JPS644037B2 - - Google Patents

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ユレー
シヨンドリルのように、拡底杭を施工する竪孔掘
削装置において、竪孔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つ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り、翼を開閉可能とし
たものとして、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
バケツトの回転力を一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、かつ翼がバケツトの回転によつて掘削された
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
てバケツトを掘削方向に回転させた際に、回転力
によつて掘削刃が地山に食い込み、一たん地山に
食い込むと、回転力が掘削力として作用するほか
に、掘削抵抗によつ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、従つてバケツトは翼
同士でつつぱり合い、ブレーキがかかつた状態で
回転し、最後には完全に停止する。そこで翼を食
い込みすぎた時にはバケツ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
い込みすぎた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
が防止され、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、本発明は、掘削刃の
付いた拡底部掘削用拡大翼と、該拡大翼を開閉す
る装置とを有する回転拡底掘削装置において、前
記拡大翼が、掘削時における掘削具の掘削回転方
向と同じ方向に揺動するように、前記拡大翼の開
閉支点を設けたことを特徴とする。

以下本発明をアースドリルの掘削バケツトに適
用した場合について説明する。第１図は本発明に
よる拡底用バケツトの全体構成を示しており、１
はアースドリルのバケツトを支持する伸縮式のケ
リーバ、３はスタビライザ、４は拡底用バケツト
である。スタビライザ３の軸４０は２本のピン２
によりケリーバ１に連結され、該軸４０にはバケ
ツト４の上部軸８がフランジ部５にてボルト４５
により連結されている。

バケツト４は、第１図、第２図および第３図に
示すように、土砂を収納するバケツト郭体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
り大径の郭体取付部８ａが設けてあり、該郭体取
付部８ａの下部には、バケツト郭体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、郭体取付部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によつ
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１０
ａを形成することにより、リング１０及び支持部
９ａと郭体取付部８ａとの間の摺動部へ土砂が入
りにくい構造としてある。また、環状凹部８ｂと
リング１０との間に土砂が入つたとしても下方へ
排出されて摺動面を荒らさないように、リング１
０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り、かつ郭体取付
若干のクリアランスを有しており、かつ郭体取付
部８ａの支持部９ａとの摺動面のいずれか一方に
は（図示例では郭体取付部８ａ）、縦方向に土砂
降下用スリツト８ｃが設けてある。

第２図に示すように、底蓋１２の中心部には底
蓋開閉に伴なつて軸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り、こ
れによつ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つ
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１
１の下端は第２図に示すように円錐形の凹み１１
ａが設けられ、底蓋１２に設けられた支持部１２
ａの上端の凸状円錐部が該凹み１１ａ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
回動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ツチとの
噛み合わせが確実に行えるようにするためであ
る。

前記バケツト郭体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
より水平方向に揺動可能に連結されている。

第５図に示すように、ヒンジ１５はバケツト４
の外周よりも内側に設けてある。

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、バケツト郭体９と一体のボ
ス９ｂと、拡大翼１４と一体のボス１４ｅ，１４
ｆ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のフランジ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つ
ているため、拡大翼１４の揺動に際しても土砂が
浸入しにくい。なお、１枚の拡大翼の最上部のヒ
ンジ１５′には、第７図に示すように、拡大翼１
４の揺動角を検出する検出器２８の可動部２８ａ
が、前記ピン２７にカツプリング３０を介して連
結され、ピン２７はボス１４ｅ，１４ｆに対して
キー３１により一体に嵌着され、検出器２８はバ
ケツト郭体９に取付具４８により固定されてい
る。

各拡大翼１４と軸８とは、第５図に示すよう
に、リンク機構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ツト２３と、拡大翼１４と該
ブラケツト２３とを連結するリンク２５およびピ
ン２４，２６とからなる。リンク２５は拡大翼１
４に設けられた穴４９およびバケツト郭体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およびバケツト郭体９の
掘削時における回転方向（本実施例においては時
計方向）を示しており、掘削回転時には、開閉支
点であるヒンジ１５が拡大翼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翼１
４を閉じる方向に作用するように構成されてい
る。

すなわち、いいかえれば、拡底部を掘削する場
合は、拡大翼１４はヒンジ１５を中心として時計
回りに出て行くことになる。

各拡大翼１４は、これを開いて掘削を行つた場
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は概ね直線状に取付けられてい
る。

拡大翼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、拡大翼
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、拡大翼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図、第４図、第８図、第９図に示すよう
に、バケツト郭体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１５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ツパ１７ａ，１
７ｂ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はバケツト郭体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）により回動されるラツチ３４に
係止され、ハンドル操作により係止が解かれて自
重により底蓋１２が開くように構成されている。

底蓋１２を閉じる場合はクレーンによりバケツ
トを地上に降ろし、旋回体を旋回させながら底蓋
を地面に押し付けてラツチ３４と係合させるが、
この場合、前記軸１１の凹み１１ａに支持部１２
ａがガイドされて位置決めされるので、ラツチ３
４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
た状態においては前記ビーム９ｂにヒンジ２１部
が当接して１７ｃに示すような傾斜状態を保つよ
うになつている。

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２０により
上下方向に揺動可能に取付けられ、かつ該底板１
８ａは前記底板１７ｃに支持されており、天板１
８ｂの内側には、ヒンジ１９により上下方向に揺
動可能に弁作用をなす弁板１８ｃが取付けられ、
該弁板１８ｃの下端の両側は、側板１８ｆの内端
のストツパ１８ｄに形成した突起１８ｅに載せら
れている。ストツパ１８ｄは、拡大翼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が抜け出
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１７ｇに摺動可能に嵌め込ま
れるガイドレール１８ｇが設けてある。

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、バケツトが掘削方向
（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３２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に設けられたストツパ１２ｃ
に当接して図示の姿勢に保つことにより、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。なお、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
によつ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り、再び掘削を行う際
において、爪３２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り、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、単一杭を施工す
る場合のアースドリルバケツト（図示せず）によ
り、拡底部分を除いた竪孔を掘削する。その後本
発明による拡底孔掘削装置を竪孔に挿入して掘削
を行う。この場合、底蓋１２はバケツト装置の自
重により孔の底面に押しつけられ、ケリーバ１に
よつて軸８を回転させた時に回転摩擦力が発生す
る。従つて第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ツト２３によつてリンク２
５を押す。これによりヒンジ１５を中心として拡
大翼１４が時計回りに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によつ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、ブラケツト２３の回転半径をr₁とする
と、ブラケツト２３の回転力P₁はP₁＝Ｔ／r₁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l₁とするとP₂＝Ｔ／l₁となる。、従つて 拡大翼１４の揺動トルクT₁はヒンジ１５からの
リンク２５の作用距離をl₂とすれば、T₁＝P₂l₂で
与えられる。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P₃＝
T₁／r₂＝P₂l₂／r₂＝Tl₂／l₁r₂で与えられる。また、掘
削刃１ ３′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。従つて掘削装置全体を
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。よつて
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r₃とすれば、 P₄＝T₂／r₃＝Ｔ／r₃で与えられる。このP₄は見方を かえれば地山からの掘削抵抗力である。この力
P₄の方向と前記食い込み力P₃の方向とは鋭角を
なすので、掘削抵抗力は掘削刃１３′を押し込む
方向に作用することとなる。前記力P₃，P₄が鋭
角をなす理由は、ヒンジ１５が、前記掘削刃１
３′よりバケツト４の掘削回転方向の先行位置で、
しかもバケツト外周より内側に設けているので、
前記P₃が掘削刃１３′の回転円の接線に対して鋭
角をなし、一方、前記力P₄の方向は、掘削刃１
３′の回転円弧の接線と同方向であるからである。
従つて掘削刃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１５からの作用
距離l₃によつて発生する拡大翼揺動抵抗トルクT₃
に打ち勝つ必要がある。すなわちTl₂／l₁＝T₁＞T₃ ＝P₄l₃＝Tl₃／r₃ 故に、 l₂／l₁＞l₃／r₃ ……(1) 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
囲について拡大翼の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。

lb／la＞lc／ｒ ……(2) 但し、 la：軸からリンク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から合成揺特モーメントの作
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。従つてピン
２６もしくはピン２４の取付け位置が自由に変更
できれば、土質に応じて前記lb／la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。

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が決まり、これに対応して拡大
翼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翼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け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に加え
られる回転トルクによつて拡大翼１４が第１０図
の状態から第１１図の状態へと開く場合、拡大翼
１４の揺動及び回動に伴ない、掘削刃１３および
平面刃１６により掘削される土砂は、箱体１８を
介してバケツト郭体９内に入る。この時、弁板１
８ｃは第９図の仮想線で示すように開く。拡大翼
１４がさらに外周側へ揺動することにより、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を伴なつてバケツト郭体９の
穴５２から引き出しながら揺動することになる。

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。この逆回転により、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
ク機構により拡大翼１４が閉じ方向に動き、箱体
１８が箱体１７内に入り、続いて拡大翼１４に箱
体１７が押されてバケツト郭体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
の状態となつてバケツト郭体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のラツチ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に支えられて
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１８
ａ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１７
c′で示すようにビーム９ｂにより傾斜した位置に
あるので、底蓋１２を閉じる場合底板１７ｃが障
害とならず、また前記のような凹み１１ａ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つて
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ための回転バケツ
ト装置だけに適用されるものではなく、リバース
サーキユレーシヨンドリルのように土砂を取込む
部分を有しない回転ビツト装置にも適用できるも
のである。

また、本実施例においては、回転トルクＴをリ
ンク機構４７に付与させて、拡大翼１４を外周方
向に開く方向について示したが、本発明の目的と
するところは、拡大翼１４が開いた時、掘削刃の
地山への過度の食い込みを防止することにあるか
ら、リンク機構４７の代わりに、油圧シリンダを
用いて、拡大翼１４を外周方向に開かせるように
しても本発明の目的を逸脱するものではない。す
なわち、回転トルクＴはP₄×r₃で与えられるが、
リンク２５を油圧シリンダに置きかえた時、P₄
×l₃≦P₂×l₂となるようにP₂を制御してやれば、
掘削時における掘削抵抗によつて拡大翼１４が閉
じられることはなく、かつ掘削刃が地山に食い込
んで拡大翼同士でつつぱり合い、ブレーキがかか
つた状態になることもないからである。

以上述べたように、本発明の回転拡底掘削装置
は、掘削具を例えば時計回りに回転させながら、
拡大翼を徐々に開いて掘削を行なつた際に、拡大
翼が掘削回転方向と同方向に揺動しながら開くた
め、掘削方向によつて拡大翼が反時計回りの閉じ
る方向の力を受け、拡大翼の開きが掘削抵抗によ
つて開くことはない。従つて、掘削時に拡大翼の
地山への食い込みにより拡大翼同士がつつぱり合
つて掘削装置が回転不能に陥ることがなく、スム
ーズに能率良く掘削を行な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１
０図は第１図のＩ−Ｉ断面図、第１１図は第１０
図の拡大翼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翼の開き始めの状
態にて示す説明図である。 ４……バケツト装置、１３……掘削刃、１４…
…翼、１５……ヒンジ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 掘削刃の付いた拡底部掘削用拡大翼と、該拡
   大翼を開閉する装置とを有する回転拡底掘削装置
   において、前記拡大翼が、掘削時における掘削具
   の掘削回転方向と同じ方向に揺動するように、前
   記拡大翼の開閉支点を設けたことを特徴とする回
   転拡底掘削装置。