(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料選別室と、前記原料選別室に連通する入気流路及び複数に分岐させた排気流路と、前記原料選別室内に突出する湾曲した気流接触面を有するコアンダブロックと、前記気流接触面に沿って前記原料選別室内に噴出される圧縮気体の流れに被分級原料を乗せた気流を形成する原料供給ノズルとを有する気流分級機において、
前記コアンダブロックの気流接触面における前記原料供給ノズルの噴出先端部に隣接する箇所から前方下方に向かって約１３５°乃至１４５°湾曲した箇所に至る領域で連続的にその曲率半径を漸増させた螺旋状湾曲面に形成されたことを特徴とする気流分級機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、種々の粒子径の粒子が混在する被分級原料を固気混相流としてコアンダ効果を利用して粒子径別に分級する気流分級機に関し、特にコアンダブロックを改良して前記被分級原料の分級精度を向上させる気流分級機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
粉砕処理により微粒子化された原材料は、通常、粗い粒子のものから非常に細かい粒子のものまで様々な粒子径の粒子が混じり合った状態にある。従って、微粒子化された原材料を工業的に利用する場合には、粉砕処理後の原材料に所謂分級処理を施して、所望の範囲の粒度分布別に分類するようにされている。
なお、ここで言う分級とは、流体中の重力や遠心力または慣性力で運動する粒子をその粒子径の大きさ毎に分別する操作を言い、例えば、複写機用のトナー原料を気流中に噴射し、コアンダ効果によって生じる粒子径によって異なる飛散効果経路の差を利用して、該トナー原料を粒子径別に分級する気流分級機が広く用いられている。
【０００３】
図５は、このような気流分級機の従来例の主要部を示す略図である。この気流分級機１は、第１および第２の分級エッジ２、３、並びにコアンダブロック４及び背面ブロック５によって分岐させた３個の分級用の排気流路７、８、９が室の出口側に配設されているとともに、２個の入気流路１１、１２が室の入り口側に配設された原料選別室１４と、前記入気流路１１、１２から各排気流路７、８、９に向かって流れる気流を生じさせる気流生成手段（図示せず）、例えば排気フアンと、圧縮気体１９（通常は圧縮空気）を利用して前記原料選別内に被分級原料１５を圧送、噴射する原材料ノズル１６とを備えた構成をとっている。
【０００４】
前記被分級原料１５は前記原料供給ノズル１６内に供給されるとともに、該原料供給ノズル１６に付与される圧縮気体流１９によって固気混相流として前記原料選別室１４内に噴射される。
前記ノズル１６から噴出された前記被分級原料１５は、所謂コアンダ効果によ前記コアンダブロック４の湾曲した気流接触面に沿って移動し、前記被分級原料１５に対し遠心力が働き、該原料１５内の比較的粗い粒子は前記コアンダブロック４に沿って流れている噴流から外れて飛び出す。前記コアンダブロック４の湾曲した気流接触面に沿って流れる噴流の外側には、前記入気流路１１、１２から前記各排気流路７、８、９に向かう気流が流れているので、前記噴流から外側に飛び出した前記被分級原料１５の内比較的粗い粒子は、この気流による粒子毎に異なる飛散降下経路の差によって所定の粒度分布範囲毎に該当の排気流路７、８、９に対し分別排出されるようになっている。
【０００５】
前記コアンダ効果が作用する粒子の飛散降下経路は、その粒子径が小さく慣性も小さいほどその曲率半径を小さくして前記コアンダロック４の湾曲した気流接触面に沿って粒子を飛散降下させながら、該コアンダブロック４に最も近い前記排気流路７に排出させる。これに対してその粒子径及び慣性がそれぞれ大きい粒子は、前記飛散降下経路の曲率半径が大きく、前記コアンダブロック４から最も遠い軌跡を描いて飛散する。そして、前記排気流路９には、この最も粒子径の大きい粒度分布を示す産物が排出される。
また、前記排気流路７、８は、前記コアンダブロック４に最も近い排気流路７が最も粒子径の小さい粒度分布を示す産物のための微粉末排出用として、中間に位置する排気流路８が中間の大きさの粒度分布を示す産物のための中粉末排出用として、各々適用される。そして、前記各排気流路７、８、９に排出された前記被分級原料１５は、該流路７、８、９に接続されている集塵機（図示せず）により集められ、空気と分離される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来においてはこの種の装置の基本技術が特公昭５５−６４３３号公報に開示されている。ここに示されたコアンダブロックの構造は、その概念図として図６に示すように、原料供給ノズル１６の先端部に位置するコアンダブロック４の湾曲した気流接触面が単一の曲率半径（Ｒ1）を以て設定された構成、さらには図７に示すように、前記気流接触面の曲率半径を前記原料供給ノズル１６の先端部側から下流方向に減少させた所謂複合曲率半径（Ｒ1＞Ｒ2）に設定した構成である。
そして、上記公報においは、コアンダブロックにおける気流接触面の湾曲形態は、特定条件下においては図７に示したように、その曲率半径が流体下流側に行くのに伴って小さくなる構成が好ましい（公報の第６図に示された構成）といった記載がなされている。
【０００７】
一方、最近特に要求の多くなった、数ミクロンオーダーの極めて微細な粒子の分級に於いては、気流の乱れによる分級精度の低下の影響が大きくなるものと考えられる。この気流の乱れは、分級機を構成する各部の形状に大きく関係する。例えばコアンダブロックと気流の境界面に於いては、コアンダ効果により、コアンダブロックの曲率半径に沿って気流が流れる。ところが、コアンダ効果は、下流に行くに従って、気流とコアンダブロックの間に生じる負圧の低下によって、少しずつ小さくなり、最終的には消滅してしまう。この現象により、気流は、コアンダブロックから離れていき、その部分で２次気流が生じることにより、気流の乱れが発生し、分級精度が低下する。また、気流がコアンダブロックから剥離してしまい、十分な遠心力場が得られなくなる。更に、この状態が、コアンダブロックの曲率半径のごく始まりの部分（上流側部分）で起こると、所謂コアンダ離れ（気流乱れ状態）という状態になり、分級精度は全く落ちてしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は前述した従来技術の問題点を解消することにあり、気流の乱れ及びコアンダ離れを起こすことなく、高い精度で分級することが可能な気流分級機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の係る目的は、原料選別室と、前記原料選別室に連通する入気流路及び複数に分岐させた排気流路と、前記原料選別室内に突出する湾曲した気流接触面を有するコアンダブロックと、前記気流接触面に沿って前記原料選別室内に噴出される圧縮気体の流れに被分級原料を乗せた気流を形成する原料供給ノズルとを有する気流分級機において、
前記コアンダブロックの気流接触面における前記原料供給ノズルの噴出先端部に隣接する箇所から前方下方に向かって約１３５°乃至１４５°湾曲した箇所に至る領域で連続的にその曲率半径を漸増させた螺旋状湾曲面に形成されたことを特徴とする気流分級機によって達成することができる。
【００１１】
このように本発明の気流分級機におけるコアンダブロックに沿って噴出された気流（固気混相流）は、コアンダブロックの曲率半径の比較的小さい曲率半径（Ｒ1 ）を有した前記螺旋状湾曲面の表面に沿って移動し、次第に連続的にその曲率半径が大きくなり最終曲率半径（Ｒ2 ）に達するように変化する前記螺旋状湾曲面の半径が漸次連続的に大きくなっていくことで、気流とコアンダブロックの境界面に生じる負圧の低下を効果的に補うことができ、気流の乱れを生じにくくすることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る気流分級機の一実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
ここで、図１は気流分級機の主要部を拡大しかつ概念的に示した縦断面図、図２は図１におけるコアンダブロックを拡大して示した縦断面図、図３は図１に示す気流分級機における気流分級機の作動を模式的に示す図面、図４は本発明に係る実施例の気流分級機を含めた設備の全体構成を概念的に示す図である。
なお、以下の説明においては、従来の気流分級機１と同一の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【００１３】
まず、図４に示す全体的な設備について概略的に説明する。
図４に示すように、気流分級設備１００は、例えば適宜粉砕等の工程を経た被分級原料１５を適当な管路を介してホッパ３３に供給する。ホッパー３３から定量フィーダ３４を介して供給された原料は圧縮空気と混合されて、固気混相流として原料供給ノズル１６から気流分級機７０の分級空間に噴出される。前記気流分級機７０によって気流分級された粒子をそれぞれ集塵する集塵機３６・３７・３８並びに図示しない適宜吸引ポンプ等を備えている。
【００１４】
そして、前記被分級原料１５は前記気流分級機７０により気流分級され、製品とする粒子よりも小さい粒子径を有する粒子は微粉末として前記集塵機３６に、製品とする粒子は中粉末として前記集塵機３７に、製品とする粒子よりも大きい粒子径を有する粒子は粗粉末として前記集塵機３８にそれぞれ集塵される。
【００１５】
次に、本実施例の気流分級機７０の作動について、図１および図３を参照して説明する。
ここに、前記被分級原料１５は前記原料供給ノズル１６に供給されるとともに、該原料供給ノズル１６に供給される圧縮気体流１９によって分散させられて、固気混相流として前述の如く前記原料供給ノズル１６から前記原料選別室１４内に噴射される。
【００１６】
そして、前記原料供給ノズル１６から前記原料選別室１４内に噴射された前記被分級原料１５を含む噴流は、コアンダ効果により前記コアンダブロック７１に沿って流れ、前記被分級原料１５に遠心力が働き、該被分級原料１５内の比較的粗い粒子は前記コアンダブロック７１に沿って流れる噴流から外に飛び出す。前記コアンダブロック７１に沿って流れる噴流の外側には、入気流路１１、１２から各排気流路７、８、９に向かう気流が流れ、前記コアンダブロック７１に沿って流れる噴流から外側に向かって飛び出した前記被分級原料１５内の比較的粗い粒子は、この気流による粒子毎に異なる飛散経路の差によって所定の粒径範囲毎に該当する前記排気流路７、８、９に分別排出される。
【００１７】
前記コアンダ効果が作用する粒子の飛散降下経路は、粒子径が小さく慣性の小さいものほどその曲率半径が小さく、前記コアンダブロック７１の気流接触面に沿って飛散降下して前記コアンダブロック７１に最も近い前記排気流路７に排出される。これに対して、粒子径が大きく慣性の大きいものほど飛散降下経路の曲率半径が大きく、前記コアンダブロック７１から遠く離れるように飛散降下して、前記コアンダブロック７１から最も遠い前記排気流路９に排出される。
すなわち、図３にも示すように、前記原料供給ノズル１６により原料選別室１４内に噴出された前記被分級原料１５は、最も粒子径の大きい粒子が前記背面ブロック５側に最も接近して飛散降下して粗粉の分布領域に、一方、コアンダブロック７１側に微粉分布の領域が形成され、またこれらの中間に中粉の分布領域が形成される。
そして、各排気流路７、８、９に排出された前記被分級原料１５は、各排気流路７、８、９に管路２１、２２、２３を介して接続された集塵機によってそれぞれ集塵され、もって粉体と空気とに分けられる。
【００１８】
本実施例における前記コアンダブロック７１の構成について図２を参照してさらに詳述する。このコアンダブロック７１の前記螺旋状湾曲面７２は前記原料供給ノズル１６の噴出先端部に隣接する領域から前方下方に向かって反時計回り方向へ約１３５°乃至１４５°湾曲した領域にわたり連続的にその曲率半径（Ｒ1→Ｒ2）を漸増させて形成されていることに特徴がある。
前記曲率半径（Ｒ1→Ｒ2）は，例えば、前記原料供給ノズル１６寄りが１５mmから始まり、前記排気流路７寄りにおいて最終的に２５mmになるような漸増パターンを以て設定されている。
なお、前記螺旋状湾曲面７１及びそれに引き続く気流接触面７３は、タングステン・カーバイド等によりその表面硬化処理を施し、耐磨耗性を高めることが好ましい。
【００１９】
前述したように構成される本発明の気流分級機における前記コアンダブロック７１は、前記原料供給ノズル１６から前記原料選別室１４内に高速で、高い遠心力を以て噴射された前記被分級原料１５を、前記曲率半径（Ｒ1→Ｒ2）を漸増させて形成されている前記螺旋状湾曲面７２に沿って、気流の乱れを極力無くし、また前述したコアンダ離れを発生させることなくより安定した状態で、引きつけるように作用して気流分級することが可能になり、従って、その気流分級の歩留りや精度も一層向上させることが可能になった。
これにより、第１および第２の分級エッジ２・３の間隔を大きく設定することができるので、前記被分級原料１５を分級する精度を向上させることができて、製品とする中粉末の粒度品質を向上させることが容易になる。
【００２０】
本発明の気流分級機のテストとしては、図２に示した構成、すなわち、螺旋状湾曲面７２は原料供給ノズル１６の噴出先端部に隣接する領域から反時計回り方向へ約１３５°乃至１４５°湾曲した領域にわたり連続的に曲率半径（Ｒ1→Ｒ2）が漸増した構成で、且つ曲率半径（Ｒ1→Ｒ2）は原料供給ノズル１６寄りが１５mmから始まり、排気流路７寄りにおいて最終的に２５mmになる構成のものを使用した。また、原料供給ノズル１６から噴出される気流の速度は１８０〜２５０ｍ／ｓとし、平均粒径が５〜６μｍのトナー原料を用いてテストを繰り返し行った。この結果、微粉末、中粉末および粗粉末の分布のばらつきに関しては、従来のものに比べて８０％程度よく分級精度のよい結果を得ることができた。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の気流分級機においては、コアンダブロックに沿って噴出された気流が、コアンダブロックの曲率半径の比較的小さい曲率半径を有した前記螺旋状湾曲面の表面に沿って移動し、次第に連続的にその曲率半径が大きくなり最終曲率半径に達するように変化する前記螺旋状湾曲面によって案内される。このようにコアンダブロックの気流接触面の半径が漸次連続的に大きくなっていくとことで、前記気流がコアンダブロックに沿って回り込むために必要な負圧力を小さく抑えることが可能となるので、原料供給ノズルからの気流噴出速度を速く設定しても、コアンダ離れ及び気流の乱れが発生することなく安定した状態を保って広い範囲の飛散降下経路を形成することができ、精度の高い分級処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気流分級機の主要部を示した縦断面図である。
【図２】図１に示したコアンダブロックを拡大して示した縦断面図である。
【図３】気流分級機の分級形態を模式的に示した説明図である。
【図４】本発明に係る気流分級設備の全体構成を示した概略図である。
【図５】従来の気流分級機の主要部を拡大して示した縦断面図である。
【図６】従来のコアンダブロックを示す概略図である。
【図７】従来のコアンダブロックを示す概略図である。
【符号の説明】
１、７０  気流分級機
２、３  分級エッジ
４、７１  コアンダブロック
５  背面ブロック
７、８、９  排気流路
１１、１２  入気流路
１４  原料選別室
１５  被分級原料
１６  原料供給ノズル
３２、３６、３７、３８  集塵機
４０  振動ふるい
５０  粉砕機
７２  螺旋状湾曲面
【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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