JP3739303B2 - 粉砕機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農産物や鉱物等の粉末状あるいは粒状の原料をより細かく粉砕するために用いる粉砕機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農産物や鉱物等の原料を極めて小さく粉砕する粉砕機の一つとして、粉砕対象である原料の粉末や粒子を粉砕機内に生じている気流に乗せて移動させ、原料粒子同士を衝突させることで粉砕を行なう所謂気体粉砕を行なう粉砕機がある。この粉砕機は、ケーシング内に同じ形状を有する第１回転翼および第２回転翼を対向する状態で設け、両回転翼を回転させることにより各回転翼周辺に気流を発生させ、それぞれの気流をぶつかり合わせることで、各気流に乗って移動する原料粒子同士を衝突させて粉砕を行なうものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この粉砕機を使用すると、原料を微細に粉砕できるが、所望の粒度まで粉砕するのに長時間を必要としてしまい、能率が十分とはいえない。このため、粉砕効率を向上させた粉砕機および粉砕方法の開発が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記に鑑み提案されたものであり、粒径粉砕効率の優れた粉砕機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ１、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ２とし、第１回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ１、第２回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ２とし、
（Ｓ１×Ｎ１）が（Ｓ２×Ｎ２）よりも大きくなるように設定したことを特徴とする粉砕機である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ１を、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ２よりも広くしたことを特徴とする粉砕機である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第１傾斜内周面を形成し、第１回転翼の上記第１傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第１翼傾斜面を形成し、
第２回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第２傾斜内周面を形成し、第２回転翼の上記第２傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第２翼傾斜面を形成し、
第２翼傾斜面の傾斜長さを第１翼傾斜面の傾斜長さよりも長くしたことを特徴とする粉砕機である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、第１回転翼の軸方向の翼幅を、第２回転翼の軸方向の翼幅よりも広くしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の粉砕機である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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、この発明の一実施形態である粉砕機１の断面図、図２はこの粉砕機１の断面拡大図である。
【００１０】
粉砕機１は、ケーシング２内に、モータ３，４によりそれぞれ回転駆動される第１回転翼５および第２回転翼６を同軸線上に対向した状態で設け、ケーシング２内を粉砕室７とし、ケーシング２の第１回転翼５側に粉砕対象となる原料の投入口８を連通し、ケーシング２の第２回転翼６側に、該第２回転翼６の支軸の回転中心から近い位置に排出口９を連通し、排出口９に吸引力が変えられる吸引装置１０を連通することにより概略構成されている。
【００１１】
ケーシング２は、横向きの両端閉塞の円筒状部材であり、軸方向中央部分の内径を同一にして、その左右隅部を傾斜させることにより左右両端から中央側へ次第に内径が増大する第１傾斜内周面２１および第２傾斜内周面２２を形成してある。そして、ケーシング２の左端部の中心部分に第１軸受２３を設け、この第１軸受２３により第１回転翼５の第１支軸２４を回転自在に支持し、シールリング２５を第１軸受２３と粉砕室７との間に設けることにより、第１軸受２３に原料の粒子が入ることを防いでいる。
また、ケーシング２の右端部には、中心近傍を軸方向外方に延設して延出筒内周部２６を形成し、この延出筒内周部２６の外側に第２軸受２７を設け、この第２軸受２７により第２回転翼６の第２支軸２８を回転自在に支持し、シールリング２９を第２軸受２７と粉砕室７との間に設けることにより、第２軸受２７に原料の粒子が入ることを防いでいる。
【００１２】
また、ケーシング２は、第１回転翼５よりも外方（図中左側）の傾斜部分である第１傾斜内周面２１に、投入口８に連通する開口部３１を開設し、延出筒内周部２６に、排出口９に連通する開口部３２を設ける。
そして、この開口部３２に連通した排出口９に接続流路３３の一端を接続し、この接続流路３３の他端を吸引装置１０側に接続する。
【００１３】
このケーシング２は、同一内径の円筒状内周面４１と投入口８側の第１傾斜内周面２１との境界、および排出口９側の第２傾斜内周面２２と円筒状内周面４１との境界からそれぞれ分離可能とし、第１傾斜内周面２１を形成した第１側方ケーシング部材４２、円筒状内周面４１を形成した中間ケーシング部材４３、第２傾斜内周面を形成した第２側方ケーシング部材４４の３つの部材に分離できるようになっている。第１側方ケーシング部材４２は、スライドベース５１にモータ３とともに設置され、ベース５２に設けたレール５３上をスライドベース５１およびモータ３とともに回転軸方向に移動することができる。また、第２側方ケーシング部材４４は、ベース５２にモータ４とともに固定される。なお、各モータ３，４の回転軸心および各支軸２４，２８の軸心を、一直線上に存在するように配置する。
【００１４】
そして、第２側方ケーシング部材４４の開口端部に形成されたリング状の凸部５６と、中間ケーシング部材４３の一方の開口端部に形成されたリング状の凹部５８とを嵌合した状態で、第１側方ケーシング部材４２が設置されたスライドベース５１を第２側方ケーシング部材４４に向かって移動すると、第１側方ケーシング部材４２の開口端部に形成されたリング状の凸部５５と、中間ケーシング部材４３の他方の開口端部に形成されたリング状の凹部５７とが嵌合し、中間ケーシング部材４３が第１側方ケーシング部材４２と第２側方ケーシング部材４４との間に挟まれた状態で取り付けられる。
【００１５】
スライドベース５１は、本実施形態ではボールねじ６１とモータ６２とにより移動する機構としたが、これに限定されるものではない。
なお、第２側方ケーシング部材４４にスライドベースと移動機構とを設けて移動できるようにしてもよい。
【００１６】
第１回転翼５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第１支軸２４の先端に固定するボス７１に６枚の翼７２…を放射状に取り付けたものであり、各翼７２…をボス７１の円周方向に等間隔に配置してある。同様に、第２回転翼６は、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、第２支軸２８の先端に固定するボス７３に６枚の翼７４…を放射状に取り付けたものであり、各翼７４…をボス７３の円周方向に等間隔に配置してある。なお、翼７２…，７４…の枚数は適宜設定することができるが、後述する気流の通過上、翼７２，７２間および翼７４，７４間は広く設定することが望ましい。
【００１７】
そして、各翼７２…，７４…の先端隅角部分を傾斜させて第１翼傾斜面７５…および第２翼傾斜面７６…を形成し、回転軸を基準とした第１翼傾斜面７５…の傾斜角を第１傾斜内周面２１の傾斜角と同じ角度にし、また、回転軸を基準とした第２翼傾斜面７６…の傾斜角を第２傾斜内周面２２の傾斜角と同じ角度にする。なお、本実施形態では上記角度を４５度に設定してある。
【００１８】
このような第１，第２回転翼５，６を粉砕機１に取り付けると、第１翼傾斜面７５…と第１傾斜内周面２１とが平行になり、同様に、第２翼傾斜面７６…と第２傾斜内周面２２とが平行になって、それぞれ一定間隔を有する第１間隙７７ａ…および第２間隙７８ａ…が形成され、気流および粒子を通して粉砕室７の一部として利用することができる。これらの間隙７７ａ…，７８ａ…はそれぞれ一定間隔であるので、気流が各間隙７７ａ…，７８ａ…を通過する最中に絞り込まれず、したがって、各傾斜内周面の傾斜に沿った方向の気流速度を維持し易くできる。
【００１９】
また、第２翼傾斜面７６…の傾斜長さＬ２を第１翼傾斜面７５…の傾斜長さＬ１よりも長くすることで、第２間隙７８ａ…を第１間隙７７ａ…よりも長く形成するようにしている。第１回転翼５で粉砕された原料の粒子はより細かな粒子となって第２回転翼６の周辺に到達する。即ち、粒径の小さい粒子が集まり易いので、この粒径の小さい粒子の気体粉砕を生じ易い。さらに、第２間隙７８ａ…での気流の回転軸周りの速度勾配は第２傾斜内周面２２から、回転運動する第２翼傾斜面７６…に向かって増加する急な勾配である。したがって、この第２間隙７８ａを第１間隙７７ａよりも長く形成するために第２翼傾斜面７６…の傾斜長さＬ２を第１翼傾斜面７５…の傾斜長さＬ１よりも長くすると、第２回転翼６周辺の気流中の粒子に剪断応力を加える空間が広くなって微細粉砕を効率よく生じ易くすることができる。また、ケーシング２内の容積を従来の粉砕機のケーシング内容積とほぼ同等にしたまま、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００２０】
各翼７２…，７４…の先端面７９…，８０…は回転軸と平行に形成するとともに、中間ケーシング部材４３の円筒状内周面４１とも平行になるように形成されており、前記各傾斜面７５…，７６…と同様に、円筒状内周面４１と一定間隔を有する間隙７７ｂ…，７８ｂ…を形成し、これら間隙７７ｂ…，７８ｂ…を粉砕室７の一部とすることができる。これらの間隙７７ｂ…，７８ｂ…においても気流が絞り込まれないので、回転軸方向の流速が低下し難い。
【００２１】
さらに、第１回転翼５の回転軸方向の翼幅Ｗ１を第２回転翼６の回転軸方向の翼幅Ｗ２よりも広くしている。このようにすると、第１回転翼５の回転方向（図３（ａ）において時計回りとする。）前方に位置する翼面８１…の総表面積Ｓ１が第２回転翼６の回転方向前方に位置する翼面８２…の総表面積Ｓ２よりも広くなるので、翼７２，７２間を通過する粒子を翼面８２…に衝突させる頻度を多くすることができる。そして、第１回転翼５は第２回転翼６よりも投入口８に近いので、投入口８からの投入直後の原料粒子、特に質量が大きくて気流に乗り難い粒子を翼面８２…に衝突させて粉砕することにより気流に乗り易くすることができる。また、粉砕室７内の広さを従来の気体粉砕機と同様の広さに保ちながら、翼面８２…の面積を広げることができるので、気体粉砕機のコンパクト性を維持したまま、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００２２】
なお、翼７２…の枚数を増加することで翼面８１…の総表面積Ｓ１を広げることもできるが、気流および粒子が通過する翼間の空間を維持する観点から、翼幅Ｗ１を広げた第１回転翼５を適用することが好ましい。
【００２３】
また、各回転翼の回転速度は、例えば３０００〜１００００ｒｐｍというように、適宜変えられるようにして、回転中の粒子衝突頻度を制御できるようにすることが望ましい。
【００２４】
本実施形態では、各支軸２４，２８にスペーサ（図示せず）を取り付けることで、両回転翼５，６間の間隔Ｇを調整できるように構成している。そして、厚さの異なるスペーサを複数用意し、これらのスペーサの中から処理する原料の特性に応じて最適な間隔Ｇが設定できるスペーサを選択して各支軸２４，２８に取り付ければ、間隔Ｇの調整を容易に行なうことができる。
また、円筒長寸法（軸方向の長さ）が異なる中間ケーシング部材４３を複数用意し、これらの中間ケーシング４３の中から原料特性に適した両回転翼５，６間の間隔Ｇが設定できる中間ケーシング部材４３を選択して、第１側方ケーシング部材４２と第２側方ケーシング部材４４との間に挟んで取り付けると、スペーサでは調整しきれない広さの間隔Ｇを設定することができるので、一層広範囲の粉砕条件に対応させることができる。
【００２５】
次に、この様な構成からなる粉砕機１における作用について説明する。先ず、粉砕機１は、吸引装置１０を作動しつつ第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転した場合について説明する。
【００２６】
投入口８から原料を投入すると、この原料が開口部３１から第１側方ケーシング部材４２に入って、その後、第１回転翼５の翼７２…の間隙内を通過し、その一部の粒子は翼７２…の回転により生成される気流に乗って第１回転翼５の周りを循環し、また、一部の粒子は第２回転翼６側に引かれ、同様に、第２回転翼６の周りを循環する。粉砕室７内における第１回転翼５の循環軌道（即ち、循環気流）と第２回転翼６の循環軌道では互いに逆向きの速度成分を持つため、それぞれの循環軌道上の粒子は互いに衝突するか剪断応力を受けて粉砕される（気体粉砕）。
【００２７】
投入された原料のうち、例えば、質量が大きくて気流に乗り難い粒子は、回転している第１回転翼５の回転方向前方の側面に衝突して粉砕される。ここで、第１回転翼５の単位時間当たりの回転数をＮ１、第２回転翼６の単位時間当たりの回転数をＮ２とし、前記した各回転翼に関して定義した表面積Ｓ１，Ｓ２との関係が、次式
（Ｓ１×Ｎ１）＞（Ｓ２×Ｎ２）
となるように設定する。このようにすると、第１回転翼５が単位時間当たりに粉砕室７内の原料と衝突する頻度を多くすることができる。従って、気体に乗りにくい質量の原料粒子を、第１回転翼５との衝突により気体に乗り易い質量まで粉砕して、粉砕効率を向上させることができる。
【００２８】
第１回転翼５に衝突した原料の粒子は、第１回転翼５と同方向に回転運動するので遠心力を受け、ケーシング２内面に衝突して再び粉砕され、さらに撥ね返って第１回転翼５の側面に再衝突する。これら衝突による粉砕を粒子が前記の循環気流に乗る大きさになるまで繰り返し、循環気流に乗る大きさの粒子になったら、気体粉砕に移行する。
【００２９】
気体粉砕に移行した粒子の一部は、吸引装置１０による吸引力により第２回転翼６側に移動して、第２回転翼６周りに発生している循環気流にも乗り易くなる。第２回転翼６周りでは、前述した第２間隙７８…を含めた空間に気流が循環して粒子を移動させる。そして、第１回転翼５の回転による気流と交わる空間、即ち第１回転翼と第２回転翼との間の空間では、気流が交わることで粒子同士の衝突を生じさせ易くなり、また、異なる速度の気流が並行して流れる空間、例えば、前述したように気流の速度勾配が生じている第２間隙７８…では、気体に剪断応力が発生して、粒子同士の摩擦が生じ易くなるので、気体粉砕を促進することができる。
【００３０】
気体粉砕により、例えば、サブミクロンのオーダーまで微細に粉砕された粒子は、質量が小さくなるので、第２回転翼６の回転中心線に沿って吸引されて排出口９から排出され、接続流路３３を通って回収部（図示せず）にて回収される。
【００３１】
なお、第１，第２回転翼６の回転速度を変えたり、投入量を変えたり、あるいは吸引装置１０の吸引力を変えて粉砕時間を変えることにより、投入した原料の粉砕度合を適宜調整することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、吸引装置１０を作動しつつ第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転させた状態で、投入口８から原料を投入して原料の粉砕を行なうようにしたが、これに限らない。例えば、この吸引装置１０を最初から作動させずに第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転させた状態で投入口８から原料を投入すると、排出口９に原料粒子を導く吸引力を発生していないので、原料粒子が第１回転翼５に一層衝突し易くなるので好ましい。そして、第１回転翼５と原料粒子との衝突による粉砕がある程度行なわれた後、吸引装置１０を作動させれば、粉砕効率の向上を図ることができる。なお、各回転翼５，６を反対方向に回転した場合でも同様である。
【００３３】
次に、第１回転翼５と第２回転翼６とを反対の回転方向に回転した場合について説明する。
投入口８から原料を投入すると、同一回転方向の場合と同じく、この原料が開口部３１から第１側方ケーシング部材４２に入って、その後、第１回転翼５の翼７２…の間隙内を通過し、その一部の粒子は翼７２…の回転により生成される気流に乗って第１回転翼５の周りを循環し、また、一部の粒子は第２回転翼６側に引かれ、第２回転翼６の周りを循環する。そして、前記したように、第１回転翼５では、翼面８１…との衝突による粒子粉砕を生じ易く、第２回転翼６周辺では、気流に乗った粒子同士の気体粉砕を生じ易い。
【００３４】
さらに、粉砕室７内における第１回転翼５の循環気流と第２回転翼６の循環気流とが互いに逆向きの速度成分を持つことに加え、各回転翼５，６が互いに反対方向の回転をしているので、各回転翼５，６の半径方向のみならず回転方向にも逆向きの速度成分を持つことになる。したがって、同一方向回転よりも大きな剪断応力が気体に発生するので、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００３５】
その後は、前記した同一回転の場合と同様に、粉砕されて質量が小さくなった粒子は、第２回転翼６の回転軸心に沿って吸引されて排出口９から排出され、接続流路３３を通って回収部（図示せず）にて回収される。
【００３６】
また、各傾斜内周面２１，２２および各翼傾斜面７５…，７６…の傾斜角は、対向する各面が平行に位置していればよく、回転軸に対する角度は、上記実施形態に示した４５度に限定されない。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、各傾斜内周面２１，２２の母線を直線としたが、これに限らず、ケーシング中央側に向かって次第に増大する内径を有していれば、曲線の母線を有する内周面としてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ１と、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ２と、第１回転翼の単位時間当たりの回転数Ｎ１と、第２回転翼の単位時間当たりの回転数Ｎ２との関係について、（Ｓ１×Ｎ１）が（Ｓ２×Ｎ２）よりも大きくなるように設定したので、第１回転翼が単位時間当たりに粉砕室内の原料と衝突する頻度を多くすることができる。したがって、気体に乗りにくい質量の原料粒子を、第１回転翼との衝突により気体に乗り易い質量まで粉砕して、粉砕効率を向上させることができる。
【００３９】
また、第２翼傾斜面の傾斜長さを第１翼傾斜面の傾斜長さよりも長くしたので、第２翼傾斜面と第２側方ケーシング部材の第２傾斜内周面とに挟まれた粉砕室内の狭空間を、第１翼傾斜面と第１側方ケーシング部材の第１傾斜内周面とに挟まれた粉砕室内の狭空間よりも長く確保して、この空間における気流中の粒子に剪断応力を加えて微細粉砕を生じ易くすることができる。
【００４０】
さらに、粉砕室内の広さを従来の粉砕機と同等の広さに保ちながら、原料粒子と衝突する回転翼の面積を広げることができるので、粉砕機を大型化することなく、粉砕効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉砕機の断面図である。
【図２】粉砕機の断面拡大図である。
【図３】（ａ）は第１回転翼の正面図、（ｂ）は第１回転翼の側面図、（ｃ）は第２回転翼の正面図、（ｄ）は第２回転翼の側面図である。
【符号の説明】
１ 粉砕機
２ ケーシング
３，４ モータ
５ 第１回転翼
６ 第２回転翼
７ 粉砕室
８ 投入口
９ 排出口
１０ 吸引装置
２１ 第１傾斜内周面
２２ 第２傾斜内周面
２３ 第１軸受
２４ 第１支軸
２５ シールリング
２６ 延出筒内周部
２７ 第２軸受
２８ 第２支軸
２９ シールリング
３１，３２ 開口部
３３ 接続流路
４１ 円筒状内周面
４２ 第１側方ケーシング部材
４３ 中間ケーシング部材
４４ 第２側方ケーシング部材
５１ スライドベース
５２ ベース
５３ レール
５５，５６ 凸部
５７ 凹部
６１ ボールねじ
６２ モータ
７１ ボス
７２ 翼
７３ ボス
７４ 翼
７５ 第１翼傾斜面
７６ 第２翼傾斜面
７７ａ，７７ｂ 第１間隙
７８ａ，７８ｂ 第２間隙
７９，８０ 先端面
８１，８２ 翼面
Ｇ 両回転翼間の間隔
Ｌ１ 第１翼傾斜面の傾斜長さ
Ｌ２ 第２翼傾斜面の傾斜長さ
Ｗ１，Ｗ２ 翼の翼幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、農産物や鉱物等の粉末状あるいは粒状の原料をより細かく粉砕するために用いる粉砕機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農産物や鉱物等の原料を極めて小さく粉砕する粉砕機の一つとして、粉砕対象である原料の粉末や粒子を粉砕機内に生じている気流に乗せて移動させ、原料粒子同士を衝突させることで粉砕を行なう所謂気体粉砕を行なう粉砕機がある。この粉砕機は、ケーシング内に同じ形状を有する第１回転翼および第２回転翼を対向する状態で設け、両回転翼を回転させることにより各回転翼周辺に気流を発生させ、それぞれの気流をぶつかり合わせることで、各気流に乗って移動する原料粒子同士を衝突させて粉砕を行なうものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この粉砕機を使用すると、原料を微細に粉砕できるが、所望の粒度まで粉砕するのに長時間を必要としてしまい、能率が十分とはいえない。このため、粉砕効率を向上させた粉砕機および粉砕方法の開発が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上記に鑑み提案されたものであり、粒径粉砕効率の優れた粉砕機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ１、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ２とし、第１回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ１、第２回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ２とし、
（Ｓ１×Ｎ１）が（Ｓ２×Ｎ２）よりも大きくなるように設定したことを特徴とする粉砕機である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ１を、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ２よりも広くしたことを特徴とする粉砕機である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第１傾斜内周面を形成し、第１回転翼の上記第１傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第１翼傾斜面を形成し、
第２回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第２傾斜内周面を形成し、第２回転翼の上記第２傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第２翼傾斜面を形成し、
第２翼傾斜面の傾斜長さを第１翼傾斜面の傾斜長さよりも長くしたことを特徴とする粉砕機である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、第１回転翼の軸方向の翼幅を、第２回転翼の軸方向の翼幅よりも広くしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の粉砕機である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
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、この発明の一実施形態である粉砕機１の断面図、図２はこの粉砕機１の断面拡大図である。
【００１０】
粉砕機１は、ケーシング２内に、モータ３，４によりそれぞれ回転駆動される第１回転翼５および第２回転翼６を同軸線上に対向した状態で設け、ケーシング２内を粉砕室７とし、ケーシング２の第１回転翼５側に粉砕対象となる原料の投入口８を連通し、ケーシング２の第２回転翼６側に、該第２回転翼６の支軸の回転中心から近い位置に排出口９を連通し、排出口９に吸引力が変えられる吸引装置１０を連通することにより概略構成されている。
【００１１】
ケーシング２は、横向きの両端閉塞の円筒状部材であり、軸方向中央部分の内径を同一にして、その左右隅部を傾斜させることにより左右両端から中央側へ次第に内径が増大する第１傾斜内周面２１および第２傾斜内周面２２を形成してある。そして、ケーシング２の左端部の中心部分に第１軸受２３を設け、この第１軸受２３により第１回転翼５の第１支軸２４を回転自在に支持し、シールリング２５を第１軸受２３と粉砕室７との間に設けることにより、第１軸受２３に原料の粒子が入ることを防いでいる。
また、ケーシング２の右端部には、中心近傍を軸方向外方に延設して延出筒内周部２６を形成し、この延出筒内周部２６の外側に第２軸受２７を設け、この第２軸受２７により第２回転翼６の第２支軸２８を回転自在に支持し、シールリング２９を第２軸受２７と粉砕室７との間に設けることにより、第２軸受２７に原料の粒子が入ることを防いでいる。
【００１２】
また、ケーシング２は、第１回転翼５よりも外方（図中左側）の傾斜部分である第１傾斜内周面２１に、投入口８に連通する開口部３１を開設し、延出筒内周部２６に、排出口９に連通する開口部３２を設ける。
そして、この開口部３２に連通した排出口９に接続流路３３の一端を接続し、この接続流路３３の他端を吸引装置１０側に接続する。
【００１３】
このケーシング２は、同一内径の円筒状内周面４１と投入口８側の第１傾斜内周面２１との境界、および排出口９側の第２傾斜内周面２２と円筒状内周面４１との境界からそれぞれ分離可能とし、第１傾斜内周面２１を形成した第１側方ケーシング部材４２、円筒状内周面４１を形成した中間ケーシング部材４３、第２傾斜内周面を形成した第２側方ケーシング部材４４の３つの部材に分離できるようになっている。第１側方ケーシング部材４２は、スライドベース５１にモータ３とともに設置され、ベース５２に設けたレール５３上をスライドベース５１およびモータ３とともに回転軸方向に移動することができる。また、第２側方ケーシング部材４４は、ベース５２にモータ４とともに固定される。なお、各モータ３，４の回転軸心および各支軸２４，２８の軸心を、一直線上に存在するように配置する。
【００１４】
そして、第２側方ケーシング部材４４の開口端部に形成されたリング状の凸部５６と、中間ケーシング部材４３の一方の開口端部に形成されたリング状の凹部５８とを嵌合した状態で、第１側方ケーシング部材４２が設置されたスライドベース５１を第２側方ケーシング部材４４に向かって移動すると、第１側方ケーシング部材４２の開口端部に形成されたリング状の凸部５５と、中間ケーシング部材４３の他方の開口端部に形成されたリング状の凹部５７とが嵌合し、中間ケーシング部材４３が第１側方ケーシング部材４２と第２側方ケーシング部材４４との間に挟まれた状態で取り付けられる。
【００１５】
スライドベース５１は、本実施形態ではボールねじ６１とモータ６２とにより移動する機構としたが、これに限定されるものではない。
なお、第２側方ケーシング部材４４にスライドベースと移動機構とを設けて移動できるようにしてもよい。
【００１６】
第１回転翼５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、第１支軸２４の先端に固定するボス７１に６枚の翼７２…を放射状に取り付けたものであり、各翼７２…をボス７１の円周方向に等間隔に配置してある。同様に、第２回転翼６は、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、第２支軸２８の先端に固定するボス７３に６枚の翼７４…を放射状に取り付けたものであり、各翼７４…をボス７３の円周方向に等間隔に配置してある。なお、翼７２…，７４…の枚数は適宜設定することができるが、後述する気流の通過上、翼７２，７２間および翼７４，７４間は広く設定することが望ましい。
【００１７】
そして、各翼７２…，７４…の先端隅角部分を傾斜させて第１翼傾斜面７５…および第２翼傾斜面７６…を形成し、回転軸を基準とした第１翼傾斜面７５…の傾斜角を第１傾斜内周面２１の傾斜角と同じ角度にし、また、回転軸を基準とした第２翼傾斜面７６…の傾斜角を第２傾斜内周面２２の傾斜角と同じ角度にする。なお、本実施形態では上記角度を４５度に設定してある。
【００１８】
このような第１，第２回転翼５，６を粉砕機１に取り付けると、第１翼傾斜面７５…と第１傾斜内周面２１とが平行になり、同様に、第２翼傾斜面７６…と第２傾斜内周面２２とが平行になって、それぞれ一定間隔を有する第１間隙７７ａ…および第２間隙７８ａ…が形成され、気流および粒子を通して粉砕室７の一部として利用することができる。これらの間隙７７ａ…，７８ａ…はそれぞれ一定間隔であるので、気流が各間隙７７ａ…，７８ａ…を通過する最中に絞り込まれず、したがって、各傾斜内周面の傾斜に沿った方向の気流速度を維持し易くできる。
【００１９】
また、第２翼傾斜面７６…の傾斜長さＬ２を第１翼傾斜面７５…の傾斜長さＬ１よりも長くすることで、第２間隙７８ａ…を第１間隙７７ａ…よりも長く形成するようにしている。第１回転翼５で粉砕された原料の粒子はより細かな粒子となって第２回転翼６の周辺に到達する。即ち、粒径の小さい粒子が集まり易いので、この粒径の小さい粒子の気体粉砕を生じ易い。さらに、第２間隙７８ａ…での気流の回転軸周りの速度勾配は第２傾斜内周面２２から、回転運動する第２翼傾斜面７６…に向かって増加する急な勾配である。したがって、この第２間隙７８ａを第１間隙７７ａよりも長く形成するために第２翼傾斜面７６…の傾斜長さＬ２を第１翼傾斜面７５…の傾斜長さＬ１よりも長くすると、第２回転翼６周辺の気流中の粒子に剪断応力を加える空間が広くなって微細粉砕を効率よく生じ易くすることができる。また、ケーシング２内の容積を従来の粉砕機のケーシング内容積とほぼ同等にしたまま、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００２０】
各翼７２…，７４…の先端面７９…，８０…は回転軸と平行に形成するとともに、中間ケーシング部材４３の円筒状内周面４１とも平行になるように形成されており、前記各傾斜面７５…，７６…と同様に、円筒状内周面４１と一定間隔を有する間隙７７ｂ…，７８ｂ…を形成し、これら間隙７７ｂ…，７８ｂ…を粉砕室７の一部とすることができる。これらの間隙７７ｂ…，７８ｂ…においても気流が絞り込まれないので、回転軸方向の流速が低下し難い。
【００２１】
さらに、第１回転翼５の回転軸方向の翼幅Ｗ１を第２回転翼６の回転軸方向の翼幅Ｗ２よりも広くしている。このようにすると、第１回転翼５の回転方向（図３（ａ）において時計回りとする。）前方に位置する翼面８１…の総表面積Ｓ１が第２回転翼６の回転方向前方に位置する翼面８２…の総表面積Ｓ２よりも広くなるので、翼７２，７２間を通過する粒子を翼面８２…に衝突させる頻度を多くすることができる。そして、第１回転翼５は第２回転翼６よりも投入口８に近いので、投入口８からの投入直後の原料粒子、特に質量が大きくて気流に乗り難い粒子を翼面８２…に衝突させて粉砕することにより気流に乗り易くすることができる。また、粉砕室７内の広さを従来の気体粉砕機と同様の広さに保ちながら、翼面８２…の面積を広げることができるので、気体粉砕機のコンパクト性を維持したまま、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００２２】
なお、翼７２…の枚数を増加することで翼面８１…の総表面積Ｓ１を広げることもできるが、気流および粒子が通過する翼間の空間を維持する観点から、翼幅Ｗ１を広げた第１回転翼５を適用することが好ましい。
【００２３】
また、各回転翼の回転速度は、例えば３０００〜１００００ｒｐｍというように、適宜変えられるようにして、回転中の粒子衝突頻度を制御できるようにすることが望ましい。
【００２４】
本実施形態では、各支軸２４，２８にスペーサ（図示せず）を取り付けることで、両回転翼５，６間の間隔Ｇを調整できるように構成している。そして、厚さの異なるスペーサを複数用意し、これらのスペーサの中から処理する原料の特性に応じて最適な間隔Ｇが設定できるスペーサを選択して各支軸２４，２８に取り付ければ、間隔Ｇの調整を容易に行なうことができる。
また、円筒長寸法（軸方向の長さ）が異なる中間ケーシング部材４３を複数用意し、これらの中間ケーシング４３の中から原料特性に適した両回転翼５，６間の間隔Ｇが設定できる中間ケーシング部材４３を選択して、第１側方ケーシング部材４２と第２側方ケーシング部材４４との間に挟んで取り付けると、スペーサでは調整しきれない広さの間隔Ｇを設定することができるので、一層広範囲の粉砕条件に対応させることができる。
【００２５】
次に、この様な構成からなる粉砕機１における作用について説明する。先ず、粉砕機１は、吸引装置１０を作動しつつ第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転した場合について説明する。
【００２６】
投入口８から原料を投入すると、この原料が開口部３１から第１側方ケーシング部材４２に入って、その後、第１回転翼５の翼７２…の間隙内を通過し、その一部の粒子は翼７２…の回転により生成される気流に乗って第１回転翼５の周りを循環し、また、一部の粒子は第２回転翼６側に引かれ、同様に、第２回転翼６の周りを循環する。粉砕室７内における第１回転翼５の循環軌道（即ち、循環気流）と第２回転翼６の循環軌道では互いに逆向きの速度成分を持つため、それぞれの循環軌道上の粒子は互いに衝突するか剪断応力を受けて粉砕される（気体粉砕）。
【００２７】
投入された原料のうち、例えば、質量が大きくて気流に乗り難い粒子は、回転している第１回転翼５の回転方向前方の側面に衝突して粉砕される。ここで、第１回転翼５の単位時間当たりの回転数をＮ１、第２回転翼６の単位時間当たりの回転数をＮ２とし、前記した各回転翼に関して定義した表面積Ｓ１，Ｓ２との関係が、次式
（Ｓ１×Ｎ１）＞（Ｓ２×Ｎ２）
となるように設定する。このようにすると、第１回転翼５が単位時間当たりに粉砕室７内の原料と衝突する頻度を多くすることができる。従って、気体に乗りにくい質量の原料粒子を、第１回転翼５との衝突により気体に乗り易い質量まで粉砕して、粉砕効率を向上させることができる。
【００２８】
第１回転翼５に衝突した原料の粒子は、第１回転翼５と同方向に回転運動するので遠心力を受け、ケーシング２内面に衝突して再び粉砕され、さらに撥ね返って第１回転翼５の側面に再衝突する。これら衝突による粉砕を粒子が前記の循環気流に乗る大きさになるまで繰り返し、循環気流に乗る大きさの粒子になったら、気体粉砕に移行する。
【００２９】
気体粉砕に移行した粒子の一部は、吸引装置１０による吸引力により第２回転翼６側に移動して、第２回転翼６周りに発生している循環気流にも乗り易くなる。第２回転翼６周りでは、前述した第２間隙７８…を含めた空間に気流が循環して粒子を移動させる。そして、第１回転翼５の回転による気流と交わる空間、即ち第１回転翼と第２回転翼との間の空間では、気流が交わることで粒子同士の衝突を生じさせ易くなり、また、異なる速度の気流が並行して流れる空間、例えば、前述したように気流の速度勾配が生じている第２間隙７８…では、気体に剪断応力が発生して、粒子同士の摩擦が生じ易くなるので、気体粉砕を促進することができる。
【００３０】
気体粉砕により、例えば、サブミクロンのオーダーまで微細に粉砕された粒子は、質量が小さくなるので、第２回転翼６の回転中心線に沿って吸引されて排出口９から排出され、接続流路３３を通って回収部（図示せず）にて回収される。
【００３１】
なお、第１，第２回転翼６の回転速度を変えたり、投入量を変えたり、あるいは吸引装置１０の吸引力を変えて粉砕時間を変えることにより、投入した原料の粉砕度合を適宜調整することができる。
【００３２】
また、上記実施形態では、吸引装置１０を作動しつつ第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転させた状態で、投入口８から原料を投入して原料の粉砕を行なうようにしたが、これに限らない。例えば、この吸引装置１０を最初から作動させずに第１，第２回転翼５，６を同じ方向に回転させた状態で投入口８から原料を投入すると、排出口９に原料粒子を導く吸引力を発生していないので、原料粒子が第１回転翼５に一層衝突し易くなるので好ましい。そして、第１回転翼５と原料粒子との衝突による粉砕がある程度行なわれた後、吸引装置１０を作動させれば、粉砕効率の向上を図ることができる。なお、各回転翼５，６を反対方向に回転した場合でも同様である。
【００３３】
次に、第１回転翼５と第２回転翼６とを反対の回転方向に回転した場合について説明する。
投入口８から原料を投入すると、同一回転方向の場合と同じく、この原料が開口部３１から第１側方ケーシング部材４２に入って、その後、第１回転翼５の翼７２…の間隙内を通過し、その一部の粒子は翼７２…の回転により生成される気流に乗って第１回転翼５の周りを循環し、また、一部の粒子は第２回転翼６側に引かれ、第２回転翼６の周りを循環する。そして、前記したように、第１回転翼５では、翼面８１…との衝突による粒子粉砕を生じ易く、第２回転翼６周辺では、気流に乗った粒子同士の気体粉砕を生じ易い。
【００３４】
さらに、粉砕室７内における第１回転翼５の循環気流と第２回転翼６の循環気流とが互いに逆向きの速度成分を持つことに加え、各回転翼５，６が互いに反対方向の回転をしているので、各回転翼５，６の半径方向のみならず回転方向にも逆向きの速度成分を持つことになる。したがって、同一方向回転よりも大きな剪断応力が気体に発生するので、粉砕効率の向上を図ることができる。
【００３５】
その後は、前記した同一回転の場合と同様に、粉砕されて質量が小さくなった粒子は、第２回転翼６の回転軸心に沿って吸引されて排出口９から排出され、接続流路３３を通って回収部（図示せず）にて回収される。
【００３６】
また、各傾斜内周面２１，２２および各翼傾斜面７５…，７６…の傾斜角は、対向する各面が平行に位置していればよく、回転軸に対する角度は、上記実施形態に示した４５度に限定されない。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、各傾斜内周面２１，２２の母線を直線としたが、これに限らず、ケーシング中央側に向かって次第に増大する内径を有していれば、曲線の母線を有する内周面としてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ１と、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ２と、第１回転翼の単位時間当たりの回転数Ｎ１と、第２回転翼の単位時間当たりの回転数Ｎ２との関係について、（Ｓ１×Ｎ１）が（Ｓ２×Ｎ２）よりも大きくなるように設定したので、第１回転翼が単位時間当たりに粉砕室内の原料と衝突する頻度を多くすることができる。したがって、気体に乗りにくい質量の原料粒子を、第１回転翼との衝突により気体に乗り易い質量まで粉砕して、粉砕効率を向上させることができる。
【００３９】
また、第２翼傾斜面の傾斜長さを第１翼傾斜面の傾斜長さよりも長くしたので、第２翼傾斜面と第２側方ケーシング部材の第２傾斜内周面とに挟まれた粉砕室内の狭空間を、第１翼傾斜面と第１側方ケーシング部材の第１傾斜内周面とに挟まれた粉砕室内の狭空間よりも長く確保して、この空間における気流中の粒子に剪断応力を加えて微細粉砕を生じ易くすることができる。
【００４０】
さらに、粉砕室内の広さを従来の粉砕機と同等の広さに保ちながら、原料粒子と衝突する回転翼の面積を広げることができるので、粉砕機を大型化することなく、粉砕効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉砕機の断面図である。
【図２】粉砕機の断面拡大図である。
【図３】（ａ）は第１回転翼の正面図、（ｂ）は第１回転翼の側面図、（ｃ）は第２回転翼の正面図、（ｄ）は第２回転翼の側面図である。
【符号の説明】
１ 粉砕機
２ ケーシング
３，４ モータ
５ 第１回転翼
６ 第２回転翼
７ 粉砕室
８ 投入口
９ 排出口
１０ 吸引装置
２１ 第１傾斜内周面
２２ 第２傾斜内周面
２３ 第１軸受
２４ 第１支軸
２５ シールリング
２６ 延出筒内周部
２７ 第２軸受
２８ 第２支軸
２９ シールリング
３１，３２ 開口部
３３ 接続流路
４１ 円筒状内周面
４２ 第１側方ケーシング部材
４３ 中間ケーシング部材
４４ 第２側方ケーシング部材
５１ スライドベース
５２ ベース
５３ レール
５５，５６ 凸部
５７ 凹部
６１ ボールねじ
６２ モータ
７１ ボス
７２ 翼
７３ ボス
７４ 翼
７５ 第１翼傾斜面
７６ 第２翼傾斜面
７７ａ，７７ｂ 第１間隙
７８ａ，７８ｂ 第２間隙
７９，８０ 先端面
８１，８２ 翼面
Ｇ 両回転翼間の間隔
Ｌ１ 第１翼傾斜面の傾斜長さ
Ｌ２ 第２翼傾斜面の傾斜長さ
Ｗ１，Ｗ２ 翼の翼幅
Claims (4)
- 複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ１、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積をＳ２とし、第１回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ１、第２回転翼の単位時間当たりの回転数をＮ２とし、
（Ｓ１×Ｎ１）が（Ｓ２×Ｎ２）よりも大きくなるように設定したことを特徴とする粉砕機。 - ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ１を、第２回転翼の回転方向前方に位置する側の翼の総表面積Ｓ２よりも広くしたことを特徴とする粉砕機。 - ボスの周囲に複数の翼を設けた第１回転翼と第２回転翼をケーシング内に対向した状態で設け、ケーシング内を粉砕室とし、第１回転翼側のケーシングに連通した投入口から供給した原料を、両回転翼の回転による気流に乗せて移動させながら粉砕する粉砕機において、
第１回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第１傾斜内周面を形成し、第１回転翼の上記第１傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第１翼傾斜面を形成し、
第２回転翼側のケーシングの内周面に、ケーシングの中央側に向かって次第に内径が増大する第２傾斜内周面を形成し、第２回転翼の上記第２傾斜内周面に対向する各翼の先端隅角部分に第２翼傾斜面を形成し、
第２翼傾斜面の傾斜長さを第１翼傾斜面の傾斜長さよりも長くしたことを特徴とする粉砕機。 - 第１回転翼の軸方向の翼幅を、第２回転翼の軸方向の翼幅よりも広くしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の粉砕機。
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