JP2007132126A - カウンタウエイト及びカウンタウエイトの製造方法並びに作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 カウンタウエイト及びカウンタウエイトの製造方法並びに作業機械に関し、十分な強度を維持しながら、有効にリサイクルすることができるようにする。
【解決手段】 筺体本体１１の内部に充填する充填材２０を備えたカウンタウエイト１において、充填材２０として、鉄系充填物２１ａを主に含み筺体本体１１の下部に充填されて第１充填層２３を形成する第１充填材２１と、非鉄系充填物２２ａからなり第１充填材２１の上部に充填されて第２充填層２４を形成する第２充填材２２とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カウンタウエイト及びカウンタウエイトの製造方法並びに作業機械に関するものである。

油圧ショベル等の作業機械では、機体のバランスをとるために、上部旋回体の後部にカウンタウエイトが配設されている。
そして、このカウンタウエイトとしては、筺体と筺体内部に充填される充填材とから構成された製缶カウンタウエイトが普及しており、充填材には、一般に、鉄鋼石や鉄屑等の鉄系材（重量骨材）とセメントとを混合した重量コンクリートが用いられている。

これは、カウンタウエイトの強度や要求される重量を確保する上で非常に有用な技術であって、こうした技術は、例えば特許文献１に開示されている。
特開平１１−２００４２０号公報

ところで、近年、産業廃棄物の削減及び資源の有効活用が叫ばれており、カウンタウエイトもリサイクルできる製品として製造されることが望まれている。
しかしながら、上記重量コンクリートは、鉄系材とセメントとに完全に再分離できないので、鉄系材を鉄源として再利用することは困難である。つまり、例えば、破砕機等で破砕したとしても、鉄系材の表面に固化したセメントが密着しているので、鉄系材とセメントとに再び分離することが難しい。また、例えば、重量コンクリートを鉄の融点よりも高温に熱して鉄系材のみを溶融抽出しようとしても、セメントの熱伝導率は低く熱容量が大きいため、鉄系材を溶融させるための熱エネルギーはセメントに吸収されてしまい（即ち、セメント中の鉄系材の溶融効率は悪いので）、鉄系材とセメントとに再び分離することが難しく、さらに、与える熱エネルギー量に対して得られる鉄系材の量が僅かであって、再利用コストが高騰してしまう。

したがって、一般にカウンタウエイトはリサイクル不可材料と定義され、廃棄処分されている。なお、ここでのリサイクルは、鉄系材等の素材の再利用を特に意味している。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、十分な強度を維持しながら、有効にリサイクルすることができる、カウンタウエイト及びカウンタウエイトの製造方法並びに作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明のカウンタウエイトは、筺体と、前記筺体の内部に充填する充填材とを備え、前記充填材は、鉄系充填物を主に含み前記筺体下部に充填されて第１充填層を形成する第１充填材と、非鉄系充填物からなり前記第１充填材の上部に充填されて第２充填層を形成する第２充填材とを備えたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明のカウンタウエイトは、請求項１記載のカウンタウエイトにおいて、前記鉄系充填物は、製鉄及び製鋼過程で発生するスラグから回収される鉄分を粒状に破砕し押し固めた鉄粒からなることを特徴としている。
請求項３記載の本発明のカウンタウエイトは、請求項１又は２記載のカウンタウエイトにおいて、前記非鉄系充填物は、コンクリートであることを特徴としている。

請求項４記載の本発明のカウンタウエイトは、請求項１〜３の何れか１項に記載のカウンタウエイトにおいて、前記第１充填材は、前記鉄系充填物の製鉄及び製鋼温度（溶融温度）よりも低い温度で燃焼し、且つ、前記鉄系充填物の充填時の流動性を増加させる流動化物質を含んでいることを特徴としている。
請求項５記載の本発明のカウンタウエイトは、請求項１〜４の何れか１項に記載のカウンタウエイトにおいて、前記第１充填層と前記第２充填層との間に、シート状に形成された分離層を備えたことを特徴としている。

請求項６記載の本発明のカウンタウエイトは、請求項１〜５の何れか１項に記載のカウンタウエイトにおいて、前記鉄系充填物を筺体に対し定着固定する固定部材を備えたことを特徴としている。
請求項７記載の本発明のカウンタウエイトの製造方法は、筺体内部に充填材が充填されるカウンタウエイトの製造方法であって、前記筺体の下部に、鉄系充填物を主に含む第１充填材を充填して第１充填層を形成した後、前記第１充填層の上部に、非鉄系充填物からなる第２充填材を充填して第２充填層を形成することを特徴としている。

請求項８記載の本発明の作業機械は、請求項１〜６の何れか１項に記載のカウンタウエイトを備えたことを特徴としている。

請求項１記載の本発明のカウンタウエイト又は請求項７記載の本発明のカウンタウエイトの製造方法によれば、鉄系充填材と非鉄系充填材とが２層に分離されているので、十分な強度を維持しながら、第１充填層の鉄系充填物を鉄源として容易にリサイクルすることができる。
また、第２充填層は、第１充填層の上部に形成されているので、例えば、本カウンタウエイトを配設した作業機械の作業に伴って発生する振動や衝撃に対する第１充填層の振動（筺体内部での第１充填材のガサつきや移動）を抑制することができる（請求項８）。

請求項２記載の本発明のカウンタウエイトによれば、スラグ中から回収された鉄分を鉄系充填物として用いるので、製造コストを低減することができる。
請求項３記載の本発明のカウンタウエイトによれば、安価且つ堅固に第１充填層の振動を抑制することができる。
請求項４記載の本発明のカウンタウエイトによれば、鉄系充填材の充填時の流動性を増加させることができる。また、第１充填層を若干ではあるが固化させて、第１充填層の振動をより抑制することができる。

請求項５記載の本発明のカウンタウエイトによれば、簡素な構成で第１充填層と第２充填層との分離が容易となる。
請求項６記載の本発明のカウンタウエイトによれば、第１充填層の振動をより堅固に抑制することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図３は本発明の第１実施形態に係るカウンタウエイトを説明するためのもので、図１はそのカウンタウエイト内部を示す断面図、図２はそのカウンタウエイト全体像を示す斜視図、図３はカウンタウエイトに用いる鉄系充填物を説明するための説明図である。

図２に示すように、カウンタウエイト１は、ボックス形状の筺体１０と、筺体１０内部に充填される充填材２０とから構成される。
筺体１０は、カウンタウエイト１の外殻をなす中空状の外殻体（容器）であって、充填材２０を充填可能に上部に開口部１１ａを有した筺体本体１１と、開口部１１ａを覆う蓋体１２とを備えている。なお、筺体本体１１と蓋体１２とは、鋼板から形成されている。

また、充填材２０は、高炉（溶鉱炉）や転炉（溶銑炉）等による製鉄及び製鋼過程で発生するスラグ（鉄鋼スラグともいう。鉄鋼スラグには、後述する高炉スラグや製鋼スラグが含まれる。）から回収される鉄分を粒状に破砕し押し固めた鉄粒（鉄系充填物）２１ａと、鉄粒２１ａの製鉄及び製鋼温度（溶融温度）よりも低い温度で燃焼し且つ鉄粒２１ａの流動性を増加させる水及び澱粉（流動化物質）２１ｂとからなる第１充填材２１を備えるとともに、コンクリート（非鉄系充填物）２２ａからなる第２充填材２２を備えている。

そして、図１に示すように、これら第１充填材２１と第２充填材２２とは２層に分かれて充填されるようになっており、筺体本体１１の下部に第１充填材２１が充填されて第１充填層２３が形成され、第１充填層２３の上部（即ち、筺体本体１１の上部）に第２充填材２２が充填されて第２充填層２４が形成されるようになっている。なお、図１及び後述する図４では、筺体本体１１の上部に所定の隙間を有しているが、この隙間は比重調整用であって、筺体１０上端まで充填材２０が満たされていても良い。

ここで、第１充填材２１の鉄分について詳述すると、図３に示すように、鉄鋼（鉄）の精製には高炉や転炉といった炉が利用され、鉄鋼は、鉄鉱石と石炭(コークス)等を原料に高炉で銑鉄をつくり、さらに転炉で精錬し、成分を調整して生産されるようになっている。
はじめに、細長いトックリ型の高炉本体に、鉄鉱石，コークス，石灰石等が投入されるとともに熱風が送られると、溶融された鉄鋼石の鉄は還元されて銑鉄となり、同時に、鉄鋼石の鉄以外の成分は高炉スラグとなって、銑鉄，高炉スラグともに炉底部にたまる。そして、高炉の底部には数箇所に出銑口があり、そこから銑鉄と高炉スラグとが比重差により分離して流れ出す。

高炉から出た銑鉄は、ほとんど溶けたまま貨車に積まれて製鋼工場へと運ばれ、転炉に装入されて精錬される。転炉での精錬は、銑鉄に石灰等を入れ、酸素を吹き込むことで行なわれ、銑鉄は炉の中で鉄鋼に変わるとともに、銑鉄に含まれる鉄鋼として不要な成分は石灰と化合して製鋼スラグとなる。
特に、転炉による製鋼過程で発生する製鋼スラグには金属鉄が多量に含まれており、ここから本実施形態に用いる鉄分が回収されるようになっている。

本発明の第１実施形態にかかるカウンタウエイト１は上述のように構成されており、以下のような方法で製造される。
初めに、筺体本体１１の開口部１１ａから、鉄粒２１ａと水及び澱粉２１ｂとを混合した第１充填材２１が充填されて第１充填層２３が形成される。この際、鉄粒２１ａとともに水及び澱粉２１ｂが充填されるので、第１充填材２１は充填時の流動性が増加して、滑らかに筺体本体１１に充填されることになる。これにより、投入充填作業が容易となる。また、鉄粒２１ａだけが充填されると、本カウンタウエイト１が配設された作業機械で作業する場合、その作業時の振動で鉄粒２１ａが個々の自由度をもって振動・加速し、筺体１０の鋼板が耐えられないが、水及び澱粉２１ｂを混合することにより、第１充填層２１を若干ではあるが固化させて、第１充填層２１を一体の強度部材とすることができ、上記個々の振動・加速を抑制することができる。ここで、鉄粒２１ａは、バイブレータ等により振動を与えて、できる限り密に充填しておくことが好ましい。

次に、第１充填層２３の上部に第２充填材２２が充填されて第２充填層２４が形成される。これにより、第２充填層２４が第１充填層２３のふたの役割を果たして、安価且つ堅固に第１充填層２３が振動等により移動，分離することをいっそう抑制することができる。
最後に、蓋体１２により、筺体本体１１の開口部１１ａが閉鎖されて、カウンタウエイト１が完成する。

したがって、このように製造されたカウンタウエイト１は、十分な強度を維持しながら、廃棄する際には、コンクリート部分２４は表層部（上層部）のみであるため、鉄粒２１ａとコンクリート２２ａとを完全に分離することができる。そして、コンクリート２２ａは破砕が容易になるともに、鉄粒２１ａを含む第１充填材２１は完全に溶融することができて、鉄源としてリサイクルすることができる。つまり、澱粉は有機物であって、鉄粒２１ａを溶融するために第１充填材２１を溶融したときに同時に燃焼されるので、なんらのリサイクル阻害物質とはならない。
また、鉄系充填物２１ａとして用いるスラグ中から回収された鉄分は、容易且つ安価に入手することができるので、カウンタウエイト１の製造コストを低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態のものと同じ部材等は、第１実施形態の説明と同一の符号で説明する。
図４に示すように、第２実施形態のカウンタウエイト１Ａは、第１実施形態の第１充填層２１と第２充填層２２との間に、ビニールシート３１からなる分離層３０が形成されているものであって、他の構成は第１実施形態と同一である。

本発明の第２実施形態にかかるカウンタウエイト１Ａは上述のように構成されており、以下のような方法で製造される。
初めに、第１実施形態と同様に、筺体本体１１の開口部１１ａから、鉄粒２１ａと水及び澱粉２１ｂとを混合した第１充填材２１が充填されて第１充填層２３が形成される。
ここで、本実施形態の特徴であるが、第１充填層２３の上表層にビニールシート３１が被覆されて、分離層３０が形成される。
そして、分離層３０の上部に第２充填材２２が充填されて第２充填層２４が形成され、最後に、蓋体１２により、筺体本体１１の開口部１１ａが閉鎖されて、カウンタウエイト１Ａが完成する。

したがって、このように製造されたカウンタウエイト１Ａによれば、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、第１充填層２３と第２充填層２４との間には分離層３０が形成されているので、カウンタウエイト１Ａを廃棄する際には、第１充填層２３と第２充填層２４とを容易に分離することができて、リサイクルの簡便さに貢献することができる。
なお、分離層３０を形成する部材はビニールシート３１に限らず、第１充填層２３と第２充填層２４とを分離できるものであれば、例えば布であっても良い。

〔第３実施形態〕
次に、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態のものと同じ部材等は、第１実施形態の説明と同一の符号で説明する。

本実施形態のカウンタウエイト１Ｂは、第１実施形態の第１充填層２３中に、図５（ａ）に示すように、鉄製のワイヤメッシュ（固定部材）４０が配設されており、他の構成は第１実施形態と同一である。
つまり、矩形状のワイヤメッシュ４０が、カウンタウエイト１Ｂの幅方向中央部且つ第１充填材２１中である高さ方向中央部に、幅方向（長手方向）及び奥行方向（短手方向）に延在するように配設されている。そして、このワイヤメッシュ４０は、例えば、カウンタウエイト１Ｂの全体が振動した場合に、第１充填材２１の内部に作用する応力のうちの主に引張方向の力を担って、鉄粒２１ａ同士のズレやガサつきを抑制すべく働くようになっている。

本発明の第３実施形態にかかるカウンタウエイト１Ｂは上述のように構成されているので、以下のような作用，効果がある。
カウンタウエイト１Ｂによれば、第１充填層２３中にワイヤメッシュ４０が配設されているので、第１充填材２１が筺体本体１１に対し定着固定されて、作業機械の作業時に発生する振動に伴い第１充填層２３が振動することをより堅固に抑制することができる。

なお、ワイヤメッシュ４０は、図５（ａ）中には一つのみ配設されているように描いたが、複数個配設されていることが好ましい。これは、鉄粒２１ａ同士のズレやガサつきは、鉄粒２１ａがワイヤメッシュ４０に近接するほど、ワイヤメッシュ４０に抑制される効果が高いためである。
また、特に図示しないが、ワイヤメッシュ４０は、カウンタウエイト１Ｂの幅方向中央部に限らず、幅方向全体に亘って延在するように配設されても良い。

また、図５（ｂ）に示すように、矩形状のワイヤメッシュ４０′を、水平方向に対して傾斜させて、カウンタウエイト１Ｂの幅方向中央部に配設しても良い。また、図５（ｃ）に示すように、幅方向の任意の箇所で折り曲げたワイヤメッシュ４０″を、カウンタウエイト１Ｂの幅方向中央部に配設しても良い。
また、上記ワイヤメッシュ４０，４０′，４０″は、第２実施形態の分離層３０を備えたカウンタウエイト１Ａに配設されてもよい。

〔その他〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記第１〜第３実施形態では、第１充填材２１の鉄系充填物として鉄粒２１ａを用いたが、鉄塊を用いても良い。ただし、鉄系充填物のサイズが大きいほど破砕機等で破砕しがたく、サイズが小さいほどリサイクルしやすいという利点があるので、鉄粒２１ａを用いるほうが好ましい。
また、上記実施形態では、高炉や転炉による製鉄及び製鋼過程で発生した鉄鋼スラグから回収された鉄分を用いたが、廃棄物処理用溶融炉（廃棄物焼却炉）で廃棄物をガス化した場合に発生する残滓（溶融スラグ）中に含まれるメタルを用いても良い。もしくは、上記製鉄及び製鋼過程で生成された鉄自体を用いても良い。

また、流動化物質として水及び澱粉２１ｂを第１充填材２１に加えたが、第１充填材２１の充填作業に支障がなければ、流動化物質を加えなくても良い。
また、上記第３実施形態では、固定部材としてワイヤメッシュ４０を備えたが、例えば、カウンタウエイト１Ｂの底面に仕切り板を立設して、作業機械の作業時に発生する振動に伴い、鉄粒２１ａ同士がズレたりガサついたりすること、つまり、第１充填層２３が振動することをより堅固に抑制するようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係るカウンタウエイトの内部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るカウンタウエイトの全体像を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るカウンタウエイトに充填する鉄分について説明する説明図である。 本発明の第２実施形態に係るカウンタウエイトの内部を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）ともに、本発明の第３実施形態に係るカウンタウエイトの内部に配設するワイヤメッシュを示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ カウンタウエイト
１０ 筺体
１１ 筺体本体
１１ａ 開口部
１２ 蓋体
２０ 充填材
２１ 第１充填材
２１ａ 鉄粒（鉄系充填物）
２１ｂ 水及び澱粉（流動化物質）
２２ 第２充填材
２２ａ コンクリート（非鉄系充填物）
２３ 第１充填層
２４ 第２充填層
３０ 分離層
３１ ビニールシート
４０，４０′，４０″ ワイヤメッシュ（固定部材）

Claims (8)

1. 筺体と、
   前記筺体の内部に充填する充填材とを備え、
   前記充填材は、鉄系充填物を含み前記筺体下部に充填されて第１充填層を形成する第１充填材と、非鉄系充填物からなり前記第１充填材の上部に充填されて第２充填層を形成する第２充填材とを備えた
   ことを特徴とする、カウンタウエイト。
2. 前記鉄系充填物は、製鉄及び製鋼過程で発生するスラグから回収される鉄分を粒状に破砕し押し固めた鉄粒からなる
   ことを特徴とする、請求項１記載のカウンタウエイト。
3. 前記非鉄系充填物は、コンクリートである
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のカウンタウエイト。
4. 前記第１充填材は、前記鉄系充填物の製鉄及び製鋼温度よりも低い温度で燃焼し、且つ、前記鉄系充填物の充填時の流動性を増加させる流動化物質を含んでいる
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のカウンタウエイト。
5. 前記第１充填層と前記第２充填層との間に、シート状に形成された分離層を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のカウンタウエイト。
6. 前記鉄系充填物を筺体に対し定着固定する固定部材を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のカウンタウエイト。
7. 筺体内部に充填材が充填されるカウンタウエイトの製造方法であって、
   前記筺体の下部に、鉄系充填物を主に含む第１充填材を充填して第１充填層を形成した後、
   前記第１充填層の上部に、非鉄系充填物からなる第２充填材を充填して第２充填層を形成する
   ことを特徴とする、カウンタウエイトの製造方法。
8. 請求項１〜６の何れか１項に記載のカウンタウエイトを備えた
   ことを特徴とする、作業機械。

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