JP4859992B1

JP4859992B1 - コンクリート吹付機

Info

Publication number: JP4859992B1
Application number: JP2010157725A
Authority: JP
Inventors: 祐二伊藤; 忠昭田村; 智門倉
Original assignee: リブコンエンジニアリング株式会社
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2030-07-12
Also published as: JP2012021268A

Abstract

【課題】インペラヘッドの摩耗部品の交換頻度を従来よりも低減して部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図り得るようにする。
【解決手段】高速回転するインペラ７によりコンクリート６を打撃投射するインペラヘッド５を備えたコンクリート吹付機に関し、インペラ７内でブレード２３を固定するにあたり、該ブレード２３の回転方向の背面側に正面側まで開通しないネジ穴２６を穿設すると共に、ブレード２３の回転方向の背面側に配置されてインペラ側板側に固定された台座１４に対しネジ穴２６と連続する貫通孔１４ａを形成し、該貫通孔１４ａを通し台座１４の回転方向の背面側からブレード２３のネジ穴２６にボルト２７を締め込んでブレード２３を前記台座１４に締結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル内面等にコンクリートをライニングするためのコンクリート吹付機に関するものである。

従来、山岳トンネル掘削時等の吹付けコンクリート施工には、コンクリートポンプにより圧送されてきたコンクリートに途中から圧縮空気を供給して吹付けるエア吹付け方式が採用されてきたが、発生する粉塵により塵肺に罹患する虞れがあるため、近年においては、高速回転するインペラによりコンクリートを打撃投射するエアレス吹付け方式が採用されるようになってきている。

図４はエアレス吹付け方式で吹付けコンクリート施工を行い得るコンクリート吹付機の一例を示すもので、図４中１は自走式の主機を示し、該主機１の後部にコンクリートポンプ２が設けられていると共に、前記主機１の前部には多関節式のロボットアーム３が設けられている。

そして、コンクリートポンプ２からコンクリート配管４を介しロボットアーム３の先端部のインペラヘッド５へとコンクリート６を圧送し、前記インペラヘッド５内で高速回転するインペラによりコンクリート６を打撃して投射するようになっている。

図５及び図６に詳細を示す如く、前記インペラヘッド５は、図示しない油圧モータにより回転軸Ｏを中心に回転するインペラ７と、該インペラ７を覆うケーシング８と、該ケーシング８におけるコンクリート配管４の接続部と隣接した箇所に前記インペラ７の回転方向に対する接線方向に向けて形成されたコンクリート６を打撃吐出するためのノズル９とを備えて構成されている。

前記インペラ７は、回転軸Ｏの軸線方向に間隔を隔てた２枚の円盤状のインペラ側板１０の間に周方向に等間隔で複数（図５では４枚）のブレード１１を挟み込んだ構造となっており、該ブレード１１には、インペラ７の半径方向に延びる打撃部１２と、該打撃部１２の半径方向の内側端からインペラ７の回転方向に突き出す受け顎部１３とが形成されている。

即ち、コンクリート配管４からインペラヘッド５内に投入されたコンクリート６が、ケーシング８の中で高速回転しているインペラ７の受け顎部１３に受け止められ且つ打撃部１２により打撃され、その打撃により与えられた力でノズル９からトンネルの壁面等に投射されるようになっている。

ここで、前記ブレード１１の打撃部１２は、耐摩耗性材料である超硬合金（硬質の金属炭化物の粉末を焼結して作られる合金で、一般的には炭化タングステンとコバルトを混合して焼結したもの。材料特性を向上させるために炭化チタンや炭化タンタルなどを加える。更に摩耗に強くするために、表面に窒化チタン、炭窒化チタン、チタンアルミナイトライド、アルミクロムナイトライドなどの硬質物質をコーティングしても良い。）により構成されており、この打撃部１２は、図示しない固定手段により着脱自在に取り付けられ、摩耗が進んだ場合に前記打撃部１２を交換できるようになっている。

更に、図中１４はブレード１１をインペラ側板１０に固定するための台座であり、該台座１４に対し前記ブレード１１の受け顎部１３における回転方向の正面側からボルト孔１５及び前記台座１４の貫通孔１４ａを介しボルト１６が嵌挿され、前記台座１４の背面でナット１７により締結されるようになっている。

また、インペラ側板１０は、コンクリート６と激しく衝突するインペラ側板１０の外周部分を成すインペラリング１８と、回転軸Ｏに固定されて前記外周部分を除いた本体部分を成す円盤状のインペラベース１９とに分割構成されており、該インペラベース１９の外周部外側面に対し前記インペラリング１８の内周部内側面が重ね合わされて、その重ね方向にボルト２０により着脱自在に締結され、摩耗が進んだ時にインペラリング１８を新しいものと交換できるようになっている。

ここで、前記インペラリング１８のブレード１１近傍の外周部内側面には、超硬合金からなる内側超硬部材２１が部分的に取り付けられ、前記インペラリング１８の外周部外側面には、超硬合金からなる外側超硬フィン２２が全周に亘り取り付けられている。

尚、この種のエアレス吹付け方式のコンクリート吹付機に関連する先行技術文献情報としては、例えば下記の特許文献１等がある。

特許第３５３７０４７号公報

このようにインペラヘッド５内で高速回転するインペラ７によりコンクリート６を打撃投射するエアレス吹付け方式のコンクリート吹付機では、インペラヘッド５内で各部に摩耗が生じてしまうことが避けられず、特にコンクリート６を直接的に打撃することになるブレード１１は実質的に消耗品と考えざるを得ないため、その摩耗の進行をできる限り抑制して交換頻度を下げ、その部品交換による部品コストの高騰や、交換作業により施工作業が中断されることによる吹付け施工の効率低下を極力回避する必要がある。

しかしながら、コンクリート６への急結剤の添加方法が、エアレス吹付け方式の開発当初におけるインペラヘッド５のノズル９の出口部での噴射ノズルを用いた噴射添加から、インペラヘッド５に到る間際のコンクリート配管４への直接的な注入添加（図４中に矢印Ａで示すＹ字管４’を介した急結剤の注入）に変わったことにより、ブレード１１に生じる摩耗が当初の見込みより激しくなり、該ブレード１１の交換頻度が高くなっているという実情がある。

より具体的には、インペラヘッド５に到る間際のコンクリート配管４へ急結剤が注入添加される際に、急結剤のスラリーが多少の圧縮空気と共に注入されることになるため、これにより勢いがついたコンクリート６がブレード１１の受け顎部１３を越えて広範囲に衝突し、特に超硬合金で構成されていないブレード１１の下部（インペラ７の半径方向におけるブレード１１の内側部分）が早期に摩耗し、ここに露出しているボルト１６の頭がコンクリート６の打撃により摩耗して外れ易くなるという不具合があった。

このため、ブレード１１が回転中に脱落するような事態が生じる前に、ブレード１１やボルト１６を高い頻度で交換しなければならず、その部品交換により部品コストが嵩むと共に、交換作業により施工作業が中断されて吹付け施工の効率が下がるという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、インペラヘッドの摩耗部品の交換頻度を従来よりも低減して部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図り得るようにすることを目的とする。

本発明は、高速回転するインペラによりコンクリートを打撃投射するインペラヘッドを備え、該インペラヘッドへコンクリート配管を介してコンクリートを圧送するようにしたコンクリート吹付機において、回転軸を中心に回転するインペラと、該インペラを覆うケーシングと、該ケーシングにおけるコンクリート配管の接続部と隣接した箇所に前記インペラの回転方向に対する接線方向に向けて形成されたコンクリートを打撃吐出するためのノズルとにより前記インペラヘッドを構成すると共に、前記回転軸の軸線方向に間隔を隔てた２枚の円盤状のインペラ側板と、該各インペラ側板の間に周方向に等間隔で挟み込まれた複数のブレードとにより前記インペラを構成し、該インペラ内で前記ブレードを固定するにあたり、該ブレードの回転方向の背面側に正面側まで開通しないネジ穴を穿設すると共に、前記ブレードの回転方向の背面側に配置されて前記インペラ側板側に固定された台座に対し前記ネジ穴と連続する貫通孔を形成し、該貫通孔を通し前記台座の回転方向の背面側から前記ブレードのネジ穴にボルトを締め込んで前記ブレードを前記台座に締結し、前記ブレードの回転方向の正面側におけるインペラの半径方向外側の領域に、該半径方向に対し１０〜１５゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにメイン打撃部を形成すると共に、該メイン打撃部より前記半径方向内側の領域には、該半径方向に対し１５〜３０゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにサブ打撃部を形成し、該サブ打撃部及び前記メイン打撃部を超硬合金により構成したことを特徴とするものである。

而して、このようにした場合、ブレードの回転方向の背面側に配置されてインペラ側板側に固定された台座に対し、該台座の回転方向の背面側から貫通孔を通し前記ブレードのネジ穴にボルトを締め込んで前記ブレードの固定を図るようになっているので、コンクリートと激しく衝突することになるブレードの回転方向の正面側にボルトが露出しなくなり、該ボルトが直接的にコンクリートの打撃を受けて摩耗する事態が回避されることになる。

この結果、前記ブレードの回転方向の正面側に摩耗が生じても、該ブレードのネジ穴に対するボルトの締結状態が良好に維持されるため、摩耗によりボルトが外れ易くなるような事態が起こらなくなり、ブレードやボルトを従来の如き高い頻度で交換しなくても済み、その部品交換により嵩んでいた部品コストが低減されると共に、交換作業により施工作業が中断される頻度が少なくなって吹付け施工の効率が向上される。

また、これまでブレードの回転方向の正面側におけるインペラの半径方向外側の領域に形成されていた打撃部のみを超硬合金で構成していたのに対し、ブレードの回転方向の正面側におけるインペラの半径方向外側の領域をメイン打撃部とし、該メイン打撃部より前記半径方向内側の領域をサブ打撃部として、これらメイン打撃部及びサブ打撃部の両方を超硬合金により構成しているので、インペラヘッドに到る間際のコンクリート配管への急結剤の注入添加等によりコンクリートに勢いがついて、コンクリートがブレードの回転方向の正面側で広範囲に衝突したとしても、ブレードに生じる摩耗が著しく抑制されることになる。

しかも、メイン打撃部がインペラの半径方向に対し１０〜１５゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成し、サブ打撃部がインペラの半径方向に対し１５〜３０゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようになっているので、メイン打撃部及びサブ打撃部の夫々に打撃されたコンクリートの投射方向がノズルに向かい易くなり、該ノズルから投射されずにケーシング内を周回するコンクリートが少なくなる。

更に、本発明においては、インペラ側板を、該インペラ側板の外周部分を成すインペラリングと、回転軸に固定されて前記外周部分を除いた本体部分を成すインペラベースとに分割構成し、該インペラベースの外周部外側面に対し前記インペラリングの内周部内側面を重ね合わせ且つその重ね方向にボルトで着脱自在に締結し、該ボルトの頭を埋没させて自身の外側面と面一を成すようにボルト頭嵌入孔を周方向複数箇所に備えたボルト保護リングを前記インペラリングの内周部外側面に取り付けることが好ましい。

このようにすれば、インペラベースの外周部外側面にインペラリングの内周部内側面を締結しているボルトの頭がボルト保護リングのボルト頭嵌入孔に埋没して前記ボルト保護リングの外側面と面一となり、前記ボルトの頭のコンクリートとの激しい接触が回避され、前記ボルトの頭の摩耗が大幅に低減されることになる。

上記した本発明のコンクリート吹付機によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、コンクリートと激しく衝突することになるブレードの回転方向の正面側にボルトを露出させないようにして、該ボルトが直接的にコンクリートの打撃を受けて摩耗する事態を回避することができるので、前記ブレードの回転方向の正面側に摩耗が生じても、該ブレードのネジ穴に対するボルトの締結状態を良好に維持することができ、これによりインペラヘッドの摩耗部品の交換頻度を従来よりも大幅に低減して部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、インペラヘッドに到る間際のコンクリート配管への急結剤の注入添加等によりコンクリートに勢いがついて、コンクリートがブレードの回転方向の正面側で広範囲に衝突したとしても、ブレードに生じる摩耗を超硬合金のメイン打撃部及びサブ打撃部により著しく抑制することができるので、このようにブレードの摩耗を抑制できることによってもインペラヘッドの摩耗部品の交換頻度を大幅に低減することができ、更なる部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、メイン打撃部及びサブ打撃部に付した傾斜角により、メイン打撃部及びサブ打撃部の夫々に打撃されたコンクリートの投射方向をノズルに向かい易くすることができ、該ノズルから投射されずにケーシング内を周回するコンクリートを大幅に低減することができるので、コンクリートの投射効率を従来より向上することができる。

（ＩＶ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、インペラベースの外周部外側面にインペラリングの内周部内側面を締結しているボルトの頭をボルト頭嵌入孔に埋没させてボルト保護リングの外側面と面一とすることができるので、前記ボルトの頭のコンクリートとの激しい接触による摩耗を大幅に低減することができ、このようにインペラリングを取り付けるためのボルトの頭の摩耗を抑制できることによってもインペラヘッドの摩耗部品の交換頻度を大幅に低減することができ、更なる部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

本発明を実施する形態の一例を示す要部の側面断面図である。図１のブレードを採用したインペラヘッドの側面断面図である。図２のインペラの正面断面図である。従来のコンクリート吹付機の一例を示す概略図である。従来のコンクリート吹付機におけるインペラヘッドの側面断面図である。図５のインペラの正面断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

本形態例のコンクリート吹付機においては、前述した図５及び図６で説明したものと略同様に構成されているが、インペラ７内に固定されるブレード２３が、以下に詳述する如き構造に一新されている。

即ち、本形態例に用いられているブレード２３は、ブレード２３の回転方向の正面側におけるインペラ７の半径方向外側の領域（図１中におけるブレード２３の上側部分）に、該半径方向に対し１０〜１５゜の傾斜角θ₁で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにメイン打撃部２４を形成すると共に、該メイン打撃部２４より前記半径方向内側の領域（図１中におけるブレード２３のメイン打撃部２４より下側の部分）には、該半径方向に対し１５〜３０゜の傾斜角θ₂で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにサブ打撃部２５を形成し、該サブ打撃部２５及び前記メイン打撃部２４を超硬合金により構成した構造となっている。

ここで、前記メイン打撃部２４の超硬合金に構成された部分は、従来におけるブレード１１の打撃部１２（図５及び図６参照）よりも肉厚としてあり、また、サブ打撃部２５よりも相対的に肉厚としてある。

しかも、インペラ７内でブレード２３を固定するにあたり、該ブレード２３の回転方向の背面側に正面側まで開通しないネジ穴２６を穿設すると共に、前記ブレード２３の回転方向の背面側に配置されて前記インペラ側板１０側に固定された台座１４に対し前記ネジ穴２６と連続する貫通孔１４ａを形成し、該貫通孔１４ａを通し前記台座１４の回転方向の背面側から前記ブレード２３のネジ穴２６にボルト２７を締め込んで前記ブレード２３を前記台座１４に締結するようにしている。

また、特に本形態例においては、前述の如き新規なブレード２３を採用することに加え、図２及び図３に図示されている通り、インペラベース１９の外周部外側面に対しインペラリング１８の内周部内側面を重ね合わせ且つその重ね方向にボルト２０で着脱自在に締結し、該ボルト２０の頭を埋没させて自身の外側面と面一を成すようにボルト頭嵌入孔２８を周方向複数箇所に備えたボルト保護リング２９を前記インペラリング１８の内周部外側面に取り付けた構成を採用している。

而して、このようにした場合、ブレード２３の回転方向の背面側に配置されてインペラ側板１０側に固定された台座１４に対し、該台座１４の回転方向の背面側から貫通孔１４ａを通し前記ブレード２３のネジ穴２６にボルト２７を締め込んで前記ブレード２３の固定を図るようになっているので、コンクリート６と激しく衝突することになるブレード２３の回転方向の正面側にボルト２７が露出しなくなり、該ボルト２７が直接的にコンクリート６の打撃を受けて摩耗する事態が回避されることになる。

この結果、前記ブレード２３の回転方向の正面側に摩耗が生じても、該ブレード２３のネジ穴２６に対するボルト２７の締結状態が良好に維持されるため、摩耗によりボルト２７が外れ易くなるような事態が起こらなくなり、ブレード２３やボルト２７を従来の如き高い頻度で交換しなくても済み、その部品交換により嵩んでいた部品コストが低減されると共に、交換作業により施工作業が中断される頻度が少なくなって吹付け施工の効率が向上される。

また、これまでブレード２３の回転方向の正面側におけるインペラ７の半径方向外側の領域に形成されていた打撃部１２（図５及び図６参照）のみを超硬合金で構成していたのに対し、ブレード２３の回転方向の正面側におけるインペラ７の半径方向外側の領域をメイン打撃部２４とし、該メイン打撃部２４より前記半径方向内側の領域をサブ打撃部２５として、これらメイン打撃部２４及びサブ打撃部２５の両方を超硬合金により構成しているので、インペラヘッド５に到る間際のコンクリート配管４への急結剤の注入添加等によりコンクリート６に勢いがついて、コンクリート６がブレード２３の回転方向の正面側で広範囲に衝突したとしても、ブレード２３に生じる摩耗が著しく抑制されることになる。

しかも、メイン打撃部２４がインペラ７の半径方向に対し１０〜１５゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成し、サブ打撃部２５がインペラ７の半径方向に対し１５〜３０゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようになっているので、メイン打撃部２４及びサブ打撃部２５の夫々に打撃されたコンクリート６の投射方向がノズル９に向かい易くなり、該ノズル９から投射されずにケーシング８内を周回するコンクリート６が少なくなる。

従って、上記形態例によれば、コンクリート６と激しく衝突することになるブレード２３の回転方向の正面側にボルト２７を露出させないようにして、該ボルト２７が直接的にコンクリート６の打撃を受けて摩耗する事態を回避することができるので、前記ブレード２３の回転方向の正面側に摩耗が生じても、該ブレード２３のネジ穴２６に対するボルト２７の締結状態を良好に維持することができ、これによりインペラヘッド５の摩耗部品の交換頻度を従来よりも大幅に低減して部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

また、インペラヘッド５に到る間際のコンクリート配管４への急結剤の注入添加等によりコンクリート６に勢いがついて、コンクリート６がブレード２３の回転方向の正面側で広範囲に衝突したとしても、ブレード２３に生じる摩耗を超硬合金のメイン打撃部２４及びサブ打撃部２５により著しく抑制することができるので、このようにブレード２３の摩耗を抑制できることによってもインペラヘッド５の摩耗部品の交換頻度を大幅に低減することができ、更なる部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

更に、メイン打撃部２４及びサブ打撃部２５に付した傾斜角により、メイン打撃部２４及びサブ打撃部２５の夫々に打撃されたコンクリート６の投射方向をノズル９に向かい易くすることができ、該ノズル９から投射されずにケーシング８内を周回するコンクリート６を大幅に低減することができるので、コンクリート６の投射効率を従来より向上することができる。

また、特に本形態例の場合には、インペラベース１９の外周部外側面にインペラリング１８の内周部内側面を締結しているボルト２０の頭がボルト頭嵌入孔２８に埋没してボルト保護リング２９の外側面と面一となるようにしてあるので、前記ボルト２０の頭のコンクリートとの激しい接触による摩耗を大幅に低減することができ、このようにインペラリング１８を取り付けるためのボルト２０の頭の摩耗を抑制できることによってもインペラヘッド５の摩耗部品の交換頻度を大幅に低減することができ、更なる部品コストの削減や吹付け施工の効率向上を図ることができる。

尚、本発明のコンクリート吹付機は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

４コンクリート配管
５インペラヘッド
６コンクリート
７インペラ
８ケーシング
９ノズル
１０インペラ側板
１４台座
１４ａ貫通孔
１８インペラリング
１９インペラベース
２０ボルト
２３ブレード
２４メイン打撃部
２５サブ打撃部
２６ネジ穴
２７ボルト
２８ボルト頭嵌入孔
２９ボルト保護リング
Ｏ回転軸
θ₁ メイン打撃部の傾斜角
θ₂ サブ打撃部の傾斜角

Claims

高速回転するインペラによりコンクリートを打撃投射するインペラヘッドを備え、該インペラヘッドへコンクリート配管を介してコンクリートを圧送するようにしたコンクリート吹付機において、
回転軸を中心に回転するインペラと、該インペラを覆うケーシングと、該ケーシングにおけるコンクリート配管の接続部と隣接した箇所に前記インペラの回転方向に対する接線方向に向けて形成されたコンクリートを打撃吐出するためのノズルとにより前記インペラヘッドを構成すると共に、
前記回転軸の軸線方向に間隔を隔てた２枚の円盤状のインペラ側板と、該各インペラ側板の間に周方向に等間隔で挟み込まれた複数のブレードとにより前記インペラを構成し、
該インペラ内で前記ブレードを固定するにあたり、該ブレードの回転方向の背面側に正面側まで開通しないネジ穴を穿設すると共に、前記ブレードの回転方向の背面側に配置されて前記インペラ側板側に固定された台座に対し前記ネジ穴と連続する貫通孔を形成し、該貫通孔を通し前記台座の回転方向の背面側から前記ブレードのネジ穴にボルトを締め込んで前記ブレードを前記台座に締結し、
前記ブレードの回転方向の正面側におけるインペラの半径方向外側の領域に、該半径方向に対し１０〜１５゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにメイン打撃部を形成すると共に、該メイン打撃部より前記半径方向内側の領域には、該半径方向に対し１５〜３０゜の傾斜角で同半径方向内側へ向かうに従い回転方向に張り出す傾斜面を成すようにサブ打撃部を形成し、該サブ打撃部及び前記メイン打撃部を超硬合金により構成したことを特徴とするコンクリート吹付機。
インペラ側板を、該インペラ側板の外周部分を成すインペラリングと、回転軸に固定されて前記外周部分を除いた本体部分を成すインペラベースとに分割構成し、該インペラベースの外周部外側面に対し前記インペラリングの内周部内側面を重ね合わせ且つその重ね方向にボルトで着脱自在に締結し、該ボルトの頭を埋没させて自身の外側面と面一を成すようにボルト頭嵌入孔を周方向複数箇所に備えたボルト保護リングを前記インペラリングの内周部外側面に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載のコンクリート吹付機。