JP6015895B2

JP6015895B2 - 慣性セパレータ装置

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Publication number: JP6015895B2
Application number: JP2012067730A
Authority: JP
Inventors: 佳宏西須
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP2013198847A

Description

本発明は、慣性力で運動する複数の粉体を重力の作用及び空気抵抗の作用に基づき、その粒子径又は比重ごとに分離して回収する乾式の慣性セパレータ装置及び粉体原料選別回収方法に関する。

粒子の分級装置としては、サイクロン機構による慣性力を応用した湿式又は乾式のサイクロン分級装置が代表的であり、近年においても、その具体的な装置構成が検討されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
また、遠心力を応用した湿式又は乾式の分級装置も、粒子の分級に用いられている（例えば、特許文献３及び４参照）。
更に、湿式では、比重が比較的軽い物質と比較的重い物質を選別するジグ機構（例えば、特許文献５参照）なども提案され、乾式では、コアンダ効果を応用した分級装置（例えば、特許文献６参照）、吸引力を応用した分級装置なども提案されている（例えば、特許文献７参照）。

このように、粒子の分級装置としては、種々存在するが、分級対象となる粒子が水中に分散させるのに適しないものである場合には、乾式の分級装置が用いられ、乾式の分級装置の多くは、気流による粒子の等速的運動と、これに重力や遠心力等の第２の力を作用させて分級させる機構を有する。この種の乾式分級装置では、気流によって原料を容器内に供給するとともに、原料中に含まれる比較的小さな粒子側の微粒子を気流によって排出し、これをバグフィルタ等の固気分離機構により回収するようにしている。

しかしながら、こうした固気分離機構による微粒子の回収には、粒子が細かくなるに従って目詰まりや捕集漏れが生じやすいという問題がある。また、さらに粒子が小さくなると、フィルタの開口径の制約を受け、選別回収自体が困難となる問題がある。更に、前記固気分離装置の仕様により、固気分離を粒子サイズごとに多段に行うための装置設計に制約が生じる問題がある。
そのため、よりシンプルな構造で安価に粒子を分級できる分級装置の開発が求められている。

比較的シンプルな構造で粒子を分級する分級装置としては、走行するゴムベルト上に載せた粉粒体を慣性力によって前記ゴムベルトの走行方向に放出し、その飛距離の違いを利用して分級を行う慣性分級方法が提案されている（特許文献８参照）。
しかしながら、この慣性分級方法では、粒子径が小さい側の微粉については、飛距離の違いを生じさせづらいため、気流を用いて除去している。
即ち、不規則な空気（気体）の流れ等の外乱により飛行方向が影響される微粉を飛距離の違いで分級する場合、該外乱の影響を制限しない特許文献８に記載の条件では、該微粉の飛距離を一定のものと想定して取扱うことが困難となる問題がある。また、気体分子の運動エネルギーによるブラウン運動（不規則運動）により飛行方向が影響されるようなミクロンオーダー以下のより粒子径が小さい微粉についても、取扱うことができないという問題がある。
よって、微粉については、気流を用いて除去させることとなるが、この気流に従って移動する微粉間では、分級を行うことができないという問題がある。
したがって、シンプルな構造で安価に構成することができ、微粉についても効率良く分離することができ、更に、選別対象の粒子径及び比重に応じて要求される選別設定を一つの装置で自由度高く設定することができる慣性セパレータ装置としては、満足できるものが存在しないというのが現状である。

特開２０１１−１２５８０１号公報特開２００５−２０５２６７号公報特開２０１１−１２５７８６号公報特開２０１１− ４５８１９号公報特開２０１０−２２７８１９号公報特開平８−２０６６０５号公報特開平５− ５７１６７号公報特開平１１− １００９１号公報

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、シンプルな構造で安価に構成することができ、微粉体についても効率良く分離することができ、更に、選別対象の粒子径及び比重に応じて要求される選別設定を一つの装置で自由度高く設定することができる慣性セパレータ装置及び粉体原料の粉体原料選別回収方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、前記容器内の気圧が該容器外の気圧よりも減圧状態で保持され、前記容器内外の気圧差により前記粉体原料が前記粉体送出部から前記容器内に吸引されて送出されることを特徴とする慣性セパレータ装置。
＜２＞選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、更に、前記粉体導入部が内包されるとともに、内部の気密性が保持される導入室と、前記導入室に接続され、前記導入室内の気圧を前記容器内の気圧よりも高い気圧に調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構とを有することを特徴とする慣性セパレータ装置。
＜３＞選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、前記粉体送出部が、機械的動力を前記粉体原料に伝達させて送出する動力部を有し、前記動力部が、前記粉体原料を水平方向に押出す押出器で構成されることを特徴とする慣性セパレータ装置。
＜４＞粉体回収部が回収領域の数及び大きさを可変とする機構を有する前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の慣性セパレータ装置。
＜５＞粉体送出部が、一端側が粉体投入部と接続され、他端側が開閉弁を介して容器と接続される管状部材である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の慣性セパレータ装置。
＜６＞選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有する慣性セパレータ装置を用いて、前記粉体原料を選別して回収する粉体原料選別回収方法であって、前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させることとし、前記粉体の送出は、前記容器内の気圧を該容器外の気圧よりも減圧状態とし、該容器内外の気圧差により前記粉体原料を前記粉体送出部から前記容器内に吸引させて行うことを特徴とする粉体原料選別回収方法。

本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、シンプルな構造で安価に構成することができ、微粉体についても効率良く分離することができ、更に、分離対象の粒子径、比重及び分級の精度に応じて要求される分級設定を一つの装置で自由度高く設定することができる慣性セパレータ装置及び粉体原料選別回収方法を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る慣性セパレータ装置の概要を示す説明図である。図２は、本発明の第２の実施形態に係る慣性セパレータ装置の概要を示す説明図である。図３は、本発明の第３の実施形態に係る慣性セパレータ装置の概要を示す説明図である。図４は、機械的動力を粉体原料に伝達させて送出する動力部を有する粉体送出部の構造例を示す部分断面図である。図５は、本発明の第４の実施形態に係る慣性セパレータ装置の概要を示す説明図である。図６は、粒子径が１μｍの粒子と、粒子径が２μｍの粒子と、粒子径が５μｍの粒子とを水平投射した場合の軌跡を算出したグラフである。図７は、サンプル回収試験の結果を示すグラフである。図８（ａ）は、もとのサンプルのＳＥＭ像である。図８（ｂ）は、回収位置１におけるサンプルのＳＥＭ像である。図８（ｃ）は、回収位置４におけるサンプルのＳＥＭ像である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る慣性セパレータ装置１の概要を示す説明図である。
該慣性セパレータ装置１は、粉体原料２を投入する粉体投入部３と投入された粉体原料２を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部４とを有する粉体導入部５と、粉体送出部４と一部が連通可能とされるとともに、内部の気密性が保持され、その内部に粉体送出部４から送出される粉体原料２の送出方向に空間を有する容器６と、粉体送出部４から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い容器６内の空間位置（底部）に配され、粉体送出部４から容器６内に送出された粉体原料２中の粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域７ａ〜７ｈを有する粉体回収部７と、容器６に接続され、容器６内の気圧を調整する気圧調整ポンプ８を有する。

粉体投入部３は、漏斗状に形成され、拡開された投入口から粉体原料２が投入される。粉体投入部３の絞口された下部は、粉体送出部４に接続されており、投入された粉体原料２が集粉されて粉体送出部４に流入される。

粉体送出部４は、管状部材からなり、一端側が粉体投入部３の下部と接続され、他端側が開閉弁（不図示）を介して容器６と接続される。この粉体送出部４は、管の軸心方向が水平方向に位置決めされて配され、前記開閉弁の操作に基づき、管内に保持される粉体原料２を容器６内に向けて略水平方向に送出可能とされる。
ただし、粉体送出部４としては、図示の例に限らず、投入された粉体原料２を容器６内に向けて水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能であればよく、必ずしも管の軸心方向が水平方向に位置決めされて配されている必要はない。
なお、粉体送出部４としては、粉体原料２の送出速度調整、及び粉体原料２中の粉体の粒径に合わせたサイズ調整を行う観点から、その管径及び管長を可変に調節する調節機構を有していてもよい。

容器６は、その一部が粉体導入部５の粉体送出部４と、粉体送出部４の前記開閉弁を介して連通可能とされる。容器６全体としては、その内部が粉体原料２の送出方向に空間を有する構造であればよく、例えば、図示のように、粉体送出部４との連通点を頂点としてみたときに該頂点から粉体原料２の送出方向に向けて拡開する断面傘状の傘状体部と、粉体原料２の送出方向に向けて十分な奥行を有する断面コ字状の函状体部とを前記傘状体部を前記函状体部の蓋として連結させた構造を有する。

容器６内の空間位置に配される粉体回収部７は、仕切りで多段に間仕切りされた枡状部材として形成され、前記仕切りにより水平方向にかけて一定距離ごとに画成された回収領域７ａ〜７ｈを有する。
前記仕切りの位置は、可変とされ、回収領域の数及び大きさを可変とすることができる。
ただし、粉体回収部７としては、図示の例に限らず、粉体原料２中の前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有するものであればよく、例えば、粉体回収部７において、仕切りの高さが粉体送出部４に近い側から遠くなる側にかけて階段状に高くなるか又は低くなるように形成されていてもよい。

容器６に接続される気圧調整ポンプ８としては、真空ポンプ等の公知の気圧調整ポンプが適用でき、容器６内の気圧を調整する機能を有する。なお、気圧調整ポンプ８は、容器６に直接接続されている必要はなく、バッファ室などを介して容器６に間接的に気圧調整ポンプ８を接続し、容器６内の気圧を調整する気圧調整機構として構成されていてもよい。

この他、容器６には、気圧計９が配設され、容器６の外部から容器６内の気圧を確認することができる。また、容器６には、該容器６内をベンチレーションして気圧を調節する気圧調節機構１０が配設され、該気圧調節機構１０を操作することで容器６内の気圧を調節することができる。ただし、この気圧調節機構１０は、容器６内の気圧、引いては容器６内の気流を制御が可能である一方で、容器６内に不規則な気流を発生させること等により粉体原料２の選別に悪影響を与えることがないように設計される。例えば、容器６内の気体を移動させて気圧を調整する際、気体の移動方向に物理的な障害を設けないことや、意図しない気圧勾配を発生させないこと等の配慮が必要である。

なお、容器６内外の気圧差により粉体原料２が粉体送出部４から容器６内に吸引される場合には、粉体送出部４の通気抵抗が容器６内に吸引される気体量を制限し、更に容器６内の気圧勾配による拡散効果で該容器６内に有意な気流が発生しない条件となるように、前記気圧差に応じて粉体送出部４の管径や管長、及び容器６の形状や容積を決める必要がある。

このような構成からなる慣性セパレータ１を用いた粉体原料２の選別回収方法について、以下に説明する。
先ず、気圧調整ポンプ８により、容器６内を大気圧より減圧状態にさせる。減圧状態で、粉体送出部４の前記開閉弁を開放すると、粉体投入部３に投入された粉体原料２が、容器６内に吸引されて送出される。

粉体送出部４から容器６内に送出された粉体原料２中の前記各粉体は、重力の作用により、粉体回収部７上に落下する。
この際、粉体原料２が同じ初速度で粉体送出部４から送出される条件では、その落下位置が前記各粉体の粒子径又は比重に支配されて調整可能となる。即ち、粒子径が大きい粉体及び比重が高い粉体ほど、粉体送出部４から遠い位置に落下し（図１中の軌跡１１参照）、一方、粒子径が小さい粉体及び比重が低い粉体ほど、粉体送出部４から近い位置に落下する（図１中の軌跡１２参照）。
即ち、以下の水平方向成分に関する運動方程式（Ａ）及び鉛直方向成分に関する運動方程式（Ｂ）から、等しい初速で放出された粉体原料２中の粉体は、（１）粒子径（半径）一定で比重（粒子密度）が高くなれば、重力の作用する鉛直方向成分に比較して抗力以外の作用力ない水平方向成分の加速度ｄｖ_ｘ／ｄｔ（減速量）が相対的に小さくなり、結果的に落下位置が遠くなる。また、（２）比重（粒子密度）が一定で、粒子径（半径）が大きくなった場合も、抗力の項だけが大きさ（半径）の二乗に比例して、他の作用力に比較して変化量が小さく、同様に水平方向の加速度ｄｖ_ｘ／ｄｔ（減速量）が相対的に小さくなり、結果的に落下位置が遠くなる。

ただし、前記式（Ａ）及び（Ｂ）中の各記号は、それぞれ以下の概念を示す。
ρ_ｐ：粉体の粒子密度
ｒ：粉体の粒子半径
ｖ_ｘ：粉体粒子の水平方向速度
ｖ_ｙ：粉体粒子の鉛直下向き方向速度
ｔ：時間
（ｄｖ_ｘ／ｄｔ）：粉体粒子の水平方向加速度（マイナス）
（ｄｖ_ｙ／ｄｔ）：粉体粒子の鉛直方向加速度（マイナス）
Ｃ_Ｄ：抵抗係数
ρ_ｆ：気体密度
ｖ：粒子の速度
θ：粒子運動の仰俯角
ｇ：重力加速度

したがって、例えば、比重が同じ粉体については、粒子径ごとに異なる落下位置で粉体回収部７上に落下し、粒子径が揃った粉体については、比重ごとに異なる落下位置で粉体回収部７上に落下することとなる。

しかしながら、粉体原料２中の前記各粉体の粒子径又は比重がまちまちであると、例えば、粉体原料２中に小さな粒子径の粉体と大きな粉体が存在すると、大きな粉体ほど大きな運動量を持って送出されるため、粉体回収部７が配された位置を超えて落下し、この大粒子径の粉体を回収することができないことがある。
また、例えば、小さな粉体ほど、小さな運動量を持って送出されるため、粉体回収部７が配された位置よりも手前に落下し、この小粒子径の粉体を回収することができないことがある。
そのため、粒子径又は比重がまちまちの粉体原料２から利便性よく、粒子径又は比重が揃った粉体を選別回収するためには、容器６内の気圧調整が必要となる。

今、粉体原料２中の一部に粉体回収部７が配された位置を超えて落下する大きな粒子径の粉体が含まれるとすると、容器６内の気圧をより高く設定すれば、送出された粉体原料２の運動に大きな空気抵抗を与えて粉体送出部４に近い位置で落下させることができ、この大きな粒子径の粉体を含む粉体原料２を粉体回収部７上に落下させることができる。
一方、粉体原料２中の一部に粉体回収部７が配された位置よりも手前に落下する小さな粒子径の粉体が含まれるとすると、容器６内の気圧をより低く設定すれば、送出された粉体原料２の運動に働く空気抵抗が小さくなり、粉体送出部４から遠い位置で落下させることができ、この小さな粒子径の粉体を含む粉体原料２を粉体回収部７上に落下させることができる。

このように、本発明に係る慣性セパレータ装置及び粉体原料選別回収方法では、容器６内の気圧を調整することで、略同等の初速度で送出された粉体原料２を、その落下位置を調整しつつ粉体回収部７上に落下させ、該粉体回収部７の回収領域７ａ〜７ｈにて、粉体原料２中の粉体群をその粒子径又は比重ごとに選別回収させることを特徴の一つとする。
そして、本発明に係る慣性セパレータ装置及び粉体原料選別回収方法によれば、容器６内の気圧を調整するだけで、バグフィルタ等の固気分離機構を用いることなく、種々の粒子径及び比重からなる粉体原料２をその粒子径又は比重ごとに選別して回収することができる。
なお、本実施形態のように、容器６内の内外気圧差を利用する場合、粉体送出部４から粉体原料２が送出される際、気体の拡散に伴う粉体の分散効果が生じ、各粉体間の選別性を向上させることができる。

また、本実施形態では、粉体原料２中の各粉体の大きさ及び比重が所定の範囲であると、粉体原料２の送出運動が容器６内外の気圧差による吸引力に支配され、前記各粉体が略同等の初速度で送出されることとなる。この際、前記各粉体が略同等の初速度で送出されない場合、例えば、粒子径が大きく比重が高い粉体が、容器６内外の気圧差による吸引力に支配されず、該粉体が吸引力に支配される粒子径が小さく比重が低い粉体で略同等の初速度で送出されない場合には、容器６内の気圧を低く（真空度を高く）することで容器６内外の気圧差を大きく調整し、これらの粉体が略同等の初速度で送出されるように調整することができる。
したがって、本実施形態に係る慣性セパレータ装置１では、容器６内の気圧（真空度）を調整するだけで、送出される粉体原料２の初速度を調整することが可能であると同時に、前述した粉体回収部７上の落下位置を調整することができる。

特に、本実施形態に係る慣性セパレータ装置１では、半径が１ｍｍ以下の微粉についても、粉体送出部４から送出された粉体原料２が一定の下降曲線を描く軌跡で落下するものである限り、選別回収の対象とすることができ、微粉の選別回収に対して極めて高い利便性を付与する。
なお、ここで一定の下降曲線を描く軌跡とは、送出後の粉体原料２が容器６内の気中に浮遊せず、重力の作用及び空気抵抗の作用により規則的な下降曲線を描いて落下する軌跡を意味する。

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る慣性セパレータ装置３０の概要を示す説明図である。
該慣性セパレータ３０は、前記第１の実施形態に係る慣性セパレータ１の装置構成に対し、更に、粉体導入部５を内包し、内部の気密性が保持される導入室３１と、該導入室３１に接続され、導入室３１内の気圧を容器６内の気圧よりも高い気圧に調整する気圧調整ポンプ３２とを有する。
この他、導入室３１には、気圧計３３が配設され、導入室３１の外部から該導入室３１内の気圧を確認することができる。また、導入室３１には、該容器３１内をベンチレーションして気圧を調節する気圧調節機構３４が配設され、該気圧調節機構を操作することで導入室３１内の気圧を調節することができる。ただし、この気圧調節機構３４は、導入室３１内の気圧、引いては導入室３１内の気流を制御が可能である一方で、導入室３１内に不規則な気流を発生させること等により粉体原料２の選別に悪影響を与えることがないように設計される。例えば、導入室３１内の気体を移動させて気圧を調整する際、気体の移動方向に物理的な障害を設けない等の配慮が必要である。

導入室３１は、断面逆コ字状の函状体として形成され、粉体導入部５を内包するように容器６の前記コ字状の函状体部と端部同士を連接させて全体略一つのハウジングをなすように配設される。
ただし、導入室３１としては、気密状態で粉体導入部５を内包するものであればよく、図示の例に限られない。例えば、導入室３１と容器６とは、別体として配されていてもよい。
また、気圧調整ポンプ３２としては、公知の気圧調整ポンプを用いることができる。なお、気圧調整ポンプ３２は、導入室３１に直接接続されている必要はなく、バッファ室などを介して導入室３１に間接的に気圧調整ポンプ３２を接続し、導入室３１内の気圧を調整する気圧調整機構として構成されていてもよい。

本実施形態に係る慣性セパレータ３０では、粉体送出部４から粉体原料２を略同等の初速度で送出するために必要な容器６内外の気圧差を、気圧調整ポンプ８による容器６内の気圧調整に加え、気圧調整ポンプ３２により導入室３１内の気圧を容器６内の気圧より高く調整することで得ることができる。
したがって、粉体原料２中の粉体の粒子径又は比重に応じて、より細かな選別回収のための設定が可能となる。

即ち、個々の粉体の粒子径又は比重が大きく異なる粉体群で構成される粉体原料２を選別回収する場合、前記大粒子径又は高比重の粉体は、前記小粒子径又は低比重の粉体に対して、大きな運動量を持って送出されることから、容器６内の気圧が低い状態であると、その運動に対する抗力としての空気抵抗が減り、容器６の空間容量により制約を受ける粉体回収部７の大きさによっては、粉体送出部４から粉体回収部７を超えて落下することがある。そのため、容器６内の気圧を高くする必要が生ずるが、第１の実施形態における慣性セパレータ１では、容器６内の気圧が大気圧よりも高くなると、粉体原料２を容器６内に送出させるための吸引力が得られない。
また、容器６内の気圧が大気圧未満の場合でも、前記大粒子径又は高比重の粉体を小粒子径又は低比重の粉体と略同等の初速度を送出させるのに十分な容器６内外の気圧差が得られないことがある。
これに対し、第２の実施形態に係る慣性セパレータ３０では、気圧調整ポンプ３２による導入室３１内の気圧を容器６内の気圧よりも高くすることで、前記大粒子径又は高比重の粉体を小粒子径又は低比重の粉体と略同等の初速度を送出させるのに十分な容器６内外の気圧差が得られると同時に、容器６内の気圧を大気圧の制約を受けず、大気圧未満の場合でも比較的高く設定することができるため、選別回収対象となる粉体原料２中の粉体の粒子径又は比重に対応したより高レンジの選別回収を実施するための設定が可能となる。
なお、こうした観点から、本実施形態における第１の気圧調整ポンプとしての気圧調整ポンプ８には、加圧式及び減圧式のポンプを適宜選択して採用することができ、第２の気圧調整ポンプとしての気圧調整ポンプ３２には、導入室３１内の気圧を容器６内の気圧より高くすることができる限り、加圧式及び減圧式のポンプを適宜選択して採用することができる。
特に、小粒径及び低比重の粉体を粉体原料２として選別対象とする場合には、気圧調整ポンプ３２を減圧式として、導入室３１内の気圧を減圧するとともに、気圧調整ポンプ８を減圧式として、容器６内の気圧を減圧する態様とすることが好ましい。この際、導入室３１内の気圧と容器６内の気圧の気圧差を大粒径及び高比重の粉体を粉体原料２として選別対象とする場合よりも小さくし、かつ、容器６内の気圧よりも導入室３１内の気圧が高くなるように調整すれば、略同等の初速度で粉体原料２を容器６内に吸引するのに十分な吸引力が働くとともに、容器６内に送出された粉体原料２を選別するのに十分な抗力（空気抵抗）が働き、粉体原料２を粒径又は比重ごとに選別して回収することができる。

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態について図３を用いて説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係る慣性セパレータ装置５０の概要を示す説明図である。
該慣性セパレータ装置５０は、前記第１の実施形態に係る慣性セパレータ１において、粉体導入部５に代えて、粉体導入部５３が配設されて構成される。

粉体導入部５３は、粉体投入部５１と粉体送出部５２とで構成される。
粉体投入部５１は、漏斗状の形状を有し、拡開された投入口から投入された粉体原料２を集粉して絞り口側から粉体送出部５２に移送する。前記絞り口には、開閉式のシャッター（不図示）が配され、開状態で粉体原料２を粉体送出部５２に一定量移送した後、閉状態となるように制御可能とされる。

粉体送出部５２は、機械的動力を粉体原料２に伝達させて送出する動力部を有する。図４にその構造の一例を示す。
動力部６０は、簡単な押出器の構造を有し、モータで駆動する回転ローラ６１と、粉体原料２を押出して送出する送出ヘッド６２と、基端側が回転ローラ６１に軸支され、先端側が送出ヘッド６２に軸支されるアーム部６３とを有する。
粉体送出部５２は、該動力部６０を有し、送出ヘッド６２が押出される方向に延在される管状部材６５を有する。管状部材６５の一部には、粉体投入部５１の前記絞り口と連通される連通口６４が形成される。
該管状部材６５は、粉体原料２の水平投射が可能となるように、その軸心方向が水平方向と平行となるように配設されることが好ましい。
なお、前記動力部は、機械的動力を粉体原料２に伝達させて出力するものであればよく、図示の例に限らず、同様の機能を有する投擲器、ベルトコンベアなどの従来公知の構成を適宜採用することができる。

連通口を介して粉体投入部５１から送出された粉体原料２は、一定量が管状部材６５内に保持される。保持された状態の粉体原料２は、回転ローラ６１の駆動に基づき、送出ヘッド６２により押出され、容器６内に送出される。

このように構成される慣性セパレータ５０では、第１の実施形態に係る慣性セパレータ１と異なり、粉体原料２を容器６内に略同等の初速度で送出する機能を動力部６０が担う。
したがって、本実施形態においては、第１の実施形態と異なり、粉体回収位置を調整するための容器６内の気圧が調整されていればよく、容器６内外の気圧差に制約を受けることなく、粉体原料２を選別回収することができる。
なお、本実施形態の選別回収は、容器６内を減圧及び加圧のいずれの環境下でも実施することができる。

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る慣性セパレータ装置７０の概要を示す説明図である。
該慣性セパレータ装置７０は、前記第３の実施形態に係る慣性セパレータ５０において、容器６に代えて、容器７１が配設されて構成される。

容器７１は、内部の気密性が保持可能で、内部に容器６と同様の傘状体部を有する全体略筒状部材としてなる。粉体導入部５３は、容器７１内に内包され、前記傘状体部の頂点位置に配される。
ただし、前記傘状体部の上部には、開口部分が形成され、容器７１内の全体が同じ気圧で調整可能とされる。

即ち、動力部６０の機械的動力を用いて粉体原料２を略同等の初速度で送出する場合、容器内外の気圧差を形成する必要がないため、粉体導入部５３が配設される空間と、粉体導入部５３の粉体送出部５２から粉体原料が送出される空間とは、同じ気圧で調整されてよい。
したがって、本発明の慣性セパレータ装置における容器としては、第３の実施形態に係る容器６、第４の実施形態における容器７１のように、内部の気密性が保持され、その内部に粉体送出部５２から送出される粉体原料２の送出方向に空間を有する構造であれば、特に制限はなく、種々の構造をとることができる。

本発明の有用性を確認するために、前記第１の実施形態に係る慣性セパレータ装置１と略同様の構成からなる実施例に係る慣性セパレータ装置を作製した。
具体的には、所定の容量を有する真空チャンバーを容器６とし、市販の油回転真空ポンプ（（株）ＵＬＶＡＣ製、ＰＫＳ−０１６）を気圧調整ポンプ８とし、容器６には、所定の口径のサンプル導入管を取り付けて粉体導入部５とし、容器６の底部に、サンプルを選別回収するための枡状の回収ケースを配して粉体回収部７とした。粉体回収部７の回収領域は、回収ケースを７ｃｍ間隔で間仕切りして形成した。

サンプルとなる粉体原料としては、市販の低アルカリガラス製のマイクロガラスビーズ（ポッターズ・バロティーニ（株）製、ＥＭＢ−１０）を用いた。このマイクロガラスビーズの仕様は、平均粒子径５μｍ、粒子径範囲２〜１０μｍ、嵩比重０．６ｇ／ｃｍ^３である。

この実施例に係る慣性セパレータ装置に対し、先ず、前記真空チャンバー内を所定の真空度に脱気させた後、サンプル導入管の開閉弁を開放して、再度真空度が安定するまで待機させた。
次いで、前記サンプル導入管の導入口に前記サンプルを導入し、前記真空チャンバー内に前記サンプルが水平投射されるように吸引させた。
前記サンプルの吸引後は、前記真空チャンバーの気圧を徐々に大気圧までに戻し、その後、前記回収ケース内の回収領域ごとに前記サンプルを回収した。
以上により、サンプル回収試験を行い、回収した前記サンプルを走査型電子顕微鏡（日本電子（株）製、ＪＳＭ−５４１０）により観察し、その撮影像の画像解析により、粒度等を算出した。

前記実施例に係る慣性セパレータ装置に関し、粒子径が１μｍの粒子と、粒子径が２μｍの粒子と、粒子径が５μｍの粒子とを水平投射した場合の軌跡を算出したグラフを図６に示す。なお、算出に際しては、飛行中の詳細な係数変化等を考慮せず、前記真空チャンバー内の気圧を１，０００Ｐａ、送出の際の初速度を１０ｍ／ｓとして算出した。
該図６に示すように、粒子の大きさによって落下位置が異なることが示唆される。

前記サンプル回収試験の結果を図７に示す。
該図７に示すように、もとの前記サンプル（Ｏｒｉｇｉｎａｌ）に対し、回収位置１（前記サンプル導入管に近い側の回収領域）と回収位置４（前記サンプル導入管から遠い側の回収領域）とは、異なる粒子径−積算分布特性を示した。また、回収位置１では、回収位置４よりも小さな粒子径からなる粉体が多く分布しており、粒子径ごとに選別回収が可能であることが確認できる。

また、もとの前記サンプル、前記回収位置１における前記サンプル、前記回収位置４における前記サンプルのＳＥＭ像を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。
ここで、前記回収位置１における前記サンプルの平均粒子径は、２．８μｍと確認され、前記回収位置４における前記サンプルの平均粒子径は、６．２μｍと確認された。
このように前記回収位置１における前記サンプルのＳＥＭ像に対して、前記回収位置４における前記サンプルのＳＥＭ像では、粒子径が大きなものが多く回収されており、粒子径ごとに選別回収が可能であることが確認できる。

１，３０，５０，７０慣性セパレータ装置
２粉体原料
３，５１粉体投入部
４，５２粉体送出部
５，５３粉体導入部
６、７１容器
７粉体回収部
７ａ〜７ｈ回収領域
８気圧調整ポンプ
９，３３気圧計
１０，３４気圧調節機構
１１，１２軌跡
３１導入室
３２気圧調整ポンプ
６０動力部
６１回転ローラ
６２送出ヘッド
６３アーム部
６４連通口
６５管状部材

Claims

選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、
内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、
前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、
前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、
前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、
前記容器内の気圧が該容器外の気圧よりも減圧状態で保持され、前記容器内外の気圧差により前記粉体原料が前記粉体送出部から前記容器内に吸引されて送出されることを特徴とする慣性セパレータ装置。
選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、
内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、
前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、
前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、
前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、
更に、前記粉体導入部が内包されるとともに、内部の気密性が保持される導入室と、前記導入室に接続され、前記導入室内の気圧を前記容器内の気圧よりも高い気圧に調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構とを有することを特徴とする慣性セパレータ装置。
選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、
内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、
前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、
前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有し、
前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させるように設定され、
前記粉体送出部が、機械的動力を前記粉体原料に伝達させて送出する動力部を有し、
前記動力部が、前記粉体原料を水平方向に押出す押出器で構成されることを特徴とする慣性セパレータ装置。
粉体回収部が回収領域の数及び大きさを可変とする機構を有する請求項１から３のいずれかに記載の慣性セパレータ装置。
粉体送出部が、一端側が粉体投入部と接続され、他端側が開閉弁を介して容器と接続される管状部材である請求項１から４のいずれかに記載の慣性セパレータ装置。
選別対象となる粉体原料が投入される粉体投入部と、投入された前記粉体原料を水平方向成分の運動ベクトルが付与されるように一の方向に送出可能な粉体送出部とを有する粉体導入部と、内部の気密性が保持され、その内部に前記粉体送出部から送出される前記粉体原料の送出方向に空間を有する容器と、前記粉体送出部から前記容器内に送出された前記粉体原料中の各粉体の最高到達点よりも高さ位置が低い前記容器内の空間位置に配され、前記容器内に送出された前記粉体がその粒子径又は比重ごとに変化して落下する位置に応じて画成される複数の回収領域を有する粉体回収部と、前記容器に接続され、前記容器内の気圧を調整する気圧調整ポンプを有する気圧調整機構と、を有する慣性セパレータ装置を用いて、前記粉体原料を選別して回収する粉体原料選別回収方法であって、
前記粉体原料中の前記各粉体のうち、前記粉体送出部から略同等の初速度で送出された前記粉体を、前記容器内の気圧を調整して前記粉体回収部上に落下させることとし、
前記粉体の送出は、前記容器内の気圧を該容器外の気圧よりも減圧状態とし、該容器内外の気圧差により前記粉体原料を前記粉体送出部から前記容器内に吸引させて行うことを特徴とする粉体原料選別回収方法。