JP2004293069A - 掘削バケット - Google Patents

Abstract

【課題】ハンマーグラブ型の掘削バケットに比べて、掘削領域が大きく、掘削刃を効果的に地中へ食い込ませて掘削能力を著しく向上できるオレンジピール型の掘削バケットを提供する。
【解決手段】上フレーム１および下フレーム２と、下フレーム２で支持される掘削刃３と、各掘削刃３と上フレーム１とを連結するリンクアーム４などで掘削バケットを構成する。上フレーム１を、下フレーム２に立設した複数個のガイドポスト８で昇降自在に移行案内する。以て、掘削刃３を全開放姿勢で地中に食い込ませた状態において、開閉ロープ７を巻き込んで上フレーム１をガイドポスト８に沿って下降移動させることにより、掘削刃３を地中に食い込ませ、地中に打設されたケーシングＣ内の土砂を掘削する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤改良や基礎形成のために、土中に打設された鋼管内の土砂を掘削して立抗を形成するための掘削バケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の掘削バケットとしては、スコップ状の２個の掘削刃を開閉して掘削を行うハンマーグラブが一般的である（特許文献１参照）。そこでは、フレームの下面左右に配置した一対の掘削刃を地中に食い込ませて、ケーシング内の土砂を掘削する。フレームは１本のワイヤーロープで吊り下げ支持されており、ワイヤーロープを巻き上げ、あるいは繰り出すことによりケーシング内を昇降できる。
【０００３】
本発明では、オレンジピール型のバケットに似た掘削バケットで掘削を行うが、この種のバケットの基本構造は広く知られている（特許文献２参照）。具体的には図６に示すように、上フレーム４１と下フレーム４２を基本構造体にして、複数個のグラブ４３を下フレーム４２で揺動自在に軸支し、上フレーム４１とグラブ４３とをリンクアーム４４で連結する。上下フレーム４１・４２のそれぞれにはプーリー群４５・４６が設けてあり、これらのプーリー群４５・４６に開閉ロープ４７をエンドレス状に巻き掛けて動滑車型の倍力機構を構成している。開閉ロープ４７を巻き上げると、上下のフレーム４１・４２が接近移動するので、グラブ４３は閉じ揺動する。逆に、開閉ロープ４７を繰り出すと上下のフレーム４１・４２が互いに遠ざかるので、グラブ４３は開き揺動する。バケット全体は上フレーム４１を吊持する支持ロープ４８で上げ下げ操作する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３３２３６３５号（段落番号００１２、図１）
【特許文献２】
特開２００２−１４５５７６号公報（段落番号００１２、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ハンマーグラブでは、機器重量を利用して掘削刃を地中に食い込ませ、ケーシング内の土砂を掘削する。そのため、掘削刃による掴み力が充分に得られにくい欠点がある。さらに、スコップ状の２個の掘削刃で土砂を挟むように掘削するので、ケーシングの内隅の土砂を掘削できないうえ、一回当りの掘削量に限界があり掘削能力が低い。例えば、直径が３ｍのケーシング内で、ハンマーグラブを用いて掘削を行う場合の一回当りの掘削量は０．３〜０．５ｍ^３ に過ぎない。
【０００６】
本発明者は、掘削バケットの掘削能力を向上するために、オレンジピール型の掘削バケットでケーシング内の土砂の掘削を行うことを検討した。掘削バケットをオレンジピール型にすると、ハンマーグラブに比べて、掘削刃の使用個数が多い分だけ掘削領域を拡大し掘削能力を向上できる。
【０００７】
しかし問題がない訳ではない。オレンジピール型の掘削バケットにおいては、ハンマーグラブと同様に、機器重量を利用して掘削刃を地中に食い込ませて掘削を行うが、開閉ロープ４７を巻き上げてグラブ（掘削刃）４３を閉じ操作する際に、グラブ４３の揺動支点Ｐ１が上方へ移動する。さらにグラブ４３とリンクアーム４４との連結点Ｐ２が移動する。その結果、対向する一対のグラブ４３の先端軌跡は、図６に符号Ｑで示すように山形にならざるを得ない。つまり、グラブ４３が全開放姿勢で地中に食い込んだ状態を基準にすると、グラブ先端は斜め上方へ移行することになる。そのため、グラブ４３を効果的に地中へ食い込ませることができず、掘削能力の向上に限界がある。
【０００８】
本発明の目的は、ハンマーグラブ型の掘削バケットに比べて、掘削領域を拡大し掘削能力を向上できる、オレンジピール型の掘削バケットを提供することにある。本発明の目的は、掘削刃先端の軌跡を好適化し、さらに掘削刃の開閉駆動構造を改良することにより、掘削バケットを効果的に地中へ食い込ませて、掘削能力を著しく向上できる、オレンジピール型の掘削バケットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の掘削バケットは、上フレーム１および下フレーム２と、下フレーム２で揺動開閉自在に支持される複数の掘削刃３と、各掘削刃３と上フレーム１とを連結するリンクアーム４と、上下フレーム１・２の間に配置される動滑車型の倍力機構と、上フレーム１を吊持する支持ロープ６と、繰り出し端が倍力機構を経由して上フレーム１に固定される開閉ロープ７とを備えていて、地中に打設されたケーシングＣ内の土砂を掘削して立坑を形成するオレンジピール型の掘削バケットからなる。上フレーム１は、下フレーム２に立設した複数個のガイドポスト８で昇降自在に移行案内されている。以て、掘削刃３を全開放姿勢で地中に食い込ませた状態において、開閉ロープ７を巻き込んで上フレーム１をガイドポスト８に沿って下降移動させることにより、各掘削刃３で掘削を行う点に特徴を有する。
【００１０】
具体的には、下フレーム２の下面に接地プレート２３を設ける。接地プレート２３は、全開放状態における掘削刃３の先端位置より上方に位置させる。
【００１１】
少なくとも３個の掘削刃３を下フレーム２２で揺動自在に支持する。各掘削刃３は、下フレーム２およびリンクアーム４に連結されるバケットフレーム２１と、バケットフレーム２１に固定される花弁状のバケット壁２２とを含む。掘削刃３を閉じ操作した状態におけるバケット壁２２を部分球殻状に連続させる。
【００１２】
下フレーム２に立設した４個のガイドポスト８のそれぞれにガイドレール１４を設ける。上フレーム１に先のガイドレール１４で転動案内されるローラー１３を設ける。
【００１３】
ガイドポスト８の上端にベースフレーム２８を固定する。ベースフレーム２８に支持ロープ６および開閉ロープ７をそれぞれ挟持案内するガイドローラー２９・３０を設ける。ガイドローラー２９・３０で規定される支持ロープ６および開閉ロープ７のロープ中心位置を、機軸中心を挟んで対象位置に配置する。
【００１４】
【発明の作用効果】
本発明では、掘削バケットの基本構造を、オレンジピール型のグラブバケットに類似する構造としたうえで、上フレーム１を下フレーム２に立設した複数個のガイドポスト８で昇降自在に移行案内して、開閉ロープ７を巻き込んで掘削刃３を閉じ操作するとき、上フレーム１がガイドポスト８に沿って下降移動できるようにした。このように、上フレーム１の下降動作を駆動現にして掘削刃３を閉じ操作すると、図１に示すように掘削刃３の先端軌跡Ｐを、掘削刃３と下フレーム２との連結点を中心とする、概ね斜め下向きに傾斜する円弧軌跡とすることができるので、掘削刃３を確実にしかも安定した状態で土中へ食い込ませながらケーシングＣ内の土砂を掘削でき、従って、ハンマーグラブ型の掘削バケットに比べた場合はもちろんのこと、単にオレンジピール型に構成した掘削バケットと比べても、掘削バケットの掘削能力を大幅に向上できる。
【００１５】
下フレーム２の下面に設けた接地プレート２３を、全開放状態における掘削刃３の先端位置より上方に位置させた掘削バケットによれば、接地プレート２３が地面に接当する位置を限界として、掘削刃３を地中に食い込ませることができるので、地盤の硬さにもよるが、掘削刃３の土中への初期食い込み量を殆ど一定にして、安定した掘削を行うことができる。
【００１６】
少なくとも３個の掘削刃３で掘削バケット構成して、掘削刃３を閉じ操作した状態におけるバケット壁２２を部分球殻状に連続させると、ハンマーグラブ型の掘削バケットに比べて、掘削領域を拡大できるうえ、バケット容量を拡大できるうえ、花弁状に形成されるバケット壁２２の先端形状を尖らせて掘削刃３の土中への食い込みを好適化できる。
【００１７】
４個のガイドポスト８のそれぞれに設けたガイドレール１４で、上フレーム１をローラー１３を介して昇降自在に移行案内した掘削バケットによれば、開閉ロープ７を巻き込んで上フレーム１を下降移動させるときの移動抵抗を著しく軽減できるので、開閉ロープ７で掘削刃３を閉じ操作するときの動力ロスを最小限化できるうえ、上フレーム１の重力を最大限に利用して掘削刃３を閉じ操作でき、全体として掘削バケットの動力消費を削減できる点で有利である。
【００１８】
ガイドポスト８の上部に設けたガイドローラー２９・３０で支持ロープ６および開閉ロープ７を挟持案内して、支持ロープ６および開閉ロープ７のロープ中心位置を、機軸中心を挟んで対象位置に配置した掘削バケットによれば、支持ロープ６および開閉ロープ７に作用する荷重を常に均等にできるので、掘削バケットがケーシングＣ内で傾くのを防止し、ケーシングＣに衝突するのを解消できる。安定した姿勢でケーシングＣ内を昇降できるので、掘削バケットをケーシング内底へ落下させるときの、各掘削刃３の土中への食い込み度合いを均等化できる利点もある。
【００１９】
【実施例】
図１ないし図５に、本発明に係る掘削バケットの実施例を示す。図２において掘削バケットは、上フレーム１と、下フレーム２と、下フレーム２で揺動開閉自在に支持される４個の掘削刃３と、各掘削刃３と上フレーム１とを連結する４個のリンクアーム４と、上下フレーム１・２の間に配置される動滑車型の倍力機構と、上フレーム１を吊持する支持ロープ６と、繰り出し端が倍力機構を経由して上フレーム１に固定される開閉ロープ７などで、オレンジピール型の掘削バケットとして構成するが、従来のオレンジピールバケットとは異なり、上フレーム１を下フレーム２に立設固定した４個のガイドポスト８で昇降自在に移行案内して、上フレーム１を下フレーム２側へ下降移動させることにより、各掘削刃３を地中に食い込ませる点に特徴を有する。
【００２０】
図２および図４において円筒状に形成される上フレーム１の周面には４個のリンクブラケット１１が突設してあり、各リンクブラケット１１にリンクアーム４の上端がピン１２を介して連結してある。各リンクブラケット１１の間には遊転自在なローラー１３が上下一対ずつ設けてある。これらのローラー１３をガイドポスト８に固定したガイドレール１４で転動案内することにより、上フレーム１の昇降を抵抗なく円滑に行うことができる。ローラー１３はローラーブラケット１９で遊転自在に軸支してある。上フレーム１の上昇限界位置を規定するために、ガイドポスト８の上部にストッパー壁９が設けてある。上フレーム１の上面には、開閉ロープ７を移行案内するガイドシーブ１５が配置してある。ガイドシーブ１５は上フレーム１に固定した一対のブラケットで軸１７を介して遊転自在に軸支する。支持ロープ６は、ガイドシーブ１５とは別位置に設けたブラケット１６に連結金具１８を介して連結してある。
【００２１】
下フレーム２には、４個のガイドポスト８の下端が固定してあり、その周囲に掘削刃３を軸支する刃ブラケット２０が固定してある。４分割された掘削刃３は、刃ブラケット２０およびリンクアーム４にピン３５・３６で連結されるバケットフレーム２１と、バケットフレーム２１に固定される花弁状のバケット壁２２とで形成する。４分割された掘削刃３のバケット壁２２の先端角度は９０度前後になるので、土中に食い込みやすい。４個の掘削刃３を閉じ操作した状態においては、図３に示すように各バケット壁２２が部分球殻状に連続するので、その内部に土砂を収容できる。下フレーム２の下面には接地プレート２３を設ける。掘削刃３の土中への食い込みをよくするために、接地プレート２３は、全開放状態における掘削刃３の先端位置より上方に位置させてある。
【００２２】
倍力機構は、上フレーム１の下面に配置した２個のローププーリからなる上プーリー群２５と、下フレーム２に上面に配置した３個のローププーリからなる下プーリー群２６と、両プーリー群２５・２６に無端状に巻き掛けられる開閉ロープ７とで構成してある。図１に示すように、開閉ロープ７の端部は上フレーム１に固定する。
【００２３】
ガイドポスト８の上端にベースフレーム２８を固定し、その上面に支持ロープ６および開閉ロープ７をそれぞれ挟持案内するガイドローラー２９．３０を配置し、両ローラー２９・３０を共通するブラケットで遊転自在に軸支する。ガイドローラー２９・３０で規定される支持ロープ６および開閉ロープ７のロープ中心位置は、機軸中心を挟んで対称位置に配置する。このように、支持ロープ６および開閉ロープ７のロープ中心を対称位置に設けると、掘削バケットを昇降する場合や、掘削刃３を開閉するときに、バケット全体が斜めに傾ぐのを解消し、常に適正な姿勢でケーシングＣ内の土砂を掘削できる。各ローラー２９・３０で案内されたロープ６・７は、それぞれクレーンのブーム先端に設けたプーリーを介して巻き揚げ機のロープドラムに巻き取られる。
【００２４】
ガイドポスト８およびリンクアーム４の外面は、上下両端が開口する筒状のカバー３２で覆ってある。このカバー３２はベースフレーム２８、およびガイドポストに固定したアーム３３で固定支持する。
【００２５】
次に掘削バケットによる掘削動作を説明する。ケーシングＣは図示していない押込装置で地中に押込まれている。開閉ロープ７を緩めた状態で支持ロープ６を巻き上げると、上フレーム１がガイドレール１４に沿って上昇するので、掘削刃３は図２に示すように開き揺動する。この状態で掘削バケットの全体をケーシングＣ内に入り込む状態で吊り下げ支持し、支持ロープ６および開閉ロープ７をそれぞれ繰り出して掘削バケットを下降操作して、ケーシングＣの内底の地面から一定の高さになった時点で掘削バケットの下降を一旦停止する。次に、支持ロープ６および開閉ロープ７を一気に繰り出して、掘削バケット全体の重量によって掘削刃３の先端を地中に食い込ませる。このときの掘削刃３は、接地プレート２３が地面に接当する位置を限界として、地中に食い込ませることができる。
【００２６】
上記のように掘削刃３の先端が地中に食い込んだ状態において、開閉ロープ７を巻き込むと、上フレーム１を除く構造体の重量が上フレーム１の重量に比べて、充分に大きいので、上フレーム１は下降移動する。上フレーム１の下降動作はリンクアーム４を介して各掘削刃３に伝えられ、その結果、各掘削刃３はピン３５を中心にして下向きに揺動操作され、徐々に土中に食い込みながら土砂を掘削する。
【００２７】
このときの掘削刃３の先端軌跡は、下フレーム２が上方へ移動しないので、図１に符号Ｐで示すように、ピン３５を中心にして概ね斜め下向きに傾斜する円弧軌跡となる。従って、４個の掘削刃３は確実に土中へ食い込み、ケーシングＣ内の土砂を効果的に掘削できる。因みに、直径が３ｍのケーシングＣ内で、掘削バケットを用いて掘削を行う場合の一回当りの理論掘削容量は１．５ｍ^３ に達し、グラブバケットで掘削を行う場合の３ないし５倍の掘削容量が得られる。掘削した土砂は、支持ロープ６および開閉ロープ７を同時に巻き取って、掘削バケットの全体をケーシングＣの外へ揚重したのち、掘削刃３を開放操作することにより排出される。
【００２８】
上記の実施例以外に、掘削刃３は少なくとも３個以上であることが好ましいが、必要があれば２個の掘削刃３で掘削してもよい。倍力機構のプーリー個数やプーリー配列は、掘削バケットの仕様や、クレーンのウインチ能力によって変更すべきであるので、実施例で説明した形態には限定しない。上フレーム１は少なくとも２個のガイドポスト８で転動案内することができる。ローラー１３に代わるスリーブをガイドポスト８で上下スライド自在に案内支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】掘削バケットの概略構造を示す原理図である。
【図２】掘削刃を開いた状態の掘削バケットの一部破断正面図である。
【図３】掘削刃を閉じた状態の掘削バケットの一部破断正面図である。
【図４】図３におけるｄ−ｄ線断面図である。
【図５】図２におけるａ−ａ線、ｂ−ｂ線、ｃ−ｃ線断面図である。
【図６】既製のオレンジピール型のグラブバケットの原理図である。
【符号の説明】
１ 上フレーム
２ 下フレーム
３ 掘削刃
４ リンクアーム
６ 支持ロープ
７ 開閉ロープ
８ ガイドポスト
Ｃ ケーシング

Claims (5)

1. 上フレーム１および下フレーム２と、下フレーム２で揺動開閉自在に支持される複数の掘削刃３と、各掘削刃３と上フレーム１とを連結するリンクアーム４と、上下フレーム１・２の間に配置される動滑車型の倍力機構と、上フレーム１を吊持する支持ロープ６と、繰り出し端が倍力機構を経由して上フレーム１に固定される開閉ロープ７とを備えていて、地中に打設されたケーシングＣ内の土砂を掘削して立抗を形成するオレンジピール型の掘削バケットであって、
   上フレーム１が、下フレーム２に立設した複数個のガイドポスト８で昇降自在に移行案内されており、
   掘削刃３を全開放姿勢で地中に食い込ませた状態において、開閉ロープ７を巻き込んで上フレーム１をガイドポスト８に沿って下降移動させることにより、各掘削刃３で掘削を行うことを特徴とする掘削バケット。
2. 下フレーム２の下面に接地プレート２３が設けられており、
   接地プレート２３が、全開放状態における掘削刃３の先端位置より上方に位置させてある請求項１記載の掘削バケット。
3. 少なくとも３個の掘削刃３が下フレーム２２で揺動自在に支持されており、
   各掘削刃３が、下フレーム２およびリンクアーム４に連結されるバケットフレーム２１と、バケットフレーム２１に固定される花弁状のバケット壁２２とを含み、
   掘削刃３を閉じ操作した状態におけるバケット壁２２が部分球殻状に連続する請求項１または２記載の掘削バケット。
4. 下フレーム２に立設した４個のガイドポスト８のそれぞれにガイドレール１４が設けられており、
   上フレーム１に先のガイドレール１４で転動案内されるローラー１３が設けてある請求項１、２または３記載の掘削バケット。
5. ガイドポスト８の上端にベースフレーム２８が固定されており、
   ベースフレーム２８に支持ロープ６および開閉ロープ７をそれぞれ挟持案内するガイドローラー２９・３０が設けられており、
   ガイドローラー２９・３０で規定される支持ロープ６および開閉ロープ７のロープ中心位置が、機軸中心を挟んで対象位置に配置してある請求項１、２、３または４記載の掘削バケット。

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