(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースフレーム上に昇降シリンダを介して昇降フレームを設け、周接してケーシングを把持するチャックバンドとチャックシリンダを該昇降フレームに備え、揺動シリンダを作動させてケーシングを揺動させるオールケーシング掘削装置において、複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設けたことを特徴とするオールケーシング掘削装置。
【請求項２】
ベースフレーム上に昇降シリンダを介して昇降フレームを設け、周接してケーシングを把持するチャックバンドとチャックシリンダを該昇降フレームに備え、揺動シリンダを作動させてケーシングを揺動させるオールケーシング掘削装置において、複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設け、かつ、チャックシリンダによるケーシングの把持・開放を検知する検知手段と、揺動シリンダの縮小と伸長をそれぞれ検知する検知手段と、該検知手段の情報に基づいてチャックシリンダ、昇降シリンダおよび揺動シリンダそれぞれの電磁切換弁を切り換える制御装置を設け、ケーシングを把持し昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させケーシングを回動させた後、ケーシングの把持を解き昇降シリンダを伸長させるとともに揺動シリンダを作動させてチャックバンドを逆回転させてから、ケーシングを把持して昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させることを順次繰り返すようにしたことを特徴とするオールケーシング掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基礎杭を構築する場所打ち杭施工などに使用されるオールケーシング掘削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基礎杭を構築する場所打ち杭施工に使用される施工装置として、ケーシングを把持し揺動または回転させつつ地中に押し込みながら、ケーシング内の土砂をハンマグラブなどによって除去して基礎杭孔を形成し、鉄筋の挿入等所定の手当を行った後にケーシング内にコンクリートを打設しながら、把持したケーシングを徐々に引抜いて場所打杭を造成するオールケーシング掘削装置が知られている。
【０００３】
このオールケーシング掘削装置には、ケーシングをバンドで把持してシリンダで揺動させながら地中へ押込む揺動式のもの（例えば、実公平３−５２２６２号）と、ケーシングを回転させながら地中へ押込む回転式のもの（例えば、特開昭６３−２５１５２０号）がある。
【０００４】
揺動式のものは図５に示すように、ケーシングを把持するためのバンドとチャックシリンダ２４を備えたリング状の昇降フレーム２２をベースフレーム２１上に４本の昇降シリンダ２３により昇降自在に設け、該昇降フレームをベースフレーム２１に設けたブラケット２６に左右２本の揺動シリンダ２５で連結している。
【０００５】
そして、チャックシリンダ２４を作動させてバンドによりケーシングを把持し、左右の揺動シリンダ２５を交互に伸縮させるとともに昇降シリンダ２３を縮小させ、ケーシングを揺動させながら地中に押し込んでいる。
なお、昇降シリンダ２３はそれぞれ単独に操作できるのでベースフレーム２１が水平に載置されなくてもケーシングを垂直にして押し込むことができる。
【０００６】
一方、回転式のものは図６に示すように、ベースフレーム３１の四隅に設けた昇降シリンダ３３によって昇降可能な昇降フレーム３２を設け、昇降フレーム３２上には複数のチャックシリンダ３５によって連結した上部フレーム３４を設け、これに回転リング４２をベアリング３６を介して設けている。そして、回転リング４２に複数の楔状のチャック部材３８を吊下げ、昇降フレーム３２にはチャック部材３８と係合する回転体３９をベアリング３７を介して回転可能に設けている。また、回転体３９は昇降フレーム３２に備えた複数の油圧モータ４０により回転駆動できるように構成している。さらに、ベースフレーム３１の底面の四隅には、レベル調整用のジャッキ４１を取り付けている。
【０００７】
なお、図６の左側半分は、チャックシリンダ３５を縮小作動させてチャック部材３８でケーシング３０を把持した状態を示し、右側半分は把持を解除した状態を示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の揺動式のオールケーシング掘削装置は、チャックシリンダ２４、昇降シリンダ２３および揺動シリンダ２５の３種類の油圧シリンダのみによって駆動しているので装置が簡素で重量も小さく安価で、運搬や施工現場における移動に大きなクレーンを必要としない。したがって、施工費用が安くできるという長所を有している。しかしながら、ケーシングの揺動・押込み時には、図５に示すように、昇降シリンダ２３の押込みストロークの間で、揺動シリンダ２５がブラケット２６の取付部２５ａを支点として円弧状の軌跡で移動することになるので、ストロークにＳの差ができ、これがケーシングに伝達されるので、ケーシングには偏荷重（水平荷重）がかかり側圧による掘削抵抗が大きく硬質地盤では掘削できない。また、ケーシングが杭芯に対してズレ易いという欠点がある。また、揺動シリンダ２５には、揺動時片方伸長、片方縮小で動作するのでシリンダ力の差による水平荷重のかからない両ロッド型のものが使用されるが、その分大きな径で長いものを必要とする。また、ケーシングの鉛直性は、各昇降シリンダの速度を変えて調整しているが、各昇降シリンダのストロークに差ができるのでケーシングを把持し直すとき再度調整しなければならないなどの欠点もある。
【０００９】
一方、回転式のオールケーシング掘削装置は、ケーシングに偏荷重がかからないので掘削抵抗が小さく、硬質地盤でも効率よく掘削できるという長所を有しているが、図６に示したように、回転リング４２、楔状のチャック部材３８、回転体３９などケーシングを把持するための複雑な構成を必要とし、また、油圧モータ４０や減速機などケーシングを回転させるための大掛かりな構成を必要としており、装置が高価で、重量も大きく、そのため施工費用が高くなるという問題がある。
【００１０】
このため、施工者は揺動型と回転型の両方を用意して施工現場の地盤の状態に応じて使い分けて施工しており、経費が嵩むばかりでなく作業が繁雑なものとなっている。
そこで、本発明は硬質地盤においても十分施工可能な軽量で構造が簡単な揺動型のオールケーシング掘削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】
上記目的を達成するため、本発明では、次の手段を採った。即ち、請求項１の発明では、ベースフレーム上に昇降シリンダを介して昇降フレームを設け、周接してケーシングを把持するチャックバンドとチャックシリンダを該昇降フレームに備え、揺動シリンダを作動させてケーシングを揺動させるオールケーシング掘削装置において、複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設けたことを特徴としている。
【００１２】
本発明は、硬質地盤においても施工できるようにした揺動型のオールケーシング掘削装置である。
【００１３】
昇降シリンダはベースフレームに対して垂直に昇降フレームを昇降させるため摺動部を備え、また、ベースフレームはその四隅下端にジャッキを設けて水平に載置できるようにするのが望ましい。
【００１４】
この発明は、従来から使用されている揺動型のケーシング掘削装置にも適用でき、硬質地盤で回転用のビットを先端に設けたケーシングを用いる場合に特に効果が大きい。
【００１５】
すなわち、複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設けることによって、ケーシングをその回転方向に大きな回転力で回動させることができ、揺動シリンダがストロークエンドにきたら、一旦、ケーシングの把持を解き、揺動シリンダを縮小させるときには速度を上げることができる。そして、再度ケーシングを把持して回転させることにより、ケーシングを一方向に能率よく（大きな回転力で掴み替えを早く）回転させることができる。
【００１６】
請求項２の発明は、ベースフレーム上に昇降シリンダを介して昇降フレームを設け、周接してケーシングを把持するチャックバンドとチャックシリンダを該昇降フレームに備え、揺動シリンダを作動させてケーシングを揺動させるオールケーシング掘削装置において、複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設け、かつ、チャックシリンダによるケーシングの把持・開放を検知する検知手段と、揺動シリンダの縮小と伸長をそれぞれ検知する検知手段と、該検知手段の情報に基づいてチャックシリンダ、昇降シリンダおよび揺動シリンダそれぞれの電磁切換弁を切り換える制御装置を設け、ケーシングを把持し昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させケーシングを回動させた後、ケーシングの把持を解き昇降シリンダを伸長させるとともに揺動シリンダを作動させてチャックバンドを逆回転させてから、ケーシングを把持して昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させることを順次繰り返すようにしたことを特徴としている。
【００１７】
この発明は、硬質地盤で回転用のビットを先端に設けたケーシングを用いて、これを自動的に一方向に回転圧入作業ができるようにしたものである。チャックシリンダによるケーシングの把持・開放を検知する検知手段と、揺動シリンダの縮小と伸長をそれぞれ検知する検知手段は、圧力センサ、リミットスイッチ、タイマ、ストロークセンサなど適宜使用すればよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施形態例に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、オールケーシング掘削装置は、四隅にジャッキ９を設けたベースフレーム１に４本の昇降シリンダ３で昇降可能に支持された昇降フレーム２が設けられ、昇降フレーム２の上には転がり軸受け４を介してチャックフレーム１０が設けられている。昇降シリンダ３にはベースフレーム１に対して垂直に昇降フレーム２を昇降させるように摺動部を備えている。
【００１９】
チャックフレーム１０にはケーシングに周接する３分割されたバンド部材５ａ，５ｂ，５ｃで円形に連結されたチャックバンド５が設けられ、バンド部材５ａとバンド部材５ｂとはチャックシリンダ６で連結されている。
また、チャックフレーム１０の外周には対向した位置に取付金具１１、１２が付設されており、昇降フレーム２の四隅にはブラケット１３，１４，１５，１６が固設されている。ブラケット１３には片ロッド型の揺動シリンダ８のシリンダヘッド側が連結され、そのシリンダロッドの先端は上記取付金具１２に連結されている。また、ブラケット１６には同じく片ロッド型の揺動シリンダ７のシリンダヘッド側が連結され、そのシリンダロッドの先端は上記取付金具１１に連結されている。
【００２０】
なお、図１においてはブラケット１４およびブラケット１５は使用されていないが、例えば、揺動シリンダ８は図３に示すようにブラケット１５にシリンダヘッド側を連結することができる。また、同様に揺動シリンダ７はブラケット１４に連結することができる。さらに、揺動シリンダ７，８はいずれもシリンダヘッド側を取付金具１１、１２に連結することもできる。
【００２１】
図示していないが、上記各シリンダを作動させるための油圧源および切換弁などの制御装置が別途設けられている。なお、チャックシリンダ６、昇降シリンダ３、揺動シリンダ７，８の作動にはそれぞれ電磁切換弁が用いられている。さらに、チャックシリンダの圧油を検知する検知手段（圧力スイッチ）と、揺動シリンダの縮小と伸長した位置を検知する検知手段（リミットスイッチ）が設けられ、これらの出力信号は制御装置に送出されるように構成されている。
【００２２】
次に、このように構成されたオールケーシング掘削装置の作用について説明する。
軟弱地盤を含む一般的な地盤においては、揺動シリンダ７，８は図３の状態、すなわち揺動シリンダ７はシリンダロッドの先端を取付金具１１にシリンダヘッド側をブラケット１６に取り付け、揺動シリンダ８はシリンダロッドの先端を取付金具１２にシリンダヘッド側をブラケット１５に取り付けて使用する。
【００２３】
まず、オールケーシング掘削装置をクレーンで吊持して、オールケーシング掘削装置の中心が杭芯に合致するようにして載置する。次に、ベースフレーム１の四隅のジャッキ９を作動させてベースフレーム１を水平状態にする。そして、昇降シリンダ３を伸長した状態とし、また、チャックシリンダ６を伸長した状態（ケーシングを把持してない状態）とする。
【００２４】
次に、先端に揺動用のビットを備えたケーシングを吊持してチャックバンド５の中央部へ嵌挿する。そして、チャックシリンダ６を縮小させてチャックバンド５でケーシングを把持する。
次に、揺動シリンダ７，８を作動させつつ昇降シリンダ３を縮小させる。揺動シリンダ７，８の作動は、一方が伸び側のときは他方は縮み側になるようにして、繰り返す。これにより、ケーシングは揺動しながら地中に押し込まれる。
【００２５】
昇降シリンダ３がストロークエンドまで縮小したら、チャックシリンダ６を伸長してケーシングの把持を解き、昇降シリンダ３を伸長させる。そして、チャックシリンダ６を縮小させてケーシングを把持し、揺動シリンダ７，８を作動させる。この操作を繰り返しケーシングを所定の深さまで押し込む。
【００２６】
揺動シリンダ７，８は一方が伸び側で、他方が縮み側となるので、左右の揺動におけるケーシングを回転させるトルクは同一となる。また、揺動シリンダ７と揺動シリンダ８の力の差による偏荷重は転がり軸受４によって吸収されるので、ケーシングへはほとんど回転力が伝達されることになるので、掘削抵抗が小さく芯ズレもおきずらい。
【００２７】
次に、硬質地盤における施工について説明する。
この場合は揺動シリンダ７，８は図１の状態、すなわち揺動シリンダ７はシリンダロッドの先端を取付金具１１にシリンダヘッド側をブラケット１６に取り付け、揺動シリンダ８はシリンダロッドの先端を取付金具１２にシリンダヘッド側をブラケット１３に取り付けて使用する。そして、ケーシングは回転用のビットが取り付けられたものを使用する。
【００２８】
オールケーシング掘削装置の杭芯への載置およびケーシングのセットは上記一般地盤の場合と同じであり、昇降フレーム２を上昇させ、チャックシリンダ６を縮小させてケーシングを把持し、揺動シリンダ７，８を伸長させつつ昇降シリンダ３を縮小させる。
【００２９】
そして、揺動シリンダ７，８がストロークエンドに来たら、昇降シリンダ３を停止しチャックシリンダ６を伸長させてケーシングの把持を解く。そして、昇降シリンダ３を伸長させつつ揺動シリンダ７，８を縮小させてから、再びケーシングを把持して揺動シリンダ７，８を伸長させつつ昇降シリンダ３を縮小させる。この作業は自動的に繰り返し行われ、ケーシングは同一方向に間欠的に回転されつつ地中に押し込まれる。
【００３０】
図４は、ケーシングの回転・押込作業を自動的に行うフローを示すもので、昇降フレーム２を上昇させケーシングを垂直に把持した状態にセットし、自動掘削のスイッチをＯＮすることによってスタートする。
まず、ステップ１１０でチャックシリンダ６の電磁切換弁の縮小側のソレノイドが励磁され、チャックシリンダ６が縮小し、チャックバンド５がケーシングを把持する。チャックシリンダ６のケーシング５を把持したことを確認する検知手段は、チャックシリンダ６への圧油が所定の圧力になると信号（圧力スイッチによる）が出され（ステップ１２０）るようにしている。これにより昇降シリンダ３の電磁切換弁の縮小側のソレノイドが励磁され昇降シリンダ３が縮小する（ステップ１４０）とともに、揺動シリンダ７，８の電磁切換弁の伸長側のソレノイドが励磁され、揺動シリンダ７，８が伸長する（ステップ１３０）。そして、揺動シリンダ７，８がストロークエンドまで伸長すると信号が出され（この検知手段はリミットスイッチによっている）、揺動シリンダ７，８の電磁切換弁と、昇降シリンダ３の電磁切換弁はともに中立位置に戻される。これにより、ケーシングの回転および押込が停止する（ステップ１５０）。
【００３１】
次に、ステップ１６０で、チャックシリンダ６の電磁切換弁の伸長側のソレノイドが励磁され、チャックシリンダ６が伸長し、ケーシングの把持が解かれる。次いで、昇降シリンダ３の電磁切換弁の伸長側のソレノイドが励磁され昇降シリンダ３が伸長する（ステップ１８０）とともに、揺動シリンダ７，８の電磁切換弁の縮小側のソレノイドが励磁され、揺動シリンダ７，８が縮小する（ステップ１７０）。そして、ストロークエンドまで縮小すると信号（リミットスイッチによる）が出され、揺動シリンダ７，８の電磁切換弁と昇降シリンダ３の電磁切換弁は共に中立に戻される（ステップ１９０）。
【００３２】
次に、ステップ１１０に戻され上記１９０までのステップが繰り返し行われる。
以上の作動によって、ケーシングが図１の矢印方向に間欠的に回転しながら地中に連続的に押し込まれ地中に侵入する。ケーシングの回転圧入と同時にハンマグラブなどによってケーシング内の土砂を取り除き、自動スイッチをＯＦＦにするまで、上記のフローで作業が行われる。
【００３３】
上記の作動では、揺動シリンダ７，８は、いずれも掘削時にはシリンダロッドが伸び側であるので、ケーシングに大きな回転力を与えることができ、この回転力は転がり軸受４を介してケーシングへ伝達されるうえに左右同じ力であるので、ケーシングへの偏荷重（水平荷重）が無く、掘削抵抗が少なく、硬質地盤においても効率よく掘削ができる。さらに、チャックシリンダ６を伸長し、ケーシングの把持を開放し、揺動シリンダ７，８を縮小するときは、シリンダロッドが縮み側であるので速度が速く、次の掘削が早く行えるので施工時間を短縮することができる。
【００３４】
また、ケーシングを右回転（図１の矢印と逆方向）させる場合は、揺動シリンダ７は取付金具１１とブラケット１４に連結し、揺動シリンダ８は取付金具１２とブラケット１５に連結する。
なお、上記実施形態例では、揺動シリンダを昇降フレームの四隅に設けたブラケット１３〜１６とチャックフレームに設けた取付金具１１、１２に取り付けたもので説明したが、昇降フレームに２個のブラケットを設け、チャックフレームに４個の取付金具を設けてもよい。さらに、自動掘削において昇降シリンダ３にストローク検知手段を設け、掘削時のみ昇降シリンダ３を縮小し、１ストローク掘削後昇降シリンダ３を伸長することを繰り返すようにしてもよい。
【００３５】
以上本発明はこの様な実施形態例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明は複数個の片ロッド型の揺動シリンダをシリンダロッドの伸長時にケーシングを回動するようにケーシングの中心に対して点対称に設けたので、回転用のビットを先端に備えたケーシングを使用し一方向に回転させて効率良く掘削することができ、従来の揺動型のようにケーシングに偏荷重がかからず、従来の揺動型では施工できなかった硬質地盤において、高価で重量のある従来の回転型のものを使用しなくても、本装置によって施工できる。
【００３７】
また、請求項２の発明は、ケーシングを把持し昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させケーシングを回動させた後、ケーシングの把持を解き昇降シリンダを伸長させるとともに揺動シリンダを作動させてチャックバンドを逆回転させてから、ケーシングを把持して昇降シリンダを縮小させつつ揺動シリンダを作動させることを順次繰り返すようにしたので、硬質地盤で回転用のビットを先端に設けたケーシングを用いて、これを自動的に一方向に回転圧入作業ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのオールケーシング掘削装置の全体を示す平面図で回転掘削する場合の状態を示すものである。
【図２】同  図１のＡ−Ａ視図である。
【図３】同  揺動掘削する場合の揺動シリンダの取付状態を示す平面図である。
【図４】同  自動回転掘削する場合の制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】従来の揺動式のオールケーシング掘削装置の側面図である。
【図６】同  回転式のオールケーシング掘削装置の機構説明図である。
【符号の説明】
１…ベースフレーム        ２…昇降フレーム
３…昇降シリンダ          ４…転がり軸受
５…チャックバンド        ６…チャックシリンダ
７，８…揺動シリンダ      ９…ジャッキ
１０…チャックフレーム    １１，１２…取付金具
１３，１４，１５，１６…ブラケット
２１…ベースフレーム      ２２…昇降フレーム
２３…昇降シリンダ        ２４…チャックシリンダ
２５…揺動シリンダ        ２５ａ…取付部
２６…ブラケット
３０…ケーシング          ３１…ベースフレーム
３２…昇降フレーム        ３３…昇降シリンダ
３４…上部フレーム        ３５…チャックシリンダ
３６，３７…ベアリング    ３８…チャック部材
３９…回転体              ４０…油圧モータ
４１…ジャッキ            ４２…回転リング
【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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