JP2020142159A

JP2020142159A - 循環路付き摩砕機

Info

Publication number: JP2020142159A
Application number: JP2019038191A
Authority: JP
Inventors: 幸也増田; Yukiya Masuda
Original assignee: MASUKO SANGYO KK; Masuko Sangyo Co Ltd
Current assignee: MASUKO SANGYO KK; Masuko Sangyo Co Ltd
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10

Abstract

【課題】費用の抑制を図ることが可能であって、音や振動に関する不具合がなく、また材料の温度上昇も抑制することができる循環路付き摩砕機を提供する。【解決手段】本発明の循環路付き摩砕機１は、上部砥石１３に対向して設けられる下部砥石１０と、粉砕する材料を開口部１４に供給する投入部７、及び粉砕した材料を通過させる出口部６を有する筐体３と、出口部６と投入部７とをつなぐ循環路１７と、を備え、回転板８とともに回転して粉砕された材料を出口部６へ送給する翼部は有さず、且つ粉砕された材料を出口部６から循環路１７を介して投入部７へ送給するポンプも有さず、開口部１４を通過させた材料を、回転板８による下部砥石１０の回転でもって第一摩砕部１６と第二摩砕部１５で粉砕して隙間Ｇから排出させることによって出口部６から循環路１７を経て投入部７へ帰還させることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、食品、化学、医薬品及び燃料等の分野で利用可能な超微粒子を製造する摩砕機に関するものであって、特に、粉砕後の材料を再び投入部へ戻す循環路を備える循環路付き摩砕機に関する。

材料を粉砕して超微粒子を製造することが可能な摩砕機においては、石臼の原理を応用した上下２枚の砥石を備えるものが既知である。例えば特許文献１には、本件出願人によるものとして、装置本体に対して回転可能に設けられたリング状の下部砥石と、蓋体に固定されるとともに下部砥石に対して対向するリング状の上部砥石とを備える摩砕機が示されている。このような摩砕機では、下部砥石と上部砥石の間に材料を送り込みつつ下部砥石を回転させ、砥石間で生ずる圧縮・剪断・摩擦等の複合作用によって材料をすり潰して超微細粒子に粉砕している。

特許３５５８６８７号公報

ところでこのような摩砕機で材料を粉砕する際、例えば材料の種類等によっては、一度の粉砕だけでは材料を目的の粒度まで細かくできないことがある。このような場合に従来は、容器等に収容した粉砕後の材料を再度投入部に投入して更なる粉砕を行い、これを目的の粒度に達するまで繰り返し行っている。しかし、人手によって容器に収容した材料を投入部に戻しているため、手間を要している。

人手を介さずに粉砕した材料を投入部に戻すには、ポンプを使って粉砕後の材料を投入部まで戻す方法や、複数台の摩砕機を直列に接続して順次粉砕を行う方法などが考えられる。しかし、何れの方法も費用が嵩むことになる。またポンプを使う場合は、ポンプを駆動させるための電源が必要になる上、ポンプを経由させるための管路が長くなるためにその分の材料も必要になる。

一方、本願発明者が検討を重ねたところ、このような摩砕機に図２に示すような循環路を設けることによって、ポンプを使わなくても粉砕した材料を投入部に戻すことができることが見出された。

ここで、図２に示す循環路付き摩砕機１０１について説明する。摩砕機１０１は、筐体１０３と、筐体の上部に設けられた材料を投入するためのホッパー（投入部）１０７と、筐体１０３の内側に設けられて不図示のモータによって回転する回転板１０８と、回転板１０８に保持されて回転板１０８とともに回転する下部砥石１１０と、下部砥石１１０に対向して設けられ、下部砥石１１０との間で材料を粉砕する上部砥石１１３と、筐体３に取り付けられたパイプ（循環路）１１７とを備えている。また回転板１０８の下面には、回転板１０８の中心から径方向外側に向かって直線状に延在する板状の翼部Ｖが設けられている。なお摩砕機１０１は、水分を含む材料を粉砕するよう構成された湿式の装置である。

このような摩砕機１０１によれば、下部砥石１１０と上部砥石１１３で粉砕された材料は、下部砥石１１０と上部砥石１１３の外縁部における隙間から送り出されて筐体１０３に落下し、回転する翼部Ｖによって外側に送り出される。そして、粉砕された材料が増えるに従い、翼部Ｖによって送り出される材料がパイプ１１７の内部を流動し、パイプ１１７の上方における開口からホッパー１０７の内側に供給される。すなわち摩砕機１０１によれば、回転する翼部Ｖによって粉砕した材料を再投入することができる。

しかしこのような摩砕機１０１で連続運転を行ったところ、運転の途中で摩砕機１０１から異音が生じるとともにキャビテーション現象によって摩砕機１０１が過剰に振動する問題が発生した。また粉砕した材料の温度上昇も顕著であった。

本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものであり、費用の抑制を図ることが可能であって、音や振動に関する不具合がなく、また材料の温度上昇も抑制することができる循環路付き摩砕機を提供することを目的とする。

本発明は、粉砕する材料を通過させる開口部を有するとともに該開口部の外側に第一摩砕部を有する上部砥石と、前記上部砥石に対向して設けられ、前記第一摩砕部との間に隙間を持たせた第二摩砕部を有する下部砥石と、前記下部砥石を保持して前記上部砥石に対して該下部砥石を回転させる回転板と、前記上部砥石、前記下部砥石、及び前記回転板を取り囲むとともに、粉砕する材料を前記開口部に供給する投入部、及び粉砕した材料を通過させる出口部を有する筐体と、前記出口部と前記投入部とをつなぐ循環路と、を備える循環路付き摩砕機であって、前記回転板とともに回転して粉砕された材料を前記出口部へ送給する翼部は有さず、且つ粉砕された材料を該出口部から前記循環路を介して前記投入部へ送給するポンプも有さず、前記開口部を通過させた材料を、前記回転板による前記下部砥石の回転でもって前記第一摩砕部と前記第二摩砕部で粉砕して前記隙間から排出させることによって前記出口部から前記循環路を経て前記投入部へ帰還させる循環路付き摩砕機である。

本発明における前記出口部は、前記筐体の側面に位置することが好ましい。

本願発明者が検討を重ねたところ、音や振動、材料の顕著な温度上昇に関する問題は、粉砕した材料と翼部との接触によって生じることが明らかになった。またこれらの問題を解決するべく更に検討を重ねたところ、翼部を使わず下部砥石の回転だけで粉砕した材料を投入部まで戻すことが可能であることが見出された。すなわち本発明の循環路付き摩砕機によれば、音や振動に関する不具合がなく、材料の温度上昇も抑制することができ、またポンプを使用する必要もないため、費用の抑制も図ることができる。

本発明に従う循環路付き摩砕機の一実施形態を示した断面図である。循環路を設けた従来の摩砕機について示した断面図である。

以下、図１を参照しながら本発明に従う循環路付き摩砕機（以下、「摩砕機」と称する）の一実施形態について説明する。

図１において、符号１は本実施形態の摩砕機を示している。摩砕機１は、その下方において図示を省略する装置本体（装置の骨格をなすフレームや、装置の動作を司る電源、制御装置など）を備えている。また装置本体には、後述する下部砥石を回転させるためのモータが設けられている。図１における符合２は、そのモータによって回転するシャフトを示している。なおシャフト２は、モータによって回転するだけでなく、不図示の昇降手段によって上下方向に移動することも可能である。

装置本体の上部には、筐体３が設けられている。本実施形態の筐体３は、シャフト２を挿通させる下部筐体４と、下部筐体４に対して開閉可能に取り付けられる上部筐体５を備えている。また本実施形態の下部筐体４には、その側面を貫く貫通孔（出口部）６が設けられていて、上部筐体５には、上方に向かうにつれて拡径する形態をなし、粉砕する材料を投入するためのホッパー（投入部）７が、上部に設けた開口に取り付けられている。

そして筐体３の内部には、円板状をなし、シャフト２とともに回転する回転板８が設けられている。回転板８の下面には、回転板８の中心から径方向外側に向かって直線状に延在する複数の溝９が、全体として放射状になるように設けられている。

回転板８の上方には、リング状をなすとともに中央部を窪ませた下部砥石１０が設けられている。下部砥石１０は、シャフト２の先端に取り付けられるナット１１を締め付けることによって、シャフト２に挿通された保持具１２を介して回転板８に固定される。すなわち下部砥石１０は、上述した不図示のモータを駆動させることによってシャフト２を中心として回転し、また上述した不図示の昇降手段を駆動させることによって上下方向に移動する。

そして下部砥石１０の上方には、リング状をなすとともに中央部を窪ませた上部砥石１３が、下部砥石１０に対向するように設けられている。また上部砥石１３の中央部には、ホッパー７に通じる開口部１４が設けられている。これにより、ホッパー７に材料を投入すれば、開口部１４を通して上部砥石１３と下部砥石１０との間に材料が導入される。また本実施形態の上部砥石１３は上部筐体５の内側に固定されていて、例えば筐体３の内側を清掃するべく上部筐体５を開けば、上部砥石１３も下部砥石１０から離反させることが可能である。

本実施形態の下部砥石１０と上部砥石１３は、その外周部において平坦状をなしていて、下部砥石１０と上部砥石１３との間に導入された材料を粉砕することができる摩砕部を備えている。ここで、下部砥石１０に設けた摩砕部を下部摩砕部（第二摩砕部）１５と称し、上部砥石１３に設けた摩砕部を上部摩砕部（第一摩砕部）１６と称する。なお図示は省略するが、下部摩砕部１５と上部摩砕部１６には、複数の溝（例えば下部砥石１０の中心（上部砥石１３の中心）から径方向外側に向かって延在する溝）を設けてもよい。このような溝を設けることによって、下部砥石１０と上部砥石１３の中央部に導入された材料を径方向外側に向かってより効率的に送り出すことができる。なおこの溝は、平面視において、直線状に延在するものでもよいし、円弧を描くように湾曲するものでもよい。またこの溝は、下部砥石１０の中心（上部砥石１３の中心）に対してずれた位置から下部砥石１０（上部砥石１３）の外側に向かって延在する如きものでもよい。更に、粉砕する材料の混練を促進するべく、下部砥石１０においては上方に向けて立ち上がる複数の突起を設け、上部砥石１３においては下部砥石１０の突起に対してずれた位置から下方に向けて垂下される複数の突起を設けてもよい。

そして筐体３の外側には、下端部が下部筐体４の貫通孔６に接続され、上端部がホッパー７の内側で開口するパイプ（循環路）１７が設けられている。本実施形態のパイプ１７には、粉砕した材料を容器等に収容する際に使用する排出口１８と、排出口１８を開閉するための切替弁１９が設けられている。

なお、筐体３の内側において、シャフト２、回転板８、下部砥石１０、及び上部砥石１３の径方向外側に位置する空間を内部空間Ｓと称することとする。なお摩砕機１は、水分を含む材料を粉砕する湿式の装置として構成されていて、筐体３からパイプ１７にかけては適宜パッキン等を配置して、粉砕した材料が外部へ漏れ出さないようにしている。

このような摩砕機１においては、昇降手段を駆動させて下部摩砕部１５と上部摩砕部１６とを所定の隙間Ｇに設定するとともに下部砥石１０を回転させることによって、ホッパー７から投入された材料を下部摩砕部１５と上部摩砕部１６で粉砕し、更に下部摩砕部１５と上部摩砕部１６の隙間から内部空間Ｓに向かって送り出すことができる。

ところで、下部砥石１０と上部砥石１３によって粉砕された材料は、内部空間Ｓの下部に溜まっていく。ここで、下部砥石１０と上部砥石１３は、材料を粉砕する機能に加え、粉砕した材料を隙間Ｇから外側に向かって送り出す機能も備えている。このため、粉砕した材料によって内部空間Ｓが満たされていくと、下部砥石１０と上部砥石１３から送り出される粉砕直後の材料によって、内部空間Ｓに溜まった材料が筐体３の外側に押し出される。従って、貫通孔６を通してパイプ１７に導入された材料は、パイプ１７の内部を満たしつつ上方に向かって流動し、最終的にはパイプ１７の上端部における開口からホッパー７の内側に供給される。従って本発明に従う摩砕機１によれば、従来の摩砕機１０１における翼部Ｖを使用することなく、また粉砕した材料をホッパー７に投入するためのポンプを使用することなく、下部砥石１０の回転を継続することによって粉砕した材料を還流させることが可能であるため、人手を要することなく所望する粒度まで材料を粉砕することができる。

また本発明に従う摩砕機１によれば、材料の粉砕を継続しても摩砕機１から異音が生じたり過剰な振動が発生したりすることも無く、また粉砕した材料の温度上昇も抑制することが可能である。この点につき、比較のために図２に示した翼部Ｖを備える従来の摩砕機１０１について説明すると、例えばセルロースを含む材料を粉砕した場合、運転開始から４０分程度経過した時点で摩砕機１０１から異音が生じ、また摩砕機１０１に過剰な振動が認められた。また通常運転時において、下部砥石１１０を回転させるモータの電流値は６〜７Ａであるところ、この時点では１３〜１５Ａに達していた。また通常の室温での運転において、この時点での材料の温度は８３〜９０℃に達していた。

一方、本発明に従う摩砕機１によれば、同一の材料で粉砕を行った場合、２時間経過しても摩砕機１から異音が生じることはなく、また過剰な振動も認められなかった。また２時間経過後でも下部砥石１０を回転させるモータの電流値は、通常運転時と同様に６〜７Ａであった。更にこの時点での材料の温度は約６０℃であった。なお追加の確認として、摩砕機１における筐体３の外側に設けたジャケットに冷却水（水温は約７℃）を送給し、材料を間接的に冷却しながら粉砕を継続したところ、材料の温度は約３０℃であった。また、内部空間Ｓやパイプ１７を満たす粉砕後の材料を、例えば筐体３の内側における上部や下部の他、回転板８の下方やパイプ１７の内側における上部や下部などの複数の場所で採取して確認したところ、採取場所の違いによらず、材料の粒度は何れも均一であった。

なお図示は省略するが、貫通孔６を筐体３の下面に設けるとともに、パイプ１７は、筐体３の下面から下方に向けて傾斜させた後、上方に向かって延在させてホッパー７に導入されるようにした摩砕機１でも同様の確認を行ったところ、音や振動、材料の温度については問題がないものの、パイプ１７の下方に溜まった材料において、粒度がやや粗いものがあった。このため、貫通孔６を筐体３に設けるにあたっては、図１のように筐体３の側面に設けることが好ましい。

以上、本発明に従う循環路付き摩砕機について具体的な実施形態を示しながら説明したが、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、特許請求の範囲に従う範疇で種々の変更を加えたものも含まれる。例えば、摩砕機１における回転板８の下面には複数の溝９が設けられているが、この溝９は設けなくてもよい。なおこの点につき、本願発明者が繰り返し検討をしたところ、この溝９の有無によって、摩砕機１の音や振動が大きく変わることはなく、また材料の温度もそれ程変化が認められなかった。また貫通孔６を筐体３に設けるにあたっては、例えばパイプ１７に溜まる材料の量を抑制できることから筐体３の側面に設けることが好ましいが、筐体３の下面に設けてもよい。

１：循環路付き摩砕機
２：シャフト
３：筐体
４：下部筐体
５：上部筐体
６：貫通孔（出口部）
７：ホッパー（投入部）
８：回転板
９：溝
１０：下部砥石
１１：ナット
１２：保持具
１３：上部砥石
１４：開口部
１５：下部摩砕部（第二摩砕部）
１６：上部摩砕部（第一摩砕部）
１７：パイプ（循環路）
１８：排出口
１９：切替弁
１０１：循環路付き摩砕機（従来例）
１０３：筐体
１０７：ホッパー
１０８：回転板
１１０：下部砥石
１１３：上部砥石
１１７：パイプ（循環路）
Ｇ：隙間
Ｓ：内部空間
Ｖ：翼部

Claims

粉砕する材料を通過させる開口部を有するとともに該開口部の外側に第一摩砕部を有する上部砥石と、
前記上部砥石に対向して設けられ、前記第一摩砕部との間に隙間を持たせた第二摩砕部を有する下部砥石と、
前記下部砥石を保持して前記上部砥石に対して該下部砥石を回転させる回転板と、
前記上部砥石、前記下部砥石、及び前記回転板を取り囲むとともに、粉砕する材料を前記開口部に供給する投入部、及び粉砕した材料を通過させる出口部を有する筐体と、
前記出口部と前記投入部とをつなぐ循環路と、を備える循環路付き摩砕機であって、
前記回転板とともに回転して粉砕された材料を前記出口部へ送給する翼部は有さず、且つ粉砕された材料を該出口部から前記循環路を介して前記投入部へ送給するポンプも有さず、
前記開口部を通過させた材料を、前記回転板による前記下部砥石の回転でもって前記第一摩砕部と前記第二摩砕部で粉砕して前記隙間から排出させることによって前記出口部から前記循環路を経て前記投入部へ帰還させる循環路付き摩砕機。
前記出口部は、前記筐体の側面に位置する請求項１に記載の循環路付き摩砕機。