特開 2015-101827 地盤施工機における変速制御方法および地盤施工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-101827(P2015-101827A)

(43)【公開日】2015年6月4日

(54)【発明の名称】地盤施工機における変速制御方法および地盤施工機

(51)【国際特許分類】

   E21B 3/02 20060101AFI20150508BHJP

   E02D 7/22 20060101ALI20150508BHJP

【ＦＩ】

   E21B3/02 A

   E02D7/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-240719(P2013-240719)

(22)【出願日】2013年11月21日

(71)【出願人】

【識別番号】390025759

【氏名又は名称】株式会社ワイビーエム

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【識別番号】100106770

【弁理士】

【氏名又は名称】円城寺 貞夫

(74)【代理人】

【識別番号】100139789

【弁理士】

【氏名又は名称】町田 光信

(72)【発明者】

【氏名】高岡 千宗

(72)【発明者】

【氏名】眞崎 新司

【テーマコード（参考）】

2D050

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D050AA02

2D050CA01

2D050CB02

2D050CB06

2D050FF02

2D050FF07

2D129AA00

2D129AB16

2D129AB21

2D129BA08

2D129BB04

2D129CA03

2D129CA04

2D129CA13

2D129CB03

2D129CB07

2D129DA14

2D129DA18

2D129EB02

(57)【要約】

【課題】地盤施工機において、工具の駆動トルクの上限値と下限値を設定でき、その間で安定的かつ円滑な自動変速を行うことができる変速制御方法を提供する。
【解決手段】工具１１と、押しのけ容積を連続的に変更可能な油圧モータ８１と、油圧モータへの供給流体の圧力検出器８６を備えた地盤施工機における変速制御方法であって、使用する駆動トルクの上限値と下限値を設定する手順と、下限値と上限値の範囲内で複数の駆動トルクを設定する手順と、設定した複数の駆動トルクに対応する押しのけ容積を求める手順と、現在の押しのけ容積から１段階小または大の容積への移行に対して圧力の下方基準値または上方基準値をそれぞれ設定する手順と、現在の押しのけ容積から隣接する容積への移行に対して基準時間をそれぞれ設定する手順と、圧力と下方基準値および上方基準値との関係とその継続時間を考慮して１段階小または大の容積に移行する手順を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転駆動により地盤に対して施工するための工具（１１）と、
押しのけ容積を連続的に変更可能であり、前記工具（１１）を回転駆動する油圧モータ（８１）と、
前記油圧モータ（８１）に供給される流体の圧力を検出するための圧力検出器（８６）とを備えた地盤施工機における変速制御方法であって、
前記油圧モータ（８１）が発生可能な駆動トルクの範囲内で、前記工具（１１）の回転駆動に実際に使用する駆動トルクの上限値と下限値を設定する手順と、
前記下限値以上かつ前記上限値以下の範囲において、前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクを設定する手順と、
設定した複数の前記駆動トルクにそれぞれ対応する前記油圧モータ（８１）の複数の押しのけ容積を求める手順と、
前記下限値に対応する下限容積以外の押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、
前記上限値に対応する上限容積以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、
前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して設定する手順と、
前記油圧モータ（８１）が前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、
前記油圧モータ（８１）が前記上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを有する地盤施工機における変速制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載した地盤施工機における変速制御方法であって、
前記地盤施工機は、前記油圧モータ（８１）の回転速度を検出するための回転速度検出器（８７）を備えたものであり、
前記１段階大きい押しのけ容積に移行する手順において、前記油圧モータ（８１）の押しのけ容積を１段階大きくする際に、前記油圧モータ（８１）の出力軸の回転速度が所定の拘束基準速度以下であるとともに前記圧力が所定の拘束圧力基準値以上である状態が所定の拘束基準時間以上継続した場合には、前記工具（１１）の回転が拘束された状態であると判断して、前記油圧モータ（８１）に対する流体の供給を停止してから前記押しのけ容積を増大させ、その後、前記油圧モータ（８１）に対する流体の供給を開始する手順を実行するものである地盤施工機における変速制御方法。

【請求項3】

請求項１，２のいずれか１項に記載した地盤施工機における変速制御方法であって、
前記複数の駆動トルクを設定する手順は、前記下限値および前記上限値を含む１１段階の駆動トルクを設定するものである地盤施工機における変速制御方法。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか１項に記載した地盤施工機における変速制御方法であって、
前記地盤施工機は、前記油圧モータ（８１）の回転出力を前記工具（１１）に伝達するための回転駆動部（８２〜８４）と、案内用のリーダー（４）に沿って移動可能に設けられ、前記油圧モータ（８１）および前記回転駆動部（８２〜８４）が配置された駆動ヘッド（７）を備えたものであり、
前記駆動ヘッド（７）が前記リーダー（４）の上部所定位置以上に位置する場合、前記駆動トルクの変更範囲を前記上限値より小さい第２上限値以下に制限するものである地盤施工機における変速制御方法。

【請求項5】

請求項４に記載した地盤施工機における変速制御方法であって、
前記駆動ヘッド（７）が前記リーダー（４）の上部所定位置以上に位置する場合、
前記上限値より小さい前記第２上限値を設定する手順と、
前記下限値以上かつ前記第２上限値以下の範囲において、前記下限値および前記第２上限値を含む複数の駆動トルク値を設定する手順と、
設定した複数の前記駆動トルク値にそれぞれ対応する前記油圧モータ（８１）の複数の押しのけ容積を求める手順と、
前記下限値に対応する下限容積以外の押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、
前記第２上限値に対応する上限容積以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、
前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して設定する手順と、
前記油圧モータ（８１）が前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、
前記油圧モータ（８１）が前記第２上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを有する地盤施工機における変速制御方法。

【請求項6】

回転駆動により地盤に対して施工するための工具（１１）と、
押しのけ容積を連続的に変更可能であり、前記工具（１１）を回転駆動する油圧モータ（８１）と、
前記油圧モータ（８１）の回転出力を前記工具（１１）に伝達するための回転駆動部（８２〜８４）と、
案内用のリーダー（４）に沿って移動可能設けられ、前記油圧モータ（８１）および前記回転駆動部（８２〜８４）が配置された駆動ヘッド（７）と、
前記油圧モータ（８１）に供給される流体の圧力を検出するための圧力検出器（８６）と、
前記油圧モータ（８１）の押しのけ容積を制御して前記油圧モータ（８１）が適切な駆動トルクを発生するように駆動制御する駆動制御部（８５）とを有し、
前記駆動制御部（８５）は、情報を記憶する記憶手段（８５２）を備えたものであり、
前記記憶手段（８５２）は、
前記油圧モータ（８１）が発生可能な駆動トルクの範囲内で、前記工具（１１）の回転駆動に実際に使用する駆動トルクの上限値と下限値を記憶するとともに、前記下限値以上かつ前記上限値以下の範囲において、前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクを記憶し、
設定した複数の前記駆動トルクにそれぞれ対応する前記油圧モータ（８１）の複数の押しのけ容積を記憶し、
前記下限値以外の前記押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して記憶するとともに、前記上限値以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して記憶し、
前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して記憶するものであり、
さらに、前記駆動制御部（８５）は、
前記油圧モータ（８１）が前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、
前記油圧モータ（８１）が前記上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを実行するものである地盤施工機。

【請求項7】

請求項６に記載した地盤施工機であって、
前記油圧モータ（８１）の回転速度を検出するための回転速度検出器（８７）を有し、
前記駆動制御部（８５）は、前記油圧モータ（８１）の押しのけ容積を１段階大きくする際に、前記油圧モータ（８１）の出力軸の回転速度が所定の拘束基準速度以下であるとともに前記圧力が所定の拘束圧力基準値以上である状態が所定の拘束基準時間以上継続した場合には、前記工具（１１）の回転が拘束された状態であると判断して、前記油圧モータ（８１）に対する流体の供給を停止してから前記押しのけ容積を増大させ、その後、前記油圧モータ（８１）に対する流体の供給を開始する手順を実行するものである地盤施工機。

【請求項8】

請求項６，７のいずれか１項に記載した地盤施工機であって、
前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクは１１段階の駆動トルクである地盤施工機。

【請求項9】

請求項６〜８のいずれか１項に記載した地盤施工機であって、
前記駆動制御部（８５）は、前記駆動ヘッド（７）が前記リーダー（４）の上部所定位置以上に位置する場合、前記駆動トルク値の変更範囲を前記上限値より小さい第２上限値以下に制限するものである地盤施工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オーガスクリューや撹拌工具などの工具を回転駆動して地盤に対して掘削や地盤改良の施工を行う地盤施工機およびその地盤施工機における変速制御方法に関し、さらに詳しくは、押しのけ容積を連続的に変更可能な油圧モータを備えた地盤施工機において、工具の駆動トルクの上限値と下限値を設定でき、その上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように制御を行う地盤施工機およびその地盤施工機における変速制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

オーガスクリューを回転駆動して地盤の掘削を行ったり、撹拌工具を回転駆動して地盤改良を行ったりする地盤施工機は従来から使用されていた。例えば、地盤の掘削を行う場合、掘削を行う地盤の状態（柔らかい、固いなど）に応じて工具（オーガスクリュー）の駆動トルクおよび回転速度を適切な値に設定する必要がある。

【0003】

地盤施工機において、工具の駆動トルクと回転速度の関係がそれぞれ異なる複数の変速段を設定しておき、地盤の状態に応じて作業者がそれらの変速段から最も適切なものを選択して設定するようなものは以前から知られていた。また、このような変速段の移行を自動的に行うような地盤施工機も公知である。

【0004】

下記の特許文献１には、作業者の入力情報により複数の変速段から適切なものを選択して掘削を行うようにした杭施工機が記載されている。また、特許文献２には、変速段の選択を自動的に行うようにして、掘削過程で地盤状態が変化してもそれに対応して変速段を自動的に変更することも記載されている。この自動変速技術では、押しのけ容積を段階的に変更可能な複数個の油圧モータが必要である。

【0005】

特許文献２には、押しのけ容積を大小２段階に変更することができる可変容量型の油圧モータを複数組み合わせて５段階の変速段を構成し、それらの変速段の間で自動的に変速段を移行する自動変速技術が記載されている。この自動変速技術でも、押しのけ容積を段階的に変更可能な複数個の油圧モータが必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−２４０５０３号公報

【特許文献2】特開２０１１−６９１４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

地盤施工機において、地盤の状態に応じて作業者が複数の変速段から最適な変速段を選択するようなものでは、作業者が的確に地盤の状態を認識し、どの変速段が適切であるかを的確に判断しなければならなかった。このため、作業者に高度の熟練が求められ、誰でも簡単に地盤施工機を扱える訳ではなかった。また、特許文献１のように変速段の選択を自動的に行うという技術思想もあるが、実用的な地盤施工機を実現するのはなかなか困難であった。

【0008】

特に、特許文献１のように現在の工具の駆動トルクだけから最適な変速段を選択するようにすると、変速した瞬間に駆動トルクが急激に変動し、そのトルク変動によってさらなる変速が発生してしまうことが多い。そのような場合、変速段が短時間で多数の変更を繰り返し、変速制御が安定しないことがある。また、それにより工具自体にも振動が発生して工具や地盤施工機が損傷してしまうおそれがある。

【0009】

特許文献２のような地盤施工機では、油圧モータを駆動する流体の圧力の基準値だけでなく、その圧力が変速段の移行を示している時間も考慮することによって、実用的で安定した変速制御が可能となっている。ただし、特許文献２のような変速制御を行うためには押しのけ容積を段階的に変更可能な油圧モータを複数個配置する必要があり、地盤施工機の製造コストが上昇してしまうという問題点があった。また、変速制御をさらに円滑に行うために変速段数を増加させようとすると、油圧モータの容量可変段数を増加させたり、油圧モータの個数を増加させる必要が出てきて、地盤施工機の製造コストがさらに上昇してしまうことになる。

【0010】

また、地盤施工機では、工具に対する地盤負荷が大きく駆動トルクが不足する場合、工具の回転が拘束され回転停止状態となってしまうことがある。このような回転停止状態では、油圧モータの押しのけ容積を増大させて工具の駆動トルクを増大させようとしても、押しのけ容積が変化しない場合がある。すなわち、このような回転停止状態においては、自動変速制御も正常に機能しない場合があるという問題点があった。

【0011】

そこで、本発明は、押しのけ容積を連続的に変更可能な油圧モータを備えた地盤施工機において、工具の駆動トルクの上限値と下限値を設定可能であり、その上限値と下限値の間で最適な駆動トルクとなるように安定的かつ円滑に変速制御を行うことができ、しかも低コストの地盤施工機およびその地盤施工機における変速制御方法を提供することを目的とする。

【0012】

また、本発明は、工具の回転が拘束され回転停止状態となっていることを判定し、このような回転停止状態から自動的に復帰して変速制御を行うことが可能な地盤施工機およびその地盤施工機における変速制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成するために、本発明の地盤施工機における変速制御方法は、回転駆動により地盤に対して施工するための工具と、押しのけ容積を連続的に変更可能であり、前記工具を回転駆動する油圧モータと、前記油圧モータに供給される流体の圧力を検出するための圧力検出器とを備えた地盤施工機における変速制御方法であって、前記油圧モータが発生可能な駆動トルクの範囲内で、前記工具の回転駆動に実際に使用する駆動トルクの上限値と下限値を設定する手順と、前記下限値以上かつ前記上限値以下の範囲において、前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクを設定する手順と、設定した複数の前記駆動トルクにそれぞれ対応する前記油圧モータの複数の押しのけ容積を求める手順と、前記下限値に対応する下限容積以外の押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、前記上限値に対応する上限容積以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して設定する手順と、前記油圧モータが前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、前記油圧モータが前記上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを有するものである。

【0014】

また、上記の地盤施工機における変速制御方法において、前記地盤施工機は、前記油圧モータの回転速度を検出するための回転速度検出器を備えたものであり、前記１段階大きい押しのけ容積に移行する手順において、前記油圧モータの押しのけ容積を１段階大きくする際に、前記油圧モータの出力軸の回転速度が所定の拘束基準速度以下であるとともに前記圧力が所定の拘束圧力基準値以上である状態が所定の拘束基準時間以上継続した場合には、前記工具の回転が拘束された状態であると判断して、前記油圧モータに対する流体の供給を停止してから前記押しのけ容積を増大させ、その後、前記油圧モータに対する流体の供給を開始する手順を実行するものであることが好ましい。

【0015】

また、上記の地盤施工機における変速制御方法において、前記複数の駆動トルクを設定する手順は、前記下限値および前記上限値を含む１１段階の駆動トルクを設定するものとすることができる。

【0016】

また、上記の地盤施工機における変速制御方法において、前記地盤施工機は、前記油圧モータの回転出力を前記工具に伝達するための回転駆動部と、案内用のリーダーに沿って移動可能に設けられ、前記油圧モータおよび前記回転駆動部が配置された駆動ヘッドを備えたものであり、前記駆動ヘッドが前記リーダーの上部所定位置以上に位置する場合、前記駆動トルクの変更範囲を前記上限値より小さい第２上限値以下に制限するものであることが好ましい。

【0017】

また、上記の地盤施工機における変速制御方法において、前記駆動ヘッドが前記リーダーの上部所定位置以上に位置する場合、前記上限値より小さい前記第２上限値を設定する手順と、前記下限値以上かつ前記第２上限値以下の範囲において、前記下限値および前記第２上限値を含む複数の駆動トルク値を設定する手順と、設定した複数の前記駆動トルク値にそれぞれ対応する前記油圧モータの複数の押しのけ容積を求める手順と、前記下限値に対応する下限容積以外の押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、前記第２上限値に対応する上限容積以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して設定する手順と、前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して設定する手順と、前記油圧モータが前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、前記油圧モータが前記第２上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを有することが好ましい。

【0018】

また、本発明の地盤施工機は、回転駆動により地盤に対して施工するための工具と、押しのけ容積を連続的に変更可能であり、前記工具を回転駆動する油圧モータと、前記油圧モータの回転出力を前記工具に伝達するための回転駆動部と、案内用のリーダーに沿って移動可能設けられ、前記油圧モータおよび前記回転駆動部が配置された駆動ヘッドと、前記油圧モータに供給される流体の圧力を検出するための圧力検出器と、前記油圧モータの押しのけ容積を制御して前記油圧モータが適切な駆動トルクを発生するように駆動制御する駆動制御部とを有する。前記駆動制御部は、情報を記憶する記憶手段を備えたものであり、前記記憶手段は、前記油圧モータが発生可能な駆動トルクの範囲内で、前記工具の回転駆動に実際に使用する駆動トルクの上限値と下限値を記憶するとともに、前記下限値以上かつ前記上限値以下の範囲において、前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクを記憶し、設定した複数の前記駆動トルクにそれぞれ対応する前記油圧モータの複数の押しのけ容積を記憶し、前記下限値以外の前記押しのけ容積から１段階小さい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を下方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して記憶するとともに、前記上限値以外の前記押しのけ容積から１段階大きい押しのけ容積に移行するための前記圧力の基準値を上方基準値としてそれぞれの押しのけ容積に対して記憶し、前記押しのけ容積から隣接する押しのけ容積に移行するための基準時間をそれぞれの移行に対して記憶するものである。さらに、前記駆動制御部は、前記油圧モータが前記下限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階小さい押しのけ容積に移行する手順と、前記油圧モータが前記上限値以外の所定の前記押しのけ容積にある状態で、前記圧力が上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、１段階大きい押しのけ容積に移行する手順とを実行するものである。

【0019】

また、上記の地盤施工機において、前記油圧モータの回転速度を検出するための回転速度検出器を有し、前記駆動制御部は、前記油圧モータの押しのけ容積を１段階大きくする際に、前記油圧モータの出力軸の回転速度が所定の拘束基準速度以下であるとともに前記圧力が所定の拘束圧力基準値以上である状態が所定の拘束基準時間以上継続した場合には、前記工具の回転が拘束された状態であると判断して、前記油圧モータに対する流体の供給を停止してから前記押しのけ容積を増大させ、その後、前記油圧モータに対する流体の供給を開始する手順を実行するものであることが好ましい。

【0020】

また、上記の地盤施工機において、前記下限値および前記上限値を含む複数の駆動トルクは１１段階の駆動トルクとすることができる。

【0021】

また、上記の地盤施工機において、前記駆動制御部は、前記駆動ヘッドが前記リーダーの上部所定位置以上に位置する場合、前記駆動トルク値の変更範囲を前記上限値より小さい第２上限値以下に制限するものであることが好ましい。

【発明の効果】

【0022】

本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。

【0023】

油圧モータに供給される圧力油の圧力と圧力基準値との上下関係だけでなく、そのような上下関係が継続する時間も考慮することにより安定的で円滑な自動変速制御が可能となる。それに加えて、一つの油圧モータのみを使用しながら、必要に応じて変速段数を任意に増加させることができ、安定的で円滑な自動変速制御が可能となる。

【0024】

本発明の自動変速制御では、工具の駆動トルクの上限値と下限値を任意に設定することが可能であり、地盤の状態や施工内容に応じて、安全かつ適切に工事を実施することができる。また、本発明の自動変速制御を行うことにより、油圧モータに供給される圧力油の圧力と流量をほぼ一定に保つことができ、圧力油供給源の原動機を最大効率で運転できるため、工具駆動の効率を向上させることができる。

【0025】

そして、工具の回転が拘束され回転拘束状態となってしまった場合でも、回転拘束状態から自動的に回転状態に復帰させることが可能である。さらに、一つの油圧モータのみで安定的で円滑な自動変速制御が可能となるため、地盤施工機の製造コストを大幅に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、本発明の地盤施工機１の全体構成を示す概略図である。

【図2】図２は、油圧モータ８１および回転駆動部８の構成を示す模式図である。

【図3】図３は、油圧モータ８１の出力軸における駆動トルクとトルク指標との関係を示すグラフである。

【図4】図４は、油圧モータ８１の押しのけ容積と出力軸における駆動トルクとの関係を示すグラフである。

【図5】図５は、自動変速制御のための圧力基準値Ｐ_sと基準時間ｔ_sを示す図である。

【図6】図６は、自動変速制御の処理手順を示すフローチャートである。

【図7】図７は、トルク増大サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【図8】図８は、トルク減少サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【図9】図９は、トルク設定サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の地盤施工機１の全体構成を示す概略図である。地盤施工機１は、無端状の軌道帯輪３を有し、自走可能な構成になっている。リーダー４は工具１１を支持し案内するための支柱である。リーダー４は、地盤に対して垂直な状態から水平な状態まで起伏動作が可能であるとともに、運転台５と一緒に旋回できる構成になっている。地盤施工機１を移動・運搬するときは、リーダー４を水平状態に倒し、本体の上部に水平状態で保持して移動する。リーダー４は支点９を中心に揺動可能に支持されており、運転台５での操作により油圧シリンダ６を動作させてリーダー４の起伏動作が行われる。

【0028】

このリーダー４を起立させた状態で、リーダー４上を上下方向に移動可能に駆動ヘッド７が設けられており、駆動ヘッド７には油圧モータ８１（図２参照）および回転駆動部８が固定配置されている。油圧モータ８１および回転駆動部８は先端側に工具１１を固定したチューブ体１０を回転駆動するためのものである。チューブ体１０は中空の管状の部材であり、内部の中空部を通して地盤改良剤などを地盤中に注入することができる。チューブ体１０の先端側（下方側）には掘削具や撹拌工具等の工具１１が固定されている。

【0029】

駆動ヘッド７は、図示しない駆動機構によりリーダー４上を上下方向に移動することができる。駆動ヘッド７が移動されれば、回転駆動部８とともにチューブ体１０および工具１１も同じ量だけ移動される。例えば、工具１１として下端側の掘削工具と撹拌工具を備えたものを使用し、チューブ体１０を回転駆動しながら下降させて、掘削作業と撹拌による地盤改良作業とを同時に行う。このとき攪拌工具からは地盤改良剤を噴出させて地盤構成物に注入し、この地盤構成物を撹拌して地盤改良を行う。地盤改良剤は、セメントミルク等であり、チューブ体１０の中空部を通して供給される。

【0030】

また、地盤施工機１には、オーガースクリュー等の掘削専用工具を取り付けて、掘削作業のみを行う場合もある。このように、地盤施工機１によって地盤改良作業や、掘削作業を行う場合、工具１１の駆動トルクおよび回転速度を地盤の状態（柔らかい、固いなど）に応じて適切な値に設定する必要がある。例えば、固い地盤では工具１１の駆動トルクを大きく（回転速度を小さく）しなければならず、一方、柔らかい地盤では回転速度を大きく（駆動トルクを小さく）して高能率の掘削作業を行うことができる。

【0031】

図２は、油圧モータ８１および回転駆動部８の構成を示す模式図である。ここで、回転駆動部８（図１参照）は、減速機構８２、スピンドル８３、チャック８４からなり、油圧モータ８１の回転出力をチューブ体１０および工具１１（図１参照）に伝達するためのものである。減速機構８２は油圧モータ８１の回転出力を減速してスピンドル８３に伝達する。スピンドル８３は、駆動ヘッド７に対して回転可能に支持されている。

【0032】

スピンドル８３には、チャック８４が固定されており、チャック８４によってチューブ体１０を把持したり、チューブ体１０を解放したりできる。チャック８４によってチューブ体１０を把持すれば、チューブ体１０はスピンドル８３に固定され、スピンドル８３の回転によってチューブ体１０および工具１１を回転駆動することができる。

【0033】

油圧モータ８１は押しのけ容積を連続的に変更可能なものである。この油圧モータ８１は低回転速度および高トルクの回転出力特性を有するものが好ましい。油圧モータ８１としては、例えば、偏心形ラジアルピストンモータが利用できる。この偏心形ラジアルピストンモータは、出力軸に対して放射状に配置されたピストンにより中央の偏心円筒カムおよび出力軸を回転駆動するものである。偏心円筒カムの偏心量が連続的に調整可能であれば、その偏心量を変更することにより油圧モータの押しのけ容積を連続的に変更することができる。

【0034】

駆動制御部８５は、油圧源からの圧力油を油圧モータ８１に供給して、油圧モータ８１の回転駆動制御を行う。油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐは圧力検出器８６によって検出され、その検出値が駆動制御部８５に送られる。駆動制御部８５は、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐに応じて自動変速制御すなわち工具１１の駆動トルク制御を行う。

【0035】

また、駆動制御部８５は、エンコーダ８７からの信号を受信して、油圧モータ８１の出力軸の回転速度を求めることができる。エンコーダ８７は油圧モータ８１の出力軸の回転角度に応じたパルス信号を出力する。すなわち、エンコーダ８７は油圧モータ８１の回転速度検出器として利用できる。

【0036】

駆動制御部８５は、その内部にＣＰＵ８５１と記憶手段８５２を有しており、ＣＰＵ８５１によって各種の情報処理を行う。また、記憶手段８５２には、駆動制御や情報処理に必要な各種のデータやプログラムが記憶されている。また、情報処理の結果のデータ等も記憶手段８５２に記憶される。

【0037】

駆動制御部８５は、油圧モータ８１に電気的な制御信号を送り、油圧モータ８１の押しのけ容積を所定範囲の任意の値に変更制御することができる。駆動制御部８５は、油圧モータ８１の押しのけ容積を変更して出力軸の駆動トルクおよび回転速度の変更制御を行う。これにより、地盤施工機１の自動変速制御すなわち工具１１の駆動トルクを適切な値に変更制御する自動制御を行う。

【0038】

次に、駆動制御部８５が行う自動変速制御について説明する。本発明の地盤施工機１の変速制御方法においては、油圧モータ８１は押しのけ容積を連続的に変更可能なものである。このため、変速制御方法についても、チューブ体１０に負荷される負荷トルクなどに応じて油圧モータ８１の押しのけ容積を連続的に変化させるようなフィードバック制御も考えられる。しかしながら、このような単純なフィードバック制御では地盤状態の変化等による急激なトルク変動により、油圧モータの押しのけ容積も大きく変更制御され、変速制御が振動して安定しないことがある。また、それにより工具自体にも振動が発生して工具や地盤施工機が損傷してしまうおそれがある。

【0039】

そこで、本発明の地盤施工機１の変速制御方法においては、油圧モータ８１の駆動トルクの上限値と下限値を設定し、その上限値と下限値を含む範囲内で複数の駆動トルク値を設定して、それらの複数の段階的な駆動トルク値を使用して自動変速制御を行うようにしたものである。すなわち、本発明の変速制御方法においては、駆動トルクの連続的な変更制御を行うのではなく、駆動トルクの連続的な数値範囲に対してあえて複数の段階的な駆動トルク値を設定し、その段階的な駆動トルク値を使用して自動変速制御を行うようにしたものである。

【0040】

まず、駆動制御部８５の内部の記憶手段８５２には油圧モータ８１の駆動トルクの最大値Ｔ_maxと最小値Ｔ_minが記憶されている。これは、油圧モータ８１の出力特性から求められる駆動トルクの範囲である。実用的に使用可能な油圧モータ８１の駆動トルクの範囲がこの最大値と最小値の間の区間となる。すなわち、通常使用可能な駆動トルクの値はこの最小値Ｔ_min以上でありかつ最大値Ｔ_max以下となる。この駆動トルクの最小値Ｔ_minと最大値Ｔ_maxは、地盤施工機１の製造メーカーが予め設定しておくことができる。また、ユーザーがそれらの最小値Ｔ_minと最大値Ｔ_maxを設定あるいは変更できるようにしてもよい。

【0041】

また、油圧モータ８１の駆動トルクには、駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合の制限値が設定される。ここでリーダー４の上部とは、リーダー４上方の予め定められた所定位置以上の位置をいう。駆動ヘッド７がリーダー４上方の予め定められた所定位置以上の位置にある場合、油圧モータ８１の駆動トルクが制限値以下に制限される。

【0042】

この制限値も駆動制御部８５の内部の記憶手段８５２に記憶される。駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合、油圧モータ８１の駆動トルクが大きくなるとリーダー４に大きな負担がかかり、リーダー４が傾斜してしまったり、最悪の場合、地盤施工機１が転倒してしまうおそれもある。このため、駆動ヘッド７がリーダー４上部の所定位置以上の位置にある場合、油圧モータ８１の駆動トルクを所定の制限値以下に制限することが望ましい。

【0043】

この制限値は、駆動ヘッド７がリーダー４上部にある場合でも、安全に施工作業を行うことができる値とする。制限値は製造メーカーによる既定値が設定されているが、ユーザーがこの制限値を変更することができる。なお、この制限値は特許請求の範囲における第２上限値に対応する。すなわち、制限値と第２上限値とは同じものである。

【0044】

駆動制御部８５は駆動ヘッド７の位置を常に監視しており、駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合、油圧モータ８１の駆動トルクはこの制限値（第２上限値）以下に制限される。手動操作や自動変速制御によって油圧モータ８１の駆動トルクを変更しても、駆動トルクはこの制限値までしか増大しない。駆動ヘッド７がリーダー４の上部位置にない場合は、油圧モータ８１の駆動トルクをこの制限値を超える値にまで変更することが可能である。

【0045】

また、自動変速制御や手動で駆動トルクの設定を行う場合の、駆動トルクの上限値と下限値が、駆動制御部８５の内部の記憶手段８５２に記憶される。自動変速制御や手動で設定される駆動トルク値はこの下限値と上限値の間の範囲（両端のトルク値も含む）となる。この駆動トルクの下限値および上限値は、ユーザーが施行位置の地盤の状態や経験から設定するものである。当然、この下限値および上限値は、駆動トルクの最小値Ｔ_min以上かつ最大値Ｔ_max以下に設定する。

【0046】

駆動トルクの下限値および上限値を設定すると、駆動制御部８５は、この下限値以上かつ上限値以下の範囲を１０等分して１１段階の駆動トルク値を自動的に求める。実際には、駆動トルクの下限値を０％表示とし上限値を１００％表示として、０％，１０％，２０％，３０％，４０％，…，１００％の１１段階の百分率表示が用いられる。この百分率表示をトルク指標と呼ぶことにする。このとき、トルク指標がｘ％表示のトルク値をＴ（ｘ）とすると、トルク値Ｔ（ｘ）は、下限値をＴ_L、上限値をＴ_Uとして、次の式１によって求められる。

【0047】

Ｔ（ｘ）＝Ｔ_L＋（Ｔ_U−Ｔ_L）・ｘ／１００ … 式１
自動変速制御においては、この０％〜１００％の１１段階の駆動トルク値のいずれかの適切な値が地盤の状態に応じて自動的に割り当てられる。油圧モータ８１の駆動トルク値は、地盤の状態に応じて１１段階の駆動トルク値のいずれかに自動的に遷移するように制御される。具体的な自動変速制御の手順については後に詳しく説明する。

【0048】

なお、上記の上限値Ｔ_Uとしては、通常時の上限値である第１上限値Ｔ_U1と、駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合の油圧モータ８１の駆動トルクの制限値である第２上限値Ｔ_U2が記憶されている。第２上限値Ｔ_U2は、通常は第１上限値Ｔ_U1より小さい値に設定される。

【0049】

駆動ヘッド７が通常位置すなわちリーダー４上部の所定位置より下方の位置にある場合、上限値Ｔ_Uとして第１上限値Ｔ_U1の値が設定され、前述の１１段階の駆動トルク値が求められる。駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合、上限値Ｔ_Uとして第２上限値Ｔ_U2の値が設定され、前述の１１段階の駆動トルク値が求められる。

【0050】

図３は、油圧モータ８１の出力軸における駆動トルクとトルク指標との関係を示すグラフである。グラフの横軸がトルク指標を示し、縦軸が駆動トルクを示している。グラフに表されているように、駆動トルクの最小値Ｔ_minと最大値Ｔ_maxの間に、駆動トルクの下限値Ｔ_Lおよび上限値Ｔ_Uが設定されている。

【0051】

そして、下限値Ｔ_Lに対応するトルク指標を０％とし、上限値Ｔ_Uに対応するトルク指標を１００％とする。そして、下限値以上かつ上限値以下の範囲を１０等分して、０％，１０％，２０％，３０％，４０％，…，１００％の１１段階のトルク指標が設定される。地盤施工機１の操作者はこのトルク指標に基づいて、手動での駆動トルク調整および自動トルク制御（自動変速制御）を行うのである。なお、駆動トルクの最小値Ｔ_minおよび最大値Ｔ_max、下限値Ｔ_Lおよび上限値Ｔ_U、トルク指標などは、駆動制御部８５内部の記憶手段８５２に記憶される。

【0052】

図４は、油圧モータ８１の押しのけ容積と出力軸における駆動トルクとの関係を示すグラフである。油圧モータ８１は押しのけ容積を連続的に変更可能なものであり、駆動制御部８５からの制御信号により押しのけ容積が変更される。油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力と流量がほぼ一定である場合、油圧モータ８１の押しのけ容積と駆動トルクは、図示のようにほぼ直線的な関係にある。油圧モータ８１の漏れや損失がなければ、押しのけ容積と駆動トルクは比例する。

【0053】

油圧モータ８１の駆動特性における駆動トルクの最小値Ｔ_minおよび最大値Ｔ_maxは、押しのけ容積の最小値Ｑ_minおよび最大値Ｑ_maxによって定まるものである。押しのけ容積の最小値Ｑ_minには駆動トルクの最小値Ｔ_minが対応し、押しのけ容積の最大値Ｑ_maxには駆動トルクの最大値Ｔ_maxが対応する。押しのけ容積を最小値Ｑ_minから最大値Ｑ_maxまで連続的に変更することにより、駆動トルクも最小値Ｔ_minから最大値Ｔ_maxまで連続的に変化する。

【0054】

油圧モータ８１の駆動トルクを所望の値に変更するには、図４の関係から駆動トルクに対応する押しのけ容積を求め、油圧モータ８１の押しのけ容積を求めた値に変更すればよい。図４のような駆動トルクと押しのけ容積の関係は、計算式や数表の形式で駆動制御部８５内の記憶手段８５２に記憶されている。

【0055】

油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力と流量をほぼ一定に維持する場合、油圧モータ８１の出力軸の駆動トルクは押しのけ容積に比例する。また、出力軸の回転速度は駆動トルクに反比例する。すなわち、圧力油の圧力と流量をほぼ一定に維持した状態でも、油圧モータの押しのけ容積を変更することによって駆動トルクを適切な値に変更制御することができる。

【0056】

油圧モータ８１に供給される圧力油の供給源としては、内燃機関等の原動機によって駆動されるポンプが利用される。一般的に原動機は最も効率の良い定格出力の近傍で使用することが望ましく、このときに圧力油の供給効率も最大となる。本発明の自動トルク制御（自動変速制御）を行うことにより、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力と流量をほぼ一定に保つことができ、圧力油供給源の原動機を最大効率で運転できるため、工具駆動の効率を向上させることができる。

【0057】

次に、本発明における工具回転の自動復帰制御について説明する。地盤施工機１において、地盤による負荷が大きすぎて工具１１の回転が拘束され停止してしまうことがある。この場合には油圧モータ８１の出力軸の回転も拘束されて停止してしまう。このときに油圧モータ８１の駆動トルクを増大させて工具１１の駆動を再開しようとしても、油圧モータ８１の押しのけ容積が変化しないことがある。本発明の地盤施工機１は、このような場合に油圧モータ８１の拘束状態を円滑に解除して回転駆動状態に復帰させる機能を有している。

【0058】

すなわち、油圧モータ８１の出力軸の回転が拘束された場合は、それを検出して自動的に油圧モータ８１に対する圧力油の供給を一定時間停止する。そして、油圧モータ８１の押しのけ容積を変更して駆動トルクを１段階増大させる制御を行う。その後、油圧モータ８１に対する圧力油の供給を再開して、油圧モータ８１を回転状態に復帰させる。このように圧力油の供給を停止している間に押しのけ容積を変更することにより、確実に押しのけ容積を変更することができる。

【0059】

これは、圧力油の供給を停止することにより、拘束時に油圧モータ８１の各部に作用する過大な力が除去され、押しのけ容積の変更機構が円滑に動作するようになるためであると考えられる。このように油圧モータ８１の回転拘束状態から回転状態への自動復帰制御を行うことにより、地盤施工機１の操作者が複雑な操作を行うことなく、自動的に回転拘束状態から正常な回転駆動状態へと復帰させることができる。

【0060】

次に、本発明における上記のような自動変速制御と自動復帰制御についてより具体的に説明する。駆動制御部８５は、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐに応じて自動変速制御を行う。駆動制御部８５は、圧力Ｐと比較して自動変速制御を行うための複数の圧力基準値を記憶している。すなわち、トルク値を増大させるか否かの判断に使用する圧力基準値（上方基準値）と、トルク値を減少させるか否かの判断に使用する圧力基準値（下方基準値）とをそれぞれのトルク状態に対応させて記憶している。さらに、トルク値の移行条件が継続する時間の基準となる基準時間をそれぞれのトルク状態に対応させて記憶している。

【0061】

駆動制御部８５は、圧力Ｐと圧力基準値（上方基準値）とを比較して、圧力Ｐが上方基準値以上である状態が基準時間以上連続した場合に、駆動トルクを１段階増大させる。また、駆動制御部８５は、圧力Ｐと圧力基準値（下方基準値）とを比較して、圧力Ｐが下方基準値以下である状態が基準時間以上連続した場合に、駆動トルクを１段階減少させる。圧力Ｐが下方基準値より大きく上方基準値より小さい場合は、駆動トルクは現在の状態のまま維持される。

【0062】

図５は、自動変速制御のための圧力基準値Ｐ_sと基準時間ｔ_sの設定値の一例を示す図である。この圧力基準値Ｐ_sと基準時間ｔ_sの設定値は駆動制御部８５内部の記憶手段８５２に記憶される。自動変速制御は、油圧モータ８１の駆動トルクを、１１段階のトルク指標に対応するトルク値の中から自動的に選択して、適切なトルク値となるように設定するものである。また、施工中に地盤の状態が変化しても、地盤の状態に応じた適切な駆動トルクに自動的に変更される。

【0063】

ここで、駆動トルクの１１段階のトルク指標０％〜１００％のそれぞれに対して、指標数ｎを定義する。すなわち、トルク指標０％に対しては指標数：０を対応させ、トルク指標１０％に対しては指標数：１を対応させ、トルク指標２０％に対しては指標数：２を対応させる。同様に、トルク指標３０％〜１００％に対しても指標数：３〜１０をそれぞれ対応させる。トルク指標１００％は指標数：１０に対応する。

【0064】

ここで、駆動トルクを１段階増加させる操作は、指標数ｎに対応する駆動トルクから指標数ｎ＋１に対応する駆動トルクに移行することと同じである。また、駆動トルクを１段階減少させる操作は、指標数ｎに対応する駆動トルクから指標数ｎ−１に対応する駆動トルクに移行することと同じである。

【0065】

圧力基準値Ｐ_sと基準時間ｔ_sは、駆動トルクの移行操作のそれぞれに対して設定されている。現在の駆動トルクの状態が指標数ｎに対応するトルク値である場合、トルク値を増大させるか否かの判断に使用する圧力基準値（上方基準値）をＰ_s（ｎ，ｎ＋１）と表す。また、その圧力基準値に対する基準時間をｔ_s（ｎ，ｎ＋１）と表す。そして、トルク値を減少させるか否かの判断に使用する圧力基準値（下方基準値）をＰ_s（ｎ，ｎ−１）と表す。また、その圧力基準値に対する基準時間をｔ_s（ｎ，ｎ−１）と表す。

【0066】

ここで、圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）と基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）はｎ＝０〜９に対して設定され、圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）と基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）はｎ＝１〜１０に対して設定されている。

【0067】

なお、これらの圧力基準値Ｐ_sおよび基準時間ｔ_sは、通常時の上限値である第１上限値Ｔ_U1に対する１１段階の駆動トルク値のそれぞれに対して設定されており、それと同時に、駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合の上限値である第２上限値Ｔ_U2に対する１１段階の駆動トルクのそれぞれに対しても設定されている。すなわち、図５のようなテーブルが２種類記憶されており、駆動ヘッド７の位置に応じて使い分けられる。なお、図５のような圧力基準値および基準時間のテーブルは駆動制御部８５内の記憶手段８５２に記憶されている。

【0068】

なお、ここでは駆動ヘッド７がリーダー４の上部に位置する場合の制御を、駆動トルクの上限値を第２上限値として１１段階の駆動トルクを設定して行っているが、本発明はこのような制御には限定されない。駆動ヘッドがリーダー上部に位置する場合に、単純に駆動トルクを制限値を超える値には設定できないようにするだけでもよい。

【0069】

次に、図６から図９のフローチャートに基づいて、自動変速制御および自動復帰制御について具体的な制御手順を説明する。図６から図９のフローチャートは駆動制御部８５によって実行されるプログラムの内容を示すものである。図６は、自動変速制御の処理手順を示すフローチャートである。地盤施工機１の変速制御モードが自動変速モードに設定された状態で、工具１１の回転駆動を開始する操作がなされると、図６のフローチャートの手順が開始される。

【0070】

手順１０１では油圧モータ８１の回転駆動が開始される。これにより地盤の施工が開始されると、手順１０２から手順１０６の処理を繰り返すことにより、自動変速制御を実行する。すなわち、地盤の状態や工具１１に対する負荷に応じて、油圧モータ８１の駆動トルクを適切な値に変更制御する。

【0071】

さらに手順１０１では自動変速制御の初期トルクが設定される。初期トルクは自動変速制御の開始時における駆動トルクの初期値である。操作者はトルク指標０％〜１００％から任意の初期値を設定しておくことができる。操作者が初期値を設定していなければ、既定値としてトルク指標５０％に相当するトルク値が設定される。そして現在の駆動トルクの指標数を表す変数ｎに初期値に対応する指標数の値が代入される。例えば、初期値がトルク指標５０％の場合、現在の駆動トルクの指標数を表す変数ｎに５が代入される。

【0072】

手順１０２では駆動ヘッド７のリーダー４上の位置が検出される。次に、手順１０３では駆動トルクおよびトルク指標の設定と、圧力基準値および基準時間の設定が行われる。これらの設定は、駆動ヘッド７のリーダー４上の位置に応じて第１上限値Ｔ_U1と第２上限値Ｔ_U2のいずれかが上限値Ｔ_Uとして設定され、それによって各トルク指標に対応する１１段階の駆動トルク値が求められる。また、駆動ヘッド７の位置に対応した圧力基準値および基準時間が使用されるように設定される。

【0073】

また、手順１０３では、駆動ヘッド７の位置が通常位置から上部位置に変化した場合、または上部位置から通常位置に変化した場合に、指標数の修正が行われる。駆動ヘッド７の位置が通常位置の場合と上部位置の場合では指標数に対応する駆動トルクの値が異なるためである。駆動ヘッド７の位置が通常位置と上部位置の間で変更されると、まず、位置変更前の指標数に対応する駆動トルクが求められ、その駆動トルクに最も近い駆動トルクを位置変更後の１１段階の駆動トルクの中から選択する。そして、選択した駆動トルクに対応する指標数を変数ｎに代入する。変数ｎは現在の駆動トルクの指標数を表すものである。

【0074】

次の手順１０４はトルク増大サブルーチンを呼び出す処理を行う。トルク増大サブルーチンは、図７に示す処理手順を実行するものであり、自動変速制御において各条件により駆動トルクを増大する処理を行うものである。このトルク増大サブルーチンについては、後に詳しく説明する。

【0075】

トルク増大サブルーチンから呼び出しもとに戻ると次は手順１０５に進む。手順１０５はトルク減少サブルーチンを呼び出す処理を行う。トルク減少サブルーチンは、図８に示す処理手順を実行するものであり、自動変速制御において各条件により駆動トルクを減少させる処理を行うものである。このトルク減少サブルーチンについては、後に詳しく説明する。トルク減少サブルーチンから呼び出しもとに戻ると次は手順１０６に進む。

【0076】

手順１０６では、自動変速制御を継続するかどうかを判断する。地盤施工機１の変速制御モードが手動変速モードに変更されたり、地盤の施工が終了して工具１１の回転駆動が停止されると、手順１０６から「Ｎｏ」側に進み自動変速制御を終了する。このような自動変速制御の終了操作がない場合は、手順１０６から「Ｙｅｓ」側に進み、手順１０２に戻って手順１０２〜１０６の処理を繰り返す。

【0077】

図７は、トルク増大サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。トルク増大サブルーチンは、自動変速制御において各条件により油圧モータ８１の駆動トルクを増大する処理を行うものである。トルク増大サブルーチンが呼び出されると、まず手順２０１において、現在設定されている駆動トルクの指標数ｎの値が１０であるか否かが判断される。指標数ｎの値が１０である場合は、指標数ｎ＝１０は駆動トルクの上限値に対応し、それ以上駆動トルクを増大できないので、トルク増大サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0078】

指標数ｎの値が１０でない場合（０〜９の場合）は、手順２０１から手順２０２に進む。手順２０２では、駆動制御部８５に内蔵されたタイマーをリセットして時間測定を開始する。このタイマーにより油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）以上である状態が継続する時間を測定する。

【0079】

次に、手順２０３において、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐの検出値を圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）と比較する。この圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）は、図５に示すようなテーブルの中から現在の駆動トルクの指標数ｎに対応するものが選択される。圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）以上である場合には次の手順２０４に進み、そうでない場合はトルク増大サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0080】

次の手順２０４では、タイマーで測定中の時間ｔを基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）と比較する。この基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）は、図５に示すようなテーブルの中から現在の駆動トルクの指標数ｎに対応するものが選択される。時間ｔが基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）以上となれば手順２０５に進み、そうでなければ手順２０３に戻り、手順２０３から手順２０４を繰り返す。

【0081】

結局、この手順２０３および手順２０４で、圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）以上である状態が基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）以上継続したか否かが判断される。基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）以上継続すれば手順２０５に進み、継続しなければトルク増大サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。すなわち、圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ＋１）以上である状態が基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ＋１）以上継続しなければ、駆動トルクを増大することはない。

【0082】

手順２０５では、指標数を表す変数ｍに値（ｎ＋１）を代入する。この変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクが設定されるので、この代入は駆動トルクを１段階増大することを表している。次の手順２０６はトルク設定サブルーチンを呼び出す処理を行う。トルク設定サブルーチンは、図９に示す処理手順を実行するものであり、変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクを設定する処理を行うものである。このトルク設定サブルーチンについては、後に詳しく説明する。トルク設定サブルーチンから呼び出しもとに戻ってくると、このトルク増大サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0083】

図８は、トルク減少サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。トルク減少サブルーチンは、自動変速制御において各条件により油圧モータ８１の駆動トルクを減少させる処理を行うものである。トルク減少サブルーチンが呼び出されると、まず手順３０１において、現在設定されている駆動トルクの指標数ｎの値が０であるか否かが判断される。指標数ｎの値が０である場合、指標数ｎ＝０は駆動トルクの下限値に対応し、それ以上駆動トルクを減少できないので、トルク減少サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0084】

指標数ｎの値が０でない場合（１〜１０の場合）は、手順３０１から手順３０２に進む。手順３０２では、駆動制御部８５に内蔵されたタイマーをリセットして時間測定を開始する。このタイマーにより油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）以下である状態が継続する時間を測定する。

【0085】

次に、手順３０３において、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐの検出値を圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）と比較する。この圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）は、図５に示すようなテーブルの中から現在の駆動トルクの指標数ｎに対応するものが選択される。圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）以下である場合には次の手順３０４に進み、そうでない場合はトルク減少サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0086】

次の手順３０４では、タイマーで測定中の時間ｔを基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）と比較する。この基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）は、図５に示すようなテーブルの中から現在の駆動トルクの指標数ｎに対応するものが選択される。時間ｔが基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）以上となれば手順３０５に進み、そうでなければ手順３０３に戻り、手順３０３から手順３０４を繰り返す。

【0087】

結局、この手順３０３および手順３０４で、圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）以下である状態が基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）以上継続したか否かが判断される。基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）以上継続すれば手順３０５に進み、継続しなければトルク減少サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。すなわち、圧力Ｐが圧力基準値Ｐ_s（ｎ，ｎ−１）以下である状態が基準時間ｔ_s（ｎ，ｎ−１）以上継続しなければ、駆動トルクを減少させることはない。

【0088】

手順３０５では、指標数を表す変数ｍに値（ｎ−１）を代入する。この変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクが設定されるので、この代入は駆動トルクを１段階減少させることを表している。次の手順３０６はトルク設定サブルーチンを呼び出す処理を行う。トルク設定サブルーチンは、図９に示す処理手順を実行するものであり、変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクを設定する処理を行うものである。トルク設定サブルーチンから呼び出しもとに戻ってくると、このトルク減少サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0089】

図９は、トルク設定サブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。このトルク設定サブルーチンは、指標数を表す変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクを設定する処理を行うものである。また、このトルク設定サブルーチンには、回転拘束状態から回転状態への自動復帰制御の手順も組み込まれている。なお、このトルク設定サブルーチンは、自動変速モードの自動変速制御に利用されるだけでなく、手動変速モードでの駆動トルク値の手動設定でも利用される。

【0090】

トルク設定サブルーチンが呼び出されると、まず手順４０１において、回転拘束状態から回転状態への自動復帰制御がオンとされているか否かが判断される。自動復帰制御がオンであれば手順４０２に進み、自動復帰制御がオフであれば手順４１０に進む。すなわち、操作パネルにおいて自動復帰制御がオフとされている場合、自動復帰制御は行われず、単純に油圧モータ８１の駆動トルクを変数ｍの値に従って設定するだけである。

【0091】

手順４１０では、指標数を表す変数ｍの値に対応する駆動トルクに設定するために、まず、その駆動トルクに対応する押しのけ容積を図４の関係から求める。そして油圧モータ８１の押しのけ容積を求めた容積に設定する。また、油圧モータ８１の押しのけ容積を設定すると同時に、現在の駆動トルクの指標数を表す変数ｎに変数ｍの値が代入される。これにより変更後の駆動トルクの指標数が変数ｎにセットされる。手順４１０の後は、トルク設定サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。

【0092】

手順４０１において、自動復帰制御がオンであれば手順４０２に進み、変数ｍの値が変数ｎの値よりも大きいか否かが判断される。変数ｍの値の方が大きければ駆動トルクを増大するということであり、手順４０３に進み、自動復帰制御を伴う駆動トルクの設定が行われる。そうでない場合は駆動トルクが増大されないので、手順４１０に進み、自動復帰制御は行わず単純に油圧モータ８１の駆動トルクを変数ｍの値に従って設定する。すなわち、駆動トルクを増大するという指示がなされている場合のみ自動復帰制御を行う。

【0093】

手順４０３では、駆動制御部８５に内蔵されたタイマーをリセットして時間測定を開始する。このタイマーによって、油圧モータ８１の出力軸の回転速度Ｒが所定の拘束基準速度Ｒ_r以下であり、かつ、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが拘束圧力基準値Ｐ_r以上である状態が継続する時間を測定する。

【0094】

ここで、拘束基準速度Ｒ_rとは、工具１１が回転拘束状態であることを判断するための油圧モータ８１の出力軸の回転速度の基準値である。また、拘束圧力基準値Ｐ_rとは、工具１１が回転拘束状態であることを判断するための、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力の基準値である。すなわち、油圧モータ８１の出力軸の回転速度Ｒが拘束基準速度Ｒ_r以下であり、かつ、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが拘束圧力基準値Ｐ_r以上である状態が所定の拘束基準時間ｔ_r以上連続した場合、工具１１が回転拘束状態であるものと判断する。

【0095】

まず、手順４０４では、油圧モータ８１の出力軸の回転速度Ｒが拘束基準速度Ｒ_r以下であるか否かが判断される。拘束基準速度Ｒ_r以下であれば手順４０５に進み、そうでなければ手順４１０に進み自動復帰制御は行わず単純に油圧モータ８１の駆動トルクを変数ｍの値に従って設定する。なお、油圧モータ８１の出力軸の回転速度Ｒの情報は、エンコーダ８７からの検出信号によって求められる。拘束基準速度Ｒ_rの実際の値は１［回転／分］程度である。この拘束基準速度Ｒ_rの値もユーザーが設定可能である。

【0096】

次に、手順４０５では、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが拘束圧力基準値Ｐ_r以上であるか否かが判断される。拘束圧力基準値Ｐ_r以上であれば手順４０６に進み、そうでなければ手順４１０に進み自動復帰制御は行わず単純に油圧モータ８１の駆動トルクを変数ｍの値に従って設定する。拘束圧力基準値Ｐ_rの値は油圧モータ８１に供給される圧力油の最大値に近い値が設定される。回転が拘束されている場合、圧力油の供給圧力のほぼ最大値が検出される。

【0097】

次に、手順４０６では、タイマーで測定中の時間ｔを拘束基準時間ｔ_rと比較する。この拘束基準時間ｔ_rの実際の値は１秒程度である。この拘束基準時間ｔ_rの値もユーザーが設定可能である。時間ｔが拘束基準時間ｔ_r以上となれば手順４０７に進み、そうでなければ手順４０４に戻り、手順４０４から手順４０６を繰り返す。

【0098】

結局、この手順４０４から手順４０６で、油圧モータ８１の出力軸の回転速度Ｒが拘束基準速度Ｒ_r以下であり、かつ、油圧モータ８１に供給される圧力油の圧力Ｐが拘束圧力基準値Ｐ_r以上である状態が拘束基準時間ｔ_r以上継続したか否かが判断される。拘束基準時間ｔ_r以上継続すれば手順４０７に進み、継続しなければ手順４１０に進み自動復帰制御は行わず単純に油圧モータ８１の駆動トルクを変数ｍの値に従って設定する。すなわち、上記の回転拘束状態が所定の拘束基準時間ｔ_r以上継続しなければ、自動復帰制御は行わない。

【0099】

手順４０７では、油圧モータ８１への圧力油の供給を停止して、油圧モータ８１の回転駆動をオフとする。この回転駆動の停止時間は予め設定された所定の時間であり、具体的には０．１秒程度である。この停止時間の値もユーザーが設定可能である。手順４０７で油圧モータ８１の回転駆動をオフとした後、即座に手順４０８に進んで駆動トルクの設定を行い、所定の停止時間が経過したら手順４０９で再び油圧モータ８１の回転駆動をオンとする。

【0100】

手順４０８では、指標数を表す変数ｍの値に対応する駆動トルクに設定するために、その駆動トルクに対応する押しのけ容積を求め、油圧モータ８１の押しのけ容積を求めた値に設定する。また、油圧モータ８１の押しのけ容積を設定すると同時に、現在の駆動トルクの指標数を表す変数ｎに変数ｍの値が代入される。これにより変更後の駆動トルクの指標数が変数ｎにセットされる。

【0101】

次の手順４０９では、所定の停止時間が経過した後に、再び油圧モータ８１の回転駆動をオンとする。手順４０９の後は、トルク設定サブルーチンの処理を終了して呼び出しもとに戻る。以上のトルク設定サブルーチンでは、指標数を表す変数ｍの値により油圧モータ８１の駆動トルクを設定するとともに、自動復帰制御がオンであれば回転拘束状態から回転状態への自動復帰制御が行われる。自動復帰制御により、操作者が特に複雑な操作を行わなくとも、回転拘束状態から回転状態に自動的に復帰させることができる。

【0102】

以上の図６から図９に示すような処理手順によって自動変速制御を行うことにより、自動変速制御の安定性を大幅に向上させることができる。すなわち、油圧モータに供給される圧力油の圧力と圧力基準値との上下関係だけでなく、そのような上下関係が継続する時間も考慮することにより安定的で円滑な自動変速制御が可能となっている。それに加えて、一つの油圧モータのみを使用しながら、必要に応じて変速段数を任意に増加させることができ、これによっても安定的で円滑な自動変速制御が可能となっている。

【0103】

また、工具の駆動トルクの上限値と下限値を任意に設定することが可能であり、地盤の状態や施工内容に応じて、安全かつ適切に工事を実施することができる。また、上述のような自動変速制御を行うことにより、油圧モータに供給される圧力油の圧力と流量をほぼ一定に保つことができ、圧力油供給源の原動機を最大効率で運転できるため、工具駆動の効率を向上させることができる。

【0104】

そして、工具の回転が拘束され回転拘束状態となってしまった場合でも、回転拘束状態から自動的に回転状態に復帰させることが可能となった。さらに、一つの油圧モータのみで安定的で円滑な自動変速制御が可能となるため、地盤施工機の製造コストを大幅に低減させることができる。

【0105】

以上のように、本発明によれば、安定的で円滑な自動変速制御が可能であり、また、工具の駆動トルクの上限値と下限値を任意に設定することにより、地盤の状態や施工内容に応じて、安全かつ適切に工事を実施することができる。また、工具の回転が拘束され回転拘束状態となってしまった場合でも、回転拘束状態から自動的に回転状態に復帰させることが可能である。

【0106】

なお、以上の実施の形態の説明では、自動変速制御における駆動トルクの下限値と上限値との間の範囲を１０等分して１１段階の駆動トルク値を設定するようにしているが、１１段階に限らず任意の段階数の駆動トルク値を設定するようにしてもよい。例えば、２１段階や４１段階等の駆動トルクを設定することもできる。また、１１段階よりも少ない駆動トルクの段階数とすることもできる。

【産業上の利用可能性】

【0107】

本発明によれば、地盤施工機において安定的で円滑な自動変速制御を提供することができ、また、安定的で円滑な自動変速制御を実行する地盤施工機を提供することができる。さらに、工具の回転拘束状態から自動的に回転状態に復帰させることが可能であり、しかも低コストの地盤施工機を提供することができる。

【符号の説明】

【0108】

１ 地盤施工機
３ 軌道帯輪
４ リーダー
５ 運転台
６ 油圧シリンダ
７ 駆動ヘッド
８ 回転駆動部
９ 支点
１０ チューブ体
１１ 工具
８１ 油圧モータ
８２ 減速機構
８３ スピンドル
８４ チャック
８５ 駆動制御部
８６ 圧力検出器
８７ エンコーダ
８５１ ＣＰＵ
８５２ 記憶手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】