(57)【要約】【課題】流動層式ジェットミルの粉砕性能やコンタミネーションの少なさは維持しながら、清掃容易性を持ち、付着対策や耐摩耗対策などが容易に行える様々な材料で製作することができ、可動部のない分級機構を使う流動層式ジェットミルを提供する。【解決手段】粉砕・分級ケーシング１０には、ケーシングの下部に２個以上のジェットノズル２２が中心部に向かって配置された粉砕部２０と、流出する気流が旋回流を形成するルーバ４４と外周開口３２とを有する旋回流発生器４０および天井に設けた開口８４とを備えた分級部３０とが形成され、出口ケーシング８０には分級部天井の開口８４に対応する床開口と吸引ダクトに接続する排出口８２が備えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉砕・分級ケーシングと出口ケーシングを具備したジェットミルであって、
該粉砕・分級ケーシングは、ケーシングの下部に２個以上のジェットノズルが中心部に向かって配置された粉砕部と、該粉砕部の上方に、気流が円周方向に噴出するように中心軸を巡って並んだルーバ翼を有するルーバを備えた旋回流発生器と前記粉砕部に通じる外周開口と前記出口ケーシングの底板で囲まれた分級部とを備え、
前記出口ケーシングは、前記分級部に通じる床開口を有する前記底板と該底板に垂直な円筒状の側壁と排出口とを備えた、
ジェットミル。
【請求項２】
前記旋回流発生器は前記ルーバ翼の隙間幅を調整する機構を備えて、噴流の速度を調整して分級粒度を制御するようにした、請求項１記載のジェットミル。
【請求項３】
前記旋回流発生器は前記ルーバ翼の隙間の高さを調整する機構を備えて、噴流の速度を調整して分級粒度を制御するようにした、請求項１記載のジェットミル。
【請求項４】
前記旋回流発生器の下方に垂直なドラフトチューブを備えた、請求項１から３のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項５】
前記ドラフトチューブは、前記粉砕・分級ケーシングの底面まで達し、前記ジェットノズルからの噴流が通過する穴を壁面下側に設けた、請求項４記載のジェットミル。
【請求項６】
前記噴流が通過する穴に、前記ジェットノズルと協働してエゼクタ効果を発揮する絞りを有するパイプを設けた、請求項５記載のジェットミル。
【請求項７】
前記旋回流発生器の高さを調整する機構を備えて、該旋回流発生器の高さにより前記分級部の高さを調整して分級粒度を制御するようにした、請求項１から６のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項８】
前記旋回流発生器の上面が円錐台形状になっている、請求項１から７のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項９】
前記旋回流発生器の上面の円錐台の頂上にさらに円盤状の凸部が形成される、請求項８記載のジェットミル。
【請求項１０】
前記旋回流発生器の天板下側中央部が円錐形状になっている、請求項１から９のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１１】
前記外周開口の内側の縁に前記分級部側に折れ曲がった障壁板が設けられる、請求項１から１０のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１２】
前記旋回流発生器を支持するシャフトが前記分級・粉砕ケーシングの底面に支持された、請求項１から１１のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１３】
前記分級・粉砕ケーシングの内径が前記粉砕部において前記分級部より狭く形成される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１４】
前記出口ケーシングは、前記床開口の口径を調整する機構を備えて、該口径によって分級粒度を制御する、請求項１から１３のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１５】
前記出口ケーシングは、前記床開口の周縁の前記分級部側に土手が設けられた、請求項１から１３のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１６】
前記出口ケーシングは、該出口ケーシング内に発生する旋回流の下流方向で前記側壁の円筒の接線方向に前記排出口を設けた、請求項１から１５のいずれか一項に記載のジェットミル。
【請求項１７】
前記出口ケーシングは、前記底板に排出パイプを垂直に取り付けて形成した、請求項１から１５のいずれか一項に記載のジェットミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕によりトナー、薬品、食品など種々の微粒子を製造する流動層式ジェットミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェットミルは、ノズルから噴射される高圧気体を超高速ジェットとし、この高速流に粒子を巻き込ませて、粒子同士の衝撃により極微細な微粒子にまで粉砕する装置である。粒子同士で衝突しなかったものが粗粒として残るため、分級装置との組合せにより処理するのが一般的である。噴射される気体は音速前後に達する。ジェットミルは粉砕による温度上昇が比較的少ないため、融点の低い物質や変質するため加熱を避けなければならない物質の粉砕に適しており、食品、医薬品、印刷用トナーなどの製造に用いられている。
【０００３】
ジェットミルには流動層式、旋回流式などがある。
旋回流式ジェットミルは、円盤状のケーシングの外周に旋回方向に傾けたジェットノズルが複数配置されたもので、原料はノズルより噴出する高速流に巻き込まれて粉砕され、さらに旋回流中で粒子同士が衝突することにより粉砕される。粉砕された粒子は旋回流を利用して径方向に分級され、旋回流の中心部に集まった所定の粒径以下の粒子がミルから排出される。残った粒子は再び旋回流中で破砕されて微粒子化する。旋回流式ジェットミルには複雑な駆動部が無く装置構造が簡単であるため、完全に分解して掃除することも容易である。ただし、旋回する粒子が装置内壁を削るため、装置摩耗や、製品粒子に不純物が混入するコンタミネーションが問題になる。なお、分級部に回転するロータなどを使用しないため、セラミックなどのように曲げや衝撃に弱い材料や、樹脂などの延性材料を使用することも容易なため、耐摩耗仕様の装置も得やすく付着対策なども行い易い。
【０００４】
流動層式ジェットミルは、対向するジェットノズルを持つ粉砕部をミル下部に持ち、ミル上部に分級部を持つもので、ほとんどの機種で分級ロータを使って分級している。図２９は、従来の一般的な流動層式ジェットミルの機構を説明する構造図である。
流動層式ジェットミルは、２個以上のジェットノズルが対向して取り付けられて気流が壁から離れた位置で衝突するようになっているので、原料同士が交点付近で衝突して効率よく粉砕し、装置摩耗や、コンタミネーションも少ない。また、粉砕部とは独立した分級機構として、たとえば、回転翼で形成される回転流の遠心力と軸方向に流れる空気の抗力によって粗粒子と微粒子を分級する分級ロータなどが使用される。分級ロータは、ロータの回転数と通過空気流量により簡単に粒径調整ができ、シャープな粒度分布を持った粉体製品を得ることができる。
【０００５】
しかし、清掃が難しい点や原料によってはロータに付着して取り難い点が問題となる。ロータの羽根まで分解できる構造にできたとしても、清掃にはかなりの手間を要する。また、セラミックや超硬合金を用いた装置も製作できるが、ロータが回転するため破損の可能性がある。分級ロータは軸受を備えた駆動部を持ちベアリングで支持し回転しているため、必ず応力が発生し、遠心力が作用する。したがって、靱性の低いセラミック材料を使った場合に、セラミックが破損すると遠心力により破片が大きなエネルギーを持って飛び散り、ケーシング内面にライニングを施している場合にはライニングまで壊れる可能性がある。したがって、セラミックの分級ロータでは、靱性が比較的高いが高価なジルコニアを使用する場合が多い。
【０００６】
さらに、駆動部の完全清掃は困難なため、駆動部に粉が侵入しないように、また駆動部からグリースなどが粉側に出ないように、ラビリンスシールやメカニカルシールあるいはフッ素樹脂などによる接触シールに加えて、シールガスを使った軸シールを行う。さらに、回転ロータと回転しないダクトまたはケーシングの間には微小な隙間が存在するが、微粒子が分級ロータを通過せず隙間を通って直接に排出ダクトに入ることを防止するため、この隙間にシールガスを供給するのが一般的である。これらシールガスは、ジェットミルで使用するガス量の１０％以上になり、エネルギー効率が低下する。
【０００７】
特許文献１には、対向して設置された粉砕ノズルと分級ロータを備える流動層式ジェットミル（カウンタージェットミル式粉砕分級機）において、粉砕室内に内筒を設ける技術的思想が開示されている。粉砕室内に設けた内筒が流動層内の気流の乱れを防ぎ対流を促すので、被粉砕物が効率よく分級部に移動する。このため、過粉砕が低減し、生産効率が向上する。
【特許文献１】特開２００４−２７５９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、旋回流式ジェットミルは、可動部が無く装置構造が簡単であるが、旋回する粒子が装置内壁を削るため、装置摩耗や、コンタミネーションが問題になる。一方、流動層式ジェットミルは、原料を効率よく粉砕しコンタミネーションも少なく、特に内筒を備えることにより粉砕効率が格段に向上するが、分級ロータなどの可動部を有するため、機構が複雑になる。また、駆動部の軸シールや回転する分級ロータと静止しているダクトとの隙間から粉がショートパスしないためのシールなどに供給するシールエアが必要で圧縮空気消費量が多くなりエネルギー効率が悪くなり、隙間調整不良などにより粒度分布の悪化や焼き付きの発生などの問題が発生する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、従来の流動層式ジェットミルの粉砕性能やコンタミネーションの少なさは維持しながら、旋回流式ジェットミルのように、清掃容易性を持ち、セラミック、超硬合金、プラスチックなど様々な材料で製作することができ、付着対策や耐摩耗対策などが容易に行える、可動部を持たない分級機構を使う流動層式ジェットミルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るジェットミルは粉砕・分級ケーシングと出口ケーシングを具備し、粉砕・分級ケーシングには、ケーシングの下部に２個以上のジェットノズルが中心部に向かって配置された粉砕部と、流出する気流が旋回流を形成する方向に中心軸を巡って並んだルーバ翼を有するルーバと外周開口とを有しかつ粉砕部の天井部に設けた旋回流発生器および天井に設けた開口とを備えた分級部とが形成され、出口ケーシングには分級部天井の開口に対応する床開口と吸引ダクトに接続する排出口が備えられることを特徴とする。
粉砕部の高圧空気がルーバから流出すると分級部内に旋回流を形成し、旋回流の外周部の気流は外周開口から粉砕部に帰還し、旋回流の中心部分は吸引ダクトを介して吸引されジェットミルの外部に搬出される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るジェットミルは、粉砕部に収納された原料をジェットノズルで形成されるジェット流に巻き込んで中心軸付近で衝突させて効率よく粉砕すると共に、粉砕物は気流と共に天井部の旋回流発生器のルーバから分級部に流入して分級部内に旋回流を形成する。旋回流に含まれる大きな粒子は遠心力で外側に排斥されて、外周開口から粉砕部に戻され壁に沿って落下しやがて再びジェットノズルの高速気流に巻き込まれて粉砕される。一方、十分小さくなった粒子は旋回流中心部に集まり吸引ダクトに引かれてジェットミルの外部に搬出される。
【００１２】
本発明に係るジェットミルは、ジェットノズルで形成されたジェット流を粉砕部の軸心部に集中することによりジェット流の衝突に原料物質を巻き込んで効率よく粉砕する機能を保持する。さらに、可動部のない旋回流生成器を利用することにより分級ロータなどの可動部がある装置を使わないので摩耗が少なくコンタミネーションが少ない特徴を持つと共に、装置全体の構造が簡易で完全に分解して容易に清掃することができる。また、分級部に回転するロータを使用しないので、セラミックなどのように曲げや衝撃に弱い材質や樹脂などの延性材料を使用することもでき、容易に付着対策や耐摩耗対策を行うことができる。
【００１３】
さらに、駆動部の軸シールや回転する分級ロータと静止しているダクトとの隙間から粉がショートパスするのを防ぐシールエアが不要になるので、トータルエア量を削減しエネルギー効率を向上させると共に、シールエア量の不足や隙間調整不良による粒度分布の悪化や焼き付きが発生することもない。また、ジェットミル外に取り出す粒子の大きさは、分級部における旋回流による遠心力と排気流による向心力のバランスで決まるので、調整が容易である。また、分級部の天井開口の径によっても変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は本発明の１実施形態に係るジェットミルの構成と作用について概念的に示した一部断面図、図２は本実施形態の旋回流発生器のＡ−Ａ断面図、図３は本実施形態のジェットミルの構成図である。
【００１５】
図1〜３に示すとおり、本実施形態に係るジェットミル１００は、粉砕・分級ケーシング１０と出口ケーシング８０を具備する。粉砕・分級ケーシング１０には、ケーシング１０の下部に２個以上のジェットノズル２２が中心部に向かって配置された粉砕部２０と、流出する気流が旋回流を形成する方向に中心軸を巡って並んだルーバ翼４２を有するルーバ４４と外周開口３２とを有しかつ粉砕部２０の天井部に設けた旋回流発生器４０および天井に設けた開口８４とを備えた分級部３０とが形成される。旋回流発生器４０の下には粉砕・分級ケーシング１０の床板１６に達するドラフトチューブ２４が設けられる。ドラフトチューブ２４の下部には、ジェットノズル２２からの噴流が通る穴２６が設けられている。出口ケーシング８０には分級部天井の開口８４に対応する床開口８４と図示しない吸引ダクトに接続する排出口８２が備えられる。粉砕・分級ケーシング１０の側面には原料粒子を供給する原料供給ノズル１２が設けられている。
【００１６】
対向する複数のジェットノズル２２に高圧の気体を供給すると、粉砕・分級ケーシング１０内の原料粒子がジェットノズル２２から高速で噴出する気体に巻き込まれ、噴流中や噴流の交点で、原料粒子同士が衝突することにより粉砕される。高圧気体には、空気、窒素ガス、アルゴンガス、その他のガス、あるいは容易に高圧になる水蒸気など、対象に適合する各種の気体を使用することができる。本実施形態における通常の使用目的には、圧力０．４〜０．８ＭＰａ程度の空気が供給される。粉砕された粒子は、粉砕・分級ケーシング１０の中心部分、ドラフトチューブ２４の中を気流と共に上昇して、旋回流発生器４０の内側に達する。旋回流発生器４０のルーバ４４は、図２に示すように、ドラフトチューブ２４と繋がる中心開口３４を巡って並んだルーバ翼４２を備えて、中心開口３４から侵入する粒子を含む高圧気体がルーバ翼４２の隙間を通って流出すると、旋回流発生器４０の周囲に旋回流を形成する。この旋回流は、分級部３０に流れ込んで分級部３０内に同じ方向の旋回流を引き起こす。
【００１７】
粉砕・分流ケーシング１０と出口ケーシング８０を仕切る隔壁８６には、旋回流発生器４０の中心軸上にルーバ外径より小さい開口、すなわち出口ケーシングの床開口８４が設けられていて、気流は図示しない外部のブロワに引かれてこの床開口８４を通り出口ケーシング８０の排出口８２から吸引ダクトに排出される。分級部３０に形成された旋回流は、回転に伴う遠心力を発生すると共に、中心部分に排出口８２に吸引される高速流を生成する。この旋回流に巻き込まれた粒子は、床開口８４に向かう排出流に伴う向心力と旋回流による遠心力のバランスにより、旋回流の中心部分に集まった細かい粒子は床開口８４から排出口８２を介してジェットミル１００の外部に搬出される。また、粗い粒子は外周開口３２から粉砕・分流ケーシング１０の側壁面付近を通って粉砕部２０のジェットノズル２２の付近まで降下して、再度噴流に巻き込まれて粉砕される。
【００１８】
本実施形態のドラフトチューブ２４は粉砕・分流ケーシング１０の底の床板１６まで伸びていて、ジェットノズル２２からの噴流はドラフトチューブ下側壁面に設けられた穴２６を通過してドラフトチューブ２４内の中心軸付近で衝突するようになっている。ジェットノズル２２に供給した加圧空気は、全量ドラフトチューブ２４から旋回流発生器４０に流れるので、安定した気流を確実に形成することができ、分級部３０に強力な旋回流を発生させることが可能である。
したがって、細かい粒子やシャープな粒径分布をもった粒子を生成するのに適している。
【００１９】
なお、ドラフトチューブ下側壁面に設けられた穴２６の径は、噴流の侵入を妨げずかつ逆流しない大きさにする必要がある。通常、ジェットノズル２２の先端とドラフトチューブ２４の表面までの距離の０．５〜１．５倍程度であることが好ましい。穴２６の形状は、円に限らず、四角や楕円であってもよい。
図４は、粉砕・分流ケーシング１０の床板１６まで伸びたドラフトチューブ２４の変形例を示す断面図である。ドラフトチューブ２４におけるジェットノズル２２の噴流を受ける位置に、たとえば図４に示すような絞りを形成したパイプ２８を付けて、ジェットノズル２２とパイプ２８により発生するエゼクタ効果により、噴流への粒子の巻き込みを増やし粉砕効率を向上させることが可能である。
【００２０】
また、図５から７は、旋回流発生器に関する別の実施態様を示す図面である。
図５に示したジェットミルは、旋回流発生器４０にドラフトチューブが設けられない最も単純な構成である。旋回流発生器４０をシャフト６２で出口ケーシング８０の天板８８から吊して、旋回流発生器４０と隔壁８６までの距離を調整することにより分級部３０における旋回流の大きさや強さを調整し、遠心力に係る旋回流速と向心力を変化させて、分級粒度を簡単に制御できるようになっている。ただし、ドラフトチューブがないため、ジェットノズル２２から供給されるエアが旋回流発生器４０を全量通過せず、相当量が旋回流発生器４０を回り込んで分級部３０に流れ込むので、分級部３０内の旋回流の流速が下がり乱れも多くなる。したがって、粒径が粗くラフな粒度分布をもつ製品が得られる。
【００２１】
図６に示すジェットミルは、図５と同じシャフト６２で旋回流発生器４０の高さを調整できるようにしたものであるが、旋回流発生器４０にはドラフトチューブ２４が設置されている。図６のジェットミルは、ドラフトチューブ２４がジェットノズル２２からの噴流の交点より上までしかない型式である。ジェットノズル２２から噴出した空気は一部がドラフトチューブ２４から漏れて旋回流発生器４０の外側から回り込むので、余り効率がよくない。
【００２２】
図７に示すジェットミルは、図５と同じシャフト６２で旋回流発生器４０の高さを調整できるようにしたものであり、旋回流発生器４０に設置したドラフトチューブ２４は図６のものと同様、ジェットノズル２２からの噴流の交点より上までしかないが、下端にスカート部２５があって下側で広がっているので、ジェットノズル２２から噴出した空気は大部分がドラフトチューブ２４に流れ込み、旋回流発生器４０で分級部内に旋回流を形成するので、製品粒度はより細かくなり、粒度分布もシャープになる。製品の品質は図３の構成を有するジェットミルに及ばないが、装置はより簡単に製作することができる。
【００２３】
図８は、図３に示した構造に、旋回流発生器４０と天板８８の距離を調整する機構を付与したジェットミルである。ドラフトチューブ２４は床板１６に固定され、旋回流発生器４０はシャフト６２によって天板８８から吊されている。シャフト６２の吊り下げ長さが調整できるので、旋回流発生器４０の高さ、ひいては分級部３０の高さが調整できる。ドラフトチューブ２４は、旋回流発生器４０の底板部分に延設されたスカートパイプ５３に先端を挿入して、旋回流発生器４０の高さが変化しても旋回流発生器４０の位置がずれることがなく、また空気漏れが生じないようになっている。
図８に示したジェットミルは、図３に示したジェットミルと同様、ほぼ全量のエアを導入して効率よく旋回流を生成すると共に、旋回流発生器の高さを変化させて分級部の高さを調整することにより分級粒度の設定値を変更することができる。
【００２４】
図９は、出口ケーシング８０の平面断面図である。排出口８２は、ケーシングの円筒部に接する方向に取り付けられている。分級部３０内で発生する旋回流により出口ケーシング８０内でも同じ方向に回転する旋回流が生成する。そこで、排出口８２は、旋回流の流れ方向に延設される。図９に示した配置にすると、ブロアの吸引効果と相俟って出口ケーシング８０内の旋回流を強化し、ひいては分級部３０内の旋回流をより強力にすることができる。なお、図９では、出口ケーシング８０の筐体を円筒状としているが、大型機の場合は、渦巻き室形状の場合も多い。この場合も排出口８２を接線方向に延設することが好ましい。
図１０は、排気ダクト９６を隔壁８６の床開口８４に直接取り付けた構造を示す。この構造では、設計の自由度が小さいが、製造が容易である上、分解も簡単で清掃性がよい。
【００２５】
次に、製品粒度の調整方法について説明する。
本実施形態のジェットミルでは、製品粒子の粒度は、分級部３０における篩い分け精度に依存する度合いが大きい。したがって、分級部３０における分級粒度を調整することにより製品粒度を調整することができる。製品粒度の調整方法の基本は、分級部３０内の旋回流の流速を調整することで、先に説明した旋回流発生器４０の高さ調整により分級部３０の高さを調整する方法や出口ケーシング８０の床開口８４の径を変更する方法の他に、旋回流発生器４０から噴出する気流の速度を調整する方法がある。
【００２６】
図１１は、ルーバ翼４２同士の隙間を調整する方法を説明する図面、図１２はその変形例を説明する図面である。
ジェットミルのガス量はジェットノズルからの吹き出し量で決まり、供給する気体圧力とノズル径の関係でほぼ決定される。供給気体の圧力を調整する方法もあるが、通常は採用されない。図１１は、ルーバ翼４２の軸心側端点に支点７４を置いて、ルーバ翼４２を同時に回動させることによりガス量を調節する機構を説明する図面である。図１１（ａ）はルーバ翼４２を寝せる方向に回動させてルーバ翼同士の隙間を狭くしたところ、図１１（ｂ）はルーバ翼４２を立てる方向に回動させて隙間を大きくしたところを示す。中心開口３４から供給されるガス量が変わらない場合、図１１（ａ）のようにルーバ翼４２間の隙間を小さくすると、隙間からの吹き出し速度が速くなり、旋回流発生器４０の外側にある旋回流の流速が上昇する。一方、図１１（ｂ）のように隙間を大きくすると吹き出し速度が遅くなって旋回流速が低下するので、ルーバの開度によって粒径調整が可能となる。
【００２７】
また、図１２はルーバ翼４２の軸心側端点でなく中間位置に支点７４を置いたものを示す。ルーバ翼は１枚おきに固定翼５２として、可動のルーバ翼４２を回動させることにより、固定翼と可動翼の間の隙間を調整し、流出速度を調整することで、旋回流速を変更して分級粒度を調整する。図１２（ａ）はルーバ翼を閉じた場合、図１２（ｂ）はルーバ翼を開いた場合を表示したものである。
なお、回動の支点７４はルーバ翼４２の外周に近い側の端点に置いても、回動によりルーバ翼間の隙間を調整することができる。また、ルーバ翼４２を内外にスライドすることにより隙間調整することもできる。さらにまた、ルーバ翼を金属や樹脂の薄板で形成し、一部を弾性変形させて開口調整をする方法もある。
【００２８】
ルーバ翼４２の形状は、薄板に限らず、気流を円周方向に噴き出すことができれば、平板でも、３次元的な曲面を持った部材でもよい。極力抵抗が小さく気流が流れやすい形状であることが求められる。図１３は、流速調整が可能で気流の流れやすい形状をもったルーバ翼４２の別例を示す図面である。ルーバ翼４２は軸心側で太く外周方向に薄い形状を有し、軸心側の端点付近に設けた回動軸７８で回動可能に支持されている。大きな回動角度をとっても隙間の変化は小さく、精密な隙間調整が可能である。
【００２９】
図１４は、分級粒度を調整する別法を示す図面である。旋回流発生器４０の底板４６にルーバ翼４２が通過できるスリットを設けて、旋回流発生器４０を上下させることにより、ルーバ翼４２の隙間の高さが底板４６のレベルで調整されるので、気体の吹き出し速度が変化して旋回流速を調整することができる。底板４６のスリットから気体を吸い込まないように底板４６の下側にボックス６６を設けてある。
【００３０】
図１５〜２１は、旋回流発生器４０を含む分級部３０の変形例を示す図面である。
図１５に示す分級部３０は、隔壁８６の分級部３０側の床開口８４の周囲に土手９２を設けたものである。隔壁８６表面付近では旋回流速が低下するので、粗い粒子が隔壁８６表面に沿って流れてきて、床開口８４から出口ケーシング８０に侵入して、製品に混入する可能性がある。土手９２は、粗い粒子のこのような動きを阻止して、紛れ込みによる品質低下を防止する機能を有する。
【００３１】
図１６は、さらに床開口８４の内側に円筒部９４を備えたものを表す。円筒部９４が存在することにより、目的外の粒子が出口ケーシング８０内に侵入することを阻止する可能性が向上し、製品の粒径分布に影響を及ぼし、また付着あるいは摩耗状況が変化することが期待できる。
図１７は、旋回流発生器４０の天板を平板にする代わりに円錐台５４としたものを表す。円錐台５４を使用すると、中心に向かって流路の断面積が減少するため、旋回流速が上昇して遠心力が増すので、分級点を下げる効果がある。
また、図１８は、旋回流発生器４０の天板の円錐台５４の頂点付近にさらに円盤状の凸部５６が形成されたものを表す。円錐台５４の頂部にさらに凸部５６が設けられたことにより、粗い粒子が中心部分に侵入する運動を阻止して、製品に混入し難くする効果がある。
【００３２】
図１９〜２１は、旋回流発生器４０の天板の下側に円錐５８を形成したものを表す。天板下面を円錐状に形成することにより、気流や粒子を円環状に配置されたルーバ翼４２に均等に配分してスムーズに導くことができる。また、付着性の高い原料を扱うときには、流れをスムーズにすることにより旋回流発生器４０の内側に付着し難くする効果もある。
図１９は天板の上側が平板のもの、図２０は天板の上側に円錐台５４を形成したもの、図２１は天板上側の円錐台５４の中央部に凸部５６を形成したものを表すものである。
【００３３】
旋回流発生器４０の底板４６は天板４８より径が大きい。これは、旋回流発生器４０の下側からのガスが旋回流に巻き込まれて旋回速度が低下することを極力防止するためである。図２２は、旋回流発生器４０の底板４６の周縁に分級部３０の方に折れ曲がって、旋回流発生器４０の下側からの気体が分級部３０の旋回流に混ざらないようにした障壁板６０が設けられたものを示す図面である。
なお、ジェットミルの粒度調整は、分級部３０の天井に設けた開口８４の径を変更することによってもすることができるが、この場合は開口８４の周辺部品を取り替え可能にしておいて、適合する開口径の部品群を一式交換する方法によることができる。また、レンズ絞りと似た機構を用いて穴径を調整するようにしてもよい。
【００３４】
図２３は、粉砕・分級ケーシング１０の変形例を示す図面である。図のジェットミルは、代表的に図８に示した構成を有するものに適用した例である。分級部３０における旋回流の流速は、旋回流発生器４０のルーバ４４の外径と出口ケーシングの床開口８４の穴径との差が大きいほど速くなるので、分級部３０はある程度の大きさが必要である。一方、粉砕部２０は、容積が大き過ぎると粉体密度が下がり、ジェットノズル２２の噴流に巻き込まれる粒子の濃度が薄くなって衝突機会が減少し、粉砕効率が低下する。このため、大型の粉砕・分級ケーシング１０は、中腹部分に下方に向けて径が減少するテーパ部１４を設けて粉砕部２０における径を小さくすることにより粉砕効率を維持することができる。
【００３５】
上記各型式のジェットミルも、同様に、テーパ部１４を形成して粉砕部２０の径を減少させることで、粉砕効率を向上させることができることはいうまでもない。
図２４は、上から吊した旋回流発生器４０を備える粉砕・分級ケーシング１０の中腹部分にテーパ部１４を設けた態様を示す図面、また図２５は、上から吊した旋回流発生器４０に下方に広がるスカート部２５を有するドラフトチューブ２４を備える粉砕・分級ケーシング１０の中腹部分にテーパ部１４を設けた態様を示す図面である。
【００３６】
図２６，２７は、旋回流発生器をケーシング底面からシャフトで支持したタイプのジェットミルを示すものである。図２６は図８の装置に対応し、図２７は図５の装置に対応する。旋回流発生器４０の支持高さはシャフト６４の繰り出し長により調整でき、出口ケーシング８０への取り出し粒子の分級点を簡単に調整することができる。旋回流発生器４０を上からシャフトで支える方式では、付着しやすい粒径の小さな粒子がシャフト付近に集まって付着するが、図の装置ではシャフト６４付近に気流があるので付着し難く清掃が容易である。なお、ジェットノズル２２からの噴流がシャフト６４に衝突するので、粉体同士が空中で衝突して粉砕されるため摩耗粉の混合がないことや付着性の高い原料でも処理できることなどの流動層式ジェットミルの利点は失われるが、噴流が衝突物に当たる方が粉砕効率が高いことが確認されている。
【００３７】
図２８は、ジェットノズル２２からの噴流が衝突する面を有する効果を積極的に利用する装置を表す図面である。図２６のシャフト６４の下端部に円錐部７２を形成して、噴流が円錐面に衝突するようにすると、円柱状のシャフト６４に衝突するのと比べて粉砕効率をさらに向上させることができる。旋回流発生器４０の高さはネジ栓６８のねじ込み深さで調整する。
【００３８】
本発明に係るジェットミルを構成する材料は、回転ロータを使用するものと比較して使用できる材料の範囲が広い。たとえば、旋回流発生器やドラフトチューブあるいはシャフトなどの材質は、気流や粉砕圧力による応力に耐えられるものであればよく、金属以外にも、硬質ウレタンや各種エンジニアリングプラスチック、あるいは超硬合金やセラミックなどの耐摩耗性材料も問題なく利用することができる。また、メッキ、溶射、ＰＶＤ法による各種コーティングやＤＬＣなどを表面に施工することができ、コーティング膜の剥離も少ない。また静止部材で構成され、回転ロータのような精度が要求されないので、浸炭や窒化など、処理熱による変形が懸念される表面処理を利用することができる。このように、耐摩耗性の向上や付着防止に適した処理が広く選択できる。
【００３９】
本発明に係る旋回流発生装置を備えた流動層式ジェットミルは、旋回流発生器には気流による応力しか作用しないので、回転ロータ方式のものと比べてはるかに小さく、また遠心力はないので、万一破損して破片が飛び散っても他の部材まで壊す心配がない。また、材質なども広く選択できるので、安価かつ硬度の高いアルミナなどを使って安価に製作することもできる。駆動部がなく旋回流発生器も容易に分解できるので清掃性が高く、またシールガスを使わないのでエネルギー効率が高く、付帯機器の小型化により設備コスト削減効果もある。
なお、使用するガスは主として空気であるが、窒素やアルゴンまたはヘリウムなどのガスを利用することもできる。また、供給するガスの温度を上げて、粉砕中に乾燥させるような処理も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の流動層式ジェットミルは、食品や医薬原料、黒鉛やコークスなどの炭素系材料、樹脂あるいはトナーなど樹脂ベースの化成品、その他金属や鉱物系、有機と無機を問わず様々な材料に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の１実施形態に係るジェットミルの構成と作用について概念的に示した一部断面図である。
【図２】本実施形態の旋回流発生器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本実施形態のジェットミルの構成図である。
【図４】本実施形態におけるドラフトチューブの変形例を示す断面図である。
【図５】本実施形態における旋回流発生器に関する別の実施態様を示す断面図である。
【図６】本実施形態における旋回流発生器に関するさらに別の実施態様を示す断面図である。
【図７】本実施形態における旋回流発生器に関するまた別の実施態様を示す断面図である。
【図８】図３に記載したジェットミルにおいて旋回流発生器と天板の距離を調整する機構を付与した実施態様を示す断面図である。
【図９】本実施形態における出口ケーシングの平面断面図である。
【図１０】本実施形態において排気ダクトを隔壁の床開口に直接取り付けた構造を示す断面図である。
【図１１】本実施形態におけるルーバ翼同士の隙間を調整する方法を説明する図面である。
【図１２】図１１の変形例を説明する図面である。
【図１３】本実施形態におけるルーバ翼の別例を示す図面である。
【図１４】本実施形態において分級粒度を調整する別法を示す図面である。
【図１５】本実施形態の分級部における床開口の変形例を示す図面である。
【図１６】本実施形態の分級部における床開口の別の変形例を示す図面である。
【図１７】本実施形態の分級部における旋回流発生器天板外側の変形例を示す図面である。
【図１８】本実施形態の分級部における旋回流発生器天板外側の別の変形例を示す図面である。
【図１９】本実施形態の分級部における旋回流発生器天板内則の変形例を示す図面である。
【図２０】図１９の旋回流発生器における天板外側の変形例を示す図面である。
【図２１】図１９の旋回流発生器における天板外側の別の変形例を示す図面である。
【図２２】本実施形態における旋回流発生器に障壁板が設けられたものを示す断面図である。
【図２３】本実施形態における粉砕・分級ケーシングの変形例を示す断面図である。
【図２４】図２３の粉砕・分級ケーシングを別の態様に適用したものを示す断面図である。
【図２５】図２３の粉砕・分級ケーシングをさらに別の態様に適用したものを示す断面図である。
【図２６】本実施形態における旋回流発生器をケーシング底面からシャフトで支持した態様を示す断面図である。
【図２７】図２６の旋回流発生器支持方法を別の態様に適用したものを示す断面図である。
【図２８】図２６の旋回流発生器支持方法をさらに別の態様に適用したものを示す断面図である。
【図２９】従来の流動層式ジェットミルの機構を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  粉砕・分級ケーシング
１２  原料供給ノズル
１６  床板
２０  粉砕部
２２  ジェットノズル
２４  ドラフトチューブ
２５  スカート部
２６  噴流が通る穴
２８  パイプ
３０  分級部
３２  外周開口
３４  中心開口
４０  旋回流発生器
４２  ルーバ翼
４４  ルーバ
４６  底板
４８  天板
５２  固定翼
５３  スカートパイプ
５４  円錐台
５６  凸部
５８  円錐
６０  障壁板
６２  シャフト
６４  シャフト
６６  ボックス
６８  ネジ栓
７２  円錐部
７４  支点
７８  回動軸
８０  出口ケーシング
８２  排出口
８４  天井に設けた開口（床開口）
８６  隔壁
８８  天板
９２  土手
９４  円筒部
９６  排気ダクト
１００  ジェットミル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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