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ステンレスホッパー食品・医薬品・化粧品などの三品産業や、化学業界、建設業界など様々な業界で用いられていますが、粉詰まりやブリッジ、ラットホールは生産性を下げる大きな課題です。本コラムでは、これらの原因を詳しく解説し、具体的な対策方法をご紹介します。
また、ステンレス精密板金・製缶加工センターでは、複雑な三次元曲面の成形を可能とする叩き出し技術や高精度・高品質の溶接技術を兼ね備えているため、他社で断られるような特殊形状・規格外サイズのステンレスホッパーの製作も可能です。
過去には、ホッパーやシュート、タンク、コンベア、フレームを含むライン一式の特注製作を一括で請け負った実績があり、コストダウンや納期短縮、機能性向上を目的とする図面段階からの技術提案も積極的に行っております。お気軽にご相談ください！
また、ステンレスホッパーについては下記にも記事を掲載しておりますのでご覧ください。
粉体ホッパーとは？粉体の流動性を改善する設計・製作のポイントを解説！
粉詰まり・ブリッジの原因とは？
原因①：粉の圧力
ステンレスホッパーにおける粉詰まりやブリッジ現象の要因の一つは、粉の圧力です。ホッパー内に蓄積された粉体は、その自重によって下層の粉体に圧力をかけます。この圧力は、ホッパーの深さが増すほど、また、粉体の密度が高いほど大きくなります。
粉体の圧力は、粉体粒子同士を押し固める力として作用します。特に、ホッパーの排出口付近では、上部の粉体全体の重量が集中するため、圧力が非常に高くなります。この高圧状態では、粉体粒子間の距離が縮まり、粒子同士の接触面積が増加します。
また、粉体の種類によっては、圧力が加わることで変形したり、塑性流動を起こしたりするものもあります。このような粉体は、圧力が高い状態が続くと、粒子同士がより密着し、固まりやすくなります。さらに、圧力が変動するような環境下では、粉体層内部で応力が発生し、粉体構造が不安定になることもあります。
ホッパーの形状も、粉体の圧力分布に影響を与えます。例えば、ホッパーの傾斜角度が浅い場合や、排出口が小さい場合には、粉体がホッパー内部に滞留しやすく、特定の場所に圧力が集中しやすくなります。このような圧力の集中は、粉詰まりやブリッジの発生を助長する要因となります。
さらに、粉体粒子の表面の質も、圧力による影響を受けやすさに影響します。表面が粗い粒子は、接触面積が大きいため、圧力によってより強く凝集する傾向があります。また、表面に凹凸が多い粒子は、噛み合いやすく、一度凝集すると分離しにくいという特徴があります。
原因②：摩擦
ステンレスホッパーにおける粉詰まりやブリッジ現象のもう一つの重要な要因は、摩擦です。摩擦は、粉体粒子同士の間、および粉体とホッパー内壁の間の両方で発生します。これらの摩擦力は、粉体の流れを阻害し、ホッパー内部での粉体の滞留や凝集を促進する働きをします。
粉体粒子間の摩擦は、粉体の粒子径、形状、表面状態などによって異なります。例えば、粒子径が小さく、形状が不規則で、表面が粗い粉体は、粒子間の摩擦力が大きくなる傾向があります。また、粉体の含水率が高い場合や、粉体表面に粘着性の物質が付着している場合にも、粒子間の摩擦力が増加します。
粉体とホッパー内壁の間の摩擦は、ホッパー内壁の材質や表面状態、および粉体の種類によって異なります。例えば、ホッパー内壁の表面が粗い場合や、粉体が付着しやすい材質である場合には、摩擦力が大きくなります。また、粉体がホッパー内壁に静電気的に吸着される場合にも、摩擦力が増加します。
ホッパー内壁の表面の質は、粉体との摩擦に大きく影響します。表面が滑らかなホッパー内
壁は、粉体の流動性を高め、摩擦力を低減する効果があります。一方、表面が粗いホッパー内壁は、粉体との接触面積を増やし、摩擦力を増加させる原因となります。また、ホッパー内壁の表面に傷や凹凸がある場合も、粉体の流れを阻害し、摩擦力を増加させる要因となります。
摩擦力が大きいと、粉体はホッパー内部でスムーズに流動することができず、ホッパー内壁に付着したり、粉体粒子同士が絡み合ったりしやすくなります。特に、ホッパーの排出口付近では、粉体の流れが集中するため、摩擦力が大きいと粉詰まりやブリッジが発生しやすくなります。
ホッパーの設計も、摩擦の影響を左右する要因となります。例えば、ホッパーの傾斜角度が浅い場合や、ホッパー内部に凹凸が多い場合には、粉体がホッパー内壁に接触する面積が増加し、摩擦力の影響を受けやすくなります。
ブリッジの状態とは？
粉の圧力などで排出口の上部がアーチ状に閉塞してしまい、排出が止まっている状態のことをブリッジと呼びます。 ブリッジは排出口の上部に形成されるため、粉が排出されなくなります。
このように、粉の排出時にはラットホール（ファネルフロー）やブリッジが起こらないようにすることが粉のスムー ズな排出に繋がりますが、容器の形状や粉の種類などによって生じやすさは様々です。 また、ラットホールやブリッジが生じてしまった際には速やかに解消できるような対策が必要です。
粉詰まり・ブリッジの対策と当社の技術！
対策①エアーで粉の詰まりを無くす
エアーを利用した対策は、粉体の流動性を高め、詰まりやブリッジを解消する効果的な方法です。ホッパー内部にエアレーターやエアーノッカーを設置し、圧縮空気を断続的または連続的に噴射することで、粉体層をほぐし、流動性を向上させます。
エアレーターは、ホッパー壁面に取り付けられたノズルから空気を噴射し、粉体層に微細な気泡を発生させることで、粉体粒子間の摩擦を低減し、流動性を高めます。
一方、エアーノッカーは、ホッパー壁面を直接叩打することで、付着した粉体を剥離させ、ブリッジを破壊する効果があります。これらのエアーを利用した対策は、粉体の種類やホッパーの形状に合わせて、適切な設置位置や噴射条件を設定することが重要です。
対策②振動で粉の詰まりを無くす
振動を利用した対策も、粉体の流動性を高め、詰まりやブリッジを解消するために広く用いられています。ホッパー外部にバイブレーターを設置し、振動を伝えることで、粉体層を振動させ、粉体粒子間の摩擦を低減し、流動性を向上させます。
バイブレーターの振動周波数や振幅を適切に設定することで、粉体の種類やホッパーの形状に合わせた最適な効果を得ることができます。また、ホッパー内部に振動板を設置し、直接粉体を振動させる方法も有効です。
振動による対策は、粉体の種類によっては、凝集を促進してしまう場合もあるため、事前にテストを行うことが重要です。
バイブレーション付きステンレスホッパーについて詳しくはこちら
対策③表面の質改善 ー バフ研磨
ホッパー内壁の表面の質を改善することは、粉体との摩擦を低減し、粉詰まりやブリッジの発生を抑制するために非常に重要です。
バフ研磨は、ホッパー内壁の表面を研磨することで、表面の凹凸をなくし、滑らかにする処理方法です。バフ研磨を施すことで、粉体とホッパー内壁の接触面積を減らし、摩擦力を低減することができます。
また、バフ研磨によって、ホッパー内壁の表面に付着した汚れや錆を除去することもでき、粉体の付着を抑制する効果も期待できます。表面の質改善は、粉体の種類やホッパーの使用環境に合わせて、適切な研磨方法や表面処理を選択することが重要です。
ステンレス板金 試作加工センター .comのにお任せください！
①研磨屋よりも高精度なバフ研磨技術を自社で対応可能！
当社ではバフ研磨のためのバフを自社で製造しております。とにかく美観性にこだわったバフ製造技術とバフ研磨技術は、「他の研磨専門業者よりもすごい」と多くのお客様から評価をいただいております。
②ステンレスホッパーの実績多数！
ステンレス板金 試作加工センター .comでは、ステンレスホッパーの製作実績が多数ございます。
複雑な三次元曲面の成形を可能とする叩き出し技術や高精度・高品質の溶接技術を兼ね備えているため、他社で断られるような特殊形状・規格外サイズのステンレスホッパーの製作も可能です。
過去には、ホッパーやシュート、タンク、コンベア、フレームを含むライン一式の特注製作を一括で請け負った実績があり、コストダウンや納期短縮、機能性向上を目的とする図面段階からの技術提案も積極的に行っております。
ステンレスホッパーの特注製作なら、当社にお任せください！
当社の製品事例をご紹介！
①バイブレーション付きステンレスホッパー
こちらは、粉体充填用のステンレスホッパーです。
製品の背中の部分にバイブレーションを取り付けており、製品に振動を与えることで、粉詰まりを防ぐ仕組みになっています。振動でバイブレーションが製品から外れてしまわないよう、丁寧な溶接を施し製品にガッチリ固定させております。
溶接ビード（溶接によりできるボコボコしたもの）による凹凸に微細な粉を滞留させない為に、溶接部は全てビードカットを行い、その後バフ研磨で表面を磨き仕上げております。全面バフ研磨仕上げを施しており、美観性も優れています。
このように当社では、丁寧なビードカットを行っております。
中でも、医療、食品などサニタリー性が求められる業界で3万種類以上の板金加工品の製造実績がございます。
当社は、3D設計・溶接・バフ研磨に強みがあります。
設計から加工まで一貫して承りますので、ステンレスの板金加工のことでしたらぜひ当社にお声がけくださいませ。
バイブレーション付きステンレスホッパーについて詳しくはこちら
②粉末調味料充填用 サイクロンホッパー
こちらは、粉末調味料を充填する目的で使用されるサイクロンホッパーです。この縦長のシュートの側面に出たパイプ部から、ブロワーで液体に混じった粉体を空気で送り込むことにより、遠心分離の作用で粉体が分離して下方に溜まっていくようになっております。
上下の部品がフランジ部で着脱可能な設計をしております。そのため、メンテナンスや清掃を容易に行うことができます。
通常の単純な曲げ加工では成形が困難なため、当社では、このような複雑形状の板金部品を成形する際は、ハンマーを用いながら成形を行っております。ハンマーで叩いて成形することで、通常の曲げ加工では難しいような曲げ形状部品の製造も可能となります。
また、複雑な形状のため、ハンマー成形前の溶接についても技術も要します。今回は、我々が最も得意としてるTIG溶接で溶接を施しています。
加えて、微細な粉粒体を投入するため、サニタリー性が非常に重要になる部品でもあります。そのため、ビードカット、バフ研磨を行い表面処理を施すことで、衛生面でも安全性の高い製品となるように工夫をしております。
このように我々は、少量多品種の板金加工を得意としているため、お客様の様々な要望に対応しすることが可能です。こちらの変形ホッパーのような複雑な形状の板金加工を得意としております。板金加工試作でお困りのことがございましたら、お気軽に当社までご相談ください。
