JP4658018B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

本発明は、拡大翼により拡大掘りする掘削装置に関する。

従来の掘削装置は、たとえば、特開２００６−９５４０号公報（特許文献１）に記載のように、拡大翼は、掘削用のロッドの下部の内部に設けられた油圧装置により、拡大している（すなわち、外側に張り出している）。この油圧装置を作動させても、必ずしも、拡大翼が正常に作動して、拡大するとは限らないため、油圧装置をロッドの下部に設けると、拡大翼の位置が地上では不明となる。したがって、拡大翼の位置を知るためには、拡大翼の位置を検出するセンサなどが必要になる。このようなセンサは、地中の劣悪な環境状態にさらされるため、故障の頻度が高いとともに、メンテナンスなどに手間がかかる。

また、地中のセンサで検出した信号は信号線で地上まで取り出す必要がある。そして、掘削用のロッドは、掘削深さに応じて、適宜、延長用エレメントを接続することにより、長さが変更されている。それにともなって、信号線も延長用コードを接続する必要があり、接続作業やメンテナンス作業に手間がかかる。
特開２００６−９５４０号公報

解決しようとする問題点は、拡大翼の位置を地上で知るためには、地中に入り込む部分にセンサなどを設ける必要がある点である。

本発明の掘削装置は、拡大翼（７）により拡大掘りする掘削装置であり、筒状のアウターロッド（１１）と、このアウターロッドを回転させる回転駆動装置（３）と、前記アウターロッドに挿入されるインナーロッド（１３）と、このインナーロッドの上端部を回転可能、かつ、上下動不能に支持するインナーロッド支持体（１７）と、このインナーロッド支持体を上下に昇降させる昇降装置（２１）と、前記アウターロッドに対するインナーロッドの相対的な上下動と連動し、アウターロッドから張り出して拡大掘りする拡大位置と、この拡大位置よりもアウターロッド側に引っ込む引込位置との間を移動する前記拡大翼とを備えている。

また、前記インナーロッドの上部またはインナーロッド支持体の上下動を検出する上下動検出装置（１８，１９）が設けられている場合がある。
さらに、拡大翼が、ラックアンドピニオン機構、歯車機構やリンク機構（７２）などの機械的連動機構を介して、インナーロッドの上下動と同期して連動する場合がある。

そして、インナーロッド支持体が、インナーロッドを回転可能に軸受けする軸受部（１７ａ）と、この軸受部から外側に突出しているとともに前記昇降装置の端部が取り付けられるフランジ部（１７ｂ）を具備し、上下動検出装置が、フランジ部から下方に垂下するロッドと、このロッドの上下動を検出する上下位置検出センサとを具備している場合がある。

また、拡大翼の張出量を操作するための操作部（８２）が設けられ、この操作部からの信号および前記上下動検出装置からの信号が入力されて、拡大翼の張出量が操作部で指示した目標張出量となるように、前記昇降装置を制御する制御装置（８１）が設けられている場合がある。

さらに、インナーロッドが筒状であり、このインナーロッドの上端に、スイベルを介して、流体供給用のパイプ（２３）を連結しうる場合がある。

本発明によれば、インナーロッドの上端部がインナーロッド支持体で支持され、このインナーロッド支持体が昇降装置で上下動され、この上下動に連動して拡大翼が移動しているので、インナーロッドの上端部やインナーロッド支持体などを監視していれば、拡大翼の位置が分かる。したがって、地中に入り込む部分にセンサなどを設ける必要がなく、メンテナンスなどに手間をかけずに、拡大翼の位置を把握することができる。

また、インナーロッドの上部またはインナーロッド支持体の上下動を検出する上下動検出装置が設けられている場合には、インナーロッドの上端部やインナーロッド支持体などを見上げることなく、簡単に拡大翼の位置を把握できる。

さらに、拡大翼が、ラックアンドピニオン機構、歯車機構やリンク機構などの機械的連動機構を介して、インナーロッドの上下動と同期して連動する場合には、インナーロッドの上下動の位置で、拡大翼の位置をより正確に把握することができる。

そして、インナーロッド支持体が、インナーロッドを回転可能に軸受けする軸受部と、この軸受部から外側に突出しているとともに前記昇降装置の端部が取り付けられるフランジ部を具備し、上下動検出装置が、フランジ部から下方に垂下するロッドと、このロッドの上下動を検出する上下位置検出センサとを具備している場合がある。この様な場合には、インナーロッド支持体の上方では、パイプなどの接続作業などの種々の作業が行われるが、上下動検出装置はインナーロッド支持体のフランジ部よりも下方に配置されているため、作業の妨げになることを極力防止することができる。

また、拡大翼の張出量を操作するための操作部が設けられ、この操作部からの信号および前記上下動検出装置からの信号が入力されて、拡大翼の張出量が操作部で指示した目標張出量となるように、前記昇降装置を制御する制御装置が設けられている場合がある。この様な場合には、操作部を操作することにより、拡大翼を所定の位置（たとえば、拡大位置、引込位置やその中間の任意の位置）に移動させることができる。

さらに、インナーロッドが筒状であり、このインナーロッドの上端に、スイベルを介して、流体供給用のパイプを連結しうる場合には、拡大翼を作動させるインナーロッドを利用して、掘削される地盤に流体を供給することができる。

地中に入り込む部分にセンサなどを設けずに、拡大翼の位置を地上で知るという目的を、インナーロッドの上端部をインナーロッド支持体で支持し、このインナーロッド支持体を昇降装置で上下動させ、この上下動に連動して拡大翼を移動させることで実現した。

次に、本発明における掘削装置の一実施例について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は本発明における掘削装置の実施の一形態の側面図である。図２は掘削装置の上部の正面の説明図である。図３は掘削装置の下部の断面図である。図４は延長用エレメントの断面図である。図５は拡大位置にある拡大翼の状態を説明するための図である。図６は拡大翼の張出量を制御する制御回路の概略図である。なお、図２では、部分的に断面で図示されている。また、図４において、スクリュー板の図示は省略されている。

まず始めに、掘削装置の全体構成を図１で説明する。
スクリューオーガ掘削装置は、走行車体１と、この走行車体１に立設しているリーダ２と、このリーダ２に上下動可能に取り付けられている電動モータなどの回転駆動装置としての原動機３と、この原動機３に回転駆動されるオーガ４と、このオーガ４の下端に設けられている掘削ヘッド６と、掘削ヘッド６の上方に設けられているレバー状の拡大翼７とを備えている。

オーガ４は、円筒状のアウターロッド１１と、このアウターロッド１１の外周に螺旋状に固定して設けられているスクリュー板１２と、アウターロッド１１の内部に挿入されている円筒状のインナーロッド１３とを具備している。オーガ４は軸方向に複数のエレメントに分割可能に構成されており、図４に図示する延長用エレメント１４を、取り付け・取り外しすることにより、オーガ４の長さを適宜変更することができる。

図２において、原動機３は左右一対設けられ、歯車１６を介して、アウターロッド１１の上端部を回転駆動する。インナーロッド１３はアウターロッド１１に対して上下動可能に挿入されており、その上端部は、インナーロッド支持体１７により回動可能に、かつ、上下動不能に支持されている。インナーロッド支持体１７は、インナーロッド１３を回転可能に軸受けする軸受部１７ａ（図６参照）と、この軸受部１７ａから外側に突出しているフランジ部１７ｂとを具備している。このフランジ部１７ｂに、左右一対の油圧シリンダなどの液圧シリンダ２１の一端が取り付けられ、インナーロッド支持体１７が液圧シリンダ２１で昇降可能となっている。この昇降装置としての液圧シリンダ２１が稼働すると、インナーロッド１３をアウターロッド１１に対して相対的に上下動させることができる。

また、インナーロッド支持体１７のフランジ部１７ｂの周縁部から、ロッド１８が下方に垂下して設けられている。このロッド１８はインナーロッド支持体１７と一体となって上下動するが、このロッド１８の上下動を検出するロータリーエンコーダーなどの上下位置検出センサ１９が設けられている。上下位置検出センサ１９は、液圧シリンダ２１や原動機３が設置されている本体に取り付けられている。このロッド１８および上下位置検出センサ１９が、インナーロッド１３の上下動を検出する上下動検出装置を構成している。

さらに、インナーロッド１３の上端は、スイベルを介して、パイプ２３を連結することが可能である。このパイプ２３から、加圧空気、水、セメント、掘削液、根固め液などの流体をインナーロッド１３内に供給することができる。

アウターロッド１１の上部エレメント２６の下端部に設けられた連結部３１には、延長用エレメント１４のアウターロッド１１の上端の上側連結部３２が接続される。また、延長用エレメント１４のアウターロッド１１の下端には、下方の延長用エレメント１４のアウターロッド１１の上側連結部３２を連結する下側連結部３３が設けられている。

インナーロッド１３の上部エレメント３６の下端部に設けられた連結部３７は、延長用エレメント１４のインナーロッド１３の上端の上側連結部３８が接続される。また、延長用エレメント１４のインナーロッド１３の下端には、下方の延長用エレメント１４のインナーロッド１３の上側連結部３８を連結する下側連結部３９が設けられている。さらに、延長用エレメント１４のインナーロッド１３の外周面の一部にはフランジ４１が設けられ、このフランジ４１は、アウターロッド１１の内面を摺動する。

図３において、アウターロッド１１の下部エレメント４６は、二重管構造で、外側に第１カバー管４７が、また、第１カバー管４７の内側にガイドパイプ４８が設けられている。第１カバー管４７とガイドパイプ４８との間の空間の上端は閉塞されている。また、アウターロッド１１の下部エレメント４６の上端部には、延長用エレメント１４のアウターロッド１１の下側連結部３３または、アウターロッド１１の上部エレメント２６の下端部の連結部３１に連結される連結部４９が設けられている。

インナーロッド１３の下部エレメント５１の下端部には、円盤状の基台５３が固定して設けられている。この基台５３の中央部には、インナーロッド１３の内部空間と連通する孔５４が形成されており、インナーロッド１３内の流体をこの孔５４を介して、外部に吐出することができる。基台５３およびスクリュー板１２の下方には、掘削爪５６が複数設けられ、掘削ヘッド６を構成している。また、インナーロッド１３の下部エレメント５１の上端部には、延長用エレメント１４のインナーロッド１３の下側連結部３９または、インナーロッド１３の上部エレメント３６の下端部の連結部３７に連結される連結部５７が設けられている。

そして、インナーロッド１３の基台５３の上面から、二重管構造で、外側に第２カバー管６１が、また、第２カバー管６１の内側にスライドパイプ６２が立ち上がって設けられている。スライドパイプ６２はガイドパイプ４８に案内されて上下方向にスライド可能となっている。なお、スライドパイプ６２は、図示しない案内溝などの案内部によりガイドパイプ４８に対して回動不能となっている。また、アウターロッド１１の第１カバー管４７およびガイドパイプ４８は、インナーロッド１３の第２カバー管６１およびスライドパイプ６２と入れ子状態となっており、第１カバー管４７と第２カバー管６１とにより、外部の土砂が内部に侵入することを防止している。この様に、インナーロッド１３の拡大翼用筒体である第２カバー管６１は、アウターロッド１１の外側に位置している。また、アウターロッド１１の端面（すなわち、第１カバー管４７およびガイドパイプ４８の端面）は、インナーロッド１３の基台５３の上面に対向している。

拡大翼７は、その一端が拡大翼用筒体としての第２カバー管６１に回動可能に取り付けられているとともに、他端側には掘削爪７１が複数設けられている。また、拡大翼７の中央部には、レバー７２の一端が回動可能に取り付けられている。レバー７２の他端は、第１カバー管４７に回動可能に取り付けられている。このレバー７２および拡大翼７の回動部などでリンク機構が構成されている。

そして、液圧シリンダ２１を制御する制御装置８１が設けられている。この制御装置８１には、図６に図示するように、その入力側に、上下位置検出センサ１９および操作レバー８２などが接続され、また、その出力側に、油圧切換弁などの油圧機構８６や表示装置８７が接続される。油圧機構８６は、制御装置８１からの制御信号により、油圧源からの油圧を液圧シリンダ２１の上室または下室に切り換えて供給し、液圧シリンダ２１を伸縮させる。表示装置８７は、拡大翼７の張出量などを表示し、走行車体１の操縦室などの操縦者がいる付近（すなわち、操作レバー８２などの付近）に設置される。

そして、操作レバー８２を操作して、目標張出量を指示すると、その目標張出量の信号が制御装置８１に入力される。そして、制御装置８１は、上下位置検出センサ１９からの信号に基づいて、拡大翼７の張出量が目標張出量となるように、液圧シリンダ２１を伸縮制御する。インナーロッド１３の上下動の量と、拡大翼７の張出量との関係のデータは、計算式や対照表などの形式のデータにして、予め制御装置８１に設定しておく。

この様に構成されている掘削装置で、地面に孔を掘削する際には、操作レバー８２を操作して、液圧シリンダ２１でインナーロッド１３を上昇させて、拡大翼７を図３に図示する引込位置にする。そして、原動機３を稼働して、歯車１６を介して、アウターロッド１１を回転させる。アウターロッド１１の回転力は、アウターロッド１１のガイドパイプ４８から、インナーロッド１３のスライドパイプ６２に伝達され、インナーロッド１３が回転する。そして、インナーロッド１３に伝達された回転力により、基台５３を介して、掘削ヘッド６が回転する。この掘削ヘッド６の回転により、地面に孔が掘削される。また、原動機３、アウターロッド１１、インナーロッド１３、歯車１６および液圧シリンダ２１などを一体として、リーダ２に沿って上昇・下降させる駆動装置（図示せず）が設けられており、掘削時には、従来のものと同様にして、原動機３の設けられている構造体（図２に図示されている部分）を、リーダ２に沿って下降させる。

この様にして掘削された孔の下端部を、拡大掘りする際には、掘削ヘッド６が掘削された孔の底部にある状態で、操作レバー８２を操作して、液圧シリンダ２１を作動させてインナーロッド１３を下降させ、拡大翼７を、アウターロッド１１から外側に張り出した拡大位置（図５に図示した状態）にする。そして、この液圧シリンダ２１の稼働と略同時に、原動機３を稼働して、前述のように、アウターロッド１１およびインナーロッド１３を回転させる。この回転力により、第２カバー管６１を介して、拡大している拡大翼７が回転する。この拡大位置の拡大翼７の回転により、孔の下部が拡大掘りされる。

掘削ヘッド６を、掘削された孔から抜く際には、操作レバー８２を操作して、液圧シリンダ２１でインナーロッド１３を上昇させて、拡大翼７を拡大位置よりもアウターロッド１１側に引っ込んだ引込位置（図３に図示する状態）にする。そして、原動機３の設けられている構造体（図２に図示されている部分）を、従来のものと同様にして、リーダ２に沿って上昇させる。

また、前述の孔の掘削時および拡大掘り時などには、適宜、パイプ２３から、加圧空気、水、セメント、掘削液、根固め液などの流体をインナーロッド１３内に供給し、基台５３の孔５４から地盤に吐出することができる。

さらに、アウターロッド１１の第１カバー管４７およびガイドパイプ４８と、インナーロッド１３のスライドパイプ６２および第２カバー管６１とは、入れ子状態で伸縮するが、その内部の空気は、アウターロッド１１とインナーロッド１３との間の隙間の空間を通って、逃げることができる。また、アウターロッド１１とインナーロッド１３との間の隙間の空間を他の用途、たとえば、加圧空気、水、セメント、掘削液、根固め液などの種々の流体を流すための空間として使用することも可能である。

前述の様に、実施の形態においては、インナーロッド１３をアウターロッド１１に対して、上下動させることにより、拡大翼７を拡大位置または引込位置にすることができる。そして、拡大翼７の移動は、リンク機構により、インナーロッド１３の上下動と同期して連動しているので、インナーロッド１３の上端部の位置を確認すると、拡大翼７が拡大位置か引込位置かが容易に分かる。すなわち、液圧シリンダ２１が上昇していると、拡大翼７は引込位置で、一方、液圧シリンダ２１が下降していると、拡大翼７は拡大位置であることが分かる。

また、液圧シリンダ２１が上昇または下降の途中で止まっている際には、その程度により、拡大翼７の張出量が分かる。さらに、拡大翼７の張出量を表示装置８７に表示させることにより、操縦者が容易に拡大翼７の張出量を確認することができる。そして、操作レバー８２を操作して、制御装置８１により、拡大翼７の張出量を制御することができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例を下記に例示する。
（１）インナーロッドの上下動を拡大翼の移動（すなわち、張出量の変化）に変換する機構は、インナーロッドの上下動の量と拡大翼の張出量とが連動していれば良く、その具体的構造は適宜変更可能である。たとえば、ラックアンドピニオン機構などで行うことも可能である。ただし、機械的連動機構であることが好ましい。

（２）操作レバー８２で油圧機構８６を直接作動させることも可能である。すなわち、制御装置８１は必ずしも必要ではない。そして、この様な場合には、上下位置検出センサ１９からの信号を直接、表示装置８７に入力することにより、インナーロッド１３の移動量や拡大翼７の張出量を表示装置８７に表示させることが好ましい。
（３）表示装置８７は、拡大翼７の張出量を表示することも可能であるし、また、インナーロッド１３の上下動の移動量を表示することも可能である。

（４）インナーロッド１３が上昇している際に、拡大翼７は引込位置となるが、インナーロッド１３が下降している際に、拡大翼７は引込位置となるようにすることも可能である。
（５）スクリュー板１２は、拡大翼７の変位の妨げにならないように設けられていれば良く、アウターロッド１１の全長にわたって設けることも可能であるし、部分的に設けることも可能である。

（６）インナーロッド用の昇降装置は、必ずしも液圧シリンダ２１である必要はなく、インナーロッド１３を上下動させることができるならば、その形式や構造などは適宜変更可能である。
（７）インナーロッドの本体（アウターロッドに挿入されている部分）は、必ずしも筒状である必要はない。ただし、筒状であることが好ましい。

（８）拡大翼７は、拡大位置と引込位置との間の任意の位置で止めることが可能である。ただし、拡大位置と引込位置の２位置のみでしか止められないように構成することも可能である。
（９）液圧シリンダ２１の上下動（すなわち、インナーロッド１３の上下動）の監視は、目視で行うこともできる。

インナーロッドの上端部をインナーロッド支持体で支持し、このインナーロッド支持体を昇降装置で上下動させ、この上下動に連動して拡大翼を移動させているので、インナーロッドと拡大翼とが連動しており、インナーロッド上端部やインナーロッド支持体などを監視していれば、拡大翼の位置が分かる。したがって、拡大翼を備えた掘削装置に適用することが最適である。

図１は本発明における掘削装置の実施の一形態の側面図である。 図２は掘削装置の上部の正面の説明図である。 図３は掘削装置の下部の断面図である。 図４は延長用エレメントの断面図である。 図５は拡大位置にある拡大翼の状態を説明するための図である。 図６は拡大翼の張出量を制御する制御回路の概略図である。

符号の説明

３ 原動機（回転駆動装置）
７ 拡大翼
１１ アウターロッド
１３ インナーロッド
１７ インナーロッド支持体
１７ａ インナーロッド支持体の軸受部
１７ｂ インナーロッド支持体のフランジ部
１８ ロッド（上下動検出装置）
１９ 上下位置検出センサ（上下動検出装置）
２１ 液圧シリンダ（昇降装置）
２３ 流体供給用のパイプ
７２ レバー（リンク機構）
８１ 制御装置
８２ 操作レバー（操作部）

Claims (6)

1. 拡大翼により拡大掘りする掘削装置において、
   筒状のアウターロッドと、
   このアウターロッドを回転させる回転駆動装置と、
   前記アウターロッドに挿入されるインナーロッドと、
   このインナーロッドの上端部を回転可能、かつ、上下動不能に支持するインナーロッド支持体と、
   このインナーロッド支持体を上下に昇降させる昇降装置と、
   前記アウターロッドに対するインナーロッドの相対的な上下動と連動し、アウターロッドから張り出して拡大掘りする拡大位置と、この拡大位置よりもアウターロッド側に引っ込む引込位置との間を移動する前記拡大翼とを備えていることを特徴とする掘削装置。
2. 前記インナーロッドの上部またはインナーロッド支持体の上下動を検出する上下動検出装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
3. 前記拡大翼は、ラックアンドピニオン機構、歯車機構やリンク機構などの機械的連動機構を介して、インナーロッドの上下動と同期して連動することを特徴とする請求項１または２記載の掘削装置。
4. 前記インナーロッド支持体は、インナーロッドを回転可能に軸受けする軸受部と、この軸受部から外側に突出しているとともに前記昇降装置の端部が取り付けられるフランジ部を具備し、
   前記上下動検出装置は、前記フランジ部から下方に垂下するロッドと、このロッドの上下動を検出する上下位置検出センサとを具備していることを特徴とする請求項１または３記載の掘削装置。
5. 前記拡大翼の張出量を操作するための操作部が設けられ、
   この操作部からの信号および前記上下動検出装置からの信号が入力されて、拡大翼の張出量が操作部で指示した目標張出量となるように、前記昇降装置を制御する制御装置が設けられていることを特徴とする請求項２または４記載の掘削装置。
6. 前記インナーロッドは筒状であり、このインナーロッドの上端に、スイベルを介して、流体供給用のパイプを連結しうることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項記載の掘削装置。

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