JP2006320875A - 破砕機の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転する回転刃を有した破砕機による破砕処理の効率を向上させる。
【解決手段】
回転する回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転数の減少率を演算し、その回転数の減少率が予め設定されている減少率の範囲内で破砕負荷が過大になったときは、破砕可能物の供給過多と判断して、回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転を逆転・正転させつつ破砕運転を続行させ、上記回転数の減少率が予め設定した減少率を超えた場合には、異物と判断し破砕機の運転を停止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、家庭廃棄物や産業廃棄物（破砕対象物ともいう）を、回転する刃を用いて破砕する破砕機の制御装置及びその制御方法に関するものである。

破砕機は、破砕対象物を、回転する刃で剪断・破砕して小さな破砕片に細断することにより、大きさがまちまちでかさばっている種々の破砕対象物を減容する装置であり、廃棄物の運搬や取り扱いを容易にする装置として、廃棄物から資源を回収するリサイクルや焼却・埋め立ての前処理工程に用いられている。

破砕機に供給される破砕対象物は、時代と共にその種類が増し、例えば、ガラス容器、生ごみ、野菜、ダンボール、牛乳パック、剪定枝、木材等の家庭廃棄物、プリント基板、ビデオテープ、CD、パソコン、デイスフレイ筐体、切り粉、プラスチックタンク、廃プラスチック等の産業廃棄物や建築廃材等、極めて雑多であり、破砕機の制御装置や制御方法も破砕対象物によって異なっている。

破砕機は、一台の破砕機で種々の破砕対象物を破砕処理できることは無く、一定の種類ごとに区分けされた破砕対象物をその物性や性状に応じた破砕機を用いることにより破砕処理の能率を上げるようにしている。

仮に、破砕機の制御装置に合致しない破砕対象物が供給されれば、その破砕対象物は、破砕できない異物として、破砕機にとどまって、破砕運転の障害となり、ときには、破砕装置や回転刃を損傷する原因となる。

また、破砕機は、その破砕能力以上に破砕対象物の供給を受けたときも、破砕対象物が刃に噛み込んだり、破砕機にとどまって回転刃の回転負荷を著しく増大するために破砕機の運転が停止される。

このため、異物の混入又は破砕能力を超えた破砕対象物の供給があったときは、運転停止の後、回転刃を一定時間逆回転させ、その後、正回転させる制御をするものもある。回転刃の逆転によって運転停止の原因を除くことができる可能性もあるからである。

また、破砕機によっては、この逆・正転回数を予め設定された回数、自動的に繰り返したり、破砕機の使用者が操作盤によって逆・正転の繰り返し回数を適宜、設定できるようにした破砕機、或いは、破砕機の使用者が手動で回転刃を逆・正回転させる制御が可能な破砕機、或いは、回転刃の保護のために、破砕機を駆動する駆動モータの電流又は電力が所定値を超すと運転を停止するようになっている破砕機もある。

更にまた、このような回転刃の正逆転の制御をしても、なお破砕負荷が減少しないときは、破砕機に異物が供給されているとみなして、破砕機の運転を停止させる破砕機或いは、このような異物と破砕可能物供給過多とを区別するシュレッダーの例もあった（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１０８０８７号公報（第１−第５頁、図１―図４）

異物の供給と破砕対象物の供給過多とを区別する従来の方法は、破砕回転刃を駆動する電気モータの電流値を見ながら、電流値の時間変化率が設定値を超えたかどうかで判断している。しかし、このような判断の方法では、破砕可能物供給過多の場合と異物供給の場合とのいずれの場合も、共に電流が増大して区別がつきにくく、破砕回転刃の回転の逆・正転が必要以上に繰り返されて、破砕機を損傷するおそれが高く、実用的な方法ではなかった。

破砕機に供給される破砕対象物の供給過多か、異物の混入かに関する精度の良い判別は、破砕機の損傷を防ぎ、運転効率を向上する上で不可欠であるが、未だ、供給過多か、異物の混入かを判別する実用的な方法や装置が開発されていないため、破砕機の安定的な運転が確保され難い状況にある。

本発明は、破砕機の安定的な運転や効率の良い運転を確保することを目的とする。

前記目的を達成するために、第１の発明は、回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転軸の回転数を測定し、この測定値を基に回転刃の回転数の減少率を演算し、該減少率と予め設定されている減少率とを比較し、該減少率が予め設定されている減少率の範囲内で破砕負荷が過大になったとき、すなわち、回転刃の回転がやや時間を掛けながら低下するときは、破砕の過程で回転刃の刃先に徐々に負荷をかけるような破砕対象物が破砕されつつある、或いは、破砕対象物の供給過多であると判断する。

このようなときには、運転中の回転刃の回転を逆転に切り替えれば、破砕機内にとどまっていた過剰の破砕対象物の塊や、回転刃に噛み込んでいる破砕対象物の塊が逆回転によって解きほぐされ、或いは、破砕対象物と回転する刃との噛み込みが変化することによって、通常の破砕の運転に戻れる可能性も大きく、その後に正転させれば、通常の破砕運転に戻れる可能性も大きいからである。このときに、もし、再度、回転刃の回転軸の回転数の減少率において同様なことが起これば、逆転と正転を繰り返すことになる。仮に、このような回転数の結果で、逆・正転回数を数回繰り返している状態が多いのであれば、破砕可能物供給過多が頻発しているとも考えられる。破砕量と破砕機の能力が合致していないとして、相応の能力の破砕機を使用するなり、破砕対象物の投入量を加減して破砕機の安定的な運転を確保し運転効率を向上させることができる。

第２の発明は、回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数を測定し、この測定値を基に回転刃の回転数の減少率を演算し、該減少率と予め設定されている減少率とを比較し、回転刃の回転数の減少率が予め設定されている減少率を超えた場合、すなわち、回転刃の回転数が急激に落ちて停止したときは、破砕対象物に異物が混入して供給されていると判断し、破砕機の運転を停止する。これにより、例えば、異物など、破砕不可能物を原因として逆・正転回数を繰り返している中に生じる可能性が高くなる回転刃の刃先の損傷を未然に防ぐことの可能性が高くなる。また、好ましくは、破砕機が、異物の供給等を原因として停止したことを信号又は異常表示灯などで示せば、破砕機への対応が一層迅速となり、破砕機の安定的な運転を確保し運転効率を向上させることができる。

第３の発明は、上記の発明と同様にして演算した回転刃の回転の減少率が、予め設定されている減少率の範囲内で破砕負荷が過大になったときは、運転中の回転刃の回転を逆転に切替え、その後に正転させて破砕運転を続行させ、該減少率が予め設定されている減少率を超えた場合には、異物と判断し破砕機の運転を停止するようにしているので、破砕対象物過多のときでも、運転を停止しないで、破砕処理を続け、異物と判断されない限りは破砕機の破砕処理運転を可及的に続け、運転効率を向上できる。

すなわち、破砕処理は、破砕機の能力以上の破砕対象物の処理を望まない限り破砕対象物の供給を調整することによって破砕運転を継続できることが多い。すなわち、回転刃の回転は不安定でも運転を停止する必然性は無いなど、本発明のように破砕負荷との関係を演算しつつ、運転中の回転刃の回転を逆・正転と制御して、可及的に破砕運転を続行させるようにすれば、運転効率を一層向上できる。

第４の発明は、回転刃の回転数と負荷を測定し、回転刃にかかる負荷が設定負荷の値を超えたときから回転刃の回転が停止するまでの経過時間を演算し、この時間を予め設定された経過時間の値（以下設定時間値ともいう）とを比較することにより、回転刃の回転が停止した原因が破砕対象物供給過多か異物かを判別する。このときの経過時間が設定時間値より短いときは、回転刃の急激な停止なので、異物とみなして破砕機の運転は停止されたままである。一方、経過時間が設定時間値を超えているときは、破砕対象物供給過多とみなして、回転刃の逆転・正転を所定回数、繰り返し、次に通常の破砕運転に自動的に戻るようにしている。

この制御方法は、回転刃の回転を必ず停止するのを待って経過時間を演算するので、破砕機の運転効率はやや下がるが、破砕運転における破砕対象物供給過多と異物との判別がより正確になり、回転刃の保護の点での効果は大きい。回転刃の回転数の減少率を演算しつつ回転刃の回転を制御して、破砕運転を継続させるときは、破砕運転中の演算であるので、破砕対象物供給過多と異物との判別の精度は低くなりやすいが、この発明のように、回転刃の回転が一旦停止した後に、回転刃の停止原因発生から回転停止するまでの経過時間を演算して判別するときは、運転中における回転の減少率による判別以上に高い精度で回転刃の制御の判別ができ、破砕機の運転効率を上げることができる。

第５の発明によれば、破砕機の回転刃の回転数と破砕負荷を測定する装置と、その負荷が予め設定された負荷量を超えたときから回転刃の回転が停止するまでの経過時間を演算する装置と、該経過時間の値に応じて破砕機の回転刃の回転方向、運転の継続又は運転停止を制御する装置を有しているので、破砕運転における破砕対象物供給過多と異物との判別がより正確になり、自動運転や回転刃の保護の点では、運転をしながら回転刃の回転数の減少率を演算して、破砕運転の継続や停止を決定するよりも効果が大きい。破砕機の運転中は、不連続な破砕対象物を破砕するので、回転数の変動が大きく、破砕対象物供給過多と異物との判別には誤りを生じやすく、制御の精度は低くなりやすい。

しかし、本発明のように、負荷が予め設定された負荷量を超えたときから回転刃の回転が停止するまでの経過時間を演算して判別するときは、回転刃の回転が停止した状態で、回転刃の停止直前の停止原因発生から回転停止するまでの経過時間を演算しているので、数値が固定されており、破砕対象物供給過多か異物かの判別の精度を上げることができる。このような演算結果を用いて破砕機の回転刃の回転方向、運転の継続又は運転停止を制御すれば、運転停止の頻度は増すが、異物の判別精度は破砕機の運転中に減少率を演算するよりも向上するので、破砕対象物供給過多を異物と判別して起きるところの誤った停止は少なくなり、全体としての運転効率は向上する。

第６の発明によれば、破砕機の駆動モータがトルク制御機を有しかつ、モータの最大出力が回転するの刃の破損強度（限界設定負荷）以下に設定されているので、破砕機のモータ制御は、限界設定負荷を超えれば破砕負荷が過大になったとみなして運転の制御モードを変更する。

回転刃は、回転する軸の外周に、一定の角度、軸方向の一定の間隔で破砕用の刃先が取り付けられているので、破砕機の運転中は、回転刃の刃先が破砕対象物を引っかいたり押し付けたりするごとに回転刃に負荷がかかり、その負荷は、各破砕機の回転刃の刃先の配置や破砕対象物によって異なる。破砕対象物には、例えば、硬いもの、軟らかいもの、粘性物、長物等の被破砕物の種別毎に異なる。このため、破砕対象物の供給過多か異物かを判別するときにおける設定負荷の値も、破砕機の回転刃の構造と破砕対象物の種類や性質に応じた値に設定することが好ましい。

この発明では、駆動モータの演算処理時に参考にされる破砕負荷の最大値を回転刃の破損強度以下に設定しているので、種々の破砕対象物の破砕運転に応じて、限界設定負荷の値を変え、各破砕対象物に応じて破砕対象物の供給過多と異物との判別を行い、異物による回転刃の刃先への過度の負荷や刃先の損傷を、より確実に、未然に防止することができる。なお、破砕負荷は、トルクの値によって間接的に測定できるので、実際に破砕負荷の最大値を設定するときは、測定されるトルク値と関連付けた設定をした値が演算に用いられ、回転刃の破損を一層少なくしつつ破砕対象物に合致した運転モードで破砕機の運転をすることができるので、破砕機の運転効率は向上する。

第７の発明は、駆動モータの回転数を回転刃の回転数とみなして、破砕対象物供給過多と異物との判別を行い、これにより破砕機の運転の効率化を図っている。回転刃の回転数は、その回転軸または回転刃に取り付けられたセンサによって行うのが理想的であるが、回転刃を駆動するモータに回転数計測器がついているのであれば、モータの回転数を回転刃の回転数として扱い、本発明の制御方法及び制御装置に適用することもできる。回転数の測定が、回転刃を駆動する駆動モータの回転数によって測定されるので、回転刃や回転軸に設けたセンサによる計測よりも計測系統が簡素化されより簡便に本発明が実施できる。

駆動モータの回転数の測定方法は種類が多いが、例えば、駆動モータがベクトルインバータ制御の電気モータやサーボモータのような場合は、インバータ或いはサーボモータの制御器そのものに、モータの回転数或いはトルクを検出する機構があり、検出した回転数或いはトルクに応じて駆動電力を変えて、モータの回転数を一定に保つ機能がある。また、モータの種類によっては、この検出した回転数を出力する端子を有しているものもあるので、この端子を利用すれば、駆動モータの回転数のデータを継続的に得ることができできる。

このようにして、駆動モータから得られる回転数のデータを回転刃の回転数に関連付けて発明の制御に使用すれば、一層簡便に本発明の破砕機の制御方法を実施し、破砕機の運転効率を上げることができる。

第８の発明は、上述した回転刃の回転数及び破砕負荷を用いた制御装置を有する破砕機の回転刃の駆動モータが、電気モータ、油圧モータ、エアーモータ又は水圧モータ等、どのような種類のモータであっても、本発明の制御装置であれば、同様に適用して制御をすることができる。このために、破砕機を使用する場所に適した駆動エネルギを用い、これをエネルギ源とする駆動モータを稼動させて、本発明の制御装置を用いることにより効率よく安定した破砕機の運転をすることができる。

このように、本発明の破砕機の制御方法及び制御装置によれば、破砕機の安定的な運転や効率の良い運転を確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の破砕装置を装備した破砕機の一部を破断して示す平面図であり、図２は、本発明の一実施形態の破砕機の制御装置の機能ブロック図であり、図３は、破砕運転の状況の例を回転軸の回転数特性及び負荷（トルク）特性図として模式化して示したタイムチャートであり、図４は制御方法のフローチャートである。

図１及び図２において、破砕機１は、ハウジング２に破砕装置３を装着した機械であり、ハウジング２の上部には、破砕対象物５が供給されるホッパー４を有し、中央には破砕対象物５を剪断・破砕して細断する回転カッター６を収容する破砕室７、下方には、破砕対象物５が細断された破砕片を排出する排出口８を有している。

破砕装置３は、破砕機１からホッパー４、ハウジング２、脚などの箱体、外装部を除いた破砕機器、駆動モータ１０及び運転制御装置１１などの破砕機能部の総称として使用する。上述した回転カッター６、回転カッターの回転軸９Ａを駆動する駆動モータ１０、駆動モータ１０の運転を制御する運転制御装置１１が破砕装置３の主要な構成機器である。

駆動モータ１０は、電気モータ、油圧モータ、エアーモータ又は水圧モータのいずれでも良いが、図１では、インバータ制御の電気モータを使用している。

図１において、回転カッター６は、ハウジング２に取り付けられた軸受１２Ａ・１２Ｂで互いに並行に支持された二つの回転刃１３Ａ・１３Ｂからなり、回転刃を区別する必要がないときの総称として使用される。二つの回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転軸９Ａ・９Ｂはそれぞれ歯車１５Ａ・１５Ｂを有し、一方の回転刃１３Ａの回転軸９Ａが駆動モータ１０によって駆動されれば、その回転力は歯車１５Ａ・１５Ｂを介して他方の回転刃１３Ｂにも伝達される。回転刃１３Ａ・１３Ｂは、相互に噛み合いながら回転し、プッシャ（図示省略）によって供給される破砕対象物５を、回転刃１３Ａ・１３Ｂの刃先に噛み込みながら、引っかくように、剪断・破砕し、小さな破砕片に細断する。

運転制御装置１１は、電気信号によって、破砕運転の開始・停止、回転カッター６のトルク制御や回転方向を正転と逆転とに切り替える制御、駆動モータ１０の回転数の制御などの制御を行なう。駆動モータ１０の回転力は、回転軸９Ａを介して、回転刃１３Ａに伝えられ、回転刃１３Ａ・１３Ｂは噛み合いながら回転して破砕対象物５を剪断破砕する。また、回転刃カッター６に駆動モータ１０の動力を伝える回転軸９Ａには、回転数センサ１６とトルクセンサ１７とが取り付けられていて、回転軸９Ａの回転数及び回転軸９Ａにかかるトルクを、常時、計測できるようになっている。
回転刃１３Ａ・１３Ｂは、通常の破砕運転時には、正方向（図２の矢印方向）に駆動（正転）されて、破砕対象物５を破砕し細断する。このときに、破砕機構に合致しない破砕対象物５が供給されたり、破砕能力以上に多量の破砕対象物５の供給を受けたときは、矢印とは逆の回転方向に駆動（逆転）されて、異物の除去や破砕できない破砕対象物５の噛み込みを外す。

回転カッター６を駆動する駆動モータ１０を制御する運転制御装置１１は、中央演算処理装置１９（以下ではＣＰＵともいう）や駆動モータの制御器２０を有し、回転軸９Ａに取り付けられている回転数センサ１６とトルクセンサ１７からの信号を基に、回転カッター６にかかる負荷の量を加味しつつ、回転軸９Ａの回転数の変化をＣＰＵ１９で演算して破砕室７における破砕対象物５の過多や異物、その他の破砕状況を判別する。この判別結果に応じて、モータ制御器２０が駆動モータ１０の運転を制御する。

図２の制御装置１１は、操作制御盤１８に、運転スイッチ２１、破砕機運転を手動と自動に切り替える切替スイッチ２２、回転カッター６の回転の手動による正転・逆転の切替スイッチ２３、非常停止の押釦スイッチ２５、異常リセット押釦スイッチ２６、制御数値設定ボード２７、破砕機１の運転時に点灯する運転表示灯２８、破砕機１の異常時に点灯する異常表示灯２９などを有する。

運転制御装置１１と駆動モータ１０、回転数センサ１６、負荷（トルク）センサ１７との間は、電気的な信号線３０で接続されている。３１は、ホッパー４の上方に設けられ、破砕対象物５をホッパー４に供給するコンベアーである。

このような破砕機１において、駆動モータ１０の動力源として、電力や油圧等のエネルギが供給されると、駆動モータ１０は回転カッター６を駆動し破砕機１における破砕運転が開始される。破砕機１運転中の回転カッター６の回転数、回転カッター６にかかる負荷は、回転数センサ１６とトルクセンサ１７を介して制御装置１１に入力される。

回転数は、正確には、回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転を直接に測るのが好ましく、この場合、回転刃１３Ａ・１３Ｂに取り付けられたエンコーダ（図示省略）、できれば、回転軸９の中心から離れた位置に取り付けられたエンコーダとセンサ（図示省略）とを用いて測れば、回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転速度（回転数）を一層精密に測定できる。

回転刃１３Ａ・１３Ｂにかかる破砕負荷は、回転刃１３Ａ・１３Ｂで直接に測るのが好ましいが、装置が複雑になるので、同じ次元として扱える軸トルクをトルクセンサ１７で測定している。トルクの測定も、駆動モータ１０と回転カッター６との間の回転軸９Ａに取り付けたトルクセンサ１７で測るのが簡便である。しかし、破砕機１の構造が許せば、破砕機１の内部で破砕負荷を測るのが好ましく、また、破砕室７の破砕の内容が判別し易い破砕対象物５の場合や駆動モータ１０の構造によっては、駆動モータ１０側のセンサで破砕負荷を測定した値でも、実用的には、本発明の破砕機１の運転制御は可能である。

例えば、トルク制御付のインバータ制御の電気モータは、内蔵するインバータが自らのモータの回転数やトルクを検出しながらモータの制御をしているので、モータ付属のインバータの信号出力端子からインバータが検出している駆動モータ１０の回転数やトルクのデータを得て、破砕機１の運転制御に使うこともできる。このような、回転数及びトルクを駆動モータのセンサから得る構造のモータは電気モータに限らず存在し、センサ付駆動モータを回転カッター６の駆動に使用するときは、破砕機１の制御に必要な回転数及びトルクのデータを回転軸９Ａに設けた回転数センサ１６、トルクセンサ１７で測定するよりも破砕機１の制御機構が簡便になる。

測定された回転軸９Ａの回転数及びトルクのデータは、運転制御装置１１に伝えられ、内蔵されているＣＰＵ１９によって逐一その変化が演算処理され、また、必要に応じて回転カッター６の回転数や破砕負荷の大きさに換算されて、予め入力されている設定値や許容率等の値と比較され、破砕運転のための駆動モータ１０の制御や破砕室７に投入されている破砕対象物５の量や異物の判別に使用される。これらのデータや演算結果、判別結果は、モータ制御器２０によって駆動モータ１０に伝えられ、駆動モータ１０の始動、正転、逆転、停止等の運転制御がなされる。

図３は、ＣＰＵ１９による破砕運転の制御や破砕の状況、破砕室７にある破砕対象物５の判別の例を模式化して示したタイムチャートを示している。図３の上半分は縦軸に回転数、横軸に時間をとって回転軸９Ａの回転数の変化や特性をモデル化して示した図（回転特性図ともいう）である。図３の下半部は、縦軸に負荷（トルク）、横軸に時間をとって回転軸９の負荷（トルク）の変化や特性をモデル化して示した図（トルク特性図ともいう）であり、回転軸９Ａのトルクは、表示の便宜上、回転カッター６にかかる破砕負荷と同じ次元として示している。

図３の回転数特性図で例示するように、破砕機１においては、破砕対象物５の破砕の難易度よって常に回転数が変動している。これに伴い、破砕機１の運転中は、回転カッター６の回転数の変化率ｄＮ/ｄｔ（Ｎは回転刃の回転数、tは時間）も常に変動している。この変化率が当該破砕機１による通常の破砕対象物５の破砕時の回転数の減少率として予め設定された減少率（以下では許容減少率ともいう）と比較して許容される範囲にあれば、制御装置はこの状態を通常の破砕運転とみなして駆動モータ１０をそのまま駆動して破砕運転を継続する。

例えば、図３の点ｍのように一時的に破砕負荷がかかって回転数が定格値より減少したときには、回転数の減少率ｄＮｍ/ｄｔ（Ｎｍは点ｍでの回転数、ｔは時間）、図において点ｍの接線として示されている直線Ｍの傾斜が緩やかであり、この場合は、回転数の減少率ｄＮｍ／ｄｔが許容減少率の範囲内にある。このとき制御装置は、トルクセンサ１７からの負荷（トルク）データも演算処理に使用しており、この負荷（トルク）の値が一時的に設定値に達しても、短い時間であるときは、その破砕機１は、通常の破砕運転の状態にあるとみなして、破砕機１は、正常に継続運転される。

点ｋにおける回転数の減少も、点ｋでの減少率を示す直線Ｋの傾斜は緩やかであり、その減少率ｄＮｋ/ｄｔ（Ｎｋは点ｋでの回転数、ｔは時間）は許容減少率の範囲内にあって、この場合も破砕機１は破砕運転を継続される。

しかし、点ｋ及び点Ｋから後は、回転数の減少と共に負荷（トルク）の大きい状態が続いている。負荷（トルク）が設定負荷量（図の設定値）に達した点ＫからＴｓ時間を経過した点Ｐにおいて、回転カッターはその回転を停止する。

このような停止は、負荷となる破砕対象物の供給量が過大であるために駆動モータの回転力では回転できずに停止する場合と、制御装置が、回転数センサ１６及びトルクセンサ１７からのデータに基づいて、回転カッター６の保護のために、予め決められている停止時間Ｔｓ経過した時に停止する場合とがある。

制御装置１１による運転停止は、制御装置１１がトルク制御をしているときの停止である。すなわち、破砕機の駆動モータ１０がトルク制御機を有しかつ、モータの最大出力が回転する刃の破損強度（限界設定負荷）より低い一定の値に設定されているときに、駆動モータの運転制御装置１１は、この一定の値を超えれば破砕負荷が回転する刃の破損に至るほどに過大になったとみなして運転の制御モードを変更する。例えば、トルクが設定負荷量（図３の設定値）に達した後の経過時間が上述の停止時間Ｔｓの間続いたときに、モータ制御器２０からの信号によって駆動モータ１０の運転を停止し、回転カッター６も停止する（点Ｐ）。

一方、運転制御装置１１によらない運転停止は、モータのトルク制御をしていないときであり、回転カッター６の駆動トルクが過大になり、破砕機１の駆動モータ１０の能力では回転カッター６を駆動することができなくなって回転カッター６が停止する場合である。

点ｋの場合のような破砕機の運転停止において、トルクが設定負荷量に達したときから停止するまでの時間（Ｔｓ）は、多くの場合、１秒に満たず、制御器２０によってトルク制御をしているときの時間も、トルク制御をしないで停止するときの時間も停止の時間に実用上の差はない。制御装置は、許容減少率の範囲内の減少率で回転カッター６が停止するときは、破砕機１にとっても、駆動モータ１０にとっても負荷の過大（例えば、破砕対象物５の供給過多）が原因であるとみなして、制御器２０からの制御信号によって回転カッター６の回転を逆転に切替え、再び正転させる（点Ｑ）。

回転カッター６の回転を正転した後に、トルクが再び設定値に上昇して一定時間続く場合（点Ｒ）、制御装置１１は破砕室７における破砕状態は改善されていないとみて、再び逆転に切替え、その後に、正転に戻し、同様な運転を繰り返す。このようにして、回転カッター６の回転を正転に戻したときに、トルクが設定値以下になった時は、破砕状態が改善されたと見て正常運転に戻る（点Ｓ）。

次に、点ｆにおける回転数の減少率を表す直線Ｆで示すように、回転数が急速に下がり、減少率ｄＮＦ/ｄｔ（ＮＦは点ｆでの回転数、ｔは時間）が許容減少率の範囲を超えた場合は、運転制御装置１１は、回転数センサ１６及びトルクセンサ１７からのデータの演算結果から、この状態を破砕対象物５に異物が混入して回転カッター６に噛み込んだか又は他の何らかの緊急の異常があると判別し、モータ制御器２０は、時間Ｔｓよりも短い時間Ｔｏを経過したときに、駆動モータ１０を停止する。このときも、好ましくは、異常表示灯２９を点灯させて、異常発生による運転停止であることを破砕機の使用者に知らせる。

回転数の減少率を運転制御装置１１で監視している場合に、駆動モータ１０を正転から逆転に切り替えたときなど、トルクが設定値に達しないで駆動モータ１０の回転数が急激に下がることもあるが、制御装置１１は、常時、トルクセンサ１７からのデータを参考に演算処理をしているので、このようなときのトルクが設定値未満であれば、駆動モータ１０はそのまま運転を継続される。

このようにして、本発明の破砕機１の制御方法においては、回転カッターの回転数の減少率と負荷（トルク）とを測定し、演算処理することによって、破砕対象物中の異物や破砕可能物の供給過多を判別しつつ、破砕機の運転を制御するので、従来のような電気モータの電流値の時間変化率を基に判断して制御するものと比べて、破砕可能物供給過多と異物供給との判別の精度が向上し、実用的な破砕機の制御方法として破砕機に用いて、安定した運転や効率の良い運転を確保することができるものである。

上記の運転制御は、回転カッター６の回転数の減少率と負荷（トルク）を基に説明したが、同様な制御は、回転カッター６の回転数が変化する時間と負荷（トルク）を基に制御することもできる。

すなわち、回転刃１３Ａ・１３Ｂにかかる負荷（トルク）が予め設定された負荷の値（例えば図３の設定値）を超えたときを始点として負荷が下がるまでの経過時間を制御装置のＣＰＵ１９で演算し、該経過時間を予め設定された経過時間の値（設定時間値）と比較し、負荷が設定値を超えたときからの経過時間が設定時間値の範囲内において負荷（トルク）が設定値より低くなれば、通常の破砕運転とみなして駆動モータ１０をそのまま駆動して破砕運転を継続する。

図３の点ｍは、このような例であり、回転刃にかかる負荷（トルク）が設定値を超えてもその後すぐに負荷（トルク）が設定値より低くなっているので、運転制御装置のＣＰＵ１９は、演算処理をしながら上記の経過時間を監視していても、駆動モータ１０に対しては、通常の破砕運転とみなして駆動モータの運転を継続する。

運転制御装置のＣＰＵ１９は、例えば、点ｍのように、負荷が設定値を超えたときには常に、設定値を超えたときに始まる経過時間を演算処理し、仮に、負荷（トルク）が設定値を超えた後にすぐに下がれば、演算していた経過時間をリセットし、次に負荷が設定値を超えたときに始まる経過時間の演算処理のための待機をする。

この制御に使われる設定時間の値は、破砕機が破砕する破砕対象物によって、予め決められていたり、破砕機１の使用者が運転制御装置１１にある制御数値設定ボード２７から入力したりするものである。

例えば、設定時間の値は、図３における点ｋに関して説明をした時間Ｔｓ、すなわち、破砕負荷（トルク）が設定値を超えた時（点Ｋ）を始点として、回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転が停止するまでの時間Ｔｓよりも短い時間に設定される。設定時間が短か過ぎるときは、負荷の量が増えて回転数が変動すると破砕機の運転がすぐに止まるということになり運転は不安定になる。

点ｋ及び点ｆは、回転刃１３Ａ・１３Ｂにかかる負荷（トルク）が設定負荷の値を超えたときからの経過時間が設定時間を越えても下がらずに、回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転が停止した場合の例である。この場合は、回転刃１３Ａ・１３Ｂに破砕対象物５が噛み込んだ等、破砕機１に何らかの異常があると判定される。

例えば、図３の点Ｋから後は、負荷（トルク）が、設定値を超えた状態が長く続き、点Ｋと同時に起こる点ｋからＴｓ時間を経過した点Ｐにおいて、回転カッター６の駆動負荷が過大になって回転カッター６は停止する（点Ｐ）。

このとき、運転制御装置のＣＰＵ１９では、回転数センサ１６と負荷（トルク）センサ１７で測定している回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転数とトルクのデータを基に、回転カッター６にかかる負荷が設定値を超えたとき（点Ｋ）から回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転が停止するまでの経過時間Ｔｓを演算していて、この経過時間を上述した設定時間値と比較し、その時の経過時間が前記設定時間値を超えているときは、破砕対象物５の供給過多とみなして自動的に回転カッター６の逆転・正転を数回、繰り返し、次に通常の破砕運転に戻るような制御をする。逆転により、回転刃１３Ａ・１３Ｂに噛み込んでいる破砕対象物が外れて、通常の破砕運転に戻れる可能性の高い状況とみなされるからである。

次に、点ｆの直線Ｆで示すように、負荷（トルク）が、設定値を超えた負荷（トルク）の大きい状態（点Ｆ）になると同時に回転カッター６の駆動トルクが過大になって回転カッター６の回転数が急速に下がり、停止した場合、運転制御装置のＣＰＵ１９は、回転カッターの停止までの時間が上述した時間Ｔｏに極めて近い時間であると演算し、破砕対象物に異物が混入して回転カッターに噛み込んだか又は他の何らかの異常があると判別する。モータ制御器は、点ｆから時間Ｔｏを経過したときに、駆動モータ１０を停止する。また、好ましくは、異常表示灯２９を点灯させて、異常発生による運転停止であることを破砕機１の使用者に知らせる。

この方法は、回転カッター６にかかる負荷（トルク）が設定値を超えたとき（点Ｆ）から回転刃１３Ａ・１３Ｂの回転が停止するまでの経過時間を演算処理して得られるデータを基にして破砕機運転の異常を判別する方法であり、このような本発明の制御方法も、先に述べた回転数の減少率と負荷（トルク）に基づく本発明の制御方法と同様に、破砕機１の制御に使用して、破砕機の安定した運転を確保し、破砕効率の向上を期すことができるものである。

次に図４のフローチャートに基づき本発明の制御方法の一つを説明する。
まず、破砕装置３の回転カッター６の刃先に欠けや割れが無いこと及び破砕対象物５が刃先に挟まっていないかを確認する。次いで、破砕機１の主電源を投入し、操作制御盤１８の手動・自動切替スイッチ２２を自動側にし、逆転・正転切替スイッチ２３を正転側にして運転スイッチ２１を入れると、駆動モータ１０及び回転カッター６が正転作動を開始し、破砕対象物５をホッパー４内に投入すると破砕が開始される。（Ｓ１）。

破砕運転中は、運転制御装置１１が破砕運転中の回転軸９Ａの負荷（トルク）と回転数を負荷（トルク）センサ１７及び回転数センサ１６で測定し、そのデータを制御装置１１に入力し、運転制御装置のＣＰＵ１９でデータを逐次演算処理しながら、破砕室７の破砕状態を監視している。監視の内容は、まず、トルクが図３に例示したような設定値を超えているかどうかを判断し（Ｓ２）、設定値を超えてなければ、破砕運転に異常はないとみなして破砕運転を続ける。

仮に、該設定値を超えている場合、回転数の減少率が設定値より大きいかどうか判断し（Ｓ３）設定値よりも大きい場合、破砕不可能物(異物)とみなして駆動モータ１０を停止する（Ｓ４）。

一方、回転数の減少率が設定値より小さい場合は、トルクが設定値以上の値を継続する時間を演算し、設定値以上の負荷（トルク）のかかっている時間が予め定められている設定時間を超えているかの判断をする（Ｓ５）。設定時間を超えていなければ、破砕運転に異常はないとみなして、破砕運転を続ける。

設定時間を超えている場合は、破砕可能物５の供給過多と判断し、駆動モータ１０を一旦、停止し（Ｓ６）、続けて回転カッター６の回転を一定時間逆転（Ｓ７）するように駆動モータ１０を制御する。

回転カッター６の逆転によって、回転刃１３Ａ・１３Ｂに挟まっている異物の除去や破砕できない破砕対象物５の噛み込みが自動的に外される。破砕対象物５を除くための逆転の時間は、破砕対象物５の性状によっても異なるので、制御数値設定ボード２７のボリュームで時間の長さを変更をすることもできる。回転刃１３Ａ・１３Ｂの逆転の後、一旦、回転を停止し（Ｓ８）、引続いて回転刃１３Ａ・１３Ｂを正転させて通常の破砕運転に戻る（Ｓ１）。

このようにして、本発明の破砕機１の制御方法においては、破砕機の運転制御装置１１が、運転中の回転カッター６の回転数や負荷（トルク）をセンサで測定し、回転数の減少率、負荷（トルク）の大きさ、大きな負荷（トルク）の継続する時間を演算処理して破砕不可能物（異物）が投入された場合と破砕可能物の供給過多を監視し、その結果に基づいて破砕機１の運転を制御し、破砕機の安定的な運転や効率の良い運転を維持することができる。

また、大きな負荷がかかると、回転刃１３Ａ・１３Ｂが一定時間逆転した後、自動的に正転に戻る運転を行なう際に、図３で説明をした回転負荷（トルク）の設定値を回転刃１３Ａ・１３Ｂの破損防止になるような値に設定して破砕を継続するような過負荷自動復帰をする等、本発明によれば、回転刃１３Ａ・１３Ｂの破損も防止でき、破損した刃の交換や刃の破損を懸念した運転の管理も少なくなり、破砕機の安定的な運転を実現する破砕機の制御方法とその装置を提供することができる。

なお、上述した回転刃にかかる負荷（トルク）の設定値や回転カッター６の回転数の定格値や許容減少率は、破砕対象物５が硬いもの、軟らかいもの、粘性物、長物等の種別毎に異なるものであり、破砕対象物５の性状に応じた破砕のモードを制御数値設定ボード２７から選択して入力し、これに応じて予め記憶されているモード毎の回転負荷（トルク）の設定値及び回転カッター６の回転数の定格値や許容減少率を読み出し、制御装置によって選択されたモードの制御態様になるように回転カッター６を制御しても良い。破砕対象物５の種別に応じて常に最適の破砕条件で破砕機の運転が制御され、過負荷や異物の詰まり等による稼動停止をより確実に防止して、破砕機の安定的な運転を確保し、破砕運転の効率の向上を図ることができる。

なお、上述の説明では、破砕機として、二本の回転刃が並置された二軸型の破砕機に基づいて説明したが、本発明が使用することができる破砕機は、一軸型でもよい。例えば、駆動モータによって駆動される回転刃と、破砕機のハウジングに取り付けられた破砕用の固定刃とを噛み合わせるようにした一軸型の破砕機においても、上記の説明と全く同様に、回転刃に駆動モータの動力を伝える回転軸に、回転数センサとトルクセンサとが取り付けることができ、これらのセンサからの測定値を基にして、本発明による破砕機の運転の制御方法を実施し、この方法を実施する制御装置を提供することができるからである。

また、上述の説明では、負荷の測定を回転軸に設けたトルクセンサで行なったが、回転刃の負荷を直接に測定できる装置若しくはセンサ又は、演算処理することによって回転刃の負荷を求めることができるその他のセンサがあれば、これらをトルクセンサの代わりに使用しても、本発明の方法及び装置に適用でき、同様な効果を奏することは言うまでもない。

例えば、回転刃の回転軸の軸受部分或いは、この軸受を支えている破砕機の構造材部の中の、軸受と軸受との間の部分に歪ゲージを貼着し、この歪ゲージからの出力信号を基に、予めＣＰＵに記憶させてある、歪ゲージからの信号から当該破砕機の回転刃にかかる破砕負荷を求める変換式によって、破砕機の運転中の破砕負荷の大きさを演算処理で求められるようにすれば、上述した負荷（トルク）センサと全く同様な演算処理を、上記の方法及び装置に適用して破砕機の運転の制御を実施して、破砕機の安定的な運転や効率の良い運転ができ、本発明による破砕機の運転の制御方法及び制御装置を提供することができる。

さらにまた、駆動モータも、エネルギ源が電気のときは電気モータ、油圧のエネルギ源が近くにあるときは油圧モータ、同様に空気のときはエアーモータ、水のエネルギ源のときは水圧モータ等、どのような種類のモータであっても、本発明の制御装置を同様に適用して制御をすることができ、破砕機を使用する場所に適したエネルギをエネルギ源とする駆動モータを稼動させて、本発明の制御装置を用いることにより効率よく安定した破砕機の運転をすることができる。

本発明の一実施形態の破砕装置を装備した破砕機の一部を破断して示す平面図である。 本発明の一実施形態の破砕機の制御装置の機能ブロック図である。 破砕運転の状況を回転軸の回転数特性及び負荷（トルク）特性図として模式化して示したタイムチャートである。 本発明による一実施形態を示す制御方法のフローチャートである。

符号の説明

１ 破砕機
２ ハウジング
３ 破砕装置
４ ホッパー
５ 破砕対象物
６ 回転カッター
７ 破砕室
８ 排出口
９Ａ・９Ｂ 回転軸
１０ 駆動モータ
１１ 運転制御装置
１２Ａ・１２Ｂ 軸受
１３Ａ・１３Ｂ 回転刃
１５Ａ・１５Ｂ 歯車
１６ 回転数センサ
１７ トルクセンサ
１８ 操作制御盤
１９ 中央演算処理装置（ＣＰＵ）
２０ モータ制御器
２１ 運転スイッチ
２２ 手動・自動切替スイッチ
２３ 正・逆転切替スイッチ
２５ 非常停止押釦
２６ 異常リセット押し釦
２７ 制御数値設定ボード
２８ 運転表示当灯
２９ 異常表示灯
３０ 信号線

Claims (8)

1. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数を測定し、この測定値を基に回転刃の回転数の減少率を演算し、該減少率と予め設定されている減少率とを比較し、該減少率が予め設定されている減少率の範囲内で破砕負荷が過大になったときは、運転中の回転刃の回転を逆転に切替え、その後に正転させて破砕運転を続行させることを特徴とする破砕機の制御方法。
2. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数を測定し、この測定値を基に回転刃の回転数の減少率を演算し、該減少率と予め設定されている減少率とを比較し、該減少率が予め設定されている減少率を超えた場合には、異物と判断し破砕機の運転を停止することを特徴とする破砕機の制御方法。
3. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数を測定し、この測定値を基に回転刃の回転数の減少率を演算し、該減少率と予め設定されている減少率とを比較し、該減少率が予め設定されている減少率の範囲内で破砕負荷が過大になったときは、運転中の回転刃の回転を逆転に切替え、その後に正転させて破砕運転を続行させ、該減少率が予め設定されている減少率を超えた場合には、破砕機の運転を停止するようにしたことを特徴とする破砕機の制御装置。
4. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数と負荷を測定し、回転刃にかかる負荷が予め設定された負荷量を超えたときから回転刃の回転が停止するまでの経過時間を演算し、該経過時間と予め設定された経過時間の値（設定時間値）とを比較し、その時の経過時間が前記設定時間値を超えているときは、回転刃の逆転・正転を所定回数、繰り返し、次に通常の破砕運転に戻るようにしたことを特徴とする破砕機の制御方法。
5. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転数を測定する装置と、回転刃にかかる負荷を測定する装置と、回転刃にかかる負荷が予め設定された負荷量を超えたときから回転刃の回転が停止するまでの経過時間を演算する装置と、該経過時間の値に応じて破砕機の運転の回転方向、運転の継続又は運転停止を制御する装置を有していることを特徴とする破砕機の制御装置。
6. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、前記駆動モータはトルク制御機を有し、該駆動モータの最大出力が回転する刃の破損強度以下に設定されていることを特徴とする請求項３又は請求項５のいずれかに記載の破砕機の制御装置。
7. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、回転刃の回転軸の回転数の測定が、回転刃を駆動する駆動モータによって測定されていることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項４のいずれかに記載の破砕機の制御方法。
8. モータで駆動されて回転する回転刃で破砕対象物を破砕する機構を有する破砕機において、前記回転刃を駆動する駆動モータが、電気モータ、油圧モータ、エアーモータ又は水圧モータのいずれかであることを特徴とする請求項３、請求項５又は請求項６のいずれかに記載の破砕機の制御装置。

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