粉粒関根

特集

粉

粒

粉粒

粉

靖由

＊

粉粒体処理プロセスにおけるトラブル対策

低融点樹脂粉砕の現状と対策
粒〜常温粉砕可能なセントリカッターの特徴と活用事例〜
粉粒

1．は じ め にまた，粉砕部は液体窒素を使用しているため，粉砕部に耐摩耗性の高い工具鋼を使用すると低温脆性で樹脂を粉砕する目的としては，樹脂とフィラーを強度が低くなることから，破損や摩耗が促進されや混練しやすくすることが理由の一つである。樹脂にすい。そのため，粉砕部の材質はオーステナイト系フィラーを配合する役割として力学特性・熱特性のステンレスが使用されることが多いが硬度が低いた改善，加工性向上，導電性や磁性などの機能性付与，め粉砕部の部品交換頻度は多い。

コスト低減などがあげられる。しかし，フィラーのこのことより低融点樹脂の粉砕を自社で設備化す配合比率や樹脂の融点が高い場合，ペレット状の樹るには，液体窒素を使用しない粉砕方法で行うこと

脂から押出機で混練を行うとフィラーと樹脂との接が望ましい。しかし，常温粉砕で使用される遠心型

触面積が少ないため，フィラーの分散不良が発生しミルは低融点樹脂（熱可塑性樹脂）の粉砕では運転て求めている特性や機能が得られない可能性がある。

条件によって，粉砕時に発生した熱で溶融した樹脂

そのため，混練を均一に行うためには樹脂ペレッが粉砕刃やケーシング内に蓄積し処理が困難である

トを数百ミクロンに粉砕してからフィラーと均一混（写真 1）。さらに運転できたとしてもヒゲと呼ばれ合して押出機などで分散することが好ましい。しかる糸状の生成物が発生し，振動篩などで粉砕品を選し，低融点樹脂を常温粉砕する場合，粉砕時の熱の別する場合に篩上で絡まり製品回収率が低くなった

影響で溶融やヒゲなどの不良品が発生してしまい生

り，成形時の樹脂供給量がヒゲの影響で安定しなく産することが不可能になってしまうことがある。本

ムラを発生させてしまう場合がある。そのため，溶稿では低融点樹脂を常温粉砕できる粉砕機と粉砕事

融やヒゲを防止するには処理量を減らして粉砕時の例を説明し，コーヒーや香辛料などの食品粉砕への熱の発生を減らす必要があるため，生産能力を十分応用について簡単に紹介する。に発揮できなくなる。このことから常温粉砕する場

2. 低融点樹脂の粉砕方法

合は樹脂に熱をできるだけ与えないようにして，粉砕することが必要である。当社では凍結粉砕せずに低融点樹脂の粉砕方法は液体窒素を利用した凍結常温粉砕でも粉砕時に発生する熱の影響を大幅に抑粉砕と鋭利な粉砕刃で切断する遠心型ミルの 2 種類

えた高冷却型粉砕機のセントリカッターを開発し低が多く使われている。凍結粉砕は樹脂を液体窒素融点樹脂を安定的に粉砕できるようになったので紹（−196 ℃）で凍結させ，ピンミルなどを使用して介する。

衝撃力で脆性破壊させて粉砕する方法である。しかし，液体窒素を使用する凍結粉砕は高価な液体窒素を使用することからランニングコストが高いため，粉砕工程を自社で設備化せず，液体窒素を製造しているメーカーなどに受託加工を依頼することも多い。

Yasuyoshi SEKINE；日本コークス工業（株） 栃木工場技術＊センター 開発グループリーダー〒 328 8503 栃木市国府町 1 番地
TEL：0282 28 1161 FAX：0282 28 1150
E–mail：yasekine@n-coke.com

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写真 1

ケーシング内に付着したメルト品
化学装置

でも効果を発揮することができる。

3．常温樹脂粉砕機「セントリカッター1）」
セントリカッター（写真 2）は，固定されたステ

4．粉砕フローータと高速で回転するディスクにカッターの刃のよセントリカッターの粉砕フローを図 2 に示す。セ

うに目立てをした粉砕刃を取り付け，樹脂の粉砕をントリカッターの粉砕刃には−10 ℃まで冷却でき行う遠心型ミルである。粉砕刃の種類は目立ての方るチラーユニットを接続して所定の温度まで冷却を向と溝の深さを変えた 4 種類のバージョンがあり，行い， 粉砕刃を 100 m/s 以上で回転させる。そこ樹脂の種類や粉砕後の粒子径によって使い分けを行に材料を定量フィーダなどで粉砕部に送る。粉砕部

う。粉砕刃の特徴について表 1 に示す。粉砕刃は粉に投入された材料は冷却された粉砕刃で粉砕されブ砕時の熱の影響を極力減らすため，固定されたステロワにてサイクロンで捕集する。サイクロンで捕集ータの粉砕刃を冷やすだけでなく，高速で回転するできない微粉はバクフィルタを設置することで回収粉砕刃も冷却できるダブル冷却構造になっていされて系外には綺麗なガスとして排気される。このる。また，冷却水が流れる粉砕刃のジャケットはシように粉砕システムは一般的な遠心型ミルと同様でョートパスが少ない特殊構造のため，効率良く粉砕あるため，既設の粉砕機との置き換えも容易である。

刃を冷却ができる。しかも，ジャケットに流す冷却また，サイクロンで捕集された粉砕品を振動篩など水は−10 ℃のブライン不凍液を採用しているため，で分別し，粗い粉砕品を再度，粉砕部に戻すリフィ

冷却温度も低くできる（図 1）。粉砕を行っているードシステムを取り付けることもでき，当社の粉体回転刃も冷却できることから，熱交換効率が良く冷技術センターに性能確認用のテスト設備として設置

却能力は固定刃だけを冷却する遠心型ミルに比べ，している。

2〜2.5 倍になっている。その結果，樹脂を粉砕するときに発生する熱を効果的に冷却できることから，5．粉砕刃の冷却効果について溶融やヒゲが発生しやすい低融点樹脂でも装置の性セントリカッターの特徴である冷却効果を確認す能を余すことなく運転することが可能である。このるため，ポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ（株）製

冷却能力によって樹脂だけでなく，熱の影響で風味ノバテック PPが飛んでしまう香辛料，出汁，コーヒーなどの食品で粉砕し処理粒径は平均粒子径で 450 μm 前後を目粉砕刃の特徴標準ディスク（MS 型） 特殊ディスク（USU 型）
刃の形状

放射状の粉砕刃

斜めに切った粉砕刃

粉砕力

主に衝撃力

主に剪断力

発熱

大

小

生産性

大

小

粉砕品

数百μm

MS 型より細かくなる

刃の形状

並目，細目の 2 種類

並目，細目の 2 種類

刃のコスト

小大（MS 型の 1.5〜2 倍）

原料投入

表1MA3H 直径 4 mm） を UCM300 型CW INCW OUT ステータ
粉砕刃

粉砕品

図1
構造
ケーシング

CW IN

ロータ 粉砕刃CW OUT
バグフィルタサイクロン
定量フィーダ

セントリ
カッター

排気ガス

写真 2

図2粉砕
フローチラー水−10℃チラー セントリカッター
設備

2017 年 5 月号

ブロア53

標とした。比較対象として同形状の遠心型ミル（冷著しく変わる。特に夏の暑い時期には冬と同じ生産却無し）を使用して粉砕刃の形状，隙間や運転条件量で粉砕すると溶融してしまうため，処理量をかなを合わせて冷却水の有無で生産能力に変化があるかり抑えて粉砕したり，樹脂を冷凍コンテナなどで冷実験を行った。冷却水を入れたセントリカッターはやしてから粉砕するなど処理方法を変えて運転して300 kg/hr で処理しても溶融やヒゲが発生しないでいることが多い。これは樹脂が夏場の気温で暖めら粉砕することができたが，冷却なしの遠心型ミルでれて溶融温度までの温度差が小さくなっているためは 120 kg/hr でも溶融してしまい，処理量は 85 kg/と思われる。そのため，材料温度の違いがどの程度，hr が限界でヒゲも若干発生した。この結果，冷却生産量に影響するか 3〜4 mm 程度の PS 樹脂ペレの効果で 3.5 倍以上の粉砕能力があるばかりか，ヒットを使用して UCM150 型で調査した。樹脂ペレゲの発生も抑えられることが分かった（写真 3）。

ットは温調器に 24 hr 以上入れて，温度調整して平このようにセントリカッターは熱の影響で粉砕性能均粒子径を 600 μm 程度まで粉砕した。また，生産を出すことができなかった低融点樹脂に効果を発揮

量はヒゲが発生し，粉砕品が絡み合って排出してきすることができる。

た処理量を限界値とした。図 4 に示すように品温が−3.5 ℃と 15.8 ℃では生産量にあまり差が出なかっ

6．粉砕刃の隙間の違いによる粉砕特性

たが 15.8 ℃と 35.1 ℃では 1/2 以下の生産量になり，セントリカッターの二つ目の特徴として粉砕刃の著しく生産量が落ちてしまった。このことから 1 年

隙間は最小：0.15 mm まで狭くできることである。

を通じて安定的に生産するためには樹脂の温度を管隙間を狭くすることで強力な剪断力を樹脂に与えら理する必要があることが判った。

れ，一般的な遠心型ミルに比べ，微粒化が可能である。そのため微粒化を行いたい場合にはできるだけ

8．商品ラインナップと粉砕例

隙間を狭くできる遠心型ミルを使用することが必要

セントリカッターの標準仕様を表 2 に示す。商品である。ただし，隙間が狭いと粉砕にかかる負荷がラインナップは 3 機種で，生産量によって機種を選高くなるため熱の発生が多く，樹脂が溶融しやすい。
表2

冷却と隙間の効果を確認するため，PPS 樹脂（東レ（株）製 トレリナ A900B1 直径 4 mm）を UCM300 型

型式

で粉砕して効果を確認したところ，隙間 0.2 mm の時標準仕様

UCM150

UCM300

UCM450スケールアップ比

0.3

12は d50：288 μm であったが隙間を 0.15 mm にするこ

最高回転速度〔min 〕

12,0008,0005,500とで d50：111 μm まで微粒化することができた（図 3）。

モータ〔kW〕

5.52245

風量〔m3/hr〕

400

1200

2400−1

また，冷却なしの遠心型ミルでは溶融してしまい粉砕することができなかった。しかし，隙間を狭くすると処理量も少なくなり，粉砕刃の摩耗も多くなる程の処理で問題ない大きさにすることが好ましい。

7．樹脂温度の違いによる粉砕特性
低融点樹脂の常温粉砕は季節によって処理能力が処理量〔kg/hr〕

ことから粉砕品は安易に微粒化するのではなく後工504546.835302825212015−107

隙間：0.20mm
隙間：0.15mm

頻度〔％〕

64440

01020
材料温度〔℃〕

3040

図4

材料温度の違いによる生産量の変化

原料

直径4mm 冷却有り

54冷却無し321010

図354100

粒子径〔μm〕

1000

粉砕刃の隙間の影響（PPS 樹脂）

120kg/hr

写真 3300kg/hr

ポリプロピレン樹脂の粉砕品
化学装置

原料名

粉砕例（UCM300 型）

原料粒径

粉砕粒径：
d50〔μm〕

処理能力〔kg/hr〕

刃の形状

PP

3 mm ペレット

470300MSPE

3 mm ペレット

20080MSPS

3〜4 mm ペレット

350

80

MS

246

60

USU

ABS

3 mm ペレット

300

13MS

PPS

3 mm ペレット

111

20MS

PA123 mm ペレット

400200MS

TPU

3〜5 mm ペレット

25050MSAS

3〜5 mm ペレット

600〜700

1100

MS

香辛料

3〜4 mm150200USU

コーヒ豆

5〜8 mm326〜4297

電動ミル D50:435μm
UCM150 D50:326μm 隙間:0.3mm
UCM150 D50:379μm 隙間:0.6mm
UCM150 D50:429μm 隙間:1.2mm

65頻度〔％〕

表343210120MS（UCM150 型）

1101001,000
粒子径〔μm〕

図510,000

隙間と粒子径の関係定する。 当社では UCM150 型と UCM300 型がテスのため，付着をできるだけ防止することが重要であト機として設置しており，さまざまな材料でお客様るが当社では付着対策方法を開発し，特許を出願中の持ち込みテストを行っている。表 3 の粉砕例に今である。この付着対策方法で粉砕を行えば油分の多まで実施したテスト結果の一部を示す。同形状の遠い食品も風味を落とさず，安定的に運転ができるた

心型ミルに比べ，微粒化や生産量が上げられるようめ，今後，食品分野でもセントリカッターが利用でになっている。また，凍結粉砕で行っていたポリスきる可能性が見えてきた。

チレン樹脂も溶融することなく粉砕が行え，セントリカッターの冷却の効果が判った。

9．食品分野への展望

10．お わ り にセントリカッターを販売してから 2 年が過ぎ，さまざまな樹脂や食品を粉砕してきたが，凍結粉砕にセントリカッターがコーヒー豆の粉砕でも利用で頼ってきた材料のほとんどを溶融することなく，粉きるか，UCM150 型を使用して調査を行った。コー砕することが可能であった。しかし，凍結粉砕は平

ヒー豆は焙煎済みのレギュラーコーヒー（（株）セイ

均粒子径で 50 μm 前後に粉砕できるのに対して，コー珈琲製ゴールデンブレンド）を使用し，家庭セントリカッターは平均粒子径で 150 μm 前後が限用小型電動カッターミルで 20 秒間運転した粉砕品界である。ただし， 凍結粉砕で行っている 50 μmと比較した。セントリカッターは生産量を 120 kg/前後の粒子径が後工程の混練などに本当に必要かどhr で運転して粉砕刃の隙間を 0.3 mm，0.6 mm，うかは検証する必要があると考える。なぜなら，粒1.2 mm と変えて粒子径を調整したところ，極細挽き，子径が小さくなればなるほど，取り扱いが難しくな細挽き，中挽きに粉砕することが可能であった。まりトラブルが起こりやすくなるため，後工程の混練た，カッターミルで 20 秒間粉砕したコーヒー豆はなどに影響がない粒子径まで大きくすることが重要中挽きとなった。セントリカッターとカッターミルと考える。そうすることで，凍結粉砕から常温粉砕の中挽き品の粒度分布を比較したところ，カッターに粉砕方法を変えることができれば，ランニングコミルに比べ，セントリカッターで粉砕した方が微粉ストや電力使用量の削減ができ，コストメリットだを少なくすることができた（図 5）。この結果よりけでなく地球環境に優しい粉砕方法に変更することセントリカッターの方が粒子径分布をシャープにでが可能になる。それを可能にするのがきると考える。

機構

セントリカッターは香辛料の粉砕で一般的な粉砕機に比べ，風味が良いと評価を受けている。現在，ダブル冷却を持ったセントリカッターであり，低融点樹脂の粉砕だけでなく，風味や味が重要な食品の粉砕でも効果を発揮できると考える。

コーヒーや香辛料など風味が重要な食品の粉砕に対応するため，機器の改造を実施している。特に油分の多い食品粉砕は粉砕後に油分が染み出すことでケーシング内へ付着してしまい連続運転が難しい。そ2017 年 5 月号

〈参 考 文 献〉
1）関根靖由，低融点樹脂に対する粉砕機の特徴と活用事例，
プラスチックス，第 67 巻，第 3 号，p.57 61（2016）．

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