JP6244596B2 - 破砕機用の回転刃及び破砕機 - Google Patents

Description

本発明は、木材、ごみ等の処理物を破砕する破砕機用の回転刃及び破砕機に関する。

従来、木材（例えばバイオマス発電用木質材）、ごみ等の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。

回転刃の構造としては、回転軸に取り付けられた刃受台に複数の破砕刃を周方向に着脱自在に取り付けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されている破砕機は、破砕刃を回転軸の軸方向に二枚重ねして、破砕刃が摩耗した際に二枚の破砕刃を入れ替えて回転刃の耐用時間を長くする構造を有している。

特許第２９１１４１６号公報

ところで、破砕機においては、長尺の処理物のすり抜け、即ち、処理物が破砕されずに回転刃を通過することがある。長尺の処理物のすり抜けを防止する方法として、周方向に複数配置される破砕刃の数を増やす方法がある。
破砕刃を増やす場合、特許文献１に記載されているような破砕刃を着脱自在とした構造では、刃受台に設けられた取付面を増やす必要がある。しかしながら、取付面を増やす、即ち、刃受台の周方向の幅を狭くすると、破砕刃の取り付け強度が低下するという課題がある。

この発明は、破砕刃が刃受台に対して着脱自在である破砕機用の回転刃において、破砕刃の刃受台に対する取り付け強度を損なうことなく、処理物のすり抜けを抑制することができる破砕機用の回転刃、及び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、破砕機用の回転刃は、周方向に複数の取付面が形成され、互いの軸線が一致するように回転軸に取り付けられた刃受台と、主面が前記軸線と直交するように前記取付面に着脱可能に取り付けられ、前記取付面に当接する当接部と、前記回転軸の径方向外方に突出する切刃部と、を有する破砕刃を複数有し、複数の前記破砕刃が、互いの主面が当接するように軸方向に複数重ねられて、複数の前記破砕刃の各々の前記当接部が一つの前記取付面に対して取り付けられ、かつ、複数の前記破砕刃の各々の前記切刃部の位置が回転方向にずれている破砕刃組と、を備え、前記破砕刃組が複数の前記取付面に各々取り付けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、破砕刃が刃受台に対して着脱自在である破砕機用の回転刃において、一つの取付面に複数の破砕刃が取り付けられるため、破砕刃の刃受台に対する取り付け強度を損なうことなく、回転刃の切刃部の数を多くすることができる。また、切刃部の数を多くすることによって、処理物のすり抜けを抑制することができる。

上記破砕機用の回転刃において、前記回転軸の周方向に隣り合う前記切刃部同士の間隔のうち少なくとも一つの間隔が他の間隔と異なってよい。

このような構成によれば、周方向に隣り合う切刃部同士の間の空間が異なる大きさになるため、様々な大きさの破砕物を空間に挿入することが可能になり、様々な形状の破砕物を破砕することができる。

本発明の第二の態様によれば、破砕機は、互いに平行に配置された複数の前記回転軸と、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と、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群と、を有し、一の前記回転軸に取り付けられている前記回転刃と、一の前記回転軸に隣り合う前記回転軸に取り付けられている前記スペーサ群とが、前記回転軸の軸方向の位置が同じとなるように配置されている破砕機であって、前記スペーサ群は、軸方向に重ねられた複数のスペーサからなり、各々の前記スペーサは、前記回転軸の軸方向の位置が同じであり、複数の前記破砕刃を周方向に環状に配置した破砕刃群の直径が大きい程、前記スペーサの直径が小さくなるように形成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、処理物のすり抜けをさらに抑制することができる。

本発明によれば、破砕刃が刃受台に対して着脱自在である回転刃において、一つの取付面に複数の破砕刃が取り付けられるため、破砕刃の刃受台に対する取り付け強度を損なうことなく、切刃部の数を多くすることができる。また、切刃部の数を多くすることによって、破砕物のすり抜けを抑制することができる。

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及びスペーサ群を示す平面図である。 本発明の第一実施形態の回転刃及びスペーサ群を軸方向から見た正面図である。 本発明の第一実施形態の回転刃を示す図（上半図）である。 本発明の第一実施形態の回転刃において、刃受台に破砕刃を取り付ける方法を示す図である。 本発明の第一実施形態の破砕刃の切刃部の斜視図である。 本発明の第一実施形態の変形例の回転刃を軸方向から見た正面図である。 本発明の第二実施形態の回転刃の切刃部を径方向から見た概略図である。

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態に係る破砕機について図面を参照して説明する。
本実施形態の破砕機１００は、例えば木材、ごみ等の処理物（廃棄物）を破砕して、所定の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。
図１及び図２に示すように、破砕機１００は、ケーシング２５と、ケーシング２５の内部に収容された回転軸１、２と、回転軸１、２に取り付けられている複数の回転刃３と、回転軸１、２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群１０からなる一対の破砕機構４を備えている。

ケーシング２５の側壁からは、回転刃３及びスペーサ群１０に対向する位置に向けてスクレーパ（図示せず）が設けられている。スクレーパの先端部は、回転刃３及びスペーサ群１０の周面に近接するよう半円弧状に形成されている。スクレーパは、回転刃３に挟まった処理物をかき取る。

破砕機構４の回転軸１、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。
各々の破砕機構４において、回転刃３とスペーサ群１０とは、軸方向Ａに交互に配置されている。図３に符号Ｔ２で示すように、回転刃３の軸方向Ａの幅（厚さ）と、スペーサ群１０の軸方向Ａの幅とは、同一である。

回転軸１（一方の回転軸）に取り付けられている回転刃３及びスペーサ群１０と、回転軸２（他方の回転軸）に取り付けられている回転刃３及びスペーサ群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、回転軸１に取り付けられている回転刃３と、回転軸１と隣り合う回転軸２に取り付けられているスペーサ群１０とは、回転軸１、２の軸方向Ａの位置が同じとなるように配置されている。

回転軸１に取り付けられている回転刃３の一部と、回転軸２に取り付けられている回転刃３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処理物をせん断破砕する。

図３に示すように、スペーサ群１０は、軸方向Ａに重ねられた３つのスペーサ１１を有しており、回転刃３は、軸方向Ａに重ねられた３組の破砕刃群７を有している。スペーサ１１及び破砕刃群７の軸方向Ａの幅（符号Ｔ１）は等しい。

回転軸１、２は、図４に示すように、六角形状の断面形状であり、電動機などの駆動装置５によって軸線Ｏ１、Ｏ２周りに回転する。なお、回転軸１、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、スペーサ群１０及び回転刃３とキーを用いて固定してもよい。

図４に示すように、回転刃３は、周方向に複数形成された取付面６ａを有しており、回転軸１、２と互いの軸線が一致するように取り付けられた刃受台６と、刃受台６に着脱自在に取り付けられている３組の破砕刃群７と、を有している。
刃受台６は、回転軸１、２の断面形状に対応した六角形状の中心孔１７を有している。回転軸１、２は、刃受台６の中心孔１７に挿通されている。刃受台６は、軸方向から見て六角形状をなしている。刃受台６の外周をなす六面のそれぞれは、破砕刃８が取り付けられる取付面６ａである。刃受台６の軸方向の幅は、重ねられた３組の破砕刃群７の幅、及びスペーサ群１０の幅（Ｔ２）と等しい。

破砕刃群７は、板状をなして、周方向に並べられた複数の破砕刃８から構成されている。各々の破砕刃８は、主面８ｓが軸線Ｏ１、Ｏ２と直交するように刃受台６の取付面６ａに着脱可能に取り付けられている。
各々の破砕刃８は、軸線Ｏ１、Ｏ２に対して径方向外側に形成されている切刃部９を有している。各々の破砕刃８は、刃受台６の取付面６ａに当接する当接部２１を有している。本実施形態の破砕刃群７は、６つの破砕刃８を有している。即ち、本実施形態の回転刃３は、１８の破砕刃８を有している。

上述したように、回転刃３は、互いの主面７ｓが当接するように軸方向Ａに重ねられた３組の破砕刃群７を有している。破砕刃群７を構成する複数の破砕刃８は、回転軸１、２の周方向に環状に配置されている。
３組の破砕刃群７は、形状の異なる破砕刃８によって構成された、第一破砕刃群７ａと、第二破砕刃群７ｂと、第三破砕刃群７ｃと、を有している。ここで、第二破砕刃群７ｂを例に、回転刃３における破砕刃群７の取付構造を説明する。

図５に示すように、破砕刃群７を構成する破砕刃８は、破砕刃８に形成されたボルト挿通孔１８に固定ボルト２０を挿通し、刃受台６の取付面６ａに形成された雌ネジ孔１９に固定ボルト２０を締結することによって、刃受台６の取付面６ａに着脱可能に取り付けられている。

刃受台６の取付面６ａには、周方向を向く係合面１２ａを有する段部１２が形成されている。破砕刃８に設けられて刃受台６の取付面６ａに当接する当接部２１には、刃受台６の係合面１２ａに対応する係合面１３ａ及び段部１３が形成されている。
回転刃３の刃受台６の取付面６ａ及び破砕刃８の当接部２１にはそれぞれ、円形孔のピン孔１４、１５が形成されている。

図６に示すように、回転刃３において、刃受台６に破砕刃８を取り付ける際には、刃受台６及び破砕刃８と個別に形成され、ピン孔１４、１５と略同径の円柱状のピン１６の一端部側を破砕刃８のピン孔１５に嵌合させ、破砕刃８とともにピン１６の他端部側を刃受台６のピン孔１４に嵌合させる。

このとき、ピン１６を刃受台６のピン孔１４に嵌合させ、破砕刃８の当接部２１が刃受台６の取付面６ａに密着するとともに、刃受台６の段部１２の係合面１２ａと破砕刃８の段部１３の係合面１３ａとが面接触して係合する。

このように互いの段部１２、１３が係合することにより、刃受台６に対して破砕刃８が位置決めされ、かつ、破砕刃８の周方向の移動が規制される。また、ピン孔１４、１５にピン１６が嵌合することにより、刃受台６に対して破砕刃８の軸方向の移動が規制される。さらに、刃受台６と破砕刃８に形成されたピン孔１４、１５とピン１６とが略同径の円形で形成されているため、ピン孔１４、１５にピン１６が嵌合することにより、刃受台６に対して破砕刃８の軸方向の移動も規制される。よって、ピン孔１４、１５にピン１６を嵌合させるだけで、破砕刃８を位置決めしながら刃受台６の所定位置に配置して取り付けることができる。また、破砕刃８を固定ボルト２０で容易に固着することができる。

次に、切刃部９の詳細形状について説明する。図７に示すように、切刃部９は、すくい面３０と、逃げ面３１と、すくい面３０と逃げ面３１との間の稜線をなす切れ刃３２と、を有している。回転軸１、２の回転により、切刃部９は符号Ｒで示す回転方向に回転する。本実施形態の切れ刃３２は、軸方向Ａと平行である。

スペーサ群１０は、回転軸１、２に取り付けられて軸線Ｏ１、Ｏ２方向に隣り合う回転刃３の間に設けられ、回転刃３の軸方向の間隔を規定するものである。図３に示すように、スペーサ群１０は、３つのスペーサ１１を有している。各々のスペーサ１１は、多角形状のスペーサ中心孔２３を有する円柱形状をなしている。スペーサ中心孔２３には、回転軸１、２が挿通される。

上述したように、第一破砕刃群７ａと、第二破砕刃群７ｂと、第三破砕刃群７ｃとは、異なる形状を有している。即ち、第一破砕刃群７ａを構成する第一破砕刃８ａと、第二破砕刃群７ｂを構成する第二破砕刃８ｂと、第三破砕刃群７ｃを構成する第三破砕刃８ｃとは、異なる形状を有している。具体的には、第一破砕刃８ａと第二破砕刃８ｂと第三破砕刃８ｃとは、各々の切刃部９の位置が回転方向Ｒ前後にずれている。
ここで、一つの取付面６ａに取り付けられている３つの破砕刃８の組を、破砕刃組２２と呼ぶ。破砕刃組２２を構成する複数の破砕刃８は、互いの主面８ｓが当接するように軸方向Ａに重ねられている。回転刃３は、破砕刃組２２が複数の取付面６ａに各々取り付けられた構造である。

図４に示すように、同じ取付面６ａに取り付けられる３つの破砕刃８のうち、切刃部９が最も回転方向Ｒ前方側に形成されている破砕刃８を第一破砕刃８ａ、切刃部９が最も回転方向後方側に形成されている破砕刃を第三破砕刃８ｃ、切刃部９が第一破砕刃８ａの切刃部９と第三破砕刃８ｃの切刃部９との間に形成されている破砕刃８を第二破砕刃８ｂとする。

図４に示すように、破砕刃８の切刃部９は、第一破砕刃８ａの切刃部９と第二破砕刃８ｂの切刃部９の周方向の距離Ｃ１（間隔）と、第二破砕刃８ｂの切刃部９と第三破砕刃８ｃの切刃部９の周方向の距離とＣ２、第三破砕刃８ｃの切刃部９と回転方向Ｒ後方側に取り付けられている第一破砕刃８ａの切刃部９の周方向の距離Ｃ３とが異なるように形成されている。
具体的には、破砕刃８の切刃部９は、距離Ｃ２、距離Ｃ１、距離Ｃ３の順に大きくなるように形成されている。なお、距離Ｃ１、距離Ｃ２、距離Ｃ３が全て異なっている必要はなく、少なくとも一つの距離が他の距離と異なっていればよい。

図３に示すように、第一破砕刃群７ａの最大外径Ｄ１（切刃部９の切れ刃３２の位置によって規定される直径）と、第二破砕刃群７ｂの最大外径Ｄ２と、第三破砕刃群７ｃの最大外径Ｄ３と、は異なっている。
スペーサ群１０を構成するスペーサ１１の直径は、軸方向Ａに直交する水平方向（符号Ｗで示す方向）に隣り合う破砕刃群７の最大外径に対応している。具体的には、各々のスペーサ１１は、軸方向Ａの位置が同じである破砕刃群７の最大外径が大きい程、スペーサ１１の直径が小さくなるように形成されている。
さらに具体的には、スペーサ１１の直径は、破砕刃群７の切れ刃３２（切刃部９）との間に最低でも所定の隙間Ｇを有するような直径である。上述したように、第一破砕刃群７ａの最大外径Ｄ１と、第二破砕刃群７ｂの最大外径Ｄ２と、第三破砕刃群７ｃの最大外径Ｄ３と、は異なるため、スペーサ群１０を構成するスペーサ１１の直径も、それぞれ異なる。図３に示すように、最も最大外径が大きい第二破砕刃群７ｂに対応するスペーサ１１ｂの直径Ｓ２は最も小さく、最も最大外径が小さい第一破砕刃群７ａに対応するスペーサ１１ａの直径Ｓ１は最も大きい。

上記実施形態によれば、一つの取付面６ａに複数の破砕刃８が取り付けられているとともに、切刃部９の位置が周方向にずらされていることにより、一つの取付面に一つの破砕刃を取り付ける構造と比較して、処理物のすり抜けを抑制することができる。
また、取付面の数を増やして切刃部の数を増やす構造と比較して、取付面の周方向の幅を確保しながら、切刃部の数を増やすことができる。即ち、破砕刃８と刃受台６との間の強度を確保しながら、破砕刃８の数を増やすことができる。

また、一つの取付面６ａに複数の破砕刃８を取り付ける構造としたことによって、破砕刃８の軸方向の幅を狭くすることができる。破砕刃８の幅を狭くすることによって、破砕初期の粉砕力をより大きくすることができる。また、周方向にずらされた破砕刃８が順次粉砕力を発揮することによって、破砕がスムーズに進み、破砕時の過負荷による回転軸１、２の反転回数が少なくなり、破砕時間を短縮することができる。

また、各々のスペーサ１１を、軸方向Ａの位置が同じである破砕刃群７の直径が大きい程、スペーサ１１の直径が小さくなるように形成することによって、処理物のすり抜けをさらに抑制することができる。

また、一つの刃受台６に複数の破砕刃８を設ける構造としたことによって、一つの刃受台６に一つの破砕刃８を設ける構造と比較して、破砕粒度（破砕幅）の小さい破砕物を生産することができる。
また、切刃部９間の距離Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が不均一にされていることによって、周方向に隣り合う切刃部９同士の間の空間Ｓが異なる大きさになる。これにより、様々な大きさの処理物を空間Ｓに挿入することが可能になり、様々な形状の処理物を破砕することができる。

また、回転刃３においては、まず、破砕刃８のみの交換を行うことができるため、従来の切刃部一体型の破砕刃と比較し、回転刃３（切刃部９）の交換作業を容易にし、回転刃３の交換に要する時間、ひいてはコストを大幅に低減することが可能になる。

次に、第一実施形態の変形例について説明する。
図８に示すように、変形例の回転刃３Ｂの破砕刃８Ｂは、刃受台６の一つの取付面６ａに対して、二つ取り付けられている。換言すれば、一つの取付面６ａに取り付けられている破砕刃組２２は２つの破砕刃８によって構成されている。
即ち、上記変形例に示すように、一つの取付面６ａに取り付ける破砕刃８の数は３つに限ることはない。回転刃３の軸方向Ａの幅を狭くしたい場合等は、本変形例のように、重ねられる破砕刃群７の数を少なくすることが好ましい。

（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の破砕機用の回転刃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９に示すように、本実施形態の回転刃３Ｃを構成する破砕刃８Ｃの切刃部９Ｃは、切れ刃３２が軸方向Ａと平行とはなっておらず、軸方向Ａに対して傾斜している。

具体的には、第一破砕刃８ａの切れ刃３２及び第三破砕刃８ｃの切れ刃３２は、軸方向他方側Ａ２が回転方向Ｒ後方側に傾斜し、第二破砕刃８ｂの切れ刃３２は、軸方向一方側Ａ１が回転方向Ｒ後方側に傾斜している。
換言すれば、一つの取付面６ａに取り付けられている３つの破砕刃８Ｃの切れ刃３２は、回転軸１、２の径方向からみて軸方向に対して傾斜して形成されている。さらに、隣り合う破砕刃８の傾斜方向が逆になっている。

次に、本実施形態の回転刃３Ｃの作用について説明する。図９に示すように、処理物が破砕刃８の切刃部９によって破砕される際は、切れ刃３２が傾斜していることによって、破砕物は符号Ｆで示すように方向付けられる。破砕物が軸方向Ａのいずれかの方向付けられることによって、回転軸１、２には軸方向Ａの推力が発生する。

上記実施形態によれば、切刃部９が処理物を破砕する際に、破砕物が軸方向一方側Ａ１と軸方向他方側Ａ２とに振り分けられることによって、回転軸１、２に発生する推力が、打ち消し合う。これにより、破砕の際に回転軸１、２にかかる負荷を軽減することができる。

以上、本発明に係る破砕機用の回転刃の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の回転刃は、二軸せん断式破砕機に設けられているが、これに限ることはなく、単軸の回転式破砕機等にも適用可能である。
また、スペーサは必ずしも分割する必要はなく、軸方向Ａに重ねられた複数の破砕刃群７に対して一つのスペーサを用いてもよい。

１ 回転軸
２ 回転軸
３ 回転刃
４ 破砕機構
５ 駆動装置
６ 刃受台
６ａ 取付面
７，７ａ，７ｂ，７ｃ 破砕刃群
７ｓ 主面
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 破砕刃
８ｓ 主面
９ 切刃部
１０ スペーサ群
１１ スペーサ
１２ 段部
１２ａ 係合面
１４ ピン孔
１５ ピン孔
１６ ピン
１７ 中心孔
１８ ボルト挿通孔
１９ 雌ネジ孔
２０ 固定ボルト
２１ 当接部
２２ 破砕刃組
２３ スペーサ中心孔
２５ ケーシング
３０ すくい面
３１ 逃げ面
３２ 切れ刃
１００ 破砕機
Ｏ１ 軸線
Ｏ２ 軸線
Ｔ１ 回転方向
Ｔ２ 回転方向

Claims (3)

1. 周方向に複数の取付面が形成され、互いの軸線が一致するように回転軸に取り付けられた刃受台と、
   主面が前記軸線と直交するように前記取付面に着脱可能に取り付けられ、前記取付面に当接する当接部と、前記回転軸の径方向外方に突出する切刃部と、を有する破砕刃を複数有し、複数の前記破砕刃が、互いの主面が当接するように軸方向に複数重ねられて、複数の前記破砕刃の各々の前記当接部が一つの前記取付面に対して取り付けられ、かつ、複数の前記破砕刃の各々の前記切刃部の位置が回転方向にずれている破砕刃組と、を備え、
   前記破砕刃組が複数の前記取付面に各々取り付けられている破砕機用の回転刃。
2. 前記回転軸の周方向に隣り合う前記切刃部同士の間隔のうち少なくとも一つの間隔が他の間隔と異なっている請求項１に記載の破砕機用の回転刃。
3. 互いに平行に配置された複数の前記回転軸と、
   前記回転軸に軸方向に間隔をあけて取り付けられた請求項１又は請求項２に記載の複数の回転刃と、
   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群と、
   を有し、
   一の前記回転軸に取り付けられている前記回転刃と、一の前記回転軸に隣り合う前記回転軸に取り付けられている前記スペーサ群とが、前記回転軸の軸方向の位置が同じとなるように配置されている破砕機であって、
   前記スペーサ群は、軸方向に重ねられた複数のスペーサからなり、
   各々の前記スペーサは、前記回転軸の軸方向の位置が同じであり、複数の前記破砕刃を周方向に環状に配置した破砕刃群の直径が大きい程、前記スペーサの直径が小さくなるように形成されている破砕機。

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