特開 2024-30970 建設機械用ウォータースイベルの安全装置

(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】P2024030970

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】建設機械用ウォータースイベルの安全装置

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12 102

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022134235

(22)【出願日】2022-08-25

(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】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(72)【発明者】

【氏名】松尾 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】平川 真吾

(72)【発明者】

【氏名】武藤 真幸

【テーマコード（参考）】

2D040

【Ｆターム（参考）】

2D040AB03

2D040BA01

2D040BA02

2D040DC06

(57)【要約】

【課題】供回り回転を常時検知して安全性を高めた、建設機械用ウォータースイベルの安全装置を提供する。
【解決手段】カップリング３４の下部にはスケール取付円板３７がキー３４１によって固定されている。また、カップリング３４の下端の雄ねじ３４２には駆動軸２４の上端がねじ込まれて固定されている。スケール取付円板３７の円筒状の外周面３７１には、磁気スケール４が接着剤によって貼り付けて固定されている。従って、掘削作業が開始して駆動軸２４が回転すると、磁気検出ヘッド４４は非接触で磁気スケール４を検出し、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数を検出することが可能となる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建設機械に立設して配置されたリーダと、
前記リーダに沿って上下動可能に駆動され、中空の駆動軸を把持して回転駆動するためのスイベルヘッドと、
前記駆動軸の上部に固定されたカップリング、前記カップリングに回転自在に支承され、前記駆動軸の回転駆動中に液状物質を供給するために注入ホースが連結されているヘッド、前記カップリングと前記ヘッドを回転自在に支持する軸受、及び前記カップリングと前記ヘッド間の液状物質の漏れを防ぐシールとからなるウォータースイベルと
を有する建設機械において、
前記駆動軸の回転を検知する駆動軸回転検知手段と、
前記カップリングと前記ヘッドとの間の相対回転を検知する相対回転検知手段と、
前記駆動軸回転検知手段が検知した駆動軸回転速度と、前記相対回転検知手段が検知した回転速度との速度差を算出し、前記速度差が予め設定された範囲内であるか否かで前記ウォータースイベルの作動を監視するウォータースイベル安全制御手段と
からなるものであることを特徴とする建設機械用ウォータースイベルの安全装置。

【請求項2】

請求項１に記載の建設機械用ウォータースイベルの安全装置において、
前記ウォータースイベル安全制御手段は、前記速度差が予め設定された範囲を越えたとき、前記駆動軸の回転の停止、警告画面の表示、警告ブザーによる警報の少なくともいずれか一つを行う
ものであることを特徴とする建設機械用ウォータースイベルの安全装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の建設機械用ウォータースイベルの安全装置において、
前記相対回転検知手段は、前記カップリングの外周面に配置され複数の永久磁石をテープ状にした磁気スケールと、前記ヘッドに配置され前記磁気スケールを検知する磁気検出ヘッドと
からなるものであることを特徴とする建設機械用ウォータースイベルの安全装置。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の建設機械用ウォータースイベルの安全装置において、
前記相対回転検知手段は、前記カップリングの外周面に等角度間隔に配置された複数の凸部と、前記ヘッドに配置され前記凸部を検知する近接センサーと
からなるものであることを特徴とする建設機械用ウォータースイベルの安全装置。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の建設機械用ウォータースイベルの安全装置において、
前記建設機械は、前記駆動軸で地盤を攪拌する地盤改良機、又は、地盤を穿孔するボーリング機械である
ことを特徴とする建設機械用ウォータースイベルの安全装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウォータースイベルにおける供回り防止用のための建設機械用ウォータースイベルの安全装置に関する。更に詳しくは、回転駆動されるロッドに回転自在に支承されているウォータースイベルが供回りしていないかを検知できる、建設機械用ウォータースイベルの安全装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ボーリングマシン、地盤改良機等に使用されているウォータースイベルは、回転駆動される中空ロッド内に、ポンプによって加圧された泥水、清水、地盤改良材等の液体をホースを介して送り込むため中空ロッドの頭部に取り付けられている。ウォータースイベルは、概略すると回転中の中空ロッドの上端に固定されるカップリングと、加圧ポンプからホースを介して液体を送り込むヘッドと、カップリングとヘッドを回転自在に支持する軸受と、液体をシールするシール部材等から構成されている。即ち、ホースに連結されたヘッドと、回転中の中空ロッドに固定されたカップリングの間は、上記軸受で回転自在に支承され、かつその隙間は加圧液体が漏れないようにＯリング、Ｖリング等のシール部材でシールされている。ところが、地盤改良材は固化するので、軸受、シール部材に地盤改良材が付着して固化したり、シール部材が劣化したりすることにより、カップリングとヘッドが供回りすることがある。このためにホースが破断したり、加圧液体の供給ができなくなることがある。

【0003】

このためにカップリングとヘッドが供回りしないように、各種の機構が数多く提案されている（例えば、特許文献１）。また、供回りはシール部材の劣化が要因の一つなので、このシール部材の交換時期を予知するものも提案されている（例えば、特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２－１６７７４７号公報

【特許文献2】特開２００２－３３９３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１等に記載されている機構的な回り止め装置は、供回りしている否かは実際の稼働中は把握できない。また、特許文献２のようなシール部材の摩耗予測は、実際の不具合を検知するものではなく、また、シール部材の寿命による不具合はある程度予測できても、他の原因による不具合には対応できず不確実である。このために通常は、定期的に軸受やシール部材の清掃等のメンテナンス、摩耗によるシール部材の交換等が行われているが、この管理は簡単ではない。
本発明の目的は、ウォータースイベルの供回り回転を常時検知して安全性を高めた、建設機械用ウォータースイベルの安全装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ウォータースイベルの供回り回転を常時検知して、ウォータースイベルのメンテナンス管理を容易にした、建設機械用ウォータースイベルの安全装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するために、次の手段を採る。
即ち、本発明１の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、建設機械に立設して配置されたリーダと、前記リーダに沿って上下動可能に駆動され、中空の駆動軸を把持して回転駆動するためのスイベルヘッドと、前記駆動軸の上部に固定されたカップリング、前記カップリングに回転自在に支承され、前記駆動軸の回転駆動中に液状物質を供給するために注入ホースが連結されているヘッド、前記カップリングと前記ヘッドを回転自在に支持する軸受、及び前記カップリングと前記ヘッド間の液状物質の漏れを防ぐシールとからなるウォータースイベルとを有する建設機械において、前記駆動軸の回転を検知する駆動軸回転検知手段と、前記カップリングと前記ヘッドとの間の相対回転を検知する相対回転検知手段と、前記駆動軸回転検知手段が検知した駆動軸回転速度と、前記相対回転検知手段が検知した回転速度との速度差を算出し、前記速度差が予め設定された範囲内であるか否かで前記ウォータースイベルの作動を監視するウォータースイベル安全制御手段とからなることを特徴とする。

【0007】

本発明２の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、本発明１において、前記ウォータースイベル安全制御手段は、前記速度差が予め設定された範囲を越えたとき、前記駆動軸の回転の停止、警告画面の表示、警告ブザーによる警報の少なくともいずれか一つを行うことを特徴とする。
本発明３の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、本発明１又は２において、前記相対回転検知手段は、前記カップリングの外周面に配置され複数の永久磁石をテープ状にした磁気スケールと、前記ヘッドに配置され前記磁気スケールを検知する磁気検出ヘッドとからなることを特徴とする。
本発明４の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、本発明１又は２において、前記相対回転検知手段は、前記カップリングの外周面に等角度間隔に配置された複数の凸部と、前記ヘッドに配置され前記凸部を検知する近接センサーとからなることを特徴とする。
本発明５の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、本発明１又は２において、前記建設機械は、前記駆動軸で地盤を攪拌する地盤改良機、又は、地盤を穿孔するボーリング機械であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、ウォータースイベルの供回り回転を常時検知して、ウォータースイベルのメンテナンスを行うため、ウォータースイベルのメンテナンス管理が容易で、ウォータースイベルを有する建設機械の安全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置を備えた地盤改良機の全体側面図である。

【図2】図２は、図１の駆動軸の上端に取り付けられたウォータースイベル周辺の拡大縦断面図である。

【図3】図３は、図２のウォータースイベルのカップリングとヘッドとの間の相対回転を検知する磁気スケールを示す説明図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の右側面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の制御ブロック図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の動作を示すフローチャートである。

【図6】図６は、ウォータースイベルのカップリングとヘッドとの間の相対回転を検知する相対回転検知手段の他の実施例を示す説明図であり、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置を備えた地盤改良機の全体側面図、図２は図１の駆動軸の上端に取り付けられたウォータースイベル周辺の拡大縦断面図である。図３は図２のウォータースイベルのカップリングとヘッドとの間の相対回転を検知する磁気スケールを示す説明図である。図４は本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の制御ブロック図である。図１に示すように、本発明の実施の形態の建設機械は、地盤改良機１であって、クローラ装置１１によって走行する車体１２と、車体１２に起立及び傾倒可能に取り付けられた柱状のリーダ１３を有している。リーダ１３にはスイベルヘッド２１が移動可能に取り付けられ、リーダ１３の上端の油圧モータ２２によって昇降される。スイベルヘッド２１の駆動軸チャック２３には駆動軸２４が把持され、図示しない回転モータによって駆動軸２４が回転駆動される。駆動軸２４は中空のパイプであって、下端に取り付けられた撹拌翼２５で地盤を攪拌、掘削する。駆動軸２４の上端にはウォータースイベル３が取り付けられ、加圧された液状の地盤改良材がウォータースイベル３を介して駆動軸２４に供給される。

【0011】

図１、図２に示すように、ウォータースイベル３の上部ヘッド３１Ａには、地盤改良材（液状物質）を供給する加圧ポンプ（図示せず）に接続されている注入ホース３２が連結されている。また、ウォータースイベル３の上部ヘッド３１Ａの下面には、板状の連結部材３３がボルト３１１で固定され、この連結部材３３に注入ホース３２が保持される。ガイドロッド２６は、多段に積層されたテレスコピック構造のパイプで構成され、最上段（最内部）のパイプの上端が連結部材３３に固定されている。また、ガイドロッド２６の最下段（最外部）のパイプの下端がスイベルヘッド２１にボルト（図示せず）で固定されている。このガイドロッド２６によって、地盤改良の運転中、ウォータースイベル３の上部ヘッド３１Ａが駆動軸２４の回転で供回りしないように係止している。

【0012】

上部ヘッド３１Ａの下面には、中空円筒状の下部ヘッド３１Ｂがボルト３１２で固定され、下部ヘッド３１Ｂの内部に中空円筒状ののカップリング３４が軸受３５Ａ、３５Ｂによって回転自在に支持されている。上部ヘッド３１Ａには、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａの間の液状物質の漏れを防ぐシール３６が取り付けられている。カップリング３４の下部にはスケール取付円板３７がキー３４１によって固定されている。また、カップリング３４の下端の雄ねじ３４２には駆動軸２４の上端がねじ込まれて固定されている。スケール取付円板３７の円筒状の外周面３７１には、図３に示す磁気スケール４が接着剤によって貼り付けて固定されている。磁気スケール４は、非磁性体のステンレス製の基台４１にゴム磁石４２を接着してテープ状に形成されている。ゴム磁石４２には、Ｎ極とＳ極が交互に等間隔（例えば２０ミリ間隔）に着磁して形成されている。基台４１は厚さが０．３ミリ、幅が３５ミリ、ゴム磁石４２は厚さが１．６ミリ、幅が２０ミリである。図２に示すように、連結部材３３の下面にはＬ字型のステー４３が固定され、ステー４３の下端に磁気検出ヘッド４４が固定されている。磁気検出ヘッド４４は磁気スケール４に対向して取り付けられている。従って、掘削作業が開始して駆動軸２４が回転すると、磁気検出ヘッド４４は非接触で磁気スケール４を検出し、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数を検出することが可能となる。

【0013】

図４は本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の制御ブロック図である。図４に示すように、演算装置５１には、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、表示装置５４、警報ブザー５５、駆動軸回転検知用ロータリーエンコーダー５６、デイテクター５７が接続されている。デイテクター５７には磁気検出ヘッド４４が接続されている。デイテクター５７は磁気検出ヘッド４４からのアナログ信号をＡＢ相のパルス信号に変換する。ＲＯＭ５２にはシステムプログラム及びデータが記憶されている。ＲＡＭ５３には供回り監視プログラム５３１、施工支援プログラム５３２等がロードされている。供回り監視プログラム５３１は、磁気検出ヘッド４４と駆動軸回転検知用ロータリーエンコーダー５６の回転数検出結果に応じて、ウォータースイベル３の供回りの監視、表示装置５４への警告の表示、警告ブザーを鳴らすためのプログラムがロードされている。施工支援プログラム５３２は地盤改良のための施工支援プログラムがロードされている。演算装置５１はＲＯＭ５２に記憶されているシステムプログラムとＲＡＭ５３にロードされているプログラムに従って地盤改良機１を制御する。

【0014】

次に、上記した建設機械用ウォータースイベルの安全装置の制御動作を説明する。図５は本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の動作を示すフローチャートである。掘削作業を開始して駆動軸２４が回転すると、まず、ステップＳ１０で、駆動軸回転検知用ロータリーエンコーダー５６が駆動軸２４の回転数（rpm）を検出する。次に、ステップＳ２０で、磁気検出ヘッド４４が磁気スケール４を検出し、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数を検出する。次に、ステップＳ３０で、駆動軸２４の回転数とカップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数を比較する。すなわち、掘削作業を続けた結果、ウォータースイベル３に供給される地盤改良材がウォータースイベル３内部で個化すると、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａが供回りするので、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数が低下するので、駆動軸２４の回転数に対して差が生じる。

【0015】

この回転数の差（％）に応じて、複数の警告レベルを予め設定しておく。例えば、警告レベル１、警告レベル２の２つの警告レベルを表示装置５４の回転数監視画面で予め設定しておく。例えば、警告レベル１が２％で「警告画面表示」に設定し、警告レベル２が４％で「駆動軸２４の回転停止」、「警告画面表示」、「ブザー警報」に設定しておく。次に、ステップＳ４０で、この回転数の差（％）が警告レベル以下か否かを判断し、警告レベル以下であれば、ステップＳ５０で駆動軸２４の回転を継続する。警告レベル以上であれば、ステップＳ６０で警告レベル１か否かを判断し、警告レベル１であればステップＳ７０で、表示装置５４に「ウォータースイベル回転の異常を検出しました」「ウォータースイベルの点検を行ってください」との警告画面を表示し、駆動軸２４の回転を継続する。ステップＳ６０で警告レベル２であればステップＳ８０で、駆動軸２４の回転を停止し、表示装置５４に「ウォータースイベル回転の異常を検出しました」、「駆動軸の回転を停止させました」、「ウォータースイベルの点検を行ってください」との警告画面を表示し、ブザー警報を鳴らす。本発明の実施の形態の建設機械用ウォータースイベルの安全装置は、ウォータースイベル３の供回り回転を常時検知して、ウォータースイベルのメンテナンスを行うため、ウォータースイベルのメンテナンス管理が容易で、ウォータースイベルを有する建設機械の安全性が向上する。

【0016】

図６は、ウォータースイベル３のカップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転を検知する相対回転検知手段の他の実施例を示す説明図であり、図６（ａ）は縦断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図６に示すように、スケール取付円板３７の円筒状の外周面３７１に等角度間隔に複数の凸部４５を形成している。また、連結部材３３に固定されたＬ字型のステー４３の下端に凸部４５を検知する近接センサー４６を取り付けている。従って、掘削作業が開始して駆動軸２４が回転すると、近接センサー４６は非接触で凸部４５を検出し、カップリング３４と上部ヘッド３１Ａとの間の相対回転数を検出することが可能となる。

【0017】

［他の実施の形態］
本発明の建設機械用ウォータースイベルの安全装置の上記実施の形態では、地盤改良機に適用したものであったが、ウォータースイベル構造を有するものであれば、地盤を穿孔するボーリング機械等の他の建設機械でも適用可能である。

【符号の説明】

【0018】

１…地盤改良機
１１…クローラ装置
１２…車体
１３…リーダ
２１…スイベルヘッド
２２…油圧モータ
２３…駆動軸チャック
２４…駆動軸
２５…撹拌翼
２６…ガイドロッド
３…ウォータースイベル
３１Ａ…上部ヘッド
３１Ｂ…下部ヘッド
３１１、３１２…ボルト
３２…注入ホース
３３…連結部材
３４…カップリング
３４１…キー
３４２…雄ねじ
３５Ａ、３５Ｂ…軸受
３６…シール
３７…スケール取付円板
３７１…外周面
４…磁気スケール
４１…基台
４２…ゴム磁石
４３…ステー
４４…磁気検出ヘッド
４５…凸部
４６…近接センサー
５１…演算装置
５２…ＲＯＭ
５３…ＲＡＭ
５３１…供回り監視プログラム
５３２…施工支援プログラム
５４…表示装置
５５…警報ブザー
５６…駆動軸回転検知用ロータリーエンコーダー
５７…デイテクター

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】