JP6982467B2 - 粉体処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、塊状の原料を粉砕して所定の粒径の粉粒体を生成する粉体処理装置に関する。
従来の微粉砕装置は、特許文献1に開示されている。この微粉砕装置は、粉砕室の内部に回転自在に設けられた粉砕ロータと、粉砕ロータの外周部との間に隙間をあけて配置されたライナと、所定粒度以下のものを外部に排出する分級ロータと、分級ロータで排出されない原料を下方に案内する循環通路と、粉砕室の内面から内側に突出し原料を衝突させて分級ロータで排出されない原料が粉砕室の内面に沿って旋回するのを抑制するベーンを備えている。
この微粉砕装置では、投入された原料は、粉砕ロータとライナとによって粉砕される。そして、粉砕された原料は、内部に導かれる気流によって上方に移動し、分級ロータで遠心力が付与される。気流による内側向きの力が遠心力よりも大きくなる所定粒度よりも小さい粒度の原料は、外部に排出される。外部に排出されない原料、すなわち、所定粒度よりも大きい粒度の原料は、粉砕室に沿って周方向に流れるが、ベーンと衝突して、落下し、粉砕ロータとライナとに再度粉砕される。このように、ベーンを備えることで、粉砕ロータ上に大量の原料が、一気に落下することなく、粉砕ロータの脈動を防止し、粉砕ロータを安定駆動できる。
特開2001−259451号公報
しかしながら、特許文献1の微粉砕装置では、分級ロータによって発生した気流もベーンに衝突する。ベーンに衝突した気流は、上下方向に流れる。このとき、下方に流れる気流は、粉砕ロータとライナーとの隙間から分級ロータに向かって流れる気流と衝突するため、分級ロータに向かって流れる気流の流速、すなわち、エネルギが弱くなる。そのため、特許文献1の微粉砕装置では、分級ロータに向かって流れる気流の流量を、ベーンに衝突した気流が吹き付けられても、上方に向かって流れることができる流量とする必要がある。そして、分級ロータによって分級される粉粒体の粒度は、分級ロータの回転数に反比例し、分級ロータに流れる気流の流量の平方根に比例する。引用文献1の微粉砕装置では、分級ロータに流れる気流の流量を小さくするのが困難であるため、分級される粉粒体を一定の粒度以下にするのは困難である。
そこで、本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成を有するとともに気流の低流量化及び粉粒体の微細化ができる粉体処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明にかかる粉体処理装置は、鉛直方向に延びる筒状の筐体と、前記筐体内に原料を供給する原料供給部と、前記原料供給部の下側に配されて鉛直方向に延びる中心軸周りに回転する第1回転体と、前記第1回転体の径方向外縁部に配されて前記原料を粉粒体に粉砕する粉砕部材と、前記筐体内において前記第1回転体の上側に配置されて前記筐体内に旋回方向の気流を発生させる旋回気流発生部と、前記筐体の前記回転体の下側に配されて前記筐体内に気流を流入させる気流流入部と、前記筐体の上部から前記気流を流出させる気流流出部と、を備え、前記筐体の内部には、前記旋回気流発生部と径方向に対向するとともに前記旋回気流発生部の回転方向における前側が後側に比べて径方向内側に位置する案内面を有する案内部を備える。
この構成によると、案内面によって筐体内部を旋回する粉粒体を径方向内側に向かう力を付与している。そのため、気流流入部から流入する気流の流量を少なくしても、粉粒体を径方向内側に押す力を付与させることが可能である。これにより、気流流入部から流入する気流の流量を少なくすることができる。また、気流の流量を少なくできることで、気流流出部から排出される粉粒体の粒径を小さくできる、すなわち、微細化が可能である。また、気流の流量を少なくすることで、気流を発生する装置を小型化することができ、装置全体を小型化できる。さらに気流の流量を少なく抑えることで、消費電力を抑え、省電力化が可能である。
2.上記構成において、前記旋回気流発生部は、中心軸周りに回転する第2回転体と、前記第2回転体の周部に放射状に立設された複数枚のブレードと、を備えてもよい。このような構成とすることで、粉粒体の分級を簡単な構成で行うことが可能である。
3.上記構成において、前記案内面の前記旋回気流発生部の回転方向における前側の端部から周方向に延長した面は、前記旋回気流発生部よりも径方向外側に位置する。このように構成することで、案内面で案内された気流が旋回気流発生部から粉粒体に付与される遠心力を邪魔しにくい。また、粉粒体が、旋回気流発生部に衝突するのを抑制できる。
4.上記構成において、前記筐体は、前記中心軸に沿って延びる筒状のハウジング筒部を、備え、前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング筒部から径方向内側に延びる。このように構成されることで、案内部をしっかり固定することが可能である。
5.上記構成において、前記筐体は、鉛直方向上端部に、中心軸と直交する方向に拡がるハウジング天板部を、備え、前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング天板部の下面から下方に延びる。このように構成されることで、案内部をしっかり固定することが可能である。また、ハウジング天板部と共に、案内部を取り出すことができるので、メンテナンスが容易である。
6.上記構成において、前記案内部は、板状である。
7.上記構成において、前記案内面は、周方向の中間部分が径方向に膨らんだ曲面である。
8.上記構成において、前記案内面は、上側が下側に対して、前記旋回気流発生部の回転方向における前側に位置する。
本発明によると、簡単な構成を有するとともに気流の低流量化及び粉粒体の微細化できる粉体処理装置を提供することができる。
本発明にかかる粉体処理装置の断面図である。 粉砕部の平面図である。 図2に示す粉砕部のIII-III線断面図である。 旋回気流発生部及び案内部の平面図である。 案内板の他の取り付け方を示す断面図である。 本発明にかかる粉体処理装置に用いられる案内部の他の例を示す平面図である。 案内部のさらに他の例を示す平面図である。 本発明にかかる粉体処理システムの一例の概略配置図である。 比較例の試験に用いた従来の粉体処理装置の断面図である。 試験1の結果を示すグラフである。 試験2の結果を示すグラフである。 原料供給停止後に粉砕部が空転状態に戻るまでの時間を示すグラフである。 粉砕効率を示すグラフである。 生成された粉粒体に含まれる微粉の含有率を示すグラフである。 粉砕効率を示すグラフである。
本発明にかかる粉体処理装置について図面を参照して説明する。
<1. 粉体処理装置の構成>
図1は、本発明にかかる粉体処理装置の断面図である。粉体処理装置Aは、塊状の材料を粉粒体に破砕処理する。図1に示すように、粉体処理装置Aは、筐体10と、原料供給部20と、駆動部30と、粉砕部40と、旋回気流発生部50と、案内部60と、気流流出部70とを備える。なお、中心軸C1が延びる方向を上下方向とする。上下方向と直交する方向を径方向とし、中心に向う側を内側、中心から離れる側を外側とする。また、中心軸C1を中心とする円周に沿う方向を周方向とする。
<1.1 筐体10の構成>
筐体10は、ハウジング11と、軸保持部12と、原料受入孔13と、気流流入部14と、ボトムカバー15と、ヒンジ16と、を備える。ハウジング11は、上下に延びる中心軸C1に沿って延びる円筒状である。
<1.1.1 ハウジング11の構成>
図1に示すように、ハウジング11は、ハウジング底部111と、ハウジング筒部112と、フランジ部113と、ハウジング天板部114と、を備える。ハウジング底部111は、外側に拡がる円板状である。ハウジング11は、ハウジング底部11が水平となるように、図示を省略した架台等に固定される。ハウジング筒部112は、ハウジング底部111の外縁部から中心軸C1に沿って上側に向かって延びる筒状である。ハウジング筒部112は、中心軸C1を中心とする円筒状である。
フランジ部113は、ハウジング筒部112の上端から外側に拡がる。フランジ部113とハウジング筒部112とは、一体成形体である。すなわち、ハウジング底部111、ハウジング筒部112及びフランジ部113は、金属の一体成形体である。なお、金属としては、例えば、ステンレスを挙げることができるが、これに限定されない。
図1に示すように、ハウジング筒部112の下端部は、ハウジング底部111によって閉じられる。また、ハウジング筒部112の上端部は、開口している。ハウジング天板部114は、ハウジング筒部112の上端部の開口を閉じる。ハウジング天板部114は、フランジ部113にヒンジ16を介して取り付けられる。これにより、ハウジング天板部114は、ヒンジ16の回転軸161を中心に回動し、ハウジング筒部112の開口を開閉する。
また、ハウジング筒部112の開口を閉じた状態において、ハウジング天板部114はフランジ部113にねじ等で固定される。これにより、ハウジング筒部112とハウジング天板部114とは、確実に固定されるとともに隙間から気流が漏れないように密閉される。なお、ねじ等による固定は、1箇所であってもよいが、固定及び密閉を確実に行うため、複数箇所で固定されることが好ましい。また、ガスケット、パッキン等を配置して、気密性を高めてもよい。
ハウジング底部111の中央部分には、上下に貫通する貫通孔115が形成される。駆動部30の後述する第1シャフト31及び第2シャフト32が、貫通孔115を貫通する。また、ハウジング天板部114の中央部分には、上下に貫通する排出孔116が設けられる。
<1.1.2 軸保持部12の構成>
図1に示すように、軸保持部12は、ハウジング底部111の中心部分に配置されて上下に延びる筒状である。軸保持部12は、中心が中心軸C1と一致する。軸保持部12は、ハウジング底部111にねじ等の固定具にて固定される。
軸保持部12の上端部には、シール(ここでは、ラビリンスシール)が構成されている。これにより、第1回転体41の回転が妨げられることなく、粉粒体を含む気流の軸保持部12の内部への流入が抑制される。
<1.1.3 原料受入孔13の構成>
原料受入孔13は、原料供給部20から供給される塊状の原料を、ハウジング筒部112、すなわち、筐体10内部に受け入れる。図1に示すように、原料受入孔13は、ハウジング筒部112に設けられ、径方向に貫通する貫通孔である。原料受入孔13は、ハウジング筒部112の内部に配置された、粉砕部40よりも上側に配置される。
<1.1.4 気流流入部14の構成>
気流流入部14は、ハウジング筒部112の外部から内部に流れ込む気流が供給される。図1に示すように、気流流入部14は、ハウジング筒部112に設けられ、径方向に貫通する貫通孔である。気流流入部14は、粉砕部40よりも下側に配置される。
<1.1.5 ボトムカバー15の構成>
ボトムカバー15は、ハウジング筒部112の内部において、粉砕部40よりも下側に配置される。ボトムカバー15は円環状である。ボトムカバー15と第1回転体41とは、上下に間隙をあけて対向する。そして、ボトムカバー15の上面と粉砕部40の第1回転体41の下面との間隙に気流が流入する。この気流によって、粉砕部40で粉砕された粉粒体が上側及び内側に搬送される。そのため、気流流入部14から供給される気流を、粉粒体を搬送する搬送気流と称する。
<1.2 原料供給部20の構成>
図1に示すように、原料供給部20は、原料供給管21と、スクリューコンベア22とを備える。原料供給管21は、管体であり、一部が原料受入孔13からハウジング筒部112の内部に挿入されて、固定される。原料供給管21の内部には、スクリューコンベア22が回転可能に配置される。スクリューコンベア22は、回転することで塊状の原料を原料供給管21に沿って移動させる。スクリューコンベア22にて移動された塊状の原料は、原料受入孔13からハウジング筒部112の内部に投入される。なお、スクリューコンベア以外の搬送方法を採用してもよい。
<1.3 駆動部30の構成>
駆動部30は、粉砕部40及び旋回気流発生部50を駆動する。図1に示すように、駆動部30は、第1シャフト31と、第2シャフト32と、第1ベルト331と、第2ベルト332と、を備える。
<1.3.1 第1シャフト31の構成>
第1シャフト31は筒状である。第1シャフト31の上端には、第1回転体41が固定される。第1シャフト31は、軸保持部12の内部に不図示のベアリングを介して回転可能に支持される。第1シャフト31は、軸保持部12に対して、上下方向に支持されるとともに中心軸C1周りに回転可能に支持される。
第1シャフト31の下端部は、ハウジング底部111の貫通孔115を貫通してハウジング底部111よりも下側に突出する。そして、第1シャフト31の下端部には、第1プーリ311が、第1シャフト31に回り止めされつつ、固定されている。第1プーリ311の固定方法としては、例えば、圧入、溶接、接着等を挙げることができるが、これに限定されない。また、確実に回り止めを行うために、キー及びキー溝を採用してもよい。第1シャフト31の断面形状を円形以外の形状として、回り止めするようにしてもよい。
第1プーリ311には、第1ベルト331が巻き回されている。第1ベルト331を介して不図示のモータからの回転力が伝達されて、第1プーリ311が中心軸C1周りに回転する。これにより、第1プーリ311が取り付けられた第1シャフト31及び第1シャフト31に固定された第1回転体41は、中心軸C1周りに回転する。
<1.3.2 第2シャフト32の構成>
第2シャフト32は、円柱状であり、筒状の第1シャフト31の内部に配置される。第2シャフト32は、不図示のベアリングを介して第1シャフト31に回転可能に支持される。つまり、第2シャフト32は、軸保持部12に中心軸C1周りに回転可能に支持される。
第2シャフト32の下端部は、第1シャフト31の下端部よりも下側に突出する。そして、第2シャフト32の第1シャフト31の下端部よりも下側に突出した部分には、第2プーリ321が回り止めされつつ、固定されている。第2プーリ321の固定方法としては、例えば、圧入、溶接、接着等を挙げることができるが、これに限定されない。また、確実に回り止めを行うために、キー及びキー溝を採用してもよい。また、第2シャフト32の断面形状を円形以外の形状として、回り止めするようにしてもよい。
第2プーリ321には、第2ベルト332が巻き回されている。第2ベルト332を介して不図示のモータからの回転力が伝達されて、第2プーリ321が中心軸C1周りに回転する。これにより、第2プーリ321が取り付けられた第2シャフト32及び第2シャフト32に固定された第2回転体51は、中心軸C1周りに回転する。
第1プーリ311及び第2プーリ321は、異なる回転数で回転可能とするため、異なるモータから駆動力が伝達されてもよい。また、減速機を用いることで、共通のモータを用いて、第1プーリ311及び第2プーリ32を異なる回転数で回転させることが可能である。ここで、異なる回転数とは、回転方向が同じ場合を含むとともに、回転方向が異なる場合も含む。
<1.4 粉砕部40の構成>
粉砕部40は、原料供給部20よりも下側に配置される。そして、粉砕部40は、原料供給部20から供給された塊状の原料を粉粒体に粉砕する。ここで、粉砕部40の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図2は、粉砕部の平面図である。図3は、図2に示す粉砕部のIII-III線断面図である。図1〜図3に示すように、粉砕部40は、ハウジング筒部112の内部に配置され、第1回転体41と、ハンマー42と、ライナー43とを備える。
<1.4.1 第1回転体41の構成>
図2に示すように、第1回転体41は、上下方向に見て円形である。すなわち、第1回転体41は円板状である。第1回転体41の中央には、上下に貫通した軸固定孔411が備えられる。軸固定孔411は、第1シャフト31が、回り止めされつつ、固定される。なお、第1シャフト31と軸固定孔411との固定は、例えば、圧入を挙げることができる。また、ねじ止め溶接、接着等、他に固定できる固定方法を広く採用できる。また、キー溝及びキーを用いて確実に回り止めするようにしてもよいし、第1シャフト31の断面形状を円形以外の形状として、回り止めするようにしてもよい。
図2、図3に示すように、第1回転体41の上面は、外縁に複数個(ここでは、12個)のハンマー取付部412を備える。図3に示すように、ハンマー取付部412は、第1回転体41の上面から下側に向かって凹んだ凹部である。ハンマー取付部412は、周方向に等間隔に配列される。ハンマー取付部412は、第1回転体41の外縁から内側に延びる。そして、ハンマー取付部412の内側は、円弧状に形成される。
<1.4.2 ハンマー42の構成>
ハンマー42は、粉砕部材の一例である。ハンマー42は、ハンマーベース421と、立ち上り部422と、粉砕刃423とを備える。ハンマーベース421は、平板状でありハンマー取付部412に挿入される。そして、ハンマーベース421は、例えば、ねじ40aで第1回転体41に固定される(図2、図3参照)。なお、固定方法は、溶接や接着等であってもよい。
立ち上り部422は、ハンマーベース421の一端から一方側に一体的に突出する。図3に示すように、ハンマーベース421をハンマー取付部412に挿入したとき、立ち上り部422は、上側に立ち上がる。そして、粉砕刃423は、径方向において、立ち上り部422の外側に配置される。粉砕刃423は、上下に延びる複数の凹凸を備える。なお、凹凸は、中心軸C1と平行に延びてもよいし、中心軸C1に対して周方向に傾斜していてもよい。
<1.4.3 ライナー43の構成>
図2に示すように、ライナー43は、環状である。ライナー43の内面は、ハンマー42の外面と径方向に間隙をあけて対向する。ライナー43は、複数個のライナーチップ431を備え、ライナーチップ431はハウジング筒部112の内周面に沿って周方向に互いに接して並設される。これにより、ライナー43はハンマー42に対向する内周面が多角形の環状に形成される。ライナーチップ431は、例えば、ねじでハウジング筒部112に固定されてもよい。ライナーチップ431は、内側の面に、凹凸が形成された粉砕刃432を備える。粉砕刃432は、ハンマー42の粉砕刃423と同様、上下に延びる凹凸であってもよい。また、粉砕刃432は、凹溝を交差させて形成し、凸部を正方形、正三角形等の多角形状に形成してもよい。また、ピン状の凸部を、2次元配列してもよい。
第1回転体41が回転することで、ハンマー42の粉砕刃423とライナーチップ431の粉砕刃432とは、周方向に相対的に移動する。粉砕刃423及び粉砕刃432は、第1回転体41の高速回転時に、塊状の原料を粉砕する。そのため、ハンマー42の少なくとも粉砕刃423及びライナーチップ431の少なくとも粉砕刃432は、強度及び硬度が高く耐摩耗性に優れた、セラミック(アルミナ、ジルコニア等)、炭化タングステン、超硬合金、工具鋼等により形成される。なお、ハンマー42全体を、これらの材料で形成してもよい。また、耐摩耗性が高い材料は、一例であり、これらに限定されない。
なお、ライナーチップ431の粉砕刃432が形成されている面は平面状である。そのため、曲面に粉砕刃432を設ける構成に比べて、ライナーチップ431の製造が容易である。また、ライナーチップ431の個数を変更することで、ある範囲で、ライナー43の内径を変更することが可能である。そのため、異なる大きさのライナー43に対して、ライナーチップ431を共通化することが可能である。また、ライナーチップ431が簡単な形状であるため、複雑な形状の加工が困難な材料、例えば、セラミック等でライナーチップ431を製造しやすい。これにより、粉体処理装置Aの製造に要するコストを下げることが可能である。なお、円環状のライナー43の内面に、粉砕刃432を形成した構成であってもよい。
本実施形態では省略しているが、第1回転体41の上面に、上面板が取り付けられていてもよい。上面板は、原料受入孔13から投入された原料の衝突による、回転体41、ハンマー42、ねじ40a等の破損、摩耗等を抑制するために設けられる。なお、上面板としては、耐摩耗性に優れた材料で構成することが可能である。
<1.5 旋回気流発生部50の構成>
旋回気流発生部50は、筐体10の内部で粉砕部40の上側に配置される。すなわち、旋回気流発生部50の上側には、排出孔116が設けられる。旋回気流発生部50は、回転することで、筐体10の内部に旋回気流を発生させる。そして、旋回気流発生部50は、旋回気流を発生させることで、粉粒体に遠心力を付与する。旋回気流発生部50の詳細について、新たな図面を参照して説明する。図4は、旋回気流発生部及び案内部の平面図である。図1及び図4に示すように、旋回気流発生部50は、第2回転体51と、複数枚のブレード52と、を備える。
<1.5.1 第2回転体51の構成>
図4に示すように、第2回転体51は、平面視円形である。すなわち、第2回転体51は円板状である。第2回転体51には、第2シャフト32が回り止めされつつ、固定される。第2回転体51と第2シャフト32とは、中心が中心軸C1と重なる。なお、第2シャフト32の固定は、不図示の貫通孔に圧入することでなされてもよいし、ねじ止め、溶接、接着等、を採用してもよい。また、キー及びキー溝を用いて、回り止めを行ってもよい。これにより、第2シャフト32が回転することで、第2回転体51、すなわち、旋回気流発生部50は、中心軸C1周りに回転する。
<1.5.2 ブレード52の構成>
第2回転体51の上面には、放射状に延び、複数枚のブレード52が周方向に等間隔且つ放射状に固定されている。複数枚のブレードは、例えば、第2回転体51の上面に形成された凹溝に挿入した後、溶接、接着等で固定してもよい。第2回転体51の上面に固定されたブレード52は、上側が外側に拡がる。すなわち、旋回気流発生部50が回転したとき、ブレード52の上端部分の外側の端部が通過する部分が、ブレード52の通過領域において、最も外側の部分となる。
ブレード52は、旋回気流発生部50の旋回方向と直交する面を有する。旋回気流発生部50が回転することで、筐体10の内部には、周方向に流れる気流が発生する。図4に示すように、旋回気流発生部50は、平面視において、反時計回り方向Rdに回転する。旋回気流発生部50の、回転によって筐体10、すなわち、ハウジング筒部112の内部には、ハウジング筒部112に沿って、反時計回り方向Rdの旋回する気流(以下、旋回気流とする)が発生する。また、詳細は後述するが、粉粒体は、旋回気流発生部50で発生する旋回気流によって、その粒子の大きさによって選別(以下、分級とする)される。
<1.6 案内部60の構成>
図1、図4に示すように、案内部60は、ハウジング筒部112の内部に配置された、案内板61と、支持リブ62とを備える。案内板61は、案内部材の一例である。
<1.6.1 案内板61の構成>
図4に示すように、ハウジング筒部112の内部に複数枚(ここでは、6枚)の案内板61が、周方向に等間隔に配列されている。案内板61は、長方形板であり、案内板61は、上下に延びる。そして、案内板61は、旋回気流発生部50と径方向に対向する案内面611を備える。図1に示すように、案内面611の下端部は、旋回気流発生部50のブレード52の下端部と、同じ又は略同じ位置まで伸びている。
図4に示すように、案内板61は、案内面611の旋回気流発生部50、すなわち、第2回転体51の回転方向の前側が後側に比べて内側になるように、ハウジング筒部112の内面に固定されている。なお、案内板61の固定方法としては、溶接、接着等を挙げることができるが、これに限定されず、ハウジング筒部112に設けられた溝に挿入して固定する構成等であってもよい。案内板61を確実に固定できる固定方法を広く採用できる。
図4に示すように、案内面611の旋回気流発生部50の回転方向の前端部から周方向に沿って延長した面612は、旋回気流発生部50のブレード52が通過する領域よりも外側に位置する。案内面611は、旋回気流発生部50で発生した気流が、旋回気流発生部50に直接吹きつけられないように、内側に案内する。これにより、旋回気流によって旋回する粉粒体が、ブレード52に衝突するのを抑制しつつ、内側に案内する。
<1.6.2 支持リブ62の構成>
図1、図4に示すように、支持リブ62は、案内板61の案内面611と反対側の面とハウジング筒部112との内面とに固定される板状である。支持リブ62は、案内板61を固定している。支持リブ62を備えていることで、案内板61に気流が吹き付けられたときのたわみを抑制し、案内板61が、旋回気流を内側に案内する。
本実施形態において、支持リブ62は、案内板61の上下中央に1個設けられている。しかしながら、支持リブ62は、複数個設けられていてもよい。また、案内板61の全体を支持するような、支持リブ62を備えていてもよい。
<1.6.3 案内部の他の例について>
案内部60の他の例について説明する。図5は、案内板の他の取り付け方を示す断面図である。図5に示すように、案内板61を、ハウジング天板部114の下面に固定するようにしてもよい。図5では、案内板61をハウジング天板部114にねじ止めで固定しているが、ねじ止め以外にも溶接、溶着等を採用してもよい。また、図5に示すように、ハウジング天板部114の下面に直接取り付けて固定する案内板61aであってもよく、ハウジング天板部114の下面に形成され上側に凹む凹部に挿入して固定する案内板61bであってもよい。このように構成することで、ハウジング天板部114を取り外すことで、案内板(61a、61b)を外部に取り出すことができるため、案内板(61a、61b)のメンテナンスが容易である。なお、案内板をハウジング天板部114に取り付ける場合、案内板はハウジング天板部114の開閉時に邪魔になりにくい形状であればよい。また、ハウジング天板部114はヒンジを介することなく、フランジ部113に取り付けてもよい。
図6は、本発明にかかる粉体処理装置に用いられる案内部の他の例を示す平面図である。図6に示すように、湾曲した案内板63であってもよい。このような案内板63では、案内面631も曲面となる。そして、案内面631の第2回転体51の回転方向の前端部から周方向に沿って延長した面632が、旋回気流発生部50のブレード52が通過する領域よりも外側になるように、案内板63が配置されている。このように、曲面状の案内面631を備えることで、旋回気流の案内を円滑に行うことが可能である。なお、案内面631は、外側に凸の曲面であるが、これに限定されず、内側に凸形状の曲面であってもよい。旋回気流の流速、気流の粘度等によって、渦が発生しにくい形状を広く採用できる。
さらに、図7に示すような、案内部材64、65、66を備えていてもよい。図7は、案内部のさらに他の例を示す平面図である。図7に示すように、案内部材64として、平板状の案内板ではなく、径方向に突出する案内部材64を用いてもよい。このとき、案内部材64の案内面641の第2回転体51の回転方向の前方側の端部を伸ばした面642が、旋回気流発生部50のブレード52が通過する領域よりも外側になる。また、案内部材65のように、案内面651を長くしてもよいし、案内部材66のように案内面661を曲面状にしてもよい。案内部材64、65、66は、ハウジング11と一体的に形成してもよい。また、別部材として作製された案内部材64、65、66をハウジング11の内部に固定してもよい。そして、案内面641、651、661の第2回転体51の回転方向の前方側の端部を延長した面642、652、662は、旋回気流発生部50のブレード52が通過する領域よりも外側になる。
以上説明した、案内面611、631、641、651、661は、上下に延びる面、すなわち、上端部から下端部にかけて周方向に同じ位置にある面で構成されている。しかしながら、これに限定されるものではない。例えば、案内面の上側が下側に対して、第1回転体41の回転方向における前方側に位置していてもよい。これにより、旋回気流を円滑に内側に案内できる。
<1.7 気流流出部70の構成>
気流流出部70は、気流流入部14から流入した気流(空気)を外部に排出する。図1に示すように、気流流出部70は、ハウジング天板部114の上面に取り付けられる。気流流出部70は、排気筒部71と、排気フランジ72と、を備える。排気筒部71は、円筒形であり、ハウジング天板部114の中央に設けられた排出孔116と連通する。そして、ハウジング11の内部の空気は、排出孔116を介して排気筒部71に流入する。
排気フランジ72は、ハウジング天板部114の上面に不図示のガスケットを介して配置されてよい。そして、排気フランジ72は、ハウジング天板部114に、例えば、ねじにて固定される。これにより、ハウジング天板部114と排気筒部71との間の密閉性を高め、気流の漏れを抑制する。ガスケットに替えて、Oリング等を用いてもよい。また、気流流出部70とハウジング天板部114との一方に凹部を他方に凸部を形成し、凹部に凸部を挿入することで、密閉する構成としてもよい。
<2. 粉体処理装置の動作について>
本発明にかかる粉体処理装置Aは、以上示した構成を有している。次に、粉体処理装置Aを使用した粉体処理システムについて説明し、粉体処理システムに含まれる粉体処理装置の動作について説明する。図8は、本発明にかかる粉体処理システムの一例の概略配置図である。図8に示す粉体処理システムCLは、原料供給装置Maと、粉体処理装置Aと、フィルタ装置Ftと、ブロワBwとを備える。
粉体処理装置Aは、架台Caの水平面に不図示のねじ等で固定されている。そして、粉体処理装置Aの気流流出部70とフィルタ装置Ftの流入部Ft3とが配管を介して接続される。フィルタ装置Ftは、例えば、バグフィルタである。フィルタ装置Ftは、ハウジングFt1と、仕切部Ft2と、流入部Ft3と、流出部Ft4と、濾材Ft5と、取り出し口Ft6とを備える。フィルタ装置Ftでは、仕切部Ft2がハウジングFt1の内部を上部と下部に仕切る。そして、仕切部Ft2には、複数個の貫通孔が設けられている。ハウジングFt1の仕切部Ft2よりも下側には、仕切部Ft2の貫通孔の周囲を囲むとともに下側に延びる筒状の濾材Ft5が配置されている。
粉体処理装置Aからの気流は、流入部Ft3からハウジングFt1内部に流入し、濾材Ft5を通過し、流出部Ft4から外部に流出する。このとき、濾材Ft5の外面に、粉粒体が捕集される。フィルタ装置Ftでは、図示を省略したパイプから、定期的に、圧縮した気体(圧縮空気)を吹き付けて、濾材Ft5で捕集された粉粒体を下側に落とす。
ハウジングFt1の下端に取り出し口Ft6が設けられている。取り出し口Ft6からハウジングFt5の下部に溜まった粉粒体が取り出される。なお、粉体処理システムCLでは、取り出し口Ft6から取り出される粉粒体が、分級後の粉粒体、すなわち、製造品である。
フィルタ装置Ftの流出部Ft4は、ブロワBwに配管を介して接続される。ブロワBwは、流出部Ft4と接続された配管に負圧を発生させる。この負圧の発生によって、フィルタ装置Ft、粉体処理装置A及びこれらを繋ぐ配管内にブロワBwに向かう気流を発生させる。また、粉体処理装置Aでは、この負圧によって、気流流入部14から気流が流入する。なお、気流流入部14の外側に別途ブロワ(不図示)を設けて、発生した気流を強制的に流入してもよい。
粉体処理装置Aの動作について説明する。粉体処理装置Aでは、第1回転体41及び第2回転体51が回転している状態で、原料供給部20から塊状の原料が供給される。原料供給部20から供給された原料は、粉砕部40の第1回転体41に落下する。原料は、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432とで粉粒体に粉砕される。
粉体処理装置Aでは、上述のとおり気流流入部14から空気(気流)が、ハウジング11の内部に流入している。気流流入部14から流入した気流は、第1回転体41とボトムカバー15との隙間から径方向外側に向かって流れ、第1回転体41とライナー43との間から、ハウジング筒部112に沿って上側に流れる。気流の流出先は、気流流出部70である。そのため、第1回転体41とライナー43との間から流出する気流は、上側に向かうとともに、内側に向かう。また、気流は、第1回転体41とライナー43との間を通過するときに、粉砕された粉粒体と一緒に移動する。すなわち、粉砕部40で粉砕された粉粒体は、搬送気流によって、上側及び内側に向かって搬送される。
ハウジング11の上部では、旋回気流発生部50によって旋回気流が発生している。気流流入部14から流入した搬送気流は、旋回気流と合流する。このとき、搬送気流に含まれる粉粒体には、搬送気流による内側に向かう力F1と、旋回気流による外側に向かう力F2の2つの力が作用する。力F1は、搬送気流の流量(流速)によって変化し、搬送気流が大きいほど力F1も大きくなる。また、力F2は、旋回気流の流量(流速)、すなわち、旋回気流発生部50の回転数によって変化し、旋回気流発生部50の回転数が高いほど力F2も大きくなる。
以上のことから、搬送気流によって搬送される粉粒体のうち、気流流出部70から排出される気流と共に搬送される粉粒体の粒径は、搬送気流の流量と、旋回気流発生部50の回転数で決まる。さらに詳しく説明すると、気流流出部70から排出される粉粒体のメジアン径D50は、搬送気流の流量の平方根に比例し、旋回気流発生部50の回転数に反比例する。粉体処理装置Aでは、搬送気流の流量と、旋回気流発生部50の回転数を調整することで、気流流出部70から排出される、すなわち、分級される粉粒体の粒径を決められた粒径に調整できる。なお、メジアン径D50とは、粉粒体を粒径順に並べたとき、その粒径よりも小さい径の粉粒体の数と大きい径の粉粒体の数とが同じになる粒径である。
また、分級によって気流流出部70から排出されない粉粒体は、決められた粒径よりも大きな粒径を有する。このような粉粒体は、旋回気流によって外側に押し出され、ハウジング筒部112の内面に接触し、その後、ハウジング筒部112の内面に沿って下側に移動する。そして、再度、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432によって粉砕された後、再度、搬送気流によって、上側に搬送される。
このように、ハンマー42とライナー43とによる粉砕、搬送気流による搬送及び旋回気流による分級を繰り返すことで、原料を決められた粒径及びそれ以下の粒径に粉砕した粉粒体を生成する。なお、生成された粉粒体は、フィルタ装置Ftで捕集されて、取り出される。
本発明にかかる粉体処理装置Aでは、ハウジング11の内部に、案内板61を配置している。案内板61の案内面611は、旋回気流を内側に案内する。この動作によって、旋回気流が内側に向かう。旋回気流による力F1は、案内板61が配置されていない場合よりも小さくできる。そのため、所定の粒径を得るための、搬送気流の流量及び旋回気流発生部50の回転数を低くすることが可能である。このことを換言すると、搬送気流の流量を少なく抑えることができるため、粉粒体の微細化が可能となる。また、搬送気流の流量及び旋回気流発生部50の回転数を低くすることで消費電力を減らす、すなわち、省エネルギ化が可能である。
また、案内面611は、旋回気流を円滑に内側に導くように配置されている。そのため、旋回気流を板状の部材に衝突させる従来の構成に比べて、案内板61に粉粒体が付着しにくく、また、旋回気流で渦が発生しにくい。そのため、粉粒体を円滑かつ効率よく製造できる。
なお、気流流入部14から、高温で湿度が低い、すなわち、高温乾燥空気を流入させることで、ハンマー42及びライナー43で粉砕した粉粒体の水分を取り除く、いわゆる、気流乾燥装置とすることも可能である。
<2.1 粉体処理装置の他の例について>
粉体処理装置では、旋回気流発生部50によって発生する旋回気流と搬送気流で搬送された気流を用いて、内側に移動する粉粒体の粒径を調整可能である。このことを利用して、一定未満の粒径の粉粒体を排出しつつ、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432との間で研磨を繰り返すことで、一定の粒径で、尖った部分が少ない、すなわち、球形に近い粉粒体を生成する(球形化と称する)ことができる。そして、粉体処理装置Aのハウジング筒部112に不図示の取出し口を設けておき、取出し口から取り出すことで、球形化された粉粒体を得ることができる。
このように、粉体処理装置Aでは、案内面611で旋回気流を内側に向けているため、搬送気流の流量が低くても、粉粒体を内側に搬送可能である。搬送気流の流量が低くても、粉粒体がハウジング11の内部に残りにくい。これにより、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432とで粉砕が繰り返されて、過剰に粉砕される、過粉砕を抑制でき、微粉の発生量を抑制できる。
<3. 粉体処理装置の評価について>
本発明にかかる粉体処理装置Aの特性の評価を行った。比較例として、従来の粉体処理装置Pを用いた。図9は、比較例の試験に用いた従来の粉体処理装置の断面図である。
図9に示す粉体処理装置Pは、案内板61に替えて内筒81及び垂直ベーン82を備えている以外は、図1に示す粉体処理装置Aと実質上同じ構成を有している。そのため、粉体処理装置Pにおいて、実質上粉体処理装置Aと同じ部分には、同じ符号を付すとともに、同じ部分の詳細な説明は省略する。なお、図9において、本発明の特徴と直接関係しない部分の符号についても省略している。
図9に示すように、粉体処理装置Pは、ハウジング筒部112の内部に、内筒81を備えている。内筒81は、旋回気流発生部50の外側を包む筒状である。そして、垂直ベーン82は、平板であり、内筒81の外面とハウジング筒部112の内面とをつなぐ。垂直ベーン82は、複数個(例えば、6個)備えられており、径方向に沿って配置される。
粉体処理装置Pでは、旋回気流に搬送された粉粒体は、ハウジング筒部112に沿って周方向に流れ、垂直ベーン82に衝突する。そして、下側に落下する。そして、落下した粉粒体は、再度、粉砕部40で粉砕される。比較例の粉体処理装置Pは、このような構成を有している。
粉体処理装置Pの動作について説明する。粉体処理装置Pでは、粉体処理装置Aと同様、原料供給部20から供給された原料が、粉砕部40の第1回転体41に落下する。原料は、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432とで粉粒体に粉砕される。そして、粉砕された原料は、搬送気流によって搬送され、ハウジング筒部112の内周と内筒81の外周との間を通過する。その後、旋回気流発生部50で粉粒体を分級する。そして、決められた粒径よりも小さい粉粒体は、ブレード52の隙間を通過して、排出孔116より外部に排出される。また、決められた粒径よりも大きい粉粒体は、内筒81の内側を下方に移動して第1回転体41に落下する。そして、落下した粉粒体は、ハンマー42の粉砕刃423とライナー43の粉砕刃432とで再度、さらに細かい、すなわち、粒径が小さい、粉粒体に粉砕される。粉体処理装置Pでは、以上の動作を繰り返すことで、原料を粉粒体に破砕するとともに、分級を行っている。
<3.1 試験条件>
以下の評価において、本発明の粉体処理装置Aを用いた試験結果を実施例とし、従来の粉体処理装置Pを用いて行った試験結果を比較例とする。粉砕部40のハンマー42の外側の外径をハンマー外径とする。実施例及び比較例ともに、同じ条件で試験を行っている。試験の条件は以下のとおりである。なお、評価毎に条件が変わっている部分については、評価毎に説明を行う。以下の説明に用いるグラフにおいて、実施例を四角、比較例を三角で示す。
ハンマー粉砕刃の形状 : タテミゾ
ハンマー外径 : 318.1mm
ハンマー個数 : 12個
粉砕部回転数 : 7000rpm
旋回気流発生部回転数 : 2000rpm〜7000rpm
粉砕原料 : 重質炭酸カルシウム(粒径約1mm)
<3.2 評価1>
評価1では、粉体処理装置A及び粉体処理装置Pの動作条件を以上のとおりとし、各粉体処理装置で搬送気流の流量を変えて試験1、試験2を行った。各試験における搬送気流の流量は、次の通りである。
試験1
搬送気流流量 : 標準流量
試験2
搬送気流流量 : 標準流量の1/3の流量
なお、標準流量とは、粉体処理装置Pを用いて行われている従来の粉体処理において、粉体処理装置Pに供給される気流、すなわち、搬送気流の流量である。試験1及び試験2の結果を図10、図11に示す。図10は、試験1の結果を示すグラフである。図11は、試験2の結果を示すグラフである。図10、図11に示すグラフは、縦軸が粉砕効率(kg/kW・h)、横軸がメジアン径(D50μm)である。粉砕効率は、単位電力当たりの原料の処理能力を示す。
図10に示すように、搬送気流の流量が多い(標準流量)場合、実施例と比較例とで粉砕効率にほとんど差は現れない。一方、図11に示すように、搬送気流の流量が少ない(標準流量の1/3)場合、実施例の粉砕効率は、比較例の粉砕効率に比べて高くなっている。すなわち、搬送気流の流量が少ない場合において、本発明の粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pに比べて、粉砕効率が高いことが分かった。
<3.3 評価2>
次に、実施例及び比較例ともに搬送気流の流量を標準流量の1/3.75として、原料の供給を停止した後に無負荷状態になる、すなわち、空転に戻るまでの時間を比較した。その結果を、図12に示す。図12は、原料供給停止後に粉砕部が空転状態に戻るまでの時間を示すグラフである。
図12のグラフは、縦軸が原料供給停止した後に粉砕部40の負荷が最小、すなわち、空転状態に戻るまでの時間である。また、横軸は、生成粉粒体のメジアン径D50である。粉粒体がハウジング11の内部で滞留している時間は、処理に要する時間である。
図12に示すように、原料供給を停止後、空転状態に戻るまでの時間は、メジアン径D50が同じ場合、実施例が比較例に比べて短い。つまり、搬送気流の流量が少ない場合、粉体処理装置Aは、粉体処理装置Pよりも原料を粉砕して、決められた粒径の粉粒体を得るまでの処理時間が短いことがわかった。これにより、搬送気流の流量が少ない場合において、本発明の粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pに比べて、処理のタクトタイムを短くすることが可能であることがわかる。
<3.4 評価3>
次に、原料を重質炭酸カルシウムから鱗状黒鉛(メジアン径D50が85μm)に変更した。さらに、ライナー43の粉砕刃432として、溝が直交して凸部が矩形状になる角ミゾのライナーを用いている。粉砕部40の回転数は、実施例、比較例ともに6800rpm、旋回気流発生部50の回転数は、実施例、比較例ともに3000rpmと7000rpmとしている。搬送気流の流量は、実施例、比較例ともに標準流量の1/3としている。試験結果を図13に示す。図13は、粉砕効率を示すグラフである。図13のグラフは、図13のグラフと同様、縦軸を粉砕効率、横軸をメジアン径D50としている。
原料を、重質炭酸カルシウムから鱗状黒鉛に変更しても、搬送気流の流量が少ない場合において、本発明にかかる粉体処理装置Aの粉砕効率は、従来の粉体処理装置Pの粉砕効率よりも高いことがわかった。
<3.5 評価4>
評価4では、原料をポリスチレンとして、試験を行った。ポリスチレンのように割れにくい材料を用いた場合、搬送気流の流量が低いと、従来の粉体処理装置Pでは、粉砕負荷の変動が大きくなり、安定した運転ができなかった。このことから、本発明にかかる粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pに比べて低風量における運転の安定性が高いことが分かった。つまり、本発明にかかる粉体処理装置Aは、従来の粉体処理装置Pよりも、低風量化が可能であることが分かった。
<3.6 評価5>
次に、評価5では、原料をフレーク状粉体塗料(□5mm、厚さ1mm)として、試験を行った。そして、気流流出部70から排出された粉粒体に含まれる微粉(粒径9.25μm未満)の含有率(微粉率)を体積比率で取得した。試験の条件は、評価1の試験2と同じである。その結果を、図14に示す。図14は、生成された粉粒体に含まれる微粉の含有率を示すグラフである。図14は、縦軸を微粉率、横軸をメジアン径D50としている。
メジアン径D50が同じ粉粒体を生成する場合、本発明の粉体処理装置Aを用いた方が、従来の粉体処理装置Pを用いる場合に比べて、微粉率が低い。つまり、同量の原料を用いて決められた粒径の粉粒体を生成する場合、本発明の粉体処理装置Aは従来の粉体処理装置Pよりも多くの粉粒体を生成できる。すなわち、本発明の粉体処理装置Aは従来の粉体処理装置Pよりも無駄が少なく、粉体処理の効率が高いことがわかる。
<3.7 評価6>
評価6では、評価1〜評価5で用いたものとは大きさが異なる粉体処理装置A1及び粉体処理装置P1を用いて試験を行った。試験条件は以下の通りである。
ハンマー粉砕刃の形状 : タテミゾ
ハンマー外径 : 430.3mm
ハンマー個数 : 32個
粉砕部回転数 : 6600rpm
旋回気流発生部回転数 : 3000rpm〜5400rpm
粉砕原料 : 重質炭酸カルシウム(粒径約1mm)
ライナー粉砕刃の形状 : 三角ミゾ
搬送気流の流量 : 標準流量の2/3
以上の条件で、本発明にかかる粉体処理装置A1と従来の粉体処理装置P1とを用いて、試験を行い、粉砕効率を取得した。試験結果を図15に示す。図15は、粉砕効率を示すグラフである。図15は、縦軸を粉砕効率、横軸をメジアン径D50としている。
図15に示すように、本発明にかかる粉体処理装置A1を用いた場合、従来の粉体処理装置P1を用いた場合に比べて、粉砕効率が高くなる。これにより、粉体処理装置の大きさ、ハウジング、粉砕部の大きさ、ハンマーの数が変化しても、案内面を有する本発明にかかる粉体処理装置の方が、従来の粉体処理装置よりも粉砕効率が高いことがわかる。
以上示したように、本発明にかかる粉体処理装置では、ハウジング内に、ハウジング内部で発生する旋回気流を内側に案内する案内面を有することで、従来の粉体処理装置に比べて、粉砕効率が高く粉体処理時間を短くできる。また、決められた粒径の粉粒体を得るために必要な原料も本発明にかかる粉体処理装置を用いた方が、従来の粉体処理装置を用いる場合よりも少なくて済む。また、本発明の粉体処理装置Aでは、従来の粉体処理装置Pに比べて、流入させる気流流量を少なくできる、すなわち、気流の低流量化が可能である。またこのことから、本発明の粉体処理装置Aでは、従来の粉体処理装置Pに比べて、生成される粉粒体の微細化も可能である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
10 筐体
11 ハウジング
111 ハウジング底部
112 ハウジング筒部
113 フランジ部
114 ハウジング天板部
115 貫通孔
116 排出孔
12 軸保持部
13 原料受入孔
14 気流流入部
15 ボトムカバー
20 原料供給部
30 駆動部
31 第1シャフト
311 第1プーリ
32 第2シャフト
321 第2プーリ
331 第1ベルト
332 第2ベルト
40 粉砕部
41 第1回転体
412 ハンマー取付部
42 ハンマー
423 粉砕刃
43 ライナー
432 粉砕刃
50 旋回気流発生部
51 第2回転体
52 ブレード
60 案内部
61 案内板
611 案内面
62 支持リブ
63 案内板
64 案内部材
65 案内部材
66 案内部材
70 気流流出部
71 排気筒部
72 排気フランジ
A 粉体処理装置
CL 粉体処理システム
Ft フィルタ装置
Bw ブロワ

Claims (9)

  1. 鉛直方向に延びる筒状の筐体と、
    前記筐体内に原料を供給する原料供給部と、
    前記原料供給部の下側に配されて鉛直方向に延びる中心軸周りに回転する第1回転体と、
    前記第1回転体の径方向外縁部に配されて前記原料を粉粒体に粉砕する粉砕部材と、
    前記筐体内において前記第1回転体の上側に配置されて前記筐体内に旋回方向の気流を発生させる旋回気流発生部と、
    前記筐体の前記回転体の下側に配されて前記筐体内に気流を流入させる気流流入部と、
    前記筐体の上部から前記気流を流出させる気流流出部と、を備え、
    前記筐体の内部には、前記旋回気流発生部と径方向に対向するとともに前記旋回気流発生部の回転方向における前側が後側に比べて径方向内側に位置する案内面を有する案内部を備え、
    前記旋回気流発生部は、中心軸周りに回転する第2回転体と、前記第2回転体の周部に放射状に立設された複数枚のブレードと、を備え、
    前記案内面の前記第2回転体の回転方向における前端部から周方向に延長した面は、前記旋回気流発生部よりも径方向外側に位置する粉体処理装置。
  2. 前記筐体は、前記中心軸に沿って延びる筒状のハウジング筒部を、備え、
    前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング筒部から径方向内側に延びる請求項1に記載の粉体処理装置。
  3. 前記筐体の上端部には、中心軸と直交する方向に拡がるハウジング天板部を、備え、
    前記案内部の少なくとも一つは、前記ハウジング天板部の下面から下方に延びる請求項1又は請求項2に記載の粉体処理装置。
  4. 前記案内部は、板状である請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置。
  5. 前記案内面は、周方向の中間部分が径方向に膨らんだ曲面である請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置。
  6. 前記案内面は、上側が下側に対して、前記旋回気流発生部の回転方向における前側に位置する請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置。
  7. 請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
    前記気流流入部より熱風を流入させる気流乾燥装置。
  8. 請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
    前記筐体の内部で、粉粒体を分級し、
    前記気流流出部の外部に前記気流流出部から排出される気流に含まれる外径が所定範囲に収まる粉粒体を捕集する捕集部を備えた分級装置。
  9. 請求項1から請求項のいずれかに記載の粉体処理装置を備え、
    前記筐体は、前記筐体内で形成された球形の粉粒体を外部に取り出す球形粒体を取り出す粒体取出部を備えた球形化装置。
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