間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法
【課題】 揺動により攪拌する方式の間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法を提供する。
【解決手段】 内部に粒子５と表面処理化合物を入れた処理容器１を揺動回転軸部２ａで揺動させ粒子が移動することによって攪拌翼４が攪拌翼回転軸部２ｂで稼動する。この動作により、攪拌翼の端部４ａから粒子が平面状に落下して、揺動の往復運動の双方向にて粒子が表面処理化合物と効率的に接することにより粒子への均質な表面処理が行える。
【解決手段】 内部に粒子５と表面処理化合物を入れた処理容器１を揺動回転軸部２ａで揺動させ粒子が移動することによって攪拌翼４が攪拌翼回転軸部２ｂで稼動する。この動作により、攪拌翼の端部４ａから粒子が平面状に落下して、揺動の往復運動の双方向にて粒子が表面処理化合物と効率的に接することにより粒子への均質な表面処理が行える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動により攪拌する方式の間欠型の揺動式粒子表面処理装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉体及び粒状物の表面改質剤としてクロロシラン系化合物を使用することにより、プロセスの効率化、コスト低減、及び、品質の向上を図る方法が知られている。カップリングにより、単分子での表面処理が可能となることが大きな特徴である。その際に、クロロシラン系化合物は液体のままではなく、気化した状態にて使用することによって、高速に処理を実現できるプロセスが考案されている。
【０００３】
従来の表面処理装置の一例としては、表面改質する対象が粉体、或いは粒状物であることから、低圧状態にて、クロロシラン化合物の蒸気を利用すると同時に、回転ドラムを用いて攪拌する方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。土砂を含めて、粉体及び粒状物に撥水性を付与することを目的に、表面改質剤として粗シランを使用して、プロセスの効率化を図っている。材料を密閉ドラム内に入れて、３００〜３５０ｍｍＨｇに減圧した後、クロロシラン蒸気と混合して、表面改質を行っている。ドラムは１０ｒｐｍ程度で回転させている。
【０００４】
このような回転ドラムを使用する場合に、回転ドラムとしては、攪拌のために内部に、攪拌羽を有するものが多い（例えば、特許文献２参照）。図５に示すように、粒径が７５μｍを超え、４２５μｍ以下の粉末を攪拌しているが、原料投入口６１を中心軸上に有する円筒状攪拌容器６２を含む攪拌装置として、ロッキングミキサーを用いた方法が示されている。粉末の攪拌を効果的に行うために、円筒状攪拌容器６２は中心軸を揺動させることが可能であるが、基本的には円筒状攪拌容器６２を中心軸回りに回転させる方式である。回転は、８〜３０ｒｐｍであるが、円筒状攪拌容器６２内に設けてある攪拌羽６３が効果的に機能しており、攪拌羽６３による粉末の掻き上げを有効に利用している。
【０００５】
また、図６に示すように、鋤状の羽６９を有する混合容器７１からなる機能性粒子製造装置７０が提案されている（例えば、特許文献３参照）。粒子を表面処理するための材料７２に関して、噴霧器７３を経由して噴霧７４にして供給し、回転軸７５を中心として鋤状の羽６９を有する混合容器７１内で処理を行う構成である。処理後は、排出口７６から粒子を取り出すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９６０７０号公報
【特許文献２】特許第４２３５４１２号公報
【特許文献３】ＵＳ ２００９／００３０２２２ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した構成の表面処理装置にも課題がある。
【０００８】
特許文献１の方法では、粉体或いは粒状物を回転ドラム内に入れて攪拌しつつ表面処理を行う構成となっているため、粉体或いは粒状物の各々の表面を均質に処理することが可能である。しかしながら、特許文献２の図５に示すような回転ドラムの場合にも同様に、必ず、原料投入口６１のように非回転部分が存在する。非回転部分は回転部分とのスムーズなスライド性能と共に、回転ドラム内の機密性を維持するための密閉性能の両方が求められる。しかしながら、クロロシラン系化合物のように、雰囲気中の水分の存在で反応が促進される場合には、回転ドラムの外部からの空気の流入は大きな課題となる。この空気の流入を防止するために、一般的には、Ｏ−リング、或いはＶ−リング等のパッキングが開発されている。しかし、回転ドラム内が真空状態、或いは低圧下では、外からの空気の流入は完全には防止することが困難であるという課題を有している。また、これは、図５に示すような構成ではなくて、例えば、フッ素含有クロロシラン系化合物を入れた円筒状攪拌容器６２又は付随する加熱用ヒータ等を、円筒状攪拌容器６２と共に回転させることが可能であると仮定しても、その加熱ヒータへの電源供給等の配線に回転、非回転との接続を可能とするような電気系のブラシ構造が必要となり、信頼性が低下すると共に、円筒状攪拌容器６２の回転に伴う気化装置としての品質、蒸気の供給が不安定になったりすることが予想され、処理プロセス全体としての効率が低下する。従って、粒子表面処理装置として十分な性能を維持することが困難である。さらに、図５に示したような従来の回転ドラム式では、攪拌羽６３による攪拌方式においては、粉体或いは粒状物は攪拌羽によって一部掻き上げられてから、落下することによる混合効果を狙っていた。しかしながら、掻き上げ時の粉体或いは粒状物へのせん断応力、また落下の際の衝撃による粉体或いは粒状物へのダメージは、悪影響が多かった。特に、粉体或いは粒状物が再分割されることによって表面積が急に増加して、表面処理に必要な化合物の量が増加したり、処理時間が増加したりする課題が有った。
【０００９】
特許文献３の方法では、図６に示したように、鋤状の羽６９を有する混合容器７１は回転しないため、表面処理の材料７２を気化して供給する噴霧器７３との接続部分も回転しない構成を実現できているが、回転軸７５を中心に攪拌するための鋤状の羽６９を有する混合容器７１内で処理を行うことから、回転部分と混合容器７１の非回転部分との接続部を有している点から、前記の図５と同様に、外部からの空気の侵入を完全には防止できない欠点がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、揺動により攪拌する方式の間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法を提供する。
【００１４】
本構成によって、回転部分が存在しないため処理容器内が完全に外部と隔離でき、外部からの空気等の流入を遮断することにより、均質で効率的な粒子表面処理プロセスを実行できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法によれば、気密性の向上と、粒子への衝撃が少なく再分割を抑制しているので表面積の増加もなく、均質な表面処理によって、高効率、高品質な粒子表面処理プロセスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の構成を示す概略透視側面図
【図１Ｂ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置において、処理容器が揺動する際の角度、攪拌翼が回転動作可能な角度範囲などを示す概略透視側面図
【図１Ｃ】図１ＢのＡ−Ａ線断面図
【図１Ｄ】図１Ｃの断面の一部拡大図
【図１Ｅ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の攪拌翼の動作を示す断面図
【図２Ａ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｂ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｃ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｄ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図３Ａ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量を示す図
【図３Ｂ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量を示す図
【図３Ｃ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の薬液容器、加熱ヒータ、真空ポンプ等を加えた実施例を示す図
【図５】従来の粒子表面処理装置の構成を示す図
【図６】従来のクロロシラン系化合物による粒子表面処理装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１９】
本発明の第１態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置を提供する。
【００２０】
本発明の第２態様によれば、前記揺動支持部は、
前記容器に設けた揺動回転軸部と、
前記揺動回転軸部を回転自在に支持する支持部とを備える、第１の態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２１】
本発明の第３態様によれば、前記容器の揺動に伴う前記粒子の往復移動時に、前記粒子の重力で前記攪拌翼を前記攪拌翼回転軸部の軸心周りに回転させる、第１又は２の態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２２】
本発明の第４態様によれば、前記容器は、前記容器の前記処理空間内に前記表面処理気体を導入する気体導入部を備える、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２３】
本発明の第５態様によれば、前記粒子は、砂である、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２４】
本発明の第６態様によれば、前記攪拌翼の終端傾斜角度φと、前記容器の揺動傾斜角度θとにおいて、前記容器内で前記粒子が前記揺動傾斜角度θにより移動開始後に、前記粒子が前記攪拌翼を稼動させる時点での前記揺動傾斜角度θが前記終端傾斜角度φより小である第１〜５のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２５】
本発明の第７態様によれば、前記表面処理気体の表面処理化合物として、クロロシラン系化合物を使用する第１〜６のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２６】
本発明の第８態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法を提供する。
【００２７】
（実施形態１）
図１Ａは、本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の構成を示した図である。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｃにおいて、気密性の高い例えば四角筒形状の処理容器１が、揺動させるための左右一対の揺動回転軸部２ａにより回転可能な構成である。左右一対の揺動回転軸部２ａは、それぞれ円柱状部材であって、一対の三角板状の揺動回転軸支持部３に揺動可能に設けられて揺動支点部３０を構成しており、処理容器１の中央部の下面の左右に連結されて、処理容器１の全体を揺動回転軸支持部３に対して揺動可能に支持している。処理容器１内には、縦断面が三角形の攪拌翼４を有しており、攪拌翼４の基端は、処理容器１内の左右一対の円柱状の攪拌翼回転軸部２ｂに設けられて、所定の角度範囲にて自由に回転動作できる構成となっている。
【００２９】
処理容器１は、表面処理化合物と粒子５とを収納可能な処理空間１ｂを有して、表面処理気体の雰囲気中に粒子５を収納可能な構成となっている。
【００３０】
図１Ｂには、揺動回転軸部２ａにより処理容器１が揺動する際の角度、及び攪拌翼回転軸部２ｂにより、攪拌翼４が回転動作可能な所定の角度範囲を示している。前者の処理容器１が揺動する際の角度については、処理容器１の底部の内壁底面１ａの水平面Ｈからの傾き角度として揺動傾斜角度θを定義している。後者の攪拌翼４が回転動作可能な所定の角度範囲については、攪拌翼４の処理容器１の底面１ａからの角度として終端傾斜角度φを定義している。また、図１Ｂには、攪拌翼４と攪拌翼回転軸部２ｂとのトルクτを示している。攪拌翼４は、処理容器１内に収められた粒子５の動きにより稼動するため、トルクτは、揺動傾斜角度θに対する終端傾斜角度φを決定している非常に大きな重要パラメータである。また、図１Ｂには、攪拌翼回転軸部２ｂの揺動中心から攪拌翼４の先端までの攪拌翼４の長さＬを定義しており、トルクτと長さＬとは実用上、関連するパラメータであるが、詳細説明は後述する。
【００３１】
図１Ｃは、図１Ｂに示したＡ−Ａ線断面図を提示している。揺動回転軸部２ａは、処理容器１と揺動回転軸支持部３とを回転可能に連結しており、攪拌翼回転軸部２ｂは攪拌翼４と処理容器１とを回転可能に連結している様子を示している。さらに、図１Ｄには、図１Ｃ断面の拡大図を示しており、攪拌翼回転軸部２ｂと攪拌翼４の近傍の詳細を示している。攪拌翼回転軸部２ｂと攪拌翼４とは処理容器１の内部に設けられており、揺動回転部２ａと揺動回転支持部３とは処理容器１の外部に設けられている。攪拌翼回転軸部２ｂの外側固定部の下端と揺動回転部２ａの外側固定部の上端とは、それぞれ、処理容器１に溶接等で固定されており、攪拌翼回転軸部２ｂの外側固定部内で回転自在な内側可動部は攪拌翼４に、揺動回転部２ａの外側固定部内で回転自在な内側可動部は揺動回転支持部３に各々、溶接等で固定されている。
【００３２】
図１Ｅには攪拌翼４の動作を断面図で示す。処理容器１の底面１ａに固定された蝶番で構成される攪拌翼回転軸部２ｂに固定された攪拌翼４が、一対のストッパ４０で挟まれた所定の角度の範囲内でだけ揺動する構成となっている。蝶番としては、粉体にも耐える内蔵式ボールベアリング入りの蝶番が適している。
【００３３】
かかる構成によれば、処理容器１を揺動させることにより粒子５が移動することによって攪拌翼４が稼動し、攪拌翼４の端部４ａから粒子５が平面状に落下するよう構成している。つまり、連続的に回転する部分が無いために、従来、回転部と非回転部の接続部分で課題であった外部からの空気の侵入を完全に防止できて、処理装置１の気密性を向上させることができる。
【００３４】
なお、表面処理化合物と粒子５との処理容器１への投入、および粒子５の処理容器１からの取り出しに関しては、図４にて後述する。
【００３５】
さらに、揺動の往復運動の双方向（図１Ａでの時計方向と反時計方向の両方向）にて粒子５が表面処理化合物と効率的に接することにより、従来の回転ドラム等の攪拌羽と同様な攪拌効果が簡単に得られるため、効率的で高品質な表面処理を行うことができる。
【００３６】
図５に示したような従来の回転ドラム式では、粉体或いは粒状物が再分割されることによって表面積が急に増加して、表面処理に必要な化合物の量が増加したり、処理時間が増加したりする課題が有った。しかしながら、本実施形態にかかる図１に示した構成によれば、処理容器１の揺動による粒子５の移動によって攪拌翼４が稼動し、攪拌翼４の端部４ａから粒子５が処理容器１の底面１ａ上に平面状に落下することから、粒子５へのせん断応力とか落下衝撃と言ったダメージは非常に少なくすることが可能となっている。さらに、図１Ａに示した攪拌翼４上での粒子５の動きは平面状であることから、表面処理化合物との接触確率が向上する。そして、従来は掻き上げが一部で発生していたので、全ての粉体或いは粒状物への接触確率は、回転数を増加することで補完していた。しかし、図１Ａでは、一回の揺動毎に全ての粒子５が攪拌翼４の端部４ａから処理容器１の底面１ａ上に平面状に落下して表面処理化合物と接触しており、非常に効率的な表面処理プロセスが構築できている。落下も短い距離に低減でき、衝撃も抑制され、再分割の影響は小さくできており、効率的な表面勝利が可能である。
【００３７】
特に、表面処理化合物の一例として、クロロシラン系化合物を使用することにより、一層、粒子との接触確率の向上が重要である。クロロシラン系化合物は、粒子５の表面に接するだけで短時間にカップリング被覆を実現するためである。また、被覆された部分には、重複して被覆されることが無い性質があるため、単分子での表面処理が可能で、効率的な処理プロセスとなる。そのためには、図５の示した従来のような回転ドラム式における混合目的での攪拌は全く不要であり、図１Ａに示したような間欠型揺動式による表面処理化合物と粒子５との接触が優先される。
【００３８】
次に、攪拌翼４の終端傾斜角度φと、処理容器１の揺動傾斜角度θと、及び攪拌翼４と攪拌翼回転軸部２ｂのトルクτとに関して、記述する。図２Ａ〜２Ｄには、粒子５の異なる性状と攪拌翼４の動作と、さらにトルクτとの関係を示した。
【００３９】
図２Ａのφ−θ＞０の場合、次のようなケースが考えられる。
・トルクτが小さく、攪拌翼４の終端傾斜角度φを小さく設定しても攪拌翼４は稼動する場合、
・粒子５も移動し易い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが小さくても攪拌翼４は稼動する。
【００４０】
その結果、図２Ａの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも上に向くために、粒子５がキープされて、ラッシュしない。ここで、「ラッシュ」とは、攪拌翼４上を通過する粒子５が瞬間的に増加するため、本来、攪拌翼４の端部４ａから平面状に落下する粒子５が、厚みのある直方体状になることを示している。ラッシュした状態では、粒子５と表面処理化合物との接触確率は大幅に低下してしまうため、好ましくない状態を指す。
【００４１】
図２Ｂに示したφ−θ＜０の場合として、次のようなケースが考えられる。
・トルクτが小さいので、攪拌翼４の終端傾斜角度φを小さく設定しても攪拌翼４は稼動する。
・しかし、この構成でも粒子５が移動し難い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが大きくないと攪拌翼４は稼動しない。
【００４２】
その結果、図２Ｂの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも下に向くために、粒子５がラッシュしてしまう。
【００４３】
図２Ｃのφ−θ＞０の場合として、次のようなケースが考えられる。
・攪拌翼４の終端傾斜角度φを大きく設定した場合には、攪拌翼４は稼動し易い。
・この構成において、もしトルクτも小さく、粒子５が動き易い性状の場合は、処理容器１の揺動傾斜角度θが小さくても攪拌翼４は稼動する。
【００４４】
この場合には、図２Ｃの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも上に向くために、粒子５はキープされ、ラッシュしない。
【００４５】
そして、図２Ｄのφ−θ＜０となるケースとして、次のようなケースが考えられる。
・攪拌翼４の終端傾斜角度φを大きく設定した場合には、攪拌翼４は稼動し易い。
・しかし、もしトルクτが大きい、或いは、粒子５が動き難い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが大きくならないと攪拌翼４は稼動しない。
【００４６】
この場合には、図２Ｄの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも下に向くために、粒子５はラッシュしてしまう。
【００４７】
以上の結果から、攪拌翼４の終端傾斜角度φと、処理容器１の揺動傾斜角度θとにおいて、φ−θ＞０、つまり処理容器１の揺動傾斜角度θが攪拌翼４の終端傾斜角度φより小であることが粒子表面処理装置には必要である。
【００４８】
ここで、攪拌翼４の長さＬに関して、トルクτと長さＬとは実用上、関連するパラメータである。長さＬが比較的大の場合は、トルクτは比較的大でも攪拌翼４の動作には影響が小さい。逆にトルクτが比較的小の場合には、長さＬは比較的小でも良い。しかしながら、トルクτが比較的大きい場合に、もし長さＬが比較的小の場合、粒子５の重量による攪拌翼４に働く力は比較的小さくなるため、トルクτに対抗できず、結果として、攪拌翼４の動作が遅延する、或いは、動作が困難となってしまうことがある。トルクτは、比較的小さくなるように、つまり、スムーズな揺動が可能な構成にすることが必要である。スムーズな揺動が可能な構成例として、図１Ｄにおける攪拌翼回転軸部２ｂは、粉体にも耐える内蔵式ボールベアリング入りの蝶番が適する。
【００４９】
最後に、上述した「ラッシュ」に関して、図３Ａ〜図３Ｃを使用して補足説明する。ラッシュは、非定常的には上述したような粒子５の急激な動きによるものであるが、図３Ａ〜図３Ｃでは定常的な状態での評価を行った。つまり、図３Ａに示したように、長さＬの攪拌翼４が処理容器１の底面１ａと垂直に固定された場合を想定して、つまり、攪拌翼４の終端傾斜角度φが９０度に固定された場合であるが、その位置からスタートして処理容器１が、当初、処理容器１の揺動傾斜角度θ＝２０度から開始して、処理容器１の揺動傾斜角度θを徐々に増加させているとする。図３Ａでは既に処理容器１の揺動傾斜角度θは４５度程度まで増加した時点を示している。次に、処理容器１がさらに傾いた場合には、図３Ｂに示したように、太い破線Ｇより上方の粒子５は、攪拌翼４の左側に移動する。この様子を、図３Ｃにおいて、角度と単位幅当たりの粒子の流量とにて示す。図３Ｃにおける角度は図３Ａに示した角度と定義しており、当初約７０度から開始して、徐々に減少している。この仮定の下、図３Ｃから、角度が大きい場合には粒子の流量は非常に多いが、角度の低下に伴って急激に流量は減少していることが分かる。この結果、「ラッシュ」に相当する現象が、処理容器１の揺動開始の直後に大きく発生することが説明できる。
【００５０】
なお、本実施形態において、攪拌翼回転軸部２ｂは軸受けを採用することが多いが、フレキシブルなフィルムにて接着固定しておくこととしても良い。或いは、攪拌翼４の材質が柔軟で、その攪拌翼回転軸部２ｂに接する部分を薄くした構成で接合されていることでも代用が可能である。
【実施例１】
【００５１】
図４に、本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の薬液容器、加熱ヒータ、真空ポンプ等を加えた実施例１を示す。図１と同様な構成については説明を省略する。処理容器１には、その側面の攪拌翼４の付近に設けられたフレキシブル配管６を経由して、表面処理化合物を処理容器１内に供給する。フレキシブル配管６は、処理容器１の揺動範囲では気密性を維持し得るものである。フレキシブル配管６には真空配管７を接続してあり、真空配管７の先には、２つに分岐して、一方の配管７ａには、薬液容器用バルブ８と薬液容器９、及び加熱ヒータ１０を設けており、片方の配管７ｂには真空ポンプ用バルブ１１を経由して真空ポンプ１２を設けている。ここで、処理容器１内への粒子５の投入は、処理容器１の上部に設けた粒子投入口１３から投入する。処理容器１からの粒子５の取出しには、処理容器１の前面下方に設けた粒子排出口１４を利用する。処理容器１の揺動の駆動源（揺動駆動装置）には、一例として、空圧により伸縮制御可能な空圧駆動装置１５を適用している。空圧駆動装置１５には種々のものが使用可能であるので、ここでは詳細は省略するが、スムーズな揺動を簡単に実現できる空圧アームの使用が望ましい。
【００５２】
ここでは、表面処理化合物の一例としてのクロロシラン系化合物としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を使用して、粒子５としては、土砂、粉体及び粒状物を対象としている。対象粒子の表面は、すべて水酸基が有ることを前提としている。これらの種々の粒子５に撥水性を付与する為の表面処理化合物としてＯＴＳを使用しているが、クロロシラン系化合物であれば他のものでも同様な効果が得られる。その結果、通常の土木材料ばかりでなく、廃棄物の再利用にも応用できる汎用性を持った表面処理方法を実現できる。
【００５３】
最初に、粒子５を粒子投入口１３から処理容器１の収めた後に、処理容器１は気密性を維持したまま真空ポンプ１２によって減圧される。処理容器１の圧力は３５０ｍｍＨｇ以下で設定されるが、通常は５０ｍｍＨｇ以下が望ましい。なお、処理容器１の内容積は約５０Ｌ（リットル）で、粒子５は一回の処理の際に、２５Ｌ程度まで投入可能である。減圧後に、真空ポンプ用バルブ１１を閉じる。同時に、表面処理化合物は、薬液容器９において加熱ヒータ１０により８０℃程度で加熱される。処理容器１は空圧駆動装置１５により揺動を開始するが、約０．１Ｈｚのゆっくりした揺動が適する。その後、薬液容器用バルブ８を開き、表面処理気体の一例としてのＯＴＳ蒸気を、薬液容器９から、真空配管７ａ，７及び気体導入部の一例として機能するフレキシブル配管６を経由して処理容器１内に供給される。
【００５４】
このように処理容器１が空圧駆動装置１５により揺動されかつ処理容器１内に表面処理気体が供給されることにより、表面処理気体の雰囲気中において、粒子５が処理容器１内で往復移動して攪拌翼４を揺動させ、攪拌翼４の端部４ａから粒子５を処理容器１の内壁底面１ａの平面上に平面状に落下するように制御して、表面処理を行う。粒子５の種類に依存するが、概ね、処理に要する時間は約１０分間以内である。
【００５５】
なお、空圧アームを適用した空圧駆動装置１５の制御における波形は、基本的にはサイン曲線であるが、これに限定しない。矩形波、あるいはＶ字波形も可能である。ただし、ラッシュを防止するために複雑な揺動運動が最適であることは言うまでも無い。表面処理後の粒子５は、粒子排出口１４から取り出す。
【００５６】
ここで、攪拌翼４の終端傾斜角度φは、通常は２０度〜３０度での設定が多い。粒子５への落下ダメージも少なく、攪拌翼４の通過後の平面状での表面処理にも適する。
【００５７】
また、本実施例１では処理容器１は５０Ｌの内容積のものを使用しているが、高さが２０ｃｍである。この場合に、攪拌翼４の長さＬは１０ｃｍを用いた。攪拌翼回転軸部２ｂにはボールベアリング式蝶番を利用した構成であり、攪拌翼４はスムーズに稼動した。ただ、攪拌翼４の長さＬを５ｃｍ以下にした場合には、稼動が不十分であったりラッシュしたりするケースが多かった。使用した粒子５は、比重が約１．５、平均粒径が１５０μｍである。
【００５８】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明にかかる間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法は、粒子と表面処理化合物を収めた処理容器を揺動させ、攪拌翼と攪拌翼を稼動させるための攪拌翼回転軸部を備え、処理容器を揺動させることにより粒子が移動することによって攪拌翼が稼動し、攪拌翼の端部から粒子が平面状に落下するよう構成して、処理装置の気密性を向上させ、揺動の往復運動の双方向にて粒子が表面処理化合物と効率的に接することにより、効率的で高品質な表面処理が可能とすることができるものであり、粉体及び粒状物の表面処理装置および方法として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 処理容器
１ａ 内壁底面
２ａ 揺動回転軸部
２ｂ 攪拌翼回転軸部
３ 揺動回転軸支持部
４ 攪拌翼
５ 粒子
６ フレキシブル配管
７ 真空配管
８ 薬液容器用バルブ
９ 薬液容器
１０ 加熱ヒータ
１１ 真空ポンプ用バルブ
１２ 真空ポンプ
１３ 粒子投入口
１４ 粒子排出口
１５ 空圧駆動装置
３０ 揺動支持部
４０ ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揺動により攪拌する方式の間欠型の揺動式粒子表面処理装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉体及び粒状物の表面改質剤としてクロロシラン系化合物を使用することにより、プロセスの効率化、コスト低減、及び、品質の向上を図る方法が知られている。カップリングにより、単分子での表面処理が可能となることが大きな特徴である。その際に、クロロシラン系化合物は液体のままではなく、気化した状態にて使用することによって、高速に処理を実現できるプロセスが考案されている。
【０００３】
従来の表面処理装置の一例としては、表面改質する対象が粉体、或いは粒状物であることから、低圧状態にて、クロロシラン化合物の蒸気を利用すると同時に、回転ドラムを用いて攪拌する方式のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。土砂を含めて、粉体及び粒状物に撥水性を付与することを目的に、表面改質剤として粗シランを使用して、プロセスの効率化を図っている。材料を密閉ドラム内に入れて、３００〜３５０ｍｍＨｇに減圧した後、クロロシラン蒸気と混合して、表面改質を行っている。ドラムは１０ｒｐｍ程度で回転させている。
【０００４】
このような回転ドラムを使用する場合に、回転ドラムとしては、攪拌のために内部に、攪拌羽を有するものが多い（例えば、特許文献２参照）。図５に示すように、粒径が７５μｍを超え、４２５μｍ以下の粉末を攪拌しているが、原料投入口６１を中心軸上に有する円筒状攪拌容器６２を含む攪拌装置として、ロッキングミキサーを用いた方法が示されている。粉末の攪拌を効果的に行うために、円筒状攪拌容器６２は中心軸を揺動させることが可能であるが、基本的には円筒状攪拌容器６２を中心軸回りに回転させる方式である。回転は、８〜３０ｒｐｍであるが、円筒状攪拌容器６２内に設けてある攪拌羽６３が効果的に機能しており、攪拌羽６３による粉末の掻き上げを有効に利用している。
【０００５】
また、図６に示すように、鋤状の羽６９を有する混合容器７１からなる機能性粒子製造装置７０が提案されている（例えば、特許文献３参照）。粒子を表面処理するための材料７２に関して、噴霧器７３を経由して噴霧７４にして供給し、回転軸７５を中心として鋤状の羽６９を有する混合容器７１内で処理を行う構成である。処理後は、排出口７６から粒子を取り出すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２９６０７０号公報
【特許文献２】特許第４２３５４１２号公報
【特許文献３】ＵＳ ２００９／００３０２２２ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した構成の表面処理装置にも課題がある。
【０００８】
特許文献１の方法では、粉体或いは粒状物を回転ドラム内に入れて攪拌しつつ表面処理を行う構成となっているため、粉体或いは粒状物の各々の表面を均質に処理することが可能である。しかしながら、特許文献２の図５に示すような回転ドラムの場合にも同様に、必ず、原料投入口６１のように非回転部分が存在する。非回転部分は回転部分とのスムーズなスライド性能と共に、回転ドラム内の機密性を維持するための密閉性能の両方が求められる。しかしながら、クロロシラン系化合物のように、雰囲気中の水分の存在で反応が促進される場合には、回転ドラムの外部からの空気の流入は大きな課題となる。この空気の流入を防止するために、一般的には、Ｏ−リング、或いはＶ−リング等のパッキングが開発されている。しかし、回転ドラム内が真空状態、或いは低圧下では、外からの空気の流入は完全には防止することが困難であるという課題を有している。また、これは、図５に示すような構成ではなくて、例えば、フッ素含有クロロシラン系化合物を入れた円筒状攪拌容器６２又は付随する加熱用ヒータ等を、円筒状攪拌容器６２と共に回転させることが可能であると仮定しても、その加熱ヒータへの電源供給等の配線に回転、非回転との接続を可能とするような電気系のブラシ構造が必要となり、信頼性が低下すると共に、円筒状攪拌容器６２の回転に伴う気化装置としての品質、蒸気の供給が不安定になったりすることが予想され、処理プロセス全体としての効率が低下する。従って、粒子表面処理装置として十分な性能を維持することが困難である。さらに、図５に示したような従来の回転ドラム式では、攪拌羽６３による攪拌方式においては、粉体或いは粒状物は攪拌羽によって一部掻き上げられてから、落下することによる混合効果を狙っていた。しかしながら、掻き上げ時の粉体或いは粒状物へのせん断応力、また落下の際の衝撃による粉体或いは粒状物へのダメージは、悪影響が多かった。特に、粉体或いは粒状物が再分割されることによって表面積が急に増加して、表面処理に必要な化合物の量が増加したり、処理時間が増加したりする課題が有った。
【０００９】
特許文献３の方法では、図６に示したように、鋤状の羽６９を有する混合容器７１は回転しないため、表面処理の材料７２を気化して供給する噴霧器７３との接続部分も回転しない構成を実現できているが、回転軸７５を中心に攪拌するための鋤状の羽６９を有する混合容器７１内で処理を行うことから、回転部分と混合容器７１の非回転部分との接続部を有している点から、前記の図５と同様に、外部からの空気の侵入を完全には防止できない欠点がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、揺動により攪拌する方式の間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１２】
本発明の１つの態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法を提供する。
【００１４】
本構成によって、回転部分が存在しないため処理容器内が完全に外部と隔離でき、外部からの空気等の流入を遮断することにより、均質で効率的な粒子表面処理プロセスを実行できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法によれば、気密性の向上と、粒子への衝撃が少なく再分割を抑制しているので表面積の増加もなく、均質な表面処理によって、高効率、高品質な粒子表面処理プロセスを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の構成を示す概略透視側面図
【図１Ｂ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置において、処理容器が揺動する際の角度、攪拌翼が回転動作可能な角度範囲などを示す概略透視側面図
【図１Ｃ】図１ＢのＡ−Ａ線断面図
【図１Ｄ】図１Ｃの断面の一部拡大図
【図１Ｅ】本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の攪拌翼の動作を示す断面図
【図２Ａ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｂ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｃ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図２Ｄ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動と粒子の攪拌状態を示す図
【図３Ａ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量を示す図
【図３Ｂ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量を示す図
【図３Ｃ】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の揺動角度と粒子の流量との関係を示す図
【図４】本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の薬液容器、加熱ヒータ、真空ポンプ等を加えた実施例を示す図
【図５】従来の粒子表面処理装置の構成を示す図
【図６】従来のクロロシラン系化合物による粒子表面処理装置の構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１９】
本発明の第１態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置を提供する。
【００２０】
本発明の第２態様によれば、前記揺動支持部は、
前記容器に設けた揺動回転軸部と、
前記揺動回転軸部を回転自在に支持する支持部とを備える、第１の態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２１】
本発明の第３態様によれば、前記容器の揺動に伴う前記粒子の往復移動時に、前記粒子の重力で前記攪拌翼を前記攪拌翼回転軸部の軸心周りに回転させる、第１又は２の態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２２】
本発明の第４態様によれば、前記容器は、前記容器の前記処理空間内に前記表面処理気体を導入する気体導入部を備える、第１〜３のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２３】
本発明の第５態様によれば、前記粒子は、砂である、第１〜４のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２４】
本発明の第６態様によれば、前記攪拌翼の終端傾斜角度φと、前記容器の揺動傾斜角度θとにおいて、前記容器内で前記粒子が前記揺動傾斜角度θにより移動開始後に、前記粒子が前記攪拌翼を稼動させる時点での前記揺動傾斜角度θが前記終端傾斜角度φより小である第１〜５のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２５】
本発明の第７態様によれば、前記表面処理気体の表面処理化合物として、クロロシラン系化合物を使用する第１〜６のいずれか１つの態様に記載の粒子表面処理装置を提供する。
【００２６】
本発明の第８態様によれば、表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法を提供する。
【００２７】
（実施形態１）
図１Ａは、本発明の実施形態１における間欠型揺動式粒子表面処理装置の構成を示した図である。
【００２８】
図１Ａ及び図１Ｃにおいて、気密性の高い例えば四角筒形状の処理容器１が、揺動させるための左右一対の揺動回転軸部２ａにより回転可能な構成である。左右一対の揺動回転軸部２ａは、それぞれ円柱状部材であって、一対の三角板状の揺動回転軸支持部３に揺動可能に設けられて揺動支点部３０を構成しており、処理容器１の中央部の下面の左右に連結されて、処理容器１の全体を揺動回転軸支持部３に対して揺動可能に支持している。処理容器１内には、縦断面が三角形の攪拌翼４を有しており、攪拌翼４の基端は、処理容器１内の左右一対の円柱状の攪拌翼回転軸部２ｂに設けられて、所定の角度範囲にて自由に回転動作できる構成となっている。
【００２９】
処理容器１は、表面処理化合物と粒子５とを収納可能な処理空間１ｂを有して、表面処理気体の雰囲気中に粒子５を収納可能な構成となっている。
【００３０】
図１Ｂには、揺動回転軸部２ａにより処理容器１が揺動する際の角度、及び攪拌翼回転軸部２ｂにより、攪拌翼４が回転動作可能な所定の角度範囲を示している。前者の処理容器１が揺動する際の角度については、処理容器１の底部の内壁底面１ａの水平面Ｈからの傾き角度として揺動傾斜角度θを定義している。後者の攪拌翼４が回転動作可能な所定の角度範囲については、攪拌翼４の処理容器１の底面１ａからの角度として終端傾斜角度φを定義している。また、図１Ｂには、攪拌翼４と攪拌翼回転軸部２ｂとのトルクτを示している。攪拌翼４は、処理容器１内に収められた粒子５の動きにより稼動するため、トルクτは、揺動傾斜角度θに対する終端傾斜角度φを決定している非常に大きな重要パラメータである。また、図１Ｂには、攪拌翼回転軸部２ｂの揺動中心から攪拌翼４の先端までの攪拌翼４の長さＬを定義しており、トルクτと長さＬとは実用上、関連するパラメータであるが、詳細説明は後述する。
【００３１】
図１Ｃは、図１Ｂに示したＡ−Ａ線断面図を提示している。揺動回転軸部２ａは、処理容器１と揺動回転軸支持部３とを回転可能に連結しており、攪拌翼回転軸部２ｂは攪拌翼４と処理容器１とを回転可能に連結している様子を示している。さらに、図１Ｄには、図１Ｃ断面の拡大図を示しており、攪拌翼回転軸部２ｂと攪拌翼４の近傍の詳細を示している。攪拌翼回転軸部２ｂと攪拌翼４とは処理容器１の内部に設けられており、揺動回転部２ａと揺動回転支持部３とは処理容器１の外部に設けられている。攪拌翼回転軸部２ｂの外側固定部の下端と揺動回転部２ａの外側固定部の上端とは、それぞれ、処理容器１に溶接等で固定されており、攪拌翼回転軸部２ｂの外側固定部内で回転自在な内側可動部は攪拌翼４に、揺動回転部２ａの外側固定部内で回転自在な内側可動部は揺動回転支持部３に各々、溶接等で固定されている。
【００３２】
図１Ｅには攪拌翼４の動作を断面図で示す。処理容器１の底面１ａに固定された蝶番で構成される攪拌翼回転軸部２ｂに固定された攪拌翼４が、一対のストッパ４０で挟まれた所定の角度の範囲内でだけ揺動する構成となっている。蝶番としては、粉体にも耐える内蔵式ボールベアリング入りの蝶番が適している。
【００３３】
かかる構成によれば、処理容器１を揺動させることにより粒子５が移動することによって攪拌翼４が稼動し、攪拌翼４の端部４ａから粒子５が平面状に落下するよう構成している。つまり、連続的に回転する部分が無いために、従来、回転部と非回転部の接続部分で課題であった外部からの空気の侵入を完全に防止できて、処理装置１の気密性を向上させることができる。
【００３４】
なお、表面処理化合物と粒子５との処理容器１への投入、および粒子５の処理容器１からの取り出しに関しては、図４にて後述する。
【００３５】
さらに、揺動の往復運動の双方向（図１Ａでの時計方向と反時計方向の両方向）にて粒子５が表面処理化合物と効率的に接することにより、従来の回転ドラム等の攪拌羽と同様な攪拌効果が簡単に得られるため、効率的で高品質な表面処理を行うことができる。
【００３６】
図５に示したような従来の回転ドラム式では、粉体或いは粒状物が再分割されることによって表面積が急に増加して、表面処理に必要な化合物の量が増加したり、処理時間が増加したりする課題が有った。しかしながら、本実施形態にかかる図１に示した構成によれば、処理容器１の揺動による粒子５の移動によって攪拌翼４が稼動し、攪拌翼４の端部４ａから粒子５が処理容器１の底面１ａ上に平面状に落下することから、粒子５へのせん断応力とか落下衝撃と言ったダメージは非常に少なくすることが可能となっている。さらに、図１Ａに示した攪拌翼４上での粒子５の動きは平面状であることから、表面処理化合物との接触確率が向上する。そして、従来は掻き上げが一部で発生していたので、全ての粉体或いは粒状物への接触確率は、回転数を増加することで補完していた。しかし、図１Ａでは、一回の揺動毎に全ての粒子５が攪拌翼４の端部４ａから処理容器１の底面１ａ上に平面状に落下して表面処理化合物と接触しており、非常に効率的な表面処理プロセスが構築できている。落下も短い距離に低減でき、衝撃も抑制され、再分割の影響は小さくできており、効率的な表面勝利が可能である。
【００３７】
特に、表面処理化合物の一例として、クロロシラン系化合物を使用することにより、一層、粒子との接触確率の向上が重要である。クロロシラン系化合物は、粒子５の表面に接するだけで短時間にカップリング被覆を実現するためである。また、被覆された部分には、重複して被覆されることが無い性質があるため、単分子での表面処理が可能で、効率的な処理プロセスとなる。そのためには、図５の示した従来のような回転ドラム式における混合目的での攪拌は全く不要であり、図１Ａに示したような間欠型揺動式による表面処理化合物と粒子５との接触が優先される。
【００３８】
次に、攪拌翼４の終端傾斜角度φと、処理容器１の揺動傾斜角度θと、及び攪拌翼４と攪拌翼回転軸部２ｂのトルクτとに関して、記述する。図２Ａ〜２Ｄには、粒子５の異なる性状と攪拌翼４の動作と、さらにトルクτとの関係を示した。
【００３９】
図２Ａのφ−θ＞０の場合、次のようなケースが考えられる。
・トルクτが小さく、攪拌翼４の終端傾斜角度φを小さく設定しても攪拌翼４は稼動する場合、
・粒子５も移動し易い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが小さくても攪拌翼４は稼動する。
【００４０】
その結果、図２Ａの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも上に向くために、粒子５がキープされて、ラッシュしない。ここで、「ラッシュ」とは、攪拌翼４上を通過する粒子５が瞬間的に増加するため、本来、攪拌翼４の端部４ａから平面状に落下する粒子５が、厚みのある直方体状になることを示している。ラッシュした状態では、粒子５と表面処理化合物との接触確率は大幅に低下してしまうため、好ましくない状態を指す。
【００４１】
図２Ｂに示したφ−θ＜０の場合として、次のようなケースが考えられる。
・トルクτが小さいので、攪拌翼４の終端傾斜角度φを小さく設定しても攪拌翼４は稼動する。
・しかし、この構成でも粒子５が移動し難い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが大きくないと攪拌翼４は稼動しない。
【００４２】
その結果、図２Ｂの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも下に向くために、粒子５がラッシュしてしまう。
【００４３】
図２Ｃのφ−θ＞０の場合として、次のようなケースが考えられる。
・攪拌翼４の終端傾斜角度φを大きく設定した場合には、攪拌翼４は稼動し易い。
・この構成において、もしトルクτも小さく、粒子５が動き易い性状の場合は、処理容器１の揺動傾斜角度θが小さくても攪拌翼４は稼動する。
【００４４】
この場合には、図２Ｃの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも上に向くために、粒子５はキープされ、ラッシュしない。
【００４５】
そして、図２Ｄのφ−θ＜０となるケースとして、次のようなケースが考えられる。
・攪拌翼４の終端傾斜角度φを大きく設定した場合には、攪拌翼４は稼動し易い。
・しかし、もしトルクτが大きい、或いは、粒子５が動き難い性状の場合には、処理容器１の揺動傾斜角度θが大きくならないと攪拌翼４は稼動しない。
【００４６】
この場合には、図２Ｄの左側の図から右側の図に状態が変わるとき、反対側に稼動後の攪拌翼４が、水平面Ｈよりも下に向くために、粒子５はラッシュしてしまう。
【００４７】
以上の結果から、攪拌翼４の終端傾斜角度φと、処理容器１の揺動傾斜角度θとにおいて、φ−θ＞０、つまり処理容器１の揺動傾斜角度θが攪拌翼４の終端傾斜角度φより小であることが粒子表面処理装置には必要である。
【００４８】
ここで、攪拌翼４の長さＬに関して、トルクτと長さＬとは実用上、関連するパラメータである。長さＬが比較的大の場合は、トルクτは比較的大でも攪拌翼４の動作には影響が小さい。逆にトルクτが比較的小の場合には、長さＬは比較的小でも良い。しかしながら、トルクτが比較的大きい場合に、もし長さＬが比較的小の場合、粒子５の重量による攪拌翼４に働く力は比較的小さくなるため、トルクτに対抗できず、結果として、攪拌翼４の動作が遅延する、或いは、動作が困難となってしまうことがある。トルクτは、比較的小さくなるように、つまり、スムーズな揺動が可能な構成にすることが必要である。スムーズな揺動が可能な構成例として、図１Ｄにおける攪拌翼回転軸部２ｂは、粉体にも耐える内蔵式ボールベアリング入りの蝶番が適する。
【００４９】
最後に、上述した「ラッシュ」に関して、図３Ａ〜図３Ｃを使用して補足説明する。ラッシュは、非定常的には上述したような粒子５の急激な動きによるものであるが、図３Ａ〜図３Ｃでは定常的な状態での評価を行った。つまり、図３Ａに示したように、長さＬの攪拌翼４が処理容器１の底面１ａと垂直に固定された場合を想定して、つまり、攪拌翼４の終端傾斜角度φが９０度に固定された場合であるが、その位置からスタートして処理容器１が、当初、処理容器１の揺動傾斜角度θ＝２０度から開始して、処理容器１の揺動傾斜角度θを徐々に増加させているとする。図３Ａでは既に処理容器１の揺動傾斜角度θは４５度程度まで増加した時点を示している。次に、処理容器１がさらに傾いた場合には、図３Ｂに示したように、太い破線Ｇより上方の粒子５は、攪拌翼４の左側に移動する。この様子を、図３Ｃにおいて、角度と単位幅当たりの粒子の流量とにて示す。図３Ｃにおける角度は図３Ａに示した角度と定義しており、当初約７０度から開始して、徐々に減少している。この仮定の下、図３Ｃから、角度が大きい場合には粒子の流量は非常に多いが、角度の低下に伴って急激に流量は減少していることが分かる。この結果、「ラッシュ」に相当する現象が、処理容器１の揺動開始の直後に大きく発生することが説明できる。
【００５０】
なお、本実施形態において、攪拌翼回転軸部２ｂは軸受けを採用することが多いが、フレキシブルなフィルムにて接着固定しておくこととしても良い。或いは、攪拌翼４の材質が柔軟で、その攪拌翼回転軸部２ｂに接する部分を薄くした構成で接合されていることでも代用が可能である。
【実施例１】
【００５１】
図４に、本発明の実施形態１における粒子表面処理装置の薬液容器、加熱ヒータ、真空ポンプ等を加えた実施例１を示す。図１と同様な構成については説明を省略する。処理容器１には、その側面の攪拌翼４の付近に設けられたフレキシブル配管６を経由して、表面処理化合物を処理容器１内に供給する。フレキシブル配管６は、処理容器１の揺動範囲では気密性を維持し得るものである。フレキシブル配管６には真空配管７を接続してあり、真空配管７の先には、２つに分岐して、一方の配管７ａには、薬液容器用バルブ８と薬液容器９、及び加熱ヒータ１０を設けており、片方の配管７ｂには真空ポンプ用バルブ１１を経由して真空ポンプ１２を設けている。ここで、処理容器１内への粒子５の投入は、処理容器１の上部に設けた粒子投入口１３から投入する。処理容器１からの粒子５の取出しには、処理容器１の前面下方に設けた粒子排出口１４を利用する。処理容器１の揺動の駆動源（揺動駆動装置）には、一例として、空圧により伸縮制御可能な空圧駆動装置１５を適用している。空圧駆動装置１５には種々のものが使用可能であるので、ここでは詳細は省略するが、スムーズな揺動を簡単に実現できる空圧アームの使用が望ましい。
【００５２】
ここでは、表面処理化合物の一例としてのクロロシラン系化合物としてオクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＳ）を使用して、粒子５としては、土砂、粉体及び粒状物を対象としている。対象粒子の表面は、すべて水酸基が有ることを前提としている。これらの種々の粒子５に撥水性を付与する為の表面処理化合物としてＯＴＳを使用しているが、クロロシラン系化合物であれば他のものでも同様な効果が得られる。その結果、通常の土木材料ばかりでなく、廃棄物の再利用にも応用できる汎用性を持った表面処理方法を実現できる。
【００５３】
最初に、粒子５を粒子投入口１３から処理容器１の収めた後に、処理容器１は気密性を維持したまま真空ポンプ１２によって減圧される。処理容器１の圧力は３５０ｍｍＨｇ以下で設定されるが、通常は５０ｍｍＨｇ以下が望ましい。なお、処理容器１の内容積は約５０Ｌ（リットル）で、粒子５は一回の処理の際に、２５Ｌ程度まで投入可能である。減圧後に、真空ポンプ用バルブ１１を閉じる。同時に、表面処理化合物は、薬液容器９において加熱ヒータ１０により８０℃程度で加熱される。処理容器１は空圧駆動装置１５により揺動を開始するが、約０．１Ｈｚのゆっくりした揺動が適する。その後、薬液容器用バルブ８を開き、表面処理気体の一例としてのＯＴＳ蒸気を、薬液容器９から、真空配管７ａ，７及び気体導入部の一例として機能するフレキシブル配管６を経由して処理容器１内に供給される。
【００５４】
このように処理容器１が空圧駆動装置１５により揺動されかつ処理容器１内に表面処理気体が供給されることにより、表面処理気体の雰囲気中において、粒子５が処理容器１内で往復移動して攪拌翼４を揺動させ、攪拌翼４の端部４ａから粒子５を処理容器１の内壁底面１ａの平面上に平面状に落下するように制御して、表面処理を行う。粒子５の種類に依存するが、概ね、処理に要する時間は約１０分間以内である。
【００５５】
なお、空圧アームを適用した空圧駆動装置１５の制御における波形は、基本的にはサイン曲線であるが、これに限定しない。矩形波、あるいはＶ字波形も可能である。ただし、ラッシュを防止するために複雑な揺動運動が最適であることは言うまでも無い。表面処理後の粒子５は、粒子排出口１４から取り出す。
【００５６】
ここで、攪拌翼４の終端傾斜角度φは、通常は２０度〜３０度での設定が多い。粒子５への落下ダメージも少なく、攪拌翼４の通過後の平面状での表面処理にも適する。
【００５７】
また、本実施例１では処理容器１は５０Ｌの内容積のものを使用しているが、高さが２０ｃｍである。この場合に、攪拌翼４の長さＬは１０ｃｍを用いた。攪拌翼回転軸部２ｂにはボールベアリング式蝶番を利用した構成であり、攪拌翼４はスムーズに稼動した。ただ、攪拌翼４の長さＬを５ｃｍ以下にした場合には、稼動が不十分であったりラッシュしたりするケースが多かった。使用した粒子５は、比重が約１．５、平均粒径が１５０μｍである。
【００５８】
なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明にかかる間欠型揺動式粒子表面処理装置および方法は、粒子と表面処理化合物を収めた処理容器を揺動させ、攪拌翼と攪拌翼を稼動させるための攪拌翼回転軸部を備え、処理容器を揺動させることにより粒子が移動することによって攪拌翼が稼動し、攪拌翼の端部から粒子が平面状に落下するよう構成して、処理装置の気密性を向上させ、揺動の往復運動の双方向にて粒子が表面処理化合物と効率的に接することにより、効率的で高品質な表面処理が可能とすることができるものであり、粉体及び粒状物の表面処理装置および方法として有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 処理容器
１ａ 内壁底面
２ａ 揺動回転軸部
２ｂ 攪拌翼回転軸部
３ 揺動回転軸支持部
４ 攪拌翼
５ 粒子
６ フレキシブル配管
７ 真空配管
８ 薬液容器用バルブ
９ 薬液容器
１０ 加熱ヒータ
１１ 真空ポンプ用バルブ
１２ 真空ポンプ
１３ 粒子投入口
１４ 粒子排出口
１５ 空圧駆動装置
３０ 揺動支持部
４０ ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置。
【請求項２】
前記揺動支持部は、
前記容器に設けた揺動回転軸部と、
前記揺動回転軸部を回転自在に支持する支持部とを備える、請求項１に記載の粒子表面処理装置。
【請求項３】
前記容器の揺動に伴う前記粒子の往復移動時に、前記粒子の重力で前記攪拌翼を前記攪拌翼回転軸部の軸心周りに回転させる、請求項１又は２に記載の粒子表面処理装置。
【請求項４】
前記容器は、前記容器の前記処理空間内に前記表面処理気体を導入する気体導入部を備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項５】
前記粒子は、砂である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項６】
前記攪拌翼の終端傾斜角度φと、前記容器の揺動傾斜角度θとにおいて、前記容器内で前記粒子が前記揺動傾斜角度θにより移動開始後に、前記粒子が前記攪拌翼を稼動させる時点での前記揺動傾斜角度θが前記終端傾斜角度φより小である請求項１〜５のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項７】
前記表面処理気体の表面処理化合物として、クロロシラン系化合物を使用する請求項１〜６のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項８】
表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法。
【請求項１】
表面処理気体の雰囲気中において、粒子を収納可能な処理空間を有する容器と、
前記容器を揺動可能に支持し、前記粒子を前記容器の内部で往復移動可能とする揺動支持部と、
前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部を軸心として揺動自在な攪拌翼とを備えて、
前記容器を揺動することにより前記粒子を往復移動させると前記攪拌翼が揺動し、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行うことを特徴とする粒子表面処理装置。
【請求項２】
前記揺動支持部は、
前記容器に設けた揺動回転軸部と、
前記揺動回転軸部を回転自在に支持する支持部とを備える、請求項１に記載の粒子表面処理装置。
【請求項３】
前記容器の揺動に伴う前記粒子の往復移動時に、前記粒子の重力で前記攪拌翼を前記攪拌翼回転軸部の軸心周りに回転させる、請求項１又は２に記載の粒子表面処理装置。
【請求項４】
前記容器は、前記容器の前記処理空間内に前記表面処理気体を導入する気体導入部を備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項５】
前記粒子は、砂である、請求項１〜４のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項６】
前記攪拌翼の終端傾斜角度φと、前記容器の揺動傾斜角度θとにおいて、前記容器内で前記粒子が前記揺動傾斜角度θにより移動開始後に、前記粒子が前記攪拌翼を稼動させる時点での前記揺動傾斜角度θが前記終端傾斜角度φより小である請求項１〜５のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項７】
前記表面処理気体の表面処理化合物として、クロロシラン系化合物を使用する請求項１〜６のいずれか１つに記載の粒子表面処理装置。
【請求項８】
表面処理気体の雰囲気中において、粒子を処理空間内に収納する容器を揺動部を支点に揺動させて前記粒子を前記容器の内部で往復移動させ、前記容器の揺動により、前記容器の内壁底面に設けられた攪拌翼回転軸部の軸心周りに攪拌翼を揺動させ、前記攪拌翼の端部から前記粒子を前記容器の前記内壁底面の平面上に落下させて粒子表面処理を行う、粒子表面処理方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６９９（Ｐ２０１３−６９９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６４０３（Ｐ２０１１−１３６４０３）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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