(57)【要約】      （修正有）【課題】  加圧面の摩擦に起因する騒音を防止する加圧圧縮処理装置を提供する。【解決手段】  絞り筒１３まで到達した古紙片は絞り筒１３の内径がテーパー状に小さくなることから古紙片同士が集まるように働き、絞り筒１３の内壁にも徐々に堆積され、加圧部９と硬化した古紙が極めて強い摩擦力で接触を始める。その際、古紙片に付着しているインクやトナーなどにより、古紙片と加圧部９の間の摩擦係数が変化することによって、スクリューフィン８がスティックスリップを起こし、回転軸７のねじれモードの固有周波数に相当する周波数で自励発振を起こすようになる。しかし、回転軸７のねじれ変形に伴って、空洞に挿入された制振材１６も変形し、その変形のエネルギーは制振材１６の内部において熱エネルギーへと変換され、消散される。このようにして、ねじれ振動が素早く減衰されることにより、効果的に音の発生を抑制することが出来る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方から物体が入り込むように形成した開口部と、
前記開口部から入り込んだ前記物体を他方に排出する排出口と、を有する筐筒部と、
前記筐筒部の内部に設置され，前記開口部から前記筐筒部に入り込んだ物体を排出方向に搬送する回転スクリューと、
前記回転スクリューによって搬送された物体を前記排出口の手前で一時的に滞留させる滞留部と、を有し、
前記回転スクリューによって搬送された物体が前記滞留部に滞留する物体と前記回転スクリューの先端とに挟まれることによって加圧圧縮され前記排出口から排出されるようにした加圧圧縮処理装置であって、
前記回転スクリューは回転軸の内部に空洞部が設けられ，前記空洞部内に損失係数が０．０５以上の制振材料が挿入されていることを特徴とする加圧圧縮処理装置。
【請求項２】
前記空洞部の内径を、前記回転軸外径の略半分としたことを特徴とする請求項１に記載の加圧圧縮処理装置。
【請求項３】
前記空洞部の壁面に複数の突起構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の加圧圧縮処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加圧圧縮処理装置に関し、特に螺旋状のフィンを有するスクリューの回転によって物体を一方から他方へ搬送し、先に送り込まれた物体とスクリューの先端部の間に搬送された物体を挟み込むことによって、これを加圧圧縮する処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、産業の発展と情報の進化に伴い電化製品や書籍雑誌や生活雑貨などあらゆる生活物質が我々の生活環境を向上させている。しかし、これらの生活物質はより優れたものに代替されるか、あるいは経時的な劣化等により廃棄される。この結果、廃棄される生活物資の量は膨大となるため、例えば電化製品は破砕機によって粉砕、もしくは部品を解体し材質毎に分別した後に、その量を小さくするために破砕処理を行いさらなる分別処理を行って最終的には熱処理が施されて新たな資源となる。また古紙においても新聞紙、段ボール、コピー用紙と種類毎に分別されて回収し再処理業者によって種類毎にさらに小片に破砕し水で繊維を解して紙の原料とし新たな紙製品として加工される等の廃棄処理が取られるのが通常である。
【０００３】
このように破砕処理される物質自体が多孔性のものやお互いが重なり合って空間を作り出し容積を大きくするものなどは、破砕した後さらに加圧圧縮処理を施してその容積を小さくすることが知られている。そのような加圧圧縮処理装置として、例えば特許文献１に示す古紙の処理装置がある。この処理装置の概要を一例として図４に示す。この事例では、装置を覆う外装の中に装置の骨格部を構成するフレーム１０１が設けられ、フレーム１０１にはガイド筒１１１がボルトで固定されている。ガイド筒１１１にはベアリング１０６を介してギア１０４が回動可能に設けられており、ギア１０４には図示しない電動モータが回動可能に取り付けられている。ギア１０４は回転スクリューのフランジ１０５にボルトで連結されて回動可能に設けられており、フランジ１０５と回転軸１０７とスクリュー１０８と加圧部１０９は一体成形されて回転スクリュー１１０を形成している。
【０００４】
回転スクリュー１１０のフランジ１０５は回転軸１０７を中心とし十字型の骨格と開口部が構成されている。回転スクリュー１１０の上方には開口したホッパー１０２が設けられておりホッパー１０２の上方には古紙を破砕するための図示しない回転カッターが設けられている。このような構成における古紙の流れは、上方より小片に破砕されホッパー１０２に落下しフランジ１０５の開口部を通過してハウジング１１２の内部に落下し、回転スクリュー１１０の回転運動により下部へ押し込まれ絞り筒１１３によってその流れを減速しながら徐々に堆積を始める。堆積した古紙はやがて回転スクリュー１１０の先端に設けられた加圧部１０９と接触をし始め、絞り筒１１３に設けられた古紙固定リブ１１４の働きで回転スクリュー１１０の回転と古紙とが連れ回りすることなく古紙が加圧され圧縮を始める。加圧された古紙は回転スクリュー１１０の回転運動によって押し出され、やがて古紙は排出口１１５から硬く圧縮された形になって排出される。
【０００５】
しかしながら、この種の古紙の加圧圧縮処理装置において、回転スクリュー１１０先端部と古紙との摩擦によって非常に耳障りな高周波数の騒音を生じる場合がある。発明者らがこの問題の発生原因について調査した結果、回転スクリュー１１０の加圧部１０９と古紙との接触界面において所謂スティックスリップが起こり、これが回転スクリュー１１０のねじれ変形の固有振動モードを励起し、この振動によってスクリューフィン１０８から音が放射されていることが分かった。
【０００６】
通常、この種の摩擦に起因するスティックスリップ騒音を抑制する方法としては、大別して接触面の摩擦係数を変更する方法と、音を放射する物体の構造を変更する方法、そして発生した振動を素早く減衰させる方法の３つが考えられる。まず、接触面の摩擦係数を変更する方法については、この種の装置の場合、オイルを含有したカラーコピー紙といった滑りやすいものから、カーボン紙のようにザラザラしたものまで多種多様な紙を処理しなければならず、これらの全ての紙に対応して摩擦係数を制御することは殆ど不可能である。また、音を放射している回転スクリュー１１０に用いられている機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃは分子構造が密であることから、回転と圧縮に伴う強い抵抗力にも耐える強靱さと、耐摩耗性に優れる反面、分子間の自由度が低いため、振動のエネルギーを伝えやすく、叩くと長い時間鳴り響く釣り鐘に近い特性を持つ。
【０００７】
したがって、回転スクリュー１１０の構造を変更して固有振動モードの励起を抑制する方法については、例えば、図５に示すように回転スクリューの中心軸１０７を図５（ａ）から図５（ｂ）のように短縮し、ねじりに対して剛な構造にしたとしても、励起される振動モードの周波数が変化するだけで、騒音の抑制には殆ど効果がないことが発明者らの実験で確認されている（図６参照）。さらに、制振材を付与して発生した振動を素早く減衰させる方法については、従来からゴムなどの損失係数の大きいエラストマー系の弾性材を振動面に貼り付け、物体の振動によるのび変形エネルギーを弾性体内部の分子間運動の熱エネルギーとして消散させる方法が知られている。しかし、このような弾性材の制振部材の制振効果を十分に引き出すには、一般的に制振対象の１倍から３倍以上の厚みが必要となり、スクリューフィン１０８のように厚みが大きい部材には適さないという欠点を持つ。
【０００８】
本発明は、上記の課題を鑑み、加圧部の摩擦に起因する騒音を防止する回転スクリューの構成法を提供することを目的とするものである。
【特許文献１】特開２００２−１３７０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮し、加圧面の摩擦に起因する騒音を防止する加圧圧縮処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の加圧圧縮処理装置は、一方から物体が入り込むように形成した開口部と、前記開口部から入り込んだ前記物体を他方に排出する排出口と、を有する筐筒部と、前記筐筒部の内部に設置され，前記開口部から前記筐筒部に入り込んだ物体を排出方向に搬送する回転スクリューと、前記回転スクリューによって搬送された物体を前記排出口の手前で一時的に滞留させる滞留部と、を有し、前記回転スクリューによって搬送された物体が前記滞留部に滞留する物体と前記回転スクリューの先端とに挟まれることによって加圧圧縮され前記排出口から排出されるようにした加圧圧縮処理装置であって、前記回転スクリューは回転軸の内部に空洞部が設けられ，前記空洞部内に損失係数が０．０５以上の制振材料が挿入されていることを特徴とする。
【００１１】
上記構成の発明では、ねじれ振動に伴って発生する回転軸内部の制振材のねじれ変形エネルギーを制振材内部の分子間運動の熱エネルギーとして消散させることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の加圧圧縮処理装置は、前記空洞部の内径を、前記回転軸外径の略半分としたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、制振材を挿入する空洞の内径を、スクリュー軸外径の半分程度とすることにより、回転軸の肉厚に対して略２倍の直径を持つ制振材を挿入することができる。したがってフィンに制振材を装着するよりも大きな制振効果を引き出すことが可能になるため、効果的な振動低減を図ることができる。
【００１４】
請求項３に記載の加圧圧縮処理装置は、前記空洞部の壁面に複数の突起構造を有することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、スクリュー軸のねじれ変形に対し、壁面内壁に設けられた突起物が制振材の変形をさらに促進し、振動低減効果を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上記構成としたので、加圧面の摩擦に起因する騒音を防止する加圧圧縮処理装置とすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
＜装置の構成＞
以下、図面に基づき本発明を具体化した実施例について詳述する。
【００１８】
図１には本発明の第１実施形態に係る加圧圧縮処理装置が示されている。
【００１９】
加圧圧縮処理装置１０は骨格部となるフレーム１とハウジング１２に古紙を投入するためのホッパー２と、回転軸７に取り付けられて回転駆動される圧縮手段としてのスクリュー１０等によって構成されている。
【００２０】
フレーム１の上方には破砕された古紙片を受け止めるためのホッパー２が設けられている。ホッパー２は飛散した古紙片をも回収できるように大きく開口し、下部に近付くにつれて開口径が小さくなる所謂テーパー形断面をしている。攪拌棒３は回転することでホッパー２の傾斜した内面に付着してしまった古紙片を掻き落とし下部へ落下させる。ホッパー２の下方には古紙を下部に搬送させるためのガイド筒１１がフレーム１にボルトで固定され設けられている。ガイド筒１１は上方を広く開口し下方に行くに従って開口部を小さくする所謂テーパー状の断面構成としており、古紙が落下しやすい構造となっている。        
【００２１】
ガイド筒１１の上端の外周には外部に設けられた図示しないモータ等の駆動手段からの回転動力を受けるためのギア４がベアリング６を挟んで回動可能に設けられている。
【００２２】
ギア４には古紙を搬送・落下させるための回転スクリュー２０がボルトによって固定されている。回転スクリュー２０の先端には受圧部材１７が２つのボルトによって取り付けられている。スクリューフィン８の外周には古紙を搬送するためのハウジング１２がガイド筒１１に固定されている。ハウジング１２の内壁には畝状の突起が一定の間隔で設けられている。
【００２３】
ハウジング１２の下方には古紙の流れを制御するための絞り筒１３が固定されている。絞り筒１３は上方から下方に向けて内径を小さくする所謂テーパー状の断面となっており、さらに絞り筒１３の上方の内壁には一定間隔で複数の溝が設けられている。絞り筒１３の下方には開口した排出口１５が設けられており、圧縮された古紙はここから外へ排出される。
＜スクリューの構成＞
次に回転スクリュー２０の構成を説明する。
【００２４】
図２には本発明の第１実施形態に係る加圧圧縮処理装置の回転スクリューが示されている。
【００２５】
図２に例示したように回転スクリュー２０は、上部に円形のフランジ５と、フランジ５の中心に設けられた回転軸７と、回転軸７を中心に広がるスクリューフィン８と、スクリューフィン８の下方端部の加圧部９とが一体となって構成されている。
【００２６】
回転軸７にはフランジ５を連結するためのスポークが９０°の角度をもって計４本配置されている。スポークとフランジ５の間には古紙片が容易に通過できるよう扇状の開口部が開けられている。回転軸７はフランジ５に対し下方に向けて伸びており、回転軸７の中程からは古紙を下方に押し入れるためのスクリューフィン８が螺旋状に設けられている。
【００２７】
スクリューフィン８の下方には古紙を加圧するための加圧部９が設けられている。回転軸７の内部は、古紙に接触する下方先端からスポークが取り付けられている部分までの間に空洞１８が設けられており、この空洞１８に損失係数０．０５以上の制振機能を持つ弾性部材１６が挿入されている。このような弾性部材１６を形成する素材の例としては、合成ゴム、エポキシ樹脂、アスファルト等をベースにしたものが考えられるが、制振性能、コスト、製造の容易さ、環境への影響などの条件を考慮し、適宜選択すればよい。
【００２８】
この空洞１８の内径と回転軸の外径の比率は、およそ１：３から３：５の範囲（制振材の直径が回転軸７の肉厚の略１倍から略３倍となる範囲）で、古紙を圧縮する際に軸が受ける回転トルクに対して塑性変形を起さない程度に適宜設定すればよい。
＜騒音抑制の原理＞
次に、本発明の異音抑制原理を詳述する。
【００２９】
図１において図示しない外部のモータと回転可能に連結されたギアよってギア４が回転を始める。同時にホッパー２の上部に設けられた図示しない回転刃が回転を始める。回転刃の上方から投入された古紙は回転刃の回転によって破砕が行われ図示しないフィルターを通過して適度な小片となってホッパー２内に落下する。
【００３０】
ギア４に連結したフランジ５と攪拌棒３が回転しているのでホッパー２に落下した古紙の小片は停滞することなくガイド筒１１に落下する。ガイド筒１１に落下した古紙の小片は回転軸７に連結されたフィン８の回転運動によって停滞することなく下部へ押されるようになる。
【００３１】
やがて絞り筒１３まで到達した古紙片は絞り筒１３の内径がテーパー状に小さくなることから古紙片同士が集まるように働き、絞り筒１３の内壁にも徐々に堆積を始める。絞り筒１３に堆積した古紙片は古紙片同士が重なり合った状態で幾層にもなり、やがて加圧部９の先端が堆積した古紙の上面を撫でるように接触を始める。さらに上部から落ちてくる古紙片が多くなってくると回転スクリュー２０の回転により古紙の容積を小さくしようと加圧部９が圧縮を始める。
【００３２】
絞り筒１３の内壁には溝１４が設けてあるので圧縮され始めた古紙は回転スクリュー２０の回転と一緒に共回りすることはない。圧縮が始まった古紙片は互いの重なり合った容積をさらに小さくするように働く。やがて硬化が進行し加圧部９と硬化した古紙が極めて強い摩擦力で接触を始める。その際、古紙片に付着しているインクやトナーなどにより、古紙片と加圧部９の間の摩擦係数が変化することによって、スクリューフィン８が前述のようにスティックスリップを起こし、回転軸７のねじれモードの固有周波数に相当する周波数で自励発振を起こすようになる。
【００３３】
しかし、回転軸７のねじれ変形に伴って、空洞１８に挿入された制振材１７も変形し、その変形のエネルギーは制振材１７の内部において熱エネルギーへと変換され、消散される。このようにして、ねじれ振動が素早く減衰されることにより、効果的に音の発生を抑制することが出来る。
【００３４】
さらに、図３（ａ）に示すように回転軸７内部の空洞１８の壁面に複数の突起構造１７を設けることにより、スクリュー軸のねじれ変形に対し、この突起構造１７が制振材１６の変形をさらに促進することにより、振動低減効果を向上させることが可能となる。なお、図３に示した例以外にも、スクリュー軸のねじれ変形に伴って制振材１６の変形を促進する目的において、突起構造１７の形状、配置位置、数は適宜決定されるものである。
【００３５】
あるいは、突起構造１７に代えて空洞１８の内壁全面に凹凸を設け、制振材１６と嵌合させてもよいし、回転軸７と制振材１６とを貫通ネジ等で回転方向に滑らないように固定してもよい。
【００３６】
または図３（ｂ）に示すように回転軸７内部の空洞１８を正方形などの多角形断面とし、制振材１６をこれに嵌合する形状の断面とすることによっても上記の効果を得ることができる。この場合は多角形の各辺が突起構造１７に相当する効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１形態に係る加圧圧縮処理装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１形態に係る回転スクリューを示す断面図である。
【図３】本発明の第１形態に係る回転スクリューを示す断面図である。
【図４】従来の加圧圧縮処理装置を示す断面図である。
【図５】従来の回転スクリューを示す断面図である。
【図６】従来の回転スクリューの異音の周波数分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      フレーム
２      ホッパー
３      撹拌棒
４      アパーチャ
５      スクリュー駆動ギア
６      ベアリング
７      スクリュー回転軸
８      スクリューフィン
９      加圧部
１０    加圧圧縮処理装置
１１    ガイド筒
１２    ハウジング
１３    絞り筒
１４    古紙固定リブ
１５    排出口
１６    制振材
１７    突起構造
１８    空洞
２０    回転スクリュー
【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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