粉砕装置とそれを用いた粉砕方法
【課題】被粉砕物の大きさによらず、消費電力を節約するとともに、被粉砕物を安定して効率良く粉砕することが可能な粉砕装置とそれを用いた粉砕方法を提供する。
【解決手段】粉砕装置１は、ケーシング６及び支持台７からなる本体部３とモータ４とがベースフレーム２上に設置され、本体部３の背面から突出する駆動軸５とモータ４の出力軸にはベルト４ａが巻回され、駆動軸５は支持具１０，１０によって回転可能に支持され、本体部３前面の本体カバー８には供給口が設けられ、ケーシング６の側面には排出口１４ｂが設けられており、ケーシング６の内部には、側面に多数の空気孔を有し，背面の貫通孔１５ｃに駆動軸５が回転自在に挿通されるスクリーン１５が設置され、このスクリーン１５は、駆動軸５を中心として放射状に設置される羽根板２１と，この羽根板２１の一端に着脱自在に取り付けられる切刃２４とを内蔵している。
【解決手段】粉砕装置１は、ケーシング６及び支持台７からなる本体部３とモータ４とがベースフレーム２上に設置され、本体部３の背面から突出する駆動軸５とモータ４の出力軸にはベルト４ａが巻回され、駆動軸５は支持具１０，１０によって回転可能に支持され、本体部３前面の本体カバー８には供給口が設けられ、ケーシング６の側面には排出口１４ｂが設けられており、ケーシング６の内部には、側面に多数の空気孔を有し，背面の貫通孔１５ｃに駆動軸５が回転自在に挿通されるスクリーン１５が設置され、このスクリーン１５は、駆動軸５を中心として放射状に設置される羽根板２１と，この羽根板２１の一端に着脱自在に取り付けられる切刃２４とを内蔵している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマス、食品、医薬品、化粧品、樹脂、無機物質などを粉砕する粉砕装置とそれを用いた粉砕方法に係り、特に、消費電力を節約して被粉砕物を効率よく粉砕することが可能な粉砕装置とそれを用いた粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーム果実の種から核油を製造する過程で発生する残渣は良質なバイオ燃料として注目されている。このような木質バイオマスは、燃料化の際に粉砕装置で所定の大きさに粉砕されるが、一般に、その効率は粉砕装置の性能や粉砕方法に大きく左右される。そのため、近年、粉砕装置や粉砕方法について研究や開発が進められている。そして、それらに関し、既に幾つかの発明や考案が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「破砕物製造装置」という名称で、食品、医薬品、化粧品、樹脂、無機物質などの粉砕物を製造する装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明である粉末製造装置は、容器と、この容器の第１の導入口及び第１の排出口にそれぞれ吐出口及び吸引口が管路によって接続され，送風機能を有する粉砕機と、容器内に加熱された空気を供給する加熱空気供給機とからなる。そして、粉砕機は吸引口と吐出口が設けられたケーシングと、このケーシング内に配置された羽根車と、スクリーンとを備え、吸引口から流体とともに原料を吸引し、かつ、粉砕された原料を流体とともに吐出口から送出する構造となっている。
上記構造の粉砕機においては、羽根車が回転して生じた風力により、吸引口からケーシング内に吸引された原料が、スクリーンの微細孔の内壁との衝突やスクリーンで囲まれた空間内での羽根車による打撃や原料同士の衝突によって粉砕されるという作用を有する。また、原料がスクリーンに沿って旋回しながら削られるという作用を有する。さらに、粉砕機によって粉砕され、容器内に送出された原料の一部は、再び粉砕機に戻されて粉砕されるという作用を有する。このように、原料が何度も粉砕されて、その表面積が拡大するため、原料に含まれる水分は急速に蒸発を開始する。従って、この粉末製造装置によれば、含水率の高い原料でも効率良く乾燥することができる。
【０００４】
次に、特許文献２には、「木質燃料とその製造方法」という名称で、椰子殻や木質廃材・チップを石炭代替燃料として有効利用する技術に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された２段分級式回転セパレータ付きの竪型粉砕機は、ケーシング内の下部に配設され，電動モータにより回転駆動される粉砕テーブルと、この粉砕テーブル上の被粉砕物を加圧して粉砕する粉砕ローラと、粉砕テーブルと同軸上でその軸心回りに回転可能にケーシング内で粉砕テーブルの上方に設置され，その下方がコーンで覆われた２段分級式セパレータと、粉砕テーブルに近接するようにコーンの下方先端部に設置される供給管と、ケーシングの下部内周面からケーシングの上方に向かって旋回流を形成可能にガスが噴出されるノズルとを備えている。
上記構造の竪型粉砕機においては、供給管から粉砕テーブルのほぼ中央部に供給された被粉砕物が、回転する粉砕テーブルの上面と，粉砕ローラとの間で挟圧されて粉砕されるという作用を有する。また、粉砕された粉体は粉砕テーブルの外周下方より噴出されるガス流に伴って上方に旋回しながら吹き上げられ、２段分級式回転セパレータによって分級され、微粉成分がケーシングの外部へと排出されるという作用を有する。従って、この竪型粉砕機によれば、密度が小さくて浮遊し易い椰子殻等を完全燃焼可能なレベルまで、連続して効率的に乾燥・粉砕することができる。
【０００５】
特許文献３には、「繊維含有材料の縦型粗粉砕装置及びその刃物構造」という名称で、古紙その他の繊維含有材料を物理的に切り刻むために用いられる装置とその刃物構造に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明である縦型粗粉砕装置は、内側に固定刃が設置された有底円筒ケーシングと、この有底円筒ケーシングの内壁との間にクリアランスを設けて周設された多孔スクリーンと、有底円筒ケーシングの軸中心に軸装され，固定刃と協働して繊維含有材料を切断又は破断する回転刃と、有底円筒ケーシング内の気体を吸引する気体吸引部とを備えている。そして、回転刃が、回転により有底円筒ケーシング内で上向きの気流を生じるように回転刃物台に取り付けられたことを特徴とする。
上記構造の縦型粗粉砕装置においては、回転刃の回転に伴ってケーシング内に生じる上向きの気流及び被粉砕物の流動に抗して、より大きな吸引気流を下方に生じさせることで、被粉砕物が一又は多方向から随時排出及び回収されるという作用を有する。これにより、均一な粉砕処理を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２６０８７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８３９４号公報
【特許文献３】特許第３０５１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術である特許文献１乃至特許文献３に開示された発明は、被粉砕物の大きさ（粒径）によって粉砕装置の消費電力や粉砕能力が変動するという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、被粉砕物の大きさ（粒径）によらず、消費電力を節約するとともに、被粉砕物を安定して効率良く粉砕することが可能な粉砕装置とそれを用いた粉砕方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である粉砕装置は、中央に駆動軸が挿設された円板と、この円板上に駆動軸を中心として放射状に立設される略矩形状の複数の羽根板と、この羽根板の上部に円板に対して同心配置されるとともに，駆動軸が中央に挿設される円環状の枠体と、この枠体と円板の上面に駆動軸を中心として放射状に設置されて羽根板を枠体及び円板にそれぞれ固定する複数の固定具と、被粉砕物の排出口が側面に設けられるとともに，円板と羽根板と枠体と固定具を回転可能に収納し，前面が開口した本体部と、この本体部の背面に設けられた貫通孔から突出する駆動軸を回転駆動する駆動手段と、被粉砕物が投入される供給口を有し，本体部の前面に取り付けられる本体カバーと、側面に被粉砕物を篩い分けるための多数の空気孔が設けられ，背面に駆動軸が回転自在に挿通される貫通孔が形成され，円板と羽根板と枠体と固定具の背面及び側面を覆うとともに，本体部内に固設されるスクリーンと、スクリーンに向かって突出するとともに，スクリーンとの間隔を変更可能に，羽根板の一端に着脱自在に取り付けられる切刃と、を備え、枠体は本体部の前面側に配置されたことを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、回転する切刃及び固定具によって被粉砕物が切断されるという作用を有する。また、被粉砕物が投入された空間は羽根板によって複数の粉砕室に仕切られ、各粉砕室は被粉砕物を所定の量ずつ保持した状態で混合・攪拌させるとともに、互いにぶつかり合わせ、こすれ合わせることによって被粉砕物を粉砕するという作用を有する。さらに、羽根板の回転により、本体部前面の供給口から誘引された空気は、スクリーンの空気孔を通って排出口から本体部の外へ排出され、粉砕室内で粉砕された被粉砕物も同時に排出口から強制的に本体部の外へ排出されるという作用を有する。加えて、切刃とスクリーンとの間に存在する被粉砕物は、羽根板とともに回転する切刃によって、スクリーンの空気孔を通過可能な大きさになるまで切断されるとともに，細かく粉砕され、さらに磨砕されるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の粉砕装置において、羽根板は枠体及び円板にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、固定具は羽根板の端部の両側に設置され、羽根板を着脱する際に端部を案内することを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、固定具に沿って摺動させることにより羽根板の取り付け及び取り外しが容易に行われる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置において、切刃は、平面視してスクリーンに向かって突出する方向に長く形成される貫通孔を有し、この貫通孔に挿通されるボルトによって羽根板に締結されることを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、ボルトによる締結を緩めることで、切刃が羽根板の長さ方向に沿って移動可能な状態となる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置において、切刃に設けられた貫通孔に着脱自在に嵌合設置されるとともに，羽根板の一端にボルトによって締結されるボルト取付具を備えたことを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、ボルトが挿通される貫通孔の位置が異なるボルト取付具を複数セット用意しておくことによれば、このボルト取付具を交換することで羽根板からの切刃の突出長さが変わるという作用を有する。
【００１３】
請求項５記載の発明である粉砕方法は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、切刃とスクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径に応じて調節することを特徴とするものである。
このような粉砕方法によれば、切刃とスクリーンの隙間にある被粉砕物が切刃の回転を妨げる抵抗となり難いため、駆動軸を回転駆動する駆動手段にかかる負荷が低減されるという作用を有する。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の粉砕方法において、切刃とスクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径の２倍乃至６倍となるように調節することを特徴とするものである。
このような粉砕方法によれば、請求項５に記載の発明の作用がより効率的に発揮される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の粉砕装置によれば、切刃とスクリーンの間隔を容易に調節することができる。
【００１６】
本発明の請求項２記載の粉砕装置によれば、羽根板の交換作業が容易なため、装置の保守作業に要する労力と費用を軽減することが可能である。
【００１７】
本発明の請求項３記載の粉砕装置においては、羽根板からの切刃の突出長さを変更することにより、切刃とスクリーンの間隔を容易に調節することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項４記載の粉砕装置においては、請求項３に記載の発明に比べて切刃の固定状態をより確実なものとすることができる。
【００１９】
本発明の請求項５記載の粉砕方法によれば、粉砕装置を稼働する消費電力を節約することができる。また、切刃の回転エネルギーを、スクリーンを摩耗させることなどに無駄に消費させることなく、被粉砕物を粉砕及び磨砕させるためのエネルギーとして有効に利用することができる。
【００２０】
本発明の請求項６記載の粉砕方法によれば、請求項５に記載の発明よりもさらに、粉砕装置を稼働する消費電力を節約し、被粉砕物を効率良く粉砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉砕装置の実施例の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本実施例の粉砕装置における粉砕部の正面図及び外観斜視図である。
【図３】（ａ）は本実施例の粉砕装置における羽根板及び切刃の部分平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は本実施例の切刃の変形例を示す平面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示したボルト取付具の平面図である。
【図４】（ａ）は粉砕部の回転時におけるスクリーン内のＰＫＳの挙動を模式的に示した図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれモータの電流値及び滞留時間と、切刃とスクリーンの間隔との関係を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
パーム油を製造する過程においては、核殻（Ｐａｌｍ Ｋｅｒｎｅｌ Ｓｈｅｌｌ：以下、ＰＫＳという。）や空果房（Ｅｍｐｔｙ Ｆｒｕｉｔｓ Ｂｕｎｃｈｅｓ）と呼ばれる残渣が大量に排出される。これらの残渣は、乾燥時の発熱量が大きく、塩素の含有量も少ないため、バイオ燃料として有望である。以下、本発明の実施の形態に係る粉砕装置とそれを用いた粉砕方法の実施例について、ＰＫＳを粉砕する場合を例にとって説明する。
【実施例】
【００２３】
まず、本実施例の粉砕装置の構造について図１乃至図３を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉砕装置１の実施例の正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は本実施例の粉砕装置１における粉砕部１６の正面図及び外観斜視図である。また、図３（ａ）は本実施例の粉砕装置１における羽根板２１及び切刃２４の部分平面図であり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は本実施例の切刃２４の変形例を示す平面図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）に示したボルト取付具１７の平面図である。
【００２４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例の粉砕装置１は、背面から駆動軸５が突出した本体部３と、駆動軸５の駆動手段であるモータ４がベースフレーム２上に設置され、モータ４の出力軸（図示せず）に取り付けられたプーリ（図示せず）と駆動軸５に取り付けられたプーリ１１にわたってベルト４ａが巻回された構造となっている。本体部３はケーシング６と支持台７とからなり、本体部３の前面には本体カバー８が複数のボルト９ａを用いて着脱可能に取り付けられている。支持台７の上部には軸受け（図示せず）が内蔵された支持具１０，１０が設置され、本体部３の背面から突出する駆動軸５の後部分は支持具１０，１０によって回転可能に支持されている。また、本体カバー８の略中央に設けられた貫通孔８ａから突出する駆動軸５の前端は、ボルト９ｂを用いて本体カバー８に取り付けられた軸受１２によって回転可能に支持されている。すなわち、駆動軸５は支持具１０，１０及び軸受１２によって両持ち状態で支持されている。
【００２５】
本体カバー８に形成された供給口にはホッパー１３が取り付けられており、ホッパー１３の下部に設けられた通気口８ｂには図示しないダクトを介して原料押込用送風機（図示せず）が接続されている。また、ケーシング６の下部側面に設けられた通気口１４ａには図示しないダクトを介して原料拡散用送風機（図示せず）が接続されている。すなわち、ホッパー１３の上部から投入されたＰＫＳは、原料押込用送風機が発生させる気流によって本体カバー８の供給口からケーシング６内へ強制的に押し込まれるとともに、粉砕後にケーシング６の底に溜まったＰＫＳは、原料拡散用送風機が発生させる気流によって拡散される構造となっている。また、通気口１４ａと反対のケーシング６の側面には排出口１４ｂが設けられている。そして、排出口１４ｂには図示しないダクトを介して袋状の包材（フレキシブルコンテナ）が接続されている。
【００２６】
ケーシング６にはスクリーン１５及び粉砕部１６が内蔵されている。スクリーン１５は多数の空気孔が設けられた網目状の側壁１５ａ及び後壁１５ｂとからなり、側壁１５ａに取り付けられた複数の取付具１８によってケーシング６の内壁６ａに固定されている。また、スクリーン１５の後壁１５ｂの略中央部には駆動軸５を挿通するための貫通孔１５ｃが設けられている。そして、スクリーン１５の内部には略円柱形状をなす粉砕部１６が同心状に配置されている。
粉砕部１６は背面及び前面に円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂをそれぞれ備えており、円板１９と枠体２０ａ，２０ｂとで挟まれる空間は略矩形状をなす羽根板２１で仕切られることにより、前面及び側面が開放されるとともに正面視略扇形状をなす複数の粉砕室２２（図２（ａ）参照）が形成されている。また、枠体２０ａ，２０ｂは駆動軸５を中心として同心円状に配置されるとともに、羽根板２１の端部の両側に設置された固定具２３ａ，２３ａ（図２（ａ）参照）によって互いに連結されている。さらに、羽根板２１には側面視Ｌ字状をなす切刃２４が取り付けられている。なお、円板１９と駆動軸５のキー溝（図示せず）にキー（図示せず）を差し込むことにより、円板１９は駆動軸５に対して固定されている。従って、モータ４に駆動されて駆動軸５が回転する場合には、粉砕部１６は駆動軸５と一体となって回転する。
【００２７】
次に、粉砕部１６の構造について図２及び図３を用いて詳しく説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、粉砕部１６の背面に設置された円板１９の中央にはボス部２５ａが形成されている。従って、駆動軸５はボス部２５ａに設けられた貫通孔２６ａに挿通されるとともに、枠体２０ｂのボス部２５ｂに設けられた貫通孔２６ｂに挿通される。また、円板１９の羽根板２１が当接する面にはボス部２５ａを中心として放射状に複数の固定具２３ｂが取り付けられており、羽根板２１の端部は一対の固定具２３ｂ，２３ｂによって両側から固定されている。さらに、枠体２０ａ，２０ｂの羽根板２１が当接する面にはボス部２５ｂを中心として複数の固定具２３ａが放射状に取り付けられており、羽根板２１の端部は一対の固定具２３ａ，２３ａによって両側から固定されている。なお、固定具２３ａ，２３ｂはともに角柱状をなしており、円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに対してそれぞれ溶接されている。また、羽根板２１はボルト９ｄを用いて固定具２３ａ，２３ｂに固定され、切刃２４はボルト９ｃを用いて粉砕部１６の側面から一部が突出するように、羽根板２１に固定されている。すなわち、羽根板２１は、ボルト９ｄを用いて円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに着脱可能に取り付けられている。そして、ボルト９ｄを緩めると、羽根板２１は矢印Ａで示す方向に簡単に引き抜くことができる。このとき、固定具２３ａ，２３ａ及び固定具２３ｂ、２３ｂは羽根板２１のガイド部材として機能する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、切刃２４は羽根板２１の一端から、その一部が突出するようにボルト９ｃを用いて着脱自在に取り付けられている。そして、本実施例の粉砕装置１においては、長さＬの異なる複数種類の切刃２４を備えており、切刃２４を交換することによって羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１を変更可能となっている。なお、長さＬの異なる複数種類の切刃２４を用いる代わりに、例えば、図３（ｂ）に示すように、切刃２４が、平面視して長さＬの方向に長い、長孔形状の貫通孔２４ａを有する構造としても良い。このような構造によれば、ボルト９ｃによる締結を緩めることで、切刃２４が羽根板２１の長さ方向に沿って移動可能となる。従って、羽根板２１から突出する切刃長さＬ１の調節を容易に行うことができる。また、切刃２４に長孔形状の貫通孔２４ａを設ける代わりに、図３（ｃ）に示すように平面視矩形状をなす貫通孔２４ｂを設け、この貫通孔２４ｂに対して、ボルト９ｃを挿通可能な円形の貫通孔２４ｃ（図３（ｄ）参照）を有するボルト取付具１７を着脱自在に嵌合設置した構造とすることもできる。そして、ボルト９ｃが挿通される貫通孔２４ｃの位置が長さ方向に異なるボルト取付具１７を、３個を１セットとして複数セット用意しておくことによれば、１セット単位でボルト取付具１７を交換することにより羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１を変更することができる。また、このような構造によれば、図３（ｂ）に示した場合に比べて切刃２４の固定が確実なものとなる。
【００２９】
上記構造の粉砕装置１においては、切刃２４及び固定具２３ａ，２３ａが回転中の粉砕部１６に投入されたＰＫＳを切断する切刃として作用する。また、モータ４に駆動されて回転する複数の粉砕室２２に投入され、所定量ずつ保持された状態で混合・攪拌されるＰＫＳは、互いにぶつかり合い、こすれ合って、粉砕される。さらに、羽根板２１の回転によって粉砕部１６の前面から誘引された空気は、粉砕部１６の側面から排出され、スクリーン１５の空気孔を通って排出口１４ｂからケーシング６の外部へ排出される。そして、粉砕室２２内で粉砕されたＰＫＳは、羽根板２１の回転によって発生した上述の気流によって排出口１４ｂから強制的にケーシング６の外部へ排出される。加えて、粉砕部１６の側面とスクリーン１５との間に存在するＰＫＳは、羽根板２１とともに回転する切刃２４によって切断されるとともに，細かく粉砕され、さらにスクリーン１５の空気孔を通過可能な大きさになるまで磨砕される。
【００３０】
粉砕部１６で粉砕される際のＰＫＳの挙動について図４を用いて説明する。
図４（ａ）は粉砕部１６の回転時におけるスクリーン１５内のＰＫＳの挙動を模式的に示した図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。なお、図１乃至図３に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４（ａ）は図２（ａ）においてスクリーン１５を配置するとともに、枠体２０ａ及び固定具２３ａの図示を省略した状態を示している。そして、図中の破線２７はＰＫＳの分布状態を模式的に示したものである。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、粉砕部１６が矢印Ｃの向きに回転している場合、粉砕室２２内のＰＫＳは遠心力によって半径方向外側へ移動し、一部がスクリーン１５の空気孔を通過し、残りがスクリーン１５の内部に溜まる。そして、スクリーン１５の内部のＰＫＳは、円周方向の移動が切刃２４によって制限されるため、破線２７に示すように切刃２４の後方は少なく、切刃２４の前方は多くなるように分布する。また、図４（ｂ）に示すように、切刃２４の前方に有るＰＫＳ２８は矢印Ｂの向きに押されて、回転方向（矢印Ｃの方向）に移動し、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳ２８は切刃２４の後方へ相対的に移動する。このとき、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも大きいと、切刃２４とともに移動するＰＫＳ２８と、切刃２４の後方へ移動するＰＫＳ２８の間にすべり面２９が形成される。そして、すべり面２９では、矢印Ｂの向きに加えられる切刃２４の押圧力によって、ＰＫＳ２８同士が互いに強く押され合った状態でこすれ合うことになるため、磨砕作用が促進される。
【００３２】
切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも小さい場合には、スクリーン１５の内周面近傍にすべり面２９が形成されるため、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳ２８が切刃２４の回転を妨げる抵抗となって、粉砕部１６を回転駆動するモータ４（図１（ａ）参照）にかかる負荷が増大する。また、ＰＫＳ２８同士がこすれ合う頻度が少なくなるため、上述の磨砕作用が低下するとともに、スクリーン１５の内周面が著しく摩耗するおそれがある。すなわち、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも小さいと、本来、ＰＫＳ２８の粉砕や磨砕に使われるべき切刃２４の回転エネルギーが、スクリーン１５を摩耗させることなどに無駄に消費されてしまう。従って、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２は少なくともＰＫＳ２８の粒径よりも大きく設定する必要がある。しかし、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が大きすぎる場合には、矢印Ｂの向きに加えられる切刃２４の押圧力が、すべり面２９のＰＫＳ２８に対して有効に作用しないため、上述の磨砕作用が十分に発揮されない。
【００３３】
次に、粉砕装置１において切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を変えてＰＫＳの粉砕を行い、粉砕部１６を回転駆動するモータ４にかかる負荷（電流値）及び滞留時間（ＰＫＳの粉砕に要する時間）を調べた結果について図５を用いて説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれモータ４の電流値（Ａ）及び滞留時間（ｓ）と、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２との関係を示す実験結果である。なお、本実験で使用したＰＫＳの平均粒径は５ｍｍである。
【００３４】
図５（ａ）では、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が１０ｍｍよりも小さくなるにつれて、モータ４の電流値が大きくなっている。これは、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳが切刃２４の回転を妨げる抵抗となり、モータ４にかかる負荷が増大したためと考えられる。また、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が３５ｍｍよりも大きくなるにつれて、モータ４の電流値が大きくなっている。これは、前述した摩砕作用の低下を補うために、矢印Ｂ（図４（ｂ）参照）の向きに加えられる切刃２４の押圧力を高めるべく、モータ４の回転数を上げたことによるものである。また、図５（ｂ）では、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が１０ｍｍよりも小さい場合や３０ｍｍよりも大きい場合、滞留時間が長くなっている。これは、ＰＫＳ同士のこすれ合う頻度の減少やすべり面２９のＰＫＳが切刃２４によって強く押し付けられないことにより、前述の磨砕作用が十分に発揮されないことを表している。
以上のことから、本実施例の粉砕装置１においては、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を１０ｍｍ（ＰＫＳの平均粒径の２倍）〜３０ｍｍ（ＰＫＳの平均粒径の６倍）の範囲内に設定すると、モータ４にかかる負荷が少なく、滞留時間も短くなることがわかる。
【００３５】
このように、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２は、モータ４にかかる負荷や滞留時間に大きな影響を与える。そして、粉砕装置１においては、羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１（図３（ａ）参照）を変更することで、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を調節可能な構造となっている。すなわち、粉砕装置１によれば、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を容易に調節することができる。そして、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を被粉砕物の平均粒径に応じて適切に調節することによれば、切刃２４の回転エネルギーを無駄に消費することなく、被粉砕物を粉砕及び磨砕させるためのエネルギーとして有効に利用することができる。例えば、上述の場合には、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２をＰＫＳの平均粒径の２倍〜６倍の範囲内の値に設定することにより、モータ４にかかる負荷を低減して消費電力を節約するとともに、ＰＫＳを効率良く粉砕し、摩砕することが可能である。
【００３６】
本実施例では、切刃２４が側面視Ｌ字状をなしているが、切刃２４の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、直方体であっても良い。また、ボルト９ｄによって羽根板２１を円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに着脱可能に取り付ける代わりに、羽根板２１を溶接等によって円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに固定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
請求項１乃至請求項６に記載された発明は、平均粒径を測定可能な被粉砕物を粉砕する場合に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１…粉砕装置 ２…ベースフレーム ３…本体部 ４…モータ ４ａ…ベルト ５…駆動軸 ６…ケーシング ６ａ…内壁 ７…支持台 ８…本体カバー ８ａ…貫通孔 ８ｂ…通気口 ９ａ〜９ｄ…ボルト １０…支持具 １１…プーリ １２…軸受 １３…ホッパー １４ａ…通気口 １４ｂ…排出口 １５…スクリーン １５ａ…側壁 １５ｂ…後壁 １５ｃ…貫通孔 １６…粉砕部 １７…ボルト取付具 １８…取付具 １９…円板 ２０ａ，２０ｂ…枠体 ２１…羽根板 ２２…粉砕室 ２３ａ，２３ｂ…固定具 ２４…切刃 ２４ａ〜２４ｃ…貫通孔 ２５ａ，２５ｂ…ボス部 ２６ａ，２６ｂ…貫通孔 ２７…破線 ２８…ＰＫＳ ２９…すべり面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質バイオマス、食品、医薬品、化粧品、樹脂、無機物質などを粉砕する粉砕装置とそれを用いた粉砕方法に係り、特に、消費電力を節約して被粉砕物を効率よく粉砕することが可能な粉砕装置とそれを用いた粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パーム果実の種から核油を製造する過程で発生する残渣は良質なバイオ燃料として注目されている。このような木質バイオマスは、燃料化の際に粉砕装置で所定の大きさに粉砕されるが、一般に、その効率は粉砕装置の性能や粉砕方法に大きく左右される。そのため、近年、粉砕装置や粉砕方法について研究や開発が進められている。そして、それらに関し、既に幾つかの発明や考案が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、「破砕物製造装置」という名称で、食品、医薬品、化粧品、樹脂、無機物質などの粉砕物を製造する装置に関する発明が開示されている。
特許文献１に開示された発明である粉末製造装置は、容器と、この容器の第１の導入口及び第１の排出口にそれぞれ吐出口及び吸引口が管路によって接続され，送風機能を有する粉砕機と、容器内に加熱された空気を供給する加熱空気供給機とからなる。そして、粉砕機は吸引口と吐出口が設けられたケーシングと、このケーシング内に配置された羽根車と、スクリーンとを備え、吸引口から流体とともに原料を吸引し、かつ、粉砕された原料を流体とともに吐出口から送出する構造となっている。
上記構造の粉砕機においては、羽根車が回転して生じた風力により、吸引口からケーシング内に吸引された原料が、スクリーンの微細孔の内壁との衝突やスクリーンで囲まれた空間内での羽根車による打撃や原料同士の衝突によって粉砕されるという作用を有する。また、原料がスクリーンに沿って旋回しながら削られるという作用を有する。さらに、粉砕機によって粉砕され、容器内に送出された原料の一部は、再び粉砕機に戻されて粉砕されるという作用を有する。このように、原料が何度も粉砕されて、その表面積が拡大するため、原料に含まれる水分は急速に蒸発を開始する。従って、この粉末製造装置によれば、含水率の高い原料でも効率良く乾燥することができる。
【０００４】
次に、特許文献２には、「木質燃料とその製造方法」という名称で、椰子殻や木質廃材・チップを石炭代替燃料として有効利用する技術に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された２段分級式回転セパレータ付きの竪型粉砕機は、ケーシング内の下部に配設され，電動モータにより回転駆動される粉砕テーブルと、この粉砕テーブル上の被粉砕物を加圧して粉砕する粉砕ローラと、粉砕テーブルと同軸上でその軸心回りに回転可能にケーシング内で粉砕テーブルの上方に設置され，その下方がコーンで覆われた２段分級式セパレータと、粉砕テーブルに近接するようにコーンの下方先端部に設置される供給管と、ケーシングの下部内周面からケーシングの上方に向かって旋回流を形成可能にガスが噴出されるノズルとを備えている。
上記構造の竪型粉砕機においては、供給管から粉砕テーブルのほぼ中央部に供給された被粉砕物が、回転する粉砕テーブルの上面と，粉砕ローラとの間で挟圧されて粉砕されるという作用を有する。また、粉砕された粉体は粉砕テーブルの外周下方より噴出されるガス流に伴って上方に旋回しながら吹き上げられ、２段分級式回転セパレータによって分級され、微粉成分がケーシングの外部へと排出されるという作用を有する。従って、この竪型粉砕機によれば、密度が小さくて浮遊し易い椰子殻等を完全燃焼可能なレベルまで、連続して効率的に乾燥・粉砕することができる。
【０００５】
特許文献３には、「繊維含有材料の縦型粗粉砕装置及びその刃物構造」という名称で、古紙その他の繊維含有材料を物理的に切り刻むために用いられる装置とその刃物構造に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された発明である縦型粗粉砕装置は、内側に固定刃が設置された有底円筒ケーシングと、この有底円筒ケーシングの内壁との間にクリアランスを設けて周設された多孔スクリーンと、有底円筒ケーシングの軸中心に軸装され，固定刃と協働して繊維含有材料を切断又は破断する回転刃と、有底円筒ケーシング内の気体を吸引する気体吸引部とを備えている。そして、回転刃が、回転により有底円筒ケーシング内で上向きの気流を生じるように回転刃物台に取り付けられたことを特徴とする。
上記構造の縦型粗粉砕装置においては、回転刃の回転に伴ってケーシング内に生じる上向きの気流及び被粉砕物の流動に抗して、より大きな吸引気流を下方に生じさせることで、被粉砕物が一又は多方向から随時排出及び回収されるという作用を有する。これにより、均一な粉砕処理を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２６０８７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８３９４号公報
【特許文献３】特許第３０５１９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の従来技術である特許文献１乃至特許文献３に開示された発明は、被粉砕物の大きさ（粒径）によって粉砕装置の消費電力や粉砕能力が変動するという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、被粉砕物の大きさ（粒径）によらず、消費電力を節約するとともに、被粉砕物を安定して効率良く粉砕することが可能な粉砕装置とそれを用いた粉砕方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である粉砕装置は、中央に駆動軸が挿設された円板と、この円板上に駆動軸を中心として放射状に立設される略矩形状の複数の羽根板と、この羽根板の上部に円板に対して同心配置されるとともに，駆動軸が中央に挿設される円環状の枠体と、この枠体と円板の上面に駆動軸を中心として放射状に設置されて羽根板を枠体及び円板にそれぞれ固定する複数の固定具と、被粉砕物の排出口が側面に設けられるとともに，円板と羽根板と枠体と固定具を回転可能に収納し，前面が開口した本体部と、この本体部の背面に設けられた貫通孔から突出する駆動軸を回転駆動する駆動手段と、被粉砕物が投入される供給口を有し，本体部の前面に取り付けられる本体カバーと、側面に被粉砕物を篩い分けるための多数の空気孔が設けられ，背面に駆動軸が回転自在に挿通される貫通孔が形成され，円板と羽根板と枠体と固定具の背面及び側面を覆うとともに，本体部内に固設されるスクリーンと、スクリーンに向かって突出するとともに，スクリーンとの間隔を変更可能に，羽根板の一端に着脱自在に取り付けられる切刃と、を備え、枠体は本体部の前面側に配置されたことを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、回転する切刃及び固定具によって被粉砕物が切断されるという作用を有する。また、被粉砕物が投入された空間は羽根板によって複数の粉砕室に仕切られ、各粉砕室は被粉砕物を所定の量ずつ保持した状態で混合・攪拌させるとともに、互いにぶつかり合わせ、こすれ合わせることによって被粉砕物を粉砕するという作用を有する。さらに、羽根板の回転により、本体部前面の供給口から誘引された空気は、スクリーンの空気孔を通って排出口から本体部の外へ排出され、粉砕室内で粉砕された被粉砕物も同時に排出口から強制的に本体部の外へ排出されるという作用を有する。加えて、切刃とスクリーンとの間に存在する被粉砕物は、羽根板とともに回転する切刃によって、スクリーンの空気孔を通過可能な大きさになるまで切断されるとともに，細かく粉砕され、さらに磨砕されるという作用を有する。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の粉砕装置において、羽根板は枠体及び円板にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、固定具は羽根板の端部の両側に設置され、羽根板を着脱する際に端部を案内することを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、固定具に沿って摺動させることにより羽根板の取り付け及び取り外しが容易に行われる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置において、切刃は、平面視してスクリーンに向かって突出する方向に長く形成される貫通孔を有し、この貫通孔に挿通されるボルトによって羽根板に締結されることを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、ボルトによる締結を緩めることで、切刃が羽根板の長さ方向に沿って移動可能な状態となる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置において、切刃に設けられた貫通孔に着脱自在に嵌合設置されるとともに，羽根板の一端にボルトによって締結されるボルト取付具を備えたことを特徴とするものである。
このような構造の粉砕装置においては、ボルトが挿通される貫通孔の位置が異なるボルト取付具を複数セット用意しておくことによれば、このボルト取付具を交換することで羽根板からの切刃の突出長さが変わるという作用を有する。
【００１３】
請求項５記載の発明である粉砕方法は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、切刃とスクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径に応じて調節することを特徴とするものである。
このような粉砕方法によれば、切刃とスクリーンの隙間にある被粉砕物が切刃の回転を妨げる抵抗となり難いため、駆動軸を回転駆動する駆動手段にかかる負荷が低減されるという作用を有する。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５に記載の粉砕方法において、切刃とスクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径の２倍乃至６倍となるように調節することを特徴とするものである。
このような粉砕方法によれば、請求項５に記載の発明の作用がより効率的に発揮される。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の粉砕装置によれば、切刃とスクリーンの間隔を容易に調節することができる。
【００１６】
本発明の請求項２記載の粉砕装置によれば、羽根板の交換作業が容易なため、装置の保守作業に要する労力と費用を軽減することが可能である。
【００１７】
本発明の請求項３記載の粉砕装置においては、羽根板からの切刃の突出長さを変更することにより、切刃とスクリーンの間隔を容易に調節することが可能である。
【００１８】
本発明の請求項４記載の粉砕装置においては、請求項３に記載の発明に比べて切刃の固定状態をより確実なものとすることができる。
【００１９】
本発明の請求項５記載の粉砕方法によれば、粉砕装置を稼働する消費電力を節約することができる。また、切刃の回転エネルギーを、スクリーンを摩耗させることなどに無駄に消費させることなく、被粉砕物を粉砕及び磨砕させるためのエネルギーとして有効に利用することができる。
【００２０】
本発明の請求項６記載の粉砕方法によれば、請求項５に記載の発明よりもさらに、粉砕装置を稼働する消費電力を節約し、被粉砕物を効率良く粉砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉砕装置の実施例の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は本実施例の粉砕装置における粉砕部の正面図及び外観斜視図である。
【図３】（ａ）は本実施例の粉砕装置における羽根板及び切刃の部分平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は本実施例の切刃の変形例を示す平面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示したボルト取付具の平面図である。
【図４】（ａ）は粉砕部の回転時におけるスクリーン内のＰＫＳの挙動を模式的に示した図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれモータの電流値及び滞留時間と、切刃とスクリーンの間隔との関係を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
パーム油を製造する過程においては、核殻（Ｐａｌｍ Ｋｅｒｎｅｌ Ｓｈｅｌｌ：以下、ＰＫＳという。）や空果房（Ｅｍｐｔｙ Ｆｒｕｉｔｓ Ｂｕｎｃｈｅｓ）と呼ばれる残渣が大量に排出される。これらの残渣は、乾燥時の発熱量が大きく、塩素の含有量も少ないため、バイオ燃料として有望である。以下、本発明の実施の形態に係る粉砕装置とそれを用いた粉砕方法の実施例について、ＰＫＳを粉砕する場合を例にとって説明する。
【実施例】
【００２３】
まず、本実施例の粉砕装置の構造について図１乃至図３を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る粉砕装置１の実施例の正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線矢視断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は本実施例の粉砕装置１における粉砕部１６の正面図及び外観斜視図である。また、図３（ａ）は本実施例の粉砕装置１における羽根板２１及び切刃２４の部分平面図であり、図３（ｂ）及び図３（ｃ）は本実施例の切刃２４の変形例を示す平面図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）に示したボルト取付具１７の平面図である。
【００２４】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施例の粉砕装置１は、背面から駆動軸５が突出した本体部３と、駆動軸５の駆動手段であるモータ４がベースフレーム２上に設置され、モータ４の出力軸（図示せず）に取り付けられたプーリ（図示せず）と駆動軸５に取り付けられたプーリ１１にわたってベルト４ａが巻回された構造となっている。本体部３はケーシング６と支持台７とからなり、本体部３の前面には本体カバー８が複数のボルト９ａを用いて着脱可能に取り付けられている。支持台７の上部には軸受け（図示せず）が内蔵された支持具１０，１０が設置され、本体部３の背面から突出する駆動軸５の後部分は支持具１０，１０によって回転可能に支持されている。また、本体カバー８の略中央に設けられた貫通孔８ａから突出する駆動軸５の前端は、ボルト９ｂを用いて本体カバー８に取り付けられた軸受１２によって回転可能に支持されている。すなわち、駆動軸５は支持具１０，１０及び軸受１２によって両持ち状態で支持されている。
【００２５】
本体カバー８に形成された供給口にはホッパー１３が取り付けられており、ホッパー１３の下部に設けられた通気口８ｂには図示しないダクトを介して原料押込用送風機（図示せず）が接続されている。また、ケーシング６の下部側面に設けられた通気口１４ａには図示しないダクトを介して原料拡散用送風機（図示せず）が接続されている。すなわち、ホッパー１３の上部から投入されたＰＫＳは、原料押込用送風機が発生させる気流によって本体カバー８の供給口からケーシング６内へ強制的に押し込まれるとともに、粉砕後にケーシング６の底に溜まったＰＫＳは、原料拡散用送風機が発生させる気流によって拡散される構造となっている。また、通気口１４ａと反対のケーシング６の側面には排出口１４ｂが設けられている。そして、排出口１４ｂには図示しないダクトを介して袋状の包材（フレキシブルコンテナ）が接続されている。
【００２６】
ケーシング６にはスクリーン１５及び粉砕部１６が内蔵されている。スクリーン１５は多数の空気孔が設けられた網目状の側壁１５ａ及び後壁１５ｂとからなり、側壁１５ａに取り付けられた複数の取付具１８によってケーシング６の内壁６ａに固定されている。また、スクリーン１５の後壁１５ｂの略中央部には駆動軸５を挿通するための貫通孔１５ｃが設けられている。そして、スクリーン１５の内部には略円柱形状をなす粉砕部１６が同心状に配置されている。
粉砕部１６は背面及び前面に円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂをそれぞれ備えており、円板１９と枠体２０ａ，２０ｂとで挟まれる空間は略矩形状をなす羽根板２１で仕切られることにより、前面及び側面が開放されるとともに正面視略扇形状をなす複数の粉砕室２２（図２（ａ）参照）が形成されている。また、枠体２０ａ，２０ｂは駆動軸５を中心として同心円状に配置されるとともに、羽根板２１の端部の両側に設置された固定具２３ａ，２３ａ（図２（ａ）参照）によって互いに連結されている。さらに、羽根板２１には側面視Ｌ字状をなす切刃２４が取り付けられている。なお、円板１９と駆動軸５のキー溝（図示せず）にキー（図示せず）を差し込むことにより、円板１９は駆動軸５に対して固定されている。従って、モータ４に駆動されて駆動軸５が回転する場合には、粉砕部１６は駆動軸５と一体となって回転する。
【００２７】
次に、粉砕部１６の構造について図２及び図３を用いて詳しく説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、粉砕部１６の背面に設置された円板１９の中央にはボス部２５ａが形成されている。従って、駆動軸５はボス部２５ａに設けられた貫通孔２６ａに挿通されるとともに、枠体２０ｂのボス部２５ｂに設けられた貫通孔２６ｂに挿通される。また、円板１９の羽根板２１が当接する面にはボス部２５ａを中心として放射状に複数の固定具２３ｂが取り付けられており、羽根板２１の端部は一対の固定具２３ｂ，２３ｂによって両側から固定されている。さらに、枠体２０ａ，２０ｂの羽根板２１が当接する面にはボス部２５ｂを中心として複数の固定具２３ａが放射状に取り付けられており、羽根板２１の端部は一対の固定具２３ａ，２３ａによって両側から固定されている。なお、固定具２３ａ，２３ｂはともに角柱状をなしており、円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに対してそれぞれ溶接されている。また、羽根板２１はボルト９ｄを用いて固定具２３ａ，２３ｂに固定され、切刃２４はボルト９ｃを用いて粉砕部１６の側面から一部が突出するように、羽根板２１に固定されている。すなわち、羽根板２１は、ボルト９ｄを用いて円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに着脱可能に取り付けられている。そして、ボルト９ｄを緩めると、羽根板２１は矢印Ａで示す方向に簡単に引き抜くことができる。このとき、固定具２３ａ，２３ａ及び固定具２３ｂ、２３ｂは羽根板２１のガイド部材として機能する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、切刃２４は羽根板２１の一端から、その一部が突出するようにボルト９ｃを用いて着脱自在に取り付けられている。そして、本実施例の粉砕装置１においては、長さＬの異なる複数種類の切刃２４を備えており、切刃２４を交換することによって羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１を変更可能となっている。なお、長さＬの異なる複数種類の切刃２４を用いる代わりに、例えば、図３（ｂ）に示すように、切刃２４が、平面視して長さＬの方向に長い、長孔形状の貫通孔２４ａを有する構造としても良い。このような構造によれば、ボルト９ｃによる締結を緩めることで、切刃２４が羽根板２１の長さ方向に沿って移動可能となる。従って、羽根板２１から突出する切刃長さＬ１の調節を容易に行うことができる。また、切刃２４に長孔形状の貫通孔２４ａを設ける代わりに、図３（ｃ）に示すように平面視矩形状をなす貫通孔２４ｂを設け、この貫通孔２４ｂに対して、ボルト９ｃを挿通可能な円形の貫通孔２４ｃ（図３（ｄ）参照）を有するボルト取付具１７を着脱自在に嵌合設置した構造とすることもできる。そして、ボルト９ｃが挿通される貫通孔２４ｃの位置が長さ方向に異なるボルト取付具１７を、３個を１セットとして複数セット用意しておくことによれば、１セット単位でボルト取付具１７を交換することにより羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１を変更することができる。また、このような構造によれば、図３（ｂ）に示した場合に比べて切刃２４の固定が確実なものとなる。
【００２９】
上記構造の粉砕装置１においては、切刃２４及び固定具２３ａ，２３ａが回転中の粉砕部１６に投入されたＰＫＳを切断する切刃として作用する。また、モータ４に駆動されて回転する複数の粉砕室２２に投入され、所定量ずつ保持された状態で混合・攪拌されるＰＫＳは、互いにぶつかり合い、こすれ合って、粉砕される。さらに、羽根板２１の回転によって粉砕部１６の前面から誘引された空気は、粉砕部１６の側面から排出され、スクリーン１５の空気孔を通って排出口１４ｂからケーシング６の外部へ排出される。そして、粉砕室２２内で粉砕されたＰＫＳは、羽根板２１の回転によって発生した上述の気流によって排出口１４ｂから強制的にケーシング６の外部へ排出される。加えて、粉砕部１６の側面とスクリーン１５との間に存在するＰＫＳは、羽根板２１とともに回転する切刃２４によって切断されるとともに，細かく粉砕され、さらにスクリーン１５の空気孔を通過可能な大きさになるまで磨砕される。
【００３０】
粉砕部１６で粉砕される際のＰＫＳの挙動について図４を用いて説明する。
図４（ａ）は粉砕部１６の回転時におけるスクリーン１５内のＰＫＳの挙動を模式的に示した図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の部分拡大図である。なお、図１乃至図３に示した構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４（ａ）は図２（ａ）においてスクリーン１５を配置するとともに、枠体２０ａ及び固定具２３ａの図示を省略した状態を示している。そして、図中の破線２７はＰＫＳの分布状態を模式的に示したものである。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、粉砕部１６が矢印Ｃの向きに回転している場合、粉砕室２２内のＰＫＳは遠心力によって半径方向外側へ移動し、一部がスクリーン１５の空気孔を通過し、残りがスクリーン１５の内部に溜まる。そして、スクリーン１５の内部のＰＫＳは、円周方向の移動が切刃２４によって制限されるため、破線２７に示すように切刃２４の後方は少なく、切刃２４の前方は多くなるように分布する。また、図４（ｂ）に示すように、切刃２４の前方に有るＰＫＳ２８は矢印Ｂの向きに押されて、回転方向（矢印Ｃの方向）に移動し、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳ２８は切刃２４の後方へ相対的に移動する。このとき、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも大きいと、切刃２４とともに移動するＰＫＳ２８と、切刃２４の後方へ移動するＰＫＳ２８の間にすべり面２９が形成される。そして、すべり面２９では、矢印Ｂの向きに加えられる切刃２４の押圧力によって、ＰＫＳ２８同士が互いに強く押され合った状態でこすれ合うことになるため、磨砕作用が促進される。
【００３２】
切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも小さい場合には、スクリーン１５の内周面近傍にすべり面２９が形成されるため、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳ２８が切刃２４の回転を妨げる抵抗となって、粉砕部１６を回転駆動するモータ４（図１（ａ）参照）にかかる負荷が増大する。また、ＰＫＳ２８同士がこすれ合う頻度が少なくなるため、上述の磨砕作用が低下するとともに、スクリーン１５の内周面が著しく摩耗するおそれがある。すなわち、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２がＰＫＳ２８の粒径よりも小さいと、本来、ＰＫＳ２８の粉砕や磨砕に使われるべき切刃２４の回転エネルギーが、スクリーン１５を摩耗させることなどに無駄に消費されてしまう。従って、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２は少なくともＰＫＳ２８の粒径よりも大きく設定する必要がある。しかし、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が大きすぎる場合には、矢印Ｂの向きに加えられる切刃２４の押圧力が、すべり面２９のＰＫＳ２８に対して有効に作用しないため、上述の磨砕作用が十分に発揮されない。
【００３３】
次に、粉砕装置１において切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を変えてＰＫＳの粉砕を行い、粉砕部１６を回転駆動するモータ４にかかる負荷（電流値）及び滞留時間（ＰＫＳの粉砕に要する時間）を調べた結果について図５を用いて説明する。
図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれモータ４の電流値（Ａ）及び滞留時間（ｓ）と、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２との関係を示す実験結果である。なお、本実験で使用したＰＫＳの平均粒径は５ｍｍである。
【００３４】
図５（ａ）では、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が１０ｍｍよりも小さくなるにつれて、モータ４の電流値が大きくなっている。これは、切刃２４とスクリーン１５の隙間にあるＰＫＳが切刃２４の回転を妨げる抵抗となり、モータ４にかかる負荷が増大したためと考えられる。また、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が３５ｍｍよりも大きくなるにつれて、モータ４の電流値が大きくなっている。これは、前述した摩砕作用の低下を補うために、矢印Ｂ（図４（ｂ）参照）の向きに加えられる切刃２４の押圧力を高めるべく、モータ４の回転数を上げたことによるものである。また、図５（ｂ）では、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２が１０ｍｍよりも小さい場合や３０ｍｍよりも大きい場合、滞留時間が長くなっている。これは、ＰＫＳ同士のこすれ合う頻度の減少やすべり面２９のＰＫＳが切刃２４によって強く押し付けられないことにより、前述の磨砕作用が十分に発揮されないことを表している。
以上のことから、本実施例の粉砕装置１においては、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を１０ｍｍ（ＰＫＳの平均粒径の２倍）〜３０ｍｍ（ＰＫＳの平均粒径の６倍）の範囲内に設定すると、モータ４にかかる負荷が少なく、滞留時間も短くなることがわかる。
【００３５】
このように、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２は、モータ４にかかる負荷や滞留時間に大きな影響を与える。そして、粉砕装置１においては、羽根板２１の一端から突出する切刃長さＬ１（図３（ａ）参照）を変更することで、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を調節可能な構造となっている。すなわち、粉砕装置１によれば、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を容易に調節することができる。そして、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２を被粉砕物の平均粒径に応じて適切に調節することによれば、切刃２４の回転エネルギーを無駄に消費することなく、被粉砕物を粉砕及び磨砕させるためのエネルギーとして有効に利用することができる。例えば、上述の場合には、切刃２４とスクリーン１５の間隔Ｌ２をＰＫＳの平均粒径の２倍〜６倍の範囲内の値に設定することにより、モータ４にかかる負荷を低減して消費電力を節約するとともに、ＰＫＳを効率良く粉砕し、摩砕することが可能である。
【００３６】
本実施例では、切刃２４が側面視Ｌ字状をなしているが、切刃２４の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、直方体であっても良い。また、ボルト９ｄによって羽根板２１を円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに着脱可能に取り付ける代わりに、羽根板２１を溶接等によって円板１９及び枠体２０ａ，２０ｂに固定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
請求項１乃至請求項６に記載された発明は、平均粒径を測定可能な被粉砕物を粉砕する場合に適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１…粉砕装置 ２…ベースフレーム ３…本体部 ４…モータ ４ａ…ベルト ５…駆動軸 ６…ケーシング ６ａ…内壁 ７…支持台 ８…本体カバー ８ａ…貫通孔 ８ｂ…通気口 ９ａ〜９ｄ…ボルト １０…支持具 １１…プーリ １２…軸受 １３…ホッパー １４ａ…通気口 １４ｂ…排出口 １５…スクリーン １５ａ…側壁 １５ｂ…後壁 １５ｃ…貫通孔 １６…粉砕部 １７…ボルト取付具 １８…取付具 １９…円板 ２０ａ，２０ｂ…枠体 ２１…羽根板 ２２…粉砕室 ２３ａ，２３ｂ…固定具 ２４…切刃 ２４ａ〜２４ｃ…貫通孔 ２５ａ，２５ｂ…ボス部 ２６ａ，２６ｂ…貫通孔 ２７…破線 ２８…ＰＫＳ ２９…すべり面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に駆動軸が挿設された円板と、
この円板上に前記駆動軸を中心として放射状に立設される略矩形状の複数の羽根板と、
この羽根板の上部に前記円板に対して同心配置されるとともに，前記駆動軸が中央に挿設される円環状の枠体と、
この枠体と前記円板の上面に前記駆動軸を中心として放射状に設置されて前記羽根板を前記枠体及び前記円板にそれぞれ固定する複数の固定具と、
被粉砕物の排出口が側面に設けられるとともに，前記円板と前記羽根板と前記枠体と前記固定具を回転可能に収納し，前面が開口した本体部と、
この本体部の背面に設けられた貫通孔から突出する前記駆動軸を回転駆動する駆動手段と、
前記被粉砕物が投入される供給口を有し，前記本体部の前面に取り付けられる本体カバーと、
側面に前記被粉砕物を篩い分けるための多数の空気孔が設けられ，背面に前記駆動軸が回転自在に挿通される貫通孔が形成され，前記円板と前記羽根板と前記枠体と前記固定具の背面及び側面を覆うとともに，前記本体部内に固設されるスクリーンと、
前記スクリーンに向かって突出するとともに，前記スクリーンとの間隔を変更可能に，前記羽根板の一端に着脱自在に取り付けられる切刃と、
を備え、
前記枠体は前記本体部の前面側に配置されたことを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記羽根板は前記枠体及び前記円板にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、
前記固定具は前記羽根板の端部の両側に設置され、
前記羽根板を着脱する際に前記端部を案内することを特徴とする請求項１記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記切刃は、平面視して前記スクリーンに向かって突出する方向に長く形成される貫通孔を有し、
この貫通孔に挿通されるボルトによって前記羽根板に締結されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項４】
前記切刃に設けられた貫通孔に着脱自在に嵌合設置されるとともに，前記羽根板の一端にボルトによって締結されるボルト取付具を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
前記切刃と前記スクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径に応じて調節することを特徴とする粉砕方法。
【請求項６】
前記切刃と前記スクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径の２倍乃至６倍となるように調節することを特徴とする請求項５に記載の粉砕方法。
【請求項１】
中央に駆動軸が挿設された円板と、
この円板上に前記駆動軸を中心として放射状に立設される略矩形状の複数の羽根板と、
この羽根板の上部に前記円板に対して同心配置されるとともに，前記駆動軸が中央に挿設される円環状の枠体と、
この枠体と前記円板の上面に前記駆動軸を中心として放射状に設置されて前記羽根板を前記枠体及び前記円板にそれぞれ固定する複数の固定具と、
被粉砕物の排出口が側面に設けられるとともに，前記円板と前記羽根板と前記枠体と前記固定具を回転可能に収納し，前面が開口した本体部と、
この本体部の背面に設けられた貫通孔から突出する前記駆動軸を回転駆動する駆動手段と、
前記被粉砕物が投入される供給口を有し，前記本体部の前面に取り付けられる本体カバーと、
側面に前記被粉砕物を篩い分けるための多数の空気孔が設けられ，背面に前記駆動軸が回転自在に挿通される貫通孔が形成され，前記円板と前記羽根板と前記枠体と前記固定具の背面及び側面を覆うとともに，前記本体部内に固設されるスクリーンと、
前記スクリーンに向かって突出するとともに，前記スクリーンとの間隔を変更可能に，前記羽根板の一端に着脱自在に取り付けられる切刃と、
を備え、
前記枠体は前記本体部の前面側に配置されたことを特徴とする粉砕装置。
【請求項２】
前記羽根板は前記枠体及び前記円板にそれぞれ着脱可能に取り付けられ、
前記固定具は前記羽根板の端部の両側に設置され、
前記羽根板を着脱する際に前記端部を案内することを特徴とする請求項１記載の粉砕装置。
【請求項３】
前記切刃は、平面視して前記スクリーンに向かって突出する方向に長く形成される貫通孔を有し、
この貫通孔に挿通されるボルトによって前記羽根板に締結されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項４】
前記切刃に設けられた貫通孔に着脱自在に嵌合設置されるとともに，前記羽根板の一端にボルトによって締結されるボルト取付具を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の粉砕装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の粉砕装置において、
前記切刃と前記スクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径に応じて調節することを特徴とする粉砕方法。
【請求項６】
前記切刃と前記スクリーンとの間隔を被粉砕物の平均粒径の２倍乃至６倍となるように調節することを特徴とする請求項５に記載の粉砕方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２１２６００（Ｐ２０１１−２１２６００Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３６０６（Ｐ２０１０−８３６０６）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３９４０１０１９３）宇部テクノエンジ株式会社 (37)
【出願人】（５０４２４４５０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（３９４０１０１９３）宇部テクノエンジ株式会社 (37)
【出願人】（５０４２４４５０８）
【Ｆターム（参考）】
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