JP6069511B2 - 材料細分化装置およびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、主に材料のサイズを縮小化させる方法および装置に関する。

材料のスライシング（薄く切る）、ダイシング（さいの目に刻む）、シュレッディング（細かく刻む）、グラニュレーティング（細粒化する）、コミニューティング（粉砕する）など、材料のサイズを細分化するための種々の装置が知られている。アーシェル・ラボラトリーズ，インク．から、ＣＯＭＩＴＲＯＬ（コミトロール：登録商標）の名称で販売されている、粉砕装置の商品ラインは、広く使用されている。これらの製品の特徴は、米国特許第４，６６０，７７８号公報、米国特許第４，６１０，３９７号公報、米国特許第４，６５７，１９０号公報、および米国特許第５，２０１，４６９号公報などの特許文献にて開示されており、これらの内容は、本明細書において引用という形で組み込まれる。コミトロール（登録商標）装置は、果物、野菜、乳製品、および肉類などの食品や、化学製品および医薬製品などの非食品などの多岐にわたる種々の製品を、高い生産能力で、均一に細かく粉砕（コミニュート）することが可能である。

コミトロール（登録商標）装置の公知の構成の１つが、図１に分解図で示されている。この装置は、インペラおよびカッティング（切断）ヘッドアセンブリ１０、材料をインペラおよび切断ヘッドアセンブリ１０へ供給する供給ホッパ１２、電動モータ１４、切断ヘッドの内側でインペラを回転させるために、インペラが設けられたスピンドル２２を回転させる駆動ベルト１６、アセンブリ１０を包囲する上側カバー１８、粉砕された材料がアセンブリ１０から落下する下側カバー２０を備える。図１から明らかなように、図示の構成は、モータ１２を支持するテーブルに取り付け可能となっている。材料は、切断ヘッドの内側でインペラが回転しているときに、供給ホッパ１２を通じてアセンブリ１０へと運ばれる。インペラには、切断ヘットに対してインペラの軸に平行かつ等間隔に配置されたナイフへと材料を押し込むパドルが備えられる。それぞれのナイフ間の間隔は、粉砕後の加工品のサイズに応じて決定される。

駆動システム、切断ヘッド、およびインペラを含めて、図１に示した以外の種々の構成が、コミトロール（登録商標）装置には適用可能である。たとえば、図２（同一あるいは機能的に同等な要素には、図１で使用したものと同一の参照番号が使用されている）には、図１で示したものより大きいインペラ２４および切断ヘッド２６を備えた、インペラおよび切断ヘッドアセンブリ１０が示されている。インペラ２４のパドルは、切断ヘッド２６に対して等間隔かつインペラ２４の軸に垂直に配置されたセパレータに材料を押し込み、さらに、切断ヘッド２６に対してインペラの軸に平行に配置されたナイフに材料を押し込む。セパレータ間およびナイフ間の間隔はそれぞれ、粉砕後の加工品のサイズに応じて決定される。

図１および図２に示したタイプの構成は、幅広い種々の材料および用途への適用が可能であるが、コミトロール（登録商標）装置の性能を備えつつ、さらなる用途へ適用、およびさらなる装置への取り付けが可能な材料細分化装置が望まれている。

米国特許第４，６６０，７７８号公報 米国特許第４，６１０，３９７号公報 米国特許第４，６５７，１９０号公報 米国特許第５，２０１，４６９号公報

本発明は、食品および非食品に拘わらず、種々の材料を切断加工するのに適した材料細分化装置および方法を提供する。

本発明の第１の態様に係る材料細分化装置は、切断ヘッド、該切断ヘッドの内側でその軸を中心に回転するインペラ、前記切断ヘッドに配置され、前記インペラにより押し込まれる材料のサイズを縮小化させる手段、および該インペラの軸と直列に配置された電動モータユニットを有する粉砕装置を備える。前記電動モータユニットは、前記切断ヘッドおよび前記インペラを支持するとともに、前記インペラに連結され、該インペラを前記切断ヘッド内で回転させるシャフトを備える。該材料細分化装置は、前記電動モータユニットに物理的に連結され、前記粉砕装置を完全に包囲するダクトの内側に該粉砕装置を支持する手段をさらに備える。前記支持手段は、前記電動モータユニットから伸長する複数のアームを備え、前記アームの少なくとも１つに、該粉砕装置を前記ダクトの外部と連結させる、少なくとも１つの導管が備えられている。

本発明のさらなる態様に係る材料細分化方法は、材料のサイズを縮小化させるために、前記材料細分化装置を用いることを特徴とする。該方法では、前記インペラを回転させつつ、該インペラに材料を送り込み、該材料を前記サイズ縮小化手段により粉砕させる工程、および、粉砕された材料を、重力により、下方かつ前記電動モータユニットおよび前記ダクト内で前記粉砕装置を支持する前記アームの周囲に送る工程を備える。

本発明により、材料細分化装置を、材料の粉砕が要求されるさまざまな用途において直列的に設置可能な多用途ユニットとして機能させることを可能にするという技術的効果が得られる。具体的には、本発明では、切断ヘッドおよびインペラをモータと直列に配置することで、材料細分化装置を１つのダクト内に設置することを可能とし、もって材料細分化装置を１つの連続プロセス中に設置することが許容される。

本発明の他の態様および利点は、以下の詳細な説明によりさらに明らかにされる。

図１は、本発明の先行技術である公知のコミトロール（登録商標）装置の構成の一例を示した図である。 図２は、本発明の先行技術である公知のコミトロール（登録商標）装置の構成の別例を示した図である。 図３は、本発明の一実施形態における、ダクトの内側に全体的に配置された粉砕装置を斜視的に示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態における、ダクトの内側に全体的に配置された粉砕装置を斜視的に示す模式図である。 図５は、本発明の一実施形態における、粉砕装置の一部を側面的に示す模式図である。 図６は、本発明の一実施形態における、粉砕装置を平面的に示す模式図、および、そのＡ−Ａ断面を示す模式図の組み合わせである。 図７は、図３〜図６に示した本発明の一実施形態における粉砕装置の変更例を斜視的に示す模式図である。 図８は、図３〜図７に示した本発明の一実施形態における粉砕装置を二つで一組にして、横並びのダクト内に設置した状態を示す模式図である。 図９は、図３〜図７に示した本発明の一実施形態における粉砕装置を二つ一組にして直列に設置した状態を示す模式図である。 図１０は、図３〜図７に示した本発明の一実施形態における粉砕装置を卓上ユニットとして設置した変更例を示す模式図である。

図３〜図１０は、本発明の範囲内にある粉砕装置の種々の構成を示す模式図である。ただし、本発明は図示の構成に限定されることはない。便宜上、図３〜図１０においては、同一あるいは機能的に同等な要素については、同一の参照符号が付されている。図３〜図９に示した実施形態は、図１および図２に示した粉砕装置と同様の構成を有するが、１つの連続プロセス中に設置することを可能とするために、種々の改良が加えられている。

図３〜図６は、ダクト３２内に全体が設置された粉砕装置３０を示す。ダクト３２は、たとえば、材料処理システムの一部を構成するもの、パイプ、ダクト、ホッパ、その他の機器などの任意のカバーにより構成される。このため、ダクト３２は意図された用途に適した任意の形状を採りうる。機構３０は、切断ヘッド３８と、切断ヘッド３８の内側でその軸を中心に回転するインペラ３６とを有するインペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４、材料をインペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４へと供給する供給口４０、インペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４の直下に設けられ、切断ヘッド３８内側でインペラ３６を回転させるための電動モータ４２、および、ダクト３２から粉砕された材料を落下させるための、テーパ状の下部出口４４を備える。モータ４２は、様々なパワーレベル（たとえば、１０ＨＰ以上までのパワーレベル）、３０００ｒｐｍを超えるまでの出力速度など、多種多様な性能を有する。

図３〜図６において、インペラ３６および切断ヘッド３８は、図２に示された構成と同様であるが、インペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４として、他の様々な構成を適用することが可能である。たとえば、図１に示したアセンブリ１０の構成や、その他の構成を採用することも可能である。図２に示した装置と同様に、図４は、切断ヘッド３８上にインペラ３６の軸に垂直にかつ等間隔で配置されているセパレータ４８、次いで切断ヘッド３８上にインペラ３６の軸と平行に配置されているナイフ５０に対して、材料を押し付けて通過させる１つ以上のパドル４５を備えたインペラ３６を示している。セパレータ４８間の間隔およびナイフ５０間の間隔は、粉砕後の加工物のサイズにより決定される。図３および図４から明らかなように、供給口４０から供給された材料は、切断ヘッド３８の内側でインペラ３６が回転している状態にある、インペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４内に運ばれる。材料としては、粉末、顆粒、カプセル、より大きな塊などの様々な形態の固形物のほか、液体、ペースト、懸濁液なども適用可能である。粉砕あるいはその他の処理が施された材料は、切断ヘッド３８より径方向外方に流出し、その後、ダクト３２とモータ４０のアウタケージング５４との間に形成された、好ましくは環状の流路５２を通って、好ましくは重力により降下し、モータ４０およびアーム６０の周辺あるいはそれより下方まで降下する。

図５〜図７に示されるように、粉砕装置３０は、電動モータ４２の出力軸５８に連結されているスピンドル５６により直接駆動される。既存のコミトロール（登録商標）装置においても直接駆動型のものがあるが、これらの装置は、粉砕された材料が通過するダクト内への設置ができるようには構成されていない。既存の直接駆動型コミトロール（登録商標）装置においては、支持フレームあるいは支持スタンドをベースとして必要とし、粉砕された材料は、切断ヘッドを囲む排出シュートを通じて排出される。これに対し、図３および図４に示したインペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４は、モータ４２によって完全に支持されており、粉砕装置３０（モータ４２を含む）は、ダクト３２の内側に完全に収納および支持されるように十分にコンパクトなつくりとなっている。粉砕装置３０の支持機構には、図３および図４に示されるように、モータ４２のケージング５４から径方向外方に伸長し、ダクト３２の壁と係合する複数のアーム６０を備える。後述するように、アーム６０は、粉砕装置３０が設置される特定のダクト３２、その他のカバーに適合するように、種々の長さおよび形状を採ることができる構造を備えてもよい。本例では、アーム６０は、ダクト３２の内側に粉砕装置３０を支持する唯一の手段であり、また、切断後の加工物がダクト３２を通過する際にアーム６０の周囲を流下することが可能な状態で粉砕装置３０を支持するように構成されている。たとえば、図３〜図５および図８〜図１３に示すアーム６０は、湾曲した最上面あるいは略下方に湾曲する複数のファセットを備え、アーム６０周辺および通過後における切断後の加工物の流れを促進するように構成されている。

図３〜図７に示すように、アーム６０は、ダクト３２の外部へ通ずる通路を備えるように構成されている。図３、図４および図６に示すように、モータ４２の下端部にある４つのアーム６０のうちの１つのアームに、電気配線（図示せず）をモータ４２の下端部にあるコネクタパネル６４へ通す導管６２が備えられる。導管６２は、コネクタパネル６４を電源および／または運転制御などの外部装置と電気的に連結するために用いることもできる。図３、図４および図６に示すように、ステータおよびモータ４２のロータを冷却するために、モータ４２の下端部にある４つのアーム６０のうちの１つのアームおよびモータ４２の上端部にある４つのアーム６０のうち１つのアームには、モータケージング５４の内部に冷却用の空気を導入する導管６６が備えられる。さらに、図３、図４および図５に示すように、モータ４２の上端部における４つのアーム６０のうち少なくとも１つのアームには、インペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４とモータ４２の上端部との間にある空洞７０と流体接続する導管６８が備えられている。空洞７０は、好ましくは、アセンブリ３４とモータ４２との間に遮熱を提供し、特にアセンブリ３４によって加工中の製品を、モータ４２により生ずる熱から保護する。また、導管６８は、意図せずして空洞７０に入り込んでしまった加工品をアセンブリ３４から連続的に排出する機能を備えることもできる。代替的あるいは追加的に、導管６８は、生成物やその他の異物が空洞７０に入り込むことを阻止するためのドライシールを発生させるために、空洞７０を不活性ガスなどのガスで加圧するために用いることもできる。さらに、導管６８は、洗浄液を空洞７０へ導入するために用いることもできる。

図３、図４および図６〜図９には、４つのアーム６０が二組設けられている装置３０が示されているが、アームの数が４つでないアーム６０をさらに追加的に備えることもできる。図７には、長さの異なるアーム６０を備える粉砕装置３０が示されている。図７に示すように、たとえば、粉砕装置３０をダクト３２の内部横断面に合わせる、および／または、粉砕装置３０をダクト３２の一方側に設置するなどの目的で、アーム６０の長さを任意に変更可能である。図８には、そのような変更例の１つとして、２つの粉砕装置３０が２つの個別のダクト３２とともに横並びに設置された例が示されている。図８に示すように、粉砕装置３０は、ダクト３２上に設けられた供給ホッパ７２をさらに備え、供給ホッパ７２は、粉砕装置３０の供給口４０に連結されている。

図９は、２つの粉砕装置３０が直列に設置され、上側の粉砕装置３０で処理された材料は、下側の粉砕装置３０に投入される構成を示している。図示のように、上側の粉砕装置３０には、図２〜図４および図８に示したものと同様であるが、より大きなサイズのインペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４が設けられており、一方、下側の粉砕装置３０には、図１に示したものと同様であるが、より小さなサイズのインペラおよび切断ヘッドアセンブリ３４が設けられている。図示の例では、上側の粉砕装置３０をプレカットユニットとして機能させ、下側の粉砕装置３０を仕上げカットユニットとして機能させている。さらには、代替的な直列配置の構成として、１つ以上の粉砕装置３０を、他の全く異なる処理装置と組み合わせることもできる。

図１０は、卓上ユニットとして使用できるように構成された粉砕装置３０を示す。この目的のため、粉砕装置３０は上述の実施例と同様にダクト３２の内側に収容されるが、ダクト３２は、テーブル７４あるいはその他の適切な支持構造の上に配置されたサポート７６により支持される。

粉砕装置３０の典型的な使用例を図３〜図１０に示したが、本発明はこのような使用例に限定されることなく、本発明の範囲内には、たとえば、美容上の理由により戻された医薬品を、流通から除外し、処分または再利用のために粉砕するといった用途も含まれる。

本発明について特定の実施態様を示したが、その他の態様を当業者が採用することは可能である。たとえば、粉砕装置３０およびその構成部品の物理的な機器構成は、上述のものとは異なるものも採用でき、また、粉砕装置３０を、上述のものとは異なるダクト、その他の流路に設置することも可能であり、種々の材料が本発明の粉砕装置３０によって処理可能である。したがって、本発明の範囲は、本願の特許請求の範囲のみによって限定される。

１０、３４ インペラおよび切断ヘッドアセンブリ
１２ 供給ホッパ
１４、４２ 電動モータ
１６ 駆動ベルト
１８ 上側カバー
２０ 下側カバー
２４、３６ インペラ
２６、３８ 切断ヘッド
３０ 粉砕装置
３２ ダクト
４０ 供給口
４４ 下部出口
４６ パドル
４８ セパレータ
５０ ナイフ
５２ 流路
５４ ケーシング
５６ スピンドル
５８ 出力軸
６０ アーム
６２、６６、６８ 導管
６４ コネクタパネル
７０ 空洞
７２ 供給ホッパ
７４ テーブル
７６ サポート

Claims (19)

1. 粉砕装置と該粉砕装置を完全に包囲するダクトとを備える材料細分化装置であって、
   該粉砕装置は、
   切断ヘッドと、
   該切断ヘッドの内側でその軸を中心に回転するインペラと、
   前記切断ヘッドに配置され、前記インペラにより押し込まれる材料のサイズを縮小化させる手段と、
   前記インペラの軸と直列に配置され、前記切断ヘッドおよび前記インペラを支持するとともに、前記インペラに連結され、該インペラを前記切断ヘッド内で回転させるシャフトを備える、電動モータユニットと、
   前記電動モータユニットから伸長する複数のアームを備え、前記電動モータユニットに物理的に連結され、かつ、該粉砕装置を前記ダクトの内側に支持する手段と、
   前記アームの少なくとも１つの内部に備えられ、前記粉砕装置を前記ダクトの外部に連結させる、少なくとも１つの導管と、を有している、
   材料細分化装置。
2. 前記少なくとも１つの導管が、前記電動モータユニットに冷却フローをもたらす冷却流路を備える、請求項１に記載の材料細分化装置。
3. 前記少なくとも１つの導管が、前記モータユニットに電気配線を通すための通路を備える、請求項１に記載の材料細分化装置。
4. 前記少なくとも１つの導管が、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞からの排水を可能とする排出流路を備える、請求項１に記載の材料細分化装置。
5. 前記少なくとも１つの導管が、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞をガスで加圧するための流路を備える、請求項１に記載の材料細分化装置。
6. 前記少なくとも１つの導管が、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞に洗浄液を供給するよう構成されている、請求項１に記載の材料細分化装置。
7. 前記粉砕装置を少なくとも２つ備え、該２つの粉砕装置は、同軸に直列に配置され、第１の粉砕装置によって粉砕処理された材料を、第２の粉砕装置がさらに処理するように構成されている、請求項１に記載の材料細分化装置。
8. 前記粉砕装置は、前記ダクトの内側に前記アームにより支持されている、請求項１に記載の材料細分化装置。
9. 前記ダクトおよび前記粉砕装置を面上に支持する手段をさらに備える、請求項８に記載の材料細分化装置。
10. 前記ダクトと前記電動モータのケージングとの間に形成され、前記材料のサイズが縮小化された後、該材料を前記切断ヘッドの径方向外側の位置から、前記電動モータおよび前記アームよりも下方へ送る流路をさらに備える、請求項１に記載の材料細分化装置。
11. 材料細分化装置を用いた材料を縮小化させる方法であって、
    前記材料細分化装置は、請求項１に記載の材料細分化装置であり、
    前記材料を、回転中の前記インペラ内に導入し、前記材料のサイズを縮小化させる手段を用いて該材料を破砕する工程と、
    粉砕後の前記材料を、前記ダクトの内側で、前記電動モータユニットおよび前記アームの周囲を、重力により下方に流動させる工程と、
    を備える、
    材料を縮小化させる方法。
12. 前記少なくとも１つの導管を通じて、前記電動モータユニットに冷却フローをもたらす工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記少なくとも１つの導管を通ずる電気配線により、前記電動モータユニットを導通させる工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
14. 前記少なくとも１つの導管を通じて、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞から排水する工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
15. 前記少なくとも１つの導管を通じて、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞をガスにより加圧する工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの導管を通じて、前記切断ヘッドと前記電動モータユニットとの間にある空洞に洗浄液を供給する工程をさらに備える、請求項１１に記載の方法。
17. 前記材料が固形物である、請求項１１に記載の方法。
18. 前記材料が医薬品である、請求項１１に記載の方法。
19. 前記材料が液体である、請求項１１に記載の方法。

Images