JPWO2007023823A1 - 物体を微細化する破砕機及び微細化方法 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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)
(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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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Wl、W2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。
Claims (18)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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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