JP5290463B1 - ハンマーグラブ及び低空頭型掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低空の作業環境下であっても掘削に要する落下位置をより高く設定することができると共に、掘削する地質等の状態に応じて制動性を有しながら土砂等を確実に掘り起こすことのできるハンマーグラブを提供することである。
【解決手段】 送りねじ機構２１と、送りねじ機構２１を駆動する駆動手段３０と、送りねじ機構２１の駆動によって回動するリンク機構３５と、このリンク機構３５に連結されるシェル１３とを備え、前記送りねじ機構２１を駆動したときに、前記リンク機構３５を介してシェル１３を開閉動作させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地中に杭や管などを打設する孔を掘削するためのハンマーグラブ及びこのハンマーグラブを用いた低空頭型掘削装置に関するものである。

建設現場における基礎杭造成工事では、架台と旋回式のボーリングマシンとを組み合わせた掘削装置を用いて掘削作業が行われている。具体的には、ボーリングマシンを旋回させてケーシングチューブを回転させながら地面に押し込み、ケーシング内の土砂を架台より吊されたハンマーグラブによって掘削を行う。この掘削は、前記架台で吊られているハンマーグラブをケーシングチューブ内に下ろした後、ある高さからウインチを解放して落下させることによって行われる。この落下によって、ハンマーグラブの先端で開放しているシェルが地中に打ち込まれ、この状態からウインチを巻き上げることによってシェルを閉じ、土砂を抱えた状態で引き上げられる。

前記ハンマーグラブは、ケーシングチューブの内径に合わせて形成された円筒状のフレームと、このフレームの下端に開閉可能に取り付けられる一対のシェルとによって構成されている。前記シェルは、アームが連結されており、このアームを前記フレームの上端から延びるワイヤによって上下動させることによって開閉操作が行われている。前記シェルの開閉駆動機構としては、前記フレーム内に複数の滑車からなる制動部を設け、この制動部を介して前記アームにワイヤを連結することで、前記シェルの開閉操作を容易にして、重量のある土砂等の掘削物を掘り起こしたり、掴んだりする際の力を軽減させるようになっている（特許文献１）。

また、特許文献２には、低空での掘削作業を容易且つ効率化するために、シェルが開閉可能に取り付けられるフレームの高さを抑えた構造のハンマーグラブが開示されている。このハンマーグラブは、シェルを開閉させるための滑車の構成を簡略化する代わりに、フレームの外側にシェルを開放状態に付勢するバネ部材を設けて構成されている。

特開２００４−７６３０１号公報 特開２０１１−１７９１７２号公報

上記特許文献１に開示されているような複数の滑車による駆動機構を有したハンマーグラブにあっては、シェルの開閉操作を滑らかにすることができるが、フレーム本体の内部に前記滑車を配置するスペースを設けなければならないため、フレーム本体の全長が長くなるといった問題があった。このため、掘削作業に際して、上空の作業空間が狭い場所や限定されている場所では、架台からの吊下げが困難となったり、シェルを地面に打ち込むのに十分な落下スペースを確保したりすることが容易でなかった。また、複数の滑車にワイヤを通しているため、組み立てや調整が容易でなく、掘削作業中にワイヤが外れたりするおそれがあった。

一方、特許文献２に開示されているハンマーグラブにあっては、滑車の構成を簡略化することによって、フレーム全体の高さを抑えることができるが、フレームの天板部分にハンマーグラブを落下可能に保持すると共に滑車を引き上げるための接続部分が必要となっているので、その分、落下距離が制限されていた。また、シェルの開閉動作そのものには問題ないが、制動性が十分なものではなかった。このため、掘削する地質の状態等に応じてシェルの開閉動作のスピードを変えたり、一旦停止させたりするといったような細かな動作設定ができないといった改善点を有していた。

また、従来のハンマーグラブは、いずれもワイヤの引上げと同時にシェルが閉じる構造となっているので、掘削した位置で土砂等を完全に掬い上げきれてない状態で引き上げられる場合があった。このため、掘削回数が多くなるなど作業効率の面での改善が図られていなかった。

そこで、本発明の目的は、低空の作業環境下であっても掘削に要する落下位置をより高く設定することができると共に、掘削する地質等の状態に応じて制動性を有しながら土砂等を確実に掘り起こすことのできるハンマーグラブ及びこのハンマーグラブを用いた低空頭型掘削装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明のハンマーグラブは、送りねじ機構と、送りねじ機構を駆動する駆動手段と、送りねじ機構の駆動によって回動するリンク機構と、このリンク機構に連結されるシェルとを備え、前記送りねじ機構を駆動したときに、前記リンク機構を介してシェルを開閉動作することを特徴とする。

本発明の低空頭型掘削装置は、ハンマーグラブと、このハンマーグラブが上下動可能に吊下げられ、水平方向に移動可能なレールを有する水平架台と、この水平架台が載置され、走行可能なベースマシンとを備えている。

本発明のハンマーグラブによれば、シェルの開閉動作を送りねじ機構によって駆動するリンク機構を介して行わせるため、最低限、送りねじ機構の設置及び駆動のための高さスペースがあればよい。このため、高さ制限のある作業空間であっても、シェルの落下距離を有効に確保することができるので、低空での掘削作業を容易に行うことができる。また、駆動手段によって送りねじ機構を駆動させることで、リンク機構を介して連結されたシェルを制動性よく開閉駆動させることができる。このため、シェルの開閉動作を地質等の状態に応じて調整しながら確実に掘削作業を行うことができる。

本発明の低空頭型掘削装置によれば、水平方向に移動可能なレールを有する水平架台に沿ってハンマーグラブを移動させることができるので、上空の作業空間が狭い場所等にも吊下げ配置することができる。また、ハンマーグラブが送りねじ機構によってシェルの開閉動作を行わせるため、落下の距離を十分に確保できると共に、制動性を備えた開閉動作によって掘削能力を向上させることができる。

本発明に係るハンマーグラブの掘削姿勢における断面図である。 上記ハンマーグラブを上面から見た平面図である。 上記ハンマーグラブのＡ−Ａ断面図（ａ）及びＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。 上記ハンマーグラブの開閉状態を示す断面図である。 上記ハンマーグラブのシェルを閉じた状態の断面図である。 上記ハンマーグラブの掘削時における使用状態を示す断面図である。 本発明に係る低空頭型掘削装置の全体構成図である。 上記低空頭型掘削装置におけるハンマーグラブの搬送及び掘削方法を示す説明図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係るハンマーグラブの実施の形態を詳細に説明する。図１乃至図３は、ハンマーグラブ１１の構造を示したものである。このハンマーグラブ１１は、建築基礎の深孔掘削や根切りに使用するもので、外形上はフレーム１２と、このフレーム１２の下端を支点として開閉可能に取り付けられる一対のシェル１３とを備えて構成されている。

前記フレーム１２は、図６に示すように、掘削場所に予め打設されているケーシングチューブ１４の内径に適合するような円形状の開口面１５及びこの開口面１５の上方に広がる内部空間を有する円筒形状の胴体部１７と、この胴体部１７の上端部に配置される天板部１６とを有して構成されている。

前記フレーム１２の中心には、前記天板部１６から開口面１５に向けて延びる送りねじ機構２１が設けられ、この送りねじ機構２１を囲うようにして上空間２４と下空間２５とに仕切る隔壁２６が胴体部１７の内部に設けられている。図１乃至図３に示したように、前記上空間２４は一部が密閉空間１９となっており、この密閉空間１９に前記送りねじ機構２１の雄ねじ部２２と、この雄ねじ部２２を挟むようにして左右に配置された一対の駆動手段３０とが収容されている。雄ねじ部２２及び一対の駆動手段３０を密閉空間１９に収容することによって、小石や泥、埃などの噛み込みを防ぐことができる。下空間２５は、後述するリンク機構３５が回動するための開放したスペースとなっている。また、前記胴体部１７には、密閉空間１９を除く上空間２４及び下空間２５の一部を開口する窓部２７が複数個所に設けられている。この窓部２７は、後述するように、シェル１３によって掬い上げられた土砂等に含まれる水分を外部に排出するために設けられるものである（図７，図８）。

前記送りねじ機構２１は、前記天板部１６側に配置される雄ねじ部２２と、この雄ねじ部２２の下方側に螺合されて上下方向に直線的に移動する雌ねじ部２３とで構成されている。

前記雄ねじ部２２は、外周面に所定ピッチの雄ねじ溝が刻設され、この雄ねじ溝の上部の周面に沿ってギア部３２が設けられている。この雄ねじ部２２は、前記ギア部３２の上方に配設されるコイルバネからなる弾性部材３３によって天板部１６に弾性的に支持されている。

前記雌ねじ部２３は、前記雄ねじ部２２に螺合する雌ねじ溝が内周面に刻設された筒状部材によって形成され、雄ねじ部２２の回転に伴って直線的に上下移動する。また、この雌ねじ部２３の外側面には、胴体部１７の内側面に向けて延び、リンク機構３５の一端が連結される昇降板３６が固定されている。

前記リンク機構３５は、前記送りねじ機構２１の雌ねじ部２３と一対のシェル１３との間に一対設けられ、雌ねじ部２３の上下移動によって進退動する第１リンク（第１アーム）３９と、この第１アーム３９に連結してシェルを開閉させる第２リンク（第２アーム）４２とを備える。第１アーム３９は、昇降板３６の下面に設けられる第１軸３７によって一端が回動支持される。また、第２アーム４２は、シェル１３と一体に設けられ、一端が胴体部１７の下端に開閉軸３１を介して取り付けられ、他端が前記第１アーム３９の他端と第２軸３８を介して回動可能に連結されている。

各シェル１３は、中央部分に土砂等の掘削物を掬い上げるための凹部４０、先端部分に地面を掘削する掘削刃４１を備え、前記リンク機構３５によって開閉動作する。

前記駆動手段３０は、前記送りねじ機構２１の雄ねじ部２２の左右両側に一対が配置され、それぞれが回転モータ４３と、各回転モータ３４の回転軸に設けられる回転ギア４５とを備えており、この一対の回転ギア４５が前記雄ねじ部２２のギア部３２に噛合している。前記雄ねじ部２２は、シェル１３が地面に打ち込まれる際に縦方向の衝撃を受け、上方に配置されている弾性部材３３によって上下に揺動する場合がある。このため、前記ギア部３２が各回転モータ４３の回転ギア４５から外れないように、回転ギア４５に厚みを持たせて形成される。この一対の回転モータ４３には、小型軽量で大きなトルク及び出力が得られる油圧モータを使用するのが望ましい。油圧モータを使用する場合は、図６に示したように、フレーム１２の天板部１６に設けた孔部（図示せず）から駆動制御のための油を供給する油圧チューブ４６が挿入され、この油圧チューブ４６を介して注入される油圧によって、回転の始動、停止、速度及び方向の駆動制御が行われる。この駆動制御は、一対の回転モータ４３に対して同時に行われる。なお、雄ねじ部２２及び雌ねじ部２３に設定されるねじ溝のピッチ、あるいは、雄ねじ部２２のギア部３２及び回転モータ４３の回転ギア４５の径、歯数等を設定することによって、雌ねじ部２３の直線運動による進退ピッチを掘削規模や環境に応じて適宜調整することができる。

前記胴体部１７は、重量のある鋼材によって形成されるが、図１及び図２に示したように、リブ状のウエイト部材１８を外周面に取り付けることによって、ハンマーグラブ１１全体の重量を増すことができ、掘削能力を高めることができる。

次に、上記構成からなるハンマーグラブ１１の動作を図１，４，５に基づいて説明する。図１は掘削前の状態であり、各シェル１３の掘削刃４１が地面に対して略直角となるように開いた状態で保持される。このとき、送りねじ機構２１の雌ねじ部２３の略中間位置まで雄ねじ部２２が螺合され、この雄ねじ部２２の先端と雌ねじ部２３の底部との間に移動スペース４７を残した状態となっている。

この状態から一対の回転モータ４３をそれぞれ内方向に回転（内回転）させると、この回転に伴って雄ねじ部２２が雌ねじ部２３にねじ込まれる方向に回転する。この雄ねじ部２２の回転によって、雌ねじ部２３が真っ直ぐ上方に移動し、それに伴って昇降板３６が次第に上方に移動する。この昇降板３６の移動動作が第１アーム３９から第２アーム４２に伝わり、この第２アーム４２と一体形成されているシェル１３が開閉軸３１を支点として回動する。これによって、図４に示されるように、一対のシェル１３が互いに閉じる方向に回動する（図４）。

前記一対の回転モータ４３をさらに回転させていくと、雄ねじ部２２の先端が雌ねじ部２３の底部に到達し、回転モータ４３の回転を停止させる。この状態で、各シェル１３の先端同士が完全に合わさってシェル１３が閉じられ、一対のシェル１３の各凹部４０による土砂等の掬い上げスペースができる（図５）。

図５の状態から図１の状態に戻るには、一対の回転モータ４３をそれぞれ外方向に回転（外回転）に切り替える。この外回転によって、雌ねじ部２３は雄ねじ部２２から次第に離れるように真っ直ぐ下方に移動する。そして、昇降板３６がフレーム１２の開口面１５の縁部に到達し、シェル１３が開ききったところで停止する（図１）。

このように、送りねじ機構２１及びリンク機構３５が回転モータ４３の制動回転に連動して駆動するので、シェル１３の開放位置と閉塞位置との間でブレーキングを素早くかけることができると共に、ブレーキングをかけた位置でその開閉状態を保持することができる。これによって、掘削状態に応じて、シェル１３の開閉を一時停止させたり、開閉方向を逆転させたりするといった駆動制御が可能となる。

前記ハンマーグラブ１１は、図６に示したように、各シェル１３が地面に対して略直角に開いた状態で、天板部１６の上面の中央部に設けられている吊下リング４８に掛けられたワイヤ４９によって搬送され、地面に打ち込まれているケーシングチューブ１４の内部に挿入するようにした落下させる。このとき、シェル１３の先端が地面に打ち込まれる際に、リンク機構３５から送りねじ機構２１側に縦方向の衝撃が加わることとなるが、雄ねじ部２２の上方が弾性部材３３を介して天板部１６に接した状態で保持されているため、この弾性部材３３の緩衝力によって、送りねじ機構２１全体に掛る衝撃を吸収することができる。また、一対の回転モータ４３に取り付けられている回転ギア４５の厚みが雄ねじ部２２のギア部３２よりも厚く形成されているため、衝撃が掛った際でも、雄ねじ部２２が一対の回転モータ４３の回転ギア４５から外れることがない。

本実施形態のハンマーグラブ１１にあっては、送りねじ機構２１を中心として、その周囲に送りねじ機構２１を駆動させるための駆動手段３０を並列に配置している。このため、フレーム１２の全長ｈ１が８００ｍｍ以下で、開放状態のシェル１３を含む全長ｈ２を１５００ｍｍ以下に抑えることが可能である。このように、ハンマーグラブ１１の全長を短縮化したことによって、後述する低空の作業空間内でも十分設置可能となる。

前記シェル１３の開閉動作については、送りねじ機構２１における直線運動と、この直線運動をシェル１３の開閉動作に変換するリンク機構３５を介して行うため、前述したように、シェル１３の開状態と閉状態との間の動作を適宜制動させることができる。これによって、確実且つ正確な掘削作業を行うことができる。

また、前記送りねじ機構２１及び駆動手段３０がフレーム１２内の密閉空間１９内に配置され、この密閉空間１９を除いた下空間２５及び上空間２４が開放しているため、シェル１３の開閉動作に関わる箇所に土砂などが混入するおそれがなく、ハンマーグラブ１１をケーシングチューブ１４から引き上げる際には、フレーム１２内の下空間２５及び上空間２４の一部を開放する窓部２７から土砂等に含まれている不要な水分を外部に排出することができる。これによって、シェル１３の開閉動作を安定して行うことができると共に、堀削した土砂等の廃棄作業も効率よく行うことができる。

図７及び図８は、上記ハンマーグラブ１１を用いた低空頭型掘削装置（掘削装置）５０の構成及び使用状態を示したものである。この掘削装置５０は、移動走行可能なベースマシン５１に設けられる掘削台座部５２上にフレーム５３を介して設置される水平架台５４と、この水平架台５４上で伸縮可能なレール５５に沿って移動可能に配置される台車（キャリッジ）５６と、このキャリッジ５６に昇降可能に吊下げ支持される上記構成のハンマーグラブ１１とを備えて構成されている。また、前記ベースマシン５１には、ハンマーグラブ１１の昇降動作を行わせるウインチ６０やキャリッジ５６の移動等を行わせるための図示しない駆動源や油圧制御部等を備えている。この掘削装置５０は、上空の作業空間に制限のある倉庫や車庫などの建物内あるいはトンネル内などでの使用を可能とするものであるため、前記ベースマシン５１を含むレール５５の地表面からの高さｈ３は、最大３８６０ｍｍ以内に設定される。これによって、高さｈ４が４０００ｍｍ程度しかない作業空間であっても容易にベースマシン５１によって移動ができ、効率的な掘削作業が可能となる。

図８に示したように、前記ベースマシン５１は、掘削台座部５２にケーシングチューブ１４をセットした状態で掘削場所に移動し、ケーシングチューブ１４を回転させながら地面に所定の深さまで挿入させる。ハンマーグラブ１１は、吊下リング４８にワイヤ４９の一端が結ばれ、他端がレール５５に沿って移動するキャリッジ５６の滑車を介してウインチ６０に巻き取られている。このウインチ６０及びキャリッジ５６の駆動によって、ハンマーグラブ１１をケーシングチューブ１４の真上に移動させる。

前記ハンマーグラブ１１がケーシングチューブ１４の真上に移動した際には、ウインチ６０によるワイヤ４９の巻き上げを解除させて、ケーシングチューブ１４内に落下させる。本発明のハンマーグラブ１１においては、上述したように、フレーム１２が送りねじ機構２１を配設できるだけの高さに短縮化されているため、高さが制限された低空の作業空間であっても、十分に落下距離を確保することができる。このハンマーグラブ１１を落下させることによって、開放保持されているシェル１１の先端が地中に打ち込まれる。そして、図６に示したように、ハンマーグラブ１１内に配設されている回転モータ４３によって送りねじ機構２１及びリンク機構３５を駆動させることで、リンク機構３５に連結する各シェル１３が閉じて土砂等を掬い上げる。

このようにして、シェル１３が閉じ合わされた後、ウインチ６０を巻き上げ操作してハンマーグラブ１１をケーシングチューブ１４内から引き上げる。このとき、シェル１３によって掬い上げられた土砂等に含まれている水分を胴体部１７に設けられている窓部２７から外部に排出することができる。そして、キャリッジ５６をレール５５に沿って前進させ、掘削台座部５２上から水平方向に離間したレール５５の先端部近辺まで移動する。この位置において、シェル１３を開くことによって、掘り出された土砂を排土することができる。前記ハンマーグラブ１１をケーシングチューブ１４上から排土する場所までの間を前記キャリッジ５６によって、水平方向に往復移動させることで、低空での掘り出し及び排土作業を簡易且つ効率的に行うことができる。

以上説明したように、本発明のハンマーグラブ１１及びこのハンマーグラブ１１を用いた掘削装置５０によれば、上空の作業空間に制限のある倉庫や車庫などの建物内あるいはトンネル内などにおける掘削作業をより確実且つ精度よく行うことができ、排土までの作業を一貫して効率よく行わせることが可能となった。

１１ ハンマーグラブ
１２ フレーム
１３ シェル
１４ ケーシングチューブ
１５ 開口面
１６ 天板部
１７ 胴体部
１８ ウエイト部材
１９ 密閉空間
２１ 送りねじ機構
２２ 雄ねじ部
２３ 雌ねじ部
２４ 上空間
２５ 下空間
２６ 隔壁
２７ 窓部
３０ 駆動手段
３１ 開閉軸
３２ ギア部
３３ 弾性部材
３５ リンク機構
３６ 昇降板
３７ 第１軸
３８ 第２軸
３９ 第１アーム（第１リンク）
４０ 凹部
４１ 掘削刃
４２ 第２アーム（第２リンク）
４３ 回転モータ
４５ 回転ギア
４６ 油圧チューブ
４７ 移動スペース
４８ 吊下リング
４９ ワイヤ
５０ 掘削装置
５１ ベースマシン
５２ 掘削台座部
５３ フレーム
５４ 水平架台
５５ レール
５６ キャリッジ
６０ ウインチ

Claims (7)

1. 送りねじ機構と、
   送りねじ機構を駆動する駆動手段と、
   送りねじ機構の駆動によって回動するリンク機構と、
   このリンク機構に連結されるシェルとを備え、
   前記送りねじ機構を駆動したときに、前記リンク機構を介してシェルを開閉動作することを特徴とするハンマーグラブ。
2. 前記送りねじ機構は、前記駆動手段によって回転する雄ねじ部と、この雄ねじ部の回転によって直線的に移動する雌ねじ部とを備え、この雌ねじ部が前記リンク機構に連結されている請求項１に記載のハンマーグラブ。
3. 前記送りねじ機構及び駆動手段が密閉された空間内に収容される請求項１又は２に記載のハンマーグラブ。
4. 前記駆動手段は、前記送りねじ機構の雄ねじ部に隣接して配置される回転モータを備えている請求項１乃至３のいずれかに記載のハンマーグラブ。
5. 前記送りねじ機構は、前記雄ねじ部が弾性部材を介してフレームに保持されている１乃至４のいずれかに記載のハンマーグラブ。
6. 前記リンク機構は、前記送りねじ機構の雌ねじ部とシェルとの間に設けられ、雌ねじ部の直線的な移動に連動して進退動する第１リンクと、この第１リンクに連動して回動しシェルを開閉動作する第２リンクとを備える請求項１乃至５のいずれかに記載のハンマーグラブ。
7. 請求項１乃至６に記載のハンマーグラブと、
   このハンマーグラブが上下動可能に吊下げられ、水平方向に移動可能なレールを有する水平架台と、
   この水平架台が載置され、走行可能なベースマシンとを備えた低空頭型掘削装置。

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