(57)【要約】【課題】      スティックスリップ現象に伴って発生する騒音を低減させる。【解決手段】  圧縮装置１００は回転するスクリュ２と、このスクリュ２のスクリュフィン２４を超音波振動させる圧電振動子２５とを備えている。スクリュ２が回転するときに、圧電振動子２５はスクリュフィン２４を可聴周波数を超える周波数で振動させる。これにより、絞り筒１５により移動を抑制されている紙片と加圧面ｆとが接触と離間を繰り返し、スティックスリップ現象の発生を抑制させることが可能となる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧縮物が搬入される搬入口と、当該被圧縮物を搬出する搬出口とを有する筒状部材と、
前記筒状部材の搬出口に連接され、当該搬出口から搬出された被圧縮物の移動を抑制して当該被圧縮物を堆積させる抑制部材と、
前記筒状部材に内挿されるスクリュであって、螺旋状の羽根部と、前記抑制部材によって移動を抑制されている被圧縮物を付勢する加圧部とを有するスクリュと、
前記スクリュを回転させる駆動手段と、
前記駆動手段が前記スクリュを回転させるときに、当該スクリュを可聴周波数を超える周波数で振動させる加振手段と
を備えることを特徴とする圧縮装置。
【請求項２】
前記加振手段が圧電振動子であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
【請求項３】
前記加振手段は、前記羽根部の先端近傍を振動の腹とする振動を生じさせる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
【請求項４】
前記被圧縮物が紙片であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被圧縮物を圧縮して排出する圧縮装置に係り、特に、断片化された古紙等を圧縮してブロック化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
古紙を処分する際には、その判読を困難にすべく、シュレッダ等の細断装置を用いて断片化し、無数の紙片とすることがある。かかる場合において、例えば、特許文献１に記載の処理装置を用いて、紙片をさらに圧縮してブロック化することがある。このような処理装置を用いてブロック化すると、紙片間の空隙が失われ、複数の紙片どうしが強固に絡み合うので、紙片の容積を減少させるとともに、断片後の古紙の判読をさらに困難にすることができる。
【０００３】
ここで、特許文献１に記載の処理装置の構成を図２の断面図を用いて説明する。この処理装置９００は、軸２１と螺旋状のスクリュフィン２４とを有するスクリュ２と、このスクリュを回転させる図示せぬ駆動機構とを備えており、ホッパ１２から投入された紙片を絞り筒１５の位置において圧縮するものである。スクリュフィン２４の先端は加圧面ｆを形成しており、絞り筒１５の位置に堆積している紙片を押圧する。絞り筒１５は下方ほど開口径が窄まる形状となっているため、この位置に堆積する紙片は下方への移動が抑制されている。紙片は上部より逐次新たな紙片を供給されながら押圧されることによって圧縮され、やがてブロック状の塊となって排出される。
【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】
【０００４】
ところで、上述したような従来の処理装置を用いて圧縮処理を行った場合には、処理中に高周波の騒音が生じることがあった。この騒音はユーザにとって非常に耳障りであり、ユーザに不快感を催させるものであった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被圧縮物を圧縮する圧縮装置において発生する騒音を低減させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上述した騒音が発生する原因を調査した結果、その原因がスクリュフィンの加圧面と紙片の界面で生じるスティックスリップ現象にあることを明らかにした。このスティックスリップ現象は、スクリュの自励振動によるものであり、例えば、上記界面における紙片と紙片との空隙や紙片上の色材（トナーやインク等）の存在によって、この界面の摩擦係数が変化することにより誘発されていると推測される。スティックスリップ現象が生じると、これがスクリュのねじり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フィンから音が放射されていることが明らかとなった。一般に、スクリュは剛性の高い鋳鉄からなることが多く、また、鋳鉄のスクリュは振動をよく伝えるため、このような場合に特に大きな騒音が発生することが明らかとなった。
【０００６】
通常、この種のスティックスリップ現象に起因する騒音、いわゆるびびり音を抑制する方法としては、（１）音を放射する物体（ここではスクリュ）の構造を変更する方法と、（２）物体に発生した振動を素早く減衰させる方法と、（３）接触する２つの物体間（ここでは加圧面と紙片の間）の摩擦係数を小さくする方法とが考えられる。
【０００７】
（１）の方法としては、例えば、スクリュの軸長を短くしてねじれを起こりにくくすることにより、発生する音を変化させることが考えられる。これは、図３に示すように、通常のスクリュ２よりも軸長の短いスクリュ２ｓを採用し、スクリュをねじりに対して剛となる構造にすることを意味している。しかし、スクリュに通常用いられるＳ４５Ｃ等の炭素鋼は、分子構造が密であることから高剛性で耐摩耗性に優れている反面、分子間の自由度が低いために振動のエネルギを伝達しやすく、ちょうど、叩くと長時間鳴り響く鐘と同様の特性を有している。そのため、スクリュの軸長を短くしてねじりに対して剛となる構造にしたとしても、振動モードの周波数が変化するだけであって、発生する音そのものを抑制する効果はほとんど認められないことが本発明者らにより明らかとなった。図４は本発明者らによる実験結果を示しているが、同図に示すように、紙片を圧縮した際に発生した騒音の大きさは、通常のスクリュ２と短軸のスクリュ２ｓとでほとんど変化がなかった。
【０００８】
また、（２）の方法としては、スクリュに制振材を付与することが考えられる。従来より知られている方法としては、例えば、エラストマ等の損失係数の大きい弾性体を振動面（スクリュフィン）に貼り付け、物体（スクリュ）の振動に伴う変形エネルギを弾性体内部の分子間運動の熱エネルギに転換して消散させる方法がある。しかし、この方法で十分な制振効果を得るためには、一般に制振対象の１〜３倍の厚さの制振材が必要となる。そのため、スクリュフィン（一般に１ｃｍ前後）のようにある程度の厚みのある部材に制振材を付与した場合、スクリュフィンよりも厚い制振材を必要とし、紙片の移動を妨げてしまう問題があった。さらに、この種の制振材は温度の上昇にしたがって損失係数が小さくなる傾向にあるため、紙片との摩擦によって高温となるスクリュに対しては、制振材を付与してもそれほど高い制振効果が得られないという問題もあった。
【０００９】
また、（３）の方法としては、紙片を圧縮するときに潤滑剤を混入させ、加圧面との摩擦を減少させることが考えられた。しかしながら、潤滑剤が混入すると絡み合った紙片がほぐれやすくなってしまい、圧縮して固めるという圧縮装置本来の機能を損ねてしまうという問題があった。
【００１０】
かかる検討の末、本発明者らは、紙片等の被圧縮物が搬入される搬入口と、当該被圧縮物を搬出する搬出口とを有する筒状部材と、前記筒状部材の搬出口に連接され、当該搬出口から搬出された被圧縮物の移動を抑制して当該被圧縮物を堆積させる抑制部材と、前記筒状部材に内挿されるスクリュであって、螺旋状の羽根部と、前記抑制部材によって移動を抑制されている被圧縮物を付勢する加圧部とを有するスクリュと、前記スクリュを回転させる駆動手段と、前記駆動手段が前記スクリュを回転させるときに、当該スクリュを可聴周波数を超える周波数で振動させる加振手段とを備える圧縮装置を案出するに至った。
【００１１】
この圧縮装置によれば、スクリュに微小な振動を与えることで、スクリュの加圧部と紙片とが接触と離間を繰り返し、接触面の見かけ上の摩擦を減少させることが可能となった。その結果、加圧部におけるスティックスリップ現象が抑制され、これに起因する騒音を抑制することが可能となった。しかも、このとき加振手段の振動周波数は人間の可聴周波数を超える周波数であるため、新たな騒音を発生させることなくスティックスリップ現象を抑制することが可能となっている。
【００１２】
なお、この圧縮装置においては、前記加振手段はピエゾ素子等の圧電振動子であることが望ましい。一般に、この種の圧電振動子は薄型（数ｍｍ程度）であるため、このような構成とすることにより、被圧縮物の移動を妨げることなく圧縮を行うことができる。加えて、この種の圧電振動子は消費電力も小さいため、装置の大型化や無駄な電力消費を防ぐこともできる。
【００１３】
また、このとき加振手段は、前記羽根部の先端近傍を振動の腹とする振動を生じさせることが望ましい。このような振動を生じさせることで、より効率よくスクリュを振動させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、圧縮装置において発生する騒音を低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧縮装置１００の構成を示す断面図である。この圧縮装置１００は、シュレッダ等の細断装置の後処理装置として用いられるものであり、細断装置が排出した紙片を圧縮してブロック状の固形物とするものである。圧縮装置１００の各部は、ハウジング１と、ハウジング１に内挿されたスクリュ２と、スクリュ２を回転させる駆動部３とに大別される。各部の詳細な構成は以下の通りである。
【００１６】
ハウジング１は、フレーム１１と、ホッパ１２と、ガイド筒１３と、覆い筒１４と、絞り筒１５とを備える。フレーム１１は圧縮装置１００の外形をなし、ホッパ１２やガイド筒１３とボルトによって結合されている。なお、図１においてはフレーム１１の一部のみを示しているが、フレーム１１は圧縮装置１００の外形をなすべく、適当な形状を有している。
【００１７】
ホッパ１２、ガイド筒１３、覆い筒１４および絞り筒１５は、いずれも紙片を搬送するための開口部を有している。ホッパ１２は漏斗状のテーパ面を有しており、このテーパ面は下方ほど開口径が小さくなっている。ガイド筒１３はホッパ１２と同様のテーパ面を有しており、その上端はホッパ１２の下端と同程度の開口径を有している。また、ガイド筒１３の下端は覆い筒１４の上端とボルトによって結合されている。覆い筒１４はスクリュ２のスクリュフィン２４を覆う筒状部材であり、絞り筒１５とボルトによって結合されている。絞り筒１５は下方ほど開口径が小さくなるテーパ面を有しており、このテーパ面には複数のリブｒが形成されている。なお、この絞り筒１５には、紙片の移動を塞き止めるべく、開口部を覆う開閉可能な蓋を設けてもよい。
【００１８】
スクリュ２は、軸２１と、フランジ２２と、撹拌棒２３と、スクリュフィン２４と、圧電振動子２５とを備える。軸２１はホッパ１２の下端から覆い筒１４の下端に至る程度の長さを有し、ホッパ１２、ガイド筒１３および覆い筒１４により形成される開口部に内挿されている。フランジ２２は軸２１を中心とする環状部材であり、駆動部３のギア３１とボルトによって結合されている。軸２１とフランジ２２は一体成形されており、軸２１とフランジ２２の間には４本のスポークが形成されている。すなわち、フランジ２２はスポークを除いた部分が開口している。撹拌棒２３は軸２１の上部に付設されており、軸２１とともに回転する。撹拌棒２３は、軸２１に対して適当な角度で傾斜している。スクリュフィン２４は覆い筒１４の内周面に沿う螺旋状の羽根部であり、軸２１に一体成形されている。スクリュフィン２４の厚さは、数ｍｍ〜１ｃｍ程度である。また、スクリュフィン２４の下端面には、適当な面積の加圧面ｆが形成されている。軸２１、フランジ２２およびスクリュフィン２４は、例えばＳ４５Ｃ等の機械構造用炭素鋼からなる。
【００１９】
圧電振動子２５は、圧電効果を生じる材料を用いた振動素子である。圧電振動子２５はスクリュフィン２４に付設されており、スクリュフィン２４を可聴周波数を超える周波数で振動させる。圧電振動子２５が付設される位置は、望ましくは加圧面ｆの裏側である。圧電振動子２５は接着剤によってスクリュフィン２４に接着されていてもよいし、スクリュフィン２４に嵌め込まれ、あるいは埋め込まれていてもよい。圧電振動子２５の種類やサイズは任意であるが、紙片の移動を妨げることがないよう、その厚さは数ｍｍ程度であることが望ましい。また、圧電振動子２５の種類はいわゆるピエゾ素子が好適である。
【００２０】
駆動部３は、ギア３１とベアリング３２とを備える。ギア３１はフランジ２２と同程度の外径を有する環状の歯車であり、モータ等により構成される図示せぬ駆動機構から動力を伝達されて回転する。ベアリング３２はガイド筒１３とギア３１に挟み込まれるように設けられ、ギア３１の回転を支える。
【００２１】
以上の構成のもと、圧縮装置１００は細断装置から排出された紙片をホッパ１２に集積し、これを圧縮することによりブロック化して絞り筒１５から排出する。このとき圧縮装置１００が行う圧縮処理は、以下の通りである。
【００２２】
まず、圧縮装置１００の電源がオンになると、駆動機構により駆動部３のギア３１が回転され、これに従動してスクリュ２が軸２１を中心に回転する。スクリュ２が回転すると、ホッパ１２に集積された紙片が撹拌棒２３によって撹拌され、自重によってガイド筒１３へと落下し、さらに覆い筒１４へ移動する。覆い筒１４の位置まで移動した紙片は、スクリュフィン２４の回転に伴い、フィン面に沿って下方へと搬送される。スクリュフィン２４の先端に到達した紙片は、後続の紙片に押し出されるようにして絞り筒１５へと落下する。
【００２３】
絞り筒１５の位置に達した紙片は、絞り筒１５の開口径が小さくなるにしたがって移動速度が低下し、やがて堆積を始める。紙片が絞り筒１５の内部を満たすと、紙片の一部はスクリュフィン２４の加圧面ｆに接触し始める。この状態においてなおホッパ１２から新たな紙片が供給されると、絞り筒１５に堆積した紙片は加圧面ｆに接触して付勢され、紙片と紙片の間の空隙を減らすように圧縮される。このとき、絞り筒１５にリブｒが複数形成されていることにより、紙片はスクリュフィン２４に従動して回転することなくその場に留まり続ける。
【００２４】
このとき、圧電振動子２５は、スクリュフィン２４を可聴周波数を超える周波数で振動させる。これにより、スクリュフィン２４の加圧面ｆは微小な振幅（数μｍ）で振動するため、加圧面ｆと紙片は接触と離間とを繰り返す。接触と離間とを繰り返すことにより、加圧面ｆと紙片の間の見かけ上の摩擦係数が減少するため、この界面での自励振動の発生が抑制され、自励振動に伴うびびり音が発生しなくなる。このとき、圧電振動子２５は超音波振動を行うので、この振動により発生する音は人間には知覚されず、新たな騒音として認識されない。
【００２５】
以上のように、この実施形態の圧縮装置１００は、スティックスリップ現象を生じさせることなく紙片を圧縮することができる。つまり、圧縮装置１００によれば、スティックスリップ現象に起因する不快なびびり音を生じさせずに紙片を圧縮することが可能となる。加えて、スティックスリップ現象が抑制されるため、スクリュ２や駆動部３において振動に起因する不具合が発生することを防ぐこともできる。
【００２６】
なお、上述の実施形態においては、圧縮装置１００が処理対象とする被圧縮物が紙片である場合を説明した。しかしながら、本発明に係る圧縮装置は、廃棄物を加圧して容積を減少せしめ、これを固形化して排出する用途において利用可能であって、処理対象である廃棄物（被圧縮物）は紙片に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮装置の構成を示す断面図である。
【図２】従来の圧縮装置（処理装置）の構成を示す断面図である。
【図３】実験に用いられたスクリュの構成を示す図である。
【図４】図３のスクリュを用いて騒音の大きさを測定したときの測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１００…圧縮装置、１…ハウジング、１１…フレーム、１２…ホッパ、１３…ガイド筒、１４…覆い筒、１５…絞り筒、２…スクリュ、２１…軸、２２…フランジ、２３…撹拌棒、２４…スクリュフィン、２５…圧電振動子、３…駆動部、３１…ギア、３２…ベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007050431.tif 000006