特許 7421700 回転装置、粉砕方法および混合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-17

(45)【発行日】2024-01-25

(54)【発明の名称】回転装置、粉砕方法および混合方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 29/00 20220101AFI20240118BHJP

   B02C 17/14 20060101ALI20240118BHJP

   B01F 35/00 20220101ALI20240118BHJP

【ＦＩ】

B01F29/00

B02C17/14 Z

B01F35/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020164692

(22)【出願日】2020-09-30

(62)【分割の表示】P 2020524652の分割

【原出願日】2020-01-29

(65)【公開番号】P2021115567

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】596096320

【氏名又は名称】株式会社ナガオシステム

(74)【代理人】

【識別番号】100154405

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 大吾

(74)【代理人】

【識別番号】100079005

【弁理士】

【氏名又は名称】宇高 克己

(74)【代理人】

【識別番号】100201341

【弁理士】

【氏名又は名称】畠山 順一

(72)【発明者】

【氏名】長尾 文喜

(72)【発明者】

【氏名】長尾 知春

【審査官】太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０１６２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７６３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１５９２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２９３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３３２３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３１９０９９３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ２９／００ － ３３／８７

Ｂ０１Ｆ ３５／００ － ３５／９５

Ｂ０２Ｃ １／００ － ７／１８

Ｂ０２Ｃ １５／００ － １７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器を３次元回転させることのできる回転装置であって、
第１回転駆動装置と、
前記第１回転駆動装置により回転される第１水平軸と、
前記第１水平軸に結合される外側回転枠と、
前記第１回転駆動装置と反対側に設けられる第２回転駆動装置と、
前記第１水平軸と反対側に設けられ、前記外側回転枠の一側面を貫通し、前記第２回転駆動装置により回転される第２水平軸と、
前記第２水平軸に結合され、前記第２水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、
前記第１水平軸および前記第２水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、
前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、
前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、
前記主動円板の回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、
前記第１回転駆動装置および第２回転駆動装置の出力を個別に制御する制御装置と、
を備え、
前記伝達機構は、中空チューブ構造であり、
前記中空チューブ構造はゴム製であり、中空チューブ構造内の中空圧は調整可能であり、
前記中空圧が高圧状態において、ゴム接触以上の接触状態で前記中空チューブ構造は前記従動円板に当接され、
前記中空圧が中圧状態において、意図的にスリップを発生させ非定常軌跡を実現できるように前記中空チューブ構造は前記従動円板に当接される
ことを特徴とする回転装置。

【請求項2】

容器を３次元回転させることのできる回転装置であって、
前記回転装置は、
回転駆動装置と、
前記回転駆動装置により回転される水平軸と、
前記水平軸に結合される外側回転枠と、
前記外側回転枠の一側面を貫通して前記水平軸に結合され、前記水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、
前記水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、
前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、
前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、
前記主動円板まわりの回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、
前記回転駆動装置の出力を制御する制御装置と、
を備え、
前記伝達機構は、中空チューブ構造であり、
前記中空チューブ構造はゴム製であり、中空チューブ構造内の中空圧は調整可能であり、
前記中空圧が高圧状態において、ゴム接触以上の接触状態で前記中空チューブ構造は前記従動円板に当接され、
前記中空圧が中圧状態において、意図的にスリップを発生させ非定常軌跡を実現できるように前記中空チューブ構造は前記従動円板に当接される
ことを特徴とする回転装置。

【請求項3】

前記容器は、楕円球形容器、紡錘形容器、長円球容器のいずれかである
ことを特徴とする請求項１または２記載の回転装置。

【請求項4】

請求項１～３いずれか記載の回転装置を用い、
前記中空チューブ構造内の中空圧を調整し、
前記容器に硬質ボールと被粉砕物を入れ、
前記容器を３次元回転させる
ことを特徴とする粉砕方法。

【請求項5】

前記被粉砕物の比重は前記硬質ボールの比重の半分以下である
ことを特徴とする請求項４記載の粉砕方法。

【請求項6】

請求項１～３いずれか記載の回転装置を用い、
前記中空チューブ構造内の中空圧を調整し、
前記容器に物質Aと物質Bを入れ、
前記容器を３次元回転させる
ことを特徴とする混合方法。

【請求項7】

前記物質Bの比重は前記物質Aの比重の半分以下である
ことを特徴とする請求項６記載の混合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕方法および混合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

粉砕装置の１種としてボールミルが知られている。ボールミルでは、セラミックや金属などの硬質のボールと、被粉砕物を円筒形の容器にいれて回転（１軸回転，２次元回転）させることによって、被粉砕物をすりつぶして微細な粉末を作る。

【0003】

２次元回転（１軸回転）は円周方向のみであるから、その回転により遠心力を受けたボールは円筒容器内壁に向かって駆け上がり落下する。ボールの移動は限定的であり、充分な粉砕効果も限定的である。

【0004】

これに対し、３次元回転（２軸回転）させることのできる回転装置（ボールミル）によれば、ボールは球状容器内壁面に沿って複雑な軌道を描き、球状容器全面を利用できるため、充分な粉砕効果が期待できる。

【0005】

３次元回転（２軸回転）に係る回転装置として、外部モータにより内部モータとともに第１軸回転させ、内部モータにより第２軸周りに容器等を回転させる装置が一般的である（例えば特許文献１）。

【0006】

外部モータにより内部モータ自体を回転させる結果、高速回転させると、内部モータに大きな遠心力が作用し、故障の原因になる。また、内部モータ自体を回転させるには外部モータを大型化する必要がある。これにともない、多くのエネルギーを必要とし、熱損失も発生する。

【0007】

これに対し、内部モータに換えて伝達機構を有する回転装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

【0008】

特許文献２に係る回転装置は、装置本体と筺体と駆動モータと支持盤とから構成される。駆動モータの回転駆動力はプーリを介して本体装置に伝達される。

【0009】

本体装置は、外枠と内枠（容器保持構造）と第１円板（縦置）と第２円板（横置）と第１回転軸と第２回転軸とから構成されている。

【0010】

駆動モータの回転駆動力はプーリを介して、第１回転軸に伝達される。第１回転軸まわりに、外枠、第２回転軸が回転する。

【0011】

第１円板周面にはゴムが配設され、第２円板下面に当接されて、伝達機構を構成する。第１円板の回転力は第２円板に伝達される。第２回転軸まわりに、第２円板および内枠が回転する。

【0012】

これにより、容器はX軸周りおよびZ軸周り、すなわち２軸周りに回転する。これを３次元回転と呼ぶ。

【0013】

このように、球形容器内においてボールは複雑な軌道を描き、充分な粉砕効果が期待できる。さらに、伝達機構により内部モータは不要となり、小型化、軽量化、高速回転化（たとえば４００ｒｐｍ）、発熱抑制を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開２００２－３１６８９９号公報

【文献】特開２０１２－１７６３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

特許文献２の容器は球形である。球形容器を定速で３次元回転させると、ボールは球形容器内にて一定の軌道を描くようになる。本願発明者が、特許文献２の回転装置（本願基本形）を開発した当時は、定常状態の方が好ましいと考えていた。

【0016】

本願発明者は様々な粉砕試験を繰り返すうちに、この定常軌道が３次元回転ボールミルの性能を制限していると考えるようになった。

【0017】

本発明は上記課題を解決するものであり、３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕において、更なる粉砕効果が得られる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記課題を解決する本発明は、容器を３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕方法である。前記容器は楕円球形容器である。前記楕円球形容器に硬質ボールと被粉砕物を入れ、前記楕円球形容器を３次元回転させる。

【0019】

楕円球形容器により更なる粉砕効果が得られる。また、比較的低速回転でも粉砕効果が得られる。さらに、高速回転による定常状態になるまでの時間が短い。その結果、粉砕時間を短縮できる。

【0020】

上記発明において、好ましくは、前記被粉砕物の比重は前記硬質ボールの比重の半分以下である。さらに好ましくは１／４以下である。

【0021】

このような比重差がある場合でも、充分な粉砕効果が得られる。

【0022】

上記発明において、好ましくは、前記楕円球形容器に、小容器を介して、前記被粉砕物を入れる。

【0023】

これにより、被粉砕物が小粒径または／および少量の場合でも、充分な粉砕効果が得られる。

【0024】

上記発明において、好ましくは、前記小容器は楕円球形である。

【0025】

小容器においても、楕円球形による効果を奏する。

【0026】

上記発明において、好ましくは、前記回転装置は、第１回転駆動装置と、前記第１回転駆動装置により回転される第１水平軸と、前記第１水平軸に結合される外側回転枠と、前記第１回転駆動装置と反対側に設けられる第２回転駆動装置と、前記第１水平軸と反対側に設けられ、前記外側回転枠の一側面を貫通し、前記第２回転駆動装置により回転される第２水平軸と、前記第２水平軸に結合され、前記第２水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、前記第１水平軸および前記第２水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、前記主動円板の回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、前記第１回転駆動装置および第２回転駆動装置の出力を個別に制御する制御装置と、を備える。

【0027】

上記回転装置により、３次元高速回転を実現できる。２軸回転を個別に制御できる。

【0028】

上記発明において、好ましくは、前記回転装置は、回転駆動装置と、前記回転駆動装置により回転される水平軸と、前記水平軸に結合される外側回転枠と、前記外側回転枠の一側面を貫通して前記水平軸に結合され、前記水平軸に垂直な方向に板面を有する主動円板と、前記水平軸の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有し、前記外側回転枠に設けられる直交軸と、前記直交軸に結合され、前記容器を保持する内側回転枠と、前記直交軸に結合され、前記直交軸に垂直な方向に板面を有する従動円板と、前記主動円板まわりの回転力を前記従動円板に伝達する伝達機構と、前記回転駆動装置の出力を制御する制御装置と、を備える。

【0029】

上記回転装置により、３次元高速回転を実現できる。１つの駆動装置により、２軸回転を実現できる。

【0030】

上記発明において、前記伝達機構は、中空チューブ構造であり、中空チューブ構造内の中空圧を調整する。

【0031】

中空圧を高圧状態、中圧状態、低圧状態と調整できる。高圧状態により、確実な伝達が可能となる。中圧状態により、意図的なスリップを発生させ、更なる粉砕効果が得られる。低圧状態により、３次元回転を２次元回転とすることができる。

【0032】

上記課題を解決する本発明は、容器を３次元回転させることのできる回転装置を用いる混合方法である。前記容器は楕円球形容器である。前記楕円球形容器に被混合物を入れ、前記楕円球形容器を３次元回転させる。被混合物は、物質Aと前記物質Aの比重の半分以下の比重の物質Bである。

【0033】

楕円球形容器により更なる混合効果が得られる。また、比較的低速回転でも混合効果が得られる。さらに、高速回転による定常状態になるまでの時間が短い。その結果、混合時間を短縮できる。

【発明の効果】

【0034】

本発明では、３次元回転させることのできる回転装置を用いる粉砕において、更なる粉砕効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】回転装置の一例（断面図）

【図2】回転装置の一例（斜視図）

【図3】回転装置の別例（斜視図）

【図4】回転装置の別例（斜視図）

【図5】容器の保持構造の一例（斜視図）

【図6】容器の保持構造の適用例（楕円球形容器）

【図7】楕円球形容器による効果

【図8】楕円球形容器による効果（試験結果）

【図9】楕円球形容器による効果（試験結果）

【図10】楕円球形容器による効果

【図11】大容器内小容器の概念図

【図12】大容器内小容器の変形例

【図13】伝達機構の変形例

【発明を実施するための形態】

【0036】

＜回転装置基本構成＞
図１および図２は、回転装置の一例の概略図である。図１は断面図であり、図２は斜視図である。回転装置は、装置本体と筺体と回転駆動装置であるモータ１，４と支持盤とから構成される。

【0037】

装置本体は、第１水平軸２と、外側回転枠３と、第２水平軸５と、主動円板６と、直交軸７と、内側回転枠８と、従動円板９と、伝達機構１０と、制御装置３０とを備える。

【0038】

電動モータ１の出力軸はプーリを介して第１水平軸２に結合されている。また、第１水平軸２は、外側回転枠３に結合されている。すなわち、電動モータ１の駆動により、外側回転枠３は第１水平軸２回り（軸心Ｘ－Ｘラインの回り）で回転する。

【0039】

電動モータ４の出力軸はプーリを介して第２水平軸５に結合されている。第２水平軸５は、第１水平軸２と反対側に設けられ、外側回転枠３の一側面を貫通する。第２水平軸５と外側回転枠３との間には、ボールベアリングが設けられている。また、第２水平軸５は、主動円板６に結合されている。主動円板６は第２水平軸５に垂直な方向に板面を有する。

【0040】

すなわち、電動モータ４の駆動により、主動円板６は第２水平軸５回り（X－Xラインの回り）で回転する。一方で、第２水平軸５は外側回転枠３と縁が切れているため、電動モータ４の駆動力は外側回転枠３に直接伝達されない。

【0041】

直交軸７，７は外側回転枠３に設けられる。直交軸７，７と外側回転枠３との間には、ボールベアリングが設けられている。直交軸７，７は、第１水平軸２および第２水平軸５の軸芯方向とは直交方向に軸芯方向を有する。また、直交軸７，７は、内側回転枠８に結合されている。

【0042】

すなわち、内側回転枠８は外側回転枠３の内側に配置され、外側回転枠３内において直交軸７回り（Z－Zライン）に回転自在となっている。

【0043】

さらに、直交軸７は、従動円板９に結合されている。すなわち、従動円板９の直交軸７回りの回転に伴い、内側回転枠８も直交軸７回り（Z－Zライン）で回転する。なお、内側回転枠８および従動円板９が直交軸７回りで回転しても、この回転力は外側回転枠３に直接伝達されない。

【0044】

伝達機構１０は、主動円板６の周端面が従動円板９の板面外周部に対向した状態で、主動円板６の回転力を従動円板９に伝達する。

【0045】

内側回転枠８内には容器２２が保持されている（図５，図６参照）。

【0046】

＜回転装置基本動作＞
制御装置３０は、電動モータ１および電動モータ４の出力を個別に制御可能である。

【0047】

電動モータ１を駆動させると、第１水平軸２を介して、外側回転枠３はX－Xラインの回りで回転する。

【0048】

外側回転枠３の回転に伴い、外側回転枠３に設けられた直交軸７，７もX－Xラインの回りで回転する。さらに直交軸７，７を介して内側回転枠８および従動円板９も、同様に、X－Xラインの回りで回転する。

【0049】

電動モータ４を駆動させると、第２水平軸５を介して、主動円板６はX－Xラインの回りで回転する。

【0050】

主動円板６と従動円板９は個別にX－Xラインの回りで回転し、回転速度差が発生する。X－Xラインの回りの回転速度差は伝達機構１０を介して従動円板９に伝達され、従動円板９が直交軸７の回り（Z－Zラインの回り）で回転し、内側回転枠８もZ－Zラインの回りで回転する。

【0051】

すなわち、内側回転枠８および容器２２は、X－Xラインの回りで回転するとともに、Z－Zラインの回りでも回転する。言い換えると、２軸回転（３次元回転）する。

【0052】

＜伝達機構例＞
電動モータ１および電動モータ４の出力を個別に制御することにより、X－Xラインの回りでの回転数（回転速度）とZ－Zラインの回りでの回転数（回転速度）を個別に制御することができる。これにより、更に複雑な挙動を実現できる。

【0053】

一方で、電動モータ１および電動モータ４の個別制御は複雑な制御になりやすい。回転速度を増していくと、接触伝達機構では当接のスリップが発生し、速度制御の精度にかかる課題が発生するおそれがある。特に、主動円板６も従動円板９もX－Xラインの回りで回転すると、接触（当接）伝達機構では当接のスリップが発生しやすい。

【0054】

さらに、回転速度を周期的に増減させる様な複雑な制御を想定する場合、伝達が追従できず、当接スリップが発生するおそれがある。

【0055】

図１および図２の伝達機構は非接触式であり、複数の第１磁石１１と複数の第２磁石１２とから構成される。第１磁石１１と第２磁石１２との間にスペース１３が形成されている。つまり、第１磁石１１と第２磁石１２とは非接触である。

【0056】

第１磁石１１は、主動円板６の周端面に、N極とS極とが交互になる様に複数配設される。第２磁石１２は、従動円板９の板面外周部に、N極とS極とが交互になる様に複数配設される。

【0057】

主動円板６が回転すると、第１磁石１１も回転する。第１磁石１１のN極は、第２磁石１２のN極と反発しあい、第２磁石１２のS極と引き合おうとする。第１磁石１１のS極は、第２磁石１２のS極と反発しあい、第２磁石１２のN極と引き合おうとする。これを繰り返すことにより、主動円板６のX－Xラインの回りの回転力が従動円板９に伝達され、従動円板９はZ－Zラインの回りで回転する。

【0058】

非接触伝達機構においては、当接スリップは発生しない。その結果、精度のよい速度制御が可能である。また、回転力伝達に伴い発熱しない。回転速度を周期的に増減させるような複雑な制御も可能となる。

【0059】

＜回転装置変形例＞
容器を３次元回転させることのできる回転装置であれば、上記に限定されない。

【0060】

図３は、回転装置の変形例である。電動モータ４がなく、水平軸５が固定されることにより、主動円板６も固定されている。

【0061】

電動モータ１を駆動させると、水平軸２を介して、外側回転枠３はX－Xラインの回りで回転する。

【0062】

外側回転枠３の回転に伴い、外側回転枠３に設けられた直交軸７，７もX－Xラインの回りで回転する。さらに直交軸７，７を介して内側回転枠８および従動円板９も、同様に、X－Xラインの回りで回転する。

【0063】

このとき、従動円板９は主動円板６外周に沿って回転する。X－Xラインの回りの回転力は伝達機構１０を介して従動円板９に伝達され、従動円板９が直交軸７の回り（Z－Zラインの回り）で回転し、内側回転枠８もZ－Zラインの回りで回転する。

【0064】

内側回転枠８および容器２２は、X－Xラインの回りで回転するとともに、Z－Zラインの回りでも回転する。言い換えると、２軸回転（３次元回転）する。

【0065】

このとき、Z－Zラインの回りでの回転数（回転速度）はX－Xラインの回りでの回転数（回転速度）に比例する。回転装置作動中は、個別制御ができない。一方で、２つのモータの個別制御に比べ、制御を単純化できる。

【0066】

図４は、回転装置の別の変形例である。具体的には伝達機構１０の変形例である。図１および図２の伝達機構は非接触式であるのに対し、図４の伝達機構は接触式(当接式)である。

【0067】

主動円板６の周面に、摩擦係数が大きな弾性体（例えば、ゴムバンド）が取り付けられている。さらにゴムバンドには溝が設けられている。これにより、主動円板６の周面はゴム１０を介して従動円板９に圧接し、両者間に摩擦抵抗力が発生する。

【0068】

従動円板９の板面外周に環状かつ面状のゴムが貼付されていてもよい。すなわち、どちらかの当接面または両方に弾性体が設けられていればよい。

【0069】

伝達機構１０の変形例として歯の噛み合わせ機構（図示省略）としてもよい。

【0070】

＜容器保持機構＞

【0071】

図５は容器保持機構の一例の概略斜視図である。球状容器２２が、容器保持板２１，２１を介して内側回転枠８の内部に設けられている。球状容器２２の中心は、回転装置の回転中心（すなわちX－XラインとZ－Zラインとの交点）と一致する。

【0072】

容器保持板２１には球状容器２２サイズに対応する開口が設けられている。２枚の容器保持板２１により球状容器２２を挟み込み、容器保持板２１を内側回転枠８に取付ける。これにより、球状容器２２が保持される。なお、球状容器２２は２つの半球の接合により形成される。

【0073】

容器保持板２１の開口サイズを変えることにより、球状容器２２のサイズ変更に対応可能である。また、球状容器２２だけでなく楕円球容器２３や紡錘形容器（図示省略）、長円球容器（図示省略）などにも適用できる。なお、紡錘形容器や長円球容器は、楕円球容器２３と類似効果が得られる可能性がある。

【0074】

図６は容器保持機構を楕円球容器２３に適用した例である。２枚の容器保持板２１により楕円球容器２３を挟み込み、容器保持板２１を内側回転枠８に取付ける。楕円球容器２３の長軸方向が容器保持板２１の開口より突出する。これにより、楕円球容器２３が保持される。

【0075】

楕円球容器２３において、楕円長軸は楕円短軸に対し、１．２倍～３倍程度であることが好ましい。１．２倍未満では、円球容器による効果が充分でなく、３倍超になると内側回転枠が扁平になり、回転バランスについて再検討が必要となる。なお、説明の便宜の為、図６例示では、楕円長軸は楕円短軸に対し１．５倍程度としている。

【0076】

紡錘形容器や長円球容器を用いる場合は、上記長軸短軸比を参考に形状を設定する。

【0077】

なお、図示では半透明容器となっているが、容器も硬質ボールと同等の材質（例えば、ジルコニアやアルミナ）であることが好ましい。ステンレスを用いてもよい。

【0078】

＜楕円球容器による効果＞
本願発明者は様々な粉砕試験を繰り返し、３次元回転ボールミルの性能限界について検討した。たとえば、ボールの比重に比べて、被粉砕物の比重が明らかに軽い（例えば半分以下）場合、球状容器２２では充分な粉砕効果が得られないことに気が付いた。

【0079】

一般に用いられる硬質ボールはセラミック製や金属製である。セラミックの１種であるジルコニアの比重は５．７ｇ／ｃｍ^３程度である。金属の１種であるアルミナの比重は４．０ｇ／ｃｍ^３程度である。

【0080】

被粉砕物としてもぐさ（比重０．２ｃｍ^３程度）やシルク（比重１．３ｃｍ^３程度）を想定すると、被粉砕物の比重は、ボール比重の半分以下である。なお、被粉砕物の比重がボール比重の１／４以下となると、下記不具合（粉砕不充分）は顕著となる。

【0081】

図７は球状容器２２と楕円球容器２３との効果の違いを説明する図である。図８は球状容器２２と楕円球容器２３とのもぐさの粉砕試験結果の違いを説明する図である。図９は球状容器２２と楕円球容器２３とのシルクの粉砕試験結果の違いを説明する図である。

【0082】

球状容器２２を３次元回転させると、遠心力により、硬質ボールは球状容器２２の内壁面に沿って移動する。所定時間経過すると、定常軌道になる。

【0083】

一方で、比重の軽い被粉砕物は球状容器２２中心付近に集まる傾向にある。その結果、硬質ボールは被粉砕物に接触することが少なく、充分な粉砕効果が得られない。

【0084】

粉砕試験結果においても、もぐさは粉砕されず塊のままであり、硬質ボールと混合されていないままである（図８）。シルクは粉砕されず、嵩張っている（図９）。

【0085】

楕円球容器２３を３次元回転させると、遠心力により、硬質ボールは楕円球容器２３の内壁面に沿って移動する。楕円球容器２３の内壁面に沿って移動する硬質ボールの一部は、軌道を変えて内壁面から離れ、楕円球容器２３の中心付近を通過する。この際、楕円球容器２３中心付近に集まる比重の軽い被粉砕物と接触し、充分な粉砕効果が期待できる。

【0086】

粉砕試験結果においても、もぐさは粉砕され微粉となり、硬質ボールと混合されている（図８）。シルクは粉砕され、嵩が減っている（図９）。

【0087】

なお、様々な物質を粉砕し微粉として利用する需要がある。たとえば、シルクを微粉として、化粧品クリームに混ぜると、美白効果、保湿効果が期待できる。

【0088】

図１０は球状容器２２と楕円球容器２３との別の効果の違いを説明する図である。

【0089】

ボールミルによる粉砕効果を確実にするため、硬質ボールの比重は比較的重い（例：ジルコニア比重５．７ｇ／ｃｍ^３程度、アルミナ比重４．０ｇ／ｃｍ^３程度）。

【0090】

その結果、硬質ボール自重の影響が大きく、低速回転（例えば５０ｒｐｍ程度）の３次元回転では、硬質ボールが球状容器２２の内壁を駆け上がることができないおそれがある。高速回転（例えば２００ｒｐｍ程度）の３次元回転としても、硬質ボールが球状容器２２の内壁を駆け上がり、球状容器全面に軌跡を描くようになるまで、所定時間を要する。

【0091】

これに対し、３次元回転において、楕円球容器２３の長軸が水平となる際、硬質ボールが楕円球容器２３の内壁を駆け上がりやすくなる。低速回転（例えば５０ｒｐｍ程度）の３次元回転でも、楕円球容器２３の内壁を駆け上がることができる。高速回転（例えば２００ｒｐｍ程度）の３次元回転とすると、硬質ボールが球状容器２２の内壁を駆け上がり、短時間で、球状容器全面に軌跡を描くようになる。その結果、粉砕時間が短くなる。なお、本願回転装置は４００ｒｐｍの高速回転が可能である。

【0092】

＜大容器内小容器＞
本願発明者は様々な粉砕試験を繰り返し、３次元回転ボールミルの性能限界について検討した。たとえば、被粉砕物が極めて小粒径（たとえば容器径の１／５０以下、特に容器径の１／１００以下）の場合や、少量（たとえば容器容量の１／１００以下、とくに容器容量の１／１０００以下）場合、充分な粉砕効果が得られないことに気が付いた。

【0093】

本願発明者は、様々な粉砕試験、混合試験、分離試験をおこなうために、回転装置を開発し、内径８０～２００ｍｍの容器２２を用いている。説明の便宜上、容器内径を１００ｍｍとする。充分な粉砕効果を得るために、硬質ボール径８～２５ｍｍ程度としている。説明の便宜上、硬質ボール径を１５ｍｍとする。

【0094】

例えば、被粉砕物の粒径を１ｍｍの粒とし、当該粒を１０００粒とする。このような小粒径および小容量を粉砕する場合、硬質ボールと被粉砕物とが接触する回数は少なく、充分な粉砕効果が得られない（図１１参考例１）。

【0095】

このような不具合に対し、本願発明者は、内径３０ｍｍの小容器に小粒径（例えば粒径５ｍｍ）の硬質ボールを用い、容器を３次元回転させてみたところ、容器およびボールの小径化により充分な粉砕力が得られず、充分な粉砕効果が得られなかった（図１１参考例２）。

【0096】

ところで、３次元回転ボールミルにおいては、一般的なボールミル装置（２次元回転）に比べて、格段に粉砕効果が向上するとともに、ボール衝突による容器内発熱が顕著に抑制されている。本願発明者は、容器内発熱抑制の原理について考察したところ、一般的なボールミル装置においては、ボール同士およびボールと内壁が直線的に衝突するのに対し、３次元回転ボールミルにおいては、容器の３次元回転に伴い、ボールも３次元回転し、ボール同士およびボールと内壁が回転しながら擦れあって接触している可能性があると推察した。

【0097】

上記推察から類推すれば、大容器２２内に小容器２４を入れ、大容器２２を３次元回転させれば、小容器２４は大容器２２内壁面に沿って移動するとともに、小容器２４自体も３次元回転する。

【0098】

小容器２４内に小粒径または／および少量の被粉砕物をいれることにより、小容器２４内で３次元回転が実現される。小容器２４は大容器内２２内で大きく移動しているため、充分な粉砕力が得られる。その結果、被粉砕物が小粒径または／および少量であっても、充分な粉砕効果が得られる。

【0099】

小容器２４内径は大容器２２内径の１０～３０％程度が好ましい。１０％未満であると、小容器２４内に入れられる被粉砕物量が制限される。また、充分な粉砕効果が得られない。３０％超であると小容器２４が大容器２２内で自由に移動することが制限される。小容器２４は大容器２２材質と同等の材質であることが好ましい。

【0100】

説明の便宜上、大容器２２内径を１００ｍｍとし、小容器２４内径を２０ｍｍとする（大径小径比２０％）。これにより、被粉砕物粒径は小容器２４内径の１／２０（５％）となり、被粉砕物量は小容器２４容量の１／８（１２．５％）となる。被粉砕物は小容器２４に対し適度な粒径や適度な量を有する（過度な小粒径や少量とならない）。

【0101】

図１１は大容器内小容器の概念図である。比較の為、参考例１（大容器）および参考例２（小容器）の３次元回転イメージを示す。

【0102】

実施例１では、大容器２２内に小容器２４のみをいれ、大径硬質ボールを用いない。小容器２４に被粉砕物と小径硬質ボール（例えば径１～３ｍｍ）を入れる。複数の小容器２４を大容器２２内に入れることにより、一の小容器２４が他の小容器２４に対し硬質ボールの様に作用する。すなわち、小容器２４同士が回転しながら接触する。小容器２４内において、小径硬質ボールが被粉砕物と回転しながら接触する。複数の小容器２４に異なる物質を入れることもでき、少量多種の粉砕作業に好適である。

【0103】

実施例２では、大容器２２内に小容器２４と大径硬質ボールをいれる。さらに小容器２４に被粉砕物と小径硬質ボール（例えば径１～３ｍｍ）を入れる。大径硬質ボールと小容器２４とが回転しながら接触し、さらに、小容器２４内において、小径硬質ボールが被粉砕物と回転しながら接触する。少量少種の粉砕作業に好適である。

【0104】

実施例３では、大容器２２内に小容器２４と大径硬質ボールをいれる。さらに小容器２４に被粉砕物を入れる。大径硬質ボールと小容器２４とが回転しながら接触し、さらに、小容器２４内において、被粉砕物が回転しながら小容器２４内壁に接触する。

【0105】

実施例３の変形例（図示省略）として、大容器２２内に複数の小容器２４とをいれ、さらに小容器２４に被粉砕物を入れてもよい。一の小容器２４が他の小容器２４に対し硬質ボールの様に作用する。

【0106】

なお、薬品を粉砕して微粉とすると体内への吸収が良くなる等の効果がある。一般に、新規開発された薬品は高価であり、少量生産されることが多い。このような場合、大容器内小容器による粉砕が好適である。

【0107】

＜楕円球容器との相乗効果＞
図１２は大容器内小容器において、大容器または／および小容器に楕円球容器を用いる場合の概念図である。

【0108】

小粒径または／および少量の被粉砕物においても、容器中心付近に集まる傾向にある。また、硬質ボールの比重に比べて、薬品等の比重が明らかに軽い（例えば半分以下）場合も多い。大容器内小容器と楕円球容器とを組み合わせることの相乗効果により、確実な粉砕効果が期待できる。

【0109】

また、楕円球容器により粉砕する被粉砕物は徐々に小粒径化し、接触回数が減るおそれもある。楕円球容器と大容器内小容器とを組み合わせることの相乗効果により、確実な粉砕効果が期待できる。

【0110】

実施例４では、大容器に球形容器を用い、小容器に楕円球容器を用いる。実施例５では、大容器に楕円球容器を用い、小容器に楕円球容器を用いる。実施例６では、大容器に楕円球容器を用い、小容器に球形容器を用いる。

【0111】

実施例４～６において、実施例１～３を参考に、適宜大径硬質ボールや小径硬質ボールを適宜用いる。

【0112】

＜空気圧当接式伝達機構＞
本願回転装置において伝達機構１０は本質的構成であるが、主動円板６の回転力を従動円板９に伝達できれば、限定されない。

【0113】

図１～３の伝達機構では、磁気による非接触式を例示している。図４の伝達機構では、ゴムによる接触（当接）式を例示している。

【0114】

磁気による非接触式の伝達機構もゴムによる接触式の伝達機構も一長一短を有する。磁気による非接触式の伝達機構では、スリップを抑制する一方、構成が若干複雑で、磁石の自重を無視できない。ゴムによる接触式の伝達機構は、構成が簡単で、軽量である一方、スリップのおそれがある。

【0115】

本願では、上記不具合を考慮して、別方式の伝達機構を提案する。

【0116】

本実施形態の伝達機構１０は中空チューブ構造であり、中空チューブ構造内の中空圧を調整可能である。

【0117】

図１２は、伝達機構１０の中空チューブ構造内の中空圧を、（A）高圧状態、（B）中圧状態、（C）低圧状態に調整する動作説明図である。中空圧状態を矢印の太さでイメージしている。

【0118】

高圧状態において、ゴム接触以上の弾性状態を実現できる。中空圧の押圧により、主動円板６周面が伝達機構１０を介して従動円板９の板面外周部に確実に当接する。

【0119】

中空チューブ構造による伝達機構は、ゴムによる伝達機構に準ずる構成の単純性および軽量性を実現できるとともに、磁石による伝達機構に準ずるスリップ抑制を実現できる。

【0120】

中圧状態において、意図的にスリップを発生させ、非定常軌跡を実現できる。確実な伝達と適度なスリップが発生する中空圧に調整する。

【0121】

本願発明者が本願回転装置の基本モデルを開発した当時は、定常軌道の方が好ましいと考えていた。したがって、意図しないスリップは好ましくないと考えていた。しかし、本願発明者は様々な粉砕試験を繰り返すうちに、繰り返し微小変化を与えたほうが、更なる粉砕効果が得られると考えるに至った。

【0122】

意図的にスリップ発生を上記楕円球容器や大容器内小容器と適宜組み合わせることで、更なる粉砕効果が得られる。

【0123】

低圧状態において、主動円板６と従動円板９との間を非伝達とすることができる。

【0124】

図１に示す２つの電動モータ駆動式では、X－Xラインの回りで回転と、Z－Zラインの回りでの回転を個別に制御できる。したがって、一方の回転数をゼロとすることにより、３次元回転を２次元回転（１軸回転）とすることもできる。

【0125】

一方で、図３に示す１つの電動モータ駆動式では、X－Xラインの回りで回転に従動してZ－Zラインの回りでの回転が発生する。したがって、３次元回転を２次元回転（１軸回転）とすることができない。

【0126】

主動円板６と従動円板９との間を非伝達とすることで、１つの電動モータ駆動式（図３参照）においても、３次元回転を２次元回転（１軸回転）とすることができる。

【0127】

＜混合方法＞
以上、３次元回転させることのできる回転装置をボールミル（粉砕装置）として用いるときの粉砕効果向上について説明してきたが、本願回転装置を混合に用いてもよい。

【0128】

たとえば、比重の異なる物質Aと物質B（比重半分以下）を楕円球形容器２３に入れ、３次元回転させる。

【0129】

球状容器２２に物質Aと物質Bを入れ３次元回転させても充分な混合効果が得られない場合でも、楕円球形容器２３に入れ３次元回転させることで充分な混合効果が得られる。

【0130】

たとえば、大容器２２内に小容器２４をいれ、さらに、小容器２４に少量または／および小粒径の薬品粉末Aと薬品粉末Bを入れ、３次元回転させる。

【0131】

大容器２２に薬品粉末Aと薬品粉末Bを入れ３次元回転させても充分な混合効果が得られない場合でも、小容器２４に薬品粉末Aと薬品粉末Bを入れ３次元回転させても充分な混合効果が得られない場合でも、大容器２２内に小容器２４をいれ、さらに、小容器２４に少量または／および小粒径の薬品粉末Aと薬品粉末Bを入れ、３次元回転させることで充分な混合効果が得られる。

【0132】

たとえば、伝達機構１０に中空チューブ構造に用いた回転装置を混合に用いてもよい。中空圧を高圧状態とすることで、単純な構成、軽量と言う特徴を維持しながら、スリップを抑制できる。中空圧を中圧状態とすることで、意図的にスリップを発生させ、更なる混合効果が得られる。中空圧を低圧状態とすることで、１つの電動モータ駆動式においても、３次元回転を２次元回転とすることができる。

【0133】

楕円球形容器と大容器内小容器と中空チューブ構造による伝達機構を適宜組み合わせることで、更なる混合効果が得られる。

【0134】

＜分離方法＞
以上、３次元回転させることのできる回転装置をボールミル（粉砕装置）として用いるときの粉砕効果向上について説明してきたが、本願回転装置を分離に用いてもよい。

【0135】

たとえば、大容器２２内に小容器２４をいれ、さらに、小容器２４に少量または／および小サイズの物質Aと物質Bとから構成される複合物質Cを入れ、３次元回転させる。

【0136】

大容器２２に複合物質Cを入れ３次元回転させても充分な分離効果が得られない場合でも、小容器２４に複合物質Cを入れ３次元回転させても充分な分離効果が得られない場合でも、大容器２２内に小容器２４をいれ、さらに、小容器２４に少量または／および小サイズの複合物質Cを入れ、３次元回転させることで、物質Aと物質Bに分離でき、充分な分離効果が得られる。

【0137】

なお、近年、半導体等の精密電子部品は極めて小型化する傾向がある。このような場合、大容器内小容器による分離が好適である。基盤に用いる樹脂と回路に用いる金属を分離できる。

【0138】

たとえば、伝達機構１０に中空チューブ構造に用いた回転装置を混合に用いてもよい。中空圧を高圧状態とすることで、単純な構成、軽量と言う特徴を維持しながら、スリップを抑制できる。中空圧を中圧状態とすることで、意図的にスリップを発生させ、更なる分離効果が得られる。中空圧を低圧状態とすることで、１つの電動モータ駆動式においても、３次元回転を２次元回転とすることができる。

【0139】

楕円球形容器と大容器内小容器と中空チューブ構造による伝達機構を適宜組み合わせることで、更なる分離効果が得られる。

【符号の説明】

【0140】

１ 駆動モータ
２ 第１水平軸
３ 外側回転枠
４ 駆動モータ
５ 第２水平軸
６ 主動円板
７ 直交軸
８ 内側回転枠
９ 従動円板
１０ 非接触伝達機構
１１ 第１磁石
１２ 第２磁石
１３ スペース
２１ 容器保持板
２２ 球状容器
２３ 楕円球容器
２４ 小容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】