JP2006507934A - 篩 - Google Patents

Abstract

産業用の篩い装置又は選別装置は、選別篩網（１０）上にロッド共振器（１４）を有している。ロッドは二つの相隔たる端部の間を延びており、一端に配置されたトランスデューサ（１６）を有し、その長さ全体にわたってロッドを励振させて、篩網（１０）の目詰まり解消を促進する。ロッドは螺旋形状とするか、または他の滑らかに連結されたＳ字形のような複合曲線を形成するようにしてもよい。篩網（１０）に固定された螺旋ロッド共振器は、篩い分けられる原料用の案内体として使用することができる。

Description

本発明は、乾燥した固体状粒子および液体のための篩に関し、特に、篩網(sieve screen)における目詰まり解消のための励振動を生じさせる励振源を備える篩に関する。

たいていの産業用篩機は、篩網に主振動を与える手段を備えており、これによって、生産物が篩網を容易に通過するように、あるいは原料が網面上をよどみなく移動するように構成されている。このようにすることで、有効な篩面積を最大限に利用しうるとともに、サイズの大きな生産物を出口まで移送して取り出せるようにしている。このような主振動は、通常、水平方向と垂直方向の往復動を組み合わせたものであり、メッシュあるいは篩網を担持する枠に与えられるのが一般的であって、不平衡な錘を回転させたり、剛性を有するクランクもしくはカムシステムによる直接駆動など、様々な方法がある。

篩機においては、篩網の目詰まり、特に、湿ったまたは粘着性の原料を篩い分けるときの目詰まりが問題である。目詰まりは、ある種の粉体を工業的に篩い分けする場合や、液体を濾過する場合に重大な問題となる。かかる目詰まりの問題を解消すべく、たわみ振動等の補助振動を篩網に与えることが従来より行われており、例えば、目詰まり解消ディスクによる衝撃を利用するものや、高周波数あるいは超音波周波数を印加するものなどが提案されている（例えば下記の特許文献１参照）。

典型的な超音波周波数は２０ｋＨｚ以上であり、メッシュに供給される超音波振動の典型的な振幅は数（１〜１０）ミクロンである。しかし、超音波エネルギは篩網で素早く消散するので、大きい網面積を超音波で励振することは困難である。網全体の超音波エネルギの分布を増大するための拡張型共振器が、下記の特許文献２に記載されている。しかしながら、大きい篩面積に対しては複数のトランスデューサが依然として必要とされる。

篩分けの対象たる原料が篩網の表面全体において適切に移動するように、篩網の上に配置されたガイド部材を使用することも知られている。例えば、円形の篩に対してらせん状のガイド部材を用いることによって、篩分け対象の原料が、最初の供給地点である篩網の中心から、略らせん状の経路に沿って徐々に外側に移動するようにし、当該原料が、篩網のほとんどすべての領域を網羅した後に、篩網周縁に設けられた大型粒子排出口に到達するように構成される。これにより、篩網上の滞留時間が増し、微粒子が篩網を通過する機会が最大となる。異なる構成を有する篩に対しては、他の形状および構成を有するガイド部材が使用されるが、いずれの場合でも、篩網上の原料の流れを改善して、大型の物質から小型の物質を分離するための時間を増やすことが意図されている。

欧州特許出願公開第３６９５７２号明細書 欧州特許第６５２８１０号明細書

本発明の第１の側面により提供される篩は、台と、上記台上に装着された篩網用枠と、上記枠内に装着された篩網と、上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、上記篩網で篩い分けられる原料の流動を制御すべく上記篩網上に設けられたガイド部材と、上記ガイド部材を振動させて上記篩網の目詰まり解消励振を誘発するように構成された励振源と、を備える。

上記ガイド部材は、典型的には、上記篩網の頂面に固定され、篩網全体における原料の流動を所望の通りに制御するように形成された棒状部材を含む。そのような構成は、篩網を拡張された領域全体で励振させて、同時に篩網全体における原料の流動を制御しながら目詰まり解消効果を達成することができるという利点を提供する。一般的に、篩網の目詰まり解消励振のレベルは、励振源からの距離の増大と共に低下する。本発明の上記側面によれば、最高レベルの励振がガイド部材付近で生じるが、この場所は、篩分けられる原料の大部分が流動する傾向のある場所でもある。このため、篩の効果を向上させることが可能である。

篩い分けられる原料は、例えば、乾燥状の固体粒子や、固体（あるいは少なくとも非流動的な）部分を含む液体などである。液体の場合、ガイド部材は、当該液体の液面を篩網上で高く維持することが可能であり、これによって、スループット率が改善される。

篩網に固定する代わりに、ガイド部材は単に篩網に接触させるだけとし、例えば十分な圧力で篩網に押し付けてガイド部材における振動を篩網に伝達させて、目詰まり解消励振を提供することができる。

本発明の第２の側面により提供される篩は、台と、上記台上に装着された円形の篩網用枠と、上記枠内に装着され、かつ、中心を有している円形の篩網と、上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、上記篩網に固定される又はそれに接触する共振器であって、上記篩網の上記中心またはその付近を始点として延び、漸次増大する曲率半径を有し、上記中心の周りに少なくとも２７０°にわたって延びる螺旋状曲線の形を有する共振器と、上記共振器を励振して、上記篩網の目詰まり解消励振を誘発するように構成された励振源と、を備える。

湾曲の漸進的増大は、連続的または一段階もしくは多段階で行うようにしてもよい。これは、特に大きい直径を有する篩の場合、励振が先行技術の篩より効果的に篩網の表面全体に拡散するという利点をもたらす。

篩の超音波励振について上で説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、篩網はより低い周波数で励振してもよく、ガイド部材を打撃するか軽く叩くことによって励振させてもよい。

本発明の第３の側面により提供される篩は、台と、上記台上に装着された篩網用枠と、上記枠内に装着された選別網と、上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、上記選別網に固定されまたは接触した共振器であって、相隔たる端部の間を延びるロッドを備えた共振器と、上記相隔たる端部の一方にあって、上記共振器の長さに沿って予め定められた波長を有する共振周波数で上記共振器を励振する超音波トランスデューサとを備えている。上記共振器は、その長さの少なくとも一部分において、少なくとも９０°にわたって単一の湾曲方向に滑らかに曲がる部分を有している。また、上記共振器は、上記相隔たる端部の間の任意の点において、上記予め定められた波長より大きい最小曲率半径を有している。

図１は、本発明に基づく篩２を示す。篩２は、メッシュ状の篩網１０を備えており、この網は、例えば締め着け(clamping)によって篩網用枠６に保持される。篩網用枠６および篩網１０は矩形としてもよいが、この実施形態では、一般的な円形である。

篩網用枠６は、内部支持枠８を含み、その形状は「Ｘ」字状としてもよいし、他の形状としてもよい。篩網用枠６は、例えば締め付けによって下部円筒形収納体７に取り付けることができる。上部円筒形収納体９も、例えば締め付けによって、篩網用枠６の上に固定され、篩い分けられる原料が篩網面１０上にあるときに当該原料のための封じ込め壁として作用する。

下部収納体はドーム状床２２を有する。下部収納体は、例えば締め付けによって、スカート状の環状鋳造体１８上に固定される。

また、上記篩は、固定台４を有しており、この台は、本実施形態では篩スタンド３８を用いて床３６に取り付けられている。しかし、他の実施形態として、当該台は適切な表面上に単に置くだけでもよいし、適切な表面に固定する、あるいは、車輪付きまたは他の取付部材上に配設してもよい。

上記スカート状鋳造体は、サスペンション支持体２０を使用して、固定された台上に支持される。本実施形態では、サスペンション支持体２０は、弾性ブシュ２１を介して鋳造体１８および台４に取り付けられたロッド１９を備える。この構成は、鋳造体１８ひいては篩網用枠６および篩網１０の水平および垂直両方の動きを可能にする。篩網用枠を固定台、例えばばね台上に支持するために、別の方法を使用してもよい。

モータ２３が固定台４上に搭載され、例えばゴムカップリング２５を介して、バイブレータ１２に変位自在に取り付けられる。バイブレータ１２は、鋳造体１８の中心に固定された軸受ハウジング２９と、モータが静止しているときに略垂直であるモータシャフト２４と、上部および下部偏心錘２６、２８とを備える。上部偏心錘２６はモータシャフト２４の上端に取り付けられる。下部偏心錘２８はモータシャフト２４の下端に取り付けられる。この実施形態では、下部錘の質量は上部錘の質量より大きい。上部および下部錘の一方または両方の質量の有効偏心率は調整可能としてもよく、また、モータシャフト２４上の二つの錘の相対角位置は変更可能としてもよい。有効偏心率および質量の位置を変更することによって、バイブレータ１２を使用して伝達される振動を変化させ、特定の用途に対する最適篩性能を達成することができる。

使用に際しては、スカート状鋳造体１８がサスペンション支持されていることと相まって、バイブレータ１２が振動が発生させ、これが篩網用枠６ひいては篩網１０に加えられる。このときの振動は、水平成分および垂直成分の双方を有している。

ガイド部材１４は篩網面１０上に配置され、ガイド部材は、篩い分けられる原料の篩網面における流動を制御するために使用される。励振源１６がガイド部材１４に取り付けられ、ガイド部材を好ましくは垂直方向に運動するように励振させる。これによりガイド部材１４は、篩網１０を垂直方向に振動させる。本実施形態では、励振源１６は、Ｘ字形枠８に追加ユニットとして取り付け支持されている。励振および固定の様々な方法については以下においてより詳細に説明する。

簡潔のために、篩い分けられる原料が篩２にどのように供給されるかは図示しない。この供給は、篩網面の任意の位置において行うことが可能であるが、典型的には、円形篩の場合はその中心もしくは中心付近であり、矩形篩の場合はその一端部である。

図に示す出口３２は、サイズが大きい粒子を除去するためのものであり、篩網面に残った粒子を除去する。篩網用枠のアパーチャより小さいサイズの粒子がこれらのアパーチャを介して落下すると、それらはドーム２２によって微粉用の出口３０方向に向けられる。ドーム２２は、篩網を通って落下した原料がバイブレータ１２、および特に上部偏心錘２６を汚すのを防止するという機能も有している。本実施形態では、ドーム形状が図示されているが、他の形状を採用してもよく、例えば円錐形や、篩の幅全体にわたって連続した傾斜状としてもよい。

また、本実施形態では、ガイド部材に取り付けられ、Ｘ字形枠８上に支持された支持装置３４も示されている。支持装置３４が取ることのできる形については、後に説明する。

図２は、図１の篩２を示す平面図である。篩２は、円形篩網用枠６を有しており、この枠に円形篩網１０およびＸ字形枠８が固定されている。篩網１０の上にガイド部材１４が配置される。ガイド部材１４は、例えば接着剤を介して、篩網に固定される。本実施形態では、ガイド部材１４は、篩網１０の略中心に内端を有しており、約５４０°にわたって徐々に増大する曲率半径で外側に向かって延びる螺旋状の形状を取る。ガイド部材１４は、篩網１０の略中心に配置されＸ字形枠８上に支持された励振源１６に固定される。支持装置３４がガイド部材１４の反対側の端に配置され、ガイド部材を篩網１０上で支持している。これと同様の、あるいは異なる形態の支持体を用いてもよい。

使用中、バイブレータ１２は篩網１０の略旋回運動を発生させる。この運動は、篩い分けられる原料の篩網面における中心から外方への流動を促進する。しかし、原料は篩網面上を網の外側まで素早く移動し過ぎて、微粉がサイズの大きい粒子と一緒に出口３２まで運搬されることがあり得、効率が低下してしまう。ガイド部材１４は篩網面上の原料の流動を制御し、それによって篩網面上の原料の滞留時間を増大する。これにより、微粉が篩網のアパーチャを通して落下する機会が増大するので、篩の効率が向上する。上述のとおり、不平衡錘２６および２８を調整することによって、様々な原料に対する効率を最適化することは知られているが、この調整には時間がかかる。ガイド部材１４は、広範囲の原料に対し優れた篩性能を確保することができる。ガイド部材１４は棒状部材であって、典型的にはＬ字状または矩形状の断面を有しており、篩い作業中に原料がガイド部材を乗り越えるのを抑制あるいは実質的に防止するのに十分な網面上の高さを有している。

上述の通り、ガイド部材１４は励振源１６によって励振され、篩網１０に目詰まりを解消する励振を与える。後に説明する好ましい実施形態では、励振源１６は超音波振動源であり、ガイド部材１４を共振により励振するように構成されている。超音波エネルギの良伝達体として機能すべく、ガイド部材は好ましくはアルミニウムまたはステンレス鋼のような金属製とすべきである。ガイド部材１４は、励振源１６からの励振エネルギを篩網１０全体に分布させる機能を有しており、これによって、効果的な目詰まり解消を達成するのに必要な篩網１０の励振面積が増大される。

図３および図４は、ガイド部材１４の代替的構成を示す。これらの実施形態では、励振源１６はオーバーサイズ用の出口３２寄りに配置される。図３では、ガイド部材１４は、中心角約３００°の円弧として延びる円形部分を有しており、篩網用枠６と略同心状となるように当該枠内に固定される。円弧の一端は、励振源１６の位置まで、篩網用枠６に向かって外方に湾曲している。図４では、円形部分が中心角約１５０°の範囲でのみ延びている。同図には、篩い分けられる原料の流動パターン３９も示されている。これから理解されるように、原料は、篩２の略中心に投入され、当該投入点からあらゆる方向に向かって、半径方向外向きに移動する。ガイド部材１４は、原料が篩網面１０上で螺旋を描くように、原料の流動を変化させる。その結果、原料が篩網にさらされる機会が増し、また原料が篩網面上に滞留する時間も増大する。図３および４のどちらにも支持装置３４は図示されていないが、必要ならば、これを図２に示すのと同様にガイド部材１４に取り付けてもよい。

図５は、ガイド部材１４の形状のさらなる代替例を示す。この場合にも、ガイド部材１４は、篩網１０の略中心に一端を有する。しかし、この実施形態では、ガイド部材は相互に接続される複数のセクションから成り、各セクションは一定の曲率半径を有する。各セクションの相互接続点は、尖点状(cusp-like)の形態とされている。そのため原料がガイド部材１４内部を流動するときに、原料を篩網上で内向きに偏向させる。この結果、原料は篩網面によりさらされることとなり、微粉が篩網のアパーチャを通過する機会が増す。

図６は、本発明に基づく別の実施形態を示す。篩網面上の原料の移動を助けるために、カスプ４０が螺旋状ガイド部材１４および篩網用枠６の内縁に取り付けられている。図７により詳細に示す通り、カスプ４０は、図５を参照して上で説明したのと同じ態様で、原料がガイド部材１４または上記枠の縁部を通過するときに当該原料を内向きに偏向させる。カスプ４０は、製造中にガイド部材１４および篩網用枠６に組み込むようにしてもよいし、あるいは製造の後に、溶接または他の機械的取付け手法により、別個の部品として追加してもよい。

図８は、乾式用途のみならず湿式用途に使用するのにも特に適する、本発明に基づく別の実施形態を示す平面図である。複数の別個のガイド部材１４は各々がそれぞれの励振源１６を有する。これらガイド部材は、一つの部材の終端と次の部材の始端との間に最小限の隙間を有しており、全体として単一の螺旋形状を形成している。これにより、単一の螺旋状ガイド部材と同様、原料の流動が篩網面全体に向けられるようになっている。複数のガイド部材は、篩網上の原料の流動を制御するために、必要に応じて他の形状を取ることができる。例えば各セクションは、特に矩形の篩の場合には、直線状とすることができる。追加の励振源の使用は、篩網１０の目詰まり解消励振に、より多くのエネルギが必要とされる場合、例えば湿り気が多い場合の対抗措置として特に有利であるが、このような湿式用途の場合に限られるわけではない。

上述した本発明の実施形態は、篩は円形であった。しかし、本発明は矩形篩にも適用可能であり、そのような例を図９および１０に示す。これらの例では、篩の動作が篩網上の原料を一端から他端に、図面においては例えば上から下に移送させる傾向がある。ガイド部材１４は、篩を片側からその反対側まで横切る経路に流動を方向付けるよう構成されており、これによってカバーされる篩網の面積および篩網上の滞留時間が最大とされる。既に述べた例と同様に、ガイド部材１４は、図９に示すようにそれぞれの励振源１６を持つ複数の部材から成るものとしてもよいし、あるいは図１０に示すように単一の励振源１６を備えた単一のジグザグ形状のガイド部材としてもよい。後者の場合、流動経路はガイド部材を通過しなければならないが、図１１ａないし１１ｄは、これを達成することのできる二つの方法を示す。図１１ａはガイド部材に形成されたブリッジ４１を示す。この場合には、ガイド部材１４の一部分が持ち上げられて原料が通り抜けるための開口が形成されている。図１１ｂおよびｃは、Ｔ字形断面を有するガイド部材１４を示し、そこから一部分４３が除去されて原料が通り抜けるための開口が設けられている。図１１ｄに示すように、別の実施形態では、ガイド部材１４は、当該ガイド部材の長さ方向に離間した複数の開口４５を有している。

図１２は、図１および図２と同様の実施形態の説明図であり、中心部に装着された励振源１６によって螺旋状ガイド部材１４が超音波駆動される例を示している。ガイド部材１４は、その長さに沿う途中の点およびその外端で、それぞれ支持装置３４ａおよび３４ｂによって支持される。装置３４ａは、図１３の切欠き断面図に図示するとともに、図１６を参照しつつ以下において詳細に説明する。

既に述べたとおり、ガイド部材は、例えば超音波励振によって駆動され、その周波数は通常、２０ｋＨｚ以上である。図１６は、超音波励振を行うように構成された励振源１６と、超音波周波数の使用に適した支持装置３４とを詳細に説明するための図である。

上記の励振源は、例えば圧電効果を用いることによって、電気エネルギを超音波エネルギに変換するトランスデューサ４２を備える。このトランスデューサは、例えば、超音波学における当業者によく知られた、半波長スタック型(half wave stack-type)のトランスデューサである。円形の共振ボス４４がトランスデューサ４２のアクティブ端に取り付けられる。共振ボス４４はトランスデューサの長手方向の振動を横方向のダイヤフラムモードに変換する。励振源１６は、中央支持体４８を介して、Ｘ字形枠８に支持される。中央支持体４８の寸法は、中央支持体４８の長さに沿って約半分の位置に節点が形成されるように、半波長の長さになるように選択される。円筒形スリーブ５０が支持体４８の節点位置に取り付けられる。このスリーブ５０は例えば溶接によってＸ字形枠８に固定される。中央支持体への接続が節点位置にあるため、当該装着態様はトランスデューサ４２をＸ字形枠８から切り離し、上記枠への超音波エネルギの損失が最小とされる。

共振ボス４４はその周縁をガイド部材１４に取り付けられ、超音波エネルギをガイド部材に伝達する。ガイド部材１４の寸法は、ガイド部材１４を共振により駆動してトランスデューサ４２からガイド部材１４への超音波エネルギの伝達を最大にすることができるように、おおよそ半波長の整数倍の長さになるように選択することが好ましい。しかし、ガイド部材１４は通常、半波長のかなりの個数分の長さである。したがって、トランスデューサ４２の駆動周波数の小さい変化によって、効率の大きい損失を被ること無く、容易に共振させることができるので、ガイド部材が正確に半波長の整数個に等しい長さを持つ必要はない。また、用途によっては、ガイド部材１４の振動は、例えば篩網および篩い分けられる原料の荷重によって減衰させられ、その結果、振動エネルギがガイド部材の遠端でほとんど反射されない程度となる。その場合には、ガイド部材は共振器としてではなく、非共振性の伝達部材として機能する。

図に示す例では、共振ボス４４がトランスデューサ４２およびガイド部材１４を相互接続するように描かれているが、用途によっては、トランスデューサ４２をガイド部材１４に直接的に接続してもよいし、異なる結合手段を介して接続してもよい。

また、図１６には、ガイド部材１４を篩網１０上に支持するように設計された（図１２の装置３４ｂに対応する）支持装置３４が示されている。超音波周波数においては、支持装置３４を設けることにより、これが取り付けられる支持枠からガイド部材１４を超音波的に切り離すことが望ましい。

そのために、支持装置３４は、上記ボス４４と同様、ガイド部材１４に取り付けられた円形の共振ボス５２を備えており、このボス５２内においてダイヤフラムモードの振動が励振される。したがって、少なくとも一つのダイヤフラムモード節点が、共振ボス５２における予測可能な位置に形成される。デカップリングワッシャ(decoupling washer)５４ａ、５４ｂは、ダイヤフラムモードの節点にて上記共振ボス５２の上面及び下面５２ａ、５２ｂに押し当てられたスカート部を有する。このため、これらのデカップリングワッシャ５４ａおよび５４ｂが受ける励振は最小となる。Ｘ字形枠８に溶接された支持ブラケット５８は、下方のデカップリングワッシャ５４ｂと係合する。ボルト６０を用いて、共振ボス５２をワッシャ５４ａと５４ｂおよび支持フランジ５８との間に締め付けることにより、当該ボスがＸ字形枠８に固定されている。ボルト６０は、共振ボス５２の本体と接触しないように、共振ボス５２に形成された大きめの孔を貫通して延びる。この構成によれば、ガイド部材１４をＸ字形枠８から効果的に切り離すことができる。というのは、共振ボス５２との接触点が、唯一ダイヤフラムモードの節点、すなわち最小振動点だけであるからである。このような節点デカップリングボスについては、ＧＢ−Ａ−２３４３３９２号公報にも記載されている。同様の構造が、図１２および１３に示す支持装置３４ａについても使用される。

ボス５２は、他のモードで共振するように励振してもよい。ただし、その場合には、デカップリングが確実に行われるように、当該ボスとの接触点が、その共振モードにおける適当な節点にあることが条件とされる。

図１４および１５は、ガイド部材１４に対する別の支持構成を示す。図１５は、逆Ｊ字形のフランジ６２を示しており、これがＸ字形枠８およびガイド部材１４に取り付けられている。このような支持構造では、Ｘ字形枠８からのガイド部材１４の超音波デカップリング効果が相対的に低下するが、ガイド部材１４との接触面積が当該部材１４の共振振動の四分の一波長に比べて小さいという条件下では、十分な構造である場合が多い。

上記の通り、励振は多種多様な周波数で行うことができ、励振源は様々な態様に構成することができる。例えば、超音波トランスデューサを使用する代わりに、励振源１６は、より低い周波数、例えば数十または数百ヘルツでガイド部材１４を振動させる空気圧式アクチュエータを備える構成としてもよい。これは、電動アクチュエータの使用が火災または爆発の危険性をもたらす用途では特に有利である。適切な空気圧式アクチュエータは、国際特許出願ＷＯ０３／０２４６２６号公報に記載されている。当該空気圧式バイブレータは、例えば空気圧式アクチュエータ内の往復質量体によってガイド部材のインパルス励振をもたらし、ガイド部材の高周波共振振動（または共鳴）を引き起こすことができる。

また、電動アクチュエータを使用して、より低い周波数における励振を生じさせることも可能である。

要約すると、機械的、電気機械的、空気圧式、および他の形式のアクチュエータを本発明の実施形態の励振源で使用することができる。特に低い励振周波数では、ガイド部材を共振させる必要は必ずしもなく、その場合には、上述したような励振エネルギデカップリング手段を上記ガイド部材および／または上記トランスデューサの支持体に設けることは不要となりうる。

上記実施形態では、励振源はガイド部材に直接結合されるが、他の実施形態としては、励振源をガイド部材に恒久的に接続しなくてもよく、代わりに、励振源の動作時に、ガイド部材を打撃するように構成された打撃面を有するように構成してもよい。また、励振源を寄生的にする、すなわち、篩枠の主篩動作に依存するように構成してもよい。例えばフリー変形可能に搭載された又は弾性変形可能に搭載された１つ又は複数の寄生体を励振源に設け、当該寄生体を主篩動作によって駆動して上記ガイド部材を打撃することにより、所望の目詰まり解消励振を発生させるようにしてもよい。ガイド部材に対する打撃は、それが個別に駆動されたアクチュエータによるものであれ、寄生体によるものであれ、ガイド部材における共振高周波共鳴を誘発しうる。

励振源またはトランスデューサは、上記実施形態ではＸ字形枠に支持されるものとして示されているが、励振源全体を篩網によって支持してもよいし、上記枠または固定台に対する可撓性または剛性の連結手段によって、少なくとも部分的に支持するようにしてもよい。

「篩網」は複数の層から構成されていてもよく、例えば、第１網と、この第１網の上に配設されかつそれによって支持された第２網とを備える構成としてもよい。このような多重網の篩では、網上に配設された複数のガイド部材のうちの少なくとも１つを励振源によって直接励振させてもよい。

上記の全ての実施形態において、篩い分けられる原料の網面上の流動を制御するためだけでなく、網自体の効果的な目詰まり解消を達成するために、ガイド部材は篩網の上に固定されている。これとは別の実施形態として、螺旋形状の共振器を篩網の下に固定してもよい。図２は、図示された螺旋状共振器１４が篩網の上ではなく、下に固定されていることを除いては、当該実施形態を概略的に表しているといえる。螺旋形状は、（図２のように）連続的に増大する曲率半径を持つことができるが、半径は１つあるいは複数の段階を経て増大するようにしてもよい。さらに、共振器１４は、篩網の上でガイド部材として働くときに要求されるような、優れた偏向機能を奏するプロファイルを持つ必要がない。代わりに、共振器１４は単純な矩形断面の管又は中実棒とすることができ、さもなければ、篩網に固定されるべく、大きい寸法を有する帯状とすることができる。各々の場合に、共振器１４は、好ましくは、金属または音響エネルギの優れた伝搬体である別の材料からなる。

共振器１４は、図２に１６で示すように螺旋の中心で共振器１４に接続された超音波トランスデューサによって励振される。ここでもトランスデューサおよび螺旋状共振器は、図１６に示すようにデカップリング構成によって篩網の下でＸ字形枠８上に支持することができる。ただし、図１６に示す共振ボス４４および５２は、ここでは篩網の下に配置される。

螺旋状共振器１４は、目詰まり解消励振励振が篩網全体に分布して、効果的に励振する篩網の面積が増大し、目詰まりを最小化することができるように、共振状態になる。篩網面積全体における超音波エネルギの効果的な分布を達成するために、上記共振器は少なくとも中心角２７０°の円弧を描くよう、好ましくは図２に示すように中心角３６０°を超える円弧を描くように延びるべきである。

ここで重要なポイントは、螺旋設計によれば螺旋の回転数を増大することによって、より大きいサイズの篩網における目詰まり解消励振を分布させることが可能なことである。この方法で、単一のトランスデューサによって駆動される単一長さの共振器を使用して、ほとんどどんな実用的サイズの網でも励振させることができる。そのため、様々な長さの多重ロッド共振器を同一駆動周波数に同調させるという問題、およびそれぞれ別個のトランスデューサを持つ複数の単一ロッド共振器を使用する際の複雑さの問題を回避することができる。

図２、１２、および１４の螺旋状共振器の設計は円形網の中心から螺旋が始まる形態を有するが、螺旋の内端を中心から離して配置することが好適である場合もありうる。篩い分けられる原料は、篩網の中心に送り込まれることが一般的であるので、この領域に何も設けないことが有利となりうる。

上記利点はまた、他の湾曲ロッド共振器設計によって得ることもできる。篩網に固定された穏やかに湾曲するロッド共振器を使用することによって、超音波エネルギを篩網の面積全体に分布させ、不十分な超音波エネルギを受ける篩網の領域を減少または解消し、篩い分け運転中の目詰まり解消を確実にすることができる。相互に離間した端部の間を延びるロッド共振器を使用する際において、相隔たる端部の一方において超音波トランスデューサによって励振することにより、ロッドの全長にわたる共振が通常確保される。ロッドを穏やかに湾曲させることによって、超音波エネルギを篩網の全ての部分に効率的に送達することができる。篩網を適切にカバーすべく、ロッドはその長さの少なくとも一部分において滑らかにかつ少なくとも中心角９０°にわたって単一の方向に湾曲する部分を持つべきである。さらに、ロッドの全長は、滑らかに連結された湾曲部あるいは直線部を含み、その結果、当該ロッドの端部間の任意の点における最小曲率半径が、当該ロッドの共振周波数において当該ロッドに励起される超音波エネルギの波長よりも大きくなるように構成されるべきである。ロッドに沿って伝わる超音波エネルギの効率は、カーブが急であるほど悪くなる傾向があり、当該カーブにおいて超音波エネルギの反射が起こりうる。その結果、ロッドにおける異なる部分が、異なる周波数で共振してしまう。これに対して、複数の部材を滑らかに連結するとともに、カーブが穏やかになるようにロッドを形成することにより、ロッド全体が単一の共振器として正常に機能し、超音波エネルギがロッドの全長にわたって適切に分布される。

篩網上の面積カバー率を向上させるには、ロッドの曲率をロッド全体にわたって変えることにより、より複雑な湾曲形状を構成すればよい。その形状は、螺旋状、蛇行状、Ｓ字状、あるいは直線および曲線を組み合わせた融合形状などである。

実際には、超音波トランスデューサは、１８ｋＨｚから４０ｋＨｚの間の共振周波数でロッド共振器を励振するように動作させられる。好ましい作動周波数は例えば約３５ｋＨｚである。これに対応する、ロッド共振器の長さに沿った超音波エネルギの波長は２５ｍｍから３５ｍｍの間であり、典型的には約３０ｍｍである。たいていの用途では、共振ロッドの最小曲率半径は５０ｍｍより大きくすべきであり、好ましくは、１００ｍｍより大きく設定される。

ロッドは、少なくとも９０°の範囲で単一湾曲方向に滑らかにカーブする少なくとも一つの部分を持つべきであるが、網面を効果的にカバーするには、単一湾曲方向に少なくとも１８０°の範囲にわたってカーブするロッドを用いることにより、より容易に達成することができる。単一湾曲方向にカーブするロッドの一部分には、同一方向にカーブする二つの湾曲部分を分離する直線部分を含ませてもよい。単一湾曲方向にカーブするロッド部分は、この部分に沿って進行するにつれて単調に変化する角度を持つ、と記述することもできる。これを当該明細書では単調湾曲部分あるいは単調カーブ部分と称する。

滑らかに湾曲するロッド共振器（螺旋以外）の一例を図１７に示す。下から見た矩形の篩枠７０が図示されている。篩枠７０は、分かりやすくするためにこの図では省かれている矩形の篩メッシュを担持する。矩形の篩枠７０は、当該枠の２つの長辺の間を延びるストラット７１および７２によって補強されており、これらストラットは、当該枠に支持された上記メッシュの下方に離間して配置されている。Ｓ字形のロッド共振器７３が篩網メッシュの下側に固着されており、その各端は、デカップリング取付台７４および７５によって支持されている。デカップリング取付台７４および７５は、円形の共振ボスを備えるようにしてもよく、これらボスは、例えば、ロッド共振器７３の各端に結合されており、かつロッド７３の好ましい共振周波数においてダイヤフラムモードで共振する大きさに作られる。環状のデカップリング延長部が、ダイヤフラムモードの波腹箇所で上記ボスに結合されており、枠７０に固定されたブラケット７６および７７用の装着ポイントを提供する。したがって、ロッド７３の両端のデカップリング取付台は、図１６に示した取付台に対応可能であり、さらにはＧＢ−Ａ−２３４３３９２に記載されたデカップラ(de-couplers)にも対応可能である。

デカップリングボス７４には超音波トランスデューサが接続されており、ロッド７３をその全長に沿って共振周波数で励振させる。この共振周波数におけるロッドに沿った超音波エネルギの波長は、典型的には約３０ｍｍである。

図１７に示すように、ロッド７３は約２１０°にわたってカーブする第一単調湾曲部分７８を含み、該部分は直線部分７９に滑らかに接続され、該直線部分は次に、取付台７５の終端ボスまで約２１０°にわたって逆方向に同じく単調に（第一湾曲部分７８とは逆の符号の曲率で）カーブしたさらなる湾曲部分８０に滑らかに接続される。湾曲部分７８および８０の各々の曲率半径は約３００ｍｍである。

図から分かるように、図示した設計によれば、優れたカバー率で矩形網７０が覆われている。よって、篩メッシュ自体が幅約１メートル、長さ約２メートルであっても、網面のどの部分も超音波エネルギ源から約４００ｍｍを超えて離れない構成とされている。

図１８は、約１メートル×約１．４メートルのより短い矩形の篩枠に適用される、さらなる例を示す。この図では、図１７の実施形態の場合と同じ参照番号が、対応する部品を示すために使用されている。しかし、ロッド共振器７３は基本的に、最後の湾曲部分８０に直接融合した第一湾曲部分７８だけを備え、図１７の実施形態の中間直線部７９は除去されている。図１８の湾曲部分７８および８０の各々は、約２５０ｍｍの曲率半径を有する。

図１９ａないし１９ｆは、本発明の範囲内に含まれるさらなる湾曲ロッド共振器の設計を示す。図１９ａでは、ロッドは二つの端の間で合計約３６０°単調にカーブする。図１９ｂでは、ロッドは一端から反対側の端まで合計約３１０°単調にカーブする。図１９ｃには、約２７０°にわたって単調にカーブし、第二部分と滑らかに融合する第一部分があり、第二部分もまた約２７０°反対方向に単調にカーブする。

図１９ｄは、ロッドが一端から反対側の端まで３６０°にわたって単調にカーブするように、隅にＲを付けた略矩形の形状を示す。隅の曲率半径は典型的には約１００ｍｍとされる。

図１９ｅは、直線部分によって相互接続された三つの９０°曲線で単調に２７０°にわたってカーブした第一部分を含むＳ字形ロッドを示す。ロッドは次いで、再び直線部分によって相互接続された三つのカーブによって反対方向に単調に２７０°湾曲する。カーブの曲率半径はここでも約１００ｍｍである。図１９ｆには、直線対角部分に滑らかに接続され、約１２０°にわたって単調にカーブする第一部分を有し、それが次に、再び反対方向に約２１０°単調にカーブするさらなる湾曲部分に滑らかに接続された、Ｓ字形状が示されている。

螺旋および他の湾曲形状の両方とも、上記の全ての共振器について、トランスデューサは共振器のいずれかの端に配置することができる。

共振器１４のための他の可能な励振源として、共振器１４の共振共鳴振動を発生させるインパルスを与える、能動（駆動）および受動（寄生）の両方の打撃源が挙げられる。

この実施形態における共振器１４に対して共振器という用語を使用するが、該部材はそれ以上に、部材から被駆動励振源へ伝達される振動エネルギのための伝達部材として機能することができる。

本発明の実施形態は、複数の網、例えば三つ以上の粒径に原料を分類するために下の網ほど微粉度が高くなる多層網を持つ篩にも適用することができる。その場合、上記のように、篩の網の一つまたはそれ以上に、励振ガイド部材または螺旋状もしくは滑らかに湾曲する共振器を装着することができる。

また、上記の様々な例における略螺旋形のガイド部材または共振器は、円形篩網の中心に内端を持つ必要が無いことも理解すべきである。

さらなる例において、いわゆるカスケード篩は同一メッシュの上部および下部網を有するものであり、上部網を通過する機会が無かった残留微粉を取り出すために、オーバサイズは上部網から下部網上に送られる。上部網を通過する微粉は回収され、下部網の中心のアパーチャを通り抜ける。そのようなカスケード篩設計では、下部網の中心のアパーチャの外側で終端する内端を有する励振ガイド部材または螺旋状共振器を、下部網に装着することができる。

上記の実施形態でガイド部材に誘発される励振は、篩網に目詰まり解消励振を発生させるものとして説明した。一般的に、例えば超音波周波数の篩網の補助励振は、篩い分け中に篩網を通過する微粉の流動を加速するので、篩による生産性が改善されることが知られている。篩網の通過状態がこのように改善する要因としては、網接触面における原料の流動化などのような、篩網の目詰まり領域の解消以外のことが挙げられうる。篩網に加えられる励振を記述するために本明細書で使用する目詰まり解消という言葉は、基本的な篩い振動だけで達成される流量に比較して、励振が篩網を通過する原料の流量を増強するときの他のプロセスをも包含するものであると理解されるべきである。

本発明の上記の実施形態では、ガイド部材または共振器は、篩網に固定されるものと説明されている。他の実施形態では、ガイド部材は、例えばガイド部材の振動を篩網に伝達して目詰まり解消励振を達成することを可能にする十分な圧力で篩網に押し付けて、篩網に単に接触するだけの状態にすることができる。共振器が必ずしもガイド部材として機能しない場合、例えば、篩網の下に配置される場合には、共振器は篩網と単に接触するだけで、それに特に固定されない状態とすることができる。

さらに、主として液体原料を篩い分ける（すなわち濾過する）ように構成された実施形態では、ガイド部材は、ガイド部材の長さの少なくとも一部分にわたって、篩網と直接接触しないように篩網の上に間隔を置いて配置するようにしてもよい。この場合、ガイド部材と篩網自体との間の間隙を充填するように、篩い分けられる液体の十分な深さが篩網上にあることを前提として、ガイド部材の振動は液体原料を介して篩網に伝達されて、目詰まり解消励振が達成される。同様の伝達は、ある種の乾燥原料を介しても可能である。実際の構成では、ガイド部材と液体原料との間の間隔は、篩網上の液体原料の流動に対する効果的な制御が達成されないほど大きくまたは広くすべきではない。ガイド部材と篩網との間の空間が、篩網の上に保持することのできる篩い分けられる液体の液面高さより小さい場合には、ガイド部材は依然として篩網の頂面上の篩い分けられる原料の流動の効果的な制御を達成し、かつ同時に、目詰まり解消励振（上記で定義した通り）を篩網に伝達することが可能である。ガイド部材がその全長にわたって篩網に接触または固定されない場合、ガイド部材は、好ましくは適切な音響デカップリング取付台によって、篩網用枠または篩デッキに直接搭載することにより、篩網の目詰まり解消励振の誘発用にガイド部材に供給される振動エネルギの篩網用枠への損失を最小化することができる。

篩網の上にガイド部材を使用する本発明のさらに別の実施形態では、ガイド部材は実質的閉ループ、例えば円を形成することができ、それは例えば円形篩枠で同心的に配置することができる。その場合、篩い分けられる原料を閉ループガイド部材内から外側に流動させるために、ガイド部材は、例えば図１１ｄに示す方法で、ガイド部材を貫通する複数のアパーチャを持つことができる。ガイド部材１４の存在は、そこを貫通するアパーチャと共に、篩枠および篩網の主振動作用の下で、篩い分けられる原料の外向きの流動を制御する効果を持つ。このようにして、篩い分けられる原料の篩網上の滞留時間が増大し、微粉が篩網に到達してそこから落下する機会が改善される。このようにして篩い分け効率が増大し、同時に篩網の優れた目詰まり解消励振が確保される。

本発明に基づく篩の略図である。 図１の実施形態を示す平面図である。 篩網面上の原料の流動パターンを示す、さらなる実施形態の平面図である。 篩網面上の原料の流動パターンを示す、別のさらなる実施形態の平面図である。 さらに別の実施形態の平面図である。 篩網の表面上の部分的流動パターンを示す、さらに別の実施形態の平面図である。 図６の一部分の拡大図である。 さらに別の実施形態の平面図である。 篩網面上の原料の流動パターンをも示す、さらに別の実施形態の平面図である。 さらに別の実施形態の平面図である。 図１１ａ−ｄは、図１０のガイド部材構成の詳細図である。 さらに別の実施形態を示す平面図である。 節点デカプラの拡大図を示す、図１２の切欠き断面図である。 さらに別の実施形態の平面図である。 図１４の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 矩形枠を持つ篩に組み込まれた本発明のさらなる実施形態を示す底面図である。 図１７の実施形態の変形の底面図である。 図１９ａ−１９ｆは、追加の実施形態の略図である。

Claims (27)

1. 台と、
   上記台上に装着された篩網用枠と、
   上記枠内に装着された篩網と、
   上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、
   上記篩網で篩い分けられる原料の流動を制御すべく上記篩網上に設けられたガイド部材と、
   上記ガイド部材を振動させて上記篩網の目詰まり解消励振を誘発するように構成された励振源と、
   を備えた篩。
2. 上記励振源が上記ガイド部材に取り付けられている、請求項１に記載の篩。
3. 上記篩網用枠および上記篩網が円形である、請求項１または２のいずれかに記載の篩。
4. 上記ガイド部材が、漸次増大する曲率半径を有しかつ少なくとも２７０°にわたって延びる螺旋状曲線の形状を有している、請求項２に記載の篩。
5. 上記篩網用枠および上記篩網が矩形である、請求項１または２のいずれかに記載の篩。
6. 上記ガイド部材は、ジグザグ形状を有する単一のロッドであり、当該ロッドは、上記篩網上において上記篩い分けられる原料が流動できるようにすべく少なくとも１つのアパーチャを有している、請求項５に記載の篩。
7. 上記ガイド部材を複数個有しており、各ガイド部材が個別に励振源を有している、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の篩。
8. 上記ガイド部材が上記篩網の上面に固定される、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の篩。
9. 上記ガイド部材が上記篩網の上面と接触している、請求項１ないし７のいずれかに記載の篩。
10. 特に液体原料を篩い分けるために用いられ、上記ガイド部材が上記篩網の上面から間隔を置いて配置されており、上記目詰まり解消励振が上記液体原料を介して上記篩網に伝達される、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の篩。
11. 台と、
    上記台上に装着された円形の篩網用枠と、
    上記枠内に装着され、かつ、中心を有している円形の篩網と、
    上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、
    上記篩網に固定される又はそれに接触する共振器であって、上記篩網の上記中心またはその付近を始点として延び、漸次増大する曲率半径を有し、上記中心の周りに少なくとも２７０°にわたって延びる螺旋状曲線の形を有する共振器と、
    上記共振器を励振して、上記篩網の目詰まり解消励振を誘発するように構成された励振源と、
    を備えた篩。
12. 上記励振源が空気圧式アクチュエータを備えた、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の篩。
13. 上記励振源が電動式アクチュエータを備えた、請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の篩。
14. 上記励振源が超音波励振を提供する、請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の篩。
15. 台と、
    上記台上に装着された篩網用枠と、
    上記枠内に装着された選別網と、
    上記枠を上記台に対して振動させるためのバイブレータと、
    上記選別網に固定されまたは接触した共振器であって、相隔たる端部の間を延びるロッドを備えた共振器と、
    上記相隔たる端部の一方にあって、上記共振器の長さに沿って予め定められた波長を有する共振周波数で上記共振器を励振する超音波トランスデューサと、
    を備える構成において、
    上記共振器が、その長さの少なくとも一部分において、少なくとも９０°にわたって単一の湾曲方向に滑らかに曲がる部分を有しており、
    上記共振器が、上記相隔たる端部の間の任意の点において、上記予め定められた波長より大きい最小曲率半径を有している、篩。
16. 上記最小極率半径が５０ｍｍより大きい、請求項１５に記載の篩。
17. 上記予め定められた波長は２５ｍｍと３５ｍｍとの間である、請求項１５に記載の篩。
18. 上記共振器が、少なくともその一部分にわたって、少なくとも１８０°だけ上記単一の湾曲方向に曲がっている、請求項１５ないし１７のいずれか１つに記載の篩。
19. 上記篩網の下に位置する支持枠をさらに備えた、請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の篩。
20. 上記励振源は、トランスデューサと、共振器と、支持装置とを含んでおり、当該支持装置は、上記励振源を上記支持枠上で支持するとともに、上記支持枠の励振を最小化するよう機能する、請求項１９に記載の篩。
21. 上記共振器のための追加の支持装置が、節点に設けられており、かつ、上記支持枠の励振が最小化されるように上記共振器に取り付けられている、請求項２０に記載の篩。
22. 上記篩網の上にロッド状の上記共振器が複数個設けられており、これら複数の共振器の各々が、その一端部に設けられた超音波トランスデューサを備えている、請求項１５ないし２１のいずれか１つに記載の篩。
23. ロッド状の上記共振器の曲率が、上記端部の間の全長にわたって変化する、請求項１５ないし２２のいずれか１つに記載の篩。
24. 上記励振源は、上記ガイド部材または上記共振器に取り付けられておらず、さらに上記励振源は、その作動時において、上記ガイド部材または上記共振器を打撃するように構成された打撃面を有している、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の篩。
25. 上記励振源は、上記ガイド部材または共振器に取り付けられておらず、さらに上記励振源は、その作動時において、上記ガイド部材または上記共振器に圧力を加えて上記ガイド部材または上記共振器に振動を伝達するように構成された接触面を有している、請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の篩。
26. 上記励振源は、上記バイブレータによって発生する上記枠の振動に依存する寄生的構成を有している、請求項１ないし１４、２４および２６のいずれか１つに記載の篩。
27. 添付の図面を参照しつつ本明細書において説明した篩。

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