(57)【要約】【課題】一軸式破砕機において用いられる回転側刃物および固定側刃物の硬度および靭性の向上を図る。【解決手段】炭素鋼からなる刃物５のための素材を全体的に焼き入れる、１次焼き入れ工程と、素材を焼き戻す、焼き戻し工程と、次いで、素材における刃先部１６に相当する部分のみを焼き入れる、２次焼き入れ工程とを実施し、２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施せずに刃物５を製造することによって、刃先部１６での硬度を、基部１７での硬度より高くしながら、境界部分１８では、基部１７に向かって硬度が低下するような硬度分布を与える。【選択図】        図５
2004337733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線まわりに回転駆動される回転体と、前記回転体の外周面上に取り付けられる回転側刃物と、前記回転体の外周面に対向する固定位置に設けられかつ前記回転体の回転に従って前記回転側刃物との協働により被破砕物を破砕する固定側刃物とを備える、一軸式破砕機において、前記回転側刃物および前記固定側刃物の少なくとも一方として用いられる刃物であって、
炭素鋼から一体的に構成される、破砕作用を担う刃先部と前記回転体または前記固定位置への取り付け部分となる基部とを備え、前記刃先部での硬度は、前記基部での硬度より高くされるとともに、前記刃先部と前記基部との境界部分では、前記基部に向かって硬度が低下するような硬度分布が与えられている、一軸式破砕機用刃物。
【請求項２】
前記刃先部での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で５８以上であり、前記基部での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で４０以上である、請求項１に記載の一軸式破砕機用刃物。
【請求項３】
前記炭素鋼は、ダイス鋼である、請求項１または２に記載の一軸式破砕機用刃物。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の一軸式破砕機用刃物の製造方法であって、
炭素鋼からなる前記刃物のための素材を全体的に焼き入れる、１次焼き入れ工程と、
前記１次焼き入れ工程の後、前記素材を焼き戻す、焼き戻し工程と、
前記焼き戻し工程の後、前記素材における前記刃先部に相当する部分のみを焼き入れる、２次焼き入れ工程と
を備え、
前記２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施しない、
一軸式破砕機用刃物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一軸式破砕機において用いられる回転側刃物や固定側刃物のような刃物およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、廃プラスチックなどの資源ごみをリサイクル容易な形態にするため、破砕機による破砕が通常行なわれている。破砕機には、種々の型式のものがあるが、その大半は、回転体の外周面上に取り付けられる回転側刃物と固定位置に設けられる固定側刃物との組み合わせによって、被破砕物に破砕作用を及ぼす、一軸式破砕機（たとえば、特許文献１参照）、または、歯車状の刃物が噛み合うことによって、被破砕物に破砕作用を及ぼす、二軸式破砕機である。また、一軸式破砕機においても、種々の型式のものがあるが、通常は、四角柱形状の回転側刃物と鋸歯状の刃先部を有する固定側刃物とが組み合わされたものが用いられている。
【０００３】
上述のような破砕機に備える刃物の材料としては、たとえば、クロムモリブデン鋼（ＪＩＳ記号で「ＳＣＭ」）、ダイス鋼（ＪＩＳ記号で「ＳＫＤ」）、高速度工具鋼（ＪＩＳ記号で「ＳＫＨ」）、超硬合金などが主として用いられている。
【０００４】
クロムモリブデン鋼は、上記材料の中で最も安価であるが、靭性に問題があり、かつ硬度を高くすることが難しいため、超硬合金などを刃先にろう付けする複合材的な使用が主である。
【０００５】
次に、ダイス鋼は、前述した一軸式破砕機に備える刃物において最も一般的に用いられているものであり、特に冷間ダイス鋼と呼ばれるものが多く使用されている。この材料からなる刃物を備える破砕機では、一般に、被破砕物として廃プラスチックが適用され、たとえば発電所の燃料用としてリサイクルされる。しかしながら、ダイス鋼は、その硬度をロックウェル硬さＨＲＣで５８以上と高くすると、使用時に割れるなどのおそれがあり、硬度を下げると、摩耗により寿命が短くなるという問題がある。
【０００６】
次に、高速度工具鋼は、ダイス鋼に比べて高い硬度（ロックウェル硬さＨＲＣで６５前後）を有しているが、ダイス鋼に比べると材料コストが３倍位と高価であり、使用される用途が限られている。
【０００７】
さらに、超硬合金は、最も高い硬度（ＨＲＣで７０前後）を有するものであるが、材料コストが最も高く、そのため、ランニングコストが高くつくため、被破砕物としては鉄系等の硬いものに限られる傾向がある。
【０００８】
以上のように、各材料は、一長一短であり、各ユーザは自社が必要とする破砕条件に応じて、刃物に対する硬度設定をしているのが現状である。また、高速度工具鋼や超硬合金は、硬度や靭性の点で、ダイス鋼より優れているものの、半永久的に使用できるものではなく、いずれは交換されなければならないので、ランニングコスト等を勘案した場合、これらの使用については消極的にならざるを得ないのが現状である。これらのことから、破砕機に備える刃物の材料としては、現状では、ダイス鋼が最も適しているとされている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１０３６７８号公報
【非特許文献１】
（社）日本熱処理技術協会，熱処理ガイドブック〈基礎編〉」，初版，（株）大河出版，昭和５８年５月１５日，ｐ．４８，１５０，１５２
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、鋼材は、その強度を高めると、靭性が低下することが知られている（非特許文献１の第４８頁参照）。たとえばダイス鋼からなる刃物について言えば、前述したように、その硬度をＨＲＣ５８以上というように高くすれば、靭性が低下し、使用時に割れるなどのおそれがある。他方、硬度を低くすると、磨耗が生じやすくなり、刃物の寿命が短くなるという問題を引き起こす。
【００１１】
この問題を解決するため、たとえば浸炭、窒化、またはＴｉＣもしくはＴｉＮなどによるコーティング処理といった表面処理を施し、刃物の表面だけを硬くすることが考えられるが、これらの表面処理による場合、硬化層の厚みが０．０５〜１ｍｍ程度と非常に薄く、使用時において、すぐに素地が露出して、磨耗が始まるため、実用化には至っていない。
【００１２】
また、ダイス鋼からなる刃物に対して、通常の焼き入れを行なうと、刃物全体が焼き入れされるため、前述したような硬度と靭性という相反する性質をともに改善することができないことから、たとえば高周波焼き入れといった部分的な焼き入れを刃物の表面にのみ施すことも考えられる。しかしながら、このような部分的な焼き入れは、中炭素鋼を対象として行なわれるものであり（たとえば、非特許文献１の第１５０頁参照）、ダイス鋼あるいは高速度工具鋼のような高炭素鋼を対象とした場合、焼き入れ工程においてクラックが生じるという問題に遭遇する。そのため、当該技術分野では、高炭素鋼に対しては、高周波焼き入れのような部分的な焼き入れができないとするのが常識とされている。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、一軸式破砕機において用いられるものであって、硬度と靭性との双方を高めることができる刃物およびその製造方法を提供しようとすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、所定の軸線まわりに回転駆動される回転体と、この回転体の外周面上に取り付けられる回転側刃物と、回転体の外周面に対向する固定位置に設けられかつ回転体の回転に従って回転側刃物との協働により被破砕物を破砕する固定側刃物とを備える、一軸式破砕機において、上記回転側刃物および上記固定側刃物の少なくとも一方として用いられる刃物に向けられるものであって、上述したような技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１５】
すなわち、この発明に係る一軸式破砕機用刃物は、炭素鋼から一体的に構成される、破砕作用を担う刃先部と回転体または固定位置への取り付け部分となる基部とを備え、刃先部での硬度が、基部での硬度より高くされるとともに、刃先部と基部との境界部分では、基部に向かって硬度が低下するような硬度分布が与えられていることを特徴としている。
【００１６】
この発明に係る一軸式破砕機用刃物において、上記刃先部での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で５８以上であり、上記基部での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で４０以上であることが好ましい。
【００１７】
また、この発明に係る一軸式破砕機用刃物を構成する炭素鋼としては、ダイス鋼が好適に用いられる。
【００１８】
この発明は、また、上述のような一軸式破砕機用刃物の製造方法にも向けられる。この発明に係る一軸式破砕機用刃物の製造方法は、炭素鋼からなる刃物のための素材を全体的に焼き入れる、１次焼き入れ工程と、この１次焼き入れ工程の後、素材を焼き戻す、焼き戻し工程と、この焼き戻し工程の後、素材における刃先部に相当する部分のみを焼き入れる、２次焼き入れ工程とを備え、２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施しないことを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る刃物が適用される一軸式破砕機１の主要部を示す斜視図である。一軸式破砕機１は、たとえば水平方向に向く所定の軸線２まわりに矢印３で示すような方向に回転駆動される回転体４を備えている。回転体４の外周面上には、複数個の回転側刃物５が取り付けられている。
【００２０】
図２は、１個の回転側刃物５を単独で示す斜視図である。また、図３は、図１に示した一軸式破砕機１の主要部を、軸線２に直交する面に沿って示した断面図であり、図４は、図３における回転側刃物５の取り付け部分を拡大して示す断面図である。
【００２１】
回転側刃物５は、図２によく示されているように、４つの側面６を有する四角柱形状をなしている。回転側刃物５の中央部には、雌ねじ孔７が設けられている。他方、回転体４の外周面上には、複数個の取付け座８が軸線２方向かつ周方向に分布するように設けられている。図３および図４によく示されているように、回転側刃物５は、取付け座８に挿入されたボルト９を雌ねじ孔７に螺合させることによって各取付け座８に固定される。このとき、回転側刃物５は、矢印３で示した回転方向に関して、取付け座８より前方側に位置するようにされ、かつ、隣り合う２つの側面６間の稜線部分が回転体４の外周面から突出するように取り付けられる。
【００２２】
一軸式破砕機１は、また、回転体４の外周面に対向する固定位置としての固定部１０に設けられる固定側刃物１１を備えている。固定側刃物１１は、回転体４の回転に従って回転側刃物５との協働により被破砕物（図示せず。）を破砕するものである。固定側刃物１１は、上述のような破砕作用を担う刃先部１２を備えるとともに、固定部１０への取り付け部分となる基部１４を備えている。基部１４には、固定部１０に螺合されるボルト１３が挿入される複数個のボルト孔１５が設けられている。刃先部１２は、回転体４の回転に従って回転側刃物５が通過する経路を与える三角形状の凹部と回転側刃物５が通過しない位置にある三角形状の凸部とを有する鋸歯状をなしている。これら固定側刃物１１と回転側刃物５との間隔は、たとえば０．２ｍｍ程度に設定される。
【００２３】
上述した固定側刃物１１と回転側刃物５との位置関係からわかるように、回転側刃物５において破砕作用を担う刃先部１６は、その４つの側面６に沿って位置される。また、回転体４の取付け座８への取付け部分となる基部１７は、その中央部に位置され、前述した雌ねじ孔７は、この基部１７に設けられる。
【００２４】
なお、回転側刃物５の刃先部１６が４つの側面６に沿って位置されるので、たとえば図示した角度で取り付けられた回転側刃物５において、突出した稜線部分に磨耗等が生じたとき、回転側刃物５を９０度毎回転させて磨耗等が生じていない稜線部分を突出した状態として再度固定するようにすれば、回転側刃物５を基本的に４回使用することができる。
【００２５】
以上説明したような一軸式破砕機１に備える回転側刃物５および固定側刃物１１は、それぞれ、次のような特徴を有している。
【００２６】
図５には、回転側刃物５が断面図で示され、その刃先部１６、基部１７およびこれらの境界部分１８が、それぞれ、ハッチングの向きを変えることによって区別されて図示されている。
【００２７】
回転側刃物５は、炭素鋼、好ましくはダイス鋼から一体的に構成され、刃先部１６での強度は、基部１７での硬度より高くされるとともに、刃先部１６と基部１７との境界部分１８では、基部１７に向かって硬度が低下するような硬度分布すなわちグラデーションが与えられている。ここで、刃先部１６での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で５８以上とされ、基部１７での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で４０以上とされることが好ましい。
【００２８】
図６には、固定側刃物１１が断面図で示され、その刃先部１２、基部１４およびこれらの境界部分１９が、それぞれ、ハッチングの向きを変えることによって区別されて図示されている。
【００２９】
固定側刃物１１についても、炭素鋼、好ましくはダイス鋼から一体的に構成され、刃先部１２での硬度は、基部１４での硬度より高くされるとともに、刃先部１２と基部１４との境界部分１９では、基部１４に向かって硬度が低下するような硬度分布すなわちグラデーションが与えられている。また、固定側刃物１１についても、刃先部１２での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で５８以上とされ、基部１４での硬度は、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で４０以上とされることが好ましい。
【００３０】
このような回転側刃物５において、その刃先部１６の深さ２０は、約５〜１０ｍｍ程度とされることが好ましい。固定側刃物１１については、その刃先部１２の深さ２１は、約４０ｍｍ程度とされることが好ましい。なお、図５および図６では、刃先部１６および１２と境界部分１８および１９と基部１７および１４との互いの間の境界線を明瞭に図示したが、実際の回転側刃物５および固定側刃物１１においては、このような明瞭な境界線は現れるものではない。したがって、上述した刃先部１６および１２の深さ２０および２１については、たとえばＨＲＣ５８以上となる部分の深さであると理解すればよい。
【００３１】
以上のような回転側刃物５および固定側刃物１１によれば、その全体の硬度をたとえばＨＲＣ４０以上に高め、素材そのものの耐磨耗性を向上させながら、刃先部１６および１２での硬度をたとえばＨＲＣ５８以上として、十分な破砕作用を発揮させることができる。また、刃先部１６および１２での硬度が高められても、硬度分布が与えられた境界部分１８および１９の存在により、回転側刃物５および固定側刃物１１の全体の靱性が低下することを防止することができる。
【００３２】
その結果、回転側刃物５および固定側刃物１１において、硬度および靭性という相反する性質を双方とも満足させることができ、これら回転側刃物５および固定側刃物１１の長寿命化を図ることができ、一軸式破砕機１のランニングコストを低減することができる。
【００３３】
図７には、上述した回転側刃物５および固定側刃物１１を製造するにあたって採用されるヒートパターンの一例が示されている。
【００３４】
図７を参照して、刃物５または１１を製造するため、炭素鋼からなる刃物５または１１のための素材が用意される。この素材を構成する炭素鋼として、この実施形態では、ダイス鋼が用いられる。ダイス鋼は、焼き入れ前の生材の状態では、ＨＲＣ３０以下である。
【００３５】
次に、上述の素材は、たとえば炉内において真空加熱され、それによって、素材を全体的に焼き入れる、１次焼き入れ工程が実施される。この１次焼き入れ工程では、図７に示すように、７５０℃で１時間、次いで８３０℃で１時間、最後に１０３０℃で２時間の真空加熱が実施される。
【００３６】
上述の１次焼き入れ工程の後、素材は油冷され、次いで、素材を焼き戻す、焼き戻し工程が実施される。この焼き戻し工程では、たとえば５４０℃の温度が３．５時間付与される。
【００３７】
以上の工程を終えたとき、生材ではＨＲＣ３０以下であった素材が、ＨＲＣ４０以上の硬度を有する状態とされる。
【００３８】
なお、従来の回転側刃物および固定側刃物の場合には、以上のような工程を終えた段階で製品とされる。
【００３９】
この発明では、上述した焼き戻し工程の後、さらに２次焼き入れ工程が実施されることが特徴となっている。この２次焼き入れ工程では、素材における刃先部１６および１２の各々に相当する部分のみを焼き入れることが行なわれる。この２次焼き入れ工程では、たとえば１０００〜１０５０℃の温度が付与され、好ましくは、１次焼き入れ工程での温度より高い温度が付与される。
【００４０】
また、２次焼き入れ工程では、刃先部１６および１２に相当する部分のみが加熱され、かつ加熱時間が短いことが重要である。なぜなら、加熱時間が長引けば、熱伝導により、特定の部分以外の部分にも加熱が及ぶからである。そのため、２次焼き入れ工程では、瞬時に所望の温度にまで加熱でき、かつ瞬時に加熱状態を断つことができる、高周波焼き入れのような誘導加熱を適用することが好ましい。
【００４１】
上述のような２次焼き入れ工程の結果、回転側刃物５および固定側刃物１１において、刃先部１６および１２の硬度をＨＲＣ５８以上とすることができる。
【００４２】
なお、上述の２次焼き入れ工程のような部分的かつ急速な加熱を行なう焼き入れは、前述したように、通常、中炭素鋼が対象とされ（たとえば、非特許文献１の第１５０頁参照）、ダイス鋼あるいは高速度工具鋼のような高炭素鋼では、クラックが生じるとされていた。しかしながら、この発明のように、１次焼き入れ工程および焼き戻し工程を終えた後であれば、２次焼き入れ工程において部分的かつ急速な加熱を実施しても、クラックが生じないことが実験により確認されている。
【００４３】
２次焼き入れ工程の後、回転側刃物５および固定側刃物１１は、たとえば油冷される。そして、この２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施しないことも重要である。これに関連して、高周波焼き入れのような部分的かつ急速な加熱を行なう焼き入れによれば、残留応力が割れや破損の原因になりやすいので、通常は、焼き戻しが必須とされている（たとえば、非特許文献１の第１５２頁参照）。それにも関わらず、この発明では、２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施しなくても、十分に使用に耐え得る回転側刃物５および固定側刃物１１を得ることができるのである。
【００４４】
一実験例において、ダイス鋼を素材としながら、図７に示すようなヒートパターンを採用して、回転側刃物５および固定側刃物１１を製造したとき、基部１７および１４において、ＨＲＣ５０±１の硬度が得られ、刃先部１６および１２において、ＨＲＣ６１〜６３の硬度が得られた。
【００４５】
以上、この発明を特定的な実施形態について説明したが、この発明の範囲内において、その他、種々の変形例が可能である。
【００４６】
たとえば、回転側刃物５および固定側刃物１１の素材として、ダイス鋼が用いられたが、クロムモリブデン鋼が用いられてもよく、あるいは、この発明による低コスト化の効果が低減されるものの、高速度工具鋼が用いられることを妨げるものではない。
【００４７】
また、上述した実施形態では、回転側刃物５および固定側刃物１１の双方において、この発明の特徴となる構成が採用されたが、回転側刃物５および固定側刃物１１のいずれか一方にのみ、この発明の特徴的構成が採用されてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る一軸式破砕機用刃物によれば、炭素鋼から一体的に構成されながら、刃先部での硬度が、基部での硬度より高くされるとともに、刃先部と基部との境界部分では、基部に向かって硬度が低下するような硬度分布が与えられているので、刃物として必要な硬度および靭性といった相反する性質を同時に満足させることができる。
【００４９】
この発明に係る刃物において、刃先部での硬度が、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で５８以上であり、基部での硬度が、ロックウェル硬さ（ＨＲＣ）で４０以上であると、刃物全体の耐磨耗性を十分に発揮させながら、刃先部において破砕作用のための十分な硬度を与えることができ、刃物の長寿命化を確実に図ることができ、その結果、一軸式破砕機のランニングコストを低減することができる。
【００５０】
また、この発明に係る刃物を構成する炭素鋼としてダイス鋼が用いられると、硬度、靭性およびコストのすべての面において実用的に優れた刃物とすることができる。
【００５１】
この発明に係る一軸式破砕機用刃物の製造方法によれば、炭素鋼からなる刃物のための素材を全体的に焼き入れる、１次焼き入れ工程と、次いで、素材を焼き戻す、焼き戻し工程と、次いで、素材における刃先部に相当する部分のみを焼き入れる、２次焼き入れ工程とが実施され、２次焼き入れ工程の後、焼き戻し工程を実施しないようにしているので、前述したようなこの発明に係る刃物を確実にかつ容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る刃物が適用される一軸式破砕機１の主要部を示す斜視図である。
【図２】図１に示した回転側刃物５を単独で示す斜視図である。
【図３】図１に示した一軸式破砕機１の主要部を軸線２に直交する面に沿って示す断面図である。
【図４】図３に示した回転側刃物５の取り付け部分を拡大して示す断面図である。
【図５】この発明の特徴となる刃先部１６、基部１７および境界部分１８をそれぞれ示す回転側刃物５の断面図である。
【図６】この発明の特徴となる刃先部１２、基部１４および境界部分１９をそれぞれ示す固定側刃物１１の断面図である。
【図７】この発明による刃物の製造方法において採用されるヒートパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  一軸式破砕機
２  軸線
４  回転体
５  回転側刃物
６  側面
７  雌ねじ孔
８  取付け座
９，１３  ボルト
１０  固定部
１１  固定側刃物
１２，１６  刃先部
１４，１７  基部
１８，１９  境界部分
【図１】
2004337733.tif 000003
【図２】
2004337733.tif 000004
【図３】
2004337733.tif 000005
【図４】
2004337733.tif 000006
【図５】
2004337733.tif 000007
【図６】
2004337733.tif 000008
【図７】
2004337733.tif 000009