研究内容

当研究室では、粉体材料に各種の高機能性を持たせるため、粉体材料の大きさ、形状、密度、内部構造、さらには表面の特性を制御する方法やプロセスを考案し、実用化に成功しています。
例えば、水に溶けにくい薬物の溶解性を改善し体内での吸収を促進したり、光の屈折を利用したフォトミックと言われる機能をもつメーキャップ用化粧品や、肌への刺激を極力抑えた紫外線遮蔽型ファンデーションの創製、機能性食品、薬物放出型農薬製剤、電子材料、電池材料など、我々が開発した技術の応用は多岐にわたっています。
また、粒子設計に用いる方法として、粒子サイズを大きくする造粒操作、多成分の材料を均一に混ぜ合わせる混合操作、うどんやパスタの生地を作る混練操作、さらに、粉体材料をナノメートルからミクロンサイズまで微細化する粉砕操作、液体から乾燥した微粒子を製造する噴霧乾燥操作、粒子を押し固めて成型体(錠剤)にする圧縮成型操作など、新しい粉体の処理技術の開発にも力を入れています。

小型の実験装置で試作した製品を、大型の商用装置でも同じように製造する方法を明らかにするのがスケールアップです。
粉体材料は、水などの液体（流体）と異なり、個々の微小な粒子の集合体であり、また、それぞれが独立して存在しているため、粒子と粒子の間に作用する付着力などの相互作用を考慮する必要があります。
そのため、スケールアップは一般に容易ではありません。
我々は、小型の実験装置から大型の商用生産機までのスケールアップを実験と数値シミュレーションの両面から解析しています。
なお、右図は、粒子離散法と呼ばれる数値シミュレーションにより、撹拌混合器のスケールアップを解析した一例です。

高性能な粉体材料を効率良く製造するには、製造中で生じる反応や現象を、リアルタイムで監視する必要があります。
我々は、粉体プロセスで使用できる各種のセンサーを開発しています。
例えば、造粒操作では、粉体材料の湿潤度が非常に重要であり、これを管理・制御するために考案したのが赤外線式水分計です。
本センサーは非接触で、連続運転が可能であり、粉体材料の湿潤度（水分値）をリアルタイムで計測することが可能です。
現在、国内外の大部分の製薬会社で、本センサーによる製造管理が行われています。
また、製造工程中の、粒子の大きさや形状をリアルタイムで計測し、目的とする値に自動制御することを、画像解析装置により実現しています。
前述の赤外線式水分計と画像解析装置は、米国FDA（食品医薬品局）でもその利用が推奨されています。
さらに、連続打錠プロセスにおける応力等の計測技術の開発にも取り組んでいます。
その他、粉体プロセスの静電気の計測と制御や、各種のオンラインセンサーの開発、自動制御技術の確立などに関しても研究を進めています。

次世代電池として注目されている全固体電池に関する研究を行っています。全固体電池は安全でかつ性能の高い二次電池であり、最近では電気自動車用の新しい蓄電池としての実用化が期待されています。この全固体電池を構成する原料は粉体状の材料です。従って、性能の高い全固体電池を効率よく製造するためには、この原料粉体の特性を制御して高機能性を付与するための粉体プロセスが欠かせません。そこで我々は、粉体工学の観点から全固体電池の製造プロセスに関する研究を行っています。

粉体プロセスの開発・設計・最適化を行う際、粉体処理装置の内部で粉体がどのように振る舞うのかを把握することが重要です。
しかしながら、多くの場合、装置内部における粉体および粒子の挙動は非常に複雑であり、実際に観測することは容易ではありません。
そこで、離散要素法（ＤＥＭ）や数値流体力学（ＣＦＤ）などの計算手法を駆使し、各種粉体処理装置における粒子挙動の数値シミュレーションを行っています。
シミュレーション結果から実験では観測することができない有用な知見を引き出し、粉体プロセス内で起こる現象の解明や、装置の開発・設計などに活用しています。
また、シミュレーション技術を活用した次世代ものづくりの実現に向けて、大規模・高速計算が可能な新しい計算手法の開発にも取り組んでいます。さらに、ニューラルネットワークなどを駆使して、製品の特性を予測する機械学習モデルも開発しています。