(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に昇降可能に吊下された掘削バケットとを備え、該掘削バケット下端の一対のシェルを開閉して掘削および排土からなる掘削サイクルを繰り返すバケット式掘削機において、
前記掘削バケットをその鉛直軸中心に回転させる回転駆動機構を備え、該回転駆動機構は前記掘削バケットを１８０度回転させられるものであり、
前記掘削バケットは、ワイヤーを介して前記ブームの上端に昇降可能に吊下されており、
前記回転駆動機構は、前記ワイヤーに相対回転を規制されながら同軸に連結されつつ、前記掘削バケットを鉛直軸中心の相対回転可能に支持する連結部材と、該連結部材に対して前記掘削バケットを回転駆動する駆動装置と、前記回転駆動時に前記連結部材に作用する回転反力を前記ブームに伝達して対抗する回転反力受け部材からなり、
前記回転反力受け部材は、前記ブームの上端に鉛直軸中心の相対回転を規制されて設けられた鉛直なガイドパイプと、前記ワイヤーおよび前記連結部材の間に、鉛直軸中心の相対回転を規制されて同軸に介装されて、前記ガイドパイプ内に挿抜可能なガイドバーであって、前記ガイドパイプに収容時には互いの相対回転を規制されるガイドバーとからなり、
掘削バケットの前記回転駆動は、前記収容時になされること特徴とするバケット式掘削機。
【請求項２】
ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に昇降可能に吊下された掘削バケットと、該掘削バケットの下端に設けられた一対のシェルと、前記掘削バケットをその鉛直軸中心に回転させる回転駆動機構とを備えたバケット式掘削機を用いた掘削方法であって、
前記一対のシェルを開閉して掘削および排土からなる掘削サイクルを繰り返し、前記回転駆動機構によって、前記掘削サイクル毎に、前記掘削バケットを１８０度回転させることを特徴とする、バケット式掘削機を用いた掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バケット式掘削機、及び、バケット式掘削機を用いた掘削方法、に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より溝掘削に用いられるバケット式掘削機７１は、図７（ａ）に示すように、ベースマシン７３上に水平旋回可能に設けられたブーム７５と、このブーム７５の上端にワイヤー７７を介して昇降可能に吊下された掘削バケット８０とから構成される。そして、その掘削バケット８０下端の左右一対のシェル８１ａ，８１ｂを開閉駆動させて以下に示す、掘削と排土とからなる掘削サイクルを繰り返して地面１に溝３を掘削する。
【０００３】
▲１▼ 掘削：ブーム７５を水平旋回および傾動させて、前記掘削バケット８０を掘削溝３の上方に位置させる。そして、ワイヤー７７を繰り出して（以下、巻下げとも記す）掘削バケット８０を同溝３内に降ろした後、前記シェル８１ａ，８１ｂを開閉して掘削し土砂をシェル８１ａ，８１ｂ内に取り込む。次いで、シェル８１ａ，８１ｂ閉口状態でワイヤー７７を巻き取って（以下、巻上げとも記す）掘削バケット８０を上昇させて掘削溝３から地上へ出す。
▲２▼ 排土：地上に出した掘削バケット８０を、ブーム７５を水平旋回および傾動させてダンプカー等の所期の排土場所の上方へ移動し、ここで前記シェル８１ａ，８１ｂを開閉して排土する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７（ｂ）に、図７（ａ）中のＢ−Ｂ線矢視図にて示すように、前記左右一対のシェル８１ａ，８１ｂの切刃８３ａ，８３ｂには、それぞれに複数のバケット爪８５ａ，８５ｂが適宜間隔で固設されている。そして、通常はシェル８１ａ，８１ｂを閉じた際に、相手側の隙間に互いに噛み合うように、例えば左のバケット爪８５ａは５つ、右８５ｂは４つといった具合に左右非対称に設けられている。このため、前記左右のシェル８１ａ，８１ｂの内、いずれか一方が良く掘れるといったような機械的なクセを掘削バケット８０は有し、掘削を続けていくと掘削溝３が一方向に曲がってしまうといった問題があった。通常は、これに対処すべく、掘削溝３の鉛直度を定期的に水糸を垂らして測定し、曲がっている場合には、その都度、掘削バケット８０と掘削溝３内面との間にあんこ等を介在させる等して、当該掘削バケット８０の掘削姿勢を調整することによって対処しており、これに長時間を要する結果、掘削能率の著しい低下を招いていた。
【０００５】
本発明はかかる従来の課題に鑑みて成されたもので、前記掘削バケットの機械的なクセの、掘削への影響を無くすことができて、鉛直に掘削することができるバケット式掘削機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１に示す発明は、まず、ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に昇降可能に吊下された掘削バケットとを備え、該掘削バケット下端の一対のシェルを開閉して掘削および排土からなる掘削サイクルを繰り返すバケット式掘削機において、前記掘削バケットをその鉛直軸中心に回転させる回転駆動機構を備え、該回転駆動機構は前記掘削バケットを１８０度回転させられるものである。
【０００８】
請求項１に示す発明にあっては、更に、前記掘削バケットは、ワイヤーを介して前記ブームの上端に昇降可能に吊下されている。
上記構成によれば、前記掘削バケットはワイヤーの繰り出し量の調整によって、掘削深さを任意に調整することができる。よって、掘削限界深さを大きくすることができる。
【０００９】
請求項１に示す発明にあっては、更に、前記回転駆動機構は、前記ワイヤーに相対回転を規制されながら同軸に連結されつつ、前記掘削バゲットを鉛直軸中心の相対回転自在に支持する連結部材と、該連結部材に対して前記掘削バゲットを回転駆動する駆動装置と、前記回転駆動時に前記連結部材に作用する回転反力を前記ブームに伝達して対抗する回転反力受け部材からなる。
上記構成によれば、前記駆動装置によって、掘削バケットは前記連結部材に対して鉛直軸中心に回転駆動されるが、その際には、掘削バケットの回転反力が連結部材に作用し、ワイヤーに伝達されてワイヤーがねじられる虞がある。しかし、連結部材は、回転反力受け部材によって、ブームに連結されているため、当該回転反力はブームに伝達されて、これにブームにて対抗する。よって、前記連結部材が連結された前記ワイヤーに、前記回転反力が作用することはなく、ねじれに起因したワイヤーの破損を防ぐことができる。
【００１０】
請求項１に示す発明にあっては、更に、前記回転反力受け部材は、前記ブームの上端に鉛直軸中心の相対回転を規制されて設けられた鉛直なガイドパイプと、前記ワイヤーおよび前記連結部材の間に、鉛直軸中心の相対回転を規制されて同軸に介装されて、前記ガイドパイプ内に挿抜可能なガイドバーであって、前記ガイドパイプに収容時には互いの相対回転を規制されるガイドバーとからなり、掘削バケットの前記回転駆動は、前記収容時になされる。
上記構成によれば、ワイヤーを巻き取ってガイドパイプ内にガイドバーを収容すれば、このガイドバーに対して相対回転を規制された前記連結部材は、ブームに相対回転を規制されて接続される。よって、前記駆動装置によって、掘削バケットを回転させた時に連結部材に作用する回転反力をブームに伝達して、これに当該ブームにて対抗することができる。したがって、前記ワイヤーに、前記回転反力が作用することはなく、ねじれに起因したワイヤーの破損を防ぐことができる。
また、かかる目的を達成するために請求項２に示す発明は、ベースマシン上に水平旋回可能に設けられたブームと、該ブームの上端に昇降可能に吊下された掘削バケットと、該掘削バケットの下端に設けられた一対のシェルと、前記掘削バケットをその鉛直軸中心に回転させる回転駆動機構とを備えたバケット式掘削機を用いた掘削方法であって、前記一対のシェルを開閉して掘削および排土からなる掘削サイクルを繰り返し、前記回転駆動機構によって、前記掘削サイクル毎に、前記掘削バケットを１８０度回転させることを特徴とする、バケット式掘削機を用いた掘削方法である。
上記発明によれば、前記掘削サイクル毎に、前記回転駆動機構によって掘削バケットをその鉛直軸中心に１８０度回転する。よって、一回掘削する毎に、前記一対のシェルは、掘削溝に対する位置を交互に入れ換えるので、掘削バケットの機械的なクセに起因した左右シェルの掘削量の差を散らすことができる。よって、鉛直な掘削が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。図１および２はいずれも本発明に係る第１実施形態の側面図であり、図１に掘削バケットを掘削溝内に吊り降ろした状態を示す一方、図２には地上に吊り上げた状態を示す。また、図３（ａ）は図２中のIII部を一部破断して示す側面図、図３（ｂ）は同様に一部を破断して示す正面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）中のＣ−Ｃ線矢視の断面図である。図４（ａ）は図１中のIV部を一部破断して示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本第１実施形態のバケット式掘削機１１は、水平旋回可能な旋回ベース１３ａを備えるベースマシン１３と、前記旋回ベース１３ａ上に傾動可能に軸支されたブーム１５と、このブーム１５上端１５ａからワイヤー１７を介して昇降可能に吊下された掘削バケット２０とから概略構成される。そして、前記掘削および排土からなる掘削サイクル毎に前記掘削バケット２０をその鉛直軸中心に１８０度回転させるようになっており、もって該掘削サイクル毎に掘削溝３に対して掘削バケット２０の左右を入れ替えるようになっている。
【００１３】
ベースマシン１３は、走行可能なキャタピラ上に水平旋回可能な旋回ベース１３ａを備えて構成され、この旋回ベース１３ａ上には運転室や前記ブーム１５が設けられている。
【００１４】
ブーム１５は、その下端１５ｂを旋回ベース１３ａに傾動可能に軸支され、そして上端１５ｂに、ケーブル１６ａを介して接続されたリンク部材１６を鉛直面内に旋回駆動させることにより起伏自在に駆動される。また、このブーム１５の上端１５ａにはシーブ１５ｃ，１５ｄが回転自在に軸支されており、前記掘削バケット２０を吊下するワイヤー１７は、このシーブ１５ｃ，１５ｄをガイドにして、旋回ベース１３ａ上のワイヤーウインチ（不図示）により適宜繰り出され若しくは巻き取られる。
【００１５】
このワイヤー１７と掘削バケット２０との間には鉛直な鋼製のガイドバー３１が両者と同軸に介装されている。このガイドバー３１は、後記の回転反力受け部材の一部を構成するものであり、前記ワイヤー１７に対しては相対回転を規制されて固設される一方、掘削バケット２０には後記連結部材２６を介して相対回転自在に連結される。
【００１６】
掘削バケット２０は、前記ガイドバー３１等を介してワイヤー１７に同軸に吊下された掘削バケット本体２１と、この掘削バケット本体２１の四側面にそれぞれ配された掘削姿勢調整用ガイド２３と、前記掘削バケット本体２１の下端に設けられた開閉動作する左右一対のシェル２５ａ，２５ｂとを備える。各シェル２５ａ，２５ｂの切刃には、所定間隔置きに４つおよび５つのバケット爪（不図示）がそれぞれ配されており、シェル閉口状態にて互いに噛み合うようになっている。また、前記掘削姿勢調整用ガイド２３は、掘削溝３内における掘削バケット２０の掘削姿勢を調整するものであり、前記各四側面からそれぞれ独立に出没可能に設けられて、必要に応じて突出して掘削溝３内面に当接する。
【００１７】
図４（ａ）に図１中のIV部を、拡大しつつ一部破断して示すが、前記掘削バケット本体２１の上部２１ａには前記連結部材２６が設けられ、前記ガイドバー３１と掘削バケット２０とを同軸に連結している。この連結部材２６は、前記ガイドバー３１の下端に同軸に固設されるユニバーサルジョイント２７と、このユニバーサルジョイント２７に同軸に固設される円柱状の連結部材本体２８と、この連結部材本体２８と前記掘削バケット本体２１上部との間に同軸に介装されたクロスローラー軸受け２９とからなり、もって、掘削バケット本体２１は、ガイドバー３１を介して前記ワイヤー１７（不図示）に、鉛直軸中心の相対回転自在に吊下されている。尚、図の錯綜を避けるため、前記クロスローラー軸受け２９にあっては、断面を示す斜線を省略している。
【００１８】
図４（ａ）および（ｂ）に示すように、この相対回転をさせるための駆動装置４１は前記掘削バケット本体２１に設けられている。同駆動装置４１は、前記連結部材本体２８から下方に同軸に突出した円柱部２８ａの外周に沿って一体形成されたピニオン歯車４３ａと、このピニオン歯車４３ａに噛み合うラック歯車４３ｂが設けられたピストン４５を備える油圧シリンダー４７とから構成される。そして、この油圧シリンダー４７はその長手方向を水平にして掘削バケット本体上部２１ａに固設され、ラック歯車４３ｂが設けられたピストン４５を長手方向に移動させることによって、前記ピニオン歯車４３ａを動かして、もって、ピニオン歯車４３ａが一体形成された前記連結部本体２８を、掘削バケット本体２１に対して鉛直軸中心の相対回転駆動するようになっている。
【００１９】
この油圧シリンダー４７は、シリンダーチューブ４４と、このシリンダーチューブ４４内に摺動移動可能なピストン４５と、このシリンダーチューブ４４の両端に固設されたヘッドカバー４６とからなる。そしてピストン４５の両側方に画成される油圧室４７ａ，４７ｂに、サーボ弁等によって作動油を適宜出し入れして、前記ピストン４５を長手方向に駆動する。尚、前記サーボ弁に接続する油圧ホース等は図示していない。
【００２０】
また、このピストン４５の両端部を除く外周部には、前記長手方向のラック歯車４３ｂが形成されているとともに、前記シリンダーチューブ４４の長手方向の中央の一部がこのラック歯車４３ｂに対応させて開口され、この開口部４４ａから前記ラック歯車４３ｂが外に露出している。そして、この開口部４４ａに対応させて前記ピニオン歯車４３ａが配されて前記ラック歯車４３ｂと噛み合わされ、もってラックピニオン機構が構成されている。
【００２１】
また、前記ピストン４５が、前記シリンダーチューブ４４に対して相対回転してしまうと、前記開口部４４ａから前記ラック歯車４３ｂの位置がずれる虞がある。このため、これを防ぐべく、前記ピストン４５の端面には、その端面中心から偏心させて長手方向の孔４５ａが形成されており、この孔４５ａに前記ヘッドカバー４６に固設された長手方向に延在するロッド部材４８が挿通されて、もってピストン４５のシリンダーチューブ４４に対する相対回転を規制するようになっている。このロッド部材４８は、前記両端のヘッドカバー４６の両方に設けられており、前記相対回転は確実に阻止される。
【００２２】
尚、これらロッド部材４８は、ピストン４５位置を検知するセンサー機能も兼ね備えており、このセンサー出力に基づいて前記両油圧室４７ａ，４７ｂへの作動油量をサーボ弁等によって調整する。したがって、ピストン４５位置を制御できる結果、前記掘削バケット本体２１と連結部本体２８との前記相対回転角度を任意に調整できる。
【００２３】
但し、この回転駆動時には、連結部材本体２８およびガイドバー３１を介してワイヤー１７に回転反力が作用してワイヤー１７をねじって破損する虞がある。このため、これを防ぐべく、図１に示すように、前記回転反力を前記ブーム１５に伝達してこれに対抗する回転反力受け部材３０が設けられている。この回転反力受け部材３０は、前記ガイドバー３１と、前記ブーム１５の上端１５ａにユニバーサルジョイント３５を介して連結された鉛直な鋼製ガイドパイプ３３とからなり、前記ガイドバー３１は、ワイヤー１７の巻上下げによって、ガイドパイプ３３下端３３ａから挿抜可能に案内されている。このガイドパイプ３３内にガイドバー３１が収容された状態を図２に示し、図２中のIII部を拡大して図３に示す。図３に示すように、ガイドバー３１の断面外形状とガイドパイプ３３の断面内形状は、互いに矩形状に形成されているので、ガイドパイプ３３内にガイドバー３１が収容された状態では、互いの間での鉛直軸中心の相対回転は規制される。よって、この収容状態では、前記連結部材本体２８、ガイドバー３１、およびガイドパイプ３３の互いの相対回転は規制されており、もって連結部材本体２８に作用する回転反力を、ガイドパイプ３３が連結されたブーム上端１５ａへ伝達してブーム１５にて対抗可能となっている。
【００２４】
次に、図５を用いて、このバケット式掘削機１１を用いた掘削手順を説明する。尚、図５（ａ）に示すように、掘削溝３をある程度掘り進めた状態から説明するが、この掘削溝３も、これから説明する掘削手順を繰り返してここまで鉛直に掘削されてきたことは言うまでもない。
【００２５】
ワイヤー１７を巻下げて、図５（ａ）に示すように掘削溝３内に掘削バケット２０を降ろす。そして、左右一対のシェル２５ａ，２５ｂを開閉して掘削溝３底部の土砂をシェル２５ａ，２５ｂ内に取り込む。この時、左右のシェル２５ａ，２５ｂの掘削量は、前述したバケット爪の相違に起因して差を生じている。次いで、シェル２５ａ，２５ｂ閉口状態にてワイヤー１７を巻上げて、図５（ｂ）に示すようにガイドパイプ３３内にガイドバー３１を収容しつつ、掘削バケット２０を地上に上昇させる。そして、この収容状態で、前記駆動装置４１によって、前記掘削バケット本体２１を現状から１８０度回転させる。尚、この時には、同図に示すように、ガイドバー３１はガイドパイプ３３内に収容されているので、掘削バケット本体２１が回転をしてもその回転反力はブーム１５によって対抗されて、ワイヤー１７にはねじりの負荷はかからない。次いで、ブーム１５を水平旋回および傾動させて、所定の排土場所の上方へ掘削バケット２０を移動してシェル２５ａ，２５ｂを開閉して排土する。
【００２６】
次ぎに、前記水平旋回および傾動の経路を逆に戻って前記掘削溝の上方へ掘削バケットを位置させて、前述と同様に図５（ｃ）に示すように、掘削バケット２０を掘削溝３内へ下降して土砂を掘削する。尚、この時は、前記１８０度回転により掘削溝３に対する各シェル２５ａ，２５ｂの位置は入れ替わっているので、今回の掘削によって前回掘削時の左右の掘削量の差を解消することができる。そして、シェル２５ａ，２５ｂ閉口状態にてワイヤー１７を巻上げて、図５（ｄ）に示すようにガイドパイプ３３内にガイドバー３１を収容しつつ、掘削バケット２０を地上に上昇させる。そして、前述したように、前記掘削バケット本体２１を１８０度回転させて、前記排土場所へ掘削バケット２０を移動して排土する。そして、これら掘削および排土を繰り返して掘削溝３を掘削していくため、前記バケット爪の相違に主に起因する、掘削バケット２０の左右非対称な機械的クセを解消できて、鉛直な掘削溝３を形成することができる。
【００２７】
図６に本発明のバケット式掘削機の第２実施形態の側面図を示す。第１実施形態は、ワイヤーによって掘削バケットを吊下するワイヤー式掘削機であったところ、第２実施形態の掘削機５１は、ワイヤーを全く用いずに、ブーム５５に対して上下方向にのみ移動可能に案内された鉛直なガイドバー６１のみによって掘削バケット２０を吊下する、通称ケリーバー式掘削機である点で相違する。尚、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００２８】
このケリーバ式掘削機は、ブーム５５の上下端５５ａ，５５ｂに支持された鉛直なガイドパイプ６３と、このガイドパイプ６３内に、相対回転を規制されつつ軸方向に移動可能に案内されたガイドバー６１と、このガイドバー６１の下端に固設された掘削バケット２０と、前記ガイドバー６１を軸方向に移動する駆動機構５７とを備えている。そして、ガイドバー６１を下方へ移動して掘削バケット２０を掘削溝３内に降ろして掘削するとともに、同ガイドバー６１を上方へ移動して掘削バケット２０を地上へ出して排土するようになっている。
【００２９】
本第２実施形態のバケット式掘削機５１は、この通常のケリーバ式掘削機の構成に加えて、更に前記第１実施形態と同じ前記連結部材２６および前記駆動装置４１が、ガイドバー６１と掘削バケット２０との間に設けられている。そして、前記掘削サイクル毎に、掘削バケット２０をガイドバー６１に対して１８０度回転させることによって、左右のシェル２５ａ，２５ｂの掘削量差を解消するようになっている。
【００３０】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で以下に示すような変形が可能である。
（ａ）本実施形態においては、ガイドバー３１の横断面外形状とガイドパイプ３３の横断面内形状とを矩形にしたが、これらの間の相対回転を規制できれば、これに限るものではなく、例えば三角形や五角形でも良い。
（ｂ）本実施形態においては、駆動装置４１にいわゆるラックピニオン機構を用いたが、前記回転駆動ができればこれに限るものではなく、例えば、前記ピニオン歯車に代えてスプロケットを同軸に設け、これにチェーンを掛け回して駆動しても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に示す発明によれば、掘削能率を向上でき、掘削限界深さを大きくすることができ、ねじれに起因したワイヤーの破損を防ぐことができて、ワイヤー寿命を長くできる。
【００３２】
請求項２に示す発明によれば、一回掘削する毎に、一対のシェルは、掘削溝に対する位置を交互に入れ換えるので、掘削バケットの機械的なクセに起因した左右シェルの掘削量の差を散らすことができる。よって、鉛直な掘削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の側面図であって、その掘削バケットを掘削溝内に吊り降ろした状態を示す。
【図２】図１と同様第１実施形態の側面図であって、前記掘削バケットを地上に吊り上げた状態を示す。
【図３】図３（ａ）は図２中のIII部を一部破断して示す側面図、図３（ｂ）は同様に一部を破断して示す正面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）中のＣ−Ｃ線矢視の断面図である。
【図４】図４（ａ）は図１中のIV部を一部破断して示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線矢視の断面図である。
【図５】第１実施形態の掘削手順を示す概念図である。
【図６】本発明に係る第２実施形態の側面図である。
【図７】図７（ａ）は従来のバケット式掘削機の側面図を示し、図７（ｂ）は図７（ａ）中のＢ−Ｂ線矢視の断面図を示す。
【符号の説明】
１  地面
３  掘削溝
１１  バケット式掘削機
１３  ベースマシン
１５  ブーム
１７  ワイヤー
２０  掘削バケット
２５ａ、２５ｂ  シェル
２６  連結部材
３０  回転反力受け部材
３１  ガイドバー（回転反力受け部材）
３３  ガイドパイプ（回転反力受け部材）
４１  駆動装置
【図１】
0003861631.tif 000002
【図２】
0003861631.tif 000003
【図３】
0003861631.tif 000004
【図４】
0003861631.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003861631.tif 000008