JPH0429419B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、岩石、鉱石等を衝撃破砕する衝撃式
破砕機に関する。 「従来技術」 従来の衝撃式破砕機は第８図に示す概略断面図
のように構成されている。 例えば、衝撃式破砕機１の側部上方に設置され
た原料供給口２より破砕室３内に投入された原石
は、主軸のまわりに回転する回転ロータ５の外周
に固設された打撃子６によつて衝突破砕される。
この衝突によつてはね飛ばされた原石は、破砕室
３の上部に設けられた第１反発板７に取り付けた
ライナ７_aによつて衝突破砕され、はね返つてく
る原石は、更に回転してくる次の打撃子６によつ
て打撃される。 はね飛ばされた原石は、破砕室３の上部に設け
られた第２反発板８に取り付けたライナ８_aによ
つてより一層細かく破砕される。 破砕された原石は、更に次の打撃子６からケー
シング９に取り付けられたライナ９_aへ進み、こ
のようにして原石は矢線Ａにて示す経路を経て逐
次破砕されて行く。 このような従来の衝撃式破砕機の場合、打撃子
６には、一般に高クロム鋳鉄、または高マンガン
鋼のような硬質の金属製のものが用いられてい
る。しかしながら、このような打撃子６では、破
砕しようとする供給原石側にも同様の硬質原料等
が含まれており、硬い供給原石との間で繰り返さ
れる衝撃により、第９図に示すように摩耗するこ
ととなる。すなわち、図示の如く、初めは一点鎖
線で示す形状であつた打撃子６が、破線で示すよ
うに次々に摩耗してゆき、たとえば、最終的に実
線で示すような形状にまで摩耗してしまうことに
なる。 そこで、このような問題を解消するべく、たと
えば実公昭54−1934号公報に開示の反発式粉砕用
衝撃刃が提案されている。 「発明が解決しようとする問題点」 ところが、これは、衝撃刃本体より硬い材料を
衝撃刃の先端に熱溶着によらず接着したものであ
つて、ここに硬い材料とは熱処理金属を対象に考
え且つ原石の硬さとの関係を一切考慮していな
い。これでは、上述のような摩耗問題を十分に解
決したものとは言えず、破砕能力の点で問題があ
つた。 なお、上記公報開示の反発式粉砕用衝撃刃のよ
うなものでは、衝撃刃の耐摩耗性はある程度向上
するとしても、通常、硬質部材は極めて高価であ
るので、衝撃刃のコストが従来のものよりも上昇
してしまうという問題もある。 「発明の目的」 本発明は、かかる従来の欠点を解消するために
なされたもので、その主たる目的は、打撃子にお
いて低コストを達成すると共に、原石の破砕にお
いては、耐摩耗性に優れた打撃子を備えた衝撃式
破砕機を提供することである。 「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明が採用する
主たる手段はケーシングの内部に設けられた主軸
のまわりに回転する回転ロータを有し、その外周
上に固設された複数の打撃子と、ケーシング側に
取り付けられた反発板とに原料供給口から破砕室
内に供給された原石を衝突させて破砕する衝撃式
破砕機において、上記打撃子の先端外縁部に、上
記原石よりも硬質であり、且つ側断面形状を略三
角形とした硬質部材が接合されてなる点を要旨と
する衝撃式破砕機である。 「発明の作用」 上記のように構成したので、打撃子の先端外縁
部に、断面視略三角形の硬質部材が接合される
と、打撃視の摩耗部分のうち、最も摩耗が大きい
部分であつて、その摩耗特性に応じた形の部分が
耐摩耗性部材からなる硬質部材によつて補強され
る。また、このときの三角形断面の硬質部材は、
コストの面からみて、安くなる最小体積を形成し
得る。 「実施例」 以下、本発明の実施例を第１図乃至第７図にし
たがつて説明し、本発明の理解に供する。尚以下
の実施例は、本発明の具体的一例にすぎず、本発
明の技術的範囲を限定する性格のものではない。 ここに第１図は本発明の一実施例に係る衝撃式
破砕機に装備される打撃子の横断面図、第２図は
第１図の打撃子に接合されたセラミツク片の形状
および寸法を示す説明図、第３図は従来の打撃子
の異なつた条件における経時的な摩耗状況を側面
から見た説明図、第４図は各種の硬質部材を接合
した打撃子の耐摩耗性を示すグラフ、第５図はセ
ラミツク片に生じる応力値と三角形断面の傾斜角
との関係を示すグラフ、第６図は母材に接合した
セラミツク片に生じる曲げ応力値を示すグラフ、
第７図は母材とセラミツク片との接合面に生じる
剪断応力値を示すグラフである。 第１図に示す如く、衝撃式破砕機（第８図参
照）に装備された打撃子母材１２の先端外縁部に
は、硬質部材の１例として採用されたセラミツク
片１１が接合されている。この場合、セラミツク
片１１は、側断面略三角形の三角柱状に形成され
ており、その先端面（打撃面）１１_aと接合面１
１_bとのなす角度は30°乃至70°に設定され、外端部
の頂点１１_cからその頂点の２等分線と接合面１
１_bとの交点までの距離は９mm以上に設定されて
いる（第２図参照）。 なお、上記接合方法としては、たとえば、セラ
ミツク片１１の表面に銅を溶融被覆し、これを打
撃子母材１２に銀ろう付する方法が採用されてい
る。 以下に、上記セラミツク片１１に採用された形
状、角度および寸法について説明する。 先ず、セラミツク片１１_a三角形断面の寸法を
決定するにあたつて、打撃子の先端外側の角部に
接合されるセラミツク片１１を第２図に模式的に
表示しておく。 たとえば、セラミツク片１１は、△OQRを底
面とする高さｌの三角柱に形成されている。 図中： QR…摩耗が進行した場合のある時点での摩耗面
に接する直線 Ｐ…∠QORの２等分線ととの交点 x₀…線分の長さ θ…∠ORQの大きさ O′，Q′，R′…Ｏ，Ｑ，Ｒに対応する反対側の頂
点である。 次いで、形状に関するデータを得るため、従来
の打撃子６（第９図参照）が使用時間の経過にし
たがつて、どのように摩耗し変化して行くかを調
査した結果について記す。この試験には、第３図
ａに示すように、先端の角部（一点鎖線）がほぼ
直角に形成された打撃子と、第３図ｂに示すよう
に、角部に丸味（一点鎖線）をつけた打撃子とが
用意された。 これら打撃子６の経時的な側面形状の変化を第
３図ａおよびｂに実線で示す。第３図ｂに示すよ
うに、先端の角部に丸味があるものも、第３図ａ
に示すように、先端角度に丸味がないものも、打
撃子６の先端部から内部に向けて摩耗が始まる
と、摩耗の進行角度αは、40°〜50°にて進む。そ
して、一定の時間が経過すると、両者の摩耗形状
はほぼ一致することになる。これは角張つた打撃
子（第３図ａ）は、初期摩耗が激しく摩耗の進行
が早いためである。 そこで、初めから、このような形状に合わせた
断面形状のセラミツク片１１を母材１２に接合し
ておくと、摩耗を効果的に抑制することができる
ということになる。 しかし、この摩耗形状に忠実に合致したセラミ
ツク片を製作すると、加工に長時間を要するので
加工コストが上昇する。又、セラミツク片１１の
接合端部における厚さが小となるため、原料破砕
時の打撃による曲げ応力に抗することができなく
なつて破損するに至り、遂には破壊してしまうお
それがある。このため、摩耗形状に近似し、且つ
接合端部の破壊の問題がないものであつて、更に
加工が容易なように単純な形状の硬質部材にする
のがよいとして、セラミツク片１１に断面視略三
角形の形状が選ばれ、且つ接合面１１_bと先端面
１１_a（第１図参照）とのなす角度θ（第２図）が
大きく採られた。 なお、従来の打撃子を用いた破砕を行つて、こ
の角度θのデータを調査した。このときの原石の
大きさを40〜100mmφとし、回転ロータ５（第８
図参照）の周速を20〜60ｍ／secとした。このと
き、回転ロータ５の周速が大きくなるにしたがつ
て、打撃子の外端面における三角形の辺の長さ
OQ（第２図参照）が大きくなつた。これは、回
転ロータ５の周速が増大すると、打撃子の先端で
とらえられた原石がフアウルチツプに似た辷りを
生じるので、摩耗位置が打撃子の先端から後方へ
ずれて行くためである。 そこで、打撃子外端部の頂角（第２図における
∠QOR）の２等分線と摩耗面１２_aとの交点Ｐに
おける摩耗面１２_aの接点と打撃子の先端面１１_a
とのなす角度θを測定した結果、θはほぼ30°乃
至70°の範囲で変化することが分かつた。 次に、セラミツク片１１の摩耗性状を検討する
にあたつて、選ばれた各種の硬質部材の乃至
を実際に打撃子の先端部に接合して、それぞれの
耐摩耗性を調査した。このとき供給原料として、
岩石の中で最も摩耗性の大きな流紋岩を使用し
た。ここで得られた耐摩耗性の値は、従来使用さ
れている27Cr鋳鉄（第４図中の）の耐摩耗性
を１とした耐摩耗性比であらわした。第４図に示
すグラフは、この耐摩耗性比（対数で表わす）を
縦軸にとり、乃至の各硬質部材のビツカース
硬さHvを横軸にとつてあらわしたものである。 図中： …Si₃N₄（窒化珪素系セラミツク） …D20（超硬合金−１） …ZrO₂−１（ジルコニア系セラミツク−１） …M20（超硬合金−２） …D40（超硬合金−３） …D25（超硬合金−４） …ZrO₂−２（ジルコニア系セラミツク−２） …超硬合金の肉盛溶接 …27Cr（従来の打撃子） である。 第４図に示すように、耐摩耗性比はビツカース
硬さHvと一定の関係にあり、のジルコニア系
のセラミツクで20、の窒化珪素系のセラミツク
で56となつた。超硬合金にあつては、コバルト含
有量によつてことなるが、の超硬合金の耐摩耗
性比は52となつた。 これらの結果によれば、従来の打撃子の寿命を
１としたときの打撃子の寿命比Ｌは、次式で表さ
れる。 Ｌ＝ε.x₀／ｈ＋１ ここに ε…セラミツク片の耐摩耗性比 γ…従来の打撃子の極限時の摩耗深さ（第９図参
照）。 以上述べたところにより、たとえば第２図にお
いて、打撃子の先端外側の頂点０から、頂角０の
２等分線と摩耗面１２_aとの交点までの距離x₀を
小さくすると、セラミツク片１１の体積が小にな
るのでコストは低下するが、セラミツク片１１に
生じる曲げ応力と接合部に生じる剪断応力との関
係があるので、以下、これらについて、更に検討
を行う。 前提として、打撃子の先端部に原石が衝突する
と、打撃子母材１２に接合されたセラミツク片１
１に曲げ応力が生じる。これがセラミツク片１１
の曲げ強度（抗折強度）以上になると、セラミツ
ク片１１は破壊されるので、そのような破壊が生
じないような寸法範囲を定めなければならない。 又、接合面１１_bが打撃面１１_aと平行でないの
で、原石の衝突によつて剪断応力が発生する。こ
れが接合強度を越えるとセラミツク片１１が母材
１２から外れてしまうので、外れないために必要
な接合面積が得られるような寸法を定めなければ
ならない。 上記２点を満足するためには、セラミツク片１
１の体積を大きくし、又接合面積を大きくすれば
よいがセラミツクのような脆性材料には寸法効果
があるのでその大きさが一定の限度を越えると、
強度が著しく低下する。又当然のことながら、コ
ストを低減するためにもセラミツク片１１の大き
さをできるだけ小さくしなければならない。 そこで、断面形状が三角形の弾性床上の梁の計
算式を用い、第２図のθ，x₀，ｌをパラメータと
して、打撃面１１_aに生じる曲げ応力σを求めた。
θ，x₀およびｌが定められると、接合面積が定ま
るので、接合面１３に生じる剪断応力τが求めら
れる。 上記計算式およびその計算手順は公知のもので
あるので省略するが、理論上では、ｌが大になる
と、接合面積が増大する。このとき剪断応力τは
低下するが、曲げ応力σが大きくなるので、セラ
ミツク片１１が割れを生じることになる。 又、の長さx₀が大きくなると、曲げ応力σ
および剪断応力τは、どちらも小さくなるが、セ
ラミツク片１１の体積が大きくなるのでコストが
上昇するという欠点がある。 ∠ORQθについては、第５図に示すようにθが
約25°において曲げ応力σは最大となり、θが50°
〜60°において最大となり、剪断応力τが最大と
なる。なお、第５図においては、x₀（第２図参照）
＝10mm、ｌ（同図参照）＝30mmのときのものであつ
て、の長さx₀およびセラミツク片１１の長さ
ｌを変えたときは、曲げ応力σおよび剪断応力τ
の応力値は変わるが、それらが最大値を示すとき
のθの値はあまり変わらない。ただしｌ＜20mmの
ときには、剪断応力τの値は著しく大きくなる。
なお、第５図中のσ₀はジルコニア系のセラミツク
（ZrO₂）の曲げ強度（抗折強度）の補正値であ
る。 第６図はθ＝45°、ｌ＝30mmのときのの長さ
x₀と曲げ応力σとの関係を示すグラフである。こ
れからわかるように、の長さx₀を次第に小さ
くしてもx₀＞７mmの範囲では曲げ応力σの値はあ
まり変わらないが、x₀≦７mmの範囲においてはσ
の値が著しく大きくなる。又、このような傾向は
∠ORQの大きさθおよびセラミツク片１１の長
さｌを変えても同じであつた。 また、第７図はθ＝45°、ｌ＝30mmのときの
の長さx₀と剪断応力τとの関係を示すグラフであ
つて、x₀が９mm以下になると、剪断応力τが急激
に大きくなる。 以上の結果により、の長さx₀は剪断応力τ
の値がセラミツク片１１の接合強度が約６Kgｆ／
mm²を超えない範囲、すなわちx₀≧９mmとすること
が必要である。このときは曲げ応力σの値が小さ
いので、曲げ強度の面での問題はない。 一方、硬質部材の一例としては、母材１２に直
接銀ろう付をした超硬合金を用いたときには、上
記セラミツク片１１と同様にして求めた接合部の
強度は、少なくとも20Kgｆ／mm²以上の接合強度
（剪断強さ）があるので、たとえばx₀＝５mmの場
合にも、ｌ≧20mmであれば、剪断応力によつて硬
質部材が母材１２から外れることがない。しか
も、このときには、曲げ応力に耐え得る強度も十
分に有している。同様に、たとえば、x₀が7.5mm
に設定されたときは、ｌが15mmにされても、十分
に曲げ応力に耐え得る。 なお、硬質部材に超硬合金を用いた場合にも、
これまでセラミツク片について行つた実験や計算
の結果が極めて近似的に適合し得るので、特に明
記している以外は、セラミツク片について示され
た個所では、超硬合金についても言及しているも
のとする。 上記のように検討を行つた結果、打撃子の硬質
部材に用いるセラミツク片および超硬合金片の寸
法が決められたが、便宜上第１表にこれらの寸法
をまとめておく。

【表】 なお、第１表に示す材料および寸法等に基づい
て形成さた硬質部材が接合された打撃子を使用し
て破砕試験を行つた。このとき、セラミツク材料
としてはジルコニア系のセラミツクとし、破砕原
料としては、100mmφの流紋岩を用いた。この打
撃子を衝撃式破砕機に取り付け、周速60ｍ／sec
として回転させたとき、硬質部材が割れたり、母
材１２から外れたりすることがなかつた。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明はケーシングの内
部に設けられた主軸のまわりに回転する回転ロー
タを有し、その外周上に固設された複数の打撃子
と、ケーシング側に取り付けられた反発板とに原
料供給口から破砕室内に供給された原石を衝突さ
せて破砕する衝撃式破砕機において、上記打撃子
の先端外縁部に、上記原石よりも硬質であり、且
つ側断面形状を略三角形とした硬質部材が接合さ
れてなることを特徴とする衝撃式破砕機であるか
ら、低コストを達成することができ、原石の破砕
において耐摩耗性に優れた打撃子を有する破砕機
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る衝撃式破砕機
に装備される打撃子の横断面図、第２図は第１図
の打撃子に接合されたセラミツク片の形状および
寸法を示す説明図、第３図は従来の打撃子の異な
つた条件における経時的な摩耗状況を側面から見
た説明図、第４図は各種の硬質部材を接合した打
撃子の耐摩耗性を示すグラフ、第５図はセラミツ
ク片に生じる応力値と三角形断面の傾斜角との関
係を示すグラフ、第６図は母材に接合したセラミ
ツク片に生じる曲げ応力値を示すグラフ、第７図
は母材とセラミツク片との接合面に生じる剪断応
力値を示すグラフ、第８図は従来の打撃子を具備
する衝撃式破砕機の概略断面図、第９図はその打
撃子の摩耗状態を示す断面図である。 （符号の説明）、１……衝撃式破砕機、２……
原料供給口、４……主軸、５……回転ローラ、６
……打撃子、７，８……反発板、９……ケーシン
グ、１１……セラミツク片、１２……母材、１３
……接合面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシングの内部に設けられた主軸のまわり
   に回転する回転ロータを有し、その外周上に固設
   された複数の打撃子と、ケーシング側に取り付け
   られた反発板とに原料供給口から破砕室内に供給
   された原石を衝突させて破砕する衝撃式破砕機に
   おいて、 上記打撃子の先端外縁部に、上記原石よりも硬
   質であり、且つ側断面形状を略三角形とした硬質
   部材が接合されてなることを特徴とする衝撃式破
   砕機。 ２ 上記硬質部材の先端面と接合面とのなす角度
   が、30°乃至70°である特許請求の範囲第１項記載
   の衝撃式破砕機。 ３ 上記硬質部材がセラミツクよりなり、且つ上
   記三角形の外端部の頂点からその頂角の２等分線
   と接合面との交点までの距離が９mm以上である特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の衝撃式破
   砕機。 ４ 上記硬質部材が超硬合金よりなり、且つ上記
   三角形の外端部の頂点からその頂角の２等分線と
   接合面との交点までの距離が５mm以上である特許
   請求の範囲第１項又は第２項に記載の衝撃式破砕
   機。