JP2020139331A - クランプ装置及び杭圧入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】筒体の開口端部を把持するクランプ装置において、上物装置の動作姿勢、作業内容により発生するモーメントの方向に偏りがある場合に効果的に対応する。【解決手段】筒体Ｐの開口端部を把持するクランプ装置１０であって、開口端部の周に沿って異なる位置でそれぞれ、開口端部の側壁ＳＷを内側と外側から挟んで挟持する挟持機構１１，１２，１３，１４を３以上備える。３以上の挟持機構は、開口端部の開口面をその中心Ａを通る任意の方向の仮想直線ＡＣで２等分したとき、当該仮想直線の一方側Ｆに配置される側壁に対する挟持力を、当該仮想直線の他方側に配置される側壁に対する挟持力より大きくすることができるように配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、クランプ装置及び杭圧入装置に関する。

従来、鋼管杭等の筒体の開口端部を把持するクランプ装置が利用されている。クランプ装置上に杭圧入装置、クレーン等の上物装置が搭載され支持される。
特許文献１、特許文献２等に記載されるように、クランプ装置としては、上記筒体の開口端部の相対する側壁をそれぞれ挟持する１対の挟持機構を有した構成がある。また、特許文献２には、挟持機構を十字状に配して２対有した構成も提案されている。

実開平６−４００３８号公報 特許第５１７６１１６号公報

しかしながら、上物装置の動作姿勢、作業内容により荷重の重心が筒体の軸から離れる、従ってモーメントが生じる場合があることを考慮する必要がある。
１本の筒体に対して１対の挟持機構では固定力、安定性が不足する場合がある。
２対の挟持機構を十字状に配した構成では四方に挟持機構を有するので、一定の安定性を有する。
しかしながら、杭圧入装置で繰り返し同じ方向に杭を圧入するなど、発生するモーメントの方向に偏りがある場合に、挟持機構が筒体の軸周りに均等に分散配置されていると、特定の一部の挟持機構が大きな力を負担するため、効果的ではない。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、筒体の開口端部を把持するクランプ装置において、上物装置の動作姿勢、作業内容により発生するモーメントの方向に偏りがある場合に効果的に対応することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、筒体の開口端部を把持するクランプ装置であって、
前記開口端部の周に沿って異なる位置でそれぞれ、前記開口端部の側壁を内側と外側から挟んで挟持する挟持機構を３以上備え、
前記３以上の挟持機構は、前記開口端部の開口面をその中心を通る任意の方向の仮想直線で２等分したとき、当該仮想直線の一方側に配置される前記側壁に対する挟持力を、当該仮想直線の他方側に配置される前記側壁に対する挟持力より大きくすることができるように配置されたクランプ装置である。

請求項２記載の発明は、前記３以上の挟持機構は、挟持力が同一の挟持機構で構成され、前記仮想直線の一方側に配置される前記挟持機構の数を、前記仮想直線の他方側に配置される前記挟持機構の数より多くすることができるように配置された請求項１に記載のクランプ装置である。

請求項３記載の発明は、前記挟持機構を４備え、当該４の挟持機構は、前記仮想直線の一方側に配置される前記挟持機構の数を３、前記仮想直線の他方側に配置される前記挟持機構の数を１とすることができるように配置された請求項２に記載のクランプ装置である。

請求項４記載の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３に記載のクランンプ装置を備え、前記筒体に相当する既設杭を前記クランプ装置で把持して、前記既設杭に隣接した領域の地盤に杭を圧入する杭圧入装置であって、
前記一方側を杭圧入側にして前記クランンプ装置が取り付けられた杭圧入装置である。

本発明によれば、筒体の開口端部を把持するクランプ装置において、一方側の挟持力を大きくすることで、上物装置の動作姿勢、作業内容により発生するモーメントの方向に偏りがある場合に、その偏る側を前記一方側とすることで効果的に対応することができる。

本発明の一実施形態に係る杭圧入装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係るクランプ装置の平面図である。 本発明の他の一実施形態に係るクランプ装置の平面模式図である。 本発明の他の一実施形態に係るクランプ装置の平面模式図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１及び図２を参照してのクランプ装置及び杭圧入装置につき説明する。
図１に示すように、杭圧入装置１００は、クランプ装置１０を備える。杭圧入装置１００は、筒体Ｐの開口端部をクランプ装置１０で把持して固定され止水杭Ｃの圧入作業を行う。また杭圧入装置１００は、地盤に圧入された止水杭Ｃの引抜作業を行うことができる。杭圧入装置１００の前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸として図中に示す。

杭圧入装置１００は、クランプ装置１０と、サドル（基台）５１と、スライドベース５２と、マスト５３、昇降装置５４と、チャックフレーム５５と、チャック５６等を備えて構成される。
クランプ装置１０は、サドル５１の下部に連結されている。クランプ装置１０は、Ｚ軸回りに回転する機構を介してサドル５１に連結されている。
スライドベース５２は、サドル５１上に前後動可能に設けられている。
マスト５３は、スライドベース５２上に旋回可能に搭載されている。
昇降装置５４は、マスト５３に支持され、上下方向を軸方向として配置されたシリンダ装置（動力装置）を含む。
チャックフレーム５５は、昇降装置５４により昇降されるように設けられている。
チャック５６は、止水杭Ｃを把持する機構を有し、チャックフレーム５５に設けられており、チャックフレーム５５とともに昇降する。
チャックフレーム５５及びチャック５６は、止水杭Ｃを上下方向に挿通させる構造を形成しており、チャック５６が複数の把持爪を止水杭Ｃの外周面を押圧することで把持する。各把持爪は、シリンダ装置（動力装置）により径方向に移動するように設けられている。
また、チャック５６は、把持した止水杭Ｃを中心軸回りに回転させるように自身がチャックフレーム５５に対して回転するように設けられている。
スライドベース５２の前後動の機能及びマスト５３の旋回機能は、止水杭Ｃの圧入位置を調整するために用いことができる。

杭圧入装置１００が、クランプ装置１０で把持している筒体Ｐは、鋼管杭等の筒状杭であり、地盤に埋設され、上端の開口端部が図１に示すように地上に突出しており、これをクランプ装置１０で把持している。杭圧入装置１００は、１本の筒体Ｐをクランプ装置１０で把持して、チャック５６に把持した止水杭Ｃを圧入する構成である。
図２に示すように筒体Ｐ，Ｐは間隔を開けて施工されている。隣接する筒体Ｐ，Ｐ間には、一対の止水杭Ｃ，Ｃが左右に配設されている。図示される２本の筒体Ｐ，Ｐに続いて筒体Ｐと同径の筒体が、止水杭Ｃ，Ｃを介しながら連続した杭列が構成されている。なお、止水杭Ｃは筒体Ｐ，Ｐ間を閉塞し、筒体Ｐと止水杭Ｃの杭列により止水壁が構築される。

クランプ装置１０は、前方中央の挟持機構１１と、後方中央の挟持機構１２と、前方右方の挟持機構１３と、前方左方の挟持機構１４と、Ｙ字にＩ字を重ねた４つ枝状に構成されたフレーム１５とを備えて構成される。
４つの挟持機構１１−１４のそれぞれは、固定爪ａ１、固定爪ａ１に対向配置された可動爪ａ２、可動爪ａ２を動作させるシリンダ装置ａ３、固定爪ａ１及びシリンダ装置ａ３を連結固定するフレームａ４等を備えて構成される。
４つの挟持機構１１−１４はそれぞれ、図１に示すように筒体Ｐの開口端部の側壁ＳＷを、固定爪ａ１と可動爪ａ２とで内側と外側から挟んで挟持する機構である。
４つの挟持機構１１−１４の挟持力は同一である。

図２に示すようにフレーム１５の４つの端部に、筒体Ｐの周に沿って時計回りで前方中央の挟持機構１１、前方右方の挟持機構１３、後方中央の挟持機構１２、前方左方の挟持機構１４の順で配設されている。前方中央の挟持機構１１と、後方中央の挟持機構１２とが前後方向Ｘに相対する位置に配置されている。
前方右方の挟持機構１３と、前方左方の挟持機構１４は、ともに前方側に配置され、互いに左右方向Ｙに相対する位置に配置されている。
アナログ時計に当てはめて説明すると、前方中央の挟持機構１１を１２時の方向として、後方中央の挟持機構１２が６時の方向、前方右方の挟持機構１３が１時〜２時の方向、前方左方の挟持機構１４が１０時〜１１時の方向に配置されている。
図２に示す筒体Ｐの中心Ａを通るＺ方向軸回りの角度としては、前方中央の挟持機構１１と後方中央の挟持機構１２との間の角度が１８０度、前方中央の挟持機構１１と前方右方の挟持機構１３との間の角度が１０度から３５度の範囲、前方中央の挟持機構１１と前方左方の挟持機構１４との間の角度が１０度から３５度の範囲とされる。杭圧入装置１００は、止水杭Ｃの圧入・引抜を行うため、図２に示すように平面視で前方中央の挟持機構１１と前方右方の挟持機構１３との間の角度範囲で止水杭Ｃの圧入を行えるように、これら２機の挟持機構１１，１３が間隔を空けて配置される。同様に、図２に示すように平面視で前方中央の挟持機構１１と前方左方の挟持機構１４との間の角度範囲で止水杭Ｃの圧入を行えるように、これら２機の挟持機構１１，１４が間隔を空けて配置される。その結果、これらの３機の挟持機構１３，１１，１４が略等間隔に配置されている。

以上のような構成により、４つの挟持機構１１−１４は、筒体Ｐの開口端部の周に沿って異なる位置でそれぞれ、同開口端部の側壁ＳＷを内側と外側から挟んで挟持する。
また４つの挟持機構１１−１４は、図２に示すように筒体Ｐの開口端部の開口面をその中心Ａを通る任意の方向の仮想直線ＡＣで２等分したとき、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される側壁ＳＷに対する挟持力を、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される側壁ＳＷに対する挟持力より大きくすることができるように配置されている。
すなわち、図２に示すように杭の圧入作業が行われる前方側Ｆと、その反対側である後方側Ｒとに２等分するように仮想直線ＡＣを決めたとき、クランプ装置１０をＺ方向の中心軸回りに回転させて配置することで、前方中央の挟持機構１１、前方右方の挟持機構１３及び前方左方の挟持機構１４の３つを前方側Ｆに、後方中央の挟持機構１２を後方側Ｒに配置することができる。
４つの挟持機構１１−１４の挟持力は同一であるから、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される挟持機構の数を、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される挟持機構の数より多くすることで、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される側壁ＳＷに対する挟持力を、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される側壁ＳＷに対する挟持力より大きくすることができる。

ここで、挟持力の大小は、挟持機構を筒体Ｐから離脱させる引抜力で定義される。すなわち、筒体Ｐを挟持している状態にある挟持機構に対し、挟持方向と垂直な方向に筒体Ｐから引き抜く外力を加えていったとき、当該挟持機構は限界をむかえて筒体Ｐから離脱するが、この離脱させるに必要な引抜力が大きい方が、挟持力が大とする。なおかつ、挟持力の大小は、各挟持機構を自己の最大出力の１００％又は１００％未満で互いに等しい割合に揃えて比較することを条件とする。
したがって、前方中央の挟持機構１１、前方右方の挟持機構１３及び前方左方の挟持機構１４の３つに代わる１つの挟持機構であって、挟持力が後方中央の挟持機構１２より大きい挟持機構を前方側に配置して実施してもよい。しかし、本実施形態にように、同じ挟持力の複数の挟持機構を前方側Ｆが多くなるように配置することで、同一の挟持機構を必要数製作することとなるから、製作が容易であり、また挟持機構の数の選択により、前方側Ｆと後方側Ｒのそれぞれの挟持力、前方側Ｆと後方側Ｒの挟持力の差を選択できる。
例えば、図３に示すように前方側Ｆに２つの挟持機構（１３，１４）、後方側Ｒに１の挟持機構（１２）を配置した構成を実施し得る。また、図４に示すように前方側Ｆに３つの挟持機構（１１，１３，１４）、後方側Ｒに２の挟持機構（１２Ｌ，１２Ｒ）を配置した構成を実施し得る。その他、挟持機構の数を多くすれば前方側Ｆの数と後方側Ｒの数の様々な組み合わせを実施し得る。

杭圧入装置１００が、チャック５６に把持した止水杭Ｃを、昇降装置５４の動作によりチャック５６を降下させることで地盤に圧入するとき、図１に示すような反力モーメントＭ１が発生し、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４には、上方に引き抜く力が作用し、後方側Ｒの挟持機構１２には、下方に押し付ける力が作用する。このとき、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４が３つであり、挟持力が大きいので、大きな反力モーメントＭ１に耐えることができ、圧入力を大きくすることができる。

杭圧入装置１００が、地盤に圧入された止水杭Ｃをチャック５６に把持して昇降装置５４の動作によりチャック５６を上昇させることで地盤から引き抜くとき、図１に示すような反力モーメントＭ２が発生し、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４には、下方に押し付ける力が作用する。後方側Ｒの挟持機構１２には、上方に引き抜く力が作用し得る。このとき、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４が３つであり、下方に押し付ける力には耐えられる。
引抜時は、圧入時に比較して止水杭Ｃが動くことに対する抵抗が小さく、反力モーメントＭ２は、圧入時反力モーメントＭ１より小さくなる傾向にある。圧入時は、杭圧入装置１００の全体が浮き上がろうとする垂直反力に、チャック５６とクランプ装置１０の軸間距離による反力モーメントＭ１が重ねて生じる状態である。これに対し引抜時は、杭圧入装置１００の全体が押し付けられる垂直反力に、チャック５６とクランプ装置１０の軸間距離による反力モーメントＭ２が重ねて生じる状態である。
その結果、引抜時に後方側Ｒの挟持機構１２に作用する上方への引抜力は、圧入時に前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４に作用する上方への引抜力より、相当小さい。
したがって、引抜時に後方側Ｒは１つの挟持機構１２により耐えることができる。また杭圧入装置１００は、圧入専用に用いる機械構成としても十分なものとなる。
以上のようにして杭圧入装置１００は、１本の既設杭（筒体Ｐ）で反力に耐える構成であるが、効率よく耐荷重を向上することができており、より強い荷重で杭を圧入することができる。

なお、本実施形態の杭圧入装置１００は、図２に示したように挟持機構を４備え、当該４の挟持機構１１−１４は、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される挟持機構の数を３、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される挟持機構の数を１とすることができるように配置された構成を有する。

図３に示した構成では、挟持機構を３備え、当該３の挟持機構１２−１４は、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される挟持機構の数を２、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される挟持機構の数を１とすることができるように配置された構成を有する。
図４に示した構成では、挟持機構を５備え、当該５の挟持機構１１，１２Ｌ，１２Ｒ，１３，１４は、仮想直線ＡＣの一方側Ｆに配置される挟持機構の数を３、仮想直線ＡＣの他方側Ｒに配置される挟持機構の数を２とすることができるように配置された構成を有する。

また、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４は、筒体Ｐの開口端部の径方向に相当する位置を変更可能に設けられている。
これにより、異なる径の筒体Ｐに対応することができる。
変更可能に設けるための構造は特に限定されない。なお、図示例では次の通りに構成されている。
前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４のそれぞれは、筒体Ｐの径方向に対応する方向に並んでフレーム１５に設けられた取付孔１５ａを選択してピンで固定される。したがって、前方側Ｆの挟持機構１１，１３，１４のそれぞれは、取付孔１５ａの選択により、筒体Ｐの開口端部の径方向に相当する位置を変更可能に設けられている。

また、図には円筒状の筒体を示したが、本クランプ装置は、四角筒状等の他の断面形状の筒体にも適用可能であることは言うまでもない。

１０ クランプ装置
１１ 挟持機構
１２ 挟持機構
１３ 挟持機構
１４ 挟持機構
１５ フレーム
５１ サドル
５２ スライドベース
５３ マスト
５４ 昇降装置
５５ チャックフレーム
５６ チャック
１００ 杭圧入装置
Ａ 中心
ＡＣ 仮想直線
Ｆ 一方側（前方側）
Ｍ１ 圧入時反力モーメント
Ｍ２ 引抜時反力モーメント
Ｐ 筒体（既設杭）
Ｒ 他方側（後方側）
ＳＷ 側壁

Claims (4)

1. 筒体の開口端部を把持するクランプ装置であって、
   前記開口端部の周に沿って異なる位置でそれぞれ、前記開口端部の側壁を内側と外側から挟んで挟持する挟持機構を３以上備え、
   前記３以上の挟持機構は、前記開口端部の開口面をその中心を通る任意の方向の仮想直線で２等分したとき、当該仮想直線の一方側に配置される前記側壁に対する挟持力を、当該仮想直線の他方側に配置される前記側壁に対する挟持力より大きくすることができるように配置されたクランプ装置。
2. 前記３以上の挟持機構は、挟持力が同一の挟持機構で構成され、前記仮想直線の一方側に配置される前記挟持機構の数を、前記仮想直線の他方側に配置される前記挟持機構の数より多くすることができるように配置された請求項１に記載のクランプ装置。
3. 前記挟持機構を４備え、当該４の挟持機構は、前記仮想直線の一方側に配置される前記挟持機構の数を３、前記仮想直線の他方側に配置される前記挟持機構の数を１とすることができるように配置された請求項２に記載のクランプ装置。
4. 請求項１、請求項２又は請求項３に記載のクランプ装置を備え、前記筒体に相当する既設杭を前記クランプ装置で把持して、前記既設杭に隣接した領域の地盤に杭を圧入する杭圧入装置であって、
   前記一方側を杭圧入側にして前記クランプ装置が取り付けられた杭圧入装置。

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