JP5170633B2 - 粉体供給装置、粉体供給方法、及び気流分級装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒状に固まり易い粉体物質を処理装置へ一定量づつ供給する粉体供給装置及び粉体供給方法に関する。また、本発明は、その粉体供給装置を用いた気流分級装置に関する。

産業分野において粉体原料を処理するための装置が種々知られている。例えば、種々の粒径の粉体物質を含む粉体原料を所定の粒径範囲に区分けする装置である分級装置が知られている。この種の処理装置によって所定の処理を行う際には、分級対象である粉体原料をその処理装置へ供給する必要がある。上記の粉体供給装置はそのように粉体原料を処理装置へ供給するための装置として用いられている。

粉体供給装置として、従来、特許文献１に開示されたものが知られている。この粉体供給装置は、容器であるトラフに粉体原料を収容し、振動装置であるバイブレータによってトラフに振動を付与することにより、トラフ内の粉体原料を移動させて処理装置へ供給する。そしてさらに、トラフの底部に微多孔性隔膜を設け、トラフへ振動を付与すると共にその隔膜を通して粉体原料へ空気を吹き込むことにより、粉体原料の帯電を防止している。

また、従来の粉体供給装置として、特許文献２に開示されたものも知られている。この粉体供給装置は、容器の内部に粉体原料を収容し、複数の空気噴射ノズルから粉体原料へ向けて圧縮空気を噴射すると共に、その噴射ノズルを旋回移動させることによって粉体原料を容器内で舞い上げ、この舞い上げた粉体原料を気流に乗せて外部へ排出して処理装置へ供給する。

特開２００４−２６９０８７（第３〜４頁、図１） 特開２００２−０４６８６１（第３〜４頁、図２）

特許文献１及び特許文献２に開示された粉体供給装置においては、いずれのものも、粉体原料を搬送している際に粉体原料を構成する粉体物質が粒状に固まり（いわゆる造粒が生じ）、処理装置によって所望の処理が得られないことがあった。例えば、処理装置が分級装置である場合に、粉体物質を所定の粒径範囲に正確に区分けする処理、すなわち分級処理を高精度に行うことができないことがあった。本発明者の研究によれば、従来の粉体供給装置では、振動装置や気流によって粉体原料を搬送する間に、造粒の発生を防止するのに十分な攪拌及び流動性を粉体原料に付与することができないことや、造粒塊を分解させるのに十分な力を粉体原料に付与することができないこと、がその原因であると考えられた。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、造粒の発生を防止し、しかも造粒塊の分解を促すことにより、種々の粒径の粒状物質が適切に分散した状態の粉体原料を処理装置へ供給できる粉体供給装置及び粉体供給方法を提供することを目的とする。また、その粉体供給装置を効果的に利用した気流分級装置を提供することを目的とする。

本発明に係る粉体供給装置は、粉体入口と粉体出口とを有し粉体が溜められるケーシングと、該ケーシングの内部に設けられ粉体が載る多孔膜と、該多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体を供給する気体供給手段と、前記多孔膜を振動させる振動手段とを有しており、前記振動手段によって前記多孔膜を振動させると共に、前記気体供給手段によって前記多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体流を供給しながら、前記粉体入口から前記ケーシング内の前記多孔膜上に入れた粉体を前記粉体出口から出す粉体供給装置であって、前記多孔膜上の粉体層厚が前記粉体出口で薄く前記粉体入口で厚くなるように、前記多孔膜は前記粉体出口側が高く前記粉体出口から遠ざかるに従って下がるように傾いていることを特徴とする。

この粉体供給装置によれば、多孔膜を傾斜させたことにより、紛体出口の近傍に粉体原料の層厚の薄い領域が形成され、粉体出口から離れた部分、すなわち粉体入口に近い部分に粉体原料の層厚が厚い領域が形成される。そして、振動手段によって粉体原料に振動を付与し、多孔膜を通して粉体原料へ気体流（例えば、空気流）を付与することにより、層厚の厚い領域にある粉体原料を十分に攪拌及び流動させることができ、さらに層厚の薄い領域にある粉体原料に十分なせん断力（すなわち、造粒塊分解力）を付与できる。その結果、粉体原料の層厚の厚い領域で粉体原料が粒状に固まること、すなわち造粒が生じることを防止でき、しかも粉体原料の層厚の薄い領域で造粒塊をせん断力によって効果的に分散できる。これらの結果、造粒塊の無い良好な分散状態の粉体原料を粉体処理装置へ供給することができる。

振動装置によって引き起こされる粉体原料の振動方向と多孔膜の傾斜方向との関係は特別な関係に限定されるものではないが、本発明者の考察によれば、粉体原料の振動方向と多孔膜の傾斜方向は互いに一致しているよりも、互いに異なっていた方が、造粒防止及び造粒塊の分解の観点で良い結果を得られる。また、水平に対する粉体原料の振動方向の角度が、水平に対する多孔膜の傾斜角度よりも大きい方が良い結果を得られる。さらには、水平に対する粉体原料の振動方向の角度を約４５°とし、水平に対する多孔膜の傾斜角度を約２０°としたときに、非常に良い結果が得られた。

本発明に係る粉体供給装置において、多孔膜は粉体出口に臨み出ていることが望ましい。臨み出ているというのは、多孔膜の一部が紛体出口の壁部分を構成しているということであり、多孔膜が紛体出口から離れた位置に配置されていない、ということである。例えば、図２に示す場合は、多孔膜８の先端の折り曲げられた部分１３が紛体出口２４の壁の一部分を構成している。また、図６に示す場合は、多孔膜８の先端が紛体出口２４の壁の一部分を構成している。そして、図５に示す場合は、紛体出口２４と多孔膜８の先端との間の寸法Ｆの部分にケーシング９の素材が存在しており、多孔膜８は紛体出口２４に臨み出ていない。

図５のように多孔膜８が紛体出口２４に臨み出ていないと、多孔膜８と紛体出口２４との間のケーシング９の部分において粉体原料Ｍに造粒が生じ易い。これに対し、図２及び図６のように多孔膜８が紛体出口２４に臨み出ていると、紛体出口２４への粉体入口付近での造粒を効果的に防止できる。また、造粒塊が粉体出口２４の近傍まで移動したとしても、粉体出口２４の近傍にある多孔膜８から吹き出る気体流によって造粒塊を効果的に分解できる。

本発明に係る粉体供給装置において、粉体出口に臨み出ている部分の多孔膜は断面弧状に曲がっていることが望ましい。例えば、図２に示すように、多孔膜８の先端部分１３が円弧状、楕円弧状、長円弧状等に曲がった状態で紛体出口２４の一部分を構成していることが望ましい。この構成により、造粒の発生をより一層防止できる。さらに、造粒塊の分解をより一層、促進できる。

本発明に係る粉体供給装置において、気体供給手段によってケーシングの内部に供給される気体の流量（多孔膜を通過した気体の単位面積当りの流量）は、粉体出口側が粉体入口側よりも大きいことが望ましい。多孔膜を斜めに配置したことにより、粉体入口側では粉体原料の層厚が厚くなり、粉体出口側では粉体原料の層厚が薄くなる。粉体入口側で層厚が厚い部分において、粉体原料は振動及び気体流によって攪拌されて造粒の発生が効果的に防止される。また、粉体出口側で層厚の薄い部分において、粉体原料は多孔膜から吹き出る気体の流れによってせん断力を受け、個々の粒体へ分解される。本発明者の実験によれば、ケーシングの内部に供給される気体の流量を、粉体出口側（層厚が薄い領域）で大きく、粉体入口側（層厚が厚い領域）で小さく設定すれば、粉体原料中に造粒塊が含まれることを効果的に解消できることが分かった。

本発明に係る粉体供給装置においては、ケーシングの内部と反対側の多孔膜の面に粉体出口から粉体入口にかけて複数の隔室を設け、個々の隔室に個別に気体供給手段を設けることができる。そして、この場合には、粉体出口に近い気体供給手段による気体流量は粉体入口に近い気体供給手段による気体流量よりも大きいことが望ましい。この構成によれば、多孔膜の位置に応じて気体流の流量を正確に調整できるようになる。

本発明に係る粉体供給装置において、振動手段は、粉体出口側が斜め上の上死点で粉体入口側が斜め下の下死点となる振動を多孔膜に付与することが望ましい。この構成により、多孔膜の上に溜められた粉体原料を多孔膜に沿って大きく対流移動させることができる。なお、多孔膜が斜めではなくて水平状態に設置される従来の粉体供給装置においては、粉体原料が振動によって搬送されて紛体出口から外部へ排出されるというのが一般的であるが、本実施形態では、振動は、粉体原料を紛体出口から排出させるために搬送するということよりも、多孔膜上に溜められた粉体原料に対流移動をもたらすために使用されている。

本発明に係る粉体供給装置において、ケーシングは外部へ突出するフランジを有し、多孔膜は、そのフランジに固着されてケーシングの内部に設けられていることが望ましい。この構成により、多孔膜はケーシングの外部においてケーシングに固定されることになり、ケーシングの内部において多孔膜を固定するための固定具、例えばボルトが突起物として存在することがなくなる。ケーシングの内部に突起物が在ると、その突起物の所で粉体原料が造粒を生じるおそれがあるが、ケーシングの内部に突起物が存在しない本発明形態によれば、粉体原料の造粒を確実に防止できる。

本発明に係る粉体供給装置において、振動手段による多孔膜の振動の大きさ、及び気体供給手段によって多孔膜を通してケーシングの内部へ供給される気体の流量の大きさは、粉体入口からケーシングの内部へ粉体が供給されないときに、ケーシングの内部の粉体を粉体出口から排出させない程度の大きさであることが望ましい。つまり、振動及び気体流は紛体出口から粉体原料を排出するために用いられるのではなく、ケーシング内の多孔膜の上に溜められている粉体原料に十分な攪拌、流動性、及び造粒塊の分解力を付与するために用いられることが望ましい、ということである。

次に、本発明に係る粉体供給方法は、粉体入口からケーシング内の多孔膜上に入れた粉体を粉体出口から出す粉体供給方法において、前記多孔膜上の粉体層厚を、前記粉体出口で薄く、前記粉体入口で厚く形成し、前記多孔膜を振動させ、前記多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体流を供給することを特徴とする。

上記構成の粉体供給方法によれば、層厚の厚い領域にある粉体原料を気体流によって十分に攪拌及び流動させることができ、さらに層厚の薄い領域にある粉体原料に十分なせん断力を付与できる。その結果、粉体原料の層厚の厚い領域で粉体原料が粒状に固まること、すなわち造粒が生じることを防止でき、しかも粉体原料の層厚の薄い領域で造粒塊をせん断力によって効果的に分解できる。この結果、造粒塊の無い良好な分散状態の粉体原料を粉体処理装置へ供給することができる。

本発明に係る粉体供給方法において、ケーシングの内部へ供給された気体流の流量は、粉体出口側が粉体入口側に比べて大きいことが望ましい。この構成により、粉体出口側の原料層厚の薄い領域において粉体原料の内部に存在している造粒塊を効果的に解消できる。

次に、本発明に係る気流分級装置は、コアンダ効果を奏するコアンダブロックと、該コアンダブロックの近傍に形成された空気流と、該空気流へ向けて粉体原料を噴射する原料供給ノズルと、該原料供給ノズルへ粉体原料を搬送する原料搬送部と、該原料搬送部へ粉体原料を供給する原料補給部とを有する気流分級装置において、前記原料補給部は以上に記載した構成の粉体原料供給装置を有することを特徴とする。

本発明に係る粉体原料供給装置によれば、造粒塊の無い良好な分散状態の粉体原料を原料搬送部へ供給することができる。この結果、コアンダブロックを用いた気流分級処理を高精度に行うことができ、目標とする粒径の粉体製品を高収率で得ることができる。

本発明に係る粉体供給装置によれば、多孔膜を傾斜させたことにより、紛体出口から離れた部分、すなわち粉体入口に近い部分に粉体原料の層厚が厚い部分を形成することができる。そして、振動手段によって粉体原料に振動を付与し、多孔膜を通して粉体原料へ気体流を付与することにより、層厚の厚い部分にある粉体原料を十分に攪拌でき、その粉体原料を十分に流動させることができる。その結果、粉体原料の中で造粒が生じることを防止でき、粉体原料を構成する各種の大きさの粒状物質を粉体原料の中で適切に分散させることができる。さらに、層厚の薄い領域において気体流により粉体原料へ十分なせん断力を付与でき、造粒塊を効果的に分解できる。

本発明に係る粉体供給方法によれば、粉体原料の層厚の厚い領域で粉体原料が粒状に固まること、すなわち造粒が生じることを防止でき、しかも粉体原料の層厚の薄い領域で造粒塊をせん断力によって効果的に分解できる。この結果、造粒塊の無い良好な分散状態の粉体原料を粉体処理装置へ供給することができる。また、本発明に係る粉体原料供給装置によれば、コアンダブロックを用いた気流分級処理を高精度に行うことができ、目標とする粒径の粉体製品を高収率で得ることができる。

（粉体供給装置の第１実施形態）
以下、本発明に係る粉体供給装置を実施形態に基づいて説明する。なお、本発明がこの実施形態に限定されるものでないことはもちろんである。また、図示された実施形態は特徴部分を分かり易く示すために、複数の構成要素を実際の寸法比と異なった寸法比で示すことがある。

図１は本発明に係る粉体供給装置の一実施形態の正面外観構造を示している。図２はその粉体供給装置の正面断面構造を示している。図３（ａ）は図１のＡ−Ａ線に従った粉体供給装置の上面構造を示している。図３（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に従った粉体供給装置の平面断面構造を示している。

図１において、粉体供給装置１は、機枠２上に圧縮バネ３を介して設置された振動装置４と、振動装置４のテーブル６上に固定された気体供給手段としての空気室７と、多孔膜としてのシート状のメッシュ８を介して空気室７上に固定されたケーシング９とを有している。空気室７及びケーシング９は鋼材、例えばステンレス鋼によって形成されている。空気室７は底部１１及び３方の側壁部１２によって形成されており、上面及び図の左側面が開放されている平たい容器形状に形成されている。図の手前側及びそれに対向する奥側（図示せず）の側壁部１２は上方へ向かって傾斜する傾斜部１２ａと、それに続く平坦部１２ｂから成っている。図の手前側及び奥側の側壁部１２の左端部１３は円弧状、楕円弧状、長円弧状等といった弧状になっている。側壁１２の上端の全周に、外方へ広がるフランジ１４が設けられている。

図２に示すように、空気室７の内部は複数（本実施形態では２つ）の隔壁１６によって、傾斜高位側から順に複数（本実施形態では３つ）の部屋７ａ，７ｂ，７ｃに分けられている。隔壁１６の上端はメッシュ８に隙間無く接触していても良いし、隔壁１６の先端とメッシュ８との間に隙間があっても良い。そして、各部屋に１つづつ空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃが取り付けられている。図３（ｂ）に示すように空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃは空気室７内の各部屋の端部分ではなく、ほぼ中央部分に開口している。各空気供給口は対応する部屋へ独立して空気を供給できるようになっており、各空気供給口から出る空気の流量は流量調整弁等によって個別に調節できるようになっている。

本実施形態では、原料入口側にある第３空気供給口１７ｃとそれに隣接する第２空気供給口１７ｂとの流量が互いに同じで、原料出口側にある第１空気供給口１７ａの流量がそれらよりも大きく設定されている。つまり、第１空気供給口１７ａ、第２空気供給口１７ｂ及び第３空気供給口１７ｃの空気流量をそれぞれＦ１，Ｆ２，Ｆ３としたとき、
Ｆ１＞Ｆ２＝Ｆ３
となっている。Ｆ２＝Ｆ３とすることにより、第３空気供給口１７ｃを含む隔室のメッシュ８から吹き出る空気流の流量と、第２空気供給口１７ｂを含む隔室のメッシュ８から吹き出る空気流の流量と、は同じになっている。また、Ｆ１＞Ｆ２とすることにより、第１空気供給口１７ａを含む隔室のメッシュ８から吹き出る空気量の流量は、第２空気供給口１７ｂを含む隔室のメッシュ８から吹き出る空気量の流量よりも大きくなっている。

なお、Ｆ２とＦ３は必ずしも同じ値でなくても良く、例えば、
Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ３
に設定しても良い。こうすることにより、メッシュ８上の空気の流量を粉体入口２２から粉体出口２４にかけて徐々に上げることができる。

図１において、メッシュ８を介して空気室７の上面に固定されたケーシング９は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、上方から見てほぼ断面長方形の筒状である。ケーシング９の上面及び下面は両方共、上方から見て長方形状の開口となっている。図１において、ケーシング９の上面には外方へ広がるフランジ１８（図３（ａ）参照）が設けられており、このフランジ１８に蓋１９がボルト２１によって固着されている。蓋１９の右側部分には開口２２が設けられており、この開口２２が粉体入口となっている。この粉体入口２２に、例えばホッパ２８が接続される。

図１において、ケーシング９の下面は、外方へ広がるフランジ２３ａ及び２３ｂ（図３（ｂ）参照）を備えた開口となっている。ケーシング９の左端部は粉体出口２４となっている。粉体出口２４は図１の上部から下部へすぼまる角筒形状になっている。ケーシング９を構成している４つの側壁のうち図１に正面が示されている手前側の長手側壁及びそれに対向している奥側の長手側壁（図示せず）の下面は、粉体出口２４の上部から下方へ向けて傾く傾斜部２５と、この傾斜部２５に続く平坦部２６とを有している。平坦部２６は粉体入口２２の下方に位置している。ケーシング９の下面のフランジ２３ａはケーシング９の下面の傾斜部２５及び平坦部２６に対応して設けられている。また、フランジ２３ｂは粉体出口２４の下面に対応して設けられている。

振動装置４は、図４に示すように、テーブル６を上死点Ｄ０と下死点Ｄ１との間で所定の振動数で振動、すなわち往復平行移動させる。本実施形態において、上死点Ｄ０は下死点Ｄ１に対して粉体出口２４に近い側に設定されている。従って、テーブル６は矢印Ｃで示すように粉体出口２４側が高くなるような斜め方向の振動を付与される。振動方向Ｃの水平に対する角度αは特定の角度に限定されるものではないが、本実施形態ではα＝４５°に設定されている。

図１において、ケーシング９の下面に設けたフランジ２３ａと空気室７の上面に設けたフランジ１４は同じ平面形状となっており、それらを平面的に重ねると、互いに隙間無く面接触するようになっている。そして、部分拡大図（ａ）に示すように、それらのフランジ１４及びフランジ２３ａによってメッシュ８の外周部が上下から挟まれ、さらに複数のボルト２７によってそれらのフランジが締め付けられて、空気室７とケーシング９が一体になっている。この構成により、空気室７の上面開口とケーシング９の下面開口とがシート状のメッシュ８を介して接合されている。メッシュ８は空気室７の上面の傾斜部分及びケーシング９の下面の傾斜部分に従って傾斜する部分を有している。図４において、メッシュ８の傾斜部分の水平に対する傾斜角度βは特定の値に限定されるものではないが、本実施形態ではβ＝２０°に設定している。

メッシュ８は周知の多孔膜シートであり、例えば、複数の網目シートを積層して１〜２ｍｍの間の任意の厚さに形成されている。各網目シートは金属線を網目状に編み込んで形成されている。少なくとも１つの網目シートは粒状物を選り分けるためのフィルタとして機能し、他の網目シートはそのフィルタの保護膜及び補強膜として機能する。本実施形態のメッシュ８は、直径５μｍ以下の粒状物を通過させ、それ以上の粒状物は通過させない孔構成となっている。図２において、メッシュ８の上のケーシング９の内部へ粉体入口２２から搬送対象である粉体原料Ｍを投入したとき、その粉体原料Ｍの中に直径５μｍ以下の粒状物質が含まれる場合であっても、その粒状物質は他の粒状物質との係わり合いのために、メッシュ８を簡単には通過しないようになっている。メッシュ８をフィルタ、保護膜、及び補強膜から成る多層構造としたため、メッシュ８に適宜の機械的強度を持たせることができ、そのため、メッシュ８の出口側湾曲部１３を容易、正確、且つ滑らかに形成することができる。

空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃから送り出された空気はメッシュ８の孔を通ってケーシング９内へ導入される。本実施形態では、メッシュ８の全面からケーシング９内へ、平均で、１ｃｍ^２の領域内で１分間に０．２〜０．３リットル程度の流量の空気が流れるように設定し、さらに、粉体出口側ではその平均値よりも適宜に大きな流量となり、粉体入口側ではその平均値よりも適宜に小さな流量となるように、第１空気供給口１７ａ、第２空気供給口１７ｂ及び第３空気供給口１７ｃの空気流量Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３を上記のように、例えば、Ｆ１＞Ｆ２＝Ｆ３又はＦ１＞Ｆ２＞Ｆ３のように設定している。

ケーシング９の内部に複数、本実施形態では２個の仕切板３２ａ，３２ｂが設けられている。原料排出側の仕切板３２ａは第１空気供給口１７ａと第２空気供給口１７ｂとの間の上方部分に設けられている。また、原料供給側の仕切板３２ｂは第２空気供給口１７ｂと第３空気供給口１７ｃとの間の上方部分に設けられている。なお、仕切板３２ａ及び３２ｂは必ずしも設けなくても良い。仕切板３２ａ，３２ｂを設けない場合には、ケーシング９の内部が単一の粉体貯留空間を構成する。ケーシング９の内部を単一の空間にするか、仕切られた空間にするか、あるいは、いくつの仕切られた空間にするかは、粉体原料Ｍの特性に応じて適宜に選定する。

図１において、ケーシング９の粉体出口２４の下面フランジ２３ｂに、平面断面形状が徐々にすぼまる排出管２９の上面フランジ２９ａが接続されている。そして、その排出管２９の下端にゴムホース３１が接続されている。ゴムホース３１は図示しない処理装置、例えば気流分級装置の原料供給口につながっている。

本実施形態の粉体供給装置１は以上のように構成されているので、図１において、ホッパ２８に原材料が投入されると、その原材料は図２に符合Ｍで示すようにケーシング９の内部のメッシュ８の上に溜められる。次に、振動装置４が作動し、さらに空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃから空気室７へ空気が供給される。振動装置４が作動すると原材料Ｍが、図４に示すように斜め方向Ｃで振動する。また、空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃから空気室７内へ空気が供給されると、メッシュ８の孔を通してケーシング９内へ空気が供給される。

斜め方向Ｃの振動は仕切板３２ａ及び３２ｂによって区分けされた領域内で粉体原料Ｍに対して矢印Ｄで示す大きな対流移動を誘起する。一方、メッシュ８を通った空気流は粉体原料Ｍに対して矢印Ｅで示す小さな対流移動を誘起する。これらの対流移動により、粉体原料Ｍに対して十分な攪拌及び流動性が付与され、粉体原料Ｍに造粒が発生することが防止され、粉体原料Ｍに含まれる粒径の異なった種々の粒状物質が互いに固まることなく適切に分散される。なお、粉体原料Ｍを図４の上方から平面的に外観すると、振動及び空気流の付与により粉体原料Ｍの表面は泡立つ状態又は波打つ状態となる。

本実施形態では、メッシュ８が傾斜状態で設けられているので、材料層厚ｔが粉体入口２２側で厚く、粉体出口２４側で薄くなっている。このため、粉体原料Ｍは特に層厚の厚い部分で予備分散され、流動性を付与され、造粒を防止される。また、本実施形態では、メッシュ８を通過した空気流の作用により、粉体原料にせん断力が加えられる。特に、粉体入口２２から粉体出口２４にかけて粉体原料Ｍの層厚が徐々に薄くなっているので、粉体原料Ｍに加わるせん断力が粉体出口２４へ向かうにつれて徐々に大きくなる。このため、粉体原料Ｍ中に存在する造粒塊は粉体出口２４に到達するまでに確実に分解され、個々の粉体粒が粉体原料Ｍの中に十分に分散する。

なお、本実施形態では、矢印Ｃ方向への振動及び空気流だけでは粉体原料Ｍはケーシング９の内部に留まっており、粉体出口２４へ流出しないようになっている。粉体原料Ｍは粉体入口２２から投入された量だけ粉体出口２４から溢れ出て流出する。つまり、振動及び空気流は直接的には粉体原料Ｍを粉体出口２４から流出させる機能を果たしておらず、粉体入口２２から投入された量の粉体原料Ｍを間接的に流出させる機能を果たしている。粉体入口２２から一定量の粉体原料Ｍが中断無く連続して供給されれば、その供給量に対応した一定量の粉体原料Ｍが粉体出口２４から連続して排出される。粉体入口２２からの粉体原料Ｍの供給を止めれば、振動及び空気流の付与が続けられても、紛体出口２４からの粉体原料Ｍの排出は停止する。

メッシュ８の左端部分は紛体出口２４に臨み出ている。仮に、図５に示すように、メッシュ８の先端が粉体出口２４に臨み出ることなく、寸法Ｆだけ粉体出口２４から退避して設けられていると、ケーシング９の素材（本実施形態ではステンレス鋼材）が露出している長さＦの部分で粉体原料Ｍに造粒が発生するおそれがある。これに対し、メッシュ８の左端部分を粉体出口２４に臨み出すようにした図２の本実施形態によれば、粉体出口２４に入る直前まで粉体原料Ｍが空気流を受けるので、造粒の発生を効率良く防止できる。

また、本実施形態では、紛体出口２４に臨み出ている部分のメッシュ８が断面弧状、例えば円弧状、楕円弧状、長円弧状に曲がっている。このため、紛体出口２４の粉体入口部分が鋭角的に曲がっている場合に比べて、紛体出口２４の入口近傍、すなわち頂点近傍での造粒を効率良く防止できる。

また、本実施形態では、空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃのうち紛体出口２４に最も近い位置にある空気供給口１７ａの空気供給量が粉体入口２２に近い位置にある空気供給口１７ｃの空気供給量よりも大きく設定されている。このため、メッシュ８の面上での空気流量が、粉体原料Ｍの層厚ｔが薄い部分で大きくなっている。この結果、粉体出口２４の近傍で空気流のために粉体原料Ｍに十分なせん断力が加わり、粉体原料Ｍに含まれる造粒塊が効果的に分散される。

また、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、空気室７のフランジ１４及びケーシング９のフランジ２３ａがいずれも空気室７及びケーシング９の外部へ張り出し、それらのフランジ１４とフランジ２３ａとによってメッシュ８の外周縁が挟持されている。このため、粉体原料Ｍが載る部分のメッシュ８の上にはボルト等といった突起物が何も無い。従来の粉体供給装置においては、メッシュ８を固定するためのボルトがケーシング９の内部においてメッシュ８の表面から突出していて、このボルトの所で粉体原料Ｍが滞留して造粒が発生し易い状態となっていた。これに対し、メッシュ８上のケーシング９内に何等の突起物も存在しないように構成された本実施形態によれば、造粒の発生を効率良く防止できる。

（粉体供給装置の第２実施形態）
図６は本発明に係る粉体供給装置の他の実施形態を示している。この粉体供給装置４１が図２に示した先の実施形態の粉体供給装置１と異なる点は、紛体出口２４に臨み出ているメッシュ８の先端部分の、その臨み出し方が異なっていることである。また、図２ではメッシュ８の後方部分（紛体出口２４から離れた部分、粉体入口２２に近い部分）に平坦部を形成したが、本実施形態ではメッシュ８の後方部分に平坦部分は無くメッシュ８の全体が傾斜している。

メッシュ８の先端部分の紛体出口２４への臨み出し方について詳しく説明すれば、図２の実施形態においては、メッシュ８の先端が弧状に曲げられ、その曲げられた部分が紛体出口２４の粉体入口部分を構成していた。これに対し、本実施形態では、メッシュ８の先端は直線状のままで終わっていて、その直線状の先端が紛体出口２４の粉体入口部分に到達している。メッシュ８の先端部分がこのように構成されていれば、図５に示したようにメッシュ８の先端が紛体出口２４から大きく後退している構成に比べて、粉体原料の造粒を大きく防止できる。

また、メッシュ８の後方部分に平坦部を持たない構成の本実施形態においても、粉体原料Ｍの層厚の厚い部分において振動及び空気流の付与により、粉体原料Ｍに十分な攪拌及び流動性を与えることができ、粉体原料の造粒を効果的に防止できる。なお、メッシュ８の後方部分に平坦部を設けるか、あるいは傾斜部分とするかについては、振動の大きさ、空気流の流量、粉体原料の物性等に応じて適宜に選定する。

（その他の実施形態）
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はその実施形態に限定されるものでなく、請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々に改変できる。
例えば、図２の仕切板３２ａ，３２ｂは設けなくても良い。多孔膜としてのメッシュ８の構成は多層膜構造に限られず単層膜であっても良い。メッシュ８の孔の大きさも５μｍに限られず、処理対象である粉体原料の物性、大きさ等に応じて適宜に選定する。空気室７は隔壁１６によって仕切らなくても良い。また、隔壁１６の数は２個に限られず、従って空気室の隔室の数は３個に限られない。

上記実施形態では単独の空気供給口１７ａ，１７ｂ，１７ｃによって空気室７内へ空気を導入した。これに代えて、１本の管を空気室７内に這い回し、その管に適宜の間隔で空気孔を設けておき、その１本の管内へ空気を導入することにより、各空気孔から空気室７内へ空気を送り出す、という構成を採用することもできる。なお、この配管構成においては紛体出口２４側と粉体入口２２側とで空気孔を設ける間隔に変化を持たせることにより、メッシュ８の平面内で空気流量を調節することができる。

（気流分級装置の実施形態）
以下、本発明に係る気流分級装置を図７に示す実施形態に基づいて説明する。この気流分級装置は、本発明に係る粉体供給装置の１つの使用例である。なお、本発明に係る気流分級装置は図７に示した実施形態に限定されるものではない。

図７において、本実施形態の気流分級装置５１は、原料供給ノズル５３を備えた分級機本体５２と、原料供給ノズル５３に接続された原料搬送部５４と、原料搬送部５４に連結された原料補給部５６とを有している。原料補給部５６は粉体供給装置６１を有している。粉体供給装置６１としては、図１に示した粉体供給装置１や、図６に示した粉体供給装置４１を適用できる。分級機本体５２には、粉体回収手段としてのサイクロン５７ｓ，５７ｍ，５７ｇ及び空気吸引装置であるブロワ５８ａ，５８ｂが付設されている。

原料補給部５６は、ホッパ５９と、定量フィーダ６２と、そして粉体供給装置６１とを有している。分級対象である粉体原料Ｍはホッパ５９へ投入される。粉体原料Ｍは、例えば静電転写方式の画像形成装置用のトナーを含む原材料であり、例えば粒径２μｍ〜１５μｍ程度の種々の粒径の粒状物質を含んでいる。例えば、サイクロン５７ｓは１０μｍ以下の細粒紛を回収し、サイクロン５７ｍは２．５〜１６μｍの範囲内の中粒紛を回収し、そしてサイクロン５７ｇは６μｍ以上の粗粒紛を回収する。製品として利用されるトナーはサイクロン５７ｍによって中粒紛として集められた粉体である。

定量フィーダ６２は一定量の粉体原料Ｍを常時、粉体供給装置６１へ供給するための装置であり、周知の構造の装置を適用できる。例えば、回転テーブル上に堆積して回転する粉体原料Ｍを固定配置したスクレーパによって掻き落とすという構成を有した、いわゆるテーブルフィーダを用いることができる。粉体供給装置６１は、既述の通り、定量フィーダ６２から供給される量に見合った量の粉体原料Ｍを、造粒塊を含まない状態であって個々の粒状体が適切に分散した状態で、原料搬送部５４へ供給する。

原料搬送部５４は、粉体供給装置６１から供給された粉体原料Ｍをエジェクション方式やインジェクション方式による粉体搬送方法によって分散させながら分級機本体５２へ搬送する。エジェクション方式は、噴射する空気の噴射力を利用して粉体原料Ｍを分散させる方式である。インジェクション方式は、管路内へ注入された空気流の吸引力を利用して粉体原料Ｍを分散させる方式である。本実施形態では、圧縮空気源６３から噴出した空気流の噴射力を用いたエジェクション方式を用いている。

分級機本体５２まで搬送された粉体原料Ｍは、空気源６４から送り出された空気流、原料供給ノズル５３から噴射された粉体原料Ｍの慣性力、分級機本体５２の内部に設けられたコアンダブロック６４が奏するコアンダ効果等といった要因に基づいて、細粒、中粒、及び粗粒の各粒径範囲に分級、すなわち区分され、それぞれ、サイクロン５７ｓ，５７ｍ，５７ｇ内に回収される。そして、サイクロン５７ｍ内に回収された中粒紛が製品トナーとして利用される。

本実施形態の気流分級装置５１では、原料補給部５６の構成要素として本発明に係る粉体供給装置６１を設けている。既述の通り、本発明に係る粉体供給装置６１は、図４を用いて説明したように、斜めに配置したメッシュ８を斜めに振動させながら、そのメッシュ８を通過した空気流を粉体原料Ｍの中に送り込むことにより、粉体原料Ｍの造粒を防止し、分散を促し、さらに造粒塊をせん断力によって分解している。このため、図７において原料搬送部５４へ供給された粉体原料Ｍは適切に分散されて粒状の塊の無い状態であるので、最終的にサイクロン５７ｓ，５７ｍ，５７ｇに回収された粉体は所定の粒径範囲内に正確に分級されている。この結果、製品である中粒紛の収率を高めることができる。

（１） 図１に示した本発明に係る粉体供給装置１を図７に示した気流分級装置５１の粉体供給装置６１として用いて気流分級作業を行った。
（２） 傾斜していない単一平面状の従来の振動フィーダによって粉体原料を搬出する構造の従来の粉体供給装置を、図７の気流分級装置５１の粉体供給装置６１として用いて気流分級作業を行った。
（３） 上記の各気流分級試料では、粉体原料として図８のグラフにおいて矢印Ｃで示す粒径分布特性のトナーを提供した。この粉体原料は、図８の表２に符号Ｃで示すように、ｄ５０（分布内の代表的な径又は分布内の中心径）が７．５７μｍであり、“＜４．４μｍ”（微紛側の分布）が１１．２％であり、“＞１０．７μｍ”（粗紛側の分布）が１２．７％である。なお、粒度分布測定には、コールターカウンタ法を用い、上記値は体積値を示している。

上記（１）の分級作業の結果、図８の表１、表２、及びグラフ内で符合Ａで示す結果が得られた。また、上記（２）の分級作業の結果、図８の表１、表２、及びグラフ内で符合Ｂで示す分布が得られた。表１は、図７の分級システムにおいて得られた微粒紛（Ｆ）、中粒紛（Ｍ）、粗粒紛（Ｇ）の歩留りを重量％で示している。表２は、本発明装置を用いて得られた粒度分布（Ａ）、従来装置を用いて得られた粒度分布（Ｂ）、そして、提供された粉体原料の粒度分布（Ｃ）を示している。グラフは、表２の結果の元となるデータを折れ線グラフで示している。

図８の表２の“Ａ”に示すように、本発明装置を用いた分級により、ｄ５０が７．８５μｍで、“＜４．４μｍ”（分級後の製品の微紛側の分布）が２．３％で、“＞１０．７μｍ”（分級後の製品の粗紛側の分布）が８．４μｍである分級製品が得られた。また、図８の表２の“Ｂ”に示すように、従来装置を用いた分級により、ｄ５０が７．８３μｍで、“＜４．４μｍ”（分級後の製品の微紛側の分布）が２．４％で、“＞１０．７μｍ”（分級後の製品の粗紛側の分布）が８．７μｍである分級製品が得られた。この結果により、本発明装置により、目標とする粒度分布が得られたことが分かる。

また、図８のグラフにおいて本発明装置品（Ａ）と粉体原料（Ｃ）とを見比べれば明らかなように、分級の結果得られた製品（中粒紛Ｍ）における粒度分布はシャープな分布となっており、ピーク（すなわち重量）が大きくなっている。このことは、分級が高精度に行われたことを示している。

さらに、表１において、製品として使用されるのは中粒紛（Ｍ）である。粗粒紛（Ｇ）は再度粉砕され、分級処理に供される。微粒紛（Ｆ）は製品として使用できない粉体である。従来装置を用いた分級によれば、製品歩留り｛Ｍ／（Ｆ＋Ｍ）｝＝７５．７ｗｔ％であった。そして、本発明装置を用いた分級によれば、製品歩留り｛Ｍ／（Ｆ＋Ｍ）｝＝７７．８ｗｔ％であった。本発明装置を用いた分級により、製品歩留りが２．１ｗｔ％向上したことが分かった。この歩留り向上は、トナーが大量に生産されることを考慮すれば、経済的に非常に有利ということである。

本発明に係る粉体供給装置の一実施形態を示す正面図である。 図１の粉体供給装置の正面断面図である。 図１の粉体供給装置の平面図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線、（ｂ）はＢ−Ｂ線に従った平面図である。 図１の粉体供給装置の動作状態を模式的に示す図である。 図４の粉体供給装置の内部構成に改変を加えた実施形態を示す図である。 本発明に係る粉体供給装置の他の実施形態の正面断面図である。 本発明に係る気流分級装置の一実施形態の全体を示す図である。 実験結果の一例を示す表及びグラフである。

符号の説明

１．粉体供給装置、 ２．機枠、 ３．圧縮バネ、 ４．振動装置、 ６．テーブル、
７．空気室、 ８．メッシュ（多孔膜）、 ９．ケーシング、 １１．底部、
１２．側壁、 １２ａ．傾斜部、 １２ｂ．平坦部、 １３．側壁先端、
１４．フランジ、 １６．隔壁、 １７ａ，１７ｂ，１７ｃ．空気供給口、
１８．フランジ、 １９．蓋、 ２１．ボルト、 ２２．開口（粉体入口）、
２３ａ，２３ｂ．フランジ、 ２４．粉体出口、 ２５．傾斜部、 ２６．平坦部、
２７．ボルト、 ２８．ホッパ、 ２９．排出管、 ３１．ゴムホース、
３２ａ，３２ｂ．仕切板、 ４１．粉体供給装置、 ５１．気流分級装置、
５２．分級機本体、 ５３．原料供給ノズル、 ５４．原料搬送部、
５６．原料補給部、 ５７ｓ，５７ｍ，５７ｇ．サイクロン、
５８ａ，５８ｂ．ブロワ（空気吸引装置）、 ５９．ホッパ、 ６１．粉体供給装置、
６２．定量フィーダ、 ６３．圧縮空気源、 ６４．空気源、 Ｄ０．上死点、
Ｄ１．下死点、 Ｍ．粉体原料

Claims (11)

1. 粉体入口と粉体出口とを有し粉体が溜められるケーシングと、
   該ケーシングの内部に設けられ粉体が載る多孔膜と、
   該多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体を供給する気体供給手段と、
   前記多孔膜を振動させる振動手段と、を有しており、
   前記振動手段によって前記多孔膜を振動させると共に、前記気体供給手段によって前記多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体流を供給しながら、前記粉体入口から前記ケーシング内の前記多孔膜上に入れた粉体を前記粉体出口から出す粉体供給装置であって、
   前記多孔膜上の粉体層厚が前記粉体出口で薄く前記粉体入口で厚くなるように、前記多孔膜は前記粉体出口側が高く前記粉体出口から遠ざかるに従って下がるように傾いている
   ことを特徴とする粉体供給装置。
2. 請求項１記載の粉体供給装置において、前記多孔膜は前記粉体出口に臨み出ていることを特徴とする粉体供給装置。
3. 請求項２記載の粉体供給装置において、前記粉体出口に臨み出ている部分の前記多孔膜は断面弧状に曲がっていることを特徴とする粉体供給装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の粉体供給装置において、前記気体供給手段によって前記ケーシングの内部に供給される気体の流量は、前記粉体出口側が前記粉体入口側よりも大きいことを特徴とする粉体供給装置。
5. 請求項４記載の粉体供給装置において、
   前記多孔膜の前記ケーシングの内部と反対側の面に前記粉体出口から前記粉体入口にかけて複数の隔室が設けられ、
   個々の隔室に個別に気体供給手段が設けられ、
   前記粉体出口に近い気体供給手段による気体流量は前記粉体入口に近い気体供給手段による気体流量よりも大きい
   ことを特徴とする粉体供給装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の粉体供給装置において、
   前記振動手段は、前記粉体出口側が斜め上の上死点で前記粉体入口側が斜め下の下死点となる振動を前記多孔膜に付与する
   ことを特徴とする粉体供給装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の粉体供給装置において、
   前記ケーシングは外部へ突出するフランジを有し、
   前記多孔膜は、前記フランジに固着されて前記ケーシングの内部に設けられている
   ことを特徴とする粉体供給装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の粉体供給装置において、
   前記振動手段による前記多孔膜の振動の大きさ、及び前記気体供給手段によって前記多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ供給される気体の流量の大きさは、前記粉体入口から前記ケーシングの内部へ粉体が供給されないときに、前記ケーシングの内部の粉体を前記粉体出口から排出させない大きさである
   ことを特徴とする粉体供給装置。
9. 粉体入口からケーシング内の多孔膜上に入れた粉体を粉体出口から出す粉体供給方法において、
   前記多孔膜上の粉体層厚を、前記粉体出口で薄く、前記粉体入口で厚く形成し、
   前記多孔膜を振動させ、
   前記多孔膜を通して前記ケーシングの内部へ気体流を供給する、
   ことを特徴とする粉体供給方法。
10. 請求項９記載の粉体供給方法において、前記ケーシングの内部へ供給された気体流の流量は、前記粉体出口側が前記粉体入口側に比べて大きいことを特徴とする粉体供給方法。
11. コアンダ効果を奏するコアンダブロックと、
    該コアンダブロックの近傍に形成された空気流と、
    該空気流へ向けて粉体原料を噴射する原料供給ノズルと、
    該原料供給ノズルへ粉体原料を搬送する原料搬送部と、
    該原料搬送部へ粉体原料を供給する原料補給部と、
    を有する気流分級装置において、
    前記原料補給部は請求項１から請求項８のいずれか１つに記載の粉体供給装置を有することを特徴とする気流分級装置。

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