(57)【要約】【課題】クラムシェル型の掘削装置と同様の掘削容量を確保できるうえ、ケーシング内に岩塊がある場合でも支障なく掘削を行うことができる、掘削能率のよい立抗掘削装置を提供する。【解決手段】フレーム２と、４個の掘削バケット３と、各掘削バケット３を開閉操作する油圧シリンダー４と、スタビライザー５とを備えている。掘削バケット３は、中途部が屈曲するＶ字状の掘削アーム２３と、掘削アーム２３に固定されるシェル壁２４とを備えている。掘削アーム２３の基端をフレーム２の下枠１７に連結し、掘削アーム２３の中途部に油圧シリンダー４の操作端を連結して、掘削アーム２３の先端軌跡をバケット中央へ向かって下り傾斜する部分円弧状にする。シェル壁２４は、部分球殻状の主壁３１と、主壁３１の上縁側のバケット空間を囲む堤壁３２とで王冠状に構成し、バケット容量を稼ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングＣ内に昇降ロープ１で吊り下げ支持されるフレーム２と、フレーム２で揺動自在に軸支される少なくとも３個の掘削バケット３と、各掘削バケット３を独立して開閉操作する油圧シリンダー４と、フレーム２の上部周面に突設されるスタビライザー５とを備えている立抗掘削装置であって、
掘削バケット３は、中途部が屈曲するＶ字状の掘削アーム２３と、掘削アーム２３に固定されるシェル壁２４とを備えており、
掘削アーム２３の先端軌跡がバケット中央へ向かって下り傾斜する部分円弧状となるように、掘削アーム２３の基端がフレーム２の下枠１７に連結され、掘削アーム２３の中途部に油圧シリンダー４の操作端が連結してあることを特徴とする立抗掘削装置。
【請求項２】
シェル壁２４が、掘削アーム２３の先端へ向かって収斂する部分球殻状の主壁３１と、主壁３１の上縁に連続してバケット空間を囲む堤壁３２とで王冠状に構成してある請求項１記載の立抗掘削装置。
【請求項３】
掘削アーム２３が、下枠にアームピン２６を介して連結される揺動アーム２３ａと、揺動アーム２３ａに連続して湾曲する掘削爪２３ｂとでＶ字状に屈曲形成されており、
掘削爪２３ｂの外面両側にシェル壁２４の主壁３１が固定され、掘削爪２３ｂと揺動アーム２３ａとの屈曲部の外面両側にシェル壁２４の堤壁３２が形成してある請求項２記載の立抗掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤に圧入されたケーシング内の土砂を掘削するための立抗掘削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の立抗掘削装置として、左右一対の掘削刃を開閉して掘削を行うクラムシェル型の掘削装置が多用されている（特許文献１、特許文献２参照）。そこでは、フレームの下面左右に配置した一対の掘削バケットを地中に食い込ませて、ケーシング内の土砂を掘削する。一対の掘削バケットは、共通する支軸を介して揺動開閉可能に軸支されており、それぞれ油圧シリンダーで開閉操作される。掘削バケットのシェル壁は部分球殻状に形成してある。
【０００３】
本発明の掘削装置では、例えば４個の掘削バケットでケーシング内を掘削するが、この種の掘削装置は公知である（特許文献３参照）。そこでは、Ｖ字状に屈曲するバケットフレームと、バケットフレームに固定されるスコップ状のシェル壁とで掘削バケットを構成している。掘削バケットは、バケットフレームの屈曲部に設けられた支軸を中心にして揺動でき、バケットフレームの腕端に連結した油圧シリンダーで開閉操作される。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５７３６５号公報（段落番号０００６、図３）
【特許文献２】特開２００１−１９３３７７号公報（段落番号００１２、図３）
【特許文献３】特開平１０−３１７４２３号公報（段落番号００１６、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２のクラムシェル型の掘削装置は、部分球殻状のシェル壁を備えた左右一対の掘削バケットで土砂を掘削するので、スコップ状の一対の掘削バケットで掘削を行うハンマーグラブ型の掘削装置に比べて、１回当りの掘削量が大きい。しかし、揺動開閉する一対の掘削バケットで土砂を掬い込むようにして掘削するので、ケーシング内に岩塊があるような場合に土砂掘削を確実に行えない。この種の掘削バケットは、バケットの掘削始端縁が半円状に連続しているため、岩塊を押しのけ、あるいは破砕しながら掘削することに限界があるからである。掘削始端縁に沿って一群の爪が設けてあるものの、岩塊の体積がある程度以上になると役に立たない。
【０００６】
その点、特許文献３の掘削装置では、四分割された先の尖った掘削バケットで土砂を掘削するので、ケーシング内に岩塊がある場合でも、岩塊を掘削バケットの先端で押しのけながら掘削を行える。しかし、掘削バケットのシェル壁が扁平なスコップ状に構成してあるので、１回あたりの掘削容量が少なく能率よく掘削できない。
【０００７】
特許文献３の掘削装置では、各掘削バケットの先端軌跡を、バケット中央へ向かって昇り傾斜する部分円弧状に設定している。そのため、掘削初期にバケット先端を効果的に地中へ食い込ませることが難しい。掘削バケットの先端における掘削力は、縦方向の分力成分と、横方向の分力成分とに分けて考えることができるが、掘削バケットの先端軌跡が昇り傾斜する部分円弧状であると、掘削初期の掘削力の殆どは横方向の分力成分によって占められ、掘削バケットを土中に食い込ませるために有効な縦方向の分力成分が得られないからである。因みに、横方向の分力成分は岩塊を押しのけることには有利に作用する。
【０００８】
本発明の目的は、掘削バケットの先端軌跡を改良することにより、掘削初期における掘削力の縦方向の分力成分を増強できるようにし、以て、バケット先端を効果的に地中へ食い込ませてケーシング内の掘削を効果的に行える立抗掘削装置を提供することにある。本発明の目的は、クラムシェル型の掘削装置と同等ないし同等以上の掘削容量を確保できるうえ、ケーシング内に岩塊がある場合でも、岩塊を掘削バケットの先端で押しのけ、あるいは破砕しながら的確に掘削を行え、従ってケーシング内の掘削作業を能率よく行える立抗掘削装置を提供することにある。本発明の目的は、掘削された土砂をより大量に掬い込んで排出でき、その分だけケーシング内の掘削作業を能率よく行える立抗掘削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の立抗掘削装置は、ケーシングＣ内に昇降ロープ１で吊り下げ支持されるフレーム２と、フレーム２で揺動自在に軸支される少なくとも３個の掘削バケット３と、各掘削バケット３を独立して開閉操作する油圧シリンダー４と、フレーム２の上部周面に突設されるスタビライザー５とを備えている。掘削バケット３は、中途部が屈曲するＶ字状の掘削アーム２３と、掘削アーム２３に固定されるシェル壁２４とを備えている。掘削アーム２３の先端軌跡がバケット中央へ向かって下り傾斜する部分円弧状となるように、掘削アーム２３の基端をフレーム２の下枠１７に連結し、掘削アーム２３の中途部に油圧シリンダー４の操作端を連結する（請求項１）。
【００１０】
シェル壁２４は、掘削アーム２３の先端へ向かって収斂する部分球殻状の主壁３１と、主壁３１の上縁に連続してバケット空間を囲む堤壁３２とで王冠状に構成する（請求項２）。
【００１１】
掘削アーム２３は、下枠にアームピン２６を介して連結される揺動アーム２３ａと、揺動アーム２３ａに連続して湾曲する掘削爪２３ｂとでＶ字状に屈曲形成する。掘削爪２３ｂの外面両側にシェル壁２４の主壁３１を固定し、掘削爪２３ｂと揺動アーム２３ａとの屈曲部の外面両側にシェル壁２４の堤壁３２を形成する（請求項３）。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、Ｖ字状の掘削アーム２３と、掘削アーム２３に固定されるシェル壁２４とで、掘削バケット３をオレンジピール型のバケット状に構成して、ケーシングＣ内に岩塊Ｒがある場合でも、岩塊Ｒを掘削バケット３の先端で押しのけ、あるいは破砕しながら掘削できるようにした。そのうえで、掘削アーム２３の先端軌跡がバケット中央へ向かって下り傾斜する部分円弧状となるように、掘削アーム２３と下枠１７、および掘削アーム２３と油圧シリンダー４を連結して、掘削初期における掘削力Ｆの縦方向分力成分Ｆ１が大きくなるようにした。従って本発明の立抗掘削装置によれば、掘削バケット３の先端を的確に地中へ食い込ませてケーシングＣ内の掘削を効果的に行えるのはもちろん、ケーシングＣ内に岩塊Ｒがある場合でも、岩塊Ｒを掘削バケット３の先端で押しのけながら掘削を行うことができ、全体として立抗掘削装置の掘削能率を格段に向上できる（請求項１）。
【００１３】
掘削バケット３の先端へ向かって収斂する部分球殻状の主壁３１と、主壁３１の上縁側のバケット空間を囲む堤壁３２とで、シェル壁２４を王冠状に構成するので、シェル壁を扁平なスコップ状に構成した従来の掘削バケットに比べて、部分球殻状の主壁３１の膨らみと、堤壁３２の分だけバケット容量を増強できるうえ、掘削された土砂をより大量に掬い込むことができるので、クラムシェル型の掘削装置と同等ないし同等以上の掘削容量を確保して、ケーシングＣ内の掘削作業を能率よく行える。掘削バケット３内に掬い込んだ土砂を堤壁３２で受け止めることができるので、排出途中に土砂が掘削バケット３からこぼれ落ちることもない（請求項２）。
【００１４】
揺動アーム２３ａと、揺動アーム２３ａに連続して湾曲する掘削爪２３ｂとで、掘削アーム２３をＶ字状に屈曲形成し、掘削爪２３ｂの外面両側にシェル壁２４の主壁３１を固定し、掘削爪２３ｂと揺動アーム２３ａとの屈曲部の外面両側にシェル壁２４の堤壁３２を形成した掘削バケット３によれば、堤壁３２が掘削抵抗になるのを防止しながら、掘削バケット３を土中に効果的に食い込ませることができるので、ケーシングＣ内の掘削作業をさらに能率よく行える（請求項３）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ないし図７は本発明に係る立抗掘削装置の実施例を示す。図２において符号Ｃは鋼管からなるケーシングである。ケーシングＣは、地上に設置された駆動装置で回転駆動しながら圧入されて、その下端に設けられたカッタービットで地盤を円形に分断しながら掘進する。必要な深さまでケーシングＣを掘進したのち、ケーシングＣ内の土砂を本発明の立抗掘削装置で掘削してケーシングＣの外へ排出する。ケーシングＣの掘進部分に大きな岩塊Ｒがある場合には、図７に示すようにカッタービットで切断される。
【００１６】
図２において立抗掘削装置は、ケーシングＣ内に昇降ロープ１で吊り下げ支持されるフレーム２と、フレーム２で揺動自在に軸支される４分割された掘削バケット３と、各掘削バケット３を独立して開閉操作する油圧シリンダー４と、フレーム２の上部周面に突設されるスタビライザー５などで構成する。
【００１７】
フレーム２は、上フレーム２Ａと下フレーム２Ｂとに大別される。図３に示すように上フレーム２Ａは十文字状に組まれ上枠８と、その周囲に固定される円形の周枠９と、Ｘ字状に組まれて上枠８および周枠９を支持する脚枠１０と、周枠９を補強する補強リング１１などで構成する。上枠８の上端中央に、昇降ロープ１を巻き掛けるためのガイドシーブ１２が配置され、その左右両側、あるいは前後両側において、油圧シリンダー４の上端がピン１３を介して上枠８に連結してある。
【００１８】
スタビライザー５は部分円弧状に切断した鋼管からなり、上枠８の外面に突設したブラケット１４の突端に固定してある。この実施例では、スタビライザー５を上枠８の周面６箇所に均等に配置している。６個のスタビライザー５の外周面を結ぶ仮想円の直径寸法は、ケーシングＣの内直径寸法より僅かに小さく設定してあり、立抗掘削装置がケーシングＣ内を昇降するとき、他の部材に先行してケーシングＣと接当して、掘削バケット３などがケーシングＣと衝突するのを防止する。掘削時のスタビライザー５の機能は後述する。
【００１９】
図２において下フレーム２Ｂは、十文字状に組まれる下枠１７と、下枠１７の下面に固定されるベース板１８、および交差する下枠１７どうしを補強する補強板１９などで構成してあり、下枠１７の上端が先の脚枠１０の下端にフランジを介して固定してある。ベース板１８の下面には、掘削バケット３の閉じ限界を規定する規制片２０が固定してある。
【００２０】
掘削バケット３は、中途部が屈曲するＶ字状の掘削アーム２３と、掘削アーム２３に固定されるシェル壁２４と、掘削アーム２３の先端に着脱可能に装着される掘削刃２５などで構成する。図６において掘削アーム２３は、下枠１７にアームピン２６を介して連結される揺動アーム２３ａと、揺動アーム２３ａに連続して湾曲する掘削爪２３ｂとでＶ字状に屈曲形成する。
【００２１】
掘削バケット３の中途部、具体的には揺動アーム２３ａと掘削爪２３ｂとが連続する屈曲部に、油圧シリンダー４のピストンロッド４ａの操作端が、操作ピン２７を介して連結してある。揺動アーム２３ａの基端内面には、先の規制片２０で受け止め接当されるストッパー２８が固定してある。油圧シリンダー４は多段伸縮型の操作シリンダーからなり、４個の油圧シリンダー４を一斉に伸縮作動させることにより、各掘削バケット３を同時に開閉操作できる。
【００２２】
上記のように、Ｖ字状に屈曲する掘削アーム２３の基端を下枠１７で揺動自在に軸支し、その屈曲部分に油圧シリンダー４の操作端を連結したうえで、掘削刃２５先端の開閉ストロークの大半を、操作ピン２７を中心とする時計の文字盤における６時の位置から９時の位置の範囲内に位置させることにより、掘削バケット３が開閉操作されるときの掘削刃２５の先端軌跡を、バケット中央へ向かって下り傾斜する部分円弧状にすることができる（図１、図２、図６参照）。
【００２３】
図５に示すように掘削バケット３を全開放した状態では、掘削バケット３は操作ピン２７を中心にして上方揺動して、その掘削刃２５の先端がケーシングＣの内面近傍で下向きになっている。この状態から油圧シリンダー４を作動させて、掘削バケット３を閉じ方向へ下方揺動操作すると、掘削刃２５は図６に示すように、その姿勢を徐々に斜め内向きに変化させながら、操作ピン２７を中心とする円弧軌跡に沿って下方移動し、操作ピン２７の中心を通る垂直線を通り越した位置で完全な閉じ姿勢になる。
【００２４】
ここで、掘削刃２５に作用する掘削力Ｆを、縦方向の分力成分Ｆ１と横方向の分力成分Ｆ２とに分解すると図６に示す状態となる。掘削力Ｆは掘削刃２５の移動軌跡の接線として表現でき、掘削初期における掘削力Ｆの縦方向の分力成分Ｆ１が大きいほど、掘削刃２５を効果的に地中へ食い込ませて、ケーシングＣ内の掘削を能率良く行えることになる。この実施例では、掘削初期における掘削刃２５の先端位置を、時計の文字盤における８時の位置付近に位置させて、掘削力Ｆの縦方向の分力成分Ｆ１が充分に大きくなるようにした。なお、横方向の分力成分Ｆ２は土砂をバケット内へ効果的に掬い込むことに役立っており、縦横の両分力成分を適切に組み合わせることによって、土砂の掘削と掬い込みとを効果的に行える。
【００２５】
掘削バケット３内に、より大量の土砂を掬い込んで効率よく排出するために、シェル壁２４を王冠状に構成している。詳しくは、図４に示すように、各掘削アーム２３の先端へ向かって収斂する部分球殻状の主壁３１と、主壁３１の上縁に連続してバケット空間を囲む堤壁３２とで、シェル壁２４を王冠状に構成する。主壁３１は扇型に形成される４個の壁板を掘削爪２３ｂの両側に２個ずつ溶接して形成する。同様に、堤壁３２は４分割された壁板を掘削爪２３ｂと揺動アーム２３ａとの屈曲部の外面両側に２個ずつ溶接して形成する。操作ピン２７の着脱空間を避ける必要上、堤壁３２の上下中途部はバケット内面側へ凹ませてある（図２参照）。
【００２６】
上記のように、主壁３１とは別に堤壁３２を設けると、堤壁３２の分だけバケット容量を増強できるうえ、バケット内に掬い込んだ土砂を堤壁３２で受け止めて、掘削した土砂を地上へ排出する途中に、土砂が掘削バケット３からこぼれ落ちるのを良く防止できる。
【００２７】
４分割された掘削バケット３で、ケーシングＣ内の土砂を掘削するので、ケーシングＣ内の土中に岩塊Ｒがある場合でも、岩塊Ｒを掘削バケット３の先端に設けた掘削刃２５で押しのけ、あるいは破砕しながら的確に掘削を行うことができる。
【００２８】
図７に示すように、ケーシングＣ内の土中に岩塊Ｒがあると、掘削刃２５の先端が岩塊Ｒに当った状態で、掘削装置全体が掘削反力を受けて傾動するが、この傾動動作はスタビライザー５がケーシングＣに受け止められることで停止する。この状態のまま、さらに掘削バケット３を閉じ操作すると、岩塊Ｒは掘削刃２５によって強制的に押しのけられる。あるいは掘削バケット３を数回開閉操作して岩塊Ｒを揺することにより、岩塊Ｒは外力モーメントを受けて、姿勢を変更しながら強制的に移動させられる。従って、岩塊Ｒが土中にあったとしても、ケーシングＣ内の土砂を問題なく掘削できる。なお、掘削バケット３で一度動かされた岩塊Ｒは動きやすくなっているので、次回以降の掘削時に土砂とともにバケット内に掬い込むことができる。
【００２９】
上記の実施例では、油圧シリンダー４の操作端を掘削アーム２３に直接連結したが、その必要はなく、掘削アーム２３の屈曲部の外面にブラケットを突設したうえで、このブラケットに油圧シリンダー４の操作端を連結することができる、その場合には、シェル壁２４の堤壁３２を掘削アーム２３の屈曲部の外縁に沿って外膨らみ状に設けて、バケット容量を増加することができる。掘削初期における掘削刃２５の先端位置は、時計の文字盤における９時の位置付近に位置させることができる。掘削バケット３は少なくとも３個以上あればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】立抗掘削装置の概略構造を示す原理図である。
【図２】立抗掘削装置の正面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】掘削バケットを全開放した状態の正面図である。
【図６】掘削バケットの開閉軌跡示す説明図である。
【図７】掘削途中状態を示す立抗掘削装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  昇降ロープ
２  フレーム
３  堀削バケット
４  油圧シリンダー
５  スタビライザー
２３  堀削アーム
２４  シェル壁
Ｃ  ケーシング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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