具体实施方式

以下，参考附图来说明本发明的实施方式。另外，以下说明的实施方式表示实施本发明时的一个示例，本发明并不限定于以下说明的具体构成。在实施本发明时，可以适当地采用与实施方式相应的具体构成。另外，本实施方式的压桩装置以完成施工的桩(完成桩)为反作用力，使完成桩的头部自行移动而依次压入桩。通过这种施工方法，能够向硬质地面或混凝土结构物等地下结构部进行压入施工，并且无需临时桥墩，从而能够缩短工期，实现环保施工。

图1是表示包括本实施方式的压桩装置1及动力单元2的压桩系统3的整体构成的侧视图。

本实施方式的压桩装置1包括夹头5，该夹头5用于夹持桩4并使其旋转，从而一边旋转桩4一边将其压入地面。夹头5相当于本发明的旋转机构。本实施方式的夹头5由相当于本发明的电动机的电动电机6提供旋转用驱动力。电动电机6的一个示例为，经逆变器控制，控制供电的频率、电压、及电流的至少一个，从而控制旋转输出(旋转扭矩、转速)。

此外，夹头5通过升降缸7而上下移动。升降缸7相当于本发明的升降机构，是利用油压工作的油压装置(油压驱动装置)。

本实施方式的动力单元2包括：控制单元8，其用于控制电动电机6；及电动油压单元9，其用于向升降缸7等油压装置供给工作油。控制单元8具备逆变器装置10，该逆变器装置10用于控制电动电机6的旋转扭矩等。此外，电动油压单元9具备油压泵11(油压产生装置)，该油压泵11用于向升降缸7等油压装置供给工作油，该油压泵11由电动电机12驱动。另外，工作油贮存在电动油压单元9具备的工作油箱13中。

压桩系统3具备的上述电动电机6、12均通过电源缆线从商用电源供电。

在此，以往的压桩系统3使用内燃机(所谓的发动机)作为油压泵11的驱动装置，但内燃机会产生废气，对环境造成负担。另一方面，本实施方式的动力单元2如上所述使用作为电动机的电动电机12来代替内燃机，因此不会产生废气，从而可减轻环境负担。

进而，本实施方式的动力单元2中，通过电动电机6驱动夹头5，相比用油压电机驱动夹头5的情况，贮存工作油的工作油箱13需要的容量小。此外，电动电机12比内燃机小型且更轻。因此，本实施方式的动力单元2比以往小型。

进而，如后续详细说明的那样，通过将夹头5的驱动装置设为电动电机6，从而夹头5的旋转输出能够高度电气输出。即，用油压电机驱动夹头5时，为了使夹头5提高输出，需要同时增加油压电机的台数、向油压电机供给工作油的动力单元2的台数(参考图9)。另一方面，像本实施方式的压桩系统3那样，通过将夹头5的驱动装置设为电动电机6，从而无需增加动力单元2的台数就能使夹头5的旋转输出高输出化。

像这样，本实施方式的压桩装置1(压桩系统3)利用电动机驱动多个驱动构件的一部分，利用油压装置驱动其他的驱动构件。即，本实施方式的压桩装置1中，驱动构件为夹头5时，电动机是驱动夹头5旋转的电动电机6。此外，其他的驱动构件为升降缸7时，用于驱动的油压装置为油压泵11。此外，本实施方式的压桩系统3中，驱动构件为动力单元2具备的油压泵11时，电动机是用于驱动油压泵11的电动电机12。

接着，同时参考图2来详细说明本实施方式的压桩装置1的构成。图2是俯视观察图1所示的压桩装置1的俯视图。

如上所述，压桩装置1从完成桩4B(反作用力桩)获得反作用力而将规定长度的钢管组成的压入桩4A压入到规定位置(参考图1)。压桩装置1例如用于在一个方向排列打入多个桩4、4、···的护岸工程、护墙工程。被压桩装置1压入的压入桩4A由可移动地设置在压桩装置1附近的起重机(省略图示)悬吊。另外，以下说明中，桩4之中，被压桩装置1压入的桩设为压入桩，使用符号4A表示，已打入的桩设为完成桩，使用符号4B表示，由后述夹持器23夹持的完成桩4B称为反作用力桩。

压桩装置1包括：夹头5，其将具有圆管形状的压入桩4A可装卸地夹持；桅杆20，其将夹头5以可在上下方向y上相对移动的方式支撑；及鞍座21，其将桅杆20以可在前后方向x1上相对移动的方式支撑。压桩装置1通过桅杆20的移动而在排列多个的完成桩4B上沿着排列方向移动(自行移动)。另外，动力单元2与压桩装置1一起在完成桩4B上移动。

鞍座21包括鞍座主体22、及从鞍座主体22垂下的多个(图1示例中为三个)夹持器23。夹持器23构成为，在插入到完成桩4B的上端2a的内侧的状态下，利用未图示的油压气缸而从内侧保持及释放完成桩4B。

桅杆20包括：板状的滑动框架24，其设置在鞍座主体22上；桅杆基部26，其经由旋转部25设置在滑动框架24上；及上下轨道部27，其设置在桅杆基部26的前端。桅杆基部26设为能够绕着以旋转部25的上下方向y为中心的旋转轴旋转。

上下轨道部27沿着上下方向y延伸。上下轨道部27的前侧嵌合有自由上下移动的夹头5。桅杆20的下端设置有从左右方向x2的两侧向前方突出的桅杆臂部28、28。

夹头5包括夹头主体30(参考图1)、及将夹头主体30可旋转地支撑的夹头框架31。如图2所示，夹头主体30具有能在上下方向y将压入桩4A插入的插入孔。夹头框架31设置有一对升降缸7(7A、7B)，其前端分别固定在桅杆20的一对桅杆臂部28。夹头框架31通过升降缸7的伸缩而沿着上下轨道部27在上下方向y自由滑动地嵌合。

一对升降缸7配置为杆的伸缩方向朝向上下方向y，杆前端固定在桅杆臂部28的突出端。因此，升降缸7的杆从伸长状态收缩时，夹头框架31及夹头主体30经由升降缸7向下移动，从而使被夹头主体30夹持的压入桩4A朝向下方向压入的方向移动。像这样，升降缸7经由夹头框架31作用于夹头主体30而对夹头主体30提供用于将压入桩4A压入的推进驱动力。另外，夹头框架31的内部设置有用于检测压入桩4A的行程的行程传感器(省略图示)。

如图2所示，夹头主体30是可旋转地支撑在夹头框架31内，且为用于夹持压入桩4A的部分。夹头主体30的内部具备多个夹头爪35。夹头主体30利用夹头爪35从外周侧按压压入桩4A，从而夹持压入桩4A，并相对于夹头框架31旋转。

夹头主体30的外周固定有夹头旋转齿轮36。在夹头旋转齿轮36的周围，可旋转地支撑在夹头框架31上的多个(图2示例中为8个)驱动齿轮37A～37H与夹头旋转齿轮36啮合。驱动齿轮37A～37H分别由电动电机6A～6H驱动旋转。电动电机6A～6H分别在驱动齿轮37A～37H的上方固定于夹头框架31，驱动齿轮37A～37H也可旋转地固定于夹头框架31。

另外，以下将驱动齿轮37A～37H统称为驱动齿轮37，将电动电机6A～6H统称为电动电机6。

具有这种构成的压桩装置1利用电动电机6对驱动齿轮37进行旋转驱动，从而夹头主体30经由夹头旋转齿轮36而旋转，由此，被夹头主体30夹持的压入桩4A旋转。像这样，电动电机6及驱动齿轮37经由夹头旋转齿轮36作用于夹头主体30，向夹头主体30提供用于将压入桩4A压入的旋转驱动力。

此外，本实施方式的压桩装置1为了防止电动电机6过热而包括用于冷却电动电机6的冷却机构。如图3所示，本实施方式的冷却机构是冷却配管41，电动电机6通过其周围配置的冷却配管41内流动的冷却液而被冷却。此外，本实施方式的冷却液的一个示例为水(以下“冷却水”)，但并不限定于此，也可以是防冻液等。

冷却配管41利用冷却水对电动电机6及与电动电机6的旋转轴连结的减速器42进行冷却。如图3的箭头所示，本实施方式的冷却配管41配置为，冷却水冷却电动电机6之后冷却减速器42。根据该构成，减速器42比电动电机6更耐温升，从而可以有效冷却电动电机6及减速器42。

另外，用于将冷却水冷却的散热器、输送冷却水的冷却用电动泵等例如与压桩装置1分开设置在现场，从现场设置的大容量箱向电动电机6及减速器42输送冷却水。

更具体来说，大容量箱内的水(冷却水)通过冷却用电动泵而被输送至安装在桅杆20上的配管，经由桅杆20与夹头5的交接配管而输送至设置于夹头5上部的歧管块(以下称为“上游侧歧管块”)。该上游侧歧管块具有泄压功能，用于保护冷却配管41。并且，上游侧歧管块向各电动电机6配置的冷却配管41分支，从而向各电动电机6及减速器42输送冷却水。冷却各电动电机6及减速器42的冷却水经由下游侧歧管块，再经由桅杆20上的配管返回大容量箱。

此外，大容量箱内的冷却水也兼做将桩4压入地面时从桩4的前端喷出的水。由此，本实施方式的压桩装置1能够有效地利用冷却水。

接着，详细叙述本实施方式的压桩装置1的控制。图4是表示本实施方式的压桩系统3的控制系统、电力系统、及油压动力系统的概略图。

压桩装置1包括负责压桩系统3的控制的综合控制盘50。综合控制盘50相当于本发明的控制机构。

本实施方式的综合控制盘50主要是使电动电机6(电动机)与升降缸7(油压装置)联动而进行控制的控制装置。由此，本实施方式的压桩系统3实现油压装置与电动机的最佳控制，因此，即使为了向驱动构件(例如夹头5)提供驱动力而电动机与油压装置混合存在，也能实现高效施工。

另外，综合控制盘50基于操作人员用操作盘51设置的载荷、扭矩的设定值来控制压桩装置1。操作盘51由操作人员持有，通过无线通信而与综合控制盘50之间收发设定值等信息。

动力单元2具备的控制单元8与综合控制盘50通过电气系统控制线52A连接以进行信息的输入输出。此外，控制单元8与电动电机6通过电力线52B连接，通过逆变器控制而从控制单元8向电动电机6供电。

动力单元2具备的电动油压单元9与综合控制盘50通过油压系统控制线53A连接以进行信息的输入输出。此外，电动油压单元9与桅杆20连接有供油线53B，从电动油压单元9向桅杆20供给工作油。

桅杆20上设置有升降油压控制阀54及旋转油压控制阀55。升降油压控制阀54、旋转油压控制阀55上，设置有与供油线53B对应的连接口。另外，升降油压控制阀54及旋转油压控制阀55的一个示例为电磁阀。

升降油压控制阀54响应于综合控制盘50的控制信号来打开或关闭，以控制工作油从电动油压单元9向升降缸7的供给。另一方面，本实施方式的旋转油压控制阀55并不连接电动油压单元9。旋转油压控制阀55在油压电机驱动夹头5时使用，本实施方式的压桩装置1通过电动电机6驱动夹头5，因此没有油压电机。

另外，压桩系统3中还设置有回油线、泄露回油线，所述回油线使从电动油压单元9供给至压桩装置1的油压装置的工作油返回到电动油压单元9，所述泄露回油线使油压装置泄露的工作油返回到电动油压单元9。

此外，在压桩装置1设置有状况检测部56。状况检测部56例如检测夹头5的旋转以外的状况数据，并将其发送给综合控制盘50。状况数据例如是供给到升降缸7的工作油的油压、表示压桩装置1的姿势的机械姿势、表示夹持器23对完成桩4B的夹持状态的夹持器安全状态等。

此外，各电动电机6的内部设置有温度传感器57，将温度传感器57检测到的温度信息发送给综合控制盘50。电动电机6的温度例如会根据旋转输出、扭矩负载率发生变动。另外，温度传感器57的一个示例为电阻式温度检测器，但并不限定于此，也可以是热电偶等其他传感器。这样，综合控制盘50监视电动电机6的温度变化，并基于温度传感器57的检测温度，检测电动电机6的故障、水冷系统的故障等意外情况。

接着，同时参考图5来详细说明本实施方式的综合控制盘50的功能。图5是表示压桩系统3的控制系统的框图。图5所示的(1)～(8)对应于在各构成间输入输出的信息的下述(1)～(8)。

(1)从控制单元8到综合控制盘50：输出电动电机6的旋转输出信息(实时输出、扭矩的合计值(多个电动电机的合计值)、平均值、异常监视信息、电动电机6的电压值、电流值等)。

(2)从电动电机6到综合控制盘50：输出电动电机6的温度信息。

(3)从状况检测部56到综合控制盘50：输出供给到升降缸7的工作油的油压、压桩装置1的机械姿势、夹持器安全状态等。

(4)从综合控制盘50到控制单元8：通过由综合控制盘50计算压桩装置1的压入载荷、拔出载荷，从而算出设定扭矩(旋转扭矩信号)，基于算出的设定扭矩向控制单元8输出逆变器指令。逆变器指令包含升压、电动电机的停止等。

(5)从综合控制盘50到升降油压控制阀54：阀的开闭信号。例如，当旋转扭矩达到规定值以上时输出阀关闭信号。

(6)从电动油压单元9到综合控制盘50：输出表示工作油的当前压力、流量等的工作油状态信号。

(7)从综合控制盘50到电动油压单元9：输出工作油的压力控制请求信号。收到压力控制请求信号后，电动油压单元9控制工作油的压力、流量。

(8)从综合控制盘50到电动泵控制部58：基于电动电机6的温度信息，输出表示冷却水的流量的流量信号。电动泵控制部58控制冷却用电动泵59以基于流量信号的流量输送冷却水。

如上述(1)～(8)所示，综合控制盘50中输入有表示桩4的压入载荷、拔出载荷、机械姿势、夹持器安全状态、电动电机6的温度、工作油状态等压桩系统3的机械状态的各种信息。并且，综合控制盘50以符合操作人员用操作盘51任意设置的值(载荷、扭矩)的方式自动控制机械状态。另外，综合控制盘50通过控制电动油压单元9的泄压压力来控制载荷，并通过控制控制单元8的逆变器指令来控制扭矩。此外，除了(1)～(8)所示的数据以外，视需要在各构成部间进行错误信号、异常信号等信号的输入输出。

以下，详细说明本实施方式的综合控制盘50的各种控制。

综合控制盘50基于将由夹头5夹持的桩4压入时的电动电机6的旋转输出，来控制升降缸7使夹头5的上下移动。本实施方式控制旋转输出的一个示例为控制旋转扭矩，但并不限定于此，也可以基于转速、或旋转扭矩与转速的组合来进行控制。此外，在本实施方式中，夹头5旋转被用作升降缸7使夹头5下降的触发。即，在夹头5不旋转的状态下，升降缸7不会使夹头5下降。另外，当夹头5未夹持桩4时，升降缸7可下降或上升夹头5，以进行夹头5的位置确认等。

在此，对将桩4压入时的扭矩的算出进行说明。

首先，从综合控制盘50输入到控制单元8的旋转扭矩信号(逆变器指令：频率、电压的设定值)相当于桩4从地面受到的力的总量。并且，桩4的周面部与桩4的前端部产生的扭矩的比率根据地面条件而不同。该扭矩的比率例如可根据压入桩4时的夹头5的旋转扭矩(以下称为“压入时旋转扭矩”)与拔出桩4时的夹头5的旋转扭矩(以下称为“拔出时旋转扭矩”)的差进行推断。压入时旋转扭矩是桩4的周面部产生的扭矩与桩4的前端部产生的扭矩的合计，拔出时旋转扭矩是桩4周面部产生的扭矩。因此，桩4的前端部产生的扭矩可根据压入时旋转扭矩与拔出时旋转扭矩的差进行计算。并且，可根据桩4的前端部产生的扭矩的上升率或下降率等，获得地面的深度方向上的地面信息。

像这样，电动电机6的旋转输出反映压入桩4的地面信息。因此，压桩系统3基于电动电机6的旋转输出来控制升降缸7使夹头5的上下移动，从而能实现高效施工。并且，本实施方式的压桩系统3通过将桩4的压入力、拔出力、旋转扭矩的实测数值相关联而推断地面状态，从而可通过夹头5的最佳上下行程及旋转输出而进行自动运行。

此外，本实施方式的综合控制盘50基于对电动电机6的逆变器指令来计算电动电机6的旋转输出(在本实施方式中的旋转扭矩)。由此，能够容易地把握电动电机6的旋转输出，换言之能够容易地把握地面信息。

进而，本实施方式的综合控制盘50还进行过载保护，当电动电机6的旋转输出达到规定值时，停止升降缸7对夹头5的下降动作(以下称为“夹头下降动作”)。

具体说明本实施方式的过载保护。首先，操作人员通过操作盘51设定旋转扭矩的上限即上限扭矩。然后，通过升降缸7使夹持桩4的夹头5向压入方向下降。通过夹头下降动作继续进行桩4的旋转压入，压入力因地面对桩4的前端部的阻力而上升时，电动电机6的旋转扭矩相应地上升。当旋转扭矩达到上限扭矩时，综合控制盘50停止夹头5的下降操作、即停止升降缸7的动作。由此，可防止桩4的前端焊接的钻头(爪)因过大的地面阻力而损坏。另外，停止升降缸7的动作为，综合控制盘50向升降油压控制阀54输出阀关闭信号，并向电动油压单元9输出油压泵11及电动电机12的停止信号。

此外，本实施方式的综合控制盘50根据电动电机6的负载状态来控制电动电机6的旋转输出。电动电机6的负载状态的一个示例为，根据从逆变器装置10向电动电机6输出的电流的值(电流值)进行判定。更具体来说，实际向电动电机6输出的电流值(以下称为“实际电流值”)与作为电流值上限而预先规定的上限电流值的差为负载状态，该差越小则负载状态越高。

即，综合控制盘50通过实时监视电动电机6的负载状态，利用逆变器控制将常用扭矩暂时过度增加(以下称为“扭矩升压”)，来进行旋转桩4的控制、根据负载状态进行限制扭矩的控制。如果扭矩升压在电动电机6的输出(总转速与扭矩值的乘积)内，就将扭矩提高到额定值(100％)以上。

在此，参考图6来说明扭矩升压。图6是表示油压电机与电动电机的旋转特性的曲线图，6(a)表示油压电机的旋转特性，6(b)表示电动电机的旋转特性。如图6(a)所示，油压电机在旋转扭矩为100％时执行油压泄压控制，使工作油的流量为0而停止旋转。另一方面，如图6(b)所示，即使扭矩为100％时电动电机仍然可能会输出与输出线的交点处的转速，进而可能通过扭矩升压进行100％以上的输出。即，即使增加桩4的压入力，油压电机会在达到设定扭矩(扭矩100％)前降低转速，因此无法实现扭矩升压。另一方面，电动电机无需停止旋转就能实现扭矩升压。因此，电动电机能够设置在油压电机中无法实现的100％(额定)以上的扭矩。

因此，综合控制盘50根据电动电机6的负载状态，即在电动电机6的负载有余量时进行扭矩升压而暂时增大旋转扭矩，从而可实现高效施工。另外，因电动电机6的负载变大，因此仅在短时间内执行扭矩升压。

此外，综合控制盘50在电动电机6的负载状态过大时，进行降低电动电机6的旋转输出的控制。不仅可根据实测电流值与上限电流值的差判定负载状态过大的情况，还可以在电动电机6的温度达到规定值以上时判定负载状态过大的情况。

此外，在通常的控制中，冷却水以恒定流量均匀流向各电动电机6，但本实施方式的综合控制盘50也可以根据电动电机6的旋转输出或负载状态来控制冷却水的冷却量。即，综合控制盘50以电动电机6的旋转输出越大或负载状态越高则冷却水的流量越大的方式，向电动泵控制部58输出控制信号。

进而，综合控制盘50在设置于各电动电机6的温度传感器57检测到规定值以上的温度时设为高负载状态，以增加冷却水流量的方式向电动泵控制部58输出控制信号。

此外，本实施方式的压桩装置1可根据地面状态更换夹头5。图7是表示本实施方式的压桩装置1更换夹头5的构成图。另外，本实施方式的压桩装置1中，包括夹头5、升降缸7等在内的构成(以下称为“夹头ASSY”)可根据地面状态进行更换。

图7所示的夹头ASSY60A为油压标准旋转规格，通过油压电机61使夹头5旋转。此外，夹头ASSY60B为油压高输出旋转规格，通过增加油压电机61的台数使其多于夹头ASSY60A，而使夹头5以高输出旋转。夹头ASSY60C是通过本实施方式的电动电机6使夹头5旋转的电动高输出旋转规格。

使用夹头ASSY60A或夹头ASSY60B时，经由旋转油压控制阀55连接供油线53B与油压电机61，从电动油压单元9向油压电机61供给工作油。

另外，油压高输出旋转规格的夹头ASSY60B在桅杆20上安装有箱，该箱包含与增加的油压电机61对应的旋转油压控制阀55、及用于中继从各油压电机61输入的各种信息并将其输出到综合控制盘50的中继控制盘。

此外，电动高输出旋转规格的夹头ASSY60C在桅杆20上安装有收束构件62，该收束构件62用于将供冷却电动电机6的冷却水流通的冷却配管41、及向升降缸7供给工作油的油压配管的吊架成为一体。由此，在使用电动高输出旋转规格的夹头ASSY60C时，也利用收束构件62收束冷却配管41与油压配管，从而进行高效更换作业。

以上，使用上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式记载的范围。可在不脱离发明主旨的范围内对上述实施方式施加多种变更或改良，且施加变更或改良后的形态也包含于本发明的技术范围内。

(变形例)

本变形例将电动电机6的冷却机构设为外部风扇型。即，本变形例的电动电机6通过空气冷却进行冷却。图8是本变形例的电动电机6的冷却机构的概略构成图，电动电机6的冷却机构为设置在电动电机6上的风扇65。

图8的示例中，风扇65设置在电动电机6的上方，风扇65的旋转轴65A与电动电机6的旋转轴6A直接连接。由此，风扇65从电动电机6获得驱动力，从而可通过简单构成冷却电动电机6。另外，图8中，电动电机6与减速器42经由基座66而连结，但这只是一个示例，电动电机6与减速器42也可以不通过基座66而连结。

本变形例中，从风扇65送风可冷却电动电机6的下方。此外，多个风扇67沿着电动电机6的高度方向、即送风方向设置在电动电机6的表面。由此，电动电机6的表面积增大，故空气冷却的冷却效果得到提升。另外，本变形例的减速器42是通过配置冷却配管41而利用冷却水进行冷却，但并不限定于此，如果风扇65的能力足够，也可以通过空气冷却进行冷却。像这样，本变形例通过空气冷却来冷却电动电机6，从而能以简单构成冷却电动机。

此外，风扇65也可以与电动电机6的旋转轴6A独立地设置。风扇65的旋转轴65A连结于电动电机6的旋转轴6A时，风扇65的冷却量取决于电动电机6的转速，难以控制风扇65的冷却量。因此，当风扇65的旋转轴65A不连结电动电机6的旋转轴6A时，可以控制风扇65的冷却量而不会受到电动电机6的转速制约。

即，综合控制盘50根据电动电机6的旋转输出或负载状态，来控制与电动电机6的旋转轴6A独立的风扇65的冷却量。更具体来说，综合控制盘50根据电动电机6的旋转输出或负载状态，来控制用于使风扇65旋转的电机(以下称为“风扇驱动电机”)的转速。例如，综合控制盘50以电动电机6的旋转输出越大或电动电机6的负载状态越高，则风扇65的转速越高的方式控制风扇驱动电机。由此，压桩系统3能够有效地冷却电动电机6。

符号说明：

1 压桩装置；

5 夹头(旋转机构)；

6 电动电机(电动机)；

7 升降缸(油压装置)；

11 油压泵(油压产生装置)；

20 桅杆；

41 冷却配管(冷却机构)；

42 减速器；

50 综合控制盘(控制机构)；

61 收束构件；

65 风扇(冷却机构)。