JP6980408B2

JP6980408B2 - 分級機

Info

Publication number: JP6980408B2
Application number: JP2017098328A
Authority: JP
Inventors: 健司清水
Original assignee: Hosokawa Micron Corp
Current assignee: Hosokawa Micron Corp
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: JP2018192424A

Description

本発明は、粉体を分級処理する技術に関する。

従来の分級機としては、例えば、以下の特許文献１及び２に記載されるものが知られている。これらの特許文献に記載される分級機は、粉体を分級処理する分級ロータと分級した粉体を外部に取り出すための排出管との間の隙間に、シールエアを供給することによって、粗大粒子が当該隙間から排出管の内部に流入することを防ぐように構成されている。

特許第４６０１０５５号公報特許第４２２５７０５号公報

上述の従来の分級機において、粉体の分級精度を上げるには、所定量のシールエアを供給する必要があり、エアコンプレッサ等のシールエア供給装置を稼働させるユーティリティコストを低減するという点において改善する余地がある。また、粗大粒子の混入を防ぐためにシールエアの供給量を増加させると、分級により得られる粉体の粒子径が大きくなる傾向があり、より小さい粒子径の粉体を得ようとする場合にはあまり適さないことがある。また、より多くの量のシールエアを供給する場合、総風量が増加し、分級された微粉を捕集する集じん機やブロワを大型化する必要があり、それだけ設備コストが嵩むことにもなる。
従って、本発明の目的は、粉体の分級精度を維持したままでシールエアに係るコストを低減することができ、尚且つ、より小さい粒子径の粉体も得易い分級機を提供することにある。

本発明の分級機の特徴構成は、粉体を分級処理する分級ロータ、該分級ロータで分級した粉体を外部に取り出すための排出管、及び前記分級ロータと前記排出管との間の隙間にシールエアを供給するシールエア供給手段を備え、前記分級ロータの内部にシールエアを流出させるシールエア流出部が、前記排出管における排出流路入口の側の端部の外周に沿って形成されており、前記シールエア流出部の直径／前記分級ロータの内径×１００％の値が、７５％以上であり、（前記シールエア流出部の直径−前記排出流路入口の直径）／前記分級ロータの内径×１００％の値が、２０％〜５０％である点にある。

本発明の分級機の更なる特徴構成は、前記シールエア流出部の直径／前記分級ロータの内径×１００％の値が、９０％〜９５％である点にある。

本発明によれば、分級ロータの径方向において、従来の分級機よりもより外側の位置に
シールエア流出部が設けられる。これにより、たとえ分級ロータと排出管との間の隙間から分級ロータの内部に粗大粒子が流入したとしても、再び分級ロータの外方に排出され易い。そのため、本発明によれば、分級精度を維持したままで、シールエアの供給量を低減することができる。従って、エアコンプレッサ等のシールエア供給装置を稼働させるユーティリティコストの低廉化と、エアコンプレッサ等の装置の小型化が可能となるだけでなく、分級機以降の集じん機、ブロワ等の装置の設備コストの低廉化と装置の小型化も可能となる。さらに、シールエアの供給量の低下に伴って、より小さい粒子径の粉体を得易くなる。

本発明に係る分級機の概略構成を示す断面図である。本発明に係る分級機の要部を示す断面図である。従来の分級機（比較例１）の要部を示す断面図である。従来の分級機（比較例２）の要部を示す断面図である。シールエア供給量と粗大粒子混入量との関係を示すグラフである。従来の分級機（比較例１）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．９３Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。従来の分級機（比較例１）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．７４Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。従来の分級機（比較例１）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．６５Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。従来の分級機（比較例２）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．９３Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。従来の分級機（比較例２）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．５６Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。従来の分級機（比較例２）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．４６Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。本発明に係る分級機（実施例）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．５６Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。本発明に係る分級機（実施例）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．２８Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。本発明に係る分級機（実施例）により分級処理した粉体の粒子径分布を示すグラフである（シールエア供給量：０．０９Ｎｍ^３/ｍｉｎ）。

[実施形態]
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（分級機）
図１に示されるように、分級機１は、装置本体２、分級ロータ４、回転駆動手段６、排出管７、シールエア供給手段１１、及び図示しない吸引手段を備える。

装置本体２の内部に分級ロータ４が設けられている。分級ロータ４には、その回転軸心Ｘ方向の一方の側に開口部１６が形成されており、回転軸心Ｘ方向の他方の側に回転駆動手段６が接続されている。排出管７の一端が分級ロータ４の開口部１６に接続されており、排出管７の他端の側に図示しない吸引手段が設けられている。

尚、吸引手段としては、例えば、一般的なブロワ等を用いて良い。この場合、吸引力の強弱を自在に変更できるような構成であることが望ましい。例えば、吸引ファンの回転速度を変更することによって、吸引時の空気の流速を適宜変更できるようにする。

（装置本体）
装置本体２は、分級機１の最外方を構成するものであり、その内側が、粉体を分級処理する処理室３となる。尚、分級処理される粉体は、装置本体２に設けられている粉体投入部（図示せず）から投入されるように構成されている。

（分級ロータ）
分級ロータ４は、複数の羽根５を有しており、回転軸心Ｘ回りに高速回転可能に処理室３に設けられている。本実施形態では、水平方向の回転軸心Ｘ回りに回転するいわゆる水平型の分級ロータが示されている。分級ロータ４は、処理室３の外部に設けられている回転駆動手段６によって高速回転し、これにより粉体を分級処理する。回転駆動手段６としては、例えば公知の駆動モータを使用して良く、回転速度が適宜変更自在に構成されていることが望ましい。

（排出管）
排出管７の内側は、分級ロータ４で分級した粉体を外部に取り出すための排出流路８として構成される。また、排出管７における分級ロータ４側の端部には、絞り部９が形成されている。排出管７は、その外周にジャケット１１を備える。

絞り部９は、分級ロータ４の開口部１６から分級ロータ４の内側に進入した状態で設けられており、絞り部９の内径は分級ロータ４の回転駆動手段６側ほど小さく所謂テーパ状になっている。本実施形態において、分級された粉体が流入する排出流路入口１０は、内径が最も小さい絞り部９の先端部分によって構成される。

（シールエア供給手段）
シールエア供給手段は、ジャケット１１と、図示しない公知のエアー供給源とを備えて構成されている。ジャケット１１の内側にエアー供給路１２が形成されており、エアー供給源からのシールエア（空気）が、エアー供給路１２を通って、分級ロータ４と排出管７との間の隙間Ｓに供給される。これにより隙間Ｓがシールされ、粗大粒子の混入を防止する。尚、エアー供給源としては、例えば、公知のエアコンプレッサを用いて良いが、コンプレッサ等を用いず、大気を自然に吸引させても良い。

（分級処理）
原料の粉体が粉体投入部から装置本体２の処理室３に投入されると、高速回転する分級ロータ４によって分級処理され、所定の粒子径以下の粉体が排出管７より取り出される（図１の白抜き矢印参照）。詳細には、吸引手段を駆動させることで、分級ロータ４の内部の空気が吸引され、これにより、処理室３の内部の空気が、高速回転する分級ロータ４の各羽根５の間を通って分級ロータ４の内部に引き込まれる。この時、所定の粒子径以下の粉体は分級ロータ４の内部に取り込まれるが、粒子径が過大な粗大粒子は、回転する羽根５によって分級ロータ４の内部に流入することを阻止される。分級ロータ４で分級された粉体は、この後、排出流路入口１０から排出流路８に流入し、例えばバクフィルタ等の捕集手段に導かれて製品として取り出される。

（シール構成）
排出管７のジャケット１１の端部、及び分級ロータ４の端部のそれぞれに、円環面である対向面１４，１５が形成されている。それぞれの対向面１４，１５は、所定の隙間Ｓを維持した状態に近接配置されている。ジャケット１１の対向面１４の端（ジャケット１１の径方向内側の端）に、シールエアＡを吹き出すシールエア流出部１３が設けられている。シールエア流出部１３は、排出管７における排出流路入口１０の側の端部の外周に沿って円環状に形成されている。

図２に示されるように、エアー供給源からエアー供給路１２を通って流れてきたシールエアＡは、対向面１４，１５の間の隙間Ｓと、シールエア流出部１３に分かれて流れる。対向面１４，１５の間の隙間Ｓに流れたシールエアＡは処理室３に流出し、シールエア流出部１３に流れたシールエアＡは、分級ロータ４の内部に流出する。これにより隙間Ｓがシールされるため、粗大粒子の混入が防止される。

（シールエア流出部の位置とシール性能との関係）
本発明に係る分級機１は、従来の分級機１とは異なり、分級ロータ４の径方向において、より外側の位置にシールエア流出部１３が設けられることを特徴とする。この特徴を備えることによって、粉体の分級精度を維持したままでシールエアに係るコストを低減することが可能となり、尚且つ、より小さい粒子径の粉体も得易いものとなる。

具体的には、図１及び図２に示されるように、シールエア流出部１３の直径Ｄ／分級ロータ４の内径Ｒ×１００％の値が７５％以上、より好ましくは、９０％〜９５％となる位置に、シールエア流出部１３が設けられている。さらにこの場合、（シールエア流出部１３の直径Ｄ−排出流路入口１０の直径ｄ）／分級ロータ４の内径Ｒ×１００％の値が１５％以上、より好ましくは、２０％〜５０％となるように構成すると尚良い。尚、本実施形態における分級ロータ４の内径Ｒとは、分級ロータ４における羽根５の内側面の間の距離を言うものとする。

〔その他の実施形態〕
１．上述の実施形態では、水平方向の回転軸心Ｘ回りに回転するいわゆる水平型の分級ロータ４に適用する例が示されているが、これに限定されるものではなく、この他にも、垂直方向の回転軸心回りに回転する分級ロータに適用しても良い。
２．本発明に係る分級機については、そのサイズによらず、小型機にも大型機にも適用することができる。
３．本発明に係る分級機については、粉砕機、乾燥機、粒子設計装置等に適用することができる。

（シールエア流出部の位置の検討）
以下の表１に示されるように、図２における、シールエア流出部の直径Ｄ／分級ロータの内径Ｒ×１００％の値、及び（シールエア流出部の直径Ｄ−排出流路入口の直径ｄ）／分級ロータの内径Ｒ×１００％の値を種々変更した試験機を用意し、それぞれのシール性能を比較した。

試験機として、分級部を変更した流動層式対向型ジェットミル（ホソカワミクロン株式会社製）を用いて試験を行った。原料粉体はタルク(平均粒子径Ｄ５０＝２０μｍ)を使用し、分級ロータの回転数は１０５００ｒｐｍで行った。シールエア供給量を段階的に少なくし、分級後の製品中に含まれる粗大粒子の混入率を比較することにより、シール性能を評価した。なお、粉体供給量は、シールエア供給量一条件につき３ｋｇ程度を使用し、試験時間は、シールエア供給量一条件につき２時間であった。

表１に示されるように、Ｄ／Ｒ×１００の値がおよそ８０％以上で、（Ｄ−ｄ）／Ｒ×１００％の値が１５％以上であれば、シール性能が維持されて製品への粗大粒子の混入が防止されることが確認された。また特に、Ｄ／Ｒ×１００の値が９０％〜９５％で、（Ｄ−ｄ）／Ｒ×１００％の値が２０％〜５０％であれば、非常に高いシール性能が発揮されることも確認された。尚、ｄの値が小さくなり過ぎると、分級ロータの圧力損失が大きくなり、シール性能が低下する傾向が見られた。

（分級性能の比較試験）
次いで、本発明の分級機（実施例）と、従来の分級機（比較例１及び比較例２）について、それぞれの分級性能を測定して比較した。

分級機として、分級部を変更した流動層式対向型ジェットミル（ホソカワミクロン株式会社製）を用いて試験を行った。原料粉体はタルク(平均粒子径Ｄ５０＝２０μｍ)を使用し、分級ロータの回転数は１０５００ｒｐｍで行った。シールエア供給量を段階的に少なくし、分級後の製品中に含まれる粗大粒子の混入率を比較した。なお、粉体供給量は、シールエア供給量一条件につき３ｋｇ程度を使用し、試験時間は、シールエア供給量一条件につき２時間であった。

この比較試験で使用した本発明の分級機（実施例）は、上述の表１の試験機Ｎｏ．１であって、Ｄ／Ｒ×１００の値は９３．３％であり、（Ｄ−ｄ）／Ｒ×１００％の値は４５．６％であった。

図３には、比較例１の要部が示されており、この分級機では、シールエア流出部１３が、排出管の排出流路８に向けて開口している。そのため、エアー供給源からエアー供給路１２を通って流れてきたシールエアＡは、処理室３と排出流路８に分かれて流れるように構成されている。

図４には、比較例２の要部が示されており、この分級機では、分級ロータ４の径方向において、本発明に係る分級機における位置よりも内側の位置に、シールエア流出部１３が設けられている。具体的には、この比較例２の分級機は、上述の表１の試験機Ｎｏ．８であって、Ｄ／Ｒ×１００の値は５４％であり、（Ｄ−ｄ）／Ｒ×１００％の値は６．３％
であった。尚、この比較例２の分級機では、本発明の分級機の場合と同様に、エアー供給源からエアー供給路１２を通って流れてきたシールエアＡが、処理室３と分級ロータ４の内部に分かれて流れるように構成されている。

比較例１、比較例２、実施例のそれぞれの分級性能が、以下の表２〜表４に示されている。尚、表中の粒子径Ｄ５０とは、粒子径分布を細かい側から累積した場合に５０％となるときの分級後の製品粒子径を意味し、粒子径Ｄ９７とは、粒子径分布を細かい側から累積した場合に９７％となるときの分級後の製品粒子径を意味する。また、Ｄ９７／Ｄ５０の値は、分級後の製品中に含まれる粗大粒子の混入率を示すものであり、この値が１に近いほど粗大粒子の混入が少なく、分級性能が高いことを意味する。

表２及び図５に示されるように、比較例１の分級機では、シールエア供給量を減少させていくと、粗大粒子混入量が大幅に増加した。また、図６〜図８に示されるように、比較例１の分級機では、シールエア供給量を減少させていくと、粉体の粒子径分布を示すピーク形状がブロードな状態となり、分級精度が大きく低下した。

表３及び図５に示されるように、比較例２の分級機では、シールエア供給量を減少させていくと、比較例１の分級機ほどではないものの、やはり粗大粒子混入量の増加が見られた。また、図９〜図１１に示されるように、比較例２の分級機では、シールエア供給量を減少させていくと、粉体の粒子径分布を示すピーク形状が、比較例１の分級機ほどではないものの、やはりブロードな状態となり、分級精度が低下した。

一方、表４及び図５に示されるように、本発明に係る分級機（実施例）では、シールエア供給量を減少させても、粒子混入量の増加がほとんど見られなかった。また、図１２〜図１４に示されるように、本発明に係る分級機（実施例）では、シールエア供給量を減少させても、粉体の粒子径分布を示すピーク形状がブロードな状態にならず、分級精度が維持されていた。

本発明は、粉体を分級処理する技術の分野において好適に利用することができる。

１分級機
２装置本体
３処理室
４分級ロータ
５羽根
６回転駆動手段
７排出管
８排出流路
９絞り部
１０排出流路入口
１１ジャケット（シールエア供給手段）
１２エアー供給路
１３シールエア流出部
１４，１５対向面
１６開口部
Ａシールエア
Ｘ回転軸心
Ｓ隙間

Claims

粉体を分級処理する分級ロータ、該分級ロータで分級した粉体を外部に取り出すための排出管、及び前記分級ロータと前記排出管との間の隙間にシールエアを供給するシールエア供給手段を備え、
前記分級ロータの内部にシールエアを流出させるシールエア流出部が、前記排出管における排出流路入口の側の端部の外周に沿って形成されており、
前記シールエア流出部の直径／前記分級ロータの内径×１００％の値が、７５％以上であり、
（前記シールエア流出部の直径−前記排出流路入口の直径）／前記分級ロータの内径×１００％の値が、２０％〜５０％であることを特徴とする分級機。
前記シールエア流出部の直径／前記分級ロータの内径×１００％の値が、９０％〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の分級機。