JP3739571B2 - ケーシングドライバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシングを把持する把持手段と把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持し回転駆動しながら地中に押し込んで掘削するケーシングドライバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木、建築工事に使用する大口径鋼管杭や鋼管類等の管状ケーシング（以下単に「ケーシング」という。）を回転させながら地中に押し込んで、杭等の地中構造物を構築するための縦穴を掘削するケーシングドライバと称する縦穴掘削装置が従来から一般的に知られており、この種の装置として、例えば特公平７ー７４５００号公報に記載の装置を挙げることができる。
【０００３】
このケーシングドライバは、ケーシングを把持するケーシング掴み用バンド等の把持手段と、把持手段で把持したケーシングを回転駆動する油圧モータ等で構成された回転駆動手段と、把持手段で把持したケーシングを押し込むスラストシリンダ等の押し込み手段とを備えている。把持手段は、ベースフレーム上に昇降自在に設置された昇降フレームに回転自在に取り付けられ、昇降フレームに取り付けられた回転駆動手段により回転駆動されるように構成されている。押し込み手段は、ベースフレーム上に設置されて昇降フレームを上昇下降させるように駆動することができ、下降させるように駆動することにより、把持手段で把持したケーシングを押し込むことができる。このケーシングは、互いに連結可能な複数の単位ケーシングからなり、最先端の単位ケーシングを先端ケーシングと称し、掘削刃（カッタ）を設けている。こうしたケーシングドライバを用いて地中を掘削するときには、まず、先端ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削する。また、掘削する過程で先端ケーシング内に溜った土砂は、ハンマーグラブ等の手段で地上に搬出する。こうして先端ケーシングを地中に建て込んだら、これにケーシングを適宜継ぎ足して把持手段で把持し、同様の方法で掘削する。このケーシングドライバは、地中に建て込んだケーシングの引き抜きも行える。
【０００４】
ところで、こうしたケーシングドライバでは、これまで、オペレータの手動操作の便から、ケーシング回転駆動用のモータに変速手段を設けてケーシングの回転速度を調整できるようにする一方、ケーシングを押し込むためのスラストシリンダ等の押し込み手段を一定の速度で駆動できるようにし、これに伴って、押し込み手段をＯＮ／ＯＦＦ制御するための操作スイッチを設けていた。こうしたケーシングドライバで地盤を掘削する場合、オペレータは、経験や掘削過程の排土状況等から当該地盤の性状を予想し、予想した地盤の性状に基づきケーシングの回転速度を調整して掘削を進めていた。そして、その掘削の過程で計器からケーシングの回転トルクや先端ケーシングの刃先の食い込み量を判断し、その結果、これらの値が大きくなりそうなときには、スイッチをＯＦＦ操作して押し込み手段の駆動を一時停止した後、スイッチをＯＮ操作して再駆動し、地盤の性状の変化に対応してこうした操作を絶えず繰り返しながら掘削作業を実施していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした操作機構を設けたケーシングドライバは、地盤の性状が判明していない地山を掘削する場合、オペレータに操作上なじみやすく比較的適切に掘削が行えたため、これまで実用上定着していた。しかしながら、オペレータの操作の便から、押し込み手段を特にＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしていたため、作業効率の点で難があった。特に、地盤の性状の変化が激しい地山を掘削する場合、その変化に対応してケーシングの回転速度を調整する操作を要するほか、押し込み手段をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのスイッチ操作を、カチカチと間断なく繰り返す必要があるため、作業効率が悪く、かつ、操作が煩雑であった。こうしたケーシングドライバで地山を掘削する場合、地盤の性状がボーリング調査等で事前に判明している場合や地山の掘削過程でその後の地盤の性状が判明する場合もあるが、これまでは、こうした領域の地山を掘削するときにも、同様の方法で掘削していて改善する余地がある。
【０００６】
本発明は、従来の技術にみられるこうした問題を解消しようとするものであって、その技術課題は、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削できるケーシングドライバを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこうした技術課題は、
ケーシングを把持する把持手段とこの把持手段で把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するケーシングドライバにおいて、
回転駆動手段によるケーシングの回転速度を変えることができる回転速度の変速手段と、押し込み手段によるケーシングの押し込み速度を変えることができる押し込み速度の変速手段と、地中の掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値及び掘削領域の終点となる深度の値を設定して地中の掘削領域を深度で設定できる深度設定手段と、この深度設定手段で設定した地中の掘削領域に対応して、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を予め設定できる速度設定手段と、掘削している地中の深度を計測できる深度計測手段と、深度計測手段での計測結果に基づいて、深度設定手段で設定した地中の掘削領域を、速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削できるように回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する速度制御機構とを設けたこと
により達成される。
【０００８】
本発明のケーシングドライバは、速度設定手段を設けているので、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を、地盤の性状に応じて予め設定することができる。また、深度設定手段を設けているので、この速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削を行う地中の掘削領域について始点となる深度の値及び終点となる深度の値を深度設定手段で設定することにより、その地中の掘削領域を深度で設定することができる。したがって、地盤の性状が同じ地中の掘削領域を深度で設定するとともに、その掘削領域の地盤を掘削するのに適切なケーシングの回転速度及び押し込み速度を速度設定手段で設定して地中を掘削すると、速度制御機構は、深度計測手段での計測結果に基づいて、その地盤の性状が同じ地中の掘削領域を、当該地盤を掘削するのに適切なケーシングの回転速度及び押し込み速度で掘削するように、回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する。そのため、本発明のケーシングドライバによれば、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図７に基づいて説明することにより、本発明の実施の形態を明らかにする。図１は、左側に先端ケーシングによる掘削時の状態を縦断面で示し右側にその要部を拡大して示したケーシングドライバの掘削原理を説明する図、図２は、本発明の具体化例のケーシングドライバにおける制御機構を示すブロック図、図３は、図２の制御機構における操作盤の拡大正面図、図４は、図３の操作盤におけるタッチパネルの画面配置を示す拡大正面図、図５は、図３の操作盤におけるタッチパネルのサブ画面配置を示す拡大正面図、図６は、本発明の具体化例のケーシングドライバで自動掘削するときの操作や制御の過程を示す流れ図、図７は、図６の流れ図に従ってケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じた自動掘削の過程をグラフで例示した図である。本発明のケーシングドライバは、ケーシングを把持する把持手段とこの把持手段で把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するようにした点で、従来から一般的に知られているケーシングドライバと基本的な仕組みは変わらない。
【００１０】
本発明の理解を容易にするため、図１に基づきケーシングドライバの掘削原理について説明する。図１において、１０は円筒形状をなす先端ケーシングで、その底部先端に多数の掘削刃１２を固着している。この先端ケーシング１０は、すでに述べたように、ケーシング掴み用バンド等の把持手段で把持した後、油圧モータ等からなる回転駆動手段で回転駆動しながらスラストシリンダ等の押し込み手段で昇降フレーム（スラスタ）を下降させることにより地中に押し込んで地盤を掘削する。こうして地盤を掘削しているとき、先端ケーシング１０の掘削刃１２は、先端ケーシング１０の回転により回転しながら地盤に食い込んで行くが、その場合に、掘削刃１２の刃先は、図１の右側に示すように、先端ケーシング１０の回転速度のベクトルＡと押し込み手段による先端ケーシング１０の押し込み速度のベクトルＢの合成ベクトルＺの方向へ食い込んで行くことになる。
【００１１】
この合成ベクトルＺが先端ケーシング１０の回転速度のベクトルＡに対してなす角度を食い込み角と称し、いま、この食い込み角をαとする。そうすると、掘削する地盤の性状が同じ場合、当該地盤を掘削するのに要する先端ケーシング１０の回転トルクは、食い込み角αが小さいほど小さくて済み、食い込み角αが大きいほど大きくなる。それゆえ、地盤が硬質でその掘削に大きい回転トルクを要する場合は食い込み角αを小さくする必要があり、地盤が軟質でその掘削に小さい回転トルクしか要しない場合は食い込み角αを大きくすることができる。ケーシングドライバで掘削するときには、こうしたことを考慮し、先端ケーシング１０の回転速度と先端ケーシング１０の押し込み速度が当該地盤の性状に応じて最適な値になるように調整することにより、掘削作業の効率を向上させることができる。すなわち、硬質地盤を掘削する場合は、掘削トルクを軽減する必要上、先端ケーシング１０の回転速度（回転数）を相対的に増加させるとともに先端ケーシング１０の押し込み速度を相対的に減少させて食い込み角αを小さくするようにする。また、軟質地盤を掘削する場合は、作業時間を短縮する必要上、先端ケーシング１０の押し込み速度を相対的に増加させて食い込み角αを大きくする一方、先端ケーシング１０の回転速度は、上げ過ぎると掘削刃１２の摩耗が進むので、ある程度押さえた回転速度にするようにする。
【００１２】
ケーシングドライバで掘削する地山には、地盤の性状がボーリング調査等で全掘削領域にわたって判明している地山もあるし、地山の掘削過程で排出される排土の状況等からそれ以降の一部又は全ての領域にわたって地盤の性状が判明する地山もある。このように地盤の性状が予め判明している領域の地山をケーシングドライバで掘削する場合には、従来のように押し込み手段を操作スイッチで手動操作して掘削するよりも、ケーシングの回転速度や押し込み速度を前記の掘削原理に従って事前に設定して掘削するようにした方が効率よく簡便に掘削することができる。本発明のケーシングドライバは、地盤の性状に応じて適切な掘削が行えるようにするため、こうした方法で掘削できるようにするための手段を設けたものであり、図２は、その方法を具現するための制御機構を例示たものである。この図２に示す制御機構は、大別すると、ケーシングを駆動するためのアクチュエータと、このアクチュエータを駆動し制御するための機器からなるパワーユニット１００と、ケーシングドライバの運転条件を設定するための操作を行ってパワーユニット１００に制御用の指令を発する操作ユニット１０００とで構成される。以下、これらの各要素について順次説明する。
【００１３】
まず、図２に基づきアクチュエータについて説明すると、２０Ａ，２０Ｂは把持手段を回転駆動して把持手段で把持した先端ケーシング１０等のケーシングを回転させる油圧モータ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは昇降フレームを上昇下降させ、下降させることにより、把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段としてのスラストシリンダである。図示はしていないが、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂは、ピニオンを回転させ、このピニオンと噛み合う外歯歯車付きの回転体（昇降フレーム上に回転可能に取り付けられている。）を減速回転させて、この回転体に取り付けられたケーシング掴み用バンド等の把持手段を回転駆動するように構成されている。その結果、この油圧モータ２０Ａ，２０Ｂや回転体等からなる回転手段により先端ケーシング１０等のケーシングを回転させることができる。また、４本のスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄは、下端部を、ケーシングドライバの基部をなす略方形枠状のベースフレーム上の四隅に立設し、上端部を昇降フレームに取り付けて、その伸縮により昇降フレーム（ガイドフレームで上下方向に案内される。）を上昇下降できるようにしている。その結果、昇降フレーム上に前記回転体を介して取り付けられた把持手段を上昇下降させることができ、下降させることにより、把持手段で把持したケーシングを押し込むことができる。なお、これらの事項の詳細は、特公平７ー７４５００号公報を参照されたい。
【００１４】
次に、図２に基づきパワーユニット１００について説明すると、１１０は油圧ポンプ１２０，１３０を駆動するためのエンジン、１２０は油圧モータ２０Ａ，２０Ｂを駆動するための圧油を発生し油圧モータ２０Ａ，２０Ｂへの圧油の供給流量を変化させることができる可変容量形の油圧ポンプ、１３０はスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを駆動するための圧油を発生しスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄへの圧油の供給流量を変化させることができる可変容量形の油圧ポンプ、１４０は中立位置から左位置及び右位置に切り換えることによりそれぞれ油圧モータ２０Ａ，２０Ｂを正転及び逆転させるように圧油の流れの方向を切り換える４ポート３位置の電磁式の方向切換弁、１５０は中立位置から左位置及び右位置に切り換えることによりそれぞれスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを縮小及び伸長するように圧油の流れの方向を切り換える４ポート３位置の電磁式の方向切換弁、１６０は油圧ポンプ１２０，１３０や電磁式方向切換弁１４０，１５０等を制御するＣＰＵである。図示はしていないが、パワーユニット１００には、これらの機器のほか、エンジン１１０の回転数や油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧を検出するセンサ等の各種センサを設けている。パワーユニット１００は、こうした機器からなり、次に述べるように、アクチュエータとしての油圧モータ２０Ａ，２０Ｂやスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを駆動（後者については伸縮）したり、その駆動速度（後者については伸縮する速度）を制御したりする。
【００１５】
可変容量形の油圧ポンプ１２０は、吐出容量を可変制御することができ、その吐出容量を変えることにより油圧モータ２０Ａ，２０Ｂへの圧油の供給流量を変化させて、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの回転数すなわち回転速度を調整することができる。可変容量形の油圧ポンプ１３０も、同様に吐出容量を可変制御することができ、その吐出容量を変えることによりスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄへの圧油の供給流量を変化させてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動速度を調整することができる。それゆえ、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの縮み方向の駆動速度を調整してケーシングの押し込み速度を調整することができる。
【００１６】
方向切換弁１４０は、中立位置において油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの圧油の給排を停止し、左位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１２０の圧油を油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの正転側へ供給するとともにその逆転側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。また、右位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１２０の圧油を油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの逆転側へ供給するとともにその正転側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。したがって、中立位置から左位置及び右位置にそれぞれ切り換えると、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ正転駆動及び逆転駆動し、中立位置において停止させる。
【００１７】
方向切換弁１５０は、中立位置においてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの圧油の給排を停止し、左位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１３０の圧油をスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのロッド側へ供給するとともにスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのシリンダ側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。また、右位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１３０の圧油をスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのシリンダ側へ供給するとともにロッド側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。したがって、左位置へ切り換えると、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを縮小させて昇降フレームを下降させ、右位置へ切り換えると、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを伸長させて昇降フレームを上昇させ、中立位置において停止させる。
【００１８】
ＣＰＵ１６０は、後に詳述する操作ユニット１０００からの指令に従って各方向切換弁１４０，１５０の左側又は右側の信号受け部に電気信号を出力して各方向切換弁１４０，１５０をそれぞれ左位置又は右位置に切り換える。また、可変容量形の各油圧ポンプ１２０，１３０に電気信号を出力してその各傾転を制御して各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御する。このＣＰＵ１６０には、前述のエンジン１１０の回転数や油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧を検出するセンサ等の各種センサやケーシングドライバ本体に設けた昇降フレームのストローク検出用のストローク計での検出信号を入力し、その検出信号に基づいてケーシングの回転速度、押し込み速度、上昇下降圧力、各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧力、ケーシングの掘削深度等ケーシングドライバの運転や制御に有用な各種数値を演算し、これらの数値を操作ユニット１０００に送信する。
【００１９】
図２、図３及び図４に基づきこの操作ユニット１０００について説明する。 操作ユニット１０００は、図２の右側に示すように、大別すると、地盤の掘削深度に対応してケーシングの回転速度や押し込み速度を設定する操作手段等の、ケーシングドライバを運転制御するのに有用な種々の機器類を設けた操作盤１１００と、この操作盤１１００での操作結果に基づいてＣＰＵ１６０に指令を発するＣＰＵ１２００とで構成される。操作盤１１００は、図３に拡大して図示するように、ケーシングドライバの基本的な運転操作を行うための４個のスイッチ類１１００Ｓを下部に設け、ケーシングドライバの運転制御に有用な種々の手段を画面に表示するタッチパネル１１００Ｔを上部に設けている。
【００２０】
スイッチ類１１００Ｓのうち油圧モータ回転操作レバー１１００Ｓ1 は、電磁式の方向切換弁１４０を切換操作して油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの回転方向を切り換える操作レバーである。この操作レバー１１００Ｓ1 は、中立位置にあるとき、方向切換弁１４０も中立位置に位置させて油圧モータ２０Ａ，２０Ｂによるケーシングの回転を停止させているが、中立位置から一方の側へ倒すと、方向切換弁１４０を左位置に切り換えて油圧モータ２０Ａ，２０Ｂでケーシングを正転させ、他方の側へ倒すと、方向切換弁１４０を右位置に切り換えてケーシングを逆転させる。また、スラストシリンダ伸縮操作レバー１１００Ｓ2 は、中立位置にあるとき、方向切換弁１５０も中立位置に位置させてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄによるケーシングの駆動を停止しているが、中立位置から一方の側へ倒すと、方向切換弁１５０を左位置に切り換えてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄでケーシングを押し込み、他方の側へ倒すと、方向切換弁１５０を右位置に切り換えてケーシングを引き抜く。
【００２１】
タッチパネル１１００Ｔの画面は、図４に示すように、画面接触により作動するケーシングドライバの制御に有用な各種スイッチ等の操作手段を表示する操作部と、ケーシングドライバの運転制御に有用な各種計器等の表示手段を表示する表示部とからなる。この図４に示すタッチパネル１１００Ｔの画面は、メイン画面を示すもので、このメイン画面は、後述するように、画面の接触操作により、図５に示すサブ画面（ウインドウ）に切り換えることができる。そこで、図４に基づきタッチパネル１１００Ｔのメイン画面の詳細について説明する。
【００２２】
まず、メイン画面の下半部に表示されている操作部について説明すると、操作部には、作業モード切替スイッチ１１０２、パワーアップスイッチ１１０８、スラストシリンダ増速スイッチ１１１０、速度調整スイッチ１１２４、速度設定スイッチ１１２６、自動掘削スイッチ１１２８等が表示される。これらのスイッチは、画面上のスイッチの画像を押すことにより作動させることができる。
【００２３】
作業モード切替スイッチ１１０２は、ケーシングドライバで作業をしようとするとき、作業モードを掘削モード及び引き抜きモードの一方に選択的に切替るためのスイッチである。掘削モードは、掘削作業時に選択する作業モードで、ケーシングの回転は、正転のみ有効となり、下降モードの選択が可能となる。引き抜きモードは、ケーシングの引き抜き作業時に選択する作業モードで、ケーシングの回転は、正転及び逆転の何れも有効となるが、下降モードの選択ができないようになっている。この切替スイッチ１１０２は、１回押すと作業モードが掘削モードとなって「掘削」の表示になり、もう１回押すと作業モードが引き抜きモードとなって「掘削」の表示が「引抜」の表示に切り替えられ、更にもう１回押すと元の「掘削」の表示に切り替えられるというように、このスイッチを１回押すことにより、作業モードを掘削モードと引き抜きモードとに交互に切り替えることができる。
【００２４】
パワーアップスイッチ１１０８は、ケーシングの回転トルクと引き抜き力を増加させるためのスイッチであり、ケーシングの引き抜き工程で地中のケーシングが引き抜けなくなったとき等の非常時に使用する。このパワーアップスイッチ１１０８を押すことにより、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂやスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動用油圧の上限値を制限するリリーフ弁（図示せず。）のリリーフ圧を上げて、ケーシングの回転トルクと引き抜き力を１〜２割アップさせることができる。
【００２５】
スラスタ増速スイッチ１１１０は、スラスタ（昇降フレーム）の引き上げ速度を増速するスイッチであり、スラスタ操作レバー１１００Ｓ2 を押した状態のもとでこのスイッチを押すことにより、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの伸び方向の駆動速度を増速してスラスタの引き上げ速度を増速することができる。この増速状態はスラスタ操作レバー１１００Ｓ2 を中立位置に戻すか、又はスラスタ増速スイッチ１１１０を再び押すことにより解除される。このスラスタ増速スイッチ１１１０は、オペレータがケーシングドライバを手動操作して掘削するときに使用する。
【００２６】
速度調整スイッチ１１２４は、ケーシングの回転速度や押し込み速度を設定するときに使用するスイッチである。この速度調整スイッチ１１２４を押すと、ケーシングの回転速度や押し込み速度を設定するための操作手段を表示した図示していないサブ画面がメイン画面上に表れ、このサブ画面の操作手段を操作することにより、ケーシングの回転速度や押し込み速度を個々に調整することができる。地盤の性状が予め判明している地山を掘削する場合であっても、地山の掘削過程で排出される排土から地盤の土質を精密に調べたときに、ケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値の一方又は双方を修正した方が掘削作業をより効率的に行える場合がある。速度調整スイッチ１１２４は、例えば、こうした場合に使用する。
【００２７】
速度設定スイッチ１１２６は、掘削を行う地中の掘削領域を地盤の性状に基づいて深度で区分し、その区分した掘削領域に応じてケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定するときに使用し、この速度設定スイッチ１１２６を押すと、ケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定するための操作手段や表示手段を表示した速度設定用のサブ画面がメイン画面上に表れる。このサブ画面及びこれに表示される操作手段の操作方法については後に詳述する。
【００２８】
自動掘削スイッチ１１２８は、この速度設定用のサブ画面に表示される操作手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により自動掘削を開始させるスイッチである。作業モードが「掘削」である場合において、オペレータが手動操作でケーシングの押し込み操作を行っていて、後述のスラスタ下降モード表示部１１３２の下降モードの表示が押し込みモード又は自由降下モードのときであっても、この自動掘削スイッチ１１２８を押していれば、ケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定した領域の地山を掘削するときには、設定した速度で掘削が行われる。したがって、こうした地山領域を掘削するときには、オペレータは、ケーシングドライバの回転速度及び押し込み速度を可変操作する必要はない。また、作業モードが「掘削」であって、スラスタ下降モード表示部１１３２の下降モードの表示が自動掘削モードのときには、当然のことながら、設定された掘削深度ごとに、設定されたケーシングの回転速度や押し込み速度で自動掘削が行われる。
【００２９】
次に、メイン画面の上半部に配置されている表示部について説明すると、この表示部には、スラスタ下降モード表示部１１３２、ポンプ圧力表示部１１３６、スラスタストローク表示部１１５０、掘削深度表示部１１５２、ケーシングの回転速度表示部１１５４、ケーシングの押し込み速度表示部１１５６等の表示部が設けられ、ケーシングドライバの運転制御に有用な事項が表示される。
【００３０】
スラスタ下降モード表示部１１３２は、スラスタ（昇降フレーム）の下降モード、換言するとケーシングを下降させるモードが押し込みモード、自由降下モード及び自動設定掘削モードの何れのモードに選択させているかを表示する。押し込みモードは、ケーシングをスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動力を付与して押し込む下降モードであり、自由降下モードは、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動力を付与することなくケーシングをそれ自体の自重やスラスタの自重等で押し込む下降モードであり、自動設定掘削モードは、深度で画定した地中の掘削領域に応じて、設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度で自動的に押し込む下降モードである。これらの下降モードを選択するための操作手段は、図示していない別のサブ画面で行う。図４には、下降モードとして自動設定掘削モードが選択された例を示している。
【００３１】
ポンプ圧力表示部１１３６は、パワーユニット１００を構成する種々の油圧機器の圧力を表示する。このポンプ圧力表示部１１３６中の「Ｎｏ．１ＰＵ圧」には、ケーシングの回転又は揺動（正逆の回動を繰り返す動作）時のポンプ１２０の吐出圧力を表示し、「Ｎｏ．２ＰＵ圧」には、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄによるケーシングの押し込み・引き抜き時のポンプ１３０の吐出圧力を表示する。「パイロット圧」には、図２に図示していないパイロットポンプの吐出圧力を表示する。「スラスタ伸圧」には、ケーシングの上昇時にスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄに作用する圧力を表示し、「スラスタ縮圧」には、ケーシングの下降時にスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄに作用する圧力を表示するものであり、「Ｎｏ．２ＰＵ圧」とほぼ同じ圧力値を示す。
【００３２】
スラスタストローク表示部１１５０には、スラスタのストローク量すなわちスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのストローク量を表示する。掘削深度表示部１１５２には、先端ケーシング１０の掘削深度をスラスタのストローク量から演算して表示する。ケーシングの回転速度表示部１１５４には、前述の速度設定用のサブ画面に表示される操作手段により設定されたケーシングの回転速度を表示し、ケーシングの押し込み速度表示部１１５６には、同様にして設定されたケーシングの押し込み速度を表示する。
【００３３】
図５に基づき速度設定用のサブ画面について説明する。このサブ画面は、符号１１６０を付けた画面下半部枠内の区域に図示しており、前述したように速度設定スイッチ１１２６を押すことによりメイン画面上にウインドウ形式で表れる。この速度設定用のサブ画面１１６０に表示される事項について述べると、このサブ画面１１６０中、１１６２は掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値を設定する掘削深度設定開始スイッチ、１１７２はこの掘削深度設定開始スイッチ１１６２で設定した深度の値が表示される掘削深度設定開始表示部、１１６４は掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の終点となる深度の値を設定する掘削深度設定終了スイッチ、１１７４はこの掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した深度の値が表示される掘削深度設定終了表示部である。
【００３４】
１１６６は掘削深度設定開始スイッチ１１６２及び掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した掘削領域に対応してケーシングの回転速度の値を設定するケーシング回転速度設定スイッチ、１１７６はこのケーシング回転速度設定スイッチ１１６６で設定した回転速度の値が表示されるケーシング回転速度設定表示部、１１６８は掘削深度設定開始スイッチ１１６２及び掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した掘削領域に対応してスラスタの押し込み速度の値すなわちケーシングの押し込み速度の値を設定するスラスタ押し込み速度設定スイッチ、１１７８はこのスラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８で設定したスラスタの押し込み速度の値が表示されるスラスタ押し込み速度設定表示部、１１８０は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する過程でこれらの値を減少させる方向に操作するための減スイッチ、１１８２は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する過程でこれらの値を増加させる方向に操作するための増スイッチ、１１８４は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する操作をした後その設定したそれぞれの値を確定するための確定スイッチ、１１８６はこの確定スイッチ１１８４で確定したそれぞれの値のうちの任意のものを取り消すための取消スイッチである。
【００３５】
以上述べた速度設定用のサブ画面１１６０に表示されるスイッチの操作方法について説明する。いま、例えば、ケーシングドライバで掘削する地山のうち掘削深度０．０ｍから１０．０ｍの間、地盤の性状が一定である場合、この区間の掘削領域を掘削するには、ケーシングの回転速度をケーシングの最高回転速度の７０％に設定し、ケーシングの押し込み速度をケーシングの最高押し込み速度の６０％に設定するのが最適であるものとする。掘削深度０ｍから１０ｍの間をこうした条件で掘削しようとする場合、掘削領域の始点となる深度の値を設定するには、掘削深度設定開始スイッチ１１６２を押した後、通常は減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を操作するが、この場合、掘削領域の始点は０．０ｍであるので、こうした操作をしないで初期値のままでよい。次いで、掘削深度設定終了スイッチ１１６４を押した後、減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を適宜操作して掘削領域の終点となる深度の値を１０．０ｍに設定する。こうして掘削深度設定開始スイッチ１１６２や掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定された深度の値は、掘削深度設定開始表示部１１７２や掘削深度設定終了表示部１１７４に表示される。
【００３６】
次に、ケーシングの回転速度や押し込み速度の値を設定するが、その場合、回転速度設定スイッチ１１６６を押した後、減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を適宜操作してケーシングの回転速度をケーシングの最高回転速度の７０％に設定するとともに、スラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８を押した後、同様にしてケーシングの押し込み速度をケーシングの最高押し込み速度の６０％に設定する。こうしてケーシング回転速度設定スイッチ１１６６やスラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８で設定された回転速度の値やスラスタの押し込み速度の値は、ケーシング回転速度設定表示部１１７６やスラスタ押し込み速度設定表示部１１７８に表示される。この例では、ケーシングの回転速度や押し込み速度をケーシングの最高回転速度や最高押し込み速度との相対速度で設定するようにしているが、絶対速度で設定するように構成してもよい。
【００３７】
以上のスイッチ操作で設定した掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値は、確定スイッチ１１８４で確定する。そうすると、掘削領域の掘削深度に関する０．０ｍ及び１０．０ｍの値やケーシングの回転速度に関する７０％及び押し込み速度に関する６０％の値は、ＣＰＵ１２００に入力されて電気信号に変換され、指令信号としてＣＰＵ１００に出力される。その結果、ＣＰＵ１００は、この指令信号に基づいて可変容量形の油圧ポンプ１２０，１３０の各傾転を制御して各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御するため、掘削する地山のうち掘削深度０．０ｍから１０．０ｍの間は、設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度で自動的に掘削することができる。また、設定した掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を確定した直後にその何れかの値を修正したいときには、当該値を取消スイッチ１１８６で一旦取消してから、再入力する。なお、以上述べたメイン画面やサブ画面上の種々のスイッチや表示部のうち、操作したスイッチやこれに関連する表示部については、点灯又は表示する色の変更等により、他と視覚的に区別できるようにするのが望ましい。
【００３８】
こうしたケーシングドライバを用いて自動掘削を行う場合には、作業モード切替スイッチ１１０２を操作して作業モードを掘削モードし、しかる後、図示しないサブ画面上の操作手段を操作して下降モードの中から自動設定掘削モードを選択する。次いで、速度設定スイッチ１１２６を押して、前記の掘削深度設定開始スイッチ１１６２、掘削深度設定終了スイッチ１１６４、回転速度設定スイッチ１１６６、スラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８等の操作手段や関連する表示手段をサブ画面に表示した後、これら操作手段を前記の方法で操作して、地中の掘削領域を、類似する地盤ごとに深度で設定して画定するとともに、その画定した各掘削領域に対応してケーシングの回転速度や押し込み速度が当該掘削領域の地盤の性状に最適な値になるように設定する。すなわち、図１を用いてすでに説明したように、硬質地盤を掘削する場合は、ケーシングの回転速度を相対的に増加させるとともにケーシングの押し込み速度を相対的に減少させるように設定し、これにより、先端ケーシング１０の掘削刃１２の食い込み量を少なくするようにして掘削トルクを軽減できるようにする。また、軟質地盤を掘削する場合は、ケーシングの押し込み速度を相対的に増加させるようにするとともにケーシングの回転速度をある程度押さえた値に設定し、これにより、食い込み量を大きくするとともに掘削刃１２の摩耗が進まないようにして作業時間を短縮できるようにする。なお、この例では、前記の作業モード切替スイッチ１１０２、下降モードの選択手段、速度設定スイッチ１１２６の順序でこれらを操作するようにしているが、その何れを先に操作してもよい。
【００３９】
こうして地中の各掘削領域の深度、ケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定した後、自動掘削スイッチ１１２８を押すと、これらの値が設定された地山の掘削領域については、掘削深度ごとに設定されたケーシングの回転速度や押し込み速度に従ってオペレータの手動操作を要することなく自動的に地山を掘削することができる。したがって、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、〔発明が解決しようとする課題〕で述べたような地盤の性状の変化が激しい地山であっても、効率よく簡便に掘削することができる。
図６は、以上のようにして自動掘削するときの操作や制御の過程をフローチャートで概括的に示したもので、図中、「回転速度、押込速度設定」の項の動作は、操作ユニット１０００で行う操作であり、その他の項の動作は、パワーユニット１００で行う制御動作である。図６に示すように、各掘削領域の深度すなわち各掘削領域の始点及び終点となるそれぞれの深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定してから、自動掘削を開始すると、これらの設定値に基づいて、指令信号が操作ユニット１０００のＣＰＵ１２００からパワーユニット１００のＣＰＵ１６０に対して出力される。このＣＰＵ１６０においては、ＣＰＵ１２００からの指令信号に基づいて地山を自動掘削するとともに、図示しない昇降フレームのストローク検出用のストローク計での検出信号すなわち「掘削深度」に関する情報が入力され、この検出信号に基づいて掘削深度が演算により求められて「掘削深度読み込み」が行われる。その結果、掘削深度が「所定掘削深度」すなわち当該掘削領域の終点となる深度にまで達していないときは、ケーシングの回転速度及び押し込み速度の設定値がパワーユニット１００のＣＰＵ１６０に入力されて「設定値読み込み」が行われ、ＣＰＵ１２００は、ケーシングの回転速度及び押し込み速度がその設定値になるように、可変容量形の各油圧ポンプ１２０，１３０に電気信号を出力してその各傾転を制御し、各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御する。こうした制御は、類似する地盤ごとに画定された各掘削領域に対応して行われ、掘削深度が「所定掘削深度」に達するまで続行される。図７には、こうして「所定掘削深度」に達するまでケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じたケーシングの回転速度及び押し込み速度の変化の過程をグラフで例示している。こうして自動掘削する過程において、設定したケーシングの回転速度や押し込み速度を修正する必要が生じたときに、速度調整スイッチ１１２４を押してケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値の一方又は双方を適宜修正すると、地山を一層効率よく掘削することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するケーシングドライバにおいて、特に、「回転駆動手段によるケーシングの回転速度を変えることができる回転速度の変速手段と、押し込み手段によるケーシングの押し込み速度を変えることができる押し込み速度の変速手段と、地中の掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値及び掘削領域の終点となる深度の値を設定して地中の掘削領域を深度で設定できる深度設定手段と、この深度設定手段で設定した地中の掘削領域に対応して、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を予め設定できる速度設定手段と、掘削している地中の深度を計測できる深度計測手段と、深度計測手段での計測結果に基づいて、深度設定手段で設定した地中の掘削領域を、速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削できるように回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する速度制御機構とを設けた」ので、本発明によれば、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削できるケーシングドライバが得られる。その結果、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、地盤の性状の変化が激しい地山であっても、このケーシングドライバを用いれば、ベテランオペレータでなくても容易に操作することができる。
【００４１】
本発明を具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、ケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値を必要に応じて適宜修正して地山を一層効率よく掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】左側に先端ケーシングによる掘削時の状態を縦断面で示し右側にその要部を拡大して示したケーシングドライバの掘削原理を説明する図である。
【図２】本発明の具体化例のケーシングドライバにおける制御機構を示すブロック図である。
【図３】図２の制御機構における操作盤の拡大正面図である。
【図４】図３の操作盤におけるタッチパネルのメイン画面配置を示す拡大正面図である。
【図５】図３の操作盤におけるタッチパネルのサブ画面配置を示す拡大正面図である。
【図６】本発明の具体化例のケーシングドライバで自動掘削するときの操作や制御の過程を示す流れ図である。
【図７】図６の流れ図に従ってケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じた自動掘削の過程をグラフで例示した図である。
【符号の説明】
１０ 先端ケーシング
１２ 先端ケーシングの掘削刃
２０Ａ，２０Ｂ ケーシング回転用の油圧モータ
３０Ａ〜２０Ｄ スラストシリンダ
１００ パワーユニット
１１０ エンジン
１２０，１３０ 可変容量形の油圧ポンプ
１４０，１５０ 電磁式の方向切換弁
１６０ パワーユニットのＣＰＵ
１０００ 操作ユニット
１１００ 操作盤
１１００Ｔ タッチパネル
１１０２ 作業モード切替スイッチ
１１２４ 速度調整スイッチ
１１２６ 速度設定スイッチ
１１２８ 自動掘削スイッチ
１１３２ スラスタ下降モード表示部
１１５２ 掘削深度表示部
１１５４ ケーシングの回転速度表示部
１１５６ ケーシングの押し込み速度表示部
１１６０ 速度設定用のサブ画面
１１６２ 掘削深度設定開始スイッチ
１１６４ 掘削深度設定終了スイッチ
１１６６ ケーシング回転速度設定スイッチ
１１６８ スラスタ押し込み速度設定スイッチ
１１８０ 減スイッチ
１１８２ 増スイッチ
１２００ 操作ユニットのＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ケーシングを把持する把持手段と把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持し回転駆動しながら地中に押し込んで掘削するケーシングドライバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
土木、建築工事に使用する大口径鋼管杭や鋼管類等の管状ケーシング（以下単に「ケーシング」という。）を回転させながら地中に押し込んで、杭等の地中構造物を構築するための縦穴を掘削するケーシングドライバと称する縦穴掘削装置が従来から一般的に知られており、この種の装置として、例えば特公平７ー７４５００号公報に記載の装置を挙げることができる。
【０００３】
このケーシングドライバは、ケーシングを把持するケーシング掴み用バンド等の把持手段と、把持手段で把持したケーシングを回転駆動する油圧モータ等で構成された回転駆動手段と、把持手段で把持したケーシングを押し込むスラストシリンダ等の押し込み手段とを備えている。把持手段は、ベースフレーム上に昇降自在に設置された昇降フレームに回転自在に取り付けられ、昇降フレームに取り付けられた回転駆動手段により回転駆動されるように構成されている。押し込み手段は、ベースフレーム上に設置されて昇降フレームを上昇下降させるように駆動することができ、下降させるように駆動することにより、把持手段で把持したケーシングを押し込むことができる。このケーシングは、互いに連結可能な複数の単位ケーシングからなり、最先端の単位ケーシングを先端ケーシングと称し、掘削刃（カッタ）を設けている。こうしたケーシングドライバを用いて地中を掘削するときには、まず、先端ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削する。また、掘削する過程で先端ケーシング内に溜った土砂は、ハンマーグラブ等の手段で地上に搬出する。こうして先端ケーシングを地中に建て込んだら、これにケーシングを適宜継ぎ足して把持手段で把持し、同様の方法で掘削する。このケーシングドライバは、地中に建て込んだケーシングの引き抜きも行える。
【０００４】
ところで、こうしたケーシングドライバでは、これまで、オペレータの手動操作の便から、ケーシング回転駆動用のモータに変速手段を設けてケーシングの回転速度を調整できるようにする一方、ケーシングを押し込むためのスラストシリンダ等の押し込み手段を一定の速度で駆動できるようにし、これに伴って、押し込み手段をＯＮ／ＯＦＦ制御するための操作スイッチを設けていた。こうしたケーシングドライバで地盤を掘削する場合、オペレータは、経験や掘削過程の排土状況等から当該地盤の性状を予想し、予想した地盤の性状に基づきケーシングの回転速度を調整して掘削を進めていた。そして、その掘削の過程で計器からケーシングの回転トルクや先端ケーシングの刃先の食い込み量を判断し、その結果、これらの値が大きくなりそうなときには、スイッチをＯＦＦ操作して押し込み手段の駆動を一時停止した後、スイッチをＯＮ操作して再駆動し、地盤の性状の変化に対応してこうした操作を絶えず繰り返しながら掘削作業を実施していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした操作機構を設けたケーシングドライバは、地盤の性状が判明していない地山を掘削する場合、オペレータに操作上なじみやすく比較的適切に掘削が行えたため、これまで実用上定着していた。しかしながら、オペレータの操作の便から、押し込み手段を特にＯＮ／ＯＦＦ制御するようにしていたため、作業効率の点で難があった。特に、地盤の性状の変化が激しい地山を掘削する場合、その変化に対応してケーシングの回転速度を調整する操作を要するほか、押し込み手段をＯＮ／ＯＦＦ制御するためのスイッチ操作を、カチカチと間断なく繰り返す必要があるため、作業効率が悪く、かつ、操作が煩雑であった。こうしたケーシングドライバで地山を掘削する場合、地盤の性状がボーリング調査等で事前に判明している場合や地山の掘削過程でその後の地盤の性状が判明する場合もあるが、これまでは、こうした領域の地山を掘削するときにも、同様の方法で掘削していて改善する余地がある。
【０００６】
本発明は、従来の技術にみられるこうした問題を解消しようとするものであって、その技術課題は、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削できるケーシングドライバを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のこうした技術課題は、
ケーシングを把持する把持手段とこの把持手段で把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するケーシングドライバにおいて、
回転駆動手段によるケーシングの回転速度を変えることができる回転速度の変速手段と、押し込み手段によるケーシングの押し込み速度を変えることができる押し込み速度の変速手段と、地中の掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値及び掘削領域の終点となる深度の値を設定して地中の掘削領域を深度で設定できる深度設定手段と、この深度設定手段で設定した地中の掘削領域に対応して、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を予め設定できる速度設定手段と、掘削している地中の深度を計測できる深度計測手段と、深度計測手段での計測結果に基づいて、深度設定手段で設定した地中の掘削領域を、速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削できるように回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する速度制御機構とを設けたこと
により達成される。
【０００８】
本発明のケーシングドライバは、速度設定手段を設けているので、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を、地盤の性状に応じて予め設定することができる。また、深度設定手段を設けているので、この速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削を行う地中の掘削領域について始点となる深度の値及び終点となる深度の値を深度設定手段で設定することにより、その地中の掘削領域を深度で設定することができる。したがって、地盤の性状が同じ地中の掘削領域を深度で設定するとともに、その掘削領域の地盤を掘削するのに適切なケーシングの回転速度及び押し込み速度を速度設定手段で設定して地中を掘削すると、速度制御機構は、深度計測手段での計測結果に基づいて、その地盤の性状が同じ地中の掘削領域を、当該地盤を掘削するのに適切なケーシングの回転速度及び押し込み速度で掘削するように、回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する。そのため、本発明のケーシングドライバによれば、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図７に基づいて説明することにより、本発明の実施の形態を明らかにする。図１は、左側に先端ケーシングによる掘削時の状態を縦断面で示し右側にその要部を拡大して示したケーシングドライバの掘削原理を説明する図、図２は、本発明の具体化例のケーシングドライバにおける制御機構を示すブロック図、図３は、図２の制御機構における操作盤の拡大正面図、図４は、図３の操作盤におけるタッチパネルの画面配置を示す拡大正面図、図５は、図３の操作盤におけるタッチパネルのサブ画面配置を示す拡大正面図、図６は、本発明の具体化例のケーシングドライバで自動掘削するときの操作や制御の過程を示す流れ図、図７は、図６の流れ図に従ってケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じた自動掘削の過程をグラフで例示した図である。本発明のケーシングドライバは、ケーシングを把持する把持手段とこの把持手段で把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するようにした点で、従来から一般的に知られているケーシングドライバと基本的な仕組みは変わらない。
【００１０】
本発明の理解を容易にするため、図１に基づきケーシングドライバの掘削原理について説明する。図１において、１０は円筒形状をなす先端ケーシングで、その底部先端に多数の掘削刃１２を固着している。この先端ケーシング１０は、すでに述べたように、ケーシング掴み用バンド等の把持手段で把持した後、油圧モータ等からなる回転駆動手段で回転駆動しながらスラストシリンダ等の押し込み手段で昇降フレーム（スラスタ）を下降させることにより地中に押し込んで地盤を掘削する。こうして地盤を掘削しているとき、先端ケーシング１０の掘削刃１２は、先端ケーシング１０の回転により回転しながら地盤に食い込んで行くが、その場合に、掘削刃１２の刃先は、図１の右側に示すように、先端ケーシング１０の回転速度のベクトルＡと押し込み手段による先端ケーシング１０の押し込み速度のベクトルＢの合成ベクトルＺの方向へ食い込んで行くことになる。
【００１１】
この合成ベクトルＺが先端ケーシング１０の回転速度のベクトルＡに対してなす角度を食い込み角と称し、いま、この食い込み角をαとする。そうすると、掘削する地盤の性状が同じ場合、当該地盤を掘削するのに要する先端ケーシング１０の回転トルクは、食い込み角αが小さいほど小さくて済み、食い込み角αが大きいほど大きくなる。それゆえ、地盤が硬質でその掘削に大きい回転トルクを要する場合は食い込み角αを小さくする必要があり、地盤が軟質でその掘削に小さい回転トルクしか要しない場合は食い込み角αを大きくすることができる。ケーシングドライバで掘削するときには、こうしたことを考慮し、先端ケーシング１０の回転速度と先端ケーシング１０の押し込み速度が当該地盤の性状に応じて最適な値になるように調整することにより、掘削作業の効率を向上させることができる。すなわち、硬質地盤を掘削する場合は、掘削トルクを軽減する必要上、先端ケーシング１０の回転速度（回転数）を相対的に増加させるとともに先端ケーシング１０の押し込み速度を相対的に減少させて食い込み角αを小さくするようにする。また、軟質地盤を掘削する場合は、作業時間を短縮する必要上、先端ケーシング１０の押し込み速度を相対的に増加させて食い込み角αを大きくする一方、先端ケーシング１０の回転速度は、上げ過ぎると掘削刃１２の摩耗が進むので、ある程度押さえた回転速度にするようにする。
【００１２】
ケーシングドライバで掘削する地山には、地盤の性状がボーリング調査等で全掘削領域にわたって判明している地山もあるし、地山の掘削過程で排出される排土の状況等からそれ以降の一部又は全ての領域にわたって地盤の性状が判明する地山もある。このように地盤の性状が予め判明している領域の地山をケーシングドライバで掘削する場合には、従来のように押し込み手段を操作スイッチで手動操作して掘削するよりも、ケーシングの回転速度や押し込み速度を前記の掘削原理に従って事前に設定して掘削するようにした方が効率よく簡便に掘削することができる。本発明のケーシングドライバは、地盤の性状に応じて適切な掘削が行えるようにするため、こうした方法で掘削できるようにするための手段を設けたものであり、図２は、その方法を具現するための制御機構を例示たものである。この図２に示す制御機構は、大別すると、ケーシングを駆動するためのアクチュエータと、このアクチュエータを駆動し制御するための機器からなるパワーユニット１００と、ケーシングドライバの運転条件を設定するための操作を行ってパワーユニット１００に制御用の指令を発する操作ユニット１０００とで構成される。以下、これらの各要素について順次説明する。
【００１３】
まず、図２に基づきアクチュエータについて説明すると、２０Ａ，２０Ｂは把持手段を回転駆動して把持手段で把持した先端ケーシング１０等のケーシングを回転させる油圧モータ、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは昇降フレームを上昇下降させ、下降させることにより、把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段としてのスラストシリンダである。図示はしていないが、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂは、ピニオンを回転させ、このピニオンと噛み合う外歯歯車付きの回転体（昇降フレーム上に回転可能に取り付けられている。）を減速回転させて、この回転体に取り付けられたケーシング掴み用バンド等の把持手段を回転駆動するように構成されている。その結果、この油圧モータ２０Ａ，２０Ｂや回転体等からなる回転手段により先端ケーシング１０等のケーシングを回転させることができる。また、４本のスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄは、下端部を、ケーシングドライバの基部をなす略方形枠状のベースフレーム上の四隅に立設し、上端部を昇降フレームに取り付けて、その伸縮により昇降フレーム（ガイドフレームで上下方向に案内される。）を上昇下降できるようにしている。その結果、昇降フレーム上に前記回転体を介して取り付けられた把持手段を上昇下降させることができ、下降させることにより、把持手段で把持したケーシングを押し込むことができる。なお、これらの事項の詳細は、特公平７ー７４５００号公報を参照されたい。
【００１４】
次に、図２に基づきパワーユニット１００について説明すると、１１０は油圧ポンプ１２０，１３０を駆動するためのエンジン、１２０は油圧モータ２０Ａ，２０Ｂを駆動するための圧油を発生し油圧モータ２０Ａ，２０Ｂへの圧油の供給流量を変化させることができる可変容量形の油圧ポンプ、１３０はスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを駆動するための圧油を発生しスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄへの圧油の供給流量を変化させることができる可変容量形の油圧ポンプ、１４０は中立位置から左位置及び右位置に切り換えることによりそれぞれ油圧モータ２０Ａ，２０Ｂを正転及び逆転させるように圧油の流れの方向を切り換える４ポート３位置の電磁式の方向切換弁、１５０は中立位置から左位置及び右位置に切り換えることによりそれぞれスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを縮小及び伸長するように圧油の流れの方向を切り換える４ポート３位置の電磁式の方向切換弁、１６０は油圧ポンプ１２０，１３０や電磁式方向切換弁１４０，１５０等を制御するＣＰＵである。図示はしていないが、パワーユニット１００には、これらの機器のほか、エンジン１１０の回転数や油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧を検出するセンサ等の各種センサを設けている。パワーユニット１００は、こうした機器からなり、次に述べるように、アクチュエータとしての油圧モータ２０Ａ，２０Ｂやスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを駆動（後者については伸縮）したり、その駆動速度（後者については伸縮する速度）を制御したりする。
【００１５】
可変容量形の油圧ポンプ１２０は、吐出容量を可変制御することができ、その吐出容量を変えることにより油圧モータ２０Ａ，２０Ｂへの圧油の供給流量を変化させて、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの回転数すなわち回転速度を調整することができる。可変容量形の油圧ポンプ１３０も、同様に吐出容量を可変制御することができ、その吐出容量を変えることによりスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄへの圧油の供給流量を変化させてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動速度を調整することができる。それゆえ、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの縮み方向の駆動速度を調整してケーシングの押し込み速度を調整することができる。
【００１６】
方向切換弁１４０は、中立位置において油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの圧油の給排を停止し、左位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１２０の圧油を油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの正転側へ供給するとともにその逆転側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。また、右位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１２０の圧油を油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの逆転側へ供給するとともにその正転側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。したがって、中立位置から左位置及び右位置にそれぞれ切り換えると、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂをそれぞれ正転駆動及び逆転駆動し、中立位置において停止させる。
【００１７】
方向切換弁１５０は、中立位置においてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの圧油の給排を停止し、左位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１３０の圧油をスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのロッド側へ供給するとともにスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのシリンダ側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。また、右位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ１３０の圧油をスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのシリンダ側へ供給するとともにロッド側の圧油を油タンクに排出するように圧油の流れを制御する。したがって、左位置へ切り換えると、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを縮小させて昇降フレームを下降させ、右位置へ切り換えると、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄを伸長させて昇降フレームを上昇させ、中立位置において停止させる。
【００１８】
ＣＰＵ１６０は、後に詳述する操作ユニット１０００からの指令に従って各方向切換弁１４０，１５０の左側又は右側の信号受け部に電気信号を出力して各方向切換弁１４０，１５０をそれぞれ左位置又は右位置に切り換える。また、可変容量形の各油圧ポンプ１２０，１３０に電気信号を出力してその各傾転を制御して各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御する。このＣＰＵ１６０には、前述のエンジン１１０の回転数や油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧を検出するセンサ等の各種センサやケーシングドライバ本体に設けた昇降フレームのストローク検出用のストローク計での検出信号を入力し、その検出信号に基づいてケーシングの回転速度、押し込み速度、上昇下降圧力、各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出圧力、ケーシングの掘削深度等ケーシングドライバの運転や制御に有用な各種数値を演算し、これらの数値を操作ユニット１０００に送信する。
【００１９】
図２、図３及び図４に基づきこの操作ユニット１０００について説明する。 操作ユニット１０００は、図２の右側に示すように、大別すると、地盤の掘削深度に対応してケーシングの回転速度や押し込み速度を設定する操作手段等の、ケーシングドライバを運転制御するのに有用な種々の機器類を設けた操作盤１１００と、この操作盤１１００での操作結果に基づいてＣＰＵ１６０に指令を発するＣＰＵ１２００とで構成される。操作盤１１００は、図３に拡大して図示するように、ケーシングドライバの基本的な運転操作を行うための４個のスイッチ類１１００Ｓを下部に設け、ケーシングドライバの運転制御に有用な種々の手段を画面に表示するタッチパネル１１００Ｔを上部に設けている。
【００２０】
スイッチ類１１００Ｓのうち油圧モータ回転操作レバー１１００Ｓ1 は、電磁式の方向切換弁１４０を切換操作して油圧モータ２０Ａ，２０Ｂの回転方向を切り換える操作レバーである。この操作レバー１１００Ｓ1 は、中立位置にあるとき、方向切換弁１４０も中立位置に位置させて油圧モータ２０Ａ，２０Ｂによるケーシングの回転を停止させているが、中立位置から一方の側へ倒すと、方向切換弁１４０を左位置に切り換えて油圧モータ２０Ａ，２０Ｂでケーシングを正転させ、他方の側へ倒すと、方向切換弁１４０を右位置に切り換えてケーシングを逆転させる。また、スラストシリンダ伸縮操作レバー１１００Ｓ2 は、中立位置にあるとき、方向切換弁１５０も中立位置に位置させてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄによるケーシングの駆動を停止しているが、中立位置から一方の側へ倒すと、方向切換弁１５０を左位置に切り換えてスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄでケーシングを押し込み、他方の側へ倒すと、方向切換弁１５０を右位置に切り換えてケーシングを引き抜く。
【００２１】
タッチパネル１１００Ｔの画面は、図４に示すように、画面接触により作動するケーシングドライバの制御に有用な各種スイッチ等の操作手段を表示する操作部と、ケーシングドライバの運転制御に有用な各種計器等の表示手段を表示する表示部とからなる。この図４に示すタッチパネル１１００Ｔの画面は、メイン画面を示すもので、このメイン画面は、後述するように、画面の接触操作により、図５に示すサブ画面（ウインドウ）に切り換えることができる。そこで、図４に基づきタッチパネル１１００Ｔのメイン画面の詳細について説明する。
【００２２】
まず、メイン画面の下半部に表示されている操作部について説明すると、操作部には、作業モード切替スイッチ１１０２、パワーアップスイッチ１１０８、スラストシリンダ増速スイッチ１１１０、速度調整スイッチ１１２４、速度設定スイッチ１１２６、自動掘削スイッチ１１２８等が表示される。これらのスイッチは、画面上のスイッチの画像を押すことにより作動させることができる。
【００２３】
作業モード切替スイッチ１１０２は、ケーシングドライバで作業をしようとするとき、作業モードを掘削モード及び引き抜きモードの一方に選択的に切替るためのスイッチである。掘削モードは、掘削作業時に選択する作業モードで、ケーシングの回転は、正転のみ有効となり、下降モードの選択が可能となる。引き抜きモードは、ケーシングの引き抜き作業時に選択する作業モードで、ケーシングの回転は、正転及び逆転の何れも有効となるが、下降モードの選択ができないようになっている。この切替スイッチ１１０２は、１回押すと作業モードが掘削モードとなって「掘削」の表示になり、もう１回押すと作業モードが引き抜きモードとなって「掘削」の表示が「引抜」の表示に切り替えられ、更にもう１回押すと元の「掘削」の表示に切り替えられるというように、このスイッチを１回押すことにより、作業モードを掘削モードと引き抜きモードとに交互に切り替えることができる。
【００２４】
パワーアップスイッチ１１０８は、ケーシングの回転トルクと引き抜き力を増加させるためのスイッチであり、ケーシングの引き抜き工程で地中のケーシングが引き抜けなくなったとき等の非常時に使用する。このパワーアップスイッチ１１０８を押すことにより、油圧モータ２０Ａ，２０Ｂやスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動用油圧の上限値を制限するリリーフ弁（図示せず。）のリリーフ圧を上げて、ケーシングの回転トルクと引き抜き力を１〜２割アップさせることができる。
【００２５】
スラスタ増速スイッチ１１１０は、スラスタ（昇降フレーム）の引き上げ速度を増速するスイッチであり、スラスタ操作レバー１１００Ｓ2 を押した状態のもとでこのスイッチを押すことにより、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの伸び方向の駆動速度を増速してスラスタの引き上げ速度を増速することができる。この増速状態はスラスタ操作レバー１１００Ｓ2 を中立位置に戻すか、又はスラスタ増速スイッチ１１１０を再び押すことにより解除される。このスラスタ増速スイッチ１１１０は、オペレータがケーシングドライバを手動操作して掘削するときに使用する。
【００２６】
速度調整スイッチ１１２４は、ケーシングの回転速度や押し込み速度を設定するときに使用するスイッチである。この速度調整スイッチ１１２４を押すと、ケーシングの回転速度や押し込み速度を設定するための操作手段を表示した図示していないサブ画面がメイン画面上に表れ、このサブ画面の操作手段を操作することにより、ケーシングの回転速度や押し込み速度を個々に調整することができる。地盤の性状が予め判明している地山を掘削する場合であっても、地山の掘削過程で排出される排土から地盤の土質を精密に調べたときに、ケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値の一方又は双方を修正した方が掘削作業をより効率的に行える場合がある。速度調整スイッチ１１２４は、例えば、こうした場合に使用する。
【００２７】
速度設定スイッチ１１２６は、掘削を行う地中の掘削領域を地盤の性状に基づいて深度で区分し、その区分した掘削領域に応じてケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定するときに使用し、この速度設定スイッチ１１２６を押すと、ケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定するための操作手段や表示手段を表示した速度設定用のサブ画面がメイン画面上に表れる。このサブ画面及びこれに表示される操作手段の操作方法については後に詳述する。
【００２８】
自動掘削スイッチ１１２８は、この速度設定用のサブ画面に表示される操作手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により自動掘削を開始させるスイッチである。作業モードが「掘削」である場合において、オペレータが手動操作でケーシングの押し込み操作を行っていて、後述のスラスタ下降モード表示部１１３２の下降モードの表示が押し込みモード又は自由降下モードのときであっても、この自動掘削スイッチ１１２８を押していれば、ケーシングの回転速度及び押し込み速度を設定した領域の地山を掘削するときには、設定した速度で掘削が行われる。したがって、こうした地山領域を掘削するときには、オペレータは、ケーシングドライバの回転速度及び押し込み速度を可変操作する必要はない。また、作業モードが「掘削」であって、スラスタ下降モード表示部１１３２の下降モードの表示が自動掘削モードのときには、当然のことながら、設定された掘削深度ごとに、設定されたケーシングの回転速度や押し込み速度で自動掘削が行われる。
【００２９】
次に、メイン画面の上半部に配置されている表示部について説明すると、この表示部には、スラスタ下降モード表示部１１３２、ポンプ圧力表示部１１３６、スラスタストローク表示部１１５０、掘削深度表示部１１５２、ケーシングの回転速度表示部１１５４、ケーシングの押し込み速度表示部１１５６等の表示部が設けられ、ケーシングドライバの運転制御に有用な事項が表示される。
【００３０】
スラスタ下降モード表示部１１３２は、スラスタ（昇降フレーム）の下降モード、換言するとケーシングを下降させるモードが押し込みモード、自由降下モード及び自動設定掘削モードの何れのモードに選択させているかを表示する。押し込みモードは、ケーシングをスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動力を付与して押し込む下降モードであり、自由降下モードは、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄの駆動力を付与することなくケーシングをそれ自体の自重やスラスタの自重等で押し込む下降モードであり、自動設定掘削モードは、深度で画定した地中の掘削領域に応じて、設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度で自動的に押し込む下降モードである。これらの下降モードを選択するための操作手段は、図示していない別のサブ画面で行う。図４には、下降モードとして自動設定掘削モードが選択された例を示している。
【００３１】
ポンプ圧力表示部１１３６は、パワーユニット１００を構成する種々の油圧機器の圧力を表示する。このポンプ圧力表示部１１３６中の「Ｎｏ．１ＰＵ圧」には、ケーシングの回転又は揺動（正逆の回動を繰り返す動作）時のポンプ１２０の吐出圧力を表示し、「Ｎｏ．２ＰＵ圧」には、スラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄによるケーシングの押し込み・引き抜き時のポンプ１３０の吐出圧力を表示する。「パイロット圧」には、図２に図示していないパイロットポンプの吐出圧力を表示する。「スラスタ伸圧」には、ケーシングの上昇時にスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄに作用する圧力を表示し、「スラスタ縮圧」には、ケーシングの下降時にスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄに作用する圧力を表示するものであり、「Ｎｏ．２ＰＵ圧」とほぼ同じ圧力値を示す。
【００３２】
スラスタストローク表示部１１５０には、スラスタのストローク量すなわちスラストシリンダ３０Ａ〜３０Ｄのストローク量を表示する。掘削深度表示部１１５２には、先端ケーシング１０の掘削深度をスラスタのストローク量から演算して表示する。ケーシングの回転速度表示部１１５４には、前述の速度設定用のサブ画面に表示される操作手段により設定されたケーシングの回転速度を表示し、ケーシングの押し込み速度表示部１１５６には、同様にして設定されたケーシングの押し込み速度を表示する。
【００３３】
図５に基づき速度設定用のサブ画面について説明する。このサブ画面は、符号１１６０を付けた画面下半部枠内の区域に図示しており、前述したように速度設定スイッチ１１２６を押すことによりメイン画面上にウインドウ形式で表れる。この速度設定用のサブ画面１１６０に表示される事項について述べると、このサブ画面１１６０中、１１６２は掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値を設定する掘削深度設定開始スイッチ、１１７２はこの掘削深度設定開始スイッチ１１６２で設定した深度の値が表示される掘削深度設定開始表示部、１１６４は掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の終点となる深度の値を設定する掘削深度設定終了スイッチ、１１７４はこの掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した深度の値が表示される掘削深度設定終了表示部である。
【００３４】
１１６６は掘削深度設定開始スイッチ１１６２及び掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した掘削領域に対応してケーシングの回転速度の値を設定するケーシング回転速度設定スイッチ、１１７６はこのケーシング回転速度設定スイッチ１１６６で設定した回転速度の値が表示されるケーシング回転速度設定表示部、１１６８は掘削深度設定開始スイッチ１１６２及び掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定した掘削領域に対応してスラスタの押し込み速度の値すなわちケーシングの押し込み速度の値を設定するスラスタ押し込み速度設定スイッチ、１１７８はこのスラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８で設定したスラスタの押し込み速度の値が表示されるスラスタ押し込み速度設定表示部、１１８０は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する過程でこれらの値を減少させる方向に操作するための減スイッチ、１１８２は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する過程でこれらの値を増加させる方向に操作するための増スイッチ、１１８４は掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定する操作をした後その設定したそれぞれの値を確定するための確定スイッチ、１１８６はこの確定スイッチ１１８４で確定したそれぞれの値のうちの任意のものを取り消すための取消スイッチである。
【００３５】
以上述べた速度設定用のサブ画面１１６０に表示されるスイッチの操作方法について説明する。いま、例えば、ケーシングドライバで掘削する地山のうち掘削深度０．０ｍから１０．０ｍの間、地盤の性状が一定である場合、この区間の掘削領域を掘削するには、ケーシングの回転速度をケーシングの最高回転速度の７０％に設定し、ケーシングの押し込み速度をケーシングの最高押し込み速度の６０％に設定するのが最適であるものとする。掘削深度０ｍから１０ｍの間をこうした条件で掘削しようとする場合、掘削領域の始点となる深度の値を設定するには、掘削深度設定開始スイッチ１１６２を押した後、通常は減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を操作するが、この場合、掘削領域の始点は０．０ｍであるので、こうした操作をしないで初期値のままでよい。次いで、掘削深度設定終了スイッチ１１６４を押した後、減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を適宜操作して掘削領域の終点となる深度の値を１０．０ｍに設定する。こうして掘削深度設定開始スイッチ１１６２や掘削深度設定終了スイッチ１１６４で設定された深度の値は、掘削深度設定開始表示部１１７２や掘削深度設定終了表示部１１７４に表示される。
【００３６】
次に、ケーシングの回転速度や押し込み速度の値を設定するが、その場合、回転速度設定スイッチ１１６６を押した後、減スイッチ１１８０や増スイッチ１１８２を適宜操作してケーシングの回転速度をケーシングの最高回転速度の７０％に設定するとともに、スラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８を押した後、同様にしてケーシングの押し込み速度をケーシングの最高押し込み速度の６０％に設定する。こうしてケーシング回転速度設定スイッチ１１６６やスラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８で設定された回転速度の値やスラスタの押し込み速度の値は、ケーシング回転速度設定表示部１１７６やスラスタ押し込み速度設定表示部１１７８に表示される。この例では、ケーシングの回転速度や押し込み速度をケーシングの最高回転速度や最高押し込み速度との相対速度で設定するようにしているが、絶対速度で設定するように構成してもよい。
【００３７】
以上のスイッチ操作で設定した掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値は、確定スイッチ１１８４で確定する。そうすると、掘削領域の掘削深度に関する０．０ｍ及び１０．０ｍの値やケーシングの回転速度に関する７０％及び押し込み速度に関する６０％の値は、ＣＰＵ１２００に入力されて電気信号に変換され、指令信号としてＣＰＵ１００に出力される。その結果、ＣＰＵ１００は、この指令信号に基づいて可変容量形の油圧ポンプ１２０，１３０の各傾転を制御して各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御するため、掘削する地山のうち掘削深度０．０ｍから１０．０ｍの間は、設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度で自動的に掘削することができる。また、設定した掘削領域の深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を確定した直後にその何れかの値を修正したいときには、当該値を取消スイッチ１１８６で一旦取消してから、再入力する。なお、以上述べたメイン画面やサブ画面上の種々のスイッチや表示部のうち、操作したスイッチやこれに関連する表示部については、点灯又は表示する色の変更等により、他と視覚的に区別できるようにするのが望ましい。
【００３８】
こうしたケーシングドライバを用いて自動掘削を行う場合には、作業モード切替スイッチ１１０２を操作して作業モードを掘削モードし、しかる後、図示しないサブ画面上の操作手段を操作して下降モードの中から自動設定掘削モードを選択する。次いで、速度設定スイッチ１１２６を押して、前記の掘削深度設定開始スイッチ１１６２、掘削深度設定終了スイッチ１１６４、回転速度設定スイッチ１１６６、スラスタ押し込み速度設定スイッチ１１６８等の操作手段や関連する表示手段をサブ画面に表示した後、これら操作手段を前記の方法で操作して、地中の掘削領域を、類似する地盤ごとに深度で設定して画定するとともに、その画定した各掘削領域に対応してケーシングの回転速度や押し込み速度が当該掘削領域の地盤の性状に最適な値になるように設定する。すなわち、図１を用いてすでに説明したように、硬質地盤を掘削する場合は、ケーシングの回転速度を相対的に増加させるとともにケーシングの押し込み速度を相対的に減少させるように設定し、これにより、先端ケーシング１０の掘削刃１２の食い込み量を少なくするようにして掘削トルクを軽減できるようにする。また、軟質地盤を掘削する場合は、ケーシングの押し込み速度を相対的に増加させるようにするとともにケーシングの回転速度をある程度押さえた値に設定し、これにより、食い込み量を大きくするとともに掘削刃１２の摩耗が進まないようにして作業時間を短縮できるようにする。なお、この例では、前記の作業モード切替スイッチ１１０２、下降モードの選択手段、速度設定スイッチ１１２６の順序でこれらを操作するようにしているが、その何れを先に操作してもよい。
【００３９】
こうして地中の各掘削領域の深度、ケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定した後、自動掘削スイッチ１１２８を押すと、これらの値が設定された地山の掘削領域については、掘削深度ごとに設定されたケーシングの回転速度や押し込み速度に従ってオペレータの手動操作を要することなく自動的に地山を掘削することができる。したがって、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、〔発明が解決しようとする課題〕で述べたような地盤の性状の変化が激しい地山であっても、効率よく簡便に掘削することができる。
図６は、以上のようにして自動掘削するときの操作や制御の過程をフローチャートで概括的に示したもので、図中、「回転速度、押込速度設定」の項の動作は、操作ユニット１０００で行う操作であり、その他の項の動作は、パワーユニット１００で行う制御動作である。図６に示すように、各掘削領域の深度すなわち各掘削領域の始点及び終点となるそれぞれの深度の値やケーシングの回転速度及び押し込み速度の値を設定してから、自動掘削を開始すると、これらの設定値に基づいて、指令信号が操作ユニット１０００のＣＰＵ１２００からパワーユニット１００のＣＰＵ１６０に対して出力される。このＣＰＵ１６０においては、ＣＰＵ１２００からの指令信号に基づいて地山を自動掘削するとともに、図示しない昇降フレームのストローク検出用のストローク計での検出信号すなわち「掘削深度」に関する情報が入力され、この検出信号に基づいて掘削深度が演算により求められて「掘削深度読み込み」が行われる。その結果、掘削深度が「所定掘削深度」すなわち当該掘削領域の終点となる深度にまで達していないときは、ケーシングの回転速度及び押し込み速度の設定値がパワーユニット１００のＣＰＵ１６０に入力されて「設定値読み込み」が行われ、ＣＰＵ１２００は、ケーシングの回転速度及び押し込み速度がその設定値になるように、可変容量形の各油圧ポンプ１２０，１３０に電気信号を出力してその各傾転を制御し、各油圧ポンプ１２０，１３０の吐出容量を可変制御する。こうした制御は、類似する地盤ごとに画定された各掘削領域に対応して行われ、掘削深度が「所定掘削深度」に達するまで続行される。図７には、こうして「所定掘削深度」に達するまでケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じたケーシングの回転速度及び押し込み速度の変化の過程をグラフで例示している。こうして自動掘削する過程において、設定したケーシングの回転速度や押し込み速度を修正する必要が生じたときに、速度調整スイッチ１１２４を押してケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値の一方又は双方を適宜修正すると、地山を一層効率よく掘削することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するケーシングドライバにおいて、特に、「回転駆動手段によるケーシングの回転速度を変えることができる回転速度の変速手段と、押し込み手段によるケーシングの押し込み速度を変えることができる押し込み速度の変速手段と、地中の掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値及び掘削領域の終点となる深度の値を設定して地中の掘削領域を深度で設定できる深度設定手段と、この深度設定手段で設定した地中の掘削領域に対応して、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を予め設定できる速度設定手段と、掘削している地中の深度を計測できる深度計測手段と、深度計測手段での計測結果に基づいて、深度設定手段で設定した地中の掘削領域を、速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削できるように回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する速度制御機構とを設けた」ので、本発明によれば、地盤の性状が予め判明している領域の地山を効率よく簡便に掘削できるケーシングドライバが得られる。その結果、地盤の性状が予め判明している領域の地山を掘削する場合、地盤の性状の変化が激しい地山であっても、このケーシングドライバを用いれば、ベテランオペレータでなくても容易に操作することができる。
【００４１】
本発明を具体化する場合、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、ケーシングの回転速度や押し込み速度の設定値を必要に応じて適宜修正して地山を一層効率よく掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】左側に先端ケーシングによる掘削時の状態を縦断面で示し右側にその要部を拡大して示したケーシングドライバの掘削原理を説明する図である。
【図２】本発明の具体化例のケーシングドライバにおける制御機構を示すブロック図である。
【図３】図２の制御機構における操作盤の拡大正面図である。
【図４】図３の操作盤におけるタッチパネルのメイン画面配置を示す拡大正面図である。
【図５】図３の操作盤におけるタッチパネルのサブ画面配置を示す拡大正面図である。
【図６】本発明の具体化例のケーシングドライバで自動掘削するときの操作や制御の過程を示す流れ図である。
【図７】図６の流れ図に従ってケーシングドライバで自動掘削したときの掘削深度に応じた自動掘削の過程をグラフで例示した図である。
【符号の説明】
１０ 先端ケーシング
１２ 先端ケーシングの掘削刃
２０Ａ，２０Ｂ ケーシング回転用の油圧モータ
３０Ａ〜２０Ｄ スラストシリンダ
１００ パワーユニット
１１０ エンジン
１２０，１３０ 可変容量形の油圧ポンプ
１４０，１５０ 電磁式の方向切換弁
１６０ パワーユニットのＣＰＵ
１０００ 操作ユニット
１１００ 操作盤
１１００Ｔ タッチパネル
１１０２ 作業モード切替スイッチ
１１２４ 速度調整スイッチ
１１２６ 速度設定スイッチ
１１２８ 自動掘削スイッチ
１１３２ スラスタ下降モード表示部
１１５２ 掘削深度表示部
１１５４ ケーシングの回転速度表示部
１１５６ ケーシングの押し込み速度表示部
１１６０ 速度設定用のサブ画面
１１６２ 掘削深度設定開始スイッチ
１１６４ 掘削深度設定終了スイッチ
１１６６ ケーシング回転速度設定スイッチ
１１６８ スラスタ押し込み速度設定スイッチ
１１８０ 減スイッチ
１１８２ 増スイッチ
１２００ 操作ユニットのＣＰＵ
Claims (2)
- ケーシングを把持する把持手段とこの把持手段で把持したケーシングを回転駆動する回転駆動手段と把持手段で把持したケーシングを押し込む押し込み手段とを有し、ケーシングを把持手段で把持し回転駆動手段で回転駆動しながら押し込み手段で地中に押し込んで掘削するケーシングドライバにおいて、回転駆動手段によるケーシングの回転速度を変えることができる回転速度の変速手段と、押し込み手段によるケーシングの押し込み速度を変えることができる押し込み速度の変速手段と、地中の掘削領域を深度で設定して画定する場合の掘削領域の始点となる深度の値及び掘削領域の終点となる深度の値を設定して地中の掘削領域を深度で設定できる深度設定手段と、この深度設定手段で設定した地中の掘削領域に対応して、回転駆動手段で回転駆動するケーシングの回転速度及び押し込み手段で押し込むケーシングの押し込み速度を予め設定できる速度設定手段と、掘削している地中の深度を計測できる深度計測手段と、深度計測手段での計測結果に基づいて、深度設定手段で設定した地中の掘削領域を、速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度により掘削できるように回転速度の変速手段及び押し込み速度の変速手段を制御する速度制御機構とを設けたことを特徴とするケーシングドライバ。
- 速度設定手段で設定したケーシングの回転速度及び押し込み速度を、地中の掘削開始後に修正できるようにする設定速度の修正手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のケーシングドライバ。
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1998
- 1998-06-02 JP JP15308098A patent/JP3739571B2/ja not_active Expired - Fee Related
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