JP2020176435A - 穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削能力を機能させる際に多大なエネルギーを必要とせず、円柱状の穴を安定的に、且つ速やかに開けることができる構成を持った穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置の提供。【解決手段】ドリルＤのチャックＣに保持されるロッド１と、前記ロッド１の先端に配置され当該ロッド１を軸として回転する螺旋刃２と、前記ロッド１に支持され当該ロッド１を軸として当該螺旋刃２と共にその周囲を旋回する撹拌刃３を備える穴掘り用ヘッド及びそれを装着した穴掘り装置。【選択図】図７

Description

本発明は、砕石や砂を含む地盤に円柱状の穴を掘る事に適した穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置に関するものである。

現場地盤の締固め度を評価する手法の一つとして、試験穴から掘り取った土の質量と、掘った試験穴に充填した砂の質量から求めた当該砂の体積を利用し、当該試験穴が掘られた位置の土の密度を求める砂置換法土密度試験が行われている。
前記試験穴を掘る際には、ほとんどの場合、ハンドスコップやスプーン、ノミやタガネ若しくはこれに類するもの、及び木槌若しくはハンマーなどの掘削器具を用いた手掘りが行われている。

このような手法において締め固め度の精度を高めるべく、複数個所の平均値を導くこととなるが、ひとつの現場において限られた時間内に多数の試験穴を手作業であける作業には極めて多大な労力を要するという問題と共に、開けられた試験穴の形態を均一にすることは容易ではないという問題がある。
そのような作業に伴う問題を緩和すべく、穴掘りを行う器具として、スクリュー状の掘削刃を有するもの（下記特許文献１参照）、下に開口した円筒状の掘削刃を有するもの（下記特許文献２参照）、建柱穴の土砂崩壊を防止する土留枠とスクリュー状の掘削刃が併用されたもの（下記特許文献３参照）、開閉自在な掘削刃を有するもの（下記特許文献４参照）、旋回翼状の掘削刃を有するもの（下記特許文献５参照）が紹介されている。

特開平１１−３０３１１８号公報 特開平０８−２８９６７２号公報 特開昭５３−６７９０１号公報 特開平１０−１５２８５７号公報 実用新案登録第３１０６０９３号公報

しかしながら、いずれの手法にあっても、手堀で砕石や砂を含む地盤に円柱状の穴を開けるには依然として多大な労力及び時間が必要であり、電動で行うにしても、土砂の抵抗に打ち勝って短時間に多くの試験穴を掘削できるだけの実効性が得られないという問題がある。
一方で、油圧などの大きなエネルギーを用いれば、当該作業に用いる装置が大規模となり、装置の移動や設置に要する時間が嵩むなどによって、機動性を損なうという問題もある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、掘削能力を機能させる際に多大なエネルギーを必要とせず、円柱状の穴を安定的に且つ速やかに開けることができる構成を持った穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による穴掘り用ヘッドは、電動機の回転軸の先端に、当該回転軸に延長して固定されるロッドと、前記ロッドの先端に配置され当該ロッドを軸として回転する螺旋刃と、前記ロッドに支持され当該ロッドを軸として当該螺旋刃と共にその周囲を旋回する撹拌刃を備えることを特徴とする。

前記螺旋刃の掘削領域及び前記撹拌刃の撹拌領域を同軸円筒状に仕切る仕切刃を備え、前記仕切刃は、前記ロッドを軸として回転自在に挿通するスリーブ部と、当該スリーブ部を中心として前記螺旋刃の掘削領域及び前記撹拌刃の撹拌領域の上方を覆う上位フレーム（円形の天板）と、当該上位フレームに支持されて垂下する筒状の側板を備え、前記螺旋刃の先端に、前記ロッドの延長線上において前記仕切刃の先端縁より突出する突起部を備える構成や、更に、前記仕切刃の先端縁に周期的な凹凸を有する切込刃を備える構成を採ることができる。

前記撹拌刃は、前記螺旋刃の外縁から前記仕切刃の内面までの距離を、当該螺旋刃２の半径から直径の長さとし、且つその距離において、前記撹拌刃が、前記距離を２：１から１：２に内分する円軌道で旋回するように配置されている構成が望ましい。

上記課題を解決するためになされた本発明による穴掘り装置は、手持ち型電動機の回転軸の先端に、当該回転軸に延長して上記いずれかの穴掘り用ヘッドが固定されていることを特徴とする。

本発明による穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置を使用すれば、大きなエネルギーや大規模な装置を使うこともなく、圧し固められ砕石や砂を含む地盤に手持ち機械で速やかに円柱状の穴を開けることが可能となるため、短時間に多くの試験穴を機動的に掘削することができる。

本発明による穴掘り用ヘッドの一例を示す斜視図である。 本発明による穴掘り用ヘッドの一例を示す(Ａ)：左側面図及び（Ｂ）：右側面図である。 本発明による穴掘り用ヘッドの一例を示す（Ａ）：正面図及び（Ｂ）：背面図及び（Ｃ）：Ａ−Ａ矢視断面図である。 本発明による穴掘り用ヘッドの仕切刃の一例を示す（Ａ）：平面図及び(Ｂ)：底面図である。 本発明による穴掘り用ヘッドの螺旋刃及び撹拌刃の一例を示す（Ａ）：平面図及び(Ｂ)：底面図である。 本発明による穴掘り用ヘッドの一例を示す（Ａ）：要部右側面図及び（Ｂ）：Ｂ−Ｂ矢視断面図である。 本発明による穴掘り装置の一例を示す側面図である。

以下、本発明による穴掘り用ヘッド及び穴掘り装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図７は、本発明による穴掘り装置の一例を示したものであって、手持ち型電動機としてハンマードリルＤを用いそのチャックＣに、本発明による穴掘り用ヘッド（以下「ヘッドＨ」と記す）の一例を装着したものである。
ハンマードリル（以下「ドリル」という）Ｄとは、回転と打撃（振動）の併用によって穴を開けるものである。
尚、前記ドリルＤとヘッドＨとの連結は、前記ドリルＤのチャックＣに当該ヘッドＨのロッド１を装着する形で行う手法、又は前記ドリルＤのチャックＣに適当なアダプタ（図示省略）を介して行う手法のいずれを採ってもよい。

図に示すヘッドＨは、道路新設の際、舗装前の路盤Ｒの性能確認を行うために用いるものである。前記路盤Ｒは、舗装道路を支持する重要な地盤であり、十分に締め固められた状態で性能確認が行われる。
ここで示すヘッドＨは、２４ｖ程度の持ち運びが容易なバッテリーで駆動するドリルＤが発生する打撃と回転を併用することをもって、粒度５６ｍｍ程度の砕石が混入する締まり固まった地面にφ１５０ｍｍ×深さ１５０ｍｍの穴を掘削する際に適した構成を持つべく設計されたものである。

具体的には、前記ヘッドＨは、前記チャックＣに、その回転軸に延長して保持されるロッド１と、当該ロッド１の先端に配置され当該ロッド１を軸として回転する螺旋刃２と、前記ロッド１に支持され当該ロッド１を軸として当該螺旋刃２と共にその周囲を旋回する撹拌刃３と、前記螺旋刃２の掘削領域及び前記撹拌刃３の撹拌領域を同軸円筒状に仕切る仕切刃４を備える構成を持つ。

前記ロッド１は、前記ドリルＤの駆動力を受け、前記各刃２，３に伝える棒体である。この例のロッド１は、均一な円断面のまっすぐな棒体であって、柄部１ａと、チャックＣに保持されるシャンク部１ｂを備える。当該ロッド１で前記仕切刃４を地盤に向けて加圧する必要がある場合には、当該ロッド１の所望の位置に、当該仕切刃４を下向きに加圧するフランジを備える構成としてもよい。

前記螺旋刃２は、前記柄部１ａの先端に連続し、当該ロッド１を中心とする円形の投影形状を持ち、一定の回転量で一定長推進する螺旋形状の掘削刃である。
前記投影形状は、当該螺旋刃２の全長に亘って均一とされており、その先端中央に先細りの突起部２ａを備え、当該螺旋刃２の先端縁は、鋭角に成形されている（図２（Ｂ）参照）。
前記突起部２ａは、前記撹拌刃３が接地する前に地盤に食込むように、当該ヘッドＨの最先端となる様に配置され、前記螺旋刃２の回転、及び前記撹拌刃３の旋回の安定した支点となる。
前記螺旋刃２は、前記突起部２ａが支点となったロッド１を軸として回転することにより、当該螺旋刃２の回転に伴う推進力をもって路盤Ｒを掘り進む。

前記撹拌刃３は、前記螺旋刃２の上端部に支持されたアーム５の先端から前記螺旋刃２の先端方向へ垂設された金属板である。
この例は、前記アーム５の中央に連結孔を設け、当該連結孔に前記ロッド１を挿通し、前記螺旋刃２の上端部に溶接又はネジ止めなどで固着する。
この様に前記撹拌刃３は、当該螺旋刃２より僅かに短い長さで前記螺旋刃２の側方に支持され、前記螺旋刃２の回転と共に旋回し、前記螺旋刃２の推進に伴って周囲に排出された土砂を周囲に散布し撹拌する。
前記撹拌刃３がこの様に機能するためには、前記撹拌刃３の配置位置及び前記仕切刃４の配置位置は、前記螺旋刃２の外縁と前記仕切刃４の内面との間に十分な撹拌領域が確保でき、且つ前記螺旋刃２が掘り出した土砂を撹拌刃３によって遠心方向へ送り得る位置関係を確保することが好ましい。

具体的には、例えば、前記螺旋刃２の外縁から前記仕切刃４の内面までの距離を、当該螺旋刃２の半径から直径の長さとし、且つその距離において、前記撹拌刃３が、前記距離を２：１から１：２に内分する円軌道で旋回するように配置する。
図に示す例では、長方形状の撹拌刃３が一枚配置されているが、当該撹拌刃３を対称的に２枚配置し、又は等角度間隔で３枚又は４枚配置することもできる。
前記撹拌刃３の幅は、前記回転軌道上に同じ撹拌刃３を３枚又は４枚を等角度間隔で配置した際にも、それらが相互に交差しない程度の幅であって、側方の隙間から当該撹拌刃３の内外に存在する土の出入りが良好に行われる範囲で設定する。

前記仕切刃４は、前記ロッド１を軸として回転自在に挿通するスリーブ部４ａと、当該スリーブ部４ａを中心として前記螺旋刃２の掘削領域及び前記撹拌刃３の撹拌領域の上方を覆う円形の天板（上位フレーム）４ｂと、当該天板４ｂの側縁から垂下する筒状の側板４ｃと、当該側板４ｃの端縁に沿って形成された切込刃４ｄを備える。
この例の仕切刃４は、地盤が緩むことに伴う土砂体積の増加を十分に吸収し得る容積が得られる高さとされているが、撹拌された土砂を仕切刃４の内空部から逃すべく、土砂の飛散に対する危険防止の措置を採った上で、天板４ｂなどに窓穴を備えた構成とすることもできる。

この例の切込刃４ｄは、前記ロッド１に垂直な仮想平面に交差する円周状の先端縁に沿って間欠的に形成され、前記突起部２ａの存在とも相俟って、前記ドリルＤの回転軸のブレによる掘削領域の位置ズレを防止する機能を奏する。
図に示す例は、９０度周期に前記切込刃４ｄを突設した例であるが、６０度間隔又は４５度間隔などで周期的に設けることができる。また、前記切込刃４ｄが形作る波の凹凸比にあっても、目的や掘削する地盤に応じて調整することができる。

以上の如く構成されたヘッドＨは、前記仕切刃４のスリーブ部４ａに前記ロッド１を挿通した上で、当該ロッド１のシャンク部１ｂをドリルＤのチャックＣに装着し、路盤Ｒの所望の位置に、前記螺旋刃２の突起部２ａを差し込むことによって、前記仕切刃４は、前記ロッド１の柄部１ａに沿って、当該螺旋刃２に対して相対的に上昇し、当該仕切刃４の配置によって掘削領域が決定する。

この様に、前記ヘッドＨを路盤Ｒの掘削領域にセットした上で、ドリルＤのスイッチを入れると、前記螺旋刃２及び撹拌刃３にその打撃力及び回転力が加えられ、先ず、前記螺旋刃２がその振動と回転によって滑らかに路盤Ｒに進入し、その軌道上の土砂を反推進方向及び側方へ送り出す。
その際、前記撹拌刃３は、前記螺旋刃２によって送り出された土砂を当該撹拌刃３の旋回軌道の遠心方向へ散布すると共に、当該撹拌刃３の回転軌道の周辺の土砂、及び仕切刃４の振動によって緩んだ周辺の土砂を撹拌し、前記仕切刃４の内側に大小の空隙を含み、且つ締まりの緩んだ土砂溜まりを周期的に形成する。

上記の如く、掘削領域の地盤の締まりが緩むことを受けて、前記ドリルＤが与える振動を受けた前記仕切刃４が下向きの加圧により比較的容易に地盤に進入する。
この様に、前記螺旋刃２の回転と、前記撹拌刃３による送り出された土砂及び周辺土砂の撹拌と、振動の供給が継続して行われることで、ゼンキ螺旋刃２及び撹拌刃３並びに仕切刃４が、効率的に路盤Ｒ深く進入する。

前記スリーブ部４ａは、その側壁に、その側方から軸孔４ｅに貫通するネジ孔を穿設し、当該ネジ孔に先端で前記ロッド１を加圧する締めネジを螺合する構成を採り、前記仕切刃４とロッド１及び螺旋刃２が一体となって回転させることができる構成を採ることができる他、前記スリーブを前記ドリルＤを操作する者が同時に操作できる位置にまで延長し、その側壁に、前記仕切刃４を地盤に向けて加圧し、又は回転させるハンドルを付設する構成を採ることもできる。

Ｄ ドリル，Ｃ チャック，Ｈ ヘッド，Ｒ 路盤，
１ ロッド，１ａ 柄部，１ｂ シャンク部，
２ 螺旋刃，２ａ 突起部，
３ 撹拌刃，
４ 仕切刃，
４ａ スリーブ部，４ｂ 天板，４ｃ 側板，４ｄ 切込刃，４ｅ 軸孔，
５ アーム，

Claims (5)

1. 電動機の回転軸の先端に、当該回転軸に延長して固定されるロッドと、
   前記ロッドの先端に配置され当該ロッドを軸として回転する螺旋刃と、
   前記ロッドに支持され当該ロッドを軸として当該螺旋刃と共にその周囲を旋回する撹拌刃を備える穴掘り用ヘッド。
2. 前記螺旋刃の掘削領域及び前記撹拌刃の撹拌領域を同軸円筒状に仕切る仕切刃を備え、
   前記仕切刃は、前記ロッドを軸として回転自在に挿通するスリーブ部と、当該スリーブ部を中心として前記螺旋刃の掘削領域及び前記撹拌刃の撹拌領域の上方を覆う上位フレームと、当該上位フレームに支持されて垂下する筒状の側板を備え、
   前記螺旋刃の先端に、前記ロッドの延長線上において前記仕切刃の先端縁より突出する突起部を備える請求項１に記載の穴掘り用ヘッド。
3. 前記仕切刃の先端縁に周期的な凹凸を有する切込刃を備える請求項２に記載の穴掘り用ヘッド。
4. 前記撹拌刃は、前記螺旋刃の外縁から前記仕切刃の内面までの距離を、当該螺旋刃２の半径から直径の長さとし、且つその距離において、前記撹拌刃が、前記距離を２：１から１：２に内分する円軌道で旋回するように配置されている請求項２又は請求項３のいずれかに記載の穴掘り用ヘッド。
5. 手持ち型電動機の回転軸の先端に、当該回転軸に延長して請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の穴掘り用ヘッドが固定されていることを特徴とする穴掘り装置。
   

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