JPH0111314Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は粉体粒子の分級装置に関するもので
あり、更に詳しくはフアインセラミツクスに用い
られるケイ素化物の粉末や磁気記憶装置に用いら
れる磁性粉などのように所謂先端技術に用いられ
るものであつて、非常に高度な均質性を要求され
る超微粒子材料を非常に高い精度で単相あるいは
複相に粒度分級するための工業的に実施可能な新
技術の改良に関するものである。

（従来技術） 以下の記載において「微粒子」とは粒度が1μ
ｍ．以上の粒子を、「超微粒子」とは粒径が1μ
ｍ．以下の粒子を指して言う。また「粉体粒子
群」とはある粒度範囲に亘つて分布する微粒子も
しくは超微粒子によつて構成される群を指して言
う。更に「粉体粒子小群」とは、そのような粉体
粒子群中にあつてそれより狭い粒度範囲に亘つて
分布する微粒子もしくは超微粒子によつて構成さ
れる小群を指して言う。

例えばある粉体粒子群が0.9〜0.1μｍ．の粒度
範囲に亘つて分布する超微粒子によつて構成され
ているとすれば、0.7〜0.5μｍ．の粒度範囲に亘
つて分布する超微粒子によつて構成される小群
は、その粉体粒子群のひとつの粉体粒子小群であ
る。

また「高位（あるいは低位）の粒度範囲」とは
比較上の表現であつて、例えば上記の粉体粒子群
の場合なら、0.9〜0.7μｍ．の粒度範囲は「高位」
であり、これに対して0.5〜0.3μｍ．の粒度範囲
は「低位」である。

前記したような先端技術分野において用いられ
る超微粒子材料は極めて高度に均質であること、
即ち粒度が揃つていることが強く要求される。な
ぜならば、例えばレンズなどに用いられる極薄透
明セラミツクスの場合には材料に用いられるケイ
素化物の粉末の均質性いかんによつて、得られる
レンズの電気絶縁性や解像力が大きく左右され
る。また磁気テープなどのような計算機に用いら
れる記憶媒体にあつては、材料に用いられる磁性
粉の均質性いかんによつて、得られる媒体の記憶
密度などが大きく左右される。

このような超微粒子の生産技術の進歩のために
は、その粉砕、分級および搬送などの取扱技術の
開発が不可欠であり、この内この考案は分級技術
を対象としたものである。

粉体粒子の分級技術としては、遠心力を利用し
たもの、ジエツト噴流を利用したもの、および流
体素子を利用したものなどが既に公知である。し
かしこれら公知の分級技術はいずれもその分級の
限界が精々ミクロン単位にとどまるものであり、
到底サブミクロン単位の粒度の超微粒子に及ぶも
のではない。一部に理論的な段階で成功したもの
もないではないが、実生産的な処理能力や消費動
力の面で多々問題を残しており、工業的な規模で
実施されたものはまだその例を見ない。

また後述するように、この考案は超微粒子もし
くは超微粒子の静電沈着現象を利用したものであ
るが、粒子の静電荷電を利用したものとしては電
気集塵機が既に公知である。即ち縦長の構造であ
つて、放電極と集塵極板とが間隙を置いて対面し
ており、放電下に含塵気流をして該間隙内を上昇
せしめ、荷電された塵挨粒子を集塵極板上に捕捉
堆積させ、一定の周期でこの堆積塵挨粒子を間隙
内下方へ払落して除去するものである。

かかる電気集塵機を用いれば、含塵気流中にミ
クロン以上の微粒子があつた場合、これを含塵気
流から分離して除去することは容易である。集塵
（即ち除塵）という目的からすればこれで十分で
ある。しかし電気集塵機の機能はそこにとどまる
のであつて、それを越えて除去した微粒子を含む
超微粒子を更にこれを回収し、粒度に応じて回収
して分級し、もしくは除塵を免れて上方大気中に
放出される超微粒子を分級するというような機能
は望むべくもないのである。

更に超微粒子は非常に空気中に舞上りやすいも
のであるから、仮に粉体粒子体群から何らかの方
法によりいくつかの粉体粒子小群が捕集されたと
しても、それらを一括して払落としする機構であ
り、分級操作とは全く異質の目的、構造のもので
ある。また払落とし中に超微粒子が舞上がると、
作業環境を汚染するのみならず、その散失により
分級歩留りが低下する。

かかる事情に鑑みて、本出願人は先に特許出願
により発明「粉体粒子静電分級方法と装置」を提
案した。

該発明においては、搬送気流中に、広い粒度範
囲に亘る微粒子もしくは超微粒子からなる粉体粒
子群を混合して均一な速度分布を有する固気混相
流となし、密閉状の分級室内に対面立設された直
流高電圧印加放電板と２以上の上下に並設された
回収要素間の間隙にこの固気混相流を導いて上昇
進行させ、放電下に単一粒子では荷重量の大なる
高位の粒度範囲を有する粉体粒子小群から順次進
行中の固気混相流から分離し、それぞれの回収要
素により個別に捕捉回収するものである。

上記提案の発明は、(イ)固気混相流中では粒度の
近い超微粒子が互に凝集して一種の団塊を形成す
る、(ロ)この際粒度の小さい超微粒子程凝集し安
く、従つて大きな団塊を形成する、(ハ)放電下に間
隙内を上昇する固気混相流中の団塊には搬送気流
による上向きの力が作用しているが、これに粒子
の荷電量に応じたイオン気流による横向きの力お
よび静電引力が働き団塊が偏向する、更に(ニ)荷電
量の大きい大径の粒子で構成された団塊程より早
い段階でより大きく偏向する、というメカニズム
に立脚したものである。即ち分級の基礎を超微粒
子に凝集現象に置いている。

上記提案の発明は、サブミクロン単位の超微粒
子の分級を高精度でしかも工業的規模で可能にし
たという点で高く評価されるものである。しかし
上述したように、分級の基礎を超微粒子の凝集現
象に置いており、しかもこの凝集現象を何等人為
的に制御していないために、分級の精度という点
において今一番不満足な面があり、かつ工程条件
の微妙な変化に対する対応力の柔軟性において不
満足なものがあつた。

（考案の目的） この考案の目的は、先端技術用材料として適し
た、より高度な均質性を有した超微粒子の工業的
規模での生産のために、既に提案された静電分級
技術の精度を更に一段と向上させると共に、これ
に工程条件の微妙な変化に対する柔軟な対応力を
付与することにある。

（考案の基本的構成） この考案によれば、搬送気流中に広い粒度範囲
に亘る微粒子もしくは超微粒子からなる粉体粒子
群を混合して均一な速度分布を有する固気混相流
となし、密閉状分級室内に２以上の上下に並設さ
れた直流高電圧放電板と好ましくは上下方向に群
分けされた回収孔を有する回収要素とを間隙を置
いて対面立設し、上方の放電板程印加電圧を高く
する。前記の固気混相流を上記間隙に導いて上昇
進行させ、放電下に低位の粒度範囲を有する粉体
粒子小群から順次進行中の固気混相流から分離
し、回収要素のそれぞれの回収孔の群毎に個別に
吸引捕捉回収するものである。

（考案の実施態様） 前記したように固気混相流中の超微粒子は凝集
により団塊を形成するが、この凝集は固気混相流
が静電放電にさらされると一段と助長される。凝
集に対する静電放電のための印加直流電圧の影響
は、固気混相流中における超微粒子の濃度（ｇ／
m³）の仮に一定すると、該略第１図に示すような
傾向をもつている。即ち印加直流電圧が50〜
100KVの範囲ならば、電圧が増加すればこれに
ほぼ線型に比例して凝集も助長され団塊が大きく
なる。この考案は、第１図に見られるような静電
放電のための印加直流電圧と静電放電の結果助長
形成された団塊との間の関係を利用したものであ
る。

第２図に示すのはこの考案の静電分級装置の一
例であつて縦長の構造を有しており、その主要部
はフレームと壁体とによつて適宜画定形成される
実質的に密閉状の分級室（図中これを省略する）
に収容配置されている。

この静電分級装置は、搬送気流に分級されるべ
き粉体粒子群を混合させた固気混相流を均一な速
度分布を有すべく整流された状態で送出する固気
混相流供給部１と、その上方に設けられてかつ供
給された混合流から所定の粒度範囲別に粉体粒子
小群を分離する粉体粒子分級部２と、更にその上
方に設けられて分級、分離済みの搬送気流を積極
的に引取る搬送気流収容部３とから成るものであ
る。

これらの内少なくとも分級部２は前記した密閉
分級室内に配置されている。また、供給部１と収
容部３とは、その気流の積極的送出しと積極的引
取りとにより、所謂プツシユ・プル方式によつて
整流された気流の流れを形成するものである。

固気混相流供給部１は、搬送気流の送風機構１
１と前記の分級室底部に開口する整流吐出機構１
２と両者を連結するダクト１３とを有しており、
該ダクトの天井には広い粒度範囲に亘る粉体粒子
群を収容するホツパー１４の底部が開口してい
る。ホツパー１４内の粉体粒子群は、粒度が1μ
ｍ．前後の種々の粒度の微粒子もしくは超微粒子
から構成されており、例えば、公知のロータリー
フイーダーなどの働きにより、単位時間当り定め
られた量がダクト１３内に落下供給される。

整流吐出機構１２としては、例えば特許第
1027787号（特公昭55−14981号）あるいは特許第
1175637号（特公昭57−40413号）などに開示され
た「ダクト吐出口における流速均一化装置」など
を用いるとよい。ホツパー１４から落下供給され
た粉体粒子群は搬送気流と混合され、整流吐出機
構１２に至つて均一な速度分布を有した固気混相
流の形で上方に吐出される。

分級部２は、上下に隣接配置された複数個（図
示の例では４個）の放電板２１ａ〜２１ｄと、間
隙Ｓを置いてこれに対面して上下に延在する回収
板２２を有している。該間隙Ｓは分級室内に供給
された固気混相流の導路となる。

放電板２１ａ〜２１ｄは、それぞれ導線２３ａ
〜２３ｄにより、別個の直流高電圧電源（図示せ
ず）に電気的に接続されている。該直流高電圧電
源は上方の放電板に接続されたもの程高い電圧を
有している。即ち上方の放電板程印加電圧が高
い。また第３図に示すように、各放電板２１ａ〜
２１ｄの回収板２２に対面する表面上には多数の
針状の放電極が間隙Ｓ内に突出して密植されてい
る。

回収板２２には上下方向に群分けされて多数の
回収孔が前記の放電極の密度に対応した密度で透
通形成されるとともに、その裏面には各群毎にダ
クト端２４ａ〜２４ｄが付設されている。各ダク
ト端２４ａ〜２４ｄは、図示しないダクトによ
り、吸引フアンと高性能フイルターを具えた公知
の粉体粒子小群の分離回収部に、それぞれ別個に
連結されている。

上記の回収孔の開口面積（通常は円形孔である
ので直径によつて代表される）は、同一の群内に
おいては同じであるが、群が異なると異なるよう
に定められてもよい。例えば下側の群（例えば印
加電圧の低い放電板２１ａに対面する群）に属す
る回収孔ほどその開口面積が小さく、上側の群
（例えば印加電圧の高い放電板２１ｄに対面する
群）に属する回収孔ほどその開口面積が大きくな
るように設計する。各群における回収孔の開口面
積の大きさ、群間での回収孔の開口面積の変化の
度合いは、供給される粉体粒子群の粒度分布や要
求される分級の精度などの工程条件に応じて適宜
これを定める。

もつとも以上に述べたのはあく迄一例であつて
この考案は必ずしもこれに限定されるものではな
い。例えば、回収孔は必ずしも上記のように群分
けする必要はなく、全体に亘つて同一の開口面積
でもよく、また回収板２２の上下方向について下
側ほどその開口面積を小さくし、上側ほどその開
口面積を大きくしてもよい。また上記の例では、
回収板２２における回収孔の群を放電板２１ａ〜
２１ｄに対応した個数と範域にしたが、必ずしも
これに限定されるものではない。放電板に関係な
く回収板２２側の回収孔の群分けを行なつてもよ
い。

搬送気流収容部３は搬送気流の吸風機構３１と
前記の分級室頂部に開口する整流吸入機構３２と
両者を連結するダクト３３とを有している。整流
吸入機構３２としては固気混相流供給部１に用い
た整流吐出機構１２と同機能のものを用いればよ
く、均一な速度分布を有した状態で分級室からの
搬送気流をダクト３３内に吸入する働きをする。

次に上記したような構成を有する静電分級装置
の作用について説明する。

ホツパー１４から供給された広い粒度範囲に亘
る粉体粒子群は、したように、搬送気流と混合さ
れて均一な速度分布を有した固気混相流となり、
整流吐出部材１２を経て分級室内に入り、放電板
２１ａ〜２１ｄと回収板２２間の間隙Ｓ内にプツ
シユ・プル方式によつて偏流、渦流などのない整
流として導かれる。

ところで前記したように、搬送気流に混合され
た段階において、粉体粒子中の超微粒子は粒度の
近いもの同志が凝集して団塊を形成する。ここで
粒度の小さい超微粒子ほど大きな団塊を形成し易
いが、この時点においては凝集はまだ不完全であ
り、いわば未完性の団塊が形成される。従つて分
級室内に供給された時点において固気混相流は
種々の大きさの未完成の団塊を含んでいる。これ
ら未完成の団塊は分級室内に導かれて静電放電に
さらされることにより、更に凝集が進められて完
成した団塊に成長するのである。

ここで説明の便宜上、ホツパー１４内の粉体粒
子群の粒度範囲が大きい方から順に〜のグル
ープに分けらられるものとする。するとグループ
に属する超微粒子は粉体粒子群内では最も低位
の粒度範囲に属するから、搬送気流に混合された
時点では最も大きな未完成の団塊（「未完成の団
塊」と称する。以下同じ）を形成する。

さてこれら未完成の団塊〜は固気混相流が
放電板２１ａ〜２１ｄと回収板２２との間の間隙
Ｓ内に導かれると静電放電により更に成長する。
この間隙Ｓ内において固気混相流中の団塊には搬
送気流および静電引力による上向きの慣性力とイ
オン気流による横向きの押力を受け、団塊はこれ
らの合力のベクトルが指向する方向に偏向され
る。

第３図において、一番下側の放電板２１ａがカ
バーする領域Ａにおいては、最も低い電圧で静電
放電が行なわれる。この結果未完成の団塊〜
は更にある程度凝集して成長するが、この内粒子
径が大なるほど荷電量が大となるのでもともと一
番小さかつた未完成の団塊が完成した団塊とな
り、上記した慣性力と押力との兼合いから最も偏
向されて回収板２２の方に向い、放電板２１ａに
対応する群の回収孔に捕捉回収されてダクト端２
４ａ内に吸入されてゆく。この結果、固気混相流
中から未完成の団塊から成長した団塊、即ち最
も高位の粒度範囲のグループに属する微粒子も
しくは超微粒子が分級、分離される。他の未完成
の団塊〜もある程度は成長しまた偏向される
が、その構成粒子の径の大きさの故にまた荷電量
が少ないこともあつて、回収板２２には至らな
い。

下から２番目の放電板２１ｂがカバーする領域
Ｂにおいては次に低い電圧で静電放電が行なわれ
る。この結果未完成の団塊〜は更にある程度
凝集して成長するが、この内上昇滞留時間の経過
に伴つて、次に大きな未完成の団塊が完成した
団塊となり、最も偏向されて回収板２２の方に向
い、放電板２１ｂに対応する群の回収孔に捕捉回
収されてダクト端２４ｂ内に吸入されてゆく。こ
の結果固気混相流中から未完成の団塊から成長
した団塊、即ち次位の粒度範囲のグループに属
する超微粒子が分級、分離される。他の未完成の
団塊，もある程度成長しまた偏向されるが、
その構成粒子の径の大きさの故にまた荷電量がさ
ほど大きくないこともあつて、回収板２２には至
らない。

下から３番目の放電板２１ｃがカバーする領域
Ｃにおいては２番目に高い電圧で静電放電が行な
われる。この結果未完成の団塊，は更にある
程度凝集して成長するが、この内更に大きな未完
成の団塊が完成した団塊となり、最も偏向され
て回収板２２の方に向い、放電板２１ｃに対応す
る群の回収孔に捕捉回収されてダクト端２４ｃ内
に吸入されてゆく。この結果固気混相流中から未
完成の団塊から成長した団塊、即ち更に次位の
粒度範囲のグループに属する超微粒子が分級、
分離される。残りの未完成の団塊も更にある程
度成長しまた変更されるが、その大きさの故にま
た荷電量が充分に大きくないこともあつて、回収
板２２には至らない。

一番上の放電板２１ｄがカバーする領域Ｄにお
いては一番高い電圧で静電放電が行なわれる。こ
の結果未完成の団塊は更に凝集して成長し、完
成した団塊となり、偏向されて回収板２２の方に
向い、放電板２１ｄに対応する群の回収孔に捕捉
回収されて、ダクト端２４ｄ内に吸入されてゆ
く。この結果固気混相流中から、未完成の団塊
から成長した団塊、即ち最も低位の粒度範囲のグ
ループに属する超微粒子が分離される。

ダクト端２４ａ〜２４ｄに吸入された微粒子も
しくは超微粒子からなる粉体粒子小群は前記した
ように回収部に送られて回収されるが、回収後は
そのまま使用に供してもよいし、更に細かな静電
分級に掛けてもよい。

最後の団塊分離が終了した後の固気混相流中に
は実質的には超微粒子が含まれていないから、搬
送気流だけが収容部３によつて収容されることに
なる。

（考案の効果） この考案によれば静電放電の印加電圧を加減す
ることにより、超微粒子の凝集およびイオン気流
および／もしくは荷電量の強さを人為的に自由に
制御することができるので、先に提案した静電分
級方式よりも一段と分級精度が向上し、しかも電
圧がアナログ量であつて連続的に変化させること
ができるところから、工程条件の微妙な変化に柔
軟に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は放電用印加電圧と凝集団塊の大きさの
関係を示すグラフ、第２図はこの考案の静電の要
部の一例を示す斜視図、第３図はその分級作用を
示す側面図である。 １……固気混相流供給部、２……粉体粒子分級
部、１２……整流吐出機構、１４……粉体粒子群
ホツパー、２１ａ〜２１ｄ……放電板、２２……
回収板、３……搬送気流収容部、３２……整流吸
入機構、Ｓ……間隙。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 実質的に密閉状の縦長の分級室の上下には、搬
   送気流を形成する機構が設けられており、 分級室内には上下に並設して少なくとも２個の
   放電板２１ａ〜２１ｄが設けられており、 これら放電板は上方のものほど高い電圧の直流
   高電圧電源に接続されており、 間隙Ｓを置いて該放電板に対面して、回収孔を
   有した回収要素２２が垂直方向に延在して設けら
   れており、 各回収要素はそれぞれ個別の粉体粒子小群回収
   部に連結されており、 分級室の下方には、広い粒度範囲に亘る超微粒
   子からなる粉体粒子群を前記搬送気流に混合して
   均一な速度分布を有する固気混相流となして前記
   の間隙Ｓの下端に吐出する固気混相流供給部１が
   設けられている ことを特徴とする粉体粒子の静電分級装置。