JP6622742B2 - 粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、円盤状の歯面を有して対向する回転歯及び固定歯を備えて、固体粒子を粉砕処理する粉砕機であって、粉砕により付着性を備える処理物を、問題なく処理することを可能とする粉砕機に関する。

特許文献１には、回転歯と固定歯との歯面間において固体粒子の処理物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いる。回転歯と固定歯は、ともに中央部を凹ませた歯面を備えている。

処理物は、容器の他端側壁に設けられた供給口から供給され、固定歯の中央部を経て、固定歯と回転歯との歯面間に導入される。そして、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とになる。
粉砕処理を受けた処理物は、回転歯の遠心力によって歯面間を通過し、容器の周壁に設けられた排出口から排出される。

こ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。

これらの粉砕処理において、回転歯は高速で回転される。例えば、１分間に１万回程度の回転数である。処理物が粉砕後も硬い粒子である場合には、歯面間を高速度で通過して周壁内面に衝突し、周壁面に沿って滑るように排出口に向かって流れるのであるが、処理物によっては容易に処理できない場合もある。

例えば、処理物がプラスチックである場合には、圧縮力や剪断力を受けることによって温度が上昇して溶融する場合があり、粉砕処理が不可能となる。この場合は、冷却手段を備える粉砕機とする必要がある。
また、処理物が穀類などの植物である場合には、含まれている油分や糖分などによって付着性の強い粒子となる場合がある。この場合、最初の粒子が周壁内面に衝突して付着すると、付着した粒子の上に次の粒子が付着し易くなるために、次々と処理物が付着堆積して大きく成長し、処理不能となることがある。

なお、特許文献２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３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２００３−８００９２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、歯面を対向させて位置する回転歯と固定歯とを備える粉砕機であって、粉砕により付着性を帯びる処理物を、問題なく処理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、前記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、前記容器の周壁に設けられる前記処理物の排出口とを備え、前記容器の周壁内面が、前記回転軸に対して傾斜する斜面状に形成され、前記歯面間から放出された前記処理物が、前記斜面に接触することを特徴としている。

そして、前記斜面は、４５°以上の傾斜角度を備えていることが好ましい。
また、前記周壁内面に、周方向に沿って突出する山部を形成し、前記山部の両側に前記斜面を形成することができる。
前記斜面の表面粗さは、算術平均粗さで６．３μｍ以下であることが好ましい。
そして、前記周壁内面は、フッ素樹脂を用いて形成されていることが好ましい。
また、前記固定歯及び前記回転歯は、ともに中央部を凹ませた歯面を備えていることが好ましい。

本発明の粉砕機は、周壁内面に斜面を設けることにより、粉砕された処理物が衝突する際の衝撃力を緩和して、ソフトに接触させることができる。処理物は、自身の運動量及び同伴する気流の運動量によって、斜面を下るとともに周方向に滑って流れることになる。
このため、付着性の強い処理物であっても、斜面に付着することはなく、回転歯の回転方向に移動することができる。
したがって、処理物は周壁内面に付着堆積することなく周壁内面に沿って流動し、排出口から排出されることになる。

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Ａ−Ａ矢視概略断面図である。 本発明の粉砕機の他の一例を示す概略断面図である。 従来の粉砕機における付着現象を示す説明図である。 本発明における処理物と壁面との関係を示す説明図である。

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Ａ−Ａ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ので、初めに、これらについて説明する。

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、先端に回転翼など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２９によって閉塞されるとともに、蓋部材２９の中央部を経由して処理物の供給口７１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７２が設けられている。

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。
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によって構成され、回転側保持部材５１は、押えボルト３３によって回転軸３０に固定されている。そして、回転側歯部材５２は、その歯面を固定歯６０に向けて位置している。

容器２０の他端側壁２２は、取り外し可能な蓋部材２９によって閉塞され、蓋部材２９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によって構成されている。固定側歯部材６２は、その歯面を回転歯５０に向けて位置している。
なお、供給口７１は、蓋部材２９、固定側保持部材６１及び固定側歯部材６２を貫通して形成されており、蓋部材２９には供給管９１を接続できるようになっている。

粉砕機１０は、回転歯５０と固定歯６０とが、歯面を対向させて位置している。また、ともに中央部を凹ませた歯面を備えている。
供給口７１からの処理物は、回転歯５０と固定歯６０の歯面間に導入され、この歯面間で粉砕処理を受けた後に、回転歯５０の遠心力によって歯面間の周縁から容器２０の周壁２３の内面に向けて、勢い良く流れることになる。
処理物は、連続的又は断続的に供給される。

なお、図１及び図２において、粉砕機１０は、回転軸３０を水平とした場合が示されているが、回転軸３０を垂直として、供給口７１を上部に位置させることもできる。
また、双方の歯面については、特許文献２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３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。

本発明の特徴は、容器２０の周壁２３の内面、すなわち周壁内面２３ａが、回転軸３０に対して傾斜する斜面を備えていることである。歯面間から放出された処理物は、斜面に接触することによって、壁面に付着することなく、滑るように排出口７２に向かって進むことができる。
本発明の作用効果については、後で詳しく述べることにして、ここでは図１及び図３により２つの例を示す。粉砕機１０と粉砕機１１である。

図１に示す粉砕機１０の周壁内面２３ａは、回転歯５０と固定歯６０との歯面間位置から回転歯５０の側に向けて、直径が大きくなるように傾斜している。すなわち、周壁内面２３ａは、回転軸３０に対して傾斜する斜面を備えている。
歯面間から放出された処理物は、比較的早い時点でこの斜面にソフトに接触するために処理物自身の運動量及び同伴する気流の運動量によって、斜面を下るとともに周方向に滑って流れることができる。
なお、回転軸３０に対して傾斜する斜面は、粉砕機１０とは逆に、歯面間位置から固定歯６０の側に向けて、直径が大きくなるように傾斜させることもできる。

図３に示す粉砕機１１の周壁内面２３ａは、周方向に沿って山部８０が形成され、山部８０の両側に斜面が形成されている。つまり、回転歯５０の側に向けて直径が大きくなるように傾斜する斜面と、固定歯６０の側に向けて直径が大きくなるように傾斜する斜面が形成されている。すなわち、周壁内面２３ａは、回転軸３０に対して傾斜する２つの斜面を備えている。
歯面間から放出された処理物は、比較的早い時点で２つの斜面にソフトに接触するために処理物自身の運動量及び同伴する気流の運動量によって、斜面を下るとともに周方向に滑って流れることができる。

何れの場合においても、周壁内面２３ａは、処理物に対して滑走性に優れていることが好ましい。
このため、斜面を含む周壁内面２３ａの表面粗さを、算術平均粗さで、６．３μｍ以下とすることが好ましい。具体的な材質としては、フッ素樹脂などの樹脂材料を成型加工により、又は他の材料へのコーティングにより形成することが好ましい。

本発明の作用効果についてであるが、先ず、従来の粉砕機における付着現象について、図４により説明する
図４は、従来の単純な形状の周壁内面２３ｂを示している。すなわち、周壁内面２３ｂは、回転軸３０に平行な曲面となっている。
ここで、粉砕された処理物が付着性を帯びる場合には、歯面間から放出される処理物の粒子Ｐは、それ自身の運動量によって周壁内面２３ｂに衝突する。

粒子Ｐは、歯面間から放出されるときに、周囲の気体（例えば空気）を同伴して放出されるのであるが、気体の運動量は粒子Ｐの運動量と比べて小さい上に、歯面間の狭い空間から歯面外の広い空間に出ることにより次第に運動量を失ってしまう。このため、粒子Ｐの挙動は、それ自身の運動量と付着性によって決まるのである。

すなわち、放出された粒子Ｐは、回転軸３０と平行な曲面をなす周壁内面２３ｂに対して、ある程度の角度を持って衝突するので、付着性が低い場合には自身の運動量によって周壁内面２３ｂを滑ることも可能であるが、付着性が強くなってくると周壁内面２３ｂを滑ることが不可能となって付着することになる。
一つの粒子Ｐが周壁内面２３ｂに付着すると、付着した粒子Ｐの上に次の粒子Ｐが付着し易くなり、次々と付着が継続することになって、処理物が積層することになる。
そして、遂には運転不能な状態に至るのである。

そこで、周壁内面２３ｂにおいて最初に粒子Ｐが付着する範囲を、図４に示す幅Ｘとして、実際の粉砕初期における観察から実測した。
この結果、容器の両側面間距離Ｗに対して、Ｘは１／３Ｗ程度であった。また、角度αを測定すると２０°程度であることが分かった。

さらに、付着防止に付いて鋭意研究を重ねた結果、処理物の粒子Ｐを斜面で受け止めることが有効であることを発見して本発明に到達した。これについて図５により説明する。
歯面間から放出される処理物の粒子Ｐは、周壁内面２３ａに形成された斜面にソフトに接触させることにより、斜面に付着させることなく、斜面を滑るように移動させることができるのである。

すなわち、本発明は、周壁内面２３ａが回転軸３０に対して傾斜する斜面を備えていることを特徴とし、斜面を形成する範囲は、図４に示したＸを含む範囲が好ましい。
Ｘの範囲は、容器２０の両側面間距離Ｗに対して、歯面間を中心として１／３Ｗの範囲である。または、周壁内面２３ａにおいて、歯面間からの角度αを考えると、αが２０°以内となる範囲である。

斜面の傾斜角度θは、付着防止の効果が発生する３０°以上であり、４５°以上とすることが好ましく、６０°以上とすることがより好ましい。傾斜角度θが小さい場合には、付着し易くなるとともに、粒子Ｐの運動エネルギーが衝突により失われて、衝突後の滑りが生じ難くなるからである。

歯面間から衝突する斜面までの距離Ｙは短い方が好ましく、回転軸３０と直角方向に、５０ｍｍ以下であり、３０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
距離Ｙが長くなると、粒子Ｐ自身の運動量が失われて、斜面を滑るための運動エネルギーを失うからである。また、距離Ｙが長くなると同伴する気流の運動エネルギーも失われるからである。
粉砕機１０と粉砕機１１とを比較すると、粉砕機１１の方が、短い距離Ｙで傾斜角度θを大きくすることが可能となる点で優れている。

本発明の粉砕機１０などにおいて、周壁内面２３ａが斜面を備えることによって、粒子Ｐの運動エネルギーとともに、同伴されて放出される気体の運動エネルギーも有効に使用されることになる。すなわち、斜面と側壁間との距離は、容器２０内の外側に向かうほど短くなるために、流路の最外部においても運動エネルギーが失われなくなり、粒子Ｐを排出口７２に向かって押し続けるからである。
このため、処理物は周壁内面２３ａに付着堆積することなく周壁内面に沿って流動し、確実に排出されることになる。

処理物の付着性の程度は、多くの場合、動摩擦係数を測定することにより判定することができる。例えば、処理物をすり潰したサンプルを、所定の面接触子に所定の方法で取り付けて、所定の垂直荷重を与えて、所定の距離を所定のサイクルで往復動させ、動摩擦係数を測定することができる。これによって、動摩擦係数と付着性との相関関係を知ることができ、判定することができる。

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及び図３に示した回転歯５０と固定歯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２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３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
２３： 周壁
２３ａ 周壁内面
３０： 回転軸
５０： 回転歯
６０： 固定歯
７１： 供給口
７２： 排出口
８０： 山部

Claims (5)

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、
   前記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、
   前記容器の周壁に設けられる前記処理物の排出口とを備え、
   前記容器の周壁内面に、周方向に沿って突出する山部を形成し、前記山部の両側が、前記回転軸に対して傾斜する斜面状に形成され、前記回転歯の遠心力によって前記歯面間から前記周壁内面に向けて放出された前記処理物が、それ自身の運動量が失われる前に前記斜面に接触することを特徴とする粉砕機。
2. 前記斜面が、４５°以上の傾斜角度を備えていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記斜面の表面粗さが、算術平均粗さで６．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機。
4. 前記周壁内面が、フッ素樹脂を用いて形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の粉砕機。
5. 前記固定歯及び前記回転歯が、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４の何れか１項に記載の粉砕機。