JPS6329077B2 - - 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堅孔
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堅孔を掘削する
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
つてケリーバ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。

このような堅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プ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、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、メンテナンスおよ
び取付けの面で有利となると共に、特にフリーホ
ール操作時の速い応答に追従可能で、かつ移動量
の単位検出精度を高めることのできる構成の検出
手段を有する堅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堅孔掘削機の深度
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たものを少なくとも２
列設け、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
するために演算装置１６の値を零にするリセツト
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を嗚らす指
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。また本発明においては、このような永久
磁石２４を配設したものを図示のように２列ある
いは３列以上設ける。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１３
ａ，１３ｂ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に、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、さらに
本発明においては、より高い検出精度を得るため
に、リング５０の外周上に永久磁石２４を２列以
上配設する。本実施例においては、シーブ９の片
側にリング５０を設けた例を示しているが、シー
ブ９の両側にリングを設けて各リングにそれぞれ
永久磁石を配設するようにしてもよい。また、同
列の永久磁石２４の取付間隔は等しいが、本実施
例のように２列に永久磁石を配設する場合は、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１つの
永久磁石２４上にある時にはスイツチ１３ｂ，１
３ａ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１
３ｂ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。

ここで、永久磁石を複数列設けることによつて
移動量の検出精度を上げることができる理由は次
のとおりである。リング５０に永久磁石２４を周
方向に配設した場合、永久磁石の取付間隔を小さ
くしすぎると磁界が重なり合つてスイツチのオン
オフ作動ができなくなることから、取付間隔には
自ずから制限があり、永久磁石２４を１列設けた
場合、許容される最小の取付間隔によつて移動量
の単位検出長さが決定されてしまう。しかし、永
久磁石を２列以上設けて各列対応にそれぞれスイ
ツチを設け、各列のスイツチを交互に作動させる
ようにすることにより、単位検出長さを最小取付
間隔以下とすることが可能になるものである。

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２
２、電源ランプ２３、前記リセツトボタン２０、
深度設定器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、ランプ３５
ａ，３５ｂ，３５ｃ、およびブザー３６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、およびブザー・ランプ駆動回路３４ａ，３４
ｂ，３４ｃ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１６ａ
に加えるため、積算回路１６ａは移動量検出器１
３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１６
ｂ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が嗚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３５
Ｃが点滅し、ブザー３６が嗚り出したら孔底に対
し必要以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なつた段階で再び地上に引
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，３２ｂ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が嗚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。係合させた後は再びフリーホール
にに切り換えるが、この時ランプ３５ａは点灯に
変わつて最切の設定深度を通過した事を表示する
と共にブザー３６は嗚るのをやめる。深度設定器
３２ｂで設定された深度でも同様にランプ３５ｂ
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たものを少なくとも２列設
け、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、また、永久磁石を少なくとも２列設け
て移動量の単位検出長さを永久磁石の最小取付間
隔以下にすることが可能となり、さらに鉄粉や切
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、極めて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)

【特許請求の範囲】
1. 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たもの
   を少なくとも２列設け、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。