(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭を回転しながら地盤に圧入するための杭圧入装置であって、
前記杭を把持して回転する回転手段と、
前記回転手段に作用して前記回転手段に前記回転のための駆動力を付与する電動機と、
前記回転手段を上下動させる昇降手段としての油圧装置と、
前記電動機と前記油圧装置とを連動させて制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記回転手段によって把持した前記杭を圧入する際の前記電動機の回転出力に基づいて、前記昇降手段による前記回転手段の上下動を制御する杭圧入装置。
【請求項２】
前記回転出力は、前記電動機に対するインバータ指令に基づいて算出される請求項１記載の杭圧入装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記電動機の前記回転出力が所定値となった場合に、前記昇降手段による前記回転手段の下げ動作を停止させる請求項１又は請求項２記載の杭圧入装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電動機の負荷状態に応じて前記電動機の前記回転出力を制御する請求項１から請求項３の何れか１項記載の杭圧入装置。
【請求項５】
前記電動機を冷却する冷却手段を備える
請求項１から請求項４の何れか１項記載の杭圧入装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記電動機の回転軸に直結されたファンである請求項５記載の杭圧入装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記電動機の回転軸とは独立して設けられたファンであり、
前記制御手段は、前記電動機の回転出力又は負荷状態に応じて前記ファンによる冷却量を制御する請求項５記載の杭圧入装置。
【請求項８】
前記冷却手段は、冷却液が流通する冷却配管であり、
前記冷却液は、前記電動機を冷却した後に前記電動機の回転軸に連結される減速機を冷却する請求項５記載の杭圧入装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記電動機の回転出力又は負荷状態に応じて前記冷却液による冷却量を制御する請求項８記載の杭圧入装置。
【請求項１０】
前記昇降手段を上下方向に相対移動可能に支持するマストを備え、
前記マストは、前記冷却液が流通する冷却配管と前記油圧装置へ作動油を供給する油圧配管とを集束させる集束部材が取り付けられる請求項８又は請求項９記載の杭圧入装置。
【請求項１１】
前記冷却液は、前記杭が地盤に圧入される際に前記杭の先端から吐出される水と兼用される請求項８から請求項１０の何れか１項記載の杭圧入装置。
【請求項１２】
前記油圧装置に作動油を供給する油圧発生装置は、電動機によって駆動される請求項１から請求項１１の何れか１項記載の杭圧入装置。
【請求項１３】
杭を把持して回転する回転手段と、前記回転手段を昇降させる昇降手段と、前記回転手段に作用して前記回転手段に前記回転のための駆動力を付与する電動機と、前記回転手段を上下動させる昇降手段としての油圧装置と、を備える杭圧入装置による杭圧入方法であって、
杭を回転しながら地盤に圧入する場合に、前記電動機と前記油圧装置とを連動させて制御し、前記回転手段によって把持した前記杭を圧入する際の前記電動機の回転出力に基づいて、前記昇降手段による前記回転手段の上下動を制御する杭圧入方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願では、２０１９年２月２８日に日本国に出願された特許出願番号２０１９−０３５７３６の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、杭圧入装置及び杭圧入方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
杭を回転しながら地盤に圧入する杭圧入装置は、油圧モータや昇降シリンダ等の油圧駆動装置や油圧駆動装置に作動油を供給する油圧発生装置（油圧ポンプ）といった油圧装置を用いて、杭を把持するチャックの回転駆動や上下動を行っている。【０００４】
図９は、油圧モータによってチャック１０１を高出力で回転駆動させる場合における杭圧入システム１００の従来構成図である。【０００５】
従来の杭圧入システム１００では、杭圧入装置１０２のチャック１０１の回転駆動を高出力化するためにはチャック１０１に駆動力を付与する油圧モータの台数を増やす必要があった。このため、油圧モータの台数増加に応じて油圧モータへ作動油を供給するためのパワーユニット１０３（油圧ユニット）の台数も増やしていた。なお、図９のパワーユニット１０３Ａが増加されたパワーユニット１０３である。【０００６】
パワーユニット１０３の台数が増加すると、増加したパワーユニット１０３を完成杭上に配置することが困難となり、作業性が悪くなる可能性がある。また、パワーユニット１０３を杭圧入装置１０２から離れた場所に配置すると、圧力損失による作動油の圧力低下の影響も無視できなくなる。【０００７】
そこで、特許文献１にはチャックを電動モータで駆動させることが開示されている。チャックに駆動力を付与する油圧モータの替わりに電動モータを使用することで、高出力化が容易となり、上述のようなパワーユニット１０２を増やす必要もない。また、電動化は、作動油の圧力損失や作動油のリーク等の問題が生じないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３５２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されているようにチャック等の駆動部材を駆動させる装置の一部が油圧装置から電動機に置き換えられると、杭圧入装置において電動機と油圧装置とが混在することになる。このような電動機と油圧装置とが混在する杭圧入装置においても、電動機と油圧装置とが混在しない従来の杭圧入装置と同様の効率で施工を行うことが求められる。【００１０】
そこで本発明は、駆動部材に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工ができる、杭圧入装置及び杭圧入方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】
【００１１】
本発明の杭圧入装置は、杭を回転しながら地盤に圧入するための杭圧入装置であって、前記杭を把持して回転する回転手段と、前記回転手段に作用して前記回転手段に前記回転のための駆動力を付与する電動機と、前記回転手段を上下動させる昇降手段としての油圧装置と、前記電動機と前記油圧装置とを連動させて制御する制御手段と、を備える。【００１２】
本構成によれば、杭を把持して回転する回転手段は電動機によって駆動力が付与され、回転手段を上下動させる昇降手段は油圧装置とされる。そして、本構成は、電動機と油圧装置とを連動して制御することにより、油圧装置と電動機との最適制御を実現するので、駆動部材に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工ができる。【００１３】
本発明の杭圧入装置は、前記制御手段が前記回転手段によって把持した前記杭を圧入する際の前記電動機の回転出力に基づいて、前記昇降手段による前記回転手段の上下動を制御してもよい。本構成によれば、電動機の回転出力は杭を圧入する地盤の情報（地盤情報）が反映されるので、電動機の回転出力に基づいて昇降手段による回転手段の上下動を制御することで、効率の良い施工ができる。【００１４】
本発明の杭圧入装置は、前記回転出力が前記電動機に対するインバータ指令に基づいて算出されてもよい。本構成によれば、電動機の回転出力、換言すると地盤情報を簡易に把握できる。【００１５】
本発明の杭圧入装置は、前記制御手段が前記電動機の前記回転出力が所定値となった場合に、前記昇降手段による前記回転手段の下げ動作を停止させてもよい。本構成によれば、過大な地盤抵抗によって杭先端が破損することを防止できる。【００１６】
本発明の杭圧入装置は、前記制御手段が前記電動機の負荷状態に応じて前記電動機の前記回転出力を制御してもよい。本構成によれば、電動機の負荷状態に応じて、例えば回転トルクを上昇させる等するので、効率の良い施工ができる。【００１７】
本発明の杭圧入装置は、前記電動機を冷却する冷却手段を備えてもよい。本構成によれば、電動機のオーバーヒートを防止できる。【００１８】
本発明の杭圧入装置は、前記冷却手段を前記電動機の回転軸に直結されたファンとしてもよい。本構成によれば、簡易な構成で電動機を冷却できる。【００１９】
本発明の杭圧入装置は、前記冷却手段が前記電動機の回転軸とは独立して設けられたファンであり、前記制御手段が前記電動機の回転出力又は負荷状態に応じて前記ファンによる冷却量を制御してもよい。本構成によれば、電動機を効率良く冷却できる。【００２０】
本発明の杭圧入装置は、前記冷却手段は冷却液が流通する冷却配管であり、前記冷却液は、前記電動機を冷却した後に前記電動機の回転軸に連結される前記減速機を冷却してもよい。本構成によれば、減速機は電動機に比べて温度上昇に強いので、電動機及び減速機を効率良く冷却できる。【００２１】
本発明の杭圧入装置は、前記制御手段が前記電動機の回転出力又は負荷状態に応じて前記冷却液による冷却量を制御してもよい。本構成によれば、電動機を効率良く冷却できる。【００２２】
本発明の杭圧入装置は、前記昇降手段を上下方向に相対移動可能に支持するマストを備え、前記マストは、前記冷却液が流通する冷却配管と前記油圧装置へ作動油を供給する油圧配管とを集束させる集束部材が取り付けられてもよい。地盤の状態に応じて、回転手段を電動機で駆動させる構成から回転手段を油圧装置で駆動させる構成に交換する場合がある。本構成によれば、冷却配管と油圧配管とを集束部材で集束させることで、効率の良い交換作業が行える。【００２３】
本発明の杭圧入装置は、前記冷却液が、前記杭が地盤に圧入される際に前記杭の先端から吐出される水と兼用されてもよい。本構成によれば、冷却液を効率良く用いることができる。【００２４】
本発明の杭圧入装置は、前記油圧装置に作動油を供給する油圧発生装置が電動機によって駆動されてもよい。従来の杭圧入装置では、油圧発生装置の駆動装置として内燃機関が用いられていた。本構成はこの内燃機関の替わりに商用電源によって駆動する電動機を用いるので、環境負荷を低減できる。【００２５】
本発明の杭圧入装置は、複数の駆動部材の一部を電動機で駆動させ、他の前記駆動部材を油圧装置で駆動させる杭圧入装置であって、前記駆動部材の駆動状態に応じて前記電動機と前記油圧装置とを制御する制御手段を備えてもよい。一例として、駆動部材は油圧シリンダに作動油を供給する油圧ポンプであり、電動機は油圧ポンプを駆動させる電動モータである。また、電動機は駆動部材としてのチャックを回転駆動させる電動モータである。さらに、駆動部材を油圧シリンダとするとこれを駆動させる油圧装置は油圧ポンプである。
本構成によれば、駆動部材に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工ができる。【００２６】
本発明の杭圧入方法は、杭を把持して回転する回転手段と、前記回転手段を昇降させる昇降手段と、前記回転手段に作用して前記回転手段に前記回転のための駆動力を付与する電動機と、前記回転手段を上下動させる昇降手段としての油圧装置と、を備える杭圧入装置による杭圧入方法であって、杭を回転しながら地盤に圧入する場合に、前記電動機と前記油圧装置とを連動させて制御してもよい。本構成によれば、駆動部材に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工ができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、駆動部材に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態の杭圧入システムの外観図である。
【図２】本実施形態の杭圧入装置を上方から見た構成図である。
【図３】本実施形態の電動モータを冷却する冷却配管を示す概略図である。
【図４】本実施形態の杭圧入システムの制御系統、電気動力系統、及び油圧動力系統を示す概略図である。
【図５】本実施形態の杭圧入システムの制御系統を示すブロック図である。
【図６】油圧モータと電動モータとの回転特性を示したグラフであり、（ａ）は油圧モータの回転特性を示し、（ｂ）は電動モータの回転特性を示す。
【図７】本実施形態の杭圧入装置におけるチャックの交換を示す構成図である。
【図８】変形例の電動モータの空冷を示す概略図である。
【図９】従来の杭圧入システムの外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。なお、本実施の形態の杭圧入装置は、施工が完了した杭（完成杭）を反力としながら、完成杭の頭部を自走して杭を順次圧入する。この工法により、硬質地盤やコンクリート構造物などの地中構造部への圧入施工が可能となり、仮設桟橋も必要としないため、工期を短縮し、環境にやさしい施工が可能となる。
【００３０】
図１は、本実施形態の杭圧入装置１とパワーユニット２とを備える杭圧入システム３の全体構成を示す側面図である。
【００３１】
本実施形態の杭圧入装置１は、杭４を回転しながら地盤に圧入するために、杭４を把持して回転するチャック５を備える。チャック５は、本発明の回転手段に相当する。本実施形態のチャック５は、本発明の電動機に相当する電動モータ６によって、回転のための駆動力が付与される。電動モータ６は、一例としてインバータ制御が行われ、供給電力の周波数、電圧、及び電流の少なくとも一つが制御されることによって回転出力（回転トルク、回転数）が制御される。
【００３２】
また、チャック５は、昇降シリンダ７によって上下動される。昇降シリンダ７は、本発明の昇降手段に相当し、油圧によって動作する油圧装置（油圧駆動装置）である。
【００３３】
本実施形態のパワーユニット２は、電動モータ６を制御するための制御ユニット８と、昇降シリンダ７等の油圧装置に作動油を供給する電動油圧ユニット９を備える。制御ユニット８は、電動モータ６の回転トルク等を制御するためのインバータ装置１０が備えられている。また、電動油圧ユニット９は、昇降シリンダ７等の油圧装置に作動油を供給する油圧ポンプ１１（油圧発生装置）を備え、この油圧ポンプ１１は電動モータ１２によって駆動する。なお、作動油は、電動油圧ユニット９に備えられる作動油タンク１３に貯留される。
【００３４】
杭圧入システム３が備える上記電動モータ６、１２は共に電源ケーブルを介して商用電源から電力の供給を受ける。
【００３５】
ここで、従来の杭圧入システム３は、油圧ポンプ１１の駆動装置として内燃機関（いわゆるエンジン）が用いられているが、内燃機関は排気ガスを発生させるため環境に負荷を与えることとなる。一方、本実施形態のパワーユニット２は、上記のように、内燃機関の替わりに電動機である電動モータ１２を用いるので、排気ガスを発生させないため環境負荷を低減できる。
【００３６】
さらに、本実施形態のパワーユニット２は、チャック５が電動モータ６によって駆動されるため、チャック５を油圧モータで駆動させる場合に比べて作動油を貯留する作動油タンク１３が小容量で済む。また、電動モータ１２は、内燃機関よりも小型かつ軽量である。このため、本実施形態のパワーユニット２は、従来に比べて小型化することができる。
【００３７】
さらに、詳細を後述するように、チャック５の駆動装置を電動モータ６とすることで、チャック５の回転出力は電気的に高出力化が可能とされる。すなわち、チャック５を油圧モータで駆動させる場合では、チャック５を高出力化するためには油圧モータの台数と共に、油圧モータに作動油を供給するパワーユニット２の台数を増加させる必要があった（図９参照）。一方、本実施形態の杭圧入システム３のように、チャック５の駆動装置を電動モータ６とすることで、パワーユニット２の台数を増加させることなくチャック５の回転出力の高出力化が可能となる。
【００３８】
このように、本実施形態の杭圧入装置１（杭圧入システム３）は、複数の駆動部材の一部を電動機で駆動させ、他の駆動部材を油圧装置で駆動させる。すなわち、本実施形態の杭圧入装置１において、駆動部材をチャック５とすると、電動機はチャック５を回転駆動させる電動モータ６である。また、他の駆動部材を昇降シリンダ７とすると、これを駆動させる油圧装置は油圧ポンプ１１である。また、本実施形態の杭圧入システム３において、駆動部材をパワーユニット２が備える油圧ポンプ１１とすると、電動機は油圧ポンプ１１を駆動させる電動モータ１２である。
【００３９】
次に、本実施形態の杭圧入装置１の構成を図２も参照して詳述する。図２は、図１に示す杭圧入装置１を上方から見た平面図である。
【００４０】
杭圧入装置１は、上述のように、完成杭４Ｂ（反力杭）に反力をとって所定長さの鋼管からなる圧入杭４Ａを所定位置に圧入するものである（図１参照）。杭圧入装置１は、例えば、複数の杭４、４、・・・を一方向に配列して打設される護岸工事や擁壁工事に用いられる。杭圧入装置１で圧入される圧入杭４Ａは、杭圧入装置１の近傍に移動可能に設置されているクレーン（図示省略）によって吊り下げられている。なお、以下の説明では、杭４において、杭圧入装置１で圧入する杭を符号４Ａを用いて圧入杭とし、既設の杭を符号４Ｂを用いて完成杭とし、後述するクランプ２３により把持される完成杭４Ｂを反力杭という。
【００４１】
杭圧入装置１は、円管形状を有する圧入杭４Ａを着脱可能に把持するチャック５と、チャック５を上下方向ｙに相対移動可能に支持するマスト２０と、マスト２０を前後方向ｘ１に相対移動可能に支持するサドル２１とを備えている。杭圧入装置１は、マスト２０の移動により、複数が配列される完成杭４Ｂ上をその配列方向に沿って移動（自走）する。なお、パワーユニット２は、完成杭４Ｂ上を杭圧入装置１と共に移動する。
【００４２】
サドル２１は、サドル本体２２と、サドル本体２２から垂下する複数（図１の例では３つ）のクランプ２３と、を有している。クランプ２３は、完成杭４Ｂの上端２ａの内側に挿入された状態で、図示しない油圧シリンダによって完成杭４Ｂを内側から保持および解放するように構成される。
【００４３】
マスト２０は、サドル本体２２上に設けられる板状のスライドフレーム２４と、スライドフレーム２４上に回転部２５を介して設けられるマストベース部２６と、マストベース部２６の前端に設けられる上下レール部２７と、を備えている。マストベース部２６は、回転部２５の上下方向ｙを中心とした回転軸回りに旋回可能に設けられている。
【００４４】
上下レール部２７は、上下方向ｙに延在している。上下レール部２７の前側には、チャック５が上下移動自在に嵌合されている。マスト２０の下端には、左右方向ｘ２の両側から前方に向けて突出するマストアーム部２８、２８が設けられている。
【００４５】
チャック５は、チャック本体３０（図１参照）と、チャック本体３０を回転可能に支持するチャックフレーム３１とを備えている。チャック本体３０は、図２に示すように、圧入杭４Ａを上下方向ｙに挿通可能な挿通孔を有する。チャックフレーム３１には、マスト２０の一対のマストアーム部２８のそれぞれに先端を固定された一対の昇降シリンダ７（７Ａ、７Ｂ）が設けられる。チャックフレーム３１は、昇降シリンダ７の伸縮によって上下レール部２７に沿って上下方向ｙに摺動自在に嵌合する。
【００４６】
一対の昇降シリンダ７は、ロッドの伸縮方向を上下方向ｙに向けて配置され、ロッド先端がマストアーム部２８の突出端に固定されている。そのため、昇降シリンダ７のロッドを伸張された状態から収縮させると、昇降シリンダ７を介してチャックフレーム３１及びチャック本体３０が下方に移動し、チャック本体３０で把持される圧入杭４Ａを下方に向けて圧入する方向に移動させることができる。このように、昇降シリンダ７は、チャックフレーム３１を介してチャック本体３０に作用してチャック本体３０に圧入杭４Ａの圧入のための推進駆動力を付与するものである。なお、チャックフレーム３１の内部には、圧入杭４Ａのストロークを検知するストロークセンサ（図示省略）が設けられている。
【００４７】
チャック本体３０は、図２に示すように、チャックフレーム３１内に回転可能に支持され、圧入杭４Ａを把持する部分である。チャック本体３０は、内部に複数のチャック爪３５を備えている。チャック本体３０は、チャック爪３５により圧入杭４Ａを外周側から押圧することにより圧入杭４Ａを把持して、チャックフレーム３１に対して回転する。
【００４８】
チャック本体３０の外周には、チャック回転ギア３６が固定されている。チャック回転ギア３６の周囲にはチャックフレーム３１に回転可能に支持された複数（図２の例では８つ）の駆動ギア３７Ａ〜３７Ｈがチャック回転ギア３６と噛み合っている。駆動ギア３７Ａ〜３７Ｈは、それぞれ、電動モータ６Ａ〜６Ｈによって回転駆動される。電動モータ６Ａ〜６Ｈは、それぞれ駆動ギア３７Ａ〜３７Ｈの上方でチャックフレーム３１に固定されており、駆動ギア３７Ａ〜３７Ｈもチャックフレーム３１に回転可能に固定されている。
【００４９】
なお、以下では、駆動ギア３７Ａ〜３７Ｈを総称して駆動ギア３７と称し、電動モータ６Ａ〜６Ｈを総称して電動モータ６と称する。
【００５０】
このような構成の杭圧入装置１は、電動モータ６で駆動ギア３７を回転駆動することで、チャック回転ギア３６を介してチャック本体３０が回転し、これによってチャック本体３０に把持された圧入杭４Ａが回転する。このように、電動モータ６及び駆動ギア３７は、チャック回転ギア３６を介してチャック本体３０に作用してチャック本体３０に圧入杭４Ａの圧入のための回転駆動力を付与する。
【００５１】
また、本実施形態の杭圧入装置１は、電動モータ６のオーバーヒートを防止するために、電動モータ６を冷却する冷却手段を備える。本実施形態の冷却手段は、図３に示されるように冷却配管４１であり、電動モータ６はその周囲に配された冷却配管４１を流れる冷却液によって冷却される。また、本実施形態の冷却液は一例として水（以下「冷却水」という。）とするが、これに限らず、不凍液等であってもよい。
【００５２】
冷却配管４１は、冷却水によって電動モータ６と電動モータ６の回転軸に連結される減速機４２とを冷却する。本実施形態の冷却配管４１は、図３の矢印で示されるように、冷却水が電動モータ６を冷却した後に減速機４２を冷却するように配設される。この構成によれば、減速機４２は電動モータ６に比べて温度上昇に強いので、電動モータ６及び減速機４２を効率良く冷却できる。
【００５３】
なお、冷却水を冷却するラジエータや冷却水を送水する冷却用電動ポンプ等は、一例として、杭圧入装置１とは別に現場内に設置され、冷却水は現場に設置された大容量タンクから電動モータ６及び減速機４２へ送水される。
【００５４】
より具体的には、大容量タンク内の水（冷却水）は、冷却用電動ポンプによってマスト２０上に取り付けた配管へ送水され、マスト２０とチャック５の渡り配管を経由してチャック５上部に設置したマニホールドブロック（以下「上流側マニホールドブロック」という。）に送られる。この上流側マニホールドブロックにはリリーフ機能があり冷却配管４１の保護が行われる。そして、上流側マニホールドブロックは、各電動モータ６へ配設される冷却配管４１へ分岐し、各電動モータ６及び減速機４２へ冷却水が送水される。各電動モータ６及び減速機４２を冷却した冷却水は、下流側マニホールドブロックを介してマスト２０上の配管を経由して大容量タンクへ戻る。
【００５５】
また、大容量タンク内の冷却水は、杭４が地盤に圧入される際に杭４の先端から吐出される水としても兼用される。これにより、本実施形態の杭圧入装置１は、冷却水を効率良く用いることができる。
【００５６】
次に、本実施形態の杭圧入装置１の制御について詳述する。図４は、本実施形態の杭圧入システム３の制御系統、電気動力系統、及び油圧動力系統を示す概略図である。
【００５７】
杭圧入装置１は、杭圧入システム３の制御を司る統合制御盤５０を備える。統合制御盤５０は、本発明の制御手段に相当する。
【００５８】
本実施形態の統合制御盤５０は、主として、電動モータ６（電動機）と昇降シリンダ７（油圧装置）とを連動させて制御する制御装置である。これにより本実施形態の杭圧入システム３は、油圧装置と電動機との最適制御を実現するので、駆動部材（例えばチャック５）に駆動力を付与するために電動機と油圧装置とが混在しても効率の良い施工を可能とするものである。
【００５９】
なお、統合制御盤５０は、操作盤５１を用いてオペレータが設定した荷重やトルクの設定値に基づいて杭圧入装置１を制御する。操作盤５１は、オペレータにより保持されて無線通信により統合制御盤５０との間で、設定値等の情報の送受信を行う。
【００６０】
パワーユニット２が備える制御ユニット８と統合制御盤５０は、電動系制御ライン５２Ａで接続され情報の入出力が行われる。また、制御ユニット８と電動モータ６とは、電気動力ライン５２Ｂで接続され、制御ユニット８から電動モータ６へインバータ制御により電力が供給される。
【００６１】
パワーユニット２が備える電動油圧ユニット９と統合制御盤５０とは、油圧系制御ライン５３Ａで接続され情報の入出力が行われる。また、電動油圧ユニット９とマスト２０とは、油供給ライン５３Ｂが接続され、電動油圧ユニット９からマスト２０へ作動油が供給される。
【００６２】
マスト２０には、昇降油圧制御バルブ５４と回転油圧制御バルブ５５とが設けられる。昇降油圧制御バルブ５４、回転油圧制御バルブ５５には、油供給ライン５３Ｂに対応する接続口が設けられている。なお、昇降油圧制御バルブ５４及び回転油圧制御バルブ５５は、一例として電磁バルブである。
【００６３】
昇降油圧制御バルブ５４は、電動油圧ユニット９から昇降シリンダ７への作動油の供給を制御するために、統合制御盤５０からの制御信号に応じて開閉される。一方、本実施形態の回転油圧制御バルブ５５は、電動油圧ユニット９には接続されていない。回転油圧制御バルブ５５は、チャック５を油圧モータで駆動させる場合に用いられるものであり、本実施形態の杭圧入装置１は、チャック５を電動モータ６で駆動させるので、この油圧モータがないためである。
【００６４】
なお、杭圧入システム３には、電動油圧ユニット９から杭圧入装置１の油圧装置へ供給された作動油を電動油圧ユニット９へ戻す油戻りラインや、油圧装置からリークした作動油を電動油圧ユニット９へ戻すリーク油戻りラインも設けられている。
【００６５】
また、杭圧入装置１には状況検知部５６が設けられている。状況検知部５６は、例えばチャック５の回転以外の状況データを検知して統合制御盤５０へ送信する。状況データは、例えば、昇降シリンダ７へ供給される作動油の油圧、杭圧入装置１の姿勢を示す機械姿勢、クランプ２３による完成杭４Ｂの把持状態を示すクランプ安全状態等である。
【００６６】
また、電動モータ６は、各々内部に温度センサ５７が設けられ、温度センサ５７によって検知された温度情報を統合制御盤５０へ送信している。電動モータ６の温度は、例えば回転出力やトルクの負荷率によって変動する。なお、温度センサ５７は、一例として測温抵抗体であるが、これに限らず、熱電対等、他のセンサとされでもよい。このように統合制御盤５０は、電動モータ６の温度変化を監視することで、温度センサ５７の検知温度に基づいて、電動モータ６の故障や水冷システムの不具合など不測の事態に検知する。
【００６７】
次に、本実施形態の統合制御盤５０の機能の詳細について図５も参照して説明する。図５は、杭圧入システム３の制御系統を示すブロック図である。図５に示される（１）から（８）は、各構成間で入出力される情報について示した下記（１）から（８）は対応している。
【００６８】
（１）  制御ユニット８から統合制御盤５０へ：電動モータ６の回転出力情報（リアルタイム出力やトルクの合計値（複数の電動モータの合計値）、平均値、異常監視情報、電動モータ６の電圧値や電流値等）を出力。
（２）  電動モータ６から統合制御盤５０へ：電動モータ６の温度情報を出力。
（３）  状況検知部５６から統合制御盤５０へ：昇降シリンダ７へ供給される作動油の油圧、杭圧入装置１の機械姿勢、クランプ安全状態等を出力。
（４）  統合制御盤５０から制御ユニット８へ：統合制御盤５０で杭圧入装置１の圧入荷重や引抜荷重を算出することで設定トルク（回転トルク信号）を算出、算出した設定トルクに基づいてインバータ指令を制御ユニット８へ出力。インバータ指令はブーストや電動モータの停止等を含む。
（５）  統合制御盤５０から昇降油圧制御バルブ５４へ：バルブの開閉信号。例えば、回転トルクが所定値以上となった場合にはバルブの閉信号を出力。
（６）  電動油圧ユニット９から統合制御盤５０へ：作動油の現在圧力や流量等を示す作動油状態信号を出力。
（７）  統合制御盤５０から電動油圧ユニット９へ：作動油の圧力制御要求信号を出力。これを受けて電動油圧ユニット９は作動油の圧力や流量を制御。
（８）  統合制御盤５０から電動ポンプ制御部５８へ：電動モータ６の温度情報に基づいて冷却水の流量を示す流量信号を出力。電動ポンプ制御部５８は、流量信号に基づいた流量で冷却水を送液するように冷却用電動ポンプ５９を制御。
【００６９】
上記（１）から（８）に示されるように、統合制御盤５０には、杭４の圧入荷重や引抜荷重、機械姿勢、クランプ安全状態、電動モータ６の温度、作動油の状態等の杭圧入システム３の機械状態を示す各種情報が入力される。そして統合制御盤５０は、操作盤５１を介してオペレータが任意に設定した値（荷重やトルク）を順守するように機械状態を自動で制御する。なお、統合制御盤５０は、電動油圧ユニット９のリリーフ圧力を制御することで荷重を制御し、制御ユニット８のインバータ指令を制御することでトルクを制御する。また、（１）から（８）に示したデータの他にも、エラー信号や異常信号等、必要に応じて各構成部間で信号の入出力が行われる。
【００７０】
以下に、本実施形態の統合制御盤５０による各種制御について詳述する。
【００７１】
統合制御盤５０は、チャック５によって把持した杭４を圧入する際の電動モータ６の回転出力に基づいて、昇降シリンダ７によるチャック５の上下動を制御する。本実施形態は回転出力の一例を回転トルクとして制御するが、これに限らず、回転数、又は回転トルクと回転数との組み合わせに基づいて制御が行われてもよい。また、本実施形態ではチャック５が回転していることが、昇降シリンダ７によるチャック５の下降のトリガーとされる。すなわち、チャック５が回転していない状態では、昇降シリンダ７はチャック５を下降させない。なお、チャック５が杭４を把持していない場合、昇降シリンダ７は、チャック５の位置確認等のためにチャック５を下降又は上昇可能とされている。
【００７２】
ここで、杭４の圧入時のトルクの算出について説明する。
【００７３】
まず、統合制御盤５０から制御ユニット８へ入力される回転トルク信号（インバータ指令：周波数や電圧の設定値）は杭４が地盤から受けた力の全量に相当する。そして、杭４の周面部と杭４の先端部で発生するトルクの割合は地盤条件によって異なる。このトルクの割合は、例えば、杭４の圧入時におけるチャック５の回転トルク（以下「圧入時回転トルク」という。）と杭４の引抜時におけるチャック５の回転トルク（以下「引抜時回転トルク」という。）との差で推定する事ができる。圧入時回転トルクは杭４の周面部に発生するトルクと杭４の先端部で発生するトルクの合計であり、引抜時回転トルクは杭４周面部に発生するトルクである。このため、杭４の先端部で発生するトルクは、圧入時回転トルクと引抜時回転トルクとの差から算出される。そして、杭４の先端部で発生するトルクの上昇率又は下降率等から、地盤の深さ方向における地盤情報が得られる。
【００７４】
このように、電動モータ６の回転出力は杭４を圧入する地盤情報が反映される。従って、杭圧入システム３は、電動モータ６の回転出力に基づいて昇降シリンダ７によるチャック５の上下動を制御することで、効率の良い施工が可能となる。そして、本実施形態の杭圧入システム３は、杭４の圧入力、引抜力、回転トルクの実測数値を相関的に結びつけることで地盤の状態を推定し、チャック５の最適な上下ストロークや回転出力によって自動運転を行うことが可能となる。
【００７５】
また、本実施形態の統合制御盤５０は、電動モータ６の回転出力（本実施形態では回転トルク）を電動モータ６に対するインバータ指令に基づいて算出する。これにより、電動モータ６の回転出力、換言すると地盤情報を簡易に把握できる。
【００７６】
さらに本実施形態の統合制御盤５０は、電動モータ６の回転出力が所定値となった場合に、昇降シリンダ７によるチャック５の下げ動作（以下「チャック下げ動作」という。）を停止させる過負荷保護を行う。
【００７７】
本実施形態の過負荷保護について具体的に説明する。まず、オペレータは操作盤５１を介して回転トルクの上限である上限トルクを設定する。そして、杭４を把持しているチャック５が昇降シリンダ７によって圧入方向へ下げられる。チャック下げ動作によって杭４の回転圧入が続けられ、杭４の先端部に対する地盤抵抗によって圧入力が上昇すると、これに伴って電動モータ６の回転トルクが上昇する。統合制御盤５０は、上限トルクに回転トルクが達するとチャック５の下げ操作を停止、すなわち昇降シリンダ７の動作を停止させる。これにより、過大な地盤抵抗によって杭４の先端に溶接されたビット（爪）が破損することが防止される。なお、昇降シリンダ７の動作の停止は、統合制御盤５０が昇降油圧制御バルブ５４へバルブの閉信号を出力すると共に、電動油圧ユニット９へ油圧ポンプ１１及び電動モータ１２の停止信号を出力する。
【００７８】
また、本実施形態の統合制御盤５０は、電動モータ６の負荷状態に応じて電動モータ６の回転出力を制御する。電動モータ６の負荷状態は、一例として、インバータ装置１０から電動モータ６へ出力される電流の値（電流値）により判定される。より具体的には、実際に電動モータ６へ出力される電流値（以下「実電流値」という。）と電流値の上限として予め定められた上限電流値との差が負荷状態であり、この差が小さいほど高負荷状態となる。
【００７９】
すなわち、統合制御盤５０は、電動モータ６の負荷状態をリアルタイムで監視することで、常用トルクを一時的にインバータ制御により過大に増加（以下「トルクブースト」という。）して杭４を回転させる制御や、負荷状態に応じてトルクを制限する制御を行う。トルクブーストは、電動モータ６の出力（計回転数とトルク値との積）内であれば、トルクを定格値（１００％）以上に上げることである。
【００８０】
ここで、トルクブーストについて図６を参照して説明する。図６は、油圧モータと電動モータとの回転特性を示したグラフであり、（ａ）は油圧モータの回転特性を示し、（ｂ）は電動モータの回転特性を示す。図６（ａ）に示されるように、油圧モータは回転トルクが１００％となると、油圧リリーフ制御が行われて作動油の流量が０になり回転が停止する。一方、図６（ｂ）に示されるように、電動モータは、トルクが１００％となっても出力線との交点における回転数を出す事が可能であり、さらにトルクブーストによって１００％以上の出力が可能である。すなわち、杭４の圧入力を増加させようとしても、油圧モータであれば設定トルク（トルク１００％）の手前から回転数が低下するためにトルクブーストができない。一方、電動モータであれば回転を停止させることなくトルクブーストが可能である。このため、電動モータは油圧モータでは不可能である１００％（定格）以上でのトルクを設定可能となる。
【００８１】
そこで、統合制御盤５０は、電動モータ６の負荷状態に応じて、すなわち電動モータ６の負荷に余裕がある場合には、トルクブーストを行って回転トルクを一時的に上昇させることで、効率の良い施工が可能となる。なお、トルクブーストは、電動モータ６の負荷が大きくなるため短時間のみ行われる。
【００８２】
また、統合制御盤５０は、電動モータ６の負荷状態が過大となった場合に、電動モータ６の回転出力を下げる制御を行う。負荷状態が過大となった場合とは、実測電流値と上限電流値との差で判定されるだけでなく、電動モータ６の温度が所定値以上となった場合に負荷状態が過大であると判定されてもよい。
【００８３】
また、通常の制御において、冷却水は各電動モータ６への均等に一定流量で流されるが、本実施形態の統合制御盤５０は、電動モータ６の回転出力又は負荷状態に応じて冷却水による冷却量を制御してもよい。すなわち、統合制御盤５０は、電動モータ６の回転出力が大きいほど、又は高負荷状態ほど冷却水の流量を増加させるように電動ポンプ制御部５８へ制御信号を出力する。
【００８４】
さらに、統合制御盤５０は、各電動モータ６に設けられた温度センサ５７が所定値以上の温度を検知した場合に高負荷状態であるとして、冷却水の流量を増加させるように電動ポンプ制御部５８へ制御信号を出力してもよい。
【００８５】
また、本実施形態の杭圧入装置１は、地盤の状態に応じてチャック５の交換が可能とされている。図７は、本実施形態の杭圧入装置１におけるチャック５の交換を示す構成図である。なお、本実施形態の杭圧入装置１は、チャック５と共に昇降シリンダ７等も含んだ構成（以下「チャックＡＳＳＹ」という。）が地盤の状態に応じて交換可能とされる。
【００８６】
図７に示されるチャックＡＳＳＹ６０Ａは、油圧標準回転仕様であり、油圧モータ６１によってチャック５を回転させる。また、チャックＡＳＳＹ６０Ｂは、油圧高出力回転仕様であり、チャックＡＳＳＹ６０Ａよりも油圧モータ６１の台数を増加させることでより高出力でチャック５を回転させる。チャックＡＳＳＹ６０Ｃは、本実施形態の電動モータ６によってチャック５を回転させる電動高出力回転仕様である。
【００８７】
チャックＡＳＳＹ６０Ａ又はチャックＡＳＳＹ６０Ｂが使用される場合、回転油圧制御バルブ５５を介して油供給ライン５３Ｂと油圧モータ６１とが接続され、電動油圧ユニット９から油圧モータ６１へ作動油が供給される。
【００８８】
なお、油圧高出力回転仕様のチャックＡＳＳＹ６０Ｂは、増加させた油圧モータ６１に対応する回転油圧制御バルブ５５と、各油圧モータ６１から入力される各種情報を中継して統合制御盤５０へ出力する中継制御盤を含むボックスがマスト２０上に取り付けられる。
【００８９】
また、電動高出力回転仕様のチャックＡＳＳＹ６０Ｃは、マスト２０上に電動モータ６を冷却するための冷却水が流通する冷却配管４１と、昇降シリンダ７に作動油を供給する油圧配管のハンガーが一体となった集束部材６２を取り付けられる。これにより、電動高出力回転仕様のチャックＡＳＳＹ６０Ｃを使用する場合であっても、冷却配管４１と油圧配管とを集束部材６２で集束させることで、効率の良い交換作業が行える。
【００９０】
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９１】
（変形例）
本変形例は、電動モータ６の冷却手段を外扇式とする。すなわち、本変形例の電動モータ６は空冷によって冷却される。図８は、本変形例における電動モータ６の冷却手段の概略構成図であり、電動モータ６の冷却手段は電動モータ６に設けられたファン６５とされる。
【００９２】
図８の例では、ファン６５は電動モータ６の上方に設けられ、ファン６５の回転軸６５Ａは電動モータ６の回転軸６Ａに直結される。これにより、ファン６５の駆動力は電動モータ６から得られるので、簡易な構成により電動モータ６を冷却できる。なお、図８では、電動モータ６と減速機４２とが台座６６を介して連結されているが、これは一例であり、台座６６を介さずに電動モータ６と減速機４２とが連結されてもよい。
【００９３】
本変形例では、ファン６５からの送風によって電動モータ６の下方までの冷却が可能とされている。また、電動モータ６の表面には、複数のフィン６７が電動モータ６の高さ方向、換言すると送風方向に沿って設けられている。これにより、電動モータ６の表面積が増加するので空冷による冷却効果が高められる。なお、本変形例の減速機４２は、冷却配管４１が配設されて冷却水によって冷却されるが、これに限らず、ファン６５の能力が十分であれば空冷により冷却されてもよい。このように、本変形例は、電動モータ６を空冷によって冷却するので、簡易な構成で電動機を冷却できる。
【００９４】
また、ファン６５は、電動モータ６の回転軸６Ａとは独立して設けられてもよい。ファン６５の回転軸６５Ａが電動モータ６の回転軸６Ａに連結されていると、ファン６５の冷却量が電動モータ６の回転数に依存することになり、ファン６５の冷却量は制御し難い。そこで、ファン６５の回転軸６５Ａと電動モータ６の回転軸６Ａとを連結しないことにより、ファン６５による冷却量を電動モータ６の回転数に依存することなく制御可能とする。
【００９５】
すなわち、統合制御盤５０は、電動モータ６の回転出力又は負荷状態に応じて、電動モータ６の回転軸６Ａから独立したファン６５による冷却量を制御する。より具体的には、統合制御盤５０は、ファン６５を回転させるためのモータ（以下「ファン駆動モータ」という。）の回転数を電動モータ６の回転出力又は負荷状態に応じて制御する。例えば、電動モータ６の回転出力が大きくなるほど、又は電動モータ６が高負荷状態となるほど、統合制御盤５０は、ファン６５の回転数が高くなるようにファン駆動モータを制御する。これにより、杭圧入システム３は、電動モータ６を効率良く冷却できる。
【符号の説明】
【００９６】
１    杭圧入装置
５    チャック（回転手段）
６    電動モータ（電動機）
７    昇降シリンダ（油圧装置）
１１  油圧ポンプ（油圧発生装置）
２０  マスト
４１  冷却配管（冷却手段）
４２  減速機
５０  統合制御盤（制御手段）
６１  集束部材
６５  ファン（冷却手段）
【図１】
0006922115.tif 000002
【図２】
0006922115.tif 000003
【図３】
0006922115.tif 000004
【図４】
0006922115.tif 000005
【図５】
0006922115.tif 000006
【図６】
0006922115.tif 000007
【図７】
0006922115.tif 000008
【図８】
0006922115.tif 000009
【図９】
0006922115.tif 000010