JP6811271B2 - 水処理用破砕刃 - Google Patents

Description

本発明は、水中に浮遊するし渣を切断するための破砕装置に使用する水処理用破砕刃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装置を設けている。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装置が利用されている。

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ディスク式破砕機が記載されている。このディスク式破砕機は、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。

また、特許文献２には、上下水道や各種排水の処理施設で使用される破砕装置において、回転カッターの構成が記載されている。特許文献２に記載されているように、従来の破砕装置の回転カッターは、回転軸の軸方向に沿って積層配置された複数枚の破砕刃と、上下の破砕刃間に介在させるスペーサーにより構成されている。

特開２００１−１８７３９９号公報 特許第５５２８６１５号公報

下水処理場等の水処理施設で利用する破砕装置は、水中で利用するため破砕刃が腐食しやすい環境下に置かれる。そして、ディスク状の破砕刃が腐食すると、破砕刃の周囲から回転軸用の軸穴に向けて亀裂等の破損が生じることがある。
本発明では、水中に浮遊するし渣を切断するための破砕装置に使用する水処理用破砕刃において、亀裂等の破損の発生を抑制することを課題とする。

本発明者は、これらの問題について鋭意検討した結果、水中に浮遊するし渣を切断するための破砕装置において、ディスク状の破砕刃とスペーサーを一体的に構成することにより、水処理用破砕刃の破損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、以下の水処理用破砕刃及びこの水処理用破砕刃を備えた破砕装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明の水処理用破砕刃は、水中に浮遊するし渣を切断するための破砕装置に使用する水処理用破砕刃であって、カッター部とスペーサー部とは一体的に構成されていることを特徴とする。
本発明によると、カッター部とスペーサー部を一体的に構成するため、軸穴の周囲において厚みが増し、高い強度を得ることができる。そのため、カッター部の周囲から軸穴の間に亀裂が入りにくいという効果を有する。

また、本発明の水処理用破砕刃によれば、カッター部とスペーサー部が一体的に構成されているため、部品点数が減り、装置の組み付けやすいという効果を奏する。更に、部品点数の減少は、部品の管理の観点からも優れている。

更に本発明の水処理用破砕刃は、カッター部とスペーサー部の間に溝が形成されているという特徴を有する。
この特徴によれば、カッター部とスペーサー部との間に形成された角部にかかる応力を分散することができるため、この角部における亀裂の発生が抑制される。

更に本発明の水処理用破砕刃は、前記溝の深さが０．１〜５ｍｍ、前記溝の幅が０．２〜１０ｍｍであるという特徴を有する。
溝の深さと幅は、角部にかかる応力を分散するために一定の大きさが要求されるが、溝の深さが大きすぎると、逆に、溝に沿って亀裂が入る恐れがある。上記の特徴によれば、角部にかかる応力を分散しつつ、溝の形成に起因する亀裂の発生も抑制することができる。

更に本発明の水処理用破砕刃は、前記溝の断面形状が円弧状であるという特徴を有する。
溝の断面形状を多角形とすると、溝の内面に複数の角部が形成される。そのため、カッター部とスペーサー部の間にかかる応力は、溝の内面に形成された複数の角部に分散される。しかし、溝の内面に形成された各角部では、依然として応力がかかりやすい。
溝の断面形状が円弧状であるという上記特徴によれば、溝の内面に角部がなく、応力が溝の内面に沿って均等に分散されるため、破損防止という観点において、特に優れた効果を奏する。

また、上記課題を解決するための本発明の破砕装置は、上述した水処理用破砕刃を備えていることを特徴とする。
この破砕装置によれば、上述した水処理用破砕刃を備えているため、下水処理場等の水処理施設で使用しても腐食による亀裂の発生を抑制することができる。
また、カッター部とスペーサー部が一体的に構成されているため、部品点数が少なく、装置の組み立てや、部品の管理の観点から有用である。

本発明の水処理用破砕刃及び破砕装置によれば、腐食等による破砕刃の破損を抑制することができるため、破砕刃の交換頻度を低減することができる。

図１は、本発明の第１の実施例の破砕装置及び水処理用破砕刃の構造を示す概略説明図である。 図２は、本発明の第１の実施例の水処理用破砕刃の構造を示す概略説明図である。 図３は、本発明の水処理用破砕刃の溝の構造について、他の態様を示す概略説明図である。 図４は、本発明の第１の実施例の水処理用破砕刃の構造について、溝の深さ及び幅を説明するための概略説明図である。 図５は、本発明の第２の実施例の水処理用破砕刃の構造を示す概略説明図である。 図６は、本発明の第３の実施例の水処理用破砕刃の構造を示す概略説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る破砕装置及び水処理用破砕刃の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例の破砕装置１の構成を示す概略説明図である。図１（Ａ）は、破砕装置１の全体の構成を示した図であり、図１（Ｂ）は、破砕装置１のカッターユニット４ａ及び４ｂを拡大した図である。

［破砕装置］
本発明の第１の実施例の破砕装置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５ａと、前記駆動軸５ａの回転動力が伝達されて駆動する従動軸５ｂと、前記駆動軸５ａ及び前記従動軸５ｂの周囲に配設された複数枚の水処理用破砕刃６と、前記水処理用破砕刃６と前記駆動軸５ａ及び前記従動軸５ｂにより構成されたカッターユニット４ａ及び４ｂを収容するケーシング３と、を備えている。

図１（Ｂ）に示すように、第１の実施例の水処理用破砕刃６は、ディスク状のカッター部６１と、カッター部６１より小さい径を有する円筒形状のスペーサー部６２が一体的に構成されている。また、スペーサー部６２の厚みは、カッター部６１の厚みより大きく設計されている。

水処理用破砕刃６は、駆動軸５ａ及び従動軸５ｂの周囲にそれぞれ配設されて、カッターユニット４ａ及び４ｂを構成している。カッターユニット４ａ及び４ｂは、一方のカッターユニットのスペーサー部６２により形成された隙間に、他方のカッターユニットのカッター部６１が係合するようにして、ケーシング３の内部に設置される。

カッターユニット４ａは、破砕装置１の上部から見て、反時計回りに回転し、カッターユニット４ｂは、時計回りに回転する。そして、し渣を含む被処理水が正面方向（紙面上方向）から流入すると、し渣はカッターユニット４ａ及び４ｂの間を通過し、水処理用破砕刃６のカッター部６１により切断される。

なお、本発明の第１の実施例の破砕装置１では、カッターユニット４ａ及び４ｂの２つのカッターユニットにより構成しているが、カッターユニットの数は特に限定されない。例えば、被処理水の流れの幅方向に複数のカッターユニットを設置しても、被処理水の流れ方向に複数のカッターユニットを設置してもよい。

本発明の破砕装置１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のし渣が含まれ、これらのし渣はポンプや、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、本発明の破砕装置１をこれらの機器の前段に設置することにより、被処理水がこれらの機器に流入する前にし渣を破砕して、機器の故障等を防止することができる。
また、本発明の破砕装置１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。

以下に、本発明の破砕装置１の構成について詳細に説明する。
［駆動モータ］
駆動モータ２は、駆動軸５ａに回転動力を伝達することにより、本発明の水処理用破砕刃６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５ａ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。

［駆動軸］
駆動軸５ａ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５ａの周囲には、本発明の水処理用破砕刃６が配設されており、駆動軸５ａの回転とともに水処理用破砕刃６が所定の速度で回転する。
駆動軸５ａの形状は、周囲に配設された水処理用破砕刃６を固定するものであればよく、例えば、駆動軸３に凸部、水処理用破砕刃６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、水処理用破砕刃６の中心部に駆動軸３と略同一の多角形状の軸穴６３を設けて咬合する構成が挙げられる（水処理用破砕刃６の軸穴６３については、図２を参照。）。

水処理用破砕刃６の破損を防止するという観点から、駆動軸５ａ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、水処理用破砕刃６の軸穴６３の角部に力が強くかかり、角部から割れが生じやすい。

［従動軸］
従動軸５ｂとは、駆動モータ２の回転動力が駆動軸５ａ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５ａと同様に、従動軸５ｂの周囲には、水処理用破砕刃６が配設されており、従動軸５ｂの回転とともに水処理用破砕刃６が所定の速度で回転する。なお、従動軸５ｂ、水処理用破砕刃６の形状については、駆動軸５ａ、水処理用破砕刃６と同様に構成すればよい。

駆動軸５ａから従動軸５ｂ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等が挙げられる。

駆動軸５ａと従動軸５ｂとの回転数は、同じ回転数としても、異なる回転数としてもよい。駆動軸５ａと従動軸５ｂとの回転数に差を設け、二軸差動型とする場合には、駆動軸５ａと従動軸５ｂの上端に設置したプーリーや歯車の直径を変えればよく、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。なお、二軸差動型の破砕装置は、し渣の破砕効果が優れるため好ましい。

本発明の第１の実施例の破砕装置１では、駆動モータ２を一つとし、駆動軸５ａの回転動力を従動軸５ｂに伝達するように構成しているが、駆動軸５ａ及び従動軸５ｂにそれぞれ駆動モータ２を設置して、個別に回転動力を与えてもよい。装置の簡素化の観点から、駆動モータ２を一つとし、駆動軸５ａの回転動力を従動軸５ｂへ伝達するように構成することが好ましい。

［水処理用破砕刃］
本発明の水処理用破砕刃６は、駆動軸５ａ及び従動軸５ｂの周囲に配設され、し渣を破砕するための構成である。
図２は、第１の実施例の水処理用破砕刃６の構造を示した概略説明図である。図２（Ａ）は、水処理用破砕刃６のカッター部６１側から見た底面図であり、図２（Ｂ）は、右側面図であり、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の角部Ｃを拡大した拡大図である。

図２（Ｂ）に示すように、第１の実施例の水処理用破砕刃６は、ディスク状のカッター部６１と、前記カッター部６１より小さい径のスペーサー部６２が同心で重なり、一体的に構成されている。
また、その中心にカッター部６１とスペーサー部６２を貫通するように、軸穴６３が形成されている。

本発明の水処理用破砕刃６では、カッター部６１とスペーサー部６２が一体的に形成されることにより、軸穴６３の周囲において厚みが増すため、高い強度を得ることができる。そのため、カッター部６１の外周と軸穴６３の間に亀裂が入ることを防止できる。

また、スペーサーを別部材として作製する必要がないため、部品管理の観点からも優れた効果を奏する。更には、部品点数が少ないことから、組み付けにおいて作業性にも優れる。
なお、本発明は、スペーサーを使用しないことについて利点を有するものの、スペーサーを用いた態様を除外するものではない。スペーサーを用いた例については、第３の実施例において詳述する。

ここで、カッター部６１とスペーサー部６２を一体的に構成するとは、カッター部６１とスペーサー部６２を一つの部品として形成されていることを意味しており、カッター部６１とスペーサー部６２を一つの成型物として形成したものの他、カッター部６１とスペーサー部６２を別々に形成し、これらを接着したものでもよい。
なお、高い強度を得るという観点から、一つの成型物として形成したものが好ましい。

カッター部６１は、外周部に均等に配置された複数の切刃片６５を有している。切刃片６５は、カッター部６１の外周部から突き出した凸状部であり、し渣を掻き取ってカッターユニット４ａと４ｂの間に誘導するという作用を有する。

切刃片６５の形状は、特に限定されないが、図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、側面が回転方向に傾斜していることが好ましい。切刃片６５の側面を回転方向に傾斜させることにより、側面に鋭角部分が形成され、この部分にし渣が引っかかりやすくなるため、し渣を掻き取りやすいという効果を奏する。

カッター部６１の軸方向の厚みは、処理対象となるし渣の硬さ等に応じて適宜設定されるが、５〜５０ｍｍであることが好ましく、７〜４０ｍｍであることが更に好ましい。５ｍｍ未満であると、強度が弱くなるため破損が発生しやすくなり、一方、５０ｍｍを超えるとカッター部のみで十分な強度を有しているため、本発明の効果が小さくなる。

また、カッター部６１の直径（切刃片６５の最外部を通過する円周の直径）は、処理対象となるし渣の大きさ等に応じて適宜設定されるが、５０ｍｍ以上であることが好ましく、１００ｍｍ以上であることが更に好ましい。５０ｍｍ未満の場合、カッター部の強度が低下し、カッター部６１の外周の軸穴６３の間に亀裂が入りやすい。

スペーサー部６２の軸方向の厚みは、特に限定されないが、カッター部６１の強度を高めるという観点から、１ｍｍ以上であることが好ましい。更には、カッター部６１の軸方向の厚みより大きいことがより好ましい。スペーサー部６２の軸方向の厚みをカッター部６１の軸方向の厚みより大きくすることにより、スペーサー部６２がスペーサーとしての機能を発揮するため、別部品としてスペーサーを設ける必要がなく、装置を簡素化することができる。

図２（Ｃ）に示すように、本発明の水処理用破砕刃６は、カッター部６１とスペーサー部６２の間の角部Ｃに、断面形状が円弧状の溝６４が形成されている。溝６４を形成せずに、カッター部６１とスペーサー部６２の間の角部Ｃを直角とすると、角部Ｃに応力が集中して角部Ｃから亀裂が生じる恐れがある。そのため、本発明の水処理用破砕刃６では、角部Ｃに断面円弧状の溝６４を設けることにより応力を分散して破損を防止している。

なお、溝６４の断面形状は、応力を一か所に集中させないような形状であればよく、例えば、多角形状や円弧状とすればよい。応力を均等に分散させるという観点から、溝６４の断面形状は円弧状であることが好ましい。

また、第１の実施例では、溝６４をカッター部６１側に形成しているが、溝６４を形成する位置は、カッター部６１側、スペーサー部６２側、又は両方に渡って形成してもよい。溝６４の深さを大きくすると、溝６４に沿って亀裂が入りやすくなるため、溝６４の深さを小さくするという観点から、溝６４は、カッター部６１とスペーサー６２の両方に渡って形成することが好ましい。また、溝６４を形成する加工の容易性の観点から見ると、溝６４は、カッター部６１側又はスペーサー部６２側の一方に形成することが好ましい。

溝６４は、カッター部６１とスペーサー部６２の間の角部Ｃの全周囲に形成しても、一部にのみ形成してもよい。応力の集中を回避するという観点から、全周囲に溝６４を形成することが好ましい。

図３は、本発明の水処理用破砕刃６の溝６４の構造について、他の態様を示す概略説明図である。
例えば、図３（Ａ）は、溝部６４をスペーサー部６２側に形成した例であり、図３（Ｂ）は、溝６４をカッター部６１とスペーサー部６２の両方に渡って形成した例である。
また、図３（Ｃ）及び（Ｄ）は、多角形状の溝部６４の例である。

溝６４の深さＸは、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、溝６４の幅Ｙは、０．２〜１０ｍｍであることが好ましい（深さＸ、幅Ｙについては図４を参照。）。溝の深さＸが０．１ｍｍ未満、及び、溝の幅Ｙが０．２ｍｍ未満の場合、応力を分散する効果を十分に得ることができない。一方、溝の深さＸが５ｍｍを超えても、応力の分散効果は上がらず、逆に溝６４から亀裂が生じる恐れがある。また、溝の幅Ｙが１０ｍｍを超えると、溝が大きくなるため、溝を形成する切削加工が煩雑になる。

軸穴６３は、上述したように、駆動軸５ａ又は従動軸５ｂに固定するための構成であり、駆動軸５ａ又は従動軸５ｂに咬合するようにこれらの軸部材の断面形状と同一の形状に形成される。第１の実施例の水処理用破砕刃６では六角形状の軸穴６３を有している。なお、軸穴６３、並びに、駆動軸５ａ及び従動軸５ｂの形状については、駆動軸５ａの説明において記載したとおりである。

軸穴６３を多角形状とした場合には、軸穴６３は角部に応力が集中しないように、角部に円弧状の切り欠きを形成することが好ましい。この切り欠きにより、軸穴６３の角部からカッター部６１の外周に向かって亀裂が入ることを防止できる。

水処理用破砕刃６の材質は、特に限定されないが、例えば、クロムモリブデン鋼やステンレス鋼等の金属材料、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素等のセラミックス材料等が挙げられる。強度が高く破損しにくいという観点から、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。

［ケーシング］
ケーシング３は、上記カッターユニット４ａ及び４ｂを収容するものであり、し渣を含む被処理水が流入する流入口、及び、破砕されたし渣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３により、し渣はカッターユニット４ａ及び４ｂ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。

（第２の実施例）
図５は、本発明の第２の実施例の水処理用破砕刃７の構造を示す概略説明図である。第２の実施例の水処理用破砕刃７は、カッター部７１の上下の両方にスペーサー部７２を備えた構成である。

第２の実施例のように、スペーサー部７２をカッター部７１の上下に設けてもよいが、第２の実施例では、カッター部７１の上下の２箇所に角部Ｃが形成されるため、溝６４も２箇所設ける必要があり加工が煩雑となる。よって、スペーサー部は、カッター部の片面のみに設けることが好ましい。

（第３の実施例）
図６は、本発明の第３の実施例の水処理用破砕刃８の構造を示す概略説明図である。第３の実施例の水処理用破砕刃８は、スペーサー部の軸方向の厚みがカッター部の軸方向の厚みより小さい構成である。そのため、スペーサー８１を用いてカッターユニットを構成している。

本発明の水処理用破砕刃及びこれを用いた破砕装置は、水中に浮遊するし渣を切断するために利用される。本発明の水処理用破砕刃は、従来のカッター部材より強度が高いため、腐食等が生じても亀裂が生じにくい。そのため、下水処理場等の水処理施設での使用に特に適している。

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。

１ 破砕装置、２ 駆動モータ、３ ケーシング、４ａ，４ｂ カッターユニット、５ａ 駆動軸、５ｂ 従動軸、６ 水処理用破砕刃、６１ カッター部、６２ スペーサー部、６３ 軸穴、６４ 溝、６５ 切刃片、７ 水処理用破砕刃、８ 水処理用破砕刃、８１ スペーサー

Claims (3)

1. 水中に浮遊するし渣を切断するための破砕装置に使用する水処理用破砕刃において、
   複数のカッター部と複数のスペーサー部とが交互に一体的に形成された構成となっており、
   前記スペーサー部は、駆動軸及び従動軸の周囲に接するように配設されていることを特徴とする、水処理用破砕刃。
2. 前記カッター部又はスペーサー部に形成される軸穴は、多角形であることを特徴とする請求項１記載の水処理用破砕刃。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の水処理用破砕刃を備えたことを特徴とする破砕装置。

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