(57)【要約】【課題】従来に比して、さらに短時間で且つ安価に、粉体木質材を得ることができる方法の要請に応えることができる木質材の粉砕方法を提供すること。【解決手段】木質の粒状原料を、粉砕媒体を装入した粉砕筒１２を備える粉砕機に供して粉砕し、製品として累積90％粒径200μm以下の粉体木質材を得る方法。粉砕機として、公転（旋回）により振動を発生させる旋回方式粉砕装置を使用する。得られた製品（粉体木質材）は、粒度分布グラフが一山タイプとなる。【選択図】図１
2008290025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質の粒状原料を、粉砕媒体を装入した粉砕筒を備える粉砕機に供して粉砕し、製品として累積90％粒径200μm以下の粉体木質材を得る方法であって、
前記粉砕機として、公転（旋回）により振動を発生させる旋回方式粉砕装置を使用することを特徴とする木質材の粉砕方法。
【請求項２】
前記粒状原料として、粒径400〜1500μmのものを使用し、前記旋回式粉砕装置を、回転数500〜1800 min-1の運転条件で、かつ、下記式で示される加速度数（Ｇ）が10Ｇ超32Ｇで行い、製品として、累積90％粒径150μm以下の粉体木質材を得ることを特徴とする請求項１記載の木質材の粉砕方法。
加速度数（Ｇ）＝
1／（9.8ｍｓ-2）×片振幅（旋回半径）（ｍ）×（2π×振動数（min-1）×60ｓ-1）2
【請求項３】
前記製品として累積50％粒径80μm以下の粉体木質材を得ることを特徴とする請求項２記載の木質材の粉砕方法。
【請求項４】
前記製品として累積90％粒径100μm以下の粉体木質材を得ることを特徴とする請求項２記載の木質材の粉砕方法。
【請求項５】
前記製品として累積50％粒径50μm以下の粉体木質材を得ることを特徴とする請求項４記載の木質材の粉砕方法。
【請求項６】
前記製品を前記粉砕筒から加圧又は吸引により排出することを特徴とする請求項１〜５いずれか一記載の木質材の粉砕方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一記載の木質材の粉砕方法で得られる粉体木質材であって、該粉体木質材の粒度分布頻度グラフが一山タイプであることを特徴とする粉体木質材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質材の粉砕方法及び紛体木質材に係る。特に、木質材を粉砕して、バイオエタノール製造原料や木質混練成形品用原料、燃料代替原料とする場合に好適な木質材の粉砕方法及び粉体木質材に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築廃材、工場廃材、剪定乃至間伐材、刈草等、枝葉を含む場合のある大量の木質材が発生する。かかる木質材を有効利用することが望まれる。
【０００３】
そこで一般に、それが枝葉以外のものである場合には、木質材を破砕し、必要に応じて選別及び篩分けした後、燃料チップ、製紙やボード用の原料チップとして有効利用している。また、枝葉である場合には、木質材をそのまま堆肥原料や畜舎敷料として有効利用している。
【０００４】
従来、前記のような木質材の粉砕方法として、ハンマーミルや回転式ボールミルに供して粉砕する方法、刃や突起歯等を回転させる粉砕機に供して粉砕する方法、凍結粉砕する方法、高温高圧下の蒸煮後に一気に解放して爆砕する方法等がある。
【０００５】
しかし、ハンマーミルや回転式ボールミルに供して粉砕する方法には、木質材を粒径200μm以下の粉末にまで粉砕しようとすると、極めて長時間がかかるという問題がある。
【０００６】
また、刃や突起歯等を回転させる粉砕機に供して粉砕する方法には、そもそも木質材を粒径200μm以下の粉体（粉末）にまで粉砕することそれ自体が難しいという問題がある。更に凍結粉砕する方法や爆砕する方法には、膨大な費用がかかるという問題がある。
【０００７】
そこで、本願出願人は、先に他の出願人と共同して、比較的に短時間に粒径200μm以下の粉体（粉末）まで粉砕できる振動式粉砕機（粉砕ミル）を用いる木質材の粉砕方法や粉状木質材を提案した（特許文献１〜３参照）。
【０００８】
なお、本発明の発明性に影響を与えるものではないが、本発明で使用する旋回式粉砕装置（遠心ミル：偏心ミルとも称されることがある。）が、特許文献４において提案されている。
【特許文献１】特開2004−188833号公報
【特許文献２】特開2004−188335号公報
【特許文献３】特開2004−188839号公報
【特許文献４】特開平10−34000号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
昨今、さらに、短時間で且つ安価に、粉体木質材を得ることができる方法の要請が出てきている。
【００１０】
本発明は、上記要請に応えることができる木質材の粉砕方法及び粉体木質材を提供することを目的（課題）とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をする過程で下記知見を得た。
【００１２】
1)特許文献４に記載されている構成の旋回方式粉砕装置により、所定粒径の木質の粒状原料を粉砕した場合、振動式粉砕機（例えば、振動ボールミル）に比して、予測を超えて短時間で所定粒径の粉体木質材を得ることができる。
【００１３】
2)さらに、得られた粉体木質材の粒度分布頻度グラフが、振動式粉砕機で得られる場合に比して、二山タイプとなり難く、一山タイプとなる。すなわち、粒径がそろったものが得やすい。従って、バイオエタノール製造原料や木質混練成形品用原料とした場合、分級（篩い分け）工程を経ず、そのまま使用することが期待できる。特に、エタノールの発酵生産等の原料に適用したとき、発酵生産時間を格段に短く、かつ、発酵終了後の未利用原料を可及的に少なくできることが期待できる。
【００１４】
そして、上記知見に基づいて、下記構成の木質材の粉砕方法に想到した。
【００１５】
木質の粒状原料を、粉砕媒体を装入した粉砕筒を備える粉砕機に供して粉砕し、製品として累積90％粒径200μm以下の粉体木質材を得る方法であって、
前記粉砕機として、公転（旋回）により振動を発生させる旋回方式粉砕装置を使用することを特徴とする。
【００１６】
そして、本発明の粉体木質材は、粒度分布頻度グラフが一山タイプであることを特徴とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の望ましい形態について、説明する。
【００１８】
本発明に使用する旋回式粉砕装置の一例及びその原理を図１〜３に示す。ここでは、粉砕筒一筒式の場合を例に採ったが、特許文献４の図１・２に示すような粉砕筒二筒式でも同様である。
【００１９】
基本的構成は、粉体媒体及び被粉砕物が充填された（円）筒形の粉砕容器（粉砕筒）１２を、複数（図例では一対：2本）のクランク（偏心シャフト）１４により旋回（公転）させる如く、絶対座標系に対して自らは回転させることなく、その絶対座標系の原点Ｏの周りを旋回（旋回軌跡Ｌ）させる如くして、容器（粉砕筒）１２内部に充填された粉砕媒体及び被粉砕物に対し、遠心力を発生させて粉砕可能としたものである（図符号以外は、特許文献４請求項１から引用）。なお、図３において、英小文字ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ、粉砕容器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの中心位置を示す。
【００２０】
より具体的には、下記のとおりである。
【００２１】
各偏心シャフト１４は、大径部（クランク腕）１４ａと、大径部の両側偏心位置に形成される小径部（クランク軸）１４ｂとで構成される。
【００２２】
該一対の小径部（クランク軸）１４ｂは、固定支持台１６に配された一対の主軸受け（固定軸受け）１８、１８に支持される。小径部（クランク軸）１４ｂには、それぞれ、カウンタウェイト（バランスウェイト）２０が取り付けられ、振動モーメントが打ち消され、実質的に振動が発生しないようになっている。
【００２３】
各偏心シャフト１４の一方側の小径部（クランク軸）１４ａには、自在軸継手（ユニバーサルジョイント）２２を介して、駆動モータ２４に連結される。
【００２４】
他方、一対の偏心シャフト１４の大径部（クランク腕）１４ａは固定支持されていない副軸受け（浮動軸受け）２６が装着されている。そして、各副軸受け２６、２６の副軸受け箱２７、２７間には、軸前後方向に一対の粉砕筒取付け板２８、２８が架渡され、該粉砕筒取り付け板に粉砕筒を着脱可能とされている。当然、粉砕筒固定方式であってもよい。
【００２５】
また、前記駆動モータ２４、２４の間は、プーリ３０、３０を介してタイミングベルト３２により、駆動モー２４、２４相互が同期回転可能となっている。
【００２６】
上記において、旋回直径（Ｇ）と粉砕筒内径（Ｄ）の比率は、0.01＜Ｇ／Ｄ＜0.3範囲から適宜剪定する。これらの数値は、回転数500〜1200 min-1の場合を想定したもので、回転数がこれらの範囲外である場合は、上記Ｇ／Ｄの範囲も若干変動する（図３参照）。
【００２７】
具体的には、粉砕筒の内径を、例えば、180ｍｍとした場合、旋回直径（振幅）：約1.8〜54ｍｍとなる。
【００２８】
旋回直径Ｇが粉砕筒内径Ｄに比して、大きすぎると、旋回時の遠心力（Ｇ）が大きくなり、偏心シャフト１４（特にクランク軸１４ｂ）を相対的に太くする必要があるとともにカウンタウェイト２０も重くする必要がある。また、旋回直径Ｇが粉砕筒内径Ｄに比して、小さすぎると、旋回時に十分な遠心力が発生せず、木質粉砕に必要な粉砕能を得難くなる。結果的に粉砕時間の短縮の効果を得難くなるとともに、得られる製品（粉体木質材）の粒度分布頻度グラフが一山タイプとなり難い。
【００２９】
次に、上記旋回式粉砕装置を使用しての、本発明の粉砕方法について説明する。
【００３０】
まず、木質の粒状原料を調製する。木質の粒状原料としては、粒状であれば、特に限定されないが、平均粒径100〜5000μm、望ましくは、粒径400〜1500μmのものを使用する。大鋸屑のような場合は、そのまま（適宜乾燥して）使用可能であるが、各種建築廃材や剪定材乃至間伐材の場合は、それらを乾燥後（絶対含水率で12％以下）、特許文献１実施例１〜３に記載の如く、ハンマーミル等で破砕して、所定大きさ（例えば、短径5ｍｍ以内、長径50ｍｍ以内）の破砕物を、振動ミル（粉砕媒体：ボール乃至ロッド）等でさらに粉砕して、粒状原料とする。なお、粒径が上記範囲のものであれば、ハンマーミルや回転式ボールミルでも、それほどの長時間は要しないと推定される（特許文献１段落０００２参照）。
【００３１】
次に、上記粒状原料を、粉砕媒体を装入した粉砕筒に投入する。粉砕媒体としては、ボール、ロッドを限定されない。
【００３２】
粉砕筒１２は、図例では、材料投入口１２ａを備えるとともに、材料投入口１２ａと反対側に多孔板１３がキャップ蓋部１２ｂが挟持結合されている。多孔板１３は、バッチ式で製品を排出する際、製品とボールを分離するためのものである。なお、１２ｃは連続加圧・吸引排出する場合の製品排出口１２ｄは同じくエア送入口である。
【００３３】
なお、粉砕筒としては、特に限定されないが、磨耗防止の見地から、通常、ライナー張りとする。また、粉砕筒の周面には、適宜、温調（水冷）用ジャケットや熱放散（空冷用）フィンを形成する。さらには、粉砕筒は、円筒に限られず、多角筒（断面4〜8角形）であってもよい。
【００３４】
このときの、粉砕媒体であるボールの径は、粉砕筒の大きさ、到達製品粒径、粒状原料の粒径等により異なるが、通常、3〜30ｍｍ（より普通には、3〜13ｍｍ）の範囲から適宜選定する。また、ボールの材質は、通常、鉄（鋼）製とするが、他の合金やセラミックスであってもよく、木質材より高硬度であれば、プラスックや種子等であってもよい。種子の場合は、磨耗紛がそのまま製品とすることもできる。さらに、粉砕媒体（ボール）の充填率は、容積見掛け充填率で、60〜90％、望ましくは65〜85％とする。
【００３５】
また、ボールに比して粒径の小さいものを得がたいが、粉砕媒体をロッドとすることもできる。その場合のロッド径は15〜30ｍｍφとする。なお、ロッド長さは、通常、粉砕筒の内側長さより若干短いものとする。ロッドの材質や充填率は、ボールの場合と同様である。
【００３６】
さらに、木質の粒状原料の投入量は、木質材の粒径及び粉砕媒体の種類及び／又は材質により異なるが、例えば、粉砕媒体がボールの場合、粉砕筒内容積の3〜10％の範囲から適宜設定する。
【００３７】
そして、回転数は、公転（旋回）直径を、10〜30ｍｍとしたとき、500〜1800min-1、より普通には、500〜1200min-1とする。
【００３８】
すなわち、下記計算式で求められる加速度数（Ｇ）が、4〜72Ｇ、望ましくは、10Ｇ超32Ｇ、さらに望ましくは、12〜20Ｇの範囲で適宜設定する。加速度数が小さすぎると、所要の製品粒径のものを得難く、加速度数が大きすぎると、運転時負荷が大きすぎて実際的でない。
【００３９】
加速度数（Ｇ）＝
1／（9.8ｍｓ-2）×片振幅（旋回半径）（ｍ）×（2π×振動数（min-1）×60ｓ-1）2
運転時間は要求される製品粒径により異なるが、本発明の場合、後述の実施例の如く、10分前後で、粒径200μm（累積90％値）以下のものを得ることができる。
【００４０】
そして、上記のようにして得た製品（粉体木質材）は、たとえば、図２に示す如く、粉砕筒１２から排出して製品タンク３８に回収する。
【００４１】
すなわち、エアをエア輸送機３４を用いて粉砕筒１２内に送入し、該エア圧で製品を粉砕筒１２から排出し、サイクロン３６を介して製品タンク３８に回収する。なお、４０はバッグフィルターであり、４２はエア吸引用の空気輸送機である。製品は、空気輸送機４２により粉砕筒１２から吸引排出してもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の効果を確認するために行った実施例・比較例について説明する。
【００４３】
＜実施例１・２＞
本実施例で使用した旋回式粉砕装置は、仕様及び運転条件は下記のとおりである。
【００４４】
粉砕筒容量：8.3Ｌ（181ｍｍφ×324ｍｍ）
回転数：900min-1
全振幅（旋回直径）：30ｍｍ
加速度数：13.6Ｇ
粉砕媒体（ボール）：径1／2インチ（約12.7ｍｍ）、充填率70％、
原料投入量：710ｇ（嵩比重0.3、充填率100％；粉砕媒体合計空隙容量比）
運転時間：実施例１（5分）、実施例２（10分）
＜比較例１・２＞
本比較例で使用した振動式粉砕装置は、仕様及び運転条件は下記のとおりである。
【００４５】
粉砕筒容量：3.6Ｌ（145ｍｍφ×220ｍｍ）
回転数：1200min-1
全振幅：9ｍｍ
加速度数：9.7Ｇ
粉砕媒体（ボール）：径1／2インチ（約12.7ｍｍ）、充填率80％、
原料投入量：300ｇ（嵩比重0.3、充填率100％；粉砕媒体合計空隙容量比）
運転時間：比較例１（5分）、比較例２（10分）
そして、運転終了後、粉砕筒から取り出した各実施例・比較例の製品（粉体木質材）について、粒度分布を測定した。その結果を、図４〜７にそれぞれ示すとともに、粒度分布測定結果（累積90％、累積50％の各粒径）を表１に示す。
【００４６】
尚、参考のために、原料についても粒度分布測定を行ったので、その結果を図８及び表１に示す。
【００４７】
これらの結果から、本発明の旋回式粉砕装置により粉砕方法による実施例は、従来の振動式粉砕機（振動ボールミル）による粉砕方法に比して、格段に短時間で、所定粒径のものを得ることができる。
【００４８】
さらに、粒度分布グラフ図が、本発明の実施例の場合、一山タイプであるのに対し、従来の比較例の場合、ピークが二つの二山タイプであることが分かる。この結果から、粒度分布が可及的に一定であることが要求される発酵エタノール生産に、粉体木質材を分級せずに、そのまま使用できることが期待できる。
【００４９】
【表１】
2008290025.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に用いる旋回式粉砕機の一例を示す概略平面断面図である。
【図２】本発明の方法で得た製品（粉体木質材）の回収の方法を説明するための流れ図である。
【図３】本発明に用いる旋回式粉砕機における粉砕容器の旋回運動の説明図である。
【図４】実施例１で得た製品（粉体木質材）の粒度分布測定結果を示すグラフ図である。
【図５】実施例２で得た製品（粉体木質材）の粒度分布測定結果を示すグラフ図である。
【図６】比較例１で得た製品（粉体木質材）の粒度分布測定結果を示すグラフ図である。
【図７】比較例２で得た製品（粉体木質材）の粒度分布測定結果を示すグラフ図である。
【図８】実施例・比較例に使用した木質粒状原料の粒度分布測定結果を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５１】
１２・・・粉砕筒（粉砕容器）
１４・・・偏心シャフト（クランク）
１４ａ・・・大径部（クランク腕）
１４ｂ・・・小径部（クランク軸）
【図１】
2008290025.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008290025.tif 000006
【図４】
2008290025.tif 000007
【図５】
2008290025.tif 000008
【図６】
2008290025.tif 000009
【図７】
2008290025.tif 000010
【図８】
2008290025.tif 000011