JP5795253B2 - 分級機 - Google Patents

Description

本発明は、原料粉体を微粉と粗粉とに分別する分級機に係り、特に、分級ロータの回転による旋回流を利用して微粉と粗粉とを分別して所定の粒径範囲の製品を得るための分級機に関する。

従来の分級機として、分級ロータの回転による旋回流を利用して微粉と粗粉とを分別する気流回転式分級機があり、その分級原理について説明すると、粉体を気流に乗せ回転させると、大きな粉体は遠心力により外周側に寄せられ、その反対の効果として小さな粉体は内周側に寄せられる。

そこで、気流を外周部と中心部の両方で排出すると、外周部から排出された気流には大きな粉体（粗粉）が多く含まれ、中心部から排出された気流には小さな粉体（微粉）が多く含まれる。これより、様々な大きさの粉体が混在している原料粉体を、粗粉と微粉とに分別することができる。

このような気流回転式分級機については、例えば特許文献１、２、及び３に記載されている。

気流回転式分級機においては、上述した分級原理から分かるように、粉体は内周側から外周側に向かい大きな粉体の割合が徐々に多くなる（逆に外周側から内周側に向かい小さな粉体の割合が徐々に大きくなる）。このため、外周部から排出した気流に含まれる粉体と、中心部から排出した気流に含まれる粉体とを、所定の大きさ（粒径）の粉体で完全に分離するのは困難である。

即ち、両者の粉体の粒径の分岐点は、中心部と外周部から排出する位置や気流速度等に影響されるが、分岐粒径付近の粉体は、内周側と外周側の両方に含まれる可能性が高い。

このため、複写機やプリンターで使用されるトナーのように高品質が要求される粉体では製品中への微粉の混入割合が厳しく規定されているため、例えば必要な所定粒径よりも大きな粒径を分岐粒径として設定して分級を行うことにより、所定以下の微粉が製品に混入しないような運転を行う場合がある。

しかし、このような方法では歩留まりが低下してコストが上昇し、また、資源の浪費にもなってしまう。

そこで、従来の一般的な気流分級機における上述の課題に対して、分級性能を向上させるべく、分級処理を２段や多段にする方法が提案されている。そのような方法については、例えば特許文献４及び５がある。

特許文献４には、第１分級工程で分級された粗粉を、第２分級工程に導入し、微粉砕して再度分級する技術が記載されている。また特許文献５には、３段分級について記載されている。

しかしながら、特許文献４、５のいずれにおいても、各分級工程毎に専用の分級機（及びその駆動モータ）を設置する必要があるため、設備全体が大規模且つ複雑なものとなってしまい、また運転時の消費電力（駆動モータ２台又は３台分）も大きくなってしまう。

また、特許文献６には、２つの分級ロータを１つのケーシング内で上下反転させて同軸上に配置した構成が示されているが、この構成は、単段（１段）式の気流回転式分級機を単に上下に配置したものである。

即ち、上下の分級ロータのそれぞれは専用の駆動モータを備えており（即ち、２つの駆動モータが必要であり）、微粉排出口も各分級ロータ毎に設けられている。

このため、特許文献６に記載の構成では、その構造が大規模且つ複雑なものとなってしまい、運転時の消費電力（駆動モータ２台分）も大きくなってしまう。また、その構造上、２段構成が限界であり、３段若しくはそれ以上の構成を採用することは不可能である。

特開２０１０−２５３３９４号公報 特開平７−２３６８６１号公報 特開２００６−３５０３１号公報 特開平１１−１５１９５号公報 特開平１１−１５１９６号公報 特開２０１１−２２４４２３号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、簡素且つ小型の構成にて分級精度を高めることができる分級機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明による分級機は、本体ケーシングと、前記本体ケーシングの内部に設けられた分級ロータと、前記分級ロータが装着された単一の回転軸と、前記単一の回転軸を回転駆動するための単一の駆動源と、を備え、前記分級ロータは、前記単一の回転軸の軸線方向に沿って並置された複数の分級空間を有し、前記複数の分級空間のそれぞれは、その中心部から気流を排出するための気流排出手段を有する、ことを特徴とする。

また、第２の発明による分級機は、前記第１の発明において、前記気流排出手段は、前記単一の回転軸に沿って延在する環状流路を含む、ことを特徴とする。

また、第３の発明による分級機は、前記第２の発明において、前記環状流路は、前記単一の回転軸に装着された筒状部材によって画成されている、ことを特徴とする。

また、第４の発明による分級機は、前記第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記複数の分級空間は、互いに隣接する分級空間同士が前記単一の回転軸の軸線方向において離間配置されている、ことを特徴とする。

また、第５の発明による分級機は、前記第１の発明において、前記複数の分級空間は、互いに隣接する分級空間同士を隔離する共通の隔壁を有し、前記気流排出手段は、前記隔壁の中央部に形成されて隣接する分級空間同士を連通する切欠部を含む、ことを特徴とする。

また、第６の発明による分級機は、前記第１乃至第５の発明のいずれかにおいて、前記本体ケーシングの内部に原料粉体を投入するための原料投入口が、前記複数の分級空間のうちの最も上段に位置する分級空間の近傍に前記原料粉体を投入するように構成されている、ことを特徴とする。

また、第７の発明による分級機は、前記気流排出手段は、前記複数の分級チャンバのそれぞれの中心部から排出された各気流が合流するように構成されている、ことを特徴とする。

上記特徴を備えた本発明の分級機によれば、簡素且つ小型の構成にて分級精度を高めることができるので、設置スペースを極小化し、また、駆動モータの削減により消費電力の低減ひいては環境に優しい分級機を提供することができる。

本発明の一実施形態による分級機を示した縦断面図。 図１の２−２線に沿った部分断面図。 図１に示した実施形態の変形例による分級機を示した縦断面図。 図１に示した実施形態の他の変形例による分級機を示した縦断面図。

以下、本発明の一実施形態による分級機について、図１及び図２を参照して説明する。

本実施形態による分級機は、筒状の本体ケーシング１を備えており、この本体ケーシング１の内部に分級ロータ２が設けられている。

本体ケーシング１の側周壁には気流導入口３が周設されており、この気流導入口３に隣接してその外側に複数の案内羽根（ルーバー）４が周設されている。複数の案内羽根４は、分級ロータ２の回転によって生じる旋回流の流れを考慮して配向されている
本体ケーシング１の内部には、本体ケーシング１の天板５に形成された中央孔６を介して、鉛直方向に延びる単一の回転軸７が上方から挿入されている。この単一の回転軸７の回転軸線８は、筒状の本体ケーシング１の長手軸線９と一致している。

単一の回転軸７は、単一の駆動モータ（駆動源）１０に接続されており、この駆動モータ１０によって鉛直方向の回転軸線８周りに回転駆動される。

本外ケーシング１の内部に設けられた分級ロータ２は、単一の回転軸７に装着されており、単一の回転軸７の軸線方向に沿って上下に配置された一対の分級空間１１、１２を備えている。

各分級空間１１、１２はその内部空間が円環状に形成されており、その外周部が複数のブレード１３、１４によって画成されている。複数のブレード１３、１４は、各分級空間１１、１２の外周面に沿って等間隔にて環状に配置されており、旋回流の形成に適した形状及び配向とされている。

各分級空間１１、１２の上面及び下面は、単一の回転軸７に挿通された中央孔を有する各円板部材１５、１６、１７によって画成されており、中段の円板部材１６は上下の分級空間１１、１２同士を隔離する共通の隔壁として機能している。

上側の円板部材１５の中央部には、上段の分級空間１１内の中心部から気流を排出するための第１排出口（気流排出手段）１８が形成されている。また、中段の円板部材１６の中央部には、下段の分級空間１２内の中心部から気流を排出するための第２排出口（気流排出手段）１９が形成されている。

単一の回転軸７には筒状部材２０が嵌装されており、この筒状部材２０は第１排出口１８と第２排出口１９とを連絡するように延在している。この筒状部材２０の内側に形成された、第２排出口１９を含んで単一の回転軸７に沿って延在する環状流路２１が、下段の分級空間１２内の中心部の気流を、上段の分級空間１１を通過してその上方へと導く気流排出手段を形成している。

本体ケーシング１の天板５には、処理対象である原料粉体２２を本体ケーシング１の内部に投入するための原料投入口２３が形成されており、この原料投入口２３に接続された原料投入管２４を介して原料粉体２２が本体ケーシング１の内部に投入される。原料投入口２３は、上段の分級空間１１の近傍に原料粉体２２が投入されるように構成されている。

本体ケーシング１の上部は、天板５の中央孔を貫通して上段の分級空間１１の内部に連通する筒状の上部ケーシング２７が設けられている。この上部ケーシング２７には吸引管２８の一端が接続されており、この吸引管２８を介して上部ケーシング２７の内部を排気することにより、上段及び下段の分級チャンバ１１、１２の内部が、第１排出口１８及び管状流路２１を介して吸引される。

次に、上記構成よりなる本実施形態の分級機を用いて原料粉体２２を粗粉２５と微粉２６Ａ、２６Ｂとに分別する際の作用について説明する。

本体ケーシング１の上部に配置された単一の駆動モータ１０によって分級ロータ２を所定の速度で回転させながら、原料投入管２４を介して原料粉体２２を原料投入口２３から本体ケーシング１内の上部、具体的には上段の分級空間１３の近傍に投入する。

ここで、上段の分級空間１１と下段の分級チャンバ１２とは共通の回転軸７に装着されているので、単一の駆動モータ１０により単一の回転軸７を回転させることにより、上段及び下段の分級空間１１、１２が一緒に同じ速度で回転する。

原料投入口２３から本体ケーシング１内に投入された原料粉体２２は、上段の分級空間１１のブレード１３同士の隙間から、気流と共に上段の分級空間１１の内部に流入し、これにより１段目の分散・分級が行われる。

そして、上段の分級空間１１によって分別された微粉２６Ａは、分級空間１１内の中心部から第１排出口１８を介して上方に排出され、吸引管２７を介して回収される。

一方、上段の分級空間１１で回収されなかった原料粉体（粗粉と微粉を含む）は、下段の分級空間１２内にその外周部上部からブレード１４同士の間を通って投入される。

下段の分級空間１２内に投入された原料粉体（上段の分級空間１１にて１段目の分散・分級が行われたもの）は、下段の分級空間１２内で２段目の分散・分級処理を受ける。このように二段分級を行うことにより、分級精度が高まる。

そして、下段の分級空間１２によって分別された微粉２６Ｂは、分級空間１２内の中心部から第２排出口１９及び環状通路２１を介して上方に排出され、第１排出口１８から排出される気流と合流して上部ケーシング２７及び吸引管２８を介して回収される。

一方、下段の分級空間１２で回収されなかった粗粉２５は、下方に落下し、製品として回収される。

上述したように本実施形態による分級機においては、二重筒構造からなる気流排出手段１８−２１を用いて、上段の分級空間１１の中心部からの排出気流（微粉を含む）と下段の分級空間１２の中心部からの排出気流（微粉を含む）が、上段の分級空間１１の上方にて合流して一緒に排出される。

また、本実施形態による分級機においては、分級ロータ２の回転が、装置上部に設けた単一の駆動モータ１０（及び単一の回転軸７）により実現できる。

また、本体ケーシング１の側周壁に形成する気流導入口３についても、上段の分級空間１１と下段の分級空間１２とで共用されている。

このように本実施形態による分級機では、上下段の分級空間１１、１２を共通の駆動モータ１０及び回転軸７によって回転駆動することができ、微粉２６Ａ、２６Ｂ及び粗粉２５の排出箇所もそれぞれ１つで済み、気流導入口３についても上下段の分級空間１１、１２に対して一つで済むので、装置全体として簡素且つ小型とすることでき、必要な設置スペースを低減でき、取り扱いも容易である。また、必要な駆動モータ１０は１台だけなので、省エネルギーも達成され、環境に優しい分級機である。

上述した実施形態の変形例としては、図３に示したように、上段の分級空間１１と下段の分級空間１２とを上下に離間して配置することもできる。この例においては、上段の分級空間１１の底板１６Ａと下段の分級空間１２の天板１６Ｂとが共用されておらず、それぞれ別個に設けられている。

上下の分級空間１１、１２の間隔は、分級精度を高めるために設計時に最適化されている。また、本例においては、本体ケーシング１の側周壁に形成する気流導入口３を、図１の構成に比べてその上下幅を拡大している。

また、他の変形例としては、図１及び図３に記載した分級機において、下段の分級空間１２の下部にさらに３段目の分級空間を設けることもできる。

この例においては、２段目の分級空間の外周部から排出した気流を３段目の分級空間内にその外周部上部から投入して３段目の分級を行う。粗粉は、３段目の分級空間外周部下部から排出され、微粉は、１段目と２段目の分級空間と同様に中心部から上方へ排出して回収される。

本変形例においては、１段目の分級空間の内周側が２段目と３段目の分級空間から排出する気流確保のため、気流排出手段を三重筒構造とする。そして、１段目の分級空間の上方において、１段目の分級空間からの排出気流と２段目と３段目の分級空間からの排出気流が合流して一緒に排出される。

また、３段目の分級空間の下に更に４段目（若しくはそれ以上）の分級空間を追加設置することもできる。この場合、微粉を回収するための中央の筒構造を４重（若しくはそれ以上）とする。

本変形例においては、簡素且つ小型の構成によって、３段分級（若しくはそれ以上の分級）を実現することができる。

次に、図１に示した上記実施形態の更に他の変形例について、図４を参照して説明する。

この変形例においては、気流排出手段として二重管構造を採用せず、上下段の分級空間１１、１２の間の隔壁１６の中央部に形成された第２排出口（切欠部）１９のみで気流排出手段を実現している。

即ち、下段の分級空間１２にて分別された微粉は、第２排出口１９を介して上段の分級空間１１内に流入し、上段の分級空間１１で分別された微粉と一緒に第１排出口１８を介して、上方の上部ケーシング２７内に排出される。上部ケーシング２７内に排出された微粉２６は、吸引管２８を介して回収される。

この変形例においては、気流排出手段として二重管構造を採用していないので、更なる構造の簡素化を図ることができる。

また、図４に示した下段の分級空間１２の下に更に３段目（若しくはそれ以上）の追加の分級空間を設けることもできる。本変形例においては気流排出手段が二重管構造ではないので、３段目以降の分級空間を追加設置しても、気流排出手段が複雑化することがない。

１ 本体ケーシング
２ 分級ロータ
３ 気流導入口
４ 案内羽根（ルーバー）
５ 本体ケーシング１の天板
６ 天板５の中央孔
７ 単一の回転軸
８ 単一の回転軸７の回転軸線
９ 本体ケーシング１の長手軸線
１０ 単一の駆動モータ（駆動源）
１１、１２ 分級空間
１３、１４ ブレード
１５、１６、１６Ａ、１６Ｂ、１７ 円板部材
１８ 第１排出口（気流排出手段）
１９ 第２排出口（気流排出手段）
２０ 筒状部材（気流排出手段）
２１ 環状流路（気流排出手段）
２２ 原料粉体
２３ 原料投入口
２４ 原料投入管
２５ 粗粉
２６、２６Ａ、２６Ｂ 微粉
２７ 上部ケーシング
２８ 吸引管

Claims (5)

1. 本体ケーシングと、
   前記本体ケーシングの内部に設けられた分級ロータと、
   前記分級ロータが装着された単一の回転軸と、
   前記単一の回転軸を回転駆動するための単一の駆動源と、を備え、
   前記分級ロータは、前記単一の回転軸の軸線方向に沿って並置された複数の分級空間を有し、
   前記複数の分級空間のそれぞれは、その中心部から吸引管へ気流を排出するための排出口を含む気流排出手段を有し、
   前記複数の分級空間は、第１の分級空間と、前記第１の分級空間よりも前記吸引管から遠い位置に配置され、前記回転軸の軸線方向において前記第１の分級空間から隔離された第２の分級空間と、を少なくとも有し、
   前記第２の分級空間の前記気流排出手段は、前記単一の回転軸に沿って延在する環状流路を含み、
   前記環状流路は、前記単一の回転軸に装着された筒状部材によって画成されており、
   前記筒状部材の前記吸引管側の端部は、前記第１の分級空間の前記気流排出手段の前記排出口よりも前記吸引管側に位置している、分級機。
2. 前記複数の分級空間は、互いに隣接する分級空間同士が前記単一の回転軸の軸線方向において離間配置されている、請求項１に記載の分級機。
3. 前記複数の分級空間は、互いに隣接する分級空間同士を隔離する共通の隔壁を有する、請求項１記載の分級機。
4. 前記本体ケーシングの内部に原料粉体を投入するための原料投入口が、前記複数の分級空間のうちの最も上段に位置する分級空間の近傍に前記原料粉体を投入するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分級機。
5. 前記気流排出手段は、前記複数の分級空間のそれぞれの中心部から排出された各気流が合流するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分級機。

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