JP6460442B2 - 水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機、二軸差動型破砕機のカッターの交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機、及び、二軸差動型破砕機のカッターの交換方法に関するものである。

従来より、下水処理場等では、被処理水に含まれるし渣等の夾雑物を破砕するための二軸差動型破砕機が使用されている。し渣等の夾雑物は、ポンプや脱水機等の機器に流入すると、ポンプを詰まらせる等のトラブルの原因となるため、それらの機器の前段に破砕機が設けて、し渣等の夾雑物を破砕している。

また、スクリーン等で回収されたし渣を破砕する際にも、二軸差動型破砕機が利用されている。
例えば、特許文献１には、下水処理場にて回収されたし渣を破砕するための２軸回転式破砕機が記載されている。この２軸回転式破砕機は、複数枚のディスク状カッターを回転軸に固定した２台の破砕ユニットが、破砕ユニットのディスク状カッター同士を重なり合うように配設したものである。

特開２００１−１８７３９９号公報

上記の様な２軸回転式破砕機では、流木等の堅いものを処理するために、ディスク状カッターの材質として、硬度及び靱性に優れた性質をもつクロムモリブデン鋼を使用しているが、その他の材質のものは使用されていなかった。
しかし、流木等の堅いものが少ない場合など、処理対象物の状態によってはその他の材質のカッターを使用する方がよい場合もある。そのため、最適な２軸回転式破砕機を提供しつつ、コストダウンすることが望まれていた。

上記課題を解決するための本願発明は、水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機において、駆動モータと、前記駆動モータで駆動される駆動軸と、前記駆動軸の回転を動力伝達されて駆動する従動軸と、前記駆動軸及び前記従動軸の周囲に配設されるセラミックス製カッターと、前記駆動軸、前記従動軸及び前記セラミックス製カッターを収容するケーシングと、を備え、前記ケーシングは、金属製カッターを備えた二軸差動型破砕機に用いられるケーシングと同一形状であることを特徴とする二軸差動型破砕機である。
本発明の二軸差動型破砕機によれば、セラミックス製のカッターを収容するケーシングが金属製のカッターに用いられるケーシングと同一形状であるため、ケーシングを変更することなく、カッターを交換することができる。
また、金属製カッターを備えた二軸差動型破砕機のケーシングに対してセラミックス製カッターを取り付けることができることから、二軸差動型破砕機のケーシングは１種類だけ生産すればよく、生産性に優れるという効果を奏する。

本願発明は更に、前記ケーシングは、既設の金属製カッターを撤去した二軸差動型破砕機のケーシングであるという特徴を有する。
これにより、金属製カッターを備えた既設の二軸差動型破砕機を利用して、セラミックス製カッターを備えた二軸差動型破砕機が提供されるため、既設の装置部品を再利用することができる。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターの軸穴は、多角形状に形成されているという特徴を有する。
これにより、セラミックス製カッターに回転動力を与える際の負荷を分散することができるため、亀裂の発生が抑制されるという効果を奏する。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターは、上面及び下面が平坦な平板形状であり、隣接する前記セラミックス製カッターの間にスペーサを備えるという特徴を有する。
これにより、セラミックス製カッターはスペーサと分離して構成されているため、厚みが薄いスペーサの部分から亀裂の発生を抑制することができる。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターは、切刃片の回転方向先端に、前記セラミックス製カッターの上面と下面にかけて形成された先端面部を有し、前記先端面部は、前記セラミックス製カッターの接線に対して略垂直に形成されているという特徴を有する。
これにより、セラミックス製カッターの切刃片の先端に鋭利な構造を有さないため、当該先端の欠けを抑制することができる。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターは、切刃片の回転方向先端に、前記セラミックス製カッターの上面と下面にかけて形成された先端面部を有し、前記先端面部は、前記セラミックス製カッターの下面に対して略垂直に形成されているという特徴を有する。
これにより、セラミックス製カッターの切刃片の先端に鋭利な構造を有さないため、当該先端の欠けを抑制することができる。

また、本願発明は、水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機のカッターの交換方法において、前記二軸差動型破砕機のケーシングから金属製カッターを取り外す工程と、前記ケーシングにセラミックス製カッターを取り付ける工程と、を備えたカッターの交換方法である。
これによれば、金属製カッターを備えた既存の二軸差動型破砕機から金属製カッターを取り外して、セラミックス製カッターに置き換えるだけで簡便にセラミックス製カッターを備えた二軸差動型破砕機を提供することができる。

本願発明により、処理対象や環境に応じて、金属製カッターとセラミックス製カッターを交換可能な多利用性に優れた二軸差動型破砕機を提供できる。

本発明の実施例の二軸差動型破砕機の構造を示す概略説明図である。 本発明の実施例のセラミックス製カッターの構造を示す図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る二軸差動型破砕機の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例の二軸差動型破砕機１の構成を示す概略説明図である。
［二軸差動型破砕機］
本発明の実施例の二軸差動型破砕機１は、駆動モータ２と、前記駆動モータ２により駆動される駆動軸３と、前記駆動軸３の回転動力が伝達されて駆動する従動軸４と、ケーシング５と、カッター部６を備えている。
また、前記カッター部６は、駆動軸３と前記駆動軸３の周囲に配設された複数のカッター７Ａ及びスペーサ８Ａからなるカッターユニット６Ａ、並びに、従動軸４と前記従動軸４の周囲に配設された複数のカッター７Ｂ及びスペーサ８Ｂからなるカッターユニット６Ｂにより構成される。
そして、本発明の二軸差動型破砕機１では、複数のカッター７Ａ及び７Ｂとして、セラミックス製カッター又は金属製カッターのいずれの材質のカッターも取り付けることができるように構成されている。

本発明の二軸差動型破砕機は、下水処理場等において、汚水や下水等の被処理水に含まれるし渣等の夾雑物を破砕するために使用されるものである。汚水や下水には、金属類やプラスチック類、下着、雑巾、脱脂綿等の繊維類などが含まれ、これらの夾雑物はポンプや、脱水機や、撹拌機等の機器に絡みついて機器の故障の原因となる。そのため、本発明の二軸差動型破砕機を被処理水の輸送ラインに設置して、機器に投入される前に夾雑物を破砕し、機器でのトラブルを減少させることができる。また、本発明の二軸差動型破砕機は、し渣の洗浄工程において、し渣の洗浄効率を高めることもできるため、し渣の洗浄水槽内に設置されて利用される。
なお、本発明の二軸差動型破砕機は、下水処理場等の利用に限定されるものではなく、水中に含まれる夾雑物を破砕する目的として、どのような破砕処理にも利用することができる。

以下に、本発明の二軸差動型破砕機１の各構成について詳細に説明する。
［駆動モータ］
本発明の駆動モータ２とは、駆動軸３に回転動力を伝達することにより、複数のカッター７Ａを回転させるためのものである。
駆動モータ２の回転機構としては、どのようなものを使用してもよい。例えば、電動モータ、油圧モータ、水圧モータ、空気圧モータ等が挙げられる。

駆動モータ２には、減速機又は無段変速機が設けられている。減速機又は無段変速機とは、駆動モータ２の出力回転速度を減速して、駆動軸３の出力回転数を調整するものである。
なお、減速機とは、段階的に駆動モータ２の出力回転速度を減速するものであり、無段変速機とは、一定の範囲内において、無段階に駆動モータ２の出力回転数を調節できるものである。減速機としては、例えば、歯車式、ベルト式、チェーン式、摩擦式のものがあり、無段変速機としては、例えば、ディスク式、コーン式、ベルト式のものがある。
減速機又は無段変速機により調整される駆動軸３の出力回転数は、２０〜７０ｒｐｍである。２０ｒｐｍ未満の場合、処理量が少なく、作業効率が低下する。一方、４０ｒｐｍを超えると、セラミックス製カッターが割れやすくなる。セラミックス製カッターを取り付けた場合には、２０〜４０ｒｐｍが好ましい。

本発明の駆動モータ２は、通常０．７５〜３．７ｋＷの定格出力のものが使用される。０．７５ｋＷ未満のものを使用すると、破砕力が弱くなり、十分な破砕効果を得ることができない。また、３．７ｋＷを超えると、セラミックス製カッターの割れる頻度が高くなるという問題が生じる。セラミックス製カッターを使用する場合を想定しつつ、セラミックス製カッターの割れる頻度、及び、最適な破砕力を勘案すると、駆動モータ２の好ましい定格出力としては０．８〜２．０ｋＷであり、更に好ましくは０．９〜１．３ｋＷであり、最も好ましくは１．１ｋＷである。

［駆動軸］
本発明の駆動軸３とは、駆動モータ２の回転動力により回転する軸部材である。また、駆動軸３の周囲には、複数のカッター７Ａ及びスペーサ８Ａが配設されており、駆動軸３の回転とともに複数のカッター７Ａが所定の速度で回転する。
駆動軸３の形状は、周囲に配設された複数のカッター７Ａを固定するものであればよく、例えば、駆動軸３に凸部、カッター７Ａに凹部を設けて、これらの凸部と凹部を嵌合させる構成や、駆動軸３を断面多角形状とし、カッター７Ａの中心部に駆動軸３と略同一の多角形状の軸穴９を設けて咬合する構成が挙げられる（カッターの軸穴９については、図２を参照。）。

カッター７Ａとしてセラミックス製カッターを使用する場合を想定して、セラミックス製カッターの破損を防止するという観点から、駆動軸３の形状を多角形状とすることが好ましい。また、多角形状としては、四角以上の角を有することが好ましく、六角以上とすることが更に好ましい。三角形状とすると、セラミックス製カッターの軸穴９の角部に力が強くかかり、角部から割れが生じやすい。
また、上記多角形状は、正多角形状とすることがさらに好ましい。

また、駆動軸３の軸方向に隣接するカッター７Ａの間には、スペーサ８Ａが設けられている。スペーサ８Ａは、カッター７Ａの外径より小さい外径を有する円筒部材である。スペーサ８Ａの軸方向の長さは、隣接する従動軸４の周囲に配設されたカッター７Ｂの軸方向の厚さより、やや大きく設計されており、カッター７Ａとカッター７Ｂとの摺動面に間隙を形成する。

スペーサ８Ａの材質は、特に限定されないが、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素等のセラミックス材料でも、クロムモリブデン鋼やステンレス鋼等の金属材料でもよい。スペーサ８Ａは、腐食しても破砕力に影響が及びにくいため、割れにくいという利点を勘案して、クロムモリブデン鋼やステンレス鋼等の金属材料を用いることが好ましい。
なお、スペーサ８Ａは、カッター７Ａと一体に構成してもよい。ただし、セラミックス製カッターの場合、スペーサ８Ａとカッター７Ａを一体に構成すると、スペーサ８Ａの部分の径方向の厚みが薄いため、この部分から割れやすくなる。そのため、セラミックス製カッターの場合、カッター７Ａとスペーサ８Ａは、別の部品であることが好ましい。

スペーサ８Ａの中心部の形状は、カッター７Ａと同様に、駆動軸３に固定される形状としても、駆動軸３に固定されない単なる円筒部材としてもよい。スペーサ８Ａを駆動軸３に固定しないと、スペーサ８Ａとカッター７Ｂの外周面との摺動において滑りが生じて破砕力が低下するため、スペーサ８Ａは駆動軸３に固定することが好ましい。

なお、複数のカッター７Ａ及びスペーサ８Ａは、駆動軸３からそれぞれ個別に取り外すことができ、破損等が生じた際には、破損した部品のみを交換することが可能である。

［従動軸］
本発明の従動軸４とは、駆動モータ２の回転動力が駆動軸３を介して伝達されることにより回転する軸部材である。
また、駆動軸３と同様に、従動軸４の周囲には、カッター７Ｂ及びスペーサ８Ｂが配設されており、従動軸４の回転とともにカッター７Ｂが所定の速度で回転する。なお、従動軸４、カッター７Ｂ及びスペーサ８Ｂの形状については、駆動軸３、カッター７Ａ及びスペーサ８Ａと同様に構成すればよい。

従動軸４の回転数は、特に限定されないが、駆動軸３と異なる回転数とすることが好ましい。従動軸４と駆動軸３との回転数を変えることにより、夾雑物の破砕効果が高くなる。また、従動軸４と駆動軸３との回転数の差は、１〜３０ｒｐｍであることが好ましく、５〜１５ｒｐｍであることがさらに好ましい。

駆動軸３から従動軸４への回転動力の伝達手段としては、特に限定されないが、例えば、各軸の上端に設置されたプーリーをベルトで連結する手段や、歯車により連結する手段が挙げられる。駆動軸３と従動軸４との回転数に差を設ける場合には、駆動軸３と従動軸４の上端に設置したプーリーや歯車の直径を変え、同じ回転数とする場合には、プーリーや歯車の直径を同じものにすればよい。

［カッター部］
本発明のカッター部とは、駆動軸３と前記駆動軸３の周囲に配設された複数のカッター７Ａ及びスペーサ８Ａからなるカッターユニット６Ａ、及び、従動軸４と前記従動軸４の周囲に配設された複数のカッター７Ｂ及びスペーサ８Ｂからなるカッターユニット６Ｂにより構成される。
カッターユニット６Ａとカッターユニット６Ｂは、各ユニットのカッター７Ａ及び７Ｂが噛み合うように並設され、一方のカッターユニットのカッターの外側部と、隣接する他方のカッターユニットのスペーサとの間に間隔を設けて設置される。
なお、並設されたカッターユニット６Ａ及び６Ｂは、夾雑物の進行方向に複数設けてもよい。

各カッターユニットの回転方向については、二軸差動型破砕機１を上部から見た図において、カッターユニット６Ａを左側に、カッターユニット６Ｂを右側に設置し、下方向から上方向に向けて夾雑物を流通させた場合、カッターユニット６Ａの回転方向は反時計回りとなり、カッターユニット６Ｂの回転方向は時計回りとなる。

［ケーシング］
本発明のケーシング５とは、上記カッターユニット６Ａ及び６Ｂを収容するものであり、夾雑物の含む被処理水が流入する流入口、及び、破砕された夾雑物を含む被処理水を流出する流出口を備えている。
ケーシング５により、夾雑物はカッターユニット６Ａ及び６Ｂの間に誘導されるため、効率よく夾雑物を破砕処理することができる。
また、カッター部６に手が触れることを防止するとともに、破砕片が周囲に飛散することを防止することもできる。
なお、本発明のケーシング５としては、通常ケーシングとして用いられるものであれば良く、金属製、樹脂製などのケーシングを用いることができる。

本発明のケーシング５は、金属製カッターを備えた従来の二軸差動型破砕機に用いられるケーシングと同一形状であることを特徴とする。ここで、同一形状とは、金属製カッター用として設計された従来の二軸作動型破砕機に用いられているケーシングと同一の大きさ、形状を有することを意味している。同一形状のケーシングを用いることにより、セラミックス製カッター用に改めてケーシングを設計する必要がない。

さらに、本発明のケーシング５は、従来、金属製カッターが取り付けられていた既設のケーシングを使用することが好ましい。既設のケーシングを再利用することにより、装置のコストを下げるだけでなく、環境にも良い。

なお、金属製カッター用に設計されたケーシングと同一形状のケーシングを利用できるように、セラミックス製カッターの大きさを金属製カッターと同等の大きさとすると、セラミックス製カッターは靱性が低いため割れやすいという課題がある。
そのため、既設のケーシングを使用する場合には、セラミックス製カッターの軸穴の形状、切刃片の形状、駆動軸又は従動軸の断面形状、駆動モータの定格出力等を、セラミックス製カッターの割れや欠けが抑制されるように構成することが好ましい。割れや欠けが生じにくい構成とすることにより、流木等の堅いものを含む被処理水も処理することができる。

［カッター］
本発明のカッター７Ａ及び７Ｂは、ディスク形状のセラミックス製カッターである。セラミックス製カッターの直径は、金属製カッターの直径と略同等であり、駆動軸と従動軸の距離を変更することなく取り付けることが可能である。

〈セラミックス製カッター〉
次に、カッター７Ａ及び７Ｂに使用されるセラミックス製カッター７について、詳細に説明する。セラミックス製カッターは、金属製カッターと同等の直径とすると破損しやすいため、破損しにくい態様であることが好ましい。

セラミックス製カッター７とは、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素質系などのセラミックスからなるカッターである。耐衝撃性、耐摩耗性、耐腐食性の観点からジルコニア製であることが特に好ましい。

図２は、本発明の実施例のセラミックス製カッター７の構造を示す概略説明図である。本実施例のセラミックス製カッター７は、上面及び下面が平坦な平板形状であり、スペーサとは別体として形成されるものである。
セラミックス製カッター７は、カッター本体部８の中心に軸穴９を有し、セラミックス製カッター７の外側部に複数の切刃片１０を有している。
軸穴９は、上述したように、駆動軸３又は従動軸４に固定される形状であり、特に限定されないが、図２においては、正六角形状である。
このような形状とすることにより、セラミックス製カッター７の割れを抑制することができる。

切刃片１０は、セラミックス製カッター７のカッター本体部から放射状に突き出した凸状部であり、夾雑物を掻き取ってカッターユニット６Ａと６Ｂの間に誘導する作用を有する。
また、切刃片１０には、セラミックス製カッター７の回転方向側に突き出したフック部１０Ｂを備えており、夾雑物をより掻き取りやすい構成となっている。
さらに、フック部１０Ｂの先端は、面取りされて、先端面部１０Ａが形成されている。

切刃片１０によりカッターユニット６Ａと６Ｂの間に誘導された夾雑物は、各ユニットのセラミックス製カッター７Ａ及び７Ｂの間に形成された間隙、セラミックス製カッターと対向するスペーサとの間に形成された間隔で摺り切られる。ここで、各カッターユニットの回転数に差がある場合には、夾雑物を摺り切る作用が高まるため、より高い破砕効果を得ることができる。
なお、実施例のセラミックス製カッター７は、切刃片１０を備えた構成であるが、切刃片１０を有しない円形の外側部を有するものでもよい。

先端面部１０Ａは、セラミックス製カッターの切刃片１０の最外部を通過する円周の接線に対して、略垂直であることが好ましい。ここで、略垂直とは、８５〜９５°の範囲である。
また、先端面部１０Ａは、セラミックス製カッターの下面に対して、略垂直であることが好ましい。ここで、略垂直とは、８５〜９５°の範囲である。
先端面部１０Ａをこのような態様とすることにより、セラミックス製カッター７の破損を抑制することができる。

セラミックス製カッター７の軸方向の厚みは、処理対象となる夾雑物の硬さや、破砕処理後の夾雑物の所望の大きさに応じて、適宜設定される。
また、セラミックス製カッター７の直径（切刃片１０の最外部を通過する円周の直径）は、通常、１２０ｍｍ程度である。

セラミックス製カッター７の製造方法は、セラミックス材料の粉体を粘結剤と混合し、所望の形状に成形するか、あるいは、成形物を所望の形状に切削する。次に、得られた成形物を焼成すると、粘結剤と原料に含まれる水分が取り除かれ、さらに加熱することにより、セラミックス材料の粉末同士が融合して緻密で硬いセラミックス製カッターを得ることができる。必要に応じて、この焼成物に研磨等の加工を行い、面粗度Ｒａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１）を３．２以下に整えることが好ましい。面粗度Ｒａを３．２以下とすることにより、耐久性能、省電力性能に優れたセラミックス製カッターを提供することができる。

［カッターの交換方法］
本発明のカッターの交換方法とは、二軸差動型破砕機のケーシングから金属製カッターを取り外す工程と、前記ケーシングにセラミックス製カッターを取り付ける工程を備えている。これにより、同一のケーシングを用いて金属製カッターとセラミックス製カッターを交換することができる。
なお、セラミックス製カッターを取り付けた二軸差動型破砕機から金属製カッターに交換してもよい。

本発明の実施例に使用されるセラミックス製カッターは、金属製カッターと同等の直径としても欠けが生じにくい。そのため、既設の二軸差動型破砕機に取り付けられた金属製カッターと同等の直径を有するセラミックス製カッターを生産して、既設の金属製カッターと置き換えてもよい。この場合、既設の二軸差動型破砕機本体が再利用されるため、交換機器点数を減らすことができる。

本発明により、二軸差動型破砕機において、同一形状のケーシングを用いて金属製のカッターとセラミックス製のカッターを置き換えることが可能な二軸差動型破砕機を提供することができる。

また、本発明に使用されるセラミックス製カッターは、金属製カッターと同等の直径としても欠けが生じにくいため、金属製カッターを備えた既設の二軸差動型破砕機に取り付けるための交換用セラミックス製カッターを提供することもできる。

１ 二軸差動型破砕機、２ 駆動モータ、３ 駆動軸、４ 従動軸、５ ケーシング、６ カッター部、６Ａ，６Ｂ カッターユニット、７ セラミックス製カッター、７Ａ，７Ｂ カッター、８Ａ，８Ｂ スペーサ、９ 軸穴、１０ 切刃片、１０Ａ 先端面部、１０Ｂ フック部

Claims (4)

1. 水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機において、
   駆動モータと、
   前記駆動モータで駆動される駆動軸と、
   前記駆動軸の回転を動力伝達されて駆動する従動軸と、
   前記駆動軸及び前記従動軸の周囲に配設されるセラミックス製カッターと、
   前記駆動軸、前記従動軸及び前記セラミックス製カッターを収容するケーシングと、を備え、
   前記ケーシングは、金属製カッターを備えた二軸差動型破砕機に用いられるケーシングと同一形状であり、かつ、既設の金属製カッターを撤去した二軸差動型破砕機のケーシングであることを特徴とする二軸差動型破砕機。
2. 前記セラミックス製カッターの軸穴は、多角形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の二軸差動型破砕機。
3. 前記セラミックス製カッターは、上面及び下面が平坦な平板形状であり、隣接する前記セラミックス製カッターの間にスペーサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の二軸差動型破砕機。
4. 水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機のカッターの交換方法において、
   前記二軸差動型破砕機のケーシングから金属製カッターを取り外す工程と、
   前記ケーシングにセラミックス製カッターを取り付ける工程と、を備えたカッターの交換方法。

Images