JP6997534B2 - オーガ装置および杭圧入機 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削するオーガ装置、およびそのオーガ装置を備える杭圧入機に関する。

従来、地盤に対して杭を貫入させる場合には三点式杭打機や杭を圧入する杭圧入機が用いられるが、硬質地盤の掘削はオーガ装置のオーガスクリューに高トルクをかける必要があるが、三点式杭打機は杭打機本体の姿勢を支えるための力が自重しかないため、オーガスクリューに高トルクをかけると転倒するおそれがある。したがって、三点式杭打機では低トルク掘削しかできず、施工時間とコストが増加する。一方、オーガ装置を備えた杭圧入機（いわゆるオーガ併用圧入機）は、地盤に圧入した杭を掴んで施工を行うため、杭圧入機本体を支える反力が大きく、高トルク掘削が可能となる。

そのような杭圧入機として特許文献１～３に記載されたものがある。特許文献１～３の杭圧入機は、オーガスクリューと、そのオーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを有するオーガ装置を備えている。この杭圧入機においては、クランプで既設杭を掴みながらケーシングとオーガスクリューを下降させ、オーガスクリューの下端部のオーガヘッドで地盤を掘削することで、次の圧入杭を圧入するための掘削孔を形成する。

特開２０１１－１４０８７６号公報 特開２０１５－１３２１３２号公報 特開２０１６－２０４８２５号公報

特許文献１～３の杭圧入機は高トルク掘削が可能であるものの、掘削時において、オーガヘッドが地盤から受ける抵抗力により、オーガスクリューの駆動源部との間のオーガスクリュー軸にねじれが生じる。このねじれは、掘削中の負荷に応じて変動し、硬質地盤の掘削中に地中障害物である石や礫、コンクリート片にオーガヘッド（カッター）が当たると、それらの地中障害物が割れるまでの間、オーガスクリュー軸に歪（ねじれ）が弾性範囲でたまり、地中障害物が割れた瞬間に反動でオーガヘッドが一気に先に進み、大きな変動負荷が加わることになる。

従来の杭圧入機では、そのようなオーガ軸のねじれが戻る際の反動により装置寿命を縮めていた。これにより例えばオーガヘッドやオーガヘッドに取り付けられる掘削ビットの摩耗や、掘削ビットの欠損が起こりやすくなっていた。さらに、駆動部の油圧ラインの圧力変化が大きくなり、駆動モータやその他の油圧ホースの暴れや脈動が発生した場合には、油圧ホースが暴れ、ホース自身やその巻取りのリール部品が損傷するとともに、振動や騒音の発生源にもなっていた。

また、オーガ軸に生じたねじれが戻る前であっても、金属製のオーガスクリューの羽根とケーシングの内面とが互いに接触することで大きな騒音が発生してしまい、都市部での施工や住宅地での施工が困難となる。

このように、従来の杭圧入機のオーガ装置においてはオーガ軸のねじれに伴う懸念事項が多く存在する。このため、掘削時に生じるオーガ軸のねじれを抑えることが望まれる。一方、ケーシング内にオーガスクリューが配置される構造のオーガ装置は、地盤に圧入する杭のサイズに応じてケーシングサイズも限られてくるため、オーガ軸のねじれを抑えるためにケーシングサイズを大きくすることは困難である。また、ねじれを抑えるためにオーガ装置としての掘削能力を犠牲にすることも好ましくない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ケーシング内にオーガスクリューが配置されたオーガ装置において、ケーシングを太くすることなく、地盤の掘削時に生じるオーガ軸のねじれの抑制と掘削能力を両立させることを目的とする。

本発明者らは上記課題に対し、従来考慮されていなかったオーガ軸とケーシング内面との距離、およびケーシングの内径の半径との関係に着目し、上記課題を解決する手段を見出した。

すなわち、上記課題を解決する本発明は、杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、地盤を掘削するオーガスクリューと、前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚２５ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１５０以上、φ１５５未満であり、前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されていることを特徴としている。
０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
４０≦Ｗ１・・・（２）
また、別の観点による本発明は、杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、地盤を掘削するオーガスクリューと、前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚２０ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１５５以上、φ１７０未満であり、前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されていることを特徴としている。
０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
４０≦Ｗ１・・・（２）
また、別の観点による本発明は、杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、地盤を掘削するオーガスクリューと、前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚１８ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１７０以上、φ２３５以下であり、前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されていることを特徴としている。
０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
４０≦Ｗ１・・・（２）

また、別の観点による本発明は、地盤に杭を圧入する杭圧入機であって、上記のオーガ装置を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、ケーシング内にオーガスクリューが配置されたオーガ装置において、ケーシングを太くすることなく、地盤の掘削時に生じるオーガ軸のねじれの抑制と掘削能力を両立させることができる。

本発明の実施形態に係るオーガ装置を備えた杭圧入機の概略構成を示す図である。 オーガスクリューの拡大図である。 従来のオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 従来のオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るオーガスクリューの断面形状の一例を示す図である。 実施例１および比較例１における掘削時間に対する掘削深さを示す図である。 実施例２および比較例２における掘削時間に対する掘削深さを示す図である。 比較例１における掘削時間に対する油圧モータの出力トルクを示す図である。 比較例１における掘削時間に対する油圧モータの入口圧力と出口圧力を示す図である。 実施例１における掘削時間に対する油圧モータの出力トルクを示す図である。 実施例１における掘削時間に対する油圧モータの入口圧力と出口圧力を示す図である。 実施例１および比較例１における騒音測定方法を示す図である。 実施例１および比較例１における騒音測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように本実施形態におけるオーガ装置１は、鋼矢板や鋼管杭等の杭を圧入する杭圧入機２０に取り付けられている。オーガ装置１は、地盤を掘削するオーガスクリュー２と、オーガスクリュー２の側方を囲うように設けられた筒状のケーシング３と、オーガスクリュー２を回転させるオーガ駆動部４を備えている。オーガ装置１は、ケーシング３の長手方向が鉛直方向に向くような状態で、杭圧入機本体２１のチャック装置２７に設けられたケーシング掴み部２７ａで挟持されている。

オーガスクリュー２の軸であるオーガ軸２ａの下端部には交換可能なオーガヘッド５が取り付けられており、オーガヘッド５には玉石等の岩石を破砕する掘削ビット（不図示）が設けられている。また、ケーシング３には掘削した土砂や石等を排出する排出孔６が形成されており、排出孔６はケーシング３の長手方向に沿って間隔をおいて複数設けられている。

本実施形態のオーガ駆動部４はケーシング３の上端部に固定されており、オーガ駆動部４の筐体４ａ内においてはオーガスクリュー２の駆動源となる油圧モータ７と、油圧モータ７の下方に配置された減速機８が設けられている。

油圧モータ７および減速機８はオーガ駆動部４の筐体４ａ内において筐体４ａに対し昇降自在となるように支持され、減速機８の出力軸にはオーガスクリュー２の軸であるオーガ軸２ａが接続されている。このため、油圧モータ７および減速機８が筐体４ａ内で昇降移動する際にはオーガスクリュー２も昇降移動することになる。すなわち、オーガ装置１は、オーガスクリュー２がケーシング３に対し独立して移動するように構成されている。なお、油圧モータ７にはオーガモータ用油圧ホース１２が接続されている。

杭圧入機本体２１は、既設杭２２を掴む複数のクランプ２３が装着されたサドル２４と、スライド機構２５によりサドル２４に対し前後動可能に構成されたリーダーマスト２６と、リーダーマスト２６に対し昇降可能に構成されたチャック装置２７とを備えている。チャック装置２７には前述のケーシング掴み部２７ａが設けられている。リーダーマスト２６には、各部の油圧動作を行うための全体油圧ホース２８が接続されている。また、リーダーマスト２６には、オーガモータ用油圧ホース１２の巻き取りと払い出しを行うホースリール２９が設けられており、ホースリール２９にはオーガモータ用油圧ホース１２が接するホース案内ローラ３０が取り付けられている。このホースリール２９は掘削作業に伴うオーガ装置１の昇降移動に併せて適宜回転し、掘削作業中のオーガモータ用油圧ホース１２に張力を付与する。

本実施形態のオーガ装置１を備えた杭圧入機２０は以上のように構成されている。なお、図１では、地盤の先行掘削を想定してチャック装置２７でケーシング３のみを挟持している状態を示しているが、チャック装置２７に鋼矢板等の杭を挟持する機構を設け、掘削と同時に杭を圧入する工法、いわゆるオーガ併用圧入工法を実施できるように杭圧入機２０を構成しても良い。また、本実施形態におけるオーガ装置１を用いた杭圧入機２０の掘削動作は従来と同様であるため、掘削を行うための杭圧入機２０のより詳細な構造の説明は省略する。

このような構成の杭圧入機２０においては、既設杭２２をクランプ２３で掴み、杭圧入機本体２１の姿勢を安定させるための反力を取った状態で地盤の掘削を行う。地盤の掘削を行う際には、オーガスクリュー２を回転させ、ケーシング３を挟持した状態でチャック装置２７を所定量下降させる。その後、一度ケーシング３を離し、チャック装置２７を上昇させる。そして、再度ケーシング３を挟持し、チャック装置２７を所定量下降させる。この動作を繰り返すことにより、地盤の掘削を進めていく。

図２は本実施形態のオーガスクリュー２の拡大図である。本実施形態のオーガ軸２ａは中空軸であり、図２に示す寸法φＤ１はケーシング３の内径、寸法φｄ１は羽根２ｂを含むオーガスクリュー２の径、寸法φＤ２はオーガ軸２ａの外径、寸法φｄ３はオーガ軸２ａの内径、寸法ｔはオーガ軸２ａの板厚、寸法Ｗ１はオーガ軸２ａとケーシング３内面との距離、寸法Ｗ２はオーガスクリュー２の羽根２ｂの高さ、寸法Ｗ３は羽根２ｂとケーシング３内面との隙間である。なお、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１は、掘削した土砂や石等の掘削土の片側取り込み幅とも称され、掘削土を羽根２ｂの上に載せて持ち上げるリフティング能力に寄与するものである。

そして、本実施形態のオーガ装置１は、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１、およびケーシング３の内径φＤ１とが下記（１）式および（２）式を満たすように構成されている。
０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
４０≦Ｗ１・・・（２）

この（１）式および（２）式を満たすオーガ装置１によれば、十分なリフティング能力を有すると共にオーガ軸２ａのねじれ剛性が従前よりも向上したものとなっている。これにより掘削時の騒音や振動の発生を抑えた状態で高い掘削能力を発揮することができる。上記（１）式のＷ１／（φＤ１／２）の値が０．２６未満であると、掘削土の取り込みが制限され、掘削土の排出能力が低下する。一方、上記（１）式のＷ１／（φＤ１／２）の値が０．４６５を超えると、オーガ軸２ａのねじれ剛性を十分に向上させることができない。また、Ｗ１が４０未満である場合には、地中障害物である石や礫、コンクリート片を予め細かく砕いておかないと排土効率が悪くなり、掘削作業時間が長くなってしまう。Ｗ１の上限は特に限定されず、ケーシングサイズに応じて適宜変更される。

ここで、図３に示すような従来普及していたオーガ装置において、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１（６６．３ｍｍ）と、ケーシング３の内径φＤ１（２７８．５ｍｍ）に着目すると、上記（２）式を満たしているが、Ｗ１／（φＤ１／２）の値は０．４７６であり、上記（１）式を満たしていない。また、図３に示す構造のオーガ装置においてはオーガ軸２ａの径φＤ２が１４６ｍｍ、オーガ軸２ａの板厚ｔが２０ｍｍであり、ねじれ剛性に寄与するオーガ軸２ａの断面二次極モーメントＩｐが３２２１ｃｍ^４である。なお、断面二次極モーメントＩｐは、π／３２×（（φＤ２）^４－（φＤ２－２×ｔ）^４）で算出される。

一方、図３に示す構造のオーガ装置と同等のケーシングサイズを有する本実施形態に係るオーガ装置１は例えば図４に示すものである。図４に示す構造のオーガ装置１は、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が６６．３ｍｍ、ケーシング３の内径φＤ１が２７３．９ｍｍであって、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．４５であり、上記（１）式および（２）式を満たしている。また、オーガ軸２ａの径φＤ２は１５０ｍｍ、オーガ軸２ａの板厚ｔは４５ｍｍであり、オーガ軸２ａの断面二次極モーメントＩｐは４８４０ｃｍ^４である。このため、図４に示す構造のオーガ装置１は図３に示す構造のオーガ装置に対して断面二次極モーメントＩｐが１５０％向上している。すなわち、本実施形態のオーガ装置１によれば、上記（１）式および（２）式を満たしていることにより、従来のオーガ装置に対し、ねじれ剛性を向上させることができ、オーガ軸２ａのねじれの抑制と十分な掘削能力を両立させることができる。

また、図５～図６に示す構造のオーガ装置１は図４に示す構造のオーガ装置１の変形例であるが、これらのオーガ装置１も上記（１）式および（２）式を満たすものであり、図３に示す従来のオーガ装置に対し、ねじれ剛性が向上し、かつ、十分な掘削能力を有するものである。

図７は図３に示すオーガ装置よりもケーシングサイズが大きい従来のオーガ装置である。図７に示す構造のオーガ装置１は、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が７３．７ｍｍ、ケーシング３の内径φＤ１が３１５．６ｍｍであって、上記（２）式を満たしているが、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．４６７であり、上記（１）式を満たしていない。オーガ軸２ａの径φＤ２は１６８．３ｍｍ、オーガ軸２ａの板厚ｔは２０ｍｍであり、オーガ軸２ａの断面二次極モーメントＩｐは５２１４ｃｍ^４である。一方、図７に示す構造のオーガ装置と同等のケーシングサイズを有する図８に示す本実施形態に係るオーガ装置１では、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が４１．８ｍｍ、ケーシング３の内径φＤ１が３１５．６ｍｍであって、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．２６５であり、上記（１）式および（２）式を満たしている。また、オーガ軸２ａの径φＤ２は２３２ｍｍ、オーガ軸２ａの板厚ｔは１８ｍｍであり、オーガ軸２ａの断面二次極モーメントＩｐは１３９４６ｃｍ^４である。このため、図８に示す構造のオーガ装置１は図７に示す従来構造のオーガ装置に対して断面二次極モーメントＩｐが２６７％向上している。

したがって、上記（１）式および（２）式を満たすようにオーガ装置１を構成することで、ケーシングサイズによらず、ねじれの抑制と掘削能力を両立させることが可能となる。これにより、オーガ軸２ａのねじれの戻りに伴うオーガヘッド５の摩耗や損傷を抑えることができ、掘削時の振動や騒音の発生も抑えることができる。なお、オーガ軸２ａの断面二次極モーメントＩｐは５２２０ｃｍ^４以上、３４０００ｃｍ^４以下であることが好ましい。

なお、オーガ軸２ａは、瞬時に高トルクを伝達できるようなねじれ剛性の高いものでなければ、ねじれ遅れが発生し、掘削効率が低下する。また、ねじれ量はオーガ長に比例するため、オーガ軸２ａが長い場合にはさらに高いねじれ剛性を有することが望ましい。したがって、掘削能力を高めるためには、油圧モータ７の負荷トルクが３ｔ・ｍ時におけるオーガ長１ｍあたりのねじれ角が３／８°以下となるようなオーガ軸２ａであることが好ましい。より好ましいねじれ角の上限値は１／８°である。なお、“オーガ長”とはオーガ軸２ａの下端から上端までの長さである。また、ねじれ角θは、５７．３×（トルクＴ×オーガ長Ｌ）／（横弾性係数Ｇ×断面二次極モーメントＩｐ）で算出される。

本実施形態ではオーガ軸２ａを中空軸としているが、実軸であっても良い。また、オーガ軸２ａは、中空軸の内方に高圧の空気や水等を吐出するノズルを設けた二重管構造であっても良い。いずれの場合であっても、オーガ装置１が上記（１）式および（２）式を満たすように構成されていれば、同じケーシングサイズを有する従来のオーガ装置に対してねじれ剛性を向上させることができ、オーガ軸２ａのねじれの抑制と掘削能力を両立させることができる。

また、オーガ軸２ａは、径がφ１５０以上、φ１５５未満である場合には実軸、板厚２５ｍｍ超の中空軸および二重管のいずれか１つであることが好ましい。また、オーガ軸２ａは、径がφ１５５以上、φ１７０未満である場合には、実軸、板厚２０ｍｍ超の中空軸および二重管のいずれか１つであることが好ましい。また、オーガ軸２ａは、径がφ１７０以上、φ２３５以下である場合には、板厚１８ｍｍ超の中空軸および二重管のいずれか１つであることが好ましい。なお、本明細書において、オーガ軸２ａが中空軸または二重管である場合の“径”とは、オーガ軸２ａの最外径のことを指す。

また、本実施形態では、オーガスクリュー２の駆動源として油圧方式のモータを用いたが、オーガスクリュー２を回転させて地盤の掘削を行うトルクが得ることができれば、油圧方式以外のモータであっても良い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明に係るオーガ装置と従来のオーガ装置を用いて砂岩の軟～中硬岩盤の掘削を実施し、掘削能力について評価した。

本発明に係るオーガ装置として、互いに仕様が異なる実施例１と実施例２のオーガ装置を使用した。実施例１のオーガ装置は図５に示す構造のオーガ装置であり、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が４８．１ｍｍ、ケーシングの内径φＤ１が２７３．９ｍｍ、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．３５であって上記（１）式および（２）式を満たすものである。実施例１のオーガ軸の径φＤ２は１７７．８ｍｍであり、断面二次極モーメントＩｐは８４８１ｃｍ^４である。実施例２のオーガ装置は、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が５５．７ｍｍ、ケーシングの内径φＤ１が２７８．５ｍｍ、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．４であり、上記（１）式および（２）式を満たすものである。実施例２のオーガ軸の断面二次極モーメントＩｐは４２８５ｃｍ^４である。共にオーガヘッドの径は５４０ｍｍであり、オーガ装置が取り付けられる杭圧入機は図１に示す杭圧入機と同様の構成を有している。

また、従来のオーガ装置として、互いに仕様が異なる比較例１と比較例２のオーガ装置を使用した。比較例１のオーガ装置は図３に示す構造のオーガ装置であり、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が６６．３ｍｍ、ケーシングの内径φＤ１が２７８．５ｍｍ、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．４７６であって上記（２）式を満たすが上記（１）式を満たさないものである。比較例１のオーガ軸の径φＤ２は１４６ｍｍであり、断面二次極モーメントＩｐは３２２１ｃｍ^４である。比較例２のオーガ装置は、オーガ軸２ａとケーシング３内面との距離Ｗ１が６６．３ｍｍ、ケーシングの内径φＤ１が２７８．５ｍｍ、Ｗ１／（φＤ１／２）の値が０．４７６であり、上記（２）式を満たすが上記（１）式を満たさないものである。比較例２のオーガ軸の断面二次極モーメントＩｐは２６８３ｃｍ^４である。共にオーガヘッドの径は５４０ｍｍであり、オーガ装置が取り付けられる杭圧入機は図１に示す杭圧入機と同様の構成を有している。

図９は実施例１および比較例１における掘削時間に対する掘削深度を示す図である。図９に示すように実施例１のオーガ装置の場合、９４分間の掘削で掘削深度が１４．５ｍに達した。１０ｍまでの平均掘削速度は０．２１ｍ／分である。一方、比較例１のオーガ装置の場合、オーガ軸のねじれの発生に伴うオーガヘッドの掘削ビットの刃先摩耗の進行が早く、掘削時間が８５分、掘削深度が１０．１ｍに達した段階で掘削不能状態となった。１０ｍまでの平均掘削速度は０．１２ｍ／分である。仮に比較例１のオーガ装置で実施例１のオーガ装置と同じように１４．５ｍまで掘削しようとすると、オーガスクリューを引き抜き、オーガヘッドを交換し、再度オースクリューを掘削孔に入れて掘削を再開することになる。この場合、オーガヘッドの交換等により掘削再開までの時間が余計にかかると共に、掘削を再開しても平均掘削速度が遅いことから、１４．５ｍの掘削深度に達するまでの時間は実施例１に比べて大幅に増加してしまう。この結果が示すように、上記（１）式および（２）式を満たす実施例１のオーガ装置は、ねじれ剛性が比較例１のオーガ装置よりも高くなり、オーガヘッドの摩耗を抑制することができる。また、ねじれ剛性が高いためにトルク伝達効率も向上し、掘削速度が向上する。これにより、従来よりも短い時間で地盤の掘削を行うことができる。

図１０は実施例２および比較例２における掘削時間に対する掘削深度を示す図である。実施例２および比較例２で掘削する地盤状態は、実施例１および比較例１で掘削した地盤状態とは異なる。実施例２のオーガ装置の場合、８４分間の掘削で掘削深度が１４．１ｍに達した。１０ｍまでの平均掘削速度は０．２７ｍ／分である。一方、比較例２のオーガ装置の場合、図９に示す地盤に対して軟岩範囲が広いにも関わらず、オーガ軸のねじれの発生に伴うオーガヘッドの掘削ビットの刃先摩耗の進行が早く、掘削時間が７０分、掘削深度が１０．８ｍに達した段階で掘削不能状態となった。この結果が示すように、上記（１）式および（２）式を満たす実施例２のオーガ装置は、ねじれ剛性が比較例２のオーガ装置よりも高くなり、オーガヘッドの摩耗の抑制することができる。また、ねじれ剛性が高いためにトルク伝達効率も向上し、掘削速度が向上する。これにより、従来よりも短い時間で地盤の掘削を行うことができる。

ここで、比較例１における掘削時間に対するモータの出力トルクを図１１に示す。また、比較例１における掘削時間に対するモータの入口圧力と出口圧力を図１２に示す。図１１に示すように比較例１においては、最大油圧トルクが４３ｋＮ・ｍと高く、常用トルクも最大油圧トルクと略同一となっている。トルク幅が広いのはオーガ軸のねじれ剛性が不足し、トルク伝達効率が低いためであり、これが掘削能力を低下させた原因である。また、図１２に示すように比較例１においては、モータ入口圧力の変動幅が約２００ｋｇｆ／ｃｍ^２、モータ出口圧力の変動幅が約１１０ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、変動幅が大きい。油圧モータの仕事量に影響する油圧モータの有効圧力差（モータ入口圧力－モータ出口圧力）が零になることもあり、油圧モータが仕事をしていない時間もある。比較例１のオーガ装置では、全体として油圧モータの有効圧力差が小さく、掘削効率が良くない。

一方、図１３に示すように実施例１においては最大油圧トルクが４５ｋＮ・ｍと高いが、平均掘削速度が比較例１の約１．８倍であるため、効率良く掘削ができている。常用トルクは約３０ｋＮ・ｍであり、比較例１に対して低く、また、図１４に示すように実施例１においては、モータ入口圧力の変動幅が約１００ｋｇｆ／ｃｍ^２、モータ出口圧力の変動幅が約７０ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、比較例１に対して小さくなった。油圧モータの有効圧力差は約１００ｋｇｆ／ｃｍ^２であり、油圧モータが安定して有効に仕事をしていることがわかる。

次に、実施例１と比較例１のオーガ装置における騒音測定を実施した。

騒音測定方法は、図１５に示す通りであり、オーガ軸から前方７．５ｍ、地表面から高さ０．５ｍの位置に騒音計を置いて掘削時に生じる騒音を測定した。その結果を図１６に示す。

比較例１のオーガ装置は、掘削中に油圧ホースの暴れが生じ、掘削中の騒音レベルは平均で９２ｄＢであった。一方、実施例１のオーガ装置は、オーガ軸のねじれ戻りの反動に伴うホース暴れが抑制され、掘削中の騒音レベルは平均で８６ｄＢとなり、比較例１に対して大幅に軽減した。このように本発明に係るオーガ装置によれば、騒音を抑えることができる。また、ホース暴れの抑制により装置全体の振動も軽減することができる。

本発明は、地盤を掘削するオーガ装置として有用である。

１ オーガ装置
２ オーガスクリュー
２ａ オーガ軸
２ｂ 羽根
３ ケーシング
４ オーガ駆動部
４ａ オーガ駆動部の筐体
５ オーガヘッド
６ 排出孔
７ 油圧モータ
８ 減速機
１２ オーガモータ用油圧ホース
２０ 杭圧入機
２１ 杭圧入機本体
２２ 既設杭
２３ クランプ
２４ サドル
２５ スライド機構
２６ リーダーマスト
２７ チャック装置
２７ａ ケーシング掴み部
２８ 全体油圧ホース
２９ ホースリール
３０ ホース案内ローラ
φＤ１ ケーシングの内径
φＤ２ オーガ軸の外径
φｄ１ オーガスクリューの径
φｄ３ オーガ軸の内径
ｔ オーガ軸の板厚
Ｗ１ オーガ軸とケーシング内面との距離
Ｗ２ オーガスクリューの羽根高さ
Ｗ３ 羽根とケーシング内面との隙間

Claims (5)

1. 杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、
   地盤を掘削するオーガスクリューと、
   前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、
   前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚２５ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１５０以上、φ１５５未満であり、
   前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されている、オーガ装置。
   ０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
   ４０≦Ｗ１・・・（２）
2. 杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、
   地盤を掘削するオーガスクリューと、
   前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、
   前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚２０ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１５５以上、φ１７０未満であり、
   前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されている、オーガ装置。
   ０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
   ４０≦Ｗ１・・・（２）
3. 杭圧入機に取り付けられるオーガ装置であって、
   地盤を掘削するオーガスクリューと、
   前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを備え、
   前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸は、板厚１８ｍｍ超の中空軸であり、該オーガ軸の外径がφ１７０以上、φ２３５以下であり、
   前記オーガ軸と前記ケーシングの内面との距離Ｗ１、および前記ケーシングの内径φＤ１が下記（１）式および（２）式を満たすように構成されている、オーガ装置。
   ０．２６≦Ｗ１／（φＤ１／２）≦０．４６５・・・（１）
   ４０≦Ｗ１・・・（２）
4. 前記オーガスクリューの負荷トルクが３ｔ・ｍ時において、オーガ長１ｍあたりの前記オーガ軸のねじれ角が３／８°以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載のオーガ装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載のオーガ装置を備えた、地盤に杭を圧入する杭圧入機。

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