JP2885877B2 - 杭打工法および杭打機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、既製杭を打設する工法及び杭打機に関す
る。

（従来の技術） 既製杭の打設は、従来、第16図に示すように、杭打機
１のリーダ２に添設したガイド３に沿ってラム昇降式の
杭打装置４をウインチ５により昇降されるようにし、杭
打時には杭打装置４の巻上ロープ６をたるませ、杭打装
置４に備えた油圧シリンダ等のアクチュエータによりラ
ムの引上げ、落下を繰り返してキャップ７を介して杭８
を打設していた。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来技術には、次のような問題点がある。

（１）杭８をリーダ２に近接して保持しなければ杭８の
打設が行なえないため、各杭８ごとに杭打機１を移動さ
せて杭打を行なわなければならない。また、移動の度毎
に整地して杭打機１を水平地面上に設置しなければなら
ない。このため、第17図に示すように、線９で囲まれた
狭い敷地に多数の杭８を打設する場合には、杭打を開始
するまでの準備に時間がかかり、非能率的である。

（２）リーダ２の近傍部分しか杭８を打設することがで
きないため、第16図に示すように、障害物10や段差11
a、11bが存在する場合、これらの障害物10や段差11a、1
1bの前方に杭８を打設することができない。

（３）第16図に示すように、施工場所に近接して電線12
等が存在する場合、移動中にリーダ２が電線12にかかる
ため、電線12等のある鉄道等の内における杭打が不可能
である。

（４）杭打機１の前方にしか杭打ができないため、地下
鉄工事等の場合、杭打機１が搭載される架台の下の杭打
を行なうことができない。

本発明は、上述のような問題点に鑑み、杭打を能率良
く行なえると共に、障害物等が存在する場合にも杭打が
可能となる杭打工法および杭打機を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明の杭打工法は、自走
式作業機に、先端が垂直に昇降できかつ先端の水平方向
の到達位置が変えられるフロントアタッチメントを取付
け、該フロントアタッチメントの先端に、ロッドを備え
た昇降ガイドをピンによって回動可能に連結して垂下
し、 該昇降ガイドに対して昇降可能にラム昇降式杭打装置
を装着し、 自走式作業機本体またはフロントアタッチメントの全
体あるいは一部の旋回動作および下降動作により、杭の
頭部にキャップを介して前記杭打装置を載置し、 該杭打装置が前記昇降ガイドにそって案内されること
によって、該杭打装置の姿勢を垂直に保持しながらフロ
ントアタッチメントの先端を垂直に下げることにより、
前記ロッドを前記杭打装置に対して相対的に下げ、その
後ラムの引上げと落下を繰り返して杭打を行い、前記ロ
ッドに対して前記杭打装置が相対的に下降したら、再び
フロントアタッチメントの先端を垂直に下げて前記ロッ
ドを前記杭打装置に対して相対的に下げ、前記杭打動作
を繰り返す ことを特徴とする。

また、本発明による杭打機は、自走式作業機に、先端
が垂直に昇降できかつ先端の水平方向の到達位置が変え
られるフロントアタッチメントを、作業機本体の旋回装
置またはフロントアタッチメントの全体あるいは一部を
旋回させる旋回装置により先端の水平方向の向きが変え
られるように取付け、該フロントアタッチメントの先端
にロッドを備えた昇降ガイドをピンにより回動可能に連
結して垂下し、前記ロッドに対して昇降可能にラム昇降
式杭打装置を装着した ことを特徴とする。

本発明において、前記フロントアタッチメントとして
は、多関節アーム、起伏式伸縮アーム、あるいは多関節
アームの一部を伸縮アームとしたもの等が用いられる。

（作用） 本発明の杭打方法を実施する場合、杭打装置は、フロ
ントアタッチメントの先端にピンにより回動可能に連結
されて垂下される昇降ガイドに案内されるように昇降可
能に装着されるので、杭打装置を垂下しただけで杭打装
置は垂直姿勢がとれる。従って、縦穴に杭の一部を埋設
して建込んでおき、杭の頭部にキャップを介して杭打装
置を載せるだけで杭打装置の垂直姿勢が保持される。杭
打に当たり、昇降ガイドを下げる際には、アーム等の角
度変更や伸縮により、昇降ガイドをフロントアタッチメ
ントに機械的に連結している部分を垂直に降下させる。
このような位置決め制御により従来必要としたリーダが
不要となるのであり、杭打装置のリーダによる水平位置
の拘束から解放されるのである。

本発明の杭打機としてフロントアタッチメントに多関
節アームを用いたものは、関節部の角度制御により、杭
打装置の水平位置の位置設定と、垂直降下が行なわれ
る。

本発明の杭打機としてフロントアタッチメントに起伏
式伸縮アームを用いたものは、アームの伸縮量と起伏角
度の制御により、杭打装置の水平位置の位置設定と、垂
直降下が行なわれる。

本発明の杭打機としてフロントアタッチメントに多関
節アームを用い、かつアームの一部を伸縮アームとした
ものは、関節部の角度制御と伸縮アームの伸縮量によ
り、杭打装置の水平位置の位置設定と、垂直降下が行な
われる。

また、作業機本体の旋回装置またはフロントアタッチ
メントの旋回装置の動作によりフロントアタッチメント
との向きの変更が行なわれる。

（実施例） 以下本発明の詳細を図面により説明する。第１図は本
発明による杭打工法を実施する杭打機の一実施例を作業
状態で示す側面図である。第２図は該実施例の杭打機20
のフロントアタッチメントである多関節アーム23の先端
に垂下する杭打装置21を拡大して示す図、第３図は第２
図のＡ−Ａ断面図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図であ
る。

第１図に示すように、杭打機20は、下部走行体22に旋
回装置24を介して上部旋回体25を取付け、上部旋回体25
に前記多関節アーム23を取付けたもので、多関節アーム
23は、第１ないし第３アーム13〜15を、関節部のピン30
〜32を介して、地面に鉛直な面に沿って回動自在に取付
けると共に、第３アーム15の先端にピン33を介してブラ
ケット16を上下方向に回動自在に取付けたもので、これ
らのアーム13〜15およびブラケット16は、第１ないし第
４シリンダ36〜39の伸縮によって回動する。各ピン30〜
33でなる関節部には、垂直制御のための角度計17〜19、
26が設けられている。

杭打装置21は第２図ないし第４図に示すように、ラム
41を昇降させてキャップ64を介して杭８を打つラム昇降
式の杭打装置である。43は昇降ガイドであり、昇降ガイ
ド43は、ピン48により、前記ブラケット16に連結され、
垂下されている。該昇降ガイド43は、左右２本のロッド
44を有する門形をなすもので、左右のロッド44を、杭打
装置21のケーシング47の両側に固着した円筒45に摺動自
在に嵌合し、該各ロッド44の下端には、抜け止め用スト
ッパ46を設けている。

49はラム41を昇降させる油圧シリンダであり、そのボ
トム側をケーシング47の下部にピン50により連結し、ピ
ストンロッド51を２個のシーブ52を回転自在に嵌合した
軸54に連結し、該軸54の両端をケーシング47に縦に設け
たガイド板55の縦溝56に摺動自在に嵌合している。ケー
シング47の上部に固着したブラケット57には前記シーブ
52に対応する２個のシーブ58を回転自在に嵌合した軸59
およびこれらのシーブに隣接した２個のガイドシーブ60
を回転自在に嵌合した軸61を取付け、一端を一方のガイ
ド板55に接続したワイヤロープ62を前記各シーブ52、5
8、60およびラム41の上部のシーブ63に掛け回して他端
を他方のガイド板55に連結してなり、オペレータのコン
トロール弁切換え操作により油圧シリンダ49を収縮させ
るとラム41が引き上げられ、コントロール弁操作により
油圧シリンダ49のボトム室、ロッド室を短絡させると、
ラム41が自由落下する構成となっている。なお、この油
圧回路の構成としてはこの他に種々のものが考えられ
る。また、ラム41を昇降させる昇降装置としては、ケー
シング47内に内蔵させる油圧シリンダや、ケーシング47
内または外に取付けるウインチを用いることも可能であ
る。杭８の頭部に被せるキャップ64はその上面に木材等
の緩衝材66を有し、ケーシング47の下端開口部に所定の
範囲にわたって上下動可能に嵌合されている。また、該
キャップ64はケーシング47に対して抜け止めされるが、
図示を省略している。

第５図は油圧回路および制御系を示す。第１図におけ
る多関節アーム23の関節部に設けた角度計17〜19、26
は、第６図に示すように、第１アーム13の地面に対する
角度α、第１アーム13と第２アーム14との相対角度β、
第２アーム14と第３アーム15との相対角度γ、第３アー
ム15とブラケット16との相対角度εを検出するものであ
る。65はアーム等の長さａ〜ｄを設定するアーム長等設
定器、67は速度制御用操作レバー68の操作量に応した作
業速度で杭打装置21を同一作業半径のままで昇降させる
速度信号設定装置であり、これらの信号は、演算制御回
路69に入力される。演算制御回路69は、杭打装置21を垂
下しているピン48の軌跡が作業半径Ｒが一定となるよう
な軌跡制御を行なう。すなわち、杭打装置21が垂直に降
下するように、第２、第３シリンダ37、38の伸縮量を演
算し、各油圧シリンダ37、38の電磁比例弁70、71に駆動
信号i1、i2を出力する。この電磁比例弁70、71は、油圧
シリンダ37、38と油圧源72との間に設けられ、入力され
る駆動信号i1、i2に応じた切換位置および開口面積が設
定される。第１シリンダ36、第３シリンダ38および第４
シリンダ39は、それぞれパイロット式方向切換弁72、7
3、74を介してコントロールされる。そして、操作レバ
ー78、79、80をそれぞれ有するパイロット弁75、76、77
を操作して前記方向切換弁72、73、74を切換え、シリン
ダ36、38、39を伸縮できる。第２シリンダ37について
も、操作レバー68を所定の方向（前後方向が軌跡制御用
であれば、左右方向）に操作して電磁比例弁70を切換え
ることにより、単独で駆動することが可能である。

この回路において、操作レバー68、78〜80の操作によ
り所望の作業半径Ｒを得、かつ既にオーガによ掘削した
穴に一部埋設して建込んである杭８の上にキャップ64を
介して杭打装置21を載置する。この時、杭打装置21は垂
下されているので、杭打装置21が垂直姿勢となり、従っ
て、杭打装置21を杭８上に載置した状態でも垂直姿勢と
なる。この状態では、第１図に示すように、昇降ガイド
43のロッド44の下端のストッパ46が円筒45の下面に接触
した状態にある。次いで軌跡制御用操作レバー68を例え
ば前後方向に操作すれば、操作開始時の作業半径Ｒが次
の式のように設定される。

Ｒ＝a cosα＋b cos（α−β） ＋c cos（α−β−γ） ＋d cos（α−β−γ−ε） 軌跡制御用操作レバー68を操作すると、上述のように
作業半径Ｒが設定されると共に、速度信号設定器67は、
レバー68の操作量に応じた速度で杭打装置21を降下させ
るべく速度信号Ｖを設定して演算制御回路69に出力す
る。演算制御回路69は、角度計17〜19、26からの入力信
号と前記アーム長等設定器65からの入力信号により、前
記式に基づき、作業半径Ｒと、ピン48の座標Ａ（R,Ha）
を算出する。次に、昇降ガイド43に対して杭打装置21が
昇降できる量H1（第３図参照）よりやや小さい高低差
（Ha−Hb）の座標Ｂ（R,Hb）、すなわちピン48の降下予
定の座標を算出する。また、第２アーム14の先端（ピン
32）の、昇降ガイド43が降下する前の座標Ａ（R,Ha）に
対応する座標Ｄ（Ra,Hc）と、降下予定のピン48の座標
Ｂ（R,Hb）に対応する第２アーム14の先端の座標Ｅ（R
b,Hd）を算出する。

このＢ、Ｅに関する演算結果と、速度指令信号Ｖとか
ら、第２、第３シリンダ37、38の伸縮量を演算し、その
結果に基づいて電磁比例弁70、71に駆動信号i1、i2を出
力する。電磁比例弁70、71は、駆動信号i1、i2に応じて
所定位置に切換わり、油圧源72からの圧油が電磁比例弁
70、71を介して各シリンダ37、38にそれぞれ供給される
ことにより、各シリンダ37、38は所望の速度で伸縮し、
その先端がそれぞれＢ、Ｅ位置に移動する。その結果、
ピン48の位置が垂直にほぼ前記昇降許容量H1よりやや小
さい高低差だけ降下する。

このように、他関節アーム23の先端を降下させた状態
を第７図（Ａ）に示す。この状態では、昇降ガイド43が
杭打装置21に対して相対的にほぼ下限位置にあり、反対
に、杭打装置21は昇降ガイド43に対してほぼ上限位置に
ある。この状態から油圧シリンダ49の収縮と、そのボト
ム室、ロッド室の短絡によるラム41の自由落下（ボトム
室への圧油供給により強制落下を行なうようにしても良
い）により、杭８をキャップ64を介して打つという動作
を繰り返すことにより、第７図（Ａ）に示すように、昇
降ガイド43のロッド44にケーシング47の両端の円筒45が
摺動しながら、杭８の降下に伴ない、杭打装置21は少し
ずつ（Δｈずつ）降下する。

このような杭打装置21の降下により、第７図（Ｂ）に
示すように、昇降ガイド43のロッド44の下端のストッパ
46に円筒45の下端がΔＨで示すように近接した状態にな
ったことをオペレータが目視すると、オペレータは油圧
シリンダ49の伸縮による杭打動作を停止し、杭打装置21
の前回高さと今回高さの高低差H2に相当する分だけブラ
ケット16を第７図（Ｂ）の実線位置から２点鎖線で示す
位置まで、前述した軌跡制御動作により垂直降下させ
る。なお、この高低差H3は、予め概略値を設定しておい
て、その設定値に基づいて目標とする座標値を求める
か、あるいは第３図に示した伸縮量H1を数分の１に細分
した降下量ずつ降下目標値を設定してオペレータの操作
によりその単位降下を積み重ねて降下させる。その後、
再び油圧シリンダ49の作動により杭打を行なうという作
業を繰り返すことにより、杭８を所望の深さに打込む。

このようなう打込み動作により、作業機本体に対して
任意に設定された作業半径で杭打ができるから、予めブ
ラケット16にオーガを取付けて複数の穴をあけておき、
その穴にそれぞれ同じ作業機に搭載したウインチ（図示
せず）、あるいはクレーン等を利用して第８図のように
杭８を建込んでおき、杭打機20を杭８の近傍に水平に設
置した後、下部走行体22の位置は固定しておき、旋回装
置24を作動させて多関節アーム23の向きをそれぞれ杭８
に向け、オペレータの操作により杭８上に杭打装置21を
載置し、軌跡制御により昇降ガイド43を垂直に降下させ
て杭打を行なうことができる。従って、従来のリーダ式
杭打機のように、杭を打つ毎に杭打機を移動させて整地
し、杭打機を水平に設置するという時間のかかる段取り
作業が不要となり、非常に能率良く作業を行なうことが
できる。また、何らかの障害物10が存在する場合にも、
障害物10を越えて多関節アーム23を伸ばして杭10の打設
を行なうことが可能となる。

また、第９図あるいは第10図に示すように、段差11
a、11bがある場合においても、杭打機20を段差11a、11b
の手前に設置したままで多関節アーム23を伸ばすことに
より、段差11a、11bを越えた地面に杭８の打設が可能で
ある。また、電線12が存在する場合においても、電線12
をくぐるように多関節アーム23を伸ばして杭８の打設を
行なうことができ、リーダ式杭打機によれば不可能であ
った線路内の杭打等を行なうことが可能となる。

さらに第11図に示すように、地下鉄工事等において、
架台81の下の地面82の杭８を打つことができる。

上記実施例は、３本のアームでなる多関節アーム23に
ついて、軌跡制御を行なう例について説明したが、軌跡
制御を行なわず、オペレータのルバー操作で細心の注意
をはらいながら、第２、第３アーム14、15の角度変更を
行なうことにより、昇降ガイド43を垂直な降下させて杭
打を行なうことも可能であり、フロントアタッチメント
としては、第12図に示すように、一般に掘削機として使
用される油圧ショベル、すなわち、上部旋回体25にブー
ムシリンダ85によりブーム83を起伏自在に取付け、ブー
ム83にアーム84をアームシリンダ86により回動自在に取
付けたものにおいて、バケットの代わりに昇降ガイド43
ないし杭打装置21を前記同様に取付けた構成としても良
い。また、アーム84の先端に第１図に示したブラケット
16等を介して昇降ガイド43を連結、垂下しても良い。

このような一般的な油圧ショベルをベースマシンとし
て用いた場合においても、第13図に示すように、地下鉄
工事等において、架台81の下の地面82の杭８を打つこと
ができる。

第14図は本発明による杭打機の他の実施例であり、本
実施例は、フロントアタッチメントの一部に伸縮アーム
を備えたものである。すなわち、ブーム83の先端に取付
けたアーム84に沿って油圧シリンダ87によりスライドす
るスライドアーム88を取付け、該スライドアーム88に油
圧シリンダ89により回動されるブラケット16を取付け、
該ブラケット16に前記同様に昇降ガイド43を介して杭打
装置21を垂下したものである。本実施例によれば、杭打
装置21の到達範囲が広がる。

第15図は本発明による杭打機のさらに他の実施例を示
すもので、上部旋回体25に油圧シリンダ内蔵の伸縮アー
ム90を、油圧シリンダ91により起伏自在に取付け、該伸
縮アーム90の頂部にブラケット92を取付け、該ブラケッ
ト92に前記同様に杭打装置21を取付けたものである。本
実施例の場合は、伸縮アーム90を収縮させ、かつ倒しな
がら杭打装置21を垂直に降下させる。

以上の各実施例においてはいずれも、オペレータによ
る操作のみならず、演算制御回路を用いた軌跡制御によ
っても昇降ガイド43の垂直降下が可能であり、また、フ
ロントアタッチメントの上方から見た向きの変更は、作
業機本体の旋回装置24による上部旋回体25の旋回のみな
らず、フロントアタッチメント全体を上部旋回体25（ま
たは下部走行体22に対して非旋回式の車体）に対して旋
回装置を介して取付けるか、あるいは一部のアームを隣
接する下部のアームに対して旋回可能に取付けることに
より、行なうようにしても良い。

その他、詳細については、種々の変更、付加が可能で
あることはいうまでもない。

（発明の効果） 請求項１によれば、フロントアタッチメントの先端に
ピンにより回動可能に連結されて垂下される昇降ガイド
に案内されるように杭打装置を昇降可能に装着したの
で、杭打装置を垂下しただけで杭打装置は垂直姿勢がと
れるので、杭の頭部にキャップを介して杭打装置を載せ
た状態で垂直姿勢がとれ、杭打に当たり、昇降ガイドを
下げる際には、アーム等の角度変更や伸縮により、昇降
ガイドをフロントアタッチメントにピンにより回動可能
に連結している部分を垂直に降下させようにしたので、
従来必要としたリーダが不要となり、杭打装置のリーダ
による水平位置の拘束から解放され、これにより次の効
果を奏することができる。

（１）杭と杭打機本体との間隔を任意に選定できるの
で、複数の杭を打設する場合、各杭の一部を埋設して建
込んでおき、杭打機本体を固定したままで複数の杭を順
次打設することができる。このため、杭打機の移動や整
地の手間が著しく簡略化され、杭打作業を能率良く行な
うことができる。

（２）杭打機本体から離れた部分にフロントアタッチメ
ントを伸ばして杭打を行なうことができるから、障害物
や段差が存在する場合、これらの障害物や段差部を越え
て杭を打設することができ、現場における施工の融通性
が非常に拡大され、施工が容易となる。

（３）施工場所に近接して電線等が存在する場合、フロ
ントアタッチメントを電線等にくぐらせて伸長させるこ
とができるため、空中や上部に障害物がある線路内等に
おける杭打が可能となる。

請求項２によれば、多関節アームによりフロントアタ
ッチメントを構成したので、請求項１の効果が奏しうる
杭打機が提供できる他、地下鉄工事のように、杭打機が
搭載される架台の下の杭打を行なうことが可能となる。

請求項３によれば、請求項２の効果に加え、さらに作
業範囲を広げることができるという効果がある。

請求項４によれば、請求項１の効果を奏しうる杭打機
が提供できる上、比較的長い杭の打設が可能となるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による杭打工法を実施する杭打機の一実
施例を作業状態で示す側面図、第２図は該実施例の杭打
装置を拡大して示す図、第３図は第２図のＡ−Ａ断面
図、第４図は第３図のＢ−Ｂ断面図、第５図は該実施例
において用いられる油圧回路および制御系の構成図、第
６図は該実施例の寸法関係図、第７図（Ａ）、（Ｂ）は
該実施例の杭打動作を説明する杭打装置の側面図、第８
図ないし第11図は該実施例の作業状態を示す側面図、第
12図は本発明による杭打機の他の実施例を示す側面図、
第13図は該実施例の作業状態を示す側面図、第14図並び
に第15図は本発明による杭打機の他の実施例を示す側面
図、第16図は従来の杭打機を示す側面図、第17図は杭の
配設例を示す平面図である。 8:杭、10:障害物、11a、11b:段差、12:電線、13:第１ア
ーム、14:第２アーム、15:第３アーム、16:ブラケッ
ト、17〜19、26:角度計、20:杭打機、21:杭打装置、22:
下部走行体、24:旋回装置、25:上部旋回体、30〜33、4
8:ピン、36〜39、49:油圧シリンダ、41:ラム、43:昇降
ガイド、44:ロッド、45:円筒、46:ストッパ、47:ケーシ
ング、52、58、60、63:シーブ、54、59、61:軸、64:キ
ャップ、67:速度信号設定器、68:軌跡制御用操作レバ
ー、69:演算制御回路、70、71:電磁比例弁、72〜74:パ
イロット式方向切換弁、75〜77:パイロット弁、81:架
台、83:ブーム、84:アーム、85:ブームシリンダ、86:ア
ームシリンダ、87、89:油圧シリンダ、88:スライドアー
ム、90:伸縮アーム、91:油圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭55−178043（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−31344（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 7/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自走式作業機に、先端が垂直に昇降できか
   つ先端の水平方向の到達位置が変えられるフロントアタ
   ッチメントを取付け、 該フロントアタッチメントの先端に、ロッドを備えた昇
   降ガイドをピンによって回動可能に連結して垂下し、 該昇降ガイドに対して昇降可能にラム昇降式杭打装置を
   装着し、 自走式作業機本体またはフロントアタッチメントの全体
   あるいは一部の旋回動作および下降動作により、杭の頭
   部にキャップを介して前記杭打装置を載置し、 該杭打装置が前記昇降ガイドにそって案内されることに
   よって、該杭打装置の姿勢を垂直に保持しながらフロン
   トアタッチメントの先端を垂直に下げることにより、前
   記ロッドを前記杭打装置に対して相対的に下げ、その後
   ラムの引上げと落下を繰り返して杭打を行い、前記ロッ
   ドに対して前記杭打装置が相対的に下降したら、再びフ
   ロントアタッチメントの先端を垂直に下げて前記ロッド
   を前記杭打装置に対して相対的に下げ、前記杭打動作を
   繰り返す ことを特徴とする杭打工法。
2. 【請求項２】自走式作業機に、先端が垂直に昇降できか
   つ先端の水平方向の到達位置が変えられるフロントアタ
   ッチメントを、作業機本体の旋回装置またはフロントア
   タッチメントの全体あるいは一部を旋回させる旋回装置
   により先端の水平方向の向きが変えられるように取付
   け、 該フロントアタッチメントの先端にロッドを備えた昇降
   ガイドをピンにより回動可能に連結して垂下し、 前記ロッドに対して昇降可能にラム昇降式杭打装置を装
   着した ことを特徴とする杭打機。
3. 【請求項３】請求項２のフロントアタッチメントが多関
   節アームであることを特徴とする杭打機。
4. 【請求項４】請求項２のフロントアタッチメントが起伏
   式伸縮アームであることを特徴とする杭打機。
5. 【請求項５】請求項３のフロントアタッチメントの多関
   節アームの一部が伸縮アームであることを特徴とする杭
   打機。