JP5628452B1

JP5628452B1 - 遠心力回転吹付け機

Info

Publication number: JP5628452B1
Application number: JP2014084598A
Authority: JP
Inventors: 尚明小宮山
Original assignee: 株式会社小宮山土木; 株式会社オリエント機材
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: JP2015203279A

Abstract

【課題】より簡易な構成の遠心力回転吹付け機を提供する。【解決手段】坑内壁に土留め材料をライニングする遠心力回転吹付け機は、土留め材料を貯留するドラム２０と、前記ドラム２０の下側に設けられた撹拌筒部２２ｃと、回転することで前記ドラム内の土留め材料を前記撹拌筒に送る移送機構と、回転することで前記撹拌筒内の土留め材料を撹拌する撹拌機構と、前記撹拌機構の回転軸４４が連結されたインペラ２２と、前記移送機構の回転軸３４に連結され、前記移送機構の回転軸３４を回転させる駆動モータ３０と、前記移送機構の回転軸３４および撹拌機構の回転軸４４に連結され、前記移送機構の回転軸３４の回転を増速して前記撹拌機構の回転軸４４に伝達するハーモニックドライブ４０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、坑内壁に土留め材料をライニングする遠心力回転吹付け機に関する。

橋脚、橋台、鉄塔などの深礎基礎工事においては、従来から、地中に深礎基礎形成用の立坑を掘削した後、当該立坑内壁にセメント材料等の土留め材料を吹付けて立坑を補強するライニングを行っていた。かかるライニングのための装置としては、例えば、特許文献１−３等が知られている。

特許文献１−３には、立坑の内部に土留め材料を収容したタンクを吊るし、このタンクの下方に配置した急結剤供給装置から急結剤を土留め材料に添加したのち、これを高速回転するインペラの遠心力を利用して立坑内壁表面への土留め材料の吹付けを行う装置が開示されている。

特許第２８１２６６６号公報特許第２９６５４９４号公報特許第２９６５４９５号公報

ところで、こうした従来の装置では、タンク内にスクリューシャフトが設けられており、このスクリューシャフトを回転させることで、タンク内の土留め材料がインペラに送られている。従来の装置では、このスクリューシャフトを回転させるためのモータと、インペラを回転させるためのモータと、を設けていた。このように、一つの装置に二つの駆動源を設けることは、コストを増加させるだけでなく、装置全体の重量増加やサイズ増加、制御の複雑化といった問題を招いていた。

そこで、本発明では、より簡易な構成の遠心力回転吹付け機を提供することを目的とする。

本発明の遠心力回転吹付け機は、坑内壁に土留め材料をライニングする遠心力回転吹付け機であって、坑内で保持され、土留め材料を貯留するドラムと、前記ドラムの下側に設けられた撹拌筒と、前記ドラム内に設けられ、回転することで前記ドラム内の土留め材料を前記撹拌筒に送る移送機構と、前記撹拌筒内に設けられ、回転することで前記撹拌筒内の土留め材料を撹拌する撹拌機構と、前記撹拌筒の下端に設けられ、前記撹拌機構の回転軸が連結されたインペラであって、前記撹拌機構の回転軸とともに回転することで前記撹拌筒から降下して導入された土留め材料を坑内壁面に向けて遠心投射するインペラと、前記移送機構の回転軸に連結され、前記移送機構の回転軸を回転させる駆動モータと、前記移送機構の回転軸および撹拌機構の回転軸に連結され、前記移送機構の回転軸の回転を増速して前記撹拌機構の回転軸に伝達するギアユニットと、を備えることを特徴とする。

好適な態様では、前記ギアユニットは、ハーモニックドライブ（登録商標）であり、前記移送機構の回転軸は、サーキュラスプラインに連結され、前記撹拌機構の回転軸は、ウェーブジェネレータに連結される。

本発明によれば、駆動源として単一の駆動モータを用意すればよく、遠心力回転吹付け機の構成をより簡易化できる。

本発明の実施形態である遠心力回転吹付け機の使用状態を示す図である。遠心吹付け機の坑内ユニットの構成を示す図である。坑内ユニットの要部を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である遠心力回転吹付け機の使用状態を示す図である。遠心力回転吹付け機は、立坑１００の内部に吊り下げ保持される坑内ユニット１０と、立坑の外部に設けられる坑外ユニット１２と、に大別される。坑内ユニット１０は、モルタル等のセメント系材料（土留め材料）を貯留するドラム２０を有している。ライニング（土留め）の際、ドラム２０は、図１に示すように、立坑１００の周辺に設けられたクレーン１０２等により、立坑１００内に吊り下げ保持される。クレーン１０２は、ライニング箇所に応じて、適宜、ドラム２０をはじめとする坑内ユニット１０の高さを変更する。

立坑１００の周辺に設置される坑外ユニット１２には、坑内ユニット１０に設けられたモータに電力を供給する電源１４や、ドラム２０内に急結剤を供給する急結剤供給装置１６、および、ギアユニットに潤滑油を供給する潤滑油供給装置１８等が設けられている。ドラム２０の内部には、上述したように、モルタル等の土留め材料が貯留されている。また、ドラム２０の下方には、土留め材料を遠心投射するインペラが設けられており、当該インペラから土留め材料が投射されることにより、立坑内壁がライニングされる。

次に、図２、図３を参照して坑内ユニット１０の構成についてより詳細に説明する。図２は、坑内ユニット１０の全体構成を示す図である。また、図３は、坑内ユニット１０の要部拡大図である。

坑内ユニット１０は、土留め材料を貯留するドラム２０や、ドラム内の土留め材料を下方に移送するための移送機構、土留め材料と急結剤を撹拌混合するための撹拌機構、土留め材料を遠心投射するインペラ２２等を備えている。ドラム２０は、既述した通り、クレーン１０２により立坑１００内に吊り下げ保持される容器である。本実施形態のドラム２０は、図２に示すように、円筒部２０ａと、その下側において徐々に縮径していく円錐部２０ｂと、さらにその下側に接続される撹拌筒部２０ｃと、に大別される。このドラム２０の容量は、少なくとも１回のライニング作業で使用される量の土留め材料が貯えられるように設定されており、作業の効率化を図っている。ただし、当然ながら、ドラム２０の容量、形状は、適宜変更されてもよい。また、土留め材料は、ホース等を介して、立坑外部から供給されるようにしてもよい。

ドラム２０の円錐部２０ｂの外壁には、振動発生装置２４、例えば、振動モータ等が固着されている。この振動発生装置で振動を発生させ、ドラムを励振させることで、円錐部にある土留め材料を、順次円滑に下方、すなわち、撹拌筒部２０ｃへと移送できる。

ドラム２０の上端開口には、天板２６が設けられており、当該天板の上面には、移送機構やインペラ２２等を駆動するための駆動モータ３０、および、当該駆動モータ３０の回転を減速して伝達する減速機３２が設置されている。駆動モータ３０は、回転数を任意に変更可能なサーボモータを用いることが望ましいが、十分な回転数とトルクを出力できるのであれば、他の電動モータや油圧モータ等を用いてもよい。減速機３２は、この駆動モータ３０の回転を減速して移送用回転軸３４に伝達する。

移送用機構は、ドラム２０内の土留め材料を下方に送るための機構である。移送機構は、駆動モータ３０により回転させられる移送用回転軸３４と、当該移送用回転軸３４に固定された螺旋帯状のスクリュー羽根３６と、から構成される。移送用回転軸３４の一端は、減速機３２を介して駆動モータ３０に連結されている。また、この移送用回転軸３４の一端は、ベアリング３８により保持されている。移送用回転軸３４の他端は、後述するようにハーモニックドライブ４０に連結されている。駆動モータ３０の駆動に伴い、この移送用回転軸３４を、正転させると、ドラム２０に収容された土留め材料が定量ずつ連続して下方に送り出され、停止或いは逆転させると、ドラム２０内の土留め材料が下方に落下するのが阻止される。

ドラム２０の撹拌筒部２０ｃは、土留め材料と急結剤とを撹拌し混合する部位である。この撹拌筒部２０ｃには、急結剤供給ノズル４２が連結されており、当該ノズル４２を介して急結剤が撹拌筒部２０ｃ内に供給される。撹拌筒部２０ｃの内部には、撹拌機構が設置されている。撹拌機構は、撹拌筒部２０ｃ内の土留め材料と急結剤とを撹拌し混合するための機構で、撹拌用回転軸４４と、当該撹拌用回転軸４４に取り付けられた撹拌ロッド４６と、から構成される。

撹拌用回転軸４４は、その一端が、ハーモニックドライブ４０に、他端がインペラ２２に連結されている。撹拌用回転軸４４には、複数の撹拌ロッド４６が取り付けられている。撹拌ロッド４６は、撹拌筒部２０ｃの半径よりやや短い長さの棒材で、撹拌用回転軸４４に略直交する方向に延びている。撹拌ロッド４６は、撹拌用回転軸４４の周囲に、周方向に９０度間隔、上下方向に特定間隔をあけて配設されている。撹拌用回転軸４４の回転に伴い、この撹拌ロッド４６が、撹拌筒部２０ｃ内で回転することで、土留め材料と急結剤とが撹拌混合される。

撹拌用筒部の下側にはインペラ２２が取り付けられている。インペラ２２は、撹拌筒部２０ｃの下端が挿通する丸孔が開設されたリング状の上板部２２ａと、これに対向配置された円盤状の下板部２２ｂとを備えており、この上板部２２ａおよび下板部２２ｂの間には、羽根が径方向に複数配設されている。上板部２２ａは、ベアリング４８を介して、撹拌筒部２０ｃに取り付けられており、インペラ２２は全体として撹拌筒部２０ｃに対して回転自在となっている。下板部２２ｂには、撹拌用回転軸４４が連結されており、インペラ２２は、全体として、撹拌用回転軸４４とともに回転出来るようになっている。

移送機構と撹拌機構との間には、ギアユニットが設けられている。ギアユニットは、ハーモニックドライブ４０と、当該ハーモニックドライブ４０を収容するギアケース５０、および、ギアケース５０をドラム内で固定保持する固定部材５２を備えている。固定部材５２は、ドラム２０の壁とギアケース５０とを連結することで、ギアケース５０を所定位置に固定するための部材で、土留め材料通過用の孔が部分的に形成された部材である。

ハーモニックドライブ４０は、楕円と真円の差動を利用して減速または増速する波動歯車装置である。図３に示すように、このハーモニックドライブ４０は、内周に歯が刻まれた剛体リング状のサーキュラスプライン５４と、外周に歯が刻まれた薄肉カップ状の金属弾性体であるフレクスプライン５６と、外輪がボールを介して弾性変形するウェーブジェネレータ５８と、から構成される。フレクスプライン５６は、ウェーブジェネレータ５８により楕円状にたわめられ、長軸の部分でサーキュラスプライン５４と歯が噛み合い、短軸の部分では歯が完全に離れた状態になる。

本実施形態では、このハーモニックドライブ４０のサーキュラスプライン５４に、移送用回転軸３４を取付ハウジング６０を介して連結し、ウェーブジェネレータ５８に撹拌用回転軸４４を連結している。したがって、移送用回転軸３４の回転は、サーキュラスプライン５４に伝達され、サーキュラスプライン５４の回転は、フレクスプライン５６、ウェーブジェネレータ５８により増速されたうえで、撹拌用回転軸４４に伝達される。なお、図３に示すように、撹拌用回転軸４４は、ベアリング６２，６４により、取付ハウジング６０およびギアケース５０に対して回転自在に保持されている。また、サーキュラスプライン５４も、ベアリング６６によりギアケース５０に対して回転自在に保持されている。

ギアケース５０は、ハーモニックドライブ４０を収容するためのケースである。ハーモニックドライブ４０への土留め材料の侵入を防止するために、このギアケース５０と各回転軸３４，４４との間には、Ｏリング等のシーリング部材７０が配されている。また、ギアケース５０の内部には、ハーモニックドライブ４０駆動のための潤滑油が貯留されている。ギアケース５０には、この潤滑油の供給・回収のためのオイル供給ホース７２が連結されている。

次に、以上の構成のラインニング装置で、ライニングを行う際の流れについて説明する。既述した通り、ライニングを行う場合は、ドラム２０を立坑１００内に吊り下げ保持し、インペラ２２を所望の高さに位置させる。そして、この高さ位置において、インペラ２２から土留め材料を遠心投射させる。

ここで、土留め材料を遠心投射させるためには、インペラ２２を高速回転させる必要がある。また、投射の直前において、土留め材料は、急結剤と撹拌混合される必要がある。さらに、土留め材料を遠心投射する際には、ドラム２０内の土留め材料を連続的に、撹拌筒部２０ｃおよびインペラ２２に供給する必要がある。つまり、土留め材料を遠心投射する際には、ドラム内の土留め材料の移送、土留め材料と急結剤との撹拌、インペラ２２の高速回転が同時に行われる必要がある。

この三つの作業を連動して同時に行うために、本実施形態では、移送用回転軸３４と撹拌用回転軸４４をハーモニックドライブ４０で連結し、これら二つの回転軸３４，４４を、駆動モータ３０で回転させている。すなわち、駆動モータ３０を駆動させて移送用回転軸３４を回転させると、スクリュー羽根３６も連動して回転し、これにより、ドラム内の土留め材料が撹拌筒部２０ｃへと送り込まれる。また、移送用回転軸３４の回転は、ハーモニックドライブ４０により増速されて撹拌用回転軸４４に伝達される。その結果、撹拌用回転軸４４は、高速で回転することになる。これにより、撹拌ロッド４６が、撹拌筒部２０ｃ内で高速に回転し、土留め材料と急結剤とが撹拌混合される。また、撹拌用回転軸４４は、インペラ２２にも連結されているため、撹拌用回転軸４４の高速回転に伴い、インペラ２２も高速回転する。そして、このインペラ２２の高速回転により、土留め材料の遠心投射がなされる。

つまり、本実施形態によれば、一つの駆動モータ３０を駆動するだけで、土留め材料の移送、土留め材料と急結剤との撹拌、インペラ２２の回転が同時に行える。ここで、従来の遠心力回転吹付け機では、土留め材料の移送用の駆動源とインペラ２２の回転用の駆動源とを別々に設けていた。しかし、こうした従来の構成では、駆動源を二つ設けなければならず、コストや重量、サイズの増加、制御の複雑化を招いていた。一方、本実施形態では、既述した通りイ土留め材料の移送とインペラ２２の回転とを単一の駆動モータ３０で行っている。その結果、従来に比べて、装置製造にかかるコストや、装置の重量やサイズを低減できる。また、通常、移送用回転軸３４の回転数と、インペラ２２の回転数は、大幅に異なる。したがって、ギアユニットは、大きなギア比が要求される。通常、このような大ギア比を、一般的な遊星歯車等で実現しようとするとギアが大型化する。しかし、本実施形態では、移送用回転軸３４の回転を、大幅に増速してインペラ２２（撹拌用回転軸４４）に伝達するギアとして、ハーモニックドライブ４０を用いている。その結果、ギアユニットのサイズを抑えつつも高いギア比を確立できる。

１０坑内ユニット、１２坑外ユニット、１４電源、１６急結剤供給装置、１８潤滑油供給装置、２０ドラム、２２インペラ、２４振動発生装置、２６天板、３０駆動モータ、３２減速機、３４移送用回転軸、３６スクリュー羽根、４０ハーモニックドライブ、４２急結剤供給ノズル、４４撹拌用回転軸、４６撹拌ロッド、５０ギアケース、５２固定部材、５４サーキュラスプライン、５６フレクスプライン、５８ウェーブジェネレータ、６０取付ハウジング、７０シーリング部材、７２オイル供給ホース、１００立坑、１０２クレーン。

Claims

坑内壁に土留め材料をライニングする遠心力回転吹付け機であって、
坑内で保持され、土留め材料を貯留するドラムと、
前記ドラムの下側に設けられた撹拌筒と、
前記ドラム内に設けられ、回転することで前記ドラム内の土留め材料を前記撹拌筒に送る移送機構と、
前記撹拌筒内に設けられ、回転することで前記撹拌筒内の土留め材料を撹拌する撹拌機構と、
前記撹拌筒の下端に設けられ、前記撹拌機構の回転軸が連結されたインペラであって、前記撹拌機構の回転軸とともに回転することで前記撹拌筒から降下して導入された土留め材料を坑内壁面に向けて遠心投射するインペラと、
前記移送機構の回転軸に連結され、前記移送機構の回転軸を回転させる駆動モータと、
前記移送機構の回転軸および撹拌機構の回転軸に連結され、前記移送機構の回転軸の回転を増速して前記撹拌機構の回転軸に伝達するギアユニットと、
を備えることを特徴とする遠心力回転吹付け機。
請求項１に記載の遠心力回転吹付け機であって、
前記ギアユニットは、ハーモニックドライブ（登録商標名）であり、
前記移送機構の回転軸は、サーキュラスプラインに連結され、
前記撹拌機構の回転軸は、ウェーブジェネレータに連結される、
ことを特徴とする遠心力回転吹付け機。