JPS6210332A - 穴掘削機械 - 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】 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圧入する際に有効
な穴掘削機械に関する。

一般に前記のような各種の躯体は、その内方に挿入した
回転式穴掘削機械により躯体前方の地盤を該躯体の断面
形状とほぼ同形状に掘削した後、あるいは掘削しながら
地盤に圧入されている。しかしながら従来の回転式穴掘
削機械によって掘削できる穴は円形のものに限られ、そ
のため断面形状が円形の躯体しか圧入できず。

円形以外のもの例えば長円形等の躯体の圧入施工には適
用できないという欠点があった。したがって円形以外の
躯体の圧入の際には、非回転式のショベル式等の穴掘削
機械を使用しているのが実状であり、掘削効率が極めて
悪いものであった。

この発明は上記のような従来のもののもつ欠点を排除し
、簡単な機構によって躯体の断面形状が円形のみならず
、それ以外の躯体形状に対応した穴をも効率よく掘削す
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
。

すなわちこの発明は１回転軸の先端付近に。

第１支持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
けられたピッｌ−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、さらに前記第２支持アームの他端部にガイドロ
ーラを枢着したことを特徴とする穴掘削機械にある。

以下図面に示す一実施例について説明する。

第１〜３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、この穴１に躯体例えば井
筒２が圧入沈設される。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、上下動可能となっており、またドリル
パイプ３内を掘削屑を伴った泥水が循環するようになっ
ている。ドリルパイプ３の下端にはセンタビット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の内端部が
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の外端部にはビット軸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ｔｏ、　１１の下端には外輪ビット１
２．１３が取付けられている。外輪ビット１２．１３の
外周には多数の切削刃２１が取付けられ、この切削刃２
１は地盤を段切状に掘削すべく傾斜して取付けられてい
る。

ドリルパイプ３にはセンタギヤ１４が固定され、このセ
ンタギヤ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。さらにビット軸１０、１１にはアウタギヤ１７．１
８よりも径が大きいガイドローラ１９．２０が枢着され
ている。このガイドローラ１９．２０は、第２支持アー
ム８，９の外端部にビット軸ｔｏ、　１１以外にこれと
平行となるようにローラ軸（図示せず）を設け、このロ
ーラ軸に枢着されてもよい。

次に上記実施例の作用を説明する 井筒２は図示の例では外形形状が長円形のものが使用さ
れ、この井筒２は図示しない懸吊装置によって掘削時に
自沈しないように保持されている。掘削機械は第２支持
アーム８，９を第１支持アーム５に対し屈曲させ０、外
輪ビット１２゜１３がセンタビット４に接近して閉じた
状Ｓ（第３図示の状態）で井筒２内にその長径部を経て
挿入され、各ビット４　、１２．１．３が井筒２の刃先
下方に突出するようにする。この状態でドリルパイプ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１２．１
３がドリルパイプ３と同一方向に自転して穴１の底部外
方を掘削する。外輪ビット１２．１３は前記のようにド
リルパイプ３から回転（自転）ｌ−ルクと、第１、第２
支持アーム５，８．９を介して推力とが付与されて掘削
するので、その際の掘削抵抗により外輪ビット１２．１
３には公転トルクが発生し。

外輪ビット１２．１３は自転しながらドリルパイプ３の
回りを公転することになる。

この外輪ビット１２．１３の公転方向は、ギヤ比と外輪
ビット１２．１３に加わる掘削抵抗の分布により設定で
き、その条件により第１図に矢印Ａで示す正方向にも矢
印Ｂで示す逆方向にも公転する。外輪ビット１２．１３
にはその公転により外方への拡開力が作用するが、ガイ
ドローラ１９゜２０が井筒２の内壁面に周接して拡開が
規制され、したがって外輪ビット１２．１３はガイドロ
ーラ１９゜２０が井筒２の内壁面に周接した状態で公転
することになる。すなわち外輪ビット１２．１３は井筒
２の断面形状と同じ形状の公転軌跡を描き、それにより
井筒２の断面形状と同じ形状の穴１が掘削される。井筒
２の長径部を掘削している状態が第１図であり、短径部
を掘削している状態が第３図である。

前記のように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、それにより外輪ピッ１−１２．１３を逆転させる
と、第２支持アーム８，９が第１支持アーム５に対して
屈曲し、外輪ビット１２．１３がセンタビットに接近し
た状態（第３図示の状態）となり、この状態で井筒２の
長径部を経て掘削機械を所定寸度だけ引き上げ、該井筒
２を掘削した穴１内に沈設する。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。

ドリルパイプ３からビット軸１０．１１への回転の伝達
は、ギヤの噛合せに限らず、スプロケットとチェーンの
組合せ、あるいはそれらを併用してもよく１例えばドリ
ルパイプ３と伝達軸７との間をギヤの噛合せによって回
転伝達し、伝達軸７とビット軸１１との間をスプロケッ
ｌ−とチェーンの組合せによって回転伝達するように構
成してもよい。

なお、上記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。ｄこの発明の掘削機械は井筒の沈設
施工に限らず、ケーソンの沈設施工にも適用でき、さら
に掘削機械を横向きに配置すればシールドや推進管の圧
入施工にも適用できる。

この発明は上記のように構成したので１回転軸によって
回転させら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、公転の
際ビットに作用する拡開力により、第２支持アームの端
部に枢着　−したガイドローラが躯体の内壁面に周接し
、したがってビットは躯体の断面形状と同じ形状の公転
軌跡を描くので、躯体の断面形状が円形である場合はも
ちろん、長円形や矩形等の他の形状であっても、それに
等しい形状の穴を掘削することができる。またビットの
自転および公転は、ともに回転軸の回転から得られるの
で、駆動源が少くて済み、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。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す平面図であって、井
筒の長径部を掘削している状態を示し、第２図は同上の
縦断面図、第３図は井筒の短径部を掘削している状態を
示す平面図。 １・・・穴　　　　　　２・・・井　筒３・・・ドリル
パイプ　４・・・センタビット５・・・第１支持アーム
　６，７・・・伝達軸８．９・・・第２支持アーム　１
０．１１・・・ビット軸１２．１３・・・外輪ビット　
　１４〜１８・・・ギヤ１９．２０・・・ガイドローラ
　１２・・・切削刃手続補正書 昭和６０年８月３０日 昭和６０年特許願第１４７９３７号 ２、　発明の名称 穴掘削機械 ３、　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 千葉県浦安市北栄四丁目１２番９号 株式会社東京製作所 代表者井上へ部 ４、代理人 東京都千代田区麹町４丁目５番地（〒１０２）（１）明
細書全文 （２）　　　図　　　　　面 ６、補正の内容 （１）　　明細書全文を別添のように補正する。 （２）　　図面の第４図を別添のように追加する。 ７、　添付書類の目録 （１）　　明　細　書　　　　　　　　　　　　　１通
（２）　　図面（第４図）　　　　　　　　　　　１通
明　　　　細　　　　書 １、発明の名称 穴掘削機械 ２、特許請求の範囲 １、　回転軸の先端付近に、第１支持アームを前記回転
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、さらに前記第２支持
アームの他端部にガイドローラを枢着したことを特徴と
する穴掘削機械。 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項に記載の掘削機械。 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
の掘削機械。 ３、発明の詳細な説明 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圧入する際に有効
な穴掘削機械に関する。 一般に前記のような各種の躯体は、その内方に挿入した
回転式穴掘削機械により躯体前方の地盤を該躯体の断面
形状とほぼ同形状に掘削した後、あるいは掘削しながら
地盤に圧入されている。しかしながら従来の回転式穴掘
削機械によって掘削できる穴は円形のものに限られ、そ
のため断面形状が円形の躯体しか圧入できず、円形以外
のもの例えば長円形等の躯体の圧入施工には適用できな
いという欠点があった。したがって円形以外の躯体の圧
入の際には、非回転式のショベル式等の穴掘削機械を使
用しているのが実状であり、掘削効率が極めて悪いもの
であった。 この発明は上記のような従来のもののもつ欠点を排除し
、簡単な機構によって躯体の断面形状が円形のみならず
、それ以外の躯体形状に対応した穴をも効率よく掘削す
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
。 すなわちこの発明は１回転軸の先端付近に、第１支持ア
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、ピッｌ−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
伝達軸とピッ１−軸との間を回転伝達部材により連結し
、さらに前記第２支持アームの他端部にガイドローラを
枢着したことを特徴とする穴掘削機械にある。 以下図面に示す一実施例について説明する。 第１〜３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、この穴１に躯体例えば井
筒２が圧入沈設される。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、上下動可能となっており、またドリル
パイプ３内を掘削屑を伴った泥水が循環するようになっ
ている。ドリルパイプ３の下端にはセンタビット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
の内端部が伝達軸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の外端部°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１２，１．３が取付けられている。外輪ビット
１２．１３の外周には多数の切削刃２１が取付けられ、
この切削刃２１は地盤を段切状に゛掘削すべく傾斜して
取付けられている。 ドリルパイプ３にはセンタギヤ１４が固定され、このセ
ンタギヤ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１５，１．６に
はビット軸１０．１１に固定したアウタギヤ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。さらにビット軸１０、１１にはアウタギヤ１７．
１８よりも径が大きいガイドローラ１９．２０が枢着さ
れている。このガイドローラ１９．２０は、第２支持ア
ーム８，９の外端部にビット軸１０．１１以外にこれと
平行となるようにローラ軸（図示せず）を設け、このロ
ーラ軸に枢着されてもよい。 次に上記実施例の作用を説明する 井筒２は図示の例では外形形状が長円形のものが使用さ
れ、この井筒２は図示しない懸吊装置によって掘削時に
自沈しないように保持されている。掘削機械は第２支持
アーム８，９を第１支持アーム５に対し屈曲させ、外輪
ピッｈ１２゜１３がセンタビット４に接近して閉じた状
態（第３図示の状態）で井筒２内にその長径部を経て挿
入され、各ビット４．　、１２．１３が井筒２の刃先下
方に突出するようにする。この状態でドリルパイプ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１０．１
１に伝達され、それにより下端の外輪ビット１２．１３
がドリルパイプ３と同一方向に自転して穴ｌの底部外方
を掘削する。外輪ビット１２．１３は前記のようにドリ
ルパイプ３から回転（自転）トルクと、第１゜第２支持
アーム５，８．９を介して推力とが付与されて掘削する
ので、その際の掘削抵抗により外輪ビット１２．１３に
は公転トルクが発生し。 外輪ビット１２．１３は自転しながらドリルパイプ３の
回りを公転することになる。 この外輪ビット１２．１３の公転方向は、ギヤ比と外輪
ビット１２．１３に加わる掘削抵抗の分布により設定で
き、その条件により第１図に矢印Ａで示す正方向にも矢
印Ｂで示す逆方向にも公転する。外輪ビット１２．１３
にはその公転により外方への拡開力が作用するが、ガイ
ドローラ１９゜２０が井筒２の内壁面に周接して拡開が
規制され、したがって外輪ビット１２．１３はガイドロ
ーラ１９゜２０が井筒２の内壁面に周接した状態で公転
することになる。すなわち外輪ビット１２．１３は井筒
２の断面形状と同じ形状の公転軌跡を描き、それにより
井筒２の断面形状と同じ形状の穴１が掘削される。井筒
２の長径部を掘削している状態が第１図であり、短径部
を掘削している状態が第３図である。 前記のように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、第２支
持アーム８，９が第１支持アーム５に対して屈曲し、外
輪ビット１２．１３がセンタビットに接近した状態（第
３図示の状態）となり、この状態で井筒２の長径部を経
て掘削機械を所定寸度だけ引き上げ、該井筒２を掘削し
た穴１内に沈設する。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。 次に第４図に基いて外輪ビットの公転原理を説明する。 図においてｒ。ｌ　　ｔａｒ２はそれぞれギヤ１４、１
５．１７の半径であり、Ｒｏはドリルパイプ３の中心ｏ
０とビット軸１０の中心０２間の距離、Ｒ８はドリルパ
イプの中心Ｏ０と伝達軸６の中心０１間の第１支持アー
ム５の長さ、Ｒ２は第２支持アーム８の長さである。第
２支持アーム８から角φの外輪ビット１２の外周Ｃ′点
の切削刃に着目して、その掘削抵抗をｆ′とし、これに
よってギヤ１７上の０点に掘削抵抗ｆが作用するものと
したとき、ピッ１−軸１０の中心０２に角φを二等分す
る方向に合力Ｐ２が発生する。これを０点の廻りのモー
メントの釣合から求めると、 （ｒ２−ｒ、ｃｏｓφ）・ｆ＝　ｒ　２ｓｉｒ（φ／２
−　Ｐ、−（１）であるから、 が得られる。 この場合支持アーム８は開く方向に０２点にＰ２ｓｉｎ
φ／２の力を受ける。これをＰ２Ｘとすると、（２）式
より Ｐｇ　ｘ　＝（１−ｃｏｓφ）・ｆ　　　　　　　　−
（３）となる、このときのドリルパイプ３中心○。の廻
りの公転をモーメントＭ２は Ｍ、　＝ｐ、　５ｉｎ（φ／２＋γ）−Ｒ，・（４）こ
こで第４図において Ｒ１１ｓｉｎβ＝Ｒ，ｓｉｎθ　　　　　　　　・（５
）Ｒ，ｃｏｓβ＝Ｒ，＋Ｒ２ｃｏｓθ　　　　　　　・
−（６）であるから、結局（５）、（６）式より（４）
式はＭｓ　＝（１−ｃｏｓφ）ｆ　（Ｒ，＋Ｒ，ｃｏｓ
θ）　　−（７）と表わせる。 一方、掘削動力はギヤ１４からａ、ｂ点を径由してギヤ
１７に与えられるので、伝達軸６の中心０、には角ａｏ
１ｂを二等分する方向にＰ、の力が発生する。これをｂ
点の廻りのモーメントの釣合いから求めると、 であるから。 Ｐ、のＲ１に対する直角方向の成分ＰＩＭは、Ｐ、ｘ＝
Ｐ、ｃｏｓａ＝＜１＋ｃｏｓＯ＞・ｉ　　−（１０）で
あるから、したがってＰｌが０１点に作用するその廻り
のモーメントＭ、は。 Ｍ、ニー（１＋Ｃ０５Ｏ）・ｆ−Ｒ１・・・（１１）と
なる。したがって、掘削抵抗ｆ′による系全体の００点
の廻りのモーメントは次式で表わされる。 Ｍ＝Ｍ、＋Ｍ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（１２）＝＝　ｆ　−（Ｒ，−Ｒ，）＋ｆ　−
（Ｒ，＋Ｒ，ＣＯ３θ）・ｃｏｓφこれをギヤ１７の全
周について積分すると、全公転モーメントすなわち公転
トルクＴは ＝２πｆ　（Ｒ，−Ｒ，） ＝２πｆ（ｒｏ−ｒ、）・・・（１３）となる、このこ
とは掘削抵抗の分布が等しいときは、公転の方向は支持
アームの長さＲ２゜Ｒ２またはギヤの半径ｒ０１ｒ２に
よって異なり、ｒ（１＞ｒｔで第４図における右公転＋
　　ｒｏ（ｒ　、であれば左公転することを意味してい
る。 前記の場合は掘削抵抗の分布が等しいときの場合であり
、例えばセンタビット４の上に外輪ビット１２の一部を
重ねた場合には外輪ピッ１−１２に作用する掘削抵抗の
分布が不均一となり、このような条件のもとではｒ、：
ｒ、でも公転は起こり得る。 ドリルパイプ３からビット軸ｔｏ、　ｔｉへの回転の伝
達は、ギヤの噛合せに限らず、スプロケットとチェーン
の組合せ、あるいはそれらを併用してもよく、例えばド
リルパイプ３と伝達軸７との間をギヤの噛合せによって
回転伝達し、伝達軸７とビット軸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
成してもよい。 なお、上記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。 この発明の掘削機械は井筒の沈設施工に限らず、ケーソ
ンの沈設施工にも適用でき、さらに掘削機械を横向きに
配置すればシールドや推進管の圧入施工にも適用できる
。 この発明は上記のように構成したので、回転軸によって
回転させら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、公転の
際ビットに作用する拡開力により、第２支持アームの端
部に枢着したガイドローラが躯体の内壁面に周接し、し
たがってビットは躯体の断面形状と同じ形状の公転軌跡
を描くので、躯体の断面形状が円形である場合はもちろ
ん、長円形や矩形等の他の形状であっても、それに等し
い形状の穴を掘削することができる。またビットの自転
および公転は、ともに回転軸の回転から得られるので、
駆動源が少くて済み、全体構造が簡素化され、機械のコ
ストを安価にでき、１−ラブルの発生も少くすることが
できる。 ４、図面の簡単な説明 第１図はこの発明の一実施例を示す平面図であって、井
筒の長径部を掘削している状態を示し、第２図は同上の
縦断面図、第３図は井筒の短径部を掘削している状態を
示す平面図、第４図は公転原理の説明図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸の先端付近に、第１支持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、さらに前記第２支持ア
   ームの他端部にガイドローラを枢着したことを特徴とす
   る穴掘削機械。 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項に記載の掘削機械。 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
   掘削機械。