JP6945417B2 - 法面への吹付材料の吹付装置 - Google Patents

Description

本発明は、法面への吹付材料の吹付装置に関するものである。特に、クレーン等に吊るして使用する吹付装置に関するものである。

法面を補強・安定化する場合等においては、コンクリートやモルタル等の吹付材料を、ホース先端の吹付ノズルから法面に吹き付ける工法が多用されている。従来、この工法においては、作業員がホースを肩に背負いながら吹付作業を行うことがほとんどであった。しかしながら、これでは作業員に対する負担が大きく、また吹付箇所が高所である場合には危険を伴う。さらに、吹付箇所が広範囲となる場合は、著しく作業時間がかかり、効率が悪い。

そこで、近年では、バックホーやトラッククレーン等の建設機械を利用し、ブームの先端部に吹付装置を備え付け、あるいはクレーンワイヤー等で吹付装置を吊るすことで作業負担の軽減や、吹付箇所が高所、広範である場合への対応が図られている（例えば、特許文献１等参照）。しかしながら、例えば、吹付箇所が高所である場合は、クレーンワイヤー等で吹付装置を吊るす方法がより優れるが、この方法は、吹付装置の方向（姿勢）制御が難しく、法面の起伏等に応じた吹付けが困難である。

そこで、吹付装置に特許文献２が開示するような吊荷姿勢制御装置を備え付けることで上記問題を解決することが考えられる。しかしながら、同文献が開示する吊荷姿勢制御装置は、風等の外乱に応じた姿勢制御を目的とするものであり、法面の起伏に応じた姿勢制御や、吹付けの必要（例えば、フリーフレーム工法等の法枠構築に適する法面への吹付材料の吹付けなど。）に応じた姿勢制御等を目的とするものではない。また、同文献が開示する吊荷姿勢制御装置は、クレーンワイヤーの捻じれやクレーンフックの摩擦等は想定しているが、吹付装置特有の問題は想定していない。したがって、クレーン等に吊るして使用する吹付装置を新たに開発する必要が生じる。

特開２０１６−７９５５５号公報 特開２０１４−１３３６００号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、吹付方向を柔軟に制御することができる法面への吹付材料の吹付装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するにあたって、前述した特許文献２のように吹付装置を自動的に制御する方法と、これとは異なり吹付装置を手動で（吹付装置に人間が指示を与えることで）制御する方法とを検討した。その結果、法面への吹付材料の吹付装置の場合には、自動で制御するには大きな困難を伴うとの結論に至った。これは、法面は起伏が激しく、柔軟な吹付方向（姿勢）の制御が必要になることのほか、例えば、法面上に設置した型枠内に吹付材料を吹き付ける場合等は、その場に応じた作業員等の経験に基づく吹付方向の判断も必要になるためである。

そこで、吹付方向を手動で制御することを前提に、上記課題を解決するための手段として、次の手段を想到するに至った。

（請求項１の手段）
法面に吹付材料を吹き付ける吹付ユニットと、この吹付ユニットを旋回させるフライホイールユニットとを有し、
前記吹付ユニットは、ユニット本体と、前記吹付材料の吹付ノズルと、前記ユニット本体に備え付けられ、かつ前記吹付ノズルを移動起点から横方向一方及び他方へ移動させる横移動機構とを有し、
前記フライホイールユニットは、フライホイールと、このフライホイールを傾動させるジンバルとを有し、前記ユニット本体の上面に設置され、
前記フライホイールの回転軸は、水平方向を向き、かつ横方向の位置が前記移動起点と一致するように構成されている、
ことを特徴とする法面への吹付材料の吹付装置。

（請求項２の手段）
前記フライホイールの回転軸は、前記吹付ノズルの移動方向及び垂直方向に直交する、
請求項１に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

（請求項３の手段）
前記ユニット本体に対して前記フライホイールユニットが前後移動可能となるように設置されている、
請求項１又は請求項２に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

（請求項４の手段）
前記ユニット本体の下端部に当該ユニット本体から前記法面に向けて延出する延出部材が備え付けられており、
この延出部材の先端に回転体が備えられている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

（請求項５の手段）
前記吹付ノズルは、上下方向及び左右方向の少なくともいずれか一方に傾動し、又は円運動をする、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

（請求項６の手段）
前記吹付ノズルの横方向への移動範囲と、前記フライホイールの直径との比が、１：０.１〜１００である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

本発明によると、吹付方向を柔軟に制御することができる法面への吹付材料の吹付装置となる。

本形態の吹付装置の平面図である。 本形態の吹付装置の正面図である。 本形態の吹付装置の側面図である。 フライホイールユニットの平面図である。 フライホイールユニットの正面図である。 フライホイールユニットの側面図である。 本形態の吹付装置の使用例である。

次に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は、本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。

図１〜３に本形態の吹付装置Ｘを示した。本形態の吹付装置Ｘは、法面Ｇ（図７参照）に吹付材料を吹き付ける吹付ユニット１０と、この吹付ユニット１０を旋回するためのフライホイールユニット２０とで主に構成されている。

（吹付ユニット）
吹付ユニット１０は、立方体状のユニット本体１１と、吹付材料の吹付ノズル１２と、この吹付ノズル１２の横移動機構１３とで構成されている。

ユニット本体１１は、例えば、６枚の板が組み上げられるなどしてなる箱状とされていてもよい。ただし、本形態のユニット本体１１は、上面を構成する上前枠材１１Ａ、上後枠材１１Ｂ、及び一対の上左右枠材１１Ｃと、下面を構成する下枠材１１Ｆと、上面を構成する上枠材１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ及び下面を構成する下枠材１１Ｆを繋ぐ縦枠材１１Ｅとが組み上げられて形成されている。このようにユニット本体１１を枠状とすることで、吹付装置Ｘの軽量化が図られている。

横移動機構１３は、吹付ノズル１２を横方向へ移動するための手段である。この横移動機構１３は、レール材１３Ａと、移動本体１３Ｂと、伸縮材１５と、ノズル支持材１６とで主に構成されている。

レール材１３Ａは、下面を構成する下枠材１１Ｆのうちの左右枠材、すなわち吹付装置Ｘの前後方向に延在する一対の枠材に架け渡されている。

移動本体１３Ｂは、レール材１３Ａの上に載置されている。移動本体１３Ｂは、モータ等の駆動源によってレール材１３Ａの延在方向、すなわち吹付装置Ｘの左右方向に当該レール材１３Ａ上をスライド移動するように構成されている。この移動は、移動起点から横方向（左右方向）の一方へも、横方向の他方へも可能とされている。なお、移動本体１３Ｂが最初に存在する位置、すなわち移動が行われる前の位置を、本明細書においては「移動起点」という。この移動起点を基準に、移動本体１３Ｂや、吹付ノズル１２を含む横移動機構１３全体は、左右（横）へ移動する。したがって、移動起点は、通常、吹付ノズルの移動範囲の中心と一致する。ただし、この移動起点は、必ずしも吹付開始位置を意味するものではない。例えば、吹付ノズル１２を横方向の一方又は他方へ移動し、その移動をした位置から吹付を開始することなどもできる。もちろん、移動起点を吹付開始位置とすることもできる。

伸縮材１５は、基端部が移動本体１３Ｂに支持されており、上方へ延在している。伸縮材１５は、例えば、シリンダ等で構成されることで上下に伸縮可能とされている。

ノズル支持材１６は、伸縮材１５の先端部に取り付けられている。ノズル支持材１６には、その先端部近傍に取付部１６Ａが備えられており、この取付部１６Ａによって吹付ノズル１２やこの吹付ノズル１２に繋がるホース３３（図７参照）が支持されるように構成されている。

詳細な説明は省略するが、本形態の横移動機構１３においては、図３に示すように、吹付材料の吹付方向を上方や下方に傾ける（上下傾動）ことができるように、吹付ノズル１２を支持する構成とされている。また、図１に示すように、吹付材料の吹付方向を左方や右方に傾ける（左右傾動）ことができるように、吹付ノズル１２を支持する構成とされている。さらに、適宜これら上下傾動及び左右傾動を組み合わせるなどして、吹付ノズル１２の吹付方向が円運動を描くように吹付ノズル１２を支持する構成とすることもできる。このように、本形態の吹付装置Ｘにおいては、吹付ノズル１２が横方向へ移動し、加えて上下及び左右方向に傾き、場合によっては円運動を描き、更には伸縮材１５の伸縮に伴って上下方向へも移動する。これらの動きは、吹付装置特有のものであり、これらの特徴を考慮したうえで、本形態の吹付装置Ｘには、吹付装置Ｘの姿勢を制御するためのフライホイールユニット２０が備えられている。

吹付ノズル１２は、コンクリートやモルタル等の吹付材料を法面Ｇに向けて噴射（吹付け）する手段である。図７に示すように、吹付ノズル１２には、吹付材料を貯留する図示しない材料タンクから図示しない圧送ポンプ等によってホース３３を介して吹付材料が供給される。吹付ノズル１２の先端（噴出口）から法面Ｇまでの距離は、例えば、０.５〜５ｍとされる。

（フライホイールユニット）
フライホイールユニット２０は、図４〜６にも示すように、フライホイール２１と、フライホイール２１を傾動させるジンバル２２と、ジンバル２２を支持する縦支持材２５及び横支持材２３とで主に構成されている。

フライホイール２１は、フライホイールモータ２１Ｍによって回転軸２４を回転軸として回転させられる。また、ジンバル２２は、ジンバルモータ２２Ｍによって揺動軸２６回りに揺動させられる。この揺動軸は、支持材２３の延在方向に延び、かつフライホイール２１の回転軸２４と直交している。このジンバル２２の揺動に伴って、ジンバル２２に支持されるフライホイール２１が傾動させられる。

フライホイールユニット２０においては、回転するフライホイール２１がジンバル２２によって傾動させられることでジャイロ効果が生じる。このジャイロ効果によって、吹付装置Ｘが垂直軸回りに旋回させられる。この垂直軸は、回転軸２４及び揺動軸２６に直交する。

フライホイール２１（フライホイールユニット２０）は、複数を設置することも考えられる。しかしながら、本形態においては、フライホイール２１を１つのみ設置する。フライホイール２１のジャイロ効果（慣性力、旋回力）は、フライホイール２１の径Ｌ２（図２参照）の２乗に比例する。したがって、フライホイール２１を１つのみ設置し、フライホイール２１の径を大きくすることで、ジャイロ効果を大きくしつつ、吹付装置Ｘの軽量化を図ることができる。

吹付ノズル１２の横方向への移動範囲Ｌ１（図２参照）と、フライホイール２１の直径Ｌ２との比は、１：０.１〜１００となるように設計するのが好ましく、１：０.５〜１０となるように設計するのがより好ましい。吹付ノズル１２の移動範囲Ｌ１とフライホイール２１の直径Ｌ２とのバランスを上記範囲内とすることで、フライホイール２１によるジャイロ効果を好適に得ることができる。

フライホイール２１の厚さＬ３（図４参照）は、均一とすることもできるが、円周部２１ａにおいて厚さＬ３が厚くなるように設計するのが好ましい。フライホイール２１によるジャイロ効果はフライホイール２１の径の２乗に比例するほか、フライホイール２１の重量にも比例するため、円周部２１ａの厚さＬ３を厚くすることで、ジャイロ効果の向上と軽量化とのバランスをとることができる。

フライホイール２１の回転軸２４は、水平方向（法面Ｇではなく水平面に平行な方向）、図示例では吹付ノズル１２の移動方向及び垂直方向に直交する方向、つまり前後方向を向き、かつ吹付装置Ｘの横方向に関する位置が前述した吹付ノズル１２の移動起点と一致するようにされているのが好ましい。このように構成することで、フライホイールユニット２０の旋回力に対する吹付ノズル１２が横方向へ移動することによる影響が小さくなる。

フライホイールユニット２０は、ユニット本体１１の上面に設置されており、ユニット本体１１の上面から上方へ突出している。より詳細には、フライホイールユニット２０を構成する横支持材２３がユニット本体１１の上面を構成する一対の上左右枠材１１Ｃ，１１Ｃに架け渡されることで、ユニット本体１１の上面に設置されている。この点、フライホイールユニット２０は、ユニット本体１０の背面（後面）から後方に突出するように配置することも考えられる。しかしながら、背面に配置すると、施工の態様によっては、吹付ノズル１２からのホース３３や電源ケーブル３２等が干渉するおそれがある。また、フライホイールユニット２０は、ユニット本体１０の底面（下面）から下方に突出するように配置することも考えられる。しかしながら、底面に配置すると、施工現場によっては、フライホイールユニット２０が法面Ｇと接触するおそれがある。さらに、フライホイールユニット２０は、ユニット本体１１の側面（左右面）から側方に突出するように配置することも考えられる。しかしながら、側面に配置すると、吹付装置Ｘのバランスが悪くなる。以上の理由から、フライホイールユニット２０は、ユニット本体１１の上面に配置するのが好ましい。

本形態においては、ユニット本体１１に対してフライホイールユニット２０が前後移動可能となるように、すなわちユニット本体１１に対するフライホイールユニット２０の設置位置を前後方向に関して変えることができるように構成されている。この点をより詳細に説明すると、まず、フライホイールユニット２０を構成する横支持材２３の両端部には、図５に示すように、締結孔２３Ａが形成されている。また、ユニット本体１１の上面を構成する上左右枠材１１Ｃにも、図１に示すように、締結孔１１ｈが形成されている。そして、この上左右枠材１１Ｃの締結孔１１ｈは、当該上左右枠材１１Ｃの延在方向に、すなわち吹付装置Ｘの前後方向に所定の間隔をおいて複数が設けられている。したがって、フライホイールユニット２０をユニット本体１１の上面に備え付けるにあたっては、複数の締結孔１１ｈの中から任意の孔を選択し、この選択した締結孔１１ｈと横支持材２３の締結孔２３Ａとを利用してフライホイールユニット２０をユニット本体１１に固定することになる。してみれば、選択する締結孔１１ｈを変えることで、吹付装置Ｘの前後方向に関して任意の位置にフライホイールユニット２０を設置することができる。

この点、吹付ノズル１２から法面Ｇに吹付材料を吹き付けることによって吹付装置Ｘは反力を受け、吹付装置Ｘの前後方向に関する重心の位置に影響が生じる可能性がある。しかるに、この反力の大きさは施工現場毎に異なる。また、吹付ノズル１２に繋がるホース３３の取り回しの仕方によっても前後方向に関する重心の位置が大きく変わるが、このホース３３の取り回しの仕方も施工現場毎に異なる。しかしながら、本形態のように、フライホイールユニット２０をユニット本体１１に対して前後移動可能となるように構成しておけば、フライホイールユニット２０の重量を利用して吹付装置Ｘの前後方向に関する重心の位置を調整することができ、吹付装置Ｘを施工現場に応じた構成とすることができる。なお、吹付装置Ｘの重心の位置は、フライホイールユニット２０の慣性力、旋回力に影響する可能性があり、装置を設計するうえで、大きなファクターとなる。

（その他）
本形態においては、図１〜３に示すように、ユニット本体１１の下端部に当該ユニット本体１１の前面から前方へ延出する延出部材１７が備え付けられている。また、この延出部材１７の先端には、タイヤ等からなる回転体１８が備えられている。そして、吹付ノズル１２を使用して吹付作業を行うにあたっては、図７に示すように、延出部材１７を先方に（法面Ｇに向けて）延出させて、好ましくは回転体１８を吹付ノズル１２の前方に位置させることができるように構成されている。この形態によると、吹付ノズル１２が法面Ｇに接触するのを防止することができる。また、回転体１８が法面Ｇに突き当たった際には、法面Ｇに突き刺さることはなく、法面Ｇに沿った方向への位置移動が可能であるため、吹付装置Ｘの旋回に及ぼす影響が小さくなる。さらに、回転体１８を法面Ｇに接触させ、又は近付けた状態で吹付作業を行うものとすれば、吹付による反力を抑えることができ、吹付装置Ｘの姿勢を安定させることができる。なお、延出部材１７を延出すると吹付装置Ｘの前後方向に関する重心の位置が大きく変わるので、この点でも、前述したようにフライホイールユニット２０を前後方向へ移動可能なように構成しておくのが好ましい。また、回転体１８は吹付ノズル１２の前方に位置させることができた方が好ましいが、法面Ｇの傾斜等によっては吹付ノズル１２の前方に位置させなくとも同様の効果を発揮させることができる。

本形態の吹付装置Ｘは、図７に示すように、図示しないクレーンから垂れ下がるワイヤー４１によって吊るすことができる。このワイヤー４１が、例えば、縦枠材１１Ｅの上端部に備わる各フック材１４に掛けられる。したがって、本形態の吹付装置Ｘは４点吊りということになるが、３点吊りであっても、５点以上の多点吊りであってもよい。

本形態の吹付装置Ｘには、ホース３３のほか、電源ケーブル３２や油圧ホース等が接続されている。また、フライホイール２１の傾動を指示するためのコントローラー３１も備えられている。このコントローラー３１からの信号は、フライホイールユニット１０に無線で伝達されても有線で伝達されてもよい。いずれの場合も、作業員等がコントローラー３１に備わるジョイスティック等を一方に倒すことで、フライホイール２１を一方に傾動し、吹付装置Ｘを一方に旋回し、また、ジョイスティックを他方に倒すことで、フライホイール２１を他方に傾動し、吹付装置Ｘを他方に旋回するという使用方法になる。この際には、ジョイスティックを大きく倒すとジンバル２２の角速度が大きくなり吹付装置Ｘの回転（旋回）が速くなり、他方、ジョイスティックを小さく倒すとジンバル２２の角速度が小さくなり吹付装置Ｘの回転（旋回）が遅くなるといった設計をしておけば、吹付装置Ｘによる吹付作業をより円滑に行うことができるようになる。

また、必要により、作業員等が法面Ｇの状況を確認するために、吹付装置Ｘには、法面Ｇの撮像手段（カメラ）等が備えられていてもよい。この撮像手段で撮られた画像を作業員等の手元に設置されたＰＣ、タブレット端末等のスクリーン等に送り、このスクリーンに表示された画像を確認しながら作業員等はコントローラー３１を扱い、吹付装置Ｘの姿勢制御等を行うことになる。

本発明は、クレーン等に吊るして使用する法面への吹付材料の吹付装置として利用可能である。

１０ 吹付ユニット
１１ ユニット本体
１２ 吹付ノズル
１３ 横移動機構
１３Ａ レール材
１３Ｂ 移動本体
１４ フック材
１５ 伸縮材
１６ ノズル支持材
１６Ａ 取付部
１７ 延出部材
１８ 回転体
２０ フライホイールユニット
２１ フライホイール
２１Ｍ フライホイールモータ
２２ ジンバル
２２Ｍ ジンバルモータ
３１ コントローラー
３３ ホース
４１ ワイヤー
Ｇ 法面

Claims (6)

1. 法面に吹付材料を吹き付ける吹付ユニットと、この吹付ユニットを旋回させるフライホイールユニットとを有し、
   前記吹付ユニットは、ユニット本体と、前記吹付材料の吹付ノズルと、前記ユニット本体に備え付けられ、かつ前記吹付ノズルを移動起点から横方向一方及び他方へ移動させる横移動機構とを有し、
   前記フライホイールユニットは、フライホイールと、このフライホイールを傾動させるジンバルとを有し、前記ユニット本体の上面に設置され、
   前記フライホイールの回転軸は、水平方向を向き、かつ横方向の位置が前記移動起点と一致するように構成されている、
   ことを特徴とする法面への吹付材料の吹付装置。
2. 前記フライホイールの回転軸は、前記吹付ノズルの移動方向及び垂直方向に直交する、
   請求項１に記載の法面への吹付材料の吹付装置。
3. 前記ユニット本体に対して前記フライホイールユニットが前後移動可能となるように設置されている、
   請求項１又は請求項２に記載の法面への吹付材料の吹付装置。
4. 前記ユニット本体の下端部に当該ユニット本体から前記法面に向けて延出する延出部材が備え付けられており、
   この延出部材の先端に回転体が備えられている、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。
5. 前記吹付ノズルは、上下方向及び左右方向の少なくともいずれか一方に傾動し、又は円運動をする、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。
6. 前記吹付ノズルの横方向への移動範囲と、前記フライホイールの直径との比が、１：０.１〜１００である、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の法面への吹付材料の吹付装置。

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