JP4100567B2

JP4100567B2 - 破砕装置

Info

Publication number: JP4100567B2
Application number: JP2003320954A
Authority: JP
Inventors: 修二安井
Original assignee: 安井器械株式会社
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: JP2005087778A

Description

本発明は、植物の組織や種子類、動物の組織、プラスチック材料、鉱物材料などを分析・分画するために破砕する破砕装置に関するものである。

上記のような被破砕物を化学的に分析・分画するためには、被破砕物を均一に破砕する必要がある。従来の効率のよい破砕装置としては、被破砕物と破砕媒体とを収容した破砕容器に公転運動と自転運動とを同時に行わせることにより、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摩砕で破砕する遊星型ミルが知られている。

このような破砕装置として、被破砕物と破砕媒体とを収容した破砕容器に往復振動を加えて効率的且つ安定した被破砕物の破砕を行うことができる破砕装置を本願出願人は先に提案している（特許文献１参照）。また、破砕効率及び安定化を図るために、細長い破砕容器の軸心に沿った姿勢を維持して軸心方向に相対移動する形状、寸法の単一の破砕媒体を用いた破砕装置（特許文献２参照）や、被破砕物を冷却する手段を設けた破砕装置（特許文献３参照）などを本願出願人は提案している。

図１４は、上記従来技術に係る破砕装置の要部構成を示すもので、回転軸８にその軸心に対して軸心が傾斜した傾斜軸体１１を設け、傾斜軸体１１に相対回転自在に環状体１５を外嵌させると共に、この環状体１５に取り付けられた磁石１６と、これに対極する固定磁石１８との間の吸引により環状体１５の回転を磁気的に拘束し、環状体１５に取り付けられた環状保持体２０の外周部に破砕媒体３２と被破砕物とを収容した細長い破砕容器３０を環状保持体２０の軸芯と平行な姿勢で保持できるように構成したものである。前記回転軸８を図外のモータにより回転駆動すると、破砕容器３０にはその軸芯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とが組み合わされた往復振動が加わり、破砕媒体３２が相対回転しながら破砕容器３０の底部に衝突することにより、破砕容器３０が乳鉢、破砕媒体３２が乳棒にように作用して、被破砕物が繊維質の多い植物組織や動物組織、あるいはプラスチック材料や鉱物材料のように硬いものであっても効率的に破砕することができる。
特公平６−３６７３２号公報（第１〜３頁、図１）特開２００１−１７８４４４号公報（第３〜５頁、図２）特開２０００−２０２３１４号公報（第３〜５頁、図２）

上記のように破砕容器に主往復振動と副往復振動とを与えて被破砕物を破砕する破砕装置において、破砕媒体により被破砕物が効率的に破砕されるようにするには、往復振動により破砕媒体が破砕容器中で回転、移動する運動が効果的になされることが重要な要素となる。即ち、破砕容器内に収容された破砕媒体が往復振動により破砕容器の両端側に衝突して被破砕物を圧縮する作用がなされ、破砕媒体が回転することにより被破砕物を摩砕する作用がなされるため、圧縮及び摩砕による被破砕物の破砕が効率よくなされる位置に破砕容器を配置する必要がある。

本発明が目的とするところは、破砕容器に往復振動を与えて破砕容器中に収容した被破砕物を破砕する処理が効率よくなされるようにした破砕装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る破砕装置は、回転駆動される回転軸にその軸心に対して中心線が傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に中心線が一致するように環状体を相対回転自在に外嵌すると共に、この環状体にその回転を弾性的又は磁気的に拘束する拘束手段を係着し、前記環状体の外周に回転駆動される回転軸にその軸心に対して中心線が傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に中心線が一致するように環状体を相対回転自在に外嵌すると共に、この環状体にその回転を弾性的又は磁気的に拘束する拘束手段を係着し、前記環状体の外周に被破砕物と破砕媒体とを収容した細長い破砕容器を円周上に多数保持する容器保持体を設けると共に、前記破砕容器の保持位置をその長さ方向の所定位置に調整する容器位置調整手段を設けてなり、前記容器位置調整手段は、環状保持体の外周に形成された破砕容器の挿入穴に挿入される破砕容器の挿入量を調整するための高さの異なる複数種のスペーサであって、これらは、破砕容器の蓋体下端と環状保持体の上面との間に介装されるとともに、破砕容器に套嵌される環状のスペーサであることを特徴とする。

本発明の構成によれば、容器位置調整手段によって環状保持体に保持させる破砕容器の長さ方向の位置を調整することができるので、破砕容器にその長さ方向略中心の両側で対称的となる往復振動が加わる状態になるように調整すると、破砕媒体は主に破砕容器の長さ方向の両側で被破砕物を圧縮及び摩砕する作用をなすため、被破砕物は効率よく破砕される。また、容器位置調整手段により破砕容器の保持位置をその長さ方向内寸の中心を外れた所望位置を回転軸の軸心と環状体の軸心とが交差する交差点を通る環状体軸心と直交する放射線上に位置するように調整すると、破砕容器には一方端側で往復振動の振幅が大きくなる非対称の往復振動が加わることになるので、破砕容器の一方端側で主たる破砕作用を行わせることができる。破砕容器及び破砕媒体の長さ方向の両端側で形状が異なる場合には、破砕作用が大きく得られる端側で振幅が大きくなるようにすると、より効果的な破砕状態を得ることができる。

本発明に係る破砕装置によれば、破砕容器の位置を調整することができるので、破砕容器の長さ方向の両側で主たる破砕作用が得られる状態、あるいは一端側で往復振動の振幅が大きくなるように設定することができ、破砕容器及び破砕媒体の形状に応じて効率的な破砕状態を得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、従来構成と共通する構成要素には同一の符号を付している。

図１は、実施形態に係る細胞破砕装置１の全体構成を示すもので、外装体２内に配置されたケーシング２９に防振コイル４を介して吊設されたベース板４０に、モータ５ａや減速機５ｂからなる駆動手段５が垂下状態に支持され、その出力軸が軸継手６を介してベース板４０上に配設された軸受部７により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。詳細は後述するが、ケーシング２９内には回転軸８に接続して破砕機能部５０が配設されている。また、外装体２の上方に開口するケーシング２９の開口部は開閉可能に扉９によって閉じられ、外装体２内には制御装置４４や操作部４５が配設され、操作部４５の外部に配置された操作パネル４５ａから当該細胞破砕装置１の運転を操作することができる。

前記破砕機能部５０の可動部分は蛇腹構造のゴム筒によって被覆され、頂部開口部分は封止キャップ３３によって閉じられ、ケーシング２９の底面に回転軸８及び軸受部７を通すために形成された開口部は遮蔽ゴム２８によって閉じられているので、ケーシング２９の内部は蒸気洗浄、薬品洗浄等によって洗浄することができる。破砕処理の繰り返しによって破砕機能部５０及びケーシング２９の内部は塵埃等によって汚れることは勿論のこと、被破砕物を飛散させてしまうこともあり得る。特に被破砕物が有害なものであったり、病原菌を含むものであった場合には、ケーシング２９の内部を滅菌消毒して洗浄する必要がある。このときにも蒸気や薬品類が噴射されても可動部分に侵入することがなく、完全な洗浄作業が可能となっている。洗浄時にケーシング２９内に溜まった液体は、ケーシング２９の底面に設けられた排水栓３４から排水ホース３５を通じて外部に排出することができる。また、ケーシング２９の内角部分や排水栓３４の表面形状、各構成要素の内角部分などは全てアール形成され、隙間はコーキング材で埋められ、表面が滑らかな状態に仕上げられるので、窪み部分に塵埃や洗浄残滓などが残ることがなく、それらから細菌や微生物が発生増殖することがなく、被破砕物に異物が混入するコンタミネーションの発生を防止できるように構成されている。

図２は、前記破砕機能部５０の構成を断面図として示すもので、回転軸８の上部には、その軸心ｈに対して軸心ｉが角度θに傾斜した状態で傾斜軸体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。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には磁石（拘束手段）１６が固定され、この磁石１６に異極対向させて軸受部７にブラケット１７により支持された対極磁石（拘束手段）１８が配設されている。この磁石１６と対極磁石１８との間の磁気吸着力により、回転軸８及び傾斜軸体１１が回転するのに伴って環状体１５が回転することが弾性的に拘束され、傾斜軸体１１の回転により環状体１５が振れ運動するように構成されている。

前記環状体１５には、その円周上に多数の破砕容器３０を保持する環状保持体２０が着脱交換可能に取り付けられている。環状保持体２０の環状体１５に対する取り付けは、環状保持体２０の円周上に形成された複数箇所の固定穴から環状体１５に形成されたネジ穴に固定ネジ２１を螺入することによってなされる。環状保持体２０の円周上に形成された多数の容器収容穴から環状体１５の軸心ｉと平行に取り付けられた多数の容器ホルダ２２内に、被破砕物及び破砕媒体３２を収容した破砕容器３０をそれぞれ挿入し、押圧板２３を破砕容器３０の蓋体３１上に配し、固定ノブ２５を環状保持体２０に設けられた取付ボス２４に螺入することにより、多数の破砕容器３０は環状保持体２０に固定される。

上記破砕容器３０は、図４、図６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、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には、その内周に環状シール部３１ａが形成され、蓋体３１による破砕容器３０の密閉性の向上が図られている。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が装着できるように構成される。

また、破砕容器３０内に被破砕物と共に収容される破砕媒体３２は、図５、図７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たものが使用できる。図４に示す一端に載頭円錐部３３が形成された破砕容器３０に対しては、図５（ａ）に示すように、その一端部に破砕容器３０の載頭円錐部３３に対応する円錐形状の突出端部３２ａが形成されたものが適用される。また、図６に示す一端に半球部３５が形成された破砕容器３０に対しては、図６（ａ）に示すように、半球部３５に対応する半球形状の突出端部３２ａが形成されたものが適用される。また、他端部は、蓋体３２に形成された環状シール部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。また、図５（ｂ）（ｃ）、図７（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が形成されたものを用いると、植物繊維などのように破砕され難い被破砕物を切断しながら破砕することができる。

環状保持体２０に被破砕物と破砕媒体３２とを収容した破砕容器３０を装着して細胞破砕装置１を運転させ、回転軸８を例えば１２００〜２８００ｒｐｍで高速回転させると、回転する傾斜軸体１１に相対回転自在に外嵌された環状体１５は傾斜軸体１１と共に回転しようとするが、磁石１６と対極磁石１８との間の磁気吸着作用によって共回転が拘束されているので、回転軸８が１回転する毎に環状体１５は軸心方向両側に振れ運動する。

環状体１５に取り付けられた環状保持体２０に保持された破砕容器３０は、回転軸８の回転に伴って往復振動が加えられ、破砕容器３０内では被破砕物に破砕媒体３２が効果的に衝突し、その衝撃によって被破砕物は速やかに且つ均一に細胞破砕される。特に、図４、図６に示した破砕容器３０の底部形状に対応する先端形状を備えた破砕媒体３２では、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の底部に衝突する動きを繰り返し、破砕容器３０が乳鉢、破砕媒体３２が乳棒のように作用するので、被破砕物が大型の植物細胞や動物組織などであっても効率的に破砕がなされる。

破砕媒体３２は破砕容器３０に往復振動が与えられることにより、その突出端部３２ａが破砕容器３０の底部に回転しながら衝突する状態と、小径部３２ｂが蓋体３１の内面に回転しながら衝突する状態と、破砕媒体３２の周面が回転しながら破砕容器３０の内周壁に衝突する状態とが繰り返されるので、被破砕物は破砕容器３０内の上下で破砕媒体３２による圧縮と摩砕を受ける状態となり、被破砕物の破砕処理が効率的になされる。

図４に示す破砕容器３０と図５に示す破砕媒体３２との組み合わせ、図６に示す破砕容器３０と図７に示す破砕媒体３２との組み合わせの場合では、主たる破砕作用は破砕媒体３２の突出端部３２ａが破砕容器３０の載頭円錐部３３あるいは半球部３５に回転しながら衝突することによってなされるので、破砕容器３０の下側により大きな往復振動が与えられるように破砕容器３０を配置するのが好ましい状態となる。このような破砕容器３０内の下側で主たる破砕作用がなされる状態を促進するには、図２に示すように、環状体１５が振れ運動する中心、即ち、回転軸８の軸心ｈと環状体１５の軸心ｉとが交差する交差点ｋを通る環状体１５の軸心ｉと直交する放射線ｍ上より下側に破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの略中心が位置するように、環状保持体２０により破砕容器３０を保持すると、破砕容器３０に加わる往復振動の振れ幅は下側で大きくなる非対称となり、主たる破砕作用が下側でなされて、より効率的な破砕効果が得られる。

破砕容器３０は前述したように被破砕物の種類や量に応じて大きさの異なるものが使用されるので、小さい破砕容器３０を環状保持体２０に保持した状態と同一位置で大きな破砕容器３０を保持すると、破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの中心位置が交差点ｋを通る放射線ｍ上より下側の最も破砕効率のよい位置から外れることになる。このようなサイズの異なる破砕容器３０においても良好な破砕作用がなされる状態を得るには、図３に示すように、環状保持体２０に設けられた容器ホルダ２２上にスペーサ（容器位置調整手段）５１を配して環状体１５が振れ運動する中心、即ち、回転軸８の軸心ｈと環状体１５の軸心ｉとが交差する交差点ｋを通る環状体１５の軸心ｉと直交する放射線ｍ上より下側に破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの略中心が位置するようにする。前記スペーサ５１の高さ寸法は任意に設定できるので、最も好ましい破砕状態が得られるように、破砕容器３０のサイズに応じたスペーサ５１を選択する。

被破砕物をより効率的に破砕するために、破砕容器３０と破砕媒体３２とを、図８に示す破砕容器３０と図９に示す破砕媒体３２との組み合わせ、あるいは、図１０に示す破砕容器３０と図１１に示す破砕媒体３２との組み合わせとして構成することができる。この構成では、破砕容器３０の底部と蓋体３１の両方に載頭円錐部３３又は半球部３５を形成し、破砕媒体３２の両端に載頭円錐状又は半球状の突出端部３２ａを形成しているので、破砕容器３０の両端側で被破砕物に対する破砕作用をほぼ均等に行わせることができる。

このような破砕容器３０及び破砕媒体３２が上下で同一の形状に形成されている場合には、上下でほぼ均等な破砕作用がなされるようにするため、図１２に示すように、環状体１５が振れ運動する中心、即ち、回転軸８の軸心ｈと環状体１５の軸心ｉとが交差する交差点ｋを通る環状体１５の軸心ｉと直交する放射線ｍ上に破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの略中心が位置するように、環状保持体２０により破砕容器３０を保持すると、破砕容器３０に加わる往復振動の振れ幅は破砕容器３０の上下で対称となり、被破砕物には上下で破砕作用が加えられる結果、より効率的な破砕効果が得られる。

この場合においても破砕容器３０は被破砕物の種類や量に応じて大きさの異なるものが使用される。このとき、小さい破砕容器３０を環状保持体２０に保持した状態と同一位置で大きな破砕容器３０を保持すると、破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの略中心が交差点ｋを通る放射線ｍ上から外れることになる。破砕容器３０内の上下で均等に破砕作用がなされる状態を得られるよに、破砕容器３０を保持するために、図１４に示すように、環状保持体２０の外周部に固定されて破砕容器３０が挿入される容器ホルダ２２を容器保持位置調整手段として、その深さを破砕容器３０のサイズに応じて調整することができる。この容器ホルダ２２の深さ調整によって、環状体１５が振れ運動する中心、即ち、回転軸８の軸心ｈと環状体１５の軸心ｉとが交差する交差点ｋを通る環状体１５の軸心ｉと直交する放射線ｍ上に破砕容器３０の長さ方向内寸ｐの略中心を一致させることができ、破砕容器３０に加わる往復振動の振れ幅は破砕容器３０の上下で対称となり、被破砕物には上下で破砕作用が加えられる結果、より効率的な破砕効果が得られる。

破砕容器３０の保持位置を調整する容器位置調整手段は、前述のようにスペーサ５１の高さ調整や容器ホルダ２２の深さ調整の他、環状保持体２０の環状体１５に対する取り付け高さ位置の変更、あるいは環状保持体２０の外周部の形成高さの変更によっても実施することができる。

上記構成のように上下対称形状の破砕媒体３２を用いる場合においても、図９、図１１（ｂ）〜（ｅ）に示すように、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を形成すると、植物等の繊維質の被破砕物を効果的に破砕することができる。

以上説明した各構成において、破砕媒体３２は単一部材としているが、多数の小径ビーズを用いても、複数の金属球を用いても同様の破砕効果が得られる。

以上説明した通り本発明によれば、多数の被破砕物を均一且つ効率よく破砕できるので、ＤＮＡ抽出による遺伝学研究や犯罪捜査、食品検査、考古学的検証、牛海綿状脳症（狂牛病）などの病原体の検出などに広く用いることができ、破砕品質、破砕効率に優れた破砕処理により正確且つ効率的な検査、研究等に寄与することができる。

実施形態に係る破砕装置の全体構成を示す側面図。破砕機能部の構成を示す断面図。破砕機能部の構成を示す断面図。破砕容器の構成を示す断面図。同上破砕容器に対応する破砕媒体の構成を示す側面図。破砕容器の構成を示す断面図。同上破砕容器に対応する破砕媒体の構成を示す側面図。破砕容器の構成を示す断面図。同上破砕容器に対応する破砕媒体の構成を示す側面図。破砕容器の構成を示す断面図。同上破砕容器に対応する破砕媒体の構成を示す側面図。破砕機能部の構成を示す断面図。破砕機能部の構成を示す断面図。従来技術に係る破砕装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１破砕装置
８回転軸
１１傾斜軸体
１５環状体
１６磁石（拘束手段）
１８対極磁石（拘束手段）
２０環状保持体
２２容器ホルダ（容器位置調整手段）
３０破砕容器
３１蓋体
３２破砕媒体
５０破砕機能部
５１スペーサ（容器位置調整手段）

Claims

回転駆動される回転軸にその軸心に対して中心線が傾斜した傾斜軸部を設け、この傾斜軸部に中心線が一致するように環状体を相対回転自在に外嵌すると共に、この環状体にその回転を弾性的又は磁気的に拘束する拘束手段を係着し、前記環状体の外周に被破砕物と破砕媒体とを収容した細長い破砕容器を円周上に多数保持する容器保持体を設けると共に、前記破砕容器の保持位置をその長さ方向の所定位置に調整する容器位置調整手段を設けてなり、前記容器位置調整手段は、環状保持体の外周に形成された破砕容器の挿入穴に挿入される破砕容器の挿入量を調整するための高さの異なる複数種のスペーサであって、これらは、破砕容器の蓋体下端と環状保持体の上面との間に介装されるとともに、破砕容器に套嵌される環状のスペーサであることを特徴とする破砕装置。