(57)【要約】【課題】効率の良い溝掘削を行うための溝掘削方法および溝掘削機を提供する。【解決手段】カッターポストをガイドとして周回するチェーンの外周側に、掘削ビットを突設した状態で配列し、溝掘削を行う溝掘削方法において、１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件において一つを未知数、その他を既知数として下記関係式2004003203.tif 000008より未知数を求め、溝掘削を行うことを特徴とする溝掘削方法。【選択図】　　　　図２
2004003203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターポストをガイドとして周回するチェーンの外周側に、掘削ビットを突設した状態で配列し、溝掘削を行う溝掘削方法において、
１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件において一つを未知数、その他を既知数として下記関係式
2004003203.tif 000006
より未知数を求め、溝掘削を行うことを特徴とする溝掘削方法。
【請求項２】
請求項１記載の関係式において既知数Ｖｂ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することにより未知数としての切込み深さｔｐｘを求め、この値に基づいて掘削ビット先端部に取り付ける超硬チップの掘削方向長さを決定する請求項１記載の溝掘削方法。
【請求項３】
請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｅ，Ｖｂを代入することにより未知数として１パターン長さＬｐを求め、この１パターン長さＬｐに基づいて掘削ビットを配置してなるチェーンを周回させ溝掘削を行う請求項１記載の溝掘削方法。
【請求項４】
請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することにより未知数としてチェーンの接線速度Ｖｂを求め、この接線速度Ｖｂが得られるようにチェーン回転駆動装置の回転数を制御する請求項１記載の溝掘削方法。
【請求項５】
請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｂ，Ｌｐを代入することにより未知数としての掘削速度Ｖｅを求め、この掘削速度Ｖｅが得られるようにカッターポストの移動速度を制御する請求項１記載の溝掘削方法。
【請求項６】
カッターポストをガイドとしてチェーンを周回させ、そのチェーンの外周側に突設させた掘削ビットによって溝掘削を行う溝掘削機において、
１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件において一つを未知数、その他を既知数として下記関係式
2004003203.tif 000007
より未知数を求める掘削条件算出手段を備えてなることを特徴とする溝掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に止水、基礎用ソイルセメント壁等の連続壁を形成する溝掘削方法および溝掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中連続溝施工に用いられる溝掘削機の一般的な構成を図５に示す。
【０００３】
同図において、溝掘削機５０は、地上を走行するためのクローラを装着した下部走行体５１と、この下部走行体５１上に搭載される上部旋回体に門型フレーム５２を備えている。この門型フレーム５２には、図示しない一対の横行上シリンダおよび横行下シリンダが上下に配置されており、リーダ５３を地面と平行な横方向にスライドさせるようになっている。
【０００４】
リーダ５３にはカッターポスト５４が垂下され、このカッターポスト５４をガイドとしてチェーン式カッター５５が回転するようになっている。なお、リーダ５３は図示しない昇降シリンダによって昇降させることができるようになっている。
【０００５】
上記カッターポスト５４は、連結された長尺の箱形フレームで構成されており、その上端部に設けられた回転駆動装置によって駆動輪５４ａが回転する。この駆動輪５４ａとカッターポスト５４の下端部に設けられた遊動輪５４ｂとの間に上記チェーン式カッター５５のエンドレスチェーン５６が掛け渡されており、このチェーン５６の外周側に多数の掘削ビット５７が配列されている。
【０００６】
上記チェーン式カッター５５を矢印Ａ方向に回転させつつ地中でカッターポスト５４を横方向に移動させることにより、その進行方向に溝を掘削する。
【０００７】
図６は、掘削ビット５７と地盤との関係を示したものである。
【０００８】
同図において、エンドレスチェーン５６の外周側に固定されたビットプレート５７ａに掘削ビット５７が固定されており、この掘削ビット５７はビットプレート５７ａから突設されるビット本体５７ｂと、このビット本体５７ｂの先端部に設けられる耐摩耗性に優れた超硬チップ５７ｃとから構成されている。なお、超硬チップ５７ｃは、ビット本体５７ｂの先端部において上下両側に取り付けられている。また、５８は掘削ビット５７によって掘削される地山端面を示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来、超硬チップ５７ｃのサイズ、特に奥行き長さＬについては、主としてビット本体５７ｂに対して確実に接着できることを目的として決定されている。
【００１０】
本来、奥行長さＬは、切込深さＳに応じて決定することが好ましいが、その切込深さＳはチェーン式カッター５６の回転速度やカッターポストの移動速度等の条件等によって変化する。したがって、現状では奥行長さＬに余裕を持たせた超硬チップ５７ｃを使用しているが、掘削に供せられない部分が生じてコスト高となっていた。
【００１１】
一方、市販の超硬チップ５７ｃをビット本体５７ｂに取り付けて使用する場合には、その超硬チップ５７ｃによる掘削能力がフルに発揮できるように、チェーン５６上に配列される掘削ビット５７の配置を決定する必要がある。
【００１２】
また、既存の溝掘削機であって超硬チップ５７ｃや掘削ビット５７の条件について変更する余地がないものでは、最適な掘削が得られるようにチェーン式カッターの回転速度やカッターポストの移動速度を決定する必要がある。
【００１３】
このように、効率の良い溝掘削を行う上で超硬チップのサイズ、掘削ビットの配列、運転条件等を理論的に決定する必要性が求められている。
【００１４】
本発明は以上のような従来の溝掘削機における課題を考慮してなされたものであり、効率の良い溝掘削を行うための溝掘削方法および溝掘削機を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の溝掘削方法は、カッターポストをガイドとして周回するチェーンの外周側に、掘削ビットを突設した状態で配列し、溝掘削を行う溝掘削方法において、１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件において一つを未知数、その他を既知数として下記関係式
【００１６】
2004003203.tif 000003
【００１７】
より未知数を求め、溝掘削を行うことを要旨とする。
【００１８】
上記請求項１記載の関係式において既知数Ｖｂ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することにより未知数としての切込み深さｔｐｘを求めれば、この値に基づいて掘削ビット先端部に取り付ける超硬チップの掘削方向長さを決定することができる。
【００１９】
また、上記請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｅ，Ｖｂを代入することにより未知数として１パターン長さＬｐを求めれば、チェーン上に掘削ビットを最適配置することができる。
【００２０】
また、上記請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することにより未知数としてチェーンの接線速度Ｖｂを求めれば、例えば工期が決められているとき、すなわち掘削速度Ｖｅが決められているときに必要とされるチェーンの回転速度を求めることができる。
【００２１】
また、上記請求項１記載の関係式において既知数ｔｐｘ，Ｖｂ，Ｌｐを代入することにより未知数としての掘削速度Ｖｅを求め、この掘削速度Ｖｅが得られるように例えばカッターポストを移動させれば、効率の良い溝掘削を行うことができる。
【００２２】
本発明の溝掘削機は、カッターポストをガイドとしてチェーンを周回させ、そのチェーンの外周側に突設させた掘削ビットによって溝掘削を行う溝掘削機において、１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件において一つを未知数、その他を既知数として下記関係式
【００２３】
2004003203.tif 000004
【００２４】
より未知数を求める掘削条件算出手段を備えてなることを要旨とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した一実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１は溝掘削機１の構成を示したものであり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図を示している。
【００２７】
この溝掘削機１は地上面を移動可能なクローラ２を装着した下部走行体３と、この下部走行体３上に搭載された上部旋回体４と、この上部旋回体４に昇降自在に設けられたリーダ５と、このリーダ５から垂下されたカッターポスト６を有している。
【００２８】
このカッターポスト６は複数のエレメントが上下に連結されたものであり、その上部には駆動輪７ａを備えた回転駆動装置７が、下部には遊動輪８が設けられ、駆動輪７ａと遊動輪８にチェーン式カッター９が掛け渡されている。
【００２９】
チェーン式カッター９は、エンドレスのチェーン９ａと、そのチェーン９ａの外周側に配列された多数の掘削ビット９ｂとから主として構成されており、駆動輪７ａにはそのチェーン９ａのテンションを調整するためのテンション調整機構が備えられている。
【００３０】
上部旋回体４には門型フレーム１０が取り付けられており、この門型フレーム１０の上部に横行上シリンダ１１が、下部に横行下シリンダ１２がそれぞれ平行に配置されている。
【００３１】
上記横行下シリンダ１２の推力によって、カッターポスト６を地山に押し付けることができるようになっており、このとき横行上シリンダ１１は、横行下シリンダ１２の押圧方向と逆方向のシリンダ保持力を発生させるようになっている。
【００３２】
１３，１４は、リーダ５を支持している一対のバックステイ（手前側のみ図示）である。なお、１５は上部旋回体４に搭載されているキャビンである。
【００３３】
図２は、上記構成を有する掘削機による掘削モデルを示したものである。
【００３４】
同図において、掘削機１は、地中に挿入されたカッターポスト６を水平方向（Ｘ方向）に押圧しつつチェーン式カッターの掘削ビットを略垂直方向に移動させ、カンナで削る原理によって１パターン毎に掘削を行う。
【００３５】
横行下シリンダ１２の推力Ｆによって、カッターポスト６が地盤に押し付けられ、横行上シリンダ１１は、横行下シリンダ１２の押圧方向と逆方向のシリンダ保持力Ｒを発生するようになっている。
【００３６】
また、図３は掘削ビットの拡大図であり、図２に示す矢印Ｂ方向から見たものである。
【００３７】
図３は４枚のビットプレート９ｄに対し、超硬チップ９ｃを順番にずらせて配置した掘削ビット群Ｇを１パターンとしており、この掘削ビット群Ｇによって全幅Ｗを掘削するものである。この場合、掘削ビット列における１パターン長さＬｐとは、次の掘削ビット群の先頭までの距離を示すことになる。
【００３８】
ここに、チェーンの接線速度をＶｂ　ｍｍ／ｍｉｎ，掘削速度をＶｅ　　ｍｍ／Ｈｒ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐ　ｍｍ，１パターン当たりの切込み深さをｔｐｘ
ｍｍとするとき、Ｌｐ，ｔｐｘ，Ｖｂ，Ｖｅの間には以下の関係がある。
【００３９】
Ｌｐ　：ｔｐｘ＝Ｖｂ　：Ｖｅ　　　　……（１）
従って、切込み深さｔｐｘは下記式
【００４０】
2004003203.tif 000005
【００４１】
から求められる。
【００４２】
そこで、上記（２）式に、掘削条件としてＶｂ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することにより切込み深さｔｐｘを求める。
【００４３】
この切込み深さｔｐｘを求めるには、例えばキャビン１５内に配置した掘削条件算出手段としてのマイコンを使用することができる。
【００４４】
この値を、超硬チップと地盤との関係を示した図３において、掘削ビット９ｂの先端部に設けられる超硬チップ９ｃの掘削方向長さの下限値Ｌｍｉｎとして決定すれば、掘削条件としてチェーンの接線速度Ｖｂ，掘削速度Ｖｅ，全断面掘削１パターン長Ｌｐがそれぞれ与えられているとき、地盤１６を掘削する範囲については常に超硬チップ９ｂを存在させることができるため、チップ支持体としてのビット本体９ｅを摩耗から防ぎつつ超硬チップ９ｃを有効に地山掘削に作用させることができる。それにより、掘削対象となる地盤１６は常に超硬チップ９ｂによって効率良く掘削されることになる。
【００４５】
なお、超硬チップ９ｃの掘削方向長さＬは、Ｌｍａｘ＞Ｌ＞Ｌｍｉｎであればよく、Ｌｍａｘは、Ｌｍｉｎに安全率としての所定長さを加えた値とすればよい。
【００４６】
次に、上記（２）式に、掘削条件としてｔｐｘ，Ｖｅ，Ｖｂを代入すれば掘削ビット９ｂの１パターン長さＬｐを求めることができる。
【００４７】
所定の掘削速度Ｖｅが与えられ切込み深さｔｐｘが一定であるとすると、１パターン長さＬｐを大きくすれば、チェーンの接線速度Ｖｂを速くする必要があり、その逆に、１パターン長さＬｐを小さくすれば、チェーンの接線速度Ｖｂを遅くした状態で溝掘削を行うことができる。
【００４８】
なお、超硬チップ９ｃが例えば市販品であって掘削方向長さＬが予め与えられているような場合についても、掘削ビット９ｂの１パターン長さＬｐを上記式（２）から求めることができる。
【００４９】
ただし、この場合は掘削方向長さＬをｔｐｘとみなし、掘削条件としてそのｔｐｘ，Ｖｅ，Ｖｂを代入することにより掘削ビット９ｂの１パターン長さＬｐを求めることになる。
【００５０】
また、上記式（２）に、掘削条件としてｔｐｘ，Ｖｅ，Ｌｐを代入することによりチェーンの接線速度Ｖｂを求め、この接線速度Ｖｂが得られるように回転駆動装置７（図１参照）の回転数を制御すれば、効率の良い溝掘削が行える。
【００５１】
詳しくは、例えば超硬チップ９ｃが配列されている既存のチェーン式カッター９を使用して掘削を行う場合であって、決められた工期内に溝掘削を完了させる必要があるとき、１日あたりに掘削しなければならない溝の距離が求められ、それにより掘削速度Ｖｅが既知となる。したがって、この場合は既知数ｔｐｘ，Ｖｅ，Ｌｐを式（２）に代入して接線速度Ｖｂを求め、その接線速度Ｖｂに基づいて回転駆動装置７の回転数を制御すれば、工期内に確実に溝掘削を完了させることができる。
【００５２】
また、上記式（２）に、掘削条件としてｔｐｘ，Ｖｂ，Ｌｐを代入することにより掘削速度Ｖｅを求め、この掘削速度Ｖｅが得られるようにカッターポスト６の移動速度を制御することによっても、効率の良い溝掘削が行える。
【００５３】
カッターポスト６は掘削方向に押圧力を発生する横行下シリンダ１２およびその押圧方向と逆方向のシリンダ保持力を発生する横行上シリンダ１１の協働によって地山に押し付けられる。
【００５４】
したがって掘削速度Ｖｅが得られるように上記横行上シリンダ１１と横行下シリンダ１２に供給する圧油の流量を制御すれば、最適の掘削速度Ｖｅが得られる。
【００５５】
なお、本実施形態では、横行シリンダ１１，１２を作動させてカッターポスト６を移動させる構成であったが、これに限らず、固定式のカッターポストを下部走行体３を掘削方向に走行させることにより溝掘削を行う溝掘削機では、最適な掘削速度Ｖｅが得られるように下部走行体２の走行速度を制御することになる。
【００５６】
また、上記実施形態の掘削ビットは、超硬チップを備えたビット本体と、ビットプレートが一体に構成されているもので説明したが、これに限らず、ビット本体が取り外し可能に構成されているものであってもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、１つの掘削ビット当たりの切込み深さをｔｐｘ，掘削速度をＶｅ，チェーンの接線速度をＶｂ，掘削ビット列における１パターン長さをＬｐとする４つの掘削条件の関係式を求め、一つを未知数、その他を既知数として関係式から未知数を求め、溝掘削を行うようにしたため、経験に頼らずに効率の良い溝掘削を行うことが可能になる。
【００５８】
請求項２の本発明によれば、未知数としての求められた切込み深さｔｐｘに基づいて掘削ビット先端部に取り付ける超硬チップの掘削方向長さを決定することができる。
【００５９】
請求項３の本発明によれば、未知数として求められた１パターン長さＬｐにしたがってチェーン上に掘削ビットを最適配置することができる。
【００６０】
請求項４の本発明によれば、未知数としてチェーンの接線速度Ｖｂを求めることができ、例えば工期が決められているときに最適なチェーンの回転速度を求めることができる。
【００６１】
請求項５の本発明によれば、未知数としての掘削速度Ｖｅを求め、この掘削速度Ｖｅが得られるように例えばカッターポストを移動させることにより、効率の良い溝掘削を行うことができる。
【００６２】
請求項６の本発明によれば、上記した４つの掘削条件の関係式に基づいて掘削条件算出手段が、掘削条件を確定するため、効率の良い溝掘削を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る溝掘削機の全体構成を示す側面図、（ｂ）はその正面図である。
【図２】図１の溝掘削機による掘削モデルを示した模式図である。
【図３】図１の掘削ビットの構成を示す拡大図である。
【図４】掘削モデルにおいて超硬チップと地盤との関係を示す拡大図である。
【図５】従来の溝掘削機の構成を示す説明図である。
【図６】従来の掘削モデルにおいて超硬チップと地盤との関係を示す拡大図である。
【符号の説明】
１　溝掘削機
２　クローラ
３　下部走行体
４　上部旋回体
５　リーダ
６　カッターポスト
７　回転駆動装置
９　チェーン式カッター
９ａ　チェーン
９ｂ　掘削ビット
９ｃ　超硬チップ
９ｅ　ビット本体
１０　門型フレーム
１１　横行上シリンダ
１２　横行下シリンダ
１６　地盤
【図１】
2004003203.tif 000009
【図２】
2004003203.tif 000010
【図３】
2004003203.tif 000011
【図４】
2004003203.tif 000012
【図５】
2004003203.tif 000013
【図６】
2004003203.tif 000014