JPH0118780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は粉体粒子の静電分級方法と装置に関
するものであり、更に詳しくはフアインセラミツ
クスに用いられるケイ素化物の粉末や磁気記憶装
置に用いられる磁性粉などのように所謂先端技術
に用いられるものであつて、非常に高度な均質性
を要求される超微粒子材料を高い精度で単相ある
いは複相に粒度分級する新技術の開発に関するも
のである。

（従来技術） 以下の技術において「超微粒子」とは粒度が
1μｍ．以下の粒子を指して言う。また「粉体粒
子群」とは1μｍ．単位の粒径ものを含めてある
粒度範囲に亘つて分布する超微粒子を含む粒子に
よつて構成される群を指して言う。更に「粉体粒
子小群」とはそのような粉体粒子群中にあつてそ
れより狭い粒度範囲に亘つて分布する超微粒子に
よつて構成される小群を指して言う。例えばある
粉体粒子群が0.9〜0.1μｍ．の粒度範囲に亘つて
分布する超微粒子によつて構成されているとすれ
ば、0.7〜0.5μｍ．の粒度範囲に亘つて分布する
超微粒子によつて構成される小群は、その粉体粒
子群内のひとつの粉体粒子小群である。

また「高位あるいは低位の粒度範囲」とは比較
上の表現であつて、例えば上記した粉体粒子群の
場合なら0.9〜0.7μｍ．の粒度範囲は「高位」で
あり、0.5〜0.3μｍ．の粒度範囲はこれより「低
位」である。

前記したような先端技術において用いられる超
微粒子材料は極めて均質であること、即ち粒度が
揃つていることが強く要求される。例えばレンズ
などに用いる極薄透明セラミツクスの場合には、
その材料として用いられるケイ素化物の粉末の均
質性いかんによつて、得られるレンズの電気絶縁
性や解像力が大きく左右される。また磁気テープ
磁気デイスクなどのような計算機に用いられる記
憶媒体にあつては、その材料として用いられる磁
性粉の均質性によつて、得られる媒体の記憶密度
などが大きく左右される。

上記したような先端技術材料としての超微粒子
の生産技術の進歩のためには、その粉砕、分級お
よび搬送などの取り扱い技術の開発が不可欠であ
る。

粉体粒子の分級技術としては遠心力を利用した
もの、ジエツト噴流を利用したもの、および流体
素子を利用したものなどが公知である。しかしこ
れら公知の分級技術による分級の限界は精々ミク
ロン単位迄にとどまるものであり、到底サブミク
ロン単位の超微粒子に及ぶものではない。一部に
理論的な段階での提案もないではないが、いずれ
も実務的な処理能力、消費エネルギーの面などで
多々問題を含んでおり、工業的な規模で実施され
る迄には至つていない。

また後述するように、この発明は静電放電によ
り超微粒子を荷電することを基礎としているが、
このような粒子の静電荷電を利用したものとして
は電気集塵機が公知である。一般的な構成として
は縦型の構造で、放電極と集塵極板との間隙を置
いて対面せしめ、放電下に含塵気流をして該間隙
内を上昇せしめ、荷電された塵挨粒子を集塵極板
上に堆積せしめ、この堆積塵挨粒子を一定の周期
で払い落として除去し、除塵された気流を系外に
送り出すものである。

なるほどこの方法によれば含塵気流中にミクロ
ン以下の超微粒子があつた場合にも、これをミク
ロン単位の塵挨と共に一括して荷電捕捉してやる
ことはできる。勿論集塵、即ち除塵という目的か
らすればこれで充分なのである。しかしそこにと
どまるのであつて、それを超えて捕捉した超微粒
子あるいはミクロン単位の塵挨をその粒度に応じ
て分級してやるというようなことは、従来の電気
集塵機には一切期待し得ないのである。

更に超微粒子の分級に当つては、超微粒子が非
常に空気中に舞上がり易いという点も考慮しなけ
ればならない。即ち折角粉体粒子群からいくつか
の粉体粒子群に分級しても、その後の処理を誤る
と超微粒子が空気中に舞上がる結果、一旦分級さ
れた粉体粒子小群がたとえ一部にしても再び混じ
り合つてしまうのである。特に上記した電気集塵
機のように、集塵極板上に堆積したものを払い落
すような取り扱い型は、超微粒子の分級の場合に
は禁物である。加えて空気中への超微粒子の舞上
がりは作業環境の汚染という深刻な問題にもつな
がるものである。

（発明の目的） この発明の目的は、先端技術用材料として適し
た非常に高度な均質性を有した超微粒子を、工業
的規模で提供することにある。

この発明の他の目的は、非常に少ない消費動力
でかつ連続的に、超微粒子からなる粉体粒子群を
高精度でかつ高度に整然と分級することにある。

この発明の更に他の目的は、超微粒子からなる
粉体粒子群の分級を、作業環境を汚染することな
くしかも材料の散失によるロスを生じることな
く、遂行することにある。

（発明の基本的構成） この発明によればプツシユ・プル式整流機構に
より搬送気流中に広い粒度範囲に亘る超微粒子を
含んでなる粉体粒子群を混合して均一な速度分布
を有する固気混相流となし、密閉状の分級室内に
対面立設された静電高電圧放電板と２以上の上下
に並設された回収要素間の間隙にこの固気混相流
を導いて上昇進行させ、放電下に高位の粒度範囲
を有する粉体粒子小群から順次に進行中の固気混
相流から分離し、それぞれの回収要素により個別
に捕捉回収するものである。

（発明の実施態様） 第１図に示すのはこの発明の静電分級装置の一
例であつて、縦長の構造を有しており、後述する
ようにその主要部はフレーム壁体（図中これを省
略する）とによつて画定形成されている。実質的
に密閉状の分級室内に収容配置されている。

この分級装置は、搬送気流に分級されるべき粉
体粒子群を混合させてかつ均一な速度分布を有す
べく整流した固気混相流を積極的に送り出す固気
混相流供給部１と、その上方に設けられてかつ上
記の固気混相流から所定の粒度範囲別に粉体粒子
小群を分離する粉体粒子分級部２と、更にその上
方に設けられて分級、分離済みの搬送気流を積極
的に引き取る搬送気流収容部３とから成るもので
ある。

これらの内少なくとも分級部２は前記した密閉
分級室内に配置されている。また供給部１と収容
部３とは、その気流の積極的送り出しと積極的引
き取りとにより、所謂プツシユ・プル方式による
気流の流れを形成するものである。

固気混相流供給部１は搬送気流の送風機構１１
と前記の分級室の底部に開口する整流吐出機構１
２と両者を連結するダクト１３とを有しており、
該ダクト１３の天井には広い粒度範囲に亘る粉体
粒子群のホツパー１４の底部が開口している。ホ
ツパー１４内の粉体粒子群（粒度1μｍ以下の
種々の粒度の超微粒子からなる）は、例えば公知
のロータリーフイーダーなどの働きにより、単位
時間当り定められた量がダクト１３内に落下供給
される。

整流吐出機構１２としては、例えば特許第
1027787号（特公昭55−14981号）あるいは特許第
1175637号（特公昭57−40413号）などに開示され
た「ダクト吐出口における流速均一化装置」を用
いるとよい。ホツパー１４からダクト１３内に落
下供給された粉体粒子群は送風機構１１からの搬
送気流と混合され、均一な速度分布を有した固気
混相流の形で整流吐出機構１２から上方に吐出さ
れる。

分級部２は上下に延在する放電板２１と、間隙
Ｓを間においてこれに対面して上下に隣接配置さ
れた複数個（図示の場合には４個）の回収板２２
ａ〜２２ｄを有している。該間隙Ｓは固気混相流
の導路となる。放電板２１は絶縁体からなる（あ
るいは絶縁体によつて覆われた）アーム２３によ
つてフレームに固定され、かつ適宜公知の方法に
より直流高電圧電源（図示せず）に電気的に接続
されている。また第２図に示すように、その回収
板２２ａ〜２２ｄに対面する表面上には多数の針
状の放電極２１１が間隙Ｓ内に突出して密に配置
されている。

各回収板２２ａ〜２２ｄにはそれぞれ多数の回
収孔が透通形成されるとともに、ダクト端２４ａ
〜２４ｄがそれぞれ付設されている。各ダクト端
は、図示しないダクトにより、吸収フアンと高性
能フイルターを具えた公知の粉体粒子小群回収部
に連結される。

ところで上記の回収孔の開口面積（通常は円形
であるので直径によつて代表される）は同一の回
収板内においては同一であるが、第１図に示すよ
うに回収板が異なるように定めてもよい。例えば
下側の回収板（例えば回収板２２ａ）程回収孔の
開口面積が小さく、上側の回収板（例えば回収板
２２ｄ）程回収孔の開口面積が大ききくなるよう
に設計してもよい。その場合各回収板における回
収孔の開口面積の大きさ、回収板間での回収孔の
開口面積の変化の度合いは、供給される粉体粒子
群の粒度分布、要求される分級の程度などの工程
条件に応じて適宜これを定める。

また各回収板の上下方向の寸法は図示の例では
ほぼ同一になつているが、必ずしもそのようにす
る必要はなく、上記のような工程条件に応じて適
宜これを定める。

搬送気流収容部３は搬送気流の吸風機構３１と
前記の分級室の頂部に開口する整流吸入機構３２
と両者を連結するダクト３３とを有している。整
流吸入機構３２としては供給部１に用いた整流吐
出機構１２と同機能ものを用いればよく、均一な
速度分布を有した状態で分級室からの搬送気流を
吸入する働きをする。

次に上記したような構成を有する静電分級装置
の作用について説明する。

ホツパー１４からの広い粒度範囲に亘る粉体粒
子群は、前記したように搬送気流と混合されて均
一な速度分布を有した固気混相流となり、吐出部
材１２を経て分級室内に入り、放電板２１と回収
板２２ａ〜２２ｄ間の間隙Ｓ内にプツシユ・プル
方式により整然と導かれる。

ところで搬送気流と混合した状態においては粉
体粒子群を構成する種々の粒度の超微粒子は個々
に独立して気流内に浮遊するのではなく、粒度の
近い（必ずしも同一ではない）超微粒子が互いに
凝集して一種の団塊を形成する。この凝集は固気
混相流が分級室内に入り、放電板２１からの放電
によつて超微粒子が荷電されると更に一段と助長
される。

ところでこの凝集による団塊の形成であるが、
一般に超微粒子は粒度が小さい程凝集の程度が大
である。従つて粒度の小さい超微粒子程大きな団
塊を形成することになる。勿論個々の団塊は、必
ずしも同一粒度の超微粒子のみによつて構成され
ている訳ではなく、ある粒度範囲に亘る種々の粒
度を有した超微粒子から構成されている。

ここで説明の便宜上、ホツパー１４内の粉体粒
子群の粒度範囲が大きい方から順に〜のグル
ープに分けられるとするとグループに属する超
微粒子は粉体粒子群内では最も低位の粒度範囲に
属するから最も凝集し易く、従つて最も大きな団
塊（「団塊」と称する。以下同じ）を形成され
易い。グループに属する超微粒子は粉体粒子群
中では最も高位の粒度範囲に属するから最も凝集
し難く、従つて最も小さな団塊を形成する。放
電板２１と回収板２２ａ〜２２ｄとの間の間隙Ｓ
内に導かれた固気混相流はこのような種々の大き
さの団塊〜を含んだものである。

さて上記の間隙Ｓ内において、固気混相流中の
各団塊には搬送気流の搬送力によつて垂直方向上
向きの力が働いているから、各団塊〜は垂直
方向上向きの慣性を有している。この慣性力は団
塊が大である程大きい。

一方、放電板２１からの放電により、該間隙Ｓ
内には放電板２１から回収板２２ａ〜２２ｄに向
かうイオン気流が発生し、このイオン気流が各団
塊に水平方向の押力を作用している。即ち各団塊
には搬送気流による垂直方向上向きの慣性力とイ
オン気流による水平方向の押力および静電引力が
作用しており、各団塊はこれらの合力のベクトル
が指向する方向に偏向される。

第２図において、一番下側の回収板２２ａがカ
バーする領域Ａにおいては、一番小さい団塊が
より高位の粒度範囲の超微粒子で構成されている
ので荷電量が大となり、より強力なイオン気流に
よつて最も早く偏向されて回収板２２ａの方に向
かい、回収孔からダクト端２４ａ内に吸入されて
ゆく。この結果、固気混相流中から団塊、即ち
最も高位の粒度範囲のグループに属する超微粒
子がこの段階で分離される。団塊〜もある程
度は偏向されているが、その大きさの故にまだ回
収板２２ａには至らない。

下から２番目の回収板２２ｂがカバーする領域
Ｂにおいては、次に大きな団塊が最も偏向され
て回収板２２ｂの方に向かい、回収孔からダクト
端２４ｂ内に吸入されてゆく。この結果、固気混
相流中から更に団塊、即ち次位の粒度範囲のグ
ループに属する超微粒子がこの段階で分離され
る。団塊，もある程度は偏向されているが、
その大きさの故にまだ回収板２２ｂには至らな
い。

下から３番目の回収板２２ｃがカバーする領域
Ｃにおいては、更に大きな団塊が最も偏向され
て回収板２２ｃの方に向かい、回収孔からダクト
端２４ｃ内に吸入されてゆく。この結果固気混相
流中から更に団塊、即ち更に次位の粒度範囲の
グループに属する超微粒子がこの段階で分離さ
れる。団塊もある程度は変更されてはいるが、
その大きさの故にまだ回収板２２ｃには至らな
い。仮に何か不測の原因で回収板２２ｃに至つた
としても、回収板２２ｃの回収孔より大きいか
ら、ダクト端２４ｃ内に吸入されることはない。

一番上の回収板２２ｄがカバーする領域Ｄにお
いては、一番大きな段階が偏向されて回収板２
２ｄの方に向かい、回収孔からダクト端２４ｄ内
に吸されてゆく。この結果、固気混相流からは団
塊、即ち最も低位の粒度範囲のグループに属
する超微粒子がこの段階で分離される。

ダクト端２４ａ〜２４ｄに吸入された超微粒子
からなる粉体粒子小群は前記したように回収部に
送られて回収される。回収後はそのまま使用に供
してもよいし、更に細から静電分級に掛けてもよ
い。

最後の団塊を分離した後は固気混相流中には
少なくとも理論的には超微粒子は残つていないこ
とになるから、搬送気流だけが収容部３によつて
収容されることになる。しかし実際には該搬送気
流中には超微粒子が皆無とは言えないこともある
ので、必要に応じてこれを更にフイルターに掛け
たり、更にくり返して静電分級に掛けてもよい。

以上説明した例においては、各回収板に単なる
回収孔を形成してあるが、回収孔の周縁に例えば
リング状電極などを付設すれば、イオン気流を更
に盛んなものとすることができる。

また回収板２２を、例えば第３図に示すように
有孔板２２１と有溝板２２２とを組合わせて構成
し、図中矢印で示すように少なくとも一方を溝の
延在方向と直交方向に摺動できるようにすれば、
必要に応じて回収板２２を作用状態（回収孔が有
溝板２２２の溝に合致している）にしたり、非作
用状態（回収孔が有溝板２２２の非溝部によつて
閉塞されている）にしたりすることができる。

なおこの発明の具体的な実施の一例を挙げると
次のようになる。

放電板への印加電圧 50KV 放電極針 直径 1.6mm×長さ10mm 回収板全体の カバー領域 巾375mm×長さ1340mm 間隙の寸法 50〜250mm 固気混相流 流速 0.5〜3.0ｍ／sec 流量 2.8〜16.8m³／min （発明の効果） 以上から明らかなようにこの発明によれば、非
常に広い粒度範囲に亘る超微粒子を含んでなる粉
体粒子群を、予め設定された異なる粒度範囲に亘
る超微粒子を含んでなる複数の粉体粒子小群に整
然と分級することができるので、使用目的に応じ
て高い粒度精度を有した超微粒子材料を供給する
ことが可能となる。

また分級作業は密閉した分級室内で行なわれる
ので環境を汚染することもなく、貴重で高価な超
微粒子材料を徒らに散失させることもない。

更に搬送気流の特性、放電の強さ、回収板の段
数（これは例えば第３図の方法などにより自由に
選択できる）、その回収孔の開口面積の大きさ
（これも例えば第３図で有孔板２２１を交換式に
すれば自由に選択できる）およびその組合わせ、
間隙Ｓの寸法のとり方などの諸工程要因を適宜調
節することにより、要求に応じて非常に多岐に亘
る分級を行なうことができる。

更に放電には比較的高電圧を用いるが、電流そ
のものは非常に小さくてよいので、消費電力は小
さく、従つてランニングコストが少なくてよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の静電分級装置の要部の一例
を示す斜視図、第２図はその分級作用を説明する
側面図、第３図は回収板の一例を示す斜視図であ
る。 １……固気混相流、１１……整流吐出機構、１
４……粉体粒子群ホツパー、２１……放電板、２
……粉体粒子分級部、Ｓ……間隙、２２ａ〜２２
ｄ……回収板、３２……整流吸入機構、３……搬
送気流収容部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 均一な速度分布を有する搬送気流をプツシ
   ユ・プル方式により形成し、 広い粒度範囲に亘る超微粒子を含む粉体粒子群
   を該搬送気流に混合して固気混相流となし、 該固気混相流を、実質的に密閉された環境内に
   画定形成された垂直導路に沿つて上方に進行せし
   め、 該導路の一方側から上記の固気混相流に対して
   静電高電圧による放電を行ない、かつ、 この放電下に上記導路の他方側において、高位
   の粒度範囲を有する粉体粒子小群ごとに順次、進
   行中の固気混相流から分離して個別に捕捉回収す
   る ことを特徴とする粉体粒子の静電分級方法。 ２ 前記の粉体粒子小群の個別の捕捉回収を分離
   程度の異なる瀘過作用により行なう ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 実質的に密閉状の縦長の分級室の上下には、
   搬送気流を形成する機構が設けられており、 分級室内に垂直方向に延在して設けられた放電
   板２１が静電高電圧電源に接続されており、 間隙Ｓを置いて該放電板に対面して、それぞれ
   が回収孔を有した回収要素２２ａ〜２２ｄが、少
   なくとも２個上下に並設されており、 各回収要素はそれぞれ個別の粉体粒子小群回収
   部に連結されており、 分級室の下方には、広い粒度範囲に亘る超微粒
   子を含む粉体粒子群を前記の搬送気流に混合して
   均一な速度分布を有する固気混相流となして、前
   記の間隙Ｓの下端に吐出する固気混相流供給部１
   が設けられている ことを特徴とする粉体粒子の静電分級装置。