JP4571595B2 - 掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の切削および地盤改良を行う、掘削機に関する。

地中連続壁の構築について、水平軸回りに回転し、互いに対向するように配置された少なくとも一対のドラムカッタを備えた掘削機により地盤を切削および攪拌を行う場合がある。

例えば、特許文献１には、図５（ａ）に示すように、互いに対向するように配置されており、水平に配置された同一のカッタシャフト１０１に固定され、水平軸回りに回転するドラムカッタ１０２，１０２と、垂直軸回りに回転するメインシャフト１０３と、メインシャフト１０３の垂直軸回りの回転を水平軸回りの回転に変換して各ドラムカッタ１０２，１０２（カッタシャフト１０１）に伝達する動力伝達機構（ギヤケース）１０４と、メインシャフト１０３に動力を付与する駆動モータ１０５と、を備えた掘削機１００が開示されている。

掘削機１００は、一対のドラムカッタ１０２，１０２の間に掘り残し部分が生じることがないように、ドラムカッタ１０２同士の間であって、メインシャフト１０３の直下にリングカッタ１２０が配置されている。

また、他の従来の掘削機として、図５（ｂ）に示す掘削機２００のように、各ドラムカッタ２０２のドラムカッタ側の切削刃２２０，２２０，…が揺動式に構成されていることで、掘り残し部分が生じることがないように構成されたものがある。

さらに、その他の従来の掘削機として、図５（ｃ）に示す掘削機３００のように、一対のドラムカッタ３０２，３０２に対して、個々に駆動モータ３０５，３０５を備えるものもある。

特開平１１−２６９９１３号公報（［０００８］〜［００２４］、図６）

ところが、前記従来の掘削機１００，２００は、一対のドラムカッタ１０２，１０２（２０２，２０２）に対して一台配置された駆動モータ１０５（２０５）の動力により切削を行うため、駆動モータ１０５（２０５）に対する負担が大きい。また、一対のドラムカッタ１０２，１０２（２０２，２０２）に動力を伝達するメインシャフト１０３（２０３）は、ドラムカッタ１０２，１０２（２０２，２０２）の間に配設されるため、シャフト径が細く、小さいトルクしか受けることができない。そのため、ギヤケース１０４（２０４）が大きくなり、掘削機１００（２００）が大規模となる場合があった。

また、前記従来の掘削機１００，２００は、いずれも一つの原動ベベルギヤ１３０，２３０から伝達される動力が二つに分割されるため、掘削の効率が低下するという問題点を有していた。

一方、掘削機３００は、各ドラムカッタ３０２，３０２に対して個々に駆動モータ３０５，３０５が配設されているため、駆動モータ３０５，３０５に対する負担や、シャフト径に対する問題点は解決されるが、ドラムカッタ３０２，３０２に内部に駆動モータ３０５，３０５を配設することにより掘削機３００の小型化に限界があることや、ドラムカッタ３０２，３０２同士の間に掘り残し部分が生じることなどの問題点を有していた。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、カッタに動力を伝達するベベルギヤへの負担を軽減し、動力の伝達性能に優れていることで、維持管理の手間を省略し、かつ、効率的な地盤の切削を可能とした、掘削機を提案することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明の掘削機は、所定の間隔を有して配置されてそれぞれ縦軸回りに回転する複数の動力軸と、前記動力軸に固定されて、該動力軸の回転より縦軸回りに回転する原動ベベルギヤと、前記複数の動力軸に対して個々に配置されて、該動力軸から伝達された動力により回転するカッタと、を備える掘削機であって、前記カッタが、前記動力軸に対して斜めに設けられて、軸芯回りに回転するカッタ軸と、前記原動ベベルギヤと噛み合うように前記カッタ軸の基端側に形成されて、前記原動ベベルギヤから伝達された動力によりカッタ軸回りに回転する従動ベベルギヤと、前記カッタ軸に固定されて、前記カッタ軸の回転により該カッタ軸回りに回転するカッタ本体部と、を備えており、前記カッタ軸の先端が、互いに近接し、基端が前記動力軸に近接するように配置されていることを特徴としている。

かかる掘削機は、各カッタが、それぞれ個別の動力軸により動力が伝達されるため、個々のカッタの掘削力が向上し、効率的な切削が可能となる。また、各カッタに対して各々個別に設けられた動力軸により動力が伝達されるため、原動ベベルギヤへの負担が小さい。したがって、原動ベベルギヤを長期的に使用することが可能となり、掘削機の維持管理に要する手間や費用を省略することが可能となる。また、動力軸は、カッタに挟まれることなく配置されているため、シャフト径を太くすることができ、比較的大きなトルクを受け持つことを可能としている。

前記掘削機において、前記カッタ本体部同士の一部が互いにラップするように配置されていれば、掘り残し部分が生じることなく地山を切削することができるとともに、カッタ本体部への掘削土の粘着を防止し、攪拌効率が向上する。

前記掘削機において、一対のカッタ軸が、略Ｖ字状に配置されていてもよい。さらに、この一対のカッタが、複数組並設されていてもよい。かかる掘削機によれば、掘削幅を広げることができるため、連続地中壁の施工などにおいて、早期施工が可能となる。
また、一対の動力軸に対応して設けられた一対のカッタが、カッタ軸の先端が互いに近接し、切羽側に突出するように略Ｖ字状に配置されていれば、掘り残し部分を縮小化することができる。さらに、カッタにより切削させる掘削孔の切羽が、略Ｖ字状に形成されれば、掘削時に掘削土砂を中央に集めやすく、排土性能が向上する。

さらに、前記掘削機の前記動力軸が３軸であって、前記カッタ軸が、略三角錐状に配置されていてもよい。かかる掘削機によれば、掘削性能が向上し、好適である。

本発明の掘削機によれば、カッタに動力を伝達するベベルギヤへの負担が軽減されて、維持管理の手間や費用を省略し、かつ、動力の伝達性能に優れているため、効率的な地盤の切削（攪拌）を行うことが可能となった。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態の掘削機の使用状況を示す横断面図である。図２は、本実施形態の掘削機を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下方から上方向に臨む平面図である。

掘削機Ｍは、図１に示すように、揚重機であるクレーンＣにより吊下げられた状態で、地盤Ｇの切削を行う機械であって、ワイヤＷにより吊り下げられている。

掘削機Ｍは、図２（ａ）に示すように、主に掘削機本体１と、所定の間隔を有して配置されてそれぞれ縦軸回りに回転する一対の動力軸２，２と、動力軸２にそれぞれ固定されて、動力軸２の回転より縦軸回りに回転する原動ベベルギヤ３，３と、一対の動力軸２，２に対して個々に配置されて、それぞれ動力軸２から伝達された動力により回転することで地山の切削を行うカッタ４，４と、を備えて構成されている。本実施形態に係る掘削機Ｍは、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、一対のカッタ４，４を前後に二組配置するものとするが、掘削機Ｍに配置されるカッタ４，４の数は、例えば一組とするなど、限定されるものではなく、施工規模や現場状況等に応じて適宜設定すればよい。

掘削機本体１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、各動力軸２に回転力を付与する複数（本実施形態では４台）の駆動モータ１０，１０，…を備えており、駆動モータ１０は、鋼材を加工して組み合わせることにより形成された外殻１２の内部空間に配設されることにより保護されている。

駆動モータ１０，１０は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、掘削機本体１の内部において、それぞれ所定の間隔を有して配置された一対の動力軸２，２に対応して、掘削機本体１の横断方向の左右両端に配置される。本実施形態では、一対のカッタ４，４を二組備えているので、合計４台の駆動モータ１０，１０，…を配置するものとする。本実施形態では、各駆動モータ１０，１０，…を、それぞれ動力軸２，２，…の直上に配置している。

この駆動モータ１０は、図２（ａ）に示すように、下方向に突出する出力軸１１を備えている。この出力軸１１には、動力軸２の上端が一体に接合されている。そして、駆動モータ１０を駆動させることにより、出力軸１１が回転し、出力軸１１の回転に伴い動力軸２が動力軸２の軸回り（縦軸回り）に回転する。
なお、駆動モータ１０の形式や出力等は、限定されるものではなく、掘削機Ｍの規模、地盤Ｇの強度、掘削孔Ｈの形状等に応じて、適宜公知の駆動モータから選定して、使用すればよい。また、駆動モータ１０の設置台数が限定されるものではなく、カッタ４（動力軸２）の数量に応じて適宜設定されることはいうまでもない。また、駆動モータ１０は、駆動モータ１０の動力が動力軸２に伝達することが可能に構成されていれば、必ずしも動力軸２の直上に配置される必要はないことはいうまでもない。

外殻１２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、例えば、Ｌ形鋼材や溝型鋼等を組み合わせることにより直方体の上面に四角錐を組み合わせたような形状であって、断面視が略五角形の枠部材を形成してなる。そして、この枠部材の外周囲は、図示しない鋼板により覆われている。なお、外殻１２の構成や形状等は限定されるものではなく、適宜設定すればよいことはいうまでもない。また、外殻１２の側面から、掘削孔Ｈの壁面に当接し、掘削機Ｍのブレを抑えるための複数のガイド部材を突出させてもよい。このガイド部材がジャッキ等により伸縮可能に構成されていれば、ガイド部材を介して正確な位置に掘削機Ｍを誘導することを可能とし、また、掘削機Ｍの回収時等に、掘削孔Ｈの孔壁へのガイド部材の接触を防止することが可能となる。

動力軸２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、駆動モータ１０，１０，…に対応して、掘削機本体１の横断方向の左右両端、掘削機本体１の前後に合計４本配置されている。
この動力軸２は、棒状の部材であって、掘削機本体１の下端（駆動モータ１０の直下）から、下方向に突出するように配置されている。

動力軸２の上端は、図２（ａ）に示すように、駆動モータ１０の下端から下方向に突出する出力軸１１に、一体に固定されている。一方、動力軸２の下端には、原動ベベルギヤ３が一体に固定されている。
そして、動力軸２は、駆動モータ１０の駆動に伴う出力軸１１の回転により、縦軸回りに回転する。さらに動力軸２の回転に伴い、動力軸２に固定された原動ベベルギヤ３が動力軸２と同じ方向に回転する。

原動ベベルギヤ３は、図２（ａ）に示すように、動力軸２の下端の外周囲に形成されている。原動ベベルギヤ３は、動力軸２の回転力をカッタ４へと伝達する部材であって、それぞれカッタ軸４１の従動ベベルギヤ４２と噛み合うように構成されている。つまり動力軸２が回転することにより、原動ベベルギヤ３が回転し、従動ベベルギヤ４２へと動力を伝達する。

カッタ４は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、円筒状に形成されたカッタ本体部４０，４０，…と、カッタ本体部４０の内部中央にそれぞれ形成されたカッタ軸４１，４１，…と、カッタ軸４１の外周囲に一体に形成された従動ベベルギヤ４２と、各カッタ本体部４０の外周囲の地盤との当接面に複数個取り付けられて、地山の切削を行うカッタビット（切削刃）４３，４３，…と、から構成されている。

本実施形態では、一対のカッタ４，４を２列配置することで、４つのカッタ４，４，…が配置されている。そして、カッタ４，４，…は、横断方向において、互いの先端のカッタビット４３ａ，４３ａ，…がラップしており（図２（ａ）および（ｃ）の符号Ｌ１参照）、縦断方向において、互いのカッタビット４３，４３，…がラップするように構成されている（図２（ｂ）および（ｃ）の符号Ｌ２参照）。

掘削機４の横断方向に対して左右に設けられた一対のカッタ軸４１，４１は、図２（ａ）に示すように、先端が切羽方向に突出した状態で互いに近接し、基端がそれぞれ掘削機の左または右に設けられた動力軸２の下端に近接するように動力軸２（縦軸）に対して斜めに設けられている。そして、一対のカッタ軸４１，４１は、図２（ｃ）に示すように、その軸心が平面視で直線状に配置されている。

一対のカッタ軸４１，４１は、図２（ａ）に示すように、それぞれ動力軸２側が高くなるように動力軸２に対して傾斜していることで、略Ｖ字状に配設されている。

カッタ軸４１の基端には、原動ベベルギヤ３と噛み合うように、外周囲に従動ベベルギヤ４２が一体に形成されている。この構成により、原動ベベルギヤ３から伝達された動力により従動ベベルギヤ４２がカッタ軸４１回りに回転し、カッタ軸４１が軸回りに回転する。

カッタ本体部４０は、図２（ａ）に示すように、断面視でコの字を示す、円筒形状の部材からなる、いわゆるドラムカッタである。そして、カッタ本体部４０は、コの字の開口側が動力軸２に向くように配置されている。
カッタ本体部４０は、その先端の内側に、カッタ軸４１の先端が固定されており、カッタ軸４１の軸回りの回転に伴って、カッタ軸４１回りに回転する。また、一対のカッタ本体部４０，４０は、図２（ａ）に示すように、カッタ軸４１，４１に対応して、略Ｖ字を呈するように、動力軸２に対して傾斜している。

カッタ本体部４０の回転方向に沿った周面には、図２（ａ）に示すように、複数のカッタビット４３，４３，…が配置されている。また、カッタ本体部４０の先端面（対向する他のカッタ本体部４０側の端面）には、背の低いカッタビット４４，４４，…が複数個配置されている。
図２（ａ）に示すように、カッタ本体部４０の基端部側に配置されたカッタビット４３ａ，４３ａ，…は、それぞれカッタ本体部４０の端面から突出するようにカッタ軸４１に対して斜めに配置されており、カッタ４による切削孔Ｈ（図１参照）が、掘削機Ｍの幅と同等または掘削機Ｍの幅よりも大きくなるように構成されている。また、各カッタ本体部４０の先端部側に配置されたカッタビット４３ａ，４３ａ，…は、他方のカッタ本体部４０のカッタビット４３ａ，４３ａ，…とラップするようにカッタ軸４１に対して斜めに配置されており、カッタ本体部４０同士の間に未切削部分が形成されることがないように構成されている。

なお、カッタビット４３，４３，…としては、公知のカッタビットを使用すればよく、その形状や構成等は限定されるものではない。また、カッタ本体部４０に設置されるカッタビット４３の数は適宜設定すればよく、限定されるものではない。
また、動力軸２、原動ベベルギヤ３、従動ベベルギヤ４２等は、ギヤボックス３０内に配置されており、土砂等が浸入して絡むことにより破損が生じることがないように構成されている。

本実施形態に係る掘削機Ｍによる地盤の切削（攪拌）は、図１に示すように、クレーンＣにより、ワイヤＷを介して吊持された状態で行う。

掘削機Ｍが、所定の位置に配置されたら、駆動モータ１０を駆動させることにより、地盤Ｇの切削を行う。駆動モータ１０が作動すると、出力軸１１が回転するため、出力軸１１に固定された動力軸２が縦軸回りに回転する。

動力軸２は、駆動モータ１０から伝達された動力により、動力軸２の軸回りに回転する。そして、動力軸２が回転することにより、動力軸２に固定された原動ベベルギヤ３が動力軸２の軸回りに回転する。
さらに、原動ベベルギヤ３が回転すると、動力が従動ベベルギヤ４２に伝達されて、カッタ軸４１がカッタ軸４１の軸回りに回転する。つまり、原動ベベルギヤ３と従動ベベルギヤ４２とにより、縦軸回り（動力軸回り）の回転方向を、カッタ軸４１回りへと変更する。このカッタ軸４１の回転により、カッタ本体部４０が回転して、地盤Ｇの切削を行う。

以上、本実施形態に係る掘削機Ｍによれば、駆動モータ１０や動力軸２を掘削本体１の外側に配置しているため、整備等がしやすく、維持管理が容易である。

各カッタ軸４１に対して、各々動力軸２（駆動モータ１０）から個々に動力を伝達するため、個々のカッタ本体部４０の掘削力が向上し、効率的な切削が可能となる。

掘削機Ｍの一対のカッタ軸４１，４１が、それぞれ動力軸２側の端部（基端）が他方の端部（先端）よりも高くなるように動力軸２に対して傾斜しており、これに固定された筒状のカッタ本体部（ドラムカッタ）４０，４０も斜めに配置されているため、カッタ４による切削幅が広く、効率的な切削が可能である。

カッタ４は、隣接する他のカッタ４とカッタビット４３，４３，…が互いにラップ（Ｌ１，Ｌ２）するように配置されているため、掘削機Ｍによる掘削孔（切削溝）Ｈに堀残し部分が生じることなく切削することが可能となる。故に、掘り残し部分の存在により掘削機Ｍの下降が妨げられることがなく、より効率的な切削が可能となる。また、カッタビット４３ａ，４３ａ，…をラップさせることにより、掘削土砂の粘着力が低減されるため、掘削土砂の撹拌効率が向上する。

カッタ４は、カッタ本体部４０の端部のカッタビット４３ａがカッタ軸４１に対して傾斜していることで、掘削機Ｍよりも掘削孔Ｈを広く切削することが可能となり、掘削機本体１の側面が掘削孔（切削溝）Ｈの壁面に接することが無く、カッタビット４３のみが地山に接触する。そのため、摩擦抵抗等によりカッタ４の回転や下降が妨げられることがないため、さらに効率的な切削が可能となる。

掘削機本体１の内部の動力軸２の直上に、それぞれ駆動モータ１０を備えられているため、地上に別途駆動装置を配置するための作業スペースを確保する必要がない。また、動力を伝達する動力軸２の小規模化も可能となるため、掘削装置全体の小型化が可能となる。これにより、比較的狭隘な箇所における作業が可能となり、好適である。

カッタ軸４１の上方に動力軸２を配置することで、駆動モータ１０および動力軸２の周囲の空間に余裕ができ、出力軸１１および動力軸２の直径を太くすることができる。これにより、大トルクをカッタ４に伝達することが可能となり、ギヤ等を介して減速する必要がない。そのため、掘削機Ｍの小型化が可能となる。さらに、掘削機Ｍの小型化に伴い、カッタビット４３（切削刃）を長くすることが可能となるため、掘削土砂が攪拌されて粘着しにくくなり、切削効率が向上することが可能となる。

本発明の掘削機Ｍによれば、地中連続壁の掘削や地盤改良等を高精度、かつ、容易に行うことが可能となる。

前記実施形態では、動力軸を４本配置する構成としたが、動力軸の本数（カッタの数）は限定されるものではない。例えば、図３（ａ）および（ｂ）に示す掘削機Ｍ’ように、３本の動力軸２，２，２を有した構成としてもよい。掘削機Ｍ’は、３本のカッタ軸４１，４１，４１が、互いの先端が近接し、基端が動力軸２，２，２に近接するように配置されているため、略三角錐状に配置されている。
この構成によれば、３つのカッタ４，４，４により、カッタ４同士の間に礫を集め、これらの礫のクラッシング効果が向上し、より優れた掘削性能を得ることが可能となる。
なお、この構成において、カッタ４同士をラップさせてもよいことはいうまでもない。

また、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、カッタ本体部４０の形状として、先端が細くなるように構成してもよい。この構成によれば、３軸の掘削機Ｍ’と同様に、礫のクラッシングについて、機能を向上させることが可能となる。

さらに、図４（ｃ）および（ｄ）に示すように、カッタ本体部４０の形状として、先端が細くなるようにして、掘削孔Ｈの底部中央が平らになるように構成してもよい。この構成によれば、掘削孔Ｈの底部（切羽）が、側壁から中央に向かって傾斜した後、中央が平らとなるように形成されるため、掘削土砂が中央に集まりやすくなり、掘削土砂の回収は、掘削孔Ｈの中央部から行うことにより、排土性能が向上する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本発明に係る掘削機Ｍを、リバース工法に使用される場合には、掘削機本体に排土ポンプを配置してもよい。この場合において、排土ポンプの構成や排土管の配管等は、限定されるものではなく、適宜設定すればよいことはいうまでもない。

また、前記実施形態では、揚重機として、クレーンを使用するものとしたが、掘削機を吊り下げる機械が限定されないことはいうまでもない。

また、前記実施形態では、カッタを前後に二組配置する構成としたが、掘削機に配置されるカッタの数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

また、前記実施形態では、カッタを互いにラップするように配置したが、必ずしもカッタはラップしていなくてもよい。例えば、掘り残し部分が生じないように、隣接するカッタ同士を互いに隙間なく配置してもよい。このように、各カッタ同士が、ラップしないように配置されていれば、カッタ同士の回転を同じにする必要がないため、回転を制御するための部材を省略することが可能となり、経済的であるとともに、装置の簡略化が可能となる。

なお、カッタの配置は、前記に示したものに限定されないことはいうまでもなく、適宜設定すればよい。つまり、動力軸が３本以上配置された場合は、複数のカッタ軸の先端が中央において近接するように配置してもよいし（図３参照）、カッタ軸を２本ずつ略Ｖ字を呈するように配置したものを複数列並設してもよい（図２または図４参照）。

本発明に係る掘削機の使用状況を示す横断面図である。 本発明に係る掘削機を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下方から臨む平面図である。 本発明に係る掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は横断図、（ｂ）は下方から臨む平面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に係る掘削機のその他の変形例を示す横断図と下方から臨む平面図であって、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ本発明に係る掘削機のさらにその他の変形例を示す横断図と下方から臨む平面図で （ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも従来の掘削機を示す図である。

符号の説明

１ 掘削機本体
１０ 駆動モータ
１１ 出力軸
２ 動力軸
３ 原動ベベルギヤ
４ カッタ
４０ カッタ本体部
４１ カッタ軸
４２ 従動ベベルギヤ
４３ カッタビット
Ｈ 掘削孔
Ｍ，Ｍ’ 掘削機

Claims (5)

1. 所定の間隔を有して配置されてそれぞれ縦軸回りに回転する複数の動力軸と、
   前記動力軸に固定されて、該動力軸の回転より縦軸回りに回転する原動ベベルギヤと、
   前記複数の動力軸に対して個々に配置されて、該動力軸から伝達された動力により回転するカッタと、を備える掘削機であって、
   前記カッタが、前記動力軸に対して斜めに設けられて、軸芯回りに回転するカッタ軸と、前記原動ベベルギヤと噛み合うように前記カッタ軸の基端側に形成されて、前記原動ベベルギヤから伝達された動力によりカッタ軸回りに回転する従動ベベルギヤと、前記カッタ軸に固定されて、前記カッタ軸の回転により該カッタ軸回りに回転するカッタ本体部と、を備えており、
   前記カッタ軸の先端が、互いに近接し、基端が前記動力軸に近接するように配置されていることを特徴とする、掘削機。
2. 前記カッタ同士の一部が互いにラップするように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の掘削機。
3. 一対の前記カッタ軸が、略Ｖ字状に配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の掘削機。
4. 一対の前記カッタが、複数組並設されていることを特徴とする、請求項３に記載の掘削機。
5. 前記動力軸が３軸であって、前記カッタ軸が、略三角錐状に配置されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の掘削機。

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