JP7637871B2 - Rotating device and method for producing fine particles - Google Patents
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Description
本発明は、３次元回転させることのできる回転装置およびその回転装置を用いる微粒子作製方法に関するものである。 The present invention relates to a rotating device capable of three-dimensional rotation and a method for producing fine particles using the rotating device.
微粒子を作製する粉砕装置の１種としてボールミルが知られている。ボールミルでは、セラミックや金属などの硬質のボールと、被粉砕物を円筒形の容器にいれて回転（１軸回転，２次元回転）させることによって、被粉砕物をすりつぶして微細な粉末（微粒子）を作る。 A ball mill is known as a type of grinding device that produces fine particles. In a ball mill, hard balls made of ceramic or metal and the material to be ground are placed in a cylindrical container and rotated (single-axis rotation, two-dimensional rotation) to grind the material to produce a fine powder (fine particles).
２次元回転（１軸回転）は円周方向のみであり、その回転による遠心力（公転）と公転と逆回転（自転）によって、ボールは反対側へ飛び、試料を粉砕する。ボールの移動は限定的であり、粉砕効果は限定的である。 Two-dimensional rotation (single-axis rotation) is only in the circumferential direction, and the centrifugal force (revolution) and counter-rotation (spinning) caused by this rotation causes the balls to fly to the other side, crushing the sample. The movement of the balls is limited, and the crushing effect is also limited.
これに対し、３次元回転（２軸回転）させることのできる回転装置（ボールミル）によれば、ボールは球形容器内壁面に沿って、および容器内で複雑な軌道を描き、球形容器内全体(三次元)を利用できるため、充分な粉砕効果が期待できる。 In contrast, with a rotating device (ball mill) that can rotate in three dimensions (two axes), the balls trace complex trajectories along the inner wall of the spherical container and within the container, making use of the entire interior of the spherical container (three dimensions), so a sufficient grinding effect can be expected.
３次元回転（２軸回転）に係る回転装置として、外部モータにより内部モータとともに第１軸回転させ、内部モータにより第２軸周りに容器等を回転させる装置が一般的である（例えば特許文献１）。 As a rotating device for three-dimensional rotation (two-axis rotation), a device in which an external motor rotates together with an internal motor around a first axis, and the internal motor rotates a container or the like around a second axis is commonly used (for example, Patent Document 1).
外部モータにより内部モータ自体を回転させる結果、高速回転させると、内部モータに大きな遠心力が作用し、故障の原因になる。さらに、モータがついているため回転体の重心と回転中心を該一致させることが難しく、高速回転も難しい。また、容器と内部モータを合わせて回転させるには重量が重くなり、外部モータを大型化する必要がある。これにともない、多くのエネルギーを必要とし、熱損失も発生する。 When the internal motor itself is rotated by the external motor, a large centrifugal force acts on the internal motor when rotated at high speed, which can cause it to break down. Furthermore, because a motor is attached, it is difficult to align the center of gravity of the rotating body with the center of rotation, making high-speed rotation difficult. Also, rotating the container and internal motor together makes it heavy, and the external motor needs to be made larger. This requires a lot of energy and generates heat loss.
これに対し、内部モータに換えて伝達機構を有する回転装置が提案されている（例えば、特許文献２）。 In response to this, a rotating device that has a transmission mechanism instead of an internal motor has been proposed (for example, Patent Document 2).
特許文献２に係る回転装置は、装置本体と筺体と駆動モータと支持盤とから構成される。駆動モータの回転駆動力はプーリを介して本体装置に伝達される。 The rotating device in Patent Document 2 is composed of a device main body, a housing, a drive motor, and a support plate. The rotational driving force of the drive motor is transmitted to the main body device via a pulley.
本体装置は、外枠と内枠（容器保持構造）と第１円板（縦置）と第２円板（横置）と第１回転軸と第２回転軸とから構成されている。 The main body device is composed of an outer frame, an inner frame (container holding structure), a first circular plate (vertical), a second circular plate (horizontal), a first rotating shaft, and a second rotating shaft.
駆動モータの回転駆動力はプーリを介して、第１回転軸に伝達される。第１回転軸まわりに、外枠、第２回転軸が回転する。 The rotational driving force of the drive motor is transmitted to the first rotating shaft via a pulley. The outer frame and the second rotating shaft rotate around the first rotating shaft.
第１円板周面にはゴムが配設され、第２円板下面に当接されて、伝達機構を構成する。第１円板の回転力は第２円板に伝達される。第２回転軸まわりに、第２円板および内枠が回転する。 Rubber is arranged on the circumferential surface of the first disk, which abuts against the underside of the second disk to form a transmission mechanism. The rotational force of the first disk is transmitted to the second disk. The second disk and the inner frame rotate around the second rotation axis.
これにより、容器はX軸（第１回転軸）周りおよびZ軸（第２回転軸）周り、すなわち２軸周りに同時に回転する。これにより、３次元の回転を行うことができ、これを３次元回転と呼ぶ。 This allows the container to rotate around two axes simultaneously, the X-axis (first rotation axis) and the Z-axis (second rotation axis). This allows rotation in three dimensions, which is called three-dimensional rotation.
このように、球形容器内においてボールは複雑な軌道を描き、充分な粉砕効果が期待できる。従来の２次元回転の回転装置と比較して、容器形状により容器とボールの衝突に伴う発熱抑制を図ることができる。さらに、伝達機構により内部モータは不要となり、小型化、軽量化、高速回転化（たとえば４００ｒｐｍ）を図ることができる。また、伝達機構においても装置駆動に伴う発熱抑制を図ることができる。 In this way, the balls trace a complex trajectory inside the spherical container, and sufficient crushing effects can be expected. Compared to conventional rotating devices that rotate in two dimensions, the shape of the container makes it possible to suppress heat generation that occurs when the container and balls collide. Furthermore, the transmission mechanism makes an internal motor unnecessary, allowing for a smaller, lighter device and faster rotation (for example, 400 rpm). The transmission mechanism also makes it possible to suppress heat generation that occurs when the device is driven.
特許文献２の容器は球形である。球形容器を定速で３次元回転させると、ボールは球形容器内にて一定の軌道を描くようになる。本願発明者が、特許文献２の回転装置（本願基本形）を開発した当時は、定常状態の方が好ましいと考えていた。 The container in Patent Document 2 is spherical. When the spherical container is rotated three-dimensionally at a constant speed, the balls trace a constant trajectory within the spherical container. When the inventor of the present application developed the rotation device in Patent Document 2 (basic form of the present application), he thought that a steady state was preferable.
本願発明者は様々な粉砕試験を繰り返すうちに、この定常軌道が３次元回転ボールミルの性能を制限していると考えるようになった。 Through repeated grinding tests, the inventors came to believe that this stationary orbit limits the performance of the three-dimensional rotating ball mill.
本発明は上記課題を解決するものであり、３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕において、更なる粉砕効果が得られる技術を提供することを目的とする。 The present invention aims to solve the above problems and provide a technology that can achieve a better grinding effect when grinding using a rotating device that can rotate in three dimensions.
上記課題を解決する本発明は、容器を水平軸（X軸）および直交軸（Z軸）周りに３次元回転する回転装置である。回転装置は正回転と逆回転とを切り替える反転機構を有する。 The present invention, which solves the above problems, is a rotation device that rotates a container in three dimensions around a horizontal axis (X-axis) and an orthogonal axis (Z-axis). The rotation device has an inversion mechanism that switches between forward and reverse rotation.
反転により、ボール軌道の大きな変化を生み出し、更なる粉砕効果が期待できる。 The reversal creates a big change in the ball's trajectory, which can lead to even greater crushing effects.
上記発明において、好ましくは、３次元回転の状態を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した状態情報に基づいて前記反転機構に切り替え指令する制御装置と、を有する。 The above invention preferably includes a detection means for detecting the state of three-dimensional rotation, and a control device for issuing a switching command to the inversion mechanism based on the state information detected by the detection means.
３次元回転時の状態を検出し、状態情報に基づいて制御することにより、不必要に反転することもなく、適切に反転可能となる。 By detecting the state during three-dimensional rotation and controlling based on the state information, it is possible to perform appropriate inversion without unnecessary inversion.
上記発明において、好ましくは、前記検出手段は回転駆動に伴う電流負荷を検出する。 In the above invention, preferably, the detection means detects the current load associated with the rotational drive.
上記発明において、好ましくは、前記検出手段は回転駆動に伴う音を検出する。 In the above invention, preferably, the detection means detects sound associated with rotational driving.
上記発明において、好ましくは、前記検出手段は前記容器の温度を検出する。 In the above invention, preferably, the detection means detects the temperature of the container.
上記発明において、好ましくは、前記検出手段は前記回転装置の振動を検出する。 In the above invention, preferably, the detection means detects vibrations of the rotating device.
これらの検出手段により３次元回転時の状態を検出できる。 These detection means allow the state during three-dimensional rotation to be detected.
上記発明において、好ましくは、前記反転機構は、水平軸周りの反転、直交軸周りの反転、および、水平軸周りかつ直交軸周りの反転が可能である。 In the above invention, preferably, the inversion mechanism is capable of inversion around a horizontal axis, inversion around an orthogonal axis, and inversion around both the horizontal axis and the orthogonal axis.
これにより、ボール軌道変化が期待できる。 This is expected to change the ball's trajectory.
上記発明において、好ましくは、前記回転装置は、第１回転駆動装置と、前記第１回転駆動装置により回転される第１水平軸と、前記第１水平軸に結合される外側回転枠と、前記第１回転駆動装置と反対側に設けられる第２回転駆動装置と、前記第１水平軸と反対側に設けられ、前記外側回転枠の一側面を貫通し、前記第２回転駆動装置により回転される第２水平軸と、前記第２水平軸に結合され、前記第２水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、前記第１水平軸および前記第２水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、前記主動円板の回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、前記第１回転駆動装置および第２回転駆動装置の出力を個別に制御する制御装置と、を備える。 In the above invention, preferably, the rotating device includes a first rotating drive device, a first horizontal shaft rotated by the first rotating drive device, an outer rotating frame coupled to the first horizontal shaft, a second rotating drive device provided on the opposite side of the first rotating drive device, a second horizontal shaft provided on the opposite side of the first horizontal shaft, penetrating one side of the outer rotating frame, and rotated by the second rotating drive device, a driving disk coupled to the second horizontal shaft and having a plate surface in a direction perpendicular to the second horizontal shaft, an orthogonal shaft provided on the outer rotating frame and having an axial direction perpendicular to the axial directions of the first horizontal shaft and the second horizontal shaft, an inner rotating frame coupled to the orthogonal shaft and holding the container, a driven disk coupled to the orthogonal shaft and having a plate surface in a direction perpendicular to the orthogonal axis, a transmission mechanism that transmits the rotational force of the driving disk to the driven disk, and a control device that individually controls the output of the first rotating drive device and the second rotating drive device.
上記回転装置により、３次元高速回転を実現できる。２軸回転を個別に制御できる。 The above rotation device allows for high-speed three-dimensional rotation. Two-axis rotation can be controlled separately.
上記発明において、好ましくは、前記回転装置は、回転駆動装置と、前記回転駆動装置により回転される水平軸と、前記水平軸に結合される外側回転枠と、前記外側回転枠の一側面を貫通して前記水平軸に結合され、前記水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、前記水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、前記主動円板まわりの回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、前記回転駆動装置の出力を制御する制御装置と、を備える。 In the above invention, preferably, the rotating device includes a rotation drive device, a horizontal shaft rotated by the rotation drive device, an outer rotating frame connected to the horizontal shaft, a driving disk connected to the horizontal shaft through one side of the outer rotating frame and having a plate surface perpendicular to the horizontal shaft, an orthogonal shaft having an axial direction perpendicular to the axial direction of the horizontal shaft and provided on the outer rotating frame, an inner rotating frame connected to the orthogonal shaft and holding the container, a driven disk connected to the orthogonal shaft and having a plate surface perpendicular to the orthogonal axis, a transmission mechanism that transmits the rotational force around the driving disk to the driven disk, and a control device that controls the output of the rotation drive device.
上記回転装置により、３次元高速回転を実現できる。１つの駆動装置により、２軸回転を実現できる。 The above rotation device can achieve three-dimensional high-speed rotation. One drive device can achieve two-axis rotation.
上記課題を解決する本発明は、微粒子作製方法である。前記容器に硬質ボールと被粉砕物を入れ、前記容器を正回転させたのち、逆回転させるように、３次元回転させ、前記被粉砕物を粉砕して微粒子とする。正回転させたのち、逆回転させること、あるいは、逆回転後にさらに逆回転（正回転に戻すこと）させることを反転と呼ぶ。 The present invention, which solves the above problems, is a method for producing fine particles. A hard ball and the material to be crushed are placed in the container, and the container is rotated three-dimensionally, such as rotating forward and then reverse, to crush the material into fine particles. Rotating forward and then rotating reverse, or rotating reverse again (returning to forward rotation) is called inversion.
反転により、ボール軌道の急激で複雑な変化を生み出し、更なる粉砕効果が期待できる。 The reversal creates a sudden and complex change in the ball's trajectory, which can lead to an even greater crushing effect.
上記本発明において、前記正回転と逆回転を交互に繰り返す。 In the present invention, the forward and reverse rotations are alternately repeated.
反転を繰り返すことにより、微粒子堆積を解すことができる。また、粉砕を促進させることができる。 Repeated inversion can break up the accumulation of fine particles and can also promote crushing.
上記本発明において、好ましくは、前記被粉砕物はケイ素粒である。 In the present invention, the material to be ground is preferably silicon particles.
ケイ素微粒子は、様々な用途において有用である。 Silicon microparticles are useful for a variety of applications.
上記本発明において、好ましくは、前記微粒子の平均径を前記硬質ボールの平均径の１／１００以下とする。さらに好ましくは、１／５００以下、１／１０００以下とする。より好ましくは、１／２５００以下とする。 In the present invention, the average diameter of the microparticles is preferably 1/100 or less of the average diameter of the hard ball. More preferably, it is 1/500 or less, or 1/1000 or less. More preferably, it is 1/2500 or less.
微粒子サイズをより細かくする粉砕に、反転を繰り返すことは、特にその効果が顕著となる。 Repeated inversion is particularly effective in grinding to produce finer particle sizes.
上記発明において、好ましくは、前記水平軸に直交する第１断面、前記直交軸に直交する第２断面のうち、いずれか一方は、略真円状であり、他方は短軸に対し非対称な略楕円状である。他方が長軸に対し非対称な略楕円状であってもよい。 In the above invention, preferably, one of the first cross section perpendicular to the horizontal axis and the second cross section perpendicular to the orthogonal axis is substantially circular, and the other is substantially elliptical and asymmetric with respect to the minor axis. The other may be substantially elliptical and asymmetric with respect to the major axis.
球形容器であってもよいが、球形容器以外とすることにより、特に、軸非対称とすることにより、ボール軌道の急激で複雑な変化を生み出し、更なる粉砕効果が期待できる。 A spherical container may be used, but by using a container other than a spherical one, and particularly by making it axially asymmetric, a sudden and complex change in the ball trajectory can be produced, which is expected to produce a further crushing effect.
本発明では、３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕において、更なる粉砕効果が得られる。 In the present invention, a further grinding effect can be obtained by using a rotating device that can rotate in three dimensions.
＜回転装置基本構成＞
図１および図２は、回転装置の一例の概略図である。図１は断面図であり、図２は斜視図である。回転装置は、装置本体と筺体と回転駆動装置である電動モータ１，４と支持盤とから構成される。
<Basic configuration of the rotating device>
1 and 2 are schematic diagrams of an example of a rotating device, Fig. 1 being a cross-sectional view and Fig. 2 being a perspective view. The rotating device is composed of a device main body, a housing, electric motors 1 and 4 as rotation drive devices, and a support plate.
装置本体は、第１水平軸２と、外側回転枠３と、第２水平軸５と、主動円板６と、直交軸７と、内側回転枠８と、従動円板９と、伝達機構１０と、制御装置３０とを備える。図示では、各構成１～１０について装置主要構成１００とし、概略構成として表示し、制御装置３０および制御に係る信号を追記する。 The device body includes a first horizontal shaft 2, an outer rotating frame 3, a second horizontal shaft 5, a driving disk 6, an orthogonal shaft 7, an inner rotating frame 8, a driven disk 9, a transmission mechanism 10, and a control device 30. In the figure, each component 1 to 10 is shown as the main device component 100, a schematic configuration, and the control device 30 and the signals related to the control are added.
電動モータ１（第１回転駆動装置）の出力軸はプーリを介して第１水平軸２に結合されている。また、第１水平軸２は、外側回転枠３に結合されている。すなわち、電動モータ１の駆動により、外側回転枠３は第１水平軸２回り（軸心Ｘ－Ｘラインの回り）で回転する。 The output shaft of the electric motor 1 (first rotary drive device) is connected to the first horizontal shaft 2 via a pulley. The first horizontal shaft 2 is also connected to the outer rotary frame 3. In other words, when the electric motor 1 is driven, the outer rotary frame 3 rotates around the first horizontal shaft 2 (around the axis X-X line).
電動モータ４（第２回転駆動装置）の出力軸はプーリを介して第２水平軸５に結合されている。第２水平軸５は、第１水平軸２と反対側に設けられ、外側回転枠３の一側面を貫通する。第２水平軸５と外側回転枠３との間には、ボールベアリングが設けられている。また、第２水平軸５は、主動円板６に結合されている。主動円板６は第２水平軸５に垂直な方向に板面を有する。 The output shaft of the electric motor 4 (second rotary drive device) is connected to the second horizontal shaft 5 via a pulley. The second horizontal shaft 5 is provided on the opposite side to the first horizontal shaft 2 and passes through one side of the outer rotary frame 3. A ball bearing is provided between the second horizontal shaft 5 and the outer rotary frame 3. The second horizontal shaft 5 is also connected to a driven disc 6. The driven disc 6 has a plate surface in a direction perpendicular to the second horizontal shaft 5.
すなわち、電動モータ４の駆動により、主動円板６は第２水平軸５回り（X－Xラインの回り）で回転する。一方で、第２水平軸５は外側回転枠３と縁が切れているため、電動モータ４の駆動力は外側回転枠３に直接伝達されない。 That is, when the electric motor 4 is driven, the drive disk 6 rotates around the second horizontal shaft 5 (around the X-X line). However, because the second horizontal shaft 5 is not connected to the outer rotating frame 3, the driving force of the electric motor 4 is not directly transmitted to the outer rotating frame 3.
直交軸７，７は外側回転枠３に設けられる。直交軸７，７と外側回転枠３との間には、ボールベアリングが設けられている。直交軸７，７は、第１水平軸２および第２水平軸５の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有する。また、直交軸７，７は、内側回転枠８に結合されている。 The orthogonal shafts 7, 7 are provided on the outer rotating frame 3. A ball bearing is provided between the orthogonal shafts 7, 7 and the outer rotating frame 3. The orthogonal shafts 7, 7 have an axial direction perpendicular to the axial direction of the first horizontal shaft 2 and the second horizontal shaft 5. The orthogonal shafts 7, 7 are also connected to the inner rotating frame 8.
すなわち、内側回転枠８は外側回転枠３の内側に配置され、外側回転枠３内において直交軸７回り（Z－Zライン）に回転自在となっている。 In other words, the inner rotating frame 8 is placed inside the outer rotating frame 3 and is freely rotatable around the orthogonal axis 7 (Z-Z line) within the outer rotating frame 3.
さらに、直交軸７は、従動円板９に結合されている。すなわち、従動円板９の直交軸７回りの回転に伴い、内側回転枠８も直交軸７回り（Z－Zライン）で回転する。なお、内側回転枠８および従動円板９が直交軸７回りで回転しても、この回転力は外側回転枠３に直接伝達されない。 The orthogonal shaft 7 is connected to the driven disk 9. That is, as the driven disk 9 rotates about the orthogonal shaft 7, the inner rotating frame 8 also rotates about the orthogonal shaft 7 (Z-Z line). Note that even if the inner rotating frame 8 and the driven disk 9 rotate about the orthogonal shaft 7, this rotational force is not directly transmitted to the outer rotating frame 3.
伝達機構１０は、主動円板６の周端面が従動円板９の板面外周部に対向した状態で、主動円板６の回転力を従動円板９に伝達する。 The transmission mechanism 10 transmits the rotational force of the driving disk 6 to the driven disk 9 with the peripheral end surface of the driving disk 6 facing the outer periphery of the plate surface of the driven disk 9.
内側回転枠８内には楕円球容器２３が保持されている（図１，図３参照）。 An oval-spherical container 23 is held inside the inner rotating frame 8 (see Figures 1 and 3).
＜回転装置基本動作＞
制御装置３０は、電動モータ１および電動モータ４の出力を個別に制御可能である。
<Basic operation of the rotating device>
The control device 30 is capable of individually controlling the outputs of the electric motors 1 and 4 .
電動モータ１を駆動させると、第１水平軸２を介して、外側回転枠３はX－Xラインの回りで回転する。 When the electric motor 1 is driven, the outer rotating frame 3 rotates around the X-X line via the first horizontal shaft 2.
外側回転枠３の回転に伴い、外側回転枠３に設けられた直交軸７，７もX－Xラインの回りで回転する。さらに直交軸７，７を介して内側回転枠８および従動円板９も、同様に、X－Xラインの回りで回転する。 As the outer rotating frame 3 rotates, the orthogonal shafts 7, 7 provided on the outer rotating frame 3 also rotate around the X-X line. Furthermore, the inner rotating frame 8 and driven disk 9 also rotate around the X-X line via the orthogonal shafts 7, 7.
電動モータ４を駆動させると、第２水平軸５を介して、主動円板６はX－Xラインの回りで回転する。 When the electric motor 4 is driven, the drive disk 6 rotates around the X-X line via the second horizontal shaft 5.
主動円板６と従動円板９は個別にX－Xラインの回りで回転し、回転速度差が発生する。X－Xラインの回りの回転速度差は伝達機構１０を介して従動円板９に伝達され、従動円板９が直交軸７の回り（Z－Zラインの回り）で回転し、内側回転枠８もZ－Zラインの回りで回転する。 The drive disk 6 and driven disk 9 rotate individually around the X-X line, generating a rotational speed difference. The rotational speed difference around the X-X line is transmitted to the driven disk 9 via the transmission mechanism 10, causing the driven disk 9 to rotate around the orthogonal axis 7 (around the Z-Z line), and the inner rotating frame 8 also rotates around the Z-Z line.
すなわち、内側回転枠８および楕円球容器２３は、X－Xラインの回りで回転するとともに、Z－Zラインの回りでも回転する。言い換えると、２軸回転（３次元回転）する。 That is, the inner rotating frame 8 and the oval-spherical container 23 rotate around the X-X line and also around the Z-Z line. In other words, they rotate on two axes (three-dimensional rotation).
＜伝達機構例＞
電動モータ１および電動モータ４の出力を個別に制御することにより、X－Xラインの回りでの回転数（回転速度）とZ－Zラインの回りでの回転数（回転速度）を個別に制御することができる。これにより、更に複雑な挙動を実現できる。
<Example of transmission mechanism>
By individually controlling the output of electric motor 1 and electric motor 4, it is possible to individually control the number of rotations (rotational speed) around line XX and the number of rotations (rotational speed) around line ZZ, which allows for even more complex behavior to be achieved.
一方で、電動モータ１および電動モータ４の個別制御は複雑な制御になりやすい。回転速度を増していくと、接触伝達機構では当接のスリップが発生し、速度制御の精度にかかる課題が発生するおそれがある。特に、主動円板６も従動円板９もX－Xラインの回りで回転すると、接触（当接）伝達機構では当接のスリップが発生しやすい。 On the other hand, individual control of electric motor 1 and electric motor 4 tends to be complicated. As the rotation speed increases, contact slippage occurs in the contact transmission mechanism, which may cause problems with the accuracy of speed control. In particular, when both the drive disc 6 and the driven disc 9 rotate around the X-X line, contact slippage is likely to occur in the contact (contact) transmission mechanism.
さらに、回転速度を周期的に増減させる様な複雑な制御を想定する場合、伝達が追従できず、当接スリップが発生するおそれがある。 Furthermore, when complex control is assumed, such as periodically increasing and decreasing the rotation speed, the transmission may not be able to keep up, and contact slippage may occur.
図１および図２の伝達機構は非接触式であり、複数の第１磁石１１と複数の第２磁石１２とから構成される。第１磁石１１と第２磁石１２との間にスペース１３が形成されている。つまり、第１磁石１１と第２磁石１２とは非接触である。 The transmission mechanism in Figures 1 and 2 is of a non-contact type and is composed of a plurality of first magnets 11 and a plurality of second magnets 12. A space 13 is formed between the first magnets 11 and the second magnets 12. In other words, the first magnets 11 and the second magnets 12 are not in contact with each other.
第１磁石１１は、主動円板６の周端面に、N極とS極とが交互になる様に複数配設される。第２磁石１２は、従動円板９の板面外周部に、N極とS極とが交互になる様に複数配設される。 The first magnets 11 are arranged on the peripheral end surface of the driving disk 6 with alternating north and south poles. The second magnets 12 are arranged on the outer periphery of the driven disk 9 with alternating north and south poles.
主動円板６が回転すると、第１磁石１１も回転する。第１磁石１１のN極は、第２磁石１２のN極と反発しあい、第２磁石１２のS極と引き合おうとする。第１磁石１１のS極は、第２磁石１２のS極と反発しあい、第２磁石１２のN極と引き合おうとする。これを繰り返すことにより、主動円板６のX－Xラインの回りの回転力が従動円板９に伝達され、従動円板９はZ－Zラインの回りで回転する。 When the driven disk 6 rotates, the first magnet 11 also rotates. The north pole of the first magnet 11 repels the north pole of the second magnet 12 and tries to attract the south pole of the second magnet 12. The south pole of the first magnet 11 repels the south pole of the second magnet 12 and tries to attract the north pole of the second magnet 12. By repeating this, the rotational force of the driven disk 6 around the X-X line is transmitted to the driven disk 9, and the driven disk 9 rotates around the Z-Z line.
非接触伝達機構においては、当接スリップは発生しない。その結果、精度のよい速度制御が可能である。また、回転力伝達に伴い発熱しない。回転速度を周期的に増減させるような複雑な制御も可能となる。 In a non-contact transmission mechanism, contact slippage does not occur. As a result, precise speed control is possible. In addition, no heat is generated during the transmission of rotational force. Complex control such as periodically increasing and decreasing the rotational speed is also possible.
＜回転装置変形例＞
容器を３次元回転させることのできる回転装置であれば、上記に限定されない。
<Modification of Rotation Device>
The rotating device is not limited to the above, as long as it can rotate the container three-dimensionally.
図３は、回転装置の変形例である。電動モータ４がなく、第２水平軸５が固定されることにより、主動円板６も固定されている。なお、図１および図２記載の回転装置と同様の構成に対しては、対応する符号を参照し、図面簡略化のため符号図示を省略する。 Figure 3 shows a modified version of the rotating device. There is no electric motor 4, and the second horizontal shaft 5 is fixed, so the driven disk 6 is also fixed. Note that for configurations similar to those of the rotating device shown in Figures 1 and 2, the corresponding reference numerals are used, and the reference numerals are omitted to simplify the drawings.
電動モータ１を駆動させると、第１水平軸２を介して、外側回転枠３はX－Xラインの回りで回転する。 When the electric motor 1 is driven, the outer rotating frame 3 rotates around the X-X line via the first horizontal shaft 2.
外側回転枠３の回転に伴い、外側回転枠３に設けられた直交軸７，７もX－Xラインの回りで回転する。さらに直交軸７，７を介して内側回転枠８および従動円板９も、同様に、X－Xラインの回りで回転する。 As the outer rotating frame 3 rotates, the orthogonal shafts 7, 7 provided on the outer rotating frame 3 also rotate around the X-X line. Furthermore, the inner rotating frame 8 and driven disk 9 also rotate around the X-X line via the orthogonal shafts 7, 7.
このとき、従動円板９は主動円板６外周に沿って回転する。X－Xラインの回りの回転力は伝達機構１０を介して従動円板９に伝達され、従動円板９が直交軸７の回り（Z－Zラインの回り）で回転し、内側回転枠８もZ－Zラインの回りで回転する。 At this time, the driven disk 9 rotates along the outer circumference of the driven disk 6. The rotational force around the X-X line is transmitted to the driven disk 9 via the transmission mechanism 10, causing the driven disk 9 to rotate around the orthogonal axis 7 (around the Z-Z line), and the inner rotating frame 8 also rotates around the Z-Z line.
内側回転枠８および球形容器２２は、X－Xラインの回りで回転するとともに、Z－Zラインの回りでも回転する。言い換えると、２軸回転（３次元回転）する。 The inner rotating frame 8 and the spherical container 22 rotate around the X-X line and also around the Z-Z line. In other words, they rotate on two axes (three-dimensional rotation).
このとき、Z－Zラインの回りでの回転数（回転速度）はX－Xラインの回りでの回転数（回転速度）に比例する。回転装置作動中は、個別制御ができない。一方で、２つのモータの個別制御に比べ、制御を単純化できる。 At this time, the number of rotations (rotational speed) around the Z-Z line is proportional to the number of rotations (rotational speed) around the X-X line. Individual control is not possible while the rotating device is operating. On the other hand, control can be simplified compared to individual control of two motors.
図４は、回転装置の別の変形例である。具体的には伝達機構１０の変形例である。図１および図２の伝達機構は非接触式であるのに対し、図４の伝達機構は接触式(当接式)である。 Figure 4 shows another modified example of a rotating device. Specifically, it is a modified example of the transmission mechanism 10. While the transmission mechanisms in Figures 1 and 2 are non-contact type, the transmission mechanism in Figure 4 is a contact type (abutment type).
主動円板６の周面に、摩擦係数が大きな弾性体（例えば、ゴムバンド）が取り付けられている。さらにゴムバンドには溝が設けられている。これにより、主動円板６の周面はゴムで形成された伝達機構１０を介して従動円板９に圧接し、両者間に摩擦抵抗力が発生する。 An elastic body with a large coefficient of friction (e.g., a rubber band) is attached to the peripheral surface of the driving disk 6. Furthermore, grooves are provided in the rubber band. As a result, the peripheral surface of the driving disk 6 is pressed against the driven disk 9 via the transmission mechanism 10 made of rubber, generating frictional resistance between the two.
従動円板９の板面外周に環状かつ面状のゴムが貼付されていてもよい。すなわち、どちらかの当接面または両方に弾性体が設けられていればよい。 A ring-shaped rubber sheet may be attached to the outer periphery of the plate surface of the driven disk 9. In other words, an elastic body may be provided on either or both of the contact surfaces.
伝達機構１０の変形例として歯の噛み合わせ機構（図示省略）としてもよい。 A variation of the transmission mechanism 10 may be a tooth meshing mechanism (not shown).
＜本願着眼点＞
３次元回転における粉砕において、ボールとボールとが回転しながら擦れるように衝突し、被粉砕物はボールとボールの間に、ボールと容器の間に存在し、粉砕されていると推測される。
<Focus of this application>
In crushing during three-dimensional rotation, the balls collide with each other while rotating, rubbing against each other, and it is presumed that the material to be crushed exists between the balls and between the ball and the container and is crushed.
しかしながら、被粉砕物が粉砕され粒子が小さくなると、相対的に粒子サイズに対するボールサイズの比が大きくなる。その結果、例えばボールとボールが衝突し、その間に微粒子が挟まる場合を考えると、粒子サイズが小さくなるほど、ボールとボールの衝突点での粒子の接触機会が減る。これにより粉砕効果が抑制される。 However, when the material to be crushed is crushed and the particles become smaller, the ratio of ball size to particle size becomes larger. As a result, for example, if two balls collide and a fine particle gets caught between them, the smaller the particle size, the less chance there is for the particles to come into contact at the point of collision between the balls. This suppresses the crushing effect.
また、容器とボールの隙間にある微粒子化した粒子は、粉砕される割合が減り、ボールよって容器壁側へ圧力を受けて押され、押し固められていくと推測される。これが繰り返されると微粒子が堆積していく。これにより、ある程度のサイズ（例えばボールサイズの１／１００以下）になると、粉砕効果が抑制される。 It is also assumed that the rate at which the fine particles in the gap between the container and the ball are crushed decreases, and that they are pushed toward the container wall by the pressure of the ball, becoming compacted. When this process is repeated, the fine particles accumulate. As a result, once the particles reach a certain size (for example, 1/100 or less of the ball size), the crushing effect is suppressed.
例えば、本願では、ケイ素微粒子に着目した。ケイ素微粒子は、リチウムイオン二次電池用の負極活物質、シリサイドターゲット原料として、ケイ素微粒子に発光性の有機分子を吸着させて増強発光させたものは発光体材料として用いられる。 For example, this application focuses on silicon microparticles. Silicon microparticles are used as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries, as silicide target raw materials, and when luminescent organic molecules are adsorbed onto silicon microparticles to enhance luminescence, they are used as luminescent materials.
直径φ０．１ｍｍ～３０ｍｍ程度のボールを用いて、０．０１ｍｍ～１０ｍｍ程度のケイ素粒を０．０３μｍ～９０μｍの微粒子に粉砕することを企図する。その際、更なる粉砕効果を向上させることを検討した。 The aim is to use balls with a diameter of about 0.1 mm to 30 mm to crush silicon particles of about 0.01 mm to 10 mm into fine particles of 0.03 μm to 90 μm. In doing so, we also considered ways to further improve the crushing effect.
＜粉砕概要＞
球形容器２２に硬質ボールと被粉砕物を入れ、５０ｒｐｍ～８００ｒｐｍ程度で３次元回転させて粉砕する。１００ｒｐｍ～４００ｒｐｍ程度が好ましい。
<Crushing Overview>
Hard balls and the material to be crushed are placed in the spherical container 22, and the material is crushed by rotating it three-dimensionally at about 50 rpm to 800 rpm, preferably about 100 rpm to 400 rpm.
球形容器２２の容器サイズは限定されないが、粉砕試験では容器最大径８０ｍｍ～２５０ｍｍを用いている。後述のような球形以外容器の場合は、球形直径に準じて容器サイズを設定する。 The size of the spherical container 22 is not limited, but in the crushing test, a maximum container diameter of 80 mm to 250 mm is used. In the case of containers other than spherical ones as described below, the container size is set according to the spherical diameter.
球形容器２２も硬質ボールと同等の材質（例えば、ジルコニアやアルミナ）であることが好ましい。ステンレスを用いてもよい。 The spherical container 22 is preferably made of the same material as the hard balls (e.g., zirconia or alumina). Stainless steel may also be used.
被粉砕対象例として０．０１ｍｍ～１０ｍｍ程度のケイ素粒（比重２．３ｇ／ｃｍ３）とし、０．０３μｍ～９０μｍの微粒子に粉砕する。上記容器サイズに対応して、数ｇ～数百ｇの被粉砕物を入れる。なお、被粉砕対象はケイ素粒に限定されない。 As an example of the object to be pulverized, silicon particles of about 0.01 mm to 10 mm (specific gravity 2.3 g/cm3) are used, which are pulverized into fine particles of 0.03 μm to 90 μm. Depending on the size of the container, several grams to several hundred grams of the object to be pulverized are placed inside. Note that the object to be pulverized is not limited to silicon particles.
一般に用いられる硬質ボールはセラミック製や金属製である。セラミックの例としてジルコニア（比重５．７ｇ／ｃｍ３）やアルミナ（比重４．０ｇ／ｃｍ３）がある。上記容器サイズに対応して、被粉砕物の材質や量に応じて直径φ０．１ｍｍ～３０ｍｍ程度のボールを数十ｇ～数Ｋｇ入れる。 Hard balls that are commonly used are made of ceramic or metal. Examples of ceramics include zirconia (specific gravity 5.7 g/cm 3 ) and alumina (specific gravity 4.0 g/cm 3 ). Depending on the size of the container, several tens of grams to several kilograms of balls with diameters of about φ0.1 mm to 30 mm are placed in the container, depending on the material and amount of the material to be crushed.
本願では、粉砕後の微粒子サイズが細かい（たとえば硬質ボールサイズの１／１００以下）場合に、特に効果を発揮する。 This application is particularly effective when the particle size after grinding is fine (for example, 1/100 or less of the hard ball size).
＜反転＞
本願発明者は、球形容器内におけるボールの定常軌道が粉砕効果限界の一因と考え、反転によるボール軌道変化を着想した。
<Invert>
The inventors of the present invention believe that the steady trajectory of the balls in the spherical container is one of the factors limiting the crushing effect, and came up with the idea of changing the ball trajectory by inverting the container.
特に球形容器において、被粉砕物は粉砕され、サイズが小さくなっていくにしたがって、ボールよって容器壁側へ圧力を受けて押され、押し固められると推測され、粉砕効果が抑制される。 In particular, in spherical containers, it is assumed that as the material to be crushed is crushed and the size of the material decreases, it is pushed against the container wall by the balls and compacted, suppressing the crushing effect.
制御装置３０は、電動モータ１および電動モータ４の出力を個別に制御可能である。たとえば、逆回転可能である。制御装置３０の逆回転指令は反転機構を構成する。正回転させたのち、逆回転させる。これを繰り返してもよい。 The control device 30 can control the output of the electric motor 1 and the electric motor 4 individually. For example, it can rotate in reverse. The reverse rotation command from the control device 30 constitutes a reversal mechanism. After rotating forward, it rotates in reverse. This can be repeated.
実施例は、反転による粉砕結果である。比較例１－１、比較例１－２は反転なしによる粉砕結果である。比較例１－１では実施例と粉砕時間をほぼ同じにする。比較例１－２では実施例と粉砕時間をほぼ２倍にする。なお、効果の検証を容易とするため、球形容器２２を用いる。 The Example shows the results of crushing with inversion. Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 show the results of crushing without inversion. In Comparative Example 1-1, the crushing time is almost the same as in the Example. In Comparative Example 1-2, the crushing time is almost twice as long as in the Example. Note that a spherical container 22 is used to make it easier to verify the effect.
粒度分布から、最大径、最大径の量、最小径、最小径の量、体積基準の平均粒子径ＭＶと、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０をそれぞれ算出する。 From the particle size distribution, the maximum diameter, the amount of maximum diameter, the minimum diameter, the amount of minimum diameter, the volume-based average particle diameter MV, and the d10, d50, and d90 are calculated.
最大径は測定された試料の中で最も大きい粒子サイズである。最小径は測定された試料の中で最も小さい粒子サイズである。ＭＶ（体積平均径）は、体積基準の平均粒子径である。各値が小さい程、粉砕効果が大きいことを示す。 The maximum diameter is the largest particle size among the samples measured. The minimum diameter is the smallest particle size among the samples measured. The MV (volume mean diameter) is the average particle size based on volume. The smaller the value, the greater the grinding effect.
ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０は累積個数が１０％、５０%、９０％時の粒子サイズである。各値が小さい程、粉砕効果が大きいことを示す。 d10, d50, and d90 are the particle sizes when the cumulative number is 10%, 50%, and 90%. The smaller the value, the greater the crushing effect.
比表面積は、試料のシリコン微粒子を測定用セルに入れ、脱気時間６０分、脱気温度２００℃の条件でセル内を脱気した後、全自動ガス吸着量測定装置（ＡＵＴＯＳＯＲＢ－ｉＱ２、ＱＵＡＮＴＡＣＨＲＯＭＥ社製）を用いて、ＢＥＴ法により測定される。測定ガスは、窒素ガスを用いる。各値が大きい程、粉砕効果が大きいことを示す。 The specific surface area is measured by placing the silicon microparticles as a sample in a measurement cell, degassing the cell for 60 minutes at a temperature of 200°C, and then using a fully automatic gas adsorption measurement device (AUTOSORB-iQ2, manufactured by QUANTACROME) with the BET method. Nitrogen gas is used as the measurement gas. The larger the value, the greater the crushing effect.
なお、粉砕後のシリコン微粒子は凝集しているため、以下のように処理する。粒度分布を測定する際に、事前に、乳鉢と乳棒を用いて解砕する。解砕したシリコン微粒子を界面活性剤水溶液に投入し、超音波処理によりシリコン微粒子を３分間分散させてシリコン微粒子分散液を調製する。次いで、得られたシリコン微粒子分散液中のシリコン微粒子の粒度分布を、レーザ回折・散乱式粒子径分布測定装置（ＭＴ３３００ＥＸ ＩＩ、マイクロトラック・ベル株式会社製）を用いて測定する。 Note that since the silicon microparticles after pulverization are in agglomerated form, they are treated as follows. Before measuring the particle size distribution, they are crushed using a mortar and pestle. The crushed silicon microparticles are placed in an aqueous surfactant solution and dispersed by ultrasonic treatment for 3 minutes to prepare a silicon microparticle dispersion. The particle size distribution of the silicon microparticles in the resulting silicon microparticle dispersion is then measured using a laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device (MT3300EX II, manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd.).
反転による実施例と反転のない比較例１－１とを比較すると、最大径、最小径、体積平均径ＭＶ、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の全ての指標において、実施例の値の方が小さく、粉砕効果が大きいことを示す。また、比表面積の指標において、実施例の値の方が大きく、粉砕効果が大きいことを示す。これにより、反転によるボール軌道変化がある方が好ましいことが示唆される。 When comparing the Example with reversal and Comparative Example 1-1 without reversal, the values of the Example are smaller for all indicators, including maximum diameter, minimum diameter, volume mean diameter MV, d10, d50, and d90, indicating a greater crushing effect. Also, the value of the specific surface area indicator is larger for the Example, indicating a greater crushing effect. This suggests that it is preferable to have a change in ball trajectory due to reversal.
反転による実施例と反転のない比較例１－２（粉砕時間２倍）とを比較すると、最大径、最小径、体積平均径ＭＶ、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の全ての指標において、実施例の値の方がやや小さくまた、比表面積の指標において、実施例の値の方がやや大きい。 When comparing the Example with inversion and Comparative Example 1-2 without inversion (milling time doubled), the values of the Example are slightly smaller for all indicators, including maximum diameter, minimum diameter, volume mean diameter MV, d10, d50, and d90, and the value of the Example is slightly larger for the indicator of specific surface area.
これにより、粉砕時間を徒に長くするより、反転によるボール軌道変化の方が、更なる粉砕効果が得られることが示唆される。 This suggests that changing the ball trajectory by reversing the ball will have a greater effect on crushing than simply lengthening the crushing time.
特に球形容器においては、内壁面に付着する被粉砕物は、反転により、剥離するものと思われる。これにより、更なる粉砕効果が得られる。 In particular, in spherical containers, it is believed that the material to be crushed that adheres to the inner wall surface will be peeled off by inversion. This will result in an even greater crushing effect.
一方、球形以外の容器（後述）においては、その形状によっては、容器内において局所的に被粉砕物が付着したり溜まったりする恐れがある。局所的に付着したり溜まったりした被粉砕物は、反転により、剥離、剥落するものと思われる。これにより、更なる粉砕効果が得られる。 On the other hand, in containers other than spherical (described below), depending on the shape, there is a risk that the material to be crushed may adhere or accumulate locally inside the container. It is believed that the material that adheres or accumulates locally will peel off or fall off when the container is inverted. This provides an even greater crushing effect.
＜反転の態様＞
反転における制御では、正回転時間および逆回転時間、それぞれの回転数、それぞれの回転数に到達する時間、および繰り返し回数等を設定しておく。
<Inversion Mode>
In controlling the reversal, the forward rotation time and reverse rotation time, the respective rotation speeds, the time required to reach each rotation speed, the number of repetitions, etc. are set in advance.
また、水平軸周りの反転のみ、直交軸周りの反転のみ、水平軸周りかつ直交軸周りの両方の反転が選択可能である。 You can also choose to invert only around the horizontal axis, only around the orthogonal axis, or both around the horizontal and orthogonal axes.
水平軸周りかつ直交軸周りの両方を反転する場合、ほぼ同時に反転してもよい。水平軸周りのみ反転したのち、直交軸周りのみ反転してもよい。直交軸周りのみ反転したのち、水平軸周りのみ反転してもよい。 When inverting both around the horizontal axis and the orthogonal axis, the inversions may be performed almost simultaneously. The image may be inverted only around the horizontal axis, and then inverted only around the orthogonal axis. The image may be inverted only around the orthogonal axis, and then inverted only around the horizontal axis.
正回転時間と逆回転時間とのいずれかを長くしてもよい。水平軸周りの切り替えインターバルと直交軸周りの切り替えインターバルのいずれかを長くしてもよい。 Either the forward rotation time or the reverse rotation time may be lengthened. Either the switching interval around the horizontal axis or the switching interval around the orthogonal axis may be lengthened.
正回転速度（回転数）と逆回転速度とのいずれかを速くしてもよい。水平軸周りの回転速度と直交軸周りの回転速度とのいずれかを速くしてもよい。 Either the forward rotation speed (number of rotations) or the reverse rotation speed may be increased. Either the rotation speed around the horizontal axis or the rotation speed around the orthogonal axis may be increased.
このような回転変化によりボール軌道の定常状態に対し変化が発生し、被粉砕物の内壁面への付着を抑制し、更なる粉砕効果が得られる。 This change in rotation causes a change in the steady state of the ball trajectory, suppressing adhesion of the material to be crushed to the inner wall surface and achieving a further crushing effect.
＜反転制御＞
ところで、上述の通り、粉砕が進むと微粒子は容器壁側へ圧力を受けて押され、押し固められていくと推測される。これが繰り返されると微粒子が堆積していく。これが粉砕効果抑制の原因と思われる。
<Reverse control>
As mentioned above, it is assumed that as the grinding process progresses, the fine particles are pressed against the container wall and compacted. If this process is repeated, the fine particles will accumulate. This is thought to be the cause of the suppression of the grinding effect.
上記現象に対し、上記状態をセンサ等により検出し、センサが検出した状態情報に基づいて制御装置３０は、回転方向の切り替え指令をしてもよい。 In response to the above phenomenon, the above state may be detected by a sensor or the like, and the control device 30 may issue a command to switch the direction of rotation based on the state information detected by the sensor.
図５は状態検出の一例である。粉砕効果抑制状態では、粉砕に必要なエネルギーも減るため、電流負荷も低減する。電動モータ１，４には電流センサ３１が設けられている。電流センサ３１による負荷電流値が所定の閾値以下になると、制御装置３０は粉砕効果抑制状態と判断し、回転方向を切り替える。 Figure 5 shows an example of state detection. In the crushing effect suppression state, the energy required for crushing is reduced, and therefore the current load is also reduced. The electric motors 1 and 4 are provided with a current sensor 31. When the load current value measured by the current sensor 31 falls below a predetermined threshold, the control device 30 determines that the crushing effect is suppressed and switches the direction of rotation.
図６は状態検出の別例である。被粉砕物が付着し始めると一時的に音が大きくなり、その後、微粒子堆積に伴う粉砕効果抑制状態となると、ボールと容器との衝突音が低減する。回転装置近傍に音センサ３２が設けられている。音センサ３２による音の変化（大きさや周波数）に基づいて、制御装置３０は粉砕効果抑制状態と判断し、回転方向を切り替える。 Figure 6 shows another example of state detection. When the material to be crushed starts to adhere, the sound temporarily increases, and then when the crushing effect is suppressed due to the accumulation of fine particles, the collision sound between the ball and the container decreases. A sound sensor 32 is provided near the rotating device. Based on the change in sound (volume and frequency) detected by the sound sensor 32, the control device 30 determines that the crushing effect is suppressed and switches the rotation direction.
図７は状態検出の別例である。粉砕効果抑制状態では、ボールと容器との衝突に伴う発熱も低減する。容器内部温度も低くなる。堆積した微粒子は動きが少なく、温度も低くなる。回転装置近傍に温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３は例えば非接触赤外線式である。温度センサ３３による温度が所定の閾値以下になると、制御装置３０は粉砕効果抑制状態と判断し、回転方向を切り替える。 Figure 7 shows another example of state detection. In the crushing effect suppression state, heat generation due to collisions between the ball and the container is also reduced. The temperature inside the container also becomes lower. The accumulated fine particles move less and their temperature also becomes lower. A temperature sensor 33 is provided near the rotating device. The temperature sensor 33 is, for example, of a non-contact infrared type. When the temperature measured by the temperature sensor 33 falls below a predetermined threshold value, the control device 30 determines that the crushing effect is suppressed and switches the rotation direction.
図８は状態検出の別例である。粉砕効果抑制状態では、衝突に伴う振動が低減する。回転装置の支柱に加速度センサ３４が設けられている。加速度センサ３４は回転を伴わない箇所に設けられていることが好ましい。加速度センサ３４による振動変化に基づいて、制御装置３０は粉砕効果抑制状態と判断し、回転方向を切り替える。 Figure 8 shows another example of state detection. In the crushing effect suppression state, vibrations caused by collisions are reduced. An acceleration sensor 34 is provided on the support of the rotating device. It is preferable that the acceleration sensor 34 is provided in a location that does not involve rotation. Based on the change in vibration detected by the acceleration sensor 34, the control device 30 determines that the crushing effect is suppressed and switches the direction of rotation.
図９は状態検出の別例である。粉砕効果抑制状態では、衝突に伴う振動が低減する。容器内のボールの１つに加速度センサ３５が設けられている。加速度センサ３５による振動変化に基づいて、制御装置３０は粉砕効果抑制状態と判断し、回転方向を切り替える。例えば、粉砕機会が減ると振動の態様も変化する。また、微粒子堆積状態ではボールと容器との衝突に伴う振動も変化する。 Figure 9 shows another example of state detection. In the crushing effect suppressed state, the vibrations caused by collisions are reduced. An acceleration sensor 35 is provided on one of the balls in the container. Based on the change in vibration detected by the acceleration sensor 35, the control device 30 determines that the crushing effect is suppressed and switches the direction of rotation. For example, when the opportunities for crushing decrease, the vibration pattern also changes. Furthermore, in the fine particle accumulation state, the vibrations caused by collisions between the ball and the container also change.
以上のように、３次元回転時の状態を検出し、状態情報に基づいて制御することにより、不必要に反転することもなく、適切に反転可能となる。 As described above, by detecting the state during three-dimensional rotation and controlling based on the state information, it is possible to perform appropriate inversion without unnecessary inversion.
上記制御例において、反転動作後、再度、粉砕効果抑制状態となる場合は、短い時間間隔で反転動作が繰り返されることになる。これにより、微粒子堆積を解すことができる。 In the above control example, if the grinding effect is suppressed again after the inversion operation, the inversion operation will be repeated at short time intervals. This will allow the accumulation of fine particles to be resolved.
上記制御例においては、センサが検出した状態情報を所定の閾値と比較して切り替え指令をしているが、変形例として、センサが検出した状態情報と粉砕サイズとの相関関係を機械学習させ、機械学習により生成された制御モデルを適用して切り替え指令をしてもよい。 In the above control example, the status information detected by the sensor is compared with a predetermined threshold value to issue a switching command, but as a modified example, the correlation between the status information detected by the sensor and the grinding size may be learned by machine learning, and a control model generated by machine learning may be applied to issue a switching command.
更に、制御装置３０は、センサが検出した状態情報に基づいて、反転による効果がほぼないと判断すると、回転を停止させる。反転効果の有無の判断は、反転前の状態情報と比較してもよいし、閾値と比較してもよいし、機械学習により生成された制御モデルを適用してもよい。 Furthermore, if the control device 30 determines based on the state information detected by the sensor that the reversal has almost no effect, it stops the rotation. The presence or absence of the reversal effect may be determined by comparing with the state information before the reversal, by comparing with a threshold value, or by applying a control model generated by machine learning.
図１０は上記制御の概略フロー図である。回転駆動と同時に状態検出を実施する（ステップ１）。制御装置３０は粉砕効果抑制状態（または被粉砕物の内壁面への付着開始状態）を検出したか判断する（ステップ２）。制御装置３０は粉砕効果抑制状態を検出しないかぎり、回転駆動と状態検出を継続する（ステップ１→ステップ２→ステップ１→ステップ２・・・・）。 Figure 10 is a schematic flow diagram of the above control. State detection is performed simultaneously with rotational drive (step 1). The control device 30 determines whether a state in which the crushing effect is suppressed (or a state in which the material to be crushed has started to adhere to the inner wall surface) has been detected (step 2). As long as the control device 30 does not detect a state in which the crushing effect is suppressed, it continues rotational drive and state detection (step 1 → step 2 → step 1 → step 2, etc.).
制御装置３０は粉砕効果抑制状態を検出すると、反転指令を出力する（ステップ３）。反転による回転駆動と状態検出を継続する。 When the control device 30 detects the crushing effect suppression state, it outputs a reversal command (step 3). Rotational drive by reversal and state detection are continued.
制御装置３０は反転による効果があったか判断する（ステップ４）。反転による効果があったと判断すると、反転による回転駆動と状態検出を継続し、ステップ１～４を繰り返す。制御装置３０が反転による効果がないと判断すると、回転駆動を停止させる。 The control device 30 determines whether the reversal has had an effect (step 4). If it determines that the reversal has had an effect, it continues the rotational drive by the reversal and the state detection, and repeats steps 1 to 4. If the control device 30 determines that the reversal has no effect, it stops the rotational drive.
図１１は変形例に係る上記制御の概略フロー図である。回転駆動と同時に状態検出を実施する（ステップ１）。制御装置３０は粉砕効果抑制状態（または被粉砕物の内壁面への付着開始状態）を検出したか判断する（ステップ２）。制御装置３０は粉砕効果抑制状態を検出しないかぎり、回転駆動と状態検出を継続する（ステップ１→ステップ２→ステップ１→ステップ２・・・・）。 Figure 11 is a schematic flow diagram of the above control according to the modified example. State detection is performed simultaneously with rotational drive (step 1). The control device 30 determines whether a state of suppressed crushing effect (or a state in which the material to be crushed has started to adhere to the inner wall surface) has been detected (step 2). As long as the control device 30 does not detect a state of suppressed crushing effect, it continues rotational drive and state detection (step 1 → step 2 → step 1 → step 2, etc.).
制御装置３０は粉砕効果抑制状態を検出すると、反転指令を出力する（ステップ３）。反転による回転駆動と状態検出を継続する。 When the control device 30 detects the crushing effect suppression state, it outputs a reversal command (step 3). Rotational drive by reversal and state detection are continued.
制御装置３０は所定時間経過したか判断する（ステップ５）。所定時間経過していないと判断すると、反転による回転駆動と状態検出を継続し、ステップ１→２→３→５を繰り返す。所定時間経過した判断すると、回転駆動を停止させる。 The control device 30 determines whether a predetermined time has elapsed (step 5). If it determines that the predetermined time has not elapsed, it continues rotational driving by reversal and state detection, and repeats steps 1 → 2 → 3 → 5. If it determines that the predetermined time has elapsed, it stops rotational driving.
＜球形以外の容器による粉砕＞
本願発明者は、球形容器内におけるボールの一定軌道が粉砕効果限界の一因と考え、球形容器２２の形状を変更することを着想した。
<Grinding using non-spherical containers>
The inventors of the present application believe that the constant orbit of the balls within the spherical container is one of the factors limiting the crushing effect, and came up with the idea of changing the shape of the spherical container 22.
球形以外の容器の例として、楕円球形、卵状球形、紡錘状球形、長円球形、半楕円球形と半球形との組み合わせ、半卵状球形と半球形との組み合わせ、半紡錘状球形半球形との組み合わせ等が考えられる。説明の便宜のため、楕円球形を例に説明する。 Examples of containers other than spherical shapes include ellipsoidal spheres, egg-shaped spheres, spindle-shaped spheres, oval spheres, combinations of semi-ellipsoidal spheres and hemispheres, combinations of semi-egg-shaped spheres and hemispheres, combinations of semi-spindle-shaped spheres and hemispheres, etc. For ease of explanation, an ellipsoidal sphere will be used as an example.
図１２は球形容器２２と楕円球容器２３との効果の違いを推測するイメージ図である。 Figure 12 is an image showing the difference in effect between a spherical container 22 and an oval spherical container 23.
球形容器２２を３次元回転させると、遠心力により、硬質ボールは球形容器２２の内壁面に沿って移動する。所定時間経過すると、定常軌道になる。 When the spherical container 22 is rotated in three dimensions, the centrifugal force causes the hard ball to move along the inner wall surface of the spherical container 22. After a certain time has passed, the ball will reach a stationary orbit.
一方で、被粉砕物は粉砕され、サイズが小さくなっていくにしたがって、遠心力とボールよって容器壁側へ圧力を受けて押され、押し固められると推測される。その結果、硬質ボールは被粉砕物に接触することが少なく、充分な粉砕効果が得られない。 On the other hand, as the material to be crushed is crushed and its size decreases, it is assumed that it is pushed against the container wall by the centrifugal force and the balls, causing it to be compacted. As a result, the hard balls rarely come into contact with the material to be crushed, and sufficient crushing effect is not achieved.
楕円球容器２３を３次元回転させると、遠心力により、硬質ボールは楕円球容器２３の内壁面に沿って移動する。楕円球容器２３の内壁面に沿って移動する硬質ボールの一部は、曲率の変化により軌道を変えて内壁面から離れる。この際、サイズが小さくなった被粉砕物（微粒子）の一部は、ボールよって容器壁側へ圧力を受け続けることはなく、適宜解放され、内壁面から離れる。 When the oval-spherical container 23 is rotated in three dimensions, the centrifugal force causes the hard balls to move along the inner wall surface of the oval-spherical container 23. Some of the hard balls moving along the inner wall surface of the oval-spherical container 23 change their trajectory due to the change in curvature and move away from the inner wall surface. At this time, some of the material to be pulverized (fine particles) that has become smaller in size is not continuously subjected to pressure against the container wall by the balls, but is appropriately released and moves away from the inner wall surface.
内壁面から離れた被粉砕物は、硬質ボールと再び接触する機会が増える。その結果、更なる粉砕効果が期待できる。つまり、より細かい微粒子を作製できる。 The material being crushed that leaves the inner wall surface has more opportunities to come into contact with the hard balls again. As a result, further crushing effects can be expected. In other words, finer particles can be produced.
また、球形容器２２ではボールは定常軌道になり、容器壁面との衝突が少なくなるのに対し、楕円球容器２３ではボール軌道が変化することで容器壁面との衝突が増える。ボールと容器壁面の間に存在する被粉砕物は粉砕される。一方、ボール軌道が変化することで、ボール同士の衝突機会も増える。さらに、加速度変化も生じ、より複雑な衝突となり、衝突エネルギーも増える。 In addition, in the spherical container 22, the ball follows a steady trajectory, resulting in fewer collisions with the container walls, whereas in the elliptical container 23, the ball trajectory changes, resulting in more collisions with the container walls. Any material to be crushed that exists between the ball and the container walls is crushed. On the other hand, the change in the ball trajectory also increases the chances of the balls colliding with each other. Furthermore, a change in acceleration occurs, resulting in more complex collisions and increased collision energy.
このように、球容器以外の容器内でのボールの動きは、球容器内の動きより複雑になっていると考えられる。以上は、１個のボールの動きを説明したが、容器内には多数のボールが入っており、一つのボールの動きが複雑になると他のボールや容器内壁との衝突回数も増加すると考えられる。球容器に比べて、長円球（図１４参照）や卵型容器（図１６，１７参照）を同じ回転数運転する際の電流値（エネルギー）は、１．５倍から２倍となっている。 In this way, the movement of balls in containers other than spherical containers is thought to be more complicated than the movement in a spherical container. The movement of one ball has been explained above, but there are many balls in the container, and if the movement of one ball becomes complicated, it is thought that the number of collisions with other balls and the inner wall of the container will also increase. Compared to a spherical container, the current value (energy) when operating an oval sphere (see Figure 14) or an egg-shaped container (see Figures 16 and 17) at the same rotation speed is 1.5 to 2 times higher.
一方、３０分後の容器温度は、室温と比較して球容器では１．６℃とほとんど温度上昇はみられなかったが、卵型容器では１２．５℃上昇し、長円球では１８℃上昇した。このように、球容器以外の容器では、ボールの動きが複雑になりボール同士およびボールと容器の内壁との衝突回数も大幅に増えたためと考えられる。 On the other hand, after 30 minutes, the temperature of the containers showed almost no increase compared to room temperature, at 1.6°C in the spherical container, but it rose by 12.5°C in the egg-shaped container and 18°C in the oval sphere. This is thought to be because, in containers other than the spherical container, the movement of the balls became more complex, and the number of collisions between the balls and the inner wall of the container also increased significantly.
この点でも、球形容器２２を楕円球容器２３とすることで更なる粉砕効果が期待できる。 In this respect, further crushing effects can be expected by replacing the spherical container 22 with an oval spherical container 23.
図１３は球形容器２２と楕円球容器２３との効果の違いを別の観点から説明する図である。 Figure 13 is a diagram that explains the difference in effect between the spherical container 22 and the oval spherical container 23 from a different perspective.
ボールミルによる粉砕効果を確実にするため、一般に、硬質ボールの比重は比較的重い（例：ジルコニア比重５．７ｇ／ｃｍ３程度、アルミナ比重４．０ｇ／ｃｍ３程度）。 In order to ensure the grinding effect of the ball mill, the specific gravity of the hard balls is generally relatively heavy (for example, the specific gravity of zirconia is about 5.7 g/cm 3 , and the specific gravity of alumina is about 4.0 g/cm 3 ).
その結果、硬質ボール自重の影響が大きく、低速回転（例えば５０ｒｐｍ程度）の３次元回転では、硬質ボールが球形容器２２の内壁を駆け上がることができないおそれがある。高速回転（例えば２００ｒｐｍ程度）の３次元回転としても、硬質ボールが球形容器２２の内壁を駆け上がり、球形容器全面に軌跡を描くようになるまで、所定時間を要する。 As a result, the influence of the hard ball's own weight is large, and in a three-dimensional rotation at a low rotation speed (e.g., about 50 rpm), the hard ball may not be able to run up the inner wall of the spherical container 22. Even in a three-dimensional rotation at a high rotation speed (e.g., about 200 rpm), it takes a certain amount of time for the hard ball to run up the inner wall of the spherical container 22 and trace a trajectory over the entire surface of the spherical container.
これに対し、３次元回転において、楕円球容器２３の長軸が水平となる際、硬質ボールが楕円球容器２３の内壁を駆け上がりやすくなる。低速回転（例えば５０ｒｐｍ程度）の３次元回転でも、楕円球容器２３の内壁を駆け上がることができる。高速回転（例えば２００ｒｐｍ以上）の３次元回転とすると、硬質ボールが楕円球容器２３の内壁を駆け上がり、短時間で、楕円球容器全面に軌跡を描くようになる。その結果、粉砕時間が短くなる。なお、本願回転装置は４００ｒｐｍの高速回転が可能である。 In contrast, in three-dimensional rotation, when the long axis of the oval-spherical container 23 is horizontal, the hard balls are more likely to run up the inner wall of the oval-spherical container 23. Even with three-dimensional rotation at a low rotation speed (e.g., about 50 rpm), the hard balls can run up the inner wall of the oval-spherical container 23. With three-dimensional rotation at a high rotation speed (e.g., 200 rpm or higher), the hard balls run up the inner wall of the oval-spherical container 23 and trace a trajectory over the entire surface of the oval-spherical container in a short period of time. As a result, the grinding time is shortened. The rotation device of the present invention is capable of high-speed rotation at 400 rpm.
この点でも、球形容器２２を楕円球容器２３とすることで更なる粉砕効果が期待できる。 In this respect, further crushing effects can be expected by replacing the spherical container 22 with an oval spherical container 23.
＜その他の容器＞
球形以外の容器の例として、楕円球形、紡錘状球形、卵状球形、長円球形、半楕円球形と半球形との組み合わせ、半紡錘状球形と半球形との組み合わせ、半卵状球形と半球形との組み合わせ等が考えられる。楕円球形以外の容器について説明する。
<Other containers>
Examples of containers other than spherical shapes include ellipsoidal spheres, spindle-shaped spheres, egg-shaped spheres, oval spheres, combinations of semi-ellipsoidal spheres and semi-spheres, combinations of semi-spindle-shaped spheres and semi-spheres, combinations of semi-oval spheres and semi-spheres, etc. Containers other than ellipsoidal spheres will now be described.
図１４は、長円球形容器の例である。長円球は長円を長軸回りに回転させた軌跡である。長円は長軸方向に一部直線を有する円形である。 Figure 14 shows an example of an oval-shaped container. An oval sphere is the path traced by rotating an oval around its major axis. An oval is a circle with a straight line in the major axis direction.
図１５は、紡錘状球形容器の例である。紡錘状球は紡錘状円を長軸回りに回転させた軌跡である。紡錘状円は楕円の長軸端部が極めて細くなっている。 Figure 15 is an example of a spindle-shaped spherical container. A spindle-shaped sphere is the path traced by rotating a spindle-shaped circle around its major axis. The spindle-shaped circle is an ellipse with an extremely thin end at the major axis.
図１６は、半卵状球形容器と半球形容器との組み合わせの例である。卵状球形容器と類似形状であるため、実質的に卵状球形容器とみなす。 Figure 16 shows an example of a combination of a semi-egg-spherical container and a hemispherical container. Since it has a similar shape to the egg-shaped spherical container, it is essentially considered to be an egg-shaped spherical container.
図１７は、卵状容器の例である。卵状は楕円状に類似しているが、短軸に対し非対称な曲率を有する略楕円である。すなわち、長軸一端部の曲率は大きく、長軸他端部の曲率は小さく、両端間において連続的に曲率が変化する。ここで、数学的には、長軸の中点と卵形線状の点を結んだ線の一番短い線分を短軸と定義するが、本願では説明を簡便とするために、長軸の中点から垂直に伸びる線（または、長軸から垂直に伸びる線のうち一番長い線分）を短軸と定義する。 Figure 17 shows an example of an egg-shaped container. The egg shape is similar to an ellipse, but it is a roughly ellipse with an asymmetric curvature about the minor axis. In other words, the curvature is large at one end of the major axis and small at the other end of the major axis, with the curvature changing continuously between the two ends. Here, mathematically, the shortest line segment connecting the midpoint of the major axis and a point on the egg-shaped line is defined as the minor axis, but for ease of explanation in this application, the line extending perpendicularly from the midpoint of the major axis (or the longest line segment of the lines extending perpendicularly from the major axis) is defined as the minor axis.
卵状楕円は、下記の軌跡のように表現できる。
x=((r+sinθ)2 - a2)1/2
y=cosθ
ここで、θは媒介変数であり、r ，aは任意の定数である。一般的な鶏の卵の場合a＝２．５， r＝３．０程度である。本願容器に適用する場合、a＝１．０－６．０，ｒ＝２．５－８．０程度が好ましい。r ，aを適宜設定することにより、洋梨形状、涙形状等を表現できる。
The egg-shaped ellipse can be expressed as the following locus:
x=((r+sinθ) 2 - a 2 ) 1/2
y=cosθ
Here, θ is a parameter, and r and a are arbitrary constants. For typical chicken eggs, a = 2.5 and r = 3.0. When applied to the container of the present invention, a = 1.0-6.0 and r = 2.5-8.0 are preferable. By setting r and a appropriately, it is possible to express shapes such as a pear shape and a teardrop shape.
卵状における緩やかな曲率の変化が、ボール軌道の急激で複雑な変化を生み出し、更なる粉砕効果が期待できる。 The gradual change in curvature of the egg shape creates a sudden and complex change in the ball's trajectory, which can be expected to have an even greater crushing effect.
本願発明者が、様々な容器において、粉砕効果を確認したところ、卵状球形容器が適している。 The inventors of this application have confirmed the crushing effect of various containers and have found that an egg-shaped spherical container is suitable.
なお、短軸に対し非対称な曲率を有する略楕円である卵状に代えて、長軸に対し非対称な曲率を有する略楕円である饅頭状としても、ボール軌道の急激で複雑な変化を期待できる。 In addition, instead of an egg-shaped, approximately ellipse with an asymmetric curvature about the minor axis, a bun-shaped, approximately ellipse with an asymmetric curvature about the major axis can also be used to expect a rapid and complex change in the ball trajectory.
図１８は、半楕円球形と半球形との組み合わせの例である。図１９は、半紡錘状球形と半球形との組み合わせの例である。これらの容器においても、軸に対し非対称な曲率を有することの効果が得られると思われる。 Figure 18 is an example of a combination of a semi-elliptical sphere and a hemisphere. Figure 19 is an example of a combination of a semi-fusiform sphere and a hemisphere. It is believed that the benefits of having an asymmetric curvature with respect to the axis can also be obtained with these containers.
＜球形以外容器による粉砕効果確認＞
参考例１は、半卵状球形容器と半球形容器との組み合わせ（図１６参照）による粉砕結果である。参考例２は、長円球形容器（図１４参照）による粉砕結果である。比較例２は球形容器（図３参照）による粉砕結果である。
<Confirmation of crushing effect using containers other than spherical containers>
Reference Example 1 shows the results of crushing using a combination of a semi-egg-shaped spherical container and a hemispherical container (see FIG. 16). Reference Example 2 shows the results of crushing using an oval-shaped spherical container (see FIG. 14). Comparative Example 2 shows the results of crushing using a spherical container (see FIG. 3).
図２０は、参考例１、参考例２、参考例２－２、比較例２の粒度分布である。 Figure 20 shows the particle size distributions of Reference Example 1, Reference Example 2, Reference Example 2-2, and Comparative Example 2.
参考例１および参考例２と比較例２とを比較すると、最大径、最小径、体積平均径ＭＶ、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の全ての指標において、参考例１および参考例２の値の方が、明確に小さく（１桁程度）、粉砕効果が大きいことを示す。また、比表面積の指標において、参考例１および参考例２の値の方が、明確に大きく、粉砕効果が大きいことを示す。 Comparing Reference Example 1 and Reference Example 2 with Comparative Example 2, the values of Reference Example 1 and Reference Example 2 are clearly smaller (by about one order of magnitude) in all indicators, including maximum diameter, minimum diameter, volume average diameter MV, d10, d50, and d90, indicating a greater grinding effect. Also, in the indicator of specific surface area, the values of Reference Example 1 and Reference Example 2 are clearly larger, indicating a greater grinding effect.
＜位置合わせ＞
従来技術における球形容器は、水平軸に直交する断面形状も直交軸に直交する断面形状も真円である。球形容器における形状均一性を活用するためにも、球形容器の重心位置と３次元回転中心位置は、当然、一致する方が好ましいと、本願発明者は考えていた。
<Alignment>
In the prior art, the cross-sectional shape of the spherical container is a perfect circle both in a cross-sectional shape perpendicular to the horizontal axis and in a cross-sectional shape perpendicular to the orthogonal axis. In order to utilize the uniformity of the shape of the spherical container, the inventors of the present application considered it to be preferable that the position of the center of gravity of the spherical container coincide with the position of the three-dimensional center of rotation.
一方、上記結果より、球形容器によるボール軌道の定常状態よりも、球形以外の容器によるボール軌道変化のほうが、粉砕効果が期待できることが示唆されている。そこで、容器の重心位置と３次元回転中心位置をズラし、偏心させた方が、より多くの変化がおき、更なる粉砕効果が期待できるとも思われる。そこで、以下の通り、偏心の有無と粉砕効果について検証する。 On the other hand, the above results suggest that the change in ball trajectory in a non-spherical container is more likely to have a crushing effect than the steady state of the ball trajectory in a spherical container. Therefore, it is thought that by shifting the center of gravity and the three-dimensional center of rotation of the container and making them eccentric, more changes will occur and a greater crushing effect can be expected. Therefore, as follows, we will verify the crushing effect with and without eccentricity.
参考例２－２は、半長円球形容器と半球形容器との組み合わせ（図示省略）である。実質的には、短軸に対し非対称である偏心した長円球形容器である。 Reference example 2-2 is a combination of a semi-elliptical spherical container and a hemispherical container (not shown). In essence, it is an eccentric elliptical spherical container that is asymmetric with respect to the minor axis.
偏心のない長円球形容器である参考例２と偏心のある長円球形容器である参考例２－２とを比較すると、最大径、最小径、体積平均径ＭＶ、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の全ての指標において、参考例２の値の方が小さく、粉砕効果が大きいことを示す。また、比表面積の指標において、参考例２の値の方が大きく、粉砕効果が大きいことを示す。これにより、容器の重心位置と３次元回転中心位置が一致する（偏心なし）方がより好ましいことが示唆される。すなわち、偏心による非常に大きな軌道変化よりも、容器形状による大きな軌道変化の方がより好ましいことが示唆される。 Comparing Reference Example 2, which is an ellipsoidal spherical container without eccentricity, with Reference Example 2-2, which is an ellipsoidal spherical container with eccentricity, the values for Reference Example 2 are smaller in all indicators, including maximum diameter, minimum diameter, volume mean diameter MV, d10, d50, and d90, indicating a greater crushing effect. Additionally, the value for the specific surface area indicator is greater in Reference Example 2, indicating a greater crushing effect. This suggests that it is more preferable for the container's center of gravity position to coincide with the three-dimensional center of rotation position (no eccentricity). In other words, it suggests that a large trajectory change due to the container shape is more preferable than a very large trajectory change due to eccentricity.
ところで、上記の容器形状例において、球形容器、楕円球形、紡錘状球形、長円球形等は、短軸に対し対象であるため、容器の重心位置を設定しやすい。一方で、卵状球形、半楕円球形と半球形との組み合わせ、半紡錘状球形と半球形との組み合わせ、半卵状球形と半球形との組み合わせ等は、短軸に対し非対象であるため、容器の重心位置を設定しにくい。 In the above examples of container shapes, spherical containers, elliptical spheres, spindle-shaped spheres, oval spheres, etc. are symmetrical with respect to the short axis, making it easy to set the position of the center of gravity of the container. On the other hand, egg-shaped spheres, combinations of semi-elliptical spheres and semi-spindle-shaped spheres and semi-spindle-shaped spheres and semi-egg-shaped spheres and semi-spindle-shaped spheres, combinations of semi-egg-shaped spheres and semi-spindle-shaped spheres, etc. are asymmetrical with respect to the short axis, making it difficult to set the position of the center of gravity of the container.
そこで、容器の重心位置と３次元回転中心との位置関係を調整する治具２５（図１５参照）を介して回転装置に設けられることが好ましい。治具２５は、容器フランジと内側回転枠８とを長さ調整可能に連結する。図１５では、治具２５の長さは３６ｍｍとしている。これにより、短軸に対し非対象である容器であっても、容器の重心位置と３次元回転中心との位置関係が一致する。 Therefore, it is preferable to mount the container on the rotation device via a jig 25 (see FIG. 15) that adjusts the positional relationship between the container's center of gravity and the three-dimensional rotation center. The jig 25 connects the container flange and the inner rotating frame 8 in a manner that allows the length to be adjusted. In FIG. 15, the length of the jig 25 is 36 mm. This ensures that the positional relationship between the container's center of gravity and the three-dimensional rotation center coincides even for containers that are asymmetric with respect to the short axis.
＜補足＞
本願では、粉砕後の微粒子サイズが細かい（たとえば硬質ボールサイズの１／１００以下）場合に、特に効果を発揮する。上記参考例では、硬質ボールサイズの１／２５００程度の微粒子を作製している。
<Additional Information>
In the present invention, the effect is particularly pronounced when the fine particles after pulverization are fine (for example, 1/100 or less of the hard ball size). In the above-mentioned reference example, fine particles having a size of about 1/2500 of the hard ball size are produced.
一方、例えば、サイズの異なる大中小のボールを用いることで、粉砕により漸次サイズが小さくなっていく場合に対応できる（比較例３）（図２１参照）。しかし、比較例３では、相対的に対応するボール量が少なく、充分な粉砕時間を要する。 On the other hand, for example, by using large, medium and small balls of different sizes, it is possible to deal with cases where the size gradually decreases through crushing (Comparative Example 3) (see Figure 21). However, in Comparative Example 3, the amount of balls that can be handled is relatively small, and sufficient crushing time is required.
これに対し本願では、同じサイズのボールを用いても、短時間で比較例３と同等の効果が得られる。ただし、比較例３と同様、サイズの異なる大中小のボールを用いてもよい。 In contrast, in the present application, even if balls of the same size are used, the same effect as in Comparative Example 3 can be obtained in a short time. However, as in Comparative Example 3, balls of different sizes, large, medium, and small, may also be used.
１ 電動モータ
２ 第１水平軸
３ 外側回転枠
４ 電動モータ
５ 第２水平軸
６ 主動円板
７ 直交軸
８ 内側回転枠
９ 従動円板
１０ 伝達機構
１１ 第１磁石
１２ 第２磁石
１３ スペース
２２ 球形容器
２３ 楕円球容器
２５ 治具
３０ 制御装置
１００ 装置主要構成
1 Electric motor 2 First horizontal shaft 3 Outer rotating frame 4 Electric motor
Reference Signs List 5 Second horizontal shaft 6 Driving disk 7 Orthogonal shaft 8 Inner rotating frame 9 Driven disk 10 Transmission mechanism 11 First magnet 12 Second magnet 13 Space 22 Spherical container 23 Elliptical spherical container 25 Jig 30 Control device 100 Main configuration of device
Claims (12)
正回転と逆回転とを切り替える反転機構と、
粉砕効果抑制状態に係る３次元回転の状態を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した状態情報に基づいて前記反転機構に切り替え指令する切替制御装置と、
を有する
ことを特徴とする回転装置。 A rotating device for rotating a container containing hard balls and a material to be crushed three-dimensionally around a horizontal axis and an orthogonal axis to crush the material to be crushed into fine particles having an average diameter of 1/100 or less of the average diameter of the hard balls ,
A reversing mechanism that switches between forward and reverse rotation ;
A detection means for detecting a three-dimensional rotation state related to the crushing effect suppression state;
a switching control device that issues a switching command to the reversing mechanism based on the state information detected by the detection means;
A rotating device comprising:
ことを特徴とする請求項１記載の回転装置。 2. The rotating device according to claim 1 , wherein the detection means detects a current load caused by rotational driving.
ことを特徴とする請求項１記載の回転装置。 2. The rotating device according to claim 1 , wherein the detection means detects a sound generated by rotational driving.
ことを特徴とする請求項１記載の回転装置。 2. The rotating device according to claim 1 , wherein the detection means detects a temperature of the container.
ことを特徴とする請求項１記載の回転装置。 2. The rotating device according to claim 1 , wherein the detection means detects vibrations of the rotating device.
水平軸周りの反転、直交軸周りの反転、および、水平軸周りかつ直交軸周りの反転が可能である
ことを特徴とする請求項１～５いずれか記載の回転装置。 The inversion mechanism includes:
6. The rotation device according to claim 1 , wherein the rotation device is capable of inversion around a horizontal axis, inversion around an orthogonal axis, and inversion around both the horizontal axis and the orthogonal axis.
前記第１回転駆動装置により回転される第１水平軸と、
前記第１水平軸に結合される外側回転枠と、
前記第１回転駆動装置と反対側に設けられる第２回転駆動装置と、
前記第１水平軸と反対側に設けられ、前記外側回転枠の一側面を貫通し、前記第２回転駆動装置により回転される第２水平軸と、
前記第２水平軸に結合され、前記第２水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、
前記第１水平軸および前記第２水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、
前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、
前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、
前記主動円板の回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、
前記第１回転駆動装置および第２回転駆動装置の出力を個別に制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項１～６いずれか記載の回転装置。 A first rotary drive device;
a first horizontal shaft rotated by the first rotary drive device;
an outer rotating frame coupled to the first horizontal shaft;
a second rotary drive device provided on the opposite side to the first rotary drive device;
a second horizontal shaft provided on the opposite side to the first horizontal shaft, passing through one side of the outer rotary frame, and rotated by the second rotary drive device;
a driven disk coupled to the second horizontal shaft and having a plate surface perpendicular to the second horizontal shaft;
an orthogonal axis having an axis direction perpendicular to an axis direction of the first horizontal axis and the second horizontal axis and provided on the outer rotating frame;
an inner rotating frame coupled to the orthogonal shaft and holding the container;
A driven disk coupled to the orthogonal axis and having a plate surface in a direction perpendicular to the orthogonal axis;
a transmission mechanism for transmitting a rotational force of the driving disk to the driven disk;
a control device that individually controls outputs of the first rotary drive device and the second rotary drive device;
The rotating device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising:
前記回転駆動装置により回転される水平軸と、
前記水平軸に結合される外側回転枠と、
前記外側回転枠の一側面を貫通して前記水平軸に結合され、前記水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、
前記水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、
前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、
前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、
前記主動円板まわりの回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、
前記回転駆動装置の出力を制御する制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項１～６いずれか記載の回転装置。 A rotary drive device;
A horizontal shaft rotated by the rotary drive device;
an outer rotating frame coupled to the horizontal shaft;
a driven disk that penetrates one side of the outer rotary frame and is coupled to the horizontal shaft, the driven disk having a plate surface in a direction perpendicular to the horizontal shaft;
an orthogonal axis having an axis direction perpendicular to the axis direction of the horizontal axis and provided on the outer rotating frame;
an inner rotating frame coupled to the orthogonal shaft and holding the container;
A driven disk coupled to the orthogonal axis and having a plate surface in a direction perpendicular to the orthogonal axis;
a transmission mechanism that transmits a rotational force around the driving disk to the driven disk;
A control device for controlling an output of the rotary drive device;
The rotating device according to any one of claims 1 to 6 , further comprising:
前記容器に硬質ボールと被粉砕物を入れ、
前記容器を正回転させたのち、逆回転させるように、３次元回転させ、
前記被粉砕物を粉砕して微粒子とする
ことを特徴とする微粒子作製方法。 Using the rotating device according to any one of claims 1 to 8 ,
Put hard balls and the material to be crushed into the container,
The container is rotated three-dimensionally, for example by rotating it forward and then rotating it backward;
A method for producing fine particles, comprising the steps of: pulverizing the material to be pulverized to produce fine particles.
ことを特徴とする請求項９記載の微粒子作製方法。 The method for producing fine particles according to claim 9 , characterized in that the forward rotation and the reverse rotation are alternately repeated.
ことを特徴とする請求項１０記載の微粒子作製方法。 11. The method for producing fine particles according to claim 10 , wherein the material to be pulverized is silicon grains.
ことを特徴とする請求項９～１１いずれか記載の微粒子作製方法。 The method for producing microparticles described in any one of claims 9 to 11, characterized in that the shape of the container is such that one of a first cross section perpendicular to the horizontal axis and a second cross section perpendicular to the perpendicular axis is approximately circular, and the other is approximately elliptical and asymmetric with respect to the minor axis or major axis.
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