JP2552468B2

JP2552468B2 - 円板粉砕機のといし車の装着方法及び装置

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Publication number: JP2552468B2
Application number: JP61500677A
Authority: JP
Inventors: ライン、ジエ−ムズ・シ−
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-07
Filing date: 1986-01-02
Publication date: 1996-11-13
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: US4841623A; EP0209564B1; MX165244B; BR8604436A; JPS62501617A; CA1254751A; AU583587B2; EP0209564A4; DE3687770D1; AU5317286A; DE3687770T2; WO1986003989A1; EP0209564A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明はといし車、より詳細には円板粉砕機すなわち
アトリションなどの高速粉砕機のといし車の装着法に関
する。

円板粉砕機は初期のブーアストーン製石うすの現代版
であり、といしに代えて高速度回転用の鋼製円板を用い
るので、応用範囲がさらに拡大している。といしがこれ
まで高速回転で使用されなかったのは、遠心力と熱応力
荷重に体する強度不足のためである。ゴム、プラスチッ
ク、木材パルプなどの有機材料の粉砕のように、さまざ
まな用途で、若しといしが高速回転で使用できれば、金
属製円板より優れている。本発明の目的は成形といし車
またはビトリファイドといし車のいずれか一方を用いた
円板粉砕機すなわちアトリションミルの高速運転法を提
供することにある。

背景技術従来、といし車を支持部材の適所に把持するためにフ
ランジとといし車事態の間隙に熔融したいおう、鉛など
を注入していた。といし車の取付け部の直径はわずかに
拡大してあるので、熔融剤はといし車をより確実に把持
し、といし車が脱落する危険がなくなる。この装着法は
米国特許第1,814,587号に開示されている。

といし車を支持板に固定する別の方法は、粉砕による
ひずみと衝撃の軽減するクッションとして、ゴムなどの
特殊加工材の層を用いる。さらに、高応力と大トルク負
荷が予想される場合は、といし車の外径にワイヤなど適
切なバインディングを配設する。この方法は軟質で強度
の低いといし車を把持する場合にも用いられる。

異なる粒度の粒状物質の製造法には多数の公知技術が
あり、代表的な方法はクンバランド式チョップなどの簡
単な機械式チョッパである。ただし、クンバランド式チ
ョッパの用途は粒度の比較的大きい粉末の製造に限られ
ており、また保守費が割高である。当業者による別の方
法は、液体窒素または液体炭酸を含む極低温粉砕を行
い、次に機械的手段で低温脆性粒子を粉砕する。この方
法は技術的には有効であるが、一般の粉砕用には高価過
ぎるという欠点がある。また別の方法では、２個のロー
ル粉砕機を用いる。この方式では、表面をのこ歯形に加
工した２個の金属製ロールの間隙に被粉砕物を供給す
る。ロール粉砕機に供給された粒子はロールが与える引
張りおよび引裂作用で粉砕される。ロールを通過した粒
子は所望の粒度にふるい分けされるが、粒度は通常は、
40−50メッシュである。

また別の先行技術は、米国特許第4,049,588号中に開
示されたように、湿式粉砕法である。この特許では、加
硫ゴムを粉砕して微粉にするとき、先ずゴムを膨潤液で
予め膨潤し、次に膨潤粒子を分散させたのち、分散、膨
潤した粒子を粉砕する。米国特許第4,046,834号に記載
された湿式粉砕法では、ゴム粒子の水性混合物を２個の
円板（１個は回転式とし、他の１個は固定式）の間を通
過させる。

２個の円板粉砕機を用いた湿式粉砕法によって微粉は
得られるが、この方法の欠点は生産性が低いことであ
る。すなわち、生産性工場のために大直径のといし車が
必要であるが、大直径のといし車の強度は高速回転で生
ずる応力に耐えられない。米国特許第3,615,304号は成
形されたといし車の欠点について記載すると共に、とい
し車の破壊防止法を開示している。この防止法では、ガ
ラスファイバと樹脂から作られたバンドをといし車の円
周部分に用いている。

したがって本発明の目的は、成形されたといし車を高
速粉砕機に装着する方法を提供することにある。

本発明の別の目的はといし車が回転軸の端部の適所に
装着できないとき、最適の装着法を提供することにあ
る。本発明によるといし車は装着前に２込またはそれ以
上にセグメント化できる。

また本発明の目的は加硫ゴム、プラスチックなどの有
機物を高速回転のといし車で粉砕する手段を提供するこ
とにある。本発明によれば、円板粉砕機などの高速粉砕
機において、従来の金属板と同等の力に耐えるようにと
いし車またはセグメントといしを装着する方法におい
て、といし車の装着時に径方向圧縮荷重を十分に与えて、
運転中に生ずる引張荷重を平衡させることを含む、改良
した装着方法が与えられる。

更に本発明によれば、硫化ゴムを直径が少なくとも1
5.24cm（６インチ）の２個のといし車の間隙で粉砕する
ことを含み、しかも上記といし車が装着時に径方向圧縮
荷重を受けるとともに少なくとも毎分1200回転の割り合
いで回転することを特徴とする硫化ゴムの粉砕方法が与
えられる。

更に本発明によれば、円板粉砕機などの高速粉砕機に
おいて、従来の金属板と同等の力に耐えるようにといし
車またはセグメントといしを取り付ける装置において、といし車の装着時に十分な圧縮荷重を与えて、運転中
に生ずる引張荷重を平衡させる手段を含む改良した装置
が与えられる。

本発明の他の諸目的は以下に詳述する説明を読めば当
業者には明らかになるであろう。

発明の開示前述した本発明の諸目的は、工作機械業界で通常用い
られるテーパと類似するテーパを用いて達成できること
が明らかになった。適当なテーパは用途によって次の二
種類のいずれか一方を選択する。自己保持型テーパは、
「保持手段を用いることなく、摩擦によって適所に把持
するための最小限の角度を備えるテーパ（通常、緩やか
なテーパと呼ぶ）」と定義される。また急傾斜のテーパ
は「釈放が容易または自動的に釈放するために十分な角
度を備えるテーパ」と定義される。前述のようにテーパ
の使用は公知の業界技術であり、テーパの使用について
のより詳細な説明は『機械ハンドブック（MACHINERY′S
HANDBOOK）』（第19版1678−1692頁）にある。テーパ
利用の一例として、別個の部品がストレート形といし車
の外径と係合すると同時に、該部品が外径に適当なテー
パが付けられている。工作機械業界では、これらの工具
要素をドリル、アーバ、旋盤センタなどの小型工具と機
械部品の一部に用いて、主軸またはソケットの整合テー
パに密接するように配慮し、それによって工具、または
機械部品とその指示部材を正確に整合すると共に、工具
駆動のための摩擦抵抗をいくぶんなりとも与える。工作
機械業界において上記の両テーパ要素は通常小型で金属
製であり、しかも摩擦抵抗は考慮するが、おす部分への
圧縮荷重が無視されている。

圧縮強さは大きいが引張り強度が極めて低いといし車
に対して、上記テーパの圧縮特製を応用する。すなわち
金属製の外部めすテーパ要素を用いてといし車に元応力
を与える。この場合、該要素はといし車自体と比べてモ
ジュラスが高い。テーパによってといし車にかかる圧縮
荷重は、めす要素による引張応力と平衡するので、とい
し車は一体構造の必要性がなくなり、２個またはそれ以
上のセグメントで構成できる。この装着法と対照的な通
常の方法は、主軸に設けた中央アーバ取付穴によるもの
である。アーバ軸は通常ねじ付でナットを備えており、
該ナットは一対のフランジを側面に締付けて、といし車
を駆動する。

本発明による好ましい実施例において、装着手段は鋼
製テーパリングを含む。該リングはその内径がストレー
トに切削され、といし車の外径と整合する。またリング
の外径は1/3.42（１フィート当り3 1/2インチ）のテー
パを付ける。リングの肉厚はといし車の肉厚によって異
なり、またリング全体にわたりテーパは上端縁から始ま
る。リングは直径に沿って二分割されるほか、各端部か
ら6.35mm（1/4インチ）切削されている。２個のセグメ
ント、リングと共に第三のリングが設けられている。該
リングの内面はセグメント、リングと同一のテーパに切
削されている。該リングはまた埋込み式取付ボルトを備
えている。該リングをセグメントリングに装着したのち
固定式または回転式支持板にボルト締めすると、該リン
グがセグメントリングをといし車に圧縮し、といし車を
圧縮状態に置く。これによってといし車を外部から駆動
できる。従ってテーパによってといし車にかかる圧縮荷
重はといし車の回転時の遠心力によって生ずる引張り応
力と平衡する。

図面の簡単な説明第１図はテーパといし車を装着した場合の断面図であ
る。

第２図は従来のといし車を別個のテーパ要素と共に装
着した場合の断面図である。

第３図はテーパ部にかかる種々の力と支持反作用を示
す線図である。

第４図はテーパ部にかかる種々の力と支持反作用を求
めるための力の多角形である。

第５図は圧縮応力を発生するようにといし車を流体式
クランプと共に装着した場合の断面図である。

発明の詳細な説明第１図はテーパといし車を示す。通常のといし車
（１）の外周（２）に本発明のよるテーパが付けられて
いる。といし車（１）は回転式テーブル（３）上に配置
され、該テーブルは軸（４）の周りを回転する。といし
車（１）は支持リング（６）によってテーブル（３）上
に装着され、該支持リングはといし車（２）のテーパと
整合するように切削済みである。また支持リング（６）
はねじ付ねじ（７）で回転式テーブル（３）上に取付け
られているが、該ねじ（７）は支持リング（６）のねじ
穴（８）を通り、回転式テーブル（３）のねじ穴（９）
にねじ込まれる。といし車（１）のテーブル（３）にし
っかりと固着するために、適当数の取付ねじ（７）を支
持リング（６）の周りに配置する。作動について説明す
ると、図示のといし車（１）の上に別個のテーパといし
車を配設し、といし車間距離は粉砕作用を行うために十
分なものとする。上部といし車は非回転式保持板に固定
されるので、下部回転といし車と上部固定といし車の間
隙で粉砕作用が行われる。

第２図に示す別の実施例において、従来のといし車
（１）はテーパがない通常の円筒形状である。第１図と
同じく、第２図のといし車（１）は支持リング（６）に
よって回転式テーブル（３）に装着され、また複数個の
ねじが支持リング（６）を貫通し、支持リング（６）を
回転式テーブル（３）に固定している。しかし、第２図
では別個の割リング（11）が配設してあり、該リング
（11）は支持リング（６）とテーパ係合する。該リング
（11）はといし車（１）を囲繞するリングであり、青
銅、ステンレス鋼などの適当な材料から作られる。また
リング（11）の内周はといし車（１）の外周よりわずか
に小さい。またリング（11）とといし車（１）の重着を
容易にするために、リング（11）の円周に約3.175（1/8
インチ）の切れ目を設ける。といし車（１）とリング
（11）をテーブル（３）上に配置したのち、支持リング
（６）を締め付けると、リング（11）の切れ目が狭ま
り、といし車（１）がテーブル（３）にしっかりと固着
される。

第１−２図の両実施例において支持リング（６）の目
的はといし車に均等に圧縮応力を与え、それにより引張
り力がといし車の全周ににわたり均等に働くようにす
る。支持リング（６）がといし車（１）に圧縮応力を与
えると、といし車（１）は回転時に発生する遠心力を平
衡できる。

第３図は第１図のといし車または第２図のリング（1
1）のテーパ部に働く種々の力と反作用を示す線図であ
る。第３図に示す力は下記の公式に従ってテーパ部に作
用する：テーパをＰの方向に移動し、力Ｈを相殺するために要
する力Ｐは第４図に示す力の多角形を用いて決定でき
る。三角形の三面の摩擦角はa₁、a₂、a₃である。反作用
K₁、K₂、K₃も第４図の力の多角形から決定できる。

緩やかなテーパすなわち比すべり形テーパを得るため
ｂの値をa₁とa₃の合計値より大きくする必要がある。表
現を変えれば、ｂの値はａの値の２倍以上とする。一
法、自動すべり形テーパを与えるため、ｂの値は2aの値
すなわちa₁＋a₃の値以下にする必要がある。

またといし車に圧縮荷重を加えるために外部要素と共
に液体式または空気式クランプ装置を用いることも本発
明の範囲内である。

第５図に示す流体操作式クランプは、といし車の装着
時および高速回転時にといし車の円周に圧縮荷重を加え
るためのものである。第２図の場合のように、従来型と
いし車（１）は締め付けリング（６）によって回転テー
ブル（３）上に装着される。該締め付けリング（６）は
テーブル（３）に固着してある。しかし、第５図に示す
締め付けリング（６）は流体用伸縮管（21）を保持して
おり、該伸縮管（21）は弁（22）と連通する。さらに弁
（22）は番号（23）の部分で適当な圧力源と連絡するの
で、該伸縮管（21）を押し広げて締め付けリング（６）
に密着させると共にといし車の円周をも囲繞させること
ができる。締め付けリング（６）の目的は第１図と第２
図の実施例のように、圧縮応力をといし車に均等に加え
ることにある。圧力を加えて所望の圧縮応力荷重に達す
ると、弁（22）が閉じて、といし車の回転時でも圧縮応
力が保持されるので、前述のように回転時に発生する遠
心力と平衡できる。

本発明によるといし車の装着法は広範囲のといし車の
サイズと回転速度に応用可能である。たとえば、代表的
なといし車の直径は15.24cm〜91.44cm（６〜36インチ）
である。機械要素のめす部材は運転条件下で発生する遠
心力などの応力に耐えるように設計する必要がある。

本発明による方法は軟質といし車など引張強さの低い
成形といしにも適用可能であり、この種のといしの高速
回転を可能にする。本発明により、圧縮強さが許すかぎ
り有効作業速度は最適のものを選択可能となった。最適
速度はといし車の直径によって異なるが、代表的な速度
は毎分1200〜3600回転である。

本発明による粉末製品の生産量はといし車の直径の関
数である。現在使用されているといし車は直径15.24cm
（６インチ）で、毎時約29.4Kg（65ポンド）の粉末製品
を生産する。本発明による方法によって大直径のといし
車の使用が可能となり、生産量は毎時約158.7Kg（350ポ
ンド）に達することが判明している。従来、大直径のと
いし車による粉砕作業は鋼製の円板を用いていたが大量
の粉砕作業には強度が不十分であり、摩耗が甚だしい。

粉末製品の生産量はまた、といし車の回転速度の関数
である。従来の鋼製円板は毎分3600回転で回転可能であ
るが、といし車は同速度による遠心力で破壊するおそれ
がある。最適生産のための好ましい回転数は毎分3600回
転であるが、回転数の厳密な規定は不要である。被粉砕
物の種類、所望の粒度、といし車のサイズと成分などに
よって所要回転数が決まる。といし車にかかる応力はと
いし車の直径または回転数のいずれか一方の２倍に等し
い。

粉砕部は２個の間隔調節式といし車からなり、その１
個は固定式であり、残りの１個は回転式である。代表的
なといし車はビトリファイド炭化けい素を含む。といし
車の粒度は最終製品の所望の粒度によって16〜120の範
囲で決める。原料をといしの中心から外周に移動するた
めに、といし車に複数個のみぞを設ける必要がある。こ
れらのみぞはといし車の中心から接線方向つまり半径方
向に切欠される。みぞの所要数はといし車の直径により
異なる。直径17.78cm（７インチ）のといし車を例にと
れば、−100メッシュのゴムを毎時22.68Kg（50ポンド）
生産するために、６個のみぞで十分である。さらに大直
径のといし車の場合、みぞの所要数は８−24個に増加す
る。またみぞの深さは3.175−6.35mm（1/8−1/4イン
チ）、幅は6.35−12.7mm（1/4−1/2インチ）の範囲内で
選択できる。

本発明による方法は木材パルプと加硫ゴムの粉砕に用
いられるほか、プラスチック樹脂（ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリエチレテレフタレート、ポリブタジェ
ンテレフタレート、ポリカーボネート、テフロンなど）
の粉砕に用いられる。

本発明によるゴムまたはプラスチックの粉砕工程は大
量の熱を発生するので、粉砕のときといし車を冷却およ
び潤滑する潤滑材が必要である。水は優れた潤滑材であ
り、また粒子をといし車へ移送する担体として働く。水
の所要量は粉砕機のサイズと処理能力の関数である。水
は好ましい潤滑材および担体であるが、他の流体、たと
えば高沸点の有機流体、も使用できる。

本発明の特徴などについて下記の実施例に基づいてさ
らに説明する。なおこの発明はこれらの特定の実施例に
制約されるものではない。

〔例Ｉ〕

この試験ではモアハウス社（MORE HOUSE）製標準型コ
ロイド粉砕機（B/400型）を使用した。本機の粉砕要素
は２個の間隔調節式といし車から成り、その１個は固定
式で残り１個は毎分3600回転で回転可能である。といし
車と回転部材との取付けは、通常のねじ付主軸ナット配
置による。回転式といし車を取りはずし、外径（頂部の
小径部）に1/8（１フィート当り1 1/2インチ）のテーパ
をつけた。テーパ加工は業界で使用される標準に基づき
第１図に示す方法で行われた。直径17.78cm（７イン
チ）の鋼製リングは内径に1/8の整合テーパを付けたの
ち、といし車に重着させ、プラテンにねじで固定され
た。なお該リングを貫通する該ねじを締め付けることに
よってといし車はテーパ圧縮状態に置かれた。といし車
間距離が最小限に調整されたのち粗粒の顔料が供給され
た。本機による粉砕製品の均一度は予想通り極めて平滑
であり、通常のといし装着法による製品と同等の品質が
得られた。

〔例II〕

使用機械と手順は例Ｉと同一であるが、相異点は回転
式といし車を直径方向に分割して２個のセグメントを作
ったのち装着したことである。本機による最終製品の均
一度を調べたところ、非セグメントといしによる製品と
同等であった。これはといし車がテーパ圧縮を受けるた
め従来のひび割れ問題がなくなったことによる。

〔例III〕

スプラウト、ワルドロン社（SPROUT,WALDRON ＆ Co.,
/NC）が製造した標準型で直径30.48cm（12インチ）の研
究室リファイナー式アトリションミルを毎分3600回転以
下のさまざまな回転数で運転した。本機は例Ｉに記載の
機械とほぼ同様であるが、相異点は標準品の粉砕要素が
複数個の金属板であり、該金属板は適所にボルト締めさ
れて固定式円板と回転式円板とを形成する。両円板が耐
えられる遠心力の大きさは下記の物理の二法則に従って
例Ｉの遠心力の４倍以上である。（１）直径を一定にす
ると、応力は速度の二乗に比例する。（２）速度を一定
にすると、応力は直径の二乗に比例する。たとえば、回
転速度が毎分3600回転のとき、直径30.48cm（12イン
チ）は直径15.24cm（６インチ）の２倍であるが、応力
は４倍になる。なお機械パルプを本機で粉砕する過程
で、円板間距離を最小限にした場合、マット状のパルプ
繊維を除去するために、３回のパススルーが必要であっ
た。

本機の金属板を取りはずして、直径30.4cm（12イン
チ）のといし車を装着した。固定式といし車と回転式と
いし車は外径に1/4（１フィートに対し３インチ）のテ
ーパが付けられ、直径35.56cm（14インチ）の鋼製リン
グのテーパめす部分と整合する。といし車に圧縮荷重を
与えるために、例Ｉと同一の装着方法が用いられた。と
いし間距離を最小限にした場合でも、ワンパスでパルプ
が得られ、繊維のマット化も起らなかった。

〔例IV〕

例IIと同様に、回転式といし車は２個のセグメントと
いしを用いた。最終製品は例IIIの一体成形といしによ
る製品と同様であった。

〔例Ｖ〕

例IIIと同じメーカーが製造した36−２型生産サイズ
のアトリションミルを使用した。複数個の金属板を本機
から取り除き、代わりに２個の直径60.96cm（24イン
チ）のといし車の外径を側面に対して垂直に切削した。
第２図に示すように、第三の金属製リング（11）の外径
に1/3.42（１フィート当り3 1/2インチ）のテーパを付
け、といし車の外径と製造させ、該リング（11）を直径
66.04cm（26インチ）の鋼製リングのテーパめす部分と
といし車との間に配置した。この組立品は例Ｉに記載し
た方法で本機に装着された。また回転子は毎分3600回転
の直径60.96cm（24インチ）のといし車を担持し、例III
に記載した物理学の法則に従う。金属板を備えた研究室
リファイナーを用いたとき３回のパスを要したが、本機
はワンパスで正常なパルプを連続生産した。

〔例VI〕

例IIと例IVと同様に、回転式といし車は２個のセグメ
ントといしを用いた。ワンパス当りのパルプは例Ｖに記
載の一体成形といしによるパルプと同等品が得られた。

〔例VII〕

バウエル・ブラザーズ社（BAUER BROTHERS）が製作し
た148−２型直径20.32cm（８インチ）の粉砕機を使用
し、直径17.78cm（７インチ）のといし車を装備した。
といし車の装着は例Ｉと第１図に説明および図示した方
法で行った。本機は30馬力、毎分3600回転の電動機を動
力源として装備した。

といし間距離が密着状態になるように調整したのち、
10メッシュのタイヤ粉末を毎時27.2Kg（40ポンド）の割
合で供給した。また毎分1.9（0.5米ガロン）の割合で
本機に給水した。最終製品は粒度−100メッシュの高粘
度でクリーム状のペーストであった。

本発明の請求の範囲内で、以上に述べた以外の各種の
手段を利用できることは当業者によって了承されよう。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円盤又は摩擦粉砕機などの高速粉砕機にお
いて、金属板と同等の力に耐えるように研磨といし車又
はといし車セグメントを装着する方法であって、前記と
いし車の取付け時に、使用時における引張荷重に対抗す
る程度の半径方向圧縮荷重を前記といし車に与えること
を含む装着方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の装着方法に
おいて、前記圧縮荷重が前記といし車と一体化したテー
パ要素で与えられることを特徴とする装着方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の装着方法に
おいて、前記圧縮荷重が前記といし車以外のテーパ要素
で与えられることを特徴とする装着方法。
【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の装着方法に
おいて、前記圧縮荷重が液体式または空気式クランプで
与えられることを特徴とする装着方法。
【請求項５】円盤又は摩擦粉砕機などの高速粉砕機にお
いて、金属板と同等の力に耐えるように研磨といし車又
はといし車セグメントを装着する装置であって、前記と
いし車の使用時における引張荷重に対抗する程度の半径
方向圧縮荷重を前記といし車の取付け時に前記といし車
に与える手段を含む装着装置。
【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の装置におい
て、前記といし車に圧縮荷重を与える手段がテーパ要素
であることを特徴とする装置。
【請求項７】特許請求の範囲第５項に記載の装置におい
て、前記といし車に圧縮荷重を与える手段がクランプで
あることを特徴とする装置。