茶葉の粉砕方法およびその方法を実施するための粉砕装置
【課題】茶葉を処理対象とする場合に、温度上昇を抑え、かつ細かい粒径の粉砕品をより高い粉砕能力（単位時間当たりの粉砕量）で得られる茶葉の粉砕方法およびその方法を使用する茶葉の粉砕装置を提供する。
【解決手段】円筒状の内周表面に多数の凹凸部２Ｇを有するライナ２ｂと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータ２０との協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、前記ライナ２ｂと前記粉砕ロータ２０との間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせることで良質の粉末茶を得ることができる。
【解決手段】円筒状の内周表面に多数の凹凸部２Ｇを有するライナ２ｂと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータ２０との協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、前記ライナ２ｂと前記粉砕ロータ２０との間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせることで良質の粉末茶を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置によって茶葉を粉末茶に粉砕する茶葉の粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、茶葉の粉砕方法または粉末茶の製造方法に関しては、例えば特許文献１〜３がある。
特許文献１では、フレームに固定されたケーシングと、そのケーシングの内周面に固定され内面に多数の突条を備えたライニングプレートと、複数のハンマを備えケーシング内に回転可能に支持された回転円板とを備えた粉砕機を用いて、原料茶を粉砕した例が記載されている。特許文献１の粉砕機は、ケーシングに冷却用ジャケットを備えており、そのジャケットに冷却水を流し、ケーシングの内部温度を５〜７℃に保った状態で原料茶を粉砕することで、原料茶や粉茶が高温に晒されて劣化することを防止できたとしている。
【０００３】
特許文献２では、ケーシング内に第一回転翼と第二回転翼とを所定距離互いに離隔して設け、ケーシング内の第一回転翼の後方に旋回領域、第一回転翼と第二回転翼との間に粉砕領域、第二回転翼の前方に分級領域を形成し、第一回転翼と第二回転翼の回転で旋回気流を発生させる気流式粉砕機を用いて、５０％粒径で１０〜１５μmの粉末茶を製造した例が記載されている。
【０００４】
特許文献３では、可逆式のドラム内に粉砕用ボールと茶葉とを導入し、ドラムを回転させて茶葉を粉砕した例が記載されている。このような粉砕機は一般にボールミルといわれるタイプの粉砕機である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６２７３７号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００８−３５７６９号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平８−１０８０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
茶葉のように熱の影響を受け易い原料の場合、ハンマとライナ間における摩擦熱によって変質し、風味や香りが失われてしまうため、できる限り低温で粉砕されることが望ましい。しかし、特許文献１の粉砕機では冷却水を通してケーシングを冷却させているが、ある程度の細かさの製品が必要であるティーバッグ用よりもさらに細かい製品を得ようと、ハンマの回転速度を上昇させたり、あるいはハンマの回転速度はそのままでハンマとライナとの隙間を小さくすると、粉砕機内の温度が上昇してしまう。そしてこの温度上昇を抑えるには、ケーシングを冷却しただけでは不十分である。
【０００９】
特許文献２の粉砕機では、ジャケットなどの冷却機構を設けておらず、もっぱら外気導入であるため、粉砕機内の温度上昇が懸念される。また、この種の衝撃式粉砕機では、得られる粉砕品は１０〜１５μmで、これよりも細かい粉砕品をより高い粉砕能力で得ることは難しかった。
【００１０】
特許文献３のようなボールミルタイプの粉砕機で茶葉を粉砕すると、得られる粉砕品は石臼で挽いたのと同じくらい良好な香りの粉砕品が得られるといわれている。しかし、ボールミルは粉砕能力が低く、かつバッチ式のタイプであるため、生産性が低いという問題がある。さらに特許文献１や特許文献２の粉砕機と同じく粉砕機内の温度上昇という問題もあるため、粉砕品の微細化と粉砕量の向上を目的として、長時間運転および原料やボール量をむやみに増やすことにも限界があった。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、茶葉を処理対象とする場合に、温度上昇を抑え、かつ細かい粒径の粉砕品をより高い粉砕能力（単位時間当たりの粉砕量）で得られる茶葉の粉砕方法およびその方法を使用する茶葉の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】
【００１２】
本発明の第一特徴構成は、
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置による茶葉の粉砕方法であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータとの協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせる点にある。
【００１３】
本構成であれば、ライナと粉砕ロータとの間の微小間隙に冷却気体を通流させながら粉砕を行なうため、粉砕時に発生する熱の発生を抑制しつつ、良好な品質の粉末茶を得ることができる。
【００１４】
本発明の第二特徴構成は、前記第一特徴構成において、
前記粉砕装置から排出される排出気体の温度を４０℃以下に保持する点にある。
【００１５】
本構成であれば、得られる粉砕品の香りや風味の熱による劣化を極力防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第三特徴構成は、前記第一または第二特徴構成において、
前記微小間隙にさらに前記ケーシング外周より冷却気体を導入する点にある。
【００１７】
本構成であれば、ケーシング外周からケーシング内部に空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体の冷却気体を吹き込むことができるため、特に高温になりやすい微小間隙の部分を積極的に冷却することができる。
【００１８】
本発明の第四特徴構成は、前記第一から第三特徴構成のいずれかにおいて、
前記粉砕装置から排出される排出気体の少なくとも一部を前記粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なう点にある。
【００１９】
本構成であれば、粉砕中に揮発などした被処理物の香り成分などを含んだ気体を粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なうため、香り成分などを極力粉砕装置外に排出することなく粉砕を行なうことができる。また、空気以外の気体を導入する際のこれらの気体の放出を抑えて、これらの気体の消費量を減らすことができ、経済的である。
【００２０】
本発明の茶葉の粉砕装置の第一特徴構成は、
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を形成した粉砕ロータとを有し、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体の流路を設けるとともに、前記粉砕ロータ内部および前記ケーシングに冷媒流路を設けた点にある。
【００２１】
本構成であれば、粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置において、粉砕ロータ内部に冷媒流路が形成されているため、粉砕ロータの表面付近が効果的に冷却される。
さらに、ケーシングに冷媒を流すことができるため、ライナの表面付近が効果的に冷却される。そのため、ケーシング内を流れる気流や、粉砕ロータと接触した被処理物の温度上昇を抑えることができる。
【００２２】
本発明の茶葉の粉砕装置の第二特徴構成は、前記第一特徴構成において、
前記ケーシングの外周部には前記ライナ内部の微小間隙に冷却気体を導入するための気体導入口が設けられている点にある。
【００２３】
本構成であれば、供給口以外からもケーシング内部に空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体の冷却気体を吹き込むことができるため、さらにケーシング内を冷却することができる。
また、被処理物が排出口に向かって移動しながら進行する粉砕過程のため、ケーシング内部の温度は軸心に沿って排出口に近い位置ほど温度が高くなるが、本構成であれば、軸心方向の途中で冷却気体を導入できるため、排出口付近での温度を低くすることができる。
さらに、供給口と気体導入口を含む複数の気体導入口の間で、導入する気体の比率を適宜変更することによって、軸心方向における温度分布を、対象とする被処理物の特性、粉砕装置の規模、作業環境などに応じて最適化することが可能となる。
【００２４】
本発明の茶葉の粉砕装置の第三特徴構成は、前記第一または第二特徴構成において、
前記粉砕ロータは前記粉砕ロータの周方向に沿って環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている点にある。
【００２５】
本構成であれば、ケーシング内を流れる気流や被処理物が、粉砕ロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物が効果的に冷却される。
【００２６】
本発明の茶葉の粉砕装置の第四特徴構成は、前記第一から第三特徴構成のいずれかにおいて、
前記粉砕ロータの粉砕刃は軸心方向に沿って粉砕ロータの全長にわたり外周表面に凹凸状に形成されている点にある。
【００２７】
本構成であれば、粉砕ロータの外周表面にも凹凸が形成されていることで、被処理物がライナの凹凸部と粉砕ロータの凹凸部との間で繰り返し衝突し、細かい粒径の粉砕品を得ることができる。
【００２８】
本発明の茶葉の粉砕装置の第五特徴構成は、前記第四特徴構成において、
前記ライナの凹凸の深さまたは高さは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍであり、前記粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さは２．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである点にある。
【００２９】
本構成であれば、ライナまたは粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さに関しての好適な実施形態が提供される。
【００３０】
なお本明細書中で、茶葉とは、葉っぱや茎のものに限られず、葉っぱや茎が粉砕されて粉末状になったものも含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図２】本発明による粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図３】ライナとケーシングのユニットを示す斜視図である。
【図４】ケーシングの別実施形態を示す斜視図である。
【図５】ロータとライナの凹凸部の形状を示す説明図である。
【図６】気体供給函を設けた本発明の粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図７】気体供給函を設けた本発明の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の別実施形態による粉砕装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図９】本発明の別実施形態による粉砕装置の構成を示す破断側面図である。
【図１０】実施例において行ったガスクロマトグラフィの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第一実施形態）
本発明の粉砕装置１を図１および図２に沿って説明する。
粉砕装置１は概して円筒状の内面を備えたケーシング２を有する。ケーシング２は、複数の脚部２Ｓに支持された外筒部２ａと、外筒部２ａの内側に同心状に配置されたライナ２ｂと、ライナ２ｂによって囲まれた空間を両端で閉じる一対の側壁部２ｃ、２ｄとを有する。外筒部２ａとライナ２ｂの間は後述する冷媒や気体を流すための空間を構成している。
【００３３】
ライナ２ｂの内部には、一つの粉砕ロータ２０が回転自在に支持されている。ライナ２ｂの内面と粉砕ロータ２０の外周面にはそれぞれ被処理物を粉砕するための凹凸部２Ｇ、２０Ｇが設けられている。凹凸部２０Ｇは粉砕刃としての役割を有している。粉砕ロータ２０はモータＭによって高速で矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００３４】
なお、粉砕刃として凹凸部２０Ｇを設ける代わりに、粉砕ロータ２０の外周面にブロック状などの粉砕刃を取り付けてもよい。
【００３５】
ケーシング２の軸心Ｘ方向の一端には、原料と気体をともに受け入れる供給口３が設けられ、他端には粉砕された粉砕品を気体と共に排出するための排出口４が設けられている。供給口３は平面視において軸心Ｘから側方に変位した位置に設けられており、排出口４は平面視において軸心Ｘから供給口３とは反対側の側方に変位した位置に設けられている。供給口３及び排出口４は特に粉砕ロータ２０の外周面に対する接線寄りに設けられている。
【００３６】
排出口４にはブロワ３０が接続されており、ブロワ３０と排出口４の間には粉砕された粉砕品を粒径範囲毎に回収するための分級機３１が介装されている。分級機３１とブロワ３０との間には微細な粉砕品を回収するための集塵機３２が介装されている。集塵機３２としては、一般にバグフィルタとよばれるものやサイクロンなどが好適に使用できる。
【００３７】
ブロワ３０によって形成された気流は、供給口３からライナ２ｂの内周面と粉砕ロータ２０の外周面との間隙を経て、排出口４から排出され、集塵機３２を通過することで、被処理物をケーシング２内で供給口３から排出口４に向かって搬送し、最終的に集塵機３２に到達させる。なお、分級機３１は必要に応じて用いるものとし、分級機３１を用いることなく直接集塵機３２で粉砕品を全量回収するようにしてもよい。
分級機３１で回収された分級粗粉砕品を粉砕装置１に戻して再粉砕し、集塵機３２で回収されたものを製品とすることも可能であり、あるいは、集塵機３２で回収された粉砕品をさらに別の分級機によって微細な粉砕品を除去したものを製品とすることもできる。
【００３８】
また、粉砕品のうち粒径の粗い粗粉と粒径の細かい微粉とを除去したものを製品とすることもできる。この場合、分級機３１として、例えば１台で粗粉と微粉とを除去できる分級機を用いて分級することが考えられる。また、別の方法としては、２台以上の分級機を用い、前段の分級機では粉砕品のうち粒径の粗い粗粉を取り除き、後段の分級機では前段の分級機から排出された粉砕品のうち粒径の細かい微粉を取り除くようにすることもできる。
【００３９】
分級機３１としては、例えば羽根車型分級機であるミクロンセパレータ、ターボプレックス、ＴＳＰセパレータ、ＴＴＳＰセパレータ（以上、ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロン式セパレータ、振動篩などが好適に使用でき、これらは目的とする粉砕品の粒径によって適宜選択される。
【００４０】
なお、粉砕装置１内に導入される気体は、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体などが好適に使用できる。二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体を使用することで、粉砕品の酸化を抑制することができる。また、それらの気体は除湿機や加湿機などにより調湿したものを用いることもできる。
【００４１】
供給口３および排出口４には、それぞれ供給口３から導入される気体および排出口４から排出される気体の温度を測定するための温度センサ１２（１２ａ、１２ｂ）が取り付けられている。供給口３および排出口４に温度センサ１２を設けることで、ケーシング２内の温度を維持管理することができる。温度センサ１２は供給口３および排出口４だけでなく、軸心Ｘに沿ったケーシング２の複数箇所に設け、凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の粉砕ゾーンを直接測定するようにしてもよい。このようにすることで、より正確な温度管理が可能となる。
【００４２】
ケーシング２内の温度を維持管理する方法としては、例えば、排出口４に設けられた温度センサ１２ｂに上限温度を設定しておき、その上限温度を超えた場合には、排出気体の温度が上限温度以下になるように供給口３から導入される冷却気体やライナ２ｂを冷却するための冷媒あるいは粉砕ロータ２０を冷却するための冷媒の温度を下げるように制御することもできる。また、別の制御方法としては、排出気体の温度が上限温度以下になるように供給口３から導入される原料の供給速度を低下させる制御も可能である。
なお、温度センサ１２としては公知のものを使用することができる。
【００４３】
また、ブロワ３０から排出された気体の少なくとも一部を、供給口３や後述する気体供給函６に戻すような閉回路システムとしてもよい。閉回路システムとすることにより、粉砕中に揮発などした被処理物の香りなどの成分を含んだ排出気体を再度粉砕装置１内に戻して粉砕することになるため、粉砕品の香りや風味の劣化を極力抑えることができる。この場合、ブロワ３０と供給口３との間、あるいはブロワ３０と気体供給函６との間に、気体を冷却するための熱交換器や湿度を調節するための除湿機や加湿機を必要に応じて設けることも可能である。
【００４４】
（ロータの構成）
粉砕ロータ２０は、モータＭによって回転駆動されるシャフト２０Ｓと、シャフト２０Ｓに外嵌された複数の環状の粉砕ロータピースとを有する。この実施形態では、粉砕ロータピースとしては、軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成された３つの粉砕ロータピース２０ＰＡで構成されている。粉砕ロータピース２０ＰＡの外周には、凹凸部２０Ｇが形成されている。なお、粉砕ロータ２０は、分割せず一体物で構成してもよいし、分割して２つまたは４つ以上の粉砕ロータピース２０ＰＡで構成してもよい。
【００４５】
粉砕ロータ２０のシャフト２０Ｓは、側壁部２ｃ、２ｄの中心に配置された一対のベアリング２２ａ、２２ｂを介して回転自在に支持されている。
【００４６】
粉砕ロータ２０の内部には、冷媒流路２１が密閉状に形成されている。冷媒流路２１は、第１ベアリング２２ａに支持されたシャフト２０Ｓの第１端部２０Ｓａから、粉砕ロータピース２０ＰＡの内部に形成された環状の冷媒流路２１を経て、第２ベアリング２２ｂに支持されたシャフト２０Ｓの第２端部２０Ｓｂまで延出されている。
【００４７】
冷媒流路２１は個々の粉砕ロータピース２０ＰＡの内部では円周状に延びる環状流路２１Ｒを形成しており、互いに隣接する粉砕ロータピース２０ＰＡの環状流路２１Ｒどうしはシャフト２０Ｓよりも僅かに径方向外側の位置で軸心Ｘと平行に延出された１本の冷媒流路２１によって接続されている。
【００４８】
第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１に冷水などの冷媒を送り込み、第２端部２０Ｓｂから排出される暖められた冷媒を熱交換器３３で冷却して再び第１端部２０Ｓａに向けて送り出すポンプＰが設けられている。
【００４９】
ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇは、概して粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇが位置する領域に設けられており、ライナ２ｂの最も供給口３寄りの位置と、ライナ２ｂの最も排出口４寄りの位置には、粉砕ロータピース２０ＰＡの凹凸部２０Ｇもライナ２ｂの凹凸部２Ｇも存在しないバッファ空間Ｖ１、Ｖ２が設けられている。
【００５０】
（ライナの構成）
外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間は、ライナ２ｂを冷水などの冷媒によって冷却するための第２の冷媒流路８を形成している。冷媒流路８は水平に延出された隔壁によって、周方向に並ぶ３領域に分割されている。冷媒流路８には、冷媒流路２１と共通のポンプＰおよび熱交換器３３を含む冷媒回路３４によって冷媒が循環される。
【００５１】
この実施形態では、粉砕ロータ２０内の冷媒流路２１とケーシング２内の冷媒流路８のいずれについても、冷媒が供給口３から排出口４に近づく向きに流されるようにポンプＰの向きおよび冷媒回路３４の配置を設定しているが、被処理物の特性や気体導入手段などの使用方法に応じて、冷媒が逆向きの流れとなる形態で実施してもよい。
【００５２】
ケーシング２とライナ２ｂは軸心Ｘに沿って並置された複数のブロックに区分することができ、さらにその１つのブロックを、図３に例示されるように、周方向にも複数の小ブロックに区分することができる。
図３の例では個々のブロックは周方向に沿って隣接並置される４つの小ブロックに区分することができ、個々の小ブロックは、函状のケーシング片９と、ケーシング片９の径方向内側に設けられた開口部９Ａを閉鎖するライナ片１０とで構成されている。
【００５３】
ケーシング片９の開口部９Ａは湾曲した短形状を呈し、開口部９Ａを構成する縁部の径方向内側を向いた端面に形成されたシール溝９Ｂには、環状の弾性シール１１が係入されている。
ライナ片１０は、ライナ片１０の４つのコーナーを含む６箇所に形成された貫通孔１０Ｈ、及び、ケーシング片９の貫通孔９Ｈを介して、ボルトとナットなどでケーシング片９に固定される。固定に際して、ボルトとナットを締め付けていくと、弾性シール１１がライナ片１０の滑らかな外周面に押し付けられることで、ケーシング片９の内部空間が密閉される。
【００５４】
個々のケーシング片９には、第２の冷媒流路８を構成する入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが周方向に離間して配置されており、ライナ片１０の内周面には凹凸部２Ｇが一体的に加工形成されている。
第２の冷媒流路８はケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓによって構成されているため、冷媒はライナ片１０の外周面と直に接触することで、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの付近に対しても高い冷却効果が得られる。
【００５５】
ケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓの中で、冷媒が入力ポート２Ｐａから出力ポート２Ｐｂへと最短距離でショートカットする現象を防止する手段として、図４に例示するように、ケーシング片９の内周面に複数のフィン状の邪魔板９Ｓを設けてもよい。
【００５６】
図４に示す例では、ケーシング片９の内周面の周方向の内寸よりも短い２枚の邪魔板９Ｓが、円周方向に沿って延出し、かつ、軸心方向に互いに離間するように、かつ、一方の邪魔板９Ｓは周方向の一方側のみで流路を開放し、他方の邪魔板９Ｓは周方向の他方側のみで流路を開放するように配置されている。
【００５７】
このようにして邪魔板９Ｓによって長さの増大した流路の一端と他端に入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが各々配置されている。以上の構成により、入力ポート２Ｐａから空間Ｓ内に流れ込んだ冷媒は空間Ｓ内の全体を隅々まで通過しながら出力ポート２Ｐｂから排出されるため、ライナ片１０の全面が冷媒によって均等に冷却され易くなる。
【００５８】
なお、ケーシング２やライナ２ｂは必ずしも分割構造とする必要はないが、上記のように分割構造とすることで、メンテナンスが容易となる。
【００５９】
（凹凸部の構成）
図５（ａ）（ｂ）は凹凸部２Ｇ、２０Ｇの断面形状を例示している。凹凸部２Ｇ、２０Ｇは、軸心Ｘに沿って平行に設けられている。図５（ａ）（ｂ）から理解されるように、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０側の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）とは、いずれも左右非対称の形状を備え、粉砕ロータ２０の回転方向（矢印Ａ）について、基本的に傾斜の緩やかな側が相対移動方向の前方となるように構成されている。
【００６０】
図５（ａ）に示されるライナ２ｂの凹凸部２Ｇの寸法の具体例は、Ｌｈ１：１．５ｍｍ、Ｌｃ１：０．３ｍｍ、Ｌｃ２：１．５５ｍｍ、Ｌｃ３：０．４５ｍｍである。また、粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの寸法の具体例は、Ｒｈ１：２．５ｍｍ、Ｒｃ１：０．３ｍｍ、Ｒｃ２：２．５ｍｍ、Ｒｃ３：０．６ｍｍである。
【００６１】
図５（ｂ）に示すライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇでは、冷却効率を高めるなどの目的で、従来の凹凸部２Ｇのパターンを示す図５（ａ）に比べて、粉砕刃Ｔの数を半分に減らすことで、２つの凹凸部２Ｇ、２０Ｇの間の間隙Ｇを変更することなく、両凹凸部２Ｇ、２０Ｇ間の空間体積を効果的に増大させている。
この場合の寸法の具体例は、Ｌｈ２：３．０ｍｍ、Ｌｃ４：２．６ｍｍである。
上記の特徴的な凹凸部２Ｇの構成を、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇではなく、粉砕ロータ２０側の凹凸部２０Ｇに対して適用することも可能である。
【００６２】
上記の数値は一つの好適例に過ぎず、凹凸部２Ｇの高さＬｈ１は約１．５ｍｍ〜約５．０ｍｍ、凹凸部２０Ｇの高さＲｈ１は約２．５ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲内で設定可能であり、その他の寸法も被処理物の物性や、目標とする粉砕後の粒径などに応じて適宜変更される。さらに、凹部の断面形状を図５に示す短形ではなく内側に開いた円弧状など実質的にコーナー部のない湾曲状としてもよい。
【００６３】
また、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）との半径方向での間隙Ｇの軸心Ｘ方向の全長における平均値は、約０．８ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲で設定でき、通常は約１ｍｍ前後に設定される。また、間隙Ｇは、供給口３側から排出口４側に向けて次第に小さくなるようにすることも可能である。一般的には、間隙Ｇを狭くすれば得られる粉砕品の粒径は小さくなり、間隙Ｇを広く設定すれば得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。なお、上記数値範囲はあくまでも目安であり、被処理物の特性や目的の粒径などに応じて様々に変更して実施することができる。
【００６４】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）との半径方向での間隙Ｇの他、凹凸部の数、形状、凹部の深さなどを粉砕ロータピース毎に変えることも可能である。
【００６５】
ライナ２ｂの内面の凹凸部２Ｇと粉砕ロータ２０の外周面の凹凸部２０Ｇは、磨耗性のある原料に対しても適応可能なように、ハードクロムメッキによって耐磨耗処理されている。ハードクロムメッキの他に耐磨耗処理の好適な例としては、炭化タングステン溶射、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックス溶射、その他カナック処理などが挙げられる。
また、ライナ２ｂ自体を、炭化タングステンなどの超硬合金や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックスで作製することも可能である。
【００６６】
粉砕ロータ２０の表面およびライナ２ｂの表面を、例えばバフ研磨や電解研磨することもできる。これら表面研磨をすることで、粉砕ロータ２０の表面あるいはライナ２ｂの表面が平滑になるため、原料の付着が軽減され、洗浄しやすくなる。
なお、粉砕ロータ２０あるいはライナ２ｂの表面粗さの好適な一例として、算術平均粗さＲａ＝０．２μm〜６．３μm、より好ましくはＲａ＝０．２μm〜１．５μmとするのがよい。
【００６７】
（気体導入手段の構成）
粉砕装置１は、図６および図７に示すように、供給口３とは別の、軸心Ｘに沿った中間位置においてライナ２ｂの内部に気体を導入する気体導入手段を備えていてもよい。気体導入手段は、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を、円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通されている。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通している。
【００６８】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して排出口４側に向けて傾斜して延びている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００６９】
なお、環状スリット７は傾斜せず粉砕ロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは逆方向に傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、排出口４側に向けて傾斜していることが望ましいい。
【００７０】
前述のブロワ３０によって、供給口３以外に、４個の気体供給函６を介して環状スリット７からもライナ２ｂの内部に冷却気体が導入される。排出口４から排出される気体の量は、供給口３および４個の気体供給函６からライナ２ｂの内部に導入される気体の総量と一致する。４個の気体供給函６の各外端部には外気と連通する開口面積を調節可能な調整弁（図示省略）が設けられており、この調整弁の開度を調節することで、各気体供給函６から導入される気体の量を変更できる。また、調整弁の開度を調節することで、供給口３から導入される気体の量と、４個の気体供給函６から導入される気体の総量との比率も変更できる。
【００７１】
ただし、一般的な運転方法では、ライナ２ｂの内部に導入される気体の総量の約１／３が供給口３から導入され、同じく約１／３が供給口３寄りの気体供給函６ａ、６ｂから導入され、残りの約１／３が排出口４寄りの気体供給函６ｃ、６ｄから導入される。
【００７２】
このように、ケーシング２の途中からライナ２ｂ内部に気体を導入して凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間に気体を通流させることで、凹凸部２Ｇと２０Ｇ付近を積極的に冷却することができ、さらに軸心Ｘに沿って排出口４側に向かって温度が高くなることを抑えることができる。
【００７３】
排気温度が高い、すなわち凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の粉砕ゾーンの温度が高いと、茶葉が酸化して、得られる粉砕品の香りが悪くなるおそれがある。そのため、排気温度は低いほうが望ましく、少なくとも４０℃以下、さらには３０℃以下であることが好ましい。排気温度が４０℃以上になると、粉砕品の香りや風味に影響がでるおそれがある。
【００７４】
また、ライナ２ｂ内部に導入する気体量を大きくするとその分高い冷却効果が得られるが、凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の気流速度が上昇するため、得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。さらに、導入気体量が大きくなると、香り成分などが粉砕装置１外へ排出される量も多くなるため、得られる粉砕品の香りが悪くなるおそれがある。そのため、目的とする粉砕物の粒径や排気温度などを考慮した上で、ライナ２ｂ内に導入する気体量はできる限り少なくすることが望ましい。
【００７５】
（別の実施形態）
別の実施形態として、図８および図９に示すように、粉砕ロータ２０は１つの粉砕ロータピース２０ＰＡと、軸心Ｘと交差する一方の面から外径の小さな小径円柱部２３が排出口４側に突出形成された２つの粉砕ロータピース２０ＰＢとで構成されている。この実施形態では、１つの粉砕ロータピース２０ＰＡは最も排出口４寄りの位置に配置され、２つの粉砕ロータピース２０ＰＢは、いずれも小径円柱部２３が排出口４側を向く姿勢で配置されている。
【００７６】
従って、１つの第１粉砕ロータピース２０ＰＡによって形成される凹凸部２０Ｇと、２つの第２粉砕ロータピース２０ＰＢによって形成される凹凸部２０Ｇとの間には、２つの環状の切り欠き部２４が軸心Ｘに沿って互いに離間して形成されることになる。切り欠き部２４は小径円柱部２３の外周側に形成されており、粉砕ロータ２０の周方向に沿って全周に延びている。
【００７７】
この実施形態では、気体導入手段は、軸心Ｘに沿った切り欠き部２４に相当する位置において、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を、円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通されている。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通している。
【００７８】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７の幅は切り欠き部２４の幅に比して十分に狭く、且つ、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して傾斜して延びている。傾斜した環状スリット７の中心線は、その環状スリット７が対向する切り欠き部２４を構成する下流側の粉砕ロータピースの端面を向いている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００７９】
このように、環状スリット７が下流側の粉砕ロータピースの端面を向くように傾斜していることで、環状スリット７を通ってライナ２ｂ内部に導入される気体は下流側の粉砕ロータピース端面に向かって流れ、一部は切り欠き部２４内を循環する流れを形成する。そのため、これに誘引された被処理物が冷却気体および粉砕ロータピース端面に接触しやすくなり、積極的に冷却される。
なお、環状スリット７は傾斜せず粉砕ロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは上流側の粉砕ロータピース端面を向くように傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、下流側の粉砕ロータピース端面を向くように傾斜していることが望ましい。
【００８０】
本実施形態のように、粉砕ロータ２０の切り欠き部２４に対向する箇所から冷却気体を導入することで、切り欠き部２４付近の被処理物を積極的に冷却できる。さらに、切り欠き部２４内で気流と被処理物を攪拌させることで、切り欠き部２４内の被処理物が切り欠き部２４に位置する粉砕ロータ２０の端面を介して粉砕ロータ２０内部の冷媒によって効果的に冷却されるため、上記のような構成は望ましい一実施形態であるが、必ずしも冷却気体の導入は切り欠き部２４に対向する箇所からでなくとも十分にライナ２ｂ内部の冷却効果を得ることはできる。
【実施例】
【００８１】
原料に茶葉を用い、下記の実施例および参考例を行った。粉砕品の粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置マイクロトラックＭＴ３３００（日機装株式会社製）を用い、湿式測定（溶媒：水）で行った。
【００８２】
茶葉に含まれる成分としては、カフェイン、タンニン（カテキン）、アミノ酸、葉緑素（クロロフィル）、ビタミンＣ、その他種々の香り成分が含まれる。ここで、茶葉について成分比較を行うのに、各成分毎に比較することは測定上及び評価面でも大変であるので、簡易な方法として粉砕品の発する香りと粉砕品の色素成分をもって比較することとした。そのため、本実施例では、官能試験による香りの比較、ガスクロマトグラフィによる定性分析、ペーパークロマトグラフィによる定性分析を行い、実施例で得られた粉砕品と参考例で得られた粉砕品とを比較した。
【００８３】
参考例として、一部生産システムとして使用されているボールミルで粉砕を行ない、Ｄ５０＝１４．８μmの粉砕品を得た。
【００８４】
実施例１および実施例２は、図８に示される粉砕装置１を用いて茶葉の粉砕を行なった。供給口３と、供給口３寄りの気体流路５ａと、排出口４寄りの気体流路５ｂとの三箇所から同じ流量（０．７ｍ３／ｍｉｎ）の空気を導入しながら粉砕を行なった。詳細な実験条件および実験結果は表１に示す。実施例１では、Ｄ５０＝７．５μmの粉砕品が得られた。また、実施例２では、参考例の粒径とほぼ同じ粒径の粉砕品を得るため、粉砕ロータ２０の周速を１００ｍ／ｓとして運転を行い、Ｄ５０＝１４．６μmの粉砕品を得た。
【００８５】
【表１】
【００８６】
実施例３は、衝撃式粉砕装置ＡＣＭ−１５Ｈ（ホソカワミクロン株式会社製）を用いて粉砕を行なった。実施例３でも、参考例の粒径とほぼ同じ粒径の粉砕品が得られる条件で運転を行った。詳細な実験条件および実験結果は表２に示す。実施例３では、Ｄ５０＝１５．０μmの粉砕品が得られた。
【００８７】
【表２】
【００８８】
（官能試験による香りの比較）
官能試験により実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品について香りの比較試験を行った。その結果、実施例２で得られた粉砕品は、参考例の粉砕品とほぼ同等の良い香りであったが、実施例３で得られた粉砕品は、やや青臭い臭いがした。
【００８９】
（ガスクロマトグラフィによる定性分析）
実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品を用い、ガスクロマトグラフィ（株式会社島津製作所製ＧＣ−２０１４）による定性分析を行った。
バイアルに実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品０．１ｇと蒸留水１００ｍｌをそれぞれ入れて混合した後、バイアルを１００℃で６０分加熱し、気相部（ヘッドスペース）を採取した。採取した気相部を装置内に１．２５ｍｌ注入し、測定を行った。
分析条件として、カラムにはＺＢ−ＷＡＸ、キャリアガスにはヘリウムを使用した。カラム温度は、昇温速度１５℃／２分で４０℃から２００℃まで昇温させ分析を行った。また、インジェクター温度を１４０℃に設定した。ディテクターにはＦＩＤ（水素炎イオン検出器）を使用して、ディテクター温度は２５０℃で検出を行った。
【００９０】
図１０に示すように、実施例２は参考例と比較して異なるピークは見られなかった。実施例３では参考例と比較して異なるピーク（図１０中の丸印で示す）が見られた。この結果から、実施例２の粉砕品と参考例の粉砕品には異なる成分は含まれていないが、実施例３の粉砕品ではそれらと異なる成分が一部含まれているものと推定される。このことは、実施例２の粉砕品と参考例の粉砕品がほぼ同等の香りであったのに対して、実施例３で得られた粉砕品はそれらと比較してやや青臭い臭いがしたことを裏付けるものといえる。
【００９１】
（ペーパークロマトグラフィによる定性分析）
実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品を用い、ペーパークロマトグラフィによる定性分析を行った。
バイアルに、抽出溶媒としてメタノールとアセトンを質量比で３：１に混合した溶液１ｍｌと、実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品５０ｍｇとをそれぞれ分散させた後、しばらく静置した。その後、上澄み液をろ紙上に滴下して乾燥させる操作を２０回繰り返して行い、乾燥後のろ紙下端をトルエンに浸漬させた。３０分後、トルエンにより上昇した粉砕品の各色素成分は、ろ紙やトルエン等との相互作用により成分ごとに分離される。分離された成分はスポット状にろ紙上に点在するため、このスポットの大きさおよび移動距離から成分の差異あるいは含有量の定性的な比較を行うことが出来る。
【００９２】
上記分析の結果、実施例２は参考例よりわずかに緑色の濃さが薄いものの、大きな差は見られなかった。そのため、実施例２で得られた粉砕品に含まれるクロロフィルの量は参考例のそれと比較してほぼ同等であると推定される。また、実施例３で得られた粉砕品では、クロロフィルを示すスポットの濃さが薄く、クロロフィルの分解物のスポット濃度が濃いことが観察できた。
【００９３】
実施例２において参考例と同等の良好な香りの粉砕品が得られた理由として、実施例２で用いた粉砕装置１では、衝撃粉砕だけでなく石臼やボールミルと同じような磨砕が凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間で茶葉に対して行われていると推測される。
また、導入気体量が２．１ｍ３／ｍｉｎと一般的な気流式粉砕機と比較して非常に少ないため、香り成分などが粉砕装置１外にあまり排出されなかったためと推測される。
さらに、排気温度も２５．８℃と低く抑えられていることで、粉砕品の酸化も抑えられていると推測される。
以上のように、本発明の茶葉の粉砕方法および粉砕装置を用いて茶葉の粉砕を行なうと、ボールミルで粉砕した粉砕品と比べてクロロフィルの量や香りも同等の粉砕品を得ることができ、かつ連続式の粉砕装置であるためボールミルと比較して生産性が高いという利点がある。本発明の粉砕装置を用いて茶葉の粉砕を行なった場合、粉砕装置の大きさにもよるが一般的なボールミルと比較して５倍以上の粉砕能力が得られると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
なお、本発明は茶の粉砕に限らず、大麦若葉などの繊維状植物、胡椒などの香辛料、小麦や米などの穀物のほか、トナーのような溶融し易い材料や熱によって変質しやすい熱可塑性樹脂の粉砕にも好適に使用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 粉砕装置
２ ケーシング
２ａ 外筒部
２ｂ ライナ
２ｃ 側壁部
２ｄ 側壁部
２Ｇ 凹凸部
２Ｐａ 入力ポート
２Ｐｂ 出力ポート
２Ｓ 脚部
２Ｔ 粉砕刃
３ 供給口
４ 排出口
５ 気体流路（気体導入手段、５ａ、５ｂ）
６ 気体供給函（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）
７ 環状スリット
８ 冷媒流路
９ ケーシング片
９Ａ 開口部
９Ｂ シール溝
９Ｈ 貫通孔
９Ｓ 邪魔板
１０ ライナ片
１０Ｈ 貫通孔
１１ 弾性シール
１２ 温度センサ（供給口３側温度センサ１２ａ、排出口４側温度センサ１２ｂ）
２０ 粉砕ロータ
２０ａ 第１端部
２０ｂ 第２端部
２０Ｇ 凹凸部
２０ＰＡ 粉砕ロータピース
２０ＰＢ 粉砕ロータピース
２０Ｓ シャフト
２０Ｔ 粉砕刃
２１ 冷媒流路
２１Ｒ 環状流路
２２ａ 第一ベアリング
２２ｂ 第二ベアリング
２３ 小径円柱部
２４ 切り欠き部
３０ ブロワ
３１ 分級機
３２ 集塵機
３３ 熱交換器
３４ 冷媒回路
Ａ 粉砕ロータ回転方向
Ｇ 間隙
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
Ｘ 軸心
Ｖ１ バッファ空間
Ｖ２ バッファ空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置によって茶葉を粉末茶に粉砕する茶葉の粉砕方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、茶葉の粉砕方法または粉末茶の製造方法に関しては、例えば特許文献１〜３がある。
特許文献１では、フレームに固定されたケーシングと、そのケーシングの内周面に固定され内面に多数の突条を備えたライニングプレートと、複数のハンマを備えケーシング内に回転可能に支持された回転円板とを備えた粉砕機を用いて、原料茶を粉砕した例が記載されている。特許文献１の粉砕機は、ケーシングに冷却用ジャケットを備えており、そのジャケットに冷却水を流し、ケーシングの内部温度を５〜７℃に保った状態で原料茶を粉砕することで、原料茶や粉茶が高温に晒されて劣化することを防止できたとしている。
【０００３】
特許文献２では、ケーシング内に第一回転翼と第二回転翼とを所定距離互いに離隔して設け、ケーシング内の第一回転翼の後方に旋回領域、第一回転翼と第二回転翼との間に粉砕領域、第二回転翼の前方に分級領域を形成し、第一回転翼と第二回転翼の回転で旋回気流を発生させる気流式粉砕機を用いて、５０％粒径で１０〜１５μmの粉末茶を製造した例が記載されている。
【０００４】
特許文献３では、可逆式のドラム内に粉砕用ボールと茶葉とを導入し、ドラムを回転させて茶葉を粉砕した例が記載されている。このような粉砕機は一般にボールミルといわれるタイプの粉砕機である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６２７３７号公報
【０００６】
【特許文献２】特開２００８−３５７６９号公報
【０００７】
【特許文献３】特開平８−１０８０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
茶葉のように熱の影響を受け易い原料の場合、ハンマとライナ間における摩擦熱によって変質し、風味や香りが失われてしまうため、できる限り低温で粉砕されることが望ましい。しかし、特許文献１の粉砕機では冷却水を通してケーシングを冷却させているが、ある程度の細かさの製品が必要であるティーバッグ用よりもさらに細かい製品を得ようと、ハンマの回転速度を上昇させたり、あるいはハンマの回転速度はそのままでハンマとライナとの隙間を小さくすると、粉砕機内の温度が上昇してしまう。そしてこの温度上昇を抑えるには、ケーシングを冷却しただけでは不十分である。
【０００９】
特許文献２の粉砕機では、ジャケットなどの冷却機構を設けておらず、もっぱら外気導入であるため、粉砕機内の温度上昇が懸念される。また、この種の衝撃式粉砕機では、得られる粉砕品は１０〜１５μmで、これよりも細かい粉砕品をより高い粉砕能力で得ることは難しかった。
【００１０】
特許文献３のようなボールミルタイプの粉砕機で茶葉を粉砕すると、得られる粉砕品は石臼で挽いたのと同じくらい良好な香りの粉砕品が得られるといわれている。しかし、ボールミルは粉砕能力が低く、かつバッチ式のタイプであるため、生産性が低いという問題がある。さらに特許文献１や特許文献２の粉砕機と同じく粉砕機内の温度上昇という問題もあるため、粉砕品の微細化と粉砕量の向上を目的として、長時間運転および原料やボール量をむやみに増やすことにも限界があった。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、茶葉を処理対象とする場合に、温度上昇を抑え、かつ細かい粒径の粉砕品をより高い粉砕能力（単位時間当たりの粉砕量）で得られる茶葉の粉砕方法およびその方法を使用する茶葉の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】
【００１２】
本発明の第一特徴構成は、
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置による茶葉の粉砕方法であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータとの協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせる点にある。
【００１３】
本構成であれば、ライナと粉砕ロータとの間の微小間隙に冷却気体を通流させながら粉砕を行なうため、粉砕時に発生する熱の発生を抑制しつつ、良好な品質の粉末茶を得ることができる。
【００１４】
本発明の第二特徴構成は、前記第一特徴構成において、
前記粉砕装置から排出される排出気体の温度を４０℃以下に保持する点にある。
【００１５】
本構成であれば、得られる粉砕品の香りや風味の熱による劣化を極力防ぐことができる。
【００１６】
本発明の第三特徴構成は、前記第一または第二特徴構成において、
前記微小間隙にさらに前記ケーシング外周より冷却気体を導入する点にある。
【００１７】
本構成であれば、ケーシング外周からケーシング内部に空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体の冷却気体を吹き込むことができるため、特に高温になりやすい微小間隙の部分を積極的に冷却することができる。
【００１８】
本発明の第四特徴構成は、前記第一から第三特徴構成のいずれかにおいて、
前記粉砕装置から排出される排出気体の少なくとも一部を前記粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なう点にある。
【００１９】
本構成であれば、粉砕中に揮発などした被処理物の香り成分などを含んだ気体を粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なうため、香り成分などを極力粉砕装置外に排出することなく粉砕を行なうことができる。また、空気以外の気体を導入する際のこれらの気体の放出を抑えて、これらの気体の消費量を減らすことができ、経済的である。
【００２０】
本発明の茶葉の粉砕装置の第一特徴構成は、
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を形成した粉砕ロータとを有し、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体の流路を設けるとともに、前記粉砕ロータ内部および前記ケーシングに冷媒流路を設けた点にある。
【００２１】
本構成であれば、粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置において、粉砕ロータ内部に冷媒流路が形成されているため、粉砕ロータの表面付近が効果的に冷却される。
さらに、ケーシングに冷媒を流すことができるため、ライナの表面付近が効果的に冷却される。そのため、ケーシング内を流れる気流や、粉砕ロータと接触した被処理物の温度上昇を抑えることができる。
【００２２】
本発明の茶葉の粉砕装置の第二特徴構成は、前記第一特徴構成において、
前記ケーシングの外周部には前記ライナ内部の微小間隙に冷却気体を導入するための気体導入口が設けられている点にある。
【００２３】
本構成であれば、供給口以外からもケーシング内部に空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体の冷却気体を吹き込むことができるため、さらにケーシング内を冷却することができる。
また、被処理物が排出口に向かって移動しながら進行する粉砕過程のため、ケーシング内部の温度は軸心に沿って排出口に近い位置ほど温度が高くなるが、本構成であれば、軸心方向の途中で冷却気体を導入できるため、排出口付近での温度を低くすることができる。
さらに、供給口と気体導入口を含む複数の気体導入口の間で、導入する気体の比率を適宜変更することによって、軸心方向における温度分布を、対象とする被処理物の特性、粉砕装置の規模、作業環境などに応じて最適化することが可能となる。
【００２４】
本発明の茶葉の粉砕装置の第三特徴構成は、前記第一または第二特徴構成において、
前記粉砕ロータは前記粉砕ロータの周方向に沿って環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている点にある。
【００２５】
本構成であれば、ケーシング内を流れる気流や被処理物が、粉砕ロータと接触する面積が増加し、気流および被処理物が効果的に冷却される。
【００２６】
本発明の茶葉の粉砕装置の第四特徴構成は、前記第一から第三特徴構成のいずれかにおいて、
前記粉砕ロータの粉砕刃は軸心方向に沿って粉砕ロータの全長にわたり外周表面に凹凸状に形成されている点にある。
【００２７】
本構成であれば、粉砕ロータの外周表面にも凹凸が形成されていることで、被処理物がライナの凹凸部と粉砕ロータの凹凸部との間で繰り返し衝突し、細かい粒径の粉砕品を得ることができる。
【００２８】
本発明の茶葉の粉砕装置の第五特徴構成は、前記第四特徴構成において、
前記ライナの凹凸の深さまたは高さは１．５ｍｍ〜５．０ｍｍであり、前記粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さは２．５ｍｍ〜１０．０ｍｍである点にある。
【００２９】
本構成であれば、ライナまたは粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さに関しての好適な実施形態が提供される。
【００３０】
なお本明細書中で、茶葉とは、葉っぱや茎のものに限られず、葉っぱや茎が粉砕されて粉末状になったものも含む。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図２】本発明による粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図３】ライナとケーシングのユニットを示す斜視図である。
【図４】ケーシングの別実施形態を示す斜視図である。
【図５】ロータとライナの凹凸部の形状を示す説明図である。
【図６】気体供給函を設けた本発明の粉砕装置を示す一部破断斜視図である。
【図７】気体供給函を設けた本発明の粉砕装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の別実施形態による粉砕装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図９】本発明の別実施形態による粉砕装置の構成を示す破断側面図である。
【図１０】実施例において行ったガスクロマトグラフィの結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
（第一実施形態）
本発明の粉砕装置１を図１および図２に沿って説明する。
粉砕装置１は概して円筒状の内面を備えたケーシング２を有する。ケーシング２は、複数の脚部２Ｓに支持された外筒部２ａと、外筒部２ａの内側に同心状に配置されたライナ２ｂと、ライナ２ｂによって囲まれた空間を両端で閉じる一対の側壁部２ｃ、２ｄとを有する。外筒部２ａとライナ２ｂの間は後述する冷媒や気体を流すための空間を構成している。
【００３３】
ライナ２ｂの内部には、一つの粉砕ロータ２０が回転自在に支持されている。ライナ２ｂの内面と粉砕ロータ２０の外周面にはそれぞれ被処理物を粉砕するための凹凸部２Ｇ、２０Ｇが設けられている。凹凸部２０Ｇは粉砕刃としての役割を有している。粉砕ロータ２０はモータＭによって高速で矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００３４】
なお、粉砕刃として凹凸部２０Ｇを設ける代わりに、粉砕ロータ２０の外周面にブロック状などの粉砕刃を取り付けてもよい。
【００３５】
ケーシング２の軸心Ｘ方向の一端には、原料と気体をともに受け入れる供給口３が設けられ、他端には粉砕された粉砕品を気体と共に排出するための排出口４が設けられている。供給口３は平面視において軸心Ｘから側方に変位した位置に設けられており、排出口４は平面視において軸心Ｘから供給口３とは反対側の側方に変位した位置に設けられている。供給口３及び排出口４は特に粉砕ロータ２０の外周面に対する接線寄りに設けられている。
【００３６】
排出口４にはブロワ３０が接続されており、ブロワ３０と排出口４の間には粉砕された粉砕品を粒径範囲毎に回収するための分級機３１が介装されている。分級機３１とブロワ３０との間には微細な粉砕品を回収するための集塵機３２が介装されている。集塵機３２としては、一般にバグフィルタとよばれるものやサイクロンなどが好適に使用できる。
【００３７】
ブロワ３０によって形成された気流は、供給口３からライナ２ｂの内周面と粉砕ロータ２０の外周面との間隙を経て、排出口４から排出され、集塵機３２を通過することで、被処理物をケーシング２内で供給口３から排出口４に向かって搬送し、最終的に集塵機３２に到達させる。なお、分級機３１は必要に応じて用いるものとし、分級機３１を用いることなく直接集塵機３２で粉砕品を全量回収するようにしてもよい。
分級機３１で回収された分級粗粉砕品を粉砕装置１に戻して再粉砕し、集塵機３２で回収されたものを製品とすることも可能であり、あるいは、集塵機３２で回収された粉砕品をさらに別の分級機によって微細な粉砕品を除去したものを製品とすることもできる。
【００３８】
また、粉砕品のうち粒径の粗い粗粉と粒径の細かい微粉とを除去したものを製品とすることもできる。この場合、分級機３１として、例えば１台で粗粉と微粉とを除去できる分級機を用いて分級することが考えられる。また、別の方法としては、２台以上の分級機を用い、前段の分級機では粉砕品のうち粒径の粗い粗粉を取り除き、後段の分級機では前段の分級機から排出された粉砕品のうち粒径の細かい微粉を取り除くようにすることもできる。
【００３９】
分級機３１としては、例えば羽根車型分級機であるミクロンセパレータ、ターボプレックス、ＴＳＰセパレータ、ＴＴＳＰセパレータ（以上、ホソカワミクロン株式会社製）、サイクロン式セパレータ、振動篩などが好適に使用でき、これらは目的とする粉砕品の粒径によって適宜選択される。
【００４０】
なお、粉砕装置１内に導入される気体は、空気、二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体などが好適に使用できる。二酸化炭素、窒素、アルゴンもしくはヘリウムまたはそれらの混合気体を使用することで、粉砕品の酸化を抑制することができる。また、それらの気体は除湿機や加湿機などにより調湿したものを用いることもできる。
【００４１】
供給口３および排出口４には、それぞれ供給口３から導入される気体および排出口４から排出される気体の温度を測定するための温度センサ１２（１２ａ、１２ｂ）が取り付けられている。供給口３および排出口４に温度センサ１２を設けることで、ケーシング２内の温度を維持管理することができる。温度センサ１２は供給口３および排出口４だけでなく、軸心Ｘに沿ったケーシング２の複数箇所に設け、凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の粉砕ゾーンを直接測定するようにしてもよい。このようにすることで、より正確な温度管理が可能となる。
【００４２】
ケーシング２内の温度を維持管理する方法としては、例えば、排出口４に設けられた温度センサ１２ｂに上限温度を設定しておき、その上限温度を超えた場合には、排出気体の温度が上限温度以下になるように供給口３から導入される冷却気体やライナ２ｂを冷却するための冷媒あるいは粉砕ロータ２０を冷却するための冷媒の温度を下げるように制御することもできる。また、別の制御方法としては、排出気体の温度が上限温度以下になるように供給口３から導入される原料の供給速度を低下させる制御も可能である。
なお、温度センサ１２としては公知のものを使用することができる。
【００４３】
また、ブロワ３０から排出された気体の少なくとも一部を、供給口３や後述する気体供給函６に戻すような閉回路システムとしてもよい。閉回路システムとすることにより、粉砕中に揮発などした被処理物の香りなどの成分を含んだ排出気体を再度粉砕装置１内に戻して粉砕することになるため、粉砕品の香りや風味の劣化を極力抑えることができる。この場合、ブロワ３０と供給口３との間、あるいはブロワ３０と気体供給函６との間に、気体を冷却するための熱交換器や湿度を調節するための除湿機や加湿機を必要に応じて設けることも可能である。
【００４４】
（ロータの構成）
粉砕ロータ２０は、モータＭによって回転駆動されるシャフト２０Ｓと、シャフト２０Ｓに外嵌された複数の環状の粉砕ロータピースとを有する。この実施形態では、粉砕ロータピースとしては、軸心Ｘと交差する両端面が概して単純な平面で構成された３つの粉砕ロータピース２０ＰＡで構成されている。粉砕ロータピース２０ＰＡの外周には、凹凸部２０Ｇが形成されている。なお、粉砕ロータ２０は、分割せず一体物で構成してもよいし、分割して２つまたは４つ以上の粉砕ロータピース２０ＰＡで構成してもよい。
【００４５】
粉砕ロータ２０のシャフト２０Ｓは、側壁部２ｃ、２ｄの中心に配置された一対のベアリング２２ａ、２２ｂを介して回転自在に支持されている。
【００４６】
粉砕ロータ２０の内部には、冷媒流路２１が密閉状に形成されている。冷媒流路２１は、第１ベアリング２２ａに支持されたシャフト２０Ｓの第１端部２０Ｓａから、粉砕ロータピース２０ＰＡの内部に形成された環状の冷媒流路２１を経て、第２ベアリング２２ｂに支持されたシャフト２０Ｓの第２端部２０Ｓｂまで延出されている。
【００４７】
冷媒流路２１は個々の粉砕ロータピース２０ＰＡの内部では円周状に延びる環状流路２１Ｒを形成しており、互いに隣接する粉砕ロータピース２０ＰＡの環状流路２１Ｒどうしはシャフト２０Ｓよりも僅かに径方向外側の位置で軸心Ｘと平行に延出された１本の冷媒流路２１によって接続されている。
【００４８】
第１端部２０Ｓａから冷媒流路２１に冷水などの冷媒を送り込み、第２端部２０Ｓｂから排出される暖められた冷媒を熱交換器３３で冷却して再び第１端部２０Ｓａに向けて送り出すポンプＰが設けられている。
【００４９】
ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇは、概して粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇが位置する領域に設けられており、ライナ２ｂの最も供給口３寄りの位置と、ライナ２ｂの最も排出口４寄りの位置には、粉砕ロータピース２０ＰＡの凹凸部２０Ｇもライナ２ｂの凹凸部２Ｇも存在しないバッファ空間Ｖ１、Ｖ２が設けられている。
【００５０】
（ライナの構成）
外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間は、ライナ２ｂを冷水などの冷媒によって冷却するための第２の冷媒流路８を形成している。冷媒流路８は水平に延出された隔壁によって、周方向に並ぶ３領域に分割されている。冷媒流路８には、冷媒流路２１と共通のポンプＰおよび熱交換器３３を含む冷媒回路３４によって冷媒が循環される。
【００５１】
この実施形態では、粉砕ロータ２０内の冷媒流路２１とケーシング２内の冷媒流路８のいずれについても、冷媒が供給口３から排出口４に近づく向きに流されるようにポンプＰの向きおよび冷媒回路３４の配置を設定しているが、被処理物の特性や気体導入手段などの使用方法に応じて、冷媒が逆向きの流れとなる形態で実施してもよい。
【００５２】
ケーシング２とライナ２ｂは軸心Ｘに沿って並置された複数のブロックに区分することができ、さらにその１つのブロックを、図３に例示されるように、周方向にも複数の小ブロックに区分することができる。
図３の例では個々のブロックは周方向に沿って隣接並置される４つの小ブロックに区分することができ、個々の小ブロックは、函状のケーシング片９と、ケーシング片９の径方向内側に設けられた開口部９Ａを閉鎖するライナ片１０とで構成されている。
【００５３】
ケーシング片９の開口部９Ａは湾曲した短形状を呈し、開口部９Ａを構成する縁部の径方向内側を向いた端面に形成されたシール溝９Ｂには、環状の弾性シール１１が係入されている。
ライナ片１０は、ライナ片１０の４つのコーナーを含む６箇所に形成された貫通孔１０Ｈ、及び、ケーシング片９の貫通孔９Ｈを介して、ボルトとナットなどでケーシング片９に固定される。固定に際して、ボルトとナットを締め付けていくと、弾性シール１１がライナ片１０の滑らかな外周面に押し付けられることで、ケーシング片９の内部空間が密閉される。
【００５４】
個々のケーシング片９には、第２の冷媒流路８を構成する入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが周方向に離間して配置されており、ライナ片１０の内周面には凹凸部２Ｇが一体的に加工形成されている。
第２の冷媒流路８はケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓによって構成されているため、冷媒はライナ片１０の外周面と直に接触することで、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの付近に対しても高い冷却効果が得られる。
【００５５】
ケーシング片９とライナ片１０とで囲まれた空間Ｓの中で、冷媒が入力ポート２Ｐａから出力ポート２Ｐｂへと最短距離でショートカットする現象を防止する手段として、図４に例示するように、ケーシング片９の内周面に複数のフィン状の邪魔板９Ｓを設けてもよい。
【００５６】
図４に示す例では、ケーシング片９の内周面の周方向の内寸よりも短い２枚の邪魔板９Ｓが、円周方向に沿って延出し、かつ、軸心方向に互いに離間するように、かつ、一方の邪魔板９Ｓは周方向の一方側のみで流路を開放し、他方の邪魔板９Ｓは周方向の他方側のみで流路を開放するように配置されている。
【００５７】
このようにして邪魔板９Ｓによって長さの増大した流路の一端と他端に入力ポート２Ｐａと出力ポート２Ｐｂとが各々配置されている。以上の構成により、入力ポート２Ｐａから空間Ｓ内に流れ込んだ冷媒は空間Ｓ内の全体を隅々まで通過しながら出力ポート２Ｐｂから排出されるため、ライナ片１０の全面が冷媒によって均等に冷却され易くなる。
【００５８】
なお、ケーシング２やライナ２ｂは必ずしも分割構造とする必要はないが、上記のように分割構造とすることで、メンテナンスが容易となる。
【００５９】
（凹凸部の構成）
図５（ａ）（ｂ）は凹凸部２Ｇ、２０Ｇの断面形状を例示している。凹凸部２Ｇ、２０Ｇは、軸心Ｘに沿って平行に設けられている。図５（ａ）（ｂ）から理解されるように、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０側の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）とは、いずれも左右非対称の形状を備え、粉砕ロータ２０の回転方向（矢印Ａ）について、基本的に傾斜の緩やかな側が相対移動方向の前方となるように構成されている。
【００６０】
図５（ａ）に示されるライナ２ｂの凹凸部２Ｇの寸法の具体例は、Ｌｈ１：１．５ｍｍ、Ｌｃ１：０．３ｍｍ、Ｌｃ２：１．５５ｍｍ、Ｌｃ３：０．４５ｍｍである。また、粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの寸法の具体例は、Ｒｈ１：２．５ｍｍ、Ｒｃ１：０．３ｍｍ、Ｒｃ２：２．５ｍｍ、Ｒｃ３：０．６ｍｍである。
【００６１】
図５（ｂ）に示すライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇでは、冷却効率を高めるなどの目的で、従来の凹凸部２Ｇのパターンを示す図５（ａ）に比べて、粉砕刃Ｔの数を半分に減らすことで、２つの凹凸部２Ｇ、２０Ｇの間の間隙Ｇを変更することなく、両凹凸部２Ｇ、２０Ｇ間の空間体積を効果的に増大させている。
この場合の寸法の具体例は、Ｌｈ２：３．０ｍｍ、Ｌｃ４：２．６ｍｍである。
上記の特徴的な凹凸部２Ｇの構成を、ライナ２ｂ側の凹凸部２Ｇではなく、粉砕ロータ２０側の凹凸部２０Ｇに対して適用することも可能である。
【００６２】
上記の数値は一つの好適例に過ぎず、凹凸部２Ｇの高さＬｈ１は約１．５ｍｍ〜約５．０ｍｍ、凹凸部２０Ｇの高さＲｈ１は約２．５ｍｍ〜約１０．０ｍｍの範囲内で設定可能であり、その他の寸法も被処理物の物性や、目標とする粉砕後の粒径などに応じて適宜変更される。さらに、凹部の断面形状を図５に示す短形ではなく内側に開いた円弧状など実質的にコーナー部のない湾曲状としてもよい。
【００６３】
また、ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）との半径方向での間隙Ｇの軸心Ｘ方向の全長における平均値は、約０．８ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲で設定でき、通常は約１ｍｍ前後に設定される。また、間隙Ｇは、供給口３側から排出口４側に向けて次第に小さくなるようにすることも可能である。一般的には、間隙Ｇを狭くすれば得られる粉砕品の粒径は小さくなり、間隙Ｇを広く設定すれば得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。なお、上記数値範囲はあくまでも目安であり、被処理物の特性や目的の粒径などに応じて様々に変更して実施することができる。
【００６４】
ライナ２ｂの凹凸部２Ｇの粉砕刃２Ｔ（凸部）と粉砕ロータ２０の凹凸部２０Ｇの粉砕刃２０Ｔ（凸部）との半径方向での間隙Ｇの他、凹凸部の数、形状、凹部の深さなどを粉砕ロータピース毎に変えることも可能である。
【００６５】
ライナ２ｂの内面の凹凸部２Ｇと粉砕ロータ２０の外周面の凹凸部２０Ｇは、磨耗性のある原料に対しても適応可能なように、ハードクロムメッキによって耐磨耗処理されている。ハードクロムメッキの他に耐磨耗処理の好適な例としては、炭化タングステン溶射、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックス溶射、その他カナック処理などが挙げられる。
また、ライナ２ｂ自体を、炭化タングステンなどの超硬合金や、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは窒化珪素などのセラミックスで作製することも可能である。
【００６６】
粉砕ロータ２０の表面およびライナ２ｂの表面を、例えばバフ研磨や電解研磨することもできる。これら表面研磨をすることで、粉砕ロータ２０の表面あるいはライナ２ｂの表面が平滑になるため、原料の付着が軽減され、洗浄しやすくなる。
なお、粉砕ロータ２０あるいはライナ２ｂの表面粗さの好適な一例として、算術平均粗さＲａ＝０．２μm〜６．３μm、より好ましくはＲａ＝０．２μm〜１．５μmとするのがよい。
【００６７】
（気体導入手段の構成）
粉砕装置１は、図６および図７に示すように、供給口３とは別の、軸心Ｘに沿った中間位置においてライナ２ｂの内部に気体を導入する気体導入手段を備えていてもよい。気体導入手段は、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を、円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通されている。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通している。
【００６８】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して排出口４側に向けて傾斜して延びている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００６９】
なお、環状スリット７は傾斜せず粉砕ロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは逆方向に傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、排出口４側に向けて傾斜していることが望ましいい。
【００７０】
前述のブロワ３０によって、供給口３以外に、４個の気体供給函６を介して環状スリット７からもライナ２ｂの内部に冷却気体が導入される。排出口４から排出される気体の量は、供給口３および４個の気体供給函６からライナ２ｂの内部に導入される気体の総量と一致する。４個の気体供給函６の各外端部には外気と連通する開口面積を調節可能な調整弁（図示省略）が設けられており、この調整弁の開度を調節することで、各気体供給函６から導入される気体の量を変更できる。また、調整弁の開度を調節することで、供給口３から導入される気体の量と、４個の気体供給函６から導入される気体の総量との比率も変更できる。
【００７１】
ただし、一般的な運転方法では、ライナ２ｂの内部に導入される気体の総量の約１／３が供給口３から導入され、同じく約１／３が供給口３寄りの気体供給函６ａ、６ｂから導入され、残りの約１／３が排出口４寄りの気体供給函６ｃ、６ｄから導入される。
【００７２】
このように、ケーシング２の途中からライナ２ｂ内部に気体を導入して凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間に気体を通流させることで、凹凸部２Ｇと２０Ｇ付近を積極的に冷却することができ、さらに軸心Ｘに沿って排出口４側に向かって温度が高くなることを抑えることができる。
【００７３】
排気温度が高い、すなわち凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の粉砕ゾーンの温度が高いと、茶葉が酸化して、得られる粉砕品の香りが悪くなるおそれがある。そのため、排気温度は低いほうが望ましく、少なくとも４０℃以下、さらには３０℃以下であることが好ましい。排気温度が４０℃以上になると、粉砕品の香りや風味に影響がでるおそれがある。
【００７４】
また、ライナ２ｂ内部に導入する気体量を大きくするとその分高い冷却効果が得られるが、凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間の気流速度が上昇するため、得られる粉砕品の粒径は大きくなる傾向にある。さらに、導入気体量が大きくなると、香り成分などが粉砕装置１外へ排出される量も多くなるため、得られる粉砕品の香りが悪くなるおそれがある。そのため、目的とする粉砕物の粒径や排気温度などを考慮した上で、ライナ２ｂ内に導入する気体量はできる限り少なくすることが望ましい。
【００７５】
（別の実施形態）
別の実施形態として、図８および図９に示すように、粉砕ロータ２０は１つの粉砕ロータピース２０ＰＡと、軸心Ｘと交差する一方の面から外径の小さな小径円柱部２３が排出口４側に突出形成された２つの粉砕ロータピース２０ＰＢとで構成されている。この実施形態では、１つの粉砕ロータピース２０ＰＡは最も排出口４寄りの位置に配置され、２つの粉砕ロータピース２０ＰＢは、いずれも小径円柱部２３が排出口４側を向く姿勢で配置されている。
【００７６】
従って、１つの第１粉砕ロータピース２０ＰＡによって形成される凹凸部２０Ｇと、２つの第２粉砕ロータピース２０ＰＢによって形成される凹凸部２０Ｇとの間には、２つの環状の切り欠き部２４が軸心Ｘに沿って互いに離間して形成されることになる。切り欠き部２４は小径円柱部２３の外周側に形成されており、粉砕ロータ２０の周方向に沿って全周に延びている。
【００７７】
この実施形態では、気体導入手段は、軸心Ｘに沿った切り欠き部２４に相当する位置において、外筒部２ａとライナ２ｂの間の空間を、円周状に仕切ることで形成した２つの環状の気体流路５ａ、５ｂと、この気体流路５ａ、５ｂと連通するように外筒部２ａの上下に設けた４つの気体供給函６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）とを有し、気体流路５ａ、５ｂは、ライナ２ｂの一部を円周状に切り欠いた環状スリット７によってライナ２ｂの内部と連通されている。
供給口３寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ａ、６ｂは共通の一方の気体流路５ａに連通し、同様に、排出口４寄りに位置する上下の２つの気体供給函６ｃ、６ｄは他方の気体流路５ｂに連通している。
【００７８】
軸心Ｘを含む平面によってライナ２ｂを切った断面視において、環状スリット７の幅は切り欠き部２４の幅に比して十分に狭く、且つ、環状スリット７は軸心Ｘの径方向に対して傾斜して延びている。傾斜した環状スリット７の中心線は、その環状スリット７が対向する切り欠き部２４を構成する下流側の粉砕ロータピースの端面を向いている。環状スリット７の傾斜角度は例えば１５°〜２０°とすればよい。
【００７９】
このように、環状スリット７が下流側の粉砕ロータピースの端面を向くように傾斜していることで、環状スリット７を通ってライナ２ｂ内部に導入される気体は下流側の粉砕ロータピース端面に向かって流れ、一部は切り欠き部２４内を循環する流れを形成する。そのため、これに誘引された被処理物が冷却気体および粉砕ロータピース端面に接触しやすくなり、積極的に冷却される。
なお、環状スリット７は傾斜せず粉砕ロータ２０径方向に向かって延びていてもよいし、あるいは上流側の粉砕ロータピース端面を向くように傾斜していてもよいが、被処理物が排出口４に向かって移動しながら進行する粉砕過程であることを考えると、下流側の粉砕ロータピース端面を向くように傾斜していることが望ましい。
【００８０】
本実施形態のように、粉砕ロータ２０の切り欠き部２４に対向する箇所から冷却気体を導入することで、切り欠き部２４付近の被処理物を積極的に冷却できる。さらに、切り欠き部２４内で気流と被処理物を攪拌させることで、切り欠き部２４内の被処理物が切り欠き部２４に位置する粉砕ロータ２０の端面を介して粉砕ロータ２０内部の冷媒によって効果的に冷却されるため、上記のような構成は望ましい一実施形態であるが、必ずしも冷却気体の導入は切り欠き部２４に対向する箇所からでなくとも十分にライナ２ｂ内部の冷却効果を得ることはできる。
【実施例】
【００８１】
原料に茶葉を用い、下記の実施例および参考例を行った。粉砕品の粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置マイクロトラックＭＴ３３００（日機装株式会社製）を用い、湿式測定（溶媒：水）で行った。
【００８２】
茶葉に含まれる成分としては、カフェイン、タンニン（カテキン）、アミノ酸、葉緑素（クロロフィル）、ビタミンＣ、その他種々の香り成分が含まれる。ここで、茶葉について成分比較を行うのに、各成分毎に比較することは測定上及び評価面でも大変であるので、簡易な方法として粉砕品の発する香りと粉砕品の色素成分をもって比較することとした。そのため、本実施例では、官能試験による香りの比較、ガスクロマトグラフィによる定性分析、ペーパークロマトグラフィによる定性分析を行い、実施例で得られた粉砕品と参考例で得られた粉砕品とを比較した。
【００８３】
参考例として、一部生産システムとして使用されているボールミルで粉砕を行ない、Ｄ５０＝１４．８μmの粉砕品を得た。
【００８４】
実施例１および実施例２は、図８に示される粉砕装置１を用いて茶葉の粉砕を行なった。供給口３と、供給口３寄りの気体流路５ａと、排出口４寄りの気体流路５ｂとの三箇所から同じ流量（０．７ｍ３／ｍｉｎ）の空気を導入しながら粉砕を行なった。詳細な実験条件および実験結果は表１に示す。実施例１では、Ｄ５０＝７．５μmの粉砕品が得られた。また、実施例２では、参考例の粒径とほぼ同じ粒径の粉砕品を得るため、粉砕ロータ２０の周速を１００ｍ／ｓとして運転を行い、Ｄ５０＝１４．６μmの粉砕品を得た。
【００８５】
【表１】
【００８６】
実施例３は、衝撃式粉砕装置ＡＣＭ−１５Ｈ（ホソカワミクロン株式会社製）を用いて粉砕を行なった。実施例３でも、参考例の粒径とほぼ同じ粒径の粉砕品が得られる条件で運転を行った。詳細な実験条件および実験結果は表２に示す。実施例３では、Ｄ５０＝１５．０μmの粉砕品が得られた。
【００８７】
【表２】
【００８８】
（官能試験による香りの比較）
官能試験により実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品について香りの比較試験を行った。その結果、実施例２で得られた粉砕品は、参考例の粉砕品とほぼ同等の良い香りであったが、実施例３で得られた粉砕品は、やや青臭い臭いがした。
【００８９】
（ガスクロマトグラフィによる定性分析）
実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品を用い、ガスクロマトグラフィ（株式会社島津製作所製ＧＣ−２０１４）による定性分析を行った。
バイアルに実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品０．１ｇと蒸留水１００ｍｌをそれぞれ入れて混合した後、バイアルを１００℃で６０分加熱し、気相部（ヘッドスペース）を採取した。採取した気相部を装置内に１．２５ｍｌ注入し、測定を行った。
分析条件として、カラムにはＺＢ−ＷＡＸ、キャリアガスにはヘリウムを使用した。カラム温度は、昇温速度１５℃／２分で４０℃から２００℃まで昇温させ分析を行った。また、インジェクター温度を１４０℃に設定した。ディテクターにはＦＩＤ（水素炎イオン検出器）を使用して、ディテクター温度は２５０℃で検出を行った。
【００９０】
図１０に示すように、実施例２は参考例と比較して異なるピークは見られなかった。実施例３では参考例と比較して異なるピーク（図１０中の丸印で示す）が見られた。この結果から、実施例２の粉砕品と参考例の粉砕品には異なる成分は含まれていないが、実施例３の粉砕品ではそれらと異なる成分が一部含まれているものと推定される。このことは、実施例２の粉砕品と参考例の粉砕品がほぼ同等の香りであったのに対して、実施例３で得られた粉砕品はそれらと比較してやや青臭い臭いがしたことを裏付けるものといえる。
【００９１】
（ペーパークロマトグラフィによる定性分析）
実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品を用い、ペーパークロマトグラフィによる定性分析を行った。
バイアルに、抽出溶媒としてメタノールとアセトンを質量比で３：１に混合した溶液１ｍｌと、実施例２、実施例３および参考例で得られた粉砕品５０ｍｇとをそれぞれ分散させた後、しばらく静置した。その後、上澄み液をろ紙上に滴下して乾燥させる操作を２０回繰り返して行い、乾燥後のろ紙下端をトルエンに浸漬させた。３０分後、トルエンにより上昇した粉砕品の各色素成分は、ろ紙やトルエン等との相互作用により成分ごとに分離される。分離された成分はスポット状にろ紙上に点在するため、このスポットの大きさおよび移動距離から成分の差異あるいは含有量の定性的な比較を行うことが出来る。
【００９２】
上記分析の結果、実施例２は参考例よりわずかに緑色の濃さが薄いものの、大きな差は見られなかった。そのため、実施例２で得られた粉砕品に含まれるクロロフィルの量は参考例のそれと比較してほぼ同等であると推定される。また、実施例３で得られた粉砕品では、クロロフィルを示すスポットの濃さが薄く、クロロフィルの分解物のスポット濃度が濃いことが観察できた。
【００９３】
実施例２において参考例と同等の良好な香りの粉砕品が得られた理由として、実施例２で用いた粉砕装置１では、衝撃粉砕だけでなく石臼やボールミルと同じような磨砕が凹凸部２Ｇと２０Ｇとの間で茶葉に対して行われていると推測される。
また、導入気体量が２．１ｍ３／ｍｉｎと一般的な気流式粉砕機と比較して非常に少ないため、香り成分などが粉砕装置１外にあまり排出されなかったためと推測される。
さらに、排気温度も２５．８℃と低く抑えられていることで、粉砕品の酸化も抑えられていると推測される。
以上のように、本発明の茶葉の粉砕方法および粉砕装置を用いて茶葉の粉砕を行なうと、ボールミルで粉砕した粉砕品と比べてクロロフィルの量や香りも同等の粉砕品を得ることができ、かつ連続式の粉砕装置であるためボールミルと比較して生産性が高いという利点がある。本発明の粉砕装置を用いて茶葉の粉砕を行なった場合、粉砕装置の大きさにもよるが一般的なボールミルと比較して５倍以上の粉砕能力が得られると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
なお、本発明は茶の粉砕に限らず、大麦若葉などの繊維状植物、胡椒などの香辛料、小麦や米などの穀物のほか、トナーのような溶融し易い材料や熱によって変質しやすい熱可塑性樹脂の粉砕にも好適に使用できる。
【符号の説明】
【００９５】
１ 粉砕装置
２ ケーシング
２ａ 外筒部
２ｂ ライナ
２ｃ 側壁部
２ｄ 側壁部
２Ｇ 凹凸部
２Ｐａ 入力ポート
２Ｐｂ 出力ポート
２Ｓ 脚部
２Ｔ 粉砕刃
３ 供給口
４ 排出口
５ 気体流路（気体導入手段、５ａ、５ｂ）
６ 気体供給函（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）
７ 環状スリット
８ 冷媒流路
９ ケーシング片
９Ａ 開口部
９Ｂ シール溝
９Ｈ 貫通孔
９Ｓ 邪魔板
１０ ライナ片
１０Ｈ 貫通孔
１１ 弾性シール
１２ 温度センサ（供給口３側温度センサ１２ａ、排出口４側温度センサ１２ｂ）
２０ 粉砕ロータ
２０ａ 第１端部
２０ｂ 第２端部
２０Ｇ 凹凸部
２０ＰＡ 粉砕ロータピース
２０ＰＢ 粉砕ロータピース
２０Ｓ シャフト
２０Ｔ 粉砕刃
２１ 冷媒流路
２１Ｒ 環状流路
２２ａ 第一ベアリング
２２ｂ 第二ベアリング
２３ 小径円柱部
２４ 切り欠き部
３０ ブロワ
３１ 分級機
３２ 集塵機
３３ 熱交換器
３４ 冷媒回路
Ａ 粉砕ロータ回転方向
Ｇ 間隙
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
Ｘ 軸心
Ｖ１ バッファ空間
Ｖ２ バッファ空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置による茶葉の粉砕方法であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータとの協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせることを特徴とする、茶葉の粉砕方法。
【請求項２】
前記粉砕装置から排出される排出気体の温度を４０℃以下に保持する、請求項１に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項３】
前記微小間隙にさらに前記ケーシング外周より冷却気体を導入することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項４】
前記粉砕装置から排出される排出気体の少なくとも一部を前記粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なうことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項５】
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を形成した粉砕ロータとを有し、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体の流路を設けるとともに、前記粉砕ロータ内部および前記ケーシングに冷媒流路を設けたことを特徴とする、茶葉の粉砕装置。
【請求項６】
前記ケーシングの外周部には前記ライナ内部の微小間隙に冷却気体を導入するための気体導入口が設けられている、請求項５に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項７】
前記粉砕ロータは前記粉砕ロータの周方向に沿って環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている、請求項５または請求項６に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項８】
前記粉砕ロータの粉砕刃は軸心方向に沿って粉砕ロータの全長にわたり外周表面に凹凸状に形成された、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項９】
前記ライナの凹凸の深さまたは高さは１．５〜５．０ｍｍであり、前記粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さは２．５〜１０．０ｍｍである、請求項８に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項１】
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータ式粉砕装置による茶葉の粉砕方法であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を有する粉砕ロータとの協働作用により茶葉を粉砕させるとともに、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体を流通させ、前記微小間隙において茶葉の冷却と同時に粉砕を行なわせることを特徴とする、茶葉の粉砕方法。
【請求項２】
前記粉砕装置から排出される排出気体の温度を４０℃以下に保持する、請求項１に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項３】
前記微小間隙にさらに前記ケーシング外周より冷却気体を導入することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項４】
前記粉砕装置から排出される排出気体の少なくとも一部を前記粉砕装置内に戻しながら粉砕を行なうことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の茶葉の粉砕方法。
【請求項５】
円筒状ケーシング内で軸心周りに回転駆動される粉砕ロータを有する茶葉の粉砕装置であって、
円筒状の内周表面に多数の凹凸部を有するライナと、外周表面に多数の粉砕刃を形成した粉砕ロータとを有し、
前記ライナと前記粉砕ロータとの間に形成された微小間隙に冷却気体の流路を設けるとともに、前記粉砕ロータ内部および前記ケーシングに冷媒流路を設けたことを特徴とする、茶葉の粉砕装置。
【請求項６】
前記ケーシングの外周部には前記ライナ内部の微小間隙に冷却気体を導入するための気体導入口が設けられている、請求項５に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項７】
前記粉砕ロータは前記粉砕ロータの周方向に沿って環状の切り欠き部によって軸心方向に分割されている、請求項５または請求項６に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項８】
前記粉砕ロータの粉砕刃は軸心方向に沿って粉砕ロータの全長にわたり外周表面に凹凸状に形成された、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の茶葉の粉砕装置。
【請求項９】
前記ライナの凹凸の深さまたは高さは１．５〜５．０ｍｍであり、前記粉砕ロータの凹凸の深さまたは高さは２．５〜１０．０ｍｍである、請求項８に記載の茶葉の粉砕装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３４４１２（Ｐ２０１３−３４４１２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１７４７（Ｐ２０１１−１７１７４７）
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００１１３３５５）ホソカワミクロン株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月５日（２０１１．８．５）
【出願人】（０００１１３３５５）ホソカワミクロン株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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