特開 2024-79252 予測装置、予測方法、制御プログラム、および記録媒体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024079252

(43)【公開日】2024-06-11

(54)【発明の名称】予測装置、予測方法、制御プログラム、および記録媒体

(51)【国際特許分類】

   B02C 17/10 20060101AFI20240604BHJP

   B02C 25/00 20060101ALI20240604BHJP

【ＦＩ】

B02C17/10

B02C25/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022192091

(22)【出願日】2022-11-30

(71)【出願人】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】豊倉 祥太

【テーマコード（参考）】

4D063

4D067

【Ｆターム（参考）】

4D063FF35

4D063GC29

4D063GD02

4D067FF02

4D067GB01

(57)【要約】

【課題】ボールミルを用いた破砕の予測精度を改善する。
【解決手段】予測装置（１０）は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測部（１４）と、予測された原料の粒度の変化を出力する出力部（１５）出力部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測部と、
予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力部と、を備えた予測装置。

【請求項2】

前記原料の前記粒度を複数の階級に分けたとき、
前記衝撃力を用いて、前記原料が砕かれて当該原料の粒度の前記階級が遷移する速度を規定する速度係数を算出する算出部を備え、
前記予測部は、前記速度係数と、前記原料における前記複数の階級それぞれが占める割合を示す体積率とから、前記原料の粒度の変化として、前記体積率の時間的変化を予測する、請求項１に記載の予測装置。

【請求項3】

前記算出部は、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごとに前記速度係数を算出し、
前記予測部は、前記複数の階級それぞれについて、前記体積率の変化を予測する、請求項２に記載の予測装置。

【請求項4】

前記予測部は、前記複数の階級全てについて、微小時間間隔で、前記体積率の変化量と微小時間経過後の前記体積率とを演算することにより、前記体積率の時間的変化を予測する、請求項２に記載の予測装置。

【請求項5】

前記算出部は、以下に示す式（１）を用いて、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごと前記速度係数を算出し、

【数1】

ここで、ｋは、速度係数、ａおよびｃはパラメータであり、
Ｖ_slurryは、原料および溶媒の合計量を示すスラリー量であり、
ｆｉは、衝撃力を複数の階級に分けたときにおける階級がｉのときの衝突頻度であり、
Ｆ_collision,iは、階級がｉのときの衝撃力であり、
Ｆ_fractureは、原料粒子径に基づく破砕強度であり、
before→afterは、階級の遷移を示し、
前記予測部は、
前記複数の階級それぞれについて、或る階級を注目階級としたとき、
〔〔（注目階級に遷移する前の階級から注目階級への遷移の速度係数）×（注目階級に遷移する前の階級の体積率）〕の遷移の組合せの和〕－〔（注目階級から他の階級への遷移の速度係数の遷移の組合せの和）×（注目階級の体積率）〕
で示す式により得られる注目階級の体積率の微小時間ごとの変化から、前記複数の階級それぞれの体積率の時間的変化を予測する、請求項２に記載の予測装置。

【請求項6】

前記ボールミルの寸法、材質、回転数、ボール径、ボール量、ボール材質および原料の量を条件として導出された前記衝撃力を用いて前記予測部が予測した前記体積率の時間的変化が、所望の体積率となるか否かを判定する判定部を備えた請求項２に記載の予測装置。

【請求項7】

前記条件および当該条件を用いた場合の前記体積率の時間的変化の組合せを教師データとして機械学習した学習済みモデルを用いて、所望の体積率となる所望条件を導出する導出部を備えた、請求項６に記載の予測装置。

【請求項8】

前記複数の階級の１つは、体積率を最大化すべき粒度の範囲に設定されている請求項２に記載の予測装置。

【請求項9】

ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測ステップと、
予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力ステップと、を含む予測方法。

【請求項10】

請求項１に記載の予測装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、前記予測部および前記出力部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。

【請求項11】

請求項１０に記載した制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、原料がボールミルにより破砕されるときの大きさの変化を予測する予測装置等に関する。

【背景技術】

【0002】

ボールミルを用いて原料を破砕する装置が知られている。また、ボールミルを用いた破砕のシミュレーション方法も知られている。例えば、非特許文献１には、３サイズクラスの物質収支モデルを用いて、乾式回転ミルの２Ｄシミュレーションを行う方法が記載されている。また、非特許文献２には、破砕速度係数と破砕エネルギーとを結びつけた破砕物理モデルを用いて、乾式回転ミルの３Ｄシミュレーションを行う方法が記載されている。また、非特許文献３には、物質収支モデルを用いて、乾式振動ミルの３Ｄシミュレーションを行う方法が記載されている。また、非特許文献４には、速度係数に原料体積を含めたモデルを用いて、湿式回転ミルの３Ｄシミュレーションを行う方法が記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Orozco, L. F., Nguyen, D. H., Delenne, J. Y., Sornay, P., & Radjai, F. (2020). Discrete-element simulations of comminution in rotating drums: Effects of grinding media. Powder Technology, 362, 157-167.

【非特許文献2】Capece, M., Bilgili, E., & Dave, R. N. (2014). Formulation of a Physically Motivated Specific Breakage Rate Parameter for Ball Milling via the Discrete Element Method. AIChE Journal, 60(7), 2404-2415.

【非特許文献3】Capece, M., Dave, R. N., & Bilgili, E. (2018). A pseudo-coupled DEM-non-linear PBM approach for simulating the evolution of particle size during dry milling. Powder Technology, 323, 374-384.

【非特許文献4】Mori, H., Mio, H., Kano, J., & Saito, F. (2004). Ball mill simulation in wet grinding using a tumbling mill and its correlation to grinding rate. Powder Technology, 143-144, 230-239.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来技術は、原料を破砕するエネルギーを要素として含む破砕物理モデルを用いてシミュレーションを行っている。エネルギーを用いた場合、質量、速度、時間の要素からエネルギーが大きくなり、実際には破砕されない場合でも破砕に至ると予測される可能性が生じる。よって、ボールミルを用いた破砕の予測精度を改善する余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る予測装置は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測部と、予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力部と、を備える。

【0006】

前記の課題を解決するために、本開示の一態様に係る予測方法は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測ステップと、予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力ステップと、を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示の一態様によれば、ボールミルにおけるボール同士の衝突に伴う衝撃力を用いて原料の粒度の変化を予測するので、エネルギーを用いた場合と比較して正確に粒度の変化を予測することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態に係る破砕条件決定システムの概要を示すブロック図である。

【図2】予測装置の要部構成を示す機能ブロック図である。

【図3】衝撃力分布の例を示す図である。

【図4】粒度分布の例を示す図である。

【図5】粒度分布の例を示す図である。

【図6】ボールミルシミュレーション装置における処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】予測装置における処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】パラメータ決定装置と予測装置、ボールミルシミュレーション装置、粒度分布計測装置との関係を示す図である。

【図9】破砕物理モデルのパラメータ決定処理の流れを示すシーケンス図である。

【図10】時間をあけて複数回計測した粒度分布の例を示す図である。

【図11】粒度分布を複数の階級に分けた例を示す図である。

【図12】各階級の体積率の時間推移をグラフで示した例を示す図である。

【図13】衝撃力分布の例を示す図である。

【図14】計測結果と予測装置による予測結果とを示した例を示す図である。

【図15】破砕条件決定システムにおける処理の流れを示すシーケンス図である。

【図16】予測結果の例を示す図である。

【図17】予測装置の変形例を示す機能ブロック図である。

【図18】予測装置の変形例を示す機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。本実施形態に係る破砕条件決定システム１は、物品の製造に用いる原料を、ボールミルを用いて破砕するときの破砕条件を決定するものである。破砕条件決定システム１は、原料の粒度が所望のものとなるように、ボールミルの破砕条件を決定する。物品とは、例えば、セラミックス製品であり、原料とは、セラミックス製品の元となる原料である。

【0010】

本明細書において破砕とは、ボールミルを用いて原料を砕くことを言う。すなわち、原料の粒が凝集した凝集体を砕いて原料の粒にすること、および原料の粒を砕いて粒よりも小さい紛体にすることを総称して破砕と呼ぶ。換言すれば、一次粒子凝集体が分解されること、つまり解砕されること、および一次粒子のさらなる細分化、つまり粉砕されることを総称して破砕と呼ぶ、
図１に、本開示に係る破砕条件決定システム１の概要を示す。図１に示すように、破砕条件決定システム１は、予測装置１０、ボールミルシミュレーション装置２０、粒度分布計測装置３０、および破砕条件決定装置４０を含む。

【0011】

予測装置１０は、ボールミルシミュレーション装置２０により導出された衝撃力分布、および粒度分布計測装置３０により算出された初期体積率を用いて、ボールミルにより原料を破砕するときの、原料の粒度の変化を予測する。衝撃力分布および初期体積率の詳細については後述する。本明細書では、原料の大きさを原料の粒度と呼ぶ。すなわち、原料の粒度とは、原料の一粒一粒が固まって凝集体を形成しているときは、この凝集体の大きさを示す。また、凝集体が破砕されて一粒一粒になったときは、当該１粒の原料の大きさを示す。さらに、一粒の原料が粉砕されてより細かい紛体になったときは、その紛体の大きさを示す。換言すれば、原料の粒度とは、一次粒子、一次粒子凝集体、および一次粒子の粉砕によって生じた粒子の大きさを示す。

【0012】

図２を参照して、予測装置１０、ボールミルシミュレーション装置２０、粒度分布計測装置３０の詳細について説明する。図２は、予測装置１０、ボールミルシミュレーション装置２０、粒度分布計測装置３０の要部構成を示す機能ブロック図である。

【0013】

ボールミルシミュレーション装置２０は、与えられた破砕条件下でのボールミルのシミュレーションを実行する。図２に示すように、ボールミルシミュレーション装置２０は、破砕条件受付部２１、およびシミュレーション部２２を含む。

【0014】

破砕条件受付部２１は、ボールミルのシミュレーションに用いる破砕条件を受け付ける。破砕条件としては、例えば、ボールミルのミルの寸法、ミルの材質、回転数、ボール径、ボール量、ボールの材質等が挙げられる。ミルの材質またはボールの材質は、例えば、ミル又はボールを構成する材料の密度、ヤング率、ポアソン比又は摩擦係数などを含んでいてもよい。例えば、破砕条件受付部２１は、ボールミルシミュレーション装置２０に設けられた入力部（図示せず）を介して、ユーザによって入力された破砕条件を受け付ける。破砕条件受付部２１が、予め破砕条件が格納されているデータベースから破砕条件を取得する構成であってもよい。

【0015】

シミュレーション部２２は、破砕条件受付部２１で受け付けた破砕条件でのボールミルのシミュレーションを実行する。ボールミルのシミュレーションとしては、例えば、離散要素法（DEM: discrete element method）を用いることができる。

【0016】

ボールミルシミュレーション装置２０は、シミュレーション部２２によるシミュレーション結果からボールミルにおけるボールの衝撃力分布を導出する。衝撃力分布とは、ボールミルのボールの挙動を示すものであり、ボール同士の衝突による衝撃力と衝突頻度との関係を示すものである。図３に、衝撃力分布の例を示す。図３に示す例では、横軸に衝撃力（Ｎ）、縦軸に衝突頻度（回数）をとったグラフが示されている。ここでは、衝撃力分布を線グラフで示しているが、これに限られるものではなく、衝撃力ごとの衝突頻度を棒の図面で示した棒グラフで示してもよいし、衝撃力ごとの衝突頻度を示す点をそれぞれつないだ折れ線グラフで示してもよい。

【0017】

ボールミルシミュレーション装置２０は、導出した衝撃力分布を予測装置１０に出力する。

【0018】

粒度分布計測装置３０は、ボールミルにより破砕される原料の粒度分布を計測する。図２に示すように、粒度分布計測装置３０は、階級分け部３１を含む。粒度分布計測装置３０は、例えば、レーザー回折・散乱法によって、粒度分布を計測することができる。

【0019】

階級分け部３１は、計測した粒度分布を複数の階級に分け、原料がそれぞれの階級に占める割合を算出する。例えば、粒径がｄ１以下を階級Ｔ、ｄ１以上ｄ２以下を階級Ｓ、ｄ２以上ｄ３以下を階級Ｍ、ｄ３以上を階級Ｌの４つの階級に分ける場合を考える。この場合で、計測した粒度分布が図４に示すよう割合であったとき、階級分け部３１は、階級Ｔが０％、階級Ｓが０％、階級Ｍが２５％、階級Ｌ４が７５％というようにそれぞれの階級に占める割合を算出する。同じように、計測した粒度分布が図５に示すよう割合であったとき、階級分け部３１は、階級Ｔが０％、階級Ｓが３％、階級Ｍが９０％、階級Ｌが７％というようにそれぞれの階級に占める割合を算出する。

【0020】

複数の階級の１つは、体積率を最大化すべき粒度の範囲に設定されてもよい。体積率を最大化すべき粒度の範囲とは、ユーザが、体積率が最大化されることを所望する粒度の範囲であってよい。また、複数の階級の１つは、原料の１粒の粒径の範囲が設定されているものであってもよい。例えば、原料の１粒の粒径がｄ１からｄ２の場合、階級の１つの範囲がｄ１からｄ２となるように設定されてもよい。

【0021】

そして、粒度分布計測装置３０は、ボールミルにより粉砕される前の原料の粒度分布から、階級分け部３１が算出した、それぞれの階級における原料の割合を初期体積率として予測装置１０に出力する。

【0022】

予測装置１０は、ボールミルシミュレーション装置２０により導出された衝撃力分布、および粒度分布計測装置３０により算出された初期体積率を用いて、ボールミルを用いて原料を破砕するときの、原料の粒度の変化を予測する。図２に示すように、予測装置１０は、第１取得部１１、第２取得部１２、算出部１３、予測部１４、および出力部１５を含む。

【0023】

スラリー量取得部１９は、入力部（図示せず）を介してユーザから入力されたスラリー量を取得し、算出部１３に送出する。スラリー量とは、原料と溶媒との量の合計である。スラリー量を、粒度分布計測装置３０によって計測可能である場合、スラリー量取得部１９は、スラリー量を、ユーザの入力ではなく、粒度分布計測装置３０から取得する構成であってもよい。

【0024】

第１取得部１１は、ボールミルシミュレーション装置２０から衝撃力分布を取得し、算出部１３に送出する。

【0025】

第２取得部１２は、粒度分布計測装置３０から初期体積率を取得し、予測部１４に送出する。

【0026】

算出部１３は、第１取得部１１が取得した衝突力分布、およびスラリー量取得部１９が取得したスラリー量を用いて、原料が砕かれて階級が遷移する速度を規定する速度係数を算出する。算出部１３は、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごとに速度係数を算出する。具体的には、算出部１３は、以下の式（１）で示される破砕物理モデル５１を用いて、速度係数を算出する。

【0027】

【数1】

【0028】

ここで、ｋは、速度係数であり、ａおよびｃは、パラメータである。Ｖ_slurryは、原料および溶媒の合計の体積を示すスラリー量（ｍ^３）である。ｆｉは、衝撃力を複数の階級に分けたときにおける階級がｉのときの衝突頻度である。Ｆ_collision,iは、階級がｉのときの衝撃力（Ｎ）である。Ｆ_fractureは、原料粒子径に基づく破砕強度（Ｎ）であり、ｄを原料の粒子径（μｍ）としたときｐｄ^ｑ（ｐ、ｑはパラメータ）で表される。before→afterは、階級の遷移前および遷移後を示す。例えば、ｋ_Ｌ→Ｍであれば、階級Ｌから階級Ｍへ遷移する場合の速度係数ｋを示す。

【0029】

予測部１４は、複数の階級それぞれについて、微小時間間隔で、体積率の変化量と微小時間経過後の体積率とを演算することにより、体積率の時間的変化を予測する。詳細には、予測部１４は、前記複数の階級それぞれについて、或る階級を注目階級としたとき、〔〔（注目階級に遷移する前の階級から注目階級への遷移の速度係数）×（注目階級に遷移する前の階級の体積率）〕の遷移の組合せの和〕－〔（注目階級から他の階級への遷移の速度係数の遷移の組合せの和）×（注目階級の体積率）〕で示す式により得られる注目階級の体積率の微小時間ごとの変化から、複数の階級それぞれの体積率の時間的変化を予測する。

【0030】

具体的には、予測部１４は、以下の式（２）～式（５）で示される物質収支モデル５２を用いて、各階級における体積率の時間的変化を算出する。

【0031】

【数2】

【0032】

ここで、Ｌ、Ｍ、Ｓ、Ｔは、この順で大きさが小さくなる、原料の粒度の４つの階級を示す。ｋは、数式１で求めた速度係数である。Ｖは、原料の体積率であり、添え字は、階級を示す。ｔは、時間である、
出力部１５は、予測部１４が予測した結果を出力する。出力部１５は予測結果を外部の装置に出力してもよいし、出力部１５自身がディスプレイ、スピーカ等を備え、これらを用いて予測結果を出力してもよい。

【0033】

〔衝撃力分布の出力処理〕
次に、図６を参照して、ボールミルシミュレーション装置２０による衝撃力分布の出力処理の流れを説明する。図６は、ボールミルシミュレーション装置２０における処理の流れを示すフローチャートである。

【0034】

図６に示すように、ボールミルシミュレーション装置２０は、まず、破砕条件受付部２１で破砕条件を受け付ける（Ｓ１０１）。次に、ボールミルシミュレーション装置２０のシミュレーション部２２は、受け付けた破砕条件下におけるボールミルのシミュレーションを行う（Ｓ１０２）。上述したように、シミュレーション部２２は、離散要素法を用いてシミュレーションを行う。その後、ボールミルシミュレーション装置２０は、シミュレーションにより、ボール同士の衝突に伴う衝撃力の分布である衝撃力分布を導出し（Ｓ１０３）、予測装置１０に出力する（Ｓ１０４）。

【0035】

〔予測装置１０による処理の流れ〕
次に、図７を参照して、予測装置１０の処理の流れを説明する。図７は、予測装置１０における処理の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、予測装置１０は、第１取得部１１にて、ボールミルシミュレーション装置２０からボールミルの衝撃力分布を取得する（Ｓ２０１）。また、第２取得部１２にて、粒度分布計測装置３０から原料の初期体積率を取得する（Ｓ２０２）。さらに、予測装置１０は原料投入量、すなわち原料と溶媒との体積の合計量であるスラリー量を取得する（Ｓ２０３）。

【0036】

そして、予測装置１０の算出部１３は、取得した衝撃力分布および原料投入量と、破砕物理モデル５１とを用いて、遷移する階級間ごとの速度係数ｋを算出する（Ｓ２０４）。次に、予測装置１０の予測部１４は、算出部１３が算出した速度係数ｋ、および取得した初期体積率と、物質収支モデル５２とを用いて、階級ごとの体積率の時間的変化を予測する（Ｓ２０５、予測ステップ）。最後に、出力部１５は、予測部１４の予測結果である階級ごとの体積率の時間的変化を出力する（Ｓ２０６、出力ステップ）。

【0037】

〔破砕物理モデル５１のパラメータの決定〕
次に、図８～図１４を参照して、破砕物理モデル５１のパラメータの決定処理について説明する。破砕物理モデル５１のパラメータ決定処理では、破砕物理モデル５１におけるパラメータａ、ｃ、ｐ、ｑを決定する。

【0038】

図８は、破砕物理モデル５１で用いるパラメータを決定するときの破砕物理モデル５１のパラメータを決定するパラメータ決定装置５０と、予測装置１０、ボールミルシミュレーション装置２０、粒度分布計測装置３０との関係を示す。パラメータ決定装置５０は、予測装置１０において、破砕条件を決定するための予測処理が行われる前に、予測装置１０で用いる破砕物理モデル５１のパラメータを決定する。パラメータ決定装置５０は、粒度分布計測装置３０により計測された計測結果と、予測装置１０による予測結果とを比較して、予測装置１０に予測処理に用いる破砕物理モデル５１のパラメータを決定する。

【0039】

図９は、破砕物理モデル５１のパラメータ決定処理の流れを示すシーケンス図である。図９に示すように、パラメータの決定処理では、まず、複数の破砕条件下で、実際にボールミルにおいて原料の破砕処理を行う。そして、粒度分布計測装置３０は、複数の破砕条件それぞれにおける粒度分布を、時間をあけて複数回計測する（Ｓ３０１）。

【0040】

図１０に、時間をあけて複数回計測した粒度分布の例を示す。図１０では、破砕条件Ａ、破砕条件Ｂ、および破砕条件Ｃでの、時間ｔ＝０、ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、…、ｔ＝ｔｎにおける粒度分布を示している。破砕条件は３個に限られるものではなく、２個以下であってもよいし、４個以上であってもよい。ここでの破砕条件は、破砕物理モデル５１のパラメータを決定するために用いられるものであり、所望の体積率を導出するための破砕条件（図１５参照）とは異なっていてよい。

【0041】

次に、粒度分布計測装置３０は、計測した粒度分布を複数の階級に分ける（Ｓ３０２）。図１１に、粒度分布を複数の階級に分けた例を示す。図１１に示す例では、粒径がｄ１以下の階級Ｔ、ｄ１以上ｄ２以下の階級Ｓ、ｄ２以上ｄ３以下の階級Ｍ、ｄ３以上の階級Ｌの４つの階級に分けている。

【0042】

そして、粒度分布計測装置３０は、各階級の体積率の時間推移を示す情報をパラメータ決定装置５０に送信する（Ｓ３０３）。このとき、原料投入量も合わせて送信してもよい。図１２に、各階級の体積率の時間推移をグラフで示した例を示す。図１２の１２０１は、階級Ｔにおける各破砕条件下の体積率の時間推移を示す。図１２の１２０２は、階級Ｓにおける各破砕条件下の体積率の時間推移を示す。図１２の１２０３は、階級Ｍにおける各破砕条件下の体積率の時間推移を示す。図１２の１２０４は、階級Ｌにおける各破砕条件下の体積率の時間推移を示す。

【0043】

一方、ボールミルシミュレーション装置２０は、粒度分布計測装置３０がステップＳ３０１で計測を行った条件と同じ破砕条件（例えば、破砕条件Ａ、破砕条件Ｂ、破砕条件Ｃ）を設定する（Ｓ３１１）。そして、これらの破砕条件下におけるボールミルシミュレーションを行い（Ｓ３１２）、破砕条件それぞれでのボールシミュレーションの結果、導出された衝撃力分布をパラメータ決定装置５０に出力する。

【0044】

図１３に衝撃力分布の例を示す。図１３に示す例は、図３に示す例と同じように、縦軸を衝突頻度（回数）、縦軸を衝撃力（Ｎ）とした線グラフで、破砕条件ごとの衝撃力分布が示されている。

【0045】

パラメータ決定装置５０は、取得した各階級の体積率の時間推移から初期体積率を抽出し、原料投入量および各破砕条件における衝撃力分布とともに予測装置１０に送信する（Ｓ３２１）。

【0046】

パラメータ決定装置５０から、初期体積率、原料投入量および衝撃力分布を取得した予測装置１０は、
破砕物理モデル５１におけるパラメータを設定し（Ｓ３３１）、設定したパラメータを用いて、各破砕条件における予測処理を行う（Ｓ３３２）。そして、予測処理を行った結果をパラメータ決定装置５０に送信する（Ｓ３３３）。

【0047】

予測装置１０から予測結果を取得したパラメータ決定装置５０は、予測装置１０の予測結果と、粒度分布計測装置３０から取得した計測結果とを比較する（Ｓ３２２）。そして、予測装置１０の予測結果と粒度分布計測装置３０の計測結果との差が最小となるように、予測装置１０の予測処理に用いる破砕物理モデル５１のパラメータを決定する。複数の破砕条件が設定されている場合は、各破砕条件における予測結果と計測結果との差が総合的に最小になるように破砕物理モデル５１のパラメータを決定する。具体的には、破砕物理モデル５１に用いられるパラメータａ、ｃ、ｐ、ｑの値を決定する。

【0048】

パラメータ決定装置５０は、予測装置１０の予測結果と粒度分布計測装置３０の計測結果との差が最小でなければ、破砕物理モデル５１のパラメータを変更して予測装置１０に予測処理を実行させる（Ｓ３２４）。予測装置１０はパラメータ決定装置５０の指示に基づき、変更後のパラメータを用いて予測処理を行い（Ｓ３３２）、予測結果をパラメータ決定装置５０に送信する（Ｓ３３３）。パラメータ決定装置５０は、変更後のパラメータを用いた予測処理の予測結果と粒度分布計測装置３０による計測結果とを比較し（Ｓ３２２）、その差が最小であるか否かを判定する（Ｓ３２３）。そして、パラメータ決定装置５０と予測装置１０との間でこれらのステップ（Ｓ３２２、Ｓ３２３、Ｓ３２４、Ｓ３３１、Ｓ３３２）を繰り返す。パラメータ決定装置５０は、予測装置１０による予測結果と、粒度分布計測装置３０による計測結果との差が最小となるパラメータを破砕物理モデル５１のパラメータとして決定する（Ｓ３２５）。予測装置１０による予測結果と粒度分布計測装置３０による計測結果との差を最小する方法に、最小二乗法を用いてもよい。

【0049】

図１４に、図１２に示した計測結果と、予測装置１０による予測結果との例を示す。図１４の１４０２は、階級Ｓにおける各破砕条件下の計測結果と予測結果とを並べたものである。図１４の１４０３は、階級Ｍにおける各破砕条件下の計測結果と予測結果とを並べたものである。図１４の１４０４は、階級Ｌにおける各破砕条件下の計測結果と予測結果とを並べたものである。図１４に示すように、予測装置１０による予測結果が、粒度分布計測装置３０による計測結果とほぼ一致するときの破砕物理モデル５１のパラメータを予測装置１０による予測処理に用いるパラメータとして決定する。

【0050】

〔破砕条件決定処理〕
次に、図１５および図１６を参照して、破砕条件決定システム１において、製品の製造するときの破砕条件を決定する処理について説明する。図１５は、破砕条件決定システム１における処理の流れを示すシーケンス図である。図１５に示すように、破砕条件を決定する場合、まず、破砕条件決定装置４０にて破砕条件を設定する（Ｓ４２１）。そして、設定した破砕条件をボールミルシミュレーション装置２０に送信する。ボールミルシミュレーション装置２０は、受け付けた破砕条件で（Ｓ４０１）、ボールミルシミュレーションを実行する（Ｓ４０２）。そして、シミュレーションの結果、導出された衝撃力分布を予測装置１０に送信する（Ｓ４０２）。予測装置１０は、ボールミルシミュレーション装置２０から取得した衝撃力分布を用いて、予測処理を行う（Ｓ４１１）。そして、予測結果を破砕条件決定装置４０に出力する（Ｓ４１２）。

【0051】

図１６に予測結果の例を示す。図１６の１６０１は、階級Ｔにおける体積率（％）の時間的変化（秒）を示す。１６０２は、階級Ｓにおける体積率（％）の時間的変化（秒）を示す。１６０３は、階級Ｍにおける体積率（％）の時間的変化（秒）を示す。１６０４は、階級Ｌにおける体積率（％）の時間的変化（秒）を示す。

【0052】

予測装置１０から予測結果を取得した破砕条件決定装置４０は、予測結果が所望の条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４２２）。所望の条件を満たしていなければ（Ｓ４２２でＮＯ）、破砕条件を変更し（Ｓ４２３）、変更後の破砕条件でボールミルシミュレーションを実行するよう、ボールミルシミュレーション装置２０に指示する。変更後の破砕条件を受け付けたボールミルシミュレーション装置２０は、ステップＳ４０１～Ｓ４０３の処理を行い、導出した衝撃力分布を予測装置１０に送信する。衝撃力分布を取得した予測装置１０は、変更後の衝撃力分布を用いて予測処理を行い（Ｓ４１１）、予測結果を破砕条件決定装置４０に送信する（Ｓ４１２）。このように、予測結果が所望の条件を満たすまでステップＳ４０１～Ｓ４０３、Ｓ４１１、Ｓ４１２の処理を繰り返す。所望の条件としては、例えば、原料の破砕後の体積率が、階級Ｓの体積率が最大で階級Ｔの体積率が最小となるような体積率であることが挙げられる。

【0053】

そして、ステップ４２２で破砕条件決定装置４０が、予測結果が所望の条件を満たすと判定した場合（Ｓ４２２でＹＥＳ）、そのときの破砕条件を製品の製造における破砕条件として決定する（Ｓ４２４）。

【0054】

以上のように、本実施形態に係る予測装置１０は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測部１４と、予測された原料の粒度の変化を出力する出力部１５とを備える。より詳細には、予測装置１０は、原料の粒度を複数の階級に分けたとき、衝撃力を用いて、原料が砕かれて当該原料の粒度の階級が遷移する速度を規定する速度係数を算出する算出部１３を備える。そして、予測部１４は、算出部１３が算出した速度係数と、原料における複数の階級それぞれが占める割合を示す体積率とから、原料の粒度の変化として、体積率の時間的変化を予測する。

【0055】

これにより、算出部１３は、ボールミルにおけるボール同士の衝突に伴う衝撃力を要素として用いて、原料が砕かれたときに原料の大きさが階級間を遷移する速度を規定する速度係数を算出する。そして、予測部１４は、この速度係数を用いて、各階級における原料の大きさが占める割合である体積率の変化を求める。よって、ボール同士の衝突による衝撃力を用いて、ボールミルにより原料が砕かれるときの体積率の変化を予測することができる。衝撃力は、エネルギーと異なり、ボールが実際に与える、または受ける力であるので、このような衝撃力を要素とすることにより、エネルギーを要素とするよりも正確に体積率の変化を予測することができる。

【0056】

〔変形例１〕
図１７に示すように、予測装置１０は、判定部１６を含むものであってもよい。判定部１６は、予測部１４が予測した結果が、ユーザの所望の体積率となるか否かを判定する。判定部１６を含むことにより、予測部１４により予測された結果が、ユーザの所望の体積率となっているか否かを判定することできる。

【0057】

予測部１４が予測する体積率は、ボールミルシミュレーション装置２０により導出される衝撃力分布により変わる。そして、衝撃力分布は、ボールミルシミュレーション装置２０に入力される破砕条件（ボールミルの寸法、材質、回転数、ボール径、ボール量、ボール材質）、および原料の量によって変わる。よって、破砕条件および原料の量を調整することにより、予測結果をユーザの所望の体積率とすることができる。

【0058】

〔変形例２〕
図１８に示すように、予測装置１０は、導出部１７を含むものであってもよい。導出部１７は、破砕条件および当該破砕条件を用いた場合の体積率の時間的変化の組合せを教師データとして機械学習した学習済みモデルを用いて、予測部１４が予測した予測結果から、ユーザの所望の体積率となるような破砕条件（所望条件）を導出する。そして、導出した破砕条件を、出力部１５を介して出力する。

【0059】

導出部１７を備えることにより、ユーザに対し、ユーザ所望の体積率となる破砕条件を容易に提示することができる。

【0060】

〔ソフトウェアによる実現例〕
予測装置１０（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特に、算出部１３、予測部１４、判定部１６、導出部１７）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。

【0061】

この場合、前記装置は、前記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により前記プログラムを実行することにより、前記実施形態で説明した各機能が実現される。

【0062】

前記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、前記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、前記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。

【0063】

また、前記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、前記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本開示の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより前記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。

【0064】

また、前記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。

【0065】

〔まとめ〕
本開示の態様１に係る予測装置は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測部と、予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力部と、を備える。

【0066】

前記の構成によれば、ボール同士の衝突による衝撃力を用いて、ボールミルにより原料が砕かれるときの体積率の変化を予測する。衝撃力は、エネルギーと異なり、ボールが実際に与える、または受ける力であるので、このような衝撃力を要素とすることにより、エネルギーを要素とするよりも正確に体積率の変化を予測することができる。

【0067】

本開示の態様２に係る予測装置は、前記態様１において、前記原料の前記粒度を複数の階級に分けたとき、前記衝撃力を用いて、前記原料が砕かれて当該原料の粒度の前記階級が遷移する速度を規定する速度係数を算出する算出部を備え、前記予測部は、前記速度係数と、前記原料における前記複数の階級それぞれが占める割合を示す体積率とから、前記原料の粒度の変化として、前記体積率の時間的変化を予測する。

【0068】

前記の構成によれば、ボールミルにおけるボール同士の衝突に伴う衝撃力を用いて、原料が砕かれたときに原料の大きさが階級間を遷移する速度を規定する速度係数を算出する。そして、この速度係数を用いて、各階級における原料の大きさが占める割合である体積率の変化を求める。よって、ボール同士の衝突による衝撃力を用いて、ボールミルにより原料が砕かれるときの体積率の変化を予測することができる。

【0069】

本開示の態様３に係る予測装置は、前記態様２において、前記算出部は、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごとに前記速度係数を算出し、前記予測部は、前記複数の階級それぞれについて、前記体積率の変化を予測する。

【0070】

前記の構成によれば、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごとに速度係数を算出するので、複数の階級それぞれについて、正確に体積率の変化を予測することができる。

【0071】

本開示の態様４に係る予測装置は、前記態様２または３において、前記予測部は、前記複数の階級全てについて、微小時間間隔で、前記体積率の変化量と微小時間経過後の前記体積率とを演算することにより、前記体積率の時間的変化を予測する。

【0072】

前記の構成によれば、階級ごとに、正確に体積率の時間的変化を予測することができる。

【0073】

本開示の態様５に係る予測装置は、前記態様２～４の何れかにおいて、前記算出部は、以下に示す式（１）を用いて、遷移前の階級と遷移後の階級との組み合わせごと前記速度係数を算出し、

【0074】

【数3】

【0075】

ここで、ｋは、速度係数、ａおよびｃはパラメータであり、Ｖ_slurryは、原料および溶媒の合計量を示すスラリー量であり、ｆｉは、衝撃力を複数の階級に分けたときにおける階級がｉのときの衝突頻度であり、Ｆ_collision,iは、階級がｉのときの衝撃力であり、Ｆ_fractureは、原料粒子径に基づく破砕強度であり、before→afterは、階級の遷移を示し、前記予測部は、前記複数の階級それぞれについて、或る階級を注目階級としたとき、〔〔（注目階級に遷移する前の階級から注目階級への遷移の速度係数）×（注目階級に遷移する前の階級の体積率）〕の遷移の組合せの和〕－〔（注目階級から他の階級への遷移の速度係数の遷移の組合せの和）×（注目階級の体積率）〕で示す式により得られる注目階級の体積率の微小時間ごとの変化から、前記複数の階級それぞれの体積率の時間的変化を予測する。

【0076】

本開示の態様６に係る予測装置は、前記態様２～５の何れかにおいて、前記ボールミルの寸法、材質、回転数、ボール径、ボール量、ボール材質および原料の量を条件として導出された前記衝撃力を用いて前記予測部が予測した前記体積率の時間的変化が、所望の体積率となるか否かを判定する判定部を備える。

【0077】

前記の構成によれば、設定された条件により所望の体積率となるか否かを判定できる。

【0078】

本開示の態様７に係る予測装置は、前記態様２～６の何れかにおいて、前記条件および当該条件を用いた場合の前記体積率の時間的変化の組合せを教師データとして機械学習した学習済みモデルを用いて、所望の体積率となる所望条件を導出する導出部を備える。

【0079】

前記の構成によれば、所望の体積率の時間的変化となる条件を導出できる。

【0080】

本開示の態様８に係る予測装置は、前記態様２～７の何れかにおいて、前記複数の階級の１つは、体積率を最大化すべき粒度の範囲に設定されている。

【0081】

前記の構成によれば、体積率を最大化すべき粒度の範囲に階級の１つを設定するので、予測の結果が所望するものとなっているか否かをユーザが容易に認識できる。

【0082】

本開示の態様９に係る予測方法は、ボールミル使用時のボールの衝突により発生する衝撃力に基づき、前記ボールミルにより破砕される原料の粒度の変化を予測する予測ステップと、予測された前記原料の前記粒度の変化を出力する出力ステップと、を含む。

【0083】

本開示の各態様に係る予測装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記予測装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記予測装置をコンピュータにて実現させる予測装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本開示の範疇に入る。

【0084】

以上、本開示に係る発明について、諸図面および実施例に基づいて説明してきた。しかし、本開示に係る発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示に係る発明は本開示で示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る発明の技術的範囲に含まれる。つまり、当業者であれば本開示に基づき種々の変形または修正を行うことが容易であることに注意されたい。また、これらの変形または修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。

【符号の説明】

【0085】

１ 破砕条件決定システム
１０ 予測装置
１１ 第１取得部
１２ 第２取得部
１３ 算出部
１４ 予測部
１５ 出力部
１６ 判定部
１７ 導出部
１９ スラリー量取得部
２０ ボールミルシミュレーション装置
２１ 破砕条件受付部
２２ シミュレーション部
３０ 粒度分布計測装置
４０ 破砕条件決定装置
５０ パラメータ決定装置
５１ 破砕物理モデル
５２ 物質収支モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】