JP5864644B2

JP5864644B2 - 石臼式粉砕機の運転制御システム

Info

Publication number: JP5864644B2
Application number: JP2014048719A
Authority: JP
Inventors: 次男細渕
Original assignee: GROW ENGINEERING CO., LTD.
Current assignee: GROW ENGINEERING CO., LTD.
Priority date: 2014-03-12
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2016-02-17
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: JP2015171686A

Description

本発明は食品用素材から工業素材まで、あらゆる素材のせん断・磨砕・微粒化・分散・乳化・フィブリル化が同時に行える用途範囲の広い石臼式粉砕機の運転制御システムに関する。

石臼の原理を応用した石臼式粉砕機は、下記特許文献にもあるが、上下２枚の砥石の間隙を通過するときに発生する衝撃・遠心力・せん断力によって、原料を超微粒子に粉砕するものである。
特開平６−１５５７３号公報

これは図１０に示すように、粉砕機１は、中央に供給ホッパー２を取り付けた上蓋５の下方にグラインダー本体３を設けている。

グラインダー本体３は重圧摩砕砥石を使用するもので、上蓋５に下向きに外周部に摩砕平坦面を有し、該平坦面に連続して内側に中くぼみ状の円錐台形部を形成したリング状固定砥石６を固定し、該固定砥石６に対向して上向きに摩砕平坦面を有し、同じく中くぼみ状の円錐台形部を形成した回転砥石７を原動機８で回転駆動する駆動軸９に固定した。図中１０は被摩砕物質取り出し用のダクトである。

そして、上方の供給ホッパー２から装入された被摩砕物質はリング状固定砥石６及び回転砥石７の双方の圧接部分で極微粒子に摩砕され取り出し用のダクト１０から出てくる。

このように極微粒子に摩砕することによって味覚並びに歩留を良好ならしめる製飴、スープ、ジュース等の食品が得られる。また、顔料塗料等の工業品等にこの砥石を用いてもよい。

前記石臼式粉砕機は一定の粒径の超微粒子を連続して、かつ安定して得られなければならない。従って、上下の砥石の摩砕平坦面間のクリアランスは極めて重要であるが、従来は始動前に人手によってクリアランスを設定しており、これでは原料や必要粒度により常にクリアランスを一定にしておくことはできなかった。

さらに、原料を粉砕することで砥石表面が摩耗するため初期のクリアランスが変化してしまい、この状態で連続運転を続けた場合、製品中に所望の粒径より大きい粗い粒子が混入し、品質の安定した製品が得られないこともある。そこで従来は一定時間毎に人手によりクリアランス調整が必要となり、多数台を同時に運転した場合や自動化ラインを構成した場合には特に大変な作業となっていた。

また、原料の温度や粉砕時の摩擦により発生する熱のため機械本体及び砥石が熱膨脹してクリアランスが狭くなってしまい、この状態が長時間続いた場合は砥石同志の強い摩擦が連続するので摩砕面の異常摩耗や過負荷のため機械の故障の原因となっていた。さらに砥石の膨脹が安定するには時間が必要であるため、この間やはり人手により少しずつクリアランスの調整が必要であり作業者にとって大きな負担となっていた。

下記特許文献は摩砕平坦面間の微小なクリアランスを自動的に調整することのできる装置として提案されたものである。
特公昭３−５１４６４号公報

前記特許文献２は、回転砥石を回転駆動する主モータの負荷に対応する入力電流の変化を直流電圧に変換する変換器と、この直流電圧の基準電圧からの偏差に応じて上記駆動機器を動作させ、回転砥石と固定砥石とのクリアランスを調整する制御機器とを設けてなる。

この特許文献２によれば、摩砕機において回転砥石を上下動する手動の調整ハンドルに代えてサーボモータを用いて回転砥石を上下動させる構成とし、さらに回転砥石を回転駆動する主モータの負荷を常時検出し、この大小によりサーボモータを正又は逆回転させてクリアランスを所定の値に保つ。

前記特許文献２の方法では、上下砥石間のクリアランスがゼロの基準状態を設定するべく砥石間に水を投入して、下部の回転砥石を回転させた後該回転砥石を上昇させて上部の固定砥石と接触させたときの主モータの負荷の変化は、上下の両砥石を強く接触させた場合でも７ｋＷ程度であり、これに対して同じ摩砕機で実際に樹脂を粉砕した場合の負荷の変化は２ｋＷ〜２０ｋＷまでランダムに変化しており、上記のクリアランスのゼロ状態を主モータの負荷信号で検出するのは非常に困難であった。

このような問題を解決しようとして特開平８−１０２０号公報では、サーボモータを備えた摩砕機の運転時に該サーボモータを駆動して下部回転砥石を上昇させて上記摩砕平坦面間のクリアランスをゼロとし、その時のサーボモータのトルク信号により該サーボモータを停止した後直ちに下部回転砥石を所定クリアランスまで下降させる動作を断続的に複数回繰り返すこととしている。

サーボモータは回転砥石を上下動させるための駆動源であるが、そのトルク制御機能によれば該サーボモータの出力軸に加わるトルクが予め設定されたトルク値となった時に、該サーボモータを停止してその位置をクリアランスがゼロと定め、このクリアランスがゼロ位置から該サーボモータを逆回転して所定のクリアランスとなるまで回転砥石を下降させることで、所望のクリアランスが得られるというものである。

しかし、この方法では機械本体や砥石の熱膨脹によるクリアランスの変化や原料の粉砕摩砕による砥石表面の摩耗によるクリアランスの変化に対しては、上記のような動作を頻繁に行なう必要があり、特に運転開始直後の約３０分間は特に砥石の膨脹によるクリアランスの変化が大きいため上記動作を繰り返す時間間隔は短くしなければならない。

特に粉砕摩砕を行う原料に対して砥石を接触し続けてクリアランスの状態を判断することはできず、摩砕平坦面間のクリアランスをゼロとした時点でサーボモータを停止した後直ちに下部回転砥石を所定クリアランスまで下降させる動作を断続的に複数回繰り返すことを行わなければならない。

すなわち、上記のような動作を頻繁に行なわなければ、機械本体や砥石の熱膨脹によるクリアランスの変化や原料の粉砕摩砕による砥石表面の摩耗によるクリアランスの変化に対して常にクリアランスは所定の値に保つことができない。

従来、粉砕を行う食材または材料に対する固定砥石と回転砥石との適正クリアランス判断は回転砥石を動かしてみてその時の音により判断することもおこなわれていた。しかし、食材または材料の種類で音の状態はそれぞれ異なり、その判断に経験を必要とし、高度な技術を保有する熟練技能者だけが行えるものでありまた、周囲の雑音等で聴取が困難となる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、モータの負荷の変化という不安定要因ではなく、また、音を聞いての人の判断でもなく、振動センサーの反応で接触状態の適否を判定することにより、確実な判定が迅速に得られ、高度な技術を保有する熟練技能者がなくても、高度な加工を行うことができ、加工の難しかった食品の加工も可能になる石臼式粉砕機の運転制御システムを提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、外周部に摩砕平坦面を有し、該平坦面に連続して内側に中くぼみ状の円錐台形部を形成したリング状の固定砥石とリング状の回転砥石とをこれら摩砕平坦面同士を対向させて上下方向に設置し、且つ回転砥石を上下動するサーボモータを備えた石臼式粉砕機において、振動センサーを中央に供給ホッパーを取り付けた石臼式粉砕機の上蓋に設け、回転砥石を回転させながら、固定砥石側に移動させて粉砕を行う食材または材料に接触させ、接触した時点で振動センサーで振動の有無を感知し、その数値を基に回転砥石の移動を制御することを要旨とするものである。

本発明者は、上下の砥石、摩砕平坦面のクリアランスが変化すると振動も変化することに着目し、音ではなく振動をもとにこれを数値化することをもって最適なクリアランスを設定できるようにしたもので、請求項１記載の本発明によれば、振動センサーの反応をもとに回転砥石の移動を制御することにより人の感性を判断要素とせずに適切なクリアランスの設定を行うことができる。

運動状態を続けていくと、部品が膨張して砥石同士が強く圧接し、原料の温度があがり、焦げ付いたりするので調整が必要となる。従来は、その調整が音や匂いで行い、微妙で経験を積んだ熟練技能者でないと難しかった。

請求項１記載の本発明によれば、振動センサーによってわずかな熱膨張も数値の増加として捕らえることができるので、常に一定の圧接状態を保つことが可能となる。

また、本発明では、記憶設定した適正振動数値と実際に測定する振動センサーを比較して回転砥石の移動を制御するものであるが、希望の設定値は、原料や砥石の種類、条件によって変わるので、予め手動で操作し処理された原料の細かさや温度や状態で、振動値を決めておくことが可能となる。

さらに、振動センサーの設置個所として、振動を検知し易く、かつ、邪魔にならず、取付け易いもので、後からの取付も容易である。

以上述べたように本発明の石臼式粉砕機の運転制御システムは、モータの負荷の変化という不安定要因ではなく、また、音を聞いての人の判断でもなく、振動センサーの反応で接触状態の適否を判定することにより、確実な判定が迅速に得られ、高度な技術を保有する熟練技能者がなくても、高度な加工を行うことができ、加工の難しかった食品の加工も可能になるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の運転制御システムを備えた石臼式粉砕機の縦断正面図で、図２は同上縦断側面面図で、前記従来例である図１０と同じく、粉砕機１は、中央に供給ホッパー２を取り付けた上蓋５の下方にグラインダー本体３を設けている。

リング状固定砥石６に対して回転砥石７は昇降可能に設けられ、この昇降はサーボモータ１１か、手動調整ハンドル１２で駆動される。

図３はこの昇降機構の詳細を示したもので、サーボモータ１１は、サーボモータ取付フランジ１３により本体装置に取り付き、ユニバーサルジョイント１４を介してユニバーサルジョイント用ウォームシャフト１５が接続される。このユニバーサルジョイント用ウォームシャフト１５にはキー１６を介してウォームギヤ１７が設置され、これがヘリカルギヤ１８に噛合する。

図４に示すように、ヘリカルギヤ１８は回転砥石７の昇降軸であるアジャスト１９を回転させる歯車で、前記サーボモータ１１の回転はウォームギヤ１７→、ヘリカルギヤ１８→アジャスト１９に伝達され、アジャスト１９が左右に回転することで回転砥石７はリング状固定砥石６に対して昇降し、回転砥石７とリング状固定砥石６間のクリアランスが変化する。

手動調整ハンドル１２はユニバーサルジョイント用ウォームシャフト１５の前記サーボモータ１１とは反対側に設けられ、ユニバーサルジョイント用ウォームシャフト１５のこの手動調整ハンドル１２の取付部分はエンドサポート２０で機体に取り付く球面ブッシュケース２１内の球面ブッシュ２２で回転自在に支承される。図中２３はウォームクランプである。

また、サーボモータ１１による機器の破損を防ぐものとして、フォトセンサー３１ａ（上限）、３１ｂ（下限）をケーシング内に設ける。

本発明は回転砥石７の位置検知手段としてサーボモータ１１の回転結果を数値化して表示するようにしたもので、図５に操作パネルを示す。２５はタッチパネルのメイン画面、２６はボタン類で、電源スイッチ２６ａ、運転準備スイッチ２６ｂ、上昇ボタン２６ｃ、下降ボタン２６ｄ、全停止ボタン２６ｅ、非常停止ボタン２６ｆ、ブザーボタン２６ｈ、ブザー停止ボタン２６ｉである。

なお、粉砕機１は、サーボモータ１１の設定を行うことでリング状固定砥石６と回転砥石７とのクリアランスを一定に保持して行う自動運転が可能なものである。

本発明は、粉砕機１の機体に振動センサー２７を設け、この振動センサー２７の反応をもとに回転砥石の移動を制御することとした。

この振動センサー２７の取付けは、図６に示すように中央に供給ホッパー２を取り付けた上蓋５に設けるものとした。

振動センサー２７の取付け位置として上蓋５を選択したのは、上蓋５は下方にグラインダー本体３を設けているので振動を検知し易く、かつ、邪魔にならず、取付け易いもので、本発明装置を備えていない粉砕機１に対しても後からの取付も容易であることによる。

振動センサー２７には出力コード２８が着脱自在に接続され、ロックリング２９により固定する。

振動センサー２７の出力は図示しないパソコンに導入し、ここでのプログラミングをもとに、サーボモータ１１の回転を制御するものである。

図７にメイン画面２５の画面例を示す。また、図８に補助機器として振動値の設定画面を示す。この補助機器は振動センサー２７が砥石の振動を捉え数値化することによって接触状態もしくはクリアランスを適正にたもつＥＰ（イージーポイント）を設定するためのもので、電源ランプ３２ａと設置値ランプ３２ｂによる表示ランプ３２とデジタルモニター３３、モードキー３４ａ、ＵＰキー３４ｂ、ＤＯＷＮキー３４ｃ、セットキー３４ｄとを有する。

次に、使用法について説明する。図９は運転の模試図であるが、粉砕機１に粉砕を行う食材または材料３０を投入し、回転砥石７を回転させながら、固定砥石６側に移動させて粉砕を行う食材または材料３０に接触させる。

この接触した地点のサーボモータ１１での砥石の位置情報および振動センサー２７の振動情報は判定される。

接触した時点で振動センサー２７において振動の有無を感知し、接触状態の適否を判定する。この適否判定は振動センサー２７が検知する振動波形をあらかじめパソコンに記憶した適正振動波形と比較し、その異同の大きさによりリング状固定砥石６及び回転砥石７の適正なクリアランスの設定を行うものである。

このあらかじめ記憶した適正振動波形については、運転準備として図８に示す補助機器を用いて下記の操作を行い設定する。
１．サーボモータ１１を手動で操作し、回転砥石７がほんの僅かにリング状固定砥石６に接触する（空擦りをして砥石の粉が出ない範囲で）位置を探す。
２．食材または材料３０を投入し、運転（砥石の回転）を開始する。
３．サーボモータ１１を手動で操作し、振動センサー２７の出力がデジタルモニター３３で希望の振動値になるまで回転砥石７を上昇させる。

希望の設定値は、原料や砥石の種類、条件によって変わるので、予め手動で操作し処理された原料の細かさや温度や状態で、振動値を決めておくものである。特に、食材または材料３０の希望の粒子を得る試みを行い、最適粒子が得られる回転砥石７の位置における振動センサー２７の振動値を把握し、この数値を基に運転制御を行うものである。

運転においては、タッチパネルのメイン画面２５にて粉砕を行う食材または材料３０に合った接触検知値を入力する。

インバータ盤にて運転し、インバータ回転数を調節する。上昇、下降ボタンを押して初期位置付近まで昇降する。このようにして、運転時には回転砥石７を回転させながら、固定砥石側に移動させて粉砕を行う食材または材料３０に接触させ、接触した位置をゼロ点として回転砥石７と固定砥石６とのクリアランスを調整するものである。

希望の振動値になったら、自動運転（タッチパネル）に移行する。図７にその操作パネルを示す。

以後、希望の数値の範囲内（任意設定値）に収まるように自動で砥石が上下し運転を継続する。なお、自動運転の一例として、温度の上昇でシャフトが伸び砥石の接触が強くなると、振動値も上昇し設定範囲から外れると、回転砥石を下降させ設定値内に収まるように制御する。

また、シャフトの熱膨張が終わり砥石の接触により砥石が摩耗していくと振動値が下がるので今度は回転砥石７を上げるような運転制御が行われる。

自動運転を図７に示す終了する場合は自動停止（タッチパネル）を押す。

停止したら図１の全停止ボタン２６ｅを押す。

本発明の運転制御システムを備えた石臼式粉砕機の縦断正面図である。本発明の運転制御システムを備えた石臼式粉砕機の縦断側面図である。本発明の運転制御システムを備えた石臼式粉砕機の要部の縦断側面図である。図３の詳細部を示す側面図である。操作パネルの説明図である。振動センサー取付部分の斜視図である。運転制御の操作用タッチバネルの正面図である。補助機器での振動値の設定画面の説明図である。砥石の説明図である。従来例を示す縦断正面図である。

１…粉砕機２…供給ホッパー
３…グラインダー本体４…機体
５…上蓋６…リング状固定砥石
７…回転砥石８…原動機
９…駆動軸１０…ダクト
１１…サーボモータ１２…手動調整ハンドル
１３…サーボモータ取付フランジ
１４…ユニバーサルジョイント
１５…ユニバーサルジョイント用ウォームシャフト
１６…キー１７…ウォームギヤ
１８…ヘリカルギヤ１９…アジャスト
２０…エンドサポート２１…球面ブッシュケース
２２…球面ブッシュ２３…ウォームクランプ
２５…メイン画面２６…ボタン類
２６ａ…電源スイッチ２６ｂ…運転準備スイッチ
２６ｃ…上昇ボタン２６ｄ…下降ボタン
２６ｅ…全停止ボタン２６ｆ…非常停止ボタン
２６ｈ…ブザーボタン２６ｉ…ブザー停止ボタン
２７…振動センサー２８…出力コード
２９…ロックリング３０…食材または材料
３１ａ，３１ｂ…フォトセンサー
３２…表示ランプ３２ａ…電源ランプ
３２ｂ…設置値ランプ３３…デジタルモニター
３４ａ…モードキー３４ｂ…ＵＰキー
３４ｃ…ＤＯＷＮキー３４ｄ…セットキー

Claims

外周部に摩砕平坦面を有し、該平坦面に連続して内側に中くぼみ状の円錐台形部を形成したリング状の固定砥石とリング状の回転砥石とをこれら摩砕平坦面同士を対向させて上下方向に設置し、且つ回転砥石を上下動するサーボモータを備えた石臼式粉砕機において、振動センサーを中央に供給ホッパーを取り付けた石臼式粉砕機の上蓋に設け、回転砥石を回転させながら、固定砥石側に移動させて粉砕を行う食材または材料に接触させ、接触した時点で振動センサーで振動の有無を感知し、その数値を基に回転砥石の移動を制御することを特徴とした石臼式粉砕機の運転制御システム。