JP3256077B2

JP3256077B2 - 逆進機構付自己推進式油圧穿孔機

Info

Publication number: JP3256077B2
Application number: JP09096894A
Authority: JP
Inventors: 亮二清水; 明彦小林; 真澄岡田; 昌宏森
Original assignee: 甲南電機株式会社
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1994-04-28
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH07293169A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的小口径のガス管
や水道管を非開削工法にて埋設する際の穿孔に使用する
自己推進式油圧穿孔機で、逆進機構を有する逆進機構付
自己推進式油圧穿孔機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、比較的小口径のガス管や水道管
は、地表から埋設箇所まで掘削してそこに埋設するオー
プンカット工法が用いられたが、最近開削せず、竪坑を
２ヶ所掘削してその竪杭間に穿孔してそこにガス管や水
道管を埋設する非開削工法が用いられ始めている。

【０００３】この非開削工法に使用される自己推進式穿
孔機としては、空圧式穿孔機が市場に出回っているが、
油圧式穿孔機は見当たらない。現在、市場に出回ってい
る空圧式穿孔機の大きさは、外径φ45〜φ180mm 、全長
1000〜2000mmであり、φ100mm ×1500〜1600mmのものが
主として用いられている。

【０００４】また、ほとんどの空圧式穿孔機は、穿孔機
を自力で引き戻す逆進機構が付いているが、逆進機構が
ない穿孔機が土中を穿孔中、穿孔機先端のチゼル体が岩
石に当たり前進が阻まれると穿孔機を引き戻さねばなら
ないが、穿孔機の後端に取付けたワイヤーをウインチで
巻き取って穿孔機を引き戻している。ところで、自己推
進式油圧穿孔機は市場に出回ってなく、もちろん逆進機
構が付加されたものは見当たらない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、市場に出回って
いる空圧式穿孔機は作動圧力が低いこと、圧縮空気の膨
脹性を利用した作動原理に基づく機器の構成などにより
打撃力が小さいにもかかわらずその全長が長くなってい
る。また、このため空圧式穿孔機を発進させるため地面
に掘る竪坑も大きくならざるを得ない。

【０００６】さらに、空圧式穿孔機を使用する場合はそ
の動力源としてコンプレッサーが必要で、施工業者に大
きな負担を強いるばかりでなく、コンプレッサーの作動
音や空圧式穿孔機からの排気音が都市部において大きな
騒音問題となっている。また、打撃機構や回転機構を別
装置の油圧シリンダ等により推進させる穿孔機（自己推
進式でない穿孔機）も非開削工法において用いられるこ
とがあるが、油圧シリンダ等の別装置が必要で大掛かり
なものであり、小規模の工事に不向きである。

【０００７】また、自己推進式でも推進動力の伝達効率
がよいものでなければならない。さらに、逆進機構がな
い場合、土中を穿孔中、穿孔機先端のチゼル体が岩石に
当たり前進が阻まれると穿孔機を引き戻さねばならない
が、穿孔機後端のワイヤーを手動ウインチで巻き取って
引き戻すのでは、力不足や手間がかかりすぎて、施工距
離を大幅に延長するのは不可能であった。また、他の方
法では装置が大掛かりなものとなって不都合である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
の事情に鑑み、市場に普及しており穿孔機を発進させる
ための竪坑を掘る際使用するミニショベルを油圧源とし
て利用できる自己推進式油圧穿孔機を提供することによ
り、コンプレッサーも別の推進装置も不要で、騒音が低
く、かつ工事が安価にできる非開削工法を実現できるよ
うにすべく、シリンダ内を摺動する打撃ピストンを、シ
リンダカバー内に内蔵した制御バルブにより油路を切換
えて前進あるいは後退させ、シリンダ先端のチゼル体を
打撃して自己推進させるようにし、さらに逆進機構を備
えた逆進機構付自己推進式油圧穿孔機とした。

【０００９】

【作用】本発明は、シリンダ内を摺動する打撃ピストン
をシリンダカバー内に内蔵した制御バルブにより油路を
切換えて前進あるいは後退させ、シリンダ先端のチゼル
体を打撃して自己推進させ、また、出入口ポートに接続
する高圧油路、戻り油路を逆にすることあるいは高圧油
路の圧力を規定圧力より低くすること、または逆に高く
することにより逆進することを可能とした。

【００１０】

【実施例】本発明を添付する図面に示す具体的な実施例
に基づいて以下詳細に説明する。まず、油圧式穿孔機の
自己推進機構について述べる。自己推進式油圧穿孔機
は、他から推進力を与えられず油圧穿孔機自身で推進す
るために、以下の条件を満たす必要がある。第１は十分
な打撃力を有すること、第２は穿孔機の作動時に発生す
る反力を支えるのに十分な長さを有すること、第３に打
撃力を有効な推進力に効率よく変換させる機構を有する
ことである。

【００１１】第１の打撃力に関しては、穿孔機の各部に
おいて最も苛酷な応力の発生する部材の耐久性により決
定される。穿孔機において最も苛酷な応力の発生する部
材はその先端に位置し、土を押し退ける図１のチゼル31
とそれを叩く打撃ピストン４である。これらの部材の材
質および熱処理を適切に選択することにより、油圧式穿
孔機は現在市場に出回っている同径の空圧式穿孔機の
2.5倍までの打撃力アップが可能であり、油圧を駆動源
とした場合、充分に達成可能である。

【００１２】第２の反力に関しては、自己推進式では反
力を穿孔機外面と土との間の摩擦力により受けなければ
ならない。反力は主として打撃力と打撃ピストンのスト
ロークとエネルギー伝達効率により決まる。摩擦力は穿
孔機の外周面積および穿孔機外周面と土質との間の摩擦
係数とにより決まる。非開削工法が行われている穿孔機
外周面と土質との間の摩擦係数は、0.6 〜 2.2(ton/m²)
が標準的である。自己推進式油圧穿孔機を標準的な土質
のうち最も柔らかい土中において同径の空圧式穿孔機の
2.5倍の打撃力を発生させても、打撃ピストン４のスト
ロークを適切に設定し、また伝達効率を高めることによ
り、油圧式穿孔機の全長が空圧式穿孔機と比べ30〜40％
短い外周面積で必要な摩擦力が生じることが実験により
確認できた。油圧式穿孔機の場合、ミニショベルの油圧
源を利用してもなお圧力的、油流量的にも高打撃力を発
生する余裕は充分にある。また油圧式穿孔機外面をノコ
ギリ刃形状などのより摩擦力の発生しやすい外面形状に
することにより、打撃ピストンのストロークを短くし、
油圧式穿孔機の全長をもっと短くすることが可能であ
る。

【００１３】第３の推進力に関しては、打撃ピストンと
チゼル体との質量比が大きな要因となる。チゼル体は打
撃ピストンに叩かれることにより移動する構成部品で、
図１においてはチゼル31とチゼルヘッド32で、図２にお
いては打撃ピストン４を除く構成部品の総てである。打
撃ピストンの持つ運動エネルギーが最も効率良く伝達さ
れるのは、チゼル体が打撃ピストンと同等の質量の場合
である。このことは図１に示されているように、チゼル
31をバネ33により付勢して摺動可能に保持することによ
り容易に実現できる。

【００１４】また、水分を多く含む土質の場合、図２の
ように、シリンダ１とヘッド34が一体になって外部に対
して密閉された構造の油圧式穿孔機の方が耐久性がよ
い。このような構造においても打撃ピストン４を除く全
部品の質量比を１：８以内にすることにより、同径の空
気式穿孔機に比べ同等以上の推進力を発揮することは可
能である。

【００１５】ところで、油圧式穿孔機の前進が障害物な
どにより阻まれた場合、穿孔機を地中より引き戻すこと
が必要となる。比較的短い距離であればロープなどを繋
いで手動ウィンチなど簡便な装置で引き戻すことも可能
であるが、長くなると手動ウィンチなどの簡便な装置で
は効率が悪くなり、他の方法では装置が大掛かりなもの
となって不都合である。逆進機構を有する油圧式穿孔機
であれば自己逆進により抜け出てくるため特別な装置は
不要となる。

【００１６】次に、図面に基づき自己推進式油圧穿孔機
の構成および作動を具体的に説明する。図１の油圧式穿
孔機は、内部に複数の溝を有するシリンダ１と、シリン
ダ１の内部で摺動可能に保持される打撃ピストン４と、
打撃ピストン４の前進・後退を制御する制御バルブ５を
内蔵するシリンダカバー２と、油圧ホース接続ポート21
・22を有する後部カバー３と、打撃ピストン４より推進
力を受けるチゼル31と、チゼル31に固定される最大外径
が穿孔機外径とほぼ同径であるチゼルヘッド32と、チゼ
ル31を保持するチゼルカバー６およびチゼル31を復帰さ
せるバネ33と、内部にワイヤー取付金具９を含むホース
保護の保護カバー８と、シール・ボルト類とよりなる。

【００１７】また、チゼル31の先端には土を押し退ける
チゼルヘッド32が固着され、チゼルヘッド32先端は土を
押し退けやすいようにテーパ状でかつ階段状に形状して
ある。また、チゼル31の基端には外向きフランジ37を突
出させ、シリンダ１先端に固着したチゼルカバー６内に
収容したバネ33を当接させ、チゼル31とチゼルヘッド32
を打撃ピストン４側に向けて付勢している。チゼル31の
基端の外向きフランジ37はシリンダ１先端に衝合して停
止し、チゼルヘッド32の基端の筒状部38はチゼルカバー
６の先端部に案内されている。

【００１８】また、シリンダ１内に、油圧式穿孔機を土
中を効率よく自己推進させるため、推力室39が設けられ
ている。次に作動について述べる。静止状態の油圧式穿
孔機に油圧を供給すると、シリンダ１内の溝10には常時
高圧油が高圧油路14により導かれ、打撃ピストン４の受
圧面Ａには高圧油路14により高圧が作用する。このとき
制御バルブ５は図示状態にあり、シリンダ１内の溝13は
戻り油路15に接続されており、打撃ピストン４の受圧面
Ｂに高圧油は作用していない。したがって、打撃ピスト
ン４は後退運動を始める。

【００１９】打撃ピストン４の受圧面Ａが溝11に達する
と、高圧油は溝11より油路36を経て制御バルブ５の受圧
面Ｄに導かれる。制御バルブ５は面積の異なる２つの受
圧面Ｄと受圧面Ｅを有しており、面積の小なる受圧面Ｅ
には常に高圧油が作用し、面積の大なる受圧面Ｄは溝11
と油路36を経て連通している。このため制御バルブ５は
図中右側に移動する。これによりシリンダ１内の溝13は
戻り油路15との接続を断たれ、高圧油路14に接続され
る。したがって打撃ピストン４の受圧面Ｂには高圧油が
作用する。打撃ピストン４の２つの受圧面Ａ・ＢはＡ＜
Ｂの如く設定されているため、打撃ピストン４は前進運
動を始める。

【００２０】打撃ピストン４が前進してチゼル31を打撃
する直前に打撃ピストン４の大径部端面Ｃが溝11を通過
し、溝11と溝12を連通させる。溝12は常時戻り油路15と
連通しているため、制御バルブ５の大なる受圧面Ｄにか
かっていた高圧油は低圧になり、制御バルブ５は図示状
態に復帰しようとするが、打撃ピストン４は十分加速さ
れており制御バルブ５が打撃ピストン４の受圧面Ｂにか
かる高圧油を戻り油路15に連通する前に打撃を完了す
る。打撃後、制御バルブ５は復帰し、以後同様の行程を
繰り返す。

【００２１】打撃ピストン４により推進力を与えられた
チゼル31とチゼル31に固定されたチゼルヘッド32は土を
押し退けながら前進し、距離Ｓが進んだ後、チゼルカバ
ー６を打撃し、油圧式穿孔機に推進力を与える。このと
き油圧式穿孔機はチゼルヘッド32により穿かれた空間を
埋めるが如く前進する。前進に必要なエネルギーはチゼ
ルヘッド32が土を押し退けるのに要したエネルギーの１
／４程度で十分なことが実験により確認されており、最
も効率のよい行程Ｓが決定される。チゼル31はチゼルカ
バー６に推進力を伝達した後、次の打撃までにバネ33に
より打撃点まで復帰し、以後同様の行程を繰り返す。

【００２２】打撃ピストン４の質量がチゼル体より大き
い場合、推力室39を設け、チゼル体打撃後も打撃ピスト
ンが有している前進エネルギーをこの室で圧力に変換す
ることにより穿孔機に推進力を与えるので推進動力の伝
達効率が向上する。また、図２の油圧式穿孔機は水分を
多く含んだ軟弱地盤を穿孔する場合に使用する。水分等
が内部に浸入しないよう土を押し退けるためのヘッド34
をシリンダ１の先端に固定して一体になした油圧式穿孔
機で、他は前記図１の油圧式穿孔機と全く同様な構成お
よび作動を有し、同一構成の箇所には同一の符号を付し
て示す。

【００２３】この場合、打撃ピストン４でヘッド34を打
撃した際、油圧式穿孔機全体が推進する点が図１の場合
と異なる。次に、図３、図４は本発明の逆進機構を有す
る油圧式穿孔機のモデル回路図である。図３、図４によ
り構成および作動を説明する。図１の油圧式穿孔機と異
なるのは、第一逆進制御バルブ40と第二逆進制御バルブ
41を有し、図１のシリンダ１内の溝11が溝11' と溝11"
に分かれたことだけである。図３は前進状態、図４は逆
進状態にある第一・第二逆進制御バルブ40・41の位置を
示している。ポートＡ・Ｂはそれぞれ図１の出入口ポー
ト22・21に相当している。逆進行程はこの各ポートＡ・
Ｂにかかる高圧油と戻り油を逆に供給・排出することに
より実現される。

【００２４】図３において、溝11" は第二逆進制御バル
ブ41によりブロックされている。他の溝は図１の説明通
りの機能を有している。図４においては溝11' は第二逆
進制御バルブ41によりブロックされており、他の溝は図
１の説明通りの機能を有している。すなわち、第一逆進
制御バルブ40は、ホース接続ポートの高圧油・戻り油を
逆に供給・排出しても溝10, 溝12, 溝13の働きをそのま
ま維持する役目をし、第二逆進制御バルブ41は溝11' ,
溝11" を選択する役目をする。

【００２５】溝11' を選択した場合は、前述通りの動作
を行い油圧式穿孔機は前進する。溝11" は溝11' と溝12
の間に設けられており、打撃ピストン４が後退して制御
バルブ５に溝11" を通じて高圧油を作用させる位置まで
来たとき、打撃ピストン４の上部端面51とシリンダカバ
ー２の端面50の距離は短い。このため、制御バルブ５が
切り替わり打撃ピストン４が前進行程に移る前に打撃ピ
ストン４はシリンダカバー２を叩く。また、打撃ピスト
ン４の前進時には打撃ピストン４がチゼル31を叩く前に
制御バルブ５を切り替える。この時打撃ピストン４とチ
ゼル31の間は十分離れており、打撃ピストン４はチゼル
31を叩くことなく後退運動に移る。したがって溝11" が
選択された場合、打撃ピストン４のエネルギーは油圧式
穿孔機を逆進させる方向に伝達される。逆進時には土を
押し退けなくても良いため必要なエネルギーは小さくて
良く、油圧式穿孔機に損傷を与える恐れは全くないよう
制御されている。説明の都合上、逆進制御バルブを第一
逆進制御バルブと第二逆進制御バルブに分割している
が、一体化してももちろん良い。

【００２６】図５には油圧式穿孔機の作動圧力を、逆進
制御バルブ42に組み込まれたバネ61により定まる規定圧
力より低くした場合、逆進する機構の回路図を示してい
る。図５において、溝11' , 溝12, 溝13は図１記載のそ
れと同様の機能を有し、溝11' , 溝11" は溝11と同様の
機能を有する。図５の状態は溝11" が制御バルブ５に連
通し、溝11' はブロックされている。規定圧力より作動
圧を高くした場合、逆進制御バルブ42はバネ61を押すよ
うに移動し、溝11" はブロックされ溝11' が制御バルブ
５に連通する。溝11" の働きは図３、図４での働きと同
様である。油圧式穿孔機は溝11' が選択されている場合
は前進し、溝11" が選択されている場合は逆進する。

【００２７】図６には作動圧力を規定圧力より高くした
場合逆進する油圧式穿孔機の回路例を示している。図６
の状態は溝11' が制御バルブ５に連通しており油圧式穿
孔機は前進する。規定圧力より高い作動圧力にした場
合、逆進制御バルブ42はバネを押す方向に移動し、溝1
1" を制御バルブ５に連通する。このとき油圧式穿孔機
は逆進する。

【００２８】本発明による自己推進式油圧穿孔機は従来
より 1.5倍程度摩擦抵抗の大きい土においても推進速度
が変わらない強力な推進力を有していながら、従来の空
圧式穿孔機よりも全長は短いため多くの利点が生じた。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、上述のように、シリンダ内を
摺動する打撃ピストンを、シリンダカバー内に内蔵した
制御バルブにより油路を切り替えて前進あるいは後退さ
せ、シリンダ先端のチゼル体を打撃して自己推進させる
ようにした自己推進式油圧穿孔機において、油路を前記
制御バルブに連通したり遮断したりする逆進制御バルブ
を設け、出入口ポートに接続する高圧油路、戻り油路を
逆にすることによりあるいは作動圧力を規定圧力より低
くまたは逆に高くすることにより逆進することを可能と
した逆進機構付自己推進式油圧穿孔機であるので、逆進
機構を有する油圧式穿孔機であり、自己逆進により抜け
出てくるため特別の装置は不要となり、また、施工距離
を大幅に延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】自己推進式油圧穿孔機の油圧回路を示した縦断
面図である。

【図２】他の自己推進式油圧穿孔機の油圧回路を示した
縦断面図である。

【図３】本発明の逆進機構付自己推進式油圧穿孔機の油
圧回路を示した縦断面図である。

【図４】図３と同一の図で逆進制御バルブの作動を説明
する逆進機構付自己推進式油圧穿孔機の回路を示した縦
断面図である。

【図５】本発明の他の逆進機構付自己推進式油圧穿孔機
の油圧回路を示した縦断面図である。

【図６】本発明の他の逆進機構付自己推進式油圧穿孔機
の油圧回路を示した縦断面図である。

【符号の説明】

１…シリンダ２…シリンダカバー３…後部カバー４…打撃ピストン５…制御バルブ 14…高圧油路 15…戻り油路 36…油路 31…チゼル 32…チゼルヘッド 33…バネ 39…推力室 41…第一逆進制御バルブ 42…第二逆進制御バルブ 61…バネ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−17388（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−137391（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−40495（ＪＰ，Ａ) 実開昭60−144687（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 7/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ内を摺動する打撃ピストンを、
シリンダカバー内に内蔵した制御バルブにより油路を切
り替えて前進あるいは後退させ、シリンダ先端のチゼル
体を打撃して自己推進させるようにした自己推進式油圧
穿孔機において、油路を前記制御バルブに連通したり遮
断したりする逆進制御バルブを設け、出入口ポートに接
続する高圧油路、戻り油路を逆にすることにより逆進す
ることを可能とした逆進機構付自己推進式油圧穿孔機。
【請求項２】シリンダ内を摺動する打撃ピストンを、
シリンダカバー内に内蔵した制御バルブにより油路を切
り替えて前進あるいは後退させ、シリンダ先端のチゼル
体を打撃して自己推進させるようにした自己推進式油圧
穿孔機において、油路を前記制御バルブに連通したり遮
断したりする逆進制御バルブを設け、高圧油路の圧力が
規定圧力より高い場合前進し、規定圧力より低くするこ
とにより逆進することが可能な逆進機構付自己推進式油
圧穿孔機。
【請求項３】シリンダ内を摺動する打撃ピストンを、
シリンダカバー内に内蔵した制御バルブにより油路を切
り替えて前進あるいは後退させ、シリンダ先端のチゼル
体を打撃して自己推進させるようにした自己推進式油圧
穿孔機において、油路を前記制御バルブに連通したり遮
断したりする逆進制御バルブを設け、高圧油路の圧力が
規定圧力より低い場合前進し、規定圧力より高くするこ
とにより逆進することが可能な逆進機構付自己推進式油
圧穿孔機。