(57)【要約】【課題】地盤の掘削時に生じるオーガ軸のねじれ及びケーシングのねじれを抑える。【解決手段】地盤を掘削するオーガスクリュー２と、オーガスクリュー２を囲う筒状のケーシング３と、オーガスクリュー２を回転させるオーガ駆動部４とを備え、オーガ駆動部４は、オーガスクリュー２の駆動源となるモータ７と、モータ７に接続される減速機８と、減速機８の入力側において該減速機８に慣性力が伝達されるように設けられたフライホイール９とを有するようにオーガ装置１を構成する。【選択図】図２
2018188830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削するオーガスクリューと、
前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングと、
前記オーガスクリューを回転させるオーガ駆動部とを備え、
前記オーガ駆動部は、
前記オーガスクリューの駆動源となるモータと、
前記モータに接続される減速機と、
前記減速機の入力側において該減速機に慣性力が伝達されるように設けられたフライホイールとを有する、オーガ装置。
【請求項２】
前記フライホイールは前記減速機が有するいずれの歯車よりも重い、請求項１に記載のオーガ装置。
【請求項３】
前記フライホイールが交換可能に構成されている、請求項１又は２に記載のオーガ装置。
【請求項４】
前記フライホイールに、ウェイトが収容される複数のウェイト収容孔が形成され、前記ウェイトが前記ウェイト収容孔に対して着脱自在となるように構成されている、請求項３に記載のオーガ装置。
【請求項５】
前記フライホイールが取り付けられた軸と、前記減速機の出力軸が同心軸である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項６】
前記減速機は遊星減速機であり、前記フライホイールが取り付けられた軸に太陽歯車が取り付けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項７】
前記モータは両出力軸型のモータであり、
前記フライホイールは、前記モータの、前記減速機側の出力軸および該出力軸とは反対側の出力軸のうち、少なくとも前記反対側の出力軸に設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項８】
前記モータは油圧モータである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項９】
前記ケーシングが複数設けられ、
各ケーシングは端部同士が嵌合し、複数のピンで位置決めされた状態で締結具により固定され、
各ケーシングが接続された部分であるケーシング接続部において、第１のピンの中心から前記オーガスクリューの軸であるオーガ軸に外接する２直線に囲まれる領域に、第２のピンが配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項１０】
杭圧入機に取り付けられる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のオーガ装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のオーガ装置を備えた、地盤に杭を圧入する杭圧入機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削するオーガ装置、およびそのオーガ装置を備える杭圧入機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤に対して杭を圧入する杭圧入機として特許文献１〜３に記載されたものがある。特許文献１〜３の杭圧入機は、オーガスクリューと、そのオーガスクリューを囲う筒状のケーシングとを有するオーガ装置を備えている。この杭圧入機においては、クランプで既設杭を掴みながらケーシングとオーガスクリューを下降させ、オーガスクリューの下端部のオーガヘッドで地盤を掘削することで、次の圧入杭を圧入するための掘削孔を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４０８７６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３２１３２号公報
【特許文献３】特開２０１６−２０４８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３の杭圧入機は硬質地盤掘削が可能であるものの、硬質地盤の掘削中に、地中障害物である石や礫、コンクリート片にオーガヘッド（カッター）が当たると、それらの地中障害物が割れるまでの間、駆動部、ケーシングに歪（ねじれ）が弾性範囲でたまり、地中障害物が割れた瞬間に反動でオーガヘッドが一気に先に進み、駆動部に大きな変動負荷が加わることになる。これにより例えばオーガヘッドやオーガヘッドに取り付けられる掘削ビット等の各種構成部品の摩耗や、欠損が起こりやすくなっていた。さらに、駆動部の油圧ラインの圧力変化が大きくなり、駆動モータやその他の油圧ホースの暴れや脈動が発生した場合には、油圧ホースが暴れ、ホース自身やその巻取りのリール部品が損傷するとともに、振動や騒音の発生源にもなっていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、地盤の掘削時に生じるオーガ軸のねじれ及びケーシングのねじれを抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明は、地盤を掘削するオーガスクリューと、前記オーガスクリューを囲う筒状のケーシングと、前記オーガスクリューを回転させるオーガ駆動部とを備え、前記オーガ駆動部は、前記オーガスクリューの駆動源となるモータと、前記モータに接続される減速機と、前記減速機の入力側において該減速機に慣性力が伝達されるように設けられたフライホイールとを有することを特徴としている。
【０００７】
別の観点による本発明は、地盤に杭を圧入する杭圧入機であって、上記のオーガ装置を備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係るオーガ装置によれば、減速機の入力側にフライホイールが設けられているため、減速機出力軸の角速度に対してオーガヘッドの角速度が小さくなる瞬間にフライホイールによる慣性力でオーガ軸に回転力が付与される。これによりオーガヘッドの角速度の低下を抑制することができ、減速機出力軸の角速度とオーガヘッドの角速度の差を小さくすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、掘削時に生じる減速機出力軸とオーガヘッドの角速度の差を小さくすることができるため、オーガ軸及びケーシングのねじれを抑えることができる。これにより掘削時における駆動部やその周辺装置への影響を小さくすることができる。また、フライホイールによる慣性力を利用することでモータの出力を上げることなく掘削力を増強することができるため、省エネルギー掘削が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るオーガ装置を備えた杭圧入機の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るオーガ装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るケーシング接続部の側面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るケーシング接続部の平面図である。
【図５】オーガ駆動部の変形例を示す図である。
【図６】オーガ駆動部の変形例を示す図である。
【図７】オーガ駆動部の変形例を示す図である。
【図８】オーガ駆動部の変形例を示す図である。
【図９】図８中のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るケーシング接続部の側面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るケーシング接続部の平面図である。
【図１２】実施例および比較例における掘削時間に対する掘削深さを示す図である。
【図１３】比較例における掘削時間に対する油圧モータの出力トルクを示す図である。
【図１４】比較例における掘削時間に対する油圧モータの入口圧力と出口圧力を示す図である。
【図１５】実施例における掘削時間に対する油圧モータの出力トルクを示す図である。
【図１６】実施例における掘削時間に対する油圧モータの入口圧力と出口圧力を示す図である。
【図１７】比較例における掘削時間に対するケーシング応力を示す図である。
【図１８】実施例における掘削時間に対するケーシング応力を示す図である。
【図１９】実施例および比較例における騒音測定方法を示す図である。
【図２０】実施例および比較例における騒音測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
図１に示すように第１の実施形態におけるオーガ装置１は、鋼矢板や鋼管杭等の杭を圧入する杭圧入機２０に取り付けられている。オーガ装置１は、地盤を掘削するオーガスクリュー２と、オーガスクリュー２の側方を囲うように設けられた筒状のケーシング３と、オーガスクリュー２を回転させるオーガ駆動部４を備えている。オーガ装置１は、ケーシング３の長手方向が鉛直方向に向くような状態で、杭圧入機本体２１のチャック装置２７に設けられたケーシング掴み部２７ａで挟持されている。
【００１３】
オーガスクリュー２の軸であるオーガ軸２ａの下端部には交換可能なオーガヘッド５が取り付けられており、オーガヘッド５には玉石等の岩石を破砕する掘削ビット（不図示）が設けられている。また、ケーシング３には掘削した土砂や石等を排出する排出孔６が形成されており、排出孔６はケーシング３の長手方向に沿って間隔をおいて複数設けられている。
【００１４】
図２に示すように、第１の実施形態のオーガ駆動部４はケーシング３の上端部に取り付けられており、オーガ駆動部４の筐体４ａ内においてはオーガスクリュー２の駆動源となる油圧モータ７と、油圧モータ７の下方に配置された減速機８と、減速機８の入力軸８ｃに取り付けられたフライホイール９が設けられている。
【００１５】
油圧モータ７および減速機８は、オーガ駆動部４の筐体４ａ内に設けられたシリンダ１０の動作により筐体４ａに対し昇降自在となるように支持されている。また、筐体４ａ内においては油圧モータ７および減速機８の昇降移動を案内するガイド１１が設けられている。第１の実施形態の減速機８は遊星減速機であり、太陽歯車８ａと遊星歯車８ｂを有しており、減速機８の入力軸８ｃは太陽歯車８ａに接続されている。減速機８の出力軸８ｄにはオーガスクリュー２の軸であるオーガ軸２ａが接続されている。油圧モータ７および減速機８が昇降移動する際にはオーガ軸２ａが減速機８に接続されていることにより、オーガスクリュー２も昇降移動することになる。すなわち、オーガ装置１は、オーガスクリュー２がケーシング３に対し独立して移動するように構成されている。なお、図１に示すように油圧モータ７にはオーガモータ用油圧ホース１２が接続されている。
【００１６】
図２に示すように第１の実施形態のケーシング３は、上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂで構成されている。図３はケーシング接続部１３の側面図であり、図４はケーシング接続部１３の平面図である。図３に示すように上部ケーシング３ａの下端と下部ケーシング３ｂの上端は、互いに嵌合する形状を有している。ケーシング接続部１３の後部（図４の左方部分）には、上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂの位置決めのための２本のピン１４ａ、１４ｂが設けられ、上部ケーシング３ａの下端と下部ケーシング３ｂの上端は締結具の一例であるボルト１５により互いに固定されている。第１の実施形態のようにケーシング３を上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂで構成することで、各々のケーシング部材がそれほど長尺でなくても、地中深くまで掘削を行うことができる。なお、ケーシング３はさらに複数のケーシング部材で構成されていても良いし、所望の深さまで掘削できるようであれば１つのケーシング部材で構成されていても良い。
【００１７】
図１に示すように杭圧入機本体２１は、既設杭２２を掴む複数のクランプ２３が装着されたサドル２４と、スライド機構２５によりサドル２４に対し前後動可能に構成されたリーダーマスト２６と、リーダーマスト２６に対し昇降可能に構成されたチャック装置２７とを備えている。チャック装置２７には前述のケーシング掴み部２７ａが設けられている。リーダーマスト２６には、各部の油圧動作を行うための全体油圧ホース２８が接続されている。また、リーダーマスト２６には、オーガモータ用油圧ホース１２の巻き取りと払い出しを行うホースリール２９が設けられており、ホースリール２９にはオーガモータ用油圧ホース１２が接するホース案内ローラ３０が取り付けられている。このホースリール２９は掘削作業に伴うオーガ装置１の昇降移動に併せて適宜回転し、掘削作業中のオーガモータ用油圧ホース１２に張力を付与する。
【００１８】
第１の実施形態のオーガ装置１を備えた杭圧入機２０は以上のように構成されている。なお、図１では、地盤の先行掘削を想定してチャック装置２７でケーシング３のみを挟持している状態を示しているが、チャック装置２７に鋼矢板等の杭を挟持する機構を設け、掘削と同時に杭を圧入する工法、いわゆるオーガ併用圧入工法を実施できるように杭圧入機２０を構成しても良い。また、第１の実施形態におけるオーガ装置１を用いた杭圧入機２０の掘削動作は従来と同様であるため、掘削を行うための杭圧入機２０のより詳細な構造の説明は省略する。
【００１９】
このような構成の杭圧入機２０においては、既設杭２２をクランプ２３で掴み、杭圧入機本体２１の姿勢を安定させるための反力を取った状態で地盤の掘削を行う。地盤の掘削を行う際には、オーガスクリュー２を回転させ、ケーシング３を挟持した状態でチャック装置２７を所定量下降させる。その後、一度ケーシング３を離し、チャック装置２７を上昇させる。そして、再度ケーシング３を挟持し、チャック装置２７を所定量下降させる。この動作を繰り返すことにより、地盤の掘削を進めていく。
【００２０】
この掘削の際には、オーガヘッド５が地盤から受ける抵抗力により、オーガヘッドの角速度が減速機出力軸８ｄの角速度に対して小さくなる瞬間がある。しかし、第１の実施形態のオーガ装置１によれば、その瞬間にフライホイール９による慣性力が減速機８の入力軸８ｃに作用し、これに伴いオーガスクリュー２の角速度およびオーガヘッド５の角速度の低下が抑制される。これにより減速機出力軸８ｄの角速度とオーガヘッド５の角速度の差が小さくなり、オーガ軸２ａのねじれ量を小さくすることができる。その結果、オーガ軸２ａのねじれの戻りに伴うオーガヘッド５の摩耗や損傷を抑えることができる。これに加えて、掘削時の振動や騒音の発生も抑えることができる。なお、フライホイール９の慣性力に応じて、ケーシング３のサイズを大きくしたり、ケーシング３の板厚を厚くしてケーシング３の剛性を高めることで上記の効果をさらに向上させることができる。
【００２１】
ところで、フライホイール９が設けられていない場合、掘削時におけるオーガスクリュー２の回転に伴う反力は、減速機８を介してケーシング３へと伝達する。このとき、ケーシング３に対する反力（負荷）が大きい場合には、ケーシング３の搖動、ひいてはオーガ装置１全体の搖動を引き起こすことになり、掘削孔の直進性を損なう可能性がある。一方、第１の実施形態のようにフライホイール９が設けられている場合、そのフライホイール９が回転している間は、上記反力はフライホイール９にも伝達し、ここで反力が小さくなる。これによりケーシング３に伝達される反力（負荷）が小さくなり、ケーシング３の搖動が軽減し、掘削孔の直進性が良好なものとなる。
【００２２】
なお、慣性力は質量に比例して増加することから、フライホイール９の慣性力で減速機８の入力軸８ｃを回転させやすくするためには、フライホイール９が減速機８のいずれの歯車よりも重いことが好ましい。また、フライホイール９は交換可能に構成されていることが好ましい。これにより地盤の硬さに対応したフライホイール９を適宜選択することができる。その結果、地盤に対して過剰な慣性力を生じさせるような重いフライホイール９を回転させる必要がなくなり、エネルギー消費を抑えた状態で掘削を行うことが可能となる。
【００２３】
また、フライホイール９が取り付けられる軸（第１の実施形態では減速機８の入力軸８ｃ）と減速機８の出力軸８ｄは、第１の実施形態のように同心軸であることが好ましい。これによりフライホイール９の慣性力を減速機８の出力軸８ｄに効率良く伝達することができる。また、第１の実施形態のように減速機８として遊星減速機を使用する場合には、フライホイール９が取り付けられる軸（第１の実施形態では減速機８の入力軸８ｃ）に太陽歯車８ａが接続されることが好ましい。これによりフライホイール９の慣性力を直接太陽歯車８ａに伝達することができ、その慣性力を減速機８の出力軸８ｄに効率良く伝達することができる。
【００２４】
また、フライホイール９の慣性力で生じる慣性トルクがモータトルクより大きくなるように、フライホイール９はモータ慣性部の重量よりも重いことが好ましい。例えば、減速機８を介したモータトルクが５０ｋＮ・ｍのモータをトルク制限なして使用した場合、減速機８を介したフライホイール９の慣性トルクが例えば７５ｋＮ・ｍであれば、フライホイール９の慣性力で掘削しやすくなる。また、減速機８を介したモータトルクが５０ｋＮ・ｍのモータを、３０ｋＮ・ｍのトルク制限で使用した場合であっても、減速機８を介したフライホイール９の慣性トルクが例えば４５ｋＮ・ｍであれば、フライホイール９の慣性力で掘削しやすくなる。このようにフライホイール９の慣性トルクがモータトルクよりも大きければ、フライホイール９を設けない場合よりも低トルクの油圧モータ７で掘削を行うことができ、省エネ掘削が可能となる。
【００２５】
以上、第１の実施形態について説明したが、オーガ装置１の構成は第１の実施形態で説明したものに限定されない。例えばフライホイール９が減速機８の入力軸８ｃと一体物として形成されていても良いし、図５のようにフライホイール９が減速機８の入力軸８ｃおよび減速機８の太陽歯車８ａと一体物となるように形成されていても良い。また、フライホイール９に回転軸として軸部材を取り付け、そのフライホイール９の回転軸を減速機８の入力側の歯車に取り付けることで、フライホイール９の慣性力を減速機８に伝達するようにしても良い。これらの場合、フライホイール９の回転軸と油圧モータ７の出力軸は軸継手１６で接続される。
【００２６】
また、第１の実施形態ではフライホイール９を１つだけ設けることとしたが、フライホイール９は図６のように複数設けても良い。この場合、地盤に応じてフライホイール９を交換する際に、サイズや重量の異なるフライホイール９を組み合わせて取り付けることができるため、慣性力の微調整が容易となる。これにより、より適切な重量のフライホイール９を用いて掘削を行うことができるため、エネルギー消費を抑えることが可能となる。
【００２７】
また、油圧モータ７を図７のように両出力軸型モータとし、油圧モータ７の、減速機８側の出力軸７ａとは反対側の出力軸７ｂにフライホイール９を設けても良い。これにより、油圧モータ７を取り外すことなく、フライホイール９を交換することが可能となる。このため、地盤に応じてフライホイール９を交換する際に、フライホイール９の交換作業にかかる時間を短縮することができる。また、図７に示す構造の場合、減速機８側の出力軸７ａおよび反対側の出力軸７ｂの両方にフライホイール９を設けても良い。これによりフライホイール９の慣性力を大きくすることができるため、油圧モータ７の軸をあまり大きくする必要がなくなる。また、そのような構成の場合、例えば減速機８側の出力軸７ａに設けられるフライホイール９を常用とし、反対側の出力軸７ｂに設けられるフライホイール９を交換可能に構成しても良い。
【００２８】
また、フライホイール９を油圧モータ７に内蔵しても良いし、フライホイール９と油圧モータ７を一体化しても良い。
【００２９】
いずれの場合もフライホイール９は、回転中心が減速機８の入力側の歯車（上記実施形態では太陽歯車８ａ）に接続される軸の軸心と一致するようにして減速機８の入力側に設けられるため、フライホイール９による慣性力でオーガヘッド５の角速度の低下を抑制することができ、オーガ軸２ａのねじれを抑えることが可能となる。また、フライホイール９は、回転中心が減速機８の入力側の歯車に接続される軸の軸心と一致していない状態で設けられていても、フライホイール９の慣性力が減速機８の入力側の歯車に接続される軸に伝達されるようにオーガ装置１が構成されていれば、オーガ軸２ａのねじれを抑えることは可能である。したがって、フライホイール９は減速機８の入力軸８ｃそのものに設けられることに限定されず、フライホイール９が減速機８の入力側において減速機８に慣性力が伝達されるように設けられていれば良い。
【００３０】
また、図８、図９に示すようにフライホイール９の平面部９ａと周面部９ｂのうち、フライホイール９の平面部９ａに、ウェイト１７が収容されるウェイト収容孔１８を形成し、そのウェイト収容孔１８に適宜ウェイト１７を挿入するようにフライホイール９を構成しても良い。ウェイト収容孔１８にウェイト１７が挿入された分、フライホイール９の重量が増加することになるため、地盤に応じた慣性力の調節が可能となる。また、ウェイト１７のサイズが同一であっても、比重が異なるウェイト１７であれば、ウェイト１７を適宜交換することでフライホイール９の慣性力の調節が可能となる。図８、図９で示す例では、平面視におけるウェイト収容孔１８の中心点を結ぶ円の中心が、フライホイール９が取り付けられている軸の中心と一致するようにウェイト収容孔１８が形成されている。加えて、平面視において各ウェイト収容孔１８の中心と軸心とのなす角が互い等しくなっている。なお、ウェイト収容孔１８の形状や配置は図８、図９に示す構成には限定されず、フライホイール９としての機能を損なわない範囲で適宜変更しても良い。
【００３１】
また、減速機８とフライホイール９との間、またはフライホイール９と油圧モータ７との間にクラッチ等を設け、フライホイール９の慣性力の伝達と遮断を切り替えられるように構成しても良い。
【００３２】
また、第１の実施形態では減速機８として遊星減速機を用いたが、減速機８の機構はこれに限定されない。また、第１の実施形態では、オーガスクリュー２の駆動源として油圧方式のモータを用いたが、オーガスクリュー２を回転させて地盤の掘削を行うトルクが得ることができれば、油圧方式以外のモータであっても良い。
【００３３】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態のオーガ装置１によれば、ケーシング接続部１３における締結具の負担を軽減することが可能となる。第２の実施形態のオーガ装置１は、第１の実施形態に対して上部ケーシング３ａと下部ケーシング３ｂの固定方法が異なっている。
【００３４】
前述の図３、図４に示すように第１の実施形態のオーガ装置１は、ケーシング接続部１３の後部において２本のピン１４ａ、１４ｂが配置される構成である。ところで、上部ケーシング３ａの下端と下部ケーシング３ｂの上端は互いに嵌合する形状であることから、その嵌合部においては僅かな隙間が設けられている。このような隙間が存在すると、掘削時のオーガスクリュー２からの反力により、その隙間分、上部ケーシング３ａや下部ケーシング３ｂが移動しようとする。第１の実施形態のオーガ装置１においては、ケーシング接続部１３の後部に２本のピン１４ａ、１４ｂが設けられているため、各ケーシング３ａ、３ｂの動きが抑制された状態にある。しかし、ケーシング接続部１３の前部（図４の右方部分）においては、ケーシング接続部１３の後部のピン１４ａ、１４ｂからは距離が離れているために拘束力が小さく、掘削時にはケーシング接続部１３の前部で各ケーシング３ａ、３ｂの動きが大きくなる。この場合、ケーシング接続部１３の前部においてボルト１５のような締結具の変形が生じることが懸念される。
【００３５】
一方、図１０、図１１に示すような第２の実施形態のオーガ装置１は、ケーシング接続部１３の後部に加え、ケーシング接続部１３の前部にもピン１４ｃが設けられている。これにより、ケーシング接続部１３の前部においても掘削時における各ケーシング３ａ、３ｂの動きを抑えることができ、ケーシング接続部１３の前部における締結具の変形を抑制することができる。この効果は各ピン１４ａ〜１４ｃの位置が近すぎる場合には小さくなる。したがって、その効果を十分に得るためには、各ケーシングが接続された部分であるケーシング接続部１３において、第１のピンの中心からオーガ軸２ａに外接する２直線に囲まれる領域に、第２のピンが設けられていることが好ましい。図１１に示す例では、ピン１４ａを第１のピンとすると、第２のピンはピン１４ｃである。また、ピン１４ｃを第１のピンとすると、第２のピンは、ピン１４ａとピン１４ｂである。
【００３６】
なお、以上の第１〜第２の実施形態では杭圧入機２０にオーガ装置１を取り付ける構成としたが、例えば地盤に対して杭を貫入させる三点式杭打機にオーガ装置１を取り付けても良い。この場合においても掘削時にオーガヘッドの角速度が減速機出力軸８ｄの角速度に対して小さくなった際には、フライホイール９の慣性力によりオーガスクリュー２の角速度およびオーガヘッド５の角速度の低下が抑制される。これにより減速機出力軸８ｄの角速度とオーガヘッド５の角速度の差が小さくなり、オーガ軸２ａのねじれ量を小さくすることができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【実施例】
【００３８】
本発明の実施例におけるオーガ装置と、比較例としての従来のオーガ装置を用いて砂岩の軟〜中硬岩盤の掘削を実施し、掘削能力について評価した。
【００３９】
実施例のオーガ装置は図２に示す構成のオーガ装置であり、減速機の入力側の軸にフライホイールが設けられている。一方、比較例のオーガ装置はフライホイールが設けられていないものである。なお、オーガヘッドの径は実施例、比較例共に５４０ｍｍであり、オーガ装置が取り付けられる杭圧入機は図１に示す杭圧入機と同様の構成を有している。
【００４０】
図１２は実施例および比較例における掘削時間に対する掘削深度を示す図である。図１２に示すように実施例のオーガ装置の場合、６５分間の掘削で掘削深度が１４．５ｍに達した。１０ｍまでの平均掘削速度は０．２６ｍ／分である。一方、比較例のオーガ装置の場合、オーガ軸のねじれ及びケーシングのねじれの発生に伴うオーガヘッドの掘削ビットの刃先摩耗の進行が早く、掘削時間が８５分、掘削深度が１０．１ｍに達した段階で掘削不能状態となった。１０ｍまでの平均掘削速度は０．１２ｍ／分である。仮に比較例のオーガ装置で実施例のオーガ装置と同じように１４．５ｍまで掘削しようとすると、オーガスクリューを引き抜き、オーガヘッドを交換し、再度オースクリューを掘削孔に入れて掘削を再開することになる。この場合、オーガヘッドの交換等により掘削再開までの時間が余計にかかると共に、掘削を再開しても平均掘削速度が遅いことから、１４．５ｍの掘削深度に達するまでの時間は実施例に比べて大幅に増加してしまう。この結果が示すように、フライホイールが設けられた実施例のオーガ装置は、比較例に対して掘削効率が向上し、オーガヘッドのビット寿命が延びている、すなわちオーガヘッドのビット摩耗が抑制されている。オーガヘッドのビット摩耗はオーガ軸のねじれ及びケーシングのねじれが戻る際の反動で生じやすいため、オーガヘッドのビット寿命が延びている実施例においてはオーガ軸のねじれ及びケーシングのねじれが抑制されていると推察される。
【００４１】
ここで、比較例における掘削時間に対するモータの減速機を介した出力トルクを図１３に示す。また、比較例における掘削時間に対するモータの入口圧力と出口圧力を図１４に示す。図１３に示すように比較例においては、最大油圧トルクが４３ｋＮ・ｍと高く、常用トルクも最大油圧トルクと略同一となっている。トルク幅が広いのはトルク伝達効率と反力伝達効率が低いためであり、これが掘削能力を低下させた原因である。また、図１４に示すように比較例においては、モータ入口圧力の変動幅が約２００ｋｇｆ／ｃｍ２、モータ出口圧力の変動幅が約１１０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、変動幅が大きい。油圧モータの仕事量に影響する油圧モータの有効圧力差（モータ入口圧力−モータ出口圧力）が零になることもあり、油圧モータが仕事をしていない時間もある。比較例のオーガ装置では、全体として油圧モータの有効圧力差が小さく、掘削効率が良くない。
【００４２】
一方、図１５に示すように実施例においては最大油圧トルクが３１ｋＮ・ｍに軽減され、平均掘削速度が比較例の約２．２倍であるため、効率良く掘削ができている。また、図１６に示すように、実施例においてはモータ入口圧力の変動幅が約１０ｋｇｆ／ｃｍ２、モータ出口圧力の変動幅が約１０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、比較例に対して激減した。油圧モータの有効圧力差は約１５０ｋｇｆ／ｃｍ２であり、油圧モータが安定して有効に仕事をしていることがわかる。
【００４３】
図１７は比較例における掘削時間に対するケーシング応力を示す図である。図１７に示すように比較例においては、最大ケーシング応力が２７ｋｇｆ／ｍｍ２であり、ケーシング応力の変動幅も大きい。一方、図１８に示すように実施例においては、最大ケーシング応力が２０ｋｇｆ／ｍｍ２を下回っており、ケーシング応力の変動幅も比較例に比べて小さくなっている。これは、オーガスクリューの回転に伴う反力がフライホイールにより軽減され、ケーシングに伝達しにくくなっているためと推察される。実施例のようにケーシングに生じる応力が小さくなることで、ケーシングの搖動も小さくなるため、掘削孔の直進性が向上する。なお、例えばケーシングのサイズを大きくしたり、ケーシングの板厚を厚くすることによりケーシングの剛性が高まり、ケーシングの搖動をさらに小さくすることができ、掘削孔の直進性がさらに向上する。
【００４４】
次に、実施例と比較例のオーガ装置における騒音測定を実施した。
【００４５】
騒音測定方法は、図１９に示す通りであり、オーガ軸から前方７．５ｍ、地表面から高さ０．５ｍの位置に騒音計を置いて掘削時に生じる騒音を測定した。その結果を図２０に示す。
【００４６】
比較例のオーガ装置は、掘削中に油圧ホースの暴れが生じ、掘削中の騒音レベルは平均で９２ｄＢであった。一方、実施例のオーガ装置は、オーガ軸のねじれ戻りの反動に伴うホース暴れが抑制され、掘削中の騒音レベルは平均で８８ｄＢとなり、比較例に対して大幅に軽減した。このように本発明に係るオーガ装置によれば、掘削速度が２．２倍になっているにもかかわらず、騒音を抑えることもできる。また、ホース暴れの抑制により装置全体の振動も軽減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、地盤を掘削するオーガ装置として有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１        オーガ装置
２        オーガスクリュー
２ａ      オーガ軸
３        ケーシング
３ａ      上部ケーシング
３ｂ      下部ケーシング
４        オーガ駆動部
４ａ      オーガ駆動部の筐体
５        オーガヘッド
６        排出孔
７        油圧モータ
７ａ      油圧モータの出力軸
７ｂ      油圧モータの出力軸
８        減速機
８ａ      太陽歯車
８ｂ      遊星歯車
８ｃ      減速機の入力軸
８ｄ      減速機の出力軸
９        フライホイール
９ａ      フライホイールの平面部
９ｂ      フライホイールの周面部
１０      シリンダ
１１      ガイド
１２      オーガモータ用油圧ホース
１３      ケーシング接続部
１４ａ    ピン
１４ｂ    ピン
１４ｃ    ピン
１５      ボルト
１６      軸継手
１７      ウェイト
１８      ウェイト収容孔
２０      杭圧入機
２１      杭圧入機本体
２２      既設杭
２３      クランプ
２４      サドル
２５      スライド機構
２６      リーダーマスト
２７      チャック装置
２７ａ    ケーシング掴み部
２８      全体油圧ホース
２９      ホースリール
３０      ホース案内ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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