(57)【要約】【課題】杭の天端がチャックよりも下方となったことを検出できる杭圧入機を提供する。【解決手段】杭Ｐをチャック２０で把持し、チャック２０を昇降させることにより、杭Ｐを地盤に圧入する杭圧入機１であって、チャック２０内に杭Ｐがあるか否かを検出する杭センサ３５を備える。杭センサ３５でチャック２０内に杭Ｐがあるか否かを検出することにより、圧入している杭Ｐの天端Ｐ’がチャック２０よりも下方となったことを検出できる。杭センサ３５によってチャック２０内に杭が無いと検出された場合は、チャック２０を昇降させる昇降機構（メインシリンダ２５）の稼働を停止させることにより、いわゆる空掴みの状態でそのままチャック２０が下降してしまうことを回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭をチャックで把持し、前記チャックを昇降させることにより、杭を地盤に圧入する杭圧入機であって、
前記チャック内に杭があるか否かを検出する杭センサを備えることを特徴とする、杭圧入機。
【請求項２】
前記チャックを昇降させる昇降機構と、前記昇降機構の稼働を制御する制御部を備え、
前記杭センサの検出が前記制御部に入力され、
前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出された場合は、前記昇降機構の稼働を停止させることを特徴とする、請求項１に記載の杭圧入機。
【請求項３】
前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出された場合は、前記杭圧入機の自走を停止させることを特徴とする、請求項１に記載の杭圧入機。
【請求項４】
前記昇降機構による昇降量を検出するストローク検出手段を有することを特徴とする、請求項２または３のいずれか一項に記載の杭圧入機。
【請求項５】
前記ストローク検出手段の検出が制御部に入力され、
前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出した時の、前記ストローク検出手段で検出した前記昇降機構による昇降量から、圧入している杭の天端の高さを検出して、前記昇降機構の稼働を制御することを特徴とする、請求項４に記載の杭圧入機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭を地盤に圧入する杭圧入機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各種の鋼管杭や形鋼などの杭を地盤に打ち込んで埋設する方法として、予め地盤に埋め込まれた既設杭の上端をクランプで掴んで反力を取り、杭を把持したチャックを昇降させることにより、既設杭に隣接する位置に新しい杭を順次圧入していく施工技術が知られている。
【０００３】
かかる施工に用いられる杭圧入機は、複数のクランプを介して既設杭に固定されるサドルと、サドルに対して前後方向に移動可能なスライドフレームを有しており、スライドフレームに旋回自在に装着されたリーダマストには、昇降可能なチャックが取り付けられている。圧入に用いられる杭としては、例えば鋼矢板、鋼管矢板、鋼管杭、コンクリート杭などといった杭が知られている。そして、サドル下部のクランプで既設杭の上端を掴んで反力を取った状態で、新しい杭をチャックで把持し、メインシリンダの稼働でリーダマストに沿ってチャックが昇降することにより、杭を地盤に圧入するようになっている。また、こうして既設杭に隣接する位置に新しい杭を圧入し、その圧入した新しい杭をチャックで把持して支持力を取った状態で、クランプを一旦開放してサドルを上昇させ、杭圧入機を次の位置まで自走させている。このように、新しい杭の圧入、杭圧入機の自走を交互に繰り返すことにより、既設杭に隣接する位置に新しい杭を順次圧入していく。
【０００４】
また特許文献１には、杭を把持するチャックの圧力や、チャックの上下位置などをセンサで検出して、それらの情報に基づいて演算手段で制御することにより、杭の圧入および引き抜きを自動で行うようにする発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２１２６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、杭圧入機では、サドル下部のクランプで既設杭の上端を掴んで反力を取った状態で、チャックで杭を把持する。そして、メインシリンダのストローク分だけチャックを下降させて杭を地盤に圧入し、一旦、杭の把持を解除する。次に、メインシリンダのストローク分だけチャックを上昇させて、その位置で、杭を再び把持する。そして、メインシリンダのストローク分だけ再びチャックを下降させて杭を地盤に圧入する。かかる動作を繰り返すことにより、杭を所定の深さまで徐々に地盤に圧入していく。
【０００７】
しかしながら、杭を所定の深さまで地盤に圧入した場合、その杭の天端（上端）がチャックよりも下方となり、上昇したチャックで杭を再び把持しようとしても、その位置に杭が無く、いわゆる空掴みの状態となる。かかる場合、そのままチャックを下降させると、圧入している杭の天端にチャックがぶつかって機械損傷の要因となってしまう。そのため従来は、オペーレータが操作に介入できる位置に常に待機して、圧入している杭の天端がチャックよりも下方となった時は稼働を停止させるように監視していなければならず、自動運転化の妨げとなっていた。
【０００８】
したがって本発明の目的は、圧入している杭の天端がチャックよりも下方となったことを検出できる杭圧入機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するために、本発明によれば、杭をチャックで把持し、前記チャックを昇降させることにより、杭を地盤に圧入する杭圧入機であって、前記チャック内に杭があるか否かを検出する杭センサを備えることを特徴とする、杭圧入機が提供される。
【００１０】
この杭圧入機において、前記チャックを昇降させる昇降機構と、前記昇降機構の稼働を制御する制御部を備え、前記杭センサの検出が前記制御部に入力され、前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出された場合は、前記昇降機構の稼働を停止させても良い。また、前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出された場合は、前記杭圧入機の自走を停止させても良い。また、前記昇降機構による昇降量を検出するストローク検出手段を有していても良い。また、前記ストローク検出手段の検出が制御部に入力され、前記制御部は、前記杭センサによって前記チャック内に杭が無いと検出した時の、前記ストローク検出手段で検出した前記昇降機構による昇降量から、圧入している杭の天端の高さを検出して、前記昇降機構の稼働を制御するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の杭圧入機にあっては、杭センサでチャック内に杭があるか否かを検出することにより、圧入している杭の天端がチャックよりも下方となったことを検出できる。杭センサによってチャック内に杭が無いと検出された場合は、チャックを昇降させる昇降機構の稼働を停止させることにより、いわゆる空掴みの状態でそのままチャックが下降してしまうことを回避できる。このため、圧入している杭の天端にチャックがぶつかることが無く、機械損傷を防止できる。その結果、オペーレータにより監視も不要となり、自動運転化が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態にかかる杭圧入機の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる杭圧入機の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる杭圧入機の正面図である。
【図４】チャックが上昇した状態の杭圧入機の側面図である。
【図５】チャックが下降した状態の杭圧入機の側面図である。
【図６】新しい杭の圧入が終了する間際の状態の杭圧入機の側面図である。
【図７】新しい杭の圧入が終了した状態の杭圧入機の側面図である。
【図８】新しい杭の圧入が終了して、チャックが上昇した状態の杭圧入機の側面図である。
【図９】杭Ｐの把持を解除してチャックを上昇させる移動途中において、圧入している杭の天端が杭センサによって検出される状態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
図１〜４に示すように、本発明の実施の形態に係る杭圧入機１の本体となるサドル１０の下部には、クランプ１１が前後方向に三個並べて設けられている。各クランプ１１は、固定爪１２と可動爪１３で構成され、可動爪１３に内蔵されているシリンダの稼働により、可動爪１３は、固定爪１２に対して接近離隔する。シリンダの稼働により、固定爪１２と可動爪１３の間で既設の杭Ｐの上端部を挟持して、既設の杭Ｐにサドル１０を固定した状態と、既設の杭Ｐを開放した状態とに切り替えることができる。なお、図１では、既設の３本の杭Ｐの上端部を各クランプ１１で挟持してサドル１０を固定し、既設の杭Ｐの前方に、新しい１本の杭Ｐを圧入している状態を示している。また、実施の形態では、杭Ｐの一例として、Ｕ形鋼矢板を示す。
【００１５】
サドル１０の上部には、サドル１０に対して前後方向にスライド自在なスライドフレーム１５が設けられている。スライドフレーム１５上には、旋回基台となるリーダマスト１６が取り付けられている。リーダマスト１６の旋回は、リーダマスト１６の例えば下面側に設けられたモータなどの回転駆動源（図示せず）によって行われる。
【００１６】
リーダマスト１６の前方には、昇降ガイド１７に沿って昇降可能なチャック２０が取り付けられている。チャック２０は、リーダマスト１６前方の昇降ガイド１７に昇降可能に取り付けられたチャックフレーム２１にケーシングチャック２２を装着した構成を有している。チャック２０全体（チャックフレーム２１およびケーシングチャック２２）は、メインシリンダ２５の伸縮動作によって一体的に昇降する。メインシリンダ２５はロッド側がリーダマスト１６に取り付けられ、チューブ側がチャック２０（チャックフレーム２１）に取り付けられている。このため、メインシリンダ２５の伸長稼働によりチャック２０がリーダマスト１６に対して上昇し、メインシリンダ２５の短縮稼働によりチャック２０がリーダマスト１６に対して下降する。なお、図１は、メインシリンダ２５が最も短縮稼働してチャック２０が最も下降させられた状態を示し、図４は、メインシリンダ２５が最も伸長稼働してチャック２０が最も上昇させられた状態を示している。
【００１７】
ケーシングチャック２２は、チャックフレーム２１に対して、回転自在に装着されている。ケーシングチャック２２は、全体として筒形状を有しており、ケーシングチャック２２の内方には、縦方向に貫通する平面視でＵ字型の開口部２６が設けられている。この開口部２６に、圧入対象である杭Ｐが上下に通される。
【００１８】
ケーシングチャック２２の内側下部には、固定爪３０と可動爪３１とが水平方向に対向して設けられている。可動爪３１は、押圧機構である油圧シリンダ３２の稼働によって、固定爪３０に対して接近離隔させられる。
【００１９】
チャックフレーム２１の内面には、チャック２０の内部に杭Ｐがあるか否かを検出する杭センサ３５が装着されており、チャック２０および杭センサ３５は一体的に昇降する。この実施の形態では、図４に示すように、メインシリンダ２５が最も伸長稼働した状態では、すなわちチャック２０が最も上昇した状態では、杭センサ３５の位置は、既設の杭Ｐの天端（上端）Ｐ’から高さＡ（固定値）となる位置に装着されている。また、図１に示すように、メインシリンダ２５が最も短縮稼働した状態では、すなわちチャック２０が最も下降した状態では、メインシリンダ２５の最大ストローク量をＳとすると、杭センサ３５の位置は、既設の杭Ｐの天端（上端）Ｐ’から高さＡ−Ｓ（固定値）となる位置に装着されている。
【００２０】
杭センサ３５は、例えば光電センサ、近接センサ、レーザーセンサなどであり、杭センサ３５の前に杭ＰがあればＯＮになり、チャック２０の内部に杭Ｐがあると判定する。一方、杭センサ３５の前に杭Ｐが無い場合はＯＦＦになり、チャック２０の内部に杭Ｐが無いと判定する。杭センサ３５は、上記のような非接触で杭Ｐを検出するセンサに限らず、検出バーやプローブなどの検出部が杭Ｐに接触することによって杭Ｐを検出する接触タイプのセンサでも良い。また、杭センサ３５は、必ずしも水平方向に向かって杭Ｐがあるか否かを検出するものに限らず、例えば、斜め上方から斜め下方に向かって杭Ｐがあるか否かを検出するもの、あるいは、斜め下方から斜め上方に向かって杭Ｐがあるか否かを検出するものでも良い。
【００２１】
図１に示すように、チャック２０を昇降させる昇降機構としてのメインシリンダ２５の稼働を制御する制御部３６を備えており、杭センサ３５の検出結果は、制御部３６に入力されている。制御部３６はメインシリンダ２５の稼働を制御する。制御部３６による制御の内容は、後述する。なお、図中において、杭センサ３５と制御部３６を結ぶ点矢印、制御部３６とメインシリンダ２５を結ぶ点線矢印は、いずれも制御信号のやり取りを分かりやすくするために記載したものであり、物理的な繋がりを示すものではない。
【００２２】
以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる杭圧入機１において、図１〜３に示すように、既設の杭Ｐの上端部を各クランプ１１で挟持してサドル１０を固定した状態で、既設の杭Ｐの前方に、新しい杭Ｐを圧入する。なお、図４に示すように、メインシリンダ２５の伸長稼働によってチャック２０を上昇させ、チャック２０を最も上昇させた位置で、固定爪３０と可動爪３１とにより新しい杭Ｐを把持する。そして、図５に示すように、メインシリンダ２５の短縮稼働によってチャック２０を最も下降させ、メインシリンダ２５のストローク分（最大ストローク量Ｓ）だけ新しい杭Ｐを地盤に圧入する。その後、一旦、可動爪３１を固定爪３０から隔離させて新しい杭Ｐの把持を解除する。そして、再び図４に示すように、メインシリンダ２５のストローク分（最大ストローク量Ｓ）、メインシリンダ２５の伸長稼働によってチャック２０を上昇させる。かかる動作を繰り返すことにより、新しい杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の高さが既設の杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の高さと同じとなる深さまで地盤に圧入され、既設の杭Ｐの前方に隣接した位置における新しい杭Ｐの圧入が終了する。
【００２３】
ここで、以上のようにして新しい杭Ｐを地盤に圧入していくに際し、図４、５に示すように、杭センサ３５の前に杭Ｐがある場合は、チャック２０の内部に杭Ｐがあると判定され、その判定結果（杭Ｐあり）が制御部３６に入力される。そして、制御部３６によりメインシリンダ２５の稼働が許可され、チャック２０を最も上昇させた位置での杭Ｐの把持、メインシリンダ２５のストローク分（最大ストローク量Ｓ）のチャック２０の下降、杭Ｐの把持の解除、メインシリンダ２５のストローク分（最大ストローク量Ｓ）のチャック２０の上昇、が順次繰り返される。このように、杭センサ３５の前に杭Ｐがあり続ける場合は、制御部３６の制御により、新しい杭Ｐの圧入を自動運転で行うことが可能となる。
【００２４】
そして、図６に示すように、新しい杭Ｐの圧入が終了する間際の状態では、杭Ｐがまだチャック２０内にはあるが、チャック２０を最も上昇させた位置では、杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の位置が杭センサ３５よりも下となり、杭センサ３５の前に杭Ｐが無い状態となる。こうして、杭センサ３５によって杭Ｐが無いと検出した場合は、自動運転が停止され、以後はオペレータが杭圧入機１を操作して、新しい杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の高さが既設の杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の高さと同じとなる深さまで圧入を行う。
【００２５】
その後、可動爪３１を固定爪３０から隔離させて新しい杭Ｐの把持を解除する。そして、図８に示すように、メインシリンダ２５の伸長稼働によってチャック２０を上昇させる。こうして、既設の杭Ｐの前方に隣接した位置における新しい杭Ｐの圧入が終了する。
【００２６】
以上のように、この実施の形態にかかる杭圧入機１にあっては、杭センサ３５でチャック２０の中に杭Ｐがあるか否かを検出することにより、杭センサ３５の前に杭Ｐがある間は、制御部３６の制御により、新しい杭Ｐの圧入を自動運転で行うことが可能となる。このため、オペレータは、最後に新しい杭Ｐの天端（上端Ｐ’）の高さが既設の杭Ｐの天端（上端）Ｐ’の高さと同じとなる深さまで圧入を行うだけで良いので、作業負担が著しく軽減される。また、杭センサ３５によってチャック２０の中に杭Ｐが無いと検出された場合は、制御部３６での制御により、チャック２０を昇降させるメインシリンダ２５の稼働を停止させることにより、いわゆる空掴みの状態でそのままチャック２０が下降してしまうことを回避できる。このため、圧入している杭Ｐの天端Ｐ’にチャック２０（固定爪３０、可動爪３１）がぶつかることが無く、機械損傷を防止できる。
【００２７】
また、以上のような杭圧入機１にあっては、既設の杭Ｐの前方に新しい杭Ｐを順次圧入していくとともに、その新しく圧入した杭Ｐをチャック２０（固定爪３０、可動爪３１）で把持して、杭圧入機１を順次前進させることが行われる。このように、新しく圧入した杭Ｐを支点にして杭圧入機１を順次前進させる操作を自走という。かかる自走を行う場合、この実施の形態にかかる杭圧入機１にあっては、杭センサ３５でチャック２０の中に杭Ｐがあるか否かを検出し、チャック２０の中に杭Ｐがある場合は、新しく圧入した杭Ｐをチャック２０（固定爪３０、可動爪３１）で把持し、メインシリンダ２５の短縮稼働で杭圧入機１を持ち上げた場合に（メインシリンダ２５の圧入力によって杭圧入機１を持ち上げたことが検出できた場合に）、自走と可能とする。そして、チャック２０の中に杭Ｐが無いと判定された場合は、自走をさせないようにする。このように、杭センサ３５の検出結果によって自走の可否を判定することにより、安全確保を達成できる。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２９】
例えば、以上に説明した本発明の実施の形態では、杭センサ３５をチャックフレーム２１に装着した例を示したが、杭センサ３５は、チャック２０の他の部分や、チャックと一体的に昇降する他の部材などに装着しても良い。また、杭センサ３５に加えて、メインシリンダ２５によるチャック２０の昇降量を検出するストローク検出手段を有していても良い。このストローク検出手段は、例えばチャック２０の昇降量を直接検出するセンサ、メインシリンダ２５に内蔵されたストローク検出手段などでも良い。杭センサ３５によってチャック２０内に杭Ｐが無いと検出された時におけるチャック２０の昇降量に基づいて、圧入している杭Ｐの天端位置を特定することが可能となる。
【００３０】
また、このように圧入している杭Ｐの天端位置を特定して、メインシリンダ２５の稼働量を制御することにより、圧入している新しい杭Ｐの天端Ｐ’の高さが既設の杭Ｐの天端Ｐ’の高さと同じとなるまで、自動運転で圧入できるようにもなる。すなわち、新しい杭Ｐを地盤に圧入していく場合、先に説明した場合と同様に、基本的には、メインシリンダ２５のストローク分（最大ストローク量Ｓ）だけ新しい杭Ｐを圧入する工程を繰り返し行う。そして、新しい杭Ｐの圧入が終了する間際の状態では、図９に示すように、杭Ｐの把持を解除してチャック２０を上昇させる移動途中において、杭センサ３５は圧入している杭Ｐの天端Ｐ’を検出することとなる。そして、その移動途中で杭センサ３５によって圧入している杭Ｐが無いと検出した時の（杭Ｐがあるという検出から、杭Ｐが無いという検出に切り替わった時の）チャック２０の高さから、圧入している杭Ｐの天端Ｐ’の位置が検出される。図９は、その移動途中において、圧入している杭Ｐの天端Ｐ’が杭センサ３５によって検出された瞬間を示している。この場合、圧入している杭Ｐの天端Ｐ’の位置は、杭センサ３５によって杭Ｐが無いと検出した時におけるメインシリンダ２５の稼働量に基づいて、既設の杭Ｐの天端Ｐ’からの高さＣとして検出される。
【００３１】
そして、制御部３６は、検出された杭Ｐの天端Ｐ’の位置（高さＣ）に基づいてメインシリンダ２５の稼働を制御することによって、チャック２０の高さを調整し、新しい杭Ｐの天端近傍を固定爪３０と可動爪３１とによって把持する。その後、メインシリンダ２５の短縮稼働によって、新しい杭Ｐの天端Ｐ’の高さが既設の杭Ｐの天端Ｐ’の高さと同じとなるまで圧入を行う。この場合も、制御部３６は、検出された杭Ｐの天端Ｐ’の位置に基づいてメインシリンダ２５の稼働を制御し、圧入量が調整される。こうして、新しい杭Ｐの圧入を、自動運転で最後まで行うことが可能となる。
【００３２】
また、以上では、杭Ｐの一例として、Ｕ形鋼矢板を示したが、ハット型鋼矢板、コンクリート矢板、鋼管杭、鋼管矢板等、その他の杭を圧入する杭圧入機にも本発明は適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、杭を地盤に圧入する施工および杭を地盤から引き抜く施工を行う杭圧入機に適用できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  杭圧入機
Ｐ  杭
１０  サドル
１１  クランプ
１２  固定爪
１３  可動爪
１５  スライドフレーム
１６  リーダマスト
１７  昇降ガイド
２０  チャック
２１  チャックフレーム
２２  ケーシングチャック
２５  メインシリンダ
２６  開口部
３０  固定爪
３１  可動爪
３２  油圧シリンダ
３５  杭センサ
３６  制御部
【図１】
2020105888.tif 000003
【図２】
2020105888.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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