CN102247916A - 振动式研磨机 - Google Patents

Abstract

本发明提供干式、湿式都可以使用，能够用离心力场用较短的时间对被处理物体进行微粉碎的振动式研磨机。所述振动式研磨机具备在纵向上可旋转地加以支持的驱动轴、以及位于该驱动轴的周围而由该驱动轴旋转的粉碎部；所述驱动轴具备偏离该驱动轴的轴心的偏心部、以及配置于该偏心部的偏心方向的反方向的平衡锤；所述偏心部具有可旋转地支持所述粉碎部的支持部；所述驱动轴具有在该驱动轴的轴心旋转的外齿轮，所述粉碎部具有与所述驱动轴的外齿轮啮合，使该粉碎部在驱动轴的周围公转的内齿轮、及具备位于所述驱动轴的周围的纵向粉碎壁和投入被处理物体的上部开口的筒状部。

Description

振动式研磨机

技术领域

本发明涉及粉碎被处理物体的研磨机，详细地，涉及用一边旋转一边振动的粉碎部粉碎被处理物体的振动式研磨机。

背景技术

向来，在金属原料和化工原料的精选等工序中，粉碎工序是必要的工序，利用该粉碎工序制造能够保证产品粒度的产品。

另一方面，近年来，对被处理物体的微粉碎从数十微米发展到纳米水平，因此利用在金属粉末和有机物中提高被粉碎物体的物理、化学活性的机械-化学效应的加工方法引起人们的注意，有想要将其用作生物质（biomass）资源的利用技术的想法。作为这样的生物质资源利用的一个例子，有考虑对木质生物质原材料进行粉碎，使其酵素糖化，乙醇发酵，以得到乙醇的想法。

而且在其他被处理物体中也有由于微粉碎，性状发生变化，例如表面活性化、起着催化剂作用的被处理物体，迫切希望有这样的能够对被处理物体进行微粉碎的粉碎装置。

例如作为这样的对被处理物体进行微粉碎的装置，有如图5所示的，使围绕太阳齿轮101周围公转的行星齿轮102自转，在与该行星齿轮102同轴旋转的粉碎容器103内用球状物体104对被处理物体进行粉碎的行星式球磨机100（参照例如专利文献1）。

作为另一在先技术，也有如下所述的球磨机，即具有具备在筒状主体内旋转的旋翼的旋转构件，在使该旋转构件旋转之后，在筒状主体内装入粉碎用的球，接着投入被处理物体进行粉碎的球磨机（参照例如专利文献2）。

专利文献1：日本特开2008－194650号公报；

专利文献2：日本特开2005－246204号公报。

发明内容

但是上述专利文献1所述的行星式球磨机用于一边自转一边公转的结构复杂，因此现在只是试用于台式球磨机，能够对大量被处理物体进行大量处理（连续处理、批量处理）的达到实用水平的行星式球磨机还没有实用化。而且由于是一边使多个研磨罐自转一边使其公转的复杂结构，处理麻烦，难于高效率地对被处理物体进行大量处理。

而且如上所述的行星式球磨机即使是对木质材料进行粉碎，要实现细粉碎也费时间，因此要在如上所述的生物质资源利用中采用行星式球磨机是困难的。因此迫切需要能够进行更加微细的粉碎，而且能够用更短的时间进行微粉碎的机械。

还有，上述专利文献2所述的球磨机是在重力场中对被处理物体进行粉碎的，因此被处理物体的粉碎粒度是有限度的，而且不能够在短时间内进行微粉碎。

因此本发明的目的包括，提供干式、湿式都能够使用的，在高离心力场中能够用更短的时间对被处理物体进行更加微细的粉碎的振动式研磨机。

为了实现上述目的，本发明的振动式研磨机，具备在纵向上可旋转地加以支持的驱动轴、以及位于该驱动轴的周围而由该驱动轴旋转的粉碎部，其中，所述驱动轴具备偏离该驱动轴的轴心的偏心部、以及配置于该偏心部的偏心方向的反方向的平衡锤；所述偏心部具有可旋转地支持所述粉碎部的支持部，所述驱动轴具有在该驱动轴的轴心旋转的外齿轮，所述粉碎部具有与所述驱动轴的外齿轮啮合，使该粉碎部在驱动轴的周围公转的内齿轮、及具备位于所述驱动轴的周围的纵向粉碎壁和投入被处理物体的上部开口的筒状部。

借助于此，用驱动轴使粉碎部高速旋转，使该粉碎部的筒状部内侧为高离心力场，同时利用驱动轴的偏心部使该粉碎部振动，因此能够进一步将冲击筒状部的粉碎壁内表面的被处理物体粉碎为微粉。而且由于一边使筒状部旋转一边利用偏心部使其振动，能够在短时间内对被处理物体进行微粉碎。从而能够构成在短时间内可将木质原料等被处理物体粉碎为更细的微粉，在生物质原料的生产、机械-化学领域有用的振动式研磨机。

又，也可以所述筒状部具有上端向上缩径，在上端具有所述上部开口的上部缩径部、以及下端向下缩径，在下端具有下部开口的下部缩径部。如果这样做，则从上部开口投入的被处理物体被保持于高离心力场的上部缩径部与下部缩径部之间的筒状部的粉碎壁内表面，可在高离心力场中使该被处理物体振动以进行粉碎。而且通过使筒状部的离心力减小能够向下方排出粉碎过的被处理物体，因此通过控制作用于筒状部的离心力能够连续或分批地进行粉碎处理，大量生产微细粉末。

而且也可以所述粉碎部形成能够与所述被处理物体一起投入粉碎介质，对被处理物体进行粉碎的结构。如果这样做，则在高离心力场的粉碎部，与被处理物体一起，使粉碎介质振动，能够在更短的时间内实现更细的粉碎。

而且也可以所述支持部配置于所述筒状部的纵方向中间部和该筒状部的下部。如果这样做，则能够使粉碎部高速旋转，形成高离心力场，同时以更大的振动加速度振动的粉碎部能够得到长时间稳定的支持。

而且所述驱动轴形成以支持轴承支持上部和下部的两端支持结构。如果这样做，则在旋转着的粉碎部投入被处理物体引起的重量平衡的变化能够利用上下部的支持轴承稳定地加以支持。

又可以具备对所述驱动轴的上部实施防振支持的防振支持部，形成用该防振支持部与所述驱动轴一起吊挂粉碎部以实施防振支持的结构。如果这样做，则即使在旋转着的粉碎部投入被处理物体引起重量平衡的变化，也能够利用防振支持部吸收其振动。

而且也可以所述防振支持部形成用相对于驱动轴轴心辐射状配置的防振橡胶吊挂支持驱动轴的上部的结构。如果这样做，则即使是由于投入被处理物体，粉碎部的重量平衡受破坏，也能够利用橡胶弹簧等防振橡胶的调芯作用返回稳定的姿势。

又可以具备将所述粉碎部的周围加以密闭的壳体。如果这样做，则通过在非活性气体等气体中或醇类等液体中对被处理物体进行粉碎，能够谋求促进反应或抑制反应。

如果采用本发明，则使成为高离心力场的粉碎部的筒状部的粉碎壁振动，使被处理物体对其冲击，被粉碎，因此不管是干式、湿式的情况下都能够在短时间将其粉碎为更细的微粉。

附图说明

图1是本发明第1实施形态的振动式研磨机的纵剖面图。

图2中，（a）是示意表示图1所示的振动式研磨机的离心力与振动力的侧面说明图，（b）是示意表示图1所示的振动式研磨机的离心力与振动力的俯视说明图。

图3是表示本发明第2实施形态的振动式研磨机的纵剖面图。

图4是表示已有的行星式球磨机的概略情况的俯视说明图。

符号说明

1    振动式研磨机；

3    壳体；

4    上部支持板；

5    下部支持框架；

6    驱动轴；

7    偏心部；

8    上部支持轴承；

9    下部支持轴承；

16    小齿轮单元；

20    小齿轮；

30    粉碎部；

31    上部支持部；

32    下部支持部；

33    支撑构件（stay）；

34    筒状部；

34a   上部开口；

34b   下部开口；

35    上部缩径部；

36    下部缩径部；

37    上部轴承单元；

38    下部轴承单元；

39    粉碎壁；

45    内齿轮；

46    平衡锤；

50    振动式研磨机；

51    上部支持板；

52    防振支持部；

53    驱动轴；

54、55   防振橡胶构件；

56    支持块；

58    法兰部；

V3    偏心量；

G1    加速度；

G2    振动加速度；

W    被处理物体；

X    粉碎介质。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的实施形态进行说明。在下述实施形态中，以能够形成密闭结构的立式振动式研磨机为例进行说明。

如图1所示，第1实施形态的振动式研磨机1在架台2的上部固定圆筒状壳体3，在该壳体3的上下位置纵向支持驱动轴6。该驱动轴6是从纵向中央向下方部具有偏心部7的偏心轴，所述偏心部7是相对于驱动轴轴心V1以规定的偏心量V3偏心的偏心轴心V2的偏心部。而且壳体3其下方以外形成密闭结构。

上述驱动轴6形成由设置于壳体3上部的上部支持板4的支持轴承8和设置于壳体3下部的下部支持框架5上设置的支持轴承9支持的两端支持结构。上部支持板4上，设置向下述粉碎部30的筒状部34投入被处理物体和粉碎介质的投入斜槽10。

又在上述驱动轴6的上端设置从动带轮（Pulley）11，该从动带轮11由设置于上述壳体3侧面的驱动马达12驱动其旋转的驱动带轮13用皮带14驱动。

上述支持板4上设置的上部支持轴承8设置于用螺栓15固定于上部支持板4的小齿轮（pinion）单元16的内部。该小齿轮单元16形成在上部设置的法兰部17，从该法兰部17向下延伸的轴承部分18和筒状部分19，该筒状部分19的下端部周围设置作为外齿轮的小齿轮20。而且在小齿轮单元16的轴承部分18配设上述上部支持轴承8。

又，在上述下部支持框架5上设置的下部支持轴承9，在设置于下部支持框架5的轴承壳体内支持着驱动轴6的下端部设置。

在这些轴承8、9上支持着的驱动轴6能够借助于在上端设置的上述从动带轮11旋转自如。在从动带轮11与上述上部支持轴承8之间，设置套环（collar）21和密封构件22、23。密封构件23形成设置于驱动轴6的凹凸构件23a与设置于小齿轮单元16的凹凸构件23b保持间隙组合的迷宫式（labyrinth）密封。而且在上述小齿轮单元16的法兰部17的下部设置下表面形成密封面24a的金属制的密封块24。

另一方面，在上述驱动轴6的偏心部7以能够以驱动轴6为中心旋转的状态设置粉碎部30。该粉碎部30具有利用上述驱动轴6的偏心部7支持的上部支持部31和下部支持部32、从这些支持部31、32辐射状设置的支撑构件33、以及设置于该支撑构件33外端的筒状部34。上述上部支持部31配置于筒状部34的纵向中间部，下部支持部32配置于筒状部34的下部。

又，上述筒状部34具备上端向上缩径，在上端具有上部开口34a的上部缩径部35、以及下端向下缩径，在下端具有下部开口34b的下部缩径部36，以向上下方向开放。上部缩径部35以小角度缩径，下部缩径部36以大角度缩径。下部缩径部36的角度如下所述，设定为在离心力作用的状态下用筒状部34的内表面能够支持被处理物体W和粉碎介质X的角度。该筒状部34如下所述构成粉碎壁39。

而且由于如下所述对被处理物体W进行粉碎的粉碎介质X用例如SUS、氧化铝、氧化锆等材料形成，因此上述粉碎部30用相同的SUS、氧化铝、氧化锆等材料形成。

这样的粉碎部30，利用在上述偏心部7设置的上部轴承单元37和下部轴承单元38可旋转地支持支持部31、32。上部支持单元37和下部支持单元38采用能够稳定地支持径向的大负荷等的轴承。该下部轴承单元38设置有从上部向轴承部进行润滑的润滑通道42。

而且在上部支持部31的上端部设置与上述密封块24的密封面24a接触的密封环40。上部支持部31和下部支持部32的下端设置与驱动轴6的偏心部7接触的密封构件41。利用密封环40和密封构件41，即使是作为旋转体的粉碎部30在旋转的状态下也能够保持与固定侧间的密封性。

而且在上部支持部31，设置与在上述小齿轮单元16的下端设置的小齿轮20啮合的内齿轮45，该内齿轮45以驱动轴6的偏心量V3与小齿轮20啮合。

从而，利用驱动轴6的自转使小齿轮20旋转，利用借助于该小齿轮20旋转的内齿轮45，粉碎部30公转。粉碎部30公转相对于该驱动轴6的自转的速度差由内齿轮45与小齿轮20的齿数比决定。

又在上述驱动轴6的偏心部7设置规定重量的平衡锤46。该平衡锤46配置于偏心部7的偏心方向的反方向，向与偏心方向相反的方向突出设置。借助于该平衡锤46，上述粉碎部30在如下所述以规定的振动加速度振动时得到平衡，相对于驱动轴6的振动被抵消。该驱动轴6的偏心部7是给予粉碎部30以规定的振动加速度的振荡器部分，如下所述，给予粉碎部30以规定的振动加速度。

而且在上述支持部31、32设置覆盖上述平衡锤46的周围的平衡锤壳体47。该平衡锤壳体47以平衡锤46能够自由旋转的尺寸形成。还有，该平衡锤壳体47以及上述筒状部34为了能够安装于驱动轴6，采用可分割为多个构件的结构用螺栓48连结的分割结构，但是该分割结构只是一个例子。

下面对利用上述振动式研磨机1进行粉碎的工序进行说明。如果采用上述振动式研磨机1，则首先使驱动轴6旋转，以使粉碎部30以规定的转速旋转。然后，在粉碎部30处于高离心力场的状态下，从上述投入斜槽10将被处理物体W和粉碎介质X投入粉碎部30的筒状部34的内侧。该粉碎介质采用例如SUS、氧化铝、氧化锆等形成的球体。

如图2（a）、图2（b）所示，如上所述投入筒状部34内侧的被处理物体W与粉碎介质X由于处于高离心力场的粉碎部30的关系，贴在筒状部34的粉碎壁39的内表面上。而且在该高离心力场中筒状部34以比离心力G1大的振动加速度G2振动，因此在该振动加速度G2的作用下被处理物体W与粉碎介质X从筒状部34的内表面瞬间上浮，然后在大离心力G1的作用下叩击筒状部34的粉碎壁39的内表面，因此，被处理物体W在该冲击的作用下粉碎，而且在与粉碎介质X的冲击中粉碎。

而且由于使驱动轴6高速旋转同时使其以高振动频率振动，例如以3600rpm振动并且以每分钟3600次的转速叩击粉碎壁39以反复进行粉碎，因此在粉碎部30的筒状部34内能够将被处理物体W在短时间粉碎为非常微细的微粉。

作为上述粉碎部30的加速度和该粉碎部30的振动加速度的一个例子，在例如粉碎部30的外径约500mm，转速720rpm时，筒状部34的壁面的离心力G1约为145G（G为标准重力加速度，G＝9.8m/s²），驱动轴6的偏心量采用约10mm，转速为3600rpm时，振动加速度G2约为150G（G为标准重力加速度，G＝9.8m/s²），因此可以使振动加速度G2比离心力G1大5G，利用该振动加速度G2，可以在高离心力场中使被处理物体W在半径方向上振动粉碎。

该粉碎部30 的筒状部34的内部（离心力场）的加速度与使该筒状部34振动的加速度之间的关系是重要的因素，且根据被处理物体、处理量、处理时间等设定最佳加速度。

又，筒状部34内的被处理物体W以及粉碎介质X如上所述向筒状部34的粉碎壁39内表面在约145G作用的高离心力场中以约150G的振动加速度浮动后发生冲击，因此利用上部缩径部35和下部缩径部36使得上下端部缩径的筒状部34内的被处理物体W在粉碎处理中不因重力而落下，而在筒状部34内部粉碎。

如果采用以上所述的振动式研磨机1，则在高速旋转的筒状部34的粉碎壁39部分发生高离心力场，而且在该筒状部34的半径方向发生具有更大振动加速度的高速振动，因此能使作用于被处理物体W上的冲击能量极大化，能够以比以往更短的时间将被处理物体W粉碎到更细的程度，能够在短时间内大量生产粉碎物体。

例如与已有的在重力场中粉碎的已有的圆筒球磨机的粉碎效率相比，在重力场中使其振动的振动式球磨机的粉碎效率要更高，同样，与在离心力场中进行粉碎的行星式球磨机的粉碎效率相比，如果采用在离心力场中使其振动的上述振动式研磨机1，则能够以更短的时间，生产更细的粉碎物体。

而且，粉碎过的被处理物体W的排出可以通过降低驱动轴6的转速使半径方向的离心力减小来进行，所以借助于此，能够利用垂直方向的重力从筒状部34的下部缩径部36的下部开口34b落下排出粉碎过的被处理物体W。从而，通过对驱动轴6（偏心部7）的转速控制、被处理物体W的投入控制、以及对粉碎时间的控制，能够分批地或连续地进行粉碎处理，连续对被处理物体W进行微粉碎，大量生产微细粉末，能够谋求提高粉碎能力并缩短粉碎时间。

又，在排出被处理物体时，通过在出口部配设比粉碎介质小的开口的网，能够在出口部将被处理物体W与粉碎介质X分离。还有，该粉碎介质X的分离也可以在排出后进行。

此外，筒状部34内的被处理物体W与粉碎介质X在高速旋转中由于离心力的作用保持于筒状部34的粉碎壁39的内表面，因此不管是在气体中还是液体中，都能够在将被处理物体W与粉碎介质X保持于筒状部34的粉碎壁39的状态下进行粉碎工序，例如通过在非活性气体中或醇类液体中对被处理物体进行粉碎，容易使用利用被处理物体的粉碎谋求促进反应或抑制反应的粉碎处理。又，能够构成可连续批量处理，大量生产微粉的实用水平的振动式研磨机1。

图3是第2实施形态的振动式研磨机50，该实施形态的振动式研磨机50是只在上部支持上述第1实施形态的粉碎部30，下部为自由端的例子。对与上述第1实施形态相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。

如图3所示，本实施形态的振动式研磨机50利用圆筒状壳体3的上部设置的上部支持板51支持驱动轴53和粉碎部30。在上部支持板51上设置防振支持部52，通过该防振支持部52与上述驱动轴53一起支持粉碎部30。

防振支持部52具有设置于上述支持板51的防振橡胶构件54、55、以及在该防振橡胶构件54、55上表面设置的支持块56。防振橡胶构件54、55相对于驱动轴53的轴心辐射状配置多个，在本实施形态中，使用吊挂支持块56加以支持的橡胶弹簧。在该防振支持部52与上部支持板51之间，用密封构件59加以密封。支持块56在中央部具有由上述驱动轴53贯通的贯通孔57，在该贯通孔57的上端与驱动带轮13之间，设置与上述第1实施形态相同的迷宫式密封构件23。

又在该支持块56的上端形成法兰部58，该法兰部58用上述防振橡胶构件54、55防振支持于上部支持板51。还有，图示的左侧防振橡胶构件54固定于上部支持板51的规定位置上，为支持块56定位。该支持块56上用螺栓15安装小齿轮单元16。

而且在本实施形态中，封住驱动轴53的下端部的下部支持部32的下表面，以此防止粉碎过的被处理物体进入下部支持部32等。又，在这个例子中，壳体3的下部用粉碎物体承载构件60封住，粉碎部30形成密闭的结构。

还有，其他结构与上述第1实施形态相同，因此对相同的结构标以相同的符号并省略其详细说明。

如果采用如上所述的第2实施形态的振动式研磨机50，则与上述第1实施形态的振动式研磨机1一样，在成为高离心力场的粉碎部30的筒状部34内侧，施加更大的振动加速度，这样能够用高离心力场中的高加速度在短时间内将被处理物体W粉碎为微细粉末。

而且如果采用本实施形态的振动式研磨机50，则将高速旋转的筒状部34和作为振动发生部的偏心部7以及平衡锤46等作为一体加以防振支持，因此能够利用自动调芯功能使由被处理物体W与粉碎介质X的不平衡等造成的驱动轴53和筒状部34的姿势变化回复原状，同时能够抑制发生的振动向外部传递。

如上所述，如果采用上述振动式研磨机1、50，作为高离心力场的粉碎部30的筒状部34的粉碎壁39内表面，用比该离心力大的振动加速度G2（图2）使被处理物体W与粉碎介质X从粉碎壁39上浮后，用高离心力场的离心力使其反复冲击粉碎壁39，因此能够利用该冲击将被处理物体粉碎到非常细的程度，同时能够大幅度缩短粉碎时间。

又，如果采用上述振动式研磨机1、50，则除了在大气中以外，在非活性气体中等条件下进行粉碎的干式粉碎、醇类液体中等条件下的湿式粉碎的任何一种也都可以使用，能够在短时间内进行谋求抑制氧化、劣化等反应或促进反应等的微粉碎。

而且通过将作用于上述筒状部34的加速度设定为最合适的值，在例如木粉的情况下，将其粉碎到20微米以下可以促进糖化，将纤维素等高分子量的碳水化合物利用酸或酵素的作用使其变为低分子量的糖类的反应这样的生物质资源利用也容易进行。

还有，在上述实施形态中，以利用粉碎介质X将被处理物体W加以粉碎的结构为例进行了说明，但是，由于如上所述用非常大的振动加速度G2进行粉碎，只要是硬质的被处理物体W，也可以形成只将被处理物体W投入筒状部34内侧，利用其自身的冲击进行粉碎的结构，而不限于一定要使用粉碎介质X的结构。

又，上述被处理物体W可以对矿物、化学品、有机物、废弃物等各种被处理物体进行粉碎。

还有，上述实施形态只不过是一个例子，在不损害本发明的要旨的范围内可以有各种变更，本发明不限于上述实施形态。

工业应用性

本发明的振动式研磨机可以用作例如机械-化学领域中将被处理物体粉碎以大量生产微细粉末的生产设备研磨机。

Claims (8)

1.一种振动式研磨机，具备在纵向上可旋转地加以支持的驱动轴、以及位于该驱动轴的周围而由该驱动轴旋转的粉碎部，其中，

所述驱动轴具备偏离该驱动轴的轴心的偏心部、以及配置于该偏心部的偏心方向的反方向的平衡锤，

所述偏心部具有可旋转地支持所述粉碎部的支持部，

所述驱动轴具有在该驱动轴的轴心旋转的外齿轮，

所述粉碎部具有与所述驱动轴的外齿轮啮合，使该粉碎部在驱动轴的周围公转的内齿轮、及具备位于所述驱动轴的周围的纵向粉碎壁和投入被处理物体的上部开口的筒状部。

2.根据权利要求1所述的振动式研磨机，其特征在于，所述筒状部具有上端向上缩径，在上端具有所述上部开口的上部缩径部、以及下端向下缩径，在下端具有下部开口的下部缩径部。

3.根据权利要求1或2所述的振动式研磨机，其特征在于，所述粉碎部形成能够与所述被处理物体一起投入粉碎介质，对被处理物体进行粉碎的结构。

4.根据权利要求1或2所述的振动式研磨机，其特征在于，所述支持部配置于所述筒状部的纵方向中间部和该筒状部的下部。

5.根据权利要求1所述的振动式研磨机，其特征在于，所述驱动轴形成以支持轴承支持上部和下部的两端支持结构。

6.根据权利要求1所述的振动式研磨机，其特征在于，具备对所述驱动轴的上部实施防振支持的防振支持部，形成用该防振支持部与所述驱动轴一起吊挂粉碎部以实施防振支持的结构。

7.根据权利要求6所述的振动式研磨机，其特征在于，所述防振支持部形成用相对于驱动轴轴心辐射状配置的防振橡胶吊挂支持所述驱动轴的上部的结构。

8.根据权利要求1所述的振动式研磨机，其特征在于，具备将所述粉碎部的周围加以密闭的壳体。

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