JP2002001154A

JP2002001154A - 被粉砕粒子の粉砕方法および装置

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Publication number: JP2002001154A
Application number: JP2000192257A
Authority: JP
Inventors: Kishihiro Yamaoka; 岸泰山岡
Original assignee: KCK OYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: KCK OYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-08
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: JP3977574B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被粉砕物を連続的に、かつ、効率的に３μｍ
以下の微粉砕物に粉砕し得るようにする。【解決手段】円筒状のケーシングに同心で内装される
環状の固定円盤７１〜７３と、この固定円盤７１〜７３
に同心で嵌挿され、かつ、駆動装置２１の駆動で軸回り
に回転する回転円盤５１〜５４と、この回転円盤５１〜
５４と固定円盤７１〜７３との間に形成された粉砕空間
Ｓ２に被粉砕粒子を連続的に供給する砕料供給手段と、
粉砕空間Ｓ２内の被粉砕粒子に加えられる圧力を知るた
めに駆動装置２１に供給される電流値を検出するた電流
計９１と、この電流計９１が検出した電流値に基づいて
被粉砕粒子に加えられる圧力が擬似固形体形成圧力にな
るように回転円盤５１〜５４を回転させる電力量を制御
する制御手段９とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の被粉砕粒子
を微粉砕する被粉砕粒子の粉砕方法および装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、被粉砕粒子（砕料）を粉砕する粉
砕装置として各種のメカニズムのものが知られている。
かかる粉砕装置は、機能的な側面からは、面圧力粉砕
機、圧縮剪断粉砕機、衝突衝撃粉砕機、摩擦粉砕機およ
び複合粉砕機に分類されるのが一般的である。

【０００３】上記面圧力粉砕機は、外枠であるコーンケ
ープと旋回運動を行うクラッシングヘッドとの間隙に砕
料を噛み込ませて粉砕するタイプのものであり、ジャイ
ルクラッシャーやコーンクラッシャー等を挙げることが
できる。

【０００４】また、上記圧縮剪断粉砕機は、互いに反対
方向に回転している２本のロール間に砕料を噛み込ませ
て粉砕するタイプものであり、代表的なものとしてロー
ルミルを挙げることができる。

【０００５】また、上記衝突衝撃粉砕機は、高速回転し
ている部材に砕料を打ち付けて粉砕するタイプのもので
あり、ハンマークラッシャー、ピンミル、ターボミルあ
るいはジェットミル等を挙げることができる。

【０００６】また、上記摩擦粉砕機は、ローラーとテー
ブルとの間の隙間に砕料を噛み込ませて粉砕するタイプ
のものであり、ローラーミル、コロイドミルあるいは石
臼等を挙げることができる。

【０００７】さらに、上記複合粉砕機等は、圧縮作用、
剪断作用および衝撃作用を複合的に利用するものであ
り、ボールミル、ロッドミル、振動ミルあるいはタワー
ミル等を挙げることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来の各種の粉砕機は、それぞれ形式が異なるとはい
え、いずれも開放された粉砕空間内で砕料に各種の方法
で力を加えて粉砕するものであり、砕料に与えたエネル
ギーは、その多くが摩擦熱として消費された後に空気中
に分散したり、一旦被粉砕粒子中に応力として蓄積され
た後、復元するに際し熱として発散するため、効率的な
粉砕処理を行うことが困難であるという問題点を有して
いる。

【０００９】また、上記の各種の粉砕機は、砕料を連続
的に供給し、砕料に上記所定の粉砕処理を施して粉砕物
を連続的に得る、いわゆる連続粉砕方式のものである
が、従来の連続粉砕方式の粉砕機では平均粒径を３μｍ
以下にまで微粉砕することが極めて困難であり、実質的
に３μｍ以下の微粉砕物を得ることができなかったのが
実情であった。

【００１０】このことをさらに詳しく説明すると、以下
のようになる。すなわち、被粉砕物の粒子を構成してい
る各原子は、周囲の原子と相互に作用し合っているが、
粒子の表面に位置した原子は、粒子内部の原子からの作
用を受けるだけで外部からは作用を受けない。かかる粒
子の１つについて注目し、この１つの粒子に対して圧縮
したり剪断する等の外力を加えて粒子を破壊すると、今
まで１つの粒子であったものが複数の粒子に別れる。こ
れら複数の粒子の表面積は、粒子が１つであったときよ
り増大して表面エネルギーが大きくなり、これによって
表面の原子の内部に向かう吸引力も分割された複数の粒
子の合計としては、粉砕前の粒子が１つであった場合よ
りも増大する。要するに、粒子が１つであったときより
粉砕されて複数に別れたときの方がエネルギーレベルが
高くなるのである。粉砕は、この高くなるエネルギーレ
ベルに対抗する操作であるため、多くのエネルギーが必
要になるのである。

【００１１】ところで、粒子は、その平均粒子径が３０
μｍ以下になって密集すると、粒子が相互に作用し合う
いわゆる付着力の方が、各微粒子間に作用する重力より
も大きくなってこの付着力が各微粒子間で優勢に作用す
る。従って、例えば３μｍ前後にまで微粉砕された微粒
子が密集していると、互いに凝集し合って略３０μｍの
粒径の二次粒子を形成することになる。

【００１２】その結果、粒子がたとえ３μｍ前後にまで
粉砕されたとしても、この３μｍ前後の微粒子は、互い
に凝集し合って略３０μｍ以上の二次粒子になり、この
二次粒子の保有エネルギーは、粉砕されていない３０μ
ｍの粒子の保有エネルギーより小さいため、かかる二次
粒子が粉砕前の３０μｍの粒子と混在した状態では、こ
れらに粉砕のためのエネルギーを加えても、このエネル
ギーは、エネルギーレベルの低い二次粒子の解砕に優先
的に使われため、３０μｍ前後の粒径の粒子をさらに微
粉砕することは困難であり、上記従来の粉砕装置を用い
て被粉砕粒子を３μｍ以下にまで微粉砕することが不可
能であることは経験的にも知られている事実である。

【００１３】従って、３μｍ以下の粒径の微粉砕物を得
るためには、粉砕媒体としてボールやビーズを使用する
ボールミル、振動ミル、タワーミル等を採用したり、薬
研などの回分式の粉砕機を用いて長時間をかけて微粉砕
しなければならず、結局、粒径３μｍ以下の微粉砕物を
連続的に、かつ、効率的に得ることができないという問
題点を有していた。

【００１４】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたものであり、被粉砕物を連続的に、か
つ、効率的に粉砕して３μｍ以下の微粉砕物にすること
ができる被粉砕物の微粉砕方法および装置を提供するこ
とを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
互いに対向した凹部からなる粉砕空間を備えた粉砕部材
間に被粉砕粒子を供給し、各粉砕部材を、各対向面間が
所定の離間距離を維持した状態で互いに相対移動させる
ことにより粉砕空間に装填された被粉砕粒子にすり剪断
力を加えて粉砕する被粉砕粒子の粉砕方法において、上
記粉砕空間内で被粉砕粒子に加えられる圧力が、疑似固
形体が形成される圧力以上になるように被粉砕粒子を上
記粉砕空間に押し込むことを特徴とするものである。

【００１６】この発明において疑似固形体とは、各被粉
砕粒子が粉砕空間に押し込められることにより全く動け
なくなった状態のものをいう。このような状態の疑似固
形体は、粉体に急激に力を加えたときに粒子が最疎充填
状態になる、いわゆるダイラタンシー現象すら生じない
ようになる。ダイラタンシーが起こると被粉砕粒子は粉
砕され難くなる。

【００１７】そして、本発明によれば、疑似固形体が得
られる圧力以上の圧力で被粉砕粒子が粉砕空間に押し込
まれ、これによって粉砕空間内に疑似固形体が形成され
た状態で、かつ、各粉砕部材を対向面間が所定の離間距
離を維持した状態で各粉砕部材を相対移動させるように
しているため、粉砕空間に装填された被粉砕粒子は、上
記相対移動によって一方の凹部と他方の凹部とに分断さ
れる。このとき被粉砕粒子は、剪断面を境にして被粉砕
粒子が詰り合って形成された一方側の凹凸面に同他方側
の凹凸面が嵌り込んだ状態になっているため、かかる剪
断面に位置した被粉砕粒子は、疑似固形体が形成されて
他への逃げ場がないことから互いの凹凸の対向した縁部
位置から破壊されていき、これによって被粉砕粒子を３
μｍ以下にまで砕く確実な超微細化粉砕が実現する。

【００１８】また、被粉砕粒子が自由に移動し得る粉砕
空間で粉砕を行う従来の粉砕方法では、粉砕機器を稼働
させるために用いたエネルギーの大半が、被粉砕粒子間
の擦過により発生した熱エネルギーとして放逸してしま
う不都合が生じるが、請求項１の粉砕方法では、粉砕の
ために与えられたエネルギーの摩擦熱への転換を極力抑
えた上で３μｍ以下にまで微粉砕することが可能にな
り、エネルギーコストの低減化にも貢献する。すなわ
ち、粉砕のためのエネルギーコストを極力抑えた上で、
被粉砕粒子を粒径３μｍ以下にまで粉砕することができ
る。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記粉砕部材を、円筒状のケーシングに同
心で内装された環状の固定円盤と、この固定円盤に対向
し、かつ、駆動手段の駆動で軸心回りに回転する回転円
盤とによって形成し、上記固定円盤と回転円盤との対向
面に上記粉砕空間としてのキャビティをそれぞれ凹設
し、上記回転円盤の回転によって被粉砕粒子を上記キャ
ビティに連続的に供給し、上記キャビティ内で被粉砕粒
子に加えられる圧力が、上記疑似固形体が形成される圧
力になるようにキャビティへの被粉砕粒子の供給量を制
御することを特徴とするものである。

【００２０】この発明によれば、固定円盤および回転円
盤の各キャビティに連続的に供給される被粉砕粒子は、
予め設定された疑似固形体が形成される圧力になるよう
に供給量が制御されるため、キャビティ内に導入された
被粉砕粒子は押し込められて疑似固形体になり、これに
よって被粉砕粒子同士を、各キャビティ間の剪断面上で
凹凸状に重なり合った状態にすることができる。

【００２１】このキャビティ内の高密充填状態の被粉砕
粒子からなる疑似固形体が、回転円盤の回転による、回
転円盤と固定円盤との剪断方向に向いた相対移動によっ
て分断されるため、あたかも１つの固体が剪断方向に剪
断されるのと同一の現象が出現し、この剪断によって剪
断面に位置していた被粉砕粒子が、逃げ場がないことに
より強制的に破壊されることになる。微視的には互いに
当接している被粉砕粒子同士の接点位置が剪断開始点に
なり、この剪断開始点を境にして被粉砕粒子の両側には
互いに反対方向に向かういわゆるすり剪断力が加わり、
これによって各被粉砕粒子が複数に分割され、かかる被
粉砕粒子のすり剪断が回転円盤の回転によって繰り返さ
れることにより粉砕が進行する。

【００２２】このように、請求項２の粉砕方法によれ
ば、被粉砕粒子を高密充填状態にした上で、これを剪断
方向に分断することにより剪断面に位置した被粉砕粒子
を砕くようにしているため、各被粉砕粒子が互いに自由
に移動し得る粉砕空間において粉砕機器との間や被粉砕
粒子相互の圧縮作用、剪断作用および衝撃作用等により
被粉砕粒子を粉砕する従来の粉砕方法に比較し、より効
率的に粉砕が行われ、従来の連続式の粉砕方式では実現
し得なかった粒径３μｍ以下にまで被粉砕粒子を微粉砕
し得るようになる。

【００２３】すなわち、従来の連続的な粉砕方法にあっ
ては、被粉砕粒子が粉砕空間内で自由に移動し得ること
によって被粉砕粒子の表面が削り取られるようにして粉
砕が進行し、従って、例えば被粉砕粒子の芯部分が二分
されるようなことは起こり得ないため微粉砕に限界が存
在し、粒径３μｍ以下にまでは微粉砕し得なかったので
あるが、請求項２の発明はかかる従来の不都合を、粉砕
空間内の圧力を疑似固形体が得られる圧力になるように
制御しつつ被粉砕粒子を固定円盤と回転円盤との間に連
続的に供給することによって解決したのである。

【００２４】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、操業初期には被粉砕粒子のケーシ
ング内への導入量をケーシングから導出される粉砕済み
粒子の導出量より多くし、上記粉砕空間内が擬似固形体
を形成し得る圧力に到達した後、ケーシングからの粉砕
済み粒子の導出量とケーシングに装填する被粉砕粒子の
導入量とをバランスさせることを特徴とするものであ
る。

【００２５】この発明によれば、操業初期にはケーシン
グ内に被粉砕粒子（砕料）が充填されていないため、ケ
ーシング内への砕料の導入量を導出量より多くすること
によりケーシングの粉砕空間内に砕料が速やかに充填さ
れる。そして、粉砕空間内が予め設定された設定圧力に
到達すると、砕料のケーシング内への導入量を少なくし
て導出量とバランスさせることにより、連続運転におけ
る設定圧力を確保した上での定常状態が実現する。粉砕
空間内が設定圧力に到達しているか否かは、回転円盤を
駆動する駆動モータの消費電力を検出することによって
知ることができる。

【００２６】一旦粉砕空間内の設定圧力が確保される
と、後は、砕料の導入量が一定になるように砕料の供給
量を制御すればよい。

【００２７】請求項４記載の発明は、円筒状のケーシン
グ内に供給される被粉砕粒子に連続的にすり剪断処理を
施すことによって被粉砕粒子を連続的に微粉砕する被粉
砕粒子の粉砕装置において、円筒状のケーシングに同心
で内装される環状の固定円盤と、この固定円盤に同心で
嵌挿され、かつ、駆動手段の駆動で軸回りに回転する回
転円盤と、回転円盤および固定円盤の対向面にそれぞれ
形成された粉砕空間としてのキャビティに被粉砕粒子を
連続的に供給する砕料供給手段と、上記粉砕空間内の被
粉砕粒子に加えられる圧力を検出する圧力検出手段と、
この圧力検出手段が検出した検出圧力に基づいて被粉砕
粒子に加えられる圧力が予め設定された疑似固形体が得
られる圧力になるように上記供給手段の供給量を制御す
る制御手段とを備えて構成されていることを特徴とする
ものである。

【００２８】この発明によれば、駆動手段の駆動により
回転円盤を軸回りに回転させた状態で、砕料供給手段の
駆動によって被粉砕粒子を粉砕空間に順次送り込むこと
により、被粉砕粒子は、回転円盤と静止している固定円
盤のそれぞれに凹設されたキャビティ間の剪断面におい
て回転円盤の回転によりすり剪断作用を受けて粉砕され
る。

【００２９】制御手段は、圧力検出手段からの検出信号
に基づいて粉砕空間内の被粉砕粒子が予め設定された設
定圧力になっているか否かを判別し、粉砕空間内が設定
圧力に到達していないときは粉砕空間に供給される被粉
砕粒子の供給量を増加させる制御信号を出力する一方、
粉砕空間内が設定圧力を越えたときには供給量を抑える
制御信号を出力する、いわゆるフィードバック制御を実
行することにより、粉砕空間内は常に予め設定された疑
似固形体が得られる圧力になり、これによって被粉砕粒
子は同一の圧力条件の基で回転円盤の軸回りの回転によ
るすり剪断作用を受けて微粉砕されることになる。

【００３０】そして、設定圧力を、被粉砕粒子が粉砕空
間内で最密充填されて疑似固形体になる圧力に設定して
おくことにより、粉砕空間内に形成された疑似固形体が
回転円盤の回転によるすり剪断によって剪断方向に破壊
され、これによって剪断面に位置している被粉砕粒子が
２つに分割されることによる粉砕処理が実行され、従来
の被粉砕粒子の両面剥離による粉砕処理では得ることが
困難であった粒子径３μｍ以下にまで粉砕される。

【００３１】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、上記圧力検出手段は、上記駆動手段に供給
される電力量を検出するものであることを特徴とするも
のである。

【００３２】この発明によれば、回転円盤の回転トルク
は、駆動手段に供給される電力量に比例し、また、回転
円盤の回転トルクは、粉砕空間内に押し込められた被粉
砕粒子に加えられる圧力に比例するため、結局、被粉砕
粒子に対する押圧力は、駆動手段に供給される電力量
（電圧が一定の場合は電流値）に比例することになり、
電力量を検出することで被粉砕粒子に加えられる圧力を
検出することが可能になる。

【００３３】そして、電力量は、所定の計器を用いて容
易に検出することが可能であるため、粉砕空間内の被粉
砕粒子に加えられる圧力を直接検出する場合に比較し、
圧力検出が容易になる。

【００３４】請求項６記載の発明は、請求項４または５
記載の発明において、上記固定円盤には、熱媒体を流通
させる熱媒体通路が設けられていることを特徴とするも
のである。

【００３５】この発明によれば、固定円盤に設けられた
熱媒体通路に熱媒体を流通させることにより、粉砕空間
内の被粉砕粒子の温度調節が可能になる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る微粉砕装置
の一実施形態を示す断面図である。この図に示すよう
に、微粉砕装置１は、中央部に位置した装置本体２と、
この装置本体２の上部に敷設された原料供給機構３と、
上記装置本体２を長手方向に貫通した回転軸体４と、こ
の回転軸体４の先端側に同心で並設された複数の回転円
盤（第１〜第４回転円盤５１〜５４）からなる回転円盤
群５と、各回転円盤５１〜５４を取り囲むように設けら
れた複数の剪断シリンダ（第１〜第４剪断シリンダ６１
〜６４）からなる剪断シリンダ群６と、各回転円盤に対
向するように配設された複数の固定円盤（第１〜第３固
定円盤７１〜７３）からなる固定円盤群７と、隣接する
回転円盤間に同心で介設される中間スクリュー８と、装
置を全体的に運転制御する制御装置９とを備えた基本構
成を有している。

【００３７】上記回転円盤群５、剪断シリンダ群６およ
び固定円盤群７を構成する各円盤（第１〜第４回転円盤
５１〜５４、第１〜第４剪断シリンダ６１〜６４および
第１〜第３固定円盤７１〜７３）が同心で交互に積層さ
れた状態で、複数本のタイロッド２０（図１には１本の
みが示されている）が貫通されて装置本体２に固定され
ることにより、微粉砕装置１における砕料Ｍを（粉砕原
料）を微粉砕する部分が形成されている。そして、上記
回転円盤群５の外面と剪断シリンダ群６の内面との間、
および回転軸体４の略中央部より先端側と回転円盤群５
との間に形成される環状隙間部分に、回転軸体４の基端
側から送り込まれた砕料Ｍを粉砕する粉砕空間Ｓ２が形
成されている。

【００３８】上記装置本体２は、回転軸体４を同心で内
装し得るように円筒状に形成されている。かかる装置本
体２の内周面と回転軸体４の外周面との間の環状隙間に
原料供給機構３から供給された砕料Ｍを収容して上記粉
砕空間Ｓ２に送り込む砕料送込み空間Ｓ１が形成されて
いる。また、装置本体２の基端側（図１の右方）には、
回転軸体４を軸心回りに回転させる駆動装置２１が設け
られている。この駆動装置２１の駆動軸２２は、その先
端部が回転軸体４の基端側に同心で固定され、これによ
って駆動装置２１の駆動による駆動軸２２の軸心回りの
駆動回転が回転軸体４に直接伝達されるようになってい
る。

【００３９】上記原料供給機構３は、駆動装置２１の直
上に設けられた原料ホッパー３１と、この原料ホッパー
３１の底部に前方に延びるように付設された上記回転軸
体４と平行なスクリューフィーダー３２と、このスクリ
ューフィーダー３２の前端部と上記装置本体２との間に
介設された上下方向に延びる原料投入筒３３とからなっ
ている。原料投入筒３３は、その下端部が装置本体２の
中央上部に穿設された原料投入口２３に嵌め込まれ、ス
クリューフィーダー３２の駆動で原料ホッパー３１から
切り出された砕料Ｍは、原料投入筒３３および原料投入
口２３を介して装置本体２の砕料送込み空間Ｓ１に順次
装填されるようになっている。

【００４０】図２は、回転軸体４の一実施形態を示す一
部破断側面図であり、（イ）は、スプライン軸４３が固
定円盤を３基、回転円盤を４基装着し得る長さ寸法（Ｌ
１）に設定された例、（ロ）は、スプライン軸４３が固
定円盤を１基、回転円盤を２基装着し得る長さ寸法（Ｌ
２）に設定された例をそれぞれ示している。因みに、図
２の（イ）は、図１に示す微粉砕装置１に対応したもの
である。

【００４１】図２に示すように、回転軸体４は、駆動軸
２２の端面に同心で固定される筒状のフィードスクリュ
ー４１と、基端側がこのフィードスクリュー４１に同心
で内嵌されて駆動軸２２に固定されるとともに、先端側
がフィードスクリュー４１から外方に突出したスプライ
ン軸４３とからなっている。

【００４２】上記フィードスクリュー４１は、その外周
面に螺設された螺旋条４２を有している。この螺旋条４
２の外径寸法は、装置本体２の内径寸法より僅かに小さ
く寸法設定されて螺旋条４２の外周面が装置本体２の内
周面に摺接した状態になっている。従って、駆動装置２
１の駆動でフィードスクリュー４１が回転することによ
り、砕料送込み空間Ｓ１に装填された砕料Ｍは、螺旋条
４２に押圧誘導されて下流側（図１の左方）に順次移動
し、粉砕空間Ｓ２に供給されるようになっている。

【００４３】上記スプライン軸４３は、上記回転円盤群
５が同心で外嵌されるものであり、外周面に周方向等ピ
ッチで突設された長手方向に延びる複数本のスプライン
条４４を有している。かかるスプライン軸４３の先端面
には一体に同心で突設された雄ねじ４５が設けられ、回
転円盤群５が、隣接する回転円盤間に中間スクリュー８
を介してスプライン軸４３に外嵌された状態で雄ねじ４
５にナット４６が螺着締結されることにより、回転円盤
群５および中間スクリュー８の回転軸体４に対する装着
状態が確実なものになるようにしている。

【００４４】そして、スプライン軸４３に対する回転円
盤の装着数および回転円盤と対をなす固定円盤の装着数
は、スプライン軸４３の長さ寸法を変更することによっ
て調節することができる。

【００４５】回転円盤および固定円盤の装着数は、砕料
Ｍの性状（砕料Ｍが粉砕し難い硬いものであるのか、粉
砕し易い軟らかいものであるのか等）や要求される粉砕
物の粒度等によって決められる。そして、回転円盤およ
び固定円盤の装着数が設定されると、これに合わせてス
プライン軸４３の長さ寸法が決められるのである。

【００４６】すなわち、本発明の微粉砕装置１で微粉砕
される被粉砕物の材質は定まらず、従って、被粉砕物の
剪断破壊応力も変わる。これに対応する手段として剪断
粉砕を行う固定円盤と回転円盤との組合せ数を変えるこ
とが要求される。図２の（イ）および（ロ）は、このこ
とを説明するために例示したものであり、本願発明は、
スプライン軸４３の長さ寸法が図２の（イ）のＬ１、お
よび図２の（ロ）のＬ２の２種類のみであることに限定
されるものではなく、状況に応じて各種の長さ寸法のス
プライン軸と差し替えることが可能である。そして、こ
の差し替えによって所望の固定円盤と回転円盤との組合
せ数に自由に対応することができるのであり、こうする
ことで微粉砕装置１を非常に汎用性に富んだものにする
ことができる。

【００４７】以下、図３〜図５を基に回転円盤および固
定円盤について説明する。図３は第１回転円盤および第
１固定円盤を、図４は第２回転円盤および第２固定円盤
を、図５は第３および第４回転円盤並びに第３固定円盤
をそれぞれ示す正面図（図１の上流側（右方）から下流
側に向かって見た図）である。これらの図において、
（イ）は回転円盤、（ロ）は固定円盤をそれぞれ示して
いる。これら回転円盤と固定円盤とは、図１に示すよう
に、互いに対向配置されるものである。

【００４８】まず、回転円盤群５のうち最上流側（図１
の最右側）に設けられる回転円盤が、図３の（イ）に示
す第１回転円盤５１であり、固定円盤群７のうち最上流
側に設けられるのが、図３の（ロ）に示す第１固定円盤
７１である。

【００４９】第１回転円盤５１は、外径寸法が第１剪断
シリンダ６１の内径寸法より若干小さく寸法設定された
円形に形成され、中心位置に上記スプライン軸４３に摺
接状態で嵌め込まれる装着孔５５が穿設されている。装
着孔５５の内周面にはスプライン軸４３のスプライン条
４４に対応した複数の係止凹部５５ａが凹設され、各係
止凹部５５ａが対応したスプライン条４４に外嵌される
ことによって第１回転円盤５１がスプライン軸４３と同
心で共回りし得るようになっている。

【００５０】かかる第１回転円盤５１の表裏面には、略
中心位置から外方に向かって径方向に対し若干斜めに延
びる山部５６が形成されているとともに、隣接する山部
５６間に砕料Ｍを密充填するためのキャビティ５７が形
成されている。本実施形態においては、第１回転円盤５
１には６つの山部５６が形成されているとともに、これ
に対応してキャビティ５７は６つ形成されている。

【００５１】また、第１回転円盤５１の外周面には、周
方向に所定ピッチで突設された鋸歯状を呈する複数の鋸
歯突起５６ａが山部５６に対応して設けられている。こ
の鋸歯突起５６ａは、時計方向に向けて径寸法が漸増す
るように形成され、その径方向の頂部５６ｂが山部５６
の先端と一致するようにピッチ数が設定されている。そ
して、鋸歯突起５６ａの頂部５６ｂは、図１に示すよう
に、側面視で回転軸体４の軸心に対して斜めに形成さ
れ、第１回転円盤５１が回転軸体４回りに回転すること
によって砕料Ｍが鋸歯突起５６ａの頂部５６ｂの傾斜に
誘導されて下流側に向かうようになっている。

【００５２】第１固定円盤７１は、第１回転円盤５１に
対応し、かつ、第１回転円盤５１の外径寸法より若干大
きな径寸法を有している。かかる第１固定円盤７１の外
周には、外径寸法が上記剪断シリンダ６１〜６４の外径
寸法と等しい環状枠体７２０が一体に形成され、この環
状枠体７２０が隣接する第１および第２剪断シリンダ６
１，６２間に挟持されることによって、第１固定円盤７
１が、図１に示すように、剪断シリンダ間に装着されて
いる。また、環状枠体７２０には、上記タイロッド２０
を挿通するための周方向に等ピッチで穿設された複数の
締結孔７４が設けられている。

【００５３】かかる第１固定円盤７１には、その中心位
置に中間スクリュー８の外径寸法より僅かに大きい内径
寸法を有する挿通孔７５が穿設されている。この挿通孔
７５の内周面には、周方向で等ピッチに複数の鋸歯状を
呈した鋸歯凹部７５ａが凹設されている。各鋸歯凹部７
５ａは、時計方向に向けて径寸法が漸増するように形状
設定されている。

【００５４】また、第１固定円盤７１の表面側（図１に
おける上流側の面）には、隣接するもの同士が径方向に
向かって互いに直交する４つの山部７６が設けられてい
るとともに、周縁部には山部７６と面一の周縁堰部７７
が設けられている。そして、これら山部７６と周縁堰部
７７とに囲まれた部分に砕料Ｍを密充填するためのキャ
ビティ７８が凹設されている。

【００５５】かかる第１回転円盤５１および第１固定円
盤７１の構成によれば、駆動装置２１の駆動による第１
回転円盤５１のスプライン軸４３回りの共回りによって
キャビティ５７，７８に密充填された砕料Ｍは、キャビ
ティ５７，７８を区画する山部５６，７６の存在によっ
て第１回転円盤５１のキャビティ５７内のものと、第１
固定円盤７１のキャビティ７８内のものとに分けられ
る、いわゆるすり剪断によって二分されるため、このと
き両キャビティ５７，７８の境界位置にある砕料Ｍの被
粉砕粒子が分断されて粉砕される。

【００５６】なお、第１回転円盤５１の表裏面には鏡像
関係にある同一形状の山部５６およびキャビティ５７が
形成されているのに対し、第１固定円盤７１の裏面側に
はつぎに説明する第２固定円盤７２の表面側に設けられ
ているのと同一形状の山部７６、周縁堰部７７およびキ
ャビティ７８が設けられている。

【００５７】つぎに、回転円盤群５のうち最上流側（図
１の最右側）から２番目に設けられるものが、図４の
（イ）に示す第２回転円盤５２であり、固定円盤群７の
うち最上流側から２番目に設けられるのが、図４の
（ロ）に示す第２固定円盤７２である。第２回転円盤５
２および第２固定円盤７２は、いずれも基本的に第１回
転円盤５１および第１固定円盤７１と同一に構成されて
いるが、山部５６，７６の本数が第１回転円盤５１およ
び第１固定円盤７１のものより多く形成されている。具
体的には、第１回転円盤５１は山部５６が６つであるの
に対し、第２回転円盤５２では山部５６を２倍の１２本
にしている。また、第１固定円盤７１は山部７６が４つ
であるのに対し、第２固定円盤７２は山部７６を１２本
有している。

【００５８】第２回転円盤５２および第２固定円盤７２
によれば、第１回転円盤５１および第１固定円盤７１と
同一の作用が得られることに加え、キャビティ５７，７
８の容量が小さくなっているため、砕料Ｍの粉砕の進行
に応じたすり剪断作用による被粉砕粒子のより良好な粉
砕が実現する。

【００５９】なお、第２回転円盤５２の表裏面にも鏡像
関係にある同一形状の山部５６およびキャビティ５７が
形成されているのに対し、第２固定円盤７２の裏面側に
は第３固定円盤７３の表面側に設けられているのと同一
形状の山部７６、周縁堰部７７およびキャビティ７８が
設けられている。

【００６０】つぎに、回転円盤群５のうち最上流側（図
１の最右側）から３番目に設けられるものが、図５の
（イ）に示す第３回転円盤５３であり、固定円盤群７の
うち最上流側から３番目に設けられるのが、図５の
（ロ）に示す第３固定円盤７３である。砕料Ｍが第３回
転円盤５３および第３固定円盤７３間に到達したときに
は、上流側の回転円盤および固定円盤による粉砕で被粉
砕粒子の粒径が相当小さくなっており、これに対応する
ために第３回転円盤５３および第３固定円盤７３に形成
されるキャビティ５７，７８は、互いに対向した複数条
の溝によって形成されている。その他の構成は先のもの
と同様である。また、第４回転円盤５４は、第３回転円
盤５３と全く同一に構成されている。

【００６１】以下、図６および図７を基に、回転円盤群
５、剪断シリンダ群６および固定円盤群７についてさら
に説明する。図６は、図１に示す微粉砕装置１の装置本
体２より若干先端側の部分図である。また、図７は、図
６の紙面に直交する方向の断面図であり、（イ）は、Ａ
−Ａ線断面図、（ロ）は、Ｂ−Ｂ線断面図、（ハ）は、
Ｃ−Ｃ線断面図である。図６では、固定円盤群７のうち
第２固定円盤７２を代表させて中央に示している。

【００６２】まず、図６および先の図１に示すように、
各固定円盤７１〜７３（図６では第２固定円盤７２のみ
を示している）には、加熱用または冷却用の熱媒体を通
す環状の熱媒体通路７９が設けられているとともに、剪
断シリンダ６１〜６４（図６では第２および第３剪断シ
リンダ６２，６３のみを示している）にも、同様の熱媒
体通路６５が設けられている。因みに、熱媒体が加熱用
のものである場合は熱水あるいはスチームが熱媒体とし
て用いられ、同冷却用の場合は冷却水が熱媒体として用
いられる。

【００６３】各剪断シリンダ６１〜６４には、図７の
（イ）および（ハ）に示すように、外部から熱媒体通路
６５に連通した熱媒体供給孔６５ａおよび熱媒体排出孔
６５ｂが設けられているとともに、各固定円盤７１〜７
３にも、図７の（ロ）に示すように、外部から熱媒体通
路７９に連通した熱媒体供給孔７９ａおよび熱媒体排出
孔７９ｂが設けられ、適宜所定の熱媒体を熱媒体供給孔
６５ａ，７９ａから熱媒体通路６５，７９内に供給して
熱媒体排出孔６５ｂ，７９ｂから排出することにより、
内部の砕料Ｍの温度を調節し得るようになっている。

【００６４】各回転円盤５１〜５４の外周面に設けられ
た上記鋸歯突起５６ａの頂部５６ｂ（図３〜図５）は、
図６において左上がりの傾斜（本実施形態おいては捩じ
れ角が１５°〜４５°に設定されている）を備えて形成
され、回転円盤５１〜５４の周面に到達した砕料Ｍは、
回転円盤５１〜５４が回転することによりこの傾斜に誘
導されつつ下流側（図６の左方）に向けて移動するよう
になっている。また、中間スクリュー８の外周面には右
回りの螺条８１が設けられ、中間スクリュー８の外周面
に到達した砕料Ｍは、中間スクリュー８が回転すること
によりこの螺条８１に誘導されて下流側に向けて移動す
るようになっている。

【００６５】上記剪断シリンダ６１〜６４の内周面と回
転円盤５１〜５４の外周面との間には、０．１ｍｍ〜
３．０ｍｍの隙間が形成されているとともに、固定円盤
７１〜７３の表裏面と回転円盤５１〜５４の対向面との
間にも同様の隙間が形成されている。従って、砕料Ｍ
は、回転円盤５１〜５４および中間スクリュー８の回転
軸体４（スプライン軸４３）回りの共回りによって得ら
れる上記鋸歯突起５６ａおよび螺条８１に起因した推進
力により、これらの隙間を通って上流側（図１の右方）
から下流側に向かって順次移動するようになっている。

【００６６】特に、剪断シリンダ６１〜６４の内周面
は、図６に示すように（図６では第２および第３剪断シ
リンダ６２，６３のみを示している）、断面視で円弧状
を呈しているとともに、周方向には、図７の（イ）に示
すように、回転円盤５１〜５４の鋸歯突起５６ａに対応
して鋸歯状に形成された鋸歯凹部６６が形成され、この
部分に砕料Ｍが滞留することによって鋸歯突起５６ａと
鋸歯凹部６６との間で繰り返しのすり剪断を受け、確実
な微粉砕が達成されるようになっている。

【００６７】そして、剪断シリンダ６１〜６４の内周面
が断面視（剪断シリンダ６１〜６４の孔心を通り、か
つ、孔心と平行で径方向に向かうことによって形成され
る面に沿うように剪断シリンダ６１〜６４を切断した場
合の断面視）で円弧状を呈していることにより、回転円
盤５１〜５４の外周面と剪断シリンダ６１〜６４の内周
面との隙間に供給された被粉砕粒子は、上記円弧状の内
周面に案内されて円滑に下流側に向かって移動し、隣接
する固定円盤７１〜７３の壁面との間に形成された角部
に被粉砕粒子が堆積して押し固められるような不都合を
確実に防止することができる。

【００６８】すなわち、従来の剪断シリンダの内周面
は、断面視で直線状に形成されていたため、隣接する固
定円盤７１〜７３の壁面との間に直角の角部が形成さ
れ、この直角の角部に被粉砕粒子が堆積して押し固めら
れ、この押し固められたものが時々剥離して被粉砕粒子
に混ざり込み、これによって被粉砕粒子の均質性が損な
われることがあるという不都合が存在したのであるが、
本実施形態においては、剪断シリンダ６１〜６４の内周
面を断面視で円弧状にして被粉砕粒子を誘導するように
したため、被粉砕粒子が角部に堆積するような従来の不
都合が回避されるようになったのである。

【００６９】ついで、図７の（ロ）におよび（ハ）に示
すように、固定円盤７１〜７３の内周面には、中間スク
リュー８の螺条８１に対応した鋸歯凹部７０が周方向に
等ピッチで設けられ、この部分にも砕料Ｍが滞留するこ
とによって鋸歯突起５６ａと鋸歯凹部６６との間で繰り
返しのすり剪断を受け、確実な微粉砕が達成されるよう
になっている。

【００７０】図８は、回転円盤と固定円盤との隙間ある
いは回転円盤と剪断シリンダとの隙間に供給された砕料
Ｍがすり剪断作用を受ける状態を説明するための概念図
である。なお、図８では、固定側の粉砕部材（すなわち
剪断シリンダ群６および固定円盤群７）を固定側粉砕部
材１１と表現し、回転側の粉砕部材（すなわち回転円盤
群５）を回転側粉砕部材１２と表現している。

【００７１】図８に示すように、固定側粉砕部材１１の
回転側粉砕部材１２に対する対向面（固定側対向面１１
ａ）には、所定ピッチで砕料Ｍを装填するための円弧状
の固定側凹部１１ｂ（固定円盤７１〜７３のキャビティ
７８（図３〜図５）または剪断シリンダ６１〜６４の鋸
歯凹部６６（図７の（イ）および（ハ））に相当）が複
数凹設されている一方、回転側粉砕部材１２の固定側粉
砕部材１１に対する対向面（回転側対向面１２ａ）に
は、固定側凹部１１ｂと同一ピッチで回転側凹部１２ｂ
（回転円盤５１〜５４の鋸歯突起５６ａ間の窪み部分
（図３〜図５の（イ）に相当）が凹設されている。

【００７２】回転側粉砕部材１２は、図８に矢印で示す
ように、固定側粉砕部材１１に対して左方から右方に向
けて移動するようになっている。固定側凹部１１ｂは、
固定側対向面１１ａから回転側粉砕部材１２の移動方向
に向けて緩やかな傾斜で凹没し固定側緩傾斜部１１ｃ
と、底部から急激な傾斜で立ち上がった固定側急傾斜部
１１ｄとを備えて形成されている。また、回転側凹部１
２ｂは、上記固定側凹部１１ｂとは逆に、回転側対向面
１２ａから回転側粉砕部材１２の移動方向に向けて急に
凹没した回転側急傾斜部１２ｄと、これに続く回転側緩
傾斜部１２ｃとを備えて形成されている。

【００７３】このような各凹部１１ｂ，１２ｂの形状に
よって、砕料Ｍを挟んで固定側緩傾斜部１１ｃと回転側
緩傾斜部１２ｃとが対向するとともに、固定側急傾斜部
１１ｄと回転側急傾斜部１２ｄとが対向するようになっ
ている。そして、本実施形態においては、固定側対向面
１１ａと回転側対向面１２ａとの間の隙間寸法ｔは、
０．１ｍｍ〜３．０ｍｍに寸法設定されている。

【００７４】かかる粉砕部材１１，１２の構成によれ
ば、回転側粉砕部材１２を矢印方向に移動（回転）させ
ることにより、各凹部１１ｂ，１２ｂに嵌まり込んでい
る砕料Ｍは、回転側急傾斜部１２ｄと固定側急傾斜部１
１ｄとの間で押圧されて圧縮された状態になるととも
に、強度な圧縮処理が施されながら下流側に向かって順
次移動する。

【００７５】この移動のメカニズムは、以下の通りであ
る。すなわち、例えば図４の第２回転円盤５２および第
２固定円盤７２を例に挙げて説明すると、第２回転円盤
５２に形成された凹部であるキャビティ５７と凸部であ
る山部５６との境界線位置に存在するフライト部（砕料
Ｍを欠き取るスクレーパーの役割を果たす角になってい
る部分）と、同第２固定円盤７２のフライト部とがそれ
ぞれ所定の角度で互いに交差するように設定されている
ことにより、第２回転円盤５２の回転によって交差位置
（各スクレーパーの交点）が移動し、この交点の移動に
よって第２回転円盤５２の回転力は上記所定の角度に応
じた径方向に向かう分力として砕料Ｍに作用し、これに
よって砕料Ｍが上流側から下流側に向かって移動するの
である。

【００７６】上記制御装置９は、微粉砕装置１の運転を
総括的に制御するものであり、いわゆるマイクロコンピ
ュータによって構成されている。微粉砕装置１には、運
転を行う上で必要な各種のデータを検出するセンサが各
所に設けられ、これらのセンサが検出した検出信号が逐
一制御装置９に入力されるとともに、この検出信号に基
づく制御信号が微粉砕装置１を構成している各種の機器
に向けて出力され、これによる機器の駆動で微粉砕装置
１は正常に操業されるようになっている。

【００７７】特に、本発明に係るものとして、図１に示
すように、電源装置９２を介して駆動装置２１に供給さ
れる電流を検出する電流計９１が、粉砕空間Ｓ２内で砕
料Ｍが受ける圧力を検出するための本発明に係る圧力検
出手段として採用されている。そして、制御装置９は、
電流計９１が検出した電流値に基づいて電源装置９２に
向けて制御信号を出力し、電源装置９２は、この制御信
号に基づいて駆動装置２１に供給する電力量を制御する
ようになっている。本実施形態においては、電流計９１
は、粉砕空間Ｓ２内に装填された砕料Ｍが受ける圧力を
検出する圧力センサとして使用されている。

【００７８】因みに、粉砕空間Ｓ２内で砕料Ｍが受ける
圧力を、電源装置９２から駆動装置２１に供給される電
力の電流値で検出するようにした理由は、以下のとおり
である。すなわち、粉砕空間Ｓ２内に充填された砕料Ｍ
に加わる圧力は回転円盤群５の回転に起因しており、粉
砕空間Ｓ２内に対する砕料Ｍの詰まり具合が低いとき
（すなわち砕料Ｍが受ける圧力が低いとき）には、回転
円盤群５の回転に対する負荷トルクが小さいのに対し、
同詰まり具合が高いとき（すなわち砕料Ｍが受ける圧力
が高いとき）は回転円盤群５の回転に対する負荷トルク
が大きくなる。従って、回転円盤群５が回転するのに要
する電力量は砕料Ｍの粉砕空間Ｓ２に対する詰まり具
合、すなわち、砕料Ｍが回転円盤群５の回転によって受
ける圧力に比例することになる。従って、電力量すなわ
ち電流値を検出することによって粉砕空間Ｓ２内で砕料
Ｍが受ける圧力を知ることができるのである。

【００７９】具体的には、電流計９１からの検出信号
が、予め設定された電流値より低いときには、制御装置
９から電源装置９２に向けてより大きな電力を駆動装置
２１に供給するように制御信号が出力される一方、同検
出信号が、予め設定された電流値より高いときには、制
御装置９から電源装置９２に向けて電力供給量を抑える
制御信号が出力されるようになっている。

【００８０】また、微粉砕装置１の最下流側（図１にお
ける微粉砕装置１の左端部）には、第４回転円盤５４を
通って系外に排出される粉砕物の排出量を検出する粉砕
物センサ９３が設けられている。そして、この粉砕物セ
ンサ９３が検出した粉砕物の排出量は逐一制御装置９に
入力され、制御装置９は、この検出信号に基づいて原料
供給機構３に向けて砕料Ｍの切出し量を粉砕物の排出量
と同一にするための制御信号を出力する。これによって
微粉砕装置１は、砕料Ｍの供給量と粉砕物の排出量とが
常にバランスした状態で運転されることになる。

【００８１】なお、微粉砕装置１の運転において制御装
置９は必須のものではなく、電流計９１を目視観察しな
がら電源装置９２を手動で操作したり、微粉砕装置１か
ら排出される粉砕物を逐一実測しながら原料供給機構３
を手動で操作して砕料Ｍの供給量と粉砕物の排出量とを
バランスさせる等、いわゆるマニュアル操作によって微
粉砕装置１を運転してもよい。

【００８２】以上詳述した本実施形態の微粉砕装置１に
よれば、原料ホッパー３１（図１）に所定量の砕料Ｍを
装填した後、原料供給機構３を駆動するとともに、電源
装置９２からの電力を駆動装置２１に供給して駆動軸２
２を回転させる。そうすると原料ホッパー３１内の砕料
Ｍは、スクリューフィーダー３２の駆動によって原料投
入筒３３を介して砕料送込み空間Ｓ１内に供給され、こ
こで駆動軸２２と同心で共回りしているフィードスクリ
ュー４１の螺旋条４２に誘導されて粉砕空間Ｓ２に向け
て送り込まれる。

【００８３】粉砕空間Ｓ２に送り込まれた砕料Ｍは、ま
ず第１回転円盤５１のスプライン軸４３（図２）回りの
回転によって、第１剪断シリンダ６１および第１固定円
盤７１間の隙間を擦り抜けて第２回転円盤５２に到達
し、順次同様にして第２回転円盤５２、第３回転円盤５
３および第４回転円盤５４を通過して系外に排出される
ことになる。

【００８４】そして、運転当初は粉砕空間Ｓ２内に砕料
Ｍが詰まった状態になっていないことから、回転円盤群
５の回転によって粉砕空間Ｓ２を素通りする状態になる
が、この状態では、回転円盤群５の回転に対する負荷が
定常状態よりも低いため、回転円盤群５が回転するのに
多くの電力を要さない。従って、電流計９１が検出した
電流値は予め設定された電流値より小さい値になってお
り、制御装置９は、電源装置９２に電力供給量アップの
制御信号を出力する。

【００８５】これによって回転円盤群５の回転数がアッ
プされ、砕料Ｍの粉砕空間Ｓ２への送り出し量が増大す
ることで砕料Ｍが粉砕空間Ｓ２内に順次押し込められて
いき、回転円盤群５の回転負荷が徐々に増大していく。
そして、ついには粉砕空間Ｓ２内に砕料Ｍが押し固まっ
た疑似固形物が形成された状態になる。この状態になる
と電流計９１が検出した電流値が予め設定された電流値
に到達し、この電流値が維持されるように制御装置９に
よるフィードバック制御が機能して、以後、回転円盤群
５は、所定の回転数が維持された定常状態になる。この
状態で第４回転円盤５４から製品としての粉砕物が連続
的に系外に導出される。

【００８６】つぎに、本発明に係る粉砕方法について説
明する。本実施形態においては、本発明の粉砕方法の実
施に先に説明した微粉砕装置１を利用している。すなわ
ち、本発明の粉砕方法は、予め設定された設定圧力にな
るように砕料（被粉砕粒子）Ｍを、対向した各粉砕部材
（回転円盤群５および固定円盤群７）の各凹部（図８に
示す回転側凹部１２ｂおよび固定側凹部１１ｂ）を備え
て形成された粉砕空間に押し込み、これによって各凹部
内に疑似固形体を形成した状態で、各粉砕部材を逆方向
に相対移動させるものである。

【００８７】具体的には、先に説明したように、原料ホ
ッパー３１からスクリューフィーダー３２および原料投
入筒３３を介して砕料送込み空間Ｓ１（図１）に装填さ
れた砕料Ｍを、駆動装置２１の駆動によるフィードスク
リュー４１の回転によって螺旋条４２に誘導させながら
回転円盤５１〜５４と、剪断シリンダ６１〜６４および
固定円盤７１〜７３との間の隙間、すなわち粉砕空間Ｓ
２に圧入し、この粉砕空間Ｓ２における回転円盤群５の
回転によって各凹部１１ｂ，１２ｂ（図８）に押し固め
られて形成した砕料Ｍからなる疑似固形体を、固定側凹
部１１ｂと回転側凹部１２ｂとの間の境界線上に位置し
た剪断面を境にして剪断し、これによって、あたかも固
形体が剪断で破壊されるように、剪断面に位置した被粉
砕粒子そのものが破壊されて微粉砕処理が行われるので
ある。

【００８８】すなわち、本発明の粉砕方法は、砕料Ｍを
密閉空間に大きな圧力で押し込めて一旦疑似固形体をつ
くり、この疑似固形体を剪断することによって疑似固形
体を構成する被粉砕粒子を粉砕するものであり、開放空
間で砕料Ｍに粉砕のためのエネルギーを付与する従来の
方法とは、その粉砕メカニズムが根本的に相違するので
ある。

【００８９】このことは、以下に説明するクーロンの摩
擦の法則から明らかである。すなわち、クーロンの摩擦
の法則は、粉体層が同径の球形粒子をもって六方最密充
填状態にあるとき、この粉体層にすり剪断が作用する
と、一旦四方充填になって体積が膨張するが、再び加圧
すると六方最密充填状態に戻る、いわゆるダイラタンシ
ー現象における、膨張時の粉体層に作用する剪断応力を
計算する式であり、以下の式で表される。τｉ＝σｖ・
ｔａｎΦｉ＋Ｃ＝σｖ・μｉ＋Ｃ…ここに、τｉはす
り剪断応力、σｖは粉体層に加えられる加圧応力、Φｉ
は各粒子に生じる内部摩擦角、μｉは各粒子の摩擦係
数、Ｃは付着力（静電気による吸引力、液架橋力および
ファン・デル・ワールス力の合計の力）である。

【００９０】しかし、式において、粉体層に加圧応力
σｖを逐次高めながらすり剪断力を加えていくと、粉体
粒子同士の滑り運動が止まる、いわゆるダイラタンシー
現象の停止が起こり、粉体層が擬似固形体になる。

【００９１】キャビティ内で擬似固形体になった被粉砕
粒子は、回転円盤と固定円盤とが対向した境界位置に形
成されるすり剪断面Ｓで回転円盤の回転力に起因した摩
擦摩耗現象により微粉砕される。

【００９２】従って、従来は、被粉砕粒子が自由に動け
るという事項を前提として粉砕方法や粉砕装置が構築さ
れており、動かなくなってしまった粒子が粉砕され得る
という発想すら存在しなかったということができる。し
かも、被粉砕粒子が移動可能な粉砕空間内で被粉砕粒子
に連続的に粉砕処理を施すと、先の解決課題の欄で説明
したように、平均粒径が３μｍ以下のものにすることが
できないのである。

【００９３】そこで、本発明においては、従来の常識を
覆し、上記式によらずに被粉砕粒子を粉砕空間Ｓ２内
に閉じ込め、動かなくして粉砕空間Ｓ２内に多くの被粉
砕粒子で疑似固形体を形成し、この疑似固形体を剪断す
ることによって剪断面に位置している粒子を破壊し、こ
れを繰り返すことによって粉砕処理を行うようにしたの
である。

【００９４】図９は、本発明方法を説明するための模式
化した説明図であり、（イ）は、固定側粉砕部材１１お
よび回転側粉砕部材１２の各凹部１１ｂ，１２ｂが互い
に対向した状態、（ロ）は、回転側粉砕部材１２の移動
によって各凹部１１ｂ，１２ｂが互いにずれた状態をそ
れぞれ示している。なお、この図においては、説明を容
易にするために各対向面１１ａ，１２ａ間の隙間寸法
は、被粉砕粒子Ｘの径寸法より小さく描いている。

【００９５】まず、多くの被粉砕粒子Ｘが、図９の
（イ）に示すように、最密充填状態（すなわち疑似固形
体が形成された状態）で固定側粉砕部材１１および回転
側粉砕部材１２の各凹部１１ｂ，１２ｂによって形成さ
れた粉砕空間Ｓ２内に充填されている。この状態で、各
粉砕部材１１，１２の粉砕空間Ｓ２内には、剪断面Ｓを
横断するように被粉砕粒子Ｘが存在している。図９の
（イ）では、被粉砕粒子Ｘは、その中心より径方向に所
定距離だけ隔たった部分が剪断面Ｓ上に位置するように
描いている。

【００９６】この状態で、回転側粉砕部材１２を矢印で
示すように右方に移動させると、粉砕空間Ｓ２内の各被
粉砕粒子Ｘは疑似固形体になっているため、図９の
（ロ）に示すように、剪断面Ｓ上に位置した上下の被粉
砕粒子Ｘは剪断面Ｓから外方に突出した部分がそれぞれ
剪断され（図中、粉砕片を円弧形状の破片で示してい
る）、この強制的な剪断処理によって粉砕が行われる。
この剪断は、剪断面Ｓを境にして起こり得るものである
ため、従来の上記式の剪断応力τｉに基づく粒子表面
が剥がされるような粉砕メカニズムに比べて粒子を小さ
くする効果は極めて大きく、このことが、本発明方法に
より従来では達成し得なかった平均粒子径を３μｍ以下
にまで微粉砕することができる理由である。

【００９７】なお、粉砕空間Ｓ２内の被粉砕粒子Ｘに
は、上流側の砕料Ｍを介したフィードスクリュー４１
（図１）の回転による螺旋条４２からの押圧力、および
回転側粉砕部材１２の回転による回転側急傾斜部１２ｄ
（図８）からの押圧力が付与されるため、粉砕空間Ｓ２
内の被粉砕粒子Ｘは、これらの押圧力によって各瞬間に
は疑似固形体を形成しつつも緩やかに位置を変えつつ下
流側に向かって移動し、これによって連続的な粉砕処理
が施されながら微粉砕されることになる。

【００９８】そして、本実施形態においては、図１に示
す微粉砕装置１において、粉砕空間Ｓ２に供給される砕
料Ｍが、粉砕空間Ｓ２内で疑似固形体になるに必要な押
圧力で押圧される。ところで、砕料Ｍを粉砕空間Ｓ２内
に供給するフィードスクリュー４１の砕料供給速度をＦ
１（ｍ³／ｍｉｎ）、粉砕空間Ｓ２に供給される前の砕
料Ｍの密度（処理前密度）をε１（ｋｇ／ｍ³）、粉砕
空間Ｓ２内における砕料Ｍの移動速度をＦ２（ｍ³／ｍ
ｉｎ）、および砕料Ｍの粉砕空間Ｓ２内の密度（粉砕空
間内密度）をε２（ｋｇ／ｍ³）とした場合、Ｆ１×ε１＝Ｆ２×ε２… が成立する。式を変形して粉砕空間内密度ε２を求め
ると、 ε２＝ε１×（Ｆ１／Ｆ２）… となる。

【００９９】式は、砕料Ｍの処理前密度ε１が一定で
あると仮定して、（Ｆ１／Ｆ２）の値を大きくすること
により砕料Ｍの粉砕空間内密度ε２を大きくすることが
できることを示している。（Ｆ１／Ｆ２）の値を大きく
しようとすれば、砕料供給速度Ｆ１の値を大きくする一
方、粉砕空間内砕料移動速度Ｆ２の値を小さくすればよ
い。砕料供給速度Ｆ１の値を大きくするためには、駆動
装置２１に供給する電力量を多くしてフィードスクリュ
ー４１の回転数を上げればよく、粉砕空間内砕料移動速
度Ｆ２の値を小さくするためには、回転円盤５１〜５
４、剪断シリンダ６１〜６４および第３固定円盤７３の
各凹部１１ｂ，１２ｂ（図８）の形状設定を適切に行
い、粉砕空間Ｓ２内での滞留時間をできるだけ長くする
ようにすればよい。

【０１００】そして、本発明においては、回転円盤５１
〜５４、剪断シリンダ６１〜６４および第３固定円盤７
３の各凹部１１ｂ，１２ｂの形状を図８に示すように設
定し、これによって所定の条件範囲では粉砕空間内砕料
移動速度Ｆ２が一定になるようにした上で、予め設定さ
れた電力量になるように駆動装置２１に供給される電力
量（すなわちエネルギー量）を制御し、これによって粉
砕空間Ｓ２内に多くの被粉砕粒子Ｘが圧縮されて形成し
た疑似固形体をつくり出すようにしている。

【０１０１】以上詳述したように、本発明の粉砕方法に
よれば、砕料Ｍをフィードスクリュー４１の回転および
回転円盤５１〜５４の回転で予め設定された設定圧力に
なるように粉砕空間Ｓ２に押し込んだ状態で、各回転円
盤５１〜５４の回転によって各凹部１１ｂ，１２ｂ（図
８）内で疑似固形体になっている砕料Ｍの剪断面におけ
る被粉砕粒子Ｘを剪断破壊させ、これによって砕料Ｍを
粉砕するようにしているため、このときのすり剪断作用
により剪断面に位置した被粉砕粒子Ｘは、粉砕空間Ｓ２
内で他への逃げ場がないことから破壊されて粉砕され、
かかる操作が粉砕空間Ｓ２内で繰り返されることにより
被粉砕粒子Ｘを確実に粉砕することができる。

【０１０２】

【実施例】（実施例１）図１に示す微粉砕装置１を用い
て籾殻を粉砕した。微粉砕装置１は、５．５ｋｗ定格電
流２１Ａの駆動モータを備えた駆動装置２１を有してい
る。また、スクリューフィーダー３２はスクリュー径が
７５ｍｍに寸法設定されているとともに、フィードスク
リュー４１はスクリュー径が９０ｍｍに寸法設定されて
いる。

【０１０３】微粉砕装置１を運転するに先立って剪断シ
リンダ６１〜６４および固定円盤７１〜７３の各熱媒体
通路６５，７９に１０℃〜２０℃の冷却水を流通し、操
業時に剪断シリンダ群６、固定円盤群７および中間スク
リュー８が摩擦熱により過加熱することを防止するよう
にした。同時に原料ホッパー３１に粉砕原料である籾殻
を装填し、粉砕処理の準備が完了した。

【０１０４】ついで、駆動装置２１に電源装置９２から
の電力を供給するとともに、原料供給機構３にも電力を
供給し、これによってフィードスクリュー４１およびス
クリューフィーダー３２をそれぞれ軸心回りに回転駆動
した。これによって原料ホッパー３１内の籾殻はスクリ
ューフィーダー３２によって順次切り出され、原料投入
筒３３を介してフィードスクリュー４１が回転している
砕料送込み空間Ｓ１に順次投入される状態になった。砕
料送込み空間Ｓ１内に供給された籾殻は、フィードスク
リュー４１の回転で螺旋条４２に誘導されつつ順次下流
側に向けて移送され、回転円盤群５が回転している粉砕
空間Ｓ２内に押し込まれていった。

【０１０５】当初、回転円盤群５の回転数を非常に緩や
かな５回転／分（ｒｐｍ）に設定したため、籾殻は粉砕
空間Ｓ２内を単に通過するだけに留まり、粉砕されずに
第４剪断シリンダ６４から外部に排出された。このとき
駆動装置２１に供給された電流の値を電流計９１によっ
て確認したところ、無負荷状態と同一の３．５Ａであっ
た。

【０１０６】つぎに、駆動装置２１への供給電流を順次
増やしていき、フィードスクリュー４１の回転数を徐々
に上げていったところ、電流値が１５Ａになった時点で
粉砕の開始されることが確認された。そして、電流値が
１９Ａに到達した時点でフィードスクリュー４１の回転
が安定し、定常的に籾殻の粉砕処理が行われる状態にな
った。この状態での第４剪断シリンダ６４からの微粉砕
物の吐出量は、５．４ｋｇ／ｈｒであった。

【０１０７】上記籾殻の微粉砕物の所要量を試料として
採取し、その粒度を測定した。粒度測定には、島津製作
所製のＳＡＬＤ−２０００−９８Ａ２型の粒度分布計を
採用した。測定結果である粒度分布は、図１０の粒度分
布グラフに示す通りである。このグラフから、籾殻は、
９９．６０％が３．０μｍ以下に微粉砕され、９５．６
３％が１．０μｍ以下に微粉砕され、さらに、７２．３
１％が０．５μｍ以下に微粉砕されていることが確認さ
れた。これによって、本発明方法および装置が優れたも
のであることを確認することができた。（実施例２）パルプ製造用の原料となるセルロースを略
２０ｍｍ角に切断し、これを水槽の水中で攪拌して固ま
りを解し、その後、水分が１５％〜２０％になるまで脱
水処理したものを粉砕原料として使用して粉砕処理を施
した。用いた粉砕機は実施例１のものと同様のものであ
る。因みに、粉砕原料は、湿った繊維状のセルロースが
互いに絡まり合って綿ボール状になっていることから、
スクリューフィーダー３２を介して砕料送込み空間Ｓ１
に粉砕原料を投入することができないため、原料投入筒
３３の上部開口から粉砕空間Ｓ２内に直接投入した。

【０１０８】そして、最初はフィードスクリュー４１を
緩やかに回転させ、徐々に回転数を上げていく先の実施
例１と同様の操業方法を採用した。粉砕処理が安定した
定常状態では、駆動装置２１に供給される電流値は１９
Ａであることが確認された。このときの第４剪断シリン
ダ６４からの微粉砕物の吐出量は、３．８ｋｇ／ｈｒで
あった。

【０１０９】得られた微粉砕物の粒度分布を、実施例１
と同様の方法で測定した。測定結果は、図１１の粒度分
布グラフに示す通りである。このグラフから、セルロー
スは、９９．３２％が３．０μｍ以下に微粉砕され、９
２．１０％が１．０μｍ以下に微粉砕され、さらに、５
１．６４％が０．５μｍ以下に微粉砕されていることが
確認された。これによって、本発明方法および装置が優
れたものであることを確認することができた。

【０１１０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、擬似固形
体が形成される圧力になるように被粉砕粒子が粉砕空間
に押し込まれた状態で、各粉砕部材を逆方向に相対移動
させるようにしているため、粉砕空間に装填された被粉
砕粒子は、上記相対移動によって一方の凹部と他方の凹
部とに分断され、このときのすり剪断作用により剪断面
に位置した被粉砕粒子は、粉砕空間内に設定圧力で押し
込まれていることにより他への逃げ場がないことから破
壊されて粉砕され、かかる操作を繰り返すことにより被
粉砕粒子を確実に粉砕することができる。

【０１１１】また、被粉砕粒子が自由に移動し得る粉砕
空間で粉砕を行う従来の粉砕方法では、粉砕機器を稼働
させるために用いたエネルギーの大半が、被粉砕粒子間
の擦過により発生した熱エネルギーとして放逸してしま
う不都合が生じるが、請求項１の粉砕方法では、粉砕の
ために与えられたエネルギーの熱への転換を極力抑えた
上で３μｍ以下にまで微粉砕することが可能になり、エ
ネルギーコストの低減化にも貢献することができる請求
項２記載の発明によれば、連続的に供給される被粉砕粒
子のキャビティ内おける圧力が、擬似子形態が形成され
る圧力になるように粉砕空間に供給される被粉砕粒子の
供給量が制御されるため、供給された被粉砕粒子はキャ
ビティ内に押し込められ、これによって被粉砕粒子同士
が互いに重なり合って動かない状態にすることができ
る。

【０１１２】この粉砕空間内の高密充填状態の被粉砕粒
子からなる砕料が、回転円盤の回転による、回転円盤と
固定円盤との剪断方向に向いた相対移動によって分断さ
れるため、あたかも１つの固体が剪断方向に複数に剪断
されるのと同一の現象が出現し、このすり剪断によって
剪断面に位置していた被粉砕粒子を、キャビティ内で逃
げ場がないことにより有効に微粉砕することができる。
かかるすり剪断が回転円盤の回転により繰り返されるこ
とにより被粉砕粒子を連続的に微粉砕処理することがで
きる。

【０１１３】このように、請求項２の発明によれば、被
粉砕粒子を高密充填状態の疑似固形体にした上で、これ
を剪断方向に剪断して剪断面に位置した被粉砕粒子を分
断するようにしているため、各被粉砕粒子が互いに自由
に移動し得る粉砕空間において粉砕機器との間や被粉砕
粒子相互の圧縮作用、剪断作用および衝撃作用等により
被粉砕粒子を粉砕する従来の粉砕方法に比較し、より効
率的に微粉砕処理することが可能になり、従来の連続式
の粉砕方式では実現し得なかった粒径３μｍ以下にまで
被粉砕粒子を微粉砕することができる。

【０１１４】請求項３記載の発明によれば、操業初期に
は被粉砕粒子のケーシング内への導入量をケーシングか
ら導出される粉砕済み粒子の導出量より多くし、上記粉
砕空間内が擬似固形体を形成し得る圧力に到達した後、
ケーシングからの粉砕済み粒子の導出量とケーシングに
装填する被粉砕粒子の導入量とをバランスさせるように
したため、操業初期にはケーシング内に被粉砕粒子（砕
料）が充填されておらず、ケーシング内への砕料の導入
量を導出量より多くすることにより粉砕空間内に砕料を
速やかに充填することができる。そして、粉砕空間内が
擬似固形体を形成し得る圧力に到達すると、砕料のケー
シング内への導入量を微調整して導出量とバランスさせ
ることにより、擬似固形体が形成される圧力を確保した
上で砕料流通の定常状態を得ることができる。

【０１１５】請求項４記載の発明によれば、円筒状のケ
ーシングに同心で内装される環状の固定円盤と、この固
定円盤に同心で嵌挿され、かつ、駆動手段の駆動で軸回
りに回転する回転円盤と、回転円盤および固定円盤に形
成されたキャビティに被粉砕粒子を連続的に供給する砕
料供給手段と、粉砕空間内の被粉砕粒子に加えられる圧
力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検出
した検出圧力に基づいて被粉砕粒子に加えられる圧力が
擬似固形体形成圧力になるようにキャビティに供給され
る被粉砕粒子の供給量を制御する制御手段とを設けたた
め、制御手段は、圧力検出手段からの検出信号に基づい
てキャビティ内の被粉砕粒子が擬似固形体になっている
か否かを判別し、擬似固形体が得られていないときは粉
砕空間への被粉砕粒子の供給量を増加させる制御信号を
出力する一方、粉砕空間内が擬似固形体形成圧力を越え
たときには供給量を抑える制御信号を出力する、いわゆ
るフィードバック制御を実行し、これによって粉砕空間
内を常に擬似固形体形成圧力にすることができ、被粉砕
粒子を、同一の圧力条件の基で回転円盤の軸回りの回転
によるすり剪断作用で３μｍ以下に微粉砕することがで
きる。

【０１１６】請求項５記載の発明によれば、圧力検出手
段として駆動手段に供給される電力量を検出するものを
採用したため、電力量は、所定の計器を用いて容易に検
出することが可能であり、粉砕空間内の被粉砕粒子に加
えられる圧力を直接検出する場合に比較し、圧力検出を
容易に行うことができる。

【０１１７】請求項６記載の発明によれば、固定円盤に
熱媒体を流通させる熱媒体通路を設けたため、この熱媒
体通路に熱媒体を流通させることにより、粉砕空間内の
被粉砕粒子の温度を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る微粉砕装置の一実施形態を示す断
面図である。

【図２】回転軸体の一実施形態を示す一部破断側面図で
あり、（イ）は、スプライン軸が回転円盤を４基装着し
得る長さ寸法に設定された状態、（ロ）は、スプライン
軸が回転円盤を２基装着し得る長さ寸法に設定された状
態をそれぞれ示している。

【図３】第１回転円盤および第１固定円盤を示す図であ
り、（イ）は回転円盤、（ロ）は固定円盤をそれぞれ示
している。

【図４】第２回転円盤および第２固定円盤を示す図であ
り、（イ）は回転円盤、（ロ）は固定円盤をそれぞれ示
している。

【図５】第３回転円盤および第３、４固定円盤を示す図
であり、（イ）は回転円盤、（ロ）は固定円盤をそれぞ
れ示している。

【図６】図１に示す微粉砕装置の装置本体より若干先端
側の部分図である。

【図７】図６の紙面に直交する方向の断面図であり、
（イ）は、Ａ−Ａ線断面図、（ロ）は、Ｂ−Ｂ線断面
図、（ハ）は、Ｃ−Ｃ線断面図である。

【図８】回転円盤と固定円盤との隙間あるいは回転円盤
と剪断シリンダとの隙間に供給された砕料がすり剪断作
用を受ける状態を説明するための概念図である。

【図９】本発明方法を説明するために模式化した説明図
であり、（イ）は、固定側粉砕部材および回転側粉砕部
材の各凹部が互いに対向した状態、（ロ）は、回転側粉
砕部材の移動によって各凹部が互いにずれた状態をそれ
ぞれ示している。

【図１０】実施例１における微粉砕物の粒度分布を示す
粒度分布グラフである。

【図１１】実施例２における微粉砕物の粒度分布を示す
粒度分布グラフである。

【符号の説明】

１微粉砕装置１１固定側粉砕部材１１ａ固定側対向面１１ｂ固定側凹部１１ｃ固定側緩傾斜部１１ｄ固定側急傾斜部１２回転側粉砕部材１２ａ回転側対向面１２ｂ回転側凹部１２ｃ回転側緩傾斜部１２ｄ回転側急傾斜部２装置本体２０タイロッド２１駆動装置２２駆動軸２３原料投入口３原料供給機構３１原料ホッパー３２スクリューフィーダー３３原料投入筒４回転軸体４１フィードスクリュー４２螺旋条４３スプライン軸４４スプライン条４５雄ねじ４６ナット５回転円盤群５１〜５４回転円盤５５装着孔５５ａ係止凹部５６山部５６ａ鋸歯突起５６ｂ頂部５７キャビティ６剪断シリンダ群６１〜６４剪断シリンダ６５熱媒体通路６５ａ熱媒体供給孔６５ｂ熱媒体排出孔６６鋸歯凹部７固定円盤群７０鋸歯凹部７１〜７３固定円盤７４締結孔７５挿通孔７５ａ鋸歯凹部７６山部７７周縁堰部７８キャビティ７９熱媒体通路７９ａ熱媒体供給孔７９ｂ熱媒体排出孔８中間スクリュー８１螺条９制御装置９１電流計９２電源装置９３粉砕物センサＭ砕料Ｓ剪断面Ｓ１砕料送込み空間Ｓ２粉砕空間Ｘ被粉砕粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向した凹部からなる粉砕空間を
備えた粉砕部材間に被粉砕粒子を供給し、各粉砕部材
を、各対向面間が所定の離間距離を維持した状態で互い
に相対移動させることにより粉砕空間に装填された被粉
砕粒子にすり剪断力を加えて粉砕する被粉砕粒子の粉砕
方法において、上記粉砕空間内で被粉砕粒子に加えられ
る圧力が、疑似固形体が形成される圧力以上になるよう
に被粉砕粒子を上記粉砕空間に押し込むことを特徴とす
る被粉砕粒子の粉砕方法。
【請求項２】上記粉砕部材を、円筒状のケーシングに
同心で内装された環状の固定円盤と、この固定円盤に対
向し、かつ、駆動手段の駆動で軸心回りに回転する回転
円盤とによって形成し、上記固定円盤と回転円盤との対
向面に上記粉砕空間としてのキャビティをそれぞれ凹設
し、上記回転円盤の回転によって被粉砕粒子を上記キャ
ビティに連続的に供給し、上記キャビティ内で被粉砕粒
子に加えられる圧力が、上記疑似固形体が形成される圧
力になるようにキャビティへの被粉砕粒子の供給量を制
御することを特徴とする請求項１記載の被粉砕粒子の粉
砕方法。
【請求項３】操業初期には被粉砕粒子のケーシング内
への導入量をケーシングから導出される粉砕済み粒子の
導出量より多くし、上記粉砕空間内が擬似固形体を形成
し得る圧力に到達した後、ケーシングからの粉砕済み粒
子の導出量とケーシングに装填する被粉砕粒子の導入量
とをバランスさせることを特徴とする請求項１または２
記載の被粉砕粒子の粉砕方法。
【請求項４】円筒状のケーシング内に供給される被粉
砕粒子に連続的にすり剪断処理を施すことによって被粉
砕粒子を連続的に微粉砕する被粉砕粒子の粉砕装置にお
いて、円筒状のケーシングに同心で内装される環状の固
定円盤と、この固定円盤に同心で嵌挿され、かつ、駆動
手段の駆動で軸回りに回転する回転円盤と、回転円盤お
よび固定円盤の対向面にそれぞれ形成された粉砕空間と
してのキャビティに被粉砕粒子を連続的に供給する砕料
供給手段と、上記粉砕空間内の被粉砕粒子に加えられる
圧力を検出する圧力検出手段と、この圧力検出手段が検
出した検出圧力に基づいて被粉砕粒子に加えられる圧力
が予め設定された疑似固形体が得られる圧力になるよう
に上記供給手段の供給量を制御する制御手段とを備えて
構成されていることを特徴とする被粉砕粒子の粉砕装
置。
【請求項５】上記圧力検出手段は、上記駆動手段に供
給される電力量を検出するものであることを特徴とする
請求項４記載の被粉砕粒子の粉砕装置。
【請求項６】上記固定円盤には、熱媒体を流通させる
熱媒体通路が設けられていることを特徴とする請求項４
または５記載の被粉砕粒子の粉砕装置。