JP7092552B2 - メディア撹拌型粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、バッチ処理を行う乾式のメディア撹拌型粉砕機に関する。

乾式のメディア撹拌型粉砕機は、撹拌される粉砕メディア間に発生する剪断力や衝撃力を利用して粉粒体を微細化する処理である。
粉砕メディアとしては、ステンレス鋼や耐摩耗性セラミックスなどを素材とし、直径３～１５ｍｍの球状粒子を使用することが多い。

粉砕処理方法には、粉砕容器内に処理物を連続的に投入するとともに連続的に排出する連続処理の方法と、粉砕容器内に所定量の処理物を投入した後に、所定時間の処理を行うバッチ処理の方法とがある。
連続処理では、粉砕容器内に滞留する処理物の量が変動するなど、一様な粉砕処理を継続して行うことが難しいために、粉砕後の粒子径が広い範囲に広がって粒度分布がブロードな曲線となり易い。
バッチ処理の方が、均一性の高い製品とすることが可能である。すなわち、処理物全体に対して一様な粉砕処理を行うことが容易なために、粉砕後の粒子径が比較的狭い範囲に集中することになり、粒度分布がシャープな曲線となる。

特許文献１にはバッチ処理を行うメディア撹拌型粉砕機が記載され、均一性の高い処理を行うためには、処理物の供給口及び排出口において処理物の溜まりを生じない構造とすることが必要であり、このために有効な供給弁及び排出弁について記載されている。
また、回転軸にガスシールを行う場合には、ガス排出口に処理物の溜まり（付着物）が発生するので、付着物を除去する手段が記載されている。

特開２０１５－２０１２７号公報

しかしながら、粉砕処理の対象となる処理物の範囲が拡大するに従って、さらに処理の難しい処理物が出現するとともに、高度な均一性が要求されるようになっている。
例えば、お茶、漢方薬、焙煎コーヒーなどの植物では、水分や油分などの成分によって付着性が変動するが、常に安定した処理を可能とする手段が求められている。
また、ガスシールを用いる処理ではガス排出口が閉塞する問題があり、粉砕容器壁面の付着対策とともに、ガス排出に関する対策が求められている。

そこで、本発明は、乾式でバッチ処理を行う粉砕処理において、ガスシールされる回転軸のために設けられたガス排出口における付着防止が可能なメディア撹拌型粉砕機を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明のメディア撹拌型粉砕機は、バッチ処理を行う乾式のメディア撹拌型粉砕機であって、円筒状をなす粉砕容器と、前記粉砕容器の一端壁から挿通されて撹拌部材を有する回転軸と、ガスシールされる前記回転軸のために前記粉砕容器に設けられるガス排出口とを備え、前記ガス排出口に対して、制御部からの指令によりガス排出を一時的に中断して付着物を除去する付着物除去手段が設けられていることを特徴とする。

ここで、前記付着物除去手段が、前記ガス排出口内を移動するピストンによって形成されていることが好ましい。さらに、前記ガス排出口が、前記粉砕容器の前記一端壁に対向する他端壁に設けられていることが好ましく、特に、前記ガス排出口を、前記回転軸の延長線上に位置する構成とすることができる。
また、前記ガス排出の中断が、前記回転軸の回転を一時停止するとともに行われることが好ましく、前記回転軸の停止の後に、回転方向が逆の方向に交代される構成とすることができる。

このように構成された本発明のメディア撹拌型粉砕機は、ガス排出口の付着物除去手段が、ガスの排出を一時的に中断して付着物の除去を行うため、確実に除去することができる。
また、ガス排出の中断とともに、回転軸を一時停止して回転方向の交代を行うことにより、粉砕容器壁面の付着防止を併せて行うことができる。このため、処理物の成分変動などで付着性が変動しても常に一様な粉砕処理を行うことができる。

本実施の形態のメディア撹拌型粉砕機の一例を示す概略構成図である。 ガス排出口及びガス排出弁の一例を示す概略構成図である。 ガス排出弁の構造を示す概略一部断面図である。 粉砕容器内の付着防止について説明するための図であって、（ａ）は回転軸の方向に見た概略断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ矢視方向で見た概略断面図である。

図１は、本発明の実施の形態であるメディア撹拌型粉砕機１０を一例として示す概略構成図である。
メディア撹拌型粉砕機１０は、バッチ処理の乾式粉砕を行う粉砕機である。
湿式粉砕が、液体中に固形分が懸濁したスラリー状態での粉砕処理であるのに対して、乾式粉砕は、固体粒子をその状態で粉砕する粉砕処理である。固体粒子が、付着水分などの液体を含んでいる場合も、スラリー状態としない限り乾式粉砕とする。

メディア撹拌型粉砕機１０は、横型円筒状の粉砕容器２０内に、一端壁２１から回転軸５０が挿通され、この回転軸５０は一端壁２１に対向する他端壁２２に向けて延伸される。また、回転軸５０は、複数の撹拌棒からなる撹拌部材５１を備えている。
粉砕容器２０の内部に、粉砕メディア及び処理物となる固体粒子を投入し、回転軸５０とともに撹拌部材５１を回転して、粉砕容器２０の内部を所定の時間撹拌する。
この撹拌によって粉砕メディア間に剪断力や衝撃力が発生し、処理物を微細化することができる。

粉砕容器２０は、処理物を投入するための供給口３１と処理物を排出するための排出口３２を備えている。そして、供給口３１は供給弁３６を備え、排出口３２は排出弁３７を備えている。供給弁３６及び排出弁３７は、処理物及び粉砕メディアの溜まりを生じない構造に形成され、粉砕処理が行われている間は閉じた状態とされている。

回転軸５０の軸封部５６は、ガスを供給してガスシールを行う構成となっている。
すなわち、粉砕容器２０の一端壁２１に設けられた開口と回転軸５０との隙間にガスを供給して、処理物が隙間に入ることを防ぐとともに、外部から異物が侵入することを防ぐことができる。
そして、軸封部５６にガスを供給するために、自動弁６６を備えるガス供給ライン６１が設けられている。

ガスシールを行うためには、粉砕容器２０から外部にガスを排出する必要があるので、粉砕容器２０には、ガス排出弁７０を備えるガス排出口３３が設けられ、ガス排出ライン６２からフィルタ６０を介して大気に放出されるようになっている。
ガス排出弁７０は、粉砕処理が行われている間は開いた状態とされている。このため、ガス排出口３３は、処理物が溜まり易い状態となっている。

本実施の形態のメディア撹拌型粉砕機１０は、次の２つの手段を備えている。
（１）ガス排出口３３が付着物除去手段を備えており、ガスの排出を一時中断して付着物を除去することができる。
（２）粉砕容器２０の内表面に付着した処理物を除去するために、回転軸５０は、制御部８２からの指令９１によって回転方向の交代を行う。

まず、ガス排出口３３に溜まった処理物の除去について説明する。
図１に示すように、制御部８２は指令９２によりガス排出弁７０を開閉するとともに、指令９３により自動弁６６を開閉することができる。

図２は、ガス排出口３３が粉砕容器２０の他端壁２２に設けられ、ピストン７２を備えるガス排出弁７０が取り付けられた状態を示している。
ガス排出弁７０は、粉砕処理が行われている間は開とされているので、内部に処理物の堆積（付着）が発生するが、一時的に、ピストン７２を移動して除去することができる。すなわち、ガス排出弁７０のピストン７２が付着物除去手段として機能している。

図３は、ガス排出弁７０を詳細に示している。
粉砕容器２０は他端壁２２にフランジ２５を備えて、ガス排出弁７０のフランジ７６が取り付けられている。
ガス排出弁７０は、筒状部７１内を移動するピストン７２を備えており、ピストン７２は、エアシリンダ７５により駆動される軸部材７３によって移動する。

図３において、実線で示されたピストン７２が開の状態での位置であり、仮想線（２点鎖線）で示されたピストン７２が閉の状態での位置である。
開の状態では、筒状部７１および連通部７７が粉砕容器２０の内部に開放されている。このため、粉砕容器２０のガス排出口３３は、ガス排出弁７０の筒状部７１によって形成されていることになる。

粉砕処理を行う際には、制御部８２からの指令９２でガス排出弁７０を開くとともに、指令９３により自動弁６６を開として軸封部５６にガスを供給する。
粉砕容器２０に供給されたガスは、筒状部７１及び連通部７７を通過した後、ガス排出ライン６２からフィルタ６０を経て大気へ放出される。
ガス排出口３３から排出されるガスには、粉砕容器２０内の処理物が同伴するために、筒状部７１内において処理物が付着し、堆積することになる。

ガス排出口３３における付着物を除去するために、一時的にガス排出弁７０および自動弁６６を閉の状態とする。すなわち、ガスの供給及び排出を一時的に中断するとともに、ピストン７２を閉の状態へと移動することにより、筒状部７１内の付着物を粉砕容器２０内に押し戻して除去することができる。この後に、ガス排出弁７０および自動弁６６を開の状態としてガスシールを再開する。
この付着物除去作業によって、付着していた処理物は粉砕容器２０に戻され、再び粉砕処理を受けることになる。

ガス排出口３３の位置は、周壁２３では処理物および粉砕メディアの強い動きを受けるので、他端壁２２とすることが好ましい。
そして、回転軸５０の先端を他端壁２２に近づけるとともに、回転軸５０の延長線上にガス排出口３３を設けて、回転軸５０の先端がガス排出口３３を覆い隠す形態とすることが好ましい。

回転軸５０と他端壁２２との隙間Ｇは、粉砕メディアを噛み込まないように充分に狭くすることが好ましく、２ｍｍ以下とすることが好ましい。
また、回転軸５０の先端部に羽根を設けて処理物に遠心力を与えて、ガス排出口３３の内部に入り難い状態とすることが好ましい。

このように、ガス排出弁７０のピストン７２を付着物除去手段とした場合を示したが、これに限らず、スクリューを回転する手段や、羽根を回転する手段により付着した処理物を粉砕容器２０内に戻すこともできる。
すなわち、自動弁６６を閉とすることによりガスの供給を停止すれば、ガス排出口３３からの排出ガスを一時的に中断することが可能であり、この状態で羽根などを回転して付着物の除去を行うことができる。

次に、回転軸５０の回転方向の交代と、付着物の除去について説明する。
図４（ａ）は、メディア撹拌型粉砕機１０の内部を回転軸５０の方向に見た概略断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ矢視方向で見た概略断面図である。
回転軸５０の回転方向は、図４（ａ）の矢印で示す方向を時計回り、逆の方向を反時計回りと呼ぶ。また、図４（ｂ）において、撹拌部材５１の先端が通過する部分を通過位置ｘとし、２つの通過位置ｘ，ｘの中間を中間位置ｙと呼ぶことにする。

図４（ａ）において、撹拌部材５１が時計回りの方向に回転すると、粉砕メディアと処理物の上面は、右側では少し下降し、左側では少し上昇する。
そして、回転が速くなるに従って、粉砕メディアと処理物が上部の空間を左側から右側に向かって移動するようになる。粉砕メディアの移動方向は比較的ランダムであり、回転速度が速くなると、移動状態も次第に激しくなる。

このように、図４（ａ）では、一方の側で掻き上げられた粉砕メディアが、他方の側へ投げ込まれるように見える。
そこで、時計回りにおける左側を掻き上げ側、右側を投げ込み側と称し、反時計回りにおける右側を掻き上げ側、左側を投げ込み側と称することにする。

図４（ｂ）では、粉砕メディアの動きが、掻き上げ側と投げ込み側とで異なり、また、通過位置ｘと中間位置ｙとで異なっていることを説明する。
掻き上げ側では、通過位置ｘと中間位置ｙとで、粉砕メディアの動きが明確に異なっており、通過位置ｘでは動きが激しく、中間位置ｙでは動きが鈍い。
また、投げ込み側では、通過位置ｘと中間位置ｙとで動きに差はあるものの、その差は少なく、全体的にランダムな動きとなっている。

処理物の動きに着目すると、掻き上げ側では、粉砕メディアの動きが激しい通過位置ｘから動きの少ない中間位置ｙに向かって処理物が移動する傾向があり、中間位置ｙの壁面付近に集まる傾向がある。そして、時間の経過と共に、処理物が中間位置ｙの壁面に付着して、次第に大きく成長する傾向がある。
一方、投げ込み側では、全体的に粉砕メディアの動きがあるために、処理物も同伴して動く傾向があり、通過位置ｘ及び中間位置ｙの何れにも付着しない。

次に、掻き上げ側に処理物が付着成長した状態で、回転軸５０の回転方向を交代させた場合には、反時計回りとなって、右側が掻き上げ側となり、左側が投げ込み側となる。
そうすると、投げ込み側となった左側では、全体的にランダムな粉砕メディアの動きによって、壁面に付着していた処理物が次第に除去されていく。
同時に、掻き上げ側となった右側では、処理物が通過位置ｘから中間位置ｙに向かって移動し、壁面に付着して次第に成長する。

このように、掻き上げ側では、処理物が付着・成長する傾向がある。
掻き上げ側では、粉砕メディアの動きが通過位置ｘと中間位置ｙで異なり、動きの激しい通過位置ｘから動きの鈍い中間位置ｙに処理物が移動し、中間位置ｙで付着・成長するからである。

一方、投げ込み側では、処理物が付着しないばかりでなく、付着している処理物が除去される傾向がある。
すなわち粉砕メディアがランダムに投げ込まれるために、壁面付近の動きもランダムとなって、処理物が特定の場所に移動したり、付着したりすることがない。そして、このようなランダムな動きによって、壁面に付着している処理物を除去することができる。

このため、撹拌部材５１の回転方向を交代することにより、投げ込み側となった壁面で付着物の除去が行われるようになる。
すなわち、粉砕処理を行っている間、粉砕容器２０には常に付着が起きるが、回転方向の交代を行うことによって、これを除去することができる。
この結果、処理物は、全体が一様に処理されることになって、シャープな粒度分布を備える製品にすることができる。要するに、メディア撹拌型粉砕機１０であれば、粉砕容器２０内における処理物の溜まりや付着をなくし、製品の粒度分布を常にシャープな曲線とすることができる。

本実施の形態のメディア撹拌型粉砕機１０は、回転軸５０がガスシールされる場合の粉砕機であって、ガス排出口３３が付着物除去手段を備えるとともに、ガスの排出を一時的に中断して付着物の除去を行う。
そして、粉砕容器２０の内表面の付着物を除去するために、回転軸５０は、回転方向の交代を行うことができる。また、回転方向の交代には回転の一時停止を伴うので、これに合わせてガスの中断を行うことが好ましい。

メディア撹拌型粉砕機１０は、駆動部８１が一次側電源８３からの電力を最適な状態として電動機５５を駆動し、駆動部８１は制御部８２からの指令９１によって回転軸５０の回転方向を交代することができる。
回転軸５０の回転方向を交代するために、また回転数を自由に選択するために、一次側電源８３からの交流電力を整流器により一旦直流に変換した後に、インバータにより再び撹拌に適した交流とする構成が好ましい。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計変更は、本発明に含まれる。
例えば、粉砕容器２０の外側にジャケットを設けて、冷却水を用いて内部の温度上昇を制限するような構造とすることができる。

１０ メディア撹拌型粉砕機
２０ 粉砕容器
２１ 一端壁
２２ 他端壁
３３ ガス排出口
５０ 回転軸
５１ 撹拌部材
７２ ピストン
８２ 制御部

Claims (5)

1. バッチ処理を行う乾式のメディア撹拌型粉砕機であって、
   横型円筒状をなす粉砕容器と、
   前記粉砕容器の一端壁から挿通されて前記一端壁に対向する他端壁に向けて延伸されるとともに撹拌部材を有する回転軸と、
   前記一端壁に設けられた開口と前記回転軸との隙間にガスを供給するガス供給ラインに接続される軸封部と、
   前記軸封部によってガスシールされる前記回転軸のために前記粉砕容器の前記他端壁に設けられるガス排出口とを備え、
   前記ガス排出口に対して、前記ガス供給ラインによるガスの供給を停止することによりガス排出を一時的に中断して付着物を除去する付着物除去手段が設けられていることを特徴とするメディア撹拌型粉砕機。
2. 前記付着物除去手段が、前記ガス排出口内を移動するピストンによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のメディア撹拌型粉砕機。
3. 前記ガス排出口が、前記回転軸の延長線上に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載のメディア撹拌型粉砕機。
4. 前記ガス排出の中断が、前記回転軸の回転を一時停止するとともに行われることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のメディア撹拌型粉砕機。
5. 前記回転軸の停止の後に、回転方向が逆の方向に交代されることを特徴とする請求項４に記載のメディア撹拌型粉砕機。

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