JP7232662B2 - ジェットミルおよびジェットミルを用いた砕料の破砕方法 - Google Patents

Description

本開示は、ジェットミルおよびジェットミルを用いた砕料の破砕方法に関する。

従来、ジェットミルとして、高速ガスを噴射してジェットミル本体の破砕室内に高速の旋回気流を発生させ、この気流に乗せた砕料を旋回軌道上で相互に衝突させることにより破砕させて微細化させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７－２７５８４９号公報

しかしながら、従来のジェットミルでは、砕料が旋回軌道から外れてしまうことがあった。この場合、砕料が破砕されず、良好な粒度分布を得ることができない可能性があり、更なる改良の余地があった。

そこで、本開示は、破砕されない砕料を少なくし、良好な粒度分布を得ることができるジェットミルおよびそれを用いた砕料の破砕方法を提供することを目的とする。

本開示の第一の態様によれば、
砕料が導入される円筒状の空洞として構成された破砕室と、
前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置され、前記側壁の内壁に沿って気体を噴射し、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる複数の第１のジェットノズルと、
前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第２のジェットノズルと、
前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第３のジェットノズルと、を有する、
ジェットミルが提供される。

本開示の第二の態様によれば、
円筒状の空洞として構成された破砕室内で発生させた旋回気流によって前記破砕室内に導入した砕料を相互に衝突させて破砕する破砕工程を備え、
前記破砕工程は、
前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の第１のジェットノズルにより前記破砕室の内壁に沿って気体を噴射させ、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる工程と、
前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて第２のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す工程と、
前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて第３のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記
旋回軌道に戻す工程と、を有する、
ジェットミルを用いた砕料の破砕方法が提供される。

本開示によれば、破砕されない砕料を少なくし、良好な粒度分布を得ることができるジェットミルおよびそれを用いた砕料の破砕方法を提供することができる。

本開示の一態様で好適に用いられるジェットミルの概要を示す要部縦断面図である。 本開示の一態様で好適に用いられるジェットミルが有するジェットノズルの配置位置を模式的に示す説明図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第１のジェットノズル、第２のジェットノズル、第３のジェットノズルが配置されたケーシングの筒部を抜き出して示す平面断面図である。

以下に、図面に基づき本開示の一態様のジェットミルを説明する。

＜１．ジェットミルの構成例＞
まず、本開示の一態様のジェットミルの構成例について図１、２を用いて説明する。

（全体構成）
図１に示すように、ジェットミル１００は、大別すると、破砕室１０と、第１のジェットノズル２０と、第２のジェットノズル３０と、第３のジェットノズル４０と、高圧作動気体供給装置５０と、微粉体排出口１４と、を備えている。

（破砕室）
破砕室１０は、ケーシング１１内に設けられた円筒状の空洞として構成されている。ケーシング１１は、垂直支柱１６上に安定に設置されている。ここで、「円筒状」とは、鉛直方向の中心線に対して回転対称形状であることを含むものである。「中心線」とは、円筒形の破砕室１０の中心を通る直線をいい、図１では破線Ａで示されている。また、本明細書において、図１における中心線Ａの上側の方向のことを上方、下側の方向のことを下方という。

（第１のジェットノズル）
図２（ａ）に示すように、第１のジェットノズル２０は、ケーシング１１の筒部、すなわち破砕室１０の側壁１０１の周方向に沿って略等間隔に８本配置されている。このうちの１本は、破砕室１０外に設けられたホッパー状の砕料供給部２２から供給された砕料を、駆動ノズル２１から噴射される高圧気体とともに破砕室１０内へ供給する固気混合エゼクタノズル２０１として構成されている。

第１のジェットノズル２０は、それぞれケーシング１１の筒部を貫通して着脱自在に装着され、その噴射口が、水平かつ破砕室１０内を向くように配置されている。より具体的には、第１のジェットノズル２０は、側壁１０１の内壁に沿って気体を噴射する位置に配置されている。ここで、「側壁１０１の内壁に沿って気体を噴射する」とは、厳密に側壁１０１の内壁に沿って気体を噴射することだけでなく、側壁１０１の鉛直方向に直交する所定の面の円周上の接線よりも破砕室１０の内側に向けた所定の角度で気体を噴射することを含むものである。

さらに、第１のジェットノズル２０はそれぞれ、ケーシング１１に形成された貫通孔１
３に遊動可能な状態で設けられている。貫通孔１３内には、第１のジェットノズル２０を方向調節可能に軸支する可動軸受け６１が設けられている。これらにより、破砕室１０内への気体噴射の方向が調節可能に構成されている。この点は、後述する第２のジェットノズル３０、第３のジェットノズル４０についても同様である。

以上により、第１のジェットノズル２０から噴射される気体は、水平方向の旋回気流を発生させる。破砕室１０の中央下方には、水平な旋回気流を誘導するための円錐コア部１０８が設けられている。

（第２のジェットノズル）
図１に示すように、第２のジェットノズル３０は、第１のジェットノズル２０の上方側に配置されている。また、図２（ｂ）に示すように、第２のジェットノズル３０は、破砕室１０の側壁１０１の周方向に沿って略等間隔に４本配置されている。

第２のジェットノズル３０は、それぞれケーシング１１の筒部を貫通して着脱自在に装着され、その噴射口が、水平方向よりもわずかに破砕室１０内下方を向くように配置されている。より具体的には、第２のジェットノズル３０は、水平面に対して０．５°～４５°、さらに好ましくは２°～３０°、またさらに好ましくは３°～５°下方に傾いて側壁１０１に配置されている。第２のジェットノズル３０が水平面に対して０．５°未満の角度で下方に傾いて側壁１０１に配置されると、後述の本開示の効果を奏し難い。水平面に対して０．５°以上下方に傾いて側壁１０１に配置されると、後述の本開示の効果を奏することができる。水平面に対して２°以上下方に傾いて配置されるとより顕著に、３°以上下方に傾いて配置されるとさらに顕著に本開示の効果を奏することができる。また、第２のジェットノズル３０が水平面に対して４５°を超えて下方に傾いて配置されると、本開示の効果を奏し難い。水平面に対して４５°以下の角度で下方に傾いて配置されると、後述の本開示の効果を奏することができる。水平面に対して３０°以下の角度で下方に傾いて配置されるとより顕著に、５°以下の角度で下方に傾いて配置されるとさらに顕著に本開示の効果を奏することができる。

（第３のジェットノズル）
図１に示すように、第３のジェットノズル４０は、第１のジェットノズル２０の下方側に配置されている。また、図２（ｃ）に示すように、第３のジェットノズル４０は、破砕室１０の側壁１０１の周方向に沿って略等間隔に４本配置されている。

第３のジェットノズル４０は、それぞれケーシング１１の筒部を貫通して着脱自在に装着され、その噴射口が、水平方向よりもわずかに破砕室１０内上方を向くように配置されている。より具体的には、第３のジェットノズル４０は、水平面に対して０．５°～４５°、さらに好ましくは２°～３０°、またさらに好ましくは３°～５°上方に傾いて側壁１０１に配置されている。第３のジェットノズル４０が水平面に対して０．５°未満の角度で上方に傾いて側壁１０１に配置されると、後述の本開示の効果を奏し難い。水平面に対して０．５°以上上方に傾いて側壁１０１に配置されると、後述の本開示の効果を奏することができる。水平面に対して２°以上上方に傾いて配置されるとより顕著に、３°以上上方に傾いて配置されるとさらに顕著に本開示の効果を奏することができる。また、第３のジェットノズル４０が水平面に対して４５°を超えて上方に傾いて配置されると、本開示の効果を奏し難い。水平面に対して４５°以下の角度で上方に傾いて配置されると、後述の本開示の効果を奏することができる。水平面に対して３０°以下の角度で上方に傾いて配置されるとより顕著に、５°以下の角度で上方に傾いて配置されるとさらに顕著に本開示の効果を奏することができる。

（高圧作動気体供給装置）
高圧作動気体供給装置５０は、送気チューブ５１を介して第１のジェットノズル２０、第２のジェットノズル３０、第３のジェットノズル４０および駆動ノズル２１にそれぞれ連結される。

（微粉体排出口）
微粉体排出口１４は、破砕室１０の中央上方に配置されている。破砕室１０内で破砕・微細化された砕料（粉体）は、微粉体排出口１４を経由して破砕室１０外に排出される。

＜２．ジェットミルの動作例＞
次に、上述した構成のジェットミル１００における動作例について説明する。

高圧作動気体供給装置５０から排出される高圧気体が、送気チューブ５１を介して第１のジェットノズル２０、第２のジェットノズル３０、第３のジェットノズル４０および駆動ノズル２１のそれぞれに送り込まれる。第１のジェットノズル２０、第２のジェットノズル３０、第３のジェットノズル４０に送り込まれた高圧気体は、それぞれのノズルから破砕室１０内へ噴射される。ホッパー状の砕料供給部２２から固気混合エゼクタノズル２０１へ供給された砕料は、駆動ノズル２１から噴射される高速気体流により、固気混合エゼクタノズル２０１から破砕室１０内へ導入される。

破砕室１０内へ導入された砕料は、破砕室１０の側壁１０１の周方向に沿って配置された第１のジェットノズル２０からの気体噴射により生成された旋回気流に乗って破砕室１０内を旋回し、旋回軌道上で互いに衝突して破砕され、微細化される。

しかしながら、破砕室１０内を旋回する砕料の中には、旋回軌道から外れて落下してしまったり、上方に飛んで行ってしまったりして、破砕されないものもあり、結果として良好な粒度分布が得られないことがあった。

本開示によれば、第１のジェットノズル２０の上方側に配置され、噴射口が、水平方向よりもわずかに破砕室１０内下方を向くように配置されている第２のジェットノズル３０から噴射される気体により、旋回軌道から外れて上方へ飛んで行こうとする砕料を旋回軌道に戻すことができる。また、第１のジェットノズル２０の下方側に配置され、噴射口が、水平方向よりもわずかに破砕室１０内上方を向くように配置されている第３のジェットノズル４０から噴射される気体により、旋回軌道から外れて落下しようとする砕料を旋回軌道に戻すことができる。これにより、砕料同士を充分に衝突させ、粒度分布を良好にすることができる。

破砕室１０内で充分に破砕・微細化された砕料（粉体）は、破砕室１０の中央上方に配置されている微粉体排出口１４を経由して破砕室１０外へ排出される。

＜３．本開示の効果＞
本開示によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本開示のジェットミル１００によれば、上述のように、第２のジェットノズル３０から噴射される気体により、旋回軌道から外れて上方へ飛んで行こうとする砕料を旋回軌道に戻すことができる。また、第３のジェットノズル４０から噴射される気体により、旋回軌道から外れて落下しようとする砕料を旋回軌道に戻すことができる。これらにより、良好な粒度分布を得ることができるようになる。

（ｂ）本開示のジェットミル１００によれば、破砕室１０内で形成された砕料の旋回軌道を、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０とから噴射される気体で上下
方向から挟むことで、旋回軌道を安定させることができ、砕料を安定的に破砕することができるようになる。

（ｃ）本開示のジェットミル１００によれば、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０とから噴射される気体で上下方向から挟むことで、砕料の旋回軌道を圧縮して高密度化させ、砕料の衝突確率を高めることができ、砕料を効率的に破砕することができるようになる。

＜４．変形例＞
以上、本開示の態様を具体的に説明した。しかしながら、本開示の態様は上述の態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上述の態様では、第１のジェットノズル２０に加えて、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０の両方が配置されたジェットミル１００を例示したが、これに限定されることはなく、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０のうちいずれか一方のみが配置されていてもよい。これらの場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。但し、両方配置されている方が、旋回軌道が安定し高密度になるのでより好ましい。

また、第１のジェットノズル２０を配置せず、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０とを配置して、第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０とから噴射された気体により安定した旋回気流を発生させてもよい。この場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。

上述のように、第１のジェットノズル２０と第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０は、それぞれ異なる動作をするので、それぞれのノズルに流量コントローラを配設し、ノズルごとに独立して気体の流量（流速）を制御できるようにしてもよい。この場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。また、砕料を破砕する際に、その粒度をリアルタイムでモニタしながら第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０の気体の流量を制御するフィードバック動作をすれば、粒度分布をより正確に制御することができるようになる。

上述の態様では、略等間隔に８本配置されている第１のジェットノズル２０を例示したが、これに限定されることはなく、破砕室１０の内部に旋回気流を発生させることができるものであれば、略等間隔に配置されていなくてもよく、また８本より少なくまたは多く配置されてもよい。これらの場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。

上述の態様では、略等間隔に４本配置されている第２のジェットノズル３０と第３のジェットノズル４０を例示したが、これに限定されることはなく、砕料の軌道に向けて気体を噴射することができるのであれば、略等間隔に配置されなくてもよく、またそれぞれ１本のみ配置されてもよい。これらの場合においても上述の態様と同様の効果が得られる。

＜本開示の好ましい態様＞
以下、本開示の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本開示の一態様によれば、
砕料が導入される円筒状の空洞として構成された破砕室と、
前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置され、前記側壁の内壁に沿って気体を噴射し、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる複数の第
１のジェットノズルと、
前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第２のジェットノズルと、
前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第３のジェットノズルと、を有する、
ジェットミルが提供される。

（付記２）
好ましくは、
前記第２のジェットノズルと前記第３のジェットノズルは、いずれも前記破砕室内に旋回気流を発生させる、
付記１に記載のジェットミルが提供される。

（付記３）
本開示の他の態様によれば、
円筒状の空洞として構成された破砕室内で発生させた旋回気流によって前記破砕室内に導入した砕料を相互に衝突させて破砕する破砕工程を備え、
前記破砕工程は、
前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の第１のジェットノズルにより前記破砕室の内壁に沿って気体を噴射させ、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる工程と、
前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて第２のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す工程と、
前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて第３のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す工程と、を有する、
ジェットミルを用いた砕料の破砕方法が提供される。

（付記４）
本開示のさらに他の態様によれば、
砕料が導入される円筒状の空洞として構成された破砕室と、
前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置され、前記側壁の内壁に沿って気体を噴射し、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる複数の第１のジェットノズルと、
前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第２のジェットノズルと、
前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第３のジェットノズルと、のうちの２種類のジェットノズルを有する、
ジェットミルが提供される。

１０…破砕室、１０１…側壁、１０８…円錐コア部、１１…ケーシング、１３…貫通孔、１４…微粉体排出口、Ａ…中心線、１６…垂直支柱、２０…第１のジェットノズル、２１…駆動ノズル、２２…砕料供給部、２０１…固気混合エゼクタノズル、３０…第２のジェットノズル、４０…第３のジェットノズル、５０…高圧作動気体供給装置、５１…送気
チューブ、６１…可動軸受け、１００…ジェットミル

Claims (3)

1. 砕料が導入される円筒状の空洞として構成された破砕室と、
   前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置され、前記側壁の内壁に沿って気体を噴射し、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる複数の第１のジェットノズルと、
   前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第２のジェットノズルと、
   前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す第３のジェットノズルと、を有し、
   前記第１のジェットノズルは、水平に配置されており、
   前記第２のジェットノズルは、水平面に対して０．５°～４５°で前記他端側に傾いて前記側壁に配置されており、
   前記第３のジェットノズルは、水平面に対して０．５°～４５°で前記一端側に傾いて前記側壁に配置されている、
   ジェットミル。
2. 前記第２のジェットノズルと前記第３のジェットノズルは、いずれも前記破砕室内に旋回気流を発生させる、
   請求項１に記載のジェットミル。
3. 円筒状の空洞として構成された破砕室内で発生させた旋回気流によって前記破砕室内に導入した砕料を相互に衝突させて破砕する破砕工程を備え、
   前記破砕工程は、
   前記破砕室の側壁にその周方向に沿って所定の間隔をあけて配置された複数の第１のジェットノズルにより前記破砕室の内壁に沿って気体を噴射させ、前記砕料を旋回させる気流を前記破砕室内に発生させる工程と、
   前記破砕室の中心線の一端側から前記砕料の旋回軌道に向けて第２のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記一端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す工程と、
   前記中心線の前記一端側とは異なる他端側から前記旋回軌道に向けて第３のジェットノズルにより気体を噴射し、前記旋回軌道を外れて前記他端側に向かおうとする砕料を前記旋回軌道に戻す工程と、を有し、
   前記第１のジェットノズルは、水平に配置されており、
   前記第２のジェットノズルは、水平面に対して０．５°～４５°で前記他端側に傾いて前記側壁に配置されており、
   前記第３のジェットノズルは、水平面に対して０．５°～４５°で前記一端側に傾いて前記側壁に配置されている、
   ジェットミルを用いた砕料の破砕方法。

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