JP2000130061A - 土壌掘削を行うための小型掘削リグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】わずかなスペースしか必要とせず、送り方向お
よび逆方向にスライドユニットを移動させるための強い
力を簡単に生成する土壌掘削リグを提供する。 【解決手段】土壌掘削リグ１０の送り駆動系は、そのフ
レーム１８に回転用の送りねじ２０を有する。この送り
ねじは、スライドユニット２２に取り付けられたスピン
ドルナットと嵌合し、スライドユニットに対して回転す
ることができないようになっている。スライドユニット
は、少なくとも線条部分の長さに相当する距離だけスピ
ンドルナットに対して軸方向に移動可能であり、掘削ロ
ッド２４の２つのロッド要素を連結可能であり、かつス
ライドに固定された止め９８、１０４によって動きの範
囲が制限される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の「おい
て」以前に記載されたタイプの土壌掘削リグに関する。

【０００２】

【従来の技術】土壌掘削を行う場合、地盤から掘削ロッ
ドを介してスライドユニットに伝達される強い力に抗
し、土壌掘削リグの送り駆動系がスライドユニットを比
較的低速で移動させる。従来の土壌掘削リグでは、送り
駆動系はフレームに取り付けられたシリンダとして設計
されている。このフレームからピストンが軸方向に突出
し、スライドユニットを前進させる仕組みになってい
る。このようなドライブ（駆動方式）の欠点は、ピスト
ンの延伸時と後退時の力が大きく異なっていることであ
る。掘削を行う時あるいは掘削ロッドを地盤から引き抜
く時にしか、十分な力を加えることはできない。

【０００３】ピストンが完全に延伸すると掘削ロッドは
スライドユニットから離れる。このとき、スライドユニ
ットをフレームに沿って送り方向とは逆方向に後退させ
ながら、ピストンが後退する。次に、もう１つのロッド
要素の一端をスライドユニットに取り付け、他端を掘削
ロッドに取り付けて、ピストンを再度延伸してさらに掘
削を行う。つまり、このような土壌掘削リグのフレーム
は、ピストンが延伸した状態で少なくともシリンダの長
さ分すなわち、ロッド要素の少なくとも２倍は伸張す
る。フレームの設置用のスペースがわずかしかない場合
は、このような土壌掘削リグを使用することはできな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の土壌掘削リグの
フレームを短くすることも可能である。ドイツ特許出願
公開第１９６ ４５ ２２２号には、フレームに配設さ
れたスライドユニットを駆動するための送り駆動系と、
複数のチェーンと、スプロケット歯車とを有し、スライ
ドユニットが複数のチェーンのうち１つの上端に取り付
けられた土壌掘削リグが開示されている。このような構
成にするためには、低回転数で大きなトルクを生成し、
スライドユニットに大きな力を供給する送り駆動系が必
要である。大きな力を供給するには、減速装置を有する
特に強力なモータをフレーム上に設けておかなければな
らない。このようなモータは高価であり、設置には大き
なスペースが必要となる。

【０００５】チェーンは油圧モータによって駆動される
が、油圧モータは低回転数では極めて効率が悪いという
点で問題がある。これは、特に地盤が固く少しずつ掘削
せざるを得ない状況で、油圧モータの最大トルクが必要
であるにも拘わらず、回転数が低いためにトルクを最大
にはできないことを意味する。

【０００６】さらに、スライドユニットを地盤に抗して
前進させる際には、スライドユニットとチェーンとの間
には強い力が存在する。このため、特に頑丈かつスペー
スをあまりとらないチェーンとスプロケット歯車が必要
である。また、このような小型の掘削リグは大きさおよ
び／またはスペースの利用効率の点でも問題があった。

【０００７】冒頭で上述したような種類の小型土壌掘削
リグは、ドイツ特許出願公開第３６１２ ７６２号にお
いて周知である。この掘削リグは、内側のロッドと中空
の外側のロッドとからなる伸縮自在の掘削ロッドを有し
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数のロッド
要素から一緒にスクリュー回転可能な掘削ロッドと連動
する、冒頭で述べたようなタイプの土壌掘削リグをベー
スにしたものである。

【０００９】そしてその解決手段は、請求項１の「おい
て」以降に記載された特徴を有する構成による。

【００１０】本発明による土壌掘削リグでは、送りねじ
とスピンドルナットとを介して駆動トルクがスライドユ
ニットに作用する送り力に直接変換されるという点で、
送りねじおよびスピンドルナットを用いてスライドユニ
ットを駆動することに利点がある。駆動モータの動力に
よって生成されるトルクは、送りねじを一定の速度で回
転させる。モータ動力と回転数が一定であると、送りね
じの線条ピッチによってスライドユニットの送り力と送
り速度が決まる。線条ピッチが小さければ小さいほど、
スライドユニットの送り速度は遅くなり、送り力は大き
くなる。

【００１１】本発明の概念によれば、送りねじの線条
は、スライドユニットの送り速度が極めて低く、スライ
ドユニットに伝達される送り力が極めて大きくなるよう
に設計されている。送り速度と送り力はいずれも、別の
送りねじおよびスピンドルナットを別の線条ピッチに
し、特定の掘削動作の要件に適合させることによって変
更可能である。これらの有利な効果を生むのに減速装置
を別に設ける必要はない。したがって、特にスペースを
節約した形で土壌掘削リグのフレームを構成することが
できる。

【００１２】本発明による土壌掘削リグでは、スライド
ユニットをスピンドルナットに対して軸方向に移動させ
ることが可能であるため、次のような利点が達成され
る。ロッド要素を掘削ロッドとスライドユニットの間に
挿入または両者間から抜去すると、牽引力および押圧力
が掘削ロッドとスライドユニットとの間に軸方向に作用
する。たとえば、別のロッド要素でスクリュー回転を行
うと、送り方向の力がスライドユニットの座に切られた
線条に作用し、反対方向の力が掘削ロッドの線条に作用
する。送り駆動系の停止時、地盤に刺さっている掘削ロ
ッドとスピンドルナットの軸方向の移動に対する抵抗が
大きいため、掘削ロッドの線条と座に切られた線条が破
損したり、前後へのスクリュー回転の際に強い軸方向の
力によって短期間で磨耗してしまう危険がある。本発明
による実施態様では、スクリュー接続部分を取り付けま
たは取り外す際に、スライドユニットが座を介して作用
する牽引力または押圧力に屈し、静止しているスピンド
ルナットに対して相対的に軸方向に移動する。このた
め、ねじ切りの破損を回避することができる。移動の度
合いは、線条部分の長さにほぼ相当し、この移動はスラ
イドユニットに取り付けられた複数の軸方向の止めによ
って制限される。これらの止めは、送り駆動系の動作時
にスピンドルナットからスライドユニットに送り力を伝
達する働きも有する。

【００１３】引張装置によってスライドユニットに軸方
向の止めのうち１つの位置で張力をかけることで、この
実施態様を最適なものとすることができる。これによっ
て、座とロッド要素とがスクリュー回転するときにスピ
ンドルナットに対するスライドユニットの移動が支持さ
れ、牽引力または押圧力はそれぞれ小さくなる。

【００１４】ここで、スピンドルナットと、例えば前側
の軸方向の止めを付勢する圧縮ばねとして設計されたコ
イルばねで送りねじを囲むことによって、スライドユニ
ットに対して掘削ロッド送り方向に張力をかけると特に
有利である。このように、１つの利点は、別のロッド要
素の挿入が容易であるということである。挿入時には、
まずロッド要素の線条と座に切られた線条とが接触する
までスライドユニットを送り方向に移動する。その後、
圧縮ばねの力に抗して、線条部分の長さにほぼ相当する
距離だけ送り方向にスピンドルナットをさらに移動す
る。回転駆動装置を動作させて座とロッドとを一緒にス
クリュー回転させている間、上記のようにして得られる
ばねの引っ張り力によってスライドユニットは自動的に
前進する。送り駆動系を用いて線条を一緒にスクリュー
回転させる際に、スライドユニットを移動させるための
回転駆動装置を中断して牽引力を回避する必要はない。

【００１５】さらに、スピンドルナットおよび送りねじ
の線条は、例えばドリルが比較的大きな石などに当たっ
た時などに生じる可能性のある送り方向とは逆の方向の
衝撃による直接的な影響から保護される。このような一
過性の衝撃は、掘削ロッドからスライドユニットを介し
て前側の軸方向の止めに伝達され、圧縮ばねの力に抗し
てスライドユニットを送り方向とは逆の方向に移動させ
る。圧縮ばねはこの過程で圧縮される。同時に、ばねが
圧縮されることで、スライドユニットに作用する送り力
が大きくなり、ドリルと衝突した障害物を克服すること
ができる。スピンドルナットおよび送りねじにさらに軸
方向の力がかかることはない。

【００１６】別の実施態様では、送りねじの長手方向の
軸の延長線上に送りモータを配置し、送りねじを直接回
転させる。この配置では、送りモータのトルクが損失な
くすべて送りねじに直接作用する。

【００１７】本発明による土壌掘削リグの別の好ましい
実施態様では、送りねじを回転させるための送りモータ
を送りねじの長手方向の軸に隣接して配置し、歯車を介
してこれに接続する。送りモータを送りねじに隣接して
配置することで、土壌掘削リグのフレームのねじ軸方向
の大きさが特に小さくなる。

【００１８】もう１つの好ましい実施態様では、円錐コ
イルばね（伸縮自在のばね）またはベローズによって送
りねじを囲む。これによって、スライドユニットの動き
を妨害することなく、移動時の送りねじの汚れが防止さ
れる。

【００１９】さらに別の好ましい実施態様では、送りね
じおよびスピンドルナットの線条の輪郭が、ボールトラ
ック状に形成され、スピンドルナットの内側がボールで
占められている。ボールとスピンドルナットおよび送り
ねじの線条との間の回転摩擦は比較的小さいため、駆動
トルクの損失は低減される。この損失は、上記のような
軸受構造にしておかなければ送りねじの線条とスピンド
ルナットの線条との間で発生する大きな摺動摩擦によっ
て生じ得るものである。

【００２０】別の実施態様では、フレームが円錐ころ軸
受を有し、送りねじの軸端を支持する。円錐ころ軸受
は、軸方向の力と半径方向の力を両方とも受け入れ、特
にスペースを節約できる構成になっている。

【００２１】本発明のさらに他の特徴および利点につい
ては、本発明による土壌掘削リグに関する添付の図面を
参照した以下の説明から明らかになろう。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、地盤１４に埋め込まれた
開始ピット１６にピットユニット１２が設置された土壌
掘削リグ１０の簡略側面図を示している。ピットユニッ
ト１２はフレーム１８を有し、このフレームに送りねじ
２０およびスライドユニット２２が取り付けられてい
る。掘削ロッド２４の後端はスライドユニットに取り付
けられている。掘削ロッド２４のビット２６が、フレー
ム１８をまたいで実質的に水平に地盤１４の中に達す
る。

【００２３】図２は、掘削ロッド２４を省いた状態の土
壌掘削リグ１０の詳細を示す斜視図である。ピットユニ
ット１２のフレーム１８は、前壁２８および後壁３０を
有する。これらの壁の下部は、両壁間に延在する２本の
ボックスガーダ３２および３４によってしっかりと接合
されている。また、壁の上部は締めブレース３６および
３８によって接合されている。これらのブレースは長さ
の調整が可能であり、板状の端部４０（図１参照）を使
用して土壌掘削リグ１０のフレーム１８を開始ピット１
６の壁に対して締め付ける。送りねじ２０は、壁２８お
よび３０によって支持され、これらの壁の間で回転す
る。

【００２４】また、図２に示すように、前壁２８と後壁
３０との間には、送りねじ２０よりもわずかに高い位置
でこの送りねじの両側に、カバー４２としての円錐コイ
ルばねに囲まれた円柱形の２本のガイドレール４４およ
び４６が設けられている。略箱形のスライドユニット２
２は、ガイドレール４４および４６上に支持され、これ
らのレールに沿って送りねじの方向に移動可能である。
これを達成するために、ガイドレール４４および４６を
囲む２本の円筒４８および５０は、本体の下端付近でス
ライドユニット２２を貫通して軸方向に延在し、スライ
ドユニットにしっかりと固定されている。スライドユニ
ットと送りねじ２０との取り付け部分については、図４
乃至図７を参照して後述する。

【００２５】スライドユニット２２に接し、かつ送りね
じ２０よりも上に、回転用グラブねじ５６が送り方向に
向いた状態で掘削ロッド座５２が設けられている。この
掘削ロッド座は、軸受５４に取り付けられている。掘削
ロッド２４は、グラブねじ５６にねじ止めされる。掘削
ロッド２４を回転させるには、掘削ロッド座５２と回転
駆動装置５８とを歯車（図示せず）を介して連結する。
この回転駆動装置は、掘削ロッド座５２に隣接して、ス
ライドユニットの送り方向側の表面に取り付けられてい
る。

【００２６】送りねじ２０を回転させるために、チェー
ン伝動装置６０が設けられている。このチェーン伝動装
置は、前壁２８の送り方向側に、駆動輪６２と、チェー
ン６４と、軸出力輪６６とを備えている。軸出力輪６６
は送りねじ２０にしっかりと接続され、その前端は前壁
２８を貫通して突出している。汚れから保護するため
に、チェーン伝動装置６０の外側は前壁２８に固定され
たカバー６８で覆われている。

【００２７】チェーン伝動装置６０の駆動輪６２は、送
りモータ７０に接続されている。送りモータは図２には
図示されておらず、これについては図３を参照して後に
詳細に説明する。

【００２８】ピットユニット１２のフレーム１８には、
土壌掘削リグ１０の動作を制御するための制御パネル７
４用の垂直支持ビーム７２が取り付けられている。支持
ビーム７２は中空であり、制御パネル７４上の制御要素
７６とピットユニット１２上の駆動系とを接続する制御
ケーブル（図示せず）を保持している。

【００２９】図３は、ピットユニット１２の簡略上面図
において、送りねじ２０を回転させる送りモータ７０
が、前壁２８の送り方向とは反対側の表面で送りねじに
隣接して配置された状態を示している。

【００３０】スライドユニット２２を軸方向に一部断面
にすることで、図４には、スライドユニットの送りねじ
２０への装着部分が示されている。まず、スライドユニ
ット本体の断面で示されていない上部において、送り方
向に向いた掘削ロッド座５２と回転モータ５８とがその
前面に配置されているのが分かる。また、後面には、流
体用のパイプに流体を通すためのつなぎ箱７８が設けら
れている。つなぎ箱７８は、掘削ロッド座を介して掘削
ロッドに連結された、シーリング処理の施された内側の
回転軸（図示せず）を有する。軸方向に見ると、スライ
ドユニット２２の両側に円柱４８が延在している。スラ
イドユニット２２の下側に配置された軸受ハウジング８
０は、断面で示されている。軸受ハウジングは、送りね
じ２０と、これに装着されたスピンドルナット８２と、
コイルばね８４とを囲んでいる。軸受ハウジング８０の
外側の輪郭は円筒形である。軸受ハウジングは、スライ
ドユニット２２上に形成された前側ハウジング本体８６
と、スペーサリング８８と、後側ハウジング本体９０の
３つのハウジング構成要素で構成されている。これらの
３つのハウジング構成要素は、ねじ９２によって接合さ
れている。

【００３１】軸受ハウジング８０の両方の軸端には、軸
方向に延在している管端９４および９６がある。土壌掘
削リグ１０の動作時、図２に示すカバー４２の構成要素
がこれらの管端上に収まる。

【００３２】前側ハウジング本体８６は、中央に円形の
穴を有する前壁９８を備える。この穴のエッジは、送り
ねじ２０にぴったり合う位置にある。スペーサリング８
８に向かって、前側ハウジング本体の外側と内側の輪郭
は、フランジ１００まで段階的に広くなっている。フラ
ンジ１００はスペーサリング８８を止め、スペーサリン
グには、後側ハウジング本体９０上に形成された外側の
環状フランジ１０２が載置されている。フランジ１０
０、スペーサリング８８および環状フランジ１０２は、
ねじ９２を受け入れるための孔１０３を有する。後側ハ
ウジング本体９０は、中央に円形の穴を有する後壁１０
４を備えている。この穴のエッジは、送りねじ２０にぴ
ったり合う位置にある。側壁１０６によって、後側ハウ
ジング本体９０は前側ハウジング本体８６の内側と嵌合
し、前側ハウジング本体と協働して、スピンドルナット
８２にぴったりとはまる軸受ハウジング８０の平坦な内
側の輪郭を形成している。スピンドルナット８２が前壁
９８と後壁１０４との間で移動するための空間が、軸受
ハウジング８０によって軸方向に形成されている。前壁
９８に向かうスピンドルナット８２の動きは、圧縮ばね
として両者間に装着されたコイルばね８４の力に抗する
動きである。

【００３３】図５は、図４の線Ｖ−Ｖで切った軸受ハウ
ジング８０および送りねじの半径方向断面図を示してい
る。この断面図から明らかなように、軸受ハウジング８
０の内側はほぼ正方形に近い形をしている。

【００３４】図６は、スライドユニット２０の前側止め
部分での軸方向の部分断面図を示している。図６と図４
の違いは、軸受ハウジング８０内のスピンドルナット８
２の位置である。スピンドルナットは、コイルばね８４
が引っ張られないような状態で後壁１０４に接触する。

【００３５】図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩで切った
半径方向断面図を示している。軸受ハウジング８０の内
側は、送りねじ２０の回転時、スピンドルナットが回転
はできないが軸方向には移動可能なように、スピンドル
ナット８２を囲んでいる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 土壌掘削リグの簡略側面図である。

【図２】 土壌掘削リグの斜視図である。

【図３】 土壌掘削リグ用のピットユニットの上面図で
ある。

【図４】 スライドユニットの後側止め部分での軸方向
の部分断面図である。

【図５】 図４の線Ｖ−Ｖに沿って切った半径方向断面
図である。

【図６】 スライドユニットの前側止め部分での軸方向
の部分断面図である。

【図７】 図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩで切った半径方向断
面図である。

【符号の説明】

１０ 土壌掘削リグ １８ フレーム ２０ 送りねじ ２２ スライドユニット ２４ 掘削ロッド ５２ 掘削ロッド座 ５８ 回転駆動装置 ６０ チェーン伝動装置 ７０ 送りモータ ８０ 軸受ハウジング ８２ スピンドルナット ８４ コイルばね

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 598034111 Ｗｉｅｓｅｎｗｅｇ ８，ＣＨ−4802 Ｓ ｔｒｅｎｇｅｌｂａｃｈ，Ｓｗｉｔｚｅｒ ｌａｎｄ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム（１８）と、該フレーム上を直
   線的に移動可能なスライドユニット（２２）と、該スラ
   イドユニット（２２）を掘削方向に平行に移動させるた
   めの送り駆動系（６０、６２、６４、６６、６８、７
   ０）と、を備える土壌掘削リグであって、前記スライド
   ユニットが、掘削ロッド（２４）を保持するための装置
   （５２、５４、５６）と、該掘削ロッドを回転させるた
   めの装置（５８）とを有し、前記送り駆動系（６０、６
   ２、６４、６６、６８、７０）が、前記フレーム（１
   ８）上に回転式送りねじ（２０）を有し、該送りねじ
   が、前記スライドユニット（２２）に固定された対応の
   線条部分と嵌合する土壌掘削リグにおいて、前記対応の
   線条部分が、前記スライドユニット（２２）に対して回
   転不能なスピンドルナット（８２）の一部であり、前記
   スライドユニット（２２）が、少なくとも線条部分の長
   さに対応する距離だけ前記スピンドルナット（８２）に
   対して軸方向に回転し、前記掘削ロッド（２４）の２つ
   のロッド要素を連結可能であり、かつスライドに固定さ
   れた止め（９８、１０４）によって動きの範囲が制限さ
   れることを特徴とする土壌掘削リグ。
2. 【請求項２】 前記スピンドルナット（８２）が、前記
   スライドユニット（２２）に取り付けられたハウジング
   （８０）内に位置し、該ハウジングの軸端（９８、１０
   ４）が、ストップを形成することを特徴とする請求項１
   記載の土壌掘削リグ。
3. 【請求項３】 前記スライドユニット（２２）が、引張
   装置（８４）によって軸方向の複数の停止位置のうち１
   カ所に向かって引っ張られることを特徴とする請求項１
   または２記載の土壌掘削リグ。
4. 【請求項４】 前記スライドユニット（２２）が、前記
   掘削ロッド（２４）の送り方向に引っ張られることを特
   徴とする請求項３記載の土壌掘削リグ。
5. 【請求項５】 圧縮ばねとして作用するコイルばね（８
   ４）が、前記送りねじ（２０）を囲み、かつ前記スピン
   ドルナット（８２）と軸方向の前記止め（９８、１０
   ４）のうち一方と接して配置されていることを特徴とす
   る請求項３または４記載の土壌掘削リグ。
6. 【請求項６】 前記送りねじ（２０）を直接回転させる
   ための送りモータ（７０）が、長手方向の軸の延長線に
   沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至５
   のいずれかに記載の土壌掘削リグ。
7. 【請求項７】 前記送りねじ（２０）を回転させるため
   の送りモータ（７0０）が、その長手方向の軸に隣接し
   て配置され、歯車（６０、６２、６４、６６）を介して
   前記送りねじ（２０）に接続されていることを特徴とす
   る請求項１乃至５のいずれかに記載の土壌掘削リグ。
8. 【請求項８】 前記送りモータ（７０）が油圧モータで
   あることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載
   の土壌掘削リグ。
9. 【請求項９】 前記送りモータ（７０）が電気モータで
   あることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
   の土壌掘削リグ。
10. 【請求項１０】 前記送りねじ（２０）が、円錐コイル
    ばね（４２）またはベローズによって囲まれていること
    を特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の土壌掘
    削リグ。
11. 【請求項１１】 前記送りねじ（２０）台形ねじを有す
    ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載
    の土壌掘削リグ。
12. 【請求項１２】 送りねじ（２０）およびスピンドルナ
    ット（８２）の線条の輪郭がボールトラック状に形成さ
    れ、スピンドルナット（８２）の内側がボールで占めら
    れていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
    に記載の土壌掘削リグ。
13. 【請求項１３】 円錐ころ軸受が前記送りねじ（２０）
    の軸端を前記フレーム（１８、２８、３０）内に支持す
    ることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載
    の土壌掘削リグ。