JP7137025B2 - 回転式破砕装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転式破砕装置に関する。

建設発生土などを改良して有効利用するための回転式破砕（混合）工法及びその工法に用いられる装置が知られている（例えば特許文献１等参照）。

回転式破砕（混合）工法は、円筒状の容器内で高速回転する衝撃付加部材（インパクト部材）を備えた処理装置を用い、インパクト部材の衝撃力により、容器内に投入された建設発生土の破砕、細粒化を行う工法であり、材料を細かく均質に分散させる効果を有する。また、必要に応じ、添加材として生石灰、消石灰などの石灰系固化材や、普通セメント、高炉セメントなどのセメント系固化材、あるいは高分子材料からなる土質改良材などを混合し、改良土の性状や強度などを調整することができる。

この工法は、従来工法に比べて土砂の適用範囲が広いため、従来工法では改良が難しかった土砂も均質に混合できる。すなわち、高速回転するインパクト部材の衝撃力により、粘土塊を細かく解きほぐし、軟岩は細かく破砕して混合するので、安定した品質の土砂を製造することができる。その結果、これまでは場外処分していた建設発生土などの有効利用が図れ、環境負荷の低減、工事費や事業費といったコストの削減が可能となる。

国際公開第２０１９／０１６８５９

上述した処理装置の容器内にはインパクト部材を高速回転させるための回転軸が鉛直方向に沿って設けられている。回転軸は、通常、回転時の撓みを抑制するため、その上端部近傍と、容器内に位置する下端部近傍の両方においてベアリングを介して保持されている。

回転軸を上端部近傍と下端部近傍で保持する場合、保持する箇所を確保するために回転軸の長さを長くする必要がある。したがって、回転軸を上記のように保持する場合、回転軸の長さを短くするには限界があり、処理装置の高さ方向の寸法を小さくするにも限界があった。

１つの側面では、本発明は、使い勝手のよい回転式破砕装置を提供することを目的とする。

１つの態様では、回転式破砕装置は、原料土を含む処理対象が内部に投入される容器と、前記容器に設けられた鉛直方向に延びる回転軸と、前記回転軸の回転により前記容器の内部で回転し、前記処理対象を破砕する衝撃付加部材と、を備えており、前記回転軸は、前記容器の天板部を貫通した状態、かつ、前記天板部の近傍に設けられた軸受部材を介して回転自在な状態で、前記容器に保持され、前記容器の内部に位置する前記回転軸の端部は自由端となっており、前記容器の外部から前記容器内を撮像する撮像部と、前記回転軸の停止の指示に応じて、前記撮像部による撮像を行い、前記容器内のメンテナンスの要否を判断する制御部と、を有する。

使い勝手のよい回転式破砕装置を提供することができる。

一実施形態に係る回転式破砕装置の構成を概略的に示す図である。 回転ドラム内に設けられた掻取棒を示す図である。 回転ドラム内を上方から見た状態を概略的に示す図である。 回転式破砕装置の制御系を示すブロック図である。 図５（ａ）は、回転機構の比較例を示す図であり、図５（ｂ）は、回転機構の改善案１を示す図であり、図５（ｃ）は、比較例における回転軸の撓み量を示す図であり、図５（ｄ）は、改善案１における回転軸の撓み量を示す図である。 図６（ａ）は、回転機構の改善案２を示す図であり、図６（ｂ）は、一実施形態に係る回転機構を示す図であり、図６（ｃ）は、改善案２における回転軸の撓み量を示す図であり、図６（ｄ）は、一実施形態に係る回転機構における回転軸の撓み量を示す図である。 図７（ａ）は、比較例を採用した場合の回転式破砕装置を示す図であり、図７（ｂ）は、一実施形態に係る回転式破砕装置を示す図である。 一実施形態に係る回転式破砕装置を備えた自走式の処理システムを示す図である。 図９（ａ）、図９（ｂ）は、変形例に係る回転式破砕装置を説明するための図である。

以下、一実施形態に係る回転式破砕装置について、図１～図８に基づいて詳細に説明する。

図１には、一実施形態に係る回転式破砕装置１００の構成が概略的に示されている。図１においては、図示の便宜上、一部を断面して示している。また、図１では、説明の便宜上、鉛直方向をＺ軸方向、水平面内において直交する二軸方向をＸ軸方向及びＹ軸方向として図示している。

本実施形態の回転式破砕装置１００は、建設発生土などの原料土を改良して有効利用するために用いられる装置である。回転式破砕装置１００は、原料土の破砕、細粒化を行い、原料土を細かく均質に分散させる。また、回転式破砕装置１００には、必要に応じて、添加材（生石灰、消石灰などの石灰系固化材や、普通セメント、高炉セメントなどのセメント系固化材、あるいは高分子材料からなる土質改良材、天然繊維、樹脂からなる化学繊維など）も投入される。添加材が投入された場合、回転式破砕装置１００は、原料土と添加材を混合して改良土とすることで、改良土の性状や強度などを調整する。

回転式破砕装置１００は、図１に示すように、架台１０と、固定ドラム１２と、回転ドラム１４と、回転機構１６と、を備える。

架台１０は、回転式破砕装置１００の各部を保持するものであり、天板部１０ａと、脚部１０ｂと、を有する。天板部１０ａは、例えば鉄製の板状部材であり、下面（－Ｚ側の面）に固定される固定ドラム１２の上部開口を閉塞する蓋としての機能を有している。天板部１０ａには開口が複数設けられ、該開口に透明部材（アクリル板等）が嵌め込まれることにより窓部１０ｗが形成されている。窓部１０ｗの上側には、動画及び静止画を撮影（撮像）するためのカメラ１８が設けられている。また、天板部１０ａには、固定ドラム１２内に原料土や添加材（以下、原料土と添加材とを処理対象と呼ぶ）を投入するための投入口部材２０が設けられている。なお、窓部１０ｗ及びカメラ１８は、投入口部材２０が設けられている位置とは異なる位置に設けられている。また、窓部１０ｗ及びカメラ１８は、後述するインパクト部材３４よりも高い位置に設けられている。なお、カメラ１８による撮影（撮像）を行わないときには、窓部１０ｗから透明部材を取り外して金属製の部材を嵌め込むようにしてもよい。

固定ドラム１２は、円筒状の容器（第１容器）であり、天板部１０ａの下面（－Ｚ側の面）に固定されている。固定ドラム１２内には、投入口部材２０を介して処理対象が投入され、固定ドラム１２は、固定ドラム１２の下側（－Ｚ側）に設けられた回転ドラム１４内に処理対象を導く。なお、固定ドラム１２、回転ドラム１４、及び天板部１０ａを含んで、内部に処理対象が投入される容器としての機能が実現されている。

回転ドラム１４は、円筒状の容器（第２容器）であり、円筒の中心軸回り（Ｚ軸回り）に、回転ドラム駆動用モータ１５４（図１では不図示、図４参照）により回転（自転）する。回転ドラム１４は、複数の支持ローラ２４を介して架台１０により支持されているため、回転ドラム駆動用モータ１５４の回転力を受けてスムーズに回転するようになっている。なお、回転ドラム１４の回転方向と、インパクト部材３４との回転方向とは、同じ回転方向でもよく逆向きの回転方向でもよい。

回転ドラム１４の内側には、図２に示すように、掻取棒（スクレーパ）２２が１又は複数設けられている（図１では不図示）。掻取棒２２は、回転ドラム１４の内周面に接しており、固定ドラム１２に対して固定された状態となっている。したがって、回転ドラム１４が回転することにより、掻取棒２２が回転ドラム１４の内周面に沿って相対的に移動する。これにより、回転ドラム１４の内周面に処理対象が付着した場合であっても、回転ドラム１４が回転することで、処理対象が掻取棒２２によって掻き取られる。すなわち、掻取棒２２と、掻取棒２２に対して移動する回転ドラム１４とにより、回転ドラム１４の内周面に付着した処理対象を掻き取る掻取部としての機能が実現されている。

図１に戻り、回転機構１６は、固定ドラム１２及び回転ドラム１４の中心に配置された鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸３０と、回転軸３０の上端部に設けられたプーリ３２と、回転軸３０の下端部近傍において上下２段に設けられた２つのインパクト部材３４と、を有する。

回転軸３０は、円柱状の部材であり、架台１０の天板部１０ａを貫通した状態、かつ、天板部１０ａの上面側に設けられた２つのボールベアリング３６ａ、３６ｂを介して回転自在な状態で、天板部１０ａに保持されている。２つのボールベアリング３６ａ、３６ｂの間には、スペーサ３８が設けられており、ボールベアリング３６ａ、３６ｂ間には所定間隔が形成されている。回転軸３０の下端部は、回転ドラム１４の内部に位置しており、自由端となっている。すなわち、回転軸３０は、片持ち支持されている。

プーリ３２は、ベルトを介してモータ１０４（図１では不図示、図４参照）と接続されている。モータ１０４が回転すると、プーリ３２及び回転軸３０が回転する。

図３には、回転ドラム１４内を上方から見た状態が概略的に示されている。図３に示すように、２段のインパクト部材３４それぞれは、複数本（図３では４本）の金属製のチェーン４０を有しており、各チェーン４０の先端には、鋼製の厚板４２が設けられている。チェーン４０は、回転軸３０の周りに等間隔で設けられている。

インパクト部材３４は、回転軸３０の回転により遠心回転し、厚板４２が回転ドラム１４の内周面近傍を高速移動することにより、処理対象を破砕したり混合したりする。このため、回転式破砕装置１００は、回転式破砕混合装置と呼ぶこともできる。なお、インパクト部材３４のチェーン４０及び厚板４２の数は、原料土の種類や性状、処理量、添加材の種類、量、改良土の目標品質などに応じて調整することができる。

本実施形態の回転式破砕装置１００によると、投入口部材２０を介して固定ドラム１２内に投入された処理対象は、回転ドラム１４内においてインパクト部材３４により破砕、混合され、回転ドラム１４の下方に排出されるようになっている。

図４には、回転式破砕装置１００の制御系がブロック図にて示されている。図４に示すように、回転式破砕装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する制御部１５０を備えている。制御部１５０は、カメラ１８を用いて撮影された動画や静止画を、通信部１５２を介して、外部の情報処理装置（ＰＣ（Personal Computer）やタブレット端末等）に送信する。また、制御部１５０は、動画や静止画を解析して、通信部１５２を介して、解析結果を外部の情報処理装置に送信する。また、制御部１５０は、動画の解析結果に基づいて、回転ドラム駆動用モータ１５４を制御する。さらに、制御部１５０は、モータ１０４の回転数や回転速度に基づいて、カメラ１８の設定を変更する。

ここで、カメラ１８は、例えば、フレームレートを２４０ｆｐｓから９６０ｆｐｓの間で設定できるカメラであるものとする。制御部１５０は、回転軸３０の回転数に基づいて、カメラ１８のフレームレートを含む撮像条件を設定し、固定ドラム１２内や回転ドラム１４内を動画撮影する。そして、制御部１５０は、撮影された動画を解析して、回転ドラム１４の内周面に付着している処理対象の量（付着量）を特定し、特定された処理対象の付着量に基づいて、回転ドラム１４の回転速度を決定する。なお、制御部１５０は、処理対象の付着量を、回転ドラム１４の内周面を撮影した多数の画像（学習データ）を用いた機械学習により、特定することができる。制御部１５０は、決定した回転速度で回転ドラム１４を回転制御する。例えば、処理対象の付着量が多い場合には、回転速度を速くし、付着量が少ない場合には、回転速度を遅くするなどすることができる。これにより、回転ドラム１４の内周面に付着している処理対象を効率よく掻き取ることが可能となる。なお、カメラ１８は、投入口部材２０が設けられている位置とは異なる位置で、インパクト部材３４よりも高い位置から動画撮影を行うため、適切な範囲を撮影することができる。また、複数のカメラ１８を用いることで、固定ドラム１２内や回転ドラム１４内の全体を撮影することが可能となっている。

また、制御部１５０は、撮影された動画から回転式破砕装置１００内の状態を解析して、メンテナンスの要否を判断し、判断結果を通信部１５２を介して外部の情報処理装置に出力する。これにより、作業者は、出力された情報を参照することで、メンテナンスを適切なタイミングで行うことができる。なお、制御部１５０は、メンテナンスの要否の判断を、処理対象の回転ドラム１４の内周面等への付着量や、厚板４２の摩耗量、回転ドラム１４内での処理対象の挙動などに基づいて行うことができる。

なお、インパクト部材３４（厚板４２）のメンテナンスの要否については、インパクト部材３４が回転していないタイミングでカメラ１８により撮影した画像（例えば静止画）を解析して判断することができる。これにより、インパクト部材３４の状態や処理対象の付着状況を精度よく解析することができるため、メンテナンス要否を精度よく判断することが可能となる。

さらに、制御部１５０は、カメラ１８によって撮影された動画や静止画を外部の情報処理装置に転送する。作業者は、転送された動画や静止画を参照することで、回転式破砕装置１００内の状態を確認することができる。例えば、動画が２４０ｆｐｓのフレームレートで撮影された場合には、再生速度（スロー倍率）を４倍から１０倍にして再生することができる。また、例えば、動画が４８０ｆｐｓのフレームレートで撮影された場合には、再生速度を８倍から２０倍にして再生することができる。また、例えば、動画が９６０ｆｐｓのフレームレートで撮影された場合には、再生速度を１６倍から４０倍にして再生することができる。この場合、作業者は、動画に基づいてメンテナンスの要否を判断し、判断結果に基づいてメンテナンスを行うことができるので、作業効率を向上することができる。

なお、制御部１５０は、上述した各処理のすべてを実行してもよいし、一部のみを実行してもよい。

次に、図５、図６に基づいて、回転機構１６として、図１のような構造（回転軸３０の下端部が自由端である構造）を採用できた理由について説明する。

図５（ａ）には、比較例に係る回転機構１１６が示されている。
比較例（図５（ａ））においては、回転軸３０が上端部近傍において１つのボールベアリング３６により回転自在に保持されている。また、比較例では、回転軸３０は、下端部近傍においてボールベアリング１３６を介して回転自在に保持されている。なお、ボールベアリング１３６は、架台１０に固定された支持ロッド１３８により保持されている。さらに、比較例においては、インパクト部材３４が３段設けられている。

この比較例において、回転軸３０を回転させたときの回転軸３０の撓み量をシミュレーションしたところ、図５（ｃ）に示すように撓み量はわずかであり、許容範囲であった。このように撓み量が許容範囲内に収まったのは、回転軸３０が両端部近傍で保持されているためと考えられる。以下においては、説明の便宜上、比較例における回転軸３０の撓み量を「１」と表すものとする。

図５（ｂ）には、改善案１に係る回転機構２１６が示されている。
改善案１の回転機構２１６は、回転軸３０を短くするために、比較例の回転軸３０の下端部を自由端とした例である。なお、改善案１と比較例においては、回転軸３０の材料や太さ、ボールベアリング３６の種類等については、変更していないものとする。改善案１において、回転軸３０を回転させたときの回転軸３０の撓み量をシミュレーションしたところ、図５（ｄ）に示すように、撓み量は、図５（ｃ）の撓み量の約３倍の「３」となり、許容範囲を超えるものとなった。

これらのシミュレーション結果を参考にして、本発明者は、図６（ａ）に示すような構成（改善案２）を検討した。改善案２は、改善案１のボールベアリング３６を２つのボールベアリング３６ａ、３６ｂとし、ボールベアリング３６ａ、３６ｂ間に所定間隔を設けたものである。なお、改善案２と比較例においても、回転軸３０の材料や太さ、ボールベアリングの種類等については、変更していないものとする。この改善案２では、シミュレーションの結果、図６（ｃ）に示すように回転軸３０の回転時の撓み量は、図５（ｃ）の撓み量の約２倍の「２」となることが分かった。

さらに、本発明者は、図６（ｂ）に示すように、改善案２からインパクト部材３４を１段省略して、２段とした。この構成を採用した場合、シミュレーションの結果、回転軸の長さがより短くなるため、図６（ｄ）に示すように、回転軸３０の回転時の撓み量は、図５（ｃ）の撓み量とほぼ同一の「１」となった。この撓み量は、比較例と同様、許容範囲内である。なお、前述の撓み量は、回転軸３０を高速回転（例えば、９００ｒｐｍ）した場合の撓み量である。このため、改善案１、２においても回転軸３０の回転数を落とすことにより、中速もしくは低速の回転式破砕装置や回転式混合装置として使用することが可能である。

このように、本発明者は、上述したような試行錯誤の結果、図６（ｂ）のような構成を採用することで、回転軸３０を自由端としても、撓み量を小さくすることができることを見出した。なお、本発明者は、インパクト部材３４を３段から２段に減らした結果、破砕・混合性能が低下しないように、インパクト部材３４の厚板４２の形状等を改良し、３段の場合と同等の破砕・混合性能を維持した。

また、本発明者は、回転軸３０の撓み量を低減するため、ボールベアリング３６ａ、３６ｂ間の間隔を、回転軸３０の径に応じて決定した。すなわち、回転軸３０の径が小さいほど間隔を広くすることで、撓み量を低減するようにした。また、ボールベアリング３６ａ、３６ｂとしては、回転軸３０の回転精度の向上や剛性の向上を図るため、アンギュラ玉軸受を採用することとした。さらに、回転軸３０の長さは、インパクト部材３４を遠心回転させたときの回転軸３０の撓み量が回転軸３０の長さの１／８００～１／１０００となる長さとした。

本実施形態では、上述のような回転機構１６を採用することで、破砕・混合性能や、回転軸３０の撓み量を小さく維持しつつ、回転軸３０の長さを短くすることが可能となっている。これにより、回転式破砕装置１００の高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、回転軸３０の下端部を保持するための構成（図５（ａ）の比較例のような支持ロッド１３８やボールベアリング１３６）を設けなくてもよくなる。これにより、構造が簡素化し、破砕・混合後の処理対象が回転式破砕装置１００内に付着する箇所が少なくなるため、回転式破砕装置１００内の清掃回数が減りメンテナンス性を向上することができる。また、部品点数が減るため、装置の製造コストを低減することができる。さらに、回転式破砕装置１００の重量を低減することもできる。

図７（ａ）には、比較例の回転機構１１６を採用した回転式破砕装置２００の例が示されている。図７（ａ）の回転式破砕装置２００は、２つの固定ドラム１２Ａ、１２Ｂを備えており、下側の固定ドラム１２Ｂ内には、回転軸３０の下端部を回転自在に保持するためのボールベアリング１３６及びボールベアリング１３６を支持する支持ロッド１３８が設けられている。図７（ａ）の回転式破砕装置２００は、本実施形態の回転式破砕装置１００（図７（ｂ））と比較するとわかるように、Ｚ軸方向の寸法が差分Ｌだけ大きい。この差分Ｌは、回転式破砕装置２００のＺ軸方向の寸法の２０～５０％程度の寸法である。

本発明者のシミュレーションによると、図７（ａ）の回転式破砕装置２００のＺ軸方向の寸法が１．８ｍであるのに対し、本実施形態の回転式破砕装置１００（図７（ｂ））のＺ軸方向の寸法は１．１ｍとなり、差分Ｌは０．７ｍとなった。また、図７（ａ）の回転式破砕装置２００の重量が６．０ｔであるのに対し、本実施形態の回転式破砕装置１００（図７（ｂ））の重量は、４．０ｔとなり、その差は２．０ｔとなった。

また、図７（ａ）の回転式破砕装置２００では、回転ドラム１４と下側の固定ドラム１２Ｂとの間の隙間から処理対象がこぼれ落ちたり、ボールベアリング１３６や支持ロッド１３８に処理対象が堆積したりすることがあるが、本実施形態では、下側の固定ドラム１２Ｂが存在していないため、清掃の手間を省くことができる。

（自走式の処理システム）
本実施形態の回転式破砕装置１００は、上述したようにＺ軸方向の寸法が小さく、重量も軽いため、図８に示すように、自走式の処理システム１０００に搭載することも可能である。

以下、図８に基づいて、処理システム１０００について説明する。処理システム１０００は、図８に示すように、走行装置１０２を有しており、走行装置１０２上には、回転式破砕装置１００と、モータ１０４と、発電機１０６と、原料土供給装置１０８と、添加材供給装置１１０と、排出装置１１２と、が設けられている。

走行装置１０２は、無限軌道などであり、作業者のリモコン操作等に応じて建設現場や工事現場等を走行する。

モータ１０４は、ベルト１１３を介して、回転式破砕装置１００の回転軸３０上端に設けられたプーリ３２と接続されている。モータ１０４の回転力はベルト１１３を介してプーリ３２に伝達され、回転軸３０及びインパクト部材３４を回転させる。

発電機１０６は、モータ１０４のほか、図４に示す回転ドラム駆動用モータ１５４、カメラ１８、制御部１５０など処理システム１０００の各部に対して給電を行う。

原料土供給装置１０８は、原料土格納部１２０やベルトコンベア１２２を有し、原料土格納部１２０に格納された原料土を、投入口部材２０を介して固定ドラム１２内に供給するための装置である。

添加材供給装置１１０は、添加材格納部１３０や添加材供給スクリュ１３２を有し、添加材格納部１３０に格納された添加材を投入口部材２０を介して固定ドラム１２内に供給するための装置である。

排出装置１１２は、ベルトコンベアを有し、回転式破砕装置１００で破砕・混合された処理対象（改良土）を処理システム１０００の＋Ｘ側に送る装置である。本実施形態において、制御部１５０は、インパクト部材３４による原料土の破砕をカメラ１８にて撮像し、この撮像結果に基づき、破砕不足などの場合には回転軸３０の回転数を上げたり、ベルトコンベア１２２の搬送速度を遅くして投入口部材２０から投入される原料土の量を少なくしたりしてもよい。また、ベルトコンベア１２２の搬送速度を遅くした場合には、添加材供給スクリュ１３２の搬送速度（回転速度）も遅くすることにより、原料土と添加材との配合バランスをほぼ一定に保つことができる。なお、制御部１５０は、カメラ１８の撮像結果に基づき、ベルトコンベア１２２の搬送速度と、添加材供給スクリュ１３２の搬送速度とを上げるようにしてもよい。

なお、原料土の破砕状況の確認は作業者が行ってもよく、作業者が回転軸３０の回転数やベルトコンベア１２２の搬送速度をリモコンや操作パネルなどから制御するようにしてもよい。

処理システム１０００は、走行装置１０２を介して、設置すべき位置に移動でき、設置された位置で、原料土を破砕したり、原料土と添加材を混合し、改良土として外部に排出したりすることができる。改良土は、例えば工作物の埋戻し、建築物の埋戻し、土木構造物の裏込め、河川築堤用盛土、道路用盛土、土地造成用盛土、鉄道盛土、空港盛土、水面埋立等の用途として用いることができる。また、本実施形態では、回転式破砕装置１００の重量が軽いため、処理システム１０００全体における使用電力を低減することができる。

なお、本実施形態の回転式破砕装置１００は、自走式の処理システムに限らず、現場に設置するプラント型の処理システム、トラックの荷台に設置するオントラック型の処理システムなどにも適用することが可能である。プラント型の処理システムの場合、投入口部材２０の位置まで原料土を搬送するベルトコンベアが設けられるが、回転式破砕装置１００の高さが低いため、ベルトコンベアの長さを短くすることができる。これにより、処理システム全体の小型化、プラント専有面積を小さくすることができ、ひいては、処理システムの現場配置計画が容易になる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、回転式破砕装置１００は、原料土を含む処理対象が内部に投入される容器（固定ドラム１２、回転ドラム１４及び天板部１０ａを含む）と、鉛直方向に延びる回転軸３０と、回転軸３０の回転により回転ドラム１４内で回転し、処理対象を破砕するインパクト部材３４と、を備えている。そして、回転軸３０は、天板部１０ａを貫通した状態、かつ、天板部１０ａの近傍に設けられたボールベアリング３６ａ、３６ｂを介して回転自在な状態で保持されており、回転軸３０の下端部は自由端となっている。これにより、回転軸３０の長さを短くすることができるため、回転式破砕装置１００を小型化することが可能である。また、回転軸３０の下端部を回転自在に保持するボールベアリングなどを設けなくてもよいため、構造が簡素化し、メンテナンスがしやすくなる。

また、本実施形態では、ボールベアリング３６ａ、３６ｂが天板部１０ａの上側に設けられているため、天板部１０ａの下側に設ける場合よりも、メンテナンス性を向上することができる。また、ボールベアリング３６ａ、３６ｂと処理対象が接触することがないため、処理対象物がボールベアリング３６ａ、３６ｂに付着することがないのでボールベアリング３６ａ、３６ｂの長寿命化を図ることが可能である。なお、ボールベアリング３６ａ、３６ｂへの異物の付着を避けるために、ボールベアリング３６ａ、３６ｂの周囲にカバーを設けることが望ましい。

また、本実施形態では、回転軸３０が２つのボールベアリング３６ａ、３６ｂにより回転自在に保持されているので、回転軸３０を１つのボールベアリングで回転自在に保持する場合（図５（ｂ）、図５（ｄ）の改善案１）と比べ、回転軸３０の撓み量を低減することができる。

また、本実施形態では、ボールベアリング３６ａ、３６ｂ間の間隔を、回転軸３０の径に応じて決定することとした。すなわち、回転軸３０の径が小さいほど間隔を広くすることで、撓み量を低減するようにした。これにより、回転軸３０の径に応じてボールベアリング３６ａ、３６ｂ間の間隔を適切な寸法とすることができる。

また、本実施形態では、ボールベアリング３６ａ、３６ｂとして、アンギュラ玉軸受を用いたため、回転軸３０やインパクト部材３４などのスラスト方向の荷重を受けることができるとともに、インパクト部材３４の回転時のラジアル方向の荷重を受けることができる。このため、インパクト部材３４の回転による回転軸の撓みを抑えることができる。

また、本実施形態では、天板部１０ａに窓部１０ｗが設けられ、窓部１０ｗ近傍には、カメラ１８が設けられている。これにより、カメラ１８を用いて固定ドラム１２及び回転ドラム１４内を動画や静止画を撮影することが可能である。

また、本実施形態では、回転式破砕装置１００は、天板部１０ａの投入口部材２０が設けられている位置とは異なる位置、かつ、インパクト部材３４よりも高い位置に設けられ、回転ドラム１４の外部から処理対象の破砕状態や、破砕された処理対象の回転ドラム１４の内部への付着状態を撮像するカメラ１８を備えている。これにより、投入口部材２０に遮られることなく、回転ドラム１４内における処理対象の破砕状態や、付着状態を適切な位置から撮像することができる。

また、本実施形態では、制御部１５０は、カメラ１８によって撮像された動画や静止画に基づいて、回転ドラム１４の回転を制御して、掻取棒２２により回転ドラム１４の内周面に付着した処理対象を掻き取る。これにより、回転ドラム１４の内周面に付着する処理対象の量が多い場合に回転ドラム１４を速く回転させ、少ない場合に回転ドラム１４を遅く回転させる、などの制御を行うことで、効率的かつ自動的に付着した処理対象の掻き取りを行うことができる。

また、本実施形態では、制御部１５０は、インパクト部材３４が回転していないときにカメラ１８によって撮像された画像に基づいて、インパクト部材３４のメンテナンスの要否を判断する。これにより、インパクト部材３４のメンテナンス要否を精度よく判断することができる。なお、制御部１５０は、インパクト部材３４の交換からインパクト部材３４を第１所定時間（例えば１００時間程度）経過した後にカメラ１８によるインパクト部材３４の撮像を行うようにしてもよい。制御部１５０は、インパクト部材３４の交換などのメンテナンスの必要がないと判断した場合には、第１所定時間の１／５～１／１０である第２所定時間（例えば１０～２０時間程度）経過した後にカメラ１８によるインパクト部材３４の撮像を繰り返し行うようにしてもよい。また、制御部１５０は、破砕時のインパクト部材３４の回転数（例えば３００～９００ｒｐｍ）よりも低い回転数（例えば６０～１８０ｐｍ）でインパクト部材３４を回転させている際にカメラ１８によるインパクト部材３４の撮像を行ってメンテナンスの要否を判断してもよい。また、制御部１５０は、インパクト部材３４の回転停止を指示したのをトリガーとしてインパクト部材３４の撮像を行ってメンテナンスの要否を判断してもよい。

なお、上記実施形態では、制御部１５０がカメラ１８により撮影された動画の解析結果に基づいて回転ドラム１４の回転速度を制御する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、制御部１５０は、回転ドラム１４を一定速度で回転するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、掻取棒２２が固定であり、回転ドラム１４を回転させることで、回転ドラム１４の内周面を掻取棒２２に対して移動させる場合について説明したが、これに限らず、回転ドラム１４を固定した状態としておき、掻取棒２２を移動させることで、掻取棒２２を回転ドラム１４の内周面に沿って相対的に移動させるようにしてもよい。また、回転ドラム１４と掻取棒２２が逆向きに移動してもよい。また、上記実施形態では、制御部１５０は、動画の解析結果に基づいて、回転ドラム駆動用モータ１５４を制御しているが、動画の解析結果に基づかず、例えば、回転ドラム駆動用モータ１５４を定期的に駆動する簡易的な制御としてもよい。

なお、上記実施形態では、回転軸３０の上端部近傍を保持するボールベアリングが２つである場合について説明したが、これに限らず、回転軸３０の上端部近傍を保持するボールベアリングは３つ以上であってもよい。

なお、上記実施形態では、回転軸３０にインパクト部材３４が２段設けられる場合について説明したが、これに限らず、回転軸３０に設けられるインパクト部材３４は、１段又は３段以上であってもよい。また、回転軸３０を天板部１０ａの上側で保持するボールベアリングの数も１又は３以上であってもよい。この場合、上述した改善案１、２と同一の構成となってもよいが、回転軸３０の撓み量が許容範囲に含まれるように、回転軸３０やボールベアリングとして適切なものを選択したり、回転軸３０の回転数を選択したりするのが好ましい。さらに、ボールベアリング３６ａ，３６ｂの少なくとも一方が天板部１０ａの下側に配置されてもよい。

（変形例）
以下、変形例について、図９（ａ）、図９（ｂ）に基づいて説明する。

図９（ａ）には、変形例に係る回転式破砕装置４００の構成が概略的に示されている。以下、上記実施形態に係る回転式破砕装置１００と異なる点を中心に説明する。

本変形例の回転式破砕装置４００においては、回転ドラム１４の下側に蛇腹状ドラム１１４が設けられている。蛇腹状ドラム１１４は、上下方向に伸縮可能である。回転式破砕装置４００内において処理対象の処理が行われている間、蛇腹状ドラム１１４は、回転ドラム１４とともに回転する。

また、回転ドラム１４は、支持ローラ２４により回転自在に支持されているが、支持ローラ２４が載置されている載置台１６２は、複数のジャッキ１６０により下側から支持されている。ジャッキ１６０は、載置台１６２の高さを変更する機能を有している。

本変形例においては、作業者が回転ドラム１４内のメンテナンスを行う際に、図９（ｂ）に示すようにジャッキ１６０を介して載置台１６２を下げる。これにより、回転ドラム１４が下方に移動し、蛇腹状ドラム１１４は収縮する。このような状態では、図９（ｂ）において黒塗り矢印で示すように、固定ドラム１２と回転ドラム１４の間の間隙から、回転ドラム１４の内部へ作業者がアクセスすることが可能となる。

ここで、例えば、図７（ａ）の回転式破砕装置２００において回転ドラム１４内のメンテナンスを行う場合、天板部１０ａに設けられた点検蓋を開けて、固定ドラム１２Ａや回転ドラム１４内に作業者が入り込んで作業を行う必要があった。これに対し、本変形例では、固定ドラム１２や回転ドラム１４内に作業者が入り込まずに、固定ドラム１２と回転ドラム１４の間隙から手や頭を入れて作業を行うことができるので、メンテナンス性を向上することが可能である。

なお、図９（ａ）の例では、蛇腹状ドラム１１４が、回転ドラム１４とともに回転する場合について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、蛇腹状ドラム１１４が回転ドラム１４と分離しており、回転ドラム１４のみが回転するようになっていてもよい。

以上説明したように、本変形例に係る回転式破砕装置４００は、固定ドラム１２及び回転ドラム１４を有し、回転ドラム１４が下方に移動可能であり、該移動により固定ドラム１２と回転ドラム１４との間に形成される間隙から、作業者が内部にアクセスすることができる。これにより、インパクト部材３４や回転ドラム１４の内部のメンテナンスを容易に行うことが可能となる。なお、本変形例に係る回転式破砕装置４００では、固定ドラム１２の下側に設けられた回転ドラム１４を下方に移動可能に設けたが、固定ドラム１２を上方に移動可能に設けてもよい。要は、固定ドラム１２と回転ドラム１４は、上下方向に配置され、上下方向に相対的に移動して離間するように設けることができる。

また、本変形例に係る回転式破砕装置４００は、回転ドラム１４の下側に設けられた、上下方向に伸縮可能な蛇腹状ドラム１１４を有しており、回転ドラム１４の下方への移動に伴って、蛇腹状ドラム１１４が上下方向に収縮するようになっている。これにより、回転式破砕装置４００の一部の部品を取り外したりしなくても、固定ドラム１２と回転ドラム１４との間に間隙を形成することが可能である。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、例えば、インパクト部材３４が破砕するのは原料土に限られず、礫や砕石などでもよく、原料土に礫や砕石などが混ざったものでもよい。このように、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１０ａ 天板部（容器の一部）
１０ｗ 窓部
１２ 固定ドラム（容器の一部、第１容器）
１４ 回転ドラム（容器の一部、第２容器、掻取部の一部）
１８ カメラ（撮像部）
２０ 投入口部材（投入部）
２２ 掻取棒（掻取部の一部）
３０ 回転軸
３４ インパクト部材（衝撃付加部材）
３６ａ、３６ｂ ボールベアリング（軸受部材）
１００ 回転式破砕装置
１１４ 蛇腹状ドラム（第３容器）
１５０ 制御部（判断部）

Claims (16)

1. 原料土を含む処理対象が内部に投入される容器と、
   前記容器に設けられた鉛直方向に延びる回転軸と、
   前記回転軸の回転により前記容器の内部で回転し、前記処理対象を破砕する衝撃付加部材と、を備え、
   前記回転軸は、前記容器の天板部を貫通した状態、かつ、前記天板部の近傍に設けられた軸受部材を介して回転自在な状態で、前記容器に保持され、前記容器の内部に位置する前記回転軸の端部は自由端であり、
   前記容器の外部から前記容器内を撮像する撮像部と、
   前記回転軸の停止の指示に応じて、前記撮像部による撮像を行い、前記容器内のメンテナンスの要否を判断する制御部と、を有する回転式破砕装置。
2. 前記撮像部は前記衝撃付加部材を撮像し、
   前記制御部は前記衝撃付加部材の交換要否を判断する請求項1記載の回転式破砕装置。
3. 前記制御部は、前記回転軸が回転していないときに前記撮像部に前記衝撃付加部材を撮像させる請求項１または請求項２に記載の回転式破砕装置。
4. 前記制御部は、前記衝撃付加部材の交換から第１所定時間経過した後に前記撮像部に前記衝撃付加部材を撮像させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転式破砕装置。
5. 前記制御部が、前記第１所定時間経過後の撮像の結果から前記衝撃付加部材の交換が必要ないと判断したときに、前記制御部は、前記第１所定時間より短い第２所定時間経過後に前記撮像部に前記衝撃付加部材を撮像させる請求項４記載の回転式破砕装置。
6. 前記撮像部は、前記衝撃付加部材が前記処理対象を破砕する回転数より低い回転数で回転しているときに、前記衝撃付加部材を撮像する請求項１または請求項２に記載の回転式破砕装置。
7. 前記制御部は、前記撮像の結果を外部の情報処理装置に転送する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転式破砕装置。
8. 前記回転軸の長さは、前記衝撃付加部材を遠心回転させたときの前記回転軸の撓み量が前記回転軸の長さの１／８００～１／１０００となる長さに設定されている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の回転式破砕装置。
9. 前記容器には、前記容器の外部から内部を視認可能にする透明部材を有する窓部が設けられ、
   前記撮像部は、前記窓部を介して前記容器の外部から内部を撮像する、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の回転式破砕装置。
10. 前記容器は、第１容器と、前記第１容器の下側に設けられた第２容器とを含み、
    前記第１容器と前記第２容器の少なくとも一方が移動可能であり、該移動により前記第１容器と前記第２容器との間に間隙が形成されることで、前記容器の外部から内部へのアクセスが可能になる、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の回転式破砕装置。
11. 前記容器は、前記第２容器の下側に設けられた、上下方向に伸縮可能な蛇腹状の第３容器を含み、
    前記第２容器の下方への移動に伴って、前記第３容器が上下方向に収縮する、請求項１０に記載の回転式破砕装置。
12. 原料土を含む処理対象が内部に投入される投入部を有した容器と、
    前記容器に設けられた鉛直方向に延びる回転軸と、
    前記回転軸の回転により前記容器の内部で回転し、前記処理対象を破砕する衝撃付加部材と、
    前記投入部とは異なる位置であり、かつ、前記衝撃付加部材よりも高い位置に設けられ、前記容器の外部から前記処理対象の破砕状態および破砕された前記処理対象の前記容器の内部への付着状態を撮像する撮像部と、
    前記回転軸の停止の指示に応じて、前記撮像部による撮像を行い、前記容器内のメンテナンスの要否を判断する制御部と、を有する回転式破砕装置。
13. 原料土を含む処理対象が内部に投入される投入部を有した容器と、
    前記容器に設けられ、回転する回転軸と、
    前記回転軸の回転により、前記処理対象を破砕する衝撃付加部材と、
    前記投入部とは異なる位置であり、かつ、前記衝撃付加部材よりも高い位置に設けられ、前記容器の外部から前記処理対象の破砕状態および破砕された前記処理対象の前記容器の内部への付着状態を撮像する撮像部と、
    前記衝撃付加部材が前記処理対象を破砕する回転数より低い回転数で回転しているときに前記撮像部による撮像を行い、前記容器内のメンテナンスの要否を判断する制御部と、を有する回転式破砕装置。
14. 前記容器の内部に付着した前記処理対象を掻取る掻取部と、
    前記撮像部の撮像に基づき、前記掻取部を制御する制御部と、を備えた請求項１２または請求項１３に記載の回転式破砕装置。
15. 前記撮像部は、前記回転軸の回転数に基づき、フレームレートが２４０ｆｐｓから９６０ｆｐｓの間、スロー倍率が４倍から４０倍の間の撮像条件に設定される請求項１２または請求項１３に記載の回転式破砕装置。
16. 前記撮像部が撮像した前記処理対象の破砕状態に応じて、前記回転軸の回転数を変更する請求項１２または請求項１３に記載の回転式破砕装置。

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