JP2002097883A - 地盤穿孔装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】騒音発生の少ない、改良された回転掘削方式の
地盤穿孔装置の提供。 【解決手段】穿孔機械１の固定フレーム２に設けられる
地盤穿孔装置３で、この固定フレーム２に進退自在に移
動する走行フレーム６を設け、この走行フレーム６に地
盤に進退自在な穿孔工具１１を支持する工具支持部材２
１と、この工具支持部材２１を回転させる回転駆動装置
４と、前記工具支持部材に軸方向の起振力を往復振動力
として付与する起振装置５と、この起振装置の一端に前
記工具支持部材の後端部を回転自在に結合する結合手段
４７，４８とを設け、屈曲自在に変形する防振体６２，
６８を前記走行フレーム６と前記起振装置５の間に設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤穿孔装置に関
する。更に詳しくは、穿孔機械に設置されるもので、穿
孔工具に軸線方向に起振力を与えながら回転掘削する方
式の改良された地盤穿孔装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤改良等の土木工事においては、表土
に水平、傾斜あるいは垂直に穴を掘削している。この掘
削は、土に振動を加えると土を構成する土粒子間の結合
が一時的かつ急激に低下し、砂質土においては流化現象
を起こし、また粘性土では鋭敏化現象を起こすことを利
用している。このように振動を利用する工法では、穿孔
装置に対する土の抵抗をいかに軽減するかまた騒音を軽
減するかに考慮すべきポイントがある。振動を加えた場
合の土の性質、穿孔装置の形状等、偏心モーメント、振
動数、重量等に影響を受ける起振力、振幅、振動加速度
といった条件に左右される。

【０００３】これらの技術条件を考慮して従来の穿孔装
置には、例えばビット（穿孔工具）に回転掘削力を与え
るものや、軸線方向に衝撃力を与えるもの等がある。さ
らに、掘削効率を上げるため、回転式および衝撃式のも
のを組み合わせ、掘削ドリルに回転と衝撃荷重を加える
穿孔装置も提案されている。しかし、従来の穿孔装置は
どちらかというと、衝撃を発生させながら行うものが多
く、そのため騒音が大きく、特に住宅地に隣接した地域
での掘削には問題を抱えていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の問題点を
解決するため、同一出願人は、特許第２５２７６７４号
を提案している。この発明は、上記特許の技術内容にさ
らに問題点を解決するための改良技術を加えたものであ
る。特に垂直に地盤を穿孔する場合、振動を発生させる
部分を安定した支持のもとに穿孔を行う必要がある。ま
た起振させる際に騒音を発生させないようにすることも
必要である。本発明は上述のようなことを考慮し、次の
目的を達成するものである。

【０００５】本発明の目的は、衝撃力を利用するもので
はあるが、回転衝撃式に近い掘削効率を得られ、しかも
大きな騒音の発生がなく、穿孔装置に無駄な振動を与え
ることなく有効に衝撃力を与える地盤穿孔装置を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の地盤穿孔装置
は、穿孔機械の固定フレーム上に搭載され、地盤に対し
進退自在に移動可能でかつ回転、起振力を与えられ掘削
する穿孔装置であって、地盤に対し前記固定フレーム上
を進退自在に移動可能な走行フレーム体と、この走行フ
レーム体に回転自在且つ回転軸線方向に移動に支持され
先端に穿孔工具を取り付ける工具支持部材と、前記走行
フレーム体に設けられ前記工具支持部材に回転力を付与
するための回転駆動装置と、前記走行フレーム体に設け
られ前記工具支持部材に軸線方向の起振力を往復振動力
として付与するための起振装置と、この起振装置の端部
に前記工具支持部材の後端部を回転自在に結合する連結
手段と、一端が前記起振装置に固定され他端が前記走行
フレーム体に固定され、前記起振装置が軸方向に振動す
るとき屈曲自在に変形する防振体とで構成されているこ
とを特徴としている。

【０００７】また、前記防振体の中心線が交差する位置
に前記起振装置が位置させると良い。この装置の前記防
振体は、弾性体であればゴムであってもよく、バネであ
ってもよい。さらに、前記走行フレーム体に前記防振体
を支持するための防振支持体を設けてもよい。さらに、
前記起振装置の一端が軸方向移動可能に案内される案内
部材を、前記走行フレーム体に設けてもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］以下、本発明の
実施の形態１を図面に従って説明する。図１は、本発明
の地盤穿孔装置を搭載した穿孔機械１の全体正面図であ
る。穿孔機械１はキャタピラで走行できるタイプのもの
であり、足場が悪い凹凸のある地面であっても移動がで
き、どの場所においても地盤改良等の工事を行うことが
できる。

【０００９】穿孔機械１において、地面に対し垂直にな
っている固定フレーム２に、本発明の地盤穿孔装置３が
上下方向移動自在に搭載されている。この固定フレーム
２は、垂直方向のみならず水平方向等を含めて任意の角
度に向きを変えることができる。従って、地盤穿孔装置
３も向きを変え穿孔することができる。

【００１０】図２は、本発明の地盤穿孔装置３の詳細構
造を示した断面図である。本発明を適用した穿孔装置の
基本構造は、同一出願人の特許第２５２７６７４号に詳
細が記載されているので、詳細の構造説明は省略する。
この地盤穿孔装置３は、回転駆動装置４と起振装置５と
を含んでいる。地盤穿孔装置３は、固定フレーム２上を
上下方向に移動自在に搭載されている。この地盤穿孔装
置３は、固定フレーム２に直接跨って案内される走行フ
レーム６の上載板６ａに回転駆動装置４が固定されてい
る。

【００１１】走行フレーム６は、複数のローラを介して
固定フレーム２に走行自在となっている。起振装置５は
走行フレーム６の上載板６ａに、複数の支持部材を介し
て支持されている。この各支持部材は頂部に球状部材を
有し（図示せず）、起振装置５を支持している。即ち、
球状部材は起振装置５を単に支えているだけである。

【００１２】走行フレーム６は駆動モータからスプロケ
ットを介して駆動されるフィードチェーンによって走行
し（図示せず）、これにより、地盤穿孔装置３全体が掘
削進行方向前後に移動し、ボーリングロッド（穿孔工
具）１１の地盤への送りおよび引き抜きが行われる。固
定フレーム２は、前述どおり掘進角度が可変になってい
る。図１のＡは水平状態を、Ｂは傾斜状態を示してい
る。

【００１３】この固定フレーム２は穿孔機械１にリンク
で連結しており、油圧シリンダーの作動で回動する。ま
た、この固定フレーム２は、掘削作業中は動かないが、
掘削準備中に油圧シリンダーの作動によって移動し、地
表面に対して接離自在となっている。なお、垂直に掘削
するときは、起振装置５の重量やボーリングロッド１１
の重さで地中に加圧されるので、フィードチェーンによ
る送りをしなくてもよい。ボーリングロッド１１はガイ
ドによって支持され案内される。

【００１４】回転駆動装置４については、特許第２５２
７６７４号に詳細が説明されている。その構成は次のと
おりである。主軸ハウジング１５内に内歯１６および外
歯１７を有するリングギア１８がベアリングを介して回
転自在に収容されている。主軸を構成するシャンクロッ
ド（工具支持部材）２１が主軸ハウジング１５を貫通し
て配置され、このシャンクロッド２１はリングギア１８
の内歯１６に嵌合するスプライン２２を有し軸線方向に
移動自在となっている。

【００１５】主軸ハウジング１５には複数の駆動モータ
２４が固定され、各出力軸２５が主軸ハウジング１５内
に突入している。この出力軸２５の先端に設けられたピ
ニオン２６がリングギア１８の外歯１７と噛み合い、シ
ャンクロッド２１が回転駆動される。次に起振装置５に
ついて説明する。起振装置５は、ロータハウジング３３
を有している。ロータハウジング３３の下端両側にガイ
ドの上載板６ａと係合する垂下片が設けられている。
（図示せず）起振装置５はガイドに沿って、即ち、シャ
ンクロッド２１の軸線と平行な方向に変位自在に搭載さ
れている。

【００１６】ロータハウジング３３には２つの軸３５，
３６が、シャンクロッド２１の軸線と交叉する方向にラ
ジアルベアリングを介して支持されている。ロータハウ
ジング３３の上面に駆動モータが設けられ、その出力軸
は一方の軸に挿入されキーで連結されている。軸には互
いに噛み合う平歯車がキーで連結され、駆動モータによ
る軸の回転が平歯車を介して軸に伝達される（図示せ
ず）。

【００１７】軸３５には、キー４２によって回り止めさ
れた略半円形の円板からなる１枚の偏心ロータ４３が保
持部材およびボルトを介して保持されている。軸３６に
は偏心ロータ４３と同様な２枚の偏心ロータ４４が同様
の手段により保持されている。偏心ロータ４３は偏心ロ
ータ４４の２倍の質量を有している。即ち、軸３５，３
６には全体として等しい質量の偏心ロータがそれぞれ設
けられている。

【００１８】偏心ロータ４３，４４は互いに逆方向に同
時に回転される。しかも、両偏心ロータ４３，４４は、
一方の偏心ロータ４３の重心Ｇとその回転中心とを結ぶ
線がシャンクロッド２１の軸線と平行になったとき、他
方の偏心ロータ４４の重心Ｇとその回転中心とを結ぶ線
もシャンクロッド２１の軸線と平行になるように軸３
５，３６に取り付けられている。

【００１９】従って、偏心ロータ４３，４４の回転中こ
れらに作用する遠心力は、シャンクロッド２１の軸線方
向と垂直な方向の分力が互いに打ち消され、軸線方向と
平行な分力のみが合成されるので、起振装置５は軸線方
向の起振力のみを発生する。次にシャンクロッド２１と
起振装置５との連結装置について説明する。シャンクロ
ッド２１は、連結ロッド４７およびカップリング４８
（連結手段）を介して起振装置５に連結されている。

【００２０】連結ロッド４７の先端にはねじ孔４９が形
成され、このねじ孔４９にシャンクロッド２１の後端が
ねじ込まれて結合されている。カップリング４８は円筒
形のカップリング本体５０を有し、その後端に形成され
たフランジ５１が起振装置５の取り付け板５２にボルト
５３によって固定されている。連結ロッド４７の後端に
はフランジ５４が形成され、このフランジ５４はカップ
リング本体５０に受け入れられている。

【００２１】フランジ５４の前面側にスラスト軸受５５
が、後面側にアキシャル軸受５６がそれぞれ配置され、
連結ロッド４７はカップリング本体５０に対し回転自在
となっている。起振装置５が発生した起振力は、フラン
ジ５４，スラスト軸受５５および連結ロッド４７を介し
てシャンクロッド２１に伝達される。以上基本的な構造
について説明した。理論上では、軸線方向のみの起振力
しか発生しないのであるが、しかし現実の現場において
は、地盤状態等により種々の外力が穿孔装置に働き大き
な振動、騒音を伴うことがある。

【００２２】本発明は、このような現実を考慮してなさ
れたものであり、基本構成に次のものを付加している。
走行フレーム６の上載板６ａには、偏心ロータの回転軸
と交叉する方向に、防振支持部材６０がボルト６１を介
して上載板６ａの外周部に取り付けられている。この支
持部材６０は前記シャンクロッド２１を挟んで対称的な
反対側の位置にも設けられている。

【００２３】この防振支持部材６０には防振体であるゴ
ム６２が取り付けられている。このゴム６２には取り付
けのための薄い鉄板等が予め設けられているので、防振
支持部材６０に対して、ゴム６２は、この鉄板を介して
ボルト６１で固定される。さらにこのゴム６２は起振装
置５のロータハウジング３３にも同様な方法で固定され
る。このゴム６２は予めゴム固定のためロータハウジン
グ３３に設けられたステイ６３を介してボルト６４によ
り固定される。このゴム６２は実施の形態においては、
各３個づつ取り付けているが、数を限定している訳では
なく１個でもよい。

【００２４】防振支持部材６０は前記上載板６ａに対し
て着脱自在であるので、ゴム６２の交換等に取り外すこ
とは可能である。このゴム６２を取り付けることによ
り、シャンクロッド２１軸線に対し横切る方向にランダ
ムに発生する振動を防いでいる。上載板６ａには、さら
にシャンクロッド２１の軸線と一致して案内部材６５が
設けられている。この案内部材６５は円筒状に中空案内
部６６が設けられており、この中空案内部６６に起振装
置５の突起した軸部６７が挿入されている。

【００２５】この軸部６７は中空案内部６６に対して軸
方向移動自在である。この案内部材６５は、発生する振
動を防ぐための補強の役目を果たしている。次に作用を
説明する。ボーリングロッド１１及びシャンクロッド２
１には、回転駆動装置４により回転力が、起振装置５に
より軸方向の起振力が加えられ、シャンクロッド２１か
らボーリングロッド１１にこれらの動力が伝えられる。

【００２６】これによって、ボーリングロッド１１は回
転しながら軸線方向に振動し、この振動によってボーリ
ングロッド１１先端の周囲の土が緩み流動化現象を起こ
し、小さい掘削抵抗のもとに掘削作業を行う。このため
ボーリングロッド１１に大きな衝撃を与えず、大きな騒
音が発生しない。また作業中に地盤等の形状によって穿
孔装置に外力が加わり、ボーリングロッド１１の軸線方
向を交叉する方向に振動が生じることがある。これをゴ
ムの設置により、振動、騒音の発生を防止する。

【００２７】［その他の実施例の形態］前述した実施の
形態では、防振体にゴム６２を使用しているが、図３は
バネ６８を使用した例を図２の部分図で示している。図
３（ａ）において、このバネ６８は、前記防振支持部材
６０及びステイ６３に挟持され、バネの形状に合わせ前
記した各々防振支持部材６０及びステイ６３に設けられ
た凹部６０ａ，６３ａに、バネ６８の一部が入り込み支
えられている。このバネ６８はコイルバネであるが、板
状のバネであってもよい。このバネ６８の使用によって
も不特定の方向の振動は吸収できる。

【００２８】また、図３（ｂ）は、図３（ａ）で示され
たバネの取り付け方向を軸方向に変えた他の実施の形態
を示したものである。バネ６８を防振支持部材６０とス
テイ６３に設けられた凸部６０ｂ、６３ｂでこのバネ６
８の内径部を支持した構成である。軸心方向に振幅が大
きく、尚且つ案内部材６５で軸部６７が案内支持されて
いる場合に有効である。

【００２９】ただし、バネ６８の強さは、起振力をそこ
ねるものであってはならないので、騒音に結びつく振動
や地盤掘削に有効でない振動を吸収する程度に抑えてい
る。また案内部の形状を案内部材６５と起振装置５の軸
部６７とを凹凸逆にしても機能上は変わらない。さらに
ゴム６２を、支持部材６０を介して取り付けることで説
明したが、走行フレーム６の上載板６ａに直接取り付け
てもよい。

【００３０】前述した実施の形態では、ゴムを各３ヶロ
ータハウジング３３の両サイドに設けた例を示した。図
４の実施の形態は、ゴムの取り付け方法を変えた例を示
したものである。ゴム７０の中心軸線と連結ロッド４７
の中心軸線とは、鋭角αが形成されている。即ち、４個
のゴム７０の中心線が交差する位置は、概略ロータハウ
ジング３３の中心に位置している。ロータハウジング３
３に傾斜した座を有するステイ７１を取り付け、このス
テイ７１を介してゴム７０を取り付ける。

【００３１】ロータハウジング３３をステイ７１の含め
た形状にすれば、ステイ７１を特別に別部品として構成
する必要はない。一方、防振支持部材７２もゴム７０を
角度αに傾斜して取り付ける座を設けた形状とする。ゴ
ム７０は、傾斜してステイ７１と防振支持部材７２との
間に狭持される。このゴム７０は、屈曲自在であるから
軸方向の振動はもとより半径方向の振動も吸収できる。
また、斜めに取り付けることにより、求心性を向上させ
ることができる。なお、この実施の形態は、ゴム７０以
外の前述したバネ６８等も同様に配置したものであって
も良い。

【００３２】図５の実施の形態は、板バネを使用した場
合の具体的実施の形態を示したものである。ロータハウ
ジング３３にこの板バネ８０を取り付けるためのステイ
８１を設け、また、防振支持部材８２にも板バネ８０を
支持するための取り付け部を構成し、ステイ８１と防振
支持部材８２でこの板バネ８０を挟持する。この板バネ
８０は中央部がバネになっており、主に軸方向の振動を
吸収できる。また、この板バネ８０は図示していない
が、く字状に、あるいは半月状に折り曲げた形状のもの
であってもよい。

【００３３】図６の実施の形態は、ロータハウジング３
３の軸方向に対し、両サイドの防振支持部材９１に跨っ
て板バネ９０を取り付けた例を示している。この板バネ
９０は複数の板バネ９０ａを重ねたものである。軸方向
の振動を吸収するものとして適用される。図７の実施の
形態は、ダンパーを適用したものである。ロータハウジ
ング３３の軸先端にシリンダー１００を設け、ピストン
１０１で仕切られたシリンダ室にオイルを封入し、その
各々のポートにアキュムレータ１０２，１０３を接続し
ている。

【００３４】これらアキュムレータ１０２，１０３には
ガス圧を加えている。シリンダーはオイルでなく空圧式
のエアダンパーであってもよい。この実施形態の場合も
特に軸方向の振動を吸収することに効果がある。以上、
この発明は穿孔機械に適用することで説明したが、単に
地盤を穿孔するだけでなく、穿孔しつつ破砕するための
工具を備えた穿孔装置にも適用できることは言うまでも
ない。実施の形態に限定されるものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、ボーリングロッド
に振動を与えつつ、回転させて掘削する装置に防振体を
設けたことにより、地盤工事等に伴って発生する不特定
ランダムな振動を防止することができ、また騒音の発生
をも防止することができた。さらに、穿孔機械を扱う運
転者に対する振動の悪影響も軽減される。

【００３６】このため、住宅街の工事であっても、騒音
等の心配をすることなく、安定的に工事ができ、掘削効
率を高めることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の地盤穿孔装置を搭載した穿孔
機械の全体正面図である。

【図２】図２は、本発明の地盤穿孔装置の構成を示した
断面図である。

【図３】図３は、本発明の他の実施の形態を示した断面
図で、図（ａ）は、防振体のバネを横向きに、図３
（ｂ）は、防振体のバネを縦向きに取り付けた例を示し
ている。

【図４】図４は、本発明の他の実施の形態を示した断面
図で、防振体のゴムを斜めに取り付けた例を示してい
る。

【図５】図５は、本発明の他の実施の形態を示した断面
図で、防振体の板バネを取り付けた例を示している。

【図６】図６は、本発明の他の実施の形態を示した断面
図で、防振体の板バネを複数枚重ねて取り付けた例を示
している。

【図７】図７は、本発明の他の実施の形態を示した断面
図で、防振体にダンパーを適用した例を示している。

【符号の説明】

１…穿孔機械 ２…固定フレーム ３…地盤穿孔装置 ４…回転駆動装置 ５…起振装置 ６…走行フレーム体 ６ａ…上載板 １１…ボーリングロッド（穿孔工具） １５…主軸ハウジング ２１…シャンクロッド（工具支持部材） ２４…駆動モータ ３３…ロータハウジング ４３，４４…偏心ロータ ４７…連結ロッド（連結手段） ４８…カップリング（連結手段） ５０…カップリング本体 ６０，７２，９１…防振支持部材 ６２，７０…ゴム（防振体） ６５…案内部材 ６８…バネ（防振体） ８０，９０…板バネ（防振体） １００…シリンダー １０１…ピストン １０２，１０３…アキュムレータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】穿孔機械の固定フレーム上に搭載され、地
   盤に対し進退自在に移動可能でかつ回転、起振力を与え
   られ掘削する穿孔装置であって、 地盤に対し前記固定フレーム上を進退自在に移動可能な
   走行フレーム体と、 この走行フレーム体に回転自在且つ回転軸線方向に移動
   可能に支持され先端に穿孔工具を取り付ける工具支持部
   材と、 前記走行フレーム体に設けられ前記工具支持部材に回転
   力を付与するための回転駆動装置と、 前記走行フレーム体に設けられ前記工具支持部材に軸線
   方向の起振力を往復振動力として付与するための起振装
   置と、 この起振装置の端部に前記工具支持部材の後端部を回転
   自在に結合する連結手段と、 一端が前記起振装置に固定され他端が前記走行フレーム
   体に固定され、前記起振装置が軸方向等に振動するとき
   振動を吸収する防振体とからなる地盤穿孔装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の地盤穿孔装置において、 複数の前記防振体の中心線が交差する位置に前記起振装
   置が位置していることを特徴とする地盤穿孔装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の地盤穿孔装置にお
   いて、 前記防振体はゴムであることを特徴とする地盤穿孔装
   置。
4. 【請求項４】請求項１又は２に記載の地盤穿孔装置にお
   いて、 前記防振体はバネであることを特徴とする地盤穿孔装
   置。
5. 【請求項５】請求項１又は２に記載の地盤穿孔装置にお
   いて、 前記防振体はダンパー部材であることを特徴とする地盤
   穿孔装置。
6. 【請求項６】請求項１又は２に記載の地盤穿孔装置にお
   いて、 前記走行フレーム体に前記防振体を支持するための防振
   支持体を設けたことを特徴とする地盤穿孔装置。
7. 【請求項７】請求項１又は２に記載の地盤穿孔装置にお
   いて、 前記起振装置の一端が軸方向移動可能に案内される案内
   部材を、前記走行フレーム体に設けたことを特徴とする
   地盤穿孔装置。