JP6054176B2

JP6054176B2 - 分級機構

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Publication number: JP6054176B2
Application number: JP2012288677A
Authority: JP
Inventors: 野明紀上; 川哲矢小; 口優子坂
Original assignee: Earthtechnica Co Ltd
Current assignee: Earthtechnica Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: JP2014128770A

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。

一般に回転式の分級機構において、微粉を含む気流は、分級ロータの中心部から排出された後、分級ロータ上方に設けられた排出口より排出される。前記排出口は円周方向の一箇所に設けられているため、分級ロータから排出される気流の経路は、分級ロータの回転方向に関して一様でない（例えば特許文献１参照）。このため、分級ロータの内部においても、気流の流れが一様でなく、この結果、分級精度が低くなってしまうことが考えられる。

また、気流の経路が一様でない場合、分級ロータや回転軸などの回転部品と、ケーシングなどの非回転部品との間の隙間を十分にシールすることが困難になり、この結果、分級ロータから排出された気流中の微粉に、分別される前の原料粉体が混入してしまうことも考えられる。このようなこのような混入を防ぐため、特許文献１に記載の分級機構においては、分級ロータとケーシングとの間に設けるシール部の構造としてラビリンスシール構造を採用し、かつ、シール部の近傍でシールエアを噴出するようにしている。しかしながらこの場合、シール部の構造が複雑になるため、分級機構の製造コストが高くなってしまう。また、シール部に付着した粉体を清掃する作業に手間がかかるようになる。

一方、特許文献２においては、ベアリングを介して回転可能に設けられた回転軸の内部に、分級ロータから排出される気流を通すための搬送路を形成することが提案されている。特許文献２においては、回転軸内の搬送路を介して気流を排出することにより、分級ロータや回転軸などの回転する部品のうち粉体に接する部分の構造を単純化し、これによって、隙間に微粉が入り込むことを防ぐことが意図されている。また特許文献２に記載の分級機構においては、軸受の潤滑方式を油循環式とするとともに、回転軸の一部に油循環用の回転子が設けられており、回転子のポンプ作用によって潤滑油を自動的に循環させることができるようになっている。この結果、高速回転に対応することが可能となっている。

特公平７−１０８３８８号公報特開平１１−２８４２６号公報

一般に、分級機構の清掃を十分に実施するためには、開閉機構などを用いて分級ロータを９０度あるいは１８０度傾動させた状態で、分級ロータや周辺部品の清掃を行うことが好ましい。ところで、特許文献２に記載の分級機構においては、上述のように、回転子のポンプ作用によって潤滑油を自動的に循環させるという構造が採用されている。この場合、分級ロータを傾動させるとケーシング内に潤滑油が漏出してしまうため、分級ロータの清掃方法として、分級ロータを持ち上げた状態で下方から分級ロータの内部を清掃する、という方法が採用される。この場合、清掃を十分に実施できるとは言えない。なお、傾動させたとしても潤滑油が漏出しないよう、オイルシールなどの接触式シールを用いることも考えられる。しかしながら、回転軸内の搬送路を介して気流を排出する場合、従来の回転軸よりも軸径が太くなり、このため接触式シールのシール面における回転軸の周速も大きくなっている。従って、接触式シールの耐久性を確保することが困難になり、また、ロータを高速回転させることも困難になると考えられる。

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、清掃を容易に実施でき、かつ分級精度を高めることができる分級機構を提供することを目的とする。

本発明は、ケーシングと、前記ケーシングの内部に設けられた分級ロータと、前記分級ロータに装着された中空の回転軸と、前記分級ロータよりも上方において前記ケーシングと前記回転軸との間に配置され、前記回転軸を回転可能に支持するベアリングと、前記分級ロータの中心部から気流を排出するための気流排出機構と、を備え、前記気流排出機構は、前記分級ロータの中心部から排出された気流を、前記回転軸の内部の軸内空間に形成された流路を介して上方へ搬送するよう構成されており、前記ベアリングは、グリースによって潤滑されている、分級機構である。

本発明による分級機構において、好ましくは、前記分級ロータの外径が、前記分級ロータの出口径の２倍以上となっている。より好ましくは、前記分級ロータの外径が、前記分級ロータの出口径の２．５倍以上となっている。

本発明による分級機構において、前記回転軸の前記軸内空間に形成される前記流路の直径が、前記分級ロータの出口径よりも大きくなっていてもよい。

本発明による分級機構において、前記気流排出機構は、前記回転軸の前記軸内空間に配置されるとともに前記分級ロータの中心部に接続された内筒と、前記内筒を前記回転軸に連結する連結部材と、を有していてもよい。この場合、前記回転軸を構成する材料と、前記内筒を構成する材料とが異なっていてもよい。

本発明の分級機構によれば、分級ロータの中心部から排出された気流が、回転軸の内部に形成された軸内空間を介して上方へ搬送される。このため、分級ロータや回転軸とケーシングとの間の隙間が、分級ロータの中心部から排出された気流の経路に連通しないようになり、このことにより、隙間に設けられるシール部の構造を簡略化することができる。また、分級ロータから排出される気流の経路を、分級ロータの回転方向に関して一様なものとすることができる。これによって、分級ロータ内部における気流の流れを、回転方向に関してより一様なものとすることができ、これによって、分級精度を高めることができる。また、気流排出機構の構造を簡略化することができ、このため、分級機構のメンテナンス性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による分級機構を示した縦断面図。分級機構の回転軸および分級ロータを設計する方法の一例を示すフローチャート。回転軸から水平方向に離間した位置に設けられた駆動源を備える分級機構を示す図。図３Ａに示す分級機構の分級ロータが約９０度傾動された状態を示す図。比較の形態による分級機構を示す図。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。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。回転軸の上方に設けられた駆動源を備える分級機構を示す図。図８Ａに示す分級機構の分級ロータが約１８０度傾動された状態を示す図。

（分級機構）
以下、本発明の一実施形態による分級機構１０について、図１を参照して説明する。

本実施形態による分級機構１０は、ケーシング２０と、ケーシング２０の内部に設けられ、分級空間を形成する分級ロータ５０と、分級ロータ５０に装着され、鉛直方向に延びる中空の回転軸４０と、を備えている。ケーシング２０は、分級ロータ５０を側方から囲う本体部２１であって、その上部に開口部が形成された本体部２１と、本体部２１の開口部を上方から覆うとともに、回転軸４０が貫通する中央孔が形成された天板２２と、天板２２の上方に配置され、回転軸４０を側方から囲うハウジング２４と、を有している。このうち天板２２は、締結具２３によって本体部２１に対して締結されている。

ケーシング２０の本体部２１の側周壁にはエア導入口１６が設けられており、このエア導入口１６の内側には、複数の案内羽根１７が配置されている。複数の案内羽根１７は、分級ロータ５０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

回転軸４０にはプーリ４１が取り付けられており、プーリ４１には、プーリ４１に対して水平方向に離間して配置されたモータなどの駆動源によって駆動される、図示しないベルトが巻き掛けられている。このため回転軸４０は、駆動源によって鉛直方向の回転軸線周りに回転駆動される。

分級ロータ５０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５１によって画成されている。複数のブレード５１は、分級ロータ５０の外周面に沿って等間隔に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。
分級ロータ５０の上面は円板部材５２によって画成されており、円板部材５２には、分級ロータ５０の内部空間、すなわち分級空間を回転軸４０の軸内空間に連通させるための中心孔が形成されている。また分級ロータ５０の下面は、円板部材５３によって画成されている。なお円板部材５２は、回転軸４０と一体的に成形されていてもよい。

また分級機構１０は、分級ロータ５０よりも上方においてケーシング２０のハウジング２４と分級ロータ５０との間に配置され、回転軸４０を回転可能に支持するベアリング３０を備えている。ベアリング３０は、回転軸４０に接する内輪３１と、ハウジング２４に接する外輪３２と、内輪３１と外輪３２との間で転動する転動体３３と、を有している。図１に示すように、鉛直方向に沿って複数、例えば２つのベアリング３０が設けられていてもよい。この場合、２つのベアリング３０の間には、上側のベアリング３０を支持するためのスリーブ３４が設けられていてもよい。

本実施の形態において、ベアリング３０は、グリースによって潤滑されている。グリースは、潤滑油などに比べて高い粘性を有しており、このため、仮に回転軸４０が傾動されたとしても、グリースがベアリング３０の外部に漏れ出る可能性は極めて低い。従って本実施の形態によれば、後述するように、回転軸４０および分級ロータ５０を傾動させた状態で回転軸４０や分級ロータ５０の清掃を行うことが可能になる。

一方、グリースを用いた潤滑方式が用いられる場合のベアリングの許容回転数は一般に、潤滑油を用いた潤滑方式が用いられる場合の上限よりも小さくなっている。従って、グリースを用いる場合、ベアリングの許容回転数の上限を超えないよう、ベアリング３０の寸法や回転軸４０の回転数を設定することが重要になる。

なお、上側のベアリング３０の上方および下側のベアリング３０の下方にはそれぞれ、分級ロータ５０や回転軸４０などの回転部品と、ケーシング２０などの非回転部品との間の隙間を封止するための上部シール部２５および下部シール部２６が設けられていてもよい。各シール部２５，２６の具体的な構造は特には限られないが、例えば、回転部品に形成された山部および谷部と、非回転部品に形成され、回転部品の山部および谷部に対応する谷部および山部と、から構成されるラビリンスシール構造が採用される。これによって、特に下部シール部２６に関して、回転部品と非回転部品との間の隙間に粉体が入り込むことを抑制することができる。また下部シール部２６の近傍には、エアを噴出するシールエア噴出口２８が設けられていてもよい。これによって、隙間に粉体が入り込むことをさらに抑制することができる。シールエア供給口２７は、シールエア噴出口２８に対してエアを供給するものである。

また分級機構１０は、分級ロータ５０の中心部から微粉１５を含んだ気流を排出するための気流排出機構６０をさらに備えている。以下、気流排出機構６０について説明する。

気流排出機構６０は、分級ロータ５０の中心部から排出された気流を、回転軸４０の内部の軸内空間に形成された流路を介して上方へ搬送するよう構成されている。具体的には、気流排出機構６０は、回転軸４０の内部の軸内空間に形成され、分級ロータ５０の中心部から排出された気流が通る流路６１と、流路６１を通って回転軸４０の上端に到達した気流が流入するダクト６２と、を有している。流路６１は、分級ロータ５０の内部における気流の流れが分級ロータ５０の回転方向に関して一様なものとなるよう、回転軸４０と同心状の円筒状の空間として形成されている。またダクト６２は、回転軸４０内の気体を吸引する、図示しない吸引機構に接続されている。なお図１に示すように、回転軸４０などの回転部品とダクト６２などの非回転部品との間の隙間を封止するためのダクト用シール部６３が設けられていてもよい。ダクト用シール部６３の具体的な構造は特には限られないが、例えば、前述のシール部２５，２６の場合と同様に、ラビリンスシール構造が採用される。またダクト用シール部６３の近傍には、エアを噴出するシールエア噴出口６６が設けられていてもよい。シールエア導入口６４は、シールエア噴出口６６に対して供給するためのエアを、自然吸気によって外部から取り込むためのものである。シールエア導入口６４には、外部から取り込まれるエアをフィルタするためのエアフィルタ６５が取り付けられていてもよい。

ケーシング２０の天板２２には、処理対象である原料粉体１１をケーシング２０の内部に投入するための原料投入口１２が形成されており、この原料投入口１２に接続された原料投入管１３を介して原料粉体１１がケーシング２０の内部に投入される。原料投入口１２は、分級ロータ５０の近傍に原料粉体１１が投入されるように構成されている。

次に、上記構成よりなる本実施形態の作用について説明する。ここでは、はじめに、分級機構１０を製造する方法について説明する。次に、分級機構１０を用いて、原料粉体１１を粗粉１４と微粉１５とに分別する際の作用について説明する。その後、分級機構１０を清掃する方法について説明する。

（分級機構の製造方法）
はじめに、分級機構１０を設計する方法について説明する。まず、分級ロータ５０を用いた分級の原理について説明する。

[分級原理]
分級ロータ５０における理論分級径Ｄｔは、以下の式によって表される。

ここで、ηは、流体粘度を表し、ｒは、分級ロータ５０の分級点の半径を表し、Ｖ_ｒiは、分級ロータ５０の分級点における気流の向心流速を表し、ρ_ｓは、粒子すなわち粉体の粒子密度を表し、Ｖ_θiは、分級ロータ５０の分級点における気流の旋回流速を表している。気流の向心流速とは、分級ロータ５０の中心に向かう気流の流速を意味している。

なお分級ロータ５０の分級点とは、分級ロータ５０の分級空間のうち、円板部材５２に形成された中心孔の外縁と、鉛直方向から見た場合に重なる位置のことである。円板部材５２に形成された中心孔の直径、すなわち分級ロータ５０の出口径をｄ_１とする場合、分級ロータ５０の分級点の半径はｄ_１／２となる。

分級ロータ５０の分級点における気流の向心流速Ｖ_ｒiは、気流排出機構６０の流路６１およびダクト６２を通って吸引機構に至る気流の風量をＱとし、分級ロータ５０の分級空間の鉛直方向における寸法をＬとする場合、以下の式によって算出される。

この式から明らかなように、分級ロータ５０の出口径ｄ_１が小さいほど、向心流速Ｖ_ｒiが大きくなる。

分級ロータ５０の分級点における気流の旋回流速Ｖ_θiは、分級ロータ５０のブレード５１の内径をＤ_iとし、分級ロータ５０のブレード５１の内径に対応する位置における気流の旋回流速をＶ_θｏとする場合、以下の式によって算出される。

この式から明らかなように、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iに対する分級ロータ５０の出口径ｄ_１の比が小さいほど、旋回流速Ｖ_θiが大きくなる。なお旋回流速Ｖ_θiを算出する数３において、ブレード５１の厚みを無視して、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iの代わりに分級ロータ５０の外径Ｄ_ｏを用いてもよい。

[分級機構の設計方法]
次に、上述の分級原理に基づいて、分級機構１０を設計する方法について説明する。はじめに、設計方針について説明する。

上記の数１から明らかなように、理論分級径Ｄｔは、向心流速Ｖ_ｒiが小さくなるほど小さくなり、また旋回流速Ｖ_θiが大きくなるほど小さくなる。一方、向心流速Ｖ_ｒiおよび旋回流速Ｖ_θiのいずれも、前述のように、分級ロータ５０の出口径ｄ_１が小さいほど大きくなる。ここで、旋回流速Ｖ_θiに対しては分級ロータ５０の出口径ｄ_１が二乗で作用している。このため一般に、分級ロータ５０の出口径ｄ_１が小さいほど、理論分級径Ｄｔが小さくなる。

従って、得られる微粉の粒径を小さくするための方法の１つとして、分級ロータ５０の出口径ｄ_１を小さくすることが考えられる。ところで、円板部材５２の中心孔や流路６１など、円形の断面を有する流路を通る気流の流速Ｖ_Ａは、以下の式で表される。

ここでＲは、流路の半径を表している。従って、円板部材５２の中心孔においては、Ｒ＝ｄ_１／２となり、回転軸４０内の流路６１においては、Ｒ＝ｄ_２／２となる。ｄ_２は、流路６１の直径を表している。流路６１の直径ｄ_２は、回転軸４０の内径に一致していてもよい。従って、以下の説明において、流路６１の直径ｄ_２を回転軸４０の内径ｄ_２と称することもある。数４から明らかなように、流路の半径Ｒが小さくなるほど、気流の流速Ｖ_Ａが大きくなる。気流の流速Ｖ_Ａが大きくなると、円板部材５２の中心孔や流路６１を通る気流に対する抵抗が大きくなり、この結果、円板部材５２の中心孔や流路６１における圧力損失や摩耗が大きくなる。このため、分級ロータ５０の出口径ｄ_１を小さくしすぎると、圧力損失や摩耗の問題が生じることになる。従って、分級ロータ５０の出口径ｄ_１の適切な値は、風量Ｑとの関係で決定される。

風量Ｑと分級ロータ５０の出口径ｄ_１が決まると、向心流速Ｖ_ｒiが決まる。この場合、理論分級径Ｄｔは、旋回流速Ｖ_θiによって決まることになる。旋回流速Ｖ_θiは、数３に示すように、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iに対応する位置における気流の旋回流速Ｖ_θｏに比例しており、旋回流速Ｖ_θｏは、ブレード５１の周速によって決まる。すなわち、旋回流速Ｖ_θｏは、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iおよび単位時間あたりの分級ロータ５０の回転数（＝回転軸４０の回転数）によって決まる。従って、旋回流速Ｖ_θｏを大きくする方法としては、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iを大きくすること、若しくは、回転軸４０の回転数を高くすることを挙げることができる。

ところで、ベアリング３０の信頼性を確保する上では、使用時の回転数がベアリング３０の許容回転数の上限を超えないよう、ベアリング３０の寸法および回転数を設定することが重要になる。
従って、理論分級径Ｄｔを小さくするために旋回流速Ｖ_θiを大きくする場合、回転軸４０の回転数を高くするというアプローチの可能性は、ベアリングの許容回転数の上限によって制限されることになる。この場合、分級ロータ５０ブレード５１の内径Ｄ_iを大きくし、これによって、旋回流速Ｖ_θｏを大きくするとともに分級ロータ５０の出口径ｄ_１に対する分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iの比を大きくし、このことにより、旋回流速Ｖ_θiを大きくするというアプローチが有効になる。

次に、上述の設計方針に従って分級機構１０を設計する方法の一例について、図２を参照して説明する。

はじめに、回転軸４０およびベアリング３０を設計する工程Ｓ１０を実施する。まず、回転軸４０内の流路６１における気流の流速Ｖ_Ａが粉体を搬送する上で十分な速度となるよう、回転軸４０の内径ｄ_２を決定する工程Ｓ１１を実施する。その後、ベアリング３０の内径Ａを決定する工程Ｓ１２を実施する。工程Ｓ１２においては、耐久性などの点で中空の回転軸４０の厚みが適正なものとなるよう、回転軸４０の内径ｄ_２に応じてベアリング３０の内径Ａが決定される。なお、回転軸４０の外径は、ベアリング３０の内径に等しくなる。次に、回転数４０の回転数を決定する工程Ｓ１３を実施する。工程Ｓ１３においては、予め定められたベアリング３０の許容回転数の上限を超えないよう、回転軸４０の回転数が算出される。

なお上述の例においては、回転軸４０およびベアリング３０を設計する工程Ｓ１０において、はじめに工程Ｓ１１が実施され、次に工程Ｓ１２が実施され、その後に工程Ｓ１３が実施される例を示した。しかしながら、各工程Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を実施する順序が特に限られることはない。例えばはじめに、回転軸４０の回転数を決定する工程Ｓ１３を実施してもよい。その後、決定された回転数に基づいて、工程Ｓ１１および工程Ｓ１２を実施してもよい。

次に、分級ロータ５０を設計する工程Ｓ２０を実施する。

はじめに、回転軸４０の内径ｄ_２に応じて分級ロータ５０の出口径ｄ_１を決定する工程Ｓ２１を実施する。分級ロータ５０の出口径ｄ_１は、回転軸４０の内径ｄ_２と同一でもよく、若しくは異なっていてもよい。なお流路６１における圧力損失を抑制することを考慮すると、回転軸４０の内径ｄ_２が大きいほうが好ましい。一方、上述のように、旋回流速Ｖ_θiを大きくし、これによって理論分級径Ｄｔを小さくすることを考慮すると、分級ロータ５０の出口径ｄ_１が小さいことが好ましい。従って、図１に示すように、分級ロータ５０の出口径ｄ_１は、回転軸４０の内径ｄ_２よりも小さくなっていてもよい。

次に、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iを決定する工程Ｓ２２を実施する。ここで上述のように、分級ロータ５０の出口径ｄ_１に対する分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iの比を大きくするほど、旋回流速Ｖ_θiを大きくすることができ、これによって理論分級径Ｄｔを小さくすることができる。従って、工程Ｓ２２において、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iは、工程Ｓ２１によって決定された分級ロータ５０の出口径ｄ_１、および、目標とする分級径すなわち理論分級径Ｄｔに応じて決定される。
本実施の形態によれば、分級ロータ５０の出口径ｄ_１に対する分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iの比を適切に設定することによって、理論分級径Ｄｔを所望の値まで小さくすることができる。

[分級機構の作製方法]
その後、上述のようにして決定されたベアリング３０、回転軸４０および分級ロータ５０の寸法などに基づいて、分級機構１０を作製する。このようにして、グリースを用いた潤滑方式が採用されるとともに所望の理論分級径Ｄｔが実現されている分級機構１０を製造することができる。

（分級方法）
次に、分級処理の手順について説明する。はじめに、モータなどの駆動源によって、回転軸４０を介して分級ロータ５０を所定の速度で回転させる。また、エア導入口１６を用いて分級ロータ５０にエアを導入しながら、原料粉体１１を原料投入口１２から分級ロータ５０の近傍に投入する。

分級ロータ５０の近傍に投入された原料粉体１１は、分級ロータ５０のブレード５１の配列の隙間から、気流と共に分級ロータ５０の内部に流入し、これにより分散・分級が行われる。分級ロータ５０によって分級された微粉１５、すなわち分級ロータ５０の中心部に到達した微粉１５は、円板部材５２の中心孔から上方に排出され、流路６１およびダクト６２を介して回収される。一方、分級ロータ５０から外周側に排出された粗粉１４は、下方に落下し、製品として回収される。

本実施の形態によれば、上述のように、分級ロータ５０の中心部から排出された気流が、回転軸４０の軸内空間に設けられた流路６１を介して上方へ搬送される。このため、分級ロータ５０や回転軸４０などの回転部品と、ケーシング２０などの非回転部品との間の隙間は、分級ロータ５０の中心部から排出された気流の経路６１に連通していない。このことにより、隙間に設けられる下部シール部２６の構造を簡略化することができる。また本実施の形態によれば、分級ロータ５０から排出される気流の経路６１が、分級ロータ５０の回転方向に関して一様なものとなっている。このことによっても、隙間に設けられる下部シール部２６の構造を簡略化することができる。

さらに本実施の形態によれば、気流の経路６１を分級ロータ５０の回転方向に関して一様なものとすることにより、分級ロータ５０内部における気流の流れを一様なものとすることができる。これによって、分級ロータ５０における分級精度を高めることができる。例えば、分級ロータ５０の部分分級効率を示す曲線の傾きをより大きくすることができる。

また本実施の形態によれば、気流の経路６１を分級ロータ５０の回転方向に関して一様なものとすることにより、気流排出機構６０の構造を簡略化することができる。このため、分級機構１０のメンテナンス性を向上させることができる。

また本実施の形態によれば、分級ロータ５０のブレード５１の内径Ｄ_iを分級ロータ５０の出口径ｄ_１の２．０倍以上、好ましくは２．５倍以上、さらに好ましくは３．０倍以上とすることにより、所望の理論分級径Ｄｔを実現することができる。例えば、トナー等の微粉砕において要求される数ミクロンレベルの理論分級径Ｄｔを実現することができる。この結果、ベアリング３０の潤滑方式として、グリースを用いた潤滑方式を採用することが可能となる。この場合、後述するように、分級機構１０を清掃する際に回転軸４０や分級ロータ５０を傾動させることが可能となる。

（分級機構の清掃方法）
次に、分級機構１０を清掃する方法について、図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明する。図３Ａは、通常状態にある分級機構１０を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す分級機構１０の分級ロータ５０が約９０度傾動された状態を示す図である。

図３Ａに示す分級機構１０においては、回転軸４０の側方においてハウジング２４に取り付けられた支持部４５が水平方向に延びており、この支持部４５の上に、回転軸４０を駆動する駆動源４２が載置されている。すなわち、駆動源４２が、回転軸４０から水平方向に離間した位置に設けられている。また、支持部４５は、開閉軸４６を軸として傾動することができるよう構成されている。

分級機構１０を清掃する工程においては、はじめに、天板２２および本体部２１に挿入されている締結具２３を取り外し、これによって、天板２２を本体部２１から分離する。その後、開閉軸４６を軸として支持部４５を回転させる。これによって、図３Ｂに示すように、支持部４５とともに、支持部４５に連結されている回転軸４０、ベアリング３０、分級ロータ５０、ハウジング２４および天板２２などが約９０度にわたって傾動する。なお図３Ｂに示す例においては、駆動源４２をカウンターウェイトとすることにより、回転軸４０、ベアリング３０、分級ロータ５０、ハウジング２４および天板２２を比較的に小さな駆動力で回転させることができる。例えば、電動や油圧の開閉装置を用いることなく、上述の傾動を実現することができる。

次に、分級ロータ５０やその周辺部品を清掃する。ここで本実施の形態によれば、分級ロータ５０が９０度傾動された状態にあるため、分級ロータ５０の内部を十分に清掃することができる。

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４は、比較の形態における分級機構８０を示す図である。

図４に示す比較の形態による分級機構８０において、微粉を含む気流は、分級ロータ５０の中心部から排出された後、円周方向の一箇所から排出される。具体的には、水平方向に延びる流路８２を通った後、ダクト８１から排出される。この場合、流路８２を通る気流中の微粉に、分別される前の原料粉体１１が、分級ロータ５０とケーシングとの間の隙間を通って混入してしまうことが考えられる。従って、比較の形態においては、隙間を封止するためのシールエアを用いることが必須となる。また、隙間の寸法とシールエアの風量とを適切に設定することが重要になる。すなわち、隙間の寸法とシールエアの風量とが不適切である場合、所望の分級精度を維持することができなくなる。

これに対して本実施の形態によれば、上述のように、分級ロータ５０や回転軸４０などの回転部品と、ケーシング２０などの非回転部品との間の隙間が、分級ロータ５０の中心部から排出された気流の経路６１に連通していない。従って、隙間を封止するためのシールエアの有無に依らず、分級精度を適切に維持することができる。

また、図４に示す比較の形態による分級機構８０においては、分級ロータ５０の近傍において流路８２が水平方向に延びており、このため、出口ケーシング８３の内部を清掃するために回転軸４０および分級ロータ５０をともに傾動させた後、分級ロータ５０を下方に取り外して清掃を実施することが考えられる。しかしながら、分級ロータ５０を取り外したとしても回転軸４０が残っており、このため、出口ケーシング８３の内部を十分に清掃することは困難である。

これに対して本実施の形態によれば、上述のように、回転軸４０、ベアリング３０、分級ロータ５０、ハウジング２４および天板２２を９０度にわたって傾動させることができ、分級ロータ５０の内部やケーシング２０の本体部２１の内部など、様々な部品を十分に清掃することができる。

なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。また、上述の本実施の形態において得られる作用効果が以下の変形例においても得られることが明らかである場合、その説明を省略することもある。

（第１の変形例）
上述の本実施の形態においては、分級機構１０が、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得る分級機構である例を説明した。しかしながら、これに限られることはなく、分級機構１０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るものであってもよい。また分級機構１０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。例えば図５に示すように、分級機構１０自体には、原料投入口１２、原料投入管１３やエア導入口１６などが設けられていなくてもよい。この場合、分級機構１０は、下方から気流に乗せて吹き上げられた原料粉体１１を粗粉１４および微粉１５に分別するものとして機能する。

（第２の変形例）
上述の本実施の形態においては、回転軸４０の内壁が、気流とともに微粉１５が排出される流路６１を画成する例を示した。すなわち、回転軸４０の内壁が微粉１５に接する例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図６に示すように、気流排出機構６０は、回転軸４０の軸内空間に配置されるとともに分級ロータ５０の中心部に接続された内筒６７と、内筒６７を回転軸４０に連結する連結部材４３と、を有していてもよい。この場合、内筒６７の内壁が、気流とともに微粉１５が排出される流路６１を画成する。従って本変形例において、流路６１の直径ｄ_２は、回転軸４０の内径ではなく内筒６７の内径に一致している。なお、回転軸４０を構成する材料と、内筒６７を構成する材料とが異なっていてもよい。

本変形例によれば、回転軸４０の内壁が微粉１５に接していない。従って、回転軸４０を構成する材料を選定する際、微粉１５に対する耐久性などを考慮することなく、主に回転駆動への適性を考慮して材料の選定を行うことができる。例えば、回転軸４０を構成する材料として、Ｓ４５Ｃなどの機械構造用炭素鋼を用いることができる。一方、内筒６７を構成する材料としては、ステンレスや高い耐摩耗性を有する材料など、処理される粉体の特性やユーザーの要求仕様に合わせて選定された材料を用いることができる。このため、分級機構１０において、回転駆動に関連する特性と、粉体との接触に関連する特性とをともに最適化することができる。また本変形例によれば、連結部材４３を取り外すことによって、粉体に接する部品である内筒６７や分級ロータ５０などを容易に他の部品から取り外すことができる。このため、分級機構１０の内部に付着した粉体を除去する方法として、様々な清掃方法を採用することができる。なお内筒６７を容易に取り外すことができるよう、分級ロータ５０の下面が少なくとも部分的に、取り外し可能な底蓋５４によって構成されていてもよい。

（第３の変形例）
上述の本実施の形態においては、分級機構１０が一段の分級ロータ５０を備える例を示した。しかしながら、これに限られることはなく、図７に示すように、分級機構１０は、回転軸４０の軸線方向に沿って並置された２段の分級ロータ５０を備えていてもよい。この場合、上段の分級ロータ５０から外周側に排出された粗粉１４は、下段の分級ロータ５０内にその外周部上部からブレード５１配列の間を通って導入される。下段の分級ロータ５０によって分別された微粉１５は、下段の分級ロータ５０の中心部から上方に排出されて流路６１に流入する。一方、下段の分級ロータ５０から外周側に排出された粗粉１４は、下方に落下し、製品として回収される。

本変形例によれば、上段および下段の分級ロータ５０の寸法を適宜設定することにより、分級機構１０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１０を提供することができる。なお分級ロータ５０の段数が特に限られることはなく、３段またはそれ以上の分級ロータ５０が備えられていてもよい。

（第４の変形例）
上述の本実施の形態においては、駆動源４２が、回転軸４０から水平方向に離間した位置に設けられている例を示した。しかしながら、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、駆動源４２が回転軸４０の上方に設けられていてもよい。本変形例においても、図８Ｂに示すように、支持部４５に連結されている回転軸４０、ベアリング３０、分級ロータ５０、ハウジング２４および天板２２などを、開閉軸４６を軸として約１８０度にわたって傾動させることができる。このため、分級ロータ５０の内部を十分に清掃することができる。

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。

１０分級機構
１１原料粉体
１２原料投入口
１３原料投入管
１４粗粉
１５微粉
１６エア導入口
１７案内羽根
２０ケーシング
２１本体部
２２天板
２３締結具
２４ハウジング
２５上部シール部
２６下部シール部
２７シールエア供給口
２８シールエア噴出口
３０ベアリング
３１内輪
３２外輪
３３転動体
３４スリーブ
４０回転軸
４１プーリ
４２モータ
４３連結部材
４５支持部
４６開閉軸
５０分級ロータ
５１ブレード
５２円板部材
５３円板部材
５４底蓋
６０気流排出機構
６１流路
６２ダクト
６３ダクト用シール部
６４シールエア導入口
６５エアフィルタ
６６シールエア噴出口
６７内筒

Claims

ケーシングと、
前記ケーシングの内部に設けられた分級ロータと、
前記分級ロータに装着された中空の回転軸と、
前記分級ロータよりも上方において前記ケーシングと前記回転軸との間に配置され、前記回転軸を回転可能に支持するベアリングと、
前記分級ロータの中心部から気流を排出するための気流排出機構と、を備え、
前記気流排出機構は、前記分級ロータの中心部から排出された気流を、前記回転軸の内部の軸内空間に形成された流路を介して上方へ搬送するよう構成されており、
前記ベアリングは、グリースによって潤滑されており、
前記分級ロータには、前記分級ロータの内部空間を前記回転軸の内部の前記軸内空間に連通させるための中心孔が形成されており、
前記分級ロータの外径が、前記分級ロータの前記中心孔の直径の２倍以上となっている、分級機構。
前記回転軸の前記軸内空間に形成される前記流路の直径が、前記分級ロータの前記中心孔の直径よりも大きくなっている、請求項１に記載の分級機構。
前記気流排出機構は、前記回転軸の前記軸内空間に配置されるとともに前記分級ロータの中心部に接続された内筒と、前記内筒を前記回転軸に連結する連結部材と、を有し、
前記回転軸を構成する材料と、前記内筒を構成する材料とが異なっている、請求項１または２に記載の分級機構。