JP4546853B2

JP4546853B2 - 作業機のオーガー駆動装置

Info

Publication number: JP4546853B2
Application number: JP2005057090A
Authority: JP
Inventors: 貫司小川
Original assignee: 丸順重工株式会社
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-03-02
Also published as: JP2006241776A

Description

本発明は、例えば油圧ショベルからなる作業機のアームの先端部に、ショベルに換えてオーガーを取付け、該オーガーを回転させて地面を掘削したり、該オーガーを介して掘削した穴に地質改良材が充填できるようにした作業機のオーガー駆動装置に関するものである。

従来の技術として特許文献１があった。即ち、油圧式パワーショベルのアームの先端部に、連結部材をリンク、ピンを介して水平軸心を中心として回動可能に取付け、該連結部材の基板に電動モーターによって上下軸心を中心として回転されるハウジングを垂下連結し、該ハウジングの下部にオーガーを取付け、本体側に搭載されたバッテリーで前記電動モーターを駆動することにより、前記オーガーを回転させて地面を掘削するようにしたものがあった。
前記特許文献１のものは、バッテリーを電源とする電動モーターでオーガーを回転させるようにしていたので、大きな掘削力が得られないとともに、長時間の掘削が行なえないものであった。また、掘削した穴内にモルタル等の地質改良材を充填する際には、前記オーガーを穴から退避させて行なう必要があり、地質改良材の充填作業に手数を要するものであった。
特開平１１−６１８７５号公報

本発明は、油圧ショベル等の作業機にオーガーを取り付け、該オーガーを駆動させて地面の掘削、地盤の地質改良等が容易に行なえる作業機のオーガー駆動装置を得ることを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために以下の如く構成したものである。即ち、請求項１に係る発明は、作業機のアームの先端部に、油圧シリンダによって水平軸心を中心として回動される回動ブラケットを設け、該回動ブラケットの回動側端部に出力部材が上下軸心を中心として回転する油圧回転装置を連結するとともに、該油圧回転装置の軸心部に中心孔を貫通形成し、心棒の外周に螺旋状の羽根を有するオーガーを設けるとともに、該オーガーの心棒の軸心部に軸方向始端から軸方向終端部に向かって連通する流通孔を形成し、前記オーガーを前記油圧回転装置の出力部材に同軸に連結するとともに、該オーガーの流通孔の始端を前記油圧回転装置の中心孔に連通させ、前記中心孔に流体が流通する外部ホースを接続または挿通する構成にしたものである。
請求項２に係る発明は、前記オーガーの心棒の下端軸心部に下方に突出する突起を設け、前記心棒の軸心部に形成した流通孔の下端を前記突起から外部に開口させるようにしたものである。
請求項３に係る発明は、前記油圧回転装置として、インナ部材の外周部に半径方向外端が開口したシリンダを円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダに頭部が半球面状に形成されたピストンを摺動可能に嵌合させるとともに、各ピストンの頭部にボールを自転可能に設け、前記インナ部材の外周部を包囲するアウタ部材の内周部に前記ボールが転動可能な波形カム面を形成し、該波形カム面の一方の斜面に対面するボール側のシリンダに作動油を供給するとともに、波形カム面の他方の斜面に対面するボール側のシリンダの作動油を回収する油圧回路を設け、前記インナ部材の軸心部に芯軸を挿通するとともに、該芯軸の軸心部に中心孔を貫通形成する構成にしたものである。

請求項１に係る発明は、外部ホースの外端を、例えばモルタル等の地質改良材を圧送する供給ポンプに接続しておき、該供給ポンプを停止させた状態で油圧回転装置を起動させ、該油圧回転装置でオーガーを回転させつつ、該オーガーをアーム及び油圧シリンダを介して所定の地面に向けて移動させると、該オーガーが地面を掘削することになる。この掘削深さが設定値になって該オーガーを上昇させる際に、前記供給ポンプを起動させ、外部ホースにモルタル等の地質改良材を圧送しつつ上昇させると、該地盤強化材が油圧回転装置の中心孔、オーガーの流通孔を通過して掘削穴内に供給され、該掘削穴を充填することになる。この場合、前記外部ホースは油圧回転装置の中心孔に接続または挿通されているので、油圧回転装置、及びオーガーの回転に左右されることなく、前記地質改良材を掘削穴に円滑に供給することができる。また、油圧回転装置は作業機に装備された油圧装置を供給（循環）させることにより、大きなトルクで長時間起動させることがてきる。

また、硬い地盤を掘削する際には、前記外部ホースの外端を空気、あるいは水等の冷媒を圧送する冷却ポンプに接続しておき、該冷却ポンプを起動させて外部ホースに冷媒を圧送しつつ、油圧回転装置を起動させてオーガーを回転させ、この状態でアーム及び油圧シリンダを介してオーガーを地面に向けて移動させる。さすれば、オーガーは、その先端部から冷媒を噴出しつつ、地面を掘削することになる。このため、硬い地盤を円滑に掘削することができる。

請求項２に係る発明は、前述した地質改良材、あるいは冷媒がオーガーの心棒の下端軸心部から流出することになり、掘削穴内への地質改良材の充填、あるいはオーガーの冷却が効率よく行なわれることになる。

請求項３に係る発明は、波形カム面の一方の斜面に対面するボール側のシリンダ室に油圧回路から作動油が供給されると、該シリンダに嵌合したピストンが作動油の圧力によって半径方向外方に移動され、該ピストンに支持されたボールが波形カム面の一方の斜面を押してアウタ部材を一方向に回転させることになる。また、アウタ部材の回転により、波形カム面の他方の斜面に対面するボールが該斜面によって軸心方向に押圧されると、該ボールを支持するピストンが軸心方向に移動され、シリンダ室の作動油が油圧回路の回収路に排出されることになる。これにより、軸方向の寸法を小さくしながら大きな回転トルクを得ることができる。

以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。図１は本発明の実施例を示す要部側面図、図２は掘削状態を示す要部側面図、図３は掘削穴への地質改良材の充填状態を示す要部側面図、図４は地質改良した地盤の断面図、図５は本発明による油圧回転装置の断面図、図６は図５のVI-VI線相当の部分断面図である。

図１、図２において、１は作業機であり、小形のパワーショベルを本体部とし、そのアーム２の先端部に水平の軸ピン４ａを介して回動ブラケット４が回動可能に取り付けられ、該回動ブラケット４はアーム２側に取り付けた油圧シリンダ３によって上記軸ピン４ａを中心として回動される。前記回動ブラケット４は、下部にフォーク状に分岐された支持脚４ｂを有し、該支持脚４ｂの下端に油圧回転装置５が上下に向けて連結され、該油圧回転装置５の下部にオーガー４０が同軸に連結されている。

前記油圧回転装置５は、作業機１の本体部に装備された油圧装置の油圧を循環させて回転されるもので、図５、図６に示すようになっている。図５、図６において、５は油圧回転装置であり、インナ部材６、該インナ部材６の外周側に嵌合されて回転されるアウタ部材（出力部材）１５を主要部として構成される。前記インナ部材６は前述した回動ブラケット４の支持脚４ｂの下端にボルト締め固定（図１）される。

前記インナ部材６は短尺な円柱ブロックの外周部に半径方向外端が開口した多数のシリンダ７を放射状に形成する。各シリンダ７は４個を一組として二組み並列に形成するとともに、該二組みのシリンダ７は互いに円周方向に位相をずらせる。前記各シリンダ７にピストン８を摺動可能に嵌合させ、該ピストン８を各シリンダ７内に収容した押圧ばね９により半径方向外方に押圧付勢する。前記各ピストン８の頭部（半径方向外端）は半球面状のボール受け面８ａとし、該ボール受け面８ａにボール１０を自転可能に載置する。該ボール１０はシリンダ７の内面に密接して摺動可能に嵌合する径とする。

前記ピストン８のボール受け面８ａの底部中心部にシリンダ室と連通する弁孔を貫通形成し、該弁孔に逆止弁１２を取り付ける。該逆止弁１２はばね（符号省略）によって常時底部方向（閉塞方向）に弾圧付勢され、作動油がシリンダ室からピストン８の頭部側に向かってのみ流通できるようする。

アウタ部材１５は短尺な円筒状に形成されて前記インナ部材６の外周部を包囲し、その外周側で円筒状のホルダー１７にベアリング１８を介して回転自在に支持される。ホルダー１７は、図５に示すように、インナ部材６の左端部に形成されたフランジ部６ａにボルト締め固定される。前記アウタ部材１５の内周部にインナ部材６側の各ボール１０が転動可能な波形カム面１６を形成する。即ち、図６に示すように、ボール１０の径よりも若干大きい半径となる円弧カム面１６ａを円周方向に１０個等ピッチで形成するとともに、各円弧カム面１６ａ同士を小径の円弧面で滑らかに接続する。

前述したインナ部材６の軸心部に、芯軸２０を貫通させてインナ部材６に一体的に連結し、該芯軸２０の外周部に筒状のディストリビュータ２３を嵌合固定する。前記芯軸２０の軸心部に外部ホース３３（図１）が接続、又は挿通される大径の中心孔２１を貫通形成する。外部ホース３３の外端は、モルタル等の地質改良材を圧送する供給ポンプ、あるいは空気、水等の冷媒を圧送する冷却ポンプ（図示省略）等に接続される。前記インナ部材６及びディストリビュータ２３に油圧回路２６を形成し、該油圧回路２６によってアウタ部材１５を一方向に回転させる。即ち、図５に示すように、ディストリビュータ２３の外周部に軸方向に延びる供給溝２４及び回収溝２５を円周方向に所定ピッチで交互に形成し、インナ部材１５側に前記供給溝２４に連通する供給路２９と前記回収溝２５に連通する回収路３１とを形成し、供給路２９は油圧ホース３０（図１）を介して作業機１に装備された油圧装置の圧送路側に、回収路３１は戻しホース３２を介して前記油圧装置の回収路３１側に接続する。また、各シリンダ７の底部に油孔２７を形成し、該油孔２７はアウタ部材１５が回転した際に、前記供給溝２４と回収溝２５とに交互に連通できるようにする。

ここで、前記ディストリビュータ２３の供給溝２４及び回収溝２５は、図６に示すように、波形カム面１６のうちの一方の斜面１６ｂに対面するボール１０ａを有する油孔２７が前記供給溝２４に連通し、また、波形カム面１６のうちの他方の斜面１６ｃに対面するボール１０ｂを有する油孔２７が前記回収溝２５に連通するように配列設定されている。

前記油圧回転装置５のアウタ部材１５にブラケット３５を介してオーガー４０を連結する。ブラケット３５は、円板状の取付けベース３５ａの軸心部に長さ約２２５ｍｍ、直径約１１９ｍｍとなる短尺な連結軸３５ｂを垂下固定してなり、前記アウタ部材１５と同軸に配置してその取付けベース３５ａをアウタ部材１５の下面にボルト締め固定する。また、前記オーガー４０は、中空の心棒４１の外周に等径の螺旋羽根４２を一体的に固定し、下端部に掻き具４３を同軸に連結してなり、前記アウタ部材１５と同軸に配置してその心棒４１の上端を前記連結軸３５ｂの下端に溶接等で一体的に連結する。

本例では、オーガー４０の上下長さは掻き具４３を含めて約１２２５ｍｍ、螺旋羽根４２の直径は約３５０ｍｍ、心棒４１の直径は約１１９ｍｍとなっている。なお、前記各寸法は、機種あるいは掘削する地盤の地質等によって適宜設定する。前記掻き具４３は、円筒状の吐出管４３ａの外側に一対の掻き羽根４３ｂを半径外向に突出固定し、該掻き羽根４３ｂに下方突出する４個の爪４３ｃを間隔をおいて固定し、前記吐出管４３ａ内に流動物の下方への流通を許容する弁４３ｄを取り付け、該吐出管４３ａの下端部に小幅な谷形のビット４３ｅを渡架してなる。

前記ブラケット３５の連結軸３５ｂ、及びオーガー４０の心棒４１はパイプ材により製作して軸心部に上下方向の流通孔４４を形成する。該流通孔４４の上端は前述した油圧回転装置５の中心孔２１に連通させ、下端は吐出管４３ａの下端から外部に開口させる。なお、図１の仮想線で示すように、心棒４１の下端部に横孔４５を形成し、該横孔４５により前記流通孔４４の下端部を外部に開口させるようにしてもよい。

次に、前記作業機１の使用態様について説明する。まず、作業機１のアーム２を水平方向に回動させる（倒す）とともに、アーム２側の油圧シリンダ３を作動させて油圧回転装置５及びオーガー４０が略鉛直線上となるように垂下させ、オーガー４０を掘削する地面５０に対面させる。

次いで、作業機１の本体部に装備された油圧装置から油圧回転装置５に作動油を供給すると、該作動油がディストリビュータ２３を介して油圧回路２６に供給され、この作動油が波形カム面１６の一方の斜面１６ｂに対面するボール１０ａ側のシリンダ室に流入し、該シリンダに嵌合したピストン８を半径方向外方に移動させ、該ピストン８に支持されたボール１０ａが波形カム面１６の一方の斜面１６ｂを押してアウタ部材１５を一方向に回転させることになる。また、アウタ部材１５の回転により、波形カム面１６の他方の斜面１６ｃに対面するボール１０ｂが該斜面１６ｃによって軸心方向に押圧されると、該ボール１０ｂを支持するピストン８が軸心方向に移動され、シリンダ室の作動油が油圧回路２６の回収路３１に排出されることになる。これにより、軸方向の寸法を小さくしながらアウタ部材１５、従ってオーガー４０を大きなトルクで回転させることになる。

このとき、地盤を補強する際には、事前に外部ホース３３の外端をモルタル等の地質改良材を圧送する供給ポンプ（図示省略）に接続しておき、該供給ポンプを停止させた状態で前記油圧回転装置５を介してオーガー４０を回転させる。この状態で前記アーム２及び油圧シリンダ３を作動させてオーガー４０を地面５０に向けて押し付けると、掻き具４３が地面（地盤）５０を削るとともに削った土を螺旋羽根４２で上方に排除して前記地面５０を掘削することになる。

この掘削深さが設定値になって該オーガー４０を上昇させる際に、前記供給ポンプを起動させ、外部ホース３３にモルタル等の地質改良材５２を圧送しつつ上昇させると、該地盤強化材が油圧回転装置５の中心孔２１、オーガー４０の流通孔４４を通過して掘削穴５１内に供給され、該掘削穴５１を充填することになる。なお、前記オーガー４０を上昇させる際には、油圧回転装置５を逆転させ、オーガー４０下部から吐出される地質改良材５２を掘削内で圧縮しながら上昇させるようにする。

また、硬い地盤を掘削する際には、前記外部ホース３３の外端を空気、あるいは水等の冷媒を圧送する冷却ポンプ（図示省略）に接続しておき、該冷却ポンプを起動させて外部ホース３３に冷媒を圧送しつつ、油圧回転装置５を起動させてオーガー４０を回転させ、この状態でアーム２及び油圧シリンダ３を介してオーガー４０を地面に向けて移動させる。さすれば、オーガー４０は、その先端部から冷媒を噴出しつつ、地面を掘削することになる。このため、硬い地盤を円滑に掘削することができる。

本発明の実施例を示す要部側面図である。掘削状態を示す要部側面図である。掘削穴への地質改良材の充填状態を示す要部側面図である。地質改良した地盤の断面図である。本発明による油圧回転装置の断面図である。図５のVI-VI線相当の部分断面図である。

符号の説明

１作業機
２アーム
３油圧シリンダ
４回動ブラケット
４ｂ支持脚
４ａ軸ピン
５油圧回転装置
６インナ部材
６ａフランジ部
７シリンダ
８ピストン
８ａボール受け面
９押圧ばね
１０（１０ａ，１０ｂ）ボール
１２逆止弁
１５アウタ部材（出力部材）
１６波形カム面
１６ａ円弧カム面
１６ｂ一方の斜面
１６ｃ他方の斜面
１７ホルダー
１８ベアリング
２０芯軸
２１中心孔
２３ディストリビュータ
２４供給溝
２５回収溝
２６油圧回路
２７油孔
２９供給路
３０供給ホース
３１回収路
３２戻しホース
３３外部ホース
３５ブラケット
３５ａ取付けベース
３５ｂ連結軸
４０オーガー
４１心棒
４２螺旋羽根
４３掻き具
４３ａ吐出管
４３ｂ掻き羽根
４３ｃ爪
４３ｄ弁
４３ｅビット
４４流通孔
４５横孔
５０地面（地盤）
５１掘削穴
５２地質改良材

Claims

作業機（１）のアーム（２）の先端部に、油圧シリンダ（３）によって水平軸心を中心として回動される回動ブラケット（４）を設け、該回動ブラケット（４）の回動側端部に出力部材（１５）が上下軸心を中心として回転する油圧回転装置（５）を連結するとともに、該油圧回転装置（５）の軸心部に中心孔（２１）を貫通形成し、心棒（４１）の外周に螺旋状の羽根（４２）を有するオーガー（４０）を設けるとともに、該オーガー（４０）の心棒（４１）の軸心部に軸方向始端から軸方向終端部に向かって連通する流通孔（４４）を形成し、前記オーガー（４０）を前記油圧回転装置（５）の出力部材（１５）に同軸に連結するとともに、該オーガー（４０）の流通孔（４４）の始端を前記油圧回転装置（５）の中心孔（２１）に連通させ、前記中心孔（２１）に流体が流通する外部ホース（３３）を接続または挿通したことを特徴とする作業機のオーガー駆動装置。
オーガー（４０）の心棒（４１）の下端部に吐出管（４３ａ）を連結し、該吐出管（４３ａ）内に流動物の下方への流通を許容する弁４３ｄを設けたことを特徴とする請求項１記載の作業機のオーガー駆動装置。
油圧回転装置（５）は、インナ部材（６）の外周部に半径方向外端が開口したシリンダ（７）を円周方向に所定ピッチで形成し、各シリンダ（７）に頭部が半球面状に形成されたピストン（８）を摺動可能に嵌合させるとともに、各ピストン（８）の頭部にボール（１０）を自転可能に設け、前記インナ部材（６）の外周部を包囲するアウタ部材（１５）の内周部に前記ボール（１０）が転動可能な波形カム面（１６）を形成し、該波形カム面（１６）の一方の斜面（１６ｂ）に対面するボール（１０ａ）側のシリンダ（７）に作動油を供給するとともに、波形カム面（１６）の他方の斜面（１６ｃ）に対面するボール（１０ｂ）側のシリンダ（７）の作動油を回収する油圧回路（２６）を設け、前記インナ部材（６）の軸心部に芯軸（２０）を挿通するとともに、該芯軸の軸心部に中心孔（２１）を貫通形成したことを特徴とする請求項１又は２項に記載の作業機のオーガー駆動装置。