特許 7584971 材料混合装置及び材料混合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】材料混合装置及び材料混合方法

(51)【国際特許分類】

   B28C 5/34 20060101AFI20241111BHJP

   B01F 23/60 20220101ALI20241111BHJP

   B01F 25/83 20220101ALI20241111BHJP

   B01F 35/71 20220101ALI20241111BHJP

   B01F 101/28 20220101ALN20241111BHJP

【ＦＩ】

B28C5/34

B01F23/60

B01F25/83

B01F35/71

B01F101:28

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020162371

(22)【出願日】2020-09-28

(65)【公開番号】P2022055021

(43)【公開日】2022-04-07

【審査請求日】2023-04-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000231198

【氏名又は名称】日本国土開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004370

【氏名又は名称】弁理士法人片山特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(74)【代理人】

【識別番号】100136261

【弁理士】

【氏名又は名称】大竹 俊成

(72)【発明者】

【氏名】大西 利満

(72)【発明者】

【氏名】山田 善之

【審査官】浅野 昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２０５０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３３４４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２２５６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１８９３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２５１０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１５６７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０９０９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２１７０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０３２７１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２８Ｃ １／００－９／０４

Ｂ０１Ｆ ２５／８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

混合土の作製に用いられる、ベントナイトからなる材料と、砂と礫とを含む少なくとも２種以上の材料とを含む複数の材料を投入する複数の材料投入部と、
前記材料投入部によって投入された前記複数の材料を搬送する上流側コンベアと、
当該上流側コンベアの下流側に配置された下流側コンベアと、
前記材料投入部から、前記上流側コンベアの材料搭載面に到達する前に、前記複数の材料に水分を供給する第１給水部と、
前記上流側コンベアと前記下流側コンベアとの乗り継ぎ部に設けられた、前記上流側コンベアから放出される前記複数の材料を衝突させて前記下流側コンベア上に落下させる衝突面を備えた乗り継ぎシュートと、を備え、
前記少なくとも２種以上の材料のうち、硬い材料が投入される前記材料投入部ほど、前記上流側コンベアの下流側に設けられ、
前記乗り継ぎシュートが、前記上流側コンベアに搬送される前記少なくとも２種以上の材料を、前記衝突面に衝突させることで、前記少なくとも２種以上の材料の硬さに応じて跳ね返る距離を異ならせる、材料混合装置。

【請求項2】

前記上流側コンベアと前記下流側コンベアが前記乗り継ぎ部において交差しており、
前記乗り継ぎ部に配置された前記乗り継ぎシュートの前記衝突面は、凹状に湾曲している請求項１記載の材料混合装置。

【請求項3】

前記衝突面は、曲率半径を前記上流側コンベアのベルト全幅の０．３倍の長さから１．１倍の長さとした請求項１又は２に記載の材料混合装置。

【請求項4】

前記混合土の集積地に向かって落下する、前記複数の材料が混合された混合材料に給水する第２給水部を備えた請求項１～３のいずれか一項に記載の材料混合装置。

【請求項5】

搬送される前記混合材料の実含水量を測定する含水量測定部と、
前記実含水量と予め設定された前記混合材料の目標含水量とに基づいて、前記混合材料の含水量が前記目標含水量となるための前記混合材料への給水量を算出し、前記第２給水部に前記混合材料に対して前記給水量の給水をさせる制御部と、
を含む請求項４に記載の材料混合装置。

【請求項6】

前記複数の材料のうち、２種類以上の材料が投入されるとともに、投入された前記２種類以上の材料を破砕しながら混合する破砕混合部をさらに備えた請求項１～５のいずれか一項に記載の材料混合装置。

【請求項7】

第１コンベア上に、ベントナイトからなる材料と、砂と礫とを含む少なくとも２種以上の材料と、を含む複数の材料を投入する際に、前記少なくとも２種以上の材料のうち、硬い材料を後から投入するステップと、
投入された前記複数の材料を前記第１コンベアにより搬送するステップと、
投入された前記複数の材料が前記第１コンベアに到達して前記第１コンベアにおいて混合される前に、前記複数の材料に水分を供給するステップと、
前記第1コンベアで搬送された材料を衝突面で衝突させ、前記少なくとも２種以上の材料の硬さに応じて跳ね返る距離を異ならせて第２コンベアに落下させるステップと、
を含む材料混合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、投入装置、材料混合装置及び材料投入方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ベルトコンベア上に複数の材料を投入し、これらの複数の材料をベルトコンベアによって搬送しながら混合し、混合土を得る混合土作製装置及び混合土の作製方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１５６７３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数の材料は、その混合割合や最終的に得られる混合土における含水量を考慮して給水されることがあり、特許文献１に開示された混合土作製装置も水供給部を装備している。特許文献１に開示された混合土作製装置における水供給部は、混合材料の一つであるベントナイトが玉状となることに起因する混合土のむらの発生の回避等を目的として、ベルトコンベアに向けて水を給水する。しかしながら、特許文献１の混合土作製装置では、ベルトコンベアの表面が濡れることで、ベントナイトやその他の材料がベルトコンベアに付着することがある。ベルトコンベアの表面に付着した材料は、混合土に混合されない。このため、最終的な混合土において、材料が所望の混合割合とならない、含水量が所望の値とならない、材料が均質に混合されていない等、混合土が所望の混合状態にならないことが想定される。

【0005】

そこで、本発明は、所望の混合状態の混合土を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書に開示された材料混合装置は、混合土の作製に用いられる、ベントナイトからなる材料と、砂と礫とを含む少なくとも２種以上の材料とを含む複数の材料を投入する複数の材料投入部と、前記材料投入部によって投入された前記複数の材料を搬送する上流側コンベアと、当該上流側コンベアの下流側に配置された下流側コンベアと、前記材料投入部から、前記上流側コンベアの材料搭載面に到達する前に、前記複数の材料に水分を供給する第１給水部と、前記上流側コンベアと前記下流側コンベアとの乗り継ぎ部に設けられた、前記上流側コンベアから放出される前記複数の材料を衝突させて前記下流側コンベア上に落下させる衝突面を備えた乗り継ぎシュートと、を備え、前記少なくとも２種以上の材料のうち、硬い材料が投入される前記材料投入部ほど、前記上流側コンベアの下流側に設けられ、前記乗り継ぎシュートが、前記上流側コンベアに搬送される前記少なくとも２種以上の材料を、前記衝突面に衝突させることで、前記少なくとも２種以上の材料の硬さに応じて跳ね返る距離を異ならせている。

【0007】

本明細書に開示された材料混合装置は、上記の投入装置と、前記投入装置によって投入された前記材料を含む複数の材料を搬送する上流側コンベアと、当該上流側コンベアの下流側に配置された下流側コンベアと、前記上流側コンベアと前記下流側コンベアとの乗り継ぎ部に設けられた乗り継ぎシュートと、を備え、前記乗り継ぎシュートは、前記上流側コンベアの下流端と対向し、当該下流端から放出される前記複数の材料を衝突させて前記下流側コンベア上に落下させる衝突面を備え、当該衝突面は、凹状に湾曲している。

【0008】

本明細書の開示された他の材料混合装置は、複数の材料が混合されて、コンベア上を搬送される混合材料の実含水量を測定する含水量測定部と、前記コンベアの下流において、前記混合土の集積地に向かって落下する前記混合材料に給水する給水部と、前記実含水量と予め設定された前記混合材料の目標含水量とに基づいて、前記混合材料の含水量が前記目標含水量となるための前記混合材料への給水量を算出し、前記給水部に前記混合材料に対して前記給水量の給水をさせる制御部と、を含む。

【0009】

さらに、本明細書に開示された材料投入方法は、混合土の作製において、コンベア上に材料を投入する方法であって、材料投入部を通じて前記コンベアの材料搭載面に前記材料を投入する際に、前記材料搭載面に到達する前の前記材料に水分を供給する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、所望の混合状態の混合土を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は第１実施形態の材料混合装置の概略構成を模式的に示す説明図である。

【図2】図２は、第１コンベア及びその周辺を上方からみた様子を示す説明図である。

【図3】図３は第２投入装置を拡大して示す説明図である。

【図4】図４はコンベアの乗り継ぎ部に設置される乗り継ぎシュートの斜視図である。

【図5】図５は第１実施形態における乗り継ぎシュートに衝突した材料が跳ね返る様子を模式的に示す説明図である。

【図6】図６は乗り継ぎシュートに衝突した材料が跳ね返る距離を示す概念図である。

【図7】図７は第１実施形態の材料混合装置が備える乗り継ぎシュートの衝突面の曲率半径を示す説明図である。

【図8】図８は第１実施形態の材料混合装置が備える放出シュートの斜視図である。

【図9】図９は第１実施形態の材料混合装置の制御の一例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は交差させて配置されたコンベアに設置された乗り継ぎシュートに衝突した材料が跳ね返る様子を模式的に示す説明図である。

【図11】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、比較例の乗り継ぎシュートに衝突した材料が跳ね返る様子を模式的に示す図であり、図１１（Ａ）は第１コンベアの側方かつ第２コンベアの上流側からみた図であり、図１１（Ｂ）は第１コンベア及び第２コンベアを上方からみた図である。

【図12】図１２は交差させて配置されたコンベアの乗り継ぎ部に設置される乗り継ぎシュートの衝突面の曲率半径を示す説明図である。

【図13】図１３（Ａ）は第２投入装置の変形例を示す図であり、図１３（Ｂ）は第１コンベアに設置された囲い部を第１コンベアの下流側からみた状態を示す説明図である。

【図14】図１４は第２実施形態の材料混合装置の概略構成を模式的に示す説明図である。

【図15】図１５は第２実施形態の材料混合装置が備える破砕混合部の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面に基づいて、実施形態について説明する。なお、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

【0013】

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、第１実施形態の材料混合装置（以下、単に「混合装置」という）１００について説明する。本実施形態の混合装置１００は、砂Ｓ、粉体であるベントナイトＢ及び礫Ｇを混合して混合土Ｍを作製する。混合装置１００は、材料搭載面１ａを備えた第１コンベア１、材料搭載面２ａを備えた第２コンベア２、及び材料搭載面３ａを備えた第３コンベア３を備える。

【0014】

第１コンベア１、第２コンベア２及び第３コンベア３は、上流側からこの順に並べられている。このため、第１コンベア１と第２コンベア２との関係では、第１コンベア１が上流側コンベアとなり、第２コンベア２が下流側コンベアとなる。また、第２コンベア２と第３コンベア３との関係では、第２コンベア２が上流側コンベアとなり、第３コンベア３が下流側コンベアとなる。

【0015】

本実施形態の混合装置１００は、３台のコンベアを備えているが、コンベアの数はこれに限定されず、混合装置はコンベアを少なくとも２台備えていればよい。

【0016】

本実施形態では、複数のコンベアを直列に繋ぎ、搬送方向が一方向に向くように配列されている。

【0017】

混合装置１００は、混合される材料毎に、投入装置を備える。混合装置１００は、砂Ｓを投入するための第１投入装置１０、ベントナイトＢを投入するための第２投入装置１５及び礫Ｇを投入するための第３投入装置２０を備えている。

【0018】

第１投入装置１０、第２投入装置１５及び第３投入装置２０は、上流側から順にこの順番で設けられている。第１投入装置１０、第２投入装置１５及び第３投入装置２０は、いずれも、第１コンベア１の材料搭載面１ａ上に材料を投入する。

【0019】

第１投入装置１０は、材料投入部としてのホッパ１０ａ及びフィーダ１０ｂを備える。フィーダ１０ｂは、ベルトフィーダであるが、他の形式のフィーダ（例えばスクリューフィーダ）であってもよい。ここで、第１コンベア１及びその周辺を上方からみた様子を示す図２を参照すると、ホッパ１０ａは、第１コンベア１の側方にずらした位置に設置されている。ホッパ１０ａの上方には、ホッパ１０ａ内の砂Ｓに給水する第１給水部としての給水ノズル１１が装備されている。なお、給水ノズル１１は、フィーダ１０ｂによって切り出される砂Ｓに対して給水するように設けてもよい。また、給水ノズル１１は、ホッパ１０ａ内の砂Ｓとフィーダ１０ｂ上の砂Ｓの双方に給水するようにしてもよい。要は、給水ノズル１１は、第１コンベア１の材料搭載面１ａに到達する前の砂Ｓに給水することができるように装備されていればよい。給水ノズル１１は、図１に示すように、給水経路１２を介して水槽５と接続されている。給水経路１２には、流量計１２ａと給水ポンプ１２ｂが配設されている。流量計１２ａと給水ポンプ１２ｂは、制御部６に電気的に接続されており、給水ノズル１１を介して行われる給水の給水量は、制御部６によって管理されている。給水量は、砂Ｓの性状や、混合される他の材料の性状を考慮して適宜設定される。また、元々の砂Ｓの含水量によっては、給水が停止される場合もある。

【0020】

制御部６は、コンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、制御プログラムを記憶する記憶部を備える。制御部６は、入力インターフェースと接続されている。ここで、制御プログラムは、給水ポンプ１２ｂの駆動制御プログラムを含む。本実施形態では、記憶部はＨＤＤ（Hard Disk Drive）であるが、ＳＳＤ（Solid State Drive）であってもよいし、可搬型記憶媒体用ドライブによって読み取られる可搬型記憶媒体であってもよい。作業者は、入力インターフェースを介して制御部６に対し、砂Ｓの性状等に応じた給水量の値を入力する。制御部６は、駆動制御プログラムに応じて給水ポンプを駆動する。制御部６は、後に説明する給水ポンプ１８ｂ、２２ｂ、２６ｂの駆動制御も同様の要領で行う。

【0021】

第２投入装置１５は、材料投入部としてのホッパ１５ａ及びフィーダ１５ｂを備える。フィーダ１５ｂは、スクリューフィーダであるが、他の形式のフィーダ（例えばベルトフィーダ）であってもよい。フィーダ１５ｂの下側には、加湿器１５ｃが装備されている。加湿器１５ｃは、図２に示すように、第１コンベア１の材料搭載面１ａの上方に設置されている。ただし、加湿器１５ｃは、図１に示すように、材料搭載面１ａと接触しないように設置されている。図３を参照すると、加湿器１５ｃには、フィーダ１５ｂと給水ノズル１７が取り付けられている。加湿器１５ｃ内には、掻き混ぜ羽根１５ｃ１が取り付けられている。加湿器１５ｃの下部には、投下口１５ｃ２が設けられている。給水ノズル１７は、第１給水装置に相当し、加湿器１５ｃ内にミスト状の水分を噴射する。加湿器１５ｃ内に供給されたベントナイトＢは、吸湿し、掻き混ぜ羽根１５ｃ１で適度に掻き混ぜられた後、投下口１５ｃ２から材料搭載面１ａ上へ投下される。ベントナイトＢは加湿器１５ｃ内で加湿されることで、玉状になることがなく、満遍なく吸湿することができる。また、ベントナイトＢは、加湿器１５ｃ内に供給され、また、投下口１５ｃ２から投下される際に適度に吸湿していることから粉塵になりにくい。

【0022】

給水ノズル１７は、図１に示すように、給水経路１８を介して水槽５と接続されている。給水経路１８には、流量計１８ａと給水ポンプ１８ｂが配設されている。流量計１８ａと給水ポンプ１８ｂは、制御部６に電気的に接続されており、給水ノズル１７を介して行われる給水の給水量は、制御部６によって管理されている。給水量は、ベントナイトＢの性状や、混合される他の材料の性状を考慮して適宜設定される。作業者は、入力インターフェースを介して制御部６に対し、ベントナイトＢの性状等に応じた給水量を入力する。制御部６は、入力された給水量の値に応じて給水ポンプ１８ｂを駆動する。

【0023】

第３投入装置２０は、材料投入部としてのホッパ２０ａ及びフィーダ２０ｂを備える。フィーダ２０ｂは、ベルトフィーダであるが、他の形式のフィーダ（例えばスクリューフィーダ）であってもよい。図２を参照すると、ホッパ２０ａは、ホッパ１０ａと同様に第１コンベア１の側方にずらした位置に設置されている。ホッパ２０ａの上方には、ホッパ２０ａ内の礫Ｇに給水する第１給水部としての給水ノズル２１が装備されている。なお、給水ノズル２１は、フィーダ２０ｂによって切り出される礫Ｇに対して給水するように設けてもよい。また、給水ノズル２１は、ホッパ２０ａ内の礫Ｇとフィーダ２０ｂ上の礫Ｇの双方に給水するようにしてもよい。給水ノズル２１は、図１に示すように、給水経路２２を介して水槽５と接続されている。給水経路２２には、流量計２２ａと給水ポンプ２２ｂが配設されている。制御部６による給水ポンプ２２ｂの制御は、給水ポンプ１２ｂの制御と共通するので、ここでは説明を省略する。

【0024】

給水ノズル１１は、ホッパ１０ａ内の砂Ｓとフィーダ１０ｂ上の砂Ｓの少なくともいずれかに対して水分を供給する。また、給水ノズル１７は、加湿器１５ｃ内にミスト状の水分を供給する。さらに、給水ノズル２１は、ホッパ２０ａ内の礫Ｇとフィーダ２０ｂ上の礫Ｇの少なくともいずれかに対して水分を供給する。いずれの給水ノズルも、第１コンベア１に対して直接水が供給されることを回避している。

【0025】

このように、第１コンベア１に直接水が供給されることが回避されることで、第１コンベア１が過度に濡れることがなく、材料が第１コンベア１に付着することが回避される。これにより、第１コンベア１を適切に作動させることができ、混合土Ｍにおける材料の混合割合を予め定めた所望の混合割合とすることができる。

【0026】

混合土Ｍの材料は、適宜選択することができ、投入装置は、材料毎に準備される。混合土Ｍは、建設発生土などの原料土や、添加材を材料としてもよい。添加材は、生石灰、消石灰などの石灰系固化材や、普通セメント、高炉セメントなどのセメント系固化材、あるいは高分子材料からなる土質改良材、天然繊維、樹脂からなる化学繊維などであり、他の材料に対し、所望の割合で投入される。これにより、混合土Ｍの性状や強度などの調整が行われる。

【0027】

混合装置１００は、第１乗り継ぎシュート３０ａ、第２乗り継ぎシュート３０ｂ及び放出シュート３５を備えている。第１乗り継ぎシュート３０ａは、第１コンベア１から第２コンベア２への乗り継ぎ部に設けられ、第１コンベア１の下流端１ｂと対向させて配置されている。第２乗り継ぎシュート３０ｂは、第２コンベア２から第３コンベア３への乗り継ぎ部に設けられ、第２コンベア２の下流端２ｂと対向させて配置されている。放出シュート３５は、第３コンベア３の下流端よりも下流側に設けられ、第３コンベア３の下流端３ｂと対向させて配置されている。第１乗り継ぎシュート３０ａと第２乗り継ぎシュート３０ｂは共通している。第１コンベア１の材料搭載面１ａ上を搬送され、第１コンベア１の下流端から放出された混合材料は、第１乗り継ぎシュート３０ａに衝突し、第２コンベア２の材料搭載面２ａ上に落下する。第２コンベア２の材料搭載面２ａ上を搬送され、第２コンベア２の下流端から放出された混合材料は、第２乗り継ぎシュート３０ｂに衝突し、第３コンベア３の材料搭載面３ａ上に落下する。そして、第３コンベア３の材料搭載面３ａ上を搬送された混合材料は、第３コンベア３から放出される。放出された材料は、放出シュート３５に衝突して集積地Ｄに堆積する。

【0028】

本実施形態では、投入装置の設置順は、各投入装置から投入される材料の性状を考慮し、これらの材料が適切に混合されることを考慮して決められている。ここで、図４から図７を参照して第１乗り継ぎシュート３０ａの材料の混合作用とともに、材料の投入順について説明する。

【0029】

まず、図４を参照すると、第１乗り継ぎシュート３０ａは、一方を開放し、それ以外の３方に立壁部を有する枠体３１を備えている。図５を参照すると、第１乗り継ぎシュート３０ａは、枠体３１の開放された側を材料の搬送方向の上流側に一致させて、第１コンベア１の下流端１ｂよりも下流側であり、かつ、第２コンベア２の上方となる位置に設置されている。枠体３１内には、衝突板３２が設けられている。衝突板３２は、衝突面３２ａを備えている。衝突面３２ａは、第１コンベア１の下流端１ｂと対向している。衝突面３２ａは、第１コンベア１の下流端１ｂから放出される砂Ｓ、ベントナイトＢ及び礫Ｇを衝突させて第２コンベア２上に落下させる。衝突面３２ａは、凹状に湾曲している。湾曲した衝突面３２ａの水平断面は、円弧状である。また、図４を参照すると、衝突面３２ａに対向する位置に３本のせん断バー３３が設けられている。せん断バー３３は、第１コンベア１から放出された材料が衝突することで材料の混合を促進する。材料は、せん断バー３３に衝突して衝突面３２ａに到達する前に落下したり、せん断バー３３に接触した後に衝突面３２ａに到達したりする。せん断バー３３に衝突した材料は、不規則に跳ね返り、また、跳ね返る距離が変化する。これにより、材料は、分散されて第２コンベア２の材料搭載面２ａへ落下する。なお、せん断バー３３の本数は、３本以外であってもよい。なお、図５では、せん断バー３３は省略されている。

【0030】

ここで、図６を参照すると、第１コンベア１において、最も上流側に砂Ｓが投入され、砂Ｓの投入位置の下流側でベントナイトＢが投入される。そして、ベントナイトＢが投入された位置の下流側で礫Ｇが投入される。このため、第１コンベア１の材料搭載面１ａ上には、まず、砂Ｓが層状に敷き詰められた状態となり、その砂Ｓの上にベントナイトＢが供給される。そして、その上に礫Ｇが供給される。これにより、ベントナイトＢは、砂Ｓと礫Ｇによって挟まれた状態となっている。また、ベントナイトＢは、適度に給水され、吸湿した状態とされており、また、砂Ｓや礫Ｇも適度な含水量とされている。このため、ベントナイトＢは、砂Ｓの一粒一粒や、礫Ｇの一粒一粒の表面に纏わりついて付着し、恰も砂Ｓの一粒一粒、礫Ｇの一粒一粒をコーティングしているような状態となり、砂Ｓや礫Ｇと分離し難い状態となっている。

【0031】

このような状態の砂Ｓ、ベントナイトＢ及び礫Ｇが第１コンベア１の下流端１ｂから放出されると、各材料は、第１乗り継ぎシュート３０ａの衝突面３２ａに衝突する。第１乗り継ぎシュート３０ａの衝突面３２ａに衝突した各材料は、跳ね返る。各材料は、その硬さに応じて跳ね返る距離が異なる。つまり、跳ね返ったあとの物体の速度は、理論的には跳ね返り係数のみに依存し、跳ね返り係数は、物体の硬さと相関性を有していることから、物体は、硬いほど跳ね返ったあとの速度が高く、跳ね返る距離も長くなる。

【0032】

ここで、砂Ｓが跳ね返る距離をＬ１で表し、礫Ｇが跳ね返る距離をＬ２で表す。一般的に砂Ｓの粒よりも礫Ｇの粒の方が硬いため、砂Ｓの粒よりも礫Ｇの粒の方が跳ね返る距離が長く、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成り立つ。なお、ベントナイトＢについては、砂Ｓや礫Ｇに付着した状態となっていることから、跳ね返る距離の比較にベントナイトＢは含めておらず、跳ね返る距離の比較は、砂Ｓと礫Ｇとの間でのみ行っている。また、跳ね返る距離の比較を容易にするため、せん断バー３３に衝突した場合については考慮していない。

【0033】

距離Ｌ１と距離Ｌ２との間に、Ｌ１＜Ｌ２の関係が成り立つことから、第２コンベア２の材料搭載面２ａにおいて、多くの礫Ｇは多くの砂Ｓよりも上流側に落下する。このため、第２コンベア２の材料搭載面２ａ上には、まず、礫Ｇが敷き詰められ、その上に砂Ｓが供給される。このように、乗り継ぎシュートに材料を衝突させて落下させることで、材料の層は上下で入れ替わる作用を受ける。材料は、上下で入れ替わる作用を受けることで混合される。

【0034】

さらに、図５において矢示７ａのように衝突面３２ａに衝突した各材料は、矢示７ｂのように第２コンベア２の材料搭載面２ａの幅方向中心部に向かって跳ね返されて落下する。材料は落下しながら混合される。材料は、落下する際に材料同士で衝突することもあり、より混合が促進される。なお、衝突面３２ａが平面であると、衝突した材料がコンベアの外側に向かって跳ね返される場合があるが、本実施形態のように衝突面３２ａを湾曲させておくことで、材料がコンベアの外側に向かって跳ね返されることが抑制される。

【0035】

ここで、図７を参照して、湾曲した衝突面３２ａの曲率半径Ｒについて説明する。衝突面３２ａの曲率半径Ｒは、第１コンベア１のベルト全幅をＷとしたときに、０．３Ｗから１．１Ｗの範囲で設定される。例えば、ベルト全幅Ｗが５００ｍｍである場合、曲率半径Ｒは、１５０ｍｍ～５５０ｍｍの範囲で設定される。

【0036】

曲率半径Ｒがその下限値である０．３倍未満となると、第１コンベア１のベルト全幅Ｗを覆うように衝突面３２ａを設けることが難しくなり、また、第１コンベア１から衝突面３２ａの外側に向かって材料が放出されるケースが生じ得る。一方、曲率半径Ｒがその上限値である１．１倍を超えると、衝突面３２ａは平面に近づき、曲面としたことの効果が得難くなる。また、１．１倍を超えると、衝突板３２を支持している枠体３１が大型化し、重量が重くなることが懸念される。そこで、衝突面３２ａの曲率半径Ｒは、ベルト全幅Ｗの０．３から１．１倍となる長さに設定されることが望ましい。また、衝突面３２ａを湾曲させたことの効果を十分に得るために、曲率半径Ｒは、ベルト全幅Ｗの０．５から０．６倍となる長さに設定されることがより望ましい。

【0037】

なお、第２乗り継ぎシュート３０ｂは、第１乗り継ぎシュート３０ａと同様の構成とされており、第２乗り継ぎシュート３０ｂにおいても同様の混合作用を得ることができる。このように、本実施形態の混合装置１００では、乗り継ぎシュートが装備されたコンベアの乗り継ぎ部を通過する度に、材料の混合作用を得ることができる。

【0038】

ここで、各コンベアの搬送速度について説明する。混合土の作製に採用されているコンベアの搬送速度は、一般的に５０～８０ｍ／ｍｉｎ程度である。これに対し、本実施形態の各コンベアは、例えば１２０～１６０ｍ／ｍｉｎの速度で運転する。このように各コンベアを高速で運転することにより、第１乗り継ぎシュート３０ａや第２乗り継ぎシュート３０ｂの湾曲した衝突面３２ａに衝突する材料に勢いを与え、跳ね返った材料の混合をより促進する。

【0039】

つぎに、複数のコンベアの最後段となる第３コンベア３の下流側に配置されている放出シュート３５について、図８を参照して説明する。放出シュート３５は、上流側が開放された枠体３６内に、衝突板３７を備えている。衝突板３７は、第３コンベア３の下流端３ｂと対向しており、混合材料が衝突する衝突面３７ａは凹状に湾曲している。衝突面３７ａは、第１乗り継ぎシュート３０ａや第２乗り継ぎシュート３０ｂにおける衝突面３２ａとは異なり、湾曲した衝突面３７ａの垂直断面は、１／４円弧状である。衝突面３７ａは衝突した材料を下方へ向かって跳ね返し、また、材料の水平方向の速度成分を鉛直方向成分に変換する。これにより、跳ね返った材料の水平方向の移動距離に差が出にくく、材料の落下地点にバラツキが生じにくいことから、各材料は、近い位置に落下する。このため、混合された材料は分離しにくく、混合状態を保ったまま地表に堆積し易い。なお、このような形状の衝突面を有するシュートを乗り継ぎシュートとして採用することもできる。例えば、コンベアの乗り継ぎ部における材料の落下距離が長い場合に、衝突面３７ａのような形状の衝突面を有するシュートを乗り継ぎシュートとして採用することができる。このような形状の衝突面は、材料を下方に向かって跳ね返し易く、落下距離に対する水平移動の割合を小さくすることができる。跳ね返った材料の落下距離に対する水平移動の割合が小さいと、材料の落下距離が長い場合であっても材料の水平方向移動距離を短くすることができる。

【0040】

再び図１に戻って、混合装置１００は、第２給水部としての給水ノズル２５及び含水量測定部としての連続水分計２７を備えている。給水ノズル２５は、放出シュート３５の下側に設けられている。これにより、給水ノズル２５は、放出シュート３５に衝突して落下する混合材料に給水する。給水された混合材料は、最終的な混合土Ｍとして集積地Ｄに堆積する。給水ノズル２５は、給水経路２６を介して水槽５と接続されている。給水経路２６には、流量計２６ａと給水ポンプ２６ｂが配設されている。流量計２６ａ、給水ポンプ２６ｂ及び連続水分計２７は、制御部６に電気的に接続されており、給水ノズル２５を介して行われる給水の給水量は、制御部６によって管理されている。

【0041】

ここで、連続水分計２７は、第３コンベア３の材料搭載面３ａ上を搬送される混合材料の実含水量を計測する。本実施形態における連続水分計２７は、近赤外線連続水分計であるが、従来公知の形式の連続水分計を採用することができる。例えば、中性子連続水分計等を採用することができる。これらの連続水分計は、従来公知のものであるので、その詳細な説明は省略する。連続水分計２７の測定結果を反映させた給水を行うことで、混合土Ｍの実含水量を目標含水量に近づくように調節することができる。具体的に、制御部６は、連続水分計２７によって測定された混合材料の実含水量と、予め設定された目標含水量とに基づき、その差分を補うように給水ポンプ２６ｂを作動させ、給水ノズル２５から混合材料に向かって給水する。

【0042】

本実施形態では、給水ノズル１１から砂Ｓに対して給水し、給水ノズル２１から礫Ｇに対して給水している。ここで、砂Ｓや礫Ｇは、その粒度がある程度大きく、排水性がよいため、給水ノズル１１や給水ノズル２１からの給水量が多くなっても余分な水分は流れ落ちる。このため、砂Ｓや礫Ｇの水分は過剰になり難く、混合材料の実含水量が、最終的な混合土Ｍの目標含水量より多くなることは稀である。このため、最終的な混合土Ｍにおける目標含水量は、給水ノズル２５から給水を行うことで調整することができる。

【0043】

ここで、図９を参照して混合装置１００における制御の一例について説明する。まず、制御部６は、ステップＳ１において、予め入力されている目標含水量の値を読み込む。目標含水量は、作業者によって入力インターフェースを介して制御部６に入力されている。制御部６は、ステップＳ２おいて、連続水分計２７によって測定した実含水量の測定値を読み込む。制御部６は、ステップＳ３において、ステップＳ１で読み込んだ目標含水量の値とステップＳ２で読み込んだ実含水量の値に基づいて、給水量を算出する。給水量は、目標含水量の値と実含水量の値の差分として算出される。制御部６は、ステップＳ４において、ステップＳ３で算出した給水量に基づいて給水ポンプ２６ｂの回転数を決定する。そして、制御部６は、ステップＳ５において、給水ポンプ２６ｂをステップＳ４で決定した回転数で駆動するように、給水ポンプ２６ｂに対して駆動指令を発する。制御部６は、ステップＳ５に引き続いて行うステップＳ６において、予め設定された所定時間が経過したか否かを判断する。制御部６は、ステップＳ６で肯定判定（Ｙｅｓ判定）をしたときは、ステップＳ２からステップＳ６の工程を繰り返し実行する。一方、制御部６は、ステップＳ６で否定判定（Ｎｏ判定）をしたときは、所定時間が経過し、ステップＳ６で肯定判定を行うまでステップＳ６を繰り返す。ここで、ステップＳ６における所定時間は、任意に設定することができるが、例えば、１秒～２秒に設定することができる。なお、ステップＳ６における所定時間の下限値は、概ね０．３秒程度であり、上限値は、概ね１０秒程度である。下限値を概ね０．３秒程度とするのは、仮に、０．３秒未満の間隔でステップＳ２からステップＳ６までの工程を繰り返しても、データ量、計算量が増加するだけで、混合土Ｍの含水量の制御の更なる精度向上には結びつかないためである。また、上限値を概ね１０秒程度とするのは、仮に、１０秒以上の間隔でステップＳ２からステップＳ６までの工程を繰り返すと、正確なサンプリングができず、含水量のバラツキが大きくなることを考慮したものである。

【0044】

給水ノズル２５から給水を受け、水分が調整された混合材料は、最終的な混合土Ｍとして集積地Ｄに堆積する。

【0045】

（第１変形例）
つぎに、図１０～図１２を参照して、変形例として、上流側コンベアと下流側コンベアとの間の乗り継ぎ部において搬送方向が変わるように、コンベアを交差させて配置した場合について説明する。図１０～図１２では、第１コンベア１と第２コンベア２とが交差して配置された例が示されているが、第２コンベア２と第３コンベア３とを交差させて配置した場合であっても同様である。

【0046】

第１変形例では、図１０で示すように、湾曲した衝突面３２ａを備えた第１乗り継ぎシュート３０ａを用いることで、砂Ｓと礫Ｇとの分離を抑制している。衝突面３２ａは、矢示７ｅのように衝突した砂Ｓや礫Ｇを矢示７ｆのように、いずれも第２コンベア２の材料搭載面２ａの幅方向の中心部に向かって跳ね返す。

【0047】

ここで、比較例について、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、比較例の乗り継ぎシュート１３０が用いられた場合に乗り継ぎシュート１３０に衝突した材料が跳ね返る様子を模式的に示している。乗り継ぎシュート１３０は、衝突面１３２ａが平面である衝突板１３２を備えている。第１コンベア１と第２コンベア２とが交差して配置されていると、第２コンベア２の搬送方向は図１１（Ａ）において紙面奥側となり、図１１（Ｂ）において紙面上側となる。この場合、跳ね返る距離が異なる砂Ｓと礫Ｇは、第２コンベア２の材料搭載面２ａの幅方向の異なる位置に落下する。つまり、礫Ｇは第１コンベア１に近い側に落下し、砂Ｓは第１コンベア１から離れた側に落下する。このため、砂Ｓと礫Ｇは、材料搭載面２ａの幅方向に沿って分離される。これに対し、第１変形例では、湾曲した衝突面３２ａに砂Ｓと礫Ｇを衝突させることで両者を混合することができる。

【0048】

上流側コンベアと下流側コンベアを交差させて配置した場合でも、図１２に示す衝突面３２ａの曲率半径Ｒは、第１コンベア１のベルト全幅Ｗに対し０．３から１．１倍、より好ましくは、０．５から０．６倍の範囲で設定する。これにより、効果的に材料を混合することができる。なお、上流側コンベアと下流側コンベアが直交以外の角度で交差している場合であっても湾曲した衝突面３２ａを有する乗り継ぎシュートを採用することで、材料の混合が促進される。その際、乗り継ぎシュートは、上流側コンベアの下流端との位置関係、対向する向き等を適宜調整することができる。

【0049】

（第２変形例）
つぎに、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）を参照して第２変形例について説明する。第２変形例には、図１に示す第２投入装置１５に代えて、第２投入装置１５０が装備されている。第２投入装置１５０は、加湿器１５ｃに代えて第１コンベア１に囲い部１６を備えている。囲い部１６は、上流側と下流側の双方に開口部１６ａを有している。第１コンベア１によって搬送される砂Ｓは、囲い部１６の内部を通過する。各開口部１６ａには、暖簾状のカーテン部１６ａ１が設けられている。カーテン部１６ａ１は、短冊状のゴム板を材料搭載面1ａの幅方向に複数並べることで形成されている。囲い部１６には、第１給水装置としての給水ノズル１７が取り付けられており、給水ノズル１７は、囲い部１６内にミスト状の水分を噴射する。ミスト状の水分は、囲い部１６内に充満する。囲い部１６には、フィーダ１６ｂが接続されている。ホッパ１５ａ内のベントナイトＢは、フィーダ１５ｂを介して囲い部１６内に放出される。ホッパ１５ａ内に供給されたベントナイトＢは、囲い部１６内で吸湿しながら、第１コンベア１の材料搭載面１ａ上に搭載されている砂Ｓの上に到達し、下流側に向かって搬送される。ベントナイトＢは、ミスト状の水分を吸収することで、玉状になることなく、適度な水分を含むことができる。

【0050】

囲い部１６の下流では、図１に示す例と同様に、第３投入装置２０から礫Ｇが供給され、さらに下流側に搬送され、最終的に混合土Ｍとして集積地Ｄに集積される。

【0051】

ここで、本明細書に記載された実施形態の効果についてまとめると、実施形態の混合装置１００によれば、各材料投入部において、材料搭載面に到達する前の材料に水分を供給するので、コンベアに直接水を供給することなく、各材料の含水量を調節することができる。

【0052】

この際、材料投入部が備えるホッパ、フィーダの少なくともいずれかに対して水分を供給することにより、コンベアに直接水を供給することを回避することができる。

【0053】

また、ミスト状の水分を噴霧することで、投入される材料に満遍なく給水し、材料を満遍なく吸湿した状態とすることができる。特に、ベントナイトＢに給水するときに、ミスト状の水分を噴霧することで、ベントナイトＢの全体に給水し、ベントナイトＢが玉状になることを抑制することができる。また、粉塵の発生を抑制することができる。

【0054】

本実施形態の混合装置１００は、上流側コンベアの下流端と対向し、下流端から放出される複数の材料を衝突させて下流側コンベア上に落下させる衝突面３２ａを備え、衝突面を凹状に湾曲させることで、材料の混合を促進する。衝突面３２ａは、曲率半径を上流側コンベアのベルト全幅の０．３倍の長さから１．１倍の長さとすることで、材料の混合作用を効果的に得ることができる。

【0055】

さらに、本実施形態の混合装置は、コンベアから排出された混合材料に給水する給水ノズル２５を備えることで、最終的な混合土Ｍの含水量を調整することができる。この際、含水量測定部としての連続水分計２７で測定した実含水量と、予め設定された目標含水量とに基づいて給水量を算出し、給水することで、精度よく混合土Ｍの含水量を調整することができる。

【0056】

（第２実施形態）
つぎに、図１４及び図１５を参照して第２実施形態の混合装置２００について説明する。混合装置２００は、第１コンベア１と第２コンベア２との間に第４コンベア４を備えている。そして、第４コンベア４の材料搭載面４ａの上側に破砕混合部５０が設けられている。また、第１実施形態では、第１コンベア１の材料搭載面１ａに礫Ｇを投入していた第３投入装置２０が第４コンベア４の材料搭載面４ａに礫Ｇを投入するように移設されている。第３投入装置２０は、破砕混合部５０の下流側に配置されている。第３投入装置２０によって投入される礫Ｇは、破砕混合部５０による破砕の対象とならない。

【0057】

混合装置２００は、第１実施形態の混合装置１００と同様に、第１投入装置１０を備えている。混合装置１００における第１投入装置１０は、砂Ｓを投入していたのに対し、混合装置２００における第１投入装置１０は、泥岩（砂岩）を投入する。泥岩（砂岩）は、混合土Ｍの作製にあたり、破砕や解砕が必要となる材料の一つである。また、混合装置２００は、泥岩（砂岩）に代えて、または、泥岩（砂岩）とともに破砕や解砕が必要となる他の材料が投入される場合にも適用することができる。

【0058】

第１コンベア１と第４コンベア４との乗り継ぎ部には、第３乗り継ぎシュート３０ｃが配置され、第４コンベア４と第２コンベア２との乗り継ぎ部には、第４乗り継ぎシュート３０ｄが配置されている。また、第２コンベア２と第３コンベア３との乗り継ぎ部には、第５乗り継ぎシュート３０ｅが設置されている。これらの乗り継ぎシュートは、第１実施形態における第１乗り継ぎシュート３０ａ及び第２乗り継ぎシュート３０ｂと共通しているので、その詳細な説明は省略する。

【0059】

また、その他の基本的な構成は、第１実施形態の混合装置１００と共通しているので、共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付して、その詳細な説明は省略する。

【0060】

ここで、図１５を参照して、破砕混合部５０について説明する。破砕混合部５０は、ドラム５１とこのドラム５１内で回転可能に設けられた回転部材５２を備えている。回転部材５２は、軸部材５２ａ、軸部材５２ａを回転可能に支持する軸受け部材５２ｂ、インパクト部材５２ｃ及び回転軸側プーリ５２ｄを備える。軸受け部材５２ｂは、ボールベアリングを採用することができ、軸部材５２ａの回転精度の向上や剛性の向上を図るため、アンギュラ玉軸受を採用することができる。

【0061】

また、破砕混合部５０は、ドラム５１に装着される蓋部５３を備える。蓋部５３には、投入口５３ａが設けられている。回転部材５２は、不図示のモータ側プーリ及び駆動ベルトを介して、不図示のモータによって回転駆動される。

【0062】

回転部材５２が回転駆動されることにより、インパクト部材５２ｃが回転する。回転するインパクト部材５２ｃは、第３乗り継ぎシュート３ｃに衝突して落下し、投入口５３ａからベントナイトＢとともにドラム５１内に投入された泥岩を破砕する。ドラム５１の下部は開放されており、破砕された泥岩は、下方へ落下する。

【0063】

本実施形態にあっては、図１４に示すように、破砕混合部５０の下側に第４コンベア４が配置されているため、破砕された泥岩及びベントナイトＢは、第４コンベア４の材料搭載面４ａ上に供給され、搬送される。そして、破砕された泥岩上に、第３投入装置２０から礫Ｇが供給される。

【0064】

泥岩、ベントナイトＢ及び礫Ｇは、搬送過程において、第４乗り継ぎシュート３０ｄや第５乗り継ぎシュート３０ｅに衝突することで、混合される。

【0065】

このように、本実施形態の混合装置２００によれば、破砕や解砕が必要となる材料を搬送しつつ、他の材料と混合して、混合土Ｍを得ることができる。すなわち、混合装置２００を採用することで、混合土Ｍの材料の選択の幅を広げることができる。

【0066】

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えば、第１実施形態では、第１コンベア１に砂Ｓ、ベントナイトＢ及び礫Ｇをこの順に投入したが、砂Ｓ、ベントナイトＢ、砂Ｓ及び礫Ｇの順で投入する等、材料の投入の順番や投入の回数を適宜変更することができる。また、投入する材料も適宜選択することができる。また、砂Ｓや礫Ｇ等、ベントナイトＢ以外の材料に対してもミスト状の水分を供給するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0067】

１ 第１コンベア
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ 材料搭載面
１ｂ、２ｂ、３ｂ 下流端
２ 第２コンベア
３ 第３コンベア
４ 第４コンベア
５ 水槽
６ 制御部
１０ 第１投入装置
１０ａ、１５ａ、２０ａ ホッパ
１０ｂ、１５ｂ、２０ｂ フィーダ
１１、１７、２１ 給水ノズル（第１給水部）
１５、１５０ 第２投入装置
２０ 第３投入装置
２５ 給水ノズル（第２給水部）
２７ 連続水分計
３０ａ～３０ｅ 乗り継ぎシュート
３５ 放出シュート
５０ 破砕混合部
１００、２００ 材料混合装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】