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選別装置および選別方法 - 特開2008−207115 | j-tokkyo
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【発明の名称】 選別装置および選別方法
【発明者】 【氏名】西ヶ谷 健彦

【要約】 【課題】CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群とこの集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在するようなCNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離する場合に、CNT集合体同士の絡まりをほぐすと共にCNT集合体と粒状物とを確実に分離可能な選別装置および選別方法を提供する。

【解決手段】本発明に係る選別装置1は、CNT集合体2と粒状物3との混在物を回転体5内部に投入するための投入手段4と、側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体5と、前記回転体5の側面の下方に設けられた粒状物回収手段6と、前記回転体5の他端側の下方に設けられたCNT集合体回収手段7とを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離し選別するための選別装置であって、
前記混在物を回転体内部に投入するための投入手段と、
側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体と、
前記回転体の側面の下方に設けられた粒状物回収手段と、
前記回転体の他端側の下方に設けられたCNT集合体回収手段と
を有することを特徴とする選別装置。
【請求項2】
回転体が、回転数調整手段と回転軸傾斜角度調整手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の選別装置。
【請求項3】
CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と、該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離し選別するための選別方法であって、
前記混在物を、側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、前記混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体の一端側から回転体の内部に投入し、
該投入された混在物が、前記回転体内部の空間を落下するように、前記回転体を回転させ、
前記回転体の側面から排出される粒状物と、前記回転体の他端側から排出されるCNT集合体とを別々に回収することを特徴とする選別方法。
【請求項4】
回転体の一端側から回転体の内部に投入されたCNT集合体と粒状物との混在物が、少なくとも1回以上、前記回転体内部の空間を舞うように、前記回転体の回転数および/または回転軸傾斜角度を調整することを特徴とする請求項3に記載の選別方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と、該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離し選別するための選別装置および選別方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CNT(カーボンナノチューブ)は、炭素原子が六角形状または五角形状に規則正しく並んだシートが円筒形に丸まったものであり、特異な性質を有していることから新素材として注目されている。なお、CNTは、主に気相成長法(化学法)またはアーク放電法(物理法)により生成される。
【0003】
ここで、アーク放電法によるCNTの生成方法としては、例えば、特許文献1に記載されているような方法が知られている。アーク放電法を用いた場合、生成されるCNTは、多層あるいは単層の高純度CNTを含むテープ状のCNT集合体として得られる。
【0004】
アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体は、生成装置から回収される際には、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群を形成している。また、アーク放電法でCNTを生成する際には、CNTを形成していない多結晶黒鉛や非晶質炭素等の粒状物(不純物)が、前記テープ状のCNT集合体と共に生成される。これらの粒状物は、絡まりあったCNT集合体群の中に囲い込まれたり、CNT集合体群の周囲に附着した状態で存在している。
【0005】
このような、テープ状の物質と粒状物との混在物からテープ状の物質と粒状物とを分離する方法については、例えば、特許文献2に記載されているような方法がある。ここでは、図4に示すような、粒状物80、長い線状物60の混在したダスト130を移送するフィーダー50と、このフィーダー50の出口側に配設された格子櫛子30と、格子櫛子30の内側に一端部が挿入されたシュータ100とからなる選別装置が開示されている。なお、この選別装置は、さらに、シュータ100からの粒状物80を受ける粒状物受け皿90と、格子櫛子30からの線状物60を受ける線状物受け皿70を備えている。また、格子櫛子30は駆動軸40によって反転される。図4に示す装置では、板部材を格子状に組み合わせ、それを円筒状に組立てて格子櫛子30を構成しているので、線状部材が格子を通り抜けにくく、粒状物と線状物との分離効率を向上できるとともに、格子高さ(板部材の幅)が高いため線状物の格子へのからみつきを抑制できるとしている。
【特許文献1】特開2004−316051号公報
【特許文献2】特開平8−112569号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、上記特許文献2に記載の選別装置を用いて、上記アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体のような、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群とこの集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在するようなCNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離しようとすると以下のような問題がある。つまり、1)複数本のCNT集合体が絡まったままフィーダー50に投入されると、図4に示す装置ではその絡まりをほぐすような構成となっていないため線状物受け皿70にはCNT集合体が絡まったままの状態で入る、2)複数本のCNT集合体が絡まった状態の中に粒状物を囲い込んでいると、その囲い込まれた粒状物はそのまま線状物受け皿70に入るため、CNT集合体と粒状物とを選別できない。
【0007】
そこで、本発明は、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群とこの集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在するようなCNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離する場合に、CNT集合体同士の絡まりをほぐすと共にCNT集合体と粒状物とを確実に分離可能な選別装置および選別方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような特徴を有する。
[1]CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離し選別するための選別装置であって、
前記混在物を回転体内部に投入するための投入手段と、
側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体と、
前記回転体の側面の下方に設けられた粒状物回収手段と、
前記回転体の他端側の下方に設けられたCNT集合体回収手段と
を有することを特徴とする選別装置。
[2]上記[1]において、回転体が、回転数調整手段と回転軸傾斜角度調整手段とを備えることを特徴とする選別装置。
[3]CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と、該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離し選別するための選別方法であって、
前記混在物を、側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、前記混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体の一端側から回転体の内部に投入し、
該投入された混在物が、前記回転体内部の空間を落下するように、前記回転体を回転させ、
前記回転体の側面から排出される粒状物と、前記回転体の他端側から排出されるCNT集合体とを別々に回収することを特徴とする選別方法。
[4]上記[3]において、回転体の一端側から回転体の内部に投入されたCNT集合体と粒状物との混在物が、少なくとも1回以上、前記回転体内部の空間を舞うように、前記回転体の回転数および/または回転軸傾斜角度を調整することを特徴とする選別方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群とこの集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在するようなCNT集合体と粒状物との混在物から、CNT集合体と粒状物とを分離する場合に、CNT集合体同士の絡まりをほぐすと共にCNT集合体と粒状物とを確実に分離可能な選別装置および選別方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。
【0011】
図1に、本発明に係る選別装置の実施形態の一例を示す。図1に示すように本発明に係る選別装置1は、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群8と、この集合体群8の中に囲い込まれた状態の粒状物3とが存在する、CNT集合体2と粒状物3との混在物から、CNT集合体2と粒状物3とを分離し選別するための装置であって、前記混在物を回転体内部に投入するための投入手段4と、側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成され、回転軸が、混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成された回転体5と、この回転体5の側面の下方に設けられた粒状物回収手段6と、前記回転体5の他端側の下方に設けられたCNT集合体回収手段7とを有する。
【0012】
本発明が選別の対象とする前記CNT集合体2としては、アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体が好適な対象物となる。ここで、アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体2は、小さいものは幅2mm、長さ2mm程度、大きいものは幅10mm、長さ30cm程度の大きさを有する。また、アーク放電時に発生し、生成されたCNT集合体2と共に混在する粒状物3としては、その長さは、最長でも0.5mm以下程度である。なお、本発明は、これらのCNT集合体2および粒状物3に限定されるものではない。
【0013】
以下、上記各構成要件についてさらに詳しく説明する。
【0014】
前記投入手段4は、未選別のCNT集合体2と粒状物3との混在物を回転体5の内部に投入する。この投入手段4は、例えば、未選別の前記混在物を一旦集積しておくための集積部と、集積された混在物の所定量を所定間隔で回転体5の内部に投入することが可能な切り出し部により構成することができる。
【0015】
また、前記回転体5は、その側面が目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成される。ここでは、回転体5内部に投入されたCNT集合体2と粒状物3との混在物中から、粒状物3のみを側面を構成する構造体を通過させて分離する。そのため、前記回転体5の側面は、粒状物3は通過させ、CNT集合体2は通過させないような大きさの目開きまたは貫通孔を多数有するような部材により構成する。なお、前記目開きまたは貫通孔を多数有するような部材の材質としては、静電気を帯びるような材質のものは好ましくないが、それ以外の材質のものであれば特に制限なく用いることができる。また、前記回転体5の形状としては、回転させることによって、内部に投入されたCNT集合体2と粒状物3との混在物が、後述するような軌跡を描いて回転可能に構成できるものであればよく、円柱、3角以上の多角柱形状のものを用いることができる。
【0016】
ここで、前記目開きまたは貫通孔を多数有するような部材としては、メッシュ状構造体または多孔構造体により構成することができる。前記メッシュ状構造体または多孔構造体における目開きまたは貫通孔の大きさとしては、CNT集合体2と粒状物3との混在物中から粒状物3のみを通過させ、CNT集合体2は通過させないような大きさの目開きまたは貫通孔とする必要がある。前記CNT集合体2として、アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体を用いた場合は、目開きまたは貫通孔の大きさは、粒状物3を通過させるために0.5mm以上とし、CNT集合体2を通過させないために2mm以下とすることが好ましい。
【0017】
また、前記回転体5は、その回転軸(仮想回転軸)が、CNT集合体2と粒状物3との混在物が投入される一端側から他端側に向けて水平方向から下方に傾斜するように構成される。回転体5の内部に投入された前記混在物が、回転に伴ってCNT集合体2の排出側である他端側に移動するようにするためである。前記回転軸の傾斜角度を大きくすると混在物の移動速度は速くなり、傾斜角度を小さくすると混在物の移動速度は遅くなる。
【0018】
ここでは、図示しない回転軸傾斜角度調整手段により、回転軸の傾斜角度を任意の角度に調整可能に構成する。回転軸の傾斜角度の大きさは、投入されるCNT集合体2と粒状物3との混在物の量、CNT集合体2同士の絡まり具合、粒状物3の混入量等により適宜変更され得るものである。なお、一般的には、傾斜角度の大きさは、0.2度より大きく30度よりも小さい範囲にあることが好ましく、より好ましくは0.5度より大きく20度よりも小さい範囲である。
【0019】
また、前記回転体5は、回転数調整手段5aにより、回転軸(仮想回転軸)を中心に任意の回転数で回転自在に構成される。前記回転数調整手段5aとしては、回転数の調整が可能なモータ等を用いることができる。前記回転体5の回転速度の大きさは、投入されるCNT集合体2と粒状物3との混在物の量、CNT集合体2同士の絡まり具合、粒状物3の混入量等により適宜変更され得るものである。なお、一般的には、回転数は、30rpmから150rpmの範囲にあることが好ましく、より好ましくは60rpmから120rpmの範囲である。
【0020】
また、前記回転体5の寸法についても、投入されるCNT集合体2と粒状物3との混在物の量、CNT集合体2同士の絡まり具合、粒状物3の混入量等により適宜変更され得るものである。なお、一般的には、回転体5の形状が円柱状のドラム形状の場合には、寸法は、内径が5cm以上であることが好ましく、より好ましくは10cm以上である。一方、内径が大きい分に関しては特に不都合はなく、内径30cm程度が好適な寸法である。また、回転体の長さとしては、5cm以上であることが好ましく、より好ましくは10cm以上である。なお、長さが長い分に関しては特に不都合はなく、長さ50cm程度が好適な寸法である。
【0021】
また、前記粒状物回収手段6は、図1に示すように、前記回転体5の側面の下方に設けられる。ここでは、前記回転体5の側面を通過してきた粒状物3の回収を行う。
【0022】
また、前記CNT集合体回収手段7は、図1に示すように、前記回転体5の他端側の下方に設けられる。ここでは、回転体5内部に投入されたCNT集合体2と粒状物3との混在物から、粒状物3が分離された後のCNT集合体2の回収を行う。なお、本発明においては、CNT集合体2は絡まりが解れた状態のものが回収される。
【0023】
以下、上記構成の選別装置1を用いて、CNT集合体同士が絡まりあった状態の集合体群と、該集合体群の中に囲い込まれた状態の粒状物とが存在する、CNT集合体2と粒状物3との混在物から、CNT集合体2と粒状物3とを分離し選別するための方法について説明する。
【0024】
図2は、本発明に係る選別方法を説明するための説明図である。以下、図2の(a)〜(d)に沿って説明する。なお、図2は、回転体5をその断面方向から見た図であり、回転体5内部において、投入されたCNT集合体2と粒状物3との混在物がどのような挙動をするかを示した図である。
【0025】
図2(a)は、CNT集合体2と粒状物3との混在物が回転体5内部に投入された直後の状態を示した図である。ここでは、CNT集合体2同士が絡まりあった状態の集合体群8と、この集合体群8の中に囲い込まれた状態の粒状物3およびCNT集合体群8の周囲に附着した状態の粒状物3が存在する。
【0026】
図2(b)は、回転体5が回転を始めた状態を示した図である。CNT集合体2と粒状物3との混在物は、回転体5の内壁との摩擦によって、内面に沿って上昇する。
【0027】
図2(c)は、回転体5の内壁を上昇したCNT集合体2と粒状物3との混在物が、ある高さまで来て、その重力により内壁を離れて落下し始めた状態を示した図である。CNT集合体2と粒状物3との混在物は回転に伴ってAの高さまでくると、Cで示すような軌跡を描いて回転体5内部の空間を舞うように落下する。これにより、絡まりあった状態のCNT集合体2同士が空中で解れ、その中に囲い込まれた状態の粒状物3が外に取り出された状態となる。この外に取り出された状態の粒状物3は、落下して、回転体5の側面に設けられた目開きまたは貫通孔を通って回転体5から排出され、粒状物回収手段6により回収される。
【0028】
ここで、CNT集合体2と粒状物3との混在物が回転体5の内壁から離れる位置Aおよび前記混在物が描く軌跡Cは、回転体5の回転数、回転体5の側面の形状や材質、CNT集合体2や粒状物3の大きさ、重さ、形状等により異なる。図2(c1)に、上記位置Aが異なる場合の軌跡、図2(c2)に同じ位置Aで離れた場合の軌跡の違いを示す。このように、回転体5の内部空間において、CNT集合体2および粒状物3がその形状等の違いにより種々の軌跡を描いて落下するため、絡まりあったCNT集合体2同士の解れがより確実に行われる。それに伴い、絡まりあったCNT集合体2に囲い込まれた状態の粒状物3も確実に取り出すことができ、CNT集合体2と粒状物3との分離が確実に行われる。
【0029】
図2(d)は、CNT集合体2と粒状物3との選別が進んだ状態を示した図である。回転体5の回転により、CNT集合体2同士が絡まりあった状態の集合体群8は解れ、その中に囲い込まれた状態の粒状物3は、回転体5の側面に設けられた目開きまたは貫通孔を通って回転体5から排出される。なお、CNT集合体2と粒状物3との混在物から粒状物3が分離され、さらに、CNT集合体2同士の絡まりが解されたCNT集合体2は、回転体5の他端側の下方に設けられたCNT集合体回収手段7により回収される。
【0030】
ここで、CNT集合体2と粒状物3との分離を確実に行わせるには、回転体5の一端側から回転体5の内部に投入されたCNT集合体2と粒状物3との混在物が、少なくとも1回以上、より好ましくは3回以上、前記回転体5内部の空間を舞うように回転体5の回転数および/または回転軸の傾斜角度を調整することが好ましい。回転体5の回転数が低すぎると前記混在物は回転体5の底部付近で停滞した状態となり、回転体5内部の空間を舞うことはない。また、回転数が高すぎると前記混在物は回転体5の内面に接触したままの状態となり、やはり回転体5内部の空間を舞うことはない。回転軸の傾斜角度が少なすぎると前記混在物が、回転体5内をなかなか移動せずにCNT集合体2の排出に時間がかかってしまう。また、回転軸の傾斜角度が大き過ぎると、前記混在物がすぐに排出されてしまい、回転体5内部の空間を舞う回数の確保が困難となる。
【0031】
上述したように、CNT集合体2と粒状物3との混在物が、少なくとも1回以上、前記回転体5内部の空間を舞うように調整することにより、CNT集合体2同士の絡まりをほぐすと共にCNT集合体2と粒状物3とを確実に分離可能となる。
【実施例】
【0032】
回転体が、内径30cm、長さ50cmのドラム形状であって、その側面を目開き1mmのメッシュ状構造体で形成した本発明に係る選別装置を用いて、アーク放電法により得られたテープ状のCNT集合体の選別を行った。
【0033】
ここでは、回転体の回転数と回転軸傾斜角度を条件振りして、絡まったテープ状のCNT集合体のほぐれ易さ、回転体からのテープ状のCNT集合体の排出性を検討した。検討結果を図3に示す。
【0034】
本実施例においては、図3より、テープ状のCNT集合体のほぐれ易さに関しては、回転数は、30rpmから150rpmの範囲にあることが好ましく、より好ましくは40rpmから120rpmの範囲の場合に絡まったテープ状のCNT集合体のほぐれ易さが良好であった。
【0035】
また、回転体からのテープ状のCNT集合体の排出性に関しては、回転軸傾斜角度は、0.2度より大きく5度よりも小さい範囲にあることが好ましく、より好ましくは0.5度より大きく3度よりも小さい範囲にある場合に回転体からのテープ状のCNT集合体の排出性が良好であった。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明に係る選別装置の実施形態の一例を示す図である。
【図2】本発明に係る選別方法を説明するための説明図である。
【図3】実施例に係る回転体の回転数と回転軸傾斜角度を条件振りして、絡まったテープ状のCNT集合体のほぐれ易さ、回転体からのテープ状のCNT集合体の排出性を検討した結果を示した図である。
【図4】従来技術に係る粒状物、線状物の混在するダストの選別装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【0037】
1 選別装置
2 CNT集合体
3 粒状物
4 投入手段
5 回転体
5a 回転数調整手段
6 粒状物回収手段
7 CNT集合体回収手段
8 集合体群
【出願人】 【識別番号】000004123
【氏名又は名称】JFEエンジニアリング株式会社
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】JFEスチール株式会社
【出願日】 平成19年2月27日(2007.2.27)
【代理人】 【識別番号】100105968
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 憲一郎


【公開番号】 特開2008−207115(P2008−207115A)
【公開日】 平成20年9月11日(2008.9.11)
【出願番号】 特願2007−47243(P2007−47243)