JP2018192461A

JP2018192461A - 粉体装置の軸封構造、粉体装置及び軸封部材

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Publication number: JP2018192461A
Application number: JP2017101052A
Authority: JP
Inventors: 恭平団; Kyohei Dan
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2017-05-22
Filing date: 2017-05-22
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-22
Also published as: JP6971629B2

Abstract

【課題】粉体装置の軸封における粉体の漏れ及び粉体への異物の混入を減少させるとともに、軸封構造の損傷を減らし、軸封構造のメンテナンスを容易にする粉体装置の軸封構造、及びその軸封構造を有する粉体装置、並びに粉体取扱い方法を提供すること。【解決手段】粉体Ｐを収納する容器１１と、容器１１の外壁１１１を非接触に貫通する回転軸１４１と、容器１１の外部に設けられ、回転軸１４１を回転させる駆動手段Ｍと、を有する粉体装置１の軸封構造であって、回転軸１４１が非接触で通り、容器１１の内部から外部へ通じる円形の軸穴１６１ｆが設けられた底壁１６１ｂと、回転軸１４１と軸穴１６１ｆの内周面との間を、容器１１の外部から内部へとガスを送る送気手段Ａ，１５１，１６１ｅ，１６４と、を備え、軸穴１６１ｆの内周面に螺旋状溝１６１ｇが形成されていることを特徴とする粉体装置１の軸封構造。【選択図】図２

Description

本発明は、粉体装置の軸封構造、粉体装置及び軸封部材に係り、特に回転軸を用いて粉体を扱う粉体装置の軸封構造、粉体装置、及び軸封部材に関する。

回転軸を用いて容器内の粉体を扱う粉体装置としては、例えば、スクリューコンベア（スクリューフィーダ）、ロータリーフィーダーなどがある。回転軸にはスクリュー状の羽根、あるいは円盤状の刃を備えたものなど、用途に応じて様々な形状、構造がある。このような装置においては、モーター等の駆動手段により回転軸を回転させるが、これらの駆動手段は一般的には容器の外部に設けられている。

そのため、回転軸は容器の外壁を貫通する必要がある。このような構成において、部品の摩耗、損傷、動力損失を抑えるために、容器に回転軸の径よりも大きい穴を設けて、この穴に回転軸を容器の外壁と非接触で通すことが多い。この場合、回転軸と穴の内壁との隙間から粉体が漏れることが問題となる。

粉体の漏れを防止する軸封構造として、例えば、グランドパッキン等の接触式のシール手段が用いられている。しかし、回転軸とグランドパッキンや軸穴との間に粉体が侵入すると、グランドパッキンが摩耗、劣化しやすくなる。そのため、グランドパッキンの押圧力の調整あるいはグランドパッキンを交換するなどのメンテナンスを頻繁に行う必要があり、これが粉体を扱う際のコスト上昇につながる。

粉体装置の軸封構造を改良するために、例えば、特許文献１では、軸封止用ガスが封入されている第１環状凹溝及びグリースが封入されている第２環状凹溝をグランドパッキンよりもケーシング外側に設け、回転軸とグランドパッキンとの隙間から粉体が外方（大気）へ噴出することを防止している。

特許文献２では、粉体容器の回転軸が貫通する軸穴の外側において回転軸を囲う箱体に取付けられた軸受体と、軸穴を通る部分の回転軸の外周に形成された螺旋状突起を備え、軸穴と回転軸の隙間から箱体側に漏れる粉体を、回転軸の回転による螺旋状突起により粉体容器の内部に押し戻している。

特許文献３では、ロータリーフィーダーにおいて、回転軸よりもわずかに大きい挿通穴を有する仕切り板を、ケーシングの内部と外部との間に設け、挿通穴と回転軸との隙間に、ケーシング内部へ向かって空気を流し、この隙間から出ようとする粉粒体をケーシング内部へ押し戻している。

実公平6-11096号公報特許第5270965号特開平8-119457号公報

しかし、特許文献１の軸封装置では、回転軸とグランドパッキンとの隙間に粉体が侵入することを抑制する構成は有しておらず、グランドパッキンのメンテナンスのためのコストを抑えることは難しい。

特許文献２の軸封構造は、回転軸に突起が形成されているが、（ｉ）粉体を押戻す際に回転軸の回転力で押し戻す構造であるので、摩擦力が大きく、突起が摩耗する、（ｉｉ）粉体が回転軸の回転力で軸穴の内周面に付着して回転軸との間で噛み込み、動力損失や部品の摩耗、傷、破損の原因になる、（ｉｉｉ）回転軸を加工するので回転軸の取り外しの手間と加工の難易度が高い（軸を削ると軸径が変動し、その他の付属設備の寸法変更も必要になる）、（ｉｖ）粉体の種類に応じた回転軸を準備する必要があるので高コストになる、などの問題がある。

また、特許文献３の構成では、挿通穴と回転軸との隙間におけるエアパージのムラが大きいため、流量の少ない所を基準にエア量を設定する必要があり、大量のエアを供給する必要がある。また、挿通穴と回転軸との隙間の長さ、すなわち、仕切り板の厚さ分のストロークで粉粒体を押し戻す必要があるため、回転軸を縦方向に設置するような装置においては、落下してくる粉粒体を押し戻すことは難しい。

そこで、本発明は、粉体装置の損傷、回転軸における動力損失、及びメンテナンスコストを低減しつつ、粉体を扱う容器から粉体が漏れることを抑制できる粉体装置の軸封構造、粉体装置及び軸封部材を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題が下記の態様によって解決されることを見出して、完成されたものである。

（態様１）
粉体を収納する容器と、前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、を有する粉体装置の軸封構造であって、前記回転軸が非接触で通り、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、前記軸穴の内周面と前記回転軸との間を、前記容器の外部から内部へ向かってガスを送る送気手段と、を備え、前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする粉体装置の軸封構造。

（態様２）
前記螺旋状溝は、前記回転軸に向かって溝の幅が広がる形状を有する態様１に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様３）
前記回転軸の軸線を含む断面において、前記螺旋状溝の隣り合う谷の間で前記回転軸に最も近くなる部分を山の頂とすると、前記断面における前記山の頂の幅は、前記螺旋状溝のピッチの１／５以下である態様２に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様４）
前記断面において、前記山の頂は点である態様３に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様５）
前記螺旋状溝は、前記山の頂を挟む２つの斜面を有し、前記断面において、前記２つの斜面がなす角度は３０〜７５度である態様３または４に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様６）
前記回転軸の回転中心の方向の投影において前記軸穴の外側にあり、前記底壁から前記容器の外部に向かって延びる側壁と、該側壁を貫通して前記送気手段に通じるガス導入部と、前記ガス導入部よりも前記容器から離れた位置で前記回転軸と前記側壁との間に配されるガスシール手段と、を備える態様１〜５のいずれかに記載の粉体装置の軸封構造。

（態様７）
前記容器に取り付けられた軸封部材を備え、前記底壁と、前記側壁と、前記ガス導入部とが前記軸封部材に設けられている態様６に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様８）
前記軸封部材は、前記容器の外側に取り付けられ、前記容器には、貫通穴が設けられ、前記回転軸が、前記貫通穴の内周面に非接触で前記貫通穴を通り、前記軸穴と前記貫通穴とが連通している態様７に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様９）
前記容器と前記軸封部材とが、前記軸穴の全周で当接している態様７または８に記載の粉体装置の軸封構造。

（態様１０）
粉体を収納する容器と、前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、前記回転軸が非接触で通り、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、前記軸穴の内周面と前記回転軸との間を、前記容器の外部から内部へ向かってガスを送る送気手段と、を備え、前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする粉体装置。

（態様１１）
粉体を収納する容器と、前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、を有する粉体装置に取り付けられる軸封部材であって、前記回転軸の径よりも大きく、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、外部から送られるガスを前記軸穴の内周面と前記回転軸との間へ導くガス導入部と、を備え、前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする軸封部材。

本発明によれば、粉体装置の損傷、回転軸における動力損失、及びメンテナンスコストを低減しつつ、粉体を扱う容器から粉体が漏れることを抑制できる粉体装置の軸封構造、粉体装置及び軸封部材を提供することができる。

本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置の断面を示す図である。本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置の軸封部及びその周辺の断面図である。図３（ａ）は、軸封部材を、図１における右下から左上に向いて見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。螺旋状溝の具体的な形状の一例を示した写真である。本発明の第１実施形態における軸封部の第１の変形例である。本発明の第１実施形態における軸封部の第２の変形例である。本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置の軸封構造の詳細を説明するための拡大模式断面図である。本発明の第１実施形態における螺旋状溝の第１の変形例を示す図である。本発明の第１実施形態における螺旋状溝の第２の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態としての粉体混合装置を示す図である。本発明の第３実施形態としての解砕装置を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明の範囲はこれに限られるものではない。

本発明における粉体装置とは、粉体輸送装置（例えば、第１実施形態）、粉体撹拌装置（例えば、第２実施形態）等の粉体を処理するもの、あるいは粉体を生成するものに限られず、解砕装置（例えば、第３実施形態）等の処理工程で粉体が発生するものなども含まれる。すなわち、本発明における粉体装置は、装置内部において回転軸を用いて粉体を扱う、あるいは回転軸を用いた材料の処理において粉体が発生する装置を言う。

以下の実施形態において、「粉体」とは粉状の固体をいい、粉、粉末、粒子、微粉、微粉末、微粒子などと称されるいずれも含む。また、粉体の材質、形状、寸法等は特に限定されない。

以下の実施形態における装置は、いずれも回転軸を備える。また、以下で用いる「軸線」とは、特に断りがなければ、各実施形態において後述する回転軸１４１、２４１、３４１の回転中心となる線を意味する。また、回転軸１４１、２４１、３４１の「軸径」及び円形を有する各穴の「穴径」は、特に断りがなければ直径を指す。

各実施形態を示す図１〜３および図５〜１１においてｚ方向は回転軸１４１、２４１、３４１の軸線方向、ｒ方向は軸線を中心とした円の半径方向、θ方向は回転軸１４１、２４１、３４１の回転方向を示す。また、ｚ、ｒ、θ方向は、同じ実施形態においては各図面で同じ方向を示す。

また、以下の説明において、図中のｚ軸の矢印の方向を＋ｚ方向、図中のｚ軸の矢印とは反対の方向を−ｚ方向、向きを特定しない場合は符号を付けずｚ方向とする。ｒ方向については、軸線から離れる方向を＋ｒ方向、軸線に近づく方向を−ｒ方向、向きを特定しない場合は符号を付けずにｒ方向とする。θ方向については、ｚ軸の矢印方向に見たとき、右回りの方向（各図における矢印の方向）を＋θ方向、左回りの方向（各図における矢印の反対方向）を−θ方向、向きを特定しない場合は符号を付けずにθ方向とする。

＜１．粉体輸送装置（第１実施形態）＞
図１は、本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置１の断面を示す図である。図１において、上下及び左右は紙面の上下及び左右であり、ここでは紙面下方向が重力のかかる方向である。本実施形態にかかる粉体輸送装置１は、粉体Ｐを輸送する傾斜型のスクリューコンベアである。粉体輸送装置１は、粉体容器１１と、粉体導入部１２と、粉体排出部１３と、スクリュー１４と、モーターＭと、エアポンプＡと、ホース１５１、１５２と、軸封部１６、１７と、ハウジング１８１、１８２とを備える。

粉体容器１１は、粉体輸送装置１内で輸送される粉体Ｐを収納する。本実施形態において、粉体容器１１は、後述する回転軸１４１の長手方向（ｚ方向）に延びる円筒状の外壁を持つ容器である。なお、ここで説明する粉体容器１１の形状はその一例であり、使用条件等によってその形状は適宜変更可能である。粉体容器１１の外壁は、円筒の右下（−ｚ側）端部の底を構成する下底部１１１と、円筒を形成する側壁１１２と、円筒の左上（＋ｚ側）端部の底を構成する上底部１１３とを有する。粉体容器１１は、側壁１１２の右下（−ｚ）側に粉体導入部１２に接続するための導入穴１１４と、側壁１１２の左上（＋ｚ）側に粉体排出部１３に接続するための排出穴１１５とを備える。また、粉体容器１１は、下底部１１１及び上底部１１３にそれぞれ、貫通穴１１１ａ、１１３ａが設けられている。本実施形態においては、貫通穴１１１ａ、１１３ａは円形で、貫通穴１１１ａ、１１３ａの中心は回転軸１４１の軸線上にあるが、楕円、あるいは多角形等、他の形状でもよい。また、下底部１１１には、後述する軸封部材１６１の貫通穴１６１ｈ（図３）に対応する位置に貫通穴１１１ｂ（図２）が設けられており、上底部１１３にも同様の貫通穴が設けられている。

粉体導入部１２は、粉体Ｐを粉体容器１１に導入する。導入方法としては、粉体導入部１２の上方にホッパー等を接続して重力を利用する方法、ポンプを用いて前工程の装置等から粉体容器１１へ向かう方向（＋ｚ方向）に空気を流して輸送する空気輸送装置を用いる方法等が挙げられるが、それに限られない。

粉体排出部１３は、後述するスクリュー１４により、粉体容器１１の左上（＋ｚ）側まで輸送された粉体Ｐを、粉体容器１１から外部に排出する。排出方法としては、粉体排出部１３から粉体Ｐを落下させる方法、あるいは空気輸送装置等が挙げられるが、それに限られない。

スクリュー１４は、回転軸１４１と螺旋状羽根１４２とを有する。回転軸１４１の軸径は貫通穴１１１ａ、１１３ａの穴径よりも小さい。回転軸１４１は粉体容器１１の右下側の外部から貫通穴１１１ａを、貫通穴１１１ａの内周面と非接触で通って、粉体容器１１内に入り、貫通穴１１３ａを貫通穴１１３ａの内周面と非接触で通り、粉体容器１１の左上側の外部に出る。すなわち、回転軸１４１は粉体容器１１の外壁を非接触で貫通する。回転軸１４１は、さらに、後述する右下側のハウジング１８１の貫通穴１８１ａを通って、回転軸１４１の右下（−ｚ）側の一端１４１ａはモーターＭに接続される。回転軸１４１の左上（＋ｚ）側の一端１４１ｂは、後述する左上側のハウジング１８２に設けられた軸受け１８２ａに挿入される。

螺旋状羽根１４２は、本実施形態では、逆ねじ（左ねじ）の方向の螺旋形状の羽根である。粉体導入部１２から粉体容器１１内に導入された粉体Ｐは螺旋状羽根１４２に乗る。この構成により、スクリュー１４が、図示したように右下側から見て右回転、すなわち、＋θ方向に回転すると、螺旋状羽根１４２に乗せられた粉体Ｐが右下（−ｚ）側から左上（＋ｚ）側に輸送される。なお、ここで述べた螺旋状羽根１４２の形状は本実施形態におけるその一例であり、スクリュー１４の回転方向、粉体Ｐの性質、使用目的、設計条件等によって適宜変更可能である。

また、本実施形態では、スクリュー１４の回転軸１４１の外周面で、グランドパッキン１６３（図２を参照しながら後述する）と対向する部分には、全周で回転軸１４１を覆う回転軸スリーブ１４３（図２）が設けられている。これは、回転軸１４１と、グランドパッキン１６３等の摺動部品との間の摩擦による回転軸１４１の傷や摩耗を抑制するためである。ただし、これに限られず、回転軸１４１の表面硬度が高い場合、スクリュー１４の交換時期までに生じる回転軸１４１の傷、摩耗が許容範囲である場合等において、回転軸スリーブ１４３を取り付けなくてもよい場合がある。

モーターＭは、スクリュー１４を回転させるための駆動手段である。本実施形態で、モーターＭは粉体容器１１の右下（−ｚ）側の外部に設けられている。スクリュー１４の駆動手段は、電気モーターに限られず、内燃機関、外燃機関、あるいは風力、水力等を利用したものであってもよい。また、本実施形態では、スクリュー１４はモーターＭと直結されているが、ギア、ベルト等の減速手段、あるいはユニバーサルジョイント等の継手あるいはその他の動力伝達手段を介してモーターＭからスクリュー１４へ動力を伝達する構成であってもよい。

エアポンプＡは、粉体容器１１の外部に設置され、外部から軸封部１６、１７ヘと空気を送る送気手段である。本実施形態では、エアポンプＡが送る気体は空気であるが、粉体Ｐの性質等を考慮して窒素ガス等の他の気体であってもよい。また、送気手段としてはエアポンプに限らず、ブロワー、コンプレッサ等を用いてもよく、プラントに設置されているエア供給ライン等につないでもよい。

ホース１５１は、エアポンプＡと、軸封部１６にある軸封部材１６１のガス導入部１６１ｅ（図３を参照しながら後述する）とを接続し、エアポンプＡから送られる空気を軸封部材１６１内（後述する空間Ｓ）に送る。

ホース１５２は、エアポンプＡと、軸封部１７にある軸封部材のガス導入部（軸封部１７は軸封部１６（図２）と同様の構成であるため図示を省略する）とを接続し、エアポンプＡから送られる空気を軸封部１７にある軸封部材に送る。

軸封部１６は、下底部１１１とスクリュー１４の回転軸１４１との隙間から粉体Ｐが粉体容器１１の外部へ漏れることを抑制する。軸封部１７は、上底部１１３とスクリュー１４の回転軸１４１との隙間から粉体Ｐが粉体容器１１の外部へ漏れることを抑制する。軸封部１６の構造については図２を参照しながら後述する。軸封部１７は、本実施形態では軸封部１６と同様の構成であるため説明を省略する。

ハウジング１８１、１８２はそれぞれ、粉体容器１１の下底部１１１、上底部１１３に取り付けられ、軸封部１６、１７を覆う。下底部１１１（−ｚ）側のハウジング１８１の底面には、スクリュー１４の回転軸１４１の軸径よりも大きい円形の貫通穴１８１ａが設けられている。回転軸１４１が貫通穴１８１ａを、ハウジング１８１に非接触で通る。本実施形態においては、貫通穴１８１ａの中心は回転軸１４１の軸線上にある。

上底部１１３（＋ｚ）側のハウジング１８２には、軸受け１８２ａが設けられている。軸受け１８２ａは、回転軸１４１の左上側の一端１４１ｂを回転可能に支持する。軸受け１８２ａには、例えばボールベアリング等が用いられるが、スクリュー１４の回転軸１４１を回転可能に支持できるものであればそれに限られない。

＜２．粉体輸送装置の軸封構造＞
図２は、本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置１の軸封部１６及びその周辺の断面を示す図である。軸封部１６は、軸封部材１６１、ボルト１６２ａ、ナット１６２ｂ、グランドパッキン１６３、ランタンリング１６４、パッキン押え１６５、パッキン押えボルト１６６ａ、及びスプリング１６６ｂを備える。また、軸封部材１６１の底壁１６１ｂ（後述する（図３（ａ）（ｂ）））とグランドパッキン１６３との間には、軸封部材１６１の側壁１６１ａ（後述する（図３（ａ）（ｂ）））と回転軸１４１とに挟まれた空間Ｓが設けられている。なお、図３（ａ）からわかるように、後述するボルト穴１６１ｄ（同様に、図２のボルト１６６ａ及びスプリング１６６ｂ）と、ガス導入部１６１ｅとは同一断面上にないが、説明のため、図２では同一断面上に示す。

本実施形態では、軸封部材１６１は、後述するグランドパッキン１６３を収容し、粉体容器１１の外側に取り外し可能に取り付けられる。本実施形態では、軸封部材１６１を、粉体容器１１とは別の部品としている。そのため、粉体Ｐの種類、装置の使用条件等に応じて、あるいは消耗品として軸封部材１６１のみを交換することが可能であり、設備のメンテナンスコストを低減させることができる。

図３（ａ）は、軸封部材１６１を、図１において右下から左上に向いて（ｚ軸矢印の方向に）見た図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。軸封部材１６１は、回転軸１４１の軸線方向（ｚ方向）に延びる円筒状の側壁１６１ａ、側壁１６１ａの粉体容器１１（＋ｚ）側の一端に円筒の底面となる底壁１６１ｂ、側壁１６１ａの粉体容器１１（＋ｚ）側の一端で側壁１６１ａの外側（＋ｒ方向）に向かって延びるフランジ１６１ｃを有する。本実施形態では、底壁１６１ｂ及びフランジ１６１ｃは、粉体容器１１（＋ｚ）側で連続した平面を形成している。

側壁１６１ａは、軸線（ｚ）方向の投影において、後述する軸穴１６１ｆの外側にある。側壁１６１ａのモーターＭ（−ｚ）側の端部には、粉体容器１１側（＋ｚ方向）に向かってボルト穴１６１ｄが設けられている。ボルト穴１６１ｄは、回転軸１４１の軸線を中心とした円周（θ方向）に沿って４箇所設けられている。ボルト穴１６１ｄは、後述するパッキン押えボルト１６６ａと螺合する。ここで、ボルト穴１６１ｄの呼び径は、側壁１６１ａの厚みよりも小さな値である。なお、ボルト穴１６１ｄの数は、軸封部材１６１として求められる性能及び周辺部品等の設計条件によって適宜変更可能である。側壁１６１ａの厚み、軸方向（ｚ方向）の長さ、ボルト穴１６１ｄの呼び径、及びピッチは、軸封部材１６１として求められる強度、後述するパッキン押え１６５の押圧力、周辺部品との位置関係等の設計条件によって適宜決定される。

また、側壁１６１ａは、後述するグランドパッキン１６３より粉体容器１１（＋ｚ）側において側壁１６１ａを厚み方向（ｒ方向）に貫通し、ホース１５１と接続するガス導入部１６１ｅを有する。この構成により、エアポンプＡから送られた空気がホース１５１を通ってガス導入部１６１ｅに至り、空間Ｓに導かれる。本実施形態では、ガス導入部１６１ｅは回転軸１４１を挟んで対向する２箇所に設けられており、それぞれのガス導入部１６１ｅに接続された２つのホース１５１は図示されていない位置で合流している。なお、ガス導入部１６１ｅの数及び位置はこれに限られず、設計条件等により適宜変更可能である。

底壁１６１ｂには、底壁１６１ｂを貫通する円形の軸穴１６１ｆが設けられている。軸線（ｚ）方向の投影において、軸穴１６１ｆは側壁１６１ａの内側にある。本実施形態においては、軸穴１６１ｆの中心は回転軸１４１の軸線上にある。軸穴１６１ｆは、粉体容器１１の貫通穴１１１ａと連通する。軸穴１６１ｆの穴径は、スクリュー１４の回転軸１４１の軸径よりも大きい。そのため、回転軸１４１が軸穴１６１ｆの内周面に非接触で軸穴１６１ｆを通る（図２）。この構成により、空間Ｓに導かれた空気が、軸穴１６１ｆの内周面と回転軸１４１の外周面との間の隙間に送られ、軸穴１６１ｆの内周面と回転軸１４１の外周面との間を、粉体容器１１の外部から内部の方向（＋ｚ方向）に向かって流れる。

軸穴１６１ｆの内周面には螺旋状溝１６１ｇが形成されている。図４は、螺旋状溝１６１ｇの具体的な形状の一例を示した写真である。

本実施形態では、螺旋状溝１６１ｇは、スクリュー１４の回転方向（＋θ方向）に合わせて右ねじの方向で設けられている。なお、スクリュー１４が逆回転（−θ方向の回転）の場合、螺旋状溝１６１ｇは逆ねじ（左ねじ）の方向に設けることが好ましい。すなわち、螺旋状溝１６１ｇの方向とスクリュー１４の回転方向とを揃えることが好ましい。この構成によれば、粉体Ｐのうち、螺旋状溝１６１ｇに入ったサイズの大きいものがスクリュー１４の回転軸１４１に接触した場合、粉体Ｐと回転軸１４１との間の摩擦力によって、螺旋状溝１６１ｇをガイドとして粉体Ｐを粉体容器１１内に押し戻す力が働く。また、回転軸１４１の回転により、螺旋状溝１６１ｇ内を流れる空気の流速がさらに増す上に、整流されることが期待できる。

螺旋状溝１６１ｇの溝のサイズ、回転軸１４１との位置関係、及び軸穴１６１ｆと粉体容器１１の貫通穴１１１ａとの穴径の大小関係等の詳細は図７を参照しながら後述する。なお、底壁１６１ｂの厚みは、求められる強度だけでなく、粉体Ｐを気流により押し戻すために必要な軸穴１６１ｆの長さも考慮して決定することが好ましい。そして、軸穴１６１ｆの長さは螺旋穴のピッチ、スクリュー１４との間隙、粉体Ｐのサイズ等を考慮して決定される。

フランジ１６１ｃは、回転軸１４１の軸線を中心とした円周上に等間隔に４カ所の貫通穴１６１ｈが設けられている。本実施形態では貫通穴１６１ｈは円形で、穴径は、後述するボルト１６２ａの呼び径よりも大きい。なお、フランジ１６１ｃの厚さ、サイズ、及び貫通穴１６１ｈの数、配置、穴径は、後述するボルト１６２ａのサイズ、部品の寸法公差等の設計条件によって適宜変更可能である。また、貫通穴の形状は円形に限らず、θ方向に沿って延びる長穴等であってもよい。

再び図２に戻る。ボルト１６２ａ及びナット１６２ｂは、軸封部材１６１を粉体容器１１の下底部１１１に固定する。ボルト１６２ａは下底部１１１に設けられた貫通穴１１１ａ及び、軸封部材１６１のフランジ１６１ｃに設けられた貫通穴１６１ｈを通る。ナット１６２ｂは、軸封部材１６１のフランジ１６１ｃの外側（モーターＭ側）においてボルト１６２ａと螺合する。本実施形態では軸封部材１６１を固定する手段の一例としてボルト及びナットを用いているが、これに限られず、プラスチック等の材料を用いる場合は爪嵌合等でもよい。なお、軸封部材１６１を交換する必要がない場合、あるいは、粉体容器１１とともに交換してよい場合は、軸封部材１６１の粉体容器１１への固定方法としては、その他に、溶接等により軸封部材１６１と粉体容器１１とを一体としてもよい。

軸封部材１６１を粉体容器１１に取付ける際に、軸封部材１６１と、粉体容器１１の下底部１１１とが、貫通穴１１１ａ及び軸穴１６１ｆの全周で当接している。また、粉体容器１１の下底部１１１と、軸封部材１６１とを、ガスケットなどのシール材を介して当接させてもよい。この構成により、軸封部材１６１と粉体容器１１との隙間に粉体が侵入すること、及び軸封部材１６１と粉体容器１１との隙間から粉体が外部に漏れることを抑制することができる。また、空間Ｓ内の空気が、軸封部材１６１と粉体容器１１との隙間から外部にリークすることを防止でき、貫通穴１１１ａ及び軸穴１６１ｆとの間に効率的に空気を送り込むことができる。シール材は貫通穴１１１ａ及び軸穴１６１ｆの全周にわたって設けてもよく、また、底壁１６１ｂ及び粉体容器１１の下底部１１１の形状に合わせて必要な箇所に部分的に設けてもよい。シール材としては金属、樹脂、ゴムなど、特に限定はされないが、粉体容器１１と軸封部材１６１との隙間をシールし、また、これらの部品を傷つけないために、弾性変形しやすく、かつ使用に耐えうる強度を有するものが好ましい。なお、この構成は本実施形態の好ましい例であり、使用条件、製造要件等を勘案して、軸封部材１６１と、粉体容器１１の下底部１１１との間に部分的に隙間を設けてもよい。

グランドパッキン１６３は、リング状の部材、あるいは紐を螺旋状またはリング状にした部材で、螺旋状溝１６１ｇ及びガス導入部１６１ｅより粉体容器１１から離れた位置（−ｚ側）に配置される。グランドパッキン１６３は、弾性変形可能であり、例えば、繊維補強した硬質ゴムなどの素材が用いられる。

グランドパッキン１６３は、軸封部材１６１の側壁１６１ａと、スクリュー１４の回転軸スリーブ１４３との間に収納される。グランドパッキン１６３は、回転軸１４１の全周にわたって、軸封部材１６１の側壁１６１ａの内周面、及びスクリュー１４の回転軸スリーブ１４３に当接し、これらを押圧する。この構成により、軸封部材１６１の側壁１６１ａと回転軸１４１との間隙がグランドパッキン１６３及び回転軸スリーブ１４３によって塞がれ、空間Ｓに導かれた空気が粉体容器１１の反対側（モーターＭ側（−ｚ方向））にリークすることを防止し、貫通穴１１１ａ及び軸穴１６１ｆとの間に効率的に空気を送り込むことができる。すなわち、本実施形態では、グランドパッキン１６３及び回転軸スリーブ１４３は、接触式のシール手段であり、空気が漏れることを防止するためのガスシール手段として機能している。

本実施形態では、グランドパッキン１６３は、回転軸１４１の軸線方向（ｚ方向）に複数個並べて収納される。本実施形態におけるグランドパッキン封止の構造はその一例であり、空間Ｓに導入された空気（ガス）を、粉体容器１１の反対側（−ｚ側）に漏れることを抑制するものであればここで述べた構成に限定されない。例えば、グランドパッキンの他にオイルシール、リップシール等が挙げられ、また、複数の構成を併用してもよい。

ランタンリング１６４は、Ｉ字型の断面を有するリング状の部材で、軸封部材１６１の側壁１６１ａと回転軸１４１との間、かつ軸封部材１６１の底壁１６１ｂとグランドパッキン１６３との間、すなわち空間Ｓに配される。ランタンリング１６４の、粉体容器１１（＋ｚ）側の端部は軸封部材１６１の底壁１６１ｂに当接し、他方の端部は、ガス導入部１６１ｅよりもモーターＭ（−ｚ）側にあり、グランドパッキン１６３に当接する。

ランタンリング１６４と回転軸１４１との間には隙間がある。さらに、ランタンリング１６４は、側壁１６１ａ側から回転軸１４１側まで貫通する貫通穴１６４ａが設けられている。この構成によれば、空間Ｓに導かれた空気を貫通穴１１１ａ及び軸穴１６１ｆと回転軸１４１との間に導く経路（ガス経路）が形成される。なお、ガス経路を形成できる部材（ガス経路形成部材）であれば、ランタンリングに限られない。すなわち、グランドパッキン１６３及び軸封部材１６１の底壁１６１ｂに当接し、これらの間の空間を形成しつつ、ガス導入部１６１ｅ側と回転軸１４１側との間でガスを通す構成を持つ部材であればよい。

パッキン押え１６５は、円筒状の胴部１６５ａと、胴部１６５ａのモーターＭ側の一端で胴部１６５ａの外（＋ｒ）側に向かって延びるフランジ１６５ｂとを備える。胴部１６５ａの外径は、軸封部材１６１の側壁１６１ａの内径よりも小さい。胴部１６５ａの内径は、回転軸スリーブ１４３の外径よりも大きい。胴部１６５ａの粉体容器１１側の部分は、軸封部材１６１の側壁１６１ａと回転軸スリーブ１４３との間に挿入され、胴部１６５ａの粉体容器１１側の一端はグランドパッキン１６３のモーターＭ側の一端に当接する。

フランジ１６５ｂには、軸封部材１６１のボルト穴１６１ｄのそれぞれに対応する位置に４箇所の貫通穴１６５ｃが設けられている。貫通穴１６５ｃを、後述するパッキン押えボルト１６６ａが通る。

パッキン押えボルト１６６ａは、パッキン押え１６５の貫通穴１６５ｃを通り、軸封部材１６１のボルト穴１６１ｄに螺合する。

スプリング１６６ｂは弾性部材で、一端（−ｚ側）がパッキン押えボルト１６６ａのフランジに当接し、他端（＋ｚ側）がパッキン押え１６５のフランジ１６５ｂに当接する。そのため、スプリング１６６ｂは、パッキン押え１６５を粉体容器１１方向（＋ｚ方向）に押圧し、パッキン押え１６５がグランドパッキン１６３を粉体容器１１方向（＋ｚ方向）押圧する。グランドパッキン１６３は、パッキン押え１６５及びランタンリング１６４によって回転軸１４１方向（ｚ方向）に圧縮されるため、回転軸１４１の半径（ｒ）方向に伸長しようとする力が働く。

したがって、パッキン押えボルト１６６ａを締め付けることによりにより、グランドパッキン１６３が回転軸スリーブ１４３を−ｒ方向に押圧する力が増し、空間Ｓの空気を封止する力が増す。空間Ｓの空気を封止する力は、パッキン押えボルト１６６ａの締め付けトルクを管理すること等により調整することができる。

また、スプリング１６６ｂは、パッキン押えボルト１６６ａをモーターＭ側に押す。そのため、パッキン押えボルト１６６ａのねじ部（おねじ）と、軸封部材１６１のボルト穴１６１ｄ（めねじ）との間に摩擦力が生じ、パッキン押えボルト１６６ａが緩むことを防止できる。

＜３．軸封部の変形例＞
図５は、本発明の第１実施形態における軸封部１６の第１の変形例である。ここでは、軸封部材１６１は用いられない。粉体容器１１は、側壁１６１ａ、ボルト穴１６１ｄ、ガス導入部１６１ｅ、螺旋状溝１６１ｇを備えており、これらの構成は図２及び図３の同符号の構成と同様である。なお、この構成においては、底壁１６１ｂに対応するのは粉体容器１１の下底部１１１となり、軸穴１６１ｆに対応するのは粉体容器１１の貫通穴１１１ａとなり、貫通穴１１１ａの内周面には螺旋状溝１６１ｇが形成されている。

この構成においては、粉体容器１１の内部に達するまで螺旋状溝１６１ｇを設けることができるため、装置の大型化を伴わずに螺旋状溝１６１ｇを長くすることができる。あるいは、側壁１６１ａ等が粉体容器１１から突出している部分を小さくでき、装置の小型化ができる。また、この構成においては、装置全体における部品点数を削減できる他、軸封部材１６１を粉体容器１１へ組み付ける際の精度を考慮しなくてもよい。

図６は、本発明の第１実施形態における軸封部１６の第２の変形例である。ここでは、軸封部材１６１の軸穴１６１ｆを含む底壁１６１ｂの一部が、粉体容器１１の内部に突出している、突出部１６１ｉが設けられている。粉体容器１１の貫通穴１１１ａの内周面が、突出部１６１ｉの側面に対向あるいは当接する。なお、図６では、部品の加工上の精度を考慮して、貫通穴１１１ａの内周面と、突出部１６１ｉの側面との間に隙間を設けているが、フランジ１６１ｃが、全周にわたって粉体容器１１の下底部１１１に当接している。そのため、軸穴１６１ｆの全周にわたって、粉体容器１１の下底部１１１と軸封部材１６１とが当接している構造が成立しており、粉体容器１１と軸封部材１６１との間から粉体が漏れることを防止できる。

この構成においては、螺旋状溝１６１ｇを粉体容器１１の内部に入れることができるため、装置の大型化を伴わずに螺旋状溝１６１ｇを長くすることができる。あるいは、軸封部材１６１が粉体容器１１から突出している部分を小さくでき、全体として装置の小型化ができる。
＜４．粉体輸送装置の軸封構造の詳細＞

図７は、本発明の第１実施形態としての粉体輸送装置１の軸封構造の詳細を説明するための拡大模式断面図である。本実施形態、及び図８、図９を参照しながら説明する変形例において、山の頂１６１ｊとは、回転軸１４１の軸線を含む断面において、螺旋状溝１６１ｇの隣り合う谷の間で回転軸１４１に最も近くなる部分（点または線）を言う（後述する変形例においても同様とする）。すなわち、山の頂１６１ｊは、立体的にはこの部分の連なりであり、断面上で点であれば立体的には線に、断面上で線であれば立体的には面になる。また、谷底１６１ｋとは、回転軸１４１の軸線を含む断面において、螺旋状溝１６１ｇの隣り合う山の間で最も回転軸１４１から遠くなる部分（点または線）を言う。すなわち、谷底１６１ｋは、立体的にはこの部分の連なりであり、断面上で点であれば立体的には線に、断面上で線であれば立体的には面になる。

本実施形態においてにおいて、螺旋状溝１６１ｇは、隣り合う斜面が交わる形状、すなわち、軸線を含む断面において三角形となっている。これに限らず、螺旋状溝１６１ｇの軸線を含む断面は、台形、方形、半円形、正弦曲線等、他の形状としてもよい。ただし、回転軸１４１（軸線）に向かって溝の幅が広がる形状であることが、製作しやすく、螺旋状溝１６１ｇを流れる空気の圧力損失を抑制できる上に、粉体Ｐが螺旋状溝１６１ｇに詰まることを抑制することもできる。螺旋状溝１６１ｇに詰まる粉体Ｐが多くなると、螺旋状溝１６１ｇ内に空気が流れにくくなり、粉体Ｐを粉体容器１１内に効率的に押し戻せなくなると考えられる。また、粉体Ｐが螺旋状溝１６１ｇに詰まると、螺旋状溝１６１ｇと回転軸１４１との間にも粉体Ｐが挟まり、スクリュー１４を駆動する際の動力損失、回転軸１４１及び軸封部材１６１の摩耗、傷、及び破損の要因となりうる。

本実施形態では、軸線を含む断面において、山の頂１６１ｊは、山の頂点であり、立体的には尾根状であり、螺旋状の線として形成される。そのため、山の頂１６１ｊと回転軸１４１の間に粉体Ｐが達した場合、粉体Ｐが粉体容器１１側（＋ｚ方向）及びモーターＭ側（−ｚ方向）のいずれの方向に動いても、螺旋状溝１６１ｇの面と回転軸１４１の外周面との間は広がる。そのため、山の頂１６１ｊと回転軸１４１の間に粉体Ｐが挟み込まれて堆積することを抑制できる。そして、粉体Ｐの噛み込みによるスクリュー１４を駆動する際の動力損失、回転軸１４１及び軸封部材１６１の摩耗、傷、及び破損を抑制することができる。

また、本実施形態において、粉体容器１１の貫通穴１１１ａの内周面は、螺旋状溝１６１ｇの谷底１６１ｋに接する仮想的な円筒Ｃと一致する。すなわち、谷底１６１ｋと軸線との距離は貫通穴１１１ａの内周と軸線との距離に等しい。なお、取り付け位置の精度、部品の寸法公差等を考慮して、貫通穴１１１ａの径を円筒Ｃより大きくしてもよい。

図７において、螺旋状溝１６１ｇの幅をｗ、山の角度（＝谷の角度）をα、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間の距離をｄとする。ここで、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗは、隣り合う山の頂１６１ｊの間の距離とする。また、山の角度αは、軸線を含む断面において山の頂１６１ｊまたは谷底１６１ｋを挟んで隣り合う斜面のなす角度を意味する。

本実施形態において、軸線を含む断面において山の頂１６１ｊは点であるので、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗは、ピッチと同じになる。そのため、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗは、粉体Ｐの粒径、及び粉体Ｐを効率的に押し戻すために適切なピッチを考慮して決定することが好ましい。

螺旋状溝１６１ｇの幅ｗが広いほど、空気が螺旋状溝１６１ｇ内に入る際に生じる圧力損失を低減することができる。そのため、エアポンプＡが供給する空気の圧力を高くしなくても、螺旋状溝１６１ｇ内の粉体Ｐが効率的に押し戻される。しかし、幅ｗが広いと螺旋状溝１６１ｇに入ることができる粒子が大きくかつ多くなるため、これらを押し戻すために必要となる空気の圧力も高くなる。さらに、幅ｗが必要以上に広ければ、螺旋状溝１６１ｇ内を流れる空気の流速は低下し、粉体Ｐを押し戻す力が弱くなることがある。

また、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗが広いほど、螺旋状溝１６１ｇのピッチ（＝幅ｗ）が長くなる。螺旋状溝１６１ｇのピッチが長くなると、螺旋状溝１６１ｇと軸線（ｚ）方向とのなす角が小さくなる。そのため、ガス導入部１６１ｅから空間Ｓを経由して送られてくる空気を効率よく螺旋状溝１６１ｇ内に流すことができ、螺旋状溝１６１ｇ内にある粉体Ｐを大きな力で押し戻すことができる。また、螺旋状溝１６１ｇの経路長が短くなるため、螺旋状溝１６１ｇを流れる空気の圧力損失を低減できるが、粉体Ｐを押し戻すための距離を十分に確保するために、底壁１６１ｂ（図３（ａ））を厚くする必要が生じる可能性がある。

螺旋状溝１６１ｇの幅ｗが狭いほど、螺旋状溝１６１ｇの空気の流路が細くなるため、空気が螺旋状溝１６１ｇ内に入る際に生じる圧力損失が大きくなる。そのため、螺旋状溝１６１ｇ内の粉体Ｐを押し戻すためには、エアポンプＡの出力を上げる必要がある。また、螺旋状溝１６１ｇが細すぎると、粉体Ｐが経路内で詰まりやすくなる。

また、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗが狭いほど、螺旋状溝１６１ｇのピッチ（＝幅ｗ）が短くなる。螺旋状溝１６１ｇのピッチが短くなると、螺旋状溝１６１ｇと軸線（ｚ）方向とのなす角が大きくなる。そのため、空気が螺旋状溝１６１ｇに侵入する際に抵抗となり、圧力損失が生じる。そのため、粉体Ｐを押し戻すには、エアポンプＡが供給する空気の圧力をより高くする必要がある。一方で、螺旋状溝１６１ｇのピッチが短くなれば、螺旋状溝１６１ｇの経路長が長くなるため、底壁１６１ｂ（図３（ａ））が薄くても十分に粉体Ｐを押し戻すことができる。

以上のことを考慮すると、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗは、粉体Ｐの粒径Ｄ５０の０．７５倍以上であることが好ましく、さらには１．０倍以上であることがより好ましく、１．２倍以上であることがさらに好ましく、１．５倍以上の寸法であることが最も好ましい。ここで、Ｄ５０は粉体Ｐの質量基準の粒度分布において小さい方から累積５０％となる大きさの粒子の粒径である。なお、Ｄ５０に限らず、Ｄの後の数値、すなわち、ＤＸとした場合、質量基準の粒度分布において粒子の大きさが小さい方から累積Ｘ％となる大きさの粒子の粒径を示す。

また、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗは、粉体Ｐの粒径Ｄ５０の５倍以下とすることが好ましく、４倍以下とすることがより好ましく、３倍以下であることがさらに好ましい。なお、幅ｗは粉体Ｐの粒径Ｄ５０の２倍以下とすることがさらに好ましく、１．５倍以下とすることが最も好ましい。ここで述べた螺旋状溝１６１ｇの幅ｗの値の好ましい範囲については一般的な粉体についてであり、粉体Ｐの形状、性質等によっては、最適な幅ｗの値はこの範囲でない場合もある。

山の角度αについて説明する。山の角度αが十分に大きければ、螺旋状溝１６１ｇに粉体Ｐが挟まることを抑制し、ひいては、経路内に粉体Ｐが詰まることを抑制できる。しかし、山の角度αが大きすぎると、螺旋状溝１６１ｇを流れる空気が、山の頂１６１ｊと回転軸１４１の隙間から漏れやすくなり、螺旋状溝１６１ｇに沿って粉体Ｐを押し戻す力が弱くなる。これらのことを考慮すると、山の角度αは、３０〜７５度が好ましく、４５〜７５度であることがより好ましく、６０度であることが最も好ましい。

山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間の距離ｄについて、距離ｄが長くなるほど、螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊと回転軸１４１との隙間を通ることのできる粉体Ｐの粒径が大きくなる。この隙間を通る粒子の軸線（ｚ）方向の速度成分は、螺旋状溝１６１ｇを通る粒子の軸線（ｚ）方向の速度成分よりも大きい。すなわち、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間を通る粒子は、回転軸１４１の方向に沿って粉体容器１１の外部へ向かう速度が大きい。さらに、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間を通って粉体容器１１外部へ出るための経路は、螺旋状溝１６１ｇを通る経路よりも非常に短い。そのため、螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊと回転軸１４１との隙間を通る粒子を確実に押し戻すには、この隙間により大量の空気を流す必要がある。このことから、距離ｄは短いほうがよい。

例えば、回転軸１４１の螺旋状溝１６１ｇに対向する部分の直径をｄ１、螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊに接する仮想的な円筒の直径をｄ２、回転軸１４１と山の頂１６１ｊとの間を通してもよい粉体Ｐの粒径をＤ_１とすると、Ｄ_１≧ｄ＝（ｄ２−ｄ１）／２とすることが考えられる。ここで、Ｄ_１の値はＤ５０からＤ９０の間で決定することが好ましく、Ｄ６０からＤ８０の間で決定することがより好ましく、Ｄ７０とすることがさらに好ましい。

ただし、回転軸１４１は、回転時にフレ（回転に伴う弾性変形等により回転軸１４１の外周面と軸線との距離が変化すること）が生じる場合もある。そのため、距離ｄの設計値はこれを考慮して決定することが好ましい。一例として、回転軸１４１のフレの幅をΔｄとすると、Ｄ_１≧ｄ＝｛（ｄ２−ｄ１＋Δｄ／２）｝／２とすることができる。

また、部品の加工精度による公差（寸法公差及び幾何公差）、及び組立精度等の理由により部品間でのずれが生じるため、回転軸１４１の軸線と回転軸１４１の外周面との距離、及び回転軸１４１の軸線と螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊとの距離は一定とは限らない。

一例であるが、回転軸１４１の軸線と回転軸１４１の外周面との距離の公差を±Δｄ_Ａ、回転軸１４１の軸線と螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊとの距離の公差を±Δｄ_Ｂとして、上記式にこれらの要因を考慮する場合、Ｄ_１≧ｄ（ノミナル値）＝｛（ｄ２−ｄ１＋Δｄ／２）｝／２＋（Δｄ_Ａ ^２＋Δｄ_Ｂ ^２）^１／２とすることが好ましい。

また、上記フレ及び公差を考慮し、回転軸１４１と螺旋状溝１６１ｇとが接触及び干渉しないように設計する場合、例えば、ｄ（ノミナル値）＞（Δｄ_Ａ ^２＋Δｄ_Ｂ ^２）^１／２＋Δｄ／２とすることが好ましい。

以上、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗ、山の角度α、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間の距離ｄの各々の値が影響する粉体Ｐの軸封構造の性能について、別々に述べた。しかし、本実施形態のような形状の場合、螺旋状溝１６１ｇの幅ｗ、山の角度α、距離ｄは互いに相関するため、実際に軸封構造を設計する際には、使用条件等を考慮した上で、これらの値を含む関数に基づくこともありうる。

例えば、図７に示すように、螺旋状溝１６１ｇに入ることのできる仮想的な球Ｐ_ｉの直径の最大値をＤ_２とすると、幾何学的な計算により、幅ｗ、山の角度α、距離ｄ、直径Ｄ_２の関係式を導き出せる。この関係式において、例えば、直径Ｄ_２を拘束条件とした場合、山の角度αが大きくなれば、幅ｗも大きくなり、すなわち、螺旋状溝１６１ｇのピッチも長くなる。なお、Ｄ_２の値が大きいほど、粉体Ｐが螺旋状溝１６１ｇに詰まることを防止できる上に、螺旋状溝１６１ｇの空気の流路が太くなるので、空気の圧力損失を低減することができる。しかし、Ｄ_２の値が大きすぎると、大量かつ大きな粒子が螺旋状溝１６１ｇに入るため、粉体容器１１の外部に出てしまう粒子が多くなる可能性がある。そのため、上記関係式のために用いるＤ_２の値はＤ５０、Ｄ７０等、粉体Ｐの粒径分布に基づいて適宜決定することが好ましい。

このように各値の相関性を把握した上で、各値が軸封構造の性能に与える影響（上述の通り）を考慮することで、本実施形態の効果を最大限に発揮させるための設計に寄与することができる。

＜５．螺旋状溝の変形例＞
図８は、本発明の第１実施形態における螺旋状溝１６１ｇの第１の変形例を示す図である。この変形例においては、図７の形状に対して、螺旋状溝１６１ｇの山、及び谷は丸みを有している。この構成によれば、螺旋状溝１６１ｇの山が鋭利ではないため、加工精度を確保しやすくなる。また、螺旋状溝１６１ｇの山が容易に変形してしまうことを抑制できる。さらに、組み付けの際などに、螺旋状溝１６１ｇの山が、他の部品に傷をつけることも抑制できる。

山の頂１６１ｊの定義は上述の通りで、この変形例では、軸線を含む断面（図８）において、山の頂１６１ｊは点となる。すなわち、山の頂１６１ｊはこの点の連なりで、立体的には螺旋状の線となる。谷底１６１ｋについても同様に上述の定義によると、断面上では点となり、立体的には螺旋状の線となる。

図９は、本発明の第１実施形態における螺旋状溝１６１ｇの第２の変形例を示す図である。この変形例においては、図７の形状に対して、螺旋状溝１６１ｇの山が面取りされ、谷底１６１ｋは、丸みを有している。この構成によれば、加工時に、螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊの高さ、すなわち、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との距離ｄを一定にしやすい。また、螺旋状溝１６１ｇの山が容易に変形してしまうことを抑制できる。

この場合、軸線を含む断面（図９）において、山の頂１６１ｊは線となる。すなわち、山の頂１６１ｊは、立体的には回転軸１４１の外周面と一定の距離を保つ面を有する螺旋状の帯を形成する。軸線を含む断面（図９）における山の頂１６１ｊの幅をｗ１とする。幅ｗ１が大きいと、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間に粉体が挟み込まれ、堆積しやすくなる。そのため、山の頂１６１ｊの幅ｗ１は狭いことが好ましい。

以上のことを考慮すると、山の頂１６１ｊの幅ｗ１は、螺旋状溝１６１ｇのピッチ（＝ｗ＋ｗ１）の１／５以下とすることが好ましく、１／１０以下とすることがより好ましく、１／２０以下とすることがさらに好ましい。

＜６．本発明の第１実施形態の効果＞
以上で説明した本発明の第１実施形態によれば、軸穴１６１ｆと回転軸１４１とは非接触、すなわち、回転軸１４１は粉体容器１１を非接触で貫通する。そのため、粉体輸送装置１の損傷、及びそれによるメンテナンスコストを下げることができる。また、回転軸１４１における動力損失を抑制することもできる。

また、軸穴１６１ｆと回転軸１４１の外周面との間に侵入する粉体Ｐが、軸穴１６１ｆと回転軸１４１の外周面との間を流れる空気によって粉体容器１１の内側に押し戻される。そのため、粉体Ｐが軸穴１６１ｆと回転軸１４１の外周面との間から漏れることを抑制できる。したがって、装置外部に漏れた粉体Ｐの清掃のためのコストを削減でき、また、グランドパッキン１６３等の摺動部材に達した粉体Ｐに起因する摺動部材の摩耗、劣化を防ぐことができ、部品のメンテナンスコストを低減できる。

また、軸封部材１６１の軸穴１６１ｆの内周面には螺旋状溝１６１ｇが形成されている。螺旋状溝１６１ｇを通り、粉体容器１１の内部から外部に出るまでの経路は、螺旋状溝１６１ｇを通らない経路よりも長くなる。そのため、粉体Ｐを押し戻すために十分な経路長が確保され、粉体Ｐが粉体容器１１から漏れることがより確実に防止される。

そして、ガス導入部１６１ｅから軸穴１６１ｆとの外周面との間に送られた空気は、螺旋状溝１６１ｇを粉体容器１１の外側から内側に向かう方向により速い速度で流れると考えられる。その結果、螺旋状溝１６１ｇにある粉体は、粉体容器１１の内部に向かって、より強力に、押し戻されると考えられる。また、螺旋状溝１６１ｇ内では空気の流れが均一になると考えられ、送り込まなくてはいけない空気の量の低減が期待できる。

さらに、本発明の第１実施形態では、スクリュー１４の回転軸１４１と軸封部材１６１の軸穴１６１ｆとの隙間において、空気及び粉体Ｐのためのガイドとなる螺旋状溝１６１ｇは、外側（軸穴１６１ｆ）に配置されている。そして、螺旋状溝１６１ｇ内を流れる空気及び粉体Ｐは回転軸１４１の周囲を回るように運動をするため、回転軸１４１の軸線から離れる方向（＋ｒ方向）の力（遠心力）が働くと考えられる。そのため、回転軸１４１と軸穴１６１ｆとの隙間を流れる粉体Ｐ及び空気は、螺旋状溝１６１ｇに押し付けられ、螺旋状溝１６１ｇに沿って効果的にガイドされることが期待できる。

また、上記遠心力により、粉体Ｐには回転軸１４１から離れる方向に力が働くため、螺旋状溝１６１ｇ内の粉体Ｐが回転軸１４１に付着することを抑制することができると考えられる。そのため、粉体Ｐが螺旋状溝１６１ｇと回転軸１４１との間に挟まることによって生じる動力損失や回転軸１４１及び軸封部材１６１の傷、摩耗、破損を防ぐことができる。

さらに、螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間における空気及び粉体Ｐの運動及びかかる力については、以下の作用も予測できる。螺旋状溝１６１ｇの山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間における空気の流れは、螺旋状溝１６１ｇ内の空気とは流れが違う。そのため、これらの空気の境界部分で乱流が発生すると考えられる。そして、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間にある粉体Ｐには、乱流により螺旋状溝１６１ｇへ移動すると考えられる。

上記作用の他に、以下の作用も予測できる。螺旋状溝１６１ｇ内の空気の流れは、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間の空気の流れよりも速いと考えられる。その場合、螺旋状溝１６１ｇの空気の圧力は、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間の空気の圧力よりも低い（ベルヌーイの定理）。この圧力差により、山の頂１６１ｊと回転軸１４１との間にある粉体Ｐは、螺旋状溝１６１ｇへと引き込まれると考えられる。

これらの予測される効果により、螺旋状溝１６１ｇの粉体Ｐが回転軸１４１から離れる方向にかかる力が強くなり、より一層回転軸１４１に粉体Ｐが付着することが抑制できると考えられる。

以上の通り、本実施形態の構成によれば、粉体輸送装置１の損傷、回転軸１４１における動力損失、及びメンテナンスコストを低減しつつ、粉体を扱う容器から粉体が漏れることを抑制できる粉体輸送装置１の軸封構造、粉体輸送装置１及び粉体輸送装置１の軸封部材１６１を提供することができる。

＜７．粉体混合装置（第２実施形態）＞
図１０は、本発明の第２実施形態としての粉体混合装置２を示す図である。図１０において、上下及び左右は紙面の上下及び左右であり、ここでは紙面下方向が重力のかかる方向である。本実施形態にかかる粉体混合装置２は、第１の粉体Ｐ１と、第２の粉体Ｐ２とを撹拌・混合するための装置である。粉体混合装置２は、粉体容器２１と、スクリュー２４と、モーターＭと、エアポンプＡと、ホース２５１と、軸封部２６と、ハウジング２８１とを備える。第１の粉体Ｐ１及び第２の粉体Ｐ２の粒径は特に限定されず、また、本実施形態では粉体を２種類としているが、３種類以上を撹拌・混合するものであってもよい。なお、ここで説明する粉体混合装置２は一例であって、回転軸を用いて２種類以上の粉体を混合する装置であればこれに限られない。

粉体容器２１は、粉体混合装置２において混合される第１の粉体Ｐ１と第２の粉体Ｐ２を収容する容器である。本実施形態では、粉体容器２１は、底部２１１と底部２１１から上方（＋ｚ方向）に延びる円筒状の側部２１２とを有し、上方が開放した容器である。なお、ここで説明する粉体容器２１の形状はその一例であり、使用条件等によってその形状は適宜変更可能である。また、粉体容器２１の構成はこれに限られず、上方には蓋又は天井をも有することができる。その場合、例えば、蓋又は天井に粉体Ｐ１及びＰ２の導入口、及び混合された粉体（Ｐ１＋Ｐ２）の排出口を設けることができる。

粉体容器２１の底部２１１には、円形の貫通穴２１１ａが設けられている。さらに、例えば、粉体の排出口を粉体容器２１の底部２１１に設けてもよい。

スクリュー２４は、回転軸２４１と、回転により粉体を混合・撹拌するためのプロペラ状羽根２４２とを有する。回転軸２４１の軸径は貫通穴２１１ａよりも小さく、回転軸２４１は粉体容器２１の下側の外部から貫通穴２１１ａを底部２１１に非接触で通って、粉体容器２１内に入る。すなわち、回転軸２４１は粉体容器２１の外壁を非接触で貫通する。スクリュー２４の混合・撹拌のためのプロペラ状羽根２４２は、プロペラ状以外のパドル状、リボン状などの形状の羽根でもよく、第１の粉体Ｐ１と第２の粉体Ｐ２とを撹拌・混合できる形状であればよい。回転軸２４１は、さらに、ハウジング２８１の貫通穴２８１ａを通って、下（−ｚ）側の一端２４１ａがモーターＭに接続される。

モーターＭは、スクリュー２４を回転させるための駆動手段であり、第１実施形態と同様とする。モーターＭがスクリュー２４を回転させることにより、粉体容器２１内に収容された第１の粉体Ｐ１と第２の粉体Ｐ２とが、プロペラ状羽根２４２によって撹拌及び混合される。スクリュー２４の駆動手段は、電気モーターに限られず、内燃機関、外燃機関、あるいは風力、水力等を利用したものであってもよい。また、モーターＭとスクリュー２４との間には、第１実施形態で述べたように、動力伝達手段を介してもよい。

エアポンプＡは、粉体容器２１の外部に設置され、外部からホース２５１を介して空気を軸封部２６に送る手段であり、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

ホース２５１、軸封部２６、及びハウジング２８１は、それぞれ第１実施形態におけるホース１５１、軸封部１６（図２〜９）、及びハウジング１８１と同様の構造として、ここでは説明を省略する。

第２の実施形態の粉体混合装置は縦型であるが、横型の粉体混合装置も知られており、本発明の軸封構造は横型の粉体混合装置にも同様に適用できることは明らかである。

＜８．解砕装置（第３実施形態）＞
図１１は、本発明の第３実施形態としての解砕装置３を示す図である。図１１において、左右は紙面の左右であり、ここでは紙面手前方向が上方向、紙面奥方向が下方向、すなわち、紙面奥方向が重力のかかる方向である。本実施形態にかかる解砕装置３は、原料ＲＭを解砕し、解砕物ＣＭとするための装置である。この装置において、原料ＲＭに含まれる、あるいは解砕の過程等で発生する破片、粉じん等を粉体Ｐとする。

解砕装置３は、容器３１と、原料導入部３２、粉体排出部３３、ロータ３４と、モーターＭと、エアポンプＡと、ホース３５１、３５２と、軸封部３６、３７と、ハウジング３８１，３８２とを備える。ここで、原料ＲＭは塊状の材料だけでなく、粒子状あるいは粉体であってもよい。そのため、解砕とは、塊状の原料を粉砕するだけでなく、凝集粉体（二次粒子）の凝集だけを解いて一次粒子又は凝集がより少ない二次粒子を得る操作を含む。すなわち、ここで解砕は、原料よりも小さな材料片または粒子を得るための操作である。

容器３１は、解砕装置３内に導入された原料ＲＭ、解砕された解砕物ＣＭ、及び粉体Ｐを収納する。容器３１は、本実施形態において、容器３１は、後述する回転軸３４１の方向（ｚ方向）に延びる円筒状の外壁を持つ容器である。なお、ここで説明する容器３１の形状はその一例であり、使用条件等によってその形状は適宜変更可能である。容器３１の外壁は、円筒の左（−ｚ側）端部の底を構成する左底部３１１と、円筒を形成する側部３１２と、円筒の右（＋ｚ側）端部の底を構成する右底部３１３とで構成される。容器３１は、側部３１２の上（紙面手前）側に原料導入部３２に接続する原料導入穴３１４と、側部３１２の下（紙面奥）側に粉体排出部３３に接続する排出穴３１５と、側部３１２の内壁に固定刃３１６とを備える。

左底部３１１及び右底部３１３にはそれぞれ、後述するロータ３４の回転軸３４１を通すための円形の貫通穴３１１ａ、３１３ａが設けられている。貫通穴３１１ａ、３１３ａの構成は、第１実施形態における貫通穴１１１ａ、１１３ａと同様である。

固定刃３１６は、本実施形態では、ロータ３４の方向（−ｒ方向）に向く刃部３１６ａを有し、回転方向（θ方向）を厚み方向とした板状の部材である。また、本実施形態では、固定刃３１６は、ロータ３４の外側でロータ３４を挟んで対向した一対で構成されるが、これに限られず、１箇所でもよく、回転方向（θ方向）に沿って３箇所以上設けてもよい。本実施形態では、一例として、図１１の通り、刃部３１６ａは、のこぎり状の形状を有している。

原料導入部３２は、容器３１の上（紙面手前）側から容器３１内部へ原料ＲＭを投入するための部分である。原料導入部３２の具体的な構造としては、例えば、容器３１の原料導入穴３１４の上にホッパーを設けたものなどが挙げられるがこれに限られない。

粉体排出部３３は、生成した解砕物ＣＭを容器３１から外部に排出するための部分である。本実施形態においては重力により解砕物ＣＭを容器３１から落下させているが、これに限られず、負圧により容器３１外へ吸い出す等の方法でもよい。

ロータ３４は、回転軸３４１と胴部３４２とを有する。回転軸３４１の構成は第１実施形態の回転軸１４１と同様であるため説明を省略する。胴部３４２の外周面には、回転軸３４１の軸線を中心とした円周方向（θ方向）を長手方向とした溝３４２ａが、回転軸３４１の軸線（ｚ）方向に複数設けられている。溝３４２ａには回転刃３４２ｂが取り付けられている。回転刃３４２ｂは、取り外し可能にボルト等を用いて取り付けてもよく、また、接着、溶接等で胴部３４２と一体化させてもよい。回転刃３４２ｂの外（＋ｒ）側の端部は、胴部３４２の外周面から外（＋ｒ）側に突出しており、固定刃３１６の刃部３１６ａに対応した形状を有する。回転刃３４２ｂの外（＋ｒ）側の端部の形状の一例として、ロータ３４が回転し、回転刃３４２ｂが固定刃３１６に最も接近した時に、回転刃３４２ｂの外（＋ｒ）側の端部が、固定刃３１６の刃部３１６ａと一定の隙間で対向する形状が挙げられる。この構成により、ロータ３４が回転すると、回転刃３４２ｂの外周面と、固定刃３１６の刃部３１６ａとの間に入り込んだ材料がせん断力によって解砕され解砕物ＣＭが生成する。

モーターＭは、ロータ３４を回転させるための駆動手段である。モーターＭは第１実施形態と同様であるため説明を省略する。また、モーターＭとロータ３４との間には、第１実施形態で述べたように、動力伝達手段を介してもよい。

エアポンプＡは、容器３１の外部に設置され、外部からホース３５１，３５２を介して空気を軸封部３６、３７に送る手段であり、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

ホース３５１、３５２、軸封部３６、３７、及びハウジング３８１、３８２は、それぞれ第１実施形態におけるホース１５１、１５２、軸封部１６（図２〜９）、１７、及びハウジング１８１、１８２と同様の構造であるため、ここでは説明を省略する。なお、軸封部３６，３７については、主に解砕の過程等で発生する粉体Ｐを容器３１内に押し戻すための構成で、軸封部材の螺旋状溝のサイズ、螺旋状溝と回転軸３４１との隙間等は想定される粉体Ｐのサイズに応じて設計することが好ましい。すなわち、本実施形態においては、軸封部３６、３７は、原料ＲＭに含まれる、あるいは解砕の過程等で発生する粉じん等（粉体Ｐ）を容器３１の外部に漏れることを抑制するために設けられる。

解砕装置の変形例としては、例えば、それぞれ回転刃を備えたロータを複数設け、互いの回転刃を噛み合わせることにより、噛み合わされた部分にある材料にせん断力を与えて解砕する装置も考えられる。このような装置においては、それぞれの回転軸に軸封部を設けてもよい。

＜９．その他の実施形態＞
以上、本発明の３つの実施形態について説明したが、これらは多数の実施形態の一部の例に過ぎず、その他にも造粒、分級、乾燥、貯留、充填等、回転軸を用いて容器内の粉体を処理する装置に適用可能である。

１：粉体輸送装置
１１：粉体容器
１１１ａ，１１３ａ：貫通穴
１４：スクリュー
１４１：回転軸
１４３：回転軸スリーブ
１５１，１５２：ホース
１６，１７：軸封部
１６１：軸封部材
１６１ａ：側壁
１６１ｂ：底壁
１６１ｅ：ガス導入部
１６１ｆ：軸穴
１６１ｇ：螺旋状溝
１６１ｉ：突出部
１６１ｊ：山の頂
１６３：グランドパッキン
１６４：ランタンリング
ｗ：螺旋状溝の幅
ｗ１：山の頂の幅
２：粉体混合装置
２１：粉体容器
２１１ａ：貫通穴
２４：スクリュー
２４１：回転軸
２５１：ホース
２６：軸封部
３：解砕装置
３１：容器
３１１ａ，３１３ａ：貫通穴
３４：ロータ
３４１：回転軸
３６，３７：軸封部
Ｍ：モーター
Ａ：エアポンプ
Ｓ：空間

Claims

粉体を収納する容器と、
前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、
前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、を有する粉体装置の軸封構造であって、
前記回転軸が非接触で通り、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、
前記軸穴の内周面と前記回転軸との間を、前記容器の外部から内部へ向かってガスを送る送気手段と、を備え、
前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする粉体装置の軸封構造。
前記螺旋状溝は、前記回転軸に向かって溝の幅が広がる形状を有する請求項１に記載の粉体装置の軸封構造。
前記回転軸の軸線を含む断面において、前記螺旋状溝の隣り合う谷の間で前記回転軸に最も近くなる部分を山の頂とすると、前記断面における前記山の頂の幅は、前記螺旋状溝のピッチの１／５以下である請求項２に記載の粉体装置の軸封構造。
前記断面において、前記山の頂は点である請求項３に記載の粉体装置の軸封構造。
前記螺旋状溝は、前記山の頂を挟む２つの斜面を有し、前記断面において、前記２つの斜面がなす角度は３０〜７５度である請求項３または４に記載の粉体装置の軸封構造。
前記回転軸の回転中心の方向の投影において前記軸穴の外側にあり、前記底壁から前記容器の外部に向かって延びる側壁と、該側壁を貫通して前記送気手段に通じるガス導入部と、前記ガス導入部よりも前記容器から離れた位置で前記回転軸と前記側壁との間に配されるガスシール手段と、を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の粉体装置の軸封構造。
前記容器に取り付けられた軸封部材を備え、前記底壁と、前記側壁と、前記ガス導入部とが前記軸封部材に設けられている請求項６に記載の粉体装置の軸封構造。
前記軸封部材は、前記容器の外側に取り付けられ、前記容器には、貫通穴が設けられ、前記回転軸が、前記貫通穴の内周面に非接触で前記貫通穴を通り、前記軸穴と前記貫通穴とが連通している請求項７に記載の粉体装置の軸封構造。
前記容器と前記軸封部材とが、前記軸穴の全周で当接している請求項７または８に記載の粉体装置の軸封構造。
粉体を収納する容器と、
前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、
前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、
前記回転軸が非接触で通り、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、
前記軸穴の内周面と前記回転軸との間を、前記容器の外部から内部へ向かってガスを送る送気手段と、を備え、
前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする粉体装置。
粉体を収納する容器と、
前記容器の外壁を非接触で貫通する回転軸と、
前記容器の外部に設けられ、前記回転軸を回転させる駆動手段と、を有する粉体装置に取り付けられる軸封部材であって、
前記回転軸の径よりも大きく、前記容器の内部から外部へ通じる円形の軸穴が設けられた底壁と、
外部から送られるガスを前記軸穴の内周面と前記回転軸との間へ導くガス導入部と、を備え、
前記軸穴の内周面に螺旋状溝が形成されていることを特徴とする軸封部材。