JP2012016698A - 付着土砂除去装置および付着土砂除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図る。
【解決手段】破砕混合機１の容器内壁２０における付着土砂を除去する装置であり、容器内壁２０に沿って当接する螺旋状部材１１０と、この螺旋状部材１１０と容器１０とを容器上下方向の軸に相対的に回転させる回転機構１３０とから付着土砂除去装置１００を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、付着土砂除去装置および付着土砂除去方法に関するものであり、具体的には、効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図ることができる技術に関する。

円筒状容器の中でフレキシブル剛体を高速回転させることにより、上方より投入した土砂等の材料を破砕混合し、土砂の改質等を行う破砕混合機がある。この破砕混合機において湿った土砂等を破砕する場合、容器内壁に破砕片等が付着して成長し、処理物の排出経路を塞いだり、装置動作を妨げるなどの問題を生じることがある。こうした問題に対処する技術としては、例えば、容器内に傾斜したフィンを配置して土砂付着をしにくくする技術（例：特許文献１〜３など）が提案されている。

しかしこれらの技術では、土砂が付着してしまうと除去できず、付着土砂が成長してしまうおそれがある。そこで、容器内に付着した土砂らを掻き落とすべく、上下に伸びて容器内壁に配置したスクレーパーと容器とを相対回転させる技術（特許文献４）などが提案されている。

特許第３６４３５８７号公報 特許第３３８９２０２号公報 特許第３５５４８２９号公報 特許第３８４２０６２号公報

例えば、特許文献４に開示される、縦長のスクレーパーによって付着土砂の掻き落としを行う場合、掻き落とされる土砂は１列の大きな塊となって容器内を落下することになる。そのため、本来は適宜に破砕・混合された状態で容器底部から回収されるはずの投入物が、土塊となって回収されることになり、破砕混合効率の低下を招くことになる。こうした土塊が混入してしまうことで、当然ながら、処理済みの土砂量もばらつきを生じることになる。また、掻き落とされた土塊は、正常に破砕混合された土砂分よりも単位体積あたりの表面積が小さくなり、風等により表面から水分が揮発する効率も低下する。従って、土砂の含水比低下を処理目的に含む場合には、その目的を効率的に達成しにくくなる。
そこで本発明では、効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図ることができる技術の提供を目的とする。

上記課題を解決する本発明の付着土砂除去装置は、破砕混合機の容器の内壁における付着土砂を除去する装置であって、容器内壁に沿って当接する螺旋状部材と、この螺旋状部材と容器とを容器上下方向の軸に相対的に回転させる回転機構とを備えることを特徴とする。

こうした本発明によれば、容器内壁に付着した土砂には、従来とは異なり、螺旋状部材により容器の上下方向と左右方向の両方から掻き落としの力が加わり、容器内壁の全周にわたって同時に掻き落としされることになる。したがって、掻き落とされる土砂が１列の大きな塊となって容器内を落下するといった事態は生じない。そのため、適宜に破砕・混合された状態の土砂が容器底部から回収され、破砕混合効率を良好に維持できる。また、掻き落とされた土砂は大きな土塊ではないから、風等により表面から水分が揮発する効率も適宜なものとなり、土砂の含水比低下の目的を効率的に達成しやすくなる。

なお、前記回転機構が、容器に対する相対的な螺旋状部材の回転方向を、螺旋状部材が前記容器に対して巻き上がる方向とするものである、としてもよい。こうした構成とすれば、螺旋状部材で掻き落とされた土砂は、螺旋状部材に乗って容器上方に運ばれ、螺旋状部材終端から容器内空に落下することになる。したがって、掻き落とされた土砂が容器内空に再投入されることになり、破砕効果もより高まる。また、再破砕されることにより土砂の単位体積あたりの表面積が（破砕前より）増加し、風等による含水比低下効果の向上が期待できる。

また、本発明の付着土砂除去装置において、容器内空の容器上下方向の軸を中心に、互いに一定角度ずれた位置に配置された複数条の螺旋状部材と、螺旋状部材間の所定箇所同士を連結する補強部材とを備えるとしてもよい。例えば、容器と螺旋状部材とのいずれかを相対的に回転させ、容器内壁に付着している土砂を螺旋状部材により掻き落としていく際、容器内方に盛り上がった付着土砂が螺旋状部材に当接し、容器内方に向けて撓む場合がありうる。その場合、螺旋状部材はその付着土砂に乗り上げるなどして十分な掻き取り動作を行えず、効率的な付着土砂除去が困難となる。しかしながら、容器内空において互いに一定角度ずれた位置に配置された螺旋状部材同士が、例えばその端部にて連結されていることで、付着土砂の掻き落とし時に一方の螺旋状部材が容器内方に撓もうとしても、その撓み反力が補強部材を介し他方の螺旋状部材に伝達される。補強部材は高い剛性を具備し、また、前記他方の螺旋状部材は容器内壁に当接されているから、前記撓み反力はそのまま前記他方の螺旋状部材を介して容器で支持され、前記撓みは抑止されることになる。従って、螺旋状部材が容器内方に盛り上がった付着土砂に当接しても容器内方へ撓むことなく、確実な土砂の掻き落としが実行される。

また、本発明の付着土砂除去方法は、破砕混合機の容器の内壁における付着土砂を除去する方法であって、破砕混合機の容器と、容器内壁に沿って当接する螺旋状部材とを、容器上下方向の軸に相対的に回転させ、容器内壁に付着した土砂を螺旋状部材により剥がし落とすことを特徴とする。

本発明によれば、効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図ることができる。

本実施形態における付着土砂除去装置の適用例１を示す図である。 本実施形態における付着土砂除去装置の適用例２を示す図である。 付着土砂除去の解説図である。 本実施形態における付着土砂除去装置の適用例３を示す図である。 本実施形態における付着土砂除去装置の適用例４を示す図である。 本実施形態における付着土砂除去装置の適用例５を示す図である。 本実施形態における付着土砂除去装置の適用例６を示す図である。

以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態における付着土砂除去装置の適用例１を示す図である。土工を伴う工事現場では、大量の排土等が発生する。特に、工事対象となる地盤の土質が低品位であれば、排土の再利用を図ったり、そのまま搬出するにも問題がある。そこで、破砕混合機を用いて排土の改良、改質を図る場合がある。ここで破砕混合機１の構造について概説しておく。

破砕混合機１は、例えば、鋼製など適宜な強度を備える円筒状の容器１０、容器内空１１にてスピンしチェーン１２を高速回転させる回転軸１３、この回転軸１３を回転自在に支持する軸受け１４、回転軸１３を駆動する回転軸用モータ１５などから構成される。掘削現場等で生じた排土５は、例えばベルトコンベヤーなどの搬送手段６により搬送され、容器１０の上部に備わる投入口１６から破砕混合機１に供給されることになる。また、排土５の改質、改良を図るための添加材料も投入口１６から容器内に供給してよい。

投入口１６から供給された排土５は、容器内空１１に落下してチェーン１２による破砕・混合の処理を受けて、一部は容器内壁２０に飛散して付着し、その他は更に容器下方のドラム２７に落下する。ドラム２７は、例えばスリーブのあるロール面を備えたもので、落下してきた処理土をスリーブを介してドラム内空に通過させ、当該ドラム２７の回転に伴って混ぜ返す一方、送風機２８からの送気で処理土の含水率低減を図っている。ドラム内空で混ぜ返された処理土は再びスリーブを通過して適宜落下する。落下した処理土はベルトコンベアー２９により搬出される。また、送風機２８からの送気は排気口３０を介して破砕混合機内から排出される。

なお、破砕混合機１が処理する排土５としては、掘削土砂のみならず、礫や岩塊、コンクリート塊、アスファルト塊、ガラス、浚渫土などであってもよい。また、添加材料としては、ベントナイト、セメント系の固化剤、石炭系の固化剤など必要に応じて各種適用してよい。

一方、こうした破砕混合機１に設置され、効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図るのが付着土砂除去装置１００となる。この付着土砂除去装置１００は、破砕混合機１の容器内壁２０における付着土砂を除去する装置であり、容器内壁２０に沿って当接する螺旋状部材１１０と、この螺旋状部材１１０と容器１０とを容器上下方向の軸に相対的に回転させる回転機構１３０とから構成されている。

螺旋状部材１１０は、容器内壁２０を複数回周回するだけの延長と、掻き取り動作時の応力や衝撃に耐えうる所定の幅および厚みを備えた、例えば鋼製の板材を成形したものとなる。板材の幅および厚みとしては、例えば、幅１０ｃｍ、厚み４ｃｍなどとなる。勿論、こうした寸法は板材の強度等に応じて適宜設計すればよい。また、この板材の外周部すなわち螺旋状部材１１０の外周部１１４を刃状として、容器内壁２０との密着度を向上させれば、付着土砂の掻き取り効率がより向上する。

この螺旋状部材１１０の上部および下部は、例えば適宜な剛性を備えた短筒上部材１１１、１１２に固定されている。容器１０の回転に応じて螺旋状部材１１０に生じる土砂掻き取り時反力に引きずられて揺動などしないよう、例えば、下部の短筒状部材１１２は下部構造１７や、地盤や床面のコンクリートといった基底部９に固定し、上部の短筒状部材１１１は上部構造１８に固定する。あるいは、上部の短筒上部材１１１と下部の短筒状部材１１２とを鋼製の枠体１１３などで互いに確実に固定するとしてもよい。

また、破砕混合機１の容器１０の上部開口２１および下部開口２２は、例えば適宜な剛性を備えたステー２３、２４を備えている。容器１０はこのステー２３、２４を介して容器１０の回転軸１３で軸支されている。ただし、回転軸１３がスピン中であってもその影響を受けないよう、ステー２３、２４と回転軸１３とはベアリング１１７などを介して空転状態で固定されている。

また、容器１０のいずれかの箇所の側面２５には、回転機構１３０たる駆動用モータ１５０が配置されている。この駆動用モータ１５０は、ローラーないし歯車などの回転伝達部１５１を回転軸にて軸支している。駆動用モータ１５０は、例えば一定時間毎に所定回転量だけ駆動するよう、駆動用モータ１５０への給電時間と給電量を制御する制御用コンピュータが接続され、その制御下におかれている。他方、容器１０の側面２５は、当接される前記ローラーと摩擦接触してその伝達力を確実に受け取る適宜な表面粗さを備えるか、或いは前記歯車（ピニオン）と噛み合うラックを巻回している。

こうした構成において、駆動用モータ１５０が稼働してローラーや歯車などの回転伝達部１５１を回転させると、回転伝達部１５１が容器１０の側面２５に対して回転力を付与する。この回転力を得た容器１０は、ベアリング１１７等で回転支持された回転軸１３を軸にして回転する。一方、螺旋状部材１１０は、容器内壁２０にその外周部１１４を当接した状態で固定されているので、容器１０に対して相対的に回転していることになる。容器内壁２０に当接された螺旋状部材１１０の外周部１１４は、上記の回転に応じて、容器内壁２０に付着している土砂を掻き落としていくことになる。

一方、上記の場合とは逆に、容器１０は固定し、螺旋状部材１１０を回転させるとしてもよい。図２は、本実施形態における付着土砂除去装置の適用例２を示す図である。この場合、図２に示すように、螺旋状部材１１０の短筒状部材１１１、１１２は、例えば適宜な剛性を備えたステー４０を備えている。短筒状部材１１１、１１２すなわち螺旋状部材１１０はこのステー４０を介して容器１０の回転軸１３で軸支されている。ただし、回転軸１３がスピン中であってもその影響を受けないよう、ステー４０と回転軸１３とはベアリング１１７などを介して空転状態で固定されている。

また、短筒状部材１１１、１１２のいずれかの箇所の側面２６に、回転機構１３０たる駆動用モータ１５０が配置されている。この駆動用モータ１５０は、ローラーや歯車などの回転伝達部１５１を回転軸にて軸支している。駆動用モータ１５０は、例えば一定時間毎に所定回転量だけ駆動するよう、駆動用モータ１５０への給電時間と給電量を制御する制御用コンピュータが接続され、その制御下におかれている。他方、短筒状部材１１１、１１２の側面２６は、当接される前記ローラーと摩擦接触してその伝達力を確実に受け取る適宜な表面粗さを備えるか、或いは前記歯車（ピニオン）と噛み合うラックを巻回している。他方、容器１０は鋼製などの枠体１１６で下部構造１７や上部構造１８に固定されている。

こうした構成において、駆動用モータ１５０が稼働してローラーや歯車などの回転伝達部１５１を回転させると、回転伝達部１５１が短筒状部材１１１、１１２の側面２６に対して回転力を付与する。この回転力を得た短筒状部材１１１、１１２すなわち螺旋状部材１１０は、ベアリング１１７等で回転支持された回転軸１３を軸にして回転する。一方、容器１０は固定されているから、螺旋状部材１１０に対して相対的に回転することになる。容器内壁２０に当接された螺旋状部材１１０の外周部１１４は、上記の回転に応じて、容器内壁２０に付着している土砂を掻き落としていくことになる。

なお、上述してきた回転機構１３０は、容器１０を回転させる場合、及び螺旋状部材１１０を回転させる場合のいずれにおいても、容器１０に対する相対的な螺旋状部材１１０の回転方向を、螺旋状部材１１０が前記容器１０に対して巻き上がる方向としている。本実施形態の螺旋状部材１１０において、螺旋の周回方向は、部材が容器底部から時計回りに上がっていく方向を例示している。こうした周回方向の螺旋状部材１１０が固定されている場合、回転機構１３０たる駆動用モータ１５０等は、例えば容器１０を、容器上方から見て時計回りで、容器内空中心を軸に回転させる（図１上断面図参照）。すると相対的に、螺旋状部材１１０は容器上方から見て反時計回りに回転することになり、螺旋が巻き上がっていく状態となる。つまり、容器１０に対する相対的な螺旋状部材１１０の回転方向は、螺旋状部材１１０が前記容器１０に対して巻き上がる方向となっているのである。

巻き上がっていく螺旋状部材１１０の外周部１１４で掻き落とされた土砂は、螺旋状部材１１０における容器上方への傾斜に沿って上方に運ばれ、外周部１１４の終端１１５から容器内空１１に落下することになる（図３参照）。したがって、掻き落とされた土砂が容器内空１１に再投入されることになり、破砕効果もより高まる。また、再破砕されることにより土砂の単位体積あたりの表面積が（破砕前より）増加し、風等による含水比低下効果の向上が期待できる。

一方、容器１０が固定されている場合、回転機構１３０たる駆動用モータ１５０等は、例えば螺旋状部材１１０（の短筒上部材１１１、１１２等）を、容器上方から見て反時計回りで、容器内空中心を軸に回転させる（図２の上断面図参照）。すると、容器内において螺旋が巻き上がっていく状態となる。つまり、容器１０に対する螺旋状部材１１０の回転方向は、螺旋状部材１１０が前記容器１０に対して巻き上がる方向となっているのである。巻き上がっていく螺旋状部材１１０の外周部１１４で掻き落とされた土砂は、螺旋状部材１１０における容器上方への傾斜に沿って上方に運ばれ、外周部１１４の終端１１５から容器内空１１に落下することになる（図３参照）。

なお、上述のように容器１０と螺旋状部材１１０とのいずれかを相対的に回転させ、容器内壁２０に付着している土砂を螺旋状部材１１０により掻き落としていく際、容器内方に盛り上がった付着土砂が螺旋状部材１１０に当接し、（螺旋状部材１１０の各所寸法や材質によっては）螺旋という形状ゆえに容器内方に向けて撓む場合がありうる。その場合、螺旋状部材１１０はその付着土砂に乗り上げるなどして十分な掻き取り動作を行えず、効率的な付着土砂除去が困難となる。

そこで、例えば図４にて示すように、複数の螺旋状部材として、例えば２条の螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂを容器内空１１に配置すると好適である。この場合、各螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの前記終端１１５は容器内空１１の対向位置にあって、２条の螺旋状部材同士は、容器上下方向の軸について互いに１８０度回転した位置に配置されている。また、容器内空１１における、２条の螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの各終端１１５の間、および各開始端１１８の間は、それぞれ高剛性の補強部材である補強リング１１９を介して連結している。

このように、容器内空１１において互いに１８０度ずれた位置に配置された螺旋状部材同士が、終端１１５および開始端１１８にて連結されていることで、付着土砂の掻き落とし時に前記２条のうち一方の螺旋状部材１１０Ａが容器内方に撓もうとしても、その撓み反力が補強リング１１９を介し他方の螺旋状部材１１０Ｂに伝達される。補強部材である補強リング１１９は高い剛性を具備し、また、螺旋状部材１１０Ｂは容器内壁２０に当接されているから、前記撓み反力はそのまま螺旋状部材１１０Ｂを介して容器１０で支持され、前記螺旋状部材１１０Ａにおける内方への撓みは抑止されることになる。従って、螺旋状部材１１０が容器内方に盛り上がった付着土砂に当接しても容器内方へ撓むことなく、確実な土砂の掻き落としが実行される。

また図５に示すように、容器内空１１における、２条の螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの各終端１１５の間、および各開始端１１８の間に加え、開始端１１８から終端１１５の間の中間位置Ｃにおける螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの部材間、のそれぞれを補強部材である補強リング１１９を介して連結するとしてもよい。螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂらが容器内空上下方向に長く、終端１１５および開始端１１８での補強リング１１９のみでは前記撓みを抑止しにくい場合であっても、中間位置Ｃにおいても補強リング１１９を配置することで、終端１１５と開始端１１８の間の領域での前記撓み反力を螺旋状部材間で支持しあって、前記内方への撓みを効果的に抑止できる。

更に、図６に例示するように、前記各補強リング１１９の間を、縦部材１２０にて一体に連結するとしても好適である。図６に示す例では、各補強リング１１９を２本の縦部材１２０（補強リング１１９の円周上で互いに正対する位置にある）で連結した構造としているが、縦部材１２０の本数に限定はない。螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂらが容器内空上下方向に長く、この方向に補強リング１１９を密に配置出来ず、前記撓みを抑止しにくい場合であっても、各補強リング１１９を縦部材１２０で連結することで、補強リング間の領域に生じた前記撓み反力を、限られた数の補強リング１１９を介して螺旋状部材間で確実に支持しあって、前記内方への撓みを効率的に抑止できる。

なお、図４〜６に示した例では、容器内空１１における２条の螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂは、その螺旋の回転が、いずれも開始端１１８から終端１１５に向けた時計回りで同じであり、容器内壁２０にて部材同士の走向は平行である。一方、このような例の他、図７にて示すように、前記螺旋の回転が、一方の螺旋状部材１１０Ａでは開始端１１８から終端１１５に向けた反時計回り、他方の螺旋状部材１１０Ｂでは開始端１１８から終端１１５に向けた時計回り、と螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂが互いに逆向きの螺旋状であるものとしてもよい。この場合、容器内壁２０にて、螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの各部材同士の走向は交叉している。なお、螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂの交叉部分は、例えば溶接やボルト等の適宜な固定手段により、互いの切り欠きやホゾの組み合わせ箇所を介して固定されている。

なお、複数条の螺旋状部材１１０として上記では、容器上下方向の軸について互いに１８０度回転した位置に配置された２条の螺旋状部材１１０Ａ、１１０Ｂを例示したが、螺旋状部材１１０の条数は３条以上であってもよい。例えば、容器内空１１の容器上下方向の軸を中心に、互いに１２０度ずれた位置に配置された３条の螺旋状部材を採用するなどとしてもよい。この場合、付着土砂の掻き落とし時に前記３条のうち一つの螺旋状部材が容器内方に撓もうとして、その撓み反力が補強部材を介し他の２条の螺旋状部材のそれぞれに伝達される。撓み反力はそのまま他の２条の螺旋状部材を介して容器１０で支持され、前記一つの螺旋状部材における内方への撓みは抑止されることになる。

また、螺旋状部材間の所定箇所同士を連結する補強部材として、上記では補強リング１１９を例示したが、その他にも例えば、前記３条の螺旋状部材の所定箇所同士、すなわち３箇所を頂点で結び連結する、三角形の枠体を補強部材として採用することも出来る。従って、前記補強リング１１９の如く円形でなく、螺旋状部材数に応じた頂点数を有する多角形状の枠体を補強部材として採用することもできる。また、補強部材は、前記したリングや多角形の枠体といった閉じた環体である場合だけでなく、回転軸１３など容器内空１１の中心付近にある各種構造を回避しつつ、互いに対向する各螺旋状部材１１０の所定箇所同士を直線状ないし曲線状に結んで連結する棒状体を採用してもよい。

なお、上記適用例においては、付着土砂除去の観点にて説明を行ったが、本実施形態の技術にて付着土砂の除去を連続的に行うことで土砂の付着自体を効果的に抑制できるから、本実施形態の付着土砂除去装置および付着土砂除去方法は、土砂の付着防止装置および付着防止方法として適用できる。

以上、本実施形態によれば、容器内壁に付着した土砂には、従来とは異なり、螺旋状部材により容器の上下方向と左右方向の両方から掻き落としの力が加わり、容器内壁の全周にわたって同時に掻き落としされることになる。したがって、掻き落とされる土砂が１列の大きな塊となって容器内を落下するといった事態は生じない。そのため、適宜に破砕・混合された状態の土砂が容器底部から回収され、破砕混合効率を良好に維持できる。また、掻き落とされた土砂は大きな土塊ではないから、風等により表面から水分が揮発する効率も適宜なものとなり、土砂の含水比低下の目的を効率的に達成しやすくなる。

また、螺旋状部材の端部で掻き落とされた土砂は、前記端部に乗って容器上方に運ばれ、端部の終端から容器内空に落下することになる。したがって、掻き落とされた土砂が容器内空に再投入されることになり、破砕効果もより高まる。また、再破砕されることにより土砂の単位体積あたりの表面積が（破砕前より）増加し、風等による含水比低下効果の向上が期待できる。
したがって、効率的な土砂の破砕混合と付着土砂除去を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

１ 破砕混合機
５ 排土
６ ベルトコンベヤー（搬送手段）
７ 基底部
１０ 容器
１１ 容器内空
１２ チェーン
１３ 回転軸
１４ 軸受け
１５ 回転軸用モータ
１６ 投入口
２０ 容器内壁
２１ 上部開口
２２ 下部開口
２３、２４、４０ ステー
２５ 側面
１００ 付着土砂除去装置
１１０ 螺旋状部材
１１１、１１２ 短筒状部材
１１３、１１６ 枠体
１１４ 外周部
１１５ 終端
１１７ ベアリング
１１８ 開始端
１１９ 補強リング（補強部材）
１３０ 回転機構
１５０ 駆動用モータ
１５１ 回転伝達部

Claims (4)

1. 破砕混合機の容器の内壁における付着土砂を除去する装置であって、
   容器内壁に沿って当接する螺旋状部材と、この螺旋状部材と容器とを容器上下方向の軸に相対的に回転させる回転機構とを備えることを特徴とする付着土砂除去装置。
2. 請求項１において、
   前記回転機構が、容器に対する相対的な螺旋状部材の回転方向を、螺旋状部材が前記容器に対して巻き上がる方向とするものであることを特徴とする付着土砂除去装置。
3. 請求項１または２において、
   容器内空の容器上下方向の軸を中心に、互いに一定角度ずれた位置に配置された複数条の螺旋状部材と、螺旋状部材間の所定箇所同士を連結する補強部材とを備えることを特徴とする付着土砂除去装置。
4. 破砕混合機の容器内壁における付着土砂を除去する方法であって、
   破砕混合機の容器と、容器内壁に沿って当接する螺旋状部材とを、容器上下方向の軸に相対的に回転させ、容器内壁に付着した土砂を螺旋状部材により剥がし落とすことを特徴とする付着土砂除去方法。