, at the end of the first compression
  • FIG. 2C shows a state at the start of the first compression.
  • the first compression is the compression from the state of the punch spacing (L + L 1 + L 2 ) shown in FIG. 2 (C) to the state of the punch spacing (L + L 2 ) shown in FIG. 2 (B). Further, the compression from the state of the punch distance (L+L 2 ) shown in FIG. 2(B) to the state of the final punch distance L shown in FIG. 2(A) is the second compression.
  • First compression length of the first compression is a distance L 1 of decreasing the punch interval in the first compression.
  • the second compression distance of the second compression is the distance L 2 at which the punch spacing decreases in the second compression. Since the second compression is continuously performed from the first compression without releasing the compression, the second compression distance L 2 is the compression distance from the compressed state of the compressed material 14 in the first compression to the final thickness (L). It is a distance.
  • the rate of change of punch interval in the first compression is a first compression speed V 1
  • the rate of change of punch interval in the second compression is a second compression speed V 2.
  • the average speed first compression speed V 1 a second compression speed V 2.
  • the second compression By performing the second compression at the second compression speed V 2 which is slower than the first compression speed V 1 after the first compression, the same compression speed and the same compression distance (L 1 + L 2 ) as the first compression speed V 1 are performed.
  • the hardness of the compressed product 14 can be made higher than that in the case of compression with.
  • the second compression is performed after the first compression and the second compression distance L 2 can be shortened, the second compression is performed at the second compression speed V 2 slower than the first compression speed V 1.
  • the resulting increase in compression time is small. Therefore, the decrease in the production speed of the compressed product 14 is slight.
  • the rate of change in the hardness of the compressed product 14 with respect to the compression distance is reduced. until so as to satisfy the second compression condition that compresses and decide aspect or second combination of compression speed V 2 and the second compression distance L 2 of the second compression.
  • the inventors From the results of examining each compressed product obtained from various combinations of the first compression speed V 1 , the first compression distance L 1 , the second compression speed V 2 , and the second compression distance L 2 , the inventors When the second compression speed V 2 is made smaller than the first compression speed V 1 , the rate of change (increase rate) in the hardness of the compressed product with respect to the change in the second compression distance L 2 decreases (hereinafter, hardness). It was found that there is a singularity). The inventors have also found that the second compression distance L 2 corresponding to the hardness singularity changes depending on the first compression speed V 1 and is also affected by the second compression speed V 2 .
  • the hardness singularity exists because the compressed state in which the rearrangement of the powder particles inside the compressed product is dominant changes to the compressed state in which the plastic deformation is dominant inside the compressed product. To be done. Further, the larger the first compression speed V 1 is, the larger the energy required for the plastic deformation inside the compressed object is. Therefore, the second compression distance L 2 corresponding to the hardness singular point is changed according to the first compression speed V 1. It is presumed that the second compression distance L 2 changes and the second compression distance L 2 is affected by the second compression speed V 2 .
  • the second compression so as to satisfy the above second compression condition, the hardness of the compressed product 14 is efficiently greatly improved while suppressing an increase in the compression time.
  • the change in the compressed state of the compressed product as described above occurs in the various powders described above, and when the compressed product is compression-molded from the various powders, the second compression is performed so as to satisfy the second compression condition. It is useful to do.
  • the compression rate ratio is 5 or more.
  • the configuration of the locking machine 10 is an example, and the configuration is not limited as long as it can be compressed by changing the compression speed between the first compression and the second compression. Further, in this example, in the second compression, the compression is performed to the final thickness, but after the second compression, compression in which the speed is changed from the second compression speed may be further performed. In this case, the compressed product 14 is compressed to the final thickness by compression after the second compression.
  • the first compression speed V 1 is 1 mm/second, 10 mm/second, 100 mm/second
  • the first compression distance L 1 is 5 mm
  • the second compression speed V 2 is 0.25 mm/second, 1 mm.
  • the second compression distance L 2 was 0.2 mm, 0.4 mm, 0.8 mm, and 1.6 mm.
  • Tables 1-1 to 1-3 show combinations of the first compression speed V 1 , the first compression distance L 1 , the second compression speed V 2 , and the second compression distance L 2 for Experiments 1 to 110.
  • Powdered milk was used as the powder used as the material of the compressed product 14.
  • the composition of the milk powder was 11.1 g/100 g of protein, 57.7 g/100 g of carbohydrate, and 26.1 g/100 g of lipid.
  • the milk powder used for compression molding is a mixture of milk powder and its granulated product, and the size (particle size) of the milk powder is about 5 ⁇ m to 150 ⁇ m, and the size of the powdered milk granulated product is , 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the powdered milk was compression-molded between the lower punch and the upper punch in the mortar to prepare a compressed product 14.
  • 2.0 g of milk powder was compression molded to obtain a compressed product 14.
  • the shape of the compressed product 14 was a disk shape having a diameter of 20 mm and a thickness (target thickness) of 9.5 mm. With respect to this target thickness (9.5 mm), compression molding was performed with the final punch spacing L (final thickness) set to 8.4 mm.
  • reference compressed products compressed products (hereinafter referred to as reference compressed products) were produced by compression molding without changing the compression rate during compression.
  • Table 2 shows the compression speed V 0 and the compression distance L 0 for the reference experiments R1 to R6.
  • the other preparation conditions for the reference compressed product are the same as those for the compressed product 14.
  • the compression distance L 0 is 10 mm, but the compression distance (pitch spacing) for substantially compressing the powder (powdered milk) is shorter than that. Further, in Experiments 1 to 110, even when the first compression distance L 1 is 10 mm, the compression distance (pestle spacing) for substantially compressing the powder (powdered milk) is shorter than that. Therefore, it was evaluated that the substantial total compression distance in Experiments 1 to 110 was equal to the substantial compression distance in Reference Experiments R2, R4, and R6.
  • the hardness of the compressed products 14 produced in Experiments 1 to 110 was measured, and the hardness of these compressed products 14 was measured so that the compression speed V 0 was equal to the first compression speed V 1 and the substantial compression distance was as described above. Compared to the measured hardness for the reference compressed material produced by compression molding with equal. That is, the hardness of the compressed material 14 in Experiments 1, 2, 5, 6 and the like in which the first compression speed V 1 is 1 mm/second is compared with the hardness of the reference compressed material in Reference Experiment R2 in which the compression speed V 0 is 1 mm/second. did.
  • the hardness of the compressed material 14 of Experiments 7, 8, 13, 14 and the like in which the first compression speed V 1 is 10 mm/sec is the hardness of the reference compressed material of Reference Experiment R4 in which the compression speed V 0 is 10 mm/sec.
  • the hardness of the compressed product 14 of Experiments 3, 4, 9, 10 and the like in which the first compression speed V 1 is 100 mm/sec is the hardness of the reference compressed product of Reference Experiment R6 in which the compression speed V 0 is 100 mm/sec.
  • the hardness of the compressed product 14 made in each experiment than the first compression rate V 1 was compression molded by slow second compression velocity V 2 among the experimental 1-110 are reference compressed compared It was higher than the hardness of the object.
  • the compressed product 14 compressed in the first compression step at a second compression rate slower than the first compression rate is further added to the final thickness of the compressed product 14. It can be seen that the hardness of the compressed product 14 can be improved by compressing to, and it can be seen that the hardness of the compressed product 14 can be improved while suppressing an increase in the time required for compression molding.
  • the hardness of the compressed product 14 produced in Experiments 1 to 110 was evaluated based on criteria such as fragility.
  • the evaluation results are shown in the hardness evaluation columns of Tables 1-1 to 1-3. Further, the evaluation results of similarly evaluating the hardness of the compressed products produced in the reference experiments R1 to R6 are shown in the column of hardness evaluation in Table 2.
  • the meanings of the evaluation results (A to D) in the evaluation column are as follows. A: Hard. It will not crack or chip even if it is gripped by hand and given an impact such as dropping from a height of about 5 cm. B: Hard to some extent. Allowable hardness that does not crack or chip even when gripped by hand or transported by conveyor. C: Somewhat soft. If you hold it with your hand, it may crack. D: Soft. If you hold it in your hand, it will easily crack and chip.
  • the hardness evaluation of the reference compressed material produced in the reference experiment R4 with the compression speed V 0 of 10 mm/sec is “C”, which corresponds to this.
  • the hardness evaluation of the compressed product 14 in which the first compression speed V 1 is 10 mm/sec and the second compression speed V 2 is slower than the first compression speed V 1 is “A” or “B”, and both are referred to.
  • the hardness evaluation was higher than that of the compressed product.
  • the hardness evaluation of the compressed material produced in the reference experiment R6 with the compression speed V 0 of 100 mm/sec is “D”, but the corresponding first compression speed V 1 is 100 mm/sec, and The hardness evaluation of many compressed products 14 whose second compression speed V 2 was slower than that of the 1 compression speed V 1 was "A" to "C”, and the hardness evaluation was higher than that of the reference compressed product.
  • the hardness of all the compressed products 14 that were compression-molded by making the second compression speed V 2 slower than the first compression speed V 1 was higher than that of the compared reference compressed products. Is as described above.
  • the relationship between the compression rate ratio and the hardness ratio is shown in FIG.
  • the hardness ratio is the hardness of the reference compressed material (H) of the compressed products 14 produced in Experiments 1-110, in which the compression speed V 0 and the first compression speed V 1 are equal and the substantial compression distance is the same.

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Abstract

粉体圧縮物の生産効率の低下を抑えながら、硬度の向上を図ることができる粉体圧縮物の製造方法を提供する。臼孔18内に供給した粉体を下杵31及び上杵32で圧縮することにより、粉体圧縮物14を圧縮成形する。圧縮成形では、第1圧縮と、この第1圧縮に続く第2圧縮を行う。第1圧縮では、第1圧縮速度で圧縮を行い、第2圧縮では、第1圧縮速度よりも遅い第2圧縮速度で圧縮を行う。

Description

粉体圧縮物の製造方法
 本発明は、粉体圧縮物の製造方法に関する。
 粉体圧縮物として、粉乳を圧縮成形した固形乳が知られている(特許文献1)。この固形乳は、温水中に投入することで速やかに溶解する溶解性が要求されるとともに、輸送適性、すなわち輸送中や携行中に割れたり崩れたりの破壊が生じないような硬度が要求されている。固形乳は、その空隙率を大きくすることで溶解性を高めることができるが、空隙率を大きくすることによって硬度の低下が生じる。そこで、溶解性と輸送適性との観点から最適な空隙率が設定されている。なお、「空隙率」とは、粉体の嵩体積中に空隙が占める体積の割合を意味する。
 粉乳をはじめとする粉体を圧縮成形する打錠機として、回転式打錠機が知られている(例えば、特許文献2を参照)。また、2つの臼孔部を有するスライドプレートを水平方向に往復動する打錠機(特許文献3を参照)が知られている。この特許文献3の打錠機では、成形ゾーンを挟んで2つの排出ゾーンが設けられており、一方の臼孔部を成形ゾーンに他方の臼部を一方の排出ゾーンにセットする第1の位置と、他方の臼孔部を成形ゾーンに一方の臼部を他方の排出ゾーンにセットする第2の位置との間でスライドプレートを往復動し、成形ゾーンにセットされた臼孔部の複数の臼孔にそれぞれ下杵と上杵とを進入させて粉体を圧縮成形し、排出ゾーンにセットされた臼孔部の複数の臼孔から粉体を圧縮成形した粉体圧縮物を押し出す構成である。
国際公開第2006/004190号 特開2000―95674号公報 特開2007-307592号公報
 ところで、粉体圧縮物について同一の空隙率(圧縮圧)を維持する場合、圧縮速度が高速になるほど硬度が低下する。このため、空隙率を維持しつつ粉体圧縮物の硬度を高くするには、圧縮速度を低く抑えることが有用であると考えられる。しかしながら、圧縮速度を抑えて粉体を圧縮した場合、粉体圧縮物の製造速度が低下し、生産効率が悪くなるという問題があった。
 本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、粉体圧縮物の生産効率の低下を抑えながら、硬度の向上を図ることができる粉体圧縮物の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の粉体圧縮物の製造方法は、粉体を圧縮成形した固形状の粉体圧縮物の製造方法において、前記粉体を第1圧縮速度で圧縮する第1圧縮工程と、前記第1圧縮速度よりも遅い第2圧縮速度で、前記第1圧縮工程で圧縮された前記粉体の粉体圧縮物を、前記第1圧縮工程で圧縮された状態から、粉体圧縮物の目標の厚みに対応して決められた圧縮状態における粉体圧縮物の最終の厚みまで圧縮する第2圧縮工程とを有するものである。
 本発明によれば、第1圧縮速度による第1圧縮に続けて第1圧縮速度よりも遅い第2圧縮速度で第2圧縮を行うので、第1圧縮速度による圧縮だけを行う場合に比べて、粉体圧縮物の硬度を向上することができるとともに、粉体圧縮物の生産効率の低下を抑えることができる。
打錠機の構成を示す説明図である。 第1圧縮の第1圧縮距離と第2圧縮の第2圧縮距離とを説明する説明図である。 圧縮速度比と粉体圧縮物の硬度比との関係を示すグラフである。
 図1において、実施形態にかかる打錠機10は、成形ゾーン12と、この成形ゾーン12の両側の取出ゾーン13a、13bとが設けられている。成形ゾーン12は、粉体を固形状の粉体圧縮物(以下、単に圧縮物という)14に圧縮成形するゾーンである。取出ゾーン13a、13bは、成形ゾーン12で圧縮成形された圧縮物14を回収トレー15に取り出すゾーンである。なお、図1は、打錠機10の構成を模式的に示している。
 例えば、粉体としては粉乳が用いられ、打錠機10によって圧縮物14としての固形乳が圧縮成形される。打錠機10及び圧縮成形の手法は、粉乳以外の粉体から圧縮物14を作製する場合にも有用である。粉体は、特に限定されず、金属、触媒、界面活性剤等の無機化合物、糖質、粉末油脂、タンパク質等の有機化合物、これらの混合物等を挙げることができる。また、作製される圧縮物14についても、特に限定されず、食品や薬品としての圧縮物、工業的な製品としての圧縮物等とすることができる。
 打錠機10には、スライドプレート17が水平方向(図中左右方向)にスライド自在に設けられている。このスライドプレート17は、そのスライド方向の一端側(図中左側)の第1臼部17aと、他端側(図中右側)の第2臼部17bとを有している。第1臼部17a及び第2臼部17bには、スライドプレート17の厚み方向(上下方向)に貫通した複数の臼孔18がマトリクス状にそれぞれ配されている。
 上記スライドプレート17は、図示されるように、第1臼部17aを成形ゾーン12に、第2臼部17bを取出ゾーン13bにそれぞれセットした第1スライド位置と、第2臼部17bを成形ゾーン12に、第1臼部17aを取出ゾーン13aにそれぞれセットした第2スライド位置とにスライド機構(図示省略)によってスライドされる。
 成形ゾーン12には、スライドプレート17の下方に下杵部21が配され、また上方に上杵部22が配されている。また、各取出ゾーン13a、13bには、スライドプレート17よりも上方にそれぞれ押出部24a、24bが配されている。下杵部21は、アクチュエータ26で上下動される。上杵部22と押出部24a、24bとは連結部材で連結されており、アクチュエータ27によって一体に上下動する。
 下杵部21は、その上部に複数の下杵31が立設され、上杵部22は、その下部に複数の上杵32が立設されている。下杵31及び上杵32は、臼部の複数の臼孔18にそれぞれ対応してマトリクス状に配列している。これにより、成形ゾーン12にセットされている第1臼部17aまたは第2臼部17bのいずれか一方の各臼孔18内に下杵31と上杵32とが嵌挿される。後述するように、臼孔18内において、嵌挿された下杵31の上端面と上杵32の下端面との間で粉体を圧縮物14に圧縮成形する。
 アクチュエータ26、27は、制御部34で駆動が制御される、例えばサーボモータで構成されており、下杵部21、上杵部22を上下動させる。この例ではアクチュエータ26、27としてのサーボモータの速度を変化させることで、詳細を後述するように、圧縮成形する際の圧縮速度すなわち下杵31、上杵32の移動速度を変化させている。アクチュエータ26、27としては、サーボモータに限定されず、また下杵部21、上杵部22の移動速度を変化させる手法もこれに限定されるものではない。例えば、油圧シリンダー等を用いてもよい。また、この例では、圧縮成形の際には、下杵31、上杵32の両方を互いに近づく方向に移動させるが、一方を固定し他方だけを移動させてもよい。
 打錠機10には、粉体を臼孔18に供給する漏斗36が設けられている。漏斗36は、その底面がスライドプレート17の上面に近接して配されている。この漏斗36の底面には、スライドプレート17の幅方向(スライド方向と直交する方向)に延びたスリット状の底部開口が設けられている。漏斗36は、下杵31、上杵32による圧縮成形に先立って、成形ゾーン12にセットされている臼部の上方を往復動する。この往復動の間に、漏斗36内にホッパー(図示省略)から粉体が供給されることにより、底部開口を介して一定量の粉体を臼孔18内に供給する。このように、漏斗36は、ホッパーとともに粉体供給部を構成している。成形圧縮時には、漏斗36は、下降する上杵部22、押出部24a、24bと干渉しない位置に移動する。なお、粉体を臼孔18内に供給する際には、下杵31が臼孔18に嵌挿された状態で行われる。また、漏斗36の底面がスライドプレート17の上面と摺動してもよい。
 押出部24a、24bは、その下部に複数の押出体38が立設されている。押出部24a、24bの押出体38は、上杵32と同様に、臼部の複数の臼孔18にそれぞれ対応してマトリクス状に配列されている。スライドプレート17が第1スライド位置に移動された状態では、押出部24bの押出体38が第2臼部17bの臼孔18内に挿入され、また第2スライド位置に移動された状態では、押出部24aの押出体38が第1臼部17aの臼孔18内に挿入される。これにより、押出体38で臼孔18内から圧縮成形された圧縮物14を押し出して回収トレー15に取り出す。
 打錠機10によって作製する圧縮物14の形状は、特に限定されない。圧縮物14の形状としては、例えば、円盤状、レンズ状、キューブ形状、キューブの表面に凹部や凸部を設けた形状等を挙げることができる。
 上記の打錠機10による圧縮物14の圧縮成形の手順は次の通りである。スライドプレート17が、例えば第1スライド位置に移動される。このスライドプレート17の移動後に、アクチュエータ26が駆動されて、下杵部21が上昇し、各下杵31が第1臼部17aの対応する臼孔18内にそれぞれ嵌挿されて、臼孔18の底部を塞いだ状態で停止する。この後に、漏斗36が、第1臼部17aの一端から他端(この例では右端から左端)に移動してから一端に戻るように往復動する。そして、この間に漏斗36に対して粉体が供給されることにより、漏斗36の底部開口を介して臼孔18内に一定量の粉体が供給される。
 続いて、アクチュエータ27が駆動されることによって、上杵部22と押出部24a、24bが下降する。これにより、上杵部22の各上杵32が第1臼部17aの各臼孔18にそれぞれ嵌挿される。この後に上杵部22の下降が継続されるとともに、下杵部21が再び上昇を開始する。これにより、各臼孔18内において、下杵31の上端面と上杵32の下端面との間で粉体が圧縮される。この圧縮の際には、下杵31の上端面と上杵32の下端面とが近づく圧縮速度を変化させる(切り替える)。すなわち、まず第1圧縮速度Vで第1圧縮を行い、この第1圧縮から続けて第2圧縮速度Vで第2圧縮を行う。打錠機10では、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vが遅くされている。
 上記の下杵31と上杵32とによる粉体の圧縮により、圧縮物14が形成される。下杵31と上杵32とによる圧縮を解除することにより、圧縮物14の厚み(上下方向の長さ)が圧縮されている状態よりも膨張する。このため、打錠機10では、圧縮終了時における下杵31の上端面と上杵32の下端面との間隔すなわち圧縮を維持した状態での圧縮物14の最終の厚みは、圧縮を解除した状態での最終的な成形体である圧縮物14の目標とする厚み(以下、目標厚みという)に基づき、圧縮を解除したときの圧縮物14の膨張を考慮して決められている。
 圧縮の完了の後、下杵部21が下降され、上杵部22が上昇して、各下杵31及び各上杵32が臼孔18から抜かれる。このときに、圧縮物14は、臼孔18内に残る。
 次に、スライドプレート17が第1スライド位置から第2スライド位置に移動され、第2臼部17bが成形ゾーン12にセットされる。成形ゾーン12では、上記の第1臼部17aを用いた粉体の圧縮成形と同じ手順で、第2臼部17bを用いて、各臼孔18内で粉体から圧縮物14が圧縮成形される。
 一方、スライドプレート17が第2スライド位置に移動することにより、第1臼部17aが臼孔18内の圧縮物14とともに取出ゾーン13aにセットされる。押出部24a、24bは、上杵部22と一体に下降するから、上記のように第2臼部17bを用いて、圧縮物14を圧縮成形する際に、第1臼部17aの各臼孔18内に押出体38が挿入される。これにより、押出体38によって、第1臼部17aの各臼孔18内の圧縮物14が臼孔18から回収トレー15上に押し出される。回収トレー15は、圧縮物14が押し出された後に移動し、新たな回収トレー15が取出ゾーン13aにセットされる。
 上記のようにして、第2臼部17bを用いた圧縮成形と、第1臼部17aからの圧縮物14の取り出しが完了すると、スライドプレート17が第1スライド位置に移動する。この移動後、上記と同様な手順により、第1臼部17aを用いた圧縮成形が行われるとともに、取出ゾーン13bにセットされている第2臼部17bの各臼孔18から圧縮物14が回収トレー15上に押し出される。
 以降、同様にスライドプレート17を第1スライド位置と第2スライド位置とに交互に移動し、成形ゾーン12での粉体の圧縮成形と、取出ゾーン13aまたは取出ゾーン13bでの圧縮物14の取り出しを行う。
 上述のように、打錠機10では、まず第1圧縮速度Vで第1圧縮を行ってから、第2圧縮速度Vで第2圧縮を行う。第1圧縮及び第2圧縮の圧縮距離は、この例においては、図2(A)に示すように、第2圧縮の終了時すなわち全圧縮行程の終了時における状態を基準にしている。下杵31と上杵32とによる圧縮は、下杵31の上端面と上杵32の下端面との間の杵間隔が最終杵間隔Lとなるまで行われる。最終杵間隔Lは、全圧縮行程で圧縮された状態の圧縮物14の最終の厚みである。この最終杵間隔Lは、上述のように圧縮を解除したときに圧縮物14が膨張することを考慮して決められており、圧縮物14の目標厚みよりも小さい。
 図2(B)は、第2圧縮の開始時すなわち第1圧縮の終了時における状態を、図2(C)は、第1圧縮の開始時の状態をそれぞれ示している。図2(C)示される杵間隔(L+L+L)の状態から、図2(B)に示される杵間隔(L+L)の状態になるまでの圧縮が第1圧縮である。また、図2(B)に示される杵間隔(L+L)の状態から、図2(A)に示される最終杵間隔Lの状態になるまでの圧縮が第2圧縮である。
 第1圧縮の第1圧縮距離は、第1圧縮において杵間隔の減少する距離Lとなる。第2圧縮の第2圧縮距離は、第2圧縮において杵間隔の減少する距離Lとなる。圧縮を解除することなく第1圧縮から続けて第2圧縮を行うので、この第2圧縮距離Lは、圧縮物14を第1圧縮で圧縮された状態から最終の厚み(L)までの圧縮距離である。
 また、第1圧縮における杵間隔の変化速度が第1圧縮速度Vであり、第2圧縮における杵間隔の変化速度が第2圧縮速度Vである。なお、第1圧縮の間、第2圧縮の間に杵間隔の変化速度が変動するような場合では、平均速度を第1圧縮速度V、第2圧縮速度Vとする。
 第1圧縮の後に第1圧縮速度Vよりも遅い第2圧縮速度Vで第2圧縮を行うことで、その第1圧縮速度Vと同じ圧縮速度及び同じ圧縮距離(L+L)で圧縮を行った場合よりも、圧縮物14の硬度を高くすることができる。しかも、第2圧縮を第1圧縮に続けて行い、また第2圧縮距離Lを短くすることができるので、第1圧縮速度Vよりも遅い第2圧縮速度Vで第2圧縮を行うことによる圧縮時間の増加は小さい。したがって、圧縮物14の製造速度の低下が軽微である。
 この例では、圧縮物14の硬度を効率的に高めるために、第1圧縮で圧縮された状態から圧縮物14を圧縮した際に、圧縮距離に対する圧縮物14の硬度の変化率が低下した状態にまで圧縮するという第2圧縮条件を満たすように、第2圧縮の態様すなわち第2圧縮速度V及び第2圧縮距離Lの組み合わせを決めている。
 発明者らは、第1圧縮速度V、第1圧縮距離L、第2圧縮速度V、第2圧縮距離Lの種々の組み合わせから得られた各圧縮物を調べた結果から、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vを小さくしたときに、第2圧縮距離Lの変化に対する圧縮物の硬度の変化率(増加率)が低下する特異的な点(以下、硬度特異点と称する)が存在することを見出した。また、発明者らは、その硬度特異点に対応する第2圧縮距離Lは、第1圧縮速度Vによって変化し、第2圧縮速度Vの影響も受けることも見出した。
 硬度特異点が存在するのは、圧縮物の内部の粉体の粒子の再配列が支配的な圧縮状態から、圧縮物の内部で塑性変形が支配的な圧縮状態に変化するためであると推察される。また、第1圧縮速度Vが大きいほど、圧縮物の内部の塑性変形に必要なエネルギーが大きくなるため、第1圧縮速度Vに応じて硬度特異点に対応する第2圧縮距離Lが変化し、またその第2圧縮距離Lが第2圧縮速度Vの影響を受けるものと推察される。
 上記の知見に基づき、上記第2圧縮条件を満たすように第2圧縮を行うことで、圧縮時間の増加を抑えながら、効率的に圧縮物14の硬度を大きく向上させている。なお、上記のような圧縮物の圧縮状態の変化は、前述の各種粉体で生じるものであり、各種粉体から圧縮物を圧縮成形する際に、第2圧縮条件を満たすように第2圧縮を行うことは有用である。
 また、第1圧縮速度Vの第2圧縮速度Vに対する比率である圧縮速度比(=V/V)を5以上とすることも好ましい。圧縮速度比を5以上とすることにより、圧縮物14の硬度を大きく増大させることができる。
 上記打錠機10の構成は、一例であり、第1圧縮と第2圧縮とで圧縮速度を変化させて圧縮できるものであれば、その構成は限定されない。また、この例では、第2圧縮において、最終厚みまで圧縮を行っているが、第2圧縮に続けて、第2圧縮速度から速度を変化させた圧縮をさらに行ってもよい。この場合、第2圧縮よりも後の圧縮で最終の厚みまで圧縮物14を圧縮する。
 第1圧縮速度V、第1圧縮距離L、第2圧縮速度V、第2圧縮距離Lの種々の組み合わせで圧縮物14を圧縮成形する実験1~110を行い、実験1~110で作製された各圧縮物14の硬度を評価した。第1圧縮速度Vとしては、1mm/秒、10mm/秒、100mm/秒、第1圧縮距離Lとしては、5mm、10mm、第2圧縮速度Vとしては、0.25mm/秒、1mm/秒、2mm/秒、10mm/秒、50mm/秒、第2圧縮距離Lとしては、0.2mm、0.4mm、0.8mm、1.6mmとした。実験1~110には、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vが遅い例の他に、第1圧縮速度Vと第2圧縮速度Vとが同じ例、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vが速い例が含まれる。また、第1圧縮速度V、第1圧縮距離L、第2圧縮速度V、第2圧縮距離Lが異なる他は、各圧縮物14の作製条件は同じとした。
 表1-1~表1-3に実験1~110についての第1圧縮速度V、第1圧縮距離L、第2圧縮速度V、第2圧縮距離Lの組み合わせを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 圧縮物14の材料となる粉体としては粉乳を用いた。粉乳の組成は、タンパク11.1g/100g、炭水化物57.7g/100g、脂質26.1g/100gであった。また、圧縮成形に用いた粉乳は、粉乳とその造粒物とが混合したものであり、粉乳の大きさ(粒径)は,5μm~150μm程度であり,粉乳の造粒物の大きさは,100μm~500μm程度であった。
 上記打錠機10と同様に、臼孔内において下杵と上杵との間で粉乳を圧縮成形して圧縮物14を作製した。実験1~110では、2.0gの粉乳を圧縮成形して圧縮物14とした。圧縮物14の形状は、直径20mmm、厚み(目標厚み)9.5mmの円盤状とした。この目標厚み(9.5mm)に対して、最終杵間隔L(最終厚み)を8.4mmに設定して圧縮成形を行った。
 また、参考実験R1~R6として、圧縮中に圧縮速度を変化させないで圧縮成形した圧縮物(以下、参考圧縮物という)を作製した。参考実験R1~R6についての圧縮速度V、圧縮距離Lを表2に示す。なお、参考圧縮物のその他の作製条件は、圧縮物14のものと同じである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 なお、参考実験R2、R4、R6では、圧縮距離Lが10mmであるが、粉体(粉乳)を実質的に圧縮している圧縮距離(杵間隔)はそれよりも短い。また、実験1~110において、第1圧縮距離Lが10mmであるものについても、やはり粉体(粉乳)を実質的に圧縮している圧縮距離(杵間隔)はそれよりも短い。このため、実験1~110における実質的なトータルの圧縮距離と、参考実験R2、R4、R6における実質的な圧縮距離とは等しいと評価されるものであった。
 実験1~110で作製された圧縮物14の硬度を測定し、これらの圧縮物14の硬度を、圧縮速度Vと第1圧縮速度Vが等しく、かつ上記のように実質的な圧縮距離が等しい圧縮成形で作製された参考圧縮物について測定された硬度と比較した。すなわち、第1圧縮速度Vが1mm/秒の実験1、2、5、6等の圧縮物14の硬度は、圧縮速度Vが1mm/秒の参考実験R2の参考圧縮物の硬度と比較した。同様に、第1圧縮速度Vが10mm/秒の実験7、8、13、14等の圧縮物14の硬度は、圧縮速度Vが10mm/秒の参考実験R4の参考圧縮物の硬度と比較し、第1圧縮速度Vが100mm/秒の実験3、4、9,10等の圧縮物14の硬度は、圧縮速度Vが100mm/秒の参考実験R6の参考圧縮物の硬度と比較した。
 上記の比較において、実験1~110のうちで第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vを遅くして圧縮成形した各実験で作製された圧縮物14の硬度は、比較した参考圧縮物の硬度よりも高くなっていた。これにより、粉体を第1圧縮速度で圧縮した後に、この第1圧縮速度よりも遅い第2圧縮速度で、第1圧縮工程で圧縮された圧縮物14を、さらに圧縮物14の最終の厚みまで圧縮することにより、圧縮物14の硬度が向上することがわかり、圧縮成形に要する時間の増加を抑えながら圧縮物14の硬度を向上できることがわかる。
 上記の硬度の比較とは別に、壊れやすさ等の基準から、実験1~110で作製された圧縮物14の硬度を評価した。この評価結果を表1-1~表1-3の硬度評価の欄に示す。また、参考実験R1~R6で作製された圧縮物の硬度を同様に評価した評価結果を表2の硬度評価の欄に示す。評価欄の評価結果(A~D)の意味は、次の通りである。
  A:硬い。手で握る、5cm程度の高さから落とすなどの衝撃を与えても割れ欠けしない。
  B:ある程度硬い。手で握る、コンベアで輸送するなどしても割れ欠けしない許容硬度。
  C:ある程度柔い。手で握ると、割れ欠けすることがある。
  D:柔い。手で握ると、容易に割れ欠けする。
 上記のように4段階に硬度評価を行った場合に、圧縮速度Vが10mm/秒の参考実験R4で作製された参考圧縮物の硬度評価は「C」であるが、これに対応する第1圧縮速度Vが10mm/秒であり、かつ第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vが遅かった圧縮物14の硬度評価は、「A」または「B」となり、いずれも参考圧縮物よりも硬度評価が高くなった。また、圧縮速度Vが100mm/秒の参考実験R6で作製された圧縮物の硬度評価は「D」であるが、これに対応する第1圧縮速度Vが100mm/秒であり、かつ第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vが遅かった多くの圧縮物14の硬度評価が「A」ないし「C」となり、硬度評価が参考圧縮物よりも高くなった。なお、硬度評価の変化にかかわらず、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vを遅くして圧縮成形した全ての圧縮物14について、比較した参考圧縮物よりも硬度が向上したことは、上述の通りである。
 さらに、実験1~110で作製された圧縮物14についての圧縮速度比(=V/V)と硬度比との関係を調べた。この圧縮速度比と硬度比との関係を図3に示す。硬度比は、実験1~110で作製された圧縮物14の硬度(H)の、圧縮速度Vと第1圧縮速度Vが等しく、かつ実質的な圧縮距離が等しい参考圧縮物の硬度(H)に対する比率(=H/H)とした。
 図3のグラフより、圧縮速度比が「5」以上になると、大きな硬度比、すなわち大きな硬度の増加が得られることがわかる。したがって、第1圧縮速度Vよりも第2圧縮速度Vを遅くして、圧縮速度比が「5」以上とすることは、圧縮物14の大きな硬度の増加をもたらすうえで有用であることがわかる。
 10 打錠機
 14 粉体圧縮物
 18 臼孔
 31 下杵
 32 上杵

 

Claims (3)

  1.  粉体を圧縮成形した固形状の粉体圧縮物の製造方法において、
     前記粉体を第1圧縮速度で圧縮する第1圧縮工程と、
     前記第1圧縮速度よりも遅い第2圧縮速度で、前記第1圧縮工程で圧縮された前記粉体の粉体圧縮物を、前記第1圧縮工程で圧縮された状態から、粉体圧縮物の目標の厚みに対応して決められた圧縮状態における粉体圧縮物の最終の厚みまで圧縮する第2圧縮工程と
     を有することを特徴とする粉体圧縮物の製造方法。
  2.  前記第1圧縮速度をV、前記第2圧縮速度をVとしたときに、圧縮速度比V/Vが5以上であることを特徴とする請求項1に記載の粉体圧縮物の製造方法。
  3.  前記第2圧縮工程は、前記第1圧縮工程で圧縮された状態から粉体圧縮物を圧縮した際に圧縮距離に対する粉体圧縮物の硬度の変化率が低下した状態にまで圧縮するように、前記第1圧縮工程で圧縮された状態から前記最終の厚みまでの圧縮距離と前記第2圧縮速度との組み合わせが設定されていること
     を特徴とする請求項1または2に記載の粉体圧縮物の製造方法。

     
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