特許 7158068 ロッドクランプ及びロッド取扱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-13

(45)【発行日】2022-10-21

(54)【発明の名称】ロッドクランプ及びロッド取扱装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 19/18 20060101AFI20221014BHJP

【ＦＩ】

E21B19/18

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021070173

(22)【出願日】2021-04-19

(62)【分割の表示】P 2019214059の分割

【原出願日】2019-11-27

(65)【公開番号】P2021102921

(43)【公開日】2021-07-15

【審査請求日】2021-05-07

(73)【特許権者】

【識別番号】505040051

【氏名又は名称】株式会社エムズ

(74)【代理人】

【識別番号】100133411

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 龍郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067677

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 彰司

(74)【代理人】

【識別番号】100112416

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 定信

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 和典

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 隆寛

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－２６３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭６２－０３５７５７（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】特開平０７－２３８７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２３８７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２３８７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４８６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２８７３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３２１５０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０８－２９６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４３７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第２８９９２６５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０２－２３２４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１０２９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５１－１０６６０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ １９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランプハウジングと、該クランプハウジングに支持され、同時に閉方向に駆動される一対のクランプ片と、を備え、二重管ロッドにおけるインナロッドとアウタロッドを区別なく常に同一軸線上に把持可能なロッドクランプであって、前記一対のクランプ片のそれぞれは、前記インナロッド又は前記アウタロッドに接触するくの字状のロッド把持面を備える、ロッドクランプ。

【請求項2】

前記一対のクランプ片のそれぞれが、前記クランプハウジングにクランプ軸で回動自在に支持され、前記一対のクランプ片を同時に開閉駆動するクランプアクチュエータを備える、請求項１に記載のロッドクランプ。

【請求項3】

前記各クランプ軸を中心とする円弧状の案内溝が前記クランプハウジングに形成され、前記各案内溝に係合する被案内部材が前記各クランプ片の反ロッド把持側端部に配設され、前記各被案内部材が前記クランプアクチュエータにより同時に駆動される、請求項２に記載のロッドクランプ。

【請求項4】

クランプハウジングと、該クランプハウジングに支持されて同時に開閉駆動される一対のクランプ片であって、径の異なるロッドを常に同一軸線上に把持可能な一対のクランプ片と、前記一対のクランプ片を同時に開閉駆動するクランプアクチュエータと、を備えるロッドクランプであって、前記一対のクランプ片のそれぞれが前記クランプハウジングにクランプ軸で回動自在に支持され、該各クランプ軸を中心とする円弧状の案内溝が前記クランプハウジングに形成され、前記各案内溝に係合する被案内部材が前記各クランプ片の反ロッド把持側端部に配設され、前記各被案内部材が前記クランプアクチュエータにより同時に駆動される、ロッドクランプ。

【請求項5】

三次元的に動作可能なアームに対して連結可能なベース部材を備え、該ベース部材によって請求項１から４のいずれか一項に記載のロッドクランプが支持される、ロッド取扱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロッドを把持するロッドクランプに関するものである。本発明はまた、前記ロッドクランプを備えるロッド取扱装置に関するものである。本発明のロッドクランプとロッド取扱装置は、例えば、掘削機（穿孔機）に対して掘削用の二重管ロッドを供給したり、掘削機から二重管ロッドを回収したりするための二重管ロッド取扱装置の構成要素として用いて好適なものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に示すような土木作業用の掘削機（穿孔機）で地盤に深孔を形成する際には、インナロッドとアウタロッドで構成される掘削用の二重管ロッドを順次継ぎ足しながら削孔する場合がある。従来、掘削機への二重管ロッドの供給及び掘削機からの二重管ロッドの回収は、人手で行うか、あるいはクレーン等を用いて行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－２３５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、人手での作業は不能率であり、危険でもある。また、クレーンを用いる場合でも、クレーンの巻き上げワイヤへ二重管ロッドを連結する作業や、掘削機における二重管ロッドセット位置への二重管ロッドの芯合わせ作業には人手が必要であるので、それらの作業には手間がかかり、また危険でもある。掘削機からの二重管ロッドの回収時にも同様の問題がある。そこで、掘削機に対する二重管ロッドの供給及び回収を能率的且つ安全に実施できる二重管ロッド取扱装置が求められている。

【0005】

本発明は、前記二重管ロッド取扱装置の開発過程で得られたロッドクランプとロッド取扱装置とを特許の対象として提案しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るロッドクランプは、クランプハウジングと、該クランプハウジングに支持され、同時に閉方向に駆動される一対のクランプ片と、を備え、二重管ロッドにおけるインナロッドとアウタロッドを区別なく常に同一軸線上に把持可能なロッドクランプであって、前記一対のクランプ片のそれぞれは、前記インナロッド又は前記アウタロッドに接触するくの字状のロッド把持面を備えることを特徴とする（請求項１）。

【0007】

実施の一形態として、前記一対のクランプ片のそれぞれが、前記クランプハウジングにクランプ軸で回動自在に支持され、前記一対のクランプ片を同時に開閉駆動するクランプアクチュエータを備える態様としてもよい（請求項２）。

【0008】

実施の一形態として、前記各クランプ軸を中心とする円弧状の案内溝が前記クランプハウジングに形成され、前記各案内溝に係合する被案内部材が前記各クランプ片の反ロッド把持側端部に配設され、前記各被案内部材が前記クランプアクチュエータにより同時に駆動される態様としてもよい（請求項３）。

【0009】

実施の一形態として、クランプハウジングと、該クランプハウジングに支持されて同時に開閉駆動される一対のクランプ片であって、径の異なるロッドを常に同一軸線上に把持可能な一対のクランプ片と、前記一対のクランプ片を同時に開閉駆動するクランプアクチュエータと、を備えるロッドクランプであって、前記一対のクランプ片のそれぞれが前記クランプハウジングにクランプ軸で回動自在に支持され、該各クランプ軸を中心とする円弧状の案内溝が前記クランプハウジングに形成され、前記各案内溝に係合する被案内部材が前記各クランプ片の反ロッド把持側端部に配設され、前記各被案内部材が前記クランプアクチュエータにより同時に駆動される態様としてもよい（請求項４）。

【0010】

また、本発明に係るロッド取扱装置は、三次元的に動作可能なアームに対して連結可能なベース部材を備え、該ベース部材によって前記ロッドクランプが支持されることを特徴とする（請求項５）。なお、前記アームの動作は作業員の運転によるものであってもよいし、コンピュータによる自動制御であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の一形態に係るロッドクランプ及びロッド取扱装置を備える二重管ロッド取扱装置を油圧ショベルのアームに連結した状態の側面図である。

【図2】図１を左側から図示した正面図である。

【図3】図１における二重管ロッド取扱装置の斜視図である。但し、二つのクランプの、縦軸を中心とする回動位置が、図１のものに対して９０度変更された状態である。

【図4】図１における二重管ロッド取扱装置の拡大図である。

【図5】図２における二重管ロッド取扱装置の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

【0013】

図面に示す二重管ロッド取扱装置は、本発明の実施の一形態に係るロッドクランプ及びロッド取扱装置を備えている。図示の二重管ロッド取扱装置は、インナロッドとアウタロッドで構成される掘削用の二重管ロッドを掘削機（穿孔機）へと供給したり掘削機から回収したりする装置である。掘削機は、ガイド部材に沿って進退可能なドリルヘッドに二重管ロッドを取り付け、この二重管ロッドに例えば回転と給進と打撃を与えて地盤に穴開けを行うものである。掘削機の構成は、例えば特開２００５－２３５５１号公報等に記載されているように従来公知であるので、その詳細な説明は省略する。

【0014】

図１及び図２に示すように、二重管ロッド取扱装置１は、三次元的に動作可能なアーム２に連結して使用される。図１では、アームの一例として、土木作業用の油圧ショベル３のアーム２が示されている。通常の油圧ショベル３のアーム２からバケット（図示せず）を取り外し、バケットの代わりに二重管ロッド取扱装置１が連結される。なお、以下の説明において、前後左右の方向は、油圧ショベル３の運転席４の運転者から見た場合の方向である。

【0015】

アーム２は、油圧ショベル３の機体５に対して前後揺動自在に連結されており、元側油圧シリンダ６の作動によって、水平な元側枢支軸７を中心として前後に揺動する。油圧ショベル３の機体５は、クローラ式等の走行装置８上で縦軸Ｘ１を中心として旋回自在である。機体５には運転席４があり、この運転席４から作業員がレバー式等の各種の操作部材９を操作して油圧ショベル３を運転する。

【0016】

アーム２は、元側アーム部材１０と先側アーム部材１１とを備え、これらのアーム部材１０，１１が水平な中間枢支軸１２によって相対回動自在に連結されている。元側アーム部材１０の元部１０ａは、元側枢支軸７によって機体５の前部に連結される。元側アーム部材１０は、くの字状に曲がっている。元側アーム部材１０の前方に元側油圧シリンダ６が配置される。そして、元側油圧シリンダ６の伸縮ロッド６ａが、元側アーム部材１０の屈曲部１０ｂの内側に、相対回動自在に連結される。元側油圧シリンダ６の下端６ｂは、機体５に対して相対回動自在に連結される。

【0017】

元側アーム部材１０の屈曲部１０ｂの外側には、中間油圧シリンダ１３の元部１３ａが相対回動自在に連結される。中間油圧シリンダ１３の伸縮ロッド１３ｂは、中間枢支軸１２よりも上方で、先側アーム部材１１に相対回動自在に連結される。中間油圧シリンダ１３が作動することで、中間枢支軸１２を中心として先側アーム部材１１の先端側が前後に揺動する。

【0018】

先側アーム部材１１の元部１１ａには、先側油圧シリンダ１４の元部１４ａが相対回動自在に連結される。先側油圧シリンダ１４の伸縮ロッド１４ｂは、先側アーム部材１１の先端側に配設される四節回転機構（特に、てこクランク機構１５）に連結される。また、先側アーム部材１１の先端側には、てこクランク機構１５を介して二重管ロッド取扱装置１が連結される。先側油圧シリンダ１４が作動することで、てこクランク機構１５を構成するクランク１５ａが回転駆動され、連接棒１５ｂを介して、先側アーム部材１１の先端側の一部を固定リンク１５ｃとするてこクランク機構１５が駆動される。これにより、二重管ロッド取扱装置１が前後方向に揺動する。

【0019】

アーム２は、油圧ショベル３のアームに限定されないことは勿論である。図１のアーム２は単なる一例であり、三次元的に動作可能なものであればどのような態様であってもよい。例えば、油圧ショベル３のアーム２と同様の機能を有する小型のアームであっても良いし、産業用の多関節ロボットのアームであっても良い。アームの駆動形式も油圧式には限定されず、電動式であっても良い。また、アームの動作は作業員の運転によるものであってもよいし、コンピュータによる自動制御であってもよい。さらに、アームは、定置式であっても移動式であってもよい。

【0020】

なお、回動の方向が異なる回動部（関節部）を多く備えたアームであるほど、アームに連結される二重管ロッド取扱装置１に多様な姿勢変更の動作をさせることができる。

【0021】

次に、図３～図５を参照して、二重管ロッド取扱装置１について詳細に説明する。

【0022】

二重管ロッド取扱装置１は、三次元的に動作可能なアーム２に対して連結可能なベース部材１６と、二重管ロッド１７のインナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏとを区別なく同心に把持可能な少なくとも二つのクランプ１８，１８と、を備える。そして、少なくとも二つのクランプ１８，１８がベース部材１６に支持される。図示例は、最もシンプルな態様として二つのクランプ１８，１８を備えた例である。各クランプ１８が、本発明の実施の一形態に係るロッドクランプであり、このロッドクランプは、インナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏのような互いに径の異なるロッドを常に同一軸線上に把持可能なものである。

【0023】

ベース部材１６は、アーム２への連結部（以下、アーム連結部という）１９と、アーム連結部１９の下面に固着された台座部２０と、を備える。アーム連結部１９は、上向き開口コの字状の部材であり、アーム２と二重管ロッド取扱装置１との間に介在するてこクランク機構１５（図１参照）の「てこ」１５ｄを構成する。アーム連結部１９には、上下に位置する左右一対のピン受孔１９ａ，１９ｂが形成される。

【0024】

図１に示すように、アーム連結部１９の上側の左右二つのピン受孔１９ａ，１９ａに挿通されるピン２１ａによって、アーム連結部１９が先側アーム部材１１の先端に連結される。下側の左右二つのピン受孔１９ｂ，１９ｂに挿通されるピン２１ｂによって、てこクランク機構１５の連接棒１５ｂにアーム連結部１９が連結される。そして、先側油圧シリンダ１４が作動することで、連接棒１５ｂを介して二重管ロッド取扱装置１が前後に揺動する。

【0025】

再び図３～図５を参照して、ベース部材１６を構成する台座部２０には、スイングフレーム２２が左右揺動可能に連結される。スイングフレーム２２は、上向き開口コの字状の部材であり、台座部２０の下方に配置されて、スイング軸２３を介して台座部２０に連結される。スイングフレーム２２は、スイング用アクチュエータ２４で揺動駆動される。図示例のスイング用アクチュエータ２４は油圧シリンダであり、シリンダ部２４ａが枢支軸２５によって台座部２０に回動可能に支持され、伸縮ロッド２４ｂがスイングフレーム２２に回動可能に連結される。スイング用アクチュエータ２４は、油圧ショベル３の油圧回路に接続され、運転者によって制御される。

【0026】

スイング軸２３の軸線Ｘ２は、図１及び図２に示す状態において、機体５の前後方向に延びる。スイングフレーム２２は、一例として図２に示すように、スイング軸２３の軸線Ｘ２を中心として１０５°の角度範囲内で左右方向にスイング可能である。

【0027】

図３～図５に示すように、スイングフレーム２２の下面には、ロータリアクチュエータ２６を介して、ロータリフレーム２７が連結される。ロータリアクチュエータ２６は、ロータリフレーム２７の長さ方向の中間部に直接連結される。図示例のロータリアクチュエータ２６は油圧式のものであり、油圧ショベル３の油圧回路に接続され、運転者によって制御される。ロータリアクチュエータ２６の作動により、ロータリフレーム２７が、ロータリアクチュエータ２６の回動軸線Ｘ３を中心として１８０℃の角度範囲内で旋回する。

【0028】

ロータリフレーム２７の両端には、二つのクランプ１８，１８が下向きに支持される。二つのクランプ１８，１８は互いに同一の構成であり、二重管ロッド１７の互いに径の異なるインナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏとを区別なく同心に把持可能である（図５参照）。したがって、いずれのクランプでいずれのロッドを把持してもよい。二つのクランプ１８，１８の相対位置は常に一定不変である。

【0029】

図３に示すように、各クランプ１８は、クランプハウジング２８と、一対のクランプ片２９，２９と、クランプアクチュエータ３０と、を備える。クランプハウジング２８はロータリフレーム２７に固着される。各クランプ片２９は、クランプハウジング２８にクランプ軸３１で回動自在に支持される。クランプアクチュエータ３０は、クランプハウジング２８上で一対のクランプ片２９，２９を同時に開閉駆動する。これにより、一対のクランプ片２９，２９が、二重管ロッド１７のインナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏとを区別なく常に同一軸線上に把持する（図４参照）。図示例のクランプアクチュエータ３０は油圧式のものであり、油圧ショベル３の油圧回路に接続され、運転者によって制御される。

【0030】

各クランプ片２９の内側には、クランプブロック３２が固着される。クランプブロック３２は、横置きされた二重管ロッド１７をそのまま上から把持可能な形状である。このため、地面やトラックの荷台等の支持面上に横置きされる二重管ロッド１７をそのままの状態で把持できる。したがって作業効率が向上する。図４に示すように、各クランプブロック３２は、把持すべき二重管ロッド１７（１７ｉ，１７ｏ）に接触するくの字状のロッド把持面３２ａを備える。このロッド把持面３２ａにより、二重管ロッド１７のインナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏとが、区別なく常に同一軸線上に把持される。図４の例では、クランプハウジング２８の湾曲した下面２８ａは、二重管ロッド１７のアウタロッド１７ｏを把持する際に、アウタロッド１７ｏの外周面に当接する。

【0031】

図４に示すように、各クランプ軸３１を中心とする円弧状の案内溝３３がクランプハウジング２８に形成され、各案内溝３３に係合する被案内部材３４が各クランプ片２９の反ロッド把持側端部（ロッド１７を把持する側とは反対側の端部）に配設され、各被案内部材３４がクランプアクチュエータ３０により同時に駆動される。

【0032】

二つのクランプ１８，１８は、別々に開閉操作可能である。したがって、一方のクランプ１８で二重管ロッド１７のアウタ、インナいずれか一方のロッド（例えば１７ｉ）を把持し、一方のロッド（１７ｉ）のみを動かして他方のロッド（１７ｏ）からの延び出し量を調整することができる。

【0033】

以上のように構成される本実施の形態の二重管ロッド取扱装置１は、アーム２に連結して使用することで、次のような種々の作用効果が得られる。

【0034】

（１）二重管ロッド取扱装置１は、ベース部材１６をアーム２に対して連結して使用されるので、掘削機自体の改造・改変は不要であり、どのようなタイプの掘削機にも対応できる。

【0035】

（２）二つのクランプ１８，１８は二重管ロッド１７のインナロッド１７ｉとアウタロッド１７ｏとを区別なく同心に把持可能であるので、いずれのクランプでいずれのロッドを把持してもよい。よって、二重管ロッド１７の具体的な構成や掘削作業現場の様々な状況に柔軟に対応できる。例えば、二重管ロッド１７におけるインナロッド１７ｉの外出方向がアウタロッド１７ｏのどちら側である場合でも、区別なく二重管ロッド１７を把持することができる。このため、二重管ロッド１７の向きに関わらず、そのまま把持することができる。

【0036】

（３）アーム２の三次元的な動作により、二つのクランプ１８，１８の位置や方向が自在に変更できるので、把持すべき二重管ロッド１７の位置や向きに自在に対応でき、且つ、把持した二重管ロッド１７の位置や向きを三次元的に自在に制御できる。よって、掘削機に対する二重管ロッド１７の供給及び回収を能率的且つ安全に実施できる。

【0037】

（４）アーム２の三次元的な動作に加えて、二重管ロッド取扱装置１自体も二つの軸線Ｘ２，Ｘ３を中心として回動できるので、二つのクランプ１８，１８による、より一層複雑な三次元的な動作が可能となる。

【0038】

すなわち、ベース部材１６と二つのクランプ１８，１８との間に、二つの回動部が配設されている。一つはスイング軸２３の軸線Ｘ２を中心として左右に回動するスイングフレーム２２であり、もう一つは、ロータリアクチュエータ２６の回動軸線Ｘ３を中心として回動するロータリフレーム２７である。したがって、ベース部材１６に対して、二つの軸線Ｘ２，Ｘ３のそれぞれを中心として、二つのクランプ１８，１８が同時に回動できる。このため、アーム２の三次元的な動作に二つのクランプ１８，１８の二つの回動動作を加えることで、二つのクランプ１８，１８が前後方向及び左右方向に揺動でき、且つ、面内で旋回できる。これにより、二つのクランプによる、より一層複雑な三次元的な動作が可能となり、掘削機の様々な掘削角度への対応性が一層向上する。

【0039】

（５）二つのクランプ１８，１８が、横置きされた二重管ロッド１７を上から把持可能な構成であるので、地面やトラックの荷台等の支持面上に横置きされる二重管ロッド１７をそのままの状態で把持できる。よって、作業効率が一層向上する。

【0040】

（６）二つのクランプ１８，１８が別々に動作可能であるので、どちらのクランプでどちらのロッドを把持してもよいだけでなく、一方のクランプでいずれか一方のロッドを把持し、一方のロッドのみを動かして他方のロッドからの延び出し量を調整することができる。

【0041】

他の実施の一形態として、二つのクランプ１８，１８を同時に回動させる回動部の配設数は一つであってもよく、三つ以上であってもよい。図示例では、スイング軸２３の軸線Ｘ２とロータリアクチュエータ２６の回動軸線Ｘ３とが互いに直交する位置関係となっているが、二つの回動軸線Ｘ２，Ｘ３は、平行であっても、あるいは互いに平行でなくても良い。なお、二重管ロッド取扱装置１に備わっている二つの回動部が既にアーム２に備わっている場合には、二重管ロッド取扱装置１から二つの回動部を省略することもできる。

【0042】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

【符号の説明】

【0043】

２ アーム
１７ 二重管ロッド（ロッド）
１７ｉ インナロッド（ロッド）
１７ｏ アウタロッド（ロッド）
１６ ベース部材
１８ クランプ（ロッドクランプ）
２８ クランプハウジング
２９，２９ 一対のクランプ片
３０ クランプアクチュエータ
３１ クランプ軸
３２ａ ロッド把持面
３３ 案内溝
３４ 被案内部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】