JP2006342634A - 杭打用穴掘機 - Google Patents

Abstract

【課題】 セメントミルクの量を節約でき、しかも長寿命であり、杭断面の外接円が異なる杭に対処可能な打杭用穴掘機を提供すること。
【構成】 拡径刃を開閉自在に固定すると共に、該拡径刃と干渉して開き動作をさせるための干渉部材と、該干渉部材に開き動作を付与するための駆動手段と、該拡径刃の開き角度を所定の開き角度で停止させるためのストッパーを設け、該駆動手段は掘削軸を逆方向に回転駆動させたときに該干渉部材が該拡径刃に作用して開き動作を開始させるように構成したことを特徴としている。
【選択図】
図１

Description

この発明は、杭打ちする前の杭穴を掘る装置に関する。更に、詳細には地中に固い層がある場合の杭穴を掘る技術に関するものである。

従来から直接杭打ちする他に予め杭打ちする個所に杭穴、即ち杭打ちするための予備穴を掘削して、その杭穴に杭打ちする方法が採用されている。例えば，特許文献１に開示されている従来装置（以下，従来装置１という）があり、これを図１１に示す。以下にこの従来装置について簡単に説明する。図１１において，油圧ショベル系掘削機５１のブーム５２ｂ及びアーム５２ａからなる作業機５２の先端に取り付けブラケット５３を装着し，更に取り付けブラケット５３に伸縮可能なリーダ５４を把持させる。リーダ５４には電動ウインチ５５が設けられており，電動インチ５５にはワイヤ５６の一端が固定されると共にワイヤ５６は滑車等を介してその他端には電動モータ５７の上端が揺動可能に固定されている。更に、電動モータ５７の出力軸（回転軸）には着脱可能にスパイラルオーガ（螺旋形状錐）５８が取り付けられている。なお５９はガイドである。
公開特許公報、特開２００５−６８７２９（穴掘り杭打ち用アタッチメント及び穴掘り杭打機）

従来装置１の作用（又は機能）は図から明らかであるので説明は省略する。図１から、理解できるように、このスパイラルオーガの螺旋状部分（即ち、刃の部分）は径が一定であり，従って，掘削された穴径も一定である。この穴径は後で注入するセメントミルクの量を節約するため等の理由から、後で杭打ちする杭断面の外接円の径よりも小さくする。杭穴径の縮小率は土質（硬軟等）やその他の事情により決定される。しかし，従来装置１の方法では土質が途中から硬くなっている場合に縮小した杭穴径では、この部分の杭打ちが困難になる。また、逆に杭穴径を杭断面の外接円の径と同じとすると注入するセメントミルクの量が増えるという課題が生じる。この課題を解決した発明が特許文献２に開示されている。
特許公報、特許第３４１５５９２号（山留め用の杭打ち工法及びこの工法に用いるスクリュ−ヘッド）

この従来装置（以下，従来装置２という）は、本出願人が発明した装置であり，本願発明の内容に最も類似している公知文献であり、以下に説明する。図２は従来装置２の全体を示す。図１２において、杭打ちをする個所が軟質土層（杭の断面の一部外側が杭穴からはみ出していても容易に杭打ち可能な硬さの土層）６１ｂの下側に硬質土層（杭の断面の一部外側が杭穴からはみ出していると杭打ちが困難になる硬さの土層）６１ａが存在する場合を示す。この場合、軟質土層６１ｂの杭穴（以下、小径穴という）６２ｂは杭断面の外接円の径よりも小さくし，硬質土層の杭穴（以下，大径穴という）６２ａを杭断面の外接円の径と略同じにするために、オーガスクリュウ６３の下端部に拡径羽６４を設ける。なお、拡径羽６４は実際には単なる羽根ではなく一端側に刃を持っている。

図１３は拡径羽６４の部分の拡大詳細図を示す。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図を示す。図１３において、拡径羽６４はピン６５により回動自在に設けられており，オーガスクリュウ６３が図のＲ方向に回転（右回転）するときは開き、先端が２点鎖線の円６６上に来る。円６６の直径は杭断面の外接円の径に等しくなるように構成されている。また、オーガスクリュウ６３が図のＬ方向に回転（左回転）するときは、拡径羽６４は螺旋羽６７の外周円内に収まる。さらに、拡径羽６４はピン６５の回りに設けられたコイルスプリングに６８によって付勢されている（図１４参照）。

上記従来装置２において，オーガスクリュウ６３が図のＬ方向に回転（左回転）するときは、拡径羽６４に作用する遠心力が付勢力に打ち勝って拡径羽６４は螺旋羽６７の外周円内に収まり、反対に図のＲ方向に回転（右回転）するときはコイルスプリングに６８の付勢力によって開くように構成されている。

以上に説明したように、従来装置１では下層に硬質土層が存在するときは注入するセメントミルクの量を節約できない等の課題がある。また、従来装置２ではコイルスプリングが弱くなったり，破損等をして故障が起こりやすくなること、また、回転速度によって拡径羽６４の開閉を確実するためにコイルスプリングの選択又は調整が難しい等の課題がある。さらに、拡径羽６４の開いたときの円６６の直径が一定であるために杭断面の外接円が異なる杭には適用が困難になるという課題が生じる。本発明は上記課題を解決するためになされたものである。即ち、本願発明は、セメントミルクの量を節約でき、しかも長寿命であり、杭断面の外接円が異なる杭に対処可能な打杭用穴掘機を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本願発明は以下のように構成している。即ち、
請求項１に記載の発明は、螺旋状に刃を設けた掘削部を備えた掘削軸を下向きに移動させながら正方向に回転させたときに打杭用縦穴を掘削し、上向きに移動させながら逆方向に回転させたときに該縦穴径を拡大する拡径刃を複数個設けた杭打用穴掘機において、
前記拡径刃を開閉自在に固定すると共に、該拡径刃と干渉して開き動作をさせるための干渉部材と、該干渉部材に開き動作を付与するための駆動手段と、該拡径刃の開き角度を所定の開き角度で停止させるためのストッパーを設け、該駆動手段は前記掘削軸を前記逆方向に回転駆動させたときに該干渉部材が該拡径刃に作用して開き動作を開始させるように構成したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記拡径刃を開閉自在に固定する手段は、前記螺旋状刃の端部又は縁部の表側及び裏側に一対のブラケットを固設し、該一対のブラケット間に拡径刃の一部を挿入し、ピン連結して回動自在に設けたことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ストッパーは、該拡径刃の背が前記螺旋状刃の外縁部に当接して、該拡径刃の背が周方向と略直交する角度又は該拡径刃の先端の外接円が略最大となる角度で停止するように構成したことを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３の何れか１に記載の発明において、前記駆動手段は、前記掘削部の該拡径刃を設けた下部掘削部と本体掘削部に分割し、両者を相互に回動自在に固定し、該本体部掘削部の回転トルクを該下部掘削軸に伝達する係止手段を設けたことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記干渉部材を前記拡径刃の閉じ側で、かつ、本体掘削部の筒部表面に設けたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の発明において、前記下部掘削部と本体掘削部は着脱自在に設けたことを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６に記載の発明において、前記相互に回動自在に固定する固定手段は、前記下部掘削部の軸と前記本体部掘削部の軸の一方に横溝を設け、他方に該横溝と嵌合するジョイントピンを設けたことを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項４〜請求項７に記載の発明において、前記係合手段は前記軸の一方の端面に凸状部を設け，他方の端面に凹状部を設け、該凸状部と該凹状部は嵌合可能であると共に両者の回転角度差が所定の角度内にあるときは回転トルクを伝達せず、該角度になったときに両者が係止して回転トルクを伝達可能に構成したことを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記凸状部は正４角形柱状に構成し，前記凹状部は辺中央が膨らんだ星型４角形筒状穴に構成し，前記所定角度を９０度未満の角度としたことを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項４〜請求項９に記載の発明において、前記掘削軸は上端面から下端面まで連通するセメントミルク供給穴を該軸の中央に設けると共に、前記下部掘削軸と本体部掘削軸の接続部分にセメントミルクの漏れ防止手段を設けたことを特徴としている。

請求項１の発明は、干渉部材を設けて複数個の全ての拡径刃が確実に開くようにしたので、杭打用穴掘り作業が容易になるという効果が得られる。また、該拡径刃の開き動作がスプリング等の消耗部品を必要としない構成にしたので、故障なしに、長期間の使用が可能になるという効果が得られる。又、請求項６の発明は、掘削部に拡径刃を設けた下部掘削部と本体掘削部に分割し、両者を着脱自在に設けたので、拡径刃を設けた下部掘削軸を外した状態でも使用可能となり、更に、拡径刃の外周円径の異なる場合にも交換して使用できるので、適用範囲が広くなるという効果等が得られる。

以下に、図を参照して本願発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態の全体構成を示す代表的な図面である。以下、図１〜図３を参照して全体の構成及び機能作用について説明する。図１において、掘削部１０は拡径刃を設けた下部掘削部１１と本体掘削部１２に着脱自在に分割されている。また、本体掘削部１２の頭部には掘削軸（図示省略）に接続するための接続部１３が設けられている。下部掘削部１１と本体掘削部１２には、何れも左回転したときに刃が下向きに食い込むように螺旋状に巻いた刃１４、１５が設けられている。即ち、掘削軸を左回転（図の矢印方向の回転、以下、「正回転」という）をさせたときに螺旋状に巻いた刃１４、１５が杭穴を掘削し、掘削された土が螺旋状刃１４の上表面に沿って上昇するように設けられている。下部掘削部１１に固設した螺旋状刃１５の上端部には刃１５を挟んでブラケット１６、１６が固設され、さらに、ブラケット１６、１６の間に拡径刃１７がピン１８により回動自在に固定されている。

拡径刃１７の刃先は螺旋状刃１５の刃と反対側、即ち、右回転（以下、逆回転という）させたときに拡径刃１７が開いて、打杭用縦穴径を拡大するように設けられている。なお、掘削軸を逆回転させたときに拡径刃１７が確実に開くようにするために、拡径刃１７の閉じ側で、本体掘削部１２の筒表面上の適切な位置に干渉部材１９を設けた。干渉部材１９は、例えば、半円筒状部材で構成され，ボルト等で固設されている。拡径刃１７を開く構成、作用については後で詳述する。また、セメントミルク供給孔２０が掘削部１０の頭部上端面から底部下端面まで連通して軸中央に設けられている。なお、２１は後述する接続固定ピンである。

図２は拡径刃１７が開いた場合の上平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、側面図（Ｃ）を示す。図２において、拡径刃１７が開いた場合、拡径刃１７の背面部（又は拡径刃１７の背）が螺旋状刃１５の外側面と当接して最大開きとなる。なお、このとき、拡径刃１７の背面部の方向は周方向と略直交する方向（略半径方向）に、向くように構成する。また、このとき最大開きにおける外周円の径（Ｄ）は杭材断面の外接円の径（図示省略）と略等しい長さに設けられている。従って、拡径刃１７が開いた状態で逆回転（図の矢印方向の回転）をさせれば、杭穴の径をＤまで広げることができる。また、正方向に回転させたときに、容易に拡径刃１７が閉じる。接続部１３は正６角柱の軸で構成され，相対する２側平面に係合溝１３ａ、１３ａが切られており，これによって掘削軸（図示省略）に接続固定され、掘削軸の回転駆動力が、掘削部１０（従って，逆回転のときは拡径刃１７）に伝達されるように構成されている。下部掘削部１１の下部周側面にはセメントミルクの吐出口２３が設けられており、吐出口２３はセメントミルク供給孔２０と連通している。

図３は拡径刃１７が閉じた場合の上平面図（Ａ）、正面図（Ｂ）、側面図（Ｃ）を示す。図３において、掘削軸を正回転（図の矢印向き回転）をさせたときは、拡径刃１７は閉じ、螺旋状刃１４，１５によって穴径が螺旋状刃１４，１５の外接円の直径（ｄ）に等しい杭穴が掘削される。また、拡径刃１７は閉じた状態で刃面側の先端部が本体掘削部１２の筒表面との間に隙間ができるように浮いた状態で停止するように構成し、前述した干渉部材１９の一端がこの隙間に挿入可能な構成にしておく。なお、閉じた状態で、拡径刃１７の先端部が干渉部材１９の上に載るように構成してもよい。

また、後述するように、本体掘削部１２と下部掘削部１１は揺動可能に固定されており、掘削軸（又は本体掘削部１２）が逆回転を開始したときに、下部掘削部１１は本体掘削部１２に遅れて逆回転を開始するように構成されている。即ち、本体掘削部１２が揺動可能な角度（θ）を回転するまでは下部掘削部１１には回転トルクが伝達されず、逆回転を開始しない。従って，本体掘削部１２の筒表面に設けられた干渉部材１９が拡径刃１７の刃面下側の隙間に圧入され，拡径刃１７が開き側に持ち上がり，その先端部が正回転によって形成された杭穴の内側表面に突き刺さり、下部掘削部１１が逆回転をすることによって拡径刃１７は完全な開いた状態になる。

次に、図４〜図６を参照して、下部掘削部１１と本体掘削部１２の詳細説明並びに接続部分について説明する。図４は本体掘削部１２を示し，図５は下部掘削部１１（但し，拡径刃１７を取除いた状態）を示す。図６は接合部分の機能を示す。図４、図５において、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は斜視図である。但し、図４（Ｂ）下から見た平面図で、図５（Ｂ）は上から見た平面図である。図４，図５において、本体掘削部１２の円筒２６の下部には星型４角形の凹み穴２７が設けられている。一方、下部掘削部１１の円筒２９の頭部表面には４角柱の凸部２８が設けられている。なお、４角柱２８は本体掘削部１２の星型４角形の凹み穴２７に嵌合可能に設けられている。また、下部掘削部１１の４角柱凸部２８には４角柱の２面を跨ぐようにして溝２８ａが切られている。一方、本体掘削部１２には溝２８ａと対応する位置にピン穴２１が設けられている。

上記の構成により、４角柱凸部２８を星型４角形の凹み穴２７に嵌合した状態でピン穴２１からピン（図示省略）を挿入すると、下部掘削部１１は揺動回転が可能な状態で本体掘削部１２に固定される。即ち、本体掘削部１２と下部掘削部１１は軸方向の相対的動きは固定されるが、相互には揺動回転が可能な状態になる。揺動回転が可能な角度は溝２８ａの深さとピンの位置によって定まる。しかしこの揺動回転可能角度は次に述べる揺動角度（θ）以上の角度に選択される。

図６は４角柱凸部２８を星型４角形の凹み穴２７に嵌合した場合の関係を示す。図６（Ａ）は下部掘削部１１を本体掘削部１２に対して相対的に右旋回させたときの係止状態（以下，右係止状態という）を示し，（Ｂ）は下部掘削部１１を相対的に左旋回させたときの係止状態（以下，左係止状態という）を示す。従って，右係止状態と左係止状態との相対角度の差、図示の角度（θ）は揺動可能な角度（歯車の「ガタ」に相当）で、相対角度が角度（θ）未満のときは本体掘削部１２の回転力は下部掘削部１１に伝達できない。この揺動可能な角度（θ）を設けたことにより，４角柱２８凸部を星型４角形の凹み穴２７に挿入する作業が容易になるだけでなく、本体掘削部１２から衝撃的な回転力を下部掘削部１１に加えることができるので、下部掘削部１１の回転（特に静止状態から）駆動が容易になるという効果が得られる。

次に，掘削部１０を本体掘削部１２と下部掘削部１１を着脱自在に分割したことにより、これらの接続部分からセメントミルクが漏れる恐れがある。以下に漏れ防止手段の実施例について説明する。図７、図８は漏れ防止手段の実施例１を示し，図９、図１０は漏れ防止手段の実施例２を示す。

（実施例１）
図７は下部掘削部１１の４角柱凸部２８が本体掘削部１２の星型４角形の凹み穴２７に嵌合している状態の断面図を示す。図７において，４角柱２８と星型４角形穴２７との境界近傍におけるセメントミルク供給穴２０を少し外側に拡張して、この拡張部分２７ａ、２８ａに筒状リング３１を挿入する。筒状リング３１を図８に示す。図８（Ａ）は分解図で、（Ｂ）は正面図を示す。筒状リング３１は図８に示すように、頭部に溝３２が切られており、この溝３２にＯリング３３が装着されている。実施例１は上記構成により、セメントミルクの漏れ防止がされる。

（実施例２）
図９は実施例２の組立分解図を示し，図１０は正面の断面図を示す。図９、図１０に示すように、星型４角形の凹み穴２７の底に形状が略一致するパッキング３１を挿入、固定する。例えば，テフロンシート（登録商標）のような漏洩防止シートを星型４角形状に切り出し，中央にセメントミルク供給用穴２０より少し大きい穴３１ａを設けたパッキング３１を貼り付けてもよい。一方，４角柱凸部２８の上面に浅い円盤状の穴２８ｃを形成し，穴２８ｃにリング３２を挿入し、固定する。実施例２は上記構成により、セメントミルクの漏れ防止がされる。
なお、漏れ防止手段は以上の実施例に限定されるものではなく、他の漏れ防止手段を採用してもよい。

上記実施形態に述べた如く、本実施形態の発明によれば、セメントミルクの量を節約でき、しかも故障が起こりにくいので長寿命であるという効果が得られる。さらに、杭断面の外接円が異なる杭に対処可能であるために、適用範囲が広くなり、利便性が増大するという効果が得られる。また、本体掘削部１２から衝撃的な回転力を下部掘削部１１に加えることができるので、下部掘削部１１の回転（特に静止状態から）駆動が容易になるため、下層に硬い土質の層がある場合でも作業が容易になるという効果が得られる。
なお、本発明の技術的範囲は本実施形態に記載した技術的事項によって制限されるものではない。

本実施形態の全体構成を示す代表図面である。 本実施形態の拡径刃を開いた状態を示す。 本実施形態の拡径刃を閉じた状態を示す。 本体掘削部の詳細を示す。 下部掘削部の詳細を示す。 接続部分の関係を示す。 漏洩防止手段の実施例１を示す。 漏洩防止手段の実施例１を示す。 漏洩防止手段の実施例２を示す。 漏洩防止手段の実施例２を示す。 従来方法による装置例を示す。 他の従来装置の要部を示す。 上記従来装置（図１２）の刃の構造を示す。 上記従来装置（図１２）の刃の拡張機構を示す。

符号の説明

１０ 掘削部
１１ 下部掘削部
１２ 本体掘削部
１３ 接続部
１４，１５ 螺旋状刃
１６ ブラケット
１７ 拡径刃
１８ ピン
１９ 干渉部材
２０ セメントミルク供給孔
２１ ジョイントピン穴（固定手段）
２７ 星型４角形穴（係合手段、凹み部）
２８ ４角柱（係合手段、凸状部）
２８ａ 横溝（固定手段）

Claims (10)

1. 螺旋状に刃を設けた掘削部を備えた掘削軸を下向きに移動させながら正方向に回転させたときに打杭用縦穴を掘削し、上向きに移動させながら逆方向に回転させたときに該縦穴径を拡大する拡径刃を複数個設けた杭打用穴掘機において、
   前記拡径刃を開閉自在に固定すると共に、該拡径刃と干渉して開き動作をさせるための干渉部材と、該干渉部材に開き動作を付与するための駆動手段と、該拡径刃の開き角度を所定の開き角度で停止させるためのストッパーを設け、該駆動手段は前記掘削軸を前記逆方向に回転駆動させたときに該干渉部材が該拡径刃に作用して開き動作を開始させるように構成したことを特徴とする杭打用穴掘機。
2. 前記拡径刃を開閉自在に固定する手段は、前記螺旋状刃の端部又は縁部の表側及び裏側に一対のブラケットを固設し、該一対のブラケット間に拡径刃の一部を挿入し、ピン連結して回動自在に設けたことを特徴とする請求項１に記載の杭打用穴掘機。
3. 前記ストッパーは、該拡径刃の背が前記螺旋状刃の外縁部に当接して、該拡径刃の背が周方向と略直交する角度又は該拡径刃の先端の外接円が略最大となる角度で停止するように構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
4. 前記駆動手段は、前記掘削部の該拡径刃を設けた下部掘削部と本体掘削部に分割し、両者を相互に回動自在に固定し、該本体部掘削部の回転トルクを該下部掘削軸に伝達する係止手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
5. 前記干渉部材を前記拡径刃の閉じ側で、かつ、本体掘削部の筒部表面に設けたことを特徴とする請求項４に記載の杭打用穴掘機。
6. 前記下部掘削部と本体掘削部は着脱自在に設けたことを特徴とする請求項４又は請求項５の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
7. 前記相互に回動自在に固定する固定手段は、前記下部掘削部の軸と前記本体部掘削部の軸の一方に横溝を設け、他方に該横溝と嵌合するジョイントピンを設けたことを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
8. 前記係合手段は前記軸の一方の端面に凸状部を設け，他方の端面に凹状部を設け、該凸状部と該凹状部は嵌合可能であると共に両者の回転角度差が所定の角度内にあるときは回転トルクを伝達せず、該角度になったときに両者が係止して回転トルクを伝達可能に構成したことを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
9. 前記凸状部は正４角形柱状に構成し，前記凹状部は辺中央が膨らんだ星型４角形筒状穴に構成し，前記所定角度を９０度未満の角度としたことを特徴とする請求項８に記載の杭打用穴掘機。
10. 前記掘削軸は上端面から下端面まで連通するセメントミルク供給穴を該軸の中央に設けると共に、前記下部掘削軸と本体部掘削軸の接続部分にセメントミルクの漏れ防止手段を設けたことを特徴とする請求項４〜請求項９の何れか１に記載の杭打用穴掘機。
    
    

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