JPH06989B2 - 穴掘削機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は穴掘削機械に関し、特に井筒、ケーソンある
いはシールド等の筒状の躯体を地盤に貫入する際に有効
な穴掘削機械に関する。

（従来の技術） 一般に井筒沈設工法においては、井筒を懸吊支持した状
態で、その内方に挿入した回転式の穴掘削機械により底
部の地盤を掘削した後、井筒を地盤に沈設している。井
筒を沈設するためには、通常その内方のみならず、井筒
の刃先下方の地盤をも掘削しなければならないが、その
ため従来の掘削機械は井筒内方の地盤を掘削するビット
の外に、刃先下方の地盤を掘削する専用の拡開ビットを
設けている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のことから、従来の掘削機械は、ビット数が多くな
って全体に大がかりとなり、また拡開ビットの拡開機構
が複雑となり、したがって機械のコストが高価となるだ
けでなく、トラブルが起こり易いという問題点があっ
た。

この発明は上記のような従来のもののもつ問題点を排除
し、ビットによる掘削半径を可変とし、それにより例え
ば井筒内方と刃先下方の地盤を同じビットにより掘削可
能とし、全体構造が簡素であって、機械のコストが安価
であり、トラブルの発生も少くすることができる穴掘削
機械を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するためのこの発明は、周囲に回転阻
止部材を有する支持フレームに回転軸を直角向きに貫通
突出させて軸方向に移動不能に枢着し、この回転軸の支
持フレームからの突出部分に第１支持部アームを前記回
転軸と直角向きであってかつ軸方向に移動不能に枢着
し、この第１支持アームの端部に伝達軸を前記回転軸と
平行であってかつ軸方向に移動不能に枢着し、この伝達
軸に第２支持アームの一端部を伝達軸と直角向きであっ
てかつ軸方向に移動不能に枢着し、この第２支持アーム
の他端部に、ビットが先端に取付けられたビット軸を前
記回転軸と平行であってかつ軸方向に移動不能に枢着
し、前記回転軸と伝達軸との間およびこの伝達軸とビッ
ト軸との間を回転伝達部材により連結し、前記支持フレ
ームに第１支持アームに対して回転軸の回りの回転力を
付与する部材を設けたことを特徴とする穴掘削機械にあ
る。

（作用） この発明による穴掘削機械を例えば井筒の沈設施工に
適用する場合、該機械を井筒内に挿入し、回転阻止部材
によって支持フレームを井筒壁に対し相対的に回転不能
に設置する。そして回転軸をそれに推力を付与しながら
一方向に回転させると、その回転は伝達軸を介して外輪
ビットに伝達され、外輪ビットが自転する。同時に支持
フレームに設けた回転力付与部材によって第１支持アー
ムが回転軸の回りを回転し、それにより外輪ビットは自
転しながら回転軸の回りを公転して井筒内の地盤を掘削
する。このとき第２支持アームは第１支持アームに対し
て枢着され屈曲可能であるので、第２支持アームには掘
削抵抗により、拡開傾向が生ずるが、外輪ビットが井筒
壁によって拡開を規制され、外輪ビットは井筒壁に摺接
しながら公転する。

外輪ビットが井筒の刃先に達すると、その規制が解除さ
れ、第２支持アームが拡開して外輪ビットは刃先下方の
地盤を掘削する。刃先下方の地盤の掘削後、回転軸を前
記とは逆方向に回転させると、第２支持アームは第１支
持アームに対して屈曲し、その状態で穴掘削機械を所定
の寸度だけ引き上げ、井筒を沈設する。

（実施例） 第１〜５図に示すように１はこの発明による掘削機械に
よって掘削された穴であって、井筒の沈設施工の場合こ
の穴１に円筒形の井筒２が沈設される。掘削機械は井筒
２内に縦向きに配置されるドリルパイプ３を具え、この
ドリルパイプ３は下端部が支持フレーム20を貫通突出
し、この支持フレーム20に上下方向に移動不能に枢着さ
れている。ドリルパイプ３は例えば地表に設置された図
示しないリバースサーキュレーション方式掘削機のロー
タリーテーブルによって回転するとともに、内部を掘削
屑を伴った泥水が循環するようになっている。支持フレ
ーム20の周囲にはその回転を阻止するための複数の突起
21が設けられ、この突起21は井筒２の内壁に縦向きに設
けた１対のストッパ２′，２′間に挿入され、支持フレ
ーム20は突起21とストッパ２′の協働により井筒２に対
して相対的に回転はできないが、上下方向に移動できる
ようになっている。支持アーム20は一方にのみ、すなわ
ち後述するような第１支持アームの回転方向にのみ回転
不能であればよいので、第10図に示すように突起21およ
びストツパ２′の各先端に互いに係合するテーパ面を設
け、それにより支持フレーム20を回転不能としてもよ
い。

ドリルパイプ３の支持フレーム20からの突出部分の下端
にはセンタービット４が取付けられ、その上方に第１支
持アーム５がドリルパイプ３と直角向きであってかつ上
下動不能に中間部において枢着されている。第１支持ア
ーム５の両端部には伝達軸６，７がドリルパイプ３と平
行であってかつ上下動不能に枢着され、この伝達軸６，
７には第２支持アーム８，９の一端部が伝達軸６，７と
直角向きであってかつ上下動不能に枢着されており、し
たがって第２支持アーム８，９は第１支持アーム５に対
し水平面上で屈曲可能となっている。第２支持アーム
８，９の他端部にはビット軸10，11がドリルパイプ３と
平行であってかつ上下動不能に枢着され、このビット軸
10，11の下端には外輪ビット12，13が取付けられてい
る。

ドリルパイプ３にはセンターギヤ14が固定され、このセ
ンターギヤ14には伝達軸６，７に固定したアイドルギヤ
15，16が噛合し、このアイドルギヤ15，16にはビット軸
10，11に固定したアウターギヤ17，18が噛合しており、
ドリルパイプ３の回転が伝達軸６，７を介してビット軸
10，11に伝達されるようになっている。さらに各伝達軸
10，11には遊星ギヤ22，23が固定され、この遊星ギヤ2
2，23は支持フレーム20の下面に固定された内歯を有す
るリングギヤ24に噛合している。

次に上記実施例の作用を説明する。

井筒２は図示しない懸吊装置によつて掘削時に自沈しな
いように保持されている。掘削当初あるいは井筒内に土
砂が入り込んだ状態から掘削する時は、掘削機械は第
１，３図の状態となり、第２支持アーム８，９は第１支
持アーム５との角度が小さくなるように屈曲し、外輪ビ
ット12，13が井筒内壁に当接している。そしてドリルパ
イプ３が下向きの推力を付与されながら回転すると、セ
ンタービット４が自転して穴１の底部中央を掘削する。
一方ドリルパイプ３の回転は伝達軸６，７を経てビット
軸10，11に伝達され、それにより下端の外輪ビット12，
13が回転して穴１の底部外方を掘削する。同時に伝達軸
６，７の回転によつて遊星ギヤ22，23がリングギヤ24に
沿つてドリルパイプ３の回りを公転し、それにより第１
支持アーム５がドリルパイプ３の回りを回転し、その結
果外輪ビット12，13は自転しながらドリルパイプ３の廻
りを該ドリルパイプの回転方向と同一方向に公転するこ
とになり、センタービット４の周囲を掘削する。このと
き外輪ビット12，13には掘削抵抗により外方へ拡開力が
作用するが、井筒２に規制されているため、その内壁面
に摺接しながら公転することになる。

以上のようにして井筒２の内方地盤を掘削し、外輪ビッ
ト12，13がウェル２の刃先に達すると、井筒２による外
輪ビット12，13の規制が解除されて第２支持アーム８，
９は第４，５図示のように第１支持アーム５との間の角
度が大となるように拡開する。第２支持アーム８，９の
拡開によって外輪ビット12，13の公転半径すなわち掘削
半径が大となり、それにより井筒２の刃先の下方の地盤
を掘削することになる。そして所定の寸度だけ掘削した
ら、ドリルパイプ３に若干の推力を付与しながらそれを
逆転させ、それにより外輪ビット12，13を逆転させる
と、掘削抵抗により第２支持アーム８，９が第１支持ア
ーム５との間の角度が小さくなるように屈曲して、第
１，３図示の状態に戻り、この状態で掘削機械を所定の
寸度だけ引き上げて井筒２を沈設する。そして地表にお
いて新たな井筒を継ぎ足して前記のような掘削を再び行
い、このような作業を繰り返して井筒を沈設する。

なお、第２支持アーム８，９の第１支持アーム５への枢
着部には図示しないストッパが設けられ、このストッパ
により第２支持アーム８，９の拡開限度位置、例えば井
筒の壁厚に見合った拡開限度位置および屈曲限度位置が
設定できる。

井筒の沈設方式としては、前記のほかに、第２支持アー
ム８，９の拡開により常時外輪ビット12，13が井筒の刃
先下方にある状態で掘削し、所定寸度掘削するごとに井
筒の沈設を繰り返し、最終段階で掘削機械を引き上げる
ようにしてもよい。あるいは支持フレーム20の周囲に液
圧シリンダ等からなるグリッパ等の定着部材を設けて、
支持フレーム20を井筒壁に一体的に定着させ、掘削機械
および井筒を同時に下降させるようにしてもよい。

前記実施例では、第１支持アーム５に回転力を付与する
部材として、内歯を有するリングギヤ24を設けたが、外
歯を有するリングギヤに代えてもよく、この場合第１支
持アーム５の回転方向すなわち外輪ビット12，13の公転
方向は前記とは逆になる。

第６，７図は別の実施例を示し、前記実施例と同様な部
材については同一符号を付して説明を省略し、異なって
いる部分についてのみ説明することとする。

ドリルパイプ３を受入れる第１支持アーム５の軸受部５
ａにはギヤ25が固定され、支持フレーム20上に駆動モー
タ26が設置されている。支持フレーム20から下方に突出
する駆動モータ26の軸27にはピニオン28が固定され、こ
のピニオン28はギヤ25に噛合している。この実施例にお
いては、駆動モータ26によって第１支持アーム５が回転
し、それにより外輪ビット12，13が公転することとな
る。

駆動モータ26に代えて、支持フレーム20の下部に横向き
にラックを有する液圧シリンダを設置し、軸受部５ａに
ラックと噛合するギヤを固定し、液体シリンダの作動に
より第１支持アーム５を回転させるようにしてもよい。
この場合第１支持アーム５は所定の角度範囲において揺
動することとなる。

第８，９図はさらに別の実施例を示し、これは第６，７
図に示した実施例のものにおいて、第１支持アーム５の
軸受部５ａと第２支持アーム８，９の外端部との間に、
ブラケット29を介して流体圧シリンダ30，31を設置した
ものである（第９図では図面の簡素化のためにギヤ14〜
18を省略している）。この実施例においては、第２支持
アーム８，９の第１支持アーム５に対する屈曲および拡
開がシリンダ30，31によってなされ、特に地盤の種類に
よって第２支持アーム８，９の屈曲および拡開が掘削抵
抗のみでは充分に行われない場合に有効である。またシ
リンダ30，31のストロークを変えることにより、掘削半
径を所望の大きさにすることができる。この流体圧シリ
ンダ30，31は第１〜５図に示した実施例のものに設置し
てもよい。

上記各実施例では外輪ビットを２つ設けたが、１つある
いは３つ以上設けてもよく、またセンタービットは必ず
しも設けなくともよく、その場合外輪ビットを大径のも
のとすればよい。

回転の伝達はギヤの噛合せとスプロケットおよびチェー
ンの組合せとを併用してもよく、例えばドリルパイプ３
と伝達軸６，７との間をギヤの噛合せよって回転伝達
し、伝達軸６，７とビット軸10，11との間をスプロケッ
トとチェーンの組合せによって回転伝達するように構成
すればより有効になる。

この発明の穴掘削機械は、井筒の沈設施工に限らず、ケ
ーソン、シールド等の躯体を地盤に圧入する際にも適用
できる。

（発明の効果） 以上のようにこの発明によれば、回転軸によって回転さ
れるビット軸に取付けたビットは、その掘削時において
自転しながら回転軸の廻りを公転し、しかも第２支持ア
ームが拡開することにより掘削半径が可変となり、した
がって同じビットにより例えば井筒の沈設施工において
井筒内方と刃先下方の地盤を掘削することができ、従来
のような刃先下方の地盤を専用に掘削する拡開ビットが
不要となり、全体構造が簡素化され、機械のコストを安
価にでき、トラブルの発生も少くすることができる。ま
た小径のビットにより大口径の穴を掘削する方式なの
で、推力および掘削場力が小さくて済み、施工費を安価
にできる。

さらに支持フレームに設けた回転力付与部材によって第
１支持アームが回転軸の回りを回転し、それによって外
輪ビットが強制的に公転される方式であるので、公転ト
ルクが地盤の種類によって変化することがなく、常時効
率の良い掘削を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は井筒内方の
地盤の掘削状態を示す縦断面図、第２図は第１図の線II
−IIに沿つた横断面図、第３図は第１図の線III−IIIに
沿つた横断面図、第４図は井筒の刃先下方の地盤の掘削
状態を示す縦断面図、第５図は同上の線Ｖ−Ｖに沿つた
横断面図、第６図は別の実施例を示す縦断面図、第７図
は同上の線VII−VIIに沿つた横断面図、第８図はさらに
別の実施例を示す縦断面図、第９図は同上の線IX−IXに
沿つた横断面図、第10図は回転阻止部材の別の例を示す
平面図。 １……穴 ２……井筒 ３……ドリルパイプ ４……センタービット ５……第１支持アーム ６，７……伝達軸 ８，９……第２支持アーム 10，11……ビット軸 12，13……外輪ビット 14〜18……ギヤ 20……支持フレーム 21……突起 22……遊星ギヤ 24……リングギヤ 25……ギヤ 26……駆動モータ 28……ピニオン 30，31……流体圧シリン
ダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 直機 東京都江東区南砂２−３−８−326 (72)発明者 岩沙 政治 東京都新宿区市谷台町12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周囲に回転阻止部材を有する支持フレーム
   に回転軸を直角向きに貫通突出させて軸方向に移動不能
   に枢着し、この回転軸の支持フレームからの突出部分に
   第１支持部アームを前記回転軸と直角向きであってかつ
   軸方向に移動不能に枢着し、この第１支持アームの端部
   に伝達軸を前記回転軸と平行であってかつ軸方向に移動
   不能に枢着し、この伝達軸に第２支持アームの一端部を
   伝達軸と直角向きであってかつ軸方向に移動不能に枢着
   し、この第２支持アームの他端部に、ビットが先端に取
   付けられたビット軸を前記回転軸と平行であってかつ軸
   方向に移動不能に枢着し、前期回転軸と伝達軸との間お
   よびこの伝達軸とビット軸との間を回転伝達部材により
   連結し、前記支持フレームに第１支持アームに対して回
   転軸の回りの回転力を付与する部材を設けたことを特徴
   とする穴掘削機械。
2. 【請求項２】前記回転軸の先端にビットが取付けられて
   いる特許請求の範囲第１項に記載の穴掘削機械。
3. 【請求項３】前記回転軸は泥水が循環するドリルパイプ
   からなる特許請求の範囲第１項ないし第２項のいずれか
   に記載の穴掘削機械。