(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源により回転駆動される回転軸に、その軸心に対して軸心が傾斜した傾斜軸部を設け、前記回転軸の軸心に対して傾斜軸部の軸心を偏心させ、前記傾斜軸部に相対回転自在に環状体を外嵌すると共にこの環状体の回転を弾性的に拘束する弾性拘束手段を設け、環状体の外周部に設けた環状保持体に破砕媒体と被破砕物を収容した細長い破砕容器を環状体の軸心と平行な姿勢で保持させてなり、かつ前記破砕媒体は破砕容器の軸心にほぼ沿った姿勢を保持して軸心方向及びそれに交差する方向に相対移動する形状及び寸法に形成されていることを特徴とする破砕装置。
【請求項２】
破砕媒体は破砕容器の内径より大きい長さの単一部材にて構成されてなる請求項１に記載の破砕装置。
【請求項３】
破砕容器の少なくとも一端部の内面を略半球状ないし円錐状に突出した形状とし、破砕媒体の対向する端部外面をほぼ同様の形状としたことを特徴とする請求項２記載の破砕装置。
【請求項４】
破砕容器の内径と破砕媒体の外径の差が２〜１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の破砕装置。
【請求項５】
破砕媒体の少なくとも一端部表面に１又は複数の溝を形成したことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の破砕装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は破砕方法及び装置に関し、特に植物の組織や種子類、動物の組織、微生物、カビ、プラスチック材料、鉱物材料などを化学的に分析・分画分離するために破砕するのに適用される破砕装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記各種材料を化学的に分析・分画分離するためには、まず材料を均一に粉砕しなければならない。従来の効率の良い粉砕機としては、破砕容器に公転運動と自転運動を同時に行わせることにより、破砕容器内に収容した被破砕物と微小ビーズからなる破砕媒体を立体的に運動させ、被破砕物に対する破砕媒体の衝突による圧縮と回転による磨砕で破砕する「遊星型ミル」が知られている。
【０００３】
また、本出願人は、先に特公平６−３６７３２号公報で、酵母菌、バクテリア等の物質生産菌や生産細胞等のスクリーニング用の細胞破砕装置として、ガラスやセラミックス製の微小ビーズを被破砕物と共に破砕容器に収容してこの破砕容器を８の字状の振動形態で高速回転させ、微小ビーズと細胞との効率的な衝突を繰り返して短時間で破砕する方式を提案している。
【０００４】
また、本出願人は、特願２０００−１０４３４３号等において、破砕容器に単一の破砕媒体と被破砕物とを収容して、８の字状の振動を加えることにより、破砕媒体が乳棒、破砕容器が乳鉢のように作用する効率的な破砕方法及び装置を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
破砕装置としては、より効率的に被破砕物を破砕することが要求されており、本出願人による上記破砕装置において、破砕容器とその中に収容した単一の破砕媒体とによる乳鉢−乳棒の作用をより効率的に発揮させ得るものが望まれている。
【０００６】
本発明は、大型の植物組織や動物組織や鉱物材料なども効率的に破砕することができる破砕装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の破砕装置は、駆動源により回転駆動される回転軸に、その軸心に対して軸心が傾斜した傾斜軸部を設け、前記回転軸の軸心に対して傾斜軸部の軸心を偏心させ、前記傾斜軸部に相対回転自在に環状体を外嵌すると共にこの環状体の回転を弾性的に拘束する弾性拘束手段を設け、環状体の外周部に設けた環状保持体に破砕媒体と被破砕物を収容した細長い破砕容器を環状体の軸心と平行な姿勢で保持させてなり、かつ前記破砕媒体は破砕容器の軸心にほぼ沿った姿勢を保持して軸心方向及びそれに交差する方向に相対移動する形状及び寸法に形成されていることを特徴とするもので、破砕容器の８の字状の往復振動に伴って内部に収容された破砕媒体が相対回転しながら破砕容器の底部に衝突するのと同時に、傾斜軸部が偏心していることで、上記振動に交差する方向にも振動が加わるので、破砕容器が乳鉢として乳棒の働きをなす破砕媒体の動きが強化され、被破砕物が大型の植物組織や動物組織やプラスチック材料や鉱物材料などの破砕し難いものであっても効率的に破砕することができる。
【０００８】
上記破砕容器を２０〜６０Ｈｚの振動数で往復振動させると、破砕容器の容量が２〜５０ｃｃ程度の汎用される範囲で破砕媒体が効果的に作用し、被破砕物を効率的に破砕することができる。
【０００９】
また、被破砕物を液体窒素浴で凍結し、凍結真空乾燥すると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、被破砕物が容易に破砕されるため効率的に破砕することができる。
【００１０】
また、表面の一部に溝を設けた破砕媒体を用いると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、溝部で繊維質を効率的に切断できて効率的に破砕することができる。
【００１１】
また、表面を研磨したチタン製破砕媒体を用いると、被破砕物が骨などの硬い動物組織の場合にも、破砕媒体表面に例えばＤＮＡやＲＮＡなどの組織物が残留して次の破砕時にクロスコンタミネーションが発生する恐れを無くすことができる。
【００１３】
また、破砕媒体は破砕容器の内径より大きい長さの単一部材にて構成することにより、衝突による破砕と同時に乳鉢−乳棒の作用が効果的に行わせることができる。
【００１４】
また、破砕容器の少なくとも一端部の内面を略半球状ないし円錐状に突出した形状とし、破砕媒体の対向する端部外面をほぼ同様の形状とすると、上記乳鉢−乳棒作用がより効果的に得られ、さらに効率的に破砕することができる。
【００１５】
また、破砕容器の内径と破砕媒体の外径の差を２〜１ｍｍ以下とすると、被破砕物がしなやかな場合でも、破砕媒体を確実に作用させることができて効率的に破砕することができる。
【００１６】
また、破砕媒体の少なくとも一端部表面に１又は複数の溝を形成すると、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合にも、溝部で繊維質が効果的に切断できて効率的に破砕することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の破砕装置の一実施形態について、図１〜図１４を参照して説明する。
【００１８】
図１、図２において、モータ５や制御装置を収容した箱型のケーシング２上に防振ゴム４によりベース板３が支持され、このベース板３にモータ５（駆動手段）が垂下状態で支持されており、その出力軸がベース板３上に配設された軸受部７にて鉛直な軸心回りに回転自在に支持された回転軸８に連結されている。
【００１９】
回転軸８は、軸受部７の一対の軸受１０にて回転自在に支持されると共に、その上部が軸受部７の上方に延出されている。回転軸８の上部には、その軸心に対して軸心が角度θの傾斜状態で交叉すると共に、軸心を偏心量ｓで偏心させた傾斜軸体１１が嵌合され、傾斜リング１２を介して回転軸８の上端部に螺合したナット１３にて押圧固定されている。尚、前記偏心量ｓは、ｓ＝０．１〜２．０ｍｍに設定することができ、好ましくはｓ＝０．３〜１．８ｍｍに、より好ましくはｓ＝０．５〜１．５ｍｍに設定すると、偏心振動による乳鉢−乳棒の効果をより効果的に発揮させることができる。
【００２０】
傾斜軸体１１の外周には軸受１４を介して相対回転自在に環状体１５が装着されている。この環状体１５に形成された環状保持体２０には、図３に示すように、外周の一部を切り欠いた奥に磁石１６が取付けられている。この磁石１６に対峙させてベース板３上に固定された支持柱９に対極磁石１８が取り付けられている。これら磁石１６と対極磁石１８の吸着力によって、回転軸８及び傾斜軸体１１が回転した場合に、それに追従する環状体１５の回転を阻止し、かつ傾斜軸体１１の回転に伴って環状体１５が振れ運動を行うように構成されている。尚、前記磁石１６は、環状保持体２０の円周上に複数箇所に設け、各磁石１６に対向させて対極磁石１８を設けることにより、偏心した環状体１５の回転を阻止する作用をより確実に行なわせることができる。
【００２１】
回転軸８及び傾斜軸体１１の回転に伴う環状体１５の振れ運動は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように８の字状となる。即ち、図４（ａ）に示すように、環状体１５が右側に傾斜した状態を基準位置として、そのときの環状体１５の外周上におけるａ点位置の挙動を見てみると、実線状態から回転軸８が矢印方向に９０°回転すると、環状体１５は仮想線で示すように紙面の表裏方向に傾斜した状態に移行し、その間にａ点に対応していた位置は経路ｂを経てｃ点に移動する。次に、回転軸８がさらに９０°回転すると、環状体１５は図４（ｂ）に実線で示すように左側に傾斜した状態に移行し、ａ点に対応していた位置はｃ点から経路ｄを経て元のａ点に戻る。さらに回転軸８が９０°回転すると、環状体１５は仮想線で示すように紙面の表裏方向に逆向きに傾斜した状態に移行し、ａ点に対応していた位置は経路ｅを経てｆ点に移動し、さらに回転軸８が元の回転位置まで９０°回転すると、ａ点に対応していた位置はｆ点から経路ｇを経て元のａ点に戻る。従って、回転軸８の回転により、環状体１５の外周部の任意の位置が８の字状の振れ運動を繰り返すことになる。更に、傾斜軸体１１は回転軸８に対して偏心した状態に嵌入されているため、傾斜軸体１１の回転に伴って環状体１５及び環状保持体２０は、８の字状の振れ運動の長手方向に交差する方向に振れ運動を繰り返すことになる。
【００２２】
前記環状体１５に設けられた環状保持体２０の外周部には、多数の細長い容器ホルダ２２が環状体１５の軸心と平行姿勢で配設され、この容器ホルダ２２内に破砕容器３０を収容して支持するように構成されている。また、破砕容器３０の蓋体３１は環状保持体２０上に載り、その上面を押圧して破砕容器３０を固定するための押圧板２３が、環状体１５の上部に形成された螺合部１５ａに螺入される固定ノブ２５にて締結固定するように構成されている。
【００２３】
この構成により、環状保持体２０に設けられた各容器ホルダ２２に破砕容器３０を入れ、各破砕容器３０を押さえるように押圧板２３を置き、固定ノブ２５を環状体１５の螺合部１５ａに螺入することで破砕を開始することができる。また、破砕完了後にも、固定ノブ２５を外し、押圧板２３を取り外すことによって全ての破砕容器３０を取り出すことができ、破砕容器３０の装脱が容易となる。破砕容器３０は大小さまざまであり、この装脱方法に限定されるものではなく、破砕容器３０の形状サイズに応じた構成を適用することができる。
【００２４】
上記破砕容器３０は、図５に示すように、細長い円筒容器から成り、その開口部外周にねじ３０ａが形成され、底部に載頭円球部３５が形成されており、その開口部に蓋体３１を螺合して密閉できるように構成されている。蓋体３１の内周部には、破砕容器３０の開口部の内周に嵌合する環状シール部３１ａが形成されている。破砕容器３０は、被破砕物の材質や量に応じて２ｍｌ〜５０ｍｌの容積のものが用いられ、環状保持体２０もこの破砕容器３０の大きさに応じた容器ホルダ２２を設けたものが用いられる。
【００２５】
破砕容器３０の材質としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素系樹脂などの合成樹脂や、ステンレス鋼などの金属やその内面にフッ素系樹脂コーティングを施したものを用いることができる。
【００２６】
破砕容器３０内に被破砕物とともに収容される破砕媒体３２は、図６（ａ）に示すように、破砕容器３０の内径Ｄより大きい長さＬの単一部材にて構成されており、その一端部に破砕容器３０の底部形状に対応して同様の載頭円球状の突出端部３２ａが形成されている。また、他端部は、蓋体３２の内周の環状シール部３１ａと干渉したり、嵌まり込むことがないように小径部３２ｂに形成されている。また、破砕媒体３２の外径ｄは、破砕容器３０の内径Ｄに対して２ｍｍ以下、内径ｄが小さい場合には１ｍｍ以下程度小さく設定されている。例えば、破砕容器３０の容量が２ｍｌの場合で、その内径Ｄは８ｍｍ、破砕媒体３２の外径ｄは７ｍｍに設定されている。
【００２７】
また、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、破砕媒体３２の突出端部３２ａには必要に応じて放射状又は螺旋状に１又は複数の溝３４が形成される。
【００２８】
この破砕媒体３２の材質としては、ＳＵＳ４３０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ト、セラミック、ガラス、フッ素系樹脂の単体又は複合して構成したものを適宜用いることができる。
【００２９】
また、破砕容器３０や破砕媒体３２を、図７及び図８（ａ）〜（ｃ）に示すような形状に構成することもできる。図９において、破砕容器３０の底部に円錐形の円錐部３３が形成されており、それに伴って破砕媒体３２の一端部に図８（ａ）に示すように円錐状の突出端部３２ａが形成されている。また、その突出端部３２ａに図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、溝３４を形成することもできる。
【００３０】
また、図９、図１０（ａ）〜（ｅ）に示すように、破砕容器３０の底部と蓋体３１の両方に載頭円錐部３３を形成し、破砕媒体３２の両端に同様の載頭円錐状の突出端部３２ａを形成し、必要に応じて突出端部３２ａや破砕媒体３２の全長にわたって１又は複数の放射状や螺旋状の溝３４を形成することもできる。このような形態の破砕容器３０の場合は、環状保持体２０に破砕容器３０を収容する容器ケースを容器ホルダ２２に代えて取り付け、破砕容器３０を容器ケース内に投入して破砕動作に供する。
【００３１】
また、図１１、図１２（ａ）〜（ｅ）に示すように、破砕容器３０の底部と蓋体３１の両方に半球部３５を形成し、破砕媒体３２の両端に同様の半球状の突出端部３２ａを形成し、必要に応じて突出端部３２ａや破砕媒体３２の全長にわたって１又は複数の放射状や螺旋状の溝３４を形成することもできる。
【００３２】
以上の構成において、被破砕物の破砕を行う場合には、細長い破砕容器３０内にその内径より大きい長さの単一の破砕媒体３２と被破砕物を収容し、この破砕容器３０を環状保持体２０の容器ホルダ２２に収容して押圧板２３で固定し、モータ５にて回転軸８を回転駆動すると、破砕容器３０がその軸心方向の比較的長い行程の主往復移動とそれに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の字状に往復振動すると共に、主往復移動に交差する方向に往復振動し、それに伴って破砕媒体３２が破砕容器３０の軸心にほぼ沿った姿勢を保持したまま相対回転しながら破砕容器３０の底部に衝突を繰り返し、破砕容器３０が乳鉢、破砕媒体３２が乳棒のように作用し、被破砕物が大型の植物細胞や動物組織やプラスチック材料や鉱物材料などであっても効率的に破砕される。
【００３３】
また、特に回転軸８を１０００〜４０００ｒｐｍ、好適には３０００ｒｐｍ程度で回転させ、破砕容器３０を２０〜６０Ｈｚの振動数で往復振動させると、破砕容器３０の容量が２〜５０ｃｃ程度の汎用される範囲で破砕媒体３２が効果的に作用し、被破砕物を効率的に破砕することができる。
【００３４】
また、破砕容器３０の底部又は両端部を載頭円錐部３３や半球部３５や楕円球部等とし、その内面を載頭円錐状ないし略半球状に突出した形状にし、破砕媒体３２の対向する端部外面をほぼ同様の形状とすると、上記乳鉢−乳棒作用がより効果的に得られ、さらに効率的に破砕することができる。
【００３５】
また、破砕容器３０の内径と破砕媒体３２の外径の差を２〜１ｍｍ以下とすると、被破砕物がしなやかな場合でも、破砕媒体３２を確実に作用させることができて効率的に破砕することができる。
【００３６】
また、被破砕物がしなやかで切断され難い繊維質を含んで破砕し難い動植物組織の場合には、破砕容器３０内に被破砕物を収容した状態で液体窒素浴に入れて被破砕物を凍結し、凍結真空乾燥すると、被破砕物が容易に破砕される状態になるので、効率的に破砕することができる。なお、本発明ではドライアイスで冷却するだけでも、同様の効果を得ることができる。さらに破砕媒体３２を液体窒素等で被破砕物と共に冷却することにより破砕の際の発熱を防ぐことができ、また破砕媒体３２を被破砕物よりもより一層低温に冷却しておけば前記発熱防止効果は顕著なものとなる。
【００３７】
また、被破砕物が同じような動植物組織の場合に、図６、図８の（ｂ）、（ｃ）や、図１０、図１２の（ｂ）〜（ｅ）のように溝３４を設けた破砕媒体３２を用いると、上記のように被破砕物を凍結真空乾燥しなくても溝部３４で切断され難い繊維質が効果的に切断されるために、効率的に破砕することができる。また、この場合に上記のようにドライアイスで冷却することにより大きな効果を発揮する。
【００３８】
また、破砕媒体３２として、その表面を研磨したチタン製のものを用いると、被破砕物が骨などの硬い動物組織の場合にも、破砕媒体３２の表面に例えばＤＮＡやＲＮＡなどの組成物が残留して次の破砕時にクロスコンタミネーションが発生する恐れを無くすことができる。
【００３９】
また、破砕媒体３２として、炭素鋼などの金属材料の表面にフッ素系樹脂でコーティングを施したものを用いることにより、破砕容器３０に腐食性の緩衝液や抽出液を収容する場合に耐蝕性を示し、かつ作用に必要な重量を確保することができる。
【００４０】
以上説明した破砕装置１において、環状保持体２０は環状体１５に一体的に取り付けられているが、環状体１５に対して着脱可能に構成して、多様なサイズの破砕容器３０に対応させることができる。また、環状保持体２０に容器ホルダ２２に代えて、破砕容器３０を収容する容器ケースを取り付けることができる。この破砕ケースは、図１３に示すように、冷却水を循環させて被破砕物が温度上昇により変質するような場合に、破砕による温度上昇を抑えるように構成することもできる。図１３に示す場合では、冷却容器ケース６１内に破砕容器３０を投入して蓋部６２で開口部を閉じると、冷却容器ケース６１内に破砕容器３０が密閉される。給水口６３から供給された冷却水は破砕容器３０を冷却して排水口６４に流れるので、破砕に伴う温度上昇を抑制して被破砕物の変質を防ぐことができる。
【００４１】
また、破砕媒体として、図１４に示すように、杵７１と臼７２との組み合わせを適用することができる。臼７２は破砕容器３０が載頭円錐形のものであるとき、その底部外面は載頭円錐状に形成され、内面側は杵７１と同じ半球状に形成される。この臼７２を破砕容器３０内に挿入し、この中に被破砕物７４を投入し、臼７２内に先端部を挿入して杵７１を配し、破砕装置１により振動が加えられると、杵７１と臼７２とが破砕容器３０内で移動し、良好な破砕効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、細長い破砕容器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形状サイズの単一の破砕媒体を収容して、破砕容器を８の字状に往復振動させると同時に、これに交差する方向に往復振動が加えられるので、破砕媒体が破砕容器の底に衝突すると同時に振れ運動が加わり、破砕容器が乳鉢、破砕媒体が乳棒のように作用して、破砕し難い被破砕物であっても効率よく破砕することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る破砕装置の全体構成を示す側面図。
【図２】実施形態に係る破砕装置の要部構成を示す断面図。
【図３】同上破砕装置の要部構成を示す平面図。
【図４】８の字状往復振動の説明図。
【図５】破砕容器の構成を示す断面図。
【図６】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図７】破砕容器の構成を示す断面図。
【図８】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図９】破砕容器の構成を示す断面図。
【図１０】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図１１】破砕容器の構成を示す断面図。
【図１２】同上破砕容器に組み合わせる破砕媒体の各種例を示す正面図。
【図１３】冷却構造を設けた容器ケースの構成を示す側面図。
【図１４】臼と杵とによる破砕媒体の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１  破砕装置
５  モータ（駆動手段）
８  回転軸
１１  傾斜軸部
１５  環状体
１６  磁石
１８  対極磁石
２０  環状保持体
３０  破砕容器
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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