(57)【要約】【課題】球形形状以外の固体状物質についても、該固体状物質が破壊されないための最大高さを予測することが可能となる予測方法を提供する。【解決手段】固体状物質の破壊に必要とされる破壊エネルギＥｃを圧縮試験によって求め、求められた破壊エネルギＥｃ、および該固体状物質の質量ｍを入力デバイス３１および入力部２１を介してコンピュータ２０に入力する。コンピュータ２０は、入力された破壊エネルギＥｃおよび質量ｍを、ｇを重力加速度とする以下の式Ｈｃ＝ｋ×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）に代入し、演算部２２によって演算することによって、ｋが１．０５〜１．５の範囲に、落下時における破壊が生じない最大高さＨｃが存在することを予測する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体状物質が落下によって床面に衝突される時に、該固体状物質において破壊が生じない最大高さＨｃを予測する方法であって、
上記固体状物質の破壊に必要とされる破壊エネルギＥｃを圧縮試験によって求める第１の工程と、
上記第１の工程によって求められた破壊エネルギＥｃを、ｍを固体状物質の質量、ｇを重力加速度とする下記式（１）
Ｈｃ＝ｋ×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）          （１）
に代入する第２の工程とを含むものであり、
ｋが１．０５〜１．５の範囲に最大高さＨｃが存在すると予測することを特徴とする予測方法。
【請求項２】
第１の工程によって得られる破壊エネルギＥｃが、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有さない場合には、１方向についての圧縮試験によって破壊エネルギＥｃを求め、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有する場合には、複数方向についての圧縮試験を行い、最小の破壊エネルギと最大の破壊エネルギとの平均値を破壊エネルギＥｃとして求めることを特徴とする請求項１に記載の予測方法。
【請求項３】
固体状物質の形状が、球形形状、円筒形状、多面体または直方体であることを特徴とする請求項１または２に記載の予測方法。
【請求項４】
固形状物質の形状が球形形状または円筒形状であり、ｋが１．２５〜１．４であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の予測方法。
【請求項５】
固形状物質の形状が立方体または直方体であり、ｋが１．０５〜１．１５であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の予測方法。
【請求項６】
固体状物質が落下によって床面に衝突される時に、該固体状物質において破壊が生じない最大高さＨｃを、コンピュータを用いて予測するためのプログラムであって、
上記コンピュータを、
上記固体状物質の圧縮試験によって求められる破壊エネルギＥｃおよび固体状物質の質量ｍを入力する入力手段と、
入力された破壊エネルギＥｃおよび質量ｍに基づき、かつ、ｇを重力加速度として、
ｘ＝１．０５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
ｙ＝１．５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
を演算する演算手段と、
最大高さＨｃが、ｘ≦Ｈｃ≦ｙの間の値であることを出力する出力手段として機能させることを特徴とする最大高さＨｃを予測するプログラム。
【請求項７】
固体状物質が落下によって床面に衝突される時に、該固体状物質において破壊が生じない最大高さＨｃを予測する予測装置であって、
上記固体状物質の圧縮試験によって求められる破壊エネルギＥｃおよび固体状物質の質量ｍを入力する入力手段と、
入力された破壊エネルギＥｃおよび質量ｍに基づき、かつ、ｇを重力加速度として、
ｘ＝１．０５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
ｙ＝１．５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
を演算する演算手段と、
最大高さＨｃが、ｘ≦Ｈｃ≦ｙの間の値であることを出力する出力手段とを備えていることを特徴とする予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体状物質の落下による衝突等によって、該固体状物質に破壊が生じない最大高さを予測する固体状物質の破壊予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
成形体、粒体、ペレット、錠剤等の固体状物質は、その製造に関わる種々の化学装置内でのプロセスにおいて、装置内での搬送や落下を受ける。そして、これらの固体状物質が化学装置内での落下により装置内の床面等に衝突すると、該固体状物質の破壊が生じることがある。
【０００３】
このような固体状物質の破壊を防止するには、化学装置内で落下が生じる際の落下高さの条件を、破壊が生じない程度に小さくすることが必要であり、固体状物質の落下において破壊が生じないための最大高さの条件（破壊条件）を正確に予測し、その条件に従って化学装置を設計することが求められる。
【０００４】
上記破壊条件を予測する手法については、例えば、非特許文献１の開示がある。上記非特許文献１に開示されている手法では、破壊条件を予測すべき固体状物質を球形形状と仮定したモデルにおいて、公知の物理定理を用いた演算によって破壊条件を算出している。
【０００５】
【非特許文献１】
“Ｐｏｗｄｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，第５１巻，２７７〜２８２（１９８７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記非特許文献１の手法では、破壊条件を予測する固体状物質に対して、該固体状物質を球形形状と仮定したモデルを用いているため、球形形状以外の固体状物質についてはその破壊条件が算出されないといった問題がある。
【０００７】
しかしながら、例えば錠剤等の固体状物質においては、実際の形状が球形形状であるようなことは殆ど無く、図６（ａ）に示すような略円筒形状や図６（ｂ）に示すような略円板形状であることが多い。このような形状の固体状物質では、その形状的な異方性により、落下衝突時における破壊条件もその衝突時の向きによって異なる。したがって、例えば、円筒形状、略円筒形状、立方体、直方体等の球形形状でない固体状物質の破壊条件を求めようとするにあたって、上記非特許文献１に基づいて落下時に破壊が生じない上記最大高さを予測することは不可能である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、球形形状以外の固体状物質についても、落下による衝突等によって破壊がほとんど生じない最大高さを予測する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の予測方法は、上記の課題を解決するために、固体状物質が落下によって床面に衝突される時に、該固体状物質において破壊が生じない最大高さＨｃを予測する方法であって、上記固体状物質の破壊に必要とされる破壊エネルギＥｃを圧縮試験によって求める第１の工程と、上記第１の工程によって求められた破壊エネルギＥｃを、ｍを固体状物質の質量、ｇを重力加速度とする下記式（１）
Ｈｃ＝ｋ×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）          （１）
に代入する第２の工程とを含むものであり、ｋが１．０５〜１．５の範囲に最大高さＨｃが存在すると予測することを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、上記第１の工程において、破壊条件を予測しようとする固体状物質に対して圧縮試験によって破壊エネルギＥｃを求めるため、該固体状物質の形状に球形以外の形状であっても、破壊エネルギＥｃを求めることができる。そして、求まった破壊エネルギＥｃは、第２の工程において、式（１）に代入され、これより上記式（１）における変数ｋが１．０５〜１．５の範囲に最大高さＨｃが存在すると予測される。このため、上記破壊予測方法では、破壊条件を予測しようとする固体状物質の形状がどのような形状であっても、適用が可能となる。
【００１１】
また、上記予測方法では、第１の工程によって得られる破壊エネルギＥｃが、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有さない場合には、１方向についての圧縮試験によって破壊エネルギＥｃを求め、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有する場合には、複数方向についての圧縮試験を行い、最小の破壊エネルギと最大の破壊エネルギとの平均値を破壊エネルギＥｃとして求めることが好ましい。
【００１２】
圧縮試験により破壊エネルギＥｃを求める過程において、固体状物質の形状が異方性を有する場合には、圧縮を行う方向によって求まる破壊エネルギの値に差が生じる。この場合、固体状物質において最も破壊が生じやすい方向についての破壊エネルギを使用して第２の工程における計算を行うことが考えられるが、本発明者の検討によれば、異方性を有する形状の固体状物質については、複数方向についての圧縮試験を行い、最小の破壊エネルギと最大の破壊エネルギとの平均値を破壊エネルギＥｃとして用いることで、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られるとの知見が得られた。したがって、上記の構成により、予測の精度を向上させることができる。
【００１３】
また、上記予測方法では、固体状物質の形状が、球形形状、円筒形状、多面体または直方体であることが好ましい。
【００１４】
また、上記予測方法では、固形状物質の形状が球形形状または円筒形状であり、ｋが１．２５〜１．４であることが好ましい。
【００１５】
固形状物質の形状が球形形状または円筒形状である場合には、上記式（１）においてｋを１．２５〜１．４とした場合に、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られるとの知見が得られた。したがって、上記の構成により、予測の精度を向上させることができる。
【００１６】
また、上記予測方法では、固形状物質の形状が立方体または直方体であり、ｋが１．０５〜１．１５であることが好ましい。
【００１７】
固形状物質の形状が立方体または直方体である場合には、上記式（１）においてｋを１．０５〜１．１５とした場合に、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られるとの知見が得られた。したがって、上記の構成により、予測の精度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１９】
最初に、本実施の形態に係る固体状物質が破壊されないための最大高さを予測する方法の概要を以下に示す。この予測方法は、大別すると、以下の２つのステップによって実行されるものである。
（ア）  破壊条件を予測しようとする固体状物質の、破壊に要するエネルギ（破壊エネルギＥｃ）を圧縮試験により求める。
（イ）  上記（ア）のステップで求まった破壊エネルギＥｃを以下の式（１）に代入し、最大高さＨｃがｋ＝１．０５〜１．５で算出される範囲にあることを予測する。
【００２０】
Ｈｃ＝ｋ×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）    …（１）
本発明の予測方法においては、最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質に対して、（ア）のステップにおける圧縮試験によってその破壊エネルギ（Ｅｃ）が求められる。このため、球形モデルに対する物理公式を用いて破壊条件を算出する従来の方法とは異なり、異方性を有する形状の固体状物質に対しても容易に適用可能である。
【００２１】
本発明で予測可能な固体状物質の形状としては、例えば、球形形状、円筒形状、略円筒形状（図６（ａ）参照）、略円板形状（図６（ｂ）参照）、立方体などの正多面体、直方体等が挙げられる。
【００２２】
尚、ここでいう円筒形状は、上面および下面が平面からなる円である形状に加え、上面および下面が楕円であるような形状や、上面および下面が曲面にて形成されている（ふくらみを有する）ような形状をも含むものとする。本発明において、円筒形状の固体状物質における上下の面の直径（楕円であれば短軸の径）に対する高さの比は、通常、０．２〜５程度であり、好ましくは０．５〜２である。
【００２３】
また、正多面体および直方体としては、正多面体および直方体の頂点や辺がある程度の曲面を形成している形状なども含むものとする。本発明において、直方体形状の固体状物質における短辺に対する長辺の比は、通常、１〜５程度であり、好ましくは１〜２である。但し、本発明において、最大高さＨｃを予測可能な固体状物質の形状は特に限定されるものではない。
【００２４】
次に、（ア）のステップにおける圧縮試験の方法について以下に具体例を挙げて説明する。まず、ここで使用したペレットの形状を図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す。また、各ペレットの寸法、質量、圧縮方向および各ペレットにおける圧縮試験結果等を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
ペレットＡ・Ｂは、図１（ａ）に示すように、球形形状のペレットである。ペレットＣ〜Ｆは、図１（ｂ）に示すように、円柱形形状のペレットである。ペレットＧは、図１（ｃ）に示すように、立方体形状のペレットである。そして、ペレットＨは、図１（ｄ）に示すように、直方体形状（但し、直行する３辺のうち２辺の長さは等しく、かつ等しい長さの２辺を短辺とする）のペレットである。
【００２７】
異方性を有しない形状の固体状物質については、該固体状物質に対して、通常、一つの方向について圧縮試験を行い、この圧縮試験によって破壊が生じるまでに該固体状物質に与えられた総エネルギを該固体状物質の破壊エネルギＥｃとして求める。尚、正多面体等の形状を有する固体状物質（上記例では立方体であるペレットＧ）については、異方性を有しない形状として取り扱うことができる。
【００２８】
ペレットＡを例にして説明すると以下の通りである。すなわち、ペレットＡをｉ方向から圧縮試験にかける（図２参照）と、図３に示すように、該ペレットＡにかける圧縮力（荷重）Ｐが増加するに従って、生じる歪みＸも増大する。そして、破壊点Ｑにおいて、ペレットＡは破壊に至る。このペレットＡの破壊時における圧縮力をＰｃ、歪みをＸｃとする。尚、上記ｉ方向のｉとは、圧縮試験を実施する方向の数を示すものであり、異方性を有さない形状の固体状物質についてはｉ＝１である。
【００２９】
そして、上記図３に示す圧縮力−歪み線図において、斜線ハッチングで示した領域の面積を計算することにより、ペレットＡが破壊に至るまでの間に与えられた総エネルギ、すなわち破壊エネルギＥｃが求められる。尚、同様の方法により、ペレットＢおよびＧの破壊エネルギが求められる。
【００３０】
異方性を有する形状の固体状物質については、該固体状物質に対して異方性の方向ごとに圧縮試験を行い、得られた最大の破壊エネルギと最小の破壊エネルギとの２つの破壊エネルギの平均値を、異方性を有する固体状物質の破壊エネルギとする。
【００３１】
これをペレットＣを例にして説明すると以下の通りである。すなわち、ペレットＣについては、長さ方向および直径方向の両方について圧縮試験にかけることにより、長さ方向および直径方向のそれぞれにおいて個別に圧縮力−歪み線図が求められる。
【００３２】
そして、長さ方向について圧縮試験を行った場合の圧縮力−歪み線図から求められる破壊エネルギＥｃ１（ｉ＝１とする）と、直径方向について圧縮試験を行った場合の圧縮力−歪み線図から求められる破壊エネルギＥｃ２（ｉ＝２とする）とを求める。圧縮力−歪み線図から破壊エネルギを求める方法については異方性を有しない形状の固体状物質の場合と同様である。尚、同様の方法により、ペレットＤ〜Ｆ，Ｈの破壊エネルギが求められる。
【００３３】
ペレットＡ〜Ｈについて、材料試験機（島津製作所製オートグラフＡＧ−１）を用いて上記圧縮試験を行い、求まったＰｃｉ，Ｘｃｉ，Ｅｃｉを上記表１に示している。尚、表１において、異方性を有する形状のペレットＣ〜Ｆ，Ｈについては、試験を行った圧縮方向毎に、求まったＰｃｉ，Ｘｃｉ，Ｅｃｉを記載している。
【００３４】
こうして、各ペレットについての破壊エネルギＥｃｉが求まると、最大の破壊エネルギと最小の破壊エネルギとの２つの破壊エネルギの平均値をペレットの破壊エネルギＥｃと見なす。
【００３５】
ペレットＨについて具体的に説明すると、短辺の２方向と長辺１方向の計３方向についての圧縮試験を行ったところ、短辺の２方向からの圧縮試験が与える破壊エネルギが同一の２．１×１０−２Ｊと最大値を示し、長辺方向からの圧縮試験が与える破壊エネルギが同一の７．２×１０−３Ｊと最小値を示したことから、ペレットＨの破壊エネルギＥｃはこれら２つの平均値である１．４×１０−２Ｊと計算される。
【００３６】
こうして得られた破壊エネルギＥｃ、ペレットの質量ｍ、重力加速度ｇを上記式（１）に代入すると、固体状物質を落下させた時に、該固体状物質を破壊させないための最大高さＨｃは、式（１）においてｋが１．０５〜１．５の範囲の値として存在することが予測できる。
【００３７】
中でも、固体状物質が球形形状、円筒形状、略円筒状であればｋ＝１．３を中心としてｋ＝１．２５〜１．４０の範囲で得られる値に最大高さＨｃがあると予測することができ、立方体、直方体であればｋ＝１．１を中心としてｋ＝１．０５〜１．１５の範囲で得られる値に最大高さＨｃがあると予測することができる。
【００３８】
球形形状および円筒形状であるペレットＡ〜Ｆについて、ｋ＝１．３として求まったＨｃを上記表１に示している。また、立方体および直方体であるペレットＧ，Ｈについては、ｋ＝１．１として求まったＨｃを上記表１に示している。
【００３９】
本発明の予測方法を検証するために、各ペレットについて実際に落下衝突実験を行い、ペレットが破壊に至る際の最小高さ（実測破壊高さ）Ｈｃｅｘを求めた。ここで、破壊実験方法を以下に説明する。
【００４０】
上記落下衝突実験は、図４に示すように、床に置かれた鋼製定盤１１上の高さｈの位置からペレット１０を初期速度０で落下させ、鋼製定盤１１への衝突によるペレット１０の破壊の有無を確認することによって行った。
【００４１】
上記実験を所定の条件（すなわち、高さｈを一定とする）毎に約２０個のペレットについて実験を行い、半数以上のペレットが破壊した場合におけるペレットの高さｈを実測破壊高さＨｃｅｘとした。尚、上記実測破壊高さＨｃｅｘは、ペレットの形状が異方性を有する、有しないに関わらず、１つの値しか求めることができない。このため、表１においては、ペレットＡ〜Ｈの全てについて、１つのＨｃｅｘの値を記載している。
【００４２】
ここで、固体状物質の落下時において、破壊の生じない最大高さと破壊の生じる最小高さとは、当然ながらほぼ一致した値となる。そして、表１の結果からも明らかなように、本発明の方法によって予測された最大高さＨｃの範囲に実測破壊高さＨｃｅｘが属しており、本発明に係る予測方法の正当性が実証された。
【００４３】
尚、本実施の形態に係る予測方法は、例えばコンピュータからなる予測装置において実現することが可能である。
【００４４】
上記予測装置をコンピュータにて実現した場合の構成を図５に示す。上記予測装置として機能するコンピュータ２０は、図５に示すように、入力部２１、演算部２２、出力部２３、制御部２４、ＲＯＭ２５を備えている。
【００４５】
入力部２１は、キーボード等の入力デバイス３１と接続されており、上述の圧縮試験によって求められた固体状物質の破壊エネルギＥｃ、および該固体状物質の質量ｍをユーザが該入力デバイス３１を介して入力した時、これらの破壊エネルギＥｃおよび質量ｍを該コンピュータ２０に取り込むための入力手段である。
【００４６】
演算部２２は、入力された破壊エネルギＥｃおよび質量ｍに基づき、かつ、ｇを重力加速度として、以下のｘ、ｙの値を、
ｘ＝１．０５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
ｙ＝１．５×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）
の式によって演算する演算手段である。
【００４７】
出力部２３は、ディスプレイ等の出力デバイス３２と接続されており、固体状物質が落下によって床面に衝突される時に、該固体状物質に破壊が生じない最大高さＨｃが、ｘ≦Ｈｃ≦ｙの間の値であることを、該出力デバイス３２に表示可能なデータとして出力する出力手段である。
【００４８】
また、制御部２４は、ＲＯＭ２５に記憶されたプログラムに基づいて、上記入力部２１、演算部２２、および出力部２３に、上述の処理を行わせる制御手段である。また、本発明は、上記ＲＯＭ２５に記憶されるプログラム自体をも含むものである。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の予測方法は、以上のように、上記固体状物質の破壊に必要とされる破壊エネルギＥｃを圧縮試験によって求める第１の工程と、上記第１の工程によって求められた破壊エネルギＥｃを、ｍを固体状物質の質量、ｇを重力加速度とする下記式（１）
Ｈｃ＝ｋ×Ｅｃ／（ｍ・ｇ）          （１）
に代入する第２の工程とを含むものであり、ｋが１．０５〜１．５の範囲に最大高さＨｃが存在すると予測する構成である。
【００５０】
それゆえ、上記第１の工程において、破壊条件を予測しようとする（破壊が生じない最大高さＨｃを求めようとする）固体状物質に対して圧縮試験によって破壊エネルギＥｃを求めるため、該固体状物質の形状に球形以外の形状であっても、破壊エネルギＥｃを求めることができる。そして、求まった破壊エネルギＥｃは、第２の工程において、式（１）に代入され、これより上記式（１）における変数ｋが１．０５〜１．５の範囲に最大高さＨｃが存在すると予測される。このため、上記破壊予測方法では、破壊条件を予測しようとする固体状物質の形状がどのような形状であっても、適用が可能となるといった効果を奏する。
【００５１】
また、上記予測方法では、第１の工程によって得られる破壊エネルギＥｃが、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有さない場合には、１方向についての圧縮試験によって破壊エネルギＥｃを求め、上記最大高さＨｃを予測しようとする固体状物質の形状が異方性を有する場合には、複数方向についての圧縮試験を行い、最小の破壊エネルギと最大の破壊エネルギとの平均値を破壊エネルギＥｃとして求めることが好ましい。
【００５２】
圧縮試験により破壊エネルギＥｃを求める過程において、固体状物質の形状が異方性を有する場合には、圧縮を行う方向によって求まる破壊エネルギの値に差が生じる。この場合、複数方向についての圧縮試験を行い、最小の破壊エネルギと最大の破壊エネルギとの平均値を破壊エネルギＥｃとして用いることで、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られ、精度のよい予測が可能になるという効果を奏する。
【００５３】
また、上記予測方法では、固体状物質の形状が、球形形状、円筒形状、多面体または直方体であることが好ましい。
【００５４】
また、上記予測方法では、固形状物質の形状が球形形状または円筒形状であり、ｋが１．２５〜１．４であることが好ましい。
【００５５】
固形状物質の形状が球形形状または円筒形状である場合には、上記式（１）においてｋを１．２５〜１．４とした場合に、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られるとの知見が得られた。それゆえ、予測の精度を向上させることができるという効果を奏する。
【００５６】
また、上記予測方法では、固形状物質の形状が立方体または直方体であり、ｋが１．０５〜１．１５であることが好ましい。
【００５７】
固形状物質の形状が立方体または直方体である場合には、上記式（１）においてｋを１．０５〜１．１５とした場合に、破壊エネルギＥｃと破壊が生じない最大高さＨｃとの間でよい相関関係が見られるとの知見が得られた。それゆえ、予測の精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本実施の形態において圧縮試験および落下衝突試験に用いられたペレットの形状を示す図である。
【図２】本実施の形態において実施された圧縮試験の概要を示す図である。
【図３】上記圧縮試験の結果得られる圧縮力−歪み線図の概要を示すグラフである。
【図４】本実施の形態において実施された落下衝突試験の概要を示す図である。
【図５】本発明の予測方法を実現する予測装置を、コンピュータにて実現した場合の構成を示すブロック図である。
【図６】図６（ａ），図６（ｂ）は、固体状物質の形状例を示す図である。
【符号の説明】
１０    ペレット
１１    鋼製定盤
２０    コンピュータ
２１    入力部（入力手段）
２２    演算部（演算手段）
２３    出力部（出力手段）
２４    制御部
２５    ＲＯＭ
３１    入力デバイス
３２    出力デバイス
【図１】
2004279360.tif 000004
【図２】
2004279360.tif 000005
【図３】
2004279360.tif 000006
【図４】
2004279360.tif 000007
【図５】
2004279360.tif 000008
【図６】
2004279360.tif 000009