JP6283093B2 - 粒子調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒状材料の粒径を最適化するための粒状材料調整装置に関する。

特に、工業用セラミックにおいては、高い注入性を有するセラミック粒状材料が求められる。従って、その粒径は所定の粒径範囲内でないといけない。粒状材料の内、粒径が大きすぎたり小さすぎたりするものは、いずれも好まれないことが多い。

工業用セラミックにおいて、粒状材料の製造方法として最もよく見られる方法に、噴霧乾燥がある。この目的のために、微粉を液体と混合して懸濁液を構成する。そして、それを噴霧乾燥機で粒状化する、つまり、懸濁液を高温雰囲気でノズルシステムや遠心ディスクによって噴霧化する。結果として生じる液滴は、液滴とは逆の方向に流れる熱風により乾燥室で乾燥される。液滴に含まれる粒子が凝集して、粒状材料を形成する。残留水分や粒状材料の粒径分布は、とりわけ、ノズル形状の影響を受けることがある。数十年間にわたり定着しているこの方法の利点は、粒状材料の歩留まりが１００〜８００μｍの範囲で高いことである。その欠点は、噴霧作業において大量の液体が必要となり、まず固体に液体を供給した後再びほぼ完全に乾燥させなければならないことである。

また、粒状材料の別の製造方法としては、いわゆる凝集成長がある。この方法では、出発物質が粉末粒子の状態でミキサに供給される。水と、場合により有機バインダとを加えた後、混合動作によって凝集体又は粒状材料が形成される。

凝集成長は、経済的に極めて有利な方法ではあるが、直径が１０００μｍを大幅に超える大きな粒子がすぐに形成されてしまうため、粒径分布が悪い。従って、粒状材料を処理する必要がある。

粒状材料調整装置が、例えば欧州特許出願公開第１０７０５４３号明細書により知られており、この装置を用いて粒状材料の粒径を小さくすることができる。この装置は、固定ハウジングに対して回転可能な要素を有しており、この回転可能な要素は、円錐の表面形状の部分を有する。円錐の表面形状の部分と固定ハウジングとの間には、円錐角の違いによって、断面が円錐状に延びる間隙がある。処理対象の粒状材料の粒子は、その間隙を通されて粒状化される。その間隙の出口は、ハウジングの壁のすぐ近傍に配置される。

工業用セラミックに粒状材料を使用する場合、特に、粒状材料が凝集成長によって生成されたものであり、よってその生成直後の含水率が一般的に１０〜１５％である場合、粒状材料調整装置において、特に、排出ゾーンや固定ハウジングにおいて、大きな凝集体や塊が互いに付着したり再形成されたりすることが頻繁に生じ、そのような凝集体や塊が、最適化された粒状材料の品質に深刻な悪影響を及ぼす。

また、互いに相対的に回転可能であって、ほぼ互いに平行に配置された２つのディスクを用い、上部側には歯配列を有し、粉砕対象の材料が２つのディスク間のほぼ環状の間隙に導入されるディスクミルも知られている。相対的な回転運動、この場合、２つのディスクの一方が固定され、他方がディスクの軸線周りに回転することによって、粉砕対象の材料が、歯のせん断作用によって間隙において粉砕される。そのようなディスクミルは、歯と歯の間の隙間が水分や粒子で目詰まりし、ミルに詰まりが生じるため、成長凝集又は粒状材料の調整には使用することができない。そのようなタイプのミルの代表的な使用分野としては、乾燥無機原料、プラスチック材料、紙懸濁液の粉砕がある。

また、それらの機械を工業用セラミックの粒状材料、特に、凝集成長によって生成され、よってその生成直後の自由に移動可能な水分の含水率が一般的に１０〜１５％である粒状材料に使用することも不可能である。

ディスクミルの２つのディスクは、概ねディスクを密封し、遠心力によって２つのディスク間の隙間から出てくる材料を受容するハウジング内に配置されている。言い換えると、出発成分は、２つのディスク間の隙間でその２つのディスクの相対運動によって粉砕され、遠心力で外側へ飛ばされて捕集容器の壁に衝突する。そのようなディスクミルが粒状材料の処理に使用された場合、粉砕ディスクから出てくる粒状材料はハウジングの堅い壁に付着したままとなり、結果的には、粒状材料の粒子が塊を形成し、ディスクミルを出る粒状材料の質が一層悪化することになる。

従って、前述の技術水準から、本発明は、液体の添加により微粉から造粒ミキサで生成され、約１０〜１５％の範囲の含水率を有する粒状材料を処理可能な粒状材料調整装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記目的は、ディスクミルと類似した構造の粒状材料調整装置、つまり、互いに相対的に回転可能であり、互いにほぼ平行な関係で配置された２つのディスクと、その２つのディスクの環状間隙を介して粒状材料を調整装置へと通すことが可能な粒状材料注入口と、遠心力により２つのディスクの間隙から出てくる粒状材料を受容する捕集容器とを備えた粒状材料調整装置によって達成される。なお、捕集容器は、弾性カーテンを有し、このカーテンが、少なくとも一部において捕集容器壁から間隔を置いて配置され、間隙から出てくる粒状材料の軌道を制限する。

すなわち、弾性材料は、遠心力により環状間隙から出てくる粒状材料が弾性カーテンに衝突するように捕集容器内に懸架されている。カーテンは、捕集容器壁に対してある一定の間隔のところにあるため、それに応じて移動することが可能であり、それによって粒状材料が弾性カーテンに付着する確率が著しく軽減される。原則として、弾性カーテンは、任意の弾性材料、特に、高分子材料、とりわけ、エラストマーから形成可能である。弾性カーテンは、特に、ポリウレタンを含むことが好ましい。

好適な実施形態において、弾性カーテンは、一対のディスクを完全に取り囲んで配置される。そのようにすることで、ディスクのほぼ全周囲にわたって出てくる粒状材料が弾性カーテンに衝突し、概ねそこから捕集容器内へ付着せずに落下するといった利点がある。

上記カーテンは、釣り鐘状の構成を有することが有利であることが分かっている。その場合、カーテンは、全周囲にわたってできるだけ２つのディスクの一方に隣接する。

その点において、好適な実施形態では、弾性カーテンは、環状間隙の概念的な径方向の延長線に対して１５°〜７５°、好ましくは２５°〜６５°、最も好ましくは３５°〜４５°の角度を有する形状である。その結果、環状間隙から出てくる粒状材料のボールが、ほぼ同じ角度で弾性カーテンに衝突することとなる。

より具体的には、衝突角度が大きすぎると、粒状材料の弾性カーテンへの付着を防ぐことができないことが分かっている。一方、衝突角度が小さすぎると、捕集容器が非常に大きくならざるを得ず、さらなる利点につながるどころか、粒状材料調整装置のコストが増大してしまう。

好適な実施形態において、弾性カーテンは、Ｓ形状の断面、つまり、間隙の近傍にある凹状領域と、その凹状領域に隣接した凸状領域とを有する。好ましくは、環状間隙の概念的な径方向の延長線は、その凹状領域と凸状領域との間の接続部付近で弾性カーテンと交差する。

さらに、弾性カーテンは、少なくとも間隙側ではほぼ平滑、つまり、隆起も溝もリブも有さないことが分かっている。さらに好適な実施形態では、ディスクの両方がそれぞれのディスク軸線周りに回転できるようにしてもよい。こうすることで、湿気を含んだ粒状材料が、ディスク間、つまり、環状間隙内に詰まって閉塞する可能性を回避できることが分かっている。両方のディスクは、回転すると、それぞれ異なる速度で駆動される。その場合、回転するディスクの回転方向は、同一方向であってもよいし、逆方向であってもよい。

好適な実施形態において、ディスクは中央開口部を有し、この中央開口部を介して粒状材料を供給できる。例えば、中央開口部を有するディスクは、中空シャフトによって駆動可能であり、この中空シャフトを通して、粒状材料を中央開口部から間隙へと供給することができる。

例えば、上記２つのディスクは、水平方向に配向することが可能である。その場合、上側ディスクが中央開口部を有し、それによって粒状材料を重力により間隙へと供給することができる。

粒状材料のサイズ調整を可能にするため、好適な実施形態では、間隙幅を調整する装置が提供される。特に好適な実施形態では、調整可能なディスクが３箇所の取り付け位置で調整可能に搭載されるので、その取り付け位置を個別に調整することで、間隙幅以外にも、ディスク同士の平行性を調整することも可能である。

しかし、粒状材料が環状間隙に密着して詰まってしまった場合は、好適な実施形態では、ディスク、好ましくは、上側ディスクを間隙の面に平行に延びる旋回軸線周りに旋回可能とし、間隙へのアクセスを確保する旋回装置が提供される。そうして付着物を取り除くことができ、調整装置が再び使える状態となる。

さらに、ディスクは、間隙を形成する表面においてほぼ平坦であることが有利である。ディスクには歯が配列されていないため、堆積物の恐れがさらに軽減する。

さらに好適な実施形態において、粒状材料調整装置は、造粒ミキサと同じハウジングに配置される。この２つの要素が合わさって、最適化粒状材料の製造装置が構成される。

本発明のさらなる利点、特徴及び可能な用途が、以下の好適な実施形態の説明及び添付図面から明らかとなるであろう。

図１は、調整装置の動作原理を示す図である。 図２は、本発明に係る調整装置の一部を示す断面図である。

図１は、本発明に係る調整装置の動作原理を示す図である。調整装置は、２つの回転するディスク１、２を有し、それらのディスクは互いに相対的に回転するよう駆動される。図示の例では、２つのディスクはそれぞれ異なる方向に駆動されている。その２つのディスクの間には環状間隙７が残っている。上側ディスク２は、中空シャフト４によって駆動され、最適化される粒状材料はそのシャフトを介して供給することができる。下側ディスク１は、中央にある中央円錐５と羽根６の列からなる。重力の影響下で、ディスク間の中空シャフト４を介して供給された粒状材料は、円錐５及び羽根６によって径方向外側へ移動し、径方向の加速によって環状間隙７へと搬送される。間隙内において、粒状材料は、環状間隙７の周囲においてそこから再び出てくるまでに粒状化される。

図に示すように、環状間隙７は、径方向のさらに内側に配置された円錐収束部と、上記間隙がほぼ一定のままであり、円錐収束部と隣接するように径方向のさらに外側に配置される部分とを有する。

粒状材料は、上記円錐収束部において粒状化されることで、ほぼ一定の間隙幅を有する径方向外側に隣接する間隙部において転がらせることが可能となる。その代替法として、円錐収束部を複数設けることも可能である。
図１に示すディスクは、通常、捕集容器に搭載されている。

本発明の実施形態を図２に示す。ここでは、調整装置の断面図を示す。符号については、できるだけ図１と同一のものを使用する。ここでも、粒状材料は、中空シャフト４によって供給可能である。下側ディスク１はシャフト８によって駆動され、上側ディスク２は中空シャフト４によって駆動される。粒状材料は、環状間隙７において粒状化され、回転するディスクで径方向に加速されることで、周囲において相当な速度で環状間隙７から出てくる。既知の調整装置では、出てきた粒状材料は、排出間隙を密に取り囲むハウジング壁に衝突し、そこから、回転する清掃フィンガによって、例えば、粒状材料の排出方向に搬送される。

特に、粒状材料が平均含水率を有する場合、環状間隙７から高速で出てくる粒状材料がハウジング壁に付着し、そこで粒状材料が蓄積し、その蓄積物が制御不能に壁から剥離することもある。剥離物の断片によって粒状材料の小さな粒子が構成され、それらが互いに付着し合って、さらなる処理には使用できなくなる。

従って、本発明に係る調整装置は、弾性カーテン１１を備えており、弾性カーテン１１は、環状間隙７から出てきた粒状材料が最初に弾性カーテン１１に当たるように配置されている。好適な実施形態において釣り鐘状の構成を有する弾性カーテン１１は、捕集容器壁１０に対して間隔を置いて配置され、そうすることで、粒状材料が衝突した際、振動することで粒状材料が弾性カーテンに付着し続ける可能性が顕著に軽減される。しかし、粒状材料の個別の粒子がカーテンに付着する可能性もここでは排除できない。従って、環状間隙から出てくる粒子が約４０〜５０度の衝突角度で弾性カーテン１１に接触するようにカーテンを配置する。そうすることで、すでに弾性カーテン１１に付着している粒状材料の粒子は、他の粒子の衝突によって弾性カーテンに押し付けられることがなく、次の粒子の衝突でその上に移動するといった利点があり、全体的に、カーテンに付着した粒子が剥離して捕集容器９内へ落下するといった効果が生じる。

特に好適な実施形態において、弾性カーテンは、ほぼＳ形状の断面構造、つまり、凹状領域と、それに隣接する凸状領域とを有し、凹状領域は環状間隙７のより近傍に配置される。この点に関して、カーテン１１は、間隔から出てくる粒状材料が、凹状領域と凸状領域との間のほぼ接続部付近でカーテンと接触するように配置される。

環状間隙７の幅を変更することで粒状材料のサイズ調整を可能にするため、回転ディスク１又は２のいずれか一方を、高さ調節可能に搭載する。間隙高さ調節部１２は、取り付け位置、又は、複数の取り付け位置、好ましくは３つの取り付け位置によって可能となり、その取り付け位置を個別に調整することで、間隙幅以外にも、ディスク同士の平行性を調整することも可能である。

少なくとも一方のディスクの周速度が、１０ｍ／ｓ超、好ましくは２０ｍ／ｓ超である。ディスクが駆動されると、一方のディスクの周速度が他方のディスクの周速度よりも少なくとも１０％大きくなる。

１ 下側ディスク
２ 上側ディスク
３ 粒状材料
４ 中空シャフト
５ 円錐
６ 羽根
７ 環状間隙
８ シャフト
９ 捕集容器
１０ 捕集容器壁
１１ カーテン
１２ 間隙高さ調節部

Claims (15)

1. 粒状材料の粒径を最適化する粒状材料調整装置であって、互いに相対的に回転可能であり且つ互いにほぼ平行な関係で配置された２つのディスクと、粒状材料を調整装置に供給して前記２つのディスクの間の環状間隙へと通すことが可能な粒状材料注入口と、遠心力により前記２つのディスク間の間隙から出てくる粒状材料を受容する捕集容器とを備える粒状材料調整装置において、
   前記捕集容器が弾性カーテンを有し、このカーテンが捕集容器壁から間隔を置いて配置されるとともに一対の前記ディスクを完全に取り囲んで配置され、前記間隙から出てくる粒状材料の軌道を制限することを特徴とする粒状材料調整装置。
2. 前記カーテンは、釣り鐘状の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の粒状材料調整装置。
3. 前記弾性カーテンは、前記環状間隙の概念的な径方向の延長線に対して１５°〜７５°、好ましくは２５°〜６５°、最も好ましくは３５°〜４５°の角度を有することを特徴とする請求項１または２に記載の粒状材料調整装置。
4. 前記弾性カーテンは、少なくとも間隙側ではほぼ平滑、つまり、隆起も溝もリブもないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
5. 前記ディスクの両方はそれぞれのディスク軸線周りに回転可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
6. 前記ディスクは中央開口部を有し、この中央開口部を介して粒状材料を供給可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
7. 前記中央開口部を有する前記ディスクは中空シャフトによって駆動可能であり、この中空シャフトを通して粒状材料を前記中央開口部から前記間隙へと供給することが可能であることを特徴とする請求項６に記載の粒状材料調整装置。
8. 前記間隙の幅を調整する装置が備えられ、この装置は、互いに対する前記ディスクの平行性を調整できるようになっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
9. 前記２つのディスクは水平方向に配向される請求項１〜８のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
10. 前記ディスク、好ましくは上側ディスクを、前記間隙の面に平行に延在する旋回軸線周りに旋回させることができる旋回装置を備えることを特徴とする請求項９に記載の粒状材料調整装置。
11. 前記環状間隙は、断面が円錐状の部分を１つ以上有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
12. 少なくとも１つの前記ディスクが、１０ｍ／ｓ超、好ましくは、２０ｍ／ｓ超の周速度で駆動されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
13. 前記２つのディスクが異なる周速度で駆動される場合に、一方の前記ディスクの周速度が他方の前記ディスクの周速度よりも少なくとも１０％大きくなることを特徴とする請求項１２に記載の粒状材料調整装置。
14. 前記ディスクは、前記間隙を形成するそれらの表面がほぼ平坦であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置。
15. 最適化された粒状材料の製造装置であって、
    粉末および場合により液体から粒状材料を生成する造粒ミキサと、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の粒状材料調整装置とが配置されたハウジングを備えることを特徴とする装置。

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