MONOVATEのエアレーションホッパーは、ホッパーの粉詰まりを解消する製品です。比較対象として、同じ粉詰まり対策商品であるバイブレータを検討される方も多くいらっしゃいます。
しかしながら、同じ粉体でバイブレータとエアレーションホッパーの両方を試すと、粉の動き方に違いが出ます。
この記事では、その動きの違いや、選定時にご確認いただきたいポイントを整理します。
目次
1. 同じ粉をバイブレータとエアレーションで排出してみた
バイブレータはホッパーに振動を加えて粉体の排出を促す、エアレーションホッパーはホッパーの排出口に取り付け、空気でほぐして排出を促す装置です。
同じ粉体を同じホッパーに入れ、バイブレータとエアレーションホッパーをそれぞれ動かして排出させました。
結果、どちらもホッパーの中身がすべて排出されました。
しかし、その動きを詳しく見ると少し違いがあります。
バイブレータ
ところどころで排出口の上に穴のような流路ができる。いわゆるラットホールの状態ができて、振動でそれを崩すという動きを繰り返す。
エアレーションホッパー
粉の上面全体が下がっていく。中央だけが先に抜けることはない。
ただバルブを開けただけではラットホールになり、排出ができない。
バイブレータはブリッジやラットホールを壊して排出を促す、エアレーションホッパーはブリッジやラットホールができないようにサポートするという違いが見えました。
どちらも排出されたのなら、違いは些細なことに思えるかもしれません。もうすこし詳しく違いをご紹介します。
※方式の違いを示すための実演であり、粉体により異なる結果が出ます。
2. バイブレータとエアレーションホッパーの違いを比較
実験で見えた以外の点も含め、バイブレータとエアレーションホッパーの違いをまとめました。
2つの装置の違い
| 比較項目 | バイブレータ | エアレーションホッパー |
|---|---|---|
| 基本原理 | 振動で粉体を崩す | 空気を粉体に送り込み流動化させる |
| 主な作用範囲 | ホッパー全体（より広範囲） | ホッパー下部・出口付近のみ |
| 得意なこと | 詰まりができたらそれを崩す、付着解消 | 排出中の流動性を継続的に保つ |
| 苦手なこと | 流れ続ける状態を作ること | 流動化範囲より上にできた閉塞を崩せない |
| デメリット | 騒音、ホッパーの変形・金属疲労 | 清掃性、既設ホッパーへの接続、粉体の飛散 |
次の章で詳しくご紹介します。
3. 動作原理と、粉詰まりに対する得意・不得意
バイブレータは振動によって粉体の構造を崩す
バイブレータ
バイブレータは、本体が振動し、それがホッパー内壁に伝わることでこんな効果を発揮します。
- ラットホール・ブリッジができてしまったらそれを崩す
- ホッパー壁面に付着した粉体を落とす
できてしまった閉塞や付着へ、外側から力を加えられることがバイブレータの強みです。
また、振動は取り付け部だけでなく広範囲に伝わり、あらかた排出された後に残るホッパー内面に薄く付着が残る粉を落とす効果もあります。
一方で、振動を加えることにより粉が締まるリスクがあります。粉一粒一粒の間の隙間がなくなって固まり、かえって粉詰まりを促進する可能性があるということです。長時間振動を与えるほど、このリスクは高まります。この点はエアレーションとの分かれ目になるため、章の後半で詳しく触れます。
もうひとつ、耐久性の問題もあります。取付台座に振動が加わるため、稼働時間が長い設備では接続部にかなり負荷がかかります。結果バイブレータの台座が取れてしまった、というお話は、お客様から時々伺います。
エアレーションホッパーは空気を送り込んで粉を「流動化」させる
エアレーションホッパーは、ホッパーの排出口に取り付けるアタッチメントです。
本体は二重構造になっており、内槽ホッパーに開いた70ミクロンの微細な穴から圧縮エアーを送り込み、粉体を流動化させて排出を促します。
エアレーションホッパー
ホッパーの出口に取り付けるアクセサリです。内側の多孔質面から少量の空気を吹き出し、粉体に空気を含ませて流動化させます。ラットホールやブリッジといった詰まりを解消し、排出を促します。
バイブレータとの違いとして、流動化の効果が出るのは主に出口付近。ホッパー上部の粉体まで直接動かすわけではありません。
効果が限定的に見えるかもしれませんが、出口付近の粉がスムーズに流れることで、なし崩し的に全体の粉が落ちていきます。
ホッパー本体に力はかかりませんので、耐久力はバイブレータより優れています。
また動作音は非常に静かで、空気が抜けるような音が聞こえるだけです。
ただし、バイブレータのようにホッパー壁面の細かい付着残りを落とす効果はありません。
また、粗い・粒が大きい粉体には効果がありません。粉体の隙間から空気がシューシューと抜けてしまうだけで、流動化させることはできません。
バイブレータでなく、エアレーションホッパーを選択する意味とは
バイブレータは付着も落とせる、幅広い粗さの粉に使える。エアレーションホッパーはそれができない。
となると、騒音対策と耐久性以外にエアレーションホッパーを選ぶ意味が薄く感じられるかもしれません。
しかし、先ほど少し触れたように振動で締まって動かなくなる粉に関しては、間違いなくエアレーションホッパーを選ぶ意味があります。
特に細かい粉や凝集しやすい粉では、振動が「崩す力」ではなく、粉を詰め直す力として働くことがあります。粒子どうしのすき間が減り、かさ密度が上がるためです。
こんな動きをしている粉体は、バイブレータよりもエアレーションホッパーが適している可能性が高いです。
- バイブレータを使って、最初は排出できるが、しばらくすると流れが悪くなる
- 止まらないように振動時間を長くすると、かえって出が悪くなる
この状態では、振動を強くする、長くかける、取付位置を増やす、といった対処をしても改善しにくくなります。原因は力不足ではなく、振動によって粉が締まることにあるためです。
振動は粒子を詰め直す（左）。エアレーションは粒子の間に空気を入れて接触を緩める（右）
エアレーションホッパーは、出口付近の粉に空気を含ませ、粒子どうしの接触をゆるめます。振動を強めても改善しない粉に対して、力のかけ方そのものを変えられます。
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4. 「粉詰まり解消効果」以外に確認したい選定時の3つの条件
ここまで粉詰まり解消効果に特化して違いをご紹介しましたが、実際の選定時には粉詰まりに対する効果だけでなく、設備側の制約で選択肢が絞られることが多いです。
次の3点を先に確認しておくと、検討が早く進みます。
条件1：既設ホッパーへ後付けしやすいか
バイブレータはホッパーの外側に取り付ける機器です。いま使っているホッパーにバイブレータ取り付け用の台座を追加工できればそのまま使えます。設置スペースの制約も小さく、導入のハードルは低いです。
エアレーションホッパーは、ホッパー排出口の下に取り付けます。接続を既設ホッパーの排出口に合わせて設計・製作も可能ですが、ホッパー下のスペースが足りないケースが多くあります。導入のためにホッパー下部の嵩上げが必要になることもあり、バイブレータと比べ導入のハードルになります。
条件2：清掃や品種切替のしやすさ
バイブレータはホッパーの外側に付くため、直接粉体に触れません。洗浄・清掃はホッパーだけで済みます。
エアレーションホッパーは粉体に直接触れます。容器の洗浄と同じタイミング、つまりバッチごと、あるいは品種替えのたびに、エアレーションホッパーも清掃することになります。
条件3：動力
エアレーションホッパーは圧縮エアーを供給して使います。エアー源のない場所では使えません。
バイブレータはエアー駆動のほか、電磁式の選択も可能です。
エアーの消費量は、バイブレータもエアレーションホッパーも100L/min前後です。
ただし、粉の種類により大きく異なるため、明確な比較はできません。
5. 一方だけで解決できない場合は、併用も選択肢
さて、ここまでバイブレータとエアレーションホッパーを比較してきましたが、両方を併用することで、両者の弱点を補いあい、より強力な粉詰まり解消効果を得られます。
バイブレータで、エアレーションの届かない範囲にできたブリッジやラットホールの壁、壁面への付着を崩す。
落ちてきた粉体をエアレーションが出口付近で流動化し、排出する。
実際に、抹茶を供給するホッパーでご採用いただいた事例があります。工程的にホッパー内部へ粉体が長時間溜まるため、粉の自重による圧力で閉塞しやすい。そこでバイブレータも設置し、万が一ホッパー上部で閉塞が起こっても振動で粉を落とせる構成にしました。
- 抹茶の供給ホッパーでの導入事例
- 抹茶の夜間無人搬送を検証！～粉詰まり対策編～（この構成に至るまでのテスト）
また、振動で締まりやすい粉の場合は、併用そのものを慎重に判断する必要があります。この場合の振動はあくまで上部の閉塞を落とすためのもので、排出そのものを振動に頼らせないことが前提になります。
ただし、併用する場合もバイブレータを回しっぱなしにするのはおすすめしません。前の章のとおり、振動を長く与えるほど粉が締まるリスクは高まります。振動は短く、詰まったときだけ。これが基本です。
6. バイブレータとエアレーションの選び方
ここまでを踏まえると、次のように整理できます。
バイブレータが向いているケース
- 既設のホッパーの下部に機器を追加するスペースがない
- 品種切替が頻繁で、洗浄工数を増やしたくない
- いつも決まった場所で詰まり、それを崩せれば十分
- エアレーションの効果が届かない、ホッパー上部で閉塞している
- 粉体が粗く、空気を入れても抜けてしまう
- ホッパー壁面にうっすら残る付着を落としたい
エアレーションホッパーが向いているケース
- 振動をかけると締まってしまう粉で、使うほど出が悪くなる
- 排出中ずっと流れ続ける状態がほしい
- ホッパーを叩く・掻き出す作業をなくしたい
- 振動でホッパーが変形している、騒音が問題になっている
- 稼働時間が長く、バイブレータの台座が持たない
併用を検討するケース
- エアレーションで排出は始まるが、途中で上部の粉が落ちてこなくなる
- バイブレータで閉塞は崩せるが、排出が安定しない
7. まとめ：粉体の状態に合った排出方法を選ぶ
ブリッジや壁面の付着を振動で崩したい場合は、バイブレータが向いています。一方、振動をかけると締まってしまう粉や、排出中の流れを安定させたい場合は、エアレーションホッパーが有効です。詰まる場所が複数ある場合は、両方を併用する方法もあります。
ただし、粉体の流れ方は、粒度や水分、凝集性、保管状態などによって変わります。同じ種類の粉でも条件によって結果が異なるため、カタログの情報だけで効果を判断することはできません。候補を絞ったら、実際の粉体で排出状態を確認することが大切です。
※本記事の比較は、特定の粉体と条件で方式の違いを確認したものです。バイブレータ側の振動条件を最適化した比較試験ではなく、すべての粉体で同じ結果になることを示すものではありません。
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かさ比重0.16kg/Lの軽量微粉（シリカ）での検証例です。 - 金属粉が詰まる！供給効率の改善を狙った実験事例
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