JP2012162975A - シャッタを有するクラムシェル型グラブバケット - Google Patents

Abstract

【課題】クローズ型のバケットを有するクラムシェルグラブより速い縦移動速度を実現する一方、従来のオープン型バケットを有するクラムシェルグラブよりも掘削量の多い、バケット付きクラムシェルグラブを提供する。
【解決手段】クラムシェル型グラブバケット１０がさらに開口が開くオープン位置と、開口がシャッタで閉じられるクローズ位置とを取る少なくとも一つのシャッタ４２、４４を有し、これによりバケット１６，１８の垂直移動速度を向上させつつ掘削量も増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、地面を掘削する機械の分野に関し、より詳細には、クラムシェルグラブ型掘削機械に関する。

クラムシェルグラブ、別名クラムシェルバケットは、一般的に、例えば成形された又はプレハブの壁面を地中に形成するために使われる。これらはまた、シーリングスクリーンやグラウンディングバーを形成するのにも使われる。

クラムシェルグラブは、一般的に、二つのバケット（スクープともいう）が回転可能に取り付けられたフレームを有し、これらのバケットは垂直面について対称に配置されている。各バケットは、一般的に、窪みを形成するように凹型の後壁の両側に延びる、二面の側壁からなる。前記バケットは、クラムシェルグラブを開閉するようにアクチュエータまたはケーブルによって駆動されるピボットアームによって、回転可能に設けられている。クラムシェルグラブは、ケリーバーやサポートケーブルなどのサポート手段の下端に固定することで、車両に搭載される。溝を形成する際、まず、クラムシェルグラブを、掘削を行うべく地中に下ろす前に開ける。次に、クラムシェルグラブを閉じることで土を崩し、二つのバケットの間に掘削された土を保持する。続いて、クラムシェルグラブを持ち上げて掘削した地面から離す。このようなクラムシェルグラブの一例を、米国特許第６４４６３６４号が開示している。

ここで、掘削作業は、掘削泥、例えばベントナイト泥又はセメントベントナイトのスラリーの注入を伴ってもよい。この泥によって溝を支えてその崩壊を防ぐ。
現状では、クラムシェルグラブのバケットには、クローズ型バケットとオープン型バケットとがある。オープン型バケットとクローズ型バケットとは、クラムシェルグラブが溝に下ろされる際に掘削泥が自由に通過可能な大きな開口又は通路をオープン型バケットが有している点で、相違する。

オープン型バケットを有するクラムシェルグラブの利点は、溝内でのグラブのピストン効果を減少させつつ、クローズ型バケットを有するクラムシェルグラブに比べて垂直方向の移動（アップダウン）のスピードが速い点である。しかし、所与の寸法では、オープン型バケットを有するクラムシェルグラブは、クローズ型バケットを有するクラムシェルグラブに比べて保持できる掘削土の量が少ないという問題を有する。

これは、クラムシェルグラブが閉じている際に掘削土が開口を通じてバケットから流れ出てしまいやすいことが理由である。

本発明の目的は、クローズ型のバケットを有するクラムシェルグラブより速い縦移動速度を実現する一方、従来のオープン型バケットを有するクラムシェルグラブよりも掘削量の多い、バケット付きクラムシェルグラブを提供することである。

この目的は、クラムシェルグラブのバケットであって、凹型の後壁の両側から垂直に延びる二つの側壁を有し、後壁は少なくとも一つの開口を有し、開口が開くオープン位置と、開口がシャッタで閉じられるクローズ位置とを取る少なくとも一つのシャッタをさらに有するクラムシェル型グラブバケットによって達成される。

よって、バケットはシャッタがオープン位置のときにオープン状態となり、シャッタがクローズ位置にあるときにクローズ状態となる。換言すれば、バケットはその外観が可変である。

このようなバケットが取り付けられたクラムシェルグラブが下降している間には、各バケットのシャッタはオープン位置を取るので、掘削泥が開口を通じて簡単に流れこむ。
クラムシェルグラブが溝の底に達すると、各バケットのシャッタがクローズ位置となり、開口が閉じられる。続いてまたは同時に、バケットが回転してクラムシェルグラブが閉じる。開口が閉じられているので、掘削土がバケットから流れ出ることはない。よって、このクラムシェルグラブはバケットがクローズ型のクラムシェルグラブよりも多い量の土を掘削することができる。クラムシェルグラブの容量増加によって、クラムシェルグラブの上下動の回数を減らすことができる。換言すれば、本発明により、溝の形成のスピードが飛躍的に向上する。

さらに、バケットの後壁にはその側壁と垂直な切削端が設けられており、開口は好ましくは後壁の切削端から離れた端部に設けられている。開口をこのように構成することにより、クラムシェルグラブの下降時の掘削泥の流れを改善することができる。切削端は上記のように後壁の開口から離れた端部に設けられている。一般的に、切削端は歯を有している。

また、後壁には前記少なくとも一つの開口と切削端との間に穴が設けられていてもよい。このような穴が設けられている場合、その寸法は前記開口の寸法よりも格段に小さい。この構成により、クラムシェルグラブが上昇中にバケットから掘削泥が流れ出やすくなる。

好適には、開口の長さは二つの側壁の間の距離に略相当し、開口の幅は前記後壁の長さの１／６から１／３の範囲内である。この構成により、クラムシェルグラブの下降時に掘削泥は広い流路を通じて流れ、バケットの機械的強度を過度に弱めることがない。

好適な実施形態において、シャッタはバケットに回転可能に固定されている。これにより、シャッタは後壁に形成された開口を閉じる回転フラップとして機能する。

好ましくは、シャッタは、追加のモータやジャッキなどの追加アクチュエータなしで作動する。例えば、シャッタは、少なくとも一つのフランジを有する本体を有し、このフランジは本体と直角に延びており、クラムシェルグラブのアームに固定されたスタッドを受け入れる湾曲長スロットを有している。本発明のバケットの回転により、スタッドはバケットに対して移動する。スタッドを長スロットが収容していることで、スタッドの移動によってシャッタがピボット軸を中心に回転し、シャッタが開閉される。

この連結構成によって、専用のモータ手段を設けることなくアクチュエータを駆動することができ、開口を閉じる機構の信頼性を高めることができる。しかしながら、シャッタの動作を、バケットまたはクラムシェルグラブに適宜設けられた電気モータ、ジャッキ、その他同等のアクチュエータによって制御してもよい。

本発明において、クラムシェルグラブは上記の少なくとも一つのバケットと、バケットのシャッタをオープン位置とクローズ位置との間で移動させる手段とを共に有している。

好適な実施形態では、シャッタはバケットに回転可能に固定され、クラムシェルグラブはシャッタをオープン位置とクローズ位置との間で回転させる手段を有する。

一例として、クラムシェルグラブは、フレームと、シャッタと協働する少なくとも一つのアームとを有し、アームはバケットに回転可能に固定された第１端部とフレームに回転可能に固定された第２端部とを有し、バケットはオープン状態とクローズ状態とをとり、シャッタはバケットがオープン状態のときにオープン位置にあり、バケットがクローズ状態のときにクローズ位置にある。

好適には、シャッタを回転させる手段は上記アームを有し、アームの動作によってバケットとシャッタとが同時に回転する。

一例として、シャッタはバケットに対して回転可能に設けられ、シャッタは本体を有し、本体はそれ自体から垂直に延びる少なくとも一つのフランジと組み合わされ、フランジはクラムシェルグラブのアームに固定されるスタッドを受ける湾曲長スロットを有し、シャッタの開閉はアームの動作によって制御される。
好ましくは、シャッタがオープン位置では略垂直の面の方向に延びている。

一例として、バケットの後壁に側壁と直交する切削端が設けられ、前記開口は後壁の切削端から離れた端部に設けられる。

好適な実施形態では、前記開口は後壁の自由端を越えて開いており、クローズ位置において、後壁の可動部分を構成するシャッタは、後壁の固定部分の延長となっている。
また、前記後壁は前記少なくとも一つの開口と切削端との間に形成された穴を有していてもよい。

一例として、開口の長さは二つの側壁の間の距離に略相当していてもよい。

また、開口の幅が前記後壁の長さの１／６から１／３の範囲内であってもよい。

本発明は、さらに、泥が注入された溝を掘削する、本発明のクラムシェルグラブの使用を提供する。

最後に、本発明は、本発明のクラムシェルグラブを用いて地中に溝を掘削する方法であって、前記グラブがバケットを有し、以下のステップを有する方法を提供する。バケットを回転させてオープン状態とすることでクラムシェルグラブを開くステップと、バケットのシャッタをオープン位置にするステップと、クラムシェルグラブを掘削泥を有する溝内で下降させるステップと、クラムシェルグラブが溝の底に到達すると、バケットを回転させてクローズ状態とすることでクラムシェルグラブを閉じるステップと、バケットのシャッタをクローズ位置に移動させるステップと、クラムシェルグラブを上昇させるステップ。

本発明は、非限定的な例示および添付の図面とともに提示される本発明の実施形態の記載によって、よりよく理解されるであろう。
図１は、地面を掘り込んでいるときの本発明のクラムシェルグラブであって、シャッタ付きの二つのバケットを有し、バケットがオープン状態であり、シャッタがオープン位置にある、クラムシェルグラブを示している。 図２は、図１のクラムシェルグラブのバケットが閉じた状態を示している。 図３は、図２のクラムシェルグラブが上昇中で、バケットがクローズ状態かつシャッタがクローズ位置にある状態を示している。 図４は、図１のグラブの二つのバケットの上方からの斜視図であり、シャッタがオープン位置にある状態を示している。 図５は、図４のバケットのようなバケットの横断面図であり、シャッタはクローズ位置にある。 図６は図５のバケットの展開図である。

図１のクラムシェルグラブ１０は、ガイド軸を好ましくは有する、「ケリー」ともいわれるサポート手段の下端部に固定されるフレーム１２を有する。ケリーを有するまたは有さないこの構造は、一般的に一つ以上のケーブル１５の端部に吊り下げられる。グラブ１０はさらに、フレーム１２に回転可能に取り付けられた一対のバケット（「スコップ」ともいう）１６、１８を有する。

詳細には、バケット１６、１８は、フレーム１２の下端部１２ａに位置する二つの水平ピボット軸２０、２２を中心に回転可能にフレームに取り付けられている。クラムシェルグラブ１０はさらに、一対のアーム２６、２８を有する。各アーム２６、２８は、バケットの一つに固定された第１端部２６ａ、２８ａと、フレーム１２に回転可能に取り付けられた第２端部２６ｂ、２８ｂとを有する。この例では、二つのアーム２６、２８は、共通ピボット軸Ａを中心にフレーム１２に対して回転可能に取り付けられている。ここで、ピボット軸Ａは、図１、２、３において破線で示すように、フレーム１２に設けられた垂直方向に延びる長穴の中で自在に並進可能に取り付けられている。

バケット１６、１８は、ピボット軸Ａから離隔したアーム２６、２８の端部２６ａ、２８ａに回転可能に取り付けられている。より詳細には、バケット１６、１８は、それぞれ軸３０、３２を中心にアームに対して回転可能になっている。

グラブ１０は、さらに、まずフレーム１２に対して、さらにアーム２６、２８に対して回転可能に取り付けられたアクチュエータ３４、３６を有している。アクチュエータ３４、３６を駆動することで、アーム２６、２８が軸Ａを中心に回転し、この回転によってバケットが軸２０、２２を中心に回転する。これについて、これらのアクチュエータに代えて、アームの端部に接続された牽引ケーブルを使用してもよい。このように、アクチュエータの使用が本発明において必要不可欠というわけではない。

バケット１６、１８のそれぞれはオープン状態とクローズ状態とを取る。オープン状態のバケットは、そのバケットが固定されているアームを回転させることでクローズ状態となる。より詳細には、組み合わされているアクチュエータ３４、３６が収縮するとオープン状態となり、逆に延びるとクローズ状態となる。片方がオープン状態でもう片方がクローズ状態となるように、バケット１６、１８が独立して駆動されてもよい。

図１−３は本発明の掘削方法を示す。

図１において、クラムシェルグラブ１０は掘削される溝Ｔ内で下降中である。ここで、溝には注入手段（図示せず）により従来の方法で掘削泥が充填されている。この掘削泥は、特に、溝の壁面に対する静水圧を維持することでその崩落を防ぐ役割を果たしている。

図１が示すように、クラムシェルグラブが溝Ｔ内を下降中であるとき、二つのバケット１６、１８は通常オープン状態を取る。よって、クラムシェルグラブの幅は溝Ｔの幅ＬＴと略等しくなっている。

本発明において、各バケット１６、１８はシャッタ４２、４４によって閉じることが可能な開口３８、４０を有する。このように、各バケットは、開口３８、４０が開いた状態のオープン位置と開口３８、４０がシャッタ４２、４４によって閉じられたクローズ位置とに切り替え可能な、少なくとも一つのシャッタ４２、４４を有する。

クラムシェルグラブ１０が垂直方向に下降中であるとき、二つのバケットはオープン状態であり、シャッタ４２、４４はオープン位置を取る。これについては図１に明示されている。これにより、クラムシェルグラブ１０が下降中であるとき、掘削泥は開口３８、４０を通過可能であり、よって泥で満たされた溝の中へクラムシェルグラブを下ろすことが容易になっている。開口を通過する泥の流れは矢印Ｆによって図示されている。

換言すると、シャッタがオープン位置にある場合、下降中のクラムシェルグラブに対するバケットの抵抗が低くなり、ピストン効果とその悪影響が低減される。

クラムシェルグラブ１０が溝Ｔの底に到達すると、図２が示すように、アクチュエータが駆動してバケット１６、１８を閉じる。図面では、バケットはオープン状態とクローズ状態との間の状態をとっている。閉じられる際にバケットが溝の底の土を砕き、泥と共に掘削された土がバケット１６、１８に入る。

バケットの回転とともに、シャッタが駆動して開口３８、４０を閉じる。図２の例では、シャッタはオープン位置とクローズ位置との中間の位置をとっている。

図３は地面へと上昇中のクラムシェルグラブ１０を示している。図面が示すように、二つのバケット１６、１８はクローズ状態であり、シャッタ４２、４４は開口３８、４０を閉じるクローズ位置にある。図面から理解できるように、開口を閉じることで、バケットが保持可能な掘削土の量が、バケットがシャッタを有さない場合と比較して増加する。シャッタがない場合、掘削土が開口３８、４０を通じて流出してしまうので、バケットが保持可能な掘削土の量が制限され、所定量の掘削土を取り除くために行わなければならない往復運動の回数が増加してしまう。

図４−６を参照して、本発明のバケットの構造およびシャッタの動作について詳述する。

各バケット１６、１８は、凹型を形成する後壁４６、４８の両側で直角に延びる二つの側壁１６ａ、１６ｂまたは１８ａ、１８ｂを有する。

開口３８、４０は、バケット１６、１８の凹型後壁４６、４８に設けられている。この例では、開口３８、４０はバケット１６、１８の凹型後壁の面５０、５２それぞれに形成されており、各開口は、本例では各開口の長さＬが二つの側壁の間の距離に対応するように、バケットの二つの側壁の間で延びている。

また、各バケットは、側壁１６ａ、１６ｂまたは１８ａ、１８ｂに対して垂直に延びる歯付き切削端１６ｃ、１８ｃを有している。図４によってよりよく理解されるように、開口４０は、後壁４８の切削端１８ｃから離れた端部に位置している。

本実施形態では、各開口３８、４０の幅ｌは、後壁の面５０、５２の長さの約３／４に相当する。さらに、開口の幅ｌは、後壁の全長の１／３より短く、１／６より長い。加えて、各バケットにおいて、開口３８、４０は前記面５０、５２の端部を越えて、側壁１６ａ、１６ｂまたは１８ａ、１８ｂによって画定され前記面５０、５２とピボット軸２０、２２とをつなぐ辺に沿って延びる別の開口５４、５６と連通している。

さらに、各バケットの側壁は、切削端の対向する縁部から垂直に延びた波型の端部を有する。

図４は、バケット１６、１８が両方とも開いた状態のクラムシェルグラブの斜視図である。よってバケットのこの構成は、クラムシェルグラブ１０が溝Ｔ内へと下降中の図１に対応する。この構成では、シャッタ４２、４４はオープン位置にあり、バケットの外側に向かって延びている。図１にも示されるように、これらのシャッタは、クラムシェルグラブを下降させる際に生じる泥Ｆの流れに抵抗しないように、略垂直な面にそって延びるように形成されることが望ましい。

クラムシェルグラブを上昇させる際に泥が落ちやすいように、各バケットの後壁４６、４８は、開口３８、４０が形成されているのと同じ面５０、５２に穴５８、６０を有する。当然のことながら、この穴の面積は開口の面積よりもずっと小さい。

図５、６を参照して、バケット１８のシャッタ４４について以下に詳述する。バケット１６のシャッタはこのシャッタ４４と同一である。

シャッタ４４は、一般的に長方形の本体を有する。シャッタ４４の長さａと幅ｂとは、開口４０の長さＬと幅ｌとに略対応している。よって、シャッタがクローズ状態のとき、本体７０が開口４０を塞いで閉じる。シャッタ４４は、このように、後壁４８の着脱可能な部分を構成していると考えることができる。

本体７０は少なくとも一つのフランジ、具体的には、本体から垂直にバケット１８内部に向かって延びる二つのフランジ７２、７４を有する。

これらのフランジは本体の幅方向ｂに延び、それぞれが、後述する機能を実行する湾曲長スロット７６、７８を有する。

本発明の利点として、シャッタ４４がバケット１８に回転可能に固定されていることがある。

これを実現するために、シャッタ４４は、バケット１８のアーム２８に対する回転軸であるピボット軸３２を保持する支持部８０に対して、回転可能に設けられている。図５、６が示すように、支持部８０はバケット１８の後壁４８、より詳細には後壁４８の面５２に固定されており、バケット１８に収容されている。図面はさらに、シャッタ４４がクローズ位置にあるとき、フランジ７２、７４が支持部８０の両側に位置することも示している。

支持部８０は少なくとも一つのロッド８２、好ましくは二つのロッドを有し、ロッドはシャッタ４４に固定された一つまたは二つのスリーブ８４と協働する。スリーブ８４とロッド８２とで、シャッタ４４をバケットに対してバケットの側壁１８ａ、１８ｂに垂直なピボット軸Ｂを中心に回転させる、ヒンジを形成している。シャッタ４４の回転動作は図１−３にも示されている。これらの図面が示すように、クローズ位置からオープン位置にかけてのシャッタ４４の回転量は一周の約１／４である。よって、オープン位置では、シャッタは後壁４８に対して略垂直になる。

本発明において、クラムシェルグラブ１０はシャッタに対して作用してシャッタをクローズ位置とオープン位置とに移動させる手段を有している。本実施形態では、上記手段はシャッタをオープン位置とクローズ位置との間で回転させる被制御手段である。

このシャッタを回転させる手段は、少なくとも一つ、好ましくは二つのスタッド８６、８８または９０、９１を有し、スタッドのそれぞれはアーム２６、２８のいずれかに固定されている。バケット１８をさらに詳しく見れば（もう一つのバケットも同一構成）、スタッド８６、８８は、対応するアームの下端部２６ａ、２８ａの両側において、シャッタのピボット軸Ｂと平行な共通軸に沿って延びている。図４が示すように、これらのスタッド８６、８８は、上記湾曲長スロット７６、７８と協働するように構成されている。

クラムシェルグラブ１０のアーム２８を回転させることで、バケット１８が軸２２を中心にフレーム１２に対して回転し、バケット１８の支持部８０が軸３２を中心にアーム２８に対して回転する。支持部８０の回転により、スタッド８６、８８はバケットに対して移動する。スロット７６、７８がスタッド８６、８８を収容しているので、アーム２８が回転する際にスタッドがスロット内を移動する。このようにスロット７６、７８はカムとして働き、スタッドの移動によってシャッタ４４がピボット軸Ｂを中心に傾く。長スロットの曲率と長さは、バケットがオープン状態のときシャッタ４４がオープン位置をとり、バケットがクローズ状態のときシャッタ４４がクローズ位置を取るように、決定されている。

アーム２８はこうしてシャッタ４４と協働し、ここではスタッド８６、８８を通じてシャッタ４４を回転させる。シャッタ４４の開閉はアーム２８の移動によって制御されているということができる。

長スロット７８と協働するスタッド８８との連結構成の動作は、シャッタ４４のオープン位置、中間位置、クローズ位置を詳解する図１−３を参照することで理解できるであろう。

Claims (12)

1. 少なくとも一つのバケットを有するクラムシェルグラブ（１０）であって、
   前記バケットは凹型の後壁（４６、４８）の両側から垂直に延びる二つの側壁（１６ａ、１６ｂ、１８ａ、１８ｂ）を有し、前記後壁は少なくとも一つの開口（３８、４０）を有し、
   前記バケットは、さらに、前記開口が開くオープン位置と、前記開口が前記シャッタで閉じられるクローズ位置とを取る少なくとも一つのシャッタ（４２、４４）を有し、
   前記シャッタを前記オープン位置と前記クローズ位置との間で移動させる手段（２８、７６、７８、８６、８８）をさらに有する、クラムシェルグラブ（１０）。
2. 前記シャッタが前記バケットに回転可能に取り付けられ、前記シャッタを前記オープン位置と前記クローズ位置との間で回転させる手段（２８、７６、７８、８６、８８）を有する、請求項１に記載のクラムシェルグラブ。
3. フレーム（１２）と、シャッタと協働するアーム（２６、２８）とをさらに有し、前記バケット（１６、１８）は前記フレームに回転可能に取り付けられ、前記アーム（２６、２８）は前記バケットに回転可能に固定された第１端部（２６ａ、２８ａ）と前記フレームに回転可能に固定された第２端部（２６ａ、２８ａ）とを有し、前記バケットはオープン状態とクローズ状態とをとり、前記シャッタ（４２、４４）は前記バケットが前記オープン状態のときに前記オープン位置にあり、前記バケットが前記クローズ状態のときに前記クローズ位置にある、請求項１または２に記載のクラムシェルグラブ。
4. 前記シャッタを回転させる上記手段が前記アームを有し、前記アームの動作によって前記バケットと前記シャッタとが同時に回転する、請求項２または３に記載のクラムシェルグラブ。
5. 前記シャッタは前記バケットに対して回転可能に設けられ、前記シャッタは前記本体（７０）を有し、前記本体はそれ自体から垂直に延びる少なくとも一つのフランジ（７２、７４）と組み合わされ、前記フランジは前記クラムシェルグラブの前記アームに固定されたスタッドを収容する湾曲長スロット（７６、７８）を有し、前記シャッタ（４２、４４）の開閉は前記アーム（２６、２８）の動作によって制御される、請求項３または４に記載のクラムシェルグラブ。
6. 前記シャッタ（４２、４４）が前記オープン位置では略鉛直面内において延びている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ。
7. 前記バケットの前記後壁に前記側壁と直交する切削端（１６ｃ、１８ｃ）が設けられ、前記開口は前記後壁の切削端から離れた端部に設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ。
8. 前記後壁が前記少なくとも一つの開口と前記切削端との間に設けられた穴（５８、６０）をさらに有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ。
9. 前記開口（３８、４０）の長さ（Ｌ）が二つの前記側壁の間の距離に略相当する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ。
10. 前記開口（３８、４０）の幅（ｌ）が前記後壁の長さの１／６から１／３の範囲内である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ。
11. 泥が注入された溝（Ｔ）を掘削する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ（１０）の使用。
12. 前記グラブが２つのバケット（１６、１８）を有し、［改行］前記２つのバケットを回転させてオープン状態とすることで前記クラムシェルグラブを開くステップと、
    前記２つのバケットの前記シャッタをオープン位置にするステップと、
    掘削泥を有する溝内において前記クラムシェルグラブを下降させるステップと、
    前記クラムシェルグラブが前記溝の底に到達すると、前記バケットを回転させてクローズ状態とすることで前記クラムシェルグラブを閉じるステップと、
    前記２つのバケットの前記シャッタを前記クローズ位置に移動させるステップと、
    前記クラムシェルグラブを上昇させるステップとを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のクラムシェルグラブ（１０）を用いて地中に溝（Ｔ）を掘削する方法。