JPH0320486B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 離解困難な原料を渦流式離解機で処理するに際
し、切頭円錐形界面における回転子／固定子の刃
のクリアランスを零にし、この零クリアランスの
回転子に加える馬力を少なくとも50％増大して繊
維を離解するのに十分なスラストと摩砕作用を達
成させることが、1976年３月30日付の本発明者の
米国特許第3946951号にすでに提案されている。

この方法はうまくいくが、回転子と固定子が急
激な摩耗を受ける。回転子と固定子を高価な耐摩
耗性材料でつくることもできるが、経済的な理由
からこの問題に対する他の解決法を見い出すこと
が望ましい。

本発明では、麻、亜麻、ぼろ布、革、合成繊
維、湿潤強力紙、各種接着剤で結合された繊維状
成分から成るシート原料、あるいは、その他の原
料の如き、離解困難な原料を、零クリアランスに
よる摩耗と引き裂きを避けるために約0.381mm
（15／1000インチ）の所定の刃クリアランスをも
つた渦流式離解機で処理することができる。

回転子／固定子クリアランスが約0.381mm
（15／1000インチ）の場合には、前記特許におけ
るが如く馬力を50％に大きくする必要はない。た
とえば、本発明において、15.6〜21.1℃（60゜〜
70゜F）の水を用いると、所要馬力は250馬力程度
（直径91.4cm（36″）、430RPM）である。原料投
入時、所要馬力は300〜310馬力まで増大する。数
分以内に粒子サイズが小さくなるので馬力は280
馬力まで下がり、温度の上昇とともに更に低下
し、原料は微粉砕される。原料投入時の馬力の増
大は単に抵抗の増加に基づくものであり、回転
子／固定子のクリアランスは変化していない。

上記の結果は、固定子にほぼ三角形セグメント
を環状に配列し、該セグメントが山と谷を交互に
形成し、両者を一体のリングとして鋸歯状に並置
することにより達成される。この三角形セグメン
トは、撹拌があまり重要でない場合には隣接セグ
メント間に平面空間を設けて等間隔に配置しても
よい。

各セグメントは平面図において二等辺三角形で
あるのが好ましく、固定子の周辺から回転子の中
心に向かつて内側に突き出し、セグメントの頂角
縁部が、みぞの入つたリングの輪郭を描き、該リ
ングが、回転子と固定子の刃の切頭円錐形界面の
原料入口開口を形成している。

各セグメントの各山は、隣接セグメントの後方
縁から“受入空間”、すなわち“谷”によつて隔
てられている前方の、すなわち“受入刃”を有
し、該受入刃が回転子の所定角度をなして交差し
“はさみ効果”を生じる。

一般に三角形のセグメントの頂点、すなわち山
の内角は、隣接セグメントの山相互間の受入空間
すなわち谷の外角と同様に鈍角であるのが好まし
い。離解容器に投入された原料に必要とされる材
料の撹拌、循環、粉砕度により、所望数のセグメ
ントを使用することができる。

切頭円錐界面のクリアランスは、0.254〜0.381
mm（0.010〜0.015インチ）の範囲が普通である。

図示のとおり、本発明の渦流式離解機２０は底
壁２２と直立側壁２３とを有する原料容器２１を
備え、その頂部には離解しようとする原料２５を
受け入れるための開口２４がある。離解原料２５
は、普通のクリアランス、スラスト及び馬力を備
えた通常の離解機では、離解するのが困難である
が不能であるような原料であつてたとえば、麻、
亜麻、布くず、古郵袋、革くず、濃厚ラテツクス
含浸靴側、原綿等である。このような材料に水を
加え、通常の離解機で離解をはじめても、全く離
解しないか、離解用回転子及び固定子が詰まつて
しまう。

1979年３月30日付の本発明者の前記米国特許第
3946951号における零クリアランス及びスラスト
の50％増加により、通常の離解機より上記材料の
離解が容易になつたが、部品の摩耗が増大する。

本発明の渦流式離解機２０には、独特の設計に
よる環状固定子２６が、好ましくは容器２１の側
壁２３に、同じく独特の設計による円形回転子２
７とともに取りつけられ、回転子２７は、回転軸
２８に固定され、固定子の内側で回転自在になつ
ている。軸２８は、２つの隔置された軸受２９及
び３１によつて支持されているカンチレバーであ
り、溝車３２もしくはこの技術分野に周知の他の
適当な動力源により駆動される。

固定子２６は、切頭円錐形の、刃及び溝付摩砕
下面３３を有し、回転子２７は、切頭円錐形の、
刃及び溝付摩砕外面３４を有し、この面３３及び
３４はいつしよになつて小さい端部３６を備えた
切頭円錐形の摩砕界面３５を形成し、容器２１の
内側３７に向かつて開口し、原料入口３８を形成
している。界面３５の大きい端部３９は、容器の
内側から離れた側に面し、環状室４１に離解され
た原料を排出する。

離解された原料は、導管４２及び弁８１，８２
から容器２１に戻して再循環処理してもよいし、
導管８３から次の工程に移送してもよい。弁８１
は、排出導管４２を部分的に閉鎖して、所望によ
り界面３５に背圧をつくり出すのに使用すること
もできる。

軸２８、回転子２７及び軸受２９，３１は、ハ
ンドル４３とギヤ・ラツク機構４４によつてユニ
ツトとして軸方向に動かすことができ、固定子の
切頭円錐形の下面３３に対して切頭円錐形の回転
子外面３４を前後させてクリアランスを変えるこ
とができるようになつている。界面３５のクリア
ランスは、約0.127mm〜0.254mm（５／1000〜10／
1000インチ）として過度の摩擦を避けるようにす
るのが好ましい。

本発明の回転子２７には、摩砕刃４５と溝４６
が交互に設けられていて、この刃は、４７で示さ
れている半径方向の線に対して好ましくは約35゜
の角度をなしている。回転子２７にはまた、４８
で示されているように複数の対称的に配置されて
いる渦流式羽根が設けられていて、各羽根は、回
転子のデイスク、すなわちプレート状の円形本体
４９から直立し、渦流を確立するように好ましく
は５２で示されるところで曲がつている、内側に
次第に傾斜している部分５１を備えている。

各渦流式羽根４８はまた、外側刃付縁５３を有
し、すべての羽根４５の刃５３が共同して、切頭
円錐形の、刃付外面５４の輪郭を形成し、離解困
難な原料が、羽根４８の渦流部分５１により、一
定方向に、通常、白抜きの矢印によつて示されて
いる円形通路内を時計方向に動かされる際に大き
なチヤンクが粉砕されるように使用される。

外側刃付縁５３は、切頭円錐界面３５におい
て、回転子２７の本体４９の面に対して好ましく
は約60゜の角度で傾斜しているだけでなく、平面
図において、４７で示されている半径方向の線に
対して30〜40゜の角度をなしているのが好ましく、
各刃５３の好ましい角度は、その先端５５からそ
の高位点５６までにおいて半径４７に対して約
35゜である。渦流式羽根４８相互の空間はそれぞ
れ５７で示されており、円錐頭部は５８で示され
ている。

交差角度が35゜となるような、各種の回転子と
固定子の刃の角度があり得ることが理解されよ
う。回転子が回転すると、回転子羽根の前縁が回
転面を描く。この回転面は、底面として回転子デ
イスクを備えた円錐の断面である。回転子の刃は
底面に対して垂直に配置されているが半径方向に
向けられていないので、この前縁は、半径方向の
平面と円錐面との交差と一致せず、むしろこの前
縁は、軸平面に関し界面において15゜の前縁角を
示している。

一方、各固定子セグメントの前縁は、界面にお
いて軸平面に対しほぼ50゜の角度を示している。
すなわち交差角は35゜である。

固定子２６は、ほぼ三角形の山５９及び谷６１
が環状に、対称に、交互に配列された形状をなし
ており、ほぼ三角形の山５９は、一体のリング
で、あるいは独立したセグメントで構成され、交
換が容易にできるようになつている。平面図で二
等辺三角形をしている各山５９と谷６１は頂部の
内角６２及び各谷の底部の外角６３が鈍角である
のが好ましい。

第７図から明らかなとおり、各山すなわち三角
セグメント５９の形状は、回転子２７の本体４９
に対して平らでなく、傾斜して切頭円錐の一部を
形成し、外面６４と切頭円下面６５は、回転子２
７上で半径方向の線４７の方向に走つている摩砕
刃６６と溝６７を交互に備えている。外周縁６８
は、回転子２７の本体４９の平面に垂直である
が、曲げられて、固定子２６の円形、環状の形態
と一致するようになつている。

各固定子の山、すなわち三角形のセグメント５
９は、一定方向に回転する回転子２７の羽根４８
によつて循環されるチヤンクの移動方向に向いて
いる受入刃、すなわち前刃６９を備えている。こ
の方向は白抜き矢印で示されているように時計方
向であるのが好ましい。各受入刃６９の前にある
谷６１はそれぞれ、本発明者が“受入空間”と呼
んでいる、離解困難な原料からなる大きなチヤン
クを受け入れるための空間を形成し、これらのチ
ヤンクは、固定子２６の山５９の受入刃６９と羽
根４８の外側刃付縁５３の連続的なはさみの刃の
ような動きをする変形衝撃切り裂きもしくは引き
裂きにより粉砕される。大きなチヤンクが十分に
小さくされて、摩砕界面３５に入れるような大き
さの繊維になると、その摩砕界面で更に離解さ
れ、大きな端部３９から排出され次の工程に移送
されるか、再循環せしめられる。

離解用の刃と溝がつけられた摩砕界面３５は原
料粉砕界面７１の後方にあり、両者とも切頭円錐
形である。各山の後方刃７２と各山の前方すなわ
ち受入刃６９は、円錐面が交差している平らな平
面によつて形成されているのでわずかに曲げられ
ている。

隣接谷６１の底部を通している４７のような半
径方向の線に対する、各山の各受入刃の角度は、
約50゜〜70゜の範囲であり、第３図のように平面に
おいて、約60゜であるのが好ましい。

また、好ましいはさみのような粉砕効果を与え
る受入角７３も、各回転子羽根の刃付縁５３が約
35゜の角度をもつて半径方向の線４７に対して配
置されかつ各山５９の受入刃６９が同じ線４７に
対して約60゜の角度をもつて配置される際に現わ
れて、その結果受入角７３が約25゜となるのが好
ましい（第６図）。

この受入角は、６〜９個のセグメント、すなわ
ち山に６〜９個の羽根が設けられているか、ある
いは20個以上の山と谷が設けられているかにかか
わらずほぼ同じである。山の数は、(1)回転子／固
定子の直径、及び(2)処理される材料の関数であ
る。

たとえば、大きな、厚みのある、重くて丈夫な
シートでは、直径91.4cm（36″）のユユツトの場
合、９個のセグメント及び同数の羽根をもつのが
よく、これより離解し易いものの場合にあつて
は、直径91.4cm（36″）のユニツトの場合、18〜
20個のセグメント及び９個の羽根、もしくは所望
によりこれよりいくつか多くをもつのがよい。

２組の相互作用する刃が同時に働いて、渦流式
羽根の大きい刃は、固定子の山の受入刃と協働し
て受入空間においてチヤンクを大ざつぱに粉砕
し、固定子と回転子のより小さい摩砕刃と溝が協
働して完全に離解作用を行うことが理解されねば
ならない。

回転子／固定子を併用することは、４つの異な
る機能すなわち、(1)撹拌、(2)粉砕、(3)離解、(4)循
環を行うのに必要である。最適のエネルギ利用率
を得るには、各状態においてこれらの要素をそれ
ぞれ最適化すること、すなわち、十分かつ過大で
ないようにすることが必要である。たとえば、撹
拌が過大であればエネルギを浪費し、離解が不充
分であれば生産性が低下する。したがつて適正な
“バランス”が必要とされる。

第２〜第６図の好ましい実施態様と対比して、
第８及び第９図に示されている変形例は、作用、
再循環速度、撹拌等が異なることは、図面から明
らかであろう。第８図の変形例は、再循環速度、
ならびに離解速度が増大するので、(1)供給原料が
すでに細片になつていて（すなわち、荒い粉砕が
不要であり）及び(2)撹拌が問題とならないような
場合に適当であろう。同様に、第９図の変形例
は、再循環速度が増大するので、(1)供給原料が繊
維状（たとえば綿）であり、(2)最小限の撹拌で充
分であるような場合に適当であろう。

第８図の環状刃付固定子６３は、平面図で二等
辺三角形の輪郭をもつた９個の山７４を有してい
るが、頂点の内角６２は極めて鈍角であり、三角
形の山７４は低くて、回転子の刃を越えてほんの
わずか突き出しているにすぎないことがわかる。
各隣接している山７４の間に平面部分７５が設け
られ、撹拌を少なくし、再循環速度を増大するよ
うになつている。というのは供給原料がすでに細
片になつているからである。

第９図では、環状刃付固定子７６は、同一の18
個の山７７を有し、その間には平面部分が配置さ
れていないため、その原料入口開口７８は多数の
受入刃７９により定儀される。

第１〜第９図の固定子の実施態様のほかに、別
の態様が第１１、第１２及び第１３図に示されて
いる。第１１図には、原料がすでに微粉砕されて
いる場合には、固定子８５は、中空でない、無傷
のリングであつてもよいことが示されている。こ
のような設計のものは、大きな繊維材料片が詰ま
つてしまう。これは綿リンターに使用する場合に
は詰まることなく作動するであろう。

第１２図に示されている固定子８６は、唯一の
谷８７、すなわち受入空間を有している。これ
は、中間原料用として適当であり、詰まるおそれ
を避けるため１つの逃げ道を与えている。第１１
図と第１２図の固定子は、撹拌そのものが問題と
ならないような場合にのみ適するものと思われ
る。

もう少し処理が難しい材料及び／又は撹拌が問
題となるような場合には、第１３図に示されてい
るような固定子８４が有効である。固定子８４に
は等間隔で３個の谷８８，８９及び９１が設けら
れ、これが、受入及び機会を増大し、撹拌を増大
している。

円錐頭部５８は、全原料入口開口をほとんどふ
さぐような高さ及び底面積のものであるか、ある
いは、回転子の周辺に外側に向かつて回転子の軸
に入つてくる原料を導くのに十分な大きさのもの
であればよい。

いずれにしても、材料が受け入れられ次いで界
面で処理されることは、交差角度すなわち“受入
角度”７３に依存している。浅すぎると、丈夫な
材料は単にすべるだけである。急すぎると、材料
が入り込めない。処理効率は、回転子の刃と固定
子の刃の積の関数であるから、本発明の装置は、
最適の角度をもつた一連の個々の傾斜面すなわち
受入刃６９により、著しい受入の機会を与えるも
のである。

刃と受入刃、すなわち傾斜面、角度とともに、
速度は受入に決定的なものであり、速すぎると、
原料が入り込める機がない。遅すぎると、原料が
逃げてしまう。大きな原料片は摩砕ゾーンから逃
げられないから詰まつてしまう。再循環は、回転
子と固定子の界面を横切る流れを促進することに
より、リフアイナーに導入するのに適した離解状
態となるまで粒子を粉砕する。回転子の回転は約
430rpmが好ましい。

運転の際、回転子／固定子の接触がないので本
発明の装置の摩砕界面においては金属の摩耗を最
小限とすることができ、クリアランスが固定され
ているので、供給後に回転子を固定子の方に動か
して所定のスラフト荷重を確立する必要はないこ
とが明らかであろう。

環状、刃付、溝付固定子は、一連の受入刃６９
が形成されるような形状をしていて、回転子の羽
根４８の刃５３と組み合わされて、はさみのよう
に作動して繊維材料等を裂き、切断し、ちぎつて
完全に離解された状態とする。これらの手段によ
り、たとえば、極めて大きな未処理のぼろ布片を
迅速かつ効率よく粉砕して均一な製糸原料とする
ことができる。

(A)厳密なクリアランスをもつて運転し、(B)全界
面領域が繊維によつて適正に“潤滑されるように
して金属と金属の接触を避けることにより回転
子／固定子の急激な摩耗は避けられる。このこと
は、多数の傾斜面、受入刃、もしくは厳密な角度
を与えて負荷のバランスをとるようにすることに
より更に確実なものとなる。更に、この装置は、
離解室の背圧を操作して（再循環系路の弁８１も
しくは８２を制限することにより）、キヤビテー
シヨン効果を克服し、かくして回転子／固定子刃
の完全利用を可能ならしめることができる。

実際に、この装置は極めて有効であり、米国特
許第3946951号の装置の性能にほぼ匹適し得るも
のである。多数の変形が可能であることはいうま
でもない。この原理は、適正な剪断作用、バラン
スのとれた負荷、完全な刃の利用、及び適正な撹
拌を与えるような回転子／固定子の組み合せによ
つて、繊維塊を確実に効率よく個々の処理繊維に
まで粉砕することである。

本発明の運転を成功させるために重要なこと
は、回転子の刃の数と形状、固定子要素の数と形
状、回転子／固定子の刃の交差角度、ならびに離
解室の背圧である。これらの要素を組み合せて、
供給原料のあらゆる成分が、均一で適正な処理を
受け、ぼろ布原料等が効率よく離解して個々の成
分となるようにする。

米国特許第3946951号の装置と比較すると、本
発明の装置は、適正な受入角度により、困難性が
少なく一層衝撃の機を与え、摩耗を低下させてし
かも同じ性能を与える。

ぼろ布繊維等の丈夫さを考えると、相当の抵抗
が回転子の回転に与えられるので、モータの負荷
は、いわゆる無負荷状態から著しく増大する。本
発明の装置によれば、負荷は典型的には、初期段
階で最低値から約60％増加し、次第に減少して処
理が完了する際には約20％になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の回転子の正面図であり；第
２図は、第１図の線２−２についての断面図であ
り；第３図は、本発明の固定子の正面図であり；
第４図は、第３図の線４−４についての断面図で
あり；第５図は、離解機の側壁に取りつけられた
本発明の回転子及び固定子の半断面図であり、離
解機はその一部が示されている。第６図は、固定
子の部分を切欠いて示す、離解機内部から見た回
転子及び固定子の正面図である。第７図は、固定
子のセグメントの一つを示す概略分解図である。
第８図及び第９図は、固定子の他の実施態様を示
す第６図に類似の図面であり；第１０図は、離解
困難な原料に対する本発明の装置の受入及び粉砕
能力を示す拡大部分側面図であり；第１１、第１
２及び第１３図は、固定子の他の実施態様を示
す、第６図に類似の概略図である。 ２０…渦流式離解機、２１…原料容器、２２…
底壁、２３…側壁、２６…固定子、２７…回転
子、２８…回転軸、３３…摩砕下面、３４…摩砕
外面、３５…切頭円錐界面、４５…摩砕刃、４６
…溝、４８…羽根、４９…回転子本体、５３…刃
付縁、５９…山、６１…谷、６４…外面、６５…
切頭円錐下面、６６…摩砕刃、６７…溝、６９…
受入刃、７１…原料粉砕界面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 渦流式離解機であつて： 底壁及び側壁を備えた原料容器と； 前記壁の１つに設けられている刃及び溝付の固
   定子と、該固定子の内側にあつて回転自在であり
   且つ前記容器内で原料を渦流循環せしめるため
   の、羽根付の渦流式回転子とを有し； 前記固定子が、前記容器内に向いている小さい
   開口端と前記容器から外に向いている大きな開口
   端とを備えた切頭円錐形の、刃及び溝付下面を有
   し； 前記固定子が、三角形の、山と谷を交互に有す
   る環状の、対称パターンの形状をなし、各山が受
   入刃を有し； 前記回転子上に設けられている渦流式羽根がそ
   れぞれその上に外刃付縁を有し、該外刃付縁が協
   働して切頭円錐形の、刃付外面の輪郭を描き； 前記固定子の刃及び溝付下面と前記回転子の刃
   付外面とが切頭円錐形の界面を形成し； 前記回転子の羽根が相互間に空間を有し、前記
   固定子の谷が受入空間を形成して前記原料の大き
   いチヤンクを受け入れるようになつており； 且つ、前記回転子の羽根の外刃付縁が前記固定
   子の山の受入刃と協働して、前記受入空間に受け
   入れられた前記チヤンクにはさみのような衝撃を
   連続的に付与してその大きさを漸次減寸させて前
   記界面に入れて離解させるようにしたことを特徴
   とする渦流式離解機。 ２ 前記回転子が、前記外刃付縁を越えて回転子
   の周辺に間隔を置いて交互に配置されている摩砕
   刃及び溝を有し、これらが前記固定子の刃及び溝
   付下面と協働して切頭円錐形の刃及び溝付の摩砕
   界面を形成している特許請求の範囲第１項に記載
   の渦流式離解機。 ３ 前記固定子の三角形の山が、二等辺三角形で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の渦流式離解
   機。 ４ 前記回転子上に設けられている前記各渦流式
   羽根の外刃付縁が、該外刃付縁の外側先端を通る
   半径方向の線に対して約30〜40゜の角度をなして
   配置されている特許請求の範囲第１項に記載の渦
   流式離解機。 ５ 前記固定子上に設けられている各山の受入刃
   が、前記山に隣接した谷の底を通る半径方向の線
   に対して50〜70゜の角度をなして配置されている
   特許請求の範囲第１項に記載の渦流式離解機。 ６ 前記切頭円錐形界面の角度が、前記固定子の
   大きな端部の直径に沿つた平面に対して約70゜で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の渦流式離解
   機。 ７ 前記各羽根の外刃付縁が、その外側先端を通
   る半径方向の線に対して約35゜の角度をなして配
   置され、前記固定子上に設けられている各山の受
   入刃が、前記山に隣接した谷の底を通る半径方向
   の線に対して約60゜の角度をなして配置され、前
   記各外刃付縁と回転する連続受入刃との間の角
   が、外刃付縁の外側先端が受入刃の外側先端にあ
   る際に約25゜であつて、前記原料の大きなチヤン
   クにはさみのように作用して粉砕するようにする
   ための受入角度を構成するようになつている特許
   請求の範囲第１項に記載の渦流式離解機。 ８ 前記各固定子が、隣接した山の各対の間に所
   定周長の角度のある部分を有しその周囲に一連の
   広巾の谷を構成し、特許請求の範囲第１項に記載
   の渦流式離解機。 ９ 前記固定子が、少なくとも20の前記三角形の
   山と谷を有し、それらがその周囲に角度をなして
   配置された多数の受入刃を形成して、各外刃付縁
   及び順次する各受入刃間の受入角は約25゜である
   特許請求の範囲第１項に記載の渦流式離解機。 １０ 原料の装入物を、離解のために水中で保持
   するための原料容器と、 前記装入物を前記原料容器内の通路で連続的に
   循環させるための循環手段と、 前記通路に沿つて位置付けされた原料減寸手段
   にして、前記原料の大きなチヤンクにはさみのよ
   うな剪断衝撃を連続的に付与し、それを摩砕手段
   に投入するための減寸部片へと漸次減寸するため
   の、回転子及び固定子による原料減寸界面を具備
   する前記原料減寸手段と、 前記通路に沿つて位置付けされた原料摩砕手段
   にして、前記減寸部片を受けそしてそれを離解す
   るための、回転子及び固定子による原料摩砕界面
   を、前記回転子及び固定子による原料減寸界面の
   後方に具備する前記原料摩砕手段と、 前記チヤンク及び減寸部片を、前記原料減寸界
   面に、次いで前記原料摩砕界面へと連続的に付勢
   するための手段と、 から成り立つ、前記特許請求の範囲第１項に記載
   の渦流式離解機。