JP2005002589A - 地盤穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音発生の少ない起振式の地盤穿孔装置を、簡素な構成で、確実に掘削のできるようにした。
【解決手段】穿孔機械１の固定フレーム７上に搭載され、地盤に対し進退移動可能で、かつ、自重に加え起振力が与えられ掘削する試料採集用の穿孔装置である。この穿孔装置は、走行フレーム６と、穿孔工具１０を有する工具支持手段４０と、起振装置３０と、手動回転部材６０とから構成されている。穿孔過程で穿孔工具１０を補助的に手動回転部材６０で回転させ、掘削能力を高め、サンプル土壌の採集を能率よく行う。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤から試料をサンプリングできる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、特に穿孔工具に軸線方向の自重と起振力を与えながら掘削穿孔し、掘削過程で試料を採集するための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。この種の掘削に使用される穿孔機械（ボーリングマシン）としては、穿孔工具に回転と軸線方向の荷重を与えて掘削するもの、穿孔工具に回転と軸線方向の衝撃力（打撃）を与えるもの等がある。回転と荷重を与えて掘削する方法は、騒音の発生は少なく、掘削が確実であるが、コストが高くなるという問題点もあり、規模の大きい掘削に適用されている。
【０００３】
回転と衝撃力を与えて掘削する方法の一例として、掘削ドリル（穿孔工具）に回転と衝撃荷重を加える穿孔装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。しかし、この掘削方法は、掘削速度は速いものの激しい打撃音を発生させ建設作業現場の騒音公害の一因となる問題点があった。本出願人は、この騒音問題等を解決する方法として、ボーリングロッド（穿孔工具）に、軸線方向の起振力を与えつつ、防振効果を高め掘削する穿孔装置を提案している（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
この方法によれば、起振装置を防振体を介して支持する構成になっているので、大きな騒音を発生させない。さらに、試料を採集し地質を調査する簡素な構成のボーリング機として、振動機を有し、ばねで支持されながら掘削する掘削装置は知られている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】
特開昭６０−１４１９８７号公報
【特許文献２】
特許第２５２７６７４号公報
【特許文献３】
特開２００２−９７８８３号公報
【特許文献４】￥
特開昭５２−７３０１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した前者の特許文献に記載された技術では、掘削能力はあるものの、穿孔装置の構造がどうしても複雑であり、穿孔装置および穿孔機械の小型化には限界があってコスト高になり、簡素化が図れないなどの問題があった。特に、住宅地等で試料を採取して地質調査を行う場合には、穿孔機械を小型化して、それほど広くない場所や比較的軟弱地等の土地において、小回りがきいて掘削作業のしやすく、簡素で確実に掘削の行え、尚一層の低コストの装置が望まれていた。
【０００６】
後者の特許文献には、それを解決する技術として簡素なボーリング機が提案されている。このボーリング機は、ドリルロッドの先端にバイトを固定し、振動機の発生する振動を利用しドリルロッドの軸方向の掘削力を与え掘削するものであるが、硬さの不規則な地盤に対しては掘削できないことがあり掘削に限界があった。
【０００７】
本発明は、前記した課題を解決するためになされたもので、騒音を発生させず簡素な構成にして下記の目的を達成する。
【０００８】
本発明の目的は、簡素な構成の穿孔装置の機能を維持しつつ手動機能を付加し、掘削力を高め、確実な掘削を可能とするようにした地盤穿孔装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、性能を落とすことなくコスト低減を図った地盤穿孔装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明１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、地盤に対し進退移動可能で、かつ、起振力が与えられ掘削する穿孔装置であって、前記地盤に対し前記固定フレーム上を進退移動可能な走行フレームと、前記走行フレームに搭載され、前記進退移動方向と平行な方向に起振力を付与するための起振装置と、前記起振装置の端部に相対回転可能に支持され、先端に穿孔工具が取り付けられる工具支持手段と、前記工具支持手段に設けられ、この工具支持手段を手動で回転させるための手動回転部材とからなる。
【００１０】
本発明２の地盤穿孔装置は、前記起振装置は、前記走行フレームとの間で弾性支持する弾性支持部材を介して配置されていることを特徴とする。本発明３の地盤穿孔装置は、本発明１又は２において、前記手動回転部材は、前記工具支持手段に着脱可能に設けられている部材であることを特徴としている。
【００１１】
本発明４の地盤穿孔装置は、本発明１又は２において、前記手動回転部材は、前記穿孔工具を所定の方向にのみに回転させる一方向回転機構が内蔵されたものであることを特徴としている。本発明５の地盤穿孔装置は、本発明１又は２において、前記手動回転部材は、操作部が折り曲げ可能に形成され、手動で回転を付与されないとき、この操作部を折り曲げて収納可能としたことを特徴としている。
本発明６の地盤穿孔装置は、本発明１又は２において、前記穿孔工具は、掘削先端の形状がのこ歯状に形成されているものであることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の穿孔装置を搭載した穿孔機械の全体図、図２は、図１をＩＩ−ＩＩ線で矢視した断面図、図３は、図２をＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した断面図、図４は、穿孔工具の先端の拡大図、図５は、手動回転部材の第２の実施形態を示す説明図、図６は、手動回転部材の第３の実施形態の説明図である。
【００１３】
図１から図４に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。本発明を適用する穿孔機械１は公知の機械であるが、本発明の理解の一助に概略を説明する。穿孔機械１は、自走できるタイプでクローラ２を介してどの位置へも移動可能である。基体４にはクローラ２を駆動するためのクローラ用駆動体（エンジン）５が設けられている。すなわち、操作ハンドル５ａの操作で穿孔機械１を所定の位置に移動させることができる。
【００１４】
固定フレーム７が支軸４ａを中心に揺動可能に立設されている。基体４と固定フレーム７の間には揺動用駆動体である揺動用流体圧シリンダ８が設けられている。すなわち、揺動用流体圧シリンダ８の駆動により固定フレーム７は支軸４ａを中心に、固定フレーム７が地面ＧＲに対してほぼ垂直に位置し地盤の穿孔を行う穿孔位置（図１のＡ位置）と、固定フレーム７を基体４側に揺動させ穿孔機械１を運搬するための運搬位置（図１のＢ位置）との間で揺動させることができる。
【００１５】
基体４には、穿孔機械１を地面ＧＲに安定的に固定するためのアウトリガー３、３が、４方に設けられている。アウトリガー３、３は、穿孔機械１を移動させるときには、地面ＧＲと接しないように退避させることができる。走行フレーム６は、複数の直動ころがり案内など案内手段を介して固定フレーム７に対して走行可能となっている。
走行フレーム６は、走行用駆動体である走行用流体圧シリンダ９で駆動され走行する。これにより、穿孔装置２０全体が掘削方向に進退移動し、穿孔工具１０の引き抜き等を行うことができる。なお、この走行用駆動体は、駆動モータからスプロケットなどを介して駆動されるフィードチェーン等で行うものであってもよい。
【００１６】
穿孔工具１０は、ボーリングロッド１２とこの先端に設けられた穿孔刃具であるビット１１とからなっている。走行用流体圧シリンダ９、揺動用流体圧シリンダ８は流体圧ユニット２ａから供給される圧油等圧力流体の供給で作動する。流体圧ユニット２ａは、エンジンの駆動で流体を加圧して供給するエンジン式の流体圧ユニットであり、基体（機体）４上に搭載されている。なお、流体圧ユニット２ａは、地面ＧＲ上に設置されていてもよい。
【００１７】
起振装置３０は、走行フレーム６に設けられた箱状体６ａの上板６ｂに前記走行フレーム６の走行方向と平行な方向に移動可能に支持されている。起振装置３０のロータハウジング３１には、２つの軸３２、３３がボーリングロッド１２の軸線と交差する方向にラジアル軸受を介して回転可能に支持されている。ロータハウジング３１の前面に駆動モータ３８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。
【００１８】
軸３２、３３には、互いに噛み合う平歯車３６、３７がキーで連結され、駆動モータ３８による一方の軸の回転が他方の軸に伝達される。軸３２にはキーによって回り止めされていた略半円形の円板からなる一枚の偏心ロータ３４が保持部材およびボルトを介して保持されている。軸３３には、偏心ロータ３４の厚さの１／２である偏心ロータ３５が、２枚同様の手段により保持されている。偏心ロータ３４は１枚の偏心ロータ３５の２倍の質量を有している。すなわち、軸３２、３３は全体として等しい質量の偏心ロータがそれぞれに設けられている。
【００１９】
偏心ロータ３４、３５は互いに逆方向に同時に回転される。しかも、両方の偏心ロータ３４、３５は、一方の偏心ロータ３４の重心Ｇとその回転中心とを結ぶ線がボーリングロッド１２の軸線と平行となったとき、他方の偏心ロータ３５の重心Ｇとその回転中心とを結ぶ線もボーリングロッド１２の軸線と平行となるように軸３２、３３に取り付けられている。
【００２０】
従って、偏心ロータ３４、３５の回転中にこれらに作用する遠心力は、ボーリングロッド１２の軸線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３０は穿孔工具１０の軸線方向の起振力のみ発生する。走行フレーム６には前面が開放された箱状体６ａが搭載されており、箱状体６ａは側板６ｃ、６ｃ、上板６ｂ等からなる。箱状体６ａの側板６ｃ、６ｃと、ロータハウジング３１の上部に設けられた取り付け部材３１ａとの間には弾性支持部材５０が設けられている。
【００２１】
これは、起振装置３０からは、理論的には、軸線方向しか起振力が発生しないのであるが、現実には、地盤状態等により種々の外力が働き大きな振動、騒音を発生させる可能性がある。それに対処するために弾性支持部材５０が設けられている。この弾性支持部材５０には、ゴム、ばね等の弾性体５１が取り付けられており、起振装置３０を箱状体６ａを介して走行フレーム６に弾性支持している。
【００２２】
弾性体５１の両端には、取り付けのための取り付け板５２ａ、５２ｂ（この実施形態では薄い鉄板）が設けられており、一方の取り付け板５２ａが側板６ｃにボルト等締結部材によって固定され、他方の取り付け板５２ｂが取り付け部材３１ａにボルト等締結手段で固定されている。この弾性支持部材５０を取り付けることにより、穿孔工具１０の軸線方向を横切る方向にランダムに発生する振動を防ぐ共に軸線方向の押圧力のみを穿孔工具１０に伝達する。また、弾性支持部材５０はロータハウジング３１等に対して着脱可能であるので、弾性体５１に異常が発生した場合には交換可能になっている。
【００２３】
箱状体６ａの上板６ｂには、ボーリングロッド１２の軸線と一致して案内部材３９が設けられている。この案内部材３９には、貫通孔である中空案内部３９ａが設けられており、この中空案内部３９ａにロータハウジング３１の取り付け部材３１ａに突設された軸部３９ｂが挿入されている。この軸部３９ｂは案内部材３９に対して軸方向に移動可能である。この案内部材３９は、発生する振動を防ぐための補助となっている。
【００２４】
ロータハウジング３１の下部には筒状体４１がボルトで固定されており、筒状体４１にはスラスト軸受４２、４３が配置されている。このスラスト軸受４２、４３に連結ロッド４４がフランジ部４４ａを挟まれ支持されている。連結ロッド４４の先端にはロッドカップリング４５が挿入され、ピン、コッタ等連結部材４７で固定されている。ロッドカップリング４５の先端には、雄ねじ部４５ａが設けられており、ボーリングロッド１２がねじ込まれて固定されている。
【００２５】
連結ロッド４４の中央部には、被係合部材４６が挿入されている。連結ロッド４４と被係合部材４６との間にはキー４６ｂが設けられ、両者は一体に回転する。被係合部材４６の外周部４６ａは６角形の形状をしている。連結ロッド４４、被係合部材４６、ロッドカップリング４５等で工具支持手段４０が構成される。被係合部材４６の外周部４６ａには、手動回転部材６０の係合部６０ａが係脱可能に設けられている。
【００２６】
手動回転部材６０は、作業者が穿孔工具１０に手動で回転力を与えるものである。掘削は穿孔装置等の自重により振動を加味して行われるが、掘削過程で部分的に硬い地層があったり等地盤の硬軟の関係で掘削が進まない場合がある。従来であれば、この時点で掘削は限界になるが、本発明の場合は主要部をなす手動回転部材６０を設けているので、掘削が進まないときにこの手動回転部材６０を手動操作で回転させ穿孔工具１０を回転させる。このように穿孔工具１０に補助的に掘削を助長させる動作を与えることによって穿孔工具１０を進みやすくする。
【００２７】
なお、被係合部材４６の外周部４６ａは手動回転部材６０と係脱可能な形状のものであればよく、２面削ぎ状のもの、４角形のものなどであってもよい。また、手動回転部材６０は、作業者が手動で回転させないときには、取り外して着脱自在に収納可能な構成にしておくとよい。次に、本発明の作用を説明する。
【００２８】
穿孔機械１を所望の穿孔作業位置に移動させ、固定フレーム７を穿孔位置側（Ａ位置側）に揺動させ固定する。工具支持手段４０にボーリングロッド１２等穿孔工具１０を取り付ける。穿孔工具１０に、穿孔装置の自重で地面ＧＲに押しつけられるとともに起振装置３０から穿孔工具１０の軸線方向に起振力が加えられ地面ＧＲを穿孔する。地盤の状態等によっては、他の方向の振動も発生する可能性があるが、弾性支持部材５０によって抑制される。すなわち、起振装置３０で地面ＧＲの土に穿孔工具１０の軸線方向に振動を加え、土を構成する土粒子間の結合を低下させ、砂質土においては流化現象を起こさせ、また粘性土では鋭敏化現象を起こさす。
【００２９】
すなわち、穿孔工具１０の先端の周囲の土が緩み流動化現象を起こし、小さな掘削抵抗のもとに掘削作業を行うことができる。そして、起振装置３０の重量や穿孔工具１０の重さで穿孔工具１０は地中に加圧されるので、穿孔工具１０は地中を貫入して穿孔する。尚図示していないが、この穿孔過程で穿孔工具１０内にサンプル土壌を採集する。この構成は公知であるので詳細な説明は省略する。なお、実際の掘削は、起振装置３０の重量等に加えて走行用流体圧シリンダ９を駆動し、穿孔機械１の重量の一部を付加して穿孔工具１０を貫入させる。例えば、地面ＧＲの土壌がＮ値１５程度であれば、穿孔工具１０は容易に地中に貫入することができる。
【００３０】
しかしながら、さらにＮ値の大きい土壌があると、自重と起振装置３０からの起振力だけでは穿孔工具１０が貫入できないことがある。その場合には、作業者が前述のように手動回転部材６０より穿孔工具１０に回転を与える。このようにすると、再び、自重と起振装置３０の起振力で穿孔工具１０を貫入させることができる。例えばＮ値２０程度の土壌でも穿孔工具１０を貫入させることができる。所定の深さまで穿孔工具１０を貫入させたら、走行用流体圧シリンダ９で穿孔工具１０を引き抜きサンプル土壌の採集をする。
【００３１】
なお、この実施形態では、穿孔工具１０をボーリングロッドとビットで説明を行っているが、表面土壌の試料採取、汚染調査等を行うためのサンプラーとシュー等であってもよい。また、穿孔刃具の先端形状は、一般に平坦な形状の穿孔工具となっている（例えば特許文献４参照）。本発明は、穿孔工具の先端を鋸歯状の形状としている。この構成は、土壌に対して安定して掘削できるとともに、穿孔工具を手動で回転させると強制的に土壌中にめり込む状態となり、試料採集作業が確実で安定して行える。穿孔工具の先端は、鋸歯状のものが好適であるのでそれで説明を行っているが、三角歯、矩形歯等の他の形状のものであってもよい。
【００３２】
さらに、この実施形態では、手動回転部材６０の係合部６０ａをスパナ状のものとして説明しているが、穿孔工具１０を所定の方向（一方向）のみに回動させるのであれば、図５に示すように、手動回転部材６０ｂがラチェット歯車、ラチェット爪などからなるラチェット機構等一方向回転機構６０ｄを内蔵した形態のものであってもよい。このような手動回転部材６０ｂは、穿孔刃具１１の形状によって、穿孔工具１０を一方向に回転させた方がよく、しかも頻繁に行われる場合に好適となる。
【００３３】
また、手動回転部材６０ｃは、図６に示すように、操作部に相当する柄の部分６０ｅを途中より折り曲げ収納可能な構成にしてもよい。このようにすると、作業者が手動回転作業を手動回転部材６０ｃで行わないときは、突起状に柄の部分６０ｅが外方に突き出ることがないので、邪魔になることはなく安全で、作業性、操作性がよくなる。以上試料採集前提の穿孔装置を実施の形態として説明したが、本発明をこれ以外に適用できることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の地盤穿孔装置は、自重で掘削する穿孔工具の軸線方向に振動を与える起振装置と穿孔工具を手動で回転させる装置を併せ持った構成としたため、簡素な穿孔装置で掘削力の安定化が図られた。すなわち、穿孔工具回転用の駆動体、駆動力伝達機構等がなくても、掘削力を向上させることができ、しかも騒音のない簡素な構成を実現した。
【００３５】
このことにより、地盤穿孔装置穿孔装置のメンテナンスも容易となった。また、穿孔機械の運搬が小型の運搬車両ですみ、本体の低コスト化に加え、運搬エネルギー、運搬コストの低減が図れた。この結果、穿孔機械が小型、簡素化され、狭い土地でも穿孔作業ができ、サンプル土壌の採集を能率よく行うことができることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の穿孔装置を搭載した穿孔機械の全体図である。
【図２】図２は、図１をＩＩ−ＩＩ線で矢視した断面図である。
【図３】図３は、図２をＩＩＩ−ＩＩＩ線で矢視した断面図である。
【図４】図４は、穿孔刃具の拡大図である。
【図５】図５は、手動回転部材の他の実施形態を示し、ラチェット構成の説明図である。
【図６】図６は、手動回転部材の他の実施形態ヲ示し、折り曲げ構成の説明図である。
【符号の説明】
１…穿孔機械
６…走行フレーム
１０…穿孔工具
１１…穿孔刃具（ビット、シュー）
１２…ボーリングロッド
２０…穿孔装置
３０…起振装置
４０…工具支持手段
４４…連結ロッド
４５…ロッドカップリング
４６…被係合部材
４７…連結部材
５０…弾性支持部材
５１…防振体
６０、６０ｂ、６０ｃ…手動回転部材

Claims (6)

1. 穿孔機械の固定フレーム上に搭載され、地盤に対し進退移動可能で、かつ、起振力が与えられ掘削する穿孔装置であって、
   前記地盤に対し前記固定フレーム上を進退移動可能な走行フレームと、
   前記走行フレームに搭載され、前記進退移動方向と平行な方向に起振力を付与するための起振装置と、
   前記起振装置の端部に相対回転可能に支持され、先端に穿孔工具が取り付けられる工具支持手段と、
   前記工具支持手段に設けられ、この工具支持手段を手動で回転させるための手動回転部材と
   からなる地盤穿孔装置。
2. 請求項１に記載された地盤穿孔装置であって、
   前記起振装置は、前記走行フレームとの間で弾性支持する弾性支持部材を介して配置されている
   ことを特徴とする地盤穿孔装置。
3. 請求項１又は２に記載された地盤穿孔装置であって、
   前記手動回転部材は、前記工具支持手段に着脱可能に設けられている部材であることを特徴とする地盤穿孔装置。
4. 請求項１又は２に記載された地盤穿孔装置であって、
   前記手動回転部材は、前記工具支持手段を所定の方向にのみに回転させる一方向回転機構が内蔵されたものであることを特徴とする地盤穿孔装置。
5. 請求項１又は２に記載された地盤穿孔装置であって、
   前記手動回転部材は、操作部が折り曲げ可能に形成され、手動で回転を付与されないとき、この操作部を折り曲げて収納可能としたことを特徴とする地盤穿孔装置。
6. 請求項１又は２に記載された地盤穿孔装置であって、
   前記穿孔工具は、掘削先端の形状が鋸歯状に形成されているものであることを特徴とする地盤穿孔装置。

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