JP2004011306A - 地盤孔明機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業液の消費量を少なくして施工費を削減できる地盤孔明機の提供。
【解決手段】地盤孔明機では、パイロットヘッド２０の回転状態に応じて出力される出力信号により、作業液の噴射を自動制御するコントローラが設けられており、パイロットヘッド２０を前進または後進させる場合でも、パイロットヘッド２０の回転時には、作業液切換弁１１１を切り換えて作業液を噴射させ、掘削性、排土性、冷却性を向上させることができる。また、パイロットヘッド２０を停止させて推進方向を変更する場合等には、掘削土の排土用や先導体の冷却用の作業液が不要であり、その噴射を停止可能である。従って、パイロットヘッド２０の回転状態に応じた適切な量の噴射を実現でき、作業液の無駄な消費を抑えて施工費を削減できる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤孔明機に係り、例えば、ガス管、電力ケーブル、信号ケーブル鞘管、ファイバーケーブル、上水道管、下水道管などを非開削で地中に埋設するための埋設孔を穿孔したり、岩盤に発破用火薬を挿入するための層入孔を穿孔するのに用いられる地盤孔明機に関する。
【０００２】
【背景技術】
近年、各種埋設管やケーブル等を非開削で地中に埋設するための埋設孔を穿孔する地盤孔明機の開発が行われている。
図１３および図１４には、そのような地盤孔明機１が示されている。地盤孔明機１は、水平ドリル装置２と、水平ドリル装置２に作業液を供給する作業液供給車３とで構成されている。水平ドリル装置２から継ぎ足しながら繰り出されるロッド１０の先端には、先導体としてのパイロットヘッド２０が予め回転自在に取り付けられている。つまり、ロッド１０とパイロットヘッド２０とによりドリルが形成され、このドリルを水平ドリル装置２で駆動している。
【０００３】
この地盤孔明機１を用いて、以下のように水平ドリル工法による埋設作業を行う。
先ず、水平ドリル装置２により、パイロットヘッド２０を貫入坑Ａから所定角度（１０〜２０°）で貫入し、推進方向を水平に修正した後に発進立坑Ｂまで回転させながら掘削する。この後、パイロットヘッド２０を回転させながら発進立坑Ｂからさらに到達立坑Ｃまで掘削し、先導孔Ｄを穿孔する。この発進立坑Ｂおよび到達立坑Ｃの間では、パイロットヘッド２０の位置、深さ、傾斜、回転角度等を、パイロットヘッド２０に内蔵された発信器（ゾンデ）からの磁界に基づいて地上の磁気探知機で検出測定し、測定結果に従って推進方向を適宜変更しながら先導孔Ｄの掘削を進める。また、掘削中には、作業液供給車３から清水、泥水、ベントナイト液等の作業液をロッド１０内を通して供給し、パイロットヘッド２０から噴射させる。
【０００４】
先導孔Ｄの掘削の後、先端のパイロットヘッド２０を拡径用のリーマ３０に交換するとともに、このリーマ３０にスイベルジョイントを介して埋設管やケーブル等の被埋設物Ｅを接続する。そして、リーマ３０から作業液を吐出させつつ、リーマ３０を回転させて戻し、先導孔Ｄを拡径しながら被埋設物Ｅを引き込む。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上に説明した埋設作業においては、先導孔Ｄの掘削中や拡径中における掘削性の向上、掘削土の各立坑Ｂ、Ｃへの排土性の向上、およびパイロットヘッド２０およびリーマ３０の冷却等のために、作業液供給車３から常に作業液を供給し、パイロットヘッド２０およびリーマ３０から噴射させている。このため、作業中の作業液の消費量が著しく、経費がかさむという問題がある。
また、各立坑Ｂ、Ｃに排土された掘削土は、作業液と混じって泥化しているため、通常のダンプ等で運び出すことができず、バキューム装置により専用の容器に吸い込んで容器運搬されるのが一般的である。従って、通常の残土運搬と比較してコスト高となり、特に作業液の消費量が多い場合には、バキューム量も多く、深刻な問題となる。
【０００６】
一方、被埋設物Ｅは発進立坑Ｂから到達立坑Ｃの間に埋設されるのであるが、埋設孔の掘削作業としては必然的に、パイロットヘッド２０を貫入坑Ａから貫入して発進立坑Ｂまで掘削する作業を必要とする。このため、掘削作業を効率よく行うためには、貫入坑Ａから発進立坑Ｂまでの掘削長さＬをできるだけ短くし、被埋設物Ｅが埋設されない部分の掘削を短時間で完了させることが望まれる。
また、掘削時間を短くして作業効率を向上させたいという要望は、貫入坑Ａから発進立坑Ｂまでの掘削に限らず、発進立坑Ｂから到達立坑Ｃまでの掘削に関しても同様であり、この解決が望まれる。
【０００７】
本発明の第１の目的は、作業液の消費量を少なくして施工費を削減できる地盤孔明機を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、掘削作業を効率よく実施できる地盤孔明機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段と作用効果】
本発明の請求項１に係る地盤孔明機は、ロッドと、ロッドを回転させるロッド回転機構と、ロッドを推進させるロッド推進機構と、ロッドの先端に取り付けられて共に回転および推進可能とされた先導体と、この先導体に設けられて前記ロッドを通して供給される作業液を噴射させる噴射口と、前記先導体の回転状態を検出する回転状態検出手段と、この回転状態検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射口から噴射される作業液の噴射流量を制御する流量制御機構とを備えていることを特徴とする。
ここで、先導体の回転状態とは、先導体が回転している状態や停止している状態の他、回転している場合には、低速、高速といった回転速度に応じた状態も含まれる。また、噴射流量の制御とは、噴射流量を増加、減少させる他、噴射を所定の掘削長さにわたって停止させたり、所定の掘削長さ中に断続的に停止させる場合も含まれる。さらに、作業液とは、先導体による掘削中や拡径中における掘削性の向上、掘削土の排土性の向上、および先導体の冷却等のために使用される液体の総称である。
【０００９】
このような構成の地盤孔明機によれば、先導体の回転状態に応じて出力される回転状態検出手段からの検出信号により、流量制御機構が作業液の噴射流量を制御するので、例えば通常では、掘削中に推進方向を変更する場合に、先導体の回転を停止させて推進のみを行い、土を圧密させながら先導体に設けられた斜切り面に沿って先導体全体の向きを変えるが、このときには、土は圧密されるので、掘削土の量がさほど多くなく、回転しないことで掘削時に生じる熱も低いので、掘削土の排土用や先導体の冷却用に噴射する作業液の量が少なくてよく、このような場合を先導体の回転状態から判断して作業液の噴射を止めたり、噴射流量を少なくすることが可能である。従って、必要に応じた適切な量の作業液が噴射されることになり、作業液の無駄な消費が抑えられて施工費が削減される。
以上により、本発明の第１の目的が達成される。
【００１０】
請求項２に係る地盤孔明機は、請求項１に記載の地盤孔明機において、前記先導体の推進状態を検出する推進状態検出手段を備え、前記流量制御機構は、当該推進状態検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射口から噴射される作業液の噴射流量を制御するように構成されていることを特徴とする。
このような構成の地盤孔明機では、先導体が推進中であるか否かが推進状態検出手段からの検出信号によってより正確に検出されるようになり、例えば先導体が回転せず、推進もしない状態、すなわち何ら掘削に供されない状態などが確実に判断されるようになり、このような状態のときに作業液の噴射を停止等させることで、作業液の無駄な消費が一層防止される。
【００１１】
請求項３に係る地盤孔明機は、請求項１または請求項２に記載の地盤孔明機において、前記先導体の回転角度を検出する回転角度検出手段を備えているとともに、前記噴射口は、当該先導体の回転中心軸上から外れた方向に作業液を噴射可能に開口し、前記流量制御機構は、前記回転角度検出手段からの検出信号に基づいて前記噴射口から噴射される作業液の噴射流量を制御するように構成されていることを特徴とする。
このような構成の地盤孔明機では、回転角度検出手段からの検出信号に基づき、先導体が所定角度にある時だけ作業液を噴射させることにより、掘削孔の先端側では、地山の一部のみが作業液でゆるくなり、このゆるんだ部分に向かって先導体が推進し、先導体の方向が変更される。このため、通常では先導体を回転させずに推進方向の変更が行われるが、本発明の場合では、先導体を回転させながらその推進方向を変えることができ、推進方向の変更中の掘削効率が格段に向上する。しかも、所定角度のときに作業液が噴出するだけであるから、作業液の噴出量が少なくてすみ、本発明の第１の目的を阻害する心配もない。
【００１２】
一方、本発明の請求項４に係る地盤孔明機は、ロッドと、ロッドを回転させるロッド回転機構と、ロッドを推進させるロッド推進機構と、ロッドの先端に取り付けられて共に回転および推進可能とされた先導体と、この先導体に設けられて前記ロッドを通して供給される作業液を噴射させる噴射口と、掘削中の前記先導体が回転停止の状態で推進している場合に前記噴射口からの作業液の噴射を停止させる流量制御機構とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
先導体を回転停止状態で推進させることにより、当該先導体の斜切り面を利用して推進方向を変える場合には従来、先導体から作業液を噴射させながら推進させていた。このため、掘削孔の先端側では、噴射された作業液によって地山がゆるみ、推進させた先導体に反力が生じるまで推進方向が変わりにくく、その分、大きな曲率半径Ｒ（図１３、図１４）で推進方向が変更されることになり、貫入坑Ａから発進立坑Ｂまでの掘削長さＬが長くなる。
【００１４】
これに対して、本願発明の地盤孔明機によれば、先導体を回転停止状態で推進させて推進方向を変える場合に、流量制御機構によって作業液の噴出を完全に停止または断続的に停止させるので、先導体への反力が容易に生じるようになる。従って、より小さな曲率半径で推進方向が変更されるようになり、貫入坑から発進立坑までの掘削長さが短くなって掘削作業の作業効率が向上する。また、発進立坑から到達立坑までの間で、途中の障害物を回避するために推進方向を変更する場合でも、小さい曲率半径で推進方向を変えることが可能であるから、容易にもとの掘削軌道に戻すことができ、推進方向の変更に関して自由度の大きい掘削作業が行える。
以上により、本発明の第２の目的が達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、第１実施形態では、背景技術で説明した構成と同一の構成には同じ符号を付して説明する。また、後述の第２実施形態以降においても、以下の第１実施形態で説明する構成部材と同一あるいは同等な構成部材には同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１、図２、および図３は、本発明の第１実施形態に係る地盤孔明機１の水平ドリル装置２を示す正面図、側面図、および平面図である。図４は、水平ドリル装置２および作業液供給車３で用いられる油圧回路、水圧回路を示す回路図である。図５は、水平ドリル装置２の要部を模式的に示すブロック図である。
【００１７】
図１ないし図５において、水平ドリル装置２は、上部に傾斜部を有した車体部４と、車体部４の下部側に設けられた一対のクローラ式の下部走行体５と、車体部４の内部に配置された駆動源６（図４）と、車体部４上で複数のロッド１０（図１３、図１４）を収容可能に設けられたロッド交換装置７と、ロッド交換装置７から供給されたロッド１０を推進させるロッド推進機構８と、ロッド推進機構８に供給されたロッド１０を回転させるロッド回転機構９と、油圧回路に電流信号を出力してパイロットヘッド２０（先導体）から噴出する作業液の流量を自動制御するコントローラ（流量制御機構）１００とを備えている。
【００１８】
この水平ドリル装置２によれば、ロッド交換装置７に収容されたロッド１０を順次連結しながらロッド推進機構８で推進させ、また、ロッド回転機構９で回転させることにより、図１３、図１４で説明したように、ロッド１０先端のパイロットヘッド２０によって先導孔Ｄを掘削することが可能である。また、パイロットヘッド２０をリーマ３０に交換して被埋設物Ｅを引き込み、地中に埋設することが可能である。以下には、水平ドリル装置２の各構成について、概略説明する。
【００１９】
車体部４には、オペレータが着座して水平ドリル装置２を運転するキャブ４１が設けられている。キャブ４１は、車体部４の幅方向にスライドさせることで、着座位置を必要に応じて変更することが可能である。キャブ４１には、下部走行体５操縦用の走行用レバー４２の他、内部にポテンショメータ（回転状態検出手段、推進状態検出手段）４３Ａを内蔵したジョイスティック型の作業機レバー４３、および各種のインジケータ類が配置された操作盤４４が設けられている。
【００２０】
ここで、図５には、作業機レバー４３のポテンショメータ４３Ａが等価回路で示されている。図中上側に記載の等価回路は、ポテンショメータ４３Ａが推進状態検出手段として機能した場合であり、作業機レバー４３の前後の傾倒角度に応じた検出信号をフィードモータ８４（図４）の正逆の回転速度指令信号としてコントローラ１００に出力する。下側に記載の等価回路は、ポテンショメータ４３Ａが回転状態検出手段として機能した場合であり、作業機レバー４３の左右の傾倒角度に応じた検出信号をドリルモータ９１（図４）の正逆の回転速度指令信号（図１１をも参照）としてコントローラ１００に出力する。
【００２１】
各下部走行体５は、それぞれ図示しない油圧モータを備えており、駆動源６からコントロール弁を介して供給される油圧で駆動される。なお、下部走行体５としては、クローラ式に限定されず、タイヤ式や、タイヤとクローラとを組み合わせたタイプであってもよい。また、水平ドリル装置２は、下部走行体５が設けられることで自走式とされているが、下部走行体５を駆動力が供給されないタイヤ等で構成することにより、水平ドリル装置２全体を作業液供給車３などで牽引可能な可搬式としてもよい。
【００２２】
駆動源６は、図４に示すように、ディーゼルエンジン６１と、このディーゼルエンジン６１で駆動される主油圧ポンプ６２およびパイロット圧用ポンプ６３とを含んで構成されている。このうちの主油圧ポンプ６２は、シリンダ６４で操作される斜板を有した可変容量型であり、シリンダ６４がコントローラ１００からの指令によりパイロット圧で操作される。
【００２３】
ロッド交換装置７は、車体部４上に配置されたフレーム４５の前後方向（長手方向）に沿って一体に設けられ、油圧モータ７１で回転駆動される回転軸を備えている。この回転軸には、その前後方向に間隔を空けて一対の円盤状のロッド収容プレート７３が取り付けられている。各ロッド収容プレート７３には、外周に沿って多数の円弧状の凹部７３Ａが設けられ、前後のロッド収容プレート７３の対応する凹部７３Ａ間にロッド１０が架設され、収容される。ただし、図１ないし図３では、ロッド１０の図示を省略してある。
【００２４】
収容されたロッド１０は、ロッド収容プレート７３の回転によって所定位置に来たとき、揺動するロッド交換アーム７４で把持されてロッド収容プレート７３から外され、ロッド推進機構８側に自動的に供給される。また、使用済みのロッド１０は、ロッド推進機構８側で外された後、再度ロッド交換アーム７４で把持されてロッド交換装置７に自動的に戻される。
【００２５】
なお、フレーム４５は、車体部４の傾斜部に沿って前後方向に移動可能に載置されており、その後部寄りの部分が移動用シリンダ４０を介して車体部４の前部寄りに連結されている。この移動用シリンダ４０が伸び動作した位置が、図２に実線で示す位置であり、フレーム４５全体が車体部４で支持された走行位置である。一方、移動用シリンダ４０が縮み動作すると、図２に二点鎖線で示すように、フレーム４５は前記傾斜部に沿って前方側に移動して前端のアンカー固定部４６が接地され、ロッド交換装置７がロッド推進機構８と共に作業位置となる。また掘削作業時には、必要に応じて車体部４の後部に設けられたアウトリガ４７が用いられる。
【００２６】
ロッド推進機構８は、フレーム４５上を前後方向に摺動するクレードル８０を備えている。フレーム４５の後端側には駆動スプロケット８１が、前端側には従動スプロケット８２がそれぞれ設けられ、これらのスプロケット８１，８２に巻き掛けられたチェーン８３の両端がクレードル８０に接合されている。従って、駆動スプロケット８１をフィードモータ８４で正転駆動させると、フレーム４５上に供給されたロッド１０がクレードル８０の動きに従って前方に推進し、逆転駆動させると、ロッド１０が後方に引き戻される。
【００２７】
この際、フィードモータ８４は、図４に示すように油圧モータであり、６ポート３位置式のフィード切換弁８５を介して主油圧ポンプ６２からの油圧で正逆方向に駆動される。フィード切換弁８５は、パイロットラインからフィード前進用の比例電磁弁８６、およびフィード後進用の比例電磁弁８７から供給されるパイロット圧で切り換えられる。比例電磁弁８６，８７は、コントローラ１００から出力される電流信号の大きさに応じたパイロット圧をフィード切換弁８５に供給する。そして、このパイロット圧に応じた油圧がフィード切換弁８５からフィードモータ８４に供給され、これにより、フィードモータ８４の回転速度を無段階に調整することが可能である。また、フィードモータ８４は、シリンダ８８によって斜板角が切り換わる可変容量型であり、コントローラ１００からの指令によって段階的に２速切換可能である。
【００２８】
ロッド回転機構９は、クレードル８０に取り付けられたドリルモータ９１を備えている。ドリルモータ９１の回転は、減速機を介して回転軸９２に出力される。回転軸９２の先端にはネジ部９２Ａが形成されており、このネジ部９２Ａがロッド１０の後端に形成された雌ネジ部に螺合される。
【００２９】
このドリルモータ９１も、前述のフィードモータ８４と同様に油圧モータであり、図４に示すように、ドリル回転切換弁９５を介して供給される油圧で正逆方向に駆動される。ドリル回転切換弁９５も、正転用の比例電磁弁９６、および逆転用の比例電磁弁９７から供給されるパイロット圧で切り換えられ、このパイロット圧に応じた油圧がドリル回転切換弁９５からドリルモータ９１に供給され、その回転速度を無段階に調整することが可能である。さらに、ドリルモータ９１は、斜板角度を変えるシリンダ９８を備えていることで、コントローラ１００からの指令によって段階的に２速切換可能である。
【００３０】
コントローラ１００は、コンピュータを用いて構成されており、各種の入力信号に基づいて所定の大きさの電流信号を比例電磁弁８６，８７，９６，９７に出力し、フィードモータ８４およびドリルモータ９１の回転を制御する。入力信号としては、ドリルモータ９１に設けられたエンコーダ（回転角度検出手段）９１Ａからのドリルモータ回転用エンコーダ信号、前述した作業機レバー４３からのドリルモータ回転速度指令信号およびフィードモータ回転速度指令信号、ドリルモータ９１の正転側油圧供給ラインの圧力センサ９１Ｂから出力されるドリルモータ圧信号（正転）、逆転側油圧供給ラインの圧力センサ９１Ｃから出力されるドリルモータ圧信号（逆転）などである。
【００３１】
これに対して出力信号としては、比例電磁弁８６，８７，９６，９７に出力されるドリル正転切換用、ドリル逆転切換用、フィード前進切換用、フィード後進切換用の前述した電流信号、さらに、図５では図示しないが、斜板角変更用のシリンダ６４，８８，９８（図４）にパイロット圧を供給するための図示しない操作弁切換用の電流信号などである。なお、図５にいて、コントローラ１００には、必要に応じて作業液噴射信号が入力し、また、作業液切換用の信号が出力されるが、これらについては後述する。
【００３２】
また、水平ドリル装置２には、フレーム４５の前端側にロッドレンチ４８およびロッドクランパ４９が設けられている。これらの構造等の詳細な説明を省略するが、これらは専ら、ロッド１０同士の脱着に用いられる。
【００３３】
以下には、ロッド１０の推進、引き戻し、およびこれらに伴う脱着について説明する。
先行したロッド１０の後端側がロッドクランパ４９で把持（クランプ）されているとき、後続のロッド１０がロッド交換装置７からロッド推進機構８側に供給されると、この後続ロッド１０がロッド推進機構８のクレードル８０と共に前進し、後続ロッド１０の後端に押し付けられる。この状態でロッド回転機構９の回転軸９２を回転させると、回転軸９２が後続ロッド１０の後端側に螺合した後、後続ロッド１０も回転し始めて先端の雄ねじ部１１（図６）が先行ロッド１０後端の雌ねじ部に螺合する。この際には、回転軸９２や後続ロッド１０がねじ込まれる分だけ、クレードル８０もつられて前進するよう、フィード切換弁８５が中央位置（ポンプクローズドセンター）とされ、フィードモータ８４が空転する。これにより、先行ロッド１０に後続ロッド１０が連結される。
【００３４】
この後、ロッドクランパ４９を解除し、フィード切換弁８５を切り換えてフィードモータ８４を正転させることにより、連結されたロッド１０同士がロッド推進機構８によって前進し、掘削作業に供される。そして、後続ロッド１０の位置が先行ロッド１０の位置と入れ代わったとき、後続ロッド１０の後端側をロッドクランパ４９で把持するとともに、ドリルモータ９１を逆転させて回転軸９２を外し、クレードル８０を後方に移動させて元の位置に戻し、次のロッド１０の供給を待つ。
【００３５】
一方、掘削作業が終了し、後続ロッド１０を先行ロッド１０から外す場合には先ず、これらが連結された状態で、かつ後続ロッド１０の後端に回転軸９２が螺合しているとき、クレードル８０を後方側に戻し、先行ロッド１０の後端側をロッドクランパ４９で把持し、後続ロッド１０の先端側をロッドレンチ４８で把持する。この状態で、ロッドレンチ４８の把持部をシリンダを用いたリンク機構等によって回転させ、先行ロッド１０の後端から後続ロッド１０の先端を外し、互いの連結を解除する。この際には、ドリル回転切換弁９５がセンター位置（クローズドセンター）とされ、後続ロッド１０の回転につられてドリルモータ９１が空転する。次いで、この後続ロッド１０の先端をロッドレンチ４８で把持したまま、ドリル回転切換弁９５を切り換えてドリルモータ９１を逆転させ、後続ロッド１０から回転軸９２を外す。最後に、後続ロッド１０をロッド交換装置７でロッド推進機構８から戻して収容する。
【００３６】
続いて、ドリルを構成するパイロットヘッド２０の具体的な構造と、このパイロットヘッド２０から噴射される作業液の噴射（流量）制御について以下に説明する。
【００３７】
図６、図７において、パイロットヘッド２０は、中空のヘッド本体２１と、ヘッド本体２１の先端に傾斜して設けられた斜切り部２２と、ヘッド本体２１の後端に螺合された連結部２３とを備えている。
【００３８】
ヘッド本体２１内には、発信器（ゾンデ）２４が内蔵されており、この発信器２４が発生する磁界の向きと強度とを地上の磁気探知機で検出することで、パイロットヘッド２０の位置および地上からの深さを測定可能である。また、パイロットヘッド２０の水平方向に対する傾斜角度や、斜切り部２２の向き（回転角度）も、発信器２４から磁気探知機への磁気通信によって検出可能である。このヘッド本体２１の先端は、円錐台状に形成されているとともに、円錐台状部分の一部には先端に向かって軸中心側に傾斜した平坦な傾斜面部２１Ａが設けられている。
【００３９】
斜切り部２２は、ヘッド本体２１の前記傾斜面部２１Ａにボルト等で固定された矩形状のプレート部材によって形成されており、ヘッド本体２１の先端からさらに延出して設けられている。この斜切り部２２が設けられていることで、パイロットヘッド２０が回転して形成される先導孔Ｄの内径は、例えばヘッド本体２１の外径よりも若干大きく、先導孔Ｄとパイロットヘッド２０との間には、掘削土を作業液と共に後方側に流し出す隙間が形成されるようになっている。また、パイロットヘッド２０を回転させずに前進させると、斜切り部２２の傾斜に反力が生じるため、この傾斜に沿ってパイロットヘッド２０の方向が変わる。例えば図７で示す位置に斜切り部２２がある場合には、パイロットヘッド２０がその前進によって徐々に上向きに進むようになる。
連結部２３の後端には、テーパ状の雌ねじ部２５が形成され、ロッド１０の先端に形成された雄ねじ部１１が螺合されている。
【００４０】
このようなパイロットヘッド２０には、ヘッド本体２１、斜切り部２２、および連結部２３を貫通する一連の作業液流通路２６が穿設されている。作業液は、ロッド１０内の中空部を通ってパイロットヘッド２０の雌ねじ部２５から流入した後、当該作業液流通路２６を通って斜切り部２２先端の噴射口２２Ａから噴射される。作業液の噴射方向は、斜切り部２２の傾斜方向に略沿った方向であって、パイロットヘッド２０の回転中心軸Ｎ上から外れた方向である。また、作業液の作業液供給車３からロッド１０への供給は、ドリルモータ９１で駆動される減速機の回転軸９２を通して行われる。このため、例えば、当該減速機部分には、図４に模式的に示すように、スイベルジョイント１１０を介して水圧回路が接続されている。
【００４１】
図４において、主油圧ポンプ６２からの油圧は、作業液切換弁１１１を介して作業液モータ１１２に供給される。この作業液モータ１１２によって作業液ポンプ１１３が駆動され、作業液タンクから作業液が汲み上げられてドリル（ロッド１０、パイロットヘッド２０）に供給される。水圧回路中のリリーフ弁１１４は、噴射口２２Ａに掘削土等が詰まった場合など、作業液が正常に送られない場合に作動する。そして、作業液切換弁１１１は、比例電磁弁１１５からのパイロット圧で切り換えられる。この比例電磁弁１１５は、コントローラ１００（図５）から出力される作業液切換用の電流信号の大きさに応じたパイロット圧を作業液切換弁１１１に供給する。
なお、本実施形態では、作業液切換弁１１１の切換用に比例電磁弁１１５を用いたが、通常の切換弁であってもよい。また、図４の油圧回路および水圧回路のうち、いずれの部分を水平ドリル装置２側に設け、いずれの部分を作業液供給車３側に設けるかは、その実施にあたって任意に決められてよい。
【００４２】
そして、このパイロットヘッド２０を推進させて先導孔Ｄ等の掘削を行うが、パイロットヘッド２０を直進させて掘削する場合には、図６に示すように、パイロットヘッド２０を回転させ、かつ作業液を噴射させる。また、パイロットヘッド２０の推進方向を変更する場合には、図７に示すように、パイロットヘッド２０を推進させるのみで回転させず、さらには作業液も噴射させない。このように本実施形態では、作業液がパイロットヘッド２０の回転状況や推進状況に応じて噴射制御される。以下には、その具体的な制御内容を図８に基づいて説明する。
【００４３】
（ドリル正転＋ドリル前進＝作業液噴射）
図８において、ドリルをロッド回転機構９で正転させながら、ロッド推進機構８によって前進させる場合には、パイロットヘッド２０から作業液を噴射させる。
この状態は主に、パイロットヘッド２０で先導孔Ｄの直線部分を掘削する場合である。また、この状態は、図５に示す作業機レバー４３を右方に傾倒させることで出力されるドリルモータ回転速度指令信号（正転）、および作業機レバー４３を前方に傾倒させることで出力されるフィードモータ回転速度指令信号（前進）により、コントローラ１００で認識される。認識したコントローラ１００は、ドリル正転切換用の電流出力、およびフィード前進切換用の電流出力を比例電磁弁８６．９６にそれぞれ出力し、各切換弁８５，９５を切り換えてフィードモータ８４とドリルモータ９１とを駆動させ、さらに、作業液切換用の電流信号を比例電磁弁１１５に出力し、作業液切換弁１１１を切り換えて作業液ポンプ１１３を駆動し、作業液を供給して噴射させる。
【００４４】
なお、このときには、ドリルモータ９１の正転駆動により、圧力センサ９１Ｂからドリルモータ圧信号（正転）が出力されるため、コントローラ１００は、この信号をもトリガーとして作業液切換用の電流信号を出力してもよく、この信号のみをトリガーとして作業液切換用の電流信号を出力してもよい。
【００４５】
（ドリル正転＋ドリル後進＝作業液噴射）
これは、例えばパイロットヘッド２０をリーマ３０に交換し、先導孔Ｄを拡径する場合である。つまり、リーマ３０をロッド回転機構９で正転させながら、ロッド推進機構８によって後進させる場合であり、リーマ３０から作業液を噴射させる。
この状態は、図５に示す作業機レバー４３を右方に傾倒させることで出力されるドリルモータ回転速度指令信号（正転）、および作業機レバー４３を後方に傾倒させることで出力されるフィードモータ回転速度指令信号（後進）により、コントローラ１００で認識される。認識したコントローラ１００は、ドリル正転切換用の電流出力、およびフィード後進切換用の電流出力を比例電磁弁８６，９６にそれぞれ出力してフィードモータ８４とドリルモータ９１とを駆動させ、さらに、作業液切換用の電流信号を比例電磁弁１１５に出力して作業液をリーマ３０から噴射させる。
【００４６】
このときにも、ドリルモータ９１の正転駆動により、圧力センサ９１Ｂからドリルモータ圧（正転）信号が出力されるため、コントローラ１００は、この信号をもトリガーとして作業液切換用の電流信号を出力してもよく、この信号のみをトリガーとして作業液切換用の電流信号を出力してもよい。
【００４７】
（ドリル正転＋ドリル推進停止＝作業液噴射停止）
ドリルを正転させながら、その推進を止めている状態では、作業液の噴射を停止させる。
この状態は、例えば先導孔Ｄの掘削時にロッド１０同士を連結する場合や、パイロットヘッド２０の方向を変換させるために、パイロットヘッド２０をその場で回転させて斜切り部２２の位置を調整する場合である。そして、この状態は、作業機レバー４３を右方に傾倒させることにより、ドリルモータ回転速度指令信号（正転）のみが出力されているときにコントローラ１００で認識される。また、この認識を圧力センサ９１Ｂからのドリルモータ圧（正転）信号に基づいて行ってもよい。認識したコントローラ１００は、作業液切換用の電流信号を出力せず、作業液を噴射させない。
【００４８】
ここで、斜切り部２２の位置調整は、次のようにして行われる。すなわち先ず、パイロットヘッド２０内の発信器２４から磁気探知機への磁気通信により、現時点の斜切り部２２の位置を検出する。次いで、所望する向きに推進方向を変更するためには、パイロットヘッド２０をどの程度回転させれば斜切り部２２が推進方向に見合った位置に来るかを確認し、その回転角度分だけパイロットヘッド２０を回転させる。このパイロットヘッド２０の回転量は、図５に示すエンコーダ９１Ａからのドリルモータ回転用エンコーダ信号によって制御される。
【００４９】
（ドリル逆転＋ドリル推進停止＝作業液噴射停止）
ドリルを逆転させながら、その推進を止めている状態でも、作業液の噴射を停止する。
この状態は、例えば被埋設物Ｅの引き込み時に先行のロッド１０から後続のロッド１０を外す場合であって、作業機レバー４３を左方に傾倒させることにより、ドリルモータ回転速度指令信号（逆転）のみが出力されているときにコントローラ１００で認識される。また、この認識を圧力センサ９１Ｃからのドリルモータ圧信号（逆転）に基づいて行ってもよい。
【００５０】
なお、先行のロッド１０に対して後続のロッド１０を正転させながらねじ込み、よってロッド１０同士の連結を行う本実施形態では、ロッド１０同士を切り離すとき以外にロッド１０の逆転を行わないように制御されているため、ドリル逆転＋ドリル前進、ドリル逆転＋ドリル後進の状態が発生することはなく、掘削制御は行われない。ただし、ロッド１０同士をねじ込み式で連結するのではなく、キー溝を利用した連結方式の場合には、パイロットヘッド２０やリーマ３０を逆転させながら前進または後進させることで、先導孔Ｄやその拡径を行うことも考えられるため、このような場合には、作業液を噴射させる制御を行ってもよい。
【００５１】
（ドリル回転停止＋ドリル前進＝作業液噴射停止）
ドリルの回転を停止させ、かつドリルを前進させる場合には、作業液の噴射を停止させる。
この状態は、パイロットヘッド２０の推進方向を変更しながら前進させる場合であり、作業機レバー４３からドリルモータ回転速度指令信号の出力がなく、フィードモータ回転速度指令信号（前進）のみが出力されることで、コントローラ１００により認識される。認識したコントローラ１００は、作業液を噴射させない。
【００５２】
（ドリル回転停止＋ドリル後進＝作業液噴射停止）
ドリルの回転を停止させ、かつドリルを後進させる場合には、作業液の噴射を停止させる。
この状態は、例えばパイロットヘッド２０を後進させて回収する（リーマ３０による拡径を行わない）場合であり、作業機レバー４３からドリルモータ回転速度指令信号の出力がなく、フィードモータ回転速度指令信号（後進）のみが出力されることで、コントローラ１００でにより認識される。認識したコントローラ１００は、作業液を噴射させない。
【００５３】
（ドリル回転停止＋ドリル推進停止＝作業液噴射停止）
ドリルの回転および推進が共に停止している場合には、作業液の噴射を停止させる。
この状態は、例えば掘削作業が何ら行われていない場合であり、作業機レバー４３からフィードモータ回転速度指令信号およびフィードモータ回転速度指令信号が一切出力されていないことで、コントローラ１００により認識される。
【００５４】
ところで、図８に示すドリルの回転および推進状態において、斜線で囲まれた状態のときには基本的に、作業液を噴射させないが、例えばドリルの回転および推進が共に停止している場合でも、パイロットヘッド２０の噴射口２２Ａに詰まった掘削土を排除したり、作業液が確実に噴射されるか否かの確認、その他の事情により作業液を吐出させたい場合がある。このような場合には、図５に示す手動作業液スイッチ１２０を押圧することにより、コントローラ１００による作業液噴射の自動制御を解除し、作業液を手動で吐出あるいは噴射させることが可能になっている。
【００５５】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）地盤孔明機１の水平ドリル装置２には、パイロットヘッド２０やリーマ３０の回転操作を行う作業機レバー４３が設けられているとともに、それらの回転状態に応じて出力されるポテンショメータ４３Ａからのドリルモータ回転速度指令信号により、作業液の噴射を自動制御するコントローラ１００が設けられているので、例えばパイロットヘッド２０を前進または後進させる場合でも、パイロットヘッド２０やリーマ３０が回転しているときは、作業液切換弁１１１を切り換えて作業液を噴射させ、掘削性、排土性、冷却性を向上させることができる。また、パイロットヘッド２０を停止させて推進方向を変更したり、回収するような場合には、掘削土の排土用や先導体の冷却用の作業液が不要であり、その噴射を停止させることができる。従って、パイロットヘッド２０やリーマ３０の回転状態に応じた適切な量の作業液を噴射させることができ、作業液の無駄な消費を抑えて施工費を削減できる。
【００５６】
（２）また、コントローラ１００は、パイロットヘッド２０やリーマ３０が推進中であるか否かを、ポテンショメータ４３Ａからのフィードモータ回転速度指令信号よってより正確に検出できるため、例えばパイロットヘッド２０やリーマ３０が回転しない状態、すなわちロッド１０の脱着時や掘削作業が何ら行われていない状態を確実に認識でき、この状態での作業液の噴射を停止させることで、作業液の無駄な消費を一層防止できる。
【００５７】
（３）さらに、コントローラ１００によれば、パイロットヘッド２０を回転停止状態で推進させることにより、推進方向を変更させながら掘削する場合には、作業液の噴出を完全に停止させるので、地山をゆるみにくくしてパイロットヘッド２０への反力を容易に生じさせることができる。従って、より小さな曲率半径で推進方向を変更でき、貫入坑Ａから発進立坑Ｂまでの掘削長さＬを短くして掘削作業の作業効率を向上させることができる。また、発進立坑Ｂから到達立坑Ｃまでの間で、途中の障害物を回避するために推進方向を変更する場合でも、小さい曲率半径で推進方向を変えることができるから、容易にもとの直線状の掘削軌道に戻すことができ、推進方向の変更に関して自由度の大きい掘削作業を実現できる。
【００５８】
（４）そして、水平ドリル装置２には、コントローラ１００の作業液噴射の自動制御を解除して、手動で作業液を噴射等できる手動作業液スイッチ１２０が設けられているため、例えば自動制御時には、パイロットヘッド２０等を何ら掘削作業を行っていない場合に、作業液を噴射させなかったが、このような状態のときにも、手動作業液スイッチ１２０を用いて作業液を吐出させることにより、パイロットヘッド２０の噴射口２２Ａに詰まった掘削土等を排除したり、作業液が確実に噴射するか等を確認でき、水平ドリル装置２の使い勝手を良好にできる。
【００５９】
（５）コントローラ１００には、ドリルモータ９１への油圧を検出する圧力センサ９１Ｂ，９１Ｃからドリルモータ圧信号が出力されるため、ドリルモータ９１の回転状態をポテンショメータ４３Ａからのドリルモータ回転速度指令信号の他、このドリルモータ圧力信号に基づいても判断でき、回転状態をより正確に判断できる。また、ドリルモータ圧信号（正転）とドリルモータ圧信号（逆転）とは、個別の検出信号として出力されるので、これらの信号からは回転するドリルモータ９１が正転しているのか、または逆転しているのかを正確に判断することもできる。
【００６０】
〔第２実施形態〕
図９には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態では、作業液ポンプ１１３とロッド１０（ドリル）との間の作業液流路中に切換弁１３０を設けた点が、前述した第１実施形態とは異なる。この切換弁１３０は、コントローラ１００（図５）からの切換信号により切り換えられるが、よりドリル側に近い位置に設けられることで、作業液モータ１１２および作業液ポンプ１１３を駆動させながら作業液の供給停止、ひいてはパイロットヘッド２０からの作業液の噴射を制御することが可能である。
【００６１】
具体的な制御としては、コントローラ１００において、エンコーダ９１Ａからのドリルモータ回転用エンコーダ信号を検出信号として監視するとともに、３６０度回転しているパイロットヘッド２０の回転量（回転角度）から、当該パイロットヘッド２０が所定の回転角度範囲に回ってきたときを判断し、この角度範囲内にあるときにのみ切換弁１３０に切換信号に出力し、パイロットヘッド２０から作業液を噴出させる。従って、パイロットヘッド２０が一回転する間に、作業液の噴射および停車を交互に繰り返すことになる。
【００６２】
このような構成では、以下の効果がある。
（６）本実施形態では、回転するパイロットヘッド２０が所定角度範囲内に回ってきたときだけ、パイロットヘッド２０から作業液を噴射させるため、先導孔Ｄの先端側では、地山の一方向にある部分のみを作業液でゆるくでき、このゆるんだ部分に向かってパイロットヘッド２０の推進方向を容易に変更できる。このため、推進方向の変更中にも、パイロットヘッド２０を回転させながら掘削でき、掘削効率を格段に向上させることができる。しかも、所定の回転角度範囲のときに作業液が噴出するだけであるから、作業液の噴出量が少なくてすみ、前述した（１）の効果を阻害する心配もない。
【００６３】
（７）また、切換弁１３０は、作業液ポンプ１１３よりも下流側に設けられ、作業液モータ１１２や作業液ポンプ１１３を駆動させながら切換可能であるから、パイロットヘッド２０からの作業液の噴射および停止を、作業液モータ１１２および作業液ポンプ１１３の慣性に左右されずにレスポンスよく瞬時に行うことができ、比例電磁弁１１５の切換を交互に行って噴射および停止を繰り返す場合よりも、良好な応答性の下で確実に実施できる。
【００６４】
なお、本実施形態では切換弁１３０を用いたが、これの代わりに比例制御弁を用いてもよい。
また、所定の回転角度範囲でのみ作業液を噴射させるような前述の制御を行わない場合でも、切換弁１３０を設けてもよい。このような場合には、作業液の噴射制御を水圧回路側と油圧回路側の双方で実施でき、より多様な制御に対応できる。
【００６５】
〔第３実施形態〕
図１０には、本発明の第３実施形態に係るマイナスカットの電気回路（流量制御機構）１４０が示されている。
前記第１、第２実施形態では、作業機レバー４３のポテンショメータ４３Ａから出力されるドリルモータ回転速度指令信号等に基づき、コントローラ１００が作業液切換用の電流信号を比例電磁弁１１５に出力していたが、本実施形態では、そのようなコントローラ１００を用いることなく、作業機レバー４３の正転側の動きに連動したドリル回転スイッチ１４１が「ＯＮ」となったときに、比例電磁弁１１５または切換弁１３０の切換を自動的に実施できるものである。このドリル回転スイッチ１４１は、図１１に示すように、作業機レバー４３を中立位置から所定角度以上、右方に傾倒させたときに、ポテンショメータ４３Ａからの検出信号によって「ＯＮ」となる。
【００６６】
その動作を電気回路に基づいて説明する。先ず、作業液ポンプ入りスイッチ１４２を「ＯＮ」させると、電流ｉ０、ｉ１が流れ、励磁コイル１４３が励磁されて接点１４４，１４５が閉じる。この際、接点１４４，１４５はＧＮＤに接地されているので、電流ｉ０，ｉ１に加えて電流ｉ２が流れる。このため、作業液ポンプ入りスイッチ１４２は、押圧した手を離すことで閉じた接点が再び離れるモーメンタリスイッチであるが、電流ｉ０，ｉ２により励磁コイル１４３の励磁状態が維持される。この状態において、作業機レバー４３の正転側に傾倒させると、ドリル回転スイッチ１４１が「ＯＮ」し、比例電磁弁１１５または切換弁１３０が励磁されて作業液ポンプ１１３（図４、図９）が作動する。
【００６７】
一方、作業機レバー４３を中立位置に戻してドリル回転スイッチ１４１を「ＯＦＦ」にするか、作業液ポンプ切りスイッチ１４６を「ＯＮ」させ、その接点が開くと、比例電磁弁１１５や切換弁１３０の励磁状態が解除され、作業液ポンプ１１３が停止して作業液の噴射が止まる。
【００６８】
このような本実施形態では、以下の（８）の効果がある。
（８）すなわち、比例電磁弁１１５や切換弁１３０は、コンピュータを用いたコントローラ１００からの出力によって切り換わるのではなく、作業機レバー４３の動きに連動したドリル回転スイッチ１４１の「ＯＮ」、「ＯＦＦ」によって切り換わるので、ドリル回転スイッチ１４１、比例電磁弁１１５、切換弁１３０、およびその他の電子部品を電気的に接続した電気回路１４０を形成すればよく、コントローラ１００を不要にしてコストを削減できる。
【００６９】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第３実施形態では、マイナスカットの電気回路により、比例電磁弁１１５や切換弁１３０を切り換えていたが、図１２に示すように、電源の接続方式を変えることでプラスカットの電気回路（流量制御機構）１５０を用いてもよい。このような電気回路では、電流ｉ０，ｉ１，ｉ２の流れる向きが第３実施形態とはことなるが、第３実施形態と同様な動作を実現でき、前述の（８）の効果も同様に得ることができる。
【００７０】
また、本発明は、パイロットヘッド２０から作業液を噴射させるか、または停止させるかのいずれかによってその噴射流量を制御する場合に限らず、噴射流量を絞り込む等して減少させることで、その噴射流量を制御する場合も含まれる。
【００７１】
さらに、前記各実施形態では、ドリルモータ９１が回転しているか、または停止しているかの状態に応じて作業液の噴射および停止を制御していたが、ドリルモータ９１の回転速度に応じて作業液の流量制御を行ってもよい。例えばドリルモータ９１が所定の回転速度以上の場合には作業液を噴射し、その回転速度に達しない状態では作業液を停止するといった具合である。
【００７２】
前記第１、第２実施形態では、ポテンショメータ４３Ａが本発明に係る回転状態検出手段と推進状態検出手段との両方を兼用していたが、例えば、回転状態検出手段として、図５に示す圧力センサ９１Ｂ，９１Ｃを用いてもよく、また、ドリルモータ９１あるいは回転軸９２の回転を検出可能な回転センサ等であってもよい。そして、推進状態検出手段としては、フィードモータ８４に供給される油圧を検出可能な油圧センサや、フィードモータ８４の回転を検出可能な回転センサ等であってよい。つまり、回転状態検出手段および推進状態検出手段としては、パイロットヘッド２０やリーマ３０の回転状態や推進状態を直接的、または間接的に検出できる任意にセンサ類を適用できる。
さらに、本発明に係る回転角度検出手段としても、エンコーダ９１Ａに限定されるものではなく、ドリルモータ９１や回転軸９２の回転角度等を検出可能な任意のセンサ類を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る地盤孔明機の水平ドリル装置を示す正面図である。
【図２】前記水平ドリル装置を示す側面図である。
【図３】前記水平ドリル装置を示す平面図である。
【図４】前記水平ドリル装置および作業液供給車で用いられる油圧回路、水圧回路を示す回路図である。
【図５】前記水平ドリル装置の要部を模式的に示すブロック図である。
【図６】先導体としてのパイロットヘッドを示す断面図である。
【図７】前記パイロットヘッドの操作例を示す図である。
【図８】ドリルの回転状態および推進状態に応じた作業液の噴射および停止を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る油圧回路、水圧回路を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るマイナスカットの電気回路を示す回路図である。
【図１１】作業機レバーの傾倒角度と出力信号との関係を示す図である。
【図１２】本発明の変形例に係るプラスカットの電気回路を示す回路図である。
【図１３】本発明の背景技術を説明するための第１の図である。
【図１４】本発明の背景技術を説明するための第２の図である。
【符号の説明】
１…地盤孔明機、８…ロッド推進機構、９…ロッド回転機構、１０…ロッド、２０…先導体であるパイロットヘッド、２２Ａ…噴射口、４３Ａ…回転状態検出手段および推進状態検出手段であるポテンショメータ、９１Ａ…回転角度検出手段であるエンコーダ、１００…流量制御機構であるコントローラ、１４０，１５０…流量制御機構である電気回路、Ｎ…回転中心軸。

Claims (4)

1. 地盤孔明機（１）において、
   ロッド（１０）と、
   ロッド（１０）を回転させるロッド回転機構（９）と、
   ロッド（１０）を推進させるロッド推進機構（８）と、
   ロッド（１０）の先端に取り付けられて共に回転および推進可能とされた先導体（２０）と、
   この先導体（２０）に設けられて前記ロッド（１０）を通して供給される作業液を噴射させる噴射口（２２Ａ）と、
   前記先導体（２０）の回転状態を検出する回転状態検出手段（４３Ａ）と、
   この回転状態検出手段（４３Ａ）からの検出信号に基づいて前記噴射口（２２Ａ）から噴射される作業液の噴射流量を制御する流量制御機構（１００，１４０，１５０）とを備えている
   ことを特徴とする地盤孔明機（１）。
2. 請求項１に記載の地盤孔明機（１）において、
   前記先導体（２０）の推進状態を検出する推進状態検出手段（４３Ａ）を備え、
   前記流量制御機構（１００）は、当該推進状態検出手段（４３Ａ）からの検出信号に基づいて前記噴射口（２２Ａ）から噴射される作業液の噴射流量を制御するように構成されている
   ことを特徴とする地盤孔明機（１）。
3. 請求項１または請求項２に記載の地盤孔明機（１）において、
   前記先導体（２０）の回転角度を検出する回転角度検出手段（９１Ａ）を備えているとともに、
   前記噴射口（２２Ａ）は、当該先導体（２０）の回転中心軸（Ｎ）上から外れた方向に作業液を噴射可能に開口し、
   前記流量制御機構（１００）は、前記回転角度検出手段（９１Ａ）からの検出信号に基づいて前記噴射口（２２Ａ）から噴射される作業液の噴射流量を制御するように構成されている
   ことを特徴とする地盤孔明機（１）。
4. 地盤孔明機（１）において、
   ロッド（１０）と、
   ロッド（１０）を回転させるロッド回転機構（９）と、
   ロッド（１０）を推進させるロッド推進機構（８）と、
   ロッド（１０）の先端に取り付けられて共に回転および推進可能とされた先導体（２０）と、
   この先導体（２０）に設けられて前記ロッド（１０）を通して供給される作業液を噴射させる噴射口（２２Ａ）と、
   掘削中の前記先導体（２０）が回転停止の状態で推進している場合に前記噴射口（２２Ａ）からの作業液の噴射を停止させる流量制御機構（１００）とを備えている
   ことを特徴とする地盤孔明機（１）。

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