JP6964444B2 - 杭穴掘削ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、主に中掘工法に使用し、２種類の径で杭穴を掘削できる杭穴掘削ヘッドに関する。

（１） 掘削機の回転を伝える掘削ロッドの下端に掘削ヘッドを設けて、掘削ヘッドで杭穴を掘削する場合、掘削ヘッドの下端の固定掘削刃で杭穴の軸部を掘削し、続いて、掘削ヘッドまたは掘削ロッドに設けた可動掘削刃を開いて軸部の底付近に大径の杭穴根固め部を掘削することがなされていた（特許文献１、２）。この場合、地中深く（５０ｍ以上の場合もある）で確実に可動掘削刃を開く工夫が様々なされていた。

（２） 一の手段では、掘削ロッドの回転に対する周囲の地盤と間に生じる土圧を利用する機構が採用されていた（特許文献１）。この手段では、掘削ヘッドに水平軸廻りに揺動する掘削腕を取り付け、掘削腕の先端部に可動掘削刃を設けて、可動掘削刃の刃先を固定掘削刃より下方に位置させていた（特許文献１）。掘削ロッドを正回転させ、可動掘削刃の先端で土圧を受けて、掘削腕をストッパーまで一側に揺動させて、固定掘削刃と可動掘削刃で杭穴軸部の掘削をしていた。
また、一の手段では、掘削径を拡大する場合には、可動掘削刃の先端で土圧を受けて、一旦ストッパーの規制を外して、掘削腕をさらに大きく揺動させて拡大径で掘削していた。また、掘削ロッドを逆回転して、可動掘削刃の先端で土圧を受けて、掘削腕を他側に大きく揺動させて、拡大掘削する場合もあった。

（３） また、他の手段では、スプライン構造を使って機械的に拡大掘削刃を開閉する機構が取られていた（特許文献２）。この手段では、掘削ロッドに連結する中空の駆動軸の中空部に、下端に掘削刃（＝固定掘削刃）を設けた掘削軸を挿入して、摺動面をスプライン構造として、両軸が共に回転しつつ、掘削軸の挿入量が少ない第１位置と、挿入量が多い第２位置とを取ることができる構造としてあった。そして、掘削軸に拡大翼（＝可動掘削刃。先端に掘削刃を設けてある）の基端を取り付けて、拡大翼と駆動軸とを操作機構で結び、第１位置で拡大翼が略鉛直状態として、操作機構により、第２位置で、拡大翼が軸に対して直径方向に拡大翼を起こして水平状態に近づけるように開くように操作していた。

特開２０１５−４０３９３号公報 特開２００８−３１６７３号公報

前記第１の土圧で可動掘削刃を開く手段では、開いた掘削刃に生じる負荷電流値や、電気的・機械的なセンサーにより、可動掘削刃がどの位置にあるのかを確認していたが、直接的には確認できなかった。
また、前記第２のスプライン機構による場合には、装置は大がかりになるももの、掘削軸と駆動軸が第１位置にあるか第２位置にあるかは、杭穴底に止まった掘削軸に対して、駆動軸が下がりそのまま回転されることにより、第２位置への切り替えが行われたことを地上から確認できた。しかし、この機構の場合、固定掘削刃のかなり上方に可動掘削刃を配置せざるを得なく、可動掘削刃の先端高さと固定掘削刃の高さ位置とが大きくならざるを得ず、杭穴の底付近まで可動掘削刃で拡大掘削することはできなかった。

本発明は、外駆動ロッドと内駆動ロッドとをスプライン構造で取り付け、内駆動ロッドの下端部に、下端に固定掘削刃を設けたヘッド本体を形成し、ヘッド本体に設けた揺動軸まわりに揺動する掘削腕の先端に可動掘削刃を設け、掘削腕の可動掘削刃を、固定掘削刃の直上に位置させて、掘削ヘッドを構成したので、前記不都合を無くして、杭穴底付近まで拡大径とした杭穴を掘削できた。

即ち、この発明は、オーガに連結した掘削ロッドの下端に連結して使用する掘削ヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(1) 前記掘削ロッドの下端に連結できる中空の外駆動ロッド内に、内駆動ロッドの上部を挿入して、前記内駆動ロッドの下部を前記外駆動ロッドの下方に突出させた。
(2) 前記外駆動ロッドに、前記外駆動ロッドの上下動にしたがって上下動し、かつ前記外駆動ロッドの回転から独立した支持リングを取り付けた。
(3) 前記支持リングに形成した前記内駆動ロッドの軸から放射方向の操作軸に、支持リングと共に回転してかつ支持リングと共に上下動する直線状の操作部材の上端部を取り付け、前記操作部材はその軸方向に上下動するように形成した。
(4) 前記内駆動ロッドの下端部に、下端に固定掘削刃を設けたヘッド本体を形成し、前記ヘッド本体の側面から放射状でかつ前記内駆動ロッドの軸と直交する揺動軸を設けて、前記揺動軸に、下端に可動掘削刃を有する掘削腕を軸止し、前記可動掘削刃を上下方向で前記固定掘削刃の直上に位置させた。
(5) 前記掘削ヘッドに、前記揺動軸から離れた位置に連結部を有する操作突起を突設し、前記操作突起の連結部に、前記操作部材の下端部を回転自在に連結した。
(6) 前記内駆動ロッドが、第１位置で前記外駆動ロッドの回転と昇降にしたがって回転および昇降し、第２位置で上部が前記外駆動ロッド内に格納されて、かつ前記外駆動ロッドの回転と昇降にしたがって回転および昇降するように、
前記内駆動ロッドの外面と前記外駆動ロッドの内面との間に駆動凹部および駆動凸部を形成した。
(7) 前記ヘッド本体の回転軸に対して、前記掘削腕の可動掘削刃は、前記第１位置で小回転軌跡を取り、第２位置で大回転軌跡を取れるように、構成した。

また、前記において、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(1) ヘッド本体を横断面で略長方形に形成し、 前記ヘッド本体の駆動軸の一直径に対して、一直径と平行でかつ水平方向で一側に所定距離だけずらして揺動軸を設け、水平方向で他側に操作突起を設けた。
(2)第１位置において、前記ヘッド本体の固定掘削刃の直上に、掘削腕の可動掘削刃を位置させた。

また、前記において、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッドである。
(1) ガイド部材の下端部に操作連結部材の一端部を回転自在に連結して、操作部材を構成した。
(2) 支持リングに、該支持リングと共に回転してかつ支持リングと共に上下動するように前記ガイド部材の上端部を取り付けた。
(3) 掘削腕の操作突起の連結部に、前記操作連結部材の他端部を回転自在に連結した。

この発明の掘削ヘッドでは、いわゆるスプライン軸構造で、オーガに連結する外駆動ロッドと、固定掘削刃を有するヘッド本体を備えた内駆動ロッドを連結し、さらに、ヘッド本体に、設けた可動掘削刃を有する掘削腕を設け、外駆動ロッドに連結した操作部材を掘削腕の軽視突起に連結したので、外駆動ロッドの上下動または回転により、掘削腕の開閉を操作して、第１位置で軸部掘削（小径掘削）し、第２位置で拡径部掘削（大径掘削）を操作できる。また、外駆動ロッド内面の駆動凸部と内駆動ロッドの外面の駆動凹部とで、第１位置と第２位置とを操作するので、掘削泥土が満たされた杭穴内に掘削ヘッドがあっても、掘削泥土の影響を受けることなく、第１位置と第２位置との操作を確実に行うことができる。

この発明の杭穴掘削ヘッドで、（ａ）は軸部掘削時（第１位置）の正面図、（ｂ）は軸部掘削時の底面図、（ｃ）は拡径掘削時（第２位置）の正面図、（ｄ）は拡径掘削時の底面図、を表す。 この発明の杭穴掘削ヘッドで、拡径掘削時の側面図を表す。 この発明の杭穴掘削ヘッドで、（ａ）は非掘削時で既製杭内を通過している状態の正面図、（ｂ）は底面図、を表す。 この発明の杭穴掘削ヘッドで、駆動凹部および駆動凸部の機構を説明する概略した縦断面図であり、（ａ）は軸部掘削時（第１位置）、（ｂ）は拡径掘削時（第２位置）、を表す。 図４（ａ）のＡ−Ａ線における拡大断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、駆動凹部および駆動凸部の作動を表す概略図で、（ａ）が第１位置、（ｂ）が第２位置の状態を表す。 （ａ）〜（ｇ）はこの杭穴掘削ヘッドを使用した施工を説明する概略した縦断面図を表す。

図面に基づき、この発明の掘削ヘッド５０の実施態様を説明する。

１．掘削ヘッド５０の構成

（１） 中空部２を有する外駆動ロッド１の上端に、掘削機のオーガ（図示していない）の回転を伝える掘削ロッド６０の下端を連結する連結部１０を形成し、外駆動ロット１の中空部２の内壁２ａに、駆動凸部３を形成した（図４（ａ））。また、外駆動ロッド１の下端部外周に環状溝６を形成し、環状溝６内に、支持リング７を取り付ける。支持リング７は、上端７ａおよび下端７ｂが、環状溝６の溝壁に当接して上下方向の移動が規制されている。したがって、支持リング７は、外駆動ロッド１とともに上下動し、かつ環状溝６内で外駆動ロッド１に対して回動自在に、取り付けられている。
また、外駆動ロッド１の外周の中間部、すなわち連結部１０の直下から支持リング７の直上まで、排土用のスパイラル９が突設されている（図１（ａ））。

（２） 外駆動ロッド１は軸方向に中空部２が形成され、その中空部２内に内駆動ロッド１１の上端部１２を、回転かつ上下動自在に挿入する（図４（ａ））。ただし、内駆動ロッド１１の上端部１２に駆動凹部１５が形成され、かつ外駆動ロッド１の中空部内壁２に駆動凸部３が形成され、内駆動ロッド１１の駆動凹部１５内に、外駆動ロッド１の駆動凸部３が嵌挿されるので、駆動凹部１５と駆動凸部３とにより、外駆動ロッド１と内駆動ロッド１１とが相対的に回転および上下動が、以下（３）〜（６）のように規制される（図６）。

（３） 駆動凸部３は正面視で略平行四辺形に形成されている。駆動凹部１５には、上凹部１６および下凹部１７からなり、上凹部１６は、駆動凸部３が上凹部１６の周曲面に沿って水平移動（図６（ａ）中、矢示５４ａ、５４ｂ）できるような略平行四辺形で形成されている。すなわち図６中で、水平方向、つまり平行四辺形の底辺を考えると、
「上凹部１６の底辺の長さ」＞「駆動凸部３の底辺（下縁５）の長さ」×２
となっている。
また、上凹部１６には、水平方向で一側に傾斜側壁１６ａおよび下壁１６ｃを有し、駆動凸部３の一側の傾斜縁４ａおよび下縁５が密接係合して、駆動凸部３が、上凹部１６のさらに一側（図６中矢示５４ａ方向）への移動することを規制し、かつ駆動凸部３が上凹部１６の下方に移動することも規制しており、この位置を第１位置５１とする（図６（ａ）、図４（ａ）、図５）。また、第１位置５１では、駆動凸部３の一側の傾斜縁４ａおよび下縁５が、上凹部１６の一側壁１６ａおよび下壁１６ｃと密接係合しているので、さらに駆動凸部の一側の傾斜縁４ａと下縁４ｃとの成す角が鋭角に形成されているので、駆動凸部３が上方に移動することも規制される。すなわち、第１位置５１で、駆動凸部３は上凹部内１６で上下両方向への移動および上凹部１６のさらなる一側への移動が規制される（図６（ａ））。
なお、第１位置５１で、より確実に駆動凸部３が上凹部１６（駆動凹部１５）の上方に移動しないように、上段差部１９ｂを設けることもできる（図６（ａ）鎖線図示１９ｂ）。
また、駆動凹部１５、上凹部１６の他側（水平方向で、矢示５４ｂ方向）の下方に連続して下凹部１７が形成され、他側では、上凹部１６の他側壁１６ｂから下凹部１７の他側壁１７ｂが直線状に連続している（図６（ａ））。したがって、駆動凸部３は、その他側の傾斜縁４ｂが上凹部１６の他側壁１６ｂに密着当接して、さらに他側（図６中矢示５４ｂ側）へ水平移動することを規制される（図６（ｂ））。また、駆動凸部３の傾斜壁４ｂが、上凹部１６の他側壁１６ａに強く押圧されると、上記のように水平方向への移動は記載されるが、上凹部１６の他側壁１６ａが斜めに形成され、さらに駆動凸部の他側の傾斜縁４ｂと下縁４ｃとの成す角が鈍角に形成されているので、駆動凸部３を下方に移動させれば、駆動凸部３は他側壁１６ａに沿ってすべるように下方に移動して、下凹部１７の他側の傾斜壁１７ｂ、すなわち下凹部１７に至る（図６（ｃ））。

（４） また、駆動凹部１５の下凹部１７内で、駆動凸部３は、水平方向（一側への矢示５４ａ、他側への矢示５４ｂへ）で多少の移動ができ、すなわち図６中で、水平方向、つまり平行四辺形の底辺を考えると、
「下凹部１６の底辺の長さ」＞「駆動凸部３の底辺（下縁５）の長さ」
となっている。
駆動凸部３を駆動凹部１５の下凹部１７内で、一側（矢示５４ａ）側へ移動すると、駆動凸部３の一側の傾斜縁４ａが下凹部１７の一側壁１７ａに密着当接して、さらなる一側（矢示５４ａ）への移動が規制される。この位置を第２位置５２とする。また、第２位置５２では、駆動凸部３の一側の傾斜縁４ａが下凹部１７の一側壁１７ａと密接係合しているので、さらに駆動凸部３の一側の傾斜縁４ａと下縁４ｃとの成す角が鋭角に形成されているので、駆動凸部３が上方に移動することも規制される。すなわち、第２位置５２で、駆動凸部３は下凹部内１７で上方向（上凹部１６側）への移動および下凹部１７でさらなる一側への移動が規制される（図６（ｄ））。
なお、第２位置５２で、より確実に駆動凸部３が下凹部１７（駆動凹部１５）の下方に移動しないように、下段差部１９ａを設けることもできる（図６（ａ）鎖線図示１９ａ）。

（５） 次ぎに、第２位置５２で（図６（ｄ））、駆動凸部３を下凹部１７内で、他側（矢示５４ｂ）方向へ移動すれば、駆動凸部３の傾斜縁４ａは下凹部１７の一側壁１７ａから離れ（図６（ｃ））、そのまま駆動凸部３を上方に移動すれば、駆動凹部１５の下凹部１７から脱出して、上凹部１６内に移動できる（図６（ｂ））。さらに、駆動凸部３を上凹部１６の一側（矢示５４ａ側）に移動させれば、駆動凸部３は再度第１位置に至る（図６（ａ））。したがって、前記のように、駆動凸部３が上凹部１６内でさらに一側（矢示５４ａ側）へ移動すること、および上下方向へ移動することが規制される。

（６） なお、上記（３）〜（５）において、駆動凹部１５内で、駆動凸部３を一側（矢示５４ａ方向）への移動することとは、外駆動ロッド１（すなわち掘削ロッド６０、オーガー）を正回転（図１矢示６９方向）することにより実施される。また、駆動凹部１５内で、駆動凸部３を他側（矢示５４ｂ方向）への移動することとは、外駆動ロッド１（すなわち掘削ロッド６０、オーガー）を逆回転（図１矢示７０方向）することにより実施される。また、駆動凸部３の下方への移動とは、内駆動ロッド１１に対して、外駆動ロッド１を下方に移動させる（すなわち内駆動ロッド１１の上端部１２がより多い長さだけ外駆動ロッド１の中空部内に入り込む）ことにより実施される。また、逆に、駆動凸部３の上方への移動とは、内駆動ロッド１１に対して、外駆動ロッド１を上方に移動させる（すなわち内駆動ロッド１１の上端部１２を外駆動ロッド１の中空部内から引き抜く方向へ移動する）ことにより実施される。

（７） 次ぎに、内駆動ロッド１１の下端部１３に、ヘッド本体２０を連結する。なお、ヘッド本体２０は、内駆動ロッド１１の下端部１３に一体に形成することもできる（図示していない）。
ヘッド本体２０は、正面視で内駆動ロッド１１の外径よりも大きな幅Ｄ１０で、側面視で内駆動ロッド１１の外径より小さな幅Ｄ２０で形成されている。したがって、ヘッド本体２０は、横断面（＝平面視、底面視）で略長方形に形成され、長辺側の幅Ｄ１０の大側面２２、２２と、短辺側の幅Ｄ２０の小側面２３、２３とが形成される（図１（ａ）、図２）。
ヘッド本体２０の下端部は、正面視で横方向に膨出した幅Ｄ１１（＞Ｄ１０）の膨出部２４、２４が形成されている。膨出部２４は、側面視で幅Ｄ２１（≒Ｄ２０）に形成されている。
また、ヘッド本体２０の下面（膨出部２４の下面）に固定掘削刃２６、２６がほぼ全幅に亘って、かつ下方に向けて突設されている。固定掘削刃２６、２６は、正回転時（図１（ｃ）（ｄ）で矢示６９方向）に刃先が回転方向前側に位置するような構造で形成（または配置）されている（図１，図２）。

（８） ヘッド本体２０の大側面２２、２２に、大側面２２から放射方向に揺動軸２８を設定して（すなわち、揺動軸２８は略水平に配置される）、揺動軸２８に掘削腕３０の基端部３１を回転自在に取り付ける。揺動軸２８は内駆動ロッド１１の軸１８に対して、正面視で、水平方向でＤ３だけ外側（図１（ａ）中で右側）にずらして配置されている。すなわち、ヘッド本体２０の駆動軸（＝内駆動ロッド１１の軸１８）の一直径に対して、一直径と平行でかつ水平方向で一側に所定距離だけずらして揺動軸を設けてある。また、掘削腕３０は先端部に、刃先を下方に向けてかつ、ヘッド本体２０の大側面２２から離れるように傾斜して形成された可動掘削刃３２、３２を形成してある（図１（ａ）（ｃ））。
ここで、可動掘削刃３２、３２は、上下方向で固定掘削刃２６、２６の直上に位置させてある。これにより、拡底部６６を掘削する際に、拡底部６６の底の小径部を少なくでき、かつ、掘削腕３０が傾斜して形成されているので、固定掘削刃２６、２６で掘削された排土を直ぐに掘削腕３０、３０の外面に乗せて、上方に移動させることができる。

（９） 掘削腕３０の基端部３１に、ヘッド本体２０の大側面２２と略平行に、操作腕３５の基端部を連設固定する。また、操作腕２５の先端部に操作連結部（穴または突起など）３６を形成する。操作連結部３６は、掘削腕３０が下垂れした状態（非掘削状態）の正面視において、水平方向で、内駆動ロッド１１の軸１８を挟んで揺動軸２８と反対側に位置し、操作連結部３６は垂直方向では、揺動軸２８よりも上方に位置する（図１（ａ））。

（１０） 支持リング７の外面に、支持リング７の外面に対して略直角（内駆動ロッド１１の軸１８から放射状に）でかつ略水平方向の操作軸４１を形成し、操作軸４１に、直線状のガイド部材４３の上端部を回転自在に取り付ける。ガイド部材４３は、内ロッド１１の軸１８と平行で、かつ正面視で内ロッド１１の軸１８と重なるように配置されている（図１（ａ））。また、ガイド部材４３はヘッド本体２０の大側面２２と平行に配置される。また、内駆動ロッド１１の外壁に、ガイド部材４３がその軸方向に上下動する際に、ガイド部材４３に摺動できる保持部材４６を突設し、保持部材４６は、ガイド部材４３が内駆動ロッド１１の軸１８と略平行に上下動することを案内する。
ガイド部材４３の下端部と掘削腕３０（操作腕３５）の先端部の操作連結部３６とを、操作連結部材４８で連結する。支持リング７の操作軸４１とガイド部材４３との連結、支持リング７の操作軸４１と操作腕３５の操作連結部３６との連結は、いずれも、内駆動ロッド１１の外面から放射状で（ヘッド本体２０の大側面２２から放射状で）かつ水平方向の軸で回動自在に連結されている。
また、ヘッド本体２０の小側面２３に、掘削腕３０、３０の最大揺動角度を規制するブロック状のストッパー３８、３８を取り付ける。ストッパー３８は大側面２２に取り付け
ることもでき、要は機械的に掘削腕３０の最大揺動角度を規制できれば、構造は任意であり、操作腕３０に当たる構造でも可能である（図示していない）。

（１１） 外駆動ロッド１の連結部１０には、掘削ロッド６０の流通路（図示していない。掘削液、セメントミルクなどを地上から供給する）に連通する小径の流通路１０ａが形成され、大径の外駆動ロッド１の中空部２に臨んでいる。外駆動ロッド１の軸に沿って、流通パイプ８を配置し、流通パイプ８の中空部を連結部１０の流通路１０ａに連通させる（図４（ａ））。
また、内駆動ロッド１１にも軸１８に沿って中空の流通路１４が形成されており、流通路１４内に、流通パイプ８の下部を所定長さ嵌挿する。内駆動ロッド１１の流通路１４と外駆動ロッド１の流通パイプ８とは、内駆動ロッド１１と外駆動ロッド１とが相対距離を変更（伸縮拡張）した場合であっても、常に連通できるように、流通パイプ８の長さが調整されている（図４（ａ）（ｂ））。
また、ヘッド本体２０には、膨出部２４で大側面２２側に吐出口２９、膨出部２４で小側面２３側に吐出口２９ａを形成する。内駆動ロッド１１の流通路１４に連通する流通路が形成され（図示していない）、掘削ロッド６０の流通路（図示していない。）、外駆動ロッド１の流通パイプ８を通って供給される掘削液やセメントミルクを、吐出口３９、３９ａから杭穴内に供給できるようになっている。

（１２） 以上のようにして、掘削ヘッド５０を構成する（図１〜図４）。

２．掘削ヘッド５０を使った基礎杭７２の構築

（１） 掘削ヘッド５０をいわゆる中掘工法に適用して杭穴を掘削しつつ既製杭６１を埋設して基礎杭７２を構築する方法を説明する。既製杭６１は
内径Ｄ３１（＞掘削ヘッド本体の最大幅Ｄ１１）
外径Ｄ３２（≧杭穴の軸部６５の掘削径Ｄ５）
としてある。

（２） 通常の中掘工法と同様に、掘削ロッド６０（オーガーに連結）の下端に、掘削ヘッド５０の連結部１０を接続すると共に、既製杭６１の中空部６３に掘削ヘッド５０を挿通して、かつ既製杭６１の下端６２から下方に向けて掘削ヘッド５０の固定掘削刃２６、２６を突出させる。この状態で、掘削ヘッド５０の固定掘削刃２６、２６を地面６４に当てる。前後して、掘削ロッド６０を矢示６９方向に正回転して（図１（ａ）（ｃ））、径Ｄ５の杭穴の軸部６５を掘削しつつ既製杭６１を下方に押しこむ（図７（ａ））。
この際、駆動凸部３は駆動凹部１５の第１位置にあり（図６（ａ）、図４（ａ）、図１（ａ）（ｃ））、支持リング７、案内ロッド４３は上昇位置にあり、掘削ヘッド５０の掘削腕３０、３０は非掘削状態にある（図。この状態で、掘削腕３０の移動掘削刃３２、３２は正面視で、ヘッド本体２０の幅Ｄ１０内に納まり、底面視で固定掘削刃２６の回転掘削軌跡（すなわち径Ｄ５の円）内に納まっている（図１（ａ）（ｃ））。したがって、可動掘削刃２６、２６が、固定掘削刃２６、２６の刃先の上方で杭穴壁を削ぐように掘削でき、径Ｄ５の杭穴の軸部６５の掘削を補助する。
また、この際、径Ｄ５の杭穴の軸部６５を掘削しつつ、既製杭６１を下方に押し下げて、軸部６５の径Ｄ５を広げながら、既製杭６１の外径Ｄ３２に応じた杭穴の軸部６５ａを形成する（図７（ａ）、図１（ａ））。

（３） 引き続き必要な深さまで、径Ｄ５の杭穴の軸部６５を掘削しつつ、既製杭６１を押し下げて、軸部６５ａを形成する（図７（ｂ））。また、この際、従来の中掘工法と同様に、掘削土は、掘削腕３０の上の面により上方へ持ち上がられ、外駆動ロッド１のスパイラル９、掘削ロッド６０のスパイラル６０ａにより上方へ持ち上げられ、既製杭６１の中空部６３を通って、地上６４に排出される。

（４） 杭穴の軸部６５の掘削が必要深さまで達したならば（図７（ｂ））、一旦、掘削ヘッド５０（掘削ロッド６０）の下降を停止する。
次ぎに、掘削ヘッド５０の先端（すなわち固定掘削刃２６の下端）が杭穴の軸部６５の底６７（一般に固い地盤）にある状態で（図７（ｂ））、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を逆回転すれば（図１（（ｃ）矢示７０方向）、内駆動ロッド１１は固定掘削刃２６、２６が軸部の底６７にあり、回転および下降が規制されているので、外駆動ロッド１のみが回転して、外駆動ロッド１の駆動凸部３は、内掘削ロッド１１の駆動凹部１５の上凹部１６内を一側（図６（ａ））から他側（図６（ｂ））に移動する。続いて、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を下方に押し込めば、駆動凸部３は他側の傾斜縁４ｂが、駆動凹部１５の上凹部１６の他側側壁１６ｂ、に沿って下降し、駆動凸部３は下凹部１７の他側側壁１７ｂに至る（図６（ｃ））。
この内掘削ロッド１１が静止して、外駆動ロッド１が下方に下がる動きにより、掘削ヘッド５０の固定掘削刃２６、２６（内駆動ロッド１１、ヘッド本体２０）が現位置で、外駆動ロッド１が下降するので、支持リング７およびガイド部材４３も下降する（図４（ｂ））。したがって、ガイド部材４３に連結された操作連結部材４８により、掘削腕３０、３０の操作腕３５を下方に押し下げることになり、掘削腕３０、３０を揺動軸２８の周りに半時計回り（図１（ｂ）中、矢示７１方向）に回転する。この状態で、掘削腕３０、３０は内駆動ロッド１１の軸１８から放射方向に飛び出し、移動掘削刃３２、３２は、ヘッド本体３０の側面２２、２３（膨出部２４）から大きく外方へ突出する（図１（ｂ）（ｄ））。この状態で、再度、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を正回転すれば（図１（ｄ）矢示６９方向）、径Ｄ６の杭穴の拡底部６６を掘削できる（図７（ｃ））。

（５） （４）の杭穴の拡底部６６を所定の深さまで掘削し、必要ならば掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を正回転しながら掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）上下動を繰り返し、掘削もれがないように杭穴の拡底部６６を形成する。また、この工程の適宜の時期に既製杭６１押し下げて、既製杭６１の下端６１を所定の深さまで杭穴の拡底部６６内に沈める（図７（ｃ）（ｄ）（ｅ））。
また、所定形状の杭穴の拡底部６６が形成できたならば、杭穴の拡底部６６内に、地面６４側のプラント（図示していない）から掘削ロッド６０の流通路（図示していない）にセメントミルクを供給して、セメントミルクは上駆動ロッド１の中空部２、流通パイプ８、内駆動ロッド１１の流通路１４を通って、ヘッド本体２０の膨張部２４の大側面２２側の吐出口３９、小側面２３側の吐出口３９ａから、杭穴の拡底部６６内に供給される。
この際、一の方法によれば、杭穴の拡底部６６の底からセメントミルクを供給して、杭穴の拡底部６内に残っていた掘削泥土（セメントミルクより比重が低い）を上方に浮かせて、セメントミルクと置換する。また、他の方法では、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を正回転しつつ上下動しながら吐出口３９、３９ａからセメントミルクを供給して、杭穴の拡底部６６内の掘削泥土とセメントミルクを撹拌混合してソイルセメントを形成する。

（６） 続いて、一旦、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）の回転を止めて、この掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）の状態、すなわち内駆動ロッド１１、外駆動ロッド１の状態で、この掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を逆回転しつつ掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を上昇させる（図１（ｃ）矢示７０方向）。
掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）の逆回転により、ヘッド本体２０、掘削腕３０、３０の重みにより内駆動ロッド１１はその高さ位置に留まったまま、外駆動ロッド１のみが回転して、上凹部１７（駆動凹部１５）内で、駆動凸部３は、一側壁１７ａ側（図６（ｄ））から他側壁１７ｂ側（図６（ｃ））に移動する。また、ヘッド本体２０、掘削腕３０、３０の重みにより内駆動ロッド１１はその高さ位置に留まったまま、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を上昇させるので、外駆動ロッド１のみが上昇する。したがって、駆動凹部１５内で、駆動凸部３は、下凹部１７内（図６（ｃ））から上凹部１６内（図６（ｂ））へ移動する。
この動作（内駆動ロッド１１が静止または下降して、外駆動ロッド１が上昇する）により、外駆動ロッド１の上昇にともなって支持リング７、ガイド部材４３も上昇して、操作連結部材４８が操作腕３５を押し上げて、掘削腕３０を揺動軸２８周りに矢示７１ａ方向に回転させて、当初の第１位置５１の状態に戻す（図１（ａ）（ｃ））。
なお、この際、掘削ロッド６０の逆回転は瞬間的であるので、スパイラル６０ａ、スパイラル９の排土に影響は無い。

（７） この状態で、再度、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を正回転すれば、駆動凹部１５の上凹部１６内で、駆動凸部３は他側壁１６ｂ側（図６（ｂ））から一側壁１６ａ側（図６（ａ））に移動できる。
この状態で、掘削腕３０、３０はヘッド本体２０（膨出部２４）の回転半径Ｄ１１内に納まるので、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を上昇させれば、ヘッド本体２０、掘削腕３０、３０も上昇して、既製杭６１の下端６２から、中空部６３内に入ることができる（図７（ｆ）、図３（ａ）（ｂ））。

（８） 引き続き、掘削ロッド６０（掘削ヘッド５０）を上昇させて、既製杭６１の中空部６３を通って、掘削ロッド６０、掘削ヘッド５０を地上に引き上げれば、掘削土もスパイラル９、６０ａに留まった状態で、地上に排出される。
杭穴の拡底部６６内のセメントミルク（または、ソイルセメント）が固化発現すれば、杭穴６５ａ、６６内に既製杭６１が埋設された基礎杭構造７２を構築できる（図７（ｇ））。

３．他の実施態様

（１） 前記実施態様において、外駆動ロッド１および内駆動ロッド１１が、外駆動ロッド１と内駆動ロッド１１とが軸方向の相対位置を第１位置５１と第２位置５２に変更でき、かつ両位置でいずれも外駆動ロッド１の回転を内駆動ロッド１１にそのまま伝えることができる構造とするため、外駆動ロッド１に駆動凸部３を設け、内駆動ロッド１１に駆動凹部１５を設けたが、これはいわゆるスプライン軸の構造である。したがって、外駆動ロッド１および内駆動ロッド１１が、外駆動ロッド１と内駆動ロッドとが軸方向の相対位置を第１位置５１と第２位置５２に変更でき、かつ両位置でいずれも外駆動ロッド１の回転を内駆動ロッド１１にそのまま伝えることができれば、駆動凸部３および駆動凹部１５の構成は任意である（図示していない）。

（２） また、前記実施態様において、外駆動ロッド１と内駆動ロッド１１との軸１８方向の相対位置の変更の動作を、掘削腕３０を揺動軸２８周りに回転する動作に変換するために、ガイド部材４３、操作連結部材４８、操作腕３５を設けたが、外駆動ロッド１と内駆動ロッド１１との軸１８方向の相対位置の変更の動作により、掘削腕３０を静止および軸部掘削状態（図１（ａ）（ｃ））と拡底部掘削状態（図１（ｂ）（ｄ））に変更できれば、上駆動ロッド１と掘削腕３０を連結する部材の構成は、他の構成でも可能である（図示していない）。

１ 外駆動ロッド
２ 外駆動ロッドの中空部
３ 外駆動ロッドの駆動凸部
４ａ、４ｂ 駆動凸部の傾斜縁
５ 駆動凸部の下縁
６ 外駆動ロッドの環状溝
７ 外駆動ロッドの支持リング
８ 外駆動ロッドの流通パイプ
９ 外駆動ロッドの排土スパイラル
１０ 外駆動ロッドの連結部
１０ａ 連結部の流通路
１１ 内駆動ロッド
１２ 内駆動ロッドの上端部
１３ 内駆動ロッドの下端部
１４ 内駆動ロッドの流通路
１５ 内駆動ロッドの駆動凹部
１６ 駆動凹部の上凹部
１７ 駆動凹部の下凹部
１８ 内駆動ロッドの軸
２０ ヘッド本体
２２ ヘッド本体の大側面
２３ ヘッド本体の小側面
２４ ヘッド本体の膨出部
２６ ヘッド本体の固定掘削刃
２８ ヘッド本体の掘削腕の揺動軸
３０ 掘削腕
３１ 掘削腕の基端部
３２ 掘削腕の可動掘削刃
３５ 掘削腕の操作腕（操作突起）
３６ 操作腕の操作連結部（操作突起の連結部）
３８ ヘッド本体のストッパー
３９、３９ａ ヘッド本体の吐出口
４１ 支持リングの操作軸
４３ ガイド部材（操作部材）
４６ 保持部材
４８ 操作連結部材（操作部材）
５０ 掘削ヘッド
５１ 操作凸部の第１位置
５２ 操作凸部の第２位置
６０ 掘削ロッド
６１ 既製杭
６２ 既製杭の下端
６３ 既製杭の中空部
６４ 地面
６５、６５ａ 杭穴の軸部
６６ 杭穴の拡底部
６７ 杭穴の底
６９ 正回転方向矢示
７０ 逆回転方向矢示
７２ 基礎杭構造

Claims (3)

1. オーガに連結した掘削ロッドの下端に連結して使用する掘削ヘッドであって、以下のように構成したことを特徴とする杭穴掘削ヘッド。
   (1) 前記掘削ロッドの下端に連結できる中空の外駆動ロッド内に、内駆動ロッドの上部を挿入して、前記内駆動ロッドの下部を前記外駆動ロッドの下方に突出させた。
   (2) 前記外駆動ロッドに、前記外駆動ロッドの上下動にしたがって上下動し、かつ前記外駆動ロッドの回転から独立した支持リングを取り付けた。
   (3) 前記支持リングに形成した前記内駆動ロッドの軸から放射方向の操作軸に、支持リングと共に回転してかつ支持リングと共に上下動する直線状の操作部材の上端部を取り付け、前記操作部材はその軸方向に上下動するように形成した。
   (4) 前記内駆動ロッドの下端部に、下端に固定掘削刃を設けたヘッド本体を形成し、前記ヘッド本体の側面から放射状でかつ前記内駆動ロッドの軸と直交する揺動軸を設けて、前記揺動軸に、下端に可動掘削刃を有する掘削腕を軸止し、前記可動掘削刃を上下方向で前記固定掘削刃の直上に位置させた。
   (5) 前記掘削ヘッドに、前記揺動軸から離れた位置に連結部を有する操作突起を突設し、前記操作突起の連結部に、前記操作部材の下端部を回転自在に連結した。
   (6) 前記内駆動ロッドが、第１位置で前記外駆動ロッドの回転と昇降にしたがって回転および昇降し、第２位置で上部が前記外駆動ロッド内に格納されて、かつ前記外駆動ロッドの回転と昇降にしたがって回転および昇降するように、
   前記内駆動ロッドの外面と前記外駆動ロッドの内面との間に駆動凹部および駆動凸部を形成した。
   (7) 前記ヘッド本体の回転軸に対して、前記掘削腕の可動掘削刃は、前記第１位置で小回転軌跡を取り、第２位置で大回転軌跡を取れるように、構成した。
2. 以下のように構成したことを特徴とする請求項１記載の杭穴掘削ヘッド。
   (1) ヘッド本体を横断面で略長方形に形成し、 前記ヘッド本体の駆動軸の一直径に対して、一直径と平行でかつ水平方向で一側に所定距離だけずらして揺動軸を設け、水平方向で他側に操作突起を設けた。
   (2) 第１位置において、前記ヘッド本体の固定掘削刃の直上に、掘削腕の可動掘削刃を位置させた。
3. 以下のように構成したことを特徴とする請求項１記載の杭穴掘削ヘッド。
   (1) ガイド部材の下端部に操作連結部材の一端部を回転自在に連結して、操作部材を構成した。
   (2) 支持リングに、該支持リングと共に回転してかつ支持リングと共に上下動するように前記ガイド部材の上端部を取り付けた。
   (3) 掘削腕の操作突起の連結部に、前記操作連結部材の他端部を回転自在に連結した。

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