最良の技術を、多彩な分野へ

TSK TECHNICAL REVIEW

TSK技報
no.15
2011 Spring
TSK TECHNICAL REVIEW

技報

2011
SpringNo . 15
月島機械株式会社

論文

電子ビーム溶接技術―溶け込み深さに及ぼす溶接因子の影響―

工業晶析装置
技術紹介
www. ts k -g . c o . j p

圧搾ブロー脱水機
TSK-MTIミキサシリーズ
ボールトン振動機械

月島機械株式会社

目次
4

巻頭言

ニッチからコア技術へ
執行役員 産業事業本部 プラント計画部 副担当役員（ICAプロジェクト担当） 下田啓二

6

論文 1

電子ビーム溶接技術―溶け込み深さに及ぼす溶接因子の影響―
11

工業晶析装置20

丸山 昭夫

TSK 特許紹介
コーヒーブレイク 月島茶房

塩の話
39

山口 良二

技術紹介 3ボールトン振動機械
34
38

樋上 隆至・島田 純

技術紹介 2

TSK-MTIミキサシリーズ
30

津崎 裕也

技術紹介 1

圧搾ブロー脱水機
25

岩下 雅樹

論文 2

Part 2

会社概要・編集後記

No.15 2011

CONTENTS
4

Foreword

6

Paper1SHIMODA Keiji, EXECUTIVE OFFICER
INDUSTRIAL BUSINESS DIVISIONElectron Beam Welding Technology-Effects of Welding Parameter on Penetration DepthIWASHITA Masaki

11

Paper2

Industrial Crystallizer
20

Technology Introduction1

25

Technology Introduction2

Squeeze and Blow dehydrator
TSK-MTI Mixer
30

HIGAMI Takashi / SHIMADA Jun

YAMAGUCHI Ryoji

Technology Introduction3

Boulton Vibratory Machines
表紙の写真

TSUZAKI Hiroya

34

Patent of TSK

38

Coffee Break39

Corporate Profile / Editor’s Note

MARUYAMA Akio

兵庫県の世界遺産に登録されている、姫路城の春の風景

TSK 技報 2011 no.15

3

巻 頭 言ニッチからコア技術へ
戦後の日本の産業の発展に伴い、環境問題が当社の初期の結晶缶は製糖用の蒸発型結晶

加工の対象は自動車、航空機、重電機器、原子生じた。これは生産や製造の過程で排出される廃缶であり、撹 拌 機は無く、自然 循 環により晶出さ

力、宇宙等多岐にわたっているが、現在は液晶 パ

棄物による環境汚染の問題であり、公害問題としせるものであった。製糖から、製塩、硫安、芒硝、

ネル製造用のアルミチャンバの溶接が主体となって産業廃棄物の少量化、無害化という対策が施さ

尿素、樹脂原料と晶析技術の適用分野を広げ、ている。今後さらに求められる先端分野に向けたれてきた。21 世紀に入り、新たな環境問題として気それぞれに適した結晶缶を開発してきた。これら

溶接技術の開発に発展させたい。

候変動問題が注目を集めている。気候変動の原の中には今回の論文で紹介しているDP 結晶缶

因としては、二酸化炭素に代表される温室効果ガ（Double Propeller）や 当 社 技 報 No.12「 高 純

年に市川工場製造部門から分社化された月島テスの増加であると言われている。二酸化炭素の問度 PDCB 製造プロセスと溶融精製技術」の中でクノマシナリー（TSTM）に引き継がれている。

題は本質的にはエネルギー問題であり、究極的に紹 介した TSK 4C システム（Counter Current

技術を売る会社として、当社ではニッチに応えるは実質的に二酸化炭素を排出しない代替 エネル

Cooling Crystallization）があり、当社のヒット商

独自技術の強化が必要である。晶析に限らず濾過・ギーの確保が出来るかということになる。

品となっている。

執行役員
産業事業本部
プラント計画部 副担当役員（ICA プロジェクト担当）

欧米を中心に様々な実験や設備建設を通して培ったコア技術を適用し、時代の要請に応えるべ

晶析技術に関する実績が積み上げられてきたが、制をとっている。そのためほとんどの製品が一品ごと

く、産業廃棄物対策としての焼却設備や排煙脱現在に至っても設計手法、スケールアップ手法にの受注生産となっている。本号の技術紹介にある、ただきテストを実施して、最適な装置を提案する体硫設備を、二酸化炭素対策としての汚泥の燃料確立した理論はない。当社は常にパイロットテスト

圧搾ブロー脱水機、ミキサー、振動篩、ミルも同様

化設備や木質系 バイオマスのエタノール製造設を実施し、過飽和度、核発生、成長速度などの設にテストを実施して最適な装置を提案している。

当社は 1905 年の創業当時は、製糖機械の輸計因子を確認しながら、過去の実績 データをベースに設計する手法をとっている。

時代の要請に応えて、当社の技術の適用分野
は変遷してきた。我々が直面している地球環境問

入、据え付けと調整から始まり、製糖機械の製作

また、近年ではリチウムイオン二次電池関連の題やエネルギー問題は困難な課題を投げかけらへと入っていった。製糖プロセスは、蒸発、晶析、研究にも取り組んでおり、今後の成果が期待される。

れているが、ニッチからコア技術へと研鑽を重ね、分離、濾過、乾燥という要素技術の総合力を必要

当社は製糖機械に続き、鉄骨、橋梁、鉄管、貯とした。これらの要素技術は現在では当社のコア

蔵タンク等を創業当初に製作・納入しているが、技術となって数々の商品群を構成している。しかし

当時は金属材料同士を接合する場合は鍛接や機ながら当時はコア技術という意識はなく、製糖とい

械的接合（ボルトやリベット）によっていた。各種機

うニッチな分野の事業で培った技術を、その後参能材料の開発に対応した溶接方法が開発され、入した製塩事業を最初のステップとして、化学、石

当社は溶接加工技術を身につけていった。

油化学、鉄鋼、上下水等の事業を通して進化、高度化させることになった。

4 TSK 技報 2011 no.15

分離・乾燥等においてもお客様からサンプルをいこれらの環境問題に対して、当社はこれまでに備を開発し、世に送り出している。

下田啓二

溶接技術を中心とした当社の製造技術は 2001

これらの課題に取り組んでいきたい。

機械部品の精密溶接を行う為に導入した電子
ビーム溶接で、自社の製品のみならず、各種業界

本号では、そのニッチな分野から当社のコア技における高付加価値製品を受託加工している。真術となった晶析技術と、製糖機械や鉄管の製作、

空中で加速した電子ビームを被加工物に照射する

そして鉄骨や橋梁の建設から始まった当社の溶接ことにより溶接を行うため、溶接による歪みが抑え技術を紹介する。

られ生産性が向上する。こうした特長により、受託

TSK 技報 2011 no.15

5

論文

1

タングステンが使用されている。また、大気中で加熱した場合、容易に酸化し、フィラメントが劣化するため、高真空中で加熱する必要がある。

電子ビーム溶接技術

2.1.2 電子の加速―溶け込み深さに及ぼす溶接因子の影響―

150kV）を印加して加速される。電圧が高いほど、電子の速度は増加

Electron Beam Welding Technology -Effects of Welding Parameter on Penetration Depth-

放出した電子はフィラメントとアノード（陽極）間に高電圧（通常 40〜（3）高融点材料の溶接が可能である。

加速した電子は、そのままでは拡散するため、電磁レンズ（電磁コイ（4）異材溶接が比較的容易にできる。
（5）真空中での溶接のため、活性金属の溶接においても機械的性質、耐食性および外観の劣化を最小限にすることが可能である。
（6）溶接結果にバラツキが少なく、精密溶接や多量生産に適している。

2.1.4 電子ビームの照射
一方、短所としては以下があげられる。

Electron beam welding is characterized by deep and narrow penetration, high welding speed, and small

電子を金属に照射すると、電子は金属原子と衝突拡散を繰り返し、

welding deformation because of high energy density. Tsukishima Kikai is manufacturing many aluminum

金属を加熱し溶融させる。溶融金属は過熱状態になり、瞬時に沸点に（1）装置が高価である。

alloy vacuum chambers using electron beam welding machine equipped with high power electron beam

達し金属蒸気となる。金属蒸気は密度が小さいため、電子ビームはよ（2）真空チャンバ内で行うため、チャンバの大きさにより被溶接物の寸

gun and large vacuum chamber. This report describes the effects of welding parameter on partial penetra-

り深部に入り、深い孔（ビーム孔）が形成される。これを電子ビームの穿tion welding in flat position. The results obtained in this study are as follows:

孔作用と呼び、ビーム孔を通じて金属内部を溶融することで、深い溶（3）真空チャンバの排気時間が必要である。

け込みを得ることができる。

（4）溶接部の開先精度を良くし、開先を十分に清浄にする必要がある。

2.1.5 溶接（5）電子ビームは磁気により曲がるため、残留磁気の大きい材料には

to welding speed.

電子ビームを移動させると、電子ビームはビーム孔の前方の壁に衝(2) To deepen penetration depth, the a b value should be adjusted to around 0.7 so that the power density

IWASHITA Masaki

小さい。
（2）溶接速度が非常に速い。

反比例する。

(1) Penetration depth is in proportion to accelerating voltage and beam current, and inversely proportionalof electron beam becomes high near the root portion of penetration.

月島テクノマシナリー（株）
製造技術部（1）深く、幅の狭い溶け込み溶接が可能であり、溶接変形が非常に

2.1.3 電子ビームの収束密度を高くする。電子ビームの径はビーム電流に比例し、加速電圧に

岩下雅樹

電子ビーム溶接は通常のアーク溶接の数千倍のエネルギー密度の熱源（1011〜1013W/m2）を利用するため、以下の特徴を有する。

し、電子の衝突エネルギーが増加する。

ル）に電流を流し、これにより発生した磁界により収束され、エネルギー

Abstract

2.2 電子ビーム溶接の特徴(3) Penetration depth welded without beam oscillation increased by about 20% in comparison with that

突し、これを溶融する。溶融された金属は、ビーム孔の周囲の壁を伝わって後方へ移動し、溶融池を形成する。溶融池は溶接の進行ととも法が制限される。

不向きである。
（6）電子が被溶接物に衝突する際にX 線が発生するため、X 線の防護が必要である。

に凝固し、溶接が行われる。

2.3 月島機械の電子ビーム溶接装置

welded with beam oscillation.

電子ビーム溶接装置は、電子銃（ガン）、高電圧発生装置、真空チャ(4) Spike length of penetration welded with beam oscillation frequency 100Hz is short in comparison

ンバ、ワーク駆動装置（XY テーブル、回転テーブル等）、真空排気装with that welded without beam oscillation or with beam oscillation frequency 10000Hz.

置、制御盤および操作盤から構成されている。表 1に電子ビーム溶接
電子ビーム溶接はエネルギー密度が大きいため、深く、幅の狭い溶け込みが得られ、溶接速度が速い、溶接変形が小さ装置の仕様、図 2に電子ビーム溶接装置 4 号機を示す。

い等の特徴がある。月島機械の設備は大出力の電子銃、大型の真空チャンバを備えており、アルミ製真空チャンバを数多

現在稼働中の電子銃は、3,4 号機ともに60kWと高出力であり、超厚く製作している。アルミニウム合金の下向き部分溶け込み溶接における溶接因子の影響について以下の結論を得た。

板の貫通溶接を安定して施工している。150kVの高電圧タイプであり、（1）溶け込み深さは加速電圧、ビーム電流に比例し、溶接速度に反比例する。

低電圧タイプ（60kV 未満）と比較すると、ビームを細く収束できるため、（2）深い溶け込みを得るには、ルート部で電子ビームのパワー密度が大きくなるように a b 値を 0.7程度に調整することが必

同じ出力でもよりビード幅の狭い、深い溶け込みを得ることができる。ま要である。

た、各装置とも下向きガンおよび水平ガンを装備しており、様々な製品（3）オシレーションなしの場合はオシレーションありに比べ、溶け込みが約 20%深くなる。

形状に対応が可能である。

（4）オシレーション周波数 100Hzの場合、オシレーションなしまたは周波数 10000Hzに比べ、スパイク長が短い。

真空チャンバは3,4 号機とも超大型チャンバであり、製品寸法の制キーワード：電子ビーム溶接，溶け込み深さ，ア ルミニウム合金，溶接入熱，オシレーション
Keyword ：Electron beam welding ，Penetration depth ，Aluminum alloy ，Heat input ，Beam oscillation

限が少ない。
排気系は粗引きとしてロータリーポンプおよびメカニカルブースター
ポンプ、主排気としてクライオポンプを備え、20 分で溶接可能となる真空度まで到達可能である。

1 はじめに電子ビーム溶接は1950 年にSteigerwaldにより加速電圧 50kVの装置で行われた 1）のが最初であり、以来様々な技術的改良が加えられ、様々な産業分野に適用されている。
月島機械は1973 年に電子ビーム溶接装置 1 号機を導入以来、多くの製品の溶接に適用してきた。その後、電子ビーム溶接装置は大型化、高出力化し、現在は3 号機、4 号機が稼働している。本稿では、これまでに蓄積したアルミニウム合金の電子ビーム溶接特性を報告する。

6 TSK 技報 2011 no.15

2 電子ビーム溶接の概要

表 1 電子ビーム溶接装置仕様
Table1 Speciﬁcation of electron beam welding machine

2.1 電子ビーム溶接の原理
電子ビーム溶接は、高真空中でフィラメント
（陰極）より放出された電子を高電圧で加速し、被溶接物に衝突させ、そのエネルギーを利用して行う溶接方法である。電子ビーム溶接の原理を図 1に示す。
2.1.1 電子の発生
フィラメントを電気的に加熱し、熱電子を放出させる。
この時フィラメン
トは高温となるため、融点の高い材料を使用する必要があり、一般的に

図 1 電子ビーム溶接模式図
Fig.1 Schematic diagram of electron beam welding

TSK 技報 2011 no.15

7

論文 1

Electron Beam Welding Technology -Effects of Welding Parameter on Penetration Depth-

電子ビーム溶接技術―溶け込み深さに及ぼす溶接因子の影響―

電子ビーム溶接は加速電圧、ビーム電流、溶接速度、ビームの焦点位置、オシレーション（電子ビームの振動）等の溶接パラメータにより溶け込み深さが決定される。様々な溶接条件で溶接を行い、マクロ試験により溶け込み深さを確認し、各々のパラメータが溶け込み深さに及ぼす影響を調査した。
電子ビーム溶接は下向き部分溶け込み溶接を行った。電子ビーム
溶接で部分溶け込み溶接を行った場合、図 4に示すように溶け込み深さが一定しない。これはスパイクと呼ばれ、溶け込み底部にはルート
ポロシティが存在している。そこで、ルートポロシティが存在しない健全部の深さ（最も浅い溶け込み深さ）を溶け込み深さとした。
図 2 電子ビーム溶接装置 4 号機
Fig.2 Appearance of electron beam welding machine no.4
図 5 溶接入熱が溶け込み深さに及ぼす影響
Fig.5 Eﬀect of heat input on penetration depth

表 2 材料の化学成分の一例
Table2 Example of chemical composition of materials used

2.4 アルミチャンバの製作例

図 7 焦点位置が溶け込み深さに及ぼす影響
Fig.7 Eﬀect of focal position on penetration depth

月島機械において、これまでに製作したアルミチャンバを紹介する。
アルミニウム合金は、真空特性が良い、機械加工性が良い、軽量で取り扱いが容易等のメリットがあり、超高真空の領域で用いられる

3.3 オシレーションの影響

容器に使用されることが多い。特に液晶パネル製造装置用としては、

図 8は溶接入熱に対する溶け込み深さの関係をオシレーションの有Al-Mg 系のA5052 が多用されており、すでにアルミ製真空チャンバを

a b =0.91である。オシ無で比較したものであり、溶接姿勢は下向きで、1000 台以上出荷している。図 3は液晶パネルの検査装置に使用するレーションなしの場合はオシレーションありに比べ、溶け込み深さが約チャンバである。本チャンバはA5052 製で板厚 100mm 以上を立向上

20%深くなる傾向が見られた。オシレーションは電子ビームを振動させ進で貫通溶接している。

ることで溶融金属の凝固 パターンを変化させ、ポロシティの発生防止

アルミニウム合金は深溶け込み溶接時にはルート部への熱伝達がに有効である4）が、同等の溶接入熱では溶け込みが浅くなる。これは不十分となり、コールドシャットとこれに伴うルートポロシティが発生しやオシレーションを行うことで、エネルギー密度が相対的に下がるためですい。しかし、大出力の電子ビーム溶接装置を使用することで、現在あると推測される。

では100mm 以上の溶け込み深さを安定して得ている。また、最近ではクリーンエネルギーとして注目されている太陽電池の製造装置として

図 4 部分溶け込み溶接部に発生したスパイク
Fig.4 Spiking phenomena of partial penetration

真空チャンバの需要が増加している。

3.2 焦点位置の影響

3.1 溶接入熱の影響

図 3 液晶パネル検査装置チャンバ
Fig.3 Appearance of chamber for ﬂat-panel display inspection

図 6 溶接入熱 5063kJ/mの断面および縦マクロ写真
Fig.6 Macro-structure welded by heat input 5063kJ/m

図 5は溶接入熱を変化させた場合の溶け込み深さの変化を示す。

図 7は焦点位置（活性変数a b ）を変化させた場合の溶け込み深さ

オシレーションありの条件で、焦点位置は各溶け込み深さに対して適の変化を示したものである。溶接入熱は4313kJ/m および 4000kJ/

正な溶け込み形状となる値を採用している。溶接入熱H は次式で表m、オシレーションありの条件でa b 値を変化させた。a b 値は次式で表される。

される。3）

H=E･I/v

a b=D 0 /D F

ここで、
E は加速電圧、I はビーム電流、v は溶接速度である。従って、ここで、D F は電磁レンズ中心から焦点位置までの距離（焦点距離）、

溶け込み深さは加速電圧、ビーム電流に比例し、溶接速度に反比例

D 0 は電磁レンズ中心から試料表面までの距離（対物距離）である。

する。下向き溶接は、横向き溶接に比べ深い溶け込みを得ることが困a b ＜1.0は電子ビームの焦点が試料の内部にあることを示す。
従って、

2）

難である。 これは下向姿勢では溶融金属が重力の働きでビーム孔を焦点距離は試料が溶けないような微少電流を用い、試料表面で焦点埋めようとするのに対し、横向姿勢ではこれがないためだと言われていab 値を合わせた時の対物距離から求めている。溶接入熱によらず、る。月島機械では、現在までに下向き部分溶け込み溶接（溶接入熱が小さくなると溶け込みは深くなるが、その傾きは徐々に緩やかになる。

5063kJ/m）で溶け込み深さ108mmを安定して施工している。図 6に溶け込み深さのピーク値は、溶接入熱が 4313kJ/mでa b = 約 0.7、入供試材料にはAl-Mg 系のA5052を使用した。2.4 項で述べたように

本条件でのマクロ試験の結果を示す。溶け込み中央における溶融幅

熱が 4000kJ/mでa b = 約 0.75である。これは深い溶け込みを得るに

本材質は真空で用いられる容器に使用されることが多い。表 2に化学は5mm、スパイク長Δhp（最も深い溶け込み深さ−最も浅い溶け込み

a b 値を小さくし、ルート部で電子ビームのパワー密度が大きくなるよは、成分の一例を示す。

深さ）は15mmである。

うに調整する必要があることを示している。

3 アルミニウム合金の電子ビーム溶接特性

8 TSK 技報 2011 no.15

図 8 オシレーションが溶け込み深さに及ぼす影響
Fig.8 Eﬀect of beam oscillation on penetration depth

図 9はオシレーション周波数とスパイク長Δhpの関係を示したものであり、溶接姿勢は下向きで、焦点距離は各溶け込み深さに対して適
正な溶け込み形状となる値を採用している。溶接入熱が大きいほど、スパイク長は大きくなる傾向が見られる。また、オシレーション周波数
100Hzの場合、オシレーションなしまたは周波数 10000Hzに比べ、スパ
イク長が小さく、安定した溶け込み深さを得ることが可能であった。

TSK 技報 2011 no.15

9

論文 1

電子ビーム溶接技術―溶け込み深さに及ぼす溶接因子の影響―

論文
4 おわりに

2

月島機械の電子ビーム溶接装置でA5052 材の下向き部分溶け込

工業晶析装置み溶接を実施し、溶け込み深さを調査した結果、以下の結論を得た。
（1）溶け込み深さは、加速電圧、ビーム電流に比例し、溶接速度に反Industrial crystallizer

比例する。
（2）深い溶け込みを得るには、ルート部で電子ビームのパワー密度が大きくなるようにa b 値を0.7 程度に調整する必要がある。
（3）オシレーションなしの場合はオシレーションありに比べ、溶け込みがAbstract

約 20%深くなる。

図 9 オシレーション周波数がスパイク長に及ぼす影響
Fig.9 Eﬀect of beam oscillation frequency on spike length

図 10に（a）および（b）条件でのマクロ写真を示す。（a）
はオシレー
ション周波数が 10000Hzの場合で、Δhp=20でありルートポロシティ（4）オシレーション周波数 100Hzの場合、オシレーションなしまたは周The roots of Tsukishima Kikai’s crystallization technology for the chemical industry began from

波数 10000Hzに比べ、スパイク長が小さく、安定した溶け込み深introduction of crystallization technology for the sugar industry. Tsukishima Kikai has developed

さを得ることが可能である。

different types of crystallizers since 1960 such as Forced Circulation, Calandria, Oslo, DP, and電子ビーム溶接の溶け込み深さを決定する要因は多く、複雑である。

Scraped surface crystallizers. These have been applied widely in fields such as chemical and food

溶接姿勢、材料の熱伝導率、融点などによっても溶け込み特性は大きindustries with more than 200 crystallizers delivered up to now. In recent years, requirements

く変化する。今後、横向きや立向きなどの溶接姿勢、銅などの他の材

for the quality of the product have been high and diversified. It has been more important that the

料、より大出力での特性について調査していく考えである。

product is produced under the optimum condition. This paper describes Tsukishima Kikai’s latest

およびコールドシャットが多く見られる。一方、（b）はオシレーション周
波数が 100Hzの場合で、Δhp=8でありルートポロシティが少なく比較的安定した溶け込みであることが見て取れる。一般にルート部で電子ビームのパワー密度が最大となる時、スパイクおよびルートポロシティ

参考文献

が最も顕著に発生することが知られている。5）しかし、溶け込みを深く

1）黒田秀郎: 電子ビーム溶接, 日刊工業新聞社（1971）

するにはルート部で電子ビームのパワー密度を上げる必要がある。
（3.2

2）益本功, 沓名宗春, 安田耕三: 溶融特性におよぼす溶接因子の影響, 溶接学会誌,

項参照）
ルート部の欠陥を改善するには、オシレーション周波数を適切にすることが効果的である。

津崎 裕也

crystallization technology and know-how of crystallization to produce crystals of required quality

TSUZAKI Hiroya

in response to the needs of the users.

産業事業本部
プラント計画部
プロセス第1グループ

月島機械における化学工業用の晶析技術は砂糖用の晶析技術導入から始まった。1960 年以降、各種晶析装置の開発を行い、現在月島機械の保有する晶析装置は、強制循環型晶析装置、カランドリア型晶析装置、
オスロ型晶析装置、ＤＰ型晶析装置、掻き取り型晶析装置である。これらは化学、食品など幅広い分野に応用さ

第50 巻, 第11号, p.1095-1101（1981）

れ、現在まで 200機を超える納入実績がある。昨今は、ユーザーの製品品質に対する要求は高く、かつ、その要求

3）荒田吉明: 電子ビーム熱源の特性とその溶接技術開発に対する展望, 溶接学会誌, 第も多様化してきているため、これまで以上に最適な晶析条件で製品を製造することの重要性が増してきている。本

41巻, 第11号, p.1338-1349（1972）

稿では、所定の性状の結晶を得るための手法と昨今のユーザー要求に対応した晶析技術を紹介する。

4）益本功, 沓名宗春, 安田耕三: 大出力電子ビーム溶接の実用化に関する基礎研究（第2 報）, 溶接学会誌, 第51巻, 第1号, p.27-32（1982）

キーワード：DP型晶析装置、オスロ型晶析装置、DTB型晶析装置、過飽和、核発生、粒度
Keyword ：DP crystallizer, Oslo crystallizer, DTB crystallizer, Supersaturation, Nucleation, Particle size5）塚本進, 入江宏定: 電子ビームによる母材の溶融課程とスパイクの形成機構, 溶接学会論文集, 第8 巻, 第3号, p.331-336（1988）

1 はじめに非常に重要と言える。
しかし、晶析操作において結晶性状に影響を与える因子は非常に多（a）オシレーション周波数 10000Hz, 溶接入熱 3200kJ/m, a b 値 0.80(a) Beam oscillation frequency 10000Hz, Heat input 3200kJ/m, a b value 0.80晶析とは、溶液中に溶け込んだ目的物を溶解度の温度依存性を利用

く、それらが複合的に絡み合うため、全ての因子を最適に調整し、所定して冷却または加熱濃縮により結晶化させ、分離する単位操作であり、の性状の結晶を製造することは決して容易ではない。結晶性状に影響

食品、医薬、化学など幅広い分野で用いられている。

を与える主な因子は以下の通りである。

月島機械における工業晶析は砂糖用の強制循環型晶析装置に始まり、その後、さまざまな分野に適用範囲を広げ、これまで100 種類以上の物質用に晶析装置を納入している。
代表的な実績としては、食塩、硫安、
硫酸ソーダ、硫酸ニッケル、硫酸銅、青化ソーダ、ビスフェノール A、パラキシレン、アジピン酸などであり、物質毎の異なる要求品質、運転条

図 10 オシレーション周波数による溶け込み形状の比較
Fig.10 Comparison of macro-structure on beam oscillation frequency

10 TSK 技報 2011 no.15

型式、装置サイズ、撹拌条件、流動状態など
2）溶液由来の因子
溶液中の不純物成分と含有率、粘度、pH、温度など
3）目的物
（結晶）
の性状由来の因子件に対応するために各種晶析装置を開発してきた。現在では、強制循

物質毎に異なる結晶形状、結晶の成長速度、溶解度など

環型晶析装置に加え、カランドリア型、オスロ型、DP 型、掻き取り型のさらに昨今は、高品質、高機能、多品種製造など、ユーザーの製品

晶析装置を有し、月島機械のコア技術の一つである。
（b）オシレーション周波数 100Hz, 溶接入熱 3094kJ/m, a b 値 0.77(b) Beam oscillation frequency 100Hz, Heat input 3094kJ/m, a b value 0.771）晶析装置由来の因子晶析工程で得られた結晶の性状は、濾過・分離、乾燥、分級、搬送などの後工程の機種選定や装置仕様に大きな影響を与え、また、純度、粒度、形状などの製品品質を決定付けることから、晶析工程で所定の品質に対する要求は高く、且つ多様化してきているため、これまで以上に最適な晶析条件で製品を製造することの重要性が増してきている。
本稿では、所定の性状の結晶を得るための手法と昨今のユーザー要求に対応した晶析技術の一部を紹介する。

性状の結晶を製造することは、プラント全体の採算性の向上の観点から

TSK 技報 2011 no.15

11

論文 2

Industrial crystallizer

工業晶析装置過飽和度は、飽和状態 ＜ 準安定領域過飽和状態 ＜ 不安

2 晶析装置設計

定領域過飽和状態の順に高くなり、結晶の成長速度や結晶核発生速晶析は、溶液中から目的物を結晶として析出させる、もしくは、既に溶液中に存在する結晶を成長させる操作である。所定の性状の結晶

発生場所における最大過飽和度の変化を操作過飽和度（見掛け上

生数を調整することは、所定粒度の結晶を得るために重要である。以の過飽和度）
としてまとめた以下の式を設計値として用いている。

下に核発生機構とその調整方法について記載する。
2.3.1 一次核の発生

度も過飽和度が高いほど上昇する。一般的に結晶成長速度と過飽和
度の関係は以下の式で表わされる。

3

操作過飽和度ΔC＝（結晶析出量 [kg/h]）／（循環量 [m /h]）を得るためには、結晶の発生条件や結晶の成長速度に配慮しなければならない。晶析装置においては、結晶の発生や成長に関係する運結晶成長速度＝kG・ΔCn

転条件をどのように調整するのかを予め想定した設計が求められる。

k G : 定数以下に晶析装置設計を行う上で考慮される諸条件について記載する。

ΔC : 過飽和度 = 過飽和溶解度 - 飽和溶解度
n : 次数

2.1 操作過飽和度

先の過飽和度と同様、操作過飽和度も結晶成長速度と比例関係にある。

るため、溶液の飽和度がどの状態であるかが重要となる。
溶液の飽和度の状態は大きく４つに分類される。
1）不飽和状態

結晶の成長速度が大きい程、結晶の平均粒径は大きくなる。上記式
から平均粒径を大きくしたい場合には過飽和度を高く設定すれば良いことになる。しかし、その一方で過飽和度が高くなるに従い、結晶核のは必ずしも均一でないため、結晶との接触が不十分な箇所では局所的に過飽和が進み、一次核が発生することがある。一次核の発生数

結晶の成長速度を調整するために操作過飽和度を変動させる場次第で粒度分布は大きく変動することもあるため、均一な粒度の結晶

合は、晶析装置内の溶液循環量を調節する。つまり、結晶の粒度調を安定的に得るためには、一次核の発生を抑制することが望ましい。

整は装置内の溶液循環量の調節によって行う。

結晶の核発生速度と成長速度は、溶液の過飽和度の影響を受け不安定領域の過飽和状態下で溶液中から析出する微細な結晶核のことを一次核と呼ぶ。晶析装置内の過飽和度や結晶スラリーの濃度

この手法はオスロ型晶析装置（図 3）及び、DP 型晶析装置（図 4）の設計に取り入れられている。

オスロ型晶析装置は、その構造上、高い操作過飽和度での運転となるため、一次核が発生し易い。
オスロ型晶析装置（図 3）は、晶析室より結晶混入量の少ない清澄

操作過飽和度と循環量の考え方はオスロ型、DP 型共に同じである

母液を外部循環させ、加熱器を経由して蒸発部で蒸発濃縮し過飽和発生も高くなるため、大きな結晶と微細な結晶が混在したブロードな粒が、循環量の調節がオスロ型の場合は、外部循環ライン上の循環ポ度を持った溶液となる。この過飽和溶液をテールパイプにて晶析室底

度分布になっていく。さらに過飽和度をあげ、結晶の成長速度より核発ンプの回転数制御であるのに対し、DP 型は晶析装置内に取り付けら部に滞留する結晶に接触させ結晶の成長を促す方式であるが、蒸発生速度が上回ってくると、得られる結晶の平均粒径としては小さくなる。

れた撹拌羽根の回転数を変動させ、装置内に取り付けられたドラフト

室、テールパイプ中を流動する過飽和溶液中には結晶が殆ど存在しこの平均粒径と過飽和度の関係は図 2のように表わされる。

チューブの内外循環流量を調節する点が異なる。

ないため、一次核が発生し易い状態にある。

度を発生させる場所とそれを消化する場所（結晶が成長する場所）と【オスロ型】

採用しているため、
ドラフトチューブ内外を結晶スラリーが循環する。

核発生は起こらず、溶液中に結晶が存在している場合、結晶のがある程度離れていることになるため、それぞれの場所での過飽和度

操作過飽和度ΔC＝（結晶析出量[kg/h]）／（ポンプ外部循環量[m3/h]）

槽内の液面で蒸発濃縮により製造された過飽和溶液は、槽内循環し成長が促される。

は異なると考えられる。さらに晶析装置内における過飽和度の分布は【DP 型】ている結晶と直ちに接触し脱過飽和されるため、一次核の発生を抑制

装置内の流動性の違いによって変動する。
（より流動性が高い場合は操作過飽和度ΔC＝する効果がある。

この分布が小さく、流動性が低い場合は大きくなる）（結晶析出量 [kg/h]）／（撹拌機によるドラフトチューブ循環量 [m3/h]）

2.3.2 二次核の発生

粒度と操作過飽和度の関係は不純物を含めた各物質系固有のもことで、発生機構は様々であるが、経験的に結晶 - 結晶間、結晶 - 装のであるため、テストなどで事前に所望する粒度の結晶を得るために

置内壁間、結晶 - 撹拌羽根間の接触、過飽和度、スラリー濃度が関必要な操作過飽和度を確認し、実装置における操作過飽和度の可係すると考えられ、次式で示される。

溶液中の目的物濃度が飽和濃度に達していない状態。
2）飽和状態
溶液中の目的物濃度が飽和濃度まで達している状態。
3）過飽和状態

実際の晶析装置設計においては、加熱濃縮や冷却によって過飽和a）準安定領域の状態b）不安定領域の状態
溶液中の目的物濃度が準安定域の過飽和状態を超えた状態。
この状態の液からは目的物が結晶核（微細な結晶粒子）
として
発生する。

これに対しDP 型晶析装置（図 4）は、撹拌機による槽内循環方式を

そこで月島機械の晶析装置設計においては、流動性の違いを晶析
装置内の循環溶液の循環量に置き換え、循環量の変動と過飽和度

二次核とは、懸濁されている結晶スラリー中から発生する結晶核の変範囲、すなわち、循環量の可変範囲を決定する。
二次核発生速度 B = kNaσbMi

2.2 結晶の滞留時間
結晶の成長速度は物質毎に異なる。つまり、所定の粒度まで成長す

二次核発生速度は撹拌羽根回転数 N、過飽和度比σ=（過飽和溶

るために要する時間もそれぞれ異なると言うことである。結晶は晶析装

解度 - 飽和溶解度）／（飽和溶解度）、スラリー濃度 Mのa、b、i乗に比置内を滞留している間に成長するため、所定粒度の結晶を得るために

例することを示す。

はその結晶の成長速度に見合った滞留時間を確保できるように晶析装置の容量を決定しなければならない。
但し、設計条件として結晶の滞留時間を長くするほど、結晶生産量に対する晶析装置の容量は大きくなり設備費が増大するため、過剰に
図 2 平均粒径と過飽和度の関係
Fig.2 Supersaturation vs Average particle size

滞留時間を確保しない配慮も必要である。

2.3 核発生晶析装置内を滞留する結晶の数は、結晶粒度を決定付けるもう一つの大きな要素である。
McCabeのΔL 則によると、同じ晶析条件下では、結晶の成長速度
はその粒子径の大小に関わらず一定であるとされている。従って、前項までに述べた結晶成長速度と滞留時間を所定の条件に設定しても、晶析装置内に滞留する結晶の核数が多い程、結晶粒度は小さく、核数が少ない程、結晶粒度は大きくなる。
図 1 溶液の状態
Fig.1 Solution condition

12 TSK 技報 2011 no.15

晶析装置内における核発生機構には二種類あり、それぞれの核発

図 3 オスロ型晶析装置
Fig.3 Oslo Crystallizer

図 4 DP 型晶析装置
Fig.4 DP Crystallizer

TSK 技報 2011 no.15

13

論文 2

Industrial crystallizer

工業晶析装置

この他にも各種系における二次核発生速度に関する研究はされておげる対策を取ることが多い。しかし、一方で一次核の発生を抑制する

り、その実験式を表 1に示す。

表 2にDTB（ドラフトチューブ＆バッフル）型晶析装置などに代表さ液として晶析装置内へ戻すことにより、排出された結晶核の回収もために必要な流動状態を確保するためには、撹拌機を所定の回転数れるドラフトチューブ付きSP（シングルプロペラ）型晶析装置とDP（ダ

いずれの式にも共通して言えることは撹拌羽根の衝撃による結晶破以上に設定しなければならない。その点、DP 型晶析装置は、晶析装

ブルプロペラ）型晶析装置のチップスピード（Ratio of Impeller Tip

砕を考慮している点であり、晶析装置における二次核発生数の制御は置の胴径に近い大型のダブルプロペラにより低速回転で大循環量をSpeed）と二次核発生率（Ratio of Generated Nuclei Number）の比

一般的には、晶析装置内の結晶核数が減ってきた場合の補充用として主に撹拌羽根のチップスピードの設定で調整される。

確保することが可能であるため、他の撹拌型晶析装置に比べ大幅に較を示す。
各晶析装置のドラフトチューブ内循環流量を同じとした場合、種晶が添加されることが多いが、ここでは意図的に種晶を添加することで撹拌羽根径 Dのシングルプロペラのチップスピード U1 に対し、2Dのシ得られる結晶粒度を制御する手法を月島機械の実績をもとに紹介する。

ングルプロペラのそれは4 分の1のU2=1/4U1、3Dのダブルプロペラ

ある製品において、平均粒径が 100〜 300μmの範囲であり、かつ、

二次核の発生を抑制したい場合、撹拌羽根の衝撃による結晶破砕

二次核の発生率が抑制される。

を防ぐために、撹拌機の回転数を低くし撹拌羽根のチップスピードを下

表 1 二次核発生速度実験式
Table1 Experimental formula of secondary nucleation rate行う。
2.4.2 種晶の添加では、7.2 分の1のU3=1/7.2U1となる。2 次核の発生率はチップスピード

均等数 n（nは結晶粒径の分布の広がり具合を示す定数で、数値が大に比例するため、撹拌羽根径 Dのシングルプロペラの2 次核発生率をきいほど分布が狭いことを意味する。）が 3.2〜 5.0と高い粒度均一性

1とした場合、2Dのそれは1/4、3Dのダブルプロペラでは1/7.2となる。

を求められたことがあった。均一な粒度分布の結晶を得るために、オスロ型晶析装置やDTB 型晶析装置に比べ、一次核や二次核の発生

2.4 核数制御

数の低いDP 型晶析装置のテスト機を用いて晶析テストを実施した。

2.3 節では核発生の抑制について記載した。ここでは、所定粒度のその結果、目標とする粒度分布に近い結晶を得ることはできたが、若干結晶を得るために結晶核数をコントロールする手法について記載する。

目標値に届かなかったため、目標とする平均粒径 100〜 300μmに対し2.4.1 核消し操作

所定の粒径の種晶を結晶生産量に対しある割合で連続的または間欠晶析装置内における一次核、二次核の発生数の増大が結晶粒度に影響を与えることが懸念される場合、晶析装置内の結晶核数を減少させる以下のような手法が採られる。
1）結晶核の分級・排出的に添加した。これにより、100〜 300μmの範囲によりシャープな分布を持つ結晶を製造することに成功した。
これは先に述べたMcCabeのΔL 則におけるポピュレーションバラン
ス理論を応用した手法であり、目標の粒径に近い結晶の核数を晶析

粒径による結晶の沈降速度の差を利用し、晶析装置内で分級を行

装置内で意図的に増やすことで、結晶粒度の均一性の向上を図った

い、小粒径の結晶のみを晶析装置外へ排出する。結晶と溶液の比粒度制御手法である。

重差が大きい場合に適用される。

2.5 流動状態

2）結晶核の溶解
晶析装置内の結晶核を溶解により減少させる手法である。溶解方法

結晶成長は、過飽和溶液と結晶の接触により促される。槽内の流としては、加熱溶解、希釈溶解のどちらかが用いられる。前項 1）で動状態が良いほど過飽和溶液と結晶の接触効率が向上し、結晶成分級排出された溶液中の結晶核をこれらの方法で溶解させ、清澄長は促進される。

表 2 SP（シングルプロペラ）型晶析装置とDP（ダブルプロペラ）型晶析装置の比較
Table2 Comparison of SP (Single Propeller) crystallizer and DP (Double Propeller) crystallizer

14 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

15

論文 2

Industrial crystallizer

工業晶析装置

図 5に撹拌型晶析装置における流動状態と結晶成長速度の関係

晶析においては何よりも溶液の性状を把握することが第一である。

2）BB 肥料

度は2 〜 4mmである。
2mm 未満の粒径の硫安は化成肥料向けとなる。

を示す。同じ過飽和度設定である場合、より撹拌機の回転数が高く

溶液中の不純物が結晶に作用して形状や粒径などの結晶性状をBBとは、Bulk Blendingを意味しており、３大成分のうち１成分ずつ

国内では、BB 肥料用としての大粒硫安は、化成肥料用の小粒硫安の流動性の良い状態の方が結晶の成長速度は速くなる。但し、ここで変化させることを媒晶作用という。この一例を表 3に示す。表中の不を含む肥料原料の内、2 種類以上の肥料原料を物理的に混合した

約 2 倍の価格で取引されるようになっており、硫安製造設備における大注意すべきは、同じ撹拌槽において、回転数を変動させると操作過飽

純物は硫安結晶に影響を与える代表的な物質の一部であり、その他

もの。化成肥料のように加工製造の手間がかからない経済的な肥料。

粒硫安の生産へのシフトが望まれている。

和度も追従して変動するため、同じ撹拌槽で操作過飽和度を一定のにも影響を与える物質は多数存在する。しかし、これを調査することはまま回転数を変動させることは不可能である。しかし、型式が異なる

際限が無いため、実際には与えられた溶液で晶析テストなどを実施し、硫安は肥料の3 大成分のうち、窒素系の肥料原料として用いられる。

大粒硫安の生産割合を向上させるためには、結晶性状に影響を及ぼ

装置同士や同じ型式の装置であってもスケールの異なる装置同士で不純物濃度、pH、温度、粘度などの溶液の性状と結晶品質の関係をBB 肥料用としての硫安は、混合対象となるリン酸系、カリウム系の肥す因子を出来る限り以下の表 4に示す条件に設定することが望ましい。

は、同じ操作過飽和度の条件下で流動状態が異なることがある。

確認し、晶析条件を決定する。

料原料と同等の粒度であることが求められ、国内におけるその要求粒4.1.2

硫安大粒径化技術

これは、同じ操作過飽和度であっても機種や装置 サイズによって、結晶の成長速度が異なり、結果、得られる結晶の粒度に差異が生じ

3.2 媒晶剤の添加る可能性を示している。従って、晶析装置の機種選定及びスケール

溶液中の不純物が結晶に与える影響を抑制するために、媒晶剤をアップ設計の際には、流動状態の差異を考慮することが、所望する粒添加し、所望する形状、粒径になるよう晶癖を変化させる手法がある。

度の結晶を得る上で重要である。

媒晶剤も溶液中の不純物と同様、媒晶作用により結晶性状を変化さ

2.6 スラリー濃度ている。一例として先の硫安結晶の形状を粒状にするためには、スル

表 3 硫安における媒晶作用 7）
Table3 Shape modiﬁcation of Ammonium sulfate cryatal

せる役割を持ち、その種類や添加量などについては数多く研究がされ晶析装置内のスラリー濃度が低下すると微細結晶が発生する傾向

ファミン酸を媒晶剤として添加することが良く知られている。

が確認されている。これはスラリー濃度の低下自体が招いた結果ではなく、前述の一次核の発生機構と関係する。スラリー濃度の低下は、

4 月島機械の晶析技術

晶析装置内に存在する結晶の総比表面積の低下を招き、過飽和溶液
最近の晶析技術の検討事例を以下に紹介する。

と結晶の接触率を低下させる。その結果、過飽和溶液から一次核が発生することとなる。また、スラリー濃度が高過ぎる場合も晶析装置内における流動状態の低下や「2.3.2 二次核の発生」の項で記載した通4.1 硫安製造における晶析装置

り、二次核発生速度の上昇を招く恐れがあるため、連続式晶析装置

硫安は昔から肥料用として製造されてきた製品であるが、求められの場合、晶析装置内のスラリー濃度は、およそ15〜 30wt%の範囲でる製品品質は、時代の変遷とともに変化している。硫安晶析設備にお設計されることが望ましい。

ける納入実績は、1960 年代以降から国内外合わせて、延べ 45セットあるが、求められる製品品質に合わせ設備改善を繰り返してきた。こ

表 4 硫安大粒径化のための諸条件
Table4 Condition to produce Ammonium sulfate crystal of large size

こでは、最近の国内硫安市場における大粒径化ニーズに対する晶析

3 処理物の性状と結晶品質技術を紹介する。
2 章では晶析装置の設計や運転条件と結晶品質の関係について述
べた。ここでは、処理物の性状と結晶品質の関係について記載する。

4.1.1 硫安製品に求められる品質
化学肥料の3 大成分は窒素、リン酸、カリウムである。さらに化学肥料は大きく以下の2 種類に分けられる。

3.1 処理物の性状

1）化成肥料

目的物を溶解している溶液の性状が結晶品質に与える影響は非常

3 大成分のうち、2 成分以上を含んだ造粒肥料。

に大きい。例えば、同じ結晶を製造する場合でも溶液中の不純物成分

肥料原料（窒素化合物、リン酸化合物、カリウム化合物）
を粉砕、混合、や濃度が異なるだけで、粒度、形状、純度が大きく変化する。
このため、造粒、乾燥して製造される。

結 晶 生 長 速 度 ︵㎝ ㎏ ︶/（撹拌機の回転数）

0.05
0.04

50rpm
20rpm

0.03

10rpm
5rpm

0.02

0rpm

0.01
2

4

6

8

10

12 14 16

過 飽 和 度 （㎏ /m 3）
図 5 過飽和度、撹拌による成長特性 6）
Fig. 5 Property of crystal growth by supersaturation and agitation

16 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

17

論文 2

工業晶析装置4.1.3

晶析装置性能比較

Industrial crystallizer

一般的に硫安晶析用として選定されるオスロ型晶析装置、DTB 型晶析装置、DP 型晶析装置の性能比較を表 5に示す。

反応晶析とは、反応により過飽和状態をつくり、結晶を析出させる

しかし、本稿で解説した通り、型式の異なる晶析装置同士、同型式

晶析方法である。反応晶析を用いて難溶性の物質を製造する場合の装置においてもサイズの異なる装置同士で操作過飽和度、核発生は、高過飽和状態下で結晶が析出するため微細な結晶核が発生す

率、流動状態などの諸条件を全て同一の設定にすることはできない。

工業晶析技術において、所定の性状の結晶を得るための手法と昨6 おわりにDP 型晶析装置は、他の晶析装置に比べ、一次核の発生率及び、る。DP 型晶析装置にて過飽和度、撹拌速度などの諸因子の設定条

従って、所望する結晶性状を得るために求められる運転条件を安定的

今のユーザー要求に対応した晶析技術の一部を月島機械の知見や一二次核の発生率を抑制する効果が高い。従って、大粒硫安の生産割件を最適化することで、微細、且つ、粒度分布のシャープな凝集結晶に確保するためには、適切な装置設計（機種選定、
スケールアップなど）

般に公開されている資料などを基にまとめた。また、月島機械製の晶析

合の向上が最も期待できる装置と考える。
（表 6 参照）を得ることができた。本晶析技術は、最近の高機能化製品の需要にが重要な要素である。

装置についても紹介した。晶析装置を計画、設計する上で少しでも参対応する技術として期待される。

4.2 その他のDP 型晶析装置の適用例

5 工業晶析装置の展望

つ大粒径の結晶製造について記載したが、ここでは、均一かつ小粒径の結晶製造への適用例について紹介する。
以下の図 6の凝集結晶は、DP 型晶析装置で反応晶析を行い、製考になれば幸甚である。
本稿で紹介した内容は、影響因子が多く、その挙動を把握することと言える。

前節、硫安晶析へのDP 型晶析装置の適用例においては、均一か造したものである。

この意味で、以下の特徴をもつDP 型晶析装置は、優れた晶析装置1）核発生の抑制効果が高いため、大粒径から小粒径まで幅広い粒が容易ではない晶析技術を諸先輩方が研究を繰り返し、理論的に関度の結晶に対し、粒度分布のシャープな結晶の製造が可能。

係づけることによって現象をまとめられた足跡であり、現在に至るまで多結晶性状には、液性状や過飽和度などが多分に影響を与えるとの

2）撹拌機（ダブルプロペラ）の回転数調節により槽内部に取り付けら大な時間と労力を費やされたことと想像する。今後は、それらに今後の一般的な認識から、所望の結晶を得るために重要な要素は、装置仕れたドラフトチューブ内外の循環流量を変化させ、容易に所望の市場ニーズに合わせた改善、改良を加え、月島機械のコア技術として様より運転条件であると考えられがちである。

操作過飽和度に調整することが可能。

継承していきたいと思う。

3）操作過飽和度をスケールアップファクターとして用いるため、スケー
参考文献

ルアップが容易。

1）Qian Ru-Ying et al., World Congress Ⅲ of Chem. Eng., Tokyo, P949（1986）
表 5 晶析装置性能比較
Table5 Performance comparison of ctystallizer2）豊倉 賢他, 化学工学論文集, 5, P596（1979）

しかし、昨今は従来に比べ、より高品質、高機能の製品を安定的に

3）豊倉 賢他, 化学工学論文集, 6（6）, P602（1980）

製造することが求められ、また、製品品目や要求品質が多様化してき

4）L.G. Bauer, R.W. Rousseau and W.L. McCabe, AIChE J., 20, P653（1974）ている。そのため、これまで以上に最適な晶析装置設計、新機種の開5）R.C. Bennett., CEP, 80（3）, P89（1984）

発が望まれる。

6）化学工場 第7 巻 第12号 P32（1963）
7）化学工学シンポジウムシリーズ64 晶癖を決定する諸因子とその制御 P8

表 6 晶析装置の核発生数
Table6 Number of nucleation of crystallizer

図 6 反応晶析により製造された凝集結晶
Fig.6 Agglomerated crystal produced by reaction crystallization

18 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

19

技術紹介

1

1 はじめに

月島機械では洗浄能力に優れるHBFをラインナップしているが、圧搾ブロー脱水機
Squeeze and Blow dehydrator
Abstract
Horizontal Belt Filter (HBF) of Tsukishima Kikai Co., Ltd. (TSK) is a continuous vacuum（以下、HBF）をラインナップしており、これまで240台以上の納入実能力・連続処理能力を高いレベルで備える機器が商品化できると績を有している。当該機は優れたケーキ洗浄能力が最大の特徴で考えた。三つの機能を有することで以下の効果が期待できる。

あるが、真空吸引でろ過操作が行われるためケーキの到達含液率① プロセスの簡略化が高い。そのため、プロセス内で難脱水性物質に適用される場合

HBFの優れたケーキ洗浄能力に加え、真空脱水では到達しえには、当該機後段に脱水専用の設備を別途設けることが多々ある。

なかったケーキ含液率が一台の機器で得られるため、2 次脱水

一方、ケーキ含液率が低い機器としてはフィルタープレスや回分機およびその周辺設備も不要となり、設備投資額の削減、工期式遠心分離機などが知られており、これらの機器はその汎用性のの短縮が可能となる。図 2に圧搾ブロー脱水機の適用によるプ

高さから産業分野の至るところで採用されている。フィルタープレス

ロセス改善モデル例を示す。

や回分式遠心分離機などの脱水操作はバッチ式のため、ろ過のた

cient compared with other types of dehydrators such as filter press and batch type centrifuge.

the moisture content.
Generally, the filter press and batch type centrifuge are applied in the process where high

産業事業本部
プラント計画部
産業機械グループ

その排出部に圧搾ブロー脱水機を付加することで洗浄能力・脱水めの差圧や遠心力を大きくとれることや脱水時間を長くとれるという

it is often the case that an additional dehydrator is equipped downstream of HBF to reduce

HIGAMI Takashi

月島機械は真空式の水平型ろ過機として月島−水平ベルトフィルタ

filter. HBF enables highly uniform and effective cake washing, but dehydration is insuffiIn a production process that requires high performance of cake washing and dehydration,

樋上 隆至

2.2 期待効果

dehydration is required, and these dehydrators are used widely in a various industries.

and it is not good at washing the cake uniformly and effectively.
To improve their performance, TSK developed the new machine with high dehydration

チキソトロピー性、ダイラタンシー性を示すケーキ含液率の領特徴を持っているが、その一方で連続処理ではないため、均一な域を下回ることが可能なため、後工程設備での付着トラブルがケーキ洗浄が困難であるという欠点を持つ。

激減する。
（後段機器のプロット計画の柔軟性拡大、乾燥機種

今回、HBFの後段に圧搾ブロー脱水機を付加することで、高い洗浄性を備え、高脱水性を有し、さらに連続処理を可能とするこれの選択幅の拡大）③ 金属コンタミ無し

までのろ過の分野において新しいタイプの機器を商品化した。本稿

処理物が本機器へ投入されてから排出されるまで金属部と接では、その付加機器である圧搾ブロー脱水機について紹介する。

触しないため、金属コンタミの心配が極めて少ない。

The characteristics of these machines are higher ΔP , G force and longer dehydration
time compared with HBF. However, these dehydrators are operated under batch operation② ケーキ性状の改善④ ケーキ粗砕効果

2 開発背景ケーキは粗砕された状態で排出されるため多くの場合で解砕設備が不要である。

2.1 既存技術

and continuous operation, named “Squeeze and Blow Dehydrator.” This machine can be

従来の一般的な固液分離機器として、真空ろ過機、フィルタープ

combined with existing HBF. “HBF with Squeeze and Blow Dehydrator” achieves highly

レス、遠心分離機などがある。図１に示すようにそれぞれの脱水機

efficient and uniform cake washing with high dehydration under continuous operation,はその脱水原理や機械構造に起因する特徴がある。しかしながら

which improves many washing and dehydration processes.

洗浄能力・脱水能力・連続処理のすべてにおいて高い能力を兼⑤ 定量排出性
ケーキは連続定量排出されるため、乾燥機への定量供給設備が不要である。

ね備えた機器は存在しない。
月島機械は真空式の水平型ろ過機として月島−水平ベ ルトフィルタ（HBF）をライン ナップしている。
当該機は優れたケーキ洗浄能力が最大の特徴であるが、真空吸引でろ過操作が行われるためろ過ケーキの到達含液率が高い。そのため、プロセス内で難脱水性物質に適用される場合には、当該機後段に脱水専用の設備を別途設ける事が多々ある。
一方、
到達ケーキ含液率が低い装置としてはフィルタープレスや回分式遠心分離機などが知られており、

島田 純

これらの機器はその汎用性の高さから産業分野の至るところで採用されている。フィル タープレ スや回分

SHIMADA Jun

式遠心分離機などの脱水操作はバッチ式のため、ろ過のための差圧や遠心力を大きくとれることや脱水時エンジニアリング本部
機器設計部
ろ過グループ

いう欠点を持つ。

間を長くとれるという特徴を持っているが、その一方で連続処理ではないため、均一なケーキ洗浄が難しいと
今回、HBFの後段に圧搾ブロー脱水機構を付加することで、高い洗浄性を備え、高脱水性を有し、さらに連続処理を可能とするこれまでのろ過の分野において新しいタイプの機器を商品化した。
キーワード：高効率脱水、圧搾ブロー、連続処理、固液分離
Keyword ：High-eﬃcient dehydration, Squeeze and Blow, Continuous process, Solid-Liquid separation,

図 1 一般的な固液分離機器の特徴
Fig.1 Characteristics of Solid-Liquid separation equipments

20 TSK 技報 2011 no.15

図 2 圧搾ブロー脱水機の適用によるプロセス簡略化のモデル例
Fig.2 Simpliﬁed process model with Squeeze and Blow Dehydrator

TSK 技報 2011 no.15

21

技術紹介 1

Squeeze and Blow dehydrator

圧搾ブロー脱水機

3 脱水原理順で実施した。その結果を図 6に示す。

3.1 圧搾ブロー脱水機構

差圧が大きいので、圧搾ブロー脱水後 10〜 20secまでで大きくケー

珪藻土によるテスト結果から、本脱水原理は真空ろ過と比較し圧搾ブロー脱水の模式図を図 3に示す。ケーキを圧搾した状態

キ含液率が低下する傾向がみられた。その後、脱水時間の増加とで圧縮流体（気体）を与え、粒子間空隙に存在する液分を気体にともにゆるやかに脱水が進む結果となった。実験に使用した珪藻土置換させることによりケーキ含液率の低減効果を得る。

スラリは真空ろ過および真空脱水のみではケーキがチキソトロピー

図 3のような脱水機構は単なる粒子間空隙を縮小させることによ性を示したが、2secの圧搾ブロー脱水により、ケーキ性状は大きく変る圧搾脱水のケーキや真空脱水のような小さな差圧のみでは微粒化し、チキソトロピー性は失われた。上記のように、本脱水原理は子間空隙に存在する液分を抜き出すことができないケーキの脱水率

短時間の脱水でも大幅なケーキ含液率の低下やケーキ性状の改善改善に有効である。また、圧搾しながらの脱水であるためケーキにを可能とすることが大きな特徴である。

クラックを発生させることなく圧縮気体による脱水を行うことができる。
そのため、ケーキのクラックによるショートパスが発生するような処理

また、珪藻土以外のサンプルについての圧搾ブロー脱水能力確認テストの結果を表１に示す。

物においても、従来の単なる圧縮気体による加圧脱水よりも高いケー

既存の脱水に優れたろ過機のデータとケーキ含液率を比較して

キ含液率の低減効果を得ることができる。実際の機器においては、も、ほぼ同等のケーキ含液率を達成しており、その高い脱水性が加圧ベルトにより圧搾を行った上で、図 3の右側に示すようにろ過ろ認められる。

図 5 圧搾ブロー脱水リーフテスト手順
Fig.5 Leaf Test Procedure of squeeze and Blow system

図6 エアーブロー時間と到達ケーキ含液率の関係（サンプル：珪藻土、平均粒径13.4μm、エアーブロー圧力：0.4 MPaG）
Fig.6 The relationship between air blow time and cake moisture(sample: Diatom earth, average particle size : 13.4 μm, air blow pressure : 0.4 MPaG)

布を通してエアーブローを行う。ろ過ろ布とシールベルトによって処理物を捕捉し、加圧ベルトのテンションによる面圧はエアーブロー

4 処理機構圧力よりも高く設定することでろ布の浮き上がりによるエアー洩れを防ぐことができる。

4.1 機器全体構成

3.2 基礎試験

脱水は以下のステップで行われる。

表 1 各脱水機との水分の比較
Table1 Comparison of moisture with several types of dehydrators

HBFと圧搾ブロー脱水機を組み合わせた構成を図 7に示す。
図 4に示す79cm2 のろ過面積を持つ真空ろ過・圧搾ブロー脱水
リーフテスト機を用いて、本脱水原理の脱水能力検証を実施した。

（1）HBFによりろ過洗浄脱水されたケーキを加圧ベルトで最大0.5MPaGの力で面圧搾する。

試験は図 5に示すように、円筒形試験機底のろ過部に試料であ（2）面圧搾された状態のケーキに対し、ベルト駆動を兼ねたブローる珪藻土スラリ（平均粒径 13.4μm）をセットし、①真空ろ過（-67ドラムから圧縮エアーを供給し、ケーキを貫通する方向に外側kPaG）、②真空脱水（-67 kPaGにて30sec）、③圧搾（0.5 MPaG）、④圧搾（0.5 MPaG）+ ブロー脱水（0.4MPaGにて2〜 120sec）の手へ向かってブロー脱水をかける。
（3）脱水されたケーキは面圧搾から開放され連続的に排出される。

図 3 脱水原理のイメージ
Fig.3 Concept of dewatering mechanism principle

図 4 圧搾ブロー脱水のリーフテスタ外観ならびに概略フロー
Fig.4 Appearance of Squeeze and Blow Leaf tester and Test ﬂow

22 TSK 技報 2011 no.15

図 7 HBF+ 圧搾ブロー脱水機の構成
Fig.7 Construction of Horizontal Belt Filter and Squeeze and Blow dehydrator

TSK 技報 2011 no.15

23

技術紹介 1

圧搾ブロー脱水機

技術紹介

2

4.2 圧搾ブロー脱水機の構造
圧搾ブロー脱水機の構造を図 8に示す。加圧ベルトは加圧ベル
ト緊張装置（図 8では緊張ロールの位置を決定する装置）によって

TSK-MTI ミキサシリーズ

緊張され、目漏れ防止用のシールベルトを介してケーキを圧搾する。
また、連続走行を可能とするため、圧搾ブロー脱水機は自動蛇行

TSK-MTI MIXER

検知システムを備えており、蛇行が発生した場合には蛇行修正ロールの角度を自動で調整して蛇行を修正する。
4.3 ブロードラム部詳細

Abstract

ブロードラム部の詳細を図 9に示す。ブロードラムは、表面の多MTI mixers are used in many countries. Since tie-up of Tsukishima Kikai Co., Ltd.

孔部から加圧エアーを噴出してケーキを脱水する。ブロードラム内部は周方向に複数の部屋に分割され、各部屋への加圧エアー供

図 8 圧搾ブロー脱水機の構造
Fig.8 Structure of Squeeze and Blow dehydrator(TSK) with Mischtecnik International GmbH (MTI) in 1988, many customers in Japan

給を制御することによりブロー脱水する範囲（角度）を調整できる。

are using the MTI mixers. MTI mixers are highly evaluated widely in industrial fields

従って、ろ布速度とブロー範囲選定の二つの組み合わせにより、ブsuch as food, resin, and metal. The details of MTI mixers are described in this paper.

ロー時間を調整できる。

山口 良二
YAMAGUCHI Ryoji

また、ブロードラムはろ布、加圧ベルト、シールベルトを走行させ

月島テクノマシナリー（株）
産業機械事業部

る駆動用ロールを兼ねている。
加圧 ベルトは3.1 項にて説明したように、エアーブロー時の浮き

MTIミキサシリーズは世界各国で使用されており、１９８８年の MTIとの提携以来日本国内でも多くのユーザーに使用されている。MTIミキサシリーズは食品、樹脂、金属など幅広い分野で高い評価を得ている。MTIミキサシリーズの機械や用途について本稿で紹介する。
キーワード：MTI、ミキサ
Keyword ：MTI、Mixer

上がりによるエアー洩れを防ぐ機能を有する。つまり加圧 ベルトはエアーブローの圧力より大きな面圧でブロードラムに巻きつける必要がある。ロールに掛かる面圧とろ布張力は比例関係にあるが、既存のろ布では要求する面圧が得られないため、ろ布メーカーと共同で加圧ベルト用のろ布を新たに開発した。

5 受注実績

図 9 ブロードラム部詳細
Fig.9 Detail view of Blow Drum

1 はじめに2009 年 1月に商業用 1 号機の試運転が開始され、2009 年 4月か

2.1 ユニバーサルミキサ
シリーズのメインのミキサで、温度を上げずにやさしく混ぜる をら商業運転を開始している。本受注は、元々は複数の遠心分離機でドイツ MTI 社（Mischtechnik International GmbH）との技術

コンセプトに小型 8L から大型 3,000Lまでの幅広いラインアップを予定されていたプロセスをHBF＋圧搾ブロー脱水機1台のプロセス

提携により製造販売を行っているTSK-MTIミキサの各種ミキサに揃えている。竪型下部駆動方式で混合を受け持つアジテータは周へ変更し受注に至った経緯がある。当初予定されていたプロセスとついて紹介する。

当社提案の新プロセスとの比較を図10に、実機外観を図11に示す。

MTI 社はドイツ北部のデトモルト市で1980 年台初頭に設立され、

速 6m ／秒の低速で回転し、一方槽壁にセットされるチョッパは最大 3,600rpmの高速回転で凝集物を砕く効果を持つ。

ユニークな各種ミキサを世に送り出してきたミキサ専業のベンチャーで、

6 終わりに

従業員約30 名の小さい企業である。現在もPVC（ポリ塩化ビニル樹脂）用ミキサを中心にドイツ、
ヨーロッパにとどまらずワールドワイドに活圧搾ブロー脱水機は商品化されて間もない機器であり、未だ改動している。またPVC用ミキサでは欧州No.1のシェアを持っている。

良・開発の余地があると考えている。今後、装置のスリム化を行い、機器の付加価値向上を目指したい。
繰り返しになるが、本稿で紹介した圧搾ブロー脱水機は、洗浄

月島機械グループとの提携は1988 年 2月で、現在もその提携は
図 10 洗浄脱水設備のプロセス比較
Fig.10 Comparison of washing and dewatering process

継続されている。月島機械グループでの納入実績は263 機（2011 年2月28日現在）である。

性と脱水性を高いレベルで兼ね備えた上で連続処理が可能な、
従来にはない機器である。処理物の適応範囲は広く、従来 HBF

図１ ユニバーサルミキサ混合槽内部、3 枚羽根のアジテータと槽壁のチョッパ
Fig.1 Inner view of Universal mixer, 3-blades agitator and chopper on side wall

2 各種 MTIミキサの紹介が得意としていた処理物はもちろんのこと、温暖化対策技術として注目されるリチウムイオンバッテリーの材料など、電池材料系へも

MTIミキサはすべてバッチ式のミキサであり、
プラスチック、食品、積極的に展開していきたいと考えている。

ブレーキ材、金属など幅広い分野で使用されている。また混合の
みならず粉砕、乾燥などの領域での適用も増えてきている。MTI
ミキサシリーズはユニバーサルミキサ、反転ミキサ、バキュームミ

特許

キシングドライヤ、高速ミキサ、横型ミキサ、システムミキサの各

特許第4381461 号 固液分離装置、濾過装置、および固液分離方法
特許第4381462 号 固液分離装置、濾過装置、および固液分離方法
特許第4677484 号 固液分離装置、濾過装置、および固液分離方法

24 TSK 技報 2011 no.15

図 11 実機外観
Fig.11 Appearance of Squeeze and Blow Dehydrator

種ミキサからなっている。
それぞれの特徴や適用例を以下に記載する。

図 2 ユニバーサルミキサ全景
Fig.2 Outside view of Universal mixer

TSK 技報 2011 no.15

25

技術紹介 2

TSK-MTI MIXER

TSK-MTIミキサシリーズ

2.1.1 混合のメカニズム
アジテータは2 段より構成され、下段のメインのアジテータは内容物を掻き上げる羽根の機構になっており、上段の小さいアジテータは逆

品種切換の際にアジテータ類が全て取り外せて、混合槽を空にしポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が使用され、フィラーとして水ての清掃が可能なことが、選定の際のポイントになっている。表 1に酸化アルミニウム、ガラスフリット、炭酸カルシウム、また補強材と他のミキサとの比較を示す。

してチョップドストランドのガラス繊維、カーボン繊維が使用される。

に押し下げる機構になっている。この作用により粉体は下段のメインア

混練の過程は図 6に示すチョッパの負荷電流値が良く示していジテータで回転しながら槽壁にそって持ち上げられ中心付近では上る。主羽根により粉体と硬化剤および顔料等の微量成分とが分散混

表１ 小麦粉プレミックス用ミキサ 比較表
Table1 Comparison of wheel compound mixer

段の小アジテータにより引き込まれて、全体としては回転しながら中心合される。同時にチョッパによる高速剪断作用で粉体の凝集解砕をに吸い込まれるように動く。回転と上下の動きが分散と混合を促進し短行いつつ、バインダとしての樹脂は粉体の1 次粒子に含浸していく。

時間での処理を可能にする。一度中心部に潜り込んだ粉がまた槽壁

この過程が1 次分散過程である。樹脂が含浸された粒子同士は、近くで表面に出てくる循環は5 循環（1 循環 7 秒）でほぼ均一に混ざっ図 4 ブレーキコンパウンド原料仕込み時（型式：EM100B）
Fig.4 Charge of raw material for brake compoundているように見え、通常の混合であれば 3 分で完了する。図 3に混合パターンを示す。

やがて互いに強い付着性を示すようになり、チョッパの負荷も増大して混練物全体が最終的には1つの塊となり、チョッパの剪断力により混練物中の気泡も除かれ、混練操作が完了する。この過程が高負用途としては樹脂粉体への添加剤や顔料の分散混合、小麦粉への荷過程である。ユニバーサルミキサは真空気密性が良く、人造大

砂糖、塩、油脂の混合、ブレーキ用のコンパウンドや金属、無機フィラー

理石では気泡混入防止のために真空下にて混練が行われる。ユニの表面改質など名称の通り様々な物質に適用可能である。

バーサルミキサのBMCにおける他の混練機との比較を表 3に示す。

特長を整理すると以下の通りとなる。

いくつかの事例を紹介したが、ユニバーサルミキサはその名称の通り様々な用途に適用できるミキサである。

1）混合とせん断の機能がそれぞれ独立していて、せん断を選択的に与えることができる
2）コンパクトな構造でスペースを取らない。
3）混合物の温度が上がらない。
4）槽内を減圧、真空にすることができる。

図 5 ブレーキコンパンウンド混合 5 分完了時
（型式：EM100B）
Fig.5 Mixed brake compound after 5min mixing

5）アジテータ、チョッパが容易に取り外せ、内部を十分に洗浄できる。

表 2 摩擦材用ミキサの比較
Table2 Comparison of brake compound mixerb）ブレーキコンパウンド
ブレーキパッドは走行する車を停止させる重要な部品で、様々な物質が配合されて作られている。通常 10 〜 20 種類の成分の配図 6 BMC 混練におけるチョッパ負荷変化
Fig.6 Chopper load change of BMC compound mixing

合が行われ、その分散混合具合はブレーキの性能に大きな影響を与える。
ブレーキパッドは金属粉や繊維をフェノール樹脂で固めて作られ

表 3 BMC 混練機比較表
Table3 Comparison of BMC compound mixerていて、補強繊維として以前はアスベストが使用されていた。現在
図 3 ユニバーサルミキサの混合パターン
Fig.3 Mixing ﬂow pattern of Universal mixer

は発ガン性の問題でアスベストは使用禁止となり、代わりにアラミド繊維が使用されている。アラミド繊維は防弾チョッキにも使用される
強固な繊維でその分分散が難しく混合するのには技術を要する配合物質である。そのアラミド繊維含有のコンパウンドにユニバーサ

2.1.2 用途例

ルミキサのチョッパによる解繊が効果を発揮し、短時間で繊維をほ主な用途、事例を以下に紹介する。

ぐして樹脂や金属繊維の混合を可能にする。この混合は時間勝負a）小麦粉プレミックス

であり、時間をかけ過ぎると逆に繊維が絡み合って玉になってしまc）BMC・人造大理石の混練

ホットケーキ、パンケーキなどの小麦粉ベースのミックス粉で、小麦

い、ブレーキパッドの欠陥になる。ユニバーサルミキサは短時間

ユニバーサルミキサはこれまで混合機としての用途が中心で粉に塩、砂糖、香料、粉乳、そして固形油脂（バターやショートニン

で繊維をほぐしながら粉体と混合するという配合条件には非常にあったが、BMC、人造大理石への適用でこれまで使用されていたグ）をそのまま分散混合できる。すなわち固形油脂を湯せんして溶か適したミキサと言える。実際に多くの車のブレーキパッドがユニバー

ニーダーを超える性能が見いだされ、ユニバーサルミキサの混練

してから混ぜる必要がないことが特長となる。ユニバーサルミキサ

サルミキサで混合した原料で作られている。

機としての用途が確 立された。BMCはBULK

ではチョッパの破砕作用を利用し、ダマの生成無く、固形油脂と小麦粉の分散混合が可能である。またチョコレートや黒糖配合品では26 TSK 技報 2011 no.15

図 4に原料仕込み時、図 5に混合 5 分完了時の写真を示し、表 2に他社ミキサとの比較を示す。

MOLDINGCOMPOUNDSの略で浴槽、洗面ボール、キッチンカウンターなどのプレス加工用の成形原料である。ベースの樹脂としては不飽和TSK 技報 2011 no.15

27

TSK-MTI MIXER

技術紹介 2 TSK-MTIミキサシリーズ

2.3 バキュームミキシングドライヤ

2.2 反転ミキサ

2.5 横型ミキサ

ユニバーサルミキサの兄弟機種として反転ミキサがある。これ

ユニバーサルミキサのひとつで、減圧、真空乾燥用途のミキサ

混合軸が水平な横型のミキサで、円筒状の混合槽の外周が全は混合槽部を脱着型とし、計量、貯蔵、輸送用容器としても使用を独立させてバッチでの乾燥機として使用される。真空ポンプ、コてジャケットとなっており主に冷却用のクーラーミキサとして使用され可能で、ミキサ上下の投入排出配管を不要としたパイプレス対応

ンデンサ、真空用バグフィルタなどと組み合わせてシステム化されている。従来の竪型のタライ型クーラーは図 9に示す様に充填率の多品種少量生産用のミキサである。
分離型混合槽（コンテナポッ

る。製品水分が PPMオーダーの精密乾燥、製品温度を上昇させの関係でもっている冷却面の全てを使用できない。これに対して横ト）に原料を入れてミキサ本体に装着し、ミキサ全体を180 度反転

ないで減圧下での乾燥、液相から固相までの相変化をともなう一型は円筒状の冷却面全てを有効に使えるため、優れた冷却性能

して混合（混合機としてはユニバーサルミキサと同じ）し、その後ま連の乾燥、脱泡などが得意分野となる。また混合、粉砕と併せてを発揮できる。また横型ミキサは図 10に示すように混合槽を割った

た反転して混合槽を脱着し、次工程へ運ぶ。月島機械のFA シスの使用も可能で、混合＋乾燥、乾燥＋粉砕、混合＋乾燥＋粉砕なように開閉する蓋構造をしており内部が大きく開放されるのでメンテムに組み込んでの対応も可能で、その技術に関しては特許も取ど一台で二役、三役が可能なミキサである。

テナンス性も向上し、この点もユニークな特徴となっている。チョッ
パも取り付け可能である。実績としては電子材料のIC 封止材用に得している。
2.4 高速ミキサ

多数納入している。

竪型下部駆動のミキサで 温度を上げて速く混ぜる がコンセプ

図 11 竪型高速ミキサと横型クーラーミキサによるシステムミキサ全景
Fig.11 System mixer of Vertical heater mixer and Horizontal cooler mixer

トのいわゆるヘンシェルタイプのミキサである。10Lのテスト機から
大型 1000L 機までをラインアップしている。
MTI 社はヘンシェル社を源流とする会社で、同じくヘンシェル社

3 まとめから分かれたパッペンマイヤーから分離独立した会社なので、変遷の過程でそれまでの欠点を直し数々の改良を加えてきている。

MTIミキサの最大の長所はその混合効率にある。つまり従来型

棒状の多段アジテータはMTI 社オリジナルで、現在は各社の高と比較してひとまわり小さい型式で同じ処理量が得られる。また、混

速ミキサでも主流となっているアジテータ構造である。

合＋粉砕、乾燥＋粉砕、乾燥＋混合など従来 2 種の装置が必要だっ主な用途はPVC のホットブレンド用で、アジテータと粉体とのたところを1 基で済ませられる複合機能も大きな魅力と言える。

摩擦だけによって数分で約 120℃まで温度を上げてPVC 樹脂粉

混合性の評価は数値で表すことが出来ず、目視での評価以外に添加剤を分散混合する。またアラミド繊維含有ガスケット材のは製品化しての性能評価となるため、実績・経験を集積した技術

コンパウンドの混練りにも強い混合せん断性能が評価されて使が重視され、混合テスト評価が欠かせないものである。月島機械

用されている。

グループでは種々のテスト機を保有して評価に備えている。ユニ
バーサルミキサでは30L機、100L機、500L機の3 種類、反転ミキ
図 9 横型ミキサの冷却方法
Fig.9 Cooling system of Horizontal mixer

図 7 反転ミキサ全景
Fig.7 Outside view of Reversal mixer

サは15L機と50L機、竪型高速ミキサは20L機、100L機、横型ミキ
サでは400L機並びに超小型の0.5Lの反転ミキサテスト機を保有している。
粉体混合は歴史ある技術だが、粉体の世界はまだまだ未知の現象が多く、混合テストで蓋を開けた時の景色には常に新しい発見がある。今後もいろいろな業界のお客様と新しい発見を共有していきたいと考える。

図 10 蓋を開けた状態の横型ミキサ
Fig.10 Outside view of Horizontal mixer with opening the door

2.6 システムミキサ
前述の高速ミキサと横型ミキサを組み合わせたコンビネーション
タイプのミキサで、加熱混合の高速ヒーターミキサで温度を上昇させた混合物を横型のクーラーミキサで冷却する用途で使用される。
高速ミキサが加温しているときに同時に横型ミキサで冷却するシン
クロ運転が可能なように、高速ヒーターミキサの容量に対して4 倍
図 8 反転ミキサを使用したFAシステム
Fig.8 FA system using Reversal Mixer

28 TSK 技報 2011 no.15の容量のクーラーミキサを組み合わせて性能アップを図っている。

TSK 技報 2011 no.15

29

技術紹介

3

粉砕の目的は、物質を微粉化することにより以下の効果を得ることである。
・溶解性、吸着性、分散性を向上し、反応性を増大する。

ボールトン振動機械
Boulton Vibratory Machines

たメディア同士の衝突回数は非常に多い。微粉砕された粉砕物
は、モーターを駆動させたまま⑦排出口を開くことにより排出できる。
シャープな粒度分布を得るために、粉砕メディアの形状は円柱形

・混合状態をより精密化する。

を標準としている。ボールミルなどでよく使われる球形メディアでは、・流動性を改善することにより、ハンドリング性を向上させる。

メディア同士の接触が点接触のみで粉砕の面から見るとよくない。

・製品の均質化をはかる。

円柱メディアの場合、点接触だけでなく、線接触および面接触
するようになる。
これは、メディア同士がぶつかり合って振動するとき、2.2 振動ミルの特長
本振動ミルを使うことの特長を以下に示す。

Abstract

1）粉砕効率が高い。

Tsukishima Kikai Co., Ltd. (TSK) has been manufacturing Boulton Vibratory Machines
under license from William Boulton Ltd., a British company since 1965. “ BOULTONVIBRO-ENERGY MILL” spread widely in the U.K. and Europe since 1953, and SWECO
played its parts in spreading these machines in the U.S.A.
Manufacturing of Boulton Vibratory Machines has been transferred from TSK to Tsukishima Machine Sales Co., Ltd., and now, Tsukishima Techno Machinery Co., Ltd. is manufacturing these machines.

丸山 昭夫
MARUYAMA Akio
月島テクノマシナリー（株）
産業機械事業部
粉体グループVibro-Energy Vibratory Machine includes types such as “ Vibrating Mill,” “ Vibrating
Sieve,” “ Vibrating Polisher,” and “ Vibrating Mixer,” with sales record of more than 6000
machines up to now.

エネルギーの大部分が粉砕に直接無駄なく使われる。
2）製品の粒度分布がシャープになる。
三次元振動と円柱状メディアの使用によって、シャープな粒度分布が得られる。
3）製品に対するコンタミが少ない。
メディアの動きにムダがなく、過剰な衝撃力が働かず、メディア、

まず大きな粒子が最初に粉砕され、その大きな粒子が他の小さい粒子と同じサイズになった段階で、はじめて小さい粒子も一緒に粉砕されるが、このときメディアの線および面による接触部分で、摩砕が生じ粉砕物が均一化される。
メディアの材質は、粉砕物へのメディア材質のコンタミネーションの許容量により選定される。
粉砕室の内面は、耐摩耗性材料でライニングしている。標準的にはゴムライニングまたはポリウレタンライニングであるが、ステンレス製やセラミックコーティングもある。

装置のライニング材からのコンタミが少ない。
4）消費エネルギーが少ない。
ミル内での粉砕効率が高く、駆動部でもモーターベアリング以
外に摺動部分がないため伝達ロスも少なく、消費動力が少ない。
5）ランニングコスト・メンテナンス費が少ない。

ボールトン振動機械は、1965年の月島機械と英国のボールトン社（William Boulton Ltd.）との技術提携によって月島機械で製作されるようになった。ボールトン社のバイブロエネルギー振動機械、その内のボールトン振動ミルは 1953年以来英国およびヨーロッパに普及し、米国では SWECO社により広く普及している。

粉砕室は耐摩耗性のライニングが施されており（張替可能）、駆動部の消耗品も少ないため維持費が安い。
6）サンプリング・製品の排出が容易である。
運転しながら粉砕物の取り出しが可能である。

ボールトン振動機械は、1979年に月島機械からサブライセンスを受けて、月島マシンセールスで製造販売するようになった。2005年からは合併により月島テクノマシナリーにおいて製造販売している。
ボールトン社のバイブロエネルギー振動機械は、振動ミル・振動スクリーン・振動研磨機・振動ミキサ

7）粉砕効果が安定。
一定の操作条件に対し、一定の製品が得られ粉砕作業が正確にコントロールできる。

などの機種があり、これまでに月島機械グループとして6000台以上の販売実績がある。
キーワード：振動ミル、振動ふるい、振動研磨機
Keyword ：Vibrating mill, Vibrating sieve, Vibrating polisher

図 1 ボールトン振動ミル概略図
Fig.1 Schematic view vibrating mill

2.3 振動ミルの機構
リング状の①粉砕室とその中央部に取り付けた振動機構からなり、粉砕室の中に小さくて非常に硬い②粉砕メディアを充填する。
粉砕メディアの形状はφ1/2×1/2インチの円柱状のものが多く、

2.4 振動ミルの用途

材質は焼結アルミナが一般的である。被粉砕物は粉砕メディア間

1）微粉砕と分散の空隙部をほぼ埋める程度に入れる。振動装置は粉砕室の中央

1 はじめに2 ボールトン振動ミル部に直接取り付けており、粉砕室全体が③スプリングによって支えられている。したがって振動装置で発生する全エネルギーが直接

2.1 粉砕の目的

粉砕メディアに伝えられる。振動装置は特殊な④両軸振動モーター（William Boulton Ltd.）との技術提携によって月島機械で製作さ

1）化学工業やその他諸工業において、固体を微粒化する要求がでできており上部に取り付けられた⑤上部ウェイトは粉砕室に水平れるようになった。ボールトン社のバイブロエネルギー振動機械そ増々高まっている。粒子の表面積の増加や微粒化の長所が、い回転運動を与え、下部に取り付けられた⑥下部ウェイトは上下運動の内のボールトン振動ミルは1953 年以来英国およびヨーロッパに

ろいろな分野で用途開発されている。

を与える。この2 つの運動が合成されて複雑な三次元の高周波のボールトン振動機械は、
1965 年の月島機械と英国のボールトン社

普及し、米国ではSWECO 社により広く普及している。

2）固体の化学的ならびに物理的な性質は、粒子サイズによって大振動が発生する。
この振動が粉砕室内の粉砕メディアに伝わり、メディア同士がおボールトン振動機械は、1979 年に月島機械からサブライセンスをきく変化し、おおよそ比表面積に比例して高機能化される。すな

受けて、月島マシンセールスで製造販売するようになった。2005 年

わち、微粉砕された物質は粉砕前のものに比べてはるかに大き互い粉砕物に衝撃を与え合い、摩砕し合って粉砕物を微細化す

からは合併により月島テクノマシナリーにおいて製造販売している。

な商品価値を持つことになる。

る。また、メディアは粉砕室の中心軸のまわりに、一定の速度で回ボールトン社のバイブロエネルギー振動機械は、振動ミル・振動

3）固体と液体もしくは気体との間の化学反応は、通常固体の表面

スクリーン・振動研磨機・振動ミキサなどの機種があり、これまでにで起こるので、粒子を細かくし比表面積を増加するほど反応性

月島機械グループとして合わせて6000 台以上の販売実績がある。

が高くなる。

30 TSK 技報 2011 no.15

転しながら転動していく。このメディアの転動運動が粉砕物にせん
断力を与え、さらに混合、分散作用をおよぼす。
メディアは、粉砕室の中に多数個投入するので、粉砕物を介し物質の微粉砕ばかりでなく、粒子の凝集したものを再分散させる目的にも適している。
2）微粉砕と混合
数種類の原料を効率よく混合粉砕できる。
3）湿式と乾式
どちらの方式も可能である。
4）振動ミルの用途
主な処理物質は、酸化チタン、アルミナ、水酸化アルミ、フェラ
イト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、群青、顔料、釉薬など。
2.5 振動ミルの適用条件
効果的な粉砕のための原料の供給粒度は、60mesh（250μ）以下である。粉砕後の粒径は粉砕物にもよるが、1ミクロンまたはサブ
ミクロンまでの粉砕が可能である。

TSK 技報 2011 no.15

31

Boulton Vibratory Machines

技術紹介 3 ボールトン振動機械

3 ボールトン振動ふるい2）ランニングコストが安くて経済的である。

3.1 ふるいの目的

3）取り扱いが簡単である。

構造が簡単で、設備費、運転費、保守費が安い。
1）ふるい分け

小型軽量で据え付けが容易であり、ワークやメディアの投入、製品の分級や粒度を揃える。異物除去など。

排出が簡単に行え、運転中に研磨の進行状態を確認できる。

2）固液分離4）メディアは種々の材質、サイズ、形状、硬度があり、用途・目的

製品を固体と液体に分けるろ過操作。

に応じて選択できる。
5）コンパウンドもそれぞれの用途・目的に応じて選択できる。

3.2 振動ふるいの特長
4.3 振動研磨機の機構

1） ふるい網上、網下の物質が連続的に自動排出できる。
2） ふるいの運動（振動方向の強さ）
は製品の必要に応じて自由か
つ簡単に調整できる。

図 3 ボールトン振動ふるいベルト駆動型概略図
Fig.3 Schematic view of vibrating sieve (Belt drive)3） 構造が簡単でふるい網上の物質は、うず巻き状に移動して分

4） ふるい網はクランプ締めであるため取替が簡単で、排出口のとメディア（研磨材）を投入する①研磨槽（コンテナー）とその下に取り付けた振動機構からなっている。
コンテナーは②センターチュー

散し、ふるい面との接触が効果的に行われるため、最大のふるい分け効率が期待できる。

基本的な振動機構は振動ミルと同様である。ワーク（被研磨材）

ブを中心としたリング状の研磨槽で内面は耐摩耗性ゴムライニン
3.4 振動ふるいの用途
1） 振動ふるいによる固液分離

グまたはポリウレタンライニングなどがある。
研磨作業は、コンテナー内に研磨する製品とメディア（研磨材）

遠心分離、ろ過等の固液分離操作や湿式分離操作には、沈を投入する。そして研磨を促進するためのコンパウンド（添加薬5）駆動部の上下アンバランスウェイトに対する位相角度を変える

降槽、ろ過機、遠心分離機、液体サイクロン等の単体機械が品）と水を供給する。コンテナーの振動によって、これらの投入さことにより、処理物の性状に適したふるいの運動が得られる。

使用されているが、これらの機械は一般的に設備費と保守費

れたものはコンテナー内を回転しながら② センターチューブのま方向は自由に変更できる。

3.3 振動ふるいの機構
基本的な振動機構は振動ミルと同様である。粉砕室の代わりにが高い。これらの機械の中には、振動ふるいで十分に代替できわりを旋回する。この間に、製品はメディアと接触し研磨がおこる場合が多々あり、
むしろ振動ふるいの方が有利な場合がある。

なわれる。

2） 化学工業

網を1 段ないし数段取り付けた構造になっている。乾式・湿式、一薬品、医薬、樹脂原料や製品のふるい分け、異物除去、廃液

段・多段、微粉・粗粒、比重の軽いもの、重いものやその他いろからの有価物の回収や精製など。

いろな用途に使用できる。また、ふるい分け、固液のろ過、分離、脱水、回収、洗浄等にも広く応用されている。
駆動方式は、振動モーター直結型（図 2）と汎用モーターベルト
駆動型（図 3）がある。その他、ATS システム式の空気圧を利用

図 5 サンプル写真
Fig.5 Sample photo

5 おわりにボールトン振動機械は、製造販売を開始して40 年以上経過し3） 鉱物・金属工業

た技術であるが、あらゆる用途で現在も使用されている。標準品

けい砂などの鉱物、合成研磨材、建材、窯業原料などのふるばかりではなく、お客様の特殊仕様に応えてその都度種々の改良

い分けなど。

や新機種を加えてきた。また、初期に納入した機械で現在も使用

4） 食品工業されているものも多く、寿命の長い機械でユーザーの信頼を得ていしたふるい網緊張装置や超音波装置付のふるいもあり用途に応じ穀物、食品、
ドライミルク、チョコレート、砂糖、デンプン溶液、る。しかし、振動機械は成熟した機械でもあり、振動機器の市場はて選定できる。

家畜飼料などのふるい分けや精製など。

競合も多く、さらに低価格指向にあり、今まで以上のコスト低減が

5） 製紙・パルプ必要である。これからも、月島機械グループの豊富な納入実績やコーティング材、サイズ材、ホワイトカーボン、炭カルなどの粗数多くの経験を生かして、新たな需要および新規顧客の開拓に取粒除去、ろ過、異物除去、廃水処理など。

り組んで参りたい。

6） 各種工場廃水
工場廃水の処理など。
7） し尿汚水処理

図 4 ボールトン振動研磨機概略図
Fig.4 Schematic view of vibrating polisher

し尿および家畜汚水の処理など。

4 ボールトン振動研磨機
4.4 振動研磨機の用途
4.1 研磨の目的
各種の金属部品、プラスチック、セラミック製部品などの表面研
図 2 ボールトン振動ふるい直結型概略図
Fig.2 Schematic view of vibrating sieve (Vertical vibrator）

磨−バリ取り、スケール落とし、カエリ取り、粗研磨、精密研磨、光沢研磨、つや出しなどがある。

主なものは、自動車部品、オートバイ部品、自転車部品、電気部
品、ＯＡ機器部品、航空機部品、装飾品、陶磁器などである。
金属部品の表面仕上げにバレル式研磨機が使用されて様々な型式のものが開発されてきたが、ボールトン振動研磨機は取扱いの容易さ、広い使用範囲などで好評を得ている。

4.2 振動研磨機の特長
1）短時間で美しい仕上面が得られる。

ボールトン振動研磨機は、同じ振動原理に基づく振動ミルや振動ふるいの長年にわたる経験と実績を背景に開発されたものである。

薄肉の部品やデリケートな部品も研磨できる。

32 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

33

2010年度に登録された特許の中、今回の特集に関わる技術について２報取り上げて概要を紹介する。
これら晶析、固液
分離の単位操作は月島機械のコア技術であり、プロセスを構築する上で重要な機器となりうるものである。
これまでの特許やノウハウとなっている技術の上に積み重ねて今後の月島機械を支えるコア技術として発展することを期待する。

TSK特許紹介

発明の名称

晶析方法及び装置

発明の名称

固液分離装置および固液分離方法

登録番号

特許第4518465号 （登録日：2010/5/28 出願日：2003/7/7）

登録番号

特許第4597827号 （登録日：2010/10/1 出願日：2005/9/20）

発明者

望月 雅人

発明者

佐藤 益弘

目的

大内 健二

本発明は、
結晶析出量の少ない原料を効率良く晶析し、回収する方法および装置に関するものである。

目的

本間 友基

高木 浩伸

陳 貴吉

桜井 伸隆

本発明は、
スラリーから液状物質と固形物質とを分離する固液分離装置および固液分離方法に関するものである。

原料の容量に対して結晶析出量が少ない物質の晶析を行う場合、処理後のスラリー濃度がそれほど高くなら従来の固液分離装置は表面にスラリーが供給される濾過部と、その濾過部の表面に供給されたスラリーを加ず、また得られる結晶の粒径も小さくなりがちである。
そのため、晶析自体の効率が低くなるばかりでなく、処理後の圧する加圧手段と、濾過部の裏面側に濾液を回収する回収手段とが備えられている。加圧されることでスラリー

スラリーをそのまま固液分離機に供給し、結晶分を回収しようとしても、（イ）
分離機での脱液率が低下する、（ロ）
分から液状物質が搾り出されて濾液とケーキが分離できるようになっている。
この場合加圧されるケーキは濾過部

離する結晶量に対する分離機の稼動負荷が高くエネルギー効率が悪い、等の問題がある。

の表面側に向けて単に押圧しているだけであったので、加圧時に、ケーキが、濾過部の表面に沿った方向に加本発明は、結晶缶内のスラリーから清澄液を連続的に抜出すという簡素な手法により、結晶缶における結晶成

圧部よりも外側に押出される、あるいは飛散するおそれがあり、得られるケーキの純度にばらつきが生じ、結果とし長操作中にスラリーを濃縮し結晶析出量の少ない物質を効率良く晶析でき、スラリーを直接分離機に供給するこて固形物質の純度が低下するという問題があった。

とで回収を効率良く行うことができる晶出方法及び装置を提供するものである。

発明概要

本発明の固液分離装置は、
この濾過部の表面に向けて上下運動が可能な枠状または環状のシール材を有するシール手段と、濾過部の表面に供給されたスラリーを加圧する加圧手段を備えてケーキと加圧部、濾過部の種晶を含む所定濃度の原液スラリーを結晶缶2内に連続的に供給し、結晶缶2上部の抜出口からオーバーフ

密接性を調整することで固形物回収率、純度を改善するものである。

ローにより清澄液を連続的に抜出すことにより結晶缶2内のスラリーを濃縮しながら、スラリー中の結晶を成長させる一方で、結晶缶2内のスラリー濃度が所定の抜出濃度に達する度に、結晶缶２内のスラリーを抜き出して固液

発明概要

シール手段は、シール材を開口面が全周に亙って濾過部の表面または供給されたケーキに押圧されて密接可分離機4に供給し、固液分離機４によりスラリーから成長結晶ＣＬを分離するようにする。

発明の効果能となるようにバックアッププレート若しくはダイヤフラムを備えている。加圧手段は、濾過部の表面またはその表面に供給されたケーキに密接されたシール材を加圧する構造としてバックアッププレート若しくはダイヤフラムが、そ結晶缶内のスラリーから清澄液を連続的に抜出すという簡素な手法により結晶缶における結晶成長操作中にのシール材の周方向に複数設置されて互いに独立して駆動する。
それによりシール材は、その周方向に沿う位置

スラリーを濃縮でき、スラリーは濃縮装置を使用せずに分離機に供給することができる。
このような簡素な手法をごとに、濾過部の表面、またはその表面に供給されたケーキへの密接力が調整可能となる。

採用することにより設備コスト及びランニングコストを著しく低減することができる。
また本操作は、スラリー濃縮を伴う結晶成長ステップを行う一方で、結晶缶内のスラリー濃度が所定の抜出濃度に達する度に、結晶缶内のスラ発明の効果

ケーキを濾過部、濾過部の表面に向けて上下動可能な枠状若しくは環状のシール材１２ａを有するシール手段、リーを抜き出して固液分離機に供給し結晶回収を行うようにするため、見かけ上晶析処理全体としては連続処理

ケーキを加圧する加圧手段が備えられ、シール材はその開口面が濾過部の表面またはケーキに押圧されて密とすることができる。

接可能な構造とすることで固液分離の効率が向上して固形物質の純度のばらつきを少なくして純度を向上させることができる。

関連する主な登録特許
関連する主な登録特許

No 発明の名称

登録番号

概要

No 発明の名称

登録番号

概要

1

固液分離方法4522933

固液分離方法1

被処理液循環型晶析装置

4428612微細な結晶を少なくすることができる被処理液循環型晶析装置2

固液分離方法4522932

固液分離方法2

被処理液循環型掻取式晶析装置

4338119被処理液循環型の掻取式晶析装置3

真空濾過装置の洗浄方法および真空濾過装置

4368773

真空濾過装置の洗浄方法および真空濾過装置

3

掻取式間接冷却晶析法

3238185

掻取式間接冷却晶析法

34 TSK 技報 2011 no.15

他

17件の登録特許

TSK 技報 2011 no.15

35

平成22年度

登録特許一覧

１）
月島機械（株） 登録特許
No

登録番号

出願日

発明の名称

概要

1

4657906

2005/12/9

濾過ユニット

貯水槽等内に設置する濾過ユニット

24623667

2006/9/12

ろ過装置

掻き取り効果を向上させたろ過装置

34623666

2006/9/12

ろ過装置

内枠との密着性、取付の効率を向上させたろ過装置

44619917

2005/10/14

リグノセルロースの前処理方法

28

4513075

1999/12/2

炭酸ソーダの添加による軟化処理を効率よく直接精製糖を製造する方法

含む限外ろ過処理による甘蔗からの精製糖製造プロセス29

4503430

2004/12/24

濾過装置

所定位置に該濾過モジュールを案内し円滑に配置することが可能な
濾過装置

リグノセルロース原料中の糖を効率よく回収する前処理方法
546198312005/3/8

リグノセルロースの前処理方法

64619550

2001/1/11

スラッジ・ケーキ状物質のスラッジ・ケーキ状物質を分散噴出させ噴出口閉塞、分散不良を防止分散噴出装置する方法

314494399

2004/3/31

Ｌ‐乳酸の製造方法

304497475

2005/3/8

フィルタープレス装置

濾布の繊維中に保持された固形分を迅速・容易・安価に除去できる
装置
Ｌ‐乳酸の製造方法 （共願：三菱化学フーズ）

74597827

2005/9/20

固液分離装置および固液分離方法

固形物質の純度を向上させる固液分離方法

324493039

2006/1/6

ろ過装置

84596505

2001/6/14

排ガス処理装置及びその方法

流路が閉塞せず清掃容易な排ガス処理装置

334493038

2006/1/6

ろ過装置

94590608

2000/6/7

ろ過・乾燥装置

ろ過槽に解砕装置を設置したろ過・乾燥装置

344493032

2005/10/12

ろ過装置

10

4582712

2005/12/15

ろ過装置

脱水ケーキの圧密度調整が可能なろ過装置

114577820

2004/7/26

ビスフェノールＡの製造方法及び装置

高い純度のビスフェノールＡをケミカルリサイクルする方法及び装置

3544930312005/10/12

ろ過装置

ろ過濃縮性能を向上させるろ過装置

124573228

2005/5/18

粉粒体の混合装置

攪拌羽根を設けたコンテナ型の混合装置

364493030

2005/10/12

ろ過装置

仕切りの強度向上、形状の維持、ろ過作業を安定化したろ過装置

134565986

2004/12/16

重金属を吸収した植物からの重金属吸収植物体からの重金属回収システム及び重金属回収方法

374493024

2005/6/16

ろ過装置

小型化、
脱水性能を向上させたろ過装置

重金属回収システム（共願：大成建設）

384491642

2003/7/29

箱もの内容物の処理方法および充填した袋体を収容した段ボール箱を自動開梱し、袋体を自動排出処理装置

する方法及び装置

ケーキを圧密し脱水を促進させる圧密度調整が可能なろ過装置

144565554

2004/12/28

ガス抜き装置及びこれを設けた

ろ過濃縮性能、
圧密脱水性能、ＳＳ回収率及び搬送性を向上させる
ろ過装置

搬送管路内の滞留ガス抜き装置、及びこれを設けた汚泥搬送設備

汚泥搬送設備154548791

2006/4/14

遠心分離機

ろ過性能の優れた遠心分離機

164541070

2004/8/13

汚泥凝集装置及び方法、脱水機に投入する凝集汚泥の質を一定に保つ汚泥凝集装置

２）
月島環境エンジニアリング（株） 登録特許

薬品供給位置制御装置

及び方法、
薬品供給位置制御装置

No

登録番号

出願日

発明の名称

概要

17

4536686

2006/6/7

遠心分離機のシュートケーシング

シュートケーシング内側の閉塞を防ぐ方法

14637810

2006/11/1

脱硫廃液と硫黄粒子の焼却処理方法

硫黄粒子を含む脱硫廃液を焼却処理する方法

184530342

2004/7/6

含蜜糖の製造方法及び製造装置

さとうきび由来の独特の風味を残した含蜜糖の製造方法

24615079

1999/10/25

塔方式の気液接触装置

ガス量の少ない気液接触の効率を向上した装置

及び製造装置34611355

2007/9/27

ガス処理方法およびガス処理設備

Ｄｕａ
ｌＲｅ
ｆ
ｌ
ｕｘＰＳＡ法に準じた成分除去を行うガス処理方法および

194522933

2005/9/20

ガス処理設備固液分離方法
固形物質の純度を向上させる固液分離方法

204522932

2005/9/20

固液分離方法214522797

2004/9/7

リグノセルロースの前処理方法

リグノセルロース含有原料から効率よく糖液を得る前処理方法

及びエタノール製造方法

及びエタノール製造方法

砂糖きび搾り滓の分離方法

砂糖きびの搾り滓からバガシロを効率よく採取する分離方法

および分離装置

および分離装置

224521608

2000/6/22

44606936

2005/4/7

54593191

2004/6/21

64542190

2009/3/11

基板の洗浄方法

オゾン水でレジスト剥離等の基板の洗浄を行う効率的な洗浄方法

焼却設備における熱交換器の焼却設備より排出される燃焼排ガスを冷却水に直接接触させて冷却洗浄方法

する際の熱交換器の洗浄方法

廃棄物の燃焼発電方法

廃液燃焼炉からの熱エネルギーを効果的に活用する焼却法

及びその燃焼設備

234518501

2005/10/12

ろ過装置

ケーキの圧密脱水性能、搬送性を向上させるろ過装置

74542171

2008/5/7

廃液の燃焼方法及びその燃焼装置

廃液燃焼の熱量の有効利用、ＣＯ2発生削減の方法

244518500

2005/10/12

ろ過装置

ろ過濃縮性能、ＳＳ回収率を向上させるろ過装置

84509695

2004/7/28

廃液焼却処理方法

低発熱量の廃液を焼却処理する方法

254518495

2005/6/16

ろ過装置及びろ過方法

小型化、脱水性能を向上させるろ過装置及びろ過方法

264518465

2003/7/7

晶析方法及び装置

結晶析出量の少ない物質を効率良く晶析、回収する方法及び装置

274515158

2004/5/31

電子ビームガンおよびプラズマ装置

ポールピースの磁気特性の変化を抑え電子ビームの軌道を安定（共願：豊田ケミカルエンジニアリング）
94485738

2002/6/12

目的物質を分離・回収する方法

有価物や不純物の塩などを分離・回収する方法

化した電子ビームガン
36 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

37

コーヒーブレイク

会社概要
名称

月島機械株式会社 （TSUKISHIMA KIKAI CO.,LTD.）

資本金

６６億４６８０万円

前号で紹介した月島機械とかかわりの深い身の回りの結晶 塩 の続編を紹介

代表取締役社長

山田 和彦

従業員数

614名（グループ2,205名）（平成22年3月末現在）

します。塩は海水からの採取が中心でありその海水に焦点を当ててみました。

創業

明治３８年８月

売上高

単独：390億円 連結：676億円（平成22年3月期）

先の東日本大震災で多大な被害を受けた福島第１原子力発電所でも冷却手段

2Partとして用いられていますし、月島機械でも海水法として排煙脱硫設備の吸収、事業所冷却に用いる例があります。

本社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

市川事業所 （工場）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354

東京支社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6541 FAX.03-5560-6593（研究所）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661

大阪支社〒541-0045 大阪市中央区道修町2-6-6（塩野日生ビル）TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415（環境プロセス
開発センター）〒272-0011 千葉県市川市高谷新町6-4
TEL.047-328-8761 FAX.047-328-8789

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西1-1-2（SE山京ビル）TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

仙台支店〒980-0014 仙台市青葉区本町1-11-2（SK小田急ビル）
TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

横浜支店〒231-0015 横浜市中区尾上町4-47（リスト関内ビル）
TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒045-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

広島支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

福岡支店〒810-0062 福岡市中央区荒戸2-1-5（大濠公園ビル）TEL.092-741-5736 FAX.092-761-4806

沖縄営業所〒901-2131 沖縄県浦添市牧港1-5-12
TEL.098-874-5793 FAX.098-874-5793

１ はじめに

表1 海水の組成2）

前号で紹介したとおり一般的な塩の製法は海水を原料として確立されてきました。海水から濃い塩水
（かん水）
を得る
「採かん
（採鹹）
工程」
と、そのかん水を煮つめて塩の
結晶を得る
「せんごう
（煎熬）
工程」
という二つの工程からなります。今回はこの海水の性質と濃縮、析出方法について紹介します。

２ 海水の性質
純粋に塩辛い味がする物質は塩しかありません。似たような味を示す有機物や無機物はありますが、安全で信頼のおける物質としては塩以外にありません。その原料となる海水中には５ 10 6トンという膨大な量の塩が存在します。その海水の成分を表１に示します。海水中には約 2.7%の塩（塩化ナトリウム）が含まれており、それ以外
はマグネシウム、カルシウム、カリウムの塩が含まれています。海水中の可溶性の固形物を基準にすると塩化ナトリウムは既に約 78%の純度で存在しています。従って〈海外〉
TSKジャカルタ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Jakarta Representative Oﬃce
Sequis Plaza 22nd Fl.Suite 2203 JI. Jend. Sudirman Kav. 25 Jakaruta Selatan
12920
TEL: +62-21-526-7732/7734 FAX: ＋62-21-526-7790
TSKハノイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Hanoi Representative Oﬃce
Unit 202,V-Tower, 649 Kim Ma Street,Ba Dinh District,Hanoi
TEL: ＋84-43-766-9965,7〜8 FAX: ＋84-4-7669969
TSKムンバイ駐在員事務所
Tsukishima Kikai Co.,Ltd.Mumbai Liaison Oﬃce
8,Krishna Kunj 1st ﬂoor above HDFC Bank Near Fly over Bhayandar(W)Thane-401 104
TEL: ＋91-22-2815-2784 FAX: ＋91-22-2815-2785

塩を回収するには共存する他の無機塩の性質、主に溶解度差で結晶化することで精関連会社

製することができます。実際には海水は、イオン交換膜等を利用した採かん
（採鹹）
工
1）

程 で一段濃縮され他の不純物が除外されて、約 92%の純度の高濃度塩水を得た

月島テクノメンテサービス（株）〒104-0052 東京都中央区月島4-8-14
TEL.03-3533-6271 FAX.03-3533-2588

月島テクノマシナリー（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12（市川事業所）
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354

月島ビジネスサポート（株）〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
月島機械
（株）
内
TEL.03-3533-4824 FAX.03-3536-0968

月島テクノソリューション
（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12（市川事業所）
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661

月島環境エンジニアリング（株）〒104-0033 東京都中央区新川2-12-15（ヒューリック八丁堀ビル3〜6階）
TEL.03-6386-3960 FAX.03-3537-8763

サンエコサーマル（株）〒322-0017 栃木県鹿沼市下石川737-55
TEL.0289-72-0371 FAX.0289-72-0381

寒川ウォーターサービス（株）〒253-0106 神奈川県高座郡寒川町宮山4058-6（事業所）
TEL.0467-72-0862 FAX.0467-72-0863

後に結晶化をおこなっています。また、海水を濃縮することは、一方では淡水を得ることになります。特に海水と淡水の浸透圧差を利用した逆浸透法は海水淡水化技術
として広く普及しています。従って海水濃縮と淡水化は表裏の技術と言えます。

３ 海水（かん水）からの塩の析出
塩の結晶化工程は前号で紹介したとおり多重の真空蒸発缶が使用されています。発電用の蒸気タービン後の低圧蒸気（1bar 以下）を利用して蒸気量に対して高い蒸発量が得られる効用缶方式が用いられています。蒸気量に対する水の蒸発量は3 重効用缶で約 2.6 倍、4 重効用缶では約 3.2 倍に増えます。効用缶は各蒸発缶に真空度
並びに平衡となる温度の勾配を持たせて高温側で蒸発した蒸気を次の蒸発缶の加熱源に利用することで効率的に熱が利用されています。海水（かん水）を濃縮した際におこる不純物の析出と製品である塩の析出の関係を図１に示します。
かん水を濃縮する（図で右側に進む）とまず塩が析出し（左側〈海外関連会社〉
月島エンジニアリングマレーシア（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING MALAYSIA SDN. BHD. ≪TEM≫
月島エンジニアリングシンガポール（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING SINGAPORE PTE. LTD. ≪TES≫SUITE16, 04-05, 16th Floor, Wisma Mca,
163 Jalan Ampang, 50450 Kuala Lumpur, Malaysia
TEL. +60-3-2162-8679 FAX. +60-3-2162-8377
TSKエンジニアリングタイランド（株）
TSK ENGINEERING (THAILAND) CO., LTD. ≪TET≫
United Center Building 14th Floor, Room1404,
323 Silom Road, Bangrak, Bangkok 10500, Thailand
TEL. +66-2-231-1726〜30 FAX. +66-2-231-1731
TSKエンジニアリング台湾（株）
TSK ENGINEERING TAIWAN CO., LTD. ≪TETA≫
6th Floor, No.24, Min Sheng, W.Road, Taipei, Taiwan R.O.C.
TEL. +886-2-2523-6975〜6 FAX. +886-2-2521-1429
月島環保機械
（北京）有限公司
TSK ENGINEERING CHINA CO.,LTD
北京市朝陽区景華南街5号遠洋光華中心C座15階08室（営業開始日：2011年6月初旬予定）

一点破線）
、続いて

硫酸カルシウム（石こう）が析出し最後に塩化カリウム（右側 一点破線）が析出します。塩化カリウムは不純物となるため析出の手前で濃縮を終了させます。このときの母液はMgCl2,KCl,NaCl,CaCl2 を含むにがりとなります。また製品の塩は沈降速度差を利用して石こうと比重分離して精製します。この濃縮操作の際に問題となるのは

図1 石こう析出領域での塩の挙動2）

蒸発缶の加熱面のスケーリングで、その対策の一つとしては本技報内で紹介のあっ斜線内はスケーリングが起こる境界。1号〜3号缶は順給の場合の操作線。

編集後記

た石こうの種晶を添加する方法です。もう一つは順給、逆給の給液方法を組み合わ

TSK技報 NO.15 2011
年2回（4月・10月）発刊
問い合わせ先：giho@tsk-g.co.jp

せることで2 号缶で起こる石こうの析出を防ぐことです。これらの手法により数ヶ月の連続運転が行われています。

高尾ひろ子

編集委員

4 おわりに

東日本大震災発生から約2ヶ月が経とうとしています。福島第一原子力発電所の事故も含め、今回の災害は「想定

2 号にわたり塩を特集しましたが、砂糖と並んで塩は自然界から採取する結晶の代外」「想定以上」と言われており、それぞれが設定した安全対策をはるかに上回る地震と津波で大規模の災害となって表と言えます。またそれは月島機械の結晶化技術の原点とも言えます。物質の性状、共存する化合物との相互作用を把握して結晶の品位を高めることは物質が変わっても同じアプローチが必要となります。

Editor's Note

参考文献
1）たばこと塩の博物館
http://www.jti.co.jp/Culture/museum/sio/index.html（2011 年 3月現在）
2）塩の事典 東京堂出版（平成 21 年）

しまいました。月島機械が関係している処理場・施設も災害でダメージを受けた所が複数か所にも渡っており、復旧を待たれています。復旧に向けて貢献できるよう技術力を常に磨き、安全で信頼の高い機械を作り続けられる会社でありたいと思います。

発行：月島機械株式会社 技報編集委員会
総 責 任 者：西田 克範
編集委員長：佐藤 正則
編 集 委 員：高橋 正純
佐藤 教子
佐藤 剛
石井 究
高尾 ひろ子

荒井 健
加藤 善二
近藤 洋正
橋口 秀之
11041750GMW

38 TSK 技報 2011 no.15

TSK 技報 2011 no.15

39