JP4830854B2 - ブリケット製造装置 - Google Patents

Description

本発明はブリケット製造装置に関する。さらに詳しくは、各種研削加工等により発生した研磨スラッジ等を圧縮、固形化してブリケットを製造する装置に関する。

各種研削盤等の研削装置を使用して金属、例えば鉄系金属を加工した際、粉末状等の切粉を含む研磨スラッジが生じる。この研磨スラッジは、水分、油分及び鉄分を含みサイズも微細なことから、酸化しやすく取り扱いが難しい産業廃棄物であり、これをできるだけコンパクトにしてリサイクルすることが要請されている。そのため、研磨スラッジを圧縮機によって圧縮して高密度の固形物を形成することが行われている。このような圧縮機としては、被圧縮物（研磨スラッジ）を収容する圧縮室を構成する筒体と、被圧縮物を前記筒体の一端部側へ加圧する加圧機構と、前記筒体の一端部側の開口を開閉するゲート機構とを備えたものが用いられている。この圧縮機は、前記筒体の上方に設けられたホッパから投入された研磨スラッジをスクリューコンベアにて圧縮室内に搬送し、搬送された研磨スラッジを、加圧機構を構成する油圧シリンダにより圧縮して固形化した後、ゲート機構により前記開口を開いて固形化された研磨スラッジ（ブリケット）を圧縮室の外部に排出するように構成されている。

前記圧縮機におけるゲート機構は、前記筒体の一端部側の端面に圧接して当該筒体の開口を閉塞するゲート部材と、このゲート部材を、前記開口を閉塞する第１の位置と、当該開口を開放する第２の位置とに昇降移動させる駆動手段とを備えている。そして、前記ゲート部材は、前記筒体の端面に常に密着した状態で、第１の位置と第２の位置との間を昇降移動する。

このような圧縮機で研磨スラッジを圧縮する際、加圧機構による研磨スラッジの加圧力が４０トンを超え、圧縮室を構成する筒体に作用する力が１００ＭＰａを超える場合がある。そのため、ゲート部材が上昇するときに、固形物のスプリングバックによる残圧で、当該固形物とこの固形物に接している当該ゲート部材との間に強い摩擦力が働く。これにより、ゲート部材の動きが悪くなり当該ゲート部材が作動不良を起こすことがある。この対策として、圧縮室を構成する筒体を内外の二重構造とし、内側の筒体をわずかに後退させ、ゲート部材から固形物を少し離すことで、当該固形物とゲート部材との間に働く摩擦力を減少させた圧縮機が開示されている（特開平１０−２１１５９９号公報参照）。

しかしながら、前記公報記載の圧縮機では、内側の筒体が後退することにより、ゲート部材の圧接面と当該筒体との間に環状の隙間が形成され、成型作業を繰り返しているうちに、その隙間に研磨スラッジが詰まってしまう。このように前記隙間に研磨スラッジが詰まると、ゲート部材の開閉ができなくなり、清掃作業を強いられることから稼働効率が低下してしまい、前記圧縮機はゲート残圧の対策として問題を残していた。
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑み、従来のようなゲートの開閉操作を不要とし、装置の稼働効率を向上させて成形品重量当たりの設備コスト下げることができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明のブリケット製造装置は、被圧縮物を圧縮する圧縮室を構成し、かつ前記被圧縮物が供給される開口が形成された第１筒体と、この第１筒体内に摺動自在に設けられ、前記被圧縮物を圧縮し、固形化するプッシャー軸と、このプッシャー軸を駆動させる駆動手段と、前記第１筒体と同軸かつ直列に設けられた第２筒体と、この第２筒体内に配設され前記プッシャー軸の先端面と対向する受圧面を有する受圧部材と、前記プッシャー軸と第１筒体とを係合させ得る係合手段と、を備えており、
前記第１筒体と第２筒体とが軸方向に相対移動可能に構成されており、且つ
前記係合手段が、第１筒体に設けられ、当該第１筒体内に突出し得る突出子と、前記プッシャー軸の外周面に形成され、前記突出子が嵌まる大きさの凹部とから構成されていることを特徴としている。

本発明のブリケット製造装置では、被圧縮物を圧縮する圧縮室を構成する第１筒体と第２筒体とが、同軸かつ直列に設けられるとともに、軸方向に相対移動可能に構成されているので、従来の装置において必要であったゲート部材を用いることなくブリケットを圧縮室から排出することができる。すなわち、被圧縮物を圧縮し、固形化した後に前記第１筒体と第２筒体とを相対移動させて、両筒体間に隙間を形成し、この隙間からブリケットを排出することができる。そして、従来の装置において必要であったゲート部材を省略することで、ゲート残圧に起因していた稼動効率の低下等の問題を解消することができる。また、ブリケットを排出するためのゲート機構の開閉操作が不要となったことと相俟って、成形品１個を作るサイクルタイムを大幅に短縮することができる（従来の装置では２５秒程度であったのを、本発明では１８〜１９秒と５〜６秒も短縮することができる）。

前記受圧部材が、第２筒体内に摺動自在に設けられ、前記被圧縮物の圧縮操作時に後退可能なエジェクタからなり、前記ブリケット製造装置が、このエジェクタを前記プッシャー軸の方向へ押し出し得る押出機構をさらに備えているのが好ましい。この場合、プッシャー軸の先端面、第２筒体の内壁面及びエジェクタの先端面により圧縮室を構成して、研磨スラッジ等の被圧縮物からブリケットを成形することができる。そしてプッシャー軸によって第２筒体内で成形されたブリケットは、前記プッシャー軸が後退動作をする際に、押出機構に連結されているエジェクタによって前記第２筒体から自動的に押し出すことができる。

前記押出機構として、前記エジェクタの、前記プッシャー軸と向かい合う側と反対側に設けられ、かつ当該エジェクタを前記プッシャー軸の方向へ付勢する弾性部材を用いることができる。押出機構として弾性部材を用いる場合、ブリケットを押し出すための駆動源が不要であるので、装置を簡略化して設備コストを下げることができる。

また、前記第１筒体を前記第２筒体の方向へ付勢する付勢手段を備えるのが好ましく、この付勢手段としては、前記第１筒体の軸と平行に配置されたロッドに巻回されたコイルばねと、一方の端部が前記第１筒体に固定され、他方の端部が前記ロッドに摺動自在に取り付けられたアームとから構成されるものを用いることができる。

前記係合手段及び付勢手段を設けることで、プッシャー軸の動きに連動して第１筒体を第２筒体から離間させると共に、ブリケット排出後に自動的に第１筒体を原位置に復帰させることができるので、第１筒体１用の駆動機構を省略して装置を簡略化することができる。

さらに、前記駆動手段が、作動モータの回転運動を直線運動に変換して、前記プッシャー軸を進退自在に駆動するボールネジ機構部であるのが好ましい。加圧機構としてボールネジ機構部を用いると、プッシャー軸を動かす速度を油圧シリンダよりも高くすることができ、さらにサイクルタイムを短縮することができる。

本発明のブリケット製造装置の一実施の形態の斜視説明図である。 図１に示すブリケット製造装置の側面説明図である。 図１に示すブリケット製造装置の平面説明図である。 本発明における係合手段の一例の拡大説明図である。 図１に示すブリケット製造装置の動作説明図であり、原位置にある第１筒体内に被圧縮物が供給された状態を示している。 図１に示すブリケット製造装置の動作説明図であり、プッシャー軸が前進し被圧縮物の圧縮工程が開始された状態を示している。 図１に示すブリケット製造装置の動作説明図であり、被圧縮物の圧縮が完了しブリケットが製造された状態を示している。 図１に示すブリケット製造装置の動作説明図であり、プッシャー軸と第１筒体とが後退すると共に、エジェクタによりブリケットが押し出されている状態を示している。 図１に示すブリケット製造装置の動作説明図であり、ブリケットが自重により落下している状態を示している。 本発明のブリケット製造装置の他の実施の形態の側面説明図である。 本発明のブリケット製造装置の他の実施の形態の平面説明図である。

以下、添付図面に基づいて本発明のブリケット製造装置の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のブリケット製造装置の一実施の形態の斜視説明図であり、同図に示されるように、本発明のブリケット製造装置（以下、単に装置という）は、研磨スラッジ等の各種金属粉や汚泥等の被圧縮物S（図５参照）を圧縮する圧縮室を構成する第１筒体１と、前記被圧縮物Sを圧縮し、固形化するプッシャー軸１０と、このプッシャー軸１０を駆動させる駆動手段であるボールネジ機構部４０とを備えている。

前記第１筒体１の周壁には、装置の上方に配設されたホッパ内に投入された前記被圧縮物Sが供給される開口（図示せず）が形成されている。被圧縮物Sは前記ホッパの下部に設置されたスクリューコンベア等により所定の量ずつ前記開口を介して第１筒体１内に供給されるが、このような被圧縮物Sの貯留及び定量搬送機構としては、従来より知られているもの（例えば、前記特許文献１に記載されているもの）を用いることができる。なお、前記開口は、筒体の周壁に限らず、例えば筒体の端部等他の部位に設けることもできる。

プッシャー軸１０は、前記第１筒体１内に摺動自在に設けられており、一対の固定プレート１１間に配設された可動プレート１２に固定されている。本実施の形態では、前記プッシャー軸１０と可動プレート１２とは一体に形成されているが、別々に作製し両者を溶接等により固定することもできる。プッシャー軸１０の先端には第１筒体１の内径に合致する円盤状のチップ１３が取り付けられている。このチップ１３は、焼入硬化された、例えばSUJ‐２等の軸受鋼にて形成されており、プッシャー軸１０によって軸方向に移動する際に、その外周が第１筒体１の内周面と摺動する。

前記プッシャー軸１０を駆動させるボールネジ機構部４０は、前記固定プレート１１にベアリング４１を介して取り付けられた一対のボールネジ４２と、前記可動プレート１２に設けられたボールナット４３と、その出力軸が前記ボールネジ４２に固定されたモータ４４とから構成されており、モータ４４の回転運動を直線運動に変換して、プッシャー軸１０を進退自在に駆動する。すなわち、モータ４４を回転駆動させると当該モータ４４の出力軸に固定されている前記ボールネジ４２が回転し、これに伴い前記可動プレート１２が往復動をし、前記プッシャー軸１０を前進又は後退させる。

前記装置は、図２〜３に示されるように、さらに前記第１筒体１と同軸かつ直列に設けられた第２筒体２０と、この第２筒体２０内に摺動自在に設けられ、前記プッシャー軸１０の先端面（本実施の形態では、後述するプッシャー軸１０先端のチップ１３の先端面）と対向する受圧面を有する受圧部材である、エジェクタ３０と、このエジェクタ３０の、前記プッシャー軸１０と向かい合う側と反対側に設けられ、当該エジェクタ３０を前記プッシャー軸１０の方向へ付勢する、押出機構である弾性部材３５とを備えている。

前記第２筒体２０は、固定プレート１１に形成された凹所２１内に配置されており、この凹所２１の奥側の円環状の段部２３に六角穴付ボルト２４等で固定されている。前記第２筒体２０は、例えばSUJ‐２等の軸受鋼やSKD‐１１等のダイス鋼を熱処理して、HRC５８〜６０程度の硬さに硬化させた耐磨耗性の大きな材料で作製されており、長期間の使用に耐えるものであるが、磨耗又は破損した場合は前記六角穴付ボルト２４をはずすことで簡単に交換することができる。

前記第２筒体２０は、前記第１筒体１と同軸かつ直列に配置されており、かつその内径が第１筒体１の内径と実質的に同じである。このため、前記プッシャー軸１０の先端のチップ１３はスムーズに第１筒体１から第２筒体２０に、又は第２筒体２０から第１筒体１に移動することできる。また、第１筒体１と第２筒体２０は軸方向に相対移動可能に構成されており、両筒体を相対移動させて互いに離反させることで、両筒体間に隙間を形成することができ、後述するようにこの隙間からブリケットを排出することができる。

前記エジェクタ３０は、前記第２筒体２０内に後退可能に配設されており、前記第２筒体２０の内径よりわずかに小さな外径を有する円柱部３１と、この円柱部３１の一方の端部（プッシャー軸１０に面する側と反対側の端部）に形成された円盤状のストッパ３２と、このストッパ３２の片面（円柱部３１と反対側の面）に突設されたガイド軸３３とから構成されている。本実施の形態では、前記円柱部３１、ストッパ３２及びガイド軸３３は一体に形成されている。前記円柱部３１は、段部２３により形成される孔２５を貫通して前記第２筒体２０内を摺動し、最もプッシャー軸１０側に移動したとき（図２参照）に当該円柱部３１の端面３１aが第２筒体２０の端面２０aと面一になるように、軸方向の長さ及びストッパ３２の形成位置が規定されている。なお、エジェクタ３０としては、プッシャー軸１０と共に被圧縮物Sを加圧し得る面を有し、かつ弾性部材３５を圧縮できるものであればどのようなものを用いてもよく、例えば有底の円筒体（底面がプッシャー軸１０を向くように第２筒体２０内に配置する）を用いることもできる。

前記弾性部材３５は、前記固定プレート１１の、前記プッシャー軸１０に面する側と反対側の面に形成された円筒状ケーシング３６内に収容されている。この円筒状ケーシング３６は、前記プッシャー軸１０と同軸となるように配置されており、その開口３６aは蓋体３７で閉じられている。この蓋体３７はボルト３９によって前記ケーシング３６の端面に固定されている。蓋体３７の片面には円筒体３８が突設されており、この円筒体３８の端面３８aに前記ストッパ３２が当接することで、前記円柱部３１が最もプッシャー軸１０から離れる位置（図６参照）が規定されている。このとき、圧縮固形化されるブリケットにバリが発生するのを防ぐため、円筒体３８の軸方向の長さは、前記円柱部３１の端面３１aが凹部２１の底面２１aよりもプッシャー軸１０側に位置するように設定されている。なお、前記円筒体３８に代えて、ケーシング３６の内周面の所定位置にリング体又はブロック体を固定することで円柱部３１、すなわちエジェクタ３０の移動位置を規定することもできる。

弾性部材３５としては，撓み性が大きく、かつ所要の復元力が得られる限り、どのような材料を用いてもよく、例えばウレタン、ガススプリング、皿ばね等を用いることができる。
本実施の形態では、ウレタンの変形を考慮し、３個のウレタン製短円柱体を採用しており、この短円柱体の中心に軸方向に形成された貫通孔３５aに前記ガイド軸３３が挿通されている。

本実施の形態に係る装置は、成形されたブリケットBを排出するために第１筒体１を第２筒体２０から離間させるに際し、前記プッシャー軸１０と第１筒体１とを係合させ得る係合手段５０を採用している。この係合手段５０は、プッシャー軸１０の後退時に前記第１筒体１０を当該プッシャー軸１０と共に移動させるものであり、図４に示されるように、第１筒体１に設けられ、当該第１筒体１内に突出し得る突出子５１と、前記プッシャー軸１０の外周面に形成され、前記突出子５１の少なくとも一部が嵌まる大きさの凹部５２とから構成されている。前記突出子５１の先端は半円球形状を呈しており、一方、前記凹部５２は突出子５１の先端が嵌まり得るドーム状の内面を有している。突出子５１は、第１筒体１の壁に開けられた孔５３内に配設されたコイルばね５４によって第１筒体１内に突出する方向に付勢されている。５５は前記孔５３を閉止する蓋であり、この蓋５５の裏面に立設されたガイド軸５５aにより前記突出子５１の突出動作がガイドされる。

本実施の形態に係る装置は、さらに、前記第１筒体１を前記第２筒体２０の方向へ付勢する付勢手段６０を備えている。この付勢手段６０は、図１〜３に示されるように、前記第１筒体１の軸と平行に配置されたロッド６１に巻回されたコイルばね６２と、一方の端部が前記第１筒体１に固定され、他方の端部が前記ロッド６１に摺動自在に取り付けられたアーム６３とから構成されている。前記コイルばね６２は、前記アーム６３の他方の端部に形成されたガイドリング６４とロッド６１に固設されたストッパ６５との間におけるロッド６１に巻回されており、前記第１筒体１を第２筒体２０の方向に付勢している。したがって、前記突出子５１と凹部５２とが係合していないときは、前記第１筒体１は、第２筒体２０と接した状態にある。なお、前記ガイドリング６４の内周にはベアリング６６が設けられており、アーム６３のロッド６１上の移動がスムーズに行えるようになっている。

前記係合手段５０及び付勢手段６０を設けることで、プッシャー軸１０の動きに連動して第１筒体１を第２筒体２０から離間させると共に、ブリケットB排出後に自動的に第１筒体１を原位置（第２筒体２０と接しており、被圧縮物Sの供給が可能な状態）に復帰させることができるので、第１筒体１用の駆動機構を省略して装置を簡略化することができる。これにより、装置のコストを低く抑えるとともに、メンテナンスを簡素化することができる。

次に前述した装置を用いてブリケットを製造する方法を図５〜９を参照しつつ説明する。
図５は圧縮工程に入る前の装置の状態を示しており、プッシャー軸１０は最も後退した位置にあり、第１筒体１は付勢手段６０によって第２筒体２０と接した状態にされている。この状態で、前記第１筒体１内にスクリューコンベアによって所定量の被圧縮物Sが当該第１筒体１の開口を介して供給される。

ついで、ボールネジ機構部４０のモータ４４を作動させてボールネジ４２を回転させると、可動プレート１２が前進し、この可動プレート１２に固定されたプッシャー軸１０により被圧縮物Sの圧縮が開始される（図６参照）。

さらにモータ４４を作動させると、被圧縮物Sの圧縮が進行し、第１筒体１の先端に取り付けられたチップ１３は第１筒体１を越えて第２筒体２０内を摺動する。その際、エジェクタ３０はプッシャー軸１０の加圧力を被圧縮物Sを介して受けるので、徐々にプッシャー軸１０とは反対の側（図７において左側）に移動（後退）する。やがて、エジェクタ３０のストッパ３２が蓋体３７の円筒体３８の端面３８aに当接すると前記エジェクタ３０は停止する。この状態で円柱部３１の端面３１aの位置が固定されるので、モータを若干量作動させることにより、前記端面３１a、チップ１３の先端面１３a及び第２筒体２０の内周により被圧縮物Sを固形化することができる。図７は、圧縮が完了した状態を示しており、弾性部材３５は最も撓んだ状態にある。なお、プッシャー軸１０が図６に示される状態から図７に示される状態に移動する途中に前記突出子５１が凹部５２に一旦嵌まるが、図６〜７に示される状態では第１筒体１は第２筒体２０に接しているので、プッシャー軸１０をさらに前進させると、突出子５１と凹部５２との係合状態は解除される。

圧縮が完了しブリケットBが製造されると、モータ４４を逆回転させてプッシャー軸１０を後退させる（図８参照）。そして、プッシャー軸１０が若干量（図示した例ではチップ１３の厚さ程度の量）後退すると、前記突出子５１が凹部５２に嵌まり、プッシャー軸１０の移動と共に第１筒体１が軸方向に移動し得る状態になる。すなわち、前記突出子５１が凹部５２に嵌まることで、第１筒体１が第２筒体２０から離反する方向に移動し、これにより第１筒体１と第２筒体２０との間に隙間が形成される。また、プッシャー軸１０の後退に伴い、エジェクタ３０は当該プッシャー軸１０から受けていた加圧力が解放され、前記弾性部材３５の付勢力によりプッシャー軸１０に向かう方向（図８において右方向）に移動して徐々にブリケットBを第２筒体２０内から押し出す。

そして、図９に示されるように、プッシャー軸１０の先端が第２筒体２０の端面２０aからブリケットBの厚さ以上離れると当該ブリケットBは自重により前記第１筒体１と第２筒体２０との間に隙間から下方に落下し、装置の下方に設けられたケーシング（図示せず）内に収容される。一方、第１筒体１は、ある時点まではロッド６１に案内されてプッシャー軸１０と共に移動するが、コイルばね６２の撓みが限界に達するか、又はコイルばね６２の反発力が前記突出子５１と凹部５２の係合力を超えると、前記係合が解除され、第１筒体１はコイルばね６２の付勢力により第２筒体２０と接する位置まで移動する。そして、プッシャー軸１０が原位置に戻るとモータ４４は作動を停止し、圧縮の１サイクルが完了する。以後、前述した動作を繰り返すことで順次ブリケットBが製造される。

次に本発明の装置の他の実施の形態を説明する。
図１０〜１１は、それぞれ本発明の装置の他の実施の形態の側面説明図及び平面説明図であり、図１〜９に示される実施の形態と異なる点は、駆動手段としてボールネジ機構部に代えて油圧シリンダ７０が用いられている点である。その他の構成はほぼ同じであるので、共通する構成についての説明は省略する。

本実施の形態では、プッシャー軸１０の一方の端部（チップ１３が取り付けられる端部と反対側の端部）に雌ネジ部が形成されており、この雌ネジ部を油圧シリンダ７０のロッド７１の先端に突設された雄ネジ部に螺合させることで前記プッシャー軸１０をロッド７１に固定している。
本実施の形態に係る装置でも図１〜９に示される装置と同様にしてブリケットBを製造することができる。

なお、以上の実施の形態では、押出機構としてウレタンや皿ばね等の弾性部材用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、押出機構として油圧シリンダ等のアクチュエータを用い、このアクチュエータのロッドにエジェクタを連結し、ブリケット排出時に前記ロッドをプッシャー軸側に伸長させる構成とすることもできる。また、カム機構を用い、プッシャー軸の動作に連動させてエジェクタを往復動させる構成としてもよい。

また、エジェクタと押出機構を用いることなく、圧縮完了後に受圧部材を適宜のアクチュエータによって第１筒体側に移動させることによりブリケットを排出することもできる。
さらに、前述した実施の形態では、２つの筒体（第１筒体及び第２筒体）で圧縮室を構成しているが、他の１又は２以上の筒体を付加的に用いることも可能であり、本発明はかかる場合を排除するものではない。すなわち、本発明のブリケット製造装置は、少なくとも、同軸かつ直列に配設され互いに相対移動可能な２つの筒体を備えていればよい。
また、受圧部材は、本実施の形態のように全体が第２筒体内に配設されていてもよいし、その一部が第２筒体内に配設されていてもよい。

Claims (6)

1. 被圧縮物を圧縮する圧縮室を構成し、かつ前記被圧縮物が供給される開口が形成された第１筒体と、この第１筒体内に摺動自在に設けられ、前記被圧縮物を圧縮し、固形化するプッシャー軸と、このプッシャー軸を駆動させる駆動手段と、前記第１筒体と同軸かつ直列に設けられた第２筒体と、この第２筒体内に配設され前記プッシャー軸の先端面と対向する受圧面を有する受圧部材と、前記プッシャー軸と第１筒体とを係合させ得る係合手段と、を備えており、
   前記第１筒体と第２筒体とが軸方向に相対移動可能に構成されており、且つ
   前記係合手段が、第１筒体に設けられ、当該第１筒体内に突出し得る突出子と、前記プッシャー軸の外周面に形成され、前記突出子が嵌まる大きさの凹部とから構成されていることを特徴とするブリケット製造装置。
2. 前記受圧部材が、第２筒体内に摺動自在に設けられ、前記被圧縮物の圧縮操作時に後退可能なエジェクタからなり、前記ブリケット製造装置が、このエジェクタを前記プッシャー軸の方向へ押し出し得る押出機構をさらに備えている請求項１に記載のブリケット製造装置。
3. 前記押出機構が、前記エジェクタの、前記プッシャー軸と向かい合う側と反対側に設けられ、かつ当該エジェクタを前記プッシャー軸の方向へ付勢する弾性部材からなる請求項２に記載のブリケット製造装置。
4. 前記第１筒体を前記第２筒体の方向へ付勢する付勢手段を備える請求項１〜３のいずれかに記載のブリケット製造装置。
5. 前記付勢手段が、前記第１筒体の軸と平行に配置されたロッドに巻回されたコイルばねと、一方の端部が前記第１筒体に固定され、他方の端部が前記ロッドに摺動自在に取り付けられたアームとから構成される請求項４に記載のブリケット製造装置。
6. 前記駆動手段が、作動モータの回転運動を直線運動に変換して、前記プッシャー軸を進退自在に駆動するボールネジ機構部である請求項１〜５のいずれかに記載のブリケット製造装置。

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