JP6195186B1 - 地盤改良装置の掘削・撹拌具 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削・撹拌具の掘削・撹拌軸として相対回転する既存の二重軸の所望とする位置に対して追加的且つ部分的に相対回転する三重軸を付加することができ、複数の相対駆動翼同士による強制的な練り込み撹拌による優れた混練性と掘進性を有しつつも、製造や改良のコストを低減化した経済性を有する掘削・撹拌具を提供する。【解決手段】上下方向に延伸する掘削・撹拌軸を駆動回転する内部中空状の外軸と、上記外軸内に回転可能に設けられ、上記外軸と相対的に駆動回転する内部中空状の内軸と、を有した二重軸構造とし、上記掘削・撹拌軸の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置で、上記内軸の内側又は上記外軸の外側に回転可能に設けられ、上記掘削翼又は上記撹拌翼の少なくともいずれか一方が支持される出力軸と、上記外軸又は上記内軸のいずれか一方の軸を遊星キャリアとし、上記一方の軸の周壁に設けられる開口部と、上記開口部に設けられ、上記内軸又は上記外軸のいずれか他方の軸に歯合する第１の遊星歯車と、上記開口部に設けられ、上記出力軸と上記第１の遊星歯車とに歯合する第２の遊星歯車と、を備え、上記掘削・撹拌軸の二重軸構造を上記内軸、上記外軸及び上記出力軸とにより内側から外側にかけて順次相対回転する部分的な三重軸構造とすることとした。【選択図】図１

Description

この発明は、地盤改良装置の掘削・撹拌具に関する。

従来、地盤改良装置の掘削・撹拌具には、掘削・撹拌効率を向上させるべく、撹拌翼や掘削翼が支持される掘削・撹拌軸において同一軸芯で相対回転する複数の軸で構成された多重軸構造を有するものが種々提案されている。

このような多重軸構造の掘削・撹拌軸は、内軸と、同内軸と反対方向に回転する外軸とで二重軸構造としたもの（以下、単に二重軸相対撹拌型とも言う。）と、二重軸相対撹拌型に一軸を加えた三重軸構造としたもの（以下、単に三重軸相対撹拌型とも言う。）とに大別される。

さらに、二重軸相対撹拌型は、相対的に回転駆動する駆動機にそれぞれ連動した内外軸による二重軸駆動型と、一方向に回転駆動する駆動軸と同駆動軸に対して反転部材である遊星歯車機構を介して逆回転する出力軸を設けた単軸駆動反転型とに分けられる。

二重軸駆動型としては、内軸に対し下端で掘削翼、外周面に内側撹拌翼を、外軸に対し外周面に外側撹拌翼と芯側撹拌翼とをそれぞれ支持して構成したもの（例えば、特許文献１参照。）や、内軸下端で掘削翼を、また同掘削翼の上方の外軸外周面で水平翼をそれぞれ支持して構成したもの（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。

また、単軸駆動反転型は、遊星歯車機構において、駆動軸の駆動力に対する反転力を利用して出力軸を逆回転するよう遊星キャリアを固定状態にすることを基本構造としている。

単軸駆動反転型の遊星キャリアを固定状態とする構成としては、例えば、駆動軸廻りに遊星キャリアとして不動の固定シャフトを設けたり（例えば、特許文献３、特許文献４参照。）、掘削孔内における改良土の土壌抵抗を拘束力として利用すべく回転抑止板を遊星キャリアに設けたり（例えば、特許文献５、特許文献６参照。）、掘削孔の内周壁である未掘削地盤に係合して固定する係合板を遊星キャリアに付設すること（例えば、特許文献７、特許文献８、特許文献９参照。）等が提案されている。

また、三重軸相対撹拌型としては、二重軸駆動型の相対回転駆動機の回転駆動力を駆動機近傍に設けた反転歯車機構を介して変換した駆動力により回転し、二重軸駆動型の外軸外周の略全域を囲繞するように回転可能に設けた第３の軸を備えるもの（例えば、特許文献１０参照。）が提案されている。

特開２００２−３３２６３１号 特開２００６−３７７０８号 特開２００１−３１１１３９号 特開平９−１６５７４１号 特開２００１−３１７０３６号 特開平７−１９７４４６号 特開２０００−３１４１３０号 特開平６−２２８９４３号 実開平５−７１２３２号 特開２００４−２４５００２号

しかしながら、上記従来の二重軸駆動型において、特許文献１の掘削・撹拌具では、その機構上、掘削・撹拌翼の種類によって支持される軸が必然的に決定されるため、所望とする各翼同士の回転関係にあわせて各種翼を軸に自由配置できるものではなかった。

また、特許文献２の撹拌具では、内軸下端に支持した掘削翼と外軸外周廻りに支持した撹拌翼とは相対回転するものの、複数の撹拌翼同士は同一軸（外軸）に支持されているため同一回転となり撹拌翼同士による相対撹拌を行うことができなかった。

ところで、一般的に二重軸駆動型の相対回転駆動機は、基端をそれぞれ連結した二重軸のうち、外軸を高トルク・低速回転とする一方、内軸を低トルク・高速回転とすることが基本仕様となっている。

このような相対回転駆動機と連動する掘削・撹拌軸おいて、二重軸駆動型の機構上、掘削翼は掘削・掘進のための高トルクが要求されるにも関わらず内軸に支持されることとなり回転トルク不足となる。

そこで、二重軸駆動型において外軸の高トルクを掘削翼に使用するため、外軸の最下部に支持した撹拌翼の下端縁に掘削刃を設けて掘削翼兼用とすることも考えられるが、同撹拌翼において外軸の支持端から掘削刃までが片持ち状態で長くなり部材強度が不足する虞がある。

仮にこのような掘削・掘進機能を兼ねた撹拌翼は、部材強度を確保するために部材厚を肉厚とすることも考えられるが、結果、肉厚の撹拌翼が掘削孔内における改良土の通過を阻害して施工性を著しく低下させる。

このように二重軸駆動型では、外軸の高トルクを掘削能力として100％利用することは不可能であり、また、相対回転する掘削・撹拌翼の追加や内外軸の切替えもできなかった。

また、単軸駆動反転型において、特許文献３及び４の掘削・撹拌具では固定シャフトを軸全長にわたって設ける必要があり、結果、上記従来の二重軸駆動型と実質的に同じとなり、固定シャフトは無用な資材であるばかりか周面摩擦抵抗を大にして掘削・撹拌軸の上下貫入抵抗を大きくしていた。

特許文献５及び６の掘削・撹拌具では、回転抑止板は掘削・撹拌軸に遊動状態で設けられているため他の駆動翼の回転に伴って共回り現象の発生要因となり、特許文献７〜９の掘削・撹拌具では、係合板が周辺地盤との係合する際に貫入・引抜き抵抗を大きくするなどの問題が生じていた。

このように従来の単軸駆動反転型においてもまた、反転部材として遊星歯車機構を採用することにより却って施工効率を著しく悪化させるなど多くの技術的課題を残していた。

さらには、従来の三重軸相対撹拌型では、三重軸用の駆動機は一般的な市場になく専用機として製作する必要があり、構造が複雑化且つ大型化し設備コスト面で不利となるばかりか、対応出来る処理機が限られ施工上の制約を受けて実施工には不向きであり、ひいては地盤改良工事の施工費の高騰につながる欠点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、掘削・撹拌具の掘削・撹拌軸として相対回転する既存の二重軸の所望とする位置に対して追加的且つ部分的に相対回転する三重軸を付加することができ、複数の相対駆動翼同士による強制的な練り込み撹拌による優れた混練性と掘進性を有しつつも、製造や改良のコストを低減化した経済性を有する掘削・撹拌具を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明では、（１）地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、上下方向に延伸する掘削・撹拌軸と、上記掘削・撹拌軸の下端に設け、地盤を掘削する掘削翼と、上記掘削・撹拌軸の外周に支持された撹拌翼と、を有し、上記掘削・撹拌軸は、駆動回転する内部中空状の外軸と、上記外軸内に回転可能に設けられ、上記外軸と相対的に駆動回転する内部中空状の内軸と、を有した二重軸構造となし、上記掘削・撹拌軸の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置で、上記内軸の内側又は上記外軸の外側に回転可能に設けられ、上記掘削翼又は上記撹拌翼の少なくともいずれか一方が支持される出力軸と、上記外軸又は上記内軸のいずれか一方の軸に形成された開口部に設けられ、上記内軸又は上記外軸のいずれか他方の軸に歯合する第１の遊星歯車と、上記開口部に設けられ、上記出力軸と上記第１の遊星歯車とに歯合する第２の遊星歯車と、を備えることで、上記一方の軸を遊星キャリアとし、上記掘削・撹拌軸の二重軸構造を上記内軸、上記外軸及び上記出力軸とにより内側から外側にかけて順次相対回転する部分的な三重軸構造とすることに特徴を有する。

また、本発明に係る掘削・撹拌具は、以下の点にも特徴を有する。
（２）上記掘削翼及び上記撹拌翼を、隣り合う翼同士が相対回転するよう上記掘削・撹拌軸に配置したこと。
（３）上記掘削翼は、上記外軸又は内軸に設けられる上段掘削翼と、上記上段掘削翼より下方にある上記内軸又は上記内軸の内側の上記出力軸に設けられ、上記上段掘削翼径未満とした下段掘削翼とからなること。
（４）上記撹拌翼は掘削・撹拌軸の外周から外方へ向けた膨出弧状又は板状とし、
上記出力軸は上記掘削・撹拌軸の外周廻りに遊嵌され、外周面に少なくとも上記撹拌翼の一端が支持されるボス部としたこと。

請求項１の発明によれば、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、上下方向に延伸する掘削・撹拌軸と、上記掘削・撹拌軸の下端に設け、地盤を掘削する掘削翼と、上記掘削・撹拌軸の外周に支持された撹拌翼と、を有し、上記掘削・撹拌軸は、駆動回転する内部中空状の外軸と、上記外軸内に回転可能に設けられ、上記外軸と相対的に駆動回転する内部中空状の内軸と、を有した二重軸構造となし、上記掘削・撹拌軸の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置で、上記内軸の内側又は上記外軸の外側に回転可能に設けられ、上記掘削翼又は上記撹拌翼の少なくともいずれか一方が支持される出力軸と、上記外軸又は上記内軸のいずれか一方の軸に形成された開口部に設けられ、上記内軸又は上記外軸のいずれか他方の軸に歯合する第１の遊星歯車と、上記開口部に設けられ、上記出力軸と上記第１の遊星歯車とに歯合する第２の遊星歯車と、を備えることで、上記一方の軸を遊星キャリアとし、上記掘削・撹拌軸の二重軸構造を上記内軸、上記外軸及び上記出力軸とにより内側から外側にかけて順次相対回転する部分的な三重軸構造ととしたため、既存の二重軸構造を有した掘削・撹拌具の必要な部分に三重軸構造を付設することができる。

すなわち、二重軸の一ヵ所又は複数ヵ所の位置において、外軸又は内軸の一方の軸を２つの遊星歯車を有する遊星キャリア、出力軸又は他方の軸を内歯車、他方の軸又は出力軸を太陽歯車とし、しかも、外軸と内軸とを入力用シャフト、出力軸を出力用シャフトとした遊星歯車機構を設けることで、一方の軸の回転方向と同じ方向で回転し、しかも回転力を一方の軸と他方の軸の互いの回転力を正合成した回転応力とした出力軸を三軸として追加することができる。

その結果、相対回転する既存の二重軸構造を有した掘削・撹拌具において、二重軸区間であれば部分的且つ追加的に何処でも、必要なだけ、遊星歯車機構による三重軸構造を設けることで、駆動する内軸又は外軸を遊星キャリアとして内軸・外軸・出力軸による三重軸の相対回転力を得ることができ、しかも各軸に配置される掘削・撹拌翼の形状を制限することなく相対回転する種々の掘削・撹拌翼の可及的自由な組み合わせを実現して撹拌効率を向上でき、あらゆる相対撹拌工法に合わせた掘削・撹拌具の開発を簡略化することができる。

請求項２の発明によれば、上記掘削翼及び上記撹拌翼を、隣り合う翼同士が相対回転するよう上記掘削・撹拌軸に配置したため、隣り合う翼同士の間において共回り現象を確実に防止し、掘削土と改良材との強制撹拌を促して混練性をより向上させることができる。

請求項３の発明によれば、上記掘削翼は、上記外軸又は内軸に設けられる上段掘削翼と、上記上段掘削翼より下方にある上記内軸又は上記内軸の内側の上記出力軸に設けられ、上記上段掘削翼径未満とした下段掘削翼とからなることとしたため、二重軸駆動機のトルク配分に応じた掘削径を設定して駆動機の全トルクを掘削に有効活用すると共に、外軸又は内軸のトルクを使用した上段掘削翼と内軸又は内軸の内側の出力軸のトルクを使用した下段掘削翼との相対回転掘削により掘進能力と撹拌能力を飛躍的に向上させることができる。

請求項４の発明によれば、上記撹拌翼は掘削・撹拌軸の外周から外方へ向けた膨出弧状又は板状とし、上記出力軸は上記掘削・撹拌軸の外周廻りに遊嵌され、外周面に少なくとも上記撹拌翼の一端が支持されるボス部としたため、掘削・撹拌軸にボス部を介して相対回転する各種撹拌翼を追加的に設けることができると共に掘削・撹拌軸と各種撹拌翼の支持部分を強固にして相対回転する撹拌翼の強度を向上させることができる。

本発明にかかる掘削・撹拌具の基本的な構造を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具に係る三重軸構造の実施例１を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具に係る三重軸構造の実施例２を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例１を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例２を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例３を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例４を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例５を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例６を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例７を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例８を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例９を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の変形例１０示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具の吐出口の構成を示す説明図である。 本発明にかかる掘削・撹拌具を備えた地盤改良装置を示す側面図である。

この発明の要旨は、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、上下方向に延伸する掘削・撹拌軸と、上記掘削・撹拌軸の下端に設け、地盤を掘削する掘削翼と、上記掘削・撹拌軸の外周に支持された撹拌翼と、を有し、上記掘削・撹拌軸は、駆動回転する内部中空状の外軸と、上記外軸内に回転可能に設けられ、上記外軸と相対的に駆動回転する内部中空状の内軸と、を有した二重軸構造となし、上記掘削・撹拌軸の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置で、上記内軸の内側又は上記外軸の外側に回転可能に設けられ、上記掘削翼又は上記撹拌翼の少なくともいずれか一方が支持される出力軸と、上記一方の軸の周壁に形成された開口部と、上記開口部に設けられ、上記内軸又は上記外軸のいずれか他方の軸に歯合する第１の遊星歯車と、上記開口部に設けられ、上記出力軸と上記第１の遊星歯車とに歯合する第２の遊星歯車と、を備えることで、上記外軸又は上記内軸のいずれか一方の軸を遊星キャリアとし、上記掘削・撹拌軸の二重軸構造を上記内軸、上記外軸及び上記出力軸とにより内側から外側にかけて順次相対回転する部分的な三重軸構造とすることにある。以下、この発明の実施例を詳説する。

ここで、「軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置」とは、掘削・撹拌軸の軸方向において、回転駆動部との連結部分となる基端位置を除き、且つ掘削土と改良材とを掘削・撹拌翼により混練して実質的に地盤改良機能を実現できる位置を意図する。

また、「歯車」の種類は、遊星歯車機構における複数の歯車において互いに歯合する歯すじが形成されていればよく、例えば平歯車やはすば歯車、やまば歯車等を採用することが出来る。

また、撹拌翼は、複数あってもよく、掘削・撹拌軸の軸方向視で中心角において等角度間隔を隔てて、例えば180度、120度、90度、60度間隔等、軸中心に等間隔角度で放射状に配設してもよい。

また、撹拌翼の形状である「弧状」とは、角部を有しない略円弧状の他に、一つの角部を有する略三角形弧状、二つの角部を有する略四角形弧状、さらには、角部を三つ以上有する略多角形状等も含まれる。また、角部としてはＲ状に面取りされているものも含まれる。また、「弧状」の各形状は、側面視において、撹拌翼が掘削・撹拌軸１の外周面又は同掘削・撹拌軸の外周廻りに遊嵌したボス部の外周面に対して支持される部位よりも軸方向上側又は／及び下側に膨出させた形状をも含む。さらに、撹拌翼の形状は棒状でも、板状でも、帯板状でもよく、翼の部材断面は、矩形・菱形・三角形・多角形・台形・円形・楕円形などでもよく、形状を限定されることはない。

また、撹拌翼の形状である「板状」とは、幅広の板面を掘削・撹拌軸の軸方向に向けた略水平板状、板面を掘削・撹拌軸の周方向に向けた略鉛直板状であってもよく、板厚や形状おいて限定されることはない。

また、以下の説明において「正回転」とは軸方向視において一方向回転で時計回り、又は反時計回りのいずれの方向の回転でもあってもよく、「逆回転」とは正回転の回転方向と逆の回転を意図する。

〔１．地盤改良装置〕
まず、本発明にかかる掘削・撹拌具を備える地盤改良装置の構成について説明する。図１５は、本発明にかかる掘削・撹拌具Ａを具備した地盤改良装置Ｋを示す。図１５に示すように、地盤改良装置Ｋは、地盤Ｇの改良部分の地上面に設置される。

地盤改良装置Ｋは、自走可能なベースマシン本体１００に設けられ、上下方向に伸延するリーダ１１０と、リーダ１１０に昇降自在に取り付けられる回転駆動部１２０と、上下方向に伸延して形成し、回転駆動部１２０の下端に取り付けられる掘削・撹拌軸１と、改良材を供給する改良材供給部１３０と、を備えることを基本構成としている。

ベースマシン本体１００の後方位置に配設された改良材供給部１３０は、改良材を掘削孔内へ供給する部位であり、改良材供給路１３１を介して、回転駆動部１２０に接続した掘削・撹拌軸１内部の改良材供給路と連通連設している。

なお、改良材は地盤を改良するために掘削土と混練される材料であって、地盤改良の目的に合わせて固化材、混和材、添加剤、中和剤、薬剤、化学剤等を採用できる。

改良材供給部１３０から供給される改良材は、掘削・撹拌軸１内の改良材供給路１３１を経由して掘削・撹拌具Ａに形成した吐出口から掘削孔内へ向けて吐出され、掘削・撹拌具Ａにより掘削土と撹拌される。

回転駆動部１２０は、ベースマシン本体１００後部に内蔵した駆動回転ドラムにより吊下げワイヤ１２１を介してリーダ１１０の上下方向に沿った移動を可能としている。

吊下げワイヤ１２１は、一端を駆動回転ドラムに連結すると共に、中途部をリーダ１１０の最頂部を介して回転駆動部１２０上部に設けたプーリ１２２に巻き掛けられ、他端をリーダ１１０の上部に連結している。

すなわち、駆動回転ドラムの回転駆動力をリーダ１１０に沿った上下昇降駆動力に変換して地盤改良における貫入・引抜き時の掘削・撹拌軸１の上下動を行うように構成している。

掘削・撹拌軸１は、所定厚みを有して上下方向に伸延して形成した筒状の外軸２と、外軸２に回転可能に挿嵌され、所定厚みを有して上下方向に伸延して形成した筒状の内軸３と、を同一軸芯で配置した二重軸構造としている。

回転駆動部１２０内部には同軸的に相対駆動する図示しない二重軸駆動機が搭載されており、掘削・撹拌軸１の内軸３と外軸２とはそれぞれの上端で同一軸芯的に相互に反対方向に回転するよう同二重軸駆動機に連結している。すなわち、内軸３と外軸２とは、それぞれの基端で回転駆動部１２０内部の二重軸駆動機に連結して相対回転する。

なお、回転駆動部１２０内部の二重軸駆動機は、同一軸芯で相対回転する２つの駆動力を内軸と外軸にそれぞれ付与するものであればよく、例えば１つの駆動用モータの駆動力を反転歯車機構を介して内軸と外軸とにそれぞれ振分けるものであってもよいし、相対回転する２つの駆動モータを備えてそれぞれの駆動力を内軸と外軸に伝達するものであってもよい。

このように構成した地盤改良装置Ｋは、地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材とを混練して地盤改良を行う主要部である掘削・撹拌具Ａを備えている。

〔２．実施例１〕
以下、本実施例１にかかる掘削・撹拌軸の構成について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例１に係る掘削・撹拌具Ａの構成を示す側面図であり、図２（ａ）は、掘削・撹拌軸１の構成を示す径方向断面図であり、図２（ｂ）は、その軸方向側断面図である。

図１に示すように、本実施例１に係る掘削・撹拌具Ａは、上下方向に延伸して形成し、同一軸芯で相対回転駆動する内軸３と外軸２の二重軸構造を有する掘削・撹拌軸１と、掘削・撹拌軸１の下端に設けられ、地盤を掘削する掘削翼４と、掘削・撹拌軸１の外周に配設支持された撹拌翼５と、を有している。

また、掘削・撹拌軸１の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置には、図２に示すように、外軸２の外側に回転可能に設けられ、撹拌翼５が支持される出力軸６と、外軸２の周壁に形成された開口部１１に設けられ、内軸３に歯合する第１の遊星歯車７と、開口部１１に設けられ、出力軸６と第１の遊星歯車７とに歯合する第２の遊星歯車８と、を具備している。

すなわち、本実施例１に係る掘削・撹拌軸１において上下方向の所定位置に設けられる三重軸構造として、内軸３を太陽歯車Ｓ、周壁に２つの遊星歯車７、８を有する外軸２を遊星キャリアＰ、出力軸６を内歯車Ｉとし、駆動逆回転する外軸２と駆動正回転する内軸３とを入力用シャフト、出力軸６を出力用シャフトとして、出力軸６を外軸２を介して最内側の内軸３と同一方向に回転（正回転）させている。

出力軸６は、掘削・撹拌軸１の軸方向所定位置で外軸２の外周廻りに回転可能に設けられる上下所定長さの筒状の外周軸６１であり、その内周面には第２の遊星歯車８と歯合する歯形面を形成している。すなわち、遊星歯車機構１２における内歯車Ｉが外周軸６１に一体に設けられている。

外周軸６１の上下周縁端部には、平面視環形状の係止突部６１ｂ、６１ｂ’が、図２（ｂ）に示すように、内側（軸中心線Ｃ側）に向けて略水平に突出して形成されており、外軸２の開口部１１の上下端縁に鍔状に設けた係止段部２０ａ、２０ａ’と当接係合して外周軸６１の上下方向の動きを規制している。

内軸３の軸方向所定位置の外周面には、第１遊星歯車７と歯合する歯形面が形成されている。すなわち、内軸３の軸方向所定位置における外周面を囲繞するように太陽歯車Ｓが内軸３に一体的に設けられている。

外軸２の周壁の所定位置、すなわち出力軸６を取り付ける位置には、側面視で矩形窓状の開口部１１が形成されている。開口部１１によって外軸２の内外が連通し、開口部１１を介して、内軸３の外周側の太陽歯車Ｓと、出力軸６の内周側の内歯車Ｉとが対向する。また、開口部１１の上下縁端部には、上述した外周軸６１の係止突部６１ｂ、６１ｂ’と対応するように平面視環形状の係止段部２０a、２０a’が半径方向外方に向けて略水平に突出して形成されている。

開口部１１には、上下所定長さの棒状歯車である第１遊星歯車７と第２遊星歯車８とが掘削・撹拌軸１の軸方向に沿って軸架されている。すなわち、外軸２は、互いに歯合する第１遊星歯車７と第２遊星歯車８とからなる遊星歯車ユニット１０を有する。第１遊星歯車７及び第２遊星歯車８は、出力軸の回転数を径の大小関係によって制御できる歯車である。第１遊星歯車７及び第２遊星歯車８は、外軸２の開口部１１において掘削・撹拌軸１の軸方向に沿う回転軸により回転自在に軸支されている。

第１遊星歯車７は、２つの入力軸である外軸２と内軸３とから伝達される回転力を正合成する歯車として機能し、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、開口部１１において外軸２の側断面による部材厚上下面の間で、径方向内側の内軸３の太陽歯車Ｓと歯合する位置に配設されている。

また、第２遊星歯車８は、第１遊星歯車７で正合成された回転力と第１遊星歯車７の回転方向を転換した回転とを出力軸６に伝達する歯車として機能し、開口部１１において外軸２の側断面視による部材厚上下面の間で、径方向外側の外周軸６１の内歯車Ｉと、径方向内側の第１遊星歯車７とに歯合する位置に配設されている。

このような構成により、外軸２と内軸３とがそれぞれ相対的に駆動回転するに伴い、第１遊星歯車７は、外軸２を介して内軸３を中心に公転すると共に内軸３の太陽歯車Ｓに噛み合いながら内軸３の回転方向と逆方向の自転をする。

特に、遊星キャリアＰとして外軸２が内軸３と駆動逆回転するため、外軸２に設けられた第１遊星歯車７の回転力は、内軸３の回転力と外軸の回転力との和である正合力となる。

そして、第１遊星歯車７の回転方向はその回転力と共に、第２遊星歯車８により逆回転方向に転換されて外周軸６１の内歯車Ｉに伝達される。

すなわち、相対駆動回転する内軸３と外軸２の回転は、第１遊星歯車７と第２遊星歯車８を介して外周軸６１に伝達され、結果、外周軸６１の回転方向は内軸３の回転方向と同じ且つ外軸２の回転方向と逆となる。

このように、入力軸としての外軸２と内軸３とが、遊星キャリアＰである外軸２に配設した第１遊星歯車７と第２遊星歯車８とを介して、出力軸６としての最外側の外周軸６１を回転させる。

その結果、図２に示すように、軸方向断面視で同一軸芯に配置した３つの軸において、内側から外側にかけて順番に正回転、逆回転、正回転とした相対回転を実現する三重軸構造を掘削・撹拌軸１の上下方向において部分的に実現している。

また、外軸２の周壁に設けられる開口部１１や、同開口部１１に設けられる第１遊星歯車７や第２遊星歯車８は、外軸２の直径方向でそれぞれ互いに対向するように外軸２に対して２つずつ配置している。

このような遊星歯車ユニット１０の数は特に限定されることはないが複数設ける場合には、遊星歯車ユニット１０は、遊星キャリアＰとなる一方の軸の周壁において軸中心に等間隔角度で放射状に配設する。すなわち、遊星歯車ユニット１０は、一方の軸の周壁において周方向について等角度間隔で設けられている。

このような構成により、遊星キャリアＰ（外軸２）に均等間隔で配置された複数の遊星歯車ユニット１０が、他方の軸、すなわち内軸３から受ける回転力を確実に受けることができると共に、内外駆動軸による軸方向力を均等分散させて、回転に伴う軸ブレや歯車の摩耗を可及的抑制している。

そして、図１に示したように、本実施例に係る掘削・撹拌具Ａは、掘削翼４及び撹拌翼５を、隣り合う翼同士が相対回転するよう掘削・撹拌軸１に配置している。

すなわち、掘削・撹拌軸１の上下方向において外軸２及び内軸３とともに相対回転する三重軸構造を構成する部分である外周軸６１を掘削・撹拌軸１の外周廻りに遊嵌されるボス部９とし、掘削・撹拌軸１の軸方向に沿って間欠的にボス部９（外周軸６１）を配設することで、掘削・撹拌軸１上に逆回転部分（外軸２露出部分）と正回転部分（ボス部９配設部分）とを形成する。つまり、逆回転する外軸２に対して反対方向に回転する（正回転する）外周軸６１が、外軸２に外嵌されて掘削・撹拌軸１の軸方向の一部を部分的に拡径させるボス状の部分として設けられている。

そして、かかる正回転部分と逆回転部分とに、撹拌翼５を掘削・撹拌軸１の軸方向に所定間隔を隔てて交互にそれぞれ支持することにより、各軸が相対的に回転するのに伴い撹拌翼５が各軸と一体的に回転することで掘削土と改良土の強制的な相対撹拌を実現する。

また、掘削・撹拌軸１の下端に支持される掘削翼４は、外軸２の外周面に設けられる上段掘削翼４０と、上段掘削翼４０より下方にある内軸３、すなわち外軸２よりも下方伸延した内軸３の露出部分の外周面に設けられ、上段掘削翼径未満に形成した下段掘削翼４１としている。

すなわち上下二段の掘削翼４０、４１は掘削径が異なり、上側に配置される上段掘削翼４０は掘削地盤の改良における改良径と等しく、また、上段掘削翼４０よりも下側に配置される下段掘削翼４１は上段掘削翼４０より掘削翼径を小さくするように形成している。

本実施例の掘削・撹拌軸１は、掘削翼４及び撹拌翼５について掘削・撹拌軸１の軸方向に隣り合う翼同士が相対回転する構成として、正回転する下段掘削翼４１、外側撹拌翼５２及び芯側撹拌翼５４と、逆回転する上段掘削翼４０、内側撹拌翼５３及び水平撹拌翼５１とを、掘削・撹拌軸１の軸方向に交互に配置した構成を備える。

すなわち、本実施例の掘削・撹拌軸１は、掘削翼４及び撹拌翼５として、最下端に位置する正回転翼である下段掘削翼４１と、その上方に位置する逆回転翼である上段掘削翼４０と、その上方に位置する正回転翼である外側撹拌翼５２と、その内側に位置する逆回転翼である内側撹拌翼５３と、その内側に位置する正回転翼である芯側撹拌翼５４と、外側撹拌翼５２の上方に位置する逆回転翼である水平撹拌翼５１とを有する。

なお、本実施例では、外側撹拌翼５２及び内側撹拌翼５３は、側面視で外方膨出の略弧状の形状を有し掘削・撹拌軸１の軸部分に対して上下２箇所の連結部を有するが、これらの連結部を各翼の配置位置とした場合であっても、掘削・撹拌軸１の軸方向に隣り合う翼同士が互いに逆回転する構成となっている。

このような構成により、一方向回転掘削時に見られる掘削・撹拌軸１の芯ずれ現象を防止でき、掘削・撹拌軸１の求心性の向上に寄与して、掘進能力と撹拌性能を向上している。

また、回転駆動部１２０による相対回転する駆動力を、低回転数で回転トルクの大きい外軸を介して上段掘削翼４０に対し伝達すると共に高回転数で回転トルクの小さい内軸３を介して下段掘削翼４１に対して伝達することで、掘削に必要な回転トルクを有効に分割でき、掘削能力の向上を可能としている。

そして、このように構成した掘削・撹拌軸１の外軸２の外周面に対し、上述の如く各撹拌翼５を配設することで掘削土と改良材との混練性を強制的に高め、地盤改良の施工速度の向上を図ることができる。

〔実施例２〕
次に、本発明に係る掘削・撹拌具の三重軸構造の実施例２について説明する。図３（ａ）は、掘削・撹拌具の掘削・撹拌軸１の構成を示す径方向断面図であり、図３（ｂ）は、その軸方向を側断面図である。なお、以下において実施例１と構成を同じくする説明を省略する。

本実施例２にかかる三重軸構造では、掘削・撹拌軸１の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置において、図３に示すように、内軸３の内側に回転可能に設けられ、掘削翼４や撹拌翼５が支持される出力軸６と、内軸３の周壁に形成された開口部１１に設けられ、外軸２に歯合する第１の遊星歯車７と、開口部１１に設けられ、出力軸６と第１の遊星歯車７とに歯合する第２の遊星歯車８と、を具備している。

すなわち、本実施例２に係る三重軸構造では、遊星歯車機構１２として出力軸６を太陽歯車Ｓ、周壁に２つの遊星歯車７、８を有する内軸３を遊星キャリアＰ、外軸２を内歯車Ｉとし、駆動回転する外軸２と駆動逆回転する内軸３とを入力用シャフト、出力軸６を出力用シャフトとしている。

出力軸６は、掘削・撹拌軸１の軸方向所定位置で内軸３の内側に回転可能に設けられる内軸３よりひと廻り小さい上下所定長さの筒状の芯軸６２であり、その外周面には第２の遊星歯車８と対応する位置で歯形面を形成している。すなわち、遊星歯車機構１２における太陽歯車Ｓが、芯軸６２の軸方向所定位置における外周面を囲繞するように芯軸６２に一体に設けられている。

芯軸６２の太陽歯車Ｓを設けた外周面の下方位置には軸受としてベアリング６２aが設けられており、内軸３内周面に突出形成した係止段部３aに係合して芯軸６２を内軸３の内側に回転可能に支持している。

また、内軸３の周壁の所定位置には上述したように側面視矩形窓状の開口部１１が形成されており、同開口部１１には掘削・撹拌軸１の軸方向に沿って上下所定長さの棒状歯車である第１遊星歯車７と第２遊星歯車８とが軸架されている。

より具体的には、第１遊星歯車７は、図３に示すように、開口部１１において内軸３の側断面視による部材厚上下面の間で、径方向外側の外軸２の内歯車Ｉと歯合する位置に配設されている。

また、第２遊星歯車８は、開口部１１において内軸３の側断面による部材厚上下面の間で、径方向外側の第１遊星歯車７と径方向内側の芯軸６２の太陽歯車Ｓとに歯合する位置に配設されている。

このような構成により、入力軸としての外軸２と内軸３とが、遊星キャリアＰである内軸３に配設した第１遊星歯車７及び第２遊星歯車８を介して、出力軸６としての最内側の芯軸６２を回転させる。

その結果、上述の実施例１と同様に、軸方向断面視で同一軸芯に配置した３つの軸において、内側から外側にかけて順番に正回転する芯軸６２、逆回転する内軸３、正回転する外軸２とした三重軸構造を掘削・撹拌軸１の軸方向において部分的に実現している。

〔変形例１〕
次に、本発明の変形例１に係る掘削・撹拌具Ａ１について図４を参照しながら説明する。図４は、変形例１に係る掘削・撹拌具Ａ１の側面図を示す。

変形例１にかかる掘削・撹拌具Ａ１では、実施例１で説明した三重軸構造を有した掘削・撹拌軸１を使用している。

すなわち、掘削・撹拌軸１の上下方向において相対回転する三重軸構造を有する部分において、外周軸６１を掘削・撹拌軸１の外周廻りに遊嵌されるボス部９としている。より具体的には、ボス部９が設けられる掘削・撹拌軸１の軸方向所定位置における内軸３、外軸２、ボス部９に遊星歯車機構１２を設けることで、同ボス部９を出力軸６としている。

そして、出力軸６とした同ボス部９（外周軸６１）が掘削・撹拌軸１の軸方向に沿った所定位置で配置されることで、掘削・撹拌軸１上に上下方向に沿った正回転部分（外周軸６１外周部分）と逆回転部分（外軸２外周部分）とを交互に形成している。

また、本変形例１に係る掘削・撹拌具Ａ１は、掘削・撹拌軸１の外周から外方へ向けた略水平板状の水平撹拌翼５１を板面を上下方向に向けて隣り合う翼同士が相対回転するよう掘削・撹拌軸１に複数配置すると共に、外軸２よりも下方伸延した内軸３の最下端の外周面に掘削翼４を配置して構成している。

より具体的には、撹拌翼５は、側面視で長手下端縁５１ａから長手上端縁５１ｂに上方傾斜する傾斜面を有し、左右端のうち一方から他方にかけて漸次狭窄する帯板状に形成した水平撹拌翼５１としている。

水平撹拌翼５１は、狭窄縁端部を各軸の半径方向外方に向けると共に各軸の回転方向前方側に長手下端縁５１ａを配置して傾斜面をなし、各軸と一体に回転することで同傾斜面に沿って改良土を上方に移動させる撹拌を可能としている。

しかも、水平撹拌翼５１は、掘削・撹拌軸１において、軸方向の下方から上方にかけて順番に、外軸２（逆回転部分）、外軸２と逆回転する外周軸６１（正回転部分）、外軸２（逆回転部分）の外周面に交互に、且つ複数の水平撹拌翼５１同士の上下方向の間隔幅を等間隔とするように配置することで、内軸３の最下端の外周面に支持された掘削翼４とその直近の水平撹拌翼５１との間、及び上下に隣り合う水平撹拌翼５１同士の間で改良土等の相対撹拌効率を向上している。

〔変形例２〕
次に、本発明の変形例２にかかる掘削・撹拌具について図５を参照しながら説明する。図５は、掘削・撹拌具Ａ２の側面図を示す。

変形例２に係る掘削・撹拌具Ａ２は、変形例１の掘削・撹拌具Ａ１において、外周軸６１と水平撹拌翼５１を追加すると共に、掘削翼４を上下2段翼構成としている点で異なる。

より具体的には、掘削・撹拌軸１の外軸２の上下方向において、所定間隔を隔てて下部ボス部９ｃと上部ボス部９ｂとが外周軸６１として設けられており、掘削・撹拌軸１上に軸方向沿って外軸２による逆回転部分と、外周軸６１による正回転部分とを交互に形成している。

そして水平撹拌翼５１は、軸方向において各水平撹拌翼５１同士の間隔幅を略均等とするように、且つ、軸方向に隣り合う翼同士が相対回転するように設けられている。

すなわち、水平撹拌翼５１は、掘削・撹拌軸１において逆回転部分である外軸２における下部ボス部９ｃと上部ボス部９ｂとの間の部位及び上部ボス部９ｂの上方の部位の２箇所の部位の外周面にそれぞれ設けられている。

また、水平撹拌翼５１は、２箇所の正回転部分である下部ボス部９ｃ及び上部ボス部９ｂの各部をなす外周軸６１の外周面にそれぞれ設けられている。

これにより、水平撹拌翼５１の配置構成を、軸方向に沿って正回転部分と逆回転部分に交互に配置した４段翼構成としている。

また、掘削翼４は上段掘削翼４０と上段掘削翼径未満に形成した下段掘削翼４１とで構成しており、上段掘削翼４０は外軸２下端の外周面に配置すると共に下段掘削翼４１は外軸２よりも下方伸延して露出させた内軸３下端の外周面に配置している。

変形例２の構成によれば、内軸３と外軸２との下端に支持した２段の掘削翼４により掘進力を、外周軸６１と外軸２との外周にそれぞれ交互に支持した複数段の水平撹拌翼５１により相対撹拌力の向上を図り、土壌改良における掘削地盤への掘進性と掘削土と改良材との混練性を高めることができる。

このように、掘削・撹拌軸１の軸方向において、撹拌翼の回転方向を反対にしたい所望の箇所に遊星歯車機構１２を設けて出力軸６を追加し、部分的な三重軸構造とすることで、軸方向の上方から下方にかけて相互に回転する撹拌翼５を設けることができる。

〔変形例３〕
次に、本発明の変形例３にかかる掘削・撹拌具Ａについて図６を参照しながら説明する。図６は、掘削・撹拌具Ａ３の側面図を示す。

変形例３にかかる掘削・撹拌具Ａ３は、二重軸構造を有する掘削・撹拌軸１と、同掘削・撹拌軸１の外周廻りに軸方向において所定間隔を隔てて遊嵌される複数のボス部９と、掘削・撹拌軸１の内軸３下端に設けた掘削翼４と、掘削・撹拌軸１の外周から外方へ膨出させて弧状に形成し、同掘削・撹拌軸１の外周面又はボス部９の外周面に対して少なくとも一端を支持した複数の撹拌翼５と、を具備している。

掘削・撹拌軸１は、外軸２と、外軸２より下方伸延して露出した内軸３と、外軸２の軸方向所定位置の外周廻りに設けられる外周軸６１と、を有し、掘削・撹拌軸１上に上下方向に沿った正回転部分（外周軸６１外周部分、内軸３外周部分）と逆回転部分（外軸２外周部分）とを交互に形成している。

複数のボス部９は、掘削・撹拌軸１の軸方向の上方から下方にかけて所定間隔を隔てて順番に、外軸２の外周廻りに遊嵌される最上方ボス部９ａと、最上方ボス部９ａの下方で外軸２の外周廻りに遊嵌される上方ボス部９ｂ、さらに上方ボス部９ｂの下方で内軸３の外周廻りに遊嵌される下方ボス部９ｃと３つのボス部とからなり、最上方ボス部９ａを外周軸６１（出力軸）としている。

換言すれば、本変形例３に係る出力軸６は掘削・撹拌軸１の外周廻りに遊嵌され、外周面に少なくとも撹拌翼５の一端が支持される少なくとも１つのボス部９（最上方ボス部９ａ）とし、他のボス部９（上方ボス部９ｂ、下方ボス部９ｃ）を駆動軸である外軸２や内軸３に対して遊嵌している。

また、複数の撹拌翼は、側面視において実施例１で説明した水平撹拌翼５１と、同水平撹拌翼５１の下方で径方向最外側に位置する外側撹拌翼５２と、外側撹拌翼５２の内側に位置する内側撹拌翼５３と、さらに内側撹拌翼５３の内側に位置する芯側撹拌翼５４とからなる。

外側撹拌翼５２、内側撹拌翼５３、芯側撹拌翼５４は、掘削・撹拌軸１の軸方向の所定位置で、径方向の外側から内側にかけて、所定間隔を隔てて交互に配置されている。

すなわち、外側撹拌翼５２、内側撹拌翼５３、芯側撹拌翼５４は、外側撹拌翼５２から軸方向中央部（外側撹拌翼５２の基端同士の間の掘削・撹拌軸１の中央部）に向って、それぞれ撹拌翼の弧状の外形に沿う間隔を隔ててそれぞれ順番に外軸２、内軸３、外軸２に対して配置されている。

外側撹拌翼５２は、掘削・撹拌軸１の軸方向に沿う方向で、その上端を外軸２の外周面に、下端を下方ボス部９ｃの外周面に対してそれぞれ連設し、外軸２と下方ボス部９ｃとの間を跨持した状態で外軸２と一体に設けられ、外軸２と一体回転する駆動撹拌翼としている。

また、外側撹拌翼５２は、側面視で掘削・撹拌軸１を中心に左右対称に２つ連設している。すなわち複数の外側撹拌翼５２は、掘削・撹拌軸１の軸方向視で中心角において等角度間隔（180°間隔）を隔てて設けられている。

外側撹拌翼５２は、側面視で外側撹拌翼５２の弧状の外形をなす帯板状の翼本体部５２ａと翼支持部５２ｂ、５２ｃとを有している。

より具体的には、外側撹拌翼５２は、掘削・撹拌軸１の軸方向に沿う方向に伸延した帯板状に形成した翼本体部５２ａと、同翼本体部５２ａの両端で掘削・撹拌軸１に対して伸延した翼支持部５２ｂ、５２ｃと、を有し、翼支持部５２ｂ、５２ｃを介して翼本体部５２ａが軸方向と略平行となるよう外軸２に配設している。

内側撹拌翼５３は、外側撹拌翼５２の形状と相似形で外側撹拌翼５２よりも小さく形成しており、外側撹拌翼５２と同様に側面視で弧状の外形をなす帯板状の翼本体部５３ａと翼支持部５３ｂ、５３ｃとを有している。

内側撹拌翼５３は、上方ボス部９ｂと、外軸２と下方ボス部９ｃとの間に露出した内軸３との外周面に対し、内側撹拌翼５３の上端と下端とをそれぞれ連設し、上方ボス部９ｂと内軸３とを跨持した状態で内軸３に一体に設けられ、内軸３と一体回転する駆動撹拌翼としている。また、内側撹拌翼５３は、外側撹拌翼５２と同様にして、側面視で掘削・撹拌軸１を中心に左右対称に２つ連設している。

内側撹拌翼５３の掘削・撹拌軸１に対する配設位置は、側面視において、その上下の翼支持部５３ｂ、５３ｃの先端同士の間の中央部を、外側撹拌翼５２の上下の翼支持部５２ｂ、５２ｃの先端同士の間の中央部に重ね合わせように内軸３に配設されている。

すなわち、内側撹拌翼５３と外側撹拌翼５２とは、掘削・撹拌軸１の軸回りにおいて互いに同位相にある状態で、側面視においてそれぞれの基端同士の間の軸方向中央部１ａを中心に内外翼層状として略同心円的配置となるように（略波紋状に）掘削・撹拌軸１に対して配設している。

芯側撹拌翼５４は、側面視板状に形成しており、周方向にその板面を向けて上方ボス部９ｂ下方の外軸２の外周面から径方向外方に向って左右対称に２つ突設され、外軸２と一体回転する駆動撹拌翼としている。

また、芯側撹拌翼５４の配設位置は、側面視において外側撹拌翼５２の上下の翼支持部５２ｂ、５２ｃの先端同士の間の中央部（軸方向中央部１ａ）位置となるよう、外軸２に配設されている。

このように径方向に隣り合う外側撹拌翼５２、内側撹拌翼５３、芯側撹拌翼５４は、径方向で外側撹拌翼２１から軸方向中央部１ａに向って、それぞれ撹拌翼の弧状の外形に沿う略等間隔を隔てて交互に配置されている。すなわち、これら複数の撹拌翼の配設によって形成される間隔幅は、側面視において略同じ幅となる。

また、水平撹拌翼５１は、外周軸６１である最上方ボス部９ａの外周面に支持されて、外周軸６１と一体に回転する。すなわち、三重軸構造部分である出力軸６を外側撹拌翼５２が支持される外軸２の上方に設けて、外側撹拌翼５２の上方で水平撹拌翼５１と外側撹拌翼５２との相対回転撹拌を追加し、撹拌能力を向上させている。

このような構成により、掘削翼４と内側撹拌翼５３は内軸３を介して、また水平撹拌翼５１は外周軸６１を介して一体的に正回転すると共に、外側撹拌翼５２と芯側撹拌翼５４とは外軸２を介して一体的に逆回転することで、撹拌能力を向上させている。

換言すれば、側面視において掘削・撹拌軸１の軸方向に沿って下方から上方にかけて順番に、正回転する掘削翼４、逆回転する外側撹拌翼５２下半部、正回転する内側撹拌翼５３下半部、逆回転する芯側撹拌翼５４、正回転する内側撹拌翼５３上半部、逆回転する外側撹拌翼５２、正回転する水平撹拌翼５１が配置されていることとなり、相互に回転する掘削・撹拌翼の相対撹拌により掘削土と改良材との混練性を向上させている。

〔変形例４〕
次に、本発明の変形例４に係る掘削・撹拌具について図７を参照しながら説明する。図７は、掘削・撹拌具Ａ４の側面図を示す。

変形例４に係る掘削・撹拌具Ａ４では、変形例３の掘削・撹拌具Ａ３において、芯側撹拌翼５４の代わりに外軸２と一体に逆回転する第２の内側撹拌翼５５と、第２の内側撹拌翼５５の内側に設けられ、内軸３と一体に正回転する芯側撹拌翼５４を備えている点で異なる。

掘削・撹拌軸１は、内軸３を軸方向中央部１ａまで露出させると共に、内側撹拌翼５３の下部連設部との間の内軸３の外周廻りに第２の内側撹拌翼５５が支持される第２下方ボス部９ｄを遊嵌している。

第２の内側撹拌翼５５は、外軸２下端と第２下方ボス部９ｄとの外周廻りに両基端で支持されて掘削・撹拌軸１の外周面から外方へ膨出した弧状翼となし、外軸２と一体的に逆回転する。

一方、芯側撹拌翼５４は、第２の内側撹拌翼５５の更に内側、すなわち外軸２下端と第２下方ボス部９ｄとの間に露出した内軸３の外周面で軸方向中央部１ａ位置から径方向外方に向けて突設しており、内軸３と一体的に正回転する。

このような構成により、掘削翼４と内側撹拌翼５３と芯側撹拌翼５４は内軸３を介して、また水平撹拌翼５１は外周軸６１を介して一体的に正回転すると共に、外側撹拌翼５２と第２の内側撹拌翼５５とは外軸２を介して一体的に逆回転する。

すなわち、側面視において掘削・撹拌軸１の軸方向に沿って下方から上方にかけて順番に、正回転する掘削翼４、逆回転する外側撹拌翼５２下半部、正回転する内側撹拌翼５３下半部、逆回転する第２内側撹拌翼５５下半部、正回転する芯側撹拌翼５４、逆回転する第２内側撹拌翼５５上半部、正回転する内側撹拌翼５３上半部、逆回転する外側撹拌翼５２、正回転する水平撹拌翼５１が配置されていることとなり、相互に回転する掘削・撹拌翼の相対撹拌により掘削土と改良材との混練性を向上させている。

〔変形例５〕
次に、本発明の変形例５に係る掘削・撹拌具について図８を参照しながら説明する。図８は、変形例５に係る掘削・撹拌具Ａ５の側面図を示す。

変形例５に係る掘削・撹拌具Ａ５では、変形例３の掘削・撹拌具Ａ３において、水平撹拌翼５１をなくし、内側撹拌翼５３を外周軸６１に連設すると共に、内側撹拌翼５３の内側に設けられる芯側撹拌翼５４を外軸２に連設する構成としている点で異なる。

すなわち、掘削・撹拌軸１の外軸２において、軸方向中央部１ａから所定間隔を隔てた上下位置には内側撹拌翼５３を支持する上方ボス部９ｂと下方ボス部９ｃとが遊嵌されており、上方ボス部９ｂを外周軸６１（出力軸）としている。

すなわち、掘削・撹拌軸１において内側撹拌翼５３が支持される上方ボス部９ｂが設けられる位置で、内軸３と外軸２と上方ボス部９ｂとに遊星歯車機構を設けて同ボス部９ｂを出力軸６としている。

このような構成により、外側撹拌翼５２は上下両端を外軸２に固定できるようになり、外側撹拌翼５２と外軸２との一体化を強固なものとして部材強度を増し、硬質地盤への対応を大幅に向上させている。

〔変形例６〕
次に、本発明の変形例６に係る掘削・撹拌具について図９を参照しながら説明する。図９は、変形例６に係る掘削・撹拌具Ａ６の側面図を示す。

変形例６に係る掘削・撹拌具Ａ６は、掘削・撹拌軸１において、外軸２と内軸３の下端の外周面でそれぞれ上段掘削翼４０と下段掘削翼４１とが支持しされ、掘削翼４上方の外軸２の外周廻りには外側撹拌翼５２下端と芯側撹拌翼５４とを支持する下方ボス部９ｃが遊嵌されている。

更には、下方ボス部９ｃの外周廻りには、内側撹拌翼５３下端を支持するボス部９ｄが遊嵌されている。また、掘削・撹拌軸１と内側撹拌翼５３との上方連設部分より上方の外軸２の外周廻りには外側撹拌翼５２上端が支持される上方ボス部９ｂが遊嵌されている。

下方ボス部９ｃは、軸方向中央部１ａ位置まで軸方向上方に伸延して形成し、掘削・撹拌軸１の外周廻りに遊嵌しており、同下方ボス部９ｃが遊嵌された所定位置に、外軸２と内軸３と同下方ボス部９ｃに遊星歯車機構を設けて同下方ボス部９ｃを出力軸６としている。

このような構成により、二重軸である掘削・撹拌軸１の下端で相対回転駆動する二段の掘削翼４０、４１により掘進力を、また、出力軸６に支持された外側撹拌翼５２と芯側撹拌翼５４とを逆回転させるとともにその間にある内側撹拌翼５３を正回転させることで撹拌性能を向上し、強制的な相対回転撹拌を実現している。

〔変形例７〕
次に、本発明の変形例７に係る掘削・撹拌具について図１０を参照しながら説明する。図１０は、変形例７に係る掘削・撹拌具Ａ７の側面図を示す。

変形例７に係る掘削・撹拌具Ａ７は、変形例５の掘削・撹拌具Ａ５に係る外側撹拌翼５２に上段掘削翼４０を兼用させた構成とした点で異なる。

すなわち、正回転する内側撹拌翼５３を出力軸６に支持すると共に逆回転する外側撹拌翼５２を上下両端で外軸２に固定して外側撹拌翼５２しているため、外側撹拌翼５２は部材強度を大幅に向上させ、しかも外軸２の高トルクを使用していることから掘削翼４として兼用している。

外側撹拌翼５２は、下方翼支持部５２ｃに掘削刃４２を着脱自在に設けることで撹拌機能だけでなく掘削機能を備えている。具体的には、掘削刃４２は、板状に形成され下端縁に沿って掘削用の刃を備えており、側面視において外側撹拌翼５２の下方翼支持部５２ｃの下端縁に対し、掘削刃４２の上端縁で図示しないジョイントを介して着脱自在に取り付けている。

このような構成により、外側撹拌翼５２は、内軸３の下端に支持された正回転する下段掘削翼４１に対して逆回転する上段掘削翼４０として機能し、下段掘削翼４１と共に未掘削地盤を掘進することができると共に掘削土と改良材の混練撹拌をすることができる。

〔変形例８〕
次に、本発明の変形例８に係る掘削・撹拌具について図１１を参照しながら説明する。図１１は、変形例８に係る掘削・撹拌具Ａ８の側面図を示す。

変形例８に係る掘削・撹拌具Ａ８は、変形例７の掘削・撹拌具Ａ７に係る内側撹拌翼５３を片持撹拌翼５６とした点で異なる。

片持撹拌翼５６は、外側撹拌翼５２や内側撹拌翼５３の弧状形状において、各撹拌翼５２、５３の上端部又は下端部の一部を切削して短弧状に形成している。より具体的には、各撹拌翼５２、５３における上下２つの翼支持部５２ｂ、５２ｃ、５３ｂ、５３ｃのうち、いずれか一方を切欠して形成している。

片持撹拌翼５６は、略弧状において翼本体部５６ａ先端を略軸方向に向け、掘削・撹拌軸１の外周面又は同掘削・撹拌軸１の外周廻りに遊嵌したボス部９外周面に対して、上下いずれか一方のみ形成した翼支持部５６ｂ、５６ｃを介して支持される。

具体的には、掘削・撹拌具Ａ８は、翼本体部５６ａ先端を軸方向上方に向けて外軸２の外周廻りに設けた外周軸６１の外周面に対し下方翼支持部５６ｃを介して支持される第１片持撹拌翼５７と、翼本体部５６ａ先端を軸方向下方に向けて同第１片持撹拌翼５７の径方向内側で且つその上方の外軸２の外周面に対し上方翼支持部５６ｂを介して支持される第２片持撹拌翼５８とを備えている。

このような構成により撹拌翼の翼形状の簡略化を図ることができ、部材コストを可及的低減化することができる。

〔変形例９〕
次に、本発明の変形例９に係る掘削・撹拌具について図１２を参照しながら説明する。図１２は、変形例９に係る掘削・撹拌具Ａ９の側面図を示す。

本変形例９に係る掘削・撹拌具Ａ９では、変形例７の掘削・撹拌具Ａ７が外側撹拌翼５２に掘削翼４の掘削機能を追加したのに対し、上段掘削翼４０に外側撹拌翼５２の撹拌機能を追加構成した点で異なる。

すなわち、掘削・撹拌具Ａ９において、外軸２下端の外周面に設けられて逆回転する上段掘削翼４０と、上段掘削翼４０より下方の内軸３下端の外周面に設けられて正回転する下段掘削翼４１において、上段掘削翼４０を外側撹拌翼５２の下方翼支持部５２ｃを兼用した構成としている。

より具体的には、外軸２の外周面に上方翼支持部５６ｂで支持した片持撹拌翼５６の翼本体部５６ａ先端を上段掘削翼４０の径方向外方の端部に連設することで、上段掘削翼４０と片持撹拌翼５６とを一体化させている。

このような構成により、掘削翼４の部材強度を増すと共に片持撹拌翼５６を弧状の外側撹拌翼５２として機能させることで硬質地盤に対する掘進力と撹拌性能を大幅に向上させている。

〔変形例１０〕
次に、本発明の変形例１０に係る掘削・撹拌具について図１３を参照しながら説明する。図１３は、変形例１０に係る掘削・撹拌具Ａ１０の側面図を示す。

変形例１０に係る掘削・撹拌具Ａ１０では、実施例２で説明した三重軸構造を有した掘削・撹拌軸１を使用している。

すなわち、出力軸６として内軸の内側に設けられる芯軸６２を太陽歯車Ｓ、内軸３を２つの遊星歯車７、８を有する遊星キャリアＰ、外軸２を内歯車Ｉとし、駆動回転する外軸２と駆動逆回転する内軸３とを入力用シャフト、芯軸６２を出力用シャフトとしている。

より具体的には、掘削・撹拌軸１の軸方向の所定位置（本実施例では軸方向中央部１ａの位置）で外軸２、内軸３、芯軸６２に遊星歯車機構を設けて三重軸構造を構成し、同芯軸６２を内軸３より下方伸延して露出させるように構成している。

そして芯軸６２下端の外周面には下段掘削翼４１が支持されると共に、内軸３下端の外周面には上段掘削翼４０が支持され、それぞれ相対的に回転することで二段掘削翼を構成している。

次に、掘削・撹拌具Ａにおいて、上述した地盤改良装置Ｋの改良材供給部１３０から供給される改良材を掘削孔内に吐出する吐出口の具体的な構成について図１４を参照しながら説明する。図１４は、掘削・撹拌具Ａの吐出口の構成を示す側面図である。

掘削・撹拌具Ａの吐出口７１は、掘削・撹拌軸１の内軸３や芯軸６２の内部、又は外軸２の部材内に形成した改良材供給路７０から径方向外方に向けて改良材を吐出するように構成している。

すなわち、図１４に示すように軸方向に伸延する改良材供給路７０に基端で連通して軸中心から径方向外方に向けた改良材吐出路７２を撹拌径以下となるように伸延して形成すると共に同改良材吐出路７２の先端を開口して改良材の吐出口７１（軸周面吐出口７１ａ）を形成している。

このような吐出口７１は、上記した変形例に係る掘削・撹拌具において、地盤改良における改良径や土質条件等を考慮して、一ヶ所又は二ヶ所以上形成してもよい。また吐出口７１は、貫入・引抜き圧や回転圧を避けるために掘削・撹拌軸の上下方向に沿って放射状に改良材が掘削土中に均一散布されるように配置される。

例えば、掘削翼４については、図１４に示すように、下段掘削翼４１内で最下端位置に形成される先端吐出口７１ｂや、下段掘削翼４１内で翼長手に沿って径方向外方に改良材吐出路７２を形成し、翼側面に開口を形成した側面吐出口７１ｃ、上段掘削翼４０内で翼長手の中途部まで改良材吐出路７２を伸延して形成し、同中途部で翼面に開口した外周吐出口７１ｄを配置している。

また、水平撹拌翼５１については、上段掘削翼４０に形成した外周吐出口７１ｄと同様、撹拌翼５１内で翼長手の中途部まで改良材吐出路７２を伸延して形成し、同中途部で翼面に開口した水平翼吐出口７１ｅを配置している。

また、弧状の内側撹拌翼５３については、改良材吐出路７２を中途部から円筒管とし、同円筒管を掘削・撹拌軸１の外周面から上下の翼支持部５３ｂ、５３ｃに沿って径方向外方に向けて突設するとともに円筒管開口を中翼吐出口７１ｆを配置している。

このように吐出口を構成することで、撹拌回転時に掘削土中に改良材を均一に散布しつつ、各翼への改良土付着の低減効果や、せん断抵抗の抑止効果を生起し、共回り現象を防止して改良材と掘削土との混練性を向上させ、結果、改良土の品質を向上させている。

このように、本発明にかかる掘削・撹拌具によれば、相対回転する既存の二重軸構造を有した掘削・撹拌具において、二重軸区間であれば部分的且つ追加的に何処でも、必要なだけ、遊星歯車機構を設けることで駆動する内軸又は外軸を遊星キャリアとして内軸・外軸・出力軸による三重軸の相対回転力を得ることができ、しかも各軸に配置される掘削・撹拌翼の形状を制限することなく相対回転する種々の掘削・撹拌翼の可及的自由な組み合わせを実現して撹拌効率を向上でき、あらゆる相対撹拌工法に合わせた掘削・撹拌具の開発を簡略化することができる。

すなわち、本発明によれば、掘削・撹拌具の掘削・撹拌軸として相対回転する既存の二重軸の所望とする位置に対して追加的且つ部分的に相対回転する三重軸を付加することができ、複数の相対駆動翼同士による強制的な練り込み撹拌による優れた混練性と掘進性を有しつつも、製造や改良のコストを低減化した経済性を有する掘削・撹拌具を提供することができる。

最後に、上述した各実施の形態の説明は本発明の一例であり、上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また、本発明は上述の実施の形態に限定されることはなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。そして、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

Ａ 掘削・撹拌具
１ 掘削・撹拌軸
２ 外軸
３ 内軸
４ 掘削翼
５ 撹拌翼
６ 出力軸

Claims (4)

1. 地盤を掘削・撹拌しながら掘削土と改良材を混練することにより地盤改良を行うための掘削・撹拌具において、
   上下方向に延伸する掘削・撹拌軸と、
   上記掘削・撹拌軸の下端に設け、地盤を掘削する掘削翼と、
   上記掘削・撹拌軸の外周に支持された撹拌翼と、を有し、
   上記掘削・撹拌軸は、
   駆動回転する内部中空状の外軸と、
   上記外軸内に回転可能に設けられ、上記外軸と相対的に駆動回転する内部中空状の内軸と、を有した二重軸構造となし、
   上記掘削・撹拌軸の軸方向の一ヵ所又は複数ヵ所の位置で、
   上記内軸の内側又は上記外軸の外側に回転可能に設けられ、上記掘削翼又は上記撹拌翼の少なくともいずれか一方が支持される出力軸と、
   上記外軸又は上記内軸のいずれか一方の軸に形成された開口部に設けられ、上記内軸又は上記外軸のいずれか他方の軸に歯合する第１の遊星歯車と、
   上記開口部に設けられ、上記出力軸と上記第１の遊星歯車とに歯合する第２の遊星歯車と、を備えることで、上記一方の軸を遊星キャリアとし、
   上記掘削・撹拌軸の二重軸構造を上記内軸、上記外軸及び上記出力軸とにより内側から外側にかけて順次相対回転する部分的な三重軸構造とすることを特徴とする掘削・撹拌具。
2. 上記掘削翼及び上記撹拌翼を、隣り合う翼同士が相対回転するよう上記掘削・撹拌軸に配置したことを特徴とする請求項１に記載の掘削・撹拌具。
3. 上記掘削翼は、上記外軸又は内軸に設けられる上段掘削翼と、上記上段掘削翼より下方にある上記内軸又は上記内軸の内側の上記出力軸に設けられ、上記上段掘削翼径未満とした下段掘削翼とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削・撹拌具。
4. 上記撹拌翼は掘削・撹拌軸の外周から外方へ向けた膨出弧状又は板状とし、
   上記出力軸は上記掘削・撹拌軸の外周廻りに遊嵌され、外周面に少なくとも上記撹拌翼の一端が支持されるボス部としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の掘削・撹拌具。
   

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