JPH0420504Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、岩石、鉱石等を衝撃破砕する衝撃式
破砕機用打撃子に係り、特に打撃子の摩耗の減少
を図るとともに、摩耗した打撃部を容易に交換す
ることのできる衝撃式破砕機用打撃子に関する。

〔従来技術〕

衝撃式破砕機としては従来より幾つかの種類が
存在するが、例えば第９図ａ，ｂの概略図に示し
た衝撃式破砕機は、打撃子の摩耗を少なくするた
めに打撃子がロータに揺動自在に取り付けられ
た、いわゆるハンマクラツシヤを示すものであ
る。

この場合衝撃式破砕機１ａの側部上方に設置さ
れた原料供給口２ａより破砕室３ａ内に投入され
た原石は、主軸４の回りに回転するロータ５ａの
外周に一端が軸９ａにより揺動自在に取り付けら
れた打撃子６ａによつて衝撃破砕される。この打
撃子６ａに当たつて跳ね飛ばされた原石は下部よ
り排出される間に、更に回転して来る次の打撃子
６ａによつて一層細かく破砕される。

第９図ｃのようにロストル状の篩７ｂがロータ
５ｅのまわりに設置されている場合には、細かい
粒子のみが排出され、粗い粒子は打撃子６ｂによ
り、前記と同様、再破砕される。

上記のような従来の衝撃式破砕機の場合、一体
物として形成される打撃子６ａ，６ｂには、一般
に高クロム鋳鋼、または高マンガン鋳鋼やクロム
モリブデン鋳鋼のような硬質の金属材料が用いら
れている。

しかしながら、このような打撃子６ａ，６ｂで
は、一般に供給原石側に、より硬い鉱物等が含ま
れていることによつて、硬い供給原石との間で衝
撃が繰り返されると、第１０図ａ，ｂに２点鎖線
８ａで示すように順次摩耗していくこととなり、
ついには丸みを帯びた形状に変形し、破砕能力が
著しく低下する。

この状態で打撃子を廃棄するのは不経済である
との見地から、従来は、同図に示すように原料６
ａ，６ｂを表裏反転させて、２点鎖線８ｂで示す
摩耗を生じるまで使用を継続するとか、第１１図
のように原料供給口２ｃを中央に位置させると共
に、ロータ５ｃを正逆どちらでも回転できるよう
にし、打撃子を有効に使用していた。また第１２
図ａ，ｂのように、打撃子６ｄに硬い金属の替え
刃７ｄを嵌入して寿命を延ばす方法がとられるこ
ともあつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

上記のような衝撃式破砕機では、上記のような
いかなる方法がとられたとしても、金属材料を使
用するかぎり、その打撃子の耐摩耗性が不十分で
あつた。そのため打撃子先端が摩耗し丸みを帯び
ると、たちまち破砕効率が低下し産物粒度が粗く
なり、処理量も制限されるという問題点を有して
いた。

また、ロータの周囲に前述の篩が設けられてい
る場合は、摩耗した打撃子面と篩との間に原料が
食い込み、打撃子の引つ掻き摩耗が助長されると
共に、篩の目詰りの原因ともなつていた。

このような打撃子の摩耗に関する問題解決のた
め、金属材料よりも硬いセラミツク、超硬合金等
の超硬チツプを打撃面に取付けることが考えられ
が、これら高価な材料の種類と寸法、形状を無視
して、かかる耐摩片を単にロータに取付けるだけ
では、経済性に見合つた打撃子の寿命を確保する
ことは難しい。主として耐摩耗性を満足する材料
の選定と超硬チツプの形状を工夫することによつ
て超硬チツプの体積を減らす必要ある。

また、大幅に寿命が延びることによつて打撃子
本体母材の思わぬ場所が磨滅し、寿命が制限され
ることも考えなくてはならない。

従つて本考案は目的とするところは、上記のよ
うなロータに揺動自在に取付けられる打撃子に超
硬チツプを取付ける場合の経済性に見合い、且つ
打撃子全体としての摩耗の少ない構造を提供する
ことである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本考案が採用する主
たる手段は、その要旨とするところが、ケーシン
グ内部に、回転するロータを有し、そのロータ円
周上に打撃子取付け用の複数個の軸を固定し、そ
の軸に打撃子を揺動自在に取付け、ロータの回転
によつて高速で運動する打撃子に原料を衝突させ
て破砕する衝撃式破砕機用の打撃子において、ロ
ータの主軸方向に複数に分割された各打撃子に、
接合台を着脱可能に固設し、各接合台に超硬チツ
プを熱溶融により接合した点に係る衝撃式破砕機
用打撃子である。

〔実施例〕

続いて第１図乃至第８図を参照して、本考案を
具体化した実施例に付き説明し、本考案の理解に
供する。

ここに第１図ａ乃至ｆ、第２図ａ，ｂ，第３図
ａ，ｂ，第４図，第５図はそれぞれ本考案の一実
施例に係る打撃子を示す正面図（左）と側断面図
（右）、第６図は第１図ｄに示した打撃子の摩耗状
態を示す要部側面図、第７図はシミユレーシヨン
により得られた摩耗状態を示す概念図、第８図は
実験結果を示すグラフである。

尚、以下の実施例は、本考案を具体化した典型
例にすぎず、本考案の技術的範囲を限定する性格
のものではない。

第１図ａに示した打撃子１０ａでは、接合台１
１ａを打撃子本体１２ａ先端に着脱可能に固定
し、その接合台１１ａに超硬チツプ（以下チツプ
と記す）１３ａ（Ｋ２０またはＫ１０相当）をサ
ンドイツチ銀鑞を用いて熱溶融により接合したも
のである。打撃子本体１２ａと接合台１１ａの間
は段差を介して背面からのボルト１４ａの引き込
みにより固定し、上下のずれやボルト１４ａの緩
みが生じないようにした。熱溶融による接合手段
としては他にHIPを用いた加圧溶融接合、電子ビ
ーム、レーザ熱溶融等が考えられる。

同図ａはチツプ１３ａが摩耗しても上下反転し
て使用できるものを示す。

同図ｂはロータ半径方向に対しチツプ１３ｂに
厚さ分布を付けたもの。

同図ｃはチツプ１３ｃ及び接合台１１ｃと打撃
子本体１２ｃとで構成される空間１５ｃにデツド
ストツク１６ｃを形成しやすくし、打撃子本体１
２ｃを保護するようにしたもので、上下反転して
も使用できる。

同図ｄも同じ考えでチツプ１３ｄと接合台１１
ｄの空間１５ｄを利用し、デツドストツク１６ｄ
を作りやすくしたものである。

同図ｅは半径方向に分割されたチツプ１３ｅ，
１３ｅが相互に対称であるようにしたものであ
る。

同図ｆは同図ｂと同様チツプ１３ｆに厚さ分布
を持たせるとともに、チツプ１３ｆの打撃面を前
傾させて、破砕効率の向上を狙つたものである。

尚、図中１７は、各打撃子をロータに揺動自在
に支承する軸９を挿入するための軸受部である。

第２図乃至第５図は第１図の変形例である。第
２図ａに示したものはチツプ１３ｇをロータの主
軸４ａの方向に分割し、１つの接合台１１ｇに２
個接合したもので、上下反転して使用できる。

同図ｂは分割、接合は同図ａと同じであるが、
取付け用のボルト１４ｈの位置を下げ、ロータの
外周側から、半径方向のロータ中心に向かつて、
チツプ１３ｈが摩耗し、打撃子本体１２ｈの上面
も一緒に摩耗した場合に、打撃子本体１２ｈの寿
命の長期化を図つたものである。

第３図ａは、ロータの半径方向にチツプ１３ｉ
及び接合台１２ｉを分割したもので、各接合台１
１ｉを、上下反転また90°ずつ回転させることが
でき、上下の接合台１１ｉを入れ換えすることも
できるようにしたものである。

同図ｂはロータの半径方向および主軸方向に分
割したチツプ１３ｊを１つの接合台１１ｊに、同
時に接合したものを示す。

第４図は、チツプ１３ｋと接合台１１ｋの厚さ
（各t_c，t_n）比をt_c／t_n≦１／２として、鑞付け時
にチツプの表面に生ずる熱応力を軽減し、使用中
の割れを防ぐようにしたものである。

第５図に示したものは、ロータの半径方向に分
割されたチツプ１３，の間隔を、ロータ半径
方向のチツプ寸法より小さくし、その隙間にデツ
ドストツク１６を作りやすくして、接合台１１
を保護しつつ、高価なチツプ１３の使用量を
少なくしたものである。

前記第１図ａに示した実施例では、チツプ１３
_ｂの形状が回転ロータ外周ほどこの回転ロータの
円周方向の幅を広くした断面楔状となつている。
これにより破線で示すように摩耗するチツプ１３
ｂの寿命が延びる長所を有するが、かかる構造で
は、衝撃によるチツプの割れや欠けの面から許容
される限界形状がある。この点に付き第６図乃至
第８図を参照して、以下に説明する。

即ち、実際に衝撃式破砕機を運転した場合のチ
ツプや接合台における摩耗は、第６図に示すよう
に進行する。使用の初期の段階では、チツプ１３
ｂの先端角部が摩耗面ａのように摩耗し、それと
共に接合台１１ｂの頂部２２ｇも徐々に摩耗して
いく。

更に使用状態が継続されると、チツプ１３ｂの
先端部は、ｂ，ｃのように摩耗して行き、やがて
ｄで示すように摩耗面が接合台１１ｂとの接合面
２３ｇにまで達する。

この時、接合台１１ｂの頂部２２ｇは、d′のよ
うに元の頂部２２ｇに対していくぶん内側に入つ
た面まで摩耗する。これにより更に使用が継続さ
れると摩耗面はｅ及びe′へと進行していく。

第７図は原料の打撃頻度分布と粒度分布を考慮
して、原料がチツプに衝突した時に滑りによつて
失われる運動エネルギーが摩耗速度に比例するも
のとして理論的に摩耗形状の変化をシミユレーシ
ヨンによつて計算して得たもので、第６図に示し
た実際の摩耗形状の変化と良く合致している。

この実施例では、例えば第６図に示した接合面
２３ｇを２３g′（10°）や、２３g″（20°）のように
傾斜させたり、又は第１図ｆに示すようにチツプ
１３ｆの打撃面を傾斜させることにより、チツプ
の回転ロータ円周方向の幅を回転ロータ外周程広
くするようにしたものであるが、例えば上記第６
図のように摩耗面がｄの位置まで進行した状態を
考えた場合、上記摩耗面ｄの先端部から当該摩耗
面ｄに接して引いた接線ｆと、前記接合面とのな
す角度ψは、接合面２３を２３ｇ→２３g′→２３
g″（0°→10°→20°）のように変化させた時、ψ₀→
ψ₁
→ψ₂のように減少し、チツプの先端が鋭角とな
るので、その部分が薄くなつて欠けを生じやすく
なる。

このように超硬材料の使用量を節約するために
設定する接合面の角度（第８図におけるθ）は、
チツプの欠けや割れの発生に大きく影響を与え
る。

また、厚さｔのチツプに衝撃力Ｐで原料が衝突
した際、チツプの表面に発生する引張応力σは有
限要素法の解析によれば σ＝ｋ（Ｐ／t²） で表されるので、チツプの最小厚みｔ（第８図）
をある程度以上に薄くすると、チツプの割れが頻
発することになる。

このような点から上記最小厚さｔを２mm〜10mm
の範囲で、また接合面の傾斜面θを0°〜30°の範
囲で種々変化させたものの組み合わせによりチツ
プの試作品を作り、これによつてチツプの欠け具
合を実験してまとめたのが第８図である。この時
の実験条件は、回転ロータの周速を28m／ｓ、原
料寸法を50〜０mm、生産量を140t／ｈとした。

上記第８図において、●はチツプに使用に耐え
ない割れを生じたことを示し、△はチツプの端部
に実際の破砕運転には支障のない程度の欠けを生
じたことを示している。

また○は欠け及び割れの全く生じない条件を示
している。

第８図から明らかに理解されるように、接合面
の傾斜角度θを3°〜25°に設定すると共に、チツ
プの最小厚みｔを３mm程度に設定すると、境界部
分で多少の欠けが生じるものの十分に長期の使用
に耐え得るようなチツプが得られることがわかつ
た。

上記第８図に示された結果を更に詳しく分析す
ると、最小厚さｔが３mmにおいて、接合面の傾斜
角θを3°から25°まで変化させた場合、いずれも
多少の欠けが生じている。これはチツプの厚さ限
界に基づくもので、これらの場合の全ての欠けは
破砕面側に生じたものであつた。

また、接合面の傾斜角度θが25°の場合には、
チツプの厚さを３mmから７mmまで変化させた場
合、いずれも多少の欠けが発生した。これは前記
第６図に示した接線ｆと接合面とのなす角度ψが
鋭角となり、チツプ上段の接合面２３との接点に
応力集中が生じ、この部分に欠けが生じるためで
ある。

更に、最小の厚みを確保する限り接合面の傾斜
角θを多少傾けた方がチツプの最外周部の厚みが
大きくなるため、割れや欠けに対して有利であ
る。接合面の傾斜角θを3°とした場合、最小厚さ
ｔが３mm及び５mmで欠けを生じ、７mmで欠けを生
じなくなり、また上記傾斜角θが5°の場合、最小
厚さｔ＝３mmで欠けを生じ、５mm以上では欠けを
生じないのはこのような理由によるものと思われ
る。

従って、以上の実験例から割れや欠けを全く生
じないのは最小厚さｔが５mm以上で、且つ接合面
の傾斜面θが5°〜20°の範囲であることが明らか
となつた。

尚、上記実験において使用したチツプの材質は
K20であつた。

この実施例の場合、チツプの断面形状を回転ロ
ータの中心側から外周側に向かつてその円周方向
の厚みを大きくする方法としては、大別して第１
図ｂのように接合面を傾斜させる場合と、同図ｆ
のように衝撃面を傾斜させる場合が考えられる。

第１図ｂに示したものについては、既に述べた
ものであるが、第１図ｆに示した例では、接合面
が回転ロータの半径方向と一致しているので、チ
ツプの断面形状を第１図ｂと同じように扇型にし
た場合でも、摩耗面の接線と接合面とのなす角ψ
が第１図ｂに示すものよりも大きくなり、その分
欠けの生じる可能性が減少する。

但し、上記のように衝撃面を回転ロータ中心方
向に向けて傾斜させたために、この衝撃面に当た
つて跳ね飛ばされた岩石が回転ロータに取り付け
られた隣の打撃子母材頂部に衝突する可能性があ
り、その面から上記衝撃面の傾斜角度には制限が
ある。このような衝撃面の前傾角度は実験によれ
ば、例えば20°程度までは問題がないが、25°を越
えると隣接する打撃子の背面母材に摩耗が観察さ
れ、25°程度が限度であることがわかつた。

尚、上記実施例では、チツプの摩耗に対する寿
命を考慮したものであるが、チツプ先端の欠けや
割れを考慮する場合には、接合台に対するチツプ
の接合面を第７図に破線で示すように回転ロータ
半径方向に対して回転方向側へ例えば3°乃至25°
傾け、第６図における角度ψ₀を大きくすること
により、接合部先端に集中応力がかからないよう
にすることが望ましい。

またこのような応力集中を防止するには、例え
ば上記接合部先端に面取りを形成することも効果
的である。

尚、チツプ１３の材質としては、いわゆる超硬
合金の全てを含むものである。このような超硬合
金は、例えばタングステンカーバイドWCが母体
となつて、これにチタンカーバイドTiC、タンタ
ルカーバイドTaC、ニオビウムカーバイドNbC、
バナジウムカーバイドVC、モリブデンカーバイ
ドMo₂Ｃ、窒化チタニウムTiNなどが適量に混合
されたものが含まれ、結合剤としては、コバルト
Coがもつとも多く使用されている。

チツプ１３の材質として例えばK20（JIS Ｂ
4104）を選択することにより寿命比／コスト比＞
１を達成することができた。

この実施例に示した打撃子１０の場合、摩耗寿
命は従来の２７Cr鋳鉄製打撃子の６倍以上を得
た。

ただし、チツプ１３は脆弱材料である限り絶対
破損しないという保証はないので、あらかじめ岩
石強度、チツプ強度のワイブル分布を考慮した破
損確率計算で処理量に対する破損数を予想し、付
加試験などのプリーフテストにより破損するであ
ろうチツプを前もつて取り除くようにした。

これにより、使用中にチツプが不定期に破損す
るという不都合を回避でき取り除いたチツプの数
は数個と極めて少数であることも判つた。

一方産物の粒度分布はチツプ初期形状時、チツ
プ摩耗時共に一定しており、破砕能力の低下もな
いことが判つた。

〔考案の効果〕

ハンマークラツシヤのような衝撃式破砕機は、
原料が比較的小さく大きな外力がかからないた
め、チツプは欠損しにくいものの、脆性材料であ
り、強度にバラツキがあるので、上記のように破
損が皆無の保証はない。またチツプが摩耗して薄
くなつたり、ロータ外周部の接合端面まで摩耗が
進みシヤープエツヂを形成すると、チツプに割れ
や欠けを生ずる恐れがでてくる。そのために、あ
る程度チツプを厚くする必要があるが、チツプが
高価であるため使用量はできるだけ減らしたい。

本考案のように、チツプを自在に打撃子から着
脱できるようにしておけば、破損チツプのみを取
り替えたり、局部的な摩耗をローテイシヨン（チ
ツプの配置替え）によつて解消することができ
る。

また本考案では、従来の金属製打撃子に比べ寿
命が極端に延びるので、打撃子本体もしくは接合
台も次第に摩耗して使用に耐えなくなることを考
慮して寿命のバランスを考えたチツプの形状や取
付方の工夫もなされている。何よりもチツプの耐
摩耗性が打撃面の形状を初期に近い状態に保つの
で、破砕効率の低下が見られず、篩付きの場合は
目詰りも緩和され、摩耗寿命だけでなく機械の性
能向上も図ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ乃至ｆ、第２図ａ，ｂ、第３図ａ，
ｂ、第４図、第５図はそれぞれ本考案の一実施例
に係る打撃子を示すもので各図は左側に正面図、
右側に側断面図を示したもの、第６図は第１図ｄ
に示した打撃子の摩耗状態を示す要部側面図、第
７図はシミユレーシヨンにより得られた摩耗状態
を示す概念図、第８図は実験結果を示すグラフで
ある。また第９図ａは従来の衝撃式破砕機の側断
面図、同図ｂは一部断面を含む同正面図、同図ｃ
は他の従来の衝撃式破砕機を示す第９図ａ相当
図、第１０図ａ，ｂは第９図ｃに示した破砕機に
用いられる打撃子単体の側面図、第１１図は他の
従来の衝撃式破砕機の側断面図、第１２図ａ及び
ｂは更に他の従来の打撃子を示す側面図及び同図
ａにおけるＹ−Ｙ矢視断面図である。 符号の説明、１０……打撃子、１１……接合
台、１２……打撃子本体、１３……超硬チツプ、
１４……ボルト、１６……デツドストツク。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ ケーシング内部に、回転するロータを有し、
   そのロータ円周上に打撃子取付け用の複数個の
   軸を固定し、その軸に打撃子を揺動自在に取付
   け、ロータの回転によつて高速で運動する打撃
   子に原料を衝突させて破砕する衝撃式破砕機用
   の打撃子において、ロータの主軸方向に複数に
   分割された各打撃子に、接合台を着脱可能に固
   設し、各接合台に超硬チツプを熱溶融により接
   合した衝撃式破砕機用打撃子。 ２ 取付けるチツプ形状を概略正方形とした実用
   新案登録請求の範囲第１項に記載の衝撃式破砕
   機用打撃子。 ３ ロータ周方向のチツプ厚さをロータ外周側程
   厚くした実用新案登録請求の範囲第１項又は第
   ２項に記載の衝撃式破砕機用打撃子。 ４ ロータ半径方向に超硬チツプと接合台または
   打撃子母材面で構成される角部をデツドストツ
   クが形成されやすい形状とした実用新案登録請
   求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の
   衝撃式破砕機用打撃子。 ５ 接合台と打撃子の間に段差をつけ、接合台を
   打撃子に固定した実用新案登録請求の範囲第１
   項乃至第４項のいずれかに記載の衝撃式破砕機
   用打撃子。 ６ ロータ周方向の超硬チツプと接合台の厚さの
   比を１／２以下とした実用新案登録請求の範囲
   第１項乃至第５項のいずれかに記載の衝撃式破
   砕機用打撃子。 ７ ロータの主軸方向に複数に分割された各打撃
   子に接合台を着脱可能に固設し、各接合台に超
   硬チツプを熱溶融により接合し、更に超硬チツ
   プおよびまたは接合台をロータの半径方向にも
   複数に分割した実用新案登録請求の範囲第１項
   に記載の衝撃式破砕機用打撃子。 ８ 取付ける超硬チツプ形状を概略正方形とした
   実用新案登録請求の範囲第７項に記載の衝撃式
   破砕機用打撃子。 ９ ロータ周方向の超硬チツプ厚さをロータ外周
   側程厚くした実用新案登録請求の範囲第７項若
   しくは第８項に記載の衝撃式破砕機用打撃子。 10 ロータ半径方向に分割された超硬チツプが相
   互に対称であり、反転使用可能とした実用新案
   登録請求の範囲第７項乃至第９項のいずれかに
   記載の衝撃式破砕機用打撃子。 11 ロータ周方向の超硬チツプ厚さを打撃子先端
   側程厚くした実用新案登録請求の範囲第10項に
   記載の衝撃式破砕機用打撃子。 12 ロータ半径方向に分割された超硬チツプ間の
   半径方向のすきまを超硬チツプの半径方向の寸
   法より小さくし、そのすきまにデツドストツク
   を形成させ易くし、接合台を保護するようにし
   た実用新案登録請求の範囲第10項若しくは第11
   項に記載の衝撃式破砕機用打撃子。