(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024167957
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】一軸破砕機
(51)【国際特許分類】
B02C 18/14 20060101AFI20241128BHJP
B02C 18/24 20060101ALI20241128BHJP
B02C 25/00 20060101ALI20241128BHJP
【FI】
B02C18/14 A
B02C18/24
B02C25/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023084299
(22)【出願日】2023-05-23
(71)【出願人】
【識別番号】390015967
【氏名又は名称】株式会社キンキ
(74)【代理人】
【識別番号】100141586
【弁理士】
【氏名又は名称】沖中 仁
(74)【代理人】
【識別番号】100102211
【弁理士】
【氏名又は名称】森 治
(72)【発明者】
【氏名】藤本 真也
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 陽一
(72)【発明者】
【氏名】三枝 増之
(72)【発明者】
【氏名】和田 知樹
(72)【発明者】
【氏名】和田 直哉
【テーマコード(参考)】
4D065
4D067
【Fターム(参考)】
4D065CA16
4D065CB01
4D065CC01
4D065DD05
4D065DD30
4D065EB12
4D065EB14
4D065ED27
4D065ED35
4D065EE04
4D065EE13
4D065EE15
4D067FF03
4D067FF04
4D067FF13
4D067FF14
4D067GA12
4D067GA16
4D067GB03
(57)【要約】
【課題】一軸破砕機の有する問題点を解消して、プラスチックや紙類からなる廃棄物等に対して、安定した破砕処理を行うことができる一軸破砕機を提供すること。
【解決手段】ロータ3の負荷の変動により変化する電動機の電流値を検出し、この検出した電流値により、プッシャ5を前進させるときは、アクチュエータによるプッシャ5の前進速度を、電流値が低下すればプッシャ5の前進速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャ5の前進速度を低下、停止又は後退させるように、プッシャ5を後退させるときは、アクチュエータによるプッシャ5の後退速度を、電流値が低下すればプッシャ5の後退速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャ5の後退速度を低下させるように、それぞれフィードバック制御するPID制御器を備える。
【選択図】
図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記ロータの駆動機構の駆動手段として電動機を、プッシャの駆動機構の駆動手段としてアクチュエータをそれぞれ備え、
ロータの負荷の変動により変化する電動機の電流値を検出し、該検出した電流値により、
プッシャを前進させるときは、アクチュエータによるプッシャの前進速度を、電流値が低下すればプッシャの前進速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャの前進速度を低下、停止又は後退させるように、
プッシャを後退させるときは、アクチュエータによるプッシャの後退速度を、電流値が低下すればプッシャの後退速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャの後退速度を低下させるように、
それぞれフィードバック制御するPID制御器を備えるようにしたことを特徴とする一軸破砕機。
【請求項2】
被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記スクリーンの外周側からスクリーンに向けて圧縮空気をパルスジェット状に噴射するノズル穴を備え、ロータの回転軸と平行に配設した、複数本のノズル管からなるスクリーンの目詰まり防止機構を備えるようにしたことを特徴とする一軸破砕機。
【請求項3】
被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記回転刃と固定刃の挟み角を8~12°にするとともに、固定刃の入隅角の角度を回転刃の出隅角の角度をより小さくすることで回転刃と固定刃の隙間寸法が均一になるようにしたことを特徴とする一軸破砕機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一軸破砕機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、プラスチックや紙類からなる廃棄物等を破砕するために、剪断式破砕機が採用されている。
剪断式破砕機には、一軸破砕機のほか、二軸を含む多軸破砕機があり、被破砕物に応じて、選択して用いられたり、複数(種類)の破砕機を用いて多段処理するようにされている。特に、プラスチックや紙類からなる廃棄物のリサイクルを目的として廃棄物を破砕する場合、多段処理の最終段階において、一軸破砕機を用いて、粒度が数十mm程度となるように破砕を行い、再原料化や燃料として再利用できるようにされている。
一方、多段処理は、設備費用が高くなるため、一軸破砕機1台で上記の破砕処理を行うことができるようにすることも要請されている。
【0003】
ところで、従来の一軸破砕機は、被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ、ロータ及びプッシャの駆動機構、未破砕の被破砕物が排出されることを防いで被破砕物の破砕粒度を一定に保つスクリーン、制御装置等から構成される(例えば、特許文献1~2参照。)。
この一軸破砕機において、ホッパに収容され、ホッパの底部に設けた開口から送り出される被破砕物は、プッシャによりロータに押し付けられ、回転刃と固定刃の間で剪断されて細かく破砕され、細かく破砕された被破砕物は、破砕機室内からスクリーンを通って排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011-230077号公報
【特許文献2】特開2011-245365号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、従来の一軸破砕機は、小さい粒度に破砕し、かつ、大きな処理量を得るために、二軸破砕機等の多軸破砕機と比較して高回転数で破砕を行い、かつ、被破砕物をプッシャによりロータに押し付けて噛み込み性を上げ強制的に被破砕物の破砕処理を行うようにしていた。そして、被破砕物を過度に噛み込むことで破砕負荷が過負荷になると制御装置により、ロータを逆転、その後正転運転を行うようにしていた。プッシャの運転はON・OFFの切り替えをタイマー運転やプッシャ速度高速・低速の段階的な速度切り替えにより運転しているが、負荷に対する柔軟な運転ができず過負荷となり、逆転、正転を頻発し、被破砕物の処理量が低下するという問題があった。
【0006】
また、プラスチックや紙類からなる廃棄物は比重が小さく、特に、質プラスチックのように、薄くて軟らかいものは破砕され難い。さらに、破砕後スクリーンの網目(開口)を通過する際、スクリーン孔の壁面と摩擦を生じ排出され難い傾向がある。その結果、長時間破砕を継続すると網目(開口)に目詰まりが発生し被処理物の排出量が低下し、被破砕物の処理量低下の一因となっていた。
【0007】
本発明は、上記従来の一軸破砕機の有する問題点を解消して、プラスチックや紙類から
なる廃棄物等に対して、安定した破砕処理を行うことができる一軸破砕機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の一軸破砕機は、被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記ロータの駆動機構の駆動手段として電動機を、プッシャの駆動機構の駆動手段としてアクチュエータをそれぞれ備え、
ロータの負荷の変動により変化する電動機の電流値を検出し、該検出した電流値により、
プッシャを前進させるときは、アクチュエータによるプッシャの前進速度を、電流値が低下すればプッシャの前進速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャの前進速度を低下、停止又は後退させるように、
プッシャを後退させるときは、アクチュエータによるプッシャの後退速度を、電流値が低下すればプッシャの後退速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャの後退速度を低下させるように、
それぞれフィードバック制御するPID制御器を備えるようにしたことを特徴とする。
【0009】
また、同じ目的を達成するため、本発明の一軸破砕機は、被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記スクリーンの外周側からスクリーンに向けて圧縮空気をパルスジェット状に噴射するノズル穴を備え、ロータの回転軸と平行に配設した、複数本のノズル管からなるスクリーンの目詰まり防止機構を備えるようにしたことを特徴とする。
【0010】
また、同じ目的を達成するため、本発明の一軸破砕機は、被破砕物を収容するホッパ、ホッパの底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ、ロータに取り付けられた回転刃と筐体に固定された固定刃、被破砕物をロータに押し付けるプッシャ及びロータ及びプッシャの駆動機構を備えた一軸破砕機であって、
前記回転刃と固定刃の挟み角を8~12°にするとともに、固定刃の入隅角の角度を回転刃の出隅角の角度をより小さくすることで回転刃と固定刃の隙間寸法が均一になるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明の一軸破砕機によれば、従来の一軸破砕機の有する問題点を解消して、プラスチックや紙類からなる廃棄物等に対して、安定した破砕処理を行うことができる一軸破砕機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【
図1】本発明の一軸破砕機の一実施例を示す正面図である。
【
図6】同一軸破砕機のPID制御運転時のロータ電動機電流値とプッシャ油圧シリンダ出力の関係を示すグラフである。
【
図7】同一軸破砕機のスクリーンの目詰まり防止機構の説明図である。
【
図8】同一軸破砕機の回転刃と固定刃の挟み角を示す説明図で、(a)は全体図、(b)は要部の拡大図である。
【
図9】一軸破砕機の回転刃及び固定刃を示し、(a1)は回転刃の平面図、(b1)は同正面断面図、(c1)は同側面図、(a2)は固定刃の平面図、(b2)は同背面図、(c2)は同側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の一軸破砕機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【0014】
図1~
図5に、本発明の一軸破砕機の一実施例を示す。
この一軸破砕機1は、従来の一軸破砕機と同様、被破砕物を収容するホッパ2、ホッパ2の底部に設けた開口に臨んで配置されたロータ3、ロータ3に取り付けられた回転刃31と筐体(破砕機本体)に固定された固定刃4、被破砕物をロータ3に押し付けるプッシャ5、ロータ3及びプッシャ5の駆動機構61、62、未破砕の被破砕物が排出されることを防いで被破砕物の破砕粒度を一定に保つスクリーン7、スクリーン7の目詰まり防止機構8、制御装置等から構成される。
【0015】
ここで、被破砕物をロータ3に押し付けるプッシャ5は、
図5に示すように、被破砕物を押圧するプッシャ5の前面の上端の延長線が、ロータ3の上方を指向する(ロータ3をカバーする)高さにするとともに、前面の形状を上端側が迫り出す湾曲した形状に形成するようにする。
これにより、プッシャ5によって、被破砕物をロータ3に均一な圧力で押し付けることができ、安定した破砕処理を行うことができる。
【0016】
[制御装置]
ロータ3の駆動機構61の駆動手段として電動機を、プッシャ5の駆動機構62の駆動手段としてアクチュエータ(油圧シリンダ)をそれぞれ備えるようにする。
そして、ロータ3の駆動機構61及びプッシャ5の駆動機構62は、制御装置によって駆動制御するようにする。
【0017】
ここで、制御装置は、フィードバック制御するPID制御器を備えることにより、プッシャ5を前進させるときは、
1.前進標準:ロータ3の負荷の変動により変化する電動機の電流値の閾値を予め設定しておき、この電流値の閾値と、リアルタイムで検出した電流値とを比較することで、アクチュエータによるプッシャ5の前進速度を切り替えるフィードバック制御運転
2.前進PID制御運転(PID制御器によるフィードバック制御運転。以下、同じ。)(低速時のみ):プッシャ5の高速前進制御運転と前進PID制御運転とを組み合わせた制御運転
3.前進PID制御運転(全範囲):前進PID制御運転
を選択して行うことができるようにしている。
【0018】
また、プッシャ5を後退させるときは、
1.後退標準:プッシャ5の高速後退制御運転
2.後退負荷軽減:ロータ3の負荷の変動により変化する電動機の電流値の閾値を予め設定しておき、この電流値の閾値と、リアルタイムで検出した電流値とを比較することで、アクチュエータによるプッシャ5の後退速度を切り替えるフィードバック制御運転
3.後退負荷軽減PID制御運転:後退PID制御運転
を選択して行うことができるようにしている。
【0019】
PID制御運転は、具体的には、ロータ3の負荷の変動により変化する電動機の電流値
を検出し、この検出した電流値により、
プッシャ5を前進させるときは、アクチュエータによるプッシャ5の前進速度を、電流値が低下すればプッシャ5の前進速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャ5の前進速度を低下、停止又は後退させるように、
プッシャ5を後退させるときは、アクチュエータによるプッシャ5の後退速度を、電流値が低下すればプッシャ5の後退速度を上昇させ、電流値が上昇すればプッシャ5の後退速度を低下させるように、
それぞれPID制御器によりフィードバック制御するようにする。
ここで、プッシャ5を後退させるときに電動機の電流値が上昇するのは、プッシャ5の後退分だけ被破砕物がホッパ2の底部に設けた開口からロータ3に向けて充填されて破砕負荷がかかるようになるためである。
図6に、一軸破砕機のPID制御運転時のロータ電動機電流値とプッシャ油圧シリンダ出力の関係(一例)を示す。
【0020】
これにより、負荷に対する柔軟な運転が可能となり、過負荷となってロータ3の正転と逆転を繰り返す頻度を少なくしたり、無くすことができるため、被破砕物の安定した破砕処理を行うことができ、PID制御器によるフィードバック制御により負荷変動を抑えることで、過負荷を抑えられるとともに、運転中の電流値の目標値を高く設定できるようになり、従来よりも負荷の高い(仕事量の多い、処理量の増加)運転が可能になることと相俟って、被破砕物の処理量が低下するという問題を解消することができる。
【0021】
[スクリーンの目詰まり防止機構]
図4~
図5及び
図7に示すように、スクリーン7の目詰まり防止機構8として、スクリーン7の外周側からスクリーン7に向けて圧縮空気をパルスジェット状に噴射するノズル穴を備え、ロータ3の回転軸Lと平行に、複数本のノズル管81、82、83を配設するようにする。
【0022】
各ノズル管81、82、83は、スクリーン7の面積と噴射距離を考慮して配置するようにする。
各ノズル管81、82、83は、金属製の管部材、例えば、厚肉鋼管を使用し、噴射距離を勘案して、φ2~3mmのノズル穴を形成する。
本実施例においては、各ノズル管81、82、83のノズル穴を管軸方向に1列、千鳥状、2列又はこれらを組み合わせて形成することにより、0.4~1.0MPa、好ましくは、0.5~0.8MPa(本実施例においては、0.65MPa)の圧縮空気を、25~40°、好ましくは、30~35°の角度で噴射することで、中心角が約180°のスクリーン7の略全面に向けて圧縮空気をパルスジェット状に均一に噴射することができるようにしている(本実施例における、ノズル管81、82、83のスクリーン7のカバー角度(中心角)は、それぞれ約45°、約65°、約50°になるようにしている。)。
【0023】
圧縮空気の供給源にはコンプレッサを使用し、圧縮空気をノズル管81、82、83に供給することで、ノズル穴から瞬時に高圧の空気を噴射するようにする。
この場合、複数本のノズル管81、82、83に同時に圧縮空気を供給してもよいが、コンプレッサのタンク容量等を考慮して、時間差を設けて、例えば、圧縮空気を1本ずつ、ノズル管81、82、83・・・の順に供給するようにバルブの開閉を制御することができる。
また、バルブの開閉の制御モードを、破砕された被破砕物によって目詰まりを起こして閉塞しやすい箇所、具体的には、スクリーン7の鉛直下向きの位置をカバーするノズル管81、82に圧縮空気を供給する頻度を高めること、例えば、ノズル管81、82、81、82、83・・・の順に供給するようにバルブの開閉を制御することにより、より確実
なスクリーン7の目詰まり防止対策が可能となる。
【0024】
これにより、特に、軟質プラスチック系の被破砕物で発生する目詰まりが抑制できることで、実運用において、低下する処理能力を高いまま維持でき、また、排出性が良くなることで、動力も低下し、処理量当たりの電力使用量を低減でき、効率が高くなる。特に、一軸破砕機1が採用されるプラントでは24時間運転を行うところも多いため、長時間運転に伴うスクリーン7の閉塞による破砕能力の低下を防止し、安定した破砕処理を行うことができるようにすることで、被破砕物の処理量が低下するという問題を解消することができる。
【0025】
図8~
図9に示すように、ロータ3に取り付けられた回転刃31と筐体(破砕機本体)に固定された固定刃4の挟み角θを8~12°(本実施例においては、θ=10°になるようにしている。)にするとともに、固定刃4の入隅角の角度θ2を回転刃31の出隅角の角度θ1をより小さくする(本実施例においては、θ1=90°、θ2=85.37°にしている。)ことで回転刃31と固定刃4の隙間寸法が均一になるようにする。
【0026】
ここで、回転刃31は、全体形状が略立方体をし、背面が鉛直な平面をなすことで、安定した支持力が得られるようにしている。
また、固定刃4は、台座41を介して筐体(破砕機本体)に固定するようにすることで、交換時のメンテナンス性が向上するようにしている。
【0027】
これにより、被破砕物を破砕する際の剪断負荷を低減し、破砕能力が向上し、安定した破砕処理を行うことができるようにすることで、被破砕物の処理量が低下するという問題を解消することができる。
【0028】
以上、本発明の一軸破砕機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【0029】
本発明の一軸破砕機は、従来の一軸破砕機の有する問題点を解消して、プラスチックや紙類からなる廃棄物等に対して、安定した破砕処理を行うことができることから、一軸破砕機に広く適用することができる。
【符号の説明】
【0030】
1 一軸破砕機
2 ホッパ
3 ロータ
31 回転刃
4 固定刃
41 台座
5 プッシャ
61 ロータの駆動機構(電動機)
62 プッシャの駆動機構(アクチュエータ(油圧シリンダ))
7 スクリーン
8 スクリーンの目詰まり防止機構
81 ノズル管
82 ノズル管
83 ノズル管
L ロータの回転軸
θ 回転刃と固定刃の挟み角
θ1 回転刃の出隅角の角度
θ2 固定刃の入隅角の角度