JP2014001496A - 穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】玉石や軟岩Ｉを含む地盤に容易な穿孔作業で適切な大きさ、形状の孔を穿つ。
【解決手段】この穿孔装置Ｍは既存の油圧クローラドリルの穿孔機を利用し、ドリフター２に接続されるロッド３の周囲に所定の摩擦力で摩擦係合可能に取り付けられるパイプ５０、及びパイプ５０の周囲に螺旋状に設けられるスクリュー５１からなり、ロッド３に作用するビット４方向への力が摩擦力よりも小さいときにロッド３と一体的に回転可能に係合され、ロッド３に作用するビット４方向への力が摩擦力よりも大きいときにロッド３の動きから切り離し可能な地盤の破砕物を排出するためのオーガー５を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は穿孔装置に関し、特に、メガソーラシステム（大規模太陽光発電システム）や小規模構造物の基礎杭工事などで、玉石混じりの土砂や軟岩Ｉの地盤などを穿孔するのに
最適な穿孔装置に関する。

一般に、メガソーラシステムや小規模構造物の基礎杭工事などで、玉石混じりの土砂や軟岩Ｉの地盤などを穿孔する場合、アースオーガーやダウンザホールなどの穿孔装置が使
用される。また、最近では、ダウンザホールとオーガーとを組み合わせた穿孔機も採用されている。

従来のアースオーガーは、例えばクレーン車などの車両に設けられたブームの先端に取り付けられるリーダ、リーダに昇降可能に配設される駆動装置、駆動装置に連結され、回転駆動されるスクリュー、スクリューの下端に連結固定されるヘッドなどから構成され、ブームを駆動して、リーダを地面に立て、ヘッドを地盤上に突き立てた状態から、駆動装置によりスクリューを回転駆動し、駆動装置とともにスクリュー（ヘッド）を降下させながら、杭孔を掘進するようになっている。この種のアースオーガーは例えば特許文献１などに開示されている。

従来のダウンザホールは、例えばクレーン車などの車両に吊り下げられるロッド、ロッドの下端に接続されるエアハンマー装置及びビット、エアハンマー装置を作動させるための圧縮空気を供給するコンプレッサーなどから構成され、コンプレッサーで発生させた高圧空気をエアハンマー装置に送り込み、エアハンマー装置を作動させて、ビットを繰り返し打撃し、杭孔を掘削するようになっている。この種のダウンザホールは例えば特許文献２などに開示されている。

また、ダウンザホールとオーガーとを組み合わせた形式の穿孔機では、ダウンザホールにオーガーを取り付けて、ダウンザホールの打撃掘削とオーガーの回転掘削により杭孔を掘削するようになっている。この種のダウンザホールは例えば特許文献３などに開示されている。

特開平１１−１４１２６２号公報 特開２００１−３６６７公報 特開平１０−１５９４７４号公報

しかしながら、上記従来の穿孔装置では、次のような問題がある。
（１）オーガーで穿孔すると、多くの穿孔時間を必要とし、作業効率が悪い。ヘッドの先端が玉石や軟岩に引掛り、穿孔径が大きくなり、最悪の場合、孔にならないことがある。
（２）ダウンザホールで穿孔する場合、装置が大掛かりになるためにコストが増大する。穿孔作業中、高圧のエアーホースを引きずり回すため、作業性が悪い。高圧のエアーの力で穿孔した孔を破損させることがある。
（３）ダウンザホールにオーガーを取り付けて穿孔する場合、打撃力に耐え得るオーガーの羽根を取り付ける必要がある。また、オーガーに打撃力が加わることにより、オーガーで玉石や軟岩を粉砕することがあり、オーガーの破損が多くなる。このため、コストが増大する。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種の穿孔装置において、玉石や軟岩Ｉを含む地盤に適切な大きさ、形状の孔を確実に穿つこと、穿孔作業を容易に
すること、簡単な装置構成でコストの低減を図ることなど、を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の穿孔装置は、垂直方向又は水平方向に延びるガイドセルと、前記ガイドセルに当該ガイドセルの延びる方向に移動可能に取り付けられる、打撃機構及び回転機構を有するドリフターと、前記ガイドセルに配設され、前記ドリフターを送り駆動する送り装置と、前記ドリフターに接続され、前記ドリフターからの打撃力及び回転力を伝達するロッドと、前記ロッドの先端に取り付けられ、前記ロッドを通じて伝達される打撃力及び／又は回転力により地盤を破砕するビットと、前記ロッドの周囲に所定の摩擦力で摩擦係合可能に取り付けられるパイプ、及び前記パイプの周囲に前記パイプの中心軸を中心として螺旋状に設けられるスクリューからなり、前記ロッドに作用する前記ビット方向への力が前記摩擦力よりも小さいときに前記ロッドと一体的に回転可能に、前記ロッドに作用する前記ビット方向への力が前記摩擦力よりも大きいときに前記ロッドの動きから切り離し可能に係合され、地盤の破砕物を排出するためのオーガーとを備え、前記ビットを地盤の穿孔位置にセットし、前記ドリフターを作動して、前記ロッドを介して打撃力及び回転力を前記ビットに伝達し、前記送り装置により前記ドリフターを送り駆動して、前記ビットをその軸線回りに回転させながら軸線方向に前進させ、地盤を穿孔する形式に構成され、破砕前の地盤上で前記ロッドに前記ビット方向へ前記ロッドと前記オーガーとの間の摩擦力よりも大きい力を加えることにより、前記ロッドを前記パイプと切り離して前進させ、前記ビットで地盤を破砕掘進し、破砕後の地盤上で前記ロッドと前記オーガーとを係合させ、前記ロッドに回転力を加えることにより、前記ロッドと一体的に前記オーガーが回転して前進させ、前記オーガーで破砕後の地盤中から破砕物を掻き出し地盤の外に排出する、ことを要旨とする。
また、この穿孔装置は各部に次のような構成が採用されることが好ましい。
（１）オーガーのパイプのドリフター側の端部に当該パイプとロッドとのがたつきをなくすためのスリーブを有する。
（２）ビットのロッドへの取付側の端部にオーガーのパイプとのがたつきをなくすためのテーパー形状部を有する。
（３）ビットの先端に圧縮空気を供給し噴出させるための空気吐出口を有する。
（４）ガイドセルの先端（ガイドセルを垂直方向に立ち上げたときの下端に当たる一方の端部）に地盤を押えるための押えプレートを有する。
（５）ガイドセルの先端（ガイドセルを垂直方向に立ち上げたときの下端に当たる一方の端部）にビット、ロッド及びオーガーの送り方向を案内するための送りガイドを有する。

本発明の穿孔装置によれば、上記の各構成により、次のような効果を奏する。
（１）玉石や軟岩Ｉを含む地盤に適切な大きさ、形状の孔を確実に穿つことができる。
（２）穿孔作業を容易にすることができる。
（３）簡単な装置構成でコストの低減を図ることができる。

本発明の一実施の形態における穿孔装置を示す図 油圧クローラドリルを利用して構成された同穿孔装置の構成を示す図 同穿孔装置を用いた穿孔方法を示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に穿孔装置の構成を示している。
図１に示すように、穿孔装置Ｍは、垂直方向又は水平方向に延びるガイドセル１と、ガイドセル１に当該ガイドセル１の延びる方向（つまり、垂直方向又は水平方向）にスライド移動可能に取り付けられる、打撃機構及び回転機構を有するドリフター２と、ガイドセル１に配設され、ドリフター２を送り駆動する送り装置（図示省略）と、ドリフター２に接続され、ドリフター２からの打撃力及び回転力を伝達するロッド３と、ロッド３の先端に取り付けられ、ロッド３を通じて伝達される打撃力及び／又は回転力により地盤を破砕するビット４と、ロッド３の周囲に所定の摩擦力で摩擦係合可能に取り付けられるパイプ５０、及びパイプ５０の周囲にパイプ５０の中心軸を中心として螺旋状に設けられるスクリュー５１からなり、地盤の破砕物を排出するためのオーガー５とを備えて構成される。
この穿孔装置Ｍはブーム付きの車両上にブームの先端にガイドセル１が取り付けられて搭載される。

この場合、穿孔装置Ｍは、図２に示すように、既存の油圧クローラドリルＤを利用して構成される。
この油圧クローラドリルＤは、クローラ式の車両（クローラ装置）６と、車両６の前方に起伏及び旋回可能に設置されるブーム６１と、ブーム６１に取り付けられて支持され、垂直方向又は水平方向に延びるガイドセル１と、ガイドセル１にキャリッジ（図示省略）を介してスライド移動可能に配置される打撃機構及び回転機構を有するドリフター２と、キャリッジに連結されるフィードチェーン、及びガイドセル１に設置され、フィードチェーンを駆動するフィードモータからなり、ドリフター２を送り駆動する送り装置（図示省略）と、ドリフター２に挿着され、ドリフター２による打撃力及び回転力を伝達するロッド３、ロッド３の先端に着脱可能に取り付けられて、ロッド３により伝達される打撃力及び回転力により駆動され、地盤を切削するビット４などを備える。また、ドリフター２はフラッシング機構を併せて備え、ロッド３に空気通路３０、ビット４の先端に空気吐出口４０をそれぞれ備えて、ドリフター２のフラッシング機構から圧縮空気をロッド３を通じてビット４に送り、ビット４の空気吐出口４０から噴出するようになっている。
この穿孔装置Ｍでは、かかるクローラドリルＤを用い、ガイドセル１に押えプレート１１及び送りガイド１２、ビット４にテーパー形状部４１など必要な補助部品を付設され、ロッド３にオーガー５が取り付けられて構成される。

図１及び図２に示すように、ガイドセル１の先端（ガイドセル１を垂直方向に立ち上げたときの下端に当たる一方の端部）に、地盤を押えるための押えプレート１１と、ビット４、ロッド３及びオーガー５の送り方向を案内するための送りガイド１２とを有する。この場合、押えプレート１１及び送りガイド１２は鋼板により一体に形成され、押えプレート１１は略矩形状の平板１１１とこの平板１１１の上面側に突状に形成される補強部（図示省略）とからなり、送りガイド１２は押えプレート１１の平板１１１の一端側で略中央にオーガー５のスクリュー５１の外径よりも少し大きい径の円形の穴１２０が形成され、この平板１１１の上側で当該穴１２０の全周縁に沿って円形の管１２１が連接されてなり、平板１１１の他端側の略中央をガイドセル１の接合位置として、ガイドセル１の下端に接合される。
ビット４のロッド３との取付側の端部、すなわち、ビット４の上部に、オーガー５のパイプ５０とのがたつきをなくすため、上から下に向けて漸次拡径されるテーパー形状部４１が形成される。

図１及び図２に示すように、オーガー５は全体が鋼材により形成され、ロッド３が挿通可能な円形のパイプ５０と、パイプ５０の周囲に螺旋状に周設されるスクリュー５１とからなる。この場合、パイプ５０はロッド３と摩擦係合可能にロッド３との間の隙間が少なくなるように、ロッド３の外径よりも僅かに大きい径を有し、また、パイプ５０の先端からロッド３が所定の長さだけ突出可能に、ロッド３よりも短い長さになっている。スクリュー５１は螺旋状の羽根からなり、パイプ５０の周囲に溶接により固着される。また、このオーガー５には、パイプ５０のドリフター２側の端部、すなわち、パイプ５０の上端部にこのパイプ５０とロッド３とのがたつきをなくすためのスリーブ５２が併せて設けられる。
このようにしてオーガー５は、ドリフター２によるロッド３に作用するビット４方向への力がパイプ５０とロッド３との間の摩擦力よりも小さいときにロッド３と一体的に回転可能に係合され、ドリフター２によるロッド３に作用するビット４方向への力がパイプ５０とロッド３との間の摩擦力よりも大きいときにロッド３の動きから切り離し可能になっている。

穿孔装置Ｍは、かかる構成を備え、ビット４を地盤の穿孔位置にセットし、ドリフター２を作動して、ロッド３を介して打撃力及び回転力をビット４に伝達し、送り装置によりドリフター２を送り駆動して、ビット４をその軸線回りに回転させながら軸線方向に前進させ、地盤を穿孔する形式に構成され、破砕前の地盤上でロッド３にビット４方向へロッド３とオーガー５との間の摩擦力よりも大きい力を加えることにより、ロッド３をパイプ５０と切り離して前進させ、ビット４で地盤を破砕掘進し、破砕後の地盤上でロッド３とオーガー５とを係合させ、ロッド３に回転力を加えることにより、ロッド３と一体的にオーガー５を回転して前進させ、オーガー５で破砕後の地盤中から破砕物を掻き出し地盤の外に排出するようになっている。

図３にこの穿孔装置Ｍを用いた玉石混じりの土砂や軟岩Ｉの地盤に基礎杭のための孔を
穿つ方法を示している。
まず、図３（１）に示すように（また、図２を併せて参照）、クローラ式の車両６の自走により、穿孔装置Ｍを地盤の所定の穿孔位置まで移動し、ブーム６１によりガイドセル１を地盤上の所定の位置に位置決めして、ロッド３先端のビット４を地盤の穿孔位置にセットする。この場合、ガイドセル１下端の押えプレート１１を穿孔位置の周囲に設置し、送りガイド１２（穴１２０）の芯を穿孔位置に合わせることで、穿孔装置Ｍを振れ止めし、穿孔する孔の口元を押え、ビット４、ロッド３及びオーガー５の送り方向を穿孔位置に合わせる。そして、送り装置の作動により、すなわち、フィードモータを回転駆動しフィードチェーンを介してキャリッジをガイドセル１上で移動させることにより、ドリフター２を送り駆動するとともに、ドリフター２の打撃機構及び回転機構により打撃と回転をロッド３を介してビット４に伝達し、ビット４で地盤の穿孔位置に孔を穿つ。併せて、ドリフター２のフラッシング機構により圧縮空気をロッド３を通じてビット４に送り、ビット４先端の空気吐出口４０から圧縮空気を噴出して、ビット４先端の目詰まりを防止し、また、地盤の破砕粉を吹き飛ばす。
この破砕前の地盤上で穿孔装置Ｍにより穿孔を開始すると、ビット４に打撃力及び回転力を加えた最初のうちは、ビット４に打撃力及び回転力を伝達するロッド３とオーガー５（パイプ５０）が摩擦係合して、オーガー５がロッド３と一体的に回転するが、ロッド３にビット４方向へロッド３とオーガー５との間の摩擦力よりも大きい力が加えられていき、ビット４が地盤を玉石を破砕しながら穿孔し出すと、図３（２）に示すように、ロッド３とパイプ５０との摩擦係合が切り離され、オーガー５は打撃力が伝達されず、フリーの状態になるので、オーガー５は地盤中に僅かに入ったところで留まり（つまり、ここでロッド３に追随せず、置き去りになり）、ロッド３が前進して、ビット４で地盤を破砕する。なお、オーガー５はビット４から分離されることで、地盤の破砕による衝撃を受けることがない。このようにして一度ビット４で地盤の玉石混じりの土砂や軟岩を破砕し、基礎杭孔を所定の径及び深さに掘進していく。そして、玉石混じりの土砂や軟岩を小さく細かく砕いたところで、ロッド３とともにビット４を地盤上に引き上げる。
次に、地盤上に引き上げたロッド３とオーガー５とを摩擦係合させ、ロッド３の回転力をオーガー５に伝達する。オーガー５が回転し始めると、その慣性力も回転力として寄与し、特に、パイプ５０の上端部に設けられたスリーブ５２とロッド３との間、パイプ５０の下端とロッド３の下端でビット４の上部に形成されたテーパー形状部４１との間が強い摩擦力で係合され、これらの係合点でロッド３の回転力がオーガー５に確実に伝達される。なお、このとき、ロッド３の打撃力はオフにしてもよい。そして、図３（３）に示すように、このオーガー５の回転力とオーガー５の回転による地盤中に進入しようとする力により、オーガー５はビット４による破砕後の（すなわち、一度砕いて、硬いところがない）地盤中で回転し、図３（４）に示すように、破砕後の地盤中からズリ（破砕物）を掻き出し地盤の外にスムーズに排出する。なお、オーガー５はズリの抵抗を受けると上下運動を繰り返しながら回転する。また、この間、ビット４先端の空気吐出口４０から圧縮空気が噴出され、この圧縮空気の力でもズリが排出されるので、排土効果は増大する。
このようにしてオーガー５は破砕後の地盤中で上下運動を繰り返しながら回転し、破砕した孔のズリを地盤の外に排出して、穿孔する。この結果、玉石や軟岩Ｉを含む地盤でも
、口元が崩れない、形の整った略円筒状の孔が穿たれる。

以上説明したように、この穿孔装置Ｍは、既存の油圧クローラドリルＤを用い、ドリフター２に接続されるロッド３の周囲に、所定の摩擦力で摩擦係合可能に取り付けられるパイプ５０、及びパイプ５０の周囲に螺旋状に設けられるスクリュー５１からなり、ロッド３に作用するビット４方向への力がパイプ５０とロッド３との間の摩擦力よりも小さいときにロッド３と一体的に回転可能に係合され、ロッド３に作用するビット４方向への力がパイプ５０とロッド３との間の摩擦力よりも大きいときにロッド３の動きから切り離し可能な、地盤の破砕物を排出するためのオーガー５を備え、ビット４を地盤の穿孔位置にセットし、ドリフター２を作動して、ロッド３を介して打撃力及び回転力をビット４に伝達し、送り装置によりドリフター２を送り駆動して、ビット４を回転させながら前進させ、地盤を穿孔する形式に構成され、破砕前の地盤上でロッド３にビット４方向へロッド３とオーガー５との間の摩擦力よりも大きい力を加えることにより、ロッド３をパイプ５０と切り離して前進させ、ビット４で地盤を破砕穿孔し、破砕後の地盤上でロッド３とオーガー５とを係合させ、ロッド３に回転力を加えることにより、ロッド３と一体的にオーガー５を回転して前進させ、オーガー５で破砕後の地盤中から破砕物を掻き出し地盤の外に排出するようにしたので、玉石や軟岩Ｉを含む地盤でも適切な大きさ、形状の孔を確実かつスムーズに穿つことができる。しかも、この共通の機械を使用して地盤の破砕作業と破砕後の土砂の排出作業を行うだけなので、穿孔作業を容易にしかも短時間に行うことができる。また、この機械では、既存のクローラドリルＤを利用し、そのドリフター２に接続されたロッド３にオーガー５を取り付けるだけなので、簡単な装置構成でコストの低減を図ることができる。さらに、この機械の場合、オーガー５は地盤の破砕による衝撃を受けることがないので、オーガー５のパイプ５０やスクリュー５１が破損することもなく、メンテナンスフリーを実現することができる。

この穿孔装置Ｍではまた、オーガー５のパイプ５０のドリフター２側の端部に当該パイプ５０とロッド３とのがたつきをなくすためのスリーブ５２を設けたので、ロッド３とオーガー５（パイプ５０）との間の摩擦係合とその切り離しを確実に行うことができる。
また、ビット４のロッド３への取付側の端部にオーガー５のパイプ５０とのがたつきをなくすためのテーパー形状部４１を設けたので、ロッド３とオーガー５（パイプ５０）との間の摩擦係合とその切り離しを確実に行うことができる。
さらに、ビット４の先端に圧縮空気を供給し噴出させるための空気吐出口４０を設けたので、この空気吐出口４０から圧縮空気を噴出することで、破砕後の地盤中のズリを排出することができ、排土効果を増大させることができる。
またさらに、ガイドセル１の先端に地盤を押えるための押えプレート１１を設けたので、ガイドセル１を地盤上にセットしたときに確実に振れ止めすることができ、ガイドセル１の先端にビット４、ロッド３及びオーガー５の送り方向を案内するための送りガイド１２を設けたので、ビット４、ロッド３及びオーガー５の送り方向を地盤の所定の穿孔位置に確実に合わせることができ、全体として、口元の崩れない、形が整った綺麗な孔を穿つことができる。

なお、この実施の形態では、穿孔装置Ｍを、既存の油圧クローラドリルＤの、クローラ式の車両６、ブーム６１、ガイドセル１、ドリフター２、送り装置、ロッド３及びビット４を利用して構成したが、これらガイドセル、ドリフター、送り装置、ロッド及びビットにクローラドリルのものと概ね同様の機能を有する穿孔装置Ｍ専用の装置、部品を製造して使用してもよく、また、走行車両６やブーム６１に、他の形式のものを採用してかまわない。これら専用の装置、部品が同様の機能を有する限り、ロッドにオーガーを同様にして取り付けることにより、上記と同様の作用効果を得ることができる。

Ｍ 穿孔装置
Ｄ 油圧クローラドリル
１ ガイドセル
１１ 押えプレート
１１１ 平板
１２ 送りガイド
１２０ 穴
１２１ 管
２ ドリフター
３ ロッド
３０ 空気通路
４ ビット
４０ 空気吐出口
４１ テーパー形状部
５ オーガー
５０ パイプ
５１ スクリュー
５２ スリーブ
６ 車両（クローラ式の車両（クローラ装置））
６１ ブーム

Claims (6)

1. 垂直方向又は水平方向に延びるガイドセルと、
   前記ガイドセルに当該ガイドセルの延びる方向に移動可能に取り付けられる、打撃機構及び回転機構を有するドリフターと、
   前記ガイドセルに配設され、前記ドリフターを送り駆動する送り装置と、
   前記ドリフターに接続され、前記ドリフターからの打撃力及び回転力を伝達するロッドと、
   前記ロッドの先端に取り付けられ、前記ロッドを通じて伝達される打撃力及び／又は回転力により地盤を破砕するビットと、
   前記ロッドの周囲に所定の摩擦力で摩擦係合可能に取り付けられるパイプ、及び前記パイプの周囲に前記パイプの中心軸を中心として螺旋状に設けられるスクリューからなり、前記ロッドに作用する前記ビット方向への力が前記摩擦力よりも小さいときに前記ロッドと一体的に回転可能に、前記ロッドに作用する前記ビット方向への力が前記摩擦力よりも大きいときに前記ロッドの動きから切り離し可能に係合され、地盤の破砕物を排出するためのオーガーと、
   を備え、
   前記ビットを地盤の穿孔位置にセットし、前記ドリフターを作動して、前記ロッドを介して打撃力及び回転力を前記ビットに伝達し、前記送り装置により前記ドリフターを送り駆動して、前記ビットをその軸線回りに回転させながら軸線方向に前進させ、地盤を穿孔する形式に構成され、
   破砕前の地盤上で前記ロッドに前記ビット方向へ前記ロッドと前記オーガーとの間の摩擦力よりも大きい力を加えることにより、前記ロッドを前記パイプと切り離して前進させ、前記ビットで地盤を破砕掘進し、
   破砕後の地盤上で前記ロッドと前記オーガーとを係合させ、前記ロッドに回転力を加えることにより、前記ロッドと一体的に前記オーガーが回転して前進させ、前記オーガーで破砕後の地盤中から破砕物を掻き出し地盤の外に排出する、
   ことを特徴とする穿孔装置。
2. オーガーのパイプのドリフター側の端部に当該パイプとロッドとのがたつきをなくすためのスリーブを有する請求項１に記載の穿孔装置。
3. ビットのロッドへの取付側の端部にオーガーのパイプとのがたつきをなくすためのテーパー形状部を有する請求項１又は２に記載の穿孔装置。
4. ビットの先端に圧縮空気を供給し噴出させるための空気吐出口を有する請求項１乃至３のいずれかに記載の穿孔装置。
5. ガイドセルの先端に地盤を押えるための押えプレートを有する請求項１乃至４のいずれかに記載の穿孔装置。
6. ガイドセルの先端にビット、ロッド及びオーガーの送り方向を案内するための送りガイドを有する請求項１乃至５のいずれかに記載の穿孔装置。

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