偏心回転式試料粉砕装置
【課題】専有面積を比較的狭くできるとともに、充分な粉砕能力発揮しながら外部への振動伝達をより抑制する。
【解決手段】主支持部１０に偏心回転駆動部２０が取り付けられ、これにより従動部３０の下部が円駆動されるとともに、その上部のスラスト軸が主支持部１０の上部において略上下方向移動自在に支持されている。この装置は、その正面からみて、モータ関係以外は左右対称構造である。偏心回転駆動部２０では、回転軸２１にディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心して固着され、また、カウンターウエイト２７が取着されている。従動部３０では、円穴３２Ｂの内周面と偏心ディスク２２Ｂの外周面との間にラジアルベアリング３３Ｂが介装され、脚部３１Ａと３１Ｂの上端部に台板３４が横架され、この上のハウジング３５内試料室３６に試料が保持される。台板３４上に、支軸片３７Ａ及び３７Ｂを介してスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂが立設され、これらが上部で、揺動自在なスラスト軸受により支持されている。
【解決手段】主支持部１０に偏心回転駆動部２０が取り付けられ、これにより従動部３０の下部が円駆動されるとともに、その上部のスラスト軸が主支持部１０の上部において略上下方向移動自在に支持されている。この装置は、その正面からみて、モータ関係以外は左右対称構造である。偏心回転駆動部２０では、回転軸２１にディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心して固着され、また、カウンターウエイト２７が取着されている。従動部３０では、円穴３２Ｂの内周面と偏心ディスク２２Ｂの外周面との間にラジアルベアリング３３Ｂが介装され、脚部３１Ａと３１Ｂの上端部に台板３４が横架され、この上のハウジング３５内試料室３６に試料が保持される。台板３４上に、支軸片３７Ａ及び３７Ｂを介してスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂが立設され、これらが上部で、揺動自在なスラスト軸受により支持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研究室等で用いられ、穀物等の硬質試料を鋼球等の粉砕媒体とともに小型容器に入れたものが搭載された状態で、モータを動力源として該容器をシェイクすることにより試料を粉砕する偏心回転式試料粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、試料と剛球をいれた容器を、下部を軸支したＴ字形揺動体の上部内に配置しておき、偏心カムホイールをモータで回転させ、このホイールで揺動体を左右に揺動させることにより、剛球で試料を粉砕する装置が開示されている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、偏心モータを回転させてその振動をチューブ形コンテナ内に、コンテナ内の位置によって直線運動、楕円運動及び円運動となうように伝達させ、コンテナ内の対象物を粉砕する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平２−２６３４５９号公報
【特許文献２】特開平７−１８５３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１ではカム式なので摩耗しやすく耐久性が劣るとともに、定期的に注油する必要があるので煩雑である。また、カムを高速回転させると、揺動に伴い大きな上下振動が発生し、研究室内の卓上で使用が妨げられる。さらに、装置が横方向に広がっているので、大型となる。
【０００５】
また、特許文献２では、偏心モータを用いているので、振動の振幅が数ミリ程度と小さすぎて、粉砕効率がよくなく、粉砕に長時間を要する。また、コイルばねで振動を緩和させているものの、コンテナ内で円運動も生ずることから、比較的強い上下振動が外部へ伝達し、研究室内の卓上で使用が妨げられる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑み、専有面積を比較的狭くできるとともに、充分な粉砕能力発揮しながら外部への振動伝達をより抑制できる偏心回転式試料粉砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第１態様では、
機枠と、該機枠のベースに立設され軸心が該ベースと平行なラジアルベアリングが設けられた回転支持部と、該機枠の上部に揺動自在に軸支されスラスト軸受が設けられた揺動部材とを有する主支持部と、
該ラジアルベアリングに回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に偏心方向及び偏心距離を互いに同一にして固着された第１及び第２の偏心ディスクと、該ベースに固定されたモータと、該モータの出力軸回転を該回転軸に伝達する伝達機構とを備えた偏心回転駆動部と、
それぞれ第１及び第２の穴が形成され互いに対向する第１及び第２の脚部と、該第１及び第２の穴にそれぞれ嵌合された第１及び第２のラジアルベアリングと、該第１及び第２の脚部の間に横架され試料収容手段を固定する手段を備えた台部と、該台部に立設されたスラスト軸とを備え、該第１及び第２のラジアルベアリングのインナーレースにそれぞれ該偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクが嵌合され、該スラスト軸が該主支持部のスラスト軸受に貫通支持された従動部と、
重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になるように該回転軸に固着されたカウンターウエイトとを有し、
該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該スラスト軸の軸心が該回転軸の軸心に対し垂直である。
【０００８】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第２態様では、第１態様において、懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する吊支具とをさらに有し、該吊支具は、
該ベースに形成された孔に下端部が遊挿される吊軸と、該吊軸の下端部に設けられ該ベースの底面を受ける第１止め部と、該ベースの底面と該第１止め部との間の位置で該吊軸に挿通されたダンピング環と、該吊軸の上端部が貫通され該懸架枠体の上面に支持されたるカラーと、該吊軸上端部に設けられた第２止め部と、該第２止め部と該カラーとの間の該吊軸に環装された弾性部材と、該カラーに内設されたスラスト軸受とを備えている。
【０００９】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第３態様では、第２態様において、該ダンピング環は合成樹脂製ワッシャであり、該カラーに内設されたスラスト軸受は超高分子量樹脂層で形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１態様の構成によれば、従動部の第１及び第２の脚部がそれぞれ第１及び第２のラジアルベアリングを介して機枠のベース側の偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクと連結され、従動部の第１及び第２の脚部の間に台部が横架され、該台部に直接又は試料収容手段を介してスラスト軸が立設され、該スラスト軸が該機枠の上部側のスラスト軸受に貫通支持された縦型構造であるので、装置専有面積を比較的狭くすることができるという効果を奏する。
【００１１】
また、この台部に、試料収容手段を固定する手段を備えているので、同種又は多種の多くの試料を同時に粉砕することが可能であるという効果を奏する。
【００１２】
さらに、第１及び第２の偏心ディスクが固着された回転軸にカウンターウエイトが固着され、その重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該機枠のベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になっているので、装置の振動を低減することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、この振動低減により、該回転軸の回転速度と該偏心ディスクの偏位距離との積を比較的大きくして試料位置の加速度を大きくすることができるので、充分な粉砕能力発揮しながら振動をより抑制できるという効果を奏する。
【００１４】
上記第２態様の構成によれば、懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する振動ダンピング用の吊支具とをさらに備えているので、上記振動低減効果及び試料粉砕能力向上効果が高められる。
【００１５】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ハウジング外または可能な限りハウジング側端部に近い位置からイメージを入力するという目的を、最小の部品点数で、光学系構成部品の厚みを損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明に係る偏心回転式試料粉砕装置の斜視図であり、図２はこの装置の平面図である。
【００１８】
この装置では、主支持部１０に偏心回転駆動部２０が取り付けられ、偏心回転駆動部２０により従動部３０の下部が円駆動されるとともに、その上部のスラスト軸が主支持部１０の上部において略上下方向移動自在に支持されている。該装置は、その正面からみて、モータ関係以外は左右対称構造であり、図１及び図２では左右対称な構成要素の符号にそれぞれＡ及びＢを付加している。以下の説明では、図１において隠れて見えない要素（符号を付していないもの）にも対応する符号を使用している。
【００１９】
主支持部１０は機枠を備え、この機枠は、ベース１１の縁部に壁枠１２が立設されている。ベース１１上には、軸支体１３Ａ及び１３Ｂが互いに平行に立設され、それぞれに形成された孔にラジアルベアリング１４Ａ及び１４Ｂが嵌着されている。一方、壁枠１２の上部に横架されたバー１５には、ブラケット１６Ａ及び１６Ｂが従動部３０のスラスト軸側へ突設されている。これらバー１５、ブラケット１６Ａ及びブラケット１６Ｂは、機枠の一部である。ブラケット１６Ａ及び１６Ｂにはそれぞれ、揺動片１７Ａ及び１７Ｂが、ベース１１と平行な支軸１８Ａ及び１８Ｂを中心として回動自在に支持されている。
【００２０】
偏心回転駆動部２０では、回転軸２１が、ラジアルベアリング（本実施例ではボールベアリング）１４Ａ及び１４Ｂ、のインナーレースを貫通して、回転自在に支持されている。回転軸２１の一端側及び他端側にはそれぞれ、ディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心して回転軸２１と直角に固着されている。
【００２１】
回転軸２１にはさらに、ベルト車２３が回転軸２１と同心に固着されている。一方、ベース１１上にモータ２４が固定され、その出力軸にベルト車２５が固着され、ベルト車２５とベルト車２３とにタイミングベルト２６が巻き掛けられて、モータ２４の回転がベルト車２３に伝達される。この回転により、偏心ディスク２２Ａ及び２２Ｂは、ベルト車２３の中心ＥＣの周りに偏心回転する。
【００２２】
従動部３０では、脚部３１Ａ及び３１Ｂにそれぞれ円穴３２Ａ及び３２Ｂが形成され、円穴３２Ａの内周面と偏心ディスク２２Ａの外周面との間にラジアルベアリング３３Ａが介装され、同様に、円穴３２Ｂの内周面と偏心ディスク２２Ｂの外周面との間にラジアルベアリング３３Ｂが介装されている。
【００２３】
脚部３１Ａと３１Ｂの上端部には、台板３４が横架されている。台板３４上にはハウジング３５が固着され、その内側の試料室３６に後述の試料を保持可能となっている。ハウジング３５の両側の台板３４上には、支軸片３７Ａ及び３７Ｂを介してスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂが立設されている。ここで、揺動片１７Ａ及び１７Ｂにそれぞれ穿設された孔に、スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂが内設されている。これらスラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂを、スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂの上部が貫通している。スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂがベース１１から最も離れる位置において、スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂの軸心が該回転軸の軸心に対し垂直となっている。スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂに加わる力は比較的小さいので、これらは合成樹脂製のカラーで構成しても、耐久性上充分である。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、カプセル４０のカプセル本体４１内に米、小豆又は大豆等の硬質（柔らかいものは例えば液体窒素で急冷して硬化する）の試料が鋼球４３と共に入れられて、その上端部がキャップ４４で閉じられる。一方、図２（Ｂ）に示す如く、試料箱４５の本体部４６には、多数の孔４７が格子状に配列されて形成され、これらにそれぞれ、試料が封入されたカプセル４０が嵌入され、蓋４８で本体部４６の上部が閉じられる。この試料箱４５が図１の試料室３６内に嵌入されて保持される。
【００２５】
この状態で、不図示の制御部でモータ回転数を設定して、モータ２４をオンにすると、ディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心ＥＣを中心として回転し、これに伴って従動部３０の下部が回運動するとともに、上部のスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂがそれぞれ、スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂに案内されて略上下動し、この際、揺動片１７Ａ及び１７Ｂがそれぞれ支軸１８Ａ及び１８Ｂを中心として比較的小さな振幅、例えば２ｍｍで揺動する。これにより、カプセル４０が高速に、後述のように略楕円運動し、その加速度により鋼球４３が試料４２に衝突して、試料４２が粉砕される。
【００２６】
従動部３０のこのような運動により、従動部３０の重心が後述のように略楕円軌跡を描き、これがベース１１に伝達される。この振動を大幅に低減するために、回転軸２１にカウンタウエイト２７が固着されている。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して、偏心回転式試料粉砕装置の動作の詳細を説明する。
【００２８】
図３において、軌跡Ｃｔは、図１の偏心ディスク２２Ｂが回転したときのその中心Ｃの軌跡であり、軌跡Ｃｔの中心は、ベルト車２３の中心ＥＣである。軌跡Ｃｔ上の点Ｃ０、Ｃ１及びＣ２はそれぞれ、偏心ディスク２２Ｂが最高位置にあるとき（状態０）、この状態からベルト車２３が９０゜回転したとき（状態１）及びさらにベルト車２３が９０゜回転して偏心ディスク２２Ｂが最低位置にあるとき（状態２）の、中心Ｃの位置を示している。円Ｒ０、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ、状態０〜２における偏心ディスク２２Ｂの外周Ｒを示している。偏心ディスク２２Ｂの偏心距離及び半径をそれぞれｄ及びｒと表記すると、外周Ｒは半径（ｒ＋ｄ）の円ＯＣの内接円となる。直線Ｌ０〜Ｌ２はそれぞれ、状態０〜２におけるスラスト軸３８Ｂの中心線を示している。また、点Ｔ０〜Ｔ２は、それぞれ状態０〜２でのスラスト軸３８Ｂの上端中心Ｔを示している。
【００２９】
試料箱４５を試料室３６内に装着した状態の従動部３０と偏心ディスク２２Ａと偏心ディスク２２Ｂとの組み合わせの重心をＧＢ、質量をＭＢとする。この重心ＧＢの従動部３０に対する相対位置は、不変である。偏心回転式試料粉砕装置は、スラスト軸３８Ａとスラスト軸３８Ｂの両中心線を通る面内の近くに、この重心ＧＢが存在するように設計されている。この場合、状態０での重心位置をＧＢ０とすると、状態１及び２での重心位置はそれぞれ図３に示すＧＢ１及びＧＢ２となる。同様に、状態０での直線Ｌ０上のサンプル位置をＳ０とすると、状態１及び２でのサンプル位置はそれぞれ図３中のＳ１及びＳ２となる。重心ＧＢ、試料位置Ｓ及び上端Ｔの軌跡ＧＢｔ、Ｓｔ及びＴｔはいずれも、略楕円であり、その長軸は互いに等しく、短軸は上方に位置しているほど短くなる。
【００３０】
試料を図２（Ａ）に示すようにカプセル４０内に保持して鋼球４３で粉砕するためには、カプセル４０を直線的に振動させるよりも、楕円軌跡で振動させた方が効率がよい。最も効率が良くなる楕円軌跡の扁平率は、カプセル４０、試料４２及び鋼球４３のサイズに依存する。
【００３１】
図４は、図３にさらに、カウンタウエイト２７の重心ＧＣ（質量ＭＣ）の軌跡ＧＣｔ及び状態０〜２でのカウンタウエイト２７の重心ＧＣ０〜ＧＣ２を付加し、また、複雑化を避けるため図３から偏心ディスク２２Ｂの状態０〜２での周面Ｒ０〜Ｒ２を図示省略したものである。試料箱４５を試料室３６内に装着した状態の従動部３０と偏心ディスク２２Ａ及び２２Ｂとカウンタウエイト２７との組み合わせの重心Ｇは、重心ＧＢとＧＣとの内分点であり、ＭＢ＝ＭＣの場合には、状態０〜２でそれぞれ図４に示すＧ０〜Ｇ２となる。この図から明らかなように、カウンタウエイト２７を用いることにより、全体の重心移動量を大幅に低減することができる。これにより、装置の振動を大幅に低減することができる。
【００３２】
この低減により。回転軸２１の回転速度と偏心ディスク２２Ａ、２２Ｂの偏位距離との積に比例する試料位置の最大加速度を比較的大きくすることができるので、剛球による試料粉砕能力が向上する。
【００３３】
全体の比較的小さな重心移動に伴う振動を減衰させるために、図５に示すような吊下ダンピング構造をさらに備えている。すなわち、懸架枠体５０の天板５１から図１のベース１１を吊り下げて、振動をダンピングするための吊支具５２〜５５を備えている。
【００３４】
吊支具５３は、図６に示すように、吊軸５３０の下端部が、ベース１１の周縁部に形成された孔に挿通され、吊軸５３０の下端部にナット５３１が螺合され、ナット５３１とベース１１との間にナイロン製のダンピングワッシャ５３２が介装されている。一方、天板５１に形成された孔５１２にフランジ付カラー５３３が嵌入され、これに吊軸５３０の上部が挿通されている。吊軸５３０の上端部にはナット５３４が螺着され、ナット５３４とカラー５３３のフランジとの間にコイルスプリング５３５が介在している。カラー５３３の内周面には、超高分子量ポリエチレン樹脂が被着されたスラスト軸受５３６が形成されている。
【００３５】
図７は、図１の装置が図５のダンピング機構で懸架されている状態を示す。
【００３６】
以上のような構成により、振動を大幅に抑制できるので、騒音も小さくなるとともに、モータ２４を高速回転させて比較的大きな加振力で試料を粉砕することができ、また、装置が高さ方向に延びた縦型であるので、装置専有面積を比較的狭くでき、このようなことから、偏心回転式試料粉砕装置を研究室の卓上に載置して用いることが可能となる。さらに、カムを用いておらず、しかも振動が小さいので、耐久性に優れ、メンテナンスフリーで長期間使用可能である。ボールベアリング３３Ａ及び３３Ｂにはグリースを１回付けておけば長期間そのまま使用できる。
【００３７】
試作機の試験例は次の通りであった。
【００３８】
モータ２４：定格出力２００Ｗ、回転速度範囲０〜１２００ｒｐｍ
偏心ディスク２２Ｂ：外径ｒ＝１０５ｍｍ、偏心距離ｄ＝１５ｍｍ
回転軸の中心ＥＣから揺動片１７Ｂまでの長さ：３００ｍｍ
図７の装置をさらにケースに入れた状態での装置底面：幅４１０ｍｍ×奥行４４０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
モータ２４を９００ｒｐｍに設定して試料の位置で測定した加速度は約２０Ｇであった。
【００３９】
試料として米を用い、約２分で細粒粉末になった。試料として、液体窒素で急冷した小豆を用い、約２分で細粒粉末になった。防音対策無しの一般的な鋼板ケースに装置を入れた状態で測定した騒音は７１ｄＢであった。振動が小さいので、机の上に本装置を配置して利用できることがわかった。
【００４０】
モータ２４を１２００ｒｐｍに設定して試料の位置で測定した加速度は約２５Ｇであった。
【００４１】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【００４２】
例えば、図１に示す揺動片１７Ｂの支軸１８Ｂは、スラスト軸受１９Ｂの軸心と垂直であってもよい。また、スラスト軸３８Ａをハウジング３５の上面に立設させてスラスト軸３８Ｂを省略した構成であってもよい。さらに、回転軸２１に対するベルト車２３の取付位置は、偏心ディスク２２Ｂとカウンタウエイト２７の間の位置であってもよい。また、試料箱４５及びハウジング３５を用いずにカプセル４０を台板３４に、着脱自在に取着する構成であってもよい。ダンピング機構は、図５とは異なる公知の構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る偏心回転式試料粉砕装置の斜視図。
【図２】（Ａ）は試料及び剛球が封入されたカプセルを示す図であり、（Ｂ）はこカプセルが嵌入される孔が格子状に形成された試料箱を示す斜視図である。
【図３】偏心回転式試料粉砕装置の動作説明用線図である。
【図４】偏心回転式試料粉砕装置の、カウンターウエイトを考慮した動作説明用線図である。
【図５】図１の装置を懸架する吊下ダンピング構造斜視図である。
【図６】図５中の１つの吊支具を示す一部断面正面図である。
【図７】図１の装置を図５のダンピング機構で懸架した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 機枠
１１ ベース
１２ 壁枠
１３Ａ、１３Ｂ 軸支体
１４Ａ、１４Ｂ ラジアルベアリング
１５ バー
１６Ａ、１６Ｂ ブラケット
１７Ａ、１７Ｂ 揺動片
１８Ａ、１８Ｂ 支軸
２０ 偏心回転駆動部
２１ 回転軸
２２Ａ、２２Ｂ 偏心ディスク
２３、２５ ベルト車
２４ モータ
２６ タイミングベルト
２７ カウンタウエイト
３０ 従動部
３１Ａ、３１Ｂ 脚部
３２Ａ、３２Ｂ 円穴
３３Ａ、３３Ｂ ラジアルベアリング
３４ 台板
３５ ハウジング
３６ 試料室
３７Ａ、３７Ｂ 支軸片
３８Ａ、３８Ｂ スラスト軸
４０ カプセル
４１ カプセル本体
４２ 試料
４３ 鋼球
４４ キャップ
４５ 試料箱
４６ 本体
４７ 孔
４８ 蓋
５０ 懸架枠体
５１ 天板
５１２ 孔
５２〜５５ 吊支具
５３０ 吊軸
５３１、５３４ ナット
５３２ ダンピングワッシャ
５３３ カラー
５３５ コイルスプリング
５３６ スラスト軸受
ＥＣ 中心
Ｃ 中心
Ｒ 外周
ＯＣ 円
Ｔ 上端
ＧＢ、ＧＣ 重心
Ｃｔ、ＧＢｔ、ＧＣｔ、Ｓｔ、Ｔｔ 軌跡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研究室等で用いられ、穀物等の硬質試料を鋼球等の粉砕媒体とともに小型容器に入れたものが搭載された状態で、モータを動力源として該容器をシェイクすることにより試料を粉砕する偏心回転式試料粉砕装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、試料と剛球をいれた容器を、下部を軸支したＴ字形揺動体の上部内に配置しておき、偏心カムホイールをモータで回転させ、このホイールで揺動体を左右に揺動させることにより、剛球で試料を粉砕する装置が開示されている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、偏心モータを回転させてその振動をチューブ形コンテナ内に、コンテナ内の位置によって直線運動、楕円運動及び円運動となうように伝達させ、コンテナ内の対象物を粉砕する構成が開示されている。
【特許文献１】特開平２−２６３４５９号公報
【特許文献２】特開平７−１８５３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１ではカム式なので摩耗しやすく耐久性が劣るとともに、定期的に注油する必要があるので煩雑である。また、カムを高速回転させると、揺動に伴い大きな上下振動が発生し、研究室内の卓上で使用が妨げられる。さらに、装置が横方向に広がっているので、大型となる。
【０００５】
また、特許文献２では、偏心モータを用いているので、振動の振幅が数ミリ程度と小さすぎて、粉砕効率がよくなく、粉砕に長時間を要する。また、コイルばねで振動を緩和させているものの、コンテナ内で円運動も生ずることから、比較的強い上下振動が外部へ伝達し、研究室内の卓上で使用が妨げられる。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑み、専有面積を比較的狭くできるとともに、充分な粉砕能力発揮しながら外部への振動伝達をより抑制できる偏心回転式試料粉砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第１態様では、
機枠と、該機枠のベースに立設され軸心が該ベースと平行なラジアルベアリングが設けられた回転支持部と、該機枠の上部に揺動自在に軸支されスラスト軸受が設けられた揺動部材とを有する主支持部と、
該ラジアルベアリングに回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に偏心方向及び偏心距離を互いに同一にして固着された第１及び第２の偏心ディスクと、該ベースに固定されたモータと、該モータの出力軸回転を該回転軸に伝達する伝達機構とを備えた偏心回転駆動部と、
それぞれ第１及び第２の穴が形成され互いに対向する第１及び第２の脚部と、該第１及び第２の穴にそれぞれ嵌合された第１及び第２のラジアルベアリングと、該第１及び第２の脚部の間に横架され試料収容手段を固定する手段を備えた台部と、該台部に立設されたスラスト軸とを備え、該第１及び第２のラジアルベアリングのインナーレースにそれぞれ該偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクが嵌合され、該スラスト軸が該主支持部のスラスト軸受に貫通支持された従動部と、
重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になるように該回転軸に固着されたカウンターウエイトとを有し、
該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該スラスト軸の軸心が該回転軸の軸心に対し垂直である。
【０００８】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第２態様では、第１態様において、懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する吊支具とをさらに有し、該吊支具は、
該ベースに形成された孔に下端部が遊挿される吊軸と、該吊軸の下端部に設けられ該ベースの底面を受ける第１止め部と、該ベースの底面と該第１止め部との間の位置で該吊軸に挿通されたダンピング環と、該吊軸の上端部が貫通され該懸架枠体の上面に支持されたるカラーと、該吊軸上端部に設けられた第２止め部と、該第２止め部と該カラーとの間の該吊軸に環装された弾性部材と、該カラーに内設されたスラスト軸受とを備えている。
【０００９】
本発明による偏心回転式試料粉砕装置の第３態様では、第２態様において、該ダンピング環は合成樹脂製ワッシャであり、該カラーに内設されたスラスト軸受は超高分子量樹脂層で形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１態様の構成によれば、従動部の第１及び第２の脚部がそれぞれ第１及び第２のラジアルベアリングを介して機枠のベース側の偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクと連結され、従動部の第１及び第２の脚部の間に台部が横架され、該台部に直接又は試料収容手段を介してスラスト軸が立設され、該スラスト軸が該機枠の上部側のスラスト軸受に貫通支持された縦型構造であるので、装置専有面積を比較的狭くすることができるという効果を奏する。
【００１１】
また、この台部に、試料収容手段を固定する手段を備えているので、同種又は多種の多くの試料を同時に粉砕することが可能であるという効果を奏する。
【００１２】
さらに、第１及び第２の偏心ディスクが固着された回転軸にカウンターウエイトが固着され、その重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該機枠のベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になっているので、装置の振動を低減することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、この振動低減により、該回転軸の回転速度と該偏心ディスクの偏位距離との積を比較的大きくして試料位置の加速度を大きくすることができるので、充分な粉砕能力発揮しながら振動をより抑制できるという効果を奏する。
【００１４】
上記第２態様の構成によれば、懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する振動ダンピング用の吊支具とをさらに備えているので、上記振動低減効果及び試料粉砕能力向上効果が高められる。
【００１５】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ハウジング外または可能な限りハウジング側端部に近い位置からイメージを入力するという目的を、最小の部品点数で、光学系構成部品の厚みを損なわずに実現した。
【実施例１】
【００１７】
図１は本発明に係る偏心回転式試料粉砕装置の斜視図であり、図２はこの装置の平面図である。
【００１８】
この装置では、主支持部１０に偏心回転駆動部２０が取り付けられ、偏心回転駆動部２０により従動部３０の下部が円駆動されるとともに、その上部のスラスト軸が主支持部１０の上部において略上下方向移動自在に支持されている。該装置は、その正面からみて、モータ関係以外は左右対称構造であり、図１及び図２では左右対称な構成要素の符号にそれぞれＡ及びＢを付加している。以下の説明では、図１において隠れて見えない要素（符号を付していないもの）にも対応する符号を使用している。
【００１９】
主支持部１０は機枠を備え、この機枠は、ベース１１の縁部に壁枠１２が立設されている。ベース１１上には、軸支体１３Ａ及び１３Ｂが互いに平行に立設され、それぞれに形成された孔にラジアルベアリング１４Ａ及び１４Ｂが嵌着されている。一方、壁枠１２の上部に横架されたバー１５には、ブラケット１６Ａ及び１６Ｂが従動部３０のスラスト軸側へ突設されている。これらバー１５、ブラケット１６Ａ及びブラケット１６Ｂは、機枠の一部である。ブラケット１６Ａ及び１６Ｂにはそれぞれ、揺動片１７Ａ及び１７Ｂが、ベース１１と平行な支軸１８Ａ及び１８Ｂを中心として回動自在に支持されている。
【００２０】
偏心回転駆動部２０では、回転軸２１が、ラジアルベアリング（本実施例ではボールベアリング）１４Ａ及び１４Ｂ、のインナーレースを貫通して、回転自在に支持されている。回転軸２１の一端側及び他端側にはそれぞれ、ディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心して回転軸２１と直角に固着されている。
【００２１】
回転軸２１にはさらに、ベルト車２３が回転軸２１と同心に固着されている。一方、ベース１１上にモータ２４が固定され、その出力軸にベルト車２５が固着され、ベルト車２５とベルト車２３とにタイミングベルト２６が巻き掛けられて、モータ２４の回転がベルト車２３に伝達される。この回転により、偏心ディスク２２Ａ及び２２Ｂは、ベルト車２３の中心ＥＣの周りに偏心回転する。
【００２２】
従動部３０では、脚部３１Ａ及び３１Ｂにそれぞれ円穴３２Ａ及び３２Ｂが形成され、円穴３２Ａの内周面と偏心ディスク２２Ａの外周面との間にラジアルベアリング３３Ａが介装され、同様に、円穴３２Ｂの内周面と偏心ディスク２２Ｂの外周面との間にラジアルベアリング３３Ｂが介装されている。
【００２３】
脚部３１Ａと３１Ｂの上端部には、台板３４が横架されている。台板３４上にはハウジング３５が固着され、その内側の試料室３６に後述の試料を保持可能となっている。ハウジング３５の両側の台板３４上には、支軸片３７Ａ及び３７Ｂを介してスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂが立設されている。ここで、揺動片１７Ａ及び１７Ｂにそれぞれ穿設された孔に、スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂが内設されている。これらスラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂを、スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂの上部が貫通している。スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂがベース１１から最も離れる位置において、スラスト軸３８Ａ及び３８Ｂの軸心が該回転軸の軸心に対し垂直となっている。スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂに加わる力は比較的小さいので、これらは合成樹脂製のカラーで構成しても、耐久性上充分である。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、カプセル４０のカプセル本体４１内に米、小豆又は大豆等の硬質（柔らかいものは例えば液体窒素で急冷して硬化する）の試料が鋼球４３と共に入れられて、その上端部がキャップ４４で閉じられる。一方、図２（Ｂ）に示す如く、試料箱４５の本体部４６には、多数の孔４７が格子状に配列されて形成され、これらにそれぞれ、試料が封入されたカプセル４０が嵌入され、蓋４８で本体部４６の上部が閉じられる。この試料箱４５が図１の試料室３６内に嵌入されて保持される。
【００２５】
この状態で、不図示の制御部でモータ回転数を設定して、モータ２４をオンにすると、ディスク２２Ａ及び２２Ｂが偏心ＥＣを中心として回転し、これに伴って従動部３０の下部が回運動するとともに、上部のスラスト軸３８Ａ及び３８Ｂがそれぞれ、スラスト軸受１９Ａ及び１９Ｂに案内されて略上下動し、この際、揺動片１７Ａ及び１７Ｂがそれぞれ支軸１８Ａ及び１８Ｂを中心として比較的小さな振幅、例えば２ｍｍで揺動する。これにより、カプセル４０が高速に、後述のように略楕円運動し、その加速度により鋼球４３が試料４２に衝突して、試料４２が粉砕される。
【００２６】
従動部３０のこのような運動により、従動部３０の重心が後述のように略楕円軌跡を描き、これがベース１１に伝達される。この振動を大幅に低減するために、回転軸２１にカウンタウエイト２７が固着されている。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して、偏心回転式試料粉砕装置の動作の詳細を説明する。
【００２８】
図３において、軌跡Ｃｔは、図１の偏心ディスク２２Ｂが回転したときのその中心Ｃの軌跡であり、軌跡Ｃｔの中心は、ベルト車２３の中心ＥＣである。軌跡Ｃｔ上の点Ｃ０、Ｃ１及びＣ２はそれぞれ、偏心ディスク２２Ｂが最高位置にあるとき（状態０）、この状態からベルト車２３が９０゜回転したとき（状態１）及びさらにベルト車２３が９０゜回転して偏心ディスク２２Ｂが最低位置にあるとき（状態２）の、中心Ｃの位置を示している。円Ｒ０、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ、状態０〜２における偏心ディスク２２Ｂの外周Ｒを示している。偏心ディスク２２Ｂの偏心距離及び半径をそれぞれｄ及びｒと表記すると、外周Ｒは半径（ｒ＋ｄ）の円ＯＣの内接円となる。直線Ｌ０〜Ｌ２はそれぞれ、状態０〜２におけるスラスト軸３８Ｂの中心線を示している。また、点Ｔ０〜Ｔ２は、それぞれ状態０〜２でのスラスト軸３８Ｂの上端中心Ｔを示している。
【００２９】
試料箱４５を試料室３６内に装着した状態の従動部３０と偏心ディスク２２Ａと偏心ディスク２２Ｂとの組み合わせの重心をＧＢ、質量をＭＢとする。この重心ＧＢの従動部３０に対する相対位置は、不変である。偏心回転式試料粉砕装置は、スラスト軸３８Ａとスラスト軸３８Ｂの両中心線を通る面内の近くに、この重心ＧＢが存在するように設計されている。この場合、状態０での重心位置をＧＢ０とすると、状態１及び２での重心位置はそれぞれ図３に示すＧＢ１及びＧＢ２となる。同様に、状態０での直線Ｌ０上のサンプル位置をＳ０とすると、状態１及び２でのサンプル位置はそれぞれ図３中のＳ１及びＳ２となる。重心ＧＢ、試料位置Ｓ及び上端Ｔの軌跡ＧＢｔ、Ｓｔ及びＴｔはいずれも、略楕円であり、その長軸は互いに等しく、短軸は上方に位置しているほど短くなる。
【００３０】
試料を図２（Ａ）に示すようにカプセル４０内に保持して鋼球４３で粉砕するためには、カプセル４０を直線的に振動させるよりも、楕円軌跡で振動させた方が効率がよい。最も効率が良くなる楕円軌跡の扁平率は、カプセル４０、試料４２及び鋼球４３のサイズに依存する。
【００３１】
図４は、図３にさらに、カウンタウエイト２７の重心ＧＣ（質量ＭＣ）の軌跡ＧＣｔ及び状態０〜２でのカウンタウエイト２７の重心ＧＣ０〜ＧＣ２を付加し、また、複雑化を避けるため図３から偏心ディスク２２Ｂの状態０〜２での周面Ｒ０〜Ｒ２を図示省略したものである。試料箱４５を試料室３６内に装着した状態の従動部３０と偏心ディスク２２Ａ及び２２Ｂとカウンタウエイト２７との組み合わせの重心Ｇは、重心ＧＢとＧＣとの内分点であり、ＭＢ＝ＭＣの場合には、状態０〜２でそれぞれ図４に示すＧ０〜Ｇ２となる。この図から明らかなように、カウンタウエイト２７を用いることにより、全体の重心移動量を大幅に低減することができる。これにより、装置の振動を大幅に低減することができる。
【００３２】
この低減により。回転軸２１の回転速度と偏心ディスク２２Ａ、２２Ｂの偏位距離との積に比例する試料位置の最大加速度を比較的大きくすることができるので、剛球による試料粉砕能力が向上する。
【００３３】
全体の比較的小さな重心移動に伴う振動を減衰させるために、図５に示すような吊下ダンピング構造をさらに備えている。すなわち、懸架枠体５０の天板５１から図１のベース１１を吊り下げて、振動をダンピングするための吊支具５２〜５５を備えている。
【００３４】
吊支具５３は、図６に示すように、吊軸５３０の下端部が、ベース１１の周縁部に形成された孔に挿通され、吊軸５３０の下端部にナット５３１が螺合され、ナット５３１とベース１１との間にナイロン製のダンピングワッシャ５３２が介装されている。一方、天板５１に形成された孔５１２にフランジ付カラー５３３が嵌入され、これに吊軸５３０の上部が挿通されている。吊軸５３０の上端部にはナット５３４が螺着され、ナット５３４とカラー５３３のフランジとの間にコイルスプリング５３５が介在している。カラー５３３の内周面には、超高分子量ポリエチレン樹脂が被着されたスラスト軸受５３６が形成されている。
【００３５】
図７は、図１の装置が図５のダンピング機構で懸架されている状態を示す。
【００３６】
以上のような構成により、振動を大幅に抑制できるので、騒音も小さくなるとともに、モータ２４を高速回転させて比較的大きな加振力で試料を粉砕することができ、また、装置が高さ方向に延びた縦型であるので、装置専有面積を比較的狭くでき、このようなことから、偏心回転式試料粉砕装置を研究室の卓上に載置して用いることが可能となる。さらに、カムを用いておらず、しかも振動が小さいので、耐久性に優れ、メンテナンスフリーで長期間使用可能である。ボールベアリング３３Ａ及び３３Ｂにはグリースを１回付けておけば長期間そのまま使用できる。
【００３７】
試作機の試験例は次の通りであった。
【００３８】
モータ２４：定格出力２００Ｗ、回転速度範囲０〜１２００ｒｐｍ
偏心ディスク２２Ｂ：外径ｒ＝１０５ｍｍ、偏心距離ｄ＝１５ｍｍ
回転軸の中心ＥＣから揺動片１７Ｂまでの長さ：３００ｍｍ
図７の装置をさらにケースに入れた状態での装置底面：幅４１０ｍｍ×奥行４４０ｍｍ×高さ６００ｍｍ
モータ２４を９００ｒｐｍに設定して試料の位置で測定した加速度は約２０Ｇであった。
【００３９】
試料として米を用い、約２分で細粒粉末になった。試料として、液体窒素で急冷した小豆を用い、約２分で細粒粉末になった。防音対策無しの一般的な鋼板ケースに装置を入れた状態で測定した騒音は７１ｄＢであった。振動が小さいので、机の上に本装置を配置して利用できることがわかった。
【００４０】
モータ２４を１２００ｒｐｍに設定して試料の位置で測定した加速度は約２５Ｇであった。
【００４１】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
【００４２】
例えば、図１に示す揺動片１７Ｂの支軸１８Ｂは、スラスト軸受１９Ｂの軸心と垂直であってもよい。また、スラスト軸３８Ａをハウジング３５の上面に立設させてスラスト軸３８Ｂを省略した構成であってもよい。さらに、回転軸２１に対するベルト車２３の取付位置は、偏心ディスク２２Ｂとカウンタウエイト２７の間の位置であってもよい。また、試料箱４５及びハウジング３５を用いずにカプセル４０を台板３４に、着脱自在に取着する構成であってもよい。ダンピング機構は、図５とは異なる公知の構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る偏心回転式試料粉砕装置の斜視図。
【図２】（Ａ）は試料及び剛球が封入されたカプセルを示す図であり、（Ｂ）はこカプセルが嵌入される孔が格子状に形成された試料箱を示す斜視図である。
【図３】偏心回転式試料粉砕装置の動作説明用線図である。
【図４】偏心回転式試料粉砕装置の、カウンターウエイトを考慮した動作説明用線図である。
【図５】図１の装置を懸架する吊下ダンピング構造斜視図である。
【図６】図５中の１つの吊支具を示す一部断面正面図である。
【図７】図１の装置を図５のダンピング機構で懸架した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 機枠
１１ ベース
１２ 壁枠
１３Ａ、１３Ｂ 軸支体
１４Ａ、１４Ｂ ラジアルベアリング
１５ バー
１６Ａ、１６Ｂ ブラケット
１７Ａ、１７Ｂ 揺動片
１８Ａ、１８Ｂ 支軸
２０ 偏心回転駆動部
２１ 回転軸
２２Ａ、２２Ｂ 偏心ディスク
２３、２５ ベルト車
２４ モータ
２６ タイミングベルト
２７ カウンタウエイト
３０ 従動部
３１Ａ、３１Ｂ 脚部
３２Ａ、３２Ｂ 円穴
３３Ａ、３３Ｂ ラジアルベアリング
３４ 台板
３５ ハウジング
３６ 試料室
３７Ａ、３７Ｂ 支軸片
３８Ａ、３８Ｂ スラスト軸
４０ カプセル
４１ カプセル本体
４２ 試料
４３ 鋼球
４４ キャップ
４５ 試料箱
４６ 本体
４７ 孔
４８ 蓋
５０ 懸架枠体
５１ 天板
５１２ 孔
５２〜５５ 吊支具
５３０ 吊軸
５３１、５３４ ナット
５３２ ダンピングワッシャ
５３３ カラー
５３５ コイルスプリング
５３６ スラスト軸受
ＥＣ 中心
Ｃ 中心
Ｒ 外周
ＯＣ 円
Ｔ 上端
ＧＢ、ＧＣ 重心
Ｃｔ、ＧＢｔ、ＧＣｔ、Ｓｔ、Ｔｔ 軌跡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機枠と、該機枠のベースに立設され軸心が該ベースと平行なラジアルベアリングが設けられた回転支持部と、該機枠の上部に揺動自在に軸支されスラスト軸受が設けられた揺動部材とを有する主支持部と、
該ラジアルベアリングに回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に偏心方向及び偏心距離を互いに同一にして固着された第１及び第２の偏心ディスクと、該ベースに固定されたモータと、該モータの出力軸回転を該回転軸に伝達する伝達機構とを備えた偏心回転駆動部と、
それぞれ第１及び第２の穴が形成され互いに対向する第１及び第２の脚部と、該第１及び第２の穴にそれぞれ嵌合された第１及び第２のラジアルベアリングと、該第１及び第２の脚部の間に横架され試料収容手段を固定する手段を備えた台部と、該台部に立設されたスラスト軸とを備え、該第１及び第２のラジアルベアリングのインナーレースにそれぞれ該偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクが嵌合され、該スラスト軸が該主支持部のスラスト軸受に貫通支持された従動部と、
重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になるように該回転軸に固着されたカウンターウエイトと、
を有し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該スラスト軸の軸心が該回転軸の軸心に対し垂直であることを特徴とする偏心回転式試料粉砕装置。
【請求項２】
懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する吊支具とをさらに有し、該吊支具は、
該ベースに形成された孔に下端部が遊挿される吊軸と、該吊軸の下端部に設けられ該ベースの底面を受ける第１止め部と、該ベースの底面と該第１止め部との間の位置で該吊軸に挿通されたダンピング環と、該吊軸の上端部が貫通され該懸架枠体の上面に支持されたるカラーと、該吊軸上端部に設けられた第２止め部と、該第２止め部と該カラーとの間の該吊軸に環装された弾性部材と、該カラーに内設されたスラスト軸受と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の偏心回転式試料粉砕装置。
【請求項３】
該ダンピング環は合成樹脂製ワッシャであり、該カラーに内設されたスラスト軸受は超高分子量樹脂層で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏心回転式試料粉砕装置。
【請求項１】
機枠と、該機枠のベースに立設され軸心が該ベースと平行なラジアルベアリングが設けられた回転支持部と、該機枠の上部に揺動自在に軸支されスラスト軸受が設けられた揺動部材とを有する主支持部と、
該ラジアルベアリングに回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に偏心方向及び偏心距離を互いに同一にして固着された第１及び第２の偏心ディスクと、該ベースに固定されたモータと、該モータの出力軸回転を該回転軸に伝達する伝達機構とを備えた偏心回転駆動部と、
それぞれ第１及び第２の穴が形成され互いに対向する第１及び第２の脚部と、該第１及び第２の穴にそれぞれ嵌合された第１及び第２のラジアルベアリングと、該第１及び第２の脚部の間に横架され試料収容手段を固定する手段を備えた台部と、該台部に立設されたスラスト軸とを備え、該第１及び第２のラジアルベアリングのインナーレースにそれぞれ該偏心回転駆動部の第１及び第２の偏心ディスクが嵌合され、該スラスト軸が該主支持部のスラスト軸受に貫通支持された従動部と、
重心が該回転軸の軸心から偏位し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該軸心に対する該重心の偏位方向が該スラスト軸と反対方向になるように該回転軸に固着されたカウンターウエイトと、
を有し、該スラスト軸が該ベースから最も離れる位置で該スラスト軸の軸心が該回転軸の軸心に対し垂直であることを特徴とする偏心回転式試料粉砕装置。
【請求項２】
懸架枠体と、該懸架枠体の上面から該ベースを吊支する吊支具とをさらに有し、該吊支具は、
該ベースに形成された孔に下端部が遊挿される吊軸と、該吊軸の下端部に設けられ該ベースの底面を受ける第１止め部と、該ベースの底面と該第１止め部との間の位置で該吊軸に挿通されたダンピング環と、該吊軸の上端部が貫通され該懸架枠体の上面に支持されたるカラーと、該吊軸上端部に設けられた第２止め部と、該第２止め部と該カラーとの間の該吊軸に環装された弾性部材と、該カラーに内設されたスラスト軸受と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の偏心回転式試料粉砕装置。
【請求項３】
該ダンピング環は合成樹脂製ワッシャであり、該カラーに内設されたスラスト軸受は超高分子量樹脂層で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏心回転式試料粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３０１５３６（Ｐ２００７−３０１５３６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３５８０４（Ｐ２００６−１３５８０４）
【出願日】平成１８年５月１５日（２００６．５．１５）
【出願人】（５０６１６４１７６）株式会社アトム精密 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１５日（２００６．５．１５）
【出願人】（５０６１６４１７６）株式会社アトム精密 (1)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]