JP2004154635A

JP2004154635A - 磨砕機

Info

Publication number: JP2004154635A
Application number: JP2002321018A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Enomura; 眞一榎村
Original assignee: M Technique Co Ltd
Current assignee: M Technique Co Ltd
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2022-11-05
Also published as: JP3864131B2

Abstract

【課題】粒度を一定にしたサブミクロン以下の微粉砕が可能な磨砕機を提供する。
【解決手段】本願発明に係る磨砕機は、一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の２つの研磨部材１，２を備える。両研磨部材１，２は、少なくともその一方が他方に対して、近接・離反可能に配設される。そして、この磨砕機は、両研磨部材１，２を少なくとも近接させる方向に作用する、付勢機構３を備える。上記の研磨部材１，２は、流体が両研磨部材１，２間を通過しようとする力を両研磨部材１，２の離反する方向に作用させる、動圧発生機構４を備える。これにて、少なくとも、付勢機構３の付勢と当該離反力との均衡により、両研磨部材１，２間について、従来機械的な方法では不可能であった、処理に必要な微小な間隔を確保することを可能とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、磨砕機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
挽臼原理を採用する粉砕機は、相互の間隔が調整できる上下二枚の砥石を有し、固定する砥石と高速回転する砥石の間に、強力な遠心力、衝撃磨砕力、ずりを生じさせ、それらの総合作用によって微粉砕化を行っている。このような回転砥石及び固定砥石及びこれを用いた磨砕装置としては、下記の特許文献１〜５に示されたものが挙げられる。
【０００３】
【特許文献１】
意匠登録第６５５３０４号公報
【０００４】
【特許文献２】
意匠登録第８４５６３２号公報
【０００５】
【特許文献３】
特公昭６２−５１６５８号公報
【０００６】
【特許文献４】
特公平３−１０６１号公報
【０００７】
【特許文献５】
特公平４−５５８３０号公報
【０００８】
ここで回転砥石及び固定砥石は、一般的にグラインダーと呼ばれ、その粒度は、通常１６♯、２４♯〜１２０♯、２４０♯程度が使用される。これらグラインダーは、粒度の違いは有るけれども凹凸を表面に形成されており、被粉砕物の硬度が高い場合、凸部の剥離や磨耗が発生し、異物混入の問題がある。
【０００９】
一方、次の特許文献６に示された磨砕装置では、噴射燃料、豆乳大豆等について、１〜５μｍ程度の微粒子に磨砕することが報告されているが、現状では、１μｍ以下の超微粒子を得ることが出来ない。
【００１０】
【特許文献６】
特公昭６２−５１６５８号
【００１１】
また、次の特許文献７に示されたものにおいて、高脂質、高水分、高タンパク質、糖質や特殊の酵素を多く含有する物質の微粉砕では、それらの被粉砕物質のもつ特有の物性のため摩擦熱によりねばりつき・べタつき・焦げつき・フィルム化などにより物性が変化してパウダーとして商品化が不可能であったところ、回転砥石の周速度がある一定のラインを超えると、急に粉砕能力が好転し且つ摩擦熱による昇温も低下することが報告されている。しかしながら周速度３４２２ｍ／分では、機械コスト及び機械的安全性にも問題が有ることを同時に報告されている。
【００１２】
【特許文献７】
特開平７−１８５３７２号
【００１３】
更に、次の特許文献８において、回転砥石と固定砥石のクリアランス自動制御方法が報告されているが、この方法では、高速回転により機械的発熱が発生し、駆動軸の熱膨張や回転砥石の芯振れなどの緩衝装置が無いため、最小クリアランスが数十μｍ以上となってしまう。
【００１４】
【特許文献８】
特開平８−１０２０号
【００１５】
次に、下記の特許文献９では、被処理流動体特に湿式（液体）粉砕・分散・乳化に有益な発明が報告されているが、これは、被処理流動体に所定の圧力を付与する流体圧力付与機構や水頭圧力が必要となる。
【００１６】
【特許文献９】
特願２００２−２０７５３３号
【００１７】
結局、上述してきた従来の各装置では、大気圧下で被粉砕原料を投入する場合において、上下二枚の砥石（研磨部材）のクリアランスをの１５μｍ以下にすることを実現することはできない。即ち、従来の機械的手段によっては、微細な磨砕や粉砕に適した上記のような微小なクリアランスを砥石間に確保することはできない。一方、ミルを用いて磨砕や粉砕を行うものでは、異物（ミル同士やミルと他との接触により削られて生じる異物）の混入が生じ、また、安全確保のために、高速回転出来る高性能な微粉砕機は、皆無であった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、最近のナノテクノロジーに関する開発に絶対的に必要とされる超微粉砕を実現する磨砕機を提供するものである。即ち、高精度で超微粉砕ができ且つ異物混入無くしかもシンプルな構造で安全性が高く、安価に製作可能な磨砕機、即ち、被粉砕物を砥石間で磨砕すると共に粒度を一定にしサブミクロン以下の微粉砕を可能とし、更に、被粉砕物の適応性状、物性が広い、磨砕機を提供して、上記問題の解決を図る。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明に係る磨砕機は、互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材１，２を備え、上記回転の中心側から両研磨部材１，２の間に流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材１，２の外側に排出するものについて、次の構成を採る。
即ち、上記の第１及び第２の両研磨部材１，２は、少なくともその一方が他方に対して、近接・離反可能に配設される。そして、この磨砕機は、両研磨部材１，２を少なくとも近接させる方向に作用する、付勢機構３を備える。上記の第１及び第２の研磨部材１，２は、流体が両研磨部材１，２間を通過しようとする力を両研磨部材１，２の離反する方向に作用させる、動圧発生機構４を備える。
ここで流体とは、液体、気体の他、固体を含有する液体、固体を含有する気体を含む。また、この流体は、処理の対象物である場合も、処理の対象物でない場合も、双方含むものである。
磨砕機には、磨砕や粉砕の処理を行う装置の他、乳化や分散の処理を行う装置や、アトマイザー（微粒化機）を含む。
【００２０】
本願第２の発明に係る磨砕機は、互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材１，２を備え、上記回転の中心側から両研磨部材１，２の間に流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材１，２の外側に排出するものについて、次の構成を採る。
即ち、上記の第１及び第２の両研磨部材１，２は、少なくともその一方が他方に対して、近接・離反可能に配設される。そして、この磨砕機は、両研磨部材１，２を少なくとも近接させる方向に作用する付勢機構３を備える。上記両研磨部材１，２は、鏡面研磨が施された平坦部を備え、研磨部材１，２の一方は、平坦部に溝を備える。上記の溝は、研磨部材の中心側から研磨部材の外側に向かって伸びると共に、当該溝内を通って、研磨部材の中心から研磨部材の外側に通り抜けようとする流体の流路を制限する、流路制限部を備える。
【００２１】
本願第３の発明に係る磨砕機では、上記本願第２の発明に係る磨砕機にあって、上記の流路制限部が、回転の中心側から研磨部材の外側に向けて漸次溝の断面積を小さくすることによって形成されたものである。
【００２２】
本願第４の発明に係る磨砕機では、上記本願第１乃至第３の何れかの発明に係る磨砕機にあって、上記の第１及び第２の研磨部材１，２の少なくとも一方が、フローティング機構を備える。このフローティング機構は、両研磨部材１，２間の上記近接・離反を可能とすると共に、回転により両研磨部材１，２の少なくとも一方に生じた偏心挙動を、両研磨部材１，２の少なくとも他方が吸収するものであることを特徴とする。
【００２３】
本願第５の発明に係る磨砕機は、互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材１，２を備え、上記回転の中心側から両研磨部材１，２の間に、被処理物を搬送する或いは被処理物自身となる流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材１，２の外側に排出するものであって、次の構成を採る。
即ち、この磨砕機は、フローティング機構と、付勢機構と、動圧発生機構とを備える。フローティング機構は、上記の第１及び第２の両研磨部材１，２の、一方を他方に対して、近接・離反可能に配すると共に、両研磨部材の回転軸の向きを変えることを可能とするものである。付勢機構は、上記の両研磨部材を少なくとも近接させる方向に付勢するものである。動圧発生機構は、流体が両研磨部材間を通過しようとする力を、両研磨部材の離反する方向に作用させることによって、両研磨部材間の間隔を、０．１〜１０μｍの微小間隔とするものである。
【００２４】
本願の上記第１乃至第５の発明に係る磨砕機は、上記の構成を採ることにより、付勢機構３の付勢に対し、動圧発生機構４が流体の両研磨部材１，２間を通過しようとする力を利用して両研磨部材１，２間の離反力を発生させ、少なくとも、付勢機構３の付勢と当該離反力との均衡により、両研磨部材１，２間について、従来機械的な方法では不可能であった、処理に必要な微小な間隔を確保することを可能とした。
【００２５】
特に、本願第２の発明に係る磨砕機は、上記の動圧発生機構４について、より好ましい手段を提供し得たものである。即ち、上記本願第２の発明に係る磨砕機は、双方の研磨部材１，２に鏡面研磨による平坦部を具備せしめると共に、当該平坦部の一方に、研磨部材の中心側から研磨部材の外側に流体が移動する経路を提供する溝を設けて、当該溝を鏡面研磨された両平坦部及び流路制限部にて、囲まれた空間とする。このため、溝を通り抜けようとする流体が流路制限部によって行き場を失い、少なくとも付勢機構３にて押し合わされた両平坦部の間に入り込み、両平坦部間（両研磨部材１，２間）に、従来機械的な方法では不可能であった、磨砕・粉砕処理に適した微小間隔を確保する。
【００２６】
また、本願第３の発明に係る磨砕機では、流路制限部が、回転の中心側から研磨部材の外側に向けて漸次溝の断面積を小さくすることによって、流体の通り抜けようとする力を徐々に受けるものであり、より円滑な上記の微小間隔の確保を可能とした。
【００２７】
更に、本願第４の発明に係る磨砕機では、研磨部材１，２が、フローティング機構によって、両研磨部材間の上記近接・離反のみならず、回転により両研磨部材１，２の少なくとも一方に生じた偏心挙動を、両研磨部材１，２の少なくとも他方が吸収する。このため、回転や発生した熱による研磨部材の変形によって、両平坦部間（両研磨部材１，２間）の各位置における間隔の不均衡を是正し、両平坦部間（両研磨部材１，２間）の各位置における隙間を一定のものとして、より確実で均一な処理を可能とした。
即ち、フローティング機構によって、上記回転における、回転軸の芯振れ、軸膨張、第１研磨部材１の面振れ、振動を吸収することができ、上記の作用を奏することができる。
【００２８】
本願第５の発明に係る磨砕機は、フローティング機構の下、付勢機構と動圧発生機構とにおいて生じた力の均衡により、両研磨部材間の間隔を０．１〜１０μｍの微小間隔とし、従来不可能であった微小な磨砕や粉砕を実現した。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本願発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図４へ、本願発明の一実施の形態を示す。図１は本願発明の一実施の形態に係る磨砕機の略縦断面図である。図２は、その一部切欠要部略縦断面図である。図３は、図１に示す磨砕機が備える第１研磨部材１の平面図である。図４は、上記磨砕機の第１及び第２研磨部材１，２の一部切欠要部略縦断面図である。
尚、説明の便宜上、Ｕは上方を、Ｓは下方を、夫々示している。
【００３０】
図１乃至図４に示す磨砕機は、大気圧下で、磨砕や粉砕処理の対象となる流体或いはこのような処理の対象物を搬送する流体が投入されるものである。
図１に示す通り、この磨砕機は、回転砥石である第１研磨部材１と、当該研磨部材１を保持する第１ホルダ１１と、固定砥石である第２研磨部材２と、当該第２研磨部材２が固定された第２ホルダ２１と、付勢機構３と、動圧発生機構４と、第１ホルダ１１と共に第１研磨部材１を回転させる駆動部５と、ハウジング６と、流体を供給（投入する）する導入部７と、流体を磨砕機の外部へ排出する排出部８とを備える。
以下、各部の構成について、詳しく説明する。
【００３１】
上記の第１研磨部材１と第２研磨部材２は、夫々、円柱の中心をくり抜いた形状の環状体である。両研磨部材１，２は、両研磨部材１，２の夫々が呈する円柱の一底面を研磨用面１０，２０とする砥石である。
上記の研磨用面１０，２０は、鏡面研磨された平坦部を有する。この実施の形態において、第２研磨部材２の研磨用面２０は、面全体に鏡面研磨が施された平坦面である。また、第１研磨部材１の研磨用面１０は、面全体を第２研磨部材２と同様の平坦面とするが、図３へ示す通り、平坦面中に、複数の溝１２…１２を有する。この溝１２…１２は、第１研磨部材１が呈する円柱の中心を中心側として円柱の外周方向へ、放射状に伸びる。
上記の第１及び第２の研磨部材１，２の研磨用面１０，２０についての、鏡面研磨は、面粗度Ｒａ０．０１〜１．０μｍとするのが好ましい。この鏡面研磨について、Ｒａ０．０３〜０．３μｍとするのがより好ましい。
研磨部材１，２の材質については、硬質且つ鏡面研磨が可能なものを採用する。研磨部材１，２のこの硬さについて、少なくともビッカース硬さ１５００以上、望ましくはビッカース硬さ１８００以上とする。また、線膨張係数が小さい素材を、採用するのが好ましい。磨砕処理にて熱を発する部分と他の部分との間で、膨張率の差が大きいと歪みが発生して、適正なクリアランスの確保に影響するからである。
このような研磨部材１，２の素材として、特に、ＳＩＣ（シリコンカーバイト／ビッカース硬さ２０００〜２５００）、表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン／ビッカース硬さ３０００〜４０００）コーティングが施されたＳＩＣ、ＷＣ（タングステンカーバイト／ビッカース硬さ１８００）、表面にＤＬＣコーティングが施されたＷＣ、ＺｒＢ２やＢＴＣ，Ｂ４Ｃに代表されるボロン系セラミック（ビッカース硬さ４０００〜５０００）などを採用するのが好ましい。
【００３２】
ハウジング６は、有底の筒状体であり、上方が上記の第２ホルダ２１に覆われている。第２ホルダ２１は、下面に上記第２研磨部２が固定されており、上方に上記導入部７が設けられている。導入部７は、外部から流体や被処理物を投入するためのホッパ７０を備える。
上記の駆動部５は、電動機などの動力源（図示せず。）と、当該動力源から動力の供給を受けて回転するシャフト５０とを備える。
上記回転は、第１研磨部材１の直径を１００ｍｍとした場合毎分２万回転、第１研磨部材１の直径を２００ｍｍとした場合毎分１万回転、第１研磨部材１の直径を４００ｍｍとした場合毎分５千回転である。即ち、第１研磨部材１の回転時の周速度という観点では、約６３００メートル毎分であり、これは、研磨用面１０と研磨用面２０のドライコンタクトを防止できるために可能となったのである。
図１に示すように、シャフト５０は、ハウジング６の内部に配され上下に伸びる。そして、シャフト５０の上端部に上記の第１ホルダ１１が、設けられている。第１ホルダ１１は、第１研磨部材１を保持するものであり、上記の通りシャフト５０に設けられることにより、第１研磨部材１の研磨用面１０を第２研磨部材２の研磨用面２０に対応させる。
【００３３】
第１ホルダ１１は、円柱状体であり、上面中央に、第１研磨部材１が固定されている。第１研磨部材１は、第１ホルダ１１と一体となるように、固着され、第１ホルダ１１に対してその位置を変えない。
一方、第２ホルダ２１の上面中央には、第２研磨部材２を受容する受容凹部２４が形成されている。
上記の受容凹部２４は、環状の横断面を有する。第２研磨部材２は、受容凹部２４と、同心となるように円柱状の受容凹部２４内に収容される。
【００３４】
詳しくは、上記の受容凹部２４内には、第２研磨部材２と別体の環状体２３が収容される。受容凹部２４の底面（天部２４ａ）には、突起物２７（ピン）が設けられている。環状体２３の上記天部２４ａを臨む面（上面）には、この突起物２７を収容することが可能な凹部２６が設けられている。突起物２７は、環状体２３の第２ホルダ２１に対する回り止めである。突起物２７は、凹部２６内に余裕（遊び）を持つように収容される。
この環状体２３の、受容凹部２４の天部２４ａと反対側（下方）に、第２研磨部材２が収容される。環状体２３の天部２４ａと反対側の面（下面）には、突起物２５（ピン）が設けられている。第２研磨部材２の研磨用面２０と反対側の面には、上記突起物２５を収容する凹部２２が設けられている。突起物２５は、環状体２３に対する第２研磨部材２の回り止めである。突起物２５は、凹部２２内に余裕（遊び）を持つように収容される。
【００３５】
そして、この第２ホルダ２１が、上記の付勢機構３を備える。付勢機構３は、ゴム製のＯリングやバネなどの弾性体を用いるのが好ましい。具体的には、この実施の形態において、上記の環状体２３について、その（上下）両端面間に複数の貫通孔３１…３１が設けられており、この貫通孔３１…３１に、付勢機構３となる複数のバネ３０…３０が収容される。これにて、第２研磨部材２の上面（研磨用面２０と反対側の面）と、受容凹部２４の底（天面２４ａ）との間に、第２研磨部材２を第１研磨部材１に向けて付勢する付勢機構３が介される。即ち、バネ３０…３０は、第２研磨部材２の研磨用面２０と反対側の面（底面）を押圧し、第１研磨部材１側（下方）に第２研磨部材２を付勢する。上記のバネ３０…３０は、受容凹部２４の底２４ａ上において、偏りなく分布する。
付勢機構３にバネを採用する場合、上記の通り複数のバネを用意するのに代え、第２研磨部材２の内周面の内径よりも大きく且つ第２研磨部材２の外径よりも小さな径を有するバネを一つ用意することによっても実施することができる。付勢機構３は、第２研磨部材２の研磨用面２０と反対側の面（図１及び図２において第２研磨部材２の上面）の各部に、偏りなく均一な付勢力を掛けることが可能なものであればよく、上記のバネに限定するものではない。
即ち、上記において、付勢機構３は、バネ３１のみにて構成されたものとしたが、この他、付勢機構３は、上記のバネ３１に代え、或いはバネ３１と共に、空気などの流体圧を利用した付勢手段を用いて実施することも可能である。
具体的には、図１に示すように、付勢機構３の一部として、高圧空気導入口３２を設けて、付勢力の調整を行うものとしても実施可能である。この場合、付勢機構３は、高圧空気導入口３２のみにて構成するものであってもよく、また、図１に示す通り、バネ３１と高圧空気導入口３２とによって構成するものであってもよい。
【００３６】
一方、受容凹部２４の内径は、第２研磨部材２の外径よりも大きく、これにて、上記の通り同心に配設した際、第２研磨部材２の外周面２ｂと受容凹部２４の内周面との間には、図２に示すように、隙間ｔ１が設定される。
同様に、第２研磨部材２の内周面２ａと受容凹部２４の中心部外周面との間には、図２に示すように、隙間ｔ２が設定される。
上記隙間ｔ１、ｔ２の夫々は、振動や偏芯挙動を吸収するためのものであり、動作寸法以上確保され且つシールが可能となる大きさに設定する。例えば、第１研磨部材１の直径が１００ｍｍから４００ｍｍの場合、当該隙間ｔ１、ｔ２の夫々は、０．１〜０．３ｍｍとするのが好ましい。
第１ホルダ１１は、その内ホルダ１５と共に、シャフト５０へ一体に固定され、シャフト５０と共に回転する。また、上記の突起物２５，２７によって、環状体２３を介しても、第２ホルダ２１に対して、第２研磨部材２は回らない。しかし、両研磨用面１０，２０間に、磨砕等の処理に必要な０．１〜１０ミクロンの微小な間隔ｔ（クリアランス／図４（Ｂ）参照）を確保するため、受容凹部２４の底面（天部２４ａ）と環状体２３の上記天部２４ａを臨む面（上面）と間に隙間ｔ３が設けられる。この隙間ｔ３については、上記のクリアランスと共に、シャフト５０の振れや伸びを考慮して設定する。
【００３７】
上記のように、隙間ｔ１〜ｔ３の設定により、第１研磨部材１は、第２研磨部材１に対して近接・離反する方向に可変であるのみならず、その研磨用面１０の中心や向き（方向ｚ１，ｚ２について）も可変としている。
即ち、この実施の形態において、付勢機構３と、上記隙間ｔ１〜ｔ３とが、フローティング機構を構成し、このフローティング機構によって、少なくとも第２研磨部材２の中心や傾きを、数ミクロンから数ミリの程度の僅かな量、可変としている。これにて、回転軸の芯振れ、軸膨張、第１研磨部材１の面振れ、振動を吸収する。
尚、上記突起物２５と凹部２２の間、及び突起物２７と凹部２６との間の遊びによって、第２研磨部材２の上記フローティング機構の動作は、確保され、これらの回り止めの機構に、当該動作が阻害されない。
【００３８】
第１研磨部材１の研磨用面１０が備える前記の溝１２について、更に詳しく説明する。溝１２の後端は、第１研磨部材１の内周面１ａに達するものであり、その先端を第１研磨部材１の外側ｙ（外周面側）に向けて伸ばす。この溝１２は、図３（Ａ）へ示すように、その横断面積を、環状の第１研磨部材１の中心ｘ側から、第１研磨部材１の外側ｙ（外周面側）に向かうにつれて、漸次減少するものとしている。
溝１２の左右両側面１２ａ，１２ｂの間隔ｗ１は、第１研磨部材１の中心ｘ側から、第１研磨部材１の外側ｙ（外周面側）に向かうにつれて小さくなる。また、溝１２の深さｗ２は、図３（Ｂ）へ示すように、第１研磨部材１の中心ｘ側から、第１研磨部材１の外側ｙ（外周面側）に向かうにつれて、小さくなる。即ち、溝１２の底１２ｃは、第１研磨部材１の中心ｘ側から、第１研磨部材１の外側ｙ（外周面側）に向かうにつれて、浅くなる。
このように、溝１２は、その幅及び深さの双方を、外側ｙ（外周面側）に向かうにつれて、漸次減少するものとして、その横断面積を外側ｙに向けて漸次減少させている。そして、溝１２の先端（ｙ側）は、行き止まりとなっている。即ち、溝１２の先端（ｙ側）は、第１研磨部材１の外周面１ｂに達するものではなく、溝１２の先端と外周面１ｂとの間には、外側平坦面１３が介在する（この外側平坦面１３は、研磨用面１０の一部である）。
この実施の形態において、このような溝１２の左右両側面１２ａ，１２ｂと底１２ｃとが流路制限部を構成している。この流路制限部と、第１研磨部材１の溝１２周囲の平坦部と、第２研磨部材２の平坦部とが、動圧発生機構４を構成している。
但し、溝１２の幅及び深さの何れか一方についてのみ、上記の構成を採るものとして、断面積を減少させるものとしてよい。その場合、上記の構成を採らない、左右両側面１２ａ，１２ｂ或いは底１２ｃは、流路制限部とならず、動圧発生機構４の構成要素とならない。
上記の動圧発生機構４は、第１研磨部材１の回転時、両研磨部材１，２間を通り抜けようとする流体によって、両研磨部材１，２の間に所望の微小間隔を確保することを可能とする、両研磨部材１，２を離反させる方向に働く力を発生させる。このような動圧の発生により、両研磨用面１０，２０間に、０．１〜１０μｍの微小間隔を発生させることができる。このような微小間隔は、処理の対象によって、調整し選択すればよいのであるが、１〜６μｍとするのが好ましく、より好ましくは、１〜２μｍである。この磨砕機においては、上記のような微小間隔による従来にない磨砕や粉砕処理が可能である。
【００３９】
溝１２…１２の夫々は、真っ直ぐ、中心ｘ側から外側ｙに伸びるものであっても実施可能である。但し、この実施の形態において、図３（Ａ）に示すように、第１研磨部材１の回転方向ｒについて、溝１２の中心ｘ側が、溝１２の外側ｙよりも、先行するように（前方に位置するように）、湾曲して溝１２を伸びるものとしている。
このように溝１２…１２が湾曲して伸びることにより、動圧発生機構４による離反力の発生をより効果的に行うことができる。
【００４０】
次に、この磨砕機の動作について説明する。
導入部７（ホッパ７０）から投入された、被処理物である流体Ｒは、環状の第２研磨部材２の中空部（中央）を通り、第１研磨部材１の回転よる遠心力を受けた流体は、両研磨部材１，２間に入り、回転する第１研磨部材１の研磨用面１０と、第２研磨部材２の研磨用面２０との間にて、磨砕や粉砕の処理が行われ、その後、両研磨部材１，２の外側に出て、排出部８から排出される。
上記において、環状の第２研磨部材２の中空部に入った流体Ｒは、図４（Ａ）へ示すように、先ず、回転する第１研磨部材１の溝１２に入る。一方、鏡面研磨された（平坦部である）両研磨用面１０，２０は、空気や窒素などの気体を通しても気密性が保たれている。従って、回転による遠心力を受けても、そのままでは、付勢機構３によって、押し合わされた両研磨用面１０，２０の間に、溝１２から流体は入り込むことはできない。しかし、流路制限部として形成された溝１２の上記両側面１２ａ，１２ｂや底１２ｃに、流体Ｒは徐々に突き当たり、両研磨用面１０，２０を離反させる方向に働く動圧を発生させる。これによって、流体Ｒが溝１２から平坦面に滲み出し、両研磨用面１０，２０の間に微小間隔（クリアランス）を確保することができる。そして、このような鏡面研磨された平坦面の間で、微小な磨砕や粉砕の処理が行われる。また上述の溝１２の湾曲が、より確実に流体へ遠心力を作用させ、上記動圧の発生をより効果的にしている。
このように、この磨砕機は、動圧と付勢機構３による付勢力との均衡にて、両鏡面（研磨用面１０，２０）間に、微細な間隔（クリアランス）を確保することを可能とした。そして、上記の構成により、当該微細間隔は、１μｍ以下の超微細なものとすることができる。
また、上記フローティング機構の採用により、研磨用面１０，２０間のアライメントの自動調整が可能となり、回転や発生した熱による各部の物理的な変形に対して、研磨用面１０，２０間の各位置における、クリアランスのばらつきを、抑制し、当該各位置における上記の小間隔の維持を可能とした。
【００４１】
尚、上記の実施の形態において、フローティング機構は、第２ホルダ２１にのみ設けられた機構であった。この他、第２ホルダ２１に代え、或いは第２ホルダ２１と共に、フローティング機構を、第２ホルダ２１にも設けるものとして実施することも可能である。
【００４２】
図５乃至図７に、上記の溝１２について、他の実施の形態を示す。
図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、溝１２は、流路制限部の一部として、先端に平らな壁面１２ｄを備えるものとして実施することができる。また、この図５に示す実施の形態では、底１２ｃにおいて、第１壁面１２ｄと、内周面１ａとの間に段差１２ｅが設けられており、この段差１２ｅも流路制限部の一部を構成する。
図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、溝１２は、複数に分岐する枝部１２ｆ…１２ｆを備えるものとし、各枝部１２ｆがその幅を狭めることにより流路制限部を備えるものとしても実施可能である。
図５及び図６の実施の形態においても、特に示した以外の構成については、図１乃至図４に示す実施の形態と同様である。
【００４３】
また、上記の各実施の形態において、溝１２の幅及び深さの少なくとも何れか一方について、第１研磨部材１の内側から外側に向けてその寸法を漸次小さくすることにて、流路制限部を構成するものとした。この他、図７（Ａ）や図７（Ｂ）へ示す通り、溝１２の幅や深さを変化させずに、溝１２に終端面１２ｆを設けることによって、このような溝１２の終端面１２ｆを流路制限部とすることができる。図３、図５及び図６に示す実施の形態において示した通り、動圧発生は、溝１２の幅及び深さを既述の通り変化させることによって溝１２の底や両側面を傾斜面とすることで、この傾斜面が流体に対する受圧部になり動圧を発生させた。一方図７（Ａ）（Ｂ）に示す実施の形態では、溝１２の終端面が流体に対する受圧部になり動圧を発生させる。
また、この図７（Ａ）（Ｂ）に示す場合、溝１２の幅及び深さの少なくとも何れか一方の寸法を漸次小さくすることも併せて実施することができる。
尚、溝１２の構成について、上記の図３、図５乃至図７に示すものに限定するものではなく、他の形状の流路制限部を備えたものとして実施することが可能である。
例えば、図３、図５乃至図７示すものでは、溝１２は、第１研磨部材１の外側に突き抜けるものではなかった。即ち、第１研磨部材１の外周面と、溝１２との間には、外側平坦面１３が存在した。しかし、このような実施の形態に限定するものではなく、上述の動圧を発生されることが可能であれば、溝１２は、第１研磨部材１の外周面側に達するものであっても実施可能である。
例えば、図７（Ｂ）に示す第１研磨部材１の場合、点線で示すように、溝１２の他の部位よりも断面積が小さな部分を、外側平坦面１３に形成して実施することができる。
また、溝１２を、上記の通り内側から外側へ向けて漸次断面積を小さくするように形成し、溝１２の第研磨部材１の外周に達した部分（終端）を、最も断面積が小さいものとすればよい（図示せず）。但し、動圧を効果的に発生させる上で、図３、図５乃至図７に示すように、溝１２は、第１研磨部材１の外周面側に突き抜けないほうが好ましい。
【００４４】
上記の各実施の形態では、第１研磨部材１のみが回転し、第２研磨部材２は、回転しないものとした。この他、第１研磨部材１のみならず、第２研磨部材２も回転するものとしても実施可能である。この場合、第２研磨部材２は、第１研磨部材１の回転方向ｒに対し、逆方向に回転するものとする。
このような磨砕機として、例えば、図８に示すように、既述の駆動部５とは別個の、シャフト５０ａを備えた駆動部５ａを設けて、ハウジング６と独立して形成された第２ホルダ２１を回転させればよい。この場合、駆動部５ａのシャフト５０ａを中空として、このシャフト５０内部を導入部７とする。
図８に示す磨砕機では、図１及び図２に示す磨砕機と同様、フローティング機構は、第２ホルダ２１が備えるものである。この他、第２ホルダ２１に代え或いは第２ホルダ２１と共に第１ホルダ１１もフローティング機構を備えるものとしても実施可能である。
【００４５】
最後に、本願発明について、総括する。
本願発明に係る磨砕機は、耗外周部に平坦磨砕面を有する回転砥石と同じく外周部に平坦磨砕面を有する固定砥石とをそれらの平坦磨砕面で同心的に相対向させ、同回転砥石の回転下に固定砥石の開口部より被粉砕原料を供給しながら両砥石の対向平面磨砕面間より該被粉砕原料を磨砕、粉砕して処理する磨砕機において機械的にクリアランスを調整するのではなく、回転砥石に増圧機構を設けてその圧力発生によりクリアランスを保持しかつ機械的クリアランス調整では、不可能であった１〜６μｍの微小クリアランスを可能とし磨砕、粉砕能力が著しく向上出来たものである。
即ち、本願発明は、回転砥石と固定砥石がその外周部に平坦磨砕面を有しその平坦磨砕面において、面上の密封機能を有することで流体静力学的（ハイドロスタティック）一流体動力学的（ハイドロダイナミック）な力、或いは、エアロスタティック−エアロダイナミックな力を発生させる高速回転式の磨砕機を提供しようとするものである。上記の力は、上記密封面間に僅かな間隙を発生させ、また非接触で機械的に安全で高度な磨砕機能を有した磨砕装置を提供することができる。この僅かな隙間が形成されうる要因は、一つは、回転砥石の回転速度によるものであり、もう一つは、被粉砕原料の投入側と排出側の圧力差によるものである。投入側に圧力付与機構が付設されている場合は、本願の出願人が先に行った特願２００２−２０７５３３で有益な発明を報告しているが、投入側に圧力付与機構が付設されていない場合即ち大気圧下で被粉砕原料を投入される場合、圧力差が無いわけであるから回転砥石の回転速度だけで密封面間の分離を生じさせる必要がある。これは、ハイドロダイナミックもしくはエアロダイナミック力として知られている。
【００４６】
【発明の効果】
本願第１乃至第５の発明の実施によって、被粉砕原料を流体とし、或いは被粉砕原料を流体中に投入する場合において、上下二枚の砥石（研磨部材）のクリアランスを１５μｍ以下にすることを実現した。即ち、最近のナノテクノロジーに関する開発に絶対的に必要とされる超微粉砕を実現した。また、異物の混入を排除して、高速回転出来る高性能な微粉砕機（磨砕機）を提供した。
ことを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施の形態に係る磨砕機の一部切欠縦断面図である。
【図２】上記の磨砕機の、第１研磨部材１及び第１ホルダ１１を中心とする要部略縦断面図である。
【図３】（Ａ）は上記磨砕機の第１研磨部材１の平面図であり、（Ｂ）はその要部縦断面図である。
【図４】（Ａ）は上記磨砕機の第１及び第２研磨部材１，２の要部縦断面図であり、（Ｂ）は微小間隔が開けられた上記第１及び第２研磨部材１，２の要部縦断面図である。
【図５】（Ａ）は第１研磨部材１の他の実施の形態の平面図であり、（Ｂ）はその要部略縦断面図である。
【図６】（Ａ）は第１研磨部材１の、更に他の実施の形態の平面図であり、（Ｂ）はその要部略縦断面図である。
【図７】（Ａ）は第１研磨部材１のまた更に他の実施の形態の平面図であり、（Ｂ）は第１研磨部材１の更にまた他の実施の形態の平面図である。
【図８】磨砕機の他の実施の形態を示す一部切欠略縦断面図である。
【符号の説明】
１第１研磨部材
２第２研磨部材
３付勢機構
４動圧発生機構

Claims

互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材を備え、上記回転の中心側から両研磨部材の間に流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材の外側に排出する磨砕機において、
上記の第１及び第２の両研磨部材は、少なくともその一方が他方に対して、近接・離反可能に配設され、
両研磨部材を少なくとも近接させる方向に作用する付勢機構を備え、
上記の第１及び第２の研磨部材は、流体が両研磨部材間を通過しようとする力を両研磨部材の離反する方向に作用させる、動圧発生機構を備えたことを特徴とする磨砕機。
互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材を備え、上記回転の中心側から両研磨部材の間に流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材の外側に排出する磨砕機において、
上記の第１及び第２の両研磨部材は、少なくともその一方が他方に対して、近接・離反可能に配設され、
両研磨部材を少なくとも近接させる方向に作用する付勢機構を備え、
上記両研磨部材は、鏡面研磨が施された平坦部を備え、研磨部材の一方は、平坦部に溝を備え、
上記の溝は、研磨部材の中心側から研磨部材の外側に向かって伸びると共に、当該溝内を通って、研磨部材の中心から研磨部材の外側に通り抜けようとする流体の流路を制限する、流路制限部を備えたこと特徴とする磨砕機。
上記の流路制限部は、回転の中心側から研磨部材の外側に向けて漸次溝の断面積を小さくすることによって形成されたものであることを特徴とする請求項２記載の磨砕機。
上記の第１及び第２の研磨部材の少なくとも一方が、フローティング機構を備え、このフローティング機構は、両研磨部材間の上記近接・離反を可能とすると共に、回転により両研磨部材の少なくとも一方に生じた偏心挙動を、両研磨部材の少なくとも他方が吸収するものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の磨砕機。
互いに対向するように配設され少なくとも一方が他方に対して回転することにより磨砕や粉砕の処理を行う、第１及び第２の少なくとも２つの研磨部材を備え、上記回転の中心側から両研磨部材の間に、被処理物を搬送する或いは被処理物自身となる流体を供給し、当該流体を上記第１及び第２の研磨部材の外側に排出する磨砕機において、
フローティング機構と、付勢機構と、動圧発生機構とを備え、
フローティング機構は、上記の第１及び第２の両研磨部材の、一方を他方に対して、近接・離反可能に配すると共に、両研磨部材の回転軸の向きを変えることを可能とするものであり、
付勢機構は、上記の両研磨部材を少なくとも近接させる方向に付勢するものであり、
動圧発生機構は、流体が両研磨部材間を通過しようとする力を、両研磨部材の離反する方向に作用させることによって、両研磨部材間の間隔を、０．１〜１０μｍの微小間隔とするものであることを特徴とする磨砕機。