JP2014200721A

JP2014200721A - ジェットミル装置

Info

Publication number: JP2014200721A
Application number: JP2013077283A
Authority: JP
Inventors: 茂明丸尾; Shigeaki Maruo; 功大川; Isao Okawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】極めて簡易な構造にも関らず、空洞室内における高速旋回流を安定的に発生させ、粉砕処理による微粒子径のバラツキを低減できるジェットミル装置を提供する。
【解決手段】空洞室１１の内壁側面にリング状に埋設された複数のジェットノズル１３を有し、該ノズルから噴射された高圧気体により生ずる高速旋回流を用いて、空洞室内に抽入された被粉砕物を微小粒子に粉砕するジェットミル装置において、空洞室の天井面の略中央部に鉛直上方向に向かう同心状の同軸円筒を設け、該同軸円筒の内筒部２１に生ずる負圧を利用して被粉砕物を空洞室内に抽入し、かつ該同軸円筒の外筒部２２に生ずる正圧を利用して空洞室内から粉砕された微小粒子を抽出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ジェットノズルから噴射された高圧気体により、空洞室内に高速の旋回流を生じさせ、これによって空洞室内に投じられた被粉砕物を微粉体に粉砕し、その粒子径に応じて分級を行なうジェットミル装置に関するものである。

空洞室内において、ジェットノズルから噴射された高圧気体により高速の旋回流を生じさせ、被粉砕物である粉体をこれに巻き込み、粉体を構成する粒子相互間の衝突により粉体粒子の粉砕を行なうものとして、いわゆるジェットミル装置が知られている。ここで、当該装置の一般的な構造を図５に示す。因みに同図は、当該装置において粉砕処理が行なわれる空洞室の水平方向の概略断面図を表したものである。

同図に示す空洞室１００の内部において粉砕処理が行なわれるものであり、空洞室１００の内壁には所定の間隔を置いて、高圧気体の噴射口であるジェットノズル１０１が複数設けられている。各々のジェットノズルから噴射される高圧気体（通常は圧搾空気が使用される）によって、空洞室１００の内部に高速の旋回流が発生するのである。

これらのジェットノズルの内の一本（同図に示すジェットノズル１０２）には被粉砕物抽入用のホッパー（図示せず）が接続されており、係るジェットノズルを介して被粉砕物である粉体が高圧気体と供に空洞室１００の内部に抽入される。そして、空洞室の内部で粉砕され微粒子化された粉体は、空洞室天井面の略中央部に設けられた抽出口１０３から吸引抽出されることになる。

しかしながら、図５に示すような従来のジェットミル装置では、高圧気体の噴射口であるジェットノズルの一本を利用して被粉砕物である粉体を空洞室内に抽入するため、被粉砕物抽入用のノズル１０２と、他の高圧気体噴出用ノズル１０１との噴射口の形状・大きさ等が異なってしまい、空洞室内で発生する高速の旋回流に乱流が生じ勝ちであった。この結果、粉砕された微粒子径にバラツキが多く発生してしまい、均一な微粒子径を得るためにはその改善が望まれていた。

そこで、このような問題を解決すべく、例えば、特許文献１ないし特許文献３に示すような発明が開示されている。因みに、これらの発明は、被粉砕物の粉体を抽入するホッパーを、高圧気体の噴射口であるジェットノズルと分離して設けることにより、空洞室内に発生する高速旋回流の流れを安定化させ、これによって粉砕された微粒子径のバラツキを抑えようとしたものである。

特開２００７−１９６１４７号公報特開２００８−１６８２９１号公報特開２０１０−０９４５７４号公報

しかしながら、特許文献１ないし３に示された発明は、従来のジェットミル装置に比較してその構造が複雑となり、装置コストが上昇するという欠点があった。また、係る構造のジェットミル装置により粉砕処理が施された微粒子径のバラツキはある程度低減されるものの、その効果については未だ改善の余地が認められるものであった。

本発明は、従来技術におけるこのような課題の解決を目的とするものであって、より具体的には、極めて簡易な構造にも関らず、空洞室内における高速旋回流を安定的に発生させ、粉砕処理による微粒子径のバラツキを低減できるジェットミル装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点によるジェットミル装置は、上記の課題を解決するために、
空洞室の内壁側面にリング状に埋設された複数のジェットノズルを有し、該ノズルから噴射された高圧気体により生ずる高速旋回流を用いて、前記空洞室内に抽入された被粉砕物を微小粒子に粉砕するジェットミル装置であって、
前記空洞室の天井面の略中央部において、その鉛直上方向に向かう同心状の同軸円筒を設け、
該同軸円の筒内筒部に生ずる負圧を利用して被粉砕物を前記空洞室内に抽入し、かつ該同軸円筒の外筒部に生ずる正圧を利用して前記空洞室内から粉砕された微小粒子を抽出することを特徴とする。

また、本発明の第２の観点によるジェットミル装置は、上記第１の観点において、
前記空洞室の形状は、その鉛直方向の中心軸に対して円盤状、円筒状、球状、または紡錘体状を含む回転対称形状であることを特徴とする。

また、本発明の第３の観点によるジェットミル装置は、上記第１または第２の観点において、
前記空洞室の内壁側面に、複数のジェットノズルをリング状に埋設した構造帯を鉛直方向に沿って複数段に亘り重畳して設けたことを特徴とする。

また、本発明の第４の観点によるジェットミル装置は、上記第１ないし第３の観点の何れかにおいて、
前記ジェットノズルの噴射方向と前記空洞室の半径方向法線との為す角度は、３０度から８５度、もしくは−３０度から−８５度であることを特徴とする。

また、本発明の第５の観点によるジェットミル装置は、上記第１ないし第４の観点の何れかにおいて、
前記空洞室底面の略中央部に逆止弁構造を有する噴射管を設け、該噴射管を介して高圧気体と共に被粉砕物を前記同軸円筒の内筒部に噴出抽入することを特徴とする。

本発明のジェットミル装置によれば、極めて簡易・単純な構造にも関らず、空洞室内に安定した高速旋回流を発生させることが可能であり、従来よりも粒子径が細かく、かつ粒子径のバラツキが少ない微粒子粉体を生成することができる。

本発明を実施するための最良の形態である実施例について、それぞれの添付図面を参照しつつ以下に説明を行なう。先ず、本発明の一つの実施形態であるジェットミル装置（以下、単に「本装置」という）の部分透視斜視図を図１に示す。また、本装置の垂直方向の概略断面図を図２に、その空洞室に関する水平方向の概略断面図を図３に示す。

これらの各図に示されるように、本装置は、主に基台部１、および基台部１の上面中央部に設けられた粉体入出部２から構成されている。また、基台部１の内部には、粉体の粉砕処理が行なわれる主空洞室１１、および主空洞室１１の周囲を取り巻く形で副空洞室１２が設けられている。なお、本実施例では、主空洞室１１として円盤状の形態が示されているが、本発明の実施は係る事例に限定されるものではない。

例えば、主空洞室１１の形状を円筒状、球状、半球状、円錐状あるいは紡錘体状に構成することも可能である。すなわち、主空洞室１１の構造はその鉛直方向の中心軸に対して、いわゆる回転対称の形状を為すものであれば、如何なる形態も選択することが可能である。

一方、主空洞室１１の内壁側面には、複数のジェットノズル１３が所定の間隔を置いてリング状に埋設されており、係るジェットノズル１３を介して、主空洞室１１と副空洞室１２が連結されている。すなわち、本装置の外部より副空洞室１２に注入された高圧気体は、噴射弁構造の噴射口を有するジェットノズル１３から、主空洞室１１の内部に高速で噴射されることになり、この高圧気体の噴流によって、主空洞室１１の内部に高速の旋回流が形作られるのである。

図３に表すように、ジェットノズル１３の噴出口は、該噴出口と主空洞室１１の中心点を結ぶ半径方向の法線に対して所定の角度θを為している。
係る角度θの値は特に限定されるものではないが、現実の実施態様においては、
３０度 ≦ θ≦ ８５度
もしくは、
−３０度 ≦ θ≦ −８５度
の範囲に設定することが好ましい。

また、主空洞室１１の内壁側面にリング状に設けられたジェットノズル１３の数は特に限定されるものではなく、現実の実施態様において様々な値を取り得るものとする。但し、主空洞室１１の内部に理想的な旋回流を発生させるためには、少なくとも１０本以上、より好ましくは１２本以上のジェットノズルをリング状に等間隔で設けることが好ましい。

なお、本実施例では、主空洞室１１の内壁面にジェットノズル１３の帯状リングが１段しか設けられていないが、本発明の実施は係る事例に限定されるものではない。すなわち、主空洞室内に設けるジェットノズルの帯状リングの鉛直方向に関する重畳段数は、主空洞室の構造と相俟って決定されるものとする。

例えば、主空洞室１１の構造が本実施例のような円盤状ではなく、その鉛直方向に延伸された、円筒状や紡錘体状である場合、もしくは球状や半球状である場合は、複数段に亘る帯状リングを主空洞室１１の内壁側面に重畳して設けるようにしてもよい。この場合、各段の帯状リングに設けるジェットノズルの本数は、それぞれの実施態様に応じて適宜定めることが好ましい。

一方、粉体入出部２は、前述のように基台部１の略中心に設けられており、同心状に配置された内筒部２１と外筒部２２から成る同軸円筒によって構成されている。図２の断面図に示されるとおり、内筒部２１および外筒部２２の下端は、主空洞室１１の天井面の略中心部に挿通されており、内筒部２１の上端には、本装置の最頂部にて粉体抽入用のホッパー２３が設けられている。また、外筒部２２の上端は塞がれており、その側面には、微小粒子に粉砕された粉体を抽出するための抽出管２４が接続されている。

なお、内筒部２１の直径ψ１、外筒部２２の直径ψ２、ならびに主空洞室１１の直径ψ０の値は特に限定されたものではないが、実際的な実施態様においては、その値を下記の範囲で設定することが好ましい。
３００ｍｍ ≧ ψ０ ≧ ５０ｍｍ
２０ｍｍ ≧ ψ１ ≧ ６ｍｍ
１００ｍｍ ≧ ψ２ ≧ ２０ｍｍ

因みに、本実施例において上記のパラメータは、それぞれ、ψ０＝３００ｍｍ、ψ１＝１０ｍｍ、ψ２＝８２ｍｍに設定されている。また、主空洞室１１の高さ（厚さ）は３０ｍｍ、ジェットノズルの本数は１２本に設定されている。なお、粉体入出部２の高さ（長さ）は、実際の実施態様に応じて適宜選択されるものとする。

次に、本装置の動作について説明を行なう。先ず、本装置の外部に設けた高圧気体供給源（図示せず）から、基台部１の副空洞室１２に高圧気体を連続して注入する。因みに、係る高圧気体としては、窒素や炭酸ガス等の様々な不活性ガスを用いることも可能であるが、高圧気体として圧搾空気を使用することが極めて一般的である。なお、高圧気体の供給源としては、ボンベに蓄えた圧搾空気を放出させるようにしても良いし、或いはコンプレッサ等の気体圧縮装置を用いて圧搾空気を連続供給させるようにしても良い。

本装置に供給される高圧気体の圧力Ｐ（単位はＭＰａ：メガパスカル）の値については、特に限定されるものではないが通常は、
１．２ＭＰａ ≧ Ｐ ≧ ０．８ＭＰａ
程度の値を用いることが粉砕の効率化と微粒子化を図る上において好ましい。因みに、本実施例ではＰ＝１．０ＭＰａに設定されている。

高圧気体供給源から副空洞室１２に注入された高圧気体は、ジェットノズル１３介して、主空洞室１１の半径方向の法線に対し前述の所定角度θを保ちつつ、主空洞室１１の内部に高速で噴射される。これによって、主空洞室１１の内部には高速の旋回流が、恰も竜巻や台風のように発生することになる。

なお、本装置の外部から供給される高圧気体を、一旦、副空洞室１２に導入して然る後にジェットノズル１３を介し主空洞室１１の内部に噴射させることにより、各々のジェットノズル１３から均一なジェット噴流を形成させることができる。また、高圧気体を副空洞室１２へ一時的に蓄積することによって、高圧気体供給源からの気体注入量の変動を低減させる効果も得られる。

主空洞室１１内において、高圧気体の旋回流が発生したならば、本装置の最頂部に設けたホッパー２３から粉砕処理に供する粉体を徐々に抽入する。ホッパー２３から抽入された粉体は、粉体入出部２の内筒部２１を通って主空洞室１１の中心部に落下し、主空洞室１１の内部に発生している旋回流に巻き込まれることになる。なお、旋回流の中心部には、恰も台風の目に発生する気圧低下部分と同様の原理で負圧が生じているため、粉体が内筒部２１の内部を落下する際に、この負圧によって主空洞室１１内に吸い込まれ、ホッパー２３の方向に逆流するおそれはない。

主空洞室１１内で旋回流に巻き込まれた粉体は、その旋回流に乗って高速で飛翔する間に、粉体の粒子同士が衝突し粉砕され、粉体に含まれる粒子径の微小化が促進される。また、旋回流により生じた遠心力によって粒子径の大きな粒子は旋回流の外側に移動し、旋回流の内側には粒子径の小さな粒子が集まってくる。すなわち、本装置においては、粉体粒子の粉砕と粒子径の分級が粉砕処理の過程において自動的になされることになる。

旋回流の外側では、当然、旋回流の速度も速いため粉砕処理が一段と加速され、そこで粉砕されて微小化された粒子は旋回流の内側に集まることになる。台風の目に相当する旋回流中心の周縁部では、台風の場合と同様に、いわゆる台風の目に対する正圧が発生している。このため、旋回流の内側に集まった微小化された粒子は、この正圧により加圧され同軸円筒の外筒部２２の内部を上昇し、抽出管２４を通って本装置の外部に抽出される。

粉体の粉砕処理に関する実験データとして、本装置と従来のジェットミル装置との粉砕処理結果の比較を図４のグラフに示す。同図において、図（４ａ）は本装置による粉砕処理を行なった場合であり、図（４ｂ）は従来装置を用いた場合である。なお、グラフの縦軸は、粉砕処理後の微小化された粉体中に当該粒子径の粒子が含まれる頻度を表したものである。

また、被粉砕物としては、両者ともに水酸化カルシウムの粉体２０００グラムを使用しており、粉砕処理に要した時間は共に５分間である。なお、当該粉砕処理においては、粒子径が約４μｍ（マイクロメータ）の微小粒子粉体を得ることを目的としている。なお、粉砕後の粒子径の測定はレーザー解析式の粒子測定器により行なったものである。

図４からも明らかなように、本装置を用いた場合、目的とする約４μｍ（マイクロメータ）の粒子径の発生頻度は、従来装置に比較して約２倍に増加している。逆に、目的とする約４μｍ（マイクロメータ）の粒子径の近傍におけるバラツキの幅は、従来装置の１／２程度に減少している。

なお、以上に説明した実施例では、内筒部２１の最頂部に設けたホッパー２３から被粉砕物の粉体を空洞室内に抽入していたが、本装置における被粉砕物の抽入方法は係る事例に限定されるものではない。例えば、空洞室１１の底面の略中央部に逆止弁構造の噴射管を設け、係る噴射管を通し被粉砕物である粉体を圧搾空気等の高圧気体と共に内筒部２１の内側に噴出させ、空洞室１１内への被粉砕物の抽入を行なうようにしても良い。

当該噴射管における噴射口の構造を、噴射管に引加される高圧気体によりその噴射時にのみ噴射口が開く、いわゆる逆止弁の構造とすることによって、被粉砕物の粉体が空洞室１１からその外部に漏れ出すことはない。また、この場合は、内筒部２１の上端部は外筒部２２と同様に閉塞されることになる。

以上に説明したように、本装置を用いた場合は、従来のジェットミル装置に比較して粒子径のバラツキの少ない微小粒子の粉体を生成することが可能であり、そのシンプルな構造によって装置コストを低減させることができる。

なお、本発明は以上に説明した各実施形態に限定されるものではなく、例えば、本発明を構成する各部位の形状や配置、或いはその素材等は、本発明の趣旨を逸脱することなく、現実の実施対応に即して適宜変更ができるものであることは言うまでもない。

本発明の構成は、各種材料の粉砕処理を行なって、当該材料の微小粒子の粉体を生成する分野においてその利用が可能である。

本実施例によるジェットミル装置の構造を示す一部透視斜視図である。本実施例によるジェットミル装置の垂直方向の断面図である。本実施例によるジェットミル装置の水平方向の断面図である。本装置および従来装置による粉砕処理の結果を示すグラフである。従来のジェットミル装置の原理を表す説明図である。

１ … 基台部
１１ … 主空洞室
１２ … 副空洞室
１３ … ジェットノズル
２ … 粉体入出部
２１ … 内筒部
２２ … 外筒部
２３ … ホッパー
２４ … 抽出管

Claims

空洞室の内壁側面にリング状に埋設された複数のジェットノズルを有し、該ノズルから噴射された高圧気体により生ずる高速旋回流を用いて、前記空洞室内に抽入された被粉砕物を微小粒子に粉砕するジェットミル装置であって、
前記空洞室の天井面の略中央部において、その鉛直上方向に向かう同心状の同軸円筒を設け、
該同軸円筒の内筒部に生ずる負圧を利用して被粉砕物を前記空洞室内に抽入し、かつ該同軸円筒の外筒部に生ずる正圧を利用して前記空洞室内から粉砕された微小粒子を抽出することを特徴とするジェットミル装置。
前記空洞室の形状は、その鉛直方向の中心軸に対して円盤状、円筒状、球状、または紡錘体状を含む回転対称形状であることを特徴とする請求項２に記載のジェットミル装置。
前記空洞室の内壁側面に、複数のジェットノズルをリング状に埋設した構造帯を鉛直方向に沿って複数段に亘り重畳して設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のジェットミル装置。
前記ジェットノズルの噴射方向と前記空洞室の半径方向法線との為す角度は、３０度から８５度、もしくは−３０度から−８５度であることを特徴とする請求項１ないし３の内の少なくともいずれか一項に記載のジェットミル装置。
前記空洞室底面の略中央部に逆止弁構造を有する噴射管を設け、該噴射管を介して高圧気体と共に被粉砕物を前記同軸円筒の内筒部に噴出抽入することを特徴とする請求項１ないし４の内の少なくともいずれか一項に記載のジェットミル装置。