(57)【要約】【課題】原料液における組成物の選択の幅を広くすることができ、粒度分布が良好であり、より幅広い粒子径に対応可能で、生産効率を向上させることができる造粒方法、造粒物及び造粒装置を提供することを目的とする。【解決手段】本件発明に係る造粒方法は、連続式インクジェット法を用いて原料液から粒子形成する造粒方法であって、固形分とバインダー成分とを含む原料液を連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に供給し、供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成し、液滴を乾燥させる乾燥手段内に当該液滴を導入し、導入された液滴を乾燥させて造粒物を得ることを特徴とする造粒方法、造粒物及び造粒装置を採用した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続式インクジェット法を用いて原料液から粒子を形成する造粒方法であって、
固形分とバインダー成分とを含む原料液を連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に供給し、
供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成し、
液滴を乾燥させる乾燥手段内に当該液滴を導入し、
導入された液滴を乾燥させて造粒物を得ることを特徴とする造粒方法。
【請求項２】
前記インクジェットノズルから吐出されて形成された液滴をモニタリングしながら、所望の液滴径が形成されるように原料液の吐出状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の造粒方法。
【請求項３】
２以上の前記インクジェットノズルを用いる場合において、各インクジェットノズルから形成される液滴の平均液滴径をノズル毎に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造粒方法。
【請求項４】
前記２以上のインクジェットノズルを用いる場合において、各インクジェットノズルから形成される液滴の成分をノズル毎に変更して液滴を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の造粒方法。
【請求項５】
前記原料液の固形分は無機物又は有機物から選ばれる１以上の成分を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項６】
前記原料液は、５００メッシュ以上のフィルタで粗大粒子を除去して用いることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項７】
前記原料液は粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下として用いることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項８】
前記原料液に増粘剤を添加して用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項９】
前記インクジェットノズルのノズル径は、形成する粒子の粒径に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲のものを選択使用することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項１０】
前記インクジェットノズルからの原料液の吐出は、原料液を前記インクジェットノズル内に一定の速度で連続的に供給し、供給原料液圧により一定速度で吐出させるものであり、
且つ、インクジェットノズル内を通過する原料液流には圧力変動を加えることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項１１】
前記原料液流に加える圧力変動は、ピエゾ素子を用い、このピエゾ素子に印加する電圧を制御することにより圧力を変動させることで行うことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の造粒方法。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の造粒方法を用いて製造され、
平均粒径が５μｍ〜５００μｍであることを特徴とする造粒物。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の造粒方法を行うための造粒装置であって、
貯液部、吐出部、乾燥部、捕集部を連設して配置し、
前記貯液部に蓄えられた原料液は、吐出部に備える１又は２以上のインクジェットノズルに連続供給され、
当該インクジェットノズル内の原料液は、吐出部に備える連続式インクジェット装置によってインクジェットノズルから吐出して液滴を形成し、前記液滴は乾燥部内に導入され、
その導入された液滴が乾燥部内で乾燥し造粒物となり、その造粒物を捕集部に捕集することを特徴とする造粒装置。
【請求項１４】
前記インクジェットノズルのノズル径は、形成する粒子の粒径に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲のものを選択使用することを特徴とする請求項１３に記載の造粒装置。
【請求項１５】
製造される造粒物の平均粒径が５μｍ〜５００μｍの間の所望の平均粒径となるように前記連続式インクジェット装置で原料液の吐出状態を制御することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の造粒装置。
【請求項１６】
形成した前記液滴の液滴径を測定する測定手段を備え、この測定手段による測定結果に応じて所定の液滴径となるように原料液の吐出状態を制御することを特徴とする請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載の造粒装置。
【請求項１７】
前記２以上のインクジェットノズルを用いる場合において、前記連続式インクジェット装置は、インクジェットノズル毎に形成すべき液滴の形状及び／又は成分に応じて原料液の吐出状態を制御することを特徴とする請求項１３〜請求項１６のいずれかに記載の造粒装置。
【請求項１８】
前記貯液部は原料液を撹拌して混合状態を保つ撹拌機構を備え、この撹拌機構によって原料液に含まれる固形分が原料液中に均一分散した状態を保つことを特徴とする請求項１３〜請求項１７のいずれかに記載の造粒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
連続式インクジェット法を用いて原料液から液滴を形成し、その液滴を乾燥させて造粒する造粒方法、造粒物及び造粒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末や顆粒等の粒子を製造する造粒方法の一つとして、原料を含む液体を微細な液滴にして、この液滴を乾燥等により固化させて製造する方法が知られている。そして従来から、高品質の造粒粉を製造する為に、液滴の形成方法や形成された液滴を粒子に変質させる方法等に関する技術が検討されている。
【０００３】
例えば、噴霧乾燥による造粒方法として、特許文献１には、造粒される物質の微粒子がチャンバ内に導入され、この粒子が乾燥運動ガス流中を同伴されながら、造粒液滴の噴霧を加えられることによって造粒する技術が開示されている。そして、特許文献２には、回転噴霧円盤（ディスクアトマイザ）を用いた技術であって、噴霧乾燥室内に連続的に流れる固体粒子分散溶液を、表面張力とディスクの遠心力とを利用して液滴を生成し乾燥させて造粒する技術が開示されている。
【０００４】
また、粉末冶金製品に用いる原料粉末を造粒する際に、特許文献３では、振動させた多孔ノズルからスラリーを排出させることによって分断された状態でスラリーが排出され、この分断されたスラリーを速やかに乾燥させることで、形状を制御した造粒粉を得る技術が開示されている。そして、特許文献４では、平滑で高い撥水性を有する滴下面上にスラリーを滴下し、表面張力により球状又はそれが変形した形状の液滴として保形させつつ乾燥させる技術が開示されている。更に、特許文献５では、インクジェット方式を用いて粒子を製造し、乾燥、焼成させる技術が開示されている。
【０００５】
このようにして造粒粉を製造する技術は、粉末冶金製品、薬品、化粧品、食品等、様々な分野で用いられている。そして、それぞれの用途に応じて、材料、粒径や粒度分布等が異なり、望まれる品質の造粒粉を製造する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−０７０７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−０８２００５号公報
【特許文献３】特開２００４−０２７３１３号公報
【特許文献４】特開平０８−０５９３５２号公報
【特許文献５】特開２００５−１３７９５５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
粉末材料における品質指標として、平均粒径や、粒度分布が挙げられ、平均粒径及び粒度分布が高い精度で制御された高品質造粒物の提供が望まれている。造粒物の粒径の均一性が低く、粒度分布が広くなると以下の点が問題となる。例えば、粒子を含む原料をタンクやホッパーを使用して加工する場合において、いわゆる棚つり現象や凝集が生じるおそれがあり、作業性が悪くなることが多い。また、加工の際に流動性が良い粗粒子のみが製造ラインに流れる一方で流動性の悪い小粒径の粒子がタンク等に残留し、その結果、製品の品質に斑ができる可能性がある。特に、フェライトや誘電体、電池材料等のように、型に充填して焼成・焼結等の体積変化を伴う工程を必要とするものにおいて、原料粉の斑により充填量のバラツキが生じる。充填量のバラツキは、焼成・焼結後の製品のゆがみ、ひび割れ、空孔、及び製品における特性値のバラツキ等の原因となる。そして、上記特許文献１〜特許文献５等の従来技術には以下の課題が挙げられる。
【０００８】
特許文献１の造粒法で粒状材料を作製すると、連続的に流れる造粒液の表面張力だけで粒滴を生成させる為、粒度分布が広くなる傾向がある。また、ノズル径と造粒液の供給量によって粒径の制御を行っているので、粒径制御は可能となるものの、粒度分布は条件によって異なる可能性があり、所望する粒度分布に対して実際の製造品の粒度分布が広くなる点で課題となっている。更に、造粒粉がバグフィルタ等に引き込まれる点も収率の課題となっている。
【０００９】
特許文献２は、連続的に流れる固体粒子分散溶液を、表面張力とディスクの遠心力を利用して液滴を生成させる為、粒度分布が広くなる。そして、ディスクの回転数やスラリーの供給量で粒度分布を制御する為制御が難しく、粒度分布が広くなる課題と合わせて収率の点で課題となる。また、比較的小粒径の造粒物が乾燥と同時にバグフィルタ等に引き込まれる為、収率は更に低下する。
【００１０】
特許文献３の造粒方法及び造粒装置では、多孔ノズルの径が必ずしも一定ではない為、粒度分布が広がりやすい。更に、多孔ノズルを振動させてスラリーを分断して液滴を生成するので、ノズル径が一定であっても孔同士が接近している上にほぼ同じタイミングで液滴が生成される為、多孔ノズルから出てきた液滴同士がくっついてしまい、変形粒子等の生成が避けられず、単分散粒子の収率が課題となる。また、多孔ノズルから排出された液滴を瞬時に乾燥させる為に、多孔ノズルの排出口を液滴を乾燥させる機構と隣接させなければならない。この結果、多孔ノズルの排出口が乾燥状態下に晒されることとなり、特に高温での乾燥状態に晒す場合、多孔ノズル部の劣化が生じうる。更に、液滴の生成の為に、多孔ノズル自体が振動する構成である為、使用に伴う振動による多孔ノズルの損傷や摩耗といった物理的・力学的な劣化が生じる可能性があり、使用過程における多孔ノズルの劣化が課題となる。
【００１１】
特許文献４は、液滴を生成した後、液滴が加熱面を転がることで乾燥して粒子が得られる為、造粒した粒子の変形が課題となる。また、造粒方法に用いる滴下面は、使用に伴って加熱面の撥水性の低下が生じ、安定した球形粒子が得られない可能性がある。更に、大量に粒子を造粒する場合には、加熱された滴下面の熱量が造粒に必要な熱量を満たさなくなる可能性があり、大量生産の点で課題となっている。
【００１２】
特許文献５では、インクとしてエマルションが用いられ、また、インクジェット方式として、ピエゾ方式、サーマルインクジェット方式、バブルジェット(登録商標)方式が挙げられている。サーマルインクジェット方式及びバブルジェット(登録商標)方式は、加熱によって液体が気化する際の気泡のエネルギーでエマルションを噴出させるので、エマルション（インク）に高熱を与えることになり、原料液の組成に影響が出る為に、製造可能な造粒物の種類に制約がある。また、気泡を発生させる程度の加熱に用いるヒータの表面温度が高くなり、ヒータ、インク、インクヘッド等に負担が掛かり、それらの部品の使用過程における劣化が課題となる。一方、ピエゾ方式を用いると、電圧が印加されたピエゾ素子の変形によってエマルションを吐出するとともに、ノズル部分に新たなエマルションが供給されるので、エマルションの粘度が高い場合はインクの供給に必要な圧力がより高くなり、ピエゾ素子の駆動周波数を下げて対応すると、生産量が低下するとともに、所望の液滴の形成が難しく収率が課題となる。また、ピエゾ式のインクジェット装置では、原料液は一度インクジェットノズル内のインク溜りに必ず溜まるので、原料液の成分次第では、短時間でも原料液の流れが止まれば固形分が沈降しノズルが詰まる可能性は高くなる。即ち、材料となる原料液の状態、含有成分、粘度等に制約が多く、造粒可能な組成及び粒径の範囲が狭いことが課題となっている。
【００１３】
本件発明では、任意の粒度分布の形成が可能で、より幅広い粒子径に対応できるとともに、原料液における組成物の選択の幅をより広くすることができ、且つ、生産効率を向上させることができる造粒方法、造粒物及び造粒装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
そこで、本件発明者等は鋭意研究の結果、前記課題を解決するため、以下のような手段を採用した。
【００１５】
本件発明に係る造粒方法は、連続式インクジェット法を用いて原料液から粒子を形成する造粒方法であって、固形分とバインダー成分とを含む原料液を連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に供給し、供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成し、液滴を乾燥させる乾燥手段内に前記液滴を導入し、導入された液滴を乾燥させて造粒物を得ることを特徴としている。
【００１６】
ここで造粒物とは、粉体、粒体等又はこれらの混合物であり、例えば、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、カーボンブラック、二酸化珪素等の無機物、食用粉、樹脂等の有機物等が挙げられ、単一物に限らず、異なる成分の造粒物を複数種類混合した状態のものであってもよい。また、固形分とは、造粒物が形成された状態でも固形分として残る成分である。更に、バインダー成分とは、例えば、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、デンプン、寒天、各種樹脂等が挙げられる。
【００１７】
連続式インクジェット法（コンティニュアスインクジェット法）は、ノズルを通過するインク等の液流に変動圧力が付与され、この変動圧力を受けた状態でノズルから吐出された液流から分離して液滴が形成されることに特徴を有する噴射方法であり、例えば、プリンタ等に採用されている。一般に、連続式インクジェット法では、ノズルにピエゾ素子を備えており、ピエゾ素子に一定周波数の電圧を印加することによってノズルから吐出されるインク等の液流の状態を制御する。即ち、ノズルから間断無く流れ出るインク等の液には、ノズル内を通過する際に、電圧印加されたピエゾ素子により、所定周波数に対応する変動圧力が付与される。この圧力変動によって、インク等の液はノズルから噴射された直後は液滴に分離せずに液流となっていながら圧力差の影響を受けた状態となっており、ノズルの吐出口から所定距離の位置で所望の大きさの液滴に形状が変化するようになっている。本発明では、上述の連続式インクジェット法の液滴の形成方法を、造粒物の粒子形成に適用する。
【００１８】
そして、本発明に係る造粒方法では、前記インクジェットノズルから吐出されて形成された液滴をモニタリングしながら、所望の液滴径が形成されるように原料液の吐出状態を制御することが望ましい。
【００１９】
また、本発明に係る造粒方法では、前記２以上のインクジェットノズルを用いる場合において、各インクジェットノズルから形成される液滴の平均液滴径をノズル毎に設定することが好ましい。
【００２０】
更に、本発明に係る造粒方法では、前記２以上のインクジェットノズルを用いる場合において、各インクジェットノズルから形成される液滴の成分をノズル毎に変更して液滴を形成することが好ましい。
【００２１】
そして、本発明に係る造粒方法では、前記原料液の固形分は無機物又は有機物から選ばれる１以上の成分を含むことが好ましい。ここで、原料液の状態としては、例えば、スラリー、懸濁液、水溶液、エマルション等が挙げられる。
【００２２】
なお、本発明に係る造粒方法では、前記原料液は、５００メッシュ以上のフィルタで粗大粒子を除去して用いることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る造粒方法では、前記原料液は粘度が５００ｍＰａ・ｓ以下として用いることが好ましい。なお、粘度は回転式粘度計を用いて、６２．５ｒｐｍの条件で測定した。ここで、原料液に対する検出限界値以下の粘度については信頼性に欠けるので、下限規定は行わず、少なくとも５００ｍＰａ・ｓを上限とすることを明記しておく。
【００２４】
また、本発明に係る造粒方法では、前記原料液に増粘剤を添加して用いることが好ましい。
【００２５】
更に、本発明に係る造粒方法では、前記インクジェットノズルのノズル径は、形成する粒子の粒径に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲のものを選択使用することが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る造粒方法では、前記インクジェットノズルからの原料液の吐出は、原料液を前記インクジェットノズル内に一定の速度で連続的に供給し、供給原料液圧により一定速度で吐出させるものであり、且つ、インクジェットノズル内を通過する原料液流には圧力変動を加えることが好ましい。
【００２７】
そして、本発明に係る造粒方法では、前記原料液流に加える圧力変動は、ピエゾ素子を用い、このピエゾ素子に印加する電圧を制御することにより圧力を変動させることで行うことが好ましい。
【００２８】
そして、本発明の造粒物は、上記のいずれかに記載の造粒方法を用いて製造され、平均粒径が５μｍ〜５００μｍであることを特徴としている。ここでの平均粒径は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）にて撮影した造粒物のフェレ径を測定し、測定結果から個数平均粒径を算出して得られるものである。
【００２９】
また、本発明に係る造粒装置は、上記のいずれかに記載の造粒方法を行うための造粒装置であって、貯液部、吐出部、乾燥部、捕集部を連設して配置し、前記貯液部に蓄えられた原料液は、吐出部に備える１又は２以上のインクジェットノズルに連続供給され、当該インクジェットノズル内の原料液は、吐出部に備える連続式インクジェット装置によってインクジェットノズルから吐出して液滴を形成し、前記液滴は乾燥部内に導入され、その導入された液滴が乾燥部内で乾燥し造粒物となり、その造粒物を捕集部に捕集することを特徴としている。
【００３０】
そして、本発明の造粒装置では、前記インクジェットノズルのノズル径は、形成する粒子の粒径に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲のものを選択使用することが好ましい。
【００３１】
また、本発明の造粒装置では、製造される造粒物の平均粒径が５μｍ〜５００μｍの間の所望の平均粒径となるように前記連続式インクジェット装置で原料液の吐出状態を制御することが好ましい。
【００３２】
更に、本発明の造粒装置には、形成した前記液滴の液滴径を測定する測定手段を備え、この測定手段による測定結果に応じて所定の液滴径となるように原料液の吐出状態を制御することが好ましい。
【００３３】
そして、本発明の造粒装置では、前記２以上のインクジェットノズルを用いる場合において、前記連続式インクジェット装置は、インクジェットノズル毎に形成すべき液滴の形状及び／又は成分に応じて原料液の吐出状態を制御することが好ましい。
【００３４】
更に、本発明の造粒装置では、前記貯液部は原料液を撹拌して混合状態を保つ撹拌機構を備え、この撹拌機構によって原料液に含まれる固形分が原料液中に均一分散した状態を保つことが好ましい。ここで、混合状態の原料液とは、原料液の成分が沈殿等により偏らずに混ざり合っている状態である。
【発明の効果】
【００３５】
造粒方法：本発明に係る造粒方法は、連続式インクジェット法を用いて原料液から粒子を形成する造粒方法であって、固形分とバインダー成分とを含む原料液を連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に供給し、供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成するので、連続式インクジェット法を用いることにより、形成される液滴の大きさを所望の大きさに精度良く揃えることが可能となり、乾燥前に液滴径を揃えることができる。そして、液滴を乾燥させる乾燥手段内に当該液滴を導入し、導入された液滴を乾燥させて造粒物を得るので、粒度分布がシャープな造粒物を製造することができる。従って、本発明に係る造粒方法で製造した造粒物は、所望の平均粒径に揃い、且つ所望の粒度分布とすることができるので、製品を高品質に保つために有効であるとともに、後工程における分級等の工程を省くことが可能となり製造コストの点でも有効である。
【００３６】
更に、例えば、ピエゾ式のインクジェット装置では、原料液（インク等）が一度インクジェットノズル内のインク溜まりに必ず溜まるので、原料液の成分次第では、短時間でも原料液の流れが止まれば固形分が沈降しノズルが詰まる可能性は高くなるが、連続式インクジェット法では、圧力が変動した状態で付与された原料液が、連続してノズルから吐出した後に液滴を形成する。従って、他のインクジェット法に比べて、原料液とノズルからの吐出状態との関係の制約が少なく、ノズル径や原料液の固形分、粘度等の選択の幅を広く持つことが可能であり、幅広い種類の造粒物を製造することができる。また、連続式インクジェット法を用いることにより、原料液から液滴を形成するタイミングを制御することができるので、形成された液滴同士がくっつかないようなタイミングで吐出させることができ、規格外の造粒物の発生を抑止できる。従って、高い収率で造粒物を製造できるとともに、分級等、造粒物の粒径を整えるための工程を行う必要がなく、生産効率が良く、経済的に造粒することができる。また、インクジェットにより液滴を形成し、造粒することで粒径の揃った造粒物が得られることは前述の通りであるが、形成された液滴の液滴径をモニタリングしながら、所望の液滴径が形成されるように原料液の吐出状態を制御することにより、造粒物の粒径を更に精度良く造粒できる。
【００３７】
造粒物：本発明に係る造粒物は、上記造粒方法を用いて造粒され、平均粒径が５μｍ〜５００μｍであるので、固形分とバインダー成分とを含む原料液から製造される造粒物は、幅広い範囲の粒径に対応し、且つ、粒度分布がシャープな造粒物となる。特に、小粒径であっても粒度分布がシャープな造粒物とすることができる。
【００３８】
更に、形成すべき液滴の形状及び／又は成分に応じてインクジェットノズル毎に吐出機能が制御されると、任意の粒度分布に対応した造粒物や、混合物からなる造粒物となる。
【００３９】
造粒装置：本発明に係る造粒装置は、上述の造粒方法を行うための造粒装置であって、貯液部、吐出部、乾燥部、捕集部を連設して配置し、前記貯液部に蓄えられた原料液は、吐出部に備える１又は２以上のインクジェットノズルに連続供給され、当該インクジェットノズル内の原料液は、吐出部に備える連続式インクジェット装置によってインクジェットノズルから吐出して液滴を形成し、形成した液滴は乾燥部内に導入され、その導入された液滴が乾燥部内で乾燥し造粒物となり、その造粒物を捕集部に捕集するので、乾燥前に液滴の大きさを精度良く揃えることができて、粒度分布がシャープな造粒粉を容易に製造できる。
【００４０】
また、各インクジェットノズルから形成される液滴の液滴径をノズル毎に制御することにより、得られる造粒物の粒径を制御できるので、高収率となるだけでなく、分級等のような造粒物の粒径を整えるための工程を行う必要がないので、生産効率が良く経済的に造粒することができる。また、分級を行う場合であっても、規格外品の発生が少ないので廃棄量を抑えることが可能となり、経済的且つ環境にも配慮できる。そして、形成した液滴の液滴径を測定する測定手段を備え、この測定手段による測定結果に応じて所定の液滴径となるように原料液の吐出状態を制御すれば、より精度良く造粒物を所望の粒径に揃えることができる。
【００４１】
更に、２以上のインクジェットノズルを用いた場合、任意の液滴の形状及び／又は成分に応じてインクジェットノズル毎に吐出機能を制御すると、粒径及び／又は成分が異なる場合でも所望の配合比率や粒度分布を有する造粒物を一括して製造することができる。例えば、大粒径の物質同士の隙間を小粒径の物質で埋めるような状態にして高い充填率が望まれる粉体の場合、粒径の異なる粉体が混ざっている状態が好ましく、粒度分布がシャープでなくても、適正な粒度分布の粉体であることが望まれる。従って、例えば、粒度分布が正規分布となる造粒物や、複数のピークを有する粒度分布の造粒物等、予め設定した造粒物を一括して製造することができるので、製造すべき粒度分布に応じて分級したり、あるいは異なる粒径の粉体等を配合する工程が必要なく、造粒物を容易に効率良く製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明に係る造粒方法、造粒物及び造粒装置の最良の実施の形態に関して説明する。
【００４３】
［造粒方法］
本件発明に係る造粒方法は、連続式インクジェット法を用いて原料液から粒子を形成する造粒方法であって、以下の工程を含むものである。
工程１：連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に固形分とバインダー成分とを含む原料液を供給し、供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成する。
工程２：液滴を乾燥させる乾燥手段内に当該液滴を導入する。
工程３：導入された液滴を乾燥させることにより粒子を形成する。
工程４：形成された粒子を捕集する。
以下、工程毎に説明する。
【００４４】
工程１：工程１では、連続式インクジェット装置の１又は２以上のインクジェットノズル内に固形分とバインダー成分とを含む原料液を供給し、供給された前記原料液を前記インクジェットノズルから吐出させることにより液滴を形成する。
【００４５】
原料液は、固形分とバインダー成分とを含み、この固形分は無機物又は有機物から選ばれる１以上の成分を含むものである。無機物の例としては、金属、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、カーボンブラック、二酸化珪素等が挙げられる。また、有機物としては、食用粉、樹脂等が挙げられる。また、バインダー成分の例としては、ＰＶＡ、デンプン、寒天、各種樹脂等が挙げられる。そして、原料液の状態としては、例えば、スラリー、懸濁液、水溶液、樹脂等の疎水性物質を水に分散させたエマルション等が挙げられる。なお、この原料液は混合状態でインクジェットノズル内に供給される。
【００４６】
また、５００メッシュ以上のフィルタで粗大粒子を除去して原料液を用いると、粗大粒子によるインクジェットノズルの目詰まりを防ぐことができる。ここで、５００メッシュ未満のフィルタでは、インクジェットノズルに詰まりやすい大きさの粗大粒子を除去することができない。そして、６００メッシュ以上のフィルタを使用して粗大粒子を除去して用いることがより好ましい。
【００４７】
また、この原料液の粘度は５００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。原料液の粘度が５００ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が高すぎて原料液がインクジェットノズルから吐出されにくくなる。そして、原料液の粘度に応じて、インクジェットノズルのノズル径や原料液に加える圧力を調整する。
【００４８】
更に、原料液には、増粘剤を添加して用いることが好ましい。原料液の粘度が５００ｍＰａ・ｓを超えない範囲で増粘剤を添加することで、固形分の沈降を防ぐことができ、原料液（スラリー等）の分散性を安定させることができる。特に、小粒径のものを造粒する場合には、ノズル径を小さくしたり、固形分量を下げたりする必要がある。この場合に、原料液の粘度は低い傾向にあるので、増粘剤によって好適な粘度に調製し、原料液の分散性をより安定したものとすることができる。また、原料液中の固形分が少ない場合には、原料液の分散性の均一化を図ることができ、品質の安定した造粒物が得られる点から好ましい。更に、比重の大きい固形分を原料液中に含む場合には、増粘剤によって、固形分を安定的に分散させる効果を奏する。なお、増粘剤としてはアクリル酸ポリマー、デンプン、キサンタンガム、ポリエチレングリコールジステアレート等が使用できる。
【００４９】
連続式インクジェット装置は、インクジェットノズルから吐出される原料液の吐出状態を制御する手段としてピエゾ素子（圧電素子）を備えている。ピエゾ素子は、印加する電圧に応じて伸張が変化する。このピエゾ素子の性質を利用して、ピエゾ素子に所定周波数の電圧を印加することによりピエゾ素子の駆動周波数を制御すると、ピエゾ素子の伸張変化に応じて、インクジェットノズル内に供給された原料液への圧力が加減変動される。この結果、原料液は、途切れない状態でありながらも一定間隔で液滴として分離しやすい様な状態でインクジェットノズルから吐出される。その後、液流から分離して液滴が形成される。
【００５０】
即ち、インクジェットノズル内に一定速度で連続的に供給された原料液は、その供給原料液圧によって一定速度で連続的に吐出される。このとき、インクジェットノズル内を通過する原料液流に対して、ノズルから吐出する前に圧力変動を加えることにより、吐出後に原料液流から分離することにより液滴が形成されるので、結果として所定速度で所定の大きさの液滴を形成するのである。
【００５１】
上述の連続式インクジェット法では、インクジェットノズルから吐出される原料液への圧力の強弱を調整することにより、原料液を所望のタイミングで液滴として分離させることができる。従って、インクジェットノズルのノズル径と、このノズル径に応じてピエゾ素子に印加する電圧及びその周波数を制御すれば、所望の大きさの液滴として分離するように原料液を吐出し、液滴径が揃った液滴を形成することができる。
【００５２】
ここで、形成される液滴の大きさは、原料液の粘度とノズル径及びピエゾ素子の駆動周波数によって制御される。更に、ピエゾ素子の上限駆動周波数は、インクジェットノズルのノズル径と射出速度に基づいて算出され、おおよそ５ＫＨｚ〜７２０ＫＨｚの範囲が可能であり、単位時間あたりの液滴形成量を多くできるのが特徴である。また、連続式インクジェット法の場合、吐出段階で液滴を形成するピエゾ方式と比べると、インクジェットノズルのノズル径の制約が少なく、より広い範囲のノズル径を用いることができる。また、原料液は、貯液部からノズルまで留まることなく流通するので、原料液に含まれる固形分がノズルに詰まりにくくなり、原料液の組成物の選択の幅を広くすることができる。
【００５３】
なお、インクジェットノズルのノズル径は、造粒すべき造粒物の粒径に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲で設定する。インクジェットノズルのノズル径が２０μｍ未満であると、小さすぎて固形分を含む原料液が吐出されにくくなり実用に適さない。一方、インクジェットノズルのノズル径を１２０μｍより大きくすると吐出量が多くなり、その結果、液滴が大きくなり、次の乾燥手段に導入しても好ましい形状に維持したままでの乾燥が難しく造粒が困難となる。
【００５４】
また、原料液をインクジェットノズルから吐出させる際の吐出速度は、所定の速度となるように原料液に応じて調整する。即ち、インクジェットノズルのノズル径と、原料液の粘度と、インクジェットノズル内に供給される原料液の供給速度を制御することによって一定速度で原料液が吐出されるように調整する。
【００５５】
また、形成された液滴をモニタリングしながら、所望の液滴径が形成されるように原料液の吐出状態を制御すれば、より精度良く粒径が揃った高品質な造粒物を製造することができる。即ち、連続式インクジェット法を用いても、原料液の微妙な固形分、粘度等の原料液の性状の変化によって、造粒物の粒径が僅かに変動することがあると考えられる。この変動に対応し、より高精度に液滴径を一定に保つために、形成された液滴径をモニタリングしながら、液滴の形成条件を最適化することが有効である。また、製造途中で生じた不具合等に伴う液滴の異変等を早期に発見可能となり、製造ロスを抑えることができる。なお、モニタリングの方法は、インクジェットノズルの吐出口側にＣＣＤカメラ等を配置する例が挙げられる。
【００５６】
ここで、液滴の生産能力を考えると、連続式インクジェット方式は１のインクジェットノズルあたりの生産能力は小さいが、複数のインクジェットノズルを設ければ、生産性の課題を解決できる。なお、２以上のインクジェットノズルを用いて液滴を形成する場合、単一の粒径を複数のインクジェットノズルで形成することで、生産量を上げることが可能となるだけでなく、造粒物の粒径を均一に揃えることができるので、品質の揃った造粒物の収率向上を実現できる。
【００５７】
一方、各インクジェットノズルから吐出する液滴の成分及び／又は形状をノズル毎に変更して液滴を形成すべく、インクジェットノズル毎に吐出状態を制御することも可能である。この場合、インクジェットノズル毎に、ノズル径、ピエゾ素子への印加電圧、ピエゾ素子の駆動周波数等の液滴形成の条件を変えて吐出状態を制御すれば、任意の粒度分布を形成する造粒物を一括して製造したり、混合物を一括して製造でき、異なる成分及び／又は形状の造粒粉を混合する工程を省くことができる。
【００５８】
工程２：液滴を乾燥させる乾燥手段内に当該液滴を導入する。ここで、インクジェットノズルから吐出されて形成された液滴の吐出方向は安定しているので、インクジェットノズルから液滴を乾燥手段内に的確に導入できる。
【００５９】
工程３：導入された液滴を乾燥させることにより造粒する。即ち、乾燥手段は、液滴を造粒物に変質可能な程度に乾燥させられるものであり、例えば、乾燥チャンバ等容器内の雰囲気撹拌をする気流発生手段等を備えることができる。この乾燥手段内に導入された液滴は、気流と乾燥気体と温度等により乾燥されて造粒物に変化する。
【００６０】
工程４：工程３で造粒された造粒物を捕集部に捕集する。例えば、サイクロン分級機等の捕集手段を用いて集められた造粒物を容器に収容する。
【００６１】
［造粒物］
本件発明に係る造粒物は、上述の造粒方法を用いて造粒されたものである。上記造粒方法を用いて、粒径や粒度分布等、造粒物の任意の条件に合わせてインクジェットノズルの駆動機構を制御することによって、任意の大きさに揃った液滴を形成した後に乾燥して造粒する。こうして製造された造粒物は、粒径の大きさを問わずシャープな粒度分布の造粒物となる。そして、この造粒物は、原料液の固形分、粘度、固形分の粒径等の特性及び、インクジェットノズル径の調整と、ピエゾ素子への印加電圧及びピエゾ素子の駆動周波数の制御によって、平均粒径が５μｍ〜５００μｍの間の任意の大きさの造粒物が製造される。即ち、形成する液滴を制御する因子が多いので、シャープな粒度分布を維持したままで、幅広い粒径の造粒物を製造することができ、特に、細かい平均粒径の造粒物の製造において好適な粒度分布とすることが可能となる。なお、粒径のバラツキを抑えた高品質な造粒物とするには当該造粒物の平均粒径は、より好ましくは１５μｍ〜５００μｍ、更に好ましくは２０μｍ〜４００μｍの間の所望の平均粒径となるように制御することが好ましい。
【００６２】
［造粒装置］
本件発明に係る造粒装置は、貯液部、吐出部、乾燥部、捕集部を連設して配置している。
【００６３】
貯液部は、調整された原料液を吐出部に送る為に原料液を蓄えるものであり、この貯液部から後述する吐出部へ原料液を伝送されるように配管されている。貯液部は、原料液を蓄えることができて密封可能な容器と、原料液を撹拌して混合状態を保つ撹拌機構とを備え、この撹拌機構によって原料液に含まれる固形分が原料液中に分散され混ざり合った状態を保つものが好ましい。これにより、原料液に含まれる固形分の沈殿を防ぎ、成分に斑のない液滴を円滑に形成することができる。また、固形分の多い原料液がインクジェットノズル内に詰まることを防ぐことができる。
【００６４】
ここで、貯液部に入れる原料液は予め、５００メッシュ以上のフィルタで粗大粒子を除去したものが好ましい。そこで、予めフィルタで粗大粒子を除去したものを貯液部に供給しても良いが、貯液部に原料液を入れる投入口に上述のフィルタを備えても良い。
【００６５】
また、インクジェットノズルに原料液を供給可能に接続されている貯液部を加圧し、インクジェットノズルからの吐出した原料液の減少量に応じて、インクジェットノズル内に自ずと原料液が供給される構成にすれば、インクジェットノズル内への原料液の供給速度は原料液の吐出速度と同期し、ポンプ等の原料液注入手段が不要となる。
【００６６】
なお、２以上のインクジェットノズルを備え、異なる成分の物質からなる混合物を製造したい場合は、複数の貯液部を備え、各貯液部が各インクジェットノズルに対応して連設された構成としても良い。
【００６７】
吐出部は、インクジェット装置を備えている。インクジェット装置は、１又は２以上のインクジェットノズルと、インクジェットノズルから吐出される原料液の吐出状態を制御するためのピエゾ素子（圧電素子）と、このピエゾ素子に電圧を加える為のインクジェットノズル駆動機構とを備えている。そして、インクジェットノズルは貯液部から原料液が供給可能に連設されている。このインクジェットノズルのノズル径は、造粒する造粒物の粒径又は粒度分布に応じて２０μｍ〜１２０μｍの範囲のものを選択使用する。そして、造粒物の平均粒径が５μｍ〜５００μｍの間の所望の平均粒径となるように連続式インクジェット装置で原料液の吐出状態を制御する。即ち、インクジェットノズル駆動機構の制御によって、ピエゾ素子に所定周波数の電圧を印加すると、ピエゾ素子が当該駆動周波数に対応して伸張が変化して、インクジェットノズル内に供給された原料液への圧力が変動する。これにより、原料液が一定間隔で液滴として分離しやすい様な状態でありながらも分離せずにインクジェットノズルから吐出される。
【００６８】
そして、ピエゾ素子は素子自体を冷却する機構を備えていない場合は高熱には耐えられないので、吐出部は乾燥部の外部に配置さる。しかし、例えば、乾燥部が常温乾燥等のピエゾ素子が耐えうる温度での乾燥を採用する場合や、冷却機構が備わったピエゾ素子を配置した吐出部の場合は、当該乾燥部内に吐出部を配置しても良い。なお、インクジェットノズルは吐出方向を決めやすいので、吐出部が乾燥部の外方に配置されていても、インクジェットノズルから吐出されて形成された液滴が、後述する乾燥部に設けられている開口に向けて進行する位置関係となるように吐出部と乾燥部とを配置することにより、当該開口に向けてインクジェットノズルから液滴を的確に導入できる。
【００６９】
ここで、インクジェットノズルから吐出された後に原料液流から分離して形成された液滴が、所定の方向に進行するように、液滴に偏向電圧が付与される構成とすれば、容易に液滴の進行方向を調整でき、より確実に液滴を乾燥部へ導入することができる。従って、乾燥部の設置位置は吐出部の直下に限定されず、乾燥部を下方に配置する場合も、ノズルと乾燥部の微調整は偏向電圧によって行うことができる。また、乾燥部に液滴を入れない時は、液滴回収用の容器に入るように、液滴に偏向電圧を付与すれば、回収容器に集められた原料液を再度利用することができて無駄がない。
【００７０】
なお、ディスクアトマイザ方式等の従来の造粒方法では、液滴を形成する装置が乾燥機構内部の熱や乾燥状態の環境下に吐出口が設けられているが、本件発明に係る造粒方法では、液滴を形成するインクジェットノズルを乾燥部内に配置する必要がないので、インクジェット装置が熱や乾燥の影響を受けにくくなり、使用によって経時劣化しにくい装置とすることができる。また、インクジェット装置を乾燥装置の外部に設置できることによって、連続式インクジェット装置の点検や修理を行う場合に、インクジェットノズル部分のみの動作を停止して作業することができるので、乾燥部において液滴の乾燥工程を停止する必要がなく、生産性の低下を極力抑えることができる。
【００７１】
更に、形成された液滴の液滴径を測定する測定手段を備え、この測定手段による測定結果に応じて所定の液滴径となるように原料液の吐出状態を制御する手段を備えていれば、液滴径をより高精度に制御可能となる。測定には、例えば、ＣＣＤカメラ等を用いることができる。インクジェットノズルの吐出口の側部にＣＣＤカメラを配置し、インクジェットノズルのピエゾ素子の駆動周波数に同期したストロボを使用して、ＣＣＤカメラで撮影して計測する。計測結果が、所望の液滴径から外れる場合は、インクジェットノズル駆動機構の制御によって、所望の液滴径となるように制御する。このように、形成された液滴径を計測してモニタリングしながら、所望の液滴径となるようにインクジェットノズルの吐出状態を制御すれば、より高精度に液滴径を揃えることが可能となり、結果として、造粒物の粒径を高精度に揃えることができる。
【００７２】
乾燥部は、液滴を収容する容器本体を、液滴を造粒物に変質可能な程度の乾燥状態に保つ手段と、容器内の雰囲気撹拌をする気流発生手段等を備えるものが考えられる。結果として、導入された液滴を乾燥部内において形状を保ちつつ造粒物に変質させる機構を備えていれば良い。
【００７３】
捕集部は、乾燥部内で乾燥した造粒物を捕集する機構であり、例えば、サイクロン分級機等の捕集手段と、この捕集手段により集められた造粒物を収容する捕集容器とを備えている。そして、例えば、乾燥部内の造粒物を吸引する等の方法により、造粒物を収集する。このとき、捕集部内外の気圧差を適切に設定することで収率低下を防ぐことができる。
【００７４】
以下、実施例及び比較例を示して本件発明を具体的に説明する。なお、本件発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【実施例１】
【００７５】
造粒装置：図１は本発明に係る実施例における造粒装置の概略図である。実施例１における造粒装置は、図１に示すように、貯液部（圧力容器１、撹拌子２、マグネチックスターラー３）と、吐出部（インクジェットノズル部４、インクジェットノズル駆動用交流発生装置５）と、乾燥部（乾燥室６、乾燥機構７）と、造粒物を捕集する捕集部（サイクロン８、造粒物捕集容器９）と、造粒物のうちの微細な粉体を捕集するバグフィルタ１０及び微粉捕集容器１１とからなるものとした。
【００７６】
貯液部は、原料液を蓄えることができて密封可能な容器（圧力容器１）と、撹拌機構としてマグネティックスターラー３とを備え、当該マグネチックスターラー３上に、容器（圧力容器１）を配置した。そして、容器内には原料液と共に撹拌子２を入れた。なお、本実施例では、１の貯液部を設けた例を示したが、２以上のインクジェットノズルを備え、異なる成分の物質からなる混合物を製造したい場合は複数の貯液部を備え、各貯液部が各インクジェットノズルに対応して連設された構成としても良い。
【００７７】
吐出部は、複数のインクジェットノズル（不図示）を備えるインクジェットノズル部４と、インクジェットノズルの駆動条件を制御するインクジェットノズル駆動用交流発生装置５とを備えるものとした。各インクジェットノズル部４には、それぞれピエゾ素子（不図示）を備えており、インクジェットノズル駆動用交流発生装置５からピエゾ素子に一定周波数の電圧を印加することによってピエゾ素子の伸張状態を変化させる。貯液部から供給される原料液が連続してインクジェットノズル内を流通するが、この原料液流がノズル内を通過する際に、ピエゾ素子の伸張状態の変化によって原料液流に所定周期の圧力を付与し、これにより原料液流に対し圧力変動が加わり、原料液は、間断無く吐出方向に進行しながら、設定した大きさの液滴に分離する様な状態で吐出する。
【００７８】
なお、形成された液滴の液滴径を測定する測定手段として、インクジェットノズルの吐出口の側部にＣＣＤカメラを配置し、インクジェットノズルのピエゾ素子の駆動周波数に同期したストロボを使用して、ＣＣＤカメラで撮影して計測するものとした。この測定手段による測定結果に応じて所定の液滴径となるように原料液の吐出状態を制御する手段を備えていれば、液滴径をより高精度に制御可能となる。計測結果が所望の液滴径から外れる場合は、インクジェットノズル駆動機構によって、原料液の吐出速度、原料液への印加電圧、ピエゾ素子の駆動周波数等の条件を調整して所望の液滴径となるように制御した。
【００７９】
乾燥部は、高さ２ｍの気流乾燥装置とし、この気流乾燥装置には、インクジェットノズルから吐出される原料液の進行方向において開口する開口部（不図示）を設け、この開口部から導入された液滴を、乾燥温度と風量を制御した環境下で乾燥させて造粒物となる。
【００８０】
捕集部は、サイクロン８と、このサイクロン８により取り出された造粒物を収容する造粒物捕集容器９とを備えており、矢印Ｐの方向に流れる気流により、造粒物が搬送される構成とした。また、より厳密な品質管理を行うことができ、また工業上の安全性を保つために、サイクロン８で捕集できなかった小さな造粒物は、連接されている微粉捕集装置（バグフィルタ１０）によって更に捕集され微粉捕集容器１１に集められるようした。
【００８１】
造粒装置を用いた造粒方法：次に、上記造粒装置を用いて、造粒物として平均粒径が１００μｍとなるようにＭｎ−Ｍｇ−Ｓｒフェライト前駆体を製造する場合を用いて造粒方法を説明する。まず、原料液を用意した。容積４０リットルのビーズミルに水を２５リットル投入し、次いで原料として、酸化鉄（ＩＩＩ）１５．５３ｋｇと四三酸化マンガン８．９０ｋｇと、水酸化マグネシウム０．５７ｋｇと、炭酸ストロンチウム０．７２ｋｇとを投入した。なお、バインダー成分として固形分１０ｗｔ％のＰＶＡを２５０ｇ加えた。更に分散剤として、固形分６０ｗｔ％の特殊ポリカルボン酸高分子界面活性剤を２７５ｇ添加し、２時間粉砕混合を行い、調製したスラリーを６３５メッシュのステンレス製の網でろ過し、粗大粒子を取り除いて原料液を作製した。なお、この原料液の固形分量は５０ｗｔ％であり、粘度は１００ｍＰａ・ｓである。
【００８２】
続いて、上記原料液と、マグネチックスターラー３用の撹拌子２とを圧力容器１内に入れ、密封した後、圧力容器１内に圧縮空気を送り込むことによって加圧した。なお、撹拌子２が同封された原料液中では、マグネチックスターラー３によって撹拌子２が回転して、原料液が常に撹拌され、固形分が原料液中に分散された混合状態を維持した。
【００８３】
ここで、製造すべき造粒物の平均粒径を１００μｍとし、インクジェットノズルのノズル径は、原料液の粘度等の条件に応じて６０μｍに設定した。また、インクジェットノズル駆動用交流発生装置から、ピエゾ素子に対して、周波数７０ＫＨｚ、振幅５Ｖの正弦波の交流電圧を印加するように設定した。
【００８４】
混合状態の原料液は、吐出部のインクジェットノズル内に供給され、この原料液には、周波数７０ＫＨｚ、振幅５Ｖの正弦波の交流電圧が印加されたピエゾ素子から変動圧力が付与されてインクジェットノズルから吐出する。この結果、インクジェットノズルの吐出部から原料液が吐出される際には連続していながらも、一定間隔で原料液が分離して液滴となるような状態で吐出される。
【００８５】
この時、原料液は１０ｍ／ｓの一定速度で吐出されるように、供給する原料液への圧力を貯液部において調整した。なお、液滴の噴出速度は、前述の通り、インクジェットノズルの吐出口側部に配置したＣＣＤカメラによりインクジェットノズルのピエゾ素子の駆動周波数に同期したストロボを使って撮影して計測した。
【００８６】
インクジェットノズルの吐出口から吐出した原料液から形成された液滴は、次に、前記乾燥部の開口部に向けて一定速度で飛ばされる形で誘導されて、開口部から乾燥部内に導入された。このように連続式インクジェット装置ならノズルから吐出した液滴の進行方向を制御できるので、開口部に的確に液滴を導入できる。こうして乾燥部に導入された液滴は、乾燥温度３００℃、風量４ｍ３／ｍｉｎの環境下で乾燥して造粒物となる。
【００８７】
乾燥部での乾燥により造粒された粒子は、熱風の排出口に設置したサイクロン８を用いて造粒物捕集容器９に捕集された。更に、サイクロン８で捕集できなかった微粉は微粉捕集装置（バグフィルタ１０）を用いて捕集し、微粉捕集容器１１に収集した。この結果、ほとんどの造粒物が造粒物捕集容器９に捕集されており、微粉捕集容器１１には、造粒物はほとんど捕集されていなかった。
【００８８】
本実施例１において造粒物捕集容器９に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）を、ＳＥＭにて撮影し、フェライト前駆体（造粒物）１００個のフェレ径を測定した。平均粒径（個数平均粒径）Ｄと標準偏差σは測定した乾燥物のフェレ径よりそれぞれ算出し、ＣＶ値は標準偏差σ／平均粒径Ｄとして算出した。この結果、フェライト前駆体（造粒物）の平均粒径はＤ＝９９．７μｍ、粒径の標準偏差はσ＝１２．５μｍ、ＣＶ値は（σ／Ｄ）＝０．１３となった。得られたフェライト前駆体（造粒物）の粒度分布図を図２に示す。
【実施例２】
【００８９】
造粒装置：実施例２の造粒装置は、実施例１と比べて、吐出部においてノズル径が異なる複数のインクジェットノズルを設けている点で異なり、吐出部以外は実施例１と同じ構成である。従って、貯液部、乾燥部、捕集部の説明は割愛する。
【００９０】
吐出部に備えるインクジェットノズル部４は、ノズル径が６０μｍのものと、ノズル径が４０μｍのものとを同じ割合で備える構成とした。インクジェットノズルから吐出する原料液の吐出方法は実施例１と同様であるが、形成される液滴の大きさは、原料液の粘度とノズル径及びピエゾ素子の駆動周波数によって制御されるので、ノズル径の違いによって差が生じる。
【００９１】
造粒装置を用いた造粒方法：次に、上記造粒装置を用いて、実施例１と同様のＭｎ−Ｍｇ−Ｓｒフェライト前駆体（造粒物）を製造する場合を用いて造粒方法を説明する。原料液は、実施例１と成分が同じで粘度１００ｍＰａ・ｓであるものを用意した。
【００９２】
続いて、上記原料液と、マグネチックスターラー３用の撹拌子２とを圧力容器１内に入れ、密封した後、圧力容器１内に圧縮空気を送り込むことによって加圧した。なお、撹拌子２が同封された原料液中では、マグネチックスターラー３によって撹拌子２が回転して、原料液が常に撹拌され、固形分が原料液中に分散された混合状態を保つ。
【００９３】
ここで、各インクジェットノズルのノズル径は、製造すべき造粒物の粒度分布と、原料液の粘度等の条件に応じて６０μｍと４０μｍとを同じ割合で設定した。また、インクジェットノズル駆動用交流発生装置５から、ピエゾ素子に対して、５Ｖ、７０ＫＨｚの電圧を印加するように設定した。なお、前記測定手段によって測定された液滴の吐出状態によっては、ピエゾ素子の駆動周波数の微調整が必要となるが、ピエゾ素子の上限駆動周波数は、インクジェットノズルのノズル径と射出速度に基づいて算出し、７２０ＫＨｚとした。
【００９４】
混合状態の原料液は、吐出部のインクジェットノズル内に供給される。この原料液は、１０ｍ／ｓの一定速度で吐出されるように、供給する原料液への圧力を調整した。なお、液滴の吐出状態は実施例１と同様にＣＣＤカメラを利用して計測した。
【００９５】
ノズル径が異なるインクジェットノズルの吐出口から吐出した原料液から形成される液滴は、異なる大きさの液滴をそれぞれ形成した後、乾燥部の開口部に向けて一定速度で飛ばされる形で誘導されて、開口部から同じ乾燥部内に導入される。当該液滴は、乾燥温度３００℃、風量４ｍ３／ｍｉｎの環境下で乾燥させて造粒物とした。
【００９６】
乾燥部で造粒された造粒物は、熱風の排出口に設置したサイクロン８を用いて造粒物捕集容器９に捕集した。更に、サイクロン８で捕集できなかった微粉は微粉捕集装置（バグフィルタ１０）を用いて捕集し、微粉捕集容器１１に収集した。この結果、ほとんどの造粒物は造粒物捕集容器９に捕集されており、微粉捕集容器１１には、造粒物はほとんど捕集されていなかった。
【００９７】
本実施例２で造粒物捕集容器９に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）を、ＳＥＭにて撮影し、フェライト前駆体（造粒物）１００個のフェレ径を測定した。平均粒径（個数平均粒径）Ｄと標準偏差σは測定した乾燥物のフェレ径よりそれぞれ算出し、ＣＶ値は標準偏差σ／平均粒径Ｄとして算出した。造粒物捕集容器９に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）の粒度分布図を図２に示す。この結果、１００μｍと７６μｍ付近にピークがある粒度分布のフェライト前駆体（造粒物）が得られ、フェライト前駆体（造粒物）の平均粒径はＤ＝９０．５μｍ、粒径の標準偏差はσ＝１４．９μｍ、ＣＶ値は（σ／Ｄ）＝０．１６となった。即ち、任意に設定したノズル径に応じた粒度分布を示す造粒粉を製造できると言え、設計に応じた粒度分布を備える造粒粉を、簡易な工程で製造することができる。
【実施例３】
【００９８】
造粒装置を用いた造粒方法：実施例３では、実施例１と比べ、原料液中の固形分量が異なる例である。即ち、実施例１と同じ造粒装置を用いて、実施例１と同様のＭｎ−Ｍｇ−Ｓｒフェライト前駆体（造粒物）を製造した。従って、実施例３の造粒装置は、実施例１と同じ構成であるので、造粒装置の説明は割愛する。
【００９９】
まず、原料液を用意した。容積４０リットルのビーズミルに水を２５リットル投入し、次いで原料として酸化鉄（ＩＩＩ）３．１１ｋｇと、四三酸化マンガン１．７８ｋｇと、水酸化マグネシウム０．１１４ｋｇと、炭酸ストロンチウム０．１４４ｋｇとを投入した。なお、バインダー成分として固形分１０ｗｔ％のＰＶＡを２５０ｇ加えた。更に、分散剤として、固形分６０ｗｔ％の特殊ポリカルボン酸高分子界面活性剤を２７５ｇと、増粘剤として粉末のキサンタンガムを１２５ｇ添加した。そして、２時間粉砕混合を行い、調製したスラリーを６３５メッシュのステンレス製の網でろ過し、粗大粒子を取り除いて原料液を作製した。この結果、原料液の固形分量は１６．７ｗｔ％であり、粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。
【０１００】
続いて、上記原料液と、マグネチックスターラー３用の撹拌子２とを貯液部内に入れ、密封した後、貯液部内に圧縮空気を送り込むことによって加圧した。なお、撹拌子２が同封された原料液中では、マグネチックスターラー３によって撹拌子２が回転して、原料液が常に撹拌され、固形分が原料液中に分散された混合状態を維持した。
【０１０１】
ここで、各インクジェットノズルのノズル径は、製造すべき造粒物の粒度分布と、原料液の粘度等の条件に応じて６０μｍに設定した。また、インクジェットノズル駆動用交流発生装置５から、ピエゾ素子に対して、５Ｖ、７０ＫＨｚの電圧を印加するように設定した。
【０１０２】
そして、混合状態の原料液は、貯液部と連結された吐出部に供給される。吐出部のインクジェットノズル内に供給された原料液は、１０ｍ／ｓの一定速度で吐出されるように、供給する原料液への圧力を調整した。なお、液滴の噴出速度は実施例１と同様にＣＣＤカメラを利用して計測した。
【０１０３】
インクジェットノズルの吐出口から吐出した原料液から形成された液滴は、前記乾燥部の開口部に向けて一定速度で飛ばされる形で誘導されて、開口部から同じ乾燥部内に導入される。当該液滴は、乾燥温度３００℃、風量４ｍ３／ｍｉｎの環境下で乾燥して造粒物となる。
【０１０４】
乾燥により得られた造粒物は、熱風の排出口に設置したサイクロン８を用いて造粒物捕集容器９に捕集した。更に、サイクロン８で捕集できなかった微粉は微粉捕集装置（バグフィルタ１０）を用いて捕集し、微粉捕集容器１１に収集した。この結果、ほとんどの造粒物は造粒物捕集容器９に捕集されており、微粉捕集容器１１には、造粒物はほとんど捕集されていなかった。
【０１０５】
本実施例３で造粒物捕集容器９に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）を、実施例１及び実施例２と同様に、ＳＥＭにて撮影し、フェライト前駆体（造粒物）１００個のフェレ径を測定した。造粒物捕集容器９に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）の粒度分布図を図２に示す。この結果、７８μｍにピークがある粒度分布のフェライト前駆体（造粒物）が得られ、フェライト前駆体（造粒物）の平均粒径はＤ＝７８．３μｍ、粒径の標準偏差はσ＝１３．３μｍ、ＣＶ値は（σ／Ｄ）＝０．１７となった。
【０１０６】
本実施例３では、実施例１に比べて、固形分が少ない原料液を用いたが、粒径の標準偏差、ＣＶ値ともに実施例１と同等の結果が得られた。このことから、増粘剤としてキサンタンガムを添加したので、固形分の沈降を防ぐことができ、固形分が少ない原料液を用いて製造する場合に、増粘剤が有効であると言える。従って、５００ｍＰａ・ｓを超えない範囲で増粘剤を加えることによって、品質の安定した造粒物が得られるのである。
【比較例】
【０１０７】
比較例として、実施例１と同じ原料液を作成し、ノズルアトマイザ方式（比較例１）とディスクアトマイザ方式（比較例２）とを用いて造粒し、実施例１と比較する。
［比較例１］
比較例１は、実施例１と同様である乾燥温度３００℃、風量４ｍ３／ｍｉｎの環境下の乾燥機構を用い、この乾燥機構内にノズルアトマイザを備えて、乾燥機構内で液滴を生成した。即ち、乾燥機構外部から供給された実施例１と同じ原料液を、乾燥機構内部に配置された二流体ノズルから圧縮空気を用いて原料液を噴霧し液滴を形成し、乾燥機構において気流により液滴を循環させて造粒物に変質させて造粒した。そして、乾燥機構で乾燥されて造粒された造粒物は熱風の排出口に設置したサイクロンを用いて捕集し、微粉捕集容器に捕集した。更に、サイクロンで捕集できなかった微粉は微粉捕集装置（バグフィルタ）を用いて捕集し、微粉捕集容器に収集した。このとき微粉捕集容器には全造粒物の重量（造粒物捕集容器に捕集された造粒物の重量＋微粉捕集容器に捕集された造粒物の重量）のうち１５％が捕集されていた。
【０１０８】
比較例１にて造粒物捕集容器に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）を実施例と同じ方法で測定した結果、平均粒径はＤ＝８６．８μｍ、粒径の標準偏差は、σ＝３８．２μｍ、ＣＶ値は（σ／Ｄ）＝０．４４となった。比較例１で得られた造粒物の粒度分布図を図３に示す。
【０１０９】
［比較例２］
比較例２では、実施例１と同じ原料液を使用し、乾燥温度３００℃、風量４ｍ３／ｍｉｎの環境に保たれた乾燥機構内に配置されたディスクアトマイザを回転させて、乾燥機構に外部から供給された原料液を回転するディスクの上に滴下して、ディスクの遠心力で飛散させて液滴を形成し、気流により液滴が乾燥機構内を循環させて造粒物に変質させて造粒し、造粒された造粒物を捕集機構で捕集した。そして、乾燥機構での乾燥により造粒された造粒物は熱風の排出口に設置したサイクロンを用いて造粒物捕集容器に捕集した。更に、サイクロンで捕集できなかった微粉は微粉捕集装置（バグフィルタ）を用いて捕集し、微粉捕集容器に収集した。このとき、微粉捕集容器は全造粒物の重量（造粒物捕集容器に捕集された造粒物の重量＋微粉捕集容器に捕集された造粒物の重量）のうちの２５％が捕集されていた。
【０１１０】
比較例２で造粒物捕集容器に捕集されたフェライト前駆体（造粒物）を実施例と同じ方法で測定した結果、平均粒径はＤ＝４２．９μｍ、粒径の標準偏差はσ＝２３．４μｍ、ＣＶ値は（σ／Ｄ）＝０．５４となった。比較例２で得られた造粒物の粒度分布図を図３に示す。
【０１１１】
［比較例３］
実施例１と同じ原料液、貯液部、及び乾燥手段を使用し、実施例１で連続式インクジェット法を用いた部分をピエゾ式のインクジェットノズルに変えた。即ち、比較例３では、ピエゾ素子の駆動により、インクジェットノズルから液滴が吐出するとともに、ノズル内に原料液が導入されるのである。このインクジェットノズルは４０μｍのノズル径のものを縦２０個、横１２８個並んだものを使用し、前記ピエゾ素子は周波数８ＫＨｚ、振幅８０Ｖの正弦波の交流電圧を印加し、液滴が形成されるようにした。液滴の吐出速度はインクジェットノズルの側部に配置したＣＣＤカメラによりインクジェットのピエゾ素子の駆動周波数に同期したストロボを使って撮影して計測し、１０ｍ／ｓとなるように調整した。造粒された造粒物を捕集機構で収集する。
【０１１２】
上記条件にて実施した結果、造粒を始めて数十秒後にほぼ全てのノズルが詰まり、造粒物が得られなかった。この結果、ピエゾ式のインクジェット装置では、原料液は一度インクジェットノズル内のインク溜りに必ず溜まるので、原料液の成分次第では、短時間でも原料液の流れが止まれば固形分が沈降しノズルが詰まる可能性は高くなり、本件発明の造粒方法で使用可能な原料液の条件では、液滴が形成できないと言える。
【０１１３】
［実施例と比較例との対比］
実施例及び比較例で得られた粒子の平均粒径Ｄ、標準偏差σ、ＣＶ値（σ／Ｄ）を表１に示す。標準偏差に着目すると、比較例１ならびに比較例２に比べ、実施例の標準偏差が小さくなっている。即ち、比較例に比べ実施例は粒度分布がシャープな粉体特性を備えることが理解できる。更に、ＣＶ値については、比較例１ならびに比較例２に比べ実施例の値が小さい。即ち、実施例は比較例１ならびに比較例２に比べて、粒径のバラツキが少ない極めて粒度分布がシャープな造粒物であることが言える。
【０１１４】
【表１】
2007216213.tif 000003
【０１１５】
なお、本実施例及び比較例では、フェライト前駆体（造粒物）の製造を例示したが、これに限定されるものではなく、この他に例えば、各種金属粉、酸化物、食用粉、医薬、肥料、色材、感光材、香料、化粧料等、粒径及び粒度分布の管理が重要となる造粒物に好適である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本件発明の造粒方法、造粒物及び造粒装置では、連続式インクジェット法を用いて、インクジェットノズル毎に原料液から形成される液滴の段階で大きさを制御した後に、乾燥機構に液滴を導入して乾燥させることにより造粒するので、粒径を幅広い範囲で制御可能でありながら幅広い組成物においてシャープな粒度分布を持った造粒物や、任意の粒度分布を形成する造粒物を精度良く製造することができる。これにより製造工程を短縮でき、且つ生産ロスの少ない造粒方法にすることができる。また、複数種類の成分からなる造粒物も一括して造粒可能であり、更に、固形分とバインダー成分とを含む原料液から造粒するので、幅広い種類の造粒物の製造コストを削減することができる。従って、製造工程を短縮するとともに高収率を実現する造粒方法、造粒物及び造粒装置は、様々な分野で利用できる。
【０１１７】
特に、フェライトキャリアの造粒に用いる場合は、粒径を揃え、粒度分布を狭くすることで、キャリアに起因する画像欠陥を軽減でき、高画質が期待できる。即ち、所望する粒径以下の微粒子の含有量を減らすことでキャリア飛散及びそれに起因する白斑、感光体ドラム上に発生する傷による白スジ等の画像欠陥を軽減することができる。更に、従来の造粒方法により製造された造粒粉では、所望の粒度分布とする為に分級を複数回行う必要があったが、本発明の造粒方法を用いれば造粒時に所望の粒度分布を意図的に制御可能となり、分級工程を省くことができ、製造コストの面で効果を奏する。
【０１１８】
また、一般に、造粒時にバインダーの添加量を増量し、各用途に応じて適切な焼成・焼結を行えば、バインダー成分がＣＯ２、Ｈ２Ｏ等のガスとして抜けた空孔により焼成・焼結後の造粒物の接触反応界面面積を大きくすることができる。従って、本発明の造粒方法を用いて造粒物を製造する際、及び、その後工程において、バインダー成分の性能や添加量の条件を含む造粒条件ならびに焼成・焼結等の条件を適切に設定すれば、粒径が大きくても接触反応界面面積を大きくでき、酸化還元等の化学的反応を行う場合の活性を高めることができる。これにより、微粒の粉体による棚つり現象や凝集といった取り扱い性の課題を解決しながら、反応性の良い造粒物の製造が可能となり、誘電体や電池材料に用いる原料粉や、高水溶性が求められる造粒物等を造粒する場合に有効である。更に、本発明の造粒方法では、任意の複数の粒径からなる造粒物を製造できるので、粒子間の空隙を埋めるような粒度分布にすることで、充填量を増加させることが可能になる。このように、取り扱い性を改善し、比表面積と充填量の増大を同時に実現することで、今まで以上に高い性能の誘電体・電池材料の創出が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】実施例１の造粒装置の概略図である。
【図２】実施例１〜実施例３の粒度分布を示す図である。
【図３】比較例１及び比較例２の粒度分布を示す図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１    ・・・・圧力容器
２    ・・・・撹拌子
３    ・・・・マグネティックスターラー
４    ・・・・インクジェットノズル部
５    ・・・・インクジェットノズル駆動用交流発生装置
６    ・・・・乾燥室
７    ・・・・乾燥機構
８    ・・・・サイクロン
９    ・・・・造粒物捕集容器
１０    ・・・・バグフィルタ
１１    ・・・・微粉捕集容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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