JP7281373B2 - 地盤攪拌装置 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削しながら土壌とセメントミルク等の土壌改質材とを攪拌混合して軟弱地盤等を強化するための地盤攪拌装置に関する。

従来、地盤強化のための地盤攪拌装置として、例えば特許文献１に示された、回転軸に攪拌プレートを設け、支持アームの下部延長部分の掘削や攪拌を十分に行うことができるようにした地盤攪拌装置が知られている。
具体的には、特許文献１に記載の地盤攪拌装置は、次のように構成される。
支持アームの先端部に設けられた回転軸の両端に複数の攪拌翼が放射状に設けられ、攪拌翼が回転軸を中心にして回転することで、土壌を掘削および攪拌する。このとき、土壌とセメントミルク等の土壌改質材とを攪拌混合して軟質土壌の地盤改良を行う。
回転軸に支持柱を取り付け、支持柱に攪拌プレートを回動自在に取り付ける。この回転軸が回転し、攪拌プレートの一端の先端が支持アームに接触すると、攪拌プレートが回転軸と斜めになるように回動する。回転軸が更に回転し、攪拌プレートの一端の先端が支持アームと接触しなくなると、攪拌プレートは回転軸と平行になるように回動する。この状態で、回転軸が回転すると、攪拌プレートは、支持アームの下部延長部分の土壌中を通過するので、下部延長部分の土壌が掘削および攪拌される。

特開２００８－７５３４４号公報（図４等）

かかる従来の地盤攪拌装置では、回転軸が一方向に回転して、複数の攪拌翼と攪拌プレートで土壌と土壌改質材とを攪拌させていた。
本発明者は、土壌等の攪拌効率を高めるには、回転軸の正転、逆転（反転）を繰り返して行うことが好ましいことを見出した。

本発明は、回転軸の正転、逆転を繰り返して行う場合に好適な攪拌プレートの構成を有する地盤攪拌装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明の第１の態様は、可動アームの先端に装着された支持アームと、
前記支持アームの先端部分に設けられ、一方向に回転するとともに該一方向と反対方向に回転可能な回転軸と、
前記回転軸の両端に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転して土壌の掘削および攪拌を行う複数の攪拌翼と、
前記回転軸上に取り付けられ、くの字状に屈曲された形状の攪拌プレートとを備え、
前記攪拌プレートは、直線状に延びた一端と、該一端に対して屈曲した他端とを有するとともに、前記回転軸に対して遠い側の前記攪拌プレートの主面に第１の壁部及び第２の壁部を有し、
前記第１の壁部は、前記他端の外側の側縁に沿って設けられ、前記第２の壁部は、前記第１の壁部に隣接し、前記第１の壁部の前記他端の先端側から前記一端の内側の側縁に向かって延び、
前記回転軸が前記一方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記回転軸の回転に伴って回転し、前記一端が前記支持アームに接触すると、第１の方向に回動して回転軸に対して傾斜した状態で回転し、前記回転軸が更に回転し、前記一端が前記支持アームとの接触を脱出すると、土壌の反力により、第２の方向に回動して前記回転軸に対して平行な状態で回転し、前記一端が前記回転軸に対して平行な状態で前記支持アームの下部延長部分を通過するときに、支持アームの下部延長部分の土壌を攪拌し、
前記回転軸が前記反対方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記第１の方向に回動して前記支持アームに接触しない状態とされる、地盤攪拌装置である。

（２） 本発明の第２の態様は、可動アームの先端に装着された支持アームと、
前記支持アームの先端部分に設けられ、一方向に回転するとともに該一方向と反対方向に回転可能な回転軸と、
前記回転軸の両端に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転して土壌の掘削および攪拌を行う複数の攪拌翼と、
前記回転軸上に取り付けられ、くの字状に屈曲された形状の攪拌プレートとを備え、
前記攪拌プレートは、直線状に延びた一端と、該一端に対して屈曲した他端とを有するとともに、前記回転軸に対して遠い側の前記攪拌プレートの主面に壁部を有し、
前記壁部は、前記他端の先端側から前記一端の内側の側縁に向かって延び、
前記回転軸が前記一方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記回転軸の回転に伴って回転し、前記一端が前記支持アームに接触すると、第１の方向に回動して回転軸に対して傾斜した状態で回転し、前記回転軸が更に回転し、前記一端が前記支持アームとの接触を脱出すると、土壌の反力により、第２の方向に回動して前記回転軸に対して平行な状態で回転し、前記一端が前記回転軸に対して平行な状態で前記支持アームの下部延長部分を通過するときに、支持アームの下部延長部分の土壌を攪拌し、
前記回転軸が前記反対方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記第１の方向に回動して前記支持アームに接触しない状態とされる、
地盤攪拌装置である。

（３） 上記（１）の地盤攪拌装置において、前記第２の壁部は内側に対して湾曲していることが好ましい。

（４） 上記（２）の地盤攪拌装置において、前記壁部は内側に対して湾曲していることが好ましい。

（５） 上記（１）から（４）のいずれかの地盤攪拌装置において、前記回転軸には、前記攪拌プレートを取り付けるための支持柱が設けられていることが好ましい。

（６） 上記（１）から（５）のいずれかの地盤攪拌装置において、前記回転軸には、前記攪拌プレートを摺動させるガイド部材が設けられていることが好ましい。

（７） 上記（１）から（６）のいずれかの地盤攪拌装置において、前記攪拌プレートの回動を制限するためのストッパが設けられていることが好ましい。

本発明によれば、回転軸の正転、逆転（反転）を繰り返しても、攪拌プレートが意図しない方向に回転することを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置の全体構成を示すものである。 本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置を用いた攪拌作業の説明図である。 本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの取り付けの説明に用いる分解斜視図である。 回転軸が正転するときの、本発明の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌翼および攪拌プレートの説明に用いる斜視図である。 回転軸が正転するときの、本発明の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌翼および攪拌プレートの説明に用いる斜視図である。 回転軸が逆転するときの、本発明の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌翼および攪拌プレートの説明に用いる斜視図である。 回転軸が正転するときの、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの回転位置の説明図である。 回転軸が正転するときの、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートに加わる力および攪拌プレートの回動を説明するための図である。 回転軸が正転するときの、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの各回転位置で攪拌プレートにかかる力の変化を示す説明図である。 回転軸が正転するときの、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの各回転位置で攪拌プレートにかかる力の変化を示す説明図である。 回転軸が逆転するときの、逆転時において、攪拌プレート７に加わる力および回動を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの構成を示す平面図である。

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。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置の全体構成を示すものである。図１において、作業車両１には、可動アーム２が延設される。可動アーム２は、折曲可能に連結されたアーム２ａおよび２ｂとからなる。可動アーム２の先端に、支持アーム３が取り付けられる。支持アーム３は、可動アーム２の操作により、地盤に対して垂直上下方向に動かすことができる。

支持アーム３の先端部には、回転軸４が取り付けられる。図１に示すように、左右に延出する回転軸４の一方には、放射状に突出する複数の攪拌翼６ａ～６ｃが設けられるとともに、攪拌プレート７が取り付けられる。回転軸４の他方には、放射状に突出する複数の攪拌翼６ｄ～６ｇが設けられる。これらの攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇは、土壌の掘削や攪拌を行うものであり、攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇは、その先端が櫛歯状に形成される。

攪拌プレート７は、支持アーム３の下部延長部分の掘削や攪拌を行うものである。攪拌プレート７は、回転軸４の一方に回動自在に取り付けられる。なお、攪拌プレート７は、回転軸４の両方に回動自在に取り付けるようにしてもよい。このように、回転軸４の両方に取り付けると掘削速度が上昇するのでさらに好ましい。攪拌プレート７の働きについては、後に説明する。

図１において、支持アーム３内には、図示しないモータやチェーン、スプロケット等の回転機構が設けられている。この回転機構により、回転軸４を回転させ、それに伴って攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇを回転させる。回転方向は正転及び逆転が可能となっている。

図２は、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置を用いた攪拌作業の説明図である。軟質土壌の地盤強化を行う場合には、図２（Ａ）に示すように、支持アーム３の先端を土壌２０の上方に位置させる。そして、図２（Ｂ）に示すように、攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇを回転させながら、可動アーム２を駆動することにより、支持アーム３を下方に移動させる。支持アーム３を下方に移動させると、支持アーム３の移動に伴って、攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇにより、土壌２０が掘削される。また、このとき、支持アーム３の図示されていない先端には、作業車両１から、スラリー状または粉体状のセメント等の土壌改質材が導かれる。この土壌改質材が支持アーム３の先端から地中に吐出される。これにより、土壌が掘削されながら、土壌と土壌改質材とが攪拌混合される。

このように、本発明の実施形態の地盤攪拌装置では、支持アーム３の先端部に設けられた回転軸４の両端に、複数の攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇが放射状に配設され、これらの攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇを回転させることで、土壌を掘削しながら攪拌して、軟質土壌の地盤改良を行うことができる。

また、本発明の実施形態では、回転軸４の一方４ａに攪拌プレート７を回動自在に取り付ける。この攪拌プレート７を回転軸４と連動して回転させることによって、支持アーム３の下部延長部分が攪拌できる。

図３は、本発明の第１の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの構成を示す平面図である。

攪拌プレート７は、「く」の字状に屈曲されており、直線状に延びた一端１１と、一端１１に対して屈曲した他端１２とを有する。攪拌プレート７の他端側が屈曲しているのは、後に説明するように、攪拌プレートの一端側が支持アーム３に接触しなくなったときに、その他端側が土壌から受ける反力によって攪拌プレートを平行状態に戻すためである。なお、「く」の字状は一端１１と他端１２との境界に角が形成される形状に限定されず、一端１１と他端１２との境界が弧を描くように湾曲している場合も含まれる。

攪拌プレート７は、回転軸４に対して遠い側の攪拌プレート７の主面７ａに第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂを有する。第２の壁部９ｂは第２の壁部又は壁部に対応する。
第１の壁部９ａは、他端１２の外側の側縁１３に沿って設けられ、第２の壁部９ｂは、第１の壁部９ａに隣接し、他端１２の先端側から一端１１の内側の側縁１４に向かって延びている。第１の壁部９ａは直線状となっているが、直線状に限定されず、他端１２の外側の側縁１３の形状に合わせて設けられる。第２の壁部９ｂは内側に対して円弧状に湾曲しているが、「く」の字状に湾曲していてもよい。また、第２の壁部９ｂは直線状であってもよいが、攪拌プレート７が後述する格納状態で、土壌から受ける反力を受けやすいように（受圧面積を増やすために）、円弧状又は「く」の字状に湾曲していることが好ましい。
なお、図３では、第１の壁部９ａと第２の壁部９ｂとは、離れて形成されているが、第１の壁部９ａと第２の壁部９ｂとは一定化されて形成されてもよい。

第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂの主面７ａからの高さは、土壌の反力を受ける面積によって決められる。第１の壁部９ａの高さと第２の壁部９ｂの高さは同一に設定されているが、第１の壁部９ａの高さと第２の壁部９ｂの高さは異なってもよい。
第２の壁部９ｂの一端１１の内側の側縁１４に向かって延びる先端は、一端１１と他端１２との境界を超えればよく、第２の壁部９ｂの長さは特に限定されないが、第１の壁部９ａの長さと同じか、第１の壁部９ａの長さよりも長く設定される。第１の壁部９ａの長さをｘ１、第２の壁部９ｂの長さ（円弧の長さ）をｘ２とすると、長さｘ２は長さｘ１の１～１．５倍程度が好ましい。ここで、「内側」は攪拌プレート７の一端１１と他端１２との間の角度が鋭角に見える側をいい、「外側」は攪拌プレート７の一端１１と他端１２との間の角度が鈍角に見える側をいう。

第１の壁部９ａは、回転軸４が一方向に回転するときに（正転するときに）、第１の壁部９ａに当たる土壌の反力により、攪拌プレート７の一端１１が回転軸４に対して平行な状態となるように、攪拌プレート７を回動させるのを助けるために設けられる。攪拌プレート７の一端が回転軸４に対して平行な状態で支持アーム３の下部延長部分を通過するときに、攪拌プレート７は支持アーム３の下部延長部分の土壌を攪拌する。

一方、第２の壁部９ｂは、回転軸４が一方向とは反対方向に回転するときに（逆転するときに）、攪拌プレート７の一端１１が支持アーム３に当たらないように、第２の壁部９ｂに当たる土壌の反力により、攪拌プレート７を回動させるのを助け、攪拌プレート７を格納し、格納状態を保つために設けられる。回転軸４が逆転するときは正転するときと比べ、土壌の反力により、攪拌プレート７に加わる力は逆になる。

第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂが攪拌プレート７を回動させるのを助けることができるのは、第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂの側面に土壌の反力を受け、第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂがない場合に比べて、土壌の反力を受ける面積が増大するからである。特に、攪拌プレート７が後述する格納状態又は格納状態に至るときは、攪拌プレート７が回転軸４に対して平行な状態にあるときから比べて、攪拌プレート７が土壌から受ける反力が弱くなるので、他端１２が土壌から受ける反力を受けやすいように、第２の壁部９ｂを設ける。第１の壁部９ａは特許文献１では設けられていないが、本実施形態のように、土壌から受ける反力を受けやすいように設けることが好ましい。

なお、攪拌プレート７が支持アーム３の下部延長部分の土壌を攪拌するように回転軸４が一方向に回転することを、回転軸が正転するといい、攪拌プレート７が格納するように回転軸４が一方向とは反対方向に回転することを、回転軸が逆転するという。

攪拌プレート７は板状であり、攪拌プレート７には、孔１０が形成されている。孔１０の位置は、攪拌プレート７の孔１０からその一端１１の先端１１ａまでの距離をＬ１、孔１０から攪拌プレート７の他端１２の先端１２ａまでの距離をＬ２とすると、Ｌ２＞Ｌ１であり、しかもＬ２＝（１．５～２）×Ｌ１程度に設定される。また、距離Ｌ１は、攪拌プレート７を支持柱１６に取り付けたときに、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａが支持アーム３の下部延長部分まで十分に届く長さに設定される。

また、図３では、攪拌プレート７の先端１１ａは、その頂点が尖っているが、丸みを帯びるように形成しても良い。これは、攪拌プレート７が正転するときに、攪拌プレート７の一端１１が支持アーム３に接触し支持アーム３の軸側側面３ａ上を摺動し易くするためである。なお、摺動が可能であれば、特に攪拌プレート７の先端１１ａを尖らせたり、丸みを帯びさせなくともよい。

図４は、攪拌プレート７の取り付け機構を示すものである。図４に示すように、回転軸４の一方の回転軸４ａ上に、支持柱１６が固着される。支持柱１６にはプレート２１が設けられている。プレート２１上にはガイド部材１５が設けられている。支持柱１６には、雌ネジ１９が設けられる。また、プレート２１には、攪拌プレート７の回動範囲を制限するためのストッパ１７が設けられる。ガイド部材１５は、攪拌プレート７がガタツキなくスムーズに回動するように、攪拌プレート７を支持するものである。なお、ストッパ１７は、回転軸の正転時に、土壌の反力により、攪拌プレート７が回転して、一端１１が回転軸４に対して平行な状態となったときに、それ以上回転しないように攪拌プレート７の回転を規制する。また、ストッパ１７は、回転軸の逆転時に、土壌の反力により、攪拌プレート７が回転軸の正転時とは反対方向に回転（逆転）して、攪拌プレート７が格納状態からとなったときに、それ以上回転しないように攪拌プレート７の回転を規制する。
攪拌プレート７は、その一端１１が支持アーム３側を向き、その他端１２は攪拌翼側６ａ～６ｃを向くように配設され、雄ネジ１８により、支持柱１６の雌ネジ１９に回動自在に取り付けられる。なお、本実施形態では攪拌プレート７は雄ネジ１８によって支持柱１６の雌ネジ１９に取り付けるように記述されるが、この取り付け方はこのような構造に限定されることはなく、雄ネジ１８を支持柱１６に直接溶接等で接着しても良い。
なお、以下の説明で用いる図５～図１２においては、プレート２１、ガイド部材１５、第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂは省略され、ストッパ１７は必要に応じて示される。

回転軸が正転するときの、攪拌プレート７の動作の概要について、図５および図６を参照して説明する。図５および図６は、回転軸が正転するときに、本発明の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌翼および攪拌プレートの説明に用いる斜視図である。図５および図６に示すように、攪拌プレート７は、回転軸４と連動して、矢印Ｆ方向に回転する。図５（Ａ）に示すように、支持柱１６が図の前側横にある状態から、図５（Ｂ）に示すような支持柱１６が図の下側に位置する状態まで回転軸４が回転すると、攪拌プレート７が支持アーム３の下部延長部分の土壌を通過するので、回転軸４の下部延長部分の土壌の掘削および攪拌が行われる。

そして、図６（Ａ）のときには、攪拌プレート７は支持アーム３の裏側横部分の土壌の掘削および攪拌を行う。一方、回転軸４が回転し、図６（Ｂ）に示すように、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａが支持アーム３の軸側側面３ａの回転軸側面３ａに接触する位置まで回転する。攪拌プレート７が支持アーム３の後面３ａに接触すると、攪拌プレート７は支持アーム３でその動きが遮られるので反時計廻りにＡ１方向に回動する。このように、攪拌プレート７が反時計廻りにＡ１方向に回動することにより、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａは支持アーム３に接触したまま支持アーム３の軸側側面３ａを軌跡Ｙのように摺動ししながらその回転を維持する。

次に、回転軸４が逆転するときの、攪拌プレート７の動作の概要について、図７を参照して説明する。図７は、回転軸４が逆転するときに、本発明の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌翼および攪拌プレートの説明に用いる斜視図である。図７に示すように、攪拌プレート７は、回転軸４と連動して、矢印Ｒ方向に回転する。図７に示すように、攪拌プレート７がＡ１方向に逆転し、ガイド部材１５上に載って更に回転し、不図示のストッパ１７によって攪拌プレート７の回転が規制されると、これ以上攪拌プレート７が回転せず格納状態となる。なお、格納状態は後述する図１２（Ｂ）に示される。この格納状態は回転軸４が逆転している間は維持され、回転軸が逆転から正転に切り替わると図５および図６で示した動作に移る。
次に、回転軸が正転するときの攪拌プレート７の動作、及び回転軸が逆転するときの攪拌プレート７の動作について、更に詳述する。

＜正転時の攪拌プレート７の動作＞
まず、回転軸が正転するときの攪拌プレート７の動作について、更に詳述する。

図８は、攪拌プレート７の回転位置の説明図である。攪拌プレート７は、上述のように、矢印Ｆ方向に回転する。回転軸４が回転すると、攪拌プレート７は、図８に示すように、回転位置（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）→（ｇ）→（ｈ）の順に回転していく。

ここで、回転位置（ａ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが支持アーム３に向かって図面右横方向に位置しているときを示し（図５（Ａ）の状態）、回転位置（ｃ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが支持アーム３に向かって下方に位置しているときを示し（図５（Ｂ）の状態）、回転位置（ｂ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが回転位置（ａ）と（ｃ）の中間に位置しているときの状態を示し、回転位置（ｅ）は攪拌プレート７の先端１１ａが支持アーム３に向かって図面左横方向に位置しているときを示し（図６（Ａ）の状態）、回転位置（ｄ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが回転位置（ｃ）と（ｅ）の中間に位置しているときの状態を示し、回転位置（ｇ）は攪拌プレート７の先端１１ａが支持アーム３に向かって図面上方向に位置しているときの状態を示し（図６（Ｂ）の状態）、回転位置（ｆ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが回転位置（ｅ）と（ｇ）の中間に位置しているときの状態を示し、回転位置（ｈ）は、攪拌プレート７の先端１１ａが回転位置（ｇ）と（ａ）の中間に位置しているときの状態を示している。図８において、回転位置（ｆ）と（ｈ）の間の角度θは、後述するように、攪拌プレート７の先端１１ａが支持アーム３に接触している間の角度である。なお、回転位置（ｆ）および回転位置（ｈ）の角度θは、支持アーム３の横幅Ｈによって変化するものであり、一定の値を有するものではない。

図９は、攪拌プレート７に加わる力および回動を説明するための図である。図９において、回転軸４が矢印Ｆ方向に回転し、攪拌プレート７が図８における回転位置（ｆ）に来たときに、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａが支持アーム３に接触する。このため、接触時には、図９（Ａ）に示すように、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａは、反時計方向である矢印Ａ１の方向（第１の方向）に反力を受け、孔１０を中心にして回動する。攪拌プレート７の先端１１ａは、回転位置（ｆ）から回転位置（ｈ）までの間、支持アーム３に接触したまま回転軸４の回転と共に回転する。この間では、攪拌プレート７の一端１１は回転軸４と所定の角度θをなし、攪拌プレート７の先端１１ａは、支持アーム３に接触した状態で、図６（Ｂ）に示す軌跡Ｙを描くように回転する。

また、攪拌プレート７が図８の回転位置（ｈ）の位置に来ると、攪拌プレート７は支持アーム３と接触しなくなり、攪拌プレート７は支持アーム３からの反力がなくなるので、攪拌プレートは回転軸４と平行になろうとする。この原理を以下に説明する。攪拌プレート７が支持アーム３と接触しなくなる瞬間には、攪拌プレート７は図９（Ｂ）の２点鎖線で示すような状態になっている。このとき、攪拌プレート７の他端側１２の側縁１３は、回転軸４に平行になったままの状態で土壌に接触する。このため、攪拌プレート７の他端１２の側縁１３には２本の矢印で示すように土壌からの強い力Ｆ２が加わっている。一方、攪拌プレート７の一端側の外側の側縁（内側の側縁１４の反対側の側縁）は傾斜しているのでこの部分で受ける力Ｆ１はＦ２に比べ弱い状況にある。したがって、攪拌プレート７は、図９（Ｂ）において、矢印Ａ２で示す方向（第２の方向）に回動し、実線で示すように、回転軸４に対して平行になる。このとき、攪拌プレート７の回動は、ガイド部材１５のストッパ１７により制限される。最終的には、攪拌プレート７は、図９（Ｃ）の実線で示すように、回転軸４に対して平行な状態となる。このときに、攪拌プレート７は、図３に示すように、第１の壁部９ａがなくともＬ２＞Ｌ１となるように設計されていれば、攪拌プレート７のＬ１の部分が土壌から受ける力Ｆ１と攪拌プレート７のＬ２の部分が土壌から受ける力Ｆ２はほぼ同じになるので、攪拌プレート７は回転軸４に対して平行な状態を維持する。しかし、第１の壁部９ａが設けられていれば、攪拌プレート７のＬ２の部分の受圧面積が攪拌プレート７のＬ１の部分の受圧面積よりも大きくなり、攪拌プレート７はストッパ１７に押し付ける力が働き、攪拌プレート７はより安定して回転軸４に対して平行な状態を維持できる。

さらに、回転軸４が回転して、攪拌プレート７が図８における回転位置（ａ）～（ｅ）を通過するときには、攪拌プレート７は、回転軸４に対して平行な状態で、支持アーム３の下方を通過する。このとき、攪拌プレート７の一端側１１の外側の側縁（内側の側縁１４の反対側の側縁）および他端側１２の側縁１３が土壌に抗して進み、図９（Ｃ）に示すように、全体として、土壌からの力Ｆ１およびＦ２を受ける。このように、攪拌プレート７に対して、全体的に土壌からの力Ｆ１およびＦ２を受けるため、攪拌プレート７は、上述のように、回転軸４に対して平行な状態を維持して、支持アーム３の側方および下方を通過する。特に、攪拌プレート７が図８における回転位置（ｂ）～（ｄ）を通過するときには、攪拌プレート７は、支持アーム３の下部延長部分の土壌を掘削および攪拌する。

図１０および図１１は、攪拌プレート７の各回転位置において、攪拌プレート７を矢印Ｓ方向から見たときの攪拌プレート７にかかる力の変化を示す図である。図１０および図１１においては、攪拌翼６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇが、図２（Ｂ）に示すように、土壌中において回転している場合を想定して以下で説明する。図中Ｘは、攪拌プレート７が支持アーム３に接触していることを示す。

図１０（Ａ）～（Ｄ）および図１１（Ａ）は、攪拌プレート７が図８の回転位置（ａ）～（ｅ）にあるときの攪拌プレート７にかかる力の変化を示す図である。図１０（Ａ）～図１１（Ａ）において、回転軸４が回転し、攪拌プレート７が回転位置（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）のように回転していくが、攪拌プレート７は、支持アーム３から離れた位置にあるので、支持アーム３には接触していない。したがって、攪拌プレート７が回転位置（ａ）～（ｅ）にあるときには、攪拌プレート７には攪拌プレートの他端側の側縁１３と攪拌プレートの一端側の外側の側縁にそれぞれ土壌からの力Ｆ２およびＦ１が加わる。第１の壁部９ａが設けられているため、攪拌プレートの他端側の側縁１３と攪拌プレートの一端側の外側の側縁との受圧面積の違いにより、攪拌プレート７はストッパ１７に押し付ける力が働き、ストッパにより回転が規制されるので、攪拌プレート７は回転軸４に対して平行な状態を維持したまま回転していく。

回転軸４が更に回転すると、図１１（Ｂ）に示すように、攪拌プレート７は回転位置（ｆ）に達する。このとき、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａは、支持アーム３の軸側側面３ａに接触する。このとき、上述のように、攪拌プレート７の一端１１ａは、矢印Ａ１に示す方向に回動し、攪拌プレート７が支持アーム３に接触した状態で傾斜する。このとき、攪拌プレートの他端側の側縁１３は攪拌プレート７の回転軸方向に平行となり、攪拌プレートの一端側の外側の側縁（内側の側縁１４の反対側の側縁）は攪拌プレート７の回転軸方向と傾斜する。したがって、攪拌プレートの他端側の側縁１３に加わる力Ｆ２は、２本の矢印で示すように、攪拌プレートの一端側の外側の側縁に加わる力よりも大きくなるので、時計方向に働く回転力を発生する。しかしながら、攪拌プレート７の一端１１ａが支持アーム３の軸側側面３ａに接触しているので、攪拌プレート７は時計方向に回動することはできない。

回転軸４が更に回転すると、図１１（Ｂ）～（Ｄ）に示すように、回転位置（ｆ）～（ｈ）の間では、攪拌プレート７の一端１１ａは支持アーム３の軸側側面３ａに接触したまま軸側側面３ａに沿って軌跡Ｙ上を回転する。この状態においても、攪拌プレートの他端側の側縁１３は攪拌プレート７の回転方向に平行になっているので、攪拌プレートの他端側の側縁１３に加わる力Ｆ２は、２本の矢印で示すように、攪拌プレートの一端側の外側側縁に加わる力よりも大きくなり、時計方向に働く回転力が発生するが、攪拌プレート７の一端１１の先端１１ａが支持アーム３の軸側側面３ａに接触しているので、攪拌プレート７は時計方向に回動することはできない。

そして、さらに回転軸４が回転すると、攪拌プレート７が回転位置（ｈ）の端に来ると、図１１（Ｄ）に示すように、攪拌プレート７の攪拌プレート７の一端１１側の先端１３ａは支持アーム３の軸側側面３ａとの接触がはずれる。このときに、上述のように、攪拌プレート７の他端１２の側縁１３には２本の矢印で示すように土壌からの強い力Ｆ２が加わる。一方、攪拌プレート７の一端側の外側の側縁（内側の側縁１４の反対側の側縁）は傾斜しているのでこの部分で受ける力Ｆ１はＦ２に比べ弱くなる。これにより、攪拌プレート７は、図１１（Ｄ）において、矢印Ａ２で示す方向（第２の方向）に、実線で示すように、回転軸４に対して平行になるまで回動する。上述のように、攪拌プレート７が回転位置（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ｅ）のように回転していく間、攪拌プレート７は、攪拌プレート７は回転軸４に対して平行な状態を維持したまま回転する。

上述のように、攪拌プレート７は、回転位置（ｆ）で、支持アームに接触し、回転位置（ｈ）で支持アームとの接触がなくなるまで、攪拌プレート７は、矢印Ａ１で示す方向に回動しその位置を維持する。よって、この間は、攪拌プレート７は斜めに回動した状態にある。

一方、攪拌プレート７が支持アームに接触していない状態のときには、攪拌プレート７の他端１２は、図１０（Ａ）～（Ｄ）および図１１（Ａ）に示すように、回転軸４とほぼ平行の状態になっている。したがって、本発明においては、攪拌プレート７がこのように回転軸４とほぼ平行の状態で回転するときに、攪拌プレート７が支持アーム３の下部延長部分の土壌を通過し、土壌の掘削および攪拌が行われる。

＜逆転時の攪拌プレート７の動作＞
回転軸４が正転から逆転に切り替わると、攪拌プレート７が正転状態の図８における回転位置（ａ）～（ｈ）のいずれの状態にあっても、逆転後は攪拌プレート７は図７に示す攪拌プレート７の格納状態に移行するように回転する。以下、一例として、攪拌プレート７が図８における回転位置（ａ）～（ｅ）を通過するときに、回転軸４が正転から逆転に切り替わった場合について説明する。前述したように、図９（Ｃ）は、回転軸４の正転時において、攪拌プレート７が図８における回転位置（ａ）～（ｅ）を通過するときの攪拌プレート７に加わる力および回動を説明するための図である。
図１２は、回転軸４の逆転時において、攪拌プレート７に加わる力および回動を説明するための図である。図１２（Ａ）は、回転軸４が図９（Ｃ）の矢印Ｆ方向からの矢印Ｒ方向に切り替わったときの状態を示す。図９（Ｃ）に示した、攪拌プレート７に加わる土壌からの力Ｆ１およびＦ２は、図１２（Ａ）においては、攪拌プレート７の反対方向にかかるようになる。攪拌プレート７には第２の壁部９ｂが設けられているため、攪拌プレート７のＬ１の部分よりもＬ２の部分の方が強い力が働く。そのため、孔１０を中心に反時計方向である矢印Ａ１の方向（第１の方向）に攪拌プレート７が回転する。

攪拌プレート７が図１２（Ｂ）に示す位置まで回転すると、ストッパ１７によって攪拌プレート７の回転が規制されると、そのため、これ以上攪拌プレート７が回転せず格納状態となる。格納状態において、攪拌プレート７は回転軸の回転方向に対して平行に近い状態にあるため、一端１１にかかる土壌の反力が弱いが、第２の壁部９ｂの側面にはより強く土壌の反力がよりかかる。そのため、攪拌プレート７の格納状態から支持アーム３へ戻る回転は抑制され、安定して格納状態が維持される。この格納状態は回転軸が逆転している間は維持され、回転軸が逆転から正転に切り替わると図５および図６で示した動作に移る。

以上説明した本実施形態によれば、特許文献１と同様に、可動アームの先端に装着された支持アームと、支持アームの先端部分に設けられた回転軸と、回転軸の両端に設けられ、回転軸の回転に伴って回転して土壌の掘削および攪拌を行う複数の攪拌翼と、回転軸上に取り付けられ、くの字状に屈曲された形状の攪拌プレートとを備え、攪拌プレートは、回転軸の回転に伴って回転し、その一端が支持アームに接触すると、第１の方向に回動して回転軸に対して傾斜した状態で回転し、回転軸が更に回転し、攪拌プレートの一端が支持アームとの接触を脱出すると、土壌の反力により、第２の方向に回動して回転軸に対して平行な状態で回転するようにしているので、支持アームの下部延長部分の掘削、攪拌を行うことができる。
また、本実施形態によれば、回転軸の正転、逆転（反転）を繰り返しても、攪拌プレートが意図しない方向に回転することを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、回転軸には、前記攪拌プレートを取り付けるための支持柱が設けられその上に攪拌プレートが設けられるので、攪拌プレートの回転半径を攪拌翼の回転半径とほぼ同じくできるので、攪拌プレートは攪拌翼が取り残した土壌の部分を掘削することができる。

また、本実施形態によれば、回転軸に攪拌プレートを摺動させるガイド部材が設けられるので、攪拌プレートをガタツキなくスムーズに回動させることができる。

また、本実施形態によれば、ガイド部材には、攪拌プレートの回動を規制するためのストッパが設けられるので、攪拌プレートを回転軸に対して平行な状態に戻すことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、攪拌プレート７は第１の壁部９ａ及び第２の壁部９ｂを有する。しかし、攪拌プレート７は第２の壁部９のみを有していてもよい。
図１３は、本発明の第２の実施形態の地盤攪拌装置における攪拌プレートの構成を示す平面図である。なお、攪拌プレートを除く地盤攪拌装置の構成は第１の実施形態と同じなので攪拌プレート以外の構成部については説明を省略する。
図１３に示すように、本実施形態の攪拌プレート７Ａは第２の壁部９ｂのみを有している。

攪拌プレート７Ａは第１の壁部９ａを有しないため、第２の壁部９ｂの一方の先端は他端１２の外側の側縁１３に近くなるように配置される。第１の実施形態と同様に、他端１２の先端側から一端１１の内側の側縁１４に向かって延びている。
本実施形態の第２の壁部９ｂは、回転軸の正転、逆転の両方で、土壌の反力を受ける。ただし、他端１２の外側の側縁１３に沿って設けられた第１の壁部９ａに対し、本実施形態の第２の壁部９ｂは他端１２の外側の側縁１３に対して、一端１１の内側の側縁１４に向かって離れるように設けられるため、回転軸の正転時に第２の壁部９ｂが受ける土壌の反力は、回転軸の正転時に第１の壁部９ａが受ける土壌の反力よりも小さくなる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述した実施形態では、左右に延出する回転軸４のうちの一方の回転軸４ａに、９０度間隔で３つの攪拌翼６ａ～６ｃを配設し、他方の回転軸４ｂに、９０度間隔で４つの攪拌翼６ｄ～６ｇを配設しているが、攪拌翼の数や配置の仕方は、これに限定されるものではない。また、この例では、一方の回転軸４ａに攪拌プレート７を取り付けているが、他方の回転軸４ｂに攪拌プレート７を取り付けるようにしても良い。

また、上述した実施形態の攪拌プレート７は図１及び図２示した地盤攪拌装置に特に限定されず、例えば、特開２００８－２３１６９１号公報に記載された地盤攪拌装置も適用することができる。

特開２００８－２３１６９１号公報に記載された地盤攪拌装置は、土砂を上下・前後左右に効率的に撹拌できるようにした地盤撹拌装置である。
具体的には、特開２００８－２３１６９１号公報に記載の地盤攪拌装置は、次のように構成される。
油圧モータの回転がチェーン機構により第１の撹拌体および第２の攪拌体に伝えられる。第１の撹拌体は、４つの撹拌爪が外側から内側に斜めに配設された第１の単位撹拌翼体と、４つの撹拌爪が内側から外側に斜めに配設された第２の単位撹拌翼体とを有する。第２の撹拌体は、４つの撹拌爪外側から内側に向かって斜めに配設された第３の単位撹拌翼体、４つの撹拌爪が内側から外側に向かって斜めに配設された第４の単位撹拌翼体とを有する。このため、第１の撹拌体および第２の攪拌体の回転と共に、土砂は、上下方向のみでなく、外側から内側に向かうような方向と、内側から外側向かうような方向とに、交互に動かされる。これにより、土砂は、上下方向および前後方向と左右方向とに十分に撹拌される。
このような、特開２００８－２３１６９１号公報に記載の地盤攪拌装置において、攪拌プレートを第１の単位撹拌翼体と第２の単位撹拌翼体との間、又は第３の単位撹拌翼体と第４の単位撹拌翼体との間に設けて、上述した実施形態の地盤攪拌装置と同様の効果を得ることができる。

本発明は、本発明は、地盤を掘削しながらセメントミルク等の固化材と土壌とを攪拌混合して軟弱地盤等を強化するための地盤攪拌装置として利用することができる。

１ 作業車両
２ａ，２ｂ 可動アーム
３ 支持アーム
３ａ 支持アームの軸側側面
４，４ａ，４ｂ 回転軸
６ａ～６ｃおよび６ｄ～６ｇ 攪拌翼
７、７Ａ 攪拌プレート
７ａ 主面
９ａ 第１の壁部
９ｂ 第２の壁部
１０ 孔
１１ 攪拌プレートの一端
１１ａ 攪拌プレートの一端側の先端
１２ 攪拌プレートの他端
１３ 攪拌プレートの他端側の外側の側縁
１４ 攪拌プレートの一端側の内側の側縁
１５ ガイド部材
１６ 支持柱
１７ ストッパ
１８ 雄ネジ
１９ 雌ネジ
２０ 土壌
２１ プレート

Claims (7)

1. 可動アームの先端に装着された支持アームと、
   前記支持アームの先端部分に設けられ、一方向に回転するとともに該一方向と反対方向に回転可能な回転軸と、
   前記回転軸の両端に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転して土壌の掘削および攪拌を行う複数の攪拌翼と、
   前記回転軸上に取り付けられ、くの字状に屈曲された形状の攪拌プレートとを備え、
   前記攪拌プレートは、直線状に延びた一端と、該一端に対して屈曲した他端とを有するとともに、前記回転軸に対して遠い側の前記攪拌プレートの主面に第１の壁部及び第２の壁部を有し、
   前記第１の壁部は、前記他端の外側の側縁に沿って設けられ、前記第２の壁部は、前記第１の壁部に隣接し、前記第１の壁部の前記他端の先端側から前記一端の内側の側縁に向かって延び、
   前記回転軸が前記一方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記回転軸の回転に伴って回転し、前記一端が前記支持アームに接触すると、第１の方向に回動して回転軸に対して傾斜した状態で回転し、前記回転軸が更に回転し、前記一端が前記支持アームとの接触を脱出すると、土壌の反力により、第２の方向に回動して前記回転軸に対して平行な状態で回転し、前記一端が前記回転軸に対して平行な状態で前記支持アームの下部延長部分を通過するときに、支持アームの下部延長部分の土壌を攪拌し、
   前記回転軸が前記反対方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記第１の方向に回動して前記支持アームに接触しない状態とされる、
   地盤攪拌装置。
2. 可動アームの先端に装着された支持アームと、
   前記支持アームの先端部分に設けられ、一方向に回転するとともに該一方向と反対方向に回転可能な回転軸と、
   前記回転軸の両端に設けられ、前記回転軸の回転に伴って回転して土壌の掘削および攪拌を行う複数の攪拌翼と、
   前記回転軸上に取り付けられ、くの字状に屈曲された形状の攪拌プレートとを備え、
   前記攪拌プレートは、直線状に延びた一端と、該一端に対して屈曲した他端とを有するとともに、前記回転軸に対して遠い側の前記攪拌プレートの主面に壁部を有し、
   前記壁部は、前記他端の先端側から前記一端の内側の側縁に向かって延び、
   前記回転軸が前記一方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記回転軸の回転に伴って回転し、前記一端が前記支持アームに接触すると、第１の方向に回動して回転軸に対して傾斜した状態で回転し、前記回転軸が更に回転し、前記一端が前記支持アームとの接触を脱出すると、土壌の反力により、第２の方向に回動して前記回転軸に対して平行な状態で回転し、前記一端が前記回転軸に対して平行な状態で前記支持アームの下部延長部分を通過するときに、支持アームの下部延長部分の土壌を攪拌し、
   前記回転軸が前記反対方向に回転するときは、前記攪拌プレートは、前記第１の方向に回動して前記支持アームに接触しない状態とされる、
   地盤攪拌装置。
3. 前記第２の壁部は内側に対して湾曲している、請求項１に記載の地盤攪拌装置。
4. 前記壁部は内側に対して湾曲している、請求項２に記載の地盤攪拌装置。
5. 前記回転軸には、前記攪拌プレートを取り付けるための支持柱が設けられている請求項１から４のいずれか１項に記載の地盤攪拌装置。
6. 前記回転軸には、前記攪拌プレートを摺動させるガイド部材が設けられている請求項１から５のいずれか１項に記載の地盤攪拌装置。
7. 前記攪拌プレートの回動を制限するためのストッパが設けられている請求項１から６のいずれか１項に記載の地盤攪拌装置。

Images