JP6253511B2

JP6253511B2 - 二軸差動型破砕機

Info

Publication number: JP6253511B2
Application number: JP2014106897A
Authority: JP
Inventors: 和久牧; 山崎　秀人; 秀人山崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2017-12-27
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: KR20150135086A; KR20170055018A; JP2015221413A; CN105080674B; CN105080674A

Description

本発明は、水中の夾雑物を破砕する二軸差動型破砕機に関するものである。

下水処理場等では、し渣等の夾雑物がポンプや脱水機等の機器を詰まらせるという問題がある。そのため、それらの機器の前段において、し渣等の夾雑物を破砕するための破砕機を設けている。また、し渣等の夾雑物を洗浄する工程においても、夾雑物の洗浄効果を高める目的で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の処理システムにおいて、し渣を破砕洗浄するための二軸差動式破砕機が記載されている。この二軸差動式破砕機は、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

従来、二軸差動式破砕機では、ディスク状カッターの材質として、強度に優れた性質をもつクロムモリブデン鋼が使用され、下水処理場においてもクロムモリブデン鋼のディスク状カッターを備えた二軸差動型破砕機が使用されている。しかし、クロムモリブデン鋼は腐食しやすいため、下水処理場等の腐食性の環境下で使用すると、ディスク状カッターの表面が腐食して、摺動面が摩耗する。そのため、従来では、定期的にメンテナンスを行い、摺動面の摩耗したディスク状カッターを交換する必要があった。本願発明は、カッターの摺動面の摩耗を抑制し、ディスク状カッターの交換頻度を少なくすることを目的とする。

本発明者は、これらの問題について鋭意検討した結果、二軸差動型破砕機のカッターとしてセラミック製のカッターを用いることにより、カッターの腐食及びその摺動面の摩耗が抑制されることを見出して本発明を完成させた。
具体的には、本発明は、以下の破砕機を提供するものである。

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、を備えたことを特徴とする二軸差動型破砕機である。
本願発明によると、セラミックス製カッターは耐腐食性に優れるため、従来のクロムモリブデン鋼製のカッターに比べてカッターの交換頻度を減らすことができる。
また、従来のクロムモリブデン鋼製のカッターは腐食すると摺動面に凹凸が生じるため、カッターの回転動力に係る消費電力が上昇していくという現象がある。一方、本願発明では、セラミックス製カッターを使用することにより、腐食による摺動面の凹凸が殆ど生じない。そのため、腐食の進行とともにカッターの回転動力に係る消費電力が上昇していくという現象が抑制され、省電力性に優れた二軸差動型破砕機を提供することができる。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターは、素焼き後の表面粗さを整える加工が施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素焼き工程で生じた凹凸が小さくなるため、セラミックス製カッターの回転動力に係る消費電力を少なくすることができる。

本願発明は更に、前記セラミックス製カッターは、摺動面の面粗度（算術平均粗さ）Ｒａが３．２以下であ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摺動面の凹凸が殆どなくなるため、カッターの摺動抵抗を極めて小さくすることができる。よって、セラミックス製カッターの回転動力に係る消費電力を顕著に少なくすることができる。

本願発明は更に、前記セラミックスは、ジルコニアであるという特徴を有する。
ジルコニアは、他のセラミックス材料と比べて高い強度を有する。そのため、ジルコニア製カッターとすることにより、カッターの割れや欠けの発生頻度を低下するという効果を奏する。

本願発明は更に、前記駆動モータの定格出力は、１．１ｋＷであるという特徴を有する。
カッターの回転数又はトルクが高いとセラミックス製カッターに割れや欠けが発生しやすい。駆動モータの定格出力を１．１ｋＷとすることにより、回転数とトルクを最適な条件に設定することができるため、セラミックス製カッターの割れや欠けを減らすことができるという効果を奏する。

本願発明の二軸差動型破砕機によれば、ディスク状カッターの摺動面の摩耗が抑制され、ディスク状カッターの交換頻度を少なくすることができる。

図１は、本発明の実施例の二軸差動型破砕機及びそのカッター部の構造を示す概略説明図である。図２は、本発明の実施例のセラミックス製カッターの構造を表す図である。

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セラミックス製カッター７Ａ及びスペーサー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セラミックス製カッター７Ｂ及びスペーサー８Ｂからなるカッターユニット６Ｂにより構成される。

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、本発明のセラミックス製カッター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。よって、好ましい出力回転数は、２０〜４０ｒｐｍである。

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の割れる頻度を低下しつつ、最適な破砕力を得るという観点から、駆動モータ２の好ましい定格出力としては０．８〜２．０ｋＷ、更に好ましくは０．９〜１．３ｋＷ、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、セラミックス製カッター７Ａ及びスペーサー８Ａが配設されており、駆動軸３の回転とともにセラミックス製カッター７Ａが所定の速度で回転する。
駆動軸３の形状は、周囲に配設されたセラミックス製カッター７Ａを固定するものであればよく、例えば、駆動軸３に凸部、セラミックス製カッター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、セラミックス製カッター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（セラミックス製カッターの軸穴９については、図２を参照。）。

セラミックス製カッター７Ａ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７Ａ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。
なお、セラミックス製カッター７Ａの詳細については、後述する。

また、駆動軸３の軸方向に隣接するセラミックス製カッター７Ａの間には、スペーサー８Ａが設けられている。スペーサー８Ａは、セラミックス製カッター７Ａの外径より小さい外径を有する円筒部材である。スペーサー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セラミックス製カッター７Ｂの軸方向の厚さより、やや大きく設計されており、セラミックス製カッター７Ａとセラミックス製カッター７Ｂとの摺動面に間隙を形成する。当該間隙の大きさは、夾雑物をどの程度の大きさまで破砕するかによって適宜調整される。

スペーサー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。スペーサー８Ａは、腐食しても破砕力に対する影響が小さいため、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、スペーサー８Ａは、セラミックス製カッター７Ａと一体に構成してもよい。ただし、スペーサー８Ａは、径方向の厚みが薄く、また、スペーサー８Ａと一体となったセラミックス製カッター７Ａは複雑な形状となるため、スペーサー８Ａ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７Ａとスペーサー８Ａは、別の部品であることが好ましい。

スペーサー８Ａの中心部の形状は、セラミックス製カッター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。スペーサー８Ａを駆動軸３に固定しないと、スペーサー８Ａとセラミックス製カッター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、スペーサー８Ａは駆動軸３に固定することが好ましい。

複数のセラミックス製カッター７Ａ及びスペーサー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、セラミックス製カッター７Ｂ及びスペーサー８Ｂが配設されており、従動軸４の回転とともにセラミックス製カッター７Ｂが所定の速度で回転する。なお、従動軸４、セラミックス製カッター７Ｂ及びスペーサー８Ｂの形状については、駆動軸３、セラミックス製カッター７Ａ及びスペーサー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セラミックス製カッター７Ａ及びスペーサー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セラミックス製カッター７Ｂ及びスペーサー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、各ユニットのセラミックス製カッター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セラミックス製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ーとの間に間隔を設けて設置される。この間隔の大きさは、夾雑物をどの程度の大きさまで破砕するかによって適宜調整される。
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。

［セラミックス製カッター］
次に、セラミックス製カッター７について、詳細に説明する。なお、以下の説明において、セラミックス製カッター７とは、駆動軸３の周囲に配設されたセラミックス製カッター７Ａ及び従動軸４の周囲に配設されたセラミックス製カッター７Ｂのいずれにも適用されるものである。

図２は、本発明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。
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、図２においては、六角形状である。

切刃片１０は、セラミックス製カッター７の外側部から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の回転方向側に突き出したフック部１１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。
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ー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。

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の摺動面は、面粗度Ｒａ（ＪＩＳＢ０６０１：２００１）が３．２以下であることが好ましい。さらに好ましくは、１．６以下であり、特に好ましくは０．８以下である。
セラミックス製カッターの成形物を焼成して固めると（素焼き工程）、表面の粗いセラミックス製カッターが得られる。これをそのまま使用すると、摺動面における抵抗が大きいため、カッターの回転動力に係る消費電力が高くなる。そのため、本発明のセラミックス製カッター７では、素焼き工程後に研削加工、研磨加工、光沢加工、鏡面加工等の表面粗さを整える加工を施すことが好ましい。
なお、セラミックス製カッター７の摺動面の面粗度Ｒａが３．２以下であれば、どのような工程により得られたものでもよい。

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を３．２以下に整えることにより、耐久性能、省電力性能に優れたセラミックス製カッターが得られる。

セラミックス製カッターの材質としては、例えば、ジルコニア、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス材料が挙げられる。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好ましい。

本発明のセラミック製カッターを用いた二軸差動型破砕機は、従来の金属製カッターを用いた二軸差動型破砕機に比べ、耐腐食性、耐摩耗性に優れているため、水中などの腐食性環境下で使用することができる。具体的には、下水処理場等で使用することができる。
また、フレッシュジュース等の果汁を絞る圧搾装置の前段に使用する等、食品製造工場等においても使用することができる。
そのほか、腐食性の高い環境下として海水中においても優れた効果を奏するといえ、例えば、原子力発電所等の海水取水口に取り込まれたクラゲ等の夾雑物を破砕する目的にも利用することができる。

さらに、本発明のセラミックス製カッターを用いた二軸差動型破砕機は、カッターの回転動力に係る消費電力を低下することができるため、従来の金属製カッターを用いた二軸差動型破砕機と比べて電力消費の少ない夾雑物の破砕方法を提供することができる。
また、カッターの耐久性が優れるため、カッターの交換頻度の少ない破砕機の運転方法を提供することができる。
なお、交換部品として、本発明のセラミックス製カッターのみ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、７，７Ａ，７Ｂセラミックス製カッター、８Ａ，８Ｂスペーサー、９軸穴、１０切刃片、１１フック部

Claims

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、を備え、
前記駆動軸の出力回転数は、２０〜４０ｒｐｍであることを特徴とする二軸差動型破砕機。
前記セラミックス製カッターは、素焼き後の表面粗さを整える加工が施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。
前記セラミックス製カッターは、摺動面の面粗度Ｒａが３．２以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の二軸差動型破砕機。
前記セラミックスは、ジルコニアであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二軸差動型破砕機。
前記駆動モータの定格出力は、１．１ｋＷであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二軸差動型破砕機。