(57)【要約】【課題】液体窒素等の液化ガスに懸濁させた被粉砕物を粉砕容器内で安全に媒体粉砕することができる粉砕装置を提供する。【解決手段】液化ガスに懸濁された非粉砕物を粉砕容器４内で媒体粉砕する粉砕機２と、液化ガスを貯留する液化ガス貯留容器１５と、液化ガス貯留容器１５から粉砕容器４に液化ガスを供給するポンプ２４と、粉砕容器４と液化ガス貯留容器１５を収容する開閉自在の真空断熱ケース３２と、粉砕容器４内の懸濁液の重量を検出するロードセル１１とを有し、粉砕機２によって粉砕容器４内の被粉砕物を粉砕している間に、ロードセル１１が粉砕容器４内の懸濁液の重量が所定の値よりも減少したことを検知すると、ポンプ２４が作動して、液化ガス貯留容器１５から粉砕容器４に液化ガスを供給し、ロードセル１１が粉砕容器４内の懸濁液の重量が所定の値に達したことを検知すると、ポンプ２４が停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガスに懸濁された非粉砕物を粉砕容器内で媒体粉砕する粉砕機と、液化ガス供給源から供給された液化ガスを貯留する液化ガス貯留容器と、前記液化ガス貯留容器から前記粉砕容器に液化ガスを供給するポンプと、前記粉砕容器と前記液化ガス貯留容器を収容し、液化ガスの拡散を防止する開閉自在のケースと、前記粉砕容器内の懸濁液の重量を検出する重量検出装置とを有し、前記粉砕機によって前記粉砕容器内の前記被粉砕物を粉砕している間に、前記重量検出装置が前記粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値よりも減少したことを検知すると、前記ポンプが作動して、前記液化ガス貯留容器から前記粉砕容器に液化ガスを供給し、前記重量検出装置が前記粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値に達したことを検知すると、前記ポンプが停止することを特徴とする、粉砕装置。
【請求項２】
請求項１に記載の粉砕装置において、前記液化ガスは液化不活性ガスであり、特に、液体窒素であることを特徴とする、前記粉砕装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の粉砕装置において、前記粉砕機はビーズミルであることを特徴とする、前記粉砕装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の粉砕装置において、前記ケースを真空断熱ケースによって構成したことを特徴とする、前記粉砕装置。
【請求項５】
請求項４に記載の粉砕装置において、前記重量検出装置は、前記粉砕機と前記真空断熱ケースとこれらを支持する構造部材とに連結されたロードセルであることを特徴とする、前記粉砕装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化不活性ガス等の常温常圧で気化する液体中で被粉砕物を媒体粉砕することができる粉砕装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体窒素等の液化ガスを使用して粉砕を行う場合には、粉砕中の粉砕容器内の懸濁液の量を適正な量に管理する必要がある。特開２０１４−１４４４１０号公報には、この液体として液化不活性ガスを例にとって、上限レベルセンサと下限レベルセンサによって粉砕容器中の液面高さを所望の範囲に維持することができる、微粉末の製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１４４４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体窒素等の液化ガスに懸濁させた被粉砕物を粉砕容器内で適正に媒体粉砕することができる粉砕装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、長時間の連続粉砕を行うことができる粉砕装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、作業性及び保守性並びに安全性に優れた粉砕装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の粉砕装置は、液化ガスに懸濁された非粉砕物を粉砕容器内で媒体粉砕する粉砕機と、液化ガス供給源から供給された液化ガスを貯留する液化ガス貯留容器と、前記液化ガス貯留容器から前記粉砕容器に液化ガスを供給するポンプと、前記粉砕容器と前記液化ガス貯留容器を収容し、液化ガスの拡散を防止する開閉自在のケースと、前記粉砕容器内の懸濁液の重量を検出する重量検出装置とを有し、前記粉砕機によって前記粉砕容器内の前記被粉砕物を粉砕している間に、前記重量検出装置が前記粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値よりも減少したことを検知すると、前記ポンプが作動して、前記液化ガス貯留容器から前記粉砕容器に液化ガスを供給し、前記重量検出装置が前記粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値に達したことを検知すると、前記ポンプが停止することを特徴とする。
【０００６】
前記液化ガスは液化不活性ガスであり、特に、液体窒素であることができる。
また、前記粉砕機はビーズミルであることができる。
また、前記ケースを真空断熱ケースによって構成することができる。
更に、前記重量検出装置は、前記粉砕機と前記真空断熱ケースとこれらを支持する構造部材とに連結されたロードセルであることができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の粉砕装置は、粉砕機によって粉砕容器内の被粉砕物を粉砕している間に、重量検出装置が粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値よりも減少したことを検知すると、ポンプが作動して、液化ガス貯留容器から粉砕容器に液化ガスを供給し、この結果、重量検出装置が粉砕容器内の懸濁液の重量が所定の値に達したことを検知すると、ポンプが停止するように構成されているから、常温常圧で気化する液化ガス中で非粉砕物の媒体粉砕をする場合でも、適正な粉砕を行うことができる。
【０００８】
また、本発明の粉砕装置は、粉砕容器内に必要量の液化ガスを自動的に補充することができるから、長時間の粉砕を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の粉砕装置は、真空断熱ケース等のケース内に粉砕容器と液化ガス貯留容器を密封するから、液化ガスの拡散を防止することができる。これによって、作業者の安全を確保することができる。
【００１０】
本発明の粉砕装置のその他の特徴は、図面を参照して行う、以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の粉砕装置の要部の断面を含む正面図である。（実施例１）
【図２】図２は、図１の粉砕装置の上面図である。
【図３】図３は、図１の粉砕装置の左側面図である。
【図４】図４は、図１の粉砕装置の右側面図である。
【図５】図５は、図３の粉砕装置から粉砕ディスクとベッセルと真空断熱上部ケースと真空断熱下部ケースを降下させた状態の左側面図である。
【図６】図６は、本発明の粉砕装置の他の実施形態の要部の断面を含む正面図である。（実施例２）
【図７】図７は、図６の粉砕装置の上面図である。
【図８】図８は、図６の粉砕装置の右側面図である。
【図９】図９は、図６の粉砕装置の左側面図である。
【図１０】図１０は、図６の粉砕装置から粉砕ディスクとベッセルと真空断熱下部ケースを下降させた状態の正面図である。
【図１１】図１１は、図６の粉砕装置の真空断熱ケースの支持構造の説明図である。
【図１２】図１２は、図６の粉砕装置の液化ガス送液部の説明図である。
【図１３】図１３は、図６の粉砕装置の粉砕室の蓋部の構造を説明するためのベッセルと真空断熱ジャケットの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
縦型ビーズミルを使用して液体窒素中で被粉砕原料を媒体粉砕する粉砕装置について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１乃至５は本発明の粉砕装置１を示し、粉砕装置１は縦型ビーズミル２を有する。縦型ビーズミル２は、真空断熱ジャケット３で覆われたベッセル４と、４枚のディスクが取り付けられた回転軸を有する粉砕ディスク５と、天板６に固定されたサーボモータ７と、サーボモータ７の回転軸に取り付けられた角軸カプラ８とを有する。縦型ビーズミル２の粉砕ディスク５の回転軸は、角軸カプラ８を介して、サーボモータ７の回転軸にワンタッチで着脱可能に連結される。縦型ビーズミル２はサーボモータ７の回転によってベッセル４の内部で４枚の粉砕ディスク５を回転させる。
【００１４】
粉砕装置１の機枠９の上部には支持板１０が固定され、支持板１０には一対のロードセル１１、１２が間隔を置いて設置されている。ロードセル１１、１２は連結棒１３、１４によって天板６に連結されている。天板６は、ロードセル１１、１２の連結棒１３、１４によって、機枠９の支持板１０から吊り下げられている。
【００１５】
液体窒素供給用電磁弁２３は機枠９の支持板１０に取り付けられ、は、が吊り下げられて固定され、液体窒素サーバ１５の内部に配置された液面検出浮子１６は、機枠９の支持板１０から浮子用軸１７によって吊り下げられている。浮子用軸１７は支持板１０に関して上下方向に摺動可能に支持される。液体窒素サーバ１５の底部には液面検出用光電スイッチ１８が固定され、液面検出用光電スイッチ１８は液面検出浮子１６の底面を照射して、液面検出浮子１６の上下方向の位置を検出する。液面検出浮子１６の側方には液体窒素供給用真空断熱パイプ１９が配置され、その先端には焼結フィルタ２０が取り付けられている。液体窒素供給用真空断熱パイプ１９はブラケット２１によって支持板１０に固定され、パイプ２２を介して、液体窒素供給用電磁弁２３に連結されている。液体窒素供給用電磁弁２３は液体窒素供給タンク（液体窒素供給源）（図示せず）に連結される。
【００１６】
液体窒素送液ポンプ２４は、Ｕ字状に湾曲した送液パイプ２５と、送液パイプ２５の流体流入口２６に取り付けられた逆止弁２７とを、モータ２８によって駆動されるカム機構２９によって上下動させることにより、液体窒素サーバ１５の内部に貯留された液体窒素を送液パイプ２５の内部の液体窒素に働く慣性力によって、流体流入口２６から送液パイプ２５の内部に汲み上げ、送液パイプ２５の流体吐出口３０から吐出させる。液体窒素送液ポンプ２４は送液パイプ２５の内部の液体窒素に働く慣性力を利用して液体窒素を移送するエナーシャポンプである。流体吐出口３０から流出した液体窒素はベッセル４に流入する。なお、Ｕ字状に湾曲した送液パイプ２５とカム機構２９は連結棒３１によって連結されている。また、モータ２８とカム機構２９は天板１０の上に固定され、Ｕ字状に湾曲した送液パイプ２５は連結棒３１によって天板１０から吊り下げられている。
【００１７】
粉砕装置１を使用して液体窒素中で被粉砕物を媒体粉砕するには、ベッセル４の内部に被粉砕物と液体窒素との懸濁液を投入し、粉砕媒体として、例えば、ジルコニアビーズを投入する。そして、縦型ビーズミル２によって被粉砕媒体の粉砕を行うと、ベッセル４内の液体窒素は気化して次第に減少する。この液体窒素の減少をロードセル１１，１２が重量の減少として検知する。液体窒素の減少量が予め設定された値に達すると、液体窒素送液ポンプ２４のモータ２８が回転してカム機構２９を駆動し、カム機構２９が連結棒３１及び送液パイプ２５を上下動させる。これにより、液体窒素サーバ１５内の液体窒素がベッセル４に補充される。ベッセル４に補充された液体窒素によりベッセル４内の液体窒素の重量が予め設定された値に達すると、液体窒素送液ポンプ２４のモータ２８が停止し、ベッセル４への液体窒素の補充は停止する。
【００１８】
液体窒素サーバ１５の内部の液体窒素が液体窒素送液ポンプ２４によってベッセル４に供給され、液体窒素サーバ１５の内部の液体窒素の液面が下降すると、液面検出浮子１６が下降する。液面検出浮子１６の予め設定された液面まで下降すると、液面検出用光電スイッチ１８が液体窒素供給用電磁弁２３に開弁信号を発し、液体窒素サーバ１５に液体窒素が補充される。これにより、液面検出浮子１６が予め設定された液面まで上昇すると、液面検出用光電スイッチ１８が液体窒素供給用電磁弁２３に閉弁信号を発し、液体窒素の供給は停止される。液体窒素供給用真空断熱パイプ１９の先端に取り付けられた焼結フィルタ２０は、液体窒素流入時に液体窒素に液体窒素に流路抵抗を付与し、液体窒素を液体のまま供給するのに資する。
【００１９】
粉砕装置１は真空断熱ケース３２を有する。真空断熱ケース３２は上部真空断熱ケース３３と下部真空断熱ケース３４を備え、上部真空断熱ケース３３と下部真空断熱ケース３４はクランプ装置３５、３６によって連結することができる。機枠９には上下方向に延在する案内部材３７が取り付けられ、案内部材３７には昇降部材３８が上下方向に摺動自在に取り付けられている。機枠９には、また、昇降用ウインチ３９が固定され、昇降用ウインチ３９のワイヤ４０は昇降部材３８に連結されている。下部真空断熱ケース３４の背面には、昇降部材３８に着脱自在に係合する連結部材４１が固定されている。連結部材４１を昇降部材３８に係合し、昇降用ウインチ３９を巻き上げると、下部真空断熱ケース３４は案内部材３７に沿って上昇する。
【００２０】
図５の状態で昇降用ウインチ３９を巻き上げると、下部真空断熱ケース３４はベッセル４が載置された状態で上昇し、上部真空断熱ケース３３と共に上昇する。上部真空断熱ケース３３は、天板６の下面に固定された位置決め密封部材４２に嵌合し、図１、３及び４の状態になる。位置決め密封部材４２は合成樹脂材料で形成され、その外周には密封用Ｏリング（図示せず）が装着される環状溝４３が形成されている。図１、３及び４の状態でクランプ装置４４、４５を締結すれば、真空断熱ケース３２は天板６に固定され、真空断熱ケース３２の内部は密封される。
【００２１】
図１中、参照番号４６、４７はベッセル保持部材を示す。また、図３乃至５中、参照番号４８は上部真空断熱ケース３３に形成された窓である。なお、昇降用ウインチ３９を巻き戻せば真空断熱ケース３２を降下させることができる。粉砕ディスク５は単独で取り外すことができる。ベッセル４は下部真空断熱ケース３４と共に昇降する。ベッセル４は下部真空断熱ケース３４を降下させた後に取り外すことができる。ベッセル４を下部真空断熱ケース３４の所定の位置に予め固定しておくこともできる。また、位置決め密封部材４２と角軸カプラ８の間にラビリンスシールを介装することができる。
【実施例２】
【００２２】
図６乃至１３は、本発明の粉砕装置の変更態様を示す。図６乃至１２中、図１乃至５で使用されている参照番号と同一の番号は同一の機能を果たす同一の構成要素である。
この実施例の粉砕装置１００が実施例１の粉砕装置１と異なる点を説明する。
先ず、図１１に示すように、真空断熱ケース３２に接する天板６を、支柱５０、５１を介して、支持部材５４に連結し、支持部材５４を、スペーサ５２、５３を介して、ロードセル１１、１２に連結した。これにより、天板６がロードセル１１、１２に直接連結されることは無くなった。天板６が低温によって歪を生じ、ロードセル１１、１２の重量検知に影響を及ぼすことを回避するためである。
【００２３】
次に、粉砕装置１では、角軸カップラ８によってサーボモータ７と粉砕ディスク５を連結していたが、粉砕装置１００では、角軸カップラ８に代えて、一般に「ドリルチャック」と呼ばれるカップリング８０を用いている。
【００２４】
次に、粉砕装置１では、安全弁付の液体窒素ボンベ（液体窒素供給源）を電磁弁２３、パイプ２２を介して液体窒素供給用断熱パイプ１９に連結した直結回路であるが、直結回路では、電磁弁２３を閉じた時に配管内が密封されるため、配管内で液体窒素が気化して圧力が上昇したとき、液体窒素ボンベの安全弁のみによって降圧させている。粉砕装置１００では、図１２に示すように、液体窒素ボンベ５５が連結される供給パイプ５６にＬＮＧ供給安全弁５７を設けると共に、電磁弁２３を跨いでパイパスするベント通路５８にベント安全弁５９を設けた。ベント回路５８は圧損を大きく設計することで、液体は通過せずに、気体のみが通過する。ベント回路５８の入り口にはフレキヒータ６０を装着し、気化を促進する。これにより、電磁弁２３を閉じても、配管内の窒素はガスとなって安全に放出される。なお、図１２中、Ｖは液体窒素ボンベ５５に付属する放圧弁である。なお、ベント回路５８にはベントフィルター（図示せず。）が組み込まれる。
【００２５】
次に、粉砕装置１では、真空断熱ケース３２の昇降機能を果たすために昇降用ウインチ３９とワイヤ４０を使用したが、粉砕装置１００では、図７に示すように、ハンドル３０によって回転する横軸６１にべベルギア６２を取付け、べベルギア６２をスクリュー軸６４のべベルギア６３に噛み合わせた。図８に示すように、スクリュー軸６４には連結部材３８が螺合し、連結部材３８はアーム６５に連結されている。連結部材３８は昇降ベースを構成する。これにより、ハンドル３９を回転させると、スクリュー軸６４が回転し、アーム６５が上下動する。このような構成を採ることにより、粉砕装置１００の昇降装置は分解及び組立が容易になる。
【００２６】
そして、粉砕装置１のベッセル（粉砕室）４には蓋を設けていない。しかし、粉砕時にビーズ（粉砕媒体）が飛散する場合がある。そこで、粉砕装置１００では、図１３に示すように、ベッセル４に耐熱ガラス製の２つ割り構造の蓋６６を設置した。また、粉砕ディスク５の回転軸と蓋６６の間の空隙６７にビーズが挟まるのを防止するため、粉砕ディスク５の回転軸に厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ製の振切板６８を取付けた。蓋６６の底面と振切板６８との間隔は２ｍｍ程度であるが、この間隔は振切板６８が蓋６６に接触しない限度で微小であることが望ましい。もっとも、振切板６８は柔軟性のある厚さ１ｍｍのＰＴＦＥ製であるから、万が一、蓋６６と接触しても蓋６６が破損することはない。更に、蓋６６の上面に漏斗６９を取付け、漏斗６９を介して液体窒素を供給する構造とした。
【００２７】
なお、液体窒素等の常温常圧で気化する液体を使用して粉砕を行う場合には、粉砕中の粉砕室内の液体量を適正な量に管理する必要がある。上記実施例ではロードセルを使用して液体の重量を検出する方法を示したが、この他に、温度センサーによって液面高さを検出する方法や、レーザーの反射量や透過量によって液面高さを検出する方法や、浮き子の上下動によって液面高さを検知する方法が考えられる。また、液体の補充量を予め設定した上で、その補充時期をタイマーによって管理する、時間管理による方法や、粉砕の進行に伴って粉砕ディスクやベッセルが受ける負荷の変動を検知することにより、液体の補充時期や補充量を決定する負荷検知法などが考えられる。更に、気化したガス量に応じて粉砕室内に液体を補充するガス量検知法や、粉砕室内の液面高さや渦の形態を画像として検知し、この画像を解析することにより液体の補充量を決定する、画像処理法なども考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の粉砕装置は、作業性及び保守性並びに安全性に優れた粉砕装置であるから、種々の産業分野で使用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１    粉砕装置
２    縦型ビーズミル
３    真空断熱ジャケット
４    ベッセル（粉砕容器）
５    粉砕ディスク
６    天板
７    サーボモータ
８    角軸カプラ
９    機枠
１０  支持板
１１、１２  ロードセル
１３、１４  連結棒
１５  液体窒素サーバ（液化ガス貯留容器）
１６  液面検出浮子
１８  液面検出用光電スイッチ
１９  液体窒素供給用真空断熱パイプ
２０  焼結フィルタ
２３  液体窒素供給用電磁弁
２４  液体窒素送液ポンプ
２５  Ｕ字状に湾曲した送液パイプ
２６  流体流入口
２７  逆止弁
２８  モータ
２９  カム機構
３０  流体吐出口
３１  連結棒
３２  真空断熱ケース
３３  上部真空断熱ケース
３４  下部真空断熱ケース
３５、３６  クランプ装置
３７  案内部材
３８  昇降部材
３９  昇降用ウインチ
４０  ワイヤ
４１  連結部材
４２  位置決め密封部材
４３  環状溝
４４、４５  クランプ装置
４６、４７  ベッセル保持部材
４８  窓
【図１】
2017131884.tif 000003
【図２】
2017131884.tif 000004
【図３】
2017131884.tif 000005
【図４】
2017131884.tif 000006
【図５】
2017131884.tif 000007
【図６】
2017131884.tif 000008
【図７】
2017131884.tif 000009
【図８】
2017131884.tif 000010
【図９】
2017131884.tif 000011
【図１０】
2017131884.tif 000012
【図１１】
2017131884.tif 000013
【図１２】
2017131884.tif 000014
【図１３】
2017131884.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月27日(2017.1.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2017131884.tif 000016