JPS587342B2 - 剪断破砕機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般産業用廃棄物、特に都市ごみなどの如く
、品質や形状や寸法が一定していない固形物を剪断作用
などにて破砕する剪断破砕機に関するものである。

従来例えば都市ごみを処理するに当り通常破砕を行なう
が、破砕することにより次の如き利点を生ずる。

（１）見掛比重の増加により、破砕物の取扱い、運搬が
容易になり、かつ又貯蔵、埋立のスペースが小さくなる
。

（２）表面積の増加により燃焼効率が向上し、かつ又溶
解、腐食等化学変化の反応速度が早い。

（３）各種材料の分別を可能とする。

（４）廃棄物の性状、形状が均一になり安定した燃焼が
行なわれ、かつ又、埋立、高速堆肥化にも有効となる。

尚、特に流動床焼却炉にて焼却を行なう場合、必要不可
欠のものである。

従来この種の装置にはいろいろな種類があるが、大別す
ると次の様になる、すなわち機能面からは（１）衝撃式
破砕機 （２）剪断式破砕機 （３）圧縮式破砕機 （４）以上の機能を組合せた破砕機 一方、形式、構造面からは次の様に分類できる。

（１）回転式破砕機 （２）往復動式破砕機 （３）その他 ここで、往復動式破砕機は、いわゆる油圧駆動のギロチ
ンタイプに代表される形式であり、圧縮式破砕機はキャ
タピラ式やプッシュ式に代表される形式で、いずれも建
築廃材等の粗大ごみ用として開発されたものであり一般
都市ごみ用、特に流動床焼却炉の前処理機としては破砕
粒度が大きく不適当である。

従って現在製作されている都市ごみ用破砕機はほとんど
すべて回転式であり、衝撃式、剪断式、衝撃剪断複合式
の３つの形式に大きく分けられる。

その中で衝撃のみの形式のものは、脆性物の破砕にはよ
いが、ヒモ、布類やフイルム等の延性物は破砕できない
という欠陥がありこれも一般都市ごみ用の前処理機とし
ては適当ではない。

よって現状では剪断式と衝撃剪断複合式の２つの形式が
主流となっている。

前記剪断式と複合式の２つの形式にもそれぞれ一長一短
があり、用途に応じて使い分けている。

複合式は冷蔵庫やテレビ等の粗大ごみの破砕もできるた
め対象物の物性、形状に関係なくほとんどすべてのもの
が高速で破砕できるという長所を有するが、馬力が過大
なこと、ハンマー等の摩耗が激しいこと、ハンマーにヒ
モ、布類が巻きつくこと、騒音、振動が大きいこと、粉
塵対策が必要なこと、及び危険物が入ってきた時に爆発
の危険があること等、取扱いに面倒なことが多い。

それに比べて剪断式は粗大ごみの破砕には不適当だが低
速回転で衝撃作用が少ないため、騒音、振動が少なく粉
塵対策も不要である。

又破砕産物の寸法が回転刃の幅によって決まるため微破
砕はできないが回転する刃で切って破砕するため脆性材
でも延性材でも間違いなく破砕でき、更に大きな長所は
馬力が前記複合式の１／３以下で済むということである
。

しかしながらこの回転剪断式破砕機には金属片等の異物
が混入した場合に回転刃が折損することがあるという大
きな欠点があり、又噛込挟角が大きすぎて円滑な剪断破
砕を行なうことが困難であった。

本発明はこの欠点を除去するため回転剪断式破砕機の回
転刃に新しい剪断機能を与えるような刃形にすることに
より回転刃の折損がなくなり、かつ又馬力も大幅に低減
することができ円滑な剪断が行なえるというすぐれた破
砕機を提供するものである。

即ち、従来のものの例を示せば、第１図及び第２図の二
軸回転式剪断破砕機は平行な二本の回転軸１，２が矢印
の如く互に逆向きに（上側において互に内向きに）回転
し、回転軸１，２に取り付けられている回転刃３，４の
側面エッジが互に噛み合って投入された材料を剪断破砕
するものであり、同時に回転刃３と４との間の圧縮力に
よっても破砕を行なうようになっている。

５は投入口、７，８はツメ、９はケーシングである。

第３図は、上記の例において、回転軸１，２が互に逆回
転して対向する噛合状の回転刃３，４の側面エッジで破
砕対象物を破砕する場合の破砕原理を示す説明図である
。

第３図において、供給された破砕対象物には回転刃３の
半径方向の力、即ち噛込みによって生ずる接触力Ｐ、及
び破砕対象物６と回転刃４の表面との接線方向の力、即
ち接触力によって生ずる摩擦力Ｆ１の２種類の力が働く
。

摩擦力Ｆは破砕対象物と回転刃４の表回との摩擦係数μ
と接触力Ｐとの積即ちＦ＝μＰで表わされる。

接触力Ｐ及び摩擦力Ｆをそれぞれ垂直の方向に分力する
と、 Ｂ＝Ｐｓｉｎβ Ａ＝Ｆ．ｃｏｓβ＝μＰｃｏｓβ となる。

回転刃４において破砕対象物６を噛込むためにはＡの垂
直分力はＢの反力より大きくなければならない。

即ち噛込条件はμＰｃｏｓβ＞Ｐｓｉｎβ ｔａｎβ＜μ ■ となる。

式■において回転刃４と破砕対象物６との摩擦係数μは
破砕対象物６が都市とみてありあらゆるものが混入して
くるため一様ではないが、大体μ＝０．２〜０．６程度
と考えられる。

この時の噛込挟角２βはμ二０．２のとき２β＝２２．
６°、μ二０．６のとき２β＝６１．９°となる。

よって噛込挟角２βは破砕対象物６の種類により大体２
２°〜６２°程度のものであると考えられる。

ここで第３図をみると噛込挟角２βは９０°近い角度に
、なっており、このような円板形のままの回転刃３，４
では破砕対象物６は逃げるばかりで破砕されないという
ことがわかる。

そのため別にプツシャー機構を設けたり、第１図に示す
回転刃３，４のようなツメ７，８を付けて押し込むよう
な機能を設けている。

第４図は処理能力の向上のためにツメ７，８を４個設け
た回転刃３，４を示し、第５図は更にツメ７，８を６個
設けた回転刃３，４を示す。

ツメ７，８の個数を増すことにより回転刃３，４の１回
転当りの剪断機能が増え、処理能力は増えるが、噛込挟
角はいぜんとして小さくすることはできない。

そのため、ツメ７，８によって引掛けてきた破砕対象物
６を強制的に剪断破砕することになり、剪断作用として
はゴツンゴツンという衝撃を伴った強制剪断破砕のよう
な機能となる。

厨介類のような一般とみてあれば上記のような多少の衝
撃が回転刃３，４に加わっても特に問題はないが本類等
の積層物、ウエスの固り等は時には剪断されないでモー
ターが停止したり、金属片等のような破砕困難物が混入
するとツメはガツンという衝撃を受けて停止するととも
に時には回転刃３，４がバラバラに折損してしまうこと
が度々生ずる。

折損の大きな原因としては衝撃作用がツメ７，８を折曲
げようとする方向に働き、キイ溝の切欠係数の影響等と
共に亀裂を発生せしめ折損へ導くものと考えられる。

このように従来のものは重大な欠点を有するものであっ
た。

本発明は、従来のものの上記の欠点を除き、強制的な剪
断を行なわず、円滑にかつ連続的に剪断を行ない、衝撃
、破損などの事故を未然に防止することができる剪断破
砕機を提供することを目的とするものである。

また本発明は、次の如き従来のものの欠点を除くことも
第２の目的としている。

即ち、上述の如き従来のものにおける回転刃３，４のツ
メ７，８には異物を噛んだ蒔に過大な衝撃が加わり、ツ
メ７，８を折り曲げようとする方向に過大な力が作用す
るため回転刃３，４の刃の部分のみを交換容易なように
分割してボルト止めしようとしてもボルトでは強度がほ
とんど不足するため、不可能であった。

そのため一転刃３，４は耐摩耗性、靭性の優れている高
価な材質のもので一体物として作らざるを得なかった。

そして前記回転刃３，４が折損したり、摩耗して交換す
る場合には、破砕機のシャフトを取り出し回転刃３，４
を順次抜き出して交換しなければならないという欠点が
あった。

本発明は、取り付けボルトに力がかからぬよう構成する
ことにより、上記の欠点を除き、回転刃の剪断刃の部分
が着脱可能となる剪断破砕機を提供することも第２の目
的とするものである。

本発明は、平行にして互に逆方向に回転する二本の回転
軸にそれぞれ対称的に正六角形板状の回転刃が設けられ
、該両回転刃は直線状のエッジを有し互に噛み合う場合
の剪断力と圧縮力により破砕対象物を破砕するよう形成
された剪断破砕機において、両回転刃の剪断作用に、お
ける噛込が直線状エッジで行なわれ、この直線状エッジ
に続いて頂点より後方にずれた位置に爪突起をそれぞれ
設けたことを特徴とする剪断破砕機である。

本発明を実施例につき図面を用いて説明すれば、第６図
における回転刃３及び４は、回転軸１，２にそれぞれ対
称的に設けられた正六角形板状の回転刃で、直線状のエ
ツジ３′，４′で剪断作用を噛込挟角６０°以下、好ま
しくは４５°以下で序々に０゜に向って剪断作秦を行な
い、正六角形刃の頂点αより後方にずれた位置に設けた
突起であるツメ７及び８で破砕対象物６を効果的にガイ
ドしながらハサミで紙類を切る如く滑らかに、かつ連続
的に剪断作用を行なうことができるように構成したもの
である。

ａ及びｂは軸心距離Ｌで配置された２つの回転軸１，２
の軸心を示し、Ｓ点は剪断作業開始点を示すものである
。

第７図は剪断力を与えるに必要な回転力（トルク）を論
ずるための説明図であり、同図ａは第６図に示す本発明
の実施例による回転刃３，４の回転力を、同図ｂは従来
の回転刃の回転力を説明するものである。

同図ａと同図ｂを見比べて明らかなように、剪断力Ｐを
同一とすると回転力Ａ（又はＢ）は軸心ａ，ｂ間の直線
上の中心点からＳ点までの高さｈ（又はｈ′）が小さい
程（又はｈ／Ｌが小さい程）回転力Ａ（又はＢ）が小さ
くて済むということがわかる。

即ち回転力Ａは高さｈに比例し Ａ＝ｈ／ｈ′Ｂとなる。

従来の回転刃ではｈ／Ｌは約１／４程度であるが、本実
施例による回転刃はｈ／Ｌ＝１／８以下になることを可
能にしたものである。

そのため回転力Ａ＝１／２Ｂ以下となり、従って所要動
力は従来の１／２以下で済むことになる。

第８図は上記の実施例による破砕工程を説明するもので
あり、同図ａで破砕対象物６を受入れ、同図ｂで圧縮す
る。

ここで、回転刃３，４のツメ７，８は破砕対象物６を圧
縮する時に逃げないようにするためのストッパーの役割
を果すものであり、正六角形回転刃３，４の頂点より後
方に設けてある。

同図Ｃの状態で、圧縮された破砕対象物６をいよいよ剪
断開始し、ハサミで紙類を切る如く滑らかに剪断し同図
ｄで剪断作業終了し同図ａの工程に戻る。

このように、六角形状の回転刃３，４の場合は１回転の
うちに第８図のａからｄまでの作業を６回繰返す。

従って１回転中休みなく作業していると同時に負荷トル
クも均一となる。

尚、軸方向の後方に並んだ回転刃は各々５°〜１５°ず
つ後退しているため全回転刃群として上面に形成される
Ｖ形の凹みは連続して破砕対象物６を切断部に送り込む
ことができる。

尚、本実施例はツメ７，８を頂点より後方に設け、横形
二軸回転式剪断破砕機の回転刃に噛込挟角約６０度以下
（６０°〜０°）で剪断作用を行なうことを可能ならし
めたため、ハサミで紙類を切る如く滑らかに、かつ連続
的に剪断作用を行なえるようにしたことによって回転刃
の折損がなくなり、かつ又衝撃がないために、騒音、振
動も極めて小さくすることができるようになる。

本実施例によるもう一つの効果は剪断点を二軸の軸心ａ
，ｂを結んだ直線上の中心点からの高さ位置を低くする
ことによって回転刃に与える回転力（トルク）を極めて
小さくすることができ従って馬力が小さくて済むと同時
にランニングコストも大幅に低減でき、かつ又機械の強
度も落すことができるという数々の効果が生ずるもので
ある。

第９図は別の実施例における回転刃４を示したもので、
第１０図、第１１図に示す如き剪断刃１０を剪断刃取付
用回転体１１にボルト１３にて着脱可能に取り付けたも
のであり、外形は第６図のものと同じである。

本実施例の作用効果と対比するために、第１２図にて従
来の回転刃４のツメ８が異物１２を噛んだ時に作用する
衝撃力の方向と大きさにつき説明する。

第１２図は動力３７ｋＷの二軸回転式剪断破砕機の例で
あり、図に示すような異物１２を噛むと回転刃先のツメ
８は矢印Ｆのように回転刃４の接線方向に荷重を受ける
。

回転刃４の外径はφ４８０ｍｍであり半径Ｒ＝２４０ｍ
ｍ＝２４ｃｍ、回転数Ｎ＝３０ｍｉｎ−１とすると トルクＴ＝９７４００×ｋＷ／Ｎ＝１２０，１２７ｋｇ
ｆ−ｃｍ回転刃４の刃先のツメ８にかかる力Ｆは Ｆ＝Ｔ／Ｒ≒５０００ｋｇｆ 衝撃係数３とすると Ｆ′＝１５０００ｋｇｆとなる。

よって、このような過大な曲げ作用を受ける部分にボル
ト止めするというのは構造上、機能上に無理があった。

第１３図は第９図の実施例における剪断刃付回転体によ
る剪断力の作用とその反力を説明するものである。

同図ａにおいて剪断力の作用を説明する。

モーター馬力ＨｋＷ、回転数Ｎｍｉｎ−１とするとトル
クＴ＝９７４００×Ｈ／Ｎｋｇｆ−ｃｍ剪断部の半径Ｒ
ｃｍとすると左右の回転体１本当りに働く回転力Ｐ′ｋ
ｇｆは 剪断点Ｓと軸心ａ、又はｂを結んだ直線と軸心ａ，ｂを
結んだ直線との角度をθとすると、左右の回転体の回転
力Ｐ′による合成回転力Ｐｋｇｆは、Ｐ＝２Ｐ′ｃｏｓ
θｋｇｆ 剪断点Ｓにおいて被破砕物に与える剪断力Ｆｋｇｆは、 となる。

ここで第１２図で説明した従来のものとを比較するため
実際の数値を入れてみる。

Ｈ＝３７ｋＷ Ｎ＝３０ｍｉｎ−１とすると Ｔ＝９７４００×３７／３０＝１２０、１２７ｋｇｆ−
ｃｍθ＝１５°とし、軸間距離Ｌ＝３ ６．９ ｃｍと
するとよって ２Ｐ′＝Ｔ／π＝ ６．２ ８ ９ ｋｇ ｆＰ′＝３
１４５ｋｇｆ ここで２Ｐ′の値に相当するものが第１２図の回転刃の
ツメにかかる力Ｆ＝５０００ｋｇｆであり、数値が少し
異なるのは剪断点の位置が異なるため半径Ｒの数値が違
うためである。

さて■式より、剪断力Ｆは １１，３２２／５，０００≒２．２６ よって従来のものの約２倍以上の剪断力を得ることがで
きる。

又、剪断力が増加するということは、第１３図の対向す
る剪断刃がハサミで切るように互に接近する速度が剪断
力に反比例して落ちるということであり刃に加わる衝撃
が減少するということにももつながる。

第１４図は従来の横形−軸回転剪断式破砕機の実施例の
１つであり回転する回転刃３の先端と固定している固定
刃１４の先端とによる剪断作用によって破砕するもので
あるが、本図の剪断力は前記■式の（２Ｐ′）に相当す
るものである。

ここでθ＝１５°のときＦ＝３．６×Ｐ′＝１．８×（
２Ｐ′）となり、 第１３図に示す剪断刃１０は同一馬力、同一回転数で１
．８倍の剪断力を得ることができるわけである。

又、θ＝１２．５°とするとＦ＝２．２×（２Ｐ′）θ
＝１０°とするとＦ＝２．８×（２Ｐ′）よって剪断点
Ｓの位置選定によって任意の剪断力を得ることができる
か、又は馬力を小さくすることができる。

さて第１３図ｂにおいて、剪断刃１０に加わる反力はＦ
ｋｇｆである。

噛込挟角２βとすると剪断刃１０を取付用回転体１１に
垂直に押付ける力Ａｋｇｆは Ａ＝Ｆｃｏｓβｋｇｆ 剪断刃１０を横方向にずらそうとする力Ｂｋｇｆは、 Ｂ＝Ｆｓｉｎβｋｇｆ 剪断刃１０と取付用回転体１１の接触面の摩擦係数をμ
とすると、剪断刃がずれないためには、μ・Ａ≧Ｂとな
らなければならない。

すなわち μ・Ｆｃｏｓβ≧Ｆｓｉｎβ、 よってｔａｎβ≦μ 剪断刃１０と取付用回転体１１の接触面の圧力はかなり
高いため摩擦係数はかなり高いものとなる。

例えばμ＝０．４とすると、ｔａｎβ＝０．４となる。
角度βはβ＝２１．８° この時の噛込挟角２β＝４３．６°となる。

よって２β＜４３．６°であれば剪断刃１０の取付ボル
ト・１３には一切の力が作用しないということになる。

第１３図ｂの例では噛込挟角２β≒３８°であり取付ボ
ルト１３は簡単な固定用ボルトでよい。

２β＝６０°の場合μ＞０．５８，２β＝４５°の場合
μ＞０．４２ならば取付ボルト１３に剪断がかからない
。

μがこれより小さくとも、取付ボルト１３にかかる力は
著しく軽減される。

又第１３図ｂに示すように剪断刃１０に加わる反力Ｆｋ
ｇｆは軸心方向に向いているため、剪断刃１０及び取付
用回転体１１には圧縮力は働くが過大な曲げモーメント
が作用せず、折損するということはなくなる。

第１５図ａ及びｂは第１１図の応用例を示すものであり
、剪断刃１０を剪断刃取付用回転体１１に取付ける際に
側面エッジの位置決めを不要にするため取付用回転体１
１及び剪断刃１０に溝を設けたものである。

これによって剪断刃１０の摩耗による交換は現場にて誰
にでも簡単に１人で交換作業ができるようになる。

本実施例は上述の如く構成され作用するので、二軸回転
剪断式破砕機の回転刃に、衝撃が加わらず、又ツメを折
り曲げようとする方向に作用する力がなくなり回転刃の
刃に作用する力の方向を軸方向に向けて押し付けるよう
な力とすることができるため、剪断刃の部分のみを着脱
容易にボルト止め固定とすることが可能となる。

しかも剪断刃に押し付ける力は、剪断刃を取付ける回転
刃の取付面に伝わり横方向にずれようとする力は剪断刃
と取付面の摩擦係数で完全に受けるため、取付用ボルト
にはまったく力が作用せず、固定するためだけの簡単な
固定用ボルトで済むことが可能となったものである。

このことによって剪断刃の事故は激減しかつ又、剪断刃
の摩耗等による交換は現地にて誰にでも簡単に一人で交
換作業ができるようになる。

又、耐摩耗性、靭性の優れた高価な材料は交換用の剪断
刃のみでよく取付用回転体は高級な材質を必要とせず、
かつ半永久的に使用できるようになり、破砕機自体を安
価で製作することができるようになる。

第１６図ａは別の実施例を示し、剪断刃１０の取付面が
、剪断開始時において軸心ａ，ｂを結ぶ線に直角に近づ
けることにより剪断刃１０をずらす力は小となる。

同図ｂはずらす力が全くかからない状態を示す。

第１７図は別の実施例で、取付用回転体１１は正六角形
となり、製作が極めて容易となる。

本発明により、破砕対象物を円滑にかつ連続的に剪断が
行なえ、回転刃の折損がなくなり、かつ衝撃がないため
騒音、振動も極めて小さく、また破砕に要するトルクを
減少せしめて設備費も消費動力も低減せしめることがで
きる剪断破砕機を提供することができ、実用上極めて大
なる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面側面図、第２図はその平面図、第
３図はその破砕原理説明図、第４図及び第５図は従来例
の断面側面図、第６図は本発明の実施例の回転刃の側面
図、第７図ａは本発明の実施例の回転力説明図、第７図
ｂは従来例の回転刃の回転力説明図、第８図ａ，ｂ，ｃ
，ｄは本発明の実施例の回転刃の作用工程を示す説明図
、第９図は本発明の別の実施例の回転刃の側面図、第１
０図及び第１１図はその剪断刃の縦断面図及び横断面図
、第１２図は従来例の刃先力の説明図、第１３図ａ，ｂ
は本発明の実施例の刃先説明図、第１４図は従来例の断
面側面図、第１５図ａ及びｂは別の実施例の剪断刃の横
断面図、第１６図ａ，ｂ及び第１７図はそれぞれ異なる
別の実施例の断面側面図である。 １・・・・・・回転軸、２・・・・・・回転軸、３・・
・・・・回転刃、４・・・・・・回転刃、５・・・・・
・投入口、６・・・・・・破砕対策物、７・・・・・・
ツメ、８・・・・・・ツメ、９・・・・・・ケーシング
、１０・・・・・・剪断刃、１１・・・・・・取付用回
転体、１２・・・・・・異物、１３・・・・・・ボルト
、１４・・・・・・固定刃。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平行にして互に逆方向に回転する二本の回転軸にそ
   れぞれ対称的に正六角形板状の回転刃が設けられ、該両
   回転刃は直線状のエッジを有し互に噛み合う場合の剪断
   力と圧縮力により破砕対象物を破砕するよう形成された
   剪断破砕機において、両回転刃の剪断作用における噛込
   が直線状エッジで行なわれ、この直線状エッジに続いて
   頂点より後方にずれた位置に爪突起をそれぞれ設けたこ
   とを特徴とする剪断破砕機。 ２ 前記噛込の際の頂点の剪断点と、前記二本の回転軸
   の軸心を結んだ直線へ前記剪断点からおろした垂線の脚
   との距離をｈとし、前記二本の回転軸の軸間距離をＬと
   したとき、 ｈ／Ｌ≦１／６ なる特許請求の範囲第１項記載の剪断破砕機。 ３ 前記ｈ／Ｌの比が ｈ／Ｌ≦１／８ なる特許請求の範囲第２項記載の剪断破砕機。 ４ 前記回転刃が、剪断刃取付用回転体と、該剪断刃取
   付用回転体に着脱可能に取り付けられた剪断刃とより成
   るものであって、前記噛込の際の挟角を２β、前記剪断
   刃と前記剪断刃取付用回転体との摩擦係数をμとすると
   き、 ｔａｎβ≦μ なる如く構成されている特許請求の範囲第２項又は第３
   項記載の剪断破砕機。