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JP2018030056A - 処理装置及び粉体処理方法 - Google Patents

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JP2018030056A JP2016162187A JP2016162187A JP2018030056A JP 2018030056 A JP2018030056 A JP 2018030056A JP 2016162187 A JP2016162187 A JP 2016162187A JP 2016162187 A JP2016162187 A JP 2016162187A JP 2018030056 A JP2018030056 A JP 2018030056A
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Masahiro Inoki
雅裕 猪ノ木
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Hosokawa Micron Corp
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Abstract

【課題】微細な粉体に対して、より強い攪拌力を与えてこれを精密に混合することができ、さらに複合化等の処理も実施可能な処理装置と粉体処理方法を提供すること。【解決手段】ケーシングと、２つ以上の攪拌羽根８を有するロータ５とを備え、ロータ５の回転によって処理物をケーシング内で攪拌する処理装置において、ロータ５は、攪拌羽根８として、ロータ５が回転するときに処理物を上昇させる上昇羽根８ａと処理物を下降させる下降羽根８ｂとをそれぞれ少なくとも１つ備える。【選択図】図３

Description

本発明は、粉体等の処理物を攪拌処理する処理装置、及び当該処理装置を用いる粉体処理方法に関する。
従来の処理装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載されるものが挙げられる。この文献に記載される処理装置は、竪型の混合槽と、混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸と、回転軸に設けられる複数の撹拌羽根と、混合槽に固定して設けられる複数の衝突板とを備えるバッチ式の処理装置であり、粉粒体に圧縮力や剪断力を与えて複合化などの処理を行うものである。
国際公開第２０１１／０４０６２０号
近年、粉体の微細化が進み、例えばナノメートルサイズという非常に微細な粉体を精密に混合して、複合化等の処理を実施できるようにしたいという要望が出ている。
しかしながら、粉体は微細化が進むほど、その凝集が強くなる性質がある。従来の処置装置では、ナノメートルサイズのものに代表されるような微細な粉体を精密に混合するための攪拌力が必ずしも十分ではなく、改善する余地が残されている。
本発明の目的は、微細な処理物に対して、より強い攪拌力を与えてこれを精密に混合することができ、さらに複合化等の各種処理も実施可能な処理装置と粉体処理方法を提供することにある。
本発明の処理装置の特徴構成は、ケーシングと、２つ以上の攪拌羽根を有するロータとを備え、前記ロータの回転によって処理物を前記ケーシング内で攪拌する処理装置において、前記ロータは、前記攪拌羽根として、該ロータが回転するときに前記処理物を上昇させる上昇羽根と前記処理物を下降させる下降羽根とをそれぞれ少なくとも１つ備える点にある。
本構成によれば、ロータを回転させると、上昇羽根及び下降羽根の作用によって、処理物がロータの回転方向と直交する向きに蛇行しながら回転方向に沿って循環するという、複雑な循環流をケーシング内に発生させることができる。その結果、処理物が、従来の処理装置に比べて非常に強い攪拌力を受けることとなり、微細な処理物でも精密に混合することができると共に、複合化等の各種処理もより確実に実施することができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記攪拌羽根が前記上昇羽根及び前記下降羽根から構成され、前記上昇羽根及び前記下降羽根が前記ロータの周方向に交互に取り付けられている点にある。
本構成によれば、より確実に、処理物がロータの回転方向と直交する向きに蛇行しながら回転方向に沿って循環するようになるため、さらに強い攪拌力を生じさせることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記上昇羽根及び前記下降羽根の一方の延長線が他方と交わるように配置されている点にある。
本構成によれば、処理物を、上昇羽根から下降羽根への処理物の移動、及び下降羽根から上昇羽根への処理物の移動がよりスムーズになり、処理物の衝突回数を増加させることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記ケーシング内の隅部分が丸く滑らかに形成されているか、前記攪拌羽根の下部形状が丸く滑らかに形成されているか、あるいはその両方である点にある。
本構成によれば、処理物が、ケーシングの内壁に沿って循環し易くなるため、より強い攪拌力を生じさせることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記ロータの平面視の中央部分に、円錐形状のロータコーンが設けられている点にある。
本構成によれば、処理物が、ロータコーンの傾斜面に沿って攪拌羽根側に案内され易くなるため、より効率良く攪拌処理を実施することができる。
本発明の処理装置におけるケーシング及びロータの回転軸が、加熱・冷却媒体用の流路を備えても良い。また本発明の処理装置は、ケーシング内の処理空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段を備えても良い。さらに本発明の処理装置におけるロータの回転軸は、鉛直方向又は水平方向のいずれの方向に設置されても良い。また、本発明の処理装置におけるロータの回転速度は、処理物に応じて設定変更可能に構成されていることが望ましい。
処理装置の縦断面構造を模式的に示した図である。 図１の矢視線ＩＩ−ＩＩにおける横断面図である。 ロータの斜視図である。 攪拌羽根の取付け方を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 ロータの変形例を示す斜視図である。 ロータの変形例を示す斜視図である。 攪拌時における粉体の流れを模式的に示す図である。 処理装置による融合化処理を行う珪砂（Ｄ５０＝２１．０７μｍ）の電子顕微鏡写真である。 図１２の拡大写真である。 処理装置による融合化処理を行うシリカ（Ｄ５０＝７ｎｍ）の電子顕微鏡写真である。 図１４の拡大写真である。 処理装置による融合化処理品の電子顕微鏡写真である。 図１６の拡大写真である。 処理装置による複合化処理の電子顕微鏡写真である。 処理装置による形状変形処理を行う樹脂粉体の電子顕微鏡写真である。 処理装置による形状変形処理品の電子顕微鏡写真である。
[実施形態]
以下、本発明の処理装置の一実施形態について、バッチ式の粉体処理装置を例として以下説明する。
（粉体処理装置）
図１及び図２に示されるように、本実施形態における粉体処理装置１は、円筒形状竪型のケーシング２、ケーシング２の底部を挿通して鉛直方向に設置される回転軸４、及び回転軸４の上端部分に装着されるロータ５を備える。
回転軸４の下端側が、ベアリング等を備える図示しない支持構造によって支持されつつ、モーター等を備える図示しない駆動部と連結されている。これにより、回転軸４が軸心回りに回転可能に支持されて、ロータ５が横方向に回転可能となる。
原料投入口９がケーシング２の天井部の端部分に設けられており、製品排出口１０がケーシング２の底部の隅部分に設けられている。
粉体処理装置１は、ケーシング２内の処理空間３の雰囲気を調整する雰囲気調整手段１１を備える。雰囲気調整手段１１は、ガスを供給可能なガス供給部１２と、処理空間３に連通するガス流路１３とを備える。ガス供給部１２は、バルブを介してガス流路１３に接続されており、ガス供給部１２から供給されたガスが、処理空間３とガス流路１３との間で循環されるように構成されている。これにより、例えば粉体の酸化等を防止するために窒素ガス等の不活性ガスをガス供給部１２より処理空間３に導入することができる。また、粉体として金属粉等を処理する場合に、酸素や空気等の反応性ガスをガス供給部１２より処理空間３に導入して、粉体に化学反応を生じさせることもできる。
フィルター部材１５を内部に備える固体気体分離手段１４が、ケーシング２の天井部の中央部分に設けられている。これにより、雰囲気調整手段１１により循環するガスと、回転するロータ５とによって舞い上げられた粉体が、固体気体分離手段１４のフィルター部材１５によって捕集されて、下のロータ５に払い落とされる。また、固体気体分離手段１４で捕集されなかった粉体については、ガス流路１３に設けられているフィルター装置１６によって捕集され、ガス流路１３を介してケーシング２内の処理空間３に再導入される。
加熱・冷却手段２１がガス流路１３に設けられている。これにより、ガス供給部１２から供給されるガスを加熱又は冷却し、ケーシング２内の処理空間３の温度を調節することができる。
加熱・冷却媒体用の第１流路１７が、回転軸４とロータ５の内部に形成されている。第１加熱・冷却媒体供給部１８から供給される媒体が第１流路１７を介して回転軸４及びロータ５にわたって循環し、これにより回転軸４及びロータ５を加熱又は冷却することができるように構成されている。また、加熱・冷却媒体用の第２流路１９が、ケーシング２の内壁の内側に通じるように形成されている。第２加熱・冷却媒体供給部２０から供給される媒体が第２流路１９を介してケーシング２内を循環し、これによりケーシング２を加熱又は冷却することができるように構成されている。即ち、本実施形態における粉体処理装置１では、装置の内側と外表面の両方から、装置を加熱又は冷却することができる。
ケーシング２については、上下方向に複数個に分割することができるように構成しても良い。即ち、処理空間３を覆う作動状態と、処理空間３を覆わない非作動状態とに変更可能に構成されていれば、装置内部の清掃・メンテナンスを実施し易くなる。
ケーシング２内の上隅部分と下隅部分は、丸く滑らかに形成されていることが好ましい。これにより、粉体の攪拌時において、ケーシング２の内壁に沿うように上下方向に循環する循環流が発生し易くなる。より具体的には、上隅部分の曲率Ｒ１≧０．０１×ロータ５の直径（Ｄ）、下隅部分の曲率Ｒ２≧０．０１×ロータ５の直径（Ｄ）であることが望ましい。
図３に示されるように、ロータ５は、その平面視の中央部分に配置される円柱部６と、円柱部６の上端面に取り付けられる円錐形状のロータコーン７と、円柱部６の側面に所定の間隔で取り付けられる複数の攪拌羽根８と、を備える。ロータ５の円柱部６に回転軸４の上端部分が接続されており、回転軸４の駆動によって、複数の攪拌羽根８が回転軸４の軸心回りに回転する。
図３及び図４に示されるように、ロータ５は、その回転面に対して所定の角度で傾斜する姿勢で設けられている上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとを備える。上昇羽根８ａは、その上端がロータ５の回転方向において後退する側に配置されるように傾斜しており、下降羽根８ｂは、その上端がロータ５の回転方向において前進する側に配置されるように傾斜している。ロータ５が回転するとき、上昇羽根８ａは粉体を上昇させるように機能し、下降羽根８ｂは粉体を下降させるように機能する。
本実施形態におけるロータ５は、２つの上昇羽根８ａ及び２つの下降羽根８ｂという合計４つの攪拌羽根８を備えて構成されており、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂが円柱部６の周方向に９０度の間隔で交互に取り付けられている。尚、攪拌羽根８の設置数は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、ロータ５の直径が大きくなるほど、より多くの攪拌羽根８を設けるなどして、ロータ５の直径等に合わせてその数を適宜変更して良い。尚、上昇羽根８ａの数と下降羽根８ｂの数は同じにすることが望ましい。
本実施形態における上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、同じ大きさ及び形を有する略矩形の直線状の平板である。図４に示されるように、上昇羽根８ａの傾斜角度ηはロータ５の回転面に対して１０°〜８０°であり、望ましくは３０°〜６０°である。また下降羽根８ｂの傾斜角度η´はロータ５の回転面に対して１０°〜８０°であり、望ましくは３０°〜６０°である。
本実施形態における上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、円柱部６に対して同じ高さに設けられているが、この構成に限定されるものではない。他の形態として、例えば図５に示されるように、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂのよりも下側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わるように配置されていても良い。また、図６に示されるように、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂのよりも下側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わるように配置されていても良い。また、図７に示されるように、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａのよりも下側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わるように配置されていても良い。また、図８に示されるように、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａのよりも下側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わるように配置されていても良い。
尚、上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、ロータ５の回転方向が逆向きになると、その機能が相互に入れ替わることになる。即ち、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂとなり、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａとなる。従って、図５において回転方向を逆にした場合、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂのよりも上側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わることになる。図６において回転方向を逆にした場合、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂのよりも上側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わることになる。また図７において回転方向を逆にした場合、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａのよりも上側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わることになる。また図８において回転方向を逆にした場合、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａのよりも上側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わることになる。
ロータコーン７は、ロータ５の回転によって舞い上げられた粉体が落下する際、当該粉体を攪拌羽根８側に導くガイドとして機能する。ロータコーン７の傾斜面の傾斜角度θは、２０°〜８０°であり、望ましくは、４０°〜７０°である。
本実施形態の粉体処理装置１において、図１及び図２に示されるように、ケーシング２の高さをＨ、ロータ５の高さをｈ、ロータ５の高さ（ロータコーン７を含まず）をＬ、ロータ５の直径をＤ、ロータコーン７の直径をＲ、ロータ５とケーシング２の内壁との距離（クリアランス）をＣ１、及びロータ５とケーシング２の底部との距離（クリアランス）をＣ２とする。
このとき粉体処理装置１の各構成部品のサイズ・寸法は、Ｄ＞２Ｒ、Ｈ＜１．５Ｄ、ｈ＜Ｈ−２Ｌとなるように設定することが望ましい。また、クリアランスは、０．３ｍｍ≦Ｃ１≦５０ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｃ２≦５０ｍｍとすることが望ましい。
（粉体処理方法）
上述の粉体処理装置１を使用して粉体を処理する方法を以下に例示する。
処理すべき粉体の所定量を、原料投入口９からケーシング２内に導入する。このとき、粉体の充填量（リットル）は、ケーシング２内の処理空間３の５％〜９５％とすることが望ましい。
次いで、ロータ５を所定の回転速度で所定時間回転駆動させて、粉体を攪拌する。尚、上記粉体処理装置１は、粉体の種類等に応じてロータ５の回転速度を適宜設定変更することができるように構成されている。
攪拌時における粉体の流れを図１、図２、図４、及び図１１に示す。図２の矢印の線に示されるように、粉体は、ロータ５の回転方向に循環する。このとき粉体は、上昇羽根８ａによって上昇して、下降羽根８ｂによって下降するため、図４の矢印の線（一点鎖線）に示されるように、粉体は上下に蛇行しながらロータ５の回転方向に循環する。尚、実際には、上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂにおいて、その上面及び下面の両面に沿って粉体が移動し得る。そのため、図１１に示されるように、粉体は上下に蛇行し、且つ交差しながらロータ５の回転方向に循環する。
さらに、図１の矢印の線に示されるように、ロータ５の回転によって舞い上げられた粉体は、ケーシング２の内壁に沿って移動して、平面視におけるケーシング２の中央付近で落下し、ロータコーン７の傾斜面に沿って再び攪拌羽根８側に案内される。従って、粉体はケーシング２内で上下方向（垂直方向及び／又は垂直に近い方向）に循環する。
以上より、本実施形態に係る粉体処理装置１では、図１１に示されるように、粉体が上下に蛇行しながら回転方向に沿って循環すると同時に上下方向にも循環するという、複雑な循環流が発生する。このとき、上下方向の循環によって主にマクロレベルの混合が行われ、上下の蛇行による循環によって主にミクロレベルの精密混合が行われる。その結果、粉体は従来の処理装置に比べて非常に強い攪拌力を受けることとなり、ナノメートルサイズのものに代表されるような微細な粉体でも精密に混合することができる。
さらに、本実施形態に係る粉体処理装置１によれば、粉体粒子を粒子単位で混合させる精密混合処理だけでなく、融合化処理（複合化処理）としての微粉融合化処理、表面改質処理、表面円滑化処理、形状変形処理、非晶質化処理、及び液添混合処理等の粉体処理をより確実に実施することができる。即ち、微粉融合化処理は粉体中の微粉粒子をこれより径が大きい粒子に結合させる処理であり、表面改質処理は粉体粒子の表面に改質剤を結合させる処理であり、表面円滑化処理は粉体粒子の表面を滑らかにする処理であり、形状変化処理は粉体粒子の形状を変化させる処理であり、非晶質化処理は、結晶構造を有する粉体粒子を非晶質構造に変化させる処理であり、液添混合処理は、粉体粒子との化学反応や粉体粒子表面層の作製等によって粉体粒子の表面特性を変化させる処理である。このような処理を終えた粉体は、製品排出口１０から取り出される。
〔その他の実施形態〕
１．上述の実施形態では、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとが円柱部６の周方向に交互に取り付けられている構成が示されているが、当該構成に限定されるものではなく、例えば図９に示されるように、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとを周方向に交互に取り付けずに、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとをそれぞれまとめて取り付けるような構成としても良い。また、本発明におけるロータ５は、２つ以上の攪拌羽根８を備えて構成されており、且つ上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとをそれぞれ少なくとも１つ備える構成とすれば良い。また攪拌羽根８の種類についても、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂの２種類に限定されるものではなく、他にもロータ５の回転面に沿う傾斜していない攪拌羽根を組み合わせても良い（例えば、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとの間に非傾斜羽根を設ける等）。また、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂの形状については、上述の実施形態における直線状の形態に限らず、同様の機能を有するものであれば、湾曲している形状としても良い。
２．上述の実施形態のロータ５は、２つの上昇羽根８ａ及び２つの下降羽根８ｂという合計４つの攪拌羽根８を備えるものであるが、その他の形態の一例として、例えば４つの上昇羽根８ａ及び４つの下降羽根８ｂという合計８つの攪拌羽根８から構成されているロータ５を図１０に示す。
３．上述の実施形態では、ケーシング２内の上隅部分と下隅部分は、丸く滑らかに形成されているが、この構成に限定されるものではなく、攪拌羽根８の下部形状が丸く滑らかに形成されていても良く、あるいは、これらの両方の構成を採用するようにしても良い。
４．本発明に係る処理装置が処理可能な処理物としては、粉体に限定されるものではなく、他にも処理物として液体を処理するようにして良い。また、粉体については、金属や無機物に限らず、有機物であっても良い。また２種類以上の処理物を組み合わせて処理しても良く、例えば、２種類の無機物を組み合せたり、無機物と有機物とを組み合わせても良い。
５．上述の実施形態における回転軸４は、下端側のみが支持されているが、この構成に限定されるものではない。他にも例えば、上端側が支持されていても良く、あるいは上端及び下端の両方が支持されていても良い。
６．上述の実施形態では、回転軸４が鉛直方向に設置されていてロータ５が横方向に回転する構成が採用されているが、この構成に限定されるものではなく、回転軸４が水平方向に設置されていてロータ５が縦方向に回転する構成としても良い。
７．上述の実施形態では、バッチ式の粉体処理装置を例示したが、この構成に限定されるものではなく、連続処理式の粉体処理装置であっても良い。
上述の実施形態の処理装置を使用した粉体処理方法の実施例を以下に示す。
（無機粉体の融合化処理）
母粒子として珪砂（Ｄ５０＝２１．０７μｍ）を使用し（図１２及び図１３参照）、子粒子としてシリカ（Ｄ５０＝７ｎｍ）を使用し（図１４及び図１５参照）、融合化処理を行った。結果を図１６及び図１７に示す。特に図１７に示されるように、珪砂の表面にシリカが結合して、融合化されていることが分かる。
（樹脂粉体と無機粉体との複合化処理）
母粒子としてポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）を使用し（図１８参照）、子粒子として酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用し（図１８参照）、複合化処理を行った。結果を図１８に示す。図１８に示されるように、ポリメタクリル酸メチル樹脂の表面に酸化チタンが結合して、複合化されていることが分かる。
（樹脂粉体の形状変形処理）
樹脂粉体としてアクリル樹脂を使用し（図１９参照）、形状変形処理を行った。結果を図２０に示す。図２０に示されるように、アクリル樹脂の粒子形状が、球形化されていることが分かる。
以上の実施例に加え、今後の複合粒子を形成する際に考えられる粒子材料の組合せとその用途および期待される効果等を以下に列挙する。何れも粒子レベルでの精密混合により異種材料粒子が混在する緻密な組成物が形成されることで多様な特性を持った複合粒子が得られる。また、圧縮力と剪断力を付与する過程で混合造粒作用に伴い球状化されて充填性が向上するという効果も挙げられる。
（Ａ）母粒子と子粒子が共に金属の場合、用途面では各種合金化が可能で傾斜機能材料、耐熱材料、錆止材料に応用でき、耐薬品性、造粒による充填性改善の効果も期待できる。
（Ｂ）母粒子が金属で子粒子が無機材料あるいは母粒子が無機材料で子粒子が金属の場合、燒結体としてコアーの渦電流を低下させたり、燒結密度の向上のほか、耐熱性、耐食性、耐摩耗性、耐薬品性、充填性向上などが図れ、傾斜機能材料、導電性材料、発光材料、電池材料などの用途に利用できる。
（Ｃ）母粒子が金属で子粒子が有機材料あるいは母粒子が有機材料で子粒子が金属の場合、導電体材料として電極バルク、フィルム、グリース等に、熱伝導体材料としてフィルム、グリース等に、ナノバルーン化させて増量材、軽量材、保温材、吸音材等に、またナノバルーン化させた粒子の表面に凝集防止効果を持たせてセンサーとして利用できる。さらに、耐熱性、耐食性、耐薬品性などを持たせて、錆止材、カビ防止材、高強度材、難燃材、発光材料、電池材料、電気絶縁材等の用途に利用できる。
（Ｄ）母粒子が金属で子粒子として液または液状物の場合、母粒子表面への被膜形成により、燒結体の薄膜材、酸およびアルカリ洗浄材、酸化および還元材、親水性および疎水性付与材などの用途に利用できる。また、液がバインダの場合、強固で均一な粒径の造粒物を作成することができ、充填材、焼結用粒子、触媒などに利用できる。
（Ｅ）母粒子と子粒子が共に無機材料の場合、フィラーの充填量を増加してＣＰＵ封止剤に、顔料の発色性向上に、電池材料のカーボンを含む負極材料やリチウム酸化物などの正極材の充填性向上や性能向上に、軸受部品の硫化モリブデン被膜などの潤滑性改善に、電気伝導材、紫外線の遮蔽材、高強度材、耐候性付与材などの用途のほか、ナノバルーンの破片をフィラーとして化粧品や分散材としても利用できる。また、造粒による充填性改善の効果も期待できる。
（Ｆ）母粒子が無機材料で子粒子が有機材料あるいは母粒子が有機材料で子粒子が無機材料の場合、高強度材、難燃材、発光材料、電気伝導材などの用途ほか、ペーパーライクディスプレ（帯電粒子）、二次電池のバインダ付活物質材料、フィラーとして誘電体粒子の熱伝導率や濡れ性の向上に、ナノバルーン化して増量材、保温材、吸音材に、また粒子表面に凝集防止効果を持たせてセンサーとしても利用できる。
（Ｇ）母粒子が無機粒子で子粒子として液または液状物の場合、母粒子表面への被膜形成により、カップリング処理して虫歯詰の樹脂フィラーに、また各基材の濡れ性を改善するフィラーに、親水性および疎水性付与材などの用途に利用できる。また、造粒物は充填性改善の効果も期待できる。
（Ｈ）母粒子と子粒子が共に有機材料の場合、徐放性や生体親和性とコントロールリリースを目的としたＤＤＳ（ドラッグ・デリバリー・システム）による医薬品への応用、および耐光性による紫外線の遮蔽材、ＰＥＧやＰＶＡなどの高分子材料の表面融合により樹脂自体の可溶性や不溶性を向上させることができ、同種の樹脂を使用する用途に利用できる。
（Ｉ）母粒子が有機粒子で子粒子として液または液状物の場合、母粒子表面への被膜形成により可溶性および不溶性を付与したり、親水性および疎水性などを付与することができる。
なお、有機材料として主要な材料である樹脂で粉粒体にできるものは、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、その他特殊樹脂であれ、すべて本発明に使用可能である。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ジアリルフタレート樹脂（ＰＤＡＰ）、シリコーン樹脂（ＳＩ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、ユリア樹脂（ＵＦ）などが挙げられる。
熱可塑性樹脂として、エチレン酢ビコポリマー（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール強重合樹脂（ＰＶＡＬ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、酢酸繊維素樹脂（ＣＡ）ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリアクリレート樹脂（ＰＡＲ）、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル樹脂（ＰＥＮ）ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）などが挙げられる。
その他の特殊樹脂として、様々な熱硬化性特殊樹脂および熱可塑性特殊樹脂が各樹脂メーカーから製造販売されているが、これらについても樹脂の形態が粉粒体状であれば本発明に利用可能である。
上述の複合粒子は、粉末冶金、セラミックス、トナー、粉体塗料、ハイブリット樹脂、二次電池、その他各種工業分野における新素材材料として使用できる。
また上述の複合粒子は、微細な複合粒子であっても溶液やバインダなどを加える必要がないので、複合粒子にバインダなどの不要な成分が混入しない製品が得られ、医薬品や食品用としても利用できる。
さらに、複合化処理工程に温度制御を加えることで、材料の種類、組み合わせ、形状や性状を問わず実施でき、種々の良好な複合粒子の製造を可能とし、製品となる複合粒子は各種素材として様々な工業分野において利用されるほか、新素材として技術開発分野での新たな用途開発への適用範囲を広げることができる。
本発明は、微細な粉体等の処理物を攪拌して混合する技術の分野において好適に利用することができる。
１ 粉体処理装置
２ ケーシング
３ 処理空間
４ 回転軸
５ ロータ
６ 円柱部
７ ロータコーン
８ 攪拌羽根
８ａ 上昇羽根
８ｂ 下降羽根
９ 原料投入口
１０ 製品排出口
１１ 雰囲気調整手段
１２ ガス供給部
１３ ガス流路
１４ 固体気体分離手段
１５ フィルター部材
１６ フィルター装置
１７ 第１流路
１８ 第１加熱・冷却媒体供給部
１９ 第２流路
２０ 第２加熱・冷却媒体供給部
２１ 加熱・冷却手段
Ｈ ケーシングの高さ
ｈ ロータの高さ
Ｌ ロータの高さ（ロータコーンを含まず）
Ｄ ロータの直径
Ｒ ロータコーンの直径
Ｃ１ ロータとケーシングの内壁との距離（クリアランス）
Ｃ２ ロータとケーシングの底部との距離（クリアランス）
本発明は、粉体等の処理物を攪拌処理する処理装置、及び当該処理装置を用いる粉体処理方法に関する。
従来の処理装置としては、例えば、以下の特許文献１に記載されるものが挙げられる。
この文献に記載される処理装置は、竪型の混合槽と、混合槽の槽底を挿通して設けられる回転軸と、回転軸に設けられる複数の撹拌羽根と、混合槽に固定して設けられる複数の衝突板とを備えるバッチ式の処理装置であり、粉粒体に圧縮力や剪断力を与えて複合化などの処理を行うものである。
国際公開第２０１１／０４０６２０号
近年、粉体の微細化が進み、例えばナノメートルサイズという非常に微細な粉体を精密に混合して、複合化等の処理を実施できるようにしたいという要望が出ている。
しかしながら、粉体は微細化が進むほど、その凝集が強くなる性質がある。従来の処置装置では、ナノメートルサイズのものに代表されるような微細な粉体を精密に混合するための攪拌力が必ずしも十分ではなく、改善する余地が残されている。
本発明の目的は、微細な処理物に対して、より強い攪拌力を与えてこれを精密に混合することができ、さらに複合化等の各種処理も実施可能な処理装置と粉体処理方法を提供することにある。
本発明の処理装置の特徴構成は、ケーシングと、２つ以上の攪拌羽根を有するロータとを備え、前記ロータの回転によって処理物を前記ケーシング内で攪拌する処理装置において、前記ロータは、前記攪拌羽根として、該ロータが回転するときに前記処理物を上昇させる上昇羽根と前記処理物を下降させる下降羽根とをそれぞれ少なくとも１つ備える点にある。
本構成によれば、ロータを回転させると、上昇羽根及び下降羽根の作用によって、処理物がロータの回転方向と直交する向きに蛇行しながら回転方向に沿って循環するという、複雑な循環流をケーシング内に発生させることができる。その結果、処理物が、従来の処理装置に比べて非常に強い攪拌力を受けることとなり、微細な処理物でも精密に混合することができると共に、複合化等の各種処理もより確実に実施することができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記攪拌羽根が前記上昇羽根及び前記下降羽根から構成され、前記上昇羽根及び前記下降羽根が前記ロータの周方向に交互に取り付けられている点にある。
本構成によれば、より確実に、処理物がロータの回転方向と直交する向きに蛇行しながら回転方向に沿って循環するようになるため、さらに強い攪拌力を生じさせることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記上昇羽根及び前記下降羽根の一方の延長線が他方と交わるように配置されている点にある。
本構成によれば、上昇羽根から下降羽根への処理物の移動、及び下降羽根から上昇羽根への処理物の移動がよりスムーズになり、処理物の衝突回数を増加させることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記ケーシング内の隅部分が丸く滑らかに形成されているか、前記攪拌羽根の下部形状が丸く滑らかに形成されているか、あるいはその両方である点にある。
本構成によれば、処理物が、ケーシングの内壁に沿って循環し易くなるため、より強い攪拌力を生じさせることができる。
本発明の処理装置のさらなる特徴構成は、前記ロータの平面視の中央部分に、円錐形状のロータコーンが設けられている点にある。
本構成によれば、処理物が、ロータコーンの傾斜面に沿って攪拌羽根側に案内され易くなるため、より効率良く攪拌処理を実施することができる。
本発明の処理装置におけるケーシング及びロータの回転軸が、加熱・冷却媒体用の流路を備えても良い。また本発明の処理装置は、ケーシング内の処理空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段を備えても良い。さらに本発明の処理装置におけるロータの回転軸は、鉛直方向又は水平方向のいずれの方向に設置されても良い。また、本発明の処理装置におけるロータの回転速度は、処理物に応じて設定変更可能に構成されていることが望ましい。
処理装置の縦断面構造を模式的に示した図である。 図１の矢視線ＩＩ−ＩＩにおける横断面図である。 ロータの斜視図である。 攪拌羽根の取付け方を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 攪拌羽根の取付け方の変形例を示す、ロータの円柱部を周方向に展開した図である（実線の矢印はロータの回転方向を示す）。 ロータの変形例を示す斜視図である。 ロータの変形例を示す斜視図である。 攪拌時における粉体の流れを模式的に示す図である。 処理装置による融合化処理を行う珪砂（Ｄ５０＝２１．０７μｍ）の電子顕微鏡写真である。 図１２の拡大写真である。 処理装置による融合化処理を行うシリカ（Ｄ５０＝７ｎｍ）の電子顕微鏡写真である。 図１４の拡大写真である。 処理装置による融合化処理品の電子顕微鏡写真である。 図１６の拡大写真である。 処理装置による複合化処理の電子顕微鏡写真である。 処理装置による形状変形処理を行う樹脂粉体の電子顕微鏡写真である。 処理装置による形状変形処理品の電子顕微鏡写真である。
[実施形態]
以下、本発明の処理装置の一実施形態について、バッチ式の粉体処理装置を例として以下説明する。
（粉体処理装置）
図１及び図２に示されるように、本実施形態における粉体処理装置１は、円筒形状竪型のケーシング２、ケーシング２の底部を挿通して鉛直方向に設置される回転軸４、及び回転軸４の上端部分に装着されるロータ５を備える。
回転軸４の下端側が、ベアリング等を備える図示しない支持構造によって支持されつつ、モーター等を備える図示しない駆動部と連結されている。これにより、回転軸４が軸心回りに回転可能に支持されて、ロータ５が横方向に回転可能となる。
原料投入口９がケーシング２の天井部の端部分に設けられており、製品排出口１０がケーシング２の底部の隅部分に設けられている。
粉体処理装置１は、ケーシング２内の処理空間３の雰囲気を調整する雰囲気調整手段１１を備える。雰囲気調整手段１１は、ガスを供給可能なガス供給部１２と、処理空間３に連通するガス流路１３とを備える。ガス供給部１２は、バルブを介してガス流路１３に接続されており、ガス供給部１２から供給されたガスが、処理空間３とガス流路１３との間で循環されるように構成されている。これにより、例えば粉体の酸化等を防止するために窒素ガス等の不活性ガスをガス供給部１２より処理空間３に導入することができる。また、粉体として金属粉等を処理する場合に、酸素や空気等の反応性ガスをガス供給部１２より処理空間３に導入して、粉体に化学反応を生じさせることもできる。
フィルター部材１５を内部に備える固体気体分離手段１４が、ケーシング２の天井部の中央部分に設けられている。これにより、雰囲気調整手段１１により循環するガスと、回転するロータ５とによって舞い上げられた粉体が、固体気体分離手段１４のフィルター部材１５によって捕集されて、下のロータ５に払い落とされる。また、固体気体分離手段１４で捕集されなかった粉体については、ガス流路１３に設けられているフィルター装置１６によって捕集され、ガス流路１３を介してケーシング２内の処理空間３に再導入される。
加熱・冷却手段２１がガス流路１３に設けられている。これにより、ガス供給部１２から供給されるガスを加熱又は冷却し、ケーシング２内の処理空間３の温度を調節することができる。
加熱・冷却媒体用の第１流路１７が、回転軸４とロータ５の内部に形成されている。第１加熱・冷却媒体供給部１８から供給される媒体が第１流路１７を介して回転軸４及びロータ５にわたって循環し、これにより回転軸４及びロータ５を加熱又は冷却することができるように構成されている。また、加熱・冷却媒体用の第２流路１９が、ケーシング２の内壁の内側に通じるように形成されている。第２加熱・冷却媒体供給部２０から供給される媒体が第２流路１９を介してケーシング２内を循環し、これによりケーシング２を加熱又は冷却することができるように構成されている。即ち、本実施形態における粉体処理装置１では、装置の内側と外表面の両方から、装置を加熱又は冷却することができる。
ケーシング２については、上下方向に複数個に分割することができるように構成しても良い。即ち、処理空間３を覆う作動状態と、処理空間３を覆わない非作動状態とに変更可能に構成されていれば、装置内部の清掃・メンテナンスを実施し易くなる。
ケーシング２内の上隅部分と下隅部分は、丸く滑らかに形成されていることが好ましい。これにより、粉体の攪拌時において、ケーシング２の内壁に沿うように上下方向に循環する循環流が発生し易くなる。より具体的には、上隅部分の曲率Ｒ１≧０．０１×ロータ５の直径（Ｄ）、下隅部分の曲率Ｒ２≧０．０１×ロータ５の直径（Ｄ）であることが望ましい。
図３に示されるように、ロータ５は、その平面視の中央部分に配置される円柱部６と、円柱部６の上端面に取り付けられる円錐形状のロータコーン７と、円柱部６の側面に所定の間隔で取り付けられる複数の攪拌羽根８と、を備える。ロータ５の円柱部６に回転軸４の上端部分が接続されており、回転軸４の駆動によって、複数の攪拌羽根８が回転軸４の軸心回りに回転する。
図３及び図４に示されるように、ロータ５は、その回転面に対して所定の角度で傾斜する姿勢で設けられている上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとを備える。上昇羽根８ａは、ロータ５の回転方向に対して下向きに傾斜している。下降羽根８ｂは、ロータ５の回転方向に対して上向きに傾斜している。ロータ５が回転するとき、上昇羽根８ａは粉体を上昇させるように機能し、下降羽根８ｂは粉体を下降させるように機能する。
本実施形態におけるロータ５は、２つの上昇羽根８ａ及び２つの下降羽根８ｂという合計４つの攪拌羽根８を備えて構成されており、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂが円柱部６の周方向に９０度の間隔で交互に取り付けられている。尚、攪拌羽根８の設置数は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、ロータ５の直径が大きくなるほど、より多くの攪拌羽根８を設けるなどして、ロータ５の直径等に合わせてその数を適宜変更して良い。尚、上昇羽根８ａの数と下降羽根８ｂの数は同じにすることが望ましい。
本実施形態における上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、同じ大きさ及び形を有する略矩形で断面が直線状（図４参照）の平板である。図４に示されるように、上昇羽根８ａの傾斜角度ηはロータ５の回転面に対して１０°〜８０°であり、望ましくは３０°〜６０°である。また下降羽根８ｂの傾斜角度η´はロータ５の回転面に対して１０°〜８０°であり、望ましくは３０°〜６０°である。
本実施形態における上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、円柱部６に対して同じ高さに設けられているが、この構成に限定されるものではない。他の形態として、例えば図５に示されるように、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂよりも下側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わるように配置されていても良い。また、図６に示されるように、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂよりも下側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わるように配置されていても良い。また、図７に示されるように、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａよりも下側に位置し、且つ上昇羽根８ａの延長線が下降羽根８ｂと交わるように配置されていても良い。また、図８に示されるように、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａよりも下側に位置し、且つ下降羽根８ｂの延長線が上昇羽根８ａと交わるように配置されていても良い。
尚、上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂは、ロータ５の回転方向が逆向きになると、その機能が相互に入れ替わることになる。即ち、上昇羽根８ａが下降羽根８ｂとなり、下降羽根８ｂが上昇羽根８ａとなる。従って、図５において回転方向を逆にした場合、上昇羽根（図５の８ｂ）が下降羽根（図５の８ａ）よりも上側に位置し、且つ下降羽根（図５の８ａ）の延長線が上昇羽根（図５の８ｂ）と交わることになる。図６において回転方向を逆にした場合、上昇羽根（図６の８ｂ）が下降羽根（図６の８ａ）よりも上側に位置し、且つ上昇羽根（図６の８ｂ）の延長線が下降羽根（図６の８ａ）と交わることになる。また図７において回転方向を逆にした場合、下降羽根（図７の８ａ）が上昇羽根（図７の８ｂ）よりも上側に位置し、且つ下降羽根（図７の８ａ）の延長線が上昇羽根（図７の８ｂ）と交わることになる。また図８において回転方向を逆にした場合、下降羽根（図８の８ａ）が上昇羽根（図８の８ｂ）よりも上側に位置し、且つ上昇羽根（図８の８ｂ）の延長線が下降羽根（図８の８ａ）と交わることになる。
図１に示されるように、ロータコーン７は、ロータ５の回転によって舞い上げられた粉体が落下する際、当該粉体を攪拌羽根８側に導くガイドとして機能する。ロータコーン７の傾斜面の傾斜角度θは、２０°〜８０°であり、望ましくは、４０°〜７０°である。
本実施形態の粉体処理装置１において、図１に示されるように、ケーシング２の高さをＨ、ロータ５の高さをｈ、ロータ５の高さ（ロータコーン７を含まず）をＬ、ロータ５の直径をＤ、ロータコーン７の直径をＲ、ロータ５とケーシング２の内壁との距離（クリアランス）をＣ１、及びロータ５とケーシング２の底部との距離（クリアランス）をＣ２とする。
このとき粉体処理装置１の各構成部品のサイズ・寸法は、Ｄ＞２Ｒ、Ｈ＜１．５Ｄ、ｈ＜Ｈ−２Ｌとなるように設定することが望ましい。また、クリアランスは、０．３ｍｍ≦Ｃ１≦５０ｍｍ、０．３ｍｍ≦Ｃ２≦５０ｍｍとすることが望ましい。
（粉体処理方法）
上述の粉体処理装置１を使用して粉体を処理する方法を以下に例示する。
処理すべき粉体の所定量を、原料投入口９からケーシング２内に導入する。このとき、粉体の充填量（リットル）は、ケーシング２内の処理空間３の５％〜９５％とすることが望ましい。
次いで、ロータ５を所定の回転速度で所定時間回転駆動させて、粉体を攪拌する。尚、上記粉体処理装置１は、粉体の種類等に応じてロータ５の回転速度を適宜設定変更することができるように構成されている。
攪拌時における粉体の流れを図１、図２、図４、及び図１１に示す。図２の矢印の線に示されるように、粉体は、ロータ５の回転方向に循環する。このとき粉体は、上昇羽根８ａによって上昇して、下降羽根８ｂによって下降するため、図４の矢印の線（一点鎖線）に示されるように、粉体は上下に蛇行しながらロータ５の回転方向に循環する。尚、実際には、上昇羽根８ａ及び下降羽根８ｂにおいて、その上面及び下面の両面に沿って粉体が移動し得る。そのため、図１１に示されるように、粉体は上下に蛇行し、且つ交差しながらロータ５の回転方向に循環する。
さらに、図１の矢印の線に示されるように、ロータ５の回転によって舞い上げられた粉体は、ケーシング２の内壁に沿って移動して、平面視におけるケーシング２の中央付近で落下し、ロータコーン７の傾斜面に沿って再び攪拌羽根８側に案内される。従って、粉体はケーシング２内で上下方向（垂直方向及び／又は垂直に近い方向）に循環する。
以上より、本実施形態に係る粉体処理装置１では、図１１に示されるように、粉体が上下に蛇行しながら回転方向に沿って循環すると同時に上下方向にも循環するという、複雑な循環流が発生する。このとき、上下方向の循環によって主にマクロレベルの混合が行われ、上下の蛇行による循環によって主にミクロレベルの精密混合が行われる。その結果、粉体は従来の処理装置に比べて非常に強い攪拌力を受けることとなり、ナノメートルサイズのものに代表されるような微細な粉体でも精密に混合することができる。
さらに、本実施形態に係る粉体処理装置１によれば、粉体粒子を粒子単位で混合させる精密混合処理だけでなく、融合化処理（複合化処理）としての微粉融合化処理、表面改質処理、表面円滑化処理、形状変形処理、非晶質化処理、及び液添混合処理等の粉体処理をより確実に実施することができる。即ち、微粉融合化処理とは、粉体中の微粉粒子を、これより径が大きい粒子に結合させる処理である。表面改質処理とは、粉体粒子の表面に改質剤を結合させる処理である。表面円滑化処理とは、粉体粒子の表面を滑らかにする処理である。形状変化処理とは、粉体粒子の形状を変化させる処理である。非晶質化処理とは、結晶構造を有する粉体粒子を非晶質構造に変化させる処理である。液添混合処理とは、粉体粒子との化学反応や粉体粒子表面層の作製等によって粉体粒子の表面特性を変化させる処理である。このような処理を終えた粉体は、製品排出口１０から取り出される。
〔その他の実施形態〕
１．上述の実施形態では、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとが円柱部６の周方向に交互に取り付けられている構成が示されているが、当該構成に限定されるものではなく、例えば図９に示されるように、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとを周方向に交互に取り付けずに、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとをそれぞれ周方向に連続して取り付けるような構成としても良い。また、本発明におけるロータ５は、２つ以上の攪拌羽根８を備えて構成されており、且つ上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとをそれぞれ少なくとも１つ備える構成とすれば良い。また攪拌羽根８の種類についても、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂの２種類に限定されるものではなく、他にも例えば、ロータ５の回転面に沿う傾斜していない攪拌羽根を組み合わせても良い（例えば、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂとの間に非傾斜羽根を設ける等）。また、上昇羽根８ａと下降羽根８ｂの形状については、上述の実施形態のように断面が直線状の形態に限らず、同様の機能を有するものであれば、断面が湾曲している形状としても良い。
２．上述の実施形態のロータ５は、２つの上昇羽根８ａ及び２つの下降羽根８ｂという合計４つの攪拌羽根８を備えるものであるが、その他の形態の一例として、例えば４つの上昇羽根８ａ及び４つの下降羽根８ｂという合計８つの攪拌羽根８から構成されているロータ５を図１０に示す。
３．上述の実施形態では、ケーシング２内の上隅部分と下隅部分は、丸く滑らかに形成されているが、この構成に限定されるものではなく、攪拌羽根８の下部形状が丸く滑らかに形成されていても良く、あるいは、これらの両方の構成を採用するようにしても良い。
４．本発明に係る処理装置が処理可能な処理物としては、粉体に限定されるものではなく、他にも処理物として液体を処理するようにして良い。また、粉体については、金属や無機物に限らず、有機物であっても良い。また２種類以上の処理物を組み合わせて処理しても良く、例えば、２種類の無機物を組み合せたり、無機物と有機物とを組み合わせても良い。
５．上述の実施形態における回転軸４は、下端側のみが支持されているが、この構成に限定されるものではない。他にも例えば、上端側が支持されていても良く、あるいは上端及び下端の両方が支持されていても良い。
６．上述の実施形態では、回転軸４が鉛直方向に設置されていてロータ５が横方向に回転する構成が採用されているが、この構成に限定されるものではなく、回転軸４が水平方向に設置されていてロータ５が縦方向に回転する構成としても良い。
７．上述の実施形態では、バッチ式の粉体処理装置を例示したが、この構成に限定されるものではなく、連続処理式の粉体処理装置であっても良い。
上述の実施形態の処理装置を使用した粉体処理方法の実施例を以下に示す。
（無機粉体の融合化処理）
母粒子として珪砂（Ｄ５０＝２１．０７μｍ）を使用し（図１２及び図１３参照）、子粒子としてシリカ（Ｄ５０＝７ｎｍ）を使用して（図１４及び図１５参照）、融合化処理を行った。結果を図１６及び図１７に示す。特に図１７に示されるように、珪砂の表面にシリカが結合して、融合化されていることが分かる。
（樹脂粉体と無機粉体との複合化処理）
母粒子としてポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）を使用し（図１８参照）、子粒子として酸化チタン（ＴｉＯ２）を使用して（図１８参照）、複合化処理を行った。結果を図１８に示す。図１８に示されるように、ポリメタクリル酸メチル樹脂の表面に酸化チタンが結合して、複合化されていることが分かる。
（樹脂粉体の形状変形処理）
樹脂粉体としてアクリル樹脂を使用して（図１９参照）、形状変形処理を行った。結果を図２０に示す。図２０に示されるように、アクリル樹脂の粒子形状が、球形化されていることが分かる。
以上の実施例に加え、今後の複合粒子を形成する際に考えられる粒子材料の組合せとその用途および期待される効果等を以下に列挙する。何れも粒子レベルでの精密混合によって異種材料粒子が混在する緻密な組成物が形成されることで多様な特性を持った複合粒子が得られる。また、当該複合粒子は、圧縮力と剪断力を付与する過程における混合造粒作用により球状化されて、充填性が向上するという効果も有する。
（Ａ）母粒子と子粒子が共に金属の場合の複合粒子は、用途面では各種合金化が可能であり、傾斜機能材料、耐熱材料、錆止材料等に応用することができる。また、当該複合粒子については、耐薬品性、及び造粒による充填性改善の効果も期待できる。
（Ｂ）母粒子が金属で子粒子が無機材料あるいは母粒子が無機材料で子粒子が金属の場合の複合粒子は、燒結体として、コアの渦電流を低下させたり、燒結密度を向上させたり、耐熱性、耐食性、耐摩耗性、耐薬品性、充填性の向上なども図ることができる。また、当該複合粒子は、傾斜機能材料、導電性材料、発光材料、電池材料などの用途に利用することができる。
（Ｃ）母粒子が金属で子粒子が有機材料あるいは母粒子が有機材料で子粒子が金属の場合の複合粒子は、導電体材料として電極バルク、フィルム、グリース等に利用することができる。また当該複合粒子は、熱伝導体材料としてフィルム、グリース等に利用することができる。また当該複合粒子は、ナノバルーン化させて増量材、軽量材、保温材、吸音材等に利用することができる。また当該複合粒子は、ナノバルーン化させて、その表面に凝集防止効果を持たせてセンサーとして利用することができる。さらに当該複合粒子は、耐熱性、耐食性、耐薬品性などを持たせることにより、錆止材、カビ防止材、高強度材、難燃材、発光材料、電池材料、電気絶縁材等の用途にも利用することができる。
（Ｄ）母粒子が金属で子粒子が液または液状物の場合の複合粒子は、母粒子表面への被膜形成により、燒結体の薄膜材、酸洗浄材、アルカリ洗浄材、酸化材、還元材、親水性付与材、疎水性付与材などの用途に利用できる。また、液がバインダの場合、強固で均一な粒径の造粒物を作成することができるため、当該造粒物を充填材、焼結用粒子、触媒などに利用することができる。
（Ｅ）母粒子と子粒子が共に無機材料の場合の複合粒子は、フィラーの充填量を増加してＣＰＵ封止剤として利用することができる。また当該複合粒子は、顔料の発色性向上に利用することができる。また当該複合粒子は、電池材料のカーボンを含む負極材料やリチウム酸化物などの正極材料の充填性向上や性能向上にも利用することができる。また当該複合粒子は、軸受部品の硫化モリブデン被膜などの潤滑性改善にも利用することができる。また当該複合粒子は、電気伝導材、紫外線の遮蔽材、高強度材、耐候性付与材などの用途のほか、当該複合粒子のナノバルーンの破片をフィラーとする化粧品や分散材としても利用できる。また、当該複合粒子については、造粒による充填性改善の効果も期待できる。
（Ｆ）母粒子が無機材料で子粒子が有機材料あるいは母粒子が有機材料で子粒子が無機材料の場合の複合粒子は、高強度材、難燃材、発光材料、電気伝導材などの用途のほか、ペーパーライクディスプレ（帯電粒子）、二次電池のバインダ付活物質材料、及びフィラーとしての誘電体粒子等といったこれらの熱伝導率や濡れ性の向上に利用することができる。また当該複合粒子は、ナノバルーン化させて、増量材、保温材、吸音材に利用することができる。また当該複合粒子は、その粒子表面に凝集防止効果を持たせてセンサーとしても利用できる。
（Ｇ）母粒子が無機粒子で子粒子が液または液状物の場合の複合粒子は、母粒子表面への被膜形成によりカップリング処理して虫歯詰の樹脂フィラーとして利用することができる。また当該複合粒子は、各基材の濡れ性を改善するフィラーとして利用することができる。また当該複合粒子は、親水性付与材および疎水性付与材などの用途に利用することができる。また当該複合粒子の造粒物については、充填性改善の効果も期待できる。
（Ｈ）母粒子と子粒子が共に有機材料の場合の複合粒子は、徐放性、生体親和性、及びコントロールリリースを目的としたＤＤＳ（ドラッグ・デリバリー・システム）による医薬品への応用に利用することができる。また当該複合粒子は、その耐光性による紫外線の遮蔽材に利用することができる。また当該複合粒子は、ＰＥＧやＰＶＡなどの高分子材料の表面融合により樹脂自体の可溶性や不溶性を向上させることができる。また当該複合粒子は、同種の樹脂を使用する用途に利用することができる。
（Ｉ）母粒子が有機粒子で子粒子が液または液状物の場合の複合粒子は、母粒子表面への被膜形成によって、可溶性および不溶性を付与したり、親水性および疎水性などを付与する用途に利用することができる。
なお、有機材料としての主要な材料である樹脂であって、粉粒体にできるものであれば、熱硬化性樹脂であっても、熱可塑性樹脂であっても、その他の特殊樹脂であっても、すべて本発明に使用可能である。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂（ＥＰ）、ジアリルフタレート樹脂（ＰＤＡＰ）、シリコーン樹脂（ＳＩ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリウレタン樹脂（ＰＵＲ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、ユリア樹脂（ＵＦ）などが挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、エチレン酢ビコポリマー（ＥＶＡ）、エチレンビニルアルコール強重合樹脂（ＰＶＡＬ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、酢酸繊維素樹脂（ＣＡ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリアクリレート樹脂（ＰＡＲ）、熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ＴＰＵ）、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエステル樹脂（ＰＥＮ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）、ポリフェニレンオキサイド（ＰＰＯ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）などが挙げられる。
その他の特殊樹脂としては、様々な熱硬化性特殊樹脂および熱可塑性特殊樹脂が各樹脂メーカーから製造販売されているが、これらの特殊樹脂についても樹脂の形態が粉粒体状であれば本発明に利用可能である。
上述の複合粒子は、粉末冶金、セラミックス、トナー、粉体塗料、ハイブリット樹脂、二次電池、その他各種工業分野における新素材材料として使用できる。
また上述の複合粒子については、微細な複合粒子であっても溶液やバインダなどを加える必要がないので、バインダなどの不要な成分が混入していない製品が得られ、医薬品用や食品用としても利用できる。
さらに、複合化処理工程に温度制御を加えることで、材料の種類、材料の組み合わせ、材料の形状、材料の性状を問わず複合化処理工程を実施することができ、種々の良好な複合粒子の製造が可能となる。製品となる複合粒子は、各種素材として様々な工業分野において利用されるほか、適用範囲を広げるべく、新素材として、技術開発分野での新たな用途を開発するために利用することもできる。
本発明は、微細な粉体等の処理物を攪拌して混合する技術の分野において好適に利用することができる。
１ 粉体処理装置
２ ケーシング
３ 処理空間
４ 回転軸
５ ロータ
６ 円柱部
７ ロータコーン
８ 攪拌羽根
８ａ 上昇羽根
８ｂ 下降羽根
９ 原料投入口
１０ 製品排出口
１１ 雰囲気調整手段
１２ ガス供給部
１３ ガス流路
１４ 固体気体分離手段
１５ フィルター部材
１６ フィルター装置
１７ 第１流路
１８ 第１加熱・冷却媒体供給部
１９ 第２流路
２０ 第２加熱・冷却媒体供給部
２１ 加熱・冷却手段
Ｈ ケーシングの高さ
ｈ ロータの高さ
Ｌ ロータの高さ（ロータコーンを含まず）
Ｄ ロータの直径
Ｒ ロータコーンの直径
Ｃ１ ロータとケーシングの内壁との距離（クリアランス）
Ｃ２ ロータとケーシングの底部との距離（クリアランス）

Claims (11)

  1. ケーシングと、２つ以上の攪拌羽根を有するロータとを備え、前記ロータの回転によって処理物を前記ケーシング内で攪拌する処理装置において、
    前記ロータは、前記攪拌羽根として、該ロータが回転するときに前記処理物を上昇させる上昇羽根と前記処理物を下降させる下降羽根とをそれぞれ少なくとも１つ備えることを特徴とする処理装置。
  2. 前記攪拌羽根が前記上昇羽根及び前記下降羽根から構成され、前記上昇羽根及び前記下降羽根が前記ロータの周方向に交互に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の処理装置。
  3. 前記上昇羽根及び前記下降羽根の一方の延長線が他方と交わるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の処理装置。
  4. 前記ケーシング内の隅部分が丸く滑らかに形成されているか、前記攪拌羽根の下部形状が丸く滑らかに形成されているか、あるいはその両方であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の処理装置。
  5. 前記ロータの平面視の中央部分に、円錐形状のロータコーンが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の処理装置。
  6. 前記ケーシング及び前記ロータの回転軸が、加熱・冷却媒体用の流路を備えていることを特徴とする１〜５のいずれか１項に記載の処理装置。
  7. 前記ケーシング内の処理空間の雰囲気を調整する雰囲気調整手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の処理装置。
  8. 前記ロータの回転軸が、鉛直方向又は水平方向に設置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の処理装置。
  9. 前記ロータの回転速度が、処理物に応じて設定変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の処理装置。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の処理装置を用いて、前記処理物として粉体を使用し、精密混合処理、融合化処理、表面改質処理、表面円滑化処理、形状変形処理、非晶質化処理、又は液添混合処理を行う粉体処理方法。
  11. 前記粉体として、無機物、有機物、及び金属からなる群より少なくとも１種選択される請求項１０に記載の粉体処理方法。
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