特開 2023-30601 粉砕機及び粉砕方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023030601

(43)【公開日】2023-03-08

(54)【発明の名称】粉砕機及び粉砕方法

(51)【国際特許分類】

   B02C 17/16 20060101AFI20230301BHJP

   B02C 23/00 20060101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

B02C17/16 Z

B02C23/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021135823

(22)【出願日】2021-08-23

(71)【出願人】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100161425

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】長坂 政彦

(72)【発明者】

【氏名】内山 晃臣

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 康孝

(72)【発明者】

【氏名】戸崎 貴伸

【テーマコード（参考）】

4D063

4D067

【Ｆターム（参考）】

4D063FF14

4D063FF21

4D063FF35

4D063FF37

4D063GA10

4D063GB05

4D063GC05

4D063GC14

4D063GC27

4D063GC40

4D063GD04

4D063GD15

4D063GD19

4D067EE02

4D067EE50

4D067GA20

(57)【要約】

【課題】攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを制御できる粉砕機及び粉砕方法を提供する。
【解決手段】粉砕機は、粉砕メディアを収容可能な処理空間を内部に画成する粉砕容器と、処理空間に回転可能に配置され、粉砕メディアを攪拌する攪拌部材と、処理空間の容積が変化するように粉砕容器の少なくとも一部を移動させる容積変更部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉砕メディアを収容可能な処理空間を内部に画成する粉砕容器と、
前記処理空間に回転可能に配置され、前記粉砕メディアを攪拌する攪拌部材と、
前記処理空間の容積が変化するように前記粉砕容器の少なくとも一部を移動させる容積変更部と、
を備える、粉砕機。

【請求項2】

前記攪拌部材は、
回転軸と、
前記回転軸に設けられ、前記回転軸の径方向外側に向けて延びるアーム部材と、
を有し、
前記回転軸の軸線を中心として前記回転軸を回転させる駆動部をさらに備える、請求項１に記載の粉砕機。

【請求項3】

前記容積変更部は、前記回転軸の軸線に沿って前記回転軸を移動させる、請求項２に記載の粉砕機。

【請求項4】

前記アーム部材の姿勢を変更させるアーム駆動部をさらに備え、
前記アーム部材の横断面は多角形状を呈する、請求項２又は３に記載の粉砕機。

【請求項5】

粉砕容器の内部に画成された処理空間の容積を増加させて第１容積に変更するステップと、
前記変更するステップにおいて前記処理空間が前記第１容積に変更された後に、前記処理空間に粉砕メディアを収容した状態で、前記処理空間に配置された攪拌部材の回転を開始させるステップと、
前記攪拌部材の回転を開始させるステップの後に、前記処理空間の容積を前記第１容積よりも小さい第２容積に変更するステップと、
を含む、粉砕方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉砕機及び粉砕方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、粉砕メディアを使用して粒状原料を粉砕する粉砕機を開示する。特許文献１に記載の粉砕機は、粉砕容器と、粉砕容器に対して相対的に回転運動する攪拌部材とを備える。攪拌部材によって攪拌される粉砕メディアが粒状原料に衝突することにより粒状原料が粉砕される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平３－１１８８４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

粉砕された多量の粒状原料を一度の操作により得る場合には、粉砕容器及び攪拌部材を大型化し、粉砕容器に投入する粉砕メディアの数及び粒状原料の量を増やす必要がある。しかしながら、大型化した粉砕容器及び攪拌部材を備える粉砕機を採用した場合、粉砕メディアと攪拌部材との衝突エネルギーが大きくなるため、従来の攪拌部材の回転駆動装置では、攪拌部材の回転に必要なトルクを出力できないおそれがある。このため、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを下げるための工夫が必要になる。これに対して、攪拌部材の回転駆動装置が高性能である場合には、攪拌部材の回転に必要なトルクを出力できるものの、より短時間の粉砕を実現するためには攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを上げるための工夫が必要になる。本開示は、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを制御できる粉砕機及び粉砕方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る粉砕機は、粉砕容器、攪拌部材及び容積変更部を備える。粉砕容器は、粉砕メディアを収容可能な処理空間を内部に画成する。攪拌部材は、処理空間に回転可能に配置され、粉砕メディアを攪拌する。容積変更部は、処理空間の容積が変化するように粉砕容器の少なくとも一部を移動させる。

【0006】

この粉砕機では、粉砕容器の処理空間の容積は容積変更部により変化する。例えば、容積変更部によって処理空間が拡大される場合、変更前に比べて単位時間当たりに攪拌部材と衝突する粉砕メディアの数が減少する。つまり、変更前に比べて、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーが減少する。これにより、攪拌部材を回転させるために必要なトルクが小さくなる。そして、容積変更部によって処理空間が縮小される場合、変更前に比べて攪拌部材と衝突する粉砕メディアの数が増加する。つまり、変更前に比べて、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーが増加する。これにより、攪拌部材を回転させるために必要なトルクが大きくなる。このように、この粉砕機は、容積変更部を備えることにより、粉砕容器の容積をパラメータとして粉砕メディアと攪拌部材との衝突エネルギーを制御できる。

【0007】

一実施形態においては、攪拌部材は、回転軸と、回転軸に設けられ、回転軸の径方向外側に向けて延びるアーム部材とを有し、回転軸の軸線を中心として回転軸を回転させる駆動部をさらに備えてもよい。このように構成された粉砕機は、処理空間においてアーム部材を回転軸の回転に伴って回転させて、粉砕メディアに衝突させることができる。

【0008】

一実施形態においては、容積変更部は、回転軸の軸線に沿って回転軸を移動させてもよい。このように構成することで、回転軸を処理空間内で進退させることによって、アーム部材と粉砕メディアとの位置関係を調整できる。これにより、この粉砕機は、回転軸の位置をパラメータとして粉砕メディアと攪拌部材との衝突エネルギーを制御できる。

【0009】

一実施形態においては、粉砕機は、アーム部材の姿勢を変更させるアーム駆動部をさらに備え、アーム部材の横断面は多角形状を呈していてもよい。このように構成することで、アーム部材の回転方向とアーム部材の角部の向きとを一致させたり、アーム部材の回転方向とアーム部材の角部の向きとを交差させたりすることができる。これにより、この粉砕機は、アーム部材の姿勢に応じて粉砕メディアと攪拌部材との衝突エネルギーを制御できる。

【0010】

本開示の他の側面に係る粉砕方法は、以下のステップを含む。
（１）粉砕容器の内部に画成された処理空間の容積を増加させて第１容積に変更するステップ。
（２）変更するステップにおいて処理空間が第１容積に変更された後に、処理空間に粉砕メディアを収容した状態で、処理空間に配置された攪拌部材の回転を開始させるステップ。
（３）攪拌部材の回転を開始させるステップの後に、処理空間の容積を第１容積よりも小さい第２容積に変更するステップ。

【0011】

この粉砕方法では、処理空間の容積が増加するように変更された後に、処理空間に粉砕メディアを収容した状態で攪拌部材の回転が開始される。これにより、処理空間の容積の変更前に比べて攪拌部材と衝突する粉砕メディアが減少するため、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを減少させることができる。そして、攪拌部材の回転を開始させるステップの後に、処理空間の容積が減少するように変更される。これにより、攪拌部材と衝突する粉砕メディアが増加するため、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを増加させることができる。このように、攪拌部材の回転の開始時は、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを減少させることで攪拌部材の始動に必要なトルクを抑え、攪拌部材の回転後においては攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを増加させることで粉砕原料を効率良く粉砕できる。

【発明の効果】

【0012】

本開示に係る粉砕機及び粉砕方法によれば、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態に係る粉砕機の一例を示す側面図である。

【図2】実施形態に係る粉砕機の一部を拡大した部分断面図である。

【図3】図２に示される粉砕機の一部を拡大した部分断面図である。

【図4】図４（ａ）は、アーム部材の角部の向きを回転方向と一致させたときの側面図である。図４（ｂ）は、アーム部材の角部の向きを回転方向に対して交差させたときの側面図である。

【図5】図２に示される回収部を拡大した断面図である。

【図6】実施形態に係る粉砕方法の一例を示すフローチャートである。

【図7】図７（ａ）は、変形例に係る粉砕容器の一例を示す平面図である。図７（ｂ）は、変形例に係る粉砕容器の一例を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は繰り返さない。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。「上」「下」「左」「右」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

【0015】

図１は、実施形態に係る粉砕機の一例を示す側面図である。図２は、実施形態に係る粉砕機の一部を拡大した部分断面図である。図中のＸ方向及びＹ方向が水平方向であり、Ｚ方向が垂直方向である。Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、３次元空間の直交座標系における互いに直交する軸方向である。以下では、ＸＹ平面に沿った方向を水平方向、Ｚ方向を上下方向ともいう。図１及び図２に示される粉砕機１は、粉砕原料を粉砕する粉砕機である。粉砕機１は、粉砕容器２０と、容積変更部３０と、攪拌部材４１と、軸駆動部４５（駆動部の一例）とを備える。粉砕機１は、供給部１０と、支持部７０と、回収部８０と、制御部９０とをさらに備える。

【0016】

供給部１０は、粉砕原料を粉砕容器２０に供給する。供給部１０は、ホッパ１１と、配管１２と、ポート１３とを有する。ホッパ１１は、例えば、ポート１３の上方に位置する。ホッパ１１は、粉砕原料を貯留する容器である。粉砕原料とは、例えば、無水メタほう酸ナトリウム、メタほう酸ナトリウム水和物、水素化マグネシウム、マグネシウム、アルミニウム、あるいはこれらいずれか２種以上の混合物であり、粉砕機１によって粉砕される対象である。配管１２は、ホッパ１１の底部とポート１３と弁（不図示）を介して接続している。弁が開放されることでホッパ１１内の粉砕原料が配管１２に流入する。配管１２は、ホッパ１１とポート１３との間で伸縮可能な形状を有する。配管１２は、例えば弾性のあるゴムホース、又は伸縮可能な蛇腹を有する管である。

【0017】

ポート１３は、筒状を呈する。ポート１３は、例えば、その上端部において配管１２と接続し、下端部において粉砕容器２０と接続している。ポート１３は、粉砕容器２０の上端部に設けられ、配管１２から流入した粉砕原料を粉砕容器２０に供給する。

【0018】

図３は、図２に示される粉砕機の一部を拡大した部分断面図である。図２及び図３に示されるように、粉砕容器２０は、その内部に粉砕メディア及び粉砕原料を収容可能であり、容積が可変な処理空間２１ａを画成する。粉砕メディアは、処理空間２１ａ内を運動して粉砕原料に衝突することで、粉砕原料を粉砕する部材である。粉砕メディアは、例えば１０ｍｍ～１５ｍｍ程度の球体であり、ジルコニアで形成される。粉砕容器２０は、例えば、有底円筒状を呈する容器２１と、蓋部２４とを有する。容器２１は、側壁２２及び底壁２３から構成される。側壁２２は、円筒状の部材である。底壁２３は、円盤状の部材である。底壁２３は、側壁２２の下端において側壁２２の外周面に固定されている。底壁２３の一部には、上下方向に貫通している開口２３ａと、開口２３ａを閉塞可能な閉塞部材２３ｂが設けられている。閉塞部材２３ｂが開口２３ａを閉塞（封止）していない場合、処理空間２１ａは、後述の回収部８０の回収筒８１内の空間と連通する。

【0019】

蓋部２４は、水平方向に延在する円盤状の部材である。蓋部２４は、少なくとも下部の外縁部が容器２１の側壁２２の内周面に当接する。蓋部２４は、底壁２３の上方に設けられる。蓋部２４には、上下方向に貫通しているポート開口２４ａ及び上下方向に貫通している軸開口２４ｂが設けられている。蓋部２４の上面には供給部１０のポート１３が設けられ、ポート１３の内部の空間と処理空間２１ａとがポート開口２４ａを介して連通している。軸開口２４ｂは、例えば、蓋部２４の水平方向の中心に設けられた円形の開口である。軸開口２４ｂの径は攪拌部材４１の一部（後述する回転軸４０）が挿通可能なように攪拌部材４１の一部の外径より大きい。処理空間２１ａは、側壁２２、底壁２３及び蓋部２４に囲まれた円柱状の空間である。容器２１は、処理空間２１ａ内に、供給部１０のポート１３を介して供給された粉砕原料と、ボール等の粉砕メディアとを収容する。粉砕メディアの粒径は、少なくとも粉砕後の粉砕原料の粒径より大きい。

【0020】

粉砕容器２０は、処理空間２１ａを画成する側壁２２、底壁２３及び蓋部２４の少なくとも一部が移動可能に設けられる。例えば、蓋部２４は、側壁２２に沿って上下方向に移動可能に設けられる。蓋部２４の外縁部には、例えばＯリングが設けられている。蓋部２４が側壁２２及び底壁２３に対して相対的に上下方向に移動することにより、処理空間２１ａの容積が変化する。

【0021】

容積変更部３０は、処理空間２１ａの容積が変化するように粉砕容器２０の少なくとも一部を移動させる。容積変更部３０は、例えば、一対の容器駆動部３１と、蓋駆動部３２とを有する。各容器駆動部３１は、例えばシリンダである。各容器駆動部３１は、シリンダ本体部３１ａと、シリンダロッド３１ｂとを有する。各容器駆動部３１は、容器２１の側壁２２の上端部上において対向する位置にそれぞれ設けられ、上下方向に延在している。シリンダロッド３１ｂは、シリンダ本体部３１ａから下方に延在している。各容器駆動部３１は、シリンダロッド３１ｂの下端部を容器２１の側壁２２の上端部に固定させ、上下方向に容器２１を移動させる。

【0022】

蓋駆動部３２は、例えば、蓋部２４の上面に設けられ、上下方向に延在している。蓋駆動部３２は、例えばシリンダである。蓋駆動部３２は、シリンダ本体部３２ａと、シリンダロッド３２ｂとを有する。蓋駆動部３２は、蓋部２４の上面に設けられ、上下方向に延在している。シリンダロッド３２ｂは、シリンダ本体部３２ａから下方に延在している。蓋駆動部３２は、シリンダロッド３２ｂの下端部を蓋部２４の上面に固定させ、蓋部２４を上下方向に移動させる。蓋駆動部３２は、軸駆動部４５を収容可能な軸空間３２ｃを画成する。軸空間３２ｃは、上下方向に延在し、下方が開口している。

【0023】

容積変更部３０において、容器駆動部３１及び蓋駆動部３２の少なくとも一方が駆動することで、処理空間２１ａの大きさを変更する。例えば、容器駆動部３１のシリンダロッド３１ｂの伸長、又は蓋駆動部３２のシリンダロッド３２ｂの短縮により、底壁２３と蓋部２４との上下方向の距離が広がるため、処理空間２１ａは大きくなる。逆に、容器駆動部３１のシリンダロッド３１ｂの短縮、又は蓋駆動部３２のシリンダロッド３２ｂの伸長により、底壁２３と蓋部２４との上下方向の距離が縮まるため、処理空間２１ａは小さくなる。

【0024】

攪拌部材４１は、処理空間２１ａに回転可能に配置され、粉砕メディアを攪拌する。攪拌部材４１は、回転軸４０及びアーム部材５０を有する。回転軸４０は、処理空間２１ａ内に延在する。回転軸４０は、上下方向に延在し、容積変更部３０によってその延在方向に移動可能に構成される。回転軸４０は、蓋部２４の軸開口２４ｂに挿通され、上下方向に延在している。図４（ａ）は、アーム部材の角部の向きを回転方向と一致させたときの側面図である。図４（ａ）に示されるように、回転軸４０は、その内部にアーム駆動部６０を収容可能なアーム空間４０ａを画成する。回転軸４０の側面には、回転軸４０の外部の空間とアーム空間４０ａとが連通するように水平方向（回転軸４０の径方向）に貫通している複数のアーム開口４０ｂが設けられている。各アーム開口４０ｂには、後述の各アーム部材５０のアーム軸５１が挿通される。再び図２及び図３を参照する。回転軸４０は、蓋部２４に回転可能かつ上下方向に移動可能に設けられている。回転軸４０は、蓋駆動部３２に画成された軸空間３２ｃ内に挿通されている。

【0025】

軸駆動部４５は、回転軸４０を回転軸４０の軸線を中心として回転させる。軸駆動部４５は、例えば、回転軸４０の上方に設けられる。軸駆動部４５は、粉砕容器２０の蓋部２４の動きに合わせて上下方向に移動可能なように蓋駆動部３２のシリンダロッド３２ｂに固定されている。軸駆動部４５は、例えばモータ４５ａと、ロッド４５ｂとを有する。ロッド４５ｂはモータ４５ａの下端に接続され、下方に延在している。軸駆動部４５は、モータ４５ａによりロッド４５ｂを回転させる。軸駆動部４５のロッド４５ｂの下端部は、蓋駆動部３２の軸空間３２ｃ内において回転軸４０の上端部と固定されている。軸駆動部４５は、ロッド４５ｂと連動させて水平方向に沿って回転軸４０を回転させる。軸駆動部４５は、蓋駆動部３２により蓋部２４と共に上下方向に移動可能である。軸駆動部４５は、蓋部２４の上下方向への移動に合わせて移動可能であるため、蓋部２４と共に回転軸４０を上下方向に移動する。

【0026】

複数のアーム部材５０は、回転軸４０に設けられ、回転軸４０の径方向外側に向けて伸びている。図４（ｂ）は、アーム部材の角部の向き回転方向に対して交差させたときの側面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、各アーム部材５０は、回転軸４０から回転径方向Ｃに延在するアーム軸５１に取り付けられた棒状の部材である。各アーム部材５０は、その横断面（回転径方向Ｃの断面）が多角形状を呈する。図４（ａ）及び図４（ｂ）の例では、各アーム部材５０の横断面は、三角形状を呈する。すなわち、各アーム部材５０の外形は、三角柱である。アーム部材５０は、回転径方向Ｃに延在する２つの近接する側面の端部から構成される角部５２と、回転径方向Ｃに延在する１つの側面から構成される平面部５３とを有する。角部５２は、例えば、アーム部材５０の延在方向に沿って延在する辺及び当該辺の周縁部である。

【0027】

各アーム部材５０は、姿勢を変更可能に構成される。例えば、各アーム部材５０は、その延在方向（回転径方向Ｃ）に延在するアーム軸５１を中心に回転軸４０に対して回転可能に取り付けられている。上下方向において回転軸４０の所定の間隔だけ離れた各位置に、水平方向の一方向（例えばＸ方向）に延在する２つのアーム部材５０がそれぞれ設けられている。上下方向において、回転軸４０の当該２つのアーム部材５０が設けられている位置に隣接する各位置には、水平方向の他方向（例えばＹ方向）に延在する２つのアーム部材５０がそれぞれ設けられている。

【0028】

アーム駆動部６０は、複数のアーム部材５０を、アーム軸５１を中心に回転させる。アーム駆動部６０は、例えばモータである。アーム駆動部６０は、各アーム部材５０の回転方向Ｒと角部５２の向きとを一致させたり、回転方向Ｒと角部５２の向きとが交差したりするように、各アーム部材５０の姿勢を変更することができる。

【0029】

再び図１を参照する。支持部７０は、供給部１０のホッパ１１及び粉砕容器２０を支持する。粉砕容器２０は、容積変更部３０及び軸駆動部４５を支持しているため、回転軸４０、アーム部材５０及びアーム駆動部６０を支持することができる。支持部７０は、例えば金属部材で構成された枠体である。支持部７０は、粉砕容器２０をＸＺ平面に沿って回転可能に支持する。これにより、粉砕容器２０を含む粉砕機の他の構成の位置及び方向を調整することができる。

【0030】

回収部８０は、粉砕容器２０の容器２１内の粉砕原料を回収する。粉砕容器２０の底壁２３の下面に設けられている。図５は、図２に示される回収部を拡大した断面図である。図２及び図５に示される通り、回収部８０は、回収筒８１と、ストッパ８２と、ストッパ駆動部８３とを有する。回収筒８１は、粉砕容器２０の底壁２３の下面に連結されている筒状の部材である。回収筒８１内の空間は、底壁２３の開口２３ａを介して容器２１内の処理空間２１ａと連通している。回収筒８１は、例えば、下方に向かうに従って一部斜めに（Ｘ方向に）屈曲している。回収筒８１の下端は、例えば、配管と接続している。

【0031】

ストッパ８２は、容器２１の処理空間２１ａに収容された粉砕メディアが回収筒８１内へ収容されることを抑制する。ストッパ８２は、上方に向かって突出し、Ｙ方向に沿って延在する複数の突条を有する櫛状の部材である。複数の突条間の間隔及び底壁２３と各突条との間隔は、粉砕メディアの粒径より小さい。

【0032】

ストッパ駆動部８３は、ストッパ８２を上下方向に駆動する。ストッパ駆動部８３は、例えば、シリンダである。ストッパ駆動部８３は、シリンダ本体部８３ａ及びシリンダロッド８３ｂを有する。シリンダロッド８３ｂは、シリンダ本体部８３ａから上方に向かって延在している。シリンダ本体部３１ａの上部及びシリンダロッド８３ｂが回収筒８１内の空間に設けられ、シリンダ本体部８３ａの下部が回収筒８１の下方に位置している。ストッパ８２の一部又は全部は、ストッパ駆動部８３により底壁２３の開口２３ａより上方に突出することができ、かつ、底壁２３の開口２３ａより下方に位置することができる。

【0033】

粉砕容器２０の底壁２３に設けられた閉塞部材２３ｂにより開口２３ａが閉塞している場合、ストッパ８２はストッパ駆動部８３により開口２３ａより下方に位置する。当該閉塞部材２３ｂにより開口２３ａが閉塞されていない場合、ストッパ８２はストッパ駆動部８３により開口２３ａより上方に位置する。この場合、処理空間２１ａ内の粉砕メディアが容器２１の底壁２３上又はストッパ８２上に積載され、処理空間２１ａ内の粉砕原料のみが開口２３ａを通って下降し、回収筒８１内へと回収される。回収筒８１内に回収された粉砕原料は、回収筒８１の下端に接続された配管を通じて回収容器等に搬送される。

【0034】

再び図１を参照する。制御部９０は、粉砕機１の各構成と接続されている。制御部９０は、一例としてＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random AccessMemory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶装置、タッチパネルやキーボードなどの入力デバイス、ディスプレイなどの出力デバイス、ハードディスクなどの補助記憶装置などを含む通常のコンピュータシステムとして構成されてもよい。制御部９０は、例えば、作業者が操作可能な操作盤が設けられる。制御部９０は、供給部１０におけるポート１３への粉砕原料の供給（弁の開閉）、粉砕容器２０の底壁２３の閉塞部材２３ｂの開閉、容積変更部３０の駆動、軸駆動部４５の駆動、アーム駆動部６０の駆動、ストッパ駆動部８３の駆動等の粉砕機１の各構成の動きを制御する。

【0035】

次に、粉砕原料の粉砕方法を説明する。図６は、実施形態に係る粉砕方法の一例を示すフローチャートである。図６に示される本実施形態の粉砕方法は、例えば、供給部１０のホッパ１１において所定の量の粉砕原料が貯留されたときに、作業者の指示に基づいて制御部９０によって開始される。このとき、予め容器２１の処理空間２１ａ内には粉砕メディアが収容されている。粉砕メディアは、重力により処理空間２１ａ内の下方、底壁２３上に位置する。

【0036】

まず、供給部１０は、供給処理（Ｓ１１）としてホッパ１１から粉砕容器２０へ粉砕原料を供給する。供給部１０は、配管１２及びポート１３を介してホッパ１１から所定の量の粉砕原料を粉砕容器２０の容器２１に供給する。供給部１０は、配管１２に設けられた弁を開放することで、ホッパ１１内の粉砕原料を容器２１の処理空間２１ａまで流下させる。処理空間２１ａ内に供給された粉砕原料は、重力により処理空間２１ａ内の下方、底壁２３上に位置する。供給部１０は、配管１２に設けられた弁を閉塞することで、ホッパ１１内の粉砕原料の流下を抑制する。供給部１０が配管１２に設けられた弁を開放した後に閉塞した場合、制御部９０は所定の量の粉砕原料が容器２１内に収容されたとして供給処理（Ｓ１１）を終了させ、次の処理に移行する。

【0037】

続いて、容積変更部３０は、容積増大処理（Ｓ１３：第１容積に変更するステップの一例）として粉砕容器２０の処理空間２１ａの容積を増加させて第１容積とする。第１容積は、予め定められた処理空間２１ａの容積である。容器駆動部３１が伸長する、又は蓋駆動部３２が短縮することにより、容積変更部３０は底壁２３と蓋部２４との上下方向の距離を広げ、処理空間２１ａを大きくする。容器駆動部３１の伸長度合い及び蓋駆動部３２の短縮度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は容積増大処理（Ｓ１３）を終了させ、次の処理に移行する。

【0038】

続いて、容積変更部３０又は軸駆動部４５は、回転軸退避処理（Ｓ１５）として回転軸４０を粉砕容器２０の底壁２３から離間させる。本実施形態では、軸駆動部４５は蓋駆動部３２に固定され蓋部２４と連動するため、容積増大処理（Ｓ１３）により、軸駆動部４５及び軸駆動部４５に固定された回転軸４０は、上方に移動する。すなわち、本実施形態の回転軸退避処理（Ｓ１５）は、容積増大処理（Ｓ１３）と同時に実行される。これにより、回転軸４０及び回転軸４０に設けられたアーム部材５０は、底壁２３から離間し、重力により底壁２３上に位置する粉砕原料及び粉砕メディアから離間できる。容器駆動部３１の伸長度合い、及び蓋駆動部３２の短縮度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は回転軸退避処理（Ｓ１５）を終了させ、次の処理に移行する。

【0039】

続いて、アーム駆動部６０は、第１角度調整処理（Ｓ１７）として各アーム部材５０の角部５２が回転方向Ｒと一致するようにアーム部材５０の姿勢を調整する。アーム駆動部６０は、各アーム軸５１を中心に各アーム部材５０を回転させることで、各アーム部材５０において角部５２の向きを回転方向Ｒと一致させる。各アーム部材５０において角部５２の向きを回転方向Ｒと一致させた場合、制御部９０は第１角度調整処理（Ｓ１７）を終了させ、次の処理に移行する。

【0040】

続いて、軸駆動部４５は、第１回転処理（Ｓ１９：回転を開始させるステップの一例）として回転軸４０を回転させる。容積増大処理（Ｓ１３）及び回転軸退避処理（Ｓ１５）により、回転軸４０及びアーム部材５０は底壁２３の上に位置する粉砕原料及び粉砕メディアから離間しているため、回転軸４０及びアーム部材５０が回転し始めた段階で粉砕原料及び粉砕メディアに衝突することが抑制される。軸駆動部４５が回転軸４０の回転速度を所定の第１速度値以上に回転させた場合、制御部９０は第１回転処理（Ｓ１９）を終了させ、次の処理に移行する。

【0041】

続いて、容積変更部３０は、容積減少処理（Ｓ２１：第２容積に変更するステップの一例）として粉砕容器２０の処理空間２１ａの容積を減少させる。容器駆動部３１が短縮する、又は蓋駆動部３２が伸長することにより、容積変更部３０は底壁２３と蓋部２４との上下方向の距離を狭め、処理空間２１ａを小さくして第２容積とする。第２容積は、第１容積よりも小さい。容器駆動部３１の短縮度合い及び蓋駆動部３２の伸長度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は容積減少処理（Ｓ２１）を終了させ、次の処理に移行する。

【0042】

続いて、容積変更部３０又は軸駆動部４５は、回転軸導入処理（Ｓ２３）として回転軸４０を粉砕容器２０の底壁２３に接近させる。本実施形態では、軸駆動部４５は蓋駆動部３２に固定され蓋部２４と連動するため、容積減少処理（Ｓ２１）により、軸駆動部４５及び軸駆動部４５に固定された回転軸４０は、下方に移動する。すなわち、本実施形態の回転軸導入処理（Ｓ２３）は、容積減少処理（Ｓ２１）と同時に実行される。これにより、回転軸４０及び回転軸４０に設けられたアーム部材５０は、底壁２３に接近し、重力により底壁２３上に位置する粉砕原料及び粉砕メディアに接近又は当接できる。容器駆動部３１の短縮度合い、及び蓋駆動部３２の伸長度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は回転軸導入処理（Ｓ２３）を終了させ、次の処理に移行する。

【0043】

続いて、軸駆動部４５は、第２回転処理（Ｓ２５）として処理空間２１ａ内の粉砕メディアの運動エネルギーに合わせて回転軸４０の回転速度を変更する。回転軸導入処理（Ｓ２３）により、回転軸４０及びアーム部材５０は底壁２３の上に位置する粉砕原料及び粉砕メディアに衝突する。当該衝突により粉砕原料及び粉砕メディアが処理空間２１ａ内で運動し、粉砕原料は粉砕され始める。処理空間２１ａ内での回転軸４０及びアーム部材５０の回転速度と粉砕原料及び粉砕メディアの運動速度との乖離度合いが大きいと、当該衝突による回転軸４０の回転エネルギーのエネルギー損失が大きい。粉砕原料及び粉砕メディアの運動速度と回転軸４０の回転速度との差を小さく抑えるため、粉砕メディアの運動エネルギーが大きくなるに従って、軸駆動部４５は回転軸４０の回転速度を上昇させる。粉砕メディアの運動エネルギーの増減は、所定の割合で増大させる回転軸４０の設定回転速度、回転軸４０及びアーム部材５０に衝突することで減じられた回転軸４０の現実の回転速度、粉砕メディアの質量等に基づいて算出する。これにより、回転軸４０が第１速度値から所定の第２速度値に達するまでの回転軸４０のエネルギー損失の総量を減じることができる。軸駆動部４５が回転軸４０の回転速度を所定の第２速度値以上に回転させた場合、制御部９０は第２回転処理（Ｓ２５）を終了させ、次の処理に移行する。

【0044】

続いて、アーム駆動部６０は、第２角度調整処理（Ｓ２７）として各アーム部材５０の角部５２の向きが回転方向Ｒと交差するように各アーム部材５０の姿勢を調整する。アーム駆動部６０は、各アーム軸５１を中心に各アーム部材５０を回転させることで、各アーム部材５０において平面部５３が面する方向と回転方向Ｒとが一致する。平面部５３が面する方向と回転方向Ｒとが一致するようにアーム駆動部６０が所定の角度だけ各アーム部材５０を回転させた場合、制御部９０は第２角度調整処理（Ｓ２７）を終了させ、次の処理に移行する。

【0045】

続いて、粉砕処理（Ｓ２９）として、軸駆動部４５は回転軸４０を所定の時間回転させる。処理空間２１ａ内に収容された粉砕原料は、例えば、アーム部材５０又はアーム部材５０と衝突して運動する粉砕メディアと衝突することで粉砕される。所定の時間、回転軸４０が回転した場合、制御部９０は粉砕処理（Ｓ２９）を終了させ、次の処理に移行する。

【0046】

続いて、回収処理（Ｓ３１）として、粉砕容器２０は閉塞部材２３ｂを開放し、回収部８０は、粉砕された粉砕原料を回収筒８１内に回収する。回収筒８１内に回収された粉砕原料は、回収筒８１に接続された配管を通じて回収容器等に回収される。所定の量の粉砕された粉砕原料が回収容器等に回収された場合、制御部９０は回収処理（Ｓ３１）を終了させ、粉砕方法を終了する。

【0047】

以上のように、この粉砕機１及び粉砕方法では、攪拌部材と粉砕メディアとの衝突エネルギーを制御できる。粉砕容器２０の処理空間２１ａの容積は容積変更部３０により変化する。例えば、容積増大処理（Ｓ１３）において容積変更部３０によって処理空間２１ａが拡大される場合、第１回転処理（Ｓ１９）では、容積の変更前に比べて単位時間当たりに攪拌部材４１と衝突する粉砕メディアの数が減少する。つまり、変更前に比べて、攪拌部材４１と粉砕メディアとの衝突エネルギーが減少する。これにより、攪拌部材４１を回転させるために必要なトルクが小さくなる。例えば、この粉砕機１及び粉砕方法は、第１回転処理（Ｓ１９）において粉砕原料の粉砕時に必要な回転速度（第１速度値）にするまで、アーム部材５０と粉砕原料及び粉砕メディアとの衝突を抑制することができる。そして、容積減少処理（Ｓ２１）において容積変更部３０によって処理空間２１ａが縮小される場合、容積の変更前に比べて攪拌部材４１と衝突する粉砕メディアの数が増加する。つまり、変更前に比べて、攪拌部材４１と粉砕メディアとの衝突エネルギーが増加する。これにより、攪拌部材４１を回転させるために必要なトルクが大きくなる。例えば、この粉砕機１及び粉砕方法は、第１回転処理（Ｓ１９）により粉砕原料の粉砕時に必要な回転速度（第１速度値）となったアーム部材５０と粉砕原料及び粉砕メディアとを適切なタイミングで衝突させることができる。このように、この粉砕機１及び粉砕方法は、容積変更部を備えることにより、粉砕容器の容積をパラメータとして粉砕メディアと攪拌部材との衝突エネルギーを制御できる。

【0048】

また、攪拌部材４１は、回転軸４０と、アーム部材５０とを有し、粉砕機１は軸駆動部４５をさらに備える。このように構成された粉砕機１は、処理空間２１ａにおいてアーム部材５０を回転軸４０の回転に伴って回転させて、粉砕メディアに衝突させることができる。

【0049】

また、容積変更部３０は、回転軸４０の軸線に沿って回転軸４０を移動する。このように構成することで、回転軸退避処理（Ｓ１５）及び回転軸導入処理（Ｓ２３）において、回転軸４０を処理空間２１ａ内で進退させることによって、アーム部材５０と粉砕メディアとの位置関係を調整できる。これにより、粉砕機１は、回転軸４０の位置をパラメータとして粉砕メディアと攪拌部材４１との衝突エネルギーを制御できる。

【0050】

また、粉砕機１は、アーム駆動部６０をさらに備え、アーム部材５０の横断面は多角形状を呈している。このように構成することで、アーム部材５０の回転方向Ｒとアーム部材５０の角部５２の向きとを一致させたり、アーム部材５０の回転方向Ｒとアーム部材５０の角部５２の向きとを交差させたりすることができる。これにより、この粉砕機１は、アーム部材５０の姿勢に応じて粉砕メディアと攪拌部材４１との衝突エネルギーを制御できる。

【0051】

また、粉砕方法の第２回転処理（Ｓ２５）では、処理空間２１ａ内の粉砕原料及び粉砕メディアの運動エネルギーに合わせて回転軸４０の回転速度を変更する。例えば、第１回転処理（Ｓ１９）における回転軸４０の回転始動時には粉砕メディアの運動エネルギーは小さい（０である）ため、回転軸４０の回転速度が速ければ速いほど粉砕原料及び粉砕メディアが回転軸４０と共に回転するアーム部材５０と衝突するときに生じる衝突エネルギーが大きくなる。したがって、第２回転処理（Ｓ２５）において粉砕原料及び粉砕メディアの運動エネルギーに合わせて回転軸４０の回転速度を変更することで、粉砕原料及び粉砕メディアと回転するアーム部材５０との衝突により生じる衝突エネルギーの上昇を適切に抑制でき、回転軸４０に係る回転エネルギー（トルク）の損失を抑制できる。

【0052】

なお、上述した実施形態は本開示に係る粉砕機１及び粉砕方法の一例を示すものである。本開示に係る粉砕機１及び粉砕方法は、実施形態に係る粉砕機１及び粉砕方法に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る粉砕機１及び粉砕方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

【0053】

例えば、粉砕容器２０の各構成の形状は上記に限定されない。上記では粉砕容器２０の蓋部２４が上下方向に移動可能な構造を示したが、処理空間２１ａの容積が可変であればどのような構造であってもよい。例えば、側壁２２は、水平方向又は上下方向に伸縮可能な構造であってもよい。図７（ａ）は、変形例に係る粉砕容器の一例を示す平面図である。図７（ａ）に示される通り、一例として、側壁２２には、その一部に容積変更部３０が設けられる。このとき、容積変更部３０は、複数の第１側壁駆動部３３を有する。各第１側壁駆動部３３には、例えばピエゾアクチュエータが適用され得る。ピエゾアクチュエータは、例えば、印加される電圧に応じて伸縮する積層された圧電素子を備える。圧電素子は、印加される電圧に応じて変形する受動素子である。

【0054】

各第１側壁駆動部３３は、側壁２２の周方向に沿って側壁２２の一部である左側壁２２ａと側壁２２の一部である右側壁２２ｂとを連結しており、上下方向に延在する。各第１側壁駆動部３３は、粉砕原料及び粉砕メディアが通過しないように左側壁２２ａと右側壁２２ｂとの間に挟持される。各第１側壁駆動部３３は伸張して左側壁２２ａを右側壁２２ｂに対して相対的に左方向に移動した状態と、収縮して左側壁２２ａを右側壁２２ｂに対して相対的に右方向に移動した状態とを、交互に繰り返す。このとき、底壁２３及び蓋部２４はそれぞれ第１側壁駆動部３３と同様のピエゾアクチュエータを有し、左右方向に沿って伸縮可能である。これにより、容器２１の処理空間２１ａは、その内部から粉砕原料及び粉砕メディアが漏出することを抑え、左右方向に膨張又は収縮できる。

【0055】

図７（ｂ）は、変形例に係る粉砕容器の一例を示す側面図である。図７（ｂ）に示される通り、一例として、側壁２２には、その一部に容積変更部３０が設けられる。このとき、容積変更部３０は、第２側壁駆動部３４を有する。第２側壁駆動部３４には、例えば、上記の各第１側壁駆動部３３と同一のピエゾアクチュエータが適用され得る。

【0056】

第２側壁駆動部３４は、側壁２２の上下方向に沿って側壁２２の上部である上側壁２２ｃと側壁２２の下部である下側壁２２ｄとを連結しており、側壁２２の周方向に延在する。第２側壁駆動部３４は、粉砕原料及び粉砕メディアが通過しないように上側壁２２ｃと下側壁２２ｄとの間に挟持される。第２側壁駆動部３４は伸張して上側壁２２ｃを下側壁２２ｄに対して相対的に上方に移動した状態と、収縮して上側壁２２ｃを下側壁２２ｄに対して相対的に下方に移動した状態とを、交互に繰り返す。これにより、容器２１の処理空間２１ａは、その内部から粉砕原料及び粉砕メディアが漏出することを抑え、上下方向に膨張又は収縮できる。

【0057】

また、例えば、底壁２３は、側壁２２に沿って上下方向に移動可能に設けられていてもよい。この場合、底壁２３の外縁部には、例えばＯリングが設けられている。底壁２３が側壁２２に対して相対的に上下方向に移動することにより、処理空間２１ａの容積が変化する。この場合、容積変更部３０は、底壁駆動部（不図示）を有する。底壁駆動部はシリンダであり、シリンダロッドが上下方向に延在している。底壁駆動部のシリンダロッドの上端部が底壁２３の下面に固定され、当該シリンダロッドが伸縮することによって、底壁２３が連動して移動する。これにより、容器２１の処理空間２１ａは、その内部から粉砕原料及び粉砕メディアが漏出することを抑え、上下方向に膨張又は収縮できる。

【0058】

上記の粉砕容器２０の各伸縮構成は、組み合わされて適用されていてもよく、少なくとも１つの構成が適用されていてもよい。側壁２２の左右方向の伸縮、側壁２２の上下方向の伸縮、底壁２３の上下方向の移動、及び蓋部２４の上下方向の移動が組み合わされて粉砕方法において実行されてもよい。すなわち、容積増大処理（Ｓ１３）では、容器駆動部３１の伸長、各第１側壁駆動部３３の伸長、第２側壁駆動部３４の伸長、及び蓋駆動部３２の短縮の少なくとも１つが実行されることにより、処理空間２１ａを大きくする。各伸長度合い及び短縮度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は容積増大処理（Ｓ１３）を終了させ、次の処理に移行する。また、容積減少処理（Ｓ２１）では、容器駆動部３１の短縮、各第１側壁駆動部３３の短縮、第２側壁駆動部３４の短縮、及び蓋駆動部３２の伸長の少なくとも１つが実行されることにより、処理空間２１ａを小さくする。各短縮度合い及び伸長度合いの和が閾値以上である場合、制御部９０は容積減少処理（Ｓ２１）を終了させ、次の処理に移行する。

【0059】

また、回転軸４０が蓋部２４に回転可能に固定され、回転軸４０が伸縮可能な構成であれば、軸駆動部４５が蓋駆動部３２に固定されていなくても、回転軸４０は、その長さを伸縮させることで蓋部２４と共に上下方向に移動することができる。また、例えば、回転軸４０及び軸駆動部４５が容器駆動部３１と固定され、粉砕容器２０の容器２１によって支持されていてもよい。

【0060】

また、例えば、軸駆動部４５はシリンダ機構をさらに備え、回転軸４０を上下方向に移動させてもよい。この場合、回転軸４０は、蓋部２４の軸開口２４ｂに挿通され、蓋部２４に対して回転可能及び上下方向に移動可能に設けられる。回転軸４０及び軸駆動部４５は、蓋駆動部３２に固定されていなくてもよく、蓋駆動部３２の軸空間３２ｃ内において上下方向に移動可能に位置していてもよい。なお、粉砕方法において、回転軸退避処理（Ｓ１５）及び回転軸導入処理（Ｓ２３）が実行されなくてもよい。

【0061】

軸駆動部４５の位置、回転軸の延在方向は限定されない。例えば、回転軸４０は水平方向に延在していてもよい。この場合、回転軸４０は、容器２１の側壁２２に挿入されており、回転軸４０は上下方向に移動可能であってもよい。軸駆動部４５は、回転軸４０の下方に設けられていてもよい。

【0062】

また、例えば、アーム部材５０は１つであってもよい。各アーム部材５０の横断面は、多角形状でなくてもよい。各アーム部材５０の横断面は、多角形状であっても角張っておらず丸みを帯びていてもよい。また、例えば、粉砕機１は、アーム駆動部６０を備えなくてもよい。

【0063】

粉砕方法は、容積増大処理（Ｓ１３）、第１回転処理（Ｓ１９）及び容積減少処理（Ｓ２１）のみ実行されてもよい。粉砕方法の処理の一部は前後してもよく、同時に実行されてもよい。例えば、容積増大処理（Ｓ１３）、回転軸退避処理（Ｓ１５）及び第１角度調整処理（Ｓ１７）は順不同であり、同時に実行されてもよい。例えば、容積減少処理（Ｓ２１）、回転軸導入処理（Ｓ２３）、第２回転処理（Ｓ２５）及び第２角度調整処理（Ｓ２７）は順不同であり、同時に実行されてもよい。粉砕処理（Ｓ２９）は、回転軸導入処理（Ｓ２３）が開始された途中から開始され得る。

【符号の説明】

【0064】

１…粉砕機、１０…供給部、２０…粉砕容器、２１…容器、２１ａ…処理空間、２２…側壁、２３…底壁、２４…蓋部、３０…容積変更部、３１…容器駆動部、３２…蓋駆動部、３３…第１側壁駆動部、３４…第２側壁駆動部、４０…回転軸、４１…攪拌部材、４５…軸駆動部、５０…アーム部材、５１…アーム軸、５２…角部、５３…平面部、６０…アーム駆動部、７０…支持部、８０…回収部、８１…回収筒、８２…ストッパ、８３…ストッパ駆動部、９０…制御部、Ｃ…回転径方向、Ｒ…回転方向。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】