特許 7520359 ロッドハンドリング装置

(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】2024-07-12

(45)【発行日】2024-07-23

(54)【発明の名称】ロッドハンドリング装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 19/18 20060101AFI20240716BHJP

   E21B 19/14 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

E21B19/18

E21B19/14

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020188597

(22)【出願日】2020-11-12

(65)【公開番号】P2022077670

(43)【公開日】2022-05-24

【審査請求日】2023-09-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000168506

【氏名又は名称】鉱研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 敦志

(72)【発明者】

【氏名】櫻木 宏児

(72)【発明者】

【氏名】平田 義彦

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２９６３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４８６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５１７４０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ １／００－４９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボーリングロッドを着脱可能に把持するロッドチャックと、
ボーリング時のボーリングロッドを位置決めするドリリングセンタが設けられたセットプレートと、
前記ロッドチャックを前記ドリリングセンタを中心としてドリリングセンタ回りに旋回させる第１旋回機構と、
前記第１旋回機構に支持された状態で前記ドリリングセンタに対し前記ロッドチャックを起倒方向に旋回させる第２旋回機構と、
前記ドリリングセンタの中心線と直交した方向を回転中心として回動するように前記第２旋回機構に取り付けられ、前記ドリリングセンタの中心線に対する前記ロッドチャックの中心線の位置ずれを前記回動によって修正するずれ修正機構と、
前記ロッドチャックが軸方向に移動可能に取り付けられたガイドロッドと、前記ガイドロッドの軸方向に沿って２段で設けられて前記ガイドロッドを弾性的に支持するばね部材とを備え、前記ドリリングセンタに対するロッドチャックの軸方向の位置を弾性的に支持する間隔調整機構と、を備えていることを特徴とするロッドハンドリング装置。

【請求項2】

前記ずれ修正機構は、前記第２旋回機構の軸方向と直交する方向に回転可能な修正ピンと、前記修正ピンを支持する球面軸受と、前記間隔調整機構を弾性的に支持する修正ばねとによって形成されていることを特徴とする請求項１記載のロッドハンドリング装置。

【請求項3】

前記第２旋回機構に回動アクチュエータが取り付けられ、前記ずれ修正機構が前記アクチュエータに取り付けられており、前記ロッドチャックが３６０°の範囲で旋回可能となっていることを特徴とする請求項１記載のロッドハンドリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボーリングロッドを掘削機に供給したり、回収するために用いるロッドハンドリング装置に関し、特に掘削機の多様な掘削姿勢に対してもボーリングロッドを供給することが可能なロッドハンドリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載された従来のロッドハンドリング装置は、水平状態のボーリングロッドをロッド把持部材が把持した後、ボーリングロッドを立てた状態として掘削機のドリルヘッドに供給する構造となっている。特許文献２に記載されたロッドハンドリング装置は、ロッドコンテナがボーリングロッドを立設させた状態で周回し、ロッドコンテナ上のボーリングロッドをロッド把持部材が取り出し、掘削機に供給する構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６６４１１２９号公報

【文献】特許第６５０１８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のロッドハンドリング装置は、ボーリングロッドを立てた状態で掘削機に供給する構造であり、斜めの掘削姿勢や水平の掘削姿勢に対してはボーリングロッドの供給が困難となる問題を有している。このため、多様な掘削姿勢に対してもボーリングロッドを供給できるロッドハンドリング装置の開発が望まれている。

【0005】

また、ボーリングロッドを接続する場合には、ロッドのねじ接続に際にロッドのセンタリングが必要なため、従来のロッド供給装置においてもセンタリング機構が組み込まれている。しかしながら、従来においては正確なセンタリングが難しく、ずれが生じた場合には、作業者による手作業でのセンタリングがなされており、作業性が悪い問題を有している。さらに、ボーリングロッドのねじ接続、切り離しの際にボーリングロッドのねじが損傷し易く、ねじの損傷を抑制する必要が生じている。

【0006】

本発明は、このような問題点を考慮してなされたものであり、掘削機の多様な掘削姿勢に対応してボーリングロッドの供給が可能であり、供給に際しボーリングロッドの正確なセンタリングが可能で作業者によるセンタリングを不要とすることができ、さらにはねじの損傷を抑制できるハンドリングを可能としたロッドハンドリング装置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】

【0007】

本発明のロッドハンドリング装置は、ボーリングロッドを着脱可能に把持するロッドチャックと、ボーリング時のボーリングロッドを位置決めするドリリングセンタが設けられたセットプレートと、前記ロッドチャックを前記ドリリングセンタを中心としてドリリングセンタ回りに旋回させる第１旋回機構と、前記第１旋回機構に支持された状態で前記ドリリングセンタに対し前記ロッドチャックを起倒方向に旋回させる第２旋回機構と、前記ドリリングセンタの中心線と直交した方向を回転中心として回動するように前記第２旋回機構に取り付けられ、前記ドリリングセンタの中心線に対する前記ロッドチャックの中心線の位置ずれを前記回動によって修正するずれ修正機構と、前記ドリリングセンタの方向に移動するように前記ロッドチャックを弾性的に支持してドリリングセンタとロッドチャックとの間隔を調整する間隔調整機構と、を備えていることを特徴とする。

【0008】

本発明において、前記ずれ修正機構は、前記第２旋回機構の軸方向と直交する方向に回転可能な修正ピンと、前記修正ピンを支持する球面軸受と、前記位置調整機構を弾性的に支持する修正ばねとによって形成されていることを特徴とする。

【0009】

また、前記間隔調整機構は、前記ロッドチャックが軸方向に移動可能に取り付けられるガイドロッドを備えていることを特徴とする。

【0010】

また、前記間隔調整機構は、前記ガイドロッドの軸方向に沿って配置された少なくとも２段のばね部材を備え、前記ガイドロッドが前記ばね部材に弾性的に支持されていることを特徴とする。

【0011】

また、前記第２旋回機構に回動アクチュエータが取り付けられ、前記ずれ修正機構が前記アクチュエータに取り付けられており、前記ロッドチャックが３６０°の範囲で旋回可能となっていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ロッドチャックをドリリングセンタ回りに旋回させる第１旋回機構及びロッドチャックを起倒方向に旋回させる第２旋回機構を設けているため、ロッドチャックに把持されているボーリングロッドの姿勢の変更の自由度が増大して、多様な掘削姿勢に対応したボーリングロッドの供給が可能となる。
また、ずれ修正機構を設けることにより、ボーリングロッドを把持するロッドチャックの中心線をドリリングセンタの中心線に位置合わせすることができるため、ボーリングロッドのねじ接続時のセンタリングを正確に行うことができ、作業者によるセンタリング作業が不要となる。
また、間隔調整機構を設けているため、ボーリングロッドのねじ接続や切り離しの際にボーリングロッドのねじが噛み込んだりすることを防止することができ、ねじの破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のロッドハンドリング装置の一実施形態の斜視図である。

【図2】ロッドハンドリング装置を下から示す斜視図である。

【図3】ロッドハンドリング装置の側面図である。

【図4】ロッドハンドリング装置の平面図である。

【図5】ロッドハンドリング装置の正面図である。

【図6】図３におけるＣ－Ｃ線断面図である。

【図7】図３におけるＢ－Ｂ線断面図である。

【図8】図５におけるＡ－Ａ線断面図である。

【図9】ロッドハンドリング装置を掘削機に組み付けた状態を示す斜視図である。

【図10】発明の別の実施形態のロッドハンドリング装置を掘削機に組み付けた状態を示す斜視図である。

【図11】本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。図１は、本発明の一実施形態のロッドハンドリング装置１の斜視図、図２は下方からの斜視図、図３は側面図、図４は平面図、図５は正面図、図６は図３のＣ－Ｃ線断面図、図７は図３のＢ－Ｂ線断面図、図８は図５のＡ－Ａ線断面図、図９は掘削機２に組み付けた状態を示す斜視図、図１０はロッドハンドリング装置１を斜め状態としたときの斜視図である。

【0015】

ロッドハンドリング装置１は、ボーリングロッド３のドリリングセンタ４と、ボーリングロッド３を着脱可能に把持するロッドチャック５と、第１旋回機構６と、第２旋回機構７と、ずれ修正機構８と、間隔調整機構９とを備えている。

【0016】

ドリリングセンタ４は掘削機２によってボーリングを行うとき、ボーリング時の地盤に対するボーリングロッド３の位置決めを行うものであり、セットプレート１０に一体に設けられている（図１、図５）。セットプレート１０は第１旋回機構６上で地盤に臨むように位置し、ボーリングロッド３はこのセットプレート１０のドリリングセンタ４を貫通する。ロッドチャック５はボーリングロッド３を把持する部材であり、第１旋回機構６、第２旋回機構７、ずれ修正機構８、間隔調整機構９はこのロッドチャック５をドリリングセンタ４に対して移動させる。

【0017】

ロッドチャック５は図６に示すように、チャックシリンダ１３と、チャックシリンダ１３のピストン先端に取り付けられたチャックピース１４とを備えている。ロッドチャック５はボーリングロッド３が挿入されるチャックロッド１５（図１、図２）を有しており、チャックピース１４がチャックロッド１５内に進出することによりボーリングロッド３をチャックロッド１５と共に把持する。また、チャックロッド１５に対してチャックピース１４が退避することによりボーリングロッド３の把持を解放する。かかるロッドチャック５の全体は後述する間隔調整機構９に設けられたガイドロッド１６に取り付けられてガイドロッド１６の軸方向に沿って移動可能となっている（図２、図７、図８）。

【0018】

第１旋回機構６はセットプレート１０の板厚方向と平行な方向に旋回可能となっている。この旋回はセットプレート１０の下側に設けた第１旋回アクチュエータ１１によって行われる。第１旋回機構６は図４の矢印Ｍで示すように、ロッドチャック５をドリリングセンタ４の回りに旋回させるものであり、旋回はドリリングセンタ４を中心として行われる。第１旋回機構６によるロッドチャック５の旋回は、３６０°（好ましくは２７０°）の範囲で行うことができる。
なお、第１旋回機構６の第１旋回アクチュエータ１１に代えて、軸受とシリンダとの組み合わせ、旋回ギヤとモータとの組み合わせを用いることができる。

【0019】

第２旋回機構７は第１旋回機構６の端部に立設された状態で支持されている。第２旋回機構７は第２旋回アクチュエータ１２（図７）を備えており、第２旋回アクチュエータ１２の駆動によってロッドチャック５が矢印Ｎ（図５）で示すようにドリリングセンタ４に対して起倒するように旋回する。旋回は３６０°の範囲で行われるが、図５に示すように少なくとも１８０°の角度で旋回することによりドリリングセンタ４に対する起倒が可能となる。そして、第２旋回機構７が第１旋回機構６から起立動作することによりロッドチャック５がドリリングセンタ４の軸線上に移動する。
第２旋回機構７の第２旋回アクチュエータ１２には、旋回シャフト１７が取り付けられており、この旋回シャフト１７にずれ修正機構８が取り付けられ、ずれ修正機構８に間隔調整機構９が取り付けられている。
なお、第２旋回機構７の第２旋回アクチュエータ１２に代えて、油圧モータ、油圧シリンダ、電動モータ等を用いることができる。

【0020】

このようにロッドチャック５をドリリングセンタ４回りに旋回させる第１旋回機構６及びロッドチャック５を起倒方向に旋回させる第２旋回機構７を設けた構造とすることにより、ロッドチャック５に把持されているボーリングロッド３の姿勢の変更の自由度が増大するため、多様な掘削姿勢に対応したボーリングロッド３の供給が可能となる。

【0021】

ずれ修正機構８は、旋回シャフト１７に取り付けられた修正ピン１８と、修正ピン１８を支持する球面軸受１９と、修正ピン１８（旋回シャフト１７）を両側から挟んで弾性的に支持する修正ばね２０とによって形成されている（図７、図４）。修正ピン１８は第２旋回機構７の旋回シャフト１７と直交する方向に回転可能に設けられ、球面軸受１９は修正ピン１８を挟んだ状態で支持している。修正ばね２０は旋回シャフト１７に取り付けられた状態で間隔調整機構９を弾性的に支持しており、これにより修正ばね２０は間隔調整機構９に取り付けられたロッドチャック５を弾性的に支持する。

【0022】

修正ピン１８はロッドチャック５が図１の矢印Ｓの方向へ移動する自由度を付与し、球面軸受１９はロッドチャック５が矢印Ｔの方向へ移動する自由度を付与する。修正ばね２０はロッドチャック５を前後左右方向（図７、図８の矢印Ｐ方向）に数度程度移動させ、この移動によりドリリングセンタ４の中心線２１に対するロッドチャック５の中心線２２の位置ずれを修正する（図７）。位置ずれの修正の後は、修正ばね２０の弾性力によってロッドチャック５が元に位置に復帰する。
ずれ修正機構８においては、球面軸受１９に代えてユニバーサルジョイントを用いても良い。修正ばね２０としては、ゴムばねはコイルばね或いは油圧シリンダを用いることができる。

【0023】

このようなずれ修正機構８を設けた構造では、ボーリングロッドを把持するロッドチャック５の中心線２２をドリリングセンタ４の中心線２１に位置合わせすることができるため、ボーリングロッド接続時のセンタリングを確実に行うことが可能となる。

【0024】

間隔調整機構９は第２旋回機構７の旋回シャフト１７に取り付けられた支持シャフト２５と、支持シャフト２５に取り付けられたガイドロッド１６と、ガイドロッド１６の軸方向に沿って２段で設けられたばね部材２３とを備えている（図１、図８）。ロッドチャック５はガイドロッド１６の軸方向へ移動可能に取り付けられる。ガイドロッド１６の左右両側にはガイドロッド１６に連結された２本の軸体２４が設けられ、この軸体２４のそれぞれにばね部材２３が２段となって取り付けられている（図８）。すなわち、この実施形態では、２段のばね部材２３がガイドロッド１６の左右に設けられるものである。

【0025】

このような構造の間隔調整機構９は、ドリリングセンタ４に対するロッドチャック５の軸方向の位置（図７、図８の矢印Ｑ方向の位置）をガイドロッド１６と、２段のばね部材２３とによって確保することができる。すなわちロッドチャック５は２段のばね部材２３によって中立位置に支持された状態でガイドロッド１６の軸方向に移動するが、ロッドチャック５が把持しているボーリングロッド３が軸方向上側に引っ張られると、上側のばね部材２３が圧縮し、下側に引っ張られると下側のばね部材２３が圧縮する。これによりボーリングロッド３のねじ接続や切り離しの際にボーリングロッド３のねじが噛み込んだりすることを防止することができ、ねじの破損を防止することができる。間隔調整機構９においては、ロッドチャック５がボーリングロッド３の把持を解除すると、ばね部材２３の弾性力によりロッドチャック５は中立位置に復帰する。
ばね部材２３としては、ゴムばねやコイルばね或いは油圧シリンダを用いることができる。

【0026】

図９は、この実施形態のロッドハンドリング装置１を掘削機２に組み込んだ状態を示している。掘削機２は動力部分を備えた本体部３１と、本体部３１に立ち上がり状に設けたサブリーダー３２とを有している。サブリーダー３２には、ガイドセル３４が連結され、ドリルヘッド３３がガイドセル３４に沿って移動することにより掘削が行われる。ロッドハンドリング装置１はドリリングセンタ４がドリルヘッド３３に対応した位置となるように掘削機２に組み付けられる。

【0027】

図１０は、本発明の別の実施形態のロッドハンドリング装置１Ａを掘削機２に組み付けた状態を示す。ロッドハンドリング装置１Ａにおいては、第２旋回機構７とずれ修正機構８との間に回動アクチュエータ４０が配置されている。回動アクチュエータ４０は第２旋回機構７に取り付けられた状態でずれ修正機構８を支持している。ボーリングロッド３を把持するロッドチャック５はずれ修正機構８及び間隔調整機構９を介して回動アクチュエータ４０に取り付けられる。
回動アクチュエータ４０は矢印Ｗで示すように、３６０°の範囲で回動するアクチュエータであり、回動アクチュエータ４０が回動することによりロッドチャック５が３６０°の範囲で旋回して姿勢が変更される。このため、ロッドチャック５が把持しているボーリングロッド３の姿勢変更が可能となる。これによりロッドチャック５によるボーリングロッド３の補給も可能となる。

【0028】

図１１は、本発明の更に別の実施形態のロッドハンドリング装置１Ｂを示す。間隔調整機構９のガイドロッド１６にロッドチャック５が移動可能に取り付けられるが、この実施形態においては、ロッドチャック５が２つのチャックシリンダ（第１チャックシリンダ４２及び第２チャックシリンダ４３）を備えるものである。それぞれのチャックシリンダ４２、４３にはチャックピース４４、４５が取り付けられており、チャックピース４４、４５によってボーリングロッドの把持が行われる。
２つのチャックシリンダ４２、４３を設けることによりボーリングロッドがアウターロッド及びインナーロッドからなる２重管の場合であっても、一方のチャックシリンダ４２がアウターロッドを把持し、他方のチャックシリンダがインナーロッドを把持することができる。これによりボーリングロッドが２重管の場合にも対応できるメリットがある。

【符号の説明】

【0029】

１ １Ａ １Ｂ ロッドハンドリング装置
２ 掘削機
３ ボーリングロッド
４ ドリリングセンタ
５ ロッドチャック
６ 第１旋回機構
７ 第２旋回機構
８ ずれ修正機構
９ 間隔調整機構
１０ セットプレート
１１ 第１旋回アクチュエータ
１２ 第２旋回アクチュエータ
１３ チャックシリンダ
１４ チャックピース
１５ チャックロッド
１６ ガイドロッド
１７ 旋回シャフト
１８ 修正ピン
１９ 球面軸受
２０ 修正ばね
２１ ドリリングセンタの中心線
２２ ロッドチャックの中心線
２３ ばね部材
２４ 軸体
２５ 支持シャフト
４０ 可動アクチュエータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】