微粉砕装置
【課題】微細化された粉末を得ることができると共に処理能力も高めることができる微粉砕装置を提供する。
【解決手段】ホッパー２から供給された原料を粉砕して製品排出口４から排出させる原料粉砕室と、原料粉砕室内の上流側に配置される薄板状のロータ８と、このロータ８が収容される円筒空間と、円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さい分級空間Ｓと、を備え、ロータ８の回転により生じる気流により粉砕を行う微粉砕装置において、円筒空間の内壁面１０には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成され、ロータ８は、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、円盤部分の外周部から突出する多数のブレードにより構成され、円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の溝が、多数のブレードと面する位置に形成されている。
【解決手段】ホッパー２から供給された原料を粉砕して製品排出口４から排出させる原料粉砕室と、原料粉砕室内の上流側に配置される薄板状のロータ８と、このロータ８が収容される円筒空間と、円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さい分級空間Ｓと、を備え、ロータ８の回転により生じる気流により粉砕を行う微粉砕装置において、円筒空間の内壁面１０には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成され、ロータ８は、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、円盤部分の外周部から突出する多数のブレードにより構成され、円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の溝が、多数のブレードと面する位置に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一端側に設けられる原料供給口と、他方側に設けられる製品排出口と、原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室とを備えた微粉砕装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品（米、緑茶、大豆、紅茶、海苔など）を扱う食品産業やその他の医薬・有機化学工業等の各産業分野においては、より均一化された微粉末が要求されており、種々の微粉砕装置が開発されている。
【０００３】
例えば、本出願人による下記特許文献１に開示される微粉砕装置は、原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、このロータが収容される円筒空間と、この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された円筒形状を有する分級空間と、この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成されている。
【０００４】
この微粉砕装置によれば、所定の粒度にまで小さくなっていない粉末は、所定の粒度になるまで粉砕が行われ、所望の粒度にまで分級された製品が取り出される。
【０００５】
また、ロータが収容される円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成されている。ロータの周面に凹凸部が存在することで、原料と原料粉砕室の内壁面との衝突がさらに促進されることで、より微粉砕工程を高効率化することができるようにすると共に、熱の発生もかなり抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０１２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示される微粉砕装置は、１０μｍ以下の微粉砕領域の微粉末を得る場合には適した構造であるが、粉砕の程度は２０μｍ程度でもよいが、単位時間当たりの処理量を多くしたい場合には、効率がよくなかった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、微細化された粉末を得ることができると共に処理能力も高めることができる微粉砕装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明に係る微粉砕装置は、
一端側に設けられる原料供給口と、他方側に設けられる製品排出口と、原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室と、この原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、このロータが収容される円筒空間と、この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された形状を有する分級空間と、この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、
前記ロータの回転により生じる気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させて粉砕を行う微粉砕装置において、
前記ロータは、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、この円盤部分の外周部から放射状に突出する多数のブレードにより構成され、
前記円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、前記ロータの軸芯と平行な多数の溝が、前記多数のブレードと面する位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
かかる構成による微粉砕装置の作用・効果を説明する。この微粉砕装置の原料粉砕室は、上流側に薄板で形成されるロータが配置されており、これを回転させることで高速気流を発生させる。この気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させることで粉砕を行うものであり、いわゆる気流粉砕を主としているものである。ロータが収容される円筒空間の下流側には、分級空間が設けられており、分級空間の内径は円筒空間よりも小さく設定されている。また、この分級空間の下流側に、製品排出口が設けられている。従って、所定の粒度にまで小さくなっていない粉末は、所定の粒度になるまで粉砕が行われる。これにより、所望の粒度にまで分級された製品が取り出される。また、原料粉砕室内に配置される主な部品は、ロータのみであり、分級機能などについては分級空間の形状などにより対応することができる。
【００１１】
また、ロータが収容される円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、ロータの軸芯と平行な多数の溝がブレードと面する位置に形成されている。これにより、原料と原料粉砕室の内壁面との衝突が促進される。そして、前記ロータは、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分を有しており、この円盤部分から多数のブレードが突出するように形成される。このような円盤部分を構成することで、前述の先行技術の構成に比べて、ロータの強度を保持しながらも、より多くのブレードを形成することができ、処理能力の増大に寄与することができる。また、円盤部分の孔が形成されることで、軽量化を図るだけでなく、微細化されていない粗粉を通過させて、微細化を促進させるのにも寄与することができる。以上のように、微細化された粉末を得ることができると共に処理能力も高めることができる微粉砕装置を提供することができる。この点は、後述するように実験的にも確認することができた。
【００１２】
本発明において、前記円筒空間の内壁面は、スリット状の孔が多数形成された帯状金属プレートにより構成されており、前記スリット状の孔が前記溝として機能するように構成したことが好ましい。
【００１３】
ロータの軸芯と平行な多数の溝を形成する方法は種々考えられるが、上記のような帯状金属プレートにスリット状の孔が多数形成されたものを用いることで、コストを抑制しながら、溝を形成することができる。
【００１４】
本発明において、前記帯状金属プレートの裏面側に、孔が形成されていない第２の帯状金属プレートが密着させられて一体化されていることが好ましい。
【００１５】
かかる構成により、粉砕された微粉末が溝から脱出できないという不具合を抑制することができる。また、２つの金属プレートにより一体化することで組み立て作業性を向上させることができる。
【００１６】
本発明において、前記円筒空間の内壁面は、前記溝が多数形成された帯状プレートにより構成されていることが好ましい。
【００１７】
かかる構成により、単一の部材で溝を形成することも可能になり、組み立て作業性に資することができる。また、コンタミ防止，清掃の面において優れており、主に食品関係の微粉砕を行う時に有用である。
【００１８】
本発明に係る前記溝は、前記ロータが配置される位置から、当該位置よりも上流側の位置にわたって設けられることが好ましい。
【００１９】
この構成によると、ロータが配置される位置はもちろんのこと、ロータが配置されていない上流側にも溝が設けられる。
【００２０】
ロータの上流側にも溝を設けることで、ロータによる微粉砕が始まる前に、高速渦流により、溝が形成された内壁面に原料をぶつけて衝撃を与え、微粉砕前の前処理の役割を果たすことができる。従って、処理能力を高めることができる。
【００２１】
本発明に係る前記溝の幅に対して、前記ブレードの円周方向に沿った長さは、６〜９倍に設定され、前記ブレードの配列ピッチは２０〜２５倍に設定されていることが好ましい。
【００２２】
溝の幅と、ロータに形成されるブレードの寸法関係には、適切な関係が存在するものと考えられる。実際に実験を行ってみたところ、後述するように、上記の関係に設定すれば、本発明の効果が得られるものと推定される。
【００２３】
本発明において、前記円筒空間を構成するため、上流側に位置する第１本体部と、この第１本体部の下流側に位置すると共に、第１本体部に対して着脱可能に結合される第２本体部とを備え、
前記第１本体部の側に、前記ロータ及び前記溝が設けられると共に、前記第２本体部は、下流側へ行くほど内径が徐々に小さくなるように設定された内壁面を有していることが好ましい。
【００２４】
円筒空間の内部は、適宜メンテナンスを行う必要がある。また、ロータ自体は、メンテナンスのほかに、仕様変更により別のロータに交換することもありうる。そこで、上記のように円筒空間を第１本体部と第２本体部により構成することで、メンテナンスや部品交換の作業性向上に資することができる。また、第２本体部は、下流側に行くほど内径が徐々に小さくなっており、分級空間への微粉末の移動も滞りなく行うことができる。
【００２５】
本発明において、前記分級空間の外部に配置され、分級空間の上流側から分級空間の先端側をバイパスさせるバイパス経路と、
分級空間の内部に配置され、分級空間の前記先端側から前記分級空間の上流側へとつながる内部経路と、を設け、粉砕された原料のうち、バイパス経路側に排出された粗粉を前記内部経路を経由して、再び、分級空間内へ戻すように構成し、
前記分級空間内へ戻ってきた原料を前記ロータの前記複数の孔の方向へ向かわせるための案内手段を設けたことが好ましい。
【００２６】
この構成によると、所定の粒度まで粉砕されていない粗粉は、バイパス経路と内部経路を経由して、再び分級空間の上流側に戻ってくる。所定の粒度にまで粉砕された微粉のみが、製品排出口から排出されるので、より均一な粒度の製品を得ることができる。なお、分級空間の上流側は、分級空間の先端側よりも上流に位置していればよい。そして、分級空間内へ戻ってきた原料は、案内手段によりロータの複数の孔の方向へ向かうように仕向けられる。これにより、粗粉の粉砕をさらに効率よく行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】微粉砕装置の外観を示す斜視図
【図２】微粉砕装置の内部構成を示す断面図
【図３Ａ】ロータの形状を示す平面図
【図３Ｂ】別実施形態に係るロータの形状を示す平面図
【図４】ロータのブレードの部分を拡大した平面図
【図５】ロータのブレードの部分を拡大した回転軸方向に沿った断面図
【図６】溝を形成する貼り合わせのプレート体の構成例を示す図
【図７】溝の別実施形態に係る構成例を示す図
【図８】溝の別実施形態に係る構成例を示す図
【図９】実験データを示す図
【図１０】実験データを示す図
【図１１】実験データを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る微粉砕装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、微粉砕装置の外観を示す斜視図であり、図２は微粉砕装置の内部構成を示す断面図である。
【００２９】
＜第１実施形態の構成＞
まず、第１実施形態に係る微粉砕装置Ａの構成について説明する。微粉砕装置Ａは、略Ｌ字形の土台１の底部にコロ１ａが設けられている。また、原料を供給する原料供給装置Ｂからの原料が供給されるホッパー２（原料供給口）と、ホッパー２から投入された原料を微粉末に粉砕する原料粉砕室３と粉砕された原料を製品として排出する製品排出口４とを備えている。製品排出口４から排出された製品は、ブロア２１により吸引されて、ホース５を通ってサイクロン集塵装置２０により集積される。
【００３０】
なお、サイクロン装置内の負圧を解消し微粉末を集積しやすくするため、正圧用のコンプレッサー又はリングブロアーを接続してもよい。このコンプレッサーやリングブロアーは、粉砕された微粉末の除熱作用を行うことができる。
【００３１】
図２に示すように、土台１の上に駆動本体部６が設けられており、その内部にはモータ７が設置されている。モータ７の回転軸７ａは水平な状態に設定され、この回転軸７ａの先端側には３枚のロータ８が取り付けられている。この３枚のロータ８の配置間隔は調整することができ、これにより、粉砕原料の特性に適した粉砕や粒度の調整を行うことができる。また、ロータ８の取り付け枚数も調整することができ、図２では３枚であるが、４枚あるいは５枚にして増やすこともできる。あるいは２枚にしてもよい。
【００３２】
なお、モータ７とロータ８とは上記のように直結する構成ではなく、ベルトを介して駆動する方式を採用してもよく、ロータ８を駆動する機構については、種々の変形例が可能である。
【００３３】
回転軸７ａの先端部には、円錐台形状の案内部材７ｂ（案内手段に相当）がネジ７ｃにより取り付けられている。案内部材７ｂは、テーパ面を有し、後述するように、粗粉をロータ８側に案内するように機能する。
【００３４】
＜ロータの構成＞
ロータ８は、円筒形状を有する上流側の円筒空間Ｓ１Ａに収容されており、円筒空間Ｓ１Ａの内壁面１０と、ロータ８の外周面との隙間はわずかな大きさ（例えば、３ｍｍ）になるように設定されている。
【００３５】
図３Ａは、ロータ８の形状を示す平面図である。ロータ８は、中心部に回転軸７ａと連結する小判孔８ａが形成されている。ロータ８は、所定の半径を有する円盤部分８０と、この円盤部分８０の円周部から放射状に突出する多数のブレード８１が設けられている。円盤部分８０は、所定ピッチ（４５゜ピッチ）で孔８ｂが形成されている。孔８ｂの形状は、頂点が中心方向を向いた三角形状に形成される。孔８ｂを形成することで、ロータ８の強度を確保しながらも軽量化を図っている。また、孔８ｂを介して粉砕していない粗粉を通過させて、より粉砕効果を高めるようにしている。なお、ロータ８と回転軸７ａとの結合方法は、小判孔８ａを使用しない他の公知の手法を使用してもよい。
【００３６】
孔８ｂと孔８ｂの間は腕部８ｃが形成されており、腕部８ｃの幅は、中心に近い根元側に行くほど太くなるように形成されている。ブレード８１は、先端部の幅が狭く、根元側へ行くほど徐々に幅が大きくなるように形成されている。多数のブレード８１は、円周方向に沿って所定のピッチ（６゜ピッチ）で形成されている。
【００３７】
ロータ８の具体的な仕様を説明すると、好ましくは、ステンレスの板材により製作され、その厚みは４ｍｍ程度である。また、円盤部分８０の直径はφ８６８ｍｍ、ブレード８１の高さは６０ｍｍ、ロータ８全体の直径はφ９８８ｍｍである。また、ブレード８１の先端部の幅は１５ｍｍである。なお、ブレード８１の配列ピッチや配列個数、円盤部分８０の直径の大きさ等は適宜変更することができる。また、円盤部分８０の孔８ｂの形状や配列ピッチ及び個数も同様である。
【００３８】
３枚のロータ８は、その刃部８ｂが同位相になるように構成してもよいし、位相をずらしながら結合してもよい。位相をずらせた方がより粒度を細かくすることができる。
【００３９】
ロータ８と内壁面１０の隙間寸法は、あまり狭すぎると発熱の原因となり、原料そのものが大きい場合にトラブル発生の原因となる。逆にあまり広すぎると粉砕効率が大幅に低下するという問題があるので、目標とする粒度に応じた適切な寸法が設定される。
【００４０】
＜ロータの別実施形態＞
図３Ｂは、ロータ８の別実施形態を示す平面図である。図３Ａに示す第１実施形態と基本的な構成は同じであるので、同じ図番を付して説明は省略する。この第２実施形態では、厚みは３ｍｍ程度である。また、円盤部分８０の直径はφ４５１ｍｍ、ブレード８１の高さは４０ｍｍ、ロータ８全体の直径はφ５３１ｍｍである。また、ブレードの先端部の幅は１０ｍｍである。ブレード８１の配列ピッチは１０゜である。
【００４１】
これらロータ８の使い分けは、微粉砕装置の能力等に応じて行うことができる。例えば、原料の粉砕効率に併せてロータ８の配置個数やブレード８１の数等を調整する。
【００４２】
＜溝の構成＞
図４は、ロータ８のブレード８１の部分を拡大した平面図である。図４に示すように、ロータ８のブレード８１が向かい合う内壁面１０には多数の溝１０ａ（凹凸部）が形成される。図５は、ロータ８のブレード８１の部分を拡大した回転軸方向に沿った断面図である。内壁面１０は、２枚の帯状金属プレートを重ねて貼り合わせる（密着させる）ことで形成される。すなわち、図６に示すように、第１帯状金属プレート１００と第２帯状金属プレート１０１を貼り合わせて、図６（ｃ）に示すように円環状に形成することで、内壁面１０を構成することができる。貼り合わせたものをプレート体１０２と称することとする。
【００４３】
第１帯状金属プレート１００には、長手方向（円周方向に対応）に沿って多数のスリット孔が形成され、これが溝１０ａとして機能する。溝１０ａの長手方向は、ロータ８の軸芯方向に平行になるように取り付けられる。第２帯状金属プレート１０１は、孔が形成されないプレートであり、その平面サイズは第１帯状金属プレート１００と同じである。これらを貼り合わせることで、スリット孔の底が閉じた状態の溝１０ａになる。２枚のプレートを貼り合わせる方法としては、溶接、リベット、接着等の種々の方法で行うことができる。スリット孔の底が閉鎖されるので、原料が溝１０ａから逃げていかないように構成することができる。
【００４４】
図５にも示すように、溝１０ａが形成されるのは、ブレード８１と面する位置だけでなく、ロータ８の上流側にある円筒空間Ｓ１Ａにも形成されている。図５には、溝１０ａがロータ８の軸芯方向に沿って３つ配置されていることになる。このような構成を採用しているのは、より粉砕効果を高め処理量を増加させるためである。図６に示すような貼り合わせのプレート体１０２を３つ軸芯方向に沿って配置することで、図５のような構成にすることができる。
【００４５】
なお、それ以外の構成例として、図７（ａ）に示すように、より平面積の大きなプレートを用いてプレート体１０２を構成することができる。この場合、図７（ｂ）に示すように、溝１０ａを軸芯方向に沿って３箇所形成するのではなく、長手方向の長さを更に伸ばした構成を採用してもよい。図６、図７に示す構成は溝１０ａ（スリット孔）も含めて、金属のプレス加工で製作することができ、コスト的に有利な点がある。
【００４６】
図８は、２枚の帯状金属プレートを用いるのではなく、１枚の帯状金属プレート１０３のみを用いた構成例である。溝１０ａはプレス加工ではなく、フライスによる切削、あるいは、鍛造により形成する。
【００４７】
また、溝を有する凹凸部を特殊ライニングとして別に製作して、凹凸のない内壁面１０に装着する形で形成してもよい。以上のように、内壁面１０への溝１０ａの形成方法は、種々考えられるので、特定の製作方法に限定されるものではない。図８に示す構成は、コンタミ防止，清掃の面において優れており、主に食品関係の微粉砕を行う時に有用である。
【００４８】
次に、溝１０ａの幅とピッチについて説明する。図４に示すように、溝１０ａの幅をｗ１、隣接する溝１０ａどうしの間隔をｗ２とする。本実施形態では、ｗ１，ｗ２は同じであり、ｗ１＝ｗ２＝２ｍｍである。また、溝１０ａの深さｗ３＝２ｍｍ程度である。ただし、これらの具体的な寸法は適宜変更可能である。好ましくは、ｗ１＝ｗ２＝１〜３ｍｍであり、より好ましくはｗ１＝ｗ２＝１．５〜２．５ｍｍである。深さについても、ｗ３＝１〜３ｍｍが好ましく、１．５〜２．５ｍｍがより好ましい。なお、必ずしもｗ１＝ｗ２でなくてもよく、ｗ１＞ｗ２あるいはｗ１＜ｗ２としてもよい。
【００４９】
また、溝１０ａは、図４等に示すように、内壁面１０の円周方向に沿って多数形成されている。図４の方向視（ロータ８の回転軸芯から見た方向）では、溝１０ａの配列形状は、矩形波のごとき形状を呈しているが、これに限定されるものではない。溝１０ａの形状は台形状でもよいし三角形状でもよい。丸味を帯びた形状にしてもよい。
【００５０】
上記のような溝１０ａ及びブレード８１を形成することで、後述の実験結果でもわかるように、粒径の小さな微粉末を得ることができると共に、処理能力を高めることができた。このような溝１０ａとブレード８１との組み合わせにより、原料粉砕室３内における圧力変動がより大きくなり、粉砕効率が飛躍的に向上したものと推定される。粉砕対象である原料が原料粉砕室３内に滞留する時間が短くなり、負荷や熱の発生を飛躍的に低減し、細かな微粉末を効率よく製造可能になった。
【００５１】
ロータ８の前面側、すなわち、下流側にも円筒空間Ｓ１Ｂが設けられる。円筒空間Ｓ１Ａを形成するために前述のプレート体１０２が設けられ、これが第１本体部Ｂ１を構成する。円筒空間Ｓ１Ｂを形成するために、第２本体部Ｂ２が設けられ、金属プレートの絞り加工により形成される。第２本体部Ｂ２は、その内壁面の内径が下流側に行くほど徐々に小さくなるように設定されている。具体的には、Ｒ状に形成された部分１１０を有する。
【００５２】
第１本体部Ｂ１と第２本体部Ｂ２は、フランジ１１１を利用してボルト（不図示）により締結される。第１本体部Ｂ１は、駆動本体部６に対してボルトにより結合される。第２本体部Ｂ２は第１本体部Ｂ１に対してボルトを外せば取り外すことができる。すなわち、第２本体部Ｂ２は第１本体部Ｂ１に対して着脱可能である。これにより、内部のロータ８や内壁面１０の清掃やメンテナンスを行うことができる。また、ロータ８の交換作業も容易に行うことができる。第１本体部Ｂ１と第２本体部Ｂ２の更に外側には、カバー部材１１２が取り付けられる。
【００５３】
前述の円筒空間Ｓ１Ｂの下流側に隣接して分級空間Ｃが配置され、第１分級空間部Ｓ２、テーパ空間部Ｓ３，第２分級空間部Ｓ４の順番に、円筒空間Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂと同芯に配置される。テーパ空間部Ｓ３は、下流側に行くほど内径が小さくなるようなテーパ状の内壁面１１を有している。
【００５４】
第１分級空間部Ｓ２は、円筒空間Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂよりも内径の小さな円筒形を有している。第１分級空間部Ｓ２の内壁面１２と、円筒空間Ｓ１Ｂの内壁面１１０との間には内径寸法において段差が設けられている。
【００５５】
第２分級空間部Ｓ４は、第１分級空間部Ｓ２よりも内径の小さな円筒形状を有している。テーパ空間部Ｓ３により、両者の異なる内径をスムーズにつなげている。この第２分級空間部Ｓ４の先端部に製品排出口４が設けられており、製品排出口４の内径は第２分級空間部Ｓ４の内径よりも小さくなっている。製品排出口４及び各分級空間部Ｓ２，Ｓ４と同芯になるように配置されている。ただし、製品排出口４は、必ずしも各分級空間部Ｓ２，Ｓ４と同芯に配置しなくてもよい。
【００５６】
以上のように、分級空間Ｃは下流側にいくほど内径が小さくなるように設定されており、所定の粒度にまで粉砕された製品のみが製品排出口４から排出可能に構成されている。
【００５７】
さらに、第１分級空間部Ｓ２の外部には第１接続部１５が設けられ、第２分級空間部Ｓ４の外部には製品排出口４としての第２接続部１６が設けられる。また、第２分級空間部Ｓ４の先端部にも先端接続部１７が設けられる。第１接続部１５と先端接続部１７の間にパイプ２２が接続されており、このパイプ２２によりバイパス経路Ｐが構成される。
【００５８】
図１，２に示すように第１・第２接続部１５，１６は、分級空間部Ｓ２，Ｓ４、テーパ空間部Ｓ３の外部に接線方向に向けて形成される。分級空間部Ｓ２，Ｓ４では、粉砕された原料が回転しており、その回転方向に対応した接線方向としている。
【００５９】
製品排出口４は、接線方向を向くように設けられ、製品排出口４にホース５が挿入される。接線方向を向くことで、スムーズに、粉砕された微粉末を取り出すことができる。
【００６０】
製品排出口４（第２接続部１７）は、上記のように配置する構成の他、先端接続部１７が設けられている面と同じ面に設けてもよい。製品排出口４は、上記分級空間Ｓ２，Ｓ４、テーパ空間部Ｓ３の下流側に設けられていればよい。
【００６１】
また、分級空間Ｓの内部であって、先端接続部１７の内側に内部経路Ｑが取り付けられている。内部経路Ｑの左端部は、バイパス経路Ｐに連続しており、右端部は、開放されて分級空間Ｓにつながっている。
【００６２】
内部経路Ｑの先端には、傘状に開いた出口部材２４が取り付けられており、その内面は出口に向かうほど径が大きくなるテーパ面２４ａとなっている。このテーパ面２４ａが案内部材７ｂのテーパ面と向かい合うように配置される。
【００６３】
原料を粉砕すると、所定の粒度にまで粉砕された微粉と所定の粒度にまで粉砕されていない粗粉が、分級空間Ｓ内に混在する。そこで、上記のようなバイパス経路Ｐを設けると、重量の大きな粗粉は、バイパス経路Ｐ側へ移動し、内部経路Ｑを経由して再び分級空間Ｓ内に戻ってくるようにしている。再び戻ってきた粗粉は案内部材７ｂにより、ロータ８の孔８ｂの方向へと導かれる。これにより、粗粉は再び原料粉砕室３において粉砕処理が施される。
【００６４】
これにより、粗粉が製品排出口４から排出することを防止し、確実に粉砕された微粉のみが製品排出口４から排出されるようにする。
【００６５】
先端接続部１７及び内部経路Ｑは、分級空間Ｓの軸中心と同芯となるように配置される。これにより、戻ってきた粗粉を効率よく再粉砕して微粉化することができる。また、製品排出口４は、先端接続部１７に隣接した周囲に配置される。ただし、製品排出口４と、先端接続部１７の配置については、これに限定されるものではない。先端接続部１７及び内部経路Ｑは、分級空間Ｓの軸中心と同芯に配置しなくてもよい。
【００６６】
図１に示すように、補助経路２３が設けられ、主経路（第１接続部１５のすぐ近傍の通路）と合流点Ｄにおいて合流している。主経路はパイプ２２と合わせてバイパス経路Ｐとして機能する。補助経路２３には、不図示のリングブロアーが接続されており、矢印の方向にエアーを送り込んでいる。例えば、冷却エアーを送り込むことで温度の調節などを行なうことができる。なお、補助経路２３は必ずしも必要なものではなく、設けなくてもよい。
【００６７】
この構成によると、粗粉を確実に微粉砕して排出することができ、所望の粒度の製品を確実に得ることができる。第１接続部１５からバイパス経路Ｐへと排出された粗粉は、負圧の作用により図示の矢印方向に導かれ、確実に分級空間Ｓ内へと戻される。上記のリングブロアーを用いれば、より確実に粗粉を戻すことができる。
【００６８】
＜動作＞
次に、本発明に係る微粉砕装置Ａの動作について説明する。製品排出口４に接続されたブロアにより吸引動作を行うと共に、ロータ８を高速回転させる。ロータ８の高速回転に伴い負圧が発生し、モータ７側に引かれようとする力と、ブロア２１による吸引力とがせめぎ合う形になるが、ブロア２１の吸引力の方が大きくなるように設定されている。
【００６９】
これにより、投入された原料は、高速気流により原料同士の衝突と原料と内壁面１０との衝突を繰り返すことで、徐々に粉砕されていく。原料は、ロータ８と内壁面１０の間の隙間、及び、ロータ８とロータ８の間を通って下流側へと流れていく。
【００７０】
また、内壁面１０には溝１０ａが形成されており、前述のように、より粒径の小さな微粉末を得ることができた。また、溝１０ａを設けることで、表面積が増加し、放熱効果を高めることができる。例えば、原料が米である場合、分級空間を構成するフレームの温度が最大で９０℃まで上昇することがあったが、溝１０ａを設けることで、最大４０〜５０℃までしか上昇しなくなった。
【００７１】
また、溝１０ａのない構成だと、ロータ８の回転数をある一定値まで上げると、それ以上上げても回収された微粉末の粒度に変化は見られなかったが、溝１０ａを設けることで、回転数をさらに上げることで、より細かな粒度にすることができた。
【００７２】
ロータ８の下流側の分級空間Ｓにおいても、高速気流により渦流が発生し、この渦流により生じる遠心力により、粉砕が不十分な原料は、内壁面１１，１２，１３の方向に吹き飛ばされ、十分に粉砕された原料のみが中央の製品排出口４から排出される。内壁面１２と内壁面１３は、段差面となっており、粉砕不十分な原料が製品排出口４から不用意に排出されていかないようにしている。これにより、所望の粒度にまで粉砕された原料のみが製品として取り出されることになり、均一な微粉末を得ることができる。
【００７３】
＜作用・効果＞
本発明の微粉砕装置Ａによれば、気流式の粉砕であるため、温度上昇を極力抑えることができる。また、金属同士の衝突部がないため金属粉が混入することがなく、故障が生じにくい構造となっている。
【００７４】
粒度の調整は、前述のロータ８の間隔設定のほかに、ロータ８の回転数、ブレード８１の配列個数、ピッチ、形状、溝１０ａのサイズ、個数、配列ピッチ、ブロア２１の吸引風量の調整などにより行うことができ、きわめて簡単な作業で粒度の調整を行うことができる。また、ロータ８は厚さ数ｍｍ程度の薄板円盤状に形成することができるので、ロータ８を軽量にすることができ、これを駆動するための動力設備も小型化することができる。
【００７５】
本発明に係る微粉砕装置Ａは、原料粉砕室内の構造が簡単であり、分解清掃などのメンテナンスを容易に行うことができ、装置自体のコストも抑制することができる。また、装置全体の大きさもコンパクトであり、広い設置場所を必要としない。
【００７６】
本発明においては、気流式の粉砕であり、機械的粉砕が困難とされている大豆などの比較的油分を多く含んだ原料でも均一に粉砕することができる。また、投入された原料は、瞬時に粉砕されて製品排出口４から排出されるため、風味を損なうなどの原料の変質を起こしにくいという利点も有している。
【００７７】
本発明に係る微粉砕装置Ａによれば、所望の粒度の微粉末のみが排出される構造であるから、１パスでシングルミクロンサイズ、サブミクロンサイズの粉砕が可能である。
【００７８】
＜実験結果＞
次に、本実施形態に係る微粉砕装置を用いて、実際に粉砕を行ったデータを示す。図９は、米を粉砕した時の粒度分布を示し、グラフの横軸は粒子径（μｍ）縦軸は体積（％）を示す。処理量は（６０ｋｇ／ｈｒ−７.５ｋｗモーター）であり、特許文献１に示す従来のロータを使用したものに比べて、処理量が４倍に増えた。
【００７９】
図１０は、破砕米を粉砕した時のデータを示す。この場合の処理量は５０ｋｇ／ｈｒ−２.２ｋｗモーターであった。図１１は、煎茶を破砕した時のデータを示す。この場合の処理量は８０ｋｇ／ｈｒであった。従来のロータを使用したものに比べて、処理量は１．５〜２倍に増加した。
【００８０】
＜別実施形態＞
本発明に係る微粉砕装置により粉砕される原料については、特に限定されるものではないが、緑茶、紅茶、コーヒー豆、大豆、小豆、米、海苔などの食品には特に好適である。また、食品以外の樹脂等の粉砕にも応用することができる。
【００８１】
本実施形態では、３つの分級空間部が形成されているが、この設定個数については適宜決めることができる。この個数に応じてバイパス経路Ｐを形成するための接続部の設定個数も変更することができる。また、各分級空間部において、内壁面をテーパ面にするか段差にするかは、適宜決めることができる。さらに、テーパ面とする場合のテーパ角度も適宜設定することができる。また、直線的なテーパ面ではなく、曲面で構成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
３ 原料粉砕室
４ 製品排出口
７ｂ 案内部材
８ ロータ
８ａ 小判孔
８ｂ 孔
１０ 内壁面
８０ 円盤部分
８１ ブレード
Ａ 微粉砕装置
Ｂ 原料供給装置
Ｓ 分級空間
Ｓ１ 円筒空間
Ｓ２ テーパ空間部
Ｓ３ 第１分級空間部
Ｓ４ 第２分級空間部
Ｐ バイパス経路
Ｑ 内部経路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一端側に設けられる原料供給口と、他方側に設けられる製品排出口と、原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室とを備えた微粉砕装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品（米、緑茶、大豆、紅茶、海苔など）を扱う食品産業やその他の医薬・有機化学工業等の各産業分野においては、より均一化された微粉末が要求されており、種々の微粉砕装置が開発されている。
【０００３】
例えば、本出願人による下記特許文献１に開示される微粉砕装置は、原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、このロータが収容される円筒空間と、この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された円筒形状を有する分級空間と、この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成されている。
【０００４】
この微粉砕装置によれば、所定の粒度にまで小さくなっていない粉末は、所定の粒度になるまで粉砕が行われ、所望の粒度にまで分級された製品が取り出される。
【０００５】
また、ロータが収容される円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、多数の凹凸部が形成されている。ロータの周面に凹凸部が存在することで、原料と原料粉砕室の内壁面との衝突がさらに促進されることで、より微粉砕工程を高効率化することができるようにすると共に、熱の発生もかなり抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２０１２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示される微粉砕装置は、１０μｍ以下の微粉砕領域の微粉末を得る場合には適した構造であるが、粉砕の程度は２０μｍ程度でもよいが、単位時間当たりの処理量を多くしたい場合には、効率がよくなかった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、微細化された粉末を得ることができると共に処理能力も高めることができる微粉砕装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため本発明に係る微粉砕装置は、
一端側に設けられる原料供給口と、他方側に設けられる製品排出口と、原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室と、この原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、このロータが収容される円筒空間と、この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された形状を有する分級空間と、この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、
前記ロータの回転により生じる気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させて粉砕を行う微粉砕装置において、
前記ロータは、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、この円盤部分の外周部から放射状に突出する多数のブレードにより構成され、
前記円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、前記ロータの軸芯と平行な多数の溝が、前記多数のブレードと面する位置に形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
かかる構成による微粉砕装置の作用・効果を説明する。この微粉砕装置の原料粉砕室は、上流側に薄板で形成されるロータが配置されており、これを回転させることで高速気流を発生させる。この気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させることで粉砕を行うものであり、いわゆる気流粉砕を主としているものである。ロータが収容される円筒空間の下流側には、分級空間が設けられており、分級空間の内径は円筒空間よりも小さく設定されている。また、この分級空間の下流側に、製品排出口が設けられている。従って、所定の粒度にまで小さくなっていない粉末は、所定の粒度になるまで粉砕が行われる。これにより、所望の粒度にまで分級された製品が取り出される。また、原料粉砕室内に配置される主な部品は、ロータのみであり、分級機能などについては分級空間の形状などにより対応することができる。
【００１１】
また、ロータが収容される円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、ロータの軸芯と平行な多数の溝がブレードと面する位置に形成されている。これにより、原料と原料粉砕室の内壁面との衝突が促進される。そして、前記ロータは、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分を有しており、この円盤部分から多数のブレードが突出するように形成される。このような円盤部分を構成することで、前述の先行技術の構成に比べて、ロータの強度を保持しながらも、より多くのブレードを形成することができ、処理能力の増大に寄与することができる。また、円盤部分の孔が形成されることで、軽量化を図るだけでなく、微細化されていない粗粉を通過させて、微細化を促進させるのにも寄与することができる。以上のように、微細化された粉末を得ることができると共に処理能力も高めることができる微粉砕装置を提供することができる。この点は、後述するように実験的にも確認することができた。
【００１２】
本発明において、前記円筒空間の内壁面は、スリット状の孔が多数形成された帯状金属プレートにより構成されており、前記スリット状の孔が前記溝として機能するように構成したことが好ましい。
【００１３】
ロータの軸芯と平行な多数の溝を形成する方法は種々考えられるが、上記のような帯状金属プレートにスリット状の孔が多数形成されたものを用いることで、コストを抑制しながら、溝を形成することができる。
【００１４】
本発明において、前記帯状金属プレートの裏面側に、孔が形成されていない第２の帯状金属プレートが密着させられて一体化されていることが好ましい。
【００１５】
かかる構成により、粉砕された微粉末が溝から脱出できないという不具合を抑制することができる。また、２つの金属プレートにより一体化することで組み立て作業性を向上させることができる。
【００１６】
本発明において、前記円筒空間の内壁面は、前記溝が多数形成された帯状プレートにより構成されていることが好ましい。
【００１７】
かかる構成により、単一の部材で溝を形成することも可能になり、組み立て作業性に資することができる。また、コンタミ防止，清掃の面において優れており、主に食品関係の微粉砕を行う時に有用である。
【００１８】
本発明に係る前記溝は、前記ロータが配置される位置から、当該位置よりも上流側の位置にわたって設けられることが好ましい。
【００１９】
この構成によると、ロータが配置される位置はもちろんのこと、ロータが配置されていない上流側にも溝が設けられる。
【００２０】
ロータの上流側にも溝を設けることで、ロータによる微粉砕が始まる前に、高速渦流により、溝が形成された内壁面に原料をぶつけて衝撃を与え、微粉砕前の前処理の役割を果たすことができる。従って、処理能力を高めることができる。
【００２１】
本発明に係る前記溝の幅に対して、前記ブレードの円周方向に沿った長さは、６〜９倍に設定され、前記ブレードの配列ピッチは２０〜２５倍に設定されていることが好ましい。
【００２２】
溝の幅と、ロータに形成されるブレードの寸法関係には、適切な関係が存在するものと考えられる。実際に実験を行ってみたところ、後述するように、上記の関係に設定すれば、本発明の効果が得られるものと推定される。
【００２３】
本発明において、前記円筒空間を構成するため、上流側に位置する第１本体部と、この第１本体部の下流側に位置すると共に、第１本体部に対して着脱可能に結合される第２本体部とを備え、
前記第１本体部の側に、前記ロータ及び前記溝が設けられると共に、前記第２本体部は、下流側へ行くほど内径が徐々に小さくなるように設定された内壁面を有していることが好ましい。
【００２４】
円筒空間の内部は、適宜メンテナンスを行う必要がある。また、ロータ自体は、メンテナンスのほかに、仕様変更により別のロータに交換することもありうる。そこで、上記のように円筒空間を第１本体部と第２本体部により構成することで、メンテナンスや部品交換の作業性向上に資することができる。また、第２本体部は、下流側に行くほど内径が徐々に小さくなっており、分級空間への微粉末の移動も滞りなく行うことができる。
【００２５】
本発明において、前記分級空間の外部に配置され、分級空間の上流側から分級空間の先端側をバイパスさせるバイパス経路と、
分級空間の内部に配置され、分級空間の前記先端側から前記分級空間の上流側へとつながる内部経路と、を設け、粉砕された原料のうち、バイパス経路側に排出された粗粉を前記内部経路を経由して、再び、分級空間内へ戻すように構成し、
前記分級空間内へ戻ってきた原料を前記ロータの前記複数の孔の方向へ向かわせるための案内手段を設けたことが好ましい。
【００２６】
この構成によると、所定の粒度まで粉砕されていない粗粉は、バイパス経路と内部経路を経由して、再び分級空間の上流側に戻ってくる。所定の粒度にまで粉砕された微粉のみが、製品排出口から排出されるので、より均一な粒度の製品を得ることができる。なお、分級空間の上流側は、分級空間の先端側よりも上流に位置していればよい。そして、分級空間内へ戻ってきた原料は、案内手段によりロータの複数の孔の方向へ向かうように仕向けられる。これにより、粗粉の粉砕をさらに効率よく行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】微粉砕装置の外観を示す斜視図
【図２】微粉砕装置の内部構成を示す断面図
【図３Ａ】ロータの形状を示す平面図
【図３Ｂ】別実施形態に係るロータの形状を示す平面図
【図４】ロータのブレードの部分を拡大した平面図
【図５】ロータのブレードの部分を拡大した回転軸方向に沿った断面図
【図６】溝を形成する貼り合わせのプレート体の構成例を示す図
【図７】溝の別実施形態に係る構成例を示す図
【図８】溝の別実施形態に係る構成例を示す図
【図９】実験データを示す図
【図１０】実験データを示す図
【図１１】実験データを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る微粉砕装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、微粉砕装置の外観を示す斜視図であり、図２は微粉砕装置の内部構成を示す断面図である。
【００２９】
＜第１実施形態の構成＞
まず、第１実施形態に係る微粉砕装置Ａの構成について説明する。微粉砕装置Ａは、略Ｌ字形の土台１の底部にコロ１ａが設けられている。また、原料を供給する原料供給装置Ｂからの原料が供給されるホッパー２（原料供給口）と、ホッパー２から投入された原料を微粉末に粉砕する原料粉砕室３と粉砕された原料を製品として排出する製品排出口４とを備えている。製品排出口４から排出された製品は、ブロア２１により吸引されて、ホース５を通ってサイクロン集塵装置２０により集積される。
【００３０】
なお、サイクロン装置内の負圧を解消し微粉末を集積しやすくするため、正圧用のコンプレッサー又はリングブロアーを接続してもよい。このコンプレッサーやリングブロアーは、粉砕された微粉末の除熱作用を行うことができる。
【００３１】
図２に示すように、土台１の上に駆動本体部６が設けられており、その内部にはモータ７が設置されている。モータ７の回転軸７ａは水平な状態に設定され、この回転軸７ａの先端側には３枚のロータ８が取り付けられている。この３枚のロータ８の配置間隔は調整することができ、これにより、粉砕原料の特性に適した粉砕や粒度の調整を行うことができる。また、ロータ８の取り付け枚数も調整することができ、図２では３枚であるが、４枚あるいは５枚にして増やすこともできる。あるいは２枚にしてもよい。
【００３２】
なお、モータ７とロータ８とは上記のように直結する構成ではなく、ベルトを介して駆動する方式を採用してもよく、ロータ８を駆動する機構については、種々の変形例が可能である。
【００３３】
回転軸７ａの先端部には、円錐台形状の案内部材７ｂ（案内手段に相当）がネジ７ｃにより取り付けられている。案内部材７ｂは、テーパ面を有し、後述するように、粗粉をロータ８側に案内するように機能する。
【００３４】
＜ロータの構成＞
ロータ８は、円筒形状を有する上流側の円筒空間Ｓ１Ａに収容されており、円筒空間Ｓ１Ａの内壁面１０と、ロータ８の外周面との隙間はわずかな大きさ（例えば、３ｍｍ）になるように設定されている。
【００３５】
図３Ａは、ロータ８の形状を示す平面図である。ロータ８は、中心部に回転軸７ａと連結する小判孔８ａが形成されている。ロータ８は、所定の半径を有する円盤部分８０と、この円盤部分８０の円周部から放射状に突出する多数のブレード８１が設けられている。円盤部分８０は、所定ピッチ（４５゜ピッチ）で孔８ｂが形成されている。孔８ｂの形状は、頂点が中心方向を向いた三角形状に形成される。孔８ｂを形成することで、ロータ８の強度を確保しながらも軽量化を図っている。また、孔８ｂを介して粉砕していない粗粉を通過させて、より粉砕効果を高めるようにしている。なお、ロータ８と回転軸７ａとの結合方法は、小判孔８ａを使用しない他の公知の手法を使用してもよい。
【００３６】
孔８ｂと孔８ｂの間は腕部８ｃが形成されており、腕部８ｃの幅は、中心に近い根元側に行くほど太くなるように形成されている。ブレード８１は、先端部の幅が狭く、根元側へ行くほど徐々に幅が大きくなるように形成されている。多数のブレード８１は、円周方向に沿って所定のピッチ（６゜ピッチ）で形成されている。
【００３７】
ロータ８の具体的な仕様を説明すると、好ましくは、ステンレスの板材により製作され、その厚みは４ｍｍ程度である。また、円盤部分８０の直径はφ８６８ｍｍ、ブレード８１の高さは６０ｍｍ、ロータ８全体の直径はφ９８８ｍｍである。また、ブレード８１の先端部の幅は１５ｍｍである。なお、ブレード８１の配列ピッチや配列個数、円盤部分８０の直径の大きさ等は適宜変更することができる。また、円盤部分８０の孔８ｂの形状や配列ピッチ及び個数も同様である。
【００３８】
３枚のロータ８は、その刃部８ｂが同位相になるように構成してもよいし、位相をずらしながら結合してもよい。位相をずらせた方がより粒度を細かくすることができる。
【００３９】
ロータ８と内壁面１０の隙間寸法は、あまり狭すぎると発熱の原因となり、原料そのものが大きい場合にトラブル発生の原因となる。逆にあまり広すぎると粉砕効率が大幅に低下するという問題があるので、目標とする粒度に応じた適切な寸法が設定される。
【００４０】
＜ロータの別実施形態＞
図３Ｂは、ロータ８の別実施形態を示す平面図である。図３Ａに示す第１実施形態と基本的な構成は同じであるので、同じ図番を付して説明は省略する。この第２実施形態では、厚みは３ｍｍ程度である。また、円盤部分８０の直径はφ４５１ｍｍ、ブレード８１の高さは４０ｍｍ、ロータ８全体の直径はφ５３１ｍｍである。また、ブレードの先端部の幅は１０ｍｍである。ブレード８１の配列ピッチは１０゜である。
【００４１】
これらロータ８の使い分けは、微粉砕装置の能力等に応じて行うことができる。例えば、原料の粉砕効率に併せてロータ８の配置個数やブレード８１の数等を調整する。
【００４２】
＜溝の構成＞
図４は、ロータ８のブレード８１の部分を拡大した平面図である。図４に示すように、ロータ８のブレード８１が向かい合う内壁面１０には多数の溝１０ａ（凹凸部）が形成される。図５は、ロータ８のブレード８１の部分を拡大した回転軸方向に沿った断面図である。内壁面１０は、２枚の帯状金属プレートを重ねて貼り合わせる（密着させる）ことで形成される。すなわち、図６に示すように、第１帯状金属プレート１００と第２帯状金属プレート１０１を貼り合わせて、図６（ｃ）に示すように円環状に形成することで、内壁面１０を構成することができる。貼り合わせたものをプレート体１０２と称することとする。
【００４３】
第１帯状金属プレート１００には、長手方向（円周方向に対応）に沿って多数のスリット孔が形成され、これが溝１０ａとして機能する。溝１０ａの長手方向は、ロータ８の軸芯方向に平行になるように取り付けられる。第２帯状金属プレート１０１は、孔が形成されないプレートであり、その平面サイズは第１帯状金属プレート１００と同じである。これらを貼り合わせることで、スリット孔の底が閉じた状態の溝１０ａになる。２枚のプレートを貼り合わせる方法としては、溶接、リベット、接着等の種々の方法で行うことができる。スリット孔の底が閉鎖されるので、原料が溝１０ａから逃げていかないように構成することができる。
【００４４】
図５にも示すように、溝１０ａが形成されるのは、ブレード８１と面する位置だけでなく、ロータ８の上流側にある円筒空間Ｓ１Ａにも形成されている。図５には、溝１０ａがロータ８の軸芯方向に沿って３つ配置されていることになる。このような構成を採用しているのは、より粉砕効果を高め処理量を増加させるためである。図６に示すような貼り合わせのプレート体１０２を３つ軸芯方向に沿って配置することで、図５のような構成にすることができる。
【００４５】
なお、それ以外の構成例として、図７（ａ）に示すように、より平面積の大きなプレートを用いてプレート体１０２を構成することができる。この場合、図７（ｂ）に示すように、溝１０ａを軸芯方向に沿って３箇所形成するのではなく、長手方向の長さを更に伸ばした構成を採用してもよい。図６、図７に示す構成は溝１０ａ（スリット孔）も含めて、金属のプレス加工で製作することができ、コスト的に有利な点がある。
【００４６】
図８は、２枚の帯状金属プレートを用いるのではなく、１枚の帯状金属プレート１０３のみを用いた構成例である。溝１０ａはプレス加工ではなく、フライスによる切削、あるいは、鍛造により形成する。
【００４７】
また、溝を有する凹凸部を特殊ライニングとして別に製作して、凹凸のない内壁面１０に装着する形で形成してもよい。以上のように、内壁面１０への溝１０ａの形成方法は、種々考えられるので、特定の製作方法に限定されるものではない。図８に示す構成は、コンタミ防止，清掃の面において優れており、主に食品関係の微粉砕を行う時に有用である。
【００４８】
次に、溝１０ａの幅とピッチについて説明する。図４に示すように、溝１０ａの幅をｗ１、隣接する溝１０ａどうしの間隔をｗ２とする。本実施形態では、ｗ１，ｗ２は同じであり、ｗ１＝ｗ２＝２ｍｍである。また、溝１０ａの深さｗ３＝２ｍｍ程度である。ただし、これらの具体的な寸法は適宜変更可能である。好ましくは、ｗ１＝ｗ２＝１〜３ｍｍであり、より好ましくはｗ１＝ｗ２＝１．５〜２．５ｍｍである。深さについても、ｗ３＝１〜３ｍｍが好ましく、１．５〜２．５ｍｍがより好ましい。なお、必ずしもｗ１＝ｗ２でなくてもよく、ｗ１＞ｗ２あるいはｗ１＜ｗ２としてもよい。
【００４９】
また、溝１０ａは、図４等に示すように、内壁面１０の円周方向に沿って多数形成されている。図４の方向視（ロータ８の回転軸芯から見た方向）では、溝１０ａの配列形状は、矩形波のごとき形状を呈しているが、これに限定されるものではない。溝１０ａの形状は台形状でもよいし三角形状でもよい。丸味を帯びた形状にしてもよい。
【００５０】
上記のような溝１０ａ及びブレード８１を形成することで、後述の実験結果でもわかるように、粒径の小さな微粉末を得ることができると共に、処理能力を高めることができた。このような溝１０ａとブレード８１との組み合わせにより、原料粉砕室３内における圧力変動がより大きくなり、粉砕効率が飛躍的に向上したものと推定される。粉砕対象である原料が原料粉砕室３内に滞留する時間が短くなり、負荷や熱の発生を飛躍的に低減し、細かな微粉末を効率よく製造可能になった。
【００５１】
ロータ８の前面側、すなわち、下流側にも円筒空間Ｓ１Ｂが設けられる。円筒空間Ｓ１Ａを形成するために前述のプレート体１０２が設けられ、これが第１本体部Ｂ１を構成する。円筒空間Ｓ１Ｂを形成するために、第２本体部Ｂ２が設けられ、金属プレートの絞り加工により形成される。第２本体部Ｂ２は、その内壁面の内径が下流側に行くほど徐々に小さくなるように設定されている。具体的には、Ｒ状に形成された部分１１０を有する。
【００５２】
第１本体部Ｂ１と第２本体部Ｂ２は、フランジ１１１を利用してボルト（不図示）により締結される。第１本体部Ｂ１は、駆動本体部６に対してボルトにより結合される。第２本体部Ｂ２は第１本体部Ｂ１に対してボルトを外せば取り外すことができる。すなわち、第２本体部Ｂ２は第１本体部Ｂ１に対して着脱可能である。これにより、内部のロータ８や内壁面１０の清掃やメンテナンスを行うことができる。また、ロータ８の交換作業も容易に行うことができる。第１本体部Ｂ１と第２本体部Ｂ２の更に外側には、カバー部材１１２が取り付けられる。
【００５３】
前述の円筒空間Ｓ１Ｂの下流側に隣接して分級空間Ｃが配置され、第１分級空間部Ｓ２、テーパ空間部Ｓ３，第２分級空間部Ｓ４の順番に、円筒空間Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂと同芯に配置される。テーパ空間部Ｓ３は、下流側に行くほど内径が小さくなるようなテーパ状の内壁面１１を有している。
【００５４】
第１分級空間部Ｓ２は、円筒空間Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂよりも内径の小さな円筒形を有している。第１分級空間部Ｓ２の内壁面１２と、円筒空間Ｓ１Ｂの内壁面１１０との間には内径寸法において段差が設けられている。
【００５５】
第２分級空間部Ｓ４は、第１分級空間部Ｓ２よりも内径の小さな円筒形状を有している。テーパ空間部Ｓ３により、両者の異なる内径をスムーズにつなげている。この第２分級空間部Ｓ４の先端部に製品排出口４が設けられており、製品排出口４の内径は第２分級空間部Ｓ４の内径よりも小さくなっている。製品排出口４及び各分級空間部Ｓ２，Ｓ４と同芯になるように配置されている。ただし、製品排出口４は、必ずしも各分級空間部Ｓ２，Ｓ４と同芯に配置しなくてもよい。
【００５６】
以上のように、分級空間Ｃは下流側にいくほど内径が小さくなるように設定されており、所定の粒度にまで粉砕された製品のみが製品排出口４から排出可能に構成されている。
【００５７】
さらに、第１分級空間部Ｓ２の外部には第１接続部１５が設けられ、第２分級空間部Ｓ４の外部には製品排出口４としての第２接続部１６が設けられる。また、第２分級空間部Ｓ４の先端部にも先端接続部１７が設けられる。第１接続部１５と先端接続部１７の間にパイプ２２が接続されており、このパイプ２２によりバイパス経路Ｐが構成される。
【００５８】
図１，２に示すように第１・第２接続部１５，１６は、分級空間部Ｓ２，Ｓ４、テーパ空間部Ｓ３の外部に接線方向に向けて形成される。分級空間部Ｓ２，Ｓ４では、粉砕された原料が回転しており、その回転方向に対応した接線方向としている。
【００５９】
製品排出口４は、接線方向を向くように設けられ、製品排出口４にホース５が挿入される。接線方向を向くことで、スムーズに、粉砕された微粉末を取り出すことができる。
【００６０】
製品排出口４（第２接続部１７）は、上記のように配置する構成の他、先端接続部１７が設けられている面と同じ面に設けてもよい。製品排出口４は、上記分級空間Ｓ２，Ｓ４、テーパ空間部Ｓ３の下流側に設けられていればよい。
【００６１】
また、分級空間Ｓの内部であって、先端接続部１７の内側に内部経路Ｑが取り付けられている。内部経路Ｑの左端部は、バイパス経路Ｐに連続しており、右端部は、開放されて分級空間Ｓにつながっている。
【００６２】
内部経路Ｑの先端には、傘状に開いた出口部材２４が取り付けられており、その内面は出口に向かうほど径が大きくなるテーパ面２４ａとなっている。このテーパ面２４ａが案内部材７ｂのテーパ面と向かい合うように配置される。
【００６３】
原料を粉砕すると、所定の粒度にまで粉砕された微粉と所定の粒度にまで粉砕されていない粗粉が、分級空間Ｓ内に混在する。そこで、上記のようなバイパス経路Ｐを設けると、重量の大きな粗粉は、バイパス経路Ｐ側へ移動し、内部経路Ｑを経由して再び分級空間Ｓ内に戻ってくるようにしている。再び戻ってきた粗粉は案内部材７ｂにより、ロータ８の孔８ｂの方向へと導かれる。これにより、粗粉は再び原料粉砕室３において粉砕処理が施される。
【００６４】
これにより、粗粉が製品排出口４から排出することを防止し、確実に粉砕された微粉のみが製品排出口４から排出されるようにする。
【００６５】
先端接続部１７及び内部経路Ｑは、分級空間Ｓの軸中心と同芯となるように配置される。これにより、戻ってきた粗粉を効率よく再粉砕して微粉化することができる。また、製品排出口４は、先端接続部１７に隣接した周囲に配置される。ただし、製品排出口４と、先端接続部１７の配置については、これに限定されるものではない。先端接続部１７及び内部経路Ｑは、分級空間Ｓの軸中心と同芯に配置しなくてもよい。
【００６６】
図１に示すように、補助経路２３が設けられ、主経路（第１接続部１５のすぐ近傍の通路）と合流点Ｄにおいて合流している。主経路はパイプ２２と合わせてバイパス経路Ｐとして機能する。補助経路２３には、不図示のリングブロアーが接続されており、矢印の方向にエアーを送り込んでいる。例えば、冷却エアーを送り込むことで温度の調節などを行なうことができる。なお、補助経路２３は必ずしも必要なものではなく、設けなくてもよい。
【００６７】
この構成によると、粗粉を確実に微粉砕して排出することができ、所望の粒度の製品を確実に得ることができる。第１接続部１５からバイパス経路Ｐへと排出された粗粉は、負圧の作用により図示の矢印方向に導かれ、確実に分級空間Ｓ内へと戻される。上記のリングブロアーを用いれば、より確実に粗粉を戻すことができる。
【００６８】
＜動作＞
次に、本発明に係る微粉砕装置Ａの動作について説明する。製品排出口４に接続されたブロアにより吸引動作を行うと共に、ロータ８を高速回転させる。ロータ８の高速回転に伴い負圧が発生し、モータ７側に引かれようとする力と、ブロア２１による吸引力とがせめぎ合う形になるが、ブロア２１の吸引力の方が大きくなるように設定されている。
【００６９】
これにより、投入された原料は、高速気流により原料同士の衝突と原料と内壁面１０との衝突を繰り返すことで、徐々に粉砕されていく。原料は、ロータ８と内壁面１０の間の隙間、及び、ロータ８とロータ８の間を通って下流側へと流れていく。
【００７０】
また、内壁面１０には溝１０ａが形成されており、前述のように、より粒径の小さな微粉末を得ることができた。また、溝１０ａを設けることで、表面積が増加し、放熱効果を高めることができる。例えば、原料が米である場合、分級空間を構成するフレームの温度が最大で９０℃まで上昇することがあったが、溝１０ａを設けることで、最大４０〜５０℃までしか上昇しなくなった。
【００７１】
また、溝１０ａのない構成だと、ロータ８の回転数をある一定値まで上げると、それ以上上げても回収された微粉末の粒度に変化は見られなかったが、溝１０ａを設けることで、回転数をさらに上げることで、より細かな粒度にすることができた。
【００７２】
ロータ８の下流側の分級空間Ｓにおいても、高速気流により渦流が発生し、この渦流により生じる遠心力により、粉砕が不十分な原料は、内壁面１１，１２，１３の方向に吹き飛ばされ、十分に粉砕された原料のみが中央の製品排出口４から排出される。内壁面１２と内壁面１３は、段差面となっており、粉砕不十分な原料が製品排出口４から不用意に排出されていかないようにしている。これにより、所望の粒度にまで粉砕された原料のみが製品として取り出されることになり、均一な微粉末を得ることができる。
【００７３】
＜作用・効果＞
本発明の微粉砕装置Ａによれば、気流式の粉砕であるため、温度上昇を極力抑えることができる。また、金属同士の衝突部がないため金属粉が混入することがなく、故障が生じにくい構造となっている。
【００７４】
粒度の調整は、前述のロータ８の間隔設定のほかに、ロータ８の回転数、ブレード８１の配列個数、ピッチ、形状、溝１０ａのサイズ、個数、配列ピッチ、ブロア２１の吸引風量の調整などにより行うことができ、きわめて簡単な作業で粒度の調整を行うことができる。また、ロータ８は厚さ数ｍｍ程度の薄板円盤状に形成することができるので、ロータ８を軽量にすることができ、これを駆動するための動力設備も小型化することができる。
【００７５】
本発明に係る微粉砕装置Ａは、原料粉砕室内の構造が簡単であり、分解清掃などのメンテナンスを容易に行うことができ、装置自体のコストも抑制することができる。また、装置全体の大きさもコンパクトであり、広い設置場所を必要としない。
【００７６】
本発明においては、気流式の粉砕であり、機械的粉砕が困難とされている大豆などの比較的油分を多く含んだ原料でも均一に粉砕することができる。また、投入された原料は、瞬時に粉砕されて製品排出口４から排出されるため、風味を損なうなどの原料の変質を起こしにくいという利点も有している。
【００７７】
本発明に係る微粉砕装置Ａによれば、所望の粒度の微粉末のみが排出される構造であるから、１パスでシングルミクロンサイズ、サブミクロンサイズの粉砕が可能である。
【００７８】
＜実験結果＞
次に、本実施形態に係る微粉砕装置を用いて、実際に粉砕を行ったデータを示す。図９は、米を粉砕した時の粒度分布を示し、グラフの横軸は粒子径（μｍ）縦軸は体積（％）を示す。処理量は（６０ｋｇ／ｈｒ−７.５ｋｗモーター）であり、特許文献１に示す従来のロータを使用したものに比べて、処理量が４倍に増えた。
【００７９】
図１０は、破砕米を粉砕した時のデータを示す。この場合の処理量は５０ｋｇ／ｈｒ−２.２ｋｗモーターであった。図１１は、煎茶を破砕した時のデータを示す。この場合の処理量は８０ｋｇ／ｈｒであった。従来のロータを使用したものに比べて、処理量は１．５〜２倍に増加した。
【００８０】
＜別実施形態＞
本発明に係る微粉砕装置により粉砕される原料については、特に限定されるものではないが、緑茶、紅茶、コーヒー豆、大豆、小豆、米、海苔などの食品には特に好適である。また、食品以外の樹脂等の粉砕にも応用することができる。
【００８１】
本実施形態では、３つの分級空間部が形成されているが、この設定個数については適宜決めることができる。この個数に応じてバイパス経路Ｐを形成するための接続部の設定個数も変更することができる。また、各分級空間部において、内壁面をテーパ面にするか段差にするかは、適宜決めることができる。さらに、テーパ面とする場合のテーパ角度も適宜設定することができる。また、直線的なテーパ面ではなく、曲面で構成してもよい。
【符号の説明】
【００８２】
３ 原料粉砕室
４ 製品排出口
７ｂ 案内部材
８ ロータ
８ａ 小判孔
８ｂ 孔
１０ 内壁面
８０ 円盤部分
８１ ブレード
Ａ 微粉砕装置
Ｂ 原料供給装置
Ｓ 分級空間
Ｓ１ 円筒空間
Ｓ２ テーパ空間部
Ｓ３ 第１分級空間部
Ｓ４ 第２分級空間部
Ｐ バイパス経路
Ｑ 内部経路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に設けられる原料供給口と、
他方側に設けられる製品排出口と、
原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室と、
この原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、
このロータが収容される円筒空間と、
この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された形状を有する分級空間と、
この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、
前記ロータの回転により生じる気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させて粉砕を行う微粉砕装置において、
前記ロータは、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、この円盤部分の外周部から放射状に突出する多数のブレードにより構成され、
前記円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、前記ロータの軸芯と平行な多数の溝が、前記多数のブレードと面する位置に形成されていることを特徴とする微粉砕装置。
【請求項２】
前記円筒空間の内壁面は、スリット状の孔が多数形成された帯状金属プレートにより構成されており、前記スリット状の孔が前記溝として機能するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の微粉砕装置。
【請求項３】
前記帯状金属プレートの裏面側に、孔が形成されていない第２の帯状金属プレートが密着させられて一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の微粉砕装置。
【請求項４】
前記円筒空間の内壁面は、前記溝が多数形成された帯状プレートにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微粉砕装置。
【請求項５】
前記溝は、前記ロータが配置される位置から、当該位置よりも上流側の位置にわたって設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項６】
前記溝の幅に対して、前記ブレードの円周方向に沿った長さは、６〜９倍に設定され、前記ブレードの配列ピッチは２０〜２５倍に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項７】
前記円筒空間を構成するため、上流側に位置する第１本体部と、この第１本体部の下流側に位置すると共に、第１本体部に対して着脱可能に結合される第２本体部とを備え、
前記第１本体部の側に、前記ロータ及び前記溝が設けられると共に、前記第２本体部は、下流側へ行くほど内径が徐々に小さくなるように設定された内壁面を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項８】
前記分級空間の外部に配置され、分級空間の上流側から分級空間の先端側をバイパスさせるバイパス経路と、
分級空間の内部に配置され、分級空間の前記先端側から前記分級空間の上流側へとつながる内部経路と、を設け、粉砕された原料のうち、バイパス経路側に排出された粗粉を前記内部経路を経由して、再び、分級空間内へ戻すように構成し、
前記分級空間内へ戻ってきた原料を前記ロータの前記複数の孔の方向へ向かわせるための案内手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項１】
一端側に設けられる原料供給口と、
他方側に設けられる製品排出口と、
原料供給口から供給された原料を粉砕して製品排出口から排出させるための原料粉砕室と、
この原料粉砕室内の上流側に配置される少なくとも１枚の薄板で形成されるロータと、
このロータが収容される円筒空間と、
この円筒空間よりも下流側に配置され、円筒空間よりも内径が小さく設定された形状を有する分級空間と、
この分級空間の下流側に配置された前記製品排出口と、を備え、
前記ロータの回転により生じる気流により、原料同士もしくは原料と原料粉砕室の内壁面とを衝突させて粉砕を行う微粉砕装置において、
前記ロータは、所定の半径を有すると共に、円周方向に沿って複数の孔が形成された円盤部分と、この円盤部分の外周部から放射状に突出する多数のブレードにより構成され、
前記円筒空間の内壁面には、円周方向に沿って、前記ロータの軸芯と平行な多数の溝が、前記多数のブレードと面する位置に形成されていることを特徴とする微粉砕装置。
【請求項２】
前記円筒空間の内壁面は、スリット状の孔が多数形成された帯状金属プレートにより構成されており、前記スリット状の孔が前記溝として機能するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の微粉砕装置。
【請求項３】
前記帯状金属プレートの裏面側に、孔が形成されていない第２の帯状金属プレートが密着させられて一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の微粉砕装置。
【請求項４】
前記円筒空間の内壁面は、前記溝が多数形成された帯状プレートにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微粉砕装置。
【請求項５】
前記溝は、前記ロータが配置される位置から、当該位置よりも上流側の位置にわたって設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項６】
前記溝の幅に対して、前記ブレードの円周方向に沿った長さは、６〜９倍に設定され、前記ブレードの配列ピッチは２０〜２５倍に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項７】
前記円筒空間を構成するため、上流側に位置する第１本体部と、この第１本体部の下流側に位置すると共に、第１本体部に対して着脱可能に結合される第２本体部とを備え、
前記第１本体部の側に、前記ロータ及び前記溝が設けられると共に、前記第２本体部は、下流側へ行くほど内径が徐々に小さくなるように設定された内壁面を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【請求項８】
前記分級空間の外部に配置され、分級空間の上流側から分級空間の先端側をバイパスさせるバイパス経路と、
分級空間の内部に配置され、分級空間の前記先端側から前記分級空間の上流側へとつながる内部経路と、を設け、粉砕された原料のうち、バイパス経路側に排出された粗粉を前記内部経路を経由して、再び、分級空間内へ戻すように構成し、
前記分級空間内へ戻ってきた原料を前記ロータの前記複数の孔の方向へ向かわせるための案内手段を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の微粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１８３４７５（Ｐ２０１２−１８３４７５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７９２７（Ｐ２０１１−４７９２７）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５０７０３７６６６）ミクロパウテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（５０７０３７６６６）ミクロパウテック株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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