JP2018135682A - 地中掘削ヘッド - Google Patents

地中掘削ヘッド Download PDF

Info

Publication number
JP2018135682A
JP2018135682A JP2017030514A JP2017030514A JP2018135682A JP 2018135682 A JP2018135682 A JP 2018135682A JP 2017030514 A JP2017030514 A JP 2017030514A JP 2017030514 A JP2017030514 A JP 2017030514A JP 2018135682 A JP2018135682 A JP 2018135682A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shaft
cutter support
cutter
underground
support shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017030514A
Other languages
English (en)
Inventor
ひろし 小川
Hiroshi Ogawa
ひろし 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sansei KK
Original Assignee
Sansei KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sansei KK filed Critical Sansei KK
Priority to JP2017030514A priority Critical patent/JP2018135682A/ja
Publication of JP2018135682A publication Critical patent/JP2018135682A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

【課題】 地中掘削ヘッドの複数のカッターユニットを同時に、且つ複合運動で作動させることにより掘削作業を行い、より一層掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させること。【解決手段】 駆動源を備え地面に対して略垂直に立てられた掘削ロッドの先端に連結され、地中の岩石を破砕しながら地中に推進する、地中掘削ヘッドにおいて、前記駆動源に連結された駆動軸に結合されるジョイント軸と、ジョイント軸に作動連結されたカッター支持シャフトと、カッター支持シャフトの先端に取り付けられたカッターユニットと、前記ジョイント軸とカッター支持シャフトとを連結する軸フレームと、ジョイント軸とカッター支持シャフトとの間に配置されてジョイント軸からカッター支持シャフトへ動力を伝達する遊星歯車機構と、を備えた地中掘削ヘッドを要旨とする。【選択図】図2

Description

本発明は、地中掘削ヘッド、特に立坑などの掘削作業において掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させることが可能な地中掘削ヘッドに関するものである。
従来から、深層地盤改良工法の一種として、硬い岩盤などを含む地盤に掘削ヘッドを使って垂直孔を掘削し、その後、形成された立坑に杭打ちを行ったり、或いは攪拌機を使用して地盤改良材(固化材)を立坑中に吐出し、撹拌機によりセメント系スラリー等の地盤改良材を原地盤に注入して土壌と撹拌することによりセメントコラムを製造する地盤改良工法がある。
このような地盤改良工法を行うための地盤掘削作業に用いられる掘削ヘッドの従来例としては、例えば特許文献1に開示されるものがある。この従来の掘削ヘッドの概略構成が図7に示されている。図7は、従来技術による掘削ヘッドが適用された先導管50の先端部の断面を示す図である。先導管50の先導管本管51の先端には、先導管本管51とともに先導管50を構成する刃口管52が連結されている。刃口管52の先端には、掘削ヘッド53が構成されている。掘削ヘッド53は、複数のビットカッター54が取り付けられている面板55と、この面板55を駆動機構(図示してない)に連結する連結軸57とを備えている。連結軸57は駆動機構に連結されていることから、掘削ヘッド53にとっては駆動軸としての機能を有する。
刃口管52の後端には、掘削ヘッド53の面板55を回転自在に支持するベアリング58が設けられている。この実施形態では、ベアリング58の外輪は、刃口管52の内周面に固定されている。ベアリング58の内輪は、ベアリング押さえ59を介して4本のヘッド支持部材60に連結されている。ヘッド支持部材60は、刃口管52の先端まで軸方向に延びて、面板55にボルトを介して締結されている。
このような構成において、駆動機構により駆動軸を回転させると、先導管50の推進とともに、駆動軸の回転を面板55に伝達する。これにより面板55が回転運動し、面板55とともにビットカッター54が旋回し、ビットカッター54の切刃は地盤の掘削を行う。
特開2014−205982号公報
しかしながら、上記従来例に係る掘削ヘッドによる地盤掘進作業では、駆動機構により駆動軸を回転させると、駆動軸の回転が面板55及びビットカッター54に伝達され、面板55及びビットカッター54が駆動軸と同じ回転運動によって地盤の掘削を行うものであるため、例えばビットカッター54の回転速度を上げたりして掘削効率を一定以上に向上させるなどの効果には限度があった。
本発明はかかる従来の不具合に鑑みてなされたもので、その目的は、複数のカッターユニットを同時に、且つ複合運動で作動させることにより掘削作業を行い、より一層掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させることが可能な地中掘削ヘッドを提供することである。
本発明は、上記の課題を解決するために、駆動源を備え地面に対して略垂直に立てられた掘削ロッドの先端に連結され、地中の岩石を破砕しながら地中に推進する、地中掘削ヘッドにおいて、前記駆動源に連結された駆動軸に結合されるジョイント軸と、ジョイント軸に作動連結されたカッター支持シャフトと、カッター支持シャフトの先端に取り付けられたカッターユニットと、前記ジョイント軸とカッター支持シャフトとを連結する軸フレームと、ジョイント軸とカッター支持シャフトとの間に配置されてジョイント軸からカッター支持シャフトへ動力を伝達する遊星歯車機構と、を備えた地中掘削ヘッドを要旨とする。
上述のような構成により、駆動軸とカッターユニットとの間が遊星歯車機構により動力を伝達され、カッターユニットを自転運動及び公転運動させて地中を掘削できるようにするから、掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させることができる。
遊星歯車機構の構成としては、ジョイント軸に太陽歯車が取り付けられる一方、前記カッター支持シャフトには、前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車が取り付けられているようにすることができる。これにより、上述のカッターユニットを自転運動及び公転運動が実現し得る。
前記カッター支持シャフトは、ジョイント軸の周りに所定の角度間隔を開けて複数個配置され、それぞれのカッター支持シャフトには遊星歯車が取り付けられ、且つそれぞれの遊星歯車はいずれも前記太陽歯車に噛み合い係合している。
これにより、ジョイント軸から複数のカッターユニットに動力が伝達され、ジョイント軸の周囲の複数の箇所で掘削操作をすることができる。
また、軸フレームは、中心部分と、中心部分から半径方向外方へ延びる複数のアーム部とを有し、中心部分においてジョイント軸と連結する一方、各アーム部においてそれぞれカッター支持シャフトに連結される。
これにより、ジョイント軸と複数のカッター支持シャフトとの間の作動連結を単一の軸フレームで実現することができ、構造のシンプル化と、ジョイント軸と複数のカッター支持シャフトとの間の位置決めを達成できる。
本発明によれば、地中掘削ヘッドの駆動軸(ジョイント軸)とカッターユニットとの間に遊星歯車機構からなる動力伝達機構を配置し、カッターユニットを自転運動及び公転運動させて地中を掘削できるようにしたため、掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させることができる。
本発明の一実施形態における現場造成用の杭打ち機及びこれを装着した作業車の側面図である。 上記実施の形態における地中掘削ヘッドの縦断面図である。 上記実施の形態に係る地中掘削ヘッドの遊星歯車機構を表す図2中のIII−III線における断面図である。 上記実施の形態に係る地中掘削ヘッドの軸フレームの構成を表す図2中のIV−IV線における上側端面図である。 上記実施の形態に係る地中掘削ヘッドのカッター部分の構成を表す図2中のV−V線における下側端面図である。 上記実施の形態に係る図6は地中掘削ヘッドの先端に取り付けられているカッター部分を示す斜視図である。 従来の地中掘削ヘッドの構成を示す断面図である。
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の一実施形態における現場造成用の杭打ち機及びこれを装着した作業車の側面図である。図1に示すように、杭打ち機1は、作業車2に、アーム3を介して支持されているガイド柱4に対して上下動可能に支持される駆動ヘッド5、前記駆動ヘッド5に上端が支持されて回転駆動される、中空円筒状の掘削ロッド6、及び、前記掘削ロッド6の下端開口部に装着される地中掘削ヘッド7から構成されている。掘削ロッド6は、地面に対して略垂直に立てられる。
作業車2は、キャタピラー走行装置により走行移動が可能で、作業内容に応じて、様々な作業装置を取り付けて使用可能な車両である。ガイド支柱4には、その上下の端部に一対のガイドシーブ8A、8Bが設けられており、これらのガイドシーブ8A、8B間に昇降チェーン9が掛け渡されている。前記昇降チェーン9には駆動ヘッド5が連結されていて、当該昇降チェーン9をチェーン駆動装置(図示してない)により駆動することによって、駆動ヘッド5がガイド柱4に沿って昇降移動する構造になっている。駆動ヘッド5には上記杭打ち機1の動力源(例えば駆動モータ)が設けられている。駆動ヘッド5の下面には、正逆両方向に回転可能な駆動軸5Aが下方に突出して設けられている。前記駆動軸5Aは、掘削ロッド6の上端に連結部6Aを介して設けられている被駆動軸10と切り離し可能に連結されていて、駆動軸5Aが駆動されると、被駆動軸10と掘削ロッド6は一体となって回転されるようになっている。掘削ロッド6は、上端の連結部6Aで被駆動軸10と切り離し可能に連結されている。また、掘削ロッド6には、その長手方向の複数箇所にも連結部が設けられていて、必要に応じてこれらの連結部でその上下の部分が切り離し可能に構成されている。
地中掘削ヘッド(以下、単に「掘削ヘッド」という)7は実際の杭打ち作業を行うよりも前に地中の障害物(岩石等)を破砕しつつ立坑を掘削する装置である。本実施の形態に係る掘削ヘッド7は複数のカッターユニットを持ち、駆動モータの動力が、ヘッド先端に取り付けられた複数のカッターユニットへ遊星歯車機構により駆動伝達され、複数のカッターユニット自体が回転(自転)しつつ、しかも複数(3個)の遊星歯車が駆動軸の周りを周回(公転)することにより、地中を掘進するもので、かかる掘削動作により掘削効率が上がる。
図2乃至図6は本実施の形態に係る掘削ヘッド7を説明する図である。これらの図において、図2は地中掘削ヘッドの縦断面図、図3は図2中のIII−III線における断面図で遊星歯車機構を表す。図4は図2中のIV−IV線における上側端面図で上側軸フレームの構成を表す。図5は図2中のV−V線における下側端面図でカッターユニットの構成を表す。図6は掘削ヘッド7の先端に取り付けられているカッターユニットを示す斜視図である。
図2において、符号11は掘削ヘッド7の中心となるジョイント軸で、上端部分は上記被駆動軸10に連結されて駆動モータに接続されている。したがって、ジョイント軸11は掘削ヘッド7の中においては駆動軸としての機能を持つ。12は第1の軸フレーム、13は第2の軸フレームで、それぞれ複数(この実施の形態では3本)のカッター支持シャフト14,15,16を支持している。17はジョイント軸11からカッターユニット側へ駆動モータの動力を伝達する機構である遊星歯車機構で、図2に示されるように、太陽歯車18と複数(本実施の形態では3個)の遊星歯車19、20、21とから成る。太陽歯車18はジョイント軸11に取り付けられている一方、遊星歯車19、20、21はそれぞれカッター支持シャフト14,15,16に一体一対応で取り付けられている。カッター支持シャフト14,15,16の先端にはそれぞれカッターユニット22,23,24が一体一対応で取り付けられている。
第1の軸フレーム12は遊星歯車機構17の取り付け部位に対して上方の位置でジョイント軸11に取り付けられており、ジョイント軸11と第1の軸フレーム12との間にはベアリングユニット25が装着されジョイント軸11と第1の軸フレーム12とが相互に回転可能になっている。第1の軸フレーム12は、図4に示されているように、平面形状がY字形状に形成されており、Y字の交点部分である中心部分においてジョイント軸11と連結する一方、中心部分から半径方向外方へ延びるY字の各アーム部12a、12b、12cにおいてそれぞれカッター支持シャフト14,15,16に連結されている。第1の軸フレーム12の各アーム部12a、12b、12cは、Y字の中心に対して略120度の等角度間隔に配置されている。そのため、カッター支持シャフト14,15,16もまたY字の中心に対して略120度の等角度間隔に配置されている。第1の軸フレーム12と各カッター支持シャフト14,15,16の間にもまたベアリングユニット26、27、28が装着され第1の軸フレーム12と各カッター支持シャフト14,15,16とが相互に回転可能になっている。
第2の軸フレーム13は遊星歯車機構17の取り付け部位に対して下方の位置でジョイント軸11に取り付けられており、ジョイント軸11と第2の軸フレーム13との間にはベアリングユニット29が装着されジョイント軸11と第2の軸フレーム13とが相互に回転可能になっている。第2の軸フレーム13は、第1の軸フレーム12と同様、平面形状がY字形状に形成されており、Y字の交点部分である中心部分においてジョイント軸11と連結する一方、中心部分から半径方向外方へ延びるY字の各アーム部13a、13b、13cにおいてそれぞれカッター支持シャフト14,15,16に連結されている。第2の軸フレーム13の各アーム部13a、13b、13cは、Y字の中心に対して略120度の等角度間隔に配置され、上述のカッター支持シャフト14,15,16における略120度の等角度間隔に一致している。第2の軸フレーム13と各カッター支持シャフト14,15,16の間にもまたベアリングユニット30、31、32が装着され第2の軸フレーム13と各カッター支持シャフト14,15,16とが相互に回転可能になっている。カッター支持シャフト14,15,16は遊星歯車機構17の取り付け部位に対して上方及び下方の位置でそれぞれ第1の軸フレーム12及び第2の軸フレーム13によって指示されているから、カッター支持シャフト14,15,16は安定して支持され、遊星歯車機構17の作動も安定する。
カッターユニット22は、カッター筐体33と、カッター筐体33に設けられたビット34とから成る。カッター筐体33は、下方に開口した有底の円筒体構造を有し、底板部35がカッター支持シャフト14の先端に結合されている。ビット34は、図6に示されるように、カッター筐体33の円筒状の側壁36の先端縁部37に取り付けられている。先端縁部37には、その円周方向に、ビット34の取り付け用の凹部38が複数個、等間隔に形成され、これらの凹部38のそれぞれにビット34が配置固定されている。このようなカッターユニットの構造はカッターユニット23,24についても同じである。なお、図6はカッターユニット22を、カッター支持シャフト14への取り付け状態とは逆向きの方向、すなわち、ビット34が上向きの方向へ向けて示している。
以上の構成を有する掘削ヘッド7について、動作を説明する。駆動モータを作動させると、この駆動モータの動力は駆動軸5Aから被駆動軸10に伝えられ、この被駆動軸10と一体となった掘削ロッド6及び掘削ヘッド7が回転される。 掘削ヘッド7では、ジョイント軸11に上記駆動モータの動力が入力され、当該ジョイント軸11の回転は太陽歯車18に伝えられる。太陽歯車18には遊星歯車19、20、21が噛み合い係合しているから、太陽歯車18の回転により遊星歯車19、20、21が従動回転(自転運動)する。また、遊星歯車19、20、21は第1の軸フレーム12及び第2の軸フレーム13を介して太陽歯車18に連結されているから、上述のように遊星歯車19、20、21が従動回転すると、これらの遊星歯車19、20、21はそれぞれ太陽歯車18の周りを回転(公転運動)する。また、上記遊星歯車19、20、21が従動回転することにより各カッターユニット22,23,24が回転(自転運動)して地中掘削を行う。他方において、上記遊星歯車19、20、21が公転運動することによりカッター支持シャフト14,15,16がジョイント軸11の周りを一体的に回転(公転)し、この回転により遊星歯車19,20,21及びカッターユニット22,23,24が回転(すなわち公転)して地中掘削を行う。これにより立坑の掘削作業が効率良く、且つ高速で行える。
なお、ジョイント軸11と第1及び第2の軸フレーム12,13との間、及び/又はジョイント軸11と遊星歯車19、20、21との間にクラッチ機構を設けて、駆動源と従動部(遊星歯車19、20、21やカッターユニット22,23,24)との間の動作を接続・切り離し可能にすることもできる。
上記に本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
駆動軸とカッターユニットとの間に遊星歯車機構からなる動力伝達機構を配置し、カッターユニットを自転運動及び公転運動させて地中を掘削できるようにした地中掘削ヘッドであり、掘削動作の効率或いは掘進速度を向上させることができ、有用である。
1 杭打ち機
2 作業車
5 駆動ヘッド
6 掘削ロッド
7 地中掘削ヘッド
10 被駆動軸
11 ジョイント軸
12 第1の軸フレーム
13 第2の軸フレーム
14,15,16 カッター支持シャフト
17 遊星歯車機構(動力伝達機構)
18 太陽歯車
19、20、21 遊星歯車

Claims (4)

  1. 駆動源を備え地面に対して略垂直に立てられた掘削ロッドの先端に連結され、地中の岩石を破砕しながら地中に推進する、地中掘削ヘッドにおいて、
    前記駆動源に連結された駆動軸に結合されるジョイント軸と、
    ジョイント軸に作動連結されたカッター支持シャフトと、
    カッター支持シャフトの先端に取り付けられたカッターユニットと、
    前記ジョイント軸とカッター支持シャフトとを連結する軸フレームと、
    ジョイント軸とカッター支持シャフトとの間に配置されてジョイント軸からカッター支持シャフトへ動力を伝達する遊星歯車機構と、
    を備えた地中掘削ヘッド。
  2. ジョイント軸には遊星歯車機構を構成するための太陽歯車が取り付けられる一方、前記カッター支持シャフトには、前記太陽歯車に噛み合う遊星歯車が取り付けられていることを特徴とする請求項1記載の地中掘削ヘッド。
  3. 前記カッター支持シャフトは、ジョイント軸の周りに所定の角度間隔を開けて複数個配置され、それぞれのカッター支持シャフトには遊星歯車が取り付けられ、且つそれぞれの遊星歯車はいずれも前記太陽歯車に噛み合い係合していることを特徴とする請求項2記載の地中掘削ヘッド。
  4. 前記軸フレームは、中心部分と、中心部分から半径方向外方へ延びる複数のアーム部とを有し、中心部分においてジョイント軸と連結する一方、各アーム部においてそれぞれカッター支持シャフトに連結されていることを特徴とする請求項3記載の地中掘削ヘッド。

JP2017030514A 2017-02-21 2017-02-21 地中掘削ヘッド Pending JP2018135682A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017030514A JP2018135682A (ja) 2017-02-21 2017-02-21 地中掘削ヘッド

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017030514A JP2018135682A (ja) 2017-02-21 2017-02-21 地中掘削ヘッド

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018135682A true JP2018135682A (ja) 2018-08-30

Family

ID=63366056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017030514A Pending JP2018135682A (ja) 2017-02-21 2017-02-21 地中掘削ヘッド

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018135682A (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109469486A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 中建地下空间有限公司 一种多刀盘包络成形全断面钻具
CN111929098A (zh) * 2020-08-25 2020-11-13 中国地质大学(武汉) 一种多功能地质勘察高效钻探装置
WO2020233127A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 浙江大学 一种钻搅结合的大截面沉井高效旋挖钻头装置
CN113137190A (zh) * 2021-05-13 2021-07-20 中信国安建工集团有限公司 一种旋挖机钻杆组件以及旋挖机
CN116296560A (zh) * 2023-05-23 2023-06-23 山东省煤田地质局第三勘探队 一种快速钻井的地质勘查设备

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109469486A (zh) * 2018-12-06 2019-03-15 中建地下空间有限公司 一种多刀盘包络成形全断面钻具
WO2020233127A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 浙江大学 一种钻搅结合的大截面沉井高效旋挖钻头装置
CN111929098A (zh) * 2020-08-25 2020-11-13 中国地质大学(武汉) 一种多功能地质勘察高效钻探装置
CN111929098B (zh) * 2020-08-25 2021-06-04 中国地质大学(武汉) 一种多功能地质勘察高效钻探装置
CN113137190A (zh) * 2021-05-13 2021-07-20 中信国安建工集团有限公司 一种旋挖机钻杆组件以及旋挖机
CN116296560A (zh) * 2023-05-23 2023-06-23 山东省煤田地质局第三勘探队 一种快速钻井的地质勘查设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2018135682A (ja) 地中掘削ヘッド
JP2006336426A (ja) トンネル掘削機
JP2007100421A (ja) 回転機構および掘削機
JP3156043B2 (ja) 地盤改良用の3軸同期装置及びこれを利用した3軸混合処理機とケーシングパイプ式地盤改良装置
JP5683328B2 (ja) 地盤改良装置
JP2000257385A (ja) 地中掘削機
JP2007169892A (ja) ルーロー機構による回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機
JP5420788B1 (ja) シールド掘進機、及びシールド工法
JP4714060B2 (ja) 掘削機および掘削システム
JP6366192B2 (ja) 円形掘進機
JP3954528B2 (ja) 掘進機
JP3810405B2 (ja) カッタヘッド
JP2678683B2 (ja) シールド機
JP6890215B1 (ja) 地盤改良装置
JP2016098544A (ja) 破砕用カッターヘッド
JP4848565B2 (ja) トンネル掘進機
CN105626093A (zh) 圆角梯形隧道挖掘机
JP3527644B2 (ja) カッタヘッド
JPS62133295A (ja) シ−ルド掘進機
JPH09195682A (ja) 異径・異形シールド
JPH1061383A (ja) シールド掘進機
CN105604562A (zh) 平行四边形隧道挖掘机
CN105484249A (zh) 圆角方形钻搅机
JP4423228B2 (ja) シールド掘進機
JPH0521591Y2 (ja)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200121

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201120

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210706