JPH08131818A - 粉体処理装置 - Google Patents

粉体処理装置

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Publication number
JPH08131818A
JPH08131818A JP30283594A JP30283594A JPH08131818A JP H08131818 A JPH08131818 A JP H08131818A JP 30283594 A JP30283594 A JP 30283594A JP 30283594 A JP30283594 A JP 30283594A JP H08131818 A JPH08131818 A JP H08131818A
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JP
Japan
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impact
powder
front cover
ring
processing apparatus
Prior art date
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Pending
Application number
JP30283594A
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English (en)
Inventor
Kenji Ono
憲次 小野
Yukimasa Omura
幸正 大村
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Nara Machinery Co Ltd
Original Assignee
Nara Machinery Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 全量を均一に処理でき、しかも処理時間が短
くて済む粉体処理装置を提供することにある。 【構成】 衝撃部材107と前カバ─102との間に粉
体が循環するために充分な間隙を確保するとともに、衝
撃リング115の内周面115aを、前カバ─102の
方向に向かうにしたがって径が大きくなるように形成し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粉体処理装置に関する
もので、詳しくは、衝撃式打撃手段を用いて金属や樹脂
等の不定型固体粒子を球形化したり、固体粒子の表面に
他の微小固体粒子を埋設または固着して、あるいは固体
粒子の表面に他の微小固体粒子を膜状に固定化して、固
体粒子を表面改質処理する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】固体粒子の固着防止、変色変質防止、分
散性の向上、流動性の改善、触媒効果の向上、磁性特性
の向上、耐候性の向上等を目的として、各種固体粒子の
表面改質が行なわれてきた。この中で、核となる固体粒
子(以下、母粒子という)の表面に、この固体粒子より
も小さな他の固体粒子(小粒子という)を、埋設または
固着して固体粒子の表面を改質し、機能性複合粉体材料
を得る方法(以下、固体化処理方法という)、母粒子の
表面に子粒子を膜状に固定化して固体粒子の表面を改質
し、機能性複合粉体材料を得る方法(以下、成膜化処理
方法という)、さらには金属や樹脂等の不定形の固体粒
子を球形化処理する方法(以下、球形化処理方法とい
う)としては、高速気流中衝撃法が有用な方法である。
【0003】図9は、上記の方法を実施するための装置
を、その前後装置と共に系統的に示した概念的な説明図
であり、図10は、図9の装置の側断面図である。この
装置では、円板状の前カバー1と円板状の後カバー2と
それらのカバー1,2によって挟持された衝撃リング3
とで衝撃室4が画成されている。そして、衝撃室4内に
は、駆動軸5の先端部が突出されている。この駆動軸5
の先端には、回転盤6が固定され、該回転盤6の外周縁
には等間隔に複数枚のブレード7が配設されている。ま
た、この装置では、衝撃リング3に、開口8が形成さ
れ、該開口8は管路9を介してサイクロン10に接続さ
れ、さらに管路11を介してバッグフィルター12に接
続されている。開口8には、開閉弁13が配設されてい
る。また、前カバー1の中心には、開口14が形成さ
れ、該開口14には、シューター15が接続されてい
る。このシューター15は、開閉弁16を介してホッパ
ー17に接続されている。さらにまた、前カバー1に
は、開口18が形成され、該開口18には、開閉弁19
が配設されている。なお、符号20は原料を計測してホ
ッパー17に供給するための計量フィーダであり、符号
21は原料貯蔵槽、符号22は予め母粒子に子粒子を付
着させる必要がある場合に使用する各種ミキサー・自動
乳鉢等の公知のプレプロッセサーを各々示している。
【0004】この装置を用いて、例えば母粒子の表面に
子粒子を固定化する場合は、装置は次の要領で操作され
る。
【0005】まず、開閉弁13,16,19を閉の状態
にしておく。そして、駆動手段(図示省略)によって駆
動軸5を駆動し、例えば外周速度80m/secで回転
盤6を回転させる。すると、回転盤6上のブレード7が
回転され、該ブレード7の回転に伴って、図10で衝撃
室4内に矢示したように、回転盤6に沿って放射方向外
方へ向かい、衝突リング3に沿って前カバー1の方向に
進み、そして前カバー1に沿って衝撃室4の軸心方向へ
向かう気流の循環流れ、すなわち完全な自己循環の流れ
が形成される。この際発生する単位時間当たりの循環風
量は、衝撃室の全容積に較べ著しく多量であるため、短
時間の内に莫大な回数の空気循環サイクルが形成され
る。
【0006】次に開閉弁16を開き、母粒子と子粒子と
の混合粉体を、計量フィーダー20により原料ホッパー
17に短時間で投入すると、この混合粉体は、原料ホッ
パー17からシュート15を通り衝撃室4に入る。そし
て、原料ホッパー17に混合粉体が残っていないことを
確認した後、開閉弁16を閉じる。上記混合粉体は、衝
撃室4内で高速回転する回転盤6の多数のブレード7に
よって瞬間的に打撃作用を受け、さらに周囲の衝突リン
グ3に衝突する。そして、その粉体は上記気流の流れに
同伴して、再び衝撃室4の中央に戻り、再度同様の作用
を受ける。このように、同じ作用を繰り返し受けること
により、短時間(数十秒〜数分間)で均一な固定化処理
が行なわれ、母粒子の表面に子粒子を強固に固定化した
複合粒子が得られる。
【0007】上記固定化作業が終了した後は、開閉弁1
3,19を開く。すると、この複合粒子は、それ自身に
作用している遠心力と、バッグフィルター12の排風機
12aの吸引力によって短時間(数秒間)で衝撃室4か
ら開口8および管路9を通ってサイクロン11及びバッ
グフィルター12等の粉末捕集装置に誘導されて、そこ
に捕集される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記装置で
は、衝撃室4に投入された粉体粒子は、ブレード7の回
転によって発生する気流に同伴して回転盤6に沿って衝
突リング3方向へ移動するが、粉体に働く遠心力が強い
ため、その後は衝突リング3の内面に沿って回転してい
るのみで、気流の循環流れに乗り切れない。特に重い粒
子の場合は、回転運動すらしない。したがって、全量を
均一に処理することは難しく、処理に時間がかかってい
た。
【0009】本発明の目的は、全量を均一に処理でき、
しかも処理時間が短くて済む粉体処理装置を提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の粉体処理装置で
は、環状の内周面を有する衝撃リングと、該リングの端
部開口を覆う前カバーおよび後カバーとによって衝撃室
を画成し、該衝撃室の軸心に駆動軸を配設し、該駆動軸
に回転盤を固定し、該回転盤の外周縁に周方向略等間隔
に複数個の衝撃部材を配設し、上記回転盤を回転駆動さ
せることによって、上記衝撃室内に供給した粉体粒子群
を上記衝撃部材の機械的打撃作用,衝突リングへの衝突
によって各粉体粒子の表面を改質させる粉体処理装置に
おいて、上記衝撃部材と上記前カバーとの間に上記粉体
粒子群が循環するために充分な間隙を確保するととも
に、上記衝撃リングの内周面を、上記前カバーの方向に
向かうにしたがって径が大きくなるように形成してい
る。
【0011】
【作用】本発明は、上記の構造にすることによって、す
なわち、衝撃リングの内周面を前カバーの方向に向かう
にしたがって径が大きくなるように形成し、かつ回転盤
の前方に循環空間を設けることによって、衝撃部材の回
転によって発生した気流と共に粉体粒子群が、衝突リン
グ方向へ吹き飛ばされ、該衝突リングの傾斜内周面に沿
って前カバー方向へ移動され、循環空間を通って繰り返
し循環され、衝撃部材の機械的打撃作用、衝突リングへ
の衝突により、粉体粒子の改質がなされる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明の粉体処理装置の一実施例を
示した図であり、図2はその概念図である。図示した粉
体処理装置のハウジング101は、前カバー102,後
カバー103およびそれらによって挟持される環状ケー
ス104を有し、それらによって衝撃室105を画成し
ている。
【0013】衝撃室105内には回転盤106が収容さ
れている。回転盤106の外周には、所定の間隔を置い
て放射状に複数のブレード(衝撃部材)107が配設さ
れている。それらのブレード107は、回転盤106の
周縁を跨ぐように設置されている。なお、実施例では衝
撃部材としてブレードを示しているが、ブレードに代え
てピンまたはハンマーでもよい。回転盤106は衝撃室
105の中心に突出された駆動軸108に嵌合され、キ
ー109および袋ナット110によって駆動軸108に
固定されている。駆動軸108は、ハウジング101の
軸受111に支持されており、端部にプーリー112を
備えている。そして、プーリ112は、ベルト113を
介してモータ114に連携されている。
【0014】一方、環状ケース104は、衝撃室105
に面して衝突リング115を有している。衝突リング1
15は、その内周面115aが前カバー102に向かう
にしたがって外方へ広がるテーパー面によって形成され
ている。そして、ブレード107の外周面107aと、
衝突リング115の内周面115aとの間隔は、装置の
大きさによっても異なるが、一般的に0.5〜20mm
であることが好ましい。
【0015】また、この粉体処理装置は、原料ホッパー
116を備えている。原料ホッパー116の下部には、
開閉弁117を介してシュート118が連接されてい
る。そして、シュート118の下端は、前カバー102
の中心に開口している原料投入口119に接続されてい
る。図において、117aは開閉弁117のバルブボデ
ィであり、該バルブボディ117aは軸117bを介し
てアクチュエータ117cに連結されている。
【0016】また、前カバー102には、処理粉体を排
出するときに衝撃室105内へ空気を導入するための空
気導入口120が形成されている。そして、この空気導
入口120は、開閉弁121を介して外部大気に解放さ
れている。なお、図において121aは開閉弁121の
バルブボディであり、該バルブボディ121aは弁棒1
21bを介してアクチュエータ121cに連結されてい
る。
【0017】環状ケース104には、衝撃室105に開
口する処理粉体排出口122が貫設されている。そし
て、この処理粉体排出口122は、開閉弁123を介し
てバッグコレクター等の粉体捕集器124に接続されて
いる。なお、図において123aは開閉弁123のバル
ブボディであり、該バルブボディ123aは弁棒123
bを介してアクチュエータ123cに連結されている。
【0018】さらに、環状ケース104には、処理粉体
排出口122を除く部分にウォータジャケット125が
形成されている。このウォータジャケット125は、そ
こに冷却水等を流すことによって、衝撃室105内の雰
囲気温度を一定に制御するためのものである。
【0019】この装置においては、ブレード107の前
カバー102側の端面107bと前カバー102の内壁
102aとの間に充分な空間を確保した粉体の循環空間
を設けている。この空間の広さは、ブレード107が設
けられた側の回転盤106の端面106aと、これに対
向する衝撃室105の内壁すなわち、前カバー102の
内壁102aとの間の幅(yとする)と、ブレード10
7の回転軸方向の幅(xとする)との比として定義する
と、この比x/yは0.2〜0.8の範囲にあることが
好ましい。一般的にこの比は、ブレード107の回転軸
方向の幅と前カバー102の厚み、またはこのいずれか
一方を変えることによって変化させることができるが、
上で定義した比を0.2以下にするということは、ブレ
ード107の幅を極端に短くすることになるので、この
ブレード107の回転によって発生する気流の量が極端
に少なくなり、この気流と共に循環する粉体粒子群の循
環回数が減るので、処理時間が長くなり、効果的でな
い。一方、0.8以上にすると、上記空間が極端に狭く
なるので、気流が流れにくくり、粉体群は、ブレード1
07と衝突リング115との間を、ブレード107の回
転に伴って移動するのみであるから、ブレード107の
打撃作用、衝突リング115への衝突が効率よく行なわ
れないので、均一な処理ができない。また、衝撃室10
5の容積が小さくなるので、1回当たりの処理量が減少
してしまう。
【0020】また、この粉体処理装置には、原料計量フ
ィーダ126が付設されている。なお符号127は、予
め母粒子に子粒子を付着させる必要がある場合に使用す
る各種ミキサー・自動乳鉢等の公知のプレプロッセッサ
ーを示している。
【0021】この装置の上記開閉弁117,121,1
23等はコントーラ128によって以下のように制御さ
れる。
【0022】まず、シュート118の開閉弁117が閉
の状態にされ、排出口122の開閉弁123および空気
導入口120の開閉弁121が閉鎖した状態にされる。
そして、モータ114が駆動され、回転盤106が例え
ば外周速度80m/secでが回転される。すると、ブ
レード107の回転に伴って、回転盤106の中心から
衝突リング115の方向に急激な気流の流れが生じる。
ここで、ブレード107と前カバー102との間に充分
な空間を保持しているので、この気流は図2に矢印で示
したように、その遠心力及び圧力差により、すなわち圧
縮された気流は衝突リング115の内周面115aに沿
って旋回しながら前カバー102の方向に移動し、続い
て前カバー102の内面102aに沿って回転盤106
の中心部に戻る気流の循環流れが形成される。ここで回
転盤106の外周速度としては、30〜150m/se
cの範囲が好ましい。処理物の物性によって異なるが、
30m/sec以下の速度では粉体に充分な衝撃力を与
えることができず、また発生風量も少なく、気流の循環
流れが形成されても、粉体粒子群を循環することができ
ず、処理に時間がかかり効率が悪い。また150m/s
ec以上の速度を得ることは機械(軸受および軸強度
等)的に難しい。
【0023】次に開閉弁117を開き、母粒子の表面に
子粒子を固定化する場合は、この母粒子と子粒子とから
構成される粉体粒子群(混合粉体)、または予め母粒子
の表面に子粒子を付着させた粉体粒子群(オーダードミ
クスチャー)を、原料ホッパー116に短時間に投入す
ると、この粉体粒子群は原料ホッパー116からシュー
ト118を通り、投入口119から衝撃室105にはい
る。原料ホッパー116内に粉体粒子群が残っていない
ことを確認した後、開閉弁117を閉じる。なお、自動
回分操作を行なう場合は、予め粉体粒子群の投入に必要
な時間を測定し、時限制御装置(図示省略)に入力して
おく。
【0024】上記粉体粒子群は、衝撃室105内で高速
回転する回転盤106の多数のブレード107によって
瞬間的に機械的打撃作用を受け、さらに周辺の衝突リン
グ115に衝突する。そして前記気流の流れに同伴し
て、衝突リング115の内周面に沿って前カバー102
の方向に運ばれ、さらに前カバー102の内面に沿って
回転盤106の中心部付近に移動されて、再度同様の作
用を受ける。このように、同じ作用を繰り返し受けるこ
とにより、短時間(数十秒〜数分間)で、均一な固定化
処理が行なわれ、母粒子の表面に子粒子を強固に固定化
することができる。また、子粒子が低融点物質の場合
は、衝撃室105内で上記の衝撃式打撃作用を受けた子
粒子は、母粒子の表面に強固に固着されながら、または
固着された後、上記作用を受けた瞬時のみ子粒子が溶融
して、母粒子の表面に膜状に固定化される。また、金属
や樹脂等の不定形の固体粒子を球形化処理する場合は、
上記の作用を受けることによって、この不定形固体粒子
の形状は球状、少なくとも丸みをもった形状に改善され
る。
【0025】上記固定化処理が終了した後は、排出口1
22の開閉弁123を開くと共に、空気導入口120の
開閉弁121を開いて複合粒子を排出する。この複合粒
子は、それ自身に作用している遠心力と、空気導入口1
20から吸引されて、衝撃室105を通り、排出口12
2から排出される気流の流れとによって、極めて短時間
(数秒間)で衝撃室105から排出され、排出管を通っ
てバッグコレクター等の粉体捕集器124で捕集され
る。なお、長時間連続して自動回分処理を行なう場合等
は、排出管にサイクロン、バッグフィルター(共に図示
省略)等の粉末捕集装置を連接すればよい。
【0026】上記衝撃室105の軸心に対する衝突リン
グ115内周面の最適傾斜角は、粉体の種類によっても
異なるが、一般に30度以内が望ましく、さらには3〜
10度の範囲が好ましい。
【0027】なお、図1に示した実施例では、ブレード
107の外周面107aを衝突リング115の内周面1
15aと略平行になるように形成しているが、図3に示
したように、ブレード107の外周面107aを衝撃室
105の軸心と平行に形成してもよい。また、図1に示
した実施例では、回転盤106の周縁を跨ぐようにして
ブレード107を設置しているが、図4に示したよう
に、前カバー102方向へ張り出した主ブレード107
cと、後カバー103方向へ張り出した副ブレード10
7dに分割設置してもよい。さらにまた、図5の概念図
のように、ブレード107のうち主ブレード107cの
外周面107aのみを衝突リング115の内周面115
aと略平行になるように形成してもよい。
【0028】また、図1に示した実施例では、衝突リン
グ115の内周面115aと前カバー102の内面10
2aとの会合部Aが鋭角になっているが、図6に示した
ように、湾曲面にすればさらによく、図7に示したよう
に、会合部Aを傾斜面にしてもよい。このように、会合
部Aを湾曲または傾斜面にすれば、気流及び粉体粒子群
の流れがスムーズになり、会合部Aに粉体粒子群が停滞
するのを防止することができる。
【0029】さらにまた、図1に示した実施例では、衝
撃室105内のみで気流を循環させているが、図8に示
したように、衝突リング115に開口115bを形成す
るとともに、前カバー102の中心にも開口102bを
形成し、それらの開口115b,102bを管路129
によって互いに連通させた装置を使用することもでき
る。
【0030】この装置の場合には、衝撃室105内に供
給された粉体は、高速回転する回転盤106の多数のブ
レード107によって瞬間的に機械的打撃作用を受け、
さらに周辺の衝突リング115に衝突する。そして前記
気流の流れに同伴して、衝突リング115の内周面11
5aに沿って前カバー102の方向に運ばれ、さらに前
カバー102の内面102aに沿って回転盤106の中
心部付近に移動され、また一部が開口115bから管路
129を経て、開口102bから衝撃室105の回転盤
106の中心部付近に戻される。そして再度同様の作用
を受ける。
【0031】なお、図8に示した装置では、原料供給用
シュート118は、管路129に開口されている。この
装置の他の部分は、図1および図2に示した装置とほぼ
同様なので、説明は省略する。
【0032】以下に、図1に示した装置を使用して実施
した具体例を示す。ただし、使用した装置の各要素の大
きさは、次の通りである。衝突リング115の最大内径
は126mm、最小内径は116mm、幅は38mmで
ある。また回転盤106の直径は100mm、幅は9m
mである。さらにブレード107は、回転盤106の外
周部に等間隔で8枚配設され、その最外周軌道面が衝突
リング115の内周面と3mmのギャップを成すように
形成され、回転盤106から前かばー102方向へ突出
している部分の幅は7.5mmである。なお、この装置
の場合は、回転盤106の裏側に副ブレード130が配
設されている。そして、この副ブレード130の幅は1
0mmである。また、ブレード107と前カバー102
との間隙は9.5mm、副ブレード130と後カバー1
03との間隙は2mmである。
【0033】〔具体例1〕 母粒子としてポリエチレン
(平均粒子径:約12μm)20g、子粒子としてPT
FE(ポリテトラフルオロエチレン)(平均粒子径:約
0.2μm)5gからなる処理量(1バッチ)25gを
ブレードの最外周速度100/sec、処理時間3mi
nで、成膜処理化を行なったところ、衝突リングの内周
面が衝撃室の軸心と平行に形成され、他は全く同寸法の
従来装置に較べ、半分の時間で同質の製品が得られた。
【0034】〔具体例2〕 ステンレス(平均粒子径:
約40μm)、処理量(1バッチ)40gをブレードの
最外周速度80/sec、処理時間3minで、球形処
理化を行なったところ、衝突リングの内周面が衝撃室の
軸心と平行に形成され、他は全く同寸法の従来装置に較
べ、3/5の時間で同質の製品がえられた。
【0035】〔具体例3〕 母粒子として球形ナイロン
(平均粒子径:約7μm)20g、子粒子として二酸化
チタン(平均粒子径:約0.4μm)10gからなる処
理量(1バッチ)30gをブレードの最外周速度100
/sec、処理時間3minで、固定処理化を行なった
ところ、衝突リングの内周面が衝撃室の軸心と平行に形
成され他は全く同寸法の従来装置に較べ、3/5の時間
で同質の製品がえられた。
【0036】なお、上記評価は、得られた処理粉体を走
査形電子顕微鏡を用いて写真撮影し、目視によって行な
った。
【0037】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、衝撃部材と
前カバーとの間に粉体が循環するための充分な間隙を確
保するとともに、衝撃リングの内周面を、前カバーの方
向に向かうにしたがって径が大きくなるように形成して
なる本発明の粉体処理装置によれば、従来の循環空間を
有し、かつ衝撃リングの内周面が衝撃室の軸心と平行に
形成された粉体処理装置と遜色ない処理が短時間ででき
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る粉体処理装置の一実施例を示した
一部断面側面図である。
【図2】図1に示した粉体処理装置の概念的な断面図で
ある。
【図3】本発明に係るブレードの変形例を示した断面図
である。
【図4】本発明に係るブレードの他の変形例を示した断
面図である。
【図5】本発明に係るブレードのさらに他の変形例を示
した断面図である。
【図6】本発明に係る粉体処理装置における衝撃リング
と前カバーとの会合部を湾曲に形成した例を示した断面
図である。
【図7】図2に示した粉体処理装置の衝撃リングと前カ
バーとの会合部を斜面によって形成した例を示した断面
図。
【図8】本発明に係る粉体処理装置の他の実施例を示し
た一部断面側面図である。
【図9】従来の粉体処理装置の一部を断面にして示した
概念的な正面図である。
【図10】図7に示した粉体処理装置の断面側面図であ
る。
【符号の説明】
101 ハウジング 102 前カバー 103 後カバー 104 環状ケース 105 衝撃室 106 回転盤 107 ブレード 108 駆動軸 109 キー 110 袋ナット 111 軸受 112 プーリー 113 ベルト 114 モータ 115 衝突リング 115a 内周面 116 原料ホッパー 117 開閉弁 117a バルブボディ 117b 軸 117c アクチュエータ 118 シュート 119 原料投入口 120 空気導入口 121 開閉弁 121a バルブボディ 121b 弁軸 121c アクチュエータ 122 処理粉体排出口 123 開閉弁 123a バルブボディ 123b 弁軸 123c アクチュエータ 124 粉体捕集器 125 ウォータジャケット 126 原料計量フィーダ 127 プロセッサー 128 コントローラ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 環状の内周面を有する衝撃リングと、該
    リングの端部開口を覆う前カバーおよび後カバーとによ
    って衝撃室を画成し、該衝撃室の軸心に駆動軸を配設
    し、該駆動軸に回転盤を固定し、該回転盤の外周縁に周
    方向略等間隔に複数個の衝撃部材を配設し、上記回転盤
    を回転駆動させることによって、上記衝撃室内に供給し
    た粉体粒子群を上記衝撃部材の機械的打撃作用,衝突リ
    ングへの衝突によって各粉体粒子の表面を改質させる粉
    体処理装置において、上記衝撃部材と上記前カバーとの
    間に上記粉体粒子群が循環するために充分な間隙を確保
    するとともに、上記衝撃リングの内周面を、上記前カバ
    ーの方向に向かうにしたがって径が大きくなるように形
    成したことを特徴とする粉体処理装置。
  2. 【請求項2】 上記衝撃リングにその内周面に開口する
    孔を形成するとともに、上記前カバーにその内面中心部
    に開口する孔を形成し、上記両孔を管路によって互いに
    連通させたことを特徴とする請求項1に記載の粉体処理
    装置。
  3. 【請求項3】 上記衝撃リングと上記前カバーとの境界
    部を湾曲面によって構成したことを特徴とする請求項1
    または請求項2に記載の粉体処理装置。
  4. 【請求項4】 上記衝撃リングと上記前カバーとの境界
    部を斜面によって構成したことを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2に記載の粉体処理装置。
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