JP2008126214A - 高圧気流式粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高純度の微粉を得ることができる高圧気流式粉砕装置を提供する。
【解決手段】高圧気流式粉砕装置は、高圧気流を噴き出す複数の噴出ノズル３Ｌ、３Ｒを備えており、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒから噴出された高圧気流に乗った粉体同士を衝突させて粉砕する装置である。噴出ノズル３Ｌ、３Ｒの噴出側を構成するノズル口部５０は炭化ケイ素焼結体で構成されている。従って、ノズル口部５０に粉体が衝突してもノズル口部５０から発生する微粉の組成は、ノズル口部５０以外の噴出ノズル部分の組成ではないので、ステンレスなどの金属からなる微粉が発生することはない。
【選択図】図２

Description

本発明は、噴出ノズルから高圧気流を噴き出すことにより粉体を衝突させて粉砕する高圧気流式粉砕装置に関する。

対面衝突型の高圧気流式粉砕機は、微粉化能（粉砕能）及び分級能を有し、従来より、各種分野において広範に用いられており、例えば、これを用いてセラミックス粉体を微粉化（粉砕）して粉径分布の小さな微粉を得ることにより、高密度のセラミックス焼結体を得ることができる。

高圧気流式粉砕機は、一般に、原料である粉体（原料粉体）を対向する高圧気流にのせて対面衝突させて粉砕する粉砕手段と、粉砕手段によって生成された微粉を分級する分級ロータと、この分級ロータにより分級した粉体を搬送して回収する粉体搬送手段とを備えている。粉砕手段には、高圧気流を噴出する噴出ノズルが互いに対向するように設けられている（例えば特許文献１〜４参照）。

高圧気流式粉砕機では、粉砕手段により、粉体が、対向する高圧気流により互いに強い衝撃力で衝突し微粉化（粉砕）される。所定の粒径に微粉化（粉砕）されてなる微粉は、回転している分級ロータの外部に弾き飛ばされずに該分級ロータの内部に侵入して通過し、粉体搬送手段により搬送されることによって分級される。分級ロータの外部に弾き飛ばされた粉体は、所定の粒径になるまで高圧気流により互いに衝突させられ、微粉化（粉砕）される。高圧気流式粉砕機においては、以上のプロセスにより、粉体の微粉化（粉砕）及び分級が行なわれる。

ところで、この噴出ノズルは、通常、ＳＵＳ（ステンレス合金）からなっているため、噴出ノズルの接粉部に粉体が衝突するとＳＵＳからなる微粉が発生する。これを防止するため、従来、噴出ノズルの接粉部には、ウレタンゴム等からなるライニング膜を保護膜として形成している。

しかし、噴出ノズルのうち高圧気流を噴出するエア吐出部では、製作する際、ライニング膜を被覆した後に吐出口の穴あけ加工を行うのでライニング膜を形成することができない。このため、エア吐出部に粉体が衝突して噴出ノズルを構成する金属（通常はＳＵＳ）からなる微粉が発生し、粉体を粉砕してなる微粉に混入してしまい、純度が低下するという難点がある。
特開平１１−１７１６４７号公報 特開２０００−３３２８２号公報 特開２００１−１４９８０９号公報 特開２００２−１１９８８２号公報

本発明は、上記事実を考慮して、高純度の微粉を得ることができる高圧気流式粉砕装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、高圧気流を噴き出す複数の噴出ノズルを備え、前記噴出ノズルから噴出された高圧気流に乗った粉体同士を衝突させて粉砕する高圧気流式粉砕装置であって、前記複数の噴出ノズルの噴出側を構成するノズル口部が炭化ケイ素焼結体で構成されている、ことを特徴とする。

上記複数の噴出ノズルの配置位置、噴き出し方向は、粉体同士が衝突し易い形態であれば、特に限定しない。

請求項１に記載の発明では、このように、噴出ノズルの噴出側を構成するノズル口部が炭化ケイ素焼結体で構成されている。従って、ノズル口部に粉体が衝突してもノズル口部から発生する微粉の組成は、ノズル口部以外の噴出ノズル部分の組成ではないので、ステンレスなどの金属からなる微粉が発生することはない。従って、高純度の微粉を得ることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記粉体が炭化ケイ素からなる、ことを特徴とする。
これにより、ノズル口部に粉体が衝突してノズル口部から発生する微粉の組成は、粉体同士が衝突して発生する微粉と同じ炭化ケイ素である。従って、高純度の炭化ケイ素の微粉を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、複数の前記噴出ノズルが互いに対向するように配置されている、ことを特徴とする。
これにより、効率良く粉体を破砕して微粉を発生させることができる。

請求項４に記載の発明は、前記噴出ノズルの噴出側には、前記ノズル口部で覆われていない露出部が形成されていて、前記露出部が炭化ケイ素焼結体で構成されている、ことを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、噴出ノズルの噴出側にノズル口部で覆われていない露出部が形成されていても、この露出部はステンレス等の金属では構成されておらずに炭化ケイ素焼結体で構成されている。従って、粉体が露出部に衝突しても、噴出ノズルから金属の微粉が発生することはない。従って、高純度の微粉を得ることが可能となる。

請求項５に記載の発明は、前記ノズル口部が着脱可能に取付けられている、ことを特徴とする。
これにより、長期間の使用等によってノズル口部が変形しても、ノズル口部のみを交換することによって引き続き高圧気流式粉砕装置を使用することができるので、噴出ノズルの寿命を延ばすことができる。

請求項６に記載の発明は、前記噴出ノズルの噴出側には、前記ノズル口部で覆われていない露出部が形成されていて、前記露出部がウレタンゴムからなる保護部材で構成され、前記ノズル口部が取付けられる噴出ノズル本体に前記保護部材が覆い被せられている、ことを特徴とする。

請求項６に記載の発明では、噴出ノズルの噴出側にノズル口部で覆われていない露出部が形成されていても、この露出部は噴出ノズル本体で構成されてはいない。従って、粉体が噴出ノズル本体に衝突することが回避されるので、噴出ノズル本体から微粉が発生して混入することが回避される。また、噴出ノズル本体の寿命が長くなる。更に、保護部材を噴出ノズル本体とは別に製造しておき、噴出ノズルの組み立て時に露出部を噴出ノズル本体に覆い被せることができるので、噴出ノズルの製造工程が簡素になる。

なお、保護部材の材質を、ウレタンゴム（ポリウレタン樹脂）以外に、ポリアセタール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート、アクリル樹脂、シリコンゴム、塩化ビニル樹脂などの他の材質とすることも可能である。

本発明によれば、高純度の微粉を得ることができる高圧気流式粉砕装置を実現させることができる。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る高圧気流式粉砕装置１の構成を示す側面断面図である。高圧気流式粉砕装置１は、下段部から中段部にかけて容器状になっている装置本体１０と、装置本体の上段部を覆う蓋体２０とを備えている。

（装置本体）
装置本体１０は、原料粉体供給部２と、原料粉体供給部２の下方に配置されて高圧気流を噴き出す２つの噴出ノズル３Ｌ、３Ｒと、蓋体２０に設けられた分級ロータ４を通過した微粉を搬送する微粉搬送部５と、微粉搬送部５の下流端に設けられた微粉収容器６と、を主要素として備えている。

原料粉体供給部２は、微粉化される原料粉体（粉体Ｐ）が投入される原料粉体投入口２ａと、投入された粉体Ｐを装置本体１０の内部にまで重力で導く原料粉体導入路２ｂと、を有している。原料粉体導入路２ｂは、高圧気流粉砕装置１の内部に連通する筒体である。

２つの噴出ノズル３Ｌ、３Ｒは、装置本体１０の内部かつ下段部で、原料粉体導入路２ｂの下端側開口部２ｃよりも下方位置に、互いに対向するように設けられている。２つの噴出ノズル３Ｌ、３Ｒは、気体を同時に対向噴射し、高圧気流を、装置本体１０の内部の底部から上方の蓋体２０方向に生じさせることができるように設計されている。

粉体搬送部５は、装置本体１０の内部で原料粉体導入路２ｂの下端側開口部２ｃよりも上方位置に配置されている。粉体搬送部５は、分級ロータ４により分級した粉体を導入する開口部５ａと、開口部５ａから導入された粉体を外部に搬送するための搬送路５ｂとを有する。

開口部５ａは、分級ロータ４の下端面と対向する位置に設けられ、その大きさは分級ロータ４の下端面に設けられた開口の大きさとほぼ同等の大きさに設計されている。また、搬送路５ｂの下流部分はサイロ様に設計されており、微粉収容器６に向けて粉体を落下させることができるようになっている。

微粉収容器６は、開口部５ａより粉体搬送部５に導入されて搬送路５ｂの下流部分から落下される微粉を収容可能に設計された容器である。

（噴出ノズル）
装置本体１０の下段部には、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒをそれぞれ着脱自在に取付可能とされたノズル被取付部７Ｌ、７Ｒが設けられている。ノズル被取付部７Ｌ、７Ｒは装置本体１０の側壁８を貫通しており、装置本体１０の内部で噴出ノズル３Ｌ、３Ｒが取付可能とされている。また、ノズル被取付部７Ｌ、７Ｒの装置本体外部側には、高圧の空気流が供給される高圧空気供給配管（図示せず）が接続される。噴出ノズル３Ｌと噴出ノズル３Ｒとの構成は同一であり、ノズル被取付部７Ｌとノズル被取付部７Ｒとの構成は同一である。

図２、図３に示すように、噴出ノズル３Ｒは、ノズル被取付部７Ｒの雌ねじ部（図示せず）にねじ係合する雄ねじ部３８が形成された噴出ノズル本体４０と、噴出ノズル３Ｒの噴出側に着脱自在にねじ係合するノズル口部５０と、噴出ノズル本体４０の噴出側の構成部分のうちノズル口部５０との接続部４２を除く部分に覆い被された保護部材６０と、で構成される。

噴出ノズル本体４０に形成された雄ねじ部３８は短筒状とされており、雄ねじ部３８の内側には、高圧空気が通過可能なように空洞部４４が形成されている。また、噴出ノズル本体４０の噴出側は、ノズル口部５０と接続するように延び出す短筒状の上記接続部４２と、接続部４２の外周側に張り出したリング状の張り出し部４６とで構成される。張り出し部４６の外周側には鍔部４８が形成されている。

図５に示すように、ノズル口部５０は、接続部４２に形成されている雌ねじ部４３にねじ係合する雄ねじ部５２と、雄ねじ部５２に連続し、外径が雄ねじ部５２よりも大きい略円板状のノズル口部本体５４と、で構成される。ノズル口部５０には、雄ねじ部５２及びノズル口部本体５４を貫通し高圧空気流を通過させる貫通孔５６が形成されている。また、ノズル口部５０には、噴出側に向けてテーパ状に広がるテーパ部５８が形成されており、テーパ部５８の中心部が貫通孔５６に連通している。

図４に示すように、保護部材６０は、接続部４２の外周側から鍔部４８も含めて張り出し部４６の噴出側を覆う中空円板状の被覆部６２と、被覆部６２の外縁部から後方側（雄ねじ部３８の側）に延び出すリング状の中間部６４と、中間部６４の後方側に連続し、鍔部４８の背面側（雄ねじ部３８の側）に引っ掛けられるリング状の引っ掛け部６６と、で構成されており、保護部材６０は鍔部４８で係止される形状となっている。

このような構成により、噴出ノズル３の噴出側であって、張り出し部４６のうちノズル口部５０で覆われていない露出部Ｎは、上記の保護部材６０で構成されている。

本実施形態では、噴出ノズル本体４０の材質がＳＵＳ鋼（ステンレス鋼）であり、保護部材６０の材質がウレタンゴムであり、ノズル口部５０の材質が高純度の炭化ケイ素焼結体（炭化ケイ素の純度が９５％以上）である。

図４に示すように、保護部材６０では、被覆部６２の内径Ｄ４は接続部４２の外径Ｄ４（図３参照）と同じであり、中間部６４の内径Ｄ２は鍔部４８の外径Ｄ２（図３参照）と同じである。被覆部６２の厚みＬ１は接続部４２の延び出し長さＬ１（図３参照）と同じであり、中間部６４の厚みｔ１は鍔部４８の厚みｔ１（図３参照）と同じである。また、引っ掛け部６６の厚みｔ２は、図３に示すように、張り出し部４６の厚みのうち鍔部４８を除く部分の厚みｔ２と同じであり、引っ掛け部６６の内径Ｄ３は鍔部４８の内径Ｄ３と同じである。

（蓋体）
図１に示すように、蓋体２０は、装置本体１０の上方開口部に開閉自在に装着されており、分級ロータ４を備えている。
分級ロータ４は、固定板４ａと、回転軸４ｂと、回転体４ｃと、棒状体（羽根ピン）４ｄと、棒状体（羽根ピン）４ｄと着脱可能にネジ止めされた環状体４ｅと、を備えている。

固定板４ａは、装置本体１０の外部（蓋体２０の上方）に露出した状態で、かつ細目ネジである細目アジャストボルト２１により昇降可能に蓋体２０に螺合されている。

固定板４ａは、円板状であり、その外周部から外方に向けて略等間隔に３箇所、突出部４ｇが設けられている。突出部４ｇの上面は、固定板４ａの上面と平行な平面であり、これが露出平面として機能する。細目アジャストボルト２１は、固定板４ａの外周縁部において、隣接する突出部４ｇから等距離の位置に固定板４ａを貫通した状態で３箇所設けられている。細目アジャストボルト２１の螺旋ピッチは、例えば０．７５ｍｍ／３６０°である。

固定板４ａを貫通した細目アジャストボルト２１には、ナット２２及び２３と、固定板４ａの位置を昇降可能な調整具２４とが螺合されている。そして、ナット２２は、固定板４ａの上側に、調整具２４とナット２３とは上からこの順に固定板４ａの下側に、それぞれ固定板４ａを挟み込むようにして配置されている。

また、露出平面として機能する突出部４ｇの上面には、高精度変位計３０が対向して配置されており、この高精度変位計３０により、該露出平面の位置及びその設定値に対する変位が連続して計測可能である。高精度変位計３０は、蓋体２０に固定された取付具３１に、ネジ止めされて設けられている。

回転軸４ｂは、蓋体２０を貫通した状態で固定板４ａに軸支されており、図示しない動力源により速度可変自在に回転可能である。
回転体４ｃは、円板状部材であり、回転軸４ｂに対し垂直に固定され、回転軸４ｂの回転に伴い同速で回転可能である。

棒状体（羽根ピン）４ｄは、円柱形状であり、その一端が回転体４ｃの外周縁部における同一円周上に着脱可能に複数ネジ止めされている。
環状体４ｅは、回転体４ｃと略同径でその中心部に開口が設けられた円板状部材であり、棒状体（羽根ピン）４ｄにおける上記一端とは反対側の他端と着脱可能にネジ止めされている。

なお、棒状体（羽根ピン）４ｄに摩耗等が生じた場合には、棒状体（羽根ピン）４ｄは、回転体４ｃと環状体４ｅとにネジ止めされているので、このネジとめを解けば、容易に取り外すことができるので、摩耗時の取り替えが容易である。

分級ロータ４の下端面である平面４ｆ（即ち環状体４ｅの表面（開口面））と、開口部５ａとの間隙は、所定間隔以下（例えば０．２ｍｍ以下）である。

以下に、高圧気流式粉砕装置１の作用を説明する。高圧気流式粉砕装置１においては、原料粉体供給手段２の原料粉末投入口６から供給された粉体Ｐが、原料粉体導入路２ｂを通って装置本体１０の内部へ導入される。なお、本実施形態での粉体Ｐは炭化ケイ素焼結体である。

装置本体１０の内部へ導入された粉体Ｐは、原料粉体導入路２ｂより下方に、互いに対向して設けられた噴出ノズル３Ｌ、３Ｒから対向して供給される高圧気流により、互いに強い衝撃力で衝突し合うことにより微粉化（粉砕）される。

その際、衝突せずに噴出ノズル３Ｌ、３Ｒにまで到達した粉体は噴出ノズル３Ｌ、３Ｒのノズル口部５０及び保護部材６０に衝突する。本実施形態では、ノズル口部５０は炭化ケイ素焼結体で構成されており、保護部材６０はウレタンゴムで構成されている。従って、粉体がノズル口部５０や保護部材６０に衝突してもステンレスの微粉が発生して混入することが回避されている。

発生した微粉は、高圧気流による上昇流により、上方で高速回転する分級ロータ４へと搬送される。分級ロータ４の回転力により、搬送されてきた粉体のうち、所定の粒径にまで微粉化（粉砕）されていない粉体は弾き飛ばされ、所定の粒径にまで微粉化（粉砕）された微粉のみが分級ロータ４の内部に侵入し分級ロータ４を通過する。

分級ロータ４を通過した微粉は、環状体４ｅの開口を通過し、開口部５ａを通過し、粉体搬送手段５により微粉収容器６内に搬送され、そこに収容される。

以上説明したように、本実施形態では、粉体Ｐが炭化ケイ素焼結体からなり、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒの噴出側を構成するノズル口部５０が高純度の炭化ケイ素焼結体で構成されているので、ノズル口部５０に粉体が衝突してノズル口部５０から発生する微粉の組成は高純度の炭化ケイ素であり、粉体同士が衝突して発生する微粉の組成と同じである。従って、高純度の炭化ケイ素の微粉を得ることができる高圧気流式粉砕装置１とすることができる。

また、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒが互いに対向するように配置されている。これにより、効率良く粉体を破砕して微粉を発生させることができる。

更に、ノズル口部５０が噴出ノズル本体４０に着脱可能に取付けられている。これにより、ノズル口部５０が粉体によって削られて変形しても、ノズル口部５０のみを交換することによって引き続き高圧気流式粉砕装置１を使用することができるので、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒの寿命を延ばすことができる。

また、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒの噴出側には、ノズル口部５０で覆われていない露出部Ｎが形成されている。そして、この露出部Ｎがウレタンゴムからなる保護部材６０で構成されており、ノズル口部５０が取付けられる噴出ノズル本体４０にこの保護部材６０が覆い被せられている。従って、粉体が噴出ノズル本体４０に衝突することが回避されるので、噴出ノズル本体４０からステンレスの微粉が発生して混入することが回避されるとともに、噴出ノズル本体４０の寿命が長くなる。また、露出部Ｎを噴出ノズル本体４０とは別に製造しておき、噴出ノズル３の組み立て時に露出部Ｎを噴出ノズル本体４０に覆い被せることができるので、噴出ノズル３Ｒの製造工程が簡素になる。

＜試験例＞
本発明の効果を確かめるために、本発明者は、上記実施形態に係る高圧気流式粉砕装置１の一例（以下、実施例の高圧気流式粉砕装置という）、及び、従来の高圧気流式粉砕装置の一例（以下、比較例の高圧気流式粉砕装置という）を用い、粉体Ｐとして炭化ケイ素からなる粉体（平均粒径２１μｍ）を装置内に投入し、装置内で発生して微粉収容器６に捕集された微粉に含まれる不純物量を測定した。なお、比較例の高圧気流式粉砕装置は、実施例の高圧気流式粉砕装置に比べ、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒに代えて従来の噴出ノズルを取付けた装置である。

本試験例における炭化ケイ素粉体の投入量、及び、粉砕条件を以下に示す。
炭化ケイ素粉体の投入量 ：１０００ｇ
噴出ノズルのノズル空気圧 ：７ｋｇｆ／ｃｍ²
分級ロータ４の回転数 ：８０００ｒｐｍ

なお、実施例の高圧気流式粉砕装置、比較例の高圧気流式粉砕装置とも、装置本体内で発生して分級ロータ４を通過して捕集された微粉の平均粒径は２．１μｍであった。

この条件で５回／日で２ヶ月連続稼動した後、捕集された微粉に含まれる金属系不純物の含有量を測定した。実施例の高圧気流式粉砕装置、比較例の高圧気流式粉砕装置の両者についての測定結果を表１に示す。

表１及び表２の結果から分かるように、噴出ノズル３Ｌ、３Ｒを取付けた実施例の高圧気流式粉砕装置では、長期間粉砕を継続して行っても、金属系の不純物の増加量がトータルで０．１ｐｐｍと低いレベルに維持できた。一方、比較例の高圧気流式粉砕装置の場合では金属系の不純物の増加量がトータルで０．１５ｐｐｍであった。従って、実施例の高圧気流式粉砕装置では、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属系の不純物のうち特にＦｅの増加量を大幅に低減させることができた。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る高圧気流式粉砕装置の構成を示す側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る高圧気流式粉砕装置に取付けられた噴出ノズルの側面断面図である。 図２に示した噴出ノズルを構成する噴出ノズル本体の側面断面図である。 図２に示した噴出ノズルを構成する保護部材の側面断面図である。 図５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図２に示した噴出ノズルを構成するノズル口部の正面図、及び、側面断面図である。

符号の説明

１ 高圧気流式粉砕装置
３Ｌ 噴出ノズル
３Ｒ 噴出ノズル
４０ 噴出ノズル本体
５０ ノズル口部
６０ 保護部材
Ｎ 露出部
Ｐ 粉体

Claims (6)

1. 高圧気流を噴き出す複数の噴出ノズルを備え、前記噴出ノズルから噴出された高圧気流に乗った粉体同士を衝突させて粉砕する高圧気流式粉砕装置であって、
   前記複数の噴出ノズルの噴出側を構成するノズル口部が炭化ケイ素焼結体で構成されている、ことを特徴とする高圧気流式粉砕装置。
2. 前記粉体が炭化ケイ素からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の高圧気流式粉砕装置。
3. 複数の前記噴出ノズルが互いに対向するように配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高圧気流式粉砕装置。
4. 前記噴出ノズルの噴出側には、前記ノズル口部で覆われていない露出部が形成されていて、
   前記露出部が炭化ケイ素焼結体で構成されている、ことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の高圧気流式粉砕装置。
5. 前記ノズル口部が着脱可能に取付けられている、ことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の高圧気流式粉砕装置。
6. 前記噴出ノズルの噴出側には、前記ノズル口部で覆われていない露出部が形成されていて、
   前記露出部がウレタンゴムからなる保護部材で構成され、前記ノズル口部が取付けられる噴出ノズル本体に前記保護部材が覆い被せられている、ことを特徴とする請求項５に記載の高圧気流式粉砕装置。

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