JP6009349B2 - 分級機構および分級方法 - 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構に係り、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構および分級方法に関する。

従来の分級機構として、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構がある。その分級原理について説明すると、気流回転式分級機構においては、粉体を気流に乗せ回転させると、大きな粉体は旋回気流の遠心力により外周側に寄せられ、一方、小さな粉体では中心に向かう気流速度が勝って内周側に寄せられる、という傾向がある。

外周部から排出された粉体には、大きな粉体（粗粉）が多く含まれ、一方、中心部から排出された気流中の粉体には、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構については、例えば特許文献１、２、及び３に記載されている。

気流回転式分級機構においては、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り、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が、一様に連続した分布傾向にはならないため、外周部から排出される粉体と、中心部から排出した気流に含まれる粉体とを、目標とする粒径で完全に分離峻別するのはきわめて困難である。

即ち、粉体の粒径は、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、目標とする分離粒径付近の粉体は、中心部から排出されるものと外周部から排出されるものの双方に含まれてくる。

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を一定以下とすることが厳しく要請されているため、例えば必要な所定粒径よりもやや大きな粒径を目標分離粒径として設定して分級を行うことにより、所定以下の微粉が可能な限り製品に混入しないようにする運転を行う場合がある。

この場合、歩留まりが低いと、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構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構 （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構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構および分級方法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、本発明による分級機構は、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チャンバを有し、前記複数の分級チャンバは、少なくとも第１の分級チャンバおよび第２の分級チャンバを含み、前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバのそれぞれは、それらの中心部から気流を排出するための気流排出手段を有し、前記気流排出手段は、前記第１の分級チャンバおよび前記第２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所定の合流位置で合流するように構成されており、前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、その径寸法が互いに異なるよう構成されている、ことを特徴とする。

本発明による分級機構において、前記第２の分級チャンバと前記合流位置との間の距離は、前記第１の分級チャンバと前記合流位置との間の距離よりも大きくなっており、そして、前記第２の分級チャンバの径寸法は、前記第１の分級チャンバの径寸法よりも小さくなっていてもよい。

本発明による分級機構において、前記第１の分級チャンバの前記気流排出手段および前記第２の分級チャンバの前記気流排出手段はそれぞれ、前記単一の回転軸に沿って延在して前記合流位置に至る環状流路を含んでいてもよい。

本発明による分級機構において、前記環状流路は、前記単一の回転軸の周囲に設けられた筒状部材によって画成されていてもよい。

本発明による分級機構において、第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、互いに隣接しており、かつ、互いを隔離する共通の隔壁を有していてもよい。若しくは、本発明による分級機構において、前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、前記単一の回転軸の軸線方向において離間しつつ隣接配置されていてもよい。

本発明による分級機構において、前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、互いに隣接しており、かつ、互いを隔離する共通の隔壁を有しており、前記気流排出手段は、前記隔壁の中央部に形成され、前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバを連通する切欠部を含んでいてもよい。

本発明による分級機構において、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、前記複数の分級チャンバのうちの最も上段に位置する分級チャンバの近傍に前記原料粉体を投入するように構成されていてもよい。

本発明による分級機構は、単独で成立する分級機として用いられてもよく、若しくは、その他の装置に組み込んで使用されてもよい。また本発明による分級機構において、分別された微粉および粗粉のうちの粗粉が製品になってもよく、微粉が製品となってもよく、または、微粉および粗粉の両方が製品になってもよい。
例えば、本発明による分級機構は、個別に導入される原料粉体と気流とを利用して原料粉体を微粉と粗粉とに分別する分級機として用いられてもよい。また本発明による分級機構は、サイクロンセパレータのように原料粉体を気流に乗せて気流導入口から供給する分級方法において用いられてもよい。また本発明による分級機構は、ジェットミルや竪型ミル等、粉砕物を下方から気流に乗せて吹き上げて微粉を製品とする粉砕機に付加されるものであってもよい。

本発明は、複数の分級チャンバを有する分級機構を用いて原料粉体を微粉と粗粉とに分別する分級方法であって、前記複数の分級チャンバは、単一の駆動源によって回転駆動される単一の回転軸に、その軸線方向に沿って並置されており、各分級チャンバの部分分級特性が近づくよう、各分級チャンバから排出される微粉が受ける流路抵抗の差異に応じて各分級チャンバの径寸法を設定し、これによって、分級機構全体の分級効率を向上させる、分級方法である。

本発明の分級機構によれば、駆動源を単数としているため、従来の多段分級機構に比べて分級機構を小型化することができ、これによって、分級機構の設置スペースを低減することができる。また、単数の駆動源とすることで効率化されるため、消費電力を低減することができるので、環境に優しい分級機構を提供することができる。さらに本発明の分級機構によれば、各分級チャンバの径寸法を異なるものとし要求仕様に応じ適宜設定することにより、分級機構全体での分級性能を任意に調整することができる。このため、様々な需要に応える分級機構および分級方法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構を示した縦断面図。 図１のＩ−Ｉ線に沿った部分断面図。 各分級チャンバにおいて微粉が分級される様子を簡略化して示す図。 図１に示す各分級チャンバおよび分級機構全体の部分分級効率の曲線を示す図。 比較の形態による分級機構を示した縦断面図。 図５に示す比較の形態における各分級チャンバおよび分級機構全体の部分分級効率の曲線を示す図。 図１に示した実施形態の変形例による分級機構を示した縦断面図。 図１に示した実施形態の他の変形例による分級機構を示した縦断面図。

以下、本発明の一実施形態による分級機構について、図１乃至図４を参照して説明する。

本実施形態による分級機構は、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のインナーチューブ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、単一の駆動源１０に接続されており、この駆動源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。

本体ケーシング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チャンバ１１、１２を備えている。以下の説明において、上段の分級チャンバ１１を第１の分級チャンバ１１と称し、下段の分級チャンバ１２を第２の分級チャンバ１２と称することもある。

各分級チャンバ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、各分級チャンバ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。

各分級チャンバ１１、１２の上面及び下面は、単一の回転軸７が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は上下の分級チャンバ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、第１の分級チャンバ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、第２の分級チャンバ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の周囲には筒状部材２０が設けられており、この筒状部材２０は、第２排出口１９から第１排出口１８まで延在している。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、第２の分級チャンバ１２内の中心部の気流を、第１の分級チャンバ１１と離隔しつつ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。なお、第１の分級チャンバ１１および第２の分級チャンバ１２のそれぞれの中心部から排出される各気流は、所定の合流位置で合流するようになっている。例えば本実施の形態においては、図１に示すように、第１の分級チャンバ１１および第２の分級チャンバ１２のそれぞれの中心部から排出された各気流が合流位置２９で合流するように、気流排出手段が構成されている。

本体ケーシング１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、第１の分級チャンバ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、インナーチューブ５の中央孔６を貫通して第１の分級チャンバ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、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。このように、第１排出口１８および第２排出口１９はいずれも同一の吸引管２８に連通している。

ところで本実施の形態において、合流位置２９および吸引管２８は、分級機構の上側に、例えば第１の分級チャンバ１１の上方に位置している。このため図３に示すように、第２の分級チャンバ１２と合流位置２９との間の距離ｄ_２は、第１の分級チャンバ１１と合流位置２９との間の距離ｄ_１よりも大きくなっている。従って、通常、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２が受ける流路抵抗は、第１排出口１８から合流位置２９に至る気流ｆ_１が受ける流路抵抗よりも大きくなっている。本実施の形態においては、このような流路抵抗の差異により生じる分級特性への影響を考慮して、第１の分級チャンバ１１および第２の分級チャンバ１２が構成されている。すなわち図３に示すように、第１の分級チャンバ１１および第２の分級チャンバ１２は、それらの径寸法ｓ_１、ｓ_２が互いに異なるよう構成されている。具体的には、第２の分級チャンバ１２の径寸法ｓ_２は、第１の分級チャンバ１１の径寸法ｓ_１よりも小さくなっている。このように各分級チャンバ１１，１２を構成することの意義については後述する。

次に、上記構成よりなる本実施形態の分級機構を用いて原料粉体２２を粗粉２５と微粉２６Ａ、２６Ｂとに分別する際の作用について、図３および図４を参照して説明する。

なお図４には、第１の分級チャンバ１１、第２の分級チャンバ１２および分級機構全体の部分分級効率を示す曲線が表されている。ここで述べる部分分級効率とは、原料粉体のうち所定の粒径の粒子が、分級ロータの外周側、すなわち粗粉側に分級される確率を示すものであり、原料粉体の粒径の関数となる。理想的な分級処理においては、部分分級効率は、特定の粒径を境にしたステップ関数となる。しかしながら現実の分級機構では、分級ロータ内部での気流の乱れや、一度壁に沈着した粉体の再飛散等の要因により、微粉側に粗粉が、若しくは粗粉側に微粉が分級される。このため部分分級効率を示す曲線は通常、その傾きが粒径に応じて変化する関数となる（粉砕・分級と表面改質（粉体工学会編）、第３７３〜３７４頁参照）。

以下、分級処理の手順について説明する。はじめに、本体ケーシング１の上部に配置された単一の駆動源１０によって分級ロータ２を所定の速度で回転させ、吸引により案内羽根（ルーバー）４から気流を装入しつつ、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、具体的には第１の分級チャンバ１１の近傍に投入する。

ここで、第１の分級チャンバ１１と第２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。このため、単一の駆動源１０を用いて単一の回転軸７を回転させることにより、各分級チャンバ１１、１２が一緒に同一の回転数で回転する。

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、第１の分級チャンバ１１のブレード１３の配列の隙間から、気流と共に第１の分級チャンバ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。図４において、第１の分級チャンバ１１の部分分級効率Δη_１の曲線が点線で示されている。分級機の評価指標の１つである５０％分離径（部分分級効率Δηが５０％となる粒子径）を使用すると、図４より、第１の分級チャンバ１１の５０％分離径は符号Ｄ_１（５０）で示さる粒子径となる。第１の分級チャンバ１１の５０％分離径Ｄ_１（５０）は、第１の分級チャンバ１１内の原料粉体２２に作用する遠心力ｏ_１および中心方向の抗力ｉ_１に依存して決定される。遠心力ｏ_１は、第１の分級チャンバ１１の回転数および径寸法ｓ_１に主に依存する。一方、抗力ｉ_１は、気流ｆ_１の流速に主に依存する。気流ｆ_１の流速は、吸引管２８の吸引力、および、第１排出口１８から合流位置２９に至る気流ｆ_１が受ける流路抵抗に主に依存する。

第１の分級チャンバ１１によって分別された微粉２６Ａは、分級チャンバ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２８を介して回収される。

一方、第１の分級チャンバ１１で回収されなかった原料粉体（粗粉と微粉を含む）は、重力および気流の作用により第２の分級チャンバ１２内にその外周部上部からブレード１４配列の間を通って導入される。

第２の分級チャンバ１２内に導入された原料粉体（第１の分級チャンバ１１にて１段目の分散・分級が行われたもの）は、第２の分級チャンバ１２内で２段目の分散・分級処理を受ける。図４において、第２の分級チャンバ１２の部分分級効率Δη_２の曲線が点線で示されている。また第２の分級チャンバ１２の５０％分離径が符号Ｄ_２（５０）で示されている。第２の分級チャンバ１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）は、第２の分級チャンバ１２内の原料粉体２２に作用する遠心力ｏ_２および抗力ｉ_２に依存して決定される。遠心力ｏ_２は、第２の分級チャンバ１２の回転数および径寸法ｓ_２に主に依存する。一方、抗力ｉ_２は、気流ｆ_２の流速に主に依存する。気流ｆ_２の流速は、吸引管２８の吸引力、および、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２が受ける流路抵抗に主に依存する。

上述のように、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２が受ける流路抵抗は、第１排出口１８から合流位置２９に至る気流ｆ_１が受ける流路抵抗よりも大きくなっている。このため、第２の分級チャンバ１２において原料粉体２２に作用する中心に向かう気流による抗力ｉ_２は、第１の分級チャンバ１１において原料粉体２２に作用する抗力ｉ_１よりも小さくなっている。一般に、分級チャンバにおける抗力が小さいほど、小さい粒径の粉体は外周側に向かい易くなる。この結果、５０％分離径が微粉側に変位する。一方で、上述のように、第２の分級チャンバ１２の径寸法ｓ_２は、第１の分級チャンバ１１の径寸法ｓ_１よりも小さくなっているため、第２の分級チャンバ１２の外周部における原料粉体２２に作用する遠心力ｏ_２は、第１の分級チャンバ１１の外周部における原料粉体２２に作用する遠心力ｏ_１よりも小さくなっている。一般に、流速が同じであれば、分級チャンバにおける遠心力が小さいほど、大きい粒径の粉体が中心側に向かい易くなり、この結果、５０％分離径が粗粉側に変位する。
なお、第２の分級チャンバを流れる気流の流路抵抗は、中心部（第２排出口１９から合流点２９）におけるものが支配的であるが、第２の分級チャンバの径寸法を第１の分級チャンバの径寸法より小さくしたことにより、気流ｆ_２が受ける流路抵抗を減少する効果もあり、それに対応して、気流の流速が大きくなるため、５０％分離径を粗粉側に変位する。
このように第２の分級チャンバ１２においては、第１の分級チャンバ１１の場合に比べて５０％分離径を微粉側に変位させる要因と粗粉側に変位させる要因とが併存している。
このため、分級チャンバ１１と分級チャンバ１２の流路抵抗に適切な差異を与え、かつ分級チャンバの径寸法に適切な差異を設けることによって、図４に示すように、第２の分級チャンバ１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）を、第１の分級チャンバ１１の５０％分離径Ｄ_１（５０）に近い値にすることができる。この結果、第２の分級チャンバ１２が有効に働く範囲、例えば第２の分級チャンバ１２の部分分級効率が７５％以下となる範囲（図４において矢印Ｒ_２で示す範囲）が、第１の分級チャンバ１１の部分分級効率の曲線の傾きが大きい範囲、例えば第１の分級チャンバ１１の部分分級効率が２５〜７５％となる範囲と重なってくる。すなわち、第２の分級チャンバ１２の部分分級特性を、第１の分級チャンバ１１の部分分級特性に近づけることができる。

第２の分級チャンバ１２によって分別された微粉２６Ｂは、分級チャンバ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、第２の分級チャンバ１２で外周側へ排出された粗粉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構においては、二重筒構造からなる気流排出手段１８−２１を用いて、第１の分級チャンバ１１の中心部からの排出気流（微粉を含む）、および、第２の分級チャンバ１２の中心部からの排出気流（微粉を含む）が、第１の分級チャンバ１１の上方の合流位置２９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構においては、分級ロータ２の回転が、装置上部に設けた単一の駆動源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、第１の分級チャンバ１１と第２の分級チャンバ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構では、上下段の分級チャンバ１１、１２を共通の駆動源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チャンバ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、必要な駆動源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構である。

次に、本実施形態による分級機構の分級性能について詳細に説明する。図４において、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線が実線で示されている。なお分級機構全体での部分分級効率Δη_tは、各分級チャンバ１１，１２の部分分級効率Δη_１，Δη_２の積に対応して算出される値である。すなわちΔη_t／１００＝Δη_１／１００×Δη_２／１００である。

分級機構の性能を評価する指標の１つとして、部分分級効率曲線の傾きが知られている。例えば上述の「粉砕・分級と表面改質（粉体工学会編）」には、χ＝Ｄ_t（７５）／Ｄ_t（２５）の値を指標とすることが提案されている。ここでＤ_t（７５）およびＤ_t（２５）はそれぞれ、図４に示すように、分級機構全体での部分分級効率が７５％および２５％になる粒径を表している。理想分級ではχ＝１である。従って、χの値が１に近いほど、分級の精度が高いと言える。

ここで本実施の形態によれば、上述のように、第１の分級チャンバ１１の５０％分離径Ｄ_１（５０）と第２の分級チャンバ１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）とが近接するようにすることができる。このため、第２の分級チャンバ１２が有効に働く範囲Ｒ_２が、第１の分級チャンバ１１の部分分級効率が２５％〜７５％となる範囲と重なっている。これによって、図４に示すように、第１の分級チャンバ１１の部分分級効率Δη_１の曲線の傾きに比べて、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線の傾きを大きくすることができる。従って本実施の形態によれば、分級機構の小型化および省エネルギー化を実現しながら、分級機構全体での分級の精度を向上させることができる。

次に、本実施の形態の効果を、比較の形態と比較して説明する。図５は、比較の形態における分級機構を示す図であり、図６は、図５に示す分級機構の各分級チャンバおよび分級機構全体の部分分級効率を示す図である。

図５に示す比較の形態による分級機構においては、上段に設けられた第１の分級チャンバ１１１の径寸法ｓ_１’と、下段に設けられた第２の分級チャンバ１１２の径寸法ｓ_２’と、が同一になっている。一方、図３に示す本実施の形態の場合と同様に、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２が受ける流路抵抗は、第１排出口１８から合流位置２９に至る気流ｆ_１が受ける流路抵抗よりも大きくなっている。従って、第２の分級チャンバ１１２において原料粉体に作用する遠心力は、第１の分級チャンバ１１１の場合と同等であるが、第２の分級チャンバ１１２において原料粉体に作用する抗力は、第１の分級チャンバ１１１の場合に比べて小さくなっている。この結果、図６に示すように、第２の分級チャンバ１１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）’が、第１の分級チャンバ１１１の５０％分離径Ｄ_１（５０）’に比べて著しく小さくなっている。この場合、第２の分級チャンバ１１２が有効に働く範囲Ｒ_２’が、第１の分級チャンバ１１１の部分分級効率が２５〜７５％となる範囲と重なっていない。従って、比較の形態においては、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線の傾きを大きくすることに、第２の分級チャンバ１１２が寄与していないと言える。

これに対して本実施の形態によれば、第２の分級チャンバ１２の径寸法ｓ_２は、第１の分級チャンバ１１の径寸法ｓ_１よりも小さくなっている。このことは、第２の分級チャンバ１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）と、第１の分級チャンバ１１の５０％分離径Ｄ_１（５０）との間の差異を小さくするよう作用する。従って、第１の分級チャンバ１１の部分分級効率Δη_１の曲線と第２の分級チャンバ１２の部分分級効率Δη_２の曲線とを近接させることができる。このことにより、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線の傾きを大きくすることに、第２の分級チャンバ１２が寄与できるようになる。従って本実施の形態によれば、分級チャンバを２段構成にすることによって、分級機構全体の分級性能を向上させることができる。

本実施の形態において、第２の分級チャンバ１２の径寸法ｓ_２と第１の分級チャンバ１１の径寸法ｓ_１との差は、径寸法ｓ_２と径寸法ｓ_１とが等しいと仮定した場合に算出される５０％分離径Ｄ_２（５０）と５０％分離径Ｄ_１（５０）との間の差異などに応じて適切に設定されるが、例えば径寸法ｓ_２は、径寸法ｓ_１の９０％以下となっている。

なお、上述の記載において、本実施の形態による第２の分級チャンバ１２における５０％分離径Ｄ_２（５０）が、比較の形態における第２の分級チャンバ１１２の５０％分離径Ｄ_２（５０）’よりも大きくなることの原理について、原料粉体に作用する遠心力に基づいて説明した。しかしながら、本実施の形態により得られる効果の基礎が、上述の原理のみに限られることはない。例えば以下の原理も考えられ得る。

一般に、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２が受ける流路抵抗は、流路の断面積や長さだけでなく、気流ｆ_２の速度にも依存する。一般に、気流ｆ_２の速度が小さいほど、気流ｆ_２が受ける流路抵抗が小さくなると考えらえる。また気流ｆ_２は、通常、旋回しながら第２排出口１９から合流位置２９へ向かう。このため、気流ｆ_２の速度成分は、合流位置２９に向かう成分だけでなく、旋回する成分も含んでいる。ここで本実施の形態によれば、第１の分級チャンバ１１の径寸法ｓ_１に対して第２の分級チャンバ１２の径寸法ｓ_２が低減されており、この結果、粉体を含む気流ｆ_２に働く遠心力が、比較の形態の場合よりも小さくなっている。すなわち、気流ｆ_２の速度成分のうち旋回する成分が低減されている。このため本実施の形態においては、気流ｆ_２が受ける流路抵抗が、比較の形態の場合に比べて小さくなっていると考えられる。この結果、第２排出口１９から合流位置２９に至る気流ｆ_２の流量を増大させることができる。例えば、比較の形態では気流ｆ_１’と気流ｆ_２’の比が７０：３０となっている場合に、本実施の形態では気流ｆ_１と気流ｆ_２の比を５０：５０に近づけることができる。これによって、第２の分級チャンバ１２において原料粉体２２に作用する抗力を増大させることができ、このことにより、５０％分離径Ｄ_２（５０）と５０％分離径Ｄ_１（５０）との間の差異を小さくすることができる。また、第１の分級チャンバ１１と第２の分級チャンバ１２との間での流量の不均衡を軽減することができるので、整流効果などその他の効果を期待することもできる。さらに、第１排出口１８から合流位置２９に至る気流ｆ_１の流量を減少させることで、第１の分級チャンバ１１において原料粉体２２に作用する抗力を減少させ、これによって、５０％分離径Ｄ_１（５０）を微粉側に変位させることができる。この点からも、５０％分離径Ｄ_２（５０）と５０％分離径Ｄ_１（５０）との間の差異を小さくすることが可能となる。

上述した実施形態の変形例として、図７に示したように、第１の分級チャンバ１１と第２の分級チャンバ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、第１の分級チャンバ１１の底板１６Ａと第２の分級チャンバ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。

上下段の分級チャンバ１１、１２の間隔は、分級チャンバ１１から排出される粉体を適切な位置で補足し分級チャンバ１２へ導き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。

図７に示す分級機構においても、第２の分級チャンバ１２の径寸法は、第１の分級チャンバ１１の径寸法よりも小さくなっている。このため、各分級チャンバ１１，１２における流路抵抗が異なる場合であっても、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線の傾きを大きくすることに、第２の分級チャンバ１２が寄与することができる。

また、他の変形例としては、図１及び図７に記載した分級機構において、第２の分級チャンバ１２の下部にさらに３段目の分級チャンバを設けることもできる。

この例においては、２段目の分級チャンバの外周部から排出した気流を３段目の分級チャンバ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段目の分級チャンバ外周部下部から排出され、微粉は、１段目と２段目の分級チャンバ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段目の分級チャンバの内周側が２段目と３段目の分級チャンバ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段目の分級チャンバの上方において、１段目の分級チャンバからの排出気流と２段目と３段目の分級チャンバからの排出気流が合流して一緒に排出される。

また、３段目の分級チャンバの下に更に４段目（若しくはそれ以上）の分級チャンバ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段若しくはそれ以上の段数の分級チャンバを同じ考案により実現することもできる。

本変形例においても、各分級チャンバは、それらの径寸法が互いに異なるよう構成されていてもよい。例えば、合流位置２９までの距離が大きい分級チャンバほどその径寸法が小さくなるよう、各分級チャンバが構成されていてもよい。これによって、各分級チャンバの５０％分離径を互いに近接させることができる。このことにより、各分級チャンバにおける流路抵抗が異なる場合であっても、分級機構全体での部分分級効率Δη_tの曲線の傾きを大きくすることに、各分級チャンバが寄与することができる。

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８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は二重管構造とせず、分級チャンバ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から分級チャンバ１２の気流を排出し、分級チャンバ１１内にて分級チャンバ１１の気流と合流させつつ第１排出口１８を通る気流排出手段を実現している。

即ち、第２の分級チャンバ１２にて分別された微粉は、第２排出口１９を介して第１の分級チャンバ１１内に流入し、第１の分級チャンバ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。この場合、第２の分級チャンバ１２の中心部から排出された気流は、後に第１の分級チャンバ１１の中心部から排出される気流と、第１の分級チャンバ１１内で合流する。すなわち本実施の形態において、合流位置２９は、第１の分級チャンバ１１の内側に存在している。

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。

図８に示す分級機構において、合流位置２９は、第１の分級チャンバ１１の内側に存在している。従って、本実施の形態においても、第２の分級チャンバ１２と合流位置２９との間の距離は、第１の分級チャンバ１１と合流位置２９との間の距離よりも大きくなっている。また、第２の分級チャンバ１２の径寸法は、第１の分級チャンバ１１の径寸法よりも小さくなっている。このため、各分級チャンバ１１，１２における流路抵抗が異なる場合であっても、分級機構全体での部分分級効率曲線Δη_tの傾きを大きくすることに、第２の分級チャンバ１２が寄与することができる。

また、図８に示した第２の分級チャンバ１２の下に更に３段目（若しくはそれ以上）の追加の分級チャンバ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段目以降の分級チャンバを追加設置しても、気流排出手段が複雑化することがない。また、３段目以降の分級チャンバが設置される場合、合流位置２９までの距離が大きい分級チャンバほどその径寸法が小さくなるよう、各分級チャンバが構成されていてもよい。

なお上述の本実施の形態および各変形例において、合流位置２９までの距離が大きい分級チャンバほどその径寸法が小さくなるよう、各分級チャンバが構成される例を示した。しかしながら、各分級チャンバの径寸法を決定する要因が、合流位置２９までの距離に限られることはない。本願発明の技術的思想の基礎は、各分級チャンバの径寸法や高さ寸法（回転軸７の軸方向寸法）等を変化させることによって、各分級チャンバの部分分級効率を任意に設定する点である。本願発明によれば、合流位置２９までの距離だけでなく、各分級チャンバ間におけるその他の様々な不均衡を緩和するよう、分級チャンバの各部寸法を変化させ、これによって、分級機構全体としての分級性能を高めることができる。このことにより、様々な需要に応える分級機構を提供することができる。

なお、上述した実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の変形例を適宜組み合わせて適用することも可能である。

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のインナーチューブ
６ インナーチューブ５の中央孔
７ 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 単一の駆動源
１１、１２ 分級チャンバ
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
２９ 合流位置

Claims (6)

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チャンバを有し、
   前記複数の分級チャンバは、少なくとも第１の分級チャンバおよび第２の分級チャンバを含み、
   前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバのそれぞれは、それらの中心部から気流を排出するための気流排出手段を有し、
   前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバのそれぞれの中心部から排出される各気流は、所定の合流位置で合流し、
   前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、その径寸法が互いに異なるよう構成されており、
   前記第１の分級チャンバおよび前記第２の分級チャンバは、互いに隣接しており、かつ、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、分級機構。
2. 前記第２の分級チャンバと前記合流位置との間の距離は、前記第１の分級チャンバと前記合流位置との間の距離よりも大きくなっており、
   前記第２の分級チャンバの径寸法は、前記第１の分級チャンバの径寸法よりも小さくなっている、請求項１に記載の分級機構。
3. 前記第１の分級チャンバの前記気流排出手段および前記第２の分級チャンバの前記気流排出手段はそれぞれ、前記単一の回転軸に沿って延在して前記合流位置に至る環状流路を含む、請求項１または２に記載の分級機構。
4. 前記環状流路は、前記単一の回転軸の周囲に設けられた筒状部材によって画成されている、請求項３に記載の分級機構。
5. 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、前記複数の分級チャンバのうちの最も上段に位置する分級チャンバ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４のいずれか一項に記載の分級機構。
6. 複数の分級チャンバを有する分級機構を用いて原料粉体を微粉と粗粉とに分別する分級方法であって、
   前記複数の分級チャンバは、単一の駆動源によって回転駆動される単一の回転軸に、その軸線方向に沿って並置されており、
   各分級チャンバの部分分級特性が近づくよう、各分級チャンバから排出される微粉が受ける流路抵抗の差異に応じて各分級チャンバの径寸法を設定し、これによって、分級機構全体の分級効率を向上させる、分級方法。

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