JP2022070629A - 切断刃 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のアーク溶接によって肉盛り溶接することで切断刃の摩耗部を補修する方法の有する、入熱、寸法精度等の課題を解消し、新品の切断刃の易摩耗部位を補強することを可能にした切断刃を提供すること。【解決手段】切断刃１の刃先部１２の回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３の上面及び刃先部１２を含む側面外縁のサイドエッジ部１４に、レーザ肉盛り溶接部１６、１７を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、剪断式破砕機等に用いられる切断刃に関するものである。

剪断式破砕機は、図３～図４に示すように、鋏のように対向する回転刃Ｃにより生じる剪断力により破砕を行うものであるが、回転刃Ｃに用いられる切断刃１は使用するにつれて、破砕時の摩擦で摩耗するし、破砕時の衝撃により刃部が欠けることがある。
そのため、破砕機の切断刃１には、高硬度かつ高靭性が要求される。
しかしながら、これらは相反する機能であり、両立が困難とされてきた。

また、破砕機の切断刃１の摩耗する部位は、被破砕物が接触する部分だけで、被破砕物によって、切断刃１の特定の部位のみが摩耗することもある。

そして、切断刃１が摩耗して破砕性能が著しく低下すると新品に交換され、使用後の切断刃１はリサイクルされるが、精錬して再生するのはＣＯ_２の排出量が大きく、環境負荷が大きいという問題があった。

この問題に対処するため、摩耗部をアーク溶接によって肉盛り溶接して補修する方法が、従来から広く利用されてきた（例えば、特許文献１参照。）。
これにより、アーク溶接によって肉盛りした切断刃の肉盛り溶接部は、高い硬度を確保し、母材は、靭性を有する材質にすることで、破砕機の切断刃としての性能を満たすものを得ることができた。

特開２０１２－１９６６１０号公報

しかしながら、上記のアーク溶接によって肉盛り溶接することで切断刃の摩耗部を補修する方法には、以下の課題があった。
・アーク溶接の場合、ワイヤ状の溶接材料しか選べないため、溶接材料の選択に制約を受ける。
・入熱や溶接材料による希釈部が大きく、硬度低下部が広範囲になる。
・精密な肉盛り層の厚さ制御が困難なため肉盛り量が増え、所定の寸法精度を確保するために肉盛り量の７０～８０％を機械切削する必要があり、肉盛り溶接後の機械加工の作業量が増える。
・肉盛り溶接部の硬度を高めるため、硬度の高い溶接材料を採用することが好ましいが、硬度が高すぎる（ＨＲＣ６０以上）と、肉盛り溶接後の機械加工性が著しく悪化し、比較的機械加工が容易な溶接材料からの採用を余儀なくされる。
そして、以上のことから、アーク溶接によって肉盛り溶接する方法は、切断刃の摩耗部を補修する場合には用いられるが、新品の切断刃には、適用しにくいという課題があった。

本発明は、上記従来のアーク溶接によって肉盛り溶接することで切断刃の摩耗部を補修する方法の有する、入熱、寸法精度等の課題を解消し、新品の切断刃の易摩耗部位を補強することを可能にした切断刃を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の切断刃は、
半径方向外向きに突出する刃先部を備え、
前記刃先部は、回転方向に向かって尖った先端エッジ部を有し、
前記刃先部を含む側面外縁にサイドエッジ部を有し、
前記先端エッジ部の上面及び前記サイドエッジ部は、肉盛り溶接部が形成されてなる切断刃において、
前記肉盛り溶接部が、レーザ肉盛り溶接部からなることを特徴とする。

この場合において、前記レーザ肉盛り溶接部が、切断刃の母材に形成された断面が半円形状の溝内に形成されてなるようにすることができる。

また、前記レーザ肉盛り溶接部が、バナジウム、クロム及びモリブデンを含有してなるようにすることができる。

本発明の切断刃によれば、従来のアーク溶接によって肉盛り溶接することで切断刃の摩耗部を補修する方法の課題を解消し、以下の作用効果を奏するものである。
・レーザ肉盛り溶接の場合、溶接材料が粉体であるため、溶接材料の選択に制約を受けず、溶接材料の選択肢が広くなる。また、市販品だけでなく、独自の溶接粉末を作製可能で硬度や靭性に独自性を出すことも可能となる。
・入熱や溶接材料による希釈部が小さく、硬度低下部を狭い範囲に抑制し、硬度低下を抑えることができる。
・溶接材料（粉体）供給量や溶接速度等の条件のコントロールにより精密な肉盛り層の厚さ制御が可能なため、肉盛り量を必要最小限とすることができ、所定の寸法精度を確保するための削り代を小さく（具体的には、０．５ｍｍ前後）に制御することができ、干渉等の性能に関わる部位の仕上げ加工（例えば、切断刃の厚さの仕上げ研磨）の削り代を少なくでき、干渉等の性能に関わらない部位は肉盛溶接後の機械加工が不要となることとも相俟って、肉盛り溶接後の機械加工の作業量を低減することができる。
・肉盛り溶接部の硬度を高めるため、硬度の高い溶接材料を採用することが好ましいが、研磨のみの加工のため、高硬度（例えば、ＨＲＣ６０以上）の肉盛が可能となる。これにより、レーザ肉盛り溶接部の耐摩耗性をアーク溶接の場合と比較して、１．５～２倍程度に向上することができる。
そして、以上のことから、レーザ溶接によって肉盛り溶接する方法は、切断刃の摩耗部を補修する場合のほか、新品の切断刃に適用する場合に、最適な方法ということができる。

本発明の切断刃の第１実施例を示す説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図１（ａ）のＡ－Ａ断面図、（ｄ）は図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面図、（ｅ）は図１（ｂ）のＣ－Ｃ断面図、（ｆ）はアーク溶接によって肉盛り溶接した場合の（ｅ）に対応する図である。 本発明の切断刃の第２実施例を示す説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は図１の（ｄ）に対応する図である。を示す説明図である。 本発明の切断刃を適用する剪断式破砕機の説明図である。 同剪断式破砕機の回転刃の説明図である。 本発明の切断刃の第３実施例を示す説明図で、（ａ）は切断刃の母材の正面図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は図５（ａ）のＡ部の拡大断面図、（ｄ）は図５（ｂ）のＢ部の拡大断面図、（ｅ）はレーザ溶接によって肉盛り溶接した切断刃の正面図である。

以下、本発明の切断刃の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１に、本発明の切断刃の第１実施例を示す。
この切断刃１は、例えば、図３～図４に示す構造の剪断式破砕機の回転刃Ｃに用いられるものである。

剪断式破砕機は、従来より汎用されているもので、矩形断面をした２本の回転軸３が、一定間隔をおいてほぼ平行に並設されている。
回転軸３は、それぞれ軸受（図示省略）を介して、回転可能に箱形のケーシング６内に設置、支持され、モータ（図示省略）によって、内方に（図の矢印方向に）回転するように構成されている。

回転軸３には、それぞれ円盤状の回転刃Ｃがスペーサ４を間に挟んで交互に設けられている。これらの回転刃Ｃは、その側面同士が互いに密接した状態で装着されている。
各回転刃Ｃは、切断刃１と本体部２から構成され、本体部２の外周面２１に、複数（本実施例においては、６個）の切断刃１を配置し、両者をボルト穴１５、２２の位置でボルト（図示省略）を用いて固定するようにしている。
回転刃Ｃの切断刃１は、固定部１１と、この固定部１１から半径方向外向きに突出する刃先部１２とを備え、刃先部１２は、回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３を有し、処理物を引き込み、切断したり、剪断したりする作用を奏する。
これにより、ケーシング６の上方から投入された処理物は、回転刃Ｃの切断刃１の上記作用により破砕され、下方に排出されるようになっている。

なお、箱形のケーシング６の側部からは、回転刃Ｃ及びスペーサ４に向けてスクレーパ５が突設されている。
スクレーパ５は、回転刃Ｃに挟まった処理物を掻き取る作用を奏する。

ところで、回転刃Ｃの切断刃１は、使用するにつれて、破砕時の摩擦で摩耗するし、破砕時の衝撃により刃部が欠けることがあり、一定期間使用すれば取り替える必要が生じる。
この期間を延長できるように、本実施例の切断刃１は、図１に示すように、刃先部１２の回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３の上面及び刃先部１２を含む側面外縁のサイドエッジ部１４に、レーザ肉盛り溶接部１６、１７を形成するようにしている。

この場合において、切断刃１の母材には、靭性を有する材質、例えば、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４４０等）や耐摩耗鋼（ＨＡＲＤＯＸ（登録商標）５００）を好適に用いることができる。

レーザ肉盛り溶接部１６、１７の材料には、粉体の溶接材料を用いるため、溶接材料の選択に制約を受けず、溶接材料の選択肢が広くなる。
本実施例においては、バナジウム、クロム及びモリブデンを含有する粉体の溶接材料を用いるようにしている。
これにより、肉盛り溶接部１６、１７は、バナジウム、クロム及びモリブデンを含有したものとなり、その硬度を、高硬度（例えば、ＨＲＣ６０～６５）にすることができる。

レーザ肉盛り溶接部１６、１７の肉厚は、１～３ｍｍ程度、好ましくは、２ｍｍ程度と、必要最小限の厚さに制御して形成することができる。
これにより、所定の寸法精度を確保するためのレーザ肉盛り溶接部１６、１７の削り代を小さく（具体的には、０．５ｍｍ前後）に制御することができ、干渉等の性能に関わる部位の仕上げ加工（例えば、切断刃１の厚さの仕上げ研磨）の削り代を少なくでき、干渉等の性能に関わらない部位は肉盛溶接後の機械加工が不要となることとも相俟って、肉盛り溶接後の機械加工の作業量を低減することができる。
なお、本実施例においては、レーザ肉盛り溶接部１６は、刃先部１２の回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３を形成するための削り代１８を設けるようにしている。

図２に、本発明の切断刃の第２実施例を示す。
この切断刃１は、刃先部１２の回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３の上面及び刃先部１２を含む側面外縁のサイドエッジ部１４に形成したレーザ肉盛り溶接部１６、１７を、切断刃１の母材に形成された断面が半円形状の溝内に形成するようにしたものである。
半円形状の溝は、直径２～６ｍｍ程度、好ましくは、４ｍｍ程度とし、複数条、具体的には、先端エッジ部１３の上面は４条、サイドエッジ部１４は２条、それぞれ形成するようにしている。
これにより、上記第１実施例が奏する作用効果に加え、以下の作用効果を奏する。
・溶接パス数を少なくすることができ、施工時間及び施工コストを低減することができる。
・レーザ肉盛り溶接部１６、１７を、切断刃１の母材に形成された断面が半円形状の溝内に形成することにより、レーザ肉盛り溶接部１６、１７が、切断刃１の母材に一体化され、剥離することがない。
なお、本実施例のその他の構成及び作用は、上記第１実施例と同様である。

図５に、本発明の切断刃の第３実施例を示す。
上記第１～第２実施例の切断刃１は、切断刃１を複数個のピースで分割構成したものであるが、本発明の切断刃の形態は、これに限定されず、図３に示すような、矩形断面をした回転軸（図示省略）に直接装着される、一体構造の切断刃１（回転刃Ｃ）に、第１～第２実施例の切断刃１の構成を適用することもできる。

この切断刃１（回転刃Ｃ）は、具体的には、刃先部１２の回転方向に向かって尖った先端エッジ部１３の上面及び刃先部１２を含む側面外縁のサイドエッジ部１４に形成したレーザ肉盛り溶接部１６、１７を、切断刃１の母材に形成された断面が半円形状の溝１７ａ、１７ｂ内に形成するようにしたものである。
半円形状の溝は、直径２～６ｍｍ程度、好ましくは、４ｍｍ程度とし、複数条、具体的には、先端エッジ部１３の上面は４条（図示省略）、サイドエッジ部１４は２条、それぞれ形成するようにしている。
これにより、上記第２実施例が奏する作用効果と同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の切断刃について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、各実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の切断刃は、従来のアーク溶接によって肉盛り溶接することで切断刃の摩耗部を補修する方法の有する、入熱、寸法精度等の課題を解消し、新品の切断刃の易摩耗部位を補強することが可能になるという特性を有していることから、実施例に記載した２軸剪断式破砕機の回転刃に用いられる切断刃に好適に用いることができるほか、２軸剪断式破砕機以外の１軸又は多軸剪断式破砕機の回転刃等に用いられる各種切断刃にも広く適用することができ、また、新品の切断刃の易摩耗部位の補強の用途に加え、切断刃の摩耗部の補修の用途にも用いることができる。

１ 切断刃
１１ 固定部
１２ 刃先部
１３ 先端エッジ部
１４ サイドエッジ部
１６ レーザ肉盛り溶接部
１７ レーザ肉盛り溶接部
１８ 削り代
Ｃ 回転刃

Claims (3)

1. 半径方向外向きに突出する刃先部を備え、
   前記刃先部は、回転方向に向かって尖った先端エッジ部を有し、
   前記刃先部を含む側面外縁にサイドエッジ部を有し、
   前記先端エッジ部の上面及び前記サイドエッジ部は、肉盛り溶接部が形成されてなる切断刃において、
   前記肉盛り溶接部が、レーザ肉盛り溶接部からなることを特徴とする切断刃。
2. 前記レーザ肉盛り溶接部が、切断刃の母材に形成された断面が半円形状の溝内に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の切断刃。
3. 前記レーザ肉盛り溶接部が、バナジウム、クロム及びモリブデンを含有してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の切断刃。

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