JP5623000B2

JP5623000B2 - 一軸摩砕機

Info

Publication number: JP5623000B2
Application number: JP2007250799A
Authority: JP
Inventors: 理文井上
Original assignee: 株式会社櫻製作所
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009078242A

Description

本発明は、一軸式の摩砕機、すなわち、単筒のステータに単軸のロータが装着された摩砕機に関する。

地球環境保全のため、省資源や廃棄物のリサイクルが国内外で重要な課題であり、それに向けた法規制も年々厳しくなっている。そこで、例えば工業・民需に広く使用されている材料である加硫ゴム（以下「ゴム」という。）の廃棄物の削減と再資源化も研究されている。

ゴムの成型加工工場で生じる不良品、切断屑、バリ等は、ゴム製造工場での製品総量の１０％が見込まれるが、これらを効果的かつ経済的にリサイクルするシステムや装置は未だ充分に提供されていない。そのため、これらのゴム廃棄物の2/3にあたる量が、殆ど埋立か焼却によって処理されている。しかし、埋立処理による場合は最終処分場の容量が既に満杯化しているといった問題があり、また、焼却処理による場合は有害物質の発生などで公害となる懸念がある。

製造工場で生じた廃棄ゴムをリサイクルすれば、省資源、公害防止に大きく貢献できる。具体的には、まず発生したゴム廃棄物をゴム製品毎に分別し、分別したゴム製品毎に微粉砕してゴム粉として、これを新たな製品を作るためのゴム原料に配合する方法が提案されている。この場合、原料ゴムに大きな物性の低下を生じさせないためには、一般に、１００μｍ以下に微粉化することが必要である。分別された素性の既知のゴム廃棄物を１００μｍ以下の粒径のゴム粉とすれば、ゴム生産工程でのゴム原料に一定量配合することで再利用が安定的に見込まれる。

従来のリサイクル方法としては、２軸押出型式の混練装置を高温化でゴム層を高温剪断する方法、加圧式ニーダーを利用して高温微粉砕する方法、等々が研究され、１００μｍ以下の粒径ゴム粉を得ることが研究されているが、いずれも高温加熱が必要であり、且つ攪拌構造も複雑で高動力を必要とし、分解・組立が難しく、高価で運転経費等を含め償却性が低く、経済メリットが少ないため実用化に至っていない。
特開２００２−３３６７１２号公報

なお、ゴムの微粉砕方法として、凍結粉砕法、常温粉砕法等があるが、大量の廃棄タイヤの処理を対象としており、ゴム製造工場で発生するゴム屑のように小量・多品種の処理には不適である。

上述した従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、製造価格が安価であり、分解・組立が簡単でメンテナンス性に優れ、しかも、駆動力が少なくてランニングコストが安価な粉砕機を提供することにある。

上記目的は、
外周面にテーパが付されたロータと、内壁面にテーパが付され、前記ロータの周囲を囲うステータとを有し、
前記ロータのテーパ面と、前記ステータのテーパ面とが、全面的に又は部分的に隙間を介して向かい合うように配置され、
前記ロータを回転させながら前記隙間に被粉砕物を送り込んで、該被粉砕物を摩砕することを特徴とする摩砕機によって達成される。

また上記摩砕機は、液分を含有する原料（例えば、おから、焼酎かす等）を乾燥し、減容化するための乾燥装置としても利用できる。

上記の摩砕機又は乾燥装置において、前記ロータと前記ステータの一方が、他方に対して軸方向に変移可能に構成され、隙間寸法を調整できるようにされていることが好ましい。

また、前記ロータが、前記隙間に被粉砕物をフィードするためのスクリューを有していることが好ましい。

また、前記ロータのテーパ面と前記ステータのテーパ面の少なくとも何れか一方に、溝が形成されていることが好ましい。

また、前記ステータを冷却又は加熱するためのジャケットと、前記ロータを冷却又は加熱するための流路と、の少なくとも何れか一方を有することが好ましい。

本発明は、一軸式の粉砕機、すなわち、単筒のステータに単軸のロータが装着された単純な構造であるため、製造価格が安価であり、駆動力も少ないのでランニングコストも安価である。しかも、分解・組立が容易であるから、メンテナンス性にも優れる。

また本発明によれば、ロータのテーパ面とステータのテーパ面との間のクリアランスを容易に調整できるので、粉砕粒径の調整や原料の種類の変更などにも、簡単かつ迅速に対応できる。

また本発明によれば、摩砕部（ロータのテーパ面とステータのテーパ面との間の隙間）への押し込み手段としてスクリューを具備しているので、被粉砕物を確実に摩砕部の隙間へ押し込むことができる。

また本発明によれば、摩砕部に入った被粉砕物が溝を通過するときに、該被粉砕物が剪断作用を受けるので、より効果的な粉砕作用が期待できる。

また本発明によれば、用途に応じて、ロータ及びステータの過熱を防止でき、被粉砕物に対する冷却効果も期待できる。また、ロータ及びステータを加熱して、熱交換作用による乾燥効果も期待できる。

（摩砕機の概略構成）
はじめに、図１及び図２に基づいて、摩砕機の概略構成を説明する。
図１は、本発明の一軸摩砕機１を示す全体図である。
図２は、図１の摩砕機が具備するロータ３及びステータ５を示す拡大図である。

摩砕機１はいわゆる一軸式の粉砕機であって、主として、複数のベアリング２１によって回転自在に軸支された駆動軸２と、該駆動軸と一体回転するコーン状のロータ３と、該ロータの周囲を囲う円筒状のステータ５と、該ステータを冷却（又は加熱）するためのジャケット９とを有している。ロータ３の一部とステータ５の一部は摩砕部１１を形成しており（図２参照）、当該部位において「石臼で粉をひく」作用と同様の作用（摩砕作用）が発揮される。

駆動軸２は、複数のベアリング２１によって回転自在に軸支されている。駆動軸２の上端側はロータ３の内空部に挿入され、また下端側は図示しない変速機に接続されている。当該駆動軸２は、図示しないモータから変速機を介して駆動力を受け回転するようになっている。

ロータ３は外観コーン状の筒形に形成され、外周面側は円錐台形状の外観を有し、内空部は円柱状に形成されている。ロータ３の内空部には、駆動軸２の上端側を挿入してあり、該駆動軸と一体化させてある。
ロータ３の底面側と駆動軸２の段部２３との間には、スペーサとして機能する隙間調節リング２５が介装されている。
駆動軸２の上端部にはロータ止めネジ２７が着脱自在に螺着してある。ロータ止めネジ２７により、ロータ３が駆動軸２の段部２３へ押し付けられ、更に駆動軸２とロータ３の間にキー（角材）２’を介在することで、ロータ３が空回りせずに駆動軸２と確実に一体回転する。またこのようにロータ止めを行うことで、ロータ３とステータ５との間の隙間が常に一定に保たれる。しかも、ネジ固定とすることにより、ロータ３の付け替えが簡単に行える。

ロータ３を囲う円筒状のステータ５は、シリンダ５１と、該シリンダに固定されたハウジング５３とから構成されている。
シリンダ５１は、フランジ部においてベアリングケース２９に着脱自在にネジ固定されている。シリンダ５１の上部開口部からは、ホッパを介して被粉砕物（原料）が投入される。
ハウジング５３は、ステータ５の内壁の一部を構成している。該ハウジング５３は、フランジ部においてシリンダ５１の底面側に着脱自在にネジ固定されている。
ハウジング５３の内壁面にはテーパが付されている。このテーパ面の一部は、後述するロータ３の外周面のテーパ面と、所定サイズの隙間を空けて対向している。対向するテーパ面とその間隙によって、摩砕部１１が構成されている。
なお、図示する実施形態では、シリンダ５１とハウジング５３を別体のものとして構成しているが、一体の部材として構成することも可能である。また、テーパを付す領域は特に限定されず、ステータ５の内壁面の全面又は部分、或いは、ハウジング５３の内壁面の全面又は部分にわたってテーパを付してもよい。

ステータ５の円筒部の周囲には、該ステータを冷却するためのジャケット９が装着してある。ジャケット９へは、入口９１から冷却水が通水され、ジャケット内を循環してステータを冷却し、出口９３から排出される。摩砕機１の運転中には、ジャケット９に冷却水を循環させ、ステータ５及びロータ３の過熱を防止する。
なお、ジャケット９に対しては、用途（例えば後述する乾燥装置）に応じて、熱媒として高温スチーム等を通すことも可能である。

上述したロータ３、シリンダ５１、ハウジング５３は、すべて着脱自在にネジ固定してあるので、必要であれば、分解してメンテナンスを行うことができ、また部材交換を行うこともできる。

（ロータの具体的構成）
次に、図１乃至図４に基づいて、ロータ３の具体的構成を説明する。
図１及び図２は前述したとおりである。
図３は、図１の摩砕機１が具備するロータ３を示す拡大斜視図である。
図４は、ステータ５のテーパ面とロータ３のテーパ面とによって構成される摩砕部１１を示す拡大断面図である。

ロータ３の外周面は、図３に示すように、上端側から徐々に拡径するテーパが付されている。当該テーパ面の上方には、シリンダ５１内に投入された被粉砕物を下方へフィードするためのスクリュー３１が設けられている。

スクリュー３１の下方では、ロータ３のテーパ面にスパイラル溝３３が刻設されている。スパイラル溝３３の断面形状は特に限定されないが、図３下の断面図に示すようにコーナー部が湾曲するように形成するか、或いは、全体的に湾曲した凹部となるように形成することが好ましい。スパイラル溝３３の断面寸法は特に限定されないが、好ましい一例を挙げると、幅Ｗを８〜１０ｍｍ程度に設定し、深さＤを１〜２ｍｍ程度に設定するのがよい。

ロータ３のテーパ面の一部（スパイラル溝３３を含む領域）は、図４に示すように、ハウジング５３のテーパ面と所定サイズの間隙を介して向かい合っている。対向するテーパ面とその間隙とスパイラル溝３３は、摩砕部１１を構成している。摩砕部１１には、スクリュー３１によって被粉砕物が押し込められて、「石臼で粉をひく」のと同様の原理で擦り砕かれる。したがって、摩砕部１１に入った被粉砕物は、強大な圧縮、剪断、転がり摩擦などの複合作用を受けてすり潰され、その結果、微粒化される。

摩砕部１１におけるテーパ面間の隙間（以下「摩砕隙間」という。）は、図４に示すクリアランスｔ₁が０．３〜０．５ｍｍ程度になるように設定する。ただし、摩砕隙間は、図４（Ａ）に示すように全体にわたって均等でもよく、或いは、図４（Ｂ）に示すように、高さに応じて変化するようにしてもよい。すなわち、ロータ３のテーパ面の傾斜角度と、ハウジング５３のテーパ面の傾斜角度は、同一でもよく、あるいは異ならせてもよい。図４（Ｂ）に示すように摩砕隙間の入口をより広くとることにより、摩砕部１１において被粉砕物を噛み込み易くなる。

図２に示すように、ロータ３の底面側と駆動軸２の段部２３との間には、スペーサとして機能する隙間調節リング２５が介装されている。この隙間調節リングは、必要に応じて、厚みの異なる別のリングに差し換えることができる。隙間調節リング２５を差し換えることにより、リングの厚みに応じてロータ３が軸方向にスライドするので、摩砕隙間のクリアランスｔ₁，ｔ₂（図４参照）を任意のサイズに設定することができる。

なお、摩砕隙間を調整する手段は、隙間調節リング２５による方法に限られず、例えば、ネジ等によりステータ５又はハウジング５３を軸方向にスライドさせるようにしてもよい。

また、テーパを付す領域は特に限定されず、ロータ３の外周面の全面でもよく部分でもよい。ただし、ロータ３のテーパ面は、ステータ５（ハウジング５３）側のテーパ面と全面的に又は部分的に所定間隙を介して対向する必要がある。なお、摩砕隙間のクリアランス寸法は、被粉砕物の性状等の諸条件を考慮して決定される。

また、ロータ３及びステータ５のテーパ面の傾斜角度はそれぞれ特に限定されず、全面にわたって同一であってもよく、或いは、徐々に角度変化させるようにしてもよく、或いは、段階的に変化させるようにしてもよい。

また、溝を付す部材はロータ３に限定されず、ハウジング５３に形成してもよい。
また、溝の形状は、図３に示すスパイラル溝３３に限定されず、例えば、図５（Ａ）に示すような縦方向の溝を複数刻設してなる直行溝３４でもよく、また、図５（Ｂ）に示すようなスパイラル溝３５と直行溝３４との組合せでもよく、或いは、図５（Ｃ）に示すような複数のスパイラル溝３６と複数の直行溝３４の組合せでもよい。なお、溝の種類（寸法，形状，組合せ）は、被粉砕物の硬度や性状などに応じて選択される。

また図示を省略するが、ロータ３を冷却するための流路を該ロータに形成してもよい。例えば、ロータ３と駆動軸２を中空構造にして、該ロータ３の中空部に冷却水を通水するようにしてもよい。

また、図示する実施形態では竪型の一軸摩砕機を示したが、横型の形態も採用可能である。

（摩砕機の使用方法）
次に、被粉砕物の具体例として廃棄タイヤの切削ゴム片を挙げて、摩砕機１の使用方法について説明する。

はじめに図示しないモータを駆動させて駆動軸２を回転させ、続いて、図示しないホッパからシリンダ５１上部の開口部へゴム片を定量投入する。投入されたゴム片は、ロータ３の外壁のスクリュー３１によって下方へフィードされ、一定量づつ摩砕部１１の摩砕間隙へ押し込められる。

摩砕部１１に達した被粉砕物は、テーパ面の間で摩擦作用を受け、また、スパイラル溝３３を通過する時に剪断作用を受けて粉砕される。その間、ステータ５はジャケット９によって冷却されるので、被粉砕物がロータ３やハウジング５３に融着したり、粉砕物同士が溶融結合することはない。その結果、ゴム片は、摩砕部１１の隙間下端から微細ゴム粉となって排出され落下し、収容部４１に堆積する。微細ゴム粉は、少なくとも粒径１００μｍ程度にまで微細化されている。

得られるゴム粉の粒径が大きい場合には、隙間調節リング２５をより厚いものに差し替えてロータ３を軸方向にスライドさせ、摩砕部１１の間隙を所定量だけ狭くする。逆に、ゴム粉の粒径が小さい場合には、隙間調節リング２５をより薄いものに差し替えてロータ３をスライドさせ、摩砕部１１の間隙を所定量だけ広くする。

上述した工程を経て得られた微細ゴム粉は、アスファルト原料に混入使用したり、ゴム製品の充填材や原料として再利用することができる。
なお、本発明で粉砕可能な被粉砕物は特に限定されず、食品、香辛料、医薬品、ケミカル、化粧品等のあらゆるものが含まれることに留意されたい。

（摩砕機の応用例）
上述した摩砕機は、液分を含む原料（例えば、おから、焼酎かす等）の乾燥装置として応用することもできる。

この場合、ジャケット９内に高温スチームを循環させて、予めロータ３及びステータ５を加熱しておく。次いで、駆動軸２を回転させ、シリンダ５１上部の開口部から原料を定量投入する。当該原料は、ロータ３のスクリュー３１によって摩砕部１１へ一定量づつ押し込められ、続いてロータ３の外壁から効率的な熱交換作用を受け、その結果、原料に含まれる液分が蒸発する。また、摩砕部１１の間隙へ押し込められた原料は、摩砕部１１のテーパ面間で摩擦作用を受け、また、スパイラル溝３３を通過する時に剪断作用を受けて完全に微粉砕される。その結果、当初の原料は、乾燥粉末となって排出され落下し、収容部４１に堆積する。

なお、上述した実施例及び応用例では、原料の性状（粘性や含水率等）に応じて、摩砕隙間のクリアランスを拡げることも可能である。そのような場合には、隙間調節リング２５を差し替えて隙間調整してもよく、或いは、ロータ３を小径又は大径のものに変更して隙間調整してもよい。

本発明の一軸摩砕機を示す全体図である。図１の摩砕機が具備するロータ及びステータを示す拡大図である。図１の摩砕機が具備するロータを示す拡大斜視図である。ステータのテーパ面とロータのテーパ面とによって構成される摩砕部を示す拡大断面図である。ロータに刻設する溝の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１摩砕機
２駆動軸
２’ キー
３ロータ
５ステータ
９ジャケット
１１摩砕部
２１ベアリング
２３段部
２５隙間調節リング（スペーサ）
２７ロータ止めネジ
２９ベアリングケース
３１スクリュー
３３スパイラル溝
３４直行溝
３５スパイラル溝
３６スパイラル溝
４１収容部
５１シリンダ
５３ハウジング
９１入口
９３出口

Claims

ゴム片からなる被粉砕物の摩砕に用いられる装置であって、
外周面が徐々に拡径するようにテーパが付され、前記被摩砕物の押し込み手段であるスクリューを具備するロータと、
内壁面にテーパが付され、前記ロータの周囲を囲うステータと、を有し、
前記ロータと前記ステータの一方が、他方に対して軸方向に変移可能に構成され、
前記ロータのテーパ面と、前記ステータのテーパ面とが、全面的に又は部分的に隙間を介して向かい合うように配置され、
向かい合う前記ロータのテーパ面と前記ステータのテーパ面の少なくとも何れか一方に、溝が形成され、
前記隙間と前記溝が、ゴム片からなる被粉砕物を摩砕するための摩砕部を構成し、
押し込み手段であるスクリューを具備する前記ロータを回転させながら前記摩砕部の隙間にゴム片からなる被粉砕物を押し込むようにして送り込んで、該被粉砕物を摩砕することを特徴とする摩砕機。