(57)【要約】      （修正有）【課題】対で使用される複数の油圧機構において所望の幾何学的関係を保持しながら安定に連動させることにより、油圧機構の不具合及び誤作動を未然に防止することを可能にする杭打装置を提供する。【解決手段】ワイヤ固定部６２を、リレー揺動軸２５ａから所定値Ｌ１離れたリレーブラケット２６上に取り付ける。ワイヤ巻取り部６３を、リーダ揺動軸２４ａから所定値Ｌ３離れたリーダ３２上に取り付ける。また、リーダ３２の倒れ角度＝１５°及び４５°を検出する角度検出センサ７０をリーダ揺動軸２４ａにそれぞれ取り付ける。ワイヤ６１の長さＬについては、例えば、リーダ３２及びリレーブラケット２６が水平に傾倒している状態において、Ｌ（倒れ角度４５°）＞Ｌという制限を設ける。一方、リーダ３２及びリレーブラケット２６が鉛直に起立している状態において、Ｌ（倒れ角度１５°）＜Ｌという制限を設ける。【選択図】図３
2019206857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭（１）を地中に貫入させる杭打手段（４０）と、当該杭打手段を所定の方向に誘導する揺動可能な誘導手段（３２）と、オイルを前記杭打手段（４０）に移送するフレキシブル配管と、当該フレキシブル配管を高い位置で支持する揺動可能なフレキシブル配管支持手段（２６）とを備えた杭打装置であって、
前記誘導手段（３２）と前記フレキシブル配管支持手段（２６）との間に、前記誘導手段（３２）の揺動支点（２４ａ）から所定の距離に位置した第１点（６３）と前記フレキシブル配管支持手段（２６）の揺動支点（２５ａ）から所定の距離に位置した第２点（６２）との間の距離（Ｌ）を計測する距離計測手段（６０）を設けたことを特徴とする杭打装置。
【請求項２】
請求項１に記載の杭打装置において、
前記距離（Ｌ）の取り得る範囲に所定の制限を課したことを特徴とする杭打装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の杭打装置において、
前記距離（Ｌ）の時間変動分に基づいて、前記誘導手段（３２）及び前記フレキシブル配管支持手段（２６）の内の一方に対する他方の挙動状態を推定することを特徴とする杭打装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載の杭打装置において、
前記距離（Ｌ）と前記誘導手段（３２）の倒れ角度（α）又は前記フレキシブル配管支持手段（２６）の倒れ角度（β）に基づいて、当該フレキシブル配管支持手段（２６）の倒れ角度（β）又は前記誘導手段（３２）の倒れ角度（α）を推定することを特徴とする杭打装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項に記載の杭打装置において、
前記距離（Ｌ）をリニアエンコーダ（６０）によって計測することを特徴とする杭打装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は杭打装置に関し、より詳細には対で使用される複数の油圧機構において所望の幾何学的関係を保持しながら安定に連動させることにより、油圧機構の不具合及び誤作動を未然に防止することを可能にする杭打装置に関するものである。 
【背景技術】
【０００２】
構造物支持用の杭（鋼管杭）を地中に回転貫入する鋼管杭打設装置が広く利用されている（例えば特許文献１及び２を参照。）。通常、リーダは鉛直方向に起立した状態で使用され、スイベルヘッドはリーダに設けられたラックギヤに係合して送り（フィード）用油圧モータのトルクによってリーダに沿って昇降している。従って、スイベルヘッドは初期状態においてはリーダの上端近傍に位置し、鋼管杭が地中に貫入するにつれて地面に向かって降下し最終的にはリーダの下端近傍まで移動する。スイベルヘッドは、送り用油圧モータ以外に、鋼管杭を回転させるための油圧モータを２個備えている。
【０００３】
従って、スイベルヘッド稼働時（杭打設時）においてはこれらの油圧に対しフレキシブルチューブ（油圧ホース）を介してオイルが供給される。油圧ホースは、曲がりを少なく且つ移送距離を短縮して移送時のエネルギー損失を少なくするために、リレーブラケットと呼ばれるホース支持手段によって高い位置で支持されている。従って、例えばリーダが鉛直方向に起立した状態でスイベルヘッドが稼働しており、リレーブラケットが水平に向かって傾倒する場合、油圧ホースがリレーブラケットによって強制的に引っ張られ、最悪の場合油圧ホースが破断する不具合が起こり得る。そのため、リーダとリレーブラケットは同期させて起立又は傾倒させることが望ましいとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１３３９８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リーダとリレーブラケットを同期させて起立又は傾倒させる手段として、リーダとリレーブラケットのそれぞれに倒れ角度を計測する角度センサを取り付け、各角度センサの出力値の差分を所定の範囲内に入るように、リーダとリレーブラケットの起立／倒れを制御することが考えられる。
【０００６】
しかし、上記同期制御では、リーダの角度センサ又はリレーブラケットの角度センサのどちらか一方の角度センサが故障する場合、制御不能になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであり、その目的は、対で使用される複数の油圧機構において所望の幾何学的関係を保持しながら安定に連動させることにより、油圧機構の不具合及び誤作動を未然に防止することを可能にする杭打装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る杭打装置は、杭（１）を地中に貫入させる杭打手段（４０）と、当該杭打手段を所定の方向に誘導する揺動可能な誘導手段（３２）と、オイルを前記杭打手段（４０）に移送するフレキシブル配管と、当該フレキシブル配管を高い位置で支持する揺動可能なフレキシブル配管支持手段（２６）とを備えた杭打装置であって、前記誘導手段（３２）と前記フレキシブル配管支持手段（２６）との間に、前記誘導手段（３２）の揺動支点（２４ａ）から所定の距離に位置した第１点（６３）と前記フレキシブル配管支持手段（２６）の揺動支点（２５ａ）から所定の距離に位置した第２点（６２）との間の距離（Ｌ）を計測する距離計測手段（６０）を設けたことを特徴とする。
【０００９】
上記構成では、対で使用される誘導手段（３２）とフレキシブル配管支持手段（２６）において、上記距離（Ｌ）を計測することによって、両者を同期連動させること、或いは一方が固定された状態において他方の挙動状態（起立又は傾倒）を推定することが可能となる。或いは、一方の倒れ角度情報（α、β）から他方の倒れ角度情報（α、β）を推定することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る杭打装置の第２の特徴は、前記距離（Ｌ）の取り得る範囲に所定の制限を課したことである。
【００１１】
上記構成では、両者を安定に同期連動させることが可能となる。これにより、油圧フレキシブル配管が誘導手段（３２）又はフレキシブル配管支持手段（２６）の一方に引っ張られて破断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る杭打装置の第３の特徴は、前記距離（Ｌ）の時間変動分に基づいて、前記誘導手段（３２）及び前記フレキシブル配管支持手段（２６）の内の一方に対する他方の挙動状態を推定することである。
【００１３】
上記構成では、上記距離（Ｌ）の時間変動分が増加する場合、一方が他方から離れて行く方向に運動していることが分かる。逆に、上記距離（Ｌ）の時間変動分が減少する場合、一方が他方に近づく方向に運動していることが分かる。
【００１４】
本発明に係る杭打装置の第４の特徴は、前記距離（Ｌ）と前記誘導手段（３２）の倒れ角度（α）又は前記フレキシブル配管支持手段（２６）の倒れ角度（β）に基づいて、当該フレキシブル配管支持手段（２６）の倒れ角度（β）又は前記誘導手段（３２）の倒れ角度（α）を推定することである。
【００１５】
上記構成では、フレキシブル配管支持手段（２６）の倒れ角度（β）又は前記誘導手段（３２）の倒れ角度（α）の正確な角度情報を取得することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る杭打装置の第５の特徴は、前記距離（Ｌ）をリニアエンコーダ（６０）によって計測することである。
【００１７】
上記構成では、簡易的に上記距離（Ｌ）を計測することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る杭打装置によれば、対で使用される誘導手段とフレキシブル配管支持手段において、上記距離を所定の範囲に保持することにより両者を安定に同期連動させることが可能となる。これにより、例えば油圧ホースが引っ張られて破断する不具合を未然に防止することが可能となる。
【００１９】
また、上記距離の時間変化分をチェックすることにより、一方が固定された状態において他方の挙動を好適に推定することが可能となる。更に、上記距離と一方の倒れ角度に基づいて他方の倒れ角度を好適に推定することが可能となる。これにより、誘導手段およびフレキシブル配管支持手段の誤作動を未然に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼管杭打設装置のリーダが起立した状態を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼管杭打設装置のリーダが傾倒した状態を示す説明図である。
【図３】リーダとリレーブラケットとの間の要部を示す説明図である。
【図４】リーダの倒れ角度とリレーブラケットの倒れ角度とリニアエンコーダのワイヤの長さとの間の幾何学的関係を示す説明図である。
【図５】リレーブラケットの倒れ角度を０°又は９０°に固定した状態でリーダの倒れ角度を０°〜９０°の範囲内で変化させた時のワイヤの長さを示す説明図である。
【図６】リーダの倒れ角度を０°又は９０°に固定した状態でリレーブラケットの倒れ角度を０°〜９０°の範囲内で変化させた時のワイヤの長さを示す説明図である。
【図７】リーダの倒れ角度とワイヤの長さに基づいてリレーブラケットの倒れ角度を算出するプロセスを示す説明図である。
【図８】リーダの倒れ角度とワイヤの長さに基づいてリレーブラケットの倒れ角度を算出するプロセスを示す説明図である。
【図９】直線上の定点とその直線上に中心を有する円周上の動点との距離の最大値・最小値を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る鋼管杭打設装置１００を示す説明図である。図１はリーダ３２が起立した状態を表し、図２はリーダ３２が傾倒した状態を表している。従って、図２では鋼管杭１、回転ロッド４６及びアタッチメント４７は図示されてはいない。
【００２３】
この鋼管杭打設装置１００は、車体２０を前後進させるクローラ装置１０と、オペレータを収容するための操作室２２ならびにエンジン、油圧ポンプ及びこれらの制御機器等を収容する動力室２３が配置された車体２０と、スイベルヘッド（打設装置）４０を昇降させるためのリーダ装置（誘導手段）３０と、鋼管杭１に回転トルクを与えるスイベルヘッド（杭打手段）４０とを具備して構成される。以下、各構成について説明する。
【００２４】
図２に示されるように、クローラ装置１０は、左右独立の走行モータ（図示せず）を有し、各走行モータに直結した左右独立の起動輪１１,１１と、回転自在な左右独立の遊動輪１２,１２と、起動輪１１と遊動輪１２との間に巻き掛けられる左右独立の無限履帯１３,１３と、起動輪１１と遊動輪１２との間に配置され無限履帯１３の張りを保持する回転自在な左右独立の複数の転輪１４とを具備しながら、車体２０を前後進させる。
【００２５】
車体２０は、上記操作室２２及び上記動力室２３以外にも、リーダ３２を起立又は傾倒させるリーダ起倒機構２４と、油圧ホース（図示せず）を高い位置で支持するためのリレーブラケット２６を起立又は傾倒させるリレーブラケット起倒機構２５と、車体２０を地面に押し付ける推力を発生させる４個のアウトリガ２７と、鋼管杭１の打設時において車体２０に作用する転倒モーメントを打ち消すためのカウンターウェイト２８とを備えている。また、図示されてはいないが、車体２０を鉛直方向回りに旋回させる旋回モータを別途備え、車体２０は左右方向に旋回することができる。
【００２６】
図２に示されるように、リーダ起倒機構２４は、リーダ３２の起立又は傾倒の支点となるリーダ揺動軸２４ａを回転自在（フリー）に軸受けするリーダ固定ブラケット２４ｂと、リーダ揺動軸２４ａを支点にして、第１リーダ３２ａを除いたリーダ３２と一緒に揺動するリーダ揺動ブラケット２４ｃと、第１リーダ３２ａと第２リーダ３２ｂをヒンジ結合するリーダヒンジ軸２４ｄと、リーダヒンジ軸２４ｄが取り付けられたリーダヒンジ板２４ｅと、第１リーダ３２ａの揺動を規制する第１揺動規制ボス２４ｆおよび第２揺動規制ボス２４ｇと、第１揺動規制ボス２４ｆと第２揺動規制ボス２４ｇに係合する揺動規制プレート２４ｈ（図１）と、リーダ３２を起立又は傾倒させる第１シリンダ２４ｉ（図１）とから構成される。なお、リーダ固定ブラケット２４ｂは後述する構造フレーム２１に固定されている。また、リーダ揺動ブラケット２４ｃは、第２リーダ３２ｂに固定されている。
【００２７】
従って、第１シリンダ２４ｉ（図１）に油圧が供給される場合、第１シリンダ２４ｉが軸方向に伸びて、第１リーダ３２ａを除いたリーダ３２がリーダ揺動軸２４ａを支点として起立し、第１リーダ３２ａに接合する。第１リーダ３２ａは揺動規制プレート２４ｈによって姿勢を固定される。これとは逆に、第１シリンダ２４ｉ（図１）の油圧が減圧される場合、第１シリンダ２４ｉが軸方向に収縮して、リーダ３２がリーダ揺動軸２４ａを支点として傾倒するとともに、リーダ３２がリーダヒンジ軸２４ｄを支点として折れ曲がる。その結果、第１リーダ３２ａは起立した姿勢を取り、第１リーダ３２ａを除いたリーダ３２ａは傾倒した姿勢を取る。
【００２８】
同様に、リレーブラケット２６を起立又は傾倒させるリレーブラケット起倒機構２５は、リレーブラケット２６の起立又は傾倒の支点となるリレー揺動軸２５ａと、リレー揺動軸２５ａを回転自在（フリー）に軸受けするリレー固定ブラケット２５ｂと、リレーブラケット２６に一体化されリレー揺動軸２５ａを支点に揺動するリレー揺動ブラケット２５ｃと、リレーブラケット２６を起立又は傾倒させる第２シリンダ２５ｄとから構成される。
【００２９】
図１に戻って、リーダ装置３０は、鋼管杭１をクランプするためのクランプ機構３１と、スイベルヘッド４０が鉛直方向に沿って昇降するための移動レールとなるリーダ３２と、鋼管杭１をつり上げるためのウィンチ３３とを備えている。
【００３０】
リーダ３２は分割式リーダである。本実施形態のリーダ３２は８個の分割リーダによって構成されている。説明の都合上、各分割リーダは、下から順に、第１リーダ３２ａ、第２リーダ３２ｂ、第３リーダ３２ｃ、第４リーダ３２ｄ、第５リーダ３２ｅ、第６リーダ３２ｆ、第７リーダ３２ｇ、及び第８リーダ３２ｈとして区別している。各分割リーダはボルト及びナットによって強固に締結されている。
【００３１】
また、各分割リーダには、スイベルヘッド４０を鉛直方向（上下方向）に案内するためのガイドレール３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ、３４ｆ、３４ｇ、３４ｈが各分割リーダの両側にそれぞれ設けられている。
【００３２】
また、各分割リーダには、スイベルヘッド４０の送りモータ４４（図２）と係合するラックギヤ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅ、３５ｆ、３５ｇ、３５ｈが両側のガイドレールに挟まれた中央部にそれぞれ設けられている。
【００３３】
本実施形態では、比較的長い鋼管杭１の場合、第１シリンダ２４ｉのロッドの先端は第４リーダ３２ｄに係合されている。他方、比較的短い鋼管杭１の場合は、第１シリンダ２４ｉのロッドの先端は第２リーダ３２ｂに係合されている。
【００３４】
図２に戻って、スイベルヘッド４０は、ボディ４１と、回転ロッド４６（図１）を回転させる回転トルクを発生する左右独立の回転モータ４２,４２と、回転トルクを鋼管杭１に伝達するスピンドル４３と、スイベルヘッド４０を支持する支持力（軸力）を発生する左右の送りモータ４４,４４と、リーダ３２の凸状のガイドレール３４ａ,・・・,３４ｈに嵌合する左右独立の凹状のスライダ４５,４５と、回転トルクを鋼管杭１に伝達する回転ロッド４６（図１）とを備えている。なお、回転ロッド４６は、油圧チャック４３ａによってスピンドル４３に一体化されている。また、回転ロッド４６はアタッチメント４７（図１）を介して鋼管杭１に接続される。
【００３５】
図３は、リーダ３２とリレーブラケット２６との間の要部を示す説明図である。
リーダ３２（第２リーダ３２ｂ）とリレーブラケット２６との間にはリニアエンコーダ６０が設けられている。リニアエンコーダ６０は、ワイヤ６１とワイヤ固定部６２とワイヤ巻取り部６３とから構成され、ワイヤ６１の長さＬを計測している。従って、ワイヤ６１の長さＬを所定の範囲内に維持することによって、リーダ３２とリレーブラケット２６を同期させて起立／傾倒させることが可能となる。或いは、詳細については図４から図６を参照しながら後述するが、リーダ３２が所定の角度範囲内に固定されている状態でリレーブラケット２６の挙動（起立／傾倒）を推定することができるようになる。或いは、詳細については図７及び図８を参照しながら後述するが、リーダ３２の倒れ角度αに基づいてリレーブラケット２６の倒れ角度βを推定することができるようになる。
【００３６】
リーダ揺動軸２４ａの近傍には第２リーダ３２ｂ（リーダ３２）の特定の倒れ角度αを検出する角度検出センサ７０,７１（図示せず）が両側に設けられている。角度検出センサ７０は、第２リーダ３２ｂ（リーダ３２）の倒れ角度４５°を検出している。角度検出センサ７１は、リーダ３２の倒れ角度１５°を検出している。角度検出センサ７０,７１によって、リーダ３２が０°〜１５°（以下「第１角度レンジ」という。）、１５°〜４５°（以下「第２角度レンジ」という。）及び４５°〜９０°（以下「第３角度レンジ」という。）の何れかの角度レンジに位置していることを検出することができる。
【００３７】
ワイヤ巻取り部６３とリーダ揺動軸２４ａとの中心間距離Ｌ１、リーダ揺動軸２４ａとリレー揺動軸２５ａとの中心間距離Ｌ２、及びワイヤ固定部６２とリレー揺動軸２５ａとの中心間距離Ｌ３は、リーダ３２又はリレーブラケット２６の揺動に拘わらず何れも一定値を示す。他方、ワイヤ６１の長さＬ、ワイヤ固定部６２の座標、及びワイヤ巻取り部６３の座標は、リーダ３２又はリレーブラケット２６が揺動する場合、これらに従い変動する。特に、リーダ揺動軸２４ａは不動点であり、ワイヤ巻取り部６３とリーダ揺動軸２４ａとの中心間距離Ｌ１は一定値である。そのため、リーダ３２が揺動する場合、ワイヤ巻取り部６３はリーダ揺動軸２４ａを中心とする半径Ｌ１の円周上を移動することになる。同様に、リレー揺動軸２５ａは不動点であり、リレー揺動軸２５ａとワイヤ固定部６２との中心間距離Ｌ３は一定値である。そのため、リレーブラケット２６が揺動する場合、ワイヤ固定部６２はリレー揺動軸２５ａを中心とする半径Ｌ３の円周上を移動することになる。従って、ワイヤ６１の長さＬは、リーダ揺動軸２４ａを中心とする半径Ｌ１の円周上の点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）と、リレー揺動軸２５ａを中心とする半径Ｌ３の円周上の点Ｄ（ワイヤ固定部６２）との２点間距離に相当する。従って、リーダ３２の鉛直方向を基準とした倒れ角度αは、点Ａが移動した円弧の中心角度に相当する。リレーブラケット２６の鉛直方向を基準とした倒れ角度βは、点Ｄが移動した円弧の中心角度に相当する。以下、ワイヤ６１の長さＬ１、リーダ３２の倒れ角度α、及びリレーブラケット２６の倒れ角度βの幾何学的関係について更に説明する。
【００３８】
図４は、リーダ３２の倒れ角度αとリレーブラケット２６の倒れ角度βとリニアエンコーダ６０のワイヤ６１の長さＬとの間の幾何学的関係を示す説明図である。
点Ｂ（リーダ揺動軸２４ａ）を中心とした半径Ｌ１の円周上において、点Ａ０は、リーダ３２の倒れ角度α＝０°に対応する点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）の座標を表している。点Ａ９０は、リーダ３２の倒れ角度α＝９０°に対応する点Ａの座標を表している。従って、点Ａ０から点Ａ９０で表された実線部分は、点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）の可動範囲を表している。因みに点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）の可動範囲の長さは、Ｌ１×π／２である。
【００３９】
同様に、点Ｃ（リーダ揺動軸２５ａ）を中心とした半径Ｌ３の円周上において、点Ｄ０は、リレーブラケット２６の倒れ角度β＝０°に対応する点Ｄ（ワイヤ固定部６２）の座標を表している。点Ｄ９０は、リレーブラケット２６の倒れ角度β＝９０°に対応する点Ｄの座標を表している。点Ｄ０から点Ｄ９０で表された実線部分は、点Ｄ（ワイヤ固定部６２）の可動範囲を表している。因みに点Ｄ（ワイヤ固定部６２）の可動範囲の長さは、Ｌ３×π／２である。
【００４０】
点Ａと点Ｄを結ぶ線は、リニアエンコーダ６０の出力値であるワイヤ６１の長さＬを表している。特に、説明の都合上、点Ａと点Ｃ（リレー揺動軸２５ａ）を通る直線を直線Ｌ５として追加した。また、点Ｄ９０と点Ｃ（リレー揺動軸２５ａ）を通る直線を直線Ｌ６とし、直線Ｌ６が点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）の可動範囲と交差する交点を点Ａｘとした。直線Ｌ５を追加したのは、ワイヤ６１の長さＬを、「直線上の定点」と「その直線上に中心を有する円周上の動点」との距離に対応させるためである（図９（ａ））。
【００４１】
図４（ａ）に示されるように、ワイヤ６１の長さＬについては、点Ａが点Ａ０と点Ａｘとの間で固定された状態で、点Ｄが点Ｄ０から点Ｄ９０まで移動する場合、ワイヤ６１の長さＬは、点Ｄが点Ｄ０から点Ｄ９０に移動するにつれて単調に増加する。逆に、点Ｄが点Ｄ９０から点Ｄ０まで移動する場合、ワイヤ６１の長さＬは、点Ｄが点Ｄ９０から点Ｄ０に移動するにつれて単調に減少する。
【００４２】
すなわち、例えばリーダ３２が第２角度レンジ（１５°≦α≦４５°）で固定された状態で、ワイヤ６１の長さＬが増加している場合、リレーブラケット２６は水平に向かって傾倒している状態であることが分かる。逆に、ワイヤ６１の長さＬが減少している場合、リレーブラケット２６は鉛直に向かって起立している状態であることが分かる。
【００４３】
図４（ｂ）に示されるように、点Ａと点Ｃを結ぶ直線Ｌ５が点Ｄの可動範囲と交差する交点を点Ｄｘとした。点Ａが点Ａｘと点Ａ９０との間で固定された状態で、点Ｄが点Ｄ０から点Ｄ９０まで移動する場合、点Ｄが点Ｄ０から点Ｄｘに移動するにつれて、ワイヤ６１の長さＬは増加する。点Ｄが点Ｄｘを過ぎて点Ｄ９０に移動する場合、ワイヤ６１の長さＬは減少するようになる。
【００４４】
従って、リーダ３２が第３角度レンジ（４５°≦α≦９０°）で固定された状態において、リレーブラケット２６が点Ｄ０と点Ｄｘの間に位置している場合、ワイヤ６１の長さＬが増加している場合、リレーブラケット２６は水平に向かって傾倒していることが分かる。逆に、ワイヤ６１の長さＬが減少している場合、リレーブラケット２６は鉛直に向かって起立していることが分かる。
【００４５】
また、リーダ３２が第３角度レンジ（４５°≦α≦９０°）で固定された状態で、リレーブラケット２６が点Ｄｘと点Ｄ９０の間に位置している場合、ワイヤ６１の長さＬが増加している場合、リレーブラケット２６は鉛直に向かって起立していることが分かる。逆に、ワイヤ６１の長さＬが減少している場合、リレーブラケット２６は水平に向かって傾倒していることが分かる。
【００４６】
以上の通り、リーダ３２が固定された状態で、ワイヤ６１の長さＬの時間変化分（増加、減少）をチェックすることにより、リレーブラケット２６の挙動状態（傾倒、起立）を推定することができる。以下に、点Ａ又は点Ｄの一方が可動範囲の始点又は終点に固定された状態で、他方が可動範囲上を移動する場合について説明する。
【００４７】
図５は、リレーブラケット２６の倒れ角度βを０°又は９０°に固定した状態でリーダ３２の倒れ角度αを０°〜９０°の範囲内で変化させた時のワイヤ６１の長さＬを示す説明図である。図５（ａ）はリレーブラケット２６の倒れ角度βを０°に固定した場合であり、同（ｂ）はリレーブラケット２６の倒れ角度βを９０°に固定した場合である。また、図４と同様に、点Ｄと点Ｂ（リーダ揺動軸２４ａ）を通る直線を直線Ｌ５として追加した。また、直線Ｌ５が点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）の可動範囲と交差する交点を点Ａｘとした。
【００４８】
図５（ａ）に示されるように、リレーブラケット２６が鉛直に起立している状態で、リーダ３２が水平に向かって傾倒する場合、ワイヤ６１の長さＬは、単調に減少し、（直線Ｌ５が点Ａの可動範囲と交差する）点Ａｘを過ぎると単調に増加するようになる。従って、ワイヤ６１の長さＬは、リーダ３２が鉛直に起立するとき、又は水平に傾倒するときに最大となると共に、リーダ３２が点Ａｘに対応する倒れ角度αにおいて最小となる。従って、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲は、Ｌ（Ａｘ）≦Ｌ≦ｍａｘ｛Ｌ（Ａ０）、Ｌ（Ａ９０）｝となる。なお、ｍａｘ｛｝は、｛｝内の小さくない方を選択する演算子である。
【００４９】
従ってこの場合、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲に、例えばＬ（Ａ１５）＜Ｌという制限を設けることにより、リレーブラケット２６が鉛直に起立している状態においてリーダ３２が水平に向かって傾倒して油圧ホースが破断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００５０】
図５（ｂ）に示されるように、リレーブラケット２６が水平に傾倒している状態で、リーダ３２が鉛直に向かって起立する場合、ワイヤ６１の長さＬは、単調に減少し、（直線Ｌ５が点Ａの可動範囲と交差する）点Ａｘを過ぎると単調に増加するようになる。従って、ワイヤ６１の長さＬは、リーダ３２が鉛直に起立するときに最大となると共に、リーダ３２が点Ａｘに対応する倒れ角度αにおいて最小となる。従って、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲は、Ｌ（Ａｘ）≦Ｌ≦Ｌ（Ａ０）となる。
【００５１】
従ってこの場合、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲に、例えばＬ（Ａ４５）＞Ｌという制限を設けることにより、リレーブラケット２６が水平に傾倒している状態においてリーダ３２が鉛直に向かって起立して油圧ホースが破断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００５２】
図６は、リーダ３２の倒れ角度αを０°又は９０°に固定した状態でリレーブラケット２６の倒れ角度βを０°〜９０°の範囲内で変化させた時のワイヤ６１の長さＬを示す説明図である。図６（ａ）はリーダ３２の倒れ角度αを０°に固定した場合であり、同（ｂ）はリーダ３２の倒れ角度αを９０°に固定した場合である。また、図４と同様に、点Ａと点Ｃ（リレー揺動軸２５ａ）を通る直線を直線Ｌ５として追加した。
【００５３】
図６（ａ）に示されるように、リーダ３２が鉛直に起立している状態で、リレーブラケット２６が水平に向かって傾倒する場合、ワイヤ６１の長さＬは単調に増加する。従って、ワイヤ６１の長さＬは、リレーブラケット２６が鉛直に起立するときに最小となると共に、リレーブラケット２６が水平に傾倒するときに最大となる。従って、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲は、Ｌ（Ｄ０）≦Ｌ≦Ｌ（Ｄ９０）となる。
【００５４】
従ってこの場合、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲に、例えばＬ（Ｄ１５）＞Ｌという制限を設けることにより、リーダ３２が鉛直に起立している状態においてリレーブラケット２６が水平に向かって傾倒して油圧ホースが破断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００５５】
図６（ｂ）に示されるように、リーダ３２が水平に傾倒している状態で、リレーブラケット２６が鉛直に向かって起立する場合、ワイヤ６１の長さＬは、単調に増加し、（直線Ｌ５が点Ｄの可動範囲と交差する）点Ｄｘを過ぎると単調に減少するようになる。従って、ワイヤ６１の長さＬは、リレーブラケット２６が鉛直に起立するとき、又は水平に傾倒するときに最小となると共に、リレーブラケット２６が点Ｄｘに対応する倒れ角度βにおいて最大となる。従って、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲は、ｍｉｎ｛Ｌ（Ｄ０）、Ｌ（Ｄ９０）｝≦Ｌ≦Ｌ（Ｄｘ）となる。ｍｉｎ｛｝は、｛｝内の大きくない方を選択する演算子である。
【００５６】
従ってこの場合、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲に制限を設けることにより、例えばＬ（Ｄ７５）＞Ｌという制限を設けることにより、リーダ３２が水平に傾倒している状態においてリレーブラケット２６が鉛直に向かって起立して油圧ホースが破断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００５７】
以上の通り、リーダ３２又はリレーブラケット２６が、水平に傾倒又は鉛直に起立している状態において、他方が鉛直に向かって起立又は水平に向かって傾倒する場合に、ワイヤ６１の長さＬの取り得る範囲について制限を設けることにより、油圧ホースが引っ張られて判断するという不具合を未然に防止することが可能となる。
【００５８】
以下では、リーダ３２の倒れ角度αとワイヤ６１の長さＬが任意に与えられる場合にリレーブラケット２６の倒れ角度βを算出するプロセスについて説明する。この場合、リーダ３２の倒れ角度αを連続的に計測する角度センサが別途必要となる。
【００５９】
図７（ａ）はリーダ３２の倒れ角度α＝０°且つリレーブラケット２６の倒れ角度β＝０°のときのこれらの幾何学的関係を示し、同（ｂ）は点Ａ及び点Ｄがともに基準線Ｌ０を超えていない場合のこれらの幾何学的関係を示し、同（ｃ）は点Ａが基準線Ｌ０を超えているが点Ｄは基準線Ｌ０を超えていない場合のこれらの幾何学的関係を示している。なお、符号については図４〜図６と共通している。
【００６０】
図７（ａ）に示されるように、点Ｂ及び点Ｃを通る直線Ｌ０は不動直線であり、基準線となる。また、リーダ３２の倒れ角度αに係る角度∠ＡＢＣをθと、α＝０°のときの角度∠ＡＢＣの初期値をθ0としている。また、リレーブラケット２６の倒れに係る角度∠ＢＣＤをφとし、β＝０°のときの角度∠ＢＣＤの初期値をφ0としている。
【００６１】
リーダ３２の倒れ角度αと角度∠ＡＢＣ（＝θ）との間、及びリレーブラケット２６の倒れ角度βと角度∠ＢＣＤ（＝φ）との間には下記の関係式がそれぞれ成立する。
（式１）：α＝θ0−θ  ＜＝＞  θ＝θ0−α
（式２）：β＝φ−φ0  ＜＝＞  φ＝β＋φ0
なお、式１より、リーダ３２の倒れ角度αが角度∠ＡＢＣの初期値θ0を超えるとき、角度∠ＡＢＣが負となる。すなわち、点Ａ（ワイヤ巻取り部６３）が基準線Ｌ０を超える。同様に、式２より、リレーブラケット２６の倒れ角度βがπ−φ0を超えるとき、点Ｄ（ワイヤ固定部６２）が基準線Ｌ０を超える。
【００６２】
従って、基準線Ｌ０に対する点Ａ及び点Ｄの相対位置としては、点Ａ及び点Ｄがともに基準線Ｌ０を超えていない場合（図７（ｂ））、点Ａが基準線Ｌ０を超えているが点Ｄは基準線Ｌ０を超えていない場合（図７（ｃ））、点Ａは基準線Ｌ０を超えていないが点Ｄは基準線Ｌ０を超えている場合（図８（ａ））、そして点Ａ及び点Ｄがともに基準線Ｌ０を超えている場合（図８（ｂ））が考えられる。
【００６３】
図７（ｂ）に示されるように、点Ａ及び動点Ｂがともに基準線Ｌ０を超えない場合、角度∠ＡＢＣ（＝θ＝θ0−α）は正となると共に、角度∠ＢＣＤ＝φと、角度∠ＡＣＢ＝φ１と、角度∠ＡＣＤ＝φ２との間の関係式が、φ＝φ２＋φ１となる。このφを上記式２に代入することによりリレーブラケット２６の倒れ角度βを算出することができる。最初に、角度∠ＡＣＢ（＝φ１）を求める。
【００６４】
点Ａ−Ｃ間の距離をＬ４とし、三角形△ＡＢＣについて余弦定理を適用する。すなわち、以下の関係式が成立する。
（式３）：Ｌ４２＝Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)  ＜＝＞  Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２
【００６５】
次に、三角形△ＡＢＣについて正弦定理を適用する。すなわち、以下の関係式が成立する。
（式４）：Ｌ１／sinφ１＝Ｌ４／sin（θ0−α）  ＜＝＞  sinφ１＝（Ｌ１／Ｌ４）・sin（θ0−α）
式４の両辺において、sinの逆関数をとると、以下の関係式が成立する。
（式５）：φ１＝sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（θ0−α）｝
【００６６】
次に、角度∠ＡＣＤ（＝φ２）を求める。三角形△ＡＣＤについて余弦定理を適用する。すなわち、以下の関係式が成立する。
（式６）：Ｌ２＝Ｌ３２＋Ｌ４２−２・Ｌ３・Ｌ４・cosφ２  ＜＝＞  cosφ２＝（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）
式６の両辺において、cosの逆関数をとると、以下の関係式が成立する。
（式７）：φ２＝cos−1｛（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）｝
式５と式７より、角度∠ＢＣＤ＝φ１＋φ２＝φが得られる。式２に代入して、リレーブラケット２６の倒れ角度βは以下の通り算出される。
（式８）：β＝φ−φ0＝φ１＋φ２−φ0＝sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（θ0−α）｝＋cos−1｛（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）｝−φ0、但し、Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２
【００６７】
図７（ｃ）に示されるように、点Ａが基準線Ｌ０を超える場合、角度∠ＡＢＣ（＝θ＝θ0−α）が負となると共に、角度∠ＢＣＤ＝φと、角度∠ＡＣＢ＝φ１と、角度∠ＡＣＤ＝φ２との間の関係式が、φ＝φ２−φ１となる。
【００６８】
従って、上記式５において、角度∠ＡＢＣ＝θ0−α→α−θ0と置換することにより、角度∠ＡＣＢ＝φ１は以下の通り算出される。
（式５’）：φ１＝sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（θ0−α）｝、なお、角度∠ＡＣＤ＝φ２については上記式７によって算出される。
【００６９】
角度∠ＢＣＤ＝φ＝φ２−φ１より、リレーブラケット２６の倒れ角度βは以下の通り算出される。
（式９）：β＝φ−φ0＝cos−1｛（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）｝−sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（α−θ0）｝−φ0、但し、Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２
【００７０】
図８（ａ）は点Ａは基準線Ｌ０を超えていないが点Ｄは基準線Ｌ０を超えている場合のこれらの幾何学的関係を示し、同（ｂ）は点Ａ及び点Ｄがともに基準線Ｌ０を超えている場合のこれらの幾何学的関係を示している。
【００７１】
図８（ａ）に示されるように、角度∠ＢＣＤ＝φと、角度∠ＡＣＢ＝φ１と、角度∠ＡＣＤ＝φ２との間の関係式は、φ＝φ１＋φ２となる。また、角度∠ＡＢＣ＝θ0−αは正であるため、角度∠ＡＣＢ＝φ１については上記式５によって算出される。また、角度∠ＡＣＤ＝φ２については上記式７によって算出される。
【００７２】
従って、点Ａは基準線Ｌ０を超えていないが点Ｄは基準線Ｌ０を超えている場合のリレーブラケット２６の倒れ角度βは以下の通り算出される。
（式１０）：β＝φ−φ0＝φ１＋φ２−φ0＝sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（α−θ0）｝＋cos−1｛（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）｝−φ0、但し、Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２
【００７３】
図８（ｂ）に示されるように、点Ａ及び動点Ｂがともに基準線Ｌ０を超えている場合、角度∠ＢＣＤ＝φと、角度∠ＡＣＢ＝φ１と、角度∠ＡＣＤ＝φ２との間の関係式は、φ＝２π−（φ１＋φ２）となる。また、角度∠ＡＢＣ＝θ0−αは負となる。従って、角度∠ＡＣＢ＝φ１は上記式５’によって算出される。また、角度∠ＡＣＤ＝φ２については式７によって算出される。
【００７４】
従って、リレーブラケット２６の倒れ角度βは以下の通り算出される。
（式１１）：β＝φ−φ0＝２π−（φ１＋φ２）−φ0＝２π−φ１−φ２−φ0＝２π−sin−1｛（Ｌ１／Ｌ４）・sin（α−θ0）｝−cos−1｛（Ｌ３２＋Ｌ４２−Ｌ２）／（２・Ｌ３・Ｌ４）｝−φ0、但し、Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２
【００７５】
上記をまとめると、リレーブラケット２６の倒れ角度βは、０°≦α≦θ0のときは、上記式８によって算出される。他方、θ0≦α≦９０°のときは、０°≦β≦π−φ0の場合は上記式９によって算出される。π−φ0≦β≦９０°の場合は上記式１１によって算出される。なお、何れの場合も、点Ａ−Ｃ間距離（リレー揺動軸２５ａとワイヤ巻取り部６３との距離）Ｌ４は、点Ａが基準線Ｌ０を超えたか否かに関わらず、リーダ３２の倒れ角度αと角度∠ＡＢＣの初期値θ0に基づいて、Ｌ４＝｛Ｌ１２＋Ｌ２２−２・Ｌ１・Ｌ２・cos(θ0−α)｝１／２と一意的に算出される。
【００７６】
なお、図９（ｂ）に示されるように、上記とは逆に、リレーブラケット２６の倒れ角度βとワイヤ６１の長さＬに基づいてリーダ３２の倒れ角度αを算出する場合は、点Ｂ−Ｄ間距離をＬ５と、角度∠ＤＢＣ＝θ1と、角度∠ＤＢＡ＝θ2として、Ｌ５については三角形△ＢＣＤに余弦定理を適用することにより求め、角度∠ＤＢＣ＝θ1については三角形△ＢＣＤに正弦定理を適用することにより求め、角度∠ＤＢＡ＝θ2については三角形△ＡＢＤに余弦定理を適用することにより求め、上記と同様にしてリーダ３２の倒れ角度αを算出することができる（図９（ｂ））。この場合、リレーブラケット２６の倒れ角度βを連続的に計測する角度センサが別途必要となる。
【００７７】
このように、ワイヤ６１の長さＬ（リニアエンコーダ６０の出力値）に基づいて、リーダ３２の倒れ角度α又はリレーブラケット２６の倒れ角度βを正確に算出することができる。
【００７８】
以上の通り、本発明の鋼管杭打設装置１００によれば、対で使用されるリーダ３２とリレーブラケット２６において、ワイヤ６１の長さＬを所定の範囲に保持することにより両者を同期連動させることが可能となる。また、ワイヤ６１の長さＬの時間変化分をチェックすることにより、一方が固定された状態において他方の挙動を好適に推定することが可能となる。更に、ワイヤ６１の長さＬと一方の倒れ角度に基づいて他方の倒れ角度を好適に推定することが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１          鋼管杭（杭）
１０        クローラ装置
１１        起動輪
１２        遊動輪
１３        無限履帯
１４        転輪
２０        車体
２１        構造フレーム
２２        操作室
２３        動力室
２４        リーダ起倒機構
２５        リレーブラケット起倒機構
２６        リレーブラケット
２７        アウトリガ
２８        カウンターウェイト
３０        リーダ装置（誘導手段）
３１        クランプ機構
３２        リーダ
３３        ウィンチ
３４        凸ガイドレール
４０        スイベルヘッド（杭打手段）
４１        ボディ
４２        回転モータ
４３        スピンドル
４４        送りモータ
４５        スライダ
４６        回転ロッド
４７        アタッチメント
６０        リニアエンコーダ
１００      鋼管杭打設装置（杭打装置）
【図１】
2019206857.tif 000003
【図２】
2019206857.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019206857.tif 000006
【図５】
2019206857.tif 000007
【図６】
2019206857.tif 000008
【図７】
2019206857.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019206857.tif 000011