JP7289519B2 - 破砕機 - Google Patents

Description

本発明は破砕機に関する。

従来、複数の開口を有する切断フィルタに対して、複数枚のブレードを付勢しながら回転させることにより、流体・固体混合物を切断するようにした切断装置（破砕機）が公知である（例えば、特許文献１参照）。

前記切断装置では、ブレードが摺接する距離が切断フィルタの内径側と外径側、あるいは、開口の有無で相違する。このため、ブレードの摩耗進行状態が、径方向の位置の違いによってばらつく。ブレードの摩耗進行状態がばらつくと、大きく摩耗している部分が断続的に形成されて波打った形状となりやすい。この結果、ブレードと切断フィルタとの間に部分的な隙間が形成される。この隙間に液体中の固体が挟まったままブレードが回転すると、摩耗の進行している部分がさらに摩耗する。また、隙間が大きくなって固体が切断されることなくすり抜けてしまうと、最早正常な切断ができなくなる。したがって、ブレードに断続的な摩耗が形成されると、そのまま使用することが難しくなり、早期に取り外してメンテナンスするか、あるいは、新しいものに取り替える必要がある。

特表２０１２－５２１２８５号公報

本発明は、メンテナンスしなくても、長期に亘って使用できる破砕機を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、複数の開口部を形成された板状のフレームを備え、前記フレームの一方の面で、前記開口部を区画する縁の一部を固定刃とする固定刃部材と、前記固定刃部材の一方の面に沿って回転し、前記固定刃との間で被切断物を切断する回転刃を有する回転刃部材と、を備え、前記回転刃部材の回転中心からの半径をｒとするとき、前記回転刃部材の回転刃と前記固定刃部材のフレームとの周方向の摺接距離Ｌは、ｄ－α≦Ｌ≦ｄ＋β…（１）、ｄ＝ｍｒ＋ｎ…（２） （ｄ：前記フレームが半径ｒの同一円周上で占有すべき理想値（ｍ、ｎは定数）、α：理想値ｄからの下方許容差、β：理想値ｄからの上方許容差）を満足する、破砕機を提供する。

この構成により、固定刃部材に対する回転刃部材の周方向の摺接距離を、径方向に同一又は一定割合で変化させることができる。この結果、回転刃部材での摩耗は、均一又は一端から他端に向かって一定割合で変化する。したがって、回転刃部材が摩耗しても、波打ちにくくなるため、固定刃部材に沿わせることができ、メンテナンスすることなく長期に亘って使用可能となる。

前記摺接距離Ｌが式（１）を満足する前記固定刃部材の範囲Ｘは、Ｒmin＋（Ｒmax－Ｒmin）×０．１≦Ｘ≦Ｒmax－（Ｒmax－Ｒmin）×０．１ （Ｒmin：最も内側に位置する開口部を構成するフレーム部の最小外半径寸法、Ｒmax：最も外径側に位置する開口部を構成するフレーム部の最大内半径寸法）を満足すればよい。

前記フレームは、前記回転刃の回転中心側から外径方向に向かって周方向の一方に螺旋状に延びる複数の第１フレーム部と、前記回転刃の回転中心側から外径方向に向かって周方向の他方に螺旋状に延び、前記第１フレーム部を連結する複数の第２フレーム部と、を備えるのが好ましい。

この構成により、回転刃に形成される大部分の開口部の大きさを均一にすることができる。このため、破砕される固形物の通過量や通過可能なサイズを調整でき、切断後の固形物のサイズにばらつきが生じにくくなる。

前記フレームは、前記式（１）を満足するように前記摺接距離Ｌを補正する補正部を備えるのが好ましい。

この構成により、周方向の摺接距離をより一層正確に、径方向に均一又は一定割合で増減させることができる。

前記補正部は、前記摺接距離Ｌを増大させる肉盛部を有するのが好ましい。

この構成により、第１フレーム部又は第２フレーム部に対して肉盛部を追加するだけで周方向の摺接距離を調整でき、効率良く調整作業を行うことが可能となる。

前記補正部は、前記摺接距離Ｌを減少させる減肉部を有するのが好ましい。

この構成により、第１フレーム部又は第２フレーム部に対して減肉部を形成するだけで周方向の摺接距離を調整でき、効率良く調整作業を行うことが可能となる。

前記第１フレーム部は、外径方向成分に比べて周方向成分が大きい基本フレーム部であり、前記第２フレーム部は、周方向成分に比べて外径方向成分が大きい切断フレーム部であり、前記補正部は、前記切断フレーム部との接続部分を含む前記基本フレーム部に形成されているのが好ましい。

この構成により、切断には直接寄与しない部位に補正部を形成することで、補正部を設けることによる切断能力の低下を防止できる。

前記回転刃部材は、回転刃支持部と、前記回転刃支持部に支軸を中心として揺動可能に支持される回転刃要素とを備え、前記回転刃要素は、前記固定刃部材の表面に対する傾斜角度を調整可能であるのが好ましい。

この構成により、回転刃要素が一端から他端に向かって傾斜するように摩耗したとしても、回転刃支持部に対して回転刃要素を傾斜させて固定刃部材の表面に対して全体を沿わせることができる。

前記回転刃部材は、さらに、前記回転刃要素を前記固定刃部材の表面に対して接離可能に支持し、前記回転刃要素を前記固定刃部材の表面に対して付勢する付勢部を備えるのが好ましい。

この構成により、回転刃支持部に対する回転刃要素の傾斜角度を調整する必要がない。付勢部によって回転刃要素を付勢することで、回転刃要素を自動的に固定刃部材の表面に沿わせることができる。

本発明によれば、回転刃部材での摩耗状態を均一又は一端から他端に向かって一定割合で変化するものとすることができるので、回転刃部材が摩耗で波打つことを抑制でき、メンテナンスすることなく長期に亘って使用できる。

本実施形態に係る破砕機の蓋体を解放した状態を示す斜視図である。 本実施形態に係る破砕機の縦断面図である。 図１に示す固定刃部材の正面図である。 図１に示す回転刃部材の縦断面図である。 図２に示す回転刃部材と固定刃部材の関係を示す概略図である。 固定刃部材の半径方向位置と、固定刃部材に対する回転刃部材の摺接距離との関係を示すグラフである。 第１フレーム部と第２フレーム部とで形成される幾つかの開口部を示す正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の一部を示す正面図である。 図８の変形例を示す固定刃部材の一部を示す正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の正面図である。 他の実施形態に係る固定刃部材の正面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

破砕機１は、下水処理場や産業排水設備等の水処理施設で、毛髪や木の枝等のし渣や夾雑物が含まれる汚泥、工場からのパルプや農場からの藁等の廃棄物が混ざった排水等の流動物を移送する際、流動物に含まれる固形物を破砕するために設けられている。破砕機１は、固形物を破砕することにより、後の処理で使用されるポンプや脱水機等での回転軸への絡みつきや配管での詰まりを防止する。これにより、水処理施設の稼働状態が安定し、メンテナンスの頻度が低減される。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る破砕機１は、ハウジング２と蓋体３を備える。蓋体３には、固定刃部材４と回転刃部材５が設けられている。

ハウジング２は、上端開口部６を有する中空円筒状に形成されている。上端開口部６は水平面に対して傾斜している。上端開口部６の端面にはシール部材７が取り付けられている。上端開口部６の周囲には鍔部８が延在している。ハウジング２の外周面には、流入口を有する第１筒部９と、排出口を有する第２筒部１０とがそれぞれ接続されている。第１筒部９と第２筒部１０とはハウジング２の外周面のほぼ反対側に形成されている。ハウジング２の内周面には環状部１１が形成されている。環状部１１は上端開口部６と平行であり、水平面に対して傾斜している。すなわち、第１筒部９から第２筒部１０に向かう流動物の流れ方向下流側に向かうに従って徐々に下方側へと傾斜しており、ここでは水平面とのなす角度が約３０°となっている。これにより、流動物の流動を適度に滞留させながら流動状態を過度に妨げることがない。環状部１１によって形成された円形の連通口１１ａは、後述する蓋体３に取り付けた固定刃部材４によって閉鎖される。これにより、ハウジング２内は、流動物が流入する第１空間１２と、破砕された固形物を排出するための第２空間１３とに区画される。固形物の破砕前の流動物が流入する第１空間１２は、破砕後の流動物が流出する第２空間１３に比べて内容積が大きく設定されている。これにより、大きな石等の破砕できない固形物が流入しても、第１空間１２の下方側で貯留させることができ、固定刃部材４と回転刃部材５による切断領域へと供給されてこれらを破損させないようになっている。

蓋体３は、蓋部１４と筒部１５からなる。蓋部１４は筒部１５から外周側に延在し、ハウジング２の上端開口部６の鍔部８に設けたシール部材７に当接する。蓋部１４の外面中央部分にはモータ１６が取り付けられている。筒部１５は先端面が開口し、そこには固定刃部材４が固定されている。蓋体３でハウジング２の上端開口部６を閉鎖した状態で、筒部１５の一端の第１流通口１７ａは第１空間１２に連通し、筒部１５の外周面に形成した第２流通口１７ｂは第２筒部１０に連通する。モータ１６の回転軸は、軸封１８を介して蓋部１４を貫通し、筒部１５の中心を延び、さらに固定刃部材４の中心を貫通している。

図３に示すように、固定刃部材４は、平面視円形状で、内径側環状部１９と外径側環状部２０との間に複数の開口部２１が形成されている。開口部２１は、内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かって螺旋状に延びる複数の第１フレーム部２２と、この第１フレーム部２２を連結するように内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かって螺旋状に延びる複数の第２フレーム部２３とによって形成されている。開口部２１は、基本的には平面視略四角形で、各角部が円弧状に形成されている。但し、最も内径側に位置する開口部２１は平面視略三角形となっている。第１フレーム部２２と第２フレーム部２３の詳細については後述する。

図４に示すように、回転刃部材５は、回転刃支持部２４と、この回転刃支持部２４に支持される回転刃要素２５とを備える。

回転刃支持部２４は、モータ１６の回転軸２６の軸心方向に沿ってスライド可能に取り付けた支持プレート２７を備える。回転軸２６の先端にはヘッダ２８が固定されている。支持プレート２７とヘッダ２８の間にはスプリング２９が配置されている。支持プレート２７は、スプリング２９によって軸心方向に沿ってモータ１６側に付勢されている。支持プレート２７は、軸心から周方向に３等分で径方向に延びるアーム部２７ａを有する。アーム部２７ａには、モータ１６側の対向面に径方向に延び、円弧状に窪んだ溝部３０がそれぞれ形成されている。

各回転刃要素２５は、円弧面３１と回転側摺接面３２を有する。回転刃要素２５は、円弧面３１がアーム部２７ａの溝部３０の底面に対向するようにして溝部３０に配置され、アーム部２７ａには支軸２５ａを中心として揺動自在に支持されている。回転側摺接面３２は、アーム部２７ａの対向面から突出し、固定刃部材４の固定側摺接面３３に沿って摺接可能となっている。

このように、回転刃部材５では、支持プレート２７がスプリング２９によってモータ１６側に付勢され、回転刃要素２５が支持プレート２７のアーム部２７ａに揺動可能に支持される刃圧調節機構を備えている。具体的な刃圧調節機構の働きについては後述する。

回転刃要素２５の回転側摺接面３２の両縁は回転刃（第１回転刃３２ａ，第２回転刃３２ｂ）である。回転刃要素２５には、図５に示すように、厚み方向の所定位置から回転側摺接面３２に向かって徐々に幅寸法が大きくなる拡張部３４が形成されている。これにより、回転刃３２ａ，３２ｂが形成される両側部は鋭角になり、直角に形成されただけのものに比べて優れた切れ味を発揮させる。また、拡張部３４の範囲内であれば、回転側摺接面３２が摩耗しても、回転刃３２ａ，３２ｂは尖ったままであり、所望の切れ味を維持する。

ここで、図３に戻って、固定刃部材４の第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３について詳細に説明する。

第１フレーム部２２は、内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かって、図中反時計回り方向に延びている。第１フレーム部２２は、その幅方向中心位置が固定刃部材４の中心から延びる、極座標の方程式ｒ＝ａθ（ｒ：固定刃部材４の中心からの距離（半径）、ａ：正の定数、θ：偏角）を満足するアルキメデス螺旋Ａｓに沿っている。同一形状に形成された３つの第１フレーム部２２が、回転方向に位相をそれぞれ１２０度ずつずらして配置されている。これら第１フレーム部２２は、外径方向成分に比べて周方向成分が大きい基本フレーム部を構成している。なお、第１フレーム部２２の両側縁は、アルキメデス螺旋Ａｓと必ずしも平行に形成されていなくてもよく、図３では、後述する補正部３５によって幅寸法が変化している。

第２フレーム部２３は、周方向に複数配置され、内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かって、図３中、時計回り方向、つまり第１フレーム部２２とは周方向の向きが逆方向に延びている。各第２フレーム部２３は、その幅方向中心位置が極座標表示（ｒ，θ）でｒ＝ｂｅ^ｃθ（ｒ：固定刃部材５の中心からの距離（半径）、ｂ：正の定数、ｅ：ネイピア数、ｃ：定数、θ：偏角）と表される対数螺旋ｌｓに沿って形成されている。隣り合う一対の第１フレーム部２２の間の領域について見ると、各第２フレーム部２３は、内径側環状部１９側から外径側環状部２０側に向かってそれぞれ回転方向の位相が異なる対数螺旋ｌｓに沿って形成されている。そして、一対の第１フレーム部２２と、周方向に隣り合う第２フレーム部２３とによって区画される開口部２１の開口面積がほぼ同じとなっている。開口部２１の開口面積をほぼ同じとすることで、いずれの開口部２１でも固形物の通過量や通過可能なサイズを統一できるので、切断後の固形物のサイズにばらつきが生じにくい。

第２フレーム部２３は、周方向成分に比べて外径方向成分が大きい切断フレーム部を構成している。第２フレーム部２３は、固定刃部材４の一方の面から他方の面に向かって徐々に幅寸法が大きくなるように傾斜している。他方の面が固定側摺接面３３であり、開口部２１の縁が固定刃として機能する。基本的には、周方向に離れた２つの縁が固定刃である。そして、後述する回転刃部材５の回転方向によっていずれか一方の固定刃が、固形物を切断する切刃として機能する。

回転刃部材５が、図３中、時計回り方向に回転している場合、第２フレーム部２３の一方の縁（時計回りで回転する回転刃要素２５が接近してくる方向側に位置する縁）が切刃（第１固定刃３３ａ）となる。逆に、回転刃部材５が、反時計回り方向に回転している場合、第２フレーム部２３の他方の縁（反時計回りで回転する回転刃要素２５が接近してくる方向側に位置する縁）が切刃（第２固定刃３３ｂ）となる。そして、平面視で、第１固定刃３３ａと回転刃要素２５の第１回転刃３２ａとの成す角度（はさみ角）は、直線と対数螺旋が交差する構成であるので、いずれの位置でも切刃同士の成す角度が切れ味のよい角度範囲（２５°～３５°、好ましくは、３０°）となっている。また、第２固定刃３３ｂと回転刃要素２５の第２回転刃３２ｂとの成す角度も、いずれの位置でも切刃同士の成す角度が切れ味のよい角度範囲（２５°～３５°、好ましくは、３０°）となっている。

図５に示すように、第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３は、回転刃要素２５と摺接する固定側摺接面３３から反対側の面に向かって徐々に開口部２１の開口面積を広げるように、開口部２１を構成する側面が傾斜面で構成されている。これにより、回転刃要素２５と同様に、固定側摺接面３３が摩耗したとしても、固定刃３３ａ，３３ｂは尖った状態に維持される。

回転刃部材５の回転中心からの半径をｒとするとき、前記回転刃要素２５の回転刃３２ａ，３２ｂと前記固定刃部材４の第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３との周方向の摺接距離Ｌは、次式（１）及び（２）を満足するように設計されている。
ｄ－α≦Ｌ≦ｄ＋β…（１）
ｄ＝ｍｒ＋ｎ …（２）
ｄ：前記第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３が半径ｒの同一円周上で占有すべき理想値（ｍ、ｎは定数）
α：理想値ｄからの下方許容差
β：理想値ｄからの上方許容差

理想値ｄは、式（２）で示す通り、径方向に沿って一定割合で変化するように設計されている。値ｍが摺接距離Ｌの変化比率である。ｍがマイナスの値であれば、回転刃要素２５の摺接距離Ｌは内径側から外径側に向かって一次関数的に小さくなる。一方、ｍがプラスの値であれば、回転刃要素２５の摺接距離Ｌは内径側から外径側に向かって一次関数的に大きくなる。そして、ｍの値が０に近ければ近いほど、摺接距離Ｌは径方向の位置の違いに拘わらず均一となる。ｎは、径方向で周方向の摺接距離Ｌにばらつきがない場合の摺接距離Ｌを示す。

長期に亘って回転刃部材５を使用すれば、この摺接距離Ｌの理想値ｄの変化に応じて、固定刃部材４の表面と回転刃要素２５の回転側摺接面３２の摩耗量が変化する。但し、摩耗量は、従来のように、径方向で摩耗量が大きい部分と小さい部分とが交互に現れることがなく、径方向に向かって同一か一定割合で変化するものとなる。ところで、回転刃部材５には刃圧調節機構が設けられている。すなわち、回転刃部材５の回転刃要素２５は、揺動可能に支持されると共にスプリング２９で付勢されている。このため、一定割合で摩耗量が変化した場合には、回転刃要素２５は傾斜角度を変化させ、固定刃部材４の表面に対して常に一定の圧力で押しつけられた状態で摺接し続けることになる。この結果、固定刃部材４又は回転刃要素２５は、いずれか一方が摩耗しきるまで切れ味を維持することができる。なお、理想値ｄが径方向のいずれの位置であっても同一値となれば（ｍ＝０）、回転刃要素２５が傾斜することはない。但し、径方向の位置の違いによって周方向の摺接距離Ｌに多少のばらつきが発生することは避けられない。そこで、この範囲であれば切断作業を行う上で支障のない値として、理想値ｄからの下方許容差α及び上方許容差βを設定している。

また、内径側環状部１９と外径側環状部２０の近傍では、理想的な摺接距離Ｌを得ることが難しいし、この位置で固形物が切断されることも少ない。そこで、摺接距離Ｌが式（１）を満足する固定刃部材４の範囲Ｘを、次式を満足する範囲とするのが好ましい。
Ｒmin＋（Ｒmax－Ｒmin）×０．１≦Ｘ≦Ｒmax－（Ｒmax－Ｒmin）×０．１
Ｒmin：最も内側に位置する開口部２１を構成するフレーム部の最小外半径寸法
Ｒmax：最も外径側に位置する開口部２１を構成するフレーム部の最大内半径寸法
すなわち、Ｒmaxの位置から内径側と、Ｒminの位置から外径側とで、ＲmaxとＲminの差の１０％の範囲を除いた領域を範囲Ｘとしている。

さらに、初期設計時において、前記式（１）を満足しつつ、各開口部２１の開口サイズがほぼ同じになるように螺旋の方程式等を用いて各フレーム部を設計しようとしたとしても、固定刃部材４の中心から外径に向かう径方向に於ける回転刃部材５の各位置での摺接距離Ｌには、図６中、１点鎖線のグラフで示すようにばらつきが発生し、前記式（１）を満足しない場合がある。そこで、図７に示すように、主に、基本フレーム部である、固定刃部材４の第１フレーム部２２と、場合によっては第２フレーム部２３の一部（第１フレーム部２２との接続部分）に補正部３５を形成するのが好ましい。

補正部３５は、主として第１フレーム部２２（必要に応じて第２フレーム部２３）の幅寸法を大きくする肉盛部３６と、逆に小さくする減肉部３７とからなる。肉盛部３６は、初期設計時の摺接距離Ｌが理想値ｄよりも短い部分に設ける。肉盛部３６は後に追加してもよいが、固定刃部材４の形成当初から設けておくこともできる。また減肉部３７は、初期設計時の摺接距離Ｌが理想値ｄよりも長い部分に設ける。減肉部３７は、穴であってもよいし、固定側摺接面３３に形成した凹部であってもよい。要は、固定側摺接面３３に、回転側摺接面３２と接触する接触面と、接触しない非接触面とを形成できる構成であればよい。これにより、図６中、２点鎖線のグラフで示す理想値でのグラフに近づくように、摺接距離Ｌのばらつきを抑制することが可能となる。

各開口部２１の開口面積がほぼ同じで、摺接距離Ｌが前記式（１）の範囲内に近づくように、固定刃部材４の基本的な構成を第１フレーム部２２と第２フレーム部２３とで初期設計した後、必要に応じて肉盛部３６と減肉部３７を設けるようにすれば、容易に式（１）を満たすことができる。そして、長期に亘って使用しても、摺接距離Ｌを径方向に亘って同一又は一定割合で変化させることができる。したがって、回転刃要素２５を、一端から他端に向かって同一又は一定割合で変化するように摩耗させることができる。

前記構成からなる破砕機の動作について説明する。

上流側から汚泥等の流動物がハウジング２の第１空間１２に流入すれば、モータ１６を駆動して回転刃部材５を、図３中、時計回り方向に正回転させる。これにより、流動物に含まれる被切断物すなわち固形物は、固定刃部材４の各開口部２１を通過する際、回転刃要素２５の第１回転刃３２ａと固定刃部材４の第１固定刃３３ａとによって切断される。固形物を切断された流動物は第２空間１３へと流入し、その後下流側へと流動する。

固形物の切断では、前述のように、回転刃要素２５の第１回転刃３２ａと、固定刃部材４の第１固定刃３３ａとが、径方向の位置の違いに拘わらず理想的な角度を成している。このため、いずれの位置であっても適切な切れ味で固形物を切断できる。しかも、開口部２１の開口面積は、主に切断に寄与する領域で、ほぼ同じとなるように設計されている。このため、いずれの開口部２１であっても通過できる固形物の量及び通過可能なサイズをほぼ同じとして安定させることができる。したがって、固形物の切断後の最小サイズをほぼ均一化することが可能となる。このように、いずれの開口部２１を通過する固形物であっても、第１回転刃３２ａと第１固定刃３３ａによる切れ味が良好であり、しかも通過量が制限されているため、細かく均一サイズに裁断することができ、詰まり等の不具合を発生させることがない。

破砕機１を長期に亘って使用していると、回転刃要素２５の回転側摺接面３２及び固定刃部材４の固定側摺接面３３が摩耗してくる。回転刃要素２５の回転側摺接面３２では、摺接距離Ｌが長い部分の摩耗量が大きくなる。一方、固定刃部材４の固定側摺接面３３では、摺接距離Ｌが長い部分の摩耗量が小さくなる。しかしながら、固定刃部材４の第１フレーム部２２と第２フレーム部２３とは前述のように設計されている。このため、摺接距離Ｌが径方向に同一又は均一（一次関数的）に変化する。

摺接距離Ｌが径方向に同一又は均一に変化すると、回転刃要素２５の摩耗量は、一端から他端にかけて同一又は一定割合で変化する。回転刃要素２５がこのように摩耗すれば、回転側摺接面３２が固定刃部材４の固定側摺接面３３に沿うように変位し、従来のように波打つことがない。回転刃要素２５は、支軸２５ａを中心として揺動自在に支持されている。また、回転刃要素２５は、スプリング２９によって固定刃部材４に向かって付勢されている。したがって、回転刃要素２５の回転側摺接面３２を固定刃部材４の固定側摺接面３３に沿わせることができる。この結果、固形物の切断に支障を来すことなく、長期に亘って使用可能となる。

回転刃要素２５の回転側摺接面３２及び固定刃部材４の固定側摺接面３３は摩耗することにより、両部材を研磨したのと同様な効果を得ることができる。すなわち、研磨によるメンテナンスを必要とすることなく第１固定刃３３ａ及び第１回転刃３２ａに所望の切れ味を維持させることができる。

回転刃要素２５の第２回転刃３２ｂと固定刃部材４の第２固定刃３３ｂとによる切断に定期的に切り替えられることにより、第１固定刃３３ａ及び第１回転刃３２ａと、第２固定刃３３ｂ及び第２回転刃３２ｂの摩耗量を均一にすることができる。第２回転刃３２ｂと第２固定刃３３ｂの傾斜角度も、第１回転刃３２ａと第１固定刃３３ａと同様に一定角度に維持されるように構成されている。したがって、固形物の切断を理想的な状態で行うことができる。回転刃部材５を逆回転させる場合でも、正回転させる場合と同様に、周方向の摺接距離Ｌが径方向に同一又は均一に変化するため、回転刃要素２５の回転側摺接面３２の摩耗状態が、一端から他端に向かって同一又は均一に変化することになる。したがって、回転刃要素２５の回転側摺接面３２を固定刃部材４の固定側摺接面３３に対して常に沿わせることができる。この場合も、研磨によるメンテナンスを必要とすることなく、第２固定刃３３ｂ及び第２回転刃３２ｂに所望の切れ味を維持させることができ、長期に亘って切断作業を実行できる。

第１固定刃３３ａ及び第１回転刃３２ａと、第２固定刃３３ｂ及び第２回転刃３２ｂの両方の組み合わせについて摩耗が規定量まで進行すれば、回転刃部材５から回転刃要素２５を取り外し、固定刃部材４及び回転刃要素２５を交換する。

なお、固定刃部材４及び回転刃要素２５の規定量すなわち交換が必要な程度まで摩耗が進行したか否かは、例えば、固形物の切断状態を目視によって判断するようにしてもよいし、単に破砕機１の総運転時間を測定することにより、その測定時間が予め設定した時間に到達することにより自動的に判断するようにしてもよい。
また、本実施形態に係る固定刃部材４及び回転刃部材５によれば、固形物の切断で両部材の表面が一様に摩耗するため、基本的にはメンテナンスは不要であるが、万一摩耗量に径方向でばらつきが発生すれば、取り外して研磨すれば切れ味を回復させることができる。

前記実施形態に係る破砕機１によれば、次のような効果が得られる。
（１）固定刃部材４の第１フレーム部２２と第２フレーム部２３とが式（１）及び式（２）を満足するように設計されている。このため、径方向の位置の違いに拘わらず、回転刃部材５と固定刃部材４の周方向の摺接距離Ｌが同一又は均一となる。そして、回転刃要素２５の摩耗状態も、同一又は一端から他端に向かって一定割合で変化する。したがって、回転刃要素２５の回転側摺接面３２が摩耗しても、固定刃部材４の固定側摺接面３３に沿わせることができ、長期に亘ってメンテナンスを必要とすることなく使用できる。
（２）各第２フレーム部２３が異なる対数螺旋に沿うように形成され、回転刃要素２５が径方向に延びる直線に沿って形成されている。このため、切刃同士が成すはさみ角を、いずれの位置であっても切れ味のよい適切な角度に設定することができる。
（３）第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３の一部に補正部３５を設けるようにしたので、より一層、回転刃要素２５と固定刃部材４との周方向の摺接距離Ｌのばらつきを抑制できる。
（４）固定刃及び回転刃が鋭角になるように傾斜した部分を形成したので、固定刃部材４の固定側摺接面３３あるいは回転刃要素２５の回転側摺接面３２が摩耗したとしても、長期に亘って切れ味を確保できる。
（５）各開口部２１の開口面積がほぼ同じになるように構成したので、通過する固形物をいずれの開口部２１でも同様に切断できる。したがって、切断された固形物のサイズを安定させて詰まり等の不具合の発生を抑制できる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、第１フレーム部２２を反時計回り方向、第２フレーム部２３を時計回り方向に延びる螺旋状に形成するようにしたが、周方向の同じ方向に向かって螺旋状に延びる構成としてもよい。

前記実施形態では、第１フレーム部２２と第２フレーム部２３を螺旋状に形成するようにしたが、これに限らず、互いに連結されて開口部２１を形成できる構成であればよい。例えば、開口部２１を六角形状に形成したハニカム構造や、複数の丸穴を形成したものや、メッシュ状のもの等の他の構成とすることもできる。この場合でも，前記式（１）及び（２）を満足するように、開口部２１の大きさを変更したり、肉盛部３６や減肉部３７の補正部３５を形成したりすればよい。

前記実施形態では、回転刃部材５の回転刃３２ａ，３２ｂの両縁を直線状に形成したが、凸状又は凹状に湾曲した形状とすることもできる。この場合、固定刃部材４の固定刃に対して回転刃部材５の回転刃３２ａ，３２ｂが切れ味のよい所定角度を成すように設計するのが好ましい。

前記実施形態では、固定刃部材４を、第２フレーム部２３が対数螺旋に沿う一定幅寸法の構成としたが、次のように構成することもできる。

図８では、第２フレーム部２３の中心線は、内径側から外径側に向かって時計回り方向に対数螺旋に沿って延びてはいるものの、その両側縁すなわち第１固定刃３３ａと第２固定刃３３ｂとで平面視での湾曲形状が相違している。回転刃要素２５と第２フレーム部２３はある厚みを有しているため、その両縁が中心線からずれていることを考慮して、第１固定刃３３ａと第２固定刃３３ｂのいずれであっても、第１回転刃３２ａと第２回転刃３２ｂとの間のはさみ角が切れ味のよい角度範囲（２５°～３５°）のうち、より切れ味のよい角度（３０°）に近づくようにその形状が決定されている。この場合、回転刃部材５が正回転及び逆回転することを考慮して、第１固定刃３３ａと第１回転刃３２ａ、又は、第２固定刃３３ｂと第２回転刃３２ｂのいずれの組み合わせでも同じはさみ角が得られるように第１固定刃３３ａと第２固定刃３３ｂの形状を相違させるのが好ましい。図８では、第１回転刃３２ａと第１固定刃３３ａとが交差点（切断点）で成す角度θ１と、第２回転刃３２ａと第２固定刃３３ｂとが交差点で成す角度θ２が、交差点の位置がいずれの位置であったとしてもそれぞれ約３０°となるように、第１固定刃３３ａと第２固定刃３３ｂの形状が設計されている。

図９では、第１固定刃３３ａと第２固定刃３３ｂの形状を相違させた図８に示す構成を採用しつつ、さらに第２固定刃３３ｂの中間位置を境に内径側と外径側とで、第２フレーム部２３の幅寸法を相違させた構成としている。すなわち、第２フレーム部２３の幅寸法を、中間位置から外径側で幅狭とし、第１固定刃３３ａを第１内径側固定刃３３ａ１と第１外径側固定刃３３ａ２とに分けている。これにより、開口部２１の開口面積が小さくなってしまうことを防止している。

前記実施形態では、固定刃部材４を、第１フレーム部２２及び第２フレーム部２３に補正部３５を有する構成としたが、補正部３５を不要とする次の構成とすることもできる。

図１０では、第１フレーム部２２が、固定刃部材４の中心に対して同心円弧状に位置すると共に、内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かうに従って、各開口部２１を形成する領域で、径方向外側へと位置をずらせるように構成されている。すなわち、最も内径側に位置する第１開口部２１ｂの外径側に位置する第１フレーム部２２の第１領域２２ａは、隣り合う２つの第２フレーム部２３に挟まれた区間内において、固定刃部材４の中心に対して同一円周上に形成されている。第１開口部２１ａに対して周方向に隣接する第２開口部の外径側に位置する第１フレーム部２２の第２領域２２ｂは、第１領域２２ａに対して径方向外側に第１領域２２ａの幅寸法分だけ位置がずれている。以下、周方向に隣接する第ｎ開口部２１ｎの外径側に位置する第１フレーム部２２の第ｎ領域２２ｎは、第（ｎ－１）領域２２ｎ－１に対して径方向外側に第（ｎ－１）領域２２ｎ－１の幅寸法分だけ位置がずれている。なお、ここでは第１フレーム部２２の幅寸法はいずれの位置でも同じであると共に、回転刃部材５の径方向のいずれの位置であっても、１回転する間に第１フレーム部２２を２本横切るように構成されている。また、第２フレーム部２３は、対数螺旋に沿って中心から外径側に向かって一続きであって、しかも同一幅で構成されている。以上により、回転刃要素２５の摺接距離Ｌは、径方向外側に向かうに従って一次関数的に増大させることができる。したがって、補正部３５を形成する必要がない。

図１１及び図１２では、径方向のいずれの位置であっても同一円周上に第１フレーム部２２が位置するように構成されている。

図１１では、第１フレーム部２２は、固定刃部材４の中心に対して同一円周上に位置しているが、図１０に示すものと同様に、周方向に隣り合う各第２フレーム部２３の間を連結する各部位は、周方向に向かって順次径方向外側に幅寸法分ずつ位置がずれている。第２フレーム部２３は、固定刃部材４の中心から径方向に延びる直線上に配置され、周方向に１２等分で配置されている。このため、径方向のいずれの位置であっても同一円周上に、第１フレーム部２２のいずれかの部位と、１２等分した各第２フレーム部２３とが位置することになる。このため、同一円周上に第２フレーム部２３が占有する長さが同一となり、第１フレーム部２２が占有する長さが外径側に向かって一次関数的に長くなる。したがって、固定刃部材４に対する回転刃部材５の摺接距離Ｌが内径側から外径側に向かって一次関数的に大きくなる。

図１２では、図１１に示す構成とは、第２フレーム部２３が側方（周方向の同じ側）に向かって平行に位置をずらして形成されている以外は同じである。これにより、固定刃部材４に対して回転刃要素２５が回転すると、固定刃と回転刃とが傾斜した状態で交差し、図１３に示すものと比較して開口部２１を通過する固形物を切断しやすくなる。

図１３及び図１４では、第２フレーム部２３が、径方向の位置の違いに拘わらず、同一円周上に位置する数が必ず同数となるように構成されている。第１フレーム部２２は、アルキメデス螺旋に沿って形成されている。一方、第２フレーム部２３は、隣り合う第１フレーム部２２同士を連結するように形成されているが、その形成場所や傾斜角度は同一円周上に位置する数が同数となるように設計されている。

図１３に、同一円周上に位置する第２フレーム部２３の数が常に６となる例を示す。ここでは、周方向に３等分で第１フレーム部２２が形成されている。第１フレーム部２２は、内径側環状部１９から外径側環状部２０に向かうに従って、徐々に径方向成分に比べて周方向成分が大きくなり、かつ、徐々に幅寸法が狭くなるように形成されている。第２フレーム部２３は、隣接する第１フレーム部２２の間、及び、第１フレーム部２２と外径側環状部２０の間の７箇所、合計２１箇所に設けられている。また、第２フレーム部２３が延びる方向は、その幅方向の中心線が固定刃部材４の中心あるいはその近傍を通るように形成されている。そして、同一円周上には、３つの第１フレーム部２２の全てと、６つの第２フレーム部２３とが常に位置するように構成されている。第１フレーム部２２は、内径側での幅寸法が大きく、外径側での幅寸法が小さくなっているが、回転刃要素２５の径方向のいずれの位置であっても、回転刃要素２５が１回転する間に、回転刃要素２５と第１フレーム部２２とが摺接する距離は同一となるように設計されている。これにより、第１フレーム部２２では、基本的には補正部３５を形成する必要がない。但し、第１フレーム部２２や第２フレーム部２３の形状や数の違いによっては必ずしも同一円周上の長さを径方向のいずれでも同一とはできないこともある。その場合には、必要に応じて補正部３５を設けるようにすればよい。

図１４に、同一円周上に位置する第２フレーム部２３の数が常に３となる例を示す。第１フレーム部２２は、図１１に示すものと同様な構成である。また、第２フレーム部２３は、隣接する第１フレーム部２２の間、及び、第１フレーム部２２と外径側環状部２０の間の３箇所、合計９箇所に数が減らされている以外は図１１に示すものと同様な構成である。

前記実施形態では、破砕機１を下水処理設備に採用する場合について説明したが、畜産業に於けるサイレージ設備に送る飼料作物や、バイオガス発電の燃料となる家畜の糞尿や木質廃材となどの生物資源を破砕する場合にも採用することができる。

前記実施形態では、固定刃部材４及び回転刃部材５に拡張部３４を設けるようにしたが、これを不要として、切れ刃の断面形状が直角となるように構成することもできる。回転刃部材５の回転方向を変更して切断を行い、第１固定刃３３ａ及び第２固定刃３３ｂのいずれもが摩耗すれば、固定刃部材４を裏返して反対側の面の切れ刃で切断を行うようにすればよい。

前記実施形態では、回転刃部材５に刃圧調節機構を設けるようにしたが、この刃圧調節機構は不要としてもよい。この場合、固定刃部材４及び回転刃部材５は破砕機１のメンテナンスの際に研磨するようにすればよい。

１…破砕機
２…ハウジング
３…蓋体
４…固定刃部材
５…回転刃部材
６…上端開口部
７…シール部材
８…鍔部
９…第１筒部
１０…第２筒部
１１…環状部
１２…第１空間
１３…第２空間
１４…蓋部
１５…筒部
１６…モータ
１７ａ…第１流通口
１７ｂ…第２流通口
１８…軸封
１９…内径側環状部
２０…外径側環状部
２１…開口部
２２…第１フレーム部
２３…第２フレーム部
２４…回転刃支持部
２５…回転刃要素
２６…ボス
２７…支持プレート
２８…ヘッダ
２９…スプリング
３０…溝部
３１…円弧面
３２…回転側摺接面
３２ａ…第１回転刃
３２ｂ…第２回転刃
３３…固定側摺接面
３３ａ…第１固定刃
３３ｂ…第２固定刃
３４…拡張部
３５…補正部
３６…肉盛部
３７…減肉部

Claims (9)

1. 複数の開口部を形成された板状のフレームを備え、前記フレームの一方の面で、前記開口部を区画する縁の一部を固定刃とする固定刃部材と、
   前記固定刃部材の一方の面に沿って回転し、前記固定刃との間で被切断物を切断する回転刃を有する回転刃部材と、
   を備え、
   前記回転部材は、前記固定刃部材の表面に対する傾斜角度又は間隔の少なくともいずれかを調整可能であり、
   前記回転刃部材の回転中心からの半径をｒとするとき、前記回転刃部材の回転刃と前記固定刃部材のフレームとの周方向の摺接距離Ｌは、
   ｄ－α≦Ｌ≦ｄ＋β…（１）
   ｄ＝ｍｒ＋ｎ …（２）
   ｄ：前記フレームが半径ｒの同一円周上で占有すべき理想値（ｍ、ｎは定数）
   α：理想値ｄからの下方許容差
   β：理想値ｄからの上方許容差
   を満足する、破砕機。
2. 前記摺接距離Ｌが式（１）を満足する前記固定刃部材の範囲Ｘは、
   Ｒmin＋（Ｒmax－Ｒmin）×０．１≦Ｘ≦Ｒmax－（Ｒmax－Ｒmin）×０．１
   Ｒmin：最も内側に位置する開口部を構成するフレーム部の最小外半径寸法
   Ｒmax：最も外径側に位置する開口部を構成するフレーム部の最大内半径寸法
   を満足する、請求項１に記載の破砕機。
3. 前記フレームは、前記回転刃の回転中心側から外径方向に向かって周方向の一方に螺旋状に延びる複数の第１フレーム部と、前記回転刃の回転中心側から外径方向に向かって周方向の他方に螺旋状に延び、前記第１フレーム部を連結する複数の第２フレーム部と、を備える、請求項１又は２に記載の破砕機。
4. 前記フレームは、前記式（１）を満足するように前記摺接距離Ｌを補正する補正部を備える、請求項３に記載の破砕機。
5. 前記補正部は、前記摺接距離Ｌを増大させる肉盛部を有する、請求項４に記載の破砕機。
6. 前記補正部は、前記摺接距離Ｌを減少させる減肉部を有する、請求項４又は５に記載の破砕機。
7. 前記第１フレーム部は、外径方向成分に比べて周方向成分が大きい基本フレーム部であり、前記第２フレーム部は、周方向成分に比べて外径方向成分が大きい切断フレーム部であり、前記補正部は、前記切断フレーム部との接続部分を含む前記基本フレーム部に形成されている、請求項４から６のいずれか１項に記載の破砕機。
8. 前記回転刃部材は、回転刃支持部と、前記回転刃支持部に支軸を中心として揺動可能に支持される回転刃要素とを備え、前記回転刃要素は、前記固定刃部材の表面に対する傾斜角度を調整可能である、請求項１から７のいずれか１項に記載の破砕機。
9. 前記回転刃部材は、さらに、前記回転刃要素を前記固定刃部材の表面に対して接離可能に支持し、前記回転刃要素を前記固定刃部材の表面に対して付勢する付勢部を備える、請求項８に記載の破砕機。

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