JP4303852B2 - 粉体分級機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力を用いた粉体分級機に関し、特に、タービン式分級ローターの回転に基づく粉体粒子への遠心力作用と、これとは反対方向への空気流による搬送力のバランスとを利用して粉体を分級する粉体分級機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来種々の粉体分級法が知られているが、その一つに、粉体粒子に遠心力を与えると共に空気流による抗力を与え、遠心力と抗力とから決まるバランス点を変えて分級を行う空気分級法が知られている。
【０００３】
図２は粉体分級機の一例を示す縦断面図、図６は、従来の粉体分級機の分級ローターの一部を切り欠いて示す平面図である。
【０００４】
図２において、粉体分級機は、分級ローター１４の導部内に放射状の通路を多数形成し、この通路に分級ローター１４の径内方に向かう空気流を流通させ、また分級ローター１４を高速で回転させることにより通路内に供給した粉体に遠心力を作用させ、径内方に流通する空気流により粉体に作用する搬送力と、遠心力とをバランスさせ、遠心力の作用が勝る粗粉を分級ローター１４の外方に移動させ、分級ローター１４の外周に設けられた円環路を通して粗粉回収装置に回収させ、反対に粒径の小さな微粉は、空気流による搬送力による作用が勝り、分級ローター１４の径内方に移動させて微粉を回収させている。
【０００５】
このようにして、粉体から粗粉と微粉とを分離させるのであるが、粉体に付着性がある場合には微粉どうしが凝集して粗粉として振る舞い、粗粉回収装置側に回収されたり、また粗粉の周囲に微粉が付着し、粗粉とともに回収されてしまうことがあった。このような点に関して、特公平２−４３５５６号公報には、図６に示すように分級ローター１４の周囲の円環路５にくの字状の粗粉案内管５０を設け、この粗粉案内管５０の屈曲部分に粗粉落下口４０を開口させ、誤って円環路５に搬送された微粉や、粗粉落下口５０までの間で分離された微粉等を、粗粉落下口４０に落下させず、円環路５に戻る通路５２を通して、再び円環路５に戻すようにした発明がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記発明に記載された粉体分級機においても、付着性の強い粉体を分級する際、微粒子は互いにもしくは粗粒子と凝集し粉体分級機中で粗粉と同様の挙動を見せることがあり、近年より高い分級能力を求められている状況において十分ではなくなってきている。上記粉体分級機において、分級された粗粉流に微粉が混入していることが多く、粗粉落口部４０における微粉戻し機構だけでは粗粉流に混入した微粉を十分に除去することができなくなり、そのため、粗粉と共に微粉を回収してしまい満足のいく分級が望めなかった。
【０００７】
本発明は、従来よりも高い精度での微粉分級が可能な粉体分級機を提案することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するため、粉体が円環路等を循環する時間が長くなればそれだけ分級作用を受ける確率が高くなり、精度の高い分級が期待でき、また、凝集微粉の解砕機構を強化することによっても分級精度の向上が望めることに着目し、この目的を達成するために粉体分級機を次のように構成した。
【０００９】
すなわち、放射状通路内に径内方への空気流が流通される水平回転型のタービン式分級ローターにより、前記通路内に供給された粉体のうち粗粉は分級ローターの外周を囲む円環路側に移動させ、他方微粉は分級ローターの径内方側に移動させて分級する方式の粉体分級機において、前記円環路とほぼ同一平面内で、両端が該円環路の外周壁にそれぞれ接続した略くの字状に湾曲迂回した粗粉案内管と、該粗粉案内管のほぼ屈曲部分に接続して開口された、粗粉回収装置に通ずる粗粉排出管と、分級ローター回転方向に対して逆回転の方向に空気を前記粗粉案内管内に吹き込む吹込み手段とを備えて粉体分級機を構成した。
【００１０】
また、円環路と粗粉案内管との角部に丸みを設け、空気流を円滑にした。
【００１１】
また、前記吹込み手段は、空気吹き込み量を調整することにより、前記粗粉案内管内の空気流を分級ローターの回転方向に対しての順方向から分級ローターの回転方向に対しての逆方向まで任意に変更可能とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の粉体分級機の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１、図２に粉体分級機２を示す。図２において、１０は上面中心部に粉体供給装置（図示せず）が連結される粉体投入口１２aを有し、かつ周側部に空気導入口１２bを備えたケーシングで、このケーシング１０内には、円周部から軸心部下方に連通する空洞部１３を有する円盤状の分級ローター１４が配置され、この分級ローター１４はケーシング１０の縦方向の軸心部に軸受１５により垂直に取り付けた回転軸１６の上端に一体に固着されている。
【００１４】
また分級ローター１４の開放周縁部の空洞部１３内には、図１に示すように円周方向に等間隔に配列した多数の外方分級羽根１７を放射状に形成し、かつこの外方分級羽根１７の内側にあって、分級ローター１４の半径方向に対し二段となるよう外方分級羽根１７と対向する多数の内方分級羽根１８を放射状に形成するとともに、この外方および内方分級羽根１７、１８間に所望の間隙１９を形成し、さらにこの間隙１９と対向する分級ローター１４の上板１４aには、空洞部１３内と連通するリング状の粉体導入口２０が形成してある。このような分級羽根構造にすることによって、外方分級羽根１７および内方分級羽根１８の部分に粗粉側および微粉側に対応する強制渦の広い分級室２１（１７および１８）が構成され、かつその分級室２１の外方でケーシング１０外周壁６との間に円環路５が形成してある。
【００１５】
また、上記分級ローター１４の分級羽根１７、１８と対向する下面には多数の補助羽根２２が円周方向に等間隔に配列して放射状に設けられており、分級ローター１４が回転したとき、補助羽根２２により空気に回転方向の流れを与え、旋回した状態で上記分級室２１方向へ導入するようにしてある。
【００１６】
２５は、図１に示すように上記分級ローター１４の上板１４aとケーシング１０の上板下面間に形成した上記粉体投入口１２aと分級ローター４のリング状粉体導入口２０とを連通させる空所で、この空所２５に位置する分級ローター１４の上板１４aの中央部側には軸心部から外周方向に延びる多数の粉体分散羽根２６を放射状に設け、かつこの分散羽根２６の半径方向の終端とリング状粉体導入口２０間の分級ローター１４の上板１４a上を平坦にして、この平坦面とこれに対向するケーシング１０の内面間に粉体を二次分散させる分散間隙２７が形成してある。
【００１７】
２８は分級ローター１４とほぼ同様円周部から軸心部に連通する空洞部２９を有する円盤状のバランスローターで、このバランスローター２８は分級ローター１４と配置状態が対称となるように、かつ空洞部２９が分級ローター１４の空洞部１３と連通するようにしてケーシング１０内の回転軸１６に一体に固着しているとともに、バランスローター２８の開口周縁部の空洞部２９内には多数の羽根３０が放射状に設けてある。さらに、バランスローター２８の空洞部２９の外方には、渦巻きケーシング３１が設けてあり、この渦巻きケーシング３１には、図示しないサイクロン、バックフィルタ等の捕集装置が連結されている。
【００１８】
また円環路５の外周壁６には、図１に示すように略くの字状に屈曲した粗粉案内管４が接続している。粗粉案内管４は、分級ローター１４の回転方向上流側にて外周壁６に接続し、円環路５に開口している第１案内管４ａと、回転方向下流側にて外周壁６に接続し、円環路５に開口している第２案内管４ｂからなり、図１のＣ断面である図３に示すように案内管４の屈曲部に、粗粉回収装置に連通する粗粉取出し管４２がほぼ垂直に接続し、粗粉落下口４０が開口している。
【００１９】
第２案内管４ｂの角部には気流の乱れを抑えるために丸みがつけられている。丸みＲは、第２案内管４ｂの径をdとすると、Ｒ／ｄ＝0．1〜0．3の範囲が望ましい。これらの範囲であれば、空気の流れに乱れが発生せず、良好な分級が行われる。
【００２０】
更に、前記粗粉案内管４には、第２案内管４ｂと円環路５の接続部分に第２案内管４ｂの内部に向けて空気を吹き込む第２空気吹込管４４が設けられている。第２空気吹込管４４は、図示しない空気圧送機に接続し、調整弁等の操作により、任意な強さ、風量で空気を吹き出すことが可能となっている。また、粗粉落下口４０と第１案内管４ａとの接続部分には、第１案内管４ａを通って円環路５に向かう方向に空気を吹き出す第１吹込管４５が第２吹込管４４と同様に空気圧送機に接続した状態で設けられている。
【００２１】
第２空気吹出管４４と第１空気吹出管４５から吹出される風量、風速等を順次強くすると、案内管４内の空気流の方向が分級ローター１４の回転方向に対して順方向から、逆方向に変更される。このように空気流の方向を、順方向から、逆方向まで適宜変更することにより、粗粉案内管４内の空気流の流速を、ほぼゼロを含めその方向とともに大きく、かつ微細に変化させることができ、微粉を円環路５に戻す度合いを任意に変更することができる。
【００２２】
次に、粉体分級機２の動作を説明する。
【００２３】
まず、分級ローター１４およびバランスローター２８を電動機（図示せず）により所望の速度で回転させ、バランスローター２８の吸引作用および外部に連結されたブロワー（図示せず）で粉体分級機２の内部に負圧が形成されている。空気導入口１２bから流入された空気は補助羽根２２によって回転方向の流れに変換され、旋回した状態で円環路５から分級室２１に入り、そして分級室２１では分級羽根１７、１８により分級ローター１４と同一周速の気流となる。これと同時に分級室２１ではバランスローター２８およびブロワーで吸引される形式であるため、分級室２１の円周面での空気は半径方向の流れとなる。またバランスローター２８を通過した空気は渦巻きケーシング３１を介してサイクロンのブロワーに吸引される。
【００２４】
この状態で、粉体投入口１２aから粉体原料を投入すると、投入された粉体原料は空気流に乗り、各分散羽根２６間を通過する間に分級ローター１４の軸心を中心とする放射方向にほぼ均一に分割され、粉体の一次分散が行われる。そして、分散羽根２６の終端からでた粉体は分級ローター１４の回転に伴い分散羽根配列円のほぼ接線方向に放射され、分散間隙２７内で二次分散される。以上の作用で十分に分散された粉体はリング状に形成された粉体導入口２０を通して分級室２１に供給され、ここで粉体の各粒子は回転流による遠心力

と半径方向の流れによる抗力

を受ける。
【００２５】
なお、上記式における符号は下記の通りである。
Dp：粒子の径
ρp：粒子の密度
Vo：円周方向の風速
Vr：半径方向の風速
R：分級される位置の回転中心からの半径距離
μ：空気の粘性係数
これらの粒子のうち遠心力＜抗力の関係が成り立つ細かい粒子は半径方向の空気流に乗った状態でバランスローター２８、渦巻きケーシング３１を介して粉体分級機２の外に空気輸送され、サイクロン、バックフィルタ等の捕集機により捕集される。
【００２６】
また、遠心力＞抗力の関係が成り立つ粗い粒子は、分級ローター１４の回転に伴って分級ローター１４の外に移動し、円環路５を循環する。
【００２７】
そして、円環路５を循環する粗粉の一部は、第２案内管４ｂに向けて設けられた空気吹込管４４から吹き込まれている空気流により、空気とともに第２案内管４ｂを通って粗粉落下口４０に送られる。粗粉落口部４０に至った粗粉は、空気流による搬送力と重力沈降のバランスにより、大径の粒子は沈降して粗粉落下口４０内に落下し、ローターリーバルブ等（図示せず）を用いてエアシールした状態で粉体分級機２の外に取り出される。一方、小径の粒子はこの重力沈降が緩やかであり、しかもこの粗粉落下口４０には空気吹込管４４による第１案内管４ａを通って円環路５の方向への空気の吹き込みがあるため、この空気流による搬送作用を受けて円環路５に戻ることになる。
【００２８】
第２空気吹込管４４の空気量の吹き込みの程度は、非吹き込み時に示される管路内圧2.0×10^４〜3.0×10^４Ｐａに対し、1.0×10^５〜5.0×10^５Ｐａ程度であることが望ましい。また、第１空気吹込管４５による粗粉落口部４０から第１案内管４ａへの空気の吹き込みにより、円環路５から第１案内管４ａへの粗粉流の流入が防がれると共に、空気流のせん断力によって円環路５内を循環する粗粉流内の凝集粒子が解砕および分散される。第１空気吹込管４５の空気量の吹き込みの程度は前記第２空気吹込管４４と同様に、非吹き込み時に示される管路内圧2.0×10^４〜3.0×10^４Ｐａに対し、1.0×10^５〜5.0×10^５Ｐａ程度であることが望ましい。
【００２９】
円環路５に戻された粉体は、分級ローター１４の回転に沿って円環路５を循環しながら再度分級作用を受けることになり、目的とする分離径以下の粒子は、分級ローター１４内の通路を通って微粉側の捕集装置に回収されることになる。
【００３０】
以上のような粉体の流れが、第２空気吹出管４４と第１空気吹出管４５により形成され、粉体分級機２の内部で連続的に分級、破砕作用が繰り返し生じ、これによって目的とする粗粉の分級が行われる。また、粉体分級機２における分級点の調整は、分級ローター１４の回転数あるいは分級室２１の通過風量等を適宜変化させることにより行われる。
【００３１】
以上説明したように、円環路５にくの字状に屈曲した案内管４を接続し、分級ローター１４の回転方向に対し逆の方向となる空気流を空気吹込管４４等より吹き込み、粉体を流動させたことにより、粉体の流れを大きく変化させ、しかも流速を適宜緩やかにでき、微粉を落下させずに円環路５に戻して円環路５内を循環し再度分級作用を受けさせ、目的とする分離径以下の粒子は、分級ローター１４内の通路を通って微粉側の捕集装置に回収されることになり、従来の分級機よりも高い微粉回収率が可能となった。
【００３２】
（実施例１）
図４に、５．04μm以下個数割合56％のトナー粉体を用いた、従来型分級機と本発明の分級機の微粉分級試験結果を示す。分級ローターの外径は186mm、円環路径は203mm、粗粉排出管路は10mm×16．5mm、戻り管路は18mm×16．5mmとした。運転条件は、分級ローター回転数9000〜9500rpm、ブロワー風量1．9〜2．8m³／min、第１空気吹込管及び第２空気吹込管の圧力1.0×10^５Ｐａ、粉体供給量3kg／hとした。横軸に粗粉内５．04μm以下個数割合、縦軸に粗粉回収率をとり両者を比較した。その結果、従来型よりも本発明にかかる粉体分級機の方が、同じ粗粉回収率時の粗粉内５．04μm以下個数割合が１〜２％低かった。すなわち、従来型よりも本発明の方が微粉回収率が改善されたことがわかる。
（実施例２）
実施例１の粉体分級機の第２案内管の角に丸みＲ３を設けて同様に試験を行った。図５は、５．04μm以下個数割合56％のトナー粉体を用いた、従来型分級機と本発明の分級機の微粉分級試験結果を示している。 運転条件は、分級ローター回転数9000〜9500rpm、ブロワー風量1．9〜2．8m³／min、第１空気吹込管及び第２空気吹込管の圧力1.0×10^５Ｐａ、粉体供給量3kg／hとした。横軸に粗粉内５．04μm以下個数割合、縦軸に粗粉回収率をとり両者を比較した。その結果、従来型よりも本発明にかかる粉体分級機の方が同じ粗粉回収率時の粗粉内５．04μm以下個数割合が２〜３％低かった。すなわち、従来型よりも本発明にかかる粉体分級機の方が微粉回収率が大幅に改善された。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の粉体分級機は、粗粉案内管の内部の空気流を逆方向にし、しかも流通速度を任意に変更でき、粗粉の粉体分級機内での滞留時間を長くでき、かつ分級機会を増すことにより、また、分級機内部における粉体への分散・解砕作用を強化することができ、従来の分級機に比べて微粉回収率を向上することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる粉体分級機の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明にかかる粉体分級機の一実施形態を示す断面図である。
【図３】粗粉落下口を示す断面図である。
【図４】本発明にかかる粉体分級機の実験結果を示すグラフである。
【図５】本発明にかかる粉体分級機の実験結果を示すグラフである。
【図６】従来の粉体分級機を示す図である。
【符号の説明】
２ 粉体分級機
４ 案内管
４ａ 第１案内管
４ｂ 第２案内管
５ 円環路
６ 外周壁
１０ ケーシング
１２ａ 粉体投入口
１２ｂ 空気導入口
１３ 空洞部
１４ 分級ローター
１７ 外方分級羽根
１８ 内方分級羽根
１９ 間隙
２０ 粉体導入口
２１ 分級室
２２ 補助羽根
２５ 空所
２６ 粉体分散羽根
２７ 分散間隙
２８ バランスローター
２９ 空洞部
３０ 羽根
３１ 渦巻きケーシング
４０ 粗粉落下口
４２ 粗粉取出管
４４ 第２空気吹込管
４５ 第１空気吹込管

Claims (3)

1. 放射状通路内に径内方への空気流が流通される水平回転型のタービン式分級ローターにより、前記通路内に供給された粉体のうち粗粉は分級ローターの外周を囲むように設けた円環路側に移動させ、他方微粉は分級ローターの径内方側に移動させて分級する方式の粉体分級機において、
   前記円環路とほぼ同一平面内で、両端が該円環路の外周壁にそれぞれ接続した、くの字状に湾曲迂回した粗粉案内管と、
   該粗粉案内管の屈曲部分に備えられた開口部に接続して粗粉回収装置に通じる粗粉排出管と、
   前記粗粉案内管内に空気を吹込む吹込み手段と、を有し、
   前記吹込み手段により吹込まれる空気の方向は分級ローターの回転方向と逆方向であることを特徴とする粉体分級機。
2. 前記粗粉案内管内に空気を吹込む吹込み手段を少なくとも２つ有し、
   一方は前記円環路と前記屈曲部分との間に設けられ円環路方向に向かって空気を吹き出し、他方は前記粗粉案内管と前記円環路との接続部分付近の円環路側に設けられ、前記屈曲部分と円環路との間で粗粉排出管方向に向かって空気を吹出すようにしていることを特徴とする請求項１に記載の粉体分級機。
3. 前記吹込み手段は、空気吹込み量を調整することにより、前記粗粉案内管内の空気流の方向を、前記分級ローターの回転方向に対しての順方向から逆方向まで任意に変更可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体分級機。

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