JP2005040745A - 粉砕装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱の発生を抑えながら被粉砕物を効率よく微細粉末化することができる粉砕装置を提供すること。
【解決手段】 実質上垂直方向に延びる第１軸線を中心として回転自在である第１回転軸８ａと、実質上垂直方向に延びる第２軸線を中心として回転自在である支持軸８６（第２回転軸）と、この支持軸８６に脱着可能に装着される筒状密閉容器１４ａと、筒状密閉容器１４ａを第１軸線を中心として回動（公転）させるとともに、第２軸線を中心として回動（自転）させるための駆動機構４２と、被粉砕物とともに粉砕空間５６ａに収容された玉状部材と、を具備する粉砕装置。筒状密封容器１４ａは、粉砕空間５６ａの内周面及び外周面を規定する内筒部材４８ａ及び外筒部材５０ａを有し、内筒部材４８ａの外周面には、複数個の突状部（ピン状部材５８ａ，５８ｂ）が設けられている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、茶葉などの食品性又は薬草などの薬品性の植物などを粉砕して微細な粉末状にする粉砕装置に関する。

従来から、抹茶のような粒径の微細な粉末を作る装置として、石臼や密封容器を用いた粉砕装置が知られている。石臼は古来から使用されており、最良質の粉末（例えば、抹茶）を作ることができるが、その生産効率が悪く、また粉末が石臼からこぼれるようにでてくるために安全衛生上好ましくなく、特に茶葉、漢方薬などの場合、安全衛生の観点から充分な管理を行い、その生産については非常に神経を使う必要があり、更に、作業環境が粉塵で損なわれるという環境面での問題もある。

また、従来の代表的な粉砕装置は、回転自在に支持された密封容器と、この密封容器を回動するための駆動手段とを備えている。この粉砕装置では、粉砕する際に、密封容器内に被粉砕物とともに適当な玉状部材、例えば玉状鉱物（アルミナ、ステアタイト、ジルコニウムなど）が入れられ、駆動手段によって密封容器が所定方向に回動される。このような粉砕装置を用いた場合、密封作業が可能となるために、安全衛生上の問題や粉塵の問題は解消されるが、微細な粉末を作るためには強力且つ長時間の攪拌を必要とし、そのため装置が熱を発生し、発生した熱によって被粉砕物が変質するおそれがあり、また粉末の大きさが均一でなく、フィルタなどを通して選別する必要がある。それ故に、菓子や料理に使用する茶葉粉末の製造ではそれほど問題とはならないが、「おうす」として知られている茶道に用いる高級抹茶の製造には適用するのが難しい。

このようなことから、熱による変質を防止するために、特殊な冷却装置を用いた粉砕装置も提案されている。しかし、冷却装置を用いてもその冷却効果に限度があり、しかも品質面だけでなく装置自体も大型化し、その製作コストも高く、更にエネルギー効率も悪いという問題がある。

上述したこれらの問題を解消するために、被粉砕物及び玉状部材を密封容器に一緒に入れ、この密封容器を第１軸線を中心に公転させるとともに、第２軸線を中心として自転させる形態の粉砕装置が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この粉砕装置では、玉状部材と被粉砕物との相互作用により、被粉砕物に大きな剪断力が作用し、この剪断力により被粉砕物が微細化され、熱の発生を少なくして微細粉末状にすることができる。

特許第３３０６４２８号公報 特開２００２−１４３７０６号公報

しかし、この改良された粉砕装置においても、次の通りの問題がある。即ち、密封容器を公転及び自転して被粉砕物を粉砕するが、被粉砕物を微細粉末化するのにある程度の時間を要し、一層効率よく微細粉末化できる粉砕装置の実現が望まれている。

本発明の目的は、熱の発生を抑えながら被粉砕物を効率よく微細粉末化することができる粉砕装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載された粉砕装置は、実質上垂直方向に延びる第１軸線を中心として回転自在に支持された第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲に配設され、実質上垂直に延びる第２軸線を中心として回転自在に支持された第２回転軸と、前記第２回転軸に取り付けられ、被粉砕物を粉砕するための粉砕空間を有する筒状密閉容器と、前記筒状密閉容器を前記第１軸線を中心として回動させるとともに、前記第２軸線を中心として回動させるための駆動機構と、被粉砕物を粉砕するために前記筒状密封容器に収容された玉状部材と、を具備する粉砕装置において、
前記筒状密封容器は、前記粉砕空間の内周面を規定する内筒部材と、前記粉砕空間の外周面を規定する外筒部材とを有し、前記内筒部材の外周面には、間隔をおいて複数個の突状部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載された粉砕装置では、前記複数個の突状部は、前記内筒部材の外周面に取り付けられたピン状部材、棒状部材又は細い板状部材から構成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載された粉砕装置では、前記内筒部材及び前記外筒部材は円筒状であり、前記内筒部材の半径ｒは、前記外筒部材の半径Ｒの１／３〜４／５（Ｒ／３≦ｒ≦４Ｒ／５）であることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載された粉砕装置では、前記複数個の突出部の長さＬは、前記内筒部材と前記外筒部材との間隙Ｗの１／２〜４／５（Ｗ／２≦Ｌ≦４Ｗ／５）であることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載された粉砕装置では、前記筒状密封容器の底部は、その外周部が半径方向外方に向けて上方に弧状に延びていることを特徴とする。
また、本発明の請求項６に記載された粉砕装置では、前記粉砕空間の前記底部に配設された突出部の長さは、前記粉砕空間の前記底部の上方に配設された突出部の長さよりも短く形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載された粉砕装置では、前記第２回転軸の外周面には軸線方向に延びる凹条又は突条が設けられ、前記筒状密封容器の前記内筒部材の内周面には、その軸線方向に延びる突条又は凹条が設けられ、前記筒状密封容器は、前記第２回転軸の前記凹条又は突条と前記筒状密封容器の前記突条又は凹条とを係合させて下方に移動させることによって、前記第２回転軸に脱着自在に装着されることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載された粉砕装置では、前記駆動機構は、前記筒状密封容器を前記第１軸線を中心として所定方向に公転させるとともに、前記第２軸線を中心として前記所定方向と反対方向に自転させることを特徴とする。

また、本発明の請求項９に記載された粉砕装置では、前記被粉砕物は、茶葉、薬草、乾燥植物であることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載された粉砕装置によれば、被粉砕物及び玉状部材が垂直方向に延びる第１軸線を中心として回動されるとともに、垂直方向に延びる第２軸線を中心として回動されるので、熱の発生を少なくして被粉砕物を効率よく微細粉末化することができる。また、筒状密封部材は内筒部材と外筒部材との間に粉砕空間を規定し、この粉砕空間に被粉砕物及び玉状部材が収容されるので、筒状密封部材の第１及び第２軸線を中心とする回動によって、粉砕空間内の粉末化された被粉砕物は玉状部材の移動に積極的に巻き込まれ、また内筒部材と玉状部材との間に挟まれるように圧力を受け、その結果、収容された被粉砕物はまんべんなく微粉末化される。更に、内筒部材の外周面に複数個の突状部が設けられているので、被粉砕物及び玉状部材がこれら突状部によって攪拌され、かかる攪拌によって剪断力及び圧力が被粉砕物に作用し、かくして、被粉砕物を一層効率よく微細粉末化することができる。これら複数個の突状部は、例えば、内筒部材の周方向及び軸線方向に間隔をおいて設けることができ、それらの先端が粉砕空間内に位置するように、或いは粉砕空間を貫通するように設けることができる。

また、本発明の請求項２に記載された粉砕装置によれば、突状部がピン部材、棒状部材又は細い板状部材から構成されているので、被粉砕物及び玉状部材を効率よく攪拌して被粉砕物を微細粉末化することができる。

また、本発明の請求項３に記載された粉砕装置によれば、内筒部材の半径ｒは外筒部材の半径Ｒの１／３〜４／５の範囲であるので、外筒部材の径方向中央部にある程度大きい内筒部材が存在するようになり、これによって、微細粉末化した被粉砕物が粉砕空間に漂うことがほとんどなくなり、被粉体物を一層効率よく粉砕することができる。

また、本発明の請求項４に記載された粉砕装置によれば、突出部の長さＬは内筒部材と外筒部材との間隙Ｗの１／２〜４／５であるので、筒状密封部材の第１及び第２軸線を中心とする回動の際に突出部が、粉砕空間の内周部に滞留しがちな被粉砕物及び玉状部材に充分に作用し、その結果、被粉砕物を更に一層効率よく微細粉末化することができる。

また、本発明の請求項５に記載された粉砕装置によれば、筒状密封容器の底部の外周部が半径方向外方に向けて上方に弧状に延びているので、回転によって半径方向外方に移動した被粉砕物及び玉状部材は、この弧状の底面に沿って半径方向内方に集まり、内筒部材の突状部によって攪拌されるようになり、被粉砕物を更に一層効率よく微細粉末化することができる。

また、本発明の請求項６に記載された粉砕装置によれば、筒状密封容器の底部が半径方向外方に向けて上方に湾曲していることに関連して、内筒部材の複数個の突状部の長さもこれに対応し、その底部に配設された突出部の長さは、その底部の上方に配設された突出部の長さよりも短く形成されている。

また、本発明の請求項７に記載された粉砕装置によれば、第２回転軸に軸線方向に延びる凹条（又は突条）が設けられ、筒状密封容器にその軸線方向に延びる突条（又は凹条）が設けられているので、凹条と突条とを合わせて上方から下方に移動させることによって、筒状密封容器を第２回転軸に着脱自在に取り付けることができ、また上方に持ち上げることによって、第２回転軸から筒状密封容器を取り外すことができる。そして、このように着脱自在に構成することによって、被粉砕物及び玉状部材の筒状密封容器への充填、また微細粉末化した被粉砕物及び玉状部材の筒状密封容器からの取り出しを簡単に且つ容易に行うことができる。加えて、筒状密封容器を第２回転軸から取り外した後すぐに、被粉砕物及び玉状部材を充填した新たな筒状密封容器を第２回転軸に装着することによって、連続して粉砕加工することができ、一層効率よく被粉砕物の粉砕加工を行うことができる。

また、本発明の請求項８に記載された粉砕装置によれば、駆動機構は筒状密封容器を第１軸線を中心として公転するとともに、第２軸線を中心として自転するので、被粉砕物及び玉状部材が筒状密封部材の周側壁にへばり付くことなく、粉砕空間内を転がって攪拌され、被粉砕物の微細粉末化が促進される。

また、本発明の請求項９に記載された粉砕装置によれば、茶葉、薬草、乾燥植物を微細粉末化するのに好都合に用いることができ、熱による変質なく、効率よく粉末化することができる。尚、乾燥植物とは、乾燥茎、乾燥根、乾燥葉、乾燥実などである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための粉砕装置の最良の実施形態について説明する。
第１の実施形態
まず、図１〜図５を参照して、第１の実施形態の粉砕装置について説明する。図１は、第１の実施形態の粉砕装置における揺動ユニットの一部を示す断面図であり、図２は、図１の揺動ユニットの駆動系を簡略的に示す図であり、図３は、図１の揺動ユニットの筒状密封容器を一部切り欠いて示す図であり、図４は、被粉砕物及び玉状部材を充填したときの図３におけるＩＶ−ＩＶ線による断面図であり、図５は、図３の筒状容器の一端側を示す側面図である。

図１及び図２において第１の実施形態の粉砕装置は、粉体装置本体（図示せず）に取り付けられた粉砕ユニット２を備えている。この粉砕ユニット２は、粉体装置本体から実質上水平方向に延びる一対の支持部材４，６を備え、一対の支持部材４，６に第１回転軸８が回転自在に支持されている。第１回転軸８は、一対の支持部材４，６間を実質上垂直方向に延びている。

この第１回転軸８の両端部には一対の回転プレート１０，１２が固定され、これら一対の回転プレート１０，１２間に複数個（この実施形態では４個）の筒状密封容器１４（図１において２個示す）が装着されている。筒状密封容器１４は第１回転軸８の周囲に周方向に実質上等間隔（９０度間隔）をおいて配設され、各筒状密封容器１４の両端壁には支持軸１６，１８が取り付けられ、一方（上側）の支持軸１６が回転プレート１０に回転自在に支持され、他方（下側）の支持軸１８が他方の回転プレート１２に回転自在に支持されている。図１から理解されるように、支持軸１６，１８は、筒状密封容器１４を回転自在に支持する第２回転軸を構成し、この第２回転軸は一対の回転プレート１０，１２間を実質上垂直方向に第１回転軸８に実質上平行に延びている。このように構成されているので、各筒状密封容器１４は、第１回転軸８を中心として回転自在であるとともに、対応する第２回転軸（支持軸１６，１８）を中心として回転自在である。尚、この形態では、筒状密封容器１４の両端壁に支持軸１６，１８を設けているが、このような構成に代えて、一つの軸部材を両端壁を貫通して設け、この軸部材の両端部を回転プレート１０，１２に回転自在に支持するようにしてもよい。

第１回転軸８の端部（下端部）には主プーリ２０が取り付けられている。また、各筒状密封容器１４の第２回転軸を構成する支持軸１８には、それぞれ、副プーリ２２が取り付けられている。図１及び図２において、理解を容易にするために、４本の支持軸を１８ａ〜１８ｄと、また４個の副プーリを２２ａ〜２２ｄと示している。支持軸１８ａに装着された副プーリ２２ａ、支持軸１８ｂに装着された副プーリ２２ｂ及び主プーリ２０のプーリ部２４には第１ベルト２６が巻き掛けられ、この第１ベルト２６は更にテンションプーリ２８，３０に巻き掛けられ、テンションプーリ２８を両矢印で示す方向に移動することによって、第１ベルト２６の張力が調整される。また、支持軸１８ｃに装着された副プーリ２２ｃ、支持軸１８ｄに装着された副プーリ２２ｄ及び主プーリ２０のプーリ部３２には第２ベルト３４が巻き掛けられ、この第２ベルト３４は更にテンションプーリ３６，３８に巻き掛けられ、テンションプーリ３６を両矢印で示す方向に移動することによって、第２ベルト３４の張力が調整される。尚、テンションプーリ２８，３０，３６，３８は、回転プレート１２に取り付けられている。第１回転軸８には、駆動源を構成する電動モータ４０が例えば駆動ベルト（図示せず）を介して駆動連結されている。

上述した主プーリ２０、副プーリ２２ａ〜２２ｄ、第１及び第２ベルト２６，３４並びに電動モータ４０などは、筒状密封容器１４を回転駆動するための駆動機構４２を構成し、電動モータ４０によって第１回転軸８が所定方向に回転駆動されると、この第１回転軸８と一体的に一対の回転プレート１０，１２が回動し、４個の筒状密封容器１４は第１回転軸８を中心として回転する。このとき、主プーリ２０のプーリ部２４及び副プーリ２２ａ，２２ｂが第１ベルト２６を介して、また主プーリ２０のプーリ部３２及び副プーリ２２ｃ、２２ｄが第２ベルト３４を介して回転が相互に拘束されているので、第１回転軸８が所定方向に回動すると、これと一体的に回動する主プーリ２０を介して副プーリ２２ａ〜２２ｄが所定方向と反対方向に回動する。従って、第１回転軸８が所定方向に回動すると、各筒状密封容器１４は第１回転軸８（第１軸線）を中心として所定方向に公転するとともに、対応する第２回転軸（第２軸線）を中心として所定方向と反対方向に自転する。

この実施形態では、副プーリ２２ａ〜２２ｄは実質上同じ大きさであり、第１回転軸８とともに一対の回転プレート１０，１２が所定角速度（第１の角速度）で所定方向に回転（公転）すると、一対の回転プレート１０，１２間で各筒状密封容器１４が上記所定角度と異なる角速度（第２の角速度）で所定方向と反対方向に回転（自転）する。尚、このような所望の回転速度を得るには、主プーリ２０のプーリ部２４，３２の直径及び副プーリ２２ａ〜２２ｄの直径との間に所定の関係が必要であるが、ここではその関係についての説明を省略する。

次に、図１とともに図３及び図４を参照して筒状密封容器１４について説明する。４つの筒状密封容器１４は実質上同一の構成であり、以下それらの一つについて説明する。図示の筒状密封容器１４は、金属、例えばステンレス鋼から形成された円筒状であり、同心状に配設された内筒部材４８及び外筒部材５０を有し、内筒部材４８及び外筒部材５０の両端に端壁５２，５４（図１参照）が設けられ、これら内筒部材４８、外筒部材５０及び端壁５２，５４によって環状の粉砕空間５６が規定される。一方（上側）の端壁５２には支持軸１６が固定され、他方（下側）の端壁５４には支持軸１８が固定され、これら支持軸１６，１８が上述したように回転プレート１０，１２に回転自在に支持される。尚、この実施形態では、内筒部材４８及び外筒部材５０は円筒形状であるが、多角形状に形成するようにしてもよい。

内筒部材４８と外筒部材５０とは、次の関係に形成するのが望ましい。即ち、内筒部材４８の半径ｒは、外筒部材５０の半径Ｒの１／３〜４／５の範囲である（Ｒ／３≦ｒ≦４Ｒ／５）のが望ましく、このような関係に設定することによって、粉砕空間５６は半径方向の幅が比較的小さい環状となり、従って、筒状密封容器１４の径方向中央部に空間が存在せず、後述する被粉砕物が粉砕空間５６内で浮遊することがほとんどなくなる。

このような筒状密封容器１４では、内筒部材４８の外周面、即ち粉砕空間５６の内側周面を規定する周面に、間隔をおいて複数個の突状部が設けられている。この実施形態では、これら突状部は、例えばステンレス鋼から形成されたピン状部材５８から構成され、内筒部材４８の外周面に植設されている。この形態では、ピン状部材５８は、内筒部材４８の外周面に周方向に実質上等間隔（９０度の間隔）をおいて、且つその軸線方向（図３において上下方向、図４において紙面に垂直な方向）に実質上等間隔をおいて設けられ、このように設けることによって、被粉砕物を後述するように実質上均一に粉砕することができる。これら突状部は、ピン状部材５８に代えて、棒状部材、細い板状部材でもよく、またその断面形状についても、円形状、楕円形状、三角形状、矩形状などの適宜の形状でよい。また、これら突状部は、図３及び図４に示すように、内筒部材４８の外周面に放射状に設けてもよいが、所定方向に傾斜して設けるようにしてもよい。

突状部を構成するピン状部材５８の長さＬ（内筒部材４８の外周面からの突出量）は、内筒部材４８と外筒部材５０との間隙Ｗの１／２〜４／５の範囲である（Ｗ／２≦ｒ≦４Ｗ／５）のが望ましく、このような関係に設定することによって、ピン状部材５８が粉砕空間５６内に大きく突出し、粉砕空間５６の内周部に滞留しがちな被粉砕物及び玉状部材６２に作用し、被粉砕物を後述するように効率よく均一に攪拌することができる。

各筒状密閉容器１４の粉砕空間５６内には、茶葉などのこれから粉砕しようとする被粉砕物６０が入れられる。被粉砕物６０としての茶葉は、予め充分に乾燥させられ、適当に予備粉砕される。筒状密閉容器１４の粉砕空間５６には、被粉砕物６０と一緒に粉砕媒体としての多数の玉状部材６２が入れられる。玉状部材６２は角に尖った部分が無く全体としては丸みを帯びたものが好ましく、その表面が光沢を示さない程度の表面粗さを有し、比重の比較的大きい物質、例えばステンレス鋼、セラミック材などから形成するのがよい。玉状部材６２の大きさは、直径が２〜１０ｍｍであるのが好ましく、例えば、直径３．０ｍｍの耐摩耗性を有するクロムを含有する焼きの入った鋼球で、その表面粗さがＪＩＳ Ｂ０６０１に定義されるＲｙ値がＪＩＳ Ｂ６５１に規定された測定方法で測定して基準長さ０．２５ｍｍにつき２．０〜１０．０μｍ（実際には、±１．５μｍ程度ばらつく）程度の表面粗さを有しているものが好ましく用いられる。

玉状部材６２は、これだけを筒状密閉容器１４に入れたとき、図３及び４に示すように、全体として垂直に保持される筒状密閉容器１４にその軸方向の長さＨの２／５〜２／３程度の量が入れられる（図３参照）。被粉砕物６０は、玉状部材６２の上の面がそれによってわずかに上がる程度を限度に入れられる。被粉砕物６０が予備粉砕されているときには、玉状部材６２相互の間にかなりの隙間が存在するので、その入れる限度量は、玉状部材６２の隙間を満たすよりやや多い程度となる。

図５に示すように、例えば、各筒状密封容器１４の一方（上側）の端壁５２に供給口６４が設けられ、その他方（下側）の端壁５４に排出口６６が設けられ、これら供給口６４及び排出口６６に密封部材６８が開閉自在に装着されている。図５において、端壁５２（又は５４）の供給口６４（又は排出口６６）の両側部には一対の案内部材７０が設けられ、各案内部材７０には案内溝（図示せず）が設けられている。密封部材６８はプレート状部材から構成され、その両側部が一対の案内部材７０の案内溝に移動自在に受け入れられている。この密封部材６８の基部には支持軸１６（又は１８）の両側に一対の延長部材７２が取り付けられ、一対の延長部材７２が連結部材７４により連結されている。また、端壁５２（又は５４）には取付部材７６が取り付けられ、この取付部材７６に開閉操作部材７８が回転自在に装着されている。開閉操作部材７８には雄ねじ部８０が設けられ、この雄ねじ部８０が連結部材７４に螺着されている。

このように構成されているので、開閉操作部材７８を所定方向に回動すると、その雄ねじ部８０の作用により連結部材７４が矢印８２で示す開方向に移動し、一対の延長部材７２を介して密封部材６８が移動し、このようにして端壁５２（又は５４）の供給口６４（又は排出口６６）が開放され、開放された供給口６４（又は排出口６６）を通して被粉砕物６０及び玉状部材６２を粉砕空間５６内に充填することができる（又は粉砕空間５６から外部に排出することができる）。一方、開閉操作部材７８を所定方向と反対方向に回動すると、その雄ねじ部８０の作用により連結部材７４が矢印８４で示す閉方向に移動し、一対の延長部材７２を介して密封部材６８が移動し、このようにして端壁５２（又は５４）の供給口６４（又は排出口６６）が密封され、供給口６４（又は排出口６６）を通して被粉砕物６０及び玉状部材６２が外部に漏れるのを確実に防止することができる。供給口６４及び排出口６６を密封するための密封部材６８はこのような構成に限定されず、その他の構成、例えば揺動により開閉する構成などを用いるようにしてもよい。

上述した粉砕装置では、被粉砕物６０の粉砕は、次のようにして行われる。粉砕ユニット２は、第１回転軸８及び第２回転軸（支持軸１６，１８）が垂直状態となるように粉体装置本体（図示せず）に支持され、電動モータ４０によって第１回転軸８が所定方向に回転駆動される。このように第１回転軸８が回転すると、これと一体に一対の回転プレート１０，１２が回転し、筒状密閉容器１４が第１回転軸８の周囲に第１の角速度で回転（公転）される。このとき、第１及び第２ベルト２６，３４によって主プーリ２０（プリー部２４，３２）及び副プーリ２２ａ〜２２ｄの回動が拘束されているので、各筒状密封容器１４は、上述したように、対応する第２回転軸を中心として第２の角速度で回動（自転）される。上述した回転時の第１及び第２の角速度が適当であると、筒状密閉容器１４内で内容物（被粉砕物６０及び玉状部材６２）が公転による遠心力でもって筒状密閉容器１４の外筒部材５０の内周面（粉砕空間５６を規定する面）に押し付けられ、またこれと同時に、自転による遠心力、コリオリの力及び重力により内容物（被粉砕物６０及び玉状部材６２）が互いに擦れ合い、ぶつかり合いながら混合を繰返し、粉砕空間５６内の内容物にはこのような複雑な循環運動が作用する。それ故に、この循環運動の際、被粉砕物６０には、玉状部材６２同士の間に、玉状部材６２と筒状密閉容器１４の内筒部材４８及び外筒部材５０との間に、またこれらとピン状部材５８との間に働く剪断力を伴う摩擦作用、押圧作用、衝突作用などが働き、こらの複雑な作用によって被粉砕物６２が微細な粉末状に粉砕される。

この粉砕装置による粉砕は、茶葉、薬草、各種植物の乾燥物（乾燥茎、乾燥根乾燥葉、乾燥実）などを粉末状に加工するのに用いることができ、特に高級抹茶の加工に好都合に適用することができる。

上述した粉砕装置は、次の通りの特徴を有する。従来からボールミルと称する粉砕装置が知られているが、このボールミルは密閉容器を単に回転させるだけのもので、粉砕媒体は単に密閉容器内を転がるように循環するだけである。このようなボールミルでもある程度の粉砕効果は期待できるものの、粉砕に要する時間が長く、また被粉砕物の温度が上昇し、温度上昇が大きくなると被粉砕物が熱変質するおそれがある。これに対して、上述した粉砕装置においては、粉砕媒体（玉状部材６２）同士の間又は粉砕媒体と筒状密閉容器１４の内筒部材４８及び外筒部材５０との間に挟まれた状態で、圧力によってわずかに擦れ合う（ギシギシした感じ）ようになり、これによって、質量のある粉砕媒体が不必要に筒状密閉容器１４内を移動することなく、効率的に内容物の混合が行われるようになり、また粉砕媒体同士でもって大きい圧力も加えられるようになる。その結果、被粉砕物６０の温度上昇が少なく、被粉砕物６０を効率よく粉砕して短時間で微細粉末化することが可能となる。このようなことから、玉状部材６２としてできるだけ比重の大きいものを用いるとともに、筒状密閉容器１４は単に回転させるだけでなく、遠心力を利用して粉砕媒体相互間に、また粉砕媒体と筒状密閉容器１４の内筒部材４８及び外筒部材５０との間に圧力が生じるようにある程度大きい回転半径と角速度でもって回転させるのが望ましい。

また、上述した粉砕装置では、筒状密閉容器１４を第１回転軸８を中心として公転させるとともに、第２回転軸を中心として自転させているので、粉砕空間５６内の内容物（被粉砕物６０及び玉状部材６２）が筒状密封容器１４の外筒部材５０の内周面にへばりつくことが少なく、粉砕空間５６内を転がって撹拌が行われる。この筒状密閉容器１４の粉砕空間５６は、あまり大きくしない方が望ましい。粉砕空間５６が大きいと、筒状密封容器１４の自転に伴って内容物が粉砕空間５６内で転がり移動する距離が長くなり、この転がり移動によって摩擦熱が発生し、熱変質の問題が生じるようになり、それ故に、その大きさはあまり大きくない方が望ましい。

また、上述した粉砕装置では、筒状密封容器１４が第１回転軸８を中心として公転されるとともに第２回転軸を中心として自転されるので、筒状密封容器１４の外周面（外筒部材５０）が周囲の空気によって効果的に冷却され、その温度上昇が抑えられる。加えて、図１に示すように、内筒部材４８を筒状に形成し、内筒部材４８の内側に空間を生成し、この空間を外部に連通するようにする（図示していないが、筒状密封容器１４の端壁５２，５４の内筒部材４８の空間に対応する部分に複数の孔を設ける）ことによって、筒状密封容器１４の内周面（内筒部材４８）も効果的に冷却され、筒状密封容器１４の温度上昇を一層抑えることができる。

このような粉砕装置では、筒状密閉容器１４の公転速度と自転速度は、被粉砕物６０の種類などによって適宜設定されるが、その公転速度は玉状部材６２が遠心力により充分な圧力を発生するように定められ、その自転速度は被粉砕物６０と玉状部材６２とが所要の通りに撹拌混合されるように定められる。この公転速度及び自転速度は、使用する玉状部材６２によるが、上述したように公転と自転の回転方向が相互に逆方向であると、自転速度の絶対値が公転速度の絶対値に対して数分の１程度の速度に設定することができ、このように設定することによって、被粉砕物６０の品質を保ちながら粉砕効率も上げることができる。

この粉砕装置では、表面が光沢のない適当に粗い面状態を有する玉状部材６２を用いるのが望ましい。表面の滑らかな粉砕媒体を用いて茶葉などの被粉砕物６０の粉砕を行った場合、被粉砕物６０の粒子がある程度細かくなると、粉末状の被粉砕物６０が筒状密封容器１４の内面を覆うようにこびりつき、粉砕効率の低下や粉砕の粒度むらが発生する。これに対して、光沢のない適当に粗い面状態を有する粉砕媒体を用いて被粉砕物６０の粉砕を行った場合、玉状部材６２の面同士がぶつかり合うときに生ずる剪断力を伴う押圧力や衝突力が被粉砕物６０に有効に働き、単に粉砕が効率的に行われるだけでなく、ヤスリの様な効果によって筒状密封容器１４の内面へのこびりつき現象も減少し、被粉砕物６０に対する粉砕が効率的に行われる。このようなことを考慮して粉砕媒体、即ち玉状部材６２の表面粗さが設定され、この表面状態はあまり細かいと時間をかけても目的とする粒度の粉砕が得られず、光沢性の玉状部材６２を用いたと同様の現象が生じて粉砕効率が低下する。

玉状部材６２の直径は、２〜１０ｍｍであるのが望ましい。この直径が２ｍｍ未満になると、衝突１回当たりのエネルギーが小さくなって粉砕効率が低下する。一方、この直径が１０ｍｍを超えると、相互の衝突乃至摩擦を伴って接触する箇所の数が少なくなり、従って、この場合においても粉砕効率が減少する。この玉状部材６２の直径は、ボールミルなどで用いられている粉砕媒体より小さくするのが望ましい。

上述した粉砕装置では、粉砕空間５６は内筒部材４８と外筒部材５０との間に規定され、このように内筒部材４８を設けることによって、粉砕効率を一層高めることができる。被粉砕物６０を玉状部材６２と一緒に通常の筒状密閉容器（内筒部材を備えていないもの）に入れて上述したように回転運動を行わしめる（公転及び自転させる）と、粉砕の進行に伴い、筒状密閉容器の中心に近い部分に粉末状の被粉砕物６０が浮遊するようになり、これが自転による撹拌にもかかわらずいつまでも玉状部材６２の上に浮いたように漂い、このことに起因して、粉砕効果が低下するようになる。これに対して、上述した粉砕装置のように外筒部材５０の半径方向内側に内筒部材４８を設けて粉砕空間５６を環状にすると、被粉砕物６０が浮遊する空間がほとんどなくなり、被粉砕物６０は玉状部材６２の移動に巻き込まれ、その結果、被粉砕物６０は効果的に玉状部材６２と撹拌混合され、その結果、被粉砕物６０を一層効率よく、実質上均一に粉砕して微細粉末化することができる。

この粉砕装置では、内筒部材４８の外周面（粉砕空間５６を規定する面）に複数個の突状部（ピン状部材５８）が設けられているので、被粉砕物６０を更に一層効率よく粉砕することができる。内筒部材４８に複数個の突状部を設けることによって、筒状密封部材１４が自転すると、これら突状部が粉砕空間５６の内周部にある内容物（被粉砕物６０及び玉状部材６２）に作用して撹拌混合し、この撹拌混合作用が促進されて一層効率よく混合され、かくして、玉状部材６２相互間に、また玉状部材６２と筒状密閉容器１４との間に働く剪断力を伴う摩擦、押圧、衝突などによる粉砕効果が一層高められ、より短時間で高品質の微細粉末、例えば抹茶粉を作ることができる。

第２の実施形態
次に、図６〜図１０を参照して、第２の実施形態の粉砕装置について説明する。図６は、第２の実施形態の粉砕装置における粉砕ユニットの一部を示す断面図であり、図７は、図６の粉砕ユニットの筒状密封容器を一部切り欠いて示す図であり、図８は、被粉砕物及び玉状部材を充填したときの図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図であり、図９は、第２回転軸に筒状密封容器を嵌め込んだときのねじ部付近を示す部分斜視図であり、図１０は、図９に示すねじ部に上蓋を取り付けた状態を示す部分斜視図である。

図６において、第２の実施形態の粉砕ユニット２Ａは、支持フレーム６ａを備え、支持フレーム６ａに第１回転軸８ａが回転自在に支持されている。第１回転軸８ａは、実質上垂直方向に延びている。この第１回転軸８ａには回転プレート１２ａが固定され、この回転プレート１２ａに複数個（この実施形態では４個）の支持軸８６が回転自在に支持されている。支持軸８６は第２回転軸を構成し、実質上垂直方向に第１回転軸８ａに実質上平行に延びている。

各支持軸８６には、筒状密封容器１４ａが着脱自在に装着される。図６においては、筒状密封容器１４ａが装着されていない支持軸８６（図６において左側に示す）と、筒状密封容器１４ａが装着された支持軸８６（図６において右側に示す）とを１個づつ示している。筒状密封容器１４ａは、第１回転軸８ａの周囲に周方向に実質上等間隔（９０度間隔）をおいて配設される。各筒状密封容器１４ａは、内筒部材４８ａ、外筒部材５０ａ及び端壁５４ａを有する中空筒状構造で、上面が開放されており、この開放された開口を通して被粉砕物６０及び玉状部材６２の充填、取出しが行われる。一方、各支持軸８６には半径方向に突出する載置部９２が設けられ、この実施形態では支持軸８６に一体的に設けられている。従って、筒状密封部材１４ａの内筒部材４８ａを支持軸８６に外嵌して下方に嵌め込むと、筒状密封容器１４ａの端壁５４ａが支持軸８６の載置部９２に載置され、筒状密封容器１４ａは粉砕ユニット２Ａに脱着可能に装着される。

この形態では、支持軸８６の外周面に凹条８８が設けられ、かかる凹条８８が支持軸８６の軸線方向（図６及び図７において上下方向、図８において紙面に垂直な方向）に延びている。また、この凹条８８に対応して、筒状密封容器１４ａの内筒部材４８ａの内周面には、この凹条８８に嵌め込まれる突条９０が設けられ、突条９０は筒状密封容器１４ａの軸線方向（図６及び図７において上下方向、図８において紙面に垂直な方向）に延びている。従って、凹条８８と突条９０とを合わせて下方に移動させて嵌め込むと、凹条８８と突条９０が相互に係合し、支持軸８６の回転に伴い筒状密封容器１４ａも一体的に回転する。この実施形態では、支持軸８６に凹条８８を、内筒部材４８ａに突条９０を設けているが、これとは反対に、支持軸８６に突条を、内筒部材に凹条を設けるようにしてもよい。また、上述した形態では、凹条８８及び突条９０を一つ設けているが、周方向に間隔をおいて二つ以上設けるようにしてもよい。尚、第２の実施形態における粉砕ユニット２Ａの駆動系及び駆動方法は第１の実施形態に示すものと実質上同一であり、それ故に、これらについての説明は省略する。

次に、図６とともに図７〜図９を参照して、筒状密封容器１４ａ及びそれに関連する構成について説明する。筒状密封容器１４ａは実質上同一の構成であり、以下それらの一つについて説明すると、図示の筒状密封容器１４ａは、金属、例えばステンレス鋼から形成された円筒状であり、同心状に配設された内筒部材４８ａ及び外筒部材５０ａを有し、これらの下端には端壁５４ａが設けられ、上端が開放された中空円筒状構造である。このような構造に関連して、筒状密封容器１４ａの上端開口には上蓋９４が後述するように着脱自在に取り付けられ、これら内筒部材４８ａ、外筒部材５０ａ、下端壁５４ａ及び上蓋９４によって環状の粉砕空間５６ａを規定する。

この実施形態では、粉砕空間５６ａの底部９８（即ち、下端壁５４ａの内面及び外筒部材５０ａの下部内周面）は、その外周部が半径方向外方に向けて上方に弧状して延びており、このように弧状に形成しているので、筒状密封容器１４ａの回動によって半径方向外方に移動した被粉砕物６０及び玉状部材６２は、この弧状の内周面に沿って半径方向内方に集まるようになる。

この筒状密封容器１４ａに関連して、更に、各支持軸８６の上端部に雄ねじ部９６が設けられている。この雄ねじ部９６は、筒状密封容器１４ａを載置部９２に載置した状態においては内筒部材４８ａの半径方向内側から上方に突出し、（図６及び図９参照）、かく突出する雄ねじ部９６に上蓋９４が螺着され、かく螺着することによって、筒状密封容器１４ａの上端開口が閉じられて密封された粉砕空間５６ａを規定するとともに、筒状密封容器１４ａが載置部９２に載置した状態で支持軸８６に確実に固定される。この支持軸８６は上述したように回転プレート１２ａに回転自在に支持される。

内筒部材４８ａと外筒部材５０ａとは、第１の実施形態と同様の関係に形成するのが望ましい。また、内筒部材４８ａの外周面（粉砕空間５６ａの内側面を規定する周面）には、間隔をおいて複数個の突状部、例えばピン状部材５８ａ，５８ｂが設けられ、これら突状部も第１の実施形態と同様の関係に形成するのが望ましい。尚、この形態では、粉砕空間５６ａの底部の外周部９６が弧状に延びていることに関連して、図６に示すように、粉砕空間５６ａの底部９６に配設されたピン状部材５８ｂの長さが、この底部９６の上方に配設されたピン状部材５８ａの長さよりも短くするのが望ましく、このような関係にすることによって、ピン状部材５８ｂが粉砕空間５６ａ内に大きく突出することがなく、ピン状部材５８ｂ自体が被粉砕物６０及び玉状部材６２の移動を妨げることなく、被粉砕物を後述するように効率よく均一に攪拌することができる。

この第２の実施形態では、図９に示すように、上蓋９４を締付け方向と反対方向に回動することによって、支持軸８６から外すことができ、かく上蓋９４を外した状態で筒状密封容器１４ａを上方に持ち上げることによって、支持軸８６から取り外すことができる。かく取り外した状態では、筒状密封容器１４ａの上端が開放されているので、この上端開口を通して被粉砕物６０及び玉状部材６２を粉砕空間５６ａ内に充填することができる。また、粉砕完了後、被粉砕物６０及び玉状部材６２を筒状密封容器１４ａから排出するときは、上述したようにして上蓋９４を支持軸部８６の雄ねじ部９６から外し、筒状密封容器１４ａを支持軸８６から取り外して、筒状密封容器１４ａを逆さまにして振るなどして、被粉砕物６０及び玉状部材６２を粉砕空間５６ａから容易に排出することができる。また、筒状密封容器１４ａが支持軸８６から脱着可能であるため、筒状密封容器１４ａを支持軸８６から取り外した後すぐに、被粉砕物６０及び玉状部材６２を充填した新しい筒状密封容器１４ａを支持軸８６に装着することができ、新しいものをかく取り付けることによって、粉砕加工を連続的に行って被粉砕物６０の粉砕を効率的に行うことができる。

第２の実施形態の粉砕ユニット２Ａにおいても、その基本的構成が第１の実施形態のものと実質上同一であるので、第１の実施形態と同様の作用効果が達成され、被粉砕物６０を効率よく微細粉末化することができる。

以上、本発明に従う粉砕装置の実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した第１及び第２の実施形態では、粉砕ユニット２，２Ａに筒状密封容器１４，１４ａを４個設けているが、このような構成に限定されず、粉砕ユニット２，２Ａに２個、３個又は５個以上設けるようにしてもよい。また、例えば、第２の実施形態においては、粉砕空間５６ａの底部９６の外周部が半径方向外方に向けて弧状に延びるように構成しているが、これに限定されず、例えば半径方向外方に向けて直線上に上方に延びるように構成するようにしてもよい。

筒状密封容器が垂直方向に延びる第１及び第２軸線を中心として回動されるので、その内部に充填された被粉砕物を効率よく微細粉末化することができ、またこの粉砕の際に熱が発生することがほとんどない。また、内筒部材の外周面に複数個の突状部が設けられているので、被粉砕物及び玉状部材がこれら突状部によって攪拌され、かかる攪拌によって剪断力及び圧力が被粉砕物に作用し、被粉砕物を一層効率よく微細粉末化することができ、茶葉などを微細粉末化するのに好都合に適用できる。

第１の実施形態の粉砕装置における粉砕ユニットの一部を示す断面図である。 図１の粉砕ユニットの駆動系を簡略的に示す図である。 図１の粉砕ユニットの筒状密封容器を一部切り欠いて示す図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線による断面図である。 図３の筒状密封容器の一端側を示す側面図である。 第２の実施形態の粉砕装置における粉砕ユニットの一部を示す断面図である。 図６の粉砕ユニットの筒状密封容器を一部切り欠いて示す図である。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。 支持軸に筒状密封容器を装着したときの雄ねじ部付近を示す部分斜視図である。 図９に示す雄ねじ部に上蓋を螺着した状態を示す部分斜視図である。

符号の説明

２，２Ａ 粉砕ユニット
８，８ａ 第１回転軸
１０，１２，１２ａ 回転プレート
１４，１４ａ 筒状密封容器
１６，１８，８６ 支持軸
４２ 駆動機構
４８，４８ａ 内筒部材
５０，５０ａ 外筒部材
５６，５６ａ 粉砕空間
５８，５８ａ，５８ｂ 突状部
６０ 被粉砕物
６２ 玉状部材
８８ 凹条
９０ 突条

Claims (9)

1. 実質上垂直方向に延びる第１軸線を中心として回転自在に支持された第１回転軸と、前記第１回転軸の周囲に配設され、実質上垂直に延びる第２軸線を中心として回転自在に支持された第２回転軸と、前記第２回転軸に取り付けられ、被粉砕物を粉砕するための粉砕空間を有する筒状密閉容器と、前記筒状密閉容器を前記第１軸線を中心として回動させるとともに、前記第２軸線を中心として回動させるための駆動機構と、被粉砕物を粉砕するために前記筒状密封容器に収容された玉状部材と、を具備する粉砕装置において、
   前記筒状密封容器は、前記粉砕空間の内周面を規定する内筒部材と、前記粉砕空間の外周面を規定する外筒部材とを有し、前記内筒部材の外周面には、間隔をおいて複数個の突状部が設けられていることを特徴とする粉砕装置。
2. 前記複数個の突状部は、前記内筒部材の外周面に取り付けられたピン状部材、棒状部材又は細い板状部材から構成されている請求項１に記載の粉砕装置。
3. 前記内筒部材及び前記外筒部材は円筒状であり、前記内筒部材の半径ｒは、前記外筒部材の半径Ｒの１／３〜４／５（Ｒ／３≦ｒ≦４Ｒ／５）である請求項１又は２に記載の粉砕装置。
4. 前記複数個の突出部の長さＬは、前記内筒部材と前記外筒部材との間隙Ｗの１／２〜４／５（Ｗ／２≦Ｌ≦４Ｗ／５）である請求項３に記載の粉砕装置。
5. 前記筒状密封容器の底部は、その外周部が半径方向外方に向けて上方に弧状に延びている請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕装置。
6. 前記粉砕空間の前記底部に配設された突出部の長さは、前記粉砕空間の前記底部の上方に配設された突出部の長さよりも短く形成されている請求項５に記載の粉砕装置。
7. 前記第２回転軸の外周面には軸線方向に延びる凹条又は突条が設けられ、前記筒状密封容器の前記内筒部材の内周面には、その軸線方向に延びる突条又は凹条が設けられ、前記筒状密封容器は、前記第２回転軸の前記凹条又は突条と前記筒状密封容器の前記突条又は凹条とを係合させて下方に移動させることによって、前記第２回転軸に脱着自在に装着される請求項１〜６のいずれかに記載の粉砕装置。
8. 前記駆動機構は、前記筒状密封容器を前記第１軸線を中心として所定方向に公転させるとともに、前記第２軸線を中心として前記所定方向と反対方向に自転させる請求項１〜７のいずれかに記載の粉砕装置。
9. 前記被粉砕物は、茶葉、薬草、乾燥植物である請求項１〜８のいずれかに記載の粉砕装置。

Images