JP7797944B2 - ダスト固形化装置 - Google Patents

Description

本開示は、ダスト固形化装置に関する。

金属材料等のレーザー加工、プラズマ加工、および溶接などの際に発生するヒュームは、作業者が吸引すると健康に深刻な被害を与える恐れがある。そのため、作業環境を清浄に保つため集塵装置を作動させて、ダストを作業環境から除去することが行われている。また、集塵装置に収集されたダストは、嵩密度が小さい状態であり、この状態のままでは取り扱いが難しいため、ダストを圧縮して固形化し、扱いやすい状態（例えば、ペレット状）に加工することが行われる。扱いやすい状態に加工されたダストは、再溶融等の処理を行うことで再利用可能となる。

特許文献１は簡便な構造でダストの飛散を防止するとともに、ダストの固形化を行うダスト固形化装置を開示する。このダスト固形化装置は、装置本体と、装置本体に設けられるダストを貯留するホッパと、ホッパ内に設けられた成形孔を有する成形部材と、成形孔内に対して進入、退避自在とされた加圧ロッドと、を備える。このダスト固形化装置では、加圧ロッドを成形孔内に進入させてその内部に充填されたダストを固形化し、固形化物を成形する。また、成形孔の開口部はホッパ内に開放されている。

特開２０２１－０８４０５２号公報

しかしながら、特許文献１記載の装置では、ダスト固形化動作により成形孔の内壁にダストが付着し、ダスト固形化動作を繰り返すと成形孔の内壁に付着したダストが蓄積して固着してしまう。そのため、ロッドと成形孔内壁との間の摺動抵抗（摩擦抵抗）が増加し、ロッドを駆動させるために要する力が大きくなる。その結果、ダスト固形化装置に動作異常が生じやすくなるため、改善の余地がある。本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、ロッドの摺動抵抗を抑制したダスト固形化装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決して目的を達成する本開示の一側面は、ダスト固形化装置である。このダスト固形化装置は、ダストを貯留する貯留槽と、貯留槽の下部に配置されて貯留槽内のダストが流入するように成形孔が設けられた成形部材と、成形孔内に進出及び退避して往復運動するように駆動され、成形孔内に進出して成形孔内のダストを圧縮する、互いに対向する第１のロッド及び第２のロッドと、を備える。第１のロッドは、ロッド先端部とロッド基部とを備える。第１のロッドのロッド先端部の厚さは、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である。第１のロッドのロッド先端部の軸方向垂直断面は、第１のロッドのロッド基部の軸方向垂直断面の直径よりも０．２ｍｍ以上大きく、且つ成形孔の軸方向垂直断面の直径よりも小さい。各ロッドは成形孔の軸線上に位置し、軸方向垂直断面とは、成形孔の長軸方向を横切る断面をいう。軸方向は、各ロッドの長軸方向であり、成形孔の長軸方向と概ね一致する。第１のロッドのロッド先端部の外周に溝が設けられている。

上記構成のダスト固形化装置によれば、第１のロッドのロッド先端部をロッド基部に対して拡大することで、第１のロッドのロッド先端部により成形孔内壁に付着したダストを研削するとともに第１のロッドと成形孔内壁との摺動面積を小さくし、第１のロッドの摺動抵抗を抑えることができる。その結果、第１のロッドを駆動させるための力が抑えられ、ダスト固形化装置における動作異常の発生を抑制することができる。また、ロッド先端部の外周の溝により、成形孔の内壁に付着したダストを研削するとともに、研削されたダストが溝から排出されるため、成形孔の内壁へのダストの固着を効果的に防止することができる。

一実施形態においては、第２のロッドを第１のロッドと同様の形状とする。すなわち、第２のロッドは、ロッド先端部とロッド基部とを備え、第２のロッドのロッド先端部の軸方向垂直断面は、第２のロッドのロッド基部の軸方向垂直断面よりも大きく、且つ成形孔の軸方向垂直断面よりも小さい。第２のロッドのロッド先端部をロッド基部に対して拡大することで、第２のロッドのロッド先端部により成形孔内壁に付着したダストを研削するとともに第２のロッドと成形孔内壁との摺動面積を小さくし、第２のロッドの摺動抵抗を抑えることができる。

一実施形態においては、第１のロッド及び／又は第２のロッドのロッド先端部は、ロッド基部に対して着脱可能である。これにより、摩耗したロッド先端部を交換可能である。そのため、メンテナンス性を向上させることができる。

一実施形態においては、第１のロッド及び／又は第２のロッドのロッド先端部の外周に溝が設けられている。これにより、成形孔の内壁に付着したダストを研削するとともに、研削されたダストが溝から排出されるため、成形孔の内壁へのダストの固着を効果的に防止することができる。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、ロッドの摺動抵抗を抑制したダスト固形化装置を提供することができる。

実施形態に係るダスト固形化装置の概略構成を示す図である。 実施形態に係るダスト固形化装置に適用される加圧ロッド及び閉止ロッドのロッド先端部近傍を示す斜視図である。 リング状部材である加圧ロッド先端部が嵌め込まれた加圧ロッドの側面を示す図である。 キャップ形状部材である加圧ロッド先端部が嵌め込まれた加圧ロッドの側面を示す図である。 実施形態に係るダスト固形化装置のダスト固形化動作時における成形孔内を示す断面模式図である。 ロッド先端部の直径と厚さを示す概略図である。 ロッド先端部、ロッド基部及び成形孔の直径の関係を示す軸方向垂直断面図である。 軸方向垂直断面が正六角形である加圧ロッド先端部を示す概略図である。 軸方向垂直断面が正六角形である成形孔に軸方向垂直断面が円形である加圧ロッド先端部が進出した状態を示す軸方向垂直断面図である。 軸方向垂直断面が円形である成形孔に軸方向垂直断面が正六角形である加圧ロッド先端部が進出した状態を示す軸方向垂直断面図である。 実施形態に係るダスト固形化装置に適用される加圧ロッド及び／又は閉止ロッドの変形例であるロッド先端部材を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。「上」「下」の語は、図示する状態に基づくものであり、便宜的なものである。

図１は、本実施形態に係るダスト固形化装置１の概略構成を示す図である。図１に示すダスト固形化装置１は、貯留槽（例えば、ホッパ）１１と、貯留槽１１の下部に配置されたダスト固形化部１２と、を備える。

貯留槽１１は、傾斜側壁１１０を備え、上方から落下するダストを貯留する。

ダスト固形化部１２は、成形孔１２２が設けられた成形部材１２１と、第１のロッドである加圧ロッド１２３と、第２のロッドである閉止ロッド１２４と、成形された固形化物が排出される排出孔１２５と、加圧ロッド１２３を駆動する加圧シリンダ１２６と、閉止ロッド１２４を駆動する閉止シリンダ１２７と、を備える。成形孔１２２は、加圧ロッド１２３と閉止ロッド１２４との間に配置され、加圧ロッド１２３及び閉止ロッド１２４を挿入可能な貫通孔である。

成形部材１２１は、貯留槽１１内下部のダストが流入するように成形孔１２２が設けられた部材である。成形孔１２２は、加圧ロッド１２３と閉止ロッド１２４との間に配置され、第１の開口１２２１と第２の開口１２２２とが貫通する、加圧ロッド１２３及び閉止ロッド１２４を挿入可能な貫通孔である。ここで、成形孔１２２の軸方向垂直断面（長軸方向を横切る断面）は円形である。

加圧ロッド１２３は、軸方向垂直断面が円形であり、成形孔１２２内に第１の開口１２２１から進出及び退避し往復運動可能な第１のロッドである。閉止ロッド１２４は、軸方向垂直断面が円形であり、成形孔１２２内に第２の開口１２２２から進出及び退避し往復運動可能な第２のロッドであり、固形化物の成形時には成形孔１２２内に一定寸法進出して停止し、静止するロッドである。加圧ロッド１２３は、成形孔１２２内に進出及び退避するように駆動されて往復運動し、成形孔１２２から退避すると貯留槽１１内下部のダストが成形孔１２２内に流入する。加圧ロッド１２３は、成形孔１２２内に進出して成形孔１２２内に流入したダストを押し込む。成形孔１２２内では、互いに対向した加圧ロッド１２３の加圧面と閉止ロッド１２４の加圧面とによりダストが押し固められて圧縮されることで、ペレット状の固形化物が成形される。

排出孔１２５は、成形された固形化物を落下させて排出するための孔である。成形された固形化物は、加圧ロッド１２３と閉止ロッド１２４との間に挟持され、排出孔１２５まで搬送されて排出される。加圧シリンダ１２６は、加圧ロッド１２３を往復運動させる駆動源である。閉止シリンダ１２７は、閉止ロッド１２４を往復運動させる駆動源である。

なお、本開示は、図１に示す形態に限定されるものではなく、加圧ロッド１２３及び加圧シリンダ１２６の位置と閉止ロッド１２４及び閉止シリンダ１２７の位置とは、入れ替えてもよい。

図１に示すダスト固形化装置１は、図示しない制御部によって動作を制御される。図示しない制御部は、具体的には、加圧シリンダ１２６及び閉止シリンダ１２７に動作指令を出力することで、加圧ロッド１２３及び閉止ロッド１２４の動作を制御する。

図２は、本実施形態に係るダスト固形化装置１に適用される加圧ロッド１２３及び閉止ロッド１２４のロッド先端部近傍を示す斜視図である。加圧ロッド１２３は、加圧ロッド先端部１２３１と、加圧ロッド基部１２３２と、を備える。閉止ロッド１２４は、閉止ロッド先端部１２４１と、閉止ロッド基部１２４２と、を備える。

加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１の軸方向垂直断面は、加圧ロッド１２３の加圧ロッド基部１２３２の軸方向垂直断面よりも大きく、且つ成形孔１２２の軸方向垂直断面よりも小さい。ここで、加圧ロッド先端部１２３１及び加圧ロッド基部１２３２の軸方向垂直断面は円形である。閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１の軸方向垂直断面は、閉止ロッド１２４の閉止ロッド基部１２４２の軸方向垂直断面よりも大きく、且つ成形孔１２２の軸方向垂直断面よりも小さい。閉止ロッド先端部１２４１及び閉止ロッド基部１２４２の軸方向垂直断面は円形である。

加圧ロッド先端部１２３１は、加圧ロッド基部１２３２に一体形成されていてもよいし、加圧ロッド基部１２３２に対して着脱可能に構成されていてもよい。閉止ロッド先端部１２４１は、閉止ロッド基部１２４２に一体形成されていてもよいし、閉止ロッド基部１２４２に対して着脱可能に構成されていてもよい。ロッド先端部がロッド基部に対して着脱可能であると、摩耗したロッド先端部を交換可能である。そのため、メンテナンス性を向上させることができる。ここで、加圧ロッド１２３は、ダスト固形化動作に際して閉止ロッド１２４よりも進出及び後退を頻繁に繰り返すため、加圧ロッド１２３において加圧ロッド先端部１２３１が加圧ロッド基部１２３２に対して着脱可能であることが、特に好ましい。なお、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１のダストと当接する面と反対の面にはネジ山が設けられており、このねじ山がロッド基部に螺合することで着脱可能な構成を実現することができる。又は、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１は、ロッド基部１２３２に嵌め込まれるＯリング等のリング状部材若しくはキャップ形状部材により着脱可能な構成を実現することもできる。図３は、リング状部材である加圧ロッド先端部１２３１ａが嵌め込まれた加圧ロッド１２３ａの側面を示す図であり、図４は、キャップ形状部材である加圧ロッド先端部１２３１ｂが嵌め込まれた加圧ロッド１２３ｂの側面を示す図である。なお、図３，４には加圧ロッド１２３ａ，１２３ｂを示したが、閉止ロッドについても同様の形状とすることができる。

更には、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１は、耐摩耗性の高い材料により形成することが好ましい。これにより、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の摩耗を抑制することができる。

図５は、本実施形態に係るダスト固形化装置１のダスト固形化動作時における成形孔１２２内を示す断面模式図である。図５においては、閉止ロッド先端部１２４１及び閉止ロッド基部１２４２を備える閉止ロッド１２４が静止した成形孔１２２内に、加圧ロッド先端部１２３１及び加圧ロッド基部１２３２を備える加圧ロッド１２３が進出及び退避させ、加圧ロッド１２３が往復運動することで、ダスト固形化動作を行う。

加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１と、閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１とは、ダストを圧縮して固形化物２０１を成形する。図５に示すように、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１を加圧ロッド基部１２３２に対して拡大することで、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１により成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダスト２００を研削するとともに加圧ロッド１２３と成形孔１２２の内壁１２２３との摺動面積を小さくすることができる。そのため、加圧ロッド１２３の摺動抵抗を低減することができる。これにより、加圧ロッド１２３を駆動させるための力を抑えることができるため、ダスト固形化装置１における動作異常の発生を抑制させると共に、ダスト固形化装置１の小型化及び省エネルギー化が可能となる。

図６は、ロッド先端部の直径Ｄと厚さｗを示す概略図である。図６には、加圧ロッド基部１２３２の直径Ｒと、加圧ロッド先端部１２３１の直径Ｄと、加圧ロッド先端部１２３１の厚さｗと、加圧ロッド基部１２３２と加圧ロッド先端部１２３１との直径差ｄと、が示されている。図７は、ロッド先端部、ロッド基部及び成形孔の直径の関係を示す軸方向垂直断面図である。図７には、加圧ロッド基部１２３２の直径Ｒと、加圧ロッド先端部１２３１の直径Ｄと、成形孔１２２の直径ｒと、加圧ロッド基部１２３２と加圧ロッド先端部１２３１との直径差ｄと、が示されている。なお、図６及び図７には、加圧ロッド１２３を示しているが、閉止ロッド１２４についても同様の形状とすることができる。加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の直径Ｄは、加圧ロッド基部１２３２及び閉止ロッド基部１２４２の直径Ｒよりも大きく、成形孔１２２への進出及び退避し往復運動が可能となるように成形孔１２２の直径ｒよりも小さくする。特に、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の直径Ｄは、加圧ロッド基部１２３２及び閉止ロッド基部１２４２の直径Ｒよりも０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲で大きくすることが好ましい（すなわち、０．２ｍｍ≦ｄ≦０．４ｍｍ）。一例として、加圧ロッド基部１２３２及び閉止ロッド基部１２４２の直径Ｒが１５ｍｍであれば、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の直径Ｄは、１５．２ｍｍ≦Ｄ≦１５．４ｍｍとすることができる。

また、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の厚さｗは、荷重に耐えられる限り薄くすることが好ましい。加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の厚さｗは、各々の加圧面からロッド基部までの距離である。加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の厚さｗが薄くなると、加圧ロッド１２３及び閉止ロッド１２４と成形孔１２２の内壁１２２３との摺動面積が小さくなり、摺動抵抗が抑えられるからである。一例として、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の厚さｗは、０．１ｍｍ≦ｗ≦１０．０ｍｍとすることができる。なお、各ロッドは成形孔の軸線上に位置し、軸方向垂直断面とは、成形孔の長軸方向を横切る断面をいう。軸方向は、各ロッドの長軸方向であり、成形孔の長軸方向と概ね一致する。

以上説明したように、本実施形態に係るダスト固形化装置１によれば、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１を加圧ロッド基部１２３２に対して拡大することで、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１により成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダストを研削するとともに加圧ロッド１２３と成形孔１２２の内壁１２２３との摺動面積が小さくなり、加圧ロッド１２３の摺動抵抗を抑えることができる。その結果、ダスト固形化装置１における動作異常の発生を抑制することができる。

また、閉止ロッド１２４を加圧ロッド１２３と同様の形状として、閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１を閉止ロッド基部１２４２に対して拡大すると、閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１により成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダストを研削するとともに閉止ロッド１２４と成形孔１２２の内壁１２２３との摺動面積が小さくなり、閉止ロッド１２４の摺動抵抗を抑えることができる。

（変形例１）
本実施形態では、成形孔１２２、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の軸方向垂直断面が円形である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本実施形態の変形例として、成形孔１２２、加圧ロッド先端部１２３１及び閉止ロッド先端部１２４１の軸方向垂直断面は、正六角形等の多角形であってもよい。図８は、軸方向垂直断面が正六角形である加圧ロッド先端部１２３１ｃを示す概略図である。図８においては、軸方向垂直断面が正六角形である成形孔１２２ａ内に加圧ロッド先端部１２３１ｃが進出している。なお、図８には、加圧ロッド先端部１２３１ｃの加圧ロッドを示しているが、閉止ロッド１２４についても同様の形状とすることができる。加圧ロッド基部１２３２及び閉止ロッド基部１２４２の軸方向垂直断面も、正六角形等の多角形であってもよい。

また、ロッド先端部の軸方向垂直断面と、ロッド基部の軸方向垂直断面とは、一致していなくてもよい。図９は、軸方向垂直断面が正六角形である成形孔１２２ａに軸方向垂直断面が円形である加圧ロッド先端部１２３１が進出した状態を示す軸方向垂直断面図であり、図１０は、軸方向垂直断面が円形である成形孔１２２に軸方向垂直断面が正六角形である加圧ロッド先端部１２３１ｃが進出した状態を示す軸方向垂直断面図である。

（変形例２）
本実施形態の変形例として、加圧ロッド先端部１２３１及び／又は閉止ロッド先端部１２４１の外周に溝が設けられていてもよい。

図１１は、本実施形態に係るダスト固形化装置１に適用される加圧ロッド１２３及び／又は閉止ロッド１２４の変形例であるロッド先端部材１２０３を示す斜視図である。図１１には、外周に溝が設けられたロッド先端部１２０１及びロッド装着部１２０２を備えるロッド先端部材１２０３が示されている。図１１に示すロッド先端部材１２０３には、ロッド先端部１２０１に、ロッド先端部厚み方向に対して斜めに形成された溝１２０４が設けられている。このように設けられた溝１２０４によれば、成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダストは研削され、研削されたダストは溝１２０４によって排出されるため、成形孔１２２の内壁１２２３へのダストの固着を効果的に防止することができる。ただし、溝１２０４の形状は、図１１に示すものに限定されず、成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダストを研削可能であるとともに、研削されたダストを排出可能であれば特定の形状に限定されるものではない。例えば、溝加工やローレット加工により平目又はあや目が形成されていてもよい。

なお、図１１に示すロッド先端部材１２０３は、図示しないロッド基部に対して着脱可能な構成であるが、本発明はこれに限定されず、ロッド先端部がロッド基部に一体形成された形態において、ロッド先端部の外周に溝が設けられていてもよい。

（実施形態のまとめ）
ダスト固形化装置１によれば、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１を加圧ロッド基部１２３２に対して拡大することで、加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１により成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダスト２００を研削するとともに加圧ロッド１２３と成形孔１２２の内壁１２２３との摺動面積を小さくし、加圧ロッドの摺動抵抗を抑えることができる。その結果、加圧ロッドを駆動させるための力が抑えられ、ダスト固形化装置における動作異常の発生を抑制することができる。また、閉止ロッド１２４を加圧ロッド１２３と同様の形状として、閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１を閉止ロッド基部１２４２に対して拡大すると、加圧ロッドの場合と同様に摺動抵抗を抑え、ダスト固形化装置における動作異常の発生を抑制することができる。

加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１及び／又は閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１は、加圧ロッド基部１２３２及び／又は閉止ロッド基部１２４２に対して夫々着脱可能であるため、摩耗した加圧ロッド先端部１２３１及び／又は閉止ロッド先端部１２４１を交換可能することができる。

加圧ロッド１２３の加圧ロッド先端部１２３１及び／又は閉止ロッド１２４の閉止ロッド先端部１２４１の外周に溝が設けられているため、成形孔１２２の内壁１２２３に付着したダストは研削され、研削されたダストは溝１２０４によって排出されるため、成形孔１２２の内壁１２２３へのダストの固着を効果的に防止することができる。

１ ダスト固形化装置、１１ 貯留槽、１１０ 傾斜側壁、１２ ダスト固形化部、１２１ 成形部材、１２２ 成形孔、１２２１ 第１の開口、１２２２ 第２の開口、１２２３ 内壁、１２３，１２３ａ，１２３ｂ 加圧ロッド、１２３１，１２３１ａ，１２３１ｂ 加圧ロッド先端部、１２３２ 加圧ロッド基部、１２４ 閉止ロッド、１２４１ 閉止ロッド先端部、１２４２ 閉止ロッド基部、１２５ 排出孔、１２６ 加圧シリンダ、１２７ 閉止シリンダ、１２０１ ロッド先端部、１２０２ ロッド装着部、１２０３ ロッド先端部材、１２０４ 溝、２００ ダスト、２０１固形化物

Claims (3)

1. ダストを貯留する貯留槽と、
   前記貯留槽の下部に配置されて前記貯留槽内のダストが流入するように成形孔が設けられた成形部材と、
   前記成形孔内に進出及び退避して往復運動するように駆動され、前記成形孔内に進出して前記成形孔内のダストを圧縮する、互いに対向する第１のロッド及び第２のロッドと、を備え、
   前記第１のロッドは、ロッド先端部とロッド基部とを備え、
   前記第１のロッドの前記ロッド先端部の厚さは、０．１ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下であり、
   前記第１のロッドの前記ロッド先端部の軸方向垂直断面の直径は、前記第１のロッドの前記ロッド基部の軸方向垂直断面の直径よりも０．２ｍｍ以上大きく、且つ前記成形孔の軸方向垂直断面の直径よりも小さく、
   前記ロッド先端部の外周に溝が設けられているダスト固形化装置。
2. 前記第２のロッドは、ロッド先端部とロッド基部とを備え、
   前記第２のロッドの前記ロッド先端部の軸方向垂直断面は、前記第２のロッドの前記ロッド基部の軸方向垂直断面よりも大きく、且つ前記成形孔の軸方向垂直断面よりも小さい請求項１に記載のダスト固形化装置。
3. 前記ロッド先端部は、前記ロッド基部に対して着脱可能である、請求項１又は請求項２に記載のダスト固形化装置。