(57)【要約】  本発明は、より細かい微粒子を分級可能であると共に、より狭い粒径分布が得られる分級機を提供する。本発明に係る分級機は、複数の分級羽根を外周部に有する筒体で構成されると共に、筒体の軸心に沿った方向の一方の側面に開口する開口部を有する分級ロータと、開口部に設けられ、その内径を小さくする絞り部と、分級ロータを収容して軸心周りに回転自在に保持すると共に、分級対象の粉体を外部から導入して分級ロータの外周部に供給する装置本体と、分級ロータで分級される粉体を、吸引して装置本体の外部に取り出す排出部とを備え、絞り部の開口面から分級ロータの他方の側面に亘る回転軸部を、他方の側面に向かって拡径するように設けてある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の分級羽根を外周部に有する筒体で構成されると共に、前記筒体の軸心に沿った方向の一方の側面に開口する開口部を有する分級ロータと、
前記開口部に設けられ、その内径を小さくする絞り部と、
前記分級ロータを収容して前記軸心周りに回転自在に保持すると共に、分級対象の粉体を外部から導入して前記分級ロータの外周部に供給する装置本体と、
前記分級ロータで分級される粉体を、吸引して前記装置本体の外部に取り出す排出部とを備える分級機であって、
前記絞り部の開口面から前記分級ロータの他方の側面に亘る回転軸部を、前記他方の側面に向かって拡径するように設けた分級機。
【請求項２】
前記絞り部は、前記分級ロータの開口部から前記分級ロータの内部へ縮径するように形成してある請求項１に記載の分級機。
【請求項３】
前記分級ロータの内側断面積に対する前記開口面における前記分級される粉体の有効通過断面積の比率は１０％以下である請求項１又は２に記載の分級機。
【請求項４】
前記開口面の断面積に対する前記開口面における前記回転軸部の断面積の比率は３０％以上である請求項１から３のいずれか１項に記載の分級機。
【請求項５】
前記分級ロータは、窒化ケイ素セラミックスから形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の分級機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分級機に関し、特に、超微粉を得るための分級機に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の分級羽根を外周部に有する筒体で構成されると共に、前記筒体の軸心に沿った方向の一方の側面に開口する開口部を有する分級ロータと、前記分級ロータを収容して前記軸心周りに回転自在に保持すると共に、分級対象の粉体を外部から導入して前記分級ロータの外周部に供給する装置本体と、前記分級ロータで分級される粉体を、吸引して前記装置本体の外部に取り出す排出部とを備える分級機において、従来、分級ロータの内部に進入するように配置された排出部の先端側部分を分級ロータ側に取り付けて、分級ロータと一体回転させることにより、先端側部分を旋回状態で通過する粉体と先端側部分の内壁との相対速度差を小さくして、先端側部分の内壁の摩耗や粉体の付着を抑制するようにした分級機が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、上記の分級機において、排出部の先端側部分を、排出側に向けて開口径が先端側から次第に拡張する略テーパ形状に形成し、先端側部分を通過する粉体と先端側部分の壁面との衝突角度を小さくすることで、先端側部分の内壁が粉体から受ける衝撃や内壁と粉体との摩擦を小さくする分級機も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５６１２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、近年、上記従来の分級機に対し、さらに高い分級性能が求められるようになってきた。【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より細かい微粒子を分級可能であると共に、より狭い粒径分布が得られる分級機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る分級機の特徴構成は、複数の分級羽根を外周部に有する筒体で構成されると共に、前記筒体の軸心に沿った方向の一方の側面に開口する開口部を有する分級ロータと、前記開口部に設けられ、その内径を小さくする絞り部と、前記分級ロータを収容して前記軸心周りに回転自在に保持すると共に、分級対象の粉体を外部から導入して前記分級ロータの外周部に供給する装置本体と、前記分級ロータで分級される粉体を、吸引して前記装置本体の外部に取り出す排出部とを備え、前記絞り部の開口面から前記分級ロータの他方の側面に亘る回転軸部を、前記他方の側面に向かって拡径するように設けた点にある。【０００８】
上記の特徴構成を備えた分級機によれば、従来の分級羽根による分級に加え、絞り部の開口面から分級ロータの他方の側面に亘る回転軸部を、他方の側面に向かって拡径するように設けることで、分級ロータの内部において発生する半自由渦の流速を速めて分級ロータから排出させることによって、さらなる分級ができるため、分級精度を向上させることができる。【０００９】
本発明の他の特徴構成は、前記絞り部を、前記分級ロータの開口部から前記分級ロータの内部へ縮径するように形成した点にある。【００１０】
上記構成によれば、絞り部の先端が分級ロータの内部に進入する構成となるため、分級羽根の各部分から開口面までの距離の差を縮小することができる。このため、分級ロータの内部での空気の流動状態を均等化することができ、分級精度が高まる。【００１１】
また、分級ロータから排出される際、絞り部を通過する粉体と絞り部の壁面との衝突角度を小さくすることで、粉体と絞り部との摩擦を小さくすることができるため、半自由渦の流速が低下するのを防ぐことができる。【００１２】
本発明の他の特徴構成は、前記分級ロータの内側断面積に対する前記開口面における前記分級される粉体の有効通過断面積の比率を１０％以下とした点にある。【００１３】
尚、本発明において、粉体の有効通過断面積とは、前記開口面における前記分級される粉体の通過可能な面積のことを意味し、分級ロータの内側断面積とは、分級ロータ内において、回転軸部を含んだ横断面積を意味する。【００１４】
上記構成によれば、半自由渦が開口面を通過する流速を効果的に速めることができるため、分級のカットポイントを低下させると共に粒径分布を小さくでき、分級精度を向上させることができる。【００１５】
本発明の他の特徴構成は、前記開口面の断面積に対する前記開口面における前記回転軸部の断面積の比率を３０％以上とした点である。【００１６】
上記構成によれば、回転軸部の断面積を大きくすることにより、分級ロータの回転速度を高めることができるため、分級精度を向上させることができる。【００１７】
本発明の他の特徴構成は、前記分級ロータを、窒化ケイ素セラミックスで形成した点にある。【００１８】
当該構成によれば、窒化ケイ素セラミックスを使用することで、分級ロータを軽量化可能であるため、分級ロータの回転速度を上げることができる。その結果、分級精度が向上する。また、窒化ケイ素セラミックスは、高い硬度を有するため、分級ロータに優れた耐摩耗性を付与可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における分級機１の主要構成を模式的に示す軸方向断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における分級ロータ３を模式的に示す軸方向断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における分級ロータ３を模式的に示す上面図である。
【図４】本発明の実施例及び比較例で使用した原料粉体の粒子径分布を示す。
【図５】本発明の分級機１使用した場合に得られた微粉の粒子径分布を示す。
【図６】本発明の比較例の分級機１’を使用した場合に得られた微粉の粒子径分布を示す。
【図７】本発明の分級機１を使用した場合に得られた微粉の粒子径分布を示す。
【図８】本発明に係る分級機１における回転軸部２の一変形例を示す。
【図９】本発明に係る分級機１における回転軸部２の一変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態における分級機１を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態における分級機１の主要構成を模式的に示す軸方向縦断面図である。図２は、分級ロータ３を模式的に示す軸方向断面図であり、図３は、分級ロータ３を模式的示す上面図である。
【００２２】
分級機１は、分級ロータ３と、分級ロータ３を収容して軸心Ｘ周りに回転自在に保持すると共に、分級対象の粉体である原料粉体Ｐを外部から導入して分級ロータ３の外周部に供給する装置本体５と、分級ロータ３で分級された微粉ｂを、吸引して装置本体５の外部に取り出す排出部５２とを備える。
【００２３】
分級ロータ３は、複数の分級羽根３３を外周部に有する筒体であり、軸心Ｘ周りに回転可能に構成されている。また、分級ロータ３には、軸心Ｘに沿った方向の一方の側面に開口する開口部３４が設けてある。
【００２４】
分級羽根３３は、軸心Ｘに向かって突出するように、筒体の径方向に沿って所定の間隔で配置されており、分級ロータ３の回転によって分級ロータ３の周りに強制渦を発生させると共に、分級羽根３３同士の間に形成される間隙３２によって分級ロータ３の内部に粉体及び空気が流入可能に構成してある。
【００２５】
分級ロータ３の開口部３４には、その内径を小さくする絞り部としてのディップパイプ４が設けてある。ディップパイプ４は、分級ロータ３の開口部３４から内部へ縮径するように略テーパ状に形成してあり、その先端部４１が開口面Ｏとなっている。
【００２６】
回転軸部２は、図１において下から順に、第１軸部２１と第２軸部２２とを有し、上端部が駆動手段（図示しない）に連結された、分級ロータ３の駆動軸としてのシャフト２３によって、軸心Ｘ周りに、分級ロータ３と共に一体回転可能に形成してある。
【００２７】
第１軸部２１は、分級ロータ３と一体に形成されると共にシャフト２３を貫通可能に設け、分級ロータ３の下面においてシャフト２３と一体回転可能に連結してある。第１軸部２１は、分級ロータ３の他方の側面である底面部３１からディップパイプ４の開口面Ｏに亘って縮径する略円錐台状となっており、この第１軸部２１とディップパイプ４の先端部４１とによって微粉ｂが排出部５２に向かって通過する通過面Ｅが形成される。
【００２８】
第２軸部２２は、分級ロータ３の開口面Ｏから上方へ向かって拡径するように、第１軸部２１に対し略逆円錐台状に設けられている。これにより、第２軸部２２とシャフト２３のカバーと共に、段差の少ない排出流路５２１を形成することができる。その結果、排出流路５２１における気流の抵抗を低減すると共に、排出流路５２１への粉体の付着やシャフト内への粉体の進入を防止可能である。第２軸部２２は、第１軸部２１と同様に、シャフト２３を貫通可能に設けてあり、シャフト２３及び第１軸部２１と一体回転可能にしてある。
【００２９】
分級ロータ３の材質としては、一般の鋼材、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素セラミックス等を使用することができる。特に、窒化ケイ素セラミックスを使用すると、軽量で強度もあるため、分級ロータ３を軽量化でき、回転速度をより高めることができる。
【００３０】
装置本体５は、分級ロータ３を収容するケーシング５０と、原料粉体Ｐを供給する原料供給部５１と、分級ロータ３の分級羽根３３によって分級ロータ３の内部への流入を阻止された粗粉ａを排出する粗粉排出部５３とを備える。
【００３１】
尚、図１では、主に分級ロータ３を設けた部位のみを示してあり、その他の部分は省略してあるが、本発明の分級機は、分級機のみの機能を有する装置として構成することもできるし、その他の機能を兼ね備えた装置として構成することもできる。例えば、粉砕機の一部として本発明の分級機を設け、粉体の粉砕処理と分級処理とを連続して行えるものとすることもできる。
【００３２】
排出部５２は排出流路５２１を有しており、ブロワー等の吸引手段（図示しない）によって、排出流路５２１を介して分級ロータ３の内部の空気を吸引する。吸引の強弱は変更自在に構成してある。例えば、吸引ファンの回転速度を変更したり、流量調整弁などにより、吸入する空気量を適宜変更したりすることができる。
【００３３】
このような分級機１は、分級ロータ３を駆動手段によって高速回転させることができ、吸引手段によって分級ロータ３の内部の空気を吸引することで、分級ロータ３の外周の空気を高速回転する分級ロータ３の間隙３２から引き込むことができる。これにより、所定の粒径以下の微粉ｂは分級ロータ３の内部に取り込まれ、粒径が過大な粗粉ａは回転する分級羽根３３によって分級ロータ３の内部に流入することが阻止されるため、ここで第１段階の分級を行うことができる。
【００３４】
分級ロータ３の内部に微粉ｂと共に流入した空気は、分級ロータ３の高速回転により、分級ロータ３の内部において半自由渦となり、上昇しながら通過面Ｅを通過していく。この半自由渦の遠心力によって、分級ロータ３の内部に取り込まれた微粉ｂのうち比較的粒径が大きなものは外側に飛ばされ、半自由渦内の固気比（含塵濃度）が低くなり、より粒径が小さな微粉ｂのみが通過面Ｅを通過するため、ここで第２段階の分級が行われることになる。
【００３５】
このとき、通過面Ｅにおける第１軸部２１の外径を小さくして半自由渦のより中心側から通過面Ｅを通過させると共に、ディップパイプ４によって通過面Ｅの面積を小さくして通過面Ｅを通過する流速を速くすることで、より粒径が小さい微粉ｂのみが通過面Ｅを通過することができるようになるため、分級精度はさらに向上することになる。
【００３６】
また、第１軸部２１を略円錐台状として第１軸部２１の外周面部２１１と分級ロータ３の底面部３１との角度を鈍角にするように形成することにより、分級ロータ３の内部に流入した空気が第１軸部２１と底面部３１との間で滞留し難くなるため、半自由渦の抵抗となって流速が低下することを防ぐことができる。
【００３７】
さらに、ディップパイプ４を、分級ロータ３と一体回転可能に設けることにより、分級ロータ３の内部の空気とディップパイプ４との摩擦を防ぎ、半自由渦の流速の低下を防ぐことができる。また、このとき、ディップパイプ４を、分級ロータ３の内部へ進入させると、分級羽根３３の各部分から通過面Ｅまでの距離の差を縮小することができるため、分級ロータ３の内部での空気の流動状態を均等化することができる。
【００３８】
尚、分級ロータ３で分級された微粉ｂは、排出部５２によって排出された後、例えばバグフィルター等の捕集手段に導かれ、製品として取り出される。
【００３９】
（実施例）
以下に、本発明に係る分級機を用いた実施例を示し、本発明をより詳細に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４０】
本実施形態の分級機１において、分級ロータ３の内側断面積（ＳＲ）に対する開口面Ｏにおける微粉の有効通過断面積（ＳＥ）の比率（比率Ａ）、開口面Ｏの断面積（Ｓｏ）に対する開口面Ｏにおける第１軸部２１の断面積（Ｓｃ）の比率（比率Ｂ）及び得られる微粉の粒径分布を調べた。また、比較例として、シャフト２３に分級ロータ３が直接支持された本発明の回転軸部２を設けていない分級機１’を用い、同様に、比率Ａ、比率Ｂ、及び得られる微粉の粒径分布を調べた。
【００４１】
比率Ａ及び比率Ｂの算出方法は、下記の数式１及び数式２に示す通りである。図３に示すように、ｒｏは、軸心Ｘからディップパイプ４の先端部４１まで距離であり、ｒｃは、開口面Ｏにおける回転軸部２の半径であり、ｒＲは、分級ロータ３の内側断面の半径（軸心Ｘから分級羽根３３の内側までの距離）である。
【００４２】
【数１】
2015151187.tif 000003
【００４３】
【数２】
2015151187.tif 000004
【００４４】
実施例で用いた分級機１及び比較例で用いた分級機１’の各寸法、比率は表１に示す通りである。
【００４５】
【表１】
2015151187.tif 000005
【００４６】
（実施例１）
図４に示す粒径分布の原料粉体を用い、分級機１で、運転条件を、運転風量：７．０ｍ３／ｍｉｎ、処理能力：６．４ｋｇ／ｈとして分級したときの粒径分布を図５及び表２に示した。このときのトップサイズの切れ（Ｄ９０／Ｄ５０）は、１．４３７（μｍ）／０．７２６（μｍ）＝２．０であった。
【００４７】
【表２】
2015151187.tif 000006
【００４８】
（比較例）
実施例と同様の原料粉体を用い、比較例として分級機１’で、運転条件を、運転風量：７．０ｍ３／ｍｉｎ、処理能力：７．７ｋｇ／ｈとして分級したときの粒径分布を図６及び表３に示した。このときのＤ９０／Ｄ５０は、１．８９２（μｍ）／０．９８２（μｍ）＝１．９であった。
【００４９】
実施例の分級機１では、比較例の分級機１’に比べて、粒径が小さいものが得られることが分かった。
【００５０】
【表３】
2015151187.tif 000007
【００５１】
（実施例２）
分級機１を用い、比較例と同様の粒径とするべく、運転条件を、運転風量：７．０ｍ３／ｍｉｎ、処理能力：８．７ｋｇ／ｈとして、同様に分級したときの粒径分布を図７及び表４に示した。このときのＤ９０／Ｄ５０は、１．６１５（μｍ）／０．９０８（μｍ）＝１．８であり、比較例に比べてシャープな粒径分布が得られることが分かった。
【００５２】
【表４】
2015151187.tif 000008
【００５３】
本実施形態に係る分級機１として、表５に示すように、寸法、比率を変えた分級機１（ａ）及び（ｂ）においても分級を行ったところ、実施例と同様な結果が得られた。
【００５４】
【表５】
2015151187.tif 000009
【００５５】
本実施形態に係る分級機１を用いた場合、いずれも分級精度が高いものであった。
【００５６】
また、比較例の分級機１’として、表６に示すように、寸法、比率を変えた分級機１’（ａ）〜（ｃ）においても分級を行ったところ、比較例と同様な結果が得られた。
【００５７】
【表６】
2015151187.tif 000010
【００５８】
以上の通り、本実施形態に係る分級機１は、従来の分級機と比較して、分級によって得られる微粉の粒径を小さくでき、また、粒径分布もシャープにすることができる。
【００５９】
すなわち、分級機１において、比率Ａは１０％以下が好ましく、より好ましくは、８．６％〜９．４％であり、比率Ｂは３０％以上が好ましく、より好ましくは３０．０％〜４４．４％ことが分かった。
【００６０】
［その他の実施形態］
上記実施形態では、回転軸部２は、第１軸部２１と第２軸部２２とは、別部材で形成されている場合を例示しているが、第１軸部２１と第２軸部２２とは一体に形成されてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、第１軸部２１と第２軸部２２とは開口面Ｏにおいて連結した場合を例示しているが、図８及び図９に示すように、開口面Ｏの上方または下方で連結するものでもよい。
【００６２】
上記実施形態では、第１軸部２１は、分級ロータ３と一体に形成されているが、本発明において、分級ロータ３とは別々に形成されてもよい。
【００６３】
上記実施形態では、第２軸部２２は、外周面部２１１が上方に向かって拡径する場合を例示したが、第２軸部２２の形状は限定されない。
【００６４】
上記実施形態では、回転軸部２は、駆動手段に連結されるシャフト２３が貫通され、分級ロータ３の下面において連結されている場合を例示したが、分級ロータ３が回転可能であればよく、シャフト２３の形状、配置、連結態様等を限定するものではない。
【００６５】
上記実施形態では、平板状の分級羽根３３を備えた例を示すが、これらの分級羽根３３は、軸心Ｘに対して所定の角度を有してもよく、径方向に対して斜めに取付けられてもよい。また、分級羽根３３は、傾斜した形状や湾曲した形状に構成することもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１        分級機
２        回転軸部
２１      第１軸部
２１１    外周面部（第１軸部）
２２      第２軸部
２３      シャフト
３        分級ロータ
３１      底面部
３２      間隙
３３      分級羽根
３４      開口部
４        ディップパイプ（絞り部）
４１      先端部
５        装置本体
５０      ケーシング
５１      原料供給部
５２      排出部
５２１    排出流路
５３      粗粉排出部
Ｘ        軸心
Ｏ        開口面
Ｅ        通過面
Ｐ        原料粉体
ａ        粗粉
ｂ        微粉
【図１】
2015151187.tif 000011
【図２】
2015151187.tif 000012
【図３】
2015151187.tif 000013
【図４】
2015151187.tif 000014
【図５】
2015151187.tif 000015
【図６】
2015151187.tif 000016
【図７】
2015151187.tif 000017
【図８】
2015151187.tif 000018
【図９】
2015151187.tif 000019
【国際調査報告】
2015151187.tif 000020
2015151187.tif 000021
2015151187.tif 000022
2015151187.tif 000023