JP6694839B2 - 粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、回転歯及び固定歯を備え、対向する歯面間において固体粒子を粉砕処理する粉砕機であって、処理物の温度上昇を効率よく抑制するとともに、処理物と冷却媒体とを完全に遮断することが可能な粉砕機に関する。

特許文献１には、固体粒子を粉砕処理する粉砕機の一例が記載されている。
この粉砕機は、円筒状の容器と、容器の一端側壁を挿通して設けられる回転軸と、回転軸に取り付けられる回転歯と、容器の他端側壁に設けられる固定歯と、固定歯の中央部を経由して設けられる処理物の供給口と、容器の周壁に設けられる処理物の排出口とを備えており、固定歯と回転歯との歯面間において処理物を粉砕する粉砕機である。
回転歯は１分間に１万回程度の高速で回転される。処理物は、他端側にある供給口から固定歯の中央部を経て、回転歯と固定歯との歯面間に導入され、歯面間において圧縮力や剪断力による粉砕作用を受けて粉砕処理される。

これらのタイプの粉砕機は、穀類や豆類の擂潰用として多く用いられてきたが、最近では、廃ゴム材、木材、プラスチックなどの粉砕にも用いられている。すなわち、弾力性のある材料や靭性の高い材料の粉砕処理にも適しているのである。
しかしながら、粉砕処理を受けることによって温度が上昇するので、処理物によっては冷却機能を必要とする場合がある。

例えば、処理物がプラスチックである場合には、高温で溶融して、粉砕処理が不可能となる場合がある。
また、処理物が食品の場合には、温度が上昇すると空気による酸化や細菌の繁殖などによって腐敗し、栄養素が破壊され、素材本来の香りや味を失うことになる。

特許文献２には、回転歯と固定歯とを備える類似の粉砕機であって、冷却機構を備える粉砕機が記載されている。
しかしながら、冷却機構全体が非常に複雑に形成されているために、冷却媒体が処理物の側に漏洩することを避けられない構造となっている。
すなわち、処理物を粉砕するときに歯面間に発生する衝撃力に加えて、複雑に形成された流通路内に冷却媒体を流すために、回転歯を高速回転させると激しい振動が発生するのである。これに、温度変化による各部材の形状変化が重なることによって、シール部材が破損して冷却媒体が漏洩することになる。

なお、特許文献３には、回転歯と固定歯とを備える他の粉砕機が記載されている。回転歯と固定歯とは、その歯面を対向させて位置しているが、回転歯は平面状の歯面を備え、固定歯は中央部を凹ませた歯面を備えている。
また、特許文献４には、回転歯と固定歯とを備えるまた別の粉砕機が記載されている。回転歯と固定歯とは歯面を対向させて位置しているが、固定歯は中央部を突出させた歯面を備え、回転歯は中央部を凹ませた歯面を備えている。

特開平１０−２８８９４ 特開昭５９−９０６４４号公報 ＷＯ２００４／０７８３５４号公報 特開平８−２０７０４５号公報

本発明の目的は、円筒状の容器内において回転歯と固定歯とを備える粉砕機であって、回転歯を高速回転させて優れた粉砕効率を備えるとともに、処理物の温度上昇を抑制するための冷却機能を備えている粉砕機を提供することにある。そして、簡単な構造によって冷却媒体の漏洩を防止するとともに、効率の高い冷却機能を発揮することが可能な粉砕機を提供することにある。

本発明は、回転歯と固定歯との歯面間において処理物を粉砕する粉砕機であって、円筒状の容器と、前記容器の一端側壁を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられる前記回転歯と、前記容器の他端側壁に設けられる前記固定歯とを備え、前記回転歯及び前記固定歯の少なくとも一方は、円盤状の保持部材と、前記保持部材の一方の側に取り付けられる歯部材と、前記保持部材の他方の側に取り付けられるカバー部材とを備えるとともに、前記保持部材と前記カバー部材との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間が形成されていることを特徴としている。

そして、前記保持部材は、前記冷却空間に向けて突出部を備えていることが好ましい。
前記突出部は、前記カバー部材に密接し、前記冷却空間における前記冷却媒体の流通路を形成することができる。
また、前記突出部は、前記歯部材を固定するために貫通していないネジ孔を備えている態様とすることができる。
また、前記回転歯及び前記固定歯は、ともに中央部を凹ませた歯面を備えている態様とすることができる。

本発明の粉砕機は、冷却媒体を歯部材に直接接触させるのではなく、保持部材を介して間接的に接触させる手段を採用したことにより、簡単な構造で冷却空間を形成することが可能となり、冷却媒体の漏洩を完全に防止することができる。そして、回転歯を１分間に１万回程度の高速で安定して回転させ、高い粉砕効率を得ることができる。
また、保持部材が冷却空間に向けた突出部を備えることによって、フィン効果を備えることになり、熱伝達効率の高い冷却機構を形成することができる。

本発明の粉砕機の一例を示す概略断面図である。 図１におけるＸ−Ｘ矢視概略断面図である。 回転歯の詳細を示す概略断面図である。 固定歯の詳細を示す概略断面図である。 突出部を例示するための保持部材の概略図である。

図１は、本発明の粉砕機の一例を示す概略断面図であり、図２は、図１におけるＸ−Ｘ矢視の概略断面図を示している。
粉砕機１０は、その外観などにおいて、遠心ポンプや遠心送風機と類似している。

遠心ポンプ及び遠心送風機は、概略形状が円筒状の容器（ケーシング）を備えている。そして、容器の一端側壁を挿通して回転軸が設けられ、その先端に回転翼が取り付けられている。
容器の他端側壁には流体の供給口を備え、周壁には流体の排出口を備えている。供給口から容器内に導入された流体は、回転翼によって昇圧作用を受けた後に、排出口から排出される。流体は、連続的又は断続的に供給される。

粉砕機１０では、円筒状の容器２０に、容器２０の一端側壁２１を挿通する回転軸３０が設けられ、回転軸３０には回転歯５０が取り付けられている。
容器２０の他端側壁２２は、固定歯６０を備える蓋部材２５によって閉塞されるとともに、蓋部材２５の中央部を経由して処理物の供給口２８が設けられている。また、容器２０の周壁２３には、処理物の排出口２９が設けられている。そして、処理物は、連続的に又は断続的に供給されて粉砕処理を受ける。

容器２０の一端側壁２１には、回転軸３０を軸支するために、軸受３２を備える軸受部３１が設けられている。また、軸受部３１には、容器２０内と軸受３２とを区画するために、図示しないシール部材が設けられている。空気などのガスを用いてシールすることも可能である。

回転軸３０に取り付けられた回転歯５０は、回転側保持部材５１と、回転側歯部材５２と、回転側カバー部材５３などを備えて構成されている。回転歯５０は、その歯面を固定歯６０に向けて位置している。
そして、回転側保持部材５１と回転側カバー部材５３との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間Ａが形成され、回転側歯部材５２を冷却媒体に直接接触させることなく冷却することができる構造となっている。

容器２０の他端側壁２２は、取り外し可能な蓋部材２５によって閉塞され、蓋部材２５に固定歯６０が取り付けられている。固定歯６０は、固定側保持部材６１と、固定側歯部材６２と、固定側カバー部材６３などを備えて構成されている。固定歯６０は、その歯面を回転歯５０に向けて位置している。
そして、固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間Ｂが形成され、固定側歯部材６２を冷却媒体に直接接触させることなく冷却することができる構造となっている。

本明細書では、回転側保持部材５１及び固定側保持部材６１を、単に「保持部材」と、回転側歯部材５２及び固定側歯部材６２を、単に「歯部材」と、回転側カバー部材５３及び固定側カバー部材６３を、単に「カバー部材」と称することにする。

粉砕機１０では、回転歯５０と固定歯６０がともに、保持部材と、歯部材と、カバー部材とを備える構成である。しかし、何れか片方の歯のみが、保持部材と、歯部材と、カバー部材とを備える構成とすることも可能である。
すなわち、本発明では、回転歯及び固定歯の少なくとも一方が、円盤状の保持部材と、保持部材の一方の側に取り付けられる歯部材と、保持部材の他方の側に取り付けられるカバー部材とを備える構成としている。

図３により、回転歯５０について説明する。
なお、以下の図を簡略化して示すために、ボルトナット及びボルト孔の記載をなるべく省略して、断面図における位置を一点鎖線で示すことにする。同様に、Ｏ−リングなどのシール部材は、断面図における位置を白丸で示すことにする。

回転軸３０は、回転歯５０に冷却媒体を流通させるために管状をなしており、軸内空間に小管４０が挿入されて形成されている。回転歯５０を取り付ける軸先端部３３は小径に形成されており、先端が閉塞されて雄ネジ３４が形成されている。ここに、袋ナット３５を取り付けることができる。

回転軸３０の駆動部側には、図示しないロータリージョイントが取り付けられており、ここに冷却媒体の供給管と排出管を接続することができる。そして、挿入する小管４０の管内外を冷却媒体の流路とすることができる。具体的には、回転軸３０の内壁と小管４０の外壁との間に、Ｏ−リングなどの区画部材８０を設けるとともに、その両側に開口３６及び開口３７を設けて、回転軸３０から冷却空間Ａへと通じる冷却媒体の流路を形成することができる。

回転側保持部材５１は、中央に筒状の軸保持部５４を備え、回転軸３０の軸先端部３３に密接して取り付けることができる。
軸保持部５４には、回転軸３０の開口３６に連通される流路７１と、回転軸３０の開口３７に連通される流路７２が形成されている。

ここでは、冷却媒体が、小管４０の先端部で管内側から管外側へと反転して開口３６へ至る流れを形成し、開口３６から軸保持部５４の流路７１を経由して冷却空間Ａへと至る供給側流路が形成されている。
また、回転側カバー部材５３は、流路７３を備えて冷却空間Ａと流路７２とを連通し、これによって、冷却空間Ａから流路７３及び流路７２を経由して開口３７へと至る排出側流路が形成されている。

回転側保持部材５１は、その軸保持部５４が２つの端部板５５、５６によって挟持された状態で回転軸３０に取り付けられている。このため、袋ナット３５を締め付けることによって、小径の軸先端部３３に位置している軸保持部５４は、端部板５５、５６とともに回転軸３０の大径側に押しつけられて固定されることになる。

そして、端部板５５と軸先端部３３との間にはシール部材８１が、端部板５５と軸保持部５４との間にはシール部材８２が設けられている。同様に、端部板５６と軸先端部３３との間にはシール部材８３が、端部板５６と軸保持部５４との間にはシール部材８４が設けられている。したがって、袋ナット３５を締め付けることにより、軸先端部３３と軸保持部５４との間が緊密にシールされ、冷却媒体の漏洩を確実に防ぐことができる。
なお、シール部材８１などとしては通常Ｏ−リングが使用されている。

また、回転側カバー部材５３と回転側保持部材５１との間には、シール部材８５、８６が設けられている。このため、ボルト９１を締め付けることによって、回転側カバー部材５３と回転側保持部材５１との間が緊密にシールされ、冷却媒体の漏洩を確実に防ぐことができる。
雄ネジのボルト９１に対する雌ネジとしては、ナットを使用しても良いし、回転側保持部材５１又は回転側カバー部材５３にネジ孔を設けても良い。

図４により、固定歯６０について説明する。
固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３との間に冷却空間Ｂが形成されている。
固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３とは、２つのシール部材８７、８８によりシールされるとともに、２つのボルトサークルに取り付けられるボルト９２、９３によって固定されている。
なお、ボルト９４によって、固定側保持部材６１が蓋部材２５に固定され、ボルト９５によって蓋部材２５が容器２０に固定されている。

固定側カバー部材６３には、短管で形成されたノズル７５及びノズル７６が取り付けられており、ここに冷却媒体の供給管と排出管を接続することができる。
ノズル７５及びノズル７６は、蓋部材２５に設けられた貫通孔２６、２７を通って、蓋部材２５の外側に突出するように形成されている。
このように、簡単な構造で冷却空間Ｂを形成することが可能であり、冷却媒体の漏洩を完全に防止することができる。

次に、冷却空間Ｂについて説明する。冷却空間Ａについては、同様の内容となるために説明を省略し、必要な事項のみを追記する。
図１において、冷却空間Ｂが、固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３の間に形成されることを説明したが、単に環状の空間が形成されていることを示している。
ここでは、図５を用いて、環状の冷却空間Ｂ内に設けられる突出部６６、６７、６８について詳しく説明する。

環状の冷却空間Ｂは、固定側保持部材６１の片側の面に環状の窪みを形成し、その上に平板状の固定側カバー部材６３を被せるように形成されている。そして、窪みの底面から冷却空間Ｂに向けて突出部６６、６７、６８が形成されている。ここでは、何れも直線状に形成して放射状に配列した場合を示しているが、例えば、円弧状に形成して同心円状に配置することも可能であり、使用目的に応じて適宜変えることができる。

突出部６６は、環状空間の内周壁６４から外周壁６５に向かって形成されている。
突出部６７は、環状空間の外周壁６５から内周壁６４に向かって形成されている。
突出部６８は、環状空間の内周壁６４と外周壁６５とを繋ぐように形成されている。

突出部６６などを形成する目的の一つは、冷却空間Ｂに、冷却媒体がピストンフローで流れる流通路を形成し、短絡を防止して熱伝達を向上させることである。
ここでは、突出部６６、６７、６８によって、冷却空間Ｂを周方向に一周する流通路が形成されている。ノズル７５から冷却空間Ｂに冷却媒体を供給すると、交互に配置された突出部６６と突出部６７との間を通って、ノズル７６から排出することができる。

このように、流通路を形成して熱伝達を向上させる場合には、突出部６６などは全て、固定側カバー部材６３に密接させて、流れの短絡を防ぐことが好ましい。
すなわち、Ｚ−Ｚ矢視に示すように、突出部６６などの高さｈを、最大値とするように形成することが好ましい。

突出部６６などを形成する別の目的は、これらにフィン効果を持たせて、熱伝達の向上を図ることである。単に流通路を形成することを目的とする場合には、突出部６６などを固定側カバー部材６３に設けても同じ効果が得られる。
しかし、フィン効果を得るためには、突出部６６などを固定側保持部材６１に設けて、固定側保持部材６１が冷却媒体と接触する面積を大きくすることが必要となる。そして、フィン効果をさらに優先させる場合には、突出部６６などを固定側カバー部材６３に密接させずに、ランダムな流れとすることもできる。

突出部６６などを形成するまた別の目的は、固定側歯部材６２を固定するための雌ネジを設ける場所とすることである。
冷却空間Ｂは、固定側歯部材６２を冷却するために設けるのであるから、固定側歯部材６２となるべく重なるように位置させることが好ましい。このため、固定側歯部材６２を固定側保持部材６１にボルトで取り付けるときに、冷却空間Ｂの空間内にもボルトを位置させることが好ましくなるのである。

この場合、固定側保持部材６１又は固定側歯部材６２の少なくとも一方に、ボルト孔を貫通させることが必要となる。しかし、冷却空間Ｂが形成されている固定側保持部材６１に貫通孔を設けると、冷却媒体が冷却空間Ｂから固定側歯部材６２の側に漏洩することになるので好ましくない。
したがって、固定側歯部材６２に貫通孔を設けるとともに、固定側保持部材６１の板厚を厚くして、貫通しない雌ネジを形成することになる。

しかし、固定側保持部材６１における熱の移動は伝導であり、Ｚ−Ｚ矢視に示す板厚ｔは薄い方が好ましい。このため、板厚ｔを薄く形成するとともに、突出部６６などの高さｈを高くすることが好ましいのである。
すなわち、Ｙ−Ｙ矢視及びＺ−Ｚ矢視に示すように、この場合の突出部６６などには、貫通しないネジ孔９６を形成するのに必要な、幅ｗと、厚み（高さｈ＋板厚ｔ）を備えることが好ましい。

このように、固定側保持部材６１の突出部６６などに、ボルト取付用のネジ孔９６を形成することによって、固定側保持部材６１に固定側歯部材６２を確実に取り付けることができるとともに、固定側保持部材６１の冷却空間Ｂを流れる冷却媒体が、固定側歯部材６２の側に漏洩することを確実に防止することができる。

冷却空間Ａについても、冷却空間Ｂと同様に考えることができるが、回転歯５０を高速で回転させるために、回転側保持部材５１において偏心荷重が発生しない構造とすることが重要であり、冷却媒体についても流入口及び流出口を複数個として均等配置を行うことが好ましい。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計変更は、本発明に含まれる。
例えば、図１などに示した回転歯５０及び固定歯６０は、ともに中央部を凹ませた歯面を備えている場合を示したが、特許文献３に記載されているように、一方の歯面を平面に形成することも可能であり、特許文献４に記載されているように、一方の歯面の中央部を突出させて形成することも可能である。

１０： 粉砕機
２０： 容器
２１： 一端側壁
２２： 他端側壁
３０： 回転軸
５０： 回転歯
５１： 回転側保持部材
５２： 回転側歯部材
５３： 回転側カバー部材
６０： 固定歯
６１： 固定側保持部材
６２： 固定側歯部材
６３： 固定側カバー部材
６６、６７、６８： 突出部
９６： ネジ孔
Ａ： 冷却空間
Ｂ： 冷却空間

Claims (6)

1. 回転歯と固定歯との歯面間において処理物を粉砕する粉砕機であって、
   円筒状の容器と、
   前記容器の一端側壁を挿通して設けられる回転軸と、
   前記回転軸に取り付けられる前記回転歯と、
   前記容器の他端側壁に設けられる前記固定歯とを備え、
   前記回転歯及び前記固定歯は、いずれも円盤状の保持部材と、前記保持部材の一方の側に取り付けられる歯部材と、を備え、
   前記歯部材は、前記回転歯又は前記固定歯に向いた歯面を有し、前記歯面の裏側が前記保持部材に取り付けられ、
   前記回転歯及び前記固定歯の少なくとも一方は、前記保持部材の他方の側にカバー部材が取り付けられて、前記保持部材と前記カバー部材との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間が形成されていることを特徴とする粉砕機。
2. 前記歯部材は、ボルトを介して前記保持部材に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記保持部材が、前記冷却空間に向けて突出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機。
4. 前記突出部が、前記カバー部材に密接し、前記冷却空間における前記冷却媒体の流通路を形成していることを特徴とする請求項３に記載の粉砕機。
5. 前記突出部が、前記歯部材を固定するために貫通していないネジ孔を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載の粉砕機。
6. 前記回転歯及び前記固定歯が、ともに中央部を凹ませた歯面を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の粉砕機。