音速領域での超高速乾式粉砕への挑戦

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24656474
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 綿野 哲 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40240535)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Keywords: 国際情報交換 米国 シンガポール

Research Abstract

粉砕法は、あらゆる産業で使用される重要な単位操作である。プロセスの簡便さから、乾式の粉砕法が多用されるが、10～20ミクロンに粉砕限界があり、それ以下のサイズには粉砕が困難であった。本申請では、超高速モータからなる乾式粉砕機を試作し、世界で初めて、解砕翼をその先端速度が音速を超える超高速で回転させ、現存する乾式粉砕機の粉砕限界を超えるサブミクロン領域までの粉砕に挑戦する。さらに、粉砕現象を、実験、コンピューターシミュレーションおよび超高速ビデオカメラによる可視化によって詳細に解析し、衝撃波の効果も含めた亜音速～音速領域での粒子衝突・破壊現象を科学的に解明することを目的とする。
平成24年度では、高速モータからなる乾式粉砕機の試作を完成させ、解砕翼先端速度を、200→250→300→320の亜音速域まで増加させることに成功した。
さらに、医薬品賦形剤として多用される乳糖（原末粒子径100ミクロン）を有機物粉体のモデルとして、また、無機物のモデル粉体には炭酸カルシウム（平均径20ミクロン）を使用した粉砕実験を行った。その結果、現存する衝撃式粉砕機での実現し得なかったシングルミクロン領域までの粉砕に成功した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

解砕翼の周速を音速域に到達させるには、モーターの回転速度を40,000rpm以上に設定する必要があった。超高速で回転するモーターの動力を解砕翼に効率良く伝達させるには、高速回転に適したカップリングと高温の摩擦熱に耐えうる特殊なシールが必要となる。本学の生産技術センターや協力工場に何度も試作をお願いし、最終的には、満足の行く試作機を完成することができた。
実験では、解砕翼先端速度を、200→250→300→320の亜音速域まで増加させることに成功した。これは当初の目標通りである。さらに、医薬品賦形剤として多用される乳糖（原末粒子径100ミクロン）を有機物粉体のモデルとして、また、無機物のモデル粉体には炭酸カルシウム（平均径20ミクロン）を使用した粉砕実験を行った。その結果、現時点でも、現存する衝撃式粉砕機での実現し得なかったシングルミクロン領域までの粉砕にも成功した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、平成24年度に達成した解砕翼先端速度320m/sの亜音速域をさらに展開し、340m/sの音速域への到達を目的とする。研究計画段階で予想し得なかった、発熱対策、防音（消音）対策にも着手する予定である。
解砕翼回転速度を音速領域まで達成させ、当初の目標である乾式の衝撃式粉砕機で世界初となるサブミクロン領域までの粉砕にチャレンジする。
さらに、得られた粉砕物の粒度分布、粉末X線解析による結晶構造のなどを評価し、亜音速・音速領域での衝撃式粉砕の挙動を世界で初めて詳細に解析する
コンピュータシミュレーションによる音速域での粉砕挙動の解析も同時にチャレンジする。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度は、実験補助として雇用する非常勤職員の賃金として800,000円、物品費として粉体材料・実験器具等の消耗品に450,000円、情報収集を主とした国内・国外に出張に500,000円、さらに、通信費や印刷代金としてその他費に50,000円を計上する。