JPH11173056A - ケーシングドライバの掘削制御方法、掘削制御装置、周面摩擦トルク測定方法及び周面摩擦トルク測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削時に生じる油圧モータの回転トルクを所
望の掘削条件に適うように適切に制御できるケーシング
ドライバの掘削制御技術を提供する。 【解決手段】 ケーシングドライバ１０を用いてケーシ
ングパイプ１０で地盤を掘削する際に油圧モータの回転
トルクを適切に制御するため、ケーシング掴みバンド９
で把持したケーシングパイプ１０をスラストシリンダ６
で上昇させてカッタビット２６を地盤から引き離すとと
もに油圧モータ１２で回転させ、こうした状態において
圧力センサ３０ａ，３０ｂで油圧モータ１２の駆動圧を
測定してその測定結果から周面摩擦トルクを求め、地盤
の掘削の際、所望の掘削条件に適うように予め設定した
掘削トルクの設定値と周面摩擦トルクの和に対して、油
圧モータ１２の駆動圧の測定結果から得られる油圧モー
タ１２の回転トルクの実際値を近付けるようにケーシン
グパイプ１０をスラストシリンダ６で押し込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシングパイプ
を把持する把持手段とこの把持手段を支持し上昇下降さ
せることができるスラストシリンダと把持手段を回転駆
動する油圧モータとを備えたケーシングドライバについ
て、地盤の掘削時に油圧モータの回転トルクを制御する
掘削制御方法及び掘削制御装置並びに地盤の掘削時に油
圧モータに生じる周面摩擦トルクを測定する周面摩擦ト
ルク測定方法及び周面摩擦トルク測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】土木、建築工事に使用する大口径鋼管杭
や鋼管類等のケーシングパイプの圧入や引き抜きを行う
装置として、ケーシングドライバが従来から一般的に知
られている。また、ケーシングパイプの中には、先端に
カッタビットを取り付けたものがある。こうしたケーシ
ングパイプをケーシングドライバで圧入する場合には、
ケーシングドライバにより、ケーシングパイプを把持
し、回転させながら押し込んで地盤を掘削する。本発明
は、こうしたケーシングパイプの圧入工程で地盤を掘削
する場合の掘削制御やその制御に有用な技術を改良し、
又は創出しようとするものである。そこで、従来から一
般的に用いられていたケーシングドライバの例を図９乃
至図１１に示し、その技術内容をこれらの図に基づいて
概説する。図９は、従来から一般的に用いられていたケ
ーシングドライバの一例を示す平面図、図１０は、図９
の右側面図、図１１は、図９の正面図である。

【０００３】図９乃至図１１において、１は雌型継手２
０とこれに嵌着して着脱可能に取り付けられる雄型継手
２４とからなる継手着脱装置、２は前記したケーシング
ドライバ、３はこのケーシングドライバ２を地面に設置
する際にこれを支持してその姿勢を水平に調整するため
の水平調整用ジャッキ、４は中央にケーシングパイプ１
０の挿通空間を有しケーシングドライバ２の基部をなす
略正方形の枠状のベースフレーム、４ａ，４ｂ，４ｃ，
４ｄはこのベースフレーム４の四隅に立設された縦ガイ
ドフレーム、５は中央にケーシングパイプ１０の挿通空
間を有して枠状をなし各縦ガイドフレーム４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄで昇降自在にガイドされる昇降フレーム、６
はこの昇降フレーム５を上昇下降させるように駆動する
スラストシリンダである。８はケーシングパイプ１０の
挿通空間を有するようにリング状をなし昇降フレーム６
に図示していないベアリングを介して回転自在に取り付
けられた回転体、９はケーシングパイプ１０を把持する
把持手段としてのケーシング掴み用バンド、１０は前述
したケーシングパイプ、１１はケーシング掴み用バンド
９でケーシングパイプ１０を把持したりその把持を解除
したりするための、ケーシング掴み用バンド９の構成要
素をなす油圧式のバンドシリンダ、１２は昇降フレーム
５の下部に設置され回転体８を介してケーシング掴み用
バンド９を回転駆動する油圧モータである。

【０００４】縦ガイドフレーム４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
は、それぞれ、二つのガイド面ａ，ｂをもち、昇降フレ
ーム５をこれら二つのガイド面ａ，ｂでガイドする。こ
れらのガイド面ａ，ｂのうち、ガイド面ａはケーシング
掴み用バンド９を回転駆動してケーシングパイプ１０を
回転させた際に生じる回転反力を受ける面であり、回転
体８の回転円の接線方向に対して略直角に配置されてい
る。また、ガイド面ｂは、昇降フレーム５の水平方向の
ふらつきを押さえ安定的に支持する働きをする面であ
り、回転体８の回転円の接線方向に平行に配置されてい
る。昇降フレーム５には、これらのガイド面ａ，ｂにそ
れぞれ対向するように二つの摺動面が形成されている。
スラストシリンダ６は、縦ガイドフレーム４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄと同様、ベースフレーム４の四隅に立設さ
れ、シリンダ部をベースフレーム４に取り付けるととも
にロッド部を昇降フレーム５に取り付けているが、逆に
して取り付けてもよい。縦ガイドフレーム４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄ及び４本のスラストシリンダ６は、何れも、
図９でみて上下に隣接するもの同士及び左右に隣接する
もの同士がそれぞれ回転体８の左右の径方向の線及び上
下の径方向の線に対して線対称をなすように配置されて
いる。

【０００５】回転体８には、外周に外歯歯車を形成し
て、油圧モータ１２で回転駆動される図示していないピ
ニオン（参考のため図１の符号１３を参照）を噛み合わ
せており、これにより、油圧モータ１２の回転が減速し
て伝達されるようにしている。油圧モータ１２は、この
例では昇降フレーム５の左右に配置されている。ケーシ
ング掴み用バンド９は、回転体８の上部に取り付けら
れ、回転体８を介して油圧モータ１２で回転駆動される
ようになっている。ケーシングドライバ２は以上のよう
な構造を備えているため、スラストシリンダ６を伸縮す
ると、昇降フレーム５は、縦ガイドフレーム４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄのガイド面ａ，ｂでガイドされながら上
昇下降し、その結果、ケーシング掴み用バンド９を、油
圧モータ１２や回転体８とともに上昇下降させることが
できる。また、油圧モータ１２を駆動することにより、
ピニオンと回転体８とからなる歯車伝動機構を介してケ
ーシング掴み用バンド９を減速して回転駆動することが
できる。

【０００６】次に、このケーシング掴み用バンド９の構
造について説明する。ケーシング掴み用バンド９は、略
半円円弧状の固定バンド９ａと、この固定バンド９ａの
両端部に一端部を可動バンド枢着用の枢着軸１４，１５
で回動可能に枢着した略円弧状の一対の可動バンド９
ｂ，９ｃと、この一対の可動バンド９ｂ，９ｃの各他端
部にピン１６，１７で連結したバンドシリンダ１１とで
構成されて、中央にケーシングパイプ挿通用空間ができ
るように略リング状に形成されている。固定バンド９ａ
は、内面がケーシングパイプ１０の外面と同じ円弧状に
形成され、回転体８に取り付けられている。可動バンド
９ｂ，９ｃは、バンドシリンダ１１を作動させることに
より各枢着軸１４，１５を軸心にして回動させることが
できる。こうしたケーシング掴み用バンド９でケーシン
グパイプ１０を把持しようとするときは、可動バンド９
ｂ，９ｃをバンドシリンダ１１でケーシングパイプ１０
側に回動させることにより、ケーシングパイプ１０を可
動バンド９ｂ，９ｃで固定バンド９ａの円弧状内面に押
し当てて位置決めしながら把持する。

【０００７】１８，１９は、それぞれバンドシリンダ１
１のシリンダ側（ボトム側）、ロッド側に連通する油圧
管であり、回転体８の外周に適宜の固定具で固定してそ
の全周に近くわたって取り付けている。これらの油圧管
１８，１９には、それぞれ略１２０度間隔で３個の雌型
継手２０が配設されている。雄型継手２４は、切換弁の
切り換えにより給油管と排油管とに選択的に接続可能な
二つの管路にそれぞれ設けており、必要に応じて３個の
雌型継手２０の適宜のものに連結することにより、バン
ドシリンダ１１のシリンダ側やロッド側に圧油を供給し
たり、供給した圧油を排出することができるようになっ
ている。こうした雌型継手２０と雄型継手２４からなる
継手着脱装置１は、本発明とは直接関係がないので、そ
の詳細な説明は省略する。

【０００８】以上のような構造を備えたケーシングドラ
イバ２でケーシングパイプ１０を圧入しようとするとき
には、次に示す工程で行う。

【０００９】１．スラストシリンダ６を限界まで伸ばし
て昇降フレーム５を上昇させ、かつ、バンドシリンダ１
１を伸ばしてケーシングパイプ挿通用空間を広げた状態
にした後、圧入当初は、カッタビットを有するケーシン
グパイプ１０を同挿通用空間に挿通する。 ２．バンドシリンダ１１を縮めてケーシング掴み用バン
ド９でケーシングパイプ１０を把持する。 ３．油圧モータ１２により、ケーシング掴み用バンド９
を回転体８を介して回転駆動してケーシングパイプ１０
を回転させる。 ４．こうしてケーシングパイプ１０をケーシング掴み用
バンド９で把持し回転させた状態において、スラストシ
リンダ６を縮めて昇降フレーム５を下降させることによ
り、ケーシングパイプ１０を押し込んで地盤を掘削し、
ケーシングパイプ１０を圧入する。 ５．スラストシリンダ６が限界まで縮むと、油圧モータ
１２によるケーシング掴み用バンド９の回転駆動やスラ
ストシリンダ６の駆動を停止させる。 ６．バンドシリンダ１１を伸ばして、ケーシング掴み用
バンド９でのケーシングパイプ１０の把持を解除する。 ７．ケーシングパイプ１０の把持を解除した状態におい
て、再び、スラストシリンダ６を限界まで伸ばして昇降
フレーム５を上昇させる。 ８．圧入した前記ケーシングパイプ１０に、必要に応じ
てカッタビットをもたない新たなケーシングパイプ１０
を継ぎ足す。 ９．前記の２乃至８の工程を繰り返して所定の長さケー
シングパイプ１０を圧入する。 なお、こうしたケーシングドライバ２でケーシングパイ
プ１０の引き抜きも行えるが、説明は省略する。ところ
で、ケーシングドライバ２でケーシングパイプ１０を回
転させながら押し込んで地盤を掘削する場合、ケーシン
グパイプ１０のカッタビットの損傷を防止したりその掘
削を効率的に行えるようにしたりする等所望の掘削条件
に適う掘削制御を行うためには、油圧モータの回転トル
クを適切な値にするように制御する必要がある。この種
のことを意図する技術として、回転式チュービング装置
の押込み力制御方法と称する技術が特公平７ー１５２３
３号公報に第３実施例として提案されている。そこで、
この第３実施例として提案されている技術の概要を従来
の技術として説明するが、その場合、本発明との対応関
係が明確になるように、可能な限りこの明細書で用いら
れている用語を用い、最初に用いる用語の後に、この公
報で用いられている用語を括弧内に付記することとす
る。

【００１０】この公報に第３実施例として提案されてい
る技術は、ケーシングパイプ（ケーシングチューブ）を
把持する把持手段としての回転装置と、この回転装置を
昇降フレーム（昇降装置）を介して支持し上昇下降させ
ることができるスラストシリンダ（シリンダ）と、回転
装置を回転駆動する油圧モータと、最大押込み力を発生
させるようにスラストシリンダのロッド側（ヘッド側シ
リンダ室）の圧力を固定的に設定するリリーフ弁と、ス
ラストシリンダのシリンダ側（キャップ側シリンダ室）
の圧力を調整してケーシングパイプの押し込み力を調整
できる電磁比例式リリーフ弁とを設けたケーシングドラ
イバ（回転式チュービング装置）を用いて、先端にカッ
タビット（掘削用ビット）を有するケーシングパイプで
地盤を掘削する際に、油圧モータの回転トルクを制御す
るようにしたものである。そのため、油圧モータの駆動
圧を測定するための油圧モータ用圧力センサとスラスト
シリンダのシリンダ側の圧力を測定するためのスラスト
シリンダ用圧力センサとを設けている。

【００１１】この従来の技術に係るケーシングドライバ
は、ケーシングパイプを回転装置を介して油圧モータで
回転させながらスラストシリンダにより一定の押し込み
力で押し込んで地盤を掘削する。こうしてケーシングパ
イプを一定の押し込み力で押し込んで掘削している場合
において、土質によって油圧モータの回転トルクが変化
したときには、スラストシリンダ用圧力センサで測定さ
れるスラストシリンダのシリンダ側の圧力と油圧モータ
用圧力センサでの測定結果から得られる油圧モータの回
転トルクとを比較演算し、電磁比例式リリーフ弁の設定
圧（リリーフセット値）を調整することによりケーシン
グパイプの押し込み力を調整して油圧モータの回転トル
クを所定の値にするように制御する。従来の技術は、こ
うして油圧モータの回転トルクを制御することにより、
効率の良い掘削作業を行うとともにカッタビットの損傷
を防止するようにしている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ケーシング
パイプで地盤を掘削する際に生じる油圧モータの回転ト
ルクは、ケーシングパイプのカッタビットで地盤を掘削
するために純粋に消費されるトルクである掘削トルク
と、ケーシングパイプの周面と地盤との摩擦で消費され
るトルクである周面摩擦トルクの二つの成分に分けるこ
とができる。換言すると、油圧モータの回転トルクは、
掘削トルクと周面摩擦トルクの和で表すことができる。
カッタビットの損傷を防止したりカッタビットでの地盤
の掘削を効率的に行えるようにしたりする等希望する掘
削条件に適うよう油圧モータの回転トルクを適切に制御
するには、これら二つの成分のうち、地盤の掘削に直接
関係する掘削トルクそのものが掘削条件に適う適切な値
になるように油圧モータの回転トルクを制御する必要が
ある。そのためには、実際の地盤の掘削時に、油圧モー
タの回転トルク中の掘削トルクの成分を測定するか、又
は他方の成分である周面摩擦トルクを測定することを要
するが、掘削トルクを実測することは実際上不可能であ
るし、周面摩擦トルクを実測することも困難であるとさ
れていて、これを実測する手法もこれまで確立されてい
なかった。こうしたことから、従来は、油圧モータの回
転トルクを制御する場合に、その制御のための設定値
を、圧入した土質、排土状況、掘削深度等の施工条件を
考慮しながら過去の経験から概算で設定しており、掘削
トルクそのものが適切な値になるように設定する手法は
採られていなかった。前述の従来の技術も同様であると
みることができ、こうした従来の制御方法によっては、
油圧モータの回転トルクを所望の掘削条件に適うように
適切に制御することは困難である。

【００１３】この出願の各発明は、こうした従来の技術
状況に鑑み創作されたものであり、この出願の発明の第
１の技術課題は、ケーシングパイプでの掘削時に生じる
油圧モータの回転トルクを所望の掘削条件に適うように
適切に制御することができるケーシングドライバの掘削
制御技術を提供することにある。また、この出願の発明
の第２の技術課題は、ケーシングパイプでの掘削時に油
圧モータに生じる周面摩擦トルクを正確に実測すること
ができるケーシングドライバの周面摩擦トルク測定技術
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】（Ａ）第１の技術課題を
解決するための手段 前記の第１の技術課題は、特許請求の範囲の請求項１に
係るこの出願の第１番目の発明、請求項２に係るこの出
願の第２番目の発明及び請求項６に係るこの出願の第３
番目の発明によりそれぞれ解決される。その技術課題を
解決するためのための手段として、この出願の第１番目
の発明では次の１）の手段、この出願の第２番目の発明
では次の２）の手段、この出願の第３番目の発明では次
の３）の手段をそれぞれ採用した。 １）ケーシングパイプを把持する把持手段とこの把持手
段を支持し上昇下降させることができるスラストシリン
ダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを備えたケー
シングドライバを用いて、先端にカッタビットを有する
ケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油圧モータの
回転トルクを制御するケーシングドライバの掘削制御方
法において、カッタビットを地盤から引き離し得るスト
ロークを残すようにスラストシリンダを伸ばしてケーシ
ングパイプを把持手段で把持する第１の工程と、この把
持手段で把持したケーシングパイプを、カッタビットを
地盤から引き離すようにスラストシリンダを伸ばすこと
により上昇させるとともに油圧モータの駆動により回転
させる第２の工程と、こうしてケーシングパイプを上昇
させるとともに回転させた状態で油圧モータの駆動圧を
測定し、この測定結果に基づいて油圧モータの回転トル
クに関する値を求めて周面摩擦トルクに関する値を測定
する第３の工程と、ケーシングパイプを油圧モータで回
転させながらスラストシリンダで押し込んで地盤を掘削
し、その際、予め設定した掘削トルクに関する設定値と
周面摩擦トルクに関する値の和に対して、油圧モータの
駆動圧に基づいて得られる油圧モータの回転トルクに関
する実際値を近付けるような関係にするようにケーシン
グパイプをスラストシリンダで押し込む第４の工程とに
より、ケーシングパイプで地盤を掘削する際に油圧モー
タの回転トルクを制御するようにした。 ２）１）と同様の油圧モータの回転トルクを制御するケ
ーシングドライバの掘削制御方法において、把持手段で
把持したケーシングパイプを、カッタビットを地盤から
引き離すようにスラストシリンダを伸ばすことにより上
昇させるとともに油圧モータの駆動により回転させる第
１の工程と、こうしてケーシングパイプを上昇させると
ともに回転させた状態で油圧モータの駆動圧を測定し、
この測定結果に基づいて油圧モータの回転トルクに関す
る値を求めて周面摩擦トルクに関する値を測定する第２
の工程と、把持手段でのケーシングパイプの把持を解除
した後、ケーシングパイプの押し込みが行えるようにス
ラストシリンダを伸ばしてケーシングパイプを把持手段
で把持する第３の工程と、ケーシングパイプを油圧モー
タで回転させながらスラストシリンダで押し込んで地盤
を掘削し、その際、予め設定した掘削トルクに関する設
定値と周面摩擦トルクに関する値の和に対して、油圧モ
ータの駆動圧に基づいて得られる油圧モータの回転トル
クに関する実際値を近付けるような関係にするようにケ
ーシングパイプをスラストシリンダで押し込む第４の工
程とにより、ケーシングパイプで地盤を掘削する際に油
圧モータの回転トルクを制御するようにした。 ３）ケーシングパイプを把持する把持手段とこの把持手
段を支持し上昇下降させることができるスラストシリン
ダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを備えたケー
シングドライバを用いて、先端にカッタビットを有する
ケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油圧モータの
回転トルクを制御するケーシングドライバの掘削制御装
置において、カッタビットが地盤から引き離されている
ことを検出できる検出手段と、油圧モータの駆動圧を測
定する駆動圧測定手段と、この駆動圧測定手段での油圧
モータの駆動圧に関する測定結果が入力されその測定結
果に基づいて油圧モータの回転時における油圧モータの
回転トルクに関する値を演算する回転トルク演算手段
と、カッタビットが地盤から引き離されていることを検
出手段で検出したときに回転トルク演算手段で演算され
る油圧モータの回転トルクに関する値と予め設定された
掘削トルクに関する設定値の和に対して、ケーシングパ
イプでの地盤の掘削時に回転トルク演算手段で演算され
る油圧モータの回転トルクに関する実際値を近付けるよ
うな関係にするようにスラストシリンダの駆動を制御す
るスラストシリンダ制御手段とを設けた。

【００１５】油圧モータの回転トルクは、掘削トルクと
周面摩擦トルクの和であるが、このうち地盤の掘削に直
接関与するトルクは、地盤を掘削するために消費される
掘削トルクであるから、カッタビットの損傷を防止した
り地盤の掘削を効率的に行えるようにしたりする等の所
望の掘削条件を満たすように油圧モータの回転トルクを
制御するには、その掘削条件に応じて掘削トルクを望ま
しい値に設定し、その設定値と周面摩擦トルクとの総和
に油圧モータの回転トルクを近付けるように制御するの
が最も望ましい。こうした制御を実現するには、当該地
盤の掘削時に実際に生じる周面摩擦トルクを把握できな
ければならない。ケーシングドライバの掘削制御方法に
関するこの出願の第１番目の発明及び第２番目の発明で
は、ケーシングパイプを上昇させるとともに回転させた
状態で油圧モータの駆動圧を測定するという工夫をする
ことより、周面摩擦トルクに関する値を実測できるよう
したので、油圧モータの回転トルクを制御する場合に、
希望するの掘削条件を満たすように制御するための設定
値として掘削トルクに関する値を直接的に用いることを
可能にしている。そして、掘削トルクに関する設定値と
周面摩擦トルクに関する値の和に対して、油圧モータの
駆動圧に基づいて得られる油圧モータの回転トルクに関
する実際値を近付けるような関係にするように制御する
ため、ケーシングパイプでの掘削時に生じる油圧モータ
の回転トルクを所望の掘削条件に適うように適切に制御
することができる。

【００１６】特に、この出願の第１番目の発明は、スラ
ストシリンダの伸長及びケーシングパイプの把持により
開始されるケーシングパイプの押し込み工程の開始段階
に、周面摩擦トルクに関する値を測定するための各工程
を融合するように合体させていて、周面摩擦トルクの測
定がその押し込み工程を実施する道程に沿って行えるの
で、ケーシングパイプの押し込み作業を効率的に行うこ
とができる。ケーシングドライバの掘削制御装置に関す
るこの出願の第３番目の発明は、以上述べたこの出願の
第１番目の発明および第２番目の発明を実施するための
手段を備えているので、これらの各発明と同様、ケーシ
ングパイプでの掘削時に生じる油圧モータの回転トルク
を所望の掘削条件に適うように適切に制御することがで
きる。

【００１７】（Ｂ）第２の技術課題を解決するための手
段 前記の第２の技術課題は、特許請求の範囲の請求項１０
に係るこの出願の第４番目の発明及び特許請求の範囲の
請求項１１に係るこの出願の第５番目の発明によりそれ
ぞれ解決される。その技術課題を解決するためのための
手段として、この出願の第４番目の発明では次の４）の
手段、この出願の第４番目の発明では次の４）の手段、
この出願の第５番目の発明では次の５）の手段をそれぞ
れ採用した。 ４）ケーシングパイプを把持する把持手段とこの把持手
段を支持し上昇下降させることができるスラストシリン
ダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを備えたケー
シングドライバを用いて、先端にカッタビットを有する
ケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油圧モータに
生じる周面摩擦トルクを測定するケーシングドライバの
周面摩擦トルク測定方法を、把持手段で把持したケーシ
ングパイプを、カッタビットを地盤から引き離すように
スラストシリンダを伸ばすことにより上昇させるととも
に油圧モータの駆動により回転させ、こうしてケーシン
グパイプを上昇させるとともに回転させた状態で油圧モ
ータの駆動圧を測定し、その測定結果に基づいて油圧モ
ータの回転トルクに関する値を求めて周面摩擦トルクに
関する値を測定するようにして構成した。 ５）ケーシングパイプを把持する把持手段とこの把持手
段を支持し上昇下降させることができるスラストシリン
ダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを備えたケー
シングドライバを用いて、先端にカッタビットを有する
ケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油圧モータに
生じる周面摩擦トルクを測定するケーシングドライバの
周面摩擦トルク測定装置を、カッタビットが地盤から引
き離されていることを検出できる検出手段と、油圧モー
タの駆動圧を測定する駆動圧測定手段と、この駆動圧測
定手段での油圧モータの駆動圧に関する測定結果が入力
されその測定結果に基づいて油圧モータの回転時におけ
る油圧モータの回転トルクに関する値を演算する回転ト
ルク演算手段と、カッタビットが地盤から引き離されて
いることを検出手段で検出したときの回転トルク演算手
段での演算結果を記憶させる記憶手段とを設けて構成し
た。

【００１８】前述したように、油圧モータの回転トルク
は、掘削トルクと周面摩擦トルクの二つの成分からなる
が、ケーシングドライバの周面摩擦トルク測定方法に関
するこの出願の第４番目の発明では、ケーシングパイプ
を上昇させいてカッタビットを地盤から引き離すととも
に回転させた状態で油圧モータの駆動圧を測定して油圧
モータの回転トルクに関する値を求めるようにしたの
で、こうして求めた油圧モータの回転トルクに関する値
は、カッタビットでの地盤の掘削が不可能な状態の下で
測定された値であって周面摩擦トルクに関する値にほか
ならない。そして、その測定結果は、ケーシングパイプ
で当該地盤を実際に掘削するときの状況を再現した状態
の下で得られたものであるから、本発明を実施すれば、
周面摩擦トルクを正確に実測することができる。ケーシ
ングドライバの周面摩擦トルク測定装置に関するこの出
願の第５番目の発明は、以上述べたこの出願の第４番目
の発明を実施するための手段を備えているので、この第
４番目の発明と同様、周面摩擦トルクを正確に実測する
ことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、これらのケーシングドライ
バの掘削制御方法、掘削制御装置、周面摩擦トルク測定
方法及び周面摩擦トルク測定装置に関するこの出願の各
発明が実際上どのように具体化されるのかを図１〜図８
に基づいて説明することにより、各発明の実施の形態を
明らかにする。図１は、この出願の各発明を説明するた
めのケーシングドライバの油圧回路の一例を示す油圧回
路図、図２は、この出願の各発明を説明するためのケー
シングドライバの掘削制御方法の一例を示すフロー図、
図３は、この出願の発明のケーシングドライバの掘削制
御方法及び掘削制御装置による図１の油圧回路図での制
御に有用な制御関数を示す図、図４は、図３の制御関数
の意義を説明するためのカッタビットの逃げ角と切削軌
跡の関係を示す概念図、図５は、この出願の各発明を説
明するためのケーシングドライバの掘削制御装置の一例
を示すブロック図、図６は、この出願の各発明を説明す
るためのケーシングドライバの油圧回路の他の一例を示
す油圧回路図、図７は、この出願の発明のケーシングド
ライバの掘削制御方法及び掘削制御装置による図６の油
圧回路図での制御に有用な制御関数を示す図、図８は、
ケーシングドライバでの掘削時にスラストシリンダに作
用する自沈荷重の説明図である。これらの図において図
９乃至図１１と同一符号を付けた部分は図９乃至図１１
と同等の部分を表す。

【００２０】この出願の各発明を具体化する際に用いら
れるケーシングドライバは、ケーシングパイプ１０を把
持する把持手段としてのケーシング掴み用バンド９とこ
のケーシング掴み用バンド９を支持し上昇下降させるこ
とができるスラストシリンダ６とケーシング掴み用バン
ド９を回転駆動する油圧モータ１２とを備えていて、基
本的な構造は、図９乃至図１１に示した従来から一般的
に用いられているケーシングドライバと変わらない。

【００２１】まず、図１の油圧回路について説明する
と、３０ａは油圧モータ１２の正転圧（油圧モータ１２
の入口側の圧力）を測定するための圧力センサ、３０ｂ
は油圧モータ１２の逆転圧（油圧モータ１２の出口側の
圧力）を測定するための圧力センサ、３１ａはスラスト
シリンダ６のシリンダ側（ボトム側）の圧力を測定する
ための圧力センサ、３１ｂはスラストシリンダ６のロッ
ド側の圧力を測定するための圧力センサである。圧力セ
ンサ３０ａと圧力センサ３０ｂは、油圧モータ１２の正
転圧と逆転圧の差圧を測定してその駆動圧を測定するた
めに設けられたもので、油圧モータ１２の駆動圧測定手
段をなす。油圧モータ１２の逆転圧は、主としてその出
口側の管路抵抗により生じるもので、出口側の管路が著
しく長くない限り０に近い無視できる程度の値になるた
め、駆動圧測定手段を正転力を測定する圧力センサ３０
ａだけで構成してその測定結果を油圧モータの駆動圧と
みてもよいが、この例では、正確を期すため、逆転側の
圧力を測定する圧力センサ３０ｂも設けている。圧力セ
ンサ３１ａと圧力センサ３１ｂは、スラストシリンダ６
の非駆動時に働くスラストシリンダ６を縮めるようとす
る外力すなわち自沈荷重を測定するために設けられたも
のである。スラストシリンダ６のロッド側の圧力もその
非駆動時には、油圧モータ１２の逆転圧同様、０に近い
値になるため、圧力センサ３１ｂを省略して圧力センサ
３１ａだけを設けてもよい。

【００２２】３２はパイロット圧の大きさにより設定圧
力を調節することができるパイロット作動形リリーフ
弁、３２ａはこのパイロット作動形リリーフ弁３２の二
次側からタンク４４に通じる油路に設けられこの油路を
開閉するための作動油用の電磁式切換弁、３２ｂは電磁
比例リリーフ弁３４のバイパス管路に設けられスラスト
シリンダ６のシリンダ側への圧油の供給を許容しスラス
トシリンダ６のシリンダ側からの圧油の排出を阻止する
チェック弁、３３はこのパイロット作動形リリーフ弁３
２の信号受け部にパイロット圧を導くためのパイロット
管路を切り換えるパイロット用の電磁式切換弁、３４は
パイロット作動形リリーフ弁３２の信号受け部に出力す
るパイロット圧の大きさを調整するための電磁比例リリ
ーフ弁、３５はスラストシリンダ６を駆動するための油
圧を発生するスラストシリンダ用の油圧ポンプ、３６は
この油圧ポンプ３５を駆動するための動力源、３７は中
立位置からＡ位置及びＢ位置に切り換えることによりス
ラストシリンダ６をそれぞれ縮小及び伸長するように圧
油の流れの方向を制御する４ポート３位置の電磁式方向
切換弁、３８はスラストシリンダ６のロッド側の油路に
対して方向切換弁３７と並列に接続されスラストシリン
ダ６のロッド側への圧油の供給流量を電気信号により調
整することができる電磁比例フロコン、３９は油圧回路
保護用のリリーフ弁である。

【００２３】作動油用の電磁式切換弁３２ａは、通常は
図１に示すとおりＢ位置に切り換えられて閉じており、
判断処理部５１から電気信号が出力されたときにだけＡ
位置に切り換えられて開くことによりパイロット作動形
リリーフ弁３２の二次側の圧油をタンク４４に逃がす。
パイロット用の電磁式切換弁３３は、通常は図１に示す
とおりＢ位置に切り換えられており、後に詳述する判断
処理部５１から電気信号が電磁式切換弁３３の信号受け
部へ出力されたときにだけＡ位置に切り換えられる。電
磁比例リリーフ弁３４は、判断処理部５１から出力され
る電気信号の出力値に比例して設定圧力の大きさを調節
して一次側の油圧を増減することができる。パイロット
作動形リリーフ弁３２は、そのパイロット圧がスラスト
シリンダ６のシリンダ側の油路から導入されて電磁比例
リリーフ弁３４で調節される。その結果、パイロット作
動形リリーフ弁３２の設定圧力は、パイロット作動形リ
リーフ弁３２の設定圧力と同様の値に設定される。

【００２４】方向切換弁３７は、中立位置においてスラ
ストシリンダ６の圧油の給排を停止し、Ａ位置へ切り換
えたとき、油圧ポンプ３５の圧油をスラストシリンダ６
のロッド側へ供給するとともにスラストシリンダ６のシ
リンダ側の圧油をパイロット作動形リリーフ弁３２を通
じて油タンク４４に排出し得るように圧油の流れを制御
する。また、Ｂ位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ３５
の圧油をチェック弁３２ｂを通じてスラストシリンダ６
のシリンダ側へ供給するとともにロッド側の圧油を油タ
ンク４４に排出し得るように圧油の流れを制御する。し
たがって、Ａ位置へ切り換えると、スラストシリンダ６
を縮小させて昇降フレーム５を下降させ、Ｂ位置へ切り
換えると、スラストシリンダ６を伸長させて昇降フレー
ム５を上昇させる。電磁比例フロコン３８は、判断処理
部５１からの電気信号の出力値に比例して開口量を調節
することができる電磁式可変絞り弁３８ａと、この絞り
弁３８ａのバイパス管路に設けられたチェック弁３８ｂ
とで構成される。そして、方向切換弁３７が中立位置に
切り換えられたときにだけ、判断処理部５１の指令によ
り電磁式可変絞り弁３８ａを開いて開口量を調節し、ス
ラストシリンダ６のロッド側へ供給する圧油の流量を調
節する。図１では、説明の便のため、複数のスラストシ
リンダ６のうちの一つだけをこうした油圧回路により制
御する例しか示されていないが、実際には、他のスラス
トシリンダ６もそれぞれ油圧管路で接続されていて、ス
ラストシリンダ用の油圧ポンプ３５の圧油が分配される
ように複数のスラストシリンダ６が並列接続されてい
る。

【００２５】４０は油圧モータ１２を駆動するための油
圧を発生する油圧モータ用の油圧ポンプ、４１はこの油
圧ポンプ４０を駆動するための動力源、４２は油圧回路
保護用のリリーフ弁、４３は中立位置からＡ位置及びＢ
位置に切り換えることにより油圧ポンプ４０をそれぞれ
正転及び逆転するように圧油の流れの方向を制御する４
ポート３位置の電磁式方向切換弁、４４は作動油を溜め
る油タンク、４５はスラストシリンダ６のストロークを
検出するストロークセンサである。方向切換弁４３は、
中立位置において油圧モータ１２の圧油の給排を停止
し、Ａ位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ４０の圧油を
油圧モータ１２の正転側へ供給するとともにその逆転側
の圧油を油タンク４４に排出するように圧油の流れを制
御する。また、Ｂ位置へ切り換えたとき、油圧ポンプ４
０の圧油を油圧モータ１２の逆転側へ供給するとともに
その正転側の圧油を油タンク４４に排出させるように圧
油の流れを制御する。したがって、中立位置からＡ位置
及びＢ位置にそれぞれ切り換えると、油圧モータ１２を
それぞれ正転駆動及び逆転駆動し、中立位置で停止させ
る。なお、ストロークセンサ４５を独立して設ける代わ
りに、ストロークセンサ内蔵型のスラストシリンダを用
いてもよい。

【００２６】ところで、スラストシリンダ６には、昇降
フレーム５を始め、これに設置されている回転体８、ケ
ーシング掴み用バンド９、油圧モータ１２等ケーシング
ドライバの機器類の種々の重量が作用する。また、ケー
シング掴み用バンド９でケーシングパイプ１０を把持し
ているときには、ケーシングパイプ１０の重量も作用す
る。そのため、スラストシリンダ６には、ケーシングド
ライバの運転中、ケーシングパイプ１０に押し込み力を
付与しないときでも、スラストシリンダ６を縮めようと
する力が不可避的に作用する。スラストシリンダ６に働
くこうした力を本明細書では自沈荷重という。ケーシン
グパイプ１０をケーシングドライバで回転させながら押
し込んで地盤を掘削する場合、自沈荷重を支持するよう
な支持力をスラストシリンダ６で加えないと、ケーシン
グパイプ１０が逸走してしまい、この自沈荷重がケーシ
ングパイプ１０に対する押し込み力となって、ケーシン
グドライバで地盤を掘削する場合の掘削制御が安定した
状態で行えなくなる。

【００２７】本発明のケーシングドライバの掘削制御方
法や掘削制御装置は、周面摩擦トルクを実測可能にする
ことにより、掘削時に生じる油圧モータの回転トルクを
適切に制御できるようにすることを意図するものである
が、ここに示す例では、こうした周面摩擦トルクの実測
過程で自沈荷重も測定して、自沈荷重に起因するケーシ
ングパイプ１０の逸走も防げるようにしている。そこ
で、この自沈荷重の実体を、図８を用いて説明する。こ
の図８は、図９乃至図１１ですでに説明したケーシング
ドライバを模式的に図示したものであり、これらの図に
図示されていないピニオン１３を回転体８の外歯歯車と
噛み合わせて回転体８を減速回転させるようにした点も
模式的に図示している。

【００２８】いま、図８において、Ｗｃをケーシングパ
イプ１０の重量、Ｗｒを昇降フレーム５の重量、Ｗｍを
回転体８やケーシング掴み用バンド９の重量、Ｗｐをケ
ーシングパイプ１０での地盤の掘削時にスラストシリン
ダ６に作用する自沈荷重であるとする。自沈荷重Ｗｐと
して作用する重量には、昇降フレーム５上に設置された
ステージ等これら以外の重量も作用するが、説明の便の
ため、ここでは、自沈荷重Ｗｐとして作用する重量が図
８に図示の重量だけであると仮定する。ケーシングパイ
プ１０のカッタビット２６で地盤を掘削しているときに
は、ケーシングパイプ１０の周面と地盤との間に動摩擦
力が作用するが、このケーシングパイプ１０周面の動摩
擦力をＦｍとする。このケーシングパイプ１０周面の動
摩擦力Ｆｍは、自沈荷重Ｗｐとして作用する重量を軽減
するように作用する。そうすると、自沈荷重Ｗｐは、次
の数式１で表すことができる。 数式１ Ｗｐ＝（Ｗｃ＋Ｗｒ＋Ｗｍ）−Ｆｍ この自沈荷重Ｗｐは、スラストシリンダ６に縮小力とし
て常時作用するため、パイロット作動形リリーフ弁３２
でスラストシリンダ６のシリンダ側の圧力を調節するこ
とにより、自沈荷重Ｗｐの支持力を付与してケーシング
パイプ１０の逸走を防止する。なお、リリーフ弁を用い
たこの種の逸走防止手段は、前述の従来の技術でも設け
られているが、従来の技術では、自沈荷重Ｗｐに相当す
る荷重を定める場合に前記動摩擦力Ｆｍを考慮していな
いため、リリーフ弁の設定圧力が徒に大きくなり、リリ
ーフ弁でのエネルギー損失が増大する難点がある。

【００２９】５１は、ケーシングドライバの制御機構を
構成する判断処理部であり、図５に示すように、圧力セ
ンサ３０ａ及び圧力センサ３０ｂでの油圧モータ１２の
正転側の圧力及び逆転側の圧力に関する測定結果や圧力
センサ３１ａ及び圧力センサ３１ｂでのスラストシリン
ダ６のシリンダ側の圧力及びロッド側の圧力に関する測
定結果、さらにはストロークセンサ４５でのスラストシ
リンダ６のストロークに関する測定結果が入力され、こ
れらの測定結果に基づいて種々の演算やその演算結果に
基づく制御を行う。この判断処理部５１は、図５に示す
設定部５０や図１の油圧回路とともにケーシングドライ
バの制御機構を構成する。設定部５０には、ケーシング
パイプ１０のケーシングドライバでの圧入工程を自動運
転で実施するか手動運転で実施するかを設定するための
自動・手動の切換スイッチや予め設定される掘削トルク
である設定掘削トルク及び制御関数値をそれぞれ設定す
る操作部等が設けられ、図５に示すように、これらの操
作部での設定結果が入力される。判断処理部５１は、こ
うした設定結果に基づいて作動する。

【００３０】この判断処理部５１には、この出願の各発
明に関連する技術的手段として、後に詳述するように、
スラストシリンダ６をケーシングパイプ１０のカッタビ
ット２６の高さ分伸ばすように制御する制御手段と、圧
力センサ３０ａ及び圧力センサ３０ｂでそれぞれ測定さ
れた油圧モータ１２の正転側の圧力及び逆転側の圧力に
基づいて油圧モータ１２の回転トルクに関する値を演算
する回転トルク演算手段と、この回転トルク演算手段で
の演算結果を記憶させる記憶手段と、カッタビット２６
が地盤から引き離されていることをストロークセンサ４
５で検出したときに回転トルク演算手段で演算される油
圧モータ１２の回転トルク（周面摩擦トルク）に関する
値と予め設定された掘削トルクに関する設定値の和に対
して、ケーシングパイプ１０での地盤の掘削時に回転ト
ルク演算手段で演算される油圧モータ１２の回転トルク
に関する実際値を近付けるような関係にするようにスラ
ストシリンダ６の駆動を制御するスラストシリンダ制御
手段とを設けている。

【００３１】そこで、この判断処理部５１で実施される
ケーシングドライバの掘削制御方法を図２のフロー図に
沿って説明する。ケーシングドライバを用いてケーシン
グパイプ１０で地盤を掘削しながらこれを圧入する場合
には、通常は、ケーシングパイプ１０の回転数すなわち
油圧モータ１２の回転数は変えないでケーシングパイプ
１０の押し込み速度すなわちスラストシリンダ６の押し
込み速度だけを変えて掘削トルクが適切な値になるよう
にしているので、以下に説明するケーシングドライバの
掘削制御方法においては、少なくとも１回の圧入工程を
終了するまでの間は油圧モータ１２の回転数は変えない
ものとする。ケーシングパイプ１０をケーシングドライ
バで圧入する工程を手動操作で実施する場合には、ケー
シングドライバの制御機構の設定部５０における自動・
手動の切換スイッチを手動に切り換える。そうすると、
判断処理部５１では、図１の油圧回路中の切換弁３３及
び電磁比例フロコン３８に電気信号による指令を発して
これらを次のように作動させる。 ａ）切換弁３３をＢ位置に切り換えた状態にする。 ｂ）電磁比例フロコン３８おける電磁式可変絞り弁３８
ａを全閉する。

【００３２】切換弁３３がａ）のようにＢ位置に切り換
えられると、パイロット作動形リリーフ弁３２のパイロ
ットポートがタンク４４に通じるため、このパイロット
作動形リリーフ弁３２は、設定圧力が０Ｋｇ／ｃｍ² と
なって通過抵抗がなくなる。また、電磁比例フロコン３
８がｂ）のように閉じると、この電磁比例フロコン３８
の油路を通じて圧油がスラストシリンダ６のロッド側へ
流れようとするのは阻止され、その結果、油圧ポンプ３
５の圧油は、方向切換弁３７を通じてしかスラストシリ
ンダ６のロッド側へ供給できなくなる。こうした状態に
おいて、オペレータが操作レバー等の操作手段（図示せ
ず。）を手動操作することにより方向切換弁３７をＡ位
置に切り換えると、スラストシリンダ６を縮めることが
でき、Ｂ位置に切り換えると、スラストシリンダ６を伸
ばすことができる。こうして、ケーシングパイプ１０の
圧入工程を通常の方法により手動操作で実施することが
できる。

【００３３】次に、本発明のケーシングドライバの掘削
制御方法を実施して自動掘削制御を行う方法を説明す
る。自動掘削制御を行う場合、自動・手動の切換スイッ
チを自動に切り換えるとともに、設定掘削トルク及び制
御関数値を設定する操作部を操作して、設定掘削トルク
や制御関数値を、地盤の性状等を考慮しながら掘削条件
に適した値にするように設定する。なお、この例では、
自動掘削制御を行うに当たり、最初のイ）の工程では手
動操作するようにしている。

【００３４】イ）スラストシリンダの伸長及びケーシン
グパイプ１０の把持 まず、手動操作で方向切換弁３７をＢ位置に切り換える
ことにより、スラストシリンダ６をカッタビット１６の
高さ分伸ばし得るストロークを残す程度にスラストシリ
ンダ６を伸ばす。すなわち、スラストシリンダ６の最大
ストロークをＬｏとし、ケーシングパイプ１０のカッタ
ビット２６の高さをＬｓｔとしたとき、スラストシリン
ダ６をＬｏ−Ｌｓｔだけ伸ばしてから、方向切換弁３７
を手動操作で中立位置に切り換える。その場合、スラス
トシリンダ６がＬｏ−Ｌｓｔだけ伸びたか否かは、オペ
レータがストロークセンサ４５の計測結果を表示する計
器を監視することにより確認する。次いで、ケーシング
パイプ１０をケーシング掴み用バンド９で把持し、しか
る後、油圧モータ１２を駆動することによりケーシング
掴み用バンド９を回転駆動してケーシングパイプ１０を
回転させる。

【００３５】ロ）ケーシングパイプの把持後のスラスト
シリンダの再伸長 このイ）工程が終了後、設定部５０の自動・手動の切換
スイッチを自動に切り換えると、方向切換弁３７は、判
断処理部５１からの指令によりＢ位置に自動的に切り換
えられる。その結果、油圧ポンプ３５の圧油がチェック
弁３２ｂを通じてスラストシリンダ６のシリンダ側へ供
給されるとともにロッド側の圧油が方向切換弁３７の排
出ポートを通じて油タンク４４に排出され、スラストシ
リンダ６は伸長する。こうしてスラストシリンダ６がカ
ッタビット２６の高さＬｓｔだけ伸びると、判断処理部
５１は、ストロークセンサ４５から入力されるスラスト
シリンダ６のストローク値によりこのことを判断して、
方向切換弁３７を中立位置に戻す。その結果、ケーシン
グパイプ１０はＬｓｔだけ上昇して、カッタビット２６
が地盤から引き離された状態に保持される。その場合、
ケーシングパイプ１０は、油圧モータ１２で回転駆動さ
れたケーシング掴み用バンド９で把持されて回転してい
る。この例では、このようにケーシングパイプ１０を予
め回転させるようにしているが、ケーシングパイプ１０
は、Ｌｓｔだけ上昇させた後に回転させるようにしても
よい。

【００３６】ハ）自沈荷重の演算による測定 こうしてケーシングパイプ１０を回転させ、地盤から引
き離すように上昇させた状態において、この例では、本
発明に関連する周面摩擦トルクを後記ニ）の工程で測定
するほか、このハ）の工程で自沈荷重を測定して、自沈
荷重に起因するケーシングパイプ１０の逸走も防止でき
るようにしている。すなわち、圧力センサ３１ａ及び圧
力センサ３１ｂでスラストシリンダ６のシリンダ側の圧
力及びロッド側の圧力をそれぞれ測定しているため、判
断処理部５１においては、これらの測定結果が送られ、
これらの測定結果に基づいて、次の数式２に従って自沈
荷重を演算する。 数式２ Ｗｐ＝（Ｐｏ×Ｓｏ−Ｐｔ×Ｓｔ）×Ｎ 前式において、 Ｗｐは自沈荷重 Ｐｏはスラストシリンダ６のシリンダ側の圧力 Ｓｏはスラストシリンダ６のシリンダ側の受圧面積 Ｐｔはスラストシリンダ６のロッド側の圧力 Ｓｔはスラストシリンダ６のロッド側の受圧面積 Ｎは、駆動するスラストシリンダ６の本数 である。

【００３７】こうして演算により測定された自沈荷重Ｗ
ｐは、ケーシングパイプ１０を地盤から引き離し回転さ
せた状態で測定されたものであるから、地盤によるケー
シングパイプ１０の支持力が作用しない状態の下でケー
シングパイプ１０の周面と地盤との摩擦を織り込んで測
定したものとなる。そのため、実際にケーシングパイプ
１０で地盤を掘削して圧入する際にスラストシリンダ６
に働く自沈荷重を正確に反映したものであるといえる。
この自沈荷重Ｗｐは、記憶装置に記憶させて、表示手段
で表示できるようにする等、必要に応じて出力できるよ
うにすることにより、自沈荷重測定装置を構成する。

【００３８】ニ）周面摩擦トルクの演算による測定 また、前記ロ）の工程によりケーシングパイプ１０を回
転させ、地盤から引き離すように上昇させた状態におい
て、本発明に関連する周面摩擦トルクを測定する。すな
わち、圧力センサ３０ａ及び圧力センサ３０ｂで油圧モ
ータ１２の正転圧（油圧モータ１２の入口側の圧力）及
び逆転側（同出口側の圧力）をそれぞれ測定しているた
め、判断処理部５１においては、これらの測定結果も送
られ、これらの測定結果に基づいて、次の数式３に従っ
て油圧モータ１２の回転トルクであるカッタ回転トルク
の実際値Ｔ’を演算する。 数式３ Ｔ’＝β×（Ｐｓ−Ｐｇ）×（Ｚｇ／Ｚｐ）×Ｎｍ 前式において、 Ｔ’は油圧モータ１２の回転トルクの実際値であるカッ
タ回転トルク βは油圧モータ出力軸トルク係数 Ｐｓは油圧モータ１２の正転圧（油圧モータ１２の入口
側の圧力） Ｐｇは油圧モータ１２の逆転圧（油圧モータ１２の出口
側の圧力） Ｚｇは回転体８の外周部に設けられた外歯歯車の歯数 Ｚｐはピニオン１３の歯数 Ｎｍは油圧モータ１２の台数 である。なお、油圧モータ出力軸トルク係数βは、油圧
モータ１２の出力軸トルクに関する理論値に対する実効
値の比率に相当する係数である。

【００３９】すでに述べたように、カッタビット２６で
地盤を掘削しながらケーシングパイプ１０を圧入する際
に要するカッタ回転トルクＴ’には、地盤の掘削のため
に純粋に消費されるものとケーシングパイプ１０の周面
と地盤との摩擦で消費されるものとがある。いま、カッ
タビット２６による地盤の掘削で消費される油圧モータ
１２の回転トルクを掘削トルクＴｃとし、ケーシングパ
イプ１０の周面と地盤との摩擦で消費される油圧モータ
１２の回転トルクを周面摩擦トルクＴｍとすると、カッ
タ回転トルクＴ’は、次の数式４で表すことができる。 数式４ Ｔ’＝Ｔｃ＋Ｔｍ 周面摩擦トルクＴｍを測定するときには、前記のように
ケーシングパイプ１０を回転かつ上昇させた状態で、カ
ッタ回転トルクＴ’を数式３で演算することにより測定
する。こうして測定されたカッタ回転トルクＴ’は、ケ
ーシングパイプ１０を上昇させてカッタビット２６を地
盤から引き離した状態すなわちカッタビット２６での地
盤の掘削が不可能な状態で測定されたものであるから、
地盤の掘削のため消費される油圧モータ１２の回転トル
クが生じない状態すなわち数式４中の掘削トルクＴｃ＝
０の状態で測定されたものである。したがって、カッタ
回転トルクＴ’＝Ｔｍとなるから、こうして測定された
カッタ回転トルクＴ’は、実際にケーシングパイプ１０
で地盤を掘削して圧入する際に生じる周面摩擦トルクＴ
ｍを正確に反映したものであるといえる。このカッタ回
転トルクＴ’は、記憶装置に記憶させて、表示手段で表
示できるようにする等、必要に応じて出力できるように
することにより、周面摩擦トルク測定装置を構成する。

【００４０】ホ）パイロット作動形リリーフ弁の設定圧
力の設定 ハ）に示した方法により自沈荷重Ｗｐを演算した後、判
断処理部５１では、ケーシングパイプ１０が逸走するの
を防止するためのパイロット作動形リリーフ弁３２の設
定圧力、換言すると、昇降フレーム５が自沈荷重により
降下するのを防止するためのパイロット作動形リリーフ
弁３２の設定圧力を自沈荷重Ｗｐに基づいて演算し、リ
リーフ弁制御部５２を通じて同弁３２のリリーフ圧を設
定する。このパイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧
力は、電磁比例リリーフ弁３４の設定圧力と等しいの
で、パイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力を設定
するには、電磁比例リリーフ弁３４の設定圧力を次の数
式５に従って演算する。 数式５ Ｐｒ＝Ｗｐ／（Ｓｏ×Ｎ）＋Ａ 前式において、 Ｐｒは電磁比例リリーフ弁３４の設定圧力 Ａは余裕値 なお、Ｗｐ，Ｓｏ，Ｎの意味は、数式２と同様である。
電磁比例リリーフ弁の特性は、製品により若干のバラツ
キがあるため、製品ごとに設定圧力に若干の誤差が生じ
る。余裕値Ａは、こうした電磁比例リリーフ弁の制御特
性固体差（指令値−電磁比例リリーフ弁の設定圧の制御
特性）を吸収するため加算するものであり、電磁比例リ
リーフ弁３４の設定圧力にこうした誤差が生じても、ケ
ーシングパイプ１０が逸走するのを防止できるような値
にする。

【００４１】ケーシングパイプ１０での地盤の掘削時に
おいてその逸走を防止するには、スラストシリンダ６の
シリンダ側の圧力でケーシング掴み用バンド９を支持す
る支持力すなわちスラストシリンダ６で昇降フレーム５
を支持する支持力が少なくとも自沈荷重Ｗｐと等しくな
るようにパイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力を
設定すればよい。したがって、判断処理部５１では、図
８に図示の４本のスラストシリンダ６で協働してケーシ
ング掴み用バンド９を支持する支持力の総和が自沈荷重
Ｗｐと少なくとも等しくなるようにするための電磁比例
リリーフ弁３４の設定圧力の設定圧力を算出すればよ
い。この例では、こうした電磁比例リリーフ弁３４の設
定圧力Ｐｒを定める場合、スラストシリンダ６でケーシ
ング掴み用バンド９を支持する支持力に若干の余裕をも
たせるように余裕値Ａを加算してその支持力が自沈荷重
Ｗｐよりも若干大きくなるようにているが、要は、スラ
ストシリンダ６でケーシング掴み用バンド９を支持する
支持力が自沈荷重Ｗｐを下回らない範囲で、パイロット
作動形リリーフ弁３２でのエネルギー損失を低減できる
ように設計上適切な値を選定すればよい。

【００４２】ヘ）掘削時予定カッタ回転トルクの演算 ニ）に示す方法で周面摩擦トルクＴｍを演算した後、判
断処理部５１では、この周面摩擦トルクＴｍに基づい
て、カッタビット２６の損傷を防止することができカッ
タビット２６で効率的な掘削が行えるようにするための
油圧モータ１２の回転トルクの設定値である掘削時予定
カッタ回転トルクＴを次の数式６に従って演算する。

【００４３】数式６ Ｔ＝Ｔｓ＋Ｔｍ 前式において、 Ｔｓは掘削トルクＴｃの設定値である設定掘削トルク である。

【００４４】この例では、この設定掘削トルクＴｓは、
地盤の性状やカッタビット２６の規格を考慮しながらカ
ッタビット２６の損傷を防止することを最優先に設定
し、その際、効率的な掘削が行えるようにすることにも
配慮する。

【００４５】カッタビット２６の損傷を防止するには、
本来は、油圧モータ１２の回転トルクのうち、地盤の掘
削のために純粋に消費される回転トルクである掘削トル
クＴｃを適切な値に設定することが必要である。しかる
に、従来は、ケーシングドライバの掘削作業時における
周面摩擦トルクＴｍを実測する手法が確立されていなか
ったため、油圧モータ１２の回転トルクのうちの掘削ト
ルクＴｃと周面摩擦トルクＴｍとの比率を把握すること
ができず、それゆえ、掘削トルクＴｃの実際値を正確に
把握することができなかった。そのため、カッタビット
２６の損傷を防止するための掘削時予定カッタ回転トル
クＴは、土質、排土状況、掘削深度等の施工条件を勘案
しながら経験的に予想して大凡の見当で定めていた。こ
れに対して、このヘ）の方式では、カッタビット２６の
損傷防止や効率的な掘削を行う上で最重要のファクタで
ある掘削トルクＴｃを直接的に設定した上で、その設定
値である設定掘削トルクＴｓと周面摩擦トルクＴｍの実
測値とにより掘削時予定カッタ回転トルクＴを設定する
ようにしている。そして、カッタビット２６の損傷防止
や効率的な掘削を行うのに必要な掘削トルクＴｃの値
は、これまでの研究や実績からすでに究明されているの
で、本方式を用いれば、掘削時予定カッタ回転トルクＴ
を、実際の掘削作業に即した適切な値に設定することが
できる。

【００４６】ト）スラストシリンダの縮小によるケーシ
ングパイプの地盤への降下 ロ）の工程でスラストシリンダ６を再伸長させてカッタ
ビット２６の高さＬｓｔだけ上昇させたケーシングパイ
プ１０を、スラストシリンダ６のＬｓｔ分の縮小により
地盤上に降下させる。こうした動作は、判断処理部５１
の指令により開始する。この判断処理部５１の指令によ
り、作動油用の電磁式切換弁３２ａ及びパイロット用の
電磁式切換弁３３は、何れもＡ位置に切り換えられ、そ
の結果、ホ）で設定された電磁比例リリーフ弁３４の設
定圧力Ｐｒのパイロット圧がパイロット用の電磁式切換
弁３３を通じてパイロット作動形リリーフ弁３２の信号
受け部に作用し、これにより、パイロット作動形リリー
フ弁３２の設定圧力は、電磁比例リリーフ弁３４の設定
圧力と同様の値に設定される。また、本工程では、電磁
比例フロコン３８も作動し、判断処理部５１からの電気
信号の出力値に比例して開口量が調整されてスラストシ
リンダ６のケーシングパイプ１０の押し込み速度を調整
する。その場合、このト）の段階では、その押し込み速
度が最低になるような指令が判断処理部５１から発せら
れる。このとき、方向切換弁３７は中立位置〔先のロ）
の工程で最終的に操作されたままの位置〕にある。

【００４７】そうすると、スラストシリンダ用の油圧ポ
ンプ３５の圧油は、電磁比例フロコン３８で最小流量に
調整されてスラストシリンダ６のロッド側に供給される
とともに、そのシリンダ側の圧油は、パイロット作動形
リリーフ弁３２により設定圧力Ｐｒに保持されながら作
動油用の電磁式切換弁３２ａを通じてタンク４４に排出
される。その結果、スラストシリンダ６は、電磁比例フ
ロコン３８の圧油の通過流量に応じた速度で縮小してケ
ーシングパイプ１０を最低速度で地盤上に降下させる。
このようにケーシングパイプ１０を低速で降下させる理
由は、ケーシングパイプ１０が地盤に接する際にカッタ
ビット２６に急激な負荷が加わって、カッタビット２６
が万一損傷するのを防ぐためである。こうしてケーシン
グパイプ１０がスラストシリンダ６のＬｓｔ分の縮小に
より地盤上に降下すると、判断処理部５１は、ストロー
クセンサ４５から入力されるスラストシリンダ６のスト
ローク値によりこのことを検知する。

【００４８】チ）掘削時のカッタ回転トルクの演算 ケーシングパイプ１０が地盤上に降下した後、引き続
き、カッタビット２６による地盤の掘削が進められると
ともに、判断処理部５１では、掘削時のカッタ回転トル
クＴ’の演算を開始する。この掘削時のカッタ回転トル
クＴ’は、ニ）で周面摩擦トルクＴｍを演算した場合と
同様、数式３に従って行う。掘削時のカッタ回転トルク
Ｔ’は、カッタビット２６で地盤を掘削しているときに
要する油圧モータ１２の回転トルクの実際値であるか
ら、数式３により演算された掘削時のカッタ回転トルク
Ｔ’中には、こうした周面摩擦トルクＴｍのほか、地盤
の掘削で消費される油圧モータ１２の回転トルクである
掘削トルクＴｃも当然含まれている。

【００４９】リ）ケーシングパイプの押し込み速度の制
御 判断処理部５１では、こうした掘削時のカッタ回転トル
クＴ’の演算をカッタビット２６での地盤の掘削時に継
続的に行い、さらに、その演算結果を用いて、ヘ）で演
算された設定値としての掘削時予定カッタ回転トルクＴ
と実際値としての掘削時のカッタ回転トルクＴ’との偏
差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ−Ｔ’）を演算する。そして、この偏
差ΔＴに基づき、偏差ΔＴと電磁比例フロコン指令値と
の関係を定めた図３の制御関数に従って電磁比例フロコ
ン３８に指令値を出力してその開口量を制御することに
より、スラストシリンダ６のロッド側への供給流量を制
御してケーシングパイプ１０の押し込み速度を制御す
る。この点について具体的に述べると、図３には、３本
の異なる勾配のグラフが図示されているが、これは、地
盤の硬さ等地盤の性状を考慮して定められた偏差ΔＴと
電磁比例フロコン指令値との制御関数である。こうした
制御関数は、ケーシングドライバの設計者が過去のノウ
ハウをもとに設計上適宜定めればよい。この例では、使
用するカッタビットが特定されているため、地盤の性状
だけを考慮しているが、使用するカッタビットが特定さ
れていないときには、カッタビットの性能も考慮する。

【００５０】この例により自動掘削制御を行う場合、図
３の制御関数のうちから地盤の性状に適った適切のもの
が選択され、設定部５０を通じて予め設定されている。
そして、地山の掘削時に、偏差ΔＴがマイナスになった
ときには、カッタビット２６が過負荷であることから、
電磁比例フロコン３８への指令値をゼロにしてスラスト
シリンダ６によるケーシングパイプ１０の押し込みを停
止させる。逆に、偏差ΔＴがプラスになったときには、
カッタビット２６が未だ軽負荷であるので、電磁比例フ
ロコン３８への指令値を、予め設定された制御関数に従
って決定することにより、ケーシングパイプ１０の押し
込み速度を相対的に増加させる。その結果、ケーシング
パイプ１０は、実際値としての掘削時のカッタ回転トル
クＴ’を設定値としての掘削時予定カッタ回転トルクＴ
に近付けるような関係にするようにスラストシリンダ６
で押し込まれて常に適切な掘削トルクＴｃで回転駆動さ
れることとなり、カッタビット２６の損傷を防止するこ
とができる。判断処理部５１で決定された指令値により
行う電磁比例フロコン３８の操作は、フロコン制御部５
３（図５参照）を通じて行う。

【００５１】こうした自動掘削制御を行うことにより、
カッタビット２６が損傷するような事態は大幅に改善さ
れるが、この例では、カッタビット２６の背面が異状摩
耗するのを防止する工夫も施しているので、図３及び図
４を用いて、この点についても言及する。偏差ΔＴがプ
ラスのときにケーシングパイプ１０の押し込み速度を増
加させる場合、その押し込み速度を上げ過ぎると、図４
において、掘削地盤がカッタビット２６のチップ２６ａ
の先端部で急速に掘り下げられるため、その先端部以外
の部分すなわちカッタビット２６の逃げ角部分２６ｂの
背面が未掘削の掘削地盤に押し当てられて異状摩耗する
恐れがある。こうしたことから、この例では、偏差ΔＴ
がプラスの場合においてケーシングパイプ１０の押し込
み速度を増加させるとき、電磁比例フロコン３８への判
断処理部５１の指令値である電磁比例フロコン指令値に
上限値を設けることにより、ケーシングパイプ１０の押
し込み速度を制限するようにしている。

【００５２】いま、ケーシングパイプ１０に直径１００
０ｍｍのものを用いてその先端の円周上にカッタビット
２６を取り付け、ケーシングパイプ１０を１ｒ．ｐ．ｍ
の回転速度で回転させているものとし、このときのケー
シングパイプ１０の押し込み速度がＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）
であるとする。そうすると、ケーシングパイプ１０が１
回転する間に、チップ２６ａの先端部は、１０００π
（ｍｍ）の長さの線を描いて旋回しながら地盤を切削す
るとともにＶ（ｍｍ）の距離だけ下方に押し進められる
こととなる。換言すると、カッタビット２６で地盤を掘
削する場合におけるチップ２６ａの先端部の切削軌跡の
勾配はＶ／１０００πといえる。こうしたチップ先端部
の切削軌跡の勾配を規定する角度を、ここではカッタビ
ット切削軌跡の角度と称してこれをθ₁ とする。いま、
Ｖ＝５００（ｍｍ／ｍｉｎ）であると仮定すると、この
場合のカッタビット切削軌跡の角度θ₁ は、次式により
求めることができる。 θ₁ ＝ｔａｎ~¹（５００／１０００π）＝９．０４〔ｄ
ｅｇ（度）〕 カッタビットの逃げ角θは、一般的には１５ｄｅｇであ
るから、この場合にはカッタビット２６の逃げ角部分２
６ｂの背面が未掘削の掘削地盤に押し当てられて異状摩
耗するようなことはない。

【００５３】しかしながら、カッタビット切削軌跡の角
度θ₁ がカッタビットの逃げ角θより大きくなると、カ
ッタビット２６の逃げ角部分２６ｂが地盤に接してその
摩耗が進行する。こうしたことを考えて、カッタビット
の逃げ角θが１５ｄｅｇである場合のケーシングパイプ
１０の押し込み速度Ｖを求めると、次の数式７により求
めることができる。 数式７ Ｖ＝ｔａｎ（１５）×１０００π＝８７２（ｍｍ／ｍｉ
ｎ） したがって、ケーシングパイプ１０の押し込み速度Ｖが
８７２（ｍｍ／ｍｉｎ）を超えないようにすれば、カッ
タビット２６の逃げ角部分２６ｂが背面摩耗することは
なく、それゆえ、電磁比例フロコン指令値の上限値は、
スラストシリンダ６の縮小速度が８７２（ｍｍ／ｍｉ
ｎ）になる点に設定する。この電磁比例フロコン指令値
の上限値は、図３のプラス側の座標面に点線とこれに連
なる実線とで図示している。

【００５４】この例では、ケーシングパイプ１０の回転
速度を固定値（１ｒ．ｐ．ｍ）とした上で電磁比例フロ
コン指令値の上限値を演算するようにしているが、電磁
比例フロコン指令値の上限値を演算するための演算式を
判断処理部５１に記憶させるとともにケーシングパイプ
１０の回転速度を測定する手段を設けて、その回転速度
の実際値を判断処理部５１に入力することにより、電磁
比例フロコン指令値の上限値をその演算式で逐一演算す
るようにしてもよい。掘削地盤が転石層である場合や障
害物が出現する恐れのある地盤である場合には、カッタ
ビット２６で地盤を掘削しているときにカッタ回転トル
クＴ’が激しく変動して、カッタビット２６に急激な負
荷が加わる恐れがある。こうした場合に備えて、この例
では、図３の制御関数のグラフの勾配を任意に変更でき
るようにしている。そして、カッタビット２６に急激な
負荷が加わる恐れがある場合には、図３の制御関数のグ
ラフの勾配を小さくすることにより、カッタ回転トルク
Ｔ’に対してケーシングパイプ１０の押し込み速度Ｖの
反応を鈍くさせて、カッタビット２６に急激な負荷が加
わるのを防止できるようにしている。

【００５５】ヌ）スラストシリンダの縮小停止 スラストシリンダ６が限界まで縮むと、判断処理部５１
は、ストロークセンサ４５からのスラストシリンダ６の
ストローク値によりこのことを検知し、電磁比例フロコ
ン３８の指令値をゼロにしてスラストシリンダの縮小を
停止するとともに、油圧モータ１２の回転を停止させ
る。次いで、ケーシング掴み用バンド９でのケーシング
パイプ１０の把持を解除した後、再び、手動操作でスラ
ストシリンダ６をＬｏ−Ｌｓｔだけ伸ばすイ）操作に移
行して、以後、以上述べたイ）乃至ヌ）の操作を繰り返
す。また、必要に応じて、圧入した前記ケーシングパイ
プ１０に、カッタビット２６をもたない新たなケーシン
グパイプ１０を継ぎ足す。こうして１回の圧入工程を終
了する都度、ケーシングパイプ１０の圧入の進展に応じ
て増加するケーシングパイプ１０の周面の動摩擦力や周
面摩擦トルクＴｍが織り込まれ、自沈荷重Ｗｐに基づく
電磁比例リリーフ弁３４の設定圧力や掘削時予定カッタ
回転トルクＴが見直されて再設定されるため、ケーシン
グパイプ１０のの逸走を防止するためのパイロット作動
形リリーフ弁３２の設定圧力や掘削作業を適正に行うた
めの油圧モータ１２の回転トルクの設定値がケーシング
パイプ１０の圧入の進展に応じて常に適切な値に設定さ
れる。その結果、パイロット作動形リリーフ弁３２での
エネルギー損失を確実に低減させつつケーシングパイプ
の逸走を防止できるとともに、ケーシングドライバでの
掘削作業を常に適正に行うことができる。

【００５６】以上述べたケーシングドライバの掘削制御
方法のイ）乃至ヌ）の工程中、スラストシリンダ６の伸
長及びケーシングパイプ１０の把持を行うイ）の工程
は、ケーシングパイプ１０の押し込み作業を開始する段
階であり、そのスラストシリンダ６の伸長を行う際にカ
ッタビット２６の高さ分伸ばし得るストロークを残した
点は、パイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力の設
定や掘削時予定カッタ回転トルクＴの演算を行えるよう
にするための操作である。したがって、この例では、ケ
ーシングパイプ１０の押し込み工程の開始段階に、パイ
ロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力の設定や掘削時
予定カッタ回転トルクの演算を行うためのイ）乃至ヘ）
の工程を融合するように合体させていて、ケーシングパ
イプ１０の押し込み工程を実施する道程に沿ってパイロ
ット作動形リリーフ弁３２の設定圧力の設定や掘削時予
定カッタ回転トルクの演算も併せて行えるから、ケーシ
ングパイプの押し込み作業を効率的に行うことができ
る。

【００５７】この例では、このようにケーシングパイプ
１０の押し込み工程中にパイロット作動形リリーフ弁３
２の設定圧力の設定等を行う工程を合体させているが、
こうした工程をケーシングパイプ１０の押し込み工程中
に合体させないようにすることもできる。その場合は、
まず最初に、ケーシング掴み用バンド９で把持したケー
シングパイプ１０を、カッタビット２６を地盤から引き
離すようにスラストシリンダ６を伸ばすことにより上昇
させるとともに油圧モータ１２の駆動により回転させ
る。次いで、こうしてケーシングパイプ１０を上昇、回
転させた状態でスラストシリンダ６のシリンダ側の圧力
Ｐｏとロッド側の圧力Ｐｔを測定して、その測定結果に
基づいて自沈荷重Ｗｐを演算し、この演算結果に基づい
てパイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力を設定す
るとともに、同じく、ケーシングパイプ１０を上昇、回
転させた状態で油圧モータ１２の正転圧Ｐｓ及び逆転圧
Ｐｇを測定し、この測定結果に基づいて得られる油圧モ
ータ１２の回転トルクすなわち周面摩擦トルクＴｍに関
する値と掘削トルクに関する設定値すなわち設定掘削ト
ルクＴｓとに基づいて油圧モータ１２の回転トルクに関
する設定値である掘削時予定カッタ回転トルクＴを設定
する。しかる後、前記のト）の工程と同様の方法で、ス
ラストシリンダ６を縮めることによりケーシングパイプ
１０を地盤上に降下させてケーシング掴み用バンド９で
のケーシングパイプ１０の把持を解除する。なお、その
場合、最初の工程でカッタビット２６を地盤から僅かし
か引き離していないときには、スラストシリンダ６を縮
める段階を省略して、ケーシングパイプ１０の把持を解
除する段階に直ちに移行するようにしてもよい。こうし
てパイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力の設定等
を行う工程を終了した後、ケーシングパイプ１０の押し
込み工程を開始することとし、そのため、ケーシングパ
イプの押し込みが行えるようにスラストシリンダ６を伸
ばしてケーシングパイプを把持手段で把持し、しかる
後、前記のチ）乃至ヌ）の工程によりケーシングパイプ
１０の押し込み作業を行う。

【００５８】この出願の各発明を実施するためのケーシ
ングドライバの油圧回路の他の例を図６に基づいて説明
する。この図６の油圧回路は、図１の油圧回路と比べ
て、スラストシリンダ６のロッド側への圧油の供給流量
を調整する方式が異なるだけであり、その他の点では図
１のものと基本的に変わらない。すなわち、スラストシ
リンダ６のロッド側への圧油の供給流量を調整する場
合、図１の油圧回路では、スラストシリンダ６のロッド
側へ供給する圧油の流量を電磁比例フロコン３８により
直接的に調整するようにしているが、この図６の油圧回
路では、スラストシリンダ６のロッド側へ供給する圧油
の一部をタンク４４に逃がすようにし、その逃がす圧油
の流量を調節することにより間接的に調整するようにし
ている。

【００５９】そこで、図１の油圧回路と異なる点の回路
の構造を具体的に述べる。図６の油圧回路は、図１の油
圧回路中、方向切換弁３７と並列に設けられ電磁比例フ
ロコン３８を設けた油路と作動油用の電磁式切換弁３２
ａを設けた油路とをなくす代わりに、油圧ポンプ３５か
ら方向切換弁３７へ送られる圧油の一部をタンク４４に
逃がすための油路を設けて、この油路に電磁比例フロコ
ン３８を設けるようにしている。この図６の油圧回路に
より、スラストシリンダ６を縮めてケーシングパイプ１
０の圧入工程を実施する場合には、自動運転で実施する
ときも手動運転で実施するときと同様、方向切換弁３７
をＡ位置に切り換えて、スラストシリンダ６のロッド側
へ圧油を供給する。その場合、この電磁比例フロコン３
８は、判断処理部５１の指令により、方向切換弁３７へ
送られる圧油の一部をタンク４４に逃がす流量を調節し
て、スラストシリンダ６のロッド側へ供給する圧油の流
量を調整する。この図６の例では、掘削時予定カッタ回
転トルクＴと掘削時のカッタ回転トルクＴ’との偏差Δ
Ｔ（ΔＴ＝Ｔ−Ｔ’）と電磁比例フロコン指令値との関
係を規定する制御関数は、図７に示すようになる。した
がって、図６の例では、偏差ΔＴに基づき、図７の制御
関数に従って電磁比例フロコン３８に指令値を出力して
その開口量を制御することにより、前記リ）で述べた制
御方法と同様、スラストシリンダ６のロッド側への供給
流量を制御して、掘削時のカッタ回転トルクＴ’を掘削
時予定カッタ回転トルクＴに近付けるような関係にする
ようにケーシングパイプ１０の押し込み速度を制御する
こととなる。

【００６０】このように設定値としての掘削時予定カッ
タ回転トルクＴに対し、掘削時のカッタ回転トルクＴ’
を設定値を近付けるような関係にするようにケーシング
パイプをスラストシリンダで押し込む場合に、以上述べ
た例では、スラストシリンダ６のロッド側の流量を調整
してケーシングパイプ１０の押し込み速度を制御するよ
うにしているが、スラストシリンダ６のロッド側の圧力
を調整してケーシングパイプ１０の押し込み力を制御す
るようにしてもよい。その場合には、例えば、図６にお
いて電磁比例フロコン３８をなくす代わりに、設定圧力
を多段階に変えることのできるリリーフ弁を方向切換弁
３７の二次側に設ければよい。

【００６１】しかしながら、図１及び図６に示した例の
ようにスラストシリンダ６のロッド側の流量を調整して
ケーシングパイプ１０の押し込み速度を制御するように
すれば、ケーシングパイプ１０をスラストシリンダ６で
押し込む場合の制御がより正確に行える。この点につい
て述べると、ケーシングパイプ１０の押し込み速度Ｖと
掘削トルクＴｃとの関係は、次の数式７で表すことがで
きる。

【００６２】数式７ Ｔｃ＝α×（σ×Ｂ×Ｖ／Ｒ）×Ｄ／２ 前式において、αは切削抵抗係数、σは掘削地盤の一軸
圧縮強度、Ｂはカッタ幅、Ｒはケーシングパイプ１０の
回転数、Ｄは掘削径であるから、ケーシングパイプ１０
の回転数を一定にしてケーシングドライバの掘削制御を
行った場合には、これらのファクタは何れも定数となっ
て、ケーシングパイプ１０の押し込み速度Ｖと掘削トル
クＴｃとは比例関係にある。こうしたことから、スラス
トシリンダ６のロッド側の流量を調整してケーシングパ
イプ１０の押し込み速度を制御するようにすれば、カッ
タビットの損傷を防止したりカッタビットでの地盤の掘
削を効率的に行えるようにしたりする等、掘削トルクＴ
ｃが希望する掘削条件に適う値になるようにケーシング
パイプ１０をスラストシリンダ６で押し込むための制御
がより正確に行えて、カッタビット２６の損傷防止や効
率的な掘削等を行うためのケーシングドライバの掘削制
御がより確実に達成できる。

【００６３】スラストシリンダ６の駆動を制御する場
合、図２のフロー図に示した例では、設定掘削トルクＴ
ｓに周面摩擦トルクＴｍを加算して得られた掘削時予定
カッタ回転トルクＴを設定値にして、実際値としてのカ
ッタ回転トルクＴ’をその設定値に近付けるように制御
しているが、設定掘削トルクＴｓを設定値にして、カッ
タ回転トルクＴ’から周面摩擦トルクＴｍを控除した値
をその設定値に近付けるように制御してもよく、要は、
設定掘削トルクＴｓに関する値と周面摩擦トルクＴｍに
関する値の和に対して油圧モータの回転トルクに関する
実際値が近付くような関係になるように結果的に制御さ
れていればよい。ケーシングパイプ１０が逸走するのを
防止するためのパイロット作動形リリーフ弁３２の設定
圧力を設定する場合、図２のフロー図に示した例では、
自沈荷重Ｗｐを数式２に従って演算する前記ハ）の工程
と、この自沈荷重Ｗｐに基づいて電磁比例リリーフ弁３
４の設定圧力Ｐｒを数式５に従って演算することにより
パイロット作動形リリーフ弁３２の設定圧力を設定する
ホ）の工程とに分けて設定するようにしているが、電磁
比例リリーフ弁３４の設定圧力Ｐｒは、スラストシリン
ダ６のシリンダ側の圧力Ｐｏとスラストシリンダ６のロ
ッド側の圧力Ｐｔとが定まれば一義的に定まるので、前
記ハ）の工程を経ることなく直接的に設定することがで
きる。

【００６４】以上述べた例では、油圧モータの正転圧Ｐ
ｓと逆転圧Ｐｇとの差圧である油圧モータの駆動圧を測
定するため、油圧モータ１２の正転圧Ｐｓ及び逆転圧Ｐ
ｇの双方を測定しているが、油圧モータ１２の逆転圧Ｐ
ｇは、通常０に近い小さな値になるため、油圧モータ１
２の正転圧Ｐｓだけを測定するとともに、油圧モータ１
２の逆転圧Ｐｇを０又は０に近い定数として取り扱って
油圧モータの駆動圧を測定するようにしてもよい。ま
た、スラストシリンダ６のシリンダ側の圧力Ｐｏやロッ
ド側の圧力Ｐｔの双方を測定しているが、これらシリン
ダ側の圧力Ｐｏやロッド側の圧力Ｐｔは、スラストシリ
ンダ６の非駆動時においてスラストシリンダ６を縮める
ようとする外力である自沈荷重Ｗｐを求めるために測定
されるものであり、スラストシリンダ６のロッド側の圧
力Ｐｔは、その非駆動時には０に近い値になるため、ス
ラストシリンダ６のシリンダ側の圧力Ｐｏだけを測定す
るとともに、スラストシリンダ６のロッド側の圧力Ｐｔ
を０又は０に近い定数として取り扱って自沈荷重Ｗｐを
求めるようにしてもよい。

【００６５】以上述べた例では、周面摩擦トルクほか自
沈荷重を測定して、自沈荷重に起因するケーシングパイ
プ１０の逸走を防止する手段を設けた例を示したが、こ
うした手段は、「発明が解決しようとする課題」の項に
示した技術課題を達成する上で不可欠の事項ではない。
以上述べた例では、ケーシングパイプ１０を把持する把
持手段にケーシング掴み用バンド９を用いた例を示した
が、この把持手段には、リング状の回転体とこれに挿通
したケーシングとの間の間隙に楔状のチャック部材を嵌
入して、楔作用でケーシングを把持するようにしたチャ
ック装置もあり、このチャック装置は、ケーシング掴み
用バンド９と同等の機能を果たすものであるから、把持
手段にこうしたチャック装置を用いてもよく、本発明に
用いる把持手段の種類は問わない。また、スラストシリ
ンダ６の押し込み速度を変更する手段として電磁比例フ
ロコン３８を用いてスラストシリンダ６のロッド側へ供
給する圧油の流量を調整するようにしたが、こうした手
段に変えてサーボ弁や可変容量油圧ポンプを用いてその
圧油の流量を調整するようにしてもよい。

【００６６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の第１番目の発明乃至この出願の第３番目の発明は、
それぞれ「課題を解決するための手段」の項に示した
１）乃至３）の手段をそれぞれ採用しているので、これ
らの各発明によれば、ケーシングパイプでの掘削時に生
じる油圧モータの回転トルクを所望の掘削条件に適うよ
うに適切に制御することができるケーシングドライバの
掘削制御技術が得られる。その場合、特に、この出願の
第１番目の発明では、スラストシリンダの伸長及びケー
シングパイプの把持により開始されるケーシングパイプ
の押し込み工程の開始段階に、周面摩擦トルクに関する
値を測定する工程を融合するように合体させていて、周
面摩擦トルクの測定が押し込み工程を実施する道程に沿
って行えるので、ケーシングパイプの押し込み作業を効
率的に行うことができる。

【００６７】この出願の第１番目の発明又はこの出願の
第２番目の発明を具体化する場合、特に、特許請求範囲
の請求項３に記載のように具体化すれば、カッタビット
の逃げ角部分の背面が未掘削の地盤に押し当てられて摩
耗するのを防止することができる。この出願の第３番目
の発明を具体化する場合、特許請求範囲の請求項７に記
載のように具体化したときも同様である。この出願の第
１番目の発明又はこの出願の第２番目の発明を具体化す
る場合、特に、特許請求範囲の請求項４に記載のように
具体化すれば、掘削トルクが所望の掘削条件に適う値に
なるようにケーシングパイプをスラストシリンダで押し
込むための制御がより正確に行える。この出願の第３番
目の発明を具体化する場合、特許請求範囲の請求項８に
記載のように具体化したときも同様である。この出願の
第４番目の発明及びこの出願の第５番目の発明は、それ
ぞれ課題を解決するための手段の項に示した４）及び
５）の手段を採用しているので、これらの発明によれ
ば、ケーシングパイプでの掘削時に油圧モータに生じる
周面摩擦トルクを正確に実測することができるケーシン
グドライバの周面摩擦トルク測定技術が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の各発明を説明するためのケーシング
ドライバの油圧回路の一例を示す油圧回路図である。

【図２】この出願の各発明を説明するためのケーシング
ドライバの掘削制御方法の一例を示すフロー図である。

【図３】この出願の発明のケーシングドライバの掘削制
御方法及び掘削制御装置による図１の油圧回路図での制
御に有用な制御関数を示す図である。

【図４】図３の制御関数の意義を説明するためのカッタ
ビットの逃げ角と切削軌跡の関係を示す概念図である。

【図５】この出願の各発明を説明するためのケーシング
ドライバの掘削制御装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図６】この出願の各発明を説明するためのケーシング
ドライバの油圧回路の他の一例を示す油圧回路図であ
る。

【図７】この出願の発明のケーシングドライバの掘削制
御方法及び掘削制御装置による図６の油圧回路図での制
御に有用な制御関数を示す図である。

【図８】ケーシングドライバでの掘削時にスラストシリ
ンダに作用する自沈荷重の説明図である。

【図９】従来から一般的に用いられていたケーシングド
ライバの一例を示す平面図である。

【図１０】図９の右側面図である。

【図１１】図９の正面図である。

【符号の説明】

４ ベースフレーム ５ 昇降フレーム ６ スラストシリンダ ８ 回転体 ９ ケーシング掴み用バンド １０ ケーシング １１ バンドシリンダ １２ 油圧モータ １３ ピニオン ２６ カッタビット ２６ａ カッタビット２６のチップ ２６ｂ カッタビット２６の逃げ角部分 ３０ａ，３０ｂ 油圧モータ用の圧力センサ ３１ａ，３１ｂ スラストシリンダ用の圧力センサ ３２ パイロット作動形リリーフ弁 ３２ａ 作動油用の電磁式切換弁 ３３ パイロット用の電磁式切換弁 ３４ 電磁比例リリーフ弁 ３５ スラストシリンダ用の油圧ポンプ ３６ 動力源（スラストシリンダ用） ３７ 電磁式方向切換弁 ３８ 電磁比例フロコン ３８ａ 電磁式可変絞り弁３８ａ ４０ 油圧モータ用の油圧ポンプ ４１ 動力源（油圧モータ用） ４３ 電磁式方向切換弁 ４４ 油タンク ４５ ストロークセンサ ５０ 設定部 ５１ 判断処理部 ５２ リリーフ弁制御部 ５３ 電磁比例フロコン制御部

フロントページの続き (72)発明者 久住 宏 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 小澤 肇 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 石井 俊久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 広瀬 佳明 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 竹内 裕樹 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングパイプを把持する把持手段と
   この把持手段を支持し上昇下降させることができるスラ
   ストシリンダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを
   備えたケーシングドライバを用いて、先端にカッタビッ
   トを有するケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油
   圧モータの回転トルクを制御するケーシングドライバの
   掘削制御方法において、カッタビットを地盤から引き離
   し得るストロークを残すようにスラストシリンダを伸ば
   してケーシングパイプを把持手段で把持する第１の工程
   と、この把持手段で把持したケーシングパイプを、カッ
   タビットを地盤から引き離すようにスラストシリンダを
   伸ばすことにより上昇させるとともに油圧モータの駆動
   により回転させる第２の工程と、こうしてケーシングパ
   イプを上昇させるとともに回転させた状態で油圧モータ
   の駆動圧を測定し、この測定結果に基づいて油圧モータ
   の回転トルクに関する値を求めて周面摩擦トルクに関す
   る値を測定する第３の工程と、ケーシングパイプを油圧
   モータで回転させながらスラストシリンダで押し込んで
   地盤を掘削し、その際、予め設定した掘削トルクに関す
   る設定値と周面摩擦トルクに関する値の和に対して、油
   圧モータの駆動圧に基づいて得られる油圧モータの回転
   トルクに関する実際値を近付けるような関係にするよう
   にケーシングパイプをスラストシリンダで押し込む第４
   の工程とにより、ケーシングパイプで地盤を掘削する際
   に油圧モータの回転トルクを制御するようにしたことを
   特徴とするケーシングドライバの掘削制御方法。
2. 【請求項２】 ケーシングパイプを把持する把持手段と
   この把持手段を支持し上昇下降させることができるスラ
   ストシリンダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを
   備えたケーシングドライバを用いて、先端にカッタビッ
   トを有するケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油
   圧モータの回転トルクを制御するケーシングドライバの
   掘削制御方法において、把持手段で把持したケーシング
   パイプを、カッタビットを地盤から引き離すようにスラ
   ストシリンダを伸ばすことにより上昇させるとともに油
   圧モータの駆動により回転させる第１の工程と、こうし
   てケーシングパイプを上昇させるとともに回転させた状
   態で油圧モータの駆動圧を測定し、この測定結果に基づ
   いて油圧モータの回転トルクに関する値を求めて周面摩
   擦トルクに関する値を測定する第２の工程と、把持手段
   でのケーシングパイプの把持を解除した後、ケーシング
   パイプの押し込みが行えるようにスラストシリンダを伸
   ばしてケーシングパイプを把持手段で把持する第３の工
   程と、ケーシングパイプを油圧モータで回転させながら
   スラストシリンダで押し込んで地盤を掘削し、その際、
   予め設定した掘削トルクに関する設定値と周面摩擦トル
   クに関する値の和に対して、油圧モータの駆動圧に基づ
   いて得られる油圧モータの回転トルクに関する実際値を
   近付けるような関係にするようにケーシングパイプをス
   ラストシリンダで押し込む第４の工程とにより、ケーシ
   ングパイプで地盤を掘削する際に油圧モータの回転トル
   クを制御するようにしたことを特徴とするケーシングド
   ライバの掘削制御方法。
3. 【請求項３】 第４の工程でケーシングパイプをスラス
   トシリンダで押し込む場合に、カッタビットの切削軌跡
   の角度がカッタビットの逃げ角よりも大きくならないよ
   うな押し込み速度でケーシングパイプを押し込むように
   したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のケー
   シングドライバの掘削制御方法。
4. 【請求項４】 第４の工程でケーシングパイプをスラス
   トシリンダで押し込む場合に、スラストシリンダのロッ
   ド側の流量を調整してケーシングパイプの押し込み速度
   を制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は請
   求項２記載のケーシングドライバの掘削制御方法。
5. 【請求項５】 第４の工程でケーシングパイプをスラス
   トシリンダで押し込む場合に、スラストシリンダのロッ
   ド側の圧力を調整してケーシングパイプの押し込み力を
   制御するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求
   項２記載のケーシングドライバの掘削制御方法。
6. 【請求項６】 ケーシングパイプを把持する把持手段と
   この把持手段を支持し上昇下降させることができるスラ
   ストシリンダと把持手段を回転駆動する油圧モータとを
   備えたケーシングドライバを用いて、先端にカッタビッ
   トを有するケーシングパイプで地盤を掘削する際に、油
   圧モータの回転トルクを制御するケーシングドライバの
   掘削制御装置において、カッタビットが地盤から引き離
   されていることを検出できる検出手段と、油圧モータの
   駆動圧を測定する駆動圧測定手段と、この駆動圧測定手
   段での油圧モータの駆動圧に関する測定結果が入力され
   その測定結果に基づいて油圧モータの回転時における油
   圧モータの回転トルクに関する値を演算する回転トルク
   演算手段と、カッタビットが地盤から引き離されている
   ことを検出手段で検出したときに回転トルク演算手段で
   演算される油圧モータの回転トルクに関する値と予め設
   定された掘削トルクに関する設定値の和に対して、ケー
   シングパイプでの地盤の掘削時に回転トルク演算手段で
   演算される油圧モータの回転トルクに関する実際値を近
   付けるような関係にするようにスラストシリンダの駆動
   を制御するスラストシリンダ制御手段とを設けたことを
   特徴とするケーシングドライバの掘削制御装置。
7. 【請求項７】 スラストシリンダ制御手段でスラストシ
   リンダの駆動を制御する場合に、カッタビットの切削軌
   跡の角度がカッタビットの逃げ角よりも大きくならない
   ような押し込み速度でケーシングパイプを押し込むよう
   にしたことを特徴とする請求項６記載のケーシングドラ
   イバの掘削制御装置。
8. 【請求項８】 スラストシリンダ制御手段でスラストシ
   リンダの駆動を制御する場合に、スラストシリンダのロ
   ッド側の流量を調整してケーシングパイプの押し込み速
   度を制御するようにしたことを特徴とする請求項６記載
   のケーシングドライバの掘削制御装置。
9. 【請求項９】 スラストシリンダ制御手段でスラストシ
   リンダの駆動を制御する場合に、スラストシリンダのロ
   ッド側の圧力を調整してケーシングパイプの押し込み力
   を制御するようにしたことを特徴とする請求項６記載の
   ケーシングドライバの掘削制御装置。
10. 【請求項１０】 ケーシングパイプを把持する把持手段
    とこの把持手段を支持し上昇下降させることができるス
    ラストシリンダと把持手段を回転駆動する油圧モータと
    を備えたケーシングドライバを用いて、先端にカッタビ
    ットを有するケーシングパイプで地盤を掘削する際に、
    油圧モータに生じる周面摩擦トルクを測定するケーシン
    グドライバの周面摩擦トルク測定方法であって、把持手
    段で把持したケーシングパイプを、カッタビットを地盤
    から引き離すようにスラストシリンダを伸ばすことによ
    り上昇させるとともに油圧モータの駆動により回転さ
    せ、こうしてケーシングパイプを上昇させるとともに回
    転させた状態で油圧モータの駆動圧を測定し、その測定
    結果に基づいて油圧モータの回転トルクに関する値を求
    めて周面摩擦トルクに関する値を測定するようにしたこ
    とを特徴とするケーシングドライバの周面摩擦トルク測
    定方法。
11. 【請求項１１】 ケーシングパイプを把持する把持手段
    とこの把持手段を支持し上昇下降させることができるス
    ラストシリンダと把持手段を回転駆動する油圧モータと
    を備えたケーシングドライバを用いて、先端にカッタビ
    ットを有するケーシングパイプで地盤を掘削する際に、
    油圧モータに生じる周面摩擦トルクを測定するケーシン
    グドライバの周面摩擦トルク測定装置であって、カッタ
    ビットが地盤から引き離されていることを検出できる検
    出手段と、油圧モータの駆動圧を測定する駆動圧測定手
    段と、この駆動圧測定手段での油圧モータの駆動圧に関
    する測定結果が入力されその測定結果に基づいて油圧モ
    ータの回転時における油圧モータの回転トルクに関する
    値を演算する回転トルク演算手段と、カッタビットが地
    盤から引き離されていることを検出手段で検出したとき
    の回転トルク演算手段での演算結果を記憶させる記憶手
    段とを設けて構成したことを特徴とするケーシングドラ
    イバの周面摩擦トルク測定装置。