JP4225705B2 - 分級器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備える分級器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の分級器には、例えば、特公平３−３８９１７号公報に示すものがある。当該分級器は、分級ローターの間を通過する気流の速度分布を均一にして粒度分布が均一な粒子を捕集するためのものである。当該分級器は、当該分級器の内部に進退自在なスリーブと、当該排出流路とスリーブとを伸縮手段を介して接続してある。当該スリーブは、さらに分級ローターの側板開口に嵌入させてあり、スリーブの内端開口を分級ローター内部の任意の位置に固定可能に構成してある。
このように構成することで、分級ローターの各部分を通過した空気がスリーブの開口端部に到達する際の流速差を少なくすることができる。その結果、分級精度を向上させることができる。
当該装置では、前記スリーブの嵌入量を試行錯誤的に設定することができるため、分級処理する材料の比重などに応じて最適な気流状態を現出することができるというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような分級器を用いて処理する粉体は、多数種に亘るものとなる。上記従来の技術では、多種の粉体の分級に対応すべく、分級ローターに対する排出流路の嵌入深さを変更しようとするものである。しかし、処理する粉体の種類が異なれば、通常、その質量や形状が異なる。そのような場合に、排出流路の嵌入深さを変更するだけの前記従来の分級器では良好な分級操作を行えない場合がある。
即ち、上記従来の分級器は、主に、分級ローターの各部分から排出口までの流通距離を均一にする装置である。しかし、分級精度を高めるためには、その他にも例えば、分級ローターの各部分の圧力と排出口の圧力とが所定の差を有している必要があることがわかった。
【０００４】
この他にも、分級器が所定の分級性能を長期間維持するためには、装置の耐摩耗性能が優れていなければならい。
また、効率的に分級処理を行うには、装置のメンテナンスが容易であることも必要である。
【０００５】
本発明は、上記従来の分級器の欠点を改善するものであり、粉体の分級精度を高め、当該分級精度を良好に維持し得る分級器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係る分級器は、請求項１に記載したごとく、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備えており、
前記排出流路が、前記分級ローターの側に位置する絞り部材と、当該絞り部材に連結した筒状部材とで構成してあり、前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある点に特徴を有する。
【０００７】
〔作用効果〕
本構成のごとく、絞り部材の一端部を分級ローターの内部に進入させることで、分級ローターの各部分から排出流路の入口までの距離の差を縮小することができる。つまり、排出流路の入口を、羽根の略中央（羽根の回転軸芯の延出方向に沿った略中央位置）に位置させることで、羽根の中央を挟んで左右両側の領域について、夫々の領域から排出流路の入口までの距離を略均等に設定することができる。ただし、厳密には、羽根の中央位置から排出流路入口までの距離が最小となり、羽根の左右両端部から排出流路入口までの距離が最大となる。しかし、排出流路の入口を羽根の略中央に位置させることで、これら最小値と最大値との差を縮めることができるから、分級ローターの内部での空気の流速或いは圧力分布等の空気の流動状態をより均等化することができる。この結果、分級精度を向上させることができるのである。
【０００８】
また、排出流路のうち、分級ローターの内部に進入している部分の内径を最小とすることは、即ち、搬出流路の内径は、その入口が最も狭く、入口の奥はより広く構成してあることを意味する。このように、排出流路の外径を、排出流路入口より下手側の領域で拡大しておけば、排出流路入口を通過した後の粉粒体の流速を低下させることができる。この結果、流通する粉体と排出流路を形成する筒状部材との摩擦が低下するから、排出流路の摩耗を抑制することができ、分級器の耐久性を向上させることができるのである。
尚、本発明の分級器は、トナーあるいは粉体塗料、電池材料、磁性材料等に適用できる他、２０μｍ以下の微粉末であって、粗粉混入を阻止し、粒径が揃った粒度分布範囲の狭い製品が必要な場合等にも有効である。
【０００９】
また、本構成であれば、絞り部材のサイズを適宜変更することができる。つまり、分級処理する粉体の種類毎に外径あるいは進入深さの異なる絞り部材を適宜選択して装着することが可能になる。この結果、処理対象である粉体に最も適した分級条件を設定することができる。
【００１０】
また、前記絞り部材の開口面積は、排出流路の中で最も狭い。よって、当該部分を流通する粉体の速度は最も大きい。このため、排出流路入口を構成する部分は、最も摩耗し易い条件下にある。しかし、本構成であれば、仮に、絞り部材が摩耗しても当該部材のみを交換すればよい。つまり、排出流路入口が摩耗して、粉体の流通条件が変化した場合でも、前記絞り部材のみを交換すればよい。このように本構成の分級器は、メンテナンスを合理的に行えるものであって、常に最適な条件下で分級操作を行うことが可能となる。
【００１１】
〔構成２〕
本発明に係る分級器は、請求項２に記載したごとく、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備えており、
前記排出流路が、前記分級ローターに取り付けた絞り部材と、当該絞り部材とは別体に設けた筒状部材とで構成してあり、前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある点に特徴を有する。
【００１２】
〔作用効果〕
本構成のごとく、絞り部材の一端部を分級ローターの内部に進入させることで、分級ローターの各部分から排出流路の入口までの距離の差を縮小することができる。つまり、排出流路の入口を、羽根の略中央（羽根の回転軸芯の延出方向に沿った略中央位置）に位置させることで、羽根の中央を挟んで左右両側の領域について、夫々の領域から排出流路の入口までの距離を略均等に設定することができる。ただし、厳密には、羽根の中央位置から排出流路入口までの距離が最小となり、羽根の左右両端部から排出流路入口までの距離が最大となる。しかし、排出流路の入口を羽根の略中央に位置させることで、これら最小値と最大値との差を縮めることができるから、分級ローターの内部での空気の流速或いは圧力分布等の空気の流動状態をより均等化することができる。この結果、分級精度を向上させることができるのである。
【００１３】
また、排出流路のうち、分級ローターの内部に進入している部分の内径を最小とするこ とは、即ち、搬出流路の内径は、その入口が最も狭く、入口の奥はより広く構成してあることを意味する。このように、排出流路の外径を、排出流路入口より下手側の領域で拡大しておけば、排出流路入口を通過した後の粉粒体の流速を低下させることができる。この結果、流通する粉体と排出流路を形成する筒状部材との摩擦が低下するから、排出流路の摩耗を抑制することができ、分級器の耐久性を向上させることができるのである。
尚、本発明の分級器は、トナーあるいは粉体塗料、電池材料、磁性材料等に適用できる他、２０μｍ以下の微粉末であって、粗粉混入を阻止し、粒径が揃った粒度分布範囲の狭い製品が必要な場合等にも有効である。
【００１４】
また、本構成の場合、絞り部材は分級ローターと共に回転する。つまり、この場合には、羽根どうしの間を通過して、分級ローターの内部で螺旋流を形成する吸引空気及び粉体と、前記絞り部材とが略同一の角速度で回転する。その結果、粉体と絞り部材との摩擦が低下し、絞り部材が摩耗するのを抑制して、分級器の耐久性を向上させることができる。
【００１５】
〔構成３〕
本発明に係る分級器は、請求項３に記載したごとく、前記分級ローターと前記排出流路との隙間に、前記分級ローターの径方向内側及び外側に分岐して流れるエアーを供給するエアー供給手段を備えて構成することができる。
【００１６】
〔作用効果〕
本構成であれば、過大な粉体が、羽根どうしの間を通過することなく排出流路の内部に流入するのを防止することができる。
【００１７】
〔構成４〕
本発明に係る分級器は、請求項４に記載したごとく、前記絞り部材が前記分級ローターの内部に進入する深さを、前記分級ローターの回転軸芯と同方向に沿った前記分級ローターの高さの１〜５０％に構成することができる。
【００１８】
〔作用効果〕
上述のごとく、絞り部材を分級ローターの内部に進入させて設けることで、分級精度を向上させることができる。
そして、本構成のごとく進入深さを設定することで、より良好な分級精度を得られることがわかった。
【００１９】
〔構成５〕
本発明に係る分級器は、請求項５に記載したごとく、前記分級ローターの内部に進入している前記絞り部材の外径寸法を、前記分級ローターの外径寸法の４０％〜５５％に構成することができる。
【００２０】
〔作用効果〕
本構成であれば、分級ローターの内部に進入している絞り部材の外面が、分級ローターに近接し過ぎることはなく、また、分級ローターの内部に開口する排出流路の開口面積が過小になることもない。
即ち、絞り部材の外径寸法が過大であれば、絞り部材の外面が分級ローターの羽根に近付き、羽根の各位置と排出流路入口との間隔が極端に狭くなる。そうすると、羽根の各位置と排出流路の入口との距離が不均一となって分級ローターの内部に圧力の不均衡が生じる。
一方、絞り部材の外径寸法が過小となれば、排出流路の入口面積が小さくなり、分級ローターで吸引する空気の流量が減少して、分級処理能力が低下する。
そこで、分級ローターを本構成とすることで、分級処理能力を低下させることなく分級精度を高めることができる。
【００２１】
〔構成６〕
本発明に係る分級器は、請求項６に記載したごとく、前記絞り部材に係る前記一端部の端縁部に面取り部を設けて構成することができる。
【００２２】
〔作用効果〕
本構成であれば、分級ローターの羽根間を通過した粉体を、円滑に排出流路に流入させることができる。
例えば、絞り部材の端部外面部をテーパー形状に形成しておけば、特に、羽根のうち前記排出流路の側を通過して分級ローターの内部に入り込んだ粉体が、絞り部材の外面に沿ってその入口に達し、その先端部を回り込んで排出流路の内部に流入する際に、前記テーパー形状の部分で粒体の流れ方向が円滑に変更される。
一方、絞り部材の端部内面部をテーパー形状に形成してあれば、羽根のうち排出流路とは反対側を通過した粉体が、絞り部材の先端部近傍を通過して排出流路に流入する際に、流れ方向の変更が容易となる。
このように、本構成の分級器であれば分級ローターの内部から排出流路に至る空気の流れが円滑になるため、分級精度を高めることができる。
【００２３】
〔構成７〕
本発明に係る分級器は、請求項７に記載したごとく、前記排出流路の内面を電解研磨したのち、当該内面を表面改質して構成することができる。
【００２４】
〔作用効果〕
本構成のごとく、排出流路の表面改質を行うことで、粉体が排出流路の内面に付着するのを防止したり、表面の硬度を高めて排出流路の耐摩耗性を向上させることができる。この結果、分級器の耐久性を高めることができる。
表面改質の方法としては、例えば、テフロン（登録商標）コートあるいはメッキ処理等を施すことができる。
また、このような表面処理は、排出流路の摩擦係数を下げることにもなる。その結果、吸引空気の圧力低下を抑制することができ、吸引手段の必要能力を縮小化するなどの利点を得ることもできる。
【００２５】
〔構成８〕
本発明に係る分級器は、請求項８に記載したごとく、前記排出流路をセラミックスで構成することができる。
【００２６】
〔作用効果〕
本構成の場合にも、排出流路の硬度を高め、耐摩耗性を向上させることができるため、分級器の耐久性を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
(概要)
本発明に係る分級器を図１乃至図４を参照しつつ説明する。
当該分級器は、粉体を分級処理する装置本体１の内部に分級ローター２を備えて構成してある。当該分級ローター２は、複数の羽根３を有しており、高速回転可能である。当該分級ローター２の一部分であって、その回転軸芯Ｘに沿った方向の一方の側には開口４を形成してある。当該開口４には、排出流路５が連接され、さらに、当該排出流路５の先には吸引手段を備えている。即ち、これら排出流路５および吸引手段を用いて分級ローター２の内部の空気を吸引することで、所定の粒径を有する粒体を選別して装置本体１の外部に取り出すものである。
【００２８】
前述のごとく、本発明の目的は、粒体の分級精度を高め、しかも、当該分級精度を良好に維持し得る分級器を提供することにある。そのために、本発明の分級器は、排出流路５を構成する部材の形状等に特徴を有する。また、排出流路５を構成する部材の形状と分級ローター２の形状とに一定の関係を持たせてある。これらの特徴構成について、以下、順を追って説明する。
【００２９】
（装置本体）
図１に示すごとく、当該分級器は、その最外方を装置本体１で構成し、当該装置本体１の内部が、内部に投入した粉体を分級処理する処理室６となっている。粉体は、蓋体７を取り外して投入することができる。また、図示しないが、別途設けた粉体投入口から投入するものであってもよい。
【００３０】
図１では、主に分級ローター２を設けた部位のみを示してあり、その他の部分は省略してある。即ち、本発明の分級器は、分級器のみの機能を持つ装置として構成することもできるし、その他の機能を兼ね備えた装置として構成することもできる。例えば、当該分級器を粉砕器の一部に備え、粉体の粉砕処理と分級処理とを連続して行えるものとすることができる。
【００３１】
（分級ローター）
図１に示すごとく、前記処理室６には、粉体を分級処理する分級ローター２を設けてある。これにより、所定の粒径以下の微粉が取り出される。
本実施形態では、水平方向の回転軸芯Ｘの周りに回転するいわゆる水平型の分級ローター２を用いた例を示す。分級ローター２は、処理室６の外部に設けた駆動モーター８によって高速回転する。回転速度は適宜変更自在である。
図１のII−II位置における分級ローター２の断面図を図２に示す。本実施形態では、平板状の羽根３を複数備えた例を示した。これら羽根３は、分級ローター２の外周部に設けてあり、その平面の延出平面内に回転軸芯Ｘを含むように取り付けてある。
尚、図示は省略するが、前記羽根３は前記回転軸芯Ｘを含まない状態となるように、径方向に対して斜めに取り付けてあるものであってもよい。また、羽根３の形状は単なる平板状ではなく、湾曲形状に構成することもできる。
【００３２】
当該装置本体１の処理室６内の空気は図示しない吸引手段によって吸引する。当該吸引手段としては、例えば、一般的なブロワー等を用いることができる。吸引の強弱は変更自在に構成する。例えば、吸引ファンの回転速度を変更することなどにより、吸引時の空気の流速を適宜変更する。
【００３３】
前記吸引手段には、排出流路５が接続してあり、当該排出流路５は、前記分級ローター２に連接してある。つまり、吸引手段を駆動させることで、分級ローター２の内部の空気を吸引する。これにより、処理室６の内部の空気が、高速回転する分級ローター２の各羽根３の間を通って分級ローター２の内部に引き込まれる。この時、所定の粒径以下の粒体は分級ローター２の内部に取り込まれ、粒径が過大な粒体は回転する羽根３によって分級ローター２の内部に流入することを阻止される。このような分級器を用いることで、数μｍから数十μｍ程度の粒径の微粉を分級することができる。分級ローター２で分級された粉体は、このあと排出流路５を介して、例えばバグフィルター等の捕集手段に導かれ、製品として取り出される。
【００３４】
（排出流路）
図１に示すごとく、本発明に係る排出流路５は、その一端部が前記分級ローター２の内部に進入した状態に設けてある。さらに、当該一端部近傍の内径は、分級ローター２の内部に進入している部分で最小となるように構成してある。
【００３５】
前記排出流路５の入口側の先端部を絞ったのは、主に以下の理由による。
図１には、排出流路５の一端部である排出流路５入口の外径をＤ1とし、その他の部分のうちの一つの外径をＤ2とした例を示してある。両者の関係は、Ｄ1＜Ｄ2である。本実施形態では、夫々の外径を有する部分を略円筒状の筒状部材で構成すると共に、これら双方を略円錐形状の部分で連結した状態に構成してある。
このように排出流路５の外径を、排出流路５入口より下手側の領域で拡大するのは、排出流路５入口を通過した後の粉体Ｆの流速を低下させ、当該排出流路５を形成する筒状部材の摩耗を抑制するためである。
【００３６】
図１では、前記排出流路５入口の外径をＤ1とし、その他の部分に係る一つの外径をＤ2とした。このように、上記の説明では両部位の径の違いを外径によって比較した。本来、吸引空気の減速などを考慮するためには、両部分の径の違いは内径によって考慮すべきである。しかし、後述するように、排出流路入口９の径方向のサイズを分級ローター２のサイズと比較する場合には、説明すべき気流の現象からみて外径によって評価するのが妥当である。ただし、現実には、一様な厚みを有する筒状部材５ａによって排出流路５を構成することが多い。よって、ここでは、便宜上、筒状部材５ａの外径を用いて排出流路５の形状を説明している。
【００３７】
また、本実施形態の筒状部材５ａは、その内面を表面改質してある。例えば、前記筒状部材５ａの内面にテフロンコートを施したり、各種のメッキ処理を施しておくことができる。尚、これら処理に先だって、電解研磨法などを用いて筒状部材５ａの内面を清浄化し、かつ、円滑化することによって、凹凸がなく強靱な表面処理層が得られて好都合である。
このような表面層を形成しておけば、筒状部材５ａ内面の摩擦係数を小さくすることができ、あるいは、硬度を高めることができる。また、排出流路５の摩擦係数を下げることで、吸引空気の圧力低下を抑制することができるため、吸引手段の必要能力を縮小できるなどの利点を得ることもできる。
【００３８】
尚、図示は省略してあるが、前記排出流路入口９から下手側に続く部位の直径を連続的に且つ滑らかに拡大するものであればより好ましい。本構成であれば、吸引空気の流れ方向および流速を円滑に変更することができる。よって、例えば、筒状部材５ａの特定の部位に粉体Ｆが集中的に衝突するのを防止して、筒状部材５ａが損傷するのを抑制することができる。
【００３９】
この他にも、前記筒状部材５ａをセラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成するものであってもよい。本構成であれば、筒状部材５ａの内面形状が良好に保持され、理想的な空気流動状態を長期間維持することができる。
【００４０】
分級精度を高めるためには、分級ローター２の羽根３を通過した空気が前記排出流路入口９にできるだけ滑らかに流入することが必要である。例えば、排出流路入口９の近傍で空気流が乱れると、そこには圧力の変動が生じる。このような圧力の変動は、分級ローター２の羽根３の近傍位置にも影響するおそれがある。
この結果、羽根３の近傍での吸引空気流に乱れが生じ、分級精度が低下するのである。
【００４１】
このような空気流の乱れを少しでも緩和するために、例えば、図３に示すごとく、排出流路入口９の端縁部を先細に構成しておくと良い。即ち、排出流路５の中心線を通る平面で排出流路５を切断した断面を想定した場合に、排出流路入口９の外周面および内周面共に面取り部を構成しておく。
特に、外面部１０をテーパー形状に形成しておけば、粉体Ｆが排出流路入口９の基端側から当該外面に沿って前記排出流路入口９に達し、その先端部を回り込んで排出流路５の内部に流入する際に、粒体の流れ方向が円滑に変更される。
一方、内面部１１をテーパー形状に形成してあれば、粉体Ｆが、排出流路入口９とは反対側の位置、即ち、例えば図１においては駆動モーター８に近い側の位置から吸引されたのち、排出流路入口９の先端部近傍を通過して排出流路５に流入する際に、流れ方向の変更が容易となる。
【００４２】
（分級ローターと排出流路との関係）
本発明の分級器は、分級ローター２から排出流路入口９に至る吸引空気の流れを均等化し得る点が大きな特徴である。そのために、本発明の分級器にあっては、分級ローター２と排出流路５とが以下のような関係となるように構成してある。
【００４３】
まず、排出流路５の一端部を分級ローター２の内部に所定深さに進入させる。
例えば、図１に示すごとく、回転軸芯Ｘと平行な方向の分級ローター２のサイズを当該分級ローター２の高さｈとし、排出流路５の進入深さをＨとしたとき、Ｈ／ｈの割合が１〜５０％となるように排出流路５を分級ローター２の内部に進入させる。
【００４４】
本構成であれば、分級ローター２の各部分から排出流路入口９までの距離の差を縮小することができる。つまり、図１に示すごとく、前記排出流路入口９は羽根３の略中央、即ち、羽根３の回転軸芯Ｘの延出方向に沿った略中央に位置するから、羽根３の中央を挟んで左右両側の領域について、排出流路入口９までの距離の条件が互いに同じとなる。この場合、羽根３の中央位置から排出流路入口９までの直線距離が最小となり、羽根３の左右両端部から排出流路入口９までの直線距離が最大となる。この場合の最小値と最大値との差は、前記排出流路入口９が羽根３の中央位置ではなく羽根３の一方に偏って設けてある場合の前記最小値と最大値との差よりも小さくなる。
【００４５】
実際には、分級ローター２の内部に吸引された空気は、直ちに排出流路入口９に到達するのではなく、分級ローター２の内部で、その回転方向に沿って螺旋をえがきながら排出流路入口９に達する。このように、羽根３から排出流路入口９に至るまでに粉体Ｆは、両部位の離間距離に比べて長い距離を流通する。よって、前記羽根３の各位置から排出流路入口９までの直線距離に多少の差が存在しても、当該差は、羽根３から排出流路入口９に至る距離に比べて僅かであるから、羽根３を通過した粉体Ｆは何れも略同じ流通距離を経て排出流路入口９に至ると考えて良い。
【００４６】
分級ローター２に対する排出流路５の進入深さの差によって、分級性能がどの程度変化するかを検証した。その結果を図４に示す。
ここでは、横軸には、排出流路５の進入深さをとり、縦軸には、分級した粉体Ｆの中に混入する１０．３μｍ以上の粗粉の割合をとって整理した。分級ローターの外径は２００ｍｍであり、高さは１４０ｍｍである。分級した微粉の平均粒径は６．５μｍであった。図４に示したごとく、微粉中に混入した１０．３μｍ以上の粗粉の割合は、進入深さが０ｍｍの場合には１％であり、進入深さが５ｍｍの場合には０．５％であり、進入深さが１５ｍｍの場合には０．１％であった。
【００４７】
以上のことから明らかなごとく、排出流路５が分級ローター２の内部に進入する深さは、分級ローター２の高さの１〜５０％であれば良いが、進入する深さが長くなると排出流路５への流入時の圧力損失が増えるため、好ましくは３〜２５％、さらに１０〜２０％であれば特に好ましい結果が得られることがわかる。
【００４８】
本発明の分級器では、前記排出流路５の端部、即ち、排出流路入口９を絞り込んだ形状にしてある。図１に示すごとく、前記排出流路５の先端部であって、前記分級ローター２の内部に進入している部分の外径を小さく形成してある。
図５には、前記分級ローター２の外形寸法ｄに対して、前記排出流路入口９の外径寸法Ｄ1を適宜変更して分級処理を行った結果を示す。横軸には分級処理して得た粉体Ｆの平均粒子径をとり、縦軸には分級ローター２の回転数をとって整理した。
分級ローター２の外径は２００ｍｍ、排出流路５の先端部の外径は、夫々１１０ｍｍ、１００ｍｍ、８０ｍｍとした。Ｄ1／ｄ は５５％〜４０％である。実験に際しては、前記排出流路入口９の進入深さＨと前記分級ローター２の高さｈとの割合Ｈ／ｈを１５％に設定して分級処理した。図５中、（）に記した数字は、排出流路５の出口における静圧（mmＡｑ）である。
【００４９】
この結果、連通口のサイズを小さくするほど少ない回転数で小さな平均粒子径の分級処理が行えることがわかる。特に、Ｄ1／ｄ の割合を５０〜４０％に設定した場合に分級精度が高くなった。
尚、排出流路５の開口４の外径が４０％よりも小さくなると、前記開口４に空気が流入する際の圧力損失が増大して分級能力が低下する傾向があった。
【００５０】
このような結果が得られるのは以下の理由によるものと考えられる。
即ち、Ｄ1／ｄ を大きくするほど、排出流路入口９の周縁部が分級ローター２の羽根３に近づくことになる。すると、羽根３の各位置と排出流路入口９との離間距離をみた場合に、極端に当該距離の短い部分が生じる。そうなれば、排出流路入口９を分級ローター２の内部に進入させて前記両者間の距離の均一化を図るという前述の構成の効果が薄れてしまう。
一方、Ｄ1／ｄ が小さくなれば、排出流路入口９の面積が小さくなる。この場合には、前記排出流路入口９の位置は、より限定されるともいえる。すると、前記分級ローター２の各部と排出流路入口９との距離の差は縮小化され、分級ローター２内の空気の流速は何れの場所においてもさらに平均化されるとも考えられる。しかし、排出流路入口９そのものの面積が縮小されることで圧力損失が増大し、空気流量が減少する。つまり、本構成の場合には、分級精度は向上するものの、分級処理能力が低下することになる。
以上の点に鑑みて、前記分級ローター２の外形寸法ｄに対する前記排出流路入口９の外径寸法Ｄ1は４０％〜５５％に構成しておくとよい。
【００５１】
（シール手段）
図１および図３に示すごとく、前記分級ローター２と前記排出流路５との間には、両者間の隙間をシールするためにシールエアーＡを供給する。
このシールエアーＡを供給するエアー供給手段１２の一部を図３に示す。ここでは、前記排出流路５を形成する筒状部材５ａの外方を包囲するジャケット１２ａを設けてある。当該ジャケット１２ａの端部と、前記分級ローター２の端部とには、夫々環状の対向面１３ａ，１３ｂを形成してある。夫々の対向面１３ａ，１３ｂは、所定の隙間を維持した状態に近接配置してある。
【００５２】
前記ジャケット１２ａの対向面１３ａには、シールエアーＡを吹き出すエアー吹出口１４を少なくとも一つ設けてある。図示しないエアー供給源から前記ジャケット１２ａを介して供給されたシールエアーＡは、当該エアー吹出口１４から、前記分級ローター２の対向面１３ｂに向かって吹き出される。このシールエアーＡは、分級ローター２の径方向内側及び外側に分岐して流れる。このような分岐流を形成することで、処理室６の内部で循環している過大な粉体Ｆが、羽根３どうしの間を通過することなく排出流路５の内部に流入するのを防止する。
【００５３】
〔別実施形態〕
〈１〉 上記実施形態では、排出流路５と排出流路入口９とを一体的に形成した例を示したが、図６に示すごとく、排出流路入口９の部分を前記排出流路５とは別の部材で構成することもできる。
即ち、前記排出流路５を、前記分級ローター２の側に位置する絞り部材５ｂと、当該絞り部材５ｂに連結した筒状部材５ａとで構成することができる。この場合にも、前記絞り部材５ｂの外径は、前記筒状部材５ａの外径よりも小さく構成する。
【００５４】
本構成であれば、排出流路入口９の外径を適宜変更することができる。つまり、分級処理する粉体Ｆの種類毎に、外径あるいは進入深さの異なる絞り部材５ｂを適宜選択して装着することが可能になる。この結果、処理対象である粉体Ｆに最も適した分級条件を設定することができる。
【００５５】
また、前記絞り部材５ｂの開口面積は、排出流路５の中で最も狭い。よって、当該部分を流通する粉体Ｆの速度は最も大きい。このため、排出流路入口９を構成する部分は、最も摩耗し易い条件下にある。しかし、本構成であれば、仮に、絞り部材５ｂが摩耗しても当該部材のみを交換すればよい。つまり、排出流路入口９が摩耗して、粉体Ｆの流通条件が変化した場合でも、前記絞り部材５ｂのみを交換すればよい。このように本構成の分級器は、メンテナンスを合理的に行うことができ、かつ、常に最適な条件下で分級操作を行うことを可能にする。
【００５６】
〈２〉 上記実施形態では、排出流路入口９としての機能を有する絞り部材５ｂを装置本体１の側に設ける例を示した。しかし、図７に示すごとく、排出流路入口９として機能する部材を分級ローター２に設けることもできる。
即ち、前記排出流路５を、前記分級ローター２に取り付けた絞り部材５ｃと、当該絞り部材５ｃとは別体に設けた筒状部材５ａとで構成しておいてもよい。
【００５７】
本構成の場合、絞り部材５ｃは分級ローター２と共に回転する。つまり、この場合には、羽根３どうしの間を通過して、分級ローター２の内部で螺旋流を形成する吸引空気及び粉体Ｆと前記絞り部材５ｃとが略同一の角速度で回転する。その結果、絞り部材５ｂが固定されていた前述の分級器に比べて、粉体Ｆと絞り部材５ｃとの摩擦の程度が小さくなり、絞り部材５ｃが摩耗するのを抑制して、分級器の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
また、排出流路５の中心側に吹き出すシールエアーＡに注目すると、図７から明らかなごとく、当該内向きのシールエアーＡは、排出流路５の中に吹き出される。これは、図３あるいは図６に示したごとく、シールエアーＡが分級ローター２の内部に吹き出されるものとは異なる。このように、分級ローター２の内部にシールエアーＡが吹き出されない構成であれば、分級ローター２の内部の空気流が乱されて分級処理の妨げになることがなく、所期の分級性能を十分に発揮し得る分級器を得ることができる。
【００５９】
〈３〉 上記実施形態では、分級ローター２の回転が、水平方向に延出した回転軸芯Ｘの回りに行われる例を示したが、この他にも垂直方向に延出する回転軸芯Ｘの回りに回転するものであってもよい。
【００６０】
垂直方向の回転軸芯Ｘを中心に回転する分級ローター２を用いる場合、粉体Ｆの流通方向は、上下方向において変動する。例えば、分級ローター２の羽根３を通過した粉体Ｆのうち、羽根３の上部を通過した粉体Ｆは排出流路入口９に向かって下向きに流入することになり、一方、羽根３の下部を通過した粉体Ｆは排出流路入口９に向かって上向きに流入することになる。そして、これらの粉体Ｆは、排出流路入口９の内部に流入した後、排出流路５の延出方向である上方あるいは下方に螺旋状に流通する。よって、粉体Ｆのいくらかは、排出流路入口９の端縁部において上下方向に流入方向を変更させられる。粉体Ｆの質量が大きいほど重力の影響が生じるため、上記流入方向の変更が分級精度に及ぼす影響は質量の大きな粉体Ｆほど大きくなる。このような理由から、いわゆる垂直回転を行う分級器にあっては、比較的質量の小さな粉体Ｆを処理する際に適用可能であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分級器の構成を示す説明図
【図２】 本発明に係る分級器の要部を示す断面図
【図３】 本発明に係る分級器の要部を示す断面図
【図４】 分級処理結果を示す説明図
【図５】 分級処理結果を示す説明図
【図６】 別実施形態に係る分級器の要部を示す断面図
【図７】 別実施形態に係る分級器の要部を示す断面図
【符号の説明】
１ 装置本体
２ 分級ローター
３ 羽根
４ 分級ローターの開口
５ 排出流路
５ａ 筒状部材
５ｂ 絞り部材
５ｃ 絞り部材
Ｆ 粉体
Ｘ 分級ローターの回転軸芯
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備える分級器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の分級器には、例えば、特公平３−３８９１７号公報に示すものがある。当該分級器は、分級ローターの間を通過する気流の速度分布を均一にして粒度分布が均一な粒子を捕集するためのものである。当該分級器は、当該分級器の内部に進退自在なスリーブと、当該排出流路とスリーブとを伸縮手段を介して接続してある。当該スリーブは、さらに分級ローターの側板開口に嵌入させてあり、スリーブの内端開口を分級ローター内部の任意の位置に固定可能に構成してある。
このように構成することで、分級ローターの各部分を通過した空気がスリーブの開口端部に到達する際の流速差を少なくすることができる。その結果、分級精度を向上させることができる。
当該装置では、前記スリーブの嵌入量を試行錯誤的に設定することができるため、分級処理する材料の比重などに応じて最適な気流状態を現出することができるというものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような分級器を用いて処理する粉体は、多数種に亘るものとなる。上記従来の技術では、多種の粉体の分級に対応すべく、分級ローターに対する排出流路の嵌入深さを変更しようとするものである。しかし、処理する粉体の種類が異なれば、通常、その質量や形状が異なる。そのような場合に、排出流路の嵌入深さを変更するだけの前記従来の分級器では良好な分級操作を行えない場合がある。
即ち、上記従来の分級器は、主に、分級ローターの各部分から排出口までの流通距離を均一にする装置である。しかし、分級精度を高めるためには、その他にも例えば、分級ローターの各部分の圧力と排出口の圧力とが所定の差を有している必要があることがわかった。
【０００４】
この他にも、分級器が所定の分級性能を長期間維持するためには、装置の耐摩耗性能が優れていなければならい。
また、効率的に分級処理を行うには、装置のメンテナンスが容易であることも必要である。
【０００５】
本発明は、上記従来の分級器の欠点を改善するものであり、粉体の分級精度を高め、当該分級精度を良好に維持し得る分級器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔構成１〕
本発明に係る分級器は、請求項１に記載したごとく、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備えており、
前記排出流路が、前記分級ローターの側に位置する絞り部材と、当該絞り部材に連結した筒状部材とで構成してあり、前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある点に特徴を有する。
【０００７】
〔作用効果〕
本構成のごとく、絞り部材の一端部を分級ローターの内部に進入させることで、分級ローターの各部分から排出流路の入口までの距離の差を縮小することができる。つまり、排出流路の入口を、羽根の略中央（羽根の回転軸芯の延出方向に沿った略中央位置）に位置させることで、羽根の中央を挟んで左右両側の領域について、夫々の領域から排出流路の入口までの距離を略均等に設定することができる。ただし、厳密には、羽根の中央位置から排出流路入口までの距離が最小となり、羽根の左右両端部から排出流路入口までの距離が最大となる。しかし、排出流路の入口を羽根の略中央に位置させることで、これら最小値と最大値との差を縮めることができるから、分級ローターの内部での空気の流速或いは圧力分布等の空気の流動状態をより均等化することができる。この結果、分級精度を向上させることができるのである。
【０００８】
また、排出流路のうち、分級ローターの内部に進入している部分の内径を最小とすることは、即ち、搬出流路の内径は、その入口が最も狭く、入口の奥はより広く構成してあることを意味する。このように、排出流路の外径を、排出流路入口より下手側の領域で拡大しておけば、排出流路入口を通過した後の粉粒体の流速を低下させることができる。この結果、流通する粉体と排出流路を形成する筒状部材との摩擦が低下するから、排出流路の摩耗を抑制することができ、分級器の耐久性を向上させることができるのである。
尚、本発明の分級器は、トナーあるいは粉体塗料、電池材料、磁性材料等に適用できる他、２０μｍ以下の微粉末であって、粗粉混入を阻止し、粒径が揃った粒度分布範囲の狭い製品が必要な場合等にも有効である。
【０００９】
また、本構成であれば、絞り部材のサイズを適宜変更することができる。つまり、分級処理する粉体の種類毎に外径あるいは進入深さの異なる絞り部材を適宜選択して装着することが可能になる。この結果、処理対象である粉体に最も適した分級条件を設定することができる。
【００１０】
また、前記絞り部材の開口面積は、排出流路の中で最も狭い。よって、当該部分を流通する粉体の速度は最も大きい。このため、排出流路入口を構成する部分は、最も摩耗し易い条件下にある。しかし、本構成であれば、仮に、絞り部材が摩耗しても当該部材のみを交換すればよい。つまり、排出流路入口が摩耗して、粉体の流通条件が変化した場合でも、前記絞り部材のみを交換すればよい。このように本構成の分級器は、メンテナンスを合理的に行えるものであって、常に最適な条件下で分級操作を行うことが可能となる。
【００１１】
〔構成２〕
本発明に係る分級器は、請求項２に記載したごとく、粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備えており、
前記排出流路が、前記分級ローターに取り付けた絞り部材と、当該絞り部材とは別体に設けた筒状部材とで構成してあり、前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある点に特徴を有する。
【００１２】
〔作用効果〕
本構成のごとく、絞り部材の一端部を分級ローターの内部に進入させることで、分級ローターの各部分から排出流路の入口までの距離の差を縮小することができる。つまり、排出流路の入口を、羽根の略中央（羽根の回転軸芯の延出方向に沿った略中央位置）に位置させることで、羽根の中央を挟んで左右両側の領域について、夫々の領域から排出流路の入口までの距離を略均等に設定することができる。ただし、厳密には、羽根の中央位置から排出流路入口までの距離が最小となり、羽根の左右両端部から排出流路入口までの距離が最大となる。しかし、排出流路の入口を羽根の略中央に位置させることで、これら最小値と最大値との差を縮めることができるから、分級ローターの内部での空気の流速或いは圧力分布等の空気の流動状態をより均等化することができる。この結果、分級精度を向上させることができるのである。
【００１３】
また、排出流路のうち、分級ローターの内部に進入している部分の内径を最小とするこ とは、即ち、搬出流路の内径は、その入口が最も狭く、入口の奥はより広く構成してあることを意味する。このように、排出流路の外径を、排出流路入口より下手側の領域で拡大しておけば、排出流路入口を通過した後の粉粒体の流速を低下させることができる。この結果、流通する粉体と排出流路を形成する筒状部材との摩擦が低下するから、排出流路の摩耗を抑制することができ、分級器の耐久性を向上させることができるのである。
尚、本発明の分級器は、トナーあるいは粉体塗料、電池材料、磁性材料等に適用できる他、２０μｍ以下の微粉末であって、粗粉混入を阻止し、粒径が揃った粒度分布範囲の狭い製品が必要な場合等にも有効である。
【００１４】
また、本構成の場合、絞り部材は分級ローターと共に回転する。つまり、この場合には、羽根どうしの間を通過して、分級ローターの内部で螺旋流を形成する吸引空気及び粉体と、前記絞り部材とが略同一の角速度で回転する。その結果、粉体と絞り部材との摩擦が低下し、絞り部材が摩耗するのを抑制して、分級器の耐久性を向上させることができる。
【００１５】
〔構成３〕
本発明に係る分級器は、請求項３に記載したごとく、前記分級ローターと前記排出流路との隙間に、前記分級ローターの径方向内側及び外側に分岐して流れるエアーを供給するエアー供給手段を備えて構成することができる。
【００１６】
〔作用効果〕
本構成であれば、過大な粉体が、羽根どうしの間を通過することなく排出流路の内部に流入するのを防止することができる。
【００１７】
〔構成４〕
本発明に係る分級器は、請求項４に記載したごとく、前記絞り部材が前記分級ローターの内部に進入する深さを、前記分級ローターの回転軸芯と同方向に沿った前記分級ローターの高さの１〜５０％に構成することができる。
【００１８】
〔作用効果〕
上述のごとく、絞り部材を分級ローターの内部に進入させて設けることで、分級精度を向上させることができる。
そして、本構成のごとく進入深さを設定することで、より良好な分級精度を得られることがわかった。
【００１９】
〔構成５〕
本発明に係る分級器は、請求項５に記載したごとく、前記分級ローターの内部に進入している前記絞り部材の外径寸法を、前記分級ローターの外径寸法の４０％〜５５％に構成することができる。
【００２０】
〔作用効果〕
本構成であれば、分級ローターの内部に進入している絞り部材の外面が、分級ローターに近接し過ぎることはなく、また、分級ローターの内部に開口する排出流路の開口面積が過小になることもない。
即ち、絞り部材の外径寸法が過大であれば、絞り部材の外面が分級ローターの羽根に近付き、羽根の各位置と排出流路入口との間隔が極端に狭くなる。そうすると、羽根の各位置と排出流路の入口との距離が不均一となって分級ローターの内部に圧力の不均衡が生じる。
一方、絞り部材の外径寸法が過小となれば、排出流路の入口面積が小さくなり、分級ローターで吸引する空気の流量が減少して、分級処理能力が低下する。
そこで、分級ローターを本構成とすることで、分級処理能力を低下させることなく分級精度を高めることができる。
【００２１】
〔構成６〕
本発明に係る分級器は、請求項６に記載したごとく、前記絞り部材に係る前記一端部の端縁部に面取り部を設けて構成することができる。
【００２２】
〔作用効果〕
本構成であれば、分級ローターの羽根間を通過した粉体を、円滑に排出流路に流入させることができる。
例えば、絞り部材の端部外面部をテーパー形状に形成しておけば、特に、羽根のうち前記排出流路の側を通過して分級ローターの内部に入り込んだ粉体が、絞り部材の外面に沿ってその入口に達し、その先端部を回り込んで排出流路の内部に流入する際に、前記テーパー形状の部分で粒体の流れ方向が円滑に変更される。
一方、絞り部材の端部内面部をテーパー形状に形成してあれば、羽根のうち排出流路とは反対側を通過した粉体が、絞り部材の先端部近傍を通過して排出流路に流入する際に、流れ方向の変更が容易となる。
このように、本構成の分級器であれば分級ローターの内部から排出流路に至る空気の流れが円滑になるため、分級精度を高めることができる。
【００２３】
〔構成７〕
本発明に係る分級器は、請求項７に記載したごとく、前記排出流路の内面を電解研磨したのち、当該内面を表面改質して構成することができる。
【００２４】
〔作用効果〕
本構成のごとく、排出流路の表面改質を行うことで、粉体が排出流路の内面に付着するのを防止したり、表面の硬度を高めて排出流路の耐摩耗性を向上させることができる。この結果、分級器の耐久性を高めることができる。
表面改質の方法としては、例えば、テフロン（登録商標）コートあるいはメッキ処理等を施すことができる。
また、このような表面処理は、排出流路の摩擦係数を下げることにもなる。その結果、吸引空気の圧力低下を抑制することができ、吸引手段の必要能力を縮小化するなどの利点を得ることもできる。
【００２５】
〔構成８〕
本発明に係る分級器は、請求項８に記載したごとく、前記排出流路をセラミックスで構成することができる。
【００２６】
〔作用効果〕
本構成の場合にも、排出流路の硬度を高め、耐摩耗性を向上させることができるため、分級器の耐久性を高めることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
(概要)
本発明に係る分級器を図１乃至図４を参照しつつ説明する。
当該分級器は、粉体を分級処理する装置本体１の内部に分級ローター２を備えて構成してある。当該分級ローター２は、複数の羽根３を有しており、高速回転可能である。当該分級ローター２の一部分であって、その回転軸芯Ｘに沿った方向の一方の側には開口４を形成してある。当該開口４には、排出流路５が連接され、さらに、当該排出流路５の先には吸引手段を備えている。即ち、これら排出流路５および吸引手段を用いて分級ローター２の内部の空気を吸引することで、所定の粒径を有する粒体を選別して装置本体１の外部に取り出すものである。
【００２８】
前述のごとく、本発明の目的は、粒体の分級精度を高め、しかも、当該分級精度を良好に維持し得る分級器を提供することにある。そのために、本発明の分級器は、排出流路５を構成する部材の形状等に特徴を有する。また、排出流路５を構成する部材の形状と分級ローター２の形状とに一定の関係を持たせてある。これらの特徴構成について、以下、順を追って説明する。
【００２９】
（装置本体）
図１に示すごとく、当該分級器は、その最外方を装置本体１で構成し、当該装置本体１の内部が、内部に投入した粉体を分級処理する処理室６となっている。粉体は、蓋体７を取り外して投入することができる。また、図示しないが、別途設けた粉体投入口から投入するものであってもよい。
【００３０】
図１では、主に分級ローター２を設けた部位のみを示してあり、その他の部分は省略してある。即ち、本発明の分級器は、分級器のみの機能を持つ装置として構成することもできるし、その他の機能を兼ね備えた装置として構成することもできる。例えば、当該分級器を粉砕器の一部に備え、粉体の粉砕処理と分級処理とを連続して行えるものとすることができる。
【００３１】
（分級ローター）
図１に示すごとく、前記処理室６には、粉体を分級処理する分級ローター２を設けてある。これにより、所定の粒径以下の微粉が取り出される。
本実施形態では、水平方向の回転軸芯Ｘの周りに回転するいわゆる水平型の分級ローター２を用いた例を示す。分級ローター２は、処理室６の外部に設けた駆動モーター８によって高速回転する。回転速度は適宜変更自在である。
図１のII−II位置における分級ローター２の断面図を図２に示す。本実施形態では、平板状の羽根３を複数備えた例を示した。これら羽根３は、分級ローター２の外周部に設けてあり、その平面の延出平面内に回転軸芯Ｘを含むように取り付けてある。
尚、図示は省略するが、前記羽根３は前記回転軸芯Ｘを含まない状態となるように、径方向に対して斜めに取り付けてあるものであってもよい。また、羽根３の形状は単なる平板状ではなく、湾曲形状に構成することもできる。
【００３２】
当該装置本体１の処理室６内の空気は図示しない吸引手段によって吸引する。当該吸引手段としては、例えば、一般的なブロワー等を用いることができる。吸引の強弱は変更自在に構成する。例えば、吸引ファンの回転速度を変更することなどにより、吸引時の空気の流速を適宜変更する。
【００３３】
前記吸引手段には、排出流路５が接続してあり、当該排出流路５は、前記分級ローター２に連接してある。つまり、吸引手段を駆動させることで、分級ローター２の内部の空気を吸引する。これにより、処理室６の内部の空気が、高速回転する分級ローター２の各羽根３の間を通って分級ローター２の内部に引き込まれる。この時、所定の粒径以下の粒体は分級ローター２の内部に取り込まれ、粒径が過大な粒体は回転する羽根３によって分級ローター２の内部に流入することを阻止される。このような分級器を用いることで、数μｍから数十μｍ程度の粒径の微粉を分級することができる。分級ローター２で分級された粉体は、このあと排出流路５を介して、例えばバグフィルター等の捕集手段に導かれ、製品として取り出される。
【００３４】
（排出流路）
図１に示すごとく、本発明に係る排出流路５は、その一端部が前記分級ローター２の内部に進入した状態に設けてある。さらに、当該一端部近傍の内径は、分級ローター２の内部に進入している部分で最小となるように構成してある。
【００３５】
前記排出流路５の入口側の先端部を絞ったのは、主に以下の理由による。
図１には、排出流路５の一端部である排出流路５入口の外径をＤ1とし、その他の部分のうちの一つの外径をＤ2とした例を示してある。両者の関係は、Ｄ1＜Ｄ2である。本実施形態では、夫々の外径を有する部分を略円筒状の筒状部材で構成すると共に、これら双方を略円錐形状の部分で連結した状態に構成してある。
このように排出流路５の外径を、排出流路５入口より下手側の領域で拡大するのは、排出流路５入口を通過した後の粉体Ｆの流速を低下させ、当該排出流路５を形成する筒状部材の摩耗を抑制するためである。
【００３６】
図１では、前記排出流路５入口の外径をＤ1とし、その他の部分に係る一つの外径をＤ2とした。このように、上記の説明では両部位の径の違いを外径によって比較した。本来、吸引空気の減速などを考慮するためには、両部分の径の違いは内径によって考慮すべきである。しかし、後述するように、排出流路入口９の径方向のサイズを分級ローター２のサイズと比較する場合には、説明すべき気流の現象からみて外径によって評価するのが妥当である。ただし、現実には、一様な厚みを有する筒状部材５ａによって排出流路５を構成することが多い。よって、ここでは、便宜上、筒状部材５ａの外径を用いて排出流路５の形状を説明している。
【００３７】
また、本実施形態の筒状部材５ａは、その内面を表面改質してある。例えば、前記筒状部材５ａの内面にテフロンコートを施したり、各種のメッキ処理を施しておくことができる。尚、これら処理に先だって、電解研磨法などを用いて筒状部材５ａの内面を清浄化し、かつ、円滑化することによって、凹凸がなく強靱な表面処理層が得られて好都合である。
このような表面層を形成しておけば、筒状部材５ａ内面の摩擦係数を小さくすることができ、あるいは、硬度を高めることができる。また、排出流路５の摩擦係数を下げることで、吸引空気の圧力低下を抑制することができるため、吸引手段の必要能力を縮小できるなどの利点を得ることもできる。
【００３８】
尚、図示は省略してあるが、前記排出流路入口９から下手側に続く部位の直径を連続的に且つ滑らかに拡大するものであればより好ましい。本構成であれば、吸引空気の流れ方向および流速を円滑に変更することができる。よって、例えば、筒状部材５ａの特定の部位に粉体Ｆが集中的に衝突するのを防止して、筒状部材５ａが損傷するのを抑制することができる。
【００３９】
この他にも、前記筒状部材５ａをセラミックス等の耐摩耗性に優れた材料で構成するものであってもよい。本構成であれば、筒状部材５ａの内面形状が良好に保持され、理想的な空気流動状態を長期間維持することができる。
【００４０】
分級精度を高めるためには、分級ローター２の羽根３を通過した空気が前記排出流路入口９にできるだけ滑らかに流入することが必要である。例えば、排出流路入口９の近傍で空気流が乱れると、そこには圧力の変動が生じる。このような圧力の変動は、分級ローター２の羽根３の近傍位置にも影響するおそれがある。
この結果、羽根３の近傍での吸引空気流に乱れが生じ、分級精度が低下するのである。
【００４１】
このような空気流の乱れを少しでも緩和するために、例えば、図３に示すごとく、排出流路入口９の端縁部を先細に構成しておくと良い。即ち、排出流路５の中心線を通る平面で排出流路５を切断した断面を想定した場合に、排出流路入口９の外周面および内周面共に面取り部を構成しておく。
特に、外面部１０をテーパー形状に形成しておけば、粉体Ｆが排出流路入口９の基端側から当該外面に沿って前記排出流路入口９に達し、その先端部を回り込んで排出流路５の内部に流入する際に、粒体の流れ方向が円滑に変更される。
一方、内面部１１をテーパー形状に形成してあれば、粉体Ｆが、排出流路入口９とは反対側の位置、即ち、例えば図１においては駆動モーター８に近い側の位置から吸引されたのち、排出流路入口９の先端部近傍を通過して排出流路５に流入する際に、流れ方向の変更が容易となる。
【００４２】
（分級ローターと排出流路との関係）
本発明の分級器は、分級ローター２から排出流路入口９に至る吸引空気の流れを均等化し得る点が大きな特徴である。そのために、本発明の分級器にあっては、分級ローター２と排出流路５とが以下のような関係となるように構成してある。
【００４３】
まず、排出流路５の一端部を分級ローター２の内部に所定深さに進入させる。
例えば、図１に示すごとく、回転軸芯Ｘと平行な方向の分級ローター２のサイズを当該分級ローター２の高さｈとし、排出流路５の進入深さをＨとしたとき、Ｈ／ｈの割合が１〜５０％となるように排出流路５を分級ローター２の内部に進入させる。
【００４４】
本構成であれば、分級ローター２の各部分から排出流路入口９までの距離の差を縮小することができる。つまり、図１に示すごとく、前記排出流路入口９は羽根３の略中央、即ち、羽根３の回転軸芯Ｘの延出方向に沿った略中央に位置するから、羽根３の中央を挟んで左右両側の領域について、排出流路入口９までの距離の条件が互いに同じとなる。この場合、羽根３の中央位置から排出流路入口９までの直線距離が最小となり、羽根３の左右両端部から排出流路入口９までの直線距離が最大となる。この場合の最小値と最大値との差は、前記排出流路入口９が羽根３の中央位置ではなく羽根３の一方に偏って設けてある場合の前記最小値と最大値との差よりも小さくなる。
【００４５】
実際には、分級ローター２の内部に吸引された空気は、直ちに排出流路入口９に到達するのではなく、分級ローター２の内部で、その回転方向に沿って螺旋をえがきながら排出流路入口９に達する。このように、羽根３から排出流路入口９に至るまでに粉体Ｆは、両部位の離間距離に比べて長い距離を流通する。よって、前記羽根３の各位置から排出流路入口９までの直線距離に多少の差が存在しても、当該差は、羽根３から排出流路入口９に至る距離に比べて僅かであるから、羽根３を通過した粉体Ｆは何れも略同じ流通距離を経て排出流路入口９に至ると考えて良い。
【００４６】
分級ローター２に対する排出流路５の進入深さの差によって、分級性能がどの程度変化するかを検証した。その結果を図４に示す。
ここでは、横軸には、排出流路５の進入深さをとり、縦軸には、分級した粉体Ｆの中に混入する１０．３μｍ以上の粗粉の割合をとって整理した。分級ローターの外径は２００ｍｍであり、高さは１４０ｍｍである。分級した微粉の平均粒径は６．５μｍであった。図４に示したごとく、微粉中に混入した１０．３μｍ以上の粗粉の割合は、進入深さが０ｍｍの場合には１％であり、進入深さが５ｍｍの場合には０．５％であり、進入深さが１５ｍｍの場合には０．１％であった。
【００４７】
以上のことから明らかなごとく、排出流路５が分級ローター２の内部に進入する深さは、分級ローター２の高さの１〜５０％であれば良いが、進入する深さが長くなると排出流路５への流入時の圧力損失が増えるため、好ましくは３〜２５％、さらに１０〜２０％であれば特に好ましい結果が得られることがわかる。
【００４８】
本発明の分級器では、前記排出流路５の端部、即ち、排出流路入口９を絞り込んだ形状にしてある。図１に示すごとく、前記排出流路５の先端部であって、前記分級ローター２の内部に進入している部分の外径を小さく形成してある。
図５には、前記分級ローター２の外形寸法ｄに対して、前記排出流路入口９の外径寸法Ｄ1を適宜変更して分級処理を行った結果を示す。横軸には分級処理して得た粉体Ｆの平均粒子径をとり、縦軸には分級ローター２の回転数をとって整理した。
分級ローター２の外径は２００ｍｍ、排出流路５の先端部の外径は、夫々１１０ｍｍ、１００ｍｍ、８０ｍｍとした。Ｄ1／ｄ は５５％〜４０％である。実験に際しては、前記排出流路入口９の進入深さＨと前記分級ローター２の高さｈとの割合Ｈ／ｈを１５％に設定して分級処理した。図５中、（）に記した数字は、排出流路５の出口における静圧（mmＡｑ）である。
【００４９】
この結果、連通口のサイズを小さくするほど少ない回転数で小さな平均粒子径の分級処理が行えることがわかる。特に、Ｄ1／ｄ の割合を５０〜４０％に設定した場合に分級精度が高くなった。
尚、排出流路５の開口４の外径が４０％よりも小さくなると、前記開口４に空気が流入する際の圧力損失が増大して分級能力が低下する傾向があった。
【００５０】
このような結果が得られるのは以下の理由によるものと考えられる。
即ち、Ｄ1／ｄ を大きくするほど、排出流路入口９の周縁部が分級ローター２の羽根３に近づくことになる。すると、羽根３の各位置と排出流路入口９との離間距離をみた場合に、極端に当該距離の短い部分が生じる。そうなれば、排出流路入口９を分級ローター２の内部に進入させて前記両者間の距離の均一化を図るという前述の構成の効果が薄れてしまう。
一方、Ｄ1／ｄ が小さくなれば、排出流路入口９の面積が小さくなる。この場合には、前記排出流路入口９の位置は、より限定されるともいえる。すると、前記分級ローター２の各部と排出流路入口９との距離の差は縮小化され、分級ローター２内の空気の流速は何れの場所においてもさらに平均化されるとも考えられる。しかし、排出流路入口９そのものの面積が縮小されることで圧力損失が増大し、空気流量が減少する。つまり、本構成の場合には、分級精度は向上するものの、分級処理能力が低下することになる。
以上の点に鑑みて、前記分級ローター２の外形寸法ｄに対する前記排出流路入口９の外径寸法Ｄ1は４０％〜５５％に構成しておくとよい。
【００５１】
（シール手段）
図１および図３に示すごとく、前記分級ローター２と前記排出流路５との間には、両者間の隙間をシールするためにシールエアーＡを供給する。
このシールエアーＡを供給するエアー供給手段１２の一部を図３に示す。ここでは、前記排出流路５を形成する筒状部材５ａの外方を包囲するジャケット１２ａを設けてある。当該ジャケット１２ａの端部と、前記分級ローター２の端部とには、夫々環状の対向面１３ａ，１３ｂを形成してある。夫々の対向面１３ａ，１３ｂは、所定の隙間を維持した状態に近接配置してある。
【００５２】
前記ジャケット１２ａの対向面１３ａには、シールエアーＡを吹き出すエアー吹出口１４を少なくとも一つ設けてある。図示しないエアー供給源から前記ジャケット１２ａを介して供給されたシールエアーＡは、当該エアー吹出口１４から、前記分級ローター２の対向面１３ｂに向かって吹き出される。このシールエアーＡは、分級ローター２の径方向内側及び外側に分岐して流れる。このような分岐流を形成することで、処理室６の内部で循環している過大な粉体Ｆが、羽根３どうしの間を通過することなく排出流路５の内部に流入するのを防止する。
【００５３】
〔別実施形態〕
〈１〉 上記実施形態では、排出流路５と排出流路入口９とを一体的に形成した例を示したが、図６に示すごとく、排出流路入口９の部分を前記排出流路５とは別の部材で構成することもできる。
即ち、前記排出流路５を、前記分級ローター２の側に位置する絞り部材５ｂと、当該絞り部材５ｂに連結した筒状部材５ａとで構成することができる。この場合にも、前記絞り部材５ｂの外径は、前記筒状部材５ａの外径よりも小さく構成する。
【００５４】
本構成であれば、排出流路入口９の外径を適宜変更することができる。つまり、分級処理する粉体Ｆの種類毎に、外径あるいは進入深さの異なる絞り部材５ｂを適宜選択して装着することが可能になる。この結果、処理対象である粉体Ｆに最も適した分級条件を設定することができる。
【００５５】
また、前記絞り部材５ｂの開口面積は、排出流路５の中で最も狭い。よって、当該部分を流通する粉体Ｆの速度は最も大きい。このため、排出流路入口９を構成する部分は、最も摩耗し易い条件下にある。しかし、本構成であれば、仮に、絞り部材５ｂが摩耗しても当該部材のみを交換すればよい。つまり、排出流路入口９が摩耗して、粉体Ｆの流通条件が変化した場合でも、前記絞り部材５ｂのみを交換すればよい。このように本構成の分級器は、メンテナンスを合理的に行うことができ、かつ、常に最適な条件下で分級操作を行うことを可能にする。
【００５６】
〈２〉 上記実施形態では、排出流路入口９としての機能を有する絞り部材５ｂを装置本体１の側に設ける例を示した。しかし、図７に示すごとく、排出流路入口９として機能する部材を分級ローター２に設けることもできる。
即ち、前記排出流路５を、前記分級ローター２に取り付けた絞り部材５ｃと、当該絞り部材５ｃとは別体に設けた筒状部材５ａとで構成しておいてもよい。
【００５７】
本構成の場合、絞り部材５ｃは分級ローター２と共に回転する。つまり、この場合には、羽根３どうしの間を通過して、分級ローター２の内部で螺旋流を形成する吸引空気及び粉体Ｆと前記絞り部材５ｃとが略同一の角速度で回転する。その結果、絞り部材５ｂが固定されていた前述の分級器に比べて、粉体Ｆと絞り部材５ｃとの摩擦の程度が小さくなり、絞り部材５ｃが摩耗するのを抑制して、分級器の耐久性を向上させることができる。
【００５８】
また、排出流路５の中心側に吹き出すシールエアーＡに注目すると、図７から明らかなごとく、当該内向きのシールエアーＡは、排出流路５の中に吹き出される。これは、図３あるいは図６に示したごとく、シールエアーＡが分級ローター２の内部に吹き出されるものとは異なる。このように、分級ローター２の内部にシールエアーＡが吹き出されない構成であれば、分級ローター２の内部の空気流が乱されて分級処理の妨げになることがなく、所期の分級性能を十分に発揮し得る分級器を得ることができる。
【００５９】
〈３〉 上記実施形態では、分級ローター２の回転が、水平方向に延出した回転軸芯Ｘの回りに行われる例を示したが、この他にも垂直方向に延出する回転軸芯Ｘの回りに回転するものであってもよい。
【００６０】
垂直方向の回転軸芯Ｘを中心に回転する分級ローター２を用いる場合、粉体Ｆの流通方向は、上下方向において変動する。例えば、分級ローター２の羽根３を通過した粉体Ｆのうち、羽根３の上部を通過した粉体Ｆは排出流路入口９に向かって下向きに流入することになり、一方、羽根３の下部を通過した粉体Ｆは排出流路入口９に向かって上向きに流入することになる。そして、これらの粉体Ｆは、排出流路入口９の内部に流入した後、排出流路５の延出方向である上方あるいは下方に螺旋状に流通する。よって、粉体Ｆのいくらかは、排出流路入口９の端縁部において上下方向に流入方向を変更させられる。粉体Ｆの質量が大きいほど重力の影響が生じるため、上記流入方向の変更が分級精度に及ぼす影響は質量の大きな粉体Ｆほど大きくなる。このような理由から、いわゆる垂直回転を行う分級器にあっては、比較的質量の小さな粉体Ｆを処理する際に適用可能であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分級器の構成を示す説明図
【図２】 本発明に係る分級器の要部を示す断面図
【図３】 本発明に係る分級器の要部を示す断面図
【図４】 分級処理結果を示す説明図
【図５】 分級処理結果を示す説明図
【図６】 別実施形態に係る分級器の要部を示す断面図
【図７】 別実施形態に係る分級器の要部を示す断面図
【符号の説明】
１ 装置本体
２ 分級ローター
３ 羽根
４ 分級ローターの開口
５ 排出流路
５ａ 筒状部材
５ｂ 絞り部材
５ｃ 絞り部材
Ｆ 粉体
Ｘ 分級ローターの回転軸芯
Claims (8)
- 粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、
複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、
前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備える分級器であって、
前記排出流路が、前記分級ローターの側に位置する絞り部材と、当該絞り部材に連結した筒状部材とで構成してあり、
前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある分級器。 - 粉体を分級処理する装置本体を備えると共に、
複数の羽根を有していて回転自在であり、その回転軸芯に沿った方向の一方の側に開口を有する分級ローターを前記装置本体の内部に備え、
前記分級ローターで分級した粉体を前記装置本体の外部に取り出す排出流路と、前記排出流路を介して前記分級ローター内部の空気を吸引する吸引手段とを備える分級器であって、
前記排出流路が、前記分級ローターに取り付けた絞り部材と、当該絞り部材とは別体に設けた筒状部材とで構成してあり、
前記絞り部材の一端部が、前記分級ローターの内部に進入していると共に、前記絞り部材の内径を、前記筒状部材の内径よりも小さく構成してある分級器。 - 前記分級ローターと前記排出流路との隙間に、前記分級ローターの径方向内側及び外側に分岐して流れるエアーを供給するエアー供給手段を備えた請求項１又は２に記載の分級器。
- 前記絞り部材が前記分級ローターの内部に進入する深さを、前記分級ローターの回転軸芯と同方向に沿った前記分級ローターの高さの１〜５０％に構成してある請求項１から３の何れか一項に記載の分級器。
- 前記分級ローターの内部に進入している前記絞り部材の外径寸法を、前記分級ローターの外径寸法の４０％〜５５％に構成してある請求項１から４の何れか一項に記載の分級器。
- 前記絞り部材に係る前記一端部の端縁部に面取り部を設けてある請求項１から５のいずれか一項に記載の分級器。
- 前記排出流路の内面を電解研磨したのち、表面改質してある請求項１から６のいずれか一項に記載の分級器。
- 前記排出流路がセラミックスにより構成してある請求項１から７の何れか一項に記載の分級器。
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