JP2019162615A - 粉砕機 - Google Patents

Abstract

【課題】より細かい微粉砕が可能な乾式の粉砕機を提供する。【解決手段】容器１２内で向かい合う回転刃１３と固定刃１５とを備え、刃面間４０で処理物を乾式粉砕する粉砕機１０であって、回転刃１３（固定刃１５）は、回転側保持部材３１（固定側保持部材５１）と、回転側刃部材３２（固定側刃部材５２）とで構成され、回転側刃部材３２（固定側刃部材５２）は、半径方向外側に位置する回転側外刃３５（固定側外刃５５）と内側に位置する回転側内刃３６（固定側内刃５６）とで構成され、回転側外刃３５及び固定側外刃５５は、刃面間４０が最小となる相互に平行な刃面を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、容器内で向かい合う回転刃と固定刃とを備え、処理物を容器の内側から外側に向かって流しながら粉砕する乾式の粉砕機に関し、特に、微粉砕に優れた性能を備える粉砕機に関する。

特許文献１には、円筒状の容器内で向かい合う回転刃と固定刃とを備え、刃面間で処理物を乾式粉砕する粉砕機が記載されている。容器の中央部には処理物の供給口を備えるとともに、周壁には排出口を備えており、連続的に粉砕処理を行うことができる。
回転刃及び固定刃は、それぞれ円盤状の保持部材と刃部材とを備え、各刃部材は中央部を凹ませて、凹ませた面を互いに向かい合わせて粉砕室となる刃面間を形成している。

円盤の中央部を凹ませた形状は切頭円錐形であり、各刃部材の刃面が、切頭円錐内面をなしている。すなわち、切頭円錐内面の滑らかな曲面に、軸心を通る放射線状の溝が所定の間隔で切削され、各溝間の山部が処理物を粉砕するための刃先とされている。溝の断面形状はＶ字形であり、山の断面形状も先端が尖った山形となっている。

特許文献２には特許文献１と同様の粉砕機が記載されている。しかし、各刃部材は一体物ではなく、周方向に分割された複数の分割刃で構成されている。各分割刃の各分割辺は軸心を通る直線となっている。
分割刃の刃面には、分割辺と交差する直線状の溝が所定の間隔で切削され、各溝間の山部が処理物を粉砕するための刃先とされている。

特開平１０−２８８９４号公報 特開２００３−８００９２号公報

本発明の目的は、容器内で向かい合う回転刃と固定刃を備える乾式の粉砕機であって、従来よりも細かい粉砕物を得ることができる粉砕機を提供することにある。

本発明の粉砕機は、容器内で向かい合う回転刃と固定刃とを備え、刃面間で処理物を乾式粉砕する粉砕機であって、前記回転刃及び前記固定刃は、それぞれ保持部材と刃部材とで構成されるとともに、各刃部材は、半径方向外側に位置する外刃と内側に位置する内刃とで構成され、前記回転刃の前記外刃及び前記固定刃の前記外刃は、前記刃面間の距離が最小となる相互に平行な刃面を備えていることを特徴としている。

前記外刃の半径方向の長さは、前記刃部材の半径方向の長さに対して、１５％以上６５％以下であることが好ましい。

前記回転刃の前記内刃及び前記固定刃の前記内刃は、軸線方向に見たときに相互に交差する刃先を備えた構成とすることができる。さらに、前記回転刃の回転方向が、交差点を内側に移動させる方向であることが好ましい。
前記内刃は、周方向に分割された複数の分割刃からなる構成とすることができる。

前記固定刃の前記保持部材は、内部に冷却媒体を流すための冷却空間を備えている構成とすることが好ましい。
前記回転刃の前記保持部材も、内部に冷却媒体を流すための冷却空間を備えている構成とすることが好ましい。

本発明の粉砕機は、回転刃及び固定刃の刃部材をそれぞれ外刃と内刃で構成することによって、外刃において処理物の流れに大きな抵抗力を与えることができる。そして、刃面間における処理物の滞留時間を長くすること、及び適度に調節することが可能である。
また、軸線方向に見たときに回転刃の刃先と固定刃の刃先とを交差させ、さらには回転刃の回転によって交差点が内側又は外側に移動するようにした構成であっても、刃面間における処理物の滞留時間を長くしたり、適度に調節したりすることができる。

刃面間における滞留時間を長くすることによって粉砕性能が向上し、従来よりも細かい微粉処理を行うことができる。
また、内刃による滞留時間の調節と外刃による滞留時間の調節とを組み合わせることによって、処理物に応じて最適な滞留時間を設定することができる。

滞留時間の長い粉砕処理を行うために、処理物の温度上昇が顕著になるが、固定刃及び回転刃は、各保持部材の内部に冷却媒体を流すための冷却空間を備える構成とすることができるので、低温に保持された状態での微粉砕処理を行うことができるようになる。
すなわち、プラスチックを溶融させることなく確実に微粉砕することができるようになる。また、食品の粉砕を低温で行うことにより、味や風味を維持することができるようになる。

本発明の粉砕機の一例を示す概略断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視概略断面図である。 外刃の一例を示す概略図である。 内刃の一例を示す概略図である。 外刃と内刃との関係を示す説明図である。 回転刃と固定刃における刃先の交差を示す説明図である。 内刃の他の例を示す概略図である。 刃先の例を示す説明図である。 固定刃の冷却空間を示す概略断面図である。

図１及び図２は、本発明の一例である粉砕機１０を示している。
粉砕機１０は、円筒状の容器１２内で向かい合う回転刃１３と固定刃１５とを備えて、その刃面間４０で処理物を粉砕する乾式粉砕機である。
処理物を供給するために、固定刃１５の中央部を経由する供給路が形成され、容器１２の中央に供給口２５が設けられている。また、粉砕された処理物を排出するために、容器１２の周壁２２に排出口２６が設けられている。

容器１２の一端壁に設けられた開口２１を挿通して回転軸１６が設けられ、回転軸１６に回転刃１３が固定されている。回転軸１６の中心線が軸心６０である。
回転軸１６は、図示しない軸受部によって、容器１２に対して回転可能に軸支されるとともに、図示しない軸封部によって、開口２１との間が軸封されている。
図２において、回転軸１６の回転方向は、矢印で示す方向（右回転）である。

回転刃１３は、回転側保持部材３１と回転側刃部材３２で構成されている。回転側保持部材３１には回転側冷却空間３３が形成され、回転軸１６に設けられた回転軸冷却通路６１からの冷却媒体を回転側冷却空間３３に流通させることができる。
図１では、回転軸冷却通路６１を一つの通路として簡略化して示しているが、実際には冷却媒体が往復する二つの通路により構成されている。
回転軸１６は、駆動側端部にロータリージョイントを備え、冷却媒体の供給と排出とを行うことができる。

容器１２の他端壁には大きな蓋部材２３が設けられ、蓋部材２３に固定刃１５が取り付けられている。
固定刃１５は、固定側保持部材５１と固定側刃部材５２で構成されており、固定側保持部材５１には固定側冷却空間５３が形成されている。蓋部材２３及び固定側保持部材５１には、図示していない冷却通路が設けられて、固定側冷却空間５３に冷却媒体を連続的に流通させることができる。

本発明は、微粉砕性能を向上させるために、回転側刃部材３２及び固定側刃部材５２に特徴を備えている。回転側刃部材３２と固定側刃部材５２とは、必ずしも同じ形状である必要はないが、まず、同一形状として説明する。
それぞれの刃部材は、半径方向外側に位置する外刃と、内側に位置する内刃とを備えている。すなわち、回転側刃部材３２は、回転側外刃３５と回転側内刃３６とで構成され、固定側刃部材５２は、固定側外刃５５と固定側内刃５６とで構成されている。

図３は、回転側外刃３５の一例を示している。
回転側外刃３５は環状であって、軸心６０に直交する刃面３５１を備えている。また、固定側外刃５５も同様の形状とする。このような形態とすることにより、回転側外刃３５及び固定側外刃５５の刃面を平行に位置させることができる。そして、双方によって形成される刃面間４０を一定の距離（隙間）とすることができる。また、図１に示すように、この回転側外刃３５と固定側外刃５５との刃面間の距離を、回転側刃部材３２と固定側刃部材５２との全体の刃面間の距離の中で最小にすることができる。

刃面３５１には、複数の刃先３５２が形成されている。刃先３５２は、平面状の刃面３５１を切削して形成され、形成された刃先３５２の先端で形成される面が刃面３５１でもある。回転側外刃３５の回転方向が矢印の方向（右回り）であるとき、軸心６０を通る直線に対して各刃先３５２がなす角度θ１は、正の角度となるように記載されている。回転側外刃３５の半径方向の長さをＲｏとする。

図４は、回転側内刃３６の一例を示している。固定側内刃５６も同様の形状とする。
回転側内刃３６は、周方向に分割された複数の分割刃３６０で構成されている。分割刃３６０の各分割面３６５は、軸心６０を通る平面とされており、各分割面３６５を相互に密着させて組み立てることができる。

分割刃３６０の厚み（軸心６０方向の寸法）は、外側が厚く内側が薄く形成され、刃面３６１は平面である。これによって、回転側内刃３６は、中央部を凹ませた刃面３６１を備えることになる。すなわち、回転側内刃３６と固定側内刃５６によって形成される刃面間４０の距離は、半径方向の内側に向かうほど長くなり、外側に向かうほど短くなっている。このため、回転側外刃３５と固定側外刃５５によって形成される刃面間４０の距離が最小（最短）となるように構成することができる。

刃面３６１には、複数の刃先３６２が形成されている。刃先３６２は、平面状の刃面３６１を切削して形成され、形成された刃先３６２の先端で形成される面が刃面３６１でもある。回転側内刃３６の回転方向が矢印の方向（右回り）であるとき、分割刃３６０の中心線に対して各刃先３６２がなす角度θ２は、正の角度となるように記載されている。回転側内刃３６の半径方向の長さをＲｉとする。
なお、刃先３６２の溝において処理物が閉塞することを避けるために、分割面３６５に沿って、刃面３６１に分割溝３６６を設けることが好ましい。

本発明の作用について説明する。
前述のように、粉砕機１０において、処理物は供給口２５から容器１２内に入り、刃面間４０で粉砕処理を受けた後に、排出口２６から排出される。
処理物は、回転刃１３の回転による遠心力によって、容器１２の内側から外側に向かって流れるのであるが、粉砕性能を高めるためには、刃面間４０における処理物の滞留時間を長くすることが好ましい。また、滞留時間を適度に調節できることが好ましい。

本発明の粉砕機１０は、滞留時間を長くするために、第１の手段として、回転刃１３の回転側刃部材３２を回転側外刃３５及び回転側内刃３６で構成している。同様に、固定刃１５の固定側刃部材５２を固定側外刃５５及び固定側内刃５６で構成している。
回転側外刃３５及び固定側外刃５５を独立した部材とし、両刃面を平行に位置させるとともに、その刃面間４０を最小の距離とすることによって、処理物の流れに対して大きな抵抗力を与え、これを調節することができる。

図５により具体的に説明する。
半径方向の長さを、回転側外刃３５についてＲｏ、回転側内刃３６についてＲｉ、回転側刃部材３２についてＲｔとすれば、Ｒｔ＝Ｒｏ＋Ｒｉである。
微粉砕を目的とするためには、Ｒｔに対するＲｏを長くすることが好ましい。
すなわち、０．１５Ｒｔ ≦ Ｒｏ ≦ ０．６５Ｒｔとする。

ＲｏをＲｔの１５％以上とすることによって、微粉砕の効果を顕著に示すことができる。
また、ＲｏをＲｔの２５％〜５０％とすることによって、最適な微粉砕を実現することができる。そして、実質的な上限値が６５％である。

回転側内刃３６と固定側内刃５６とがなす刃面間４０の角度αは、３°〜５０°とすることが好ましく、５°〜３０°とすることがより好ましい。
また、回転側外刃３５と固定側外刃５５の刃面間４０は、相互に平行とすることが可能であり、また、これを最小（最短）の隙間βとすることが可能である。隙間βは、０．０５ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましく、０．１５ｍｍ〜２ｍｍとすることがより好ましい。

また、滞留時間を長くするための第２の手段として、回転刃１３及び固定刃１５の刃先の動きを調節し、処理物の流れに逆方向の力を与えることができる。
すなわち、軸線方向に見たときに、双方の刃先を交差させるとともに、交差点が内側に移動する構成とすることによって滞留時間を長くすることができる。

図６は、全く同じ形状に製作された回転側内刃３６と固定側内刃５６とを、軸線方向に透視するように見た場合の刃先３６２及び刃先５６２を示している。そして、代表的な一組について刃先３６２と刃先５６２の交差点Ｘを示している。
固定側内刃５６の刃先５６２が静止しているのに対して、回転側内刃３６の刃先３６２が矢印の方向（右回り）に回転すると、交差点Ｘが内側に移動することが理解できる。
回転側内刃３６が矢印と逆の方向（左回り）に回転した場合には、交差点Ｘが外側に移動することになる。

粉砕処理によって処理物の温度が上昇しても、特別に問題がないのであれば、交差点Ｘが内側に移動するように選択し、処理物の滞留時間を長くして粉砕性能を高めることができる。
処理物がプラスチックや食品などであり、温度の上昇が問題となるときは、交差点Ｘが外側に移動するように選択し、処理物の滞留時間を短くすることもできる。

一般的には、回転側内刃３６及び固定側内刃５６の組み合わせでは、交差点Ｘを内側に移動させて、処理物の滞留時間を長くすることが多い。
すなわち、図４に示した角度θ２は、正の角度とすることが好ましく、５〜８０度とすることがより好ましい。

回転側内刃３６と固定側内刃５６の組み合わせに替えて、図７に示すような回転側内刃３７及び固定側内刃５７を用いることもできる。
回転側内刃３７及び固定側内刃５７は、中央を凹ませた切頭円錐内面をなす刃面３７１（５７１）を備えており、軸心６０を通る直線状の刃先３７２（５７２）が複数形成されている。これらは、分割の必要がなく、一体に形成することができるので、簡単な構造とすることができる。

また、回転側内刃３６と固定側内刃５７との組み合わせや、回転側内刃３７と固定側内刃５６との組み合わせも有効である。
これらの組み合わせにおいても、軸線方向に見たときに交差する刃先を備えることになり、交差点Ｘを内側又は外側に移動させることができる。

回転側外刃３５と固定側外刃５５の組み合わせにおいても、軸線方向に見たときに双方の刃先を交差させる構成とすることが有効である。
そして、回転刃１３の回転によって、交差点を内側に移動させたり外側に移動させたりすることにより、処理物に最適な滞留時間を最終的に選定することが好ましい。
すなわち、図３に示した角度θ１は、負の角度から正の角度まで広い範囲で選択することができる。

図８により、刃面及び刃先の態様について説明する。
図８（ａ）に示した刃面８１は、何ら切削を行っていない滑らかな面であるが、本発明の刃部材として使用することができる。自生粉砕が有効な処理物では、滑らかな面で微粉砕することができるからである。特に、外刃（回転側外刃３５、固定側外刃５５）では、平面状の刃面８１を使用する場合がある。

前述のように、一般的には、滑らかな刃面８１に溝を切削することによって刃先を形成し、刃先の先端が刃面８１を形成している。
図８（ｂ）に示した刃先８２ａは、Ｖ字形の溝を切削することによって山形に形成したものであり、処理物を潰すような粉砕をすることができる。
また、図８（ｃ）に示した刃先８２ｂは、水平な底面の溝を切削することで平面状に形成したものであり、角部を鋭い直角とすることによって切削性を持たせている。
これらは、何れも方向性を備えていない。

図８（ｄ）に示した刃先８２ｃは、刃先８２ｂと同様に一方の角部が直角であるが、他方を傾斜溝とすることによって処理物の動きが良くなって、微粉砕性能を向上させることができる。
図８（ｅ）に示した刃先８２ｄは、一方の角部を直角よりも鋭い形状にするとともに他方を傾斜溝としたものである。
これらは、何れも方向性を備えるものであり、軸線方向に見たときに内側に向けた刃先となることが好ましい。図８（ｄ），（ｅ）の矢印で示す方向に刃物が動くことにより、プラスチックのように靭性の強い処理物を粉砕することができる。

図９により、固定刃１５を例にして冷却媒体の流れについて具体的に示す。
盤状をなす固定側保持部材５１は、保持部本体５８と保持部蓋材５９によって構成されている。固定側冷却空間５３は、保持部本体５８が片側から一定の深さで広範囲に切削されて形成され、保持部蓋材５９により閉塞されている。そして、シール部材９５、９６により確実に密閉されているので、冷却媒体が固定側冷却空間５３から漏れ出ることはなく処理物に混入することはない。
なお、保持部蓋材５９には蓋部材２３を挿通して、冷却媒体の供給口９１と排出口９２が設けられている。また、回転刃１３側にも、固定刃１５側と同様の冷却媒体を流すための構成を設けることができる。

このように、回転側保持部材３１の回転側冷却空間３３及び固定側保持部材５１の固定側冷却空間５３は、非常に広い空間とすることができるので、優れた冷却効果を発揮することができる。
本発明は、刃面間４０における処理物の滞留時間を長くすることにより粉砕性能を向上させた結果、発熱量が大幅に増加したのであるが、処理物の温度上昇を防止して、プラスチックや食品の粉砕に使用できる実用的な粉砕機１０とすることが可能となった。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計変更は、本発明に含まれる。
例えば、回転側外刃３５は、環状の一体物として説明したが、複数の分割刃で構成することもできる。

１０： 粉砕機
１２： 容器
１３： 回転刃
１５： 固定刃
３１： 回転側保持部材（保持部材）
３２： 回転側刃部材（刃部材）
３３： 回転側冷却空間（冷却空間）
３５： 回転側外刃（外刃）
３６，３７： 回転側内刃（内刃）
４０： 刃面間
５１： 固定側保持部材（保持部材）
５２： 固定側刃部材（刃部材）
５３： 固定側冷却空間（冷却空間）
５５： 固定側外刃（外刃）
５６，５７： 固定側内刃（内刃）
３５１： 刃面
３５２： 刃先
３６０： 分割刃
３６１： 刃面
３６２： 刃先
Ｘ ：交差点

Claims (6)

1. 容器内で向かい合う回転刃と固定刃とを備え、刃面間で処理物を乾式粉砕する粉砕機であって、
   前記回転刃及び前記固定刃は、それぞれ保持部材と刃部材とで構成されるとともに、各刃部材は、半径方向外側に位置する外刃と内側に位置する内刃とで構成され、
   前記回転刃の前記外刃及び前記固定刃の前記外刃は、前記刃面間の距離が最小となる相互に平行な刃面を備えていることを特徴とする粉砕機。
2. 前記外刃の半径方向の長さが、前記刃部材の半径方向の長さに対して、１５％以上６５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記回転刃の前記内刃及び前記固定刃の前記内刃が、軸線方向に見たときに相互に交差する刃先を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機。
4. 前記内刃が、周方向に分割された複数の分割刃からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の粉砕機。
5. 前記固定刃の前記保持部材が、内部に冷却媒体を流すための冷却空間を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか1項に記載の粉砕機。
6. 前記回転刃の前記保持部材が、内部に冷却媒体を流すための冷却空間を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか1項に記載の粉砕機。