JP5457714B2 - 剪断式破砕機用切断刃 - Google Patents

Description

本発明は、剪断作用により各種被破砕物を破砕する剪断式破砕機に用いられる切断刃に関する。

従来、プラスチック、木片、紙、金属、ゴム、繊維、及び皮革等の固形状の被破砕物を剪断破砕する剪断式破砕機が知られている。例えば、この種の剪断式破砕機として、本出願人が先に出願した剪断式破砕機がある（特許文献１参照）。

図７の剪断式破砕機を示す平面図と、図８の図７に示すVIII−VIII断面図とに示すように、この剪断式破砕機１００は、回転軸１０１，１０２の軸方向に、複数の回転刃１０３をスペーサ１０４が挟むように交互に設けられている。スペーサ１０４は、回転刃１０３を軸方向に位置決めして固定しており、上記回転刃１０３の基部を軸方向に位置決めできる外径で形成されている。

これらの回転刃１０３は、回転軸１０１，１０２に固定される刃台部１０６と、この刃台部１０６の周囲を取り囲むように固定される分割式の切断刃１０５とを有しており、対向して回転方向Ｒに回転する回転刃１０３の側面間には、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の軸方向隙間を設けた状態で互いの切断刃１０５が噛合うようにラップした状態で配設されている。この回転刃１０３の外周に設けられた切断刃１０５は、被破砕物１２０を引き込むとともに対向する回転刃１０３との間の剪断作用によって被破砕物１２０を破砕するものである。

また、上記切断刃１０５の取付面には係合段部１０７が設けられており、刃台部１０６に設けられた係合突起１０８と係合して破砕反力を受けるようになっている。この分割式切断刃１０５は、外向きに突出する刃先部の回転方向に尖った先端エッジ部１０９と、側面外形に沿ったサイドエッジ部１１０（側縁）とを具備しており、剪断破砕によって早期摩耗するこれらのエッジ部１０９，１１０を具備した切断刃１０５を分割式とすることにより、この切断刃１０５のみを交換できるようにしている。

ところで、この種の剪断式破砕機における切断刃１０５は、先端エッジ部１０９で被破砕物の引き込み及び破砕を行い、この先端エッジ部１０９及びサイドエッジ部１１０で剪断破砕を行うため、上記したように先端エッジ部１０９及びサイドエッジ部１１０に早期摩耗を生じる。

この早期摩耗としては、先端エッジ部１０９及びサイドエッジ部１１０がラウンド状になる磨耗であり、この磨耗を生じると破砕性能が低下して破砕効率が落ちてしまう。また、被破砕物によっては上記エッジ部１０９，１１０に欠損等を生じることがあり、この欠損を生じても、破砕性能が低下して破砕効率が落ちてしまう。そのため、このような摩耗・欠損が発生した場合には、一般的に、その都度新しい切断刃１０５に交換している。

しかしながら、このような切断刃１０５は、耐摩耗性を高めるために全体が合金工具鋼のような高価な材料で製造されているため、１台に多くの切断刃１０５を使用している剪断式破砕機の場合には、その切断刃の交換に多くの費用を要する。しかも、切断刃１０５の交換には非常に多くの時間を要するため、破砕機の稼働率が低下して生産効率が落ちるとともに、多くの労力を要する。

そこで、本出願人は、例えば、基材部分（中心台金部）は廉価な炭素鋼等で形成し、刃先部の先端エッジ部等の表面部を耐摩耗性・衝撃性等に優れた特殊粉末合金層で形成して刃先部の寿命を延ばすようにした発明を先に出願した（特許文献２参照）。この発明では、フック先端部周辺にタングステンカーバイド系の特殊粉末合金を溶射法で溶着し、その後グラインダ加工によって表面を仕上げるようにしている。

特開平８−３２３２３２号公報 特許第２８５１０００号公報

しかしながら、上記特許文献２の発明では、破砕する被破砕物の種類や、処理量等の条件によっては特殊粉末合金層で形成した部分以外に部分的な早期摩耗を生じる場合がある。また、切断刃の大きさや形状によっては、製造設備や加工作業等に費用を要する場合がある。

そこで、本発明は、エッジ部が長寿命で交換頻度が低く、製造費用を抑えることができる剪断式破砕機用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に、本発明に係る剪断式破砕機用切断刃は、固定部から外向きに突出する刃先部を備え、該刃先部は回転方向に尖った先端エッジ部を有し、前記刃先部を含む側面外形端に沿ってサイドエッジ部を有する剪断式破砕機用切断刃であって、前記切断刃の基材を低硬質材料で形成し、前記先端エッジ部の切断刃厚み方向と、前記サイドエッジ部の外形端とに加工手段で所定の面取りを施し、前記先端エッジ部の切断刃厚み方向に高硬質材料の硬化肉盛溶接材料を溶接手段で肉盛り溶接をし、前記サイドエッジ部の切断刃側面外形に沿って高硬質材料の硬化肉盛溶接材料を溶接手段で肉盛り溶接をして該サイドエッジ部の肉盛り溶接部分が切断刃の全周で連続するようにし、前記肉盛り溶接部分を機械加工で仕上げて前記両エッジ部を形成して仕上げることを特徴とする。これにより、固定部から外向きに備えられた刃先部の先端エッジ部と、この刃先部を備えた切断刃のサイドエッジ部との硬度を硬化肉盛溶接材料によって向上させることができるので、切断刃の基材を低硬度として材料費及び製造費用を抑えた切断刃を提供することができる。
また、高硬質材料の機械加工面積を減らして、加工に要する時間と費用を抑えることができる。しかも、切断刃の先端エッジ部とサイドエッジ部の全周を高硬度として、長期間破砕性能を保って交換頻度を低くすることができる。

また、前記先端エッジ部の肉盛り溶接は、該先端エッジ部の切断刃厚み方向両端部にアークスポット溶接を行った後、先にアークスポット溶接を行った端部から厚み方向に前記肉盛り溶接を行うように構成してもよい。このようにすれば、アークスポット溶接を行った厚み方向両端部で溶接だれの防止を図って安定した肉盛り溶接を行うことができる。

さらに、前記先端エッジ部の肉盛り溶接は、肉盛り溶接開始側から少なくとも２層を盛っているのが好ましい。このようにすれば、損耗の激しい先端エッジ部における硬度をより向上させ、切断刃の寿命をより長くすることができる。

また、前記サイドエッジ部の肉盛り溶接は、切断刃の側面外形に沿って前記先端エッジ部に向けて行った後、該先端エッジ部から側面外形に沿って逆方向に行うように構成してもよい。このようにすれば、肉盛り溶接によって生じる切断刃の歪みを極力抑えることができる。

さらに、前記切断刃は、回転軸に固定する刃台部と、該刃台部の周囲を取り囲むように着脱可能に固定する分割式切断刃であり、前記サイドエッジ部の肉盛り溶接は、前記分割式切断刃の側面外形の端部における鋭角部の厚み方向両端部にアークスポット溶接を行った後、該アークスポット溶接を行った端部から前記先端エッジ部に向けて肉盛り溶接を行った後ように構成してもよい。このようにすれば、刃台部と分離できる分割式切断刃であっても、サイドエッジ部の全周における硬度を硬化肉盛溶接材料によって向上させ、基材を低硬質材料で形成することによる切断刃の製造費用低減を図ることができる。

本発明によれば、先端エッジ部とサイドエッジ部の硬度を高めて、剪断破砕に寄与する部分は硬度が高く長寿命で、基材は比較的安価で製造費用を抑えることができる切断刃を提供することが可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る切断刃を示す斜視図である。 (a) 〜(c) は、図１に示す切断刃の製造方法を示す斜視図である。 (a) 〜(c) は、図２に続く切断刃の製造方法を示す斜視図である。 (a) 〜(c) は、図３に続く切断刃の製造方法を示す斜視図である。 図１に示す切断刃を配設した回転刃を示す側面図である。 本発明の第２実施の形態に係る切断刃を示す側面図である。 従来の剪断式破砕機を示す平面図である。 図７に示すVIII−VIII断面図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係る切断刃を示す斜視図である。この実施の形態では、矩形断面の回転軸に固定される刃台部１０６（図８）の周囲に固定される分割式切断刃１を例に説明する。なお、以下の説明では、新品の切断刃１の製造方法を説明し、上述した図７，８に示す構成と同一の構成にはその符号を付して説明する。

図示するように、この実施の形態の切断刃１は、上述した図７，８に示す刃台部１０６の周囲に固定される分割式の切断刃１であり、刃台部１０６に固定する固定部２と、この固定部２から外向きに突出する刃先部３とを有している。この刃先部３には、回転方向Ｒに向けて尖った先端エッジ部４が形成されている。また、この切断刃１の側縁外形（上側の縁）には、サイドエッジ部５が形成されている。

上記固定部２には、刃台部１０６に設けられた係合突起１０８（図５）と係合する係合段部６が設けられている。この係合段部６が設けられた切断刃１の側面外形の端部（反回転方向端部）は、刃台部１０６の周囲を取り囲むように設けられる次の切断刃１（図５参照）の回転方向端部が接する鋭角の端部に仕上げられている。

さらに、上記切断刃１は、刃先部３を挟んで周方向（回転方向Ｒの方向）の前後にボルト穴７が設けられており、このボルト穴７に固定ボルトを挿入して上記刃台部１０６のネジ穴（図示略）にねじ込むことによって固定されるようになっている。

そして、この実施の形態の切断刃１は、固定部２及び刃先部３の基材が、例えば、炭素鋼又はクロム鋼等で形成され、摩損し易い刃先部３の先端エッジ部４とサイドエッジ部５が、マルテンサイト系、高クロム鉄系、タングステン炭化物系等の硬化肉盛溶接材料Ｍで形成されている。この先端エッジ部４は鋭角のエッジを形成し、サイドエッジ部５は直角のエッジ部を形成している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「硬化肉盛溶接材料」としては、例えば、マルテンサイト系、高クロム鉄系、タングステン炭化物系等の硬化肉盛溶接材料Ｍが用いられ、例えば、ビッカース硬さ３５０〜１８００程度の材料が使用条件等に応じて用いられる。

これにより、被破砕物１２０（図８）を引き込んで破砕する刃先部３の先端エッジ部４と、噛合う切断刃１との間で被破砕物１２０を剪断破砕する側縁のサイドエッジ部５との硬度を上げることで切断刃１の長寿命化を図ることができるとともに、切断刃１の製造時に硬度が高く加工時間等を要する部分がエッジ部分の小面積となるので、材料費と加工費用の低減とを図って、切断刃１の製造に要する費用を抑えることが可能となる。

図２(a) 〜(c) は、図１に示す切断刃の製造方法を示す斜視図であり、図３(a) 〜(c) は、図２に続く切断刃の製造方法を示す斜視図、図４(a) 〜(c) は、図３に続く切断刃の製造方法を示す斜視図である。これらの図に基いて、上記切断刃１の製造工程を説明する。これらの図では、説明上、切断刃１の各角位置に記号(A) 〜(F) を付し、作業順に(1) 〜(13) を付して説明する。

図２(a) に示すように、まず、炭素鋼又はクロム鋼等で形成された基材の上記先端エッジ部４とサイドエッジ部５とに所定の面取り１０，１１を施す。

次に、図２(b) に示すように、先端エッジ部４の厚み方向両端部(A),(B) 位置に、溶接ノズル８によって硬化肉盛溶接材料のアークスポット溶接１２，１３を順に行う［(1),(2)］ 。

そして、図２(c) に示すように、上記先端エッジ部４のアークスポット溶接１２，１３間に硬化肉盛溶接材料で肉盛り溶接１４を行う［(3)］。この肉盛り溶接１４は、先にアークスポット溶接１２を行った(A) 位置から(B) 位置に向けて行われ、アークスポット溶接１２，１３による効果的な溶接だれ防止を図っている。

また、先端エッジ部４は磨損が激しいため、図３(a) に示すように、少なくとも２層で肉盛り溶接１４を行うことにより硬度が高い部分が増え、先端エッジ部４の耐衝撃性、耐摩耗性を向上させることができて好ましい。

次に、図３(b) に示すように、上記サイドエッジ部５の反回転方向端部における鋭角部の厚み方向両端部(C),(D) 位置に、硬化肉盛溶接材料でアークスポット溶接１５，１６を順に行う［(4),(5)］。

そして、図３(c) に示すように、上記アークスポット溶接１５，１６を行った端部(C),(D) 位置から上記先端エッジ部４の(A),(B) 位置に向けて肉盛り溶接１７，１８を行う［(6),(7)］。この肉盛り溶接１７，１８も、先に行った上記アークスポット溶接１５の(C) 位置から先端エッジ部４の(A) 位置に向けて行われ、アークスポット溶接１５，１６による効果的な溶接だれ防止を図っている。

次に、図４(a) に示すように、サイドエッジ部５の他方の周方向端部(E),(F) 位置から上記先端エッジ部４の(A),(B) 位置に向けて肉盛り溶接１９，２０を行う［(8),(9)］。この周方向端部(E),(F) 位置は、角が鋭角ではないため、上記したようなアークスポット溶接１５，１６を行うことなく肉盛り溶接１９，２０が行われる。

また、図４(b) に示すように、この例では、サイドエッジ部５の肉盛り溶接を、上記したサイドエッジ部５の肉盛り溶接１７，１８とは逆方向に、先端エッジ部４の(A),(B) 位置から周方向端部(C),(D) 位置に向けて肉盛り溶接２１，２２を行うとともに［(10),(11)］、図４(c) に示すように、先端エッジ部４の(A),(B) 位置から周方向端部(E),(F) 位置に向けて肉盛り溶接２３，２４を行うことにより［(12),(13)］、先の肉盛り溶接１７〜２０によって生じた溶接歪みを取るようにしている。

この図４(c) に示す肉盛り溶接２３，２４が完了した後は、先端エッジ部４及びサイドエッジ部５を図示しない工作機械によって研削加工等を行うことにより、上記図１に示すように各エッジ部４，５が形成された切断刃１として仕上げられる。この切断刃１の機械加工としては、例えば、肉盛り溶接１４，１７〜２４した部分の表面がグラインダ加工等によって粗仕上げされ、その後、研削加工等によって表面仕上げされる。

従って、上記切断刃の製造方法によれば、切断刃１の基材部分を炭素鋼又はクロムモリブデン鋼等で形成し、そのエッジ部分４，５にマルテンサイト系、高クロム鉄系、タングステン炭化物系等の硬化肉盛溶接材料で肉盛り溶接１４，１７〜２４を行い、その肉盛り溶接１４，１７〜２４をしたエッジ部分４，５を切断刃１の所定エッジ形状に仕上げることにより、切断刃１において最も仕事をするエッジ部４，５の硬度は高く、基材部分は加工が容易な鋼材で形成することができ、材料費の削減と、加工に要する設備費用の抑止、及び硬質材料の加工面積を減らした作業の容易性とを向上させることができる。

なお、上記実施の形態では新品の切断刃１を製造する工程を説明したが、上記したようにして先端エッジ部４とサイドエッジ部５とに硬化肉盛溶接材料Ｍを肉盛り溶接して硬度の高いエッジ部４，５を形成する方法によれば、例えば、使用によって摩耗した切断刃１のエッジ部４，５に面取り１０，１１を施し、その面取り１０，１１を施した位置に硬化肉盛溶接材料によって肉盛り溶接１４，１７〜２４を行った後、グラインダ等の加工にてエッジ部４，５を形成して仕上げれば、使用済みの切断刃を再生することも可能となる。この場合も、切断刃の基材（中心台金部）がそのまま有効に使用でき、費用対効果が向上する。

また、先端エッジ部４の欠損の場合、例えば、欠損部に異材溶接作業性に優れたステンレス系の下盛り溶接を行った後、上記したように硬化肉盛溶接材料で肉盛り溶接１４，１７〜２４を行い、その後，機械加工にて表面仕上げをするようにしてもよい。これにより上記摩耗した場合と同様の作用効果を得ることができる。

このように、上記切断刃１の製造方法によれば、使用によって磨損した切断刃１においても同様に肉盛り溶接１４，１７〜２４を行うことによって、磨損したエッジ部分を再生することができる。従って、切断刃１は、新品及び使用品のいずれでもよく、限定されるものではない。

図５は、図１に示す切断刃を配設した回転刃を示す側面図である。なお、上述した図７，８と同一の構成には同一符号を付して、それらの説明は省略する。

図示するように、上記した分割式切断刃１によれば、先端エッジ部４とサイドエッジ部５の全周方向とに硬化肉盛溶接材料の肉盛り溶接をしているので、刃台部１０６の周囲に固定した状態で、回転刃３０の外形全周におけるサイドエッジ部５の硬度を高めることができるので、回転刃３０の周囲が高硬度で安定した剪断破砕が行えるようにできる。従って、上記切断刃１によって回転刃３０の長寿命化を図るとともに、製造費用を抑えた回転刃３０を提供することができる。

図６は、本発明の第２実施の形態に係る切断刃を示す側面図である。なお、この図では上述した図７，８と同一の構成に同一符号を付すとともに、図５と同一の構成にも同一符号を付し、それらの説明は省略する。

図示するように、この実施の形態の切断刃は、上記第１実施の形態における切断刃１と刃台部１０６とが一体形成された一体式切断刃３５（回転刃）である。この切断刃３５の場合には、先端エッジ部４は上記図１に示すように硬化肉盛溶接材料Ｍで肉盛り溶接がされ、サイドエッジ部５は全周に硬化肉盛溶接材料Ｍで連続的な肉盛り溶接が行われる。

すなわち、先端エッジ部４の肉盛り溶接時には、面取り（図２に示す、１０）を施した後、先端エッジ部４の両端にアークスポット溶接（図２に示す、１２，１３）を行ってから肉盛り溶接（図２に示す、１４）が行われる。また、サイドエッジ部５は、全周に面取り（図２に示す、１１）を施した後、例えば、多軸保持機で一体式切断刃３５の片面を水平に保持し、溶接ノズル（図２に示す、８）を下向きで適切な角度に傾斜させて、サイドエッジ部５が連続して一周肉盛り溶接される。その後、多軸保持機で一体式切断刃３５の他面を水平に保持し、同じく溶接ノズルを下向きで適切な角度に傾斜させて、他方のサイドエッジ部５が連続して一周肉盛り溶接される。なお、多層の肉盛が必要な場合は、表裏のサイドエッジ部５が交互に肉盛り溶接される。そして、その後、肉盛り溶接された部分が機械加工によって表面仕上げられる。このように、これらの肉盛り溶接も上記実施の形態と同様に行われるため、その詳細な溶接工程の説明は省略する。

このような一体式切断刃３５によっても、最も仕事をする先端エッジ部４とサイドエッジ部５との硬度を上げて長寿命化を図ることができるので、長寿命化と製造費用を抑えた切断刃３５を提供することができる。

以上のように、上記切断刃１，３５によれば、最も仕事をするエッジ部４，５の硬度が高いので、切断刃１，３５の寿命を延ばすことによる交換頻度の低減で、交換作業に要する労力軽減と、破砕機の稼働率向上を図ることができる。しかも、基材を廉価で加工が容易な材料とすることができるので、切断刃１，３５の製造費用を抑えることができる。

その上、エッジ部４，５が磨耗及び欠損した切断刃１，３５でも、再生加工を行うことによって再利用することができるので、切断刃１，３５の基材はそのまま有効に再利用してランニングコストの削減を図ることができる。

なお、上記実施の形態では、最も好ましい溶接手順を説明したが、切断刃１，３５の形状や硬化肉盛溶接材料等に応じて溶接手順を変更することも可能であり、本発明は上記実施の形態の溶接手順に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、切断刃１，３５の加工手順を順次示したが、上記手順をロボットを備えた専用設備で行うようにすれば、切断刃製造の自動化や作業の安定化を図ることができ、より安価で高品質の切断刃１，３５を提供することができる。

さらに、上述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明に係る切断刃は、種々の被破砕物を剪断破砕する剪断式破砕機用切断刃として利用できる。

１ 切断刃
２ 固定部
３ 刃先部
４ 先端エッジ部
５ サイドエッジ部
１０，１１ 面取り
１２，１３ アークスポット溶接
１４ 肉盛り溶接
１５，１６ アークスポット溶接
１７〜２４ 肉盛り溶接
３０ 回転刃
３５ 一体式切断刃
１２０ 被破砕物
Ｍ 硬化肉盛溶接材料
Ｒ 回転方向

Claims (5)

1. 固定部から外向きに突出する刃先部を備え、該刃先部は回転方向に尖った先端エッジ部を有し、前記刃先部を含む側面外形端に沿ってサイドエッジ部を有する剪断式破砕機用切断刃であって、
   前記切断刃の基材を低硬質材料で形成し、
   前記先端エッジ部の切断刃厚み方向と、前記サイドエッジ部の外形端とに加工手段で所定の面取りを施し、
   前記先端エッジ部の切断刃厚み方向に高硬質材料の硬化肉盛溶接材料を溶接手段で肉盛り溶接をし、
   前記サイドエッジ部の切断刃側面外形に沿って高硬質材料の硬化肉盛溶接材料を溶接手段で肉盛り溶接をして該サイドエッジ部の肉盛り溶接部分が切断刃の全周で連続するようにし、
   前記肉盛り溶接部分を機械加工で仕上げて前記両エッジ部を形成して仕上げることを特徴とする剪断式破砕機用切断刃。
2. 前記先端エッジ部の肉盛り溶接は、該先端エッジ部の切断刃厚み方向両端部にアークスポット溶接を行った後、先にアークスポット溶接を行った端部から厚み方向に前記肉盛り溶接を行うように構成した請求項１に記載の剪断式破砕機用切断刃。
3. 前記先端エッジ部の肉盛り溶接は、肉盛り溶接開始側から少なくとも２層を盛っている請求項２に記載の剪断式破砕機用切断刃。
4. 前記サイドエッジ部の肉盛り溶接は、切断刃の側面外形に沿って前記先端エッジ部に向けて行った後、該先端エッジ部から側面外形に沿って逆方向に行うように構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の剪断式破砕機用切断刃。
5. 前記切断刃は、回転軸に固定する刃台部と、該刃台部の周囲を取り囲むように着脱可能に固定する分割式切断刃であり、
   前記サイドエッジ部の肉盛り溶接は、前記分割式切断刃の側面外形の端部における鋭角部の厚み方向両端部にアークスポット溶接を行った後、該アークスポット溶接を行った端部から前記先端エッジ部に向けて肉盛り溶接を行うように構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載の剪断式破砕機用切断刃。

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