JP6121248B2 - 共回り防止翼付き掘削撹拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、深層混合処理工法などの地盤改良工法に使用され、掘削土が掘削翼や撹拌翼と共に回転する事態を防止する共回り防止翼付き掘削撹拌装置に関するものである。

土壌の粘性が高い（例えば、粘土やシルト等）場合、掘削された土砂及び固化材ミルクが掘削翼の回転につれて共回りしようとするが、共回り現象が発生すると、固化材ミルクと土砂の撹拌が不足して不均質なコラムが造成されてしまうため、共回り防止翼が必要となる。

具体的には、特許文献１（特許第１１９７２９５号公報）に開示されるように、回転軸の下端部に掘削翼を設けたオーガ式の掘削装置では、掘削翼の回転外径である掘削径よりも、大径の共回り防止翼を、回転軸に遊嵌させるのが望ましい。

さらに、回転軸と共回り防止翼とが偏心していることが望ましい。この点について、第１に、特許文献２（特開平５−１７９６３９号公報）は、回転軸自体をクランクシャフト状に形成し、そのクランク部に撹拌翼を回転自在に取り付ける技術を開示する。しかしながら、このようにすると、軸の加工が非常に困難になり、コストアップが避けられない。

第２に、特許文献３（特開平６−２６０３２号公報）は、回転軸よりも大径の円孔を有する共回り防止部材を有する装置を開示する。これによれば、共回り防止部材がロータのように偏心しながら地中に存在する旨記載されている。

一方、特許文献４（特開平１１−１０７２６８号公報）に開示されるように、共回り防止翼の内周と、回転軸との外周との隙間には、大小様々な粒径の土砂が入り込み、これら内周及び外周は極めて摩耗しやすい。このため、特許文献４では、回転軸の外周の全体において、密度がほぼ一様となるように、溶接によって肉盛りを施している。

確かに、特許文献４によれば、十分な摩耗対策を施し得るが、溶接によって肉盛りすべき面積が回転軸の外周全部となっており、肉盛り作業の負担及びコストが大きいという問題点がある。なお、特許文献２〜３は、摩耗対策について何ら開示も示唆もしていない。
特許第１１９７２９５号公報 特開平５−１７９６３９号公報 特開平６−２６０３２号公報 特開平１１−１０７２６８号公報

そこで本発明は、少ない摩耗対策により十分な摩耗防止効果が得られ、しかも回転軸に対して共回り防止翼を偏心した位置に支持できる共回り防止翼付き掘削撹拌装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置は、地中で回転する回転軸と、回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、回転軸から偏心した位置に配置され回転軸に対して遊嵌される共回り防止翼とを備える共回り防止翼付き掘削撹拌装置であり、掘削翼よりも地上側に位置する所定高さにおいて、回転軸の外周の第１部分から回転軸の外径方向に突設される突起と、回転軸の軸心を中心として第１部分と対称に設定される第２部分とを有し、突起の先端面及び第２部分には、溶接により肉盛りが施され、肉盛りされた突起の先端面及び第２部分に内周が遊嵌されるボスと、ボスの外周から外径側へ突設され、先端部が掘削翼の外径よりもより外径側へ至り得る共回り防止翼とを有する。

この構成において、突起を回転軸の外周の第１部分から回転軸の外径方向に突設したので、ボスの内周は、突起の先端面と、第１部分と対称な第２部分のみにおいて、回転軸側と接触し、第１部分及び第２部分を除く部分では、回転軸側と接触しない。よって、摩耗が発生し得るのは、第１部分と第２部分とに限定され、これらの部分のみに溶接により肉盛りすれば、十分な摩耗防止効果が得られる。

また、ボスの内側において、第１部分及び第２部分ではない部分には隙間が形成されるため、掘削された土砂はこの隙間を介して、上下方向に自由に移動でき、共回り防止翼による抵抗を少なくすることもできる。

さらに、共回り防止翼の先端部は、掘削翼の外径よりも外径側へ至り得るので掘削されていない土壌に干渉する。したがって、地中で掘削翼が盛んに回転しても、共回り防止翼はほとんど静止しており、良好な共回り防止効果が得られる。

第２の発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置では、第１の発明に加え、ボス及び共回り防止翼は、第１突き合わせ部材と第２突き合わせ部材とを接合して形成され、第１、第２突き合わせ部材のそれぞれは、短辺部と、短辺部に連接され、半円弧を形成する円弧部と、円弧部に連接され、かつ短辺部よりも長い長辺部とを備え、第１、第２突き合わせ部材は、第１、第２突き合わせ部材の円弧部が円を形成し、第１突き合わせ部材の短辺部と第２突き合わせ部材の長辺部とが重なり合い、かつ、第１突き合わせ部材の長辺部と第２突き合わせ部材の短辺部とが重なり合うように接合される。

この構成により、難しい加工なしに所望のボス及び共回り防止翼を形成できる。

第３の発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置では、第１の発明に加え、ボスの上下には共回り防止翼の上下方向位置を規定する押さえ部材が配置される。

この構成により、共回り防止翼の高さ方向位置を、押さえ部材が規定し、共回り防止翼と掘削翼との位置関係が好ましい状態に維持される。

本発明によれば、突起の先端面と第２部分とを溶接により肉盛りすれば、十分な摩耗防止効果が得られるから、従来よりも肉盛りすべき面積を大幅に低減することができる。

勿論、突起とボスとにより共回り防止翼の中心と、回転軸の軸心とが、互いに偏心する関係が維持されるため、良好な共回り防止効果が得られる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における共回り防止翼を示す平面図、図２（ａ）は、本発明の第１例における掘削撹拌装置の正面図、図２（ｂ）は、同第２例における掘削撹拌装置の正面図、図３は、本発明の実施の形態１におけるボス及び共回り防止翼を示す平面図である。

図１において、回転軸１は、軸心Ｃ１を有し、軸心Ｃ１を中心に図１紙面と平行に回転する。地中において、土壌の抵抗や振動などにより、軸心Ｃ１の位置が若干変動することはあるが、以下、軸心Ｃ１の位置は固定されていることを前提として説明を行う。

軸心Ｃ１が固定されているので、回転軸１の下端部に設けられる掘削翼９（図２（ａ）又は図２（ｂ）も参照。）の先端縁は、軸心Ｃ１を中心とする円軌道８を描く。

勿論、地中で回転軸１を回転させると、回転軸１の下端部においてラジアル方向に突設された掘削翼９は、土砂を掘削するが、図２（ａ）に示すように、スクリューを設けなくても良いし、図２（ｂ）に示すように、掘削翼９と共回り防止翼６、７の間及び共回り防止翼６、７よりも地上側にスクリュー１２、１３を設け、土砂の排出を促進しても良い。

共回り防止翼６、７は、図１に示す構造により、回転軸１から偏心した位置に配置され回転軸１に対して遊嵌される。

即ち、掘削翼９よりも地上側に位置する所定高さ（図１に示す平面のレベル）において、回転軸１の外周の第１部分２から回転軸１の外径方向に突起３が突設される。突起３は、例えば、矩形片で構成し、矩形片の基端部と第１部分２とを溶接すれば良い。

また、回転軸１の軸心Ｃ１を中心として第１部分２と点対称に第２部分４が定められる。

そして、突起３の先端面３ａ及び第２部分４には、溶接により肉盛りが施される。肉盛りについて、ビードを回転軸１の軸方向に向けてもよいし、軸方向に直交あるいは斜交するように設けても良い。あるいは、肉盛りを点状に施し、散点状に分布させても良い。要するに、十分な摩耗防止効果が得られさえすれば良く、その限り本発明に包含される。

いずれにしても、特許文献４のように回転軸の外周全体に肉盛りを施す場合に比べれば、非常に少ない面積にだけ肉盛りをすれば足りる点は容易に理解されよう。

図１に示すようにしたため、ボス５の内周との摩耗を考慮すべきは、先端面３ａと第２部分４のみである。それ以外の部分において、ボス５の内側には隙間があいているため、この隙間を介して切削された土砂あるいはセメントミルクは自由に行き来でき、撹拌効果が向上されるし抵抗は少なくなる。

回転軸１及び突起３の外側には、内径が回転軸１の直径と突起３の先端面３ａまでの長さの和と等しいか或いはやや大径に形成されるボス５の内周が、遊嵌される。さらに、ボス５の外周から外径側へ共回り防止翼６、７が突設される。

ここで、図１に示すような位置関係が成立しているので、回転軸１が駆動手段（図示せず）に駆動されて回転すると、言わば、突起３がカムであり、ボス５及びそれに剛結される共回り防止翼６、７は、カムフォロワであるかのような振る舞いをする。

但し、ボス５は、回転軸１及び突起３に対して遊嵌されているから、回転軸１及び掘削翼９が盛んに回転しても、ゆっくり勝手に姿勢を変える程度である。

図１の例では、理解を容易にするために、ボス５において、突起３の先端面３ａに対向する位置から共回り防止翼６が外向きに突出し、ボス５の第２部分４に対向する位置から共回り防止翼７が外向きに突出する状態を示してある。この状態において、共回り防止翼６、７の長さを等しくすると、共回り防止翼６の先端部は、共回り防止翼７の先端部よりも、突起３の長さだけ外側に位置することになり、共回り防止翼６の先端部は最も外周側にある軌跡例２０を描き、共回り防止翼７の先端部は軌跡例２０よりも突起３の長さだけ内側の軌跡例２１を描く。突起３に対するボス５の取付位置は、図１に示すものに限定されないが、この位置を変えても、共回り防止翼６、７の両先端部は、軌跡例２０、２１に挟まれる領域内に位置する。さらに、掘削翼９の円軌道８を、軌跡例２０、２１のいずれか（図１では両方）よりも内側に設定すれば、共回り防止翼６、７の両先端部の少なくとも一方は、掘削翼９が到達しない、未掘削の土壌に共回り防止翼６、７の先端部が触れることになる。先端部が未掘削の土壌に触れると、地盤反力により共回り防止翼６、７の動きが邪魔され、共回り防止翼６、７は緩慢にしか動けない状態となる。

このようなメカニズムに従い、共回り防止翼６、７は、回転軸１や掘削翼９の回転動作に比べれば事実上静止している（両者には十分な角速度差がある）と見なすことができ、十分な共回り防止効果が得られるのである。

次に、本形態におけるボス５及び共回り防止翼６、７の構成例を説明する。本例では、図３に示すように、ボス及び共回り防止翼６、７は、２つの対称な、第１突き合わせ部材１４、第２突き合わせ部材１５を用いて構成する。

第１突き合わせ部材１４、第２突き合わせ部材１５は、それぞれ短辺部１４ａ、１５ａと、短辺部１４ａ、１５ａに連接され、半円弧を形成する円弧部１４ｂ、１５ｂと、円弧部１４ｂ、１５ｂに連接され、かつ短辺部１４ａ、１５ａよりも長い長辺部１４ｃ、１５ｃとを有する。

そして、短辺部１４ａと長辺部１５ｃ、長辺部１４ｃと短辺部１５ａとを合わせ、かつ、円弧部同士１４ｂ、１５ｂを符合させて円を形成するように、第１突き合わせ部材１４及び第２突き合わせ部材１５を接合する。

接合には溶接を用いても良いが、図３に示すように、互いに合わせた、短辺部１４ａと長辺部１５ｃ、長辺部１４ｃと短辺部１５ａとに貫通するボルト孔を開け、これにボルト１６を通し、ボルト１６にナット１７を螺合すると良い。こうすると、容易な加工で所望のボス５及び共回り防止翼６、７を形成できるし、製造コストも低減できる。

また、ボス５及び共回り防止翼６、７は、回転軸１等に遊嵌されているだけであるから、そのままでは、ボス５及び共回り防止翼６、７の高さ方向位置が規定されない。したがって、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、この位置を所定範囲に押さえるため、ボス５の上下には共回り防止翼６、７の高さを規定する押さえ部材１０、１１を配置する。

図２（ａ）、（ｂ）では、押さえ部材１０、１１をフランジとした。ここで、本発明の装置では、突起３を回転軸１に突設しているため、ボス５が特許文献４よりも大径になりやすい。

しかし、基本的に上記位置を規定できれば十分なのであり、押さえ部材１０、１１をフランジとせず、複数本の棒状部材を放射状に配置する等種々変更しても良く、このようにしても本発明に包含される。

本発明に係る共回り防止翼付き掘削撹拌装置は、例えば、地盤改良等を行う分野において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１における共回り防止翼を示す平面図 （ａ）本発明の第１例における掘削撹拌装置の正面図 （ｂ）同第２例における掘削撹拌装置の正面図 本発明の実施の形態１におけるボス及び共回り防止翼を示す平面図

１ 回転軸
Ｃ１ 軸心
２ 第１部分
３ 突起
３ａ 先端面
４ 第２部分
５ ボス
６、７ 共回り防止翼
８ 円軌道
９ 掘削翼
１０、１１ 押さえ部材
１２、１３ スクリュー
１４ 第１突き合わせ部材
１５ 第２突き合わせ部材
１４ａ、１５ａ 短辺部
１４ｂ、１５ｂ 円弧部
１４ｃ、１５ｃ 長辺部
１６ ボルト
１７ ナット

Claims (3)

1. 地中で回転する回転軸と、
   前記回転軸の下端部に突設され土砂を掘削する掘削翼と、
   前記回転軸から偏心した位置に配置され前記回転軸に対して遊嵌される共回り防止翼とを備える共回り防止翼付き掘削撹拌装置であって、
   前記掘削翼よりも地上側に位置する所定高さにおいて、前記回転軸の外周の第１部分から前記回転軸の外径方向に突設される突起と、
   前記回転軸の軸心を中心として前記第１部分と対称に設定される第２部分とを有し、
   前記突起の先端面及び前記第２部分には、溶接により肉盛りが施され、
   前記肉盛りされた前記突起の先端面及び前記第２部分に内周が遊嵌されるボスと、
   前記ボスの外周から外径側へ突設され、先端部が前記掘削翼の外径よりもより外径側へ至り得る共回り防止翼とを有することを特徴とする共回り防止翼付き掘削撹拌装置。
2. 前記ボス及び前記共回り防止翼は、第１突き合わせ部材と第２突き合わせ部材とを接合して形成され、
   前記第１、第２突き合わせ部材のそれぞれは、短辺部と、前記短辺部に連接され、半円弧を形成する円弧部と、前記円弧部に連接され、かつ前記短辺部よりも長い長辺部とを備え、
   前記第１、第２突き合わせ部材は、第１、第２突き合わせ部材の円弧部が円を形成し、第１突き合わせ部材の短辺部と第２突き合わせ部材の長辺部とが重なり合い、かつ、第１突き合わせ部材の長辺部と第２突き合わせ部材の短辺部とが重なり合うように接合される請求項１記載の共回り防止翼付き掘削撹拌装置。
3. 前記ボスの上下には前記共回り防止翼の上下方向位置を規定する押さえ部材が配置される請求項１または２記載の共回り防止翼付き掘削撹拌装置。

Images