JP5558060B2

JP5558060B2 - 微粉砕装置

Info

Publication number: JP5558060B2
Application number: JP2009216030A
Authority: JP
Inventors: 泰弘細野
Original assignee: スカイミルネードジャパン株式会社
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: JP2011062647A

Description

本発明は、そば、米、麦、トウモロコシ、豆等の穀物、胡桃、アーモンド、コーヒー豆等の木の実、茶葉といった食材等の被粉砕物を微粉砕化する微粉砕装置に関する。

上述した食材を微粉砕する方法としては、古来より石臼などの道具が用いられてきたが、生産効率の面からボールミル、震動ミル、ハンマーミル等により機械化して量産化が図られている。しかし、こうした粉砕方法は、粉砕時に摩擦熱が発生し、その熱により水分の蒸発等が生じて穀物が変質することが多く、特に、細かい微粉体を得るためには長時間の粉砕が必要となって、熱の影響は大きくなる。また、機械部品の摩耗による異物混入のおそれもある。このような機械的な粉砕の問題点を考慮して、空気流を用いて粉砕する方法が開発されている。

例えば、特許文献１には、ケーシング内に配置された回転体の回転動作により発生した旋回気流が調整口から外装体内に流出するとともに外気が下降気流となってケーシング内に流入する気流の流れが形成されて、管体に投入された穀物が下降気流に乗ってケーシング内に導入され回転体の回転動作により微粉砕されて調整口から微粉体が旋回気流に乗ってケーシング外に放出される穀物微粉砕装置が記載されている。また、特許文献２では、製茶された茶葉を投入管に投入して回転する回転羽根車の下円盤の回転中心部分に導入し、回転羽根の下円盤と上円盤の間を羽根部材に衝突して粉砕されながら旋回路ケーシングの内周面を流れる旋回気流に乗って旋回路ケーシングの内周面方向に搬送され、多面形状の旋回路ケーシングの内周面や凹部による旋回気流の乱流エネルギーにより粉砕され、排気流に乗って、回転羽根車の中央部分に搬送され、大きな粉砕片は、回転羽根車の中央部分で上円盤の孔から下円盤と上円盤の間に入って再び旋回路ケーシングの内周面に搬送されて粉砕が繰り返され、小さな粉砕片（微粉）は、回転羽根車の中央部分で排気流に乗って、回収ケースに回収する茶葉粉砕乾燥方法が記載されている。

特許第３８１３６０５号公報特許第３０７４２５８号公報

特許文献１に記載された穀物微粉砕装置では、投入された食材が、例えば、大豆や米といった硬い食材の場合には、投入する際に回転体に衝突すると反発力により飛散して微粉砕されずに粗粉のまま放出されることが生じる。こうした粗粉が微粉砕された粉体とともに排出されると、製造された粉体は粒度の揃っていない品質の劣化したものとなってしまう。

また、特許文献２では穀物のような硬い食材を微粉砕することは難しく、茶葉以外の食材では現実的でない。さらに、特許文献１と同様に回転羽根に食材が衝突して飛散すると回転羽根の上部に滞留しやすくなる。

本発明は、こうした課題に対応して、投入された食材が確実に微粉砕されて粒度の揃った高品質で熱による変質のない粉体を得ることができる微粉砕装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る微粉砕装置は、ケーシングと、前記ケーシング内に配置され旋回気流を発生させるための回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置と、前記ケーシングに形成された前記回転体の回転中心軸を中心とする円形状の開口部を覆うように前記ケーシングに取り付けられた外装体と、前記外装体に貫通して取り付けられているとともに前記開口部に一方の開口端が挿入されて前記ケーシング内に被粉砕物を供給する管体と、前記開口部から前記ケーシング外に放出された微粉体を回収する回収手段とを備え、前記管体から前記ケーシング内に投入された被粉砕物を前記回転体の回転動作により微粉砕するとともに微粉砕された微粉体を発生した旋回気流により前記開口部から前記ケーシング外に放出して回収する微粉砕装置において、前記回転体は、複数の回転羽根が取り付けられるとともに回転中心軸方向に連通路が形成された中心軸部を備えており、前記管体は、前記開口端が前記連通路内に延設されるとともに前記駆動装置の回転駆動軸の先端部を覆うカバー部材が設けられており、前記管体から供給された被粉砕物が前記連通路を通過して前記回転羽根に対して前記開口部とは反対側の空隙に投入されることを特徴とする。さらに、前記中心軸部は、前記回転羽根を取付固定する筒状の取付部材と、前記回転駆動軸に取り付けられるとともに外周部に前記取付部材を支持固定する複数の支持突起部が所定間隔を置いて設けられた支持台部材とを備えていることを特徴とする。さらに、前記支持突起部は、回転方向に沿う内側面が周方向に対して傾斜するように形成されていることを特徴とする。さらに、前記ケーシングは、内周面が前記回転羽根の先端との間に所定間隔を空けて設定されており、前記開口部は、前記回転羽根の回転範囲よりも小さい口径に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る微粉砕方法は、ケーシングに形成された開口部に一方の開口端が挿入された管体より被粉砕物を供給し、前記管体を介して前記ケーシング内に投入された被粉砕物を複数の回転羽根を有する回転体の回転動作により微粉砕し、微粉砕された微粉体を回転動作で発生した旋回気流により前記開口部からケーシング外に放出して回収する微粉砕方法において、前記回転体の中心軸部において回転中心軸方向に形成された連通路に前記管体より前記被粉砕物を投入し、前記回転体の回転駆動軸の先端部を覆うように前記管体に設けられたカバー部材により前記被粉砕物を誘導して前記連通路を通過させて前記回転羽根に対して前記開口部とは反対側の空隙に投入することを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を備えることで、回転体の中心軸部において回転中心軸方向に形成された連通路に、管体より供給された被粉砕物を通過させて回転羽根に対して開口部とは反対側の空隙に投入するようにしているので、被粉砕物を飛散させることなくケーシング内に投入することができる。

従来の装置では、ケーシング内に被粉砕物を投入する場合に回転羽根等の回転体に衝突して飛散し、微粉砕されずに回収されてしまうことがあったが、本発明では、被粉砕物を供給する管体を回転体の中心軸部に形成した連通路内に挿入することで、回転体に衝突することなく被粉砕物を投入することができる。また、回転羽根に対して開口部とは反対側の空隙に被粉砕物を投入することで、投入された被粉砕物が回転羽根の回転動作により確実に微粉砕されて微粉体のみが開口部からケーシング外に放出されるようになり、粒度の揃った高品質の微粉体を得ることができる。

微粉砕装置に関する概略断面図である。回転体に関する分解斜視図である。取付部材に関する上面図である。管体に関する斜視図である。装置の動作状態を示す概略断面図である。図１に示す装置を横型に配置した場合の変形例に関する概略断面図である。図１に示す装置により微粉砕された微粉体に関する粒度分布である。従来の微粉砕装置により微粉砕された微粉体に関する粒度分布である。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。図１は、微粉砕装置に関する概略断面図である。微粉砕装置１は、支持台３の上面にケーシング２が載置されており、支持台３の下面には、駆動装置である駆動モータ４が固定されている。支持台３には、複数本のキャスター付きの支持脚３０が設けられている。

ケーシング２内には、回転体５が収容されており、回転体５は、支持台３を貫通して上方に突設された駆動モータ４の回転駆動軸４０と連結している。ケーシング２は、上方に円形の開口部２０が形成されており、開口部２０以外の部分については気密な構造になっている。また、開口部２０の中心は、回転駆動軸４０の回転中心軸と一致するように設定されている。

回転体５は、中心軸部として、４枚の回転羽根５０を取り付けた筒状の取付部材５１、及び、駆動モータ４の回転駆動軸４０に嵌合して取り付けられる支持台部材５２を備えている。支持台部材５２は、後述するように外周部に取付部材５１を支持固定する複数の支持突起部が所定間隔を置いて設けられている。取付部材５１は、回転羽根５０の回転中心が回転駆動軸の回転中心軸と合致するように支持台部材５２の支持突起部に固定される。そして、取付部材５１の中心部の空間が支持台部材５１の内部空間に連通して支持台部材５１の内部空間が支持突起部の間で外部と連通することで、回転中心軸方向に連通する連通路が形成されている。

ケーシング２は、内周面２１が回転羽根５０の先端との間に所定間隔を空けるように設定されている。また、内周面２１の両側の縁部２２は、内周面から連続した曲面形状に形成されており、丸みを帯びた形状となっている。

開口部２０は、回転羽根５０の回転範囲よりも小さい口径に設定されており、その上部には外装体６が上方から覆うようにケーシング２に気密に取り付けられている。この例では、開口部２０の周縁部と密着するように外装体６が取り付けられている。

外装体６の上部を貫通するように円筒状の管体７が気密に取り付けられて固定されている。管体７の上端開口７０は漏斗状に形成されて被粉砕物を供給しやすくなっている。また、下端開口７１には、突出する回転駆動軸４０の先端部を覆うカバー部材７２が複数の支持バー７３により支持されている。そして、管体７の下端開口は、回転体５の取付部材５１の中心部に延設されて取付部材５１内に挿入されている。

外装体６の側面には排出管８が接続されており、外装体６の内部に放出された微粉体は排出管８に取り付けられた図示せぬ吸引装置により吸引されて回収されるようになっている。排出管８の取付位置は外装体６のいずれの位置でもよく、粉砕された微粉体の特性に応じて効率よく回収できる位置に設定すればよい。

ケーシング２及び外装体６を開口部２０を介して接続した内部空間は、排出管８及び管体７以外には外部に連通する部分のない気密な構造となっている。なお、排出管８から吸引する場合に吸引による内部空間の減圧状態によっては外装体６の適当な位置に微小な空気穴を形成するようにしてもよい。

図２は、回転体５に関する分解斜視図である。なお、図２では、理解を容易にするため、回転羽根５０は１枚のみ描いて残りの回転羽根を省略している。回転羽根５０は薄板状で、リング状の取付枠５０ａの周囲に複数の羽根部５０ｂが外方に向かって放射状に突出した形状に形成されている。

取付部材５１は円筒形状で、外周面には回転中心軸方向に沿って係合凸部５１ａが形成されている。回転羽根５０の取付枠５０ａの内周縁は、円形に形成されて取付部材５１の外周と同じかわずかに大きくなるように設定されており、取付枠５０ａの内周縁に形成された切欠き部５０ｃを取付部材５１の係合凸部５１ａに合わせて回転羽根５０を取付部材５１の上方から嵌め込んで取り付ける。係合凸部５１ａが切欠き部５０ｃに係合することで、回転羽根５０が取付部材５１に対して回転することなく取り付けられる。

取付部材５１に嵌め込まれた回転羽根５０の上面にはリング状のスペーサ５３が取付部材５１に嵌め込まれて回転羽根５０に密着させ、次の回転羽根５０及びスペーサ５３を順次嵌め込んで複数枚の回転羽根５０を取り付けていく。そして、取り付けた回転羽根５０の上に固定リング５４を嵌め込み取付部材５１にネジ止めして回転羽根５０を取付部材５１に固定する。なお、最下部に位置する回転羽根５０の下面は、後述する支持台部材５２の支持突起部５２ａが当接しており、回転羽根５０及びスペーサ５３は、固定リング５４と支持突起部５２ａとの間に挟持されて回転中心軸方向に移動しないように支持される。

取付部材５１の内周面の上端部は、拡径するように傾斜面５１ｂが形成されている。

支持台部材５２は、円板状の基台部５２Ｃの外周部に等間隔で支持突起部５２ａが回転中心軸方向に突設しており、中心部には回転駆動軸４０が嵌合する円筒状の軸受部５２ｂが突設されている。図３は、取付部材５１に関する上面図である。支持突起部５２ａの周方向の内側面５２ｄは、周方向に対して傾斜した形状に設定されており、こうした形状に設定することで、回転体５が回転する際に、支持突起部５２ａの間に流入又は流出する気流がスムーズに出入りするようになる。内側面５２ｄが周方向に沿って形成されていると、支持突起部５２ａに気流が一部遮られ乱流が生じて微粉体が滞留するようになり、支持突起部５２ａに微粉体が付着して堆積するようになるが、図３に示すように、内側面５２ｄを周方向に対して傾斜させることで微粉体の堆積を抑止することができる。

取付部材５１を支持台部材５２に取り付ける場合には、支持突起部５２ａに取付部材５１の下面を密着させて載置し、支持突起部５２ａを貫通するネジ穴に下方からネジを挿着して取付部材５１をネジ止めして固定する。

この例では、支持台部材５２の下面に回転羽根５０との間に所定の間隔を空けて別の回転羽根５５が固定されている。図１に示すように、回転羽根５０は、ケーシング２の底面に平行となるように等間隔で配列されており、回転羽根５５がケーシング２の底面との間にわずかな間隔を空けて設置されている。回転羽根５０の枚数は、被粉砕物の特性に応じて適宜選択すればよく、回転羽根５０の間の間隔もスペーサ５３の厚さにより適宜変更することができる。また、回転羽根５０の羽根部５０ｂの形状は、平面形状以外にプロペラ状にわずかに捻りを加えた形状にしてもよく、微粉砕処理の状態に応じて適宜変更すればよい。

図４は、管体７に関する斜視図である。管体７の上端開口７０は拡径して漏斗状に形成され、下端開口７１の中心部にはカバー部材７２が複数本の支持バー７３により支持されている。そのため、上端開口７０から投入される被粉砕物は管体７内を落下してカバー部材７２に衝突して周囲に形成された空隙に誘導されて下端開口７１を通過する。

図５は、装置の動作状態を示す概略断面図である。まず、駆動モータ４の回転駆動を開始し、３０００ｒｐｍ〜７２００ｒｐｍで高速回転させる。そうすると、回転体５が高速回転して開口部２０から旋回気流が外装体６内に噴出するようになり、管体７から外気が流入して下降気流が発生し、管体７の下端からケーシング２内に流入するようになる。こうした現象は、特許文献１と同様のものである。排出管８から外装体６内の空気を吸引するため、開口部２０から噴出した旋回気流は排出管８を通り外部に排出される。

こうした気流の流れが形成された後、管体７の上端開口７０に図示せぬ投入調整装置から所定量の被粉砕物を順次供給する。供給された被粉砕物は、下降気流に乗って管体７内を通過してケーシング２内に導入される。管体７の下端開口７１を通過した被粉砕物Ａは、取付部材５１から支持台部材５２の内部に形成された連通路を通り、支持突起部５２ａの間からケーシング２内に投入される。そのため、供給された被粉砕物は、管体７及び連通路を通過して、回転羽根５０に対して開口部２０とは反対側の空隙に投入されるようになる。したがって、被粉砕物が回転羽根５０に衝突して開口部２０から外装体６に飛散することがなくなり、投入された被粉砕物が確実に微粉砕されるようになる。

投入された被粉砕物は、回転羽根５５により撹拌されて回転羽根５０に衝突しながら微粉砕され旋回気流により内周面２１に向かって移動するようになる。その際に、遠心力により粒径の小さい粒子は軽いため内周面２１の近くまで移動するが、粒径の大きい粒子は重いため回転羽根５０に衝突してさらに微粉砕される。被粉砕物は回転羽根５０に対して開口部２０と反対側に投入されているため、粒径の大きい粒子は回転羽根５０に遮られて開口部２０から飛び出ることはない。そして、粒径が小さく微粉化された粒子だけが内周面２１と回転羽根５０の先端との間の隙間に集まり、所定径にまで小さくなって軽くなった微粉体Ｂが内周面２１から縁部２２に沿って流れる旋回気流に乗って上方に移動して開口部２０から外装体６に放出されるようになる。放出された微粉体Ｂは排出管８に吸引されて回収される。

また、回転体５の取付部材５１及び支持台部材５２に回転中心軸方向に連通路を形成しているため、連通路にも回転による気流が出入りするようになるが、上述したように支持突起部５２ａの内側面を傾斜した状態に設定して気流の流れをスムーズにしており、また、連通路の上方に抜ける気流に対しても傾斜面５１ｂを形成して気流がスムーズに抜けるようにしている。そのため、微粉体が連通路内部に滞留して堆積することを抑止することができる。

また、ケーシング２内の縁部２２は微粉体が滞留しやすい箇所であるが、内周面と連続する曲面形状にすることで気流の流れがスムーズになって微粉体の堆積を抑止することができる。

回転体５の高速回転に伴い発生する熱は管体７内を下降して流入する外気により冷却されるが、常時ケーシング２の周囲を冷却すれば、ケーシング２内の温度上昇をさらに抑えることができる。したがって、熱に弱い被粉砕物の場合でも容易に微粉砕することができ、食材の場合には風味が熱により損なわれることがなくなる。

図６は、図１に示す装置を横型に配置した場合の変形例に関する概略断面図である。この例では、キャスター付きの支持筺体１００に駆動モータ４を回転駆動軸が横方向になるように取り付けられている。そして、ケーシング２及び支持台３がキャスター付きの載置台１０１に支持固定されている。そのため、支持筺体１００を移動させて駆動モータ４を外してケーシング２内の清掃を容易に行うことができる。

ケーシング２内には回転体５が駆動モータ４の回転駆動軸に連結して収容されており、ケーシング２に形成された開口部を覆うように外装体６が気密に取り付けられている。この例では、被粉砕物の投入を容易にするために、管体７’の上端開口が上方に向かって開口するように屈曲した形状となっている。

また、微粉体を吸引して回収する排出管８’は、外装体６の下部に接続されており、外装体６内に放出した微粉体を効率よく回収することができる。

この例でも、図１に示す例と同様に、回転体５には回転中心軸方向に連通路が形成されており、管体７’を通して供給された被粉砕物は連通路を通過して回転羽根５０に対して開口部２０とは反対側に投入されるようになる。そのため、投入された被粉砕物は確実に微粉砕されて粒径の揃った微粉体を得ることができる。

なお、以上説明した例では、被粉砕物の投入される空隙は回転羽根５０と回転羽根５５との間の空隙となっているが、回転羽根の構成が異なる場合には開口部の反対側でケーシングの内壁面と回転羽根との間の空隙に投入するようにしてもよい。要は、一部又は全部の回転羽根に対して開口部とは反対側の空隙に被粉砕物を投入すればよい。

被粉砕物として脱皮大豆を用い、図１に示す微粉砕装置により微粉砕した。得られた微粉体について粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製；ＬＡ−９２０）により粒度分布を測定した。測定結果を図７に示す。微粉体のメジアン径は約５．７２μｍで、算術平均径は約６．００μｍであった。比較対象として、特許文献１に示す微粉砕装置を用いて脱皮大豆を同様に微粉砕した。得られた微粉体について粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製；ＬＡ−９２０）により粒度分布を測定した。測定結果を図８に示す。微粉体のメジアン径は約９．２６μｍで、算術平均径は約１４．４７μｍであった。

測定結果をみると、本発明に係る微粉砕装置で得られた微粉体の方が、粒度分布がシャープで粒径が揃っており、粒径も小さく微粉砕されていることがわかる。これに対して、従来の装置では、粒度分布がフロードで、粒径にバラツキがあり、粒径の大きいものが多く含まれていることがわかる。

本発明に係る微粉砕装置は、そば、米、麦、トウモロコシ、豆等の穀物類、胡椒、唐辛子等の香辛料類、胡桃、アーモンド、コーヒー豆等の木の実、茶葉類、シイタケ等のきのこ類、昆布等の海藻類といった食材の微粉砕に好適であり、食材以外にも、籾殻、米糠、木材といった植物由来の材料、樹脂材料、セラミック材料、金属材料といった産業資材を微粉砕することもでき、様々な用途に用いられる材料の微粉砕に使用することが可能である。

１微粉砕装置
２ケーシング
３支持台
４駆動モータ
40 回転駆動軸
５回転体
50 回転羽根
51 取付部材
52 支持台部材
55 回転羽根
６外装体
７管体
８排出管

Claims

ケーシングと、前記ケーシング内に配置され旋回気流を発生させるための回転体と、前記回転体を回転駆動する駆動装置と、前記ケーシングに形成された前記回転体の回転中心軸を中心とする円形状の開口部を覆うように前記ケーシングに取り付けられた外装体と、前記外装体に貫通して取り付けられているとともに前記開口部に一方の開口端が挿入されて前記ケーシング内に被粉砕物を供給する管体と、前記開口部から前記ケーシング外に放出された微粉体を回収する回収手段とを備え、前記管体から前記ケーシング内に投入された被粉砕物を前記回転体の回転動作により微粉砕するとともに微粉砕された微粉体を発生した旋回気流により前記開口部から前記ケーシング外に放出して回収する微粉砕装置において、前記回転体は、複数の回転羽根が取り付けられるとともに回転中心軸方向に連通路が形成された中心軸部を備えており、前記管体は、前記開口端が前記連通路内に延設されるとともに前記駆動装置の回転駆動軸の先端部を覆うカバー部材が設けられており、前記管体から供給された被粉砕物が前記連通路を通過して前記回転羽根に対して前記開口部とは反対側の空隙に投入されることを特徴とする微粉砕装置。
前記中心軸部は、前記回転羽根を取付固定する筒状の取付部材と、前記回転駆動軸に取り付けられるとともに外周部に前記取付部材を支持固定する複数の支持突起部が所定間隔を置いて設けられた支持台部材とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の微粉砕装置。
前記支持突起部は、回転方向に沿う内側面が周方向に対して傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の微粉砕装置。
前記ケーシングは、内周面が前記回転羽根の先端との間に所定間隔を空けて設定されており、前記開口部は、前記回転羽根の回転範囲よりも小さい口径に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の微粉砕装置。
ケーシングに形成された開口部に一方の開口端が挿入された管体より被粉砕物を供給し、前記管体を介して前記ケーシング内に投入された被粉砕物を複数の回転羽根を有する回転体の回転動作により微粉砕し、微粉砕された微粉体を回転動作で発生した旋回気流により前記開口部からケーシング外に放出して回収する微粉砕方法において、前記回転体の中心軸部において回転中心軸方向に形成された連通路に前記管体より前記被粉砕物を投入し、前記回転体の回転駆動軸の先端部を覆うように前記管体に設けられたカバー部材により前記被粉砕物を誘導して前記連通路を通過させて前記回転羽根に対して前記開口部とは反対側の空隙に投入することを特徴とする微粉砕方法。