1. はじめに
医薬品、化学薬品における錠剤のフィルムコーティング、糖衣コーティング、食品分野における製菓において、対象物(ターゲット粒子)の表面にコーティング処理を行う際、コーティング剤を均一に吹き付けられるか、つまり、ばらつきを抑えることが重要になります。例えば、回転ドラムを使った転動造粒機の場合、回転ドラムの形状や傾斜角度、回転数、バッフルの有無などの条件がコーティング剤のばらつきに影響します。本事例では、バッフルのありとなしで、ばらつきの違いについての比較例を紹介します。
| ケース | バッフル |
| ケース1 | なし |
| ケース2 | あり |

※EDEMでは、コーティング剤も粒子として解きます。
ターゲット粒子とコーティング粒子同士が衝突すると、コーティング量を表すパラメータをターゲット粒子に渡し、最終的にコーティング粒子は消滅します。その分、ターゲット粒子の径は大きくなります。

2. 計算条件
粒子設定
・ターゲット粒子
| 形状 | 球形 |
| 直径 | 2mm |
| 投入粒子数 | 20,000個 |
・コーティング粒子
| 形状 | 球形 |
| 単位時間当たりの
投入粒子数 |
5,000個/秒 |
| 総投入粒子数 | 150,000個 (30秒間) |
※マルチ球体法により、球形以外の形状も再現可能です。

ドラムの設定
| バッフル | ケース2のみ4枚配置 |
| ドラムの回転数 | 12rpm |
| 傾斜角度 | 0度(水平) |
※形状データを回転させることで、傾斜角度を変更することも可能です。

3. 解析結果
アニメーション
コーティング粒子をシアンで示します。また、ターゲット粒子のコンターは、コーティング量を表します

ケース1(バッフルなし)

ケース1 断面
60秒の時点でも、内部にコーティングされていない粒子が残ります

ケース2(バッフルあり)

ケース2 断面
40秒の時点で、内部までコーティングされています
ばらつきの評価
均一にコーティングできているかを調べるため、理想混合状態からのばらつきを示す指標Sを計算します。粒子数をn、理想混合状態におけるコーティング量をx、各時刻での各粒子のコーティング量をxiとすると、次式で表されます。

コーティング量がゼロ、つまり全くコーティングされていない場合は1となり、数値が小さくなるほど理想状態からの差、つまりばらつきが小さく、均一に混合できている状態と判断できます。各ケースについてこの指標を計算すると、全体的にケース2の方が小さく、均一に混合できていることが分かります。

4. まとめ
- バッフルなしのケース1では、均一にコーティングができていません。特に、内部にコーティングされていない粒子が残り、偏析が見られました。
- バッフルありのケース2では、内部まで十分にコーティングされています。
- 理想状態からのばらつきを定量的に評価することができます。
評価指標を作成することで、バッフルの有無以外にも、ドラム形状やバッフル形状、ドラム回転数など、その他の条件の検討も行うことができます。