(57)【要約】  【課題】回転機構を回転させる速度を多数段に切り換えることができ、しかもそれを低コストで達成することができる油圧回路を提供する。  【解決手段】油圧源５から供給される圧油によって作動する油圧モータを備え、この油圧モータの作動によって１つの回転機構４を駆動するための油圧回路であって、各出力軸２が回転機構４にそれぞれ連結される３つ以上の多数の油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃと、油圧源５からの圧油を多数の油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃに直列に、又は選択される２つ以上の油圧モータに並列に供給するように回路を切り換える方向切換弁１０，１１とを備えてなることを特徴とする。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油圧源から供給される圧油によって作動する油圧モータを備え、この油圧モータの作動によって１つの回転機構を駆動するための油圧回路であって、
各出力軸が前記回転機構にそれぞれ連結される３つ以上の多数の油圧モータと、
前記油圧源からの圧油を前記多数の油圧モータに直列に、又は選択される２つ以上の油圧モータに並列に供給するように回路を切り換える方向切換弁と
を備えてなることを特徴とする多数油圧モータを備えた油圧回路。
【請求項２】
前記多数の油圧モータは、容量が異なるものを組合せてなることを特徴とする請求項１記載の多数油圧モータを備えた油圧回路。
【請求項３】
前記回転機構は掘削機の駆動部に組み込まれるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の多数油圧モータを備えた油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多数油圧モータを備えた油圧回路に関し、さらに詳細には、回転速度・トルクを変化させることが要求される回転機構、例えば地盤改良工事に適用される掘削機の回転機構を駆動するための油圧回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良工事として地中にセメントミルク等の改良流体を注入する工法が知られている。これは、まず地盤を掘削機により所定深度まで削孔し、削孔終了後、削孔に使用したロッドを通じてセメントミルク等の改良流体を供給しながら前進・後退を繰り返し、地中に改良体を造成する工法である。
【０００３】
このような地盤改良工法において、削孔時には、一般に低速・高トルクで掘削ヘッドが駆動される。他方、改良流体の注入時には逆に高速・低トルクで掘削ヘッドが駆動される。これに対応するため、従来は、高速用・低速用２つの油圧モータを用い、高速・低速の２段切り換えを行っている。しかし、改良対象となる地盤条件は種々様々であり、また深度方向に関しても地質は一様ではない。したがって、選択可能な掘削ヘッドの速度・トルクの切り換え段数を増やし、地盤条件に応じた速度・トルクで掘削ヘッドを駆動させることができれば、作業効率を向上させることができる。
【０００４】
その方法として、次のような技術を採用することが考えられる。
１．斜軸型ピストン油圧モータなどの容量可変のモータの利用
しかし、この種の油圧モータは高価である。また、斜軸型ピストン油圧モータは大容量のものがあまりなく、大容量の油圧モータを必要とするときは、遊星歯車機構との組合せで対応しなければならず、コストがかかる。
【０００５】
２．大容量（100%）・小容量（50%）の切り換え機構付き油圧モータの利用
しかし、この場合、容量を上記以外、例えば 25% や 30% としたいとき、このタイプの油圧モータは使えない。
３．油圧モータに送る油量をポンプやバルブで調整して変速する方法の利用
しかし、ポンプで油量を調整する場合は、油圧モータをその最も効率の良いところで使えないことがあり、機械のスペックを損なう可能性がある。また、バルブで油量を調整する場合は、バルブと油圧ポンプとの間で圧力が上昇してエネルギーロスが生じることがあり、利用環境がよいとはいえない。
【０００６】
特許文献１には、２つの油圧モータに圧油をそれぞれ並列又は直列に供給するようにし、またそれらの油圧モータとして容量を２段に変化させることが可能ないわゆるマルチストローク型モータを使用した油圧回路が開示されている。この技術によれば、掘削ヘッドの速度を１速〜４速の４段に切り換えることができる。しかし、この方法は、前述のように、使用する油圧モータが高価であり、また容量が大容量（100%）・小容量（50%）に限定され、したがって切り換え段数を増やすことができない。
【特許文献１】特開２００３−１４８６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、回転機構を回転させる速度を多数段に切り換えることができ、しかもそれを低コストで達成することができる油圧回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、油圧源から供給される圧油によって作動する油圧モータを備え、この油圧モータの作動によって１つの回転機構を駆動するための油圧回路であって、
各出力軸が前記回転機構にそれぞれ連結される３つ以上の多数の油圧モータと、
前記油圧源からの圧油を前記多数の油圧モータに直列に、又は選択される２つ以上の油圧モータに並列に供給するように回路を切り換える方向切換弁と
を備えてなることを特徴とする多数油圧モータを備えた油圧回路にある。
【０００９】
上記油圧回路において、前記多数の油圧モータは、容量が異なるものを組合せてなる構成を採用してもよい。前記回転機構は、例えば、掘削機の駆動部に組み込まれるものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、油圧回路に多数の油圧モータを組み込み、それらの油圧モータに直列に、又は選択される２つ以上の油圧モータに並列に圧油を供給するようにしたので、回転機構の回転速度を多数段に切り換えることができる。そして、油圧モータの数を増やすことにより、回転速度の切り換え段数を増やすことができる。また、高価な容量可変モータを使用する必要がないので、コストの増大を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１〜図３は、この発明の実施形態を示す油圧回路である。図に示す実施形態では、油圧回路には３つの油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃが設けられている。各油圧モータ１ａ，１ｂ、１ｃの各出力軸２は、モータピニオン３を介してギヤ４に駆動連結されている。ギヤ４は、例えば掘削機の駆動部に回転機構を構成する部材として組み込まれ、掘削機の回転軸に直結されている。
【００１２】
油圧ポンプ５からの圧油は管路６，７の一方を通って油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃに供給され、また管路６，７の他方を通ってタンク８に戻される。管路６，７には方向切換弁９が設けられている。この方向切換弁９は油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃの正転・逆転を切り換えるための弁である。以下、方向切換弁９がイ位置で正転、ロ位置で逆転とし、正転の場合すなわち管路６が圧油の往路、管路７が圧油の復路になるものとして回路構成を説明する。
【００１３】
各油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃのポートＡ，Ｂはそれぞれ入口ポート及び出口ポートを示し、管路６は油圧モータ１ａの入口ポートＡに接続されている。また、管路７は油圧モータ１ｃの出口ポートＢに接続されている。
【００１４】
２つの方向切換弁１０，１１は油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃに直列又は並列になるように圧油の供給を切り換えるための弁である。方向切換弁１０，１１は片側２ポートずつの４ポートＰ，Ｔ，Ａ，Ｂをもつ切換弁である。管路６は２つの分岐する管路１２，１３を有し、これらの管路１２，１３は方向切換弁１０，１１の片側の入口ポートＰにそれぞれ接続されている。また、管路７も２つの分岐する管路１４，１５を有し、これらの管路１４，１５は方向切換弁１０，１１の片側の出口ポートＴにそれぞれ接続されている。
【００１５】
方向切換弁１０，１１の他の片側の入口ポートＡは、管路１６，１７を介して油圧モータ１ａ，１ｂの出口ポートＢにそれぞれ接続されている。また、方向切換弁１０，１１の他の片側の出口ポートＢは、管路１８，１９を介して油圧モータ１ｂ，１ｃの入口ポートＡにそれぞれ接続されている。
【００１６】
図１〜図３において管路２０，２１，２２はドレンである。方向切換弁１０，１１は図示の例では油圧切換弁である。管路２１，２２は方向切換弁１０，１１が図１のニュートラル位置にあるときにドレンとして機能し、方向切換弁１０，１１を図２，図３のイ位置に切り換えるときに油圧ポンプ２３からパイロット圧を送るための管路として機能する。この切り換えのために、管路２１，２２には方向切換弁２４，２５が設けられている。方向切換弁１０，１１として電磁切換弁や手動レバー付き切換弁を使用するときは、切換弁２４，２５は不要である。
【００１７】
次に上記実施形態のものの作用について説明する。
＜高速・低トルク＞
図１に示すように、方向切換弁１０，１１を双方ともニュートラル位置にすると、方向切換弁１０のポートＡ，Ｂの連通によって管路１６，１８が連通し、油圧モータ１ａの出口ポートＢと油圧モータ１ｂの入口ポートＡとが連通する。また、方向切換弁１１のポートＡ，Ｂの連通によって管路１７，１９が連通し、油圧モータ１ｂの出口ポートＢと油圧モータ１ｃの入口ポートＡとが連通する。この結果、油圧ポンプ５からの圧油は、管路６、油圧モータ１ａ、管路１６，１８、油圧モータ１ｂ、管路１７，１９、油圧モータ１ｃ及び管路７を通って流れ、タンク８に戻される。すなわち、油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃはすべて直列に接続され、圧油が直列に供給される。このような直列回路では最上流側の油圧モータ１ａのみが圧油の全流量によって駆動され、下流側の油圧モータ１ｂ，１ｃにはトルクが発生しない。これにより、ギヤ４は高速・低トルクで回転する。
【００１８】
＜中速・中トルク＞
図２に示すように、方向切換弁１１をニュートラル位置とし、切換弁２４を切り換えて油圧ポンプ２３から方向切換弁１０にパイロット圧を送り、方向切換弁１０をニュートラル位置から位置イに切り換えると、方向切換弁１０のポートＡ，Ｔの連通によって管路１６，１４が連通し、油圧モータ１ａの出口ポートＢが油圧モータ１ｂ，１ｃを介することなく管路７と直接連通する。また、方向切換弁１０のポートＰ，Ｂの連通によって管路１２，１８が連通し、油圧モータ１ｂの入口ポートＡが油圧モータ１ａを介することなく管路６と直接連通する。この結果、管路６から油圧モータ１ａ、管路１６，１４を通って管路７に流入する圧油の流れと、管路６から管路１２，１８、油圧モータ１ｂ、管路１７，１９、油圧モータ１ｃ及び管路７を通る圧油の流れとが生じる。すなわち、油圧モータ１ａ，１ｂが並列に接続されて圧油が並列に供給され、また油圧モータ１ｃは油圧モータ１ｂに対して直列に接続されて圧油が直列に供給される。このような並列・直列回路では並列に接続された油圧モータ１ａ，１ｂのみが圧油の全流量の１／２によって駆動され、直列に接続された下流側の油圧モータ１ｃにはトルクが発生しない。これにより、ギヤ４は中速・中トルクで回転する。
【００１９】
＜低速・高トルク＞
図３に示すように、切換弁２４，２５を切り換えて方向切換弁１０，１１に油圧ポンプ２３からパイロット圧を送り、方向切換弁１１，１２の双方ともニュートラル位置から位置イに切り換えると、方向切換弁１０の切り換えによって生じる上記管路の連通状態に加えて、方向切換弁１１のポートＡ，Ｔの連通によって管路１７，１５が連通し、油圧モータ１ｂの出口ポートＢが油圧モータ１ｃを介することなく管路７と直接連通する。また、方向切換弁１１のポートＰ，Ｂの連通によって管路１３，１９が連通し、油圧モータ１ｃの入口ポートＡが油圧モータ１ａ，１ｂを介することなく管路６と直接連通する。この結果、管路６から油圧モータ１ａ、管路１６，１４を通って管路７に流入する圧油の流れと、管路６から管路１２，１８、油圧モータ１ｂ、管路１７，１５を通って管路７に流入する圧油の流れと、管路６から管路１３，１９、油圧モータ１ｃ及び管路７を通る圧油の流れとが生じる。すなわち、油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃがすべて並列に接続されて圧油が並列に供給される。このような並列回路ではすべての油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃが圧油の全流量の１／３によって駆動される。これにより、ギヤ４は低速・高トルクで回転する。
【００２０】
上記の作用説明は、油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃの正転時に関してであるが、方向切換弁９をロ位置に切り換えると、油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃは逆転する。逆転時においても方向切換弁１０，１１を切り換えることにより、上記と同様に油圧モータ１ａ，１ｂ，１ｃの速度を切り換えることができる。
【００２１】
図４は地盤改良工事において、施工工程ごとにあるいは地盤条件によって掘削機の回転速度を選択する例を示している。掘削機として、フレーム３０上を走行する掘削ヘッド３１をもつトップドライブ型のものが示されている。この掘削ヘッド３１が上記油圧回路によって駆動される。掘削ヘッド３１にロッド３２が接続され、このロッド３２に掘削ヘッド３１から回転力及び推進力が伝達される。地盤改良工事は次のような手順で行われる。すなわち、所定深度まで掘削し（ａ）、掘削終了後ロッド３２にセメントミルク等の改良流体を送り、地中に注入しながら前進・後退を繰り返し、地中に改良体を造成する（ｂ）。
【００２２】
掘削時には、所定深度まで掘り進むまでに礫層や地中内の埋蔵物などで掘削が困難になる場合があり、低速・高トルクとなる油圧回路（図３）を選択する。地盤条件が良い場合は高速・低トルクとなる油圧回路（図１）あるいは中速・中トルクとなる油圧回路（図２）を選択する。他方、改良流体の注入時には、土（泥）と改良流体とを攪拌・混合するため高速・低トルクあるいは中速・中トルクを選択する。
【００２３】
図５は、掘削方式の違いによって掘削機の回転速度を選択する例を示している。掘削機として駆動部にロータリーテーブル３３をもつロータリーテーブル型のものが示されている。（ａ）は３コーンビット３４を使用する掘削方式であり、この場合、高速・低トルク又は中速・中トルクが選択される。なお、この３コーンビット掘削では、スイベル３６から掘削流体として泥水あるいは圧縮空気が供給される。（ｂ）はダウンザホールドリル３５を使用する掘削方式であり、この場合、低速・高トルクが選択される。なお、このダウンザホール掘削では、スイベル３６から圧縮空気が供給される。
【００２４】
上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では油圧モータの数を３としたが、油圧モータの数はこれに限られない。すなわち油圧モータの数をさらに増やし、それに応じて直列・並列を切り換える方向切換弁の数を増やすことにより（油圧モータの数Ｎから１を減じた数Ｎ−１）、回転速度の切り換え段数を増やすことができる。
【００２５】
また、油圧モータとしては同一容量のモータを使用するのみならず、容量が異なる小容量から大容量のモータを組み合わせて使用することもできる。これにより、例えば小トルクを必要とする回転機構に対しては多数の小容量油圧モータの組合せで対応し、大トルクを必要とする場合には多数の大容量油圧モータの組合せで変速を行うことができる。
【００２６】
また、上述のように方向切換弁は手動レバー方式、電磁切換方式、油圧切換方式のいずれを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態を示し、高速・低トルクを選択した油圧回路図である。
【図２】中速・中速を選択した油圧回路図である。
【図３】低速・高トルクを選択した回路図である。
【図４】地盤改良工事において、施工工程ごとにあるいは地盤条件によって掘削機の回転速度を選択する例を示す図である。
【図５】掘削方式の違いによって掘削機の回転速度を選択する例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ａ，１ｂ，１ｃ    油圧モータ
２    出力軸
３    モータピニオン
４    ギヤ
５    油圧ポンプ
９    方向切換弁
１０，１１    方向切換弁
３１      掘削ヘッド
３２      ロッド
３３      ロータリーテーブル
３４      ３コーンビット
３５      ダウンザホールドリル
【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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