JP4026051B2 - 分級機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、その遠心分離方向と反対方向に分級空気が外側から内側に貫流する分級ロータを持つ分級機に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種の分級機の分級ロータは、通常はリング状に配置された回転軸と平行に伸びる分級羽根を備える。これらの分級羽根は、回転軸に対して斜めに伸びるものとすることも、半径方向に角度をつけて配置したり、あるいは折り曲げた形状とすることもできる。
【０００３】
分級機は、粉砕された粉粒物を少なくとも粒度の小さい細粒物と、粒度の大きい粗粒物とに分離するのに用いられる。それぞれの粒子を細粒物と粗粒物のいずれに分類するかは、分級粒径によって決められる。
【０００４】
分級粒径と同粒径の粒子に対しては、分級ロータにおいて力の釣り合いが生じる。すなわち、分級ロータの回転によって生じる外側に向く遠心力と、吸引気流によって生じる内側に向く吸引力との釣り合いである。
【０００５】
分級粒径よりも粒度の小さい粒子は、吸引力に支配されるので内側に搬送されるが、それに対して分級粒径より粒度の大きな粒子は、遠心力に支配されるので外側に遠心分離される。
【０００６】
分級機によって得られる分級粒径は、主として分級ロータの直径または円周速度に依存する。構造、大きさが同じであれば、分級ロータの円周速度ないし回転数の高いものほど、細かい分級粒径が得られる。しかし、分級ロータの回転数が高くなるにつれて分級羽根の磨耗や消費動力が著しく上昇するので、適度の分級粒径に抑えるのが機構的にも経済的にも妥当である。
【０００７】
他方、分級ロータの円周速度と分級ロータ円周部における分級空気の流入速度を一定に保つならば、分級ロータの直径が大きくなるほど、またそれに対応して流入する空気量が上昇するほど、分級粒径は粗くなる。すなわち、分級粒径は粗粒の粒度領域に移動することになる。従って、直径の大きい分級ロータで小さい分級ロータと同様の細粒を分離したいならば、円周速度すなわち回転数をさらに上昇させなければならないことになり、分級羽根の磨耗や消費動力が大きくなるだけでなく、軸受をはじめ構造面での強度上の問題が生じるおそれがある。
【０００８】
これらの欠点を解決する手段として、分級機に１つの大きな分級ロータを設けるのではなく、１つの分級機内に比較的小さな複数個の分級ロータを設けたものが提案されている。
【０００９】
すなわち、複数の分級ロータを持つこの種の分級機は、ＤＥ３３０３０７８Ｃ１で知られている。この場合の空気分級機は、円筒形の上部部分および漏斗状の下部部分を持つ垂直な分級室と、上部部分に配置された分級装置とからなる。この分級装置は、処理工程に適合されて平行に接続された同種の分級ロータを複数個持ち、これら分級ロータは個別に駆動されるという形態である。回転する分級ロータには、分級空気が外側から内側に貫流する。この場合の分級すべき粉粒物は、下部部分の下側開口部から流れ込む分級空気と一緒に、あるいは直接分級室に供給される。この分級空気は、分級された細粒物と一緒に、分級ロータの内側から排出される。粗粒物は、分級ロータの下部の開口部から排出される。
【００１０】
なお、同様の分級機を粉砕機内に設けたものの場合には、分級機で分離された粗粒物は粉砕機内の粉砕室に送られて再度粉砕されるよう構成されている。
【００１１】
また、ＤＥ３６１５４９４Ａ１には、別個に駆動される複数の分級ロータが１つの直方体の分級室を構成するケーシング内に配置され、何れの分級ロータにも別個の細粒出口が設けられた分級機が記載されている。これら分級ロータの細粒出口を別個に設け、あるいはそれらを組み合わせることにより、複数の異なる細粒物を得ることができるようになっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、分級中に何らかの障害の影響があって、分級粒径より粒度の大きな粒子が細粒物に入り込むことがある。このいわゆる「飛び込み粒子」は、分級された細粒物の粒度分布を広くし、得られた細粒製品の品質を落とす原因となる。とくに分級ロータを複数持つ分級機の場合、粒度の均一さが損なわれることにつながり易い。つまり、分級ロータの複数個を平行に並べる場合、分級ロータの外側に一旦遠心分離された粗粒が、速度が高いために、隣接する分級ロータ内に流入して細粒物に入り込むことになる。
【００１３】
分級ロータが１つの分級機の場合、上記のような問題は生じない。また、分級機内蔵型の粉砕機の場合、分級ロータは垂直に伸びる駆動軸を持つものが好ましいとされる。理由は、下方の粉砕機部分から上方に撥ね飛ばされる粒子が分級ロータ内に直接飛び込むことがないようにするためである。
【００１４】
複数個の分級ロータを持つ分級機内蔵型の粉砕機では、分級ロータの回転軸が水平に配置されるのが一般的であるが、粗粒子の飛び込みの面では不都合なものとなる。大きな粒子が、非常に高速で半径方向から分級ロータに入ることがあるためである。また、ＤＥ３６１５４９４Ｃ２のように粉粒物を分級ロータの上から直接供給する場合、とくに粒子に重力が加わって直に分級ロータに当たるので不利である。ここでは、重力に支持された大きな粒子が分級ロータで遠心分離されないまま直接分級ロータ内に入り込むこととなる。
【００１５】
ところで、分級ロータ内部での分級空気の半径方向速度は、粒子径に対する分級条件に速やかに適合されて均一化するが、流入速度の高い大きな粒子に対しては質量が大きいことと、その結果生じる慣性力のために制動がわずかしか及ばないまま分級ロータ内の分離領域を通って細粒物の出口領域に運ばれてしまう。
【００１６】
さらに、分級ロータを複数個持つ分級機の場合、すべての分級ロータに分級対象物を等しく供給するのは難しく、各分級ロータにその時々の状態に応じて異なる供給が行われるのは避けられない。これは流れの変動や振動の原因となり、さらには分級ロータに流入する分級空気の流速が瞬間的に過上昇する結果ともなる。この変動や現象は、分級ロータの数が増加するにつれて強められる。
【００１７】
本発明の課題は、粒度の均一さを高めることである。分級ロータの適切な構成および／または配置によって、大きな粒子が高速で分級ロータ内に流入するのを少なくすることである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、前記の各請求項に示した以下の構成上の諸特徴によって解決される。
【００１９】
本第１の発明は、請求項１に示すように、１つの分級室に複数の分級ロータを配置し、各分級ロータの回転軸を分級室の垂直方向に対して約４５°の角度で伸ばしていることである。
【００２０】
〔作用効果〕 すなわち、１つの分級室内に比較的小さな複数個の分級ロータを設けることで、１つの大きな分級ロータを取付けたものと比べ、より分級粒径を小さく設定でき、かつ粒径の均一な細粒物を効率よく得ることができる。
【００２１】
その他、本発明の効果を増す方法として、大きな粒子が分級ロータに入るのを防止する措置を併せて取れば、粒度の均一さをさらに改善できる。すなわち、分級可能な粉粒物の供給量を考え合わせると、分級ロータ内に大量の大きな粒子を流入させることのないようにするのが望ましい。もし、一度に大量の粒子が流入されると、分級ロータ内における正常な遠心分離による分級作用が期待できなくなり、仮に分級できたとしても分級に要する時間があまりにも長くなってしまう。
【００２２】
その防止措置として、分級ロータを水平にではなく、垂直軸に９０°以下の角度をつけて配置すると有効である。つまり、分級ロータの配置角度を減じれば、他の分級ロータ及び粉砕部から撥ね飛ばされて来る大きな粒子が直接分級ロータ内に飛び込む惧れは少なくなる。とくに、角度を０°〜９０°の間で最適化することにより、経済性に優れたコンパクトな構造形態も可能となる。
【００２３】
そこで、本第１の発明は、複数の分級ロータの回転軸を分級室の垂直方向に対して約４５°の角度で伸ばし、これに分級ロータを取り付けて、分級ロータの角度範囲を実際面から具体的に設定したことで、分級ロータへの大きな粒子の飛び込みを防止すると共に、経済性に優れたコンパクトな構造形態を実現できる。
【００２４】
本第２の発明は、第１の本発明のさらに好ましい形態として、請求項２に示すように、２つの分級ロータの回転軸が互いに９０°の角度で配置されることである。
【００２５】
〔作用効果〕すなわち、２つの分級ロータの回転軸を互いに９０°の角度で配置することにより、一方の分級ロータによって外側に遠心分離される粗粒が、他方の分級ロータに投げ込まれるのが防止される。
【００２９】
本第３の発明は、大きな粒子が分級ロータ内に流入するのを防止するもう１つの有効な措置として考え出されたもので、請求項３に示すように、分級室の上部より複数の分級ロータの間を貫通して供給パイプを設け、該供給パイプの下端開口が分級ロータよりも下方に位置するよう配置することである。
【００３０】
〔作用効果〕
このように、分級すべき粉粒物を複数の分級ロータの間でその中心にまとめて供給し、分級ロータより下方で初めて分級室に入るようにすると、粉粒物が直に分級ロータ上に落下または分級羽根面に到達するなど、分級ロータによる十分な分級作用を受けることなく、大きな粒子がそのまま分級ロータに入り込んでしまうのを防止できる。
【００３１】
また、粉粒物を分級ロータよりも下方で供給するならば、重力の作用もあり大きくて重い粒子が分級ロータから遠ざけられるという効果が期待できる。細かい粒子は上昇する空気流に乗って上方の分級ロータに到達し、大きな粒子は上昇気流より重力の作用が勝るため、下方に落下する傾向を持ち、上方の分級ロータに向かう傾向は弱められる。
【００３２】
本第４の発明は、第３の本発明のさらに好ましい形態として、供給パイプの下方末端に粉粒物を水平方向に方向変換する方向変換部材を設けることにより、垂直下方に落下する粉粒物を水平方向に方向変換し、この粉粒物を分級ロータの近辺で分級ロータの軸方向に向けて供給することである。
【００３３】
〔作用効果〕
つまり、粉粒物が細粒物を非常に多い割合で含む場合、細粒物を直接分級ロータに供給できるようにするため、方向変換部材を備えると有利なことが分かった。これは、とくに分級機内蔵型の粉砕機の場合、粉粒物がすでに最終的な細粒の粒度に達して過粉砕の危険を避ける場合に有効である。この方向変換部材は、粒度の均一さに対してもマイナスの影響を及ぼさない。方向変換された粒子は、分級ロータの軸方向の延長部に対してほぼ平行に流れ、分級ロータ軸に対して半径方向には流れないからである。
【００３４】
本第５の発明は、請求項５に示すように、分級ロータを分級室のケーシング内に配置し、該分級ロータと一体連結回転する分級ロータ内からの細粒を送出すための排出用ロータをケーシング外に配置したことである。その結果、ケーシング外から分級ロータに容易に触れることができ、清掃および保守監視を容易に行うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２の実験例では、分級ロータ高さ（Ｌ）及び分級ロータ直径（Ｄ）がそれぞれ異なり、かつ分級ロータ高さ（Ｌ）の分級ロータ直径（Ｄ）に対する比の異なる４つの分級ロータを用いた例を示す。粉粒物として、直径４０μｍ、粒子密度２７００ｋｇ／ｍ^３の粒子を用いて行った。分級条件としては、いずれも細粒物出口（ｄ）における分級粒径を８．６μｍとし、粒子の流入速度を３６ｍ／ｓに設定し、分級ロータの円周速度を調整した。
【００３６】
それぞれの分級ロータは、すべて同一直径の細粒物出口（ｄ）を備える。分級ロータの略図を図１（ａ）に示し、分級ロータにおける粒子軌道曲線を図１（ｂ）に記載した。これらの粒子軌道曲線はそれぞれ、分級粒径（８．６μｍ）より粒度がはるかに大きい粒子（４０μｍ）の軌道曲線を示す。その他の試験条件が同一の場合（粒子の流入速度３６ｍ／ｓ）、Ｌ／Ｄ比は０．２〜０．８の間で変えた。
【００３７】
細い実線は、Ｌ／Ｄ比が０．８である分級ロータ内部における大きな粒子の飛跡を示す。この飛跡は細粒物出口の円周領域に達し、これを越えている。Ｌ／Ｄ比を０．６および０．５とする分級ロータを用いる場合も同様に、大きな粒子は細粒出口の円周領域と交わる。従って、これら２つの分級ロータにおける大きな粒子は、細粒物中に入り込むことになる。細粒物出口の円周領域に入った大きな粒子は、細粒物出口から排出する吸引気流に捉えられ、もはや分級ロータによっては外側に遠心分離できなくなるからである。
【００３８】
Ｌ／Ｄ比が０．４または０．２の分級ロータの場合は異なる挙動が見られる。その他の試験条件が同じであれば、同じく大きな粒子は分級ロータ内部での飛行距離が長くなることで、その間の遠心力の作用を受けて速やかに制動され、細粒物出口（ｄ）の円周領域に達する前に飛行方向を外側に変えることとなる。すなわち、大きな粒子は細粒物出口（ｄ）の円周領域に達する前に遠心分離されるため、細粒物中に入り込むことはなくなる。
【００３９】
図２（ａ），（ｂ）には、同じ実験結果を、分級ロータ半径に対する粒子半径方向速度のダイアグラムとして記載している。明らかに分かるのは、速度と方向変換（粒子の半径方向速度の零点通過）とそれに伴う飛行方向の変換が、Ｌ／Ｄ比が０．４と０．２の場合とも分級ロータ内部で生じ、そこで大きな粒子の遠心分離を行うことができることである。他方、分級ロータの他の試験値（Ｌ／Ｄ比が０．５の場合、０．６と０．８の場合）では、細粒物出口（ｄ）の円周領域における大きな粒子はもはや遠心分離できず、細粒物出口（ｄ）から排出する。
【００４０】
図３は、別の実施形態として、２つの分級ロータ（２ａ、２ｂ）を持つ分級機のケーシング１の上部部分を示す。いずれの分級ロータ（２ａ、２ｂ）も、駆動軸（３ａ、３ｂ）を介して、専用のモータ（４ａ、４ｂ）により駆動可能である。駆動軸（３ａ、３ｂ）は、モータ（４ａ、４ｂ）から分級ロータ（２ａ、２ｂ）を貫通して、分級ロータ（２ａ、２ｂ）の円盤状カバー（５ａ、５ｂ）まで伸びている。分級ロータ（２ａ、２ｂ）の回転軸はそれぞれ垂直軸に対して４５°傾斜していて、分級ロータ（２ａ、２ｂ）が互いに９０°の角度で配置されるようになっている。
【００４１】
分級ロータ（２ａ、２ｂ）をこのような配置にすることにより、分級ロータ（２ａ）によって外側に遠心分離される粗粒が、他方の分級ロータ（２ｂ）に投げ込まれるのが防止される。２つの細粒物通路（６ａ、６ｂ）は、ここに示す実施形態では１つの共通の通路（７）に合流している。この実施形態は、ただ１つの細粒物を生成する場合に用いられる。当然のことながら、必要に応じてこれらの細粒物通路（６ａ、６ｂ）を分離したままにしておくこともできる。例えば、２種の異なる細粒分別物を生成する場合で、分級ロータ（２ａ、２ｂ）を異なる回転数のモータ（４ａ、４ｂ）で駆動する場合である。
【００４２】
図４には、図３と類似した別の実施形態を示す。この場合の分級ロータ（２ａ、２ｂ）は設計を異にする形態のものが使用されている。この場合の駆動軸（３ａ、３ｂ）は、それぞれ排出用ロータ（８ａ、８ｂ）を介して、それぞれの分級ロータ（２ａ、２ｂ）と連結されている。これらの排出用ロータ（８ａ、８ｂ）は半径方向に貫通口を備え、これらの貫通口によって、分級ロータ（２ａ、２ｂ）内部から細粒物通路（６ａ、６ｂ）への細粒物の送出しが可能となる。
【００４３】
図５は、別の実施形態として、粉粒物を集中的に衝突させて粉砕する方式の分級機内蔵型の気流式粉砕機で、上方より配置された供給パイプ（１０）を示す。この供給パイプ（１０）により、粉粒物を２つの分級ロータ（２ａ、２ｂ）の中央を通過し、分級ロータ（２ａ、２ｂ）より下方の粉砕室（１３）に向けて供給することができる。
【００４４】
図６は、図５と同様の気流式粉砕機に、さらに方向変換部材（１２）を付設したものである。この装置は、気流式粉砕機内に供給パイプ（１０）を経由して導き入れられた粉粒物を、分級ロータ（２ａ、２ｂ）の分級室内へと方向変換し、粉砕物が粉砕室（１３）に達する前に、粉砕物の事前分級を可能にする。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、大きな粒子が高速で分級ロータ内に流入するのを防ぐことで、大きな粒子が細粒物に入り込まないようにして、粒度の均一な製品を得ることができる。また、分級すべき粉粒物の分級ロータへの最適な供給方法を選択することとも併せ効果的な分級を効率よく行うことが可能となる。
【００４６】
本発明の分級機は、特に感光用材料のトナーや粉体塗料のように粒径範囲の狭いシャープな粒度分布が求められる粉体材料に効果を発揮するものである。さらに、樹脂、ワックス、顔料、セラミックス、研磨剤、充填剤、金属粉末およびアルミナ・ジルコニア等の金属酸化物、黒鉛、タルク・マイカ・炭酸カル・石灰石・カルサイト・グラファイト・水晶等の鉱物材料、薬品、食品、飼料、大豆、小麦、澱粉等のほか、その他種々の粉粒体材料にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、Ｌ／Ｄ比がそれぞれ異なる分級ロータにおける粒子軌道曲線を示す。
【図２】図２は、分級ロータ半径上における粒子の半径方向速度を示す。
【図３】図３は、貫通する駆動軸を用いた複数個の分級ロータの空間的配置を示す１実施形態である。
【図４】図４は、排出用ロータを持つ分級ロータの空間的配置を示す１実施形態である。
【図５】図５は、分級機内蔵型の気流式粉砕機に粉砕物供給パイプを備えた本発明の１実施形態を示す。
【図６】図６は、分級機内蔵型の気流式粉砕機に粉砕物供給パイプと方向変換装置を備えた本発明の１実施形態を示す。
【符号の説明】
Ｄ 分級ロータ直径
Ｌ 分級ロータ高さ
ｄ 細粒物出口
１ ケーシング
２ａ，２ｂ 分級ロータ
３ａ，３ｂ 駆動軸
４ａ，４ｂ モータ
６ａ，６ｂ 細粒物通路
７ 通路
８ａ，８ｂ 排出用ロータ
１０ 供給パイプ
１１ 分級室
１２ 方向変換部材
１３ 粉砕室

Claims (5)

1. 回転軸に略平行なリング状の分級羽根を持つ分級ロータを有する気流分級機であって、粉粒物を細粒物と粗粒物に分離し、細粒物は分級空気と共に分級ロータを通って内側から排出され、粗粒物は分級室に戻される分級機において、１つの分級室に複数の分級ロータを配置し、各分級ロータの回転軸を分級室の垂直方向に対して約４５°の角度で伸ばしていることを特徴とする分級機。
2. ２つの分級ロータの回転軸が互いに９０°の角度で配置されることを特徴とする請求項１に記載の分級機。
3. 分級室上部より複数の分級ロータの間を貫通して供給パイプを設け、該供給パイプの下端開口が分級ロータよりも下方に位置するよう配置することを特徴とする請求項１または２に記載の分級機。
4. 前記供給パイプの下方末端に粉粒物を水平方向に方向変換する方向変換部材を設けることを特徴とする請求項３に記載の分級機。
5. 分級ロータを分級室のケーシング内に配置し、該分級ロータと一体連結回転する分級ロータ内からの細粒を送出す排出用ロータをケーシング外に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分級機。

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