JP6641129B2 - ロッドハンドリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、掘削用のロッドを掘削機のドリルヘッドに供給及びドリルヘッドから回収する交換作業のために用いるロッドハンドリング装置に関する。

掘削機による掘削ではロッドを継ぎ足しながら行われることから、掘削機のドリルヘッドにロッドを供給、継ぎ足しあるいは回収する作業が必要となっている。これらのロッドの交換は、作業者が人力やクレーン等によってロッドを運搬し、作業者がロッドのセンタ出しを行いながらセットしている。又、ロッドの回収も作業者が行っている。なお、ドリルヘッドに対するロッドの交換を自動的に行う装置としては、特許文献１に開示されている。

特許第２８３５５５１号公報

掘削に用いるロッドには、ロッド内を通る材料（流動化剤、遅効性塑性化剤等を含む材料）が切り継ぎ作業を行う際付着して滑りやすくなることが多く、ロッドを作業者がドリルヘッドに着脱するのは危険を伴う作業となる。又、作業者による手作業のため、手間がかかり時間を要し、非能率的ともなっている。一方、特許文献１に開示されている装置は、二重管ロッドへの適用であり、構造が複雑であり、操作が面倒となる問題を有している。

本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであって、簡単な構造及び操作でドリルヘッドに対してロッドを自動的に継ぎ足し及び回収することができ、作業の安全性を向上させることができ、能率を向上させることが可能なロッドハンドリング装置を提供することを目的とする。

本発明は、掘削機に並設され、掘削機のドリルヘッドに対し単管ロッドを交換するロッドハンドリング装置であって、前記ドリルヘッドが上部に位置したときに前記単管ロッドの継ぎ足し及び回収するため、水平位置及び垂直位置の間で起伏動作し、水平位置で回転可能となっているスイングボディを備えたロッドポジショナーと、このロッドポジショナーの長さ方向に沿って配置され、共に単管ロッドを掴むロッドクランプ及びユニバーサルホルダとを備え、前記ロッドクランプは、一対のクランプアームと、一対のクランプアームの間から前記単管ロッドの方向に伸縮し、一対のクランプアームと共に前記単管ロッドを掴むクランプシリンダとを備え、前記ユニバーサルホルダは、一対のホルダアームと、一対のホルダアームの間で進退するホルダカムと、ホルダカムを進退させるホルダシリンダとを備え、前記一対のホルダアームは前記ホルダカムの進退に応じて回動可能となっており、一対のホルダアーム及びホルダカムによって前記単管ロッドを掴み、単管ロッドの径が異なってもロッドクランプは径に合わせたクランプピースを交換する軽微な作業で済み、ユニバーサルクランプは交換の必要がないことを特徴とする。

この場合、前記ロッドクランプが前記ドリルヘッド側に位置し、前記ユニバーサルホルダがドリルヘッドから離れた側に位置するように前記スイングボディに配置される。

本発明によれば、簡単な構造及び操作でドリルヘッドに対して単管ロッドを自動的に継ぎ足し及び回収することができ、作業の安全性を向上させることができ、能率を向上させることができる。

掘削機の一例の全体を示す側面図である。 掘削機の全体の正面図である。 ロッドハンドリング装置のロッドポジショナーを示す側面図である。 ロッドハンドリング装置のロッドクランプを示す平面図である。 ロッドハンドリング装置のユニバーサルホルダを示す平面図である。 ロッドハンドリング装置による単管ロッドの継ぎ足し動作を示す側面図である。 ロッドハンドリング装置による単管ロッドの引き抜き動作を示す側面図である。

図１及び図２は、本発明のロッドハンドリング装置１が適用される掘削機２の一例を示す。掘削機２はクローラ３を備えた自走車４の支持アーム５に取り付けられたガイドセル６を備えている。ガイドセル６は支持アーム５に具備された油圧シリンダ２０，２０ａが伸縮することによって傾倒動作し、垂直状となった状態で掘削が行われる。ガイドセル６には、油圧によって作動する給進機構７が取り付けられ、この給進機構７が駆動するチェーン１９にドリルヘッド８が取り付けられており、ドリルヘッド８がガイドセル６に沿って移動することにより掘削が行われる。ドリルヘッド８にはスピンドル９が下方に延びており、このスピンドル９に掘削用のロッド１０が接続又は切り離しされてロッド１０の交換が行われる。なお、ガイドセル６の下端部分には、ロッド１０をクランプしてロッド１０の回転をロックするロッククランプ１８が取り付けられている。本発明のロッドハンドリング装置１はロッド１０として二重管ロッドではなく単管ロッドに対して適用するものであり、以下単管ロッドをロッド１０として説明する。

ロッドハンドリング装置１は、掘削機２に並設された状態でドリルヘッド８（スピンドル９）に対するロッド１０の交換を行う。ロッドハンドリング装置１は、ロッドポジショナー１１と、ロッドクランプ１２と、ユニバーサルホルダ１３とを備えることにより形成されている。

ロッドポジショナー１１は図２に示すように、連結ブラケット１４を有しており、連結ブラケット１４がガイドセル６の下部に取り付けられることによりロッドハンドリング装置１の全体が掘削機２に並設される。図３に示すように、ロッドポジショナー１１は連結ブラケット１４に取り付けられた第１トルクアクチュエータ１５と、第１トルクアクチュエータ１５に取り付けられた第２トルクアクチュエータ１６と、第２トルクアクチュエータ１６に取り付けられたスイングボディ１７とを備えている。第１トルクアクチュエータ１５及び第２トルクアクチュエータ１６はいずれも油圧によって駆動する。スイングボディ１７はドリルヘッド８の掘削方向に延びた直線状の軸体となっている。

第１トルクアクチュエータ１５はスイングボディ１７を第２トルクアクチュエータ１６と共に水平位置及び垂直位置の間で回動（旋回）させることによりスイングボディ１７を起伏動作させるものである。そして、スイングボディ１７が垂直位置に回動して起立状態となったとき、ドリルヘッド８に対するロッド１０の取り付け及び取り外しが行われる（図１参照）。

第２トルクアクチュエータ１６はスイングボディ１７を回転させるものであり、この回転はスイングボディ１７が水平位置にあるときに行われる。スイングボディ１７がこの水平位置にあるときに、ロッドハンドリング装置１に対するロッド１０の供給による保持及びロッド１０の取り外し、すなわちロッドハンドリング装置１へのロッド１０の交換が行われる。

図１〜図３に示すように、ロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３は軸体状のスイングボディ１７の長さ方向に沿って配置されており、それぞれがロッド１０を掴むように動作する。この場合、ロッドクランプ１２がドリルヘッド８側に位置し、ユニバーサルホルダ１３がドリルヘッド８から離れた側（ロッククランプ１８側）に位置するようにこれらがスイングボディ１７に沿って配置される。

図４はロッドクランプ１２を示し、クランプフレーム２２と、クランプシリンダ２３と、一対のクランプアーム２４、２４とを備えている。クランプフレーム２２はスイングボディ１７にボルト等によって取り付けられ、クランプシリンダ２３及び一対のクランプアーム２４、２４はこのクランプフレーム２２に取り付けられる。

一対のクランプアーム２４、２４はクランプシリンダ２３を挟むように配置されている。それぞれのクランプアーム２４はアーム本体２５と、アーム本体２５をクランプフレーム２２に回動可能に取り付ける軸部２６とを備えており、アーム本体２５の先端部分には、ロッド１０の方向に延びてロッド１０に当接するクランプピース２７が取り付けられている。

クランプシリンダ２３は油圧によって駆動することによりロッド１０の方向に伸縮する。クランプシリンダ２３の先端部分には、ロッド１０の外形に沿って凹んでロッド１０に当接するクランプ部２８が形成されている。又、クランプシリンダ２３には、テーパブロック２９が取り付けられており、テーパブロック２９のテーパ面２９ａが一対のクランプアーム２４、２４におけるアーム本体２５の側面部分に当接している。クランプシリンダ２３が伸長すると、テーパブロック２９がクランプアーム２４のアーム本体２５を押すため、クランプアーム２４がロッド１０の方向に閉じ作動する。図４において、符号３０は戻し部材であり、それぞれのクランプアーム２４を反ロッド１０方向に回動するように付勢している。この戻し部材３０はクランプシリンダ２３の短縮によってテーパブロック２９がクランプアーム２４との当接から離れたときにクランプアーム２４を回動させる。

以上のロッドクランプ１２はクランプシリンダ２３が伸長することにより、同シリンダ２３のクランプ部２８がロッド１０に当接すると共に、一対のクランプアーム２４、２４が相互の閉じ方向（ロッド１０の方向）に回動してそのクランプピース２７、２７がロッド１０に当接する。これにより、ロッド１０を強固に掴むように動作する。このようなロッドクランプ１２はロッド１０が回転しないようにクランプするものであり、これにより連結のためにドリルヘッド８のスピンドル９が回転しながらロッド１０にねじ込んでもロッド１０が回転しないため、ロッド１０をドリルヘッド８に連結することができる。

図５はユニバーサルホルダ１３を示し、ホルダフレーム３１と、油圧シリンダからなるホルダシリンダ３２と、一対のホルダアーム３３、３３と、ホルダカム３４とを備えている。ホルダフレーム３１はスイングボディ１７にボルト等によって取り付けられ、ホルダシリンダ３２、一対のホルダアーム３３、３３、ホルダカム３４はこのホルダフレーム３１に取り付けられる。

一対のホルダアーム３３、３３はホルダカム３４を挟むように配置されている。それぞれのホルダアーム３３は軸部３６によってホルダフレーム３１に回動可能に取り付けられたアーム本体３５を備えている。アーム本体３５は、軸部３６を中心に軸部３６の前後の両方向に延びており、その延設端部のそれぞれにカムフォロア３７が取り付けられている。一対のホルダアーム３３、３３は相互の閉じ方向（ロッド１０の方向）に回動することにより、延設端部のカムフォロア３７がロッド１０に当接する。

ホルダカム３４はホルダシリンダ３２のピストン３８に取り付けられており、ホルダシリンダ３２のピストン３８が伸縮駆動することにより、ホルダカム３４は一対のホルダアーム３３、３３の間で進退移動する。ホルダカム３４は平面三角形状に形成されており、２つの斜面がそれぞれのホルダアーム３３、３３に当接するテーパ面３９となっている。また、ホルダカム３４におけるロッド１０側の端部には、ロッド１０の外形に沿って凹んでロッド１０に当接するホルダ部４０が形成されている。ホルダシリンダ３２が駆動してホルダカム３４がロッド１０の方向に進出すると、一対のホルダアーム３３、３３が相互の閉じ方向（ロッド１０の方向）に回動すると共にホルダ部４０がロッド１０方向に進出する。これにより、一対のホルダアーム３３、３３及びホルダ部４０によってロッド１０を三点支持した状態となる。

以上に加えて、ユニバーサルホルダ１３には、戻し部材４１が取り付けられる。戻し部材４１は一対のホルダアーム３３に対応して一対が設けられる。それぞれの戻し部材４１は戻しばね４２を収容したばねケース４３と、ばねケース４３から延びた戻しピン４４とを備え、ばねケース４３がホルダカム３４に連結され、戻しピン４４がホルダアーム３３に連結されている。戻し部材４１はホルダカム３４がロッド１０から離れる方向に退避移動したとき、それぞれのホルダアーム３３を回動させてホルダアーム３３をロッド１０の当接から離れさせる。

このようなユニバーサルホルダ１３はドリルヘッド８から離れた側となるようにロッククランプ１８側に位置してスイングボディ１７に取り付けられ、これにより先行ロッドに近接した位置でロッド１０を掴んでおり、先行ロッドに対するロッド１０のセンタ出しを行う。また、ホルダカム３４のテーパ面３９が長いため、ホルダアーム３３の回動範囲が広くなっており、これにより広範なロッド１０の径に対応することができ、ロッド１０の径が異なってもユニバーサルホルダ１３を交換する必要がない。

次に、この実施形態の作動を説明する。ロッドハンドリング装置１に対して、ロッド１０を交換する場合、ロッドポジショナー１１（スイングボディ１７）を図２に示すように水平方向に位置させた状態とする。このとき、第２トルクアクチュエータ１６によってスイングボディ１７を水平面内で回転させ、ロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３が水平状態のスイングボディ１７から垂れ下がった低い状態とする。ロッド１０がこれらのロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３に搬送された後、ロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３に保持される。この場合、ロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３がボディ１７から垂れ下がった低い位置となっているため、これらによるロッド１０の保持作業が容易となると共に作業性が向上する。

その後、第２トルクアクチュエータ１６によりスイングボディ１７を水平面内で回転させてロッド１０をスイングボディ１７の上側に位置させ、この状態で第１トルクアクチュエータ１５を駆動してロッドポジショナー１１（スイングボディ１７）を図２に示す垂直位置に起立させる。これにより、ロッド１０をドリルヘッド８のスピンドル９の軸芯と一致させ、その後、ドリルヘッド８を下降させスピンドル９を回転させることにより、スピンドル９をロッド１０にねじ込む。ドリルヘッド８からロッド１０を回収する場合には、以上と逆の作動を行うことにより、ロッド１０をドリルヘッド８から取り外して水平位置に取り出すことにより簡単に回収することができる。このロッド１０の回収もボディ１７から垂れ下がった低い位置での作業となるため、作業が容易であり作業性が向上する。

このような構造では、ドリルヘッド８に対してロッド１０を自動的に継ぎ足し及び回収することができ、作業の安全性を向上させることができ、能率を向上させることが可能となる。また、構造が簡単であり、操作も容易となる。

次に、ロッド１０の継ぎ足し及びロッド１０の引き抜きの手順を図６及び図７により説明する。

図６（ａ）〜（ｈ）はロッド１０の継ぎ足し手順を示す。同図において、符号５０は先行ロッドを示す。（ａ）は先行ロッド５０による掘削が完了した状態であり、（ｂ）で示すようにロッククランプ１８によって先行ロッド５０をクランプし、この状態でドリルヘッド８を掘削回転と逆回転させ、先行ロッド５０との連結を解除し、（ｃ）で示すようにドリルヘッド８が上昇することにより退避する。その後、（ｄ）で示すようにロッドハンドリング装置１のロッドポジショナー１１が回動して起立し、ドリルヘッド８の下方にロッド１０を移動させ、ドリルヘッド８と芯合わせする。このときユニバーサルホルダ１３がロッド１０を緩く保持しているため、芯合わせが容易となる。一方、ロッド１０はロッドクランプ１２によって強固に保持されて回転が拘束された状態となっているため、（ｅ）で示すようにドリルヘッド８が下降して回転することにより、ドリルヘッド８のスピンドル９をロッド１０にねじ込むことができる。これによりドリルヘッド８へのロッド１０の連結を行う。

（ｆ）はドリルヘッド８へのロッド１０の連結後においてロッドハンドリング装置１が退避する状態を示し、ロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３がロッド１０の保持を開放した後、ロッドポジショナー１１がロッド１０から離れる方向（伏臥方向）に回動する。（ｇ）はドリルヘッド８が下降してロッド１０を先行ロッド５０にねじ込んで連結した状態であり、（ｈ）はドリルヘッド８による掘削開始状態である。

図７は、ロッド１０の引き抜き手順を示す。（ａ）の状態から（ｂ）の状態に移行しドリルヘッド８が上昇する。これに続く（ｃ）ではロッククランプ１８がロッド１０をクランプした状態でドリルヘッド８が逆回転する。これにより（ｄ）で示すように、ロッド１０が先行ロッド５０から切り離される。この状態に対しロッドハンドリング装置１のロッドポジショナー１１が回動して起立し、（ｅ）で示すようにロッドハンドリング装置１のロッドクランプ１２及びユニバーサルホルダ１３がロッド１０を保持し、ロッドクランプ１２がロッド１０の回転を拘束する。この回転拘束状態で（ｆ）で示すように、ドリルヘッド８が回転することによりスピンドル９とロッド１０との連結を解除する。（ｇ）は解除後の状態を示し、ロッドハンドリング装置１のロッドポジショナー１１が伏臥方向に回動してロッド１０を回収することができる。

１ ロッドハンドリング装置
２ 掘削機
８ ドリルヘッド
１０ ロッド（単管ロッド）
１１ ロッドポジショナー
１２ ロッドクランプ
１３ ユニバーサルホルダ
１７ スイングボディ
２３ クランプシリンダ
２４ クランプアーム
３２ ホルダシリンダ
３３ ホルダアーム
３４ ホルダカム

Claims (2)

1. 掘削機に並設され、掘削機のドリルヘッドに対し単管ロッドを交換するロッドハンドリング装置であって、
   前記ドリルヘッドが上部に位置したときに前記単管ロッドの継ぎ足し及び回収するため、水平位置及び垂直位置の間で起伏動作し、水平位置で回転可能となっているスイングボディを備えたロッドポジショナーと、このロッドポジショナーの長さ方向に沿って配置され、共に単管ロッドを掴むロッドクランプ及びユニバーサルホルダとを備え、
   前記ロッドクランプは、一対のクランプアームと、一対のクランプアームの間から前記単管ロッドの方向に伸縮し、一対のクランプアームと共に前記単管ロッドを掴むクランプシリンダと、前記一対のクランプアームの先端部分に取り付けられ前記単管ロッドに当接するクランプピースとを備え、
   前記ユニバーサルホルダは、一対のホルダアームと、一対のホルダアームの間で進退するホルダカムと、ホルダカムを進退させるホルダシリンダとを備え、前記一対のホルダアームは前記ホルダカムの進退に応じて回動可能となっており、一対のホルダアーム及びホルダカムによって前記単管ロッドを掴み、単管ロッドの径が異なってもロッドクランプは径に合わせた前記クランプピースを交換する軽微な作業で済み、前記ユニバーサルホルダは交換の必要がないことを特徴とするロッドハンドリング装置。
2. 請求項１記載のロッドハンドリング装置であって、
   前記ロッドクランプが前記ドリルヘッド側に位置し、前記ユニバーサルホルダがドリルヘッドから離れた側に位置するように前記スイングボディに配置されていることを特徴とするロッドハンドリング装置。

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