JP5705896B2 - 溝切機及び対地溝切方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の溝切機及び請求項１３の前提部分に記載の対地溝切方法に関する。

従来型の溝切機(trench wall cutter)としては、機体フレームと、切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて機体フレーム上に配置された切削輪(cutting wheel)１個又は複数個と、切削輪の周縁部に配置された地盤物質(ground material；例えば土壌形成物質)除去用の対地工具(ground working tool)複数個と、を備え、切削輪回転軸を取り巻き環状線(annular path)をなすようそれら対地工具が並ぶものがある。

地盤物質除去による対地溝切方法としては、従来から、切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて機体フレームにより支持されている１個又は複数個の切削輪を回転駆動するステップと、切削輪回転軸を取り巻き環状線をなすよう切削輪周縁部に並ぶ複数個の対地工具で地盤物質を除去するステップと、を有する方法が知られている。

上掲の溝切機を示す文献としては特許文献１等がある。

独国特許発明第１０２００７０３５５９１号明細書（Ｂ３）

本発明の目的は、際だって経済的に溝を形成可能な溝切機及び対地溝切方法を提供することにある。

この目的を達成すべく、本願では、請求項１記載の特徴を有する溝切機及び請求項１３記載の特徴を有する対地溝切方法を提案する。諸従属形式請求項に記載したのは本発明の好適な実施形態である。

本発明に係る溝切機は、対地工具配置で形成される環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称であり、且つ切削輪回転軸からの距離が大きめの第１周縁部が１個又は複数個、小さめの第２周縁部が１個又は複数個あることを特徴とする。

本発明に係る方法は、対地工具配置で形成される環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称であり、切削輪回転軸からの距離が大きめの第１周縁部が１個又は複数個、小さめの第２周縁部が１個又は複数個あり、且つその動作中に溝切機に相応の振動が生じることを特徴とする。

ここで、環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称である、とは、切削輪回転軸を中心とする円から環状線がずれている、という意味である。

本発明の最も基本的な着想は、対地工具の非対称配置によって切削輪を偏心運動させる点にある。この偏心運動は、切削輪回転軸を中心とする円からずれた環状線をなすよう対地工具の周方向沿い位置を設定することで発生させる。即ち、掘削輪回転軸周りでの回動に対し対称的な線である円から外れた位置に対地工具を配することで発生させる。切削輪周縁部には、切削輪回転軸から対地工具までの距離が大きい第１周縁部が１個又は複数個、また当該距離が小さい第２周縁部が１個又は複数個生じる。

こうした偏心運動には、インパルス的な力をもたらし、対地工具ひいては除去対象たる地盤物質に作用させる、という働きがある。従って、本発明によれば、対地工具で地盤を掘削する際のエネルギ伝達を効率化することができる。特に、地盤が岩、コンクリート等の硬質地盤である際に、地盤物質の除去を際だって効率的にし地盤切削を高速化することができる。

その対地工具としては、切削歯、鑿、ローラ、棒等を使用することができる。対地工具は、地盤物質をほぐして除去し地盤に溝を形成する、という役目を果たせるように、切削輪の周縁部に配置する。

切削輪回転軸から環状線に沿って並ぶ対地工具までの距離には、その対地工具の周方向沿い位置に応じた違い例えば離散的なそれを与える。具体的には、その切削輪を周沿いに巡ったときに、切削輪回転軸から環状線に沿って並ぶ対地工具までの距離が、幾つかの対地工具を単位として変化するように構成する。切削輪周縁部のうち一個所又は複数個所では切削輪回転軸から対地工具群までの距離が周方向沿い位置に応じて増し、他の一個所又は複数個所では減ずる、といった形態にするのが望ましい。本発明の着想に従い対地工具が配置された切削輪であれば、その回転軸周りで回転させることで、次々に露出してくる切削対象地盤から切削輪回転軸までの距離を周期的に経時変動させることができる。

切削輪の周方向に沿った対地工具の配置で形成される環状線は、切削輪回転軸周りでの回動に関し対称的な線である円に対しずらし又は歪ませる。即ち、対地工具配置に係る環状線を切削輪回転軸周りでの回動について非対称な線とし、切削輪を任意角度に亘り回動させる前後で環状線同士が原則として重ならないようにする。

切削輪の周方向に沿った対地工具の配置で形成される環状線は、その切削輪による切削の経路を左右する線でもある。特に、切削輪を回転させると、切削輪回転軸に対する切削経路の位置関係が変化する。

切削輪回転軸周りでの回動について非対称な環状線の許では、また、対地工具・除去対象地盤間の接触等を通じ溝切機に相応の振動が発生する。

こうして溝切機に相応の振動が生じることも本発明の効果である。溝切機の重量や発生する加圧力の働きによって、その動作時に切削輪周縁部のうち下部が溝の底に着座することに留意されたい。切削輪回転軸から対地工具までの距離が、切削輪の周方向に沿ったその対地工具の位置に応じ異なるので、切削輪下部の対地工具と溝の底との接触を通じ、切削輪回転軸に周期的な上下動が生じることとなる。ひいては、機体フレームを通じ溝切機そのものを振動させる。

溝切機の振動には、対地工具に作用する力を強め衝撃で地盤をほぐす作用がある。衝撃の作用で地盤物質がほぐれるので、切削と相俟ち、対地工具の摩耗を抑えつつ地盤物質をより効果的に除去することが可能となる。

地盤物質を特に効果的に除去できるのは、切削輪回転軸から対地工具までの距離が、環状線沿いに一巡する間に１〜５個、好ましくは１〜３個、更に好ましくは１〜２個の極大点（及び相応個数の極小点）を迎える形態で本発明を実施した場合である。切削輪が一回転する毎に生じる衝撃乃至振動の程度はそれら極大点及び極小点の個数によって左右される。本発明では、極大点及び極小点の個数を適宜設定することで所要の振動、特に適切な振幅の振動を得ることができる。

非対称な環状線を得る方法としては、複数個の対地工具を非円形例えば楕円形に沿って並べる、という方法がある。この場合、切削輪回転軸を環状線ひいては切削輪の幾何学的中心に配置することも可能である。

非対称な環状線を得る方法としては、環状線ひいては切削輪の幾何学的中心に対し切削輪回転軸を偏心させる、という方法もある。この場合、環状線に沿って並ぶ対地工具に対しても切削輪回転軸が偏心することとなる。

非対称な環状線を得る方法としては、特に、環状線を円形にすると共にその中心を切削輪回転軸から偏心させる、という方法が望ましい。対地工具の配置で形成される環状線が円形で、その円に対し切削輪回転軸が偏心している構成は、例えば、その円の中心に対し偏心するようハブを配置する手法で容易に実現することができる。

環状線例えば楕円形のそれに対する切削輪回転軸の偏心度合い、或いは円又は非円の中心に対する切削輪回転軸の偏心度合いは、数ｍｍ乃至数ｃｍ〜約１乃至２ｄｍの範囲内とするのが望ましい。切削輪回転軸から対地工具までの距離に関し、最大値・最小値間の差を数ｍｍ乃至数ｃｍ〜約１乃至２ｄｍの範囲内とする形態でもよい。

様々な地質で使用可能な溝切機にするには、切削輪回転軸に対する環状線の位置関係を可調とすればよい。その種の構成では、切削輪の偏心度合いを大きめにして硬質地盤に対処することや、切削輪の偏心度合いを小さめにして軟弱地盤に対処することができる。

特に望ましいのは、切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて回転軸に対し同心に配置された切削輪ハブと、その切削輪ハブに可除乃至可調形態で固定された環状リムと、を備え、対地工具がその環状リムに可除固定される形態にすることである。例えば、環状リム上に複数個の対地工具装着部があり、それら対地工具装着部が環状線に沿って並ぶ形態である。原理的には、溶接等の手段で環状リムが切削輪ハブに固定される形態でもかまわない。しかし、切削輪ハブに環状リムが可除固定される形態であれば、環状リムを非常に容易に交換でき、対地工具が摩耗したとき等に好適に対処することができる。また、装着済の切削輪ハブに環状リムを可調固定すること及びその環状リムを別種の環状リムに交換することが可能な形態であれば、例えば多様な地盤状態に容易に対処することができる。更に、切削輪ハブに環状リムを可調固定する、とは、切削輪ハブに対する環状リムの偏心度合いを変化させることができる、という意味である。その手段としては、例えば、環状リム、切削輪ハブ又はその双方にスロット状の孔を設け、その孔に締結手段例えばネジ乃至ボルトを通す、といった手段を使用することができる。環状リムの形状は円形でも非円形例えば楕円形でもよい。

これに代え又はこれに加え、駆動シャフト・切削輪間に調整手段、例えば可調連結プレートを設け、一体型アセンブリとなった切削輪が駆動シャフト及びその回転軸に対し占める径方向沿い位置を可調にしてもよい。

地盤物質除去能を更に高め又は振動励振を強めるには、機体フレーム上に複数対の切削輪を配置し、それら切削輪を被制御形態で相互同期駆動する形態とすればよい。この構成では、対をなす切削輪同士が等しい回転速度（好ましくは等しい回動角度）で駆動されるため、それら切削輪から相等しい上下動が溝切機にもたらされる結果、溝切機に生じる振動が強まることとなる。切削輪間で対地工具作用を同期させることもできる。

地盤の性質によっては、機体フレーム上に複数個の切削輪を配置し、それらを被制御形態で相互非同期駆動する形態の方がよい場合もある。その一例は、個々の切削輪が互いに異なる速度で回転駆動される形態である。切削輪の構成が互いに異なる形態、例えばその環状線が異なる形態にすることも可能であるし、そうした形態が望まれる場合もある。相互非同期駆動に係る形態のなかで特に望ましいのは、切削輪間で回転速度が等しいけれども、切削輪回転軸に対する環状線の位置関係が可調であるため切削輪間で回動角度が異なる形態である。

切削輪間の位相差は偏心度合いを踏まえ設定するのが望ましい。例えば、切削輪同士が同軸でその環状線が楕円形である場合、それら切削輪間で切削経路同士の位置関係を最大９０°までねじること即ち位相差を付けることが可能である。それらを駆動した際発生する振動は、その位相差を以て切削輪間で重畳される。

溝切機に二対の切削輪を設けそれら切削輪間で振動を重畳させる場合には、例えば、同じ構成を有する２個の切削輪対を４５°の角度差を付けて配置し、その角度差を保ちながら回転駆動すればよい。その結果発生する振動は、４５°ずつの位相差を以て４個の切削輪間で重畳されることとなる。

複数個の切削輪を設ける場合、その回転軸を互いに同軸にしてもよいし、平行関係を保ちながら互いにずらしてもよい。原理的には、単一方向駆動も反転方向駆動も可能である。

地盤に設けた溝に壁を設ける場合には、硬化材を供給する手段を機体フレーム上に設けるのが望ましい。その供給手段としては、形成した溝内にコンクリート等の硬化材を通し得る供給口付のものを設けるのが望ましい。溝切機を回収した後、溝内の硬化材が硬化すれば、その溝に壁ができあがることとなる。

溝切機を構成する１個又は複数個の切削輪には、対地工具の一種として蝶番歯を１個又は複数個設けるのが望ましい。蝶番歯は可枢動支持型対地工具の一種であり、機体フレームを通過するとき、特に切削輪の積載先たる切削シールドを通過するときには閉側、機体フレームの下方で地盤物質を除去するときには開側、といった具合に枢動させることができる。機体フレームを挟み複数個の切削輪を設ける場合は、相互干渉が生じないよう、蝶番歯の周方向沿い位置を切削輪間で違えるとよい。

そして、本発明に係る切削装置は、本発明に係る溝切機と、その溝切機が概ね上下可調な形態で積載される搬送装置と、を備える。溝切機としては、上掲の各形態に係るそれを切削装置に積載するのが望ましい。搬送装置は、下部キャリッジ上に可回転形態で上部キャリッジを搭載した構成にするのが望ましい。上部キャリッジにマストを連結し、そのマストで溝切機を懸架する構成が望ましい。例えば、溝切機をロープで懸架する構成である。地盤に対する溝切機の位置を制御できるよう、制御フラップ、制御ホイール等といった制御手段を設けてもよい。或いは、案内バー等の固定式案内手段を設け、それによって溝切機を懸架するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係り切削輪を２個有する溝切機を示す図である。 本発明の第１実施形態における切削輪の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における切削輪の構成を示す図である。 本発明の第３実施形態における切削輪の構成を示す図である。

以下、別紙図面を参照しつつ本発明について更に説明する。図中、同一の部材又は同様の効果を有する部材には同様の参照符号を付してある。

図１に、本発明の一実施形態に係る溝切機１０を示す。この溝切機１０は機体フレーム１２及び切削輪２０を備えており、その切削輪２０は軸心回転させ得る形態でフレーム１２により支持されている。この例では、そのフレーム１２に備わる切削シールド１４の個数が１個、シールド１４上にある切削輪２０の個数が２個であるが、切削輪２０の個数を１個、４個、８個等とすることや、シールド１４の個数を複数個にすることも可能である。切削輪２０を設ける場所は、地盤物質除去を通じ地盤に溝、特に上下方向に延びる溝を好適に設け得るようフレーム１２の下部とされている。

各切削輪２０はその回転軸２２周りで回転させ得る形態にて支持されており、その周縁部２４には地盤物質除去用の対地工具３０が複数個備わっている。工具３０としては切削歯、鑿、ローラ等が使用されており、それら工具３０は自輪２０を囲み周方向沿いに散在している。各輪２０の軸方向に沿った工具３０の配置を複線化即ち多深度化することもできる。各輪２０に可枢動支持型対地工具を設けることも可能であり、この例ではその種の工具として蝶番歯３１が設けられている。

溝切機１０には、形成された溝内に硬化材を供給する手段として供給口付のもの１６が設けられている。図示例では供給手段１６が機体フレーム１２の下部にあるがそれ以外の部位に設けてもかまわない。

図２に、本発明の第１実施形態における切削輪２０の構成を示す。本実施形態の切削輪２０は円形であり、その切削輪２０の中心４６即ち円中心乃至環中心を取り巻く円上に、対地工具３０が複数個配置されている。即ち、この例では、円形の環状線３２が形成されるよう、切削輪２０の周方向に沿い複数個の工具３０が配置されている。

切削輪２０の回転軸２２は自輪２０の幾何学的中心４６と重なっておらず、自輪２０及び環状線３２に対し偏心している。こうした切削輪２０を回転させると、一回転につき１回、偏心度合いに応じた振幅の偏心運動（上下動）が生じる。これは、切削輪２０の周縁部のうちある部分（第１周縁部３４）では軸２２から工具３０までの距離が大きく、他のある部分（第２周縁部３６）では小さいからである。

こうした切削輪２０をその回転軸２２周りで回転させると、その切削輪２０による切削の経路に周期的な振動が現れる。言い換えれば、回転軸２２が通る平面内で、通過する対地工具３０の径方向沿い位置が周期的に振動する。こうして切削経路を振動させることで、溝切機を振動させることができる。

切削輪２０は切削輪ハブ４０を備えており、そのハブ４０には可除乃至可調な形態で環状リム４４が固定されている。ハブ４０に対するリム４４の連結・固定にはネジ乃至ボルト４２が使用されている。ハブ４０に対するリム４４の位置関係を調整する手段も設けられている。ハブ４０に対するリム４４の位置関係が可調であるので、リム４４の偏心度合いを調整することができる。ハブ４０に対するリム４４の位置関係を調整する際には、ハブ４０（リム４４でもよい）に設けられているスロット状の孔に沿ってネジ乃至ボルト４２をスライドさせればよい。これにより、リム４４ひいては切削輪２０の幾何学的中心４６に対する回転軸２２の偏心具合を調整することができる。ハブ４０に対するリム４４の連結・固定を可調ではなく非可調な形態にしてもよい。その連結・固定で一体型アセンブリとなった切削輪２０と、機体フレーム１２に備わる切削シールド１４から略直交方向に延びる駆動シャフトとの間に、切削輪２０の径方向沿い位置を調整する手段を設ければよい。

図３に、本発明の第２実施形態における切削輪２０の構成を示す。図２に示した実施形態と違い、本実施形態の切削輪２０では、環状線３２及び切削輪ハブ４０の幾何学的中心が回転軸２２に重なり、ハブ４０及び環状リム４４が互いに同心となっている。対地工具３０は、軸２２周りでの回動について環状線３２が非対称となり切削経路に振動が生じるよう、切削輪２０の幾何学的中心４６を取り巻く楕円沿いに配置されている。即ち、切削輪２０の周方向に沿った工具３０の配置で形成される環状線３２が、この例では楕円形となっている。環状線３２が楕円形であるため、軸２２から工具３０までの距離が大きい第１周縁部３４が２個生じる一方、切削輪２０の周方向に沿い別の位置に、軸２２から工具３０までの距離が小さい第２周縁部３６が２個生じる。そのため、切削輪２０は、一回転する間に２回、この偏心の度合いに応じた振幅で上下動及び振動する。他の切削輪２０との間に位相差を与え、複数種類の振動を重ね合わすことも可能である。

図４に、本発明の第３実施形態における切削輪２０の構成を示す。図示の通り、この切削輪２０は図２に示したものの特徴と図３に示したものの特徴とを併有している。第１に、この切削輪２０では対地工具３０が楕円形の環状線３２に沿い並んでいる。第２に、切削輪２０の回転軸２２が自輪２０の幾何学的中心４６と重ならず、環状線３２及び環状リム４４に対し偏心している。従って、際だって強いインパルス的な力を作用させ、効果的に地盤物質を除去することができる。切削輪２０が一回転する間に、複数通りの振幅で上下動を引き起こして地盤物質除去に役立てる構成にすることもできる。軸２２に対する幾何学的中心４６の偏心度合いを、その切削輪２０に期待される振動乃至運動に応じ定めればよい。例えば、楕円形を有する環状線３２の長軸又は半軸に沿った偏心度合いを揃えることで、その切削輪２０で生じる振動の振幅を強めることができる。この手法によれば、特に、一回転中のある時点では大きな振幅、他の時点では小さな振幅で振動させることもできる。或いは、図４に示すように、楕円の長軸と交差例えば直交する方向に沿い且つ必要とされる切削曲線に従い、偏心の度合いを調節することもできる。

そして、回転時に切削輪２０の切削経路が振動する構成であるので、その振動を伝達させ溝切機１０及びその機体フレーム１２を相応に振動させることができる。従って、その動作中に、溝切機１０及びフレーム１２を、回転軸２２からの距離が大きい第１周縁部３４及び小さい第２周縁部３６を結ぶ線に沿い周期的に上下動させることができる。これによって、対地工具３０に作用するインパルス低な力を強めると同時に、工具３０の摩耗を抑えつつ地盤物質除去能を高めることができる。

１０ 溝切機、１２ 機体フレーム、１４ 切削シールド、１６ 硬化材供給手段、２０ 切削輪、２２ 回転軸、２４ 切削輪周縁部、３０ 対地工具、３１ 蝶番歯、３２ 環状線、３４ 切削輪第１周縁部、３６ 切削輪第２周縁部、４０ 切削輪ハブ、４２ 固定用のネジ乃至ボルト、４４ 環状リム、４６ 切削輪の幾何学的中心。

Claims (12)

1. 機体フレームと、
   切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて機体フレーム上に配置された切削輪１個又は複数個と、
   切削輪の周縁部に配置された地盤物質除去用の対地工具複数個と、
   を備え、切削輪回転軸を取り巻き環状線をなすよう並ぶ対地工具を使用し地盤に溝を形成する溝切機であって、
   対地工具配置で形成される環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称であり、且つ切削輪回転軸からの距離が大きめの第１周縁部が１個又は複数個、小さめの第２周縁部が１個又は複数個あり、
   切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて同心配置された切削輪ハブと、その切削輪ハブに可除乃至可調な形態で固定された環状リムと、を備え、対地工具がその環状リムに可除固定される、
   溝切機。
2. 請求項１記載の溝切機であって、環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称なことで相応の振動が生じる溝切機。
3. 請求項１記載の溝切機であって、切削輪回転軸から対地工具までの距離が、環状線沿いに一巡する間に１〜５個の極大点を迎える溝切機。
4. 請求項１記載の溝切機であって、対地工具配置で形成される環状線が非円形例えば楕円形である溝切機。
5. 請求項１記載の溝切機であって、環状線の幾何学的中心に対し切削輪回転軸が偏心している溝切機。
6. 請求項１記載の溝切機であって、環状線が円形でその中心が切削輪回転軸から偏心した位置にある溝切機。
7. 請求項１記載の溝切機であって、切削輪回転軸に対する環状線の位置関係が可調な溝切機。
8. 請求項１記載の溝切機であって、機体フレーム上に切削輪が複数個あり、それらが被制御形態で相互同期駆動される溝切機。
9. 請求項１記載の溝切機であって、機体フレーム上に切削輪が複数個あり、それらが被制御形態で相互非同期駆動される溝切機。
10. 請求項１記載の溝切機であって、硬化材を供給する手段が機体フレーム上に備わる溝切機。
11. 請求項１記載の溝切機と、
    その溝切機が概ね上下可調な形態で積載される搬送装置と、
    を備える切削装置。
12. 地盤物質除去による対地溝切方法であって、
    請求項１記載の溝切機を用い、
    切削輪回転軸周りで回転させ得る形態にて機体フレームにより支持されている１個又は複数個の切削輪を回転駆動するステップと、
    切削輪周縁部にあり切削輪回転軸を取り巻き環状線沿いに並ぶ複数個の対地工具で地盤物質を除去するステップと、
    を有し、対地工具配置で形成される環状線が切削輪回転軸周りでの回動について非対称であり、切削輪回転軸からの距離が大きめの第１周縁部が１個又は複数個、小さめの第２周縁部が１個又は複数個あり、且つその動作中に溝切機に相応の振動が生じる対地溝切方法。
    

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