JPS5891285A - 回転拡底掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアースドリルやリバースサーキュレーションド
リルのように、拡底杭を施工する斃死掘削装置において
、斃死の拡大された孔底部（拡底部）を掘削する拡底回
転掘削装置に関する。

拡底部を掘削する拡底回転掘削装置は、掘削刃の付いた
翼と、該翼を開閉させる装置とを有し、掘削具の回転に
伴なって翼を開きながら拡底部を掘削するように構成さ
れている。このような拡底回転掘削装置のうち、掘削具
に設けられた開閉支点を中心として掘削刃の付いた翼を
水平方向に揺動可能に構成することによシ、翼を開閉可
能としだものとして、特開昭５５−１４２８９２号公報
に開示されたものがある。この従来装置は、掘削具であ
るパケットの回転力を−たん上下運動に変換し、上下運
動を翼の開閉運動に変換する構成を有すると共に、掘削
刃の付いた翼が土砂の導入案内路を兼ね、かつ翼がパケ
ットの回転によって掘削された土砂を迎え入れる方向に
取付けられている。しかし、この従来構成によれば、地
山に掘削刃を当ててパケットを掘削方向に回転させた際
に、回転力によって掘削刃が地山に食い込み、−たん地
山に食い込むと、回転力が掘削力として作用するほかに
、掘削抵抗によって翼をさらに開かせようとする力が作
用し、翼がさらに地山に食い込もうとすることになる。

そして翼は複数枚設けられていて、それらはリンクで連
結されていることから、一つの翼が地山に食い込むこと
により、他の翼も地山に食い込むこととなり、従ってパ
ケットは翼同志でつつばシ合い、ブレーキがかかった状
態で回転し、最後には完全に停止する。そこで翼が食い
込みすぎた時にはパケットを掘削方向と反対方向に回転
させなければならず、少し掘削しては食い込みすぎだ翼
を取出すというように、掘削不能に近い状態を呈すると
いう重大な欠点を有している。

本発明は上記欠点に鑑み、掘削刃の付いた翼を開いて掘
削を行う際に、掘削刃の過度の食い込みが防１４れ、能
率良く掘削を行うことが可能となる回転拡底掘削装置を
提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明の回転拡底掘削装置は
、前記掘削刃の付いた翼の開閉支点が掘削具の掘削回転
時に前記掘削刃よシ先行する位置にあり、掘削時におけ
る掘削抵抗が翼を閉じる方向に作用するように構成され
ていることを特徴とする。

以下本発明をアースドリルの掘削パケットに適用した場
合について説明する。第１図は本発明による拡底用パケ
ットの全体構成を示しており、１はアースドリルのパケ
ットを支持する伸縮式のケリーバ、３はスタビライザ、
４は拡底用パケットである。スタビライザ３の軸４ｏは
２本のピン２によシケリーバ１に連結され、該軸４ｏに
はパケット４の上部軸８がフランジ部５にてボルト４５
によシ連結されている。

パケット４は、第１図、第２図および第３図に示すよう
に、土砂を収納するパケット部体９の上部中心部が下記
の機構により後述のリンク機構による制約の範囲内で軸
８に対して回転可能に取付けられている。即ち、軸８に
は該軸の他の部分より大径の部体取付部８ａが設けてあ
り、該部体取付部８ａの下部には、パケット部体９の上
面中心に一体的に設けられた短筒状支持部９ａが回動可
能に嵌合され、該支持部９ａは、部体取付部８ａに形成
された環状凹部８ｂに回動可能に嵌合される２分割の支
持用リング１０にボルト４６によって連結されている。

なお、リング１０の上面の内周側には凸部１０ａを形成
することにより、リング１ｏ及び支持部９ａと部体取付
部８ａとの間の摺動部へ土砂が入りにくい構造としであ
る。また、環状凹部８ｂとリング１０との間に土砂が入
ったとしても下方へ排出されて摺動面を荒らさないよう
に、リング１０は環状凹部８ｂに対して上下方向と水平
方向に若干のクリアランスを有しておシ、かつ部体取付
部８ａの支持部９ａとの摺動面のいずれか一方には（図
示例では部体取付部８ａ）、縦方向に土砂降下用スリッ
ト８ｃが設けである。

第２図に示すように、底蓋１２の中心部には底蓋開閉に
伴なって軸８の下端部に係脱自在に嵌合されて拡底部掘
削時に軸８を相対的に回動自在に支持する支持部１２ａ
が一体的に設けてあシ、これによって軸を安定的に支持
すると共に、排土上邪魔になる部材を無くした構造とす
ることによって排土性が損なわれないようにしている。

本実施例においては、軸８の下部に円形中実軸１１が一
体に取付けられており、該円形中実軸１１の下端は第２
図に示すように円錐形の凹み１１ａが設けられ、底蓋１
２に設けられた支持部１２ａの上端の凸状円錐部が該凹
みｌｌａに同心で接触している。このような構造として
いる理由は、後述のように底蓋中心に対して軸１１が相
対的に回転摺動するために回転中心点を設定することと
、回転摺動部に対する土砂の浸入防止と、後述のように
底蓋１２を閉じる際の底蓋のラッチとの噛み合わせが確
実に行えるようにするためである。

前記パケット部体９には、第１図、第３図および第４図
に示すように、掘削刃１３の付いた複数枚の拡大翼１４
が開閉支点としてのヒンジ１５によシ水平方向に揺動可
能に連結されている。

本実施例においては、３枚の拡大翼１４を周方向に等間
隔に配設した例を示す。ヒンジ１５は、第６図に示すよ
うに、パケット部体９と一体のボス９ｂと、拡犬翼１４
と一体のボス１４ｅ、１４ｆと、これらを貫通して取付
けられたピン２７とからなる。なお、ピン２７の７ラン
ジ２７ａの下面には円錐状の凹みが設けられていると共
に、ボス１４ｅの上部がこれに合致する凸円錐状になっ
ているため、拡大具１４の揺動に際しても土砂が浸入し
にくい。なお、１枚の拡大具の最上部のヒンジ１５′に
は、第７図に示すように、拡大具】４の揺動角を検出す
る検出器２８の可動部２８ａが、前記ビン２７にカップ
リング３０を介して連結され、ビン２７はボス１４　ｅ
、　　１４　ｆに対してキー３１により一体に嵌着され
、検出器２８はバケット部体９に取付具４８により固定
されている。

各拡大具１４と軸８とは、第５図に示すように、すνり
機構４７により連結されている。各リンク機構４７は、
軸８に脱着可能にかつ一体的に取付けられたブラケット
２３と、拡大具１４と該ブラケット２３とを連結するリ
ンク２５およびビン２４．２６とからなる。リンク２５
は拡大具１４に設けられた穴４９およびパケット部体９
の側板部に設けた穴５０に挿通されている。

第５図の矢印Ａは軸８およびパケット部体９の掘削時に
おける回転方向を示しており、掘削回転時には、開閉支
点であるヒンジ１５が拡大具１４に先行する位置にあり
、かつ掘削時における掘削抵抗が拡大具１４を閉じる方
向に作用するように構成されている。

各拡大具１４は、これを開いて掘削を行った場合には、
自動的に拡底孔の傾斜角θ（第１図参照）が形成するこ
とができるように、第４図に示すように、掘削刃１３は
直線状に取付けられている。

拡大具１４の下部には、第１図、第４図、第９図に示す
ように、平面状の掘削刃１６が、拡大具１４を開いた状
態において底蓋１２の中心から外周側に至る勾配に合致
する傾きを有して取付けられている。該掘削刃１６は、
拡大具１４を開いた時にこの勾配部の形成と土砂の掻き
寄せ作用をなすものである。

第１−１第４・図、第８図、第９図に示すように、パケ
ット部体９の側板部の下部には土砂導入装置設置用の４
角形の穴５２が設けてあり、該穴５２には土砂導入用箱
体１７が摺動可能に嵌合されている。該箱体はヒンジ１
５を中心とする弧状をなすダクト状のものであり、内端
部側辺と外端部側辺にはそれぞれ外れ止めストッパ１７
ａ、１７ｂが設けてあり、底板１７ｃはヒンジ２１を中
心として上下方向に揺動可能に取付けられている。

９ｂはパケット部体９の下部に固設されたビームであり
、底蓋１２は該ビーム９ｂにヒンジ２２を中心として開
閉可能に取付けられており、底蓋１２のヒンジ２２の反
対側はハンドル５１　（第１図、第４図参照）によシ回
動されるラッチ３４に係止され、ハンドル操作によシ係
止が解かれて自重により底蓋１２が開くように構成２さ
れている。

底蓋１２を閉じる場合はクレーンによシパケットを地上
に降ろし、旋回体を旋回させなから底蓋を地面に押し付
けてラッチ３４と係合させるが、この場合、前記軸１１
の凹みＩｌａに支持部１２ａがガイドされて位置決めさ
れるので、ラッチ３４と底蓋１２との係合が確実に行え
る。

前記底板１７ｃは、底蓋１２を閉じた状態においては底
蓋１２に設けた突起１２ｂに支持されて実線で示すよう
に略水平を保ち、底蓋１２を開いた状態におしては前記
ビーム９ｂにヒンジ２１部が当接して１７′ｃに示すよ
う力傾斜状態を保つようになっている。

一方拡大翼１４には、該箱体内に摺動可能となるように
土砂導入用箱体１８が取付けられている。

該箱体１８は底板１８ａがヒンジ２ｏにより上下方向に
揺動可能に取付けられ、かっ該底板１８ａは前記底板１
７ｃに支持されており、天板１８ｂの内側膜は、ヒンジ
１９にょシ上下方向に揺動可能に弁作用をなす弁板１８
ｃが取付けられ、該弁板１８ｃの下端の両側は、側板１
８ｆの内端のストッパ１８ｄに形成した突起１８ｅに載
せられている。ストッパ１８ｄは、拡大具１４を開くと
きに前記箱体１７の先端の内面に設けられた突起１７ｄ
に第１１図のように当接して箱体１７を箱体１８と共に
引き出すと共に箱体１８が抜は出すことを防ぐものであ
る。また、箱体１８の側板１８ｆの下端には、箱体１７
の側板１７ｅの下端の曲成部１７ｆの内面に接しかつ前
記突起゛１７ｄの下端の切り欠き部１．７ｇに摺動可能
に嵌め込まれるガイドレール１８ｇが設けである。

第１図、第４図、第１２図に示すように、底蓋１２の下
面には爪３２がヒンジ３３により取付けられている。該
爪３２は、パケットが掘削方向（第１２図の矢印方向）
に回動される時には底蓋底面から上方へ凹ませて形成し
た格納室１２ｄに納まり、逆方向に回動させた時は爪３
２の自重により３２’に示すように下方に突出し、かつ
基端面３２ａが底蓋１２に設けられたストッパ１２ｃに
当接して図示の姿勢を保つことによシ、掘削孔底面の土
砂に食い込んで抑止機能を発揮するものである。々お、
格納室１２ｄが形成されていることにより、爪３２が土
砂に食い込んだ際に爪３２によって導かれた土砂が該格
納室１２ｄにとじ込められ、さらに抑止効果を高めるこ
とができる。

また、格納室１２ｄとして爪３２の容積以上のスペース
を備えることによシ、再び掘削を行う際において、爪３
２が実線の位置に戻る場合の格納室”１２ｄからの土砂
の排出がスムーズとなシ、爪の動作がスムーズとなるよ
うにしている。

次に本装置を用いて竪・孔の掘削を行う場合の掘削動作
を説明する。まず、通常、□単−杭を施工する場合のア
ースドリルパケット（図示せず）により、拡底部分を除
いた整孔を掘削する。その後本発明による拡底孔掘削装
置を整孔に挿入して掘削を行う。この場合、底蓋１２は
パケット装置の自重によシ孔の底面に押しつけられ、ケ
リーバ１によって軸８を回転させた時に回転摩擦力が発
生する。従って第５図及び第１３図で示すように軸８を
回転させるとブラケット２３によってリンク２Ｇを押す
。これによシヒンジ１５を中心として拡大翼１４が外周
方向に開かれる。これを作用力で説明すると次のように
なる。すなわち、ケリーバ１によって与えられた掘削ト
ルクの１つのリンク機構４７に与えられる回転トルクを
Ｔとし、ブラケット２３の回転半径をｒ、とすると、ブ
ラケット２３の回転力Ｐ、はＰ、＝干で与えられる。ま
たリンク２５の作用力Ｐ２は軸８からの作用距離を４１
とするとＰ２＝＝、−１−となる。従って拡大翼１４の
揺動トルクＴ１はヒンジ１５からのリンク２５０作用距
離をＩＪ２とすれば、Ｔ＋　＝　Ｐｉ　１２で与えられ
木。このため、拡大翼１４の地山に最初に食い込む掘削
刃１３′に与えられる食い込み力Ｐ３は、拡大翼１４の
回転半径をｒ２とすればＰ、＝＝４−Ｙ＝Ｈで与えられ
る。

また、掘削刃１３′が地山に食い込んだ状態で掘削装置
全体にも回転トルクが与えられる０従って掘削装置全体
を回転させた際の１つの拡大翼１４に取付けられた掘削
刃１３′には前述の回転トルクＴと同じ大きさの回転ト
ルクＴ２（＝Ｔ）が与えられる。よって掘削刃１３′に
作用する作用力Ｐ４は、軸８を中心とする回転半径をｒ
３とすれば、ｐ、−１＝　Ｌ−で与えられる。このＰ４
は見方をかえれｒ３　　　　ｒ３ ば地山がらの掘削抵抗力である。従って掘削刃１３′が
地山に食い込むためにはヒンジ１５を中心とする拡大翼
１４の揺動トルクＴ１が、作用力Ｐ４に対するヒンジ１
５からの作用距離１３によって発生する拡大具揺動抵抗
トルクＴ３に打ち勝つ必要がある。

すなわち！　−Ｔ＋　＞　Ｔ３＝　Ｐ４　（ｌｓ＝　”
　’　− ３ 故に、±〉五−−−一−−−〜−−（１）３ の関係を成立させることが必要となる。

このような関係から、拡大翼のすべての揺動範囲につい
て拡大具ρ揺動トルクが揺動抵抗トルクに打勝ち、拡底
孔の掘削を可能とするための条件は、（２）式が拡大翼
のすべての揺動角範囲で成立することである。

Ｌよ＞ＪＬｓ−−−−−−−一用−（２）ｌｊａ　　　
　　ｒ 但し、ｌｃ　：軸８からリンク２５への作用距離ｌｂ：
ヒンジ１５からリンク２５への作用距離 ｌｃ：ヒンジ１５から合成揺動モーメントの作用する仮
想の掘削刃に与えられ る作用力への作用距離 ｒ　：前記仮想の掘削刃の軸８を中心とする回転半径 掘削時において、地山の土質に応じた適正な荷重を掘削
刃１３に与えてやることができれば、掘削刃１３の食い
込み量が適正となる。従ってピン２６もしくはピン２４
の取付は位置が自由に変更できれば、土質に応じて前記
Ｈの値を変化させることができ理想的となる。しかし一
般に拡底杭を施工しようとする地山の土質の硬さはＮ値
５０前後であるから、特にピン位置を調整可能にしなく
とも特に大きな支障は来たさない０ また、このリンク機構の特徴は土質の硬さに応じて回転
トルクＴが決まシ、これに対応して拡大具の揺動トルク
が決まることにあり、土質からの掘削抵抗に応じて拡大
具が揺動することにある。これはすなわち前記（２）式
に回転トルクＴが関与していないことからも掘削刃１３
の地山への食い込み性はリンクの取付は比にあることが
わかる。

なお、前記拡底孔の掘削において、軸８を加えられる回
転トルクによって拡大具１４が第１０図の状態から第１
１図の状態へと開く場合、拡大具１４の揺動及び回動に
伴ない、掘削刃１３および平面刃１６によシ掘削される
土砂は、箱体１８を介してパケット部体９内に入る。こ
の時、弁板１８ｃは第９図の仮想線で示すように開くｏ
拡大具１４がさらに外周側へ揺動することによシ、箱体
１８のス′トツパ１８ｄが箱体１７の突起１７ｄに当接
して該箱体１７を伴なってパケット部体９の穴５２から
引き出しながら揺動することになる０拡大翼１４が最大
揺動角まで開き、拡底孔の掘削が終了した後は軸８を掘
削時と逆方向に回転させる。この逆回転によシ、爪３２
が孔底面に食い込み、回転に対する抵抗力が発生するた
め、リンク機構により拡大具１４が閉じ方向に動き、箱
体１８が箱体１７内に入シ、続いて拡大具１４に箱体１
７が押されてパケット部体９内に押し込まれる。なお、
この場合、弁板１８ｃは第９図の実線の状態となってパ
ケット部体９内の土砂が排出することが防止される。

土砂を排出する場合は、ハンドル５１の操作により底蓋
１２のラッチ３４による係止を解き、底蓋１２を第９図
の仮想線に示すように開放する。

この底蓋開放に伴ない、突起１２ｂに束えられていた箱
体１７の底板１７ｃは１７ｃ′で示すようにヒンジ２１
を中心として下方へ揺動すると共に、底板１７ｃに支え
られていた箱体１８の底板１８ａもヒンジ２０を中心と
して下方へ揺動するので、箱体１８内に残留していた土
砂も有効に排出されることになる。なお、この場合、底
板は１７０′で示すようにビーム９ｂによシ傾斜した位
置にあるので、底蓋１２を閉じる場合底板１７ｃが障害
とならず、まだ前記のような凹みｌｌａと突起１２ａと
の合致により、底蓋はスムーズに閉じられる。

なお、本実施例は、アースドリルに例を取って説明した
が、本発明は単にアースドリルのように土砂を取込んで
地上に排出するだめの回転パケット装置だけに適用され
るものではなく、リバースサーキュレーションドリルの
ように土砂を取込む部分を有しない回転ピント装置にも
適用できるものである。

以上述べたように、本発明の回転拡底掘削装置は、掘削
具を回転しながら翼を徐々に開いて掘削を行った際に、
翼の開閉支点が掘削具の回転方向に対して掘削刃よりも
常に先行する２位置’？、！１″外′す：掘削抵抗によ
って翼が閉じる方向の力を受けるように構成されている
ので、翼が掘削抵抗によって増大することはない。従っ
て掘削時に翼の地山への食い込みによって翼同志が互い
につっばり゛合って掘削装置が回転不能に陥ることがな
く、スムーズに能率よく掘削を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転拡底掘削装置の一実施例を示
す全体正面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図
は第２図のＢ−Ｂ断面図、第４図は第３図のＣ−Ｃ矢視
図、第５図は第１図のＤ　−Ｄ断面図、第６図は第１図
のＥ−Ｅ断面図、第７図は第３図のＦ−Ｆ断面図、第８
図は該実施例装置の土砂導入部を示す斜視図、第９図（
ａ）は第８図のＧ−Ｇ断面図、同（ｂ）は（ａ）のＨ−
Ｈ断面図、第１０図は第１図のＩ−Ｉ断面図、第１１図
は第１０図の拡大具が開いた状態を示す断面図、第１２
図は第４図のＪ−Ｊ断面図、第１３図は該実施例装置の
リンク機構の作用力を拡大具の開き始めの状態にて示す
説明図である。 ４・・・パケット装置、１３・・・掘削刃、１４・・・
翼、１５　ヒンジ 特許出願人　日立建機株式会社 代理人　弁理士　秋　本　正　実 代理人　弁理士　若　１）勝　− 第１０図 １１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘削刃の付いた翼と、該翼を開閉する装置とを有し、掘
   削具の回転に伴々って翼を開きなから斃死の拡底部の掘
   削を行う回転拡底掘削装置において、前記翼の開閉支点
   が掘削具の掘削回転時に前記掘削刃より先行する位置に
   あり、かつ掘削時における掘削抵抗が翼を閉じる方向に
   作用するように構成されていることを特徴とする回転拡
   底掘削装置０