(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属塊状物から分析用試料をサンプリングするための分析用試料のサンプリング装置において、
前記非鉄金属塊状物を載置して固定する固定手段を備えた載置台と、
前記非鉄金属塊状物を載置した前記載置台を平面移動させるＸＹテーブルと、
前記載置台に載置された前記非鉄金属塊状物を穿孔して円柱状の分析用試料を切り出すコアドリルと、
を備え、
前記固定手段は、互いに近接離間することにより前記非鉄金属塊状物を一方側と反対側から挟持する一対のクランプを備え、
一方側の前記クランプは、前記非鉄金属塊状物に当接して保持する屈曲部を備えて形成され、
反対側の前記クランプは、前記非鉄金属塊状物に当接する平面状の当接面を備えて形成され、
ていることを特徴とする分析用試料のサンプリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分析用試料のサンプリング装置において、
前記ＸＹテーブルは、
前記載置台をＸ軸方向へ移動可能とするＸ方向移動手段と、
前記載置台をＸ軸方向と直交するＹ方向へ移動可能とするＹ方向移動手段と、
を備え、
少なくとも前記非鉄金属塊状物の表面のいずれの箇所でも前記コアドリルによるサンプリングが可能となる範囲で平面移動可能に形成されていることを特徴とする分析用試料のサンプリング装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の分析用試料のサンプリング装置において、
前記コアドリルは、ドリルの直径が２０〜８０ｍｍであることを特徴とする分析用試料のサンプリング装置。
ていることを特徴とする分析用試料のサンプリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法に関し、更に詳しくは、非鉄金属インゴットや非鉄金属板状物等の非鉄金属塊状物から組成分析等のための分析用試料をサンプリングする分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄金属の製錬所では様々な非鉄金属が取り扱われており、種々の分析が行われている。非鉄金属の製錬所において製造される非鉄金属製品の組成分析はもちろんのこと、原料の鉱石や、中間で発生する鋳造品である非鉄金属のインゴットや、電解精製によって生成された非鉄金属の板状体製品などの成分分析も必須である。そのため、種々の分析対象物から分析用試料のサンプリングが行われているが、例えば、特許文献１には銅製錬にて使用するリサイクル原料の分析のためのサンプルを採取するサンプリング方法が開示されている。
【０００３】
特に、非鉄金属のインゴットや非鉄金属の板状体製品等の非鉄金属塊状物からの分析用試料のサンプリングは重要な作業となる。分析用試料をサンプリングすべき非鉄金属塊状物からその一部を切り出す必要があるからである。従来の非鉄金属塊状物からの分析用試料のサンプリングは、金工用ドリルを用いて非鉄金属塊状物の表面を削り取り、その切り屑を分析用試料とするのが一般的であった。さらに、得られた分析用試料を分析に適した性状に調整することも必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４９４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非鉄金属インゴットの場合は、鋳造の仕方によって部分的なバラつきがあり、特に鋳型に溶湯を流し込んで鋳造する置き注ぎ法による鋳造の場合は、鋳型の深さや鋳造の方向にバラつきが出やすく、表面からのサンプリングだけでは十分でない場合がある。特に、銅製錬においては、近年では廃電子機器類、廃電線等のリサイクル原料が用いられるようになってきており、そのようなリサイクル原料から製造された非鉄金属インゴットは組成が均一ではない場合がある。
【０００６】
また、リサイクル原料は、銅分が多いとはいうものの、他の金属も含まれている。他の金属として典型的なものとしては鉄がある。銅のインゴットの場合、他の金属、例えば、鉄を多く含むと硬度が増す傾向があり、特に鉄品位が１０重量％を超えるような場合には一般的な金工用ドリルを用いて銅インゴットの表面からさらに深く切り出すことが困難な場合があり、ドリルの刃を特殊加工にされたものを用いることも必要であった。また、特殊加工された金工用ドリル刃を用いての分析用試料のサンプリングが困難である場合にはアイオンブレーカーを用いて破砕してサンプリングを行っていた。
【０００７】
また、特殊加工されたドリルの刃を使用した場合でも人手による作業を伴うため、穿孔には多大な労力を要し、しかも複数のサンプリングを必要とする場合には作業負担もさらに大きくなる。そのため、必要とする数の分析用試料を確保することは大変な作業となる。加えて、ドリル刃の消耗も激しいため、ドリル刃の購入コストも増大する。さらに銅以外の金属、例えば、Ｃｏ、Ｎｉなどのインゴットは銅インゴットよりも硬度が高く、また、その電解板等からの分析用試料のサンプリングは同様に労力を要する作業となっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、硬度の高い非鉄金属インゴットや非鉄金属の板状体製品などの非鉄金属塊状物からの分析用試料のサンプリングを効率よく、安全に行うことができ、且つ分析用試料をローコストに得ることが可能な分析用試料のサンプリング装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、非鉄金属塊状物から分析用試料をサンプリングするための分析用試料のサンプリング装置において、前記非鉄金属塊状物を載置して固定する固定手段を備えた載置台と、前記非鉄金属塊状物を載置した前記載置台を平面移動させるＸＹテーブルと、前記載置台に載置された前記非鉄金属塊状物を穿孔して円柱状の分析用試料を切り出すコアドリルとを備え、前記固定手段は、互いに近接離間することにより前記非鉄金属塊状物を一方側と反対側から挟持する一対のクランプを備え、一方側の前記クランプは、前記非鉄金属塊状物に当接して保持する屈曲部を備えて形成され、反対側の前記クランプは、前記非鉄金属塊状物に当接する平面状の当接面を備えて形成されていることを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決するため請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分析用試料のサンプリング装置において、前記ＸＹテーブルは、前記載置台をＸ軸方向へ移動可能とするＸ方向移動手段と、前記載置台をＸ軸方向と直交するＹ方向へ移動可能とするＹ方向移動手段とを備え、少なくとも前記非鉄金属塊状物の表面のいずれの箇所でも前記コアドリルによるサンプリングが可能となる範囲で平面移動可能に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するため請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の分析用試料のサンプリング装置において、前記コアドリルは、ドリルの直径が２０〜８０ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法によれば、鉄金属塊状物をコアドリルで穿孔することとしたので分析用試料のサンプリングにおける作業者の労力を大幅に軽減することが可能となるという効果がある。また、ドリルの刃の交換や特殊加工されたドリル刃などを用いる必要がないのでサンプリングのコストを低減することができるという効果がある。
【００１６】
また、本発明に係る分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法によれば、５〜３０％の鉄を含有する硬度の大きい銅インゴットのような非鉄金属塊状物であってもサンプルを効率的に切り出すことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る分析用試料のサンプリング装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１に示すサンプリング装置を示す側面図である。
【図３】架台に付属するクランプ及びその周辺構成を示す斜視図である。
【図４】一対のクランプの構成を示す側面図である。
【図５】クランプ前とクランプ完了後の一対のクランプの位置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法について、好ましい一実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る分析用試料のサンプリング装置の一実施形態を示す正面図、図２は図１に示すサンプリング装置を示す側面図である。サンプリングの対象となる非鉄金属塊状物としては、例えば、原料の鉱石や、中間で発生する鋳造品である非鉄金属インゴットや、電解精製によって生成された非鉄金属板状体製品などがあるが、ここでは、銅インゴットを例にして説明する。
【００１９】
［分析用試料のサンプリング装置の構成］
図１及び図２に示すように、サンプリング装置１は、概略として、載置台２と、ＸＹテーブル７と、コアドリル３を備えて構成されている。載置台２はサンプリング対象となる銅インゴット４０を固定する架台であり、ＸＹテーブル７によって平面方向（ＸＹ方向）へ移動可能とされる。銅インゴット４０は図示しないフォークリフトのフォークＦ（図１参照）によって載置台２の上面に載置される。載置台２のほぼ中央上方にはコアドリル３が固定設置（但し、上下方向には移動可）されている。尚、本発明の実施形態においては、コアドリル３を固定とし、載置台２を可動式としている。その理由はコアドリル３を動かすと使用時に穿孔が安定せず、刃こぼれの原因になるためである。したがって、使用時にコアドリル３をしっかりと静止させることができるのであれば、銅インゴット４０を固定とし、コアドリル３を移動可能に構成することもできる。
【００２０】
コアドリル３は、通常のドリルに比べて刃先の耐久性が高く、硬度の大きい金属を穿孔するのに適している。通常のドリルの場合は先端の刃先にかかる力が大きいために摩耗や刃こぼれが生じ易く、特に置き注ぎ法によって鋳造された銅インゴット４０のように硬さが一様でない金属を通常の金工用ドリルで穿孔すると、柔らかい部分に接触した時に瞬間的に負荷が集中して刃こぼれが生じるので用いることができない。
【００２１】
［載置台２の構成］
載置台２は枠型に形成され、フォークリフト等を用いて銅インゴット４０を載置固定する。載置台２は、その下部に配設されたＸＹテーブル７によってコアドリル３に対して相対移動できるようになっている。また、載置台２には図２及び図３に示すように前部に前側用クランプ１５ａ及び後部に後側用クランプ１５ｂを備えた固定手段が左右の２箇所に設けられている。その詳細について図４に基づいて説明する。
【００２２】
図４は一対のクランプの構成を示す側面図である。前側用クランプ１５ａ及び後側用クランプ１５ｂは銅インゴット４０を載置台２に固定するためのものであるが、図４に示すように、その形状は異なっている。すなわち、前側用クランプ１５ａは上部が銅インゴット４０の傾斜した側面に当接する傾斜面を有する屈曲部を備えているのに対し、後側用クランプ１５ｂは銅インゴット４０に接する側は垂直に立設された平面上の当接面を備えて形成されている。一対のクランプをこのように形成することで、サンプリング終了後に銅インゴット４０を載置台２からの取り出す際に前側用クランプ１５ａの上端が銅インゴット４０の側面位置から外側に出さえすれば、後側用クランプ１５ｂが銅インゴット４０の側面から十分に離れていない状態にあっても銅インゴット４０をフォークリフトによって直ちに取り出すことができるようになり、取り出し作業の待ち時間を短縮することができるからである。
【００２３】
前側用クランプ１５ａと後側用クランプ１５ｂはボールネジ１４にそれぞれ螺着されている。そして、ボールネジ１４の一端（前側）には作業者Ａが操作するクランプ用ハンドル１３が取り付けられている。ボールネジ１４は正ネジと逆ネジを備えた１本のボールネジ１４であり、前側用クランプ１５ａ及び後側用クランプ１５ｂをそれぞれ螺着されている。そして、クランプ用ハンドル１３を回す方向に応じてクランプ１５ａ，１５ｂが接近または離反するようになっている。尚、本実施形態のように前側用クランプ１５ａと後側用クランプ１５ｂを同じボールネジ１４に配置して連動して動作させるのではなく、それぞれ別々に独立して動作するように構成してもよい。また、クランプ用ハンドル１３はロックレバー２２の操作によって動作する図示しないロック機構を備え、クランプ１５ａ，１５ｂの移動を防止できるようにしている。さらに、ボールネジ１４と平行にガイドシャフト１６がクランプ１５ａ，１５ｂを貫通するように設けられており、これによってクランプ用ハンドル１３を回した際のクランプ１５ａ，１５ｂの回転を防止することができる。
【００２４】
さらに載置台２の周囲には、図１及び図２に示すように作業者Ａ等が現場を点検する際に利用する点検台４が設けられている。そして、点検台４には作業者Ａ等の落下するのを防止するための手摺り５が設けられている。
【００２５】
［ＸＹテーブル７の構成］
次に、ＸＹテーブル７の構成について説明する。ＸＹテーブル７は、概略として、載置台２を左右方向（Ｘ方向）に移動可能とする左右移動用台座１８と、前後方向（Ｙ方向）に移動可能とする前後移動用台座１９とを備えて構成されている。左右移動用台座１８は基台１７上に取り付けられており、この基台１７上に敷設された前後移動用レール２３と、このレール２３上を転動する下部車輪１０，１０とを備え、載置台２に載置された銅インゴット４０の左右方向（Ｘ方向）への移動を可能としている。左右移動用台座１８には左右移動用ハンドル２０が設置されており、この左右移動用ハンドル２０の回転方向に応じて左右移動用台座１８が左右方向（Ｘ方向）に移動する。
【００２６】
また、前後移動用台座１９は左右移動用台座１８上に設置されると共に、下面には上部車輪１１，１１が設置されており、左右移動用台座１８上に敷設された左右移動用レール２４上を転動することで載置台２に載置された銅インゴット４０の前後方向（Ｙ方向）への移動を可能としている。前後移動用台座１９には前後移動用ハンドル２１が設置されており、この前後移動用ハンドル２１の回転方向に応じて前後移動用台座１９が前後方向（Ｙ方向）に移動する。左右移動用ハンドル２０と左右移動用台座１８との結合、及び前後移動用ハンドル２１と前後移動用台座１９との結合構造は、例えばラックアンドピニオンの組み合わせによる構成等が可能であり、これによってＸ方向移動手段及びＹ方向移動手段が構築される。
【００２７】
［コアドリル３の構成］
次に、コアドリル３の構成について説明する。コアドリル３は、例えば円筒形状のジャンク（台金）の先端にダイヤモンドチップが設けられた構造の穿孔機であり、穴の外周部のみを削り取り中心部（コア）をくり抜くことができる。コアドリル３は通常のドリルに比べて刃先の耐久性が高く、硬度の大きい金属を穿孔するのに適している。通常のドリルの場合、先端の刃先にかかる力が大きいために磨耗や刃にこぼれが生じ易く、特に置き注ぎ法によって鋳造された銅インゴット４０のように硬さが一様ではない非鉄金属塊状物を通常の金工用ドリルで穿孔すると、柔らかい部分に接触した時に瞬間的に負荷が集中して刃こぼれが起きるので用いることができない。
【００２８】
コアドリル３は図１及び図２に示すように、概略として、ベース３０と、このベース３０に立設されたスタンド３１と、このスタンド３１に昇降自在に取り付けられたコアドリル本体３２と、コアドリル本体３２に内蔵されたモータの回転軸３３に連結されるコアビット３４と、該コアビット３４及びコアドリル本体３２を一体に下降させるハンドル３５とを備えて構成され、床ＦＬに設置された支持柱６の上部に設置されている。コアビット３４は例えば円筒状の台金（ジャンク）の先端の刃先部分にダイヤモンドチップを取り付けた構造を有している。
【００２９】
［分析用試料のサンプリング装置の動作］
次に、図１〜図５を参照して分析用試料のサンプリング装置１の動作について説明する。図５はクランプ１５ａ，１５ｂのクランプ前とクランプ完了後の位置を説明する図である。まず、作業者Ａは図２に示すクランプ用ハンドル１３を操作し、クランプ１５ａ，１５ｂ間の距離をサンプリング対象の銅インゴット４０を載置可能な程度に広げておく（図５の実線で示す位置）。次に作業者Ａはサンプリング対象の銅インゴット４０（例えば、銅を６０〜９０重量％含有）を図示しないフォークリフトによって試料採取場所へ搬入し、載置台２の左右の受け台１２上に載置する。次に、作業者Ａはクランプ用ハンドル１３を操作（回転）し、クランプ１５ａ，１５ｂを図３に示す矢印方向すなわち銅インゴット４０に接近させて押し当て、図５に示すクランプ１５ａ，１５ｂの鎖線位置にし、銅インゴット４０の下部の左右・前後のコーナ部の４カ所をクランプする。その後、ロックレバー２２を操作してクランプ用ハンドル１３をロックする。
【００３０】
次に、作業者Ａはコアドリル３のハンドルを回してコアドリル本体３２及びコアビット３４を下降させ、銅インゴット４０からサンプルを採取する。サンプリングは、偏析を考慮して１ロットから数ケ所でのサンプリングを行う（ここでは中心部、２つのコーナ部の対角線上の３カ所）。尚、得たいサンプル（円柱状塊）の上面および底面の直径は２０〜８０ｍｍが望ましい。その理由は、直径が大きいとプレス破砕が困難になり、また、小さすぎると圧壊せずに折れ曲がるためである。
【００３１】
サンプリングは、作業者Ａが左右移動用ハンドル２０及び前後移動用ハンドル２１によってＸＹテーブルを操作し、銅インゴット４０の最初のサンプル採取位置がコアドリル３の直下になるように銅インゴット４０を水平移動させる。次に、作業者Ａはハンドル３５を操作してコアドリル３のコアドリル本体３２が降下させる。これによりコアビット３４が銅インゴット４０の一部を円筒状にくり抜くように進入し、最終的にはコアビット３４が銅インゴット４０を縦方向に貫通する。その後、コアビット３４が銅インゴット４０から抜け出すようにハンドル３５を操作すれば最初のサンプルである円柱状塊が切り出される。以後、銅インゴット４０を水平移動させて第２、第３のサンプルを同様にして採取する。必要とするサンプルが確保できれば、作業者Ａはフォークリフトを用いて銅インゴット４０を外部へ搬出する。
【００３２】
以上のようにして少なくとも３箇所から得られた円柱状塊はプレス機でプレスして圧壊する。また、プレスの圧力は５００ｋｇ／ｃｍ２以上であれば十分に一次破砕機能を果たすことができる。最適な圧力は例えば６００〜９００ｋｇ／ｃｍ２であり、円柱状塊の上面及び底面に圧力をかければ容易に圧壊する。尚、銅インゴット４０は、銅品位が６０〜９０重量％で、鉄品位が５〜３０重量％のものを想定している。鉄含有量の低い銅インゴット４０は、本発明に係るサンプリング装置によって円柱状塊を得ることは可能であるが銅の展性のためにプレスによる破砕が困難となるからである。
【００３３】
プレス機で圧壊した圧壊片は図示しないクラッシャーを用いて破砕し、さらに縮分する。縮分とは大きな試料を適当な方法によって容量を減じ、分析用の試料を作ることをいう。銅インゴット４０からサンプリングされた円柱状塊はプレス機によって予め適度なサイズに一次破砕されているため、クラッシャーにて短時間で縮分に適した大きさに破砕することが可能となる。クラッシャー処理に際しては、１つの銅インゴット４０から切り出した同一ロットのサンプルを混合して同時に処理してもよい。クラッシャーは、破砕工程において粒度選別もできることからローラー式破砕機が好適であるが、これに限定されるものではない。尚、縮分方法はＪＩＳＭ８０８２で規定されている方法等の一般的な方法を採用する。以上のようにして得られた分析用試料を図示しない所定の分析装置によって分析を実施する。尚、以上説明した一連の行程は作業員が一人で担当することが可能であり、したがって省力化を図ることができる。
【００３４】
［実施形態の効果］
本実施形態に係る分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法によれば、コアドリル３によって銅インゴット４０から円柱状塊を穿孔することとしたので鉄品位の高い銅インゴット４０であってもサンプリングを効率よく安全に行うことができるという効果がある。また、ドリルの消耗によるコスト増を抑制することが可能となるという効果がある。そして、得られた円柱状塊をプレスして圧壊し、さらにクラッシャーで破砕することで分析用試料を効率良く安全に且つ短時間に得ることができるという効果がある。
【００３５】
また、本実施形態に係る分析用試料のサンプリング装置及び分析用試料のサンプリング方法によれば、コアドリル３で切り出された円柱状塊はそのまま破砕工程へ回される。すなわち、非鉄金属塊状物から円柱状塊として切り出されるため、従来の切粉採取方法に比べてコンタミネーション（汚染）の危険が少ないという効果がある。
【００３６】
さらに、クランプは図４に示すように後ろ側（１５ｂ）を鉛直にし、前側（１５ａ）を鉛直面に対し鈍角をなす形状とし、クランプ１５ａの屈曲の角度を銅インゴット４０の側面の傾斜角度に合わせて０〜２５°とすることで、クランプ１５ａの屈曲面が銅インゴット４０の縁部を上方から押圧することができ、これによって銅インゴット４０を載置台２にしっかりと固定することができるという効果がある。
【００３７】
また、穿孔に際しては、コアドリルは２０〜８０ｍｍの直径のドリルを用いることによってプレス破砕を容易にでき、且つ採取した円柱状塊のプレス時の折れ曲がりを防止できるという効果がある。
【００３８】
尚、圧壊した各圧壊片を混合した粒径を２０ｍｍ以下になるようにさらに粉砕することで、分析を行うために最適な試料を得ることができるという効果がある。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例及び比較例について説明する。
［実施例］
サイズ９０×５８ｃｍ、厚さ２０ｃｍ、重さ７００ｋｇで、銅を７１重量％及び鉄を１３重量％含む銅インゴット４０を架台に固定した。コアドリル３としてシブヤ社製、ドリル径５２ｍｍ、駆動動力３．６ｋｗを使用し、銅インゴット４０の上部から左端、中央、右端の３箇所を穿孔した。その結果、容易に円柱状塊を得ることができた。そして、得られた円柱状塊のそれぞれをプレス機（コアテック社製）にセットし、円柱状塊の上面に５００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加え、円柱状塊を圧壊した。そして、３つの円柱状塊の圧壊片を混合し、これをロール式破砕機によって破砕することにより粒度２０ｍｍ以下に調製することができた。また、一連の工程に要する時間は２時間程度であった。
【００４０】
［比較例］
銅を７１重量％、鉄を１３重量％含む銅インゴットをアイオンブレーカーで破砕した後、ドロップハンマー式破砕機により粗砕し、これを実施例と同じロール式破砕機により粒度２０ｍｍ以下に調製した。
【００４１】
以上の結果、比較例では粒度２０ｍｍ以下に調製することはできたものの、一連の工程に６時間（因みに上記実施例では約２時間）を要した。したがって、比較例では本発明に係るサンプリング装置を用いた場合に比べて試料の調製が非効率になり、分析までの待ち時間が長くなるという不都合があることがわかった。
【００４２】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、上記実施形態ではサンプリング装置を手動により行うものとしたが、銅インゴット４０をカメラで撮影し、これによって得られる画像を基にコンピュータで銅インゴット４０を自動的に平面移動させてコアドリル３を駆動する自動化も可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  分析用試料のサンプリング装置
２  載置台
３  コアドリル
４  点検台
５  手摺り
６  塔
７  ＸＹテーブル
１０  下部車輪
１１  上部車輪
１２  受け台
１３  クランプ用ハンドル
１４  ボールネジ
１５ａ  前側用クランプ
１５ｂ  後側用クランプ
１６  ガイドシャフト
１７  基台
１８  左右移動用台座
１９  前後移動用台座
２０  左右移動用ハンドル
２１  前後移動用ハンドル
２２  ロックレバー
２３  前後移動用レール
２４  左右移動用レール
３０  ベース
３１  スタンド
３２  コアドリル本体
３３  回転軸
３４  コアビット
３５  ハンドル
４０  銅インゴット
【図１】
0006709643.tif 000002
【図２】
0006709643.tif 000003
【図３】
0006709643.tif 000004
【図４】
0006709643.tif 000005
【図５】
0006709643.tif 000006