(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設されるガイドロッドと、
該ガイドロッドに沿って昇降自在に装着される掘削機とを備えた掘削作業機において、
前記掘削機を構成する上装置、下装置と、
前記ガイドロッドに対して前記上装置、下装置をそれぞれロックするロック装置と、
前記上装置と前記下装置との間に設けられ、両者間の相対的移動を行う油圧シリンダと、
前記油圧シリンダの伸縮状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段からの出力信号、および前記油圧シリンダの伸縮を指示する操作手段からの出力信号を取り込み、これらの出力信号に基づき前記ロック装置および前記油圧シリンダを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記ロック装置を解除する前に、前記油圧シリンダにおける前記ロック装置を解除する側の油室に圧油を供給するように制御することを特徴とする掘削作業機の昇降装置。
【請求項２】
地中に埋設されるガイドロッドに沿って昇降自在に装着される掘削機を備えた掘削作業機の昇降制御方法において、
前記掘削機を上装置と下装置とに分割して両者を昇降用の油圧シリンダにより連結すると共に、前記上装置、下装置をそれぞれロック装置により前記ガイドロッドに固定しておき、
前記上装置、下装置のいずれか一方のロック装置のロック解除の前に、前記油圧シリンダのロック解除される側の油室に圧油を供給し、
その後前記上装置または前記下装置の相対的移動のために前記油圧シリンダのロック解除側またはその反対側の油室への圧油の供給を行うことを特徴とする掘削作業機の昇降制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的孔径が大きく、深度の大きい立孔等を掘削するため、地中に埋設されるガイドロッドに沿って昇降自在に掘削機を装着した掘削作業機の昇降装置とその昇降制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００-８７６３号公報には、地中にガイドロッドを埋設し、ガイドロッドに沿って掘削機を降下させながら、ガイドロッドの周囲を掘削し、掘削した立孔の壁面に沿ってライナープレートを固定して孔壁の崩壊を防ぎながら立孔を構築していく掘削作業機（深礎掘削機）が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この掘削作業機においては、掘削機は、地上の孔上に設置した櫓から吊り下げられるワイヤロープによって支持され、掘削機は、チャック装置によりガイドロッドに固定されている。掘削機を移動する場合は、チャック装置による固定を解き、ワイヤロープを繰り出し、掘削機が所定量降下したら、再度チャック装置により掘削機をガイドロッドに固定するという方法がとられている。
【０００４】
しかしこの従来の昇降装置においては、掘削機を降下させるとき、掘削機はガイドロッドとの連結状態が解かれるので、掘削機は、ワイヤロープのみによって支持される不安定な状態となり、また、掘削機の落下を防止するために、別途ロープで吊持する等の安全策を講じる必要がある。また、掘削機の移動はワイヤロープの繰り出し、繰り込みによって行なわれるので、掘削機を支持しうる強固な櫓等の設備を地上に設ける必要があり、地上に場所を確保する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑み、掘削機を安定した状態で支持することができ、かつ掘削機指示のための櫓として強固で広い場所を要することなくコンパクトに構成できる掘削作業機の昇降装置と、その昇降装置の好適な昇降制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の掘削作業機の昇降装置は、地中に埋設されるガイドロッドと、
該ガイドロッドに沿って昇降自在に装着される掘削機とを備えた掘削作業機において、
前記掘削機を構成する上装置、下装置と、
前記ガイドロッドに対し前記上装置、下装置をそれぞれロックするロック装置と、
前記上装置と前記下装置との間に設けられ、両者間の相対的移動を行う油圧シリンダと、
前記油圧シリンダの伸縮状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段からの出力信号、および前記油圧シリンダの伸縮を指示する操作手段からの出力信号を取り込み、これらの出力信号に基づき前記ロック装置および前記油圧シリンダを制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記ロック装置を解除する前に、前記油圧シリンダにおける前記ロック装置を解除する側の油室に圧油を供給するように制御することを特徴とする。
【０００７】
このように、掘削機をロック装置によってガイドロッドに固定するので、掘削機がガイドロッドに安定して支持される。また、掘削機を上装置と下装置に分け、各装置間に油圧シリンダを設けると、上装置と下装置をロックした状態から一方のロックを解除して油圧シリンダにより一方の装置を下降または上昇させ、再びロックするという動作を繰り返すことにより、掘削機をガイドロッドに沿って昇降させることができる。したがって昇降のためのワイヤロープは不要となり、強固で大型の櫓が不要となり、コンパクトな構成が実現できる。また、昇降駆動装置として油圧シリンダを用い、上装置と下装置のいずれかロック解除の前に、ロック解除の際に荷重による油圧が生じる側の油室に予め圧油を供給しておくため、ロック解除の際に荷重によって瞬間的にロック解除された側の装置が荷重によって降下する不具合が防止され、安定した昇降動作が可能となる。
【０００８】
請求項２の掘削作業機の昇降制御方法は、地中に埋設されるガイドロッドに沿って昇降自在に装着される掘削機を備えた掘削作業機の昇降制御方法において、
前記掘削機を上装置と下装置とに分割して両者を昇降用の油圧シリンダにより連結すると共に、前記上装置、下装置をそれぞれロック装置により前記ガイドロッドに固定しておき、
前記上装置、下装置のいずれか一方のロック装置のロック解除の前に、前記油圧シリンダのロック解除される側の油室に圧油を供給し、
その後前記上装置または前記下装置の相対的移動のために前記油圧シリンダのロック解除側またはその反対側の油室への圧油の供給を行うことを特徴とする。
【０００９】
このように、昇降駆動装置として油圧シリンダを用い、上装置と下装置のいずれかロック解除の前に、ロック解除の際に荷重による油圧が生じる側の油室に予め圧油を供給しておけば、ロック解除の際に荷重によって瞬間的にロック解除された側の装置が荷重によって降下する不具合が防止され、安定した昇降動作が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による掘削作業機の一実施の形態を示す正面図、図２はその側面図である。図１、図２において、１は地中に埋設されるガイドロッドであって、図示しない施工機により地中に埋設されるものであり、特開昭６３-３１２４９７号または特開平３-１１９２８４号公報等に開示されたダウンザホールドリル等によって設置される。
【００１１】
２はガイドロッド１に沿って昇降自在に装着される掘削機であり、該掘削機２は、上装置３と下装置４に分割される。図示の状態は上装置３と下装置４との間が最も狭い間隙Ｇをもって対峙している状態を示す。上装置３は、地上から垂下されるケーブル５を巻くケーブルリール６を有し、ケーブル５を介して給電されるモータを原動機とする油圧パワーユニット７や後述のコントローラ３７等を搭載する。
【００１２】
上装置３にはまた、油圧シリンダにより四方に突没自在にアウトリガー８を有する。該アウトリガー８は、伸長により掘削された立孔９の内壁に設置されるライナープレート１０に先端を圧接させることにより、ガイドロッド１や掘削機２が半径方向に振れないように保持する。
【００１３】
上装置３には、１８０度対向する位置にそれぞれロック装置１１を設ける。該ロック装置１１は、図３（Ａ）に示すように、上装置３のフレーム３ａに設けられたロック装置フレーム１２に油圧シリンダ１３と該油圧シリンダ１３の伸縮によりガイドロッド１に対して突没されるロックピン１４とを有し、油圧シリンダ１３を伸長してロックピン１４をガイドロッド１に一定ピッチで設けたロック孔１５の一つに挿入することにより、上装置３がガイドロッド１にロックされる。
【００１４】
上装置３にはチャック装置１６を有する。図３（Ｂ）に示すように、チャック装置１６は、上装置３のフレーム３ａに設けられたチャック装置フレーム１７に油圧シリンダ１９と該油圧シリンダ１９の伸縮によりガイドロッド１の外周面に対して突没されるパッド２０を有する。該チャック装置１６は、油圧シリンダ１９を伸長させてパッド２０をガイドロッド１の外周面に圧接することにより、上装置３とガイドロッド１との間のがたを無くすものである。
【００１５】
２１は上装置３と下装置４との間の相対的移動を行う昇降駆動装置として設けられた油圧シリンダである。下装置４は、上部の非旋回部４ａと、旋回モータ２２を有する旋回装置２３を介して非旋回部４ａに旋回自在に結合された旋回部４ｂとからなる。非旋回部４ａには、図３（Ａ）に示したロック装置１１と同様の構成の、ロックピン３４を油圧シリンダ３３により突没するロック装置２４を有し、かつ図３（Ｂ）に示すものと同様の構成のチャック装置２５を有する。
【００１６】
下装置４の旋回部４ｂには、多関節フロントを有する掘削機本体２６とその運転を行う操作装置２７とを備える。２８は掘削機のオペレータを示す。掘削機本体２６としては、立孔９中の土砂を掘削する図示のようなバケット２９を有するもの以外に、岩盤掘削などを行うものも備えているが、図示を省略している。また、上装置３は、地上から垂下された命綱的なワイヤロープが接続されるが、図示を省略している。また、掘削により生じた土砂は図示しないバケット等を用いて地上に排出する。
【００１７】
旋回部４ｂの下部には、昇降駆動装置として設けられた油圧シリンダ２１が損傷した場合における自由落下を防止するためのチャック装置３０が設けられる。該チャック装置３０は、油圧シリンダ３０ａによりガイドロッド１の周囲に圧接されるパッド３０ｂを有するものである。
【００１８】
図３（Ｃ）は前記昇降駆動装置としての油圧シリンダ２１の油圧回路であり、前記油圧パワーユニット７に備える油圧ポンプ３２から吐出される作動油の流路をコントロール弁３３により切換えて油圧シリンダ２１のヘッド室ａまたはロッド室ｂに供給することにより、油圧シリンダ２１が伸長側、収縮側に作動する。
【００１９】
この装置において、掘削機２を降下させる場合は、図４（Ａ）に示すように、油圧シリンダ２１が収縮し、上装置３と下装置４とが近接しかつ双方をロックした状態から、下装置４のロック装置２４のロックピン３４を矢印ｃに示すように外し、油圧シリンダ２１を伸長させ、前記ガイドロッド１のロック孔１５のピッチに相当するストロークをリミットスイッチ等のストロークセンサ（図示せず）により検知したら油圧シリンダ２１の伸長を停止させ、その後ロック装置２４の油圧シリンダを伸長させて図４（Ｂ）に示すように下装置４のロック装置２４のロックピン３４を矢印ｄに示すようにロック孔１５に挿入する。
【００２０】
次に図４（Ｂ）に示すように上装置３のロックピン１４を矢印ｅのように抜き、油圧シリンダ２１を所定ストローク収縮させて上装置３を下降させ、図４（Ａ）のように上装置のロックピン１４を矢印ｆのようにロック孔１５に挿入して上装置３をロックする。このような作業を繰り返して掘削機２を下降させる。
【００２１】
反対に掘削機２を上昇させる場合は、図４（Ｃ）に示すように油圧シリンダ２１が収縮している状態から上装置３のロックピン１４を矢印ｇに示すように抜き、油圧シリンダ２１を伸長させて上装置３を所定ストローク押し上げ、図４（Ｄ）に示すように、上装置３のロックピン１４を矢印ｈのようにロック孔１５に挿入する。次に下装置４のロックピン３４を図４（Ｄ）の矢印ｉに示すように外し、油圧シリンダ２１を所定ストローク収縮させ、図４（Ｃ）の矢印ｊに示すように下装置４のロックピン３４をロック孔１５に挿入するという作業を繰り返して掘削機２を上昇させる。なお、上記の昇降動作を行う場合は少なくとも昇降させる側のチャック装置１６、２５、３０はチャックを解除しておく。
【００２２】
このように、ロック装置１１、２４によるロック並びにロック解除と油圧シリンダ２１の伸縮とによって掘削機２を昇降させる構成とすることにより、ワイヤロープに比較して掘削機２が安定して支持される。また、昇降のためのワイヤロープや強固な櫓は不要となり、コンパクトな構成が実現できる。
【００２３】
上述のような掘削機２の昇降を行う場合、上装置３または下装置４の荷重により、上装置３のロックピン１４または下装置４のロックピン３４を抜いた瞬間に油圧シリンダ２１が伸長または収縮して上装置３または下装置４が降下するという現象が発生する。この降下現象は、油圧シリンダ２１のヘッド室aまたはロッド室ｂのうち、荷重（負荷）により油圧シリンダ２１が移動させられる方向に油圧シリンダ２１を伸長、収縮させる側の油室に圧油を供給する際に、ロックピン１４または３４を抜いた瞬間、その油室内の負荷保持圧力の低下から油圧シリンダ２１が上装置３または下装置４の荷重が支えられずに急激に降下する現象である。
【００２４】
このようなロック解除に伴う上装置３または下装置４の降下を防止するため、本発明においては、下記のような制御を行う。図５はこの制御を行うための装置の機能ブロック図である。３７は上装置３に設置されるコントローラであり、３８は油圧シリンダ２１の伸縮状態を検出するためのリミットスイッチ等の状態検出手段、３９は油圧シリンダ２１の伸縮のための操作手段であり、下装置４の操作装置２７に設けられる操作レバーもしくは、外部から遠隔操作可能なリモコンなどによって構成される。コントローラ３７はこれらの手段３８、３９の出力信号に基づき、上装置３のロック装置１１や下装置４のロック装置２４によるロックおよびロック解除（油圧シリンダ１３等のコントロール弁の制御）を行うロック制御手段４０と、昇降用油圧シリンダ２１のコントロール弁３３の制御を行う油圧シリンダ２１の制御手段４１に制御信号を送ってロック装置１１、２４や油圧シリンダ２１の制御を行うものである。
【００２５】
このようなコントローラ３７を用い、図６に示す制御を行う。まず油圧シリンダ２１が伸長状態にあるか収縮状態にあるかを、油圧シリンダ２１に付帯するリミットスイッチ等による状態検出手段３８の出力信号を監視し（Ｓ１）、伸長状態であれば、油圧シリンダ２１の操作レバー等の操作手段の操作信号が発生したかを監視する（Ｓ２）。そして操作信号が発生している場合には、操作方向をチェックし（Ｓ３）、上昇方向であれば、図４（Ｄ）の状態であることを意味する。すなわち、油圧シリンダ２１が伸長した状態で下方のロックピン３４を抜くケースであって、ロックピン３４を抜けば下装置４の荷重によりロッド室ｂに荷重によるピストンの降下によって油圧が生じることになる。そこでこの降下を避けるため、ロック解除の前にロッド解除側の油室であるロッド室ｂに圧油を供給して前もって油圧シリンダ２１が縮む方向にコントロール弁３３を下位置に切換える（Ｓ４）。そしてその後ただちに下装置４のロック装置２４のロックピン３４を外す（Ｓ５）が、この時はロッド室ｂの油圧は高まっているため、シリンダの保持圧力は十分確保されてロックピン３４を外しても下装置４が実質的に降下することはない。ロックピン３４を抜いた後、ロッド室ｂに圧油を供給して油圧シリンダ２１を収縮させ（Ｓ６）、収縮側限界を検出するリミットスイッチ等が作動するまで油圧シリンダ２１が収縮する（Ｓ７）と、油圧シリンダ２１のコントロール弁３３を中立位置に戻して油圧シリンダ２１を停止し（Ｓ８）、下装置４のロック装置２４によるロック投入を行い（Ｓ９）、図４（Ｃ）に示す状態とする。
【００２６】
一方、油圧シリンダ２１が伸長した状態から油圧シリンダ２１の操作手段３９が下降方向に操作されている場合（Ｓ２、Ｓ３）には、図４（Ｂ）の状態から上装置３のロックピン１４を抜いて油圧シリンダ２１を縮める必要がある。この場合ロックピン１４を抜いた瞬間に上装置３の荷重が油圧シリンダ２１を縮ませる方向に作用する。そこで、この場合には、ロックピン１４を抜く前にロッド解除側の油室であるヘッド室ａの油圧を上昇させておくため、コントロール弁３３を上位置に切換え、油圧シリンダ２１を伸長方向に付勢しておき（Ｓ１０）、ロックピン１４を抜く（Ｓ１１）。これによりロックピン１４を抜いたときの上装置３の降下を防ぐことができる。その後、コントロール弁３３を下位置に切換え、ロッド室ｂに圧油を供給して油圧シリンダ２１を収縮させる（Ｓ１２）。その後、収縮側限界を検出するリミットスイッチ等が作動するまで油圧シリンダ２１が収縮する（Ｓ１３）と、油圧シリンダ２１のコントロール弁３３を中立位置に戻して油圧シリンダ２１を停止し（Ｓ１４）、上装置３のロック装置１１によるロック投入を行い（Ｓ１５）、図４（Ａ）に示す状態とする。
【００２７】
一方、油圧シリンダ２１が収縮した状態から上昇させる場合は、ステップＳ１６〜Ｓ２３に示す工程を経る。すなわち図４（Ｃ）の状態から上装置３のロックピン１４を抜いて油圧シリンダ２１を伸ばす必要がある。この場合ロックピン１４を抜いた瞬間に上装置３の荷重が油圧シリンダ２１を縮ませる方向に作用する。そこで、この場合には、ロックピン１４を抜く前にロッド解除側の油室であるヘッド室ａの油圧を上昇させておくため、コントロール弁３３を上位置に切換え、油圧シリンダ２１を伸長方向に付勢しておき（Ｓ１８）、ロックピン１４を抜く（Ｓ１９）。これによりロックピン１４を抜いたときの上装置３の降下を防ぐことができる。その後、コントロール弁３３を上位置に切換え、ヘッド室ａに圧油を供給して油圧シリンダ２１を伸長させる（Ｓ２０）。その後、伸長側限界を検出するリミットスイッチ等が作動するまで油圧シリンダ２１が伸長する（Ｓ２１）と、油圧シリンダ２１のコントロール弁３３を中立位置に戻して油圧シリンダ２１を停止し（Ｓ２２）、上装置３のロック装置１１によるロック投入を行い（Ｓ２３）、図４（Ｄ）に示す状態とする。
【００２８】
また、油圧シリンダ２１が収縮した状態から下降させる場合は、ステップＳ１７、Ｓ２４〜Ｓ２９に示す工程を経る。すなわちこの場合は図４（Ａ）において、油圧シリンダ２１が収縮した状態で下方のロックピン３４を抜くケースであって、ロックピン３４を抜けば下装置４の荷重によりロッド室ｂに荷重によるピストンの降下によって油圧が生じることになる。そこでこの降下を避けるため、ロック解除の前にロッド解除側の油室であるロッド室ｂに圧油を供給して前もって油圧シリンダ２１が縮む方向にコントロール弁３３を下位置に切換える（Ｓ２４）。そしてその後ただちに下装置４のロック装置２４のロックピン３４を外す（Ｓ２５）が、この時はロッド室ｂの油圧は高まっているため、シリンダの保持圧力は十分確保されてロックピン３４を外しても下装置４が実質的に降下することはない。ロックピン３４を抜いた後、ヘッド室ａに圧油を供給して油圧シリンダ２１を伸長させると（Ｓ２６）、伸長側限界を検出するリミットスイッチ等が作動するまで油圧シリンダ２１を伸長させる（Ｓ２７）と、油圧シリンダ２１のコントロール弁３３を中立位置に戻して油圧シリンダ２１を停止し（Ｓ２８）、下装置４のロック装置２４によるロック投入を行い（Ｓ２９）、図４（Ｂ）に示す状態とする。
【００２９】
いずれの場合にも、ロック解除の際に荷重によって瞬間的にロック解除された側の装置が荷重によって降下する不具合が防止され、安定した昇降動作が可能となる。
【００３０】
なお、油圧シリンダ２１のヘッド室ａ、ロッド室ｂの圧力を検出する圧力スイッチ、圧力センサを設け、前述した上装置３、下装置４を昇降する際に、油圧シリンダ２１内の負荷保持圧力を検出するようにして、圧力が十分に作用したことを検出し、それと連動させてロックピン１４、３４の引き抜き、差し込みを行うようにすることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、掘削作業機をロック装置によってガイドロッドに支持させるため、ワイヤロープに比較して安定して支持することができる。また、掘削機支持のためのワイヤロープや大型の櫓が不要になり、掘削作業機をコンパクトに構成することができる。また、ロック解除の際に解除側装置の荷重によって瞬間的にロック解除された側の装置が降下する不具合が防止され、安定した昇降動作が可能となる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、ロック解除の際に解除側装置の荷重によって瞬間的にロック解除された側の装置が降下する不具合が防止され、安定した昇降動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による掘削作業機の一実施の形態を示す正面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】（Ａ）は本実施の形態のロック装置を示す平面断面図、（Ｂ）は同じくチャック装置の平面断面図、（Ｃ）は昇降用油圧シリンダの油圧回路図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は昇降用油圧シリンダのロック装置と油圧シリンダの動作を説明する図である。
【図５】本発明による掘削作業機の昇降制御方法を実施する装置構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】本発明による掘削作業機の昇降制御方法の一実施の形態を示す流れ図である。
【符号の説明】
１：ガイドロッド、２：掘削作業機、３：上装置、４：下装置、５：ケーブル、６：ケーブルリール、７：油圧パワーユニット、８：アウトリガー、９：立孔、１０：ライナープレート、１１、２４：ロック装置、１２：ロック装置フレーム、１３：油圧シリンダ、１４、３４：ロックピン、１５：ロック孔、１６、２５：チャック装置、１７：チャック装置フレーム、１９：油圧シリンダ、２０：パッド、２１：昇降用油圧シリンダ、２２：旋回モータ、２３：旋回装置、２６：掘削機本体、２７：操作装置、２８：オペレータ、２９：バケット、３０：チャック装置、３２：油圧ポンプ、３３：コントロール弁
【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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