JPS6329076B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ワイヤロープによつて掘削具が支持
されるアースドリルやバケツト式連壁機等の竪孔
掘削機に取付けられる深度検出装置に関する。

アースドリルやバケツト式連壁機においては、
バケツトの中に土砂を取入れ、地上に引上げて排
土することを繰り返すことにより竪孔を掘削する
関係上、この繰り返し作業を容易化するために、
第１図にアースドリルについて示すように、クレ
ーン１でワイヤロープ２によりバケツト３を支持
する方式が採られている。なお、バケツト３はケ
リーバ４の下端に取付けられ、ケリーバ４はフロ
ントフレーム５に設置されたケリーバ駆動装置６
により上下動自在に保持されると共に上端がワイ
ヤロープ２にスイベルジヨイント７を介して連結
され、ケリーバ駆動装置６を作動させることによ
りケリーバ４およびバケツト３（即ち掘削具）が
回転されるようになつている。また、ワイヤロー
プ２は、ブーム８の上端のシーブ９に掛けられ、
ウインチ１０によつて繰り出し、繰り込みされる
ことにより、バケツト３の引上げ、降下がなされ
るようになつている。

このような竪孔掘削機においては、前記バケツ
ト３への土砂の取入れと排土を行うためのバケツ
トの上下動に要する時間が少しでも短縮されるよ
うに、バケツトの降下は、ウインチ１０のブレー
キを解除し、かつクラツチを離して動力の伝達を
解いて掘削具の自重により降下させるいわゆるフ
リーホール操作により行われることが多い。しか
し、このフリーホール操作によつてバケツトを降
下させる際に、孔１１の底部１１ａにバケツトが
達するまで連続的にフリーホール操作を行つたの
ではバケツトが孔底部１１ａに激しく衝突して掘
削具を損傷させるおそれがある。そのため、従来
運転室に掘削具の深度を表示する深度表示計を設
け、オペレータは該深度表示計の表示値を見るこ
とによつて掘削具の深さを知り、掘削具が孔底部
１１ａに近づいた時にはブレーキを操作して掘削
具が孔底部に激しく衝突することを防いでいる。

従来の深度検出器は、ロータリエンコーダや近
接スイツチ、あるいは光電子スイツチ等による方
式を用い、掘削具を支持するワイヤロープ２の繰
出し量に比例して回転するシーブ９の回転量を検
出する方式がとられている。しかしこれらの方式
には次のような欠点があつた。すなわちロータリ
エンコーダの場合は、シーブの回転を取り出すた
めに機械的な伝達機構を設ける必要があり、この
ため損耗を防ぐためのメインテナンスに気をつか
わねばならない点と機構の複雑さを招く点で問題
があつた。

また、近接スイツチの場合は、スイツチから発
生している磁界を近接体によつて切らせることで
パルスを発生させるものであるから、近接体を突
起としてシーブの外周部に取付ける必要がある。
従つてその取付径がシーブの外径より大きくなる
ため、ロープがシーブの溝から飛び出さないよう
にシーブの外径に対し僅かの隙間を有して設けら
れているロープはずれ止めを改造しなければなら
なかつた。これを避けるためにシーブの側面にリ
ングを設け、このリング上に近接体を取付ける方
法が考えられるが、この場合シーブの影響を受け
ない位置まで、近接体をシーブの側面より引き離
す必要があり、従つて近接体を含めたシーブの巾
が大きくなり、隣接するシーブと干渉する恐れが
あつた。またさらに近接スイツチの検出面に鉄粉
や切りくずが付着しやすい環境下にあるため動作
不良を招く恐れがあつた。またさらに近接スイツ
チは一般に応答速度が遅く、300CPS以上の応答
には追従できないとされているため、フリーホー
ル時のシーブの速い回転に対応するためには近接
体の間隔を拡げてパルス発生量を押える必要があ
り、検出精度の点で問題があつた。

また光電子スイツチの場合はシーブに孔を等間
隔にあけ、シーブの両サイドにそれぞれ投光器と
受光器を配置させることから取付けが制約される
上、検出精度を上げるためにシーブにあける孔の
数を増すとシーブの強度の低下を招く欠点があつ
た。

本発明は、上記欠点に鑑み、メンテナンス、取
付け、検出精度等の面で有利となる検出手段を有
する竪孔掘削機用深度検出装置を提供することを
目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、ワイヤロ
ープによつて掘削具が支持される竪孔掘削機の深
度検出装置において、前記ワイヤロープの移動に
よつて回転されるシーブの側面に磁性材料製リン
グを一体的に設け、該リングの外周部に複数個の
永久磁石をその一部を該リングに埋め込むことに
より周方向に等間隔に配設し、前記シーブの近傍
の非回転部に、前記永久磁石の近接によつて作動
するスイツチからなるワイヤロープの移動量検出
器と移動方向検出器とを、永久磁石に対して間隔
を持たせて取付けたことを特徴とする。

以下本発明の一実施例を図面により説明する。
第２図は深度表示装置を含めた検出装置の全体構
成を示しており、１３は前記ワイヤロープ２の移
動量を検出する移動量検出器、１４はワイヤロー
プ２が繰り出されているのか繰り込まれているか
を判別するための移動方向検出器、１５は該移動
方向検出器１４からの信号を受けてワイヤロープ
２の繰り出し、繰り込みを判別する判別回路であ
る。１６は掘削具の深さを演算する演算装置、３
１は前記移動量検出器１３のパルス間隔当りのワ
イヤロープ２の移動量を任意に設定可能なデジタ
ルスイツチにより構成された単位長さ設定器であ
り、前記演算装置１６は、前記移動量検出器１３
からのオンオフ方式のデジタル信号と、前記判別
回路１５からの信号と、前記単位長さ設定器３１
からの信号を受けて掘削具の深さを演算するよう
に構成されている。２０は深度測定基準点を明確
化するために検出装置１６の値の零にするリセツ
トボタンである。

掘削具の深さを表示する表示計としては、デジ
タル表示計とアナログ表示計のいずれか一方を備
えてもよいが、本実施例は、演算装置１６からの
信号を受けて数値表示するデジタル表示計１７
と、演算装置１６からのデジタル信号をアナログ
信号に変換するデジタル―アナログコンバータ１
８と、デジタル―アナログコンバータ１８からの
アナログ信号を受けて深さ表示するアナログ表示
計１９とを備え、フリーホール時にはアナログ表
示計１９によつて深さ認識が可能となり、掘削具
の静止時にはデジタル表示計１７により正確な深
さの読み取りが可能となるようになつている。

また、本実施例においては、フリーホール時の
オペレータの掘削具の深さ認識の負担を軽減する
ために、ブレーキ操作が必要とされる時、すなわ
ち掘削具の孔底部への到達直前、あるいは多段式
ケリーバを用いる場合の各段ケリーバが伸び切つ
て抜め止め用突起部どうしが衝突する直前に、ま
たは最外側ケリーバ（アウタケリーバ）がケリー
バ駆動装置の上部に衝突する直前に警報を発する
装置２５を備えている。

該警報を発するための装置２５について説明す
ると、３２ａ，３２ｂ，３２ｃは孔底部の深さや
単位ケリーバ長等の任意の深度を設定する深度設
定器、３３ａ，３３ｂ，３３ｃは前記深度設定器
３２ａ，３２ｂ，３２ｃによつて設定された深度
Ｌよりブレーキ操作を考えて設定した適当な深度
ｌだけ浅い深度になつたかどうかを比較するコン
パレータ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃは各コンパレ
ータからの信号を受けて（Ｌ―ｌ）の深度になつ
たら各深度に対応するランプ３５ａ，３５ｂ，３
５ｃを点滅指示すると共にブザー３６を鳴らす指
示のほか、Ｌの深度になつたら各深度に対応する
ランプ３５ａ，３５ｂ，３５ｃを点灯指示に切り
換えると共に、ブザー３６を止める指示をするブ
ザー・ランプ駆動回路である。

しかして、本発明の特徴となる部分は、移動量
検出器１３と移動方向検出器１４に関する構成で
あり、第１図、第３図および第４図に示すよう
に、前記ワイヤロープ２を掛けるブーム８の先端
のシーブ９の側面には、磁性材料製のリング５０
を一体的に設ける。該リング５０を設ける構造と
しては、図示例のようにシーブ９と一体に成形す
る構造や溶接する構造以外に、ボルト付けや嵌着
構造等種々採用しうる。該リング５０の外周部に
は、複数個の永久磁石２４を、周方向に等間隔
に、かつ一部を（表面を除いて）埋め込むことに
より配設する。そして、永久磁石２４が近接した
場合に作動する移動量検出用スイツチ１３ａ，１
３ｂと、移動方向検出用スイツチ１４ａ，１４ｂ
とを永久磁石と接触しないように間隔を持たせて
シーブ近傍の非回転部に取付ける。

本実施例においては、スイツチ１３ａ，１３
ｂ，１４ａ，１４ｂを取付けたブラケツト４０を
シーブ９の軸３７に枢着し、かつ該ブラケツト４
０の一部を、ブーム８に溶接されたねじ座３８に
ボルト３９で固定することにより取付けている。
このようなスイツチ１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１
４ｂの取付構造とすれば、これらのスイツチと永
久磁石２４との間隙は必然的に定まつてしまうの
で、組立上の誤差が生じにくい上、ブラケツト４
０を固定しているボルト３９が緩んでも軸３７に
ブラケツト４０が枢着されているので、永久磁石
２４とスイツチ１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ
との間隙およびこれらの各スイツチの相対位置に
狂いが生じることがなく、深度検出に支障を来た
すことがない。

また本実施例のように、リング５０の外径を、
シーブ９や該シーブ９と同軸３７に取付けられる
シーブ９′と等しいか小さくすることにより、こ
れらに掛けるロープのはずれ止め４１を特殊な形
状に改造する必要がない。

前述のように、永久磁石２４を磁性材料製リン
グ５０に埋め込み、該永久磁石でスイツチを作動
させるような構造とすれば、磁界が永久磁石２４
の近傍にしか発生しないため、永久磁石２４を近
接して取付けることができるようになり、しかも
永久磁石２４によるスイツチの開閉応答速度は速
く、最高1000CPSの応答まで可能であるから、検
出精度の高い検出装置が実現できるが、本実施例
においてより高い検出精度を得るために、永久磁
石２４をシーブ９の片側に設けたリング５０の外
周上に２列に配設している。なお、シーブ９の両
側にそれぞれ１列ずつ永久磁石を配設してもよ
い。また、同列の永久磁石２４の取付間隔は等し
いが、異なる列の永久磁石の取付間隔は相対的に
半ピツチずつずらすことにより、異なる列の永久
磁石間の相互の干渉を防止している。そして移動
量検出用のスイツチ１３ａと１３ｂとは異なる列
に配設し、スイツチ１３ａ，１３ｂが一方の列の
一つの永久磁石２４上にある時にはスイツチ１３
ｂ，１３ａは他方の列の２つの永久磁石の中間に
位置するようにブラケツト４０に取付けられてい
る。従つて第５図に示すように、スイツチ１３ａ
と１３ｂとは作動時間T₁をラツプさせて交互に
作動させるものであり、スイツチ１３ａと１３ｂ
との作動により得られるトータルのパルス数がワ
イヤロープの移動量を示す信号となる。

一方、移動方向検出器１４を構成するスイツチ
１４ａ，１４ｂは、シーブ９の回転方向によつて
どちらか一方が他方より早く作動するような位置
関係となるようにブラケツト４０に取付けられて
いる。すなわち、シーブ９が第３図の時計方向
（ワイヤロープ繰り出し方向）に回転したときに
は、第６図Ａに示すように、一方のスイツチ１４
ａの作動に対し他方のスイツチ１４ｂが遅れて作
動し、T₂の時間ラツプした後、スイツチ１４ａ
の作動が停止する。シーブ９が第３図の反時計方
向（ワイヤロープ繰り込み方向）に回転した時に
は第６図Ｂに示すようにＡとは逆に、スイツチ１
４ｂの作動に対し、スイツチ１４ａが遅れて作動
し、T₂の時間ラツプした後、スイツチ１４ｂの
作動が停止する。このようにスイツチ１４ａ，１
４ｂのどちらが先に作動したかによつてワイヤロ
ープの移動方向を判別するものである。

従つて前記判別回路は、スイツチ１４ａと１４
ｂとの作動が時間的にラツプしていることを見き
わめると共にどちらのスイツチの作動が早いかを
比較し、その比較結果により出力信号を変えるよ
うになつている。

また演算装置１６は第７図で示すように積算回
路１６ａと演算回路１６ｂとからなり、積算回路
１６ａは、前記判別回路１５の出力信号がワイヤ
ロープ繰り出しを表わすものであるときには移動
量検出器１３からのパルスが加えられる度毎にそ
れまでに格納されている値に１を加算する動作を
し、一方判別回路１５の出力信号がワイヤロープ
繰り込みを表わすものであるときには、パルスが
加わる度毎に１を減算する動作をなすように構成
されている。なお、判別回路１５には時定数を大
きくとつたパルスチヤタリング防止回路が組み込
まれている。演算回路１６ｂは単位長さ設定器３
１によつて設定された１パルス当たりのワイヤロ
ープ移動量ｓの値を受けて積算回路１６ａの値を
掘削具の深度に変換する演算を行うものである。
深度Ｌは次のような式で演算される。

Ｌ＝ｐ×ｎ×ｓ／ｍ ここで、ｐ：シーブ９の１回転当たりのパルス発
生量 ｎ：シーブ９の回転量 ｓ：１パルス当たりのワイヤロープ移動
量 ｓ＝πD／ｐ 〔Ｄ：シーブ９のピツチサークル〕 （第３図参照） ｍ：ワイヤロープ掛数 またこれによつて演算された値を表示するデジ
タル表示計１７、およびアナログ表示計１９は零
目盛位置に対し、ワイヤロープ繰り出し方向を
−、繰り込み方向を＋で表示するようになつてい
る。通常バケツト等の掘削具３が地表面に位置す
る時を零設定にするので、掘削孔の深度は−、地
上より掘削具を持ち上げた場合の高さは＋で表示
される。従つてアナログ表示計１９の表示範囲は
−の方が＋より広くとつてある。

なお、第８図に示すように、前記デジタル表示
計１７とアナログ表示計１９とは、１つのケース
２１の同じ盤面に設置され、該ケース２１は第１
図の３０に示すように運転室の計器盤に設置され
る。またケース２１には、電源投入スイツチ２２
と、電源ランプ２３と、前記リセツトボタン２
０、深度設定器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、ランプ
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ、ブザー３６とが取付け
られており、前記演算装置１６、判別回路１５、
デジタル―アナログコンバータ１８、単位長さ設
定器３１、コンパレータ３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ、ブザー・ランプ駆動回路３４ａ，３４ｂ，３
４ｃとはケース２１に内蔵されている。

次に本実施例の作用について述べる。

掘削具をフリーホール操作で降下させる際には
移動方向検出器のスイツチ１４ａ，１４ｂの作動
時間関係は、第６図Ａに示す関係にあるため、判
別回路１５は繰り出しを示す信号を積算回路１６
ａに加えるため、積算回路１６ａは移動量検出器
１３からのパルスによつて値を（−）値で増加さ
せる動作（（−）加算動作）を行い、演算回路１
６ｂは積算値を深度に変換し、そのデジタル値が
デジタル表示計１７に表示されると同時に、デジ
タル―アナログコンバータ１８によつて得られる
アナログ量がアナログ表示計１９に表示される。
この場合、デジタル表示計１７の表示値は激しく
変動するため、読み取りは難しいが、アナログ表
示計１９によつて深度を読み取ることができる。
従つて、孔底部近くまで何らブレーキをかけるこ
となく、高速で掘削具を降下させ、掘削具が孔底
部に近づいた際にブレーキをかけて停止させ、本
実施例のようなアースドリルの場合はゆつくりと
孔底部に着地させることができる。これについて
以下に詳述する。すなわち孔底部に近づいたか否
かは、前回の掘削深度を深度設定器３２Ｃにセツ
トしておくと、これよりもあらかじめ設定してあ
る深度ｌだけ浅い深度でランプ３５Ｃが点滅し、
ブザー３６が鳴り出すので判断できる。一方、バ
ケツト式連壁機の場合は、前記のようにランプ３
５Ｃが点滅し、ブザー３６が鳴り出したら孔底に
対し必要上の衝撃をさけるためブレーキをかけて
掘削具の降下を一たん停止させた後、再び掘削具
をフリーホール操作で落下させてバケツトの爪を
孔底に食い込ませる。いずれの場合も、バケツト
内に土砂がいつぱいになつた段階で地上に引上げ
るが、この時の深度に深度設定器３２Ｃの値を変
更しておく。

なお、アースドリルやケリー式バケツト連壁機
の場合、通常ケリーバ４が多段伸縮式であるた
め、各段のケリーバが伸びていく段階で、各ケリ
ーバに設けた突起部同志が引つ掛かつて抜け落ち
ないようになつている反面、フリーホールで落下
させた場合、突起部で激しく衝突し、亀裂損傷事
故を招くことがある。このためオペレータは深度
計がない場合はウインチのロープの巻きほどき量
を見てブレーキをかける操作を行つており、深度
計がついている場合でも係合部より少し浅い深度
を記憶しておかねばならず、記憶違いもあつて操
作ミスを招く恐れがあつた。しかし、これらの突
起部が係合する位置は決まつていることから各段
の係合位置をあらかじめ深度設定器３２ａ，３２
ｂで設定すれば前記で説明したように、その係合
部よりｌだけ浅い深度でランプ３５ａが点滅し、
ブザー３６が鳴り出すので、ブレーキをかけなが
らゆつくり降下させ、係合時における衝撃を緩和
させることができる。係合された後は再びフリー
ホールに切り換えるが、この時ランプ３５ａは点
灯に変わつて最初の設定深度を通過した事を表示
すると共にブザー３６は鳴るのをやめる。深度設
定器３２ｂで設定された深度でも同様にランプ３
５ｂとブザー３６が動作する。

掘削具を地上に引上げる際には、移動方向検出
器のスイツチ１４ａ，１４ｂの作動時間関係は第
６図Ｂに示す関係にあるため、判別回路１５は繰
り込みを示す信号を積算回路１６ａに加えるた
め、積算回路１６ａは移動量検出器１３からのパ
ルスによつて値を（−）値で減算させる動作
（（−）減算動作）を行う。

通常、深度の零基準点はＧ・Ｌ上に置くが、掘
削具を孔底より引上げて来る際、零基準点を通過
する場合には内部演算としては（−）減算動作を
行つているが、デジタル表示計１７、アナログ表
示計１９共、見かけ上（＋）加算動作を行う。こ
れは例えば絶対値で100ｍに相当するパルスが発
生した時の電圧値を10vとすれば、リセツトボタ
ン２０を押した時の発生電圧を零ｖに戻さないで
基底電圧値を2vで設定すれば（＋）20ｍの深度
で零ｖの電圧が、（−）80ｍの深度で10vの電圧
が発生することになつて、前記のような表示が可
能となる。

また深度の零基準点をＧ・Ｌ上においた場合、
例えばワイヤロープ２を張つた状態でバケツト３
を地上に降ろした時に、デジタル表示計１７の表
示値がワイヤロープ２とシーブ９のすべりによつ
て狂つていないかどうかを確認し、誤差が生じて
いればリセツトボタン２０を押し、演算装置１６
をリセツトする。

またワイヤロープ２やシーブ９の摩耗により第
３図で示すシーブ９のPCDであるφDの値が狂つ
た場合には単位長さ設定器３１の値を再設定すれ
ばよい。

以上述べたように、本発明によれば、シーブの
側面に一体的に設けた磁性材料製リングの外周部
に、複数個の永久磁石をその一部を埋め込んで周
方向に等間隔に配設し、シーブ近傍の非回転部に
該永久磁石の近接により作動する移動方向検出用
スイツチおよび移動量検出用スイツチを取付けた
ものであつて、磁界が永久磁石の近傍にしか発生
しないため、永久磁石どうしを互いに近接して取
付けることができるようになり、かつ鉄粉や切り
くずが永久磁石に多少付着しても、近接スイツチ
の場合に比べてスイツチ動作への影響が少ないの
で、検出精度の高い非接触型検出が可能となる。
また、本発明によれば、永久磁石でスイツチを作
動させているので、応答速度も優れており、フリ
ーホール操作にも充分対応できる。また本発明に
おいては、シーブの回転すなわちワイヤロープの
移動量を機械的な伝達機構を用いることなしに非
接触で検出できるので、伝達機構部の損耗を防ぐ
ためのメンテナンスが不要である。

また、本発明においては、永久磁石をシーブの
側面に一体的に設けたリングの外周部に埋め込む
形で配設しているので、シーブ脱着時の永久磁石
の欠損を防ぐことができる上、永久磁石取付部の
外径を少さくすることができることから、ロープ
はずれ止めを特殊な形状のものに改造しなくても
よいという利点も生じる。さらに本発明は永久磁
石によつてスイツチを作動させるものであるか
ら、近接スイツチを用いたものに比べてシーブの
全体の巾が少なくてすみ、かつ光電子スイツチを
用いたもののようにシーブの強度を低下させるこ
となく実施できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用したアースドリルの全体
側面図、第２図は本発明の一実施例を示すブロツ
ク図、第３図は該実施例の移動量検出器および移
動方向検出器の一例を示す配置図、第４図は第３
図の―面に沿う断面図、第５図は該実施例の
移動量検出器の作動を説明するパルス波形図、第
６図は該実施例の移動方向検出器の作動を説明す
るパルス波形図、第７図は該実施例における演算
装置と判別回路の構成例を示すブロツク図、第８
図は該実施例の表示部の外観図である。 ２…ワイヤロープ、３…バケツト、４…ケリー
バ、９…シーブ、１３…移動量検出器、１３ａ，
１３ｂ…スイツチ、１４…移動方向検出器、１４
ａ，１４ｂ…スイツチ、２４…永久磁石、５０…
リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ワイヤロープによつて掘削具が支持される竪
   孔掘削機の深度検出装置において、前記ワイヤロ
   ープの移動によつて回転されるシーブの側面に磁
   性材料製リングを一体的に設け、該リングの外周
   部に複数個の永久磁石をその一部を該リングに埋
   め込むことにより周方向に等間隔に配設し、前記
   シーブの近傍の非回転部に、前記永久磁石の近接
   によつて作動するスイツチからなるワイヤロープ
   の移動量検出器と移動方向検出器とを、永久磁石
   に対して間隔を持たせて取付けたことを特徴とす
   る竪孔掘削機用深度検出装置。 ２ 前記リングの外径が前記シーブの外径に等し
   いかまたは小さい大きさであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の竪孔掘削機用深度検
   出装置。