(57)【要約】【課題】簡単な構成で、且つ低コストで掘削土砂の搬送量、供給量、或いは処理量等をリアルタイムで正確に把握する。【解決手段】掘削土砂Ｓを移送するベルトコンベヤ６０の上部に、自身の上端部がヒンジで支持されると共に、該ベルトコンベア６０上で搬送される掘削土砂Ｓとの接触反力によって前記ヒンジ７４Ａ〜７４Ｃを中心とする傾斜角（回動角）θａ〜θｃが変化する回動レバー７２Ａ〜７２Ｃを備えた。【選択図】      図２
2004300680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削土砂に改良剤を投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する土質改良装置の土砂量検出装置において、
前記掘削土砂を移送するコンベヤの上部に、自身の上端部がヒンジで支持されると共に、該コンベア上で搬送される掘削土砂との接触反力によって前記ヒンジを中心とする回動角が変化する回動レバーを備えた
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記回動レバーが、掘削土砂の搬送方向と直角の方向に複数併設されている
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記回動レバーの回動性が変更設定可能とされている
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記回動レバーが、回動性の異なる２以上のサブの回動レバー体を有している
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、更に、
前記回動レバーの前記回動角と前記掘削土砂の搬送速度との情報に基づいて、前記掘削土砂の搬送量を演算するコントローラを備える
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記コントローラは、前記搬送量を積算する機能を有し、所定の期間における掘削土砂の処理量が演算可能とされている
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記土質改良機は、更に前記改良剤をストックする改良剤タンクを２以上備え、前記回動レバーの回動角に基づいて、各改良剤タンク内の改良剤の供給量及び配合比率の少なくとも一方の供給態様が制御可能とされている
ことを特徴とする土質改良機の土砂量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設工事現場やガス管、水道管等の埋設工事現場等で発生した掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良するための土質改良機においてその土砂量を検出するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設工事現場や、ガス管、水道管等の埋設工事現場等において発生した掘削土砂は、ときに、そのままでは埋め戻しに不適当なことがある。そのため、こうした掘削土砂に改良剤を投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する土質改良装置が開発されている。
【０００３】
一般に、この種の土質改良装置は、掘削土砂に高分子系固化剤、又は石灰、セメント系等の固化剤を改良剤として添加し、混合・攪拌する。このような土質改良装置としては、特定の場所に据付・建設された「定置式」タイプと、走行機能を備えたトラック等にマウントされた「自走式」タイプとがある。定置式の土質改良装置は、大量の掘削土砂を良質の改良土に転換することができるが、機動性に乏しい。一方、自走式の土質改良機は、機動性には富むものの、工事の進行に伴って現場で発生した掘削土砂をその現場で処理するものであるため、改良土の品質の確保が難しい。
【０００４】
特開２００２−８８７９８号公報（特許文献１）には、図７に示されるような自走式の土質改良機において特にその土砂量を考慮して改良剤を投入する技術が開示されている。この自走式土質改良機２は、走行機構４を備えた車体６上に掘削土砂Ｓを収容するための掘削土砂ホッパ１０、ベルトコンベア１２、改良剤（図示略）をストックするための改良剤タンク１４、混合機１６、及び搬出コンベア１８等を備える。
【０００５】
油圧ショベル３０等によって掘削された掘削土砂Ｓは、該掘削土砂Ｓの投入ホッパ１０に収容され、ベルトコンベア１２によって搬送される。この掘削土砂Ｓは、改良剤タンク１４内にストックされた改良剤と共に混合機１６内で混合・攪拌され、埋め戻しに適する良質の改良土とされ、搬出コンベア１８から搬出される。
【０００６】
この自走式土質改良機２では、掘削土砂Ｓの処理量に対する改良剤の投入量を適正に維持するために、掘削土砂Ｓの投入ホッパ１０の出口開口部に該掘削土砂Ｓの供給量を制御するゲート（図示略）を設け、このゲートの開口高さが投入ホッパ１０内の掘削土砂Ｓの重量（土砂量）に依存して開閉されるように構成してある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８８７９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１にて開示された土質改良機における土砂量の検出技術を含め、従来の技術では該土砂量を検出するためのセンサあるいは機構の検出精度が必ずしも高くなく、そのため、これをベースにして投入される改良剤の供給量を必ずしも適切にコントロールできないことがあるという問題があった。
【０００９】
また、混合機の中に投入される掘削土砂の量はリアルタイムで常時変化するため、この変化に改良剤の投入量をリアルタイムで良好に追随させるのが難しいという問題もあった。そのため、改良剤の投入タイミングが多少ずれても掘削土砂と改良剤とを適正に混合するには混合機の中である程度「長い」時間撹拌する必要があり、混合処理時間の増大を招く原因となることもあった。
【００１０】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、簡単な構成で、且つ低コストで掘削土砂の搬送量、供給量、或いは処理量等をリアルタイムで正確に把握することができ、結果として低コストで良質の改良土を短時間で得ることを可能とする土質改良機の土砂量検出装置を提供することをその課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、掘削土砂に改良剤を投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する土質改良機の土砂量検出装置において、前記掘削土砂を移送するコンベヤの上部に、自身の上端部がヒンジで支持されると共に、該コンベア上で搬送される掘削土砂との接触反力によって前記ヒンジを中心とする回動角が変化する回動レバーを備えたことことにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明においては、土砂量を検出するためのセンサとして、自身の上端部がヒンジで支持されると共に、コンベア上で搬送される掘削土砂との接触反力によって前記ヒンジを中心とする回動角が変化する回動レバーを備えるようにした。
【００１３】
この構造のセンサは、形成される回動角がコンベヤ上において現に移送される掘削土砂の「コンベヤ面からの高さ情報」をリアルタイムで反映したものとなることから、実際に移送されている土砂量を正確に知ることができる。このため、該土砂量に基づいて投入される改良剤の供給量を適正に制御することができるようになり、結果として改良剤の無駄な投入を極力防止しながら良質の改良土を再生することができるようになる。
【００１４】
なお、本発明に係る回動レバーは、１個でもその機能を果たし得るが、該回動レバーを、掘削土砂の搬送方向と直角の方向に複数併設するようにした場合には、掘削土砂のコンベヤと直角方向の高さについても正確な情報を得ることができるようになる。
【００１５】
また、前記回動レバーの回動性（土砂表面に対する追随性）は、一般的な土砂の性質を考慮して予め特定の特性に設定されたものであってもよいが、後述するように、これが変更設定可能とされていると、実際に移送されてくる土砂の性状に応じて最適な回動性をその場で設定できるため、より信頼性の高い土砂の高さ情報を得ることができる。
【００１６】
又、このように回動レバーの回動性を変更することにより、得られる回動角の情報が異なってくることを積極的に利用して、回動レバーが、回動性の異なる２以上のサブの回動レバー体を有しているような構造を採用することもできる。これにより、土砂量のみならず、掘削土砂の性状をも検知することが可能となる。
【００１７】
本発明においては、回動レバーの回動角の情報をどのように利用するかについては特に限定されない。本発明に係る回動レバーにおいては、土砂の高さ情報を軸の回転（或いは回転力）として物理的に得ることができるため、これを直接的に改良剤の供給制御に機械的に利用するようにしてもよい。また、例えば、前記回動レバーの前記回動角と前記掘削土砂の搬送速度との情報に基づいて、前記掘削土砂の搬送量を演算するコントローラを備えるようにしてもよく、この場合には、演算結果に基づいてよりきめ細かな改良剤の供給制御を行うことができようになるだけでなく、コントローラに、前記搬送量を積算する機能を具備させることにより、所定の期間における掘削土砂の処理量を出力させることもできるようになる。
【００１８】
更に、本発明が掘削土砂の量を正確に且つリアルタイムに検出できることを利用して、前記土質改良機が、更に前記改良剤をストックする改良剤タンクを２以上備え、前記回動レバーの回動角に基づいて、各改良剤タンク内の改良剤の供給量及び配合比率の少なくとも一方の供給態様が制御できるように構成した場合には、投入する改良剤の量だけでなく該改良剤の特性をもリアルタイムで制御できるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
この土質改良機３０は、走行機構（図示略）を備える「自走式」タイプで、２つの改良剤タンク３２（第１改良剤タンク３２Ａ及び第２改良剤タンク３２Ｂ）を備える。
【００２１】
第１改良剤タンク３２Ａには第１改良剤３４Ａが、第２改良剤タンク３２Ｂには第２改良剤３４Ｂがそれぞれストックされている。第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂは、それぞれ種類が異なり、双方が混合されることにより、その混合割合（配合率）に応じて特定の性質を形成可能である。例えば、第１改良剤３４Ａとしてセメントが、第２改良剤３４Ｂとして石灰がそれぞれストックされている場合、第１改良剤３４Ａの配合率が高くなるほど掘削土砂をより固化させ易い性質を得ることができる。
【００２２】
第１、第２改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂの下部には、第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給態様を制御可能な第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂがそれぞれ配置されている。各々の改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂは、所定量の第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂを第１、第２改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂから分離・取り出しが可能な第１、第２回転機構部３８Ａ、３８Ｂと該第１、第２回転機構部３８Ａ、３８Ｂをそれぞれ回転駆動する第１、第２供給モータ４０Ａ、４０Ｂとから主に構成されている。
【００２３】
第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂにはそれぞれ第１、第２改良剤シュート４４Ａ、４４Ｂが連結されている。第１、第２改良剤シュート４４Ａ、４４Ｂは、次第に接近するように配置されており、ほぼ合体された状態で（単一の）混合機５０と連結されている。混合機５０は、混合モータ５２によって回転駆動され、掘削土砂Ｓと投入された第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂとを混合・撹拌するもので、これ自体は公知の構成のものである。
【００２４】
なお、ベルトコンベア６０の上部には、該ベルトコンベア６０の搬送方向両端に沿って、掘削土砂Ｓがベルトコンベア６０から脱落するのを防止するためのガイド６６（図３参照）が立設されている。
【００２５】
第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂは、図示せぬ掘削土砂Ｓの投入ホッパからベルトコンベア６０によって搬送されてくる掘削土砂Ｓの搬送量（搬送状態）に依存して、その供給量（混合機５０への投入量）が決定されるようになっている。
【００２６】
掘削土砂Ｓの搬送量を検知するための構成を図２、図３に示す。
【００２７】
ベルトコンベア６０の上部には、この掘削土砂Ｓの搬送量Ｑを検知するための第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃが該掘削土砂Ｓの搬送方向Ｘと直角の方向Ｙに複数（図示の例では３個）配置されている。この第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃは、それぞれ回動レバー７２Ａ〜７２Ｃを有する。各回動レバー７２Ａ〜７２Ｃは、その上端部がヒンジ７４Ａ〜７４Ｃで固定されており、ベルトコンベア６０上で搬送される掘削土砂Ｓとの接触反力によって、それぞれその傾斜角（回動角）θａ〜θｃが変化する構成とされている。この傾斜角θａ〜θｃは、傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃによってその大きさが検出され、それぞれコントローラ８０に入力される。
【００２８】
なお、図の符号７９Ａ〜７９Ｃはストッパであり、各回動レバー７２Ａ〜７２Ｃは、掘削土砂Ｓが搬送されていないとき（掘削土砂Ｓからの接触反力がないとき）、自重により該ストッパ７９Ａ〜７９Ｃに当接する位置、即ち傾斜角零の位置にまで自動的に復帰できる構成とされている。
【００２９】
また、ベルトコンベア６０の駆動用スプロケットには該ベルトコンベア６０の搬送速度Ｖを検出するための速度センサ６２が設置されている。
【００３０】
次にこの自走式土質改良機３０の土砂量検出に関する作用を説明する。
【００３１】
掘削土砂Ｓは、図示せぬ投入ホッパからベルトコンベア６０上に載置され、該ベルトコンベア６０によって混合機５０側へと搬送される。掘削土砂Ｓが搬送されてくると、該掘削土砂Ｓとの接触反力よって第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃの回動レバー７２Ａ〜７２Ｃがそれぞれ回動され、傾斜角θａ〜θｃが形成される。この傾斜角θａ〜θｃは傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃによって検出され、掘削土砂Ｓのベルトコンベア上の高さＨａ〜Ｈｃを反映した情報としてコントローラ８０に送られる。
【００３２】
コントローラ８０は、図４に示されるように、この傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃから送られてきた傾斜角θａ〜θｃの情報に基づいて、具体的に掘削土砂Ｓの搬送方向と直角の断面における掘削土砂Ｓのベルトコンベア６０上の高さＨａ〜Ｈｃを算出し、更にこの高さＨａ〜Ｈｃから当該断面における断面積Ａを算出する。
【００３３】
断面積Ａの算出は、図５（Ａ）に示されるように、３個の高さＨａ〜Ｈｃに基づいて断面を矩形で平均化することによって演算してもよいし、図５（Ｂ）に示されるように、断面を円弧補間することによって平均化して演算してもよい。なお、前述したように、掘削土砂Ｓの搬送方向と直交する方向、即ち、幅方向の拡がりＷは、ガイド６６によって規定されており、一定である。
【００３４】
断面積Ａが求まると、これにベルトコンベア６０の搬送速度Ｖを掛け合わせることにより、搬送量Ｑを算出することができる。なお、搬送速度Ｖは、この実施形態のように速度センサ６２を設置して実測する代わりに、設計上予め予測可能な値を代用してもよい。
【００３５】
コントローラ８０は、こうして求められた搬送量Ｑに合わせて、これに所定の第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を乗じて、第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給量ＳＰ１、ＳＰ２を求める。第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの配合比率は、この第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を、実際の掘削土砂Ｓの状態（石の混合程度、あるいは含水率の違いによる硬軟度等）に応じて、オペレータがマニュアルで変更するだけで簡単に調整できる。
【００３６】
供給量ＳＰ１、ＳＰ２が求まると、該供給量ＳＰ１、ＳＰ２に対応して２つの改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂの第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂをリアルタイムで制御するべく、第１、第２供給モータ４０Ａ、４０Ｂ（のドライバ）に対し供給速度（回転速度）指令Ｃ１、Ｃ２を出力する。
【００３７】
この作業は、微小時間で傾斜角（回動角）θａ〜θｃ及び搬送速度のＶのサンプリングを繰り返すことにより、連続して行われる。この結果、掘削土砂Ｓの搬送量Ｑ、及び性状に応じた最適量且つ最適配合の第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂを掘削土砂Ｓに対してリアルタイムで投入することができる。
【００３８】
なお、コントローラ８０は、求められた搬送量Ｑを積算することにより、時間毎、日毎、或いは現場毎などの処理量を求め、出力することができる。
【００３９】
ところで、回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの回動性（土砂表面に対する追随性）の具体的な設定は、土砂量検出の信頼性の確保に少なからず影響を及ぼす。例えば、回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの回動性を軽めに設定すると、掘削土砂Ｓの上面のトレースという点では良好な性能が得られるが、回動性の設定をあまり軽くし過ぎると小石や小岩石等が接触する度に傾斜角（回動角）θａ〜θｃが大きく振れてしまうため、小石等の含有状態によっては、正確な土砂量情報が必ずしも得られない。逆に、回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの回動性を重めに設定すると、小さな小石などはこれをかき分けるようにしてトレースできるため、土砂の硬度がある程度高いときにはむしろ良好な結果が得られる。その一方で、含水率が高い軟質土砂のときなどでは、回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの先端が土砂の中に沈み込んでしまう量が大きくなるため、回動性が重過ぎてもやはり正確な土砂量情報が得られなくなる。
【００４０】
そのため、回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの回動性は、そのときの土砂の性状に応じて適宜に変更・設定できる方が好ましい。
【００４１】
回動レバー７２Ａ〜７２Ｃの回動性の変更設定を可能とするには、例えば、（図示は省略するが）回動レバーの復帰にスプリングの付勢力を利用し、且つ該スプリングの端部の係止位置を切り換えできるようにしたり、或いは、回動レバーの長手方向に沿って溝孔を形成するとともに、この溝孔に対してスライド可能で且つ溝孔の任意の位置に係止可能なボルト・ナット構造のスライダを貫通・係合させたり、更にはこれから述べる実施形態のように、掘削土砂Ｓとの接触面積を変更したりする構成等が採用できる。
【００４２】
図６に示す実施形態は、この回動性の変更を搬送されている掘削土砂Ｓの性状検知に積極的に応用したものである。即ち、上記実施形態においては、第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２の決定をオペレータが実際の掘削土砂Ｓの性状を確認しながら行うようにしていたが、この図６に示した実施形態では、これをリアルタイムで自動的に行なうように構成している。
【００４３】
この回動レバー８２は、その上端がヒンジ８３で支持されており、且つ掘削土砂Ｓとの接触面積Ｓａ、Ｓｂが異なる（サブの）回動レバー体８２Ａ、８２Ｂをペアで有する。掘削土砂Ｓとの接触面積Ｓａ、Ｓｂが異なることにより、両回動レバー体８２Ａ、８２Ｂは、その回動性が異なる。即ち、より狭い接触面積Ｓａを有する回動レバー体８２Ａの方がより土砂に埋もれ易くなる。そのため、両回動レバー８２Ａ、８２Ｂの傾斜角をそれぞれαａ、αｂとすると、掘削土砂Ｓが硬質のときには、傾斜角αａとαｂとの差は殆ど生じないが、掘削土砂Ｓが軟質のときには、接触面積がＳａ（小）の回動レバー８２Ａの方が掘削土砂により多く埋もれる分その傾斜角αａがより小さくなる傾向となる。従って、この２つの回動レバー８２Ａ、８２Ｂの傾斜角αａ、αｂの差（αａ−αｂ）を検出することにより、掘削土砂Ｓの硬軟度を知ることができる。そのため、この差（αａ−αｂ）に基づいて第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を変更することにより、両改良剤３４Ａ、３４Ｂの配合比率を制御することができる。
【００４４】
これにより、投入される改良剤の供給量のみならず、配合比率（改良剤の性質）をも自動的に変更することが可能となる。
【００４５】
このように、特に自走式の土質改良機の場合、工事現場でリアルタイムで発生する掘削土砂の量あるいは性質に応じて最適な改良剤を最適な量だけ投入したいという要求が強いが、上記実施形態では、改良剤タンクを２つ有するようにしているため、こうした要求に容易且つ的確に対応することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態においては、回動レバーを搬送方向と直角の方向に３個設置するようにしていたが１個のみの設置でも構わない。
【００４７】
また回動レバーの回動性の付与の仕方も上記構成に限定されない。
【００４８】
更に、上記実施形態においては、２種の改良剤を搭載し、その供給量（及び配合比率）を制御するようにしていたが、本発明では、１種類のみの改良剤を搭載するものにも当然に適用できる。
【００４９】
また、上記実施形態においては、改良剤の供給制御をコントローラを介して行うようにしていたが、回動レバーの機械的な回転を直接的に利用するものであっても良い。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で、且つ低コストで掘削土砂の搬送量、供給量、或いは処理量等をリアルタイムで正確に把握することができ、結果として低コストで良質の改良土を短時間で得ることができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された自走式土質改良機の改良剤タンク付近の構成を示す概略構成図
【図２】上記実施形態における、改良剤タンク、ベルトコンベア、混合機、及びセンサの位置関係等を示す概略構成図
【図３】図２における搬送状態センサを矢示ＩＩＩ方向から見た部分拡大断面図
【図４】上記実施形態のコントローラを中心とする信号系の流れを説明するためのブロック図
【図５】掘削土砂の搬送時における搬送方向と直角の断面における断面積を求めるための方法を説明するための掘削土砂の断面図
【図６】掘削土砂の硬軟度に応じて傾斜角に差が発生するようなサブの回動レバー体を有する構成例を示す断面図
【図７】従来の自走式土質改良機の使用例を示す正面図
【符号の説明】
２、３０…自走式土質改良機
４…走行機構
１０…掘削土砂投入ホッパ
１２、６０…ベルトコンベア
３２Ａ、３２Ｂ…第１、第２改良剤タンク
３４Ａ、３４Ｂ…第１、第２改良剤
３６Ａ、３６Ｂ…第１、第２改良剤供給装置
３８Ａ、３８Ｂ…第１、第２回転機構部
４０Ａ、４０Ｂ…第１、第２供給モータ
５０…混合機
５２…混合モータ
７０（７０Ａ〜７０Ｃ）、８０…センサ
７２（７２Ａ〜７２Ｃ）、８２…回動レバー
７４（７４Ａ〜７４Ｃ）…ヒンジ
Ｓ…掘削土砂
【図１】
2004300680.tif 000003
【図２】
2004300680.tif 000004
【図３】
2004300680.tif 000005
【図４】
2004300680.tif 000006
【図５】
2004300680.tif 000007
【図６】
2004300680.tif 000008
【図７】
2004300680.tif 000009