JPH0624619B2 - 造粒機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種粉粒体原料の乾式混合、粉粒体原料への
液体の分散およびコーティング、さらに混練なども行な
うことができる造粒機に関し、例えば、医薬品の混合／
造粒、農薬分野における粒剤、水和剤の造粒、食品の顆
粒化、化粧品における体質顔料と着色顔料の混合、オイ
ルの分散、さらにニューセラミックおよび粉末冶金分野
におけるプレス成形要の造粒等に用いられる。

〔従来の技術〕

従来の造粒機としては、第２１図および第２２図に示す
如く、水平に置かれた円筒状容器ａ内に、該容器ａと同
心でその内壁と近接する撹拌部材ｃを備えた籠形の低速
ロータｂが設けられるとともに、外周に複数個の衝撃部
材ｅを備えた１個の高速ロータｄを低速ロータｂの内側
に円筒状容器ａと同心または偏心して配設したものが提
案されていう（例えば、特公昭６０−５５１７５号公報
参照）。

この造粒機においては、原料投入口ｆから投入された２
種類以上の粉体原料は、低速ロータｂと高速ロータｄと
によって分散・混合され、エアを含んで見掛け容積が増
大した段階で、一定流量の水またはバインダーを加液手
段ｇから円筒状容器ａ内に供給して造粒を行ない、バッ
チ毎の造粒品は、円筒状容器ａの排出口ｈから取り出さ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

医薬、農薬、化粧品等の分野においては、精密混合およ
び造粒操作はバッチ単位で行なわれることが多く、生産
規模としては、造粒機の有効容量が数１００リッターか
ら１０００リッター程度のものが用いられる。従来、こ
の有効容量の混合造粒機を小型の試験機からスケールア
ップによって作る場合に、小型の試験機の場合に比べて
混合時間の増大、造粒品の歩留り低下が発生し、性能が
著しく低下するという問題があった。

この原因としては、従来の構成では、スケールアップさ
れた円筒状容器ａが処理すべきバッチ量は、容器ａの代
表的なサイズの３乗に比例して増大するのに対し、衝撃
部材ｅによって容器ａ内の原料に有効なエネルギーを与
える高速ロータｄの表面積は、代表的なサイズの２乗に
しか比例しないため、処理される原料と高速ロータｄの
衝撃部材ｅとの接触確率が低下することが考えられる。

さりとて、この接触確率の低下を防ぐために、高速ロー
タｄの代表的なサイズのスケールアップの割合を円筒状
容器ａの代表的なサイズのスケールアップの割合以上に
大きくすると、高速ロータｄの回転に要する動力が著し
く大きくなるとともに、円筒状容器ａの内容積から高速
ロータｄの容積を差引いた容器ａの有効容積が減少し、
処理能力が低下する別の問題が発生する。

また、低速ロータｂの内側に１個の高速ロータｄを設け
てスケールアップした場合、円筒状容器ａの内壁と高速
ロータｄから突出させた衝撃部材ｅの先端との寸法が大
きくなるため、低速ロータｂの撹拌部材ｃによって原料
が取ち上げられる側で粒状化された原料の転動作用によ
り、第２３図の矢印Ａで示す如く、高速ロータｄの衝撃
部材ｅの接触せずに循環する部分ができたり、低速ロー
タｂの撹拌部材ｃによって落ち上げられた原料が高速ロ
ータｄを越して、第２３図の矢印Ｂで示す如く、高速ロ
ータｄの衝撃部材ｅと接触せずに循環する部分ができる
といった問題があり、スケールアップされた造粒機の性
能を低下させていた。

この発明はこれらの事情に鑑みてなされたもので、装置
をスケールアップした場合にも、混合に要する時間や造
粒品の歩留りが、小型試験機の性能に比べてそれほど低
下せず、その上、容器の有効容積も減少しない造粒機を
提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明では、原料投入口
と排出口とを備えた筒状の容器は、水平方向または斜め
横向きに配設され、容器の内周面に近接する撹拌部材を
備えた低速ロータは、容器の一方の端面中央部を通して
設けられ、外周面に多数の衝撃部材を備えた２個の高速
ロータは、低速ロータの撹拌部材の内側に位置するよう
に、容器の他方の端面側を通して設けられ、水またはバ
インダーを供給する加液手段は、高速ロータが取り付け
られる側の容器の端面側、または低速ロータの軸中心部
を貫通して設けられて、造粒機が構成されている。

上記高速ロータの個数は３個以上の複数としてもよい。

また、加液手段は、高速ロータが取り付けられる容器端
面側から容器内に突出させた状態で取り付けることが好
ましい。

また、加液手段からの液体を容器内に分散よく短時間で
供給するには、加液手段は複数個の２流体スプレーによ
って構成するのがよい。

また、処理する粉粒体原料の特性に合わせて原料への衝
撃力を調節するため、高速ロータの衝撃部材はピン、ま
たは高速ロータの軸方向に真直ぐなブレードや軸方向に
対して傾斜しているブレード、またはこれらの組み合わ
せからなる構成とすることができる。

また、低速ロータに取り付けられる撹拌部材のブレード
は、高速ロータ駆動側の先端が連結されたり、連係され
なかったりする他、低速ロータの軸方向に真直ぐであっ
たり、ひねられた構成とすることができる。

そして、容器の内壁面に付着する原料を除去するため
に、低速ロータの撹拌部材に内壁面に近接するスクレイ
パーを取り付けるとよい。

〔作 用〕

粉粒体原料を容器内に投入し、低速ロータと２個の高速
ロータとをそれぞれ同方向もしくは異方向に回転させる
と、粉粒体原料は各高速ロータの衝撃部材の強力な混合
作用により分散・混合され、そのときに含むエアにより
見掛け容積は一般に増大する。

この状態で計量された一定流量の水またはバインダーを
加液手段から供給すると、供給初期には供給された液体
は、低速ロータと高速ロータの回転相互作用により、短
時間で粉粒体原料中に均一に分散される。注入される液
量が多くなるにしたがい、湿潤された粉粒体原料は、見
掛けの容積が一般に減少し、付着性が増加して低速ロー
タの回転方向に持ち上げられ、その後、第７図または第
８図に示すようにカスケード状に低速ロータの内側の高
速ロータに落下し、各高速ロータの衝撃部材に接触し
て、圧縮／せん断作用を受ける。

そして、造粒の全プロセスにおいて、低速ロータによっ
て持ち上げられる側の第１の高速ロータに接触した粉粒
体原料は、その高速ロータの接線方向に飛ばされて近接
する第２の高速ロータに再度接触するため、２段階目の
衝撃／分散作用を受ける。

さらに加液が進むと、粉粒体原料は液体架橋により微細
な造粒物となり、見掛け容積も一段と減少して粒状とな
り流動性がでてくる。

以上の結果、粉粒体全体は短時間で均一に造粒される。

高速ロータの数が３個以上になると、各高速ロータにお
いて受ける衝撃／分散の相乗作用により、粉粒体全体の
均一な造粒作用はさらに促進される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図から第９図までに示
す図面について説明する。

図において、１は水平または斜め横向きに配置された造
粒用の筒状の容器で、この容器１は上部に投入弁を備え
た原料投入口４が設けられるとともに、下部に排出蓋を
備えた排出口５が設けられている。容器１の一方の端面
２側に、低速ロータの駆動手段が取り付けられ、他方の
端面３側に、複数個、例えば２個の高速ロータの駆動手
段が取り付けられている。

端面２側には、容器１の中心線と同軸に低速ロータ６が
設けられ、端面３側には、容器１の中心線と偏心して低
速ロータ６に取り付けられる撹拌部材７の内側に、２個
の高速ロータ９，９が設けられている。高速ロータ６の
撹拌部材７としては、容器１の内壁面に近接するよう配
置された複数個、例えば、３個のＬ形部材が取り付けら
れており、低速ロータ６は、端面２から容器１の中心軸
線と一致する駆動軸８により、８〜５０rpm 程度の低速
で、例えば、第２図の矢印Ｐに示す如く、反時計方向に
回転されている。駆動軸８は、端面２側から突出する円
管状のケーシング１７Ａのベアリング１０により回転自
在に保持され、容器１のベース１１に据え付けられたモ
ータ１２と、モータ１２に結合された減速機１３とによ
り、動力伝達手段１４を介して設定された低速回転数で
回転される。低速ロータ６に取り付けられる撹拌部材７
は、Ｌ形部材のものに限定されず、その他の構成のもの
も用いることができる。

高速ロータ９，９は外周面に複数庫のピン状の衝突部材
１５，１５が突出されており、各高速ロータ９，９と衝
撃部材１５，１５は、低速ロータ６の撹拌部材７の内側
に配設されて、端面３側から外方に突出する高速駆動軸
１６，１６により、例えば、低速ロータ６と同方向に
（異なる方向でもよい）高速（１００〜８０００rpm）
で回転される。高速駆動軸１６，１６は、端面３側から
外方に突出する円筒状のケーシング１７Ｂ，１７Ｂ内の
ベアリング１８，１８により回転自在に保持され、前記
ケーシング１７Ｂ，１７Ｂに取り付けられたモータ１
９，１９により設定された高速回転数で回転される。モ
ータ１９はベース１１に据え付けて高速駆動軸１６を回
転するようにしてもよい。

２０は造粒用の水またはバインダーなどの液体を容器１
内に注入する加液手段で、所要個数の加液手段２０は、
低速ロータ６の撹拌部材７と高速ロータ９の衝撃部材１
５の回転を妨げないように端面３側に設けられる。容器
１の上部には、原料投入口４と別に軸シールガスや加液
手段２０からの液体霧化用ススを排出する排気口２１が
設けられており、この排気口２１の上側には、バッグフ
ィルタ２２が必要に応じて取り付けられる。

次に、装置内での造粒プロセスを第５図から第８図につ
いて説明する。

予め計量された複数の粉粒体原料を投入弁が開かれた原
料投入口４から容器１内に投入し、投入弁を閉じる（第
５図）。粉粒体原料の投入後、低速ロータ６と２個の高
速ロータ９，９をその順に同じ方向に回転させ、所定時
間だけ乾粉混合を行なう。この粉体混合中、高速ロータ
９，９の衝撃部材１５，１５によって強力な撹拌作用を
受けた粉粒体原料は、分散・混合されるとともに、エア
を含むことにより、一般にその見掛け容積が増大して容
器１内の全体にひろがる（第６図）。

この状態になったところで、計量された一定量の水また
はバインダー液を、加液手段２０の２流体スプレーによ
り霧化状態で容器１内に供給する。供給された液体は、
低速ロータ６の撹拌部材７と２個の高速ロータ９，９の
衝撃部材１５，１５の回転により先ずる強い乱流／循環
状態の粉粒体原料と混合され、均一に分散される。供給
される液体量が増加していくにつれて、湿潤された粉粒
体原料は、一般に見掛け容積が減少し、付着性が増すた
め、低速ロータ６の撹拌部材７により、容器１の内周壁
面に沿っつて上方に持ち上げられ、第７図または第８図
に示すように、カスケード状の流れとなって各高速ロー
タ９，９に供給される。第７図において、右側の高速ロ
ータ９に落下した粉粒体原料は、高速ロータ９の衝撃部
材１５により、圧縮／せん断作用を受けるだけでなく、
近接して設けられた他の高速ロータ９の方に飛ばされ
て、ここでも圧縮／せん断作用を受ける（第７図）。

加液手段２０からの液体量の供給が終って運転が行なわ
れている状態では、高速ロータ９，９は、粉粒体原料に
与える強力な圧縮／せん断作用により、乾粉原料の２次
凝集を解砕する他、供給された液体との分散をよくし、
さらに、粉粒体原料に対して供給された液体による液体
架橋を促進させて、均一な粒径の造粒物を能率良く生成
する（第８図）。この場合、容器１内の粉粒体原料は、
２個の高速ロータ９，９によって全体が強い圧縮／せん
断作用を均一に受けるようになるため、高速ロータｄが
１個の従来の装置内の移動を示した第２３図の場合に比
べて、高速ロータｄの衝撃部材ｅの作用を受けずに循環
する矢印Ａ，Ｂの流れをなくして、スケールアップされ
たときにも、造粒機の各種性能が低下しないようにする
ことができる。

所定の造粒時間が経過すると、高速ロータ９、低速ロー
タ６の順に回転を停止し、排出蓋を開き、再度両ロータ
６，９を回転して排出口５から造粒品を排出する。

造粒機の運転において、一般に原料に対する供給液体の
比率を多くし、高速ロータ９の回転数を低くする程、造
粒品の粒度は大きくなり、また、造粒時間を長くし、高
速ロータ９の回転数を大きくすると、カサ密度は大きく
なる。それ故、これらの造粒条件の組み合わせを変える
ことにより、粒度やカサ密度等の造粒品特性をコントロ
ールすることができる。

第９図は、高速ロータが２個の本発明にかかる造粒機
と、高速ロータが１個の従来の造粒機について、造粒品
の粒度分布の比較を示したグラフである。グラフの横軸
は粒径（μｍ）を示し、縦軸はフルイ上の累積重量を示
す。

第９図において、は高速ロータが１個の小型造粒機
で、はの小型造粒機を容積比で１８倍にスケールア
ップした高速ロータが１個の従来の大型造粒機、そし
て、はの小型造粒機をと同じ容積比でスケールア
ップした本発明にかかる大型造粒機で、有効容量はの
大型造粒機と同じである。

造粒試験の原料としては、平均粒径が数μｍのタルクが
用いられ、バインダーとしてはＰＶＡ（ポリビニールア
ルコール）の水溶液が使用された。

このグラフによると、小型造粒機をスケールアップし
た従来の大型造粒機の場合には、粒度の分布曲線が
より水平に近付いてシャープさが失われているのに対
し、同じ割合でスケールアップした本発明の大型造粒機
の場合には、造粒された粒子径の全体にわたって小型
造粒機の粒度分布とよい一致を示し、スケールアップ
した場合の大型造粒機の性能低下を防止できることを示
している。

前記実施例においては、高速ロータ９を２個設ける場合
について説明したが、高速ロータ９は、例えば、第１０
図に示すよう配置で３個設けたり、または第１１図に示
すような配置で４個設けてよい。高速ロータ９の個数は
４個までに限定されるものではなく、回転方向もそれぞ
れ異なる方向に回転することができる。

前記実施例では、加液手段２０は、高速ロータ９の駆動
側の端面３に取り付けられて高速ロータ９の上方から斜
め下向きに噴霧する場合を示したが、加液手段２０は、
低速ロータ６と高速ロータ９とに接触しない他の位置に
取り付けてもよい。また、容器１の容積が大きくなっ
て、加液手段２０から供給される液体の到達距離が不十
分になる場合には、第２０図の実線で示すように、低速
ロータ６の駆動軸８の中心部に貫通穴２１を設け、その
中に加液手段２０としてのスプレーノズルを固定し、低
速ロータ６の容器内端面から液体を供給する構成とした
り、第２０図の二点鎖線で示すように、高速ロータ９が
取り付けられる容器１の端面３側に、容器１内に突出さ
せた状態で加液手段２０を取り付け、この加液手段２０
から２流体スプレー、または滴下の状態で水またはバイ
ンダーを供給するようにしてもよい。

低速ロータ６に取り付けられる撹拌部材７は、容器１内
に供給された原料全体を円周方向に撹拌しながら持ち上
げ、高速ロータ９に供給しているが、この撹拌部材７に
対して軸方向にひねりを与えると、撹拌部材７の回転に
よって円周方向の撹拌だけでなく、軸方向の撹拌をも加
えて原料の混合、供給された液体の分散効果を向上する
ことができる。その上、容器１の内周壁に付着する湿潤
原料の除去を効果的に行ないたいときには、低速ロータ
６の撹拌部材７に容器の内周壁にきわめて近接するスク
レイパー２２を、第１３図および第１４図に示すように
径方向に調節可能に取り付ければよい。この場合、スク
レイパー２２は、低速ロータ６に取り付けられる複数個
の撹拌部材７の少なくともいずれか１つに取り付ける構
成としてもよい。

また、前記実施例において、低速ロータ６に一端を取り
付けられている複数個の撹拌部材７は、分割された基端
部をそれぞれボルト２３等によって固定することが好ま
しい（第１２図）。第１５図は撹拌部材７についての他
の実施例を示すもので、Ｌ字形のブレードの先端（高速
ロータ９の駆動側）を、リッグ２４によって連結し一体
型とした場合である。

さらに、高速ロータ９の外周面に取り付けられている多
数の衝撃部材１５は、ピン状のものに限定されるもので
はなく、第１６図に示すように、ピントそれより高さの
低い直線状のブレードを組み合わせたもの、第１７図お
よび第１８図に示すように、高速ロータ９の長さに比べ
て長さの短いブレードを直線状に配置したり、螺旋状に
配置した場合、および第１９図に示すように、ブレード
にひねりを与えた構成としてもよい。なお、第１７図か
ら第１９図に示す衝撃部材１５のブレードに、ピン状の
衝撃部材を付け加えてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

この発明は、上述の通り構成されているので、次に記載
する効果を奏する。

(1) 請求項１の造粒機においては、低速ロータの撹拌
部材により容器内の上方に持ち上げられた粉粒体原料
は、撹拌部材の内側に設けられた２個の高速ロータに供
給され、それぞれの高速ロータの外周面に取り付けられ
た多数の衝撃部材により、強力な圧縮／せん断作用を受
ける。しかも、一方の高速ロータによって強力な圧縮／
せんだ作用を受けた粉粒体原料は、第１の高速ロータか
ら第２の高速ロータの方に飛ばされて、第２の高速ロー
タにおいても、再度強力な圧縮／せん断作用を受ける。

このため、造粒機を小型機から大型機にスケールアップ
する場合、高速ロータが１個の従来の装置で問題となっ
ていた混合時間の増大、粒度分布におけるシャープさの
欠如を改善して、小型機におけるすぐれた造粒性能をほ
とんど低下させずに、混合・分散が短時間で均一に行な
われ、シャープな粒度分布を持ったすぐれた大型造粒機
を提供することができる。

その上、加液手段は、高速ロータが取り付けられている
側の容器の端面側、または低速ロータの軸中心部を貫通
して設けられているので、加液手段からの液体の供給
は、撹拌部材を備えた低速ロータや衝撃部材を備えた高
速ロータに妨げられることなく、行なうことができる。

(2) 請求項２の造粒機においては、撹拌部材の内側に
設けられる高速ロータは３個以上の複数であるので、各
高速ロータにおいて受ける強力な圧縮／せん断作用の相
乗効果により、スケールアップされた大型造粒機の造粒
性能をさらに向上することができる。

(3) 請求項３の造粒機においては、水またはバインダ
ーを供給する加液手段は、容器の端面側から内部に突出
して設けられているので、水またはバインダーを容器内
の粉粒体原料に均一に供給しやすくなる。

(4) 請求項４の造粒機においては、加液手段として２
流体スプレーが複数個設けられているから、供給される
液体と粉粒体原料との分散を向上するとともに、液体の
供給時間を短縮することができる。

(5) 請求項５の造粒機においては、高速ロータの衝撃
部材はピン、または軸方向に真直ぐなブレードや軸方向
に対して傾斜しているブレード、またはこれらの組み合
わせであるから、処理すべき粉粒体原料の特性に合わし
て高速ロータから粉粒体原料に与える圧縮／せん断作用
の大きさと、容器内での粉粒体原料の流れを調節するこ
とができる。

(6) 請求項６，７，８の造粒機においては、高速ロー
タの撹拌部材はブレードで、該ブレードは、高速ロータ
を保持する端面側が連結されていなかったり、リングに
より連結されている他、低速ロータの軸方向に真直ぐ、
またはひねられているので、撹拌部材の強度や容器内で
の粉粒体に軸方向の流れを加えることができる。

(7) 請求項９の造粒機においては、低速ロータの撹拌
部材にスクレイパーが取り付けられているので、容器の
内壁面に付着する湿潤原料を効果的に除去することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断正面図、第２図は低
速ロータと高速ロータの配置状態を示す断面図、第３図
は装置全体の正面図、第４図は第３図の左側面図、第５
図ないし第８図は装置内の造粒プロセスを模式的に示し
た断面図、第９図は本発明装置のスケールアップ効果を
示す粒度分布曲線、第１０図および第１１図は高速ロー
タの数が異なる他の実施例の断面図、第１２図は撹拌部
材の他の実施例の平面図、第１３図は撹拌部材のさらに
異なる他の実施例を示す斜視図、第１４図は第１３図の
要部拡大図、第１５図は撹拌部材のさらに異なる他の実
施例の斜視図、第１６図ないし第１９図は高速ロータに
取り付けられる衝撃部材のそれぞれ異なる他の実施例の
斜視図、第２０図は加液手段の構成が異なる他の実施例
の縦断面図、第２１図および第２２図はそれぞれ異なる
従来例の断面側面図、第２３図は第２１図の構成の装置
を運転したときの粉粒体原料の流れを模式的に示した断
面図である。 １……筒状の容器、２，３……容器の端面 ４……原料投入口、５……排出口 ６……低速ロータ、７……撹拌部材 ８……低速ロータの駆動軸 ９……高速ロータ、１５……衝撃部材 ２０……加液手段、２２……スクレイパー

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原料投入口と排出口とを備えた筒状の容器
   は、水平方向または斜め横向きに配設され、 容器の内周面に近接する撹拌部材を備えた低速ロータ
   は、容器の一方の端面中央部を通して設けられ、 外周面に多数の衝撃部材を備えた２個の高速ロータは、
   低速ロータの撹拌部材の内側に位置するように、容器の
   他方の端面側を通して設けられ、 水またはバインダーを供給する加液手段は、高速ロータ
   が取り付けられる側の容器の端面側、または低速ロータ
   の軸中心部を貫通して設けられていることを特徴とする 造粒機。
2. 【請求項２】原料投入口と排出口とを備えた筒状の容器
   は、水平方向または斜め横向きに配設され、 容器の内周面に近接する撹拌部材を備えた低速ロータ
   は、容器の一方の端面中央部を通して設けられ、 外周面に多数の衝撃部材を備えた３個以上の高速ロータ
   は、低速ロータの撹拌部材の内側に位置するように、容
   器の他方の端面側を通して設けられ、 水またはバインダーを供給する加液手段は、高速ロータ
   が取り付けられる側の容器の端面側、または低速ロータ
   の軸中心部を貫通して設けられていることを特徴とする 造粒機。
3. 【請求項３】原料投入口と排出口とを備えた筒状の容器
   は、水平方向または斜め横向きに配設され、 容器の内周面に近接する撹拌部材を備えた低速ロータ
   は、容器の一方の端面中央部を通して設けられ、 外周面に多数の衝撃部材を備えた複数個の高速ロータ
   は、低速ロータの撹拌部材の内側に位置するように、容
   器の他方の端面側を通して設けられ、 水またはバインダーを供給する加液手段は、高速ロータ
   が取り付けられる側の容器の端面側から内部に突出して
   設けられていることを特徴とする 造粒機。
4. 【請求項４】加液手段は、２流体スプレーが複数個設け
   られている特許請求の範囲第１項から第３項までのいず
   れか１つに記載の造粒機。
5. 【請求項５】衝撃部材はピン、または高速ロータの軸方
   向に真直ぐなブレードや軸方向に対して傾斜しているブ
   レード、またはこれらの組み合わせからなる特許請求の
   範囲第１項から第４項までのいずれか１つに記載の造粒
   機。
6. 【請求項６】撹拌部材は複数個のブレードで、高速ロー
   タを保持する容器の端面側が連結されていない特許請求
   の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載の造
   粒機。
7. 【請求項７】撹拌部材は複数個のブレードで、高速ロー
   タを保持する容器の端面側がリングにより連結されてい
   る特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つ
   に記載の造粒機。
8. 【請求項８】撹拌部材のブレードは低速ロータの軸方向
   に真直ぐ、またはひねられている特許請求の範囲第６項
   または第７項記載の造粒機。
9. 【請求項９】低速ロータは、容器の内周壁にきわめて近
   接するスクレイパーを撹拌部材の少なくとも１つに取り
   付けられている特許請求の範囲第１項から第８項までの
   いずれか１つに記載の造粒機。