JP4574604B2 - 剪断式破砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型の廃棄物や定形の産業廃棄物等の破砕処理に用いられる破砕装置に係り、詳しくは回転カッターにより破砕対象物を細断・破砕する破砕機構を備えた剪断式破砕装置に関する。

剪断式破砕装置は、一般廃棄物あるいは産業廃棄物（以下破砕対象物ともいう）を剪断刃や回転するカッターによって小さな破砕物に細断して、大きさがまちまちな破砕対象物を取り扱いが容易な一定のサイズ以下に細断・破砕する装置であり、廃棄物から資源を回収するリサイクルや焼却の前処理工程等に用いられている。
このような剪断式破砕装置の中には、工作機械で生成された切削屑を破砕対象物とする装置もあり、このような装置において、切削屑破砕手段へ破砕対象物を搬送するためのフィーダとしてスクリュー式の搬送装置を用いることは知られている。（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

さらにまた、切削破砕手段をコンパクトに構成して、切削屑を効率良く移送、取り込むとともに破砕することができ、しかも省スペースの切削屑破砕装置を提供することを目的に、切削屑を破砕する破砕機を備える切削屑破砕装置の破砕機は、回転軸に複数の回転刃が並設された回転刃列と、回転刃列の隣り合う回転刃間に交互に配置される固定刃とを有するカッター部を備え、切削屑を破砕して、その破砕物をカッター部の下方に排出する装置において、ホッパー部と前記切削屑破砕手段との間を連結するスクリュー式コンベアの搬送部とを備え、スクリュー式コンベアは、前記回転軸を前記ホッパー部から切削屑破砕手段に亘り延設した切削屑破砕装置も知られている。（例えば、特許文献３参照）。

また、これらの従来の装置は、設備の設置スペースが大きくなる問題があり、多数の工作機械が並んでいる工場内などにできるだけ設置スペースを少なくして簡単に設置し、使用するのが難しいという問題があった。このため、出願人は、破砕対象物の送り機構を用いて破砕対象物を細断・破砕する破砕機構部に過大な負荷がかからないようにする過負荷防止機能付きの破砕装置を発明し、特許出願をしている（例えば、特許文献４参照）。
特開平６−２３２９５号公報（第１−第４頁、図２） 特開２０００−９４２６４号公報 （第1−第７頁、図３及び図６） 特開２００４−２７５８４０号公報 （第１−第１７頁、図１４−図２０） 特願２００５−１１２７６９（段落０００１―段落００７６、図１-５）

しかし、これらの従来の装置は、多くは、破砕機構部に過大な負荷がかからないようにする装置を有したものではなく、また、この過負荷防止機能を破砕対象物の送り機構を用いて解決させたものでもない。

このような従来装置による場合は、設備の設置スペースも大きくなる問題があり、工場内などにできるだけ設置スペースを少なくし、簡単に設置して使用するのが難しいといった問題があった。

また、過負荷防止機能を破砕装置内にある送り機構を用いて解決させた装置では、設置スペースを少なくして、簡単に設置し、使用することができるようになったが、破砕対象物に当該装置では破砕することができない大きさとか材質の破砕対象物（以下異物ともいう）等が混入して破砕機構に噛み込むことによる回転カッターの損傷、破砕装置の過負荷運転や運転停止に伴う破砕処理能力や削ぎ能力（破砕対象物を細断・破砕する単位時間当たりの能力）の低下は避け難く、一層の改善を要されるものであった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、破砕装置運転中に生じる破砕機構の損傷の原因を減じて破砕処理能力や削ぎ能力を増大した剪断式破砕装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、
本発明は、回転刃を軸方向に有する回転カッターを複数本、並設し、これらの回転カッターを協働させて破砕対象物を細断・破砕するようにした破砕機構と、回転カッターの回転軸と平行な回転軸付きスクリューを回転カッターに隣接して設け、該スクリューで前記破砕機構に破砕対象物を供給補助する送り機構とを備え、回転カッターの中の送り機構側の回転カッターを他の回転カッターよりも小型にした剪断式破砕装置である。

この発明においては、スクリューの回転軸は、回転カッターの回転軸と平行にこれと隣接して設けられているので、破砕装置と送り機構はコンパクトに破砕装置内に収められ、装置は小型になる。また、スクリューによって、破砕機構に供給される破砕対象物の量の偏りを調整したり、破砕機構に過大な負荷が生じる原因を速やかに除去し、回転刃の損傷原因を減らして、安定した破砕運転を確保し、破砕能力を向上している。

本発明は、回転刃を軸方向に有する回転カッターを複数本、並設し、これらの回転カッターを協働させて破砕対象物を細断・破砕するようにした破砕機構と、回転カッターの回転軸と平行な回転軸付きスクリューを回転カッターの横に隣接して設けて破砕機構に破砕対象物を供給補助する送り機構とを備え、送り機構側の回転カッターが非破砕回転（以下逆転ともいう）のときは、破砕対象物を破砕装置の外へ排出する方向にスクリューの回転を切り替え制御する制御装置を有している剪断式破砕装置である。

この発明においては、スクリューの回転軸は、回転カッターの回転軸と平行に、これに隣接して設けられているので、破砕装置と送り機構をコンパクトにハウジング内に納め、破砕装置を小型にしている。また、回転カッターが逆転のときは、破砕機構にある破砕対象物や異物は、送り機構側に、速やかに移動され、送り機構は、この破砕対象物を破砕機構から遠ざけつつ逐次、破砕装置外へ排出していくので、回転カッターに掛かる負荷はすみやかに軽減され、過負荷や異物混入による回転カッターに過大な負荷が生じたり回転カッターが停止する事態をすみやかに除去し、回転刃の損傷の原因を低減して安定した破砕運転を確保し、破砕能力を向上している。

さらにまた、本発明は、上述した破砕装置に設けられている送り機構のスクリューが、破砕装置の壁面に片持ち支持され、該スクリューの回転方向を切り替えることにより破砕対象物を破砕機構に供給補助したり、破砕対象物を破砕装置の外に放出したりするようにしている剪断式破砕装置である。

この発明においては、スクリューの回転制御によって、破砕機構に供給される破砕対象物の量や破砕機構内での破砕対象物供給の偏りを調整して、破砕機構に過大な負荷が生じたり、一部の回転刃に著しく過大な負荷がかかるのを防止すると同時に、回転刃の損傷となる原因を速やかに除去し、少ない設置スペースで破砕処理量・削ぎ能力の高い剪断式破砕装置を提供することができる。

また、本発明は、上述した破砕装置の送り機構が、破砕対象物を破砕装置の外に放出する放出口を有し、該放出口は送り機構のスクリューを軸支する軸受を設けたハウジングの壁面と反対側の自由端部の壁面において回転カッターの回転軸よりも低い位置に設けられている剪断式破砕装置である。

この発明においては、破砕装置の送り機構に設けられている破砕対象物の放出口をスクリューを軸支する軸受を設けた壁面と反対側の自由端部の壁面において回転カッターの回転軸よりも低い位置に有しているので、破砕装置の破砕能力以上に供給された破砕対象物や、破砕対象物に混入した異物によって破砕機構に過大な負荷がかかるときには、送り機構によって破砕対象物を簡便に放出口から放出し、回転カッターにかかる負荷を速やかに除去し、回転刃の損傷の原因を減らし、破砕機構を過負荷状態から開放することができ、従来より大きな破砕処理量・大きな削ぎ能力を有する剪断式破砕装置を提供することができる。

また、本発明は、上述の破砕装置の破砕機構に装着された回転カッターが、複数の回転刃とカラーとを、回転軸の軸方向に交互に一体に形成した回転カッターとして装着された剪断式破砕装置である。

この発明においては、破砕機構の回転カッターが、複数の回転刃とカラーとを一体に形成した回転カッターとして装着されているので、軸強度が向上し、軸の折れ、回転カッターの割れが生じ難くなり、かつ、回転刃に破砕対象物が噛み込んで外れ難くなる事態も避けることができる。また、異物その他の原因で、回転刃を損傷したり、刃が破砕対象物を噛み込んで外れない事態になったときでも、その回転カッターを隣接するカラーや他の回転刃と共に同時に交換することができ、損傷した回転カッターの交換や補修のための時間や手間を少なくでき、従来の同様な破砕装置よりも運転停止時間を短縮し、大きな破砕処理量、削ぎ能力の高い剪断式破砕装置を提供することができる。

また、本発明は、上述の送り機構のスクリューの回転を制御する制御装置が、予め設定された時間サイクルでスクリューの回転方向を切り替え制御するようにした剪断式破砕装置である。

この発明においては、スクリューの制御装置が、予め設定された時間サイクルに従ってスクリューの回転方向を切り替え制御するので、破砕機構に供給される破砕対象物が断続的に、たまたま、まとまった塊状態で投入され、破砕機構側から送り機構側に溢出してくる破砕対象物があっても、これらの破砕対象物はスクリューの作用で塊をほぐされつつ回転軸方向の偏りを減じて破砕機構に供給しなおし、回転カッターに過大な負荷が生じるのを防止できる。これにより、回転カッターによる破砕効率が上り、大きな処理能力や削ぎ能力を有する剪断式破砕装置を提供することができる。

また、本発明は、上述のスクリューの回転を制御するスクリューの制御装置が、破砕機構に投入される破砕対象物の量に応じてスクリューの回転方向および回転速度を制御するようにされた剪断式破砕装置である。

この発明においては、破砕機構に投入される破砕対象物の量に応じてスクリューの回転制御をして破砕機構における送り機構の回転軸方向の破砕対象物の偏りを定常的に減じ、破砕機構に過大な負荷が生じたり、破砕機構の運転が停止に至るのを極力防止して、破砕機構の定常運転を維持し易くして大きな処理量や削ぎ能力を有する剪断式破砕装置を提供することができる。

以上述べたように、本発明に係る剪断式破砕装置は、複数の回転刃を軸方向に有する回転カッターを複数本、並設し、これらの回転カッターを協働させて破砕対象物を細断・破砕するようにした破砕機構と、回転カッターの回転軸と平行な回転軸付きスクリューを、回転カッターに隣接して設けて破砕機構に破砕対象物を供給補助する送り機構とを備え、回転カッターの中の送り機構側の回転カッターを他の回転カッターよりも小型にし、回転カッターが非破砕回転のときは、破砕対象物を破砕装置の外へ排出する方向にスクリューを回転するようにした剪断式破砕装置なので、破砕対象物を原因として生じる破砕機構の損傷や破砕装置の運転停止の原因を速やかに除去して破砕処理能力や破砕処理量を増大した剪断式破砕装置を提供することができる。

以下、本発明に係る剪断式破砕装置の実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の実施形態に係る剪断式破砕装置を示す正面図であり、図２は図１の破砕機構及び送り機構の拡大断面図あり、図３は本発明の剪断式破砕装置の一実施形態を示す部分切り欠きの平面図であり、図４は、本発明の実施形態に係る剪断式破砕装置の背面図である。

図１に示す本発明の一実施形態の剪断式破砕装置は、破砕対象物１の投入に供されるホッパー２と、該ホッパー２の下部に設けられた破砕部３と、破砕部３の下部に取り付けられた排出シュート４とこれらを収納するハウジング１１から破砕装置の本体が形成されている。

破砕部３は、図２および図３に示すように、破砕機構５と送り機構６とを有し、これらの破砕機構５と送り機構６とは、前壁７、側壁８、側壁９、背壁１０によって形成された水平断面が矩形状のハウジング１１に収納されている。ハウジング１１の上方は、破砕対象物１を取り込み易くするために、ホッパー２に向かって開口し、該ハウジング１１の下方は、細断・破砕された破砕対象物１が落下できるように排出シュート４に向かって開口している。

破砕機構５は、複数の回転刃とカラーとを交互に回転軸に挿通し、軸に固定した回転カッターを複数本ハウジング内に収め、この回転カッターを原動機で駆動することにより多数の回転刃を互いに噛み合わせ、そこにある破砕対象物を規定の大きさ以下に細断・破砕するところである。このために回転式カッターは少なくとも２本使用され、この中、送り機構６の横方向に隣接して取付けられている回転カッター１９（以下ではこれを中間回転カッターということもある）は、その回転軸２２が送り機構６のスクリュー３１の回転軸３４と平行になるようにして、ハウジング１１の前壁７および背壁１０に軸受２０、２１によって回転可能に支持された回転軸２２と、この回転軸２２の軸方向に所定間隔をあけて並設固定された同一サイズの回転刃２３と、この回転軸上で隣り合う回転刃２３間および軸方向両端の回転刃２３と前壁７、背壁１０との間に取付けられたカラー２４とから成る。

また、他方の回転カッター１２はハウジング１１の前壁７および背壁１０に軸受１３、１４によって回転可能に支持された回転軸１５とこの回転軸１５の軸方向に所定間隔をあけて並設固定された同一サイズの回転刃１６と、この回転軸上で隣り合う回転刃１６間および軸方向両端の回転刃１６と前壁７、背壁１０との間に取付けられたカラー１７とから成る。

これらの回転カッター１２に取付けられた回転刃１６の外周部には、一方向の回転時にのみ切刃となる刃先２５が所定角度と間隔で形成され、回転カッター１９に取付けられた回転刃２３の外周部には、一方向の回転時にのみ切刃となる刃先２６が所定角度と間隔で形成されている。回転刃１６と回転刃２３は交互に嵌り合い、それぞれの刃先と回転刃の側面とが噛みあうように配設されている。これにより回転刃１６と回転刃２３とがホッパー２からの破砕対象物１を破砕機構５に取り込むような図２の矢印方向の回転(正転ともいう)の時は、回転刃１６と回転刃２３に設けられた刃先２５と刃先２６とが回転刃同士の側面及び刃先２５とカラー２４との間及び刃先２６とカラー１７との間に破砕対象物１を挟みこむようにして細断・破砕する。これらの刃先２５、２６は、回転刃１６と２３とが破砕対象物１をホッパー２や送り機構６側に戻すような図2の矢印とは反対方向の回転(逆転)時には、切刃とはならず、細断・破砕は行われない。

刃先２５、２６の切断の機能は働かないが、中間回転カッター１９の回転刃２３と支持部材４１との間には破砕対象物１が挟み込まれることもあり、支持部材４１の端部に破砕対象物１を剪断・破砕等をする強度と機能をもたせれば、非破砕工程でも回転刃２３による破砕機能は、継続され、破砕装置の綜合破砕能力を向上させることができる。

カラー１７及びカラー２４の外形は円形状であることが望ましく、カラー１７の幅方向の厚みは回転刃２３の幅方向の厚みと同じ、カラー２４の厚みは回転刃１６の厚みと同じに作られ、これらの回転刃およびカラーの厚みは、回転刃により細断される破砕対象物１の大きさにより定まり、かつ、破砕対象物が落下するに十分なスペースを作り出す大きさを有している。

また、回転刃１６，２３及びカラー１７、２４は、通常は、それぞれ一つずつ独立して製造された後に回転軸に装着されるのであるが、本発明では、製造時や破砕装置の運転時の保守サービス等の便宜のために、複数の回転刃と複数のカラーとが回転軸の軸方向に交互に並べた一体物として、高速度鋼等の工具鋼から削り出し等の製法で製造され、回転刃の刃先には焼入れをした一体型の回転カッターとして破砕装置に組み込まれている。

この一体型の回転カッターは、回転軸も回転刃も一体の時は、回転刃１６、２３を回転軸１５、２２に取り付けるためのキーが必要なくなるので、破砕装置の運転中に回転刃１６、２３や回転軸１５、２２に生じるキー部分での応力集中がなくなり、軸強度が向上し、回転カッターの割れが生じ難くなる。また、回転軸１５、２２を別体にするときでも、複数の回転刃１６、２３やカラー１７，２４を一体化した分、回転刃１６、２３を回転軸に固定するキーの数を削減でき、その削減分だけ、軸強度が向上し、回転カッターの割れが生じ難くなる。

なお、中間回転カッター１９は他の回転カッター１２よりも小型にするのが好ましく、図２では、中間回転カッター１９の回転刃２３の外径は、他の回転カッター１２の回転刃１６の外径よりも小さく作られている。例えば、中間回転カッター１９は約１１０ｍｍ程の外径の回転刃２３を有し、他の回転カッター１２とは約１６０ｍｍ程の外径の回転刃１６を有している例では、これらの回転カッター１２、１９の外径に５０ｍｍの差があるので、これらの回転カッターが同じ高さに取付けられた軸受で支持されているときは、中間回転カッター１９の回転刃２３の頂部稜線は、他の回転カッター１２の回転刃１６の頂部稜線よりも２５ｍｍの差だけ低くなる。このような状態で回転カッター１２、１９を逆方向に回転したときは、回転カッター１２、１９に噛み込まれていた破砕対象物１は、図２における上方や左方向に移動されつつ、中間回転カッター１９の回転による力と高低差が作用して、破砕できないでいた異物と共に、送り機構６側に速やかに移動される。

各回転刃１６、２３の外周に設けられる刃先の数は、回転カッター１２、１９の刃先のピッチと合わせるときは、中間回転カッター１９の刃先２６の数は回転カッター１２の刃先２５の数よりも少なくなるが、図の実施形態では、回転カッター１２と中間回転カッター１９共に同じ数、例えば、１０枚の刃先２５、２６がそれぞれの回転刃の外周に形成されている。

回転カッター１２は、その回転軸１５の一端が前壁７よりも突出して外方に延びてハウジング１１に取付けられた電動機２７に減速機２８を介して接続されている。中間回転カッター１９の回転軸２２は、回転カッター１２の回転軸１５と平行に延び前壁７及び背壁１０に設けられた軸受２０、２１によって回動自在に支持され、減速機２８を介して電動機２７に接続されている。このようにして回転カッター１２、１９が、電動機２７で駆動されると、回転カッター１２、１９の回転刃１６、２３が噛み合い、協働して破砕対象物１を細断・破砕することができる。

なお、電動機２７が可変速の原動機であったり、可変速の油圧式の回転原動機を用いるときは、回転軸１５及び回転軸２２のそれぞれに独立した原動機を取り付け、回転カッター１２及び中間回転カッター１９を原動機で直接に駆動し、必要な回転制御を個別に行うようにしても良い。

図２に示す４１は、中間回転カッター１９と送り機構６との間に設けられた支持部材であり、この支持部材４１は、中間回転カッター１９が逆転（非破砕方向の回転）をするときは、破砕機構５から送り機構６側に破砕対象物１を移動させるときのガイド面となり、逆に、中間回転カッター１９が正転（破砕方向の回転）をするときは、送り機構６側から破砕機構５側に破砕対象物１を送り込むときのガイド面となり破砕対象物１の移動を円滑にしている。

上述のように、破砕機構５に並設して設けられている送り機構６は、その回転軸３４が、本実施形態においては、中間回転カッターの回転軸２２に平行に延び、外周に破砕対象物１の送り板となる突条３０を螺旋状に配設した円筒状のスクリュー３１を有している。突条３０の向きは、例えば、図２における時計方向の回転のように、上部の突条３０が破砕機構５から送り機構６側に溢出してくる破砕対象物１を再び破砕機構５側に送り戻すような供給乃至は供給補助の回転（以下では供給回転ともいう）のときに破砕機構５方向及び駆動原動機が取り付けられた前壁７方向（図３の矢印方向）へ破砕対象物１を移動する力が働くように、軸に斜に取り付けるのが好ましい。このような突条３０が形成されている場合は、スクリュー３１が供給回転とは逆方向の回転（以下では放出回転ともいう）のときは、送り機構６にある破砕対象物１には、側壁８側に寄せる力と背壁１０方向（図３の矢印とは反対の方向）に向かって移動されるような力が突条３０によって与えられる。なお、スクリュー３１の突条３０は、上述の働きがあれば、本実施形態の図のような板状に限らず、スクリュー３１上に一体に螺旋状に形成された他の突出形状物であっても良い。

また、送り機構６のスクリュー３１の実施形態として、図６に示すような軸部分が中空になった螺旋コイル状の中空軸スクリューを用いることができる。中空軸スクリューを用いた送り機構６の場合も、送り機構６は、突条３０、保持板３６、原動機等を有し、一端（駆動端４４）は、原動機に接続されてスクリュー３１を回転する回転軸となっている。片持ち支持された中空軸スクリュー３１の他端は、自由端であり、突条３０を支える軸がないので、前壁７と背壁１０との間の全長にわたって架設された断面Ｕ字形状の保持板３６がスクリュー３１を下方から支えている。突状３０が、この保持板３６と協働して発揮する破砕対象物１の送り機能は、上述したスクリュー３１の送り機能と実質的に同じであり、４３は、駆動端４４近傍に取り付けられた異物等を検出するセンサである。

スクリューの回転軸３４は、一端（駆動端４４）が前壁７側で軸受３２を介して回転可能に片持ち式に支持されており、他端は軸受けのない自由端となっている。前壁７からハウジング１１外に突出した回転軸３４は、そこで、減速機３３を介して送り機構６用の電動機３５に接続されている。電動機３５は、制御装置３８により、回転カッター用の電動機２７とは，異なった制御を受ける。なお、電動機３５が可変速の原動機であったり、油圧式の可変速の原動機を用いるときは、スクリュー３１を原動機で直接に駆動し、必要な回転制御を制御装置３８で行うようにしても良い。

スクリュー３１の自由端はハウジング１１の背壁１０の外まで延びていて、その下方は、断面がＵ字状の樋形の保持板３６で回転自在に支持されている。図３及び図４は、は、このようなスクリュー３１の自由端部の実施形態を示す図であり、保持板３６はハウジング１１の背壁１０面に形成された大きな開口（以下では放出口３７という）に取り付けられ、スクリュー３１の自由端が放出口３７の開口に連結され、さらに背壁１０の外へ延びる構造となっている。

破砕機構５においては、ハウジング１１の開口のほぼ全面にわたって、回転カッターの回転刃１６、２３が配されているので、回転軸１５、２２を駆動することによって回転カッターの刃先２５、２６が噛み合わされるごとに、これらの刃の間に挟まれてくる破砕対象物１を協働して破砕する。すなわち、図２及び図３において示すように、ホッパー２から破砕部３に送り込まれた破砕対象物１の中、破砕機構５の回転刃の刃先２５、２６に取り込まれた破砕対象物１は、噛み合いつつ移動する刃先によって細かく刻まれたり、刻まれた細片の相互作用などによって圧壊、破砕されたりして細断・破砕が行われる。

また、直接に刃先２５、２６に取り込まれなかった破砕対象物１も、送り機構６や、回転刃１６、２３の作用によって破砕機構５内で移動させられながら、次々に回転してくる回転刃の刃先２５、２６によって回転刃１６、２３の間に引き込まれて、順次細断・破砕されるので、ホッパー２から投入された破砕対象物１は、ハウジング１１の開口のどの位置に落下しても、逐次、破砕機構５に送り込まれて細かく切断・破砕され、破砕物は排出シュート４から破砕装置の外へ排出され、収集トレー４０に集められて次の処理工程に送り出される。

回転カッター１２、１９によるこのような細断・破砕は、軸方向に並設して設けられた多数の回転刃１６、２３によって破砕機構５の全体にわたって行なわれるのであるが、回転軸１５、２２、スクリュー３１の軸３４がほぼ水平な構造の破砕装置においては、ホッパー２から供給された破砕対象物１は、供給された場所の回転刃を中心にして細断や破砕が行なわれ、回転カッター１２、１９の軸方向の移動は少ない。このために多量の破砕対象物１がかたまって破砕機構５に供給されたときは、一部の回転刃１６、２３に偏って細断・破砕が行なわれ、他の場所の回転刃１６、２３が機能しないために破砕装置全体としての破砕能力は低下するおそれが高い。

送り機構６は、破砕対象物１１が軸方向に移動し難い破砕対象物１１を回転軸方向に移動させつつ、破砕機構５に破砕対象物１を供給補助するための機構であり、電動機３５で回転駆動されるスクリュー３１の突条３０の回転速度を制御装置３８で制御することによって、送り機構６上の破砕対象物１を破砕機構５の広い面にわたって供給補助し、できるだけ多くの回転刃１６、２３が破砕機能を発揮するようにしている。破砕対象物１の種類によっては、このような供給補助機能を重視する必要もあり、このときは、スクリュー３１の回転軸の高さを中間回転カッター１９の回転軸の高さと同じ高さの構造にして、送り機構６の取り付け位置を、図２に示している送り機構６の高さよりも高い位置に設定すれば、送り機構６から破砕機構５への破砕対象物１の供給が一層容易になる。

このように、送り機構６は、破砕対象物１が軸方向に移動し難い破砕対象物１を回転軸方向に移動させるための機構であり、電動機３５で回転駆動されるスクリュー３１の突条３０の回転速度を制御装置３８で制御することによって、送り機構６上の破砕対象物１が、スクリュー３１の回転軸の軸方向に移動しつつ、破砕機構５の広い面にわたって破砕対象物１を供給し、できるだけ多くの回転刃１６、２３が破砕機能を発揮するようにしている。

例えば、ホッパー２から供給され、破砕機構５の回転刃１６、２３の上に直接に落下せずに送り機構６部分に落下したり、回転刃１６、２３から溢出した破砕対象物１や破砕機構５で直ちに細断・破砕されずに破砕機構５に滞留する破砕対象物１は、送り機構６の作用によって、前壁７方向に移動されながら、破砕機構５に戻され、噛み合う回転刃１６、２３によって順次、刃先２５、２６に引き込まれながら細断・破砕される。

この場合に、細断・破砕された後の破砕物の大きさは、回転刃の厚み（軸方向の幅）で決まり、旋盤の切削によって生じる螺旋状の切削屑を細断・破砕する場合には、例えば、回転刃１６、２３の厚みを約２０ｍｍ程度にすると、切削物の集成処理が容易になる。

破砕部３のハウジング１１の背壁１０に設けられた放出口３７は、このような運転時において、破砕部３に投入された破砕対象物１が過大なときや、破砕できないような異物が破砕対象物１に混入して回転カッター１２、１９等の破砕機構５に過大な負荷がかかるときには、中間回転カッター１９と送り機構６との作用によって、放出口３７から過負荷の原因となっている破砕対象物１や異物を未破砕のまま、すみやかに放出し、定常運転に復帰できるようにしている。

図２及び図３に示す４３は、スクリュー３１の原動機側の端部（駆動端４４）に設けられた異物検出用のセンサである。破砕装置の定常運転において、スクリュー３１は図の矢印のような方向の供給回転をしている。このとき、破砕機構５に破砕できない異物や過剰の破砕対象物（以下異物等ともいう）があれば、スクリュー３１の放出回転（図の矢印とは反対方向の回転）によって、異物等を破砕機構から送り機構６に移動し、異物等は送り機構６によって放出口３７方向へ移動する力を受ける。しかし、異物等が放出口３７から放出されるまでの時間を経ずしてスクリュー３１が再び供給回転を始めると、異物等は再度、破砕機構５に供給される力を受けるが、例えば、異物等の大きさが、スクリュー３１の供給能力を超えている等の原因で、送り機構６から破砕機構５側に供給できないときは、異物等は、送り機構６の前壁７方向へのみ移動し続けることになる。このように、破砕装置の機能と比較して明らかに異物等とみなせる破砕対象物は、放出口３７から放出されない限り、最終的には前壁７付近又は駆動端４４に達して、センサ４３で検知される。従って、センサ４３が異物等を検出したとき、制御装置３８は、他の制御に優先して、これら異物等が放出口３７から確実に放出される充分な時間、スクリュー３１の放出回転を継続させ、異物等が破砕装置にもたらす弊害を未然に防止し、これにより、破砕装置の運転効率、破砕能力を向上させることができる。

破砕装置の破砕能力は、回転刃の円周上に配された刃先のピッチや高さ、回転刃の厚み、回転カッターの回転速度によって決まるが、破砕対象物は、重力や回転カッターに引き込まれる破砕対象物の相互作用によって、破砕部に取込まれるので、破砕対象物が回転刃の刃先に取込まれる時間や破砕部に取込まれる時間以上に速く回転カッターを回転させてもカッターは機能し難い。

回転カッターの回転数は、破砕対象物の大きさや質量、破砕部に供給される破砕対象物の供給速度や破砕の進行状況に応じた最適の速さで制御して回転させるのが望ましい。

また、回転カッターの駆動は、一部の回転刃に偏って破砕対象物を細断・破砕するよりも、破砕対象物を破砕部全体に分散させて、より多くの回転刃を機能させ、細断・破砕処理をする方が削ぎ能力が向上するので、送り機構を回転カッターの制御に関連付けて制御するのが好ましい。

図５は、このような回転カッター１２、１９及びスクリュー３１の回転の運転状況の例を示すタイムチャートである。

図５において、縦軸は、回転カッター１２、１９の正回転と逆回転、スクリュー３１の供給回転と放出回転、及び、これらの回転カッター１２、１９とスクリュー３１の回転に伴う破砕装置の作動の区分を示している。横軸は、時間軸であり、破砕機構５及び送り機構６が制御装置３８により制御される一例及びそのときの破砕対象物１の処理状態を時間経過とともにモデル化して示している。

図１において、例えば、剪断式破砕装置の運転が開始され、破砕対象物１がコンベア４２によって運ばれ、ホッパー２に供給されると、図２の矢印で示すように回転カッター１２は反時計方向に、回転カッター１９は時計方向に回転（正回転）することにより、刃先２５、２６が噛み合い、協働して破砕対象物１の細断・破砕を開始する。

同時に、スクリュー３１は供給回転（図２の時計方向の回転）を開始して溢出する破砕対象物１を破砕機構５に戻し、破砕機構５では、上述のようにして、破砕対象物１の細断・破砕が継続され、処理された破砕物は排出シュート４に排出される。

このとき、制御装置３８にセットされている制御の初期値の設定は、定常の運転状態として記憶されている負荷と比較しては特に大きなトルクがかかる等、負荷条件に変化がなければ、回転カッター１２、１９の正回転を継続する。一方、スクリュー３１の回転は、例えば、５秒間の供給回転（正回転）、数秒の休止、２秒の放出回転（逆転）、数秒の休止、再度、５秒間の供給回転、数秒の休止、２秒の放出回転というような回転と休止のサイクル（以下では、送りサイクルともいう）を繰り返しながら、破砕機構５における破砕対象物１の分散と細断破砕処理の効率の向上を助けるような破砕対象物１の供給補助の作動をする（なお、図５では、休止の状態の図示は省略）。

破砕機構５による細断・破砕処理において、何らかの原因で回転カッター１２、１９に過負荷状態が検出されたとき（図のＰ）は、回転カッター１２、１９の回転を、例えば、５秒間逆回転させると同時に、スクリュー３１の回転を、例えば、１５秒間放出回転させる。このとき、回転カッター１２、１９は、５秒間逆回転の後は、正回転に戻り細断・破砕処理を再開し、スクリュー３１は、15秒間の放出回転の後、数秒の休止を入れて上述した送りサイクルに戻り、起動時と同様な破砕対象物１の細断・破砕処理が再開される。

回転カッター１２、１９の回転を、逆回転させると、回転カッター１２、１９の刃先２５、２６に噛み込まれていた破砕対象物１は噛み合いを外されて回転刃１６、２３の噛み合い部から上方に戻され、破砕機構５に残っている破砕対象物１と共に、低い位置にある中間回転カッター１９により、速やかに、破砕機構５から送り機構６へ移動される。

一方、スクリュー３１の回転を、放出回転（図２に示す反時計方向の回転）させるとき、スクリュー３１の突条３０は、送り機構６にある破砕対象物１を、前壁７側から、放出口３７のある背壁１０側に移動させるので、破砕対象物１の一部、放出回転時間が長いときは破砕対象物１の全てを、背壁１０の放出口３７から、破砕装置の外に押し出すように機能する。

このようにして、破砕機構５において、回転カッター１２、１９の過負荷の原因となっていた多量の破砕対象物１や異物は、中間回転カッター１９によって、すみやかに送り機構６側に、移動されたり、放出口３７から破砕装置の外へ放出されたりするので、回転カッター１２、１９或いはスクリュー３１にかかる負荷は、過負荷検知後、速やかに軽減され、回転カッター１２、１９を過負荷状態から開放することができ、また、回転刃の損傷も生じ難くなる。

このとき、中間回転カッター１９が他の回転カッター１２よりも小型、例えば、中間回転カッター１９の外径を他の回転カッター１２の外径よりも小さくしていると、中間回転カッター１９の回転刃の外接円の頂部は、外径が小さい分だけ他の回転カッターの回転刃の外接円の頂部より低くなり、破砕機構５における回転刃の刃先の頂部によって形成される仮想面は他の回転カッター１２側から、中間回転カッター１９側、送り機構３側へと順次、傾斜した面となり、回転カッターを逆転させたときは、破砕機構５にあって未だ破砕されていない破砕対象物や異物は、中間回転カッター１９を経て送り機構３側にすみやかに、かつ、確実に移動させられる。

また、送り機構６が、中間回転カッター１９の回転軸と平行なスクリュー３１を有して中間回転カッター１９の横に隣接して中間回転カッター１９よりも低い位置に設けられていると、異物や過負荷の原因となっていた破砕対象物１は、重力の作用を受けて、一層迅速に、破砕機構５から送り機構６側に移動される。

このような構造を有している装置では、過負荷を検出したときに、回転カッター１２、１９を僅かな量の逆転をするだけで過負荷の原因乃至は破砕運転時に破砕機能を阻害した破砕対象物や異物は、確実かつ速やかに除去でき、回転カッター１２、１９が正転と逆転を繰り返す頻度は少なくなり、破砕装置の定常運転の時間を長く保ち、破砕装置の破砕能力・削ぎ能力を向上させることができる。また、この繰り返し頻度が一定回数以上続くことによって破砕装置の運転を一時的に停止するという制御に至る事態、破砕機構を損傷する原因も減らすことができ、多少の異物が混入する場所や無人操作の工作機械の設置されている場所でも比較的安心して使用できる破砕装置を提供することができる。

なお、放出口３７は、背壁１０でなくても良いが、スクリュー３１の支持を軸受３２による片持支持の構造にして、軸受３２が形成されていない側の背壁１０の近傍に過負荷時の原因物の放出口３７を形成すれば、その形成が容易になり、異物や過負荷の原因となっていた異物や破砕対象物を迅速に、かつ、簡便に排出できるので、破砕装置の構造面からも、破砕装置の運転時間を長くして、破砕装置の破砕能力を向上させることができ、小型で破砕能力、削ぎ能力の高い破砕装置を提供することができる。

また、図３に示すような実施形態の場合は、スクリュー３１と突条３０が背壁１０の開口（放出口３７）から装置の外へ突出しているので、異物その他の過負荷の原因物が確実に破砕装置の外へ放出される。また、これにより破砕機構を損傷させる原因も減少し、破砕装置の保護操作や保守作業が簡素化される。

なお、放出口３７から放出された未処理の破砕対象物１は、破砕処理に適さない異物を除いて、適宜、ホッパー２に戻され破砕機構５によって、再度、細断・破砕処理がなされる。

このような破砕処理装置による定常の細断・破砕処理において、破砕機構５に過負荷状態が検出されると同時に、送り機構６にも過負荷状態が検出されたとき（図５のＱ）或いは、上述した過負荷状態（図５のＰ）でスクリュー３１の回転を、放出回転している間に送り機構６に過負荷状態が検出されたときは、回転カッター１２、１９の回転を、例えば、５秒間逆回転させると同時に、スクリュー３１の回転を、例えば、１５秒間の放出回転させた後に、数秒の休止、５秒間の供給回転、数秒の休止の後に同様な放出、供給回転（過負荷サイクルともいう）を繰り返し行なう。

この過負荷サイクルの運転にもかかわらず、送り機構６に、再度、過負荷状態が検出されたときは、過負荷検出がなくなるまで、過負荷サイクルを繰り返し、過負荷検出がなくなったときに、スクリュー３１の回転は供給回転となり、定常運転の送りサイクルに戻る。

一方、このような送り機構６における過負荷検出に対応した過負荷サイクル運転にも係わらず、破砕機構５での過負荷検出も続くとき（図５のＳ）は、回転カッター１２、１９の回転も、再び、５秒間逆回転させると同時に、送り機構６は、過負荷サイクル運転を続ける。その後、破砕機構５及び送り機構６における過負荷検出がなくなったとき（図５のＲ）に、起動時と同様な運転、すなわち、回転カッター１２、１９は、正回転に戻り、スクリュー３１は、上述した送りサイクルの供給回転に戻って、定常的な破砕対象物１の細断・破砕処理が行われる。

図示されていないが、中間回転カッターと他の回転カッターとのそれぞれに原動機を取り付けるときは、過負荷時に、中間回転カッターと他の回転カッターとを互いに独立して制御するようにしても良い。例えば、P点においては、中間回転カッター１９だけを逆転すると、随時、破砕対象物１を送り機構６に移動することができる。このとき、他の回転カッター１２を一時的に正回転すると他の回転カッター１２とホッパー２や側壁９との間に滞っていた破砕対象物１が中間回転カッター１９側に移動されるので、総ての回転カッターを同時的に逆転し続けるよりも、一層迅速に過負荷の原因の破砕対象物１を送り機構６側に移動させ、破砕機構に過大な負荷がかかり難くすることができる。

また、上述のような破砕機構における回転カッター１２、１９の回転の設定時間や回転数の制御、送り機構６におけるスクリュー３１の回転数や送りサイクル時間、過負荷サイクル時間中の供給と放出の時間の設定やその設定値に基づく制御は、ホッパー２に供給される破砕対象物の種類、その長さや太さ、時間あたりの供給量等によって異なる。これらは、供給された破砕対象物が破砕装置によって、効率よく細断・破砕処理されるように、破砕機構や送り機構の作動を、軸の回転方向、サイクル時間、休止時間等の時間値で見定め、定められた時間を制御装置３８に初期値としてセットすることによって実現される。なお、制御装置３８には、破砕機構や送り機構にかかる負荷の変化を検出しながら、例えば、規定の逆転の時間前に破砕機構への過負荷の原因物質が除去され、回転カッターの逆回転の目的が達せられる運転状況が確認されるときは、初期値としてセットされた逆転時間よりも次第に短縮した逆転時間にセットし直し、新たな値を基に回転カッターの制御をする機能（自己適応機能）を備え、これを繰返していくこと、また、このような自己適合機能を送り機構のスクリューの供給、放出の制御値の設定にも適用させるようにして制御装置に具備させることができる。このような自己適応機能を有する制御装置で本発明の破砕装置を制御するときは、破砕装置が設置された場所に最も適した短い時間で破砕機構の損傷の原因を減少させる制御が行われるようになり、制御面からも、短時間で損傷原因を減少させて破砕処理能力を増大させた破砕装置を得ることができる。

また、回転カッターを正転、逆転させる時間の設定や送りサイクル時間、過負荷サイクル時間の設定は、同じ破砕対象物については、同じ値を使用することができるので、同様な破砕対象物であれば、制御時間を頻繁に変える必要はなく、一度の時間セットで済ますことができる。例えば、旋盤による切削で生じる長いらせん状の切削屑等のように、特定の形状の破砕対象物が多量に排出される工場に本破砕装置を設置して、この切削屑等を破砕処理する剪断式破砕装置として使用するとき、本発明の破砕装置は簡易な構造で高い破砕能力を有した小型の装置なので、狭い場所にも設置でき、破砕対象物を生成する場所、例えば、工作機械の傍に設置して、工作機械の連続した自動運転や無人運転の補助にもなるものである。

或いは、同じような切削屑等を発生する工作機械でも、異物が混入し易い工程の機械の傍に設置するときは、中間回転カッターとスクリューの回転時間を長めに制御してその破砕装置では処理できない異物が放出口から破砕装置の外へ放出される機会を増すような制御に設定して、破砕装置に過大な負荷が掛からないようにし、これにより、生成される切削屑等の処理能力を高め、工作機械の連続した自動運転を容易にすることもできる。

このようにして、本発明の剪断式破砕装置では、自動的に破砕対象物の細断・破砕が進められ、一定の大きさ以下に細断・破砕された破砕物が排出シュートから排出される。また、従来の同種の破砕処理装置と比較して、破砕装置の異物の送出や過負荷の原因物の除去が迅速になるので、破砕装置の運転時の種々の制御サイクルにおいて、破砕装置を停止してしまう事態を極力減じることができ、自動化が進む工場の工作機械から生成される切削屑等の破砕対象物を取り込み、細断・破砕処理して、破砕物の搬送を容易に行い、工作機械の連続運転を助け、工場全体の設備機器の稼働率を向上させる小型で効率の良い破砕装置を提供することができる。

以上で実施形態の図に基づく説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。

例えば、図の実施形態では回転カッターの回転軸及びスクリューを水平に配置したが、これらの軸は傾斜して配置しても良い。特に、スクリューが軸受側から放出口に向かって下降するように傾斜しているときは、過負荷の原因物質は、スクリューの突条の作用のみならず重力の作用によっても放出口側に送られるので、異常運転の原因物質の除去、放出機能が高まる。

また、中間回転カッターが、破砕機能としての刃よりも、むしろ破砕対象物を他の回転カッターの回転刃に供給維持するために適した突起状のものとされ、回転軸は他の回転カッターの回転軸と平行な軸で他の回転カッターの軸よりも充分に低い位置に設けられた軸受けでハウジングに取り付けられるときは、中間回転カッターが正回転をしているときだけ破砕対象物が破砕部に保持されて回転カッターによる破砕が行われ、中間回転カッターが運転を停止したときは、中間回転カッターの逆回転を待たずに、破砕部の破砕対象物の殆どが破砕機構の破砕部に留まることなく送り機構側に落下する。中間回転カッターの逆回転では、破砕部に噛み込まれている破砕対象物を回転刃から外したり、重力の作用だけでは送り機構側に落ちなかった破砕対象物を送り機構側に強制的に送出するような構造にしても良い。

また、図１乃至図４の実施形態では、中間回転カッターは、他の回転カッターと共に破砕処理を行い、次的に破砕対象物を刃先から外し、送り機構側に送出する機能をもたせているが、破砕処理以外の機能を強化した中間回転カッターとして破砕処理装置に組み込むこともできる。例えば、中間回転カッターの回転刃の外径や回転刃のピッチを他の回転カッターの回転刃やピッチよりも極端に小さな構造にして、中間回転カッターに過負荷の検出センサ的な機能も持たせ、異物の検出機能を強化してもよい。

このとき、中間回転カッターの外径が小さいときは、その回転が止めて逆転させれば、ほぼ瞬時に異物や多量の破砕対象物が送り機構側に送り出されるなど、より一層迅速に破砕部から異物等を排除できる。このように本発明の中間回転カッターには、種々の応用機能を備えさせることもでき、一方、この中間回転カッターは、他の回転カッターと協働した破砕処理機能も有する中間回転カッターということができるので、本発明に含まれる。

また、スクリューの回転方向と破砕対象物の移動の方向は、スクリューに形成されている突条の向きによって異なる。破砕機構による破砕処理が行なわれる正回転時には、スクリューによる破砕対象物の移動が破砕機構から離れる側の回転になる方が好ましいともいえるが、この回転方向も、回転カッターやスクリューの軸の傾きや中間回転カッターの位置、突条の向きとの関係もあり、これらを加味しながら、処理する破砕対象物に最も適した軸の傾きと回転方向が選択されて破砕装置の機構が決定される。

また、破砕対象物が多量に供給されたときは、回転カッターの回転速度やスクリューの回転速度を制御したり、回転カッターの回転速度とスクリューの回転速度とを関連付けて制御したりしても良い。

また、送り機構の制御に関しても、ホッパーに供給される破砕対象物の量、破砕機構における破砕対象物の量や分散状態をセンサ（図示省略）で検出しながら制御装置でスクリューの回転速度を決定し、破砕対象物が破砕機構全体に分散されながら細断・破砕処理されるようにスクリューの回転制御を制御装置によって制御するようにしても良く、送り機構の突条の形成も、破砕対象物の種類によっては、部分的に不連続であったり、螺旋のピッチや突条の高さや幅が異なったりしても良い等、剪断式破砕装置の全体構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の第実施形態に係る剪断式破砕装置を示す部分切り欠きの正面図である。 図の破砕部の拡大断面図である。 本発明の一実施形態を示す要部切り欠きの剪断式破砕装置の平面図である。 本発明の実施形態に係る剪断式破砕装置の背面図である。 本発明の実施形態に係る剪断式破砕装置の運転状況の例を示すタイムチャートである。 本発明の剪断式破砕装置に使用するスクリューの実施形態を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１ 破砕対象物
２ ホッパー
３ 破砕部
４ 排出シュート
５ 破砕機構
６ 送り機構
７ 前壁
８，９ 側壁
１０ 背壁
１１ ハウジング
１２、１９ 回転カッター
１３、１４、２０、２１ 軸受
１５、２２、３４ 回転軸
１６、２３ 回転刃
１７、２４ カラー
２５、２６ 刃先
２７、３５ 電動機
２８、３３ 減速機
３０ 突条
３１ スクリュー
３２ 軸受
３６ 保持板
３７ 放出口
３８ 制御装置
４０ 収集トレー
４１ 支持部材
４２ コンベア
４３ センサ
４４ 駆動端

Claims (7)

1. 回転刃を軸方向に有する回転カッターを複数本並設し、これらの回転カッターを協働させて破砕対象物を細断・破砕するようにした破砕機構と、回転カッターの回転軸と平行な回転軸付きスクリューを回転カッターに隣接して設けて破砕機構に破砕対象物を供給補助する送り機構とを備え、回転カッターの中の送り機構側の回転カッターを他の回転カッターよりも小型にした剪断式破砕装置。
2. 回転刃を軸方向に有する回転カッターを複数本並設し、これらの回転カッターを協働させて破砕対象物を細断・破砕するようにした破砕機構と、回転カッターの回転軸と平行な回転軸付きスクリューを回転カッターに隣接して設けて破砕機構に破砕対象物を供給補助する送り機構とを備え、送り機構側の回転カッターが非破砕回転のときは、破砕対象物を破砕装置の外へ排出する方向にスクリューの回転を切り替え制御する制御装置を有している剪断式破砕装置。
3. 破砕装置に設けられた送り機構のスクリューが、破砕装置の壁面に片持ち支持され、該スクリューの回転方向を切り替えることにより破砕対象物を破砕機構に供給補助したり、破砕対象物を破砕装置の外に放出したりするようにしていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の剪断式破砕装置。
4. 前記送り機構が、破砕対象物を破砕装置の外に放出する放出口を有し、該放出口は送り機構のスクリューを軸支する軸受を設けた壁面と反対側の自由端部の壁面において回転カッターの回転軸よりも低い位置に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の剪断式破砕装置。
5. 前記破砕機構に装着された回転カッターは、複数の回転刃とカラーとが回転軸の軸方向に交互に一体に形成された回転カッターであることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の剪断式破砕装置。
6. 前記スクリューの回転を制御するスクリューの制御装置は、予め設定された時間サイクルに従ってスクリューの回転方向を切り替え制御するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の剪断式破砕装置。
7. 前記スクリューの回転を制御するスクリューの制御装置は、破砕機構に投入される破砕対象物の量に応じてスクリューの回転方向および回転速度を制御するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の剪断式破砕装置。

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