JP4439442B2

JP4439442B2 - 粉砕器具及びこれを備えた粉砕装置

Info

Publication number: JP4439442B2
Application number: JP2005196700A
Authority: JP
Inventors: 修策松本
Original assignee: アズワン株式会社
Priority date: 2005-07-05
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: JP2007014844A

Description

本発明は、被粉砕物を粉砕し微細化するための粉砕器具、及びこの粉砕器具を備えこれを駆動する粉砕装置に関する。

従来より、粉粒体等を粉砕する装置として種々のものが提案されている。例えば特許文献１に記載の装置は、乳鉢に対し、エアシリンダによって乳棒を往復させることで、粉砕作業を自動化している。
特開平５−３０１０５６号公報

しかしながら、上記のような粉砕装置では、乳棒を機械的に駆動させるため、構造が複雑になったり、装置が大型化するという問題がある。また、上記装置は、単に乳棒の往復動だけで被粉砕物を粉砕しているが、粉砕の程度は十分ではなかった。このほか、乳棒の回転を機械により自動化したものも提案されているが、この方式でも問題があった。すなわち、乳棒を乳鉢に押し付けながら回転させると、遠心力の作用により被粉砕物が放射状に飛び散って乳鉢の壁面に付着することがあり、すべての被粉砕物を確実に粉砕することができなかった。このとき、飛び散った被粉砕物を確実に粉砕するには、乳鉢の壁面に付着した粉砕物を掻き落とす必要があるため、効率性の観点からも問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、構造が簡単で、被粉砕物の微細化を効率的に、しかも確実に行うことができる粉砕器具及びこれを備えた粉砕装置を提供することを目的とする。

本発明に係る粉砕器具は、上記問題を解決するためになされたものであり、円筒体と、前記円筒体を収容可能な凹部を有する収容部材とを備え、前記収容部材の凹部は、前記円筒体が軸線周りに回転可能に配置される湾曲面を有し、前記円筒体は、当該円筒体の軸線を挟んで対向する位置に軸方向に延びるＮ極及びＳ極を有する磁石と、当該磁石を覆い前記円筒体の外周面を形成する被覆部材とを備えており、前記凹部に被粉砕物が収容され、前記円筒体と湾曲面との間で粉砕される。

上記円筒体及び湾曲面は、円筒体の軸線が傾斜した状態となるように配置することが好ましい。このとき、円筒体の軸線は、水平方向に対して２０〜４５度で傾斜していることが好ましい。

収容部材の凹部には、円筒体の下方の端面と当接可能で湾曲面と連続する底面を設け、円筒体の下方の端面が被覆部材に覆われていることが好ましい。

また、収容部材は種々の形状をとることができるが、例えば、円筒状の内壁面を有する有底穴（凹部）を備えるような部材で構成することができ、この場合、穴の内壁面が湾曲面を構成する。その例として、円筒状の容器を用いることができる。

また、本発明に係る粉砕装置は、上記問題を解決するためになされたものであり、上方に向く磁場を周期的に切り替え可能な磁場発生装置と、この磁場発生装置上に配置される上述した粉砕器具とを備えている。

本発明に係る粉砕器具及び粉砕装置によれば、構造が簡単で、被粉砕物のさらなる微細化を確実に、しかも効率的に行うことができる。

以下、本発明に係る粉砕装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る粉砕装置の正面断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図１に示すように、この粉砕装置１は、スターラー（磁場発生装置）３と、その上面に配置され米粒などの粒子を粉砕する粉砕器具５とを備えている。スターラー３は、上方に配置された粉砕器具５側の磁場を周期的に切り替えるためのものであり、上面が水平な本体部７と、その内部に収納される磁場発生部９とを備えている。

図１及び図２に示すように、磁場発生部９は、水平方向に延びる板状の支持部材１１を備えており、その中心部には鉛直方向に延びる軸部１３が固着されている。軸部１３の下端部は、本体部７の底面に設置されたモータ１５に連結されており、これによって支持部材１１は水平面上を回転する。また、支持部材１１は反対方向に延びる２つの支持片１２ａ，１２ｂを有し、各支持片１２ａ，１２ｂの先端部上面には磁石１７ａ，１７ｂが取り付けられている。各磁石１７ａ，１７ｂは、上面側の極性が互いに異なるように配置されている。本実施形態では、図２に示すように、右側の支持片先端部の磁石１７ａがＳ極を上方に向ける一方、左側の支持片先端部の磁石１７ｂがＮ極を上方に向けている。このような構成から、支持部材１１が回転すると、各磁石１７ａ，１７ｂは所定の円周Ｓ上を順に通過し、これによって円周Ｓ上の各点では上方の磁場が周期的に切り替わるようになっている。

続いて、粉砕器具５について説明する。図１に示すように、この粉砕器具５は、例えば米粒などの被粉砕物Ｍが収容される容器（収容部材）１９と、この容器１９内に配置される円筒体２１とを備えている。そして、この粉砕器具５は、固定具２３を介して傾斜した状態でスターラー３上に配置されている。このとき、図２に示すように、粉砕器具５は、上述した支持部材１１上の磁石１７ａ，１７ｂが通過する円周Ｓ上のいずれかの位置に配置される。

固定具２３は、ゴム製であり、その上面に傾斜のある窪み２３ａが形成されている。そして、この窪み２３ａに粉砕器具５を配置することで、粉砕器具５を傾斜した状態に保持している。このときの傾斜角αは、２０〜４５度であることが好ましい。これは、２０度より大きくすると、後述するように回転の安定性が増すとともに、粉砕効率が向上する。一方、４５度より小さくすると、円筒体２１とスターラー３との距離が離れすぎず、スターラー３からの磁場の作用を確実に受けることができる。なお、固定具２３はこの形態に限られず、粉砕器具５を傾斜状態に保持するとともに、後述するようにスターラー３から発生する磁場を妨げるものでなければ、特には限定されない。

容器１９は、円筒状に形成され、上方を向く一方端１９ａが開口しており、この開口に蓋２０が取り付けられている。容器１９は、磁器、アルミナ系セラミック、ジルコニウム系セラミック等のセラミック材料の他、めのうなどの材料で構成することができる。円筒体２１は、軸線（各円形断面の中心を結ぶ線）ｔ_１が容器１９の軸線ｔ_２と平行となるように、容器１９内に配置されており、その外周面の一部が容器１９の内壁面１９ｂと線接触するようになっている（この接触部分を以下、接触線Ｌと呼ぶ）。そして、円筒体２１は、その軸線ｔ_１周りに容器１９内で回転可能となっている。なお、容器１９の内部空間が本発明の凹部に相当し、内壁面１９ｂが本発明の湾曲面に相当する。

図３は、円筒体２１の斜視図である。同図に示すように、この円筒体２１は、円筒状の磁石２５とその外周面及び下端部を覆う被覆部材２７とで構成されている。磁石２５は、軸線ｔ_１を挟んで対向する位置にＮ極及びＳ極が配置されるように構成されている。つまり、図３で説明すると、右側がＮ極で左側がＳ極となり、それぞれ軸方向に延びている。ここで用いられる磁石としては、例えばネオジ磁石、サマコバ磁石、アルニコ磁石等がある。磁石２５を覆う被覆部材２７は、容器１９と同様の材質、つまり磁器、アルミナ系セラミック、ジルコニウム系セラミック等のセラミック材料の他、めのう等で構成することができるが、粉砕による摩耗に対して耐久性のある材料であれば、特には限定されない。これは、容器についても同様である。

また、磁石２５の外周と被覆部材２７の外周とは、ほぼ同心円状になっている。このとき、被覆部材２７の断面、つまり、円筒体２１の断面形状は、回転を安定させるため、ほぼ真円であることが好ましい。なお、円筒体２１の上端部は、被覆部材で覆ってもよいし、樹脂や接着剤で塞いでもよい。或いは磁石が被覆部材から外れなければ上端部を開放しておいてもよい。

次に、上記のように構成された粉砕装置の動作について図４を参照しつつ説明する。図４は、図１のＢ−Ｂ線矢視図である。まず、容器１９の蓋２０を外し、開口１９ａから粉砕対象となる被粉砕物Ｍを投入する。そして、スターラー３を駆動すると、支持部材１１が回転し、粉砕器具５の下方の磁場が周期的に切り替わる。すなわち、ある瞬間に上面がＳ極の磁石１７ａが粉砕器具３の下方を通過すると、次の瞬間に上面がＮ極の磁石１７ｂが通過し、これが繰り返される。

このとき、円筒体２１において内蔵された磁石２５のＮ極が下向きであるときに、スターラーのＮ極の磁石１７ｂが通過すると、斥力が作用し円筒体２１のＮ極がスターラー３から離れようとする方向に移動する一方、円筒体２１のＳ極との間には引力が作用する。これにより、円筒体２１はＮ極が上方を向くとともにＳ極が下方を向くように、回転する。ここで、容器内壁面は湾曲し、円筒体２１は容器１９内で最も低い位置、つまり図４に示すように、断面において最も低い位置にあるので、円筒体２１は容器１９内では移動せずに、その最も低い位置、つまり接触線Ｌ又はその近傍で軸線ｔ_１周りに回転する。そして、次の瞬間、粉砕器具５の下方では、スターラー３のＳ極の磁石１７ａが通過するため、下方に向いた円筒体２１の磁石２５のＳ極との間に斥力が働くとともに、円筒体２１のＮ極との間に引力が作用する。したがって、円筒体２１は軸線ｔ_１周りにさらに回転する。こうして、スターラー３が駆動して粉砕器具下方の磁場が周期的に変動することにより、円筒体２１は回転を続ける。

このように、円筒体２１が回転を続ける間、容器１９内の被粉砕物Ｍは粉砕されていく。すなわち、図４に示すように、被粉砕物Ｍは円筒体２１の回転に伴って、容器１９内壁面と円筒体２１との間に引きずり込まれながら、接触線Ｌ及びその近傍において円筒体２１によって押しつぶされる。潰された粉砕物は、円筒体２１の回転に伴って、円筒体２１と容器１９内壁面との間から排出される。これが繰り返されることによって、容器１９内の被粉砕物Ｍは次々と粉砕されていく。また、容器１９の内壁面は湾曲面であるため、被粉砕物Ｍは自重により曲面に沿って下方へと移動していく。このとき、径の大きい粗い被粉砕物Ｍほど重いので下方に移動しやすく円筒体２１と容器１９内壁面との間の接触線Ｌに向かって移動していくため、これら重い被粉砕物Ｍほど優先的に粉砕されていく。

また、この装置では、円筒体２１の外周面のみならず、下端部でも粉砕が行われる。図５は、容器及び円筒体の拡大断面図である。同図に示すように、円筒体２１の下端部２１ａは、自重によって容器１９の底面１９ｃに接触するため、円筒体下端部２１ａと容器底面１９ｃとの間に入り込んだ被粉砕物Ｍも粉砕される。つまり、この部分に入り込んだ被粉砕物Ｍは、円筒体２１の自重によって容器底面１９ｃに押し付けられつつ、円筒体２１による回転力が加えられる。このため、被粉砕物Ｍは、容器底面１９ｃにこすりつけられて粉砕される。

以上のように、本実施形態によれば、円筒体２１を直接駆動するのではなく、スターラー３によって円筒体２１を回転させている。すなわち、円筒体２１が軸方向に延びるＮ極及びＳ極からなる磁石２５を有しているため、スターラー３の回転による磁場の変動によって、円筒体２１に対して斥力と引力とが交互に作用する。その結果、円筒体２１が容器１９内壁面上で軸周りに回転する。したがって、従来のように乳棒を直接駆動する装置が不要となり、装置を簡単で小型化することが可能となる。また、ここで使用されているスターラー３は特殊なものではなく、上方に向く磁場を周期的に切り替え可能な装置であれば、特には限定されず、汎用品を用いることもできる。また、上記した機能を有するものであれば、例えば支持片が２枚以上で磁石が２個以上あるものを用いることもできる。また、汎用品を使用することができるため、磁場を変動させる特殊な装置を製造する必要はなく、粉砕装置を安価に製造することができるという利点もある。

また、従来の乳棒を回転させる形態では、被粉砕物が遠心力によって飛び散り壁面に付着するため、すべての被粉砕物を粉砕するには壁面に付着したものを掻き取って再度粉砕する必要があった。これに対して、上記装置では、図４に示すように、円筒体２１の回転方向Ｒと、自重により被粉砕物Ｍが落下する方向Ｆとが一致するため、被粉砕物Ｍは、曲面に沿って下方に移動するのに伴って、円筒体２１と容器壁面との間に引きずり込まれていく。そのため、被粉砕物Ｍが容器壁面に飛び散るのを防止することができ、効率的に粉砕を行うことができる。

さらに、従来の乳棒では、乳棒先端のごく狭い領域で粉砕を行っているが、この装置では、円筒体２１の外周面全体で被粉砕物Ｍを押しつぶし、さらに円筒体下端部２１ａと容器底面１９ｃとの間でも粉砕を行うことができる。したがって、従来と比べ、非常に広い領域で粉砕を行うことができる。その結果、粉砕効率を向上できるのみならず、粉砕されない被粉砕物が残るのを確実に防止することができる。

また、容器１９及び円筒体２１は傾斜した状態となっているため、次のような利点がある。まず、円筒体２１は自重により容器１９の底面と接触するため、円筒体２１が回転中に軸方向に大きくずれるのが防止される。その結果、円筒体２１は安定した状態で回転するため、均等な粉砕を実現することができる。さらに、傾斜によって円筒体２１は下端に行くほどスターラー３に近接しているため、磁場の影響を受けやすくなっている。このため、円筒体２１の下端側は、上端側と比較して、容器内壁面に対する押圧力が強くなっている。ここで、粉砕前の被粉砕物Ｍは重いため、容器１９の傾斜に沿って円筒体２１の下端付近に移動しやすくなっている。そのため、粒子が大きい粗く重い被粉砕物Ｍは最も押圧力の大きい領域に移動していくことになり、これらが強い力で粉砕される。したがって、粒の粗いものほど、強い力で粉砕されるため、粉砕効率をさらに向上することができる。

また、上記粉砕装置は、例えば液体窒素を用いて凍結させた被粉砕物を粉砕する凍結粉砕に用いることもできる。この場合、容器１９には蓋を取り付けるとともに、外周面を保冷用の部材、例えばゴムなどで被覆する必要がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、円筒状の容器１９を使用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、容器の内壁面が、円筒体を支持できるような湾曲面を有していればよく、その外形は限定されない。また、容器のような形態でなくても、例えば板材を円筒体よりも大きい曲率で湾曲させて、湾曲面を有する凹部を形成するとともに、容器１９の底面に相当するような円筒体を傾斜方向に支持するストッパを設け、この湾曲面上に円筒体及び被粉砕物を配置してもよい。

上記実施形態では、円筒体２１及び容器１９を傾斜させて配置しているが、これらを水平に配置することもできる。このようにしても円筒体２１は回転するため、被粉砕物を粉砕することができる。但し、円筒体２１が軸方向にずれるのを防止するようなストッパ部材を設けるとともに、被粉砕物が容器からこぼれないような蓋などの壁を取り付けておくことが好ましい。

また、上記実施形態では、スターラーとして汎用品を使用しているため、粉砕器具は別体になっているが、スターラーと同様の機能、つまり上方に向く磁場を周期的に切り替え可能な装置（磁場発生装置）を作成し、粉砕器具と一体的な形態にしたものを用いることもできる。

本発明に係る粉砕装置の一実施形態を示す正面断面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１の粉砕装置で用いられる円筒体の斜視図である。図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。図１の拡大断面図である。

符号の説明

１粉砕装置
３スターラー（磁器発生装置）
５粉砕器具
１９容器（収容部材）
２１円筒体
２５磁石
２７被覆部材

Claims

上方に向く磁場を周期的に切り替え可能な磁場発生装置上に配置される粉砕器具であって、
円筒体と、
前記円筒体を収容可能な凹部を有する収容部材とを備え、
前記収容部材の凹部は、前記円筒体が軸線周りに回転可能に配置される湾曲面を有し、
前記円筒体は、当該円筒体の軸線を挟んで対向する位置に軸方向に延びるＮ極及びＳ極を有する磁石と、当該磁石を覆い前記円筒体の外周面を形成する被覆部材とを備えており、
前記凹部に被粉砕物が収容され、前記円筒体と湾曲面との間で粉砕される、粉砕器具。
前記円筒体及び湾曲面は、前記円筒体の軸線が傾斜した状態となるように配置されている、請求項１に記載の粉砕器具。
前記円筒体の軸線は、水平方向に対して２０〜４５度で傾斜している、請求項２に記載の粉砕器具。
前記収容部材の凹部は、前記円筒体の下方の端面と当接可能で前記湾曲面と連続する底面を備えており、
前記円筒体の下方の端面は前記被覆部材に覆われている、請求項２または３に記載の粉砕器具。
上方に向く磁場を周期的に切り替え可能な磁場発生装置と、
当該磁器発生装置上に配置される請求項１から４のいずれかに記載の粉砕器具と
を備えている粉砕装置。