JP2007211403A - 偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】 掘削孔内での掘削土砂の搬送、移動を確保して矩形連続孔を掘削できる矩形連続孔掘削作業機を提供する。
【解決手段】 地上に起立された支持体に回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、下端に掘削ヘッドを有する複数本の掘削作業ロッドを各上端でそれぞれ回転伝達可能に接続して、互に平行に垂下し、
上記各掘削作業ロッドにおける上記掘削ヘッドより上位に遊星歯車装置をそれぞれ取りつけ、
上記遊星歯車装置は、
上記掘削作業ロッドの外周に回転自在に被嵌された太陽歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの太陽歯車と連結された固定太陽歯車と、
上記掘削作業ロッドに固定されたアームに回転自在に軸支され且つ上記固定太陽歯車とかみ合う遊星歯車と、
上記固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比を４：１としたことと、からなり、
上記遊星歯車の軸端に、偏心カッターを該カッターの偏心点において固定した、
偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機。
【選択図】 図２

Description

本願発明は、土留壁等の地中連続壁の掘削造成、地盤改良その他種々の用途に使用される掘削スクリューロッド、掘削撹拌ロッド等の回転掘削作業ロッドを備えた円形縦孔掘削作業機において、その回転掘削作業ロッド下端の掘削ヘッドにより通常の円形孔を先行掘削した後、該円形孔の４コーナー対応部分を掘削して全体として矩形縦孔を掘削する偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機に関する。

従来、例えば土留壁等の地中連続壁の掘削造成には、マストに昇降自在に支持された回転駆動装置の出力軸に、下端に掘削ヘッドを有する３本のスクリューロッドを互に平行に接続してなる３軸スクリュー掘削機が広く使用されている。

しかし、上記の従来機を用いた掘削においては、３軸の各掘削ヘッドにより掘削する円形縦孔を互に隣り同志一部ラップさせて掘削するため、得られた円形縦孔連続孔における円形縦孔同志の接円部に、縦孔全長にわたってクビレが形成され、これが最終的に得られる地中連続壁の止水性を害う欠点となるばかりでなく、地中連続壁内にＨ形鋼等の芯材を建込む場合、芯材を各円形縦孔の位置に建て込まなければならない施工上の制限を受ける難点があった。

そこで、上記のようなクビレ部の無い連続孔を掘削するため、上記３軸スクリュー掘削機において、各スクリューロッドの掘削ヘッドより上の位置に、該スクリューロッドから回転を伝達される大型の減速機をそれぞれ取りつけると共に、４つのクビレ部に対応する位置に、上記減速機から回転を伝達されるサイドカッターをそれぞれ配置し、使用においては、まず、各掘削ヘッドにより隣り同志一部ラップする円形縦孔を掘削し、ついで各サイドカッターの回転により各クビレ部を掘削してほぼ矩形の連続孔を形成するものが提案された。

しかし、後者の従来機では、大型の減速機が広く張り出すと共に、サイドカッターが各クビレ部に対応する位置に保持されるため、これらが矩形連続孔の横断面をほとんど閉塞する状態に占めることとなり、それにより掘削土砂の上方搬送や上下移動を阻害する難点があった。さらに、上記のような従来構造によれば、実際において、３軸スクリューロッドの垂直掘進に支障を招くとの報告がなされている。
特許第３４４３６４９号

本願第１発明は、矩形連続孔の横断面を閉塞することがなく、掘削土砂の搬送、移動を確保しつつ掘削を行うことができる矩形連続孔掘削作業機を提供することを課題とする。

本願第２発明は、装置を簡略化すると共に、掘削土砂の搬送、移動をさらに確実に維持しつつ掘削を行うことができる矩形連続孔掘削作業機を提供することを課題とする。

本願第３発明は、上記第１発明又は第２発明の課題に加え、コーナー部分をアールに掘削するが、全体としてほぼ矩形の縦孔を円滑に掘削することのできる矩形連続孔掘削作業機を提供することを課題とする。

本願第４発明は、上記第１発明又は第２発明の課題に加え、コーナー部分をより鋭角に掘削し、全体として矩形に近似した縦孔を掘削することができる矩形連続孔掘削作業機を提供することを課題とする。

上記課題を解決する手段として、本願第１発明は、
地上に起立された支持体に回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、下端に掘削ヘッドを有する複数本の掘削作業ロッドを各上端でそれぞれ回転伝達可能に接続して、互に平行に垂下し、
上記各掘削作業ロッドにおける上記掘削ヘッドより上位に遊星歯車装置をそれぞれ取りつけ、
上記遊星歯車装置は、
上記掘削作業ロッドの外周に回転自在に被嵌された太陽歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの太陽歯車と連結された固定太陽歯車と、
上記掘削作業ロッドに固定されたアームに回転自在に軸支され且つ上記固定太陽歯車とかみ合う遊星歯車と、
上記固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比を４：１としたことと、からなり、
上記遊星歯車の軸端に、偏心カッターを該カッターの偏心点において固定した、
偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機を提案する。

本願第２発明は、
地上に起立された支持体に回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、下端に掘削ヘッドを有する複数本の掘削作業ロッドを各上端でそれぞれ回転伝達可能に接続して、互に平行の並列状態で垂下し、
上記並列する掘削作業ロッドのうち１本の外側ロッドを除き、他の残りのロッドにおける掘削ヘッドより上位に、遊星歯車装置を取りつけ、
上記遊星歯車装置は、
上記掘削作業ロッドの外周に回転自在に被嵌された太陽歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの太陽歯車と連結された固定太陽歯車と、
上記掘削作業ロッドに固定されたアームに回転自在に軸支され且つ上記固定太陽歯車とかみ合う遊星歯車と、
上記固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比を４：１としたことと、からなり、
上記遊星歯車の軸端に、偏心カッターを該カッターの偏心点において固定した、
偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機を提案する。

本願第３発明は、
上記第１発明又は第２発明における偏心カッターが円形カッターである、請求項１又は２に記載の偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機を提案する。

本願第４発明は、
上記１発明又は第２発明における偏心カッターがアーモンド形であって、その半円部内の長径上に偏心点をおく、請求項１又は２に記載の偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機を提案する。

本願第１発明によれば、遊星歯車装置は簡単な構造で小型であり、しかも、偏心カッターが定位置に止まることなく掘削作業ロッドの回りを公転するものであるから、矩形連続孔の横断面を閉塞することがなく、掘削土砂の搬送、移動を維持することができるのである。

本願第２発明によれば、複数本の掘削作業ロッドのうち外側のロッドに遊星歯車装置及び偏心カッターを取りつけないから、装置を簡略化できると共に掘削される矩形連続孔には、上記外側ロッドにおいて横断面が常に広く開かれており、それにより掘削土砂の搬送、移動がより確実に維持されるのである。

本願第３発明によれば、上記第１発明又は第２発明の効果に加え、円形偏心カッターの自転、公転により矩形縦孔を円滑に掘削し、内壁面の平滑な矩形連続孔を形成することができるのである。

本願第４発明によれば、上記第１発明又は第２発明の効果に加え、アーモンド形の偏心カッター、特にその尖角部によりコーナー部分をより鋭角に掘削することができ、それにより各掘削作業ロッドで矩形に近似した縦孔を掘削することができるから、隣り同志の縦孔を互にわずかにラップさせるだけで足りることとなり、その結果１回に掘削する矩形連続孔の長さを従来より長くすることが可能となり、掘削作業の能率向上に資するのである。

上記第１及び第２発明における「偏心カッター」には、偏心円形カッター、偏心楕円カッター、偏心アーモンド形カッター、その他種々の形状の偏心カッターが含まれる。

第１及び第３発明の実施例
図１において、クローラ（１）の前端部に垂直に支持されたマスト（２）に案内レール（３）、（３）を敷設し、該案内レール（３）、（３）にモータ、減速機等の回転駆動装置が内装された駆動ボックス（４）を上下動自在に支持すると共に、トップシープ（５）から垂下したワイヤロープ（６）により該駆動ボックス（４）を昇降自在に吊支し、この駆動ボックス（４）の下面から突出された３本の出力軸（７）‥に、３本の掘削撹拌ロッド（８）‥を、互に平行の左右並列状態で、その上端部においてそれぞれ接続してある。

上記掘削撹拌ロッド（８）‥は、各ロッド下端に、図１に示すように円形縦孔を掘削すべき通常の掘削ヘッド（９）‥を、隣り同志段違いに且つ円形掘削径が一部重なる状態で、それぞれ取りつけ、又各ロッド（８）‥における掘削ヘッド（９）‥より上位に、３段づつの矩形孔掘削装置（１０）‥、（１０）‥、（１０）‥を適宜上下間隔をあけ且つ隣り同志段違いの状態でそれぞれ取りつけ、さらに各ロッド（８）における矩形孔掘削装置（１０）‥、（１０）‥、（１０）‥の上下間隔内に多数の撹拌羽根（１１）…、（１１）…、（１１）…をそれぞれ取りつけてある。

上記掘削撹拌ロッド（８）‥のうち左右外側のロッド（８）、（８）は正方向に、中間のロッド（８）は逆方向にそれぞれ回転させる。
なお、各掘削撹拌ロッド（８）‥及び掘削ヘッド（９）‥のヘッドロッドに固化液供給管をそれぞれ縦通し、上記駆動ボックス（４）から供給される固化液を上記供給管を経て掘削ヘッド（９）‥下端の吐出口から吐出できるようにしてある。

上記矩形孔掘削装置（１０）‥、（１０）‥、（１０）‥は、遊星歯車装置と偏心カッターからなる実質的に同一構造のもので、その左外側の１つについてみると、図２、３に示すように、平面からみてボス部（１３）からやや細長の中空アーム部（１４）、（１４）を直径方向に延出してなるギヤケース（１２）を、該ボス部（１３）において掘削撹拌ロッド（８）に被嵌し、キー（１５）により固定してあり、このギヤケース（１２）内において、太陽歯車（１６）を、上記ロッド（８）に対してベアリング（１７）、（１７）により回転自在に、又ギヤケース（１２）に対してベアリング（１８）、（１８）により回転自在にそれぞれ支承すると共に、上記太陽歯車（１６）の上端から、上記ロッド（８）を囲む円筒部（１９）をギヤケース（１２）外の上方へ突出し、この円筒部（１９）と、隣りの中間ロッド（８）に取りつけられた矩形孔掘削装置（１０）から上方へ長く突出された円筒部（１９）とを連結板（２０）により連結し、それにより上記太陽歯車（１６）を回転しない固定太陽歯車としてある。

上記ギヤケース（１２）内には、さらに上記固定太陽歯車（１６）を中心として直径方向の相対する位置に、軸（２１）（２２）、（２１）（２２）をそれぞれ回転自在に支持し、一方の軸（２１）、（２１）に、上記固定太陽歯車（１６）とそれぞれかみ合うアイドラー（２３）、（２３）を、他方の軸（２２）、（２２）に、上記アイドラー（２３）、（２３）とそれぞれかみ合う遊星歯車（２４）、（２４）をそれぞれ固定し、これら遊星歯車（２４）、（２４）の軸（２２）、（２２）の各両端部をギヤケース（１２）の上下両面から垂直に突出し、突出端部に偏心カッターをそれぞれ固定してある。なお、上記固定太陽歯車（１６）の中心と軸（２１）、（２２）とは、平面からみて一直線上にある必要はなく、適宜ずれた配置であってもよい。

偏心カッターとして、本例では円板面に多数のビット（２６）…を突設してなる第３発明の偏心円形カッター（２５）を使用し、その円板の偏心点に上記遊星歯車軸（２２）端部を垂直に固定してある。

この場合上記偏心円形カッター（２５）…により矩形孔掘削を行うためには、上記固定太陽歯車（１６）と遊星歯車（２４）、（２４）との歯車比を４：１としてある。

今、掘削撹拌ロッド（８）を回転すれば、ギヤケース（１２）が上記ロッド（８）の軸心を中心として同方向に回転し、それに伴い遊星歯車（２４）、（２４）が同方向へ公転しつつ、固定太陽歯車（１６）とのアイドラー（２３）、（２３）を介してのかみ合いにより自転し、この公転と自転により偏心円形カッター（２５）…が公転しつつ偏心回転を行って、図３に仮想線で示すような４コーナー部分をアールとした略正方形縦孔（Ｐ）を掘削することとなる。

上記正方形縦孔（Ｐ）の一辺は、掘削ヘッド（９）の掘削径とほぼ等しくしてある。

なお、３軸の掘削撹拌ロッド（８）…の矩形孔掘削装置（１０）‥は、平面からみて図３に示すように、隣り同志互に９０度のずれ角度をおいて配置されている。

図２において、（２７）‥は上記ロッド（８）‥にそれぞれ回転自在に被嵌された回転リングで、これら隣り合う回転リング（２７）（２７）、（２７）（２７）をサポート板（２８）、（２８）でそれぞれ連結して、３軸ロッド（８）‥を所定間隔に保持している。

上例の作用を次に説明する。図１の状態において、回転駆動装置の始動により掘削撹拌ロッド（８）‥を回転させ、その回転する掘削ヘッド（９）‥により地盤に掘削を開始する。

各掘削ヘッド（９）‥により隣り同志一部ラップした円形縦孔（Ｑ）‥をそれぞれ先行掘削し、ついで１段目の３軸の偏心円形カッター（２５）…、（２５）…、（２５）…により先行円形縦孔（Ｑ）‥の４コーナー対応部分をさらに外方へ拡大掘削して隣り同志一部ラップした略正方形縦孔（Ｐ）をそれぞれ掘削し、それにより互に連続した矩形連続孔を形成していき、ついでこれらの掘削により得られた掘削土砂を１段目の撹拌羽根（１１）…により撹拌しつつ連続孔内で上下に移動させて混合を行う。

次に、２段目の偏心円形カッター（２５）…、（２５）…、（２５）…により先行の略正方形縦孔（Ｐ）内を同様に修正掘削し、ついで２段目の撹拌羽根（１１）…によりさらに撹拌を行い、次に３段目の偏心円形カッター（２５）…、（２５）…、（２５）…により略正方形縦孔の仕上げ掘削を行う。

３本の略正方形縦孔（Ｐ）‥の連続した所定深さの矩形連続孔（Ｒ）（図３参照）を形成したら、掘削撹拌ロッド（８）‥の下端からセメントミルク等の固化液を孔内に注入し、該固化液と掘削土砂の混合を行いつつロッド（８）‥を地上に引き抜く。これによりソイルセメントの矩形連続壁が形成される。

上記偏心円形カッター（２５）…は、その円板外周面で孔壁に接するから円滑な矩形掘削を行うと共に、円板外周面で孔壁を擦って平滑に仕上げる。

又、図３に示すように、矩形孔掘削装置（１０）、特にギヤケース（１２）と正方形縦孔（Ｐ）内壁面との間に広いスペースを保持し、しかも偏心円形カッター（２５）…が公転して定位置に止まることがないから、撹拌羽根（１１）…による撹拌作用時に掘削土砂を縦孔内でスムーズに上下移動させ、土砂の撹拌混合を十分に行う。

第２発明の実施例
本例は、図４（イ）に示すように３軸のうち左外側及び中間の掘削撹拌ロッド（８ａ）、（８ａ）に矩形孔掘削装置（１０ａ）、（１０ａ）を取りつけるが、右外側のロッド（８ａ）にはそれを取りつけず、他の構造は図１、２、３と実質的に同一とした構成である。

本例の３軸掘削機を用いて長い地中連続壁を形成する場合は、一例として同図（ロ）に示すように、１回目の掘削では、右外側の掘削撹拌ロッド（８ａ）による円形縦孔（Ｑａ）と、中間及び左外側のロッド（８ａ）、（８ａ）による略正方形縦孔（Ｐａ）、（Ｐａ）とで、互に一部ラップした連続孔（Ｒａ）を掘削し、次に２回目の掘削で、左外側のロッド（８ａ）を、１回目の右外側の円形縦孔（Ｑａ）に重複挿入して連続孔（Ｒａ）を掘削し、次に３回目の掘削で、同様に左外側のロッド（８ａ）を２回目の右外側の円形縦孔（Ｑａ）に重複挿入して連続孔（Ｒａ）を掘削する方法をとる。上例の方法によれば、２回目、３回目の掘削においては、前回の円形縦孔（Ｑａ）内に矩形孔掘削装置（１０ａ）を有するロッド（８ａ）を重複挿入して略正方形縦孔（Ｐａ）を掘削していくから、３軸のロッド（８ａ）…がともに垂直掘進を行い易い。

本例による各回の掘削において、３軸ロッドのうち１本のロッド（８ａ）に矩形孔掘削装置（１０ａ）を設けないから、そのロッド（８ａ）と縦孔内壁との間に広いスペースを保持し、それにより撹拌時に掘削土砂の上下移動を活発に行い、それに伴って他の２本のロッド（８ａ）、（８ａ）がわにある掘削土砂の一部を右外側ロッド（８ａ）がわへ誘引し、全体として掘削土砂の上下移動を促進する。

上記掘削撹拌ロッド（８ａ）‥に代え、連続らせん羽根を備える掘削スクリューロッドを使用した場合は、右外側ロッドのスクリューによる掘削土砂の活発な上方搬送が、他のロッドがわの掘削土砂の一部を右外側ロッドがわへ誘引する。

第４発明の実施例
本例は、偏心カッターを尖角部（ｔ）を有するアーモンド形とし、他の構成は図１、２、３と実質的に同一とした例である。

本例のアーモンド形は、半円形とルーロー三角形とを合体させた形状であって、図５（ロ）に示すように、（ｏ）を中心とする半径（ｒ）の半円部（Ａ）と、その半円弧の両端（ａ）及び（ｂ）を中心とする半径（２ｒ）の２本の円弧（ｃ）、（ｄ）からなるルーロー三角形部（Ｂ）とからなる。

上記アーモンド形カッター（２５ｂ）を、遊星歯車の軸（２２ｂ）に固定すべき点は、上記半円の中心（ｏ）から偏心量（ｅ）だけ偏心した長径（Ｙ）上の点である。
その場合、
偏心量（ｅ）＝掘削すべき正方形孔の一辺×０．０６〜０．０７
半円部の半径（ｒ）＝偏心量（ｅ）×１．３〜１．７
とするのが望ましい。
又、本例の場合も、固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比は４：１である。

本例によれば、３軸の掘削撹拌ロッド（８ｂ）‥の回転により、偏心アーモンド形カッター（２５ｂ）…、（２５ｂ）…、（２５ｂ）…が公転しつつ偏心回転を行って、先行円形縦孔（Ｑｂ）‥の４コーナー対応部分にカッターの尖角部（ｔ）により鋭角に切りこんで、正方形に近い縦孔（Ｐｂ）‥に掘削する。

本例によれば、上記のように正方形に近い縦孔を掘削することができるから、隣り合う正方形縦孔（Ｐｂ）、（Ｐｂ）のラップ幅（ｎ）を同図（イ）のように狭くすることが可能となり、それにより正方形縦孔（Ｐｂ）‥からなる矩形連続孔（Ｒｂ）の長さを偏心円形カッターを使用した場合より増大させることができる。

（イ）第１及び第３発明による矩形連続孔掘削撹拌機の正面図である。（ロ）同上側面図である。 図１（イ）における矩形孔掘削装置部分の拡大半切断面図である。 図２の平面図である。 （イ）第２発明による３軸掘削撹拌ロッドの一部の正面図である。（ロ）（イ）の３軸掘削撹拌ロッドを用いた矩形連続孔掘削方法を示す略線図である。 （イ）第４発明による偏心アーモンド形カッターを備える３軸掘削撹拌ロッドの一部省略平面図である。（ロ）偏心アーモンド形カッターのビットを除いた平面図である。

符号の説明

２ マスト
４ 駆動ボックス
８、８ａ、８ｂ 掘削撹拌ロッド
９、９ａ 掘削ヘッド
１０、１０ａ、１０ｂ 矩形孔掘削装置
１２、１２ａ、１２ｂ ギヤケース
１４、１４ａ、１４ｂ 中空アーム部
１６ 固定太陽歯車
２４ 遊星歯車
２５、２５ａ 偏心円形カッター
２５ｂ 偏心アーモンド形カッター

Claims (4)

1. 地上に起立された支持体に回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、下端に掘削ヘッドを有する複数本の掘削作業ロッドを各上端でそれぞれ回転伝達可能に接続して、互に平行に垂下し、
   上記各掘削作業ロッドにおける上記掘削ヘッドより上位に遊星歯車装置をそれぞれ取りつけ、
   上記遊星歯車装置は、
   上記掘削作業ロッドの外周に回転自在に被嵌された太陽歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの太陽歯車と連結された固定太陽歯車と、
   上記掘削作業ロッドに固定されたアームに回転自在に軸支され且つ上記固定太陽歯車とかみ合う遊星歯車と、
   上記固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比を４：１としたことと、からなり、
   上記遊星歯車の軸端に、偏心カッターを該カッターの偏心点において固定した、
   偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機。
2. 地上に起立された支持体に回転駆動装置を昇降自在に支持し、該回転駆動装置に、下端に掘削ヘッドを有する複数本の掘削作業ロッドを各上端でそれぞれ回転伝達可能に接続して、互に平行の並列状態で垂下し、
   上記並列する掘削作業ロッドのうち１本の外側ロッドを除き、他の残りのロッドにおける掘削ヘッドより上位に、遊星歯車装置を取りつけ、
   上記遊星歯車装置は、
   上記掘削作業ロッドの外周に回転自在に被嵌された太陽歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの太陽歯車と連結された固定太陽歯車と、
   上記掘削作業ロッドに固定されたアームに回転自在に軸支され且つ上記固定太陽歯車とかみ合う遊星歯車と、
   上記固定太陽歯車と遊星歯車との歯車比を４：１としたことと、からなり、
   上記遊星歯車の軸端に、偏心カッターを該カッターの偏心点において固定した、
   偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機。
3. 上記偏心カッターが円形カッターである、請求項１又は２に記載の偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機。
4. 上記偏心カッターがアーモンド形であって、その半円部内の長径上に偏心点をおく、請求項１又は２に記載の偏心回転カッター式矩形連続孔掘削作業機。
   
   

Images