(57)【要約】【課題】  従来の垂直多軸削孔機を利用した簡易な構造とすることで装置のコストを低減させた。【解決手段】  地下地盤を水平に掘削する水平掘削装置１は、単独駆動する第１〜３の削孔回転軸３、４、５を備えた三軸削孔機２に装着させる構造である。水平掘削装置１は、先端に掘削部７を設けた掘削軸部材Ｒと、第１の削孔回転軸３の回転力を掘削軸部材Ｒの掘削回転軸Ｐの方向の進退移動に変換させるスライド伝達機構Ｓと、第２の削孔回転軸４の回転力を掘削軸部材Ｒの回転に伝達させる回転伝達機構Ｔとを備えている。掘削軸部材Ｒを、回転伝達機構Ｔによって回転させ、スライド伝達機構Ｓによって掘削方向へ前進させることで水平方向に掘削できる。【選択図】      図１
2006299629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直多軸削孔機に設けられている複数の削孔回転軸に装着して地下地盤を水平に掘削する水平掘削装置であって、
先端に掘削部を設けた掘削軸部材と、
第１の削孔回転軸の回転力を、前記掘削軸部材の掘削回転軸方向の進退移動に変換させるスライド伝達機構と、
第２の削孔回転軸の回転力を、前記掘削軸部材の掘削回転軸周りの回転に伝達させる回転伝達機構と
を備えたことを特徴とする水平掘削装置。
【請求項２】
前記掘削軸部材の前記回転と前記進退移動とは、夫々単独で作動することを特徴とする請求項１に記載の水平掘削装置。
【請求項３】
予め形成された掘削溝中に請求項１又は２に記載の水平掘削装置を挿入し、前記水平掘削装置の前記掘削軸部材を回転させながら進退させて、前記掘削溝の壁面を掘削することを特徴する掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば地中障害物の下部地盤などを掘削する水平掘削装置及びその掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中障害物の下部地盤を掘削する場合には、棒状の掘削軸の周部にスクリューや複数のビットなどを配置した掘削部を単軸又は多軸に備えた拡幅掘削装置を使用していた（例えば、特許文献１参照）。
この拡幅掘削装置は、鋼材などから形成された架台本体の下端に掘削部の一端が取り付けられ、その取付け側の端部を中心に上下方向に回動させる回動装置が設けられている。さらに、この拡幅掘削装置には、その掘削部に回転駆動を伝達する駆動装置が備えられている。
この拡幅掘削装置を使用した掘削方法は、予め、地中障害物を避けて地上から所定の深さまで掘削して掘削溝を形成させておき、この掘削溝に掘削部を備えた掘削装置を吊り下ろし、所定の掘削位置に配置させる。そして、拡幅掘削機の掘削部を回転させながら、回動装置によって掘削部を上下に回動させて、掘削溝の側方から切り広げるように周囲を拡幅掘削するものである。
【特許文献１】特開平１０−８２２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１を含む従来技術における拡幅掘削装置は、掘削部のほかに、この掘削部を回転させる駆動装置や、掘削部の取り付け端部を軸にして上下に回動させる回動装置などを架台本体に搭載して一体化させた構造であるため、専用機械となるうえ大型化するという欠点がある。
このように、拡幅掘削装置に多様な機能をもたせた複雑な構造となることから、製造コストが増大するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、従来の垂直多軸削孔機を利用した簡易な構造とすることで装置のコストを低減させた水平掘削装置及びその掘削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る水平掘削装置では、垂直多軸削孔機に設けられている複数の削孔回転軸に装着して地下地盤を水平に掘削する水平掘削装置であって、先端に掘削部を設けた掘削軸部材と、第１の削孔回転軸の回転力を掘削軸部材の掘削回転軸方向の進退移動に変換させるスライド伝達機構と、第２の削孔回転軸の回転力を掘削回転軸周りの掘削軸部材の回転に伝達させる回転伝達機構とを備えたことを特徴としている。
本発明では、従来にある垂直多軸削孔機を使用して、その多軸のうち第１の削孔回転軸の下端にスライド伝達機構を、第２の削孔回転軸の下端に回転伝達機構を備え、さらにスライド伝達機構および回転伝達機構を介して水平方向に配置させた掘削軸部材を連結させて取り付けることができる。
掘削軸部材は、垂直多軸削孔機の削孔回転をスライド伝達機構により掘削回転軸の方向の進退移動に変換させ、回転伝達機構により掘削回転軸の回転に変換させる。このように、本水平掘削装置は、垂直多軸削孔機に装着可能な簡易な構造で、水平方向に掘削することができる。
【０００６】
また、本発明に係る水平掘削装置では、掘削軸部材の回転と進退移動とは、夫々単独で作動することが好ましい。
本発明では、掘削軸部材の回転と進退移動との機能が連動せずに作動するように、切り離した構造とすることにより、両機能を同時又はどちらか一方を単独で機能させて動かすことができる。したがって、掘削軸部材は、回転させながら、適宜進退方向に移動又は停止させて掘削することができる。
【０００７】
また、本発明に係る水平掘削装置の掘削方法では、予め形成された掘削溝中に上述した水平掘削装置を挿入し、水平掘削装置の掘削軸部材を回転させながら進退させて、掘削溝の壁面を掘削することを特徴としている。
本発明では、掘削溝を予め削孔しておき、この削孔溝に水平掘削装置を掘削位置に挿入して、水平掘削装置の回転伝達機構とスライド伝達機構により掘削軸部材を回転させながら進退させることで、掘削溝の壁面から水平方向に掘削することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の水平掘削装置及びその掘削方法によれば、スライド伝達機構および回転伝達機構を設けたことにより、従来ある垂直多軸削孔機を使用して、その削孔回転軸の先端に装着可能な構造とすることができる。したがって、掘削軸部材を回転させる動力と進退移動させる動力とを、垂直多軸削孔機の削孔回転軸から伝達させることができる。このため、水平掘削装置自体に専用の駆動装置を設けずに済み、掘削軸部材、スライド伝達機構、回転伝達機構からなる簡易な機構により構成できる。
このように、水平掘削装置は、垂直多軸削孔機を装着可能な構造とすることで、装置を小型化できるとともに、製造コストを低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る水平掘削装置及びその掘削方法の実施の形態について、図１乃至４に基づいて説明する。
図１は実施の形態による水平掘削装置の構造を示す側面図、図２は図１に示す回転伝達機構を示すＡ−Ａ線断面図、図３は水平掘削装置の掘削軸部材を掘削方向に張り出したときの状態を示す側面図、図４は実施の形態による水平掘削装置を使用した掘削方法の概要を示す説明図である。
【００１０】
図１に示すように、本水平掘削装置１は、例えば地下連続壁などの削孔に使用される回転方式の垂直多軸削孔機に設けられている複数の削孔回転軸の先端部分に取り付けられている掘削翼や攪拌翼に替えてアタッチメントとして装着されて、地下地盤を水平方向に掘削するものである。なお、ここでの垂直多軸削孔機であるが、地盤中に安定材を吐出しながら地下連続壁等の削孔に使用されるものの他、地盤中に硬化材を吐出しながら地盤を攪拌して地盤改良体を造成することに使用されるものも含む。
本実施の形態で用いる垂直多軸削孔機は、例えば三連の回転軸からなる三軸削孔機２を使用し、図１に示す左側の軸を第１の削孔回転軸３、図中中央の軸を第２の削孔回転軸４、図中右側の軸を第３の削孔回転軸５として以下説明する。なお、第１〜３の削孔回転軸３、４、５は、駆動モータ（図示省略）によって各々が独立して回転できるように備えられている。
【００１１】
図１に示すように、水平掘削装置１は、先端に掘削部を設けた棒状の部材からなる掘削軸部材Ｒと、第１の削孔回転軸３の回転を掘削軸部材Ｒの掘削回転軸の方向の進退移動に変換させるスライド伝達機構Ｓと、第２の削孔回転軸４の回転を掘削軸部材Ｒの回転に伝達させる回転伝達機構Ｔとから構成されている。
この掘削軸部材Ｒは、棒状の軸本体６と、軸本体６の一端６ａの周面に備えられたスクリューなどの掘削部７とを備えている。
水平掘削装置１は、その掘削回転軸Ｐの方向が、三軸削孔機２の各第１〜３の削孔回転軸３〜５が並列する方向と同一方向となるように配置されている。
【００１２】
図１に示すように、スライド伝達機構Ｓは、第１の削孔回転軸３の下端３ａに固定されてその回転方向と同方向に水平回転する第１笠歯車８と、第１笠歯車８に噛合して回転力を直交方向に変換させる第２笠歯車９と、第２笠歯車９と同軸一体に設けられた軸部９ａに固着されていてねじ形状をなすウォームなどのねじ形歯車１０とから構成されている。
【００１３】
図１に示すように、ねじ形歯車１０の周部には、らせん状をなす１条ねじの歯１０ａが形成されている。
そして、掘削軸部材Ｒの軸本体６の周面６ｂには、ねじ形歯車１０の歯１０ａの円周の一部に重なって噛合するように、所定のピッチで形成された円周溝１１が形成されている。ここで、円周溝１１と歯１０ａとが噛合している部分を噛合部Ｑとする。この円周溝１１は、掘削回転軸Ｐに対して直交方向に形成され、隣り合う円周溝１１同士は連続せずに周面６ｂで独立している。なお、円周溝１１が形成される範囲は、掘削軸部材Ｒを掘削回転軸Ｐ方向に進退移動させる範囲Ｌ１（図１参照）となる。
【００１４】
図１に示すように、ねじ形歯車１０が図中Ｄの逆方向に回転すると、歯１０ａを介して円周溝１１が掘削軸部材Ｒの前進方向（図中Ｅ方向）に進むため、掘削軸部材Ｒは掘削方向となるＥ方向に前進する。また、ねじ形歯車１０を矢印Ｄ方向に回転させると、歯１０ａの位置が掘削軸部材Ｒの後退方向（図中Ｆ方向）に進むため、掘削軸部材Ｒは掘削方向の反対側に後退する。
【００１５】
回転伝達機構Ｔは、図１に示すように、第２の削孔回転軸４の下端４ａに固定されて水平回転する第３笠歯車１２と、第３笠歯車１２に噛合して直角方向に回転を変換させる第４笠歯車１３と、外周に第４笠歯車１３を環装させ、軸本体６と同軸に備えられた筒形状をなす筒部材１４とから構成されている。
図２に示すように、筒部材１４は、第２の削孔回転軸４に対する相対位置が固定されることになり、その内周で掘削軸部材Ｒの軸本体６を掘削回転軸Ｐ（図１参照）の方向にスライド可能に挿通させている。筒部材１４の内周面１４ａには、掘削回転軸Ｐの方向に連続して突出された係止突出部１５が形成されている。この係止突出部１５は、内周面１４ａで対向する２箇所に設けられている。
【００１６】
図１および図２に示すように、掘削軸部材Ｒの軸本体６の周面６ｂには、掘削回転軸Ｐの方向に連続する係止溝１６が形成されている。この係止溝１６は、係止突出部１５に対して掘削回転軸Ｐ周りの回転が規制され、掘削回転軸Ｐ（図１参照）の方向にスライドできるように係止されている。これにより、筒部材１４が回転すると、一体に軸本体６が回転することになる。なお、軸本体６に係止溝１６が形成される範囲は、前述したスライド伝達機構Ｓによって進退移動する軸本体６が、筒部材１４の内周を通過する範囲Ｌ２となる（図１参照）。
図１に示すように、第２の削孔回転軸４が回転すると、第３笠歯車１２および第４笠歯車１３を介して軸本体６が回転する。
【００１７】
このように、水平掘削装置１は、スライド伝達機構Ｓと回転伝達機構Ｔにより掘削軸部材Ｒを回転させながら進退移動させて水平方向に掘削することができる。
なお、図１に示すように、軸本体６が回転したときに、噛合部Ｑにおいて軸本体６の回転がねじ形歯車１０を回転させることはない。したがって、掘削軸部材Ｒの回転と進退移動との機能が連動せずに切り離された構造であることから、両機能を同時又はどちらか一方を単独で機能させて動かすことができる。これにより、掘削軸部材Ｒは、回転に関わらず、例えば掘削地盤の硬さなど掘削状態に応じて、適宜進退方向に移動又は停止させて掘削することができる。
【００１８】
また、図１に示すように、第３の削孔回転軸５の下端５ａと、軸本体６の後端６ｃ（図中左端部）とを繋いで送液する送液ホース１７が設けられている。送液ホース１７の両端は、スイベルジョイントをなす自在回転継手１８ａ、１８ｂによって取り付けられている。ここで、この送液は、例えば掘削した土砂に混合させて排土を良好にする安定材などであって、軸本体６の後端６ｃから掘削軸部材Ｒ内を通過させて掘削部７から外方に送出させる。
さらに、図１に示すように、水平掘削装置１は、少なくともスライド伝達機構Ｓ及び回転伝達機構Ｔが鋼板などからなる外枠１９によって覆われていることが好ましい。
【００１９】
次に、上述した水平掘削装置１を用いた掘削方法について図面に基づいて説明する。
まず、図４に示すように、三軸削孔機２は、例えばリーダ機などの送り装置２０に上下移動可能に設けられている。
ここで、配管などの地下障害物２１の下方地盤で、水平掘削装置１によって掘削すべき領域を掘削領域Ｍとする。この掘削領域Ｍの側方には、三軸削孔機２によって予め安定液で、あるいは硬化材を地盤中に混入して攪拌することで流動状になっている掘削溝２２を形成しておく。なお、このときの掘削溝２２の大きさは、掘削方向に向けて水平にした掘削軸部材Ｒを投入できる大きさとする。
そして、三軸削孔機２に水平掘削装置１を取り付けて図１に示す状態とし、水平掘削装置１を掘削溝２２内に降下して、掘削領域Ｍを水平掘削できる位置に配置する。
【００２０】
続いて、図１に示すように、第２の削孔回転軸４が回転すると、その回転力が回転伝達機構Ｔによって掘削軸部材Ｒに伝達されて、掘削軸部材Ｒは掘削回転軸Ｐ周りに回転する。また、第１の削孔回転軸３が回転すると、その回転力がスライド伝達機構Ｓによって掘削軸部材Ｒの掘削回転軸Ｐ方向の進退移動に変換されて、掘削軸部材Ｒは掘削回転軸Ｐ方向に前進移動する。このように、水平掘削装置１では、掘削軸部材Ｒを回転させながら進退移動させることで、掘削回転軸Ｐ方向に掘削することができる。
なお、水平掘削装置１では掘削回転軸Ｐ方向の掘削のみとなるため、掘削回転軸Ｐに対して直交する横方向又は上下方向に掘削する際は、送り装置２０によって横移動や上下移動させることで掘削する。例えば、上下方向に掘削する場合には、下から上に向かう手順で掘削軸部材Ｒを移動させると、掘削する下方の地盤が開放されるため効率よく掘削できる。
また、水平掘削装置１では、掘削溝２２の壁面などに水平反力を取ることが好ましい。具体的には、図４に示すように、ジャッキ等の伸縮機構２３により押圧板などを地盤に当接させる押圧機構２４を、水平掘削方向に対して外枠１９の両側に設ける。更には、紙面に直交する方向に対して外枠１９の両側に同様な押圧機構２４を設ける。とくに水平掘削方向に対して掘削側とは反対側に押圧機構２４を設ければ、掘削反力を直接受けることができて効果的である。
これにより、水平掘削装置１は、掘削軸部材Ｒの掘削部７が地山を掘削する際に生じる地山抵抗に対抗できるため、装置は振れことなく安定した姿勢で掘削できる。
【００２１】
本実施の形態による水平掘削装置及びその掘削方法では、スライド伝達機構Ｓおよび回転伝達機構Ｔを設けることにより、従来ある三軸削孔機２を使用して、その削孔回転軸の先端に装着可能な構造とすることができる。したがって、掘削軸部材Ｒを回転させる動力と進退移動させる動力とを、三軸削孔機２の削孔回転軸から伝達させることができる。このため、水平掘削装置１自体に専用の駆動装置を設けずに済み、掘削軸部材Ｒ、スライド伝達機構Ｓ、回転伝達機構Ｔからなる簡易な機構により構成できる。
このように、水平掘削装置１は、三軸削孔機２に装着可能な構造とすることで、装置を小型化できるとともに、製造コストを低減させることができる。
【００２２】
以上、本発明による水平掘削装置及びその掘削方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では掘削軸部材Ｒの掘削部７にスクリューを形成しているが、これに限定されることはなく、例えばビットや外方に突出部材を配した攪拌翼、又は外方に水などを噴出させるジェット噴射を備えた掘削部７としてもかまわない。前記より、本水平掘削装置の掘削は、攪拌を含む意味で用いている。
また、本実施の形態では掘削部７が設けられている側に回転伝達機構Ｔを取付けた配置となっているが、この位置は限定されることはなく、例えば図１に示すスライド伝達機構Ｓと回転伝達機構Ｔとを入れ替えた位置としてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態による水平掘削装置の構造を示す側面図である。
【図２】図１に示す回転伝達機構を示すＡ−Ａ線断面図である。
【図３】水平掘削装置の掘削軸部材を掘削方向に張り出したときの状態を示す側面図である。
【図４】実施の形態による水平掘削装置を使用した掘削方法の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  水平掘削装置
２  三軸削孔機
３  第１の削孔回転軸
４  第２の削孔回転軸
５  第３の削孔回転軸
６  軸本体
７  掘削部
２２  掘削溝
Ｒ  掘削軸部材
Ｓ  スライド伝達機構
Ｔ  回転伝達機構
Ｐ  掘削回転軸
【図１】
2006299629.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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