(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井壁（３）と、その天井壁（３）の外周から下方に延びる周壁（４）とを有するケーシング（１）と、
前記天井壁（３）の下方に対向して配置され、中央に向かって次第に高くなる円錐面（８）を上面にもつ分級板（２）と、
その分級板（２）と前記天井壁（３）の間に形成される分級室（６）と、
その分級室（６）内に旋回気流を形成するように前記周壁（４）から分級室（６）内に気体を噴射する気体噴射口（１２）と、
前記分級室（６）内に原料粉体を供給する原料粉体供給路（７）と、
前記分級板（２）の中央に開口する微粉排出口（９）と、
前記分級板（２）の外周に沿って開口する粗粉排出口（１１）とを有する気流式分級機において、
前記分級室（６）の天井壁（３）が、
前記気体噴射口（１２）から噴射される気体で分級室（６）内に形成される旋回気流の外径側部分の上方に位置し、外径側から内径側に向かって次第に高くなる円錐状に形成された環状の外側天井面（２０）と、
その外側天井面（２０）から内径側に向かって不連続に高さが高くなるように形成された段差部（２１）と、
その段差部（２１）を介して前記外側天井面（２０）の内径側に形成された内側天井面（２２）とを有し、
その内側天井面（２２）の前記分級板（２）の中央の微粉排出口（９）の直径よりも外径側に位置する部分に前記原料粉体供給路（７）の出口（７ａ）を開口させ、その原料粉体供給路（７）から分級室（６）に供給される原料粉体を、前記内側天井面（２２）と前記段差部（２１）の内周面とで形成されるコーナー領域（２５）の気流で分散し、
前記原料粉体供給路（７）は、圧縮エアを用いずに前記原料粉体を分級室（６）内に落下供給させて、前記分級室（６）内の旋回気流によるエジェクタ効果により原料粉体供給路（７）から分級室（６）内に前記原料粉体が引き込まれるように構成されていることを特徴とする気流式分級機。
【請求項２】
前記段差部（２１）は、段差部（２１）の高さが段差部（２１）の内径の５〜２５％となるように形成されている請求項１に記載の気流式分級機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、旋回気流を用いて原料粉体を粗粉と微粉に遠心分離する気流式分級機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、積層セラミックスコンデンサ等の電子部品の原料となるニッケル粒子や、複写機等の画像形成装置に使用されるトナー粒子などの微小粉体を製造する場合、旋回気流を用いて原料粉体を粗粉と微粉に遠心分離する気流式分級機が使用される。
【０００３】
この気流式分級機には、小さい分級点と高い分級精度が要求される。このような要求に応える気流式分級機として、例えば、特許文献１に記載のものが提案されている。特許文献１の気流式分級機は、同文献の図１〜図３のように、ケーシングと、そのケーシングの天井壁の下方に対向して配置された分級板と、その分級板とケーシングの天井壁との間に形成される分級室と、その分級室内にエアを噴射することで分級室内に旋回気流を形成するエアノズルと、分級室内に原料粉体とエアの混合流体を噴射する粉体供給ヘッダと、分級板の中央に開口する微粉排出口と、分級板の外周に沿って開口する粗粉排出口とを有する。微粉排出口には、固気分離装置を介して吸引ブロワが接続される。
【０００４】
この特許文献１の気流式分級機は、エアノズルから分級室内にエアを噴射することによって、分級室内に中心向きの旋回気流を形成し、その旋回気流に、粉体供給ヘッダから噴射される原料粉体とエアの混合流体を合流させ、原料粉体がエアとともに旋回することで作用する外向きの遠心力と中心向きに移動するエアの流れとによって、原料粉体を粗粉と微粉に分離させる。すなわち、粗粉は、エアとともに旋回することによる外向きの遠心力により分級室内を径方向外方に移動して、分級板の外周の粗粉排出口から排出され、微粉は、旋回しながら中心向きに移動するエアの流れにより分級室内を径方向内方に移動して、分級板の中央の微粉排出口から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９０７６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の気流式分級機を使用して原料粉体を粗粉と微粉に遠心分離した場合、微粉排出口から回収される微粉に粗粉が混入し、必要な分級精度が得られない場合があることが分かった。特に超微粉領域の分級が必要とされるとき、０．５μｍ程度またはそれ以上の粒子径をもつ粗粉が、微粉排出口から回収される微粉に混入するのを回避することが難しかった。そこで、本願の発明者が、微粉排出口から回収される微粉に粗粉が混入する原因を検討したところ、粉体供給ヘッダから分級室内に噴射される原料粉体とエアの混合流体が分級室内の旋回気流を乱し、その旋回気流の乱れが原因で、粗粉が微粉排出口に飛び込んでいる可能性があることを見出した。
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は、高い分級精度で原料粉体を微粉と粗粉に分離することが可能な気流式分級機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の気流式分級機を提供する。
天井壁と、その天井壁の外周から下方に延びる周壁とを有するケーシングと、
前記天井壁の下方に対向して配置された分級板と、
その分級板と前記天井壁の間に形成される分級室と、
その分級室内に旋回気流を形成するように前記周壁から分級室内に気体を噴射する気体噴射口と、
前記分級室内に原料粉体を供給する原料粉体供給路と、
前記分級板の中央に開口する微粉排出口と、
前記分級板の外周に沿って開口する粗粉排出口とを有する気流式分級機において、
前記分級室の天井壁が、
前記気体噴射口から噴射される気体で分級室内に形成される旋回気流の外径側部分の上方に位置する環状の外側天井面と、
その外側天井面から内径側に向かって不連続に高さが高くなるように形成された段差部と、
その段差部を介して前記外側天井面の内径側に形成された内側天井面とを有し、
その内側天井面の前記分級板の中央の微粉排出口の直径よりも外径側に位置する部分に前記原料粉体供給路の出口を開口させたことを特徴とする気流式分級機。
【０００９】
このようにすると、内側天井面と段差部の内周面とでコーナー領域が形成される。このコーナー領域では、気流の乱れが生じても、その気流の乱れが分級室内の旋回気流に及ぼす影響が小さい。そして、このコーナー領域を形成する内側天井面に、原料粉体供給路の出口が開口しているので、原料粉体供給路から分級室内に原料粉体を供給したときに、分級室内の旋回気流が乱れにくい。そのため、粗粉が微粉排出口に飛び込むのを防止して、高い分級精度で原料粉体を微粉と粗粉に分離することが可能となる。
【００１０】
前記原料粉体供給路としては、圧縮気体と原料粉体を混合した状態で分級室内に噴射する構成のものを採用することも可能であるが、圧縮気体を用いずに原料粉体を分級室内に落下供給する構成のものを採用すると好ましい。
【００１１】
このようにすると、圧縮気体と原料粉体を混合した状態で分級室内に噴射する構成の原料粉体供給路を採用した場合と比べて、分級室内の旋回気流の乱れをより効果的に防止することが可能となる。
【００１２】
前記段差部は、段差部の高さが段差部の内径の５〜２５％となるように形成すると好ましい。
【００１３】
前記段差部の高さを段差部の内径の５％以上とすると、微粉の回収率を高めることができ、前記段差部の高さを段差部の内径の２５％以下とすると、粗粉が微粉に混入するのを効果的に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の気流式分級機は、内側天井面と段差部の内周面とでコーナー領域を形成する。このコーナー領域では、気流の乱れが生じても、その気流の乱れが分級室内の旋回気流に及ぼす影響が小さい。そして、このコーナー領域を形成する内側天井面に、原料粉体供給路の出口が開口しているので、原料粉体供給路から分級室内に原料粉体を供給したときに、分級室内の旋回気流が乱れにくい。そのため、粗粉が微粉排出口に飛び込むのを防止して、高い分級精度で原料粉体を微粉と粗粉に分離することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態の気流式分級機を示す断面図
【図２】図１の分級機の分級室近傍の拡大断面図
【図３】図２に示す分級機の比較例を示す断面図
【図４】最大粒子径が１．５μｍ程度のニッケルの原料粒子を分級する試験を行なったときの試験結果を示す図であり、（ａ）は、この発明の実施形態の気流式分級機で分級した回収された微粉の顕微鏡写真、（ｂ）は、従来の気流式分級機で分級した回収された微粉の顕微鏡写真
【図５】最大粒子径が１０μｍ以上のケイ素の原料粒子を分級する試験を行なったときの微粉の粒度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に、この発明の実施形態の気流式分級機を示す。この気流式分級機は、ケーシング１と、ケーシング１に収容された分級板２とを有する。
【００１７】
ケーシング１は、天井壁３と、天井壁３の外周から下方に延びる周壁４と、周壁４の下端に設けられた粗粉回収部５とを有する。分級板２は、天井壁３の下方に対向して配置されている。分級板２と天井壁３の間には分級室６が形成されている。天井壁３には、ケーシング１の外部から分級室６内に原料粉体を供給する原料粉体供給路７が設けられている。
【００１８】
分級板２の上面には、中央に向かって次第に高くなる円錐面８が形状されている。円錐面８は、水平面に対して４０°以下の傾斜となる形状とされている。分級板２の中央には微粉排出口９が開口しており、この微粉排出口９に、ケーシング１の周壁４を貫通して外部に連通する微粉排出筒１０が接続されている。微粉排出筒１０には、固気分離装置（図示せず）を介して吸引ブロワ（図示せず）が接続される。固気分離装置は、微粉排出筒１０から排出される固気混合流体（微粉とエアが混合したもの）を微粉とエアに分離することで微粉を回収する装置である。吸引ブロワは、分級室６内のエアを吸引して分級室６内の圧力を負圧に保持する。分級板２の外周と周壁４の内周との間には、分級板２の外周に沿って開口する環状の粗粉排出口１１が設けられている。粗粉排出口１１はケーシング１の下端の粗粉回収部５に連通している。
【００１９】
図２に示すように、周壁４には、周方向に等間隔となるように複数のエア噴射口１２が設けられている。各エア噴射口１２は、分級室６を囲むように周壁４に設けられた環状の圧縮エア供給路１３に連通しており、この圧縮エア供給路１３から供給されるエアを分級室６内に噴射する。各エア噴射口１２は、分級室６内に旋回気流を形成するように、半径方向に対して傾斜した方向にエアを噴射するように形成されている。各エア噴射口１２は、分級板２の中央の最も高い部分（すなわち微粉排出口９の周縁部）よりも高い位置に配置されている。
【００２０】
また、周壁４のエア噴射口１２よりも下側の部分には、周方向に間隔をおいて複数のガイドベーン１４が設けられている。隣り合うガイドベーン１４の間にエア流入路１５が形成され、微粉排出筒１０を介して吸引ブロワで負圧とされる分級室６と、ケーシング１の外部との圧力差により、ケーシング１の外部のエアが、エア流入路１５を通って分級室６に導入されるようになっている。隣り合うガイドベーン１４の間のエア流入路１５は、半径方向に対してエア噴射口１２と同じ方向に傾斜している。各ガイドベーン１４は、分級板２の中央の最も高い部分（すなわち微粉排出口９の周縁部）よりも低い位置に配置されている。このガイドベーン１４を設けることで、分級室６内の旋回気流で遠心分離される粗粉中に含まれる微粉を再度分級室６内の旋回気流に戻すことができ、微粉の回収率を向上させることができる。
【００２１】
分級室６の天井壁３は、外側天井面２０と段差部２１と内側天井面２２とを有する。外側天井面２０は、周壁４の上端から径方向内方に張り出した環状の部分の下面であり、周壁４の内周のエア噴射口１２から噴射されるエアで分級室６内に旋回気流が形成されたときに、その旋回気流の外径側部分の上方に位置する天井面である。外側天井面２０は、外径側から内径側に向かって次第に高くなる円錐状に形成されている。ここで、外側天井面２０は、水平方向に対して１０〜３５°の範囲の傾斜をもつ円錐状とされている。また、エア噴射口１２は、周壁４の上部に配置され、具体的には、外側天井面２０の外径端の位置とエア噴射口１２の中心位置との間の高さ方向の差が、段差部２１の内径の１〜１０％の範囲の大きさとなるようにエア噴射口１２が配置されている。
【００２２】
段差部２１は、外側天井面２０から内径側に向かって不連続に高さが高くなるように形成された部分である。すなわち、外側天井面２０の高さと内側天井面２２の高さとが、段差部２１の位置で不連続に変化している。段差部２１は、分級板２の中心と同心の円筒状の内周面を有する。段差部２１の高さ（外側天井面２０の内径端の位置と、内側天井面２２の外径端の位置との間の高さ方向の差）は、段差部２１の内径の１０〜２５％（好ましくは１５〜２０％）の範囲に設定されている。段差部２１の高さを段差部２１の内径の１０％以上（好ましくは１５％以上）とすると、微粉の回収率を高めることができ、段差部２１の高さを段差部２１の内径の２５％以下（好ましくは２０％以下）とすると、粗粉が微粉に混入するのを効果的に防止することができる。
【００２３】
内側天井面２２は、段差部２１を介して外側天井面２０の内径側に形成された部分である。ここで内側天井面２２は、水平な平面である。内側天井面２２には、原料粉体供給路７の出口７ａが開口している。原料粉体供給路７の出口７ａは、分級板２の中央の微粉排出口９の直径よりも外径側に位置する部分に配置されている。
【００２４】
図１に示すように、原料粉体供給路７は、外部から原料粉体を受け入れるホッパ２３と、ホッパ２３から下方に延びる鉛直通路２４とを有する。ホッパ２３は、上方に向けて拡径する漏斗状に形成されている。ホッパ２３の上方には図示しない定量供給装置が設けられ、この定量供給装置からホッパ２３内に原料粉体が連続的に定量供給される。上方からホッパ２３に供給された原料粉体は、鉛直通路２４を通って分級室６内に落下供給される。このとき、鉛直通路２４内の原料粉体は、分級室６内の旋回気流によるエジェクタ効果により分級室６内に引き込まれる。
【００２５】
次に、上記の気流式分級機の使用例を説明する。
【００２６】
微粉排出筒１０に接続した吸引ブロワを作動させた状態で、各エア噴射口１２から分級室６内にエアを噴射する。このとき、各エア噴射口１２のエアの噴射方向が半径方向に対して傾斜しているので、分級室６内には一定方向に回転する旋回気流が形成される。また、エア噴射口１２が外側天井面２０の外径端の近傍に配置されているので、エア噴射口１２が噴射するエアにより形成される旋回気流は、天井壁３に沿って旋回しながら次第に中心に移動する（すなわち旋回径が小さくなる）中心向きの旋回気流となり、分級室６の中心付近で下向きの旋回気流となり、微粉排出口９から排出される。ここで、内側天井面２２と段差部２１の内周面とで形成されるコーナー領域２５では、外径側から内径側に向かって流れの断面積が急激に変化するため、気流の乱れが生じている。また、分級室６内には、天井壁３に沿って旋回しながら中心に向かう上記の旋回気流のほか、エア自体が受ける遠心力によって、周壁４の内周に沿って旋回しながら下降する気流も発生する。
【００２７】
上記のように分級室６内に旋回気流を形成した状態で、原料粉体供給路７から分級室６内のコーナー領域２５に原料粉体を供給する。このとき、原料粉体供給路７から分級室６内に投入された原料粉体は、コーナー領域２５の気流によって分散された後、分級室６内の旋回気流に乗って旋回する。そして、原料粉体は、エアとともに旋回することで作用する外向きの遠心力と中心向きに移動するエアの流れとによって、粗粉と微粉に分離する。すなわち、粗粉は、エアとともに旋回することによる外向きの遠心力により分級室６内を径方向外方に移動して、分級板２の外周の粗粉排出口１１から排出され、微粉は、旋回しながら中心向きに移動するエアの流れにより分級室６内を径方向内方に移動して、分級板２の中央の微粉排出口９から排出される。このとき、分級室６内には、周壁４の内周に沿って旋回しながら下降する気流が存在するので、分級室６内を径方向外方に移動した粗粉は、分級室６内に滞留することなく、円滑に粗粉排出口１１に排出される。
【００２８】
この気流式分級機は、内側天井面２２と段差部２１の内周面とでコーナー領域２５を形成する。このコーナー領域２５では、気流の乱れが生じても、その気流の乱れが分級室６内の旋回気流に及ぼす影響が小さい。そして、このコーナー領域２５を形成する内側天井面２２に、原料粉体供給路７の出口７ａが開口しているので、原料粉体供給路７から分級室６内に原料粉体を供給したときに、分級室６内の旋回気流が乱れにくい。そのため、粗粉が微粉排出口９に飛び込むのを防止して、高い分級精度で原料粉体を微粉と粗粉に分離することが可能である。特に超微粉領域の分級が必要とされるとき、０．５μｍ程度またはそれ以上の粒子径をもつ粗粉が、微粉排出口９から回収される微粉に混入するのを防止することができ、高い分級精度を得ることができる。
【００２９】
また、この気流式分級機は、エア噴射口１２が周壁４の上部に配置されているので、分級室６内に、周壁４の内周に沿って旋回しながら下降する気流も発生する。そのため、周壁４の内面に原料粉体の付着が生じにくい。
【００３０】
原料粉体供給路７としては、圧縮エアと原料粉体を混合した状態で分級室６内に噴射する構成のものを採用することも可能であるが、上記実施形態のように、圧縮エアを用いずに原料粉体を分級室６内に落下供給する構成のものを採用すると好ましい。このようにすると、圧縮エアと原料粉体を混合した状態で分級室６内に噴射する構成の原料粉体供給路７を採用した場合と比べて、分級室６内の旋回気流の乱れをより効果的に防止することが可能である。
【００３１】
分級室６の天井壁３に段差部２１を設けることによって分級精度が向上することを確認するため、図２に示すように、分級室６の天井壁３に段差部２１を設けた実施品の分級機と、図３に示すように、分級室６の天井壁３に段差部２１が存在しない比較品の分級機とを試作し、それぞれの分級機で炭酸カルシウムの原料粒子を分級する試験を行なった。この試験結果を以下に示す。
【表１】
0006452997.tif 000002
ここで、微粉のＤ５０径は、微粉排出口９から微粉として排出された粒子の粒度分布において、粒度の小さい側からの個数累計が全体の５０%となるときの粒度（いわゆるメジアン径）である。
【００３２】
この試験結果によれば、分級室６の天井壁３に段差部２１を設けた実施品の方が、分級室６の天井壁３に段差部２１を設けない比較品よりも、微粉の回収率が高く、かつ、微粉のＤ５０径が小さいことが分かる。すなわち、分級室６の天井壁３に段差部２１を設けた構成を採用することにより、分級点が小さくなるだけでなく、同時に分級精度も向上していることを確認することができる。
【００３３】
また、図１、図２に示す実施品の分級機と、特許第４９０７６５５号公報の図４に示される従来の分級機とで、最大粒子径が１．５μｍ程度のニッケルの原料粒子を分級する試験を行なった。この試験結果を図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００３４】
図１、図２に示す実施品の分級機で分級を行なった場合、図４（ａ）に示すように、回収された微粉には、０．５μｍ以上の粗粉がほとんど存在せず、最大粒子径が０．３〜０．５μｍ程度の極めて小さい微粉を得ることができた。これに対し、特許第４９０７６５５号公報の図４に示される従来品の分級機で分級を行なった場合、図４（ｂ）に示すように、回収された微粉に、０．５μｍを超える粗粉が多数存在している。このように、上記実施形態の気流式分級機を使用すると、超微粉領域の分級を行なったときに、０．５μｍ以上の粒子径をもつ粗粉が微粉に混入するのを防止可能であることを確認することができる。
【００３５】
また、図１、図２に示す実施品の分級機と、特許第４９０７６５５号公報の図４に示される従来の分級機とで、最大粒子径が１０μｍ以上のケイ素の原料粒子を分級する試験を行なった。この試験結果を図５に示す。
【００３６】
図１、図２に示す実施品の分級機で分級を行なった場合、図５の実線に示すように、微粉として回収された粒子の最大粒子径が３μｍと極めて小さいのに対し、特許第４９０７６５５号公報の図４に示される従来品の分級機で分級を行なった場合、図５の破線に示すように、微粉として回収された粒子の最大粒子径が１０μｍ以上と大きい。また、図５の実線に示す粒度分布と破線に示す粒度分布を比較すると、実線に示す粒度分布の方が、破線に示す粒度分布よりも、微粉として回収された全粒子に占める１μｍ以下の粒子の割合が多い。このように、上記実施形態の気流式分級機を使用すると、極めて小さい分級点とシャープな粒度分布をもつ分級が可能であることを確認することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１        ケーシング
２        分級板
３        天井壁
４        周壁
６        分級室
７        原料粉体供給路
７ａ      出口
９        微粉排出口
１１      粗粉排出口
１２      エア噴射口
２０      外側天井面
２１      段差部
２２      内側天井面
【図１】
0006452997.tif 000003
【図２】
0006452997.tif 000004
【図３】
0006452997.tif 000005
【図４】
0006452997.tif 000006
【図５】
0006452997.tif 000007