JP3443065B2 - 掘削用トルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシングチュー
ブを回転すると共に、ケーシングチューブ内に挿入され
る掘削具が先端に取り付けられたケリーバを回転する回
転駆動機構の出力トルクを制御する掘削用トルク制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、掘削具を回転駆動する回転駆
動機構の出力トルクを制御して、掘削具の破損等を防止
している。例えば、特開平１０−２８０４０９号公報に
あるように、導入されるパイロット圧に応じて押しのけ
容積が可変の油圧モータを用いた場合には、パイロット
圧を制御装置により制御して出力トルクを制御してい
る。

【０００３】また、制御装置は、出力トルクが設定スイ
ッチにより設定される設定トルクを超えないように制御
して、油圧モータの出力トルクを規制し、掘削具の破損
等を防止するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一つの
回転駆動機構により、先端に掘削ビットが取り付けられ
たケーシングチューブを回転すると共に、ケーシングチ
ューブ内に挿入される掘削具が先端に取り付けられたケ
リーバを回転して、掘削する場合がある。そのような場
合には、ケーシングチューブによる掘削のときと、掘削
具による掘削のときとに応じて設定スイッチを作業者が
その都度調整していたので、設定が煩わしく、また、設
定の変更を忘れたり、設定を間違ったりすると破損等を
招く場合があるという問題があった。

【０００５】本発明の課題は、切換の煩雑さを解消する
と共に、切換忘れによる破損等を防止した掘削用トルク
制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる課題を達成すべ
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、先端に掘削ビットが取り付けられたケーシングチュ
ーブを回転すると共に、前記ケーシングチューブ内に挿
入される掘削具が先端に取り付けられたケリーバを回転
する回転駆動機構の出力トルクを設定トルクに応じて規
制する掘削用トルク制御装置において、前記掘削具の深
度を計測する深度計測手段と、検出された前記深度がト
ルク切換深度より浅い場合には、前記ケーシングチュー
ブにより掘削が行われていると判断し、前記設定トルク
を前記ケーシングチューブを破損することなく掘削でき
るトルクに設定するとともに、検出された前記深度がト
ルク切換深度より深い場合には、前記掘削具による掘削
が行われていると判断し、前記設定トルクを前記掘削具
を破損することなく掘削できるトルクに設定する切換制
御手段とを備えたことを特徴とする掘削用トルク制御装
置がそれである。

【０００７】前記深度計測手段は、前記ケリーバを吊下
げたワイヤの移動量に基づいて深度を計測するものでも
よい。更に、前記設定トルクが前記切換制御手段により
切り換えられた前記最大トルクより大きいときには、前
記最大トルクを前記設定トルクとする制限手段とを備え
てもよい。前記掘削具は掘削バケットであってもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１に示すように、１は自走
式の掘削施工機で、その前側にはリーダ２が立設されて
おり、リーダ２にはその長手方向に沿って１組のレール
４（一方のみ図示する）が敷設されている。

【０００９】レール４には、移動台６が摺動可能に係合
されており、リーダ２には、１組のレール４の間にレー
ル４と平行に図示しないラックが設けられている。この
ラックには、移動台６に設けられたモータ８により回転
される図示しないピニオン歯車が噛合されており、モー
タ８の回転により、移動台６をレール４に沿って昇降さ
せることができるように構成されている。

【００１０】移動台６には、回転駆動機構１０が載置さ
れており、図２に示すように、回転駆動機構１０は油圧
モータ１２を備え、油圧モータ１２に取り付けられた小
歯車１４には大歯車１６が噛合されている。大歯車１６
と一体回転する小歯車１８には、回転可能に支持された
伝達軸２０と一体回転する大歯車２２が噛合されてい
る。

【００１１】伝達軸２０には、その軸方向に摺動孔２４
が形成されており、摺動孔２４にはケリーバ２６が摺動
可能に挿入される。例えば、ケリーバ２６の断面形状が
四角の場合には、摺動孔２４もそれに応じた四角の孔
に、あるいは、ケリーバ２６がスプライン形状のもので
ある場合には、摺動孔２４はそれに応じた孔形状とし、
伝達軸２０の回転がケリーバ２６に伝達されるように構
成されている。

【００１２】ケリーバ２６の上端には、ワイヤ２８が締
結されており、ワイヤ２８は掘削施工機１の主ウインチ
３４からリーダ２の上端に設けられた一対のシーブ３
０，３２を介して引き出されている。ケリーバ２６の下
端には、掘削具３６が取り付けられている。掘削具３６
には、例えば、掘削バケット等やオーガドリル等があ
る。

【００１３】伝達軸２０の下端には、継手部材３８が固
定されている。継手部材３８は、内部にケリーバ２６を
通すことができるように、中空状に形成されている。ま
た、継手部材３８は、その下端をケーシングチューブ４
０に接続できるように構成されており、ケーシングチュ
ーブ４０の下端には複数の掘削ビット４２が取り付けら
れている。ケーシングチューブ４０は所定長さのものを
複数継ぎ足すことができるように構成されている。

【００１４】掘削具３６は、このケーシングチューブ４
０内に挿入して回転させることができる大きさのもので
あり、ケーシングチューブ４０により掘削した後、掘削
バケットの場合には、ケーシングチューブ４０内を掘削
して、掘削した土砂を内部に取り込み、排出できるもの
である。

【００１５】前述した油圧モータ１２は、図３に示すよ
うに、切換弁５０を介して油圧ポンプ５２に接続されて
おり、油圧ポンプ５２は油圧タンク５４内の作動油を加
圧し、切換弁５０を介して油圧モータ１２に供給する。
油圧ポンプ５２の吐出側の主流路５６と低圧側としての
油圧タンク５４とは、リリーフ弁５８を介して接続され
ている。

【００１６】リリーフ弁５８は主流路５６内の供給圧Ｐ
1 が予め設定された設定圧Ｐ3 を超えたときに開弁し
て、主流路５６と油圧タンク５４とを連通し、油圧タン
ク５４に作動油を逃す周知のものである。尚、設定圧Ｐ
3 は、例えば、油圧モータ１２、油圧ポンプ５２等の油
圧機器の許容圧力に合わせて予め設定される。

【００１７】油圧モータ１２は、１回転当りの押しのけ
容積Ｖを可変できる構成のもので、例えば、斜板の傾き
により押しのけ容積Ｖを可変する斜板式、カムリングの
移動により押しのけ容積Ｖを可変するベーン式、斜軸の
傾きにより押しのけ容積Ｖを可変する斜軸式等の油圧モ
ータが知られている。

【００１８】油圧モータ１２が斜板式のものの場合、図
示しない斜板の傾きを変えて押しのけ容積Ｖを変える
が、斜板の傾きは、作用室１２ａに導入されるパイロッ
ト圧Ｐ2 とばね１２ｂとの釣合により決まる。即ち、斜
板の傾きはパイロット圧Ｐ2 に比例し、従って、押しの
け容積Ｖもパイロット圧Ｐ2 に比例する。

【００１９】作用室１２ａは、パイロット流路６０を介
してパイロットポンプ６１に接続されており、パイロッ
ト流路６０には電磁制御弁６２が介装されている。電磁
制御弁６２は本実施形態では電磁比例式減圧弁が用いら
れており、入力される指令信号に応じてパイロットポン
プ６１からの作動油圧をパイロット圧に減圧して作用室
１２ａに導くものである。

【００２０】電磁制御弁６２はパイロットポンプ６１か
ら吐出される作動油圧の変動にかかわらず二次圧が一定
となるように、二次圧と電磁力との釣合により弁開度が
決定される周知のものである。パイロットポンプ６１の
吐出側のパイロット流路６０はリリーフ弁６４を介して
油圧タンク５４に接続されている。

【００２１】一方、作用室１２ａに導入されるパイロッ
ト圧Ｐ2 を検出するパイロット圧センサ６６が、電磁制
御弁６２の下流側のパイロット流路６０に設けられてい
る。また、主流路５６には、油圧ポンプ５２から主流路
５６に供給される供給圧Ｐ1を検出する供給圧センサ６
８が設けられている。

【００２２】また、シーブ３０の回転を検出することに
より、ワイヤ２８の移動量を計測するエンコーダを用い
た深度計測センサ７０が設けられている。電磁制御弁６
２、パイロット圧センサ６６、供給圧センサ６８、深度
計測センサ７０は、制御装置１００に接続されている。

【００２３】制御装置１００は、周知のＣＰＵ１０２、
ＲＯＭ１０４，ＲＡＭ１０６等を中心に論理演算回路と
して構成され、パイロット圧センサ６６、供給圧センサ
６８、トルク設定器１０８からのアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路１１０、デジタル信号
をアナログ信号に変換して電磁制御弁６２に出力するＤ
／Ａ変換回路１１２、深度計測センサ７０やリセットス
イッチ１１４からの信号を入力する入力回路１１６、液
晶等からなる設定トルク表示部１１８や出力トルク表示
部１２０に表示信号を出力する表示回路１２２をコモン
バス１２４を介して相互に接続されている。

【００２４】ＣＰＵ１０２は、パイロット圧センサ６
６、供給圧センサ６８、トルク設定器１０８からの信号
をＡ／Ｄ変換回路１１０を介して、深度計測センサ７０
やリセットスイッチ１１４からの信号を入力回路１１６
を介して入力し、一方、これらのデータ及びＲＯＭ１０
４、ＲＡＭ１０６内のデータや予め記憶された制御プロ
グラムに基づいてＣＰＵ１０２は、Ｄ／Ａ変換回路１１
２を介して電磁制御弁６２に、また、表示回路１２２を
介して両表示部１１８，１２０に信号を出力する。尚、
トルク設定器１０８は油圧モータ１２の設定トルクを設
定する設定つまみ１０８ａを備え、設定つまみ１０８ａ
を操作することにより、設定トルクを可変できる。

【００２５】制御装置１００は、パイロット圧Ｐ2 と、
供給圧センサ６８により検出される供給圧Ｐ1 とに基づ
いて出力トルクＴm を算出し、出力トルク表示部１２０
に表示する。油圧モータ１２のトルクＴは、吸入側の圧
力をＰ、排出側の背圧をほぼ０であるとすると、下記
（１）式の関係がある。ここで、Ｖは油圧モータ１２の
前述した１回転当たりの押しのけ容積である。

【００２６】Ｔ＝Ｖ×Ｐ／２π…（１） 押しのけ容積Ｖは、油圧モータ１２の斜板の角度によっ
て定まるので、押しのけ容積Ｖとパイロット圧Ｐ2 とは
比例し、下記（２）式の関係がある。ここで、αは実験
等によって求められる比例定数である。従って、油圧モ
ータ１２のトルクＴとパイロット圧Ｐ2 とは、下記
（３）式の関係がある。

【００２７】Ｖ＝α×Ｐ2 …（２） Ｔ＝α×Ｐ2 ×Ｐ／２π…（３） 上記（３）式の圧力Ｐに、供給圧Ｐ1 を代入した下記
（４）式により、油圧モータ１２に供給圧Ｐ1 の作動油
が供給されたときの出力トルクＴm を算出できる。

【００２８】Ｔm ＝α×Ｐ2 ×Ｐ1 ／２π…（４） 次に、前述した本実施形態の制御装置１００において行
われる掘削用トルク制御処理について、図５のフローチ
ャートと共に説明する。まず、図６（イ）に示すよう
に、ケーシングチューブ４０を杭孔形成箇所に立て、ケ
ーシングチューブ４０に継手部材３８を接続する。そし
て、回転駆動機構１０により、油圧モータ１２を駆動し
て、伝達軸２０、継手部材３８を介してケーシングチュ
ーブ４０を回転させる。また、モータ８を駆動して移動
台６を下降させて、ケーシングチューブ４０に押込み力
を付与する。

【００２９】これにより、ケーシングチューブ４０によ
る掘削が行われ、ケーシングチューブ４０内には未掘削
部分が残る。ケーシングチューブ４０による掘削が所定
深さまで行われたときには、油圧モータ１２によるケー
シングチューブ４０の回転と、モータ８によるケーシン
グチューブ４０の押込みとが一旦停止される。

【００３０】そして、図６（ロ）に示すように、継手部
材３８とケーシングチューブ４０との接続を外し、移動
台６を上昇させる。次に、伝達軸２０の摺動孔２４にケ
リーバ２６を通し、ケリーバ２６の先端に掘削具３６を
取り付ける。油圧モータ１２により、伝達軸２０、ケリ
ーバ２６を介して掘削具３６を回転させると共に、ウイ
ンチ３４を駆動してワイヤ２８を繰り出し、掘削具３６
を下降させて、掘削具３６によりケーシングチューブ４
０内を掘削する。掘削した土砂は、掘削具３６内に取り
込み、取り込んだ土砂で満杯になったときには、ウイン
チ３４によりワイヤ２８を巻き上げて、掘削具３６をケ
ーシングチューブ４０の外部に引き上げ、土砂を排出す
る。

【００３１】その後、再び、掘削具３６をケーシングチ
ューブ４０内に下降させて掘削し、これを繰り返して、
ケーシングチューブ４０内を掘削する。掘削具３６がケ
ーシングチューブ４０の先端近傍まで達したときには、
掘削具３６を引き上げて、図６（ハ）に示すように、新
たなケーシングチューブ４０を継ぎ足す。

【００３２】そして、ケーシングチューブ４０に継手部
材３８を接続して、油圧モータ１２を駆動してケーシン
グチューブ４０を回転すると共に、モータ８を駆動して
ケーシングチューブ４０に押込み力を付与して、ケーシ
ングチューブ４０により掘削する。

【００３３】その際、掘削具３６はトルク切換深度Ｌs
よりも上に引き上げられ、掘削具３６による掘削が行わ
れないようにする。トルク切換深度Ｌs は、例えば、深
度が０の地表と同じ程度の位置か、あるいは、地表より
僅かに深い位置等の、ケーシングチューブ４０による掘
削に支障がない位置が好ましい。

【００３４】前述した掘削が行われる際に、制御装置１
００は同時に掘削用トルク制御処理を実行する。この処
理では、まず、リセットスイッチ１１４が操作されたか
否かを判断する（ステップ２００）。リセットスイッチ
１１４は、掘削具３６により掘削を開始する際に、掘削
具３６が地表上にあるときに、作業者によって操作され
る。

【００３５】リセットスイッチ１１４が操作されたとき
には、深度カウンタを０にクリアする（ステップ２０
５）。次に、深度カウンタで、深度計測センサ７０から
出力されるパルスをカウントする（ステップ２１０）。
そして、このカウント値に基づいて掘削具３６の現在の
深度Ｌを算出する（ステップ２１５）。尚、リセットス
イッチ１１４が操作されていないときには、ステップ２
１０の処理を実行する。

【００３６】続いて、設定つまみ１０８ａが操作されて
トルク設定器１０８に設定された設定トルクＴS を読み
込む（ステップ２２０）。読み込んだ設定トルクＴS は
設定トルク表示部１１８に表示される。次に、ステップ
２１５の処理により算出した現在の深度Ｌが、トルク切
換深度Ｌs よりも深いか否かを判断する（ステップ２２
５）。

【００３７】現在の深度Ｌが、トルク切換深度Ｌs より
も浅いときには、ステップ２２０の処理により読み込ん
だ設定トルクＴS がケーシングチューブ４０の最大トル
クＴk よりも大きいか否かを判断する（ステップ２３
０）。トルク切換深度Ｌs 及びケーシングチューブ４０
の最大トルクＴk は予めＲＡＭ１０６等に記憶され、最
大トルクＴk は、ケーシングチューブ４０による掘削の
際に、ケーシングチューブ４０を破損することなく掘削
することができる最大のトルクである。

【００３８】そして、設定トルクＴS がケーシングチュ
ーブ４０の最大トルクＴk よりも大きいときには、ステ
ップ２２０の処理により読み込んだ設定トルクＴS にか
かわらず、新たに設定トルクＴS にケーシングチューブ
４０の最大トルクＴk を代入する（ステップ２３５）。
設定トルクＴS が最大トルクＴk よりも大きくないとき
には、ステップ２２０の処理により読み込んだ設定トル
クＴS のまま、次のステップに進む。

【００３９】即ち、現在の深度Ｌが、トルク切換深度Ｌ
s よりも浅いときには、ケーシングチューブ４０による
掘削が行われていると判断する。そして、ステップ２２
０の処理により設定された設定トルクＴS がケーシング
チューブ４０の最大トルクＴk より大きいときには、設
定トルクＴS をケーシングチューブ４０の最大トルクＴ
k として、ケーシングチューブ４０の最大トルクＴk 以
上とならないように制限する。

【００４０】一方、現在の深度Ｌが、トルク切換深度Ｌ
s よりも深いときには、ステップ２２０の処理により読
み込んだ設定トルクＴS が掘削具３６の最大トルクＴB
よりも大きいか否かを判断する（ステップ２４０）。掘
削具３６の最大トルクＴB は、掘削具３６による掘削の
際に、掘削具３６を破損することなく掘削することがで
きる最大のトルクであり、予めＲＡＭ１０６等に記憶さ
れている。

【００４１】そして、設定トルクＴS が掘削具３６の最
大トルクＴB よりも大きいときには、ステップ２２０の
処理により読み込んだ設定トルクＴS にかかわらず、新
たに設定トルクＴS に掘削具３６の最大トルクＴB を代
入する（ステップ２４５）。設定トルクＴS が最大トル
クＴB よりも大きくないときには、ステップ２２０の処
理により読み込んだ設定トルクＴS のまま、次のステッ
プに進む。

【００４２】即ち、現在の深度Ｌが、トルク切換深度Ｌ
s よりも深いときには、掘削具３６による掘削が行われ
ていると判断する。そして、ステップ２２０の処理によ
り設定された設定トルクＴS が掘削具３６の最大トルク
ＴB より大きいときには、設定トルクＴS を掘削具３６
の最大トルクＴB として、掘削具３６の最大トルクＴB
以上とならないように制限する。

【００４３】次に、パイロット圧センサ６６により検出
されるパイロット圧Ｐ2 と供給圧センサ６８により検出
される供給圧Ｐ1 とから前記（４）式に基づいて掘削中
の出力トルクＴm を算出する（ステップ２５０）。この
出力トルクＴm は出力トルク表示部１２０に表示され
る。

【００４４】その後、設定トルクＴS が出力トルクＴm
を超えているか否かを判断する（ステップ２５５）。設
定トルクＴS が出力トルクＴm より小さいときには、電
磁制御弁６２への出力電流を減少させる（ステップ２６
０）。これにより、パイロット圧Ｐ2 が減少して、油圧
モータ１２の出力トルクＴm が減少する。一方、設定ト
ルクＴS が出力トルクＴm より大きいときには、電磁制
御弁６２への出力電流を増加させる（ステップ２６
５）。これにより、パイロット圧Ｐ2 が増加して油圧モ
ータ１２の出力トルクＴm が増加する。ステップ２６
０，２６５の処理を実行した後、本制御処理を繰り返し
実行する。

【００４５】尚、本実施形態では、深度計測センサ７０
とステップ２００〜２１５の処理の実行が深度計測手段
として働き、ステップ２２５，２３５，２４５の処理の
実行が切換制御手段として働く。また、ステップ２３
０，２４０の処理の実行が制限手段として働く。

【００４６】設定トルクＴS は、同一の掘削具３６によ
り掘削されている最中にも、地質等に応じて、設定つま
み１０８ａを操作して変更される場合がある。その変更
された設定トルクＴS を読み込んで設定トルク表示部１
１８に表示する。本実施形態では、変更された設定トル
クＴS が最大トルクＴk ，ＴB を超えているか否かを判
断して（ステップ２３０，２４０）、超えているときに
は、設定トルクＴS を最大トルクＴK ，ＴB とし（ステ
ップ２３５，２４５）、設定トルクＴS が最大トルクＴ
K ，ＴB を超えて設定されないように制限する。例え
ば、作業者が使用している掘削具３６の種類を勘違いし
て、設定つまみ１０８ａを操作して大きな設定トルクＴ
S を設定しても、最大トルクＴK ，ＴB を超えないよう
に制限する。

【００４７】以上本発明はこの様な実施形態に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の掘削用トル
ク制御装置は、深度に応じて最大トルクを切り換えるの
で、ケーシングチューブと掘削具とで掘削を切り換える
際に、切り換える煩雑さを解消できると共に、切換忘れ
による破損等を防止できるという効果を奏する。

【００４９】また、制限手段を設けると、勘違いによ
り、あるいは、操作ミスにより、最大トルクを超えて設
定トルクを設定しても、最大トルク以下に制限されるの
で、破損等を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての掘削用トルク制御
装置を用いた掘削施工機の正面図である。

【図２】本実施形態の回転駆動機構の拡大断面図であ
る。

【図３】本実施形態の掘削用トルク制御装置の油圧系統
を示す回路図である。

【図４】本実施形態の掘削用トルク制御装置の電気系統
を示す回路図である。

【図５】本実施形態の制御装置において行われる掘削用
トルク制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図６】本実施形態の掘削工程を示す説明図である。

【符号の説明】

１…掘削施工機 ２…リーダ ６…移動台 １０…回転駆動機構 １２…油圧モータ ２０…伝達軸 ２６…ケリーバ ２８…ワイヤ ３４…主ウインチ ３６…掘削具 ４０…ブーム ５０…切換弁 ５２…油圧ポンプ ６０…パイロット流路 ６１…パイロットポンプ ６２…電磁制御弁 ６４…リリーフ弁 ６６…パイロット圧センサ ６８…供給圧センサ ７０…深度計測センサ １００…制御装置 １０８…トルク設定器 １１８…設定トルク表示部 １２０…出力トルク表示部

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−284691（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−93488（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−2179（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−173056（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−165989（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 44/00 E21B 11/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端に掘削ビットが取り付けられたケー
   シングチューブを回転すると共に、前記ケーシングチュ
   ーブ内に挿入される掘削具が先端に取り付けられたケリ
   ーバを回転する回転駆動機構の出力トルクを設定トルク
   に応じて規制する掘削用トルク制御装置において、 前記掘削具の深度を計測する深度計測手段と、 検出された前記深度がトルク切換深度より浅い場合に
   は、前記ケーシングチューブにより掘削が行われている
   と判断し、前記設定トルクを前記ケーシングチューブを
   破損することなく掘削できるトルクに設定するととも
   に、検出された前記深度がトルク切換深度より深い場合
   には、前記掘削具による掘削が行われていると判断し、
   前記設定トルクを前記掘削具を破損することなく掘削で
   きるトルクに設定する切換制御手段とを備えたことを特
   徴とする掘削用トルク制御装置。
2. 【請求項２】 前記深度計測手段は、前記ケリーバを吊
   下げたワイヤの移動量に基づいて深度を計測することを
   特徴とする請求項１記載の掘削用トルク制御装置。
3. 【請求項３】 更に、前記設定トルクが前記切換制御手
   段により切り換えられた前記最大トルクより大きいとき
   には、前記最大トルクを前記設定トルクとする制限手段
   とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の掘削用トルク制御装置。
4. 【請求項４】 前記掘削具は掘削バケットであることを
   特徴とする請求項１ないし請求項３記載の掘削用トルク
   制御装置。