2010.2櫻庭記述

環境負荷、建設費低減に寄与し施工条件を選ばない、再生骨材製造機の開発とそれを用いた工法の確立〜現場内リサイクルで二酸化炭素排出量７０％削減、コスト７０％削減を実現する『再生クラッシャーラン製造工（脱着式）』〜

研究開発者

：

株式会社 古垣建設 （北海道余市郡余市町）
古垣 恒次、櫻庭 健
ウエダ産業株式会社（大阪府茨木市）
植田 敏治、吉川 忠男
発表者 櫻庭 健

１．はじめに
近年、建設産業が果たす責務として循環型社会の形成への貢献に加えて環境負荷の低減や建設費低減を強く求められており、それに寄与する安定した新技術を確立すべく2006年より本格的にﾊﾞｯｸﾎｳ（油圧ｼｮﾍﾞﾙ）脱着可能ｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ式再生骨材製造機の研究開発に着手しました。(製品化は2007年)着目した建設廃棄物のコンクリート塊及びアスファルト・コンクリート塊の全国排出量は年間５８３０万トンに及び、建設廃棄物総排出量全体の７５％を占めている。※１（北海道に於いてのﾘｻｲｸﾙ率はコンクリート塊９５．３％、アスファルト・コンクリート塊９６．９％であり推進計画２００８において平成２４年以降の目標がそれぞれ９８％と９９％としている。※2）
ﾘｻｲｸﾙ率向上の背景にはここ１０年において関係機関皆様のご尽力により工事現場での再生骨材の利用が定着した
ことが大きな要因であると考えるが、今後は更に「誰もが工事現場で品質保持された再生骨材を安価で製造することができるなら」上記の課題全てに寄与でき、強いてはコンクリート塊を建設廃棄物との考えから有価物との見方に変わることすら可能となる。そんなことを夢みて研究課題に４年間懸命に取り組んで参りました。
※１建設副産物ﾘｻｲｸﾙ広報推進会議（平成17年度ﾃﾞｰﾀ),※2北の情報誌Hint!第10号より

２．動向ー世界の骨材製造機の構造としくみ
現在、採石場、中間処理施設で切込砕石（再生骨材）０〜４０mm,０〜８０mm級を製造するのに用いられている破砕機構は、定置式のジョークラッシャーである。この技術は、今から７０年以上も前に確立されたもので今も尚この方式が採用されている。このジョークラッシャーとはホイールの回転力を偏心軸により往復運動を行う可動ジョー歯と固定された固定ジョー歯により形成されその空間に、原料を投入し圧縮・摩擦することに よって、圧劣破砕を行う破砕機で元来、岩石等の非圧縮性物質の破砕に用いられていたものである。
最大の利点は何よりホッパー内に固定ジョー歯と可動ジョー歯をV字型に配置し、排出口の幅の調整で粒度調整を行う簡単な構造となっている為、大きなコンクリートを直接投入することができ、鉄筋等の異物混入に対しても問題としない。メンテナンスも固定ジョー歯と可動ジョー歯がそれぞれ１枚の２枚で構成され上下同一形状としているため、摩耗の早い下部（排出口）と上部を反転させ使用できる等考慮されている。※図１参照※歯の交換は破砕物の強度により異なるが40N/mm2程度のものを破砕した場合平均1,500〜2,000*2回=3,000〜4,000hが交換時期となる。
歯の材質は高マンガン鋳鋼を用いており溶接による肉盛りも可能である。（当社試験による）
鉄筋は破断せず分離され同一排出口から排出される。

図１

ジョークラッシャーの構造断面図

図２

ﾓｰﾀｰ駆動のしくみ

ﾌﾗｲﾎｲﾙｺﾝｸﾘｰﾄ塊

ﾌﾗｲﾎｲﾙ

固定ｼﾞｮｰ歯フライホイル

可動ｼﾞｮｰ歯

Vﾍﾞﾙﾄ
ﾓｰﾀｰ

固定ｼﾞｮｰ歯可動ｼﾞｮｰ歯Vﾍﾞﾙﾄ
ｶｳﾝﾀｰｳｴｲﾄ
ﾄｯｸﾞﾙﾌﾟﾚｰﾄ

ﾄｯｸﾞﾙﾌﾟﾚｰﾄ
ﾓｰﾀｰ

可動ｼﾞｮｰ歯の可動ﾗｲﾝ
排出口

可動ジョー歯の駆動はVﾍﾞﾙﾄを介して、可動歯の駆動の駆動軸を油圧ﾓｰﾀｰで駆動する方式で正転(同一方向)のみとなっている。この駆動方式は世界共通でありモーターの回転力を利用する機械にはこの方式が採用されている。
※図２参照

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３．課題の提起ーバックホウ（油圧ｼｮﾍﾞﾙ）を動力源とした脱着可能ｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ式再生骨材製造機の開発にあたってタイトルの名題に応えるためにはやはり全世界に普及しているバックホウを動力源とすることが必要不可欠であり、全メーカー対応で且つ、付属装置を取り付けなくてよい純正のバックホウ（共用配管機）で作業を行うことのできるバケット型アタッチメントとし、破砕方式はジョークラッシャーであるのがベストと結論づけたが研究開発にあたり最大の難所は以下の点であった。
１．バックホウ装着型故に骨材製造機（アタッチメント）の重量には限度がある。
２．バックホウの特性を生かすことから集積、取り込み、破砕までの一環した作業を行うに耐えうる構造としなければならない。
３．バックホウオペレータの熟練度を要さず、誰もが利用できる為には極めて造りを簡素化し、保守・メンテナンス性に配慮しなければならない。
４．骨材製造に対し如何なる条件化でも一定した能力が発揮され、製造される骨材の粒度分布等、品質保持されなければならない。
５．機械の基礎単価を抑え、従来技術よりも遙かに安価で施工できなければならない。
数えあげるときりがないが、これを克服するには、可動歯のVﾍﾞﾙﾄ駆動方式を新たな視点で見つめ直さなければならなかった。
【Vﾍﾞﾙﾄ駆動方式での不都合点】
１．ﾓｰﾀｰはバックホウの油圧で駆動させるが定置式と違い油圧やモーターの出力には限度がある。
破砕物の投入状態により負荷がかかり頻繁にコンクリート塊を噛みこんだままま停止する。
（又はﾍﾞﾙﾄの状態により滑る）その場合はバケットをひっくり返し地面に叩き付け放出しなければならない。
最も重要なのは停止しないまでも可動歯の可動回転数が減少した場合、排出される砕石の落下時間が増大し破砕前に落下する。このため品質保持が難しくなる。※260回転minに設定（当社）
２．Vﾍﾞﾙﾄ駆動の場合、ﾃﾝｼｮｼｮﾝ調整や損耗品のため頻繁に交換等、保守・メンテナンスを行わなければならず又衝撃を与えた場合ﾍﾞﾙﾄが外れる上、ｺﾝﾊﾟｸﾄ化にも限度がある。
４．課題解決の取り組み（世界初新技術）−世界の常識Vﾍﾞﾙﾄ駆動方式を用いない新たな駆動方式の開発
可動歯の駆動方式を油圧モーターを偏心軸の一端に直結し、除去したフライホイール１個を偏心軸の中央に移設し、慣性力を保持した状態で、ショック荷重は油圧バルブで吸収する構造とした。
（Vﾍﾞﾙﾄを使用せず、油圧モーターに駆動軸を直結し動力伝達を直接行う方法）
これにより圧砕力が増大したと同時に正反逆転もできるようになり（ペダルをつま先側からかかと側に踏み込むと歯の駆動が逆回転となる）負荷がかかった場合には即座にモーターを逆回転させ可動回転数を維持することができる。
図３ 開発技術の構造‑1

可動ｼﾞｮｰ歯の可動ﾗｲﾝ

クランク軸の一端に油圧モータを直結し、他端にフライホイール、前記両者の中央にカウンターウエイトを設け、回転駆動部をクランク軸に集中させ、装置の軽量化・コンパクト化を指向している。※図３、図４参照

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図４

開発技術の構造‑2油圧モーター詳細図

シャフト回り詳細図
油圧モーター201202203204
205
206

油圧モータ
軸受けナット
軸受け座金
C型止め輪
自動調心コロ軸受け1オイルシール

シャフト

122122

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207
208
209
210
211

オイルシール
自動調心コロ軸受け2オイルシール
偏心軸オイルシール

22211

５．開発したバケットクラッシャー全体構造
図５212

開発技術の構造‑3

パワーロック1【構造の解説】
バケット本体①内に、固定ジョー歯②を固定し、これに対向して動ジョー歯③の先端部をクランク軸④に軸受けし、動ジョー歯③の下端部をトッグルプレート⑤を介してバケット本体①に支持し、ばね箱⑥とテンションロッド⑦で、トッグルプレート⑤の揺動伸縮を許容しながら常時トッグルプレート⑤が離間することなくバケット本体①に負荷されるように構成している。
開発したバケットクラッシャー（ジョークラッシャ）の独創性は、従来ジョークラッシャのVベルト駆動の常識を打破して、クランク軸④に回転駆動部を集中させたことにある。即ち、クランク軸④の一端に油圧モータ⑧を直結し、クランク軸④の他端にフライホイール⑨を、前記両者の中間にカウンターウエイト⑩を配置したことにある。クランク軸④に回転駆動部を集中させることにより、油圧モータ⑧の正逆運転ができ、ジョー歯間につまりが発生した場合でも逆回転により簡単につまりを解除でき、Vベルトのような滑りがなく高性能でコンパクトな装置にできる。破砕粒寸法は、固定ジョー歯②と動ジョー歯③の出口隙間を開口調整板⑪の加減により簡単に調整できる。トッグルプレート⑤の傾斜はバケット本体①の支持側より動ジョー歯③の支持側がHだけクランク軸④側（上側）になるように位置決めしている。このことによりトッグルプレート⑤の揺動運動により動ジョー歯③が固定ジョー歯②に対して排出側に移動するとき前進するので、被破砕物を引き込むように破砕するので破砕効率がよくなる。※図５参照【付属装置(ｵﾌﾟｼｮﾝ)】（1）発塵を防止する必要があれば、鎮塵スプレーを設置できる。
（2）また有筋コンクリ−トの破砕処理で鉄筋を拾う場合はマグネットを設備できる。※図６参照
図６

付属装置（ｵﾌﾟｼｮﾝ）設置図

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６．バックホウ装着図（1）作業姿勢の例（ⅰ）油圧ショベルへの取付（正姿勢）（ⅱ）油圧ショベルへの取付（逆姿勢）（2）すくい込作業（ⅰ）正姿勢（ⅱ）逆姿勢（3）破砕作業（ⅰ）正姿勢（ⅱ）逆姿勢

７．開発機の特徴（１）運転・操作性
・バックホウ（油圧ショベル）運転操作ができる程度の技量で操作ができる。
・骨材製造機の取付・取外しには３０分程度で行える。
・バックホウ（油圧ショベル）は全世界全機種対応となっている。（現在０．４５ｍ3,０．７ｍ3,１．０ｍ3
バックホウの３種製造。）
・粒度調整（２０mm〜９０mm）は３mmずつ微調整が行え、作業は１５分程度で誰もが行える。
（2）機械能力・性能
・コンクリート塊（有筋、無筋）、岩石、舗装殻 ※舗装殻は外気温22度以下・取り込み口が７００mm＊５５０mmとなっており、大きなコンクリート塊を処理できる。４００mm程度であれば破砕可能で投入破砕物の強度は４０N/mmまで可能。（厳密な粒度を必要としない場合は70N/mm2まで）（NETIS登録では余裕を持ち投入ｻｲｽﾞ350mm＊350mm程度、投入物強度40N/mm2以下としている）
・破砕方式はジョークラッシャーとしているので、鉄筋コンクリート等有筋でも作業が行える。
・作業能力は４２ｍ3/日（破砕前体積） ※条件は破砕物寸法350mm*350mm程度、有筋、強度25N/mm2,９０°旋回、作業効率０．７５,０〜４０mm製造時
・作業時騒音７０dB、振動６５dＢ程度 ※条件は施工地点より１５ｍ地点で計測、以下作業能力計測条件と同様
※別紙参照

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（3）機械の維持管理
メンテナンス性、維持管理コスト（給脂と歯の交換のみ）
・給脂箇所を４箇所に抑え、給脂１週間に１度。可動ジョー歯と固定ジョー歯を対向及び上下とも同一形状とした。
※歯の交換は破砕物の強度によりことなるが40n/mm2程度のものを破砕した場合平均1,500h*2回=3,000hが交換時期となる。
・日常点検は計器を使用する必要がなく、全て目視で行える。可動、固定ジョー歯の取付けボルト６本のゆるみがないかのの点検や、油圧ホースのゆるみがないかの点検程度で全て見える位置でかつ集中させている。
（4）製造された再生骨材の品質
・北海道開発局の共通仕様書に従い路盤材料の品質試験を都度行っているが（下層路盤材0〜40mm、凍上抑制層材0〜80mm,基礎材,裏込材0〜80mmに対しての品質管理試験）現在のところ試験結果においてアウトになったケースが無い。
試験項目:骨材のふるい分け試験、突き固めによる土の締固め試験、骨材の洗い試験、凍上試験、修正CBR試験、粗骨材のすりへり試験 ※別紙参照
８．工法の内訳ー再生クラッシャーラン製造工（脱着式） 登録番号HK‑０８０００３‑A【施工歩掛】①投入寸法350mm以内
工事費内訳
条件
投入寸法350mm以内
１ｍ3当り金額
名称
規格
金額
単 位
数 量
単 価
ｸﾛｰﾗ型山積0.8m3(平積0.6m3)
バックホウ運転費
122,860
日
2.381
51,600破砕機（アタッチメント） 骨材製造機FU70
107,621
日
2.381
45,200
人 件 費
特殊作業員
31,191人
2.381
13,100
諸 雑 費
まるめ
28式
1合計
261,700②投入寸法350mm超
工事費内訳
条
件
投入寸法350mm超
１ｍ3当り金額
名
称
規
格
金
額
単 位
数 量
単 価
ｸﾛｰﾗ型山積0.8m3(平積0.6m3)
バックホウ運転費
122,860
日
2.381
51,600破砕機（アタッチメント） 骨材製造機FU70
107,621
日
2.381
45,200
人 件 費
特殊作業員
31,191人
2.381
13,100小割圧砕,ｸﾛｰﾗ型山積0.8m3(平積0.6m3)
小割圧砕費
56,731
日
0.892
63,600
諸 雑 費
まるめ97式1合計
318,500
・施工量４２ｍ3/日（破砕前体積）で計上しています。
・歩掛条件は破砕投入寸法〔３５０mm以内か３５０mm超〕の選択でそれ以外はありません。
破砕物（無筋、有筋）、製造ｻｲｽﾞ0〜40mm,0〜80mmの別無し。
・アタッチメント運搬費、取付費は一般共通仮設費に含む。

骨材製造機

FU70

作業状況

再生骨材０〜４０mm製造

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2,610
要
素
開発局単価
鉄筋除去、不純物除去要員

１００ｍ3当り

3,180
要素
開発局単価
鉄筋除去、不純物除去要員

１００ｍ3当り９．今後の研究課題［機械装置について］・クランク軸偏心量、モーター回転速度、ジョー歯の溝形状による骨材品質絶対値の確立と生産性の向上。
・機械軽量化、コンパクト化。
・粒度調整等、機械の取扱いを更に容易にする。
・バックホウの大きさに合わせたラインナップを揃える。
・基礎単価の低減。
［工法について］
・技術の研究、改良、開発を行い、開発された技術の普及啓蒙により環境対策事業等の発展に寄与すると共に、協会員の環境知識、コスト意識の向上を図ることを目的として設立したARM協会の活動に力を入れる。
１０．おわりに・昨年、世界３大機械展の１つであるフランス・パリで開催された建設国際見本市「ｲﾝﾀｰﾏｯﾄ2009」に出展し国際デビューを果たしました。（平成２１年４月２０日〜２５日、3年に1回開催）
４３カ国から１４７０社が出展した祭典でしたが、２０カ国のｴｰｼﾞｪﾝﾄ、ﾃﾞｨｰﾗｰ、ユーザーよりバケットクラッシャーについて世界一の技術であると最大の賛辞を頂きましたが、価格も世界一高価であると酷評され、今年４月に開催される世界３大機械展の１つであるドイツ・ミュンヘンでの再会を約束しました。現在、イタリア２社、フランス１社、ドイツ１社、日本１社（古垣建設・植田産業）の計５社がバケット型ｼﾞｮｰｸﾗｯｼｬｰを研究しております。（日本を除く他４社はVﾍﾞﾙﾄ駆動方式で現在私共が先に直面した問題を抱えている様です。）
ヨーロッパ諸国に於いてバケット型ｼﾞｮｰｸﾗｯｼｬｰについてここ２〜３年で広く認知されはじめ先に開発を進めていたイタリアの１社が３０００台以上を販売し、悔し涙をのんでおりました。
日本の管理基準は世界上位を行っており中途半端な技術で世に出せず、何より立証する現場不足や技術開発資金が大きくのしかかっていたのが現状です。
何度も何度も心が折れそうになりながらもとても多くの方々に励ましと勇気を頂き、今現在も頂いております。ほんとうにありがとうございます。
その中で特に北海道開発局の皆様には研究半ばの平成１９年から数々の工事現場での施工実績をを積ませて頂いており、いつも一筋の光を与え続けて頂きました。
それがあったためここまでくることができたと心より心より感謝致しております。
あと一歩のところまできています。今後も皆様のご厚意に恥じぬよう精進して参ります。
最後になりましたが私のような端くれがこのような場て発表させて頂いたこと心より重ね重ね御礼申し上げます。

JAPAN(furugaki/ueda)

ITALY

建設国際見本市「ｲﾝﾀｰﾏｯﾄ2009」
弊社ブース【研究・開発のあゆみ】
平成18年
2006年 3月
平成19年2007年 8月
平成19年
2007年11月
平成20年
2008年 4月
平成20年
2008年 5月
平成20年
2008年 8月
平成21年
2009年 4月
平成21年
2009年 5月
平成21年
2009年12月
平成22年
2010年 2月
平成22年
2010年 4月

ITALY

弊社ブース

GERMANY

左から植田邦之、櫻庭、植田敏治社長

本格的に研究開発開始
数台の試作機を経て1号機完成
2号機完成
3号機完成、バックホウ0.4m3,1.0m3装着型も完成
国土交通省NETIS 工法登録【再生ｸﾗｯｼｬｰﾗﾝ製造工（脱着式）】
4号機完成
世界二位を誇る建設国際見本市Intermat2009 フランス・ﾊﾟﾘに出展
5号機完成
6号機完成
中国上海の企業と製造提携
世界一を誇る建設国際見本市Buma ドイツ･ﾐｭﾝﾍﾝ 出展予定

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