(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起振機からの振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする杭打機。
【請求項２】
ベース部材上に１つ又は複数の起振機を取付け、前記ベース部材の下部に１つ又は複数の杭把持装置を取付け、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源からの出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする杭打機。
【請求項３】
反力受けを圧入又は引抜き反力として圧入引抜シリンダからの圧入力又は引抜き力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、主動力源の出力により駆動される圧入引抜シリンダと、前記圧入引抜シリンダの駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする杭打機。
【請求項４】
前記補助動力源を、バッテリー又は小型な発動機とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の杭打機。
【請求項５】
主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、バッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする杭打工法。
【請求項６】
ベース部材上に１つ又は複数の起振機を取付け、前記ベース部材の下部に１つ又は複数の杭把持装置を取付け、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記１つ又は複数の起振機毎に配置されるバッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする杭打工法。
【請求項７】
複数の起振機を自在継手付駆動軸で連結して大口径の杭に杭把持装置を介して取付け、前記複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記複数の起振機毎に配置されるバッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、前記複数の起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、打ち込み負荷の大きさに対応して電気的に同期運転される前記主動力源の運転台数を増減して杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする杭打工法。
【請求項８】
主動力源の出力により駆動される圧入引抜シリンダと、前記圧入引抜シリンダの駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、バッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段とを備え、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、反力受けを圧入又は引抜き反力として圧入引抜シリンダの圧入力又は引抜き力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする杭打工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動力により又は圧入力により杭や矢板（以下、「杭」と表記する。）を地中に打ち込むか又は引き抜く杭打機に関し、駆動源である発動機の燃料消費量を抑制する駆動システムを備えた杭打機及びそれを用いた杭打工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
既製杭を打設する打ち込み機械には、打撃式と振動式と圧入式があり、駆動方式によって大別すると一般的に打撃杭打機は発動式と油圧式、振動杭打機は電気式と油圧式、圧入杭打機は油圧式である。さらに杭を把持する装置は振動杭打機と圧入杭打機が有し、いずれも油圧式である。
振動杭打機は、偏心重錘を電動機又は油圧モータにより回転させて生じる遠心力から得た振動力を杭把持装置を介して杭に伝達して杭を地中に打ち込むか又は引き抜くものである。また、圧入杭打機は、複数台のクランプにより反力受台又は既設杭などの反力受部材を把持して反力受部材の抵抗力を反力とし、圧入引抜シリンダの圧入力又は引抜力を杭把持装置を介して杭に伝達して杭を地中に打ち込むか又は引き抜くものである。  
【０００３】
図９、図１０は、従来の電動式の振動杭打機１の駆動方式を示す概略図である。図には、主要構成のみを表記し、制御手段、制御ラインなど表記を省略している。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。また、図中の同じ構成は同一符号を付している。振動杭打機１は、複数対の偏心重錘３を回転することにより振動を発生する起振機２と、杭を把持する杭把持装置４を備えている。起振機２で発生した振動力が杭把持装置４を介して杭５に伝達され、杭５を地中に打ち込むか又は引き抜く。動力源は、大型の発動機６で構成され、大型の発動機６により発電機７が駆動される。発電機７のエネルギーにより起振機２の偏心重錘３を回転する起振機電動機８により構成される起振機駆動装置を駆動する。さらに、発電機７のエネルギーを杭把持電動機９に供給し、杭把持電動機９により駆動される杭把持油圧ポンプ１０により構成される杭把持駆動装置の杭把持油圧ポンプ１０の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。なお、起振機駆動系の制御手段、杭把持駆動系とその制御手段をユニット化したコントロールユニットＢとしても良い。
【０００４】
図１０は、図９に示される従来の電動式の振動杭打機１の起振機電動機８が停止している状態の駆動方式を示すものである。大型の発動機６で駆動される発電機７のエネルギーを杭把持電動機９に供給し、杭把持油圧ポンプ１０により杭把持装置４を駆動する。
【０００５】
図１１、図１２は、従来の油圧式の振動杭打機１の駆動方式を示す概略図である。図１１、図１２は、前記図９、図１０と同様に主要構成のみを表記したものである。起振機２の偏心重錘３を起振機油圧モータ１１で駆動する油圧駆動方式では、動力源は大型の発動機６で構成され、大型の発動機６は、油圧ポンプ１３及び１０を駆動する。大型の発動機６で駆動される起振機油圧ポンプ１３の油圧エネルギーにより起振機２の偏心重錘３を回転する起振機油圧モータ１１により構成される起振機駆動装置を駆動する。さらに、大型の発動機６で駆動される発電機７のエネルギーを杭把持電動機９に供給し、杭把持電動機９により駆動される杭把持油圧ポンプ１０により構成される杭把持駆動装置の杭把持油圧ポンプ１０の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。動力源、起振機駆動系とその制御手段（図示せず）、杭把持駆動系とその制御手段（図示せず）をユニット化したパワーユニットＣとする。
【０００６】
図１２は、図１１に示される従来の油圧式の振動杭打機１の起振機用油圧モータ１１が停止している状態の駆動方式を示すものである。大型の発動機６で駆動される杭把持油圧ポンプ１０の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。
【０００７】
図９ないし図１２に示される振動杭打機の従来例では、１台の杭把持装置４が１本の杭５を把持していたが、特許文献１に示されるように、複数台の振動杭打機を１本の大口径で大型の杭に装着し、その複数台の振動杭打機を機械的に同期運転する技術も公知である。この場合は、振動杭打機１台に大型の発動機が１台接続されている。
【０００８】
図１３、図１４は、従来の圧入杭打機２０の駆動方式を示す概略図である。図１３、図１４は、前記図９〜図１２と同様に主要構成のみを表記したものである。
【０００９】
圧入杭打機２０は、反力受台や既設杭等の反力受部材を把持するクランプ２２を備えたサドル２３と、サドル２３に対して水平方向にスライド可能なスライド部２４と、スライド部に対して旋回可能なリーダマスト２５を備えている。リーダマスト２５に、圧入部３０を構成する圧入引抜シリンダ２１と杭把持装置４とが上下動可能に支持される。圧入杭打機２０の動力源は、大型の発動機６で構成され、大型の発動機６で油圧ポンプ２７、２８、及び２９を駆動する。前記油圧式振動杭打機と同様に動力源、圧入機駆動系とその制御手段、杭把持駆動系とその制御手段をユニット化したパワーユニットＥとする。大型の発動機６により駆動される圧入引抜シリンダ油圧ポンプ２７の油圧エネルギーにより圧入引抜シリンダ２１を駆動する。圧入引抜シリンダ２１の駆動中、大型の発動機６により駆動される杭把持油圧ポンプ２８二より構成される杭把持駆動装置の杭把持油圧ポンプ２８の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。圧入引抜シリンダ２１の駆動中、大型の発動機６により駆動されるクランプ油圧ポンプ２９により構成されるクランプ駆動装置のクランプ油圧ポンプ２９の油圧エネルギーによりクランプ２２を駆動する。
【００１０】
図１４は、従来の圧入杭打機２０の圧入引抜シリンダ２１が停止している状態の駆動方式を示す概略図である。圧入引抜シリンダ２１の駆動停止中、大型の発動機６により杭把持油圧ポンプ２８とクランプ油圧ポンプ２９が駆動され、杭把持装置４とクランプ２２を駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２９８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
杭の打設地点における全作業時間の中で、杭に振動力又は圧入力を与えて地中に貫入させる杭打ち作業時間の割合が一般に少なく杭打ち作業以外の杭の位置決めや計測作業、継手合わせ等の待機時間が長い。この杭打ち作業時間率は一般に５０％〜６０％程度である。
さらに、杭打機のエネルギーは、杭に振動力又は圧入力を与えて杭を貫入するための貫入エネルギーと杭を把持するために杭把持装置やクランプに圧力油を与えるための杭把持エネルギーに大別される。これら双方のエネルギー源は１台の大型の発動機６である。
【００１３】
起振機や圧入引抜シリンダの時間当たりのエネルギー消費量は、杭の貫入に対する地盤等の抵抗力や、杭の断面積の大きさや長さにより、また公害防止のための杭打機の出力を定格以下に抑えたり、打ち始めの地盤が軟らかい場合には杭の鉛直度を安定させるために杭を徐々に貫入させることにより変化するが、杭の貫入エネルギーに比して、杭を把持するための時間当たりのエネルギー消費量は著しく少ない。作業条件によっても変化するが、一般に数％程度である。
【００１４】
振動杭打機１や圧入杭打機２０で杭打作業（引抜作業）を実施する際、杭に振動力や圧入力を伝達するために杭把持装置４により杭５を把持する必要があり、杭の位置決めや計測作業、継手合わせ等の作業中は、杭打作業以外の待機時間において振動杭打機又は圧入杭打機が休止中であっても、杭把持装置４により杭５を継続して把持する必要がある。
図９、図１０に示した電動式振動杭打機の場合、杭把持装置４による杭５の把持を継続するためには大型の発動機６と発電機７を運転し続けて杭把持油圧ポンプ１０を駆動させる必要がある。一般的な電動式の振動杭打機１の起振機電動機８の出力と杭把持電動機９の出力及び発電機７の出力を次の表１に示す。
【００１５】
（表１）
┌─────────┬─────────┬────────┐
│ 起振機電動機出力 │ 杭把持電動機出力 │  発電機出力    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│    ４５ｋＷ      │   ３．７ｋＷ     │  １２０ｋＷ    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│    ６０ｋＷ      │   ３．７ｋＷ     │  １６０ｋＷ    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│    ９０ｋＷ      │   ５．５ｋＷ     │  ２４０ｋＷ    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│   １２０ｋＷ     │   ５．５ｋＷ     │  ３２０ｋＷ    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│   １８０ｋＷ     │    １１ｋＷ      │  ４８０ｋＷ    │
├─────────┼─────────┼────────┤
│   ２４０ｋＷ     │    １５ｋＷ      │  ６４０ｋＷ    │
└─────────┴─────────┴────────┘
大型の発動機６は、発電機７を介して起振機電動機８を駆動するための大容量のものであるが、待機時間中は小容量の杭把持電動機９を介して杭把持油圧ポンプ１０のみを駆動するため、大型の発動機６は著しく低負荷率で運転される。一般にその負荷率は数％である。
【００１６】
図１１、図１２に示した油圧式振動杭打機の場合も同様に、待機時間中に杭把持装置４による杭の把持を維持するため、杭把持油圧ポンプ１０を駆動する必要が有り、大型の発動機６を運転し続けなければならない。
大型の発動機６は、起振機油圧ポンプ１３を駆動するための大容量のものであるが、待機時間中は小容量の杭把持油圧ポンプ１０のみを駆動するため、大型の発動機６は著しく低負荷率で運転される。一般にその負荷率は数％である。
【００１７】
図１３、図１４に示した油圧式の圧入杭打機２０の場合も同様に、待機時間中に杭把持装置４による杭５の把持とクランプ２２による反力受部材の把持を維持するため、杭把持油圧ポンプ２８とクランプ油圧ポンプ２９を駆動する必要が有り、大型の発動機６を運転し続けなければならない。
大型の発動機６は、圧入引抜シリンダ油圧ポンプ２７を駆動するための大容量のものであるが、待機時間中は小容量の杭把持装置４及びクランプ２２による杭５及び反力受部材の把持を継続するためにそれぞれの油圧シリンダを駆動するため、大型の発動機６は著しく低負荷率で運転される。一般にその負荷率は数％である。
【００１８】
以上のように従来例の杭打機においては、電動式振動杭打機、油圧式振動杭打機、油圧式圧入杭打機であっても、待機時間中に大型の動力源を低負荷率で運転し続けなければならない。
例えば、上記表１に示されるように、起振機電動機８の出力は４５ｋＷ〜２４０ｋＷに対して、所要の発電機７の容量は、１２０ｋＷ〜６４０ｋＷとなる（土の抵抗力に打ち勝って杭を土中に打ち込む、又は土中から引き抜くためには電動機の起動トルク及び停動トルクを大きくする必要があり、電動機の起動には定格出力の３倍程度の動力が必要であるため）。それに対して、杭把持電動機９の出力は、３．７ｋＷ〜１５ｋＷ程度でしかない。つまり、杭打作業以外の待機時間帯には、小さな杭把持電動機９の動力源として大きな動力源を駆動していることになる。このときの大型の発動機６の負荷率はわずか数％であり、この状態における燃料消費量の無駄は極めて大きい。大型の発動機６を運転すると、軸受・ピストン・冷却機構などの摩擦損失を生じるが、これらの摩擦損失は発動機６が大型化するほど大きくなる。このため、大容量の発動機６を低負荷率で運転するほど燃料消費効率が悪化し燃料が無駄に消費される。
【００１９】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであって、簡単な構成で、燃料消費量を抑制することが可能な駆動方式を備えた杭打機とそれを用いた杭打工法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】
【００２０】
本発明の杭打機は、前記課題を解決するために、起振機からの振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源からの出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源からの出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする。
なお、「杭打ち作業以外の待機時」とは、
（１）杭把持後の待機時間として、
杭の運搬・移動や、杭の位置決めや計測、杭の継手合わせ等の杭の建込み作業す    る時間。
（２）杭打完了後の待機時間として、
杭の貫入量の計測、杭打込み位置の確認のための計測、杭打込み姿勢の確認のた    めの計測の時間。
（３）確認計測完了後の待機時間として、
継手部の溶接作業の時間等の起振機駆動装置が停止している時間全般を意味する    ものである。
【００２１】
また、本発明の杭打機は、ベース部材上に１つ又は複数の起振機を取付け、前記ベース部材の下部に１つ又は複数の杭把持装置を取付け、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の杭打機は、反力受けを圧入又は引抜き反力とした圧入引抜シリンダの圧入力又は引抜力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、主動力源の出力により駆動される圧入引抜シリンダと、前記圧入引抜シリンダの駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることを特徴とする。
なお、圧入作業時の「杭打ち作業以外の待機時」とは、
（４）杭把持後の待機時間として、
前進又は後退時の自走時、サドルの移動時、マストの旋回時、杭の位置決めや計    測、杭の継手合わせ等の杭の建込み作業する時間。
（５）杭打完了後の待機時間として、
杭の貫入量の計測、杭打込み位置の確認のための計測、杭打込み姿勢の確認のた    めの計測の時間。
（６）確認計測完了後の待機時間として、
継手部の溶接作業の時間等の圧入部が停止している時間全般を意味するものであ    る。
【００２３】
また、本発明の杭打機は、前記補助動力源を、バッテリー又は小型な発動機とすることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明の杭打工法は、主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、バッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の杭打工法は、ベース部材上に１つ又は複数の起振機を取付け、前記ベース部材の下部に１つ又は複数の杭把持装置を取付け、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記１つ又は複数の起振機毎に配置されるバッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の杭打工法は、複数の起振機を自在継手付駆動軸で連結して大口径の杭に杭把持装置を介して取付け、前記複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により同期駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記複数の起振機毎に配置されるバッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、前記複数の起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、打ち込み負荷の大きさに対応して電気的に同期運転される前記主動力源の運転台数を増減して杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明の杭打工法は、主動力源の出力により駆動される圧入引抜シリンダと、前記圧入引抜シリンダの駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、バッテリー又は小型な発動機からなる小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備え、反力受けを圧入又は引抜反力とした圧入引抜シリンダの圧入力又は引抜力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、杭を地中へ打込むか又は引抜くことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機及び反力受けを圧入又は引抜反力とした圧入引抜シリンダの圧入力又は引抜き力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、杭打作業時以外の待機時間中に大容量の主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源による駆動のみで杭を把持するので燃料消費量を大幅に削減することが可能となる。
ベース部材上に１つ又は複数の起振機を取付け、前記ベース部材の下部に１つ又は複数の杭把持装置を取付け、起振機からの振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機において、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される主動力源の出力により駆動される起振機駆動装置と、前記起振機駆動装置の駆動時、前記主動力源の出力により駆動される杭把持装置と、杭打ち作業以外の待機時、前記主動力源の運転を停止し、前記１つ又は複数の起振機毎に配置される小容量の補助動力源の出力により前記杭把持装置を駆動するように切換える切換手段と、前記補助動力源からの出力により前記杭把持装置を駆動する専用駆動機と、を備えることで、杭打作業時以外の待機時間中に大容量の主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源の運転のみで杭を把持するので燃料消費量を大幅に削減することが可能となる。
補助動力源を、バッテリー又は小型な発動機からなる小容量のものとすることで、補助動力源をバッテリーとする場合、発電機からの交流電源を直流電源に変換してバッテリーに充電する。又は、作業車両に搭載のバッテリー及び充電制御部を使用することが可能となる。補助動力源を小型な発動機とすることで設置スペースを小さくすることが可能になる。
前記の杭打機を用いて杭を地中へ打込むか又は引抜く工法を採用することで、杭打作業時以外の待機時間中に大容量の主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源による駆動のみで杭を把持するので燃料消費量を大幅に削減することが可能となる。
また、複数の起振機の振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、打ち込み負荷の大きさに対応して電気的に同調運転される複数の主動力源の運転台数を増減して大口径の杭を地中へ打込むことで、打ち込み負荷が小さい場合、電気的に同期運転される主動力源の運転台数を減らすことができるので燃料消費量を大幅に削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の電動式の振動杭打機の起振機を駆動している状態を示す概略図である。
【図２】本発明の電動式の振動杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。
【図３】本発明の油圧式の振動杭打機の起振機を駆動している状態を示す概略図である。
【図４】本発明の油圧式の振動杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の振動杭打機をベース部材に取付ける複数例を示す概略図である。
【図６】本発明の振動杭打機をベース部材に複数取り付けた状態を示す概略図である。
【図７】本発明の油圧式圧入杭打機の圧入引抜シリンダを駆動している状態を示す概略図である。
【図８】本発明の油圧式圧入杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。
【図９】従来の電動式の振動杭打機の起振機を駆動している状態を示す概略図である。
【図１０】従来の電動式の振動杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。
【図１１】従来の油圧式の振動杭打機の起振機を駆動している状態を示す概略図である。
【図１２】従来の油圧式の振動杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である
【図１３】従来の油圧式圧入杭打機の圧入引抜シリンダを駆動している状態を示す概略図である。
【図１４】従来の油圧式圧入杭打機の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施形態を図により説明する。図１は、本発明の電動式の振動杭打機１の起振機２を駆動している状態を示す概略図である。図には、主要構成のみを表記し、制御手段、制御ラインなど表記を省略している。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００３１】
杭５を地中に打ち込む振動杭打機１は、一対の偏心重錘３からなる起振機２と、杭５を把持する杭把持装置４を備える。起振機２は、一対の偏心重錘３を逆回転させ、各軸上で発生する遠心力を上下方向の振動力とする。起振機２の振動は、杭把持装置４を介して杭５に伝達され杭５を地中に打ち込む。起振機２には、偏心重錘３を回転駆動する起振機電動機８を備えている。主動力源Ａは、大型の発動機６で構成される。大型の発動機６で発電機７が駆動される。発電機７からのエネルギーにより、起振機２の偏心重錘３を回転する起振機電動機８を駆動する。さらに、起振機電動機８の駆動時、発電機７のエネルギーは杭把持電動機９に供給され、杭把持電動機９で駆動される杭把持油圧ポンプ１０からの油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。
【００３２】
主動力源Ａと別に小容量の補助動力源１４を設置する。小容量の補助動力源１４は、充電制御部（図示せず）を備えたバッテリー１５又は小型な発動機（図示せず）とする。補助動力源１４をバッテリー１５とする場合、振動杭打ち作業に欠かせないクレーン車等の作業車両に搭載の充電制御部を備えたバッテリーを使用することが可能であるため、新たに補助動力源１４を準備する必要がなくなる。充電制御部には発電機７が駆動中、発電機７の交流電源を直流電源に変換して充電制御部に供給しバッテリー１５を充電しても良く、商用電源から充電しても良い。補助動力源１４を小型な発動機とする場合、小型な発動機で小型な発電機（図示せず）を駆動する。補助動力源１４が小型な発動機の場合、装置が小型であるため設置スペースが少なくて済む。補助動力源１４により駆動される補助電動機１６で小型の補助油圧ポンプ１７を駆動し、補助油圧ポンプ１７からの油圧エネルギーで杭把持装置４を駆動する。補助動力源１４及びその制御系と、補助油圧ポンプ１７及びその油圧制御弁（図示せず）を制御する電気制御部（図示せず）とをユニット化し補助コントロールユニットＤとする。
【００３３】
図２は、本発明の電動式の振動杭打機１の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００３４】
杭打作業以外の待機時間とは、例えば、（１）杭把持後の待機時間としては、杭の移動や、杭の位置決めや、杭の継手合わせ等の杭の建込み作業する時間。（２）杭打完了後の待機時間としては、杭の貫入量の計測、杭打込み位置の確認のための計測、杭打込み姿勢の確認のための計測の時間。（３）確認計測完了後の待機時間としては、継手部の溶接作業の時間などの起振機電動機８が停止している全般の時間を意味する。待機時間は、杭が大型で施工管理が厳密であるほど長くなる傾向があり、杭打時間より待機時間の方が長くなる場合も珍しくない。
【００３５】
このような待機時間中は、主動力源Ａである大型の発動機６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４を駆動し、補助動力源１４により駆動される補助電動機１６で補助油圧ポンプ１７を駆動し、補助油圧ポンプ１７の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動するように切換える切換手段（図示せず）を備えている。切換手段は、杭打ち作業、杭引き抜き作業を再開する場合、補助動力源１４の運転を停止し、図１に示されるように主動力源Ａである大型の発動機６で駆動するように切換える。切換手段は、例えば、起振機電動機８の停止、再開の信号が制御ラインを介して制御部に伝達された場合に作動するように設定する。補助動力源１４の容量は、表１に示されるように杭把持用の補助油圧ポンプ１７を駆動する補助電動機１６の出力（３．７〜１５ｋＷ）に見合う小容量のもので良い。杭打ち作業時間より長い場合がある待機時間に、大容量の主動力源Ａである大型の発動機６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し杭把持装置４を駆動するので、燃料消費量を大幅に抑制することが可能になる。
【００３６】
図３は、本発明の油圧式の振動杭打機１の起振機２を駆動している状態を示す概略図である。図１、図２と同様に、主要構成のみを表記し、制御手段、制御ラインなど表記を省略している。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００３７】
起振機２の偏心重錘３を起振機油圧モータ１１で駆動する油圧駆動方式では、主動力源Ａは大型の発動機６で構成される。大型の発動機６は起振機油圧ポンプ１３を駆動し、起振機油圧ポンプ１３の油圧エネルギーにより起振機２の偏心重錘３を回転する起振機油圧モータ１１を駆動する。さらに、大型の発動機６は、杭把持油圧ポンプ１０を駆動し、杭把持油圧ポンプ１０からの油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動する。主動力源Ａ、起振機駆動系とその制御手段（図示せず）、杭把持駆動系とその制御手段（図示せず）をユニット化してパワーユニットＣとする。
【００３８】
主動力源Ａと別に小容量の補助動力源１４を設置する。小容量の補助動力源１４として充電制御部（図示せず）を備えたバッテリー１５又は小型発動機（図示せず）とする。補助動力源１４及びその制御系と、補助油圧ポンプ１７及びその油圧制御弁（図示せず）を制御する電気制御部（図示せず）とをユニット化し補助コントロールユニットＤとする。
【００３９】
図４は、本発明の油圧式の振動杭打機１の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００４０】
待機時間中は、主動力源Ａである大型の発動機６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し、補助動力源１４で駆動される補助電動機１６で補助油圧ポンプ１７を駆動し、補助油圧ポンプ１７の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動するように切換える切換手段（図示せず）を備えている。切換手段は、杭打ち作業、杭引き抜き作業を再開する場合、補助動力源１４の運転を停止し、図３に示されるように主動力源Ａである大型の発動機６で駆動するように切換える。切換手段は、例えば、起振機油圧モータ１１の停止、再開の信号が制御ラインを介して制御部に伝達された場合に作動するように設定する。補助動力源１４の容量は、表１に示されるように杭把持用の補助油圧ポンプ１７を駆動する補助電動機１６の出力（３．７〜１５ｋＷ）に見合う小容量のもので良い。杭打ち作業時間より長い場合がある待機時間に、大容量の主動力源Ａである大型の発動機６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し杭把持装置４を駆動するので、燃料消費量を大幅に削減することが可能になる。
【００４１】
図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、杭５の形状や大きさに応じて、振動杭打機１を予め梁状のベース部材３１に取り付けた状態を示す概略図である。
【００４２】
図５（ａ）に示す実施形態では、ベース部材３１上に２台の起振機２を取付け、２台の起振機２の軸を自在継手付駆動軸３２で連結して機械的同期運転可能とする。ベース部材３１の下部に杭把持装置４を１つ取り付ける。起振機２の駆動方式としては、電気式でも油圧式でも良い。２台の起振機２は，図１〜４に示されるように、大型の発動機６からなる主動力源Ａと小容量の補助動力源１４を備え、起振機２の駆動中は主動力源Ａにより起振機駆動装置８、１１と杭把持装置４を駆動する。待機時間中は、主動力源Ａの運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し、補助動力源１４の補助電動機１６で駆動する補助油圧ポンプ１７の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動するように切換える。
【００４３】
図５（ｂ）に示す実施形態では、ベース部材３１上に１台の起振機２を取付け、ベース部材３１の下部に２つの杭把持装置４を取り付ける。起振機２と駆動と杭把持装置４の駆動は、図５（ａ）に示す実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
図５（ｃ）に示す実施形態では、ベース部材３１上に３台の起振機２を取付け、３台の起振機２の軸を自在継手付駆動軸３２で連結して機械的同期運転可能とする。ベース部材３１の下部に杭把持装置４を３つ取り付ける。起振機２の駆動と杭把持装置４の駆動は、図５（ａ）に示す実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
図６は、地中に打ち込む杭が大口径で大型の場合、複数の起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆをリング状のベース部材３１に等間隔に配置する。隣り合う起振機の軸を自在継手付駆動軸３２で連結して機械的同期運転可能とする。ベース部材３１の下面には複数の杭把持装置４が取り付けられる。複数の起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆは、それぞれ大型の発動機からなる主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６と、バッテリー又は小型発動機からなる小容量の補助動力源１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆと、制御装置ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６を備えている。各制御装置ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６が制御ラインで連結され、複数の主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６は電気的に同期運転される。
【００４６】
複数の起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆの駆動方式としては、電気式でも油圧式でも良い。複数の起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆは，図１〜４に示されるように、それぞれ主動力源Ａと小容量の補助動力源１４を備え、起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆの駆動中は主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６により起振機駆動装置８、１１と杭把持装置４を駆動する。待機時間中は、主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅ、１４Ｆで補助電動機１６を駆動し、補助電動機１６で駆動する補助油圧ポンプ１７の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動するように切換える。杭の規格や、形状の相違に応じて、必要な数の起振機及び杭把持装置を予めベース部材３１に取付る。杭打作業時以外の待機時間中に大容量の主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源による駆動のみで杭を把持するので燃料消費量を大幅に削減することが可能となる。
【００４７】
振動杭打機１により杭５を地中に打ち込む場合、地中の土質の変化により打ち込み又は引き抜き負荷が変化する。例えば、地下の土質が砂質の場合、打ち込み又は引き抜き負荷が小さく少ないエネルギーで杭５を地中に打ち込み又は引き抜くことができるが、地中の土質が粘土質の場合、打ち込み又は引き抜き負荷が大きくなり杭５を地中に打ち込み又は引き抜くのに大きなエネルギーを必要とする。
【００４８】
打ち込み地盤の杭打ち込み又は引き抜き負荷は、杭打込み施工の際、実施されることがある杭打込地盤のコアボーリングで得られた土質柱状図や、過去の工事で得られた周辺の地盤情報から推定される土質柱状図などの深さ方向の土質情報に基づいて推定することが可能である。また、振動杭打機では、電動式の場合は電流値の増減によって、油圧式の場合は、圧力の変化によって、圧入杭打機では、圧入力又は引抜き力の大小によって、杭にかかる負荷率を推定することが可能である。
【００４９】
図６に示される複数の起振機２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆを取り付けた大口径で大型の杭打の場合、打ち込み負荷の変化に応じて、電気的に同期運転されている複数の主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６の運転台数を増減する。杭５に係る負荷率が小さい場合、電気的に同期運転されている複数の主動力源Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６の運転台数を減らすことで、燃料消費量を大幅に削減することが可能になる。
【００５０】
図７は、本発明の油圧式の圧入杭打機２０の圧入引抜シリンダ２１を駆動している状態を示す概略図である。図１、図２と同様に、主要構成のみを表記し、制御手段、制御ラインなど表記を省略している。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００５１】
圧入杭打機２０は、反力受台や既設杭等の反力受部材を把持するクランプ２２を備えたサドル２３と、サドル２３に対して水平方向にスライド可能なスライド部２４と、スライド部に対して旋回可能なリーダマスト２５を備えている。リーダマスト２５に、圧入部３０を構成する圧入引抜シリンダ２１と杭把持装置４とが上下動可能に支持される。圧入杭打機２０の主動力源Ａは、大型の発動機６で構成される。前記油圧式振動杭打機と同様に制御部を含めてユニット化してパワーユニットＥとする。大型の発動機６により駆動される圧入引抜シリンダ油圧ポンプ２７の油圧エネルギーにより圧入引抜シリンダ２１を駆動する。圧入引抜シリンダ２１の駆動中、大型の発動機６により駆動される杭把持油圧ポンプ２８の油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動し、大型の発動機６により駆動されるクランプ油圧ポンプ２９の油圧エネルギーによりクランプ２２を駆動する。
【００５２】
主動力源Ａと別に小容量の補助動力源１４を設置する。小容量の補助動力源１４として充電制御部（図示せず）を備えたバッテリー１５又は小型発動機（図示せず）とする。図７は、補助動力源１４をバッテリー１５とした場合を示す。補助動力源１４及ぶその制御系と、補助油圧ポンプ１７、１８及びその油圧制御弁（図示せず）を制御する電気制御部（図示せず）とをユニット化し補助コントロールユニットＦとする。
【００５３】
図８は、本発明の油圧式の圧入杭打機２０の杭打ち作業以外の待機時の状態を示す概略図である。図中の点線はエネルギーが供給されている状態を示す。
【００５４】
圧入杭打機２０の杭打ち作業以外の待機時とは、（１）杭把持後の待機時間として、前進又は後退時の自走時、サドルの移動時、マストの旋回時、杭の位置決めや計測、杭の継手合わせ等の杭の建込み作業する時間。（２）杭打完了後の待機時間として、杭の貫入量の計測、杭打込み位置の確認のための計測、杭打込み姿勢の確認のための計測の時間。（３）確認計測完了後の待機時間として、継手部の溶接作業の時間等の圧入部が停止している時間全般を意味するものである。
【００５５】
待機時間中は、主動力源Ａである大型の発動機６の運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し、補助動力源１４で駆動される補助電動機１６で補助油圧ポンプ１７を駆動し、補助油圧ポンプ１７からの油圧エネルギーにより杭把持装置４を駆動し、補助電動機１６で駆動される補助油圧ポンプ１８の油圧エネルギーによりクランプ２２が駆動するように切換える切換手段（図示せず）を備えている。切換手段は、杭打ち作業、杭引き抜き作業を再開する場合、補助動力源１４の運転を停止し、図７に示されるように主動力源Ａにより駆動するように切換える。切換手段は、例えば、圧入引抜シリンダ２１の停止、再開の信号が制御ラインを介して制御部に伝達された場合に作動するように設定する。補助動力源１４の容量は、表１に示されるように杭把持用の補助油圧ポンプ１７、１８を駆動する補助電動機１６の出力（３．７〜１５ｋＷ）に見合う小容量のもので良い。杭打ち作業時間より長い場合がある待機時間に、大容量の主動力源Ａの運転を停止し、小容量の補助動力源１４を運転し杭把持装置４及びクランプ２２を駆動するので、燃料消費量を大幅に削減することが可能になる。
【００５６】
以上のように、本発明の杭打機及びそれを用いた杭打工法によれば、杭打作業時以外の待機時間中に大容量の主動力源の運転を停止し、小容量の補助動力源で杭把持装置、クランプを駆動するので燃料消費量を大幅に抑制することが可能となる。また、複数の起振機からの振動力を杭把持装置を介して杭に伝達する杭打機を用い、打ち込み負荷の大きさに対応して電気的に同調運転される複数の主動力源の運転台数を増減して大口径の杭を地中へ打込むか又は引抜くことで、打ち込み負荷が小さい場合、電気的に同期運転される主動力源の運転台数を減らすことができるので燃料消費量を大幅に削減することが可能になる。
【符号の説明】
【００５７】
１：振動杭打機、２：起振機、３：偏心重錘、４：杭把持装置、５：杭、６：大型の発動機、７：発電機、８：起振機電動機、９：杭把持電動機、１０：杭把持油圧ポンプ、１１：起振機油圧モータ、１３：起振機油圧ポンプ，１４：補助動力源、１５：バッテリー、１６：補助電動機、１７：補助油圧ポンプ、１８：補助油圧ポンプ、２０：圧入杭打機、２１：圧入引抜シリンダ、２２：クランプ、２３：サドル、２４：スライド部、２５：リーダマスト、２７：圧入引抜シリンダポンプ、２８：杭把持ポンプ、２９：クランプポンプ、３０：圧入部、３１：ベース部材、３２：自在継手付駆動軸、Ａ：主動力源、Ｂ：コントロールユニット、Ｃ：パワーユニット、Ｄ：補助コントロールユニット、Ｅ：パワーユニット、Ｆ：補助コントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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