杭用チャックの制御方法、および同装置
【課題】 振動式杭打抜機用の起振機に装着されているチャックを回転させる機構を改良して、該チャックを支持しているベアリングが小容量のものでも充分な耐久性を発揮することができ、かつ、該チャックに把持されている杭のｚ軸周り回転角位置を、地球基準で容易に制御できるようにする。
【解決手段】 チャック４の回転軸４ｂにブレーキ胴６ａを固着するとともに、該回転軸に対してスプライン８を介してドリブン歯車７を取り付け、駆動モータＭによって回転駆動する。前記のブレーキ胴６ａを、固定シュー６ｂ及び可動シュー６ｃで制動することにより、起振機に対してチャックを強固に固定する。前記駆動モータＭの正，逆転・停止は、ジャイロ機構Ｊによる回動角位置検出信号αに基づき、自動制御回路ＣＰＵによって行なわれる。
【解決手段】 チャック４の回転軸４ｂにブレーキ胴６ａを固着するとともに、該回転軸に対してスプライン８を介してドリブン歯車７を取り付け、駆動モータＭによって回転駆動する。前記のブレーキ胴６ａを、固定シュー６ｂ及び可動シュー６ｃで制動することにより、起振機に対してチャックを強固に固定する。前記駆動モータＭの正，逆転・停止は、ジャイロ機構Ｊによる回動角位置検出信号αに基づき、自動制御回路ＣＰＵによって行なわれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起振機にチャックを設置した構造の振動式杭打抜機において、チャックに把持されている杭の垂直軸周り回転角位置を、地球基準で制御する方法および同装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、多数の杭を並べて打ち込んでいる状態を説明するための模式的な平面図である。なお、後に説明するが、列設されている多数の杭を順次に引き抜く状態も、この図２と同様である。
符号１を付して示したのは杭である。この例の杭は、並べて打ち込んだとき相互に連結するための杭継手１ａが設けられている。本図２の状態で杭１は、これから打ち込むために集積され、地上に寝かされている。
ショベルカー２は、車体２ａに対して起伏回動自在に軸支されたブーム２ｂの先端に、アーム２ｃが屈伸自在に軸着されている。該アームの先端にはバケット（図外）が装着されるようになっているのであるが、該バケットに代えて種々のフロントアタッチメント（クラッシャ、ブレーカ等）が着脱される。
【０００３】
この図の例では、起振機３とチャック４とから成る振動式杭打機が装着されている。
上記のチャック４に把持されている杭１ｔは、起振機３に隠れているので破線で描いてある。
前記の振動式杭打機を装着されたアームおよびブームは、車体２ａと一緒に、円弧矢印ωのように３６０度旋回可能であり、旋回半径Ｌは伸縮可能であるから、ショベルカー２の運転操作によって、前記の保持されている杭１ｔを法線（杭打ち予定線）ＰＬまで運搬することができる。
符号１ａ，１ｂ，１ｃ〜１ｈを付して示したのは順次に打ち込まれた多数の杭である。
【０００４】
ショベルカー２の車体が旋回可能であり、かつ、ブーム，アームが起伏・屈伸して旋回半径Ｌを伸縮させることができるので、図示の円弧ωの内側の任意の箇所に「チャック４により吊持されている杭１ｔ」を搬送して打ち込むことができる（ただし、ショベルカー自体に干渉しない限り）。
ショベルカー２は自走可能であるから、図示の円弧ωの外側に杭打ちする場合は、杭打ち予定地点の近くまで走行すればよい。
【０００５】
ところが、吊持されている杭１ｔを杭打ち予定線（法線ＰＬ）まで搬送しただけでは足りない場合が有る。
例えば普通の電柱のように円柱状の杭であれば、長手方向の中心線周りの回転体であるから、軸周りの回転角位置が問題にならない。しかし、例えば角杭であれば回転角位置が規制される。特に鋼矢板の場合は裏表（凸側と凹側）が有るので、３６０度の方位規制が必要である。
【０００６】
説明の便宜上、水平な直交座標を考える。本例では南北線Ｎ−Ｓと、東西線Ｅ−Ｗとを想定した。
この図の状態で、ブーム，アームは北西を向いている。
いま、図示のチャック４で吊持されている杭１ｔを、杭１ｃの位置に打設するために、車体２ａを旋回させてブーム，アームをｏ−ｑ方向に向けると、吊持されていた杭の姿勢は線ｏ−ｑにほぼ直角となり、法線ＰＬと一致しない。
【０００７】
順次に打ち進んで、杭１ｈを打設するために、ブーム，アームを線ｏ−ｒ方向に向けると、吊持されている杭の姿勢は線ｏ−ｒにほぼ直角となる。このようにして、杭１ａ．１ｂ．１ｃ……と打ち進むに従って、ブーム，アームに対するチャック４の取り付け角度を変化させねばならない。特に矢板の場合は、杭１ａと杭１ｂとの表裏を反転させなければならず、更に杭１ｂと杭１ｃ、杭１ｃと杭１ｄ……というように、杭１本ごとに表裏を反転させなければならない。
【０００８】
その上、多数の杭を順次に打ち進んで、法線ＰＬから法線ＰＣに入るときは更に方向変換に対応して杭の回転角位置を制御しなければならない。
この段落で以上に考察したのは、多数の杭１ａ〜杭１ｈを打ち込む場合である。しかし、既に打設されている多数の杭１ａ〜杭１ｈを引き抜く場合にも同様の問題（杭の回転角位置制御）が有る。
こうした事情から、起振機３に対するチャック４の取り付け角度（把持した杭の、長手方向中心線周りの回転角位置）を任意に調節し得る構造が必要である。
このため、チャックを起振機に対して回転自在に取り付けるとともに、該チャックを回転させる駆動手段を設けた構造の振動杭打抜機が製作され、広く用いられている。
また、油圧を利用してチャックの回動をロックする機構が工夫されているが、チャックを回動させる構造については別段の考慮が為されていない。
【特許文献１】 特開平１０−１４７９３３号公報
【特許文献２】 特開平１０−９６２３３号公報
【特許文献３】 特開平９−１５８１８３号公報
【特許文献４】 特開平８−２４６４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来例のチャック回転角位置調節装置には、次のような問題点が有った（図２参照）。
（イ）起振機３に対してチャック４がベアリング（図外）を介して垂直軸周りの回転自在に支持された構造、または、歯車によってチャックを回動させる構造であった。このため、起振機で発生した振動はベアリングや歯車機構を激しく振動させる。
従ってベアリングや歯車機構は、杭打抜きのための激しい振動を受ける。このため、ベアリングや歯車機構の耐用命数が短い。
また、長い耐用命数を得るために大容量のベアリングや歯車機構を用いると、機械装置が大形・大重量になり、製造コストが高価である。
（ロ）先に述べたように、多数の杭１ａ，１ｂ，１ｃ……を順次に打込み（又は引抜き）する際、杭１本ごとに杭の吊持角度を変えなければならない。この問題は、起振機に対するチャックの角位置を記憶させておいても解決しない。すなわち、地球を基準としてチャックの回転角位置を一定ならしめるように制御しなければならない（先に述べた法線が地面に対して設定されているからである）。
【００１０】
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
（イ）小形軽量で安価な、しかも耐久性に優れたチャック回動方法、および同装置を提供し、併せて、
（ロ）起振機に対するチャックの回転角位置を、地球基準の記憶の基づいて制御する方法、および同装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明装置の構成は、（図１参照）起振機３に取り付けられて、杭１を把持するチャック４において、
チャックに把持された杭の中心線をｚ軸とし、
チャックに設けられた、ｚ軸と同心の回転軸４ｂと、
上記回転軸に対して同心に固着されたブレーキ胴６ａと、
起振機に対して固着された部材に設置されたブレーキシュー６ｂ，６ｃと、
前記回転軸を回転駆動する手段と、を具備していて、
前記ブレーキシューを作動さると、起振機とチャックとが強固に結合され、
上記ブレーキシューを解放すると、起振機とチャックとが相対的に回動可能になって、前記回転駆動手段により、チャックをｚ軸周りに回動せしめ得るようになっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明装置の構成は、前記請求項１の発明装置の構成要件に加えて、（図１参照）ｚ軸回りの回動を検出し得るセンサを備えたジャイロ機構（Ｊ）と、
上記ジャイロ機構の検出信号を入力され、「前記ブレーキシューの駆動用機器および前記チャック回転駆動手段」に対して作動指令信号を出力する自動制御回路（ＣＰＵ）と、を具備していることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明その構成は、前記請求項１または請求項２の発明装置の構成要件に加えて、（図１参照）前記ブレーキ胴６ａと回転駆動手段との間に、
ｚ軸周りの回転を伝動し、ｚ軸方向の動きを伝動しない継手手段（本図１の例ではスプライン８）が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明方法の構成は、起振機に取り付けられて杭を把持するチャック）の垂直軸（ｚ）周りの回転角位置を、地球基準で制御する方法において、
前記請求項２に係る制御装置を用いる。すなわち、
予め、（図１参照）チャック４に設けられたｚ軸と同心の回転軸４ｂに対応させて、ブレーキ胴６ａをｚ軸と同心に固着するとともに、起振機３に対して固着された部材にブレーキシュー６ｂ，６ｃを設置し、かつ、上記回転軸４ｂを回転駆動する手段（本例では駆動モータＭ及び減速歯車群（７，９）を設け、
さらに、前記起振機に対してジャイロ機構Ｊを設置しておき、
チャックが把持した杭を所望の回転角位置ならしめた状態における、起振機３の回転角位置を地球基準で前記ジャイロ機構Ｊに記憶させておき、
多数の杭を順次に打ち抜く場合、各杭ごとに前記回転駆動手段によってチャックを回転させながら、ジャイロ機構の記憶に基づいてチャックの回転角位置を制御することを特徴とする。
同様の操作を、多数の既設杭の抜取作業に適用することもでき、本請求項４の技術的範囲に属する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明装置によれば、ブレーキを作動させることによってチャックを起振機に対して強固に結合することができるので、この状態で杭の打抜きを行なえば、チャックを支持しているベアリングに振動荷重を加えることが無い。従って、小容量で安価なベアリングを用いても充分な耐久性が得られる。
そして、上記のブレーキを解放すると、チャックは起振機に対して自在に回動し得るようになるから、該チャックの回動角位置を任意に調節することができる。
【００１６】
請求項２の発明装置によると、ジャイロ機構が地球基準の回転角位置を記憶する機能を有しているから、ｚ軸周りの地球基準角位置を検出することができる。その検出信号を自動制御回路に入力して、該自動制御回路によりチャック回転駆動手段に指令信号を与えると、チャックの回転角位置を地球基準で自動的に制御することができる。
【００１７】
請求項３の発明装置によると、回転駆動手段に振動が伝動されないので、該回転駆動手段が振動によって損耗を早める虞れが無い。
その上、杭を振動させる為に発生させた振動が、回転駆動手段によって無駄に消費されない。その結果、杭打抜機のエネルギー効率が改善され、ひいては地球温暖化防止に貢献し得る。
【００１８】
請求項４の発明方法によると、杭を把持するチャックの回転角位置を地球基準で制御することができる。
杭打抜き作業における法線（杭の列設線）は一般に、地面上に設定される。このため、上記のように地球基準の角位置制御ができれば、杭打抜機を支持している機械装置（例えばショベルカー）の姿勢如何に拘わらず、しかも、作業員に格別の熟練を要しないで、多数の杭を正確に列設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る制御装置の１実施形態を模式的に描いた垂直断面図である。模式化してあるから、写実的な投影図ではない。
チャック４は、起振機３に対し、回転機構５を介して設置されている。
チャック４の内部構造は図示を省略してあるが、１対の把持爪４ａで杭１を挟持するようになっている。ｚ−ｚは、把持されている杭１の長手方向の中心線である。
回転機構５のケース５ａは、充分な剛性を有するように鋼板で作られ、起振機３に対して強固に結合されている。
本発明において強固に結合するとは、緩衝部材や摺動対偶を介在させることなく一体的に結合することをいう。
【００２０】
チャック４には回転軸４ａが一体的に連設されていて、この回転軸はｚ軸と同心に位置するよう、回転機構のケース５ａに対して回転可能にベアリング１１で支持されている。
上記回転軸４ｂに対して同心に、ブレーキ胴６ａが固着されている。
上記のブレーキ胴に対応して、固定シュ−６ｂと可動シュ−６ｃとが配置されている。
固定シュ−６ｂは回転機構のケース５ａに固着されている。
可動シュ−６ｃはブレーキレバー６ｄに装着されており、該ブレーキレバーはケース５ａに対して軸支されている。ブレーキシリンダ６ｅは、上記ブレーキレバーを傾動させることにより、前記可動シュ−６ｃをブレーキ胴６ａに押圧する。
【００２１】
上述の構造機構により、ブレーキ機構６が作動すると回転機構のケース５ａがチャックの回転軸４ｂに対して強固に結合される。
すなわち、ブレーキ機構の作動により、チャック４が起振機３に対して強固に結合される。
このため、起振機３で発生した振動は、回転機構ケース５ａおよびブレーキ機構６を経てチャック４に伝動され、ベアリング１１は振動荷重を負荷されない。従って、該ベアリング１１が格別に大容量のものでなくても耐久性に開する不具合を生じない。
【００２２】
前記回転軸４ｂに対して、ドリブン歯車７が、スプライン８を介して装着されている。
ドライブ歯車９は上記ドリブン歯車７に噛合し、駆動モータＭによって回転駆動される。
前記ブレーキ機構６を解放（ブレーキシューをブレーキ胴から離間させること）して、前記駆動モータＭを回転させると、チャック４はｚ軸回りに回動する。
従来技術においては、駆動モータをロックするなどして停止させるとチャックは回らなくなると考えられていたが、本発明においてはブレーキ機構６を作動させてチャックの回動を止める。その理由は、本発明におけるブレーキ機構は単に回転を制動するだけでなく、振動を伝えるという役目を受け持っているからである。
【００２３】
回転機構のケース５ａに対してジャイロ機構Ｊが設置されている。本発明を実施する場合、ジャイロ機構は必ずしも回転機構に装着しなくても良いが、起振機に固着されている部材に配置することが望ましい。この場合の固着とは、ｚ軸周りの相対的な回動を阻止して取り付ける意である。
本例のジャイロ機構Ｊは、その回転軸をｚ軸に直交させ、スプリング１０を介して設置されている。このジャイロ機構は後に説明するようにｚ軸周りの回転角位置を検出する役目を持っているので、起振機２に対してｚ軸周りの相対的な回動を規制して装着する。
そして、なるべくはｚ軸方向の振動を緩衝できるように装着する。
【００２４】
前記のジャイロ機構Ｊは、その水平軸を一定の方向に向けている。そして、この軸方向を基準として、起振機３のｚ軸周りの回動を検出するセンサ（市販品）を備えている。
起振機３のｚ軸周りの回動の検出信号αは、自動制御回路ＣＰＵに入力される。
自動制御回路ＣＰＵは、入力された検出信号αに基づき、予め与えられているプログラムに従って、制御指令信号β，および同γを出力する。
ブレーキ機構６のブレーキシリンダ６ｅは、油圧制御弁Ｖを介して油圧源に接続されており、該油圧制御弁によって伸縮作動せしめられる。本例においては、ブレーキシリンダ６ｅが収縮するとブレーキ機能が発揮され、伸長するとブレーキが解放されるようになっている。
【００２５】
自動制御回路ＣＰＵは、指令信号βによって駆動モータＭの正，逆転・停止を行なわせる。また、指令信号γによって油圧制御弁Ｖを介してブレーキシリンダ６ｅを伸縮させ、ブレーキ機構６の作動・解放を行なわせる。
次に、本発明の制御装置を用いて多数の杭の回動角を制御した１実施形態を説明する。（図１，図２を併せて参照）
起振機３に装着されたチャック４によって杭１ｔを吊持し、最初の杭１ａの位置に搬送する。搬送は、ショベルカー２の旋回と、ブーム・アームの起伏・屈伸とによって行なわれる。
【００２６】
最初の杭（１ａ）は、作業監督者の号令と現場班長の誘導とにより、相応の手間暇を掛けて法線ＰＬに合わせる。この最初の工程は従来技術におけると同様に行なえば良い。
最初の杭（１ａ）を法線ＰＬに合わせたならば、その時の「起振機３に対するチャック４の回動角位置」を自動制御装置ＰＣＵに記憶させる。
図示を省略するが、ケース５ａに設置されて回転軸４ｂの回動角位置（ケース５ａに対する相対的な値）を検出する角度センサを併用すれば好都合である。
【００２７】
一旦、法線ＰＬの方位を自動制御回路ＣＰＵに覚え込ませれば、第２番目の杭１ｂ以降は、回転角位置信号αが所定の値となるように駆動モータＭを制御して、チャック４を起振機３に対して回転させることにより、該チャック４に把持されている杭の方位を、地球基準で制御して法線ＰＬに合わせる。
この場合、杭１本ごとに、先に述べたようにして、
ブレーキ機構６を解放して、チャック４のｚ軸周りの回動をフリーにする操作と、
駆動モータＭを回転させてチャック４の回転角位置を所望の値ならしめる（杭の方位を法線ＰＬに揃える）操作と、
ブレーキ機構６を作動させて、チャック４と起振機３とを強固に結合する操作と、を、繰り返して行なう。
【００２８】
法線ＰＬに沿って順次に杭を打ち込み、方向変換点Ｐに到達すると、図示の角θは工事計画書で与えられているから、自動制御回路ＣＰＵが計算して指令信号βを修正し、法線ＰＣに合わせて杭打ち作業を続行する。
法線（図示省略）が曲線であっても、該曲線は工事計画書に特定されているから、自動制御回路ＣＰＵによってチャックの回動角位置を適宜に制御しつつ、曲線法線に沿って杭を列設する。
【００２９】
以上は、多数の杭１ａ，１ｂ…１ｈを順次に打ち込んでゆく場合について説明したが、
法線ＰＬに沿って列設されている多数の既設杭１ａ，１ｂ…１ｈを順次に引き抜く場合にも、該既設杭の天端に対してチャックの開口部（１対の把持爪４ａ，同４ａの間）を合わせなければならない。
このような作業におけるチャックの回動角位置の調節も、前述した打ち込み作業におけると同様にして行なえば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】 本発明に係る杭用チャックの制御装置の１実施形態を示し、模式的に描いた断面図
【図２】 ショベルカーに装着された振動式杭打機によって多数の杭を並べて打ち込んでいる状態の模式的な平面図
【符号の説明】
【００３１】
１…杭
１ａ〜１ｈ…列設された多数の杭
１ｓ…杭継手
１ｔ…吊持されている杭
２…ショベルカー
２ａ…車体
２ｂ…ブーム
２ｃ…アーム
３…起振機
４…チャック
４ａ…把持爪
４ｂ…回転軸
５…回動機構
５ａ…ケース
６…ブレーキ機構
６ａ…ブレーキ胴
６ｂ…固定シュー
６ｃ…可動シュー
６ｄ…ブレーキレバー
６ｅ…ブレーキシリンダ
７…ドリブン歯車
８…スプライン
９…ドライブ歯車
１０…スプリング
１１…ベアリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起振機にチャックを設置した構造の振動式杭打抜機において、チャックに把持されている杭の垂直軸周り回転角位置を、地球基準で制御する方法および同装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は、多数の杭を並べて打ち込んでいる状態を説明するための模式的な平面図である。なお、後に説明するが、列設されている多数の杭を順次に引き抜く状態も、この図２と同様である。
符号１を付して示したのは杭である。この例の杭は、並べて打ち込んだとき相互に連結するための杭継手１ａが設けられている。本図２の状態で杭１は、これから打ち込むために集積され、地上に寝かされている。
ショベルカー２は、車体２ａに対して起伏回動自在に軸支されたブーム２ｂの先端に、アーム２ｃが屈伸自在に軸着されている。該アームの先端にはバケット（図外）が装着されるようになっているのであるが、該バケットに代えて種々のフロントアタッチメント（クラッシャ、ブレーカ等）が着脱される。
【０００３】
この図の例では、起振機３とチャック４とから成る振動式杭打機が装着されている。
上記のチャック４に把持されている杭１ｔは、起振機３に隠れているので破線で描いてある。
前記の振動式杭打機を装着されたアームおよびブームは、車体２ａと一緒に、円弧矢印ωのように３６０度旋回可能であり、旋回半径Ｌは伸縮可能であるから、ショベルカー２の運転操作によって、前記の保持されている杭１ｔを法線（杭打ち予定線）ＰＬまで運搬することができる。
符号１ａ，１ｂ，１ｃ〜１ｈを付して示したのは順次に打ち込まれた多数の杭である。
【０００４】
ショベルカー２の車体が旋回可能であり、かつ、ブーム，アームが起伏・屈伸して旋回半径Ｌを伸縮させることができるので、図示の円弧ωの内側の任意の箇所に「チャック４により吊持されている杭１ｔ」を搬送して打ち込むことができる（ただし、ショベルカー自体に干渉しない限り）。
ショベルカー２は自走可能であるから、図示の円弧ωの外側に杭打ちする場合は、杭打ち予定地点の近くまで走行すればよい。
【０００５】
ところが、吊持されている杭１ｔを杭打ち予定線（法線ＰＬ）まで搬送しただけでは足りない場合が有る。
例えば普通の電柱のように円柱状の杭であれば、長手方向の中心線周りの回転体であるから、軸周りの回転角位置が問題にならない。しかし、例えば角杭であれば回転角位置が規制される。特に鋼矢板の場合は裏表（凸側と凹側）が有るので、３６０度の方位規制が必要である。
【０００６】
説明の便宜上、水平な直交座標を考える。本例では南北線Ｎ−Ｓと、東西線Ｅ−Ｗとを想定した。
この図の状態で、ブーム，アームは北西を向いている。
いま、図示のチャック４で吊持されている杭１ｔを、杭１ｃの位置に打設するために、車体２ａを旋回させてブーム，アームをｏ−ｑ方向に向けると、吊持されていた杭の姿勢は線ｏ−ｑにほぼ直角となり、法線ＰＬと一致しない。
【０００７】
順次に打ち進んで、杭１ｈを打設するために、ブーム，アームを線ｏ−ｒ方向に向けると、吊持されている杭の姿勢は線ｏ−ｒにほぼ直角となる。このようにして、杭１ａ．１ｂ．１ｃ……と打ち進むに従って、ブーム，アームに対するチャック４の取り付け角度を変化させねばならない。特に矢板の場合は、杭１ａと杭１ｂとの表裏を反転させなければならず、更に杭１ｂと杭１ｃ、杭１ｃと杭１ｄ……というように、杭１本ごとに表裏を反転させなければならない。
【０００８】
その上、多数の杭を順次に打ち進んで、法線ＰＬから法線ＰＣに入るときは更に方向変換に対応して杭の回転角位置を制御しなければならない。
この段落で以上に考察したのは、多数の杭１ａ〜杭１ｈを打ち込む場合である。しかし、既に打設されている多数の杭１ａ〜杭１ｈを引き抜く場合にも同様の問題（杭の回転角位置制御）が有る。
こうした事情から、起振機３に対するチャック４の取り付け角度（把持した杭の、長手方向中心線周りの回転角位置）を任意に調節し得る構造が必要である。
このため、チャックを起振機に対して回転自在に取り付けるとともに、該チャックを回転させる駆動手段を設けた構造の振動杭打抜機が製作され、広く用いられている。
また、油圧を利用してチャックの回動をロックする機構が工夫されているが、チャックを回動させる構造については別段の考慮が為されていない。
【特許文献１】 特開平１０−１４７９３３号公報
【特許文献２】 特開平１０−９６２３３号公報
【特許文献３】 特開平９−１５８１８３号公報
【特許文献４】 特開平８−２４６４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来例のチャック回転角位置調節装置には、次のような問題点が有った（図２参照）。
（イ）起振機３に対してチャック４がベアリング（図外）を介して垂直軸周りの回転自在に支持された構造、または、歯車によってチャックを回動させる構造であった。このため、起振機で発生した振動はベアリングや歯車機構を激しく振動させる。
従ってベアリングや歯車機構は、杭打抜きのための激しい振動を受ける。このため、ベアリングや歯車機構の耐用命数が短い。
また、長い耐用命数を得るために大容量のベアリングや歯車機構を用いると、機械装置が大形・大重量になり、製造コストが高価である。
（ロ）先に述べたように、多数の杭１ａ，１ｂ，１ｃ……を順次に打込み（又は引抜き）する際、杭１本ごとに杭の吊持角度を変えなければならない。この問題は、起振機に対するチャックの角位置を記憶させておいても解決しない。すなわち、地球を基準としてチャックの回転角位置を一定ならしめるように制御しなければならない（先に述べた法線が地面に対して設定されているからである）。
【００１０】
本発明は以上に述べた事情に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、
（イ）小形軽量で安価な、しかも耐久性に優れたチャック回動方法、および同装置を提供し、併せて、
（ロ）起振機に対するチャックの回転角位置を、地球基準の記憶の基づいて制御する方法、および同装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明装置の構成は、（図１参照）起振機３に取り付けられて、杭１を把持するチャック４において、
チャックに把持された杭の中心線をｚ軸とし、
チャックに設けられた、ｚ軸と同心の回転軸４ｂと、
上記回転軸に対して同心に固着されたブレーキ胴６ａと、
起振機に対して固着された部材に設置されたブレーキシュー６ｂ，６ｃと、
前記回転軸を回転駆動する手段と、を具備していて、
前記ブレーキシューを作動さると、起振機とチャックとが強固に結合され、
上記ブレーキシューを解放すると、起振機とチャックとが相対的に回動可能になって、前記回転駆動手段により、チャックをｚ軸周りに回動せしめ得るようになっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明装置の構成は、前記請求項１の発明装置の構成要件に加えて、（図１参照）ｚ軸回りの回動を検出し得るセンサを備えたジャイロ機構（Ｊ）と、
上記ジャイロ機構の検出信号を入力され、「前記ブレーキシューの駆動用機器および前記チャック回転駆動手段」に対して作動指令信号を出力する自動制御回路（ＣＰＵ）と、を具備していることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る発明その構成は、前記請求項１または請求項２の発明装置の構成要件に加えて、（図１参照）前記ブレーキ胴６ａと回転駆動手段との間に、
ｚ軸周りの回転を伝動し、ｚ軸方向の動きを伝動しない継手手段（本図１の例ではスプライン８）が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る発明方法の構成は、起振機に取り付けられて杭を把持するチャック）の垂直軸（ｚ）周りの回転角位置を、地球基準で制御する方法において、
前記請求項２に係る制御装置を用いる。すなわち、
予め、（図１参照）チャック４に設けられたｚ軸と同心の回転軸４ｂに対応させて、ブレーキ胴６ａをｚ軸と同心に固着するとともに、起振機３に対して固着された部材にブレーキシュー６ｂ，６ｃを設置し、かつ、上記回転軸４ｂを回転駆動する手段（本例では駆動モータＭ及び減速歯車群（７，９）を設け、
さらに、前記起振機に対してジャイロ機構Ｊを設置しておき、
チャックが把持した杭を所望の回転角位置ならしめた状態における、起振機３の回転角位置を地球基準で前記ジャイロ機構Ｊに記憶させておき、
多数の杭を順次に打ち抜く場合、各杭ごとに前記回転駆動手段によってチャックを回転させながら、ジャイロ機構の記憶に基づいてチャックの回転角位置を制御することを特徴とする。
同様の操作を、多数の既設杭の抜取作業に適用することもでき、本請求項４の技術的範囲に属する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明装置によれば、ブレーキを作動させることによってチャックを起振機に対して強固に結合することができるので、この状態で杭の打抜きを行なえば、チャックを支持しているベアリングに振動荷重を加えることが無い。従って、小容量で安価なベアリングを用いても充分な耐久性が得られる。
そして、上記のブレーキを解放すると、チャックは起振機に対して自在に回動し得るようになるから、該チャックの回動角位置を任意に調節することができる。
【００１６】
請求項２の発明装置によると、ジャイロ機構が地球基準の回転角位置を記憶する機能を有しているから、ｚ軸周りの地球基準角位置を検出することができる。その検出信号を自動制御回路に入力して、該自動制御回路によりチャック回転駆動手段に指令信号を与えると、チャックの回転角位置を地球基準で自動的に制御することができる。
【００１７】
請求項３の発明装置によると、回転駆動手段に振動が伝動されないので、該回転駆動手段が振動によって損耗を早める虞れが無い。
その上、杭を振動させる為に発生させた振動が、回転駆動手段によって無駄に消費されない。その結果、杭打抜機のエネルギー効率が改善され、ひいては地球温暖化防止に貢献し得る。
【００１８】
請求項４の発明方法によると、杭を把持するチャックの回転角位置を地球基準で制御することができる。
杭打抜き作業における法線（杭の列設線）は一般に、地面上に設定される。このため、上記のように地球基準の角位置制御ができれば、杭打抜機を支持している機械装置（例えばショベルカー）の姿勢如何に拘わらず、しかも、作業員に格別の熟練を要しないで、多数の杭を正確に列設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明に係る制御装置の１実施形態を模式的に描いた垂直断面図である。模式化してあるから、写実的な投影図ではない。
チャック４は、起振機３に対し、回転機構５を介して設置されている。
チャック４の内部構造は図示を省略してあるが、１対の把持爪４ａで杭１を挟持するようになっている。ｚ−ｚは、把持されている杭１の長手方向の中心線である。
回転機構５のケース５ａは、充分な剛性を有するように鋼板で作られ、起振機３に対して強固に結合されている。
本発明において強固に結合するとは、緩衝部材や摺動対偶を介在させることなく一体的に結合することをいう。
【００２０】
チャック４には回転軸４ａが一体的に連設されていて、この回転軸はｚ軸と同心に位置するよう、回転機構のケース５ａに対して回転可能にベアリング１１で支持されている。
上記回転軸４ｂに対して同心に、ブレーキ胴６ａが固着されている。
上記のブレーキ胴に対応して、固定シュ−６ｂと可動シュ−６ｃとが配置されている。
固定シュ−６ｂは回転機構のケース５ａに固着されている。
可動シュ−６ｃはブレーキレバー６ｄに装着されており、該ブレーキレバーはケース５ａに対して軸支されている。ブレーキシリンダ６ｅは、上記ブレーキレバーを傾動させることにより、前記可動シュ−６ｃをブレーキ胴６ａに押圧する。
【００２１】
上述の構造機構により、ブレーキ機構６が作動すると回転機構のケース５ａがチャックの回転軸４ｂに対して強固に結合される。
すなわち、ブレーキ機構の作動により、チャック４が起振機３に対して強固に結合される。
このため、起振機３で発生した振動は、回転機構ケース５ａおよびブレーキ機構６を経てチャック４に伝動され、ベアリング１１は振動荷重を負荷されない。従って、該ベアリング１１が格別に大容量のものでなくても耐久性に開する不具合を生じない。
【００２２】
前記回転軸４ｂに対して、ドリブン歯車７が、スプライン８を介して装着されている。
ドライブ歯車９は上記ドリブン歯車７に噛合し、駆動モータＭによって回転駆動される。
前記ブレーキ機構６を解放（ブレーキシューをブレーキ胴から離間させること）して、前記駆動モータＭを回転させると、チャック４はｚ軸回りに回動する。
従来技術においては、駆動モータをロックするなどして停止させるとチャックは回らなくなると考えられていたが、本発明においてはブレーキ機構６を作動させてチャックの回動を止める。その理由は、本発明におけるブレーキ機構は単に回転を制動するだけでなく、振動を伝えるという役目を受け持っているからである。
【００２３】
回転機構のケース５ａに対してジャイロ機構Ｊが設置されている。本発明を実施する場合、ジャイロ機構は必ずしも回転機構に装着しなくても良いが、起振機に固着されている部材に配置することが望ましい。この場合の固着とは、ｚ軸周りの相対的な回動を阻止して取り付ける意である。
本例のジャイロ機構Ｊは、その回転軸をｚ軸に直交させ、スプリング１０を介して設置されている。このジャイロ機構は後に説明するようにｚ軸周りの回転角位置を検出する役目を持っているので、起振機２に対してｚ軸周りの相対的な回動を規制して装着する。
そして、なるべくはｚ軸方向の振動を緩衝できるように装着する。
【００２４】
前記のジャイロ機構Ｊは、その水平軸を一定の方向に向けている。そして、この軸方向を基準として、起振機３のｚ軸周りの回動を検出するセンサ（市販品）を備えている。
起振機３のｚ軸周りの回動の検出信号αは、自動制御回路ＣＰＵに入力される。
自動制御回路ＣＰＵは、入力された検出信号αに基づき、予め与えられているプログラムに従って、制御指令信号β，および同γを出力する。
ブレーキ機構６のブレーキシリンダ６ｅは、油圧制御弁Ｖを介して油圧源に接続されており、該油圧制御弁によって伸縮作動せしめられる。本例においては、ブレーキシリンダ６ｅが収縮するとブレーキ機能が発揮され、伸長するとブレーキが解放されるようになっている。
【００２５】
自動制御回路ＣＰＵは、指令信号βによって駆動モータＭの正，逆転・停止を行なわせる。また、指令信号γによって油圧制御弁Ｖを介してブレーキシリンダ６ｅを伸縮させ、ブレーキ機構６の作動・解放を行なわせる。
次に、本発明の制御装置を用いて多数の杭の回動角を制御した１実施形態を説明する。（図１，図２を併せて参照）
起振機３に装着されたチャック４によって杭１ｔを吊持し、最初の杭１ａの位置に搬送する。搬送は、ショベルカー２の旋回と、ブーム・アームの起伏・屈伸とによって行なわれる。
【００２６】
最初の杭（１ａ）は、作業監督者の号令と現場班長の誘導とにより、相応の手間暇を掛けて法線ＰＬに合わせる。この最初の工程は従来技術におけると同様に行なえば良い。
最初の杭（１ａ）を法線ＰＬに合わせたならば、その時の「起振機３に対するチャック４の回動角位置」を自動制御装置ＰＣＵに記憶させる。
図示を省略するが、ケース５ａに設置されて回転軸４ｂの回動角位置（ケース５ａに対する相対的な値）を検出する角度センサを併用すれば好都合である。
【００２７】
一旦、法線ＰＬの方位を自動制御回路ＣＰＵに覚え込ませれば、第２番目の杭１ｂ以降は、回転角位置信号αが所定の値となるように駆動モータＭを制御して、チャック４を起振機３に対して回転させることにより、該チャック４に把持されている杭の方位を、地球基準で制御して法線ＰＬに合わせる。
この場合、杭１本ごとに、先に述べたようにして、
ブレーキ機構６を解放して、チャック４のｚ軸周りの回動をフリーにする操作と、
駆動モータＭを回転させてチャック４の回転角位置を所望の値ならしめる（杭の方位を法線ＰＬに揃える）操作と、
ブレーキ機構６を作動させて、チャック４と起振機３とを強固に結合する操作と、を、繰り返して行なう。
【００２８】
法線ＰＬに沿って順次に杭を打ち込み、方向変換点Ｐに到達すると、図示の角θは工事計画書で与えられているから、自動制御回路ＣＰＵが計算して指令信号βを修正し、法線ＰＣに合わせて杭打ち作業を続行する。
法線（図示省略）が曲線であっても、該曲線は工事計画書に特定されているから、自動制御回路ＣＰＵによってチャックの回動角位置を適宜に制御しつつ、曲線法線に沿って杭を列設する。
【００２９】
以上は、多数の杭１ａ，１ｂ…１ｈを順次に打ち込んでゆく場合について説明したが、
法線ＰＬに沿って列設されている多数の既設杭１ａ，１ｂ…１ｈを順次に引き抜く場合にも、該既設杭の天端に対してチャックの開口部（１対の把持爪４ａ，同４ａの間）を合わせなければならない。
このような作業におけるチャックの回動角位置の調節も、前述した打ち込み作業におけると同様にして行なえば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】 本発明に係る杭用チャックの制御装置の１実施形態を示し、模式的に描いた断面図
【図２】 ショベルカーに装着された振動式杭打機によって多数の杭を並べて打ち込んでいる状態の模式的な平面図
【符号の説明】
【００３１】
１…杭
１ａ〜１ｈ…列設された多数の杭
１ｓ…杭継手
１ｔ…吊持されている杭
２…ショベルカー
２ａ…車体
２ｂ…ブーム
２ｃ…アーム
３…起振機
４…チャック
４ａ…把持爪
４ｂ…回転軸
５…回動機構
５ａ…ケース
６…ブレーキ機構
６ａ…ブレーキ胴
６ｂ…固定シュー
６ｃ…可動シュー
６ｄ…ブレーキレバー
６ｅ…ブレーキシリンダ
７…ドリブン歯車
８…スプライン
９…ドライブ歯車
１０…スプリング
１１…ベアリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
起振機（３）に取り付けられて、杭（１）を把持するチャック（４）において、
チャックに把持された杭の中心線をｚ軸とし、
チャックに設けられた、ｚ軸と同心の回転軸（４ｂ）と、
上記回転軸に対して同心に固着されたブレーキ胴（６ａ）と、
起振機に対して固着された部材に設置されたブレーキシュー（６ｂ，６ｃ）と、
前記回転軸を回転駆動する手段と、を具備していて、
前記ブレーキシューを作動させると、起振機とチャックとが強固に結合され、
上記ブレーキシューを解放すると、起振機とチャックとが相対的に回動可能になって、前記回転駆動手段により、チャックをｚ軸周りに回動せしめ得るようになっていることを特徴とする、杭用チャックの制御装置。
【請求項２】
ｚ軸回りの回動を検出し得るセンサを備えたジャイロ機構（Ｊ）と、
上記ジャイロ機構の検出信号を入力されて、「前記ブレーキシューの駆動用機器および前記チャック回転駆動手段」に対する作動指令信号を出力する自動制御回路（ＣＰＵ）と、を具備していることを特徴とする、請求項１に記載した杭用チャックの制御装置。
【請求項３】
前記ブレーキ胴（６ａ）と回転駆動手段との間に、
ｚ軸周りの回転を伝動し、ｚ軸方向の動きを伝動しない継手手段が設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載した杭用チャックの制御装置。
【請求項４】
起振機（３）に取り付けられて杭（１）を把持するチャック（４）の、垂直軸（ｚ）周りの回転角位置を、地球基準で制御する方法において、
チャックに設けられたｚ軸と同心の回転軸（４ｂ）に対して、予め、ブレーキ胴（６ａ）をｚ軸と同心に固着するとともに、起振機に対して固着された部材にブレーキシュー（６ｂ，６ｃ）を設置し、かつ、上記回転軸（４ｂ）を回転駆動する手段を設け、
さらに、前記起振機に対してジャイロ機構（Ｊ）を設置しておき、
チャックが把持した杭を所望の回転角位置ならしめた状態における、起振機の地球基準回転角位置を前記ジャイロ機構に記憶させておき、
多数の杭を順次に打ち抜く場合、各杭ごとに前記回転駆動手段によってチャックを回転させながら、ジャイロ機構の記憶に基づいて回転角位置を制御することを特徴とする、杭用チャックの制御方法。
【請求項１】
起振機（３）に取り付けられて、杭（１）を把持するチャック（４）において、
チャックに把持された杭の中心線をｚ軸とし、
チャックに設けられた、ｚ軸と同心の回転軸（４ｂ）と、
上記回転軸に対して同心に固着されたブレーキ胴（６ａ）と、
起振機に対して固着された部材に設置されたブレーキシュー（６ｂ，６ｃ）と、
前記回転軸を回転駆動する手段と、を具備していて、
前記ブレーキシューを作動させると、起振機とチャックとが強固に結合され、
上記ブレーキシューを解放すると、起振機とチャックとが相対的に回動可能になって、前記回転駆動手段により、チャックをｚ軸周りに回動せしめ得るようになっていることを特徴とする、杭用チャックの制御装置。
【請求項２】
ｚ軸回りの回動を検出し得るセンサを備えたジャイロ機構（Ｊ）と、
上記ジャイロ機構の検出信号を入力されて、「前記ブレーキシューの駆動用機器および前記チャック回転駆動手段」に対する作動指令信号を出力する自動制御回路（ＣＰＵ）と、を具備していることを特徴とする、請求項１に記載した杭用チャックの制御装置。
【請求項３】
前記ブレーキ胴（６ａ）と回転駆動手段との間に、
ｚ軸周りの回転を伝動し、ｚ軸方向の動きを伝動しない継手手段が設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載した杭用チャックの制御装置。
【請求項４】
起振機（３）に取り付けられて杭（１）を把持するチャック（４）の、垂直軸（ｚ）周りの回転角位置を、地球基準で制御する方法において、
チャックに設けられたｚ軸と同心の回転軸（４ｂ）に対して、予め、ブレーキ胴（６ａ）をｚ軸と同心に固着するとともに、起振機に対して固着された部材にブレーキシュー（６ｂ，６ｃ）を設置し、かつ、上記回転軸（４ｂ）を回転駆動する手段を設け、
さらに、前記起振機に対してジャイロ機構（Ｊ）を設置しておき、
チャックが把持した杭を所望の回転角位置ならしめた状態における、起振機の地球基準回転角位置を前記ジャイロ機構に記憶させておき、
多数の杭を順次に打ち抜く場合、各杭ごとに前記回転駆動手段によってチャックを回転させながら、ジャイロ機構の記憶に基づいて回転角位置を制御することを特徴とする、杭用チャックの制御方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−３０７６１３（Ｐ２００６−３０７６１３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６０３６０（Ｐ２００５−１６０３６０）
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（３９１００２１２２）調和工業株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２日（２００５．５．２）
【出願人】（３９１００２１２２）調和工業株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
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