JP7790701B2 - 搬送混合用の無軸スクリュー羽根およびそれを備える無軸スクリュー搬送混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、被搬送物を搬送しつつ混合（撹拌）する無軸スクリュー搬送混合羽根およびそれを備える無軸スクリュー搬送混合装置に関する。

特許文献１の固形分分離装置では、無軸の螺旋スクリューが固液分離手段として用いられている。しかしながら、懸濁液を無軸の螺旋スクリューに送り込み、固形分と液分を撹拌しながら分離しているに過ぎず、被搬送物（複数の成分を含む）を搬送しながら混合する技術ではない。
特許文献２の脱水汚泥搬送システムでは、混練装置の一例として無軸スクリューを備えた混練装置を記載している。しかしながら、単に例示列挙しているに過ぎず具体的構造について開示されておらず、そもそも混練装置は、被搬送物（複数の成分を含む）を搬送しながら混合する技術ではない。
特許文献３の無軸スクリュー搬送装置では、被搬送物（野菜の剥き皮）を搬送する技術を開示している。しかしながら、無軸スクリュー搬送装置の目的は搬送であって、被搬送物（複数の成分を含む）を搬送しながら混合することを目的とした構造設計ではない。

特開２０１３－５２３３４号公報 特開２０１７－１４８７６７号公報 特開２０１９－１７７９８９号公報

本発明の目的は、被搬送物（複数の成分を含む）を搬送しながら混合することができる搬送混合用の無軸スクリュー羽根およびそれを備える無軸スクリュー搬送混合装置を提供する。

本発明の搬送混合用の無軸スクリュー羽根（１）は、
羽根本体（１０）と、
（駆動側に連結されるための、）前記羽根本体（１０）の一方端（基部）と固定されるフランジ（２０）と、
前記羽根本体（１０）の第一主面（１０ａ）および／または第二主面（１０ｂ）に、羽根本体（１０）の１ピッチ（ｐ）当たり少なくとも１つ以上立設される混合用突設部と、
を備える。

「第一主面」は、停止している状態において、フランジ（２０）主面と対向する側の面をいう。第一主面に立設される混合用突設部を、第一混合用突設部（１ピッチあたり一つ以上ある）という。
「第二主面」は、第一主面と表裏の関係となる反対側の面をいう。第二主面に立設される混合用突設部を、第二混合用突設部（１ピッチあたり一つ以上ある）という。

羽根本体（１０）の１ピッチ当たり複数個の第一混合用突設部が、第一主面（１０ａ）に立設される場合に、羽根本体（１０）の螺旋形状においてそれぞれが等間隔または実質的に等間隔に配置されていてもよい。
羽根本体（１０）の１ピッチ当たり複数個の第二混合用突設部が、第二主面（１０ｂ）に立設される場合に、羽根本体（１０）の螺旋形状において等間隔または実質的に等間隔に配置されていてもよい。
３つの混合用突設部であれば、羽根回転軸（ａ０）を中心にして螺旋形状の第一主面（第二主面）において１２０°の間隔で配置されていてもよい。
４つの混合用突設部であれば、羽根回転軸（ａ０）を中心にして螺旋形状の第一主面（第二主面）において９０°の間隔で配置されていてもよい。
６つの混合用突設部であれば、羽根回転軸（ａ０）を中心にして螺旋形状の第一主面（第二主面）において６０°の間隔で配置されていてもよい。

第一主面（１０ａ）に立設される第一混合用突設部の位置と、第二主面（１０ｂ）に立設される第二混合用突設部の位置とが、羽根本体（厚みｔ）を間に挟んで同じまたは実質的に同じであってもよい（図１Ｄ（ａ）参照）。
第一主面（１０ａ）に立設される第一混合用突設部の位置と、第二主面（１０ｂ）に立設される混合用突設部の位置とが、羽根本体（厚みｔ）を間に挟んで異なる位置であってもよい。異なる位置である場合に、第一主面（１０ａ）に立設される隣り合う第一混合用突設部の間（例えば、少しずれた位置（図１Ｄ（ｂ）参照）、中間位置など）に、第二主面（１０ｂ）に第二混合用突設部が設けられてもよい。

混合用突設部は、第一主面（１０ａ）または第二主面（１０ｂ）の垂直方向に立設、または垂直方向に対し所定の角度α（例えば、±１度～±４５度）に傾斜して立設されていてもよい。
第一主面（１０ａ）から垂直に伸びる垂直仮想線（Ｆ２）から回転方向に角度α（１度から４５度）だけ傾斜していてもよい（図１Ｃの別例を参照）。

混合用突設部の形状は、例えば、三角板状、矩形板状、多角形板状、棒状（円柱、角柱）、分岐状などが挙げられる。
第一主面（１０ａ）に立設される複数個の第一混合用突設部と第二主面（１０ｂ）に立設される複数個の第二混合用突設部は、すべて同じ形状、サイズに統一されていてもよく、すべて異なっていてもよく、部分的に統一されていてもよい。

混合用突設部の形状が板状である場合に、板状の主面は、第一主面（１０ａ）または第二主面（１０ｂ）の上で羽根径方向（ａ１）に平行に立設し、または羽根径方向（ａ１）対し所定角度（例えば、±１度～±４５度）で傾斜して立設していてもよい。
羽根回転軸中心（ａ０）と平行にスクリュー羽根をみたときに（図１Ｂ参照）、例えば、所定角度の傾斜は、羽根回転軸中心（ａ０）から延びる羽根径方向（ａ１）の仮想線（Ｆ０）と、その仮想線（Ｆ０）上の羽根内側点（ａ２）を起点にして回転方向に角度β（１度から４５度）だけ傾斜していてもよい。
混合用突設部は、羽根径方向（ａ１）に平行な羽根幅（ｗ）と同じ長さ、それより短い長さであってもよい。

「混合用突設部が板状の場合の主面」は、平面でもよく、曲面でもよい。主面は側面よりも表面積が大きい。
「混合用突設部」は羽根が回転する際に、被搬送物と当接する。混合用突設部で羽根の中心空間（無軸の空間）側に被搬送物を送り込む作用と、混合用突設部に当たらずに羽根の主面に当たって被搬送物を搬送方向に向かって送り込む作用との違いにより、混合作用が生じる。

無軸スクリュー羽根の全長（Ｌ）は、例えば、２ｍ～２０ｍである。
無軸スクリュー羽根の外径（ｒ１）は、例えば、８０ｍｍ～６００ｍｍである。
無軸スクリュー羽根のピッチ（ｐ）は、例えば、２７ｍｍ～６００ｍｍである。
無軸スクリュー羽根の内径（ｒ２）は、例えば、３０ｍｍから５００ｍｍである。
無軸スクリュー羽根の厚み（ｔ）は、例えば、１０ｍｍから３５ｍｍである。
無軸スクリュー羽根の羽根幅（ｗ）は、例えば、３０ｍｍ～８０ｍｍである。
（それぞれは図１Ａを参照。）

内径（ｒ２）と羽根幅（ｗ）との和が外径（ｒ１）である。または（ｒ２＋ｗ≒ｒ１）であり、ここでｗが径方向から垂直に伸びておらず傾斜している場合にはｒ１の方が小さい。別実施形態として、内径（ｒ２）と羽根幅（ｗ）の２倍との和が外径（ｒ１）である。または（ｒ２＋ｗ×２≒ｒ１）であり、ここでｗが径方向から垂直に伸びておらず傾斜している場合にはｒ１の方が小さい。外径の大きい方の第一羽根の内幅面に外径の小さい方の第二羽根の外幅面が固定された２枚羽根が１つの羽根として構成されていてもよい。

無軸スクリュー羽根の外径（ｒ１）と無軸スクリュー羽根のピッチ（ｐ）との関係は、外径（ｒ１）に対しピッチ１／３～２／３であり、外径（ｒ１）に対しピッチ１／２～２／３がより好ましい。

無軸スクリュー羽根は、例えば、断面矩形であってもよい。スクリュー羽根の外径（ｒ１）が大きくなるほど羽根幅（ｗ）、羽根厚み（ｔ）も大きい値に設定する。被搬送物の物性および／または単位時間あたりの搬送量（スクリューの回転速度）および混合具合に応じて、全長（Ｌ）、スクリュー羽根外径（ｒ１）、ピッチ（ｐ）、羽根内径（ｒ２）、羽根幅（ｗ）が設定される。

（無軸スクリュー羽根の材料）
無軸スクリュー羽根の原材料となる鋼材としては、例えば、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ３３０、ＳＳ４００、ＳＳ４９０、ＳＳ５４０など）、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＰＣＤ、ＳＰＣＥ、ＳＰＣＦ、ＳＰＣＧなど）、炭素鋼鋼材（Ｓ２５Ｃ、Ｓ３０Ｃ、Ｓ３５Ｃ、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５０Ｃ、Ｓ５５Ｃなど）、熱間または冷間圧延ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ４３０，ＳＵＳ４１０など）、耐摩耗鋼板（スエーデンスチール社のハードックス（ＨＡＲＤＯＸ（登録商標））、ＪＦＥスチール社のエバーハード（ＥＶＥＲＨＡＲＤ（登録商標））など）、高張力鋼板（ＳＭ５７０、ＳＭＡ５７０Ｗなど）、ＴＭＣＰ型高張力鋼板（ＳＭ５７０ＴＭＣ、ＳＭＡ５７０ＷＴＭＣなど）が挙げられる。

無軸スクリュー羽根の原材料となる鋼材としては、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）よりも高強度（高引張強度）の鋼材が好ましい。耐摩耗性、耐久性の観点で好ましい。ＳＳ４００の場合、長時間使用（例えば６ケ月、７時間／日）でスクリュー羽根の全長が初期値と比較して１０％～１５％程度縮むが、ＳＳ４００よりも高強度（高引張強度）のステンレス鋼板、耐摩耗鋼板（スエーデンスチール社のハードックス（ＨＡＲＤＯＸ（登録商標））、ＪＦＥスチール社のエバーハード（ＥＶＥＲＨＡＲＤ（登録商標））などは、縮みの程度が極めて小さい。

他の本発明の無軸スクリュー搬送混合装置（１００）は、
上記の搬送混合用の無軸スクリュー羽根（１）と、
前記無軸スクリュー羽根（１）をその内部に収納するケーシング（１１０）と、
前記ケーシングの内面に配置されるトラフ（１２０）と、
前記無軸スクリュー羽根のフランジと連結される駆動手段（１３０）と、
を備える。

前記ケーシング（１１０）は、断面が円状、または正ｎ角形状、Ｕ字状であってもよい。
ケーシング（１１０）は、例えば、強化プラスチック製、金属製が挙げられ、例えば、ステンレス鋼製が好ましい。
前記ケーシング（１１０）は、長手方向に沿って断面Ｕ字状の第一パーツと、Ｕ字状の上部開放部を蓋する第二パーツとを有して構成されていてもよい。前記ケーシング（１１０）は、円柱状である場合に、円柱下部パーツと円柱上部パーツとを有して構成されていてもよい。

前記トラフ（１２０）は、例えば、Ｕ字状であってもよい。
トラフは、例えば、強化プラスチック製、金属製が挙げられ、例えば、ステンレス鋼製が好ましい。

駆動手段（１３０）は、モータ、変速ギア、連結手段、制御装置、電源などで構成される。駆動手段は、例えば、回転数３ｒｐｍ～１５ｒｐｍで無軸スクリュー羽根を回転することが好ましい。

被搬送物は、複数の成分を有し、例えば、家庭用廃棄物、産業廃棄物、汚泥などが挙げられる。被搬送物は水分を含んでいてもよい。

搬送しながら混合させて、羽根先端へ送られるに従い混合率が上がる。
混合率は、例えば、無軸スクリューの全長、外径および内径、ピッチ、単位時間当たりの搬送量、回転数、混合用突設部によって制御される。
例えば、全長７ｍから１２ｍ、外径４００ｍｍから５００ｍｍ、内径１５０から４２０ｍｍ、ピッチ４００から５００ｍｍ、搬送量２ｔ／時間から３ｔ／時間、回転数５から１２ｒｐｍ、矩形板状の混合用突設部を第一主面に４から６つ、第二主面に４から６つ、全長の６０％の長さまで搬送させたとき５０から７０％の混合程度、全長の８０％から９０％の長さに搬送させたときに９０％から１００％の混合程度にすることが可能となる。

無軸スクリュー羽根の概要を示す図である。 混合用突設部の取付位置、傾斜角βを説明する図である。 混合用突設部の傾斜角αを説明する図である。 第一主面と第二主面に取り付ける混合用突設部の配置例を示す図である。 混合用突設部の平面形状の一例を示す図である。 無軸スクリュー搬送混合装置の概要を示す図である。

（実施形態１）
図１Ａは、搬送混合用の無軸スクリュー羽根１を示す。無軸スクリュー羽根１は、羽根本体１０と、羽根本体１０の羽根基部と固定されるフランジ２０と、羽根本体１０の第一主面１０ａに設けられる４つの第一混合用突設部４１、４２と、第二主面１０ｂに設けられる４つの第二混合用突設部５３、５４を備える。羽根基部から１８０度螺旋回転した位置の第一主面１０ａに補強板３０の一方部が溶接され、他方部がフランジ２０と溶接固定される。

第一混合用突設部４１、４２は、羽根本体１０の１ピッチｐ当たり４つ立設されているが、図１Ａでは２つのみが示されている。第二混合用突設部５３、５４は、羽根本体１０の１ピッチｐ当たり４つ立設されているが、図１Ａでは２つのみが示されている。本実施形態では、図１Ａのスクリュー羽根は外径および内径の異なる２つのスクリュー羽根を径方向につなげたダブル羽根である。径方向外側のスクリュー羽根の内径が径方向内側のスクリュー羽根の外径と一致（略一致）しており、お互いを溶接で結合する。第一、第二混合用突設部は、断面Ｌ字状のアングル板であり、羽根の主面に溶接固定される。

図１Ａでは、羽根本体１０の１ピッチ当たり４つの第一混合用突設部が、第一主面１０ａに立設されており、羽根本体１０の螺旋形状においてそれぞれが等間隔または実質的に等間隔に配置されている。また、羽根本体１０の１ピッチ当たり４つの第二混合用突設部が、第二主面１０ｂに立設されており、羽根本体１０の螺旋形状において等間隔または実質的に等間隔に配置されている。つまり、４つの混合用突設部であるので、羽根回転軸ａ０を中心にして螺旋形状の第一主面１０ａまたは第二主面１０ｂにおいて９０°の間隔で配置されている。

図１Ｂを用いて混合用突設部の取付位置、傾斜角βを説明する。混合用突設部４１の形状が板状である場合に、板状の主面は、第一主面１０ａの上で羽根径方向ａ１に平行に立設する。別実施形態として、羽根径方向ａ１対し所定角度（例えば、±１度～±４５度）で傾斜して立設していてもよい。図１Ｂにおいて、羽根回転軸中心ａ０と平行にスクリュー羽根をみたときに、所定角度の傾斜は、羽根回転軸中心ａ０から延びる羽根径方向ａ１の仮想線Ｆ０と、その仮想線Ｆ０上の羽根内側点ａ２を起点にして回転方向に角度β（１度から４５度の範囲）で、破線の混合用突設部４１が傾斜する。

図１Ｃを用いて混合用突設部の傾斜角αを説明する。混合用突設部４１の断面Ｌ字状の第一板部４１１が第一主面１０ａに溶接固定され、第二板部４１２が第一主面１０ａの垂直方向に立設する。別実施形態として、第二板部４１２は、垂直方向に対し所定の角度α（例えば、±１度～±４５度）に傾斜して立設されていてもよい。第一主面１０ａから垂直に伸びる垂直仮想線Ｆ２から回転方向に角度α（１度から４５度）だけ傾斜して第二板部４１２が立設してもよい。

図１Ｄを用いて第一主面と第二主面に取り付ける混合用突設部の配置例を示す。図１Ｄ（ａ）は、第一主面１０ａに立設される第一混合用突設部４１の位置と、第二主面１０ｂに立設される第二混合用突設部５１の位置とが、羽根本体（厚みｔ）を間に挟んで同じである。図１Ｄ（ｂ）は、第一主面１０ａに立設される第一混合用突設部４１の位置と、第二主面１０ｂに立設される第二混合用突設部５１の位置とが、羽根本体（厚みｔ）を間に挟んで少しずれた位置である。

図１Ｅは、混合用突設部の平面形状の一例を示す。(a)は矩形状、（ｂ）は円柱状（棒状）、（ｃ）は櫛状（先端側分岐状）、（ｄ）台形状、（ｅ）三角状、などが例示され、他の形状でもよい。１種以上の平面形状の混合用突設部を用いてもよく、１種の平面形状の混合用突設部を用いてもよい。

図２は、無軸スクリュー搬送混合装置１００を示す。無軸スクリュー搬送混合装置１００は、搬送混合用の無軸スクリュー羽根１と、無軸スクリュー羽根１をその内部に収納するケーシング１１０と、ケーシング１１０の内面に配置されるＵ字状トラフ１２０と、無軸スクリュー羽根１の羽根本体１０の基部と固定されるフランジ２０と連結される駆動手段１３０とを備える。

駆動手段１３０は、モータ、変速ギア、連結手段、制御装置、電源などで構成される。駆動手段１３０は、例えば、回転数５ｒｐｍ～１２ｒｐｍで無軸スクリュー羽根を回転する。駆動軸１３１は、シールユニット（不図示）を間に設置してケーシング１１０を貫通し、駆動軸１３１とケーシングとの密閉性を高めている。
ケーシング１１０は、被搬送物の投入部（不図示）と、混合された被搬送物を排出する排出部を備える。

（実施例）
全長（Ｌ）９ｍ、外径（ｒ１）４７７ｍｍ、内径（ｒ２）１７７ｍｍ、ピッチ（ｐ）４７７ｍｍ、搬送量２．５ｔ／時間、回転数７ｒｐｍ、断面Ｌ字状の混合用突設部を第一主面に４つ、第二主面に４つ設けた。第二板部４１２は縦７０ｍｍ横７０ｍｍの正方形である。傾斜角αは０度（つまり垂直に立設し）、傾斜角βは４５度とした。
被搬送物として、平均粒径の異なる２種類の砂を用意し、一方の砂の色を白くして、搬送混合をさせた。その結果、全長の６０％の長さまで搬送させたとき６０％から７０％の混合程度、全長の８０％から９０％の長さまでに搬送させたときに９０％から１００％の混合程度であったことを、目視で確認した。

（比較例）
断面Ｌ字状の混合用突設部を第一主面、第二主面に設けていないこと以外、実施例と同じとした。
その結果、全長の６０％の長さまで搬送させたとき４０％から５０％の混合程度、全長の８０％から９０％の長さまでに搬送させたときに５０％から６０％の混合程度であったことを、目視で確認した。
被搬送物が互いに混ざりやすい砂同士であったため、比較例でも半分程度は混合されたが、搬送の先端側と後端側での混ざり具合が悪く、特に一方の砂のみが搬送されてしまい混合されずに排出されてしまう傾向が顕著であった。

１ 無軸スクリュー羽根
１０ 羽根本体
２０ フランジ
３０ 補強板
４１、４２ 第一混合用突設部
５１、５２ 第二混合用突設部
１００ 無軸スクリュー搬送混合装置
１１０ ケーシング
１２０ トラフ
１３０ 駆動部

Claims (4)

1. 搬送混合用の無軸スクリュー羽根であって、
   羽根本体と、
   前記羽根本体の一方端と固定されるフランジと、
   前記羽根本体の第一主面および／または第二主面に、羽根本体の１ピッチ当たり少なくとも１つ以上立設され、羽根外径より外に延設されていない混合用突設部と、
   を備える、無軸スクリュー羽根。
2. 混合用突設部は、第一主面または第二主面の垂直方向に、または垂直方向に対し所定角度傾斜して立設されている、請求項１に記載の無軸スクリュー羽根。
3. 混合用突設部は、第一主面または第二主面の上で羽根径方向に平行に立設し、または羽根径方向対し所定角度で傾斜して立設されている、請求項１または２に記載の無軸スクリュー羽根。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の搬送混合用の無軸スクリュー羽根と、
   前記無軸スクリュー羽根をその内部に収納するケーシングと、
   前記ケーシングの内面に配置されるトラフと、
   前記無軸スクリュー羽根のフランジと連結される駆動手段と、
   を備える、無軸スクリュー搬送混合装置。