JP2022106165A - 掘削ロッド - Google Patents

Abstract

【課題】ロッド回転駆動装置からの駆動力の伝達が円滑に行え、使用上の品質も確保できる最適形状を備えた掘削ロッドを提供する。【解決手段】掘削ロッド１７は、地盤改良機の回転駆動装置に装着され、内部に地盤改良剤の流路を備えており、掘削ロッド１７の外周には、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した平面部１７ａが設けられ、対向する平面部からなる２面幅Ｌは、掘削ロッド１７の全長に亘って等しく形成されている。また、掘削ロッド１７の連結を、雌側筒部２４ａと雄側軸部２５ａとが嵌合する断面正六角形状からなるトルク伝達構造とし、連結ピン２６のピン挿通孔が、外周の平面部と断面正六角形状の一辺をなす平面とにそれぞれ平行な雌側溝２４ｃ及び雄側溝２５ｃから形成されている。さらに、前記ピン挿通孔は、ロッド周方向に１８０度離れ、互いに平行に配置された２つのピン挿通孔である。【選択図】図３

Description

本発明は、掘削ロッドに関し、詳しくは、地盤改良機の回転駆動装置に装着される掘削ロッドに関する。

従来から、地盤改良機に用いるロッド回転駆動装置（オーガ）では、油圧モータや減速機などの回転駆動源を備えた駆動装置本体に、ロッドに設けた角軸部を挿通して係合可能な角孔を有するロッド回転部（出力軸）と、前記角軸部の下部に設けた周方向の溝部に係合可能なチャック板とを一体回転可能に備えたロッド回転駆動装置が知られている。チャック板は、スプリングの力により係合してロッド回転部にロッドを固定し、この固定の解除は、円錐状のコーン形チャック解除部材をチャック板に設けたコーン形チャック解除部材の受部に圧入し、チャック板をスプリングの力に抗して押し拡げることにより行なう構造である（例えば、特許文献１参照。）。

こうしたチャック板を有する係合溝構造は、その構造上、ロッドをチャックする位置が限られるという課題があった。このため、径方向に出没するクサビ部材によってロッドを任意の位置でチャックできる機構を備えたロッド回転駆動装置が開発されている。クサビ部材は、皿バネで締付力を発生させ、油圧シリンダで皿バネを撓ませてロッドを解放する構造である（例えば、特許文献２参照。）。

特開平７－１８９５７６号公報 特許第６３１６２２０号公報

近年、小型の地盤改良機では、高出力や掘削長の増大のニーズを受けて、ロッド回転駆動装置の回転トルクや推力を大きくすることが求められている。しかしながら、特許文献２に記載されたロッドチャック機構では、ロッドの把持位置に自由度があるものの、ロッドの外周面に泥が付着すると、ロッドとクサビ部材との摩擦力が落ち、十分な推力が得られないという問題があった。

また、図１０及び図１１に示すように、ロッド１００を継ぎ足す場合は、トルク伝達性に優れた断面六角形状の雄型及び雌型の継手１０１，１０２を互いに嵌め込み、水平方向に２本の連結ピン１０３を差し込んで連結される。そのため、ピン挿通孔を形成する半割状の溝（合成溝）１０１ａ，１０２ａは、連結ピン１０３の応力集中を避けた六角形状の辺に沿って配置されることになる。しかしながら、ロッド１００の外周３面を把持する構成では、２本の連結ピン１０３を略ハ字状に配置せざるを得ず、嵌合部の摩耗によるガタが増加すると、回転するロッドが大きく振れたり、ピン同士の水平方向の距離が大きい側の嵌合部から地盤改良剤が漏洩したりするおそれがあった。

そこで本発明は、ロッド回転駆動装置からの駆動力の伝達が円滑に行え、使用上の品質も確保できる最適形状を備えた掘削ロッドを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の掘削ロッドは、地盤改良機の回転駆動装置に装着され、内部に地盤改良剤の流路を備えている掘削ロッドにおいて、前記掘削ロッドの外周には、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した平面部が設けられ、対向する前記平面部からなる２面幅は、前記掘削ロッドの全長に亘って等しく形成されていることを特徴としている。

また、前記掘削ロッドは、連結ピンを介して同軸に複数本連結してなり、一方の端部に設けられる雌側筒部と、他方の端部に設けられて前記雌側筒部に挿入される断面正六角形状の雄側軸部とを有し、前記雌側筒部の内壁面には、ロッド軸方向と直交して延び、前記平面部と平行な雌側溝が形成され、前記雄側軸部の周面には、ロッド軸方向と直交して延び、前記断面正六角形状の一辺をなす平面と平行な雄側溝が形成され、前記雌側溝と前記雄側溝とは、前記雌側筒部に前記雄側軸部を挿入した状態で整合し、前記連結ピンが挿通されるピン挿通孔となることを特徴としている。

さらに、前記ピン挿通孔は、ロッド周方向に１８０度離れ、互いに平行に配置された２つのピン挿通孔であることを特徴としている。加えて、前記２面幅は、前記円形断面の円周部分の外径の９５±２％の範囲にあることを特徴としている。

本発明の掘削ロッドによれば、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した平面部を備えているので、ねじり剛性の高い断面円形状を基本としつつ、平面部を押圧するロッドチャック機構との間で摩擦力を確保した最適形状が達成される。しかも、比較的広い曲面形状によって掘削ロッドの外周面に泥状物が付着しにくく、たとえ付着したとしても、その清掃作業が容易に行えることから、摩擦力の低下を効果的に防止して必要な回転トルクや推力を掘削ロッドに確実に伝えることができる。

本発明の掘削ロッドを適用した地盤改良機の第１形態例を示す側面図である。 同じく要部拡大断面図である。 図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 ロッド断面形状のバリエーションを示す図である。 ロッド回転駆動装置の正面断面図である。 ロッドのチャック状態及びチャック解除状態を示す要部断面正面図である。 ロッドのチャック状態及びチャック解除状態を示す要部断面平面図である。 本発明の掘削ロッドを適用した地盤改良機の第２形態例を示すロッド回転駆動装置の正面図である。 同じくチャックシリンダを作動させる油圧回路を示す回路図である。 従来の掘削ロッドの継手構造を示す図である。 図１０のＸＩ－ＸＩ断面図である。

図１乃至図７は、本発明の掘削ロッドが適用される地盤改良機の第１形態例を示している。地盤改良機１１は、図１に示すように、履帯走行する走行部を備えたベースマシン１２の前部にリーダ１３を立設し、該リーダ１３をバックステー１４にて支持している。リーダ１３の長手方向に沿って設けられた左右一対のガイドパイプ１３ａには、ロッド回転駆動装置（オーガ）１５が、ガイドギブ１６を介して連結されるとともに、リーダ１３の長手方向に掛け渡したチェーン１３ｂによって昇降可能に設けられている。また、リーダ１３の下部には、ロッド回転駆動装置１５により回転する掘削ロッド１７をガイドする下部ガイド１８が設けられている。さらに、掘削ロッド１７の上端には、注入ホース（グラウトホース）１９から地盤改良剤を導入するスイベルジョイント２０が設けられ、該スイベルジョイント２０の連れ回りを防止する回り止めロッド２１の一端がロッド回転駆動装置１５に固設され、他端が掘削ロッド１７の上端に設けられた取付部材２２に取り付けられている。

掘削ロッド１７は、内部に地盤改良剤（セメントミルク）の流路を備えたパイプ状のものであって、複数本連結してリーダ１３よりも長尺に形成され、下端には掘削刃２３ａと撹拌羽根２３ｂとを備えた掘削ヘッド２３が設けられている。また、図２乃至図４にも示すように、掘削ロッド１７の外周には全長に亘り、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した同一幅の平面部１７ａが設けられている。対向する平面部１７ａ，１７ａからなる２面幅（幅寸法）Ｌは、掘削ロッド１７の全長に亘って等しく、円形断面の円周部分の外径Ｄの９５％に設定されている（図３）。この場合、例えば、２面幅Ｌは２０５ｍｍ、外径Ｄは２１６ｍｍとなる。これにより、掘削ロッド１７の外周面は、円弧曲面部１７ｂからなる領域が大きく占められ、実質的に角張った箇所が生じることのない略曲面状に形成されている。

掘削ロッド１７の２面幅Ｌは、具体的な数値に限定されるものではないが、好ましくは外径Ｄの９５±１％の範囲内にある。これにより、ロッド回転駆動装置１５の仕様変更や施工現場の土質の変化などにも対応することができる。もっとも、９５±２％程度であってもよい。この場合、平面部１７ａ又は円弧曲面部１７ｂのいずれかの領域を重視した設計が可能となり、地盤改良機１１の性能や施工条件に最適化することができる。例えば、２面幅Ｌを外径Ｄの９７％に設定すれば、図４（Ａ）に示すように、円弧曲面部１７ｂの領域が広くなり、泥状物を除去するなどの観点から有利である。一方、２面幅Ｌを外径Ｄの９３％に設定すれば、図４（Ｂ）に示すように、平面部１７ａの領域が広くなり、回転トルクの伝達などの観点から有利である。

ここで、本実施例の掘削ロッド１７では、ロッド軸方向（図２の上下方向）の長さを確保するために、上側に配置されている雌側ロッド２４と下側に配置されている雄側ロッド２５とが同軸に連結されている。雌側ロッド２４及び雄側ロッド２５は、地盤改良剤が通過できるように中空状になっている。雌側ロッド２４は、下端部に雌側筒部２４ａを有し、雄側ロッド２５は上端部に雄側軸部２５ａを有している。雌側筒部２４ａの内壁面２４ｂの断面と雄側軸部２５ａの周面２５ｂの断面は、雌側筒部２４ａと雄側軸部２５ａとが嵌合できるように、同じ正六角形状になっている。このため、雌側筒部２４ａに雄側軸部２５ａが挿通されることで、雌側ロッド２４と雄側ロッド２５とが一体回転し、ロッド回転駆動装置１５から与えられる回転トルクを伝達可能になっている。

雌側筒部２４ａの内壁面２４ｂには、ロッド軸方向と直交する方向（図３の上下方向）に延び、外周の平面部１７ａと平行な直線状の雌側溝２４ｃが２個形成されている。また、雄側軸部２５ａの周面２５ｂにも、ロッド軸方向と直交する方向に延び、断面正六角形状の一辺をなす平面及び外周の平面部１７ａと平行な直線状の雄側溝２５ｃが２個形成されている。各溝２４ｃ，２５ｃはロッド軸方向に間隔をあけて、ロッド周方向に１８０度離れて配置されている（図２）。

雌側筒部２４ａに雄側軸部２５ａを挿入し、雌側筒部２４ａの下端に形成されている開口縁部２４ｄと、雄側軸部２５ａの根元に形成されている段部２５ｄとが当接すると、雌側ロッド２４と雄側ロッド２５とのロッド軸方向の位置決めがなされた状態となる。この嵌合状態では、雌側溝２４ｃと雄側溝２５ｃとが対向することで、１つの略円形のピン挿通孔になる。そして、互いの位置を整合させた雌側溝２４ｃと雄側溝２５ｃとに連結ピン２６が挿通されると、雌側ロッド２４と雄側ロッド２５とが連結ピン２６を介して一体的に係合連結される。

また、雌側筒部２４ａの雌側溝２４ｃに対応する位置には、平面部１７ａから雌側筒部２４ａの軸中心に向かって延びる取付孔２４ｅが形成されている。取付孔２４ｅは、連結ピン２６の抜け止めを行うための止めねじ（いもねじ）２７を取り付けるものである。止めねじ２７を締め込むと、その先端部が連結ピン２６に形成されている係合溝２６ａに係合し、基端部が取付孔２４ｅに埋没した状態となる。

地盤改良機１１を使用して地盤改良作業を行うには、掘削ロッド１７の中間部をロッド回転駆動装置１５に把持させた状態で、下部ガイド１８によって掘削ロッド１７が回転可能かつ上下動可能に保持され、掘削ロッド１７の上端部においてスイベルジョイント２０に注入ホース１９が接続される（図１）。この作業開始状態で、掘削ロッド１７を回転駆動しながらリーダ１３に沿って下降させるとともに、掘削ロッド１７を通って送られた地盤改良剤を掘削ヘッド２３の先端から掘削孔に噴射することにより、掘削ヘッド２３の掘削刃２３ａで掘削した土砂と地盤改良剤とを撹拌羽根２３ｂで混合する。

ロッド回転駆動装置１５がリーダ１３の下端部に到達すると、中間部の把持を解除したロッド回転駆動装置１５を上昇させ、上部を把持させる掴み替えを行う。このとき、掘削ロッド１７をその位置に固定しておくために、下部ガイド１８の固定手段によって掘削ロッド１７が把持される。ロッド回転駆動装置１５の移動によって掘削ロッド１７の把持位置を上部側に切り替えたら、再び掘削ロッド１７を回転駆動しながら下降させて、掘削刃２３ａで掘削した土砂と地盤改良剤とを撹拌羽根２３ｂで混合する。そして、所定深度まで掘削ヘッド２３を下降させた後、逆の手順で掘削ヘッド２３を引上げることによって地盤改良作業が終了する。

こうした地盤改良作業を円滑に進めるために、ロッド回転駆動装置１５には必要な回転トルクや推力を掘削ロッド１７に確実に伝える構造が求められる。以下では、ロッド回転駆動装置１５の具体的な構成について、図５乃至図７を参照しながら説明する。

ロッド回転駆動装置１５は、円形のロッド挿通孔２８ａを有する駆動シャフト２８を回転可能に備えた駆動装置本体２９と、駆動シャフト２８に回転可能に設けられた上下一対のロッドチャック機構３０，３０と、該ロッドチャック機構３０，３０に対応する上下一対のチャック解除機構３１，３１と、駆動装置本体２９内の減速機構３２に接続される２台の回転駆動用油圧モータ３３，３３とを備えている。また、図示は省略するが、各機構は、防塵・防水性を有するシール構造や、メンテナンス性を考慮した給脂構造などを備えている。

駆動シャフト２８は、ロッド回転駆動装置１５の取付部３４の高さ（全高）と同程度の長さを有し、厚肉な中間部を挟んで両端部（上下端部）が対称形状をなす筒状に形成され、駆動装置本体２９のハウジング（ギヤケース）２９ａ内において、上下の軸受３５，３５を介して回転可能に設けられている。ロッド挿通孔２８ａに掘削ロッド１７を挿通し、上下のロッドチャック機構３０，３０を作動して掘削ロッド１７の外周を把持した状態で、駆動シャフト２８の中間部外周に取り付けられた歯車３６と、回転駆動用油圧モータ３３の回転軸３７によって駆動される歯車３８とが噛合することにより、回転駆動用油圧モータ２９の回転が駆動シャフト２８に伝達されて掘削ロッド１７を回転させる。

上下一対のロッドチャック機構３０，３０は、駆動シャフト２８の上端部及び下端部において、中間部の歯車３６から等間隔に近い間隔で上下に離間して設けられており、構成部品は同一であるが、互いの取付向きがロッド軸方向に１８０度異なる上下対称形状をなしている。これに対応する上下一対のチャック解除機構３１，３１についても構成部品は同一であるが、互いの取付向きがロッド軸方向に１８０度異なる上下対称形状をなしている。したがって、上下で部品共通化が図られている各機構３０，３１の具体的な構成や作用については、下端部側をとりあげて説明する。

ロッドチャック機構３０は、図６及び図７にも示すように、駆動シャフト２８の下端部である円筒体２８ｂと、該円筒体２８ｂに設けられたガイド孔２８ｃに支持される４つのクサビ部材３９と、該クサビ部材３９のロッド径方向外側に設けられ、クサビ部材３９の外面と接触してクサビ部材３９をロッド径方向内側にガイドする円筒状のスライド部材４０と、該スライド部材４０をロッド軸方向上方に付勢するバネ部材４１とで構成されている。

円筒体２８ｂは、内部にロッド挿通孔２８ａを有し、側壁には前記クサビ部材３９をロッド径方向に移動可能に支持する角形のガイド孔２８ｃが周方向で等間隔に４つ形成されている。各クサビ部材３９は、ロッド側の内面が掘削ロッド１７の外周面に対向して配置されており、反ロッド側の外面に、側面視において上端から下端に向かってロッド径方向内側に傾斜する下向きの傾斜面３９ａを有する略断面台形状のものである。さらに、クサビ部材３９の上端と円筒体２８ｂの外壁との間には、クサビ部材３９をロッド径方向外側に付勢する付勢手段としてスプリング（図示せず）が設けられている。

スライド部材４０は、中央部に前記円筒体２８ｂを挿通するシャフト挿通孔４０ａが設けられ（図５）、該シャフト挿通孔４０ａには、各クサビ部材３９の傾斜面３９ａと接触する該傾斜面３９ａと略同じ勾配のテーパ面４０ｂが形成されている。

バネ部材４１は、ロッド軸方向に重ねられた６枚の皿バネ４１ａで構成され、円筒体２８ｂの下端に設けられたリング状の支持部材４２とスライド部材４０の下端との間に配置されることで、スライド部材４０をロッド軸方向上側へ付勢している。また、スライド部材４０の下部外周には、油圧で作動するチャックシリンダ４３によって押されるリング状の受けプレート４４が設けられ、受けプレート４４の周縁部の下部側に、バネ部材４１をカバーするカバー筒４５が設けられている。

チャック解除機構３１は、駆動装置本体２９の下端面に対向配置される２つで一組のチャックシリンダ（反対側は図示せず）４３と、該チャックシリンダ４３のピストンロッド４３ａの先端部に取り付けられる押えプレート４６と、前記受けプレート４４とで構成される。押えプレート４６は、チャックシリンダ４３のピストンロッド４３ａの伸縮によって、ロッド軸方向に昇降可能に設けられており、中央にスライド部材４０を挿通可能なリング状に形成されている。チャックシリンダ４３の縮小状態では、押えプレート４６と受けプレート４４とは上下に離間して配置されている。チャックシリンダ４３のピストンロッド４３ａが伸長すると、バネ部材４１の付勢力（弾性力）に抗しながら、押えプレート４６が受けプレート４４の上面に当接し、受けプレート４４をロッド軸方向下方へ押し付ける。

このように構成されたロッド回転駆動装置１５は、駆動シャフト２８の上下端部に２つ一組で設けた合計４本のチャックシリンダ４３を同時に伸長又は縮小させて、駆動シャフト２８に挿通した掘削ロッド１７のチャックとその解除とが行われる。

ロッドチャック時には、掘削ロッド１７の平面部１７ａとクサビ部材３９とが、掘削ロッド１７の挿通に従って回転方向に整合した後、互いに面接触でチャックされる。具体的には、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すように、チャックシリンダ４３を縮小させ、バネ部材４１によってロッド軸方向上側へ付勢されたスライド部材４０が上方に移動し、スライド部材４０のテーパ面４０ｂがクサビ部材３９の下向きの傾斜面３９ａをロッド軸方向に押圧する。これにより、掘削ロッド１７の平面部１７ａに対向配置された４つのクサビ部材３９が同時にロッド径方向内側に移動し、掘削ロッド１７をチャックする。

ここで、上端部側の構成は、下端部側の構成を上下反転させた対称形状であるため、バネ部材４１によってロッド軸方向下側へ付勢されたスライド部材４０が下方に移動し、スライド部材４０のテーパ面４０ｂがクサビ部材３９の上向きの傾斜面３９ａをロッド軸方向に押圧する。これにより、掘削ロッド１７の平面部１７ａに対向配置された４つのクサビ部材３９が同時にロッド径方向内側に移動し、掘削ロッド１７をチャックする。

一方、チャックシリンダ４３を伸長させたチャック解除時には、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）に示すように、スライド部材４０がロッド軸方向下方へ移動し、クサビ部材３９に対するスライド部材４０の押し付けが弱まる。その結果、前記付勢手段の付勢力で４つのクサビ部材３９が同時にロッド径方向外側に移動し、掘削ロッド１７のチャックが解除される。こうした作用は上端部側の構成についても同様である。

このような上下対称形状のロッドチャック機構３０，３０では、施工中に掘削ロッド１７の回転を受けてロッドチャック機構３０，３０も一体に回転し、ロッドチャック機構３０，３０には押込力及び引抜力がかかる。そして、押込方向に対しては、上向きの力（反力）が作用し、スライド部材４０のテーパ面４０ｂとクサビ部材３９の上向きの傾斜面３９ａとの摩擦力が大きくなり、上端部側のクサビ部材３９の押し付けが強まる。すなわち、上端部側の構成におけるクサビ効果が顕著に得られ、掘削ロッド１７の平面部１７ａに作用する面圧が高まる。一方、引抜方向に対しては、下向きの力（反力）が作用し、スライド部材４０のテーパ面４０ｂとクサビ部材３９の下向きの傾斜面３９ａとの摩擦力が大きくなり、下端部側のクサビ部材３９の押し付けが強まる。すなわち、下端部側の構成におけるクサビ効果が顕著に得られ、掘削ロッド１７の平面部１７ａに作用する面圧が高まる。

このように、本発明の掘削ロッド１７によれば、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した平面部１７ａを備えているので、ねじり剛性の高い断面円形状を基本としつつ、平面部１７ａを押圧するロッドチャック機構３０との間で摩擦力を確保した最適形状が達成される。しかも、比較的広い曲面形状によって掘削ロッド１７の外周面に泥状物が付着しにくく、たとえ付着したとしても、その清掃作業が容易に行えることから、摩擦力の低下を効果的に防止して必要な回転トルクや推力を掘削ロッドに確実に伝えることができる。

また、掘削ロッド１７の連結を、雌側筒部２４ａと雄側軸部２５ａとが嵌合する断面正六角形状からなるトルク伝達構造とし、連結ピン２６のピン挿通孔が、外周の平面部１７ａと断面正六角形状の一辺をなす平面とにそれぞれ平行な雌側溝２４ｃ及び雄側溝２５ｃから形成されているので、連結ピン２６の長さを確保しつつ、連結ピン２６に対するロッド軸方向及び回転方向の負荷（面圧）を下げて寿命を延ばすことができる。とりわけ、一方の平面部１７ａの反対側（ロッド周方向に１８０度離れた側）に位置する他方の平面部１７ａにも同様にピン挿通孔を設けているので、経年使用で嵌合部の摩耗が進行しても、これにより生じたガタ付きを２本の平行な連結ピン２６，２６で抑えることが可能であるため、掘削ロッド１７の振れ防止や地盤改良剤の漏洩防止などにも有効である。

さらに、４つの平面部１７ａのうちの対向する２面幅Ｌが円形断面の円周部分の外径Ｄの９５±２％の範囲にあるので、ロッド回転駆動装置１５からの駆動力の伝達性（平面部領域の大きい方が有利）と、ロッド自体の耐久性や泥状物の除去性（平面部領域の小さい方が有利）とのバランスが適正化され、掘削ロッド１７が使用される多様な環境において、その最適値を確保することができる。

加えて、本発明の掘削ロッド１７が適用される地盤改良機１１の第１の構成では、ロッド回転駆動装置１５に備わるロッドチャック機構３０が掘削ロッド１７の４つの平面部１７ａに対応した４つのクサビ部材３９を備えているので、特許文献２のロッド回転駆動装置と同様に掘削ロッド１７を長さ方向の任意の位置でチャックすることができる。とりわけ、掘削ロッド１７の軸方向の移動に対してクサビ効果が高まるので、掘削ロッド１７と駆動シャフト２８とをより強固に一体化させることができる。

図８及び図９は、本発明の掘削ロッド１７が適用される地盤改良機の第２形態例を示している。図８はロッドチャック機構を備えたロッド回転駆動装置の正面図、図９はチャックシリンダを作動させる油圧回路図である。なお、以下の説明において、前記形態例に示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

本形態例におけるロッド回転駆動装置５０では、前記形態例と同様に、駆動シャフト５１の上下端部に、複数のクサビ部材５２を備えた上下一対のロッドチャック機構５３，５３を一体回転可能に設けたもので、特に、掘削ロッド１７のチャック状態をバネ部材の弾性力に替えて、チャックシリンダ５４の油圧で保持する油圧方式を採用している。

駆動シャフト５１は、ロッド回転駆動装置５０の駆動装置本体２９を貫通できる程度の長さを有し、中間部を挟んで両端部（上下端部）が対称形状をなす筒状に形成され、駆動装置本体２９のハウジング２９ａ内において、上下の軸受３５，３５を介して回転可能に設けられている。上下一対のロッドチャック機構５３，５３は、駆動シャフト５１の上端部及び下端部において上下に離間して設けられており、構成部品は同一であるが、互いの取付向きがロッド軸方向に１８０度異なる上下対称形状をなしている。したがって、上下で部品共通化が図られているロッドチャック機構５３の具体的な構成や作用については、下端部側をとりあげて説明する。

ロッドチャック機構５３は、掘削ロッド１７の外周面に対向して配置された４つのクサビ部材５２と、該クサビ部材５２のロッド径方向外側、具体的には、駆動シャフト５１の下端部内周側に設けられ、クサビ部材５２の外面の傾斜面５２ａと接触するテーパ面５１ａとを備えている。各クサビ部材５２は、ロッド側の内面が掘削ロッド１７の平面部１７ａに対向して配置されており、反ロッド側の外面に、側面視において上端から下端に向かってロッド径方向外側に傾斜する上向きの傾斜面５２ａを有する略断面三角形状のものである。また、テーパ面５１ａは、上端がロッド挿通孔５１ｂの下端に連続しており、各クサビ部材５２の傾斜面５２ａと接触する該傾斜面５２ａと略同じ勾配を有している。

また、各クサビ部材５２は、リンク部材５５の一端（上端）が支持ピン５６を介して回動可能に連結されており、リンク部材５５の他端（下端）は支持ピン５７を介して内枠部材５８に回動可能に連結されている。内枠部材５８は、中央に掘削ロッド１７を挿通可能なリング状に形成され、これと同心の外枠部材５９に軸受６０を介して回転可能に設けられている。

外枠部材５９と駆動装置本体２９との間は、左右一対のチャックシリンダ５４，５４と、該チャックシリンダ５４，５４の前後に配置された合計４本のガイド筒６１とを介して連結されている。チャックシリンダ５４は、作動油をピストンの両側に供給可能な復動油圧シリンダであり、シリンダチューブ５４ａの底部が駆動装置本体２９のハウジング２９ａの下面に固着（直付け）され、ピストンロッド５４ｂの先端部が支持ピン６２を介して外枠部材５９に連結されている。

こうしたリンク方式のロッドチャック機構５３では、チャックシリンダ５４の最大伸長時においても、クサビ部材５２の傾斜面５２ａと駆動シャフト５１のテーパ面５１ａとが上下方向に重なり合い、リンク部材５５に組み込まれたスプリング（図示せず）により、クサビ部材５２をロッド径方向外側に付勢している。これにより、クサビ部材５２は、チャックシリンダ５４の伸縮によってテーパ面５１ａを摺動し、最大伸長時において、テーパ面５１ａとの係合状態を維持したまま、ロッド挿通孔５１ｂに挿通した掘削ロッド１７の外周面から離れて位置される。

このように構成されたロッドチャック機構５３は、チャックシリンダ５４を縮小させたチャック時には、上方移動したクサビ部材５２が駆動シャフト５１のテーパ面５１ａと掘削ロッド１７の平面部１７ａとの間に挿入され、テーパ面５１ａがクサビ部材５２の上向きの傾斜面５２ａをロッド軸方向に押圧する。これにより、４つのクサビ部材５２が同時にロッド径方向内側に移動し、掘削ロッド１７をチャックする（図８）。一方、チャックシリンダ５４を伸長させたチャック解除時には、クサビ部材５２がロッド軸方向下方へ移動し、クサビ部材５２に対するロッド径方向の押し付けが弱まる。その結果、４つのクサビ部材５２が同時にロッド径方向外側に移動し、掘削ロッド１７のチャックが解除される。こうした作用は上端部側の構成についても同様である。

ところで、チャックシリンダ５４の作動により掘削ロッド１７を長時間チャックする場合、時間経過に伴って油圧回路の弁などから作動油が徐々に漏れ、チャックシリンダ５４の保持圧が低下することがある。そこで、図９に示すように、チャックシリンダ５４を作動させる油圧回路６３にアキュムレータ（蓄圧器）６４を備えることにより、チャック時の圧力保持を支援している。

油圧回路６３は、操作弁（図示せず）とチャックシリンダ５４との間の流路を開閉可能なパイロットチェック弁６５を備えており、該パイロットチェック弁６５とチャックシリンダ５４とを接続する流路には、所定圧力の作動油によって掘削ロッド１７をチャックする方向にチャックシリンダ５４を作動（縮小）させるチャックシリンダ把持流路６６と、チャックを解除する方向にチャックシリンダ５４を作動（伸長）させるチャックシリンダ開放流路６７とを備えている。前記アキュムレータ６４は、油圧の圧力エネルギーを窒素ガスなどの気体の圧力エネルギーに変換して蓄圧する機器であり、チャックシリンダ把持流路６６に設けられている。

チャックシリンダ把持流路６６を通じてチャックシリンダ５４のロッド側油室に作動油を供給すると、ピストンロッド５４ｂが縮小し、これに伴うクサビ部材５２の移動で掘削ロッド１７がチャックされる。このとき、アキュムレータ６４内にも作動油の一部が流入して貯留される。そして、操作弁を中立に戻すと、チャックシリンダ５４内の作動油はパイロットチェック弁６５の閉塞作用によって封止されるとともに、アキュムレータ６４の蓄圧作用（油圧放出）によってチャックシリンダ５４のロッド側油室が所定圧力で保持される。この場合、チャックシリンダ開放流路６７は、チャックシリンダ５４の作動を受けて戻り流路として機能し、ボトム側油室からの排出油がタンクに戻される。

一方、チャックシリンダ開放流路６７を通じてチャックシリンダ５４のボトム側油室に作動油を供給すると、ピストンロッド５４ｂが伸長し、これに伴うクサビ部材５２の移動で掘削ロッド１７のチャックが解除される。そして、操作弁を中立に戻すと、チャックシリンダ５４内の作動油はパイロットチェック弁６５の閉塞作用によって封止される。この場合、チャックシリンダ把持流路６６は、チャックシリンダ５４の作動を受けて戻り流路として機能し、ロッド側油室からの排出油がタンクに戻される。

このような第２の構成においても、第１の構成のバネ部材４１を用いた場合と同様の効果が発揮でき、さらに、本形態例の場合には、掘削ロッド１７のチャックを油圧で直接的に行うので、掘削ロッド１７を強力にチャックすることができる。すなわち、図４（Ａ）に示すような、断面略円形の掘削ロッド１７をチャックしても掘削ロッド１７とクサビ部材５２との摩擦力が落ちることはない。その上、こうした真円近似の断面形状によって捩り剛性が高まることから、変形に対する問題を改善して回転トルクや推力を掘削ロッド１７により確実に伝えることができる。

なお、本発明は、前記各形態例に限定されるものではなく、掘削ロッドの断面形状については、円形断面を基本に形成すればよく、２面幅は外径の９５％に設定されることが望ましいが、実施例で示した範囲内であれば、地盤改良機の性能や施工条件に応じて適宜に変更することができる。また、製作性に優れた断面円形状と相俟って、４箇所の平面加工は９０度毎に回転させて行うことから、芯出しなどが容易で作業効率が高く、コスト低減効果も期待できる。

１１…地盤改良機、１２…ベースマシン、１３…リーダ、１３ａ…ガイドパイプ、１３ｂ…チェーン、１４…バックステー、１５…ロッド回転駆動装置、１６…ガイドギブ、１７…掘削ロッド、１７ａ…平面部、１７ｂ…円弧曲面部、１８…下部ガイド、１９…注入ホース、２０…スイベルジョイント、２１…回り止めロッド、２２…取付部材、２３…掘削ヘッド、２３ａ…掘削刃、２３ｂ…撹拌羽根、２４…雌側ロッド、２４ａ…雌側筒部、２４ｂ…内壁面、２４ｃ…雌側溝、２４ｄ…開口縁部、２４ｅ…取付孔、２５…雄側ロッド、２５ａ…雄側軸部、２５ｂ…周面、２５ｃ…雄側溝、２５ｄ…段部、２６…連結ピン、２６ａ…係合溝、２７…止めねじ、２８…駆動シャフト、２８ａ…ロッド挿通孔、２８ｂ…円筒体、２８ｃ…ガイド孔、２９…駆動装置本体、２９ａ…ハウジング、３０…ロッドチャック機構、３１…チャック解除機構、３２…減速機構、３３…回転駆動用油圧モータ、３４…取付部、３５…軸受、３６…歯車、３７…回転軸、３８…歯車、３９…クサビ部材、３９ａ…傾斜面、４０…スライド部材、４０ａ…シャフト挿通孔、４０ｂ…テーパ面、４１…バネ部材、４１ａ…皿バネ、４２…支持部材、４３…チャックシリンダ、４３ａ…ピストンロッド、４４…受けプレート、４５…カバー筒、４６…押えプレート、５０…ロッド回転駆動装置、５１…駆動シャフト、５１ａ…テーパ面、５１ｂ…ロッド挿通孔、５２…クサビ部材、５２ａ…傾斜面、５３…ロッドチャック機構、５４…チャックシリンダ、５４ａ…シリンダチューブ、５４ｂ…ピストンロッド、５５…リンク部材、５６，５７…支持ピン、５８…内枠部材、５９…外枠部材、６０…軸受、６１…ガイド筒、６２…支持ピン、６３…油圧回路、６４…アキュムレータ、６５…パイロットチェック弁、６６…チャックシリンダ把持流路、６７…チャックシリンダ開放流路、１００…ロッド、１０１…雄型継手、１０１ａ…溝、１０２…雌型継手、１０２ａ…溝、１０３…連結ピン

Claims (4)

1. 地盤改良機の回転駆動装置に装着され、内部に地盤改良剤の流路を備えている掘削ロッドにおいて、
   前記掘削ロッドの外周には、円形断面の外周を周方向等間隔に４箇所切り欠いて形成した平面部が設けられ、
   対向する前記平面部からなる２面幅は、前記掘削ロッドの全長に亘って等しく形成されていることを特徴とする掘削ロッド。
2. 前記掘削ロッドは、連結ピンを介して同軸に複数本連結してなり、一方の端部に設けられる雌側筒部と、他方の端部に設けられて前記雌側筒部に挿入される断面正六角形状の雄側軸部とを有し、
   前記雌側筒部の内壁面には、ロッド軸方向と直交して延び、前記平面部と平行な雌側溝が形成され、前記雄側軸部の周面には、ロッド軸方向と直交して延び、前記断面正六角形状の一辺をなす平面と平行な雄側溝が形成され、
   前記雌側溝と前記雄側溝とは、前記雌側筒部に前記雄側軸部を挿入した状態で整合し、前記連結ピンが挿通されるピン挿通孔となることを特徴とする請求項１記載の掘削ロッド。
3. 前記ピン挿通孔は、ロッド周方向に１８０度離れ、互いに平行に配置された２つのピン挿通孔であることを特徴とする請求項２記載の掘削ロッド。
4. 前記２面幅は、前記円形断面の円周部分の外径の９５±２％の範囲にあることを特徴とする特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の掘削ロッド。

Images