フロキュレータ

【課題】地震等による槽のずれを許容しつつ回転軸を長軸化することが可能なフロキュレータを提供する。
【解決手段】駆動軸３０と中空軸３０とを同軸的に連結して成る連結部４０を有する回転軸を備えたフロキュレータであって、回転軸の連結部４０は、駆動軸３０の中空軸側端部および中空軸３０の駆動軸３０側端部の一方に設けられ球状摺動面４１ａを有する内輪４１と、中空軸３０の駆動軸側端部および駆動軸３０の中空軸３０側端部の他方に設けられ内輪４１を摺動自在に収容する外輪４２と、中空軸３０の軸線と駆動軸３０の軸線とがなす交差角を許容傾斜角θ以下とするように、外輪４２に対する内輪４１の相対的な摺動可能範囲を制限する摺動制限手段と、を有しており、中空軸３０の駆動軸側端部とは異なる端部は、球面軸受７により支持されていることを特徴とするフロキュレータ１。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フロキュレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
浄水処理設備等では、河川水等の原水に凝集剤を加え濁質を凝集させてフロックを形成し、このフロックを含む原水をフロキュレータと呼ばれる緩速撹拌機で緩速撹拌することで当該フロックを成長させて粗大フロックとし、この粗大フロックを原水から例えば沈降分離等により分離することで原水の浄化を図っている。
【０００３】
上記フロキュレータとしては、フロックを成長させるフロック形成槽内に、多数の撹拌羽根を備える回転軸を横向きで配置し、この回転軸を水中軸受により支持した状態で回転させることにより、撹拌羽根によって原水を緩速撹拌する構成のものが多用されている。
【０００４】
このようなフロキュレータとして、例えば非特許文献１に開示されたものがある。このフロキュレータは、フロート式フロキュレータと呼ばれ、回転軸として鋼管等による中空軸を使用し、軸にフロートを取付けるなどして、可能な限り軸受にかかる荷重を少なくしている。フロート式フロキュレータは、回転軸の自重が軽く回転軸を長軸化できるため、大型のフロック形成槽に適用される。
【０００５】
一方、処理槽が大型の場合には、地震対策としてエキスパンション部が設けられている場合が多い。このエキスパンション部は、処理槽を２つの槽部に分割してなり、分割された槽部が地震の際にずれることによって地震による槽の歪みが吸収され槽全体の損壊が防止される。また、フロキュレータの回転軸においても、上記槽のずれを許容する機構が検討されており、特許文献１には、エキスパンション部を挟んで槽底部上に一対の軸受台を設け、その軸受台対の間で回転軸を分断し、分断された回転軸同士を繋ぐ連結構造が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１９７４８２号公報
【非特許文献１】「水道施設設計指針２０００」、日本水道協会、p.574-575
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のフロキュレータでは、回転軸を分断して設けられた連結構造によって槽のずれを許容しているため、フロート式フロキュレータの利点であった長軸化を妨げるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、地震等による槽のずれを許容しつつ回転軸を長軸化することが可能なフロキュレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフロキュレータは、駆動軸と中空軸とを同軸的に連結して成る連結部を有する回転軸を備えたフロキュレータであって、回転軸の連結部は、駆動軸の中空軸側端部および中空軸の駆動軸側端部の一方に設けられ球状摺動面を有する内輪部と、中空軸の駆動軸側端部および駆動軸の中空軸側端部の他方に設けられ内輪部を摺動自在に収容する外輪部と、中空軸の軸線と駆動軸の軸線とがなす交差角を所定角度以下とするように、外輪部に対する内輪部の相対的な摺動可能範囲を制限する摺動制限手段と、を有しており、中空軸の駆動軸側端部とは異なる端部は、球面軸受により支持されていることを特徴とする。
【０００９】
このようにすれば、中空軸の一方の端部が球面軸受に支持され、他方の端部が連結部を介して駆動軸に連結される。連結部の内輪部と外輪部は、中空軸の軸線と駆動軸の軸線とがなす交差角を所定角度以下とするように摺動可能範囲を摺動制限手段によって制限されるので、駆動軸から中空軸へのトルク伝達を行いつつ中空軸の傾き方向のずれを許容して、地震等による槽のずれを許容することができる。また、中空軸が途中で分割されずに設けられるので、中空軸が長軸化でき、回転軸を長軸化することが可能である。
【００１０】
ここで、上記作用を好適に奏する摺動制限手段としては、具体的には内輪部の球状摺動面より外方に凸設される遊嵌凸部と、外輪部の摺動面に凹設され遊嵌凸部を遊嵌する遊嵌凹部とを有するものが挙げられる。このようにすれば、遊嵌凸部と遊嵌凹部を適切な寸法で形成することによって、外輪部または内輪部の摺動可能範囲を容易に設定することができる。
【００１１】
また、内輪部は、駆動軸の一端の外周面に嵌め合わされたリング状の部材を有し、遊嵌凸部は、駆動軸と内輪部とを軸径方向に貫通する棒状部材の端部を含むことが好ましい。このようにすれば、棒状部材の端部で形成される遊嵌凸部は、フロキュレータ動作時において応力集中しやすい屈曲部を有さないので、遊嵌凸部の剛性が高められる。また、遊嵌凸部が変形した場合においても、棒状部材を交換することによって適正な摺動可能範囲を維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフロキュレータによれば、地震等による槽のずれを許容しつつ回転軸を長軸化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図示の便宜上、図面の寸法比率は説明のものと必ずしも一致しない。第一実施形態では、本発明に係るフロキュレータを浄水処理設備のフロック形成槽に適用した場合について説明する。
【００１４】
まず、図１乃至図１０を参照して、第一実施形態にかかるフロキュレータの構成について説明する。図１は、第一実施形態に係るフロキュレータ１を示す平面図、図２は、図１に示したフロキュレータの要部正面図、図３は、図１に示したフロキュレータの側断面図、図４は、回転軸が水中軸受に支持されている様子を示す側断面図、図５は、図４に示した回転軸のＶ−Ｖ線に沿った断面を示す断面図、図６は、回転軸の連結部の拡大側面図であり図７に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す断面図、図７は、図６に示した連結部のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す断面図、図８は、外輪を示す斜視図、図９は、内輪および棒状部材を示す斜視図、図１０は、棒状部材が遊嵌孔に遊嵌する様子を示す図である。
【００１５】
図１を参照すると、フロキュレータ１は、フロック形成槽２内に水中軸受４、支持台６、球面軸受７、パドル６０、中空軸１０と駆動軸３０とを同軸的に連結してなる回転軸を備えて構成されている。
【００１６】
図１および図３を参照すると、浄水処理施設では、フロック形成槽２の前段には流入渠２０が設けられ流入口２２を介して被処理水が供給される。フロック形成槽２の後段には形成されたフロックの沈殿を促す沈殿槽２１が設けられている。フロック形成槽２は、通常、流入渠２０と沈殿槽２１との間において複数併設され、それぞれのフロック形成槽が通水孔２３（図３参照）を介して結ばれている。
【００１７】
図２を参照すると、フロック形成槽２は、底部をエキスパンション部８によって分割された２つの槽部で構成されている。エキスパンション部８の上方には、フロック形成槽２の底面に沿って、回転軸が横架されている。地震時には、この２つの槽部がエキスパンション部８を境にして独立に動き、フロック形成槽２はエキスパンション部８を境にしてずれを生じる。
【００１８】
フロック形成槽２の底面上には、回転軸を支持するための２つの支持台６が立設されており、２つの支持台６上には、水中軸受４と球面軸受７とがそれぞれ設けられている。
【００１９】
水中軸受４は、円筒形状の滑り面を有する滑り軸受であり、軸受上部４ａおよび軸受下部４ｂによって駆動軸３０を包囲して駆動軸３０を支持する。一方、球面軸受７は、球面状の滑り面を有する球面滑り軸受であり、図４に示すように、球状に形成された中空軸１０の端部を収容して、中空軸１０における駆動軸側端部とは異なる端部を支持する。水中軸受４および球面軸受７は、中空軸１０を挟んで両端側に位置する。
【００２０】
図２を参照すると、回転軸は、中空軸１０と駆動軸３０を連結部４０にて同軸的に連結された軸部材である。回転軸の中空軸側の端部には、シャフト部１０ｆが設けられ、このシャフト部１０ｆが上述の球面軸受７によって軸支されている。シャフト部１０ｆ端部の外周面には球状摺動面が設けられており、球面軸受７の球面軸受内輪７ａに対して摺動自在に嵌合する。これによって、中空軸１０の駆動軸線Ｘ方向のずれを許容することができる。回転軸の駆動軸側は、例えばグランドパッキン式などの軸封水装置（不図示）を介してフロック形成槽２外に延出し、スラスト軸受９、減速機１１を介して駆動源１３に連結されている。
【００２１】
フロキュレータ１の動作時においては、図２に示されるように、駆動源１３が駆動軸３０を駆動し、駆動軸３０が中空軸１０に回転トルクを伝達する。中空軸１０は、伝達された回転トルクによって、回転軸の軸径方向に固定されたパドル６０を回転させる。なお、パドル６０は、図１に示されるように、２本の固定アーム５を並行に配置し、これら固定アーム５の一端面側に撹拌羽根３を一定間隔で簀の子状に配置したものである。
【００２２】
中空軸１０は、図４および図５に示されるように、ステンレス鋼等からなる筒状体であり、この筒状体の周壁は、必要な強度を維持できる範囲で可能な限り薄厚に形成されている。これによってフロキュレータ１の運用時においては、十分な浮力を生じさせて、浮力により軸受上部４ａに荷重がかかるように構成されている。中空軸１０の中空部内には、水密隔壁１０ｂが設けられている。図４では、２つの水密隔壁１０ｂによって、中空部が長手方向に３つの区画１０ｃ、１０ｄ、１０ｅに分けられている様子を示している。フロキュレータ１の運用時においては、開口部１０ａを介して中空部区画１０ｄおよび１０eに被処理水が流入し、中空部区画１０ｄおよび１０eは通水可能になる。
【００２３】
図６および図７を参照すると、回転軸の連結部４０は、例えば、円筒状に形成された２つ割りのフランジ部材４５を含み、ボルト締めなどによって、中空軸１０の駆動軸側に固定されている。連結部４０は、フランジ部材４５の内部に、内輪（内輪部）４１、外輪（外輪部）４２、および、摺動制限手段を構成する棒状部材４３を有している。
【００２４】
外輪４２は、後述する内輪４１を摺動自在に収容し中空軸１０における駆動軸側の端部に設けられている。外輪４２は、例えば、図８に示されるように、後述する内輪４１の球状摺動面４１ａを包囲する球状内周面４２ｃを有し、円筒状の外輪締結孔４２ｂを外方に向かって凸設された環状部材である。外輪４２とフランジ部材４５とは、例えば、図６に示されるように、外輪締結孔４２ｂを介して外輪止めネジ４４で固定される。
【００２５】
また、外輪４２は、後述する遊嵌凸部を遊嵌する遊嵌凹部を有する。この遊嵌凹部は、例えば、図１０に示されるような遊嵌孔４２ａであり、後述する棒状部材４３の軸線Ｙに対して傾斜中心Ｏを中心に許容傾斜角θで傾斜する軸線Ｙ１を許容する容積を有する。また、遊嵌孔４２ａの開口は、外輪４２の軸径方向外方に向かって許容傾斜角θの広がりを有する円錐台形状の孔であることが好ましい。このようにすれば、棒状部材４３の軸線が軸線Ｙ１に傾斜した場合、棒状部材４３の外周面と遊嵌孔４２ａの内周面とが線で接触するため、棒状部材４３と遊嵌孔４２ａとの接触部の磨耗が低減される。
【００２６】
再び図６および図７を参照すると、内輪４１は、球状摺動面４１ａを有し駆動軸３０の中空軸側の外周面に嵌め合わされたリング状の部材を有している。内輪４１は、例えば、図９に示されるように、駆動軸３０の外周面を包囲する開口を有する環状部材であり、内輪４１と駆動軸３０とは例えば棒状部材４３によって固着されている。
【００２７】
また、内輪４１は、球状摺動面４１ａより外方に凸設された遊嵌凸部を有する。図９において、この遊嵌凸部は、駆動軸３０と内輪４１を軸径方向に貫通する棒状部材４３の端部４３ａによって形成されている。この端部４３ａと、この端部４３ａが遊嵌される上述の遊嵌孔４２ａとにより、内輪４１が外輪４２の球状内周面４２ｃに対し相対的に摺動する摺動可能範囲を制限する摺動制限手段が構成される。したがって、内輪４１の摺動角は、上述の外輪４２の遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θ以下に制限される。
【００２８】
フロキュレータ１の動作時には、図１０に示されるように、駆動軸３０の回転角すなわち内輪４１の摺動角が許容傾斜角θに達すると、棒状部材４３の端部４３ａの外周面が遊嵌孔４２ａの内壁面に押し当てられ、駆動軸３０の回転方向に対する内輪４１の摺動が制限される。そのため、駆動軸３０の回転トルクが中空軸１０に伝達される。また、地震時においては、中空軸１０の駆動軸線に対する交差角すなわち駆動軸線に対する傾き方向の摺動角が遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θ以下に制限される。
【００２９】
次に、第一実施形態にかかるフロキュレータ１の動作について説明する。
【００３０】
フロキュレータ１の運用時には、図１および図４を参照すると、流入渠２０の開閉自在に設けられた流入口２２を開き、被処理水をフロック形成槽２に流入させる。流入水位が中空軸１０の高さ付近に到達すると、中空軸１０の浮力によって、軸受上部４aには、上向き荷重が印加される。流入水位が中空軸１０の設置高さを超えると、開口部１０ａを介して中空部区画１０ｄおよび１０eに被処理水が流入し、中空部区画１０ｄおよび１０eは通水可能になる。
【００３１】
フロキュレータ１の動作時には、図１に示されるように、駆動源１３が駆動軸３０を駆動する。駆動軸３０の回転角すなわち内輪４１の摺動角が、図１０に示されるように、遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θに達すると、棒状部材４３の端部４３ａの外周面が遊嵌孔４２ａの内壁面に押し当てられ、駆動軸３０の回転方向に対する内輪４１の摺動が制限される。
【００３２】
内輪４１の摺動が制限されると、図４に示されるように、駆動軸３０の回転トルクが中空軸１０に伝達される。このトルク伝達時において、棒状部材４３は屈曲部のない形状であるので、応力の局所的な集中はない。中空軸１０は、図３に示されるように、伝達された回転トルクによって、中空軸１０の軸径方向に固定されたパドル６０を回転させる。
【００３３】
地震時においては、図２に示されるように、地面の揺れに伴って、フロック形成槽２は、エキスパンション部８を境に２つの槽部が独立に動き、フロック形成槽２はエキスパンション部８を境にしてずれを生じる。このずれは、中空軸１０の両端に設けられた球面軸受７と連結部４０とにより中空軸１０の駆動軸線Ｘに対する傾きによって吸収される。
【００３４】
例えば、図１１に示されるように、中空軸１０の軸線Ｘ１の駆動軸線Ｘに対する交差角αの傾きでフロック形成槽２のずれを吸収する場合を考える。フランジ部材４５に格納された内輪４１の摺動は、外輪４２の遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θで制限されているので、交差角αが遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θ以下であれば槽のずれが吸収される。フロック形成槽２のずれによって、長さＬ１の中空軸１０に端部間相対変位量Δが生じたものとすると、交差角αはｓｉｎ^−１（Δ／Ｌ１）で与えられる。そのため、遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θは、ｓｉｎ^−１（Δ／Ｌ１）以上であればよい。
【００３５】
具体的な数値例を挙げると、例えば、中空軸長Ｌ１＝１０ｍの中空軸１０に対して、端部間相対変位量Δ＝３５０ｍｍのフロック形成槽２のずれを許容するには、遊嵌孔４２ａの許容傾斜角θが約２度以上であればよい。この場合、棒状部材４３の寸法が長さ１５０ｍｍ、軸径２５ｍｍであるとすると、遊嵌孔４２ａは開口径３０．５ｍｍであればよい。
【００３６】
次に、第一実施形態にかかるフロキュレータ１の作用及び効果について説明する。
本実施形態のフロキュレータ１によれば、中空軸１０の一方の端部が球面軸受７に支持され、他方の端部が連結部４０を介して駆動軸３０に連結される。連結部４０の外輪４２は、摺動角が許容傾斜角θ以下となるように摺動可能範囲を棒状部材４３によって制限されている。従って、駆動軸３０から中空軸１０へのトルク伝達を行いつつ中空軸１０の傾き方向のずれを許容し、地震等によるフロック形成槽２のずれを許容することができる。また、中空軸１０が途中で分割されずに設けられるので、中空軸１０が長軸化でき、回転軸の長軸化が可能である。
【００３７】
ここで、摺動制限手段の遊嵌凸部は棒状部材端部４３ａによって構成されており、遊嵌凹部は遊嵌孔４２ａによって構成されている。従って、棒状部材端部４３ａと遊嵌孔４２ａを適切な寸法で形成することによって、外輪４２または内輪４１の摺動可能範囲を容易に設定することができる。
【００３８】
また、上記の遊嵌凸部は、駆動軸３０と内輪４１とを軸径方向に貫通する棒状部材４３の端部４３aである。このようにすれば、棒状部材４３の端部４３ａで形成される遊嵌凸部は、フロキュレータ動作時において応力集中しやすい屈曲部を有さないので、遊嵌凸部の剛性が高められる。また、棒状部材端部４３ａが変形した場合においても、棒状部材４３を交換することによって適正な摺動可能範囲を維持することができる。
【００３９】
なお、上述した実施形態は本発明に係るフロキュレータの一例を示すものである。本発明に係るフロキュレータは、このようなものに限られるものではなく、本発明の要旨を変更しないように上記実施形態を変形したものであってもよい。
【００４０】
例えば、連結部４０については、上記実施形態では、内輪４１を駆動軸３０に固定し、外輪４２を中空軸１０に固定する構成を示したが、図１２に示すように、内輪４１が中空軸１０に固定され、外輪４２が駆動軸３０に固定されたものであってもよい。
【００４１】
また、外輪４２については、上記実施形態では、フランジ部材４５とは別部材とする構成を示したが、フランジ部材４５の内周面に一体ものとして形成されたものであってもよい。同様に、内輪４１についても、駆動軸３０または中空軸１０に一体ものとして形成されたものであってもよい。また、遊嵌孔４２ａの開口は、外輪４２の軸径方向外方に向かって許容傾斜角θの広がりを有さない円筒形状のものであってもよい。また、球面軸受７は、支持台６上でスライド自在に設置されるものであってもよい。また、フロック形成槽の寸法が中空軸長に比べてさらに大きい場合には、図１３に示すように、中空軸１２と水中軸受４および支持台６とを追加して、エキスパンション部８をはさむ２つの支持台６によって支持される中空軸１２の両端には連結部４０および球面軸受７を設け、他方の中空軸１０の両端には水中軸受４を取り付ける構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第一実施形態に係るフロキュレータを示す平面図である。
【図２】図１に示したフロキュレータの要部正面図である。
【図３】図１に示したフロキュレータの側断面図である。
【図４】回転軸が水中軸受に支持されている様子を示す側断面図である。
【図５】図４に示した回転軸のＶ−Ｖ線に沿った断面を示す断面図である。
【図６】回転軸の連結部の拡大側面図であり、図７に示したＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す図である。
【図７】図６に示した連結部のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す断面図である。
【図８】外輪を示す斜視図である。
【図９】内輪および棒状部材を示す斜視図である。
【図１０】棒状部材が遊嵌孔に遊嵌する様子を示す図である。
【図１１】地震時の回転軸の傾きを説明する図である。
【図１２】回転軸の連結部の他の例を示す側断面図である。
【図１３】フロキュレータの変形例を示す要部正面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…フロキュレータ、２…フロック形成槽、３…撹拌羽根、４…水中軸受、４ａ…軸受上部、４ｂ…軸受下部、５…固定アーム、６…支持台、７…球面軸受、７ａ…球面軸受内輪、８…エキスパンション部、９…スラスト軸受、１０、１２…中空軸、１０ａ…開口部、１０ｂ…水密隔壁、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ…中空部区画、１１…減速機、１３…駆動源、２０…流入渠、２１…沈殿槽、２２…流入口、２３…通水孔、３０…駆動軸、４０…連結部、４１…内輪、４１ａ…球状摺動面、４２…外輪、４２ａ…遊嵌孔（遊嵌凹部）、４２ｂ…外輪締結孔、４３…棒状部材、４３ａ…棒状部材端部（遊嵌凸部）、４４…外輪止めネジ、４５…フランジ部材、６０…パドル。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と中空軸とを同軸的に連結して成る連結部を有する回転軸を備えたフロキュレータにおいて、
前記回転軸の前記連結部は、
前記駆動軸の中空軸側端部および前記中空軸の駆動軸側端部の一方に設けられ球状摺動面を有する内輪部と、
前記中空軸の駆動軸側端部および前記駆動軸の中空軸側端部の他方に設けられ前記内輪部を摺動自在に収容する外輪部と、
前記中空軸の軸線と前記駆動軸の軸線とがなす交差角を所定角度以下とするように、前記外輪部に対する前記内輪部の相対的な摺動可能範囲を制限する摺動制限手段と、
を有しており、
前記中空軸の駆動軸側端部とは異なる端部は、球面軸受により支持されていることを特徴とするフロキュレータ。
【請求項２】
前記摺動制限手段は、前記内輪部の前記球状摺動面より外方に凸設される遊嵌凸部と、前記外輪部の摺動面に凹設され前記遊嵌凸部を遊嵌する遊嵌凹部とを有することを特徴とする請求項１に記載のフロキュレータ。
【請求項３】
前記内輪部は、前記駆動軸の一端の外周面に嵌め合わされたリング状の部材を有し、前記遊嵌凸部は、前記駆動軸と前記内輪部とを軸径方向に貫通する棒状部材の端部を含むことを特徴とする請求項２に記載のフロキュレータ。

【図１】