JP7153468B2 - 粉砕機 - Google Patents

Description

本発明は、回転刃と固定刃とを備え、対向する刃面間において固体粒子を粉砕処理する粉砕機に関する。

特許文献１には、固体粒子を粉砕処理する粉砕機の一例が記載されている。
この粉砕機は、円筒状の容器と、容器の一端壁を挿通して設けられる回転軸と、回転軸に取り付けられる回転刃と、容器の他端壁に設けられる固定刃と、固定刃の中央部を経由して設けられる処理物の供給口と、容器の周壁に設けられる処理物の排出口とを備えて、回転刃と固定刃との刃面間において処理物を連続的に粉砕する粉砕機である。
回転刃は１分間に１万回程度の高速で回転される。処理物は、他端壁にある供給口から固定刃の中央部を経て、回転刃と固定刃との刃面間に導入され、刃面間において剪断力や切断力による粉砕作用を受けて粉砕処理される。

このタイプの粉砕機は、穀類や豆類の擂潰用として多く用いられてきたが、最近では、廃ゴム材、木材、プラスチックなどの粉砕にも用いられている。すなわち、弾力性のある材料や靭性の高い材料の粉砕処理にも適しているのである。
しかしながら、粉砕処理を受けることによって温度が上昇するので、処理物によっては冷却機能を必要とする場合がある。

例えば、処理物がプラスチックである場合には、高温で溶融して、粉砕処理が不可能となる場合がある。
また、処理物が食品の場合には、温度が上昇すると空気による酸化や細菌の繁殖などによって腐敗し、栄養素が破壊され、素材本来の香りや味を失うことになる。

特許文献２には、回転刃と固定刃とを備える類似の粉砕機であって、冷却機構を備える粉砕機が記載されている。そして、回転刃及び固定刃において冷却媒体を流す冷却空間は、保持部材と刃部材との間に環状に形成され、この空間を冷却媒体が周方向に流れるようになっている。

特開平１０－２８８９４号公報 特開昭５９－９０６４４号公報

しかしながら特許文献２の粉砕機では、刃面間で発生する熱量に対して、回転刃及び固定刃における冷却能力が不足して、処理物を十分に冷却することが困難である。また、冷却機構全体が非常に複雑に形成されているために、冷却媒体が処理物の側に漏洩する可能性を否定できない構造となっている。
そこで、本発明は、円筒状の容器内に回転刃と固定刃とを備える粉砕機であって、回転刃を高速回転させて優れた粉砕効率を備えるとともに、処理物の温度上昇を抑制するための効率の高い冷却性能が発揮でき、かつ冷却媒体が漏洩することのない構造を備える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、本発明の粉砕機は、回転刃と固定刃との刃面間において処理物を粉砕する粉砕機であって、円筒状の容器と、前記容器の一端壁を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられる前記回転刃と、前記容器の他端壁に設けられる前記固定刃とを備え、前記回転刃は、円盤状の保持部材と、前記保持部材に取り付けられる刃部材及びカバー部材を備え、前記保持部材と前記カバー部材との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間が形成され、前記冷却空間において前記冷却媒体の入口となる開口と、前記冷却媒体の出口となる開口とは、前記回転軸の軸心からの距離が異なっていることを特徴としている。

そして、前記回転軸が、二重管によって形成される外管流路及び内管流路を備え、前記冷却空間において、前記内管流路に連通する前記開口が、前記外管流路に連通する前記開口よりも前記軸心の近傍に位置していることが好ましい。
また、前記内管流路に連通する前記開口が、前記回転軸に向かって形成されていることが好ましく、前記外管流路に連通する前記開口が、前記カバー部材に形成されていることが好ましい。

そして、前記冷却媒体が、前記内管流路から前記冷却空間に供給され、前記冷却空間から前記外管流路に排出されることが好ましく、また、前記入口となる前記開口と前記出口となる前記開口が、それぞれ複数個形成されていることが好ましい。

本発明の粉砕機は、上記の構造を採用したことにより、冷却媒体の流量を大幅に増加させることが可能となり、優れた冷却性能を発揮することができる。
また、冷却媒体を刃部材に直接接触させるのではなく、保持部材を介して間接的に接触させる手段を採用したことにより、冷却媒体の漏洩を確実に防止することができる。

本実施の形態の粉砕機の一例を示す概略断面図である。 図１におけるＸ－Ｘ矢視方向で見た概略断面図である。 （ａ）は回転刃の構成を示す概略断面図であって、（ｂ）は軸部の詳細説明図である。 （ａ）は図３に示す保持部材をカバー部材の側から見た概略図であって、（ｂ）は（ａ）のＹ－Ｙ矢視方向で見た断面図である。 （ａ）は図３に示すカバー部材を保持部材の側から見た概略図であって、（ｂ）は（ａ）のＺ－Ｚ矢視方向で見た断面図である。 （ａ）は固定刃の構成を示す概略断面図であって、（ｂ）はノズルの詳細説明図である。

図１は、本発明の実施の形態である粉砕機の一例を示す概略断面図であり、図２は、図１におけるＸ－Ｘ矢視方向で見た概略断面図を示している。

粉砕機１０は、円筒状の容器２０に、容器２０の一端壁２１を挿通する回転軸３０が設けられ、回転軸３０には回転刃５０が取り付けられている。
容器２０の他端壁２２は、固定刃６０を備える蓋部材２５により閉塞されるとともに、蓋部材２５の中央部を経由して処理物の供給口２８が設けられている。また、容器２０の周壁２３には、処理物の排出口２９が設けられている。処理物は、連続的に又は断続的に供給されて粉砕処理を受けることができる。

容器２０の一端壁２１には、回転軸３０を軸支するために軸受３９を備える軸受部３８が設けられている。また、軸受部３８には、容器２０内と軸受３９とを区画するために、図示しないシール部材が設けられている。空気などのガスを用いてシールすることも可能である。

回転軸３０に取り付けられた回転刃５０は、回転側保持部材５１と、回転側刃部材５２と、回転側カバー部材５３などを備えて構成されている。回転刃５０は、その刃面を固定刃６０に向けて位置している。
そして、回転側保持部材５１と回転側カバー部材５３との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間Ａが形成され、回転側刃部材５２を冷却媒体に直接接触させることなく冷却することができる構造となっている。

容器２０の他端壁２２は、取り外し可能な蓋部材２５によって閉塞され、蓋部材２５に固定刃６０が取り付けられている。固定刃６０は、固定側保持部材６１と、固定側刃部材６２と、固定側カバー部材６３などを備えて構成されている。固定刃６０は、その刃面を回転刃５０に向けて位置している。
そして、固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間Ｂが形成され、固定側刃部材６２を冷却媒体に直接接触させることなく冷却することができる構造となっている。

本明細書では、回転側保持部材５１及び固定側保持部材６１を、単に「保持部材」と、回転側刃部材５２及び固定側刃部材６２を、単に「刃部材」と、回転側カバー部材５３及び固定側カバー部材６３を、単に「カバー部材」と称することがある。

粉砕機１０では、回転刃５０と固定刃６０がともに、保持部材と、刃部材と、カバー部材とを備える構成である。しかし、回転刃５０のみが、保持部材と、刃部材と、カバー部材とを備える構成とすることも可能とする。

図３により、回転刃５０の冷却について説明する。
なお、以下の図を簡略化して示すために、ボルトナット及びボルト孔の記載をなるべく省略して、断面図における位置を一点鎖線で示すことにする。同様に、Ｏ－リングなどのシール部材は、断面図における位置を白丸で示す。

回転軸３０は、冷却空間Ａに冷却媒体を流通させるために、図３（ｂ）に示すように、外管３１の内部に内管３２が挿入された二重管として構成されている。そして、外管３１と内管３２とによって環状断面の外管流路４１が形成され、内管３２の内部に円形断面の内管流路４２が形成されている。
回転軸３０の駆動部側には、図示しないロータリージョイントが取り付けられており、ここに冷却媒体の供給管と排出管を接続することができる。これによって、外管流路４１または内管流路４２の何れか一方に冷却媒体の供給管を接続し、他方に排出管を接続することができる。

図３（ｂ）に示すように、外管３１と内管３２との間に、Ｏ－リングなどの区画部材８０を設けることによって、外管流路４１と内管流路４２とが区画されている。
そして、区画部材８０の両側において、外管３１に設けられた開口４６及び開口４７によって、回転軸３０から冷却空間Ａへ往復する流通路を形成することができる。
ここでは、冷却媒体を内管流路４２から冷却空間Ａへ供給し、冷却空間Ａから外管流路４１へ排出する場合を示している。

回転刃５０を取り付ける軸先端部３５は、外管３１が少し小径に形成され、先端が閉塞されて雄ネジ３６を備えている。ここに、袋ナット３７を取り付けることができる（図３（ｂ）の矢印参照）。
図３（ａ）に示すように、回転側保持部材５１は、中央に筒状の軸保持部５５を備え、回転軸３０の軸先端部３５を密着して挿通することができる。
軸保持部５５には、回転軸３０の開口４６に連通される流路７１と、回転軸３０の開口４７に連通される流路７２とが形成されている。
また、回転側カバー部材５３には流路７３が形成されており、冷却空間Ａと流路７２とを流路７３によって連通している。

このような構成によって、冷却空間Ａには、冷却媒体を内管流路４２から開口４６及び流路７１を通って供給することができる。また、冷却空間Ａから、冷却媒体を流路７３、流路７２及び開口４７を通って外管流路４１に排出することができる。
なお、後述するように、開口４６及び開口４７は、複数個設けられることが好ましく、これらに連通する流路７１、流路７２及び流路７３も同数とすることが好ましい。

回転側保持部材５１は、その軸保持部５５が２つの端部板５６，５７によって挟持された状態で回転軸３０に取り付けられている。このため、袋ナット３７を締め付けることによって、小径の軸先端部３５に位置している軸保持部５５は、端部板５６，５７とともに回転軸３０の大径側に押しつけられて固定されることになる。

そして、端部板５７と軸先端部３５との間にはシール部材８１が、端部板５７と軸保持部５５との間にはシール部材８２が設けられている。同様に、端部板５６と軸先端部３５との間にはシール部材８３が、端部板５６と軸保持部５５との間にはシール部材８４が設けられている。したがって、袋ナット３７を締め付けることにより、軸先端部３５と軸保持部５５との間が緊密にシールされ、冷却媒体の漏洩を確実に防ぐことができる。
なお、シール部材８１などとしては通常Ｏ－リングが使用されている。

また、回転側カバー部材５３と回転側保持部材５１との間には、シール部材８５，８６が設けられている。このため、ボルト９１を締め付けることによって、回転側カバー部材５３と回転側保持部材５１との間が緊密にシールされ、冷却媒体の漏洩を確実に防ぐことができる。
雄ネジのボルト９１に対する雌ネジとしては、ナットを使用しても良いし、回転側保持部材５１又は回転側カバー部材５３にネジ孔を設けても良い。

続いて図４及び図５を参照しながら、冷却空間Ａにおける冷却媒体の流れについて説明する。
図４（ａ）は、回転側保持部材５１を回転側カバー部材５３の側から見た概略図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＹ－Ｙ矢視方向で見た断面図である。
また図５（ａ）は、回転側カバー部材５３を回転側保持部材５１の側から見た概略図あり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＺ－Ｚ矢視方向で見た断面図である。
冷却空間Ａは、回転側保持部材５１と回転側カバー部材５３とによって形成され、回転側保持部材５１の内部には、図４（ａ）に示すように、壁面５９から複数（２０個）の突出部５８が放射状に設けられている。

ここで、外管３１には、２個の開口４６及び２個の開口４７が設けられ、軸保持部５５には２個の流路７１及び２個の流路７２が形成されている。また、図５に示すように、回転側カバー部材５３には２個の流路７３が形成されている。
すなわち、内管流路４２からの冷却媒体は、２個の開口４６から２個の流路７１を通って冷却空間Ａに供給される。また、冷却空間Ａから、２個の流路７３と２個の流路７２を通って２個の開口４７から外管流路４１に排出される。

冷却空間Ａは、図４（ａ）に示すように、軸保持部５５に設けられた２個の流路７１によって、２個の入口となる開口７１１，７１１を備えている。また、図５に示すように、回転側カバー部材５３に設けられた２個の流路７３によって、２個の出口となる開口７３１，７３１を備えている。
本実施の形態の粉砕機１０は、冷却空間Ａにおける冷却媒体の入口となる開口７１１が、冷却媒体の出口となる開口７３１よりも、回転軸３０の軸心近傍に位置していることを特徴としている。

前述のように、回転刃５０は高速回転するので、冷却空間Ａの内部にある冷却媒体には遠心力が働くことになる。このため、軸心の近くに位置する入口となる開口７１１から、遠くに位置する出口となる開口７３１に向かって圧力が発生し、冷却媒体を開口７１１から開口７３１に向かって押出す作用が発生するのである。
すなわち、入口となる開口７１１を、出口となる開口７３１よりも軸心近傍に位置させることにより、冷却媒体の流量を著しく増加させることが可能であり、これによって回転刃５０における冷却能力を著しく改善することができる。

前述のように外管流路４１と内管流路４２とは、何れを冷却媒体の供給側とすることも可能であるので、本発明の特徴は次の通りとなる。
すなわち、冷却空間Ａにおいて、冷却媒体の入口及び出口を形成する開口７１１と開口７３１とは、回転軸３０の軸心からの距離が明確に異なっていることである。
具体的には、冷却空間Ａの内周壁７６から外周壁７７までの距離をＬ（図４（ｂ）参照）とするとき、開口７１１及び開口７３１について、軸心からの距離が、０．２Ｌ以上相違して位置していることである。

冷却空間Ａにおける冷却媒体の流れは、なるべく単純に、中心部から外周部に向かって流れることが好ましく、逆方向の流れを生じないことが好ましい。
入口となる開口７１１及び出口となる開口７３１の数をそれぞれ１個とした場合には、回転刃５０の高速回転によって偏心荷重が発生して、滑らかな回転が得られなくなる可能性がある。このため、開口７１１及び開口７３１は複数個とすることが好ましく、周方向に均等に配置することが好ましい。

回転軸３０に形成した開口４６及び開口４７は、必然的に、軸の先端に近い開口４６が内管流路４２となり、先端から遠い開口４７が外管流路４１となる。
そして、冷却空間Ａにおいて、入口となる開口７１１を軸保持部５５に形成し、出口となる開口７３１を回転側カバー部材５３に形成すると、開口７１１の方が開口７３１よりも軸の先端に近い位置となる。
したがって、この場合は、内管流路４２を冷却媒体の供給側とし、外管流路４１を排出側とすることになる。

逆に、冷却媒体を外管流路４１から冷却空間Ａへ供給し、冷却空間Ａから内管流路４２へ排出する場合には、回転側保持部材５１の壁面５９内部に排出用の流路を形成することによって、排出用の流路が供給用の流路よりも軸の先端側となるように配置する。

ここで、回転刃５０においては、内管流路４２に連通する開口７１１は、図３（ａ）に示すように、回転軸３０に向かって軸保持部５５に形成され、外管流路４１に連通する開口７３１は、回転側カバー部材５３に回転側保持部材５１に向けて形成されている。

次に、突出部５８について説明する。
回転側刃部材５２は、交換が容易であることが好ましく、回転側保持部材５１に対してボルトを用いて取り付けることが好ましい。そして、ボルトの雄ネジに対する雌ネジは、回転側保持部材５１に設けることが好ましく、冷却媒体が流出しないように、貫通しないネジ孔とすることが好ましい。このように、貫通しない雌ネジを設けるためには、突出部５８を設けることが好ましい。
また、冷却空間Ａによって回転側刃部材５２を冷却する熱伝達を考えると、突出部５８は壁面５９おけるフィン効果を発揮することができるので、突出部５８の表面積を大きくすることにより交換熱量を増やすことができる。

次に、図６を参照しながら、固定刃６０の冷却について説明する。
図６（ａ）に示すように、固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３との間に冷却空間Ｂが形成されている。
また、固定側保持部材６１と固定側カバー部材６３とは、２つのシール部材８７，８８によりシールされるとともに、２つのボルトサークルにおいて、ボルト９２，９３によって固定されている。
なお、ボルト９４によって、固定側保持部材６１が蓋部材２５に固定され、ボルト９５によって蓋部材２５が容器２０に固定されている。

固定側カバー部材６３には、短管で形成されたノズル６６及びノズル６７が取り付けられており、ここに冷却媒体の供給管と排出管とを接続することができる。
ノズル６６及びノズル６７は、図６（ｂ）に示すように、蓋部材２５に設けられた貫通孔２６，２７を通って、蓋部材２５の外側に突出するように形成されている。

回転刃５０と同様に固定刃６０においても、冷却空間Ｂに突出部を設けて、固定側カバー部材６３をボルトで固定することが好ましい。
このように、簡単な構造で冷却空間Ｂを形成することが可能であり、冷却媒体の漏洩を完全に防止することができる。
冷却空間Ｂでは、冷却媒体を自由な方向に流すことが可能である。例えば、周方向に流したり、半径方向に外向きと内向きを繰り返しながら流したりすることができる。

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、図１などに示した回転刃５０及び固定刃６０は、ともに中央部を凹ませた刃面を備えている場合を示したが、一方の刃面の中央部を突出させることや、又は平面に形成することも可能である。

１０： 粉砕機
２０： 容器
２１： 一端壁
２２： 他端壁
３０： 回転軸
４１： 外管流路
４２： 内管流路
５０： 回転刃
５１： 回転側保持部材（保持部材）
５２： 回転側刃部材（刃部材）
５３： 回転側カバー部材（カバー部材）
６０： 固定刃
７１１： 開口
７３１： 開口
Ａ： 冷却空間

Claims (4)

1. 回転刃と固定刃との刃面間において処理物を粉砕する粉砕機であって、
   円筒状の容器と、前記容器の一端壁を挿通して設けられる回転軸と、前記回転軸に取り付けられる前記回転刃と、前記容器の他端壁に設けられる前記固定刃とを備え、
   前記回転刃は、円盤状の保持部材と、前記保持部材に取り付けられる刃部材及びカバー部材を備え、前記保持部材と前記カバー部材との間に、冷却媒体を流通させる冷却空間が形成され、
   前記冷却空間において前記冷却媒体の入口となる開口と、前記冷却媒体の出口となる開口とは、前記回転軸の軸心からの距離が異なっているとともに、
   前記回転軸が、二重管によって形成される外管流路及び内管流路を備え、前記冷却空間において、前記内管流路に連通する前記開口が、前記外管流路に連通する前記開口よりも前記軸心の近くに位置していることを特徴とする粉砕機。
2. 前記内管流路に連通する前記開口が、前記回転軸の軸先端部を挿通する軸保持部に形成され、前記外管流路に連通する前記開口が、前記カバー部材に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の粉砕機。
3. 前記冷却媒体が、前記内管流路から前記冷却空間に供給され、前記冷却空間から前記外管流路に排出されることを特徴とする請求項１又は２に記載の粉砕機。
4. 前記入口となる前記開口と前記出口となる前記開口が、それぞれ複数個形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の粉砕機。

Images