JP2019035309A - 掘削撹拌装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供回り防止翼と掘削軸との間にかかる摩耗を低減させるようにした掘削撹拌装置を提供する。【解決手段】掘削軸２を上から順に、第一掘削軸２ａ、第二掘削軸２ｂ、第三掘削軸２ｃに分離可能に設け、第一掘削軸２ａに撹拌翼３、第二掘削軸２ｂに供回り防止翼４、第三掘削軸２ｃに掘削翼５を設ける。この第二掘削軸２ｂには、第一凸状部２４ａや第二凸状部２４ｂからなる凸状部２４が設けられており、この第二凸状部２４ｂの上面と下面に接するようにスラストベアリング６１を設ける。一方、第一凸状部２４ａの外周に接するようにラジアルベアリング６２を設け、これらを軸受部４１やハウジングケース７、砲金カバー８２で覆い、グリスを注入できるようにする。【選択図】図３

Description

本発明は、地面に柱状改良杭を形成する掘削撹拌装置に関するものであり、より詳しくは、掘削軸と供回り防止翼の摩擦を低減させるようにした掘削撹拌装置に関するものである。

一般に、建築物の基礎部分に柱状改良杭を形成する場合、掘削撹拌装置を用いて柱状改良杭が形成される（特許文献１など）。この掘削撹拌装置の構造について、図６を用いて説明する。

図６において、符号９１は、油圧モーターなどを用いて回転する掘削軸であって、内部に図示しない縦長軸方向の中空部を有し、そこからスラリーを通して下端部分から吐き出させるようにしてものである。また、符号９２は、その掘削軸の下端部分に取り付けられた掘削翼であって、掘削軸９１を回転させることによってその先端に設けられたフォークを用いて地面を掘削するようにしたものである。この掘削翼９２の中央部分には、掘削軸９１の中空部から吐き出されたスラリーを排出する吐出口が設けられており、そこからスラリーを排出させながら地面を掘削していくようにしている。また、符号９３は、撹拌翼であって、掘削軸９１とともに回転し、掘削軸９１の吐出口から排出されたスラリーと土砂を撹拌させていくようにしたものである。また、符号９４は、掘削軸９１に対して自由に回転できるようにした供回り防止翼であって、掘削翼９２や撹拌翼９３によって回転する土塊を非回転の状態で分断し、これによってその分断された土砂をスラリーで混合するようにしたものである。

特開２００５−１０５７３６号公報

ところで、このような供回り防止翼９４は、掘削軸９１と共に回転しないように、掘削軸９１に設けられた上下のフランジ部９５との間に所定の隙間を設けて半円状の軸受部９６を外側から取り付けるようにしている。そして、この供回り防止翼９４を、掘削翼９２の回転半径よりも外側に突出させて掘削穴の壁面に接するようにしながら非回転の状態で上下動させたり、あるいは、端部に傾斜部などを設けて逆方向に回転させたりすることで、非回転の状態で土塊を分断させるようにしている。

しかしながら、このような方法で供回り防止翼９４を取り付けた場合、どうしても、地中に掘り進む際に大きな上下方向の力が掛かり、フランジ部９５や供回り防止翼９４の軸受部９６が摩耗してしまう。そのため、供回り防止翼９４を定期的に交換する必要があるばかりでなく、掘削軸９１のフランジ部９５が摩耗した場合は、掘削軸９１を全体的に取り替えなければならないといった問題があった。

そこで、本発明は上記課題に着目して、供回り防止翼と掘削軸との間にかかる摩擦を低減させて、供回り防止翼や掘削軸の摩耗を低減させるようにした掘削撹拌装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は上記課題を解決するために、掘削軸の下端部分に取り付けられ、掘削軸とともに回転して地面を掘削する掘削翼と、当該掘削翼の上方に取り付けられ、掘削軸とともに回転する撹拌翼と、前記掘削翼と撹拌翼の間であって、掘削軸に対して自由に回転できるように取り付けられた供回り防止翼とを備えてなる掘削撹拌装置において、前記掘削軸の外周方向に沿って凸状部を設け、前記供回り防止翼と掘削軸との間に、当該凸状部に上下方向から当接しながら回転するベアリング部を設けるようにしたものである。

このように構成すれば、掘削軸に設けられた凸状部に、例えば、スラストベアリングなどを上下方向に押し当てて回転させることにより、その凸状部にかかる摩擦を低減させることができるとともに、掘削軸の回転時にかかる摩擦を低減させて、掘削軸や供回り防止翼の摩耗を低減させることができるようになる。

また、このような発明において、前記撹拌翼を取り付ける第一掘削軸と、前記供回り防止翼を取り付ける第二掘削軸と、前記掘削翼を取り付ける第三掘削軸とをそれぞれ分離可能に設けて構成し、当該第二掘削軸に前記ベアリング部を設けるようにする。

このように構成すれば、分離された第二掘削軸の軸方向に上下からベアリング部を挿入することができるとともに、各パーツが摩耗した場合であっても、それぞれを独自に交換することができるようになる。

さらに、前記ベアリング部を、供回り防止翼の軸受部とハウジングケースで覆うようにする。

このように構成すれば、ベアリング部にスラリーや土砂などを混入させないようにすることができ、スムーズに供回り防止翼を回転させることができるようになる。

加えて、前記凸状部を第一凸状部と第二凸状部に分けるとともに、前記ベアリング部をスラストベアリングとラジアルベアリングで構成し、第一凸状部にラジアルベアリングを接するように設け、また、前記第二凸状部にスラストベアリングを接するように設ける。

このように構成すれば、掘削時に上下方向の押圧力がかかった場合であっても、スラストベアリングによって、その上下方向の押圧力に抗して回転させることができるとともに、ラジアルベアリングで、掘削軸に対する摩擦を低減させて回転させることができる。

また、前記ベアリング部を供回り防止翼の軸受部の内側に設けるとともに、当該ハウジングケースをオイルシールで封止する。

このように構成すれば、ハウジングケースや軸受部の内側にグリスなどを注入することで、ベアリング部へのスラリーや土砂などの混入を防止することができる。

本発明によれば、掘削軸の下端部分に取り付けられ、掘削軸とともに回転して地面を掘削する掘削翼と、当該掘削翼の上方に取り付けられ、掘削軸とともに回転する撹拌翼と、前記掘削翼と撹拌翼の間であって、掘削軸に対して自由に回転できるように取り付けられた供回り防止翼とを備えてなる掘削撹拌装置において、前記掘削軸の外周方向に沿って凸状部を設け、前記供回り防止翼と掘削軸との間に、当該凸状部に上下方向から当接しながら回転するベアリング部を設けるようにしたので、掘削軸に設けられた凸状部に、例えば、スラストベアリングなどを上下方向に押し当てて回転させることにより、その凸状部にかかる摩擦を低減させることができるとともに、掘削軸の回転時にかかる摩擦を低減させて、掘削軸や供回り防止翼の摩耗を低減させることができるようになる。

本発明の一実施の形態における掘削撹拌装置を示す全体図 同形態における掘削軸を分離した状態を示す図 同形態における軸受部と第二掘削軸の取り付け状態を示した図 同形態における凸状部とベアリング部の接触状態を示した図 同形態における掘削作業工程を示す図 従来例における掘削撹拌装置を示す図

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態における掘削撹拌装置１は、図１や図２に示すように、図示しない油圧モーターなどによって回転する掘削軸２に掘削翼５や撹拌翼３や供回り防止翼４などを取り付けるようにしたものであって、特徴的に、その掘削軸２を、上から順に第一掘削軸２ａと第二掘削軸２ｂ、第三掘削軸２ｃとなるように分離可能に構成し、その第二掘削軸２ｂの外周に設けられた凸状部２４（図３参照）にスラストベアリング６１やラジアルベアリング６２（以下、まとめる場合は「ベアリング部６」と称する）を当接させ、その状態でベアリング部６を軸受部４１やハウジングケース７で封止するようにしたものである。以下、本実施の形態における掘削撹拌装置１について詳細に説明する。

まず、掘削軸２は、図２に示すように、撹拌翼３を取り付けるための第一掘削軸２ａと、供回り防止翼４を取り付けるための第二掘削軸２ｂと、掘削翼５を取り付けるための第三掘削軸２ｃとを分離可能に構成し、それぞれを同軸上に嵌め合わせてボルトで締結することで、内部にスラリーを通すための導通路２０を形成するようにしている。この導通路２０の下端側には吐出口２３（図１参照）が設けられており、コンプレッサーによって導通路２０にスラリーを通して吐き出させるようにしている。これらの第一掘削軸２ａと第二掘削軸２ｂとの間の連結部分や、第二掘削軸２ｂと第三掘削軸２ｃとの間の連結部分には、第二掘削軸２ｂを同軸上に嵌合させるための凹部２２が設けられており、その凹部２２に第二掘削軸２ｂの嵌合部２５を挿入して横からボルトで締結させるようにしている。

この掘削軸２の下端部分に取り付けられる掘削翼５は、図１に示すように、放射状に設けられた翼体の先端側にフォーク５１を斜め下方に突出させるように構成される。そして、このフォーク５１によって地盤を掘削して土砂を上方へ吐き出せるようにしている。

この掘削翼５の上方に設けられる撹拌翼３は、掘削翼５の径とほぼ同じ径を有する矩形板状の翼体によって構成されるもので、第一掘削軸２ａの外周に軸対称となるように固定して取り付けられる。この撹拌翼３は、全体的に傾斜するように構成されており、掘削時に掘削穴９の土砂を上方へ吐き出させるようにしている。そして、この撹拌翼３によって土砂を上方へ吐き出させるとともに、その傾斜した撹拌翼３によって土砂とスラリーとを撹拌させるようにしている。

一方、第二掘削軸２ｂに取り付けられる供回り防止翼４は、図３に示すように、軸受部４１と、その外側に設けられた羽根取付部４３に取り付けられる羽根体４４（図１参照）を備えて構成されるものであって、掘削翼５や撹拌翼３よりも若干半径方向に大きくなるように設けることで、掘削穴９の壁面に当接させて供回りを防止させるようにしたものである。

この供回り防止翼４の軸受部４１を掘削軸２に取り付けるための構造について、図２や図３などを用いて説明する。

まず、第二掘削軸２ｂには、図２に示すように、中央部分に外周方向にわたって突出した第一凸状部２４ａや第二凸状部２４ｂ（以下、まとめて説明する場合は「凸状部２４」と称する）が設けられる。このうち、第二凸状部２４ｂは、上下の第一凸状部２４ａよりも外側に突出するように設けられており、その突出した部分の上面および下面にスラストベアリング６１を載せられるようにし、また、第一凸状部２４ａの外周面にはラジアルベアリング６２を接するように設けられるようにする。

一方、軸受部４１は、第二掘削軸２ｂの凸状部２４を覆うリング状に設けられるものであって、それらを上下対称に分割して設けられている。この軸受部４１について、上側の軸受部４１を用いて説明すると、その軸受部４１の内側下方部分には、スラストベアリング６１のアッパーレースを当接させるための凹部４２が設けられる。その凹部４２は、スラストベアリング６１のロアーレースを第二凸状部２４ｂの上面に当接させるような深さとなっており、このスラストベアリング６１を介して凹部４２を有する軸受部４１と第二凸状部２４ｂとを回転させるようにしている。このスラストベアリング６１の内径部分は、第一凸状部２４ａよりも若干大きくなるように開口されており、これによって、第一凸状部２４ａとの間に若干の隙間を形成できるようにしている。しかしながら、このように隙間を形成したとしても、掘削時に左右に振れて、スラストベアリング６１が第一凸状部２４ａに接してしまう可能性がある。そこで、ここでは、軸受部４１の上面部分にゴムパッキン７１を介してラジアルベアリング６２を取り付け、そのラジアルベアリング６２をハウジングケース７で覆って第一凸状部２４ａの外周部分に接するように設けるようにしている。これにより、このラジアルベアリング６２によって、軸受部４１の回転中心を掘削軸の軸中心に一致させることができ、スラストベアリング６１を可能な限り第一凸状部２４ａに接しないようにすることができる。そして、このようにラジアルベアリング６２やスラストベアリング６１をハウジングケース７で覆って、その上面にオイルシール８０や砲金８１、砲金カバー８２で密閉し、ボルトで下側の軸受部４１などと一体的に固定する。これにより、ハウジングケース７で封止された内側空間にグリスなどを注入することができ、外部からの土砂や水などの混入を防止することができる。

次に、このように構成された掘削軸２の組立方法について説明する。

まず、掘削軸２を第一掘削軸２ａや第二掘削軸２ｂ、第三掘削軸２ｃを分離した状態（図２の状態）で、第一掘削軸２ａの外周に撹拌翼３を取り付け、また、第三掘削軸２ｃの下端部分に掘削翼５を取り付けて固定する。

また、これとともに、第二掘削軸２ｂに軸受部４１を取り付けるべく、図３に示すように、軸受部４１にゴムパッキン７１を介してラジアルベアリング６２を取り付け、その状態で上からハウジングケース７を被せる。そして、さらに、その上面にオイルシール８０や砲金８１、砲金カバー８２などを取り付ける。

そして、今度は、その軸受部４１の下側の凹部４２にスラストベアリング６１を嵌め込み、ハウジングケース７の内側空間にグリスを注入した状態で、第二掘削軸２ｂに嵌め込む。

これと同様の作業を、下側の軸受部４１についても行い、第二掘削軸２ｂに挿入して、ボルトを介して上下の軸受部４１を固定する。これにより、スラストベアリング６１やラジアルベアリング６２は、軸受部４１やハウジングケース７、砲金カバー８２によって封止された状態となる。また、スラストベアリング６１は、図４に示すように、第二凸状部２４ｂの上下面と軸受部４１の凹部４２に当接した状態となって上下方向の押圧力に抗しながら回転するようになり、一方、ラジアルベアリング６２は、軸受部４１の中心を掘削軸２の軸芯に一致させた状態で、外周方向からの押圧力に抗しながら回転するようになる。

そして、このように軸受部４１を取り付けた後、軸受部４１の羽根取付部４３に板状の羽根体４４をボルトで取り付けて供回り防止翼４を構成する。

このように供回り防止翼４を取り付けた後、その第二掘削軸２ｂの上端および下端を第一掘削軸２ａや第三掘削軸２ｃの嵌合部２１の凹部２２に嵌合させて、横からボルトで固定する。

次に、このように組み立てられた掘削撹拌装置１を用いて地盤改良する際の工程について、図５を用いて、説明する。

まず、この掘削撹拌装置１を用いて地盤改良を行う場合、掘削したい位置に掘削軸２を合わせて起立させる（図５ａ）。そして、掘削軸２を正方向に回転させながら掘削していき、その際、スラリーを吐き出しながら掘り進めていく（図５ｂ〜ｃ）。このとき、供回り防止翼４は、掘削穴９の壁面に接触して下方に移動するため、その掘削時に掛かる抵抗によって上向きの力が働く。

このように供回り防止翼４に上向きの力が働くと、軸受部４１の下側に設けられたスラストベアリング６１が第二凸状部２４ｂに上方向に押圧され、その状態で、ラジアルベアリング６２が第一凸状部２４ａに接しながら回転するようになる。これにより、軸芯を一致させた状態で回転させることで、上方向や外周方向の摩擦抵抗がなくなり、軸受部４１と掘削軸２との摩耗を低減させることができるようになる。また、このとき、砲金カバー８２などでハウジングケース７を封止してグリスを注入するようにしているため、内部にスラリーや土砂などを混入させることがなくなる。そして、このように供回り防止翼４の供回りをスムーズに回転させることによって、土塊を分断させるようにする。

そして、掘削が所定の深度に達したら（図５ｃ）、その掘削やスラリーの吐き出しを停止して、今度は掘削軸２を逆方向に回転させながら引き抜いていく（図５ｄ〜ｅ）。

このように掘削軸２を引き抜く際、今度は、供回り防止翼４に下向きに力が掛かるようになるが、このとき、上側のスラストベアリング６１が第二凸状部２４ｂの上面に押圧された状態で回転し、また、同様に、ラジアルベアリング６２が第一凸状部２４ａの外周に沿って回転する。これにより、軸芯を一致させた状態で回転させることで、下方向や外周方向の摩擦抵抗がなくなり、軸受部４１と掘削軸２との摩耗を低減させることができる。

次に、このように引き抜きや撹拌作業を行った後、再び、正方向に掘削翼５を回転させて掘削方向に掘り進んでいき、スラリーの撹拌を行うとともに、再引き抜きや撹拌を行った後に、最終的に掘削軸２の引き抜きを行う（図５ｂ〜ｅ）。

このように上記実施の形態によれば、掘削軸２の下端部分に取り付けられ、掘削軸２とともに回転して地面を掘削する掘削翼５と、当該掘削翼５の上方に取り付けられ、掘削軸２とともに回転する撹拌翼３と、前記掘削翼５と撹拌翼３の間であって、掘削軸２に対して自由に回転できるように取り付けられた供回り防止翼４とを備えてなる掘削撹拌装置１において、前記掘削軸２の外周方向に沿った凸状部２４（第二凸状部２４ｂ）を設け、前記供回り防止翼４と掘削軸２との間に、当該凸状部２４に上下方向から当接しながら掘削軸２の外周方向に沿って回転するスラストベアリング６１を設けるようにしたので、掘削軸２に掛かる摩擦抵抗を低減させることができ、これにより、掘削軸２や軸受部４１の摩耗を低減させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。

例えば、上記実施の形態では、供回り防止翼４の羽根体４４を掘削翼５よりも大きく構成して掘削穴９の壁面に当接させるようにしたが、例えば、供回り防止翼４の羽根体４４を掘削翼５よりも小さくして壁面に当接させないようにしてもよい。また、その羽根体４４に傾斜部を設けることで、挿抜時における上下方向の動きで掘削軸２と逆方向に回転させるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、スラストベアリング６１やラジアルベアリング６２を設けるようにしたが、スラストベアリング６１だけ、あるいは、ラジアルベアリング６２だけで構成することもできる。

また、上記実施の形態では、スラストベアリング６１を凸状部２４の上面や下面に当接させて回転させるようにしたが、ラジアルベアリングを凸状部２４の上面や下面に当接させて回転させるようにしてもよい。この場合、ラジアルベアリングのインナーレーンを凸状部２４の上面や下面に当接させ、一方、ラジアルベアリングのアウターレーンを軸受部４１側に当接させるようにするとよい。

１・・・掘削攪拌装置
２・・・掘削軸
２ａ・・・第一掘削軸
２ｂ・・・第二掘削軸
２ｃ・・・第三掘削軸
２４・・・凸状部
２４ａ・・・第一凸状部
２４ｂ・・・第二凸状部
３・・・撹拌翼
４・・・共回り防止翼
４１・・・軸受部
４２・・・凹部
５・・・掘削翼
６・・・ベアリング部
６１・・・スラストベアリング
６２・・・ラジアルベアリング
７・・・ハウジングケース
８２・・・砲金カバー

Claims (5)

1. 掘削軸の下端部分に取り付けられ、掘削軸とともに回転して地面を掘削する掘削翼と、
   当該掘削翼の上方に取り付けられ、掘削軸とともに回転する撹拌翼と、
   前記掘削翼と撹拌翼の間であって、掘削軸に対して自由に回転できるように取り付けられた供回り防止翼と、
   を備えてなる掘削撹拌装置において、
   前記掘削軸の外周方向に沿って凸状部を設け、前記供回り防止翼と掘削軸との間に、当該凸状部に上下方向から当接しながら回転するベアリング部を設けるようにしたことを特徴とする掘削撹拌装置。
2. 前記掘削軸が、
   前記撹拌翼を取り付ける第一掘削軸と、
   前記掘削翼を取り付ける第二掘削軸と、
   前記供回り防止翼を取り付ける第三掘削軸と、
   をそれぞれ分離可能に設けて構成し、
   当該第二掘削軸に前記ベアリング部を設けた請求項１に記載の掘削撹拌装置。
3. 前記ベアリング部を、供回り防止翼の軸受部とハウジングケースで覆うようにした請求項１に記載の掘削撹拌装置。
4. 前記凸状部を第一凸状部と第二凸状部に分けるとともに、
   前記ベアリング部をスラストベアリングとラジアルベアリングで構成し、
   前記第一凸状部にラジアルベアリングを接するように設け、前記第二凸状部にスラストベアリングを接するように設けるようにした請求項１に記載の掘削撹拌装置。
5. 前記ベアリング部を供回り防止翼の軸受部の内側に設けるとともに、当該ベアリングハウジングケースをオイルシールで封止するようにした請求項１に記載の掘削撹拌装置。

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