JP4835744B2 - 粉砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定刃と回転刃がチャンバーに内蔵されており、チャンバーに投入した材料を固定刃と回転刃の間で粉砕して製品粉末とする粉砕装置に関するものである。

材料の粉砕方法には、擂鉢等で材料を磨り潰す方法、杵や臼等で材料を叩き潰す方法、材料同士を衝突させて破壊する方法、刃物で材料を剪断する方法等がある。
材料を磨り潰す方法、叩き潰す方法、および、衝突破壊方法によると、材料を粒径が０．１ｍｍ未満の微粉末にすることが出来る。材料のガラス点以下の粉砕する冷凍粉砕は、これらの方法に適用される。
刃物で材料を剪断する方法では、噛み合う刃物と刃物の隙間に応じて材料を粒径が０．１ｍｍ以上の製品粉末とすることが出来る。
本発明は、材料を剪断する方法に関するものであり、本発明の粉砕装置は、概して粒径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの製品粉末を得るために使用される。

粒径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの製品粉末を得るために使用される粉砕装置の主要部は固定刃と回転刃であり、それらはチャンバー内に納められている。
回転刃は、モーターに駆動される回転体の回転周面に沿って突設されている。
材料を投入する投入口は、回転刃の回転軸芯よりも上側に設けられている。
製品粉末を取り出す排出口は、回転刃の回転軸芯よりも下側に設けられている。
回転刃と排出口の間は、回転刃の刃先の回転周面に沿って彎曲したスクリーンに仕切られている（例えば、特許文献１参照）。
スクリーンに仕切られたチャンバー内では、投入された材料と粉砕過程にある粒径が１ｍｍ以上の半製品顆粒と粒径１ｍｍ以下に粉砕された製品粉末が、回転刃に攪拌されて空気と混合した浮游・流動状態にあり、スクリーンに接触した製品粉末だけが回転刃に押し出されるようにしてスクリーンを通過して取り出される。

製品粉末の取出口には適宜サイクロン（例えば、特許文献２、３参照）が接続され、取り出される製品粉末はサイクロンに蓄えられる。

実開平０１−３２７４２号公報（実公平０１−４３１８１） 特開昭６３−７４８１８号公報 特開２００２−１９２０１８号公報

スクリーンは、金属板に孔を開けた一種のパンチング板であり、粉砕された製品粉末の粒径を揃えるために使用され、粒径が５ｍｍ以上の製品粉末に対しては板厚が５ｍｍ以上のスクリーンが使用されるが、製品粉末の粒径が細かくなるにつれてスクリーンの板厚が薄くなり、粒径が０．３ｍｍ程度の製品粉末に対してはスクリーンの板厚が０．１〜０．２ｍｍ程度になる。
そのように板厚が薄いスクリーンは簡単に破損してしまうので、その取扱いには細心の注意を必要とする。
そして、製品粉末が通過し易くするためには、回転刃の刃先の回転周面とスクリーンとの隙間を出来るだけ少なくする必要があるが、その隙間を２ｍｍ程度にするときは、その隙間に挟まれる半製品顆粒や製品粉末を介して回転刃の刃先とスクリーンが擦れ合って摩擦熱が発生し易く、プラスチック等の熱可塑性材料では、半製品顆粒や製品粉末が融着してスクリーンの目詰まりや破損が起き易い。

このため、従来の粉砕装置では、粒径が１ｍｍ以上の半製品顆粒や材料から製品粉末を篩い分けるスクリーンの目詰まりによって製品粉末の取り出しが困難になって製品粉末の回収効率が低下する。
そして、取り出されない未回収の製品粉末が、半製品顆粒や材料と一緒になって固定刃と回転刃の間で粉砕されて粒径が０．１ｍｍ未満の微粉末になり易く、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの製品粉末の歩留り（収率）が低減する。

特に、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性プラスチックでは、それらが粘弾性を有するので、一旦粒径１．０ｍｍ未満に粉砕されても、製品粉末同士が融着して顆粒状になり易く、又、固定刃や回転刃の刃先に粘着し易くなる。
加えて、チャンバー内は、固定刃と回転刃の間の摩擦熱によって加熱状態になり易く、製品粉末が粘着し易くなる。

従って、従来の粉砕装置では、投入口での材料の消費具合や、排出口からの製品粉末の回収状況によってスクリーンの破損や目詰まりの有無を絶えず監視し、破損時には粉砕装置を止めてスクリーンを取替え、目詰まり時にはスクリーンを清掃しなければならず、その破損や目詰まりによる粉砕装置の稼働率の低下は不可避となる。

そこで本発明は、スクリーンの破損や目詰まりによる製品粉末の回収効率の低下、所要の粒径以下の微粉末の発生による製品粉末の収率の低下、スクリーンの清掃に伴う生産効率の低下と清掃作業上の危険を回避し、スクリーンの破損や目詰まりを心配することなく製品粉末を効率的に生産することを目的とする。

本発明に係る粉砕装置は、（イ） モーターに駆動される水平方向の回転軸芯で回転される回転体の回転周面３５に沿って突設された回転刃１１と、その回転刃１１の回転周面３５に沿った刃先１２と協働する固定刃１３がチャンバー内（１４）に設けられており、
（ロ） 粉砕する熱可塑性プラスチック材料１５を投入する投入口１６と、回転刃１１と固定刃１３の間で熱可塑性プラスチック材料１５が粉砕された製品粉末１７を排出する排出口１８がチャンバー１４に設けられており、
（ハ） チャンバー内（１４）には、粉砕過程にある半製品顆粒２９と製品粉末１７が混合して滞留する滞留スペース２０が回転刃１１の刃先１２の回転周面に沿っていて回転軸芯の上側に設けられており、
（ニ） チャンバー１４には、下端を滞留スペース２０の上側に向けて上下方向に続く煙突型トンネル１９が突設されており、
（ホ） 煙突型トンネル１９の上部が排出口１８になっていることを第１の特徴とする。

本発明に係る粉砕装置の第２の特徴は、上記第１の特徴に加えて、滞留スペース２０の上側に向けて外気がチャンバー内（１４）に流入可能な吸込口２１が設けられている点にある。

本発明に係る粉砕装置の第３の特徴は、上記第１と第２の何れかの特徴に加えて、ファン２２を有する排気管２３が排出口１８に接続されており、排出口１８からファン２２に続く排気管２３の中間部分にサイクロン２４が設けられており、製品粉末１７を取り出す取出口２５がサイクロン２４に設けられている点にある。

本発明に係る粉砕装置の第４の特徴は、上記第３の特徴に加えて、煙突型トンネル１９と、煙突型トンネル１９との接続管３２を含む排出口１８からサイクロン２４に続く排気管２３の中間部分の何れかに、排気管内（２３）の気圧を調節する調節弁２６が設けられている点にある。

煙突型トンネル内では上昇気流が自然に発生しており、火粉が舞い上がるように微粉が舞い上がる。
回転刃１１と固定刃１３の間で粉砕された製品粉末１７は、粉砕痕としての細かい亀裂を含んでいて嵩比重が軽く、粒径が概して０．１ｍｍ〜１．０ｍｍで細かく、煙突型トンネル内では火粉のように舞い上がり易い。
そして、チャンバー内に滞留スペース２０を設けると、回転刃に攪拌されて粗大な半製品顆粒２９と製品粉末１７が滞留スペース内を浮游し、嵩比重の軽い製品粉末１７は、風に煽られるように上昇気流に乗ってトンネルに流れ込み、排出口１８から排出される。
その場合、半製品顆粒２９は、粉砕過程にあって粉砕痕が少なく、粗大で嵩比重が重いことから、トンネル１９に流れ込むことがあっても上昇気流に乗りきれず、排出口１８から排出されることなく途中で滞留スペース２０へと落下し、排出口１８から排出されることはなく、回転する回転刃１１によって固定刃１３へと連れ込まれ、再び剪断作用を受けることになる。
そのように、トンネル内の上昇気流によって製品粉末１７が半製品顆粒２９から選別されるので、それらを篩い分けるスクリーンが不要となり、スクリーンの使用に伴う不都合、即ち、スクリーンの破損や目詰まりによる製品粉末の回収効率の低下、規格に満たない微粉末の発生による製品粉末の収率低下、その微粉末による環境汚染、スクリーンの取替や清掃に伴う稼働率の低下と労力および作業上の危険等が解消される。

ストーブや鉄砲風呂の釜のように、トンネル１９を設けたチャンバーには投入口１６から空気が流れ込み、トンネル内で上昇気流となる。
しかし、ペレット状やチップ状の材料１５では、それを多量に投入すると投入口１６が塞がれ、チャンバー内に空気が流れ込み難くなる。
その点、本発明では、滞留スペース２０の上側に向けて外気がチャンバー内（１４）に流入可能な吸込口２１を設けることにしたので、材料１５の形状や投入口１６への投入量の如何に拘らずトンネル内に上昇気流が生じる。
そして、その上昇気流は、吸込口２１から滞留スペース２０の上側を通ってトンネル１９へと流れ、その滞留スペース２０の上側を通る気流に洗い流されるように製品粉末１７がトンネル内へと流れ込む。
その結果、製品粉末１７の回収効率が高まり、同時に、製品粉末１７が固定刃１３と回転刃１１の間で更に粉砕されて微粉末となる微粉末発生率が減少し、製品粉末１７の収率が高まる。

更に本発明では、トンネルの排出口１８にファン２２を有する排気管２３を接続することにしたので、トンネル内での上昇気流の流速が速まり、気流による製品粉末１７の洗い流し効果が高まり、微粉末発生率が減少し、製品粉末１７の収率が高まる。
加えて、排気管２３の中間部分にサイクロン２４を設け、サイクロン２４と排気口２７の間にファン２２を設けたので、粒径が規格に満たない微粉末が上昇気流に乗って排気管２３へと流れ込んでも、サイクロン２４において製品粉末１７から微粉末が排除され、規格に満たない微粉末の混入しない高品質の製品粉末１７を得ることが出来る。

発泡倍率が３０倍を超える発泡スチロールのように、材料自体が嵩高で低比重のものの粉砕時に、ファン２２を使用して排気管内の気圧を下げるときは、トンネル内での上昇気流の流速が速まるが、半製品顆粒２９も上昇気流に乗って排気管２３へと流れ込み、製品粉末１７の選別回収が困難になる。
そのような場合には、ファン２２の回転速度を変えてトンネル内での上昇気流の流速を加減せざるを得なくなる。
しかし、本発明では、排出口１８からサイクロン２４に続く排気管２３の中間部分と煙突型トンネル１９の何れかに、排気管内（２３）の気圧を調節する調節弁２６を設けることにしたので、ファン２２の回転速度を調整せずに済み、トンネル内の上昇気流の流速を簡便且つ確実に微調整することが可能となり、半製品顆粒２９の混入しない高品質の製品粉末１７を得ることが出来る。

本発明に係る粉砕装置の側面断面図である。 本発明に係る粉砕装置の側面断面図である。

煙突型トンネル１９は、煙突のように内部で上昇気流が自然に発生するものであればよく、その断面は円形でも矩形でもよく、その断面形状の如何は問われない。
トンネル１９の高さＨ、即ち、滞留スペース２０から排出口１８までの距離は、製品粉末１７に混じってトンネル１９に流れ込んだ半製品顆粒２９が、トンネル内の上昇気流に乗り切れず、排出口１８に達することなく落下し、製品粉末１７だけが上昇気流に乗って排出口１８に達する程度であればよい。

トンネル１９の高さＨは、トンネル内での半製品顆粒２９の上昇距離に応じ、半製品顆粒２９が排気管２３へと流れ込まない程度にトンネル１９を伸縮し、或いは、排出口１８の位置を昇降して加減調整することが出来る。
滞留スペース２０から排出口１８までの距離を変えるためには、トンネル１９の高さ方向に滞留スペース２０から距離の異なる複数個の排出口（１８）をトンネル１９に設け、その複数個の排出口（１８）に開閉弁をそれぞれ設け、粉砕材料１５と製品粉末１７の仕様に応じ、半製品顆粒２９が排気管２３へと流れ込まない高さ（Ｈ）の排出口（１８）から製品粉末１７を排出させて取り出すことも出来る。

トンネル１９からサイクロン２４に続く接続管３２は、水平方向に真っ直ぐに配管されていてもよいし、水平方向や上下方向に蛇行するように３次元方向に立体的に配管されていてもよい。

排気管内（２３）の気圧を調節する調整弁２６は、トンネル１９から続く接続管３２から分岐した分岐管３３の口先に設けるとよい。
図２に示す調整弁２６は、円錐形をなし、ネジ３４によって分岐管３３の口先に向けて進退駆動され、分岐管３３の口先と調整弁２６との間の隙間を広狭加減して、排気管２３の一部である接続管３２やトンネル１９の気圧（気流の流量）を調節するようになっている。

本発明においては、半製品顆粒２９から製品粉末１７を篩い分けるスクリーンは、原理的には不要であるが、従来の粉砕装置と同様に、回転刃１１の回転周面３５に向き合うチャンバーの底板３６にスクリーンを補助的に適用することが出来る。
その場合、チャンバー１４に吸込口２１の付設されている粉砕装置では、その吸込口２１を塞ぎ、底板３６として付設するスクリーン（３６）に冷気を噴射して目詰まりを防ぐと共に、冷気をチャンバー内に送り込み、回転刃１１と固定刃１３の間の摩擦熱を緩和するとよい。
そのように、底板３６として付設するスクリーン（３６）から外気をチャンバー１４に送り込む場合、その外気が製品粉末１７と混合状態にある半製品顆粒２９の間を通過するとき、その通過する外気に洗い流されるようにトンネル内へと製品粉末１７が流れ込むことになるので、製品粉末１７の回収効率が高まり、同時に、製品粉末１７が固定刃１３と回転刃１１の間で更に粉砕されて微粉末となる微粉末発生率が減少し、製品粉末１７の収率が高まることにもなる。

ファン２２から続く排気管２３の排気口２７は、集塵チャンバー３０に納め、その排気口２７にフィルター２８を設けるとよい。
集塵チャンバー３０には、排気管３１が付設される。
本発明では、ファン２２から続く排気管２３の排気口２７にフィルター２８を設けたので、粒径が規格に満たない微粉末が上昇気流に乗って排気管２３へと流れ込んでも、サイクロン２４において製品粉末１７から微粉末が排除され、フィルター２８に捕捉されるので、微粉末が粉塵となって生じる環境汚染も回避される。

本発明の粉砕装置は、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性プラスチック製材料の粉砕のほか、ポリスチレンその他の熱硬化性プラスチック製材料、レーヨン、木綿、麻、パルプ、紙、木材、藁、穀類その他のセルロース繊維質材料の粉砕のほか、使用価値を失った産業廃棄物を粉砕して付加価値の高い資源に再生するために利用することが出来る。
本発明の粉砕装置によって得られる製品粉末は、その材質や形状に応じて付加価値の高いプラスチック製材料や食品や飼料等の原料や充填材に利用することが出来る。

１１：回転刃
１２：刃先
１３：固定刃
１４：チャンバー
１５：材料
１６：投入口
１７：製品粉末
１８：排出口
１９：トンネル
２０：滞留スペース
２１：吸込口
２２：ファン
２３：排気管
２４：サイクロン
２５：取出口
２６：調節弁
２７：排気口
２８：フィルター
２９：半製品顆粒
３０：集塵チャンバー
３１：排気管
３２：接続管
３３：分岐管
３４：ネジ
３５：回転周面
３６：底板

Claims (4)

1. （イ） モーターに駆動される水平方向の回転軸芯で回転される回転体の回転周面（３５）に沿って突設された回転刃（１１）と、その回転刃（１１）の回転周面（３５）に沿った刃先（１２）と協働する固定刃（１３）がチャンバー内（１４）に設けられており、
   （ロ） 粉砕する熱可塑性プラスチック材料（１５）を投入する投入口（１６）と、回転刃（１１）と固定刃（１３）の間で熱可塑性プラスチック材料（１５）が粉砕された製品粉末（１７）を排出する排出口（１８）がチャンバー（１４）に設けられており、
   （ハ） チャンバー内（１４）には、粉砕過程にある半製品顆粒（２９）と製品粉末（１７）が混合して滞留する滞留スペース（２０）が回転刃（１１）の刃先（１２）の回転周面に沿っていて回転軸芯の上側に設けられており、
   （ニ） チャンバー（１４）には、下端を滞留スペース（２０）の上側に向けて上下方向に続く煙突型トンネル（１９）が突設されており、
   （ホ） 煙突型トンネル（１９）の上部が排出口（１８）になっている粉砕装置。
2. 滞留スペース（２０）の上側に向けて外気がチャンバー内（１４）に流入可能な吸込口（２１）が設けられている前掲請求項１に記載の粉砕装置。
3. ファン（２２）を有する排気管（２３）が排出口（１８）に接続されており、
   排出口（１８）からファン（２２）に続く排気管（２３）の中間部分にサイクロン（２４）が設けられており、
   製品粉末（１７）を取り出す取出口（２５）がサイクロン（２４）に設けられている前掲請求項１と２の何れかに記載の粉砕装置。
4. 煙突型トンネル（１９）と、煙突型トンネル（１９）との接続管（３２）を含む排出口（１８）からサイクロン（２４）に続く排気管（２３）の中間部分の何れかに、排気管内（２３）の気圧を調節する調節弁（２６）が設けられている前掲請求項３に記載の粉砕装置。

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