JP2009532601A - 掘削工具 - Google Patents

Abstract

本発明は掘削工具に関する。掘削工具は、平行する軸上に軸方向に配列された２対の回転ドラム（７２）と、そのドラムを回転させるモータ手段（７０）と、支持手段と、そのドラムが回転するように取り付けられ、ドラムを支持手段に連結する働きをする支持構造体とを備え、モータ手段（７０）がドラム（７２）の内部に取り付けられており、支持構造体が、下端部に前記ドラムのベアリング（５２〜５６）を形成するプレート（４２、４４）と、支持手段に固定するための取付けパッドとを備え、プレートの上縁面がそのパッドをベアリング形成手段に連結する。
【選択図】図５

Description

本発明は、掘削工具に関する。詳細には、切削した土壌にバインダーを加えて混合することにより得られる壁体を地中に形成する掘削工具に関するが、これに限らない。

現在、掘削した地盤に水硬性バインダーを原位置で（in situ）混合・攪拌する原位置土撹拌工法（soil mixing techniques）が、基礎構造の改良のために一般に用いられている。使用される工具には、通常、垂直軸を中心に回転するオーガーに類似した特別な機器が用いられる。複数のオーガーを並置すると、こういった機械で矩形の壁要素を作製することが可能になり、したがって、１０メートル（ｍ）を超える深度に達する孔が必要な場合は常に、高出力の機械を使用する必要がある。

ここ数年、ソイルセメントから、すなわち、孔の一部分を形成するように水硬性バインダーを掘削した土壌に混合して、その混合物を混合攪拌しながら、矩形の基礎要素を作製することができる新しいタイプの機械が出てきている。本願ではこの工法を「切削物を他の材料と混合しながら孔を掘る」という表現で称することとする。

当然、この混合物は、最終的に地中で切削土壌と水硬性バインダーとの混合物からできた壁体となるように、形成中の孔内のしかるべき場所に残されなければならない。この壁体の形状は、孔の形状によって画定される。

この種の機械は、たとえば、米国特許出願公開第２００５／００００１２３号明細書および米国特許出願公開第２００４／０２３４３４５号明細書に記載されている。

この機械は、基本的には、支持構造体に取り付けられた２対のカッタにより構成される。カッタ対はそれぞれ油圧モータに接続される。これらのモータは、カッタの上方に位置する比較的大きくかさばる筐体に収容されている。

モータが大きな筐体内に取り付けられる場合、この機械での欠点は、モータを収容する筐体が比較的広い見かけ面積を占めることである。寸法が大きな筐体が存在すると、この筐体は切削土壌と水硬性バインダーとから構成される混合材料の間を「突き進ま」なければならないので、混合作業後の工具の引き上げが著しく妨げられる。状況によっては、この筐体があることで、機械を引き上げる際に、掘削物と水硬性バインダーとから構成される混合物が充填されたパネル内で機械が阻まれることもある。

米国特許出願公開第２００５／０２２９４４０号明細書に記載の、この種の機械では、２対のカッタが共通の伝達装置によって、地面より上に配置できる単一のモータに接続されている。この伝達装置は複雑だが、その効果はさほど高くない。

さらに、２対のカッタが同じモータで駆動されるため、全てのカッタが同じ速度で回転する。あいにく、特に穿孔中に垂直線からのずれを補正するためには、各カッタ対が異なる回転速度を与えられるほうが都合が良いことがある。また、動作が正常であればモータからの動力が２対のカッタに共有される。しかし、一方のカッタ対が妨害を受けると、他方のカッタ対がモータからの動力を全て吸収しなければならなくなる。したがって、このような状況に対応できるように、この機構を機械的に寸法設定する必要がある。

掘削機（excavator machines）も、地盤に孔を形成する機械として知られている。掘削機は、通常、寸法の大きな構造体の下端に取り付けられた２対の回転カッタにより構成される。この構造体の上端は、一般にケーブルによって構成される支持手段に固定される。

この掘削機の構造体は、水平断面で略矩形であり、その寸法は２対のカッタの全体の寸法とほぼ同じである。すなわち、この構造体の正断面の寸法は、孔においてこの機械が下方に進みながら掘ることができる部分の水平断面の寸法と実質的に同じである。

したがって、この構造体の壁部は掘削中の孔の一部分の壁体に実質的に接触しており、これにより、機械を確実に垂直に案内して、孔において同様に実質的に垂直な部分が得られる。

また、カッタによって切削された土は、入り口が構造体の下、カッタの壁部の間に設けられている吸引管を通して除去される。

このような掘削機では、地中に壁体を形成するために切削土壌に水硬性バインダーを混合してその混合物を孔の掘削中の部分の所定位置に残すことができないことは極めて明らかである。

このような機械は、欧州特許出願公開第０２６２０５０号明細書および英国特許出願公開第１４３０６１７号明細書に記載されている。

本発明の目的は、上記２点の欠点がないような掘削工具を提供することである。

この目的を達成するために、本発明は、
平行する軸上に軸方向に配列され、カッタを装着した２対の回転ドラムと、
前記ドラムを回転させるモータ手段と、
支持手段と、
前記ドラムが回転するように取り付けられ、前記ドラムを前記支持手段に連結する働きをする支持構造体と、を備える掘削工具であって、
前記モータ手段がドラム内部に取り付けられており、
前記支持構造体が、
前記ドラムの回転軸に対して実質的に直角で、下端部が前記ドラムのベアリングを形成し、１組のカッタ対の回転軸の長さと比べて非常に小さい一定の厚みを有するプレートと、
前記支持手段の下端に直接連結され、前記プレートの上端に固定された取付けパッドとを備え、前記パッドを前記ベアリング形成手段に連結する前記プレートの上縁面が、前記プレートの厚みが小さいことに付随して、前記工具を使用して切削物と他の材料とを混合しながら穿孔している場合に前記工具を極めて容易に引き上げられるように特別な形状を有することを特徴とする、掘削工具を提供する。

カッタを駆動するモータがカッタ内部に設けられているので、工具にはモータを収容する筐体または大型の伝達機構がないことが理解されよう。さらに、各モータを個別に制御して、各カッタ対に異なる回転速度を与えることができる。工具のカッタの上方には筐体がないので、掘削物と水硬性バインダーとの混合物の中から工具を引き上げるのが極めて容易になることが理解できよう。この動作は支持構造体が特別な形状であることによってさらに容易になる。この支持構造体では、引き上げられる掘削工具を妨害する位置にあるのは縁部だけで、この縁部は寸法が小さく適切な形状をしている。

モータが油圧モータで、また、この工具がさらに、モータに動力供給する、支持構造体のプレートの厚み内の穴部から構成される複数組のパイプを備えることが好ましい。すなわち、これらの動力供給パイプはその全体がプレート内部に配置されており、孔を掘って掘削物を水硬性バインダーと混合した後で引き上げられる工具を妨害し得ない。

また、この支持手段のプレートの上縁面が面取りされていることが好ましい。これにより、掘削物と水硬性バインダーとの混合物の中から掘削工具を引き上げることがさら容易になる。

また、この支持手段は、下端が支持構造体のパッドに直接固定された、少なくとも１つのガイド部を備えることが好ましい。

また、パッドの水平方向の寸法が、ガイドビームの正断面の水平方向の寸法と実質的に等しいことが好ましい。

すなわち、パッドはガイド部に整合して位置しているので、切削物と水硬性バインダーとの混合物が充填された孔の中から工具が引き上げられる間、この上方向の移動を妨害しない。

また、カッタの回転軸方向のガイドビームの厚みが、１組のカッタ対の回転軸の長さの２分の１未満で、ガイドビームの断面の幅が、前記回転軸に直交する水平方向の、２対のカッタの全体の寸法の、３分の１未満であることが好ましい。

本発明の他の特徴および利点は、限定的な意味ではなく例として示す以下の本発明の実施形態の説明を読むことでより明確になる。以下の説明では添付の図面を参照する。

図１に、本発明に係る掘削工具を用いた掘削機械を示す。工具１２は、外形が一定で、好ましくは矩形の正断面を有するガイドビーム１４によって孔中を案内される。工具１２は、ガイドビームの下端１４ａに固定されている。ガイドビーム１４は、推進力と牽引力を工具１２に伝達する働きをする。またガイドビーム１４は、この工具に水硬性バインダーを供給するパイプや、カッタを回転させるモータに動力供給するパイプを保護する働きもする。ガイドビーム１４は、案内駆動手段１６、１８によって鉛直柱２０に連結されている。この鉛直柱は、油圧動力を発生させるための機構２４を搭載した無限軌道車２２によって支持されている。

ガイドビーム１４を上下に移動させると、地盤を掘削してその掘削物と水硬性バインダーとを混合することによって孔のパネルが形成されるように、工具１２が地中で垂直に移動することになることが理解されよう。

図２に、掘削工具１２がガイドビーム１４の下端１４ａに固定された状態を示す。この掘削工具は、２対のカッタ２６、２８と、３０、３２とから構成され、対になっているカッタは共通の軸上にあり、また、これらのカッタの回転軸は平行で、使用時には実質的に水平である。後述するように、本発明の本質的な特徴によると、カッタ２６〜３２を回転させるためのモータがカッタの内部に配置されているため、カッタを駆動するために外部のモータを設けなくてもよい。

より正確には、カッタ対２６〜３２は、全体を符号３４で示す支持構造体によってガイド棒の下端１４ａに連結されている。変形例では、地盤の粘性が高い場合にカッタの歯３８の間に付着した土を除去する働きをするスクレーパ機構３６を、支持構造体３４に装着してもよい。

ここで図５を参照し、引き続き、この工具の支持構造体３４をより詳細に説明する。支持構造体３４は、まず第１にプレート４０から構成され、ここで説明する特定の実施形態では、プレート４０は三角部４６によって相互に連結される２枚のハーフプレート４２および４４からなる。三角部４６は、支持構造体３４をガイドビームの下端１４ａに固定するために使用される取付けパッド４８に、２枚のハーフプレート４２および４４を連結する。パッド４８は当然のことながら実質的に水平で、したがって、ハーフプレート４２および４４に対して直角である。図示のように、この取付けパッドの寸法は、ガイド部１４の水平正断面と実質的に同じである。ハーフプレートの下端部４４ａ、４２ａの面には、同軸の筒形ブシュ対５０、５２と、５４、５６とがそれぞれ取り付けられている。これらのブシュの軸Ｘ，Ｘ’およびＹ，Ｙ’は２枚のハーフプレート４２および４４に対して直角であり、その役割は、第１に油圧モータを取り付けることで、第２にカッタが取り付けられるドラムの回転を案内することである。

理解されるように、ガイド棒４８ａは、水平正断面の寸法が掘削工具１２の寸法と比べて非常に小さく、したがってこの工具による穿孔の寸法と比べて非常に小さい。

より正確には、パッド４８の奥行ｌ’（図５参照）が、１組のカッタ対（２６〜３２）の軸の長さＨ（図４参照）の２分の１未満である。パッド４８の幅ｌ（図５参照）は、掘削工具１２の長さＬ（図４参照）の３分の１未満である。ここで「長さ」とは、水平面で最も長い寸法を指すものとする。

各ハーフプレートの上縁面４４ｂ、４２ｂには、実質的に水平で長さが短い第１の部分４４ｃ、４２ｃがあり、その続きに下方に傾斜する部分４４ｄ、４２ｄがあり、これにより、頂部がパッド４８に向かって位置することになる三角形の辺が構成されることが好ましい。また、図４でより明確に示すように、ハーフプレート４２および４４の上縁面４２ｂ、４４ｂを面取りすることが好ましい。

全体的に、プレート４０の上縁面は、孔内に入っている切削土壌と水硬性バインダーとの混合物の中から掘削工具を引き上げやすくするような形状になっている。

上述したように、カッタを回転させるモータは、油圧モータであることが好ましい。その場合、動力流体供給パイプは、ハーフプレート４２および４４の厚み内に形成される５８や６０などの穴部によって構成される。パイプ５８、６０の上端は、ガイド棒１４内に位置する動力流体供給パイプにパイプ５８および６０を連結するパッド４８に形成される、６２などのオリフィスとなって開口している。

ある状況下、すなわち土壌が粘性である場合には、支持手段３４の中央三角部４６の両側にスクレーパ機構３６を固定する。これらのスクレーパ機構３６は、カッタの歯の間に付着する可能性のある土を取り除くようにカッタの歯３８、３８’、３８の列の間に挿入されている、６４などのスクレーパを備える。

スクレーパ機構３６は、掘削物と水硬性バインダーとの混合物の中から掘削工具を引き上げやすくするような形になっていることに注目されたい。

図４に、カッタ３０〜３６がブシュ５０〜５６に取り付けられた状態を示す。まず、ブシュ５０〜５６に固定されている、７０などの油圧モータが見られる。モータ７０の出力シャフトは、カッタ３０〜３６とそれらに取り付けられた歯３８、３８’、および３８”とを有する７２などのドラムに、回転および変換のために機械的に連結されている。油圧流体供給パイプ５８および６０の端部は、任意の適切な手段によって、油圧モータ７０に動力を供給する機構に連結される。

掘削物と水硬性バインダーとの混合物が充填された孔内の掘削工具を引き上げたい場合に、この工具の中で上方向への移動を妨害する部分は、支持プレート４０によって構成される部分と、設けるのであればスクレーパ機構３６によって構成される部分とだけであることが理解されよう。パッド４８はガイド棒１４に整合して位置しているので、掘削工具を引き上げる障害とはならない。

ハーフプレート４２および４４は厚みが小さく、上記で説明したように、工具の引き上げを容易にするような形の上縁４４ｂ、４２ｂを有している。

特定の一実施形態では、掘削工具は、回転軸Ｘ，Ｘ’およびＹ，Ｙ’方向の幅Ｈが８００ミリメートル（ｍｍ）に等しく、これらの軸に直交する方向の長さＬが２８００ｍｍである。

ここで支持プレート４０について考えると、その長手寸法は２２００ｍｍであり、厚みｅは６０ｍｍに等しい。さらに、締結プレート４８の形状は矩形でその寸法は６００ｍｍと３００ｍｍである。締結プレート４８はガイド棒１４に整合して位置しているので、上方向への移動中にその移動の障害とはならないことが理解されよう。したがって、支持プレート４０の長さのうち１６００ｍｍだけを考慮すればよいことになる。すなわち、上方向の移動を妨害する面積は、１６００ｍｍ×６０ｍｍ＝９６，０００平方ミリメートル（ｍｍ^２）である。この部分を工具組立体の水平投影面と比較すべきである。この投影面は２８００ｍｍ×８００ｍｍの面積に相当し、２００万ｍｍ^２を超える。したがって、上方向の移動を妨害する面積は、工具の投影面積の５％未満である。上方向の移動中は、カッタは回転されるので、この移動の妨げとならない。幅が５００ｍｍの軸を有するカッタ対を切削工具に取り付ける場合、この比率はわずか１０％未満である。概して、これらの面積の比率が１０％未満であることが好ましい。

また概して、支持プレート４０の厚みｅが、回転軸Ｘ，Ｘ’およびＹ，Ｙ’方向の工具の幅Ｈの１５％未満であることが好ましい。この比率が１０％以下であるとさらに好ましい。この比率を得るための値は、カッタの寸法に依存する。カッタが大きくなるほど、この比率を小さくすることができる。プレートに十分な強度を確保するために、またモータに動力供給するためのダクトを内部に設けるためには、プレート４０を形成する手段の厚みは最小で５０ｍｍ〜６０ｍｍである。

本発明の掘削工具を用いた掘削設備の立面図である。 ガイド棒を備えた掘削工具の斜視図である。 は、掘削工具組立体の立面図である。 一部を破線で示す（partially phantom）、掘削工具の平面図である。 掘削工具のカッタの支持手段の斜視図である。

Claims (11)

1. 平行する軸上に軸方向に配列され、カッタを装着した２対の回転ドラムと、
   前記ドラムを回転させるモータ手段と、
   支持手段と、
   前記ドラムが回転するように取り付けられ、前記ドラムを前記支持手段に連結する働きをする支持構造体と、を備える掘削工具であって、
   前記モータ手段が前記ドラム内部に取り付けられており、
   前記支持構造体が、
   前記ドラムの回転軸に対して実質的に直角で、下端部が前記ドラムのベアリングを形成し、１組のカッタ対の回転軸の長さと比べて非常に小さい一定の厚みを有するプレートと、
   前記支持手段の下端に直接連結され、前記プレートの上端に固定された取付けパッドとを備え、前記パッドを前記ベアリング形成手段に連結する前記プレートの上縁面が、前記プレートの厚みが小さいことに付随して、前記工具を使用して切削物と他の材料とを混合しながら穿孔している場合に前記工具を極めて容易に引き上げられるように特別な形状を有することを特徴とする、掘削工具。
2. 前記モータが油圧モータであり、前記工具がさらに、前記モータに動力供給する、前記プレートの厚み内に形成された穴部から構成される複数組のパイプを含むことを特徴とする、請求項１に記載の工具。
3. 前記支持手段が、前記取付けパッドに下端が固定されたガイドビームを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の工具。
4. 前記ガイド部の水平正断面の寸法が、前記取付けパッドの寸法と実質的に同じであることを特徴とする、請求項３に記載の工具。
5. 前記取付けパッドの前記カッタ対の軸方向の奥行（ｌ’）が、１組のカッタ対の軸の長さ（Ｈ）の２分の１未満であり、前記取付けパッドの幅（ｌ）が、前記カッタ対の軸方向に直交する水平方向の、前記掘削工具の長さ（Ｌ）の３分の１未満であることを特徴とする、請求項３または４に記載の工具。
6. 地中に水硬性バインダーを注入する手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の工具。
7. 前記プレートの上縁が面取りされていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の工具。
8. 前記プレートの厚みが、１組のカッタ対の回転軸の長さの１５％未満であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の工具。
9. 前記プレートの前記下端部を前記締結プレートに連結する前記プレートの上縁面が、頂部が前記パッドに向かっている三角形の２辺を形成する部分を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の工具。
10. 前記カッタの回転軸に平行な平面に投影した際に、前記プレートの面積が、前記カッタ対の面積の１０％以下であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の工具。
11. 前記プレートの厚みが、１組のカッタ対の回転軸の長さの１０％未満であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工具。

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