JPWO2007023823A1 - 物体を微細化する破砕機及び微細化方法 - Google Patents

Abstract

廃タイヤなどのチップゴムを微細化する破砕をより少ない破砕機により行い、かつ目標とする粒径のゴム粒子の捕捉率を向上させる。廃タイヤなどのチップゴム（Ｇ）を破砕して微細化する破砕装置において、チップゴム（Ｇ）を溝ピッチの比較的粗い回転ロール（１２）と、破砕刃を形成する溝を複数備えた複数の固定刃（１４）とからなる破砕機（１０ａ）に投入して破砕し、この破砕機（１０ａ）から排出されたゴム粒子（Ｇ）を、当該破砕機（１０ａ）に再投入して破砕する処理を繰り返して荒仕上げ処理を行う。続いて、荒仕上げされたゴム粒子（Ｇ）を溝ピッチの比較的密な回転ロール（１０ｂ）を用いて前記同様の破砕処理を行い、仕上げ処理を行う。微細化したゴム粒子をふるい機（１６）の粒径に応じて分級する。

Description

本発明は、物体をロールと固定刃により微細化する破砕機及び微細化方法に関し、かつ、回転ロールの外周面と固定刃の先端との間のギャップ調整を、固定刃を構成する個々の刃毎に行えるようにした破砕機及び物体の噛み込み効率（単位時間当たりの噛み込み量）を向上させることのできるシューターを備えた破砕機に関する。

例えば、廃タイヤなどから分離したゴム材料などの物体を再生するために破砕して粉末処理することが行なわれている。
特許文献に記載されたものではないが、図１４は従来の破砕機を用いた微細化設備を概略的に示す図である。
廃タイヤなどの物体を微細化するには、まず、廃タイヤなどを粉砕するチップ化設備に投入し、ここでワイヤーや繊維を除去して３ｍｍ程度のチップを得る。
得られた３ｍｍチップは、その周面に粉砕用の凹凸備えた１対のロールからなる破砕機を多段に配置した粉砕化設備に供給され、ここで、＃１００（０．１４ｍｍ）から＃２００（０．０７ｍｍ）程度の粒径にまで微細化されて再資源化される。

即ち、図１４で、前記チップ化設備で得られたチップゴムＧを前記一対のロールを備えた粉砕機１００に投入して粉砕する。前記ロールのそれぞれの外周面は、ローレット加工による溝によって形成された片綾目又は両綾目で構成される凹凸や、外周面にスパイラル状に溝を切る或いは外周面にダイヤモンド粉を溶射するなどにより凹凸面が形成されている。
このロール対１２１〜１２７の各々のロールは、互いに反対方向に回転しながら、両ローラ１００の凹凸の噛み合い面に投入されたチップゴムＧを微細に破砕する。破砕されたチップゴムＧは次段のローラ対に投入され更により小径の粒子に破砕される。破砕処理工程では、この処理を繰り返すことで前記＃１００（０．１４ｍｍ）から＃２００（０．０７ｍｍ）程度の粒径を備えた再資源化に適合した粉末状のゴム粒子が得られる。

以上の破砕処理工程において、ゴム粒子はローラ対１２４，１２５間に適宜配置されたふるい機１４１に導入され、ここでふるいに掛けられその粒径に応じて分級される。ここで、ふるい機１４１は、例えば複数の異なる所定の寸法のスクリーンを備え、微細化されたゴム粒子を複数のスクリーン、例えば４段のそれぞれ分級サイズの異なるスクリーンで分級する。ゴム粒子のうち最初の最も小さいスクリーンを通過したものは、それまでの破砕処理工程において目標とする大きさ、つまり所要粒径に微細化されたものとして回収されて次段のローラ対１２５に投入され、さらに微細化される。

その他のゴム粒子は、通過したスクリーン毎に、つまりその粒径毎に回収され最後に残ったものと共に、その粒径に応じて、例えば図示の粉砕化設備では、第２段目のふるい機１４１のスクリーンを通過したものは、第４段目のローラ対１２４に投入され、第３段目のふるい機１２のスクリーンを通過したものは第３段目のローラ対１２３に投入される。以下同様にその粒径に応じて前段の破砕ロール対１２２，１２１に戻されて再度粉砕処理がなされる。このようにしてゴム粒子が目標の粒径になるまで破砕工程を繰り返す。

第１のふるい機１４１を通過したチップゴムＧは更に微細化のために複数段の破砕ローラ対１２５〜１２７間を通過させ、最後の、図示の例では第２のふるい機１４２で夫々の粒径に分級されストレージタンクＴ１〜Ｔ３に蓄積される。
図示の例では、例えばストレージタンクＴ１には粒径が＃１００（０．１４ｍｍ）を超える粒子を、またストレージタンクＴ２には粒径が＃１００アンダーかつ＃２００（０．０７ｍｍ）アッパーのものを、更に、ストレージタンクＴ３には粒径＃２００アンダーの粒子を貯留する。
なお、目標とする微細化された粒子の補足率を上昇させるため、第２のふるい機１４２で分級した粒子のうち、目標とする粒径に達しない粒子をストレージタンクＴ１及びＴ２に貯留する代わりに、その粒径に応じて前段の破砕ローラ対１２５〜１２７のうちのひとつに戻して、再度破砕処理を行なうようにしてもよい。

ところで、前記従来の微細化設備では、粉砕箇所は互いに回転ロールが接触する部分，つまり一箇所に限られているから、チップゴムＧを一対のロールを通過させてもそれ程破砕が進まず、従って、上述のようにロール対を多段に配置して破砕処理を何度も繰り返し行なっている。そのため設備が大型化し、従ってコストも掛かるという問題がある。また、弾性体の破砕処理工程では、破砕が進んでくると弾性体のチヂレが発生するため、目標とする粒径まで微細化された弾性体の捕捉率が低下するという問題もある。

本発明の第１の目的は、従来の廃タイヤのゴムのような物体を微細化する場合において、全体の設備を小型化し、従って設備コストを削減することである。また、第２の目的は、微細化した粒子の凝集を防止することで微細化を一層効率よく行い、目標とする粒径まで微細化した物体の捕捉率を向上させることである。
更に、第３の目的は、物体を破砕して微細化する際に、微細化の妨げとなる物体のチヂレの発生を抑制し、この点からも微細化した物体の捕捉率を向上させることである。
第４の目的は、回転ロールとこれに対向配置した固定刃とからなる物体を微細化する破砕機であって、前記回転ロールは、その外周面に、回転軸方向に延在した溝を周方向に複数備え、かつ、前記固定刃は前記回転ロールの外周円に対応した円周面に形成された複数条の刃を有する破砕機において、個々の刃のギャップ（刃当り）調整を可能にすることである。
第５の目的は、外周面に回転軸方向に延在した溝を周方向に複数有する回転ロールと、前記回転ロールの外周円に対応した円周面に沿って複数条配列された刃を有する固定刃と、破砕対象物体を前記固定刃の前記回転ロールの回転方向後方側端に滑落させるシューターとを有する破砕機において、簡単な構造のシューターにより物体の噛み込み効率を向上させることである。

請求項１の発明は、回転ロールとこれに対向配置した固定刃とからなる物体を微細化する破砕機であって、前記回転ロールは、その周面に回転軸方向に延在した等間隔の溝を備え、かつ、前記固定刃は前記回転ロールの外周円に対応した円周面に等間隔に形成された複数条の刃を形成する溝を有し、前記回転ロールを回転させることにより当該回転ロールと前記固定刃間に投入された物体を破砕することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載された破砕機において、前記固定刃を、前記回転ロールの外周に沿って複数個配置したことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載された破砕機において、前記回転ロールと固定刃とは互いの対向端面間に実質上隙間が生じないように配置されていることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された破砕機において、前記固定刃の溝は、当該固定刃の前記回転ロール側外周面から回転ロール間に投入された物体が推進される方向に向かってその深さを増すとともに前記回転ロールの中心を通る方向に形成された壁面で終わる断面形状を有することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項４に記載された破砕機において、固定刃の前記回転ロールに対向する刃巾がその溝間ピッチよりも短いことを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項５に記載された破砕機において、前記刃巾は０．５〜５ｍｍであり、前記溝間ピッチは１〜２０ｍｍであることを特徴とする。
請求項７の発明は、外周面に回転軸方向に延在した溝を周方向に複数有する回転ロールと、一条以上の刃を有する固定刃セグメントを前記回転ロールの外周円に対応した円周面に沿って別体に複数配列することにより構成した固定刃と、前記固定刃セグメントを前記回転ロールの外周面方向へ変位させることにより前記回転ロールの外周面に対する前記固定刃のギャップを調整する手段とを備えたことを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の破砕機において、前記ギャップを調整する手段は、流体圧又はモータにより駆動されて直線運動するアクチュエータを有することを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載の破砕機において、全ての固定刃セグメントの基端と単一のアクチュエータとの間に共通の弾性体が介在されていることを特徴とする。
請求項１０の発明は、請求項８に記載の破砕機において、固定刃セグメントの基端毎に個別のアクチュエータが対向配置されていることを特徴とする。
請求項１１の発明は、請求項７に記載の破砕機において、前記ギャップを調整する手段は、前記固定刃セグメントの基端毎に対向配置されたボルトであることを特徴とする。
請求項１２の発明は、外周面に回転軸方向に延在した溝を周方向に複数有する回転ロールと、前記回転ロールの外周円に対応した円周面に沿って複数条配列された刃を有する固定刃と、破砕対象物体を前記固定刃の前記回転ロールの回転方向後方側端に滑落させるシューターとを有する破砕機において、前記シューターの、前記回転ロールの外周面と対向し前記破砕対象物体を滑落させる案内面と、前記回転ロールの外周面の回転方向前方側との間隔が先細に形成されていることを特徴とする。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の破砕機において、前記案内面には、該案内面の上下端方向に延びる溝が該案内面の左右方向に複数形成されていることを特徴とする。
請求項１４の発明は、請求項１２に記載の破砕機において、前記案内面と前記回転ロールの外周面との問隔が変化するように前記シューターを変位させる間隙調整手段を備えたことを特徴とする。
請求項１５の発明は、請求項１４に記載の破砕機において、前記問隙調整手段は、前記シューターを前記回転ロールの軸線に平行な揺動軸の回りに揺動させる手段であることを特徴とする。
請求項１６の発明は、物体を破砕して微細化する微細化方法であって、チップ状物体を回転ロールと固定刃とからなる破砕機に投入する工程と、破砕機から排出された物体を当該破砕機に再投入して破砕処理を行う工程と、前記再投入して破砕する工程を所定回数繰り返した後、破砕機から排出された破砕物体を粒径に応じて分級する工程と、分級した破砕物体を貯留する工程と、を有することを特徴とする。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載された物体の微細化方法において、前記破砕処理を行う工程は、回転ロールに荒仕上げ用の溝幅を有する回転ロールを用いて破砕処理を行う荒仕上げ処理工程と、仕上げ用の前記荒仕上げ用溝幅よりも狭い溝幅を有する回転ロールを用いて破砕処理を行う仕上げ処理工程とを有し、かつ前記荒仕上げ処理工程と処理工程がそれぞれ所定段数の破砕機で実行されることを特徴とする。
請求項１８の発明は、請求項１６又は１７に記載された物体の微細化方法において、前記破砕処理を行う工程において、更に、凝集防止材を添加する工程を有することを特徴とする。
（作用）

本発明によれば、
（１）１台の破砕機で破砕対象物体を複数回破砕し、
（２）目標とする粒径に微細化された物体粒子の補足率が向上し、
（３）回転ロールの外周面に対する前記固定刃セグメントのギャップ調整を行い、
（４）シューターに投入された破砕対象物体を、そのシューターにおいて回転ロールの外周面の回転方向前方側に次第に接近するように滑落させ、回転ロールの外周面と、シューターの案内面との間隙で動きながら固定刃に噛み込む、
ことができる。

本発明によれば、
（１）１台の破砕機で物体を複数回破砕できるため、効率的な破砕が可能であり、従来の微細化設備におけるように多数の破砕機を配置する必要が無く、従って設備コストを削減できると共に、設備に要するスペースを大幅に削減することができる。
また、本発明では、目標とする粒径に微細化された物体粒子の捕捉率を容易に向上させることができる。
（２）固定刃をそれぞれが一条以上の刃を有する固定刃セグメントに分割し、それらを個々に前記回転ロールの外周面方向へ変位可能にすることで、固定刃を構成する個々の刃のギャップ調整が行える。
（３）前記案内面を回転ロールの外周面の回転方向前方側との間隔が先細になるようにしただけの簡単な構造のシューターにより、破砕対象物体の噛み込み効率を向上させることができる。

本発明の物体を微細化する破砕機の実施形態を概略的に示した図面である。 図２Ａは、本発明の実施形態に係る破砕機を示す断面図であり、図２Ｂは溝形状を示すため図２Ａの溝部分を示した拡大図である。 本発明の実施形態において回転ロールと固定刃でチップゴムを破砕する際の推測される破砕現象を説明するための破砕機の断面図である。 本発明の実施形態に係る１枚の固定刃を用いた固定刃方式の破砕機と、従来のロール方式の破砕機とを用いて行なった試験結果を、縦軸にゴム粒子の平均粒径をまた横軸に破砕回数を採って示したグラフである。 破砕処理中に凝集防止材を添加することによる捕捉率の変化を見るために行った実験結果を示すグラフである。 図６Ａは、固定刃２枚刃（２個）としてときと１枚刃（１個）によるときとのそれぞれの破砕能力を示したグラフであり、図６Ｂ、６Ｃは、それぞれ１枚刃と２枚刃の破砕機１０を模式的に示した断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。 図１１Ａは本発明の実施形態に係るシューターの全体構成の概略図であり、図１１Ｂはシューターの先端部の拡大図である。 図１２Ａは破砕機に板状（塵取り状）シューターを設けた場合の概略構成を示す断面図であり、図１２Ｂは破砕機にプッシャー付のシューターを設けた場合の概略構成を示す断面図である。 本発明の破砕機と従来の破砕機との噛み込み量の測定結果のグラフである。 従来のロール方式の破砕機を用いた微細化設備を概略的に示した図である。

符号の説明

１０・・・破砕機、１１・・・ブラシ、１２・・・回転ロール、１２a・・・溝（刃）、１４・・・固定刃、１４a・・・溝（刃）、１４−１〜５・・・固定刃セグメント、１５，１５−１〜５・・・ピストン・シリンダ機構、１６・・・油圧シリンダ、１６a，１６b・・・油圧シリンダのポート、１７・・・ピストンロッド、１８・・・押圧部材、１９・・・ゴムブロック、２０・・・ケース、２１−１〜５・・・調整用ボルト、２２・・・カセット、２３・・・ブラケット、２４・・・固定刃セグメント、２４a・・・刃、２４b・・・ホルダ、２５・・・シューター、２６・・・基端側部、２７・・・先端部、２８・・・揺動軸受、２９・・・案内面、３０・・・溝、３１・・・板状（塵取り状）シューター、３２・・・プッシャー付きシューター、３３・・・ピストン・シリンダ機構、３４・・・プッシャー、１００・・・破砕機、１２１〜１２７・・・ロール対、１４１，１４２・・・ふるい機、Ｐ・・・刃先の巾、Ｑ・・・溝のピッチ、Ｓ・・・テーパー面、Ｔ_１〜Ｔ_３・・・ストレージタンク

本発明に係る破砕機に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る破砕機を概略的に示した図面である。本実施形態では、破砕機１０は、１軸ロールからなる回転ロール１２と複数、例えば３個（枚）の固定刃１４とからなり、この破砕機１０を複数段、本実施形態では２段設け、破砕機１０ａ、１０ｂで微細化されたゴム粒子は、最後にふるい機１６で分級され、従来と同様に夫々の粒径に応じてストレージタンクＴ１、Ｔ２、Ｔ３に収容される。

図２Ａは、本実施形態に係る破砕機１０を示す断面図であり、かつ図２Ｂは図２Ａの溝部分を示した拡大図である。図示のように破砕機１０は、回転ロール１２と固定刃１４とからなっている。回転ロール１２は、ロールの表面に等間隔に複数の溝１２aを備えている。溝１２aは、従来のものと同様に回転ロール１２の表面に例えばローレット加工で形成された両綾目で構成される。なお、溝１２aを片綾目で構成すると破砕時にゴムのチヂレができることが判明したため、本実施形態では上述のように両綾目で溝を構成している。

固定刃１４の回転ロール１２の周面と対向する面は、前記回転ロール１２の外周面に対応して、その径と略同一の径を有する円周面に形成されており、この円周面には等間隔に溝（又は刃）１４aが形成されている。

ここで、前記固定刃１４の溝１４aは、図示のように固定刃本体と一体に形成された断面鋸溝状をなして刃を形成し、その溝１４aは、前記円周面に沿って等間隔で設けられ、ここでは６個設けられている。その溝間ピッチＱは１〜２０ｍｍ、好ましくは６ｍｍであり、２０ｍｍを越えるとチヂレが発生する。溝１４aの溝壁と次の溝の始点間は円周面として形成されている。この周面の幅（刃巾）Ｐは、０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍである。この周面の幅がそれ以上大きく、例えば６ｍｍであると、ゴムのチヂレが発生するからである。

また、固定刃１４側の溝１４aの形状は、投入された破砕対象物体である例えば廃タイヤのチップゴム又は粒子Ｇの移動方向側の溝壁面が、図示のように回転ロール１２の中心Ｏと前記溝先端部とを結ぶ線の延長上に形成されており、回転ロール１２の回転方向に向かって深くなる図２Ｂに示す形状である。また、この溝１４aは、図２Ｂに示すように、溝底面の外周面に対する傾斜角θが鋭角であることが好ましい。これは溝１４の傾斜を図２Ｃのようにこれと逆にすると、破砕時にゴムのチヂレが発生し微細化できず好ましくないからである。また、前記溝１４aを図２Ｄのように直角溝に形成すると、この形状では溝の角部でゴムのチヂレが発生するため好ましくない。

回転ロール１２と固定刃１４間のギャップは、ゼロつまり両者が軽く触れる程度が好ましい。これはギャップがあるとチヂレが発生するからである。そのため回転ロール１２の固定刃１４に対する真直度は０、即ち回転ロール１２の回転軸は固定刃１４の対向面に対して真直であることが好ましい。真直でないと両者間にギャップができて上述のようにチヂレが発生する。
チップゴム又はゴム粒子Ｇの投入口は、図２Ａに示すようにテーパー面Ｓに形成されている。これはテーパーを付与せずにストレートに形成した場合よりもチップゴムＧの噛み込みがよいからである。更に、回転ロール１２の溝１２aのピッチＲは、＃６〜２５を荒仕上げ用とし、＃２６〜５９を仕上げ用とする。例えば＃５では粗すぎてチップゴムＧが小さくならず、逆に＃６０では細かすぎてチヂレが発生する。

図３は、以上で説明した回転ロール１２と固定刃１４でチップゴムＧを破砕する際の推測される破砕現象を説明するための概略断面図である。図示のように、チップゴムＧは回転ロール１２と固定刃１４間に投入され、回転ロール１２と固定刃１４間を通過する際の剪断力により破砕が行われる。この破砕処理は、１個（枚）の固定刃１４毎にそれに設けた溝１４aの数だけ繰り返し行われる。
ここで、１個の固定刃１４による破砕処理で発生する破砕チップゴムＧは大小さまざまであり、比較的大きなチップゴムＧは固定刃１４を離れると直ちに落下し、また、比較的小さなチップゴムＧは、回転ロール１２の溝１２aに挟まり回転ロール１２と共に回転を続け、固定刃１４と略対称位置に配置されたブラシ１１によって掻き落とされる。この破砕機１０では、これらを収集して再度入口側に循環させて破砕処理を繰り返す。このようにして微細化されたゴム粒子Ｇの平均粒径が次第に目標値に近付いていくと推測される。

ここで再び図１を参照すると、この実施形態に係る破砕機１０では、回転ロール１２の周りに３個（枚）の固定刃１４が配置されている。また、各固定刃１４には夫々複数、例えば５個以上の溝１４a（図２）が形成されている。
従って、図１４に示す従来の破砕機１００ではロール対毎に１回破砕が行なわれるだけであるのに対し、この破砕機１０では、回転ローラ１２の周りに例えば５個以上の溝１４aを備えた固定刃１４が３個配置されているから、１台の破砕機１０の１回の破砕処理で実際には１５回以上の破砕が行なわれることになる。

従って、本実施形態では破砕機１０を２段配置し、まず、周知の３ｍｍチップ化設備から排出された廃タイヤのチップゴムＧを、前段の破砕機１０ａに投入する。この破砕機１０ａでは回転ロール１２に溝ピッチＲ（図２）が＃２０（０．９ｍｍ）のロールを用いて、＃１００（０．１４ｍｍ）の粒径まで微細化する荒破砕工程を実施し、荒破砕されたチップゴム又はゴム粒子Ｇを、後段の破砕機１０ｂに投入し、かつそこで溝ピッチＲが＃４０（０．９ｍｍ）のロールを用いて、＃２００（０．０７ｍｍ）の粒径までの仕上げ破砕を行う。
なお、以上の説明では、微細化設備は、破砕機を荒仕上げ用と仕上げ用の２段として、ふるい機１６で分級してそのままストレージタンクＴ１、Ｔ２、Ｔ３に収容されるものとして説明したが、本発明の構成はこれに限定されず、例えば、図１４に示す従来の微細化設備のように、荒仕上げ用と仕上げ用にそれぞれ複数段数の破砕機を用いても、或いはその間にふるい機１６を配置してゴム粒子Ｇを分級し、その粒径に応じて以前の破砕機に戻して破砕を繰り返すように構成してもよい。

次に、本実施形態に係る破砕機１０を用いて行なった微細化処理の実験について説明する。
図４は、本発明に係る回転ロール１２に対し溝４本を備えた１個（枚）の固定刃１４を用いた固定刃方式の破砕機１０と、図１４に関連して説明した従来のロール方式の破砕機１００とを用いて行なった試験結果を、縦軸にゴム粒子の平均粒径をまた横軸に破砕回数を採って示したグラフである。

このグラフから明らかなように、まず、粒径３ｍｍのチップゴムを破砕する場合、粒径＃４０（０．４ｍｍ）までの微細化に要する破砕処理回数は、本発明に係る破砕機１０では３回であるのに対し、従来のロール方式では、３０回程度である。
また、本破砕機１０では更に１２回（累計１５回）の破砕処理を行なうと、ゴム粒子は＃４０からさらに＃１００（０．１４ｍｍ）まで微細化され、更に、４５回（累計６０回）粉砕処理することで粒子径＃２００（０．０７ｍｍ）以下に微細化したゴム粒子を得ることができる。

これに対し、従来のロール方式の破砕機１００による場合は、３０回の破砕処理で粒子径は＃４０（０．４ｍｍ）となり、かつ、６０回破砕処理を行なった段階で＃６０（０．３ｍｍ）であるから、これでは目標とする＃２００どころか＃１００の粒子径を得ることすらできない。
このように、本破砕機１０の微細化能力は際立っていることが証明された。

図５は、破砕処理中に凝集防止材を添加することによる微細化されたゴム粒子の捕捉率の変化を見るために行った実験結果を示す。ここでは、凝集防止材として炭酸カルシウムとカーボンを用いた場合における微細ゴム粒子の捕捉率を、縦軸に捕捉率、横軸に破砕回数を採って示している。
この実験の条件は、a凝集防止材を１０％添加する場合は、まず、溝ピッチＲが＃２０の回転ロールを用いて５回粉砕してから、凝集防止剤を１０％添加し、１０回目の破砕時から測定を開始する。また、（２）凝集防止材を２０％添加する場合は、まず、溝ピッチＲが＃２０の回転ロールを用いて３０回粉砕してから、凝集防止剤を２０％添加し、５０回目の破砕時から測定を開始することとした。

図中曲線Ａは、凝集防止剤としてカーボン１０％添加したときの＃１００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率を示し、同曲線Ｂは、凝集防止材として炭酸カルシウムを１０％添加したときの＃１００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率を示す。
同様に、曲線Ｃは前記カーボンを２０％添加したときの＃２００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率と、更にカーボン添加量を３０％に上げたときの捕捉率を示し、曲線Ｄは前記炭酸カルシウム２０％を添加したときの＃２００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率、及び更に炭酸カルシウム添加量を３０％に上げたときの捕捉率を示す。
更に、曲線Ｅは、炭酸カルシウム１０％を添加したときの＃２００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率を示し、曲線Ｆは、従来のロール方式による＃２００の粒径を有するゴム粒子の捕捉率を示す。

また、表１は、凝集防止材である炭酸カルシウムとカーボンをそれぞれ１０％、２０％、３０％添加したときのそれぞれ粒径が＃１００と＃２００における粉砕回数と捕捉率とをまとめて表にして示したものである。

図５に示すように、カーボンを凝集防止材として１０％添加したときは、曲線Ａで示すように、＃１００の粒径のゴム粒子の捕捉率は、破砕回数５５回を越える辺りで１００％になる。また、凝集防止材として炭酸カルシウムを１０％添加したときは、曲線Ｂで示すように、破砕回数７５回を越える辺りで１００％の捕捉率となる。

また、カーボンを凝集防止材として２０％添加したときは、曲線Ｃで示すように、＃２００の粒径のゴム粒子の捕捉率は、破砕回数８０回のところで８７％で頭打ちになるが、その後カーボン添加量を３０％に上げたところ破砕回数１００回を越える辺りで９８％になった。また、凝集防止材として炭酸カルシウムを２０％添加したときは、曲線Ｄで示すように、破砕回数９５回のところで捕捉率８４％で頭打ちであったものが、炭酸カルシウム添加量を３０％に上げたところ、破砕回数１２０回を越える辺りで９６％の捕捉率となった。更に、添加する炭酸カルシウムを１０％に減らしたときは、曲線Ｅで示すように、破砕回数９０回を越える辺りで７１％の捕捉率となるが、その後は破砕回数を増やしても捕捉率は向上しない。因みに、ロール方式では破砕回数１２０回のところで捕捉率は４０％に止まっている。

以上から、以下のことが判明した。即ち、
（１）従来のロール方式では、破砕回数の増加にもかかわらず捕捉率の上昇は緩やかであり、これに対し、固定刃方式の本実施形態では、前記ロール方式に対し約２．５倍程度の捕捉能力がある。
（２）本実施形態において捕捉率をみると、＃１００以下、＃２００以下の粒径については、共に目標する値を大幅に越えて達成できる。また、（３）＃１００については１００％捕捉可能であり、かつ＃２００の場合でも、凝集防止材を追加することでほぼ１００％の捕捉率を得ることができる。
（４）凝集防止剤としては、カーボンと炭酸カルシウムを対比すると、カーボンを用いた場合は、同じ粒径のゴムの微細粒子を得るのに約２０回程度破砕回数を少なくすることができる。

図６Ａは固定刃１４の数を増やしたとき、つまり２枚刃（２個）としたときと、１枚刃（１個）としたときのそれぞれの破砕能力を、凝集防止材として炭酸カルシウムを２０％添加した場合について、＃２００未満の粒径の微細粒子の捕捉率を縦軸に採り、かつ横軸に破砕回数を採って示したグラフである。また、図６Ｂ、６Ｃは、それぞれ固定刃１４を１個（１枚刃：図６Ｂ）と２個（２枚刃：図６Ｃ）としたときの破砕機１０を模式的に示した断面図である。
このグラフから明らかなように、例えば、２枚刃を用いた場合には破砕回数６５回で捕捉率８４％を得たが、１枚刃の場合は、同回数では捕捉率は６２％に止まっており、捕捉率８４％を得るためには、９５回の破砕回数を必要とした。この結果から明らかなように、２枚刃による破砕能力は１枚刃に比して約７０％捕捉能力が向上する。
従って、３枚刃以上とすることで破砕能力が一層向上することが分かる。

以上説明したように、従来のロール方式の破砕機による微粉化設備に対して、本発明に係る固定刃方式の破砕機による微粉化設備では、破砕機の大幅な台数削減が可能であり、大幅なコストダウンが期待でき、かつスペースも大幅に減少させることができる。

次に、以上で説明した破砕機における回転ロール１２の周面と固定刃１４の先端とのギャップ（刃当り）調整手段について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る破砕機は、破砕機の固定刃１４が一条以上の刃を有する固定刃セグメントを前記回転ロール１２の外周円に対応した円周面に沿って別体に複数配列することにより構成され、前記固定刃セグメントを個々に前記回転ロール１２の外周面方向へ変位させ、回転ロール１２の周面と固定刃１４の先端との間のギャップを両者が軽くふれる程度に調整することができる。

図７は第１の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段を説明するための断面図である。固定刃１４は、複数（ここでは５個）の固定刃セグメント１４−１ないし１４−５に分割されている。各固定刃セグメント１４−１ないし１４−５は、回転ロール１２の外周円に沿って重ねて配置されており、各固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端に一条ずつ設けられている刃は図２Ａ及びＢを参照しながら説明した構成を有する。

固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端の刃と回転ロール１２の周面との間のギャップは、ピストン・シリンダ機構１５により調整する。ピストン・シリンダ機構１５は、２個のポート１６ａ，１６ｂを有する複動型の油圧シリンダ１６と、その内部を移動するピストンロッド１７とを有し、ピストンロッド１７の先端には金属等の剛体からなる直方体の押圧部材１８が固定されている。また、押圧部材１８の先端面と固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の基端面との間には、直方体のゴムブロック１９が挟まれて接着されている。

ここで、固定刃１４、ピストン・シリンダ機構１５、押圧部材１８、及びゴムブロック１９は、ケース２０内に収容されており、図示しない支持手段により、シリンダ１６はケース２０内で動かないように、また固定刃１４はピストンロッド１７の移動方向以外の方向には動かないように支持されている。

図７に示す構成を有する破砕機において、回転ロール１２の周面と固定刃１４の先端との間のギャップを調整するときは、図示しない加圧油供給源から、油圧シリンダ１６のポート１６ａ，１６ｂに対し、所定圧の加圧油を供給することで、ピストンロッド１７の移動位置を調整する。このときの油圧は、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端の刃が回転ロール１２の周面に軽く触れるような圧力値に設定する。この圧力値は、予め図示しない油圧制御装置からシリンダ１６のポート１６ａ，１６ｂに供給する油圧を変化させながら、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端の刃が回転ロール１２の周面に軽く触れるか否かを目視等により監視し、軽く触れているときの圧力を油圧制御装置のメモリに記憶し、以後はその記憶値に基づいて油圧を設定する。

このようにすることで、一旦油圧制御装置のメモリに記憶しておけば、以後は自動的にギャップ調整が行える。また、ゴムブロック１９は弾性を有するため、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端の刃の摩耗程度にバラツキがあったとしても、摩耗程度の大きい部分は回転ロール１２の周面方向へ多く移動し、摩耗程度の小さい部分は少なく移動するように、各部との対向面（接着面）の凹み量が変化する。

このように、本実施形態におけるギャップ調整手段によれば、固定刃１４を構成する各固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の基端と単一のピストン・シリンダ機構１５のピストンロッド１７の先端に固定された押圧部材１８との間に共通にゴムブロック１９を介在させたので、単一のピストン・シリンダ機構１５により、複数条の刃の各々の摩耗程度に応じたギャップ調整を自動的に行える。なお、図４では、複動型の油圧シリンダを用いたが、単動型を用いてもよい。また、空気圧シリンダ、或いは電動シリンダを用いてもよい。さらに、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５が有する刃を二条以上にしてもよい。

図８は、第２の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。本実施形態に係る破砕機において、ギャップ調整手段以外の構成要素は第１の実施形態と同じである。このギャップ調整手段では、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５と同数の小型ピストン・シリンダ機構１５−１ないし１５−５を設け、そのピストンロッドの先端に固定した押圧部材の先端面により、直接固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の基端面を押圧するように構成したものである。

このように構成された本実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段によれば、ピストン・シリンダ機構の数は多くなるが、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の押圧力を個々のピストン・シリンダ機構１５−１ないし１５−５により個別に調整できるため、第１の実施形態よりも個々の固定刃セグメントに適合したギャップ調整が可能である。

図９は、第３の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。本実施形態に係る破砕機において、ギャップ調整手段以外の構成要素は第１の実施形態と同じである。

このギャップ調整手段では、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５と同数の調整用ボルト２１−１ないし２１−５を設け、その先端により、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の基端面を押圧するように構成している。ここで、固定刃１４及び調整用ボルト２１−１ないし２１−５はカセット２２内に収容・支持されている。また、カセット２２はその基端面に取り付けられてブラケット２３を介して、図示しない押しボルトにより一体的に前後に移動するように構成されている。

このように構成された本実施形態によれば、調整用ボルト２１−１ないし２１−５の押込み量を個別に調整することで、各種アクチュエータを用いることなく、個々の固定刃セグメントに適合したギャップ調整を安価な構成で行える。

図１０は、第４の実施形態に係る破砕機のギャップ調整手段の構成を示す断面図である。本実施形態に係る破砕機において、ギャップ調整手段自体の構成は第３の実施形態と同じであるが、固定刃の構成が異なっている。即ち固定刃２４が、それぞれ一条の刃を有する複数（ここでは５個）の固定刃セグメント２４−１ないし２４−５に分割され、それらが回転ロール１２の回転方向に沿って重ねて配置されていることは第１ないし第３の実施形態における固定刃１４と同じであるが、固定刃セグメント２４−１ないし２４−５の先端部に配置された刃の構成が相違する。

第１ないし第３の実施形態では、固定刃セグメント１４−１ないし１４−５の先端部の刃は、図２Ｂに示すように、溝底面と、その溝に対し回転ロール１２の外周面と先に接触する側の固定刃セグメントの先端面とのなす角度θが鋭角であるが、本実施形態では図１０Ｂに示すように、その角度が直角であり、かつ刃２４ａの幅はその先端から基端まで一定である。また、第１ないし第３の実施形態の個々の固定刃セグメント１４−１ないし１４−５では、先端部の刃から基端部まで一体に構成されているのに対し、本実施形態では、先端部の刃２４ａは溶接等の方法でホルダ２４ｂに固定されている。刃２４ａとしては、例えば市販ののこ刃（厚みＤ₁：０．６ｍｍ、材質：バネ鋼）を用いることができる。ただし、こののこ刃は、一般的なのこ刃のように、のこ身の長さ方向（図１０の紙面に垂直な方向）に配列された多数の歯がのこ身に対し交互に反対側に向いているものではなく、全ての歯の先端がのこ身からフラットに延びた形状を有する。また、ホルダ２４ｂの厚みＤ₂は例えば６ｍｍであり、長さは例えば１０ｍｍである。

本実施形態における固定刃セグメント２４−１ないし２４−５のギャップ調整手順は、第３の実施形態と同じである。
また、本実施形態では、刃２４ａの幅が一定であるため、回転ロール１２と接触することで先端が摩耗しても、第１ないし第３の実施形態における固定刃セグメント１４−１ないし１４−５のように幅が広がることはなく不変である。このため、刃の幅が広がることにより発生する、チップゴムが微細化されずに線状化される事態を防止することができる。

さらに、刃２４ａの材質をバネ鋼とすることで、摩耗量を低減することができる。また、バネ鋼とすることで、回転ロール１２の周面に強く押し当てても、刃２４ａが弾性変形して逃げ代が形成されるため、ギャップ調整が容易である。
また、隣り合う刃２４ａの間に形成される溝の形状は図２Ｄと同様な直角を有するものであるにもかかわらず、チヂレが発生しない。その理由については以下のように考える。刃２４ａの厚みＤ₁をホルダ２４ｂの厚みＤ₂よりも十分に小さくすることで、隣り合う刃２４ａの間に形成される溝の幅が広くなっているため、破砕されたチップゴムがその幅広の溝に詰まることが確認されており、チップゴムが詰まったことで図２Ａのような鋭角の溝が形成された場合と同様な状態になるものと考えられる。また、図１０Ａの下端に位置する固定刃セグメント２４−５の刃２４ａの下方に回転ロール１２の外周面との間に、上記幅広の溝に対応する大きな隙間が形成されることも関係していると思われる。

次に、破砕機のシューターの実施形態を、図面を参照して説明する。
図１１は、破砕機１０において、チップゴムＧを回転ロール１２と固定刃１４との間の投入口に案内するシューター２５の構成を説明するための図である。ここで、図１１Ａはシューター２５の全体構成の概略図であり、図１１Ｂはシューター２５の先端部（先端及びその付近）の拡大図である。なお、これらの図は、図２Ａと同様、回転ロール１２の軸線と直交する方向から見た図である．即ち、シューター２５は、その側面から見た図となる。

シューター２５は、略平板状の基端側部２６と、基端側部２６の先端に延設され、回転ロール１２の外周面と対向すると共に、その回転方向Ｅの前方側へ次第に接近するような曲面からなる案内面２９が形成された先端部２７とからなる。
基端側部２６には、揺動軸受２８が設けられており、図示されていない駆動手段により、シューター２５が、矢印Ｆに示すように、回転ロール１２の軸線と平行な揺動軸の回りに揺動自在に構成されている。この揺動により、シューター２５の先端部２７が回転ロール１２に対して接近又は離間し、その結果、案内面２９と回転ロール１２の外周面との間隙が変化するように構成されている。

また、案内面２９には、その面の延設方向（案内面２９の上端と下端とを結ぶ方向）に延びる溝３０が、案内面２９の延設方向と直交する方向（図の紙面に垂直な方向）に所定の問隔で複数本形成されている。このような溝３０を形成することにより、シューター２５の基端部に投入されたチップゴムＧは、先端部２７の案内面２９に形成されている溝３０内に落ちることで、溝３０により下方に案内されるため、溝３０がない場合よりもスムーズに下方へ移動する。なお、溝の断面形状は、半円形、多角形、矩形等、どのような形状でもよい。

本実施形態の破砕機１０によれば、シューター２５の基端側部２６に投入されたチップゴムＧは、基端側部２６の表面に沿って斜め下方へ案内され、先端部２７に到達すると、その案内面２９に沿って、徐々に回転ロール１２の外周面に接近するように斜め下方へ滑落する。このため、チップゴムＧは、案内面２９の先端に近づくにつれて、回転ロール１２の外周面に接近し、その接触圧が大きくなるため、案内面２９との摩擦力よりも回転ロ一ル１２の外周面との摩擦力が大きくなる。従って、チップゴムＧは、回転ロール１２の外周面と、シューター２５の案内面２９との間隙で矢印Ｊに示すように動きながら固定刃１４に噛み込まれていく。このとき、シューター２５の揺動軸受２８の回りの揺動角を調整することにより間隙の大きさを調整して、チップゴムＧの噛み込み効率が適正範囲になるように設定することができる。揺動角の設定値は、予め、後述するような噛み込み効率の測定値をチップゴムＧのサイズ毎にメモリに保存しておくことにより、チップゴムＧのサイズ毎に適正な間隙を自動的に設定することもできる。
また、チップゴムＧは、溝３０に落下し、溝３０に沿って斜め下方へ誘導されるため、溝３０がない場合のように案内面２９上で横方向（紙面に垂直な方向）へ移動しなくなる。これにより、チップゴムＧの噛み込み効率がさらに向上する。

以上で説明したシューターの効果を実証するために実施例１、２及び比較例１ないし３を試作し、噛み込み効率を測定した結果を説明する。
ここで、実施例１は図１１に示す構成を有し、回転ロール１２は直径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍである。また、図１１Ｂに示すように、先端部２７の長さＬが５０ｍｍ、先端部２７の上端、下端における案内面２９と回転ロール１２の外周面との間隔Ｗ_ｌ、Ｗ_２が５ｍｍ、２ｍｍである。
さらに、比較例１は板状或いは塵取り状のシューター３１を備えた構成であり、シューター３１はチップゴムＧを固定刃１２の入口（固定刃１２における回転ロール１２の回転方向後方側端）へ案内する。比較例２は、塵取り状のシューター３２と、ピストン・シリンダ機構３３に駆動され、シューター３２の内面に沿って（矢印Ｈの方向）進退可能なプッシャー３４とを備えた構成であり、プッシャー３４によりシューター３２の表面上のチップゴムＧ押し込むようにしたものである。それぞれの回転ロール１２のサイズは実施例１と同じく、直径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍである。
実施例２は実施例１と同じく、図１１の構成を有するが、回転ロール１２は直径２５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍであり、実用化を考慮した試作品である。また、比較例３は、図１２Ａに示す構成を有し、回転ロール１２は実施例２と同じく、直径２５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍである。

実施例１及び比較例１、２にて使用したゴムは、＃４０の粉ゴムにカーボン２０％を混入した（重量比：＃４０の粉ゴム８０％、カーボン２０％）ものであり、回転ロール１２を３７０ｒｐｍの速度で回転させると共に１００ｇのゴムを投入し、噛み込みが完了するまでの時間を測定した結果を表２に示す。

この表２より、比較例１の場合、ゴムが固定刃１４をするのに要した時間が３０秒、比較例２は２２秒であったのに対し、実施例１は１５秒であった。この結果より、その案内面２９を回転ロール１２の外周面の回転方向前方側との間隔が次第に狭まるように形成しただけの簡単な構造のシューター２５により、図１２Ａに示す従来型の１／２、図１２Ｂに示すプッシャー付のシューターの約２／３の時問で噛み込みが完了しており、効果が大きいことが実証された。

また、実施例２及び比較例３において、回転ロール１２を３７０ｒｐｍの速度で連続的に回転させ、実施例１の場合と同じ組成のゴムを連続的に投入し、１分問に回転ロール１２と固定刃１４との間を通過したゴムの重量を測定する操作を２０回繰り返した結果のグラフを図５に示す。このグラフに示すように、１回目の噛み込みで１１９％（４．６４×１００／３．９１）、１０回目で１３４％（４．７２×１００／３．５１）、２０回目で１５５％（５．６６×１００／３．６６）となり、噛み込み効率の大幅な向上が達成できることが実証された。また、比較例３の場合、３．５ｋｇ程度の一定量であるのに対し、実施例２では、１０回目以降は噛み込み量が初回よりも増加することが確認された。

なお、以上の実施形態に係るシューターでは、案内面２９は、曲面であり、かつその曲面は回転ロール１２の外周面に対し凹面であるが、案内面２９は、回転ロール１２の外周面の回転方向前方側の間隔が先細になる形状であれば、平面でもよいし、凸面でもよい。また、破砕対象となる物体としては、上記ゴムのような弾性物体だけではなく、石、コンクリート、木材などの非弾性物体でもよい。

Claims (18)

1. 回転ロールとこれに対向配置した固定刃とからなる物体を微細化する破砕機であって、
   前記回転ロールは、その周面に回転軸方向に延在した等間隔の溝を備え、かつ、前記固定刃は前記回転ロールの外周円に対応した円周面に等間隔に形成された複数条の刃を形成する溝を有し、前記回転ロールを回転させることにより当該回転ロールと前記固定刃間に投入された物体を破砕することを特徴とする破砕機。
2. 請求項１に記載された破砕機において、
   前記固定刃を、前記回転ロールの外周に沿って複数個配置したことを特徴とする破砕機。
3. 請求項１又は２に記載された破砕機において、
   前記回転ロールと固定刃とは互いの対向端面間に実質上隙間が生じないように配置されていることを特徴とする破砕機。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載された破砕機において、
   前記固定刃の溝は、当該固定刃の前記回転ロール側外周面から回転ロール間に投入された物体が推進される方向に向かってその深さを増すとともに前記回転ロールの中心を通る方向に形成された壁面で終わる断面形状を有することを特徴とする破砕機。
5. 請求項４に記載された破砕機において、
   固定刃の前記回転ロールに対向する刃巾がその溝間ピッチよりも短いことを特徴とする破砕機。
6. 請求項５に記載された破砕機において、
   前記刃巾は０．５〜５ｍｍであり、前記溝間ピッチは１〜２０ｍｍであることを特徴とする破砕機。
7. 外周面に回転軸方向に延在した溝を周方向に複数有する回転ロールと、一条以上の刃を有する固定刃セグメントを前記回転ロールの外周円に対応した円周面に沿って別体に複数配列することにより構成した固定刃と、前記固定刃セグメントを前記回転ロールの外周面方向へ変位させることにより前記回転ロールの外周面に対する前記固定刃のギャップを調整する手段とを備えたことを特徴とする破砕機。
8. 請求項７に記載の破砕機において、
   前記ギャップを調整する手段は、流体圧又はモータにより駆動されて直線運動するアクチュエータを有することを特徴とする破砕機。
9. 請求項８に記載の破砕機において、
   全ての固定刃セグメントの基端と単一のアクチュエータとの間に共通の弾性体が介在されていることを特徴とする破砕機。
10. 請求項８に記載の破砕機において、
    固定刃セグメントの基端毎に個別のアクチュエータが対向配置されていることを特徴とする破砕機。
11. 請求項７に記載の破砕機において、
    前記ギャップを調整する手段は、前記固定刃セグメントの基端毎に対向配置されたボルトであることを特徴とする破砕機。
12. 外周面に回転軸方向に延在した溝を周方向に複数有する回転ロールと、前記回転ロールの外周円に対応した円周面に沿って複数条配列された刃を有する固定刃と、破砕対象物体を前記固定刃の前記回転ロールの回転方向後方側端に滑落させるシューターとを有する破砕機において、前記シューターの、前記回転ロールの外周面と対向し前記破砕対象物体を滑落させる案内面と、前記回転ロールの外周面の回転方向前方側との間隔が先細に形成されていることを特徴とする破砕機。
13. 請求項１２に記載の破砕機において、前記案内面には、該案内面の上下端方向に延びる溝が該案内面の左右方向に複数形成されていることを特徴とする破砕機。
14. 請求項１２に記載の破砕機において、前記案内面と前記回転ロールの外周面との問隔が変化するように前記シューターを変位させる間隙調整手段を備えたことを特徴とする破砕機。
15. 請求項１４に記載の破砕機において、前記問隙調整手段は、前記シューターを前記回転ロールの軸線に平行な揺動軸の回りに揺動させる手段であることを特徴とする破砕機。
16. 物体を破砕して微細化する微細化方法であって、
    チップ状物体を回転ロールと固定刃とからなる破砕機に投入する工程と、破砕機から排出された物体を当該破砕機に再投入して破砕処理を行う工程と、前記再投入して破砕する工程を所定回数繰り返した後、破砕機から排出された破砕物体を粒径に応じて分級する工程と、分級した破砕物体を貯留する工程と、を有することを特徴とする物体の微細化方法。
17. 請求項１６に記載された物体の微細化方法において、
    前記破砕処理を行う工程は、回転ロールに荒仕上げ用の溝幅を有する回転ロールを用いて破砕処理を行う荒仕上げ処理工程と、仕上げ用の前記荒仕上げ用溝幅よりも狭い溝幅を有する回転ロールを用いて破砕処理を行う仕上げ処理工程とを有し、かつ前記荒仕上げ処理工程と処理工程がそれぞれ所定段数の破砕機で実行されることを特徴とする物体の微細化方法。
18. 請求項１６又は１７に記載された物体の微細化方法において、前記破砕処理を行う工程において、更に、凝集防止材を添加する工程を有することを特徴とする物体の微細化方法。

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