JP2023131703A - 砕石生成システム - Google Patents

Abstract

【課題】高性能なＩＰＭモータの性能を最大限に活かしつつ、当該ＩＰＭモータを石材の破砕状態に応じて詳細にインバータ制御することで砕石の生成を効率化する砕石生成システムを提供する。【解決手段】石材を破砕して砕石を生成する砕石生成システム１において、石材を破砕する破砕歯１９と、破砕歯１９を駆動するＩＰＭモータ１４と、ＩＰＭモータ１４に電力を供給すると共に、当該ＩＰＭモータ１４からの回生エネルギーを吸収して充電するリチウムイオンバッテリ１３と、ＩＰＭモータ１４の動作を制御するインバータ１５とを備え、インバータ１５が、石材の破砕中の状態に応じてＩＰＭモータ１４の動作を制御する。石材の破砕中の状態は、必要に応じて状態検知センサ１６から取得される。【選択図】図１

Description

本発明は、石材を破砕して所望の砕石を生成する砕石生成システムに関する。

コンクリートや天然の岩石などの石材を破砕して砕石を生成する場合に、安定的な生産と効率化を実現するためには歩留まりと粒度分布構成の管理が非常に重要である。ここで言う歩留まりは、目的とする砕石の破砕寸法に対するオーバーサイズやアンダーサイズになる砕石の割合であり、粒度分布構成は生成された砕石の各粒度ごとの割合である（例えばJIS A5005：2020、JIS A5001：2008等）。

石材の破砕機で一般的に用いられている三相モータによる駆動や油圧モータでの駆動では、破砕機の回転数を稼働中に変更することが困難であり、また変更した場合であってもモータそのものの効率が落ちるため、歩留まりや粒度分布構成の厳密な管理を行いながら効率的に砕石を生成するのが困難であるという実情がある。また、破砕される対象となる石材には天然石、コンクリートガラ、アスファルトガラなどが含まれるが、それぞれの石材の比重や圧縮強度が異なっており、特に天然石の場合は、石材が採取される地域等によって比重や圧縮強度が全く異なるものである。

したがって、それぞれの石材から所望の粒度を有する砕石を生成するのに最適なモータの回転数は、実際に破砕を行いながら試行錯誤で調整をしなければ見つけることが出来ず、非常に多くの時間と手間を要するという問題がある。

このような問題から、ほとんどの破砕作業において破砕機の回転数をメーカ推奨の回転数で固定した状態で駆動し、歩留まりや粒度分布構成の調整は、破砕機の破砕室出口の隙間調整のみで行われており、高品質な砕石を効率よく生成するのが困難となっている（例えば特許文献３を参照）。

上記のような問題に関連して、例えば特許文献１、２に係る技術が開示されている。特許文献１に示す技術は、砕石プラントにおける原石投入量、各破砕機の電流値及び設定値、各振動篩の電流値、各粒度の砕石の生産量並びに運転時間に関する事例データを蓄積し、これらの事例データを解析して所要粒度の砕石の最大生産量若しくは最大生産割合と原石投入量及び各破砕機の設定値との関係並びに所要消費電力と原石投入量及び各破砕機の設定値との関係についての領域知識を推定し、この推定した領域知識に基づいて、又は推定した領域知識と前記事例データとを比較して所要粒度の砕石の最大生産量若しくは最大生産割合に対応する原石投入量及び各破砕機の設定値、又は所要消費電力に対応する原石投入量及び各破砕機の設定値を決定するものである。

また、特許文献２に示す技術は、破砕システムが、原料の投入が断続的に行われ、投入された原料を破砕する破砕機と、原料に対する破砕力を発生させるように破砕機を駆動する破砕機モータと、破砕機モータを制御するモータ制御部と、破砕機の無負荷状態を検出する無負荷状態検出器と、無負荷状態検出器からの検出信号に基づいてモータ制御部を制御する機能を有するシステム制御装置と、を備えるものである。

特開２００３－２０００７９号公報 特開２０１４－１２１６６２号公報 特開２０１８－１９２４５７号公報

特許文献１に示す技術は、砕石プラントを所望の方式にしたがって運転するものであるが、予めモデル化された情報に基づいた運転条件に設定するため、破砕中に原料に適した条件に設定できるものではなく、仮に設定変更ができるとしても、上記のように破砕機の稼働中に運転条件を変更するのは極めて困難であるという課題を有する。

また、特許文献２に示す技術は、破砕機の状態からモータ制御を行う技術であるが、あくまで破砕機が負荷状態であるか無負荷状態であるかの状態に応じてモータを制御するものであり、上記に示したような問題を解決できるものではない。

本発明は、高性能なＩＰＭモータの性能を最大限に活かしつつ、当該ＩＰＭモータを石材の破砕状態に応じて詳細にインバータ制御することで砕石の生成を効率化する砕石生成システムを提供する。

本発明に係る砕石生成システムは、石材を破砕して砕石を生成する砕石生成システムにおいて、前記石材を破砕する破砕歯と、前記破砕歯を駆動するＩＰＭモータと、前記ＩＰＭモータに電力を供給すると共に、当該ＩＰＭモータからの回生エネルギーを吸収して充電する二次電池と、前記ＩＰＭモータの動作を制御するインバータとを備え、前記インバータが、前記石材の破砕中の状態に応じて前記ＩＰＭモータの動作を制御するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、石材を破砕する破砕歯と、前記破砕歯を駆動するＩＰＭモータと、前記ＩＰＭモータに電力を供給すると共に、当該ＩＰＭモータからの回生エネルギーを吸収して充電する二次電池と、前記ＩＰＭモータの動作を制御するインバータとを備え、前記インバータが、前記石材の破砕中の状態に応じて前記ＩＰＭモータの動作を制御するため、破砕対象となる石材の特色に合った最適な条件での破砕作業が可能となり、歩留まりや粒度分布構成を厳密に管理して効率が良い破砕作業を実現することができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、記隙間調整手段が、前記石材の破砕中の状態に応じて前記排出口の隙間を調整するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、記隙間調整手段が、前記石材の破砕中の状態に応じて前記排出口の隙間を調整するため、破砕歯を駆動するＩＰＭモータの制御と合わせることでより厳密に歩留まりや粒度分布構成を管理することができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の量を検出する第１のセンサを備え、前記インバータが、前記第１のセンサで検出される前記石材の量の変化速度に基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の量を検出する第１のセンサを備え、前記インバータが、前記第１のセンサで検出される前記石材の量の変化速度に基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するため、例えば石材の量が早急に減少するような場合は、ＩＰＭモータの回転数が低いと十分な圧縮破砕がなされず破砕室内を素通りする確率が増えるため、ＩＰＭモータの回転数を高くして十分に圧縮破砕を行うといった適正な破砕作業を実現することができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さを検出する第２のセンサを備え、前記インバータが、前記第２のセンサで検出される前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さに基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さを検出する第２のセンサを備え、前記インバータが、前記第２のセンサで検出される前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さに基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するため、例えば飛び跳ねが多い石材の場合は、破砕歯に圧縮されたときに滑っている可能性が高く、ＩＰＭモータの回転数を低く調整することで確実に破砕歯に噛み込んで十分に破砕することができる。すなわち、石材ごとに適正な回転数での破砕作業で効率化を図ることができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内で発生する振動を検出する第３のセンサを備え、前記インバータが、前記第３のセンサで検出される前記破砕室内の振動状態に応じて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内で発生する振動を検出する第３のセンサを備え、前記インバータが、前記第３のセンサで検出される前記破砕室内の振動状態に応じて前記ＩＰＭモータの回転数を制御するため、破砕状態により変化する振動状態（例えば音の変化）から破砕状態に応じた適正な回転数での破砕作業を実現することができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、特定された前記粒度分布に基づいて、前記インバータが前記ＩＰＭモータの回転数を制御すると共に、前記隙間調整手段が前記排出口の隙間を調整するものである

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、特定された前記粒度分布に基づいて、前記インバータが前記ＩＰＭモータの回転数を制御すると共に、前記隙間調整手段が前記排出口の隙間を調整するため、実際に生成された粒度分布から目的とする粒度分布となるように排出口の隙間とＩＰＭモータの回転数を調整することができるという効果を奏する。

本発明に係る砕石生成システムは、必要に応じて、生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、前記破砕歯の揺動幅を調整する揺動幅調整手段を備え、前記石材の破砕中の状態及び／又は特定された前記粒度分布に基づいて、前記揺動幅調整手段が前記破砕歯の揺動幅を調整するものである。

このように、本発明に係る砕石生成システムにおいては、生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、前記破砕歯の揺動幅を調整する揺動幅調整手段を備え、前記石材の破砕中の状態及び／又は特定された前記粒度分布に基づいて、前記揺動幅調整手段が前記破砕歯の揺動幅を調整するため、石材の破砕中の状態や実際に生成された砕石の粒度分布構成に応じて目的とする粒度分布構成に近づくように管理することができるという効果を奏する。

第１の実施形態に係る砕石生成システムの構成を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態に係る砕石生成システムにおいて、超音波センサで原料の沈み度合いを計測する場合の破砕室の構造を示す図である。 第１の実施形態に係る砕石生成システムにおいて、撮像センサで原料の飛び跳ね具合を測定する場合の破砕室の構造を示す図である。 第１の実施形態に係る砕石生成システムにおいて、振動センサで破砕室の振動を検知する場合の破砕室の構造を示す図である。 図２の場合において破砕室内の排出口の隙間を調整する場合の構成を示す図である。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る砕石生成システムについて、図１ないし図５を用いて説明する。本実施形態に係る砕石生成システムは、発電機や商用電源などの主電源でＩＰＭモータをインバータ制御しながら破砕作業を行いつつ、負荷変動に応じた電力の補充や回収をリチウムイオンバッテリで行うハイブリッド型の砕石生成システムである。このシステムは、リチウムイオンバッテリを備えることでＩＰＭモータの性能を最大限に発揮しつつ、インバータを保護することが可能となっている。それにより、本実施形態においては、ＩＰＭモータの動作をリアルタイムで且つ細かく制御することで、破砕状態に応じた最適な駆動制御を行うことが可能となるものである。

図１は、本実施形態に係る砕石生成システムの構成を示す機能ブロック図である。図１において、砕石生成システム１は、砕石の原料となる天然石、コンクリート、アスファルト等を破砕するクラッシャ１０と、クラッシャ１０に原料を供給する供給機１１と、クラッシャ１０で破砕された砕石を搬送するコンベア１２と、主電源（図１には図示しない）とは別にクラッシャ１０に過大な負荷が掛かった場合に補助電力を供給したり、クラッシャ１０の負荷が急激に減少した場合の回生エネルギーを吸収して充電するリチウムイオンバッテリ１３と、クラッシャ１０の破砕歯（例えば、フライホール等により動作する破砕歯）を駆動するためのＩＰＭモータ１４と、ＩＰＭモータ１４の駆動を制御するインバータ１５と、クラッシャ１０の破砕状態をセンシングする状態検知センサ１６と、システム全体を制御する制御部１７とを備える。

クラッシャ１０には、例えば一次破砕を行うジョークラッシャやロールクラッシャ、二次破砕や三次破砕を行うコーンクラッシャやインパクトクラッシャまたは竪型破砕機などが含まれる。クラッシャ１０における原料の破砕は、破砕室内で破砕歯を駆動させることで行うが、破砕歯の駆動はＩＰＭモータ１４によるものである。破砕室内の構造については詳細を後述する。また、生成される砕石は、目的とする粒度分布構成に合わせて最終的に適正なサイズに破砕される必要がある。

ここで、粒度分布構成とは、例えば0mm～15mmサイズを10％、15mm～50mmサイズを30％、50mm～85mmサイズを30％、85mm～100mmサイズを10％といったようなサイズごとの分布である。つまり、この粒度分布構成で砕石が生成されるように各クラッシャ１０におけるＩＰＭモータ１４の回転数やトルクを調整する必要がある。また、単一で又は複数のクラッシャ１０で段階的に砕石を行う場合には、各クラッシャから排出される砕石のサイズに応じた排出口の隙間も適正に調整される必要がある。

上述したように、従来の砕石システムでは、三相モータによる駆動や油圧モータでの駆動が一般的であり、クラッシャ１０の回転数やトルクをシステムの稼働中に変更することが困難であり、一旦システムを停止すると非常に効率が悪くなってしまうという問題があった。また、これらの設定を変更した場合であっても、モータそのものの効率が落ちるため、歩留まりや粒度分布構成の厳密な管理を行いながら効率的に砕石を生成するのが困難であった。

しかしながら、本実施形態においては、ＩＰＭモータ１４をインバータ１５の制御で駆動しながら、リチウムイオンバッテリ１３を有する構成とすることで、ＩＰＭモータ１４の性能を最大限に活かして（すなわち、必要以上にリミッターを掛けることなく最大限の仕様範囲内で）駆動させることが可能になると共に、破砕状態に応じたＩＰＭモータ１４の設定をリアルタイムに行うことが可能となっている。

クラッシャ１０の場合、硬い原料や大きい原料が投入されるとモータへの負荷が大きくなり、軟らかい原料や小さい原料が投入された場合にはモータへの負荷が小さくなるか又は無負荷のような状態となる。すなわち、負荷変動に応じて非常に大きい回生エネルギーが瞬間的に発生し、その回生エネルギーによりモータやインバータが故障してしまうという問題が生じる。それを防止するために、通常はモータにリミットを設定するが、本実施形態においては、発生した回生エネルギーをリチウムイオンバッテリ１３が吸収し、保護回路として機能することができるため、モータにリミットを掛けることなく最大限に性能を活かすことが可能となる。特に、本実施形態においては、高性能なＩＰＭモータ１４を使用するため、このＩＰＭモータ１４をリミットなしで動作させることを可能とし、より作業効率を上げることが可能となる。

また、従来であれば、クラッシャ１０の駆動中にモータの設定を変更する場合、クラッシャ１０に掛かる大きい負荷に対応しつつ、瞬間的に発生する回生エネルギーに耐えるためには、高性能なインバータを用いる必要があった。その場合、瞬間的な回生エネルギーが生じないような動作状態においては、インバータがオーバースペックになってしまい、コスト面で非常にバランスが悪いシステムとなってしまう。本実施形態においては、高性能なＩＰＭモータ１４の性能を最大限に活かしつつ、回生エネルギーをリチウムイオンバッテリ１３で吸収することができるため、発生した回生エネルギーによりインバータ１５がオーバーロードでエラーを起こすようなことがなくなり、ＩＰＭモータ１４の回転数の加速、減速、始動、停止等を極めて短時間に行うことが可能となる。すなわち、ＩＰＭモータ１４の動作をシステムが稼働した状態でリアルタイムに調整することが可能となっており、破砕時の砕石の状態に応じて、目的とする粒度分布構成となるような適正なＩＰＭモータ１４の制御が可能となる。

クラッシャ１０は、破砕時の砕石の状態を検出するための状態検知センサ１６を有しており、ここでセンシングされた状態情報が制御部１７に送信される。状態検知センサ１６は具体的には、原料の上端位置を計測するための超音波センサ、破砕室内で破砕されている原料を撮像するためのカメラ、破砕を行う破砕室内の振動状態を取得するための振動センサ（加速度センサ）、破砕時に生じる音を検知する音センサ等である。状態検知センサ１６で検知されたＩＰＭモータ１４の動作状態に関する情報がインバータ１５から制御部１７に送られる。

制御部１７は、状態検知センサ１６から送信された情報とインバータ１５から送られたＩＰＭモータ１４の情報とから、現在の原料に合う回転数やトルクの適正値を算出し、その情報をインバータ１５に返す。インバータ１５は、制御部１７で算出された適正値に応じてＩＰＭモータ１４の回転数とトルクを制御することで、原料の状態に合った適正な負荷を掛けて破砕作業を行うことができる。

ここで、原料の状態に合った適正な負荷について、破砕対象となる原料には天然石、コンクリートガラ、アスファルトガラなどがあるが、天然石の場合は原料が採取される地域などによって、またコンクリートガラやアスファルトガラは混在する材料の種類や比率によって、それぞれの原料の比重であったり圧縮強度などが異なる。そのため、同じ種類の原料であってもそれぞれに最適な負荷が存在し、それに合うようにＩＰＭモータ１４が制御される。

状態検知センサ１６にはいくつかの種類があるが、その具体例について説明する。第１の具体例は超音波センサである。図２は、本実施形態に係る砕石生成システムにおいて、超音波センサで原料の沈み度合いを計測する場合の破砕室の構造を示す図である。図２において、クラッシャ１０（ジョークラッシャ）の破砕室内の上部に固定された超音波センサ１６ａで原料の高さＨを測定する。測定された結果に基づいて、原料の上端位置がどれくらいの速度で変化しているか（沈んでいるか）を制御部１７が演算しＩＰＭモータ１４を制御する。具体的には、原料の上端位置の下降速度が所定の速度よりも速い原料である場合に、ＩＰＭモータ１４の回転数が低いと十分な圧縮破砕がなされず、破砕室を素通りする確率が増える。そのため、ＩＰＭモータ１４の回転数を高く調整することで、十分な圧縮破砕が行われるようになる。逆に原料の上端位置の下降速度が所定の速度よりも遅い原料である場合に、ＩＰＭモータ１４の回転数が高いと必要以上に圧縮破砕がなされてしまう。そのため、ＩＰＭモータ１４の回転数を低く調整することで、破砕室を素通りさせて適度な圧縮破砕を行わせることが可能となる。

第２の具体例は撮像センサである。図３は、本実施形態に係る砕石生成システムにおいて、撮像センサで原料の飛び跳ね具合を測定する場合の破砕室の構造を示す図である。上述したように、原料の比重や圧縮強度の違いにより、クラッシャ１０の破砕室内での圧縮時の滑りや飛び跳ね具合が変わる。つまり、原料の違いにより、破砕歯に確実に噛み込まれるものと、滑って飛び跳ねてしまうようなものがあり、飛び跳ねが多い場合は破砕歯の噛み込みが十分ではないと判断することができる。すなわち、図３に示すように、破砕室の上部に固定して設置された撮像センサ１６ｂにより破砕室内の様子を撮像し、原料がどれくらいの高さにどれくらいの量が飛び跳ねているかを制御部１７が演算することで、所定の高さ以上に所定の量以上の原料が飛び跳ねていると判断される場合は、ＩＰＭモータ１４の回転数を低く調整することで破砕歯を原料に確実に噛み込ませて破砕することが可能となる。

第３の具体例は振動センサ（加速度センサ）である。図４は、本実施形態に係る砕石生成システムにおいて、振動センサで破砕室の振動を検知する場合の破砕室の構造を示す図である。破砕室内は常時振動しており、その振動状態を取得することで、制御部１７がＩＰＭモータ１４の回転数やトルクを演算する。具体的には、例えば振動センサ１６ｃで検知される振動の振幅が大きい場合は振動センサ１６ｃが大きく動いていることから、原料に大きい塊が含まれていると判断することができ、振幅が小さい場合は振動センサ１６ｃがあまり動いていないことから、原料の塊が小さいと判断することができる。また、振動周波数が高い場合は、比較的軟らかい原料をスムーズに破砕していると判断することができ、周波数が低い場合は、比較的硬い原料を破砕していると判断することができる。制御部１７は、それらの判断結果に応じて、原料に適した回転数やトルクを算出して調整する。

なお、振動状態を演算する場合には、無負荷の状態における振動状態を予め取得しておき、負荷状態における振動状態から差し引くことで、原料の負荷により生じる振動のみを取得するようにしてもよい。また、振動状態に応じて原料がどのような状態であるかを判断する際に、現在のＩＰＭモータ１４の設定値を加味して判断することが望ましい。具体的には、例えばＩＰＭモータ１４の回転数を高く設定している状態で破砕室内の振動数も高ければ、原料は通常のものであると判断し、ＩＰＭモータ１４の回転数を高く設定しているにも関わらず、破砕室内の振動数が低ければ、原料が硬いものであると判断するようにしてもよい。

第４の具体例は音センサである。この場合の構成は、図４において、振動センサ１６ｃが音センサ１６ｄに置き換わったものとなる。原料の破砕時には様々な音が発生しているが、発生する音を周波数分析することで、どのような音が発生しているかを特定することができ、原料の破砕状態を解析することが可能となる。例えば、軟らかい原料である場合は比較的高周波成分が多くなり、硬い原料である場合は比較的低い周波数成分が多くなる。このような周波数成分を解析することで、現在の破砕状態に応じた適正なＩＰＭモータ１４の制御が可能となる。なお、音センサ１６ｄの場合も振動センサ１６ｃの場合と同様で、無負荷の状態における音情報を予め取得しておき、負荷状態における音情報から差し引くことで、原料の負荷により生じる音のみを取得するようにしてもよい。

このように、状態検知センサ１６（超音波センサ１６ａ、撮像センサ１６ｂ、振動センサ１６ｃ、音センサ１６ｄ）により取得された情報から現在の砕石状態を特定し、それに合わせたＩＰＭモータ１４の設定値を求めて制御することで、砕石状態に最適なＩＰＭモータ１４の回転数やトルクをリアルタイムで瞬時に調整して、破砕効率を向上させることができる。

なお、各状態検知センサ１６は図２ないし図４に示すように、超音波センサ１６ａ、撮像センサ１６ｂ、振動センサ１６ｃ及び音センサ１６ｄのそれぞれが単独で設置されるようにしてもよいし、複数組み合わせて設置されるようにしてもよい。複数組み合わせて設置される場合は、それぞれのセンサから求められる設定値の平均値を最適値としてしてもよいし、例えば優先順位を予め設定し、その優先順位に応じた係数を乗算することで最適値を求めるようにしてもよい。

制御部１７は、ＩＰＭモータ１４及びインバータ１５の制御以外にクラッシャ１０の排出口の隙間調整を行うようにしてもよい。図５は、図２の場合において破砕室内の排出口の隙間を調整する場合の構成を示す図である。なお、この隙間調整については、図３及び図４においても適用可能である。

上述したように、ＩＰＭモータ１４が原料によって適正な制御が行われることで、ある程度目的とするサイズの砕石を生成することが可能であるものの、目的とする粒度分布構成をより厳密に管理するためにはクラッシャ１０における破砕室の排出口１８の隙間ｄが重要である。ここで、クラッシャ１０は往復運動で圧縮破砕する場合や衝撃を与えて破砕する場合があるが、いずれにおいても破砕後には必ずオーバーサイズの砕石が含まれる。振動スクリーン等の選別機を有する設備の場合は、所定のサイズでサイズを選別する工程が含まれることで、コンベア１２上にオーバーサイズの砕石とアンダーサイズの砕石とが分かれて搬送される。

すなわち、図１に示すように、クラッシャ１０で破砕された砕石はフィーダやスクリーンを通してコンベア１２で搬送されるが、設備内に選別機を有するような場合は、このコンベア１２は所望のサイズの砕石が運搬される排出ベルトコンベア１２ａ（図示しない）、所望のサイズよりも大きい砕石が運搬されるオーバーサイズベルトコンベア１２ｂ（図示しない）、所望のサイズよりも小さい砕石が運搬されるアンダーサイズベルトコンベア１２ｃ（図示しない）等のベルトスケールにより重量を測定することができる。

各コンベア１２のベルトスケールの測定結果が制御部１７に送信されると、制御部１７はそれらの値をリアルタイムに積算しながら現在の粒度分布構成を演算する。そして、予め設定されている粒度分布構成の情報と比較して、どのサイズの砕石がどの程度多い（少ない）かを演算し、所望の粒度分布構成となるように排出口１８の隙間ｄを調整する。排出口１８の隙間ｄの調整は、制御部１７からの指示情報に基づいて破砕歯１９の位置を調整するシリンダ２０で行われる。

このように、制御部１７は、排出される砕石情報に応じて破砕室の排出口１８の隙間ｄを調整することで、粒度分布構成を正確に管理することが可能となる。

なお、現在の粒度分布構成は、上記のようにベルトスケールの情報から演算してもよいし、排出直後のコンベア１２に設置された撮像センサから取得される撮像情報を解析してサイズごとの砕石量を求めるようにしてもよい。また、ストックヤードがある場合には、そのストックヤードの量が計れるセンサやストックヤードを撮像した撮像情報に基づいて、現在の生成された砕石の粒度分布構成が演算されるようにしてもよい。

制御部１７は、ＩＰＭモータ１４及びインバータ１５の制御、破砕室の排出口の隙間制御以外に供給機１１（例えばフィーダやスクリーン）の供給量の制御を行うようにしてもよい。図１に示すように、制御部１７は供給機１１から供給された原料の情報を取得する。また、併せてＩＰＭモータ１４の負荷状態や生成された砕石の粒度分布構成を演算し、適正な粒度分布構成の砕石が生成されるように供給機１１からの原料の供給量を調整する。このとき、供給される原料のサイズなどを含めた情報が制御部１７に送られることが望ましい。つまり、どのようなサイズの原料が供給された場合に、現在の設定においてどのような粒度分布構成の砕石が生成されるかを情報として蓄積することができるため、次にどのようなサイズの原料が供給されたによって、所望の粒度分布構成を実現するためのクラッシャ１０の最適な動作設定を推定することが可能となる。

また同時に、制御部１７は、状態検知センサ１６から得られるＩＰＭモータ１４の動作状態により、ＩＰＭモータ１４への負荷がどのような状態であるかを特定することができる。そして、ＩＰＭモータ１４への負荷が大きいと判断される場合は、供給機１１の供給量を減らすように制御し、ＩＰＭモータ１４への負荷が小さいと判断される場合は、供給機１１の供給量を増やすといった制御が可能となる。そうすることで、ＩＰＭモータ１４やインバータ１５に過度な負荷が掛かってしまうことを防止し、安定した破砕を実現することができると共に、ＩＰＭモータ１４やインバータ１５の寿命を延ばすことができる。

制御部１７は、ＩＰＭモータ１４及びインバータ１５の制御、破砕室の排出口の隙間制御、供給機１１の供給量の制御以外にクラッシャ１０の破砕歯の揺動幅（ストローク）を制御するようにしてもよい。すなわち、状態検知センサ１６で取得された情報に応じて揺動幅を調整することで粒度調整を行うことができる。また、上述したように各コンベア１２のベルトスケールの測定結果に応じて揺動幅を調整するようにしてもよい。具体的には、例えば上述したように、状態検知センサ１６の測定結果に応じてＩＰＭモータの回転数を制御する（回転数を上げる又は下げる）ことができるが、回転数の変化前と変化後において粒度構成の変化が乏しい場合には揺動幅を変更（小さくする又は大きくする）ことで、粒度構成を最適化する。また、上述したように、状態検知センサ１６やベルトスケールの測定結果に応じて破砕室の排出口１８の隙間ｄを調整する（狭める又は広げる）こともできるが、隙間ｄの変化前と変化後において粒度構成の変化が乏しい場合には揺動幅を変更（小さくする又は大きくする）ことで粒度構成を最適化する。

このように、破砕室内における原料の破砕状態や生成された砕石の状態に応じて破砕歯の揺動幅を調整することで、より厳密に粒度分布構成を管理して所望の砕石を生成することが可能となる。

なお、図１において、クラッシャ１０の工程は、一次破砕、二次破砕、三次破砕等のように複数段で形成されるようにしてもよい。その場合は、それぞれの工程における複数の各クラッシャ１０に対して、一つの制御部１７で対応するようにしてもよいし、それぞれのクラッシャ１０ごとに対応する専用の制御部１７を備えるようにしてもよい。

また、制御部１７はリチウムイオンバッテリ１３とも連携しており、リチウムイオンバッテリ１３の充放電の状態などを常時監視しながら、システム全体の稼働状態に応じてバッテリ残量や電圧制御などを行うようにしてもよい。

このように、本実施形態に係る砕石生成システムにおいては、インバータ１５が、石材の破砕中の状態に応じてＩＰＭモータ１４の動作を制御するため、破砕対象となる石材の特色に合った最適な条件での破砕作業が可能となり、歩留まりや粒度分布構成を厳密に管理して効率が良い破砕作業を実現することができる。

また、石材の破砕中の状態に応じて破砕室内の排出口の隙間を調整するため、破砕歯１９を駆動するＩＰＭモータ１４の制御と合わせることでより厳密に歩留まりや粒度分布構成を管理することができる。

さらに、石材が投入される破砕室内における石材の量の変化速度に基づいてＩＰＭモータ１４の回転数を制御するため、例えば石材の量が早急に減少するような場合は、ＩＰＭモータ１４の回転数が低いと十分な圧縮破砕がなされず破砕室内を素通りする確率が増えることから、ＩＰＭモータ１４の回転数を高くして十分に圧縮破砕を行うといった適正な破砕作業を実現することができる。

さらにまた、破砕対象となる石材が投入される破砕室内における石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さに基づいて、ＩＰＭモータ１４の回転数を制御するため、例えば飛び跳ねが多い石材の場合は、破砕歯に圧縮されたときに滑っている可能性が高く、ＩＰＭモータ１４の回転数を低く調整することで確実に破砕歯に噛み込んで十分に破砕することができる。すなわち、石材ごとに適正な回転数での破砕作業で効率化を図ることができる。

さらにまた、破砕対象となる石材が投入される破砕室内で発生する振動状態に応じてＩＰＭモータ１４の回転数を制御するため、破砕状態により変化する振動状態（例えば音の変化）から破砕状態に応じた適正な回転数での破砕作業を実現することができる。

さらにまた、生成された砕石の粒度分布に基づいて、インバータ１５がＩＰＭモータ１４の回転数を制御すると共に、排出口の隙間が調整されるため、実際に生成された粒度分布から目的とする粒度分布となるように排出口の隙間とＩＰＭモータ１４の回転数を調整することができる。

さらにまた、石材の破砕中の状態及び／又は特定された粒度分布に基づいて、破砕歯の揺動幅を調整するため、石材の破砕中の状態や実際に生成された砕石の粒度分布構成に応じて目的とする粒度分布構成に近づくように管理することができる。

１ 砕石生成システム
１０ クラッシャ
１１ 供給機
１２ コンベア
１３ リチウムイオンバッテリ
１４ ＩＰＭモータ
１５ インバータ
１６ 状態検知センサ
１７ 制御部
１８ 排出口
１９ 破砕歯
２０ シリンダ

Claims (7)

1. 石材を破砕して砕石を生成する砕石生成システムにおいて、
   前記石材を破砕する破砕歯と、
   前記破砕歯を駆動するＩＰＭモータと、
   前記ＩＰＭモータに電力を供給すると共に、当該ＩＰＭモータからの回生エネルギーを吸収して充電する二次電池と、
   前記ＩＰＭモータの動作を制御するインバータとを備え、
   前記インバータが、前記石材の破砕中の状態に応じて前記ＩＰＭモータの動作を制御することを特徴とする砕石生成システム。
2. 請求項１に記載の砕石生成システムにおいて、
   破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、
   前記隙間調整手段が、前記石材の破砕中の状態に応じて前記排出口の隙間を調整することを特徴とする砕石生成システム。
3. 請求項１又は２に記載の砕石生成システムにおいて、
   破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の量を検出する第１のセンサを備え、
   前記インバータが、前記第１のセンサで検出される前記石材の量の変化速度に基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御することを特徴とする砕石生成システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の砕石生成システムにおいて、
   破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内における前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さを検出する第２のセンサを備え、
   前記インバータが、前記第２のセンサで検出される前記石材の飛び跳ね量及び／又は飛び跳ね高さに基づいて前記ＩＰＭモータの回転数を制御することを特徴とする砕石生成システム。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の砕石生成システムにおいて、
   破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内で発生する振動を検出する第３のセンサを備え、
   前記インバータが、前記第３のセンサで検出される前記破砕室内の振動状態に応じて前記ＩＰＭモータの回転数を制御することを特徴とする砕石生成システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の砕石生成システムにおいて、
   生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、
   破砕対象となる前記石材が投入される破砕室内から前記破砕歯で破砕された砕石が排出される排出口の隙間を調整する隙間調整手段とを備え、
   特定された前記粒度分布に基づいて、前記インバータが前記ＩＰＭモータの回転数を制御すると共に、前記隙間調整手段が前記排出口の隙間を調整することを特徴とする砕石生成システム。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の砕石生成システムにおいて、
   生成された前記砕石の粒度分布を特定する粒度分布特定手段と、
   前記破砕歯の揺動幅を調整する揺動幅調整手段を備え、
   前記石材の破砕中の状態及び／又は特定された前記粒度分布に基づいて、前記揺動幅調整手段が前記破砕歯の揺動幅を調整することを特徴とする砕石生成システム。