JP4402966B2

JP4402966B2 - 超音波角形篩装置

Info

Publication number: JP4402966B2
Application number: JP2004014291A
Authority: JP
Inventors: 康弘真弓
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP2005205307A

Description

本発明は、超音波振動子を用いて樹脂と金属粉との混合体から樹脂炭化物と金属粉を選別する超音波角形篩装置に関する。
具体的には、樹脂と金属粉、たとえば非鉄金属（Ｃｕなど）粉の混合物であるシュレッダーダストを加熱処理した混合体（炭化物）に超音波振動を付与することにより、樹脂炭化物と金属粉を効率よく選別することができる選別装置に関する。

本発明者等は、これまで、傾斜型の超音波篩の研究開発を行ない、その成果について特許出願を行ってきた。
例えば、特開２００３−２１１０９１号公報では、樹脂と金属粉を所定の傾斜角度に設置される振動板に投入するとともに、該振動板に超音波振動を付与することにより、樹脂と金属粉との混合体から、樹脂炭化物と金属粉を効率よく選別し、回収する方法を開示した。
図４および図５は、特開２００３−２１１０９１号公報で開示した選別装置を示す図である。
図４および図５において、１は搬送手段、２は粉砕手段、３はメッシュ部を有する振動板、４は超音波発生手段、５、６は収集箱、７は収集部材（トラフ）、８は防塵部材、９はベルト、１０ａは上ロール、１０ｂは下ロール、１１はロール軸、１２は昇降部材、１３は振動枠、１４はメッシュ部、１５ａは振動子、１５ｂはホーン、１５、２１振動部を示す。
図４において、混合体Ｍおよび金属粉Ｍ１ａおよび微細化された樹脂炭化物Ｍ１ｂを搬送する搬送手段１、該混合体Ｍを粉砕し、炭化物を微細化する粉砕手段２、当該金属粉Ｍ１ａと微細化された樹脂炭化物Ｍ１ｂとをふるいに掛ける振動板３および該振動板３に超音波を付与する超音波発生手段４を備えている。
振動板３は、図５に示されるように、内部に配置される角形の振動枠１３に囲まれたメッシュ部１４を有している。

また、特願２００３−２０５２４８号明細書では、電圧を印加してプラスに帯電させた篩網と該篩網を振動させる振動枠を備えた超音波篩を用いることによって、石炭灰に含まれる未燃炭素を分離する方法を提案した。
本発明者等は、これらの研究開発過程において各種実験を行なうのに角形サイズL400×W400(mm)、電源容量50Wの小型装置を使用してきたが、更なる実用化に向け角形サイズL2000×W1000(mm)へのサイズ拡大を行なっている段階で小型の装置では発生しなかった以下の3点の問題点が明確になった。
１）電源の大容量化（300W）にともない超音波振動子取付け部の発熱が顕在化し30分程度の運転で温度が振動子の耐熱上限である70℃を超えてしまい連続運転が不可能であった。
２）面積拡大にともない正方形、長方形の振動枠では振動が弱くなった。
３）面積拡大にともない篩下の収集部（トラフ部）の粉の流動性が悪化した。
また、本発明の角形篩とは形状が異なる円形の超音波篩に関しては以下のような従来技術が開示されている。

例えば、特表平８−５０００５８号公報には、篩網を振動させるのに中央の振動子から半径方向に外側に篩面の上を延び棒形振動子として作用する指状に突出した共振伝達棒を設置している。
しかし、この振動伝達棒は曲げ振動を利用しており篩面は良く振動するかもしれないが、サイズ拡大を行なうとするならば、電源の大容量化に伴い、これまでの経験から、共振伝達棒の先端が発熱する可能性があるうえ、振動伝達棒が根元から折損することも考えられる。
また、特表２００２−５０５９５４号公報には、篩枠を縦振動させるためにλ/2縦振動子に結合素子を取り付けてあり、そして、この結合素子に縦穴が空いている。
しかし、この縦穴は結合素子が効率良くλ/2で縦振動を行なわせるためのものであり、このように縦振動を利用する場合には円形に限られ角形にした場合にはコーナ部で振動が減衰し、発熱してしまうことが考えられる。
特開２００３−２１１０９１号公報特願２００３−２０５２４８号明細書特表平８−５０００５８号公報特表２００２−５０５９５４号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、超音波振動子を用いて樹脂と金属粉との混合体から樹脂炭化物と金属粉を選別する超音波角形篩装置において、大容量の電源を用いても超音波振動子の取付け部の発熱を抑制することができ、大面積の振動枠を用いても十分な超音波振動と篩下の収集部（トラフ部）の粉の流動性を確保することができる超音波角形篩装置を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するため鋭意検討の結果なされたものであり、振動枠の構造および形状を工夫することによって、大容量の電源を用いても超音波振動子の取付け部の発熱を抑制することができ、篩下の収集部（トラフ部）に複数の超音波振動子を設けることによって大面積の振動枠を用いても十分な超音波振動と篩下の収集部の粉の流動性を確保することができる超音波角形篩装置を提供するものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）超音波振動子を用いて樹脂と金属粉との混合体から樹脂炭化物と金属粉を選別する超音波角形篩装置であって、
前記超音波振動子は、ホーンを介してメッシュ部面とは反対側の振動枠に垂直に取付け、
振動枠の前記ホーン取付位置の上部に穴を有することを特徴とする超音波角形篩装置。
（２）前記振動枠に有する穴の形状は、円形または楕円形であることを特徴とする（１）に記載の超音波角形篩装置。
（３）前記超音波振動子を取付ける振動枠が、振動する辺と平行でない辺とを有することを特徴とする（１）または（２）に記載の超音波角形篩装置。
（４）前記振動枠が、五角形以上の多角形であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の超音波角形篩装置。
（５）選別した樹脂炭化物と金属粉を収集する収集する収集部材に複数個の超音波振動子を取付け、かつ、該超音波振動子の周波数を変調させることを特徴とする請求項1乃至（４）のいずれか一項に記載の超音波角形篩装置。

本発明によれば、超音波振動子を用いて樹脂と金属粉との混合体から樹脂炭化物と金属粉を選別する超音波角形篩装置において、大容量の電源を用いても超音波振動子の取付け部の発熱を抑制することができ、大面積の振動枠を用いても十分な超音波振動と篩下の収集部（トラフ部）の粉の流動性を確保することができる超音波角形篩装置を提供することが大型サイズでの連続運転が可能となり、従来の振動篩のように装置全体を振動させる必要がないので、装置費用としては安価でかつ、大型サイズの超音波角形篩が実現でき、粉体処理コストの削減が可能となるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。

発明者等は、前述の従来技術の問題点を解決するために、各種試行錯誤実験を行ない問題点を解決する方策を検討し本発明を完成させたものであり、本発明を実施するための最良の形態について、図１乃至図３を用いて詳細に説明する。

図１および図２は、本発明の超音波角形篩装置の実施形態を例示する図であり、図１は斜視図、図２は断面図を示す。
図１および図２において、７は収集部材（トラフ）、１３は振動枠、１４はメッシュ部、１５、２１は振動部、２２は振動部カバーを示す。
樹脂と金属粉との混合体は、超音波角形篩装置のメッシュ部１４の上面に投入され、メッシュ部１４によって樹脂炭化物と金属粉が選別される。
メッシュ部１４のメッシュサイズ（網の目開きの大きさ）は問わないが、選別する樹脂炭化物と金属粉の選別サイズに合わせて、たとえば１００〜２００μｍ程度に選定したり、または選別効率（選別目標）である９７〜１００％に合わせて適宜設定したりすることができる。
このメッシュ部１４は、振動枠１３に取付けられており、この振動枠１３に振動部１５が取付けられている。
そして、振動部１５から発振された超音波振動は、振動枠１３を介してメッシュ部１４に伝播する構造になっている。
図３は、本発明に用いる超音波振動子の取付け部の詳細図である。

図３において、１３は振動枠、１５ａは振動子、１５ｂはホーン、１５は振動部、２３は振動枠に設けられた穴を示す。
図３に示すように、本発明においては、超音波振動子１５aを取付ける振動枠における、該超音波振動子１５aの近傍に穴を有することを特徴とする。
振動子１５aの取付け方法は、振動枠１３にカプラーを溶接で取付け、そのカプラーに振動子１５aをネジおよび接着で取付けることが好ましい。
この振動枠１３における超音波振動子１５aの近傍であるカプラー取付け上部に直径が数ｍｍ〜１ｃｍの円形もしくは楕円形の穴２３を開けることによって、超音波振動子１５aから発振された超音波振動が振動枠１３に設けられた穴２３の部分で反射されてエネルギーが集中することなく分散されるので、超音波振動の集中による発熱を抑制することができる。
超音波振動が振動枠１３に設けられた穴２３の部分で反射される理由は、穴２３の部分は空洞になっており、振動枠１３と密度が著しく異なることから、超音波振動が伝播しないからであると考えられる。また、超音波振動子１５aを取付ける振動枠１３は、超音波振動子１５aを取付けて振動させる辺と平行でない辺とを有することが好ましい。
従来は、図５に示すように、樹脂と金属粉との混合体がメッシュ部１４を流れる有効距離Ｌをできる限り長くするために、振動枠１３の形を円形ではなく正方形や長方形にしていたが、これでは、超音波振動子１５aを取付けて振動させる辺と平行な辺に伝播する波が定在波となって節の部分が振動しないため振動が弱くなってしまった。

そこで、本実施形態においては、図１に示すように、超音波振動子１５aを取付けて振動させる辺と平行でない辺とを設け、伝播する波を不規則波にすることによって定在波を発生させにくくさせて、振動枠１３を強く振動させることができる。
さらに、振動枠は、図１に示すような、五角形以上の多角形であることが好ましい。振動枠の形状を五角形以上の多角形とすることによって、超音波振動子１５aを取付けて振動させる辺と平行でない辺の数を多くすることができ、超音波振動が振動枠１３によりランダムに反射するので定存波の発生を防止でき振動枠１３の振動をさらに強めることができるからである。
また、振動させる辺と平行でない辺とは、上記多角形の振動枠の角を丸めたもの、あるいは、多角形のみならず長円や楕円の振動枠も本発明の範囲内である。

また、図１および図２に示すように、選別した樹脂炭化物と金属粉を収集する収集部材７に複数個の超音波振動子を取付け、かつ、該超音波振動子の周波数を変調させることが好ましい。
複数個の超音波振動子を取り付け、周波数を変調（スイープ）をかけて周波数を変化させることによって、定存波の発生を抑制することが可能になり、収集部材７における樹脂炭化物と金属粉の流動性を改善することができる。
なお、収集部材７に設ける超音波振動子は、単位面積当たりの設置個数が多い程、樹脂炭化物と金属粉の流動性を向上させることができる。

本発明の図１乃至図３に示す実施形態からなる、角形サイズL2000×W1000（ｍｍ）、電源容量300Wの大型の超音波角形篩装置を用いて、樹脂とＣｕ粉の混合物であるシュレッダーダストを加熱処理した混合体（炭化物）を選別したところ、振動枠のコーナー部における温度は常温＋３０℃であり、連続運転しても過熱の問題は生じなかった。
また、平均粒径が１００μｍの樹脂とＣｕ粉の混合物を選別したところ、篩下のＣｕ濃度が０．２％以下、篩上のＣｕ濃度が５０％とすることができた。
本発明により、長さ１０００ｍｍ以上、電源容量２００Ｗ以上の大型サイズでの連続運転が可能となり、従来の振動篩のように装置全体を振動させる必要がないので、装置費用としては安価でかつ、大型サイズの超音波角形篩が実現でき、粉体処理コストの削減が可能となることが確認された。

本発明の超音波角形篩装置の実施形態を例示する斜視図である。本発明の超音波角形篩装置の実施形態を例示する断面図である。本発明に用いる超音波振動子の取付け部の詳細図である。従来の超音波角形篩装置を例示する図である。従来の超音波角形篩装置を例示する図である。

符号の説明

１搬送手段
２粉砕手段
３メッシュ部を有する振動板
４超音波発生手段
５、６収集箱
７収集部材
８防塵部材
９ベルト
１０ａ上ロール
１０ｂ下ロール
１１ロール軸
１２昇降部材
１３振動枠
１４メッシュ部
１５ａ振動子
１５ｂホーン
１５、２１振動部
２２振動部カバー

Claims

超音波振動子を用いて樹脂と金属粉との混合体から樹脂炭化物と金属粉を選別する超音波角形篩装置であって、
前記超音波振動子は、ホーンを介してメッシュ部面とは反対側の振動枠に垂直に取付け、
振動枠の前記ホーン取付位置の上部に穴を有することを特徴とする超音波角形篩装置。
前記振動枠に有する穴の形状は、円形または楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の超音波角形篩装置。
前記超音波振動子を取付ける振動枠が、振動する辺と平行でない辺とを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波角形篩装置。
前記振動枠が、五角形以上の多角形であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の超音波角形篩装置。
選別した樹脂炭化物と金属粉を収集する収集する収集部材に複数個の超音波振動子を取付け、かつ、該超音波振動子の周波数を変調させることを特徴とする請求項1乃至請求項４のいずれか一項に記載の超音波角形篩装置。