１．はじめに

　食品、医薬品、化粧品など多くの製品に利用されている粉体は、今や私たちの生活に欠かせない存在です。粉体は粒子サイズが小さくなるほど体積に対する表面積の比率が大きくなるため、反応性が高まることが知られています。また、微粒子化により工業的に優れた特性を発現するので機能性材料の開発にも活用されており、さまざまな応用が期待できることから粉体産業分野は今後ますます拡大していくことが予想されます。しかし一方で、粉体を取扱う事業場での火災・爆発事故が後を絶ちません。特に、静電気放電が原因と考えられるケースが度々報告されており、ホッパーやサイロへの粉体充てん時に粉体が帯電して静電気放電が発生し、粉じん爆発などの重大な事故につながった事例も見られます。微粒子化に伴い粉体は着火しやすくなる性質があるため、小さな放電でも事故が起こる可能性があるのです。また、粉じん爆発が発生すると、堆積粉体を舞い上げることによる二次、三次の爆発が連鎖的に発生して大惨事に至ることもあるため、現場での静電気安全対策はとても重要です。本コラムでは、このような静電気放電に起因する粉体充てん時の事故を防止するために、当研究所が実施している実規模サイロを利用した実験と、粉体の除電技術についてご紹介します。

２．実規模サイロを利用した粉体の連続投入実験

　図１は、当研究所が保有する実規模サイロシステムの概略です。ホッパーに投入された粉体は、直径0.1 m、長さ23 mの配管を通って直径1.5 m、高さ3.8 mのサイロに投入・充てんされるしくみになっています。サイロ上部には窓が付いており、充てん中にサイロ内部で発生する静電気放電を、微弱な光を検知し増幅する特殊なカメラで外側から撮影できます。このカメラを用いて、約800 kgの樹脂粉体を充てんした時の静電気放電の観察に成功しました（図２）。また、サイロ内に突起物がある場合に危険性が増すことや、充てん速度の減少による放電抑制効果も実験で確認されました。さらに、電場解析によって、充てん粉体の堆積形状が静電気放電の発生位置に影響を及ぼすことが明らかになりました。

図1　実規模サイロシステム

図2　サイロ内で発生した静電気放電

３．除電技術

　帯電粉体の除電には、除電器が一般に利用されます。これは、イオン噴射によって帯電物体に逆符号のイオンを付着させて中和するもので、粉体だけでなく、空間電荷も中和できるため、高い除電効果があります。しかし、粉体の電荷量と発生イオンのバランスが常に取れている必要があり、充てん速度（粉体流量）の変化によってそのバランスが崩れると中和効率が低下してしまうというデメリットもあります。そこで当研究所では、粉体の流路を二手に分け、互いに極性が逆の粉体を混合しながら充てんすることで、充てん速度に関係なく電荷蓄積を軽減しサイロ内で発生する静電気放電を抑制する技術について研究を行っています。粒子はサイズが小さくなるほど凝集しやすく、均一に混合させるのは難しいため、粒子間に働く静電反発を利用して分散状態を保ったまま粒子を輸送する方法や、静電引力を利用して空間中で互いに引き付け合わせながら混合する方法について検討を行ってきました。これまでに、電場と振動を利用して分散させた帯電粉体を二方向から連続的に送り出しながら混合する粉体混合中和装置（図３）を開発し、帯電粉体の均一混合に成功しました（図４）。

図3　粉体混合中和装置

図4　均一に混合させた帯電粉体

４．おわりに

　本コラムでは、粉体充てん時における静電気放電とその除電技術についてご紹介しましたが、静電気放電の発生をゼロにする方法は今のところありません。静電気は目に見えないためその危険性が見落とされやすいですが、見えないからこそ普段から十分な安全対策を行うことが大切です。

参考文献

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• H. Choi, Y. Osada, T. Suzuki, K. Choi (2022) Electrostatic field strength distribution inside metal silo during polypropylene powder loading by computer simulation. Powder Technol, Vol. 400, 117223.
• 庄山瑞季，長田裕生，鈴木輝夫，崔光石 (2022) 粉体の充?速度がサイロ内の静電気放電に及ぼす影響, 第45 回静電気学会全国大会 講演論文集 pp.95-96.
• 庄山瑞季，長田裕生，鈴木輝夫，崔光石 (2022) サイロ充てん時における粉体流量と比電荷の関係および静電気放電への影響，粉体工学会 2022年度 秋期研究発表会講演要旨集pp.44-45.
• M. Shoyama, S. Nishida, S. Kai, M. Yasuda, K. Choi, S. Matsusaka (2022) A novel mixing method for levitated particles using electrostatic fields. Adv Powder Technol, Vol. 33, 103812.