粉末製造法
【課題】表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕して、粉末にすることができる方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１個のポットと、ポット内に封入される複数個のボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（Ｓ１）。ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料をボールとともに封入する（Ｓ２）。ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍となるように遊星運動させ、それによって、原料を粗粉砕して、原料の粉末を製造する（Ｓ３）。
【解決手段】少なくとも１個のポットと、ポット内に封入される複数個のボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（Ｓ１）。ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料をボールとともに封入する（Ｓ２）。ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍となるように遊星運動させ、それによって、原料を粗粉砕して、原料の粉末を製造する（Ｓ３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星ボールミル装置を用いて、表面が丸味を帯びた硬い粒状物、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類を乾式粉砕することによって、その粉末を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポットおよびポットに封入されるボールがいずれも合成樹脂製であり、ボールがポットの内径に対して相対的に大きな直径を有する遊星ボールミル装置を準備し、原料となる茶葉や乾燥食品等を４〜８個のボールと共にポットに封入し、ポットを公転運動および自転運動させることによって、原料を乾式粉砕し、粉末茶や乾燥食品の微粉末等を製造する方法が従来技術において知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この粉末製造法によれば、金属製ポットと、クロム鋼やセラミックス等から形成された多数個の小型硬質ボールとを備えた遊星ボールミル装置を用いる粉末製造法と比べると、原料の均一な微粉末化を実現することができ、例えば、原料茶葉から粉末茶を製造する場合には、従来の石臼を用いて得られる粉末茶と遜色のない製品が得られる。
【０００４】
しかしながら、この従来の粉末製造法によれば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた硬い粒状物を原料とした場合、これらの粒状物は、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間から容易にすり抜けてしまい、うまく粉砕できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／１０６９６４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕して、粉末にすることができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、第１発明は、（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料を前記ボールとともに封入し、（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、前記原料を粗粉砕して、前記原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法としたものである。
ここで、「硬い原料」とは、当該原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、当該原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味し、「粗粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以上の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。以下同様。
【０００８】
上記課題を解決するため、また、第２発明は、（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものを前記ボールとともに封入し、（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、前記第１および第２の原料を微粉砕して、前記第１および第２の原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法としたものである。
ここで、「硬い第１の原料」とは、第１の原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、第１の原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味し、「微粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以下の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。以下同様。
【０００９】
第２発明において、前記第２の原料として、前記第１の原料を粗粉砕したもの、あるいは前記第１の原料を粉末状にしたものを用いれば、単一種類の原料からなる粉末を製造することができる。
また、第２発明において、前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の２〜３倍になるように、前記ポットを遊星運動させることが好ましい。
また、第１および第２発明において、前記ポットおよび前記ボールを形成する材料は、特に限定されないが、米粉や蕎麦粉等の食品の粉末を製造する場合には、前記ポットおよび前記ボールはそれぞれ合成樹脂製であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、ポットが遊星運動する間に、ポット内の各ボールに及ぼされる、ポットの公転運動に起因する遠心力と、ポットの自転運動に起因する遠心力との合成力が調節され、それによって、ポット内で一体となって回転運動するボール群と、このボール群から分離し、ポット内で自由に無秩序運動する少数のボールとが生じる。そして、ポットの遊星運動の間に、この無秩序運動するボールが、他の無秩序運動するボール、ボール群およびポット内壁と衝突を繰り返し、この衝突力によって原料が粗粉砕される。こうして、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で粗粉砕することができる。
【００１１】
第２発明によれば、粉砕過程の初期段階では、遊星運動するポット内においてボールの運動は無秩序となり、ボール間の衝突、並びにボールおよびポット内壁の間の衝突が頻繁に生じる。この間に、第１の原料は、第２の原料と混じり合うことによって、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間に一定時間留まり、それによって、第１の原料は、第２の原料とともに、ボール同士の衝突力およびボールとポット内壁の摩擦と剪断力によって粉砕される。そして、第１の原料が粉砕され、粉砕物の全体がある程度細かくなると、ボールの運動を無秩序にする力が弱くなり、ボールの全体が整然とした運動を開始し、第１および第２の原料は、主として、ボールの集合体とポット内壁の相対運動による剪断力によって粉砕され、微粉化される。こうして、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で微粉砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例による粉末製造法のフロー図である。
【図２】遊星ボールミル装置の１例の側断面図である。
【図３】遊星ボールミル装置のポットの１例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図４】ポットにボールが収容された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図５】遊星ボールミル装置のポットの別の例を示す図であり、（Ａ）はポット内にボールが収容された状態の平面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図６】粉砕過程におけるポット内でのボールの運動状態を説明する図である。
【図７】本発明の別の実施例による粉末製造法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施例について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の１実施例による粉末製造法のフロー図である。
図１に示すように、この実施例では、少なくとも１個のポットと、ポット内に封入される複数個のボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（図１のＳ１）。この場合、ポットの容量は、５００〜２００００ｃｃ程度であることが好ましい。
【００１４】
図２は、この遊星ボールミル装置の側断面図である。なお、本発明の粉末製造法で用いる遊星ボールミル装置は、ポットおよびボールを除き、公知の遊星ボールミル装置と同じ構成を有しているので、以下では、遊星ボールミル装置のポットおよびボール以外の構成要素に関しては簡単に説明するに留める。また、遊星ボールミル装置のポットを遊星運動させる回転駆動機構の構成は、以下に説明するものに限定されず、任意の適当な公知の回転駆動機構を備えた遊星ボールミル装置が使用可能である。
【００１５】
図２を参照して、遊星ボールミル装置は、モータ１によって回転駆動される垂直な主軸２を備え、主軸２には円盤状の回転テーブル３が固定されている。また、回転テーブル３上には、４つのポット回転台５が主軸２に関して回転対称となるように配置され、それぞれ、垂直な自転軸４のまわりに回転テーブル３に対して回転可能になっている。そして、主軸２と各自転軸４とは遊星歯車機構６によって連結され、それによって、ポット回転台５は、主軸２のまわりに公転運動しつつ、自転軸４のまわりに自転運動し得る。
【００１６】
さらに、主軸２の上部には平板状の上部支持部材７が固定されている。上部支持部材７は、主軸２から放射状にのび、各ポット回転台５の上方に達する複数の腕部分を有し、各腕部分５には、軸方向に上下運動可能とされた押圧ロッド８がその軸のまわりに回転自在に取り付けられている。
そして、ポット回転台２には、内部に複数個のボールと製粉原料とが封入されたポット３が載置された後、押圧ロッド８が下向きに運動させしてられて押圧ロッド８の先端がポット１０の上面に押しつけられることにより、ポット１０がポット回転台５に固定されるようになっている。
【００１７】
こうして、回転テーブル３が、モータ１によって主軸２のまわりに回転駆動されるとともに、ポット回転台５は、それぞれ、モータ１により、遊星歯車機構６を介して、自転軸４のまわりに回転テーブル３に対して回転駆動され、それによって、ポット１０は、主軸２のまわりに公転運動せしめられるとともに、自転軸４のまわりに自転運動せしめられる。
なお、遊星ボールミル装置の運転中の危険防止のため、遊星ボールミル装置の上部には、ポット回転台５の運動空間を被覆する開閉可能な保護カバー９が設けられている。
【００１８】
図３は、ポットの１実施例を示した図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。図３に示すように、ポット１０は、一端が閉じられた円筒形状のポット本体１１と、ポット本体１１の他端開口をリング状のパッキン１４を介して密閉し得る蓋体１２からなっている。また、ポット本体１１の内側空洞部１３の周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃは、所定の曲率半径ｒをもって湾曲している。
【００１９】
ポット１０およびボール１５は、高耐摩耗性、高自己潤滑性および高耐衝撃性を有する材料、例えば、金属（ステンレスまたはクロム等）、またはセラミックス（例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニアまたはメノウ等）、または合成樹脂から形成することができるが、米粉や蕎麦粉等の食品の粉末を製造する場合には、人体に無毒な合成樹脂製のポット１０およびボール１５を使用することが好ましい。この場合、合成樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリアミドイミド（例えば、トーロン（登録商標））およびポリベンゾイミダゾールのいずれか１つまたはそれらの混合物、あるいは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリアミドイミド（例えば、トーロン（登録商標））またはポリベンゾイミダゾールの構成モノマーからなるコポリマーを使用することが、特に好ましい。
【００２０】
また、同一種類の合成樹脂から形成されたポット１０およびボール１５を常に組み合わせて使用する必要はなく、異なる種類の合成樹脂から形成されたポット１０およびボール１５を組み合わせて使用してもよい。
ポット１０は、内壁面が合成樹脂製であればよく、変形防止等のために、内壁面を形成する合成樹脂層の外側に、ステンレスや鉄等の金属からなる外皮を有するポットとしてもよい。
【００２１】
良好な粉砕を実現するために、ボール１５およびポット１０の寸法、並びに原料の種類に応じて、ボール１５の比重を適宜変化させてもよい。ボール１５の比重を変化させる方法としては、互いに比重の異なる２種類の合成樹脂を用意し、ボール１５を、第１の合成樹脂から形成された球形の核と、核の外側を取り巻く、第２の合成樹脂から形成された外皮層からなる２層構造として比重を変化させる方法、あるいは、ボール１５の内部に金属球からなる芯を組み込んで比重を大きくする方法、あるいは、ボール１５の内部を中空とすることで比重を小さくする方法がある。
【００２２】
図４は、ポット内にボールが収容された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。図４を参照して、ポット１０の内側空洞部１３の周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃの曲率半径ｒは、ボール１５の半径と等しいかまたはそれよりも大きくなっている。
さらに、ポット１０の内側空洞部１３の径ｓは、ボール１５の直径Ｒの２．５〜４倍の大きさを有し、かつ、ポット１本当たりに５〜８個の同一のボール１５が収容される。
【００２３】
図５は、ポットの別の例を示した図であり、（Ａ）はポット内にボールが収容された状態の平面図、（Ｂ）はその縦断面図である。図５の例は、図４の例と、ポットの内部構造が異なっているだけである。したがって、図５中、図４と同一の構成要素には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２４】
図５を参照して、この実施例では、ポット本体１１の上端開口が蓋体１２によって密封された状態で、ポット１０の内部空間１３における周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃ、および周壁面１１ａから上壁面への移行部分１１ｄが、いずれも所定の曲率半径ｒをもって湾曲して形成されている。この場合、移行部分１１ｃ、１１ｄの曲率半径ｒはボール１５の半径と等しく、またはそれよりも大きくなっている。
この例では、さらに、ポット本体１１の上端開口が蓋体１２によって密封された状態で、ポット１０の内部空間１３の高さｄがボール１５の直径Ｒの約１．１〜１．９倍となっている。したがって、この実施例では、ポット１０内にボール１５が２段に配置されることはない。
【００２５】
この例においても、図４の例の場合と同様、ポット１０の内側空洞部の径ｓは、ボール１５の直径の２．５〜４倍の大きさを有し、かつ、ポット１本当たりに同一のボール１５が５〜８個封入される。
【００２６】
再び図１を参照して、この実施例では、次に、ポット１０に、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料をボール１５とともに封入する（図１のＳ２）。この場合、「硬い原料」とは、当該原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、当該原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味する。
【００２７】
そして、ポット１０を、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、原料を粗粉砕して、原料の粉末を製造する（図１のＳ３）。ここで、「粗粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以上の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。
【００２８】
次に、図６を参照して、この実施例の粉砕原理について説明する。なお、明瞭にするために、図６中、一部のボール１５ａ〜１５ｃのみを示した。
今、ポット１０が遊星運動すると、ボール１５ａ〜１５ｃに及ぼされる遠心力は、ポット１０の自転運動による遠心力ＦＰと、ポット１１の公転運動による遠心力ＦＴとの合力となり、ＦＰ、ＦＴはそれぞれ次式で表される。
ＦＰ＝ｍＢ×ｒＰ×ωＰ２
ＦＴ＝ｍＢ×ｒＴ×ωＴ２
ここで、ｍＢはボールの質量であり、ｒＰはポットの中心Ｏ’とボールの中心Ｏ”との最大距離であり、ωＰはポットの自転運動の角周波数であり、ｒＴは公転運動の中心Ｏ（回転テーブル３の中心）とボールとの最大距離であり、ωＴはポットの公転運動の角周波数である。
そして、例えば、ポット１０内において公転運動の中心Ｏから最も遠い位置にあるボール１５ａについて、遠心力ＦＰおよび遠心力ＦＴがいずれも外向きに及ぼされるので、それらを合成した遠心力が最大となる。
【００２９】
この実施例では、ポット１０を、自転運動および公転運動が逆向きになり、かつ公転運動の回転速度と自転運動の回転速度の比が、１：３．５〜１：４．５となるように遊星運動させて、ポット１０内の各ボール１５ａ〜１５ｃに及ぼされる、ポット１０の公転運動に起因する遠心力と、ポット１０の自転運動に起因する遠心力との合成力を調節することによって、ポット１０内で一体となって回転運動するボール群と、このボール群から分離し、ポット内で自由に無秩序運動する少数のボールとを生じさせる。
こうして、ポット１０の遊星運動の間に、この無秩序運動するボールが、他の無秩序運動するボール、ボール群およびポット内壁と衝突を繰り返し、この衝突力によって原料が粗粉砕される。
【００３０】
これに対し、公転運動の回転速度と自転運動の回転速度の比が上記範囲内にない場合には、ポットが遊星運動をする間に、ボールは一体となってポット内で回転し、ボール間の衝突は生じない。そして、ボールと原料は一体となってポット内で回転するだけであり、原料の粉砕は殆ど行われない。
【００３１】
この実施例によれば、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で粗粉砕し、それらの微粉末を製造することができる。
【００３２】
この場合、ポットの公転および自転運動の速度が大きくなるにつれて、また、公転および自転運動の継続時間が長くなるにつれて、ポット内の温度が上昇する。この温度上昇は、衝突およびせん断的な力の両方に起因する。
ところで、原料の粉砕時にポット内の温度上昇が激しいと、製造される粉末が熱の作用によって退色し、香りや風味等の品質を低下させてしまうことがある。このような場合には、製造される粉末に品質低下が生じる温度以下の温度で粉砕を行うことが望ましい。このため、粉砕時のポット内の温度上昇が所定の温度以下に抑えられるように、遊星ボールミル装置の回転数および回転継続時間を設定することが望ましい。
【００３３】
この回転数および回転継続時間の設定は、例えば、予め試験的な粉砕を繰り返し行い、粉砕終了直後のポット内の温度を赤外線放射温度計等によって測定し、その際に取得したデータに基づいて、ポットおよびボールの寸法、原料の種類および製造される粉末の量等毎に、粉砕時の温度上昇が所定の温度以下となる回転数および回転継続時間の範囲を決定してテーブル化しておき、実際の運転時に、そのテーブルに従ってその都度行うようにすればよい。
【００３４】
次に、この実施例の作用効果を確認するため、実証実験を行った。実証実験の内容は次のとおりである。
遊星ボールミル装置のポットとして、図５に示した構造を有する、ＰＥＥＫ製ポットを４個準備した。ポットの寸法は、内径ｓ＝１１０ｍｍ、深さｄ＝６５ｍｍ、周壁面から底壁面および上壁面への移行部分の曲率半径ｒ＝２０ｍｍとし、容積を５００ｃｃとした。
そして、ポット１個当たりにＰＥＥＫ製ボール（比重約１．３、直径Ｒ＝３６．５ｍｍ）を５個封入するようにした。
【００３５】
［実験１］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料として玄米を準備し、４０ｇの玄米を、４個のポットのそれぞれに５個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、１８０分間にわたり、２５０ｒｐｍおよび５００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポット内の玄米が殆ど粉砕されていないことを確認した。
【００３６】
［実験２］
実験１と同様に、４０ｇの玄米を、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定した。そして、６０分間にわたり、２００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：４）させた。回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
測定の結果、玄米が粉末状に粗粉砕されていることが確認された。
【００３７】
［実験３］
４０ｇのコーヒー豆を、実験１と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定した。そして、実験２と同様に、６０分間にわたり、２００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：４）させた。回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
測定の結果、コーヒー豆が粉末状に粗粉砕されていることが確認された。
【００３８】
図７は、本発明の別の実施例による粉末製造法のフロー図である。図７に示すように、この実施例では、少なくとも１個の合成樹脂製ポットと、ポット内に封入される複数個の合成樹脂製ボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（図７のＳ１）。このステップＳ１は、図１に示した実施例のステップＳ１と同じである。そして、遊星ボールミル装置は、図１に示した実施例と同一の構成を有している。
【００３９】
この実施例では、次に、ポット１０に、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものをボール１５とともに封入する（図７のＳ２）。この場合、「硬い第１の原料」とは、第１の原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、第１の原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味する。
【００４０】
そして、ポット１０を、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、第１および第２の原料を微粉砕して、第１および第２の原料の粉末を製造する（図７のＳ３）。ここで、「微粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以下の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。
この場合、自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の２〜３倍になるようにポット１０を遊星運動させることが好ましい。また、第１および第２の原料が異なる種類のものであれば、それらの混合物としての粉末が得られるが、第２の原料として、第１の原料を粗粉砕したもの、あるいは第１の原料を粉末状にしたものを用いれば、単一種類の原料からなる粉末を製造することができる。
【００４１】
この実施例では、粉砕過程の初期段階であって、粉砕が進まないうちは、遊星運動するポット１０内においてボール１５の運動は無秩序となり、ボール１５間の衝突、ボール１５とポット１０内壁の間の衝突が頻繁に生じる。この間に、第１の原料は、第２の原料と混じり合うことによって、互いに衝突するボール１５間並びにボール１５およびポット１０内壁間に一定時間留まり、それによって、第１の原料は、第２の原料とともに、ボール１５同士の衝突力およびボール１５とポット１０内壁の摩擦と剪断力によって粉砕される。
そして、第１の原料が粉砕され、粉砕物の全体がある程度細かくなると、ボール１５の運動を無秩序にする力が弱くなり、ボール１５の全体が整然とした運動を開始し、第１および第２の原料は、主として、ボール１５の集合体とポット１０内壁の相対運動による剪断力によって粉砕され、微粉化される。
【００４２】
この場合、ポットの公転および自転運動の速度が大きくなるにつれて、また、公転および自転運動の継続時間が長くなるにつれて、ポット内の温度が上昇する。この温度上昇は、衝突およびせん断的な力の両方に起因する。
ところで、原料の粉砕時にポット内の温度上昇が激しいと、製造される粉末が熱の作用によって退色し、香りや風味等の品質を低下させてしまうことがある。このような場合には、製造される粉末に品質低下が生じる温度以下の温度で粉砕を行うことが望ましい。このため、粉砕時のポット内の温度上昇が所定の温度以下に抑えられるように、遊星ボールミル装置の回転数および回転継続時間を設定することが望ましい。
【００４３】
この回転数および回転継続時間の設定は、例えば、予め試験的な粉砕を繰り返し行い、粉砕終了直後のポット内の温度を赤外線放射温度計等によって測定し、その際に取得したデータに基づいて、ポットおよびボールの寸法、原料の種類および製造される粉末の量等毎に、粉砕時の温度上昇が所定の温度以下となる回転数および回転継続時間の範囲を決定してテーブル化しておき、実際の運転時に、そのテーブルに従ってその都度行うようにすればよい。
【００４４】
こうして、この実施例によれば、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で微粉砕し、それらの微粉末を製造することができる。
【００４５】
次に、この実施例の作用効果を確認するため、実証実験を行った。実証実験の内容は次のとおりである。
遊星ボールミル装置のポットとして、図５に示した構造を有する、ＰＥＥＫ製ポットを４個準備した。ポットの寸法は、内径ｓ＝１６３ｍｍ、深さｄ＝９６．６ｍｍ、周壁面から底壁面および上壁面への移行部分の曲率半径ｒ＝２９．６ｍｍとし、容積を２０００ｃｃとした。
そして、ポット１個当たりに、ＰＥＥＫ製ボール（比重約１．３、直径Ｒ＝５６．５ｍｍ）を６個封入するようにした。
【００４６】
［実験１］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料として米を準備し、１６０ｇの米を、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、１８０分間にわたり、１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポット内の米が殆ど粉砕されていないことを確認した。
【００４７】
［実験２］
表面が角張った粒状の第２の原料として、米（第１の原料）を粗粉砕したものを準備し、粉末状の第２の原料として、米（第１の原料）の粉末（以下、「米粉」という。）を準備した。
そして、第１の原料と第２の原料を種々の比率（重量比）で混合して、次の６種類の試料を製造した。
（試料No.1）
米と粗粉砕した米を８０：２０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.2）
米と粗粉砕した米を５０：５０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.3）
米と粗粉砕した米を２０：８０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.4）
米と米粉を８０：２０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.5）
米と米粉を５０：５０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.6）
米と米粉を２０：８０の比率で混合したもの１６０ｇ
【００４８】
そして、上記試料No.1〜No.6をそれぞれ、実験１の場合と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分および１８０分の６つの異なる時間にわたり、それぞれ１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに自転および公転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止直後のポット内のボールの温度を赤外線放射温度計によって測定し、さらに、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
【００４９】
測定結果を表１に示す。
【表１】
表１中、×印は、米が殆ど粉砕されずに残っている状態であることを表し、△印は、米は全て粉砕されているが、全体的にザラザラした感触の状態であることを表し、○印は、米は全て粉砕されて全体的に滑らかな感触の状態であることを表す。
【００５０】
表１から、米に、粗粉砕した米または米粉を、重量比で、粗粉砕した米または米粉が米と同量または米より多くなるように混合することで、遊星ボールミル装置を用いて米を乾式粉砕し、きめの細かい滑らかな米粉を得ることができることがわかる。また、いずれの試料の場合にも、回転継続時間が増大するにつれて、ボールの温度（ポット内の温度）が上昇していくことがわかる。
【００５１】
［実験３］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料として米を準備し、扁平状の第２の原料として、てん茶の茶葉（縦横２〜３ｍｍの大きさ）を準備した。そして、米と茶葉を、比率（重量比）が９０：１０となるように混合し、２５０ｇの試料No.7を製造した。
そして、試料No.7を、実験２の場合と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分および１８０分の６つの異なる時間にわたり、それぞれ１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに自転および公転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
【００５２】
測定結果を表２に示す。
【表２】
表２中、×印は、米が殆ど粉砕されずに残っている状態であることを表し、△印は、米は全て粉砕されているが、全体的にザラザラした感触の状態であることを表し、○印は、米は全て粉砕されて全体的に滑らかな感触の状態であることを表す。
【００５３】
表２から、米にてん茶の茶葉を混合して粉砕を行う場合には、てん茶を混合物の全重量の１０％程度混ぜるだけで、かなり短時間で米とてん茶の茶葉を微粉末化し、それらの混合粉末を製造できることがわかる。
【符号の説明】
【００５４】
１ モータ
２ 主軸
３ 回転テーブル
４ 自転軸
５ ポット回転台
６ 遊星歯車機構
７ 上部支持部材
８ 押圧ロッド
９ 保護カバー
１０ ポット
１１ ポット本体
１１ａ 周壁面
１１ｂ 底壁面
１１ｃ 移行部分
１２ 蓋体
１３ 内側空洞部
１４ リング状パッキン
１５ ボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星ボールミル装置を用いて、表面が丸味を帯びた硬い粒状物、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類を乾式粉砕することによって、その粉末を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポットおよびポットに封入されるボールがいずれも合成樹脂製であり、ボールがポットの内径に対して相対的に大きな直径を有する遊星ボールミル装置を準備し、原料となる茶葉や乾燥食品等を４〜８個のボールと共にポットに封入し、ポットを公転運動および自転運動させることによって、原料を乾式粉砕し、粉末茶や乾燥食品の微粉末等を製造する方法が従来技術において知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この粉末製造法によれば、金属製ポットと、クロム鋼やセラミックス等から形成された多数個の小型硬質ボールとを備えた遊星ボールミル装置を用いる粉末製造法と比べると、原料の均一な微粉末化を実現することができ、例えば、原料茶葉から粉末茶を製造する場合には、従来の石臼を用いて得られる粉末茶と遜色のない製品が得られる。
【０００４】
しかしながら、この従来の粉末製造法によれば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた硬い粒状物を原料とした場合、これらの粒状物は、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間から容易にすり抜けてしまい、うまく粉砕できないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／１０６９６４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の課題は、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕して、粉末にすることができる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、第１発明は、（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料を前記ボールとともに封入し、（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、前記原料を粗粉砕して、前記原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法としたものである。
ここで、「硬い原料」とは、当該原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、当該原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味し、「粗粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以上の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。以下同様。
【０００８】
上記課題を解決するため、また、第２発明は、（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものを前記ボールとともに封入し、（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、前記第１および第２の原料を微粉砕して、前記第１および第２の原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法としたものである。
ここで、「硬い第１の原料」とは、第１の原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、第１の原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味し、「微粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以下の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。以下同様。
【０００９】
第２発明において、前記第２の原料として、前記第１の原料を粗粉砕したもの、あるいは前記第１の原料を粉末状にしたものを用いれば、単一種類の原料からなる粉末を製造することができる。
また、第２発明において、前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の２〜３倍になるように、前記ポットを遊星運動させることが好ましい。
また、第１および第２発明において、前記ポットおよび前記ボールを形成する材料は、特に限定されないが、米粉や蕎麦粉等の食品の粉末を製造する場合には、前記ポットおよび前記ボールはそれぞれ合成樹脂製であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明によれば、ポットが遊星運動する間に、ポット内の各ボールに及ぼされる、ポットの公転運動に起因する遠心力と、ポットの自転運動に起因する遠心力との合成力が調節され、それによって、ポット内で一体となって回転運動するボール群と、このボール群から分離し、ポット内で自由に無秩序運動する少数のボールとが生じる。そして、ポットの遊星運動の間に、この無秩序運動するボールが、他の無秩序運動するボール、ボール群およびポット内壁と衝突を繰り返し、この衝突力によって原料が粗粉砕される。こうして、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で粗粉砕することができる。
【００１１】
第２発明によれば、粉砕過程の初期段階では、遊星運動するポット内においてボールの運動は無秩序となり、ボール間の衝突、並びにボールおよびポット内壁の間の衝突が頻繁に生じる。この間に、第１の原料は、第２の原料と混じり合うことによって、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間に一定時間留まり、それによって、第１の原料は、第２の原料とともに、ボール同士の衝突力およびボールとポット内壁の摩擦と剪断力によって粉砕される。そして、第１の原料が粉砕され、粉砕物の全体がある程度細かくなると、ボールの運動を無秩序にする力が弱くなり、ボールの全体が整然とした運動を開始し、第１および第２の原料は、主として、ボールの集合体とポット内壁の相対運動による剪断力によって粉砕され、微粉化される。こうして、表面が丸味を帯びた硬い粒状物であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で微粉砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例による粉末製造法のフロー図である。
【図２】遊星ボールミル装置の１例の側断面図である。
【図３】遊星ボールミル装置のポットの１例を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図４】ポットにボールが収容された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。
【図５】遊星ボールミル装置のポットの別の例を示す図であり、（Ａ）はポット内にボールが収容された状態の平面図、（Ｂ）はその縦断面図である。
【図６】粉砕過程におけるポット内でのボールの運動状態を説明する図である。
【図７】本発明の別の実施例による粉末製造法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施例について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の１実施例による粉末製造法のフロー図である。
図１に示すように、この実施例では、少なくとも１個のポットと、ポット内に封入される複数個のボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（図１のＳ１）。この場合、ポットの容量は、５００〜２００００ｃｃ程度であることが好ましい。
【００１４】
図２は、この遊星ボールミル装置の側断面図である。なお、本発明の粉末製造法で用いる遊星ボールミル装置は、ポットおよびボールを除き、公知の遊星ボールミル装置と同じ構成を有しているので、以下では、遊星ボールミル装置のポットおよびボール以外の構成要素に関しては簡単に説明するに留める。また、遊星ボールミル装置のポットを遊星運動させる回転駆動機構の構成は、以下に説明するものに限定されず、任意の適当な公知の回転駆動機構を備えた遊星ボールミル装置が使用可能である。
【００１５】
図２を参照して、遊星ボールミル装置は、モータ１によって回転駆動される垂直な主軸２を備え、主軸２には円盤状の回転テーブル３が固定されている。また、回転テーブル３上には、４つのポット回転台５が主軸２に関して回転対称となるように配置され、それぞれ、垂直な自転軸４のまわりに回転テーブル３に対して回転可能になっている。そして、主軸２と各自転軸４とは遊星歯車機構６によって連結され、それによって、ポット回転台５は、主軸２のまわりに公転運動しつつ、自転軸４のまわりに自転運動し得る。
【００１６】
さらに、主軸２の上部には平板状の上部支持部材７が固定されている。上部支持部材７は、主軸２から放射状にのび、各ポット回転台５の上方に達する複数の腕部分を有し、各腕部分５には、軸方向に上下運動可能とされた押圧ロッド８がその軸のまわりに回転自在に取り付けられている。
そして、ポット回転台２には、内部に複数個のボールと製粉原料とが封入されたポット３が載置された後、押圧ロッド８が下向きに運動させしてられて押圧ロッド８の先端がポット１０の上面に押しつけられることにより、ポット１０がポット回転台５に固定されるようになっている。
【００１７】
こうして、回転テーブル３が、モータ１によって主軸２のまわりに回転駆動されるとともに、ポット回転台５は、それぞれ、モータ１により、遊星歯車機構６を介して、自転軸４のまわりに回転テーブル３に対して回転駆動され、それによって、ポット１０は、主軸２のまわりに公転運動せしめられるとともに、自転軸４のまわりに自転運動せしめられる。
なお、遊星ボールミル装置の運転中の危険防止のため、遊星ボールミル装置の上部には、ポット回転台５の運動空間を被覆する開閉可能な保護カバー９が設けられている。
【００１８】
図３は、ポットの１実施例を示した図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。図３に示すように、ポット１０は、一端が閉じられた円筒形状のポット本体１１と、ポット本体１１の他端開口をリング状のパッキン１４を介して密閉し得る蓋体１２からなっている。また、ポット本体１１の内側空洞部１３の周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃは、所定の曲率半径ｒをもって湾曲している。
【００１９】
ポット１０およびボール１５は、高耐摩耗性、高自己潤滑性および高耐衝撃性を有する材料、例えば、金属（ステンレスまたはクロム等）、またはセラミックス（例えば、アルミナ、窒化ケイ素、ジルコニアまたはメノウ等）、または合成樹脂から形成することができるが、米粉や蕎麦粉等の食品の粉末を製造する場合には、人体に無毒な合成樹脂製のポット１０およびボール１５を使用することが好ましい。この場合、合成樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリアミドイミド（例えば、トーロン（登録商標））およびポリベンゾイミダゾールのいずれか１つまたはそれらの混合物、あるいは、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリアミドイミド（例えば、トーロン（登録商標））またはポリベンゾイミダゾールの構成モノマーからなるコポリマーを使用することが、特に好ましい。
【００２０】
また、同一種類の合成樹脂から形成されたポット１０およびボール１５を常に組み合わせて使用する必要はなく、異なる種類の合成樹脂から形成されたポット１０およびボール１５を組み合わせて使用してもよい。
ポット１０は、内壁面が合成樹脂製であればよく、変形防止等のために、内壁面を形成する合成樹脂層の外側に、ステンレスや鉄等の金属からなる外皮を有するポットとしてもよい。
【００２１】
良好な粉砕を実現するために、ボール１５およびポット１０の寸法、並びに原料の種類に応じて、ボール１５の比重を適宜変化させてもよい。ボール１５の比重を変化させる方法としては、互いに比重の異なる２種類の合成樹脂を用意し、ボール１５を、第１の合成樹脂から形成された球形の核と、核の外側を取り巻く、第２の合成樹脂から形成された外皮層からなる２層構造として比重を変化させる方法、あるいは、ボール１５の内部に金属球からなる芯を組み込んで比重を大きくする方法、あるいは、ボール１５の内部を中空とすることで比重を小さくする方法がある。
【００２２】
図４は、ポット内にボールが収容された状態を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は縦断面図である。図４を参照して、ポット１０の内側空洞部１３の周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃの曲率半径ｒは、ボール１５の半径と等しいかまたはそれよりも大きくなっている。
さらに、ポット１０の内側空洞部１３の径ｓは、ボール１５の直径Ｒの２．５〜４倍の大きさを有し、かつ、ポット１本当たりに５〜８個の同一のボール１５が収容される。
【００２３】
図５は、ポットの別の例を示した図であり、（Ａ）はポット内にボールが収容された状態の平面図、（Ｂ）はその縦断面図である。図５の例は、図４の例と、ポットの内部構造が異なっているだけである。したがって、図５中、図４と同一の構成要素には同一番号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２４】
図５を参照して、この実施例では、ポット本体１１の上端開口が蓋体１２によって密封された状態で、ポット１０の内部空間１３における周壁面１１ａから底壁面１１ｂへの移行部分１１ｃ、および周壁面１１ａから上壁面への移行部分１１ｄが、いずれも所定の曲率半径ｒをもって湾曲して形成されている。この場合、移行部分１１ｃ、１１ｄの曲率半径ｒはボール１５の半径と等しく、またはそれよりも大きくなっている。
この例では、さらに、ポット本体１１の上端開口が蓋体１２によって密封された状態で、ポット１０の内部空間１３の高さｄがボール１５の直径Ｒの約１．１〜１．９倍となっている。したがって、この実施例では、ポット１０内にボール１５が２段に配置されることはない。
【００２５】
この例においても、図４の例の場合と同様、ポット１０の内側空洞部の径ｓは、ボール１５の直径の２．５〜４倍の大きさを有し、かつ、ポット１本当たりに同一のボール１５が５〜８個封入される。
【００２６】
再び図１を参照して、この実施例では、次に、ポット１０に、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料をボール１５とともに封入する（図１のＳ２）。この場合、「硬い原料」とは、当該原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、当該原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味する。
【００２７】
そして、ポット１０を、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、原料を粗粉砕して、原料の粉末を製造する（図１のＳ３）。ここで、「粗粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以上の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。
【００２８】
次に、図６を参照して、この実施例の粉砕原理について説明する。なお、明瞭にするために、図６中、一部のボール１５ａ〜１５ｃのみを示した。
今、ポット１０が遊星運動すると、ボール１５ａ〜１５ｃに及ぼされる遠心力は、ポット１０の自転運動による遠心力ＦＰと、ポット１１の公転運動による遠心力ＦＴとの合力となり、ＦＰ、ＦＴはそれぞれ次式で表される。
ＦＰ＝ｍＢ×ｒＰ×ωＰ２
ＦＴ＝ｍＢ×ｒＴ×ωＴ２
ここで、ｍＢはボールの質量であり、ｒＰはポットの中心Ｏ’とボールの中心Ｏ”との最大距離であり、ωＰはポットの自転運動の角周波数であり、ｒＴは公転運動の中心Ｏ（回転テーブル３の中心）とボールとの最大距離であり、ωＴはポットの公転運動の角周波数である。
そして、例えば、ポット１０内において公転運動の中心Ｏから最も遠い位置にあるボール１５ａについて、遠心力ＦＰおよび遠心力ＦＴがいずれも外向きに及ぼされるので、それらを合成した遠心力が最大となる。
【００２９】
この実施例では、ポット１０を、自転運動および公転運動が逆向きになり、かつ公転運動の回転速度と自転運動の回転速度の比が、１：３．５〜１：４．５となるように遊星運動させて、ポット１０内の各ボール１５ａ〜１５ｃに及ぼされる、ポット１０の公転運動に起因する遠心力と、ポット１０の自転運動に起因する遠心力との合成力を調節することによって、ポット１０内で一体となって回転運動するボール群と、このボール群から分離し、ポット内で自由に無秩序運動する少数のボールとを生じさせる。
こうして、ポット１０の遊星運動の間に、この無秩序運動するボールが、他の無秩序運動するボール、ボール群およびポット内壁と衝突を繰り返し、この衝突力によって原料が粗粉砕される。
【００３０】
これに対し、公転運動の回転速度と自転運動の回転速度の比が上記範囲内にない場合には、ポットが遊星運動をする間に、ボールは一体となってポット内で回転し、ボール間の衝突は生じない。そして、ボールと原料は一体となってポット内で回転するだけであり、原料の粉砕は殆ど行われない。
【００３１】
この実施例によれば、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で粗粉砕し、それらの微粉末を製造することができる。
【００３２】
この場合、ポットの公転および自転運動の速度が大きくなるにつれて、また、公転および自転運動の継続時間が長くなるにつれて、ポット内の温度が上昇する。この温度上昇は、衝突およびせん断的な力の両方に起因する。
ところで、原料の粉砕時にポット内の温度上昇が激しいと、製造される粉末が熱の作用によって退色し、香りや風味等の品質を低下させてしまうことがある。このような場合には、製造される粉末に品質低下が生じる温度以下の温度で粉砕を行うことが望ましい。このため、粉砕時のポット内の温度上昇が所定の温度以下に抑えられるように、遊星ボールミル装置の回転数および回転継続時間を設定することが望ましい。
【００３３】
この回転数および回転継続時間の設定は、例えば、予め試験的な粉砕を繰り返し行い、粉砕終了直後のポット内の温度を赤外線放射温度計等によって測定し、その際に取得したデータに基づいて、ポットおよびボールの寸法、原料の種類および製造される粉末の量等毎に、粉砕時の温度上昇が所定の温度以下となる回転数および回転継続時間の範囲を決定してテーブル化しておき、実際の運転時に、そのテーブルに従ってその都度行うようにすればよい。
【００３４】
次に、この実施例の作用効果を確認するため、実証実験を行った。実証実験の内容は次のとおりである。
遊星ボールミル装置のポットとして、図５に示した構造を有する、ＰＥＥＫ製ポットを４個準備した。ポットの寸法は、内径ｓ＝１１０ｍｍ、深さｄ＝６５ｍｍ、周壁面から底壁面および上壁面への移行部分の曲率半径ｒ＝２０ｍｍとし、容積を５００ｃｃとした。
そして、ポット１個当たりにＰＥＥＫ製ボール（比重約１．３、直径Ｒ＝３６．５ｍｍ）を５個封入するようにした。
【００３５】
［実験１］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料として玄米を準備し、４０ｇの玄米を、４個のポットのそれぞれに５個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、１８０分間にわたり、２５０ｒｐｍおよび５００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポット内の玄米が殆ど粉砕されていないことを確認した。
【００３６】
［実験２］
実験１と同様に、４０ｇの玄米を、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定した。そして、６０分間にわたり、２００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：４）させた。回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
測定の結果、玄米が粉末状に粗粉砕されていることが確認された。
【００３７】
［実験３］
４０ｇのコーヒー豆を、実験１と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定した。そして、実験２と同様に、６０分間にわたり、２００ｒｐｍおよび８００ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：４）させた。回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
測定の結果、コーヒー豆が粉末状に粗粉砕されていることが確認された。
【００３８】
図７は、本発明の別の実施例による粉末製造法のフロー図である。図７に示すように、この実施例では、少なくとも１個の合成樹脂製ポットと、ポット内に封入される複数個の合成樹脂製ボールとを備え、ポットの内径がボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備する（図７のＳ１）。このステップＳ１は、図１に示した実施例のステップＳ１と同じである。そして、遊星ボールミル装置は、図１に示した実施例と同一の構成を有している。
【００３９】
この実施例では、次に、ポット１０に、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものをボール１５とともに封入する（図７のＳ２）。この場合、「硬い第１の原料」とは、第１の原料を単独で遊星ボールミル装置を用いて乾式粉砕しようとした場合に、第１の原料が、簡単には変形せず、互いに衝突するボール間並びにボールおよびポット内壁間からすり抜ける程度に、丸味を帯びた表面形状を維持し得る硬さを有していることを意味する。
【００４０】
そして、ポット１０を、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、第１および第２の原料を微粉砕して、第１および第２の原料の粉末を製造する（図７のＳ３）。ここで、「微粉砕」とは、平均粒径が１００μｍ以下の粉末が得られるレベルの粉砕を意味する。
この場合、自転運動の回転速度が公転運動の回転速度の２〜３倍になるようにポット１０を遊星運動させることが好ましい。また、第１および第２の原料が異なる種類のものであれば、それらの混合物としての粉末が得られるが、第２の原料として、第１の原料を粗粉砕したもの、あるいは第１の原料を粉末状にしたものを用いれば、単一種類の原料からなる粉末を製造することができる。
【００４１】
この実施例では、粉砕過程の初期段階であって、粉砕が進まないうちは、遊星運動するポット１０内においてボール１５の運動は無秩序となり、ボール１５間の衝突、ボール１５とポット１０内壁の間の衝突が頻繁に生じる。この間に、第１の原料は、第２の原料と混じり合うことによって、互いに衝突するボール１５間並びにボール１５およびポット１０内壁間に一定時間留まり、それによって、第１の原料は、第２の原料とともに、ボール１５同士の衝突力およびボール１５とポット１０内壁の摩擦と剪断力によって粉砕される。
そして、第１の原料が粉砕され、粉砕物の全体がある程度細かくなると、ボール１５の運動を無秩序にする力が弱くなり、ボール１５の全体が整然とした運動を開始し、第１および第２の原料は、主として、ボール１５の集合体とポット１０内壁の相対運動による剪断力によって粉砕され、微粉化される。
【００４２】
この場合、ポットの公転および自転運動の速度が大きくなるにつれて、また、公転および自転運動の継続時間が長くなるにつれて、ポット内の温度が上昇する。この温度上昇は、衝突およびせん断的な力の両方に起因する。
ところで、原料の粉砕時にポット内の温度上昇が激しいと、製造される粉末が熱の作用によって退色し、香りや風味等の品質を低下させてしまうことがある。このような場合には、製造される粉末に品質低下が生じる温度以下の温度で粉砕を行うことが望ましい。このため、粉砕時のポット内の温度上昇が所定の温度以下に抑えられるように、遊星ボールミル装置の回転数および回転継続時間を設定することが望ましい。
【００４３】
この回転数および回転継続時間の設定は、例えば、予め試験的な粉砕を繰り返し行い、粉砕終了直後のポット内の温度を赤外線放射温度計等によって測定し、その際に取得したデータに基づいて、ポットおよびボールの寸法、原料の種類および製造される粉末の量等毎に、粉砕時の温度上昇が所定の温度以下となる回転数および回転継続時間の範囲を決定してテーブル化しておき、実際の運転時に、そのテーブルに従ってその都度行うようにすればよい。
【００４４】
こうして、この実施例によれば、例えば、米、麦の実、蕎麦の実、トウモロコシの実、大豆および小豆等の穀類の実、およびコーヒー豆等の豆類のような、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料であっても、遊星ボールミル装置を用いて容易に乾式で微粉砕し、それらの微粉末を製造することができる。
【００４５】
次に、この実施例の作用効果を確認するため、実証実験を行った。実証実験の内容は次のとおりである。
遊星ボールミル装置のポットとして、図５に示した構造を有する、ＰＥＥＫ製ポットを４個準備した。ポットの寸法は、内径ｓ＝１６３ｍｍ、深さｄ＝９６．６ｍｍ、周壁面から底壁面および上壁面への移行部分の曲率半径ｒ＝２９．６ｍｍとし、容積を２０００ｃｃとした。
そして、ポット１個当たりに、ＰＥＥＫ製ボール（比重約１．３、直径Ｒ＝５６．５ｍｍ）を６個封入するようにした。
【００４６】
［実験１］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料として米を準備し、１６０ｇの米を、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、１８０分間にわたり、１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに公転運動および自転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポット内の米が殆ど粉砕されていないことを確認した。
【００４７】
［実験２］
表面が角張った粒状の第２の原料として、米（第１の原料）を粗粉砕したものを準備し、粉末状の第２の原料として、米（第１の原料）の粉末（以下、「米粉」という。）を準備した。
そして、第１の原料と第２の原料を種々の比率（重量比）で混合して、次の６種類の試料を製造した。
（試料No.1）
米と粗粉砕した米を８０：２０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.2）
米と粗粉砕した米を５０：５０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.3）
米と粗粉砕した米を２０：８０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.4）
米と米粉を８０：２０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.5）
米と米粉を５０：５０の比率で混合したもの１６０ｇ
（試料No.6）
米と米粉を２０：８０の比率で混合したもの１６０ｇ
【００４８】
そして、上記試料No.1〜No.6をそれぞれ、実験１の場合と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、各ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分および１８０分の６つの異なる時間にわたり、それぞれ１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに自転および公転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止直後のポット内のボールの温度を赤外線放射温度計によって測定し、さらに、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
【００４９】
測定結果を表１に示す。
【表１】
表１中、×印は、米が殆ど粉砕されずに残っている状態であることを表し、△印は、米は全て粉砕されているが、全体的にザラザラした感触の状態であることを表し、○印は、米は全て粉砕されて全体的に滑らかな感触の状態であることを表す。
【００５０】
表１から、米に、粗粉砕した米または米粉を、重量比で、粗粉砕した米または米粉が米と同量または米より多くなるように混合することで、遊星ボールミル装置を用いて米を乾式粉砕し、きめの細かい滑らかな米粉を得ることができることがわかる。また、いずれの試料の場合にも、回転継続時間が増大するにつれて、ボールの温度（ポット内の温度）が上昇していくことがわかる。
【００５１】
［実験３］
表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料として米を準備し、扁平状の第２の原料として、てん茶の茶葉（縦横２〜３ｍｍの大きさ）を準備した。そして、米と茶葉を、比率（重量比）が９０：１０となるように混合し、２５０ｇの試料No.7を製造した。
そして、試料No.7を、実験２の場合と同様に、４個のポットのそれぞれに６個のボールとともに封入した後、ポットを、図２の遊星ボールミル装置のポット回転台に固定し、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分および１８０分の６つの異なる時間にわたり、それぞれ１９０ｒｐｍおよび３８０ｒｐｍの回転数で互いに逆向きに自転および公転運動（公転対自転比＝１：２）させた。そして、回転停止後、ポットから粉砕物を回収し、目視および手触りによって粉砕物の粒度を測定した。
【００５２】
測定結果を表２に示す。
【表２】
表２中、×印は、米が殆ど粉砕されずに残っている状態であることを表し、△印は、米は全て粉砕されているが、全体的にザラザラした感触の状態であることを表し、○印は、米は全て粉砕されて全体的に滑らかな感触の状態であることを表す。
【００５３】
表２から、米にてん茶の茶葉を混合して粉砕を行う場合には、てん茶を混合物の全重量の１０％程度混ぜるだけで、かなり短時間で米とてん茶の茶葉を微粉末化し、それらの混合粉末を製造できることがわかる。
【符号の説明】
【００５４】
１ モータ
２ 主軸
３ 回転テーブル
４ 自転軸
５ ポット回転台
６ 遊星歯車機構
７ 上部支持部材
８ 押圧ロッド
９ 保護カバー
１０ ポット
１１ ポット本体
１１ａ 周壁面
１１ｂ 底壁面
１１ｃ 移行部分
１２ 蓋体
１３ 内側空洞部
１４ リング状パッキン
１５ ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、
（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料を前記ボールとともに封入し、
（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、前記原料を粗粉砕して、前記原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法。
【請求項２】
（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、
（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものを前記ボールとともに封入し、
（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、前記第１および第２の原料を微粉砕して、前記第１および第２の原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法。
【請求項３】
前記第２の原料は、前記第１の原料を粗粉砕したものであることを特徴とする請求項２に記載の粉末製造法。
【請求項４】
前記第２の原料は、前記第１の原料を粉末状にしたものであることを特徴とする請求項２に記載の粉末製造法。
【請求項５】
前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の２〜３倍になるように、前記ポットを遊星運動させることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の粉末製造法。
【請求項６】
前記ポットおよび前記ボールのそれぞれが、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の粉末製造法。
【請求項１】
（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、
（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い原料を前記ボールとともに封入し、
（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になり、かつ前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の３．５〜４．５倍になるように遊星運動させ、それによって、前記原料を粗粉砕して、前記原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法。
【請求項２】
（１）少なくとも１個のポットと、前記ポット内に封入される複数個のボールとを備え、前記ポットの内径が前記ボールの直径の２．５〜４倍の大きさを有する遊星ボールミル装置を準備し、
（２）前記ポットに、表面が丸味を帯びた粒状の硬い第１の原料と、表面が角張った粒状、または扁平状、または粉末状の第２の原料とを所定の比率で混合したものを前記ボールとともに封入し、
（３）前記ポットを、公転運動および自転運動の向きが逆になるように遊星運動させ、それによって、前記第１および第２の原料を微粉砕して、前記第１および第２の原料の粉末を製造することを特徴とする粉末製造法。
【請求項３】
前記第２の原料は、前記第１の原料を粗粉砕したものであることを特徴とする請求項２に記載の粉末製造法。
【請求項４】
前記第２の原料は、前記第１の原料を粉末状にしたものであることを特徴とする請求項２に記載の粉末製造法。
【請求項５】
前記自転運動の回転速度が前記公転運動の回転速度の２〜３倍になるように、前記ポットを遊星運動させることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の粉末製造法。
【請求項６】
前記ポットおよび前記ボールのそれぞれが、合成樹脂製であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の粉末製造法。
【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２０１１−１８９２２６（Ｐ２０１１−１８９２２６Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５５３４４（Ｐ２０１０−５５３４４）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、経済産業省、「地域イノベーション創出研究開発事業」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（３９１０５３６９６）ＪＯＨＮＡＮ株式会社 (16)
【出願人】（５９２０７４１７５）株式会社福寿園 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２１年度、経済産業省、「地域イノベーション創出研究開発事業」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０３０２７９３１）学校法人同志社 (346)
【出願人】（５０４１３２２７２）国立大学法人京都大学 (1,269)
【出願人】（３９１０５３６９６）ＪＯＨＮＡＮ株式会社 (16)
【出願人】（５９２０７４１７５）株式会社福寿園 (11)
【Ｆターム（参考）】
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