(57)【要約】本発明は、液状体の種類に応じて効率よく乾燥または冷却することができ、固体粒子を生産性良く、且つ良好に表面改質処理することができる装置を提供することを目的とする。そして、この目的を達成するため、本発明は、衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配設すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と共に処理粉体を誘導・循環させるための循環回路管２０を、該循環回路管の一方の開口を前記衝突リングの一部に開口され、他方の開口を前記回転盤の中心付近の前カバーに開口させて設け、上記前カバー、衝突リングまたは循環回路管のいずれかに液状体を供給するスプレーノズル２２ａを設けると共に、上記循環回路管の適所に加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を供給する供給口２３と過剰の循環気体を排出する排気口２４とを設けた固体粒子の表面改質装置とした。
2013032002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配設すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と共に処理粉体を誘導・循環させるための循環回路管を、該循環回路管の一方の開口を前記衝突リングの一部に開口させ、他方の開口を前記回転盤の中心付近の前カバーに開口させて設け、上記前カバー、衝突リングまたは循環回路管のいずれかに液状体を供給するスプレーノズルを設けると共に、上記循環回路管の適所に加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を供給する供給口と過剰の循環気体を排出する排気口とを設けたことを特徴とする、固体粒子の表面改質装置。
【請求項２】
上記供給口が上記循環回路管に設けられ、上記排気口が前記供給口の下流側に位置する上記循環回路管に設けられていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項３】
上記循環回路管の一部が拡径されて拡大部が形成されていることを特徴とする、請求の範囲１または２に記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項４】
上記循環回路管の拡大部は、上記供給口の下流側と上記排気口の上流側の間に形成されていることを特徴とする、請求の範囲３に記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項５】
上記排気口に粉体回収装置が接続されていることを特徴とする、請求の範囲１〜４のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項６】
上記循環回路管の上流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられ、該スプレーノズルの直ぐ下流側に位置する循環回路管の部分に上記供給口が設けられ、該供給口の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管の部分に上記排気口が設けられていることを特徴とする、請求の範囲１〜５のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項７】
上記循環回路管の下流端に液状体を供給するスプレーノズルが設けられていることを特徴とする、請求の範囲１〜５のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項８】
上記請求の範囲１〜７のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体とは別に装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
【請求項９】
上記請求の範囲１〜７のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体に分散させて上記スプレーノズルを介して装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法に関するものである。更に詳しくは、固体粒子の表面に、他の微小固体粒子を液体に分散させた分散液、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液、固体成分の溶融液等（本発明では、これらを総称して「液状体」という）を付着させ、固体粒子に衝撃力を与えると共に、液状体を乾燥または冷却して、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固着防止、変色・変質防止、分散性の向上、流動性の改善、触媒効果の向上、消化・吸収の制御、磁性特性の向上、耐候性の向上等を目的として、粉体の各種表面改質が行われてきた。
この中で、核となる固体粒子（以下、「母粒子」という場合もある）の表面にこの固体粒子よりも小さな他の固体粒子（以下、「子粒子」という場合もある）を埋設または固着して、固体粒子の表面を改質した機能性複合粉体材料を得る方法（以下、「固定化処理方法」という場合もある）、母粒子の表面に子粒子を膜状に固定化して固体粒子の表面を改質した機能性複合粉体材料を得る方法（同、「成膜化処理方法」）、更には金属や樹脂、無機物等の不定形の固体粒子を球形化処理する方法（同、「球形化処理方法」）がある。そして、これらを実施する方法として、例えば、日本国特公平３−２００９号公報、日本国特公平３−７６１７７号公報、日本国特公平４−３２５０号公報、日本国特公平５−１０９７１号公報に開示された高速気流中衝撃法が存在する。
これらの特許公報に開示された高速気流中衝撃法は、ケーシング内にハンマー形またはブレード形の衝撃ピンを周設した回転盤を配置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、上記衝撃ピンの回転によって発生した気流を、上記衝突リングの内壁の一部に開口する循環口から循環回路を介してケーシングを構成する前カバーの中心部の開口部から衝撃室に誘導・循環させ（自己循環流れ）、該気流と共に処理粉体を繰り返し上記衝撃室と循環回路とを通過させ、衝撃ピンによる機械的打撃および衝突リングへの衝突による衝撃式打撃作用により、短時間（数十秒〜数分間）で均一な粉体処理を行なうものである。
特に日本国特公平５−１０９７１号公報に開示された高速気流中衝撃法は、母粒子の表面に、上記液状体を付着させ、その母粒子に衝撃力を与えると共に、液状体を乾燥または冷却して、母粒子の表面に子粒子を埋設若しくは固着して、または固体成分を膜状に固定化して、固体粒子の表面改質を行うものである。
ここで、上記高速気流中衝撃法は、いずれも完全回分式処理方法である。特に母粒子の表面に子粒子を埋設若しくは固着して、または固体成分を膜状に固定化して、固体粒子の表面改質を行う日本国特公平５−１０９７１号公報に開示の方法においては、積極的に液状体を乾燥させる媒体を装置内に供給する手段がない。そのため、液状体の種類によっては、該液状体の乾燥に長時間を要し、生産性が低く、また表面改質処理されて得られた製品の品質も悪い場合があった。
そこで従来は、衝突リング、循環回路、更には必要に応じて回転盤の内部等をもジャケット構造とし、該ジャケットに加熱媒体を通して加熱する方法が採られていた。また、衝撃室と循環回路に導入する空気や不活性ガスを予め公知の手段で加熱する方法が採られていた。
しかしながら、前者のジャケット構造を用いた加熱方式では、熱交換は間接的な熱伝導を利用したものであることから、加熱効果には限界があった。また後者の場合は、完全回分式の装置であるため、衝撃室と循環回路の中に存在するわずかな量の空気を予め加熱された空気や不活性ガスと置換するだけなので、エネルギー的には不充分なものであった。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、液状体の種類に応じて効率よく乾燥または冷却することができ、固体粒子を生産性良く、且つ良好に表面改質処理することができる装置および方法を提供することにある。
上記した目的を達成するため、本発明は、次の〔１〕〜〔９〕に記載の固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法とした。
〔１〕衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配設すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と共に処理粉体を誘導・循環させるための循環回路管を、該循環回路管の一方の開口を前記衝突リングの一部に開口され、他方の開口を前記回転盤の中心付近の前カバーに開口させて設け、上記前カバー、衝突リングまたは循環回路管のいずれかに液状体を供給するスプレーノズルを設けると共に、上記循環回路管の適所に加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を供給する供給口と過剰の循環気体を排出する排気口とを設けたことを特徴とする、固体粒子の表面改質装置。
〔２〕上記供給口が上記循環回路管に設けられ、上記排気口が前記供給口の下流側に位置する上記循環回路管に設けられていることを特徴とする、上記〔１〕に記載の固体粒子の表面改質装置。
〔３〕上記循環回路管の一部が拡径されて拡大部が形成されていることを特徴とする、上記〔１〕または〔２〕に記載の固体粒子の表面改質装置。
〔４〕上記循環回路管の拡大部は、上記供給口の下流側と上記排気口の上流側の間に形成されていることを特徴とする、上記〔３〕に記載の固体粒子の表面改質装置。
〔５〕上記排気口に粉体回収装置が接続されていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔６〕上記循環回路管の上流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられ、該スプレーノズルの直ぐ下流側に位置する循環回路管の部分に上記供給口が設けられ、該供給口の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管の部分に上記排気口が設けられていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔７〕上記循環回路管の下流端に液状体を供給するスプレーノズルが設けられていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔８〕上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体とは別に装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
〔９〕上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体に分散させて上記スプレーノズルを介して装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
上記した本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を処理粉体を伴って循環する気流中に直接供給して接触させるため、特に子粒子等を含む液状体を効率よく乾燥または冷却することができる。そのため、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質処理する操作を生産性良く、且つ良好に行うことができる装置または方法となる。
また、本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、過剰の循環気体を排出する排気口を設けているため、加熱媒体等を供給しても装置内部の循環気体量を適正値に維持することができる。そのため、装置に付加をかけることなく、加熱媒体等を適正量供給することができる装置または方法となる。
更に、加熱媒体等を供給する供給口を循環回路管に設け、過剰の循環気体を排出する排気口を前記供給口の下流側に位置する循環回路管に設けた装置とした場合には、該循環回路管が主の乾燥または冷却部となる。そのため、乾燥または冷却がこの部分で良好に行われると共に加熱温度等を制御し易い装置となる。また、循環回路管の一部を拡径して拡大部を形成した装置とした場合には、該拡大部において循環気体の流速がおち、供給された加熱媒体等との間で熱交換が良好に行われる装置となる。さらに、拡大部を上記供給口の下流側と上記排気口の上流側の間に形成した装置とした場合には、特に加熱媒体等の供給による流速の上昇が生じない装置となる。また、過剰の循環気体を排出する排気口に粉体回収装置を接続した装置とした場合には、排出流体中の粉体を分離回収することができ、排気を清浄なものとすることができる。更に、循環回路管の上流端に小粒子等を含む液状体を供給するスプレーノズルを設け、該スプレーノズルの直ぐ下流側に位置する循環回路管の部分に加熱媒体等を供給する供給口を設け、該供給口の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管の部分に過剰の循環気体を排出する排気口を設けた装置とした場合には、供給した加熱媒体等の媒体と小粒子等を含んだ液状体との間の熱交換は特に効率的になされ、乾燥または冷却処理効率のより高い装置となる。また、このような装置とした場合には、排気口より過剰の循環気体に伴って排出される粒子が少ない装置となる。また、循環回路管の下流端に液状体を供給するスプレーノズルを設けた装置とした場合には、打撃・衝撃を与える直前に固体粒子の表面に子粒子を含む液状体を噴霧することができる装置となる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、本発明に係る固体粒子の表面改質装置の一実施の形態を付帯設備と共に示した正面図である。
第２図は、第１図に示した装置の側面図である。
第３図は、第１図のＡ−Ａ線に沿う部分の拡大断面図である。
第４図は、循環回路管の一例を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は部分側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明に係る固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法の実施の形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
第１図〜第４図において、１は表面改質装置のケーシング、２は第３図に示したようにケーシング１の前カバー、３はケーシング１の後カバーである。４はケーシング１内に設けられた高速回転する回転盤、５は回転盤４の外周に所定の間隔を置いて放射状に周設された複数の衝撃ピンである。該衝撃ピン５は、一般にハンマー型またはブレード型のものである。６は回転盤４を回転可能に軸支持する回転軸である。７は衝撃ピン５の最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて周設された衝突リングである。該衝突リング７は、各種形状の凹凸型または円周平面型のものを用いる。ここで、上記一定の空間は、装置の大きさによっても異なるが、一般的に０．５〜２０ｍｍであることが望ましい。
８は上記前カバー２、後カバー３および衝突リング７によって囲まれた衝撃室である。９は前カバー２の一部を切欠いて設けた処理粉体の排出口である。該排出口９は、場合によっては衝突リング７や後記する循環回路管の一部を切欠いて設けてもよい。１０は前カバー２の中心部付近に開口する固体粒子の衝撃室８への投入口（液状体の衝撃室８への投入口でもある。）である。前記排出口９には開閉弁１１が設けられ、該開閉弁１１はアクチュエーター１２によって開閉される。１３は第１図に示したように前記開閉弁１１を介して排出口９に接続された排出管、１４は排出管１３に接続された製品タンク（バグフィルター）である。また前記投入口１０には投入管１５を介して原料ホッパー１６が連設されている。１７は前記投入管１５の途中に設けられた開閉弁（ボールバルブ）である。
２０は、第４図に示したように一端が衝突リング７の内壁の一部に開口する循環口２１に接続され、他端が上記固体粒子の投入口１０に接続された循環回路管である。該循環回路管２０は略Ｕ字形状に形成されている。そして、該循環回路管２０の一部（上流側の直線部から曲線部の全域にかけて）は拡径されて拡大部２０ａに形成されている。また、循環回路管２０の容積は上記衝撃室８の容積の０．２〜５倍程度に設計されている。循環回路管２０の容積がこれよりも小さいと液状体を効率よく乾燥または冷却することができない。また、逆にこれよりも大きいと固体粒子等の処理粉体の循環回数が大幅に減るので、表面改質処理に長時間を要することになる。かかる観点から、循環回路管２０の容積は衝撃室８の容積の０．５〜３．５倍に設計されていることがより好ましい。ここで、上記循環口２１は図示した実施の形態に係る装置においては衝突リング７に対して法線方向に設けられている。しかし、該循環口２１は衝突リング７に対して接線方向に設けられていてもよい。また、循環回路管２０の一部における拡径の割合は、内径比で１：１．０５〜１：２が望ましい。また、循環回路管２０の容積は、図示した実施の形態に係る装置においては循環回路管２０の内容積の他、他端が接続された投入管１５の該接続部から投入口１０までの投入管１５の内容積も含まれる。なお、上記拡径の割合は、循環回路管２０内を循環する気体の流速に基づいて決められる。すなわち、衝撃ピン５の回転によって発生する気流のみが流れる循環口２１の直上の循環回路管２０内の気流の速度と、該気流と後記する供給口から供給される加熱媒体等とが合わさって流れる上記供給口以降の循環回路管２０内の気流の速度を、ほぼ同じにしている。
２２ａ，２２ｂは固体粒子である母粒子の表面を改質するために本装置に供給される液状体のスプレーノズルである。本発明において液状体とは、先に定義したように固体粒子の表面改質に用いられる他の微小固体粒子を液体に分散させた分散液、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液、固体成分の溶融液等を言うが、表面改質を行う固体粒子自体も分散した状態で含むものであってもよい。上記スプレーノズル２２ａ，２２ｂは循環回路管２０の上流端と下流端の二箇所にそれぞれ設けられている。これらのスプレーノズル２２ａ，２２ｂは、操作時においてどちらを使用してもよく、また両方を使用してもよい。上記スプレーノズル２２ａ，２２ｂは図示しない液状体の供給装置に接続されている。またこのスプレーノズル２２ａ，２２ｂには液状体を微噴霧するために圧縮空気も供給されている。２３は前記上流端側に設けられたスプレーノズル２２ａの直ぐ下流側に位置する循環回路管２０の部分に設けられた、加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体（本明細書では、これらを総称して「加熱媒体等」という場合もある）を該循環回路管２０内に供給する供給口である。該供給口２３により供給される加熱媒体としては、加熱装置により一定温度に加熱された圧縮空気が挙げられる。冷却媒体としては、冷却装置により一定温度に冷却された圧縮空気、液体窒素・ドライアイス等の冷媒を気化させた低温ガスが挙げられる。また加熱または冷却媒体を必要としない場合には、除湿装置により除湿された圧縮空気を乾燥媒体として使用する。これらのいずれかの媒体を供給する供給装置に、供給口２３は接続されている。なお、この供給口２３は、エジェクター効果によりスプレーノズル２２ａから供給された液状体を速やかに循環回路管２０内の気流の流れに分散させるために、該循環回路管２０に気流の流れ方向に対して鋭角で接続されていることが好ましい。また、スプレーノズル２２ａ，２２ｂも、同様の理由で循環回路管２０に気流の流れ方向に対して鋭角で接続されていることが好ましい。
２４は過剰の循環気体を排出する排気口である。該排気口２４は上記加熱媒体等を供給する供給口２３の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管２０の部分に設けられている。これは、固体粒子等の処理粉体は衝撃ピン５の回転によって発生した気流および供給口２３から供給された加熱媒体等に同伴して循環回路管２０内を循環しているが、次第に気流との速度差が出て遅くなる。そして、固体粒子等の速度が遅くなると、排気口２４から排気される過剰の循環気体と共に排出され易くなる。そこで、なるべく固体粒子等の速度が速いうちに過剰の循環気体を排出するためである。また、循環回路管２０のＵ字形状の部分では、その外周側の管内面に沿って固体粒子等が循環している。そこで、排気口２４は、第４図（ａ）に示すように該Ｕ字形状の部分の内周側であって、しかも気流の流れ方向に対して鋭角に循環回路管２０に接続されていることが固体粒子等が抜けにくいことから好ましい。上記排気口２４は、共に図示しない排気管を介して圧縮空気によるエジェクターポンプに接続されている。
上記のような排気口２４の接続方法でも、分散液中の微小固体粒子や噴霧乾燥されて生成した溶液中の固体成分の微小粒子等が、過剰の循環気体と共に排出される可能性がある。そのため、排出管の途中には図示しない粉体回収装置が接続される。この粉体回収装置としては、外面濾過タイプのバグフィルターがよい。この場合、フィルターが固定のものでも回転するものでもよい。フィルターが固定タイプの場合は、フィルターの周囲を囲む外筒付きで逆洗機構を有し、フィルターの材質としては、例えばポリエステルフェルトテフロンラミネート（テフロンは登録商標）が好ましい。フィルターが回転タイプの場合も、フィルターの周囲を外筒が囲む構造で、フィルターの材質としては、焼結金属（例えばＳＵＳ３１６）が好ましい。
ここで、上記実施の形態においては、液状体を供給するスプレーノズル２２ａ，２２ｂを循環回路管２０に設けている。しかし、スプレーノズル２２ａ，２２ｂを、衝撃室８を画する前カバー２および衝突リング７のいずれかの部分に設けてもよい。また、供給口２３から供給された加熱媒体等を有効に利用して液状体を乾燥等する場合は、排気口２４は、むしろ上記した実施の形態とは逆に循環回路管２０の後流端、すなわち投入管１５との接続部付近に設けることが好ましい。また、過剰の循環気体を循環回路管２０から排気する他の方法としては、該循環回路管２０の一部をフィルター付き配管とする方法がある。具体的には、循環回路管２０の一部に複数の孔を穿ち、その孔の部分を円筒状のフィルターで覆い、フィルターの部分を両端が閉じた円筒で囲むという構造である。上記円筒には排気口２４を設け、上記の場合と同様に排気管を介して圧縮空気によるエジェクターポンプに接続する。この場合、フィルターの内面が固体粒子や微小固体粒子によって目詰まりする可能性がある。そこで、上記円筒の側面に複数の逆洗用の孔を設けて、この孔から定期的に圧縮空気を供給して払い落とす構造とすることが好ましい。この場合、フィルターの材質としては、テフロン織布が好ましい（テフロンは登録商標）。
その他、図において４０は本発明に係る表面改質装置および付帯設備の運転を制御する制御装置である。該制御装置４０によって装置の運転条件を設定し、運転を制御状態で行うと共に、運転中の電流値、回転数、温度等を監視する。
次に、固体粒子（母粒子）の表面を他の微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液を用いて表面改質処理する例を用いて、上記装置の操作方法を説明する。但し、上記装置の操作方法は、この操作方法のみに限定されるものではない。
まず、ケーシング１に設けられた処理粉体排出用の開閉弁１１を閉鎖した状態とする。続いて、図示しない駆動手段によって回転軸６を駆動し、処理すべき母粒子の性質により５ｍ／ｓｅｃ〜１６０ｍ／ｓｅｃの間の適宜な周速度、例えば１００ｍ／ｓｅｃの周速度で回転盤４を回転させる。この際、回転盤４の外周に設けられた衝撃ピン５の回転に伴って急激な空気の気流が生じる。そして、この気流の遠心力に基づくファン効果によって衝撃室８に開口する循環口２１から循環回路管２０を巡って回転盤４の中心部に戻る気流の循環流れ、即ち自己循環の流れが装置内に形成される。
次に、加熱媒体等の供給口２３から母粒子に適した媒体、例えば図示しない加熱装置により例えば６０℃に加熱された熱風を循環回路管２０内に供給する。そして、この熱風により表面改質装置全体を昇温する。熱風の供給量は、熱風の温度、液状体の供給量、処理時間等によって任意に設定することができる。供給口２３から熱風を供給すると共に、この熱風と同量の過剰の循環気体を、図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させる。
次に、一定量の固体粒子、即ち母粒子を原料ホッバー１６から開閉弁１７を開放することにより衝撃室８内に投入する。すると、上記気流の自己循環流れに同伴されて該母粒子は繰り返し循環回路管２０と衝撃室８とを循環する。そして、原料ホッパー１６内に母粒子が残っていないことを確認した後、開閉弁１７を閉じる。
続いて、子粒子が分散した分散液を、それを入れた容器からチューブポンプ等を用いて一定の流量でスプレーノズル２２ａに供給すると共に、該スプレーノズル２２ａに圧縮空気を供給する。すると、上記分散液は循環回路管２０内に噴霧される。スプレーノズル２２ａから循環回路管２０内に供給された分散液は、気流に同伴して循環回路管２０内を移動している母粒子の表面に付着する。
循環回路管２０内には供給口２３から連続的に熱風が供給されている。そのため、分散液が付着した母粒子が再び衝撃室８に戻ってくるまでに分散液の液体は加熱・乾燥作用を受け、概ね分散液中の子粒子のみが母粒子の表面に残る。そして、その表面に子粒子が付着した母粒子は、衝撃室８内において高速回転する回転盤４の多数の衝撃ピン５による瞬間的な打撃作用を受け、また周辺の衝突リング７に衝突して強度の圧縮作用を受ける。そのため、子粒子は母粒子の表面に強固に固定化される。なお、運転条件によっても異なるが、分散液の供給時間は通常数十秒から数分である。
一方、加熱媒体等が供給口２３から供給されることにより過剰となった循環気体は、循環回路管２０に設けられた排気口２４から排出される。この際、図示した実施の形態に係る装置の如く加熱媒体等を供給する供給口２３の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管２０の部分に排気口２４を設けた場合には、まだこの位置においては循環気体に伴って流れる母粒子の流速は速い。そのため、排出される気体に伴って該排気口２４より系外に出てしまう粒子を少ないものとすることができる。また、排気口２４には粉体回収装置が接続されている。そのため、該粉体回収装置によって粉体粒子は捕捉され、清浄な排気が大気に排出される。また、上記排気口２４からは特に母粒子の表面に付着しなかった子粒子が選択的に気流と共に系外に排出される。そのため、余った子粒子が製品中に残らず、製品の品質の安定性に寄与することができる。
分散液の供給終了後、処理の目的によっても異なるが、必要に応じて数十秒から数分間装置の運転を継続し、子粒子の固定化や膜の均一化、母粒子の球形化等を行うことがある。また、分散液の供給とその後の固定化処理を数回に分けて繰り返し行うこともできる。さらに、母粒子の表面に固定化された子粒子の層の上に、さらに別の子粒子を固定化したり、子粒子を膜状に固定化したりして、多層化された固体粒子を調製することもできる。
以上の固定化作業が終了した後は、処理粉体排出用の開閉弁１１をアクチュエーター１２によって開き、固定化処理された粉体を排出する。この固定化処理された粉体は、衝撃ピン５の回転によってそれ自身に作用している遠心力により短時間（数秒間）で衝撃室８および循環回路管２０から排出口９を介して排出される。そして、排出された粉体は、排出管１３を通って製品タンク（バグフィルター）１４に捕捉される。固定化処理された粉体を排出後、開閉弁１１を閉じ、次の母粒子を計量して原料ポッパー１６に投入する。そして、再び母粒子と小粒子を含む分散液等を装置内に供給し、上記と同様の工程を経て固定化処理された粉体を生産する。なお、これら一連の回分固定化処理操作は、関連機器の動作時間に関連して、予め時限設定された制御装置４０によって制御され、継続運転される。
上述したように、本発明の固体粒子の表面改質装置または表面改質方法は、加熱媒体等を処理粉体を伴って循環する気流中に直接供給して接触させるため、処理粉体、特に子粒子を含む液状体を効率よく乾燥または冷却することができる。そのため、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質処理する操作を生産性良く、且つ良好に行うことができる装置または方法となる。
また、本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、過剰の循環気体を排出する排気口を設けているため、加熱媒体等を供給しても装置内部の循環気体量を適正値に維持することができる。そのため、装置に負荷をかけることなく加熱媒体等を適正量供給することができる装置または方法となる。
本発明の装置または方法を用いて最適に表面改質処理できる代表的な母粒子としては、平均粒子径が０．１〜１００μｍ程度の各種無機物、金属および金属化合物、天然および合成有機物である。また、水等の液体に分散させて使用する子粒子の平均粒子径としては、０．００１〜１０μｍ程度であるが、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液や固体成分の溶融液を使用する場合は、固体成分の粒径は問わない。しかし、これらの材料に限定されることなく、各種化学工業、電気、磁気材料工業、医薬品、化粧品、塗料、食品、ゴム、プラスチックス、窯業等の工業界で使用されている各種材料の各組合せ成分に適用することができる。但し、本発明の装置または方法は、特に医薬品やトナー等の処理に適している。
なお、上記した処理方法は、表面改質を行う固体粒子（母粒子）を原料ホッバー１６から開閉弁１７を開放することにより衝撃室８内に投入し、表面改質に用いられる微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液をスプレーノズル２２ａを介して循環回路管２０内に噴霧する構成を採用している。しかしながら、かかる処理方法のみならず、表面改質を行う固体粒子（母粒子）をも、上記微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液等の本発明において言う液状体に分散させ、スプレーノズル２２ａ，２２ｂを介して装置内に供給する構成としてもよい。
【実施例】
【０００６】
次に、本発明の装置を用いた固体粒子の表面改質処理について、従来の装置と比較して具体的に説明する。
−実施例Ｔ−１〜Ｔ−３−
〔使用装置〕
第１図〜第４図に示した本発明の装置を使用した。なお、各部の寸法等は以下のとおりであった。
・回転盤の直径    ：１２５ｍｍ
・衝撃室の容積    ：０．５３リットル
・循環回路管の容積：１．８３リットル
・循環回路管の内径：２２ｍｍ（拡大部：３３．７ｍｍ）
〔処理粉体〕
・母粒子：ポリスチレン球形粒子（平均粒子径：１０μｍ）
・子粒子：二酸化チタン（平均粒子径：０．２μｍ）
〔処理操作および処理結果〕
回転盤４の回転速度を１５０００ｍｉｎ−１（９８．２ｍ／ｓｅｃ）とし、表１に示した種々の温度および風量の熱風を供給口２３より循環回路管２０内に供給した。また、この熱風と同量の過剰の循環気体を図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させた。
原料ホッバー１６から上記母粒子３０ｇを衝撃室８内に投入した。また、水に上記子粒子を１５重量％分散させた分散液３ｇ（母粒子に対して１０％）をスプレーノズル２２ａより３分間で循環回路管２０内に噴霧した。この際、スプレーノズル２２ａに供給した圧縮空気の流量は３７リットル／ｍｉｎであった。
分散液を噴霧した後、さらに２分間運転を続け、回収した製品を走査形電子顕微鏡で観察した。その結果、何れの実施例においても、子粒子が母粒子の表面に均一に固定化された粒子であることが分かった。
【表１】
2013032002.tif 000003
−比較例１−
〔使用装置〕
株式会社奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム（ＮＨＳ−０型）を使用した。なお、各部の寸法等は以下のとおりであった。
・回転盤の直径    ：１２５ｍｍ
・衝撃室の容積    ：０．５３リットル
・循環回路管の容積：０．１３リットル
・循環回路管の内径：２２ｍｍ
〔処理粉体〕
・母粒子：ポリスチレン球形粒子（平均粒子径：１０μｍ）
・子粒子：二酸化チタン（平均粒子径：０．２μｍ）
〔処理操作および処理結果〕
回転盤の回転速度は上記実施例と同様に１５０００ｍｉｎ−１（９８．２ｍ／ｓｅｃ）とした。比較例においては、５リットル／ｍｉｎの軸封シールエアーのみしか供給していないので、この軸封シールに４０℃の温風を使用したとしても、計算上乾燥に必要な時間は約７．６時間である。
比較例においては、上記実施例と同様の子粒子を含んだ分散液を注射器を用いて循環回路管の開孔から供給することとした。すなわち、上記分散液３ｇを１０分間かけてゆっくり注射器を用いて循環回路管の開孔から供給した。そして、その後更に１０分間運転を続けた。
その後、処理粉体排出用の開閉弁を開いたが、製品タンクにはほとんど製品が入っていなかった。そこで、回転盤の回転を止め、前カバーを開くと共に循環回路管も分解した。その結果、回転盤（衝撃ピン）や衝突リングの表面と、循環回路管の内面に母粒子と子粒子がビッシリ付着していることが分かった。
−実施例Ｔ−４−
〔使用装置〕
第１図〜第４図に示した本発明の装置を使用した。各部の寸法等は上記実施例Ｔ−１〜Ｔ−３の場合と同じである。
〔処理粉体〕
・核粒子：イブプロフェン粉末（平均粒子径：７０μｍ）
・被覆材：リン脂質ポリマー（精製水に溶解）
〔処理操作および処理結果〕
先ず、上記核粒子であるイブプロフェン粉末４５ｇを、上記被覆材であるリン脂質ポリマー２重量％を精製水に溶かしたリン脂質ポリマー水溶液２５５ｇ中に投入し、その液（３００ｇ）を株式会社奈良機械製作所製の湿式粉砕機であるマイクロス（ＭＩＣ−０型；「マイクロス」は登録商標）で湿式粉砕処理した。これにより、イブプロフェンが１００ｎｍ程度まで粉砕されると共に、リン脂質ポリマー水溶液中に均一分散された分散液を調製した。
次に、回転盤４の回転速度を１６２００ｍｉｎ−１（１０６ｍ／ｓｅｃ）とし、表２に示した温度および風量の気体（空気）を供給口２３より循環回路管２０内に供給した。また、この気体と同量の過剰の循環気体を図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させた。
続いて、上記調整した分散液をスプレーノズル２２ａより３時間３４分間かけて循環回路管２０内に噴霧した。この際、スプレーノズル２２ａに供給した圧縮空気の流量は３０リットル／ｍｉｎであった。
分散液を噴霧した後、さらに５分間運転を続け、回収した製品を走査形電子顕微鏡で観察した。その結果、イブプロフェンがリン脂質ポリマーでコーティングされならが造粒された平均粒子径１０μｍ以下の複合粒子であることが分かった。
【表２】
2013032002.tif 000004
−比較例２−
上記と同じ分散液を、連続的にスラリーを乾燥し、スラリー中に分散された固形分を一次粒子の大きさで取り出すことができる株式会社奈良機械製作所製の媒体流動乾燥機（ＭＳＤ−１００）に供給し、処理を行った。
この場合、分散液にポリマーを含んでいるため、媒体粒子が完全に分散液でコーティングされてしまい、製品（リン脂質ポリマーでコーティングされたイブプロフェン）を回収することができなかった。
また、上記と同じ分散液を、大川原化工機株式会社製のスプレードライヤー（Ｌ−８ｉ）、また東京理化器械株式会社製の凍結乾燥装置（ＦＤＵ−２１００）を用い、乾燥処理を実施した。
この場合、得られた製品の粒子径は大きく（スプレードライ法でも３０μｍ以上）、上記実施例Ｔ−４と同等の微細な複合粒子を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
以上に説明した本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、液状体の種類に応じて効率よく乾燥または冷却することができ、固体粒子を生産性良く、且つ良好に表面改質処理することができるため、各種化学工業、電気、磁気材料工業、医薬品、化粧品、塗料、食品、ゴム、プラスチックス、窯業等の工業界で使用されている各種固体粒子の表面改質に広く利用することができる。
【図１】
2013032002.tif 000005
【図２】
2013032002.tif 000006
【図３】
2013032002.tif 000007
【図４】
2013032002.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年2月14日(2014.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配設すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と共に処理粉体を誘導・循環させるための循環回路管を、該循環回路管の一方の開口を前記衝突リングの一部に開口させ、他方の開口を前記回転盤の中心付近の前カバーに開口させて設け、上記前カバー、衝突リングまたは循環回路管のいずれかに液状体を供給するスプレーノズルを設けた回分式の固体粒子の表面改質装置において、上記循環回路管の一部に拡径された拡大部を形成し、該拡大部の上流側に位置する上記循環回路管の部分に加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を供給する供給口を設け、該供給口の下流側であって、上記拡大部の途中に位置する上記循環回路管の部分に過剰の循環気体を排出する排気口を設けたことを特徴とする、固体粒子の表面改質装置。
【請求項２】
上記循環回路管の一部に形成された拡大部の拡径の割合が、内径比で１：１．０５〜１：２であることを特徴とする、請求項１に記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項３】
上記循環回路管の容積が、上記衝撃室の容積の０．２〜５倍に形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項４】
上記排気口が上記循環回路管内の気流の流れ方向に対して鋭角に該循環回路管に設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項５】
上記排気口に粉体回収装置が接続されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項６】
上記循環回路管の上流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項７】
上記循環回路管の下流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
【請求項８】
上記請求項１〜７のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体とは別に装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
【請求項９】
上記請求項１〜７のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体に分散させて上記スプレーノズルを介して装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法に関するものである。更に詳しくは、固体粒子の表面に、他の微小固体粒子を液体に分散させた分散液、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液、固体成分の溶融液等（本発明では、これらを総称して「液状体」という）を付着させ、固体粒子に衝撃力を与えると共に、液状体を乾燥または冷却して、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固着防止、変色・変質防止、分散性の向上、流動性の改善、触媒効果の向上、消化・吸収の制御、磁性特性の向上、耐候性の向上等を目的として、粉体の各種表面改質が行われてきた。
この中で、核となる固体粒子（以下、「母粒子」という場合もある）の表面にこの固体粒子よりも小さな他の固体粒子（以下、「子粒子」という場合もある）を埋設または固着して、固体粒子の表面を改質した機能性複合粉体材料を得る方法（以下、「固定化処理方法」という場合もある）、母粒子の表面に子粒子を膜状に固定化して固体粒子の表面を改質した機能性複合粉体材料を得る方法（同、「成膜化処理方法」）、更には金属や樹脂、無機物等の不定形の固体粒子を球形化処理する方法（同、「球形化処理方法」）がある。そして、これらを実施する方法として、例えば、特公平３−２００９号公報、特公平３−７６１７７号公報、特公平４−３２５０号公報、特公平５−１０９７１号公報に開示された高速気流中衝撃法が存在する。
【０００３】
これらの特許公報に開示された高速気流中衝撃法は、ケーシング内にハンマー形またはブレード形の衝撃ピンを周設した回転盤を配置すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、上記衝撃ピンの回転によって発生した気流を、上記衝突リングの内壁の一部に開口する循環口から循環回路を介してケーシングを構成する前カバーの中心部の開口部から衝撃室に誘導・循環させ（自己循環流れ）、該気流と共に処理粉体を繰り返し上記衝撃室と循環回路とを通過させ、衝撃ピンによる機械的打撃および衝突リングへの衝突による衝撃式打撃作用により、短時間（数十秒〜数分間）で均一な粉体処理を行なうものである。
特に日本国特公平５−１０９７１号公報に開示された高速気流中衝撃法は、母粒子の表面に、上記液状体を付着させ、その母粒子に衝撃力を与えると共に、液状体を乾燥または冷却して、母粒子の表面に子粒子を埋設若しくは固着して、または固体成分を膜状に固定化して、固体粒子の表面改質を行うものである。
【０００４】
ここで、上記高速気流中衝撃法は、いずれも完全回分式処理方法である。特に母粒子の表面に子粒子を埋設若しくは固着して、または固体成分を膜状に固定化して、固体粒子の表面改質を行う日本国特公平５−１０９７１号公報に開示の方法においては、積極的に液状体を乾燥させる媒体を装置内に供給する手段がない。そのため、液状体の種類によっては、該液状体の乾燥に長時間を要し、生産性が低く、また表面改質処理されて得られた製品の品質も悪い場合があった。
そこで従来は、衝突リング、循環回路、更には必要に応じて回転盤の内部等をもジャケット構造とし、該ジャケットに加熱媒体を通して加熱する方法が採られていた。また、衝撃室と循環回路に導入する空気や不活性ガスを予め公知の手段で加熱する方法が採られていた。
しかしながら、前者のジャケット構造を用いた加熱方式では、熱交換は間接的な熱伝導を利用したものであることから、加熱効果には限界があった。また後者の場合は、完全回分式の装置であるため、衝撃室と循環回路の中に存在するわずかな量の空気を予め加熱された空気や不活性ガスと置換するだけなので、エネルギー的には不充分なものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平３−２００９号公報
【特許文献２】特公平３−７６１７７号公報
【特許文献３】特公平４−３２５０号公報
【特許文献４】特公平５−１０９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑みなされたものであって、その目的は、液状体の種類に応じて効率よく乾燥または冷却することができ、固体粒子を生産性良く、且つ良好に表面改質処理することができる装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するため、本発明は、次の〔１〕〜〔９〕に記載の固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法とした。
〔１〕衝撃室内に、衝撃ピンを周設した回転盤を配設すると共に、該衝撃ピンの最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて衝突リングを配置し、前記衝撃ピンの回転によって発生した気流と共に処理粉体を誘導・循環させるための循環回路管を、該循環回路管の一方の開口を前記衝突リングの一部に開口させ、他方の開口を前記回転盤の中心付近の前カバーに開口させて設け、上記前カバー、衝突リングまたは循環回路管のいずれかに液状体を供給するスプレーノズルを設けた回分式の固体粒子の表面改質装置において、上記循環回路管の一部に拡径された拡大部を形成し、該拡大部の上流側に位置する上記循環回路管の部分に加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を供給する供給口を設け、該供給口の下流側であって、上記拡大部の途中に位置する上記循環回路管の部分に過剰の循環気体を排出する排気口を設けたことを特徴とする、固体粒子の表面改質装置。
〔２〕上記循環回路管の一部に形成された拡大部の拡径の割合が、内径比で１：１．０５〜１：２であることを特徴とする、上記〔１〕に記載の固体粒子の表面改質装置。
〔３〕上記循環回路管の容積が、上記衝撃室の容積の０．２〜５倍であることを特徴とする、上記〔１〕または〔２〕に記載の固体粒子の表面改質装置。
〔４〕上記排気口が上記循環回路管内の気流の流れ方向に対して鋭角に該循環回路管に設けられていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔５〕上記排気口に粉体回収装置が接続されていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔４〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔６〕上記循環回路管の上流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔７〕上記循環回路管の下流端に液状体を供給する上記スプレーノズルが設けられていることを特徴とする、上記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置。
〔８〕上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体とは別に装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
〔９〕上記〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の固体粒子の表面改質装置を用い、表面改質を行う固体粒子を上記液状体に分散させて上記スプレーノズルを介して装置内に投入し、固体粒子の表面改質を行うことを特徴とする、固体粒子の表面改質方法。
【発明の効果】
【０００８】
上記した本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体を処理粉体を伴って循環する気流中に直接供給して接触させるため、特に子粒子等を含む液状体を効率よく乾燥または冷却することができる。そのため、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質処理する操作を生産性良く、且つ良好に行うことができる装置または方法となる。
【０００９】
また、本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、過剰の循環気体を排出する排気口を設けているため、加熱媒体等を供給しても装置内部の循環気体量を適正値に維持することができる。そのため、装置に付加をかけることなく、加熱媒体等を適正量供給することができる装置または方法となる。
【００１０】
更に、加熱媒体等を供給する供給口を循環回路管に設け、過剰の循環気体を排出する排気口を前記供給口の下流側に位置する循環回路管に設けた装置としたため、該循環回路管が主の乾燥または冷却部となる。そのため、乾燥または冷却がこの部分で良好に行われると共に加熱温度等を制御し易い装置となる。また、循環回路管の一部を拡径して拡大部を形成した装置としたため、該拡大部において循環気体の流速がおち、供給された加熱媒体等との間で熱交換が良好に行われる装置となる。さらに、拡大部を上記供給口の下流側と上記排気口の上流側の間に形成した装置とした場合には、特に加熱媒体等の供給による流速の上昇が生じない装置となる。また、過剰の循環気体を排出する排気口に粉体回収装置を接続した装置とした場合には、排出流体中の粉体を分離回収することができ、排気を清浄なものとすることができる。更に、循環回路管の上流端に小粒子等を含む液状体を供給するスプレーノズルを設け、該スプレーノズルの直ぐ下流側に位置する循環回路管の部分に加熱媒体等を供給する供給口を設け，街供給口の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管の部分に過剰の循環気体を排出する排気口を設けた装置とした場合には、供給した加熱媒体等の媒体と小粒子等を含んだ液状体との間の熱交換は特に効率的になされ、乾燥または冷却処理効率のより高い装置となる。また，このような装置とした場合には，排気口より過剰の循環気体に伴って排出される粒子が少ない装置となる。また、循環回路管の下流端に液状体を供給するスプレーノズルを設けた装置とした場合には、打撃・衝撃を与える直前に固体粒子の表面に子粒子を含む液状体を噴霧することができる装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る固体粒子の表面改質装置の一実施の形態を付帯設備と共に示した正面図である。
【図２】図１に示した装置の側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う部分の拡大断面図である。
【図４】循環回路管の一例を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る固体粒子の表面改質装置および固体粒子の表面改質方法の実施の形態を、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１〜図４において、１は表面改質装置のケーシング、２は図３に示したようにケーシング１の前カバー、３はケーシング１の後カバーである。４はケーシング１内に設けられた高速回転する回転盤、５は回転盤４の外周に所定の間隔を置いて放射状に周設された複数の衝撃ピンである。該衝撃ピン５は、一般にハンマー型またはブレード型のものである。６は回転盤４を回転可能に軸支持する回転軸である。７は衝撃ピン５の最外周軌道面に沿い、且つそれに対して一定の空間を置いて周設された衝突リングである。該衝突リング７は、各種形状の凹凸型または円周平面型のものを用いる。ここで、上記一定の空間は、装置の大きさによっても異なるが、一般的に０．５〜２０ｍｍであることが望ましい。
【００１４】
８は上記前カバー２、後カバー３および衝突リング７によって囲まれた衝撃室である。９は前カバー２の一部を切欠いて設けた処理粉体の排出口である。該排出口９は、場合によっては衝突リング７や後記する循環回路管の一部を切欠いて設けてもよい。１０は前カバー２の中心部付近に開口する固体粒子の衝撃室８への投入口（液状体の衝撃室８への投入口でもある。）である。前記排出口９には開閉弁１１が設けられ、該開閉弁１１はアクチュエーター１２によって開閉される。１３は図１に示したように前記開閉弁１１を介して排出口９に接続された排出管、１４は排出管１３に接続された製品タンク（バグフィルター）である。また前記投入口１０には投入管１５を介して原料ホッパー１６が連設されている。１７は前記投入管１５の途中に設けられた開閉弁（ボールバルブ）である。
【００１５】
２０は、図４に示したように一端が衝突リング７の内壁の一部に開口する循環口２１に接続され、他端が上記固体粒子の投入口１０に接続された循環回路管である。該循環回路管２０は略Ｕ字形状に形成されている。そして、該循環回路管２０の一部（上流側の直線部から曲線部の全域にかけて）は拡径されて拡大部２０ａに形成されている。また、循環回路管２０の容積は上記衝撃室８の容積の０．２〜５倍程度に設計されている。循環回路管２０の容積がこれよりも小さいと液状体を効率よく乾燥または冷却することができない。また、逆にこれよりも大きいと固体粒子等の処理粉体の循環回数が大幅に減るので、表面改質処理に長時間を要することになる。かかる観点から、循環回路管２０の容積は衝撃室８の容積の０．５〜３．５倍に設計されていることがより好ましい。ここで、上記循環口２１は図示した実施の形態に係る装置においては衝突リング７に対して法線方向に設けられている。しかし、該循環口２１は衝突リング７に対して接線方向に設けられていてもよい。また、循環回路管２０の一部における拡径の割合は、内径比で１：１．０５〜１：２が望ましい。また、循環回路管２０の容積は、図示した実施の形態に係る装置においては循環回路管２０の内容積の他、他端が接続された投入管１５の該接続部から投入口１０までの投入管１５の内容積も含まれる。なお、上記拡径の割合は、循環回路管２０内を循環する気体の流速に基づいて決められる。すなわち、衝撃ピン５の回転によって発生する気流のみが流れる循環口２１の直上の循環回路管２０内の気流の速度と、該気流と後記する供給口から供給される加熱媒体等とが合わさって流れる上記供給口以降の循環回路管２０内の気流の速度を、ほぼ同じにしている。
【００１６】
２２ａ，２２ｂは固体粒子である母粒子の表面を改質するために本装置に供給される液状体のスプレーノズルである。本発明において液状体とは、先に定義したように固体粒子の表面改質に用いられる他の微小固体粒子を液体に分散させた分散液、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液、固体成分の溶融液等を言うが、表面改質を行う固体粒子自体も分散した状態で含むものであってもよい。上記スプレーノズル２２ａ，２２ｂは循環回路管２０の上流端と下流端の二箇所にそれぞれ設けられている。これらのスプレーノズル２２ａ，２２ｂは、操作時においてどちらを使用してもよく、また両方を使用してもよい。上記スプレーノズル２２ａ，２２ｂは図示しない液状体の供給装置に接続されている。またこのスプレーノズル２２ａ，２２ｂには液状体を微噴霧するために圧縮空気も供給されている。２３は前記上流端側に設けられたスプレーノズル２２ａの直ぐ下流側に位置する循環回路管２０の部分に設けられた、加熱媒体、冷却媒体または乾燥媒体（本明細書では、これらを総称して「加熱媒体等」という場合もある）を該循環回路管２０内に供給する供給口である。該供給口２３により供給される加熱媒体としては、加熱装置により一定温度に加熱された圧縮空気が挙げられる。冷却媒体としては、冷却装置により一定温度に冷却された圧縮空気、液体窒素・ドライアイス等の冷媒を気化させた低温ガスが挙げられる。また加熱または冷却媒体を必要としない場合には、除湿装置により除湿された圧縮空気を乾燥媒体として使用する。これらのいずれかの媒体を供給する供給装置に、供給口２３は接続されている。なお、この供給口２３は、エジェクター効果によりスプレーノズル２２ａから供給された液状体を速やかに循環回路管２０内の気流の流れに分散させるために、該循環回路管２０に気流の流れ方向に対して鋭角で接続されていることが好ましい。また、スプレーノズル２２ａ，２２ｂも、同様の理由で循環回路管２０に気流の流れ方向に対して鋭角で接続されていることが好ましい。
【００１７】
２４は過剰の循環気体を排出する排気口である。該排気口２４は上記加熱媒体等を供給する供給口２３の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管２０の部分に設けられている。これは、固体粒子等の処理粉体は衝撃ピン５の回転によって発生した気流および供給口２３から供給された加熱媒体等に同伴して循環回路管２０内を循環しているが、次第に気流との速度差が出て遅くなる。そして、固体粒子等の速度が遅くなると、排気口２４から排気される過剰の循環気体と共に排出され易くなる。そこで、なるべく固体粒子等の速度が速いうちに過剰の循環気体を排出するためである。また、循環回路管２０のＵ字形状の部分では、その外周側の管内面に沿って固体粒子等が循環している。そこで、排気口２４は、図４（ａ）に示すように該Ｕ字形状の部分の内周側であって、しかも気流の流れ方向に対して鋭角に循環回路管２０に接続されていることが固体粒子等が抜けにくいことから好ましい。上記排気口２４は、共に図示しない排気管を介して圧縮空気によるエジェクターポンプに接続されている。
【００１８】
上記のような排気口２４の接続方法でも、分散液中の微小固体粒子や噴霧乾燥されて生成した溶液中の固体成分の微小粒子等が、過剰の循環気体と共に排出される可能性がある。そのため、排出管の途中には図示しない粉体回収装置が接続される。この粉体回収装置としては、外面濾過タイプのバグフィルターがよい。この場合、フィルターが固定のものでも回転するものでもよい。フィルターが固定タイプの場合は、フィルターの周囲を囲む外筒付きで逆洗機構を有し、フィルターの材質としては、例えばポリエステルフェルトテフロンラミネート（テフロンは登録商標）が好ましい。フィルターが回転タイプの場合も、フィルターの周囲を外筒が囲む構造で、フィルターの材質としては、例えばポリエステルフェルトテフロンラミネート（テフロンは登録商標）が好ましい。フィルターが回転タイプの場合も、フィルターの周囲を外筒が囲む構造で、フィルターの材質としては、焼結金属（例えばＳＵＳ３１６）が好ましい。
【００１９】
ここで、上記実施の形態においては、液状体を供給するスプレーノズル２２ａ，２２ｂを循環回路管２０に設けている。しかし、スプレーノズル２２ａ，２２ｂを、衝撃室８を画する前カバー２および衝突リング７のいずれかの部分に設けてもよい。また、供給口２３から供給された加熱媒体等を有効に利用して液状体を乾燥等する場合は、排気口２４は、むしろ上記した実施の形態とは逆に循環回路管２０の後流端、すなわち投入管１５との接続部付近に設けることが好ましい。また、過剰の循環気体を循環回路管２０から排気する他の方法としては、該循環回路管２０の一部をフィルター付き配管とする方法がある。具体的には、循環回路管２０の一部に複数の孔を穿ち、その孔の部分を円筒状のフィルターで覆い、フィルターの部分を両端が閉じた円筒で囲むという構造である。上記円筒には排気口２４を設け、上記の場合と同様に排気管を介して圧縮空気によるエジェクターポンプに接続する。この場合、フィルターの内面が固体粒子や微小固体粒子によって目詰まりする可能性がある。そこで、上記円筒の側面に複数の逆洗用の孔を設けて、この孔から定期的に圧縮空気を供給して払い落とす構造とすることが好ましい。この場合、フィルターの材質としては、テフロン織布が好ましい（テフロンは登録商標）。
【００２０】
その他、図において４０は本発明に係る表面改質装置および付帯設備の運転を制御する制御装置である。該制御装置４０によって装置の運転条件を設定し、運転を制御状態で行うと共に、運転中の電流値、回転数、温度等を監視する。
【００２１】
次に、固体粒子（母粒子）の表面を他の微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液を用いて表面改質処理する例を用いて、上記装置の操作方法を説明する。但し、上記装置の操作方法は、この操作方法のみに限定されるものではない。
【００２２】
まず、ケーシング１に設けられた処理粉体排出用の開閉弁１１を閉鎖した状態とする。続いて、図示しない駆動手段によって回転軸６を駆動し、処理すべき母粒子の性質により５ｍ／ｓｅｃ〜１６０ｍ／ｓｅｃの間の適宜な周速度、例えば１００ｍ／ｓｅｃの周速度で回転盤４を回転させる。この際、回転盤４の外周に設けられた衝撃ピン５の回転に伴って急激な空気の気流が生じる。そして、この気流の遠心力に基づくファン効果によって衝撃室８に開口する循環口２１から循環回路管２０を巡って回転盤４の中心部に戻る気流の循環流れ、即ち自己循環の流れが装置内に形成される。
【００２３】
次に、加熱媒体等の供給口２３から母粒子に適した媒体、例えば図示しない加熱装置により例えば６０℃に加熱された熱風を循環回路管２０内に供給する。そして、この熱風により表面改質装置全体を昇温する。熱風の供給量は、熱風の温度、液状体の供給量、処理時間等によって任意に設定することができる。供給口２３から熱風を供給すると共に、この熱風と同量の過剰の循環気体を、図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させる。
【００２４】
次に、一定量の固体粒子、即ち母粒子を原料ホッバー１６から開閉弁１７を開放することにより衝撃室８内に投入する。すると、上記気流の自己循環流れに同伴されて該母粒子は繰り返し循環回路管２０と衝撃室８とを循環する。そして、原料ホッパー１６内に母粒子が残っていないことを確認した後、開閉弁１７を閉じる。
【００２５】
続いて、子粒子が分散した分散液を、それを入れた容器からチューブポンプ等を用いて一定の流量でスプレーノズル２２ａに供給すると共に、該スプレーノズル２２ａに圧縮空気を供給する。すると、上記分散液は循環回路管２０内に噴霧される。スプレーノズル２２ａから循環回路管２０内に供給された分散液は、気流に同伴して循環回路管２０内を移動している母粒子の表面に付着する。
【００２６】
循環回路管２０内には供給口２３から連続的に熱風が供給されている。そのため、分散液が付着した母粒子が再び衝撃室８に戻ってくるまでに分散液の液体は加熱・乾燥作用を受け、概ね分散液中の子粒子のみが母粒子の表面に残る。そして、その表面に子粒子が付着した母粒子は、衝撃室８内において高速回転する回転盤４の多数の衝撃ピン５による瞬間的な打撃作用を受け、また周辺の衝突リング７に衝突して強度の圧縮作用を受ける。そのため、子粒子は母粒子の表面に強固に固定化される。なお、運転条件によっても異なるが、分散液の供給時間は通常数十秒から数分である。
【００２７】
一方、加熱媒体等が供給口２３から供給されることにより過剰となった循環気体は、循環回路管２０に設けられた排気口２４から排出される。この際、図示した実施の形態に係る装置の如く加熱媒体等を供給する供給口２３の下流側であって、且つ比較的上流端側に近い位置の循環回路管２０の部分に排気口２４を設けた場合には、まだこの位置においては循環気体に伴って流れる母粒子の流速は速い。そのため、排出される気体に伴って該排気口２４より系外に出てしまう粒子を少ないものとすることができる。また、排気口２４には粉体回収装置が接続されている。そのため、該粉体回収装置によって粉体粒子は捕捉され、清浄な排気が大気に排出される。また、上記排気口２４からは特に母粒子の表面に付着しなかった子粒子が選択的に気流と共に系外に排出される。そのため、余った子粒子が製品中に残らず、製品の品質の安定性に寄与することができる。
【００２８】
分散液の供給終了後、処理の目的によっても異なるが、必要に応じて数十秒から数分間装置の運転を継続し、子粒子の固定化や膜の均一化、母粒子の球形化等を行うことがある。また、分散液の供給とその後の固定化処理を数回に分けて繰り返し行うこともできる。さらに、母粒子の表面に固定化された子粒子の層の上に、さらに別の子粒子を固定化したり、子粒子を膜状に固定化したりして、多層化された固体粒子を調製することもできる。
【００２９】
以上の固定化作業が終了した後は、処理粉体排出用の開閉弁１１をアクチュエーター１２によって開き、固定化処理された粉体を排出する。この固定化処理された粉体は、衝撃ピン５の回転によってそれ自身に作用している遠心力により短時間（数秒間）で衝撃室８および循環回路管２０から排出口９を介して排出される。そして、排出された粉体は、排出管１３を通って製品タンク（バグフィルター）１４に捕捉される。固定化処理された粉体を排出後、開閉弁１１を閉じ、次の母粒子を計量して原料ポッパー１６に投入する。そして、再び母粒子と小粒子を含む分散液等を装置内に供給し、上記と同様の工程を経て固定化処理された粉体を生産する。なお、これら一連の回分固定化処理操作は、関連機器の動作時間に関連して、予め時限設定された制御装置４０によって制御され、継続運転される。
【００３０】
上述したように、本発明の固体粒子の表面改質装置または表面改質方法は、加熱媒体等を処理粉体を伴って循環する気流中に直接供給して接触させるため、処理粉体、特に子粒子を含む液状体を効率よく乾燥または冷却することができる。そのため、固体粒子の表面に微小固体粒子を埋設若しくは固着して、または固体粒子の表面に固体成分を膜状に固定化して、固体粒子を表面改質処理する操作を生産性良く、且つ良好に行うことができる装置または方法となる。
【００３１】
また、本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、過剰の循環気体を排出する排気口を設けているため、加熱媒体等を供給しても装置内部の循環気体量を適正値に維持することができる。そのため、装置に負荷をかけることなく加熱媒体等を適正量供給することができる装置または方法となる。
【００３２】
本発明の装置または方法を用いて最適に表面改質処理できる代表的な母粒子としては、平均粒子径が０．１〜１００μｍ程度の各種無機物、金属および金属化合物、天然および合成有機物である。また、水等の液体に分散させて使用する子粒子の平均粒子径としては、０．００１〜１０μｍ程度であるが、固体成分の溶質が液体に溶けた溶液や固体成分の溶融液を使用する場合は、固体成分の粒径は問わない。しかし、これらの材料に限定されることなく、各種化学工業、電気、磁気材料工業、医薬品、化粧品、塗料、食品、ゴム、プラスチックス、窯業等の工業界で使用されている各種材料の各組合せ成分に適用することができる。但し、本発明の装置または方法は、特に医薬品やトナー等の処理に適している。
【００３３】
なお、上記した処理方法は、表面改質を行う固体粒子（母粒子）を原料ホッバー１６から開閉弁１７を開放することにより衝撃室８内に投入し、表面改質に用いられる微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液をスプレーノズル２２ａを介して循環回路管２０内に噴霧する構成を採用している。しかしながら、かかる処理方法のみならず、表面改質を行う固体粒子（母粒子）をも、上記微小固体粒子（子粒子）が分散した分散液等の本発明において言う液状体に分散させ、スプレーノズル２２ａ，２２ｂを介して装置内に供給する構成としてもよい。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明の装置を用いた固体粒子の表面改質処理について、従来の装置と比較して具体的に説明する。
【００３５】
−実施例Ｔ−１〜Ｔ−３−
〔使用装置〕
図１〜図４に示した本発明の装置を使用した。なお、各部の寸法等は以下のとおりであった。
・回転盤の直径    ：１２５ｍｍ
・衝撃室の容積    ：０．５３リットル
・循環回路管の容積：１．８３リットル
・循環回路管の内径：２２ｍｍ（拡大部：３３．７ｍｍ）
〔処理粉体〕
・母粒子：ポリスチレン球形粒子（平均粒子径：１０μｍ）
・子粒子：二酸化チタン（平均粒子径：０．２μｍ）
〔処理操作および処理結果〕
回転盤４の回転速度を１５０００ｍｉｎ-1（９８．２ｍ／ｓｅｃ）とし、表１に示した種々の温度および風量の熱風を供給口２３より循環回路管２０内に供給した。また、この熱風と同量の過剰の循環気体を図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させた。
原料ホッバー１６から上記母粒子３０ｇを衝撃室８内に投入した。また、水に上記子粒子を１５重量％分散させた分散液３ｇ（母粒子に対して１０％）をスプレーノズル２２ａより３分間で循環回路管２０内に噴霧した。この際、スプレーノズル２２ａに供給した圧縮空気の流量は３７リットル／ｍｉｎであった。
分散液を噴霧した後、さらに２分間運転を続け、回収した製品を走査形電子顕微鏡で観察した。その結果、何れの実施例においても、子粒子が母粒子の表面に均一に固定化された粒子であることが分かった。
【表１】
2013032002.tif 000009
【００３６】
−比較例１−
〔使用装置〕
株式会社奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステム（ＮＨＳ−０型）を使用した。なお、各部の寸法等は以下のとおりであった。
・回転盤の直径    ：１２５ｍｍ
・衝撃室の容積    ：０．５３リットル
・循環回路管の容積：０．１３リットル
・循環回路管の内径：２２ｍｍ
〔処理粉体〕
・母粒子：ポリスチレン球形粒子（平均粒子径：１０μｍ）
・子粒子：二酸化チタン（平均粒子径：０．２μｍ）
〔処理操作および処理結果〕
回転盤の回転速度は上記実施例と同様に１５０００ｍｉｎ-1（９８．２ｍ／ｓｅｃ）とした。比較例においては、５リットル／ｍｉｎの軸封シールエアーのみしか供給していないので、この軸封シールに４０℃の温風を使用したとしても、計算上乾燥に必要な時間は約７．６時間である。
比較例においては、上記実施例と同様の子粒子を含んだ分散液を注射器を用いて循環回路管の開孔から供給することとした。すなわち、上記分散液３ｇを１０分間かけてゆっくり注射器を用いて循環回路管の開孔から供給した。そして、その後更に１０分間運転を続けた。
その後、処理粉体排出用の開閉弁を開いたが、製品タンクにはほとんど製品が入っていなかった。そこで、回転盤の回転を止め、前カバーを開くと共に循環回路管も分解した。その結果、回転盤（衝撃ピン）や衝突リングの表面と、循環回路管の内面に母粒子と子粒子がビッシリ付着していることが分かった。
【００３７】
−実施例Ｔ−４−
〔使用装置〕
図１〜図４に示した本発明の装置を使用した。各部の寸法等は上記実施例Ｔ−１〜Ｔ−３の場合と同じである。
〔処理粉体〕
・核粒子：イブプロフェン粉末（平均粒子径：７０μｍ）
・被覆材：リン脂質ポリマー（精製水に溶解）
〔処理操作および処理結果〕
先ず、上記核粒子であるイブプロフェン粉末４５ｇを、上記被覆材であるリン脂質ポリマー２重量％を精製水に溶かしたリン脂質ポリマー水溶液２５５ｇ中に投入し、その液（３００ｇ）を株式会社奈良機械製作所製の湿式粉砕機であるマイクロス（ＭＩＣ−０型；「マイクロス」は登録商標）で湿式粉砕処理した。これにより、イブプロフェンが１００ｎｍ程度まで粉砕されると共に、リン脂質ポリマー水溶液中に均一分散された分散液を調製した。
次に、回転盤４の回転速度を１６２００ｍｉｎ-1（１０６ｍ／ｓｅｃ）とし、表２に示した温度および風量の気体（空気）を供給口２３より循環回路管２０内に供給した。また、この気体と同量の過剰の循環気体を図示しないエジェクターポンプにより排気口２４から排出させた。
続いて、上記調整した分散液をスプレーノズル２２ａより３時間３４分間かけて循環回路管２０内に噴霧した。この際、スプレーノズル２２ａに供給した圧縮空気の流量は３０リットル／ｍｉｎであった。
分散液を噴霧した後、さらに５分間運転を続け、回収した製品を走査形電子顕微鏡で観察した。その結果、イブプロフェンがリン脂質ポリマーでコーティングされならが造粒された平均粒子径１０μｍ以下の複合粒子であることが分かった。
【表２】
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【００３８】
−比較例２−
上記と同じ分散液を、連続的にスラリーを乾燥し、スラリー中に分散された固形分を一次粒子の大きさで取り出すことができる株式会社奈良機械製作所製の媒体流動乾燥機（ＭＳＤ−１００）に供給し、処理を行った。
この場合、分散液にポリマーを含んでいるため、媒体粒子が完全に分散液でコーティングされてしまい、製品（リン脂質ポリマーでコーティングされたイブプロフェン）を回収することができなかった。
また、上記と同じ分散液を、大川原化工機株式会社製のスプレードライヤー（Ｌ−８ｉ）、また東京理化器械株式会社製の凍結乾燥装置（ＦＤＵ−２１００）を用い、乾燥処理を実施した。
この場合、得られた製品の粒子径は大きく（スプレードライ法でも３０μｍ以上）、上記実施例Ｔ−４と同等の微細な複合粒子を得ることができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上に説明した本発明に係る固体粒子の表面改質装置または表面改質方法によれば、液状体の種類に応じて効率よく乾燥または冷却することができ、固体粒子を生産性良く、且つ良好に表面改質処理することができるため、各種化学工業、電気、磁気材料工業、医薬品、化粧品、塗料、食品、ゴム、プラスチックス、窯業等の工業界で使用されている各種固体粒子の表面改質に広く利用することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2013032002.tif 000016
2013032002.tif 000017
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