(57)【要約】【課題】簡素な水冷構造で歯の寿命の向上が可能な歯付き回転軸を提供する。【解決手段】歯付き回転軸の一例である鬼歯破砕軸１は、軸本体２と、歯３と、通水路である筒状空間８と、穴４と、を備える。歯３は、軸本体２の外周から突出する。筒状空間８は、軸本体２の軸心に沿って設けられる。穴４は、筒状空間８に開口し、筒状空間８から歯３の内部に延びる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸本体と、
前記軸本体の外周から突出する歯と、
前記軸本体の軸心に沿って前記軸本体の内部に設けられた通水路と、
前記通水路に開口し、前記通水路から前記歯の内部に延びる穴と、を備えた、歯付き回転軸。
【請求項２】
請求項１に記載の歯付き回転軸であって、
前記穴は真直ぐに延びる、歯付き回転軸。
【請求項３】
請求項２に記載の歯付き回転軸であって、
前記穴は前記軸本体の径方向に延びる、歯付き回転軸。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の歯付き回転軸であって、
前記穴の延びる方向に垂直な断面での断面形状は円形である、歯付き回転軸。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の歯付き回転軸であって、
前記通水路は、
前記軸本体の軸心に沿って形成された貫通孔であって、周面に前記穴が開口する貫通孔と、
前記貫通孔の内部に設けられた内管であって、前記貫通孔の一方端から、前記歯が配置されている領域を超える位置まで延びる内管と、
前記貫通孔の他方端を塞ぐ栓と、を含む、歯付き回転軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸本体と、軸本体の外周から突出する歯と、を備えた歯付き回転軸に関する。特に、本発明は、歯付き回転軸の軸回りの回転に伴って歯が繰り返し高温の被処理物とぶつかる、歯付き回転軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯付き回転軸は様々な技術分野で用いられる。例えば、鉄鋼分野におけるドワイトロイド式の焼結機では、赤熱した焼結鉱が連続的に生成されて排鉱部に送られる。排鉱部は、焼結鉱の塊（焼結ケーキ）を受け入れて一次破砕する。一次破砕の際、鬼歯破砕軸と称される歯付き回転軸が用いられる。鬼歯破砕軸は、グリズリと称される篩の上方に水平に配置され、軸回りに回転する。篩は、水平面内に配列された複数のグリズリバーを有する。隣接するグリズリバーの間に隙間（以下「スリット」とも言う。）が設けられ、回転する鬼歯破砕軸の破砕歯（鬼歯、以下単に「歯」とも言う。）がスリットの位置に配置されている。回転する鬼歯破砕軸の歯が篩のスリットを繰り返し通過する。排鉱部に送られた高温の焼結鉱の塊は、鬼歯破砕軸の歯によって破砕される。つまり、鬼歯破砕軸による高温の被処理物は焼結鉱である。
【０００３】
このような焼結機において、鬼歯破砕軸の歯は繰り返し高温の焼結鉱とぶつかる。そのため、鬼歯破砕軸の歯、特にその歯先は摩耗し易い。歯の摩耗が著しくなれば、鬼歯破砕軸を交換しなければならない。破砕効率が低下するからである。鬼歯破砕軸の交換作業は大掛かりであり、鬼歯破砕軸の製造コストは極めて高い。したがって、鬼歯破砕軸の寿命向上が強く求められる。通常、摩耗対策の１つとして、鬼歯破砕軸の歯先は、耐熱性を有する硬い金属で鋳ぐるみされている。さらなる摩耗対策として、鬼歯破砕軸の歯の水冷化が実施されている。
【０００４】
例えば実公昭５８−１４９８９号公報（特許文献１）は、水冷構造を備えた鬼歯破砕軸を開示する。特許文献１に開示された鬼歯破砕軸は、軸心に給排水用穴を有する。鬼歯軸の外周には、歯の下端に位置するように軸長手方向に溝が設けられる。溝は溝の両端で給排水用穴に連通する。溝内には、給排水を仕切る遮断壁が設けられる。溝を蓋被するように蓋が設けられる。蓋は、歯の設置位置に歯の内部空間に連通する給排水穴を備える。蓋の給水穴には、歯の内部空間に突出する給水パイプが取り付けられる。
【０００５】
特許文献１に開示された鬼歯破砕軸によれば、蓋が被せられた溝内を水が流れる。その際、歯の下端に達した水は、遮断壁によって堰き止められる。そのため、この水は、蓋の給水穴に流入し、さらに給水パイプを通じて当該歯の内部空間に溢流する。当該歯の内部空間に溢流した水は、蓋の排水穴から遮断壁の下流の溝に流出する。このように歯の内部を水が一方向に流通する。その過程で歯が冷却される。これにより、鬼歯破砕軸の歯の寿命向上が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公昭５８−１４９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された鬼歯破砕軸の水冷構造は極めて複雑である。そのため、鬼歯破砕軸の製造コストは必然的に高くなる。したがって、鬼歯破砕軸のように歯が繰り返し高温の被処理物とぶつかる歯付き回転軸において、製造コストを抑えつつ、歯の寿命の向上を図ることは難しい。
【０００８】
本発明の１つの目的は、簡素な水冷構造で歯の寿命の向上が可能な歯付き回転軸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態による歯付き回転軸は、軸本体と、軸本体の外周から突出する歯と、軸本体の軸心に沿って軸本体の内部に設けられた通水路と、通水路に開口し、通水路から歯の内部に延びる穴と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態による歯付き回転軸によれば、簡素な水冷構造で歯の寿命の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、焼結機の排鉱部における焼結鉱の一次破砕の状況を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施形態の鬼歯破砕軸を含む排鉱部近辺の上面図である。
【図３】図３は、本実施形態の鬼歯破砕軸の縦断面図である。
【図４】図４は、図３の線IV−IVにおける断面図（横断面図）である。
【図５】図５は、破砕時点乃至破砕直後の横断面図である。
【図６】図６は、歯が下方を向く状態での横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明はそれらの例示に限定されない。
【００１３】
本発明の実施形態による歯付き回転軸は、軸本体と、歯と、通水路と、穴と、を備える。歯は、軸本体の外周から突出する。通水路は、軸本体の軸心に沿って軸本体の内部に設けられる。穴は、通水路に開口し、通水路から歯の内部に延びる。
【００１４】
典型的な例では、歯付き回転軸は、焼結機における焼結鉱の一次破砕で用いられる鬼歯破砕軸である。この場合、高温の被処理物は焼結鉱（焼結ケーキ）である。その他に、歯付き回転軸は、焼結鉱、石炭、鉱石、ガラス類、自動車等を破砕する２軸破砕機、一軸破砕機等の軸から突起している破砕歯の冷却にも適用可能である。突起している歯の形状は、一本の歯の形状から歪な円形断面をもった破砕歯でも構わない。歯の破砕点は、破砕エネルギーが集中するため高温となるので、常温の処理物の破砕にも効果が発揮でき、冷却すると期待寿命が延長できる。
【００１５】
歯の数は１つであってもよいし、１つ以上であってもよい。また、複数の歯が軸本体の周方向に配置されていてもよい。複数の歯が軸本体の長手方向に配置されていてもよい。
【００１６】
本実施形態の歯付き回転軸では、水が通水路を一方向に流通する。穴は通水路に開口しているため、通水路の水がその穴に充満する。歯付き回転軸が軸回りに回転すると、歯が高温の被処理物（例：焼結鉱（焼結ケーキ））とぶつかる。そのため、特に、歯先が被処理物から受熱し、歯先の温度が上昇する。これにより、歯内の穴に存在する水のうち、歯先に近い側の水の温度が上昇し、その水が高温水となる。その水は蒸気になる場合もある。一方、通水路に近い側の水は低温水のままである。そのため、歯内の穴において、歯先近傍の水と歯元近傍の水との間で温度の差が生じる。つまり、歯内の穴において、歯先近傍の高温水（蒸気を含む場合もある）と歯元近傍の低温水との間で密度の差が生じる。
【００１７】
そして、歯付き回転軸の回転に伴って、歯先近傍に高温水を有する歯は下向きの状態に至る。つまり、当該歯内の穴の歯先側は下向きの状態に至る。このとき、歯内の穴において、歯先近傍の高温水は、歯元近傍の低温水との密度差によって上昇し、歯元近傍の低温水は下降する。その結果、下降した低温水は歯内の穴の歯先側に到達する。一方、上昇した高温水は通水路に到達して排出されるとともに、通水路を流通する低温水が高温水の排出分だけ歯内の穴に供給される。
【００１８】
このとき、歯付き回転軸は回転しているため、歯内の穴において、歯元近傍の低温水には歯先近傍の高温水よりも大きい遠心力が作用する。その結果、歯元近傍の低温水及び通水路を流通する低温水が遠心力によって歯先側へ供給されるとともに、歯先近傍の高温水が通水路に排出される。この現象は、回転数が速いほど、遠心力が大きいほど大きくなる。遠心力によって、回転中心部の比重の大きい低温水が歯先側に送られ、歯先近傍の比重の小さい高温水と入れ替わるためである。
【００１９】
要するに、歯先の温度上昇と歯付き回転軸の回転により、歯内の穴に存在する高温水が通水路を流通する低温水と入れ替わる。その過程で歯が冷却される。これにより、歯付き回転軸の歯の経年劣化を抑制し寿命を向上することができる。しかも、水冷構造は、単に通水路と穴とによって構成されるため、簡素である。これにより、歯付き回転軸の製造コストを抑えることができる。
【００２０】
とりわけ、歯付き回転軸が鬼歯破砕軸である場合には、一般に、鬼歯破砕軸の回転速度は５〜７ｒｐｍ程度である。つまり、鬼歯破砕軸は比較的ゆっくりと回転し、歯は１０秒程度かけて元の位置に戻る。この場合、鬼歯破砕軸のゆっくりとした回転により、歯先近傍に高温水を含む歯が下向きの状態に至ったときに、高温水の上昇時間及び低温水の下降時間が十分に確保される。そのため、歯内の穴に対する水の入れ替えが促進する。
【００２１】
本実施形態の歯付き回転軸の典型的な例では、穴は真直ぐに延びる。この場合、歯内の穴に対する水の入れ替えが円滑になる。ただし、穴は多少曲がりながら延びていてもよい。もっとも、製造コストをより抑制する観点から、曲がりながら延びる穴よりも真直ぐに延びる穴のほうが好ましい。真直ぐに延びる穴は、例えばドリル加工等によって容易に形成できるからである。
【００２２】
穴の断面積は延びる方向の全域にわたって一定である。ただし、歯先に近付くにつれて、穴の断面積が縮小してもよいし、変化してもよい。
【００２３】
真直ぐに延びる穴の場合、穴は軸本体の径方向に延びることが好ましい。歯内の穴に対する水の入れ替えがより円滑になるからである。ただし、穴は軸本体の径方向に対して傾斜して延びてもよい。
【００２４】
本実施形態の歯付き回転軸の典型的な例では、穴の延びる方向に垂直な断面での断面形状は円形である。この場合、穴の周面が平滑であるため、水蒸気が穴に滞留し難く、歯内の穴に対する水の入れ替えが円滑になる。ただし、穴の断面形状は多角形（例：四角形）であってもよい。
【００２５】
本実施形態の歯付き回転軸の典型的な例では、通水路は、貫通孔と、内管と、栓と、を含む。貫通孔は、軸本体の軸心に沿って形成される。貫通孔の周面に上記穴（歯内の穴）が開口する。内管は、貫通孔の内部に設けられる。内管は、貫通孔の一方端から、歯が配置されている領域を超える位置まで延びる。栓は、貫通孔の他方端を塞ぐ。
【００２６】
この場合、貫通孔の一方端で通水路に対する水の供給及び排出を行える。具体的には、内管の一方端（貫通孔の上記一方端側に配置された端）から内管に水が供給される。内管に供給された水は、内管の他方端から貫通孔内に流出する。内管から流出した水は、栓によって堰き止められる。そのため、この水は、反転し、内管の外周面と貫通孔の周面とによって形成される筒状空間に流入する。この水は、筒状空間を一方向に流通し、貫通孔の一方端から排出される。要するに、内管に水が供給され、筒状空間から水が排出される。貫通孔の周面に歯内の穴が開口するため、歯内の穴と筒状空間（通水路）との間で水の入れ替えが行われる。
【００２７】
このような構成の通水路を有する歯付き回転軸は、通水路に対する水の供給及び排出を１箇所で行える点で有用である。例えば、軸本体の一方端（貫通孔の一方端側に配置された端）に給排水可能な回転継手を取り付け、この回転継手に給水管及び排水管を接続すればよい。この場合、軸本体の他方端には、歯付き回転軸に回転の動力を与える電動機が取り付けられる。この動力の伝達は、直結による伝達であってもよいし、ベルトやギアによる伝達であってもよい。
【００２８】
なお、上記構成の通水路を有する歯付き回転軸において、通水路での水の流れ方向は逆向きであってもよい。この場合、筒状空間に水が供給され、内管から水が排出される。また、上記構成の通水路を有する歯付き回転軸において、栓及び内管が無くてもよい。つまり、通水路は単なる貫通孔であってもよい。この場合、貫通孔の両端のうちのいずれか一方に水が供給され、他方から水が排出される。貫通孔は、径方向断面の外形状が円形であることが好ましいが、貫通孔の径方向断面の外形状は、多角形等の他の形状であってもよい。また、貫通孔の軸心は回転軸の軸心と一致していることが好ましいが、例えば、軸本体の径方向断面の断面積に対して貫通孔の径方向断面の断面積の大きさの比率によっては、貫通孔の軸心を回転軸の軸心と異ならせることも可能である。
【００２９】
以下に、本発明の歯付き回転軸について、その実施形態を詳述する。ここでは、歯付き回転軸として、焼結機における焼結鉱の一次破砕で用いられる鬼歯破砕軸を例に挙げる。
【００３０】
［焼結機］
図１は、焼結機の排鉱部における焼結鉱の一次破砕の状況を示す模式図である。図２は、本実施形態の鬼歯破砕軸を含む排鉱部近辺の上面図である。本明細書において、縦断面とは鬼歯破砕軸の軸本体の軸心を含む断面を意味する。横断面とは鬼歯破砕軸の軸本体の軸心と垂直な断面を意味する。特に断りがない限り、径方向、周方向及び長手方向は、鬼歯破砕軸の軸本体を基準とする。
【００３１】
図１を参照して、鬼歯破砕軸１は焼結機１０の排鉱部に配置される。ドワイトロイド式の焼結機１０では、無端軌道１１上に複数のパレット台車（図示省略）が配置される。無端軌道１１は、上方側の往路と、下方側の復路とを含む。複数のパレット台車により、連続した搬送コンベヤ状の火格子が構成される。無端軌道１１の往路の搬送終端が排鉱部となる。
【００３２】
往路におけるパレット台車の搬送に伴って、下記のプロセスが実施される。パレット台車上に原料（鉄鉱石及び粉コークス）を積載する。次に原料中の粉コークスに点火を行う。点火された原料は、連続した複数の風箱からなる負圧（概ね−１６００ｍｍＡｑ）の風箱群を通過する。これにより、原料中の粉コークスの燃焼が進み、原料中の鉄鉱石が加熱されて部分溶融する。その結果、赤熱した焼結鉱が生成される。排鉱部において、焼結ケーキＳＣは、順次、パレット台車から脱落する。焼結ケーキＳＣは、赤熱した焼結鉱の塊である。
【００３３】
図１及び図２を参照して、排鉱部には、鬼歯破砕軸１、及びスリット１２ａ付きの篩１２が配置される。さらに排鉱部には、案内板１３が配置される。案内板１３は、篩１２と無端軌道１１との間に配置され、傾斜面を有する。
【００３４】
篩１２は水平に配置される。篩１２は、複数のスリット１２ａを有する。複数のスリット１２ａは、パレット台車の搬送方向に延びる。複数のスリット１２ａは等間隔に配置される。
【００３５】
鬼歯破砕軸１は、篩１２の上方で水平に配置される。鬼歯破砕軸１の長手方向は、パレット台車の搬送方向と垂直な方向に一致する。鬼歯破砕軸１は、軸本体２と、複数の歯３とを備える。複数の歯３は、軸本体２の外周から突出する。複数の歯３は軸本体２の長手方向に等間隔に配置される。複数の歯３は、それぞれ、篩１２の対応するスリット１２ａの位置に配置される。さらに複数の歯３は軸本体２の周方向に等間隔に配置される。図１及び図２には、軸本体２の任意の横断面において、３つの歯３が１２０°間隔で配置された例が示される。軸本体２の任意の横断面において、４つの歯が９０°間隔で配置されてもよいし、５つ以上の歯が等間隔で配置されてもよい。また、歯３の突出方向は、長手方向で隣接する歯３同士で異なっている。具体的には、歯３の配置が長手方向で千鳥状になっている。歯３の配置が長手方向に整列していてもよい。歯３の歯先３ａは、鬼歯破砕軸１すなわち軸本体２の回転方向に膨出した形状となっている（図１参照）。
【００３６】
軸本体２は、その両端近傍の軸部２ｃ、２ｄをそれぞれ軸受け（図示省略）によって支持される。軸本体２の一方端２ａには、後述する回転継手（図示省略）が取り付けられる。軸本体２の他方端２ｂには、電動機（図示省略）が連結される。電動機からの動力により、軸本体２は軸回りに回転する。つまり、鬼歯破砕軸１は軸回りに回転する。回転する鬼歯破砕軸１の歯３は篩１２のスリット１２ａを繰り返し通過する。
【００３７】
図１を参照して、排鉱部において、パレット台車から脱落した焼結ケーキＳＣは、案内板１３上に落下して、鬼歯破砕軸１及び篩１２に導かれる。そして、鬼歯破砕軸１の歯３によって、焼結ケーキＳＣは破砕される。この破砕によって所定の大きさの焼結鉱ＳＯが得られる。焼結鉱ＳＯは、篩１２のスリット１２ａを通じて落下し、下方の容器に収容される。
【００３８】
ここで、鬼歯破砕軸１の歯３によって破砕される焼結ケーキＳＣは、６００℃以上に赤熱しており、部分的には９００℃以上に達する。そのため、破砕中、鬼歯破砕軸１の歯３は繰り返し高温の焼結鉱（焼結ケーキＳＣ）とぶつかる。そこで歯３の摩耗対策のため、本実施形態の鬼歯破砕軸１は下記の水冷構造を備える。
【００３９】
［鬼歯破砕軸の水冷構造］
図３は、本実施形態の鬼歯破砕軸の縦断面図である。図４は、図３の線IV−IVにおける断面図（横断面図）である。図５は、ある歯３が焼結ケーキＳＣを破砕する時点乃至破砕した直後に当該歯３が位置する状態での横断面図である。図６は、当該歯３が下方を向く状態での横断面図である。これらの図中、冷却用の水の流れを点線矢印で示す。
【００４０】
図３及び図４を参照して、鬼歯破砕軸１の軸本体２には、軸本体２の軸心に沿って、軸本体２の一方端２ａから他方端２ｂまでの全域にわたって貫通孔５が形成される。歯３の内部には、穴４が形成される。穴４は、貫通孔５の周面に開口し、歯３内の歯先の近くまで延びる。穴４は、径方向に真直ぐに延びる。また、穴４の延びる方向に垂直な断面での断面形状は円形である。穴４の断面積は延びる方向の全域にわたって一定である。
【００４１】
貫通孔５の内部には、内管６が設けられる。内管６は、貫通孔５の一方端５ａ（軸本体２の一方端２ａ側に配置された端）から、複数の歯３のうちで最も貫通孔５の他方端５ｂ（軸本体２の他方端２ｂ側に配置された端）側に配置された歯３の位置を超える位置まで軸本体２の軸心に沿って延びる。つまり、内管６は、貫通孔５の一方端５ａから、複数の歯３が配置されている領域を超える位置まで存在している。貫通孔５の他方端５ｂは、栓７によって塞がれる。貫通孔５の内部に内管６が配置されることで、内管６の一方端６ａ（貫通孔５の上記一方端５ａ側に配置された端）から他方端６ｂ（貫通孔５の上記他方端５ｂ側に配置された端）に亘って内管６を包囲するように筒状空間８が形成される。筒状空間８は穴４の夫々と筒状空間８の外周面において連通している。
【００４２】
軸本体２の一方端２ａには、冷却用の水を内管６に供給する給水管（図示省略）と、筒状空間８から水を排出する排水管（図示省略）とが接続されている。給水管及び排水管は、軸本体２の一方端２ａと回転継手（図示省略）を介して接続されている。回転継手によって、鬼歯破砕軸１を回転させても給水管から排水管までの流路が維持できる。給水管は、内管６の一方端６ａ（貫通孔５の上記一方端５ａ側に配置された端）に回転継手を介して連通する。一方、排水管は、回転継手を介して筒状空間８に連通する。
【００４３】
このような構成の水冷構造を備える鬼歯破砕軸１では、内管６の一方端６ａから内管６に水が供給される。内管６に供給された水は、内管６の他方端６ｂから貫通孔５内に流出する。内管６から流出した水は、栓７によって堰き止められる。そのため、この水は、反転し、筒状空間８に流入する。この水は、筒状空間８を一方向に流通し、貫通孔５の一方端５ａから排出される。要するに、内管６に水が供給され、筒状空間８から水が排出される。本実施形態では、歯３内の穴４は、軸本体２の軸心に設けられた筒状空間８に開口し、この筒状空間８が通水路になる。
【００４４】
穴４は筒状空間８に開口しているため、筒状空間８の水がその穴４に充満する。上記のとおり、破砕中、鬼歯破砕軸１が軸回りに回転し、歯３が高温の焼結ケーキＳＣとぶつかる。そのため、歯先３ａが焼結ケーキＳＣから受熱し、歯先３ａの温度が上昇する。これにより、図５に示すように、歯３内の穴４に存在する水のうち、歯先３ａに近い側の水の温度が上昇し、その水が高温水Ｖとなる。その水は蒸気になる場合もある。一方、筒状空間８に近い側の水は低温水のままである。
【００４５】
その後、鬼歯破砕軸１の回転に伴って、歯先３ａ近傍に高温水（蒸気を含む場合もある）を有する歯３は下向きの状態に至る。このとき、図６に示すように、歯３内の穴４において、歯先３ａ近傍の高温水Ｖは、歯元近傍の低温水との密度差によって上昇し、歯元近傍の低温水は下降する。その結果、下降した低温水は歯３内の穴４の歯先３ａ側に到達する。一方、上昇した高温水Ｖは筒状空間８に到達して排出されるとともに、筒状空間８を流通する低温水が高温水Ｖの排出分だけ歯３内の穴４に供給される。
【００４６】
このように、歯先３ａの温度上昇と鬼歯破砕軸１の回転により、歯３内の穴４に存在する高温水が筒状空間８を流通する低温水と入れ替わる。その過程で歯３が冷却される。これにより、歯３の摩耗が抑制され、鬼歯破砕軸１の歯３の経年劣化を抑制して寿命を向上させることができる。しかも、水冷構造は、単に通水路（筒状空間８）と穴４とによって構成されるため、簡素である。これにより、鬼歯破砕軸１の製造コストを抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、歯が繰り返し高温の被処理物とぶつかる歯付き回転軸に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  鬼歯破砕軸（歯付き回転軸）
２  軸本体
３  歯
３ａ  歯先
４  穴
５  貫通孔
６  内管
７  栓
８  筒状空間
Ｖ  高温水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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