JP4889663B2 - 気流式ふるい分け方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、粉体原料を気流によりふるい分けする気流式ふるい分け方法および装置に関する。

粉体の分級方法には、ふるい分け、乾式分級（気流分級）、湿式分級の３種類があり、本願発明は、ふるい分けと気流分級に関わるものである。
気流による慣性力と重力とのバランスにより粒子を分級する気流分級では、遠心力等をうまく利用することで、１μｍ程度の微粒領域の分級も可能であるが、分級精度が劣る（微粒子側に粗大粒子が混入、粗大粒子側に微粒子が混入する）欠点がある。
他方、ふるい網によりふるい分けは、微粒子側のふるい分け精度（分級精度）は優れているが、ふるい網の網目が微細になればなるほど目詰まりし易くなるので、ふるい分けできる微粒領域は相当程度大きい値を限界とする。

そこで、ふるい網の目詰まりを防止する工夫をした気流式ふるい分け装置が種々提案されている。
気流式ふるい分け装置は、基本的に原料供給口を除いてふるいケースに蓋を被せた密閉型であり、通常ふるいケースの内部空間を上空間と下空間に仕切るふるい網の上面に粉体原料を供給して、何らかの方法で原料を分散させ、ふるい網の下方に空気を吸引することで、分散した原料がふるい網を通過する際にふるい分けするものである。

例えば、特許文献１に開示された気流式ふるい分け装置では、ふるい網の下面に沿って旋回する溝形ノズルからガスを噴射させて、ふるい網の網目に詰まった粒子を除去して目詰まりを解消している。

また、同じ出願人が先に出願した特許文献２に開示された気流式ふるい分け装置は、ふるいケースの上端開口を蓋部材が覆っており、ふるいケースの上端面と蓋部材との間に隙間を設け、該隙間からふるいケースの上空間に吸い込まれる空気流によりふるい網の上面に供給された原料を分散させているので、ふるい網の網目に詰まった粒子を、ふるい網の上面に沿って流れる空気流および同空気流に乗り旋回する粉体の粉体流が掻き取るようにして目詰まりを解消するふるい網の清掃効果がある。

以上の特許文献１と特許文献２は、気流を用いてふるい網によりふるい分けを行っているが、気流による慣性力と重力とのバランスにより粒子を分級する気流分級は行っていない。
そこで、ふるい分けと気流分級を共に行っているものとして特許文献３の例がある。

特許文献３は、下部ケーシング内の上昇ジェット気流中に粉体出口から上部の分級スクリーンに向けて粉体原料を噴霧して、分級スクリーンを通過した微細粒子を分級スクリーンの上側で回収し、粗大粒子を分級スクリーンの下側で回収しようとするもので、分級スクリーンの目詰まりを防止するために、分級スクリーンの上方に高圧エアを放出するスリットを備えた回転式エアブラシを有している。

特開２００２−１８６９０８号公報 特開２００７−３０１４９０号公報 特開平８−１２６８４８号公報

特許文献１は、ふるい網の下面に沿って旋回する溝形ノズルからガスを噴射させてふるい網の網目に詰まった粒体を除去しているが、粉体粒子には下方への吸引力と重力が相乗して加わり、上方への力は溝形ノズルからのガスの噴射だけであるので、旋回する溝形ノズルによりガス噴射された箇所は一時的に目詰まりが解消されても、溝形ノズルが通り過ぎると、すぐに再び目詰まりする可能性が高く、よって微細な粉体を連続的に大量に処理することは困難であり、実用的に使用可能なふるい目開きも50μｍ程度が限度ではないかと推察される。
さらに、特許文献１は、旋回する溝形ノズルからガスを噴射させる複雑な機構を必要として、部品点数が多く構造が複雑でコスト高である。

これに対して、特許文献２に開示された構成は、ふるいケースの上端面と蓋部材との間の隙間から空気を吸い込む簡単な構成である。
しかし、上空間の粉体粒子に下方への吸引力と重力が相乗して加わることに変わりなく、上方へ作用する空気流は部分的に生じる巻き返しによる空気流しかないので、ふるい網の上面に沿って流れる空気流および粉体流がふるい網の網目に詰まった粒子を常に何処でも払い除ける完全な清掃効果があるわけではなく、よって、実用的に使用可能なふるい目開きは、50μｍ程度が限度である。

また、特許文献３は、ふるい分けと気流分級を共に行っており、粉体粒子に上方への吸引力と下方への重力が作用して、気流による慣性力と重力の相殺効果があり、ふるい網の網目の詰まりが前記特許文献１，２に比べ緩和されるが、気流による慣性力が当然大きいことから目詰まりは生じ、これを回転式エアブラシが高圧エアの放出で解消するが、特許文献１と同様に、高圧エアが放出された箇所は一時的に目詰まりが解消されても、回転式エアブラシが通り過ぎると、すぐに再び目詰まりする可能性が高く、よって微細な粉体を連続的に大量に処理することは困難であると考えられ、特許文献２のように空気流および粉体流によるふるい網の清掃効果もないので、実用的に使用可能なふるい目開きは50μｍ程度が限度であると推察される。

また、特許文献３は、高圧エアを放出する回転式エアブラシおよび上昇ジェット気流中に分級スクリーンに向けて粉体原料を噴霧するジェットベッセル（粉体出口）、粉体出口に原料を供給するフィード管等を必要とし、部品点数が多く構造が複雑でコスト高である。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、長時間の連続安定運転が可能で、かつ構造が極めて簡単で低コストであるにもかかわらず、分級精度に優れるふるい分け技術の長所と数μｍ程度の微粒子領域の分級が可能な気流分級技術の長所を併せ持ち、高いふるい分け精度を維持して50μｍ未満の微粒子領域のふるい分けができる気流式ふるい分け方法および装置を提供する点にある。

本願発明の発明者は、同じ発明者による先願である前記特許文献２に開示された装置をもとに、さらにふるい網の目詰まりを防止して微細な粉体を効率良く大量に処理するための改良・検討を種々行う中で、装置を上下逆にしてみるという奇抜な発想に基づいて試験を行ってみると、全く予想もできなかった程に劇的な効果が確かめられたものである。
すなわち、従来のふるい分け装置では到底実現不可能と考えられていたような、目開きが25μｍ以下、さらには10μｍという微細なふるい網でのふるい分けにおいても、目立った目詰まりもなく、連続的に大量のふるい分け処理が可能となることが確認できた。

前記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、内部空間がふるい網により上空間と下空間に仕切られた筒状のふるいケースの下空間の下端開口にその下端面との間に隙間を存して被せられた底板の上に粉体原料を供給し、吸引手段により前記ふるいケースの前記上空間内の空気を上方に吸引し、前記上空間内の空気の上方への吸引により、外気が前記底板に沿う隙間から吸い込まれ、吸い込まれた空気を、前記底板と前記ふるい網との間で流動させて下空間内に気流を生起させ、前記底板上に供給された粉体原料を前記気流に乗せて下空間内で流動させて分散させ、分散した粉体原料を前記ふるい網を経て前記上空間に吸引してふるい分ける気流式ふるい分け方法とした。

請求項２記載の発明は、内部空間がふるい網により上空間と下空間に仕切られた筒状のふるいケースと、前記ふるいケースの下空間の下端開口にその下端面との間に所定の隙間を存して被せられる底板と、前記ふるいケースの下空間に臨んで開口する原料供給口を通し、前記底板上に粉体原料を供給する原料供給手段と、外気が前記隙間を経て前記下空間内に吸い込まれて前記底板の上方で流動し、前記底板上に供給された粉体原料の流動分散が生起し、かつ粉体原料が分散した気流が前記ふるい網を通って上方に吸引されるように、前記ふるいケースの前記上空間内の空気を上方に吸引する吸引手段と、を備えた気流式ふるい分け装置である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の気流式ふるい分け装置において、前記吸引手段による吸引の途中で微粉を回収する微粉回収手段と、前記底板の一部に形成された粗粉回収口から下方に凹出した粗粉回収容器と、を備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の気流式ふるい分け装置において、前記ふるいケースの下空間を形成する下側ケースは円筒形状をなし、前記ふるいケースの上空間を形成する上側ケースは上方が先細になる円錐筒形状をなし、前記原料供給口が前記下側ケースまたは前記底板に形成され、前記粗粉回収口が前記底板における前記円筒形状の下側ケースの中心軸上に形成されることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の気流式ふるい分け装置において、前記ふるいケースは前後に長尺の矩形筒形状をなし、前記底板は前後長尺の長方形状をなして前記ふるいケースの下端開口にその下端面との間に所定の隙間を存して被せられ、前後長尺の長方形状をなす上板が前記ふるいケースの上端開口を塞いで被せられ、前記原料供給口は前後長尺の下側ケースの前壁または前記底板の前端部に形成され、前記吸引手段は前記前後長尺の上板の後端部から前記ふるいケース内の空気を上方に吸引し、前記粗粉回収口は前後長尺の前記底板の後端部に形成されることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の気流式ふるい分け装置において、前記ふるいケースは、前記底板とともに前側より後側を低く傾斜させて配置されることを特徴とする。

請求項１記載の気流式ふるい分け方法によれば、ふるい網により上空間と下空間に仕切られた筒状のふるいケースの下端開口に隙間を存して被せられた底板の上に粉体原料を供給し、吸引手段により前記ふるいケース内の空気を上方に吸引するので、底板に沿う隙間から吸い込まれる空気流により底板の上の粉体原料は良好に分散し、分散した粉体は上方への吸引力によりふるい網を上方へ抜けようとし、その際に粉体はふるい分けられ、微粉はふるい網を通って上空間に抜け、粗粉は下空間に残る。

分散した粉体のうち粗粉は、上方への吸引力によりふるい網を通過しようとして網目に詰まることもあるが、粉体粒子に上方への吸引力と下方への重力が作用して気流分級としての気流による慣性力と重力の相殺効果があり、ふるい網の網目への詰まりが緩和されているとともに、ふるい網の網目へ詰まったとしても詰まり状態は強固ではない。

さらに、底板に沿う隙間から吸い込まれる空気流は、ふるいケースの下空間で旋回気流となってふるい網の下面に沿って流れるので、この旋回気流と同旋回気流に乗り旋回する粉体の粉体流は、ふるい網の網目に詰まった粒子に作用して掻き取るようなふるい網の清掃効果があり、粒子には網目から取り外す下方向に常時重力が作用していることおよび網目への詰まり状態も強固ではないことが、掻き取りを容易にして高い清掃効果を実現している。

以上のように、ふるい網が常時清掃されて目詰まりが防止されているので、長時間の連続安定運転が可能で、50μｍ未満の微粒子領域のふるい分けが、高いふるい分け精度を維持して実現することができる。
また、本気流式ふるい分け方法は、装置の構造を極めて簡単化し低コストとすることができる。

請求項２記載の気流式ふるい分け装置によれば、ふるいケースの内部空間を上空間と下空間に仕切るふるい網の下方の底板に粉体原料が供給され、ふるいケース内の空気を上方に吸引する今までにない構成であり、原料供給口より下空間の底板に供給された粉体原料は、吸引手段の吸引力により底板に沿う隙間から吸い込まれた空気流により下空間内で上方に分散し、分散した原料は上方への吸引力によりふるい網を上方へ抜けようとし、その際に原料はふるい分けられ、微粉はふるい網を通って上空間に抜け、粗粉は下空間に残る。

前記請求項１の気流式ふるい分け方法の作用効果と同じ作用効果を奏するものであり、
分級精度に優れるふるい分け技術の長所と数μｍ程度の微粒子領域の分級が可能な気流分級技術の長所を併せ持ち、気流分級としての気流による慣性力と重力の相殺効果によりふるい網の網目への詰まりが緩和されているとともに、ふるい網の網目へ詰まったとしても詰まり状態は強固ではない上に、ふるいケースの下空間の旋回気流および粉体流によるふるい網の清掃効果で目詰まりが常時防止されているので、長時間の連続安定運転が可能で、高いふるい分け精度を維持して50μｍ未満の微粒子領域のふるい分けを実現することができる。
また、本気流式ふるい分け装置は、構造が極めて簡単で低コストである。

請求項３記載の気流式ふるい分け装置によれば、吸引手段による吸引の途中で微粉回収手段が微粉を回収し、底板の一部に形成された粗粉回収口から下方に凹出した粗粉回収容器が形成されているので、ふるい分けられ下空間に残った粗粉が粗粉回収口から粗粉回収容器に容易に回収され、連続運転が可能である。

請求項４記載の気流式ふるい分け装置によれば、下側ケースは円筒形状をなし、上側ケースは上方が先細になる円錐筒形状をなし、原料供給口が下側ケースまたは底板に形成され、粗粉回収口が前記底板における円筒形状の下側ケースの中心軸上に形成されるので、少量の粉体原料を連続的にふるい分けるのに適した小型で簡易な気流式ふるい分け装置を構成することができる。

請求項６記載の気流式ふるい分け装置によれば、前後長尺の矩形筒形状をなすふるいケースにおいて、下側ケースの前壁または底板の前端部に形成された原料供給口から原料が底板上に供給され、上側ケースの上板の後端部からふるいケース内の空気を上方に吸引するので、底板に沿う隙間から吸引された空気流により原料が下空間内の前側で上方に分散しながら後方に移動し、その間に上方への吸引力によりふるい網を上方へ抜けようとし、その際に原料はふるい分けられ、微粉はふるい網を抜け後方に移動して微粉回収手段により回収され、粗粉は下空間に残りかつ後方に移動して粗粉回収容器に回収される。
ふるいケースを前後長尺に構成することができるので、気流式ふるい分け装置を大型にして、大量の粉体原料を連続的にふるい分けすることが可能である。

請求項６記載の気流式ふるい分け装置によれば、ふるいケースを底板とともに前側より後側を低く傾斜させて配置するので、原料の後方への移動が円滑になされ、ふるい分けが効率良く行われ、作業時間の短縮が図れる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図８に基づいて説明する。
本実施の形態に係る気流式ふるい分け装置１の構造を図１ないし図３に示す。

内径が約75mmの円筒状のふるいケース２の内部空間が、ふるい網３により下空間４と上空間５に仕切られている。
ふるい網３としては、金属製または樹脂製の織網、もしくは金属製または樹脂製のマイクロシーブなどが使用できる。
なおふるいケース２の内径は75mmに限定されるものではなく、種々の内径のものが適用可能である。

ふるいケース２の上空間５を形成する上側ケース２Ｕは、下部を除きフラスコ状に上方が先細になる円錐筒形状をなし、微粉回収路６に連結されており、微粉回収路６の下流端には吸引用ブロワ７が配設されている。
なお、上側ケースは、必ずしも円錐筒形状をしてなくてもよい。
この微粉回収路６の途中にサイクロン（またはバグフィルタなど）８が介装されていて、サイクロン８の下方に微粉回収容器９が配置されている。

ふるいケース２の下空間４を形成する下側ケース２Ｌは、偏平な円筒形状をなし、同下側ケース２Ｌの下端開口（ふるいケース２の下端開口）にその下端面との間に所定の隙間を存して底板10が被せられる。

底板10の上面におけるふるいケース２の下端面に対応する円環状部分に、所定の厚みを有するスペーサ11が互いに等間隔に３ヵ所固着されており、同底板10をふるいケース２の下端開口に被せることで、スペーサ11を介してふるいケース２の下端面と円板状の底板10との間に所定の隙間12が形成される。
スペーサ11の厚さにより隙間12の幅長ｓが決まる。
スペーサの数は、３個に限定されるものではない。

なお、本実施の形態では、ふるいケース２の下端面と円板状の底板10との間にスペーサ11を介装して隙間12を構成していたが、スペーサを用いずにふるいケース２の下端面に所定上下幅の切欠きを周方向に複数形成して底板に合わせるようにしても底板の上面に沿った隙間を構成することができる。
また、ふるいケース２が底壁を一体に備えた有底円筒状として、周壁における底壁の上面に沿った部分に所定上下幅のスリット状開口（隙間）を周方向に複数形成することも考えられる。

この隙間の断面の形状は、必ずしも四角形である必要はなく、他の多角形や円形または楕円形などであっても構わない。
この隙間は、粉末の分散効果や旋回気流によるふるい網目の清掃効果の観点から、底板に沿って開口していることが好ましいが、底板からわずかに上方に離れて開口していてもよい。
ここで重要なことは、吸引手段によって吸い込まれる空気が、この隙間から底板とほぼ平行な面に沿って流れ込むことであり、このような気流が形成されるのであれば、その隙間の形状や形成方法は特に制限されるものではない。

下空間４を形成する下側ケース２Ｌには、その周壁の一部に原料供給口15が形成されていて、同原料供給口15には漏斗16が差し込まれ、同漏斗16に原料フィーダ17により原料が投入される。
原料フィーダ17としては、振動フィーダ、テーブルフィーダ、スクリューフィーダなどの連続供給装置が使用できる。

下空間４に臨んで開口する原料供給口15は下側ケース２Ｌの開口下端面の近くに形成されていて、漏斗16に投入された原料は、原料供給口15から下空間４内の底板10の上に直接供給される。

下側ケース２Ｌの下端開口を覆う円板状の底板10の中心部（下空間４の中央）に粗粉回収口20が形成され、同粗粉回収口20から下方に凹出して粗粉回収容器21が形成されており、同粗粉回収容器21は奥側が閉塞されて密閉構造となっている。

なお、粗粉回収容器21は密閉構造とせず、側壁などに適当な開口を設け、空気を粗粉回収容器内に導入して粗粉回収口に向けて上昇する適度な空気流を形成して微粉粒子の侵入を防止することも考えられる。

この粗粉回収容器21および前記微粉回収容器９には、長時間の連続運転を可能とするために、密閉構造を保ちながらも容器から回収した粉体を間欠的または連続的に外部に取り出す手段を備えてもよく、その手段としては、従来から公知のロータリバルブやダブルダンパなどが使用可能である。

本気流式連続ふるい分け装置１は、以上のように簡単な構造をしており、吸引用ブロワ７の駆動により微粉回収路６を介してふるいケース２内の空気が上方へ吸引されている状態で、原料フィーダ17により原料が連続的に漏斗16に投入され下空間４の底板10の上に供給されることで、ふるい分けが連続的に行われる。

吸引用ブロワ７によりふるいケース２内の空気が上方へ吸引されると、ふるいケース２の下端面と底板10との間に隙間12を有するので、同隙間12から空気が下空間４に吸い込まれる。

隙間12から吸い込まれる空気は、その隙間12を底板10の上面に沿って下空間４内に流入するため、図１を参照して、流入した空気はまず下空間４の下側で周囲から中心に向かって流れ、中心に近づくにつれ上方に流れを変え、中央部下方からふるい網３の下面に吹き上げるように流れ、下空間４の上側でふるい網３の下面に沿って放射方向に拡散し、下側ケース２Ｌの内周面に近づくにつれて下方に流れを変えて底板10の上面に沿って周囲から中心に向かう流れに合流して旋回する旋回気流を形成すると考えられる。

したがって、原料フィーダ17により下側ケース２Ｌに形成された原料供給口15から下空間４の底板10の上に連続的に供給される原料は、上記旋回気流に乗って下空間４の下側中央に運ばれて下側中央から上方に向かった後、下空間４の上側でふるい網３の下面に沿って放射方向に全面に分散されるので、吸引用ブロワ７によるふるい網３の上方への吸引によりふるい網３の全面に分散した原料は、効率良くふるい網３によりふるい分けられ、ふるい網３を通過した微粉が微粉回収路６を通ってサイクロン８により微粉回収容器９に回収される。

こうしてふるい網３によりふるい分けられて微粉が回収された残りの粉体は、粗粉とともに未回収の微粉が含まれているが、ふるい網３の上面を放射方向に拡散したのち下側ケース２Ｌの内周壁に近づくにつれて下方に流れを変え、さらに底板10の上面に沿って周囲から中心に向かう流れに合流されるが、底板10の中央の粗粉回収口20のところでは、質量の大きい粗粉は重力により粗粉回収口20に落下し、微粉は旋回気流に乗ったまま上昇して旋回し、自然と粗粉が振り分けられる。
粗粉回収口20に落下した粗粉は、粗粉回収容器21に回収される。

このように、連続的に供給される原料は、上記旋回気流に乗って旋回している間に、ふるい網３により微粉がふるい分けられ、粗粉回収口20により粗粉が振り分けられ、ふるい網３を上方に抜けた微粉は上側ケース２Ｕから微粉回収路６を通ってサイクロン８により微粉回収容器９に回収され、下空間４に残った粗粉は粗粉回収口20から粗粉回収容器21に回収されていく。
したがって、完全な連続運転により効率良くふるい分けられて微粉が回収される。

本気流式連続ふるい分け装置１は、構造が極めて簡単であり、前記したように投入された原料は下空間４内で良好に分散され、ふるい網３の一部に集中することなく全面でふるい分けがなされるので、ふるい網３の網目に詰まり難い。

また、本気流式連続ふるい分け装置１では、粉体粒子に上方への吸引力と下方への重力が作用して気流分級としての気流による慣性力と重力の相殺効果があり、ふるい網３の網目への詰まりが緩和されているとともに、ふるい網３の網目へ詰まったとしても詰まり状態は強固ではない。

さらに、底板10に沿う隙間12から吸い込まれる空気流は、前記したように、ふるいケースの下空間４で旋回気流となり、ふるい網３の下面では、中央からふるい網３の下面に沿って放射方向に拡散して流れるので、この旋回気流と同旋回気流に乗り旋回する粉体の粉体流は、ふるい網の網目に詰まった粒子に作用して掻き取るようなふるい網の清掃効果があり、粒子には網目から取り外す下方向への重力が常時作用していることおよび網目への詰まり状態も強固ではないことが、この掻き取りを容易にして高い清掃効果を実現している。

このように、本気流式ふり分け装置１は、極めて簡単な構成にもかかわらず、ふるい網３が常時効果的に清掃されて目詰まりがほぼ確実に解消されるので、長時間の連続安定運転が可能で、50μｍ未満の微粒子領域のふるい分けが、高いふるい分け精度を維持して実現することができる。

なお、長時間安定した連続運転を可能とするために、必要に応じてハンマリング装置25によりふるいケース２に打撃を与えれば、目詰まりしていた粉体粒子が落ち易く、より効果的に目詰まりを解消して、益々ふるい分け精度を向上させることができるとともに、ふるい分け処理速度を早め、作業時間の短縮を図ることができる。
ハンマリング装置のほかにも、振動装置、超音波装置など、従来公知のふるい網の目詰まりを防止するための装置を使用することができる。

本気流式連続ふるい分け装置１により試験した実施例１を以下に示す。
使用されたふるいケース２は、図２および図３を参照して、偏平円筒状の下側ケース２Ｌの上下幅ｈが30mm、内径Ｄが75mm、フラスコ状の上側ケース２Ｕの上部最小内径ｄが30mmである。
下側ケース２Ｌの上下幅ｈは、約20mm以上あれば好ましい。
ふるいケース２の下端面と底板10との隙間12の幅長ｓは、0.5 mmである。
隙間12の幅長ｓとしては0.1〜5.0mmが良好な範囲であり、より良好な範囲としては0.5〜2.0mmの範囲である。

底板10の中央に形成された粗粉回収口20の内径ｐは、25mmで、粗粉回収容器21の深さｑは80mmである。
そして、下側ケース２Ｌに形成された原料供給口15の内径ｒは５mmである。
なお、原料供給孔15の孔径は最大で約10mmであり、これ以上大きいと下空間４に形成される旋回気流に影響する。

原料としてＪＩＳ規格のＤＵＳＴ−２種を使用し、原料フィーダ17により100ｇ/hの供給速度で該原料が供給される。
ふるい目開きが25μｍという極めて微細な網目のふるい網３が使用され、吸引用ブロワ７による吸引をふるい網３の上面で吸引圧力が−0.8ｋPa、吸引風量が0.22ｍ^３/minで運転して試験を行った。
なお、吸引圧力としては0.2〜1.2ｋPa、吸引風量としては0.1〜0.4ｍ^３/minが良好な範囲である。

実施例１の試験条件
試料：ＤＵＳＴ−２種
ふるい目開き：25μｍ
隙間ｓ：0.5mm
吸引圧（ゲージ圧）：−0.8ｋPa
吸引風量：0.22ｍ^３/min

使用した原料の原粉の粒度分布を、（株）セイシン企業製のレーザー回折・散乱式粒度分布測定器ＬＭＳ−３００を使用して測定し、その結果を図４に示す。
試料の粒体は不定形状をしており、粒径約1.0μｍから108μｍの粒体が粒径約46μｍあたりの粒体の割合を最高として分布している。

30分間の連続運転をした後の試験結果は、ふるい目開き25μｍのふるい網３を通過せず粗粉回収容器21に回収された試料と同ふるい網３を通過して微粉回収容器９に回収された試料の粒度分布を測定してみると、図５および図６に示すようになった。
なお、連続運転をした後のふるい網は、ほとんど目詰まりがなく、清浄な状態を維持していることが確認できた。

ふるい網３を通過して微粉回収容器９に回収された微粉の粒度分布（図６）を参照して、回収された微粉のうち粒径が25μｍまでの粒体の累積重量％が80％程度に達しており、ふるい網３を通過せず粗粉回収容器21に回収された粗粉の粒度分布（図５）を参照して、回収された粗粉のうち粒径が25μｍまでの粒体の累積重量％は0.3％程度であり、粒径が概ね25μｍを境にして粉体原料が十分にふるい分けられてふるい分け精度が高いことが分かる。

従来のふるい分け装置では、50μｍ以下の25μｍという極めて微細なふるい分けは極めて困難であったが、本気流式ふるい分け装置１ではふるい網３を通過した微粉の粒径が25μｍまでの粒体の累積重量％が80％という十分高いふるい分け精度を実現している。

なお、25μｍ以上の粒体が累積重量％の残りの約20％程ふるい網３を通過して微粉回収容器９に回収されているが、これは、試料の粒体が不定形状をしているため細長形状の粒体がふるい網３を通過してしまうことと、今回の測定で使用したレーザー回折・散乱式粒度分布測定器の特性上、実際には25μｍ未満の粒子であるのに25μｍ以上と測定されたものもある程度含まれているからである。

ふるい目開きが25μｍという微細な網目のふるい網３による微粉のふるい分けにもかかわらず、粉体原料は下空間４内で良好に分散し、ふるい網３の下面の全面に拡散して全面で吸引されることに加えて、前記したように気流による慣性力と重力の相殺効果によって、目詰まりを起こし難いことから、ふるい分け精度が向上している。

なお、上昇気流を生じさせる吸引力は、粉体粒子に作用するときに、重力との釣り合いで相殺されるが、吸引圧自体が−0.8ｋPaと従来に比べかなり弱い吸引圧であることは、ふるい網の目に粒径の大きい粒体が強い吸引圧によりきつく嵌り込んで目詰まりを起こすことを回避している。

次に、実施例１と同じ気流式連続ふるい分け装置１によりふるい目開きが10μｍのふるい網を使用して試験した実施例２を以下に示す。
実施例２の試験条件
試料：ＤＵＳＴ−２種
ふるい目開き：10μｍ
隙間ｓ：0.5mm
吸引圧（ゲージ圧）：−0.6ｋPa
吸引風量：0.18ｍ^３/min

使用した原料も実施例１と同じＤＵＳＴ−２種を用いており、原粉の粒度分布は、図４に示すものである。
30分間の連続運転をした後の試験結果は、ふるい目開き10μｍのふるい網３を通過せず粗粉回収容器21に回収された試料と同ふるい網３を通過して微粉回収容器９に回収された試料の粒度分布を測定してみると、図７および図８に示すようになった。
なお、連続運転をした後のふるい網は、ほとんど目詰まりがなく、清浄な状態を維持していることが確認できた。

ふるい網３を通過して微粉回収容器９に回収された微粉の粒度分布（図８）を参照して、回収された微粉のうち粒径が10μｍまでの粒体の累積重量％が85％程度に達しており、ふるい網３を通過せず粗粉回収容器21に回収された粗粉の粒度分布（図７）を参照して、回収された粗粉のうち粒径が10μｍまでの粒体の累積重量％は0.5％程度であり、粒径が概ね10μｍを境にして粉体原料が十分にふるい分けられていることが分かる。

10μｍという微粒子領域のふるい分けは、従来のふるい分け装置では不可能と考えられていた領域であり、本気流式ふるい分け装置１では、極めて簡単な構造であるにもかかわず、このような微細な微粒子領域のふるい分けを、高いふるい分け精度で実現している。

本願発明の気流式連続ふるい分け装置において、使用できるふるい網の目開きは、上限については特に限度がないが、気流による上向きの慣性力と下向きの重力とのバランスの関係上、網目を上方に通過させるのにあまり大きな粒子を通過させるのは消費エネルギ面で効率的ではないので、実用面を考慮すると、ふるい網の目開きの上限は50μｍ程度と考えられ、好ましくは40μｍ以下、特に30μｍ以下ならばなお好ましい。
逆に、使用できるふるい網の目開きの下限も、特に制限はないが、入手可能なふるい網の技術上の限界から実質的には１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上ならばなお好ましい。

なお、粉体原料を下空間４に供給する原料供給口15は、ふるいケース２の下側ケース２Ｌに形成されているが、底板10の上面に沿って空気流が発生するので、底板10に原料供給口を形成して粉体原料を送るようにすれば、負圧により粉体原料を底板上に吸引して供給することが可能である。

また、ふるいケース２の下端面と底板10との隙間12から下空間４に吸い込まれる空気を、予めエアフィルタなどにより微細粒子や異物の外部からの侵入を防止して浄化するようにしてもよい。

次に、別の実施の形態に係る気流式ふるい分け装置50について、図９ないし図１１に基づいて説明する。
本気流式ふるい分け装置50は、ふるいケース52が前後に長尺の矩形筒形状をなし、内部空間が、ふるい網53により下空間54と上空間55に仕切られている。

ふるいケース52の上空間55を形成する上側ケース52Ｕは、前後に長尺で上下に扁平な矩形枠体であり、同上側ケース52Ｕの上端開口には前後長尺の長方形状をなす上板56が被せられて上空間55が塞がれており、上板56の後部に微粉回収口57が形成されて、同微粉回収口57に微粉回収路58が連結されている。
微粉回収路58の下流端には、図示されないが、吸引用ブロワが配設されて、その途中にサイクロンが介装され、サイクロンの下方に微粉回収容器が配置されている（図１参照）。

ふるいケース52の下空間54を形成する下側ケース52Ｌは、上側ケース52Ｕと同形状の矩形枠体であり、同下側ケース52Ｌの下端開口（ふるいケース２の下端開口）にその下端面との間に所定の隙間を存して前後長尺の長方形状をなす底板60が被せられる。

底板60の上面におけるふるいケース52の下端面に対応する矩形枠状部分に、所定の厚みを有するスペーサ61が互いに等間隔に複数箇所固着されており、同底板60をふるいケース52の下端開口に被せることで、スペーサ61を介してふるいケース52の下端面と長方形状の底板60との間に所定の隙間62が形成される。
スペーサ61の厚さにより隙間62の幅長ｓが決まる。

なお、スペーサ61の厚さは全てが同一であってもよいが、装置前方側と後方側で厚さを変えることにより、隙間から吸入する気流の量や速度を調節することもできる。
ここに、吸引手段によって吸い込まれる空気が、この隙間から底板とほぼ平行な面に沿って流れ込むような気流が形成されるのであれば、その隙間の形状や形成方法は特に制限されるものではない。

下空間54を形成する下側ケース52Ｌには、その前壁に原料供給口65が形成されていて、同原料供給口65には漏斗66が差し込まれ、同漏斗66に原料フィーダ67により粉体原料が投入される。
原料供給口65は下側ケース52Ｌの開口下端面の近くに形成されていて、漏斗66に投入された原料は、原料供給口65から下空間54の底板60の上流端（前端）の上に直接供給される。

下側ケース52Ｌの下端開口を覆う前後長尺の長方形状をなす底板60の後部に、粗粉回収口70が形成され、同粗粉回収口70から下方に凹出して粗粉回収容器71が形成されており、同粗粉回収容器71は奥側が閉塞されて密閉構造となっている。

この粗粉回収容器71および図示されない前記微粉回収容器には、長時間の連続運転を可能とするために、密閉構造を保ちながらも容器から回収した粉体を間欠的または連続的に外部に取り出す手段を備えてもよく、その手段としては、従来から公知のロータリバルブやダブルダンパなどが使用可能である。
なお、ふるいケース52の周囲には、ハンマリング装置75が複数配置されている。

以上の気流式ふるい分け装置50の本体は、支持台80により前側より後側を低く僅かに傾斜させて配置される。
底板60の前後方向の傾斜角は粉体の性状にもよるが、底板60が水平面となす角度が30°以下であることが好ましく、15°以下であればなお好ましい。
なお、底板60が傾斜角０°の水平であってもよい。

本気流式連続ふるい分け装置50は、以上のように簡単な構造をしており、吸引用ブロワの駆動により微粉回収路58を介してふるいケース52内の空気が上方へ吸引されている状態で、原料フィーダ67により原料が連続的に漏斗66に投入され下空間54の底板60の上に供給されることで、ふるい分けが連続的に行われる。

吸引用ブロワによりふるいケース52内の空気が上方へ吸引されると、ふるいケース52の下端面と底板60との間の下空間54の周囲の隙間62から空気が下空間54に吸い込まれ、この底板60の上面に沿って下空間54内に流入する空気は、上流側で原料供給口65から底板60に供給される原料が下空間54内の前側で上方に分散しながら後方に移動し、その間に上方への吸引力によりふるい網53を上方へ抜けようとし、その際に原料はふるい分けられ、微粉はふるい網53を抜け後方に移動して微粉回収口57より吸引されて微粉回収手段により回収され、粗粉は下空間54に残りかつ傾斜した底板60に沿って後方に円滑に移動して粗粉回収口70から粗粉回収容器71に回収される。

図１１を参照して、左右の隙間62から底板60の上面に沿って内側に流入する空気は、左右中央で互いに上方に流れを変え、下空間54の上側でふるい網53の下面に沿って左右に分かれて外側に流れ、下側ケース52Ｌの内面に近づくにつれて下方に流れを変えて底板60の上面に沿って周囲から中心に向かう流れに合流して旋回する旋回気流が左右にでき、同時に下流側から吸引力が働くため、この旋回気流は下流側に吸引されて螺旋状の旋回流となると考えられる。

したがって、下空間54の上流側に供給される原料は、上記旋回気流により下空間54内で良好に分散され、下流側の吸引力により原料は分散しながら下流に移動するので、ふるい網53の一部に集中することなく全面でふるい分けがなされるため、ふるい網53の網目に詰まり難い。

また、本気流式連続ふるい分け装置50では、前記実施の形態と同様に、粉体粒子に上方への吸引力と下方への重力が作用して気流分級としての気流による慣性力と重力の相殺効果があり、ふるい網53の網目への詰まりが緩和されているとともに、ふるい網53の網目へ詰まったとしても詰まり状態は強固ではない。

さらに、底板60に沿う隙間62から吸い込まれる空気流は、前記したように、ふるいケースの下空間54で旋回気流となり、ふるい網53の下面では、中央から左右に分かれてふるい網53の下面に沿って外側に流れるので、この旋回気流と同旋回気流に乗り旋回する粉体の粉体流は、ふるい網の網目に詰まった粒子に作用して掻き取るようなふるい網の清掃効果があり、粒子には網目から取り外す下方向への重力が常時作用していることおよび網目への詰まり状態も強固ではないことが、この掻き取りを容易にして高い清掃効果を実現している。

このように、本気流式ふり分け装置50は、極めて簡単な構成にもかかわらず、ふるい網53が常時効果的に清掃されて目詰まりがほぼ確実に解消されるので、長時間の連続安定運転が可能で、50μｍ未満の微粒子領域のふるい分けが、高いふるい分け精度を維持して実現することができる。

長時間安定した連続運転を可能とするために、必要に応じてハンマリング装置75によりふるいケース52に打撃を与えれば、目詰まりしていた原料が落ち易く、より効果的に目詰まりを解消して、益々ふるい分け精度を向上させることができるとともに、ふるい分け処理速度を早め、作業時間の短縮を図ることができる。

本気流式ふるい分け装置50は、ふるいケース52が矩形筒形状をなすので、前後に長尺に構成することができるので、大型化が容易にでき、大量の粉体原料を連続的にふるい分けすることができる。

本発明にかかる気流式ふるい分け方法および装置を使用する場合、以下の３種類の目的が考えられる。
(1)粉体原料に含まれる粗大粒子を除去して、微細粒子を製品として回収する。
(2)粉体原料に含まれる微細粒子を除去して、粗大粒子を製品として回収する。
(3)上記(1)の後に(2)を、あるいは(2)の後に(1)を実行して、微細粒子と粗大粒子を除去して、その中間の粒子を製品として回収する。

また、本発明にかかる気流式ふるい分け方法および装置は、適用可能な粉体原料として金属、無機物、有機物を問わず、あらゆる種類の粉体を、その粒子径によって粗粉と微粉にふるい分ける目的に使用することができる。
特に、従来のふるい分け装置では実現不可能であった、50μｍ以下のふるい分けで高いふるい分け精度要求される用途に対して好適に対応することができる。
例えば、複写機やプリンタのトナー、はんだ粉、蛍光体粉末、医薬品粉末、各種セラミック原料粉末、研磨剤粉末、炭素粉末、金属粉末、樹脂粉末、各種フィラー粉末などの各応用分野において使用可能である。

本発明の一実施の形態に係る気流式ふるい分け装置の全体の構成図である。 同気流式ふるい分け装置の本体の断面図である。 同気流式ふるい分け装置本体の上面図である。 原料の粒度分布を示すグラフである。 実施例１のふるい残存試料の粒度分布を示すグラフである。 実施例１のふるい通過試料の粒度分布を示すグラフである。 実施例２のふるい残存試料の粒度分布を示すグラフである。 実施例２のふるい通過試料の粒度分布を示すグラフである。 別の実施の形態に係る気流式ふるい分け装置本体の縦断面図である。 同気流式ふるい分け装置本体の上面図である。 同気流式ふるい分け装置本体の横断面図（図１０のXI-XI線断面図）である。

符号の説明

１…気流式ふるい分け装置、２…ふるいケース、３…ふるい網、４…下空間、５…上空間、６…微粉回収路、７…吸引用ブロワ、８…サイクロン、９…微粉回収容器、10…底板、11…スペーサ、12…隙間、15…原料供給口、16…漏斗、17…原料フィーダ、20…粗粉回収口、21…粗粉回収容器、25…ハンマリング装置、
50…気流式ふるい分け装置、52…ふるいケース、53…ふるい網、54…下空間、55…上空間、56…上板、57…微粉回収口、58…微粉回収路、60…底板、61…スペーサ、62…隙間、65…原料供給口、66…漏斗、67…原料フィーダ、70…粗粉回収口、71…粗粉回収容器、75…ハンマリング装置、80…支持台。

Claims (6)

1. 内部空間がふるい網により上空間と下空間に仕切られた筒状のふるいケースの下空間の下端開口にその下端面との間に隙間を存して被せられた底板の上に粉体原料を供給し、
   吸引手段により前記ふるいケースの前記上空間内の空気を上方に吸引し、
   前記上空間内の空気の上方への吸引により、外気が前記底板に沿う隙間から吸い込まれ、
   吸い込まれた空気を、前記底板と前記ふるい網との間で流動させて下空間内に気流を生起させ、
   前記底板上に供給された粉体原料を前記気流に乗せて下空間内で流動させて分散させ、
   分散した粉体原料を前記ふるい網を経て前記上空間に吸引してふるい分けることを特徴とする気流式ふるい分け方法。
2. 内部空間がふるい網により上空間と下空間に仕切られた筒状のふるいケースと、
   前記ふるいケースの下空間の下端開口にその下端面との間に所定の隙間を存して被せられる底板と、
   前記ふるいケースの下空間に臨んで開口する原料供給口を通し、前記底板上に粉体原料を供給する原料供給手段と、
   外気が前記隙間を経て前記下空間内に吸い込まれて前記底板の上方で流動し、前記底板上に供給された粉体原料の流動分散が生起し、かつ粉体原料が分散した気流が前記ふるい網を通って上方に吸引されるように、前記ふるいケースの前記上空間内の空気を上方に吸引する吸引手段と、
   を備えたことを特徴とする気流式ふるい分け装置。
3. 前記吸引手段による吸引の途中で微粉を回収する微粉回収手段と、
   前記底板の一部に形成された粗粉回収口から下方に凹出した粗粉回収容器と、
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の気流式ふるい分け装置。
4. 前記ふるいケースの下空間を形成する下側ケースは円筒形状をなし、
   前記ふるいケースの上空間を形成する上側ケースは上方が先細になる円錐筒形状をなし、
   前記原料供給口が前記下側ケースまたは前記底板に形成され、
   前記粗粉回収口が前記底板における前記円筒形状の下側ケースの中心軸上に形成されることを特徴とする請求項３記載の気流式ふるい分け装置。
5. 前記ふるいケースは前後に長尺の矩形筒形状をなし、
   前記底板は前後長尺の長方形状をなして前記ふるいケースの下端開口にその下端面との間に所定の隙間を存して被せられ、
   前後長尺の長方形状をなす上板が前記ふるいケースの上端開口を塞いで被せられ、
   前記原料供給口は前後長尺の下側ケースの前壁または前記底板の前端部に形成され、
   前記吸引手段は前記前後長尺の上板の後端部から前記ふるいケース内の空気を上方に吸引し、
   前記粗粉回収口は前後長尺の前記底板の後端部に形成されることを特徴とする請求項３記載の気流式ふるい分け装置。
6. 前記ふるいケースは、前記底板とともに前側より後側を低く傾斜させて配置されることを特徴とする請求項５記載の気流式ふるい分け装置。

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