(57)【要約】  本開示は、硬度の異なる２つの材料を含む高圧研削ローラのスタッド、および少なくとも１つのそのようなスタッドを組み込んだ高圧研削ローラに関する。
2021505369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧研削ローラスタッドであって、前記スタッドは、中心長手軸を有する円筒形であり、前記スタッドは、単一の平坦界面で接合された第１の体積部分および第２の体積部分を含み、前記界面は、前記中心長手軸に垂直に延び、前記第１の部分は第１の材料を含み、前記第２の部分は第２の材料を含み、前記第１の材料の硬度は、前記第２の材料とは異なる、高圧研削ローラスタッド。
【請求項２】
前記スタッドが、研削面と、高圧研削ローラに取り付けるように構成されたアタッチメントエンドと、前記研削面を前記アタッチメントエンドに接続する側壁と、をさらに含み、前記第１の部分が前記研削面を含み、前記第２の部分が前記アタッチメントエンドを含む、請求項１に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項３】
前記第１の部分の硬度が前記第２の部分の硬度よりも高い、請求項１または２に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項４】
前記第１の材料のビッカース硬さが９００〜１４００ＨＶ３０であり、前記第２の材料のビッカース硬さが１００〜５００ＨＶ３０である請求項１から３のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項５】
前記第１の部分が超硬合金炭化物材料を含み、前記第２の部分が鋼を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項６】
前記第１の部分および前記第２の部分がそれぞれ、１：１、２：１、３：１、４：１、または５：１の体積比で設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項７】
前記第１の部分および前記第２の部分が、共にろう付けされて前記界面を形成している、請求項１から６のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項８】
前記アタッチメントエンドが、接着、ろう付け、圧入、焼き嵌め、ねじ接続および／または機械的接続のいずれか一つの技術によって前記ローラに取り付けるように構成されている、請求項２から７のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項９】
前記側壁に設けられた円周方向に延びる１つ以上の凹部をさらに含む、請求項２から８のいずれか一項に記載の高圧研削ローラスタッド。
【請求項１０】
円周面を有する円筒状のローラと、前記円周面に取り付けられた請求項１から１０のいずれか一項に記載の複数の高圧研削ローラスタッドと、を含む、高圧研削ローラ。
【請求項１１】
前記円周面の第１の位置に配置された第１の複数の高圧研削ローラスタッドと、前記円周面の第２の位置に配置された第２の複数の高圧研削ローラスタッドと、を含み、
前記第１の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第１の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、
前記第２の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第２の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、
前記第１の体積比および前記第２の体積比は、互いに実質的に異なっている、請求項１０に記載の高圧研削ローラ。
【請求項１２】
前記円周面上の第３の位置に配置された第３の複数の高圧研削ローラスタッドを含み、
前記第３の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第３の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、
第３の体積比は、前記第１の体積比および前記第２の体積比とは実質的に異なっている、高圧研削ローラ。
【請求項１３】
各圧力研削ローラスタッドが、接着、ろう付け、圧入、焼き嵌め、ねじ接続、および機械的接続のうちのいずれか１つの技術によって前記ローラに取り付けられている、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の高圧研削ローラ。
【請求項１４】
請求項１０から１３のいずれか一項に記載の高圧研削ローラを製造する方法であって、
予め定められた体積比で高圧研削ローラスタッドの複数の第１の体積部分および第２の体積部分を提供することと、
高圧研削ローラスタッドの前記第１の体積部分および前記第２の体積部分を共に接合して界面を形成することと、
前記複数の高圧研削ローラスタッドを前記高圧研削ローラの前記円周面に取り付けることと、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、高圧研削ローラ用スタッドの分野に関する。このようなローラは、典型的には、岩石および鉱石を破砕するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
岩石や鉱石を破砕するために、高圧研削ローラ（ＨＰＧＲ）による粉砕が一般的なルートとなってきている。図１に示すように、ＨＰＧＲ装置は、第１ローラ１と、それらの間に隙間を有する第２ローラ２と、を含む。使用時には、第１ローラと第２ローラは逆回転する。供給された材料３、ホッパーから第１ローラ１と第２ローラ２との間の隙間を通って落下することができる。
【０００３】
第１ローラ１は、材料の供給方向に対して垂直な方向に直線的に移動することができる。第１ローラは、通常、スプリングまたは油圧シリンダによって、第２ローラに対して特定の位置に付勢されている。
【０００４】
供給された材料が第１ローラ１と第２ローラ２との間の隙間を通過すると、圧縮により供給材料３の粒子が粉砕され、結果として得られる材料４の粒径が大幅に低減される。逆回転ローラ１、２の使用により、粒径の低減をバッチ式作業ではなく連続作業で行うことができる。
【０００５】
ローラ１，２は、平坦な表面を有していてもよいが、（例えば、図２に示す）いくつかの実施例では、ローラは、表面に配置された複数のスタッド５を有している。スタッドは、供給材料と接触する圧力を高め、ローラ自体を保護するという利点を有している。スタッドは、典型的には、超硬炭化タングステンのような硬質材料から作製され、有効ローラ表面を提供する。
【０００６】
一定期間の連続使用後、スタッドは摩耗の兆候を示す。図３に示すように、供給材料３は、通常、ローラの中央部における隙間を通って落下する。これにより、偏摩耗が生じ、ローラの中央部における有効ローラ表面間の隙間が、ローラの端部の方の隙間よりも大きくなる。また、スタッドを使用しない場合（図３に示すように、ローラ間の隙間６が中央部の方で大きくなっている）も同様の状況が発生する。このことにより、ローラの効率が低下する。スタッドを使用しない場合には、ローラ全体を交換する必要がある。スタッドが使用されている場合には、スタッドを交換するか、または有効ローラ表面が再び平坦になるようにローラの端部の方を選択的に研削しなければならない。いずれにしても、時間とコストのかかる作業となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ローラ表面にスタッドを使用する高圧研削ローラを既存のローラよりも低コストの選択肢を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、高圧研削ローラのスタッドが提供され、前記スタッドは、中心長手軸を有する円筒形であり、前記スタッドは、単一の平坦界面で接合された第１の体積部分と第２の体積部分とを含み、前記界面は、前記中心長手軸に対して垂直に延びており、前記第１の部分は、第１の材料を含み、前記第２の部分は、第２の材料を含み、前記第１の材料の硬度は、前記第２の材料とは異なる。
【０００９】
スタッド全体を性能の観点と、それに応じて選択される材料を考えた場合、本発明者らは、スタッド全体が同じ材料から作製される必要がないため、コスト節約が可能であることを認識した。より具体的には、ローラの表面の下にあるスタッドの部分は、ローラの表面の上にあるスタッドの部分とは、実際には異なる役割を果たしている。ローラ表面の上にあるスタッド部分は、破砕対象の岩石や鉱石と接触するため、優れた耐摩耗性が要求される。対照的に、ローラ表面の下にあるスタッドの部分は、スタッドの残りの部分をローラに効果的に結合させるために、優れた強度が要求される。耐摩耗性はそれほど重要ではない。優れた耐摩耗性の達成は高価格のプロセスとなり得るため、絶対的に必要な場合にスタッドにそれを含めることのみによって、コスト削減を実現し得る。
【００１０】
好ましくは、スタッドはさらに、研削面と、高圧研削ローラに取り付けるように構成されたアタッチメントエンドと、研削面をアタッチメントエンドに接続する側壁と、を含み、第１の部分は研削面を含み、第２の部分はアタッチメントエンドを含む。
【００１１】
任意に、第１の部分の硬度は、第２の部分の硬度よりも高い。
【００１２】
第１の材料のビッカース硬さは９００〜１４０００ＨＶ３０であり、第２の材料のビッカース硬さは１００〜５００ＨＶ３０である。
【００１３】
任意に、第１の部分は超硬合金炭化物材料を含み、第２の部分は鋼を含む。
【００１４】
第１の部分および第２の部分は、それぞれ１：１、２：１、３：１、４：１、または５：１の体積比で提供されてもよい。
【００１５】
第１の部分と第２の部分は、界面を形成するために共にろう付けされていてもよい。
【００１６】
アタッチメントエンドは、接着、ろう付け、圧入、焼き嵌め、ねじ接続および／または機械的接続のいずれか１つの技術によってローラに取り付けるように構成されていてもよい。
【００１７】
任意に、スタッドは、側壁に設けられた１つ以上の周方向に延びる凹部をさらに含む。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、周方向表面を有する円筒状のローラと、周方向表面に取り付けられた本発明の第１の態様による複数の高圧研削ローラスタッドと、を含む高圧研削ローラが提供される。
【００１９】
ローラは、円周面上の第１の位置に配置された第１の複数の高圧研削ローラスタッドと、円周面上の第２の位置に配置された第２の複数の高圧研削ローラスタッドと、を含み、第１の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第１の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、第２の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第２の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、第１の体積比および第２の体積比は、互いに実質的に異なっている。
【００２０】
ローラは、円周面上の第３の位置に配置された第３の複数の高圧研削ローラスタッドを含んでもよく、第３の複数の高圧研削ローラスタッドの各スタッドは、第３の体積比で提供される第１の部分および第２の部分を有し、第３の体積比は、第１の体積比および第２の体積比とは実質的に異なっている。
【００２１】
各高圧研削ローラスタッドは、接着、ろう付け、圧入、焼き嵌め、ねじ接続、および機械的接続のうちのいずれか１つの技術によってローラに取り付けられてもよい。
【００２２】
本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様による高圧研削ローラを製造する方法が提供され、この方法は、
予め定められた体積比で高圧研削ローラスタッドの複数の第１の体積部分および第２の体積部分を提供することと、
高圧研削ローラスタッドの第１の体積部分および第２の体積部分を共に接合して界面を形成することと、
複数の高圧研削ローラスタッドを高圧研削ローラの円周面に取り付けることと、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、既知の高圧研削ローラ装置を模式的に示している。
【図２】図２は、スタッドを含むローラを示している。
【図３】図３は、使用後の一対のローラの平面図を模式的に示している。
【図４】図４は、第１の例示的な高圧研削ローラのスタッドの側面立面図である。
【図５】図５は、第２の例示的な高圧研削ローラスタッドの側面立面図である。
【図６】図６は、第３の例示的な高圧研削ローラスタッドの側面立面図である。
【図７】図７は、第４の例示的高圧研削ローラスタッドの側面立面図である。
【図８】図８は、例示的な高圧研削ローラスタッドを組み込んだ高圧研削ローラの概略断面図である。
【図９】図９は、円周方向に延びる凹部を含む例示的な高圧研削ローラスタッドを組み込んだ高圧研削ローラの概略断面図である。
【図１０】図１０は、図９の高圧研削ローラの摩耗を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上述した添付の図面を参照して、本発明を、例のみによってより具体的に説明する。
【００２５】
なお、図面において、同様の部品には同様の参照符号を付している。
【００２６】
図４を参照すると、高圧研削ローラスタッド７が設けられている。高圧研削ローラスタッド７は細長くなっており、中心長手軸を有している。高圧研削ローラスタッド７は、界面１９で接合された第１の体積部分１７および第２の体積部分１８を含んでいる。界面１９は平坦であり、中心長手軸に垂直に延びている。
【００２７】
第１の体積部分は第１の材料を含み、第２の体積部分は第２の材料を含む。好ましくは、第１の体積部分は第１の（バルク）材料からなり、第２の体積部分は第２の（バルク）材料からなる。第１の材料と第２の材料の耐摩耗性は、互いに実質的に異なる。硬さは、耐摩耗性の間接的な尺度（または代理）として使用される。第１の材料は、９００〜１４００ＨＶ３０のビッカース硬さを有している。第２の材料は、１００〜５００ＨＶ３０のビッカース硬さを有している。
【００２８】
第１の部分の耐摩耗性は、第２の部分の耐摩耗性よりも高い。好ましくは、第１の部分の材料は超硬合金炭化物であり、第２の部分の材料は鋼である。好ましくは、第１の部分は、８〜２０％のコバルト含有量を有する炭化タングステングレードの材料である。構造における平均粒径（medium grain size）は２〜５μｍである。第２の部分は、標準的な工具または構造用鋼である。
【００２９】
スタッド７は、実質的に円筒形であり、典型的には軸横断面において円形である。したがって、各第１および第２の体積部分１７，１８もまた、軸横断面において円形である。スタッド７の長さは、典型的には最大７０ｍｍである。好ましくは、各スタッドの長さは、２０〜８０ｍｍである。より好ましくは、各スタッドの長さは、４０〜７０ｍｍである。
【００３０】
第１および第２の部分１７，１８は、好ましくは、ろう付け（例えば、銀ろう付け、銅ろう付け、真鍮ろう付けなど）、接着（例えば、エポキシ、２成分接着剤など）、摩擦溶接、溶接、レーザー溶接、またはねじ接続という技術のうちの任意の１つ以上を使用して、界面１９で接合されている。
【００３１】
一実施形態では、図４に示されるように、第１の部分１７の第２の部分１８に対する体積比は、約１：１である。別の実施形態では、図５に示すように、第１の部分の第２の部分に対する体積比は約２：１である。したがって、各第１および第２の体積部分１７，１８は、２つの異なる長さを有する円筒状である。別の実施形態では、図６に示すように、第１の部分１７の第２の部分１８に対する体積比は約３：１である。さらなる実施形態では、図７に示すように、第１の部分１７の第２の部分１８に対する体積比は約４：１である。体積比は、使用される接合技術の強度に影響される。例えば、強くろう付けされた界面１９では、第２の部分１８は、そうでない場合よりも長くしてもよい。スタッド７の界面１９がもはやローラ１２内で直接支持されていない場合、使用中に印加される力に耐えることができるためである。また、５：１の体積比も想定されている。
【００３２】
スタッドは、研削される材料に接触するように配置された研削面８を有している。アタッチメントエンド９は、研削面８とは反対側の端部に配置されている。研削面８とアタッチメントエンド９は、側壁１０によって接続されている。第１の部分１７は研削面を含み、第２の部分１８はアタッチメントエンド９を含む。
【００３３】
任意に、図９及び図１０に示すように、周方向凹部１１が側壁１０の周囲に延びていてもよい。しかしながら、周方向の凹部１１は、本発明に必須ではなく、省略されてもよい。凹部１１を設けることにより、初期の研削面８が除去されたときに、凹部に隣接する新しい研削面を露出させるために、研削面８を選択的に除去することが可能となる。
【００３４】
次に図８に目を向けると、使用時には、スタッド７はアタッチメントエンド９の方で高圧研削ローラ１２に取り付けられている。スタッド７は、ローラ１２の表面のポケット内に受け入れられて着座する。このような取り付けは、接着、ろう付け、焼き嵌め、圧入などの任意の適切な手段によって行うことができる。複数のスタッド７は、各スタッド７の研削面８が所望の高さになるように研削ローラ１２に取り付けられ、複数の研削面８は、図８に示すように、有効ローラ表面を形成する。ローラ１２の有効表面は破線１３で示されている。
【００３５】
好ましくは、研削ローラ１２の表面の下に着座したスタッド７の割合は、スタッド７の全体積の少なくとも８０％である。研削ローラ１２の表面の下に着座したスタッド７の割合は、スタッド７の総体積の少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも６０％、任意には７０％以上であってもよい。この割合は、界面１９を生成するために使用される技術によって影響を受ける。
【００３６】
上述したように、使用期間の後、研削ローラ１２の中央の方のスタッド７は、研削ローラの端部の方のスタッド７よりも多くの摩耗を受けている可能性が高く、従って、有効な研削面は、もはや平坦ではない（又は所望の形状プロファイル）。このことは図９に示されている。ローラ１２の中心の方のスタッド１４は、ローラ１２のいずれかの端部におけるスタッドよりも多くの摩耗を経験し、これにより、有効な研削面はますます平坦ではなくなり、徐々に図３に示された曲面に似てくる。スタッドの摩耗に加えて、典型的には鋼であるローラ１２も摩耗を経験し、スタッド７の下部が徐々に露出するようになる。従って、界面１９は、好ましくはローラ１９の表面の下に位置する。
【００３７】
ローラ１２の長さに沿ったスタッド７の位置に応じて、第１および第２の体積部分１７，１８の比率を適合させることは有用である。ローラ１４の中心の方に配置されたスタッド７は、ローラ１２の端部の方に配置されたスタッド７よりも、第１の部分１７の第２の部部分１８に対する割合が大きいものを含んでもよい。例えば、ローラ１２の中心の方に配置されたスタッド７は、３：１の体積比で第１の部分１７と第２の部分１８を含んでもよく、一方、ローラ１２の端部の方に配置されたスタッド７は、摩耗が少なくなるため、１：１の体積比で存在してもよい。
【００３８】
有効ローラ表面１６は、実質的に平坦でローラ１２の回転軸と平行であることが示されているが、代わりにプロファイル化された有効研削表面が実施されてもよいことに留意されたい。
【００３９】
添付の特許請求の範囲に記載された本発明は、実施形態を参照して示され、記載されている。しかしながら、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更が行われ得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【００４０】
例えば、他のタイプの材料、例えば焼入れ鋼を使用することができ、スタッドは、実施例に記載されているような円筒形以外の形状を有していてもよい。
【００４１】
本明細書に記載されているような高圧研削ローラスタッドによれば、今まで利用可能であったものよりも低コストのオプションの高圧研削ローラを提供することが可能となる。
【００４２】
さらに、ローラと接触しているスタッドの部分が、より高い耐摩耗性（およびそれゆえ硬度）を有するスタッドよりも、鋼とより密接に適合した硬度を有することになるため、各複合スタッドは、高圧研削ローラの鋼製円筒内でより良好なフィット感を有する。
【００４３】
スタッドにおける材料の組み合わせは、メンテナンス管理機能としても有用な摩耗マークの視覚的な指標を提供し、ローラー表面の是正が必要な時期をオペレータがよりよく判断することを可能にする。
【００４４】
最後に、材料の組み合わせにより、炭化タングステンの利用率を高めることができます。
【図１】
2021505369.tif 000003
【図２】
2021505369.tif 000004
【図３】
2021505369.tif 000005
【図４】
2021505369.tif 000006
【図５】
2021505369.tif 000007
【図６】
2021505369.tif 000008
【図７】
2021505369.tif 000009
【図８】
2021505369.tif 000010
【図９】
2021505369.tif 000011
【図１０】
2021505369.tif 000012
【国際調査報告】
2021505369.tif 000013
2021505369.tif 000014
2021505369.tif 000015