気流式分級機
【課題】分級点を容易に調整することが可能な気流式分級機を提供する。
【解決手段】中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面２ａをもつ分級板２と、その分級板２を収容して分級板２の上方に分級室９を形成するケーシング３と、分級室９内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室９内に旋回気流を形成する噴射ノズル１０と、分級板２の中央に開口する微粉排出口６と、分級板２の外周に沿って開口する粗粉排出口８とを有する気流式分級機において、分級室９内に、高速回転した状態で旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車１４を分級板２の上方に間隔をおいて同軸に設ける。
【解決手段】中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面２ａをもつ分級板２と、その分級板２を収容して分級板２の上方に分級室９を形成するケーシング３と、分級室９内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室９内に旋回気流を形成する噴射ノズル１０と、分級板２の中央に開口する微粉排出口６と、分級板２の外周に沿って開口する粗粉排出口８とを有する気流式分級機において、分級室９内に、高速回転した状態で旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車１４を分級板２の上方に間隔をおいて同軸に設ける。
【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、複写機等の画像形成装置に使用されるトナーなどの微小粉体を製造する場合、粉体の粒度を所定の範囲に揃えるために、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】
このような気流式分級機として、例えば、特許文献１の図１に記載のものが知られている。この気流式分級機は、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面をもつ分級板と、その分級板を収容して分級板の上方に分級室を形成するケーシングと、分級室内に高圧エアと原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室内に旋回気流を形成するエアノズルと、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。
【０００４】
この気流式分級機は、エアノズルから分級室内に固気混合流体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、この気流の旋回により作用する外向きの遠心力と中心向きに移動する気体の流れとによって、固気混合流体中の原料粉体を粗粉と微粉に分離する。すなわち、粗粉は、気流の旋回による外向きの遠心力により分級室内を径方向外側に移動して、分級板の外周の粗粉排出口から排出され、微粉は、中心向きに移動する空気の流れにより分級室内を径方向内側に移動して、分級板の中央の微粉排出口から排出される。
【０００５】
また、この分級機においては、固気混合流体を噴射するエアノズルとは別に加速用エアノズルを設け、この加速用エアノズルから分級室内に噴射される高圧エアにより分級室内の気流の旋回速度を高めて、分級点を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４９０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の気流式分級機を使用して粉体を分級するとき、その分級点を調節するには、同文献の段落００５４に記載があるように分級室の高さ寸法を変化させるか、あるいは加速用エアノズルから噴射する高圧エアの風量を調節することにより、分級室内の気流の旋回速度と中心向きの空気の移動速度とのバランスを変化させ、分級点を調節していた。
【０００８】
しかしながら、分級室の高さ寸法を変化させる作業（具体的には、分級室の周壁を構成する分割リングの枚数を追加または減少させる作業）は、分級機の運転を一旦停止して行なう必要があり煩雑である。また、分級点を目標値に合致させるために、分級室の高さ寸法や高圧エアの風量をどの程度の大きさに設定すべきかを見出すのは容易ではなく、そのため、高度の技能をもつ技術者が現地で調整を行なう必要があった。
【０００９】
また、特許文献１の気流式分級機は、固気混合流体の一部としてエアノズルから噴射する高圧エアとは別に、加速用エアノズルから噴射する高圧エアを使用するので、分級機でのエア消費量が多いという問題があった。特に、粉体原料の性質上、高圧エアに代えて高圧の不活性ガスを使用する必要がある場合、分級機での気体の消費量が多いと運転コストが上昇し、不経済である。
【００１０】
この発明が解決しようとする課題は、分級点を容易に調整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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面をもつ分級板と、その分級板を収容して分級板の上方に分級室を形成するケーシングと、前記分級室内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室内に旋回気流を形成する噴射ノズルと、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、前記分級室内に、高速回転した状態で前記旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車を前記分級板の上方に間隔をおいて同軸に設けた。
【００１２】
このようにすると、分級室内の羽根車を高速で回転させることにより、旋回気流の中央部から羽根車に気体が吸い込まれ、その吸い込まれた気体が旋回気流の外周部に旋回速度をもって送り出されるので、羽根車が無い場合よりも分級室内の気流の旋回速度が高くなり、微粉側への粗粉の混入を防止することができる。そして、この羽根車の回転速度を変化させることにより、分級室内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することが可能である。
【００１３】
前記羽根車の外径側に、前記羽根車から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して前記粗粉排出口よりも径方向内側に導く環状のガイド部材を設けると好ましい。このようにすると、羽根車から送り出された気体が粗粉排出口に直接吹き込むのを防止することで、粗粉排出口の近傍に存在する微粉が、羽根車から送り出される気体の流れによって粗粉排出口に落ち込む事態を防止することができる。
【００１４】
上記気流式分級機は、分級室に外気が流入しないように分級室を外気から遮断した構成のものを採用することができる。このようにすると、酸素に触れると酸化して燃焼するおそれのある金属微粉末（例えばネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石の粉末材料）や、水分吸湿を極端に嫌う粉体（医薬や食品など）についても、窒素ガスやアルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスや、デシカントにより水分を除去した空気を固気混合流体の気体として用いることで、気流式分級機による分級を行なうことが可能となる。そして、羽根車を使用して分級室内の気流の旋回速度を高めることができるので、噴射ノズルから噴射する不活性ガスとは別に、分級室内の気流の旋回速度を高めるための加速用の不活性ガスを外部から供給する必要がなく、分級機での不活性ガスの消費量を抑えることができる。
【００１５】
また、前記羽根車は、前記分級板の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された回転駆動される円盤部と、その円盤部の下面に固定された複数の羽根とからなるものを使用すると好ましい。このようにすると、高速で回転する羽根車の羽根が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子を解砕して分散状態とすることができ、その結果、シャープな分級が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の気流式分級機は、分級室内の羽根車の回転速度を変化させることにより、分級点を調節することができるので、分級点を調節するために分級機の運転を停止する必要がない。そのため、分級点の調整が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施形態の気流式分級機を示す正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１に示す気流式分級機の分級室近傍の拡大断面図
【図４】図１に示す羽根車を下側から見た図
【図５】（ａ）は図４に示す羽根車の他の例を示す図、（ｂ）は図４に示す羽根車の更に他の例を示す図
【図６】図１に示す気流式分級機を用いた粉砕機ユニットを示す配管図
【図７】図６に示す粉砕機ユニットを使用したときの羽根車の回転数と分級点の対応関係を示す図
【図８】（ａ）は図６に示す粉砕機ユニットを使用して得た微粉の粒度分布を示す図、（ｂ）は従来の粉砕機ユニットを使用して得た微粉の粒度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、この発明の実施形態の気流式分級機１を示す。この気流式分級機１は、分級板２と、分級板２を収容するケーシング３を有する。ケーシング３は、上部ケーシング３Ａと下部ケーシング３Ｂとを着脱可能に連結して形成されている。
【００１９】
分級板２は、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面２ａをもつセパレートコア４と、セパレートコア４の下面に固定した円環板５とからなる。分級板２の中央には微粉排出口６が開口しており、この微粉排出口６に、ケーシング３の壁面を貫通して外部に連通する微粉排出筒７が接続されている。また、分級板２の外周とケーシング３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８が設けられている。粗粉排出口８はケーシング３の下端開口に連通している。
【００２０】
図３に示すように、分級板２は、円錐状の上面２ａの外径側に連続して、外径側が低くなる環状の段差部２ｂを有する。この段差部２ｂは、図では、セパレートコア４と円環板５を別体に成形して両者を結合した分級板２を採用し、セパレートコア４の外周に円筒面４ａを形成し、その円筒面４ａの外径よりも円環板５の外径を大径とすることで円筒面４ａの外側に段差部２ｂを形成しているが、セパレートコア４と円環板５を一体に成形した分級板２を採用し、その分級板２に段差部２ｂを直接設けてもよい。
【００２１】
分級板２の上方には、上部ケーシング３Ａと分級板２とで囲まれた分級室９が形成されている。上部ケーシング３Ａと下部ケーシング３Ｂの間には、分級室９内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射する噴射ノズル１０を形成した環状の粉体供給ヘッダ１１が組み込まれている。
【００２２】
図２に示すように、粉体供給ヘッダ１１の外周側には、環状の粉体供給通路１２が形成され、ケーシング３の外部から供給される固気混合流体が粉体供給筒１３を通じて粉体供給通路１２内に導入されるようになっている。
【００２３】
噴射ノズル１０は、粉体供給ヘッダ１１に周方向に等間隔に複数形成されている。各噴射ノズル１０は、粉体供給通路１２と分級室９の間を連通しており、粉体供給通路１２内の固気混合流体を分級室９内に導入して噴射する。また、各噴射ノズル１０は、半径方向に対して傾斜した方向に噴射するように形成されており、各噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体が分級室９内に旋回気流を形成するようになっている。
【００２４】
図では、粉体供給ヘッダ１１の下面に粉体供給ヘッダ１１の外周から内周に至る溝を加工することで噴射ノズル１０を形成しているが、他の方法で噴射ノズル１０を形成してもよく、例えば、半径方向に対して傾斜した図示しない多数のガイドベーンを周方向に間隔をおいて並べ、その隣り合うガイドベーンの隙間を噴射ノズル１０としてもよい。
【００２５】
図３に示すように、分級室９内には、分級板２の上方に間隔をおいて同軸に羽根車１４が設けられている。羽根車１４は、回転駆動したときに軸方向に気体を吸い込んで、径方向外方に気体を送り出す遠心羽根車であり、分級板２の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された円盤部１５と、その円盤部１５の下面に固定された複数の羽根１６とからなる。
【００２６】
図４に示すように、各羽根１６は半径方向に直線状に延びるように配置されている。また、図３に示すように、各羽根１６の形状は、外径側から内径側に向かって羽根１６の軸方向高さが次第に高くなる形状とされ、その径方向内端（すなわち各羽根１６の軸方向高さが最も高い位置を結ぶ円の部分）の直径が、微粉排出口６（すなわち分級板２の上面２ａの最も高い位置を結ぶ円の部分）の直径とほぼ同径となるように形成されている。羽根車１４と分級板２の間隔は、外径側から内径側に向かって次第に狭くなり、その間隔が最も狭いところで、中心向きの旋回気流を阻害しない程度の大きさの空間が存在するように羽根車１４が配置されている。羽根車１４の外径は、微粉排出口６の直径よりも大径である。
【００２７】
円盤部１５の中心には回転軸１７が固定されている。回転軸１７は、分級室９の天井壁１８に組み込まれた転がり軸受１９で回転可能に支持され、この回転軸１７に電動モータ２０（図１参照）の回転が入力されるようになっている。図１では、回転軸１７と電動モータ２０のロータ軸２１とを軸継手２２を介して直結しているが、伝動ベルト等を介して回転軸１７と電動モータ２０のロータ軸２１とを接続してもよい。
【００２８】
電動モータ２０は、外部操作により電動モータ２０の回転数を変更可能なモータ制御装置２３（図６参照）に接続され、羽根車１４の回転軸１７を０〜１００００ｒｐｍの範囲で調節することが可能となっている。また、このモータ制御装置２３は、電動モータ２０の回転数を制御するほか、電動モータ２０の電圧および電流値に基づいて羽根車１４の負荷をモニタリングできる機能をもつ。
【００２９】
図３に示すように、円盤部１５は、分級室９の天井壁１８に沿って近接して配置されている。分級室９の天井壁１８には、円盤部１５と天井壁１８の隙間にパージ用の気体を噴射するパージ通路２４が設けられている。パージ通路２４は、回転軸１７を囲むように天井壁１８の下面に開口する環状溝２５と、この環状溝２５にケーシング３の外部からパージ用の気体を導入する気体供給通路２６とからなり、環状溝２５から円盤部１５と天井壁１８の隙間に気体を噴射することによって、分級室９内の粉体粒子が円盤部１５と天井壁１８の隙間に溜まるのを防止する。
【００３０】
羽根車１４は、セラミックスを焼結して形成したものや、セラミックスを表面にコーティングしたものや、硬質ウレタンを表面にライニングしたものを採用すると、粉体粒子との接触による摩耗を効果的に防止することができる。
【００３１】
分級室９の天井壁１８の羽根車１４の外径側には、環状のガイド部材２７が設けられており、羽根車１４から径方向外方に送り出される気体が、ガイド部材２７の内周の案内面２８に沿って下方に案内されるようになっている。ここで、案内面２８の内径は、羽根車１４の外径よりも大径かつ分級板２の外径よりも小径とされ、案内面２８に沿って下方に案内された気体が、粗粉排出口８よりも径方向内側に導かれるようになっている。ガイド部材２７の下面は、中心に向かって次第に高くなる逆円錐状に形成されている。
【００３２】
分級板２の段差部２ｂは、噴射ノズル１０から水平に噴射される固気混合流体を受け入れる高さ位置に形成されている。分級室９への気体の流入口は、噴射ノズル１０とパージ通路２４のみである。すなわち、分級室９には、外気（すなわちケーシング３の外側の大気中の空気）の流入口が設けられておらず、外気が分級室９に流入しないよう外気から遮断した構成とされている。
【００３３】
図６に、上記構成の気流式分級機１を用いた粉砕機ユニットを示す。
【００３４】
この粉砕機ユニットは、気流式分級機１と、気流式分級機１のケーシング３の下端開口から排出される粗粉を気体と共に衝突部材３０に衝突させて粉砕し、その粉砕された粉体粒子を気体と混合した状態で排出するジェット粉砕機３１と、このジェット粉砕機３１から排出された固気混合流体を、気流式分級機１の粉体供給筒１３に導入する循環通路３２と、その循環通路３２の途中に気体と共に原料粉体を送り込むインジェクションフィーダ３４とからなる。
【００３５】
インジェクションフィーダ３４の粉体投入口３３には、一定の供給速度で連続的に原料粉体を供給する連続定量供給機（図示せず）が接続されている。インジェクションフィーダ３４は、連続定量供給機から供給される原料粉体を連続的に吸引し、その原料粉体を気体と混合して連続的に送り出す。
【００３６】
ジェット粉砕機３１の気体供給口３５には、不活性ガス（例えば、窒素ガスやアルゴンガスやヘリウムガス）のタンク３６が接続され、インジェクションフィーダ３４の気体供給口３７にも不活性ガスのタンク３６が接続されている。気流式分級機１のケーシング３に設けられたパージ用の気体供給通路２６にも不活性ガスのタンク３６が接続されている。
【００３７】
気流式分級機１の微粉排出筒７には、微粉排出筒７から排出される固気混合流体を微粉と不活性ガスに分離するサイクロン式の固気分離装置３８が接続されている。さらに、固気分離装置３８の気体排出口３９には、固気分離装置３８から排出される不活性ガスに残存する微粉を捕集するバグフィルタ４０が接続されている。バグフィルタ４０の気体排出口４１にはコンプレッサ４２が接続され、コンプレッサ４２の吐出口にはタンク３６が接続されている。コンプレッサ４２は、バグフィルタ４０から排出された不活性ガスを圧縮し、その圧縮した不活性ガスをタンク３６に送り込む。
【００３８】
次に、上記粉砕機ユニットの動作を説明する。
【００３９】
タンク３６内の不活性ガスをインジェクションフィーダ３４に供給した状態で、インジェクションフィーダ３４の粉体投入口３３に原料粉体を投入すると、不活性ガスと原料粉体の固気混合流体がインジェクションフィーダ３４から送り出され、その固気混合流体は、循環通路３２を通って気流式分級機１の粉体供給筒１３に送り込まれる。
【００４０】
そして、図２に示すように、粉体供給筒１３からケーシング３内に送り込まれた固気混合流体は粉体供給通路１２を通って、複数の噴射ノズル１０から分級室９内に噴射される。各噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体は、分級室９内で中心向きの旋回気流（半自由渦）を形成する。このとき、噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体に含まれる粗粉が分級板２の段差部２ｂで堰き止められるので、分級室９内に固気濃度（固気混合流体中に占める粉体粒子の割合）の乱れが生じたときにも、微粉排出口６への粗粉の飛び込みを防止することができる。
【００４１】
気流式分級機１の運転中、分級室９内の羽根車１４は高速で回転させておく。これにより、分級室９内の気流の旋回速度を高めることができる。すなわち、羽根車１４を高速で回転させると、その羽根車１４が軸方向に気体を吸い込んで径方向外方に気体を送り出す遠心羽根車として作用するので、図３の矢印に示すように、分級板２と羽根車１４の間で旋回する中心向きの気流の中央部から原料粉体の一部を含んだ不活性ガスが羽根車１４に吸い込まれ、その吸い込まれた不活性ガスが、分級板２と羽根車１４の間で旋回する中心向きの気流の外周部に旋回速度をもって送り出され、この送り出された不活性ガスが分級室９内の中心向きの気流の旋回速度を加速する。また、羽根車１４の近傍に生じる強制渦によっても、分級室９内の中心向きの旋回気流が加速される。
【００４２】
このように、噴射ノズル１０からの噴射と羽根車１４の回転とによって、分級室９内に中心向きの旋回気流が形成されると、気流の旋回により作用する外向きの遠心力と中心向きに移動する不活性ガスの流れとによって、固気混合流体中の原料粉体が粗粉と微粉に分離される。
【００４３】
すなわち、粗粉は、気流の旋回による外向きの遠心力により分級室９内を径方向外側に移動して、分級板２の外周の粗粉排出口８から排出され、微粉は、中心向きに移動する不活性ガスの流れにより分級室９内を径方向内側に移動して、分級板２の中央の微粉排出口６から排出される。ここで、羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の中心向きの気流の旋回速度を変化させて分級点（微粉として排出される粉体粒子の粒度）を調節することが可能である。
【００４４】
そして、分級板２の外周の粗粉排出口８から排出された粗粉は、図６に示すように、ケーシング３の下端開口からジェット粉砕機３１に流入して粉砕され、タンク３６からジェット粉砕機３１に流入する不活性ガスと混合した状態でジェット粉砕機３１から排出される。ジェット粉砕機３１から排出された固気混合流体は、循環通路３２を通って気流式分級機１の粉体供給筒１３に送り込まれ、再び粗粉と微粉に遠心分離される。粗粉は、ケーシング３の下端開口からジェット粉砕機３１に戻され、所定の粒度になるまで繰り返し粉砕される。
【００４５】
分級板２の中央の微粉排出口６から排出された微粉は、固気分離装置３８で回収される。固気分離装置３８で回収されなかった超微粉は、バグフィルタ４０で回収される。バグフィルタ４０を通過した不活性ガスは、コンプレッサ４２で圧縮して再利用される。
【００４６】
以上のように、この気流式分級機１は、分級室９内の羽根車１４を高速で回転させることにより、旋回気流の中央部から羽根車１４に気体を吸い込み、その吸い込んだ気体を旋回気流の外周部に旋回速度をもって送り出すので、羽根車１４が無い場合よりも分級室９内の気流の旋回速度が高くなり、微粉側への粗粉の混入を防止することができる。そして、この羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することが可能である。
【００４７】
また、この気流式分級機１は、分級室９に外気が流入しないように分級室９を外気から遮断しているので、上記実施形態に示すように固気混合流体の気体として不活性ガスを用いることで、酸素に触れると酸化して燃焼するおそれのある金属微粉末（例えばネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石の粉末材料）の分級を行なうことが可能である。同様に、デシカントにより水分を除去した空気を固気混合流体の気体として用いることで、水分吸湿を極端に嫌う粉体（医薬や食品など）の分級を行なうことも可能である。
【００４８】
また、この気流式分級機１は、羽根車１４を使用して分級室９内の気流の旋回速度を高めるので、噴射ノズル１０から噴射される不活性ガスとは別に、分級室９内の気流の旋回速度を高めるための加速用の不活性ガスを外部から供給する必要がなく、気流式分級機１での気体の消費量を抑えることができ、気流式分級機１の運転コストを低減することが可能である。
【００４９】
また、この気流式分級機１は、羽根車１４の外径側にガイド部材２７を設けているので、粗粉側への微粉の混入を防止したシャープな分級が可能となっている。すなわち、仮にガイド部材２７を取り外した状態で分級を行なうと、羽根車１４から送り出された気体が上部ケーシング３Ａの内周面に沿って下方に案内され、粗粉排出口８に直接吹き込むこととなり、このとき粗粉排出口８の近傍に存在する微粉が、羽根車１４から送り出される気体の流れによって粗粉排出口８に落ち込む可能性がある。これに対し、この気流式分級機１では、羽根車１４の外径側に設けたガイド部材２７によって、羽根車１４から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して粗粉排出口８よりも径方向内側に導くようにしているので、羽根車１４から送り出された気体が粗粉排出口８に直接吹き込むのを防止することができ、その結果、粗粉排出口８の近傍に存在する微粉が、羽根車１４から送り出される気体の流れによって粗粉排出口８に落ち込む事態を防止することができる。
【００５０】
ところで、微粉は粗粉と比較して、静電気や粒子表面の水分等による凝集を生じやすく、固気混合流体中の微粉が凝集粒子を形成すると、その凝集粒子は見かけ上、粗粉と同等の粒度をもつので、粗粉として分級され、分級の精度が低下してしまう。特に、気流式分級機１を上記粉砕機ユニットに組み込んで使用した場合、微粉の凝集粒子が粗粉として分級されると、その凝集粒子がジェット粉砕機３１で粉砕されて微粉の粒度が更に小さくなるので、目的の粒度を下回る超微粉が発生しやすいという問題がある。
【００５１】
そこで、シャープな分級を可能とするため、羽根車１４としては、上記実施形態に示すように、円盤部１５と、その円盤部１５の下面に固定された複数の羽根１６とからなるものを使用すると好ましい。このようにすると、高速で回転する羽根車１４の羽根１６が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子を解砕して分散状態とすることができ、その結果、微粉の凝集粒子の粗粉側への混入を防止したシャープな分級が可能となる。なお、羽根車１４としては、上下に対向する一対の円板の間に周方向に間隔をおいて複数の羽根を設けたタイプの遠心羽根車を採用することも可能であり、この場合でも、羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することは可能である。
【００５２】
上記実施形態では、図４に示すように、半径方向に直線状に延びるように各羽根１６を配置した羽根車１４を例に挙げて説明したが、図５（ａ）に示すように、外径側が内径側よりも回転方向後ろ向きに傾斜した複数の羽根１６を周方向に間隔をおいて配置した羽根車１４を採用することも可能であり、また、図５（ｂ）に示すように、外径側が内径側よりも回転方向前向きに傾斜した複数の羽根１６を周方向に間隔をおいて配置した羽根車１４を採用することも可能である。
【００５３】
気流式分級機１の分級点が、羽根車１４の回転速度を変化させることで調節可能であることを確認するため、上述した粉砕機ユニットにおいて、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を変化させ、その回転数に応じて固気分離装置３８で回収される微粉の粒度を測定する試験を行なった。
【００５４】
すなわち、上記粉砕機ユニットにおいて、原料粉体をジェット粉砕機３１で粉砕して気流式分級機１で分級し、ここで、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を４５００〜７０００ｒｐｍの範囲で変化させ、各回転数のときに固気分離装置３８で回収された微粉について、コールターカウンターを使用して５００００個の粉体粒子の粒度を測定した。コールターカウンターは、電解液中で粉体粒子がアパーチャー（細孔）を通過するときのアパーチャーを介した電解液の電気抵抗値の変化を検出し、その電気抵抗値の変化に基づいて粒度を測定するものである。
【００５５】
この試験での上記粉砕機ユニットの運転条件は次のとおりである。
原料粉体：トナーフレーク（２ｍｍパス品）
インジェクションフィーダ３４の気体消費量：200NL/min
インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量：1.4kg/hr、2.4kg/hr、3.1kg/hr
ジェット粉砕機３１の気体消費量：2000NL/min
羽根車１４の回転数：4500〜7000rpm
タンク３６の内圧：0.6MPa
【００５６】
また、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量が一定の状態で、羽根車１４の回転数を上昇させると、ある回転数で、粉砕機ユニットの循環系内で粉体が滞留するホールドアップ現象が生じて微粉の回収収率が低下したため、この場合、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量を下げ、微粉の回収収率が９５％以上となる条件で粒度の測定を行なった。
【００５７】
図７に、微粉として回収された粉体粒子の粒度の測定結果を示す。この測定結果から分かるように、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を４５００〜７０００ｒｐｍの範囲で変化させることにより、微粉排出口６から微粉として排出される粉体粒子の分級点を約４μｍ変化させることが可能である。分級点は、微粉として排出された粉体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Ｄ５０）をいう。
【００５８】
図８（ａ）に、上記試験において、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量を２．４ｋｇ／ｈｒとし、羽根車１４を６０００ｒｐｍの回転数で回転させたときに、微粉として回収された粉体粒子５００００個の粒度分布を示す。図８（ｂ）に示す粒度分布は、羽根車１４を用いない従来の気流式分級機を用いて図６と同様の粉砕機ユニットを構成したときに微粉として回収された粉体粒子の粒度分布である。
【００５９】
図８（ａ）、（ｂ）を比較すると、図８（ａ）に示す粒度分布は、図８（ｂ）に示す粒度分布よりも３μｍ以下の粒度の超微粉の占める割合が少ない。これは、羽根車１４を用いない従来の気流式分級機では、固気混合流体中に存在する微粉の凝集粒子が見かけ上、粗粉と同じ粒度を有するので、粗粉として分級され、その凝集粒子がジェット粉砕機３１で粉砕されて微粉の粒度が更に小さくなり、その結果、図８（ｂ）に示すように、超微粉が比較的多く発生したものと考えられる。
【００６０】
これに対し、羽根車１４を用いたこの発明の気流式分級機１では、高速で回転する羽根車１４の羽根１６が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子が解砕されて分散状態となり、その結果、微粉の凝集粒子がジェット粉砕機３１に流入する事態が防止され、図８（ａ）に示すように、超微粉の発生が少なくなったものと考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 気流式分級機
２ 分級板
２ａ 上面
３ ケーシング
６ 微粉排出口
８ 粗粉排出口
１０ 噴射ノズル
１４ 羽根車
１５ 円盤部
１６ 羽根
２７ ガイド部材
【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、複写機等の画像形成装置に使用されるトナーなどの微小粉体を製造する場合、粉体の粒度を所定の範囲に揃えるために、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】
このような気流式分級機として、例えば、特許文献１の図１に記載のものが知られている。この気流式分級機は、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面をもつ分級板と、その分級板を収容して分級板の上方に分級室を形成するケーシングと、分級室内に高圧エアと原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室内に旋回気流を形成するエアノズルと、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。
【０００４】
この気流式分級機は、エアノズルから分級室内に固気混合流体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、この気流の旋回により作用する外向きの遠心力と中心向きに移動する気体の流れとによって、固気混合流体中の原料粉体を粗粉と微粉に分離する。すなわち、粗粉は、気流の旋回による外向きの遠心力により分級室内を径方向外側に移動して、分級板の外周の粗粉排出口から排出され、微粉は、中心向きに移動する空気の流れにより分級室内を径方向内側に移動して、分級板の中央の微粉排出口から排出される。
【０００５】
また、この分級機においては、固気混合流体を噴射するエアノズルとは別に加速用エアノズルを設け、この加速用エアノズルから分級室内に噴射される高圧エアにより分級室内の気流の旋回速度を高めて、分級点を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１４９０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１に記載の気流式分級機を使用して粉体を分級するとき、その分級点を調節するには、同文献の段落００５４に記載があるように分級室の高さ寸法を変化させるか、あるいは加速用エアノズルから噴射する高圧エアの風量を調節することにより、分級室内の気流の旋回速度と中心向きの空気の移動速度とのバランスを変化させ、分級点を調節していた。
【０００８】
しかしながら、分級室の高さ寸法を変化させる作業（具体的には、分級室の周壁を構成する分割リングの枚数を追加または減少させる作業）は、分級機の運転を一旦停止して行なう必要があり煩雑である。また、分級点を目標値に合致させるために、分級室の高さ寸法や高圧エアの風量をどの程度の大きさに設定すべきかを見出すのは容易ではなく、そのため、高度の技能をもつ技術者が現地で調整を行なう必要があった。
【０００９】
また、特許文献１の気流式分級機は、固気混合流体の一部としてエアノズルから噴射する高圧エアとは別に、加速用エアノズルから噴射する高圧エアを使用するので、分級機でのエア消費量が多いという問題があった。特に、粉体原料の性質上、高圧エアに代えて高圧の不活性ガスを使用する必要がある場合、分級機での気体の消費量が多いと運転コストが上昇し、不経済である。
【００１０】
この発明が解決しようとする課題は、分級点を容易に調整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】
【００１１】
上記の課題を解決するため、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面をもつ分級板と、その分級板を収容して分級板の上方に分級室を形成するケーシングと、前記分級室内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室内に旋回気流を形成する噴射ノズルと、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、前記分級室内に、高速回転した状態で前記旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車を前記分級板の上方に間隔をおいて同軸に設けた。
【００１２】
このようにすると、分級室内の羽根車を高速で回転させることにより、旋回気流の中央部から羽根車に気体が吸い込まれ、その吸い込まれた気体が旋回気流の外周部に旋回速度をもって送り出されるので、羽根車が無い場合よりも分級室内の気流の旋回速度が高くなり、微粉側への粗粉の混入を防止することができる。そして、この羽根車の回転速度を変化させることにより、分級室内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することが可能である。
【００１３】
前記羽根車の外径側に、前記羽根車から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して前記粗粉排出口よりも径方向内側に導く環状のガイド部材を設けると好ましい。このようにすると、羽根車から送り出された気体が粗粉排出口に直接吹き込むのを防止することで、粗粉排出口の近傍に存在する微粉が、羽根車から送り出される気体の流れによって粗粉排出口に落ち込む事態を防止することができる。
【００１４】
上記気流式分級機は、分級室に外気が流入しないように分級室を外気から遮断した構成のものを採用することができる。このようにすると、酸素に触れると酸化して燃焼するおそれのある金属微粉末（例えばネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石の粉末材料）や、水分吸湿を極端に嫌う粉体（医薬や食品など）についても、窒素ガスやアルゴンガスやヘリウムガス等の不活性ガスや、デシカントにより水分を除去した空気を固気混合流体の気体として用いることで、気流式分級機による分級を行なうことが可能となる。そして、羽根車を使用して分級室内の気流の旋回速度を高めることができるので、噴射ノズルから噴射する不活性ガスとは別に、分級室内の気流の旋回速度を高めるための加速用の不活性ガスを外部から供給する必要がなく、分級機での不活性ガスの消費量を抑えることができる。
【００１５】
また、前記羽根車は、前記分級板の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された回転駆動される円盤部と、その円盤部の下面に固定された複数の羽根とからなるものを使用すると好ましい。このようにすると、高速で回転する羽根車の羽根が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子を解砕して分散状態とすることができ、その結果、シャープな分級が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の気流式分級機は、分級室内の羽根車の回転速度を変化させることにより、分級点を調節することができるので、分級点を調節するために分級機の運転を停止する必要がない。そのため、分級点の調整が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施形態の気流式分級機を示す正面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図１に示す気流式分級機の分級室近傍の拡大断面図
【図４】図１に示す羽根車を下側から見た図
【図５】（ａ）は図４に示す羽根車の他の例を示す図、（ｂ）は図４に示す羽根車の更に他の例を示す図
【図６】図１に示す気流式分級機を用いた粉砕機ユニットを示す配管図
【図７】図６に示す粉砕機ユニットを使用したときの羽根車の回転数と分級点の対応関係を示す図
【図８】（ａ）は図６に示す粉砕機ユニットを使用して得た微粉の粒度分布を示す図、（ｂ）は従来の粉砕機ユニットを使用して得た微粉の粒度分布を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、この発明の実施形態の気流式分級機１を示す。この気流式分級機１は、分級板２と、分級板２を収容するケーシング３を有する。ケーシング３は、上部ケーシング３Ａと下部ケーシング３Ｂとを着脱可能に連結して形成されている。
【００１９】
分級板２は、中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面２ａをもつセパレートコア４と、セパレートコア４の下面に固定した円環板５とからなる。分級板２の中央には微粉排出口６が開口しており、この微粉排出口６に、ケーシング３の壁面を貫通して外部に連通する微粉排出筒７が接続されている。また、分級板２の外周とケーシング３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８が設けられている。粗粉排出口８はケーシング３の下端開口に連通している。
【００２０】
図３に示すように、分級板２は、円錐状の上面２ａの外径側に連続して、外径側が低くなる環状の段差部２ｂを有する。この段差部２ｂは、図では、セパレートコア４と円環板５を別体に成形して両者を結合した分級板２を採用し、セパレートコア４の外周に円筒面４ａを形成し、その円筒面４ａの外径よりも円環板５の外径を大径とすることで円筒面４ａの外側に段差部２ｂを形成しているが、セパレートコア４と円環板５を一体に成形した分級板２を採用し、その分級板２に段差部２ｂを直接設けてもよい。
【００２１】
分級板２の上方には、上部ケーシング３Ａと分級板２とで囲まれた分級室９が形成されている。上部ケーシング３Ａと下部ケーシング３Ｂの間には、分級室９内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射する噴射ノズル１０を形成した環状の粉体供給ヘッダ１１が組み込まれている。
【００２２】
図２に示すように、粉体供給ヘッダ１１の外周側には、環状の粉体供給通路１２が形成され、ケーシング３の外部から供給される固気混合流体が粉体供給筒１３を通じて粉体供給通路１２内に導入されるようになっている。
【００２３】
噴射ノズル１０は、粉体供給ヘッダ１１に周方向に等間隔に複数形成されている。各噴射ノズル１０は、粉体供給通路１２と分級室９の間を連通しており、粉体供給通路１２内の固気混合流体を分級室９内に導入して噴射する。また、各噴射ノズル１０は、半径方向に対して傾斜した方向に噴射するように形成されており、各噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体が分級室９内に旋回気流を形成するようになっている。
【００２４】
図では、粉体供給ヘッダ１１の下面に粉体供給ヘッダ１１の外周から内周に至る溝を加工することで噴射ノズル１０を形成しているが、他の方法で噴射ノズル１０を形成してもよく、例えば、半径方向に対して傾斜した図示しない多数のガイドベーンを周方向に間隔をおいて並べ、その隣り合うガイドベーンの隙間を噴射ノズル１０としてもよい。
【００２５】
図３に示すように、分級室９内には、分級板２の上方に間隔をおいて同軸に羽根車１４が設けられている。羽根車１４は、回転駆動したときに軸方向に気体を吸い込んで、径方向外方に気体を送り出す遠心羽根車であり、分級板２の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された円盤部１５と、その円盤部１５の下面に固定された複数の羽根１６とからなる。
【００２６】
図４に示すように、各羽根１６は半径方向に直線状に延びるように配置されている。また、図３に示すように、各羽根１６の形状は、外径側から内径側に向かって羽根１６の軸方向高さが次第に高くなる形状とされ、その径方向内端（すなわち各羽根１６の軸方向高さが最も高い位置を結ぶ円の部分）の直径が、微粉排出口６（すなわち分級板２の上面２ａの最も高い位置を結ぶ円の部分）の直径とほぼ同径となるように形成されている。羽根車１４と分級板２の間隔は、外径側から内径側に向かって次第に狭くなり、その間隔が最も狭いところで、中心向きの旋回気流を阻害しない程度の大きさの空間が存在するように羽根車１４が配置されている。羽根車１４の外径は、微粉排出口６の直径よりも大径である。
【００２７】
円盤部１５の中心には回転軸１７が固定されている。回転軸１７は、分級室９の天井壁１８に組み込まれた転がり軸受１９で回転可能に支持され、この回転軸１７に電動モータ２０（図１参照）の回転が入力されるようになっている。図１では、回転軸１７と電動モータ２０のロータ軸２１とを軸継手２２を介して直結しているが、伝動ベルト等を介して回転軸１７と電動モータ２０のロータ軸２１とを接続してもよい。
【００２８】
電動モータ２０は、外部操作により電動モータ２０の回転数を変更可能なモータ制御装置２３（図６参照）に接続され、羽根車１４の回転軸１７を０〜１００００ｒｐｍの範囲で調節することが可能となっている。また、このモータ制御装置２３は、電動モータ２０の回転数を制御するほか、電動モータ２０の電圧および電流値に基づいて羽根車１４の負荷をモニタリングできる機能をもつ。
【００２９】
図３に示すように、円盤部１５は、分級室９の天井壁１８に沿って近接して配置されている。分級室９の天井壁１８には、円盤部１５と天井壁１８の隙間にパージ用の気体を噴射するパージ通路２４が設けられている。パージ通路２４は、回転軸１７を囲むように天井壁１８の下面に開口する環状溝２５と、この環状溝２５にケーシング３の外部からパージ用の気体を導入する気体供給通路２６とからなり、環状溝２５から円盤部１５と天井壁１８の隙間に気体を噴射することによって、分級室９内の粉体粒子が円盤部１５と天井壁１８の隙間に溜まるのを防止する。
【００３０】
羽根車１４は、セラミックスを焼結して形成したものや、セラミックスを表面にコーティングしたものや、硬質ウレタンを表面にライニングしたものを採用すると、粉体粒子との接触による摩耗を効果的に防止することができる。
【００３１】
分級室９の天井壁１８の羽根車１４の外径側には、環状のガイド部材２７が設けられており、羽根車１４から径方向外方に送り出される気体が、ガイド部材２７の内周の案内面２８に沿って下方に案内されるようになっている。ここで、案内面２８の内径は、羽根車１４の外径よりも大径かつ分級板２の外径よりも小径とされ、案内面２８に沿って下方に案内された気体が、粗粉排出口８よりも径方向内側に導かれるようになっている。ガイド部材２７の下面は、中心に向かって次第に高くなる逆円錐状に形成されている。
【００３２】
分級板２の段差部２ｂは、噴射ノズル１０から水平に噴射される固気混合流体を受け入れる高さ位置に形成されている。分級室９への気体の流入口は、噴射ノズル１０とパージ通路２４のみである。すなわち、分級室９には、外気（すなわちケーシング３の外側の大気中の空気）の流入口が設けられておらず、外気が分級室９に流入しないよう外気から遮断した構成とされている。
【００３３】
図６に、上記構成の気流式分級機１を用いた粉砕機ユニットを示す。
【００３４】
この粉砕機ユニットは、気流式分級機１と、気流式分級機１のケーシング３の下端開口から排出される粗粉を気体と共に衝突部材３０に衝突させて粉砕し、その粉砕された粉体粒子を気体と混合した状態で排出するジェット粉砕機３１と、このジェット粉砕機３１から排出された固気混合流体を、気流式分級機１の粉体供給筒１３に導入する循環通路３２と、その循環通路３２の途中に気体と共に原料粉体を送り込むインジェクションフィーダ３４とからなる。
【００３５】
インジェクションフィーダ３４の粉体投入口３３には、一定の供給速度で連続的に原料粉体を供給する連続定量供給機（図示せず）が接続されている。インジェクションフィーダ３４は、連続定量供給機から供給される原料粉体を連続的に吸引し、その原料粉体を気体と混合して連続的に送り出す。
【００３６】
ジェット粉砕機３１の気体供給口３５には、不活性ガス（例えば、窒素ガスやアルゴンガスやヘリウムガス）のタンク３６が接続され、インジェクションフィーダ３４の気体供給口３７にも不活性ガスのタンク３６が接続されている。気流式分級機１のケーシング３に設けられたパージ用の気体供給通路２６にも不活性ガスのタンク３６が接続されている。
【００３７】
気流式分級機１の微粉排出筒７には、微粉排出筒７から排出される固気混合流体を微粉と不活性ガスに分離するサイクロン式の固気分離装置３８が接続されている。さらに、固気分離装置３８の気体排出口３９には、固気分離装置３８から排出される不活性ガスに残存する微粉を捕集するバグフィルタ４０が接続されている。バグフィルタ４０の気体排出口４１にはコンプレッサ４２が接続され、コンプレッサ４２の吐出口にはタンク３６が接続されている。コンプレッサ４２は、バグフィルタ４０から排出された不活性ガスを圧縮し、その圧縮した不活性ガスをタンク３６に送り込む。
【００３８】
次に、上記粉砕機ユニットの動作を説明する。
【００３９】
タンク３６内の不活性ガスをインジェクションフィーダ３４に供給した状態で、インジェクションフィーダ３４の粉体投入口３３に原料粉体を投入すると、不活性ガスと原料粉体の固気混合流体がインジェクションフィーダ３４から送り出され、その固気混合流体は、循環通路３２を通って気流式分級機１の粉体供給筒１３に送り込まれる。
【００４０】
そして、図２に示すように、粉体供給筒１３からケーシング３内に送り込まれた固気混合流体は粉体供給通路１２を通って、複数の噴射ノズル１０から分級室９内に噴射される。各噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体は、分級室９内で中心向きの旋回気流（半自由渦）を形成する。このとき、噴射ノズル１０から噴射された固気混合流体に含まれる粗粉が分級板２の段差部２ｂで堰き止められるので、分級室９内に固気濃度（固気混合流体中に占める粉体粒子の割合）の乱れが生じたときにも、微粉排出口６への粗粉の飛び込みを防止することができる。
【００４１】
気流式分級機１の運転中、分級室９内の羽根車１４は高速で回転させておく。これにより、分級室９内の気流の旋回速度を高めることができる。すなわち、羽根車１４を高速で回転させると、その羽根車１４が軸方向に気体を吸い込んで径方向外方に気体を送り出す遠心羽根車として作用するので、図３の矢印に示すように、分級板２と羽根車１４の間で旋回する中心向きの気流の中央部から原料粉体の一部を含んだ不活性ガスが羽根車１４に吸い込まれ、その吸い込まれた不活性ガスが、分級板２と羽根車１４の間で旋回する中心向きの気流の外周部に旋回速度をもって送り出され、この送り出された不活性ガスが分級室９内の中心向きの気流の旋回速度を加速する。また、羽根車１４の近傍に生じる強制渦によっても、分級室９内の中心向きの旋回気流が加速される。
【００４２】
このように、噴射ノズル１０からの噴射と羽根車１４の回転とによって、分級室９内に中心向きの旋回気流が形成されると、気流の旋回により作用する外向きの遠心力と中心向きに移動する不活性ガスの流れとによって、固気混合流体中の原料粉体が粗粉と微粉に分離される。
【００４３】
すなわち、粗粉は、気流の旋回による外向きの遠心力により分級室９内を径方向外側に移動して、分級板２の外周の粗粉排出口８から排出され、微粉は、中心向きに移動する不活性ガスの流れにより分級室９内を径方向内側に移動して、分級板２の中央の微粉排出口６から排出される。ここで、羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の中心向きの気流の旋回速度を変化させて分級点（微粉として排出される粉体粒子の粒度）を調節することが可能である。
【００４４】
そして、分級板２の外周の粗粉排出口８から排出された粗粉は、図６に示すように、ケーシング３の下端開口からジェット粉砕機３１に流入して粉砕され、タンク３６からジェット粉砕機３１に流入する不活性ガスと混合した状態でジェット粉砕機３１から排出される。ジェット粉砕機３１から排出された固気混合流体は、循環通路３２を通って気流式分級機１の粉体供給筒１３に送り込まれ、再び粗粉と微粉に遠心分離される。粗粉は、ケーシング３の下端開口からジェット粉砕機３１に戻され、所定の粒度になるまで繰り返し粉砕される。
【００４５】
分級板２の中央の微粉排出口６から排出された微粉は、固気分離装置３８で回収される。固気分離装置３８で回収されなかった超微粉は、バグフィルタ４０で回収される。バグフィルタ４０を通過した不活性ガスは、コンプレッサ４２で圧縮して再利用される。
【００４６】
以上のように、この気流式分級機１は、分級室９内の羽根車１４を高速で回転させることにより、旋回気流の中央部から羽根車１４に気体を吸い込み、その吸い込んだ気体を旋回気流の外周部に旋回速度をもって送り出すので、羽根車１４が無い場合よりも分級室９内の気流の旋回速度が高くなり、微粉側への粗粉の混入を防止することができる。そして、この羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することが可能である。
【００４７】
また、この気流式分級機１は、分級室９に外気が流入しないように分級室９を外気から遮断しているので、上記実施形態に示すように固気混合流体の気体として不活性ガスを用いることで、酸素に触れると酸化して燃焼するおそれのある金属微粉末（例えばネオジウム鉄ボロン系の焼結磁石の粉末材料）の分級を行なうことが可能である。同様に、デシカントにより水分を除去した空気を固気混合流体の気体として用いることで、水分吸湿を極端に嫌う粉体（医薬や食品など）の分級を行なうことも可能である。
【００４８】
また、この気流式分級機１は、羽根車１４を使用して分級室９内の気流の旋回速度を高めるので、噴射ノズル１０から噴射される不活性ガスとは別に、分級室９内の気流の旋回速度を高めるための加速用の不活性ガスを外部から供給する必要がなく、気流式分級機１での気体の消費量を抑えることができ、気流式分級機１の運転コストを低減することが可能である。
【００４９】
また、この気流式分級機１は、羽根車１４の外径側にガイド部材２７を設けているので、粗粉側への微粉の混入を防止したシャープな分級が可能となっている。すなわち、仮にガイド部材２７を取り外した状態で分級を行なうと、羽根車１４から送り出された気体が上部ケーシング３Ａの内周面に沿って下方に案内され、粗粉排出口８に直接吹き込むこととなり、このとき粗粉排出口８の近傍に存在する微粉が、羽根車１４から送り出される気体の流れによって粗粉排出口８に落ち込む可能性がある。これに対し、この気流式分級機１では、羽根車１４の外径側に設けたガイド部材２７によって、羽根車１４から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して粗粉排出口８よりも径方向内側に導くようにしているので、羽根車１４から送り出された気体が粗粉排出口８に直接吹き込むのを防止することができ、その結果、粗粉排出口８の近傍に存在する微粉が、羽根車１４から送り出される気体の流れによって粗粉排出口８に落ち込む事態を防止することができる。
【００５０】
ところで、微粉は粗粉と比較して、静電気や粒子表面の水分等による凝集を生じやすく、固気混合流体中の微粉が凝集粒子を形成すると、その凝集粒子は見かけ上、粗粉と同等の粒度をもつので、粗粉として分級され、分級の精度が低下してしまう。特に、気流式分級機１を上記粉砕機ユニットに組み込んで使用した場合、微粉の凝集粒子が粗粉として分級されると、その凝集粒子がジェット粉砕機３１で粉砕されて微粉の粒度が更に小さくなるので、目的の粒度を下回る超微粉が発生しやすいという問題がある。
【００５１】
そこで、シャープな分級を可能とするため、羽根車１４としては、上記実施形態に示すように、円盤部１５と、その円盤部１５の下面に固定された複数の羽根１６とからなるものを使用すると好ましい。このようにすると、高速で回転する羽根車１４の羽根１６が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子を解砕して分散状態とすることができ、その結果、微粉の凝集粒子の粗粉側への混入を防止したシャープな分級が可能となる。なお、羽根車１４としては、上下に対向する一対の円板の間に周方向に間隔をおいて複数の羽根を設けたタイプの遠心羽根車を採用することも可能であり、この場合でも、羽根車１４の回転速度を変化させることにより、分級室９内の気流の旋回速度を変化させて、分級点を調節することは可能である。
【００５２】
上記実施形態では、図４に示すように、半径方向に直線状に延びるように各羽根１６を配置した羽根車１４を例に挙げて説明したが、図５（ａ）に示すように、外径側が内径側よりも回転方向後ろ向きに傾斜した複数の羽根１６を周方向に間隔をおいて配置した羽根車１４を採用することも可能であり、また、図５（ｂ）に示すように、外径側が内径側よりも回転方向前向きに傾斜した複数の羽根１６を周方向に間隔をおいて配置した羽根車１４を採用することも可能である。
【００５３】
気流式分級機１の分級点が、羽根車１４の回転速度を変化させることで調節可能であることを確認するため、上述した粉砕機ユニットにおいて、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を変化させ、その回転数に応じて固気分離装置３８で回収される微粉の粒度を測定する試験を行なった。
【００５４】
すなわち、上記粉砕機ユニットにおいて、原料粉体をジェット粉砕機３１で粉砕して気流式分級機１で分級し、ここで、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を４５００〜７０００ｒｐｍの範囲で変化させ、各回転数のときに固気分離装置３８で回収された微粉について、コールターカウンターを使用して５００００個の粉体粒子の粒度を測定した。コールターカウンターは、電解液中で粉体粒子がアパーチャー（細孔）を通過するときのアパーチャーを介した電解液の電気抵抗値の変化を検出し、その電気抵抗値の変化に基づいて粒度を測定するものである。
【００５５】
この試験での上記粉砕機ユニットの運転条件は次のとおりである。
原料粉体：トナーフレーク（２ｍｍパス品）
インジェクションフィーダ３４の気体消費量：200NL/min
インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量：1.4kg/hr、2.4kg/hr、3.1kg/hr
ジェット粉砕機３１の気体消費量：2000NL/min
羽根車１４の回転数：4500〜7000rpm
タンク３６の内圧：0.6MPa
【００５６】
また、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量が一定の状態で、羽根車１４の回転数を上昇させると、ある回転数で、粉砕機ユニットの循環系内で粉体が滞留するホールドアップ現象が生じて微粉の回収収率が低下したため、この場合、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量を下げ、微粉の回収収率が９５％以上となる条件で粒度の測定を行なった。
【００５７】
図７に、微粉として回収された粉体粒子の粒度の測定結果を示す。この測定結果から分かるように、気流式分級機１の羽根車１４の回転数を４５００〜７０００ｒｐｍの範囲で変化させることにより、微粉排出口６から微粉として排出される粉体粒子の分級点を約４μｍ変化させることが可能である。分級点は、微粉として排出された粉体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Ｄ５０）をいう。
【００５８】
図８（ａ）に、上記試験において、インジェクションフィーダ３４からの原料粉体の供給量を２．４ｋｇ／ｈｒとし、羽根車１４を６０００ｒｐｍの回転数で回転させたときに、微粉として回収された粉体粒子５００００個の粒度分布を示す。図８（ｂ）に示す粒度分布は、羽根車１４を用いない従来の気流式分級機を用いて図６と同様の粉砕機ユニットを構成したときに微粉として回収された粉体粒子の粒度分布である。
【００５９】
図８（ａ）、（ｂ）を比較すると、図８（ａ）に示す粒度分布は、図８（ｂ）に示す粒度分布よりも３μｍ以下の粒度の超微粉の占める割合が少ない。これは、羽根車１４を用いない従来の気流式分級機では、固気混合流体中に存在する微粉の凝集粒子が見かけ上、粗粉と同じ粒度を有するので、粗粉として分級され、その凝集粒子がジェット粉砕機３１で粉砕されて微粉の粒度が更に小さくなり、その結果、図８（ｂ）に示すように、超微粉が比較的多く発生したものと考えられる。
【００６０】
これに対し、羽根車１４を用いたこの発明の気流式分級機１では、高速で回転する羽根車１４の羽根１６が、その下側で旋回する気流の中の粉体粒子に衝突することで、微粉の凝集粒子が解砕されて分散状態となり、その結果、微粉の凝集粒子がジェット粉砕機３１に流入する事態が防止され、図８（ａ）に示すように、超微粉の発生が少なくなったものと考えられる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 気流式分級機
２ 分級板
２ａ 上面
３ ケーシング
６ 微粉排出口
８ 粗粉排出口
１０ 噴射ノズル
１４ 羽根車
１５ 円盤部
１６ 羽根
２７ ガイド部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面（２ａ）をもつ分級板（２）と、その分級板（２）を収容して分級板（２）の上方に分級室（９）を形成するケーシング（３）と、前記分級室（９）内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室（９）内に旋回気流を形成する噴射ノズル（１０）と、前記分級板（２）の中央に開口する微粉排出口（６）と、前記分級板（２）の外周に沿って開口する粗粉排出口（８）とを有する気流式分級機において、
前記分級室（９）内に、高速回転した状態で前記旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車（１４）を前記分級板（２）の上方に間隔をおいて同軸に設けたことを特徴とする気流式分級機。
【請求項２】
前記羽根車（１４）の外径側に、前記羽根車（１４）から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して前記粗粉排出口（８）よりも径方向内側に導く環状のガイド部材（２７）を設けた請求項１に記載の気流式分級機。
【請求項３】
前記分級室（９）を外気が流入しないように外気から遮断した請求項１または２に記載の気流式分級機。
【請求項４】
前記羽根車（１４）が、前記分級板（２）の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された回転駆動される円盤部（１５）と、その円盤部（１５）の下面に固定された複数の羽根（１６）とからなる請求項１から３のいずれかに記載の気流式分級機。
【請求項１】
中央に向かって次第に高くなる円錐状の上面（２ａ）をもつ分級板（２）と、その分級板（２）を収容して分級板（２）の上方に分級室（９）を形成するケーシング（３）と、前記分級室（９）内に気体と原料粉体の固気混合流体を噴射して分級室（９）内に旋回気流を形成する噴射ノズル（１０）と、前記分級板（２）の中央に開口する微粉排出口（６）と、前記分級板（２）の外周に沿って開口する粗粉排出口（８）とを有する気流式分級機において、
前記分級室（９）内に、高速回転した状態で前記旋回気流の中央部から気体を吸い込んで旋回気流の外周部に送り出す羽根車（１４）を前記分級板（２）の上方に間隔をおいて同軸に設けたことを特徴とする気流式分級機。
【請求項２】
前記羽根車（１４）の外径側に、前記羽根車（１４）から径方向外方に送り出される気体を下方に案内して前記粗粉排出口（８）よりも径方向内側に導く環状のガイド部材（２７）を設けた請求項１に記載の気流式分級機。
【請求項３】
前記分級室（９）を外気が流入しないように外気から遮断した請求項１または２に記載の気流式分級機。
【請求項４】
前記羽根車（１４）が、前記分級板（２）の上方に間隔をおいて同軸に対向配置された回転駆動される円盤部（１５）と、その円盤部（１５）の下面に固定された複数の羽根（１６）とからなる請求項１から３のいずれかに記載の気流式分級機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−８５９９２（Ｐ２０１３−８５９９２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６６３８（Ｐ２０１１−２２６６３８）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００２２９４５０）日本ニューマチック工業株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（０００２２９４５０）日本ニューマチック工業株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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