JP2007186948A - 油圧拡大ヘッド制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業員の技量や経験如何にかかわらず、拡大球根部造成用の拡大穴を適正且つ容易に形成する。
【解決手段】作業員Mが、拡大掘削回数設定器１８により、拡大掘削回数をN回と設定する。すると、拡大翼拡大量制御部２０は、N回目の拡大掘削における最大拡大量をαとした場合に、第１段階での拡大量が（１／N）・α、第２段階での拡大量が（２／N）・α、第３段階での拡大量が（３／N）・α、第N段階での拡大量が（N／N）・α（＝α）となるように、各段階での拡大量を演算して制御信号を油圧ユニット１４に出力する。油圧ユニット１４は、この制御信号に基づき拡大翼の拡大量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎杭の根固め用拡大球根部を造成するための拡大穴を形成する油圧拡大ヘッドに対して制御を行う油圧拡大ヘッド制御装置に関するものである。

基礎杭を地中に建て込む場合、基礎杭とほぼ同じ径かそれよりもやや大きな径の穴を掘削機により形成していき、所定深度に達した後は基礎杭よりも大きな径を有する拡大穴が形成される。そして、この拡大穴にセメントミルクを注入して拡大球根部を造成し、その後建て込むべき基礎杭の下端部をセメントミルク凝固前の拡大球根部に差し込む。これにより基礎杭の下端部は拡大球根部により堅固に固定される。

上記の拡大球根部造成用の拡大穴は、通常、アースオーガと呼ばれる掘削機の先端部に取り付けられる油圧拡大ヘッドによって形成される。この油圧拡大ヘッドは、拡大翼と呼ばれる穴掘削部材を有しており、所定深度まではこの拡大翼を拡大しない状態で掘削動作を行い、所定深度に達した後は拡大翼を拡大した状態で掘削動作を行って拡大穴を形成する。そして、近時はこのような拡大穴の形成過程をディスプレイ上に表示する技術も提案されている(例えば特許文献１)。
特開２００５−２４０２８４号公報

ところで、油圧拡大ヘッドにより上記の拡大穴を形成する場合、拡大翼の拡大量をいきなり最大値としたのでは掘削負荷が過大となって掘削不可能となり、この状態で無理に掘削を継続しようとすると機器が損傷する虞がある。そのため、作業員(又はオペレータ)は、通常、拡大翼の拡大量を当初は小さくした状態で掘削を行い、拡大量を手動操作によって次第に大きくしながら拡大穴の穴径を目標値まで拡大させるようにしている。

そして、作業員は拡大穴の掘削中は常時油圧拡大ヘッドの稼働状態に注意を払い、振動の大きさやモータ音の変化などから掘削負荷の変動状態を察知して、拡大翼の拡大量を適切に調整する必要がある。したがって、作業員が油圧拡大ヘッドにより拡大穴を適正に形成するためには高度な技量と長年の経験が要求され、経験の浅い作業員の場合には多くの作業時間を要するばかりか、必要な仕様を満足する拡大穴が得られない結果ともなりかねない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、作業員の技量や経験如何にかかわらず、拡大球根部造成用の拡大穴を適正且つ容易に形成することができる油圧拡大ヘッド制御装置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の手段として、請求項１記載の発明は、掘削機先端部に取り付けられて地中を掘削していき、所定深度に達した後は拡大翼を拡大した状態の拡大掘削により拡大球根部造成用の拡大穴を形成する油圧拡大ヘッドに対して制御を行う油圧拡大ヘッド制御装置において、前記拡大掘削を複数回に分けて行うことにより前記拡大穴径を目標値まで段階的に拡大していく場合の拡大掘削回数を設定するための拡大掘削回数設定手段と、前記拡大掘削回数設定手段により設定された拡大掘削回数に応じて前記拡大翼の各段階での拡大量を制御する拡大翼拡大量制御手段と、前記油圧拡大ヘッドの深度位置、及び前記拡大翼の拡大量に基づき、前記拡大穴の形成情況を模式的に表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記拡大翼は、ある段階の拡大掘削が終了した時点での拡大穴下端位置又は上端位置で次段階の拡大量まで拡大された後、そのまま拡大穴上端位置又は下端位置に向かって次段階の拡大掘削を行うものである、ことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記拡大翼は、ある段階の拡大掘削が拡大穴下端位置で終了した後、そのまま拡大穴上端位置まで引き上げられ、この上端位置で次段階の拡大量まで拡大された後、拡大穴下端位置に向かって次段階の拡大掘削を行うものである、ことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記拡大掘削が行われている間に前記拡大翼拡大量制御手段が制御する拡大量を手動操作により強制的に調整するための拡大量操作スイッチ、を備えたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記拡大翼は、油圧シリンダに収納され水平方向に伸縮動作を行う水平直動式のもの、又は、リンク部材に支持され垂直方向姿勢と水平方向姿勢との間で姿勢を変化させて開閉動作を行うリンク式のものである、ことを特徴とする。

本発明によれば、通常掘削が終了した時点で、作業員が拡大掘削回数設定手段により拡大穴の拡大掘削回数を設定すれば、拡大翼拡大量制御手段が各段階での拡大翼の拡大量を自動的に演算して制御するようになっており、また、作業員は模式的に表示される拡大穴の形成情況を表示手段により確認しながら拡大掘削作業を進めることができるようになっているので、作業員の技量や経験如何にかかわらず、拡大球根部造成用の拡大穴を適正且つ容易に形成することが可能になる。

図２は、本発明の実施形態に係る油圧拡大ヘッド制御装置を備えた杭打ち設備全体の構成を示す説明図である。この図において、掘削機であるアースオーガ１は、スパイラル状のスクリュー部材を有するオーガスクリュー２と、オーガスクリュー２を地盤に対して進退動させる掘進機構３と、オーガスクリュー２の先端部に取り付けられた油圧拡大ヘッド４とを備えている。

油圧拡大ヘッド４は、先端掘削ヘッド部５と、この先端掘削ヘッド部５のやや上部に配設された拡大翼６とを有している。図示の状態は、拡大翼６が拡大された状態を示すものであり、この拡大翼６の掘削により形成される拡大穴８は先端掘削ヘッド部５の掘削により形成される穴７よりも径が大きなものとなっている。なお、本明細書では、拡大された状態での拡大翼６の掘削動作を「拡大掘削」と呼び、先端掘削ヘッド部５の掘削と区別することにする。

作業員Mにより操作されるベースマシン９は支持部材１０を有しており、この支持部材１０にリーダ１１が支持されている。リーダ１１にはガイドレール１２が固着されており、このガイドレール１２に沿って掘進機構３は進退動すなわち上下動するようになっている。

ベースマシン９には制御盤１３及び油圧ユニット１４が搭載されており、これらから延びるケーブル１５及び油圧配管１６が掘進機構３内に配設された各種機器又は部材に接続されている。例えば、掘進機構３内にはオーガスクリュー２を回転駆動する駆動モータが配設されており、この駆動モータは制御盤１３からケーブル１５を介して出力される電力及び制御信号により運転制御されるようになっている。また、油圧ユニット１４から延びる油圧配管１６は掘進機構３を介して更に油圧拡大ヘッド４まで延びており、油圧ユニット１４の油圧制御により拡大翼６の拡大量が制御されるようになっている。作業員Mは、運転席に設けられている操作盤１７の操作により、これら制御盤１３及び油圧ユニット１４の動作を制御できるようになっている。

図３は、図２における拡大翼６の２つのタイプの外観形状を示す説明図であり、（ａ）は「水平直動式拡大翼」を示す斜視図、（ｂ）は「リンク式拡大翼」を示す正面図である。本発明に係る装置では、いずれのタイプの拡大翼であってもよい。

図３（ａ）において、一対の油圧シリンダ６１，６１が互いに逆向きに配置されており、各油圧シリンダ６１には先端に爪部６２が固着された拡大翼６が収納されるようになっている。そして、各油圧シリンダ６１に対する油圧制御により、拡大翼６を矢印で示す水平方向に伸縮動作させることが可能となっている。

また、図３（ｂ）において、先端に爪部６２Ａが設けられている一対の拡大翼６A，６Ａは油圧シリンダ６３に取り付けられたリンク部材６４に支持されている。そして、油圧シリンダ６３に対する油圧制御により、矢印で示すように、拡大翼６A，６Ａを垂直方向姿勢（拡大量ゼロ）と水平方向姿勢（拡大量最大）との間で開閉動作させることが可能になっている。

図１は、本発明に係る油圧拡大ヘッド制御装置の構成を示すブロック図である。操作盤１７内には、作業員Mが設定及び操作を行う拡大掘削回数設定器１８及び拡大量操作スイッチ１９が設けられており、これらからの設定信号及び操作信号は制御盤１３内に設けられている拡大翼拡大量制御部２０に出力されるようになっている。また、拡大翼拡大量制御部２０には、深度計（図示せず）から油圧拡大ヘッドの深度位置を示すデータが入力されるようになっている。

そして、拡大翼拡大量制御部２０からの制御信号は油圧ユニット１４に出力され、油圧ユニット１４はこの制御信号に基づき油圧拡大ヘッド４の拡大翼６の拡大量を制御するようになっている。

拡大翼拡大量制御部２０は、拡大量を示すデータを表示装置２１に出力するようになっている。表示装置２１は、また、深度計（図示せず）から油圧拡大ヘッドの深度位置を示すデータを入力するようになっており、これら深度位置及び拡大量に基づき拡大穴８の形成情況を画面上に模式的に表示するようになっている。

本発明では、先端掘削ヘッド部５の掘削により形成された穴７の径を、拡大翼６の拡大掘削により拡大穴８の径を目標値まで拡大して形成しようとする場合に、この拡大掘削をＮ回（Ｎ：２以上の整数）に分けて行うことを前提としている。拡大掘削回数設定器１８は、作業員Mの操作により設定されたこの拡大掘削回数の値であるＮを拡大翼拡大量制御部２０に出力するものである。

そして、拡大翼拡大量制御部２０は、N回目の拡大掘削における最大拡大量をαとした場合に、第１段階での拡大量が（１／N）・α、第２段階での拡大量が（２／N）・α、第３段階での拡大量が（３／N）・α、第N段階での拡大量が（N／N）・α（＝α）となるように、各段階での拡大量を演算して制御信号を油圧ユニット１４に出力する。

但し、拡大掘削の作業中に掘削負荷が異常に大きくなった場合等にそのままの拡大量で拡大掘削を継続したのでは油圧拡大ヘッド４やその他の機器を損傷するおそれがある。拡大量操作スイッチ１９は、このような場合に作業員Mが手動操作により拡大量を強制的に調整するものである。そして、拡大翼拡大量制御部２０は、この拡大量操作スイッチ１９からの操作信号を入力した場合は、この操作信号の入力に基づき拡大量の制御を行うようにする。したがって、作業員Mは地中の障害物に拡大翼６がぶつかった場合等などは、現場の状況に応じて拡大量を直ちに変化させることにより油圧拡大ヘッド４やその他の機器が損傷するのを回避することができる。

図４は、本実施形態における掘削作業についてのフローチャートであり、図５は、表示装置２１の画面に表示される拡大穴の形成過程を示した説明図である。なお、図５（ａ）〜図５（ｉ）において、点線部分は目標とする拡大穴の形状、実線部分は現在時点で形成済みの穴形状、一点鎖線の水平ラインは先端掘削ヘッド部５の位置、縦軸上に付された数値は深度（ｍ）をそれぞれ表している。

次に、これらの図を参照しつつ、作業員Mが本実施形態に係る油圧拡大ヘッド制御装置を用いて行う掘削作業について具体的に説明していく。但し、以下の例では、拡大掘削回数Nの値をN=３の場合にして説明する。

作業員Mは、当初は拡大翼６の拡大量をゼロにして先端掘削ヘッド部５のみで通常掘削を行い（ステップ１、図５（ａ）参照）、先端掘削ヘッド部５が所定深度つまり予め設定されている目標深度（この例では１３．７ｍとする）に到達したか否かを表示装置２１の画面を見ながら判断している（ステップ２）。そして、目標深度に到達していなければそのまま通常掘削を継続する。

その後、目標深度に到達し通常掘削が完了したならば（図５（ｂ）参照）、作業員Mは、油圧拡大ヘッド４を上方の所定位置（この例では１０．７ｍとする）まで引き上げ（図５（ｃ）参照）、その位置で一旦運転を停止する。そして、拡大掘削回数設定器１８により拡大掘削回数Nを３回に設定する（ステップ３）。

拡大掘削回数が３回に設定されると、拡大翼拡大量制御部２０は第１段階での拡大量を（１／３）・αとする制御信号を油圧ユニット１４に出力し、油圧ユニット１４は、この制御信号に基づき油圧拡大ヘッド４の拡大翼６を（１／３）・αだけ拡大させる（ステップ４、図５（ｄ）参照）。そして、作業員Mは、先端掘削ヘッド部５が目標深度に下降するまで、この拡大量で第１段階での拡大掘削を油圧拡大ヘッド４に行わせる（ステップ５、図５（ｅ）参照）。

先端掘削ヘッド部５が目標深度まで下降し第１段階の拡大掘削が終了した時点で、作業員Mは一旦運転を停止する。すると、拡大翼拡大量制御部２０は油圧拡大ヘッド４の深度位置に基づき、先に設定した拡大掘削回数である３回が終了したか否かを判断する（ステップ６）。この場合は勿論未だ終了していないので判断結果は「ＮＯ」となる。

したがって、拡大翼拡大量制御部２０は、次に、第２段階での拡大量を（２／３）・αとする制御信号を油圧ユニット１４に出力し、油圧ユニット１４は、この制御信号に基づき油圧拡大ヘッド４の拡大翼６を（２／３）・αだけ拡大させる（ステップ４、図５（ｆ）参照）。そして、作業員Mは、先端掘削ヘッド部５が所定位置（１０．７ｍ）に上昇するまで、この拡大量で第２段階での拡大掘削を油圧拡大ヘッド４に行わせる（ステップ５、図５（ｇ）参照）。

先端掘削ヘッド部５が所定位置まで上昇し第２段階の拡大掘削が終了した時点で、作業員Mは一旦運転を停止する。すると、拡大翼拡大量制御部２０は、再び油圧拡大ヘッド４の深度位置に基づき、先に設定した拡大掘削回数である３回が終了したか否かを判断する（ステップ６）。この場合も未だ終了していないので判断結果は「ＮＯ」となる。

したがって、拡大翼拡大量制御部２０は、次に、第３段階での拡大量を（３／３）・α＝αとする制御信号を油圧ユニット１４に出力し、油圧ユニット１４は、この制御信号に基づき油圧拡大ヘッド４の拡大翼６をαだけ拡大させる（ステップ４、図５（ｈ）参照）。そして、作業員Mは、先端掘削ヘッド部５が目標深度（１３．７ｍ）に下降するまで、この拡大量で第３段階での拡大掘削を油圧拡大ヘッド４に行わせる（ステップ５、図５（ｉ）参照）。

先端掘削ヘッド部５が目標深度まで下降し第３段階の拡大掘削が終了した時点で、作業員Mはこれまでと同様に運転を停止する。拡大翼拡大量制御部２０は油圧拡大ヘッド４の深度位置に基づき、先に設定した拡大掘削回数である３回が終了したか否かを判断するが（ステップ６）、今回は判断結果が「ＹＥＳ」となり掘削作業が終了する。そして、この後、セメントミルクの拡大穴への注入など次工程の作業が行われることになる。

上述したように、本実施形態の油圧拡大ヘッド制御装置によれば、拡大翼６を用いない先端掘削ヘッド部５のみによる通常掘削が終了した時点で、作業員Mが拡大掘削回数設定器１８により拡大掘削回数Ｎを設定すれば、拡大翼拡大量制御部２０が各段階での拡大翼６の拡大量を自動的に演算して油圧ユニット１４を制御するようになっており、また、作業員Mは模式的に表示される拡大穴の形成情況を表示装置２１により確認しながら拡大掘削作業を進めることができるようになっているので、作業員Ｍの技量や経験如何にかかわらず、拡大球根部造成用の拡大穴を適正且つ容易に形成することが可能になる。

なお、上述した例では、図５（ｆ），（ｇ）に示したように、第１段階の拡大掘削が終了した時点での拡大穴下端位置で第２段階の拡大量まで拡大翼６が拡大された後、そのまま拡大穴上端位置に向かって第２段階の拡大掘削を行っており、同様に、図５（ｈ），（ｉ）に示したように、第２段階の拡大掘削が終了した時点での拡大穴上端位置で第３段階の拡大量まで拡大翼６が拡大された後、そのまま拡大穴下端位置に向かって第３段階の拡大掘削を行っている。

しかし、拡大翼６を次段階の拡大量まで拡大する位置は上記の例に限定されるわけではない。例えば、拡大翼６の拡大位置を常に拡大穴上端位置と決め、拡大翼６が下降する場合のみ拡大掘削を行わせるようにしてもよい。

すなわち、第１段階の拡大掘削が拡大穴下端位置で終了したら、そのまま拡大穴上端位置まで拡大翼６を引き上げるようにし、この上端位置で第２段階の拡大量まで拡大翼６を拡大し、その後で拡大穴下端位置に向かって拡大翼６に第２段階の拡大掘削を行わせるようにしてもよい。同様にして、第２段階の拡大掘削が拡大穴下端位置で終了したら、そのまま拡大穴上端位置まで拡大翼６を引き上げるようにし、この上端位置で第３段階の拡大量まで拡大翼６を拡大し、その後で拡大穴下端位置に向かって拡大翼６に第３段階の拡大掘削を行わせるようにしてもよい。

また、上述した例では、図５（ｃ），（ｄ）に示したように、通常掘削から拡大掘削に移行する際は、作業現場の慣行に従って、一旦拡大翼６を拡大穴下端位置から拡大穴上端位置まで引き上げてから拡大掘削を行うようにしている。これについても、通常掘削が拡大穴下端位置で終了したら、その位置で拡大翼６を第１段階の拡大量まで拡大した後、拡大穴上端位置に向かって第１段階の拡大掘削を行わせるようにすることも可能である。

更に、上述した例では、第１段階での拡大量を（１／３）・α、第２段階での拡大量を（２／３）・α、第３段階での拡大量を（３／３）・α（＝α）というように、一定の割合で拡大量を増加しているが、初期段階付近での拡大量増加分や最終段階付近での拡大量増加分に変化を持たせるようにしてもよい。これにより、土質やその他の各種条件に応じてきめ細かい拡大掘削を行うことが可能になる。

本発明に係る油圧拡大ヘッド制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係る油圧拡大ヘッド制御装置を備えた杭打ち設備全体の構成を示す説明図。 図２における拡大翼６の２つのタイプの外観形状を示す説明図であり、（ａ）は「水平直動式拡大翼」を示す斜視図、（ｂ）は「リンク式拡大翼」を示す正面図。 本実施形態における掘削作業についてのフローチャート。 図１における表示装置２１の画面に表示される拡大穴の形成過程を示した説明図。

符号の説明

１ アースオーガ（掘削機）
２ オーガスクリュー
３ 掘進機構
４ 油圧拡大ヘッド
５ 先端掘削ヘッド部
６，６Ａ 拡大翼
６１ 油圧シリンダ
６２，６２Ａ 爪部
６３ 油圧シリンダ
６４ リンク部材
７ 穴
８ 拡大穴
９ ベースマシン
１０ 支持部材
１１ リーダ
１２ ガイドレール
１３ 制御盤
１４ 油圧ユニット
１５ ケーブル
１６ 油圧配管
１７ 操作盤
１８ 拡大掘削回数設定器
１９ 拡大量操作スイッチ
２０ 拡大翼拡大量制御部
２１ 表示装置
Ｍ 作業員
Ｎ 拡大掘削回数
α 最大拡大量

Claims (5)

1. 掘削機先端部に取り付けられて地中を掘削していき、所定深度に達した後は拡大翼を拡大した状態の拡大掘削により拡大球根部造成用の拡大穴を形成する油圧拡大ヘッドに対して制御を行う油圧拡大ヘッド制御装置において、
   前記拡大掘削を複数回に分けて行うことにより前記拡大穴径を目標値まで段階的に拡大していく場合の拡大掘削回数を設定するための拡大掘削回数設定手段と、
   前記拡大掘削回数設定手段により設定された拡大掘削回数に応じて前記拡大翼の各段階での拡大量を制御する拡大翼拡大量制御手段と、
   前記油圧拡大ヘッドの深度位置、及び前記拡大翼の拡大量に基づき、前記拡大穴の形成情況を模式的に表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする油圧拡大ヘッド制御装置。
2. 前記拡大翼は、ある段階の拡大掘削が終了した時点での拡大穴下端位置又は上端位置で次段階の拡大量まで拡大された後、そのまま拡大穴上端位置又は下端位置に向かって次段階の拡大掘削を行うものである、
   ことを特徴とする請求項１記載の油圧拡大ヘッド制御装置。
3. 前記拡大翼は、ある段階の拡大掘削が拡大穴下端位置で終了した後、そのまま拡大穴上端位置まで引き上げられ、この上端位置で次段階の拡大量まで拡大された後、拡大穴下端位置に向かって次段階の拡大掘削を行うものである、
   ことを特徴とする請求項１記載の油圧拡大ヘッド制御装置。
4. 前記拡大掘削が行われている間に前記拡大翼拡大量制御手段が制御する拡大量を手動操作により強制的に調整するための拡大量操作スイッチ、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧拡大ヘッド制御装置。
5. 前記拡大翼は、油圧シリンダに収納され水平方向に伸縮動作を行う水平直動式のもの、又は、リンク部材に支持され垂直方向姿勢と水平方向姿勢との間で姿勢を変化させて開閉動作を行うリンク式のものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の油圧拡大ヘッド制御装置。

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