JP4755008B2

JP4755008B2 - 掘削機の拡大ヘッド開閉装置

Info

Publication number: JP4755008B2
Application number: JP2006108649A
Authority: JP
Inventors: 貞男藪内; 光正大井川
Original assignee: Japan Pile Corp
Current assignee: Japan Pile Corp
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: JP2007278018A

Description

本発明は、既製杭や場所打ち杭などの杭の先端部に拡径した根固め球根を築造するために用いられる拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮する開閉装置に関するものである。

地中杭の造成においては、掘削機に例えばアースオーガを用い、リーダマストに沿って移動自在に支持された駆動部により回転駆動される掘削ロッドの下端部に通常の掘削刃と拡大掘削刃を設け、先ず拡大掘削刃を縮閉した状態で支持層まで縦孔を掘削し、次いで拡大掘削刃を拡開して拡大掘削すると共にセメントミルクやモルタル等を注入して、根固め球根を築造し、杭の支持力を増大させる工法が広く知られている。

従来の拡大掘削刃は、掘削ロッドの正逆回転による土砂の抵抗を利用して開閉させるのが一般的である。掘削ロッドの例えば正回転では拡大掘削刃が土砂により押し付けられて縮閉し、掘削ロッドが逆回転すると、拡大掘削刃の先端部分に土砂が入り込み、拡大掘削刃が外方に向かって起立して拡開する構造とされている。

しかし、この土砂の抵抗を利用する構造の場合、礫分の多い土質においては簡単な構造で高い信頼性が得られるものの、礫分の少ない土質においては掘削ロッドが全体として凹凸のない一本の土柱状態となり、逆転させても拡大掘削刃の先端部分に土砂が入り込まず、拡開しないという問題が生じる。また、任意の径の拡大ができない、目視で開閉の確認ができないなどの問題もある。

このような問題を解決するものとして作動機構を用いて確実に開閉させる種々の開閉装置が開発されており、例えば特許文献１〜３に示されるような開閉装置が提案されている。

特許文献１の発明は、掘削ロッドの下端に設けられる掘削用拡大ヘッドであり、掘削ロッド内を貫通する操作ロッドの先端部を左右一対の拡大掘削刃の基部上面に当てて縮閉状態とし、掘削ロッド上部の駆動部に設けたセンターホールジャッキによって操作ロッドを引き上げることにより左右一対の拡大掘削刃を拡開するように構成されている。

特許文献２の発明は、杭穴の奥部を拡大掘削する掘削装置であり、掘削ロッドの下端に掘削ロッドの外周面と略同一の外径寸法を有し、掘削ロッドの逆転時に空転する先端ヘッドを設け、この先端ヘッドに拡大掘削刃を設け、掘削ロッドの逆転時に噛み合うギア凹凸などにより拡大掘削刃を起立させて拡開させるように構成されている。

特許文献３の発明は、杭の地中下端に球根を造成するための拡大掘り方法及び拡大掘削ヘッドであり、掘削ロッドの下端に接続される拡大ヘッドのヘッドロッド内部に拡大掘削刃拡縮用油圧シリンダを内装し、この油圧シリンダの伸縮駆動によりリンクを介して拡大掘削刃を拡縮揺動できるように構成されている。油圧シリンダの圧油給排管は掘削ロッド内に縦通させて上方へ導き、駆動部において回転継手を介して油圧回路に接続されている。油圧シリンダに給排される油量を検出して拡大掘削刃の拡開径を検知し、バルブにより油量を調節して拡開径を増減する。

また、特許文献４には、既製杭の埋設において、既製杭の中空部内に挿通される掘削ロッドの下端に上部腕と下部腕により径が拡大縮小する拡開練付ユニットを設け、閉状態の拡開練付ユニットの側面の練付部と下端の開閉ユニットを既製杭の下面から突出させ、開閉ユニットの下面の掘削刃を地盤に当接させ、そのまま掘削ロッドを押し下げて、例えば掘削ロッド下端の連結板を開閉ユニットの上面に嵌合させることにより拡開練付ユニットを拡開し、掘削ロッドを引き上げるだけで拡開練付ユニットを縮径させる開閉機構が記載されている。

また、特許文献５には、既製杭の埋設において、掘削ロッドの下端に装着された掘削ヘッドの固定掘削刃の上に、先端に掘削刃を有する掘削アームを揺動自在に左右一対で設け、正回転時（軸部掘削時）に掘削アームの揺動を制限するストッパーと、逆回転時（拡大掘削時）に掘削アームの揺動を制限するストッパーを用いて開状態と閉状態を保持する開閉機構が記載されている。

また、特許文献６には、既製杭をその外周にモルタル拡径部を形成して地中に建て込む工法において、下端に掘削ヘッドを有する中空ロッドの外周面に、軸方向に間隔をおいて複数の拡大掘削刃を拡縮自在に設け、中空ロッドのほぼ上端部から中空ロッドに沿って伝達ロッド等の駆動力伝達部材を上下動自在に配設し、駆動力伝達部材にリンク等を介して各拡大掘削刃を連継して、駆動力伝達部材の上下動により拡縮作動させうるようにし、動力伝達部材の上端部に、各拡大掘削刃の拡開作動を最大拡開位置まで段階的に作動させうる上下駆動力を有する出力する油圧シリンダ等の駆動手段を連結して構成される開閉機構が記載されている。

特許第３６６２６４７号公報特開２００２−１５５６９１号公報特開２００２−３２２８９０号公報特開２００３−６４６７９号公報特開２００３−２１３６７９号公報特開２００４−３２４３８１号公報

土砂の抵抗を利用して拡大掘削刃を開閉する構造の場合、前述したように、礫分の少ない土質において確実に拡開できないという問題や、任意の径の拡大ができない、目視で開閉の確認ができないなどの問題がある。

また、特許文献１〜６に記載されている、作動機構を用いて確実に開閉させるようにした開閉装置の場合、開閉駆動源に出力の大きい油圧シリンダやジャッキ等を必要とし、あるいは開閉機構が複雑な構造となるなどの課題がある。

本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたものであり、杭の先端部に拡径した根固め球根を築造するために用いられる拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮する開閉装置において、回転シャフトの回転駆動力を利用して拡大掘削刃を確実に開閉させることができ、出力の大きい開閉駆動源を用いることなく、また比較的簡単な開閉機構により、開閉を行うことができると共に任意の径の拡大も行うことができ、さらに目視で開閉の確認ができる掘削機の拡大ヘッド開閉装置を提供するものである。

本発明の請求項１に係る発明は、掘削機のリーダマストに沿って移動自在の駆動部により回転駆動される回転シャフト(掘削ロッド)の先端部に設けられた拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮開閉させる拡大ヘッド開閉装置であり、回転シャフトの上部に設けられる開閉操作治具と、回転シャフトに沿って上下移動可能かつ回転シャフトと共に回転可能に設けられ、開閉操作治具と拡大掘削刃とを連結する操作ロッドを備え、開閉操作治具は、回転シャフトの外周に回転自在に支持され、内面に雌ねじが設けられた外リングと、この外リングと回転シャフトとの間に回転シャフトに沿って昇降可能に配置され、外面に外リングの雌ねじに螺合する雄ねじが設けられた内リングを有し、この内リングには操作ロッドが取り付けられており、正逆回転する回転シャフトに対して外リングの回転を停止させることにより、回転シャフトと共に回転する操作ロッドによって内リングをねじ回転させつつ回転シャフトに沿って昇降させ、この内リングの昇降により操作ロッドを上下移動させて拡大掘削刃を拡縮開閉させるように構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置である。

これは、例えば図１〜図３に示すように、拡大掘削刃の開閉操作治具を回転シャフトの上部に設けた上部操作方式の場合である。先ず拡大掘削刃を縮閉した状態で支持層まで縦孔を掘削し、支持層に達すると、回転停止手段により外リングの回転を止めると、例えば回転シャフトと共に回転している雄ねじ付き内リングが雌ねじ付き外リングの内面に沿ってねじ回転しつつ回転シャフトに沿って上方に移動し、内リングの上昇により操作ロッドが上昇し、拡大掘削刃が拡開する。外リングの回転停止の回転数または時間を調整することにより、拡大掘削刃の拡大径を任意に変えることができる。回転停止手段により外リングの回転を止めた状態で、上記とは逆に回転シャフトを逆回転させれば、内リングが下降し、拡大掘削刃が閉じる。

回転シャフトの回転駆動力を利用して、回転シャフト上部の外リングと内リングによるねじ方式と操作ロッドにより拡大掘削刃を確実に開閉させることができ、出力の大きい開閉駆動源を用いることなく、また内外リングと操作ロッドによる比較的簡単な開閉機構により、開閉を行うことができると共に拡大掘削刃を任意の径に拡大させることができる。さらに、操作ロッドの上下移動により拡大掘削刃の開閉状態を目視で簡単に確認することができる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の拡大ヘッド開閉装置において、外リングの回転停止手段が、外リングの外面に側方に突出するように設けられた突起部材と、駆動部から前記突起部材に向かって伸縮自在に設けられ、伸長時に先端部が前記突起部材を係止して突起部材の旋回を停止させる反力部材から構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置である。

これは、例えば図４に示すように、駆動部に設けた流体圧シリンダのピストンロッド等の反力部材(反力アーム)を伸長させて先端部を外リング外周に位置する突起部材(旋回バー)の側面に当て、外リングの回転を止める場合である。このような回転停止手段の他に、外リング外周にブレーキシューを油圧シリンダ等で押し付けて摩擦抵抗で回転を止めるドラムブレーキ方式、あるいはカムクラッチ方式などを用いることもできる。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１に記載の拡大ヘッド開閉装置において、外リングと突起部材との間に過負荷防止手段が設けられ、この過負荷防止手段は、突起部材が取り付けられる取付軸と、外リングの外面に取り付けられ、前記取付軸を回転自在に支持する取付板と、取付軸に一体回転可能に取り付けられ、前記取付板の表面に面接触する摩擦板と、この摩擦板を取付板の表面に押圧するばね材から構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置である。

これは、例えば図２に示すように、突起部材（旋回バー）にばね式の過負荷防止手段を設けた場合であり、摩擦板がばね材（皿ばねやコイルばね等）の押圧力により取付板に押し付けられており、通常は摩擦板と取付板の面摩擦力により取付軸が取付板に固定され、拡大掘削刃の開閉時に外リングの回転を止める際に突起部材に大きな力が作用しても、突起部材は回転することなく、拡大掘削刃の開閉を確実に行うことができる。ねじの焼き付き等により突起部材に過大な力が作用すると、摩擦板が取付板に対して滑り、取付軸・突起部材が回転し、過負荷が防止される。

本発明と同時に発明された関連発明（関連発明１）を参考として示す。これは、掘削機のリーダマストに沿って移動自在の駆動部により回転駆動される回転シャフト（掘削ロッド）の先端部に設けられた拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮開閉させる拡大ヘッド開閉装置であり、拡大掘削刃の下部に開閉操作治具が設けられ、この開閉操作治具は、回転シャフトの下部の外周に回転可能かつ昇降可能に設けられ、内面に雌ねじが設けられた外リングと、この外リング内に位置する回転シャフトの下端部に設けられ、外面に外リングの雌ねじに螺合する雄ねじが設けられた内シャフト部分を有し、前記外リングの外面には拡大掘削刃の作動部材（リンクプレート）の支持リングが回転自在に設けられ、正逆回転する回転シャフトに対して外リングの回転を地盤により停止させ、外リングに対して内シャフト部分をねじ回転させることにより、内シャフト部分に対して外リングを昇降させ、この外リングの昇降により支持リング及び作動部材を介して拡大掘削刃を拡縮開閉させるように構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置である。

これは、例えば図５に示すように、拡大掘削刃の開閉操作治具を回転シャフト下部の拡大ヘッドに設けた下部操作方式の場合である。先ず拡大掘削刃を縮閉した状態で支持層まで縦孔を掘削し、支持層に達すると、回転シャフトの下端の掘削刃を地盤に押し付けて外リングを固定し、下端の掘削刃を押し付けながら回転シャフトを逆回転させることにより、内シャフト部分が下方に向かってねじ込まれ、内シャフト部分に対して外リングが相対的に上昇することにより、拡大掘削刃が拡開する。内シャフト部分のねじ込み量を調整することにより、拡大掘削刃の拡大径を任意に変えることができる。回転シャフトを拡開時とは逆方向に回転させれば、外リングが相対的に下降し、拡大掘削刃が閉じる。

この場合も、回転シャフトの回転駆動力を利用して、回転シャフト下部の外リングと内シャフト部分によるねじ方式により拡大掘削刃を確実に開閉させることができ、出力の大きい開閉駆動源を用いることなく、またねじ方式による比較的簡単な開閉機構により、開閉を行うことができると共に拡大掘削刃を任意の径に拡大させることができる。さらに、回転シャフトの上下移動により拡大掘削刃の開閉状態を目視で簡単に確認することができる。

また、本発明と同時に発明された他の関連発明（関連発明２）も参考として示す。これは、掘削機のリーダマストに沿って移動自在の駆動部により回転駆動される回転シャフトの先端部に設けられた拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮開閉させる拡大ヘッド開閉装置であり、回転シャフトの上部に設けられるねじ式の開閉操作治具の外側ねじ部材の外面に、回転停止部材に当接して外側ねじ部材の回転を停止させる当接部材が設けられ、当接部材と外側ねじ部材との間には過負荷防止手段が設けられ、この過負荷防止手段は、当接部材が取り付けられる取付軸と、外側ねじ部材の外面に取り付けられ、前記取付軸を回転自在に支持する取付板と、取付軸に一体回転可能に取り付けられ、前記取付板の表面に面接触する摩擦板と、この摩擦板を取付板の表面に押圧するばね材から構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置である。

これは、請求項３に係る本発明と同様に、例えば図２に示すように、突起部材（旋回バー）にばね式の過負荷防止手段を設けた場合であるが、図２の外リング(外側ねじ部材)と内リングによる開閉操作治具、当接部材としての突起部材（旋回バー）と回転停止部材としての反力部材(反力アーム)による回転停止手段に限らず、例えば回転シャフトの雄ねじ部分に雌ねじリング(外側ねじ部材)を取り付け、雌ねじリングの回転を停止させて雌ねじリングを昇降させる開閉操作治具、雌ねじリングの外面にローラ(当接部材)を設けて縦の反力板(回転停止部材)に当接させる回転停止手段などにも適用することができる。

本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
（1）回転シャフトの回転駆動力を利用し、回転シャフト上部の外リングと内リングによるねじ方式と操作ロッドを用い、あるいは回転シャフト下部の外リングと内シャフト部分によるねじ方式を用いているため、拡大掘削刃を確実に開閉させることができる。
（2）回転シャフトの回転駆動力を利用するため、出力の大きい開閉駆動源が不要であり、またねじ方式を用いることで開閉機構も比較的簡単な構造とすることができ、装置コストや施工コストの低減が図られる。
（3）ねじ方式による比較的簡単な開閉機構により拡大掘削刃を任意の径に拡大させることができる。
（4）操作ロッドや回転シャフトの上下移動により拡大掘削刃の開閉状態を目視で簡単に確認することができる。

以下、本発明等を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、既製杭や場所打ち杭などの先端根固め工法に適用した例である。図１は、本発明に係る拡大ヘッドを装備した掘削機の一例を示す全体図である。図２は、本発明の拡大ヘッド開閉装置の一実施形態であり、回転シャフトの上部に設けた上部操作方式の一例を示す断面図と平面図である。図３は、拡大ヘッドの一例を示す部分断面図である。図４は、図１の拡大ヘッド開閉装置の全体を示す平面図と側面図である。図５は、関連発明１の実施形態であり、回転シャフト下部の拡大ヘッドに設けた下部操作方式の一例を示す正面図である。

図１において、掘削機はアースオーガであり、ベースマシン１にリーダマスト２がステーを介して垂直に支持され、リーダマスト２の前面のガイドレールに駆動部（モータ・減速機）３が上下スライド自在に設けられ、この駆動部３にはベースマシン１上のウインチからのワイヤロープが接続され、ウインチの巻上げ巻戻しにより駆動部３がリーダマスト２に沿って昇降する。この駆動部３の出力軸に回転シャフト（掘削ロッド）４の上端が接続され、回転シャフト４が回転駆動される。リーダマスト２の下部前面には、回転シャフト４の振れ止め５が設けられている。

回転シャフト４は、中間部の外周に螺旋翼６が設けられ、先端部に拡大ヘッド７が設けられている。拡大ヘッド７の回転シャフト４には、下端に通常の掘削刃８が設けられ、その上に拡縮開閉する左右一対の拡大掘削刃９、９が設けられている。なお、回転シャフト４は単位長さのシャフトをジョイント１０により接続して構成される。

このような拡大ヘッドを備えた掘削機において、本発明の上部操作方式では、図１に示すように、駆動部３の下部における回転シャフト４の上部の外周に開閉操作治具２０を設け、回転シャフト４の左右両側に操作ロッド２１を回転シャフト４に沿って配設し、回転シャフト４を挟んで左右一対の操作ロッド２１、２１を介して開閉操作治具２０と拡大掘削刃９とを連結する。一対の操作ロッド２１、２１は、螺旋翼６を貫通し、上下移動自在に回転シャフト４に取り付けられ、回転シャフト４と共に回転しながら、開閉操作治具２０の操作により上下移動し、一対の拡大掘削刃９、９を拡縮開閉する。

開閉操作治具２０は、図２に示すように、回転シャフト４の回転駆動力を利用してねじ方式で操作ロッド２１を上下移動させる構成であり、主として、リング状の上蓋３０と、リング状の固定ベース３１と、円筒状の雌ねじ付き外リング３２と、ピストン状の雄ねじ付き内リング３３とから構成され、回転シャフト４と共に回転する外リング３２の回転を回転停止手段３４で停止させることにより、回転シャフト４・操作ロッド２１と共に正逆回転する内リング３３を外リング３２の内面雌ねじに沿ってねじ回転させつつ回転シャフト４に沿って昇降させ、この内リング３３の昇降により操作ロッド２１を上下移動させ、この操作ロッド２１の上下移動により拡大掘削刃９を拡縮開閉させるものである。

固定ベース３１は回転シャフト４の外周面に溶接等で固定されており、この固定ベース３１の外周上面に外リング３２を載せ、この外リング３２の上に上蓋３０を載せて蓋をし、上蓋３０と固定ベース３１とを円周方向に間隔をおいて複数のボルト・ナット３５で固定する（図２(ｂ)参照）。上蓋３０と固定ベース３１と外リング３２により内リング３３が昇降自在に収納されるハウジングが形成される。外リング３２と上蓋３０・固定ベース３１との間には、軸受メタル等が配置され、外リング３２は回転自在に支持されており、回転する回転シャフト４等に対して回転を停止させることができる。また、操作ロッド２１は、上蓋３０・固定ベース３１を貫通し、上下移動自在に支持されている。

外リング３２は、拡大掘削刃９の所望の拡縮ストロークが得られるような上下方向長さを有しており、その内面全体にわたって雌めじ３２ａが切られている。内リング３３は、外リング３２の雌ねじ３２ａに螺合する雄ねじ３３ａが外面に切られており、またその中央孔に回転シャフト４が隙間をおいて挿入されているため、ねじ回転しつつ回転シャフト４に対して昇降する。内リング３３の上下方向の長さは短く、拡大掘削刃９の拡縮ストロークに対応した昇降ストロークが得られるようにされている。内リング３３とこれを貫通する操作ロッド２１とは溶接等で固定される。

この開閉操作治具２０は分割された単位長さの回転シャフト４に設けられており、この回転シャフト４の上端が駆動部３の出力軸３ａ（図１）にジョイントで接続され、下端に下部の回転シャフト４がジョイントで接続される。なお、回転シャフト４の中心にはセメントミルク等の供給孔４０が設けられている。操作ロッド２１も回転シャフト４と同様に分割され、カプラー４１により接続される。また、回転シャフト４には操作ロッド２１が挿通されるロッドガイド４２が溶接で取り付けられており、操作ロッド２１が回転シャフト４と一体回転可能、かつ、回転シャフト４に対して上下移動可能に支持される。

拡大ヘッド７の構造は、例えば図３に示すような構造であり、拡大ヘッド７における回転シャフト４には、先端シャフト５０が回り止め滑りキー等により、一体回転可能かつ上下スライド可能に挿入されており、拡大掘削刃９が回転シャフト４の下部側面に軸５１により上下方向に回転自在に取り付けられている。拡大掘削刃９の下部における先端シャフト５０の外周には固定リング５２が固定されており、この固定リング５２と拡大掘削刃９の中間部とがリンクプレート５３を介して連結されている。固定リング５２の上部には操作ロッド２１が接続されており、操作ロッド２１を下降させると、先端シャフト５０が下に向かってスライドして突出し、拡大掘削刃９が下に向かって縮閉し、操作ロッド２１を上昇させると、先端シャフト５０が上に向かってスライドして引き込まれ、拡大掘削刃９が上に向かって拡開する。なお、この拡大掘削刃９の構造は、これに限らず、拡大掘削刃９とリンク５３の配置を逆にして、上に向かって閉じる構造とすることもできる。

外リング３２の回転を停止させる回転停止手段３４は、例えば図２、図４に示すように、外リング３２の外面に側方に突出するように設けられる突起部材として旋回バー６０と、駆動部３から旋回バー６０に向かって伸縮自在に設けられ、伸長時に先端部が旋回バー６０を係止して旋回バー６０の旋回を停止させる反力部材として反力アーム６１から構成することができる。

外リング３２の外面には取付板６２を上下に間隙をおいて突設し、上下の取付板６２に旋回バー６０の基部を挿入し、鉛直の取付軸６３を介して取り付ける。反力アーム６１は流体圧シリンダ６４のピストンロッド等で構成することができ、駆動部３の側面にシリンダ本体を取り付ける。これら旋回バー６０・反力アーム６１は左右一対で配置し、作用する荷重を分散させるのが好ましい。

回転シャフト４を駆動部３により回転駆動させて掘進し、拡径位置に達すると、反力アーム６１を伸長させて先端部を旋回バー６０の側面に当て、外リング３２の回転を止め、回転シャフト４の回転により拡大掘削刃９を拡開する。閉じる場合も、同様に外リング３２の回転を止め、回転シャフト４の逆方向の回転により拡大掘削刃９を縮閉する。

ここで、外リング３２の回転を止め、オーガーの出力トルクで開閉機構を作動させるため、駆動部３のオーガー機器に過負荷がかからないように、取付板６２にはトルクガード６５（図２参照）を設けるのが好ましい。このトルクガード６５は、図２(d)に示すように、摩擦板６６と皿ばね６７から構成することができる。取付軸６３は上下４枚の取付板６２に回転自在に取り付け、上部と下部の取付軸６３にそれぞれ摩擦板６６をキー等を介して一体回転可能に取り付ける。摩擦板６６は上下の取付板６２の内面に面接触するように上下に間隔をおいて一対で配置し、その間に皿ばね６７を配置して、摩擦板６６が取付板６２の内面に押圧されるようにする。

通常は摩擦板６６と取付板６２の４枚の面摩擦力により取付軸６３が取付板６２に固定され、拡大掘削刃の開閉時に外リング３２の回転を止める際に旋回バー６０に大きな力が作用しても、旋回バー６０は回転することなく、拡大掘削刃の開閉を確実に行うことができる。過負荷の要因としては、外リング３２と内リング３３の焼き付き現象のほか、ねじ部の破損、ゴミなどが考えられ、旋回バー６０に過大な力が作用すると、摩擦板６６が取付板６２に対して滑り、取付軸６３・旋回バー６０が回転し、過負荷が防止される。２重安全対策として、旋回バー６０と取付軸６３の間にシャーピンを配置してもよい。

また、過負荷状態になると、電流値が上がり、ブレーカーが作動(遮断)して、オーガーの回転を停止させ、しばらくして、ブレーカーを入れると、オーガーを再起動することができる。

また、外リング３２の回転を停止させる回転停止手段３４は、上記の旋回バーと反力アームによる方式に限らず、例えば外リング３２の外周にブレーキシューを配設し、このブレーキシューを油圧シリンダ等で押し付け、その摩擦抵抗で回転を止めるドラムブレーキ方式を用いることもできる。さらに、カムクラッチ方式などを用いることもできる。

以上のような構成の拡大ヘッド開閉装置を用い、例えば、削孔しながら既製杭を沈設するインサイドボーリング工法あるいは削孔した後に既製杭を打設するプレボーリング工法などにより、次のような手順で先端根固め工法を実施する。

(1）先ず拡大掘削刃９を縮閉した状態で支持層まで縦孔を掘削する。図２(a）に示すように、内リング３３は最下端位置にあり、これに固定されている操作ロッド２１は下降しており、拡大掘削刃９は図３の右側に示すように閉じている。また、外リング３２と内リング３３は、ねじで一体化しており、回転シャフト４・操作ロッド２１と共に回転する。

(2) 支持層に達すると、拡大掘削刃９を拡開して拡大掘削すると共にセメントミルクやモルタル等を注入して、根固め球根を築造する。回転停止手段３４により外リング３２の回転を止めると、回転シャフト４と共に回転している内リング３３が外リング３２の内面に沿ってねじ回転しつつ回転シャフト４に沿って上方に移動する。内リング３３の上昇により操作ロッド２１が上昇し、拡大掘削刃９は図３の左側に示すように拡開する。回転停止手段３４による外リング３２の回転停止を解除すれば、内リング３３は、外リング３２とねじで一体化して上昇することはなく、拡大掘削刃９の拡開状態が保持される。外リング３２の回転停止の回転数または時間を調整することにより、拡大掘削刃９の拡大径を任意に変えることができる。

(3) 先端根固め工が終了して回転シャフト４を引き上げる場合には、回転停止手段３４により外リング３２の回転を止め、上記とは逆に回転シャフト４を逆回転させれば、内リング３３が下降し、拡大掘削刃９が閉じる。拡大掘削刃９の拡縮状態は開閉操作治具２０から上方に突出する操作ロッド２１の突出量（図２(a）参照)などにより簡単に確認することができる。

次に、図５は、開閉操作治具２０を拡大ヘッド７に設けた場合の一例である。この場合も、回転シャフト４の回転駆動力を利用してねじ方式で拡大掘削刃９を開閉させる構成であるが、回転シャフト４の下部に直接取り付け、また固定に地盤を利用するため、操作ロッド２１・回転停止手段３４を省略することができる。

開閉操作治具２０は、主として、リング状の上蓋７０と、円板状の固定ベース７１と、円筒状の雌ねじ付き外リング７２と、ピストン状の雄ねじ付き内シャフト部分７３とから構成され、回転シャフト４の下端の掘削刃８を地盤に押し付けて外リング７２を固定し、掘削刃８を押し付けながら回転シャフト４を正回転・逆回転させることにより、回転シャフト４と共に正逆回転する内シャフト部分７３を外リング７２の内面雌ねじに沿ってねじ回転させつつ昇降させ、この内シャフト部分７３に対して外リング７２が相対的に昇降することにより拡大掘削刃９を拡縮開閉させるものである。

固定ベース７１はその下面に掘削刃８が固定されており、この固定ベース７１の上面外周に外リング７２を載せ、この外リング７２の上に上蓋７０を載せて蓋をする。上蓋７０は、その中央の取付孔に回転シャフト４が挿通され、内シャフト部分７３の段部上面に係止されることにより、回転シャフト４に対して回転自在に回転シャフト４の下端部に取り付けられる。上蓋７０と固定ベース７１と外リング７２により内シャフト部分７３が昇降自在に収納されるハウジングが形成される。このハウジング・掘削刃８は、回転自在に吊り下げられた状態で設けられているため、回転する回転シャフト４等に対して回転を停止させることができる。

外リング７２は、拡大掘削刃９の所望の拡縮ストロークが得られるような上下方向長さを有しており、その内面全体にわたって雌めじ７２ａが切られている。内シャフト部分７３は、回転シャフト４の下端部の外径を若干大きくすることなどにより一体的に形成されており、外リング７２の雌ねじ７２ａに螺合する雄ねじ７３ａが外面に切られており、固定された外リング７２に対してねじ回転しつつ昇降する。内シャフト部分７３の上下方向の長さは短く、拡大掘削刃９の拡縮ストロークに対応した昇降ストロークが得られるようにされている。

拡大掘削刃９は、図３と同様に、回転シャフト４の下部に固定された固定リング８０に軸８１を介して上下方向に回転自在に取り付けられ、上下移動するリンクプレート８２により開閉する。この図５の場合、回転する回転シャフト４・拡大掘削刃９に対して外リング７２が回転を停止するため、リンクプレート８２の下端が軸着される支持リング８３を外リング７２の外周面に形成したリング状の凹溝に嵌め込み、この支持リング８３が外リング７２に対して上下方向には一体的となり、水平方向には自由に回転できるようにしている。後述するように、回転シャフト４を回転させれば、外リング７２が回転シャフト４に対して相対的に昇降し、拡大掘削刃９が拡縮開閉する。

外リング７２の固定は下端の掘削刃８を地盤に押し付けることで行うことができる。図５(a)の閉じた状態から掘削刃８を地盤に押し付けながら回転シャフト４を削孔時とは逆方向に回転させれば、固定された外リング７２の内面雌ねじ７２ａに沿って内シャフト部分７３の雄ねじ７３ａが下に向かってねじ込まれ、相対的に外リング７２が上昇することで、図５(b)に示すように拡大掘削刃９が拡開する。閉じるときには回転シャフト４を正回転させれば、内シャフト部分７３が上に向かってねじ回転し、相対的に外リング７２が下降することで、拡大掘削刃９が縮閉する。

ここで、この実施形態では、削孔時・拡大掘削時に回転シャフト４の回転によりねじが回転して拡大掘削刃９が開閉することが考えられるが、例えば回転シャフト４の削孔時の正回転が右回転の場合には、外リング７２・内シャフト部分７３の雌ねじ７２ａ・雄ねじ７３ａを左ねじとしておけば、回転シャフト４の右回転による拡開掘削時に、ねじが回転せず、回転シャフト４の回転で内シャフト部分７３が下降することがなく、任意の径の拡開状態が保持される。縮閉掘削時には、回転シャフトの右回転で内シャフト部分７３が上昇しようとするが、昇降ストロークの上限により縮閉状態が保持される。

この場合も、インサイドボーリング工法あるいはプレボーリング工法などにより、次のような手順で先端根固め工法を実施する。

(1）先ず拡大掘削刃９を縮閉した状態で支持層まで縦孔を掘削する。図５（a）に示すように、内シャフト部分７３は最上端位置にあり、外リング７２は下降しており、拡大掘削刃９は閉じている。外リング７２と内シャフト部分７３は、ねじで一体化しており、回転シャフト４と共に回転する。

(2) 支持層に達すると、拡大掘削刃９を拡開して拡大掘削すると共にセメントミルクやモルタル等を注入して、根固め球根を築造する。回転シャフト４の下端の掘削刃８を地盤に押し付けて外リング７２を固定し、掘削刃８を押し付けながら回転シャフト４を逆回転させることにより、内シャフト部分７３が下方に向かってねじ込まれ、内シャフト部分７３に対して外リング７２が相対的に上昇することにより、図５(b)に示すように、拡大掘削刃９が拡開する。内シャフト部分７３のねじ込み量を調整することにより、拡大掘削刃９の拡大径を任意に変えることができる。

(3) 先端根固め工が終了して回転シャフト４を引き上げる場合には、回転シャフト４を上記とは逆方向、即ち掘削時の方向に回転させれば、外リング７２が相対的に下降し、拡大掘削刃９が閉じる。この場合も、拡大掘削刃９の拡縮状態は回転シャフト４の上部の上下移動量などにより簡単に確認することができる。

なお、本発明は既製杭に限らず、場所打ち杭などの先端根固め工法にも適用できる。

本発明に係る拡大ヘッドを装備した掘削機の一例を示す全体図である。本発明の拡大ヘッド開閉装置の一実施形態であり、回転シャフトの上部に設けた上部操作方式の一例を示す(a)は断面図、(b)、(c)は平面図、(d)はトルクガードの断面図である。拡大ヘッドの一例を示す部分断面図である。図１の拡大ヘッド開閉装置の全体を示す(a)は平面図、(b)は側面図である。関連発明１の実施形態であり、回転シャフト下部の拡大ヘッドに設けた下部操作方式の一例を示す正面図である。

符号の説明

１…ベースマシン
２…リーダマスト
３…駆動部（モータ・減速機）
４…回転シャフト（掘削ロッド）
５…振れ止め
６…螺旋翼
７…拡大ヘッド
８…掘削刃
９…拡大掘削刃
１０…ジョイント
２０…開閉操作治具
２１…操作ロッド
３０…上蓋
３１…固定ベース
３２…雌ねじ付き外リング
３３…雄ねじ付き内リング
３４…回転停止手段
３５…ボルト・ナット
４０…供給孔
４１…カプラー
４２…ロッドガイド
５０…先端シャフト
５１…軸
５２…固定リング
５３…リンクプレート
６０…旋回バー
６１…反力アーム
６２…取付板
６３…取付軸
６４…流体圧シリンダ
６５…トルクガード
６６…摩擦板
６７…皿ばね
７０…上蓋
７１…固定ベース
７２…雌ねじ付き外リング
７３…雄ねじ付き内シャフト部分
８０…固定リング
８１…軸
８２…リンクプレート
８３…支持リング

Claims

掘削機のリーダマストに沿って移動自在の駆動部により回転駆動される回転シャフトの先端部に設けられた拡大ヘッドの拡大掘削刃を拡縮開閉させる拡大ヘッド開閉装置であり、回転シャフトの上部に設けられる開閉操作治具と、回転シャフトに沿って上下移動可能かつ回転シャフトと共に回転可能に設けられ、開閉操作治具と拡大掘削刃とを連結する操作ロッドを備え、開閉操作治具は、回転シャフトの外周に回転自在に支持され、内面に雌ねじが設けられた外リングと、この外リングと回転シャフトとの間に回転シャフトに沿って昇降可能に配置され、外面に外リングの雌ねじに螺合する雄ねじが設けられた内リングを有し、この内リングには操作ロッドが取り付けられており、正逆回転する回転シャフトに対して外リングの回転を停止させることにより、回転シャフトと共に回転する操作ロッドによって内リングをねじ回転させつつ回転シャフトに沿って昇降させ、この内リングの昇降により操作ロッドを上下移動させて拡大掘削刃を拡縮開閉させるように構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置。
請求項１に記載の拡大ヘッド開閉装置において、外リングの回転停止手段が、外リングの外面に側方に突出するように設けられた突起部材と、駆動部から前記突起部材に向かって伸縮自在に設けられ、伸長時に先端部が前記突起部材を係止して突起部材の旋回を停止させる反力部材から構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置。
請求項１に記載の拡大ヘッド開閉装置において、外リングと突起部材との間に過負荷防止手段が設けられ、この過負荷防止手段は、突起部材が取り付けられる取付軸と、外リングの外面に取り付けられ、前記取付軸を回転自在に支持する取付板と、取付軸に一体回転可能に取り付けられ、前記取付板の表面に面接触する摩擦板と、この摩擦板を取付板の表面に押圧するばね材から構成されていることを特徴とする掘削機の拡大ヘッド開閉装置。