JP2006194004A - チャック装置、杭圧入装置及び杭圧入工法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率良く杭を圧入することができ、また、チャック部を駆動させるエネルギーを電力とした場合でも、充電時間を要さず、装置の大型化を防止することのできるチャック装置、杭圧入装置及び杭圧入工法を提供する。
【解決手段】地中に杭Ｐを圧入する杭圧入装置１００に設けられるチャック装置１は、装置本体６と、装置本体６に対して回転可能に設けられた回転部７と、回転部７に設けられて杭Ｐを掴むとともに回転するチャック部９とを備える。そして、装置本体６と回転部７の連結部分において、装置本体６及び回転部７のうちいずれか一方に、導電性を有する電力レール８２が回転部７の回転中心を中心とした円周方向に沿って設けられ、他方に、電力レール８２に接触する導電性を有する集電ブラシ８７が設けられ、装置本体６から電力レール８２及び集電ブラシ８７を介して回転部７のチャック部９を駆動させる動力ユニット８１に電力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設の杭から反力を取って地中に杭を圧入する杭圧入装置に設けられるチャック装置、このチャック装置を備える杭圧入装置、及び、この杭圧入装置を用いた杭圧入工法に関する。

従来より、鋼管杭壁の構築に用いられる装置として、既設の鋼管杭から反力を取って地中に鋼管杭を圧入する杭圧入装置が知られている。このような杭圧入装置には、既に打ち込まれた鋼管杭を掴むクランプと、地中に圧入する鋼管杭を掴んで支持するチャック部が設けられている。クランプにより既設の鋼管杭を掴んで反力をとった状態で、圧入する鋼管杭を掴んだ状態のチャック部を降下させることによって鋼管杭を地中に圧入できるようになっている。
ところで、従来の杭圧入装置では、杭は回転させないか、所定角度範囲内で鋼管杭を揺動回転させながら地中に圧入していたが、鋼管杭の周面抵抗が大きく、鋼管杭を圧入しづらいという問題が生じていたため、チャック部を少なくとも一つの回転方向に連続的に回転させることによってチャック部により掴まれた鋼管杭も連続的に回転させながら地中に圧入する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、油圧シリンダによってチャック部を駆動させて、チャック部によって鋼管杭を掴み、チャック部を連続的に回転させながら鋼管杭を地中に圧入している。そして、この際のチャック部の回転力をギヤ、増速機、発電機、バッテリー、油圧タンク、油圧ポンプ、油圧バルブ等によって鋼管杭を掴むための力に変換し、その力を再び油圧シリンダに供給する構成とされている。
特開２００３−１３８５６３号公報

しかしながら、上述のようにチャック部を駆動させるエネルギーを電力とし、その電力を供給する電力源としてチャック部の回転力から得られるエネルギーを蓄電するバッテリーを用いた場合、その充電に時間を要するという問題があった。また、電力の絶対的な出力を上げようとするとバッテリー自体を大きくしなければならず、装置が大型化するという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、より効率良く杭を圧入することができ、また、チャック部を駆動させるエネルギーを電力とした場合でも、充電時間を要さず、装置の大型化を防止することのできるチャック装置、杭圧入装置及び杭圧入工法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、例えば、図１〜図３に示すように、地中に杭（例えば、鋼管杭Ｐ）を圧入する杭圧入装置１００に設けられるチャック装置１であって、
装置本体６と、
この装置本体に対して回転可能に設けられた回転部７と、
この回転部に設けられて杭を掴むとともに回転するチャック部９とを備え、
前記装置本体と前記回転部の連結部分において、前記装置本体及び前記回転部のうちいずれか一方に、導電性を有する電力レール８２が前記回転部の回転中心を中心とした円周方向に沿って設けられ、他方に、前記電力レールに接触する導電性を有する集電ブラシ８７が設けられ、
前記装置本体から前記電力レール及び前記集電ブラシを介して前記回転部の前記チャック部を駆動させる動力ユニット（例えば、電動アクチュエータ８１）に電力を供給することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、装置本体と回転部との連結部分において装置本体及び回転部のいずれか一方に設けられた電力レールと、他方に設けられた集電ブラシとが互いに接触することによって、装置本体から動力ユニットへと電力が供給される。これによって、動力ユニットがチャック部を駆動し、チャック部が杭を掴むとともに回転部の回転に連動して回転しながら地中に圧入することができる。
このとき、チャック部が回転しながら杭が圧入されるため、杭圧入時の抵抗力を軽減して杭の圧入を補助することができ、より効率良く杭を圧入することができる。さらに、杭圧入時の抵抗力を軽減できることから、外周に羽根や突条などが設けられた回転鋼管杭などであっても良いに地中に圧入することができる。
このようにして本発明では、チャック部を駆動させるエネルギーを電力とした場合でも、その電力を供給する電力源として従来のようにバッテリーを使用せずに、例えば装置外に設けられた電源部の電力を、装置本体から電力レール及び集電ブラシを介して直接、動力ユニットに供給する構成であるので、充電に時間を要する必要もなく、常に電力を十分に供給することができる。
また、電力の出力を上げる場合にも電力を十分に供給することができるため、従来のようにバッテリーを大型化する必要がない。
しかも、本発明では、電力レールと集電ブラシとは、装置本体と回転部の連結部分において接触することによって導電されるので、電力レールの配線と集電ブラシの配線とが装置本体側と回転部側とで独立し、配線が装置本体と回転部との連結部分に跨っていない構造となる。そのため、例えば、チャック部に杭を掴むための油圧シリンダが設けられ、油圧シリンダへ油を供給するためのホースが装置本体から回転部へと跨って接続されていた場合は、回転部が回転することによって接続されたホースも一緒に回転してしまうので、回転部の回転範囲が制限されるという問題があったが、本発明では回転部が回転してもその連結部分における配線が回転するといった問題が生じることがない。よって、回転部の回転範囲が制限されずに、電力レールと集電ブラシとの接触によって動力ユニットへ確実に導電することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のチャック装置において、
前記回転部にバッテリーが設けられ、前記動力ユニットは前記バッテリーを介して電力が供給されることを特徴とする。

なお、請求項２では、装置本体から電力レール及び集電ブラシによってバッテリーを介して動力ユニットに電力を供給する場合を示しているが、この構成とは別に装置本体から電力レール及び集電ブラシを介して直接、動力ユニットに電力を供給する構成も備えているものとする。

請求項２の発明によれば、チャック部を駆動させない場合に、例えば発電機等の電源部からの電力を一旦バッテリーに蓄電しておくことができる。よって、省エネルギーに貢献でき、また、電源部が故障した場合にもバッテリーを使用して装置を駆動させることができ、早急に対応することができる。
さらに、電源部に負荷がかかり、通常出力以上の電力が出力された場合でもバッテリーによって、その電源部の容量を確保することができる。

請求項３の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１又は２に記載のチャック装置と、このチャック装置を昇降させる昇降手段（例えば、上下油圧シリンダ５１等）とを備え、
前記既設の杭から反力を取った状態で、前記杭を掴んだ状態のチャック部を回転部によって回転させながら杭を地中に圧入することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、既設の杭から反力を取った状態で、杭を掴んだ状態のチャック部が回転部により回転しながら、昇降手段により昇降する。これによって、チャック部によって掴まれた杭が回転しながら地中に圧入される。したがって、杭圧入時の抵抗力を軽減して杭の圧入を補助できるのでより効率良く杭を圧入することができる。また、杭圧入時の抵抗力を軽減できることから、外周に羽根や突条などが設けられた回転鋼管杭などであっても、容易に地中に圧入することができる。
また、上述のチャック装置を使用しているので、従来のようにバッテリーを使用せずに、例えば電源部の電力を、装置本体から直接、動力ユニットに供給する構成であるため、充電に時間を要する必要もなく、常に電力を十分に供給することができる。
また、電力の出力を上げる場合にも電力を十分に供給することができるため、従来のようにバッテリーを大型化する必要がない。
さらに、回転部の回転範囲が制限されずに、電力レールと集電ブラシとの接触によって動力ユニットへ確実に導電することができる。

請求項４の発明は、請求項３に記載の杭圧入装置を用いて、既設の杭から反力を取った状態で、前記杭を掴んだ状態のチャック部を回転部によって回転させながら杭を地中に圧入することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、請求項３と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、電力が集電ブラシに供給されて集電ブラシが電力レールに接触することによって、装置本体から動力ユニットへと電力が供給される。これによって、動力ユニットがチャック部を駆動し、チャック部が杭を掴むとともに回転部の回転に連動して回転しながら、杭圧入時の抵抗力を軽減し、効率良く杭を圧入することができる。
このようにチャック部を駆動させるエネルギーを電力とした場合でも、バッテリーを使用せずに、例えば電源部の電力を装置本体から直接、動力ユニットに供給できるため、充電に時間を要さず、常に電力を十分に供給することができる。これに伴って、装置の大型化も防止できる。
また、回転部の回転範囲が制限されずに、電力レールと集電ブラシとの接触によって動力ユニットへ確実に導電することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の杭圧入装置を示した側面図であり、チャック装置の一部を断面図としている。図２は、チャック装置の平面図、図３は、図２に示す電力レールと集電ブラシとの拡大図である。
図１、図２に示すように、本発明の実施の形態に係るチャック装置１は、地中に打ち込まれた既設の鋼管杭Ｐから反力をとって鋼管杭Ｐを地中に圧入する杭圧入装置１００に設けられている。
杭圧入装置１００は、従来の杭圧入装置と同様に、既設の鋼管杭Ｐを掴むクランプ２を下部に備えたサドル３と、サドル３に対して前後にスライド移動するスライドベース４と、スライドベース４上で旋回する旋回部５と、旋回部５の前方に設けられるチャック装置１とを備えて構成されている。旋回部５の先端側には、上下方向に延在する２つのガイド溝５２がその開口側を互いに向き合わせて、間隔をあけて設けられている。

チャック装置１は、装置本体６と、この装置本体６の内部で装置本体６に対して回転可能に保持された回転部７とを備えている。装置本体６は、前方側（図１において右側）に突出し、穴が上下方向に貫通するように形成された環状部６１を有している。装置本体６は上下油圧シリンダ５１に取り付けられており、上下油圧シリンダ５１によって上下に駆動されて昇降するようになっている。

装置本体６には、旋回部５側へ突出する突部６２が形成されている。突部６２の左右両端には、上下方向に延在する突条６３が、互いに離れる方向へ向けて突出するようにして設けられている。突部６２は、旋回部５の２つのガイド溝５２の間に配置されており、２つの突条６３は２つのガイド溝５２に対して、それぞれ上下方向に摺動可能に嵌合されている。これにより、装置本体６の移動方向が上下方向に規制されている。

また、装置本体６の環状部６１の周縁には、環状部６１の内側へ向けて開口したコ字状ガイド部６５が設けられている。また、装置本体６の旋回部５側（図１の左側）には、その内部に油圧モータ６６が設けられている。油圧モータ６６の下方には、この油圧モータ６６によって回転駆動されるギヤ６７が設けられている。

なお、上下油圧シリンダ５１や油圧モータ６６等の油圧機器は、地上に設置された油圧供給装置（図示しない）からそれぞれ油圧ホース（図示しない）を介して油が供給されて駆動するようになっている。

回転部７は、管形状であり、図２に示すように穴が上下方向に貫通するよう、装置本体６の環状部６１の内側に配置されている。回転部７の上縁部には、外側へ向けて突出した形状の旋回ギヤ６８が設けられている。

旋回ギヤ６８は、コ字状ガイド部６５の内部に配置されている。これによって回転部７の上下・水平方向への移動が規制されている。また、旋回ギヤ６８は、旋回部５側において、油圧モータ６６下方のギヤ６７と噛み合っており、油圧モータ６６によってギヤ６７が回転駆動すると、回転部７の軸心を略中心として回転部７が連続的に回転するようになっている。

図２に示すように、回転部７には、中心に向かって伸長可能な電動アクチュエータ８１（動力ユニット）が、周方向において略等間隔に４つ設けられている。そして、これら４つの電動アクチュエータ８１には鋼管杭Ｐを掴むチャック部９が設けられており、４つの電動アクチュエータ８１が回転部７の内側に押圧することによって、回転部７の内側において鋼管杭Ｐを挟持して掴めるようになっている。

また、回転部７の装置本体６との連結部分における外周面には、回転部７の円周方向に沿って電動アクチュエータ８１を駆動させるための電力を供給する導電性の電力レール８２が上下に３列並んで取り付けられている。
これら３つの電力レール８２は、図３に示すように、その基端部をそれぞれ棒状の連結部材８３に貫通させて上下で締結することにより連結されたうえで、回転部７の外周面に取り付けられている。
電力レール８２は、回転部７の円周方向に沿って取り付けられた円環状のレール部８４と、レール部８４に嵌合されて内部に導電体８５を保持する円環状の導電保持材８６とを有している。レール部８４及び導電保持材８６は絶縁性である。
また、導電保持材８６には開口部８６aが形成され、内部に導電保持材８６に沿って円環状の導電体８５が収容されている。導電体８５には、導電可能に各電動アクチュエータ８１に配線８９b（図２参照）が接続されている。
一方、このような導電体８５に接触するように導電保持材８６の開口部８６aに集電ブラシ８７が挿入されている。

集電ブラシ８７は導電性を有し、装置本体６の旋回部５側の下面から下方に突出し、電力レール８２に対向して設けられた取付部６４に上下に３列並んで取り付けられている（図１参照）。そして、集電ブラシ８７の先端部が各電力レール８１の導電体８５に接触している。
この集電ブラシ８７の基端部には、地上に設けられた発電機８８（電源部）に接続される配線８９aが設けられている。すなわち、この配線８９aは発電機８８から旋回部５を通って装置本体６の外周面に配された後、集電ブラシ８７の基端部に接続されている。
このように、発電機８８から集電ブラシ８７に接続される配線８９aと、電力レール８２から電動アクチュエータ８１に接続される配線８９bとが、装置本体６と回転部７との連結部分に跨っておらず独立した構造とされている。

そして、発電機８８から出力した電力は、旋回部５に配された配線８９aを介して集電ブラシ８７に導電された後、集電ブラシ８７の先端部が接触する電力レール８２に導電され、さらに、電力レール８２に接続された配線８９bを介して各電動アクチュエータ８１に電力が供給されるようになっている。これによって電動アクチュエータ８１が駆動する。

次に、以上の構成の杭圧入装置１００により鋼管杭Ｐを地中に圧入する杭圧入工法について説明する。杭圧入装置１００は、クランプ２により既設の鋼管杭Ｐを掴んで既設の鋼管杭Ｐから反力を取った状態で、新たな鋼管杭Ｐを圧入する。

まず、発電機８８を駆動させて配線８９aを介して集電ブラシ８７に電力を供給すると、集電ブラシ８７の先端部に接触した電力レール８２に導電され、配線８９bを介して電動アクチュエータ８１へと導電される。
これによって電動アクチュエータ８１が駆動し、チャック部９は鋼管杭Ｐを挟持する方向に押圧することによってチャック部９で鋼管杭Ｐが掴まれた状態となる。この状態で、上下油圧シリンダ５１によりチャック装置１を下降させるとともに、油圧モータを駆動させてチャック部９を少なくとも一つの回転方向に回転させる。すなわち、例えば、チャック部９を図２中における右回りに連続的に回転させたり、左回りに連続的に回転させたり、右回りへの連続回転と左回りの連続回転を連続して行ったりする。これによって、チャック部９により掴まれた鋼管杭Ｐは、少なくとも一つの回転方向に連続的に回転しながら、地中に圧入される。

なお、このように回転部７及びチャック部６が回転している最中は、電力レール８２の導電体８５に集電ブラシ８７が接触したまま、固定された状態の集電ブラシ８７に対して電力レール８２が円周方向に沿って回転することとなり、常に電力が供給可能な状態となっている。また、配線８９a、８９bが装置本体６と回転部７との連結部分に跨って設けられてないので回転部７は自在に回転できるようになっている。

次いで、チャック装置１が、上下油圧シリンダ５１により下降できる最下位置まで下降すると、電動アクチュエータ８１による鋼管杭Ｐの保持が解除される。
そして、上下油圧シリンダ５１によりチャック装置１が上昇し、その後再び、電動アクチュエータ８１が駆動して、電動アクチュエータ８１により鋼管杭Ｐが掴まれた状態となる。
再びチャック部９により鋼管杭Ｐが掴まれると、上述と同様にして鋼管杭Ｐが回転しながらさらに地中に圧入される。この動作を繰り返し行うことにより、鋼管杭Ｐが予め決められた深さまで圧入される。

以上、本発明の実施の形態によれば、装置本体６と回転部７との連結部分において、回転部７の外周面に円周方向に沿って導電性の電力レール８２が設けられ、装置本体６に、導電性の集電ブラシ８７が電力レール８２の導電体８５に接触可能に設けられており、電力レール８２は回転部７の電動アクチュエータ８１に配線され、集電ブラシ８７は外部に設置された発電機８８に配線されているので、集電ブラシ８７が電力レール８２の導電体８５に接触することによって、発電機８８からの電力が電動アクチュエータ８１へと供給される。これによって、電動アクチュエータ８１がチャック部９を駆動し、チャック部９が鋼管杭Ｐを掴むとともに回転部７の回転に連動して回転しながら地中に圧入することができる。
また、このときチャック部９が回転しながら鋼管杭Ｐが圧入されるため、杭圧入時の抵抗力を軽減して鋼管杭Ｐの圧入を補助することができ、より効率良く鋼管杭Ｐを圧入することができる。さらに、外周に羽根や突条などが設けられた回転鋼管杭などであっても良いに地中に圧入することができる。
このようにして本発明では、チャック部９を駆動させるエネルギーを電力とした場合でも、その電力を供給する電力源として従来のようにバッテリーを使用せずに、発電機８８からの電力を、直接、電動アクチュエータ８１に供給する構成であるので、充電に時間を要する必要もなく、常に発電機８８から電力を十分に供給することができる。
また、電力の出力を上げる場合にも、発電機８８から電力を十分に供給することができるため、従来のようにバッテリーを大型化する必要がない。
しかも、本発明では、電力レール８２が電動アクチュエータ８１に配線され、集電ブラシ８３は発電機８８に配線され、電力レール８２の配線８９b又は集電ブラシ８７の配線８９aが、装置本体６内あるいは回転部７内でそれぞれ配線され、各配線８９a、８９bが独立した構造とされる。したがって、回転部７が回転してもその連結部分における配線８９a、８９bが回転するといった問題が生じることがなく、回転部７の回転範囲が制限されずに、電力レール８２と集電ブラシ８７との接触によって電動アクチュエータ８１へ確実に導電することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、集電ブラシ８７は装置本体６側に取り付けられ、電力レール８２は回転部７に取り付けられているとしたが、これに限らず、電力レール８２を装置本体６側に取り付け、集電ブラシ８７を回転部７に取り付けるようにしても構わない。具体的に、装置本体６の内周面に電力レール８２を円周方向に沿って取り付け、装置本体６に嵌合する回転部７の外周面の一箇所に集電ブラシ８７を取り付け、その先端部が電力レール８２に接触するように構成すれば良い。このように構成した場合も同様に、電力レール８２の配線８９bと集電ブラシ８７の配線８９aとが独立した構造となるので、回転部７の回転範囲が制限されずに、集電ブラシ８７と電力レール８２との接触によって確実に電力を電動アクチュエータ８１へと供給することできる。

また、上記実施の形態において、電力レール８２には電動アクチュエータ８１に直接配線８９bが接続されていたが、この配線８９bの他に、例えば回転部７にバッテリー（図示しない）を設け、電力レール８２からバッテリーを介して電動アクチュエータ８１に接続する配線を新たに設けても良い。この場合、上記実施の形態のように集電ブラシ８７及び電力レール８２を介して直接、電動アクチュエータ８１に電力を供給する構成と併用する。
また、回転部７側に集電ブラシ８７が取り付けられている場合にも同様にして、新たにバッテリーに接続する配線を設けても良い。
このようにバッテリーを設けることによって、例えば、チャック部９を駆動させない場合に発電機８８からの電力を一旦バッテリーに蓄電しておくことができる。よって、省エネルギーに貢献でき、また、発電機８８が故障した場合にもバッテリーを使用して杭圧入装置１００を駆動させることができ、早急に対応することができる。さらに、発電機８８に負荷がかかり、通常出力以上の電力が出力された場合でもバッテリーによって、その発電機８８の容量を確保することができる。

また、電力レール８２や集電ブラシ８７の形状等は図示したものに限定されるものではなく、電力レール８２と集電ブラシ８７とが導電可能であれば適宜変更可能である。
さらに、電動アクチュエータ８１の個数も４つに限定されるものではない。

本発明の実施の形態を示すためのもので、杭圧入装置の側面図であり、チャック装置の一部を断面図としている。 同、チャック装置の平面図である。 同、図２に示す電力レールと集電ブラシとの拡大図である。

符号の説明

１ チャック装置
６ 装置本体
７ 回転部
９ チャック部
５１ 上下油圧シリンダ（昇降手段）
８１ 電動アクチュエータ（動力ユニット）
８２ 電力レール
８７ 集電ブラシ
１００ 杭圧入装置
Ｐ 鋼管杭（既設の杭）

Claims (4)

1. 地中に杭を圧入する杭圧入装置に設けられるチャック装置であって、
   装置本体と、
   この装置本体に対して回転可能に設けられた回転部と、
   この回転部に設けられて杭を掴むとともに回転するチャック部とを備え、
   前記装置本体と前記回転部の連結部分において、前記装置本体及び前記回転部のうちいずれか一方に、導電性を有する電力レールが前記回転部の回転中心を中心とした円周方向に沿って設けられ、他方に、前記電力レールに接触する導電性を有する集電ブラシが設けられ、
   前記装置本体から前記電力レール及び前記集電ブラシを介して前記回転部の前記チャック部を駆動させる動力ユニットに電力を供給することを特徴とするチャック装置。
2. 前記回転部にバッテリーが設けられ、前記動力ユニットは前記バッテリーを介して電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載のチャック装置。
3. 請求項１又は２に記載のチャック装置と、このチャック装置を昇降させる昇降手段とを備え、
   前記既設の杭から反力を取った状態で、前記杭を掴んだ状態のチャック部を回転部によって回転させながら杭を地中に圧入することを特徴とする杭圧入装置。
4. 請求項３に記載の杭圧入装置を用いて、既設の杭から反力を取った状態で、前記杭を掴んだ状態のチャック部を回転部によって回転させながら杭を地中に圧入することを特徴とする杭圧入工法。

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