(57)【要約】【課題】オペレータの疲労の軽減を図るとともに、作業効率の向上を図り、かつ誤操作、誤作動を防止することにより、装置破損等の発生を防ぐ。【解決手段】管下掘削装置を既設管上に載置した後、ＦＲクランプの作動により本体フレームを既設管に固定する第１操作と、この第１操作の終了後に推進シリンダの作動により本体フレームに対してカッタ支持フレームを推進させる第２操作と、この第２操作の終了後にＦＲクランプの作動により本体フレームの既設管への固定を解除するとともに、Ｍクランプの作動によりカッタ支持フレームを既設管に固定する第３操作と、この第３操作の終了後に推進シリンダの作動によりカッタ支持フレームに対して本体フレームを推進させる第４操作とを順次行うようにＦＲクランプ、Ｍクランプおよび推進シリンダを制御する。【選択図】          図１４
2004150233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に配される建設機械によって操作され、地表近くの地中に埋設された既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置の自動操縦装置であって、
（ａ）前記既設管上に載置される本体フレーム、
（ｂ）この本体フレームに対し相対移動可能に設けられるカッタ支持フレーム、
（ｃ）前記本体フレームを前記既設管に固定する第１クランプ手段、
（ｄ）前記カッタ支持フレームを前記既設管に固定する第２クランプ手段、
（ｅ）前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを相対移動させる推進手段および
（ｆ）当該管下掘削装置を前記既設管上に載置した後、前記第１クランプ手段の作動により前記本体フレームを前記既設管に固定する第１操作と、この第１操作の終了後に前記推進手段の作動により前記本体フレームに対して前記カッタ支持フレームを推進させる第２操作と、この第２操作の終了後に前記第１クランプ手段の作動により前記本体フレームの前記既設管への固定を解除するとともに、前記第２クランプ手段の作動により前記カッタ支持フレームを前記既設管に固定する第３操作と、この第３操作の終了後に前記推進手段の作動により前記カッタ支持フレームに対して前記本体フレームを推進させる第４操作とを順次行うように前記第１クランプ手段、第２クランプ手段および推進手段を制御する掘進制御手段
を備えることを特徴とする管下掘削装置の自動操縦装置。
【請求項２】
前記第１クランプ手段および第２クランプ手段は、互いに対向位置にある一対の把持部と、これら把持部を回動操作するクランプ用油圧シリンダとを備え、前記第１操作および第３操作の終了は、前記クランプ用油圧シリンダのボトム側室の油圧値を検出することによって判定される請求項１に記載の管下掘削装置の自動操縦装置。
【請求項３】
前記推進手段は、前記本体フレームとカッタ支持フレームとを連結する推進用油圧シリンダを備え、前記第２動作および第４操作の終了は、前記本体フレームとカッタ支持フレームとの最接近距離を検出することによって判定される請求項１または２に記載の管下掘削装置の自動操縦装置。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかに記載の管下掘削装置の自動操縦装置における現在の操作状況を表示する管下掘削装置のモニタ装置であって、
前記掘進制御手段による前記管下掘削装置の操作状況が、前記第１操作乃至第４操作のいずれにあるかを表示する表示手段を備えることを特徴とする管下掘削装置のモニタ装置。
【請求項５】
前記表示手段は、さらに前記管下掘削装置が前進、後進、停止のいずれの操作状況にあるかを表示する請求項４に記載の管下掘削装置のモニタ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上に配される建設機械によって操作され、地表近くの地中に埋設された既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置の自動操縦装置およびモニタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、天然ガスや石油等を輸送するのに、地表近く（例えば１ｍ程度の深さ）の地中にパイプラインを埋設することが行われている。このパイプラインは、管肌の損傷・腐食防止や、寒冷地での輸送流体の凍結防止のために、管の外周面に合成テープが巻き付けられた状態で埋設されている。
【０００３】
ところで、この種パイプラインは、長年使用していると、外周面に巻き付けられたテープが損傷することにより管肌に損傷・腐食が生じる場合がある。このように管肌が損傷すると、流体輸送そのものに支障を来たすだけでなく、その輸送流体の漏れによって思わぬ事故が発生する危険性がある。このため、埋設後所定期間が経過したパイプラインは、その周囲の土を掘り返して地表面に露出させ、外周面に巻き付けられているテープを交換したり、あるいは腐食した管を新品の管と交換したりする補修作業が必要となってくる。
【０００４】
このパイプラインの補修のための既設管周りの土を掘削する従来装置として、特許文献１および特許文献２に開示されるものがある。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，６０１，３８３号明細書
【特許文献２】
米国特許第６，１５４，９８８号明細書
【０００６】
これら各特許文献に開示された管下掘削装置においては、当該管下掘削装置自身に駆動源および操縦装置を備え、オペレータがその管下掘削装置に搭乗・操作して掘削作業を行うように構成されているために、装置の全体重量が重くならざるを得ず、しかも既設管を跨ぐようにその装置を配置するか、あるいは既設管上に装置を載置する必要があることから、既設管に損傷を与える可能性が極めて高いといった問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解消するために、本出願人は、油圧ショベルに搭載された油圧源および操縦装置によって操作され、かつ既設管を把持するとともに、所謂尺取運動によってその既設管に沿って移動するように構成された管下掘削装置を、先願発明として既に提案している（特願２００１−３６７２６９号）。この先願発明は、より具体的には、本体フレームと、この本体フレームに対し相対移動可能なカッタ支持フレームとを設け、本体フレームを既設管に固定した状態でカッタ支持フレームを推進させて掘削を行い、１ストローク分の推進が終わると、今度はカッタ支持フレームを既設管に固定した状態で本体フレームを推進させる（引き寄せる）ように構成されたものである。この先願発明によれば、装置重量の軽量化を図ることができ、既設管の外表面に傷を付けることなく管下掘削を効率的に行うことができるという利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記先願発明に記載された管下掘削装置において、この管下掘削装置を操作して掘削作業を実行するに際しては、この管下掘削装置から少し離れた位置にある油圧ショベルの運転室内にオペレータが搭乗して、（１）本体フレームの既設管への固定、（２）本体フレームに対するカッタ支持フレームの推進、（３）本体フレームの固定の解除およびカッタ支持フレームの既設管への固定、（４）カッタ支持フレームに対する本体フレームの引き寄せ等の各操作を順序良く、しかもそれら一連の操作を繰り返し行うことが要求される。
【０００９】
しかしながら、前述のような各操作は運転室内の各種操作レバーや操作スイッチ等をオペレータが手動により順次操作して行われるものであることから、オペレータは極めて煩雑な操作をしなければならず、その操作頻度も多く、しかも掘削作業位置から少し離れた位置での操作となって、オペレータには多大の疲労が伴うという問題点がある。また、前記各操作が順序良く行われない場合に、誤作動による装置破損等の思わぬ事態が発生する恐れがあり、また作業効率が損なわれるという問題点がある。このため、このような事態の発生を未然に防ぐシステムの提供が望まれている。さらに、この管下掘削装置の操作は、その掘削作業位置から少し離れた油圧ショベルの運転室内のオペレータにより行われることから、オペレータは掘削作業中の各機器の動作状態を運転室に居ながらにして明確に把握できるようにするシステムの提供も望まれている。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オペレータの疲労の軽減を図るとともに、作業効率の向上を図り、かつ誤操作、誤作動を防止することにより、装置破損等の発生を防ぐことのできる管下掘削装置の自動操縦装置およびモニタ装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、第１発明による管下掘削装置の自動操縦装置は、地上に配される建設機械によって操作され、地表近くの地中に埋設された既設管の下方の土を掘削する管下掘削装置の自動操縦装置であって、
（ａ）前記既設管上に載置される本体フレーム、
（ｂ）この本体フレームに対し相対移動可能に設けられるカッタ支持フレーム、
（ｃ）前記本体フレームを前記既設管に固定する第１クランプ手段、
（ｄ）前記カッタ支持フレームを前記既設管に固定する第２クランプ手段、
（ｅ）前記本体フレームと前記カッタ支持フレームとを相対移動させる推進手段および
（ｆ）当該管下掘削装置を前記既設管上に載置した後、前記第１クランプ手段の作動により前記本体フレームを前記既設管に固定する第１操作と、この第１操作の終了後に前記推進手段の作動により前記本体フレームに対して前記カッタ支持フレームを推進させる第２操作と、この第２操作の終了後に前記第１クランプ手段の作動により前記本体フレームの前記既設管への固定を解除するとともに、前記第２クランプ手段の作動により前記カッタ支持フレームを前記既設管に固定する第３操作と、この第３操作の終了後に前記推進手段の作動により前記カッタ支持フレームに対して前記本体フレームを推進させる第４操作とを順次行うように前記第１クランプ手段、第２クランプ手段および推進手段を制御する掘進制御手段
を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明においては、当該管下掘削装置を既設管上に載置した後に、掘進制御手段により、第１クランプ手段を作動させて本体フレームを既設管に固定する第１操作と、推進手段を作動させて本体フレームに対してカッタ支持フレームを推進させる第２操作と、第１クランプ手段を作動させて本体フレームの既設管への固定を解除するとともに、第２クランプ手段を作動させてカッタ支持フレームを既設管に固定する第３操作と、推進手段を作動させてカッタ支持フレームに対して本体フレームを推進させる第４操作の各操作手順を順次実行するように、第１クランプ手段、第２クランプ手段および推進手段が制御され、これによって管下掘削装置を用いた既設管の下方の土の掘削作業がその管下掘削装置の自動操縦によって行われる。したがって、オペレータは、管下掘削装置を既設管上に設置した後に自動操縦モードを指示するスイッチを操作するだけで、掘削作業が開始されて所定の手順にしたがってその掘削作業が実行されるので、オペレータの疲労の軽減と作業効率の向上を図ることができる。また、誤操作、誤作動を最小限に抑えることができて、装置破損等の発生も防ぐことができる。
【００１３】
本発明において、前記第１クランプ手段および第２クランプ手段は、互いに対向位置にある一対の把持部と、これら把持部を回動操作するクランプ用油圧シリンダとを備え、前記第１操作および第３操作の終了は、前記クランプ用油圧シリンダのボトム側室の油圧値を検出することによって判定されるのが好ましい（第２発明）。こうすることで、クランプ用油圧シリンダのボトム側室に連通する油圧管路内の圧油の圧力を例えば圧力センサにて検出することで各クランプ手段のクランプ動作（固定動作）の完了を容易に検出することができ、簡易な構成で確実に動作確認を行うことができる。
【００１４】
また、前記推進手段は、前記本体フレームとカッタ支持フレームとを連結する推進用油圧シリンダを備え、前記第２動作および第４操作の終了は、前記本体フレームとカッタ支持フレームとの最接近距離を検出することによって判定されるのが好ましい（第３発明）。こうすることで、本体フレームとカッタ支持フレームとの最接近距離を例えば近接スイッチにて検出することでカッタ支持フレームの推進ストロークおよび本体フレームの引き寄せストロークを容易に検出することができ、簡易な構成で確実に動作確認を行うことができる。
【００１５】
次に、第４発明による管下掘削装置のモニタ装置は、
前記第１発明〜第３発明のいずれかの管下掘削装置の自動操縦装置における現在の操作状況を表示する管下掘削装置のモニタ装置であって、
前記掘進制御手段による前記管下掘削装置の操作状況が、前記第１操作乃至第４操作のいずれにあるかを表示する表示手段を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明においては、自動操縦装置により制御されて掘削作業の途中にある管下掘削装置の操作状況が現在、第１操作、第２操作、第３操作もしくは第４操作のいずれの段階にあるかが表示手段に表示されるので、オペレータは管下掘削装置と離れた地上の建設機械の運転室内でその操作状況を容易にかつ明確に把握することができる。したがって、機械トラブルが発生した場合に迅速に対応することができる。
【００１７】
ここで、前記表示手段は、さらに前記管下掘削装置が前進、後進、停止のいずれの操作状況にあるかを表示するのが好ましい（第５発明）。こうすることで、より詳細な操作状況が表示されることになり、オペレータはその表示情報を見てより適確に対応することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による管下掘削装置の自動操縦装置およびモニタ装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１には、本発明の一実施形態に係る管下掘削装置を作業前または取り外し後の状態で表す背面図が示され、図２には、同管下掘削装置を作業状態で表す背面図が示されている。また、図３（ａ）には図１の側面図が、図３（ｂ）には図２の側面図がそれぞれ示されている。
【００２０】
本実施形態において、既設管（埋設管）１は、その外周面にテープが巻き付けられた状態で、地表２から１ｍ程度の深さの位置に埋設されている。この既設管１の補修作業を実行するに際しては、主要機械として油圧ショベル３が用いられ、この油圧ショベル３を含む各重機等が既設管１に平行に進行していくようにされている。また、基本的にその進行方向に向かって既設管１の右方は重機および資材運搬車両等の進行スペースとされ、左方は掘削された土の盛土スペースとされている。ここで、掘削土（盛土）は、既設管１の上方の土（表土）とその下層土とに分離するために、前記盛土スペースのうち進行方向に向かって左側が表土スペース、右側が下層土スペースとされている。また、その補修工程は主として次の９工程からなっている。
（１）第１工程：表土剥ぎ
（２）第２工程：右側側溝掘削
（３）第３工程：左側側溝掘削
（４）第４工程：管下掘削
（５）第５工程：テープ除去、管肌洗浄
（６）第６工程：再テーピング
（７）第７工程：下層土埋め戻し
（８）第８工程：管下土締め固め
（９）第９工程：表土埋め戻し
【００２１】
本実施形態において用いられる管下掘削装置４は、前記第１工程（表土剥ぎ）、第２工程（右側側溝掘削）および第３工程（左側側溝掘削）における各作業が終了した後に、前記第４工程（管下掘削）において用いられる。
【００２２】
この管下掘削工程においては、前記第３工程における左側側溝掘削が完了した後方部位において、左右の各側溝５，６の下部を既設管１の下方で相互に連結するように掘削するものである。この管下掘削は、通常タイプの油圧ショベル３を、既設管１の右方に設けられた重機等の進行スペースにその履帯が既設管１と略平行になるように設置し、上部旋回体を進行方向に対して左旋回方向に略９０°旋回させた状態にし、この油圧ショベル３のアーム３ａの先端に取り付けたフック７にてワイヤロープ８を介して管下掘削装置４を吊り下げ、後述するカッタドラム６１，６２を開いた状態で既設管１上にその管下掘削装置４が載置されてその作業を行うように構成されている。なお、ワイヤロープ８の下端部は後述する各ローラフレーム４２，４３に取着される。
【００２３】
前記管下掘削装置４は、後述するように自走機能を有しており、その作業時にワイヤロープ（命綱）９によって油圧ショベル３の作業機の所要部に結合されるとともに、油圧ショベル３側から多数本の油圧ホース１０を介して油圧動力が供給されるように構成されている。
【００２４】
次に、前記管下掘削装置４の詳細構造について説明する。図４には本実施形態の管下掘削装置の平面図が、図５には側面図が、図６には正面図がそれぞれ示されている。また、図７には図５のＺ矢視図が、図８には図５のＡ−Ａ断面図が、図９には図５のＢ−Ｂ断面図が、図１０には図５のＣ−Ｃ断面図が、図１１には図９のＤ−Ｄ断面図がそれぞれ示されている。
【００２５】
図示のように、本実施形態の管下掘削装置４は、既設管１上に載置される本体フレーム１１と、この本体フレーム１１に支持され、下端部に後述するカッタドラム６１，６２を有するカッタ支持フレーム（以下、「ミドルサドル」と称する。）１２とを備えて構成されている。
【００２６】
前記本体フレーム１１は、進行方向の前端部に配され、既設管１を跨ぐ門型形状のフロントサドル１３と、このフロントサドル１３の後方に配され、やはり既設管１を跨ぐ門型形状のリヤサドル１４と、これらフロントサドル１３およびリヤサドル１４の各左右上端部同士を連結するように前後方向に延設されるＩ型断面の左レール１５および右レール１６とを備えて構成されている。
【００２７】
前記フロントサドル１３は、図７に示されているように、フロントサドル本体１７と、このフロントサドル本体１７に対し中間部をピン１８，１９にて支持されて回動される略くの字状の左クランプレバー２０および右クランプレバー２１を備えている。そして、各クランプレバー２０，２１の下端部にはピン２２，２３によってフート（第１の把持部）２４，２５が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー２０，２１の上端部間は開閉用油圧シリンダ（フロントクランプシリンダ）２６にて連結され、このフロントクランプシリンダ２６の伸縮により各フート２４，２５が既設管１に対して接離できるようにされている。また、前記フロントサドル本体１７は、下面側の内面が既設管１の曲率と略同曲率の円弧面に形成され、その中央部下面には既設管１の頂面に接当する接当片２７が取着されて構成されている。こうして、フロントクランプシリンダ２６を収縮状態にしてフロントサドル本体１７を既設管１上に載置すると、接当片２７が既設管１の頂面に接当されることによりそのフロントサドル本体１７が既設管１に対して位置決めされる。この状態でフロントクランプシリンダ２６を伸張させると、各クランプレバー２０，２１がピン１８，１９周りに回動されてそれらクランプレバー２０，２１先端のフート２４，２５が既設管１の両側面に押し付けられ、既設管１に対してフロントサドル１３が位置決めされることになる。
【００２８】
一方、リヤサドル１４は、図１０に示されているように、リヤサドル本体２８と、このリヤサドル本体２８の下端部に中間部をピン２９，３０にて支持されて回動される略三角形形状の左クランプレバー３１および右クランプレバー３２を備えている。そして、各クランプレバー３１，３２の内端部にはピン３３，３４によってフート（第１の把持部）３５，３６が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー３１，３２の外端部とリヤサドル本体２８上部との間は開閉用油圧シリンダ（リヤクランプシリンダ）３７，３８にて連結され、これらリヤクランプシリンダ３７，３８の伸縮により各フート３５，３６が既設管１に対して接離できるようにされている。また、前記リヤサドル本体２８は、下面側の内面が既設管１の外面に近接する形状に形成され、その左右の下面には既設管１の上面に接当する接当片３９，４０がそれぞれ取着されて構成されている。こうして、各リヤクランプシリンダ３７，３８を収縮状態にしてリヤサドル本体２８を既設管１上に載置すると、接当片３９，４０が既設管１の上面に接当されることによりそのリヤサドル本体２８が既設管１に対して位置決めされる。この状態で各リヤクランプシリンダ３７，３８を伸張させると、各クランプレバー３１，３２がピン２９，３０周りに回動されてそれらクランプレバー３１，３２先端のフート３５，３６が既設管１の左右下部側面に押し付けられて、既設管１に対してリヤサドル１４が位置決めされることになる。
【００２９】
また、前記ミドルサドル１２は、図８、図９に示されているように、ミドルサドル本体４１と、このミドルサドル本体４１に対しボルト締結により固着される左ローラフレーム４２および右ローラフレーム４３を備え、各ローラフレーム４２，４３に、左右のレール１５，１６を上下から挟み込むように複数のローラ４４が装着されて構成されている。そして、各ローラ４４にはそのローラ４４の転動面から側方に突出するように鍔部（フランジ部）４４ａが設けられ、この鍔部４４ａによってローラ４４の転動方向（前後方向）および左右方向のガイド機能を持たせるように構成されている。こうして、各ローラ４４がレール１５，１６に沿って転動することで、このローラ４４の鍔部４４ａがレール１５，１６の側面に接触して案内され、ミドルサドル１２が本体フレーム１１に対して前後方向に相対移動される。
【００３０】
図４、図５に示されるように、前記ローラフレーム４２，４３の前部および後部には、前記ミドルサドル１２が本体フレーム１１に対して相対移動する際に、レール１５，１６上に堆積した異物を除去するスクレーパ４２Ａ，４３Ａが取り付けられている。このスクレーパ４２Ａ，４３Ａは、上部が前記ローラフレーム４２，４３の端面にボルト締結されるとともに、下部がそのローラフレーム４２，４３の外方へ向けて側面視略くの字状に屈曲形成されてなり、上部のボルト締結部に長孔が形成されることによってその上下位置が調節できるようにされている。なお、このスクレーパ４２Ａ，４３Ａの左右方向の幅はレール１５，１６の幅よりも若干広めにされている。このようなスクレーパ４２Ａ，４３Ａを設けることで、ミドルサドル１２が前後方向に移動する際に、レール１５，１６上に堆積した土等を排除することができ、この堆積物がローラ４４とレール１５，１６との間に噛み込むことによる不具合の発生を未然に防ぐことが可能となる。
【００３１】
図８に示されるように、前記ミドルサドル本体４１の前部には、このミドルサドル本体４１の下端部に中間部をピン４５，４６にて支持されて回動される略くの字状の左クランプレバー４７および右クランプレバー４８が設けられている。そして、各クランプレバー４７，４８の下端部にはピン４９，５０によってフート（第２の把持部）５１，５２が回動可能に取り付けられ、また各クランプレバー４７，４８の上端部間は開閉用油圧シリンダ（ミドルクランプシリンダ）５３にて連結され、このミドルクランプシリンダ５３の伸縮により各フート５１，５２が既設管１に対して接離できるようにされている。なお、前記フロントサドル１３およびリヤサドル１４が既設管１上に載置された状態では、ミドルサドル本体４１の円弧状の下面は既設管１の外周面には接当せず、その外周面に対して近接した位置にある。こうして、ミドルクランプシリンダ５３を収縮状態から伸張方向に作動させると、各クランプレバー４７，４８がピン４５，４６周りに回動されてそれらクランプレバー４７，４８先端のフート５１，５２が既設管１の左右側面に押し付けられ、ミドルサドル１２が既設管１に固定される。
【００３２】
また、図９に示されるように、前記ミドルサドル本体４１の後部には、このミドルサドル本体４１の下端部に上端部をピン５４，５５にて支持されて回動されるカッタ装置（回転カッタ）５６，５７が設けられている。そして、各カッタ装置５６，５７の上端部とミドルサドル本体４１とは開閉用油圧シリンダ（カッタ開閉シリンダ）５８，５９にて連結され、各カッタ装置５６，５７は各カッタ開閉シリンダ５８，５９の伸縮により、ピン５４，５５周りに回動されるようになっている。
【００３３】
各カッタ装置５６，５７は、油圧モータ（カッタモータ）６０を内蔵する円筒状の支持ハウジング（カッタブラケット）５６ａ，５７ａと、この支持ハウジング５６ａ，５７ａの下端部に装着され、前記カッタモータ６０の出力軸６０ａに駆動伝達機構を介して連結されて回転駆動されるカッタドラム６１，６２を備えて構成されている。また、前記各カッタ装置５６，５７の既設管１に面する側には管保護部材６３，６４が配されており、カッタ開閉シリンダ５８，５９の伸張時にそれら管保護部材６３，６４が既設管１の外周面に近接する位置（もしくは当接する位置）まで移動するようにされている。ここで、これら管保護部材６３，６４は、図１１に示されるように、前記支持ハウジング５６ａ，５７ａの後面に一体に設けられて内方へ向けて張り出す平面視略Ｌ字形のアーム部６３ａ，６４ａと、このアーム部６３ａ，６４ａの先端に取着されて既設管１の外表面に沿う曲面形状の管保護片６３ｂ，６４ｂとにより構成されている。これら管保護部材６３，６４は、カッタドラム６１，６２が予期せぬ外力によって突き上げられた場合、もしくはクランプレバー２０，２１；３１，３２による既設管１の把持力の弛みが生じた場合等に、その管保護片６３ｂ，６４ｂが既設管１の外表面に接当することによって、カッタドラム６１，６２が既設管１に直接接当するのを防止する役目をする。こうして、掘削作業時に既設管１が不用意に損傷するのを防止するようにされている。
【００３４】
前記カッタドラム６１，６２は、外周面に超硬合金よりなる多数個のカッタビットが螺旋状に配されてなり、そのカッタビット先端の包絡面形状が中央部を外方へ向けて突出させた形状にされている。より具体的には、カッタドラム６１，６２の軸心に沿う方向でそのカッタドラム６１，６２の上端縁から全長の約１／３の距離に至るまでは次第に大径になるようにされ、この最大径の位置からカッタドラム６１，６２の下端部に至るまでは次第に小径になるようにされている。また、前記最大径位置より上方側の径の縮小率が下方側の径の縮小率より大きくなるようにされている。さらに、このカッタビット先端の包絡面形状は、カッタ開閉シリンダ５８，５９の伸張時に、言い換えればカッタ装置５６，５７の作動時に、カッタドラム６１，６２の中央部より上方部分の包絡面ｐが既設管１の外周面に沿うとともに、この中央部より下方部分の包絡面ｑが対向するカッタドラムの包絡面ｑに近接するようにその形状が設定されている。こうすることで、既設管１の下方の土砂を掘り残しなく効果的に掘削することが可能である。
【００３５】
また、図４、図５および図１０に示されているように、前記リヤサドル本体２８の左右下部位置には、筒状部材６５，６６が前部を開放するようにして配され、この筒状部材６５，６６の底部（後端部）と前記ミドルサドル本体４１の後端部との間には推進用油圧シリンダ６７，６８がそのロッド６７ａ，６８ａを後方側にして配されている。こうして、推進用油圧シリンダ６７，６８を伸張させると、リヤサドル１４とミドルサドル１２との相互間の距離が離れ、推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させると、それら両者の相互間の距離が接近する。なお、前記筒状部材６３，６４は、推進用油圧シリンダ６５，６６のストロークを確保する役目をするとともに、それら推進用油圧シリンダ６５，６６のロッド６５ａ，６６ａの外面を覆う役目をする。
【００３６】
図１２、図１３には、管下掘削装置４に搭載された各アクチュエータである、ミドルクランプシリンダ５３、フロントクランプシリンダ２６、リヤクランプシリンダ３７，３８、推進用油圧シリンダ６７，６８、カッタ開閉シリンダ５８，５９、カッタドラム６１，６２を回転させるカッタモータ６０のほか、油圧ショベル３に搭載されてその油圧ショベル３の上部旋回体を下部走行体に対して旋回させる旋回モータ７０および油圧ショベル３の下部走行体を走行させる右走行モータ９０および左走行モータ９１の作動を制御する制御回路構成図が示されている。
【００３７】
図１２に示されるように、前記各シリンダ５３；２６；３７，３８；６７，６８；５８，５９およびカッタモータ６０，旋回モータ７０は、油圧ショベル３に搭載される油圧ポンプ７１より供給される圧油がそれぞれ、電磁式のミドルクランプシリンダ５３用のクランプ切換え主操作弁（Ｍクランプ主操作弁）７２、フロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８用のクランプ切換え主操作弁（ＦＲクランプ主操作弁）７３、推進シリンダ主操作弁７４、カッタ開閉主操作弁７５、カッタモータ主操作弁７６および旋回モータ主操作弁７７を介して供給されることで、その作動が制御される。そして、各主操作弁７２〜７７はコントローラ７８からの制御信号によってその開閉動作が制御される。
【００３８】
また、前記旋回モータ７０には旋回軸ブレーキ７９が付設されるとともに、この旋回軸ブレーキ７９に対してブレーキ開放油圧を差し向ける電磁式のブレーキ操作弁８０が設けられ、コントローラ７８からの制御信号によってそのブレーキ操作弁８０が操作されたときに旋回軸ブレーキ７９が開放されるように構成されている。
【００３９】
また、図１３に示されるように、右走行モータ９０および左走行モータ９１は、前記油圧ポンプ７１より供給される圧油がそれぞれ、右走行主操作弁９２および左走行主操作弁９３を介して供給されることで、その回転が制御される。また、前記右走行主操作弁９２の各操作部９２ａ，９２ｂには、右走行ペダル用のパイロット弁９４および右走行可変電磁弁９５からのパイロット圧がそれぞれ各チェック弁９８，９９；１００，１０１を介して選択的に供給され、前記左走行主操作弁９３の各操作部９３ａ，９３ｂには、左走行ペダル用のパイロット弁９６および右走行可変電磁弁９７からのパイロット圧がそれぞれ各チェック弁１０２，１０３；１０４，１０５を介して選択的に供給されるように構成されている。
【００４０】
このように構成されているので、油圧ショベル３の走行をオペレータの手動操作により行う場合には、右走行ペダル９４ａおよび／または左走行ペダル９６ａを足踏み操作して、パイロットポンプ１０６からの圧油を各パイロット弁９４，９６およびチェック弁９８，９９；１０２，１０３を介して右走行主操作弁９２の各操作部９２ａ，９２ｂおよび／または左走行主操作弁９３の各操作部９３ａ，９３ｂに供給することで、右走行モータ９０および／または左走行モータ９１の正逆回転が制御されて油圧ショベル３は前進、後進および左右操向を行う。一方、油圧ショベル３を自動走行させる場合には、コントローラ７８からの制御信号によって右走行可変電磁弁９５および／または右走行可変電磁弁９７を作動させてパイロットポンプ１０６からの圧油をそれら右走行可変電磁弁９５および／または右走行可変電磁弁９７およびチェック弁１００，１０１；１０４，１０５を介して右走行主操作弁９２の各操作部９２ａ，９２ｂおよび／または左走行主操作弁９３の各操作部９３ａ，９３ｂに供給することで、右走行モータ９０および／または左走行モータ９１の正逆回転が制御されて油圧ショベル３は前進、後進および左右操向を行う。
【００４１】
前記各主操作弁７２〜７７、ブレーキ操作弁８０および走行可変電磁弁９５，９７を制御するために、前記コントローラ７８には、旋回ロックスイッチ８１からの旋回モータ７０の旋回ロックＯＮ指示信号、設置・作業切換えスイッチ８２からの設置モードもしくは作業モードの切換え指示信号、クランプ開閉切換えスイッチ８３からのＦＲクランプ閉じ（Ｍクランプ開き）、Ｍクランプ閉じ（ＦＲクランプ開き）およびクランプ切換え停止のいずれかのクランプ開閉指示信号、カッタ開閉スイッチ８４からのカッタ装置５６，５７の開き、閉じもしくは停止指示信号、電気レバーよりなる推進レバー８５のレバー位置を表わす推進レバー位置指示信号、カッタモータ回転切換えスイッチ８６からのカッタモータ６０の正転、停止もしくは逆転指示信号が入力される。また、このコントローラ７８には、カッタ装置５６，５７が閉位置（作業位置）にセットされたことを検知するカッタ閉じ近接スイッチ８７からのカッタ閉じ信号、ミドルクランプシリンダ５３のボトム圧を検知する圧力センサ８８からのクランプ完了信号およびフロントクランプシリンダ２６、リヤクランプシリンダ３７，３８のボトム圧を検知する圧力センサ８９からのクランプ完了信号、更にはミドルサドル１２がフロントサドル１３に最接近したことを検知する近接スイッチ１０６からの推進用油圧シリンダ６７，６８の収縮信号およびミドルサドル１２がリヤサドル１４に最接近したことを検知する近接スイッチ１０７からの推進用油圧シリンダ６７，６８の伸張信号も入力される。さらに、前記コントローラ７８には、当該管下掘削装置４および油圧ショベル３の自動操縦モードを選択する自動操縦スイッチ１０８からの自動操縦モード選択信号も入力される。ここで、前記カッタ閉じ近接スイッチ８７は、図６に示されるように、各カッタ装置５６，５７が閉じ位置に回動されたときに接当するストッパ内に埋設されている。また、推進用油圧シリンダ６７，６８の最収縮状態および最伸張状態をそれぞれ検出する各近接スイッチ１０６，１０７は、図５に示されるように、ミドルサドル１２の前端面および後端面にそれぞれ取り付けられている。
【００４２】
前記自動操縦スイッチ１０８が押圧された自動操縦モード時には、コントローラ７８からは、管下掘削装置４に対して、ＦＲクランプ閉じ（Ｍクランプ開き）信号、Ｍクランプ閉じ（ＦＲクランプ開き）信号、推進用油圧シリンダ伸張信号、推進用油圧シリンダ収縮信号、カッタモータ回転（正転および逆転）信号がそれぞれ出力され、また油圧ショベル３に対して、右走行前進信号、右走行後進信号、左走行前進信号、左走行後進信号がそれぞれ出力される。
【００４３】
次に、この管下掘削装置４による掘削作業を自動操縦モードにて行う場合の動作について、図１４に示されるフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図１４においてＡ１〜Ａ２６は各ステップを示す。
【００４４】
まず、作業に先立って、油圧ショベル３のアーム３ａの先端にフック７を取り付け、このフック７にワイヤロープ８を介して管下掘削装置４を吊り下げて既設管１上へ設置する。このとき、設置・作業切換えスイッチ８２は設置モード側に操作されており、コントローラ７８からの制御信号によってＭクランプ主操作弁７２が作動されて油圧ポンプ７１からの圧油はミドルクランプシリンダ５３のヘッド側油室に供給されてそのミドルクランプシリンダ５３が収縮方向に作動され、かつＦＲクランプ主操作弁７３が作動されて油圧ポンプ７１からの圧油はフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８の各ヘッド側油室に供給されてそれらフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８が収縮方向に作動され、これによりフロントサドル１３のフート２４，２５、リヤサドル１４のフート３５，３６およびミドルサドル１２のフート５１，５２は開いた状態にある。また、カッタ開閉スイッチ８４の操作によりカッタ開閉主操作弁７５を介してカッタ開閉シリンダ５８，５９が作動されてカッタ装置５６，５７は開いた状態にある。さらに、推進レバー８５の操作により推進シリンダ主操作弁７４を介して推進用油圧シリンダ６７，６８は収縮した状態（図５の二点鎖線参照）にある。また、前記旋回モータ７０の旋回軸ブレーキ７９は旋回ロック位置にある。なお、この設置作業に先立って予め管下掘削装置４をセットする部分の管下部の土砂は排除されている。
【００４５】
Ａ１〜Ａ４：管下掘削装置４を既設管１上に設置した後、自動操縦スイッチ１０８がＯＮ操作される（Ａ１）と、次に旋回ロックスイッチ８１からの旋回モータ７０の旋回ロックＯＮ指示信号が入力されていて旋回モータ７０が旋回ロック状態にあるか否かを判定し（Ａ２）、続いて設置・作業切換えスイッチ８２からの切換え指示信号により管下掘削装置４が作業モードにあるか否かを判定し（Ａ３）、さらにカッタ開閉切換えスイッチ８４からの切換え指示信号によりカッタ装置５６，５７が閉じ位置にあるか否かを判定する（Ａ４）。そして、これら各判定条件を全て満たしている場合に自動操縦モードに入る。なお、これら各判定条件のいずれかを満たしていない場合にはフローを終了してスタートに戻る。
【００４６】
Ａ５：自動操縦モードに入ると、まず推進レバー８５のレバー位置指示信号が前進位置、後進位置もしくは中立位置のいずれにあるかを判定し、前進位置にあるときには次のステップＡ６へ進み、後進位置にあるときにはステップＡ１７へ進み、中立位置にあるときにはフローを終了し（スタートに戻り）、前進位置もしく後進位置のいずれかのレバー位置指示信号が出されるまで待機する。
【００４７】
Ａ６〜Ａ７：レバー位置指示信号が前進位置である場合には、カッタモータ主操作弁７６に制御信号を送ってカッタモータ６０を正転方向に駆動するとともに、ＦＲクランプ主操作弁７３に制御信号を送ってフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８を伸張させ、各フート２４，２５；３５，３６を既設管１の外面に押し付け、フロントサドル１３、リヤサドル１４、左レール１５および右レール１６よりなる本体フレーム１１を既設管１に固定する。また、Ｍクランプ主操作弁７２に制御信号を送ってミドルサドル１２のフート５１，５２を開いた状態に維持する。
【００４８】
Ａ８〜Ａ１０：圧力センサ８９からの入力信号によりフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８のボトム圧を検出し、この検出されるボトム圧が規定範囲内にあるか否か、言い換えれば各フート２４，２５；３５，３６による既設管１のクランプ動作が完了する所定の圧力以上にあるか否かを判定し、所定の圧力以上となっている場合には推進シリンダ主操作弁７４に制御信号を送って推進用油圧シリンダ６７，６８を伸張させる。こうして、ミドルサドル１２は左右のレール１５，１６に沿って案内されて既設管１に対して回転することなく推進されていき、掘削作業が進められていく。なお、カッタドラム６１，６２の回転により掘削された土は、カッタドラム６１，６２の支持軸に略直交する方向である外側の斜め下方に排出される。一方、ステップＡ９の判定において、ボトム圧が規定範囲に達していないときには、ステップＡ７へ戻る。
【００４９】
Ａ１１〜Ａ１２：近接スイッチ１０６からの信号により、推進用油圧シリンダ６７，６８が伸びきってミドルサドル１２が所定位置まで前進したか否かを判定する。そして、ミドルサドル１２が所定位置まで前進したときには、Ｍクランプ主操作弁７２に制御信号を送ってミドルクランプシリンダ５３を伸張させ、各フート５１，５２を既設管１の外面に押し付けるとともに、ＦＲクランプ主操作弁７３に制御信号を送ってフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８を収縮させ、既設管１を把持していた各フート２４，２５；３５，３６を開作動させる。
【００５０】
Ａ１３〜Ａ１５：圧力センサ８８からの入力信号によりミドルクランプシリンダ５３のボトム圧を検出し、この検出されるボトム圧が規定範囲内にあるか否か、言い換えれば各フート５１，５２による既設管１のクランプ動作が完了する所定の圧力以上にあるか否かを判定し、所定の圧力以上となっている場合には推進シリンダ主操作弁７４に制御信号を送って推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させる。こうして、ミドルサドル１２に対して本体フレーム１１が前方へ引き寄せられる。一方、ステップＡ１４の判定において、ボトム圧が規定範囲に達していないときには、ステップＡ１２へ戻る。
【００５１】
Ａ１６：近接スイッチ１０７からの信号により、推進用油圧シリンダ６７，６８が縮みきって本体フレーム１１が所定位置まで引き寄せられたか否かを判定する。こうして、推進用油圧シリンダ６７，６８がストロークエンドまで収縮すると、再度ステップＡ７へ戻ってそのステップＡ７以降のステップを繰り返し行うことによって掘削作業を順次行っていく。なお、この掘削作業中ワイヤロープ９を緩めておくことにより作業が妨げられることはない。また、油圧ショベル３は掘削作業の進展に合わせて走行させていく。この油圧ショベル３の走行を自動操縦にて行う場合には、例えば管下掘削装置４が３ストローク分の掘削作業を行った後に、右走行可変電磁弁９５および左走行可変電磁弁９７に制御信号を送って右走行モータ９０および左走行モータ９１の回転を制御して所定距離だけ油圧ショベル３を走行させるといった制御プログラムを予めコントローラ７８内に設定しておくのが好適である。
【００５２】
Ａ１７：一方、ステップＡ５の判定において、レバー位置指示信号が後進位置である場合には、カッタモータ６０は停止させたまま、ＦＲクランプ主操作弁７３に制御信号を送ってフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８を伸張させ、各フート２４，２５；３５，３６を既設管１の外面に押し付けるとともに、Ｍクランプ主操作弁７２に制御信号を送ってミドルサドル１２のフート５１，５２を開いた状態に維持する。
【００５３】
Ａ１８〜Ａ２０：圧力センサ８９からの入力信号によりフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８のボトム圧を検出し、この検出されるボトム圧が規定範囲内にあるか否かを判定し、規定範囲内にある場合には推進シリンダ主操作弁７４に制御信号を送って推進用油圧シリンダ６７，６８を収縮させる。こうして、ミドルサドル１２は左右のレール１５，１６に沿って案内されて後進方向へ推進されていく。一方、ステップＡ１９の判定において、ボトム圧が規定範囲に達していないときには、ステップＡ１７へ戻る。
【００５４】
Ａ２１〜Ａ２２：近接スイッチ１０７からの信号により、推進用油圧シリンダ６７，６８が縮みきってミドルサドル１２が所定位置まで後進したか否かを判定する。そして、ミドルサドル１２が所定位置まで後進したときには、Ｍクランプ主操作弁７２に制御信号を送ってミドルクランプシリンダ５３を伸張させ、各フート５１，５２を既設管１の外面に押し付けるとともに、ＦＲクランプ主操作弁７３に制御信号を送ってフロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８を収縮させ、既設管１を把持していた各フート２４，２５；３５，３６を開作動させる。
【００５５】
Ａ２３〜Ａ２５：圧力センサ８８からの入力信号によりミドルクランプシリンダ５３のボトム圧を検出し、この検出されるボトム圧が規定範囲内にあるか否かを判定し、規定範囲内にある場合には推進シリンダ主操作弁７４に制御信号を送って推進用油圧シリンダ６７，６８を伸張させる。こうして、ミドルサドル１２に対して本体フレーム１１が後方へ引き寄せられる。一方、ステップＡ２４の判定において、ボトム圧が規定範囲に達していないときには、ステップＡ２２へ戻る。
【００５６】
Ａ２６：近接スイッチ１０８からの信号により、推進用油圧シリンダ６７，６８が伸びきって本体フレーム１１が所定位置まで引き寄せられたか否かを判定する。こうして、推進用油圧シリンダ６７，６８がストロークエンドまで伸張すると、再度ステップＡ１７へ戻ってそのステップＡ１７以降のステップを繰り返し行う。なお、この場合にも、油圧ショベル３の走行を自動操縦にて行う際には、右走行可変電磁弁９５および左走行可変電磁弁９７を介して右走行モータ９０および左走行モータ９１の回転を制御する。
【００５７】
前記制御回路においては、旋回ロックスイッチ８１が旋回ロック側にあるとき、設置・作業切換えスイッチ８２が作業側にあるとき、カッタ閉じ近接スイッチ８７がカッタの閉作動状態を検知したとき、圧力センサ８９がクランプ完了信号を検知したとき、圧力センサ８８がクランプ完了信号を検知したときには、油圧ショベル３の運転室に配されたモニタ装置１０９（図１５参照）にその電気信号が送信されるようになっている。このモニタ装置１０９は、旋回ロック時に点灯する旋回ロック表示灯１１０と、管下掘削装置４の作業時に点灯する設置・作業表示灯１１１と、カッタ閉じ時に点灯するカッタ閉じ表示灯１１２と、フロントクランプシリンダ２６およびリヤクランプシリンダ３７，３８による本体フレーム１１のクランプ時に点灯するＦＲクランプ表示灯１１３と、ミドルクランプシリンダ５３によるミドルサドル１２のクランプ時に点灯するＭクランプ表示灯１１４を備えている。また、このモニタ装置１０９は、自動操縦スイッチ１０８からの自動操縦モード選択信号に基づく自動操縦モードかマニュアル操縦モードかの別を表示するとともに、推進レバー８５の推進レバー位置指示信号に基づく推進・停止・後進の別を表示する表示灯１１５と、自動操縦モード時においてＦＲクランプ・Ｍクランプの状態（ＦＲクランプ開・Ｍクランプ閉もしくはＦＲクランプ閉・Ｍクランプ開）および推進シリンダの状態（伸張もしくは収縮）を表示する表示灯１１６を備えている。
【００５８】
このように構成されているので、油圧ショベル３の運転室にいるオペレータは、モニタ装置１０９の表示を見るだけで、掘削作業中の管下掘削装置４の各機器の動作状態を容易にかつ明確に把握することができる。したがって、掘削作業の作業効率を向上させることができるとともに、機械トラブルが発生した場合にも迅速に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る管下掘削装置を作業前または取り外し後の状態で示す背面図である。
【図２】図２は、管下掘削装置を作業状態で示す背面図である。
【図３】図３（ａ）は、図１の側面図、図３（ｂ）は図２の側面図である。
【図４】図４は、管下掘削装置の平面図である。
【図５】図５は、管下掘削装置の側面図である。
【図６】図６は、管下掘削装置の正面図である。
【図７】図７は、図５のＺ矢視図である。
【図８】図８は、図５のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図１０は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図１１は、図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１２】図１２は、本実施形態の制御回路構成図（１）である。
【図１３】図１３は、本実施形態の制御回路構成図（２）である。
【図１４】図１４は、管下掘削装置の自動操縦装置の制御フローを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、モニタ装置の正面図である。
【符号の説明】
１                      既設管（埋設管）
２                      地表
３                      油圧ショベル
４                      管下掘削装置
１１                    本体フレーム
１２                    ミドルサドル（カッタ支持フレーム）
１３                    フロントサドル
１４                    リヤサドル
２４，２５，３５，３６  フート（第１の把持部）
２６                    フロントクランプシリンダ（クランプ用油圧シリンダ）
３７，３８              リヤクランプシリンダ（クランプ用油圧シリンダ）
５１，５２              フート（第２の把持部）
５３                    ミドルクランプシリンダ（クランプ用油圧シリンダ）
５８，５９              カッタ開閉シリンダ
５６，５７              カッタ装置（回転カッタ）
６０                    油圧モータ（カッタモータ）
６１，６２              カッタドラム
６７，６８              推進用油圧シリンダ
７０                    旋回モータ
７８                    コントローラ（掘進制御手段）
８１                    旋回ロックスイッチ
８２                    設置・作業切換えスイッチ
８３                    クランプ開閉切換えスイッチ
８４                    カッタ開閉スイッチ
８６                    カッタモータ回転切換えスイッチ
８７                    カッタ閉じ近接スイッチ
８８，８９              圧力センサ
９０                    右走行モータ
９１                    左走行モータ
１０６，１０７          近接スイッチ
１０８                  自動操縦スイッチ
１０９                  モニタ装置
【図１】
2004150233.tif 000003
【図２】
2004150233.tif 000004
【図３】
2004150233.tif 000005
【図４】
2004150233.tif 000006
【図５】
2004150233.tif 000007
【図６】
2004150233.tif 000008
【図７】
2004150233.tif 000009
【図８】
2004150233.tif 000010
【図９】
2004150233.tif 000011
【図１０】
2004150233.tif 000012
【図１１】
2004150233.tif 000013
【図１２】
2004150233.tif 000014
【図１３】
2004150233.tif 000015
【図１４】
2004150233.tif 000016
【図１５】
2004150233.tif 000017