(57)【要約】【課題】岩石などの鉱物材料に対しても効率的に破砕することができる試料破砕具を提供する。【解決手段】細長い有底円筒状で内底面が略半球状または半楕円球状の容器本体５と、容器本体５の開口部を開閉可能に封止する蓋体６とを備えた破砕容器２と、容器本体５内に周方向に隙間をあけて配置され、容器本体５の軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に相対移動可能な円柱状の本体部７と、本体部７の少なくとも一端から突出されかつ径が端部に向けて細くなる接続部８と、接続部８に連続する最大径部の直径ｄ２が本体部７の直径ｄ１より小さい略半球状又は半楕円球の破砕端部９とを有する破砕媒体３とを備え、破砕容器２内に破砕対象の試料４とともに破砕媒体３を収容し、破砕容器２を振動させて試料４を破砕するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕容器内に破砕対象の試料とともに破砕媒体を収容し、破砕容器を振動させて試料を破砕する試料破砕具であって、
細長い有底円筒状で、内底面が略半球状または半楕円球状の容器本体と、容器本体の開口部を開閉可能に封止する蓋体とを有する破砕容器と、
容器本体内に周方向に隙間をあけて配置され、容器本体の軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に相対移動可能な円柱状の本体部と、本体部の少なくとも一端から突出されかつ径が端部に向けて細くなる接続部と、接続部に連続して設けられた破砕端部とを有する破砕媒体とを備え、
破砕媒体の破砕端部は、接続部に連続する最大径部の直径が本体部の直径より小さい略半球状又は半楕円球に形成したことを特徴とする試料破砕具。
【請求項２】
破砕媒体における破砕端部の最大径部の直径ｄ２は、本体部の直径ｄ１の ２／３以下、１／４以上であることを特徴とする請求項１記載の試料破砕具。
【請求項３】
接続部は、本体部に向けて径大となるラッパ形状若しくは截頭円錐形状又はこれらと小径短寸円柱形状とを組み合わせた形状であることを特徴とする請求項１記載の試料破砕具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩石や鉱物材料などの試料を化学的に分析・分画分離するために破砕するのに供する試料破砕具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種試料を化学的に分析・分画分離するためには、まず試料を均一に破砕しなければならない。従来その破砕は乳鉢と乳棒とにより手作業によって行われていたが、多くの試料を効率良く破砕するには不向きであるため、試料と破砕媒体を収容した多数の破砕容器を同時に振動させて破砕処理する破砕装置が知られている。従来のこの種の破砕装置としては、遠心チューブ等の破砕容器と、ガラス、セラミック、金属などの微小ビーズなどから成る破砕媒体を用いたものが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところが、微小ビーズの破砕媒体を用いたものでは、鉱物材料などの試料であると、破砕媒体の質量が小さいために破砕することができないという問題がある。そこで、本出願人は、先に、細長い有底円筒状で、底面が略半球状、半楕円球状、又は截頭円錐状に凹設された容器本体とその蓋体とを備えた破砕容器と、破砕容器内に収容され、本体部が容器本体内にその軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に相対移動するように円柱状に形成され、一方の端部が容器本体の底面形状に対応するように略半球状、半楕円球状、又は截頭円錐状に凸設された破砕媒体とを備えた試料破砕具を提案している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−３６７３２号公報
【特許文献２】特開２００５−５１５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献２に記載された試料破砕具によれば、破砕容器内に試料と破砕媒体を収容して破砕容器の軸心にほぼ沿った往復振動を加えることで、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒のように作用して、試料が大型の動植物組織やプラスチック材料などの場合でも効率的に破砕することができるが、岩石などの鉱物材料に対してはなお十分に効率的に破砕することができないという問題が残った。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題に鑑み、岩石などの鉱物材料に対しても効率的に破砕することができる試料破砕具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の試料破砕具は、破砕容器内に破砕対象の試料とともに破砕媒体を収容し、破砕容器を振動させて試料を破砕する試料破砕具であって、細長い有底円筒状で、内底面が略半球状または半楕円球状の容器本体と、容器本体の開口部を開閉可能に封止する蓋体とを有する破砕容器と、容器本体内に周方向に隙間をあけて配置され、容器本体の軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に相対移動可能な円柱状の本体部と、本体部の少なくとも一端から突出されかつ径が端部に向けて細くなる接続部と、接続部に連続して設けられた破砕端部とを有する破砕媒体とを備え、破砕媒体の破砕端部は、接続部に連続する最大径部の直径が本体部の直径より小さい略半球状又は半楕円球に形成したものである。
【０００８】
この構成によれば、破砕容器内に試料と破砕媒体を収容して破砕容器の軸心方向にほぼ沿った往復振動を加えると、破砕媒体が容器本体内でその軸心にほぼ沿った姿勢を保持してほぼ軸心方向に往復移動することで、破砕媒体の質量の大きな本体部に作用する慣性エネルギーが接続部を介して径の小さい破砕端部に伝達されることで、試料に対する接触面積の小さい破砕端部から試料に十分に大きな破砕エネルギーが付与され、試料に十分に大きな破砕応力を発生させることができ、また破砕容器と本体部の間の周方向の隙間により、さらに８の字状の往復振動を加えたときには特に、破砕媒体がその軸心が任意の方向に僅かに傾いた種々の姿勢をとりつつ往復移動するとともに軸心回りに相対回転することで、破砕端部が容器本体の略半球状または半楕円球状の内底面に試料を擦り付けるように作用し、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒で、乳鉢内の試料を乳棒で叩きながら磨り潰すように作用するので、岩石などの鉱物材料に対しても効率的に破砕することができる。
【０００９】
また、破砕媒体における破砕端部の最大径部の直径ｄ２は、本体部の直径ｄ１の２／３以下、１／４以上とするのが好適である。破砕端部の直径ｄ２が本体部の直径ｄ１の２／３を超えると、破砕端部の試料に対する接触面積が大きくなり、本体部の慣性によって発生した破砕エネルギーで試料に十分に大きな破砕応力を作用させることができなくなって試料を効率的に破砕することができず、逆に破砕端部の直径ｄ２が本体部の直径ｄ１の１／４未満では、破砕端部が小さ過ぎて破砕端部から試料が逃れる確率が高くなって未破砕の試料が残ることがあるとともに破砕端部に作用する衝撃に耐え得る強度を確保するのが困難になる。
【００１０】
また、接続部は、本体部に向けて径大となるラッパ形状若しくは截頭円錐形状又はこれらと小径短寸円柱形状とを組み合わせた形状とすると、径が連続的に漸次に小さくなるので、本体部で発生した破砕エネルギーを効果的に伝達できるとともに、局部応力が発生しないので、強度及び耐久性を確保することができて好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の試料破砕具によれば、破砕容器内に収容した破砕媒体の質量の大きな本体部に作用する慣性エネルギーが接続部を介して径の小さい破砕端部に伝達されることで、試料に十分に大きな破砕エネルギーを付与して試料に十分に大きな破砕応力を発生させることができ、かつ破砕媒体が任意の方向に僅かに傾いた種々の姿勢をとりつつ往復移動するとともに軸心回りに相対回転することで、乳鉢としての破砕容器内の試料を乳棒としての破砕媒体で叩きながら磨り潰すように作用するので、岩石などの鉱物材料に対しても効率的に破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施形態の試料破砕具の縦断正面図である。
【図２】図２は同実施形態の破砕媒体の正面図である。
【図３】図３は同実施形態における破砕媒体の動作説明図である。
【図４】図４は同実施形態の破砕媒体の変形構成例を示す正面図である。
【図５】図５は同実施形態における破砕装置の要部構成を示す縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る試料破砕具の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１４】
図１において、１は試料破砕具で、破砕容器２と破砕媒体３にて構成され、破砕容器２内に破砕対象の試料４と破砕媒体３を収容し、試料破砕具１を振動させることで岩石や鉱物試料などの試料４を破砕するものである。
【００１５】
破砕容器２は、細長い有底円筒容器から成り、その開口部外周にねじ５ａが形成され、内底面が略半球状または半楕円球状の底部が乳鉢として機能する容器本体５と、容器本体５の開口部に螺合されて容器本体５を開閉可能に密閉する蓋体６にて構成されている。蓋体６の外形状は、容器本体５の底部と略同一に形成されている。この破砕容器２は、試料４の材質や量に応じて２〜５０ｍｌの内容積のものが用いられる。
【００１６】
破砕媒体３は、図１、図２に示すように、円柱状の本体部７と、本体部７の両端から突出されかつ径が端部に向けて細くなる接続部８と、接続部８に連続して設けられた破砕端部９とを有する形状の単一の部材にて構成されている。破砕端部９は、接続部８に連続する略半球状又は半楕円球に形成されている。本体部７は、その外径ｄ1が容器本体５の内径Ｄより１〜５ｍｍ程度小さく設定されて容器本体５内に周方向に隙間をあけて配置されるとともに、軸心方向の長さＬ3が容器本体５の内径Ｄより大きく設定され、容器本体５の軸心にほぼ沿った姿勢を保持するとともに、容器本体５の軸心に対して僅かに軸心を傾けた姿勢を種々に変化させながらほぼ軸心方向に相対移動可能に構成されている。なお、上記内径Ｄと上記外径ｄ1との関係は、（Ｄ−ｄ1）/Ｄが、０．０５〜０．３０となるのが好ましい。
【００１７】
接続部８は、図１、図２の例では、本体部７に向けて径大となる截頭円錐形状部８ａと小径短寸円柱形状部８ｂとを組み合わせて構成されている。この接続部８は、本体部７から破砕端部９に向けて径を連続的に漸次に小さくすればよいので、図４に実線で示すように、ラッパ形状部８ｃにて構成しても良く、また図４に仮想線で示すように、截頭円錐形状部８ａのみで構成しても良い。
【００１８】
破砕端部９は、最大径部の直径ｄ２が本体部７の外径ｄ１よりも小さく設定されている。詳しくは、破砕端部９の最大径部の直径ｄ２は、本体部の直径ｄ１の２／３以下、１／４以上に設定とするのが好適である。
【００１９】
破砕容器２を構成する容器本体５及び蓋体６の材質としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリフッ化エチレンなどの合成樹脂を用いることができ、着色剤を添加しない透明もしくは半透明のものを用いることで、破砕状態を外部から目視することができ、破砕の進行状態をチェックしながら破砕を行うことができる。具体例としては、ザルスタッド社（ＳＡＲＳＴＥＤＴ：ドイツ）製のねじ口タイプ遠心チューブや、エッペンドルフ社（ＥＰＰＥＮＤＯＬＦ：ドイツ）製のセイフロックチューブや、ノルゲン社（ＮＡＬＧＥＮ社：アメリカ）製の遠心チューブなどが好適に用いられる。また、ステンレス鋼などの金属チューブや、その内面にポリフッ化エチレンコーティングを施したものを用いることもできる。
【００２０】
また、破砕媒体３の材質としては、ＳＵＳ３４０などの磁性ステンレス、ＳＵＳ３０４硬質ステンレスなどのステンレス鋼、炭素鋼、チタン、タングステン、ジルコニア、タングステンカーバイド、セラミックなどを単体又は複合して構成したものを適宜に用いることができる。
【００２１】
次に、以上の試料破砕具１に振動を加えて試料４の破砕を行う破砕装置１０の構成を、図５を参照して説明する。ベース板１１上に固設された軸受筒体１２にて軸受１３を介して回転軸１４が鉛直軸心回りに回転自在に支持されるとともに、この回転軸１４をベース板１１の下部に配設された回転駆動手段（図示せず）にて回転駆動可能に構成されている。回転軸１４の上部には、傾斜軸体１５が嵌合固定されており、傾斜軸体１５の外周には軸受１６を介して相対回転自在に環状体１７が装着されている。この環状体１７の外周下部の適所に磁石１８が取付けられている。また、軸受筒体１２の外周上部に取付られた取付ブラケット１９にて支持された対極磁石２０が磁石１８に対向するように配置されている。これら磁石１８と対極磁石２０の吸着力によって、回転軸１４及び傾斜軸体１５が回転した場合に、環状体１７の回転を阻止して傾斜軸体１５の回転に伴って環状体１７が振れ運動を行うように構成されている。
【００２２】
この環状体１７の上部には取付段部２１が設けられ、その上に環状保持体２２が載置された固定ボルト２３にて締結固定されている。環状保持体２２の外周部には多数の細長い容器ケース２４が環状体１７の軸心と平行姿勢で配設されており、この容器ケース２４内に上記試料破砕具１を収容して支持するように構成されている。また、容器ケース２４の上には容器ケース２４の開口を閉鎖するとともに試料破砕具１を上から固定する蓋２５が被せられ、この蓋２５の上面を押圧板２６で押圧固定するように構成されている。押圧板２６は、環状保持体２２上に複数配設された、蓋２５の上面高さ位置と同一高さの取付ボス２７上に設置されて固定ねじ２８にて締結固定される。
【００２３】
以上の試料破砕具１と破砕装置１０によって試料４を破砕する際には、破砕容器２の容器本体５内に試料４と破砕媒体３を収容して蓋体６にて密閉して、破砕対象の試料４を収容した多数の試料破砕具１を準備しておく。この試料破砕具１を破砕装置１０の容器ケース２４内に収容し、蓋２５を被せて押圧板２６で固定した状態で、回転駆動手段（図示せず）にて回転軸１４を回転駆動する。すると、試料破砕具１はその軸心方向の比較的長い行程の主往復移動とそれと直交する方向の比較的短い行程の副往復移動を組み合わせた８の字状の往復振動３０を繰り返すことになる。
【００２４】
この試料破砕具１の８の字状の往復振動３０に伴って、破砕容器２内で、破砕媒体３が図３に示すように、破砕容器２の軸心方向に沿って矢印３１で示すように往復振動するとともに、破砕容器２の内周と破砕媒体３の本体部７の外周の間の周方向の隙間により、矢印３２で示すように破砕容器２の軸心に対して破砕媒体３の軸心が傾く方向に往復振動し、さらに矢印３３で示すように軸心回りに相対回転することになる。このように破砕容器２内で破砕媒体３が動作することによって試料４が効率的に破砕される。
【００２５】
すなわち、破砕媒体３が破砕容器２内でその軸心にほぼ沿った姿勢を保持して矢印３１の如くほぼ軸心方向に往復移動することで、破砕媒体３の質量の大きな本体部７に作用する慣性エネルギーが接続部８を介して径の小さい破砕端部９に伝達されることで、試料４に対する接触面積の小さい破砕端部４から試料４に十分に大きな破砕エネルギーが付与され、試料４に十分に大きな破砕応力が発生することになる。また、破砕媒体３が矢印３３の如く相対回転しつつ、破砕媒体３が矢印３２の如くその軸心が任意の方向に僅かに傾いた種々の姿勢をとるように往復移動することで、破砕端部９が図３に仮想線で示すように容器本体５の略半球状または半楕円球状の内底面に試料４を擦り付けるように動作することになり、それによって破砕容器２が乳鉢、破砕媒体３が乳棒で、乳鉢内の試料４を乳棒で叩きながら磨り潰すように作用する。かくして、岩石などの鉱物材料の試料４を効率的に破砕することができる。
【００２６】
また、破砕媒体３における破砕端部９の最大径部の直径ｄ２を、本体部７の直径ｄ１の２／３以下、１／４以上としているので、破砕端部９の試料４に対する接触面積が大きいために試料４に所要の破砕応力を作用させることができないというようなことがなく、また破砕端部９が小さ過ぎて破砕端部９から試料が逃れる確率が高くなって未破砕の試料４が残ったり破砕端部９に作用する衝撃に耐え得る強度を確保し難いというようなことがなく、試料４を確実に効率的に破砕することができる。
【００２７】
また、接続部８を、本体部７側が径大となる截頭円錐形状部８ａ若しくはラッパ形状部８ｃ又はこれらと小径短寸円柱形状部８ｂとを組み合わせた形状としていることで、径が連続的に漸次に小さくなるので、慣性エネルギーの伝達が効果的に行われるとともに、局部応力が発生しないので、強度及び耐久性を確保することができる。
【００２８】
具体例を示すと、図１に示した形状で、内径Ｄが２３ｍｍ、軸方向長さ（内面側）Ｌが１００ｍｍのポリカーボネート製の破砕容器２内に、破砕対象の試料４として岩石１．０ｇと、図１、図２に示した形状（Ｌ１＝５５ｍｍ、Ｌ２＝３５ｍｍ、Ｌ３＝２０ｍｍ、ｄ1＝２０ｍｍ、ｄ2＝１０ｍｍ、）のアルミナ製の破砕媒体３とを収容して蓋体６にて密閉し、この試料４を収容した試料破砕具１を、容器ケース２４の回転半径が８０ｍｍ、傾斜軸体１５の傾斜角が５°の破砕装置１０における容器ケース２４に収容して押圧板２６で固定し、回転軸１４を３０００ｒｐｍで回転駆動して破砕動作を行った。その結果、１０ｓｅｃの破砕動作を２回行ったところ、岩石を完全に破砕することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の試料破砕具は、破砕容器内に収容した破砕媒体の質量の大きな本体部に作用する慣性エネルギーが接続部を介して径の小さい破砕端部に伝達されることで、試料に十分に大きな破砕エネルギーを付与して試料に十分に大きな破砕応力を発生させることができ、かつ破砕媒体が任意の方向に僅かに傾いた種々の姿勢をとりつつ往復移動することで、乳鉢としての破砕容器内の試料を乳棒としての破砕媒体で叩きながら磨り潰すように作用して効率的に破砕することができるので、岩石や鉱物材料などの試料の破砕に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  試料破砕具
２  破砕容器
３  破砕媒体
４  試料
５  容器本体
６  蓋体
７  本体部
８  接続部
８ａ  截頭円錐形状部
８ｂ  短寸円柱形状部
８ｃ  ラッパ形状部
９  破砕端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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