JP2022180248A - ディスク型粉砕機及び粉砕方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で回転可能な一対のディスクを有したディスク型粉砕機を提供する。【解決手段】ディスク型粉砕機において、一対のディスク２，３の間の隙間領域Ｓにおけるディスク回転軸側の第１領域Ｓ１に被粉砕物が供給され、隙間領域Ｓのうちの第１領域Ｓ１における最小隙間Ｇ１minは隙間領域Ｓのうちの第１領域Ｓ１の外側の第２領域Ｓ２における最小隙間Ｇ２minより広く設定され、粉砕部２ｃが相対面２ａのうちの第２領域Ｓ２に対応する部分に形成されている。一対のディスク２，３のそれぞれは、第１領域Ｓ１側の中央ディスク部２１と第２領域Ｓ２側の粉砕ディスク部２２とからなり、粉砕ディスク部２２は相対面２ａと反対側の部分にバランスウェイト部２ｗを有する。【選択図】図４

Description

本発明は、ディスク型粉砕機及びこれを用いた粉砕方法に関する。

粉砕は、固体状の被粉砕物に外力を加えることによって被粉砕物を破壊して細かくし、その粒径の減少や表面積の増大を図る機械的操作である。粉砕における被粉砕物への外力の作用としては、圧縮、衝撃、剪断、摩擦等がある。粉砕は、粉砕後の目標粒径によって、解砕、粗粉砕、微粉砕等に大別される。微粉砕は、ミリメーター程度のオーダーの被粉砕物としての原料粒子を概ね１０μｍ以下程度までに粉砕する操作である。

微粉砕には、湿式粉砕と乾式粉砕がある。湿式粉砕は、原料粒子を水などの液中に分散した状態で粉砕する操作である。乾式粉砕は、大気中で行う粉砕操作である。

乾式粉砕で微粉砕が可能な粉砕機としては、主に、高速回転式衝撃粉砕機とジェットミルとディスク型粉砕機がある。

高速回転式衝撃粉砕機としては、ハンマーミルとピンミルが挙げられる。ハンマーミルは、打撃部材を備えたローターを高速回転させて原料粒子に衝撃を加えることによって、原料粒子を粉砕する。ピンミルは、ピン、ブレード等を固定したローターを高速回転させて原料粒子に衝撃を加えることによって、原料粒子を粉砕する。ハンマーミルとピンミルのいずれにおいても、粉砕後の粒子は外周側に設けられたスクリーンを通過し、粉砕後の粒子の粒度はスクリーンの目開きの大きさにより調整される。

ジェットミルは、圧縮空気や高圧ガスを噴出させることで得られるジェット気流によって原料粒子を加速させ、衝突・衝撃作用によって原料粒子を粉砕する。ジェットミルとしては、衝突板等の衝突部材を用いる衝突板式と、原料粒子同士の衝突や原料粒子と流路壁面との衝突によって原料粒子を粉砕する対向気流式や流動層式がある。衝突板式のジェットミルでは、衝突部材への付着や固着が進行するとともに、粉砕性能が低下する。そのため、付着性の高い原料粒子では、対向気流式や流動層式が用いられる。

対向気流式や流動層式のジェットミルでは、粒子の表面が削れるように粉砕され、表面粉砕が生じ易く、角がとれた滑らかな表面の粒子が得られる。そのため、対向気流式や流動層式のジェットミルでは、目標粒径よりも細かい微粉が多量に発生している。

ジェットミルの装置本体には、機械的可動部が無く、モータ等の動力源が付帯されていない。そのため、ジェットミルは、一見すると小型の装置のように思われる。しかし、ジェットミルは、圧縮空気の供給を受けており、大型のコンプレッサーを含む、巨大なシステムから構成されている。したがって、ジェットミルの運転に必要な消費動力は大きい。そして、ジェットミルでは、コンプレッサーの消費するエネルギーの大部分は粉砕以外に使用されており、エネルギーのロスが極めて大きい。

ディスク型粉砕機は、ジェットミルと異なり、微粉砕のために圧縮空気を必要としない粉砕機である。ディスク型粉砕機は、隙間を有して相対し且つ互い逆方向に回転駆動される一対のディスクを備えている。そして、原料粒子は一対のディスクの間の隙間（狭ギャップともいう）に供給される。ディスク型粉砕機では、原料粒子は、狭ギャップを通過する際に、ディスクの相対面に設けられた溝や刃等の粉砕手段（粉砕部）によって粉砕される。ディスク型粉砕機は、一対のディスクを互いに逆方向に回転駆動させることによって、一方のディスクを固定した場合に比べて、一方のディスクと他方のディスク間の相対速度を飛躍的に高めることが可能である。ディスク型粉砕機では、原料粒子が狭ギャップ内を通過する過程で、粒子と溝等との衝突、粒子同士の衝突、それらの再衝突等の複雑な作用により、原料粒子の粉砕が行われる。前記再衝突は、例えば、狭ギャップ内で発生する乱流によって生じる。

ディスク型粉砕機の一例として、特許文献１に記載された合成樹脂粉砕用の円板式微粉砕機が知られている。当該円板式微粉砕機では、各ディスク（円盤）の相対面（円形面）の外周に近い環状部分に半径方向に延びた多数の刃が配列されており、一方のディスク（円盤）の刃の刃先と他方のディスク（円盤）の刃の刃先との間隔が円盤の外周に向かうほど狭くなるようになっている。そして、前記円板式微粉砕機では、相対する一対のディスクの外周における間隔は０．０５～０．２５ｍｍであり、一対のディスク間の相対速度は外周において１５０～２５０ｍ／ｓである。

特開昭５９－３２９５６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された前記円板式微粉砕機では、一対のディスクの相対速度としては１５０～２５０ｍ／ｓ程度を想定しているだけである。そして、ディスク型粉砕機において、ディスクの更なる高速回転が求められ得る。

本発明は上記課題に着目してなされたもので、近接して相対し且つ従来よりも高速で回転可能な一対のディスクを有したディスク型粉砕機及びこれを用いた粉砕方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、ディスク型粉砕機が提供される。このディスク型粉砕機は、隙間を有して相対し且つ互いに逆方向に回転駆動される一対のディスクと、前記一対のディスクのうちの一方のディスクにおける他方のディスクとの相対面と前記他方のディスクにおける前記一方のディスクとの相対面との間の隙間領域におけるディスク回転軸側の第１領域に被粉砕物を供給する供給部と、を備えている。前記ディスク型粉砕機において、前記隙間領域のうちの前記第１領域における最小隙間は前記隙間領域のうちの前記第１領域の外側の第２領域における最小隙間より広く設定され、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕部が前記相対面のうちの前記第２領域に対応する部分に形成されている。そして、前記一対のディスクのそれぞれは、前記第１領域側の中央ディスク部と前記第２領域側の粉砕ディスク部とからなり、前記粉砕ディスク部は、前記相対面と反対側の部分にバランスウェイト部を有する。

本発明の他の側面によると、粉砕方法が提供される。この粉砕方法は、前記一側面による前記ディスク型粉砕機を用いて前記被粉砕物を粉砕する方法である。そして、前記粉砕方法は、前記一対のディスクのそれぞれを前記第１領域側の中央ディスク部と前記第２領域側の粉砕ディスク部とに区分することと、前記粉砕ディスク部における前記相対面と反対側の部分にバランスウェイト部を設けることと、を含む。

前記一側面による前記ディスク型粉砕機及び前記他の側面による前記粉砕方法で用いる前記ディスク型粉砕機では、前記隙間領域のうちの前記第１領域における最小隙間は前記隙間領域のうちの前記第１領域の外側の第２領域における最小隙間より広く設定され、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕部が前記相対面のうちの前記第２領域に対応する部分に形成されている。したがって、前記隙間領域のうちの前記第２領域の最小隙間は前記第１領域の最小隙間より狭く設定されている。つまり、前記ディスク型粉砕機における各ディスクは、前記相対面において前記粉砕ディスク部が前記中央ディスク部よりもディスク厚み方向に突出した、基本構造を有している。さらに換言すると、前記ディスク型粉砕機における各ディスクは、前記相対面において前記中央ディスク部が前記粉砕ディスク部に対してディスク厚み方向に凹んでいるという、基本構造を有している。

ここで、本願の発明者は、鋭意検討した結果、（１）前記基本構造によると、ディスクの回転駆動の際に前記粉砕部に作用する遠心力に起因して、前記粉砕ディスク部を相対するディスクから遠ざける方向に反り返らす（つまり、ディスク背面側に仰け反らせる）曲げモーメントが各ディスクの粉砕ディスク部に作用すること、詳しくは、前記遠心力に起因して、前記粉砕ディスク部に回転モーメントが発生し、この回転モーメントが前記粉砕ディスク部の付け根における前記曲げモーメントとして作用すること、（２）特に従来よりも高速の回転駆動の際には、この曲げモーメントにより、ディスクが前記中央ディスク部と前記粉砕ディスク部との境界部において変形し、一対のディスクの間の狭ギャップを維持できないおそれがあること、（３）この場合、前記粉砕ディスク部がディスク背面側に反り返るように変形し得るため、安定した回転が困難となり、振動等が発生し、その結果、互いに近接させた状態で従来よりも高速で一対のディスクを回転駆動させることが困難になり得ること、を見出した。

この点において、前記一側面による前記ディスク型粉砕機では、前記基本構造を前提とした構造において、前記一対のディスクのそれぞれは、前記第１領域側の中央ディスク部と前記第２領域側の粉砕ディスク部とからなり、前記粉砕ディスク部は、前記相対面と反対側の部分にバランスウェイト部を有している。つまり、前記バランスウェイト部は、前記粉砕ディスク部における、前記粉砕ディスク部をディスク背面側に反り返らせる曲げモーメント（回転モーメント）の発生の原因となる前記粉砕部と反対側の部分に設けられている。このため、バランスウェイト部によって、各ディスクに前記曲げモーメントを打ち消す方向の曲げモーメント（回転モーメント）を前記粉砕ディスク部に作用させることができる。その結果、前記粉砕部に対応して前記バランスウェイト部を適宜に設けることによって、一対のディスクの間の狭ギャップを維持し、互いに近接させた状態で従来よりも高速で一対のディスクを回転駆動させことができるようになる。

このようにして、近接して相対し且つ従来よりも高速で回転可能な一対のディスクを有したディスク型粉砕機及びこれを用いた粉砕方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るディスク型粉砕機の要部の内部構造及び全体の構造を説明するための全体図である。 前記ディスク型粉砕機の右側面図である。 前記ディスク型粉砕機の要部の拡大断面図である。 前記ディスク型粉砕機における一対のディスクの間の隙間を説明するための概念図である。 前記ディスク型粉砕機におけるディスクの正面図である。 前記ディスクの断面図である。 前記一対のディスクとの比較例に係る一対の比較ディスクの反りを説明するための概念図である。 各比較ディスクにおける回転モーメントを説明するための概念図である。 各ディスクにおける回転モーメントを説明するための概念図である。 前記ディスク型粉砕機の一対のディスクの変形例（変形例１）を説明するための要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係るディスク型粉砕機１００の要部の内部構造及び全体の構造を説明するための全体図であり、図２はディスク型粉砕機の右側面図であり、図３はディスク型粉砕機１００の要部の拡大断面図である。図１において、上半分は断面図であり、下半分は正面図である。なお、図１の上半分の断面図では、図の明瞭化のため断面を示す図３のような網掛けは省略されている。また、ディスク型粉砕機１００は、本発明の粉砕方法に用いられるディスク型粉砕機でもある。

ディスク型粉砕機１００は、被粉砕物としての原料粒子を超高速で回転するディスク（２，３）間で、乾式で微粉砕する超高速回転ディスク型の粉砕機である。

[ディスク型粉砕機の全体構成]
図１及び図２に示すように、本実施形態では、ディスク型粉砕機１００は、架台１と、一対のディスク２，３と、ケーシング４と、第１駆動ユニット５と、第２駆動ユニット６と、供給部７と、を備えている。

架台１は、一対のディスク２，３、ケーシング４等の大半の構成要素を支持するものであり、上面視矩形状の天板１ａと天板１ａの四隅に設けられる脚部１ｂとを有する。

一対のディスク２，３は、隙間Ｇを有して相対し且つ互いに逆方向に回転駆動されるものである。一方のディスク２の形状と他方のディスク３の形状は、後述する嵌合穴２ｄの貫通の有無以外については同一であり、各ディスク２，３における要素については同じ符号を付して説明する。一対のディスク２，３のうちの一方のディスク２における他方のディスク３との相対面２ａと他方のディスク３における一方のディスク２との相対面２ａとの間に隙間領域Ｓが設けられている。そして、各ディスク２における相対面２ａと反対側の面であるディスク背面２ｂは、ケーシング４の内壁面と間隔をあけて相対している。

以下では、一対のディスク２，３のそれぞれを区別する必要がある場合には、一対のディスク２，３のうちの一方のディスク２を第１ディスク２といい、一対のディスク２，３のうちの他方のディスク３を第２ディスク３という。図１では、第１ディスク２は左側に配置され、第２ディスク３は右側に配置されている。なお、一対のディスク２，３の間の隙間領域Ｓ及び各ディスク２，３の形状等については、後に詳述する。

ケーシング４は、一対のディスク２，３を収容する収容室を形成するものである。ケーシング４における左側の側壁には、第１駆動ユニット５の後述する第１駆動軸５２の一端部が挿通される孔が開口され、ケーシング４の右側の側壁には、第２駆動ユニット６の後述する第２駆動軸６２の一端部が挿通される孔が開口されている。ケーシング４は、例えば、上ケーシング４１と下ケーシング４２とを備えた上下半割の構造を有している。上ケーシング４１は、下ケーシング４２に対して下ケーシング４２の上部の開口を開閉可能に取り付けられている。つまり、ケーシング４は、メンテナンス時やディスク交換時に、その上側の部分を解放可能に構成されている。

ケーシング４は、例えば、架台１の天板１ａにおける長手方向及び幅方向の中央に取り付けられている。下ケーシング４２の下部は開口しており、天板１ａにおける下ケーシング４２の下部の開口に対応する部分には、孔が開口されている。また、天板１ａの下面における下ケーシング４２に対応する位置には、粉砕後の原料粒子が排出される排出ダクト４３が取り付けられている。排出ダクト４３は、下方に先絞りに形成されており、その先端部には排出口を有した排出フランジ部４３ａが設けられている。

図示省略したが、排出ダクト４３の排出フランジ部４３ａの下流側の排出経路には、適宜の分級手段を設けることができる。前記分級手段及び排出経路は、目標粒径に達していない粒子が一対のディスク２，３の間の隙間領域Ｓのうちの第１領域Ｓ１を経由して粉砕部２ｃ（第２領域Ｓ２）に再投入されるように構成することができる。つまり、ディスク型粉砕機１００は、目標粒径に達していない粒子を粉砕部２ｃに再投入して繰り返し粉砕する、いわゆる閉回路粉砕を実行可能に構成することができる。ディスク型粉砕機１００は、閉回路粉砕の実行により、粉砕部２ｃ（第２領域Ｓ２）に一度だけ通すいわゆるワンパス処理と比較すると、更に細かい粒径に連続的に粉砕処理することができる。

第１駆動ユニット５は、第１ディスク２を回転駆動するものであり、第１電動モータ５１と第１駆動軸５２とを備える。第１駆動ユニット５は、例えば、第１ディスク２の相対面２ａに向かって視た平面視で第１ディスク２を反時計回りに回転駆動させる。

第１電動モータ５１は、第１ディスク２の回転の駆動源であり、天板１ａの下方に配置されている。具体的には、天板１ａの下面における左側の部分には、第１支持プレート５３が設けられている。そして、第１電動モータ５１は、その第１モータ軸部５１ａが天板１ａの上面と平行な方向に延伸するように、第１支持プレート５３を介して天板１ａに取り付けられている。第１モータ軸部５１ａには、第１モータ側プーリ５１ｂが取り付けられる。

第１駆動軸５２は、第１ディスク２のディスク背面２ｂに締結されている。第１駆動軸５２は、一対のディスク２，３のディスク回転中心線Ｘと一致する回転中心線回りに回転可能に、天板１ａの上面の上方において支持されている。具体的には、天板１ａの上面における左側の部分には、一対のベアリングからなる第１軸受群５４ａを有した第１駆動軸支持ユニット５４が設けられている。そして、第１駆動軸５２は、第１軸受群５４ａを介して回転可能に支持されている。第１駆動軸５２は、第１ディスク２に形成される後述する嵌合穴２ｄに嵌合する一端部と、第１駆動軸側プーリ５２ａが取り付けられた他端部とを有する。また、第１駆動軸５２の一端部側には、第１ディスク２との締結用の第１フランジ部５２ｂが固定されている。そして、第１駆動軸５２の一端部は、第１フランジ部５２ｂのフランジ面から第２ディスク３側に突出している。第１駆動軸５２の第１駆動軸側プーリ５２ａと第１モータ側プーリ５１ｂには、第１駆動ベルト５５が巻き掛けられている。第１電動モータ５１による回転駆動力は、第１駆動ベルト５５及び第１駆動軸５２を介して第１ディスク２に伝達される。第１駆動軸５２は、概ね中空円筒状に形成されている。第１駆動軸５２の内部に、供給部７の後述するオーガースクリュー７２ａ及供給管７２ｂが挿通される。なお、本実施形態では、第１駆動軸５２は第１ディスク２の中央ディスク部２１に第１フランジ部５２ｂを介して第１ディスク２に締結されており、第１駆動軸５２が第１ディスク２についての本発明に係る「ディスク回転軸」に相当する。

第２駆動ユニット６は、第２ディスク３を回転駆動するものであり、第２電動モータ６１と第２駆動軸６２とを備える。第２駆動ユニット６は、例えば、第２ディスク３の相対面２ａに向かって視た平面視で第２ディスク３を反時計回りに回転駆動させる。したがって、第１ディスク２と第２ディスク３は、互いに反対方向に回転するようになっている。

第２電動モータ６１は、第２ディスク３の回転の駆動源であり、天板１ａの下方に配置されている。具体的には、天板１ａの下方における右側の領域には、第２支持プレート６３が配置されている。そして、第２電動モータ６１は、その第２モータ軸部６１ａが天板１ａの上面と平行な方向に延伸するように、第２支持プレート６３に取り付けられている。第２モータ軸部６１ａには、第２モータ側プーリ６１ｂが取り付けられている。

第２駆動軸６２は、第２ディスク３のディスク背面２ｂに締結されている。第２駆動軸５３は、一対のディスク２，３のディスク回転中心線Ｘと一致する回転中心線回りに回転可能に、天板１ａの上面の上方において支持されている。具体的には、天板１ａの上面における右側の部分には、一対のベアリングからなる第２軸受群６４ａを有した第２駆動軸支持ユニット６４が設けられている。そして、第２駆動軸６２は、第２軸受群６４ａを介して回転可能に支持されている。第２駆動軸６２は、第２ディスク３に形成される後述する嵌合穴２ｄに嵌合する一端部と、第２駆動軸側プーリ６２ａが取り付けられた他端部とを有する。また、第２駆動軸６２の一端部側には、第２ディスク３との締結用の第２フランジ部６２ｂが固定されている。そして、第２駆動軸６２の一端部は、第２フランジ部６２ｂのフランジ面から第１ディスク２側に突出している。第２駆動軸側プーリ６２ａと第２モータ側プーリ６１ｂには、第２駆動ベルト６５が巻き掛けられている。第２電動モータ６１による回転駆動力は、第２駆動ベルト６５及び第２駆動軸６２を介して第２ディスク３に伝達される。なお、本実施形態では、第２駆動軸６２は第２ディスク３の中央ディスク部２１に第２フランジ部６２ｂを介して第２ディスク３に締結されており、第２駆動軸６２が第２ディスク３についての本発明に係る「ディスク回転軸」に相当する。

本実施形態では、第２駆動ユニット６は、天板１ａの上面に設けられた長手方向に延びた一対のスライドレール１ｃ，１ｃに沿って、天板１ａの長手方向に移動可能に構成されている。具体的には、第２駆動ユニット６の第２駆動軸支持ユニット６４の底面には、スライドレール１ｃに沿って摺動可能な複数のスライダー６６が取り付けられている。そして、天板１ａにおける一対のスライドレール１ｃ，１ｃの間の部分には、矩形状に大きく開口された開口部が形成されている。第２駆動ユニット６の第２支持プレート６３は、前記開口部を通じて、第２駆動軸支持ユニット６４の底面に固定されている。そして、架台１には、第２駆動ユニット６の一対のスライドレール１ｃ，１ｃに沿った移動を阻止するように第２駆動ユニット６を天板１ａに固定する固定具１ｄ（図２参照）が設けられている。そして、通常の運転時には、第２駆動ユニット６の移動は固定具１ｄによって阻止され、メンテナンス時等には、固定具１ｄによる固定が解除されることによって、第２駆動ユニット６の移動が許容される。これにより、メンテナンス時、ディスク交換時、一対のディスク２，３の隙間Ｇの調整時（狭ギャップの調整時）等に、一対のディスク２，３の隙間Ｇを変更することが可能になっている。また、第１駆動ユニット５及び第２駆動ユニット６は、それぞれ個別に運転可能であり、後述する回転性能試験をディスク毎に単独で行うことができるようになっている。

本実施形態では、各駆動ユニット５，６は、対応するディスク２，３を、一対のディスク２，３の間の最外周における相対速度が３４０～４４０ｍ／ｓの範囲の速度で回転駆動可能に構成されている。具体的には、各駆動ユニット５，６において、第１軸受群５４ａの軸受や第２軸受群６４ａの軸受としては、上記相対速度を満たし得る所定の回転速度（例えば、ディスク直径Ｄが３３５ｍｍのディスクの場合は約１３０００ｒｐｍ）に耐え得る仕様であれば、既存のベアリングを採用することができる。また、第１電動モータ５１及び第２電動モータ６１としては、前記所定の回転速度（例えば、１３０００ｒｐｍ）の出力を有する仕様であれば、既存のモータを採用することができる。なお、図示を省略するが、各駆動ユニット５，６は、第１軸受群５４ａ及び第２軸受群６４ａを冷却するための冷却ジャケットを備えてもよい。また、ディスク２，３が高速回転することにより、原料粒子がケーシング４に高速で衝突し、その結果、ケーシング４自体も昇温し得る。そのため、被粉砕物である原料粒子の種類によっては、必要に応じて、ケーシング４を冷却する冷却手段がケーシング４に設けられてもよい。

供給部７は、第１ディスク２の相対面２ａと第２ディスク３の相対面２ａとの間の隙間領域Ｓにおけるディスク回転軸（第１駆動軸５２、第２駆動軸６２）側の第１領域Ｓ１に被粉砕物を供給するものである。

供給部７は、例えば、供給用駆動源７１と、送り機構部７２と、補給部７３と、を備える。

供給用駆動源７１は、電動モータからなる供給用電動モータ７１ａと、供給用電動モータ７１ａを支持するモータ支持ユニット７１ｂとからなる。供給用電動モータ７１ａのモータ軸部７１ａ１には、送り機構部７２の後述するオーガースクリュー７２ａの一端部が接続される。モータ支持ユニット７１ｂは、第１駆動ユニット５の後方において天板１ａの上面に固定され、供給用電動モータ７１ａを支持する。

送り機構部７２は、スクリュー刃を有するオーガースクリュー７２ａと、円筒状の供給管７２ｂと、を有する。オーガースクリュー７２ａは、供給管７２ｂ内に挿通されている。供給管７２ｂの大半の部分は、第１駆動ユニット５の第１駆動軸５２の中空部分に挿通されている。供給管７２ｂの一端部は第１駆動軸５２の一端部まで到達している。そして、供給管７２ｂの他端部は、第１駆動軸５２の他端部から外方（左方）に突出し、供給用駆動源７１の端面に接続されている。オーガースクリュー７２ａは、供給用電動モータ７１ａが駆動すると、供給管７２ｂ内で回転するようになっている。

補給部７３は、原料粒子を供給管７２ｂ内に補給するためのいわゆるホッパーである。補給部７３は、原料粒子を貯留する概ね筒状に形成され、供給管７２ｂの他端部側の部分の上部に取り付けられている。そして、補給部７３の内部空間は、補給部７３の下端において供給管７２ｂ内の空間に連通している。

供給部７において、供給用駆動源７１によりオーガースクリュー７２ａが回転駆動されると、補給部７３に充填された原料粒子は、オーガースクリュー７２ａと供給管７２ｂとの間の隙間に送り込まれて第１ディスク２のディスク背面２ｂに向かって移送され、その後、一対のディスク２，３の間の隙間領域Ｓに供給される。なお、特に限定されるものではないが、供給管７２ｂには空気輸送のためのエアーが供給される。また、供給部７は、例えば、供給用電動モータ７１ａの回転数を変更可能することにより、原料粒子のフィード量（ｇ／ｍｉｎ）を調整可能に構成されている。

[ディスクの基本構造]
次に、図３～図６を参照して、主に一対のディスク２，３の間の隙間領域Ｓ及び各ディスク２，３の形状等の基本構造について説明する。図４は一対のディスク２，３の間の隙間Ｇを説明するための概念図であり、図５はディスク２をその相対面２ａに向かって視たディスク２の正面図であり、図６は図５に示すＡ－Ａ線における断面図である。

図３～図６に示すように、ディスク２，３は、概ね円盤状に形成されている。そして、ディスク型粉砕機１００では、隙間領域Ｓのうちのディスク回転軸（つまり、第１駆動軸５２、第２駆動軸６２）側の第１領域Ｓ１における最小隙間Ｇ１minは隙間領域Ｓのうちの第１領域Ｓ１の外側の第２領域Ｓ２における最小隙間Ｇ２minより広く設定されている。つまり、第２領域Ｓ２の最小隙間Ｇ２minは第１領域Ｓ１の最小隙間Ｇ１minより狭く設定されている。そして、各ディスク２，３における相対面２ａのうちの第２領域Ｓ２に対応する部分（後述する環状部分２ａ２）には、被粉砕物を粉砕するための粉砕部２ｃが形成されている。

一対のディスク２，３のそれぞれは、第１領域Ｓ１側の中央ディスク部２１と第２領域Ｓ２側の粉砕ディスク部２２とからなる。つまり、ディスク型粉砕機１００における各ディスク２，３は、相対面２ａにおいて粉砕ディスク部２２が中央ディスク部２１よりもディスク厚み方向に突出しているという、基本構造を有している。さらに換言すると、各ディスク２，３は、相対面２ａにおいて中央ディスク部２１が粉砕ディスク部２２に対してディスク厚み方向に凹んでいるという、基本構造を有している。

前記基本構造を有したディスク型粉砕機１００では、第１ディスク２の相対面２ａにおいて、粉砕ディスク部２２は中央ディスク部２１よりも第２ディスク３の相対面２ａ側に突出して（近づいて）おり、同様に、第２ディスク３の相対面２ａにおいて、粉砕ディスク部２２は中央ディスク部２１よりも第１ディスク２の相対面２ａ側に突出して（近づいて）いる。そして、各ディスク２，３における相対面２ａは、内側部分２ａ１と環状部分２ａ２とに区分される。内側部分２ａ１は、第１領域Ｓ１（中央ディスク部２１）に対応する部分である。環状部分２ａ２は、第２領域Ｓ２（粉砕ディスク部２２）に対応する部分（つまり、内側部分２ａ１の外側）である。

隙間領域Ｓのうちの最も狭い隙間（狭ギャップ）は、第１ディスク２の相対面２ａの環状部分２ａ２と第２ディスク３の相対面２ａの環状部分２ａ２との間で構成されており、隙間領域Ｓの第２領域Ｓ２における最小隙間Ｇ２minである。つまり、粉砕ディスク部２２は狭ギャップを構成する部分であり、中央ディスク部２１よりもディスク厚み方向に突出した形状を有している。

本実施形態では、第２領域Ｓ２における最小隙間Ｇ２min（つまり、狭ギャップ）は、０．５０～３．００ｍｍの範囲の所定値に設定されている。粉砕ディスク部２２の相対面２ａの環状部分２ａ２は、ディスク回転中心線Ｘに対して直交する平坦な面を有しており、第２領域Ｓ２において一様な狭ギャップが設けられる。前記狭ギャップは、第１ディスク２の相対面２ａの環状部分２ａ２と第２ディスク３の相対面２ａの環状部分２ａ２における互いに最も接近した部位で規定される。

中央ディスク部２１は、前述したように、相対面２ａにおいて粉砕ディスク部２２に対してディスク厚み方向に凹んでいる。その結果、中央ディスク部２１に対応する第１領域Ｓ１は、隙間の広がった領域として設けられている。そして、隙間領域Ｓにおいて、隙間Ｇは粉砕ディスク部２２と中央ディスク部２１との境界部において大きく変化している。このように、狭ギャップを構成する第２領域Ｓ２の径方向内側に隙間の広がった第１領域Ｓ１が設けられることにより、第１領域Ｓ１に供給部７からの原料粒子が十分に受け入れられるようになっている。そして、一対のディスク２，３が回転駆動されている状態において、第１領域Ｓ１に受け入れられた原料粒子は、第１領域Ｓ１において原料粒子よりも小さい粒度に一次粒子化される。また、一次粒子化された原料粒子は、遠心力等によって第２領域Ｓ２に供給され、第２領域Ｓ２で粉砕される。つまり、中央ディスク部２１により構成された第１領域Ｓ１は原料粒子を一次粒子化し、第２領域Ｓ２に供給する。そのため、一般的に、従来のディスク型粉砕機では、相対面の中心が凹んだ形状になっている。なお、第１領域Ｓ１は第２領域Ｓ２に一次粒子化した原料粒子を供給する領域として機能する供給ゾーンであり、第２領域Ｓ２は一次粒子化された原料粒子を粉砕する領域として機能する粉砕ゾーンである、と表現することもできる。

本実施形態では、相対面２ａのうちの中央ディスク部２１に対応する部分である内側部分２ａ１は、円錐台状に凹むように形成されている。つまり、内側部分２ａ１は、ディスク回転中心線Ｘと直交する平坦な底面部２ａ１１と、底面部２ａ１１の外縁と相対面２ａのうちの粉砕ディスク部２２に対応する部分である環状部分２ａ２の内縁とを接続する接続面部２ａ１２とからなる。接続面部２ａ１２は、径方向外側ほどディスク背面２ｂから離れる方向に傾斜している。

本実施形態では、第１領域Ｓ１における最小隙間Ｇ１minは、８ｍｍに設定されている。なお、最小隙間Ｇ１minは、これに限らず、好ましくは４ｍｍ以上、１５ｍｍ以下、更に好ましくは５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下に設定されているとよい。なお、従来のディスク型粉砕機の中には、第１領域Ｓ１（供給ゾーン）に相当する領域を備えていない粉砕機がある。このような粉砕機では、狭ギャップの第２領域Ｓ２（粉砕ゾーン）に原料粒子を一次粒子の状態で供給することが困難であり、微粉砕には用いられず、摩砕（grinding）やパルプ等の繊維の叩解（Beating）等に用いられる。

本実施形態では、粉砕部２ｃは、各ディスク２，３の相対面２ａのうちの環状部分２ａ２の内縁側から外縁側に延び、互いにディスク周方向に離隔した複数の溝２２ａ（図５では、２４０本）を有する。各溝２２ａは、特に限定されるものではないが、Ｖ字の溝（図１中の部分拡大図参照）として形成される。例えば、前記Ｖ字の溝の相対面２ａからの溝底までの深さは０．５ｍｍ程度であり、Ｖ字の角度は概ね９０°である。粉砕ディスク部２２は、相対面２ａの環状部分２ａ２に溝２２ａを有することにより、原料粒子を粉砕する。なお、溝２２ａは、図３、図４、図６では、図示省略されている。

本実施形態では、複数の溝２２ａは、それぞれ、各ディスク２，３の円周（詳しくは、環状部分２ａ２の内縁又は外縁）の接線と交差する方向に延びている。特に限定されるものではないが、図５では、溝２２ａは、前記接線とのなす角度（傾斜角度）が４５°になるように傾斜して直線的に延伸している。また、溝２２ａは、図では、環状部分２ａ２の内縁側から外縁側に向かうほど、回転方向の先方側に離れるように傾斜しており、ディスク径方向に対して回転方向に傾斜していることになる。このように溝２２ａが傾斜するこうにより、第２領域Ｓ２（粉砕ゾーン）における原料粒子の滞留時間（通過時間）の増大化が効果的に図られる。

各ディスク２，３は、例えば、カーボンスチール、ステンレス等の適宜の金属製材料からなる。各ディスク２，３は、例えば、前記金属材料からなる円盤状素材に切削加工等を施すことにより製作される。また、本実施形態では、各ディスク２，３の前記金属製材料として、径方向及び厚み方向に略均質（略一様）な素材（つまり、一定の密度を有する素材）が採用されている。

粉砕部２ｃ（換言すると、第２領域Ｓ２又は粉砕ゾーン）は、相対面２ａにおいてディスク直径Ｄの１／６～５／６の範囲で、環状部分２ａ２の全体に亘って設けられる。粉砕部２ｃは、好ましくは、ディスク直径Ｄの１／６～１／２、更に好ましくは、ディスク直径Ｄの１／６～１／３の範囲で、相対面２ａの環状部分２ａ２に設けられる。相対面２ａの全体における粉砕部２ｃの範囲がディスク直径の５／６を超えると、原料粒子を一次粒子化するのに十分な第１領域Ｓ１（供給ゾーン）が確保できず、原料粒子が第２領域Ｓ２（粉砕ゾーン）に入ってから最も高速な領域である最外周に到達するまでの間に、原料粒子がディスク２，３と供回りの状態になってしまうおそれがある。したがって、相対面２ａの全体における粉砕部２ｃの範囲はディスク直径の５／６以下であることが、好ましい。

ディスク直径Ｄは、好ましくは１５０ｍｍ～１５００ｍｍの範囲、更に好ましくは１５０～５００ｍｍの範囲又は２５０～６００ｍｍの範囲の所定の直径に設定されている。ディスク周速はディスク２，３の大型化により増大する。しかし、ディスク２，３の大型化により、ディスク重量が増加するため、モータの動力やベアリングに対する負荷を考慮する必要が生じる。

各ディスク２，３において、最大のディスク厚みは粉砕ディスク部２２の厚みであり、ディスク直径Ｄの１／５以下に設定されている。最大のディスク厚みは、好ましくはディスク直径Ｄの１／８以下、更に好ましくはディスク直径Ｄの１／１０以下に設定されている。ディスク２，３が厚いことは、変形に関しては有利である。しかし、ディスク厚みの増大により、ディスク重量が増加するとともにベアリングに対する負荷が大きくなるため、ディスク厚みの増大は、高速回転には好ましくない。

本実施形態では、各ディスク２，３において、ディスク直径Ｄは概ね３３５ｍｍであり、最大のディスク厚みは概ね２０ｍｍであり、粉砕部２ｃが形成された粉砕ディスク部２２のディスク径方向についての片側の幅は概ね３０ｍｍである。したがって、粉砕部２ｃは相対面２ａにおいてディスク直径Ｄの６０／３３５、つまり、ディスク直径Ｄの１／６～１／３の範囲で、相対面２ａの環状部分２ａ２に設けられている。そして、最大のディスク厚みはディスク直径Ｄの２０／３３５以下（概ね０．０６０、つまり、１／１０以下）になるように設定されている。

各ディスク２，３のディスク背面２ｂの中心には、対応する駆動軸（５２，６２）の前記一端部と嵌合する嵌合穴２ｄが形成されている。ここでは、第１ディスク２の嵌合穴２ｄは原料供給用のため第１ディスク２を貫通しており、第２ディスク３の嵌合穴２ｄは貫通せず相対面２ａの手前まで形成されている。各ディスク２，３における嵌合穴２ｄの周囲には、対応する駆動軸（５２，６２）の周囲のフランジ部（５２ｂ，６２ｂ）との締結用のボルト穴２ｅが形成されている。ボルト穴２ｅには、相対面２ａ側からザグリ加工が施されている。供給部７のオーガースクリュー７２ａ及び供給管７２ｂの端部は第１ディスク２の嵌合穴２ｄにおける相対面２ａ側の開口の近傍まで到達しており、この開口を通じて、原料粒子が第１領域Ｓ１（供給ゾーン）に供給される。

以上のように構成されたディスク型粉砕機１００は、前記基本構造を有している。

ここで、本願の発明者は鋭意検討した結果、（１）前記基本構造によると、ディスク２，３の回転駆動の際に粉砕部２ｃに作用する遠心力に起因して、粉砕ディスク部２２を相対するディスク（２又は３）から遠ざける方向に反り返らす（つまり、ディスク背面２ｂ側に仰け反らせる）曲げモーメントが各ディスクに作用すること、詳しくは、前記遠心力に起因して、粉砕ディスク部２２に回転モーメントが発生し、この回転モーメントが粉砕ディスク部２２に前記曲げモーメントとして作用すること、（２）特に、本実施形態のように従来よりも高速の回転駆動の際には、この曲げモーメントにより、ディスク２，３が中央ディスク部２１と粉砕ディスク部２２との境界部において変形し、一対のディスク２，３の間の狭ギャップを維持できないおそれがあること、（３）この場合、粉砕ディスク部２２がディスク背面２ｂ側に反り返るように変形し得る（後述する図７参照）ため、安定した回転が困難となり、振動等が発生し、その結果、互いに近接させた状態で従来よりも高速で一対のディスク２，３を回転駆動させることが困難になり得ること、を見出した。

[ディスクの反り]
図７及び図８を参照して、本実施形態の一対のディスク２，３との比較例に係る一対の比較ディスク２Ｘ，３Ｘを一例に挙げて、前記基本構造に起因して生じ得る反りについて説明する。図７は、比較例に係る一対の比較ディスク２Ｘ，３Ｘの反りを説明するための概念図である。図８は各比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおける回転モーメントを説明するための概念図である。各比較ディスク２Ｘ，３Ｘは、本実施形態の各ディスク２，３における後述するバランスウェイト部２ｗに相当する部分（換言すると、ディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１に対応する部分が凹んでおらず平坦であること）を除いて、各ディスク２，３と同じの形状及び寸法を有する。各ディスク２，３と同一の構成要素については、同じ符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘは、一対のディスク２，３と同様に前記基本構造を有している。つまり、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘでは、相対面２ａにおいて粉砕ディスク部２２が中央ディスク部２１よりもディスク厚み方向に突出しており、相対面２ａにおいて中央ディスク部２１が粉砕ディスク部２２に対してディスク厚み方向に凹んでいる。そして、中央ディスク部２１及び粉砕ディスク部２２はそれぞれディスク回転中心線Ｘを中心とした円環状ディスクであるため、中央ディスク部２１の重心と粉砕ディスク部２２の重心はそれぞれディスク回転中心線Ｘ上に位置する。但し、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘを構成する金属製材料としては、ディスク２，３と同じ素材、つまり、径方向及び厚み方向に略均質（略一様）な素材が採用されているものとする。したがって、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘを中央ディスク部２１と粉砕ディスク部２２に区分した場合、粉砕ディスク部２２の重心は、中央ディスク部２１の重心に対してディスク厚み方向について相対面２ａ側に所定のずれ量でずれている。ここで、各ディスク２，３と同様に、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘの中央ディスク部２１におけるディスク背面２ｂには、対応するフランジ部（第１フランジ部５２ｂ、第２フランジ部６２ｂ）が強固に締結されるため、中央ディスク部２１におけるフランジ部（５２ｂ、６２ｂ）よりも径方向内側の部分はあたかもフランジ部（５２ｂ、６２ｂ）と一体化した剛体になっている。したがって、粉砕ディスク部２２に対する中央ディスク部２１の重心のずれについては、少なくとも、中央ディスク部２１のうちのフランジ部（５２ｂ、６２ｂ）が締結される部分よりも径方向外側の環状部分２１ａについて考慮すればよい。

前記重心のずれに起因して、粉砕ディスク部２２をディスク背面２ｂ側に反り返らす曲げモーメントが各比較ディスク２Ｘ，３Ｘに作用し得る。そして、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘが従来よりも高速で回転駆動された場合、特に最外周の相対速度で２８０～３００ｍ／ｓを超える範囲では、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘに作用する曲げモーメントの応力が中央ディスク部２１と粉砕ディスク部２２との境界部に集中し得る。その結果、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘ（粉砕ディスク部２２）がディスク背面２ｂ側に反り返るように変形し得る。この場合、粉砕ディスク部２２の外周側では隙間Ｇが広がり、粉砕ディスク部２２のディスク回転中心線Ｘ側端部（環状部分２ａ２の内縁部）では、隙間Ｇが狭まるおそれがある。

図８を参照して、前記基本構造を有した各比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおける反りの発生要因について、さらに詳しく検討する。この検討にあたって、図８に示すように、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおいて、幾何学上及び力学上の仮想の定義が以下のようになされるものとする。なお、下記の定義は本実施形態に係るディスク２，３においても適用される。

図８に示すように、まず、中央ディスク部２１における外周側の部分のうちの最小厚み部分２ｆのディスク厚み方向の中心を通り且つディスク回転中心線Ｘに直交する線が基準線Ｌと定義される。そして、比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおける最小厚み部分２ｆよりも径方向外側の円環状部分２ｇをディスク周方向に所定刻みΔＴで分割することにより得られる各仮想のセグメントがそれぞれ仮想分割片ｍと定義される。また、複数の仮想分割片ｍのそれぞれが、基準線Ｌにより相対面２ａ側の第１片ｍａと相対面２ａと反対側（ディスク背面２ｂ側）の第２片ｍｂとに区分されるものとする。そして、第１片ｍａの重心Ｇａと第２片ｍｂの重心Ｇｂとを結んだ線Ｌｇと基準線Ｌとの交点Ｃを中心とした第１片ｍａについての仮想の回転モーメントが第１モーメントＭａと定義され、交点Ｃを中心とした第２片ｍｂについての仮想の回転モーメントが第２モーメントＭｂと定義されるものとする。なお、図８では、図の簡略化のため、仮想分割片ｍは一個（一枚）のみ示されているとともに、嵌合穴２ｄは図示を省略されている。

具体的には、最小厚み部分２ｆは、比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおけるディスク半径の１／２よりも外側で且つ粉砕ディスク部２２の径方向中心側端部よりも内側の範囲において、最も厚みが薄い部分である。つまり、最小厚み部分２ｆのディスク回転中心線Ｘを基準とした径方向位置が、比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおけるディスク半径の１／２よりも外側で且つ粉砕ディスク部２２の径方向中心側端部よりも内側の範囲に位置する。但し、図８に示すように、上記範囲において、最も厚みが薄い部分の前記径方向位置が特定できない場合（換言すると、同じ厚みの部分がある場合）には、最小厚み部分２ｆは径方向について最も外周側に位置する部分である。

また、第１モーメントＭａ及び第２モーメントＭｂは、ディスク回転駆動の際に遠心力（Ｆａ、Ｆｂ）に起因して生じる回転モーメントである。第１モーメントＭａ及び第２モーメントＭｂは、下記の式（１）～式（５）に基づいて定まる。
Ｍａ＝（Ｆ１×ｃｏｓθ）×ｄ１・・・式（１）
Ｍｂ＝（Ｆ２×ｃｏｓθ）×ｄ２・・・式（２）
Ｆ１＝ｍ１×ｒ１×ω^２ ・・・式（３）
Ｆ２＝ｍ２×ｒ２×ω^２ ・・・式（４）
ｒ１＝ｒ２＋Δｒ ・・・式（５）
但し、Ｆ１、Ｆ２はそれぞれディスク回転駆動の際に重心Ｇａ、Ｇｂに作用する遠心力であり、θはディスク回転中心線Ｘに対する重心Ｇａと重心Ｇｂとを結んだ線Ｌｇの傾斜角度（つまり、線Ｌｇとディスク回転中心線Ｘとのなす角度）であり、ｄ１は重心Ｇａと交点Ｃとの間の距離であり、ｄ２は重心Ｇｂと交点Ｃとの間の距離である。そして、ｍ１は第１片ｍａの重量であり、ｍ２は第２片ｍｂの重量であり、ｒ１は重心Ｇａのディスク回転中心線Ｘからの径方向の位置であり、ｒ２は重心Ｇｂのディスク回転中心線Ｘからの径方向の位置であり、ωはディスク２，３の回転の角速度を示すものであり、Δｒはｒ１とｒ２の差分値である。

以上のように定義された各パラメータを用いて、前記基本構造を有した各比較ディスク２Ｘ，３Ｘに生じ得る反りについて説明する。図８に示すように、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおいて、第１モーメントＭａは交点（換言すると、支点）Ｃを中心とした反時計回りの回転モーメントであり、第２モーメントＭｂは交点Ｃを中心とした時計回りの回転モーメントである。そして、各比較ディスク２Ｘ，３Ｘにおいて、距離ｄ１は距離ｄ２より大きく（ｄ１＞ｄ２）、且つ、重量ｍ１は重量ｍ２より大きい（ｍ１＞ｍ２）ため、第１モーメントＭａの値は第２モーメントＭｂの値より大きい（Ｍａ＞Ｍｂ）。したがって、第１モーメントＭａの値が第２モーメントＭｂの値より大きくなるほど、粉砕ディスク部２２をディスク背面２ｂ側に反り返らす曲げモーメントが大きくなる。そのため、第１モーメントＭａの値と第２モーメントＭｂの値との差分値ΔＭを反り抑制のために低く設定する必要がある。なお、例えば、粉砕ディスク部２２における粉砕部２ｃの部分を硬度の高い別な素材で構成する等、ディスク素材として比重の異なる複数の素材が採用される場合、各重心Ｇａ、Ｇｂは比重の差異を考慮して計算される。

[ディスクの特徴構造]
以上のことを考慮し、本実施形態に係る各ディスク２，３は、ディスク２，３の反り返りを防止又は抑制するための以下のような特徴構造を備えている。

各ディスク２，３において粉砕ディスク部２２は、自身の相対面２ａと反対側の部分にバランスウェイト部２ｗを有する。

本実施形態では、バランスウェイト部２ｗは、自身のディスク背面２ｂのうちの第１領域Ｓ１に対応する部分に対してディスク厚み方向に突出するように形成されている。

突出したバランスウェイト部２ｗを形成して重量バランスを図る方法としては、（１）ディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１に対応する部分が相対面２ａの内側部分２ａ１と対称な形状に凹むように、ディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１に対応する部分を切削したり、（２）ディスク背面２ｂにおける粉砕ディスク部２２に対応する部分に別部材を取り付けたりすることが挙げられる。強度や耐久性の観点からは、別部材を取り付けるよりも、切削により、突出したバランスウェイト部２ｗを形成することが好ましい。

本実施形態では、各ディスク２，３は、粉砕ディスク部２２のディスク厚み方向の両側の部分がシンメトリーな形状に突出した外観形状を有している。なお、各ディスク２，３の粉砕ディスク部２２は完全にシンメトリーな構造に形成されていなくてもよい。この場合、各ディスク２，３において、第１モーメントＭａの値と第２モーメントＭｂの値と差分値ΔＭの第２モーメントＭｂの値に対する割合Ｒ（下記の式（６）参照）が所定の割合（％）以下に設定されていればよい。粉砕ディスク部２２における相対面２ａ側には、粉砕部２ｃとしての複数の溝２２ａが形成されるため、割合Ｒ（換言すると、比率）を所定の範囲内に設定するには、厳密には、粉砕部２ｃの形状等を考慮する必要がある。
Ｒ＝（Ｍａ－Ｍｂ）／Ｍｂ＝ΔＭ／Ｍｂ・・・式（６）

第１モーメントＭａが第２モーメントＭｂより小さくなると（Ｍａ＜Ｍｂ）、曲げモーメントが狭ギャップを構成する第２領域Ｓ２の最小隙間Ｇ２minを狭める方向に作用するおそれがあり、好ましくない。そのため、各ディスク２，３は、製造公差を考慮しても、第１モーメントＭａが第２モーメントＭｂより小さくならないように、形成される。

本実施形態では、第１モーメントＭａの値は第２モーメントＭｂの値と一致しており（Ｍａ＝Ｍｂ）、粉砕ディスク部２２の重心は中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心と一致している。つまり、差分値ΔＭ（＝Ｍａ－Ｍｂ）はゼロであり、割合Ｒ（＝ΔＭ／Ｍｂ）はゼロである。なお、これに限らず、第１モーメントＭａの値は第２モーメントＭｂの値と一致していなくてもよく、割合Ｒが前述したように所定の割合（％）以下に設定されていればよい。この場合、粉砕ディスク部２２の重心は許容される割合Ｒに応じた範囲で中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心に対してディスク厚み方向にずれてもよい。

具体的には、直径３５５ｍｍ、厚さ２０ｍｍの金属製円盤に対して、切削加工を施すことにより、当該金属円盤の片側の面（相対面２ａ）に粉砕部２ｃと凹んだ内側部分２ａ１を形成し、粉砕ディスク部２２の径方向の幅を片側３０ｍｍとする。そして、ディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１に対応する部分にも、相対面２ａの内側部分２ａ１と同一の切削加工を施す。例えば、相対面２ａにおける中央ディスク部２１に相当する部分とディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１に相当する部分をそれぞれ深さ４ｍｍで切削する。そして、最後に、粉砕部２ｃの形成のための切削量（切削体積）と同一の切削量で、ディスク背面２ｂにおける粉砕ディスク部２２に対応する部分を平らに切削する。これにより、第１モーメントＭａの値は第２モーメントＭｂの値に一致するとともに、粉砕ディスク部２２の重心Ｃ２が中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心Ｃ１に一致する。なお、前述したように、第１モーメントＭａの値を第２モーメントＭｂの値に一致させない場合には、割合Ｒが、１５％以下、好ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下、望ましくは３％以下に設定される。

以上のように構成された一対のディスク２，３（以下では、適宜にディスクＡ１という）では、粉砕ディスク部２２の重心を中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心に一致させ、第１モーメントＭａの値を第２モーメントＭｂの値に一致させることにより、高速回転時の曲げモーメントによる変形が効果的に抑制又は防止され、相対速度として３４０ｍ／ｓを超える超高速回転が可能で、微粉砕に適していることが、以下の性能試験により確認された。

[性能試験]
次に、本実施形態に係るディスク型粉砕機１００について、ディスクＡ１が高速で回転可能であることを確認する回転性能試験の結果と、ディスクＡ１が原料粒子を微粉砕することが可能であることを確認する粉砕性能試験の結果を説明する。

作業者は、ディスクＡ１を用いて、次の手順で回転性能試験と粉砕性能試験を行った。

[回転性能試験]
（１）ディスクＡ１のディスク２，３の間の隙間Ｇを通常運転時よりも十分に広げた状態で、各ディスク２，３を単独で５００～１３０００ｒｐｍの範囲で回転駆動させ、異常振動や異音が無いことを確認する。
（２）異常振動や異音について問題が無ければ、各ディスク２，３の回転を止める。そして、第２駆動ユニット６（可動側ユニット）を一対のスライドレール１ｃ，１ｃに沿って第１駆動ユニット５（固定側ユニット）に近づける方向にスライド移動させ、シックネスゲージを使用して隙間Ｇ（第２領域Ｓ２の最小隙間Ｇ２min）を設定する。その際にディスク２，３に対して上下左右４点における最小隙間Ｇ２minが一定になっていることを確認する。
（３）最小隙間Ｇ２minについて問題が無ければ、一対のディスク２，３を互いに逆方向に、５００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ、７０００ｒｐｍ、８０００ｒｐｍ、９０００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ、１１０００ｒｐｍ、１２０００ｒｐｍ、１３０００ｒｐｍの回転数の順で回転させ、ディスクの振動や異音が無いことを確認する。

ディスクＡ１について、最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍで、各ディスク２，３の回転数が５００～１３０００ｒｐｍの範囲で、振動や異音の発生の無いことが確認された。続いて、最小隙間Ｇ２minが０．５０ｍｍで、各ディスク２，３の回転数が５００～１３０００ｒｐｍの範囲で、振動や異音の発生の無いことが確認された。

[粉砕性能試験]
粉砕性能試験では、前述したワンパス処理後の粒径を確認し、更に再投入し粉砕性評価を行った。

前記分級手段を備える粉砕機において、閉回路粉砕による粉砕処理を実行して、粉砕性能試験を行うと、粗粉が再処理されることにより、見かけ上、微粉砕が進行するため、粉砕部２ｃの本質的なポテンシャルを把握することが難しくなる。そのため、ディスクＡ１についての粉砕性能試験では、純粋に粉砕性能を評価するために、ワンパス処理後の粒径を確認した。その後、ワンパス処理後の粒子を再投入して、更に粒径分布の変化を確認することで、粉砕性評価を行った。

粉砕性能試験は、回転性能試験において問題が無いことを確認した後に、原料粒子を供給して行った。具体的には、粉砕性能試験は、ディスクＡ１における最小隙間Ｇ２minが３．００ｍｍ、１．００ｍｍ及び０．５０ｍｍの三つの場合について、それぞれ行われた。各試験では、回転数が１００００ｒｐｍ（相対速度３５０ｍ／ｓ）の条件で、粉砕前のｄ５０（メディアン径）が３５０μｍのテスト用粒子（炭酸カルシウム）を用いて、フィード量は１５ｇ／分に設定し、ワンパス処理での粉砕性能試験をそれぞれ行った。

上記粉砕性能試験の結果、最小隙間Ｇ２minが３．００ｍｍの場合、粉砕後のｄ５０が９．６μｍ、１μｍ以下の粒径の割合が２．９１ｗｔ％、１００μｍ以上の粒径の割合が３２．３ｗｔ％であった。最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍの場合、粉砕後のｄ５０が５．７μｍ、１μｍ以下の粒径の割合が３．３４ｗｔ％、１００μｍ以上の粒径の割合が２４．７ｗｔ％であった。最小隙間Ｇ２minが０．５０ｍｍの場合、粉砕後のｄ５０が５．３μｍ、１μｍ以下の粒径の割合が３．６２ｗｔ％、１００μｍ以上の粒径の割合が２５．１ｗｔ％であった。ワンパス処理であるため、いずれの場合も、１００μｍ以上の粗粉が含まれているが、ｄ５０については、いずれの場合も十分な粉砕性能を有している。特に最小隙間Ｇ２minが０．５ｍｍ～１．０ｍｍの場合において粉砕性能を有することが確認された。更に、最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍの条件で得られたワンパス処理粉砕物を再投入したところ、粉砕後のｄ５０が３．６μｍ、１μｍ以下の粒径の割合が３．５０ｗｔ％、１００μｍ以上の粒径の割合が０．０ｗｔ％であった。２回の処理によっても微粉の過度の増加は認められず、１００μｍ以上の粗粉が消失しており、微粉砕機として、優れた性能を有することが確認された。

[比較例]
次に、一対の比較ディスク２Ｘ，３Ｘについての、差分ΔＭの第２モーメントＭｂに対する割合Ｒや回転性能試験の結果と粉砕性能試験の結果等を説明する。一対の比較ディスク２Ｘ，３Ｘとしては、図７及び図８で示したもの（以下では、適宜に比較ディスクＸ１という）と図示を省略した比較ディスクＸ２を挙げて説明する。比較ディスクＸ２は、相対面２ａにおける内側部分２ａ１が凹んでおらず環状部分２ａ２と連続した平坦に形成されていることを除いて、比較ディスクＸ１と同じ形状及び寸法を有している。

比較ディスクＸ１では、基準線Ｌｇと粉砕ディスク部２２のディスク厚み方向の中心とはディスク厚み方向に２．００ｍｍずれている。換言すると、粉砕ディスク部２２の重心は中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心に対してディスク厚み方向に２．００ずれている。また、第１片ｍａの重量ｍ１が第２片ｍｂの重量ｍ２より大きい。そして、比較ディスクＸ１について、上記式（１）～式（６）に基づいて算出された割合Ｒ（＝ΔＭ／Ｍｂ）は、９７．５％であった。

比較ディスクＸ１について、ディスクＡ１と同様に回転性能試験を行ったところ、回転数が８０００ｒｐｍ（相対速度２８０ｍ／ｓ）において、ディスクの変形に起因する振動が発生した。

比較ディスクＸ２について、最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍであり、回転数が５０００ｒｐｍ（相対速度１７５ｍ／ｓ）の条件で、粉砕性能試験を行った。この場合、ディスクの回転自体には問題は無かったが、原料粒子を相対面２ａの第１領域Ｓ１に供給することが困難であり、原料粒子が供給部７の供給管７２ｂの中で滞った。そのため、フィード量を落として粉砕性能試験を行った。この場合、粉砕後の粒子のｄ５０は２９０μｍであった。

次に、本実施形態に係るディスク型粉砕機１００を用いた粉砕方法について説明する。この粉砕方法は、ディスク型粉砕機１００を用いて被粉砕物としての原料粒子を粉砕する方法である。この粉砕方法は、一対のディスク２，３のそれぞれを第１領域Ｓ１側の中央ディスク部２１と第２領域Ｓ２側の粉砕ディスク部２２とに区分することと、粉砕ディスク部２２における相対面２ａと反対側の部分にバランスウェイト部２ｗを設けることと、を含む。

本実施形態に係るディスク型粉砕機１００及びこれを用いた粉砕方法では、前記基本構造を前提とした構造において、粉砕ディスク部２２は自身の相対面２ａと反対側の部分にバランスウェイト部２ｗを有している。つまり、バランスウェイト部２ｗは、粉砕ディスク部２２における、粉砕ディスク部２２をディスク背面２ｂ側に反り返らせる曲げモーメントの発生の原因となる粉砕部２ｃと反対側の部分に設けられている。このため、バランスウェイト部２ｗによって、各ディスク２，３に前記曲げモーメントを打ち消す方向の曲げモーメントを粉砕ディスク部２２に作用させることができる。その結果、粉砕部２ｃに対応してバランスウェイト部２ｗを適宜に設けることによって、一対のディスク２，３の間の狭ギャップ（最小隙間Ｇ２min）を維持し、互いに近接させた状態で従来よりも高速で一対のディスク２，３を回転駆動させことができるようになる。

このようにして、近接して相対し且つ従来よりも高速で回転可能な一対のディスク２，３を有したディスク型粉砕機１００及びこれを用いた粉砕方法を提供することができる。

なお、本実施形態に係るディスクＡ１では、第１モーメントＭａの値は第２モーメントＭｂの値と一致しているが、これに限らず、両モーメントの値は一致していなくてもよく、割合Ｒが所定の割合（％）以下に設定され、粉砕ディスク部２２の重心が許容される割合Ｒに応じた範囲で中央ディスク部２１の環状部分２１ａの重心に対してディスク厚み方向にずれてもよい。割合Ｒを所定の範囲内に設定することにより、高速回転時の曲げモーメントによる変形が効果的に抑制又は防止され、相対速度として３４０ｍ／ｓを超える超高速回転が可能で、微粉砕に適していることが、以下の性能試験により確認された。

具体的には、ディスクＡ１をベースに、ディスク背面２ｂにおける中央ディスク部２１（供給ゾーン）に相当する部分の切削深さを変更することにより、割合Ｒ（＝ΔＭ／Ｍｂ）を変更した実施例相当のディスクＡ２～ディスクＡ５を作製した（表１参照）。ディスクＡ１～Ａ５では、割合Ｒが３．００％～１５．００％、好ましくは０．００％～１０．００％、更に好ましくは０．００％～５．００％、更に好ましくは０．００％～３．００％の範囲の所定値になるように調整されている。

ディスクＡ２～Ａ５についての回転性能試験では、最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍの場合と０．５０ｍｍの場合において、回転数が５００～１３０００ｒｐｍの範囲で、振動や異音の発生が無いことがそれぞれ確認された。ディスクＡ２～Ａ５についての粉砕性能試験は、最小隙間Ｇ２minが１．００ｍｍの場合について行われた。この粉砕試験では、回転数が１００００ｒｐｍ（相対速度３５０ｍ／ｓ）の条件で、粉砕前のｄ５０（メディアン径）が３５０μｍのテスト用粒子（炭酸カルシウム）を用いて、フィード量は１５ｇ／分に設定し、ワンパス処理での粉砕性能試験を行った。この粉砕性能試験の結果が下記表２に示されている。続いて、同様に、ワンパス粉砕処理物を再投入して粉砕性能試験をそれぞれ行った結果が下記表３に示されている。以上より、ディスク型粉砕機１００は、ディスクＡ２～Ａ５のいずれの場合も、微粉砕機として、優れた性能を有することが確認された。

なお、本実施形態では、第１ディスク２の粉砕部２ｃと第２ディスク３の粉砕部２ｃはディスク厚み方向に互いに重なり合うことなく離隔しているが、これに限らない。図１０に示すように、第１ディスク２の粉砕部２ｃ及び第２ディスク３の粉砕部２ｃは、互いに重なり合うように凹凸形状に形成されたラップ型であってもよい。この場合、粉砕部２ｃは、ディスク径方向に間隔をあけた位置においてディスク周方向に延伸するように形成された複数の突条２２ｂを有し、且つ、第１ディスク２における径方向に隣り合う二つの突条２２ｂの間に、第２ディスク３における突条２２ｂが入り込むようになっている。これにより、第２領域Ｓ２（粉砕ゾーン）における原料粒子の滞留時間（通過時間）の増大化が効果的に図られる。

また、バランスウェイト部２ｗの比重は、粉砕ディスク部２２における相対面２ａ側の部分の比重より高く設定されていてもよい。この場合、バランスウェイト部２ｗは、ディスク背面２ｂのうちの第１領域Ｓ１に対応する部分に対してディスク厚み方向に突出せずに、ディスク背面２ｂのうちの粉砕部２ｃに対応する部分と連続した平坦になっていてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態及び上記変形例に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

２，３…一対のディスク、
２…一方のディスク、
２ａ…相対面、
２ａ２…環状部分（相対面のうちの第２領域に対応する部分）、
２ｂ…ディスク背面、
２ｃ…粉砕部、
２ｗ…バランスウェイト部、
２ｆ…最小厚み部分、
２ｇ…円環状部分、
２１…中央ディスク部、
２２…粉砕ディスク部、
２２ａ…溝、
３…他方のディスク、
１００…ディスク型粉砕機、
Ｃ…交点、
Ｄ…ディスク直径、
Ｇ…隙間、
Ｇａ…第１片の重心、
Ｇｂ…第２片の重心、
Ｇ１min…第１領域における最小隙間、
Ｇ２min…第２領域における最小隙間、
Ｌ…基準線、
Ｌｇ…第１片の重心と第２片の重心とを結んだ線、
ｍ…仮想分割片、
ｍａ…第１片、
ｍｂ…第２片、
ｍ１…第１片の重量、
ｍ２…第２片の重量、
Ｍａ…第１モーメント、
Ｍｂ…第２モーメント、
Ｓ…隙間領域、
Ｓ１…第１領域、
Ｓ２…第２領域、
Ｘ…ディスク回転中心線

Claims (15)

1. 隙間を有して相対し且つ互いに逆方向に回転駆動される一対のディスクと、
   前記一対のディスクのうちの一方のディスクにおける他方のディスクとの相対面と前記他方のディスクにおける前記一方のディスクとの相対面との間の隙間領域におけるディスク回転軸側の第１領域に被粉砕物を供給する供給部と、
   を備え、前記隙間領域のうちの前記第１領域における最小隙間は前記隙間領域のうちの前記第１領域の外側の第２領域における最小隙間より広く設定され、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕部が前記相対面のうちの前記第２領域に対応する部分に形成されている、ディスク型粉砕機であって、
   前記一対のディスクのそれぞれは、前記第１領域側の中央ディスク部と前記第２領域側の粉砕ディスク部とからなり、
   前記粉砕ディスク部は、前記相対面と反対側の部分にバランスウェイト部を有する、ディスク型粉砕機。
2. 前記バランスウェイト部は、前記相対面と反対側の面であるディスク背面のうちの前記第１領域に対応する部分に対してディスク厚み方向に突出するように形成されている、請求項１に記載のディスク型粉砕機。
3. 前記バランスウェイト部の比重は、前記粉砕ディスク部における前記相対面側の部分の比重より高く設定されている、請求項１又は２に記載のディスク型粉砕機。
4. 前記第２領域における前記最小隙間は、０．５０～３．００ｍｍの範囲の所定値に設定されている、請求項１～３のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
5. 前記中央ディスク部における外周側の部分のうちの最小厚み部分のディスク厚み方向の中心を通り且つディスク回転中心線に直交する線を基準線とし、
   前記ディスクにおける前記最小厚み部分よりも径方向外側の円環状部分をディスク周方向に所定刻みで分割することにより得られる複数の仮想分割片のそれぞれを、前記基準線により前記相対面側の第１片と前記相対面と反対側の第２片とに区分し、
   前記第１片の重心と前記第２片の重心とを結んだ線と前記基準線との交点を中心とした前記第１片についての仮想の回転モーメントを第１モーメントとし、前記交点を中心とした前記第２片についての仮想の回転モーメントを第２モーメントとした場合に、
   前記第１モーメントの値と前記第２モーメントの値との差分値の前記第２モーメントの値に対する割合が１５％以下に設定されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
6. 前記割合は１０％以下に設定されている、請求項５に記載のディスク型粉砕機。
7. 前記割合は５％以下に設定されている、請求項５に記載のディスク型粉砕機。
8. 前記第１モーメントの値は前記第２モーメントの値と一致している、請求項５に記載のディスク型粉砕機。
9. 前記一対のディスクは、最外周の相対速度が３４０～４４０ｍ／ｓの範囲の速度で回転可能に構成された、請求項１～８のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
10. 前記一対のディスクのそれぞれの最大のディスク厚みは、ディスク直径の１／５以下である、請求項１～９のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
11. 前記最大のディスク厚みは、ディスク直径の１／１０以下である、請求項１０に記載のディスク型粉砕機。
12. 前記粉砕部は、前記相対面のうちの前記第２領域に対応する部分の内縁側から外縁側に延び、互いにディスク周方向に離隔した複数の溝を有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
13. 前記複数の溝は、それぞれ、各ディスクの円周の接線と交差する方向に延びている、請求項１２に記載のディスク型粉砕機。
14. 前記一方のディスクの前記粉砕部及び前記他方のディスクの前記粉砕部は、互いに重なり合うように凹凸形状に形成されたラップ型である、請求項１～１１のいずれか一項に記載のディスク型粉砕機。
15. 隙間を有して相対し且つ互いに逆方向に回転駆動される一対のディスクと、前記一対のディスクのうちの一方のディスクにおける他方のディスクとの相対面と前記他方のディスクにおける前記一方のディスクとの相対面との間の隙間領域におけるディスク回転軸側の第１領域に被粉砕物を供給する供給部と、を備え、前記隙間領域のうちの前記第１領域における最小隙間は前記隙間領域のうちの前記第１領域の外側の第２領域における最小隙間より広く設定され、前記被粉砕物を粉砕するための粉砕部が前記相対面のうちの前記第２領域に対応する部分に形成されている、ディスク型粉砕機を用いて前記被粉砕物を粉砕する粉砕方法であって、
    前記一対のディスクのそれぞれを前記第１領域側の中央ディスク部と前記第２領域側の粉砕ディスク部とに区分することと、
    前記粉砕ディスク部における前記相対面と反対側の部分にバランスウェイト部を設けることと、
    を含む、粉砕方法。

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