JP3227082B2 - 拡底アースドリルの掘削制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、拡底アースドリル
において、拡底径を目標拡底径に正確に設定するための
掘削制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】拡底アースドリルは、拡径用油圧シリン
ダにより開閉される拡大翼を側面に有する拡底バケット
をケリーバの下端に取付け、杭打機本体に設けたドライ
ブ装置によりケリーバを介して拡底バケットを回転させ
ると同時に、前記拡径用油圧シリンダを徐々に伸長させ
て前記拡大翼を開くことにより拡底部の掘削を行い、掘
削土砂を拡底バケットに取込み、拡底バケットに掘削土
砂が充満したら掘削バケットを引上げ、地上において掘
削バケットの底蓋を開いて排土し、再度掘削バケットと
縦穴の底部に降ろして前記と同様に掘削を行うという動
作を繰り返して拡底部の径を拡大し、これにより支持力
の大きな場所打ち杭を施工するものである。

【０００３】このような拡底アースドリルにおいては、
拡底バケットが目視できない地下における作業であるた
め、拡大翼の開き度合によって決定される実拡底径を検
出する手段として、拡大翼の開閉に呼応して動作するイ
コライザリンクと、その角度を検出する角度検出器（ポ
テンショメータ）とを拡底バケット内に設け、角度検出
器の信号をケーブルを介して地上に導き、地上の杭打機
本体の運転室に設置したコンピュータにより実拡底径を
算出して表示することにより、オペレータに知らせると
共に、実拡底径が目標拡底値に達した場合には警報を発
してオペレータに目標拡底径に達したことを報知してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来装
置においては、実拡底径が目標拡底径に達した場合には
警報により報知しているが、拡径用油圧シリンダはオペ
レータが該シリンダのコントロール弁を人為的に操作す
ることによって伸縮されるものであるため、オペレータ
の過失により目標拡底径よりも大きく掘削してしまうこ
とがあり、目標拡底径よりも大きく掘削すると、余分の
掘削に要するエネルギー損失と、掘削した穴にコンクリ
ートが余分に充填されるという資源的損失とが生じると
いう問題点があった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
ので、縦穴の拡底部が目標拡底径に正確に掘削でき、オ
ペレータの過失による余掘りを防止することが可能とな
る拡底アースドリルの掘削制御装置を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、拡底バケットの拡大翼を開閉する拡径用
油圧シリンダと、該拡径用油圧シリンダに作動油を供給
するロータリージョイントと、 該ロータリージョイント
の回転側に設けられ、前記拡径用油圧シリンダに作動油
を導く油圧ホースが巻き回されたホースリールと、前記
拡径用油圧シリンダへ給排する作動油を制御することに
より、前記拡大翼の開閉を制御するコントロール弁と、
前記拡底バケットの拡大翼により形成される実拡底径を
求める実拡底径検出手段と、前記拡大翼の目標拡底径を
設定する目標拡底径設定手段と、前記実拡底径と前記目
標拡底径の大小を比較し、実拡底径が目標拡底径に達し
た際に、前記拡大翼の径拡大方向への作動を停止させる
径拡大停止信号を出力するコンピュータと、前記径拡大
停止信号により前記コントロール弁を制御し、前記拡径
用油圧シリンダの径の拡大方向への作動を停止させる拡
径停止手段とを備え、 前記実拡底径検出手段が、前記ロ
ータリージョイントの回転側と前記ホースリールとの間
の油圧配管に設けられ、前記拡径用油圧シリンダへ供給
される作動油の流量を検出する流量検出器と、該流量検
出器の出力信号から前記拡大翼の実拡底径を求める演算
手段とからなることを特徴とする。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】本発明においては、コンピュータにおいて、実
拡底径と目標拡底径の大小を比較し、実拡底径が目標拡
底径に達した際に、前記拡大翼の径拡大方向への作動を
停止させる径拡大停止信号を出力し、該径拡大停止信号
によりコントロール弁が制御されて拡径用油圧シリンダ
の径の拡大方向への作動が自動的に停止する。

【００１０】また、拡径用油圧シリンダに対する作動油
流量が流量検出器により検出され、演算手段はその流量
検出器から実拡底径を算出する。

【００１１】また、ロータリージョイントの回転側に流
量検出器を設けたため、ロータリージョイントの油漏れ
の影響が流量検出器の検出値に影響を与えず、正確な計
測が行え、より正確な径の拡底部が形成される。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示す油圧電気回路
図、図２は本発明を適用するアースドリルの側面図であ
る。図２において、アースドリル本体１は下部走行体１
ａ上に旋回装置１ｂを介して上部旋回体１ｃが設置さ
れ、上部旋回体１ｃにはブーム２が起伏自在に取付けら
れ、上部旋回体１ｃまたはブーム２に起伏自在にフロン
トフレーム３が取付けられる。フロントフレーム３は上
部に上フレーム３ａを有し、該上フレーム３ａにケリー
ドライブ装置４を搭載する。ケリードライブ装置４はそ
の駆動穴にケリーバ５を上下動自在にかつ相対回転不能
に貫挿し、油圧モータによってケリーバ５を回転させる
ことにより、ケリーバ５を介して拡底バケット９を回転
させるものである。ケリーバ５は、上部旋回体１ｃ上に
搭載したウインチ６により巻取り繰り出しされてブーム
２の頂部から垂下されるワイヤロープ７にスイベルジョ
イント８を介して接続、支持される。

【００１３】拡底バケット９は、図３の側面図および図
４の平面図に示すように、支点９ａを中心として開閉さ
れる複数枚（本実施例においては２枚）の拡大翼９ｂを
有し、各拡大翼９ｂはそれぞれ拡径用油圧シリンダ１０
により開閉される。

【００１４】図３に示すように、ケリードライブ装置４
の下部には、上フレーム３ａに取付けられるロータリー
ジョイント１１を備える。該ロータリージョイント１１
は、拡底バケット９の油圧シリンダ１０に作動油を供給
するためのもので、上フレーム３ａに固定された非回転
の外筒と、その内部に回転自在に嵌合された内筒とから
なり、これらに溝状あるいは穴状の油路が形成される。
ケリーバ５は内筒内に挿通され、油圧シリンダ１０に作
動油を供給する油圧ホース１２がケリーバ５に巻き付か
ないように、少なくとも油圧シリンダ１０に油圧ホース
１２を接続した状態においては、内筒はケリーバ５と共
に回転させる。

【００１５】ロータリージョイント１１の回転側にはホ
ースリール台１４が設置され、該ホースリール台１４上
に、前記油圧シリンダ１０に作動油を供給する油圧ホー
ス１２を一定のトルクで巻いておくホースリール１３が
搭載される。

【００１６】図１の油圧電気回路図において、１４、１
５は上部旋回体１ｃ上に搭載した油圧ポンプ、１６は油
圧シリンダ１０のコントロール弁、１７は前記ホースリ
ール１３のトルクモータ１３ａ用のコントロール弁、１
８は前記ホースリール台１４上に設置された作動油の流
量検出器であり、該流量検出器１８は、ロータリージョ
イント１１と油圧シリンダ１０との間の往き戻り油圧配
管のうち、ホースリール１３との間の一方の油圧配管２
０、すなわち油圧シリンダ１０のボトム室につながる油
圧配管に挿入されている。なお、該流量検出器１８は油
圧シリンダ１０のロッド室側につながる油圧配管２１に
設けてもよい。１１ａはロータリージョイント１１のシ
ール部から漏洩する油を本体上の油タンク３４に戻すド
レン配管である。

【００１７】図１および図５の構成図に示すように、前
記油圧配管２０、２１には、それぞれ、前記流量検出器
１８における作動油の流れ方向を検出するための圧力セ
ンサ２２、２３が設けられる。

【００１８】図３、図５に示すように、ホースリール台
１４上には、該流量検出器１８からのパルスを電圧信号
に変え、また、圧力センサ２２、２３の出力を比較演算
してその結果を電圧信号に変換するコンバータ２４が設
けられ、これらの信号を上部旋回体１ｃ上に設置した受
信器２６に無線信号であるＦＭ信号により送信する送信
器２５が設置される。このように、無線信号により流量
信号の伝送を行うようにしているのは、ロータリージョ
イント１１に有線式に回転部と非回転部を電気的に接続
するスリップリング等を設ければ、ロータリージョイン
ト１１が大規模となり、その分拡底バケット９の高さが
制限され、拡底バケット９の作業スペースが確保しにく
くなるが、無線式に信号を伝送すれば、ロータリージョ
イント１１を大規模にする必要がなくなるためである。

【００１９】また、図３に示すように、上部旋回体１ｃ
上の運転室１ｄには、コンピュータ（演算装置）３０が
設置され、コンピュータ３０にはプリンタ３１とディス
プレイ（表示装置）３２（図５参照）が付属する。コン
ピュータ３０には、前記流量検出器１８からの信号が送
信器２５、受信器２６を介して入力され、また、図５に
示すように、ブーム２の頂部には、トップシーブ２７に
ベルト３５を介して深度検出器２８が連動するように取
付けられ、その出力が深度計２９で積算されて表示さ
れ、その結果（深度）がコンピュータ３０に入力され
る。

【００２０】図１の油圧電気回路図において、４３はコ
ントロール弁１６の操作スイッチであり、操作スイッチ
４３は、可動接点がＸ側に接続されるように操作した場
合には、コントロール弁１６のソレノイド１６ａが励磁
されてコントロール弁１６が図１の左位置に切り換わ
り、拡径用油圧シリンダ１０が伸長して拡大翼９ｂが開
方向に作動し、Ｙ側に操作した場合にはソレノイド１６
ｂが励磁されてコントロール弁１６が図１の右位置に切
り換わり、拡径用油圧シリンダ１０が収縮して拡大翼９
ｂが閉じ方向に作動する。

【００２１】また、図１の回路においては、コンピュー
タ３０により実現する機能として、前記送信器２５、受
信器２６を介して送られて来る流量信号から、現在の実
拡底径を算出する演算手段３６と、キーボードとメモリ
により実現される目標拡底径設定手段３７と、設定され
た目標拡底径と演算手段３６により算出された実拡底径
とを比較する手段３８とを有する。コンピュータ３０の
出力側には、拡大翼９ｂの拡径停止手段を構成するリレ
ー回路３９とが接続され、リレー回路３９内には、コン
トロール弁１６の操作スイッチ４３の径拡大側回路４４
を切断する接点４０を有するリレーを備える。そして、
コンピュータ３０よりリレー回路３９に径拡大停止信号
が与えられると、リレー接点４０が開かれ、操作スイッ
チ４３がＸ側に操作されていても、回路４４が切断され
ることにより、拡大翼９ｂの径拡大動作が自動的に停止
するものである。リレー回路３９には、目標拡底径に達
した際にリレー接点４１を閉じて警報ランプ４３を点灯
させる回路を付属する。

【００２２】図６はこの実施例の操作、動作を説明する
流れ図であり、ステップＳ１〜Ｓ４は拡底バケット９が
地上にある状態における処理である。まずステップＳ１
の軸、拡底選択は、掘削が軸掘り（拡底部を掘削する前
の縦穴の掘削）であるか、あるいは拡底部の掘削である
かを選択してコンピュータ３０にキー入力するステップ
である。初期機能選択のステップＳ２およびバケット拡
底径調整のステップＳ３は、地上で拡底バケット９を拡
大縮小して流量検出器１８の出力から実拡底径Ｒ（図４
参照）を算出し、図７に示すようにディスプレイ３２に
実拡底径その他の情報を表示するステップである。

【００２３】初期データ入力のステップＳ４は、日付
け、バケット形式、杭ナンバー、縦穴の深度等をキー入
力するステップである。

【００２４】ここで、拡底バケット９の油圧シリンダ１
０に作動油を供給することにより拡底バケット９を拡大
させる動作について説明すると、図１に示す油圧ポンプ
１４からコントロール弁１６を経た作動油は、ロータリ
ージョイント１１を通り、油圧配管２０、流量検出器１
８、ホースリール１３、油圧ホース１２を経て油圧シリ
ンダ１０のボトム室に入り、ロッド室の油は、油圧ホー
ス１２、ホースリール１３、油圧配管２１、ロータリー
ジョイント１１を介して油タンク３４に戻る。これによ
り油圧シリンダ１０は伸長し、拡大翼９ｂが拡大され
る。

【００２５】この場合、圧力センサ２２の検出油圧が圧
力センサ２３の検出油圧より高いこと、すなわち拡大中
である旨の情報を、送信器２５から受信器２６側に送る
信号に含ませ、コンピュータ３０は、その流量をそれま
での積算値に加算する演算を行って油圧シリンダ１０の
ストロークを求め、そのストロークから拡底径を求め
る。反対に、拡大翼９ｂの縮小時には前記と逆の経路で
作動油が流れ、この時は、コンピュータ３０はそれまで
の積算値から流量を減算する演算処理を行って油圧シリ
ンダ１０のストロークを算出し、そのストロークから拡
底径を求める。

【００２６】図６において、拡底掘削開始のステップＳ
５は、拡底バケット９を縦穴底部まで挿入し、油圧シリ
ンダ１０を伸長させて拡底バケット９を回転させて掘削
を行うステップである。この掘削開始後は、前記地上に
おけるステップＳ３と同様の処理を行ない、図７に示す
ように、刻々変化する実拡底径等を数値として表示する
と共に、図７の下段に４５で示すマークにより、目標拡
底径（拡底バケットに形式によって決定される最大拡底
径に対する％で示している）となる目標拡底径となる矢
印マーク４６に対する割合で表示する（ステップＳ
６）。

【００２７】そして、例えば拡底径が一定のサイズずつ
拡大されるごとに、図７に示すこれをディスプレイ３２
上の表示値を目視により確認して拡底バケット９の径の
拡大を停止して縮小させ、その後地上に拡底バケット９
を引上げて再度縦穴底部に降ろす作業を繰り返す（通
常、１５〜２０回程度この作業を繰り返す）。このよう
な作業における掘削動作と同時に、図１の実拡底径演算
手段３６は、前記のように作動油流量から実拡底径を算
出し、キーボードにより設定されている目標拡底径と比
較手段３８と実拡底径とを比較し（ステップＳ７）、実
拡底径が目標拡底径以上に達すると、拡径停止信号を発
し（ステップＳ８）、これによりリレー回路３９は接点
４０を開き、コントロール弁１６を中立位置に戻し、油
圧シリンダ１０の伸長を停止して拡径を停止する。この
場合、同時に、警報ランプ４２が点灯することにより、
拡底停止に至ったことを報知する。

【００２８】その後、拡大翼９ｂを若干縮小し、径を目
標拡底径まで拡大しながら拡大部の壁面の整形を行うと
いう作業を数回にわたって繰り返し（ステップＳ９）、
その後、１本の縦穴の掘削が終了した場合には、ディス
クへの記録を行ない、かつプリンタの出力表示を行ない
（ステップＳ１０〜Ｓ１３）、次に１本の縦穴の作業が
終了している状態でなければ（ステップＳ１４）処理を
終了させず、同じバケット形式であれば、ステップＳ４
に戻り、バケット形式が異なれば、ステップＳ３に戻
る。

【００２９】前記実拡底径を検出する手段として、従来
のように拡底バケットに設けたポテンショメータにより
実拡底径を求めることも考えられる。しかしながら、地
中には掘削中の縦穴部に泥水が溜っているため、地中に
ポテンショメータや流量検出器１８を設ければ、これら
の機器およびその検出信号を地上の杭打機本体の運転室
に導くためのケーブル、コネクタ等の機器が水に浸か
り、これらの内部に水が浸入して計測不良を招くおそれ
があるが、この実施例のように、地上に設置した流量検
出器１８により、実拡底径の検出を行なえば、水の浸入
等の影響による計測不良が起きるおそれが無い。また、
流量検出器１８は地上に設けられるものであるため、ポ
テンショメータやケーブル等縦穴内に入れる機器、部材
が必要無く、検出環境が良好となり、故障が少なくな
る。

【００３０】また、流量検出器１８をロータリージョイ
ント１１の回転側とホースリール１３との間の油圧配管
に設けているので、流量検出器１８の検出流量は、ロー
タリージョイント１１における油漏れの影響を受けず、
油圧シリンダ１０に供給、排出される油流量に対応して
いるので、正確な計測が行える。また、本実施例におい
ては、比較的廉価な２個の圧力センサ２２、２３を設け
ているので、流量検出器１８が１個ですむという利点が
ある。

【００３１】また、作動油の流量検出器１８により実拡
底径を求める場合、２つの流量検出器を、それぞれ方向
を逆にした逆止弁に直列接続した回路を並列に接続して
油圧配管２０、２１のいずれか挿入したものを用いても
良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、実拡底径と目標拡底径
とを比較し、実拡底径が目標拡底径に達した場合には、
拡底バケットの掘削径の拡大を自動的に停止するように
したので、縦穴の拡底部が目標拡底径に正確に掘削で
き、オペレータの過失による余掘りを防止することが可
能となる。その結果、余分の掘削に要するエネルギー損
失、並びに、掘削した穴にコンクリートが余分に充填さ
れることによる資源的損失の発生を防止できる。

【００３３】また、実拡底径の検出を作動油の流量検出
により行うようにし、流量検出器を地上に設けたため、
流量検出器およびその検出信号を地上の杭打機本体の運
転室に導くためのケーブル、コネクタ等の機器の内部に
水が浸入して計測不良を招くおそれが無い。また、流量
検出器は地上に設けられるものであるため、ポテンショ
メータやケーブル等縦穴内に入れる機器、部材が必要無
く、検出環境が良好となり、故障が少なくなる。

【００３４】また、作動油の流量検出器をロータリージ
ョイントの回転側に設けたので、ロータリージョイント
の油漏れが流量検出器の検出値に影響を与えず、流量検
出器により拡底バケットの拡径用油圧シリンダに供給さ
れる油量そのものが検出され、正確な計測が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す油圧電気回路図であ
る。

【図２】本発明を適用するアースドリルの一例を示す側
面図である。

【図３】本発明の一実施例を示すアースドリルの要部拡
大側面図である。

【図４】本実施例の拡底バケットの平面図である。

【図５】該実施例の構成図である。

【図６】本実施例の操作、動作説明用の流れ図である。

【図７】本実施例におけるディスプレイの表示例を示す
図である。

【符号の説明】

１：アースドリル本体、２：ブーム、３：フロントフレ
ーム、３ａ：上フレーム、４：ケリードライブ装置、
５：ケリーバ、７：ワイヤロープ、８：スイベルジョイ
ント、９：拡底バケット、９ｂ：拡大翼、１０：拡径用
油圧シリンダ、１１：ロータリージョイント、１２：油
圧ホース、１３：ホースリール、１４：ホースリール
台、１６：コントロール弁、１８：流量検出器、２０、
２１：油圧配管、２２、２３：圧力センサ、２４：コン
バータ、２５：送信器、２６：受信器、２７：トップシ
ーブ、２８：深度検出器、２９：深度計、３０：コンピ
ュータ、３１：プリンタ、３２：ディスプレイ、３６：
実拡底径演算手段、３７：目標拡底径設定手段、３８：
比較手段、３９：リレー回路（拡径停止手段）、４０：
拡径停止用接点、４２：警報ランプ、４３：操作スイッ
チ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】拡底バケットの拡大翼を開閉する拡径用油
   圧シリンダと、該拡径用油圧シリンダに作動油を供給するロータリージ
   ョイントと、 該ロータリージョイントの回転側に設けられ、前記拡径
   用油圧シリンダに作動油を導く油圧ホースが巻き回され
   たホースリールと、 前記拡径用油圧シリンダへ給排する作動油を制御するこ
   とにより、前記拡大翼の開閉を制御するコントロール弁
   と、 前記拡底バケットの拡大翼により形成される実拡底径を
   求める実拡底径検出手段と、 前記拡大翼の目標拡底径を設定する目標拡底径設定手段
   と、 前記実拡底径と前記目標拡底径の大小を比較し、実拡底
   径が目標拡底径に達した際に、前記拡大翼の径拡大方向
   への作動を停止させる径拡大停止信号を出力するコンピ
   ュータと、 前記径拡大停止信号により前記コントロール弁を制御
   し、前記拡径用油圧シリンダの径の拡大方向への作動を
   停止させる拡径停止手段とを備え、 前記実拡底径検出手段が、前記ロータリージョイントの
   回転側と前記ホースリールとの間の油圧配管に設けら
   れ、前記拡径用油圧シリンダへ供給される作動油の流量
   を検出する流量検出器と、該流量検出器の出力信号から
   前記拡大翼の実拡底径を求める演算手段とからなる こと
   を特徴とする拡底アースドリルの掘削制御装置。