JPH0140665B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は遠心分離と流体力学的分離とを併用し
た微粒子の連続式分級装置に関する。 微粒子の分級に関する技術は最近多くの分野で
関心を持たれているが、特に最近注目されている
サブミクロンオーダの微粒子を利用する種々の超
精密加工の分野においては、粗粒の混在が直接品
質ものものに影響するため、これらの微粒子の整
粒技術の確立が切望されており、本出願人も過去
に特開昭54−65877号として効果的な分級法を開
示している。 本発明は上記のものを更に発展、改良したもの
であり、0.1（μｍオーダといつた微粒子ではその
物性等のために分離精度に限界があつたのを、本
発明では微粒子特有の凝集性を解消するため、微
粒子を液中に混入させた被分級液をつくり、該液
を安定した流れとして連続的に遠心力場を通過さ
せることにより、0.1（μｍ）オーダの微粒子の高
精度、高能率な分級を可能としたものである。 本発明の要旨とするところは、上下面中央部に
流入管と流出管を同軸に連設し、側面を下方へ拡
開したテーパー状となした円錐台形の密閉容器の
内部に、上下面中央部に支軸を突設した厚肉円板
状の中間体を、該密閉容器の上下内面に対し狭間
隙を形成するとともに、側内面に対しすそ広がり
状の分離空間を形成して配し且つ該支軸を前記流
入管と流出管の中心部に遊挿して該流入管と支軸
間を流入口となし、更に前記分離空間に対応する
密閉容器の下面に開口した取出口と連通する取出
路を該密閉容器の下方に一体形成するとともに、
前記流入管の外周に該取出路と連通する排出管を
同軸に設け、前記流入管と排出管を回転可能に軸
支した状態で前記密閉容器を中間体とともに一体
的に回転装置により回転させ、前記流入管から連
続的に供給した被分級液に遠心力を付与してなる
連続式分級装置にある。 以下本発明の詳細を図面に記載した一実施例に
基づき説明すれば、第１図は本発明の分級装置の
要部を示し、図中１は略円錐台形等として内面を
下方へ拡開したテーパー状に形成した密閉容器で
あつて、連続的に被分級液の流入、流出が可能な
流入口２と流出口３と設けると共に粗粒子である
分離粒子を含む液体の取出口４を本体外周下面に
設けている。５は厚肉円板状の中間体であり、前
記密閉容器１の中に密閉容器１と一体的に回転す
るよう図示しないがピン等の連続部材でもつて固
定し、しかも該密閉容器１の上下内面に対し狭間
隙６，６を、また側内面に対し後述の分離空間１
５を形成するように配置している。また密閉容器
１と中間体５との回転は、該密閉容器１又は中間
体５にプーリ車７等を介して関係づけたモータ式
の回転装置８で行なうようにしている。 第１図に示した一実施例としての本発明では密
閉容器１の上下中央部にそれぞれ流入管９、流出
管１０を連設すると共に、該密閉容器１の下面に
取出口４と連通する取出路１１を配設し、前記流
出管１０の外周に間隙を設けて同軸に固定した排
出管１２に取出路１１を連設し、該排出管１２及
び前記流入管９を軸受１３，１３でもつて回転可
能に支持されており、一方中間体５はその上下中
央部に支軸１４を突設し、流入管９及び流出管１
０内に同軸に遊挿せしめて図示しない軸受で支持
し密閉容器１の上下内面に対して狭間隙６，６を
且つ側内面に対してすそ広がり状の分離空間１５
を形成し、必要に応じて狭間隙６，６の端部６
ａ，６ａは被分級液が中間体５の側面に沿つて円
滑に流れるよう丸みをつけて90゜に折曲させてい
る。尚、前記流入管９と支軸１４に形成され、ま
た前記流出口３は流出管１０と支軸１４間及び流
出管１０と排出管１２間に形成されている。また
該密閉容器１と中間体５に突設した支軸１４との
連結、固定は被分級液の乱流原因や抵抗を増大し
ない条件の個所、即ち前記流入管９の上流側と流
出管１０の適所に該支軸１４をピン等にて連結す
ることができ、その他に密閉容器１又は中間体５
を回転させる回転装置等も特別な限定を必要とし
ないことは以下の作用説明によつて明らかであ
る。 本発明は上記のとおりであつて、種々の大きさ
の微粒子を含む被分級液を処理せんとするときは
まず回転装置８を作動して密閉容器１並びに中間
体５を一体的に回転させながら被分級液を流入管
９に供給すれば、前記支軸１４にて中間体５の半
径方向に分流された被分級液は流入口２より密閉
容器１内の上部狭間隙６に滞留することなく円滑
に流入し、該狭間隙において被分級液は密閉容器
１及び中間体５の各面に接触して粘性抵抗により
流れは層流状の安定した流れに規制され、且つ遠
心力により平面視渦状に拡がつて分離空間１５へ
供給され、該分離空間１５において被分級液中の
混入粒子は遠心力によりその粒径の大小に応じて
外方に飛ばされ、一定粒径以下の小さな遠心力が
かかる微粒子だけが中間体５の側面に沿つて被分
級液と共に下部狭間隙６に流入し、連続して流入
管９から送給されてくる被分級液の流入圧力によ
り、前記下部狭間隙６に流入したものは密閉容器
１の中心に位置する流出口３に向い流出管１０か
ら取出される。一方、一定粒径以上の重量のある
混入粗粒子は回転によるその大きな遠心力により
被分級液の粘性抵抗に打ち巻つて外方に飛ばさ
れ、すそ広がり状の密閉容器１内面に沿つて遠心
力と重力及び被分級液の流入圧力とによつて分離
空間１５内を下方へ強制移動され、該分離空間１
５の下面に開口した前記取出口４、取出路１１を
通つて排出管１２に粗粒子である分離粒子を被分
級液とともに連続して除去するようにする。 このように本発明の分級装置は、流入管９と支
軸１４間の流入口２から導入された微粒子と混入
粗粒子を含む被分級液を支軸１４にて中間体５の
半径方向に滞留なく分流することができ、上部狭
間隙６により層流状化されて且つ渦巻状になつて
分離空間１５に流入するから流れは極めて円滑で
整流されており、大小の混入微粒子もまた分級さ
れるのに適した滑らかな流れの状態となつており
精度の高い分級が可能となるのである。即ち層流
状のまますそ広がり状の分離空間１５に流入した
被分級液は密閉容器１と中間体５とが一体的に回
転しているからそのまま層流状の安定した流れを
保つて下部狭間隙６に流入しようとし、その間に
おいて混入粒子は遠心力により粒径の大なるもの
程、分離空間１５に流入後ただちに被分級液の粘
性抵抗に打ち勝つて外側に向つて飛ばされ、一定
粒径以下の微粒子だけが中間体５の近傍の分離空
間１５を通過して下部狭間隙６に流入して分級が
なされるのである。 次に本発明に係る実験装置を用いて行なつた分
級結果を説明すれば、該実験は表−１の装置条件
のもとで行ない被分級液としては、密度5.56ｇ／
cm²ZrO₂の微粉末を濃度2.5重量％となるように水
に混入させたものを毎分483c.c.の処理量に設定し
たものであり、分級前には被分級液中の粉子分布
は第５図の如きものであつたのが分級後は第６，
７図の如き分布となつた。

【表】 即ち第５〜７図は縦軸に被分級液中に含まれる
粒子の個数を横軸に同じく粒子の直径をとりその
分布状態を表したものであり、分級前では第５図
に示す如く直径が0.1〜0.2（μｍ）の微粒子を多
数含みそれより大きい微粒子が1.5（μｍ）に至る
まで段階的に減少しながらも含まれている分布状
態であつたものが分級後は装置回転数Ｍが
1000RPMのとき第６図に示す如く被分級液中に
はほぼ0.6（μｍ）以下の微粒子だけが残るように
分級され、また装置回転数が1500RPMのとき第
７図に示す如くほぼ0.4（μｍ）以下の微粒子だけ
が残り、それより大きい粒子は被分級液中から除
かれていることがわかつた。 また第３，４図は第２図に示したモデル化した
装置において、直径の異なる各微粒子が分離空間
１５内をどのような流れ軌跡をとつて分級される
かを流体力学計算により即ち、流れ及びその流れ
の中に存在する粒子の運動方程式を解くことによ
つて算出して表わしたものであり、装着回転数を
1000RPMとした第３図では直径Ｄが0.7（μｍ）
以上のものが、また1500RPMとした第４図では
直径Ｄが0.5（μｍ）以上のものが下部の狭間隙６
から流出管１０を通つて流出する被分級液から分
離されることが明らかとなつた。 以上のように本発明は微粒子の精度の高い分級
を行なうため、分級せんとする微粒子を液中に混
入させて被分級液をつくり、該液を密閉容器１と
中間体５との間に形成される狭間隙６を通過せし
めて流れの整つた層流状とすると共に密閉容器１
全体を回転して被分級液に遠心力を附与し、微粒
子の分級をするようにしたものであり、これらに
より極めて小さい微粒子を利用する種々の超精密
加工においてより精度の高い、品質の良好な製品
を得ることが可能となつた。即ち、流入管９に供
給された被分級液は、支軸１４により中間体５の
半径方向へ滞留することなく分流されて円滑に狭
間隙６へ供給することができ、しかも該狭間隙６
によつて層流状に整流して、中間体５の側面に沿
つて被分接液を層流状に流すことができる。更
に、中間体５の上下中央部には支軸１４を突設し
ているので、密閉容器１との連結に際し、被分級
液の流れを紡げない位置、例えば流入管９の上流
側と流出管１０の適所にピン等で回転に対して一
体的に連結することができる。また、分離空間１
５をすそ広がり状となしたことにより、径が大き
く重量のある混入粗粒子及び被分級液にかかる遠
心力を下方へ分力し、重力及び被分級液の流入圧
力と合わさつてスムーズに下方へ導ことができ、
混入粗粒子が密封容器１の内側面に衝突し、再び
内方に移動して分級した微粒子を含む被分級液内
に混入することを極力防止することができる。ま
た、分級した微粒子を含む被分級液を、密封容器
１の下面に連設した流出管１０と中間体５の下面
に突設した支軸１４間から導出するようになした
ので、その流れを滞留なくスムーズにすることが
でき、ひいては分級性の向上につながるものであ
る。 また中間体５を内設した密閉容器１全体を回転
させてなるから装置全体はコンパクトになり分級
作業をやりよいうえに、粒径の異なる各種混入粒
子を分級するに１台の本分級装置で達成できない
ときは、これを多段に直列連結することにより連
続的多段分級が可能となり便利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の要部を示す内部断面説明
図、第２図は本発明に係る実験装置の右半分を示
す断面説明図、第３，４図は第２図における装置
の分離室内の微粒子フロー図、第５図は分級前の
被分離液中における微粒子の分布グラフ、第６，
７図は分級後の該微粒子の分級グラフである。 １：密閉容器、２：流入口、３：流出口、４：
取出口、５：中間体、６：狭間隙、１５：分離空
間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上下面中央部に流入管と流出管を同軸に連設
   し、側面を下方へ拡開したテーパー状となした円
   錐台形の密閉容器の内部に、上下面中央部に支軸
   を突設した厚肉円板状の中間体を、該密閉容器の
   上下内面に対し狭間隙を形成するとともに、側内
   面に対しすそ広がり状の分離空間を形成して配し
   且つ該支軸を前記流入管と流出管の中心部に遊挿
   して該流入管と支軸間を流入口となし、更に前記
   分離空間に対応する密閉容器の下面に開口した取
   出口と連通する取出路を該密閉容器の下方に一体
   形成するとともに、前記流出管の外周に該取出路
   と連通する排出管を同軸に設け、前記流入管と排
   出管を回転可能に軸支した状態で前記密閉容器を
   中間体とともに一体的に回転装置により回転さ
   せ、前記流入管から連続的に供給した被分級液に
   遠心力を付与してなる連続式分級装置。