JP3732137B2 - 破砕装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は破砕方法及び装置に関し、特に植物の組織や種子類、動物の組織、微生物、カビ、プラスチック材料、鉱物材料などを化学的に分析・分画分離するために破砕するのに適用される破砕装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記各種材料を化学的に分析・分画分離するためには、まず材料を均一に粉砕しなければならない。従来の効率の良い粉砕機としては、破砕容器に公転運動と自転運動を同時に行わせることにより、破砕容器内に収容した被破砕物と微小ビーズからなる破砕媒体を立体的に運動させ、被破砕物に対する破砕媒体の衝突による圧縮と回転による磨砕で破砕する「遊星型ミル」が知られている。
【0003】
また、本出願人は、先に特公平6−36732号公報で、酵母菌、バクテリア等の物質生産菌や生産細胞等のスクリーニング用の細胞破砕装置として、ガラスやセラミックス製の微小ビーズを被破砕物と共に破砕容器に収容してこの破砕容器を8の字状の振動形態で高速回転させ、微小ビーズと細胞との効率的な衝突を繰り返して短時間で破砕する方式を提案している。
【0004】
また、本出願人は、特願2000−104343号等において、破砕容器に単一の破砕媒体と被破砕物とを収容して、8の字状の振動を加えることにより、破砕媒体が乳棒、破砕容器が乳鉢のように作用する効率的な破砕方法及び装置を提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
破砕装置としては、より効率的に被破砕物を破砕することが要求されており、本出願人による上記破砕装置において、破砕容器とその中に収容した単一の破砕媒体とによる乳鉢−乳棒の作用をより効率的に発揮させ得るものが望まれている。
【0006】
本発明は、大型の植物組織や動物組織や鉱物材料なども効率的に破砕することができる破砕装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の破砕装置は、駆動源により回転駆動される回転軸に、その軸心に対して軸心が傾斜した傾斜軸部を設け、前記回転軸の軸心に対して傾斜軸部の軸心を偏心させ、前記傾斜軸部に相対回転自在に環状体を外嵌すると共にこの環状体の回転を弾性的に拘束する弾性拘束手段を設け、環状体の外周部に設けた環状保持体に破砕媒体と被破砕物を収容した細長い破砕容器を環状体の軸心と平行な姿勢で保持させてなり、かつ前記破砕媒体は破砕容器の軸心にほぼ沿った姿勢を保持して軸心方向及びそれに交差する方向に相対移動する形状及び寸法に形成されていることを特徴とするもので、破砕容器の8の字状の往復振動に伴って内部に収容された破砕媒体が相対回転しながら破砕容器の底部に衝突するのと同時に、傾斜軸部が偏心していることで、上記振動に交差する方向にも振動が加わるので、破砕容器が乳鉢として乳棒の働きをなす破砕媒体の動きが強化され、被破砕物が大型の植物組織や動物組織やプラスチック材料や鉱物材料などの破砕し難いものであっても効率的に破砕することができる。
【0008】
上記破砕容器を20〜60Hzの振動数で往復振動させると、破砕容器の容量が2〜50cc程度の汎用される範囲で破砕媒体が効果的に作用し、被破砕物を効率的に破砕することができる。
【0009】
また、被破砕物を液体窒素浴で凍結し、凍結真空乾燥すると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、被破砕物が容易に破砕されるため効率的に破砕することができる。
【0010】
また、表面の一部に溝を設けた破砕媒体を用いると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、溝部で繊維質を効率的に切断できて効率的に破砕することができる。
【0011】
また、表面を研磨したチタン製破砕媒体を用いると、被破砕物が骨などの硬い動物組織の場合にも、破砕媒体表面に例えばDNAやRNAなどの組織物が残留して次の破砕時にクロスコンタミネーションが発生する恐れを無くすことができる。
【0013】
また、破砕媒体は破砕容器の内径より大きい長さの単一部材にて構成することにより、衝突による破砕と同時に乳鉢−乳棒の作用が効果的に行わせることができる。
【0014】
また、破砕容器の少なくとも一端部の内面を略半球状ないし円錐状に突出した形状とし、破砕媒体の対向する端部外面をほぼ同様の形状とすると、上記乳鉢−乳棒作用がより効果的に得られ、さらに効率的に破砕することができる。
【0015】
また、破砕容器の内径と破砕媒体の外径の差を2〜1mm以下とすると、被破砕物がしなやかな場合でも、破砕媒体を確実に作用させることができて効率的に破砕することができる。
【0016】
また、破砕媒体の少なくとも一端部表面に1又は複数の溝を形成すると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、溝部で繊維質が効果的に切断できて効率的に破砕することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の破砕装置の一実施形態について、図1〜図14を参照して説明する。
【0018】
図1、図2において、モータ5や制御装置を収容した箱型のケーシング2上に防振ゴム4によりベース板3が支持され、このベース板3にモータ5(駆動手段)が垂下状態で支持されており、その出力軸がベース板3上に配設された軸受部7にて鉛直な軸心回りに回転自在に支持された回転軸8に連結されている。
【0019】
回転軸8は、軸受部7の一対の軸受10にて回転自在に支持されると共に、その上部が軸受部7の上方に延出されている。回転軸8の上部には、その軸心に対して軸心が角度θの傾斜状態で交叉すると共に、軸心を偏心量sで偏心させた傾斜軸体11が嵌合され、傾斜リング12を介して回転軸8の上端部に螺合したナット13にて押圧固定されている。尚、前記偏心量sは、s=0.1〜2.0mmに設定することができ、好ましくはs=0.3〜1.8mmに、より好ましくはs=0.5〜1.5mmに設定すると、偏心振動による乳鉢−乳棒の効果をより効果的に発揮させることができる。
【0020】
傾斜軸体11の外周には軸受14を介して相対回転自在に環状体15が装着されている。この環状体15に形成された環状保持体20には、図3に示すように、外周の一部を切り欠いた奥に磁石16が取付けられている。この磁石16に対峙させてベース板3上に固定された支持柱9に対極磁石18が取り付けられている。これら磁石16と対極磁石18の吸着力によって、回転軸8及び傾斜軸体11が回転した場合に、それに追従する環状体15の回転を阻止し、かつ傾斜軸体11の回転に伴って環状体15が振れ運動を行うように構成されている。尚、前記磁石16は、環状保持体20の円周上に複数箇所に設け、各磁石16に対向させて対極磁石18を設けることにより、偏心した環状体15の回転を阻止する作用をより確実に行なわせることができる。
【0021】
回転軸8及び傾斜軸体11の回転に伴う環状体15の振れ運動は、図4(a)、(b)に示すように8の字状となる。即ち、図4(a)に示すように、環状体15が右側に傾斜した状態を基準位置として、そのときの環状体15の外周上におけるa点位置の挙動を見てみると、実線状態から回転軸8が矢印方向に90°回転すると、環状体15は仮想線で示すように紙面の表裏方向に傾斜した状態に移行し、その間にa点に対応していた位置は経路bを経てc点に移動する。次に、回転軸8がさらに90°回転すると、環状体15は図4(b)に実線で示すように左側に傾斜した状態に移行し、a点に対応していた位置はc点から経路dを経て元のa点に戻る。さらに回転軸8が90°回転すると、環状体15は仮想線で示すように紙面の表裏方向に逆向きに傾斜した状態に移行し、a点に対応していた位置は経路eを経てf点に移動し、さらに回転軸8が元の回転位置まで90°回転すると、a点に対応していた位置はf点から経路gを経て元のa点に戻る。従って、回転軸8の回転により、環状体15の外周部の任意の位置が8の字状の振れ運動を繰り返すことになる。更に、傾斜軸体11は回転軸8に対して偏心した状態に嵌入されているため、傾斜軸体11の回転に伴って環状体15及び環状保持体20は、8の字状の振れ運動の長手方向に交差する方向に振れ運動を繰り返すことになる。
【0022】
前記環状体15に設けられた環状保持体20の外周部には、多数の細長い容器ホルダ22が環状体15の軸心と平行姿勢で配設され、この容器ホルダ22内に破砕容器30を収容して支持するように構成されている。また、破砕容器30の蓋体31は環状保持体20上に載り、その上面を押圧して破砕容器30を固定するための押圧板23が、環状体15の上部に形成された螺合部15aに螺入される固定ノブ25にて締結固定するように構成されている。
【0023】
この構成により、環状保持体20に設けられた各容器ホルダ22に破砕容器30を入れ、各破砕容器30を押さえるように押圧板23を置き、固定ノブ25を環状体15の螺合部15aに螺入することで破砕を開始することができる。また、破砕完了後にも、固定ノブ25を外し、押圧板23を取り外すことによって全ての破砕容器30を取り出すことができ、破砕容器30の装脱が容易となる。破砕容器30は大小さまざまであり、この装脱方法に限定されるものではなく、破砕容器30の形状サイズに応じた構成を適用することができる。
【0024】
上記破砕容器30は、図5に示すように、細長い円筒容器から成り、その開口部外周にねじ30aが形成され、底部に載頭円球部35が形成されており、その開口部に蓋体31を螺合して密閉できるように構成されている。蓋体31の内周部には、破砕容器30の開口部の内周に嵌合する環状シール部31aが形成されている。破砕容器30は、被破砕物の材質や量に応じて2ml〜50mlの容積のものが用いられ、環状保持体20もこの破砕容器30の大きさに応じた容器ホルダ22を設けたものが用いられる。
【0025】
破砕容器30の材質としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素系樹脂などの合成樹脂や、ステンレス鋼などの金属やその内面にフッ素系樹脂コーティングを施したものを用いることができる。
【0026】
破砕容器30内に被破砕物とともに収容される破砕媒体32は、図6(a)に示すように、破砕容器30の内径Dより大きい長さLの単一部材にて構成されており、その一端部に破砕容器30の底部形状に対応して同様の載頭円球状の突出端部32aが形成されている。また、他端部は、蓋体32の内周の環状シール部31aと干渉したり、嵌まり込むことがないように小径部32bに形成されている。また、破砕媒体32の外径dは、破砕容器30の内径Dに対して2mm以下、内径dが小さい場合には1mm以下程度小さく設定されている。例えば、破砕容器30の容量が2mlの場合で、その内径Dは8mm、破砕媒体32の外径dは7mmに設定されている。
【0027】
また、図6(b)、(c)に示すように、破砕媒体32の突出端部32aには必要に応じて放射状又は螺旋状に1又は複数の溝34が形成される。
【0028】
この破砕媒体32の材質としては、SUS430などの磁性ステンレス、SUS304硬質ステンレスなどのステンレス鋼、炭素鋼、チタン、タングステン、ジルコニア、タングステンカーバイト、セラミック、ガラス、フッ素系樹脂の単体又は複合して構成したものを適宜用いることができる。
【0029】
また、破砕容器30や破砕媒体32を、図7及び図8(a)〜(c)に示すような形状に構成することもできる。図9において、破砕容器30の底部に円錐形の円錐部33が形成されており、それに伴って破砕媒体32の一端部に図8(a)に示すように円錐状の突出端部32aが形成されている。また、その突出端部32aに図8(b)、(c)に示すように、溝34を形成することもできる。
【0030】
また、図9、図10(a)〜(e)に示すように、破砕容器30の底部と蓋体31の両方に載頭円錐部33を形成し、破砕媒体32の両端に同様の載頭円錐状の突出端部32aを形成し、必要に応じて突出端部32aや破砕媒体32の全長にわたって1又は複数の放射状や螺旋状の溝34を形成することもできる。このような形態の破砕容器30の場合は、環状保持体20に破砕容器30を収容する容器ケースを容器ホルダ22に代えて取り付け、破砕容器30を容器ケース内に投入して破砕動作に供する。
【0031】
また、図11、図12(a)〜(e)に示すように、破砕容器30の底部と蓋体31の両方に半球部35を形成し、破砕媒体32の両端に同様の半球状の突出端部32aを形成し、必要に応じて突出端部32aや破砕媒体32の全長にわたって1又は複数の放射状や螺旋状の溝34を形成することもできる。
【0032】
以上の構成において、被破砕物の破砕を行う場合には、細長い破砕容器30内にその内径より大きい長さの単一の破砕媒体32と被破砕物を収容し、この破砕容器30を環状保持体20の容器ホルダ22に収容して押圧板23で固定し、モータ5にて回転軸8を回転駆動すると、破砕容器30がその軸心方向の比較的長い行程の主往復移動とそれに直交する方向の比較的短い行程の副往復移動を組み合わせた8の字状に往復振動すると共に、主往復移動に交差する方向に往復振動し、それに伴って破砕媒体32が破砕容器30の軸心にほぼ沿った姿勢を保持したまま相対回転しながら破砕容器30の底部に衝突を繰り返し、破砕容器30が乳鉢、破砕媒体32が乳棒のように作用し、被破砕物が大型の植物細胞や動物組織やプラスチック材料や鉱物材料などであっても効率的に破砕される。
【0033】
また、特に回転軸8を1000〜4000rpm、好適には3000rpm程度で回転させ、破砕容器30を20〜60Hzの振動数で往復振動させると、破砕容器30の容量が2〜50cc程度の汎用される範囲で破砕媒体32が効果的に作用し、被破砕物を効率的に破砕することができる。
【0034】
また、破砕容器30の底部又は両端部を載頭円錐部33や半球部35や楕円球部等とし、その内面を載頭円錐状ないし略半球状に突出した形状にし、破砕媒体32の対向する端部外面をほぼ同様の形状とすると、上記乳鉢−乳棒作用がより効果的に得られ、さらに効率的に破砕することができる。
【0035】
また、破砕容器30の内径と破砕媒体32の外径の差を2〜1mm以下とすると、被破砕物がしなやかな場合でも、破砕媒体32を確実に作用させることができて効率的に破砕することができる。
【0036】
また、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合には、破砕容器30内に被破砕物を収容した状態で液体窒素浴に入れて被破砕物を凍結し、凍結真空乾燥すると、被破砕物が容易に破砕される状態になるので、効率的に破砕することができる。なお、本発明ではドライアイスで冷却するだけでも、同様の効果を得ることができる。さらに破砕媒体32を液体窒素等で被破砕物と共に冷却することにより破砕の際の発熱を防ぐことができ、また破砕媒体32を被破砕物よりもより一層低温に冷却しておけば前記発熱防止効果は顕著なものとなる。
【0037】
また、被破砕物が同じような動植物組織の場合に、図6、図8の(b)、(c)や、図10、図12の(b)〜(e)のように溝34を設けた破砕媒体32を用いると、上記のように被破砕物を凍結真空乾燥しなくても溝部34で切断され難い繊維質が効果的に切断されるために、効率的に破砕することができる。また、この場合に上記のようにドライアイスで冷却することにより大きな効果を発揮する。
【0038】
また、破砕媒体32として、その表面を研磨したチタン製のものを用いると、被破砕物が骨などの硬い動物組織の場合にも、破砕媒体32の表面に例えばDNAやRNAなどの組成物が残留して次の破砕時にクロスコンタミネーションが発生する恐れを無くすことができる。
【0039】
また、破砕媒体32として、炭素鋼などの金属材料の表面にフッ素系樹脂でコーティングを施したものを用いることにより、破砕容器30に腐食性の緩衝液や抽出液を収容する場合に耐蝕性を示し、かつ作用に必要な重量を確保することができる。
【0040】
以上説明した破砕装置1において、環状保持体20は環状体15に一体的に取り付けられているが、環状体15に対して着脱可能に構成して、多様なサイズの破砕容器30に対応させることができる。また、環状保持体20に容器ホルダ22に代えて、破砕容器30を収容する容器ケースを取り付けることができる。この破砕ケースは、図13に示すように、冷却水を循環させて被破砕物が温度上昇により変質するような場合に、破砕による温度上昇を抑えるように構成することもできる。図13に示す場合では、冷却容器ケース61内に破砕容器30を投入して蓋部62で開口部を閉じると、冷却容器ケース61内に破砕容器30が密閉される。給水口63から供給された冷却水は破砕容器30を冷却して排水口64に流れるので、破砕に伴う温度上昇を抑制して被破砕物の変質を防ぐことができる。
【0041】
また、破砕媒体として、図14に示すように、杵71と臼72との組み合わせを適用することができる。臼72は破砕容器30が載頭円錐形のものであるとき、その底部外面は載頭円錐状に形成され、内面側は杵71と同じ半球状に形成される。この臼72を破砕容器30内に挿入し、この中に被破砕物74を投入し、臼72内に先端部を挿入して杵71を配し、破砕装置1により振動が加えられると、杵71と臼72とが破砕容器30内で移動し、良好な破砕効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、細長い破砕容器内にその軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に相対移動する形状サイズの単一の破砕媒体を収容して、破砕容器を8の字状に往復振動させると同時に、これに交差する方向に往復振動が加えられるので、破砕媒体が破砕容器の底に衝突すると同時に振れ運動が加わり、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒のように作用して、破砕し難い被破砕物であっても効率よく破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る破砕装置の全体構成を示す側面図。
【図2】実施形態に係る破砕装置の要部構成を示す断面図。
【図3】同上破砕装置の要部構成を示す平面図。
【図4】8の字状往復振動の説明図。
【図5】破砕容器の構成を示す断面図。
【図6】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図7】破砕容器の構成を示す断面図。
【図8】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図9】破砕容器の構成を示す断面図。
【図10】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図11】破砕容器の構成を示す断面図。
【図12】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図13】冷却構造を設けた容器ケースの構成を示す側面図。
【図14】臼と杵とによる破砕媒体の構成を示す断面図。
【符号の説明】
1 破砕装置
5 モータ(駆動手段)
8 回転軸
11 傾斜軸部
15 環状体
16 磁石
18 対極磁石
20 環状保持体
30 破砕容器
Claims (5)
- 駆動源により回転駆動される回転軸に、その軸心に対して軸心が傾斜した傾斜軸部を設け、前記回転軸の軸心に対して傾斜軸部の軸心を偏心させ、前記傾斜軸部に相対回転自在に環状体を外嵌すると共にこの環状体の回転を弾性的に拘束する弾性拘束手段を設け、環状体の外周部に設けた環状保持体に破砕媒体と被破砕物を収容した細長い破砕容器を環状体の軸心と平行な姿勢で保持させてなり、かつ前記破砕媒体は破砕容器の軸心にほぼ沿った姿勢を保持して軸心方向及びそれに交差する方向に相対移動する形状及び寸法に形成されていることを特徴とする破砕装置。
- 破砕媒体は破砕容器の内径より大きい長さの単一部材にて構成されてなる請求項1に記載の破砕装置。
- 破砕容器の少なくとも一端部の内面を略半球状ないし円錐状に突出した形状とし、破砕媒体の対向する端部外面をほぼ同様の形状としたことを特徴とする請求項2記載の破砕装置。
- 破砕容器の内径と破砕媒体の外径の差が2〜1mm以下であることを特徴とする請求項1記載の破砕装置。
- 破砕媒体の少なくとも一端部表面に1又は複数の溝を形成したことを特徴とする請求項1〜4何れかに記載の破砕装置。
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