JP2006257648A - パワーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータリジョイントを使用することなくケーシング内の作業装置に作動流体などを供給するパワーユニットを提供すること。
【解決手段】 ケーシング２００内に挿入され一体になって回転する作業装置１のアクチュエータ１３を駆動させるためのものであって、ケーシング２００上端に載置可能なテーブル３１に、アクチュエータ１３を駆動させる駆動装置３３と、その駆動装置３３とアクチュエータ１３とを接続するライン３６を巻いたラインリール３５とが設置され、そのテーブル３１の中心に形成された貫通孔３１ａを通してケーシング２００内にライン３６が送られてアクチュエータに接続１３されたものであることを特徴とするパワーユニット３０。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ケーシング内に挿入された作業装置が、そのケーシングと一体になって回転する際、ケーシングに対してチャックを行うためのアクチュエータ、或いはその他のアクチュエータに作動流体を供給するパワーユニットに関する。

前記作業装置には、例えばケーシング内で地盤の掘削を行う掘削装置があり、その一例として下記特許文献１を挙げることができる。図６は、当該文献に記載された掘削装置を示した図である。
全周回転式のチュービング装置１００は、水平状態のベースフレーム１０１にスラストシリンダ１０２が立設され、そのスラストシリンダ１０２によって昇降フレーム１０３が昇降するよう構成されている。昇降フレーム１０３には軸受１０４を介してリング状の回転体１０５が回転可能に支持され、その回転体１０５の外周に形成されたギヤ１０６が昇降フレーム１０３に設けた油圧モータ１０７とアイドラギヤ１０８を介して噛合し、油圧モータ１０７の回転により回転体１０５が回転する。

回転体１０５の内周には、中心方向にあるケーシング２００へ向けて下方に傾斜したテーパ面１１１が形成され、その回転体１０５に対して同じテーパ面をもった楔状のチャック部材１１２が内側に当接している。昇降フレーム１０３にはチャックシリンダ１１３が設けられ、このチャックシリンダ１１３によって昇降する回転フレーム１１４にチャック部材１１２が吊下げられ、ケーシング２００と回転体１０５との間に挿入され、ケーシング２００の把持が行われる。

吊り下げられてケーシング２００内に挿入された掘削装置１２０は、シャフト１２１に対してスライド可能な筒部材１２２にドリル１２３が取り付けられ、ケーシング２００を内側から把持するグリップ部材１２５が円周方向に等間隔で設けられている。そして、グリップ部材１２５は、下向きのリンク１３１を介してウエイト１３０によって外側に押し広げられ、ケーシング２００を内側からグリップすることになる。こうした掘削装置１２０は、ロータリジョイント１２６を介してクレーンのロープに吊下されている。

掘削装置１２０がグリップした状態でケーシング２００を回転させると、ケーシング２００の回転力はドリル１２３に伝達される。そして、掘削のためにケーシング２００に押し込み力を加えると地面からの反力が増し、ドリル１２３を介して上向きのリンク１３２，１３３に加えられるので、グリップ部材１２５とケーシング２００との係合が更に強固なものになって、掘削抵抗に見合ったグリップ力が得られ、ケーシング２００の回転力と推進力が確実にドリル１２３に伝達される。
登録実用新案２５８６０３９号公報（第３−４頁、図１） 特開平９−１７７４６４号公報（第３−４頁、図１）

ところで、前記従来例では、上下方向の荷重によって掘削装置１２０がケーシング２００内をグリップするが、所詮ウエイトによる重量と押し込み反力をグリップ力に変換するものであるため大きなグリップ力が期待できない。そのため、油圧シリンダを備え、その力でグリップ力を得ることが提案されている。しかし、そうすると掘削装置の油圧シリンダにケーシング２００の外から油圧ユニットによって作動油を供給する必要があるが、その点、前記特許文献１にはケーシング２００と一体に回転する掘削装置１２０をクレーンなどに吊り下げているため、ロープ１８が共回りしないようにロータリジョイント１２６が設けられている。従って、油圧ホースもこうしたロータリジョイントを設けることで共回りさせずに作動油を供給することが考えられる。

具体的な構成は、上記特許文献２に開示されている。これは、グリップ用の複数のシリンダに対して作動油を供給する油圧ホースが、ロータリジョイントに接続され、作業装置と共回りしないようにした構成がとられている。
しかし、掘削作業の場合には、掘った掘削坑内に地下水がしみ出て泥水が溜まってしまい、そこにロータリジョイントまでもが浸かってしまうと、ロータリジョイントのシール部分が破損しやすいという問題があった。

また、ロータリジョイントは掘削装置１２０などの直上に設けられ、ロープやワイヤによって吊り下げられているため、ケーシング２００の回転を完全に切り離すことが困難である。そのため、共回り防止のために使用されたワイヤなどが油圧ホースなどと絡んでしまう問題もあった。従って、本来はロータリジョイント自身が共回りしないような機構が必要となる。
更に、地上の油圧ユニットから送られた油圧ホース等は、ケーシングの上端開口をまたいで内部に送られているため、回転するケーシングの上部に接触して擦れてしまうこともある。従って、その接触を防止するためには別途クレーンでホースハンガを吊り下げる必要があり、それでは作業が非常に煩わしいものになってしまう。

よって、本発明は、かかる課題を課逸すべく、ロータリジョイントを使用することなくケーシング内の作業装置に作動流体などを供給するパワーユニットを提供することを目的とする。

本発明に係るパワーユニットは、ケーシング内に挿入され一体になって回転する作業装置のアクチュエータを駆動させるためのものであって、前記ケーシング上端に載置可能なテーブルに、前記アクチュエータを駆動させる駆動装置と、その駆動装置とアクチュエータとを接続するラインを巻いたラインリールとが設置され、そのテーブルの中心に形成された貫通孔を通してケーシング内にラインが送られて前記アクチュエータに接続されたものであることを特徴とする。

また、本発明に係るパワーユニットは、前記アクチュエータが作動流体によって駆動するものであり、前記テーブルに設置された前記駆動装置は、そのアクチュエータに作動流体を供給する流体圧供給装置であり、前記ラインリールは、その流体圧供給装置とアクチュエータを接続するホースが巻かれたホースリールであることが好ましい。
また、本発明に係るパワーユニットは、前記テーブルの底面には前記ケーシングに嵌合するガイドが突設されたものであることが好ましい。
また、本発明に係るパワーユニットは、前記流体圧供給装置を遠隔操作するための通信手段を備えたものであることが好ましい。

一方、本発明に係るパワーユニットを用いた作業方法は、ケーシング内に挿入され一体になって回転する作業装置のアクチュエータに対し、ケーシング外に配置された駆動装置を備えたパワーユニットが接続され、そのパワーユニットによってアクチュエータを駆動させた状態で前記作業装置に所定の作業を行わせるようにした方法であって、前記ケーシング上端に、前記駆動装置と、その駆動装置と前記アクチュエータとを接続するラインを巻いたラインリールとを備えた前記パワーユニットを載置し、前記ケーシング内に前記アクチュエータに接続したラインを送り込み、そのパワーユニットをケーシング上で一緒に回転させながら前記アクチュエータを駆動させて前記作業装置に所定の作業を行わせるようにしたことを特徴とする。

また、本発明に係るパワーユニットを用いた作業方法は、前記アクチュエータが作動流体によって駆動するものであり、前記パワーユニットは、前記ケーシング上端に載置したテーブルに、そのアクチュエータに作動流体を供給する前記駆動装置としての流体圧供給装置と、流体圧供給装置とアクチュエータを接続するホースが巻かれた前記ラインリールとしてのホースリールを搭載したものであり、そのパワーユニットをケーシングと一緒に回転させて前記作業装置に所定の作業を行わせるようにすることが好ましい。
また、本発明に係るパワーユニットを用いた作業方法は、前記パワーユニットに受信機が備えられ、地上の送信機によって前記駆動装置を遠隔操作するようにすることが好ましい。

よって、本発明に係るパワーユニット及び、そのパワーユニットを用いた作業方法によれば、パワーユニットがケーシングの上に載置され、そのケーシングと一緒に回転するため、例えばケーシングと一体になって作業装置が回転していても、作業装置の油圧アクチュエータに作動流体を送るためケーシングの外から送り込まれたホースに捻りが生じることがなくなる。従って、従来のように作業装置のアクチュエータに作動流体を供給するために設けられていたロータリジョイントが不要になる。

次に、本発明のパワーユニットについて一実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態のパワーユニットは、例えば従来例で示したものと同様に、オールケーシング工法の技術を利用してケーシング内に掘削坑を形成する作業に使用されるものについて説明する。図１乃至図４は、掘削作業を示した工程図である。これは、従来例で示したと同様のチュービング装置３００によってケーシング２００が回転圧入し、そのケーシング２００と一体になって回転する掘削装置１がケーシング２００内で掘削を行うようにしたものである。

掘削装置１は、ケーシング２００をグリップするケーシンググリップ部の下に掘削部が設けられている。支持フレーム１１上に吊下げフレーム１２が固定されており、この吊下げフレーム１２にクレーンからのワイヤが連結され、掘削装置１が吊り下げられるようになっている。支持フレーム１１には、その下方に４本の昇降シリンダ１３が等間隔で吊設されている。昇降シリンダ１３は、油圧シリンダであって、そのピストンロッドが下方に突き出るように取り付けられ、ピストンロッドに昇降フレーム１４が固定されている。環形状をしたこの昇降フレーム１４には、楔形をした押圧ブロック１５が軸支され、下方につり下がるように取り付けられている。

ところで、この支持フレーム１１及び昇降フレーム１４の下には更に台フレーム１６が設けられ、支持フレーム１１と台フレーム１６とは、環形状の昇降フレーム１４を貫通した角筒形状の連結管１７によって一体になっている。そして、最下段に設けられた台フレーム１６には、上から吊り下げられている押圧ブロック１５に対応したグリップブロック１８が設けられている。グリップブロック１８は、台フレーム１６上を径方向にスライド出来るように取り付けられ、押圧ブロック１５とテーパ面同士が摺接するように設けられている。そして、その押圧ブロック１５は、径方向内側の面が連結管１７にも摺接し、垂直に上下動するようになっている。

次に、こうしたケーシンググリップ部の下には掘削部が構成されている。その掘削部は、連結管１７の下端に設けられた連結プレート１９，２０同士がボルトとナットによって締め付け固定され、ケーシンググリップ部と一体になっている。そして、中心軸上にスクリュウ２１が設けられ、その下端には掘削刃２２が形成されている。スクリュウ２１の螺旋羽根はケーシング２００内をほぼ塞ぐ程度の大きさの径で形成され、掘削刃２２によって掘削した土砂を保持することができるようになっている。

本実施形態のパワーユニットは、こうした掘削装置１を構成するケーシンググリップ部の昇降シリンダ１３へ作動油を供給するためのものである。そして、それが図２及び図３に示すように、ケーシング２００の上に載せられるように構成されている。ここで、図５はパワーユニットを示した平面図である。
パワーユニット３０は、中央にケーシング２００の径より若干小さい貫通孔３１ａが開けられたテーブル３１に形成されている。そして、このテーブル３１には、図２及び図３に示すように、下面にケーシング２００の上端に嵌め合うように円形のガイド３２が突設されている。従って、このガイド３２を嵌め合わせてケーシング２００上端に載せることにより、貫通孔３１ａが同軸上に位置してケーシング２００の上方が開口するようになっている。

そのテーブル３１の上には、掘削装置１の昇降シリンダ１３へ作動油を供給するための油圧ユニット３３と、その油圧ユニット３３を駆動させるためのエンジン発電機３４とが搭載されている。油圧ユニット３３は、電動モータによって油圧ポンプが駆動するように構成されたものであり、この油圧ユニット３３及びエンジン発電機３４とが特許請求の範囲に記載する流体圧供給装置を構成する。そして、テーブル３１の上にはこの他にも、油圧ユニット３３と昇降シリンダ１３との間で作動油を送るための油圧ホース３６を巻いたホースリール３５が搭載されている。また、ケーシング２００内の掘削装置１による把持および把持解除動作を地上にてコントロールするため、ラジコン受信機３７もテーブル３１上に搭載されている。従って、地上のオペレータがラジコン送信機から操作することにより、ラジコン受信機３７を介して油圧ユニット３３の運転を操作することができるようになっている。

こうしたパワーユニットを使用した掘削作業は、図１〜図４に示すようにして行われる。先ず掘削作業を行うに当たって、図１に示すように、掘削装置１はケーシング２００外に用意されたスタンド５０に起立した状態で配置されている。そして、その掘削装置１に対してパワーユニット３０が上部に載せられる。掘削装置１の吊下げフレーム１２には、トップ部分にパワーユニット３０の貫通孔３１ａよりも小径の円形突起部分１２ａと、その下に貫通孔３１ａよりも大径のフランジ部分１２ｂとが、つば付き帽子のような形状で形成されている。そのため、パワーユニット３０は、テーブル３１の貫通孔３１ａ内に円形突起部分１２ａが差し込まれ、フランジ部分１２ｂによって支えられるようにして掘削装置１上に載せられる。そこで、掘削装置１をクレーンでつり上げることによってパワーユニット３０も一緒に運ばれることになる。

次に、そうした状態のまま掘削装置１とパワーユニット３０とがケーシング２００の位置まで搬送され、図２に示すように掘削装置１がケーシング２００内に挿入される。下降する掘削装置１は、そのままケーシング２００内に入って土の上に置かれるようにして配置される一方、パワーユニット３０は、掘削装置１から離れてケーシング２００の上端に載せられる。すなわち、パワーユニット３０は、ケーシング２００に対してガイド３２が嵌り合い、テーブル３１の貫通孔３１ａがケーシング２００の中心軸と一致するような位置で搭載される。このとき、パワーユニット３０が停止する一方で掘削装置１だけが下降するが、両者の間に連結された油圧ホース３６は、掘削装置１の下降に従ってホースリール３５から送り出されて伸びている。

こうして搬送された掘削装置１は、次にケーシング２００と一体に回転できるように、ケーシング２００に対するチャックが行われる。それには昇降シリンダ１３が伸張作動し、昇降フレーム１４を介して押圧ブロック１５が下降する。押圧ブロック１５は、内側が連結管１７で支えられるように垂直に下降し、反対のテーパ面で摺接したグリップブロック１８を外側に押し出す。そのため、グリップブロック１８がケーシング２００の内周面に強く押し付けられて摩擦抵抗によってグリップしたチャックが行われる。なお、摩擦抵抗だけでは滑ってしまうような場合は、ケーシング２００の内周面に中心軸に平行な溝を形成し、そこにグリップブロック１８に形成した凸部をはめ込むようにしてもよい。

こうしたチャック動作は、オペレータのラジコンを使った地上からのコントロールによって行われる。オペレータの操作によりエンジン発電機３４が駆動し、油圧ユニット３３からの作動油がホースリール３５の油圧ホース３６を介して供給され、掘削装置１の昇降シリンダ１３の伸縮がコントロールされる。

そして、掘削装置１のチャックが終了すると、次にケーシング２００を回転させながらケーシング２００内の掘削が行われる。チュービング装置３００は、チャック部材３０１を回転体３０２とケーシング２００との間に差し込むようにして、回転体３０２の回転をケーシング２００へ伝えるようにチャックする。そこで、不図示の駆動モータ出力によって回転体３０２が回転すれば、同時にケーシング２００も回転する。更にチュービング装置１では、回転体３０２の設けられた昇降フレーム３０３がスラストシリンダ３０４の収縮作動によって下降するため、ケーシング２００は地中に回転圧入される。

このとき掘削装置１は、ケーシング２００と一体になって回転しながら下降する。そのため掘削刃２２によってケーシング２００内部の土が掘削され、掘削された土砂はほぐされてスクリュウ２１の螺旋羽根を相対的に上昇する。
掘削装置１は、こうして掘削作業を行っている間、ケーシング２００と一緒に回転するため、昇降シリンダ１３に対して作動油による油圧がかかったチャック状態を維持している。その際、油圧ホース３６は掘削装置１に接続されているが、それがケーシング２００の中心軸上に配置されていなくてもパワーユニット３０がケーシング２００の上で一緒に回転するため、捻りの問題など一切生じない。

掘削が行われた後は、スクリュウ２１内に溜まった土砂をケーシング２００外へ運んで排土が行われる。それには先ず、ケーシング２００に対する掘削装置１のチャック解除が行われる。ラジコンを使ったオペレータからのコントロールによって、油圧ユニット３３からホースリール３５の油圧ホース３６を介して昇降シリンダ１３から作動油が収縮方向に供給され、昇降フレーム１４を介して押圧ブロック１５が上昇する。このとき、グリップブロック１８は、金具によって押圧ブロック１５に引っ掛けられているので、押圧ブロック１５の上昇につられて中心軸方向に移動する。そのため、グリップブロック１８がケーシング２００の内周面への押し付けから解放され、チャックが解除される。

その後、ケーシング２００からフリーになった掘削装置１は、図３に示すように掘削した土砂をスクリュウ２１部分に保持したままクレーンによって吊り上げられる。そして、ケーシング２００から外へ出るときには、パワーユニット３０も一緒に持ち上げられて一旦ケーシング２００から外される。すなわち、図４に示すように、掘削装置１の上昇によってテーブル３１の貫通孔３１ａ内に円形突起部分１２ａが差し込まれ、フランジ部分１２ｂによって支えられるようにしてパワーユニット３０が掘削装置１の上に載せられる。そして、そのまま排土場所にまで運ばれ、そこでスクリュウ２１部分の土砂が落とされる。その後は、図１〜４の作業が繰り返される。

よって、本実施形態のパワーユニット３０及び、そのパワーユニット３０を用いた作業方法によれば、パワーユニット３０がケーシング２００の上に載置され、そのケーシング２００と一緒に回転するため、掘削装置１の昇降シリンダ１３に接続された油圧ホース３６に捻りが生じない。そのため、従来のように作業装置のアクチュエータに作動油などを供給するためのロータリジョイントが不要になった。
また、地下水による泥水の中で使用するような場合でも、ロータリジョイントが不要になったため、そのシール部の破損等といった問題がなくなった。
また、パワーユニット３０と掘削装置１を一体に吊れるので、別途ハンガーを吊る必要が無くなり、取り回しが楽になる。
更に、パワーユニット３０は作業中ケーシング２００の上に載置されるため、作業ヤードに置く必要がなくなり、狭い場所での作業が可能となる。

以上、本発明に係るパワーユニットの一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
前記実施形態では、油圧ユニット３３とエンジン発電機３４とを流体圧供給装置として構成したが、例えば、エンジン発電機３４の代わりにエンジンを用いて油圧ポンプを駆動させるようにした流体圧供給装置としてもよい。
また、前記実施形態ではアクチュエータとして油圧シリンダである昇降シリンダ１３を対象としたが、例えば、電動シリンダなどの電動アクチュエータを対象としてもよく、その場合、流体圧供給装置には発電機を用い、ホースリールの代わりに用いたケーブルリールに巻いたケーブルを介して電動シリンダに接続するようにする。

また、前記実施形態では、油圧ユニット３３とエンジン発電機３４を別体のものとしたが、例えばこれらを一つにしたエンジン式の油圧ユニットでもよい。
また、前記実施形態ではホースリール３５を一つ搭載しただけのものであるが、作業装置のアクチュエータの種類が多い場合には、複数個のホースリールを搭載するようにしてもよい。

掘削作業における掘削装置のケーシング挿入前工程を示した図である。 掘削作業における掘削工程を示した図である。 掘削作業における掘削装置の吊り上げ工程を示した図である。 掘削作業における排土工程を示した図である。 パワーユニットの一実施形態を示した平面図である。 従来の掘削装置を示した図である。

符号の説明

１ 掘削装置
１３ 昇降シリンダ
３０ パワーユニット
３１ テーブル
３２ ガイド
３３ 油圧ユニット
３４ エンジン発電機
３５ ホースリール
３６ 油圧ホース
３７ ラジコン受信機
２００ ケーシング
３００ チュービング装置

Claims (7)

1. ケーシング内に挿入され一体になって回転する作業装置のアクチュエータを駆動させるためのパワーユニットにおいて、
   前記ケーシング上端に載置可能なテーブルに、前記アクチュエータを駆動させる駆動装置と、その駆動装置とアクチュエータとを接続するラインを巻いたラインリールとが設置され、そのテーブルの中心に形成された貫通孔を通してケーシング内にラインが送られて前記アクチュエータに接続されたものであることを特徴とするパワーユニット。
2. 請求項１に記載するパワーユニットにおいて、
   前記アクチュエータは、作動流体によって駆動するものであり、前記テーブルに設置された前記駆動装置は、そのアクチュエータに作動流体を供給する流体圧供給装置であり、前記ラインリールは、その流体圧供給装置とアクチュエータを接続するホースが巻かれたホースリールであることを特徴とするパワーユニット。
3. 請求項１又は請求項２に記載するパワーユニットにおいて、
   前記テーブルの底面には前記ケーシングに嵌合するガイドが突設されたものであることを特徴とするパワーユニット。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載するパワーユニットにおいて、
   前記流体圧供給装置を遠隔操作するための通信手段を備えたものであることを特徴とするパワーユニット。
5. ケーシング内に挿入され一体になって回転する作業装置のアクチュエータに対し、ケーシング外に配置された駆動装置を備えたパワーユニットが接続され、そのパワーユニットによってアクチュエータを駆動させた状態で前記作業装置に所定の作業を行わせるようにしたパワーユニットを用いた作業方法において、
   前記ケーシング上端に、前記駆動装置と、その駆動装置と前記アクチュエータとを接続するラインを巻いたラインリールとを備えた前記パワーユニットを載置し、前記ケーシング内に前記アクチュエータに接続したラインを送り込み、そのパワーユニットをケーシング上で一緒に回転させながら前記アクチュエータを駆動させて前記作業装置に所定の作業を行わせるようにしたことを特徴とするパワーユニットを用いた作業方法。
6. 請求項５に記載するパワーユニットを用いた作業方法において、
   前記アクチュエータは、作動流体によって駆動するものであり、前記パワーユニットは、前記ケーシング上端に載置したテーブルに、そのアクチュエータに作動流体を供給する前記駆動装置としての流体圧供給装置と、流体圧供給装置とアクチュエータを接続するホースが巻かれた前記ラインリールとしてのホースリールを搭載したものであり、そのパワーユニットをケーシングと一緒に回転させて前記作業装置に所定の作業を行わせるようにしたことを特徴とするパワーユニットを用いた作業方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載するパワーユニットを用いた作業方法において、
   前記パワーユニットに受信機が備えられ、地上の送信機によって前記駆動装置を遠隔操作するようにしたことを特徴とするパワーユニットを用いた作業方法。

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