(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
粉砕室を画成する粉砕部筐体と、前記粉砕室に収納され下面に固定粉砕面を有する固定ディスクと、該固定ディスクの中心を貫通し、被粉砕材料を供給する原料投入孔と、同心多重に配設された複数の回転粉砕ディスクを有し、該複数の回転粉砕ディスクの上面にそれぞれ移動粉砕面が形成された回転粉砕ディスク部と、同心多重に設けられ、中心側に位置する回転粉砕ディスクと外周側に位置する回転粉砕ディスクとにそれぞれ連結された複数の回転軸と、該複数の回転軸を介して前記複数の回転粉砕ディスクを回転駆動する駆動手段とを有し、前記中心側に位置する回転粉砕ディスクと前記外周側に位置する回転粉砕ディスクとの間に凹部が形成され、前記固定粉砕面と前記中心側に位置する回転粉砕ディスクの移動粉砕面との間で粗粉砕部が構成され、前記固定粉砕面と前記外周側に位置する回転粉砕ディスクの移動粉砕面との間で微粉砕部が構成され、前記被粉砕材料が前記粗粉砕部を通過する過程で粗粉砕が行われ、前記粗粉砕部を通過した被粉砕材料が前記微粉砕部で微粉砕される様構成されたことを特徴とする粉砕装置。
前記固定ディスクと前記回転粉砕ディスク部の少なくとも1つの粉砕面に溝を形成し、該溝により被粉砕材料に外周方向への分力が与えられる様構成した請求項1〜請求項4の内いずれかの粉砕装置。
【背景技術】
【0002】
既存の材料を微細粉に粉砕し、他の材料と混合することで新たな材料を開発する等、廃材を有効利用することが行われている。例えば、木材を微粉砕し、プラスチック粉と混合し、加熱、加圧成形し、複合材料を製作する等である。
【0003】
従来、粉砕装置として乾式の粉砕機が特許文献1に開示され、湿式の粉砕装置が特許文献2に開示されている。
【0004】
特許文献1に係る粉砕機は、同心多重に隔壁が設けられ、同心多重のリング状空間が隔壁によって形成され、前記隔壁に固定カッタが設けられ、前記リング状空間を回転する移動カッタが設けられ、中心に供給された被粉砕物が前記リング状空間を中心から外周に移動する過程で、前記移動カッタと前記固定カッタにより被粉砕物が粉砕される構成となっている。
【0005】
又、特許文献2に係る湿式の粉砕装置では、円筒状の空間に液状の被粉砕物が供給され、該空間には粉砕子が封入されており、被粉砕物と粉砕子が撹拌子によって掻回され、被粉砕物と粉砕子とがぶつかり合って被粉砕物が粉砕される構成となっている。
【0006】
特許文献1の粉砕機では、前記移動カッタと前記固定カッタに噛込まれた粉体が粉砕されるので、効率が悪く又、粉砕する粒度に限界があり、微細粉迄粉砕するのは困難である。
【0007】
又、特許文献2では、被粉砕物と粉砕子とがぶつかり合って被粉砕物が粉砕されるので、やはり、粉砕効率が悪く、更に粗粉と微粉とが混在した状態となるので、粉砕の粒度を制御することが困難であり、所定の粒度を得ようとするとフィルタ等により分離する必要が生じ、構成が複雑になると共にフィルタの交換等メンテナンスも煩雑となる等の問題があった。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
【0019】
図1は、本発明の第1の実施例に係る粉砕装置の概略を示している。
【0020】
図1中、1は駆動部を収納する駆動部筐体であり、該駆動部筐体1の天板はベースプレート2となっており、該ベースプレート2に粉砕部筐体3が設置されている。
【0021】
該粉砕部筐体3は円筒状の空間を画成し、該空間は密閉された粉砕室4となっている。該粉砕室4には後述する様に、固定ディスク5、該固定ディスク5に対峙して設けられ、第1粉砕ディスク部6及び該第1粉砕ディスク部6と同心の第2粉砕ディスク部7を有する粉砕ディスク部8が収納される。
【0022】
前記粉砕部筐体3の側壁の下部所要位置には、排出口9が設けられ、該排出口9には排出管11が接続されている。又、前記粉砕室4の底面は前記排出管11が最下端となる傾斜面となっている。
【0023】
前記粉砕室4の天井面には、前記固定ディスク5が固定される。該固定ディスク5の下面は水平な平面である固定粉砕面となっており、内部には該固定ディスク5の下面を加熱可能なヒータ12が埋設されている。又、前記固定ディスク5の下面周端には温度センサ13が設けられ、更に前記固定ディスク5の中心には鉛直方向に延在する原料投入孔14が形成されている。該原料投入孔14は前記粉砕部筐体3の天板を貫通し、前記原料投入孔14に原料供給管15が接続され、該原料供給管15は図示しない原料供給源に接続されている。
【0024】
前記ベースプレート2を上下に貫通する回転軸16が軸受け17を介して前記ベースプレート2に回転自在に支持され、又軸受け部は軸シール18によって液密にシールされている。前記回転軸16は中空軸であり、該回転軸16の軸心は前記固定ディスク5の中心線と合致している。
【0025】
前記回転軸16の上端には、倒立円錐台形状の前記粉砕ディスク部8が固定されている。該粉砕ディスク部8は前記固定ディスク5と同心であり、中央に円柱状の前記第1粉砕ディスク部6が形成され、該第1粉砕ディスク部6と同心に円筒状の前記第2粉砕ディスク部7が形成され、前記第1粉砕ディスク部6と前記第2粉砕ディスク部7との間にはリング状の凹部19が形成される。該凹部19の外周側周壁面は上方に向って拡径する倒立円錐台形状となっている。
【0026】
前記第1粉砕ディスク部6と前記第2粉砕ディスク部7の上面には水平な平面である第1移動粉砕面、第2移動粉砕面が形成され、前記第1粉砕ディスク部6の第1移動粉砕面と前記固定ディスク5の固定粉砕面との間には間隙G1 が形成され、前記第2粉砕ディスク部7の第2移動粉砕面と前記固定ディスク5の固定粉砕面との間には間隙G2 が形成される。
【0027】
前記固定粉砕面と前記第1移動粉砕面間で粗粉砕部が構成され、前記固定粉砕面と前記第2移動粉砕面間で微粉細部が構成される。
【0028】
ここで、G2 <G1 であり、間隙G1 を流通する流路抵抗より、間隙G2 を流通する流路抵抗の方が大きくなる様に設定されている。例えば、G1 =300μm,G2 =150μmに設定される。
【0029】
前記回転軸16の下端は、前記駆動部筐体1の内部に延出し、前記回転軸16の下端には被動輪21が固着されている。
【0030】
又、前記駆動部筐体1の内部には駆動モータ22が設けられ、該駆動モータ22の駆動軸には駆動輪23が設けられ、該駆動輪23と前記被動輪21との間にはベルト或はチェーン等の動力伝達部材が掛回され、前記駆動モータ22によって前記駆動輪23、前記動力伝達部材、前記被動輪21、前記回転軸16を介して前記粉砕ディスク部8が回転される。
【0031】
又、前記駆動部筐体1の内部、或は外部の所要位置に制御装置24が設けられ、該制御装置24は前記駆動モータ22の駆動を制御し、該駆動モータ22を所定の回転速度で駆動させると共に、前記温度センサ13に検出された温度に基づき前記ヒータ12の発熱量を制御する。
【0032】
又、前記固定ディスク5を上下方向に変位可能とし、前記間隙G1 、前記間隙G2 を調整可能としてもよい。尚、前記間隙G1 、前記間隙G2 を調整可能とする場合、前記粉砕ディスク部8を上下方向に変位可能としてもよい。
【0033】
前記駆動モータ22、前記制御装置24等は、駆動手段を構成する。
【0034】
以下、第1の実施例の作動を説明する。
【0035】
前記駆動モータ22が駆動されることで前記粉砕ディスク部8が回転される。前記第1粉砕ディスク部6と前記第2粉砕ディスク部7は径が異なり周速が異なるので、前記第1粉砕ディスク部6と前記第2粉砕ディスク部7は異なる粉砕条件を実現できる。
【0036】
所定の粒径の木材等の粉体が水と混合され、スラリー状にされた被粉砕材料25が前記原料供給管15より前記第1粉砕ディスク部6の中心部に供給される。
【0037】
該第1粉砕ディスク部6上に供給された被粉砕材料25は、前記第1粉砕ディスク部6の回転により遠心力が付与され、前記固定ディスク5と前記第1粉砕ディスク部6の間隙G1 を通過する。前記固定ディスク5は固定であり、前記第1粉砕ディスク部6が回転していることで、通過する被粉砕材料25、即ち粉体に剪断力が作用し、粉体を粉砕(粗粉砕)する。
【0038】
前記間隙G1 を通過した被粉砕材料25は、遠心力により更に外周側に移動し、前記間隙G2 を通過する。上記した様に、前記間隙G1 を流通する流路抵抗より、前記間隙G2 を流通する流路抵抗の方が大きくなる様に設定されているので、被粉砕材料25の一部が前記間隙G2 を通過し、残部が前記凹部19に流入する。
【0039】
該凹部19の被粉砕材料25は、遠心力により前記凹部19の外周側壁面に沿って上昇し、前記間隙G1 を通過した被粉砕材料25と合流して前記間隙G2 を通過する。被粉砕材料25が前記間隙G2 を通過する過程で、前記固定ディスク5は固定であり、前記第2粉砕ディスク部7は回転しているので、被粉砕材料25に剪断力が作用し、粉砕される。又、前記間隙G2 は前記間隙G1 より小さいので、被粉砕材料25には大きな剪断力が作用し、又前記間隙G2 の流路抵抗は前記間隙G1 の流路抵抗より大きいので、前記間隙G2 を通過する被粉砕材料25の流速は前記間隙G1 を通過する流速より遅く、又前記第2粉砕ディスク部7の周速は前記第1粉砕ディスク部6の周速より大きいので、更に細かく粉砕(微粉砕)される。
【0040】
前記間隙G2 を通過した被粉砕材料25は、前記粉砕室4の底面に落下し、底面の傾斜に沿って前記排出口9へと流動し、前記排出管11を介して外部に排出される。
【0041】
被粉砕材料25の粉体は、前記間隙G1 、前記間隙G2 を通過する過程で、それぞれ安定した剪断力が作用するので粉砕後の粒径は安定し、又前記間隙G1 、前記間隙G2 の大きさを調整する、或は前記粉砕ディスク部8の回転数を調整する等により粉砕粒度の調整が可能である。
【0042】
又、前記間隙G1 、前記間隙G2 を通過する過程で、剪断、摩擦による発熱がある。被粉砕材料25が木粉である場合、木粉の粒子を結合しているヘミセルロースは、適度に含水した状態では150℃で軟化することが分っている。従って、前記間隙G1 、前記間隙G2 の値、前記粉砕ディスク部8の回転数を適宜設定し、粉砕中の被粉砕材料25の温度が150℃を超える様にすることで、更に微細な粉体に粉砕することが可能である。
【0043】
又、前記固定ディスク5に前記ヒータ12を設け、前記温度センサ13によって検出された温度に基づき、前記ヒータ12により被粉砕材料25を加熱することで、被粉砕材料25を確実に150℃以上に加熱することができる。
【0044】
而して、前記固定ディスク5と前記第1粉砕ディスク部6との間で粗粉砕が行われ、前記固定ディスク5と前記第2粉砕ディスク部7との間で微粉砕が行われる。
【0045】
次に、
図2に於いて、本発明の第2の実施例について説明する。尚、
図2中、
図1中と同等のものには同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0046】
第2の実施例では、粉砕ディスク部8が第1粉砕ディスク27と第2粉砕ディスク28の2つの粉砕ディスクにより構成されている。
【0047】
ベースプレート2を上下に貫通する第2回転軸29が軸受け31を介して前記ベースプレート2に回転自在に支持され、又軸受け部は軸シール32によって液密にシールされている。前記第2回転軸29は中空軸であり、該第2回転軸29の軸心は固定ディスク5の中心線と合致している。
【0048】
前記第2回転軸29の上端には、前記第2粉砕ディスク28が前記第2回転軸29と一体に設けられ、前記第2粉砕ディスク28は前記固定ディスク5と同心となっている。前記第2粉砕ディスク28の上面には水平な第2移動粉砕面が形成され、該第2粉砕ディスク28の第2移動粉砕面と前記固定ディスク5の下面(固定粉砕面)との間に間隙G2 が形成されており、前記固定粉砕面と前記第2移動粉砕面間で微粉砕部が構成される。
【0049】
前記第2粉砕ディスク28の中央部は、上方に向って漸次拡径する倒立円錐台形状の凹部33となっており、該凹部33に前記第1粉砕ディスク27が収納される。
【0050】
前記第2回転軸29の中空部に該第2回転軸29と同心な第1回転軸34が設けられ、該第1回転軸34は軸受け35を介して前記第2回転軸29に回転自在に支持されている。又、前記第1回転軸34は前記第2粉砕ディスク28の底部を貫通し、上端は前記凹部33の内部に延出し、前記第1回転軸34の下端は前記第2回転軸29の下端より下方に延出している。前記第1回転軸34の前記第2粉砕ディスク28底部の貫通部には、軸シール36が設けられ、前記第1回転軸34の支持部は液密構造となっている。
【0051】
該第1回転軸34の上端には、前記第2粉砕ディスク28と同心な前記第1粉砕ディスク27が固定され、該第1粉砕ディスク27は前記第1回転軸34と一体に回転する様になっている。前記第1粉砕ディスク27の上面には水平な第1移動粉砕面が形成され、該第1粉砕ディスク27の第1移動粉砕面と前記固定ディスク5の固定粉砕面との間に間隙G1 が形成されており、前記固定粉砕面と前記第1移動粉砕面間で粗粉砕部が構成される。
【0052】
尚、前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28をそれぞれ上下方向に移動可能とし、前記間隙G1 と前記間隙G2 の大きさを調整できる様にしてもよい。
【0053】
前記第2回転軸29、前記第1回転軸34の下端は、駆動部筐体1の内部に延出し、前記第1回転軸34の下端には第1被動ギア37が固着され、前記第2回転軸29の下端には第2被動ギア38が固着されている。前記第1被動ギア37と前記第2被動ギア38とはピッチ円が異なり、例えば該第2被動ギア38のピッチ円が前記第1被動ギア37のピッチ円より大きくなっている。
【0054】
又、前記駆動部筐体1内に設けられた駆動モータ22の駆動軸には、それぞれピッチ円の異なる第1駆動ギア39と第2駆動ギア41が設けられ、前記第1駆動ギア39は前記第1被動ギア37と噛合し、前記第2駆動ギア41は前記第2被動ギア38と噛合している。前記第1被動ギア37と前記第1駆動ギア39とのギア比、前記第2被動ギア38と前記第2駆動ギア41とのギア比を異ならせ、前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28の回転速度を異ならせている。
【0055】
被粉砕材料25の粉砕処理を行う際には、前記駆動モータ22により前記第1駆動ギア39、前記第1被動ギア37、前記第1回転軸34を介して前記第1粉砕ディスク27が回転されると共に、前記駆動モータ22により前記第2駆動ギア41、前記第2被動ギア38、前記第2回転軸29を介して前記第2粉砕ディスク28が回転され、前記粗粉砕部、前記微粉砕部に於いてそれぞれ被粉砕材料25の粗粉砕、微粉砕が行われる。尚、前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28とでは回転速度が異なるので、前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28との間で相対回転が発生する。
【0056】
第2の実施例に於いては、前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28とが別部材であり、又ギア比の異なる前記第1被動ギア37と前記第1駆動ギア39、及び前記第2被動ギア38と前記第2駆動ギア41を介して前記第1粉砕ディスク27と前記第2粉砕ディスク28とが回転される様になっているので、両粉砕ディスクの両ギア比を選択することで回転速度を粉砕状態に合致させることができ、粉砕効率を向上させることができる。
【0057】
尚、上記説明では第2粉砕ディスク部7(
図1参照)、前記第2粉砕ディスク28の周速を、前記第1粉砕ディスク部6(
図1参照)、前記第1粉砕ディスク27の周速より大きくしたが、逆に前記第2粉砕ディスク部7、前記第2粉砕ディスク28の周速を、前記第1粉砕ディスク部6、前記第1粉砕ディスク27の周速より小さくし、被粉砕材料25に与える遠心力を小さくし、前記間隙G2 から流出する被粉砕材料25の量を制限してもよい。
【0058】
次に、
図3に於いて、本発明の第3の実施例について説明する。尚、
図3中、
図2中と同等のものには同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0059】
第3の実施例に於いては、第2の実施例に於ける第1回転軸34と第2回転軸29とが、それぞれ異なるモータにより回転される様になっている。
【0060】
駆動部筐体1の内部には、第1駆動モータ43、第2駆動モータ44が設けられ、前記第1駆動モータ43の駆動軸には第1駆動輪45が設けられ、又前記第1回転軸34の下端には第1被動輪46が固着されており、前記第1駆動輪45と前記第1被動輪46との間にはベルト或はチェーン等の動力伝達部材が掛回され、前記第1駆動モータ43によって前記第1駆動輪45、前記動力伝達部材、前記第1被動輪46、前記第1回転軸34を介して第1粉砕ディスク27が回転される。
【0061】
前記第2駆動モータ44の駆動軸に第2駆動輪47が設けられ、前記第2回転軸29の下端には第2被動輪48が固着されており、前記第2駆動輪47と前記第2被動輪48との間にはベルト或はチェーン等の動力伝達部材が掛回され、前記第2駆動モータ44によって前記第2駆動輪47、前記動力伝達部材、前記第2被動輪48、前記第2回転軸29を介して第2粉砕ディスク28が回転される。
【0062】
第3の実施例に於いては、前記第1駆動モータ43の回転と、前記第2駆動モータ44の回転とが制御装置24によってそれぞれ個別に制御される様になっているので、前記第1粉砕ディスク27の回転速度と前記第2粉砕ディスク28の回転速度を自在に設定でき、粗粉砕部、微粉砕部の粉砕条件を最適な状態に設定することがより容易となる。従って、より粉砕効率を向上させることができる。
【0063】
尚、上記した第2、第3の実施例に於いて、前記第1粉砕ディスク27、前記第2粉砕ディスク28の一方又は両方の上面に、
図4に示される様な、溝49を形成してもよい。該溝49は所定角度ピッチで放射状に設けられ、該溝49の内周端又は外周端を通過する半径に対して傾斜し、又回転方向に対して内周端が先、外周端が後ろとなる様に傾斜している。
【0064】
前記溝49が形成されることで、前記第1粉砕ディスク27又は前記第2粉砕ディスク28が回転すると、前記溝49を充填する被粉砕材料25に対して前記溝49から外周方向への分力が与えられ、間隙G1 、間隙G2 を通過する被粉砕材料25の排出効果が増大する。
【0065】
尚、上記では、前記溝49を前記第1粉砕ディスク27、前記第2粉砕ディスク28の一方又は両方に形成した場合について説明したが、前記溝49は前記固定ディスク5の下面に形成してもよい。又、前記溝49は、第1の実施例に於ける、前記第1粉砕ディスク部6、前記第2粉砕ディスク部7(
図1参照)上面の一方又は両方に形成してもよく、前記溝49の形状も適宜変更可能であることは言う迄もない。
【0066】
又、第1〜第3の実施例では、前記ヒータ12が前記固定ディスク5の下部全域に亘って設けられているが、前記ヒータ12を粗粉砕部、微粉砕部にそれぞれ設け、各ヒータ12を個別に制御する様にしてもよい。又、該ヒータ12を前記固定ディスク5ではなく前記粉砕室4の側壁に埋設する様にしてもよい。
【0067】
又、第1〜第3の実施例に於いて、前記粉砕部筐体3を耐圧容器とし、前記粉砕室4を高圧に保持することで、被粉砕材料25が水分を多量に含有する場合でも、100℃以上に昇温可能な構造としてもよい。
【0068】
又、第2、第3の実施例では、前記第1粉砕ディスク27、前記第2粉砕ディスク28の2つの粉砕ディスクを同心に設けたが、3以上粉砕ディスクを同心多重に設けてもよい。又、各粉砕ディスクを第3の実施例の様に個別の駆動モータで回転させることが好ましいが、第2の実施例の様に、駆動モータと各粉砕ディスクの回転軸とをギア比の異なるギアにより連結してもよい。
【0069】
更に、第1〜第3の実施例では、被粉砕材料25を粉体と水とを混合させたスラリー状としているが、粉体のみを被粉砕材料とする乾式粉砕にも本発明の粉砕装置を適用可能であることは言う迄もない。