(57)【要約】【課題】リサイクル材である溶融メタルを重量材として使用することでコスト低減が図られたカウンターウエイト及びその製造方法を提供する。【解決手段】作業機械の重量バランスをとるために用いられ、中空のボックス構造体内にコンクリートが充填されてなるカウンターウエイトであって、コンクリートの一部に予め重量及び体積が調整されたメタルインゴットを含む。メタルインゴットが、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルが鋳造されてなることにより、予め体積及び重量が調整されたメタル鋳物である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械の重量バランスをとるために用いられ、中空のボックス構造体内にコンクリートが充填されてなるカウンターウエイトであって、前記コンクリートの一部に予め重量及び体積が調整されたメタルインゴットを含むカウンターウエイト。
【請求項２】
前記メタルインゴットが、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルが鋳造されてなることにより、予め体積及び重量が調整されたメタル鋳物である、請求項１に記載のカウンターウエイト。
【請求項３】
前記メタルインゴットが、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルにセメントを混合して固化させたコンクリート成型体である、請求項１に記載のカウンターウエイト。
【請求項４】
作業機械の重量バランスをとるために用いられるカウンターウエイトの製造方法であって、
廃棄物を高温で溶融し沈殿させた溶融メタルを冷却固化することでメタルインゴットを得るステップと、
カウンターウエイトの外装を形成する中空のボックス構造体内に前記メタルインゴットを１つ又は複数個置くステップと、
前記メタルインゴットが置かれた前記ボックス構造体内にセメント、重量材及び水を混合した流状のコンクリートを注入するステップと、
前記ボックス構造体内に注入された流状のコンクリートを養生し固化するステップとを含む、カウンターウエイトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、油圧ショベル、フォークリフト又はハンドリング機等の作業機械に搭載されるカウンターウエイトに関し、特に、中空のボックス構造体内にコンクリートが充填されてなるカウンターウエイト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  油圧ショベル等の作業機械には、作業フロントに作用する作業負荷に対抗する重量バランスを得るために、車体のリア側に大重量のカウンターウエイトが搭載されている。従来この種のカウンターウエイトは、高比重及び強度の面から鉄などの金属による鋳造製であったが、溶解炉などの大規模な製造設備を必要とするなど製造コストの面で割高となっていた。そのため、カウンターウエイトの外装を中空のボックス構造体とすることで全体に強度を持たせ、そのボックス構造体内に鉄塊や砂鉄などを重量材として含むコンクリートを注入し固化することにより設計通りの比重を得るようにしたカウンターウエイトが現在多く使用されている（例えば特許文献１〜４参照）。【０００３】  このようなコンクリート詰め込み式のカウンターウエイトでは、セメントに混合する重量材として、鉄鉱石や砂鉄などの天然資源以外にも、比重が大きいメタル成分を含むリサイクル材を使用することができる。例えば、ポンチ屑などの小粒状のスクラップ材、廃棄物の焼却灰を高熱で溶融した後にその比重差を利用して沈殿させた溶融メタルなどがセメントに混合される。特に廃棄物から分離される溶融メタルは、安価かつ安定的に供給を受けることができ、これらをカウンターウエイトの重量材として再利用することにより環境負荷の低減や資源経済にも合致する。【０００４】  従来の詰め込み式のカウンターウエイトは、概ね次のようにして製造される。まず外装となるボックス構造体を作業機械における略完成品の形状に加工し仕上げる。セメントに水及び重量材（メタルを主成分とする比較的比重の高い骨材）を所定の比重となるように配合調整した後、これらを混合した流状のコンクリートを振動を加えながらボックス構造体内に注入する。その後、コンクリートを所定期間、養生固化することで、所定重量のカウンターウエイトが完成する。【０００５】
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開昭５２−１３７８５８号公報
【特許文献２】  特開昭５３−１０６１７２号公報
【特許文献３】  特開昭５５−１２８４０９号公報
【特許文献４】  特開２００３−４１６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  廃棄物のリサイクル材である溶融メタルをカウンターウエイトのコンクリート重量材として使用することは製造原価の低減につながり望ましい。しかし、溶融メタルを効率良く小割し小塊にすることは技術的に困難であり、またそのような作業に手間と時間がかかることから経済的にも難がある。【０００８】  また、ウエイトの重量を設計した所定重量とするためには、混合させる重量材の比重に応じた割合でコンクリートの配合を調整しなければならない。しかし使用する重量材が溶融メタルのように廃棄物由来の場合には、それに含有されるメタルの組成よって必ずしも比重が一定ではない。このため、供給されたメタルの比重を逐一測定してからその比重に基づいて計算した配合でコンクリートを混成しなければならなかった。特に、鉄くずなどのスクラップを混在させる場合には、スクラップの時価や供給量などの変動要因を考慮した上で配合を決めなければならず、そのような調整作業の煩雑さが更に増していた。【０００９】  また、従来のカウンターウエイトの製造方法では、ボックス構造体内にコンクリートを注入する際に振動を加えることで、骨材から空気を脱泡し比重を確保している。しかし、そのような振動が加えられることにより骨材がボックス構造体内で局所的に偏在し、それによってカウンターウエイトの重心位置にばらつきが生じる場合もある。このため、搭載予定の機械の構造やその設計に応じてカウンターウエイトの重心位置を調整するような要求への対応が困難であった。【００１０】  本発明は上述した従来の課題に鑑みてなされたものであり、リサイクル材である溶融メタルを重量材として使用することでコスト低減が図られたカウンターウエイトを提供することを目的とする。また、本発明は、比重の調整工程を簡素化等し製造コストの低減を図ることができるカウンターウエイトの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上述した課題を解決するため、本発明は、作業機械の重量バランスをとるために用いられ、中空のボックス構造体内にコンクリートが充填されてなるカウンターウエイトであって、前記コンクリートの一部にメタルインゴットを含むことを特徴とする。【００１２】  また、前記カウンターウエイトは、前記メタルインゴットが、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルが鋳造されてなることにより、予め体積及び重量が調整されたメタル鋳物であることが好ましい。例えば、廃棄物から分離した高温の溶湯を砂型で一定の定形性を有して前記メタルインゴットが鋳造される。また、前記メタルインゴットは、溶融メタルを板状に固めたメタル塊をブレーカなどで所定の大きさに破砕又は小割りして得たものでもよい。【００１３】  また、前記メタルインゴットが、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルにセメントを混合して固化させたコンクリート成型体であってもよい。更に、そのコンクリート骨材として溶融メタルを急冷して得られるメタル粒を含むものでもよい。また更には、前記コンクリート成型体がミルスケールやホットスカーフと称される、圧延などの製鋼の工程で生じる酸化鉄を主成分とするメタル副生物を骨材として含んでもよい。【００１４】  また、本発明は、作業機械の重量バランスをとるために用いられるカウンターウエイトの製造方法であって、廃棄物を高温で溶融し沈殿させた溶融メタルを冷却固化することでメタルインゴットを得るステップと、カウンターウエイトの外装を形成する中空のボックス構造体内に前記メタルインゴットを１つ又は複数個置くステップと、前記メタルインゴットが置かれた前記ボックス構造体内にセメント、重量材及び水を混合した流状のコンクリートを注入するステップと、前記ボックス構造体内に注入された流状のコンクリートを養生し固化するステップとを含むことを特徴とする。【００１５】  また、前記カウンターウエイトの製造方法は、前記メタルインゴットを得るステップが、廃棄物から分離した高温の溶湯を砂型で一定の定形性を有して鋳造されるステップを含むことが好ましい。又は、前記メタルインゴットを得るステップが、板状のメタル塊をブレーカなどで破砕して得るステップを含むものであってもよい。【００１６】  また、前記カウンターウエイトの製造方法の他の態様は、廃棄物を高温で溶融し沈殿させた溶融メタルを冷却固化することで、重量及び体積が予め調整されたメタルインゴットを得るステップと、カウンターウエイトの外装を形成する中空のボックス構造体内にセメント、重量材及び水を混合した流状のコンクリートを注入するステップと、その後、前記ボックス構造体内に前記メタルインゴットを１つ又は複数個置くステップと、前記ボックス構造体内に注入された流状のコンクリートを養生し固化するステップとを含むものである。【００１７】  また、前記カウンターウエイトの製造方法は、前記メタルインゴットが前記ボックス構造体内の中段の所定位置に設置された後、前記ボックス構造体内に前記コンクリートを再注入するステップを更に含むものであってもよい。【００１８】  また、前記カウンターウエイトの製造方法は、前記流状のコンクリートを前記ボックス��造体内に注入するに際して振動を加えるステップを更に含むものでもよい。
【発明の効果】
【００１９】  本発明のカウンターウエイト及びその製造方法によれば、カウンターウエイトの外装を形成するボックス構造体内に充填する重量材としてリサイクル材を使用することができ、かつその比重の調整工程を簡素化して製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、カウンターウエイトが搭載される作業機械の一例である油圧ショベルを示す側面図である。
【図２】図２は、カウンターウエイトのボックス構造体にメタルインゴットが設置された状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、メタルインゴットであるメタル鋳物の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  本発明に係るカウンターウエイトの好適な実施形態として、油圧ショベルの本体リア部に搭載されるカウンターウエイト１０を説明する。
【００２２】  図１はカウンターウエイト１０が搭載される作業機械の一例である油圧ショベル１を示す側面図である。油圧ショベル１は、本体である上部旋回体２と下部走行体３とを備え、上部旋回体２が旋回装置４を介して下部走行体３に設置されている。なお、図１にはクローラ式の下部走行体３が示されるがタイヤを有するホイール式の下部走行体であってもよい。
【００２３】  上部旋回体２には運転室であるキャビネット７及び掘削等の作業をするための作業フロント５などが設けられる。作業フロント５は、上部旋回体２に対しブームシリンダ６ａにより起伏可能に取り付けられたブーム５ａと、ブーム５ａの先端にアームシリンダ６ｂにより回動可能に取り付けられたアーム５ｂと、アーム５ｂの先端にバケットシリンダ６ｃにより回動可能に取り付けられたバケット５ｃとを有する多関節のリンク構造となっている。
【００２４】  上部旋回体２の本体内には、上述した作業系シリンダや走行系モータなどの各種アクチュエータに高圧油を供給する油圧ポンプ、油圧系を制御するコントロールバルブ、油圧ポンプを駆動する動力源であるエンジン等を含むパワーユニットが搭載されている。
【００２５】  作業フロント５に作用する作業負荷に対抗する重量バランスを得るために、上部旋回体２本体に大重量のカウンターウエイト１０が搭載される。カウンターウエイト１０は、鉄製で中空のボックス構造体１１内に重量コンクリートが充填された構成を有している。カウンターウエイト１０の外装を形成するボックス構造体１１は、外観上、油圧ショベル１のリア側の一部を構成するように意匠が施された形状に加工される。
【００２６】  本実施形態によるカウンターウエイト１０は、ボックス構造体１１に充填される重量コンクリートの一部にメタルインゴット２０の一態様である、予め重量及び体積が調整されたメタル鋳物２１を含むことを特徴とする。図２は、カウンターウエイト１０のボックス構造体１１にメタル鋳物２１が設置された状態を示す斜視図である。なお発明の理解のため図２では、完成品のカウンターウエイトには充填される、ボックス構造体１１内の重量コンクリート（メタルインゴット以外の重量材）の図示が省略されている。
【００２７】  メタル鋳物２１は、例えば廃棄物の焼却灰を高熱で溶融した後にその比重差を利用して沈殿させた溶融メタルを鋳造することで得られるメタルの小塊である。特に廃棄物から分離される溶融メタルは、安価かつ安定的に得ることができ、これらをカウンターウエイト１０に再利用することはコスト低減に貢献するだけでなく資源の有効活用という点においてもよいことである。
【００２８】  また、メタル鋳物２１は、廃棄物から分離した高温の溶湯を砂型に注入して固めることにより、一定の定形性を有して鋳造されることが好ましい。これによれば、製造しようとするカウンターウエイトの仕様に適合した任意の形状及び体積のメタル鋳物２１を容易に得ることができる。またそのような鋳造作業を廃棄物処理場の焼却炉に近い現場で行うことでき、一旦冷えたスラグを再度加熱し溶融する工程を必要としないなどの利点もある。
【００２９】  また、メタルインゴット２０は、廃棄物から分離した高温の溶湯を溜めて板状に固めたメタル塊を、ブレーカなどで所定の大きさに破砕又は小割りして得たものでもよい。焼却炉に近い場所で浅く掘った土場などに溶湯（メタル）を流し溜めそれを自然冷却するだけで、比較的比重の大きい溶融メタルの大塊を容易に得ることができる。これにより、リサイクル材としてのメタルインゴット２０の受け入れコストを更に安価にすることができる。
【００３０】  また、メタルインゴット２０の他の態様は、廃棄物を高温で溶融した後の沈殿物である溶融メタルを骨材としセメントを混合して固化させたコンクリート成型体であってもよい。コンクリート成型体の重量材としては廃棄物から分離した溶融メタルを急冷して得られるメタル粒を含むものでもよい。また、重量材として、ミルスケールやホットスカーフと称される、圧延などの製鋼の工程で生じる酸化鉄を主成分とするメタル副生物を用いてもよい。
【００３１】  コンクリート成型体は例えば次のようにして製造される。先ず、コンクリート成型体に含有させるメタル成分（重量材）として廃棄物から分離した溶融メタルのメタル塊又はメタル粒を準備し、その比重を測定する。製造しようとする成型体の体積及び重量に基づいて目標比重を定め、測定したメタル成分の比重、既知であるセメント及び水の比重とに基づいて、セメント及びメタル成分の重量配合比を決定する。
【００３２】  材料となるメタル成分及びセメントを秤量した後、これらを決定した配合比で水と共に混合する。そうして得られた流状のコンクリートを木質ボード等で組み立てた型枠に注入し、所定期間養生し固化することにより、比重が調整された所定寸法形状（体積）のコンクリート成型体が型成される。
【００３３】  かかる構成の本実施形態によるカウンターウエイト１０は次のようにして製造される。
【００３４】  先ず、廃棄物を高温で溶融し沈殿させた溶融メタルを冷却固化することでメタルインゴット２０を準備する。メタルインゴット２０は、重量及び体積が予め調整された、例えばメタル鋳物２１又はコンクリート成型体である。メタル鋳物２１は、上述したように廃棄物から分離した高温の溶湯（溶融メタル）を砂型に注入して固めることにより、一定の寸法形状で鋳造される。また、コンクリート成型体は、溶融メタルを骨材としてセメント及び水で所定寸法形状に成型される。なお、カウンターウエイト１０の製造に使用されるメタルインゴット２０は、コストや製造の容易さの面でメタル鋳造物２０であることが望ましいが、代替として板状の溶融メタル塊を所定の大きさに破砕又は小割りして得たものでもよく、上述したコンクリート成型体であってもよい。
【００３５】  続いて、カウンターウエイト１０の外装を形成する中空のボックス構造体１１内の底面にメタルインゴット２０を１つ又は複数個置く。このとき、カウンターウエイト１０の設計上の重心位置が、例えば中央に対し若干左右に偏倚する場合には、それに応じてメタル鋳物２１の設置位置をずらして全体の重心を調整してもよい。また、カウンターウエイト１０の重心位置をより後方に又はより高い位置とする場合にも、メタルインゴット２０を置く位置をそれに適宜合わせることで、カウンターウエイト１０の重心を設計通りの位置に容易に調整することができる。
【００３６】  その後、メタルインゴット２０が置かれたボックス構造体１１内に、重量材及び水を混合して比重調整された流状のコンクリートを注入する。ボックス構造体１１内に注入されるコンクリートは、重量材としてメタルインゴット２０と同様の廃棄物から分離される溶融メタルの塊又はその粒状物を含むことができる。また、ボックス構造体１１内に注入される流状のコンクリートには、ポンチ屑などの鉄スクラップ材や砂利などを混入させてもよい。更には、ミルスケールやホットスカーフと称される、圧延などの製鋼の工程で生じる酸化鉄を主成分とするメタル副生物を重量材としてコンクリートに混入させてもよい。
【００３７】  流状のコンクリートをボックス構造体１１に注入する際には振動が加えられる。これにより、溶融メタルの塊や粒状物とともに混入した気泡をコンクリートから脱泡し表面を均すことにより、固化した後の重量コンクリートの充填密度を高めることができる。最後にボックス構造体１１内に注入された流状のコンクリートを養生し固化することにより、カウンターウエイト１０が製造される。
【００３８】  なお、カウンターウエイト１０を製造する他の方法としては、ボックス構造体１１内にセメント、重量材及び水を混合した流状のコンクリートを注入し、その後、ボックス構造体１１内にメタルインゴット２０を１つ又は複数個置く順番でもよい。また、メタルインゴット２０がボックス構造体１１内の中段の所定位置に設置された後、コンクリートを再注入する工程を含んでもよい。
【実施例】
【００３９】  図３は、実験で製造したメタルインゴットであるメタル鋳物２１の実施例を示す図である。試作したメタル鋳物２１は直方体の形状であり、各辺の寸法は、縦５８５ｍｍ、幅１５０ｍｍ、高さ３７０ｍｍ（体積３．２５×１０−２ｍ３）である。１個当りのメタル鋳物の重量が２１７ｋｇであることから、６．７の比重が得られた。ここで、比重とは、基準の密度１ｔｏｎ／ｍ３に対する比をいう。【００４０】  実施例のカウンターウエイトは、１２０トンクラスの油圧ショベル搭載用のものである。試作したカウンターウエイトは、コンクリートを充填した総重量が１５．６トンであった。【００４１】  以上説明した実施形態は発明を説明するための例示に過ぎず、これらの態様が発明の範囲を限定するものとして解釈されるものではない。本発明に係るカウンターウエイトは油圧ショベルの他にもフォークリフト又はハンドリング機その他の作業機械に搭載されてもよく、また車両系機械に限らずクレーンその他の産業機械に広く用いられるものである。
【符号の説明】
【００４２】１  油圧ショベル
２  上部旋回体
３  下部走行体
４  旋回装置
５ａ  ブーム
５ｂ  アーム
５ｃ  バケット
６ａ  ブームシリンダ
６ｂ  アームシリンダ
６ｃ  バケットシリンダ
７  キャビネット（運転室）
１０  カウンターウエイト
１１  ボックス構造体
２０  メタルインゴット
２１  メタル鋳物（メタルインゴットの一例）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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