JP2008190137A - アキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッド及びそれを使用した拡大翼保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 拡大翼を土圧抵抗により閉縮する際縦孔崩壊を防止する。
【解決手段】 ヘッドロッド内に油圧シリンダ、１系統油圧流路及びアキュムレータを内装し、
油圧シリンダ内の一方のスペースと、１系統油圧流路を、又他方のスペースとアキュムレータの蓄圧室をそれぞれ接続し、
拡大翼の拡開は、油圧シリンダの一方のスペースに油圧を送って行い、その際他方のスペースの油圧は蓄圧室に送って蓄圧し、
拡大翼の閉縮は、拡大翼に外力を加えると共に、蓄圧室に蓄圧されていた油圧を油圧シリンダの他方のスペースに送ることにより容易に行うようにした、
アキュムレータ内蔵の油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、流体圧シリンダとともにアキュムレータを内蔵する拡大ヘッド及びそれを使用した拡大翼保持方法に関する。

従来、油圧シリンダ式拡大ヘッドとして、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るため２系統の油流路を掘削スクリューロッドに縦通したものが知られている。しかし、この従来ヘッドでは、掘削スクリューロッドの継ぎ足しが必要な場合、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となり、その結果スクリューロッド接続部外周における掘削土砂の搬送空間が狭くなり、排土機能を低下させる欠点があった。（特許文献１）

上例の欠点を解消するため、ヘッドロッド内に、スプリングをシリンダ内に巻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開発された。しかし、この開発ヘッドは、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拡開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、これを防止するために、上記スプリングの強化、大型化が必要となる難点があった。（特許文献２）

そこで、本発明者等は、スプリング無しの油圧シリンダと１系統の油流路を備え、上記油圧シリンダ内に、ピストンをはさんで油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を形成すると共に、両スペースに、上記１系統の油流路をそれぞれバネ内装式パイロットチェック弁を介して分岐接続し、そして両スペースに供給される油圧のうち上記広い受圧面に及ぼす大きい押圧力によりシリンダを駆動して拡大翼を拡開し、拡大翼の閉縮は、該拡大翼に土圧抵抗等の外力を加えて行うものを提案した。（特許文献３）

しかし、上記の提案ヘッドは、まず、広いピストン受圧面と狭いピストン受圧面との受圧面積の差に由来する押圧力によってシリンダを駆動するものであるから、同等の駆動力を出しうる通常の油圧シリンダと比較して、シリンダが大径となり、それを内蔵するヘッドロッドも大径となり、その結果、ヘッドロッド周囲の掘削土砂搬送スペースを狭める等の欠点を招いていた。

また、拡大翼を土圧抵抗により閉縮する場合、拡大翼により縦孔の内壁面を崩し、その結果、ソイルセメント杭造成の場合には、杭の部分的劣化を招く等の不都合があり、さらに油圧シリンダのピストン側スペースとロッド側スペースに接続された分岐路の各パイロットチェック弁においては、両パイロットチェック弁をパイロット圧によって確実に開かせるために、内装のバネを弱めに調整しておく必要がある。ところが、深さ数１０メートルに掘進した場合、地上から油圧シリンダまで延長する長い油流路に高い水頭圧が発生し、これが上記パイロットチェック弁の弱いバネに働いて該チェック弁を予定外に開かせてしまい、その結果、拡大翼を予定通りの拡開度に保持することができない問題も残されていた。
特開２００３−３２２８９０ 実公昭６２−３５７４５ 特開２００５−３１５０５３

本願第１発明は、拡大翼の拡開駆動にスプリング無しの流体圧シリンダと１系統の流体流路を備えながら、流体圧シリンダの大径化を抑制すると共に、拡大翼を土圧抵抗等により閉縮する場合の縦孔崩壊を可能な限り防止することを課題とする。

本願第２発明は、流体流路に水頭圧が発生しても拡大翼を所望拡開度に確実に拡開保持することを課題とする。

上記課題解決のため、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給排すべき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支持すると共に、上記流体圧シリンダの伸縮と上記拡大翼の拡縮とを互に連動するように連結した構成において、
上記流体圧シリンダ内のピストン側スペース及びロッド側スペースのいずれか一方のスペースと、上記１系統の流体流路とを圧力流体の給排自在に接続し、
上記ヘッドロッド内にアキュムレータを内蔵し、該アキュムレータの蓄圧室と、上記流体圧シリンダ内の他方のスペースとを接続し、
上記拡大翼の拡開は、上記流体圧シリンダの一方のスペースに圧力流体を供給して行い、その際他方のスペースの流体は上記蓄圧室内に送って蓄圧し、
上記拡大翼の閉縮は、該拡大翼に外力を加えることにより行い、それと連動する流体圧シリンダの一方のスペースの流体を上記流体流路に戻すと共に、他方のスペースに上記蓄圧室に蓄圧されていた流体を圧送するようにした、
アキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッドを提案する。

本願第２発明は、
上記第１発明における１系統の流体流路に、外部に配置され、少くとも流体圧ポンプ、上記流体流路への圧力流体給排弁及び供給する流体の流量計を有する流体圧回路を接続し、さらに上記流体圧シリンダ内の他方のスペースと上記蓄圧室との間に、上記供給される流体圧力をパイロット圧とするカウンタバランス弁を接続した、アキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッドを使用し、
上記圧力流体給排弁を開き、上記流量計により、上記拡大翼を所望拡開度に拡開するのに必要な量の圧力流体を上記流体圧シリンダの一方のスペースに供給し、
上記拡大翼が所望拡開度に拡開したとき、直ちに上記圧力流体給排弁を閉じ、それに伴い上記カウンタバランス弁も閉じ、それにより上記流体圧シリンダ内のピストン側及びロッド側の両スペース内の流体を閉じこめて上記拡大翼をその拡開度に保持する、
拡大翼保持方法を提案する。

本願第１発明のアキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッドによれば、広いピストン受圧面と狭いピストン受圧面との受圧面積の差による押圧力によってシリンダを駆動するものではなく、シリンダの一方のスペースのみに圧力流体を直接送って拡大翼拡開を行う通常方式を採ったから、従来ヘッドのようにシリンダを大径にする必要がなくなり、従ってヘッドロッド周囲の掘削土砂搬送スペースを確保することができ、又拡大翼閉縮のため、拡大掘削後ヘッドロッドを引き上げ、その拡開した拡大翼を非拡大掘削の縦孔内壁面に押圧して閉縮しようとすると、アキュムレータ蓄圧室に保留されていた蓄圧流体がシリンダの他方のスペースに戻って拡大翼に閉縮力を付与し、それにより拡大翼を容易に閉縮させることができ、その結果、上記縦孔内壁面をほとんど崩壊することはないのである。

本願第２発明のアキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッドを使用した拡大翼保持方法によれば、流量計を検知して所要量の圧力流体をシリンダの一方のスペースに供給して拡大翼を所望拡開度に開いたとき、直ちに圧力流体給排弁及びそれに付随してカウンタバランス弁をそれぞれ閉じて、シリンダ内のピストン側及びロッド側の両スペース内の流体をそれぞれ閉じこめることにより、拡大翼を上記の拡開度に保持することができ、それは地上からの長い流体流路に高い水頭圧が発生しても、それに影響されることはないのである。

本願発明における「流体圧」には、油圧、水圧、その他の流体圧を包含する。
又、「流体圧シリンダ」には、ピストンを固定し、チューブを往復動させるピストン固定型シリンダ、チューブを固定し、ピストンを往復動させるチューブ固定型シリンダのいずれであってもよい。
さらには、「アキュムレータ」には、蓄圧方式としてガス圧縮式、バネ式等があり、又ガス圧縮式には、ピストン型、ダイヤフラム型、金属ベロー型等が選択的に使用される。

本願第１発明の実施例について図面を参照して詳述する。図１は、スクリューロッド（Ｓ）下端部の拡大ヘッド（１）に実施した例で、そのヘッドロッド（２）の上半部内に、下端開口の丸孔案内孔（３）を形成し、該案内孔（３）内にピストン固定型油圧シリンダ（４）を同軸的に内蔵すると共に、ヘッドロッド（２）上端部内にエア圧縮式ピストン型アキュムレータ（５）を内蔵してある。

上記油圧シリンダ（４）は、そのチューブ（６）を上記案内孔（３）内にロッド軸方向に摺動自在に挿入支持させると共に、そのピストン（７）のピストンロッド（８）を、上記チューブ（６）の上端板を貫通してヘッドロッド（２）上端部内に嵌入固定してある。

上記アキュムレータ（５）は、その円筒状蓄圧室（９）を内蔵し、該室（９）内にピストン（１０）を蓄圧室（９）の軸方向に摺動自在に嵌入して室（９）内をエア室（１１）と油室（１２）とに区分し、そのエア室（１１）内にエアを充填してある。

上記油圧シリンダ（４）により駆動される拡大翼（１３）、（１３）の支持構造は次のようである。上記ヘッドロッド（２）における案内孔（３）の開口下端近くに、一対のブラケット（１４）、（１４）を互に直径方向の相対する位置でそれぞれ突設し、該ブラケット（１４）、（１４）に、長短両アームからなるくの字状拡大翼（１３）、（１３）を、その屈曲部においてピン（１５）、（１５）により、ヘッドロッド軸心線を通る平面上で揺動可能に軸支してある。

一方、上記シリンダチューブ（６）の下端面に、該チューブ（６）よりやや小径の短円柱状作動ブロック（１６）を同軸的に突設し、該作動ブロック（１６）は、図２に示すように直径方向に横断面矩形のスライド孔（１７）を貫通すると共に、その両側に、上記スライド孔（１７）の左側面及び右側面とそれぞれ一部開通しつつ作動ブロック（１６）の軸方向に縦通する案内溝（１８）、（１８）を形成し、そのスライド孔（１７）内に、該スライド（１７）と上下高さが等しく、スライド孔（１７）の横幅の２分の１の厚さを有する２枚のスライド板（１９）、（１９）を互に板面を摺動自在の背合わせ状態で、摺動自在に挿入し、そして上記拡大翼（１３）、（１３）の短いアーム（１３’）、（１３’）を、上記案内溝（１８）、（１８）内に挿入した状態で、上記スライド板（１９）、（１９）にピン（２０）、（２０）により連結してある。

上記油圧シリンダ（４）及びアキュムレータ（５）を含む圧力油の全体給排装置は次のようである。まず、スクリューロッド（Ｓ）に１系統の油流路（２１）を縦通し、該流路（２１）に、ヘッドロッド（２）上端部に内装された接続管（２２）を接続し、該接続管（２２）の下端に接続された油流路（２３）の他端を、ヘッドロッド（２）上端部内部、ピストンロッド（８）内部、ついでピストン（７）内部を巡通してチューブ（６）内のピトン側スペース（２４）に開通させ、又他方のロッド側スペース（２５）に一端を開口した油流路（２６）の他端を、ピストンロッド（８）内部、ついでヘッドロッド（２）上端部内部を通って上記蓄圧室（９）の油室（１２）端部に開通させてある。

全体油圧回路は図３に示す通りである。外部に設けられた油圧給排回路（２７）には、油圧タンク（２８）から油圧ポンプ（２９）及び油圧供給弁（３０）を経て上記１系統の油流路（２１）に至る油圧供給路（３１）と、上記流路（２１）からバイパス弁（３２）を経て油圧タンク（２８）に至る油圧排出路（３３）とを有し、さらに上記流路（２１）に、供給油の流量計（３４）を接続してある。

上記アキュムレータ（５）への油給排回路（３５）は、図１のように、ヘッドロッド（２）内部の蓄圧室（９）近くに内蔵されており、これには図３に示すように上記油流路（２６）に、該流路（２６）を開閉すべきカウンタバランス弁（３６）及びチェック弁（３７）を並列的に接続すると共に、上記カウンタバランス弁（３６）に、油流路（２１）を流れる供給油圧力をパイロット圧として作用させるためのパイロット圧供給路（３８）を上記油流路（２１）から分岐してカウンタバランス弁（３６）に接続してある。

（３９）は油流路（２１）の安全用リリーフ弁、（４０）は外部へ流出口を開くチェック弁、（４１）は蓄圧室（９）の安全用リリーフ弁である。

なお、図１において、（４２）はヘッドロッド下端部に設けた掘削ヘッド、（４３）はヘッドロッド外周面に設けたらせん羽根で、拡大翼（１３）、（１３）の拡縮軌道に対応する部分を切欠してある。（４４）はヘッドロッド（２）下端に設けた固化剤吐出口である。

上例の作用を、上例を使用した拡大翼保持方法と共に次に説明する。油圧シリンダ（４）のチューブ（６）を最大位に上昇させ、拡大翼（１３）、（１３）を閉縮した図１及び図３（イ）の状態で、スクリューロッド（Ｓ）及び拡大ヘッド（１）を回転させ、その掘削ヘッド（４２）により地盤に縦孔掘削を開始する。

所定深さに掘進したとき拡大掘削を行う。まず、拡大翼（１３）、（１３）を図３（ロ）のように中間拡開度に開く場合は、予め拡大翼を上記中間拡開度に開くためのシリンダ（４）に供給すべき油量を測定しておく。

図３において、油圧給排回路（２７）のポンプ（２９）を駆動し、供給弁（３０）を開いて圧力油を油流路（２１）を経て油圧シリンダ（４）のピストン側スペース（２４）に供給してシリンダチューブ（６）を降下させ、該チューブ（６）の降下が図１においてスライド板（１９）、（１９）を左右スライドさせつつ拡大翼（１３）、（１３）の短アーム（１３’）、（１３’）を下方へ押し、それにより拡大翼（１３）、（１３）がピン（１５）、（１５）を中心に上方へ揺動拡開を開始する。

それと共に、流路（２１）に流れる油の圧力がパイロット圧としてカウンタバランス弁（３６）に作用し、その圧が設定圧に達すると該弁（３６）を開き、それによりシリンダ（４）のロッド側スペース（２５）内の油が流路（２６）を経て蓄圧室（９）の油室（１２）に圧送されてピストン（１０）を右進させ、エア室（１１）のエアが圧縮されていく。

上記の操作と共に、流量計（３４）を見ながら上記中間拡開までの供給油量を確認していく。

流量計（３４）により拡大翼（１３）、（１３）の中間拡開を確認したとき、直ちに供給弁（３０）を閉じてシリンダ（４）への油供給を停止すると、それに付随してカウンタバランス弁（３６）も閉じ、それによりシリンダ（４）のピストン側及びロッド側の両スペース（２４）、（２５）内の油をそれぞれ出入り不能に封止し、かくして該シリンダチューブ（６）が中間上昇位置に抑止され、拡大翼（１３）、（１３）が中間拡開位置に確実に保持される。

上記カウンタバランス弁（３６）の閉止により蓄圧室（９）の油室（１２）内の油も蓄圧状態で封止される。

スクリューロッド（Ｓ）及び拡大ヘッド（１）の回転により上記中間拡開の拡大翼（１３）、（１３）によって中間径の拡大掘削を行い、ついで同様に供給弁（３０）を開いて圧力油をシリンダ（４）のピストン側スペース（２４）にさらに供給して拡大翼（１３）、（１３）を図３（ハ）の最大拡開へ向けて開き、それと共にカウンタバランス弁（３６）を開いてシリンダ（４）のロッド側スペース（２５）内の油を蓄圧室（９）の油室（１２）に送ってさらに蓄圧を行う。

拡大翼（１３）、（１３）が図３（ハ）の最大拡開度に開いたとき、上記と同様に供給弁（３０）を閉じると、カウンタバランス弁（３６）も閉じ、シリンダ（４）のピストン側及びロッド側両スペース（２４）、（２５）内の油を閉じこめて拡大翼（１３）、（１３）を最大拡開度に保持し、そこで上記最大拡開の拡大翼（１３）、（１３）により上記中間径の拡大掘削孔の外周部分をさらに拡大掘削し、それと共に、セメントミルクを吐出口（４４）から拡大掘削孔内に吐出してソイルセメントの拡大球根を造成する。

上記拡大翼（１３）、（１３）による最大拡開掘削の前に中間拡開掘削又は複数段の中間拡開掘削を行うことにより、スクリューロッド（Ｓ）の回転動力源に過大な負荷を与えることなく、円滑な最大拡開掘削が可能となる。

球根造成後、拡大翼（１３）、（１３）を閉縮する場合は、油圧給排回路（２７）のバイバス弁（３２）を開いてシリンダ（４）のピストン側スペース（２４）の油をタンク（２８）に戻り可能においた後、スクリューロッド（Ｓ）を引き上げ、その拡開した拡大翼（１３）、（１３）を造成した球根上部や非拡大掘削の縦孔内壁面に押しつけて閉縮方向へ押圧し、それによりシリンダチューブ（６）が上昇してピストン側スペース（２４）の油を流路（２１）、（３３）を経てタンク（２８）に戻す。

その際、シリンダ（４）のロッド側スペース（２５）に、蓄圧室（９）に蓄圧されていた油がチェック弁（３７）を経て戻され、この蓄圧油の圧力がシリンダチューブ（６）の上昇に協力して拡大翼（１３）、（１３）に閉縮力を付与し、この閉縮力により、拡大翼（１３）、（１３）が容易に閉縮し、それにより縦孔内壁面の崩れを最小限に止めることとなる。

なお、上述の作用において、油圧シリンダ（４）の作動不良等の原因により流路（２１）、（３８）内の圧力が異常に高くなったときは、リリーフ弁（３９）が開いてチェック弁（４０）から油を外部へ放出して内圧を下げ、又蓄圧室（９）内のピストンの動作不良等の原因により流路（２６）内の圧力が異常に高くなったときは、リリーフ弁（４１）、チェック弁（４０）により同様に内圧調整を行う。

本願発明による拡大ヘッドの縦断正面図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 （イ）拡大翼閉縮状態の油圧シリンダの略線縦断面図である。 （ロ）拡大翼中間拡開状態の同上断面図である。 （ハ）拡大翼最大拡開状態の同上断面図と全体油圧回路図である。

符号の説明

Ｓ スクリューロッド
１ 拡大ヘッド
２ ヘッドロッド
４ 油圧シリンダ
５ アキュムレータ
９ 蓄圧室
１３ 拡大翼
２１ １系統油流路
２９ 油圧ポンプ
３０ 油圧供給弁
３２ バイパス弁
３４ 流量計
３６ カウンタバランス弁

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給排すべき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支持すると共に、上記流体圧シリンダの伸縮と上記拡大翼の拡縮とを互に連動するように連結した構成において、
   上記流体圧シリンダ内のピストン側スペース及びロッド側スペースのいずれか一方のスペースと、上記１系統の流体流路とを圧力流体の給排自在に接続し、
   上記ヘッドロッド内にアキュムレータを内蔵し、該アキュムレータの蓄圧室と、上記流体圧シリンダ内の他方のスペースとを接続し、
   上記拡大翼の拡開は、上記流体圧シリンダの一方のスペースに圧力流体を供給して行い、その際他方のスペースの流体は上記蓄圧室内に送って蓄圧し、
   上記拡大翼の閉縮は、該拡大翼に外力を加えることにより行い、それと連動する流体圧シリンダの一方のスペースの流体を上記流体流路に戻すと共に、他方のスペースに上記蓄圧室に蓄圧されていた流体を圧送するようにした、
   アキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッド。
2. 上記１系統の流体流路に、外部に配置され、少くとも流体圧ポンプ、上記流体流路への圧力流体給排弁及び供給する流体の流量計を有する流体圧回路を接続し、さらに上記流体圧シリンダ内の他方のスペースと上記蓄圧室との間に、上記供給される流体圧力をパイロット圧とするカウンタバランス弁を接続した、請求項１に記載のアキュムレータ内蔵の流体圧シリンダ式拡大ヘッドを使用し、
   上記圧力流体給排弁を開き、上記流量計により、上記拡大翼を所望拡開度に拡開するのに必要な量の圧力流体を上記流体圧シリンダの一方のスペースに供給し、
   上記拡大翼が所望拡開度に拡開したとき、直ちに上記圧力流体給排弁を閉じ、それに伴い上記カウンタバランス弁も閉じ、それにより上記流体圧シリンダ内のピストン側及びロッド側の両スペース内の流体を閉じこめて上記拡大翼をその拡開度に保持する、
   拡大翼保持方法。

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