JP2010253394A - 分級機構 - Google Patents

Abstract

【課題】かご形の分級ロータをケーシングの中に設けた粒子の分級機構において、分級ロータの外周に発生する旋回流により粒子がケーシング内壁面に押し付けられて滞留することを防止する分級機構を提供する。
【解決手段】外周に複数のブレードを備えたかご形の分級ロータ１をケーシング２の中に設けた粒子の分級機構において、ケーシング２の内壁面に案内羽根５を設けて、分級ロータ１の外周に発生する旋回流を内壁面に沿って下降するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、粉体の製造装置において、分級ロータが作り出す旋回流を利用して分級し、処理原料から不要な微粉あるいは粗粉を除去して所望の粒度分布を有する粉体製品を得るための分級機構に関する。

原料に粉砕処理などを施して製造される処理粉体は、通常、種々の粒径のものが混在した状態で得られる。一般に、粉体製品として要求される粒径、形状はその用途に応じて異なり、その粒径が所望の範囲から外れている粒子を分別するために、分級ロータなどを使って分級することが行われている。

図２６は、一般的な分級ロータの構成図、図２７はその断面を表す概念図である。
分級ロータは、上下を円板に挟まれ外周部には軸方向に多数のブレードを持つ籠形のロータで、図示しない回転駆動装置により回転する。一方の円板には、中心部に微粉を取り出す排出口が設けられ、他方の円板は閉塞されている。図２６に表した分級ロータは、上側の円板に排出口を設けて微粉を上方に取り出す型式である。

処理物として、微粉と粗粉が混在した粉体製品が、ケーシングと分級ロータの間からブレードの隙間を通って分級ロータに流入する気流に乗って、回転する分級ロータの内部空間に供給される。すると、所定の粒度で分級された粗粉成分は分級ロータの外周からケーシング内の空間に放出され、微粉成分は排気と共に排出口から搬出される。

以下に、分級のメカニズムについて説明する。
分級ロータの下流に設けたブロアまたは上流に設けた押し込みファンやコンプレッサによって、分級ロータ外周側から排出口のある中心に向かって気流が生じる。この気流は、分級ロータが回転することにより旋回流となる。旋回流に乗った粒子は、回転による遠心力と、中心に向かう気流に流される向心力とを受ける。
粒子が受ける遠心力は、粒子の質量ｍに比例し、旋回流の流速Ｖθの２乗に比例する。粒子の質量ｍは、粒径Ｄの３乗に比例する。一方、粒子が受ける向心力は、粒子の投影面積Ｂに比例し、内向き流速Ｖｒに比例する。粒子の投影面積Ｂは粒径Ｄの２乗に比例する。したがって、大きい粒子ほど遠心力が強いため外側に移動し、小さい粒子は中心に移動する。向心力と遠心力が釣り合う粒径が理論上の分級点となる。

旋回流の流速Ｖθを上げるほど遠心力が大きくなるので、分級点は細かくなり、また、吸引エア量や押し込みエア量を少なくするなどして、内向き流速Ｖｒを遅くするほど向心力が小さくなるので、分級点は細かくなる。
分級ロータのブレードが旋回流の起点となり、分級ロータ内での旋回流の流速Ｖθは中心に近づくほど速くなる。また、内向き流速Ｖｒも、旋回流の流速Ｖθと同じ割合で中心に近づくほど高速になる。粒子に作用する力は、遠心力が旋回流の流速Ｖθの２乗に比例し、向心力が内向き流速Ｖｒに比例するので、排出位置が分級ロータの中心に近いほど、分級点が細かくなる。

分級は、ロータ外周近傍とロータ中心部の排出口の間で行われる。ロータ外径と排出口径の差が大きいほど、旋回流速が速くなり、分級点が細かくなる。排出口における流速には制約があるので、吸引風量に対応して適当な口径が決まる。したがって、分級できる粒径の下限を下げるためには、ロータ外径を大きくして、ロータ外径と排出口径の差を大きくする。なお、分級装置の型式により吸引風量が決まる。

排出口に気流を流すためには、下流側に設けたブロアからの吸引に限らず、上流側に設けたファンやコンプレッサによる押し込みも利用できる。また、吸引と押し込みを併用することもできる。たとえば、ジェットミルに内蔵する分級機構では、通常、押し込みと吸引を併用し、独立した分級機として使用する場合は、一般に、吸引のみを使用する。

垂直な回転軸の周りに回転する分級ロータが、天井を有する筒形のケーシングの天井近くに配置されている。ケーシングの形状は、多くは円筒形であるが、必ずしも円筒である必要はない。また、通常は、分級ロータの回転軸とケーシングの中心軸は一致するようになっているが、もちろん、一致しなくても良い。

分級ロータの外側における、分級ロータとケーシングとの間にも、分級ロータの回転に伴い旋回流が発生する。分級ロータの外側に排出された粗粉や分級前の粉体がこの旋回流に巻き込まれると、遠心力でケーシング壁面に押し付けられることになる。分級された粗粉は、ケーシングの底に向かって下降して分離する必要があるが、壁面に押し付ける力が強いと分級ロータの高さ付近で滞留したり、上に押し上げられてケーシング天板付近に滞留し、粗粉成分の濃度が上昇する場合がある。分級ロータの位置における粗粉濃度が上昇すると、分級効率を低下させたり、処理原料の種類によっては、ケーシングの壁に付着したり固着したりすることがある。

なお、分級ロータの外側に生成する旋回流は、分級ロータから離れるに従って流速が低下するので、ロータ外径とケーシングの距離が十分確保できれば問題は生じない。しかし、分級装置の下限粒径を下げるためロータ径を大きくした場合など、ロータ外径とケーシング内壁との距離を十分確保できないときには、分級ロータの周辺に粉体が滞留する現象が起きやすい。なお、ロータ外径と排出口径の差が小さい分級ロータでは、ケーシングまでの距離を持たせることは容易であるが、下限粒径を下げるにはより高速でロータを回転させる必要があり、ロータ外側近傍における旋回流の流速が速くなるので、ロータ外径とケーシングまでの距離を十分確保する必要がある。

また、図２６と図２７に表示した分級装置のように、微粉成分を分級ロータの上部から排出するものでは、回転する排出管を保持する軸受部があり、粉が侵入しないようにロータシール部を設けて、ロータシールにシールエアを供給する必要がある。ケーシング天板付近に粗粉が滞留すると、排出する微粉に粗粉が混入しないように、大量のシールエアを流す必要があるので、設備コストや操業コストが上昇することになる。

図２８は、一般的な分級ロータの別例を示す構成図、図２９は、その断面を表す概念図である。図２８に示した分級ロータは、下側の円板に排出口を設けて微粉を下方に取り出す型式である。
図２８と図２９に表示した分級装置のように、微粉成分を分級ロータの下部から排出するものでは、分級ロータの回転軸を保持する軸受部の他に、分級ロータの下部に微粉を取り出す排出口と微粉を輸送する固定配管の間をシールするロータシール部を設けて、ケーシング内部の粉体が分級された微粉に混入しないように、シールエアを供給する必要がある。分級ロータ付近に粗粉が滞留すると、大量のシールエアを流す必要が出てくる。

したがって、分級ロータの外側に生成する旋回流によるケーシング壁面での粒子の滞留や上昇を排除し、分級された粗粉がスムーズにケーシングの底の方に下降するようにすることが望まれる。

分級ロータは、単独の分級機として、粉体処理設備に組み込まれて、処理粉体から所望の粒径範囲の粉体製品を分離する機能を果たすことができる。また、分級ロータを組み込んで、望む粒径に達した粒子を分離しながら粉砕する粉体処理装置もある。

たとえば、特許文献１には、流動層式対向ジェットミルに分級機構を内蔵させた粉砕分級装置が開示されている。開示された粉砕分級装置は、分級ホイールを粉砕容器から上方へ引き上げて分級ホイール部分に簡単にアプローチできると共に、粉砕容器に軸支されていて簡単に元に戻せるので、品種切り換え時にも容易に清掃することができるところに特徴がある。

また、特許文献２には、流動層式粉砕分級装置が開示されている。開示された装置は、ジェットノズルのジェット噴流で粉砕された被粉砕物を効率良く分級装置に導くと共に、粉体の舞上がりを抑制する流動層調整治具を流動層内に設けたものである。流動層調整治具は、特定の角度を有する円錐形の異物を流動層の上に設けることにより、製品粒度に近いもの以外は必要以上に上昇させず、かつ被破砕物は破砕に至るまで粉砕ノズル近傍に滞留させるようにして、粉砕性能と分級性能の向上を図るものである。

しかし、上に挙げた各特許文献には、分級ロータの外側に発生する旋回流によって粗粉が滞留する問題に言及もしくは示唆するものも、ましてやこの問題の解決手段を教示もしくは示唆するものもなかった。

特開２００２−０３５６３１号公報 特開２００４−１１３８４１号公報

そこで、本発明の解決しようとする課題は、かご形の分級ロータをケーシングの中に設けた粒子の分級機構において、分級ロータの外周に発生する旋回流により粒子がケーシング内壁面に押し付けられて滞留することを防止する分級機構を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に係る第１の観点による分級機構は、外周に複数のブレードを備えたかご形の分級ロータをケーシングの中に設け, 分級ロータを回転させる駆動装置と、分級ロータの中央部に接続した分級した粒子を排出する排出管と、分級ロータを収納するケーシングとを備えた、粒子の分級機構であって、ケーシング内壁面に案内羽根を設けて、分級ロータの外周に発生する旋回流を内壁面に沿って下降させるようにしたことを特徴とする。

ケーシング内壁面に設けられた案内羽根は、ケーシング内壁面に沿った下降気流を助勢するので、旋回流により内壁面に押し付けられる粒子は、案内羽根に沿って下方に流れる下降流に搬送されて、ケーシングの底部に運ばれる。したがって、粒子がケーシング内壁の分級ロータの付近に滞留することがない。また、天井部分に滞留した粒子がシール機構に侵入、通過して、微粉に粗粉が混ざったり、壁面に固着したりすることもない。分級ロータ付近で粒子の滞留がなくなるので、分級ロータへの粒子の流入排出が円滑になり、分級効率が向上する。なお、案内羽根による下降気流の助勢は、比重が小さく流動性の悪い対象に特に有効である。

また、本発明の分級機構は、ケーシング内壁面に設けられる案内羽根が、旋回流の流れる方向に向けて下降する複数のスパイラル状の襞として形成されることを特徴とする。案内羽根の襞は、一定角度あるいは漸増する角度を持つように形成されることが好ましい。
また、案内羽根を内壁面に固定したスリーブを、ケーシング内壁面に着脱可能に設置するようにすることもできる。処理する粒子の特性や処理量や旋回流速に対して、適した角度や形状を有する案内羽根を選択して利用することができる。

案内羽根は、襞の角度が可変であってもよい。さらに、案内羽根をスプリングで形成して、襞の角度を簡単に変化させることができるようにしてもよい。スプリングで形成した案内羽根は、旋回流速に対応して適した角度になるように微調整することができ、また運転中においても傾きなどを操作することができる。

本発明の分級機構は、これを内部に組み込んで分級装置とすることができる。また、本発明の分級機構は、各種の粉体処理装置に組み込むことにより、効率の高い粉体処理を行うようにすることができる。さらに、本発明の分級機構を組み込んだ分級装置を、粉体処理設備に組み込むことにより、効率の高い粉体処理を行うようにすることができる。

本発明の実施形態に係る分級機構の例を示す構成図である。 本実施形態の分級機構の別例を示す構成図である。 本実施形態の分級機構における案内羽根を内壁に形成したスリーブを設けたケーシング内壁面を例示する断面図である。 本実施形態の分級機構における案内羽根を設けたケーシング内壁面を例示する断面図である。 本実施形態の分級機構の案内羽根の１例を示す図面である。 本実施形態の分級機構の案内羽根の別例を示す図面である。 本実施形態の分級機構の案内羽根のさらに別の例を示す図面である。 本実施形態の分級機構の案内羽根の傾きを説明する図面である。 本実施形態に使用する案内羽根の断面を示す図面である。 本実施形態に使用する別の案内羽根の断面を示す図面である。 本実施形態に使用するさらに別の案内羽根の断面を示す図面である。 本実施形態において内壁面から離れた状態で固定された案内羽根を示す断面図である。 本実施形態の分級機構の案内羽根をスプリングで形成した例を示す斜視図である。 図１３に示した案内羽根の調整機構を説明する図面である。 本実施形態に使用する分級ロータの変形例を示す断面図である。 本実施形態に使用する分級ロータの別の変形例を示す断面図である。 本実施形態に使用する分級ロータのさらに別の変形例を示す断面図である。 本実施形態において分級ロータの外周とケーシングの案内羽根との距離関係を説明する図面である。 本実施形態の分級機構におけるケーシングの別例を示す図面である。 本発明の分級機構を組み込んで形成された分級機を示す図面である。 本発明の分級機構を組み込んだ流動層式ジェットミルの例を示す図面である。 本発明の分級機構を組み込んだ流動層式ジェットミルの別例を示す図面である。 本発明の分級機構を組み込んだ流動層式ジェットミル設備を示すフロー図である。 本発明の分級機構を組み込んだ分級設備のフロー図である。 本発明の分級機構と微粉砕機とを組み込んだ閉回路粉砕設備のフロー図である。 従来技術の１例として微粉をロータの上部から排出する分級ロータを示す構成図である。 図２６に示した分級ロータの断面を表す概念図である。 従来技術の別例として微粉をロータの下部から排出する分級ロータを示す構成図である。 図２８に示した分級ロータの断面を表す概念図である。

以下、本発明に係る分級機構について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図面においては、同じ機能を有する構成部材については同じ参照番号を付して説明を簡約にし、説明の重複を避けるようにした。
図１は、本発明の１実施形態の分級機構の例を示す構成図である。図面は、ケーシング部を半分に切断して内部が見えるようにした一部断面図になっている。

図１の分級機構は、分級した微粉を上方に取り出す方式の分級ロータ１をケーシング２内の天井近くに設けて、さらに、ケーシング２の内壁面に複数のスパイラル状の案内羽根５をほぼ等間隔に設けたものである。図１の分級機構は、案内羽根５を除けば、図２５に示したものと同じ型式である。また、分級ロータ１は、上下を円板に挟まれ外周部には軸方向に多数のブレードを並べた籠形のロータで、軸受部４に内蔵された回転軸が図外の駆動装置で駆動されることにより回転する。上側の円板には、中心部に微粉を取り出す排出口が設けられ、下側の円板は閉塞されている。排出口は排出管３に接続されていて、分級した微粉を上方に取り出す型式である。

また、案内羽根５はスリーブ６に固定され、案内羽根を固定したスリーブ６がケーシング２内壁に着脱可能に嵌入されている。案内羽根５は、ケーシング２天井付近から分級ロータ１の下端より下まで延びていて、分級ロータ１の高さをＨとするとき、分級ロータ１下端より下の部分の高さｈが１／３Ｈ以上あることが好ましい。

操業中の分級機構には、図外の吸引ブロワ、あるいは押し込みファンやコンプレッサなどによって、ケーシング２の下方から分級ロータ１の内部空間を通って排出管３へ流れる搬送気流が形成される。分級ロータ１は、軸受部4に内蔵された回転軸が図示しない駆動装置で駆動されることにより回転して、分級ロータ１の内部を流れる気流を旋回流とすると共に、分級ロータ１の外周部分にも旋回流を形成する。

適宜の手段でケーシング２内に供給される処理物は、ケーシング２下方から分級ロータ１を通って排出管３に流れる搬送気流に搬送されて、分級ロータ１内部の空間に供給される。処理物には微粉と粗粉が混在するが、分級ロータ１の分級作用によって、分級点を境にそれより微粉の成分が排出管３に排出され、粗粉成分が分級ロータ１の外周部の外に放出される。
分級ロータ１の外周から放出された粗粉成分と新しく供給されてくる処理物の一部は、分級ロータ１外周部に形成された旋回流に巻き込まれて遠心力を得てケーシング２の内壁に押し付けられる。

しかし、この旋回流はケーシング２内壁面に形成された案内羽根５によって内壁に沿って下方に導かれて下降流を形成するので、粗粉成分などは、ケーシング２内壁に滞留したり天井側に移動したりせず、下降流に搬送されてケーシング２内壁に沿って下降する。したがって、ケーシング２天井部における粗粉成分の濃度が増加することもなく、一旦分級された粗粉成分が再度分級ロータ１に供給されて分級効率を低下させることを防ぐことができる。また、ロータシール部に供給するシールエアの低減ができる。さらに、処理物等の粘着性が高くても、処理物等が壁面に付着したり固着したりする心配は少ない。

図２は、本発明の１実施形態の分級機構の別の例を示す構成図である。
図２の分級機構は、図２８に示した分級機構に対応するもので、分級した微粉を下方に取り出す方式の分級ロータ７をケーシング２内の天井近くに設けて、さらに、ケーシング２の内壁面に複数のスパイラル状の案内羽根５をほぼ等間隔に設けたものである。図２の分級機構は、分級微粉の取り出し方向が異なることを除けば、図１に示した分級機構と同じ構成で、分級ロータ７の下側の円板には、中心部に微粉を取り出す排出口が設けられ、上側の円板は閉塞されている。排出口はロータシール部９を介して排出管８に接続されている。ロータシール部９は、図２９に示されたように、ケーシング２内部の粗粉成分が排出管８に排出される微粉成分と混合しないように、空気配管１０から供給されるシールエアによりシールする。

図２の分級機構も、分級ロータ７の外周から放出された粗粉成分と新しく供給されてくる処理物の一部は、分級ロータ７外周部に形成された旋回流に巻き込まれて遠心力を得てケーシング２の内壁に押し付けられる。しかし、図１に示した分級機構と同様に、分級ロータ７外周付近に生成した旋回流がケーシング２内壁面に形成された案内羽根５によって、ケーシング２の内壁に沿って下方に流れる下降流を形成し、分級された粗粉成分などは下降流に搬送されてケーシング２内壁に沿って下降する。
したがって、ケーシング２の天井部における粗粉成分の濃度が増加することもなく、一旦分級された粗粉成分が再度分級ロータ７に供給されて分級効率を低下させることを防ぐことができる。また、ロータシール部９や軸シールに供給するシールエアの低減ができる。さらに、処理物等の粘着性が高くても、処理物等が壁面に付着したり固着したりする心配は少ない。

図３と図４は、本発明における案内羽根５の例を説明する一部断面図である。図３，４は、分級ロータなどを取り外した状態のケーシング２内面を表示したものである。
図３の案内羽根５は、スリーブ６の内壁面の上端から下端まで複数のスパイラル状の襞としてほぼ等間隔に存在する。このスリーブ６をケーシング２の上端内縁部に形成した溝に脱着可能に嵌合させることにより、ケーシング２の内壁面に案内羽根５を配設することができる。
したがって、分級機構の運転条件が変化したときには、スリーブ６を交換することにより簡単に、運転条件に対して最適な性能を有する分級機構とすることができる。
図４の案内羽根５は、ケーシング２の内壁面１１に直接に形成したものである。案内羽根５の形状及び性能は、図３のものと同じものとすることができる。案内羽根５の交換はやや困難であるので、対象が限られた分級機構に適用すると、経済的効果が高い。

図５から図８は、案内羽根５の傾きθを説明する図面である。図５から図７の各図において、（ａ）図はスリーブ６の上方斜め前から見た斜視図、（ｂ）図はスリーブ６を半分に割ったときの内壁面の状態を示す側面図である。
図５は、スリーブ６の内壁面に配置された案内羽根５の傾きθが、スリーブ６の中心軸に対して４５度であるスリーブ６を表す図面、また、図６は、案内羽根５の傾きθが、スリーブ６の中心軸に対して６０度であるスリーブ６を表す図面である。
案内羽根５の傾きθがスリーブ６の上端から下端まで一定である場合は、傾きθは３０°以上８０°以下であることが好ましい。なお、分級ロータ回転数が高いと、傾きθが大きくても下降流の下向き成分が大きくなる。

図７は、案内羽根５の傾きθが連続的に変化するスリーブ６を表す図面である。図７の案内羽根５の傾きθは、スリーブ６の上端から下端に向けて０°から９０°まで徐々に増加する。
下降流は、案内羽根５の傾きθが小さいほど下向き速度が速くなる。したがって、ケーシング上端部から徐々に加速して分級ロータ１下端以下で十分な高速下降流とするために、上部では傾きθを大きくし、ロータ下端部より下になってから傾きθを小さくすることが好ましい。

図５から図７では、案内羽根５はスリーブ６の内面に形成されているが、案内羽根５がケーシング２の内壁面に直接形成された場合も、全く同じである。
なお、ここで、案内羽根５の傾きθは、図８に示すように、スリーブまたはケーシングの円筒軸１２に対する傾きを意味する。

図９から図１１は、本実施態様において使用される案内羽根５の断面形状を表す図面である。図９（ａ）に表した案内羽根５は、最も一般的な断面を有し、スリーブ６の内壁に帯板状の羽根を固定したものである。なお、スリーブ６を用いない場合は、ケーシングの内壁に直接羽根を固定すればよい。このような形態では、製作が容易であるが、旋回流の下流側背面に処理物の付着が生じやすい。図９（ｂ）に示すように、下流側背面に渦流が生じやすいためと考えられる。頻繁に清掃を行う必要がある処理物を対象とする場合、あるいは頻繁に清掃を行う必要がある装置の場合は、この形状は清掃性が悪いので避けた方がよい。

図１０（ａ）の案内羽根５は、案内羽根５とスリーブ６あるいはケーシングとの接合部にＲ部を形成して仕上げたものを概念的に表示したものである。図９に示した案内羽根より清掃性がよいので、頻繁に清掃を行う必要がある場合には、図１０の案内羽根５を利用することが好ましい。ただし、図１０（ｂ）に矢印で示すように、旋回流の上流側に当たる側面に過大なＲを与えると、旋回流が内向きの流れに変化するので、好ましくない。

図１１に示した案内羽根１９は、上流側に旋回流に対して垂直な壁を形成し、下流側背面に傾斜を形成して渦流の発生を防止した案内羽根である。製作は複雑であるが、旋回流を下降流に変換する効率が高く、好ましい。

なお、案内羽根５は、必ずしもスリーブ６やケーシング２の内壁面に密着させる必要はない。図１２は、スリーブ６の内壁面から離れた状態で固定された案内羽根５を示す断面図である。スリーブ６を使わないときは、ケーシング２の内壁面に対して案内羽根が離れた状態で固定すればよい。図１２（ａ）は、最も一般的な帯板状の案内羽根５を示すもの、図１２（ｂ）は、下流側背面に傾斜を形成して渦流の発生を防止した案内羽根１９を示すものである。
案内羽根と内壁面との間が空いている場合は、旋回流を下降流に変換する効率は低下するが、処理物などが滞留したり付着したりし難くなり清掃も容易になるので、処理対象の切り換えなどにおける清掃性が向上する。

図１３及び図１４は、案内羽根をスプリングで形成して、案内羽根の傾きθを適宜調整できるようにした分級機構を説明する図面である。なお、図１４（ａ）は、案内羽根の調整機構を示す平面図、図１４（ｂ）は、その一部断面側面図である。
図１３に示した案内羽根１３は、１枚ずつがほぼ1周分の長さを有するリング状の板バネで、これを適当数、ほぼ等間隔に周方向にずらした形に配置して、両端部を上側リング１４と下側リング１５で固定したものである。板バネが案内羽根１３になって、分級ロータの外周に発生する旋回流を下側に案内し、下降流に変化させる。案内羽根１３は、ケーシング２の内壁面から浮いていてもよい。

図１４（ｂ）に示すように、ケーシング２上部のロータ軸受部や排出管などの円筒部に取り付けたハンドル１８付きナットを回すと、ナットで上下方向を拘束され、回転方向は自由になったロッド取り付けプレート１７を上下に動かすことができる。ロッド取り付けプレート１７を上下に動かしてロッド１６を上下に移動させることにより、下側リング１５を上下することができる。下側リング１５が上下すると、リング間距離が変化するので案内羽根１３の傾きを調節することができる。ロッド１６の調整は、分級機構の運転中でも行うことができる。
なお、ロッド１６の伸縮に伴い、上側リング１４と下側リング１５の位相が変化するので、上側リング１４は、ケーシング２の天板下面で自由に回転できるように構成され、ロッド１６の伸縮に従って適宜に摺動して位相差を調整することができるようになっている。

図１５から図１７は、分級ロータ１の変形例を示す断面図である。これら変形例では、分級ロータ１の外周下部に径が小さい通路が設けられ、回転による遠心力が最大になる大径領域から粗粒成分が排出される一方、処理物は外周下部の遠心力が低下する領域から分級ロータ１の内部空間に搬入されて、分級ロータ１のブレード２０とロータ内部の機構で分級される。

図１５に示した分級ロータは、分級ロータ１の下側円板２３の径を上側円板２２の径より小さくして、分級ロータ１の外周部分で上側円板２２と下側円板２３の間に設置されたブレード２０の下側端部に搬送気流が通る通路２１を設けたものである。このような通路２１があると、下方から搬送してくる処理物が分級ロータ１の内部空間に搬入されやすい。このような形状を有する通路２１を備えた分級ロータ１であっても、案内羽根５は機能を発揮して、ブレード２０の働きにより分級ロータ１の外周に発生する旋回流をケーシングの内壁で下降流に変換することができる。

図１６に示した分級ロータ１は、ブレード２４の高さを増加し、ブレード２４の下端の開口２５も大きくして、図１５の分級ロータ１より、ブレード２４による分級効果を高めたものである。
また、図１７に示した分級ロータ１は、径の異なる上側円板２２と下側円板２３の先端同士を斜めに渡したブレード２６を備えるもので、下方から供給される処理物を受け入れ易くしている。
これらの分級ロータ１は、通常の分級ロータより圧損が少ないというメリットがあり、比較的粗い粒径をもつ処理物を大量に処理する場合に有利である。

図１８は、ブレード２０が配設された分級ロータ１の外周と、ケーシング２の内壁面に配設された案内羽根５との距離関係を説明する図面である。案内羽根５の高さｄは、分級ロータ１の外周とケーシング２の内壁面との距離Ｄによって適当な範囲がある。図２７や図２９に示したような従来から使用している上下の円板の径が等しくブレードが回転軸に平行になっている分級ロータを使うときには、ｄがＤの１／３以下、すなわちｄ≦１／３Ｄ、であることが好ましい。また、図１５から図１７に示したような、分級ロータ１の下側円板２３が上側円板２２より小さくてブレード２４の開口が、処理物が下側から侵入し易くなっている分級ロータ１では、ｄがＤの１／２以下、すなわちｄ≦１／２Ｄ、であることが好ましい。

図１９は、ケーシング２の壁を外側に向かって傾斜させた分級機構を示す図面である。分級ロータ１の外周部に形成される旋回流は、ケーシング２の傾斜壁２７に当たって下方に偏向し、下降流となる。したがって、分級ロータ１から放出される粒子は、下降流に搬送されて下方に降下し、ケーシング２の天井付近に滞留したり付着したりしない。傾斜壁２７を適用する場合は、案内羽根がなくても旋回流は下降流に変換することができるが、ケーシングの胴径が大きくなる欠点がある。また、底部で所定の径までつぼまるようなケーシングを備える装置に適用する場合などでは、傾斜壁を備えることにより上部でケーシングの胴径が拡大するため、装置高が大きくなる傾向がある。

本発明の分級機構は、単独の分級機に組み上げて粉体処理設備に組み込み、処理粉体から所望の粒径範囲の粉体製品を分級する機能を果たすことができる。また、本発明の分級機構を粉砕処理装置の内部に組み込んで、望む粒径に達した粒子を分離しながら粉砕するようにしてもよい。

図２０（ａ）は、本発明の分級機構を組み込んで形成された分級機を示す一部断面図、図２０（ｂ）は分級機に用いられる２次エア導入機構の断面図である。図２０の分級機は、本発明の分級機構のケーシング２の下方に粗粉排出管２８と被処理物供給配管２９を備え、中間に２次エア導入機構３０を備える。被処理物供給配管２９から１次エアにより搬入された処理物が、分級機構で微粉と粗粉に分級される。微粉は、エアと共に排出管３を通して図外のサイクロンなどの捕集機に搬出されて回収される。粗粉は、ケーシング２内を下降し、ケーシング下部の粗粉排出管２８から排出される。

２次エア導入機構３０は、中心部に被処理物供給配管２９が固定され、被処理物供給配管２９の周囲を循環する円環路３２が形成され、円環路３２の内側に多数のルーバ３３が設けられたものである。２次エア供給管３１から円環路３２に供給された２次エアは、ルーバ３３を通って旋回する上昇流となり、ルーバ３３と被処理物供給配管２９の間からケーシング２内に供給される。
２次エア導入機構３０から供給される旋回上昇流は、被処理物供給配管２９の排出口と分級ロータ１の間の空間に存在する粒子を分散させて分級効率を良くする効果を有し、ケーシング２内を降下する粗粉中に含まれる微粉成分を再度分級ロータ１に導いて分級効率を向上させる効果を有する。

分級ロータ１のブレードに対向する位置に設けられた案内羽根５は、分級ロータ１の近傍に余分な旋回流が発生することを抑制し、効率よく下降流に変換して粒子の滞留を抑制し、分級ロータ１と１次エア導入機構３０の間における循環がスムーズになって、分級効率が向上する。
本実施形態の分級機は、分級した粗粉を粉砕機に戻して仕様に適合する微粉になるまで粉砕を繰り返す閉回路粉砕に利用することができる。

図２１及び図２２は、本発明の分級機構を組み込んだ流動層式ジェットミルを示す図面である。図２１は、分流した微粉を上方に取り出す型式の分級ロータ、図２２は分流した微粉を下方に取り出す型式の分流ロータを適用したもので、他の構成に相違はない。
分級ロータ１をケーシング２の内部上端部に備えて、ケーシング２の下部に複数のジェットノズル３４を備えている。ジェットノズル３４から噴出する噴流は、周囲の処理物を巻き込み摩砕や衝撃により粉砕する。処理物をより効率的に粉砕するように、互いに対向する位置にジェットノズル３４を設けてジェット流が衝突するように配置することが好ましい。ジェットノズル３４で粉砕された処理物は、ケーシング２の中心部を上昇し、分級機構部で微粉と粗粉に分かれる。粗粉は、ケーシング２の内壁面付近を降下し、噴流に巻き込まれて再度粉砕される。微粉は、製品としてジェットミルの機外に搬出される。
案内羽根５を設けたため、分級ロータ１近傍での無駄な旋回流を抑制し、上下の循環が活発化して、粉砕効率が向上する。

図２３は流動層式ジェットミルの設備を示す設備フロー図、図２４は分級設備の設備フロー図、図２５は微粉砕機と組み合わせた閉回路粉砕設備を示す設備フロー図である。
図２３の流動層式ジェットミル設備は、原料供給機４１と分級機構付きジェットミル４２とサイクロン４３とバグフィルタ４４とブロア４５を直列に繋いだものである。

原料供給機４１が、処理物を分級機構付きジェットミル４２に定量的に供給し、分級機構付きジェットミル４２が、底部に設けたジェットノズルに圧縮空気を供給して処理物を粉砕し、粉砕された粒子を分級して、微粉成分をサイクロン４３とバグフィルタ４４により分別して、それぞれの粒度の粉体製品として排出する。分級機構とサイクロン４３とバグフィルタ４４における気流は、ブロア４５が空気を吸い込むことにより生成される。
分級機構付きジェットミル４２は、上部に設けられた分級機構により、処理中の微粉と粗粉を分級して、粗粉はジェットノズル部に戻して繰り返し粉砕をし、所定の粒度以下になった微粉はサイクロン４３やバグフィルタ４４を介して分別され、製品として排出される。

図２４の分級設備は、原料供給機４１と分級機４６とサイクロン４３とバグフィルタ４４とブロア４５を直列に繋いだものである。分級機４６は、本発明の分級機構を組み込んで形成された分級機である。図２４に示す分級機４６は、微粉成分を上方に引き出す型式のものである。

ブロア４５が系内の空気を吸引すると、１次エアとして外気から分級機４６に気流が供給され、分級機４６から排出される気流がサイクロン４３とバグフィルタ４４を直列に流れて、ブロア４５から外気に放出される。分級機４６にはさらに、機内循環を活発化するため２次エアが供給されている。
原料供給機４１は、粗粉と微粉が混合した処理物を定量的に分級機４６の１次エア配管に供給する。分級機４６では、粗粉成分と微粉成分を分級して、粗粉成分をケーシング下から排出する。分級機４６で分級された微粉成分は、サイクロン４３とバグフィルタ４４のそれぞれで適宜の粒度に分類された製品として排出される。

図２５の閉回路粉砕設備は、空気冷却器４８と原料供給機４１と粉砕機４７と分級機４６とサイクロン４３とバグフィルタ４４とブロア４５を繋いだものである。分級機４６は、本発明の分級機構を組み込んで形成された分級機である。粉砕機４７は、特殊な溝形状をもつロータの高速回転と、ステータが発生させる無数の渦流によって、粒子同士が激しく衝突、接触を繰り返し、優れた粒度分布の粉体を生みだすようにした、微粉砕機であることが好ましい。

粉砕される原料は、原料供給機４１から定量的に１次空気に混入され、粉砕機４７に供給される。粉砕機４７に供給される１次空気は、ブロア４５により外気から吸引され、空気冷却器４８で冷却されている。粉砕機４７で微粉化された原料は、分級機４６に搬入され、所定の粒度で分級される。分級された粗粉成分は、分級機４６の底から粉砕機４７の１次空気に混入されて、再び粉砕処理を受ける。一方、分級機４６で分級された微粉成分は、サイクロン４３とバグフィルタ４４のそれぞれで適宜の粒度に分類された製品として排出される。

本発明の分級機構、および分級機構を組み込んだ装置や設備は、トナーや粉体塗料のような樹脂系製品などの化成品類、鉱物、金属、食品、薬品など、有機、無機に関係なく、各種材料の様々な粉の製造に利用することにより、生産などの効率化に寄与することができる。

１ 分級ロータ
２ ケーシング
３ 排出管
４ 軸受部
５ 案内羽根
６ スリーブ
７ 分級ロータ
８ 排出管
９ ロータシール部
１０ 空気配管
１１ 内壁面
１２ 円筒軸
１３ 案内羽根
１４ 上側リング
１５ 下側リング
１６ ロッド
１７ ロッド取り付けプレート
１８ ハンドル
１９ 案内羽根
２０ ブレード
２１ 通路
２２ 上側円板
２３ 下側円板
２４ ブレード
２５ 開口
２６ ブレード
２７ 傾斜壁
２８ 粗粉排出管
２９ 被処理物供給配管
３０ ２次エア導入機構
３１ ２次エア供給管
３２ 円環路
３３ ルーバ
３４ ジェットノズル
４１ 原料供給機
４２ ジェットミル
４３ サイクロン
４４ バグフィルタ
４５ ブロア
４６ 分級機
４７ 粉砕機
４８ 空気冷却器

Claims (8)

1. 外周に複数のブレードを備えたかご形の分級ロータと、
   該分級ロータを回転させる駆動装置と、
   前記分級ロータの中央部に接続した分級した粒子を排出する排出管と、
   前記分級ロータを収納するケーシングとを備えた分級機構であって、
   前記分級ロータが回転することにより該分級ロータ外周部に発生する旋回流を前記ケーシングの内壁面に沿って下降させる案内羽根を該内壁面に設けた分級機構。
2. 前記案内羽根が、前記旋回流の流れる方向に沿って下降する複数のスパイラル状の襞として形成される、請求項１記載の分級機構。
3. 前記案内羽根の襞は、一定角度のあるいは漸増する角度の傾きを持つように形成される、請求項２記載の分級機構。
4. 前記案内羽根を内壁面に固定したスリーブを、前記ケーシング内壁面に着脱可能に設置した、請求項２または３に記載の分級機構。
5. 前記案内羽根をスプリングで形成して、前記ケーシング内に該スプリングの角度を調整可能に設置した、請求項２または３に記載の分級機構。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の分級機構を、内部に組み込んだ粉体処理装置。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の分級機構を、内部に組み込んだ分級装置。
8. 請求項６または７記載の分級装置を要素として備えた粉体処理設備。