JP2005315053A - 流体圧シリンダ式拡大ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 スプリング無しのシリンダと１系統の流体流路を使用しつつ、掘削作業ロッドの接続部を簡単で小型化する。
【解決手段】
掘削作業ロッド下端部のヘッドロッド内に流体圧シリンダを内蔵すると共に、上記シリンダに外部から圧力流体を供給すべき１系統の流体流路を上記掘削作業ロッドに縦通し、上記ヘッドロッドの外周部に、上記流体圧シリンダの駆動により拡縮される拡大翼を設けた構成において、
上記流体圧シリンダ内に、ピストンをはさんで、流体圧を受ける広いピストン受圧面を有するピストン側スペースと、それより狭いピストン受圧面を有するロッド側スペースとを形成し、
上記ピストン側及びロッド側両スペースに、上記１系統の流体流路を分岐接続し、上記ピストンの他方への駆動は上記拡大翼に加える外力によって行うようにした、
流体圧シリンダ式拡大ヘッド。
【選択図】 図１

Description

本願発明は、掘削スクリューロッド、掘削撹拌ロッド等の掘削作業ロッドの下端部に装備される拡大ヘッドであって、油圧、水圧等の流体圧シリンダ式拡大ヘッドに関する。

従来知られている拡大ヘッドとして、スクリューロッド下端の掘削羽根の外周部に拡大爪を拡縮方向に回転自在に軸支し、そしてスクリューロッド正回転による掘削時には周囲の地盤により拘束されて拡大爪を閉縮させるが、拡大掘削のときは、スクリューロッドを逆回転させて周囲の地盤抵抗により拡大爪を拡開させるものがある。（特許文献１参照）

しかし、上記の従来ヘッドは、拡縮作動の信頼性が乏しいばかりでなく、逆回転時に拡大爪が一気に最大径に拡開するため、回転駆動部に過大な負荷が急激に加わり、特に硬質地盤の拡大掘削において、スクリューロッドが回転不能に至ることがしばしばあった。

これを改善するため、油圧シリンダにより拡開幅を制御可能にしたものが開発され、そのうちヘッドロッド内に複動式油圧シリンダを内蔵すると共に、該シリンダに油圧を給排すべき２系統の油流路をスクリューロッド内に縦通したものでは、スクリューロッドの継ぎ足し作業が必要な場合は、スクリューロッドの継ぎ足し接続部の構造が複雑で大型化し、その結果スクリューロッド接続部外周での掘削土砂の通過面積が狭くなり、排土機能を低下させる難点があった。（特許文献２参照）

上記難点を改良する他の例として、ヘッドロッド内に、スプリングを内装した単動式油圧シリンダを内蔵すると共に、１系統の油流路をスクリューロッド内に縦通したものが提案されたが、拡大ヘッドの上下動時に土圧抵抗、掘削抵抗等に抗して拡大翼の位置を保持するものはシリンダ内のスプリング力であるため、時には拡大翼が予定外の拡縮を行うことがあり、これを防止するには、上記スプリングの強大化、大型化が必要となる問題が残されていた。
特開２００３−２３９６６９ 特開２００２−３２２８９０

本願第１発明は、拡大翼の拡縮駆動手段として、スプリング無しの流体圧シリンダを使用し、該シリンダを、作業ロッドに縦通した１系統の流体流路によって駆動し、それにより作業ロッドの継ぎ足し接続部の簡略化、小型化の可能な拡大ヘッドを提供することを課題とし、

本願第２発明は、上記第１発明の課題に加え、拡大ヘッドの上下動時にも拡大翼の拡縮位置を確実に保持することのできる拡大ヘッドを提供することを課題とする。

そこで、本願第１発明は、
掘削作業ロッド下端部のヘッドロッド内に流体圧シリンダを内蔵すると共に、上記シリンダに外部から圧力流体を供給すべき１系統の流体流路を上記掘削作業ロッドに縦通し、上記ヘッドロッドの外周部に拡大翼を拡縮自在に取りつけると共に、上記流体圧シリンダと上記拡大翼とを相互に連動可能に連結した構成において、
上記流体圧シリンダ内に、ピストンをはさんで、流体圧を受ける広いピストン受圧面を有するピストン側スペースと、それより狭いピストン受圧面を有するロッド側スペースとを形成し、
上記ピストン側及びロッド側両スペースに、上記１系統の流体流路を分岐接続し、上記両スペースに供給される流体圧力に基づく上記広いピストン受圧面の受ける大きい押圧力により上記流体圧シリンダを一方に駆動し、上記流体圧シリンダの他方への駆動は上記拡大翼に加える外力によって行うようにした、
流体圧シリンダ式拡大ヘッドを提案し、

又、本願第２発明は、
上記１系統の流体流路は、外部に配置された流体圧ポンプ及び少くとも流体流路の開閉を行う切換弁を含む流体圧回路と接続され、
上記１系統の流体流路は、さらに上記ピストン側スペース及びロッド側スペースと、それぞれ上記ポンプによる流体圧送圧力をパイロット圧とするパイロットチェック弁を介して分岐接続し、上記切換弁の流路閉止により上記拡大翼を拡縮任意位置に保持できるようにした、
流体圧シリンダ式拡大ヘッドを提案する。

本願第１発明の流体圧シリンダ式拡大ヘッドは、従来のスプリング内装の単動油圧シリンダ及び１系統油流路を備えた拡大ヘッドと比較し、スプリング無しの流体圧シリンダを１系統の流体流路から供給される流体圧により一方向に駆動し、他方向への駆動は拡大翼に加える外力により行うという新たな構成をとり、それにより使用する流体圧シリンダをスプリング無しの簡素なものにすることができ、しかも１系統流体流路の使用により、従来拡大ヘッドと同様に、掘削作業ロッドの接続部を簡単な構造で小型化できる利点を保持できるものとなり、技術の豊富化に資するのである。

本願第２発明の流体圧シリンダ式拡大ヘッドは、上記第１発明における１系統の流体流路を、ポンプ及び流路開閉切換弁を含む回路と接続すると共に、上記ピストン側及びロッド側各スペースとそれぞれ上記ポンプによる流体圧力をパイロット圧とするパイロットチェック弁を介して分岐接続したことにより、上記第１発明の効果に加え、拡大翼を拡縮任意の位置に確実に保持することができ、それにより所期の拡大掘削を実施することができるのである。

本願発明における上記「流体圧シリンダ」は、シリンダ固定型のシリンダ及びピストン固定型のシリンダを含む。

又、上記「拡縮される拡大翼」には、ヘッドロッドの軸心線を通る平面上で揺動自在であって、下方へ回転移動して閉縮し、上方へ回転移動して拡開するもの、又は下方へ回転移動して拡開し、上方へ回転移動して閉縮するもの、ヘッドロッドの軸心線と垂直の平面上で回転移動して拡縮するもの、その他種々のものがある。

図１は、掘削スクリューロッド（１）下端部の拡大ヘッド（２）に実施した例で、本体ロッド（３）の下端に中空ヘッドロッド（４）を同一軸心線上に接続し、該ヘッドロッド（４）の外周部に一対の拡大翼（５）、（５）を設けると共に、ヘッドロッド（４）内部に、拡大翼（５）、（５）を拡縮駆動すべき油圧シリンダ装置を内装してある。

上記油圧シリンダ装置は、本例ではピストン固定型のものである。まず、上記ヘッドロッド（４）の内部を円筒状のシリンダ案内孔（６）に形成し、該案内孔（６）内の軸心位置に、上端部をヘッドロッド（４）上端部に固定されたピストン支持ロッド（７）を垂下延長し、該支持ロッド（７）は軸心に油流路（８）を縦通してあり、この支持ロッド（７）の下端にピストン（１０）を固定すると共に、該ピストン（１０）の下面中心部から、上記支持ロッド（７）よりも適宜大径のピストンロッド（１１）を突出し、このようなピストン（１０）にシリンダ（１２）を摺動自在に被嵌し、該シリンダ（１２）を上記案内孔（６）内に摺動自在に嵌合すると共に、該シリンダ（１２）の下端開口から上記ピストンロッド（１１）を摺動自在に突出してある。

この場合、上記シリンダ（１２）の一方のピストン側スペース（１２ａ）内にあって油圧を受けるべきピストン受圧面（１０ａ）は、他方のロッド側スペース（１２ｂ）内にあって油圧を受けるべきピストン受圧面（１０ｂ）よりも面積が広く形成されている。従って、今等圧の油圧が上記２面のピストン受圧面（１０ａ）、（１０ｂ）に同時に加わると、広い受圧面（１０ａ）が狭い受圧面（１０ｂ）よりも大きい圧力の力を受け、該油圧の力によりシリンダ（１２）を駆動することとなる。

上記ピストン支持ロッド（７）の上端には、上記本体ロッド（３）からヘッドロッド（４）上端部まで延長縦通された油供給管（１３）が接続され、該供給管（１３）内に上記油流路（８）を延長させている。

上記油供給管（１３）の上端には、掘削スクリューロッド（１）外に設置された油圧ポンプ（１４）から圧送される油の流路（１５）が図２に示すように電磁切換弁（１６）を介して接続されており、該電磁切換弁（１６）は、開ポート（１７）と閉ポート（１８）とを切り換え操作できるものである。

上記ピストン支持ロッド（７）内の油流路（８）は、さらに上記ピストン（１０）ついでピストンロッド（１１）上部内まで延長し、該油流路（８）延長部から分岐流路（１９ａ）、（１９ｂ）に分岐し、これら分岐流路（１９ａ）、（１９ｂ）を、それぞれ上記ポンプ（１４）による油圧の力をパイロット圧とするパイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）を介して上記シリンダ（１２）のピストン側スペース（１２ａ）及びロッド側スペース（１２ｂ）に開通させている。

上記のような油圧系全体の回路は図２に示すとおりである。図中、（２１）はリリーフ弁である。

一方、一対の拡大翼（５）、（５）は、上記ヘッドロッド（４）の上部外周面における直径方向相対する位置に突設されたブラケット（２２）、（２２）に、翼基端部において、該ヘッドロッド（４）の軸心線を通る平面上で揺動自在に軸（２３）、（２３）により支持し、さらに上記シリンダ（１２）の下端部外周面における直径方向相対する位置に突設されたブラケット（２４）、（２４）を、上記ヘッドロッド（４）の周壁に開設された母線方向の長孔（２５）、（２５）を通して外部に突出し、該ブラケット（２４）、（２４）突出部に作動リンク（２６）、（２６）の一端部を軸（２７）、（２７）によりそれぞれ揺動自在に連結すると共に、該作動リンク（２６）、（２６）の他端部を上記拡大翼（５）、（５）の中間部基端寄りの位置に軸（２８）、（２８）によりそれぞれ揺動自在に連結してある。

（２９）はヘッドロッド（４）外周面に突設された二重らせん羽根で、上記拡大翼（５）、（５）の水平状態の最大拡開位置からヘッドロッド（４）に添接する最小閉縮位置への拡縮揺動を許すため、該揺動軌道に対応する部分を切欠してある。（３０）は上記らせん羽根（２９）の下端に突設した掘削刃である。

上例の拡大ヘッドの作用を次に説明する。まず、拡大翼（５）、（５）を拡開する場合は、図２（イ）において、予めリリーフ弁（２１）のリリーフ圧を常用圧力に調整しておく。切換弁（１６）を図示のように開ポート（１７）に切換えると、ポンプ（１４）から圧送される油が流路（１５）、開ポート（１７）、流路（８）ついで分岐流路（１９ａ）、（１９ｂ）パイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）を経てシリンダ（１２）のピストン側スペース（１２ａ）、ロッド側スペース（１２ｂ）にそれぞれ圧送され、それとともにポンプ（１４）からの油の圧力をパイロット圧としてパイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）の逆流口を開き、それにより上記ピストン側スペース（１２ａ）内の広い受圧面（１０ａ）の受ける油圧の力によりシリンダ（１２）を上方（矢印）へ駆動し、その際ロッド側スペース（１２ｂ）内の油は、分岐流路（１９ｂ）、（１９ａ）及び逆流口の開いたパイロットチェック弁（２０ｂ）、（２０ａ）を通ってピストン側スペース（１２ａ）内に移動し、上記移動だけでは足りない分がポンプ（１４）から圧送される油からピストン側スペース（１２ａ）内に供給され、かくしてシリンダ（１２）の上方への駆動が継続される。

上記シリンダ（１２）の上昇駆動によりリンク（２６）、（２６）を介して拡大翼（５）、（５）を上方へ揺動させ、そして図１の最大拡開位置まで拡開させる。

次に、上記拡開した拡大翼（５）、（５）を閉縮する場合は、リリーフ弁（２１）のリリーフ圧を、常用圧力より小さく且つパイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）のパイロット圧となりうる程度の微小圧に変更し、そして切換弁（１６）を開ポート（１７）のままにすると、ポンプ（１４）から圧送される油が上記と同様にシリンダ（１２）のピストン側及びロッド側両スペース（１２ａ）、（１２ｂ）にそれぞれ圧送され、それとともにポンプ（１４）からの油の微小パイロット圧によりパイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）の逆流口を開き、それにより上記ピストン側スペース（１２ａ）内の広い受圧面積（１０ａ）の受ける油圧力でシリンダ（１２）を上方へ駆動しようとするが、油圧力が微小圧のため上記シリンダ（１２）を上昇させ、拡大翼（５）、（５）を拡開させるだけの駆動力は得られない。

その状態で、鋼管中掘り工法においては、図１のように鋼管（Ｐ）内に挿通された掘削スクリューロッド（１）を引き上げて拡大翼（５）、（５）を鋼管（Ｐ）下端に押圧して強制的に閉縮させ、それによりシリンダ（１２）を上記微小押圧力に抗して降下させる。上記降下によりピストン側スペース（１２ａ）内の油は分岐流路（１９ａ）、（１９ｂ）及び逆流口の開いたパイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）を通ってピストン側スペース（１２ｂ）内に移動し、上記移動だけでは余る分がリリーフ弁（２１）を経てタンクに戻される。かくしてシリンダ（１２）の降下が継続し、拡大翼（５）、（５）が最終閉縮位置まで揺動閉縮する。

さらに、拡大翼（５）、（５）の図２（イ）における拡開する時に、任意位置で移動を停止し、保持したい場合は、同図（ハ）に示すように切換弁（１６）を閉ポート（１８）に切換える。それによりポンプ（１４）からシリンダ（１２）への油の圧送は遮断されるから、パイロットチェック弁（２０ａ）、（２０ｂ）の逆流口を閉じてピストン側及びロッド側スペース（１２ａ）、（１２ｂ）間の油の移動を阻止し、それによりシリンダ（１２）は上昇を停止されると共にその停止位置に保持され、それに伴い拡大翼（５）、（５）がその拡開途上位置に保持される。

また、拡大翼（５）、（５）の同図（ロ）における閉縮する時に、移動を停止、保持したい場合も、同図（ニ）に示すように切換弁（１６）を閉ポート（１８）に切換えれば、上記と同様にシリンダ（１２）の降下が停止、保持され、拡大翼（５）、（５）がその閉縮途上位置に停止、保持される。

上記図２（ロ）における拡大翼（５）、（５）の外力による閉縮作動は、上例のほか拡大掘削部上部の土砂抵抗その他種々の外力を利用することができる。

図３、４の実施例は、球根造成のためのグラウトを供給する管（７１）、（７１）が本体ロッド（４３）からヘッドロッド（４４）下端までの外側面母線方向に取りつけられ、又拡大翼（４５）、（４５）が、図３に実線で示す水平に開いた最大拡開位置から、同図仮想線で示すヘッドロッド（４４）外側面に平行に接近した最小閉縮位置に移動できるように、ヘッドロッド（４４）の外周面に突設されたらせん羽根（６９）に、図４に示すように上記拡大翼（４５）、（４５）の揺動通過を許す切欠（７２）を形成してある。ヘッドロッド（４４）内のピストン固定型油圧シリンダ装置及び油圧系全体の回路は図１、２と実質的に同一であり、従ってその作用も図１、２の例と実質的に同一である。なお、図４には明示していないが、図４に仮想線で示した拡大翼（４５）、（４５）が最小閉縮位置に来た場合は、シリンダ（５２）は下方へ移動して、ピストン側スペース（５２ａ）が狭くなっている。

本願発明による拡大ヘッド部分の縦断正面図である。 （イ）拡大翼駆動用油圧回路図の拡大翼拡開状態図である。（ロ）同上拡大翼閉縮状態図である。（ハ）同上拡大翼拡開時の停止保持状態図である。（ニ）同上拡大翼閉縮時の停止保持状態図である。 拡大ヘッドの他の実施例の縦断正面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

符号の説明

１、４１ 掘削スクリューロッド
４、４４ ヘッドロッド
５、４５ 拡大翼
１０、５０ ピストン
１０ａ、５０ａ 広いピストン受圧面
１０ｂ、５０ｂ 狭いピストン受圧面
１２、５２ シリンダ
１２ａ、５２ａ ピストン側スペース
１２ｂ、５２ｂ ロッド側スペース
１４ 油圧ポンプ
１６ 電磁切換弁
２０ａ、２０ｂ、６０ａ、６０ｂ パイロットチェック弁

Claims (2)

1. 掘削作業ロッド下端部のヘッドロッド内に流体圧シリンダを内蔵すると共に、上記シリンダに外部から圧力流体を供給すべき１系統の流体流路を上記掘削作業ロッドに縦通し、上記ヘッドロッドの外周部に拡大翼を拡縮自在に取りつけると共に、上記流体圧シリンダと上記拡大翼とを相互に連動可能に連結した構成において、
   上記流体圧シリンダ内に、ピストンをはさんで、流体圧を受ける広いピストン受圧面を有するピストン側スペースと、それより狭いピストン受圧面を有するロッド側スペースとを形成し、
   上記ピストン側及びロッド側両スペースに、上記１系統の流体流路を分岐接続し、上記両スペースに供給される流体圧に基づく上記広いピストン受圧面の受ける大きい押圧力により上記流体圧シリンダを一方に駆動し、上記流体圧シリンダの他方への駆動は上記拡大翼に加える外力によって行うようにした、
   流体圧シリンダ式拡大ヘッド。
2. 上記１系統の流体流路は、外部に配置された流体圧ポンプ及び少くとも流体流路の開閉を行う切換弁を含む流体圧回路と接続され、
   上記１系統の流体流路は、さらに上記ピストン側スペース及びロッド側スペースと、それぞれ上記ポンプによる流体圧送圧力をパイロット圧とするパイロットチェック弁を介して分岐接続し、上記切換弁の流路閉止により上記拡大翼を拡縮任意位置に保持できるようにした、
   請求項１に記載の流体圧シリンダ式拡大ヘッド。
   
   
   
   
   
   
   

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