(57)【要約】【課題】安価で簡便なエアシール方式でありながら、流動性が高く、かつ、研磨性の高い微細粉体を処理する場合でも、確実なシール効果が得られるようにする。【解決手段】内部に攪拌手段を備える粉体処理容器１と、攪拌手段を駆動するため容器端壁１ａから粉体処理容器１内に挿通される回転駆動軸２との間をシールする粉体処理装置の軸封装置１０において、内部に空気室１１ａを有し、回転駆動軸２が挿通された状態で容器端壁１ａに気密的に配置されるハウジング１１と、空気室１１ａ内に加圧空気を供給する加圧空気供給源Ｐと、空気室１１ａ内の容器端壁１ａ側で回転駆動軸２に対して非接触で同軸的に配置され、回転駆動軸２との間に加圧空気が通過可能な微細なシール間隙を形成する円筒状のシールカラー１２とを備え、好ましくはシール間隙を１ｍｍ以内にするとともに、シール間隙における加圧空気の流速を１５ｍ／ｓｅｃ以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に所定の攪拌手段を備える粉体処理容器と、上記攪拌手段を駆動するため所定の容器端壁から上記粉体処理容器内に挿通される回転駆動軸との間をシールする粉体処理装置の軸封装置において、
内部に空気室を有し、上記空気室内に上記回転駆動軸が挿通された状態で上記容器端壁の外壁面に気密的に配置されるハウジングと、上記空気室内に上記粉体処理容器の内部気圧よりも高い気圧の加圧空気を供給する加圧空気供給源と、上記空気室内の上記容器端壁面側で上記回転駆動軸に対して非接触で同軸的に配置され、上記回転駆動軸との間に上記加圧空気が通過可能な微細なシール間隙を形成する円筒状のシールカラーとを備えていることを特徴とする粉体処理装置の軸封装置。
【請求項２】
上記シール間隙が１ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項３】
上記シール間隙における上記加圧空気の流速が１５ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項４】
上記シールカラーの内径面には、その円周方向の全周にわたって凹溝が環状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項５】
上記回転駆動軸に対して上記シールカラーの複数個が隣接して並置され、それら各シールカラーの内径面の間に、その円周方向の全周にわたって凹溝が環状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項６】
上記シールカラーが、耐薬品性，耐熱性および寸法安定性に優れた合成樹脂材からなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項７】
上記回転駆動軸は、耐薬品性，耐熱性および寸法安定性に優れた金属製のスリーブを一体的に備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項８】
上記回転駆動軸の上記粉体処理容器内に入り込んだ部分には、上記粉体処理容器内の被処理粉体の当該軸封装置側への漏出を阻止する漏出阻止手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項９】
上記漏出阻止手段が、スクリュー羽根からなることを特徴とする請求項８に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【請求項１０】
上記漏出阻止手段が、ラビリンスシール手段からなることを特徴とする請求項８に記載の粉体処理装置の軸封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体処理装置の軸封装置に関し、さらに詳しく言えば、特に流動性および研磨性が高い粉体を混合，粉砕，造粒，乾燥するなどの目的で使用される粉体処理装置に好適な軸封装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記粉体処理装置では、通常、粉体処理容器内に回転翼などの攪拌手段を備え、その攪拌手段を回転駆動軸を介して外部の電動機などにより駆動するようにしている。その場合、処理粉体の容器外への漏出を防止するため、粉体処理容器に対する回転駆動軸の挿通部分にはシール機構としての軸封装置が設けられている。
【０００３】
その軸封方式には、簡便にはグランドパッキン式（グリース含有式を含む）のものから、用途に応じてエアシール方式やメカニカルシール方式などが適宜採用されている。
【０００４】
ところで、近年では粉体の混合，粉砕，造粒において、ナノ粒子に代表されるようにきわめて微粒な粒子を取り扱う工業的手段の要求が高まってきており、特に粒子性状において硬度が高く、しかも加工工程で研磨効果を発現する粉体の処理の必要性が生じている。
【０００５】
このような粉体処理に用いられる粉体処理装置では、その軸封部分の粉体リークが新たな問題となっている。これまでも、軸封部分の改善について種々の提案がなされており、その一つとして例えば特許文献１がある。
【０００６】
特許文献１には、グランドパッキンとエアシール方式とを併用することが提案されているが、高硬度で研磨性を有する微細粒子を処理する場合、微細粉体（微細粒子）によるグランドパッキンの磨耗により短期にシール寿命がつきてしまう。
【０００７】
その結果、シールケーシング内に微細粉体の侵入をもたらし、さらにはシールケーシングの気密を保つグランドパッキンなどのシール部も損傷を受けることから、微細粉体が作業空間にまで漏出し作業環境を劣化させることになりかねない。
【０００８】
そのうえ、微細粉体が高価な場合、その経済的損失は無視し得ないものとなる。また、より確実なシールを行うため、信頼性の高いメカニカルシールを採用したとしても、微細粉体が研磨性の高い場合には必ずしも有効なシール効果が得られるとは限らない。なお、ラビリンスリングとエアシールとを併用した例としては特許文献２がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１８５０２６号公報
【特許文献２】特開２０００−９７３５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の課題は、安価で簡便なエアシール方式でありながら、流動性が高く、かつ、研磨性の高いナノ粒子に代表される微細粉体を処理する場合でも、確実なシール効果が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、内部に所定の攪拌手段を備える粉体処理容器と、上記攪拌手段を駆動するため所定の容器端壁から上記粉体処理容器内に挿通される回転駆動軸との間をシールする粉体処理装置の軸封装置において、内部に空気室を有し、上記空気室内に上記回転駆動軸が挿通された状態で上記容器端壁の外壁面に気密的に配置されるハウジングと、上記空気室内に上記粉体処理容器の内部気圧よりも高い気圧の加圧空気を供給する加圧空気供給源と、上記空気室内の上記容器端壁面側で上記回転駆動軸に対して非接触で同軸的に配置され、上記回転駆動軸との間に上記加圧空気が通過可能な微細なシール間隙を形成する円筒状のシールカラーとを備えていることを特徴としている。
【００１２】
本発明において、上記シール間隙を好ましくは１ｍｍ以内，より好ましくは０．２〜０．７ｍｍ以内に設定するとよい。また、上記シール間隙における上記加圧空気の流速は１５ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。この１５ｍ／ｓｅｃ以上の流速を得るには、シール間隙および／または空気圧を調整すればよい。
【００１３】
よりシール効果を高めるには、上記シールカラーの内径面に、その円周方向の全周にわたって凹溝を環状に形成するとよい。また、上記回転駆動軸に対して上記シールカラーの複数個を隣接して並置し、それら各シールカラーの内径面の間に、その円周方向の全周にわたって凹溝を環状に形成することによっても、シール効果を高めることができる。
【００１４】
耐久性を高める観点から、上記シールカラーを耐薬品性，耐熱性および寸法安定性に優れた合成樹脂材（例えば、フッ素系合成樹脂材）より形成し、また、上記回転駆動軸には、耐薬品性，耐熱性および寸法安定性に優れた金属製のスリーブ（例えば、ＳＵＳ材）を一体的に被せるとよい。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、上記回転駆動軸の上記粉体処理容器内に入り込んだ部分に、上記粉体処理容器内の被処理粉体の当該軸封装置側への漏出を阻止する漏出阻止手段がさらに設けられる。その漏出阻止手段は、スクリュー羽根であってもよいし、ラビリンスシール手段であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内部に所定の攪拌手段を備える粉体処理容器と、上記攪拌手段を駆動するため所定の容器端壁から上記粉体処理容器内に挿通される回転駆動軸との間をシールする粉体処理装置の軸封装置において、内部に空気室を有し、上記空気室内に上記回転駆動軸が挿通された状態で上記容器端壁の外壁面に気密的に配置されるハウジングと、上記空気室内に上記粉体処理容器の内部気圧よりも高い気圧の加圧空気を供給する加圧空気供給源と、上記空気室内の上記容器端壁面側で上記回転駆動軸に対して非接触で同軸的に配置され、上記回転駆動軸との間に上記加圧空気が通過可能な微細なシール間隙を形成する円筒状のシールカラーとを備え、好ましくは上記シール間隙を１ｍｍ以内にするとともに、上記シール間隙における上記加圧空気の流速を１５ｍ／ｓｅｃ以上とすることにより、流動性が高く、かつ、研磨性の高いナノ粒子に代表される微細粉体を処理する場合でも、確実なシール効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、図１ないし図６により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明の第１実施形態を示す概略的な断面図，図２はその要部拡大断面図，図３は本発明の第２実施形態を示す概略的な断面図，図４はその要部拡大断面図，図５および図６は本発明の第３実施形態，第４実施形態をそれぞれ示す概略的な断面図である。
【００１８】
図１を参照して、まず粉体処理装置の構成を概略的に説明すると、この粉体処理装置はドラム状に形成された粉体処理容器１を備える。粉体処理容器１内には図示しない回転翼などの攪拌手段が設けられており、その攪拌手段を駆動するため、粉体処理容器１の容器端壁１ａから回転駆動軸２の一端側が粉体処理容器１内に挿通されている。回転駆動軸２の他端側はカップリング３を介して電動機４に連結されている。
【００１９】
本発明の軸封装置１０は、粉体処理容器１内の処理空間と、容器外の自由空間（作業空間）とを遮蔽するために用いられる。そのため、内部に所定容積の空気室１１ａを有する筒状のハウジング１１を備える。空気室１１ａには、加圧空気供給源であるコンプレッサもしくはエアポンプＰから加圧空気が供給される。コンプレッサもしくはエアポンプＰは、市販されているものであってよい。また、加圧空気には、例えば窒素ガスなどの不活性ガスが用いられてもよい。ハウジング１１は鋼製であることが好ましい。
【００２０】
ハウジング１１は、空気室１１ａ内に回転駆動軸２が挿通された状態で、その一端側が容器端壁１ａの外壁面に気密的に配置される。ハウジング１１の他端側の軸挿通部には、回転駆動軸２の周りをシールする空気室シール手段１４が設けられている。この例において、空気室シール手段１４にはグランドパッキン１４ａが用いられている。
【００２１】
図１の第１実施形態では、空気室１１ａ内の容器端壁１ａ側に、回転駆動軸２に対するシールカラー１２が配置される。図２を併せて参照して、シールカラー１２は円筒状（もしくはドーナツ円盤状）であって、回転駆動軸２に対して非接触で同軸的に配置され、回転駆動軸２との間に加圧空気が通過可能な微細なシール間隙Ｇを形成する。シールカラー１２は、押さえリング１３によりその位置が固定されている。
【００２２】
粉体処理装置の運転時におけるシール間隙Ｇは、１ｍｍ以内であることが好ましく、特には０．２〜０．７ｍｍがより好ましい。この幅のシール間隙Ｇを粉体処理装置の運転時全般にわたって維持させるには、シールカラー１２をＰＴＦＥ樹脂，ガラス繊維充填ＰＴＦＥ樹脂，カーボン繊維充填ＰＴＦＥ樹脂，アラミド樹脂など、耐薬品性，耐熱性および寸法安定性に優れた合成樹脂材で形成するとともに、回転駆動軸２には例えばＳＵＳ材よりなる金属製のスリーブ２ａを一体的に被せることが好ましい。
【００２３】
本発明において、シール間隙Ｇにおける加圧空気の流速は１５ｍ／ｓｅｃ以上で，より好ましくは２０ｍ／ｓｅｃ以上とする。このような流速を得るには、シール間隙ＧまたはコンプレッサやエアポンプＰから供給される空気圧を調整すればよい。また、空気室１１ａ内からシール間隙Ｇに向けての加圧空気の流れをよくするため、図２に示すように、シールカラー１２の内径面の上流側に例えば４５゜程度に角度で傾斜する円錐状の溝１２１を形成することが好ましい。
【００２４】
次に、図３に示す本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態と上記第１実施形態と異なる点は、シールカラーに同一形状，同一寸法のシールカラー１２ａ，１２ｂを２枚使用した点と、空気室シール手段１４にグランドパッキン１４ａに代えてオイルシール１４ｂを用いた点であり、その他の構成は上記第１実施形態と同じである。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、各シールカラー１２ａ，１２ｂの内径面の上流側に、角度４５゜で幅１０ｍｍの円錐状の溝１２１が形成されているため、この第２実施形態では、シールカラー１２ａ，１２ｂとの間に、溝１２１によるラビリンス効果が発現されることになる。なお、図４（ｂ）に示すように、シールカラー１２を一つとして、その内径面のほぼ中央に凹溝１２２を円周方向の全周にわたって形成しても同様のラビリンス効果を得ることができる。
【００２６】
次に、図５に示す第３実施形態および図６に示す第４実施形態について説明する。これらの各実施形態では、粉体処理容器１内に被処理粉体の当該軸封装置１０側への漏出を阻止する漏出阻止手段がさらに設けられる。
【００２７】
すなわち、図５の第３実施形態では、例えば上記第２実施形態の構成に加えて、回転駆動軸２の粉体処理容器１内に入り込んだ部分に、回転駆動軸２の回転に伴って粉体処理容器１内に向けて推力を発生するスクリュー羽根１５が設けられる。
【００２８】
また、図６の第４実施形態では、例えば上記第２実施形態の構成に加えて、回転駆動軸２の粉体処理容器１内に入り込んだ部分に、被処理粉体の流動抵抗を高めるラビリンスシール１６が設けられる。
【００２９】
このラビリンスシール１６は、回転駆動軸２側にその軸線方向に所定の間隔をもって互いに平行に取り付けられた一対の回転円板１６ａ，１６ａと、それらの間に入り込む固定円板１６ｂとの組合せかせなる。この場合、固定円板１６ｂは、粉体処理容器１の容器端壁１ａの内面側で回転駆動軸２と同軸的に形成された内筒１ｂに支持されている。この回転円板１６ａ，１６ａと固定円板１６ｂとの組が複数組設けられてもよい。
【実施例】
【００３０】
《実施例１》
図１に示す第１実施形態の態様で、粉体処理容器１内に平均粒径２０μｍ，真比重４の酸化遷移金属粉末を投入し、その金属粉末を粉体処理容器１内の攪拌翼にて流動混合させながら、噴霧ノズルより水溶液を噴霧して、約９０℃で金属粉末の調湿を行うにあたって、直径１６２ｍｍの回転駆動軸２に対して、内径が１６２．６ｍｍ，外径が２００ｍｍで，厚さ２０ｍｍのシールカラー１２を同軸的に配置しシール間隙Ｇを０．３ｍｍとして、エアポンプＰより空気室１１ａ内に５０ｋＰの加圧空気を供給し、シール間隙Ｇにおける加圧空気の流速を２０ｍ／ｓｅｃとしたところ、金属粉末のシール間隙Ｇからの漏出はまったく見られなかった。
【００３１】
《実施例２》
シール間隙Ｇを０．７ｍｍとしたほかは、上記実施例１と同じとして金属粉末の調湿を行ったが、この場合にも、上記実施例１と同じく金属粉末のシール間隙Ｇからの漏出はまったく見られなかった。
【００３２】
《実施例３》
上記第２実施形態のように、各シールカラー１２ａ，１２ｂの間にラビリンス効果が発現される溝１２１（角度４５゜で幅１０ｍｍの円錐状の溝）を設けた態様で、上記実施例１，２と同じ条件で金属粉末の調湿を行ったところ、この場合には、シール間隙Ｇにおける加圧空気の流速を１５ｍ／ｓｅｃにまで落としても、金属粉末のシール間隙Ｇからの漏出はまったく見られなかった。
【００３３】
〈比較例１〉
上記実施例１〜３のシールカラー１２（１２ａ，１２ｂ）に代わるシール構造として、回転駆動軸２に対して市販されているグランドパッキン＃ピラー４５２６Ｌの３本を締め付け圧が一定となるようにスプリングで締め付けてなるシール構造を採用した。そして、上記各実施例と同じ条件で金属粉末の調湿を行ったところ、試験を開始してから１２時間経過後にグランドパッキンより金属粉体の外部漏出が認められた。そこで、グランドパッキンを分解して、そのシール面を観察したところ、金属粉体による磨耗のためシール面が大幅に侵食され、シール機能がほどんと消失していた。
【００３４】
以上、図示の例に基づいて本発明を説明したが、上記第３実施形態におけるスクリュー羽根１５および上記第４実施形態におけるラビリンスシール１６は、上記第１実施形態に適用されてもよい。
【００３５】
また、上記第２実施形態において、シールカラーを３枚以上並置してもよい。各シールカラーの内径面側に凹溝を有する場合には、シールカラーの数が増えるにしたがって、軸封効果を高めることができる。
【００３６】
本発明の軸封装置は、上記実施例１に記載した平均粒径２０μｍ，真比重４の粉体を処理する粉体処理装置に好適であるが、被処理粉体の平均粒径および真比重はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略的な断面図。
【図２】上記第１実施形態の要部拡大断面図。
【図３】本発明の第２実施形態を示す概略的な断面図。
【図４】（ａ）第２実施形態の要部拡大断面図，（ｂ）第２実施形態の変形例を示す要部拡大断面図。
【図５】本発明の第３実施形態を示す概略的な断面図。
【図６】本発明の第４実施形態を示す概略的な断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  粉体処理容器
１ａ  容器端壁
２  回転駆動軸
２ａ  スリーブ
４  電動機
１０  軸封装置
１１  ハウジング
１１ａ  空気室
１２，１２ａ，１２ｂ  シールカラー
１２１，１２２  溝
１５  スクリュー
１６  ラビリンスシール
【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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