JP6025929B1

JP6025929B1 - 破砕機

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Publication number: JP6025929B1
Application number: JP2015141390A
Authority: JP
Inventors: 司山村; 博上南; 達雄宮下; 坂本　季治; 季治坂本; 英章黒川; 智博大茂
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Environmental and Chemical Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: WO2017010510A1; MY186746A; CN107614109A; TWI626994B; JP2017023887A; CN107614109B; TW201718096A

Abstract

【課題】一対の回転軸を有する破砕機において、被処理物の処理効率を向上させる。【解決手段】互いに平行に配置された一対の回転軸１，２と、各々の回転軸１，２に軸方向に間隔をあけて取り付けられた複数の回転刃３であって、一方の回転軸１に取り付けられた回転刃３と他方の回転軸２に取り付けられた回転刃３とが、回転軸の軸方向から見て回転軌跡Ｌ１，Ｌ２を一部重ねて取り付けられた複数の回転刃３と、一方の回転軸１に取り付けられた複数の回転刃３の回転軌跡Ｌ１の外側で破砕物を受けて所定の大きさ以下の破砕物を落下させるスクリーン２０と、を備え、スクリーン２０の一対の回転軸１，２の配列方向の端部の少なくとも一部は、他方の回転軸２に取り付けられた回転刃３の回転軌跡Ｌ２よりも内周側に配置されている破砕機。【選択図】図３

Description

本発明は、木材、ごみ等の被処理物を破砕する破砕機に関する。

従来、木材（例えばバイオマス発電用木質材）、竹材、可燃・不燃性ごみ等の被処理物を破砕処理する手段として破砕機が用いられている。破砕機としては、回転式破砕機、せん断式破砕機、二軸せん断式破砕機等が知られている。いずれの破砕機も回転軸に取り付けられて周方向に複数の破砕刃が形成された回転刃を有している。

また、被処理物を破砕することによって生成される破砕物を所定のサイズ（粒度）にするために、回転刃の下方にスクリーンを設けた破砕機も知られている（例えば、特許文献１参照）。スクリーンには、規則的に形成された複数の開口孔が形成されており、破砕物は、開口孔を通過できるサイズまでスクリーン上を通過する回転刃によって破砕され続ける。

特願２００４−２６７９４４号公報

ところで、スクリーンを備えた破砕機の場合、破砕物のサイズを一定以下に揃えることが可能になるものの、破砕物が排出される開口孔の数に限界があるため、破砕物のスクリーン上の滞留が増えてスクリーンが無い場合と比較して破砕処理量が減少するという課題がある。また、スクリーン上に滞留する破砕物は、摩擦抵抗となるため、回転軸の負荷となり、破砕能力の低下に繋がるという課題がある。

この発明は、被処理物の処理効率を向上させると共に、回転軸への負荷を低減することができる破砕機を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、破砕機は、互いに平行に配置された一対の回転軸と、各々の前記回転軸に軸方向に間隔をあけて取り付けられた複数の回転刃であって、一方の前記回転軸に取り付けられた回転刃と他方の前記回転軸に取り付けられた回転刃とが、前記回転軸の軸方向から見て回転軌跡を一部重ねて取り付けられた複数の回転刃と、一方の前記回転軸に取り付けられた複数の前記回転刃の回転軌跡の外側で破砕物を受けて所定の大きさ以下の破砕物を落下させるスクリーンと、を備え、前記スクリーンの前記一対の回転軸の配列方向の端部の少なくとも一部は、他方の前記回転軸に取り付けられた前記回転刃の回転軌跡よりも内周側に配置されていることを特徴とする。

このような構成によれば、他方の回転軸側からは、スクリーンを通す必要のない破砕物が滞りなく破砕物が排出されるため、両方の回転軸にスクリーンを設ける場合と比較して、被処理物の処理効率を向上させることができる。また、他方の回転軸側には、スクリーンが設置されないため、スクリーンに滞留する破砕物によって他方の回転軸にかかる負荷を低減することができる。
また、回転刃の間をすり抜けた長尺状の被処理物をスクリーン上に滞留させることにより、長尺状の被処理物のすり抜けを防止することができる。

上記破砕機において、前記回転軸に前記回転刃と軸方向に交互に取り付けられている複数のスペーサを備え、前記スクリーンは、前記スペーサの外周面まで延びていてよい。

上記破砕機において、一方の前記回転軸の回転速度は、他方の前記回転軸の回転速度より低くしてよい。

このような構成によれば、より負荷の少ない回転軸の余剰動力を、回転刃とスクリーンとを用いた破砕に用いることができる。

本発明によれば、他方の回転軸側からは、スクリーンを通す必要のない破砕物が滞りなく破砕物が排出されるため、両方の回転軸にスクリーンを設ける場合と比較して、被処理物の処理効率を向上させることができる。また、他方の回転軸側には、スクリーンが設置されないため、スクリーンに滞留する破砕物によって他方の回転軸にかかる負荷を低減することができる。

本発明の第一実施形態の破砕機を示す側面図である。図１のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、破砕機を示す平面図である。本発明の第一実施形態の回転刃、スペーサ、及びスクリーンを回転軸の軸方向から見た図である。本発明の第一実施形態のスクリーンの平面図である。本発明の第一実施形態のスクリーンを回転軸の軸方向から見た図である。本発明の第一実施形態の破砕機の作用を説明する図である。本発明の第二実施形態の回転刃、スペーサ、及びスクリーンを回転軸の軸方向から見た図である。本発明の第二実施形態のスクリーンの平面図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の破砕機について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の破砕機は、例えば木質材、竹材、ごみ等の被処理物（廃棄物）を破砕して、所定のサイズ（長さ、粒度）の破砕物にする二軸せん断式破砕機（多軸せん断式破砕機）である。本実施形態の破砕機は、特に、長尺状の被処理物を多く含む木質材、竹材の破砕に最適である。

図１、図２、及び図３に示すように、破砕機１００は、ケーシング２５と、一対の破砕機構４と、破砕機構４によって破砕された被処理物を受けるとともに下方に落下させるスクリーン２０と、を備えている。
破砕機構４は、ケーシング２５の内部に互いに平行に配置された一対の回転軸１，２と、各々の回転軸１，２に軸方向に間隔をあけて取り付けられている複数の回転刃３と、回転軸１の軸方向に隣り合う回転刃３同士の間に取り付けられている複数のスペーサ１０と、回転軸１，２を回転駆動させる電動機などの駆動装置５と、を有している。以下、一方の回転軸１を第一回転軸１、他方の回転軸を第二回転軸２と呼ぶ。

本実施形態の第一回転軸１及び第二回転軸２は、それぞれが駆動装置５によって駆動されている。第一回転軸１は、図３のＴ１方向、第二回転軸２は、図３のＴ２方向に回転するように設定されている。なお、第一回転軸１及び第二回転軸２は図３のＴ１方向、Ｔ２方向に限らず、逆方向にも回転可能である。例えば、破砕中において駆動装置５に大きな負荷がかかった場合等、逆方向に回転させることができる。

駆動装置５は出力軸の回転数を任意に設定可能である。即ち、第一回転軸１及び第二回転軸２を所望の回転数で回転させることができる。本実施形態の破砕機１００においては、第一回転軸１を低速で回転させ、第二回転軸２を第一回転軸１よりも高速で回転させている。即ち、第一回転軸１の回転速度と第二回転軸２の回転速度は異なり、第一回転軸１の回転速度は、第二回転軸２の回転速度よりも低い。
なお、一つの駆動装置５と、この駆動装置５の駆動力を二つの回転軸１、２に伝達する歯車機構とを用いて、一つの駆動装置５を用いて二つの回転軸１、２を駆動する構成としてもよい。

第一回転軸１及び第二回転軸２は、図３に示すように、六角形の断面形状であり、駆動装置５によって軸線Ｏ１、Ｏ２周りに回転する。なお、第一回転軸１及び第二回転軸２の断面形状は、断面多角形状であれば良く、例えば、四角形状としてもよい。また、回転軸１、２を断面円形とし、スペーサ１０及び回転刃３とキーを用いて固定してもよい。

ケーシング２５の側壁からは、回転刃３及びスペーサ１０に対向する位置に向けてスクレーパ２１が設けられている。スクレーパ２１は、被処理物が回転刃３とケーシング２５との間に落下するのを防止したり、回転刃３に挟まった被処理物をかき取ったりする。スクレーパ２１は、回転刃３の通過を許容するように、上方から見て櫛歯状に形成されている。スクレーパ２１の先端部は、回転刃３及びスペーサ１０の周面に近接するよう半円弧状に形成されている。

第一回転軸１及び第二回転軸２の軸線Ｏ１、Ｏ２は平行である。以下、軸線Ｏ１、Ｏ２に沿う方向を単に軸方向Ａと呼ぶ。また、軸方向Ａに直交する水平方向を回転軸１，２の幅方向Ｙと呼ぶ。幅方向Ｙは、回転軸１、２が配列される方向である配列方向である。
各々の破砕機構４において、回転刃３とスペーサ１０とは、軸方向Ａに交互に配置されている。回転刃３の軸方向Ａの幅（厚さ）と、スペーサ１０の軸方向Ａの幅とは、同一である。

第一回転軸１に取り付けられている回転刃３及びスペーサ１０と、第二回転軸２に取り付けられている回転刃３及びスペーサ１０とは、軸方向Ａに互い違いとなるように配置されている。換言すれば、第一回転軸１に取り付けられている回転刃３と、第一回転軸１と隣り合う第二回転軸２に取り付けられているスペーサ１０とは、軸方向Ａの位置が同じとなるように配置されている。

第一回転軸１に取り付けられている回転刃３の回転軌跡の一部と、第二回転軸２に取り付けられている回転刃３の回転軌跡の一部とは、軸方向Ａから見て重なっている。破砕機１００は、各々の破砕機構４の回転軸１、２とともに回転刃３を軸線Ｏ１、Ｏ２周りに回転させることによって被処理物をせん断破砕する。

回転刃３は、回転軸１、２を多角形状の中心孔３ａに挿通して嵌着され、回転軸１、２に互いの軸線を同軸上に配した状態で固着される刃受台６と、軸線Ｏ１、Ｏ２中心の径方向外側に切刃部９を配して刃受台６の外周に着脱可能に取り付けられ、軸線Ｏ１、Ｏ２中心の周方向に複数並設される破砕刃７とを備えて構成されている。以下、回転軸１、２に取り付けられている回転刃３の切刃部９の先端が描く軌跡を回転軌跡Ｌ１、Ｌ２と呼ぶ。

第一回転軸１の下方（回転刃３の下方）には、所定のサイズまで破砕された粉砕物を通すための複数の開口孔２２が形成された半円筒形状のスクリーン２０が取り付けられている。開口孔２２を通るほどの大きさまで破砕された破砕物のみが、スクリーン２０を介して下方に落下する。

スクリーン２０は、第一回転軸１に設けられている複数の回転刃３の回転軌跡Ｌ１の外側で、破砕機構４によって破砕された破砕物を受ける。スクリーン２０は、湾曲した板形状をなしている湾曲面部３０と、湾曲面部３０の幅方向Ｙの一方の側辺に設けられたブラケット部２６と、湾曲面部３０の幅方向Ｙの他方の側辺に設けられた複数の延長部２４と、を有している。
湾曲面部３０におけるブラケット部２６とは反対の側は、所定の支持部材２７によって支持されている。

湾曲面部３０は、軸方向Ａに延在しており、軸方向Ａから見て円弧状をなす断面形状を有している。湾曲面部３０の湾曲曲率は、回転軌跡Ｌ１の曲率より小さく形成されている。本実施形態の湾曲面部３０の主面３０ａの曲率中心は、第一回転軸１の中心軸Ｏ１に略一致している。

湾曲面部３０と回転軌跡Ｌ１との間には、隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇは、所望の破砕物のサイズ（長さ、希望する大きさ）によって適宜設定される。例えば、隙間Ｇの寸法は、破砕物のサイズの１／２程度に設定することができる。なお、湾曲面部３０と回転軌跡Ｌ１との間の隙間Ｇは一定である必要はなく、例えば、幅方向Ｙの外側に向かうに従って漸次広がっていてもよい。

図４に示すように、湾曲面部３０には、複数の開口孔２２が形成されている。複数の開口孔２２は、湾曲面部３０に規則的に配置されている。複数の開口孔２２の配置は、例えば、千鳥配列としてもよいし、碁盤目状配列としてもよい。また、複数の開口孔２２の配置は、必ずしも規則的でなくてよく、幅方向Ｙの端部に向かうに従って、徐々に数を減らしてもよい。

本実施形態の開口孔２２は、正方形状をなしている。開口孔２２の大きさは、所望の破砕物のサイズによって適宜設定される。例えば、一辺の長さを破砕物のサイズと同程度に設定することができる。開口孔２２の形状は、正方形状に限ることはなく、長方形状、六角形状、円形など破砕物に合わせて変更することができる。また、湾曲面部３０全体の開口率も適宜設定することができる。例えば、湾曲面部３０の開口率は５０％程度とすることができる。

図５に示すように、湾曲面部３０には、複数の破砕突起２３が形成されている。破砕突起２３は、鋭利な頂部を有する角錐形状をなしている。即ち、複数の破砕突起２３は、スクリーン２０上に滞留する破砕物が回転刃３の回転に伴いスクリーン２０上を移動する際に、破砕突起２３によって切削されるような形状を有している。破砕突起２３の形状はこれに限ることはなく、ナイフ状（鋭利な刃を有する板状）としてもよい。

ブラケット部２６は、湾曲面部３０の幅方向Ｙの一方の側辺から幅方向Ｙに突出する部材であり、軸方向Ａに間隔をあけて複数個所に設けられている。ブラケット部２６は、ボルト２８等の締結部材を用いてスクレーパ２１に固定されている。なお、ブラケット部２６（スクリーン２０）をケーシング２５に固定してもよい。

図４及び図５に示すように、複数の延長部２４は、湾曲面部３０の幅方向Ｙの他方の側辺３０ｂ（一対の回転軸１、２の配列方向の端部）に形成されており、これにより、スクリーン２０の幅方向Ｙの他方の側辺２０ａは、上方から見て矩形波状をなしている。換言すれば、スクリーン２０は、上方から見てスペーサ１０と回転刃３の回転軌跡に沿う形状をなしている。即ち、上方から見たスペーサ１０と回転刃３の回転軌跡が矩形波状をなしているため、スクリーン２０の側辺２０ａも矩形波状をなしている。

延長部２４は、第二回転軸２の回転刃３の回転軌跡Ｌ２の内周側に配置されている。換言すれば、スクリーン２０の少なくとも一部は、第二回転軸２の回転刃３の回転軌跡Ｌ２の内周側まで延長されている。延長部２４の先端とスペーサ１０との間の隙間は、可能な限り小さくなるように設定されている。即ち、スクリーン２０は、スペーサ１０の外周面１０ａに接触しない程度まで延びている。
湾曲面部３０の側辺３０ｂは、回転刃３の回転軌跡Ｌ２と干渉しないように形成されている。湾曲面部３０の側辺３０ｂと回転軌跡Ｌ２との間の隙間は、可能な限り小さくなるように設定されている。

本実施形態の破砕機１００においては、スクリーン２０は、第一回転軸１の下方のみに配置されており、第二回転軸２の下方にはスクリーンは配置されていない。即ち、第二回転軸２の回転刃３の下方は、スクリーンの存在しない、破砕物の通路となっている。

次に、本実施形態の破砕機１００の作用について説明する。
本実施形態の破砕機１００においては、図６に示すように、第一回転軸１を低速で一方向（Ｔ１方向）に、第二回転軸２を高速で他方向（Ｔ２方向）に回転させている。これら回転軸１、２の上方に開口する投入口１９から被処理物Ｂを投入すると、第一回転軸１に嵌着された回転刃３と第二回転軸２に嵌着された回転刃３によって被処理物Ｂがせん断破砕される。

また、第一回転軸１に嵌着されたスペーサ１０と第二回転軸２に嵌着された回転刃３の間の隙間、及びに第二回転軸２に嵌着されたスペーサ１０と第一回転軸１に嵌着された回転刃３の間の隙間Ｈにそれぞれ被処理物が入り込むとともに、回転刃３によってこの被処理物Ｂが隙間Ｈの大きさに応じたサイズで破砕され、破砕物Ｃとして下方に落下する。

破砕物Ｃは、スクリーン２０上に落下するか、スクリーン２０の開口孔２２を介して排出されるか、軸方向に隣り合う延長部２４同士の間の空間Ｓ（図４参照）から排出される。
スクリーン２０上に落下した破砕物Ｃのうち、開口孔を通過可能なサイズにまで破砕された破砕物Ｃは、開口孔２２を介して排出される。

一方、長尺状の被処理物Ｂであり、スペーサ１０と回転刃３との間をすり抜けた被処理物Ｂや、開口孔２２を通過可能なサイズまで破砕されなかった破砕物Ｃは、スクリーン２０上に滞留する。スクリーン２０上に滞留した被処理物Ｂ、破砕物Ｃは、回転刃３及び破砕突起２３によって、引き続き破砕される。回転刃３及び破砕突起２３によって、適当なサイズまで破砕された破砕物Ｃは、開口孔２２より下方に落下する。

また、軸方向Ａに隣り合う延長部２４同士の間の空間Ｓからも破砕物Ｃが排出される。即ち、一対の回転刃３によって破砕された破砕物Ｃのうち、第二回転軸２の回転刃３によって掻き出される破砕物Ｃは、開口孔２２ではなく、空間Ｓより下方に落下する。
上述したように、第二回転軸２の下方には、スクリーンが設置されていないため、第二回転軸２の回転刃３によって掻き出される破砕物Ｃは、速やかに排出される。

また、本実施形態の破砕機１００においては、第一回転軸１が第二回転軸２よりも低速で回転する。これにより、回転軸１、２が同じ回転数で回転する場合と比較して、被処理物によりせん断力がかけられるため、被処理物の破砕効率が高い。

上記実施形態によれば、第二回転軸２側からは、スクリーンを通す必要のない破砕物Ｃが滞りなく破砕物が排出されるため、両方の回転軸１，２にスクリーンを設ける場合と比較して、被処理物Ｂの処理効率を向上させることができる。また、第二回転軸２側には、スクリーンが設置されないため、スクリーンに滞留する破砕物Ｃによって第二回転軸２にかかる負荷を低減することができる。
また、スペーサ１０と回転刃３との間をすり抜けた長尺状の被処理物をスクリーン２０上に滞留させることにより、長尺状の被処理物のすり抜けを防止することができる。

また、スクリーン２０が第二回転軸２よりも低速で回転する第一回転軸１の下方に設けられることによって、第二回転軸２と比較して負荷のかからない第一回転軸１の余剰動力を用いて、スクリーン２０上に滞留する破砕物Ｃの破砕を行うことができる。即ち、第一回転軸１を駆動する駆動装置５の駆動力をより効率的に使用することができる。
また、スクリーン２０がボルト２８のような締結部材を用いて固定されていることによって、スクリーン２０を容易に交換することができる。

なお、上記実施形態では、スクリーン２０が設けられる側の第一回転軸１の回転速度を第二回転軸２の回転速度よりも遅くしたが、これに限ることはなく、スクリーン２０が設けられる側の第一回転軸１の回転速度を第二回転軸２の回転速度よりも速くしてもよい。即ち、高速側の回転軸の下方にスクリーン２０を設置してもよい。
高速側の回転軸の下方にスクリーン２０を設置することによって、回転刃３とスクリーン２０の破砕突起２３による破砕がより速く行われるため、破砕効率が向上する場合がある。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の破砕機を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７、図８に示すように、本実施形態のスペーサ１０Ｂは、回転軸２と同軸状に取り付けられたベアリング３２と、ベアリング３２の外周面に回転軸２と同軸状に取り付けられた円筒形状のスペーサ本体３４と、を備えている。ベアリング３２と断面六角形状の回転軸２との間には、第二スペーサ３３が介在しているが、回転軸２においてベアリング３２が取り付けられる箇所の外周面をベアリング３２に合わせて円筒形状としてもよい。
即ち、本実施形態のスペーサ１０Ｂは、回転軸２に対して回転自在に取り付けられている。

本実施形態のスクリーン２０Ｂの延長部２４Ｂは、接続部２４ａにてスペーサ本体３４（スペーサ１０Ｂ）に接続されている。即ち、本実施形態のスペーサ１０Ｂとスクリーン２０Ｂの延長部２４Ｂとの間には、径方向の隙間が存在しない。

上記実施形態によれば、スクリーン２０Ｂの幅方向Ｙの他方の側辺を、強固に固定することができる。即ち、延長部２４Ｂが変形して回転刃３に接触することを防止することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、一対の回転軸１，２の回転速度を異ならせたが、回転軸１，２の回転速度は同じとしてもよい。
また、上記実施形態では、回転刃３を複数の分割された破砕刃７を有するものとしたが、破砕刃７が周方向に一体とされた回転刃３を用いてもよい。

１第一回転軸
２第二回転軸
３回転刃
５駆動装置
６刃受台
７破砕刃
９切刃部
１０，１０Ｂスペーサ
２０，２０Ｂスクリーン
２１スクレーパ
２２開口孔
２３破砕突起
２４，２４Ｂ延長部
２５ケーシング
２６ブラケット部
２７支持部材
２８ボルト
３０湾曲面部
１００破砕機
Ａ軸方向
Ｇ隙間
Ｌ１，Ｌ２回転軌跡
Ｙ幅方向（配列方向）

Claims

互いに平行に配置された一対の回転軸と、
各々の前記回転軸に軸方向に間隔をあけて取り付けられた複数の回転刃であって、一方の前記回転軸に取り付けられた回転刃と他方の前記回転軸に取り付けられた回転刃とが、前記回転軸の軸方向から見て回転軌跡を一部重ねて取り付けられた複数の回転刃と、
一方の前記回転軸に取り付けられた複数の前記回転刃の回転軌跡の外側で破砕物を受けて所定の大きさ以下の破砕物を落下させるスクリーンと、を備え、
前記スクリーンの前記一対の回転軸の配列方向の端部の少なくとも一部は、他方の前記回転軸に取り付けられた前記回転刃の回転軌跡よりも内周側に配置されている破砕機。
前記回転軸に前記回転刃と軸方向に交互に取り付けられている複数のスペーサを備え、
前記スクリーンは、前記スペーサの外周面まで延びている請求項１に記載の破砕機。
一方の前記回転軸の回転速度は、他方の前記回転軸の回転速度より低い請求項１又は請求項２に記載の破砕機。