JPS604740B2 - 回転切断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は材料を希望する任意の二次元的な断面の大き
さに１度で確実に切断する装置に関するもので、特に延
性材料の切断に対して有効な装置を提供するものである
。

省資源、省エネルギーの見地から金属スクラップ、廃プ
ラスチック、古タイヤ等の産業廃棄物の再生利用技術が
注目されている。

この再生利用技術の一環として、産業廃棄物を細片化す
る技術が必要となる。一般に、脆性材料の細片化は比較
的容易で、種々の粉砕装置が開発されている。しかし、
延性材料の細片化は比較的困難であり、産業廃棄物を対
象とするような多量処理が可能で、能率の良い装置は見
当らない。例えば、金属スクラップを焼結鍛造により再
利用する場合には、金属スクラップを細片化しなければ
ならない。

この細片化のために、従来はハンマーミルが使用されて
いる。しかし、ハンマーミルでは、粉砕されたチップの
大きさをコントロールすることができないため、チップ
の大きさが不ぞろし、になり、必要以上に微細化したチ
ップが多く混在する。また反面、大きすぎるチップも混
在するため、粉砕工程の後にふるい分け工程を必要とす
る。また、ハンマーミルではアルミニウム、低炭素鋼等
の延性材料の粉砕はほとんど不可能に近い。さらに、粉
砕時に材料がかなり加工硬化するため、粉砕チップの冷
間成形性が劣化するといった不都合がある。この発明は
上述の不都合を解消するもので、一対のロール間に材料
を一回通過させるだけで、任意の一定寸法のチップを得
ることができる回転切断装置に係るものであり、特に、
延性材料の切断に対して有効である。

また、段付切刃ロールと段付平ロールを組み合せた場合
は、材料を相隣接する径の大きい切刃ロールと径の大き
い平ロールの外周端部で円周方向にせん断してスリット
状とし、該せん断された材料は、対をなす切刃ロールの
切刃と平ロールの外側面の間で挟圧される。

しかして、一組の上記段付切刃ロールと段付平ロールで
１度に２次元方向に切断できる。第１図に示す一方向に
材料を切断する実施例について説明すれば、相互に平行
する一対のロール状の回転体の外周面間で被加工物を切
断する切断装置に於て、一方の回転体は強制駆動される
とともにその外周面には直径方向に等しい高さを有し、
かつ刃先が該回転体の中方向に連続する多数の突状の切
刃１１を有する切刃ロールーであり、他方の回転体は回
動自在であり、かつその外周面が平坦な平ロール２であ
ることを特徴とする回転切断装置である。

ここで切刃ロ−ル１は駆動軸３にキー３１により一体的
に取付られ、駆動軸３は装置のハウジング５の側壁５１
に固定した軸受（図示せず）を介して保持されている。
なお、この駆動軸３は減速器（図示せず）を介してモー
タ（図示せず）に連結されている。一方、平ロール２は
平滑な外周面２１を有し、駆動麹３に平行な自由軸４に
架装されている。なお、平ロール２は自由軸４に固定さ
れていないので平ロール２は自由軸４の回りを自由に回
動できる。さらに自由鞠４は六面体状の滑動軸受４１に
保持され、この猪動軸受４１はハウジング５の側壁５１
の固定軸受の機に並設された横方向に長い長方形状の窓
穴５２の上部縁と下部縁に形成した蟻溝により摺動自在
に保持されている。このため滑動軸受４１はこの窓穴５
２の上部縁と下部縁にそって滑らすことにより窓穴５２
の中で横方向に移動できる。さらに窓穴５２の固定軸３
側の側面と階動軸受４１の間には薄い板状のスベーサー
４２，４３が挟持され、かつ、その反対側の側面にはシ
リンダー４４が固定され、シリンダー４４と糟勤軸受４
１の間にはピストン４５が介在している。なお、シリン
ダー４４とピストン４５で形成される油圧室４６には圧
力の調節が可能な油圧装置（図示せず）より一定圧力の
油が供給される。スベーサ４２，４３は、切刃ロール１
と平ロール２の間の間隙を定めるものであり、スベーサ
の厚さを任意に選択することにより任意の間隙を確保す
るものである。またシリンダー４４とピストン４５は切
刃ロール１と平ロール２の間に材料を投入された場合に
、その材料を破断する押圧力を付与するものである。ハ
ウジング５の上部には閉口５３が形成され、材料はこの
関口５３よりロール間に投入される。この装置は、駆動
軸３に伝達されるトルクを切刃ロール１１こ伝え、切刃
ロール１を矢印方向（第１図において時計方向）に回動
せしめ、一方、閉口５３より材料を投入し、切刃ロール
１の切刃１１と平ロールの外周面２１との間に材料を挟
持し、この微小部分に働く圧縮、せん断あるし、は引張
り力により材料を切断するものである。

ここで平ロール２には、材料を介して切刃ロールーの回
転が伝達されるため、切刃ロール１とほぼ等しい周速度
で、切刃ロールと反対方向（第１図において反時計方向
）に回動する。なお、材料は切刃ロール１の各切刃１１
により、切刃ピッチに対応した一定寸法のチップに切断
される。従って、閉口５３より材料を連続的に供給すれ
ば、一定寸法のチップが連続的に得られる。また、該回
転切断装置は、上述したように、材料を連続的に一定寸
法に切断できるばかりでなく、平ロール２が強制駆動さ
れることなく、フリーな状態にあるため、切刃ロール１
と平ロール２の両者が強制駆動される場合に比較して、
材料の切断に要する切断トルクが小さくなるとともに、
装置の構成部品数が少〈簡単になり、かつ、操作が容易
となる。

切断トルク比較の一例として、切刃ロールの外径９６側
、切刃ピッチ９．４柳の切刃ロールと、外径９６肋の平
ロールを組み合わせ、切刃ロールと平ロ−ルのクリアラ
ンスを０．０１５肌、切断速度（刃先速度）を６ｍ／分
とし、中１１．５肌、厚さ１．８側のＳＡＥＩＯ０８帯
鋼を切断し、それぞれ切断トルクを測定した。

その結果を表に示す。表 この表からも明らかなように、平ロールをフリーにする
ことにより切断トルクが最小になる。

なお、平ロールを使用せずに、功刃ロールどうしを切刃
が相互に対向するように組合わせ、種々の回転比で切断
トルクを測定したが、その切断トルクはいずれも２５ｋ
９一肌以上であった。さらに両ロールが切刃ロールであ
る場合には、ロールの中心軸を通る直線上に、両ロール
の切刃どうしを正確に一致させることがむつかしく、そ
のため、切断トルク変動が大きく、円滑な駆動が困難で
あった。本発明の回転切断装置は、上記した切断トルク
が最小にできる以外に、装置の部品数が少なく、かつ簡
単になり、操作が容易になる。これらの効果を具体的に
示すと次のようになる。【１’平ロール２を駆動する必
要がないため、切刃ロール１のみを駆動軸に結合するの
みで足りる。

従って、従釆装置にみられるような平ロール軸を駆動軸
に結合するための歯車機構等の部品が不要となり、構造
が簡単になる。■ ロール間のクリアランス調整に際し
、平ロール２がフリーなため平ロール２の自由軸４のみ
を移動することによりクリアランス調整ができる。

すなわち、スベーサー４２，４３を変え、厚さの異るス
ベーサーを使用することによりクリアランス調整が出来
、駆動機構についてはまった〈手を加える必要がない。
‘３’ 切刃ロールーの切刃１１が摩耗した場合には、
切刃１１を再研摩して再び使用できる。

この場合、再研摩による切刃ｏール１の外径の減少は単
にクリアランスの変化を生じるだけで、平ロール２の加
工、切刃ロール１の回転速度調節等の時間のかかる工程
を必要としない。次に、切刃ロールーの切刃１１につい
て説明する。

切刃１１は前記したように、切刃ロールの外周面に該ロ
ールの直径方向に同じ高さにかつ該ロールの中方向に連
続的に形成されており、切刃ロールの一側面から他側面
にかけて、即ち該ロールの中方向に断面突状の刃先が連
続していることが好ましい。これは、切刃１１の刃先と
平ロールの外側面との間で材料を切断するものであり、
刃先に高低があったり不連続であれば、刃先の低い所お
よび切刃の端部では材料が切断されないためである。な
お、切刃１１は平歯車の歯のように軸に対して切刃が平
行に形成されていて（以下、これを平刃という。）も、
又はすば歯車の歯のように軸に対して一定角度をもつて
形成されていて（以下、これをはすば刃という）もよい
。なお、はすば刃は平刃に比較し、加工が困難ではある
が、切断トルクについては約２０％小さく、かつトルク
変動が少なく運転が円滑にできる利益がある。なお、切
刃１１がはすば刃である場合に、切断時に生ずるスラス
ト荷重は、切刃１１をャマバ歯車の歯のようにャマバ状
にすることによりスラスト荷重を相殺できる。切刃１１
の逃げ角およびすくい角は切断トルクに影響する。

逃げ角、すくい角ともに小さい程切断トルクが小さくな
る懐向が見られる。しかし、刃形の形状は被切断材料の
硬さや切刃の耐久性等も含めて検討すべきであり、材料
および運転条件に合わせて最適のものを選ぶことができ
る。なお、切刃ロールーと平ロール２の間のクリアラン
スは、一般のせん断加工と同様、被切断材料の厚さの０
．８％程度でよい。しかし、被切断材料が薄くなればな
る程および材料の延性が高ければ高い程、クリアランス
を小さく設定すべきである。従って、逆に、比較的硬い
材料にあっては、クリアランスを比較的大きく設定すべ
きである。しかしながら、上記実施例装置では材料を縦
横の両方向、すなわち、二次元的に切断できない。そこ
で１組の段付切刃ロールと段付平ロールを備えた本発明
装置について別の実施例により説明する。この実施例は
第１図に示す装置に使用されている切刃ロール１および
平ロール２に代えて、第２図に示す段付切刃ロール１′
は径の異なる２種類のりング状で各々の外側面に一側面
から他側面にかけて刃先が連続する多数の切刃を有する
切刃ロール部村１２，１３を３個づつ交互に重ね合わせ
たもので、一体として駆動軸３にキー（図示せず）で固
定するとともにリング状ガイド１４で両側より保持せし
めたものである。

一方、段付平ロール２′は切刃ロール部村１２，１３に
対応する径の異なる２種類のりング状で各々の外側面が
平坦な平ロール部材２２，２３を３個づつ交互に重ね合
わせ、自由軸４に各平ロール部材が他の平ロール部材に
関係なく自由に回転できるように架装するとともにリン
グ状ガイド２４で両側より一定位置に保持せしめたもの
である。ここで、相互に対応する一対の切刃ロール部材
１２と平ロール部材２２の径の和は、他の対をなす、切
刃ロール部村１３と平ロール部材２３の径の和と等しく
構成されている。このため、各対の切刃ロール部材と平
ロール部材は、いずれも第１図に示す切刃ロール１及び
平ロール２と同一の作用効果を奏する。さらに、段付切
刃ロール１′と段付平ロール２′とを組み合わせた場合
にはスリットカッターとしての作用効果を奏する。すな
わち、被切断材料は、相隣接する径の大さし、切刃ロー
ル部材１３と径の大きい平ロール部材２２の各外周端部
で円周方向にせん断され、スリット状になる。このため
、段付切刃ロール１′と段付平ロール２′の間に供給さ
れた材料は、段付切刃ロール１′の回転により両ロール
間でスリット状に切断された後、対をなす切刃ロール部
村１２，１３の切刃と平ロール部村２２，２３の外側面
の間で侠圧され駆動軸３および自由軸４に平行に切断さ
れる。なおスリットカッターの作用をする大きな径の功
刃ロール部材１３と平ロール部材２２の間のクリアラン
スは切断される材料の厚さの０．８％程度が好ましい。
このクリアランスは、大きい径の切刃ロール部材１３お
よび大きい径の平。ール部村２２の中を、それらが対応
する小さな径の平。ール部材２３および小さな蓬の切刃
ロール部材１２の中に対して、そのクリアランスの量の
２倍に相当する量だけ薄くすることによって確保するこ
とができる。また、切断される材料の厚さが３側程度あ
るいはそれ以下の場合には、各ロール部材の位置を相対
的に固定しなくとも、一つの段付ロールを構成する一組
のロ−ル部材全体として一定の間隙をもたせてよい。

この場合には一組の段付ロールの両側面を拘束するりン
グ状ガイド１４あるいは２４で、一対のリング状ガイド
間の間隙を固定することにより達成される。この場合に
は当然に相隣接するロール部材間の間隙が変動するが、
材料の厚さあるいは材質に応じて一対のリング状ガイド
間の間隙を調節することにより、材料を問題なく切断で
きる。この装置がスリットカッターとして作用するため
の他の条件は、第２図に示すように大きい径の平ロール
部材２２と大きい径の切刃ロール部材１３とが相互に重
り合っている部分の直径方向の長さ（Ｔ）が、その切刃
ロール部材１３の切刃の高さより常に大きいことである
。

この条件が満足されないと、功刃ロール部材１３の切刃
の底部に近い部分で切刃ロール部材１３の間端と平ロー
ル部材２２の周端とが重り合わない部分が生じ、この部
分で材料のせん断力が作用しなくなる。このため、この
部分では材料の切断ができなくなる。段付平ロール２′
を構成する各平ロール部村２２，２３は前記したように
、他の各平ロール部材に対して各々自由回転できるもの
でなければならない。このため相隣接する平ロール部材
２２，２３の間にスラストベアリングを設けたり、各平
ロール部材２２，２３と自由軸４との間にニードルベア
リング等を介して設置することは好ましい事である。発
明者等は第２図に示す段付功刃ロール１′として、内径
６物吻、刃先直径９劫肋、厚さ１仇蚊の切刃ロール部村
と、内径６仇吻、刃先直径９３雌、厚さ１０柳の切刃ロ
ール部材とをそれぞれ３個づつ交互に重ね合わせ、直径
６仇戚の駆動軸にキー止めし、その両側をリング状案内
板で保持したものを制作した。

次に、段付平ロール２′として、内蓬６０側、外径９９
側、厚さ１仇岬の平ロール部材と、内径６０柳、外径９
３肋、厚さ１仇吻の平ロール部材とをそれぞれ３個づつ
合わせ、直径６０肋の自由軸を挿入し、かつ両側よりリ
ング状案内板をはめこみ、各平ロール部材が自由軸上を
自由に回動できるようにしたものを製作した。つついて
、この段付切刃ロール１′と段付平ロール２′を第１図
に示すハウジング５の軸受に挿入し、かつ糟敷軸受４１
のスベーサ４２，４３を選択することにより、段付切刃
ロール１′と段付平ロール２′のクリアランスを０．０
１脚に設定した。なお、段付切刃ロール１′を構成する
各切刃ロール部材間の間隔および段付平ロ−ル２′を構
成する平ロール部材間の間隔については０．０１柳とす
るのが好ましいが、ここでは正確に間隔を０．０１柵に
とることはせず、段付切刃ロール１′と毅付平ロール２
′を緒こんだ後に、段付平ロール２′の各平ロール部材
が自由に回動できるように木槌で、切刃ロール部材間お
よび平ロール部材間を調製した。このようにし、本実施
態様の装置を製作したのち、この装置の作用効果を調べ
るため、モーターにより駆動軸３を駆動するとともに厚
さ０．８雌の金属片（ＪＩＳＧ３１４１ＳＰＣＣ）を連
続的に段付切刃ロール１′と段付平ロール２′の間に投
入した。これにより横中１仇帆、縦中９肋の切断チップ
が得られた。また、被切断材料をかえて、連続的にっら
なった形状を有する切削くず（ＪＩＳＧ３１０２ＳＩに
）を上記と同様に処理し、これを連続的に細片化するこ
とができた。

図面の簡単な説明第１図は、本発明の回転切断装置の要
部断面を示す図、第２図は、本発明の回転切断装置に使
用される切刃ロールおよび平ロールの一実施態様を示す
図である。

図中、符号１は切刃ロール、２は平ロール、３は駆動軸
、４は自由軸、５はハウジング、１′は段付切刃ロール
、２′は段付平ロールを示す。第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に平行する一対のロール状の回転体の外周面間
   で被加工物を切断する切断装置に於て、一方の回転体は
   強制駆動されるとともにその外周面には直径方向に等し
   い高さを有しかつ刃先が該回転体の巾方向に連続する多
   数の突状の切刃を有する切刃ロールであり、他方の回転
   体は回動自在でありかつその外周面が平坦な平ロールで
   あって、上記、切刃ロールは、外径の異なる少なくとも
   ２個の、外周面に一側面から他側面にかけて刃先が連続
   する多数の突状の切刃を有する、リング状切刃ロール部
   材よりなる段付ロールであり、一方、上記平ロールは該
   切刃ロール部材と対応する外周面が平坦なリング状の、
   少なくとも２個の平ロール部材を相互に回転自在に同軸
   的に組合せた段付平ロールであり、かつ、相互に対応す
   る一対の上記切刃ロール部材と上記平ロール部材の厚さ
   はほぼ等しく、さらに、相互に対応する一対の上記切刃
   ロール部材の直径と、上記平ロール部材の直径との和は
   、他の対をなす切刃ロール部材の直径と平ロール部材の
   直径との和に実質的に等しいことを特徴とする回転切断
   装置。 ２ 切刃はその刃先が回転軸に平行する突状の平刃であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転切
   断装置。 ３ 切刃はその刃先が回転軸に対して一定角度をなす突
   状のはすば歯状であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の回転切断装置。