JP6382177B2 - 剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機 - Google Patents

Description

本発明は、剪断作用で被破砕物を破砕する剪断式破砕機の切断刃に関し、特に、刃物取付台に刃物取付用ボルトによって着脱可能に固定される切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機に関するものである。

従来、この種の剪断式破砕機として、例えば、二軸剪断式破砕機があり、二軸剪断式破砕機は、並設される２本の回転軸を備え、これら回転軸のそれぞれに軸方向に回転刃とスペーサとを交互に装着し、これら回転軸に装着された互いの回転刃とスペーサとを向かい合わせで噛み合わせるようにして構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１０−２６９２６１号公報

二軸剪断式破砕機においては、２本の回転軸に装着された回転刃を互いに内向きに回転させることにより、噛み合わされた互いの回転刃とスペーサとの間で被破砕物を剪断して破砕を行うようにされており、廃棄物処理、再資源化における前処理工程で主に減容・粒度調整を目的として使用される。
破砕対象は、例えば、可燃粗大ごみや不燃粗大ごみ、タイヤ、袋ごみ、ベール品などの圧縮梱包品、家電、木材、シート状物、プラスチック品など多岐にわたる。

回転刃は、回転軸の四角軸部が嵌挿される嵌合孔を有するとともに外形が略六角形状で外周に６つの刃物取付面を有する刃物取付台と、刃物取付台における刃物取付面に刃物取付用ボルトによって着脱可能に固定される６つの着脱式の切断刃とを備えて構成されている。

図６に示されるように、切断刃１０１Ａにおける取付基部１０２には、切断刃１０１Ａと刃物取付台１０９とを締結する刃物取付用ボルト１１０が差し込まれるボルト差込孔１２０が設けられている。
ボルト差込孔１２０は、座繰り孔部１２０ａとボルト軸部挿通孔部１２０ｂとにより構成されている。
座繰り孔部１２０ａは、切断刃１０１Ａで被破砕物を破砕する際に被破砕物との摩擦によって刃物取付用ボルト１１０の頭部１１０ａ（以下、単に「ボルト頭部１１０ａ」と称する。）が摩耗するのを防ぐために設けられるもので、ボルト頭部１１０ａが埋没するまで挿入可能な段付き丸孔形状で、ボルト頭部１１０ａの外周面と対向する周壁面１２１及びボルト頭部１１０ａが座金１２２を介して座る座面１２３を有している。

座繰り孔部１２０ａにおける周壁面１２１と座面１２３との間の角部には、座繰り加工時に必然的に生じる角丸部１２４Ａが形成され、角丸部１２４Ａと座金１２２とが干渉しないように設計されている。

ところで、座繰り孔部１２０ａの径寸法（図６中記号Ｄ１矢印寸法）を大きくすると、刃幅が既に決まっている切断刃１０１Ａの場合、切断刃１０１Ａにおける座繰り孔部１２０ａが設けられている部分の刃幅方向の肉厚が薄くなってしまう。
こうなると、負荷のかかる被破砕物を破砕した場合に、切断刃１０１Ａの破損を招き易くなるため、座繰り孔部１２０ａの径寸法を極力小さくするようにしている。
このとき、座繰り孔部１２０ａにおける角丸部１２４Ａの曲率半径を大きくすると、座金１２２が角丸部１２４Ａと干渉してしまい、ボルト頭部１１０ａの座りが悪くなり、刃物取付用ボルト１１０の締付力が確実に伝わらないため、取付不良による切断刃１０１Ａの破損や刃物取付用ボルト１１０の破損などが引き起こされる可能性がある。
したがって、角丸部１２４Ａの曲率半径は非常に小さい値に設定せざるを得ない。

このため、従来の切断刃１０１Ａでは、被破砕物の性状や破砕時の負荷状況によっては角丸部１２４Ａの曲率半径が非常に小さいことによる応力集中が原因で、座繰り孔部１２０ａの座面１２３から亀裂が生じて破損してしまうことがあるという問題があった。

なお、上記亀裂の発生を未然に防ぐために、図７に示される切断刃１０１Ｂのように、前述した角丸部１２４Ａの曲率半径を大きくした角丸部１２４Ｂを採用することも考えられるが、この場合、座繰り孔部１２０ａの径寸法を大きくする必要があり（図７中記号Ｄ２（＞Ｄ１）矢印寸法）、前述したように、刃幅の制約があることから、切断刃１０１Ｂにおける座繰り孔部１２０ａが設けられている部分の刃幅方向の肉厚が薄くなってしまうため、破砕時の衝撃力や剪断力に耐えるだけの強度を確保できなくなり、切断刃１０１Ｂの破損を引き起こす可能性があるため得策ではない。

本発明は、上記従来の剪断式破砕機の切断刃の有する問題点に鑑み、破砕時の衝撃力や剪断力に耐え得るだけの強度を確保しつつ座繰り孔部の応力集中を低減することができる剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の剪断式破砕機の切断刃は、刃物取付用ボルトによって刃物取付台に着脱可能に固定され、刃物取付用ボルトの頭部の外周面と対向する周壁面及び該頭部を座らせるための座面とを有する座繰り孔部を備える剪断式破砕機の切断刃において、座繰り孔部における周壁面と座面との間の角部に、凹円弧面を有する凹溝を、該凹溝の凹円弧面の接線方向と座面とが一致し座面と面一に連続するとともに、周壁面側に切り込むようにした凹溝の深さが凹円弧面の曲率半径の大きさとなるように形成してなることを特徴とする。

この場合において、凹溝は、凹円弧面と周壁面との間で周壁面に対し鈍角をなすように傾斜が付された傾斜面を有するものとすることができる。

次に、本発明の剪断式破砕機は、本発明の剪断式破砕機の切断刃を備えることを特徴とする。

本発明の剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機によれば、座繰り孔部における周壁面と座面との間の角部に、座面と連続する凹円弧面を有する凹溝を形成することによって、座繰り孔部の径寸法を大きくすることなく、凹円弧面の曲率半径の寸法を座繰り孔部への応力集中を低減するのに必要十分な大きさの値に設定することができ、切断刃における座繰り孔部が設けられている部分の刃幅方向の肉厚を薄くすることなく座繰り孔部の応力集中が緩和されるので、破砕時の衝撃力や剪断力に耐え得るだけの強度を確保しつつ座繰り孔部の応力集中を低減することができる。

また、凹溝は、凹円弧面と周壁面との間で周壁面に対し鈍角をなすように傾斜が付された傾斜面を有するものとすることにより、凹円弧面から周壁面への形状変化が傾斜面によって緩やかなものとされるので、座繰り孔部の応力集中をより低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る剪断式破砕機の切断刃を具備する二軸剪断式破砕機を模式的に示す平面図である。 同切断刃を組み立てて構成される回転刃を示す図で、（ａ）は一部を破断して表わす側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視要部拡大図である。 図２（ａ）のＢ部拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る剪断式破砕機の切断刃の一部破断要部拡大図である。 本発明の第１の実施形態に係る剪断式破砕機の切断刃の変形例の一部破断要部拡大図である。 比較例１に係る剪断式破砕機の切断刃の一部破断要部拡大図である。 比較例２に係る剪断式破砕機の切断刃の一部破断要部拡大図である。 比較例３に係る剪断式破砕機の切断刃の一部破断要部拡大図である。 比較例４に係る剪断式破砕機の切断刃の一部破断要部拡大図である。

次に、本発明の剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

〔第１の実施形態〕
＜二軸剪断式破砕機の概略説明＞
図１に示される二軸剪断式破砕機１は、上下方向に開放された開口部２ａを有するケーシング２と、ケーシング２の開口部２ａにおいて互いに平行をなすように並設され、ケーシング２に両端部が回転可能に支持される２本の回転軸３とを備えている。
ケーシング２の上方には、図示されないホッパが配設されており、このホッパを介して開口部２ａ内に被破砕物を投入することができる。
各回転軸３には、図示されない動力伝達機構を介して、例えば、電動機又は油圧モータ等の駆動機４が接続されており、２本の回転軸３の回転数を自由に設定・変更できるのは勿論のこと、２つの駆動機４の同期運転により、２本の回転軸３を同期させて回転させることができる。
なお、２本の回転軸３を、例えば、歯車伝動機構等により連動して回転させるようにし、これら回転軸３の一方にのみ動力伝達機構を介して駆動機４を接続し、１つの駆動機４の作動によって２本の回転軸３を同時に回転させるようにしてもよい。

各回転軸３には、軸方向に回転刃５とスペーサ６とが所要個数交互に装着され、２本の回転軸３に装着された互いの回転刃５とスペーサ６とが向かい合わせで噛み合うように各回転軸３に対する回転刃５及びスペーサ６の配置や２本の回転軸３の軸間距離等が定められるとともに、軸方向にスペーサ６の厚み分ずれた状態で対向（以下、「オフセット対向」と称する。）する回転刃５における互いの側面間の軸方向隙間が被破砕物の縦切りを行う上で適正な範囲となる大きさに定められている。

二軸剪断式破砕機１においては、オフセット対向する複数の回転刃５が互いに内向きに回転するように駆動機４で２本の回転軸３を回転させることにより、ケーシング２の開口部２ａ内に投入された被破砕物をオフセット対向する複数の回転刃５間に引き込んで横切りするとともに、相互の回転刃５の側縁部で被破砕物を縦切りして、被破砕物を破砕することができるようになっている。
なお、破砕処理された処理物は、ケーシング２の下方に配設される図示されないベルトコンベヤ等の搬送装置により、所定の場所へと搬送される。

次に、回転刃５について図２（ａ）及び（ｂ）並びに図３を用いて以下に説明する。

図２（ａ）に示されるように、回転刃５は、回転軸３の四角軸部３ａが嵌挿される嵌合孔７を有するとともに外形が略六角形状で外周に６つの刃物取付面８を有する刃物取付台９と、刃物取付面８に刃物取付用ボルト１０によって着脱可能に固定される６つの着脱式の切断刃１１Ａとを備えて構成されている。

＜着脱式の切断刃の説明＞
着脱式の切断刃１１Ａは、刃物取付面８に面接触可能な取付基部１２と、取付基部１２から回転刃５の径方向外側に突出して回転刃５の回転方向（図２（ａ）中記号Ｃ矢印方向）に尖り、かつ回転軸３の軸方向に沿う刃幅方向に刃先が連続する刃部１３とを備えて構成されている。
なお、刃物取付面８には、回転刃５の回転方向に向かって後部位置に、回転刃５の径方向外側に突出するように係止凸部１４が形成される一方、切断刃１１Ａの取付基部１２には、係止凸部１４と係合する係止段部１５が形成され、係止凸部１４と係止段部１５とを係合させて破砕反力を受けるようにしている。

図２（ｂ）に示されるように、切断刃１１Ａにおける取付基部１２には、刃物取付用ボルト１０が差し込まれる２つのボルト差込孔２０が、回転刃５の回転方向（図２（ｂ）中記号Ｃ矢印方向）に所定間隔を設けて形成されている。

図３に示されるように、ボルト差込孔２０は、刃物取付用ボルト１０の頭部１０ａ（以下、「ボルト頭部１０ａ」と称する。）が埋没するまで挿入可能な座繰り孔部２０ａと、刃物取付用ボルト１０の軸部１０ｂが挿通されるボルト軸部挿通孔部２０ｂとにより構成されている。

座繰り孔部２０ａは、切断刃１１Ａで被破砕物を破砕する際に被破砕物との摩擦によってボルト頭部１０ａが摩耗するのを防ぐために設けられるもので、ボルト頭部１０ａの外周面と対向する周壁面２１及びボルト頭部１０ａが座金２２を介して座る座面２３を有する段付き丸孔形状とされ、周壁面２１と座面２３との間の角部には、座面２３と面一で連続する凹円弧面２４Ａを有する断面が略半円形で座繰り孔部２０ａの周方向に連続する円環状の凹溝２５Ａが形成されている。
ここで、座面２３のボルト頭部１０ａが座金２２を介して座る面は、平坦な面に形成し、この平坦な面に形成し部分の径寸法を、座繰り孔部１２０ａの径寸法Ｄ１と同一寸法になるようにしている。

＜二軸剪断式破砕機の破砕動作の説明＞
以上に述べたような切断刃１１Ａを備える二軸剪断式破砕機１においては、オフセット対向する複数の回転刃５が互いに内向きに回転するように駆動機４で２本の回転軸３を回転させることにより、オフセット対向する複数の回転刃５における切断刃１１Ａの互いの側縁部で被破砕物を縦切りするとともに、各回転刃５における切断刃１１Ａの刃部１３の刃先で被破砕物を横切りする。

＜作用効果の説明＞
第１の実施形態の切断刃１１Ａ及びそれを具備する二軸剪断式破砕機１によれば、座繰り孔部２０ａにおける周壁面２１と座面２３との間の角部に、座面２３と連続する凹円弧面２４Ａを有する凹溝２５Ａを形成することによって、座繰り孔部２０ａの径寸法を大きくすることなく、凹円弧面２４Ａの曲率半径の寸法を座繰り孔部２０ａへの応力集中を低減するのに必要十分な大きさの値に設定することができ、切断刃１１Ａにおける座繰り孔部２０ａが設けられている部分の刃幅方向の肉厚（図２（ｂ）中記号ｔ寸法で示される厚み）を薄くすることなく座繰り孔部２０ａの応力集中が緩和されるので、破砕時の衝撃力や剪断力に耐え得るだけの強度を確保しつつ座繰り孔部２０ａの応力集中を低減することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係る剪断式破砕機の切断刃１１Ｂについて、図４を用いて以下に説明することとする。
なお、第２の実施形態において、先に述べた第１の実施形態と同一又は同様のものについては、図に同一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することとし、以下においては、第２の実施形態に特有の部分を中心に説明することとする。

先に述べた第１の実施形態の切断刃１１Ａでは、座繰り孔部２０ａにおける周壁面２１と座面２３との間の角部に、座面２３と面一で連続する凹円弧面２４Ａのみを有する凹溝２５Ａを形成するようにされているのに対し、第２の実施形態の切断刃１１Ｂにおいては、座繰り孔部２０ａにおける周壁面２１と座面２３との間の角部に、上記の凹円弧面２４Ａと同様であるが弧長がやや短い凹円弧面２４Ｂと、凹円弧面２４Ｂと周壁面２１との間で周壁面２１に対してなす狭い方の角と広い方の角のうち狭い方の角が鈍角（本例では１５０°）をなすように傾斜が付された傾斜面３０とを有する凹溝２５Ｂを形成するようにされている。
座繰り孔部２０ａにおいては、周壁面２１と座面２３との間に傾斜面３０を設けることにより、傾斜面３０が設けられた部分が、座繰り孔部２０ａに対する刃物取付用ボルト１０の抜き方向に進むに従って、座繰り孔部２０ａの中心を通る中心線に向けて近づくように傾斜する部分円錐面状に形成されている。

第２の実施形態の切断刃１１Ｂによれば、第１の実施形態の切断刃１１Ａと同様の作用効果を得ることができるのは勿論のこと、凹円弧面２４Ｂと傾斜面３０とを有する凹溝２５Ｂを採用する構成によって、凹円弧面２４Ｂから周壁面２１への形状変化が傾斜面３０によって緩やかなものとされるので、座繰り孔部２０ａの応力集中をより低減することができる。

次に、本発明の剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機のより具体的な実施例について説明するが、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
図３に示される第１の実施形態に係る切断刃１１Ａにおいて、座繰り孔部２０ａの径寸法をＤ１、凹円弧面２４Ａの曲率半径をＲ１とし、凹溝の深さをｄ１すると、ｄ１≒Ｒ１とした場合のものを実施例１とした。

＜実施例２＞
図４に示される第２の実施形態に係る切断刃１１Ｂにおいて、実施例１と同様に、座繰り孔部２０ａの径寸法はＤ１であるが、凹円弧面２４Ｂの曲率半径がＲ１よりもやや小さいＲ２で、凹溝２５Ｂの深さｄ２がｄ１よりも小さく、ｄ２≒Ｒ２であり、周壁面２１と傾斜面３０とがなす狭い方の角と広い方の角のうち狭い方の角度θを約１５０°程度とした場合のものを実施例２とした。

＜実施例３＞
第１の実施形態に係る切断刃１１Ａの変形例を示す図５の切断刃１１Ｃにおいて、凹円弧面２４Ｃの曲率半径をＲ２よりも更に小さいＲ３し、凹溝２５Ｃの深さｄ３≒Ｒ３とした場合のものを実施例３とした。

＜比較例１＞
図６に示される従来の切断刃１０１Ａにおいて、座繰り孔部１２０ａの径寸法をＤ１、角丸部１２４Ａの曲率半径を極めて小さなｒ１とした場合のものを比較例１とした。

＜比較例２＞
図７に示される従来の切断刃１０１Ｂにおいて、角丸部１２４Ｂの曲率半径をｒ１よりも大きいｒ２とし、これに伴い座繰り孔部１２０ａの径寸法がＤ１よりも大きいＤ２となった場合のものを比較例２とした。

＜比較例３＞
図６に示される比較例１のものにおいて、図３に示される実施例１と同様の凹溝２５Ａを形成するための加工を行う際に、図８に示されるように、曲率半径ｒ１の角丸部１２４Ａが残存し、凹円弧面２４Ａの曲率半径は実施例１におけるそれと同じであるが、凹溝２５Ａの深さがｄ１よりも小さいｄ４の場合のものを比較例３とした。

＜比較例４＞
図６に示される比較例１のものにおいて、図３に示される実施例１のものと同様の凹溝２５Ａを形成するための加工を行う際に、図９に示されるように、曲率半径ｒ１の角丸部１２４Ａが残存し、凹円弧面２４Ａの曲率半径は実施例１におけるそれと同じであるが、凹溝２５Ａの深さがｄ４よりも小さいｄ５とした場合のものを比較例４とした。

実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例４について、以下の条件で荷重が作用する場合の衝撃荷重について解析ソフトを用いて計算し、座繰り孔部２０ａ，１２０ａにおける周壁面２１，１２１と座面２３，１２３との間の角部に生じる最大応力を求めた。
＜条件＞
刃幅：７５ｍｍ
組立時の刃物先端径（回転刃の直径）：６５０ｍｍ
フック先端部円周方向荷重： ２００ｋＮ
フック先端部軸方向荷重：２００ｋＮ

ここで、フック先端部円周方向荷重とは、例えば、図２（ａ）に示される回転刃５において、切断刃１１Ａにおける刃部１３の先端部に対し、回転刃５の回転方向（図２（ａ）中記号Ｃ矢印方向）とは逆方向に作用する荷重（横切りの際に主として作用する荷重）のことであり、フック先端部軸方向荷重とは、切断刃１１Ａの刃部１３の先端部に対し、回転軸３の軸方向と平行な刃幅方向（図２（ａ）において紙面を垂直に貫く方向）に作用する荷重（縦切りの際に主として作用する荷重）のことである。

上記の解析ソフトを用いた計算結果が以下の表１に示されている。

表１から明らかなように、図３、図４及び図５に示される実施例１、実施例２及び実施例３のものでは、座繰り孔部２０ａにおける周壁面２１と座面２３との間の角部に凹溝２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを形成することにより、座繰り孔部２０ａの応力集中を従来よりも大幅に低減することができ、刃物破損を防ぐことができる。
特に、傾斜面３０を有する凹溝２５Ｂを設けた実施例２のものでは、フック先端部円周方向荷重による応力集中のみならず、フック先端部軸方向荷重による応力集中も顕著に低減することができる。
また、実施例１、実施例２及び実施例３のものでは、座繰り孔部２０ａの径寸法が比較例１の座繰り孔部１２０ａの径寸法と同じであり、破砕時の衝撃力や剪断力に耐え得るだけの強度を従来と同様に確保しつつも座繰り孔部２０ａの応力集中を従来よりも低減することができる。

図７に示される比較例２のものでは、角丸部１２４Ｂの曲率半径が図６に示される比較例１の角丸部１２４Ａの曲率半径よりも大きいので、応力集中を低減することができるが、刃幅は比較例１のものと同じであるから、切断刃１０１Ｂにおける座繰り孔部１２０ａが設けられている部分の刃幅方向の肉厚が薄くなるため、座繰り孔部１２０ａの応力集中は低減できても、かかる薄肉部分の強度不足に起因して刃物破損の可能性が新たに発生することになる。
図８及び図９に示される比較例３及び比較例４のものについては、曲率半径ｒ１の角丸部１２４Ａが残存しているため、応力集中低減効果が低い。したがって、図３、図４及び図５に示される実施例１、実施例２及び実施例３のものにおいて、座面２３と凹円弧面２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃとが段差なく面一で連続することが重要であることが分かる。

以上、本発明の剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機について、複数の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。

より具体的には、例えば、本発明の剪断式破砕機の切断刃の構成を、二軸剪断式破砕機以外の剪断式破砕機に適用したり、第１の実施形態の切断刃１１Ａにおける、凹円弧面２４Ａを有する凹溝２５Ａに代えて、座繰り孔部２０ａへの応力集中の低減効果が必要十分に図れるのであるならば、図５に示される当該切断刃１１Ａの変形例に係る切断刃１１Ｃのように、必要最小限の大きさの曲率半径である凹円弧面２４Ｃを有し、必要最小限の深さに設定された凹溝２５Ｃを採用する等、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。

本発明の剪断式破砕機の切断刃及びそれを具備する剪断式破砕機は、破砕時の衝撃力や剪断力に耐え得るだけの強度を確保しつつ座繰り孔部の応力集中を低減することができるという特性を有していることから、比較的破砕負荷が高い被破砕物を破砕する用途に好適に用いることができ、産業上の利用可能性が大である。

１ 二軸剪断式破砕機（剪断式破砕機）
９ 刃物取付台
１０ 刃物取付用ボルト
１１Ａ〜１１Ｃ 切断刃
２０ ボルト差込孔
２０ａ 座繰り孔部
２１ 周壁面
２３ 座面
２４Ａ〜２４Ｃ 凹円弧面
２５Ａ〜２５Ｃ 凹溝
３０ 傾斜面

Claims (3)

1. 刃物取付用ボルトによって刃物取付台に着脱可能に固定され、刃物取付用ボルトの頭部の外周面と対向する周壁面及び該頭部を座らせるための座面とを有する座繰り孔部を備える剪断式破砕機の切断刃において、座繰り孔部における周壁面と座面との間の角部に、凹円弧面を有する凹溝を、該凹溝の凹円弧面の接線方向と座面とが一致し座面と面一に連続するとともに、周壁面側に切り込むようにした凹溝の深さが凹円弧面の曲率半径の大きさとなるように形成してなることを特徴とする剪断式破砕機の切断刃。
2. 凹溝は、凹円弧面と周壁面との間で周壁面に対し鈍角をなすように傾斜が付された傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の剪断式破砕機の切断刃。
3. 請求項１又は２記載の剪断式破砕機の切断刃を備えることを特徴とする剪断式破砕機。

Images