(57)【要約】【課題】  掘削効率が低下することなく十分な撹拌を実施することができ、比較的固い地盤にも対応することができる掘削撹拌ヘッドを提供する。【解決手段】  回転軸２の先端部近傍に掘削翼４，４が固定してあり、回転軸２の軸長方向であって掘削翼４，４から適宜距離を隔てた位置に反力翼６，６，６が、遊星機構１０を構成する内接ホルダ１１に支持される様態で配設してあり、回転軸２の軸手方向であって反力翼６，６，６と掘削翼４，４との間の位置に撹拌翼５，５が、遊星機構１０を構成するキャリア１５に支持される様態で配設してあり、遊星機構１０によって、撹拌翼５，５は掘削翼４，４の回転方向と同じ方向へ、掘削翼４，４の回転速度より遅い回転速度で回転するようにしてある。【選択図】  図２
2018104980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部から地盤改良剤を吐出するようになした回転軸と、該回転軸の先端部から適宜距離を隔てた位置に外嵌させた外接車と該外接車の外側に遊嵌させた内接車との間に、キャリアにて回転自在に支持された複数の遊星車を挟持してなる遊星機構とを具備し、
前記回転軸の先端部近傍に地盤を掘削する掘削翼が前記回転軸回りに固定してあり、
回転軸の長手方向であって掘削翼から適宜距離を隔てた位置に、外力に対する反力を生成するための複数の反力翼が、前記内接車に支持される様態で前記回転軸回りに配設してあり、
回転軸の長手方向であって前記反力翼と掘削翼との間の位置に、吐出された地盤改良剤と掘削土とを撹拌する複数の撹拌翼が、前記キャリアに支持される様態で前記回転軸回りに配設してあり、
前記遊星機構によって、撹拌翼は掘削翼の回転方向と同じ方向へ、掘削翼の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してある
ことを特徴とする掘削撹拌ヘッド。
【請求項２】
前記内接車の外周面に各反力翼が固定してあり、
前記回転軸の長手方向であって反力翼と掘削翼との間の部分に、前記キャリアの一部が延設してあり、又は、一端縁を前記キャリアに接続させてなる筒体が遊嵌してあり、キャリアの延設された部分又は前記筒体の外周面に各撹拌翼が固定してある
請求項１記載の掘削撹拌ヘッド。
【請求項３】
前記遊星車はローラで構成してあり、前記外接車及び内接車はそれぞれ、各ローラが転接する筒状のホルダで構成してある請求項１又は２記載の掘削撹拌ヘッド。
【請求項４】
前記遊星車はボールで構成してあり、前記外接車及び内接車はそれぞれ、各ボールが転接する筒状のホルダで構成してある請求項１又は２記載の掘削撹拌ヘッド。
【請求項５】
前記外接車を構成するホルダの外周面には、当該ホルダに転接する前記ボールの一部を嵌合させる１又は複数の環状溝部が、外接車の中心軸と同心円上に設けてある請求項４記載の掘削撹拌ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば軟弱な地盤に硬化剤等の地盤改良剤を混入させて当該地盤を改良する地盤改良装置に用いられる掘削撹拌ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
軟弱な地盤内へ掘削撹拌ヘッドを回転させながら進入させ、この掘削撹拌ヘッドから硬化剤を吐出させることによって、回転する掘削撹拌ヘッドによって掘削生成された掘削土と硬化剤とを混合させて当該地盤を改良する地盤改良装置が実用化されている。
【０００３】
図８は後述する特許文献１に開示された掘削撹拌ヘッドによって地盤を改良している状態を側面視で説明する説明図である。回転軸１２０の先端近傍の周面には、地盤を掘削する一対の掘削翼１４０，１４０が固定してあり、対をなす一方の掘削翼１４０の先端から他方の掘削翼１４０の先端までの寸法は長さＤａになしてある。また、回転軸１２０の掘削翼１４０，１４０の取付位置より基端側の周面には、前記掘削翼１４０，１４０によって掘削生成された掘削土と、回転軸１２０から掘削土中へ吐出される地盤改良剤とを撹拌混合する３対の撹拌翼１５０，１５０、１５０，１５０、…，…が回転軸１２０の長手方向へ適宜の距離を隔てて固定してあり、対をなす一方の撹拌翼１５０の先端から他方の撹拌翼１５０の先端までの寸法はそれぞれ長さＤａになしてある。一方、回転軸１２０の周面であって、掘削翼１４０，１４０と該掘削翼１４０，１４０に最も近い撹拌翼１５０，１５０との間の位置、及び、３対の撹拌翼１５０，１５０、１５０，１５０、…，…が固定された領域の略中央の位置にはそれぞれ、掘削翼１４０，１４０によって掘削されて生じた掘削土が掘削翼１４０，１４０と共に回転することを防止する２対の共回り防止翼１６０，１６０、１６０，１６０が取り付けてあり、対をなす一方の共回り防止翼１６０の先端から他方の共回り防止翼１６０の先端までの寸法は、前記長さＤａより長い長さＤｂになしてある。
【０００４】
かかる掘削撹拌ヘッドでは、回転される回転軸１２０及び掘削翼１４０，１４０によって、地盤中に長さＤａの直径の削穴が形成されて行くが、長さＤａより長い長さＤｂを有する共回り防止翼１６０，１６０、１６０，１６０が当該削穴の周囲の地盤中に進入して回転停止状態に保持されるため、共回り防止翼１６０，１６０、１６０，１６０は邪魔板として作用する。回転される掘削翼１４０，１４０の掘削にて生じた掘削土は掘削翼１４０，１４０と一体に共回りしようとするが、邪魔板として作用する共回り防止翼１６０，１６０、１６０，１６０に当接した掘削土はそれによって共回りが阻止されるため、回転される撹拌翼１５０，１５０、１５０，１５０、…，…によって掘削土と地盤改良剤とが良好に撹拌混合される。
【０００５】
また、図９は特許文献２に開示された掘削撹拌ヘッドによって地盤を改良している状態を側面視で説明する説明図である。回転軸１２１の先端近傍の周面には、地盤を掘削する一対の掘削翼１４１，１４１が固定してあり、また、回転軸１２１の掘削翼１４１，１４１の取付位置より基端側の周面には１対の撹拌翼１５１，１５１が固定してある。これら掘削翼１４１，１４１及び撹拌翼１５１，１５１は回転軸１２１の回転駆動によって同じ方向へ、同じ回転速度で正回転する。
【０００６】
一方、回転軸１２１の撹拌翼１５１，１５１の取付位置より適宜寸法だけ基端側の位置には逆転軸筒１１１が外嵌してある。逆転軸筒１１１と回転軸１２１との間には図示しない遊星歯車機構が介装してあり、逆転軸筒１１１は遊星歯車機構を構成する内接歯車に外嵌固定して、正回転される回転軸１２１の駆動力によって逆転軸筒１１１が逆回転されるようになっている。逆転軸筒１１１の下側縁には回転軸１２１に遊嵌させた短寸円筒状の翼取付部材１２５の上側縁が連結固定してあり、これら逆転軸筒１１１及び翼取付部材１２５の外周面にはそれぞれ対をなす逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３が固定してある。回転軸１２１の逆転軸筒１１１の取付位置より基端側の位置には、前記遊星歯車機構を構成するキャリアに連結された円筒状の反力軸筒１１５が、回転軸１２１の外周面を摺動自在に外嵌してあり、反力軸筒１１５の外周面には一対の反力翼１６１，１６１が固定してある。
【０００７】
かかる掘削撹拌ヘッドでは、回転される回転軸１２１及び掘削翼１４１，１４１によって、地盤中に所定直径の削穴が形成されて行くが、反力翼１６１，１６１の両端間の寸法は削穴の直径より長いので、反力翼１６１，１６１は当該削穴の周囲の地盤中に進入して回転停止状態に保持されるため、回転軸１２１の回転駆動によって撹拌翼１５１，１５１は正回転し、逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３は逆回転する。回転される掘削翼１４１，１４１の掘削にて生じた掘削土は掘削翼１４１，１４１と一体に共回りしようとするが、逆回転する逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３によって共回りが防止されるとともに、掘削土と地盤改良剤とが良好に撹拌混合される。一方、掘削翼１４１，１４１とこれに相隣る撹拌翼１５１，１５１とは同じ方向へ、同じ回転速度で回転するため、掘削翼１４１，１４１と撹拌翼１５１，１５１との間に固い塊が噛み込んだ場合であっても、掘削翼１４１，１４１及び撹拌翼１５１，１５１、或は回転軸１２１の駆動機にかかる負担を可及的に低くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５６−１５３０１３号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前者の掘削撹拌ヘッドでは、掘削翼１４０，１４０とこれに相隣る共回り防止翼１６０，１６０との間に岩石といった固い塊を噛み込んだ場合、軟弱な地盤にあっては、回転する掘削翼１４０，１４０の作用によって共回り防止翼１６０，１６０、１６０，１６０が回転してしまい、掘削生成した掘削土の共回りを防止し得ないという問題があり、また、比較的固い地盤にあっては、掘削翼１４０，１４０及び／又は共回り防止翼１６０，１６０、或は、回転軸１２０の駆動機が損傷するという問題があった。
【００１０】
一方、後者の掘削撹拌ヘッドにあっては、回転軸１２１及び掘削翼１４１，１４１によって正回転される掘削土を、逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３によって逆回転させるため、回転軸１２１を回転駆動する駆動機に大きな負荷が生じ、掘削翼１４１，１４１に印加されるトルクが低減されることにより掘削効率が低下するという問題があった。これに対応すべく、より出力が大きい駆動機を設けると、駆動機に要するコストが嵩んでしまう。
【００１１】
また、回転軸１２１と逆転撹拌翼１５２，１５２が取り付けられた逆転軸筒１１１との間は遊星歯車機構によって連結してあるため、逆転軸筒１１１の外径は回転軸１２１の外径より大きい。同様に、逆転軸筒１１１の下端に垂設された翼取付部材１２５も回転軸１２１に遊嵌させてあるので、翼取付部材１２５の外径は回転軸１２１の外径より相当程度大きい。そして、これら逆転軸筒１１１及び翼取付部材１２５の外周面に逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３が固定してあるため、逆転軸筒１１１の外径と回転軸１２１の外径との差分の領域、及び翼取付部材１２５の外径と回転軸１２１の外径との差分の領域においては、逆転撹拌翼１５２，１５２、１５３，１５３に掘削土が当接せず、掘削土の攪拌が不十分であるという問題もあった。これに対応すべく、回転軸１２１の逆転軸筒１１１が外嵌された部分の直径を小さくすることによって、回転軸１２１の翼取付部材１２５が外嵌された部分の外径を小さくすることが考えられるが、回転軸１２１の直径を小さくすると、回転軸１２１の剛性が当該部分で低下するため、固い地盤を改良する場合に回転軸１２１が破損する虞があった。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、掘削効率が低下することなく十分な撹拌を実施することができ、比較的固い地盤にも対応することができる掘削撹拌ヘッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明に係る掘削撹拌ヘッドは、先端部から地盤改良剤を吐出するようになした回転軸と、該回転軸の先端部から適宜距離を隔てた位置に外嵌させた外接車と該外接車の外側に遊嵌させた内接車との間に、キャリアにて回転自在に支持された複数の遊星車を挟持してなる遊星機構とを具備し、前記回転軸の先端部近傍に地盤を掘削する掘削翼が前記回転軸回りに固定してあり、回転軸の長手方向であって掘削翼から適宜距離を隔てた位置に、外力に対する反力を生成するための複数の反力翼が、前記内接車に支持される様態で前記回転軸回りに配設してあり、回転軸の長手方向であって前記反力翼と掘削翼との間の位置に、吐出された地盤改良剤と掘削土とを撹拌する複数の撹拌翼が、前記キャリアに支持される様態で前記回転軸回りに配設してあり、前記遊星機構によって、撹拌翼は掘削翼の回転方向と同じ方向へ、掘削翼の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明の掘削撹拌ヘッドにあっては、先端部から地盤改良剤を吐出するようになした回転軸と、この回転軸の先端部から適宜距離を隔てた位置に配設した遊星機構とを具備する。この遊星機構は、前記回転軸に外嵌させた外接車と該外接車の外側に遊嵌させた内接車との間に、複数の遊星車を挟持してなり、各遊星車はキャリアにて回転自在に支持されている。
【００１５】
また、回転軸の先端部近傍には、地盤を掘削する掘削翼が回転軸回りに固定してある。一方、回転軸の長手方向であって掘削翼から適宜距離を隔てた位置には、外力に対する反力生成するための複数の反力翼が前記回転軸回りに配設してあり、各反力翼は前記遊星機構を構成する内接車に支持されている。更に、回転軸の長手方向であって反力翼と掘削翼との間の位置に、吐出された地盤改良剤と掘削土とを撹拌する複数の撹拌翼が前記回転軸回りに配設してあり、各撹拌翼は前述した遊星機構を構成するキャリアに支持される。
【００１６】
そして、各反力翼の先端部分を地盤中に進入させた状態で回転軸が回転されると、前述した遊星機構によって、撹拌翼は掘削翼の回転方向と同じ方向へ、掘削翼の回転速度より遅い回転速度で回転するようになっている。
【００１７】
従って、回転軸の長手方向における撹拌翼と掘削翼との間隙を可及的に狭くした場合であっても、前述したように撹拌翼は掘削翼の回転方向と同じ方向へ、掘削翼の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してあるため、撹拌翼と掘削翼との間隙に固い塊が噛み込むことが可及的に低減され、仮に噛み込みが生じかけた場合であっても、回転軸回りにおける掘削翼と撹拌翼との間の距離が変化するため、前記間隙内への噛み込みを回避することができる。また、撹拌翼は掘削翼の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してあるため、この撹拌翼が邪魔板としても作用し得、これによって掘削翼と共に掘削土が回転する共回りを可及的に抑制することができる。一方、撹拌翼と掘削翼との間隙を可及的に狭くすることができるため、撹拌翼が当接せずに未撹拌となる掘削土を可及的に低減して、掘削土を十分に撹拌することができる。なお、反力翼は掘削翼にて形成された削穴の周囲の土中に進入して回転しないように保持されるため、邪魔板としても作用し得、これによって掘削翼の掘削にて生じた掘削土の共回りを防止することができ、前記撹拌翼による撹拌効果を向上させることができる。
【００１８】
また、撹拌翼は掘削翼の回転方向と同じ方向へ回転するため、回転軸を回転駆動する駆動機に過大な負荷が生じず、掘削翼に印加されるトルクも低減されないため、掘削効率が高い。そして、より出力が大きい駆動機を設けずとも所要の掘削を行うことができるため、駆動機に要するコストを可及的に抑制することができる。
【００１９】
一方、遊星機構を構成するキャリアによって撹拌翼を支持する構成になしてあるため、回転軸を縮径することなく、掘削土を十分に撹拌することができ、従って、固い地盤にも十分に対応することができる。一方、掘削撹拌ヘッドは比較的簡単な構成で製造することができるため、製造コストの増大を可及的に抑制することができる。
【００２０】
（２）本発明に係る掘削撹拌ヘッドは、前記内接車の外周面に各反力翼が固定してあり、前記回転軸の長手方向であって反力翼と掘削翼との間の部分に、前記キャリアの一部が延設してあり、又は、一端縁を前記キャリアに接続させてなる筒体が遊嵌してあり、キャリアの延設された部分又は前記筒体の外周面に各撹拌翼が固定してあることを特徴とする。
【００２１】
本発明の掘削撹拌ヘッドにあっては、遊星機構を構成する内接車の外周面に各反力翼が固定してある。また、回転軸の長手方向であって反力翼と掘削翼との間の部分に、キャリアの一部が延設してあり、または、回転軸の長手方向であって反力翼と掘削翼との間の部分に、一端縁を前記キャリアに接続させてなる筒体が遊嵌してある。そして、キャリアの延設された部分又は前記筒体の外周面に各撹拌翼が固定してある。
【００２２】
従って、キャリアの延設された部分又は前記筒体の外径は回転軸の外径よりは大きいものの、反力翼が固定された内接車の内径よりは小さい。このように撹拌翼を支持するキャリアの延設された部分又は前記筒体の外径が可及的に小さくしてあるため、撹拌翼に当接しない掘削土の量を可及的に少なくすることができ、従って地盤改良剤と掘削土とを十分に撹拌混合することができる。また、このように遊星機構を用いた場合であっても、回転軸の外径を小さくすることなく地盤改良剤と掘削土とを十分に撹拌混合することができるため、固い地盤にも十分に対応することができる。
【００２３】
（３）本発明に係る掘削撹拌ヘッドは、前記遊星車はローラで構成してあり、前記外接車及び内接車はそれぞれ、各ローラが転接する筒状のホルダで構成してあることを特徴とする。
【００２４】
本発明の掘削撹拌ヘッドにあっては、遊星機構の遊星車はローラで構成してあり、遊星機構の外接車及び内接車はそれぞれ、前記各ローラが転接する筒状のホルダで構成してある。ここで、ローラの形状は適宜採用することができるが、円筒状のローラが好ましい。
このような構成の遊星機構にあっては、各部品の厚さ寸法を低減することができ、遊星機構の外径寸法を小さくすることができる。これによって、回転軸の径方向における回転軸と撹拌翼との間隙をより小さくすることができ、掘削土をより十分に撹拌することができる。
【００２５】
一方、ローラで構成した遊星車は、筒状のホルダで構成した外接車及び内接車に線接触するため、外接車と遊星車との間、内接車と遊星車との間において滑りが発生し難い。
【００２６】
（４）本発明に係る掘削撹拌ヘッドは、前記遊星車はボールで構成してあり、前記外接車及び内接車はそれぞれ、各ボールが転接する筒状のホルダで構成してあることを特徴とする。
【００２７】
本発明の掘削撹拌ヘッドにあっては、遊星機構の遊星車はボールで構成してあり、遊星機構の外接車及び内接車はそれぞれ、前記各ボールが転接する筒状のホルダで構成してある。ここで、各ボールは回転軸の軸回りに適宜の間隔を隔てて複数設ければよいが、回転軸の軸長方向にも適宜の間隔で複数設けると、安定した回転を担保することができるため好適である。
【００２８】
このような構成の遊星機構にあっては、各部品の厚さ寸法をより低減させることができ、遊星機構の外径寸法を可及的に小さくすることができる。これによって、回転軸の径方向における回転軸と撹拌翼との間隙を可及的に小さくすることができ、掘削土をより十分に撹拌することができる。
【００２９】
（５）本発明に係る掘削撹拌ヘッドは、前記外接車を構成するホルダの外周面には、当該ホルダに転接する前記ボールの一部を嵌合させる１又は複数の環状溝部が、外接車の中心軸と同心円上に設けてあることを特徴とする。
【００３０】
本発明の掘削撹拌ヘッドにあっては、遊星車をボールで構成した場合、外接車を構成するホルダの外周面には、当該ホルダに転接する前記ボールの一部を嵌合させる１又は複数の環状溝部が、外接車の中心軸と同心円上に設けてあり、各ボールはその一部を環状溝部内に嵌合させて所定領域を案内される。このように、外接車を構成するホルダの外周面に環状溝部を設けた場合、環状溝部とそこに一部が嵌合されるボールとの接触面積が大きいため、当該ホルダとボールとの間において滑りが発生し難い。これによって、より固い地盤の改良にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る掘削撹拌ヘッドを備える地盤改良装置の一例を示す外観図である。
【図２】図１に示した掘削撹拌ヘッドを示す側面図である。
【図３】図１に示した掘削撹拌ヘッドを示す平面図である。
【図４】図２に示した掘削撹拌ヘッドの部分縦断面図である。
【図５】図４に示した掘削撹拌ヘッドのＶ−Ｖ線による断面図である。
【図６】本発明に係る掘削撹拌ヘッドの他の形態を示す部分縦断面図である。
【図７】図６に示した掘削撹拌ヘッドのＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。
【図８】従来の掘削撹拌ヘッドによって地盤を改良している状態を側面視で説明する説明図である。
【図９】従来の掘削撹拌ヘッドによって地盤を改良している状態を側面視で説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明に係る掘削撹拌ヘッド及び地盤改良装置を図面に基づいて詳述する。
なお、本実施の形態で説明する掘削撹拌ヘッド及び地盤改良装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含むことはいうまでもない。
【００３３】
（発明を実施するための第１の形態）
図１は本発明に係る掘削撹拌ヘッドを備える地盤改良装置の一例を示す外観図である。地盤改良装置は、リーダーＭを具備する作業車両Ｗ、リーダーＭに支持されたロッドＲ、ロッドＲを回転駆動させる回転駆動機Ｔ、地盤改良剤を貯留する貯留槽９３、貯留槽９３からロッドＲへ地盤改良剤を送輸するための送輸ホース９１、及びポンプＰ等によって構成されており、ロッドＲの下端にはジョイントを介して掘削撹拌ヘッド１が着脱可能に連結してある。前述したロッドＲ及び掘削撹拌ヘッド１の回転軸２の内部には圧送された地盤改良剤を挿通させる挿通路が同軸上に設けてあり、各挿通路内を圧送された地盤改良剤は掘削撹拌ヘッド１の先端部に設けられた吐出口から吐出されるようになっている。
【００３４】
図２及び図３は図１に示した掘削撹拌ヘッド１を示す側面図及び平面図である。
掘削撹拌ヘッド１は内部に挿通路２０が設けられた円筒状の回転軸２を有しており、回転軸２の先端には倒立円錐体の周面に固定された複数（図２にあっては２つ）の螺旋翼３０，３０の先端にそれぞれ１又は複数の掘削ビット３１，３１，…を突設してなるパイロットヘッド３が着脱可能に固着してある。前述したように回転軸２の基端は図１に示したロッドＲに着脱可能に連結させるジョイントにて構成してあり、ロッドＲから掘削撹拌ヘッド１を取り外して、取り外した掘削撹拌ヘッド１を修理及び／若しくは調整し、又は新たな掘削撹拌ヘッド１に交換し得るようになっている。
【００３５】
回転軸２の周面であって回転軸２の先端近傍の位置には、帯板状の複数枚（図２にあっては２枚）の掘削翼４，４が、回転軸２の中心軸を中心とする円の半径上の位置に、その短辺を回転軸２の軸長方向にした姿勢で、互いに前記円の周方向へ所定の角度（図２にあっては１８０°）位置を異ならせて着脱可能に取り付けてあり、各掘削翼４，４は回転軸２の中心軸に対して適宜の角度（図２にあっては３０°）だけ傾斜させてある。これら掘削翼４，４の前記回転軸２の先端側の側縁に、複数の掘削ビット４１，４１，…が掘削翼４，４の長辺方向へ適宜の間隔で突設してある。
【００３６】
一方、回転軸２の基端近傍には後述する環状の遊星機構１０が外嵌してあり、遊星機構１０を構成する筒状の内接ホルダ（内接車）１１の外周面に、当該遊星機構１０に印加される外力に対する反力を生成する帯板状の複数枚（図３に示した場合にあっては３枚）の反力翼６，６，６が、前記円の半径上の位置に、その短辺を回転軸２の軸長方向にした姿勢で、互いに前記円の周方向へ所定の角度（図３に示した場合にあっては１２０°）ずつ位置を異ならせて着脱可能に取り付けてある。回転軸２の中心から反力翼６の先端までの長さ寸法は、回転軸２の中心から掘削翼４の先端までの長さ寸法より長くしてある。従って、掘削撹拌ヘッド１によって地盤を掘削した場合、パイロットヘッド３及び掘削翼４，４にて掘削されて生成される削穴の周囲の地盤内へ反力翼６，６，６の先端が進入するようになっており、かかる反力翼６，６，６にて生成された反力によって遊星機構１０が後述するように動作する。
【００３７】
回転軸２の基端側であって遊星機構１０の端縁の位置には、適宜の厚さを有する第１環体７１が、回転軸２の周面を摺動自在に外嵌してあり、更に第１環体７１の端縁の位置には、円板状のシールドプレート７３が回転軸２の周面を摺動自在に外嵌してある。この第１環体７１の内周面には環状のキー溝７１ａが回転軸２の中心軸と同心円上に設けてあり、当該キー溝７１ａには回転軸２の周面に突設された環状のキー２５が摺動自在に内嵌してある。そして、第１環体７１及びシールドプレート７３は、内接ホルダ１１に固定してある。また、回転軸２とシールドプレート７３との間には環状のシール部材７５（図４参照）が介装してあり、シール部材７５によって前記遊星機構の内部へ掘削土・水等が侵入することを防止している。
【００３８】
回転軸２の前記内接ホルダ１１から掘削翼４，４の近傍までの部分には、遊星機構１０を構成し、前記内接ホルダ１１の軸長方向の長さより長くなした筒状のキャリア１５の一側の部分が遊嵌してあり、このキャリア１５の内接ホルダ１１から延出した部分の外周面には、帯板状の複数枚（図２にあっては２枚）の撹拌翼５，５が、回転軸２の中心軸を中心とする円の半径上の位置に、その短辺を回転軸２の軸長方向にした姿勢で、互いに前記円の周方向へ所定の角度（図２にあっては１８０°）位置を異ならせて取り付けてある。回転軸２の中心から撹拌翼５の先端までの長さ寸法は、回転軸２の中心から掘削翼４の先端までの長さ寸法と略同じにしてあり、撹拌翼５，５は前記遊星機構１０の作用によって、後述するように掘削翼４，４の回転方向と同じ方向へ、掘削翼４，４の回転速度より遅い回転速度で回転するようになっている。
【００３９】
図４は図２に示した掘削撹拌ヘッド１の部分縦断面図であり、遊星機構１０の構成を示している。また、図５は図４に示した掘削撹拌ヘッド１のＶ−Ｖ線による断面図である。なお、図４及び図５中、図２及び図３に示した部分に対応する部分には同じ番号が付してある。
【００４０】
図４及び図５に示したように、回転軸２の周面であって前記内接ホルダ１１に対応する部分には円筒状の外接ホルダ（外接車）１４が外嵌固定してあり、内接ホルダ１１と外接ホルダ１４との間に円筒状の複数（図５に示した場合は８個）のロール（遊星車）１２，１２，…が挟持されている。各ロール１２，１２，…は前述したキャリア１５によって回転可能に支持されており、ロール１２，１２，…の外周面が外接ホルダ１４の外周面及び内接ホルダ１１の内周面に転接するようになっている。これら外接ホルダ（外接車）１４、内接ホルダ（内接車）１１、ロール（遊星車）１２，１２，…及びキャリア１５によって遊星機構１０が構成されている。
【００４１】
このような遊星機構１０にあっては、遊星機構１０を構成する内接ホルダ１１の外周面に反力翼６，６，６が取り付けてあり、遊星機構１０を構成するキャリア１５の内接ホルダ１１から延出した部分の外周面に撹拌翼５，５が取り付けてあるため、反力翼６，６，６の先端部を地盤の中に進入させて、当該反力翼６，６，６が回転しないように固定した状態で回転軸２を回転駆動させた場合、キャリア１５及び該キャリア１５に固定された撹拌翼５，５が、回転軸２の回転方向、即ち掘削翼４，４の回転方向と同じ方向へ、回転軸２の回転速度、即ち掘削翼４，４の回転速度より遅い回転速度で回転する。
【００４２】
また、回転軸２の軸長方向であってキャリア１５の先端の位置には環状のストッパーディスク５３が固着してあり、キャリア１５の先端はストッパーディスク５３に当接させてある。また、キャリア１５の内周面であってキャリア１５の先端近傍の位置には２つの環状溝が回転軸２の中心軸と同心円上に設けてあり、両環状溝にそれぞれ内嵌させたＯリング７６，７６によって第２翼固定筒５２内へ掘削土・水等が侵入することを防止している。
【００４３】
このような掘削撹拌ヘッド１を備える地盤改良装置にて地盤を改良する場合、回転するパイロットヘッド３の螺旋翼３０，３０及び回転する掘削翼４，４にそれぞれ設けられた掘削ビット３１，３１，…、４１，４１，…によって当該地盤を掘削して行くため、回転軸２の中心から掘削翼４の先端までの距離を半径とする円柱状の削穴が形成されるとともに当該削穴内に掘削されて生じた掘削土が堆積されて行く。一方、掘削開始後の適宜のタイミングで掘削撹拌ヘッド１の先端部に設けられた吐出口２１から地盤改良剤を吐出させる。吐出された地盤改良剤は前記削穴に堆積した掘削土内へ浸入して行き、当該掘削土内に位置する撹拌翼５，５によって地盤改良剤と掘削土とが十分に撹拌混合される。
【００４４】
ところで、掘削撹拌ヘッド１の掘削動作にて前記削穴が予め定めた深さまで到達すると、掘削撹拌ヘッド１の降下が停止されるが、このとき撹拌翼５，５によって、掘削翼４，４と撹拌翼５，５との間の間隙領域に存在する掘削土を撹拌することはできない。しかしながら、本発明に係る地盤改良装置にあっては、前述したように撹拌翼５，５は、回転軸２の軸長方向であって掘削翼４，４の近傍の位置に配設されているため、前記間隙領域を可及的に低減することができる。
【００４５】
一方、掘削翼４，４と撹拌翼５，５との間の間隙が小さいと、当該間隙に固い塊が噛み込まれることが考えられるが、前述したように撹拌翼５，５は掘削翼４，４の回転方向と同じ方向へ、掘削翼４，４の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してあるため、前記間隙に固い塊が噛み込むことが可及的に低減され、仮に噛み込みが生じかけた場合であっても、回転軸２回りの掘削翼４，４と撹拌翼５，５との間の距離が変化するため、前記間隙内への噛み込みを回避することができる。また、撹拌翼５，５は掘削翼４，４の回転速度より遅い回転速度で回転するように構成してあるため、この撹拌翼５，５が邪魔板としても作用し得、これによって掘削翼４，４と共に掘削土が回転する共回りを可及的に抑制することができる。ところで、反力翼６，６，６は掘削翼４，４にて形成された削穴の周囲の土中に進入して回転しないように固定されるため、邪魔板としても作用し得、これによって掘削土の共回りを更に抑制・防止することができ、前記撹拌翼５，５による撹拌効果を向上させることができる。
【００４６】
また、撹拌翼５，５は掘削翼４の回転方向と同じ方向へ回転するため、回転軸２を回転駆動する駆動機に過大な負荷が生じず、掘削翼４，４に印加されるトルクも低減されないため、掘削効率が高い。一方、ロール１２，１２，…で構成した遊星車は、外接ホルダ１４及び内接ホルダ１１に線接触するため、外接ホルダ１４とロール１２，１２，…との間、内接ホルダ１１とロール１２，１２，…との間において滑りが発生し難く、従って固い地盤の改良にも適用することができる。
【００４７】
ところで、撹拌翼５，５を支持するキャリア１５の外径は、回転軸２の外径よりは大きいものの、反力翼６，６，６を支持する内接ホルダ１１の内径よりは小さい。このように撹拌翼５，５を支持するキャリア１５の外径が可及的に小さくしてあるため、撹拌翼５，５に当接しない掘削土の量を可及的に少なくすることができ、従って地盤改良剤と掘削土とを十分に撹拌混合することができる。また、このような遊星機構１０を用いた場合、回転軸２の外径を小さくすることなく地盤改良剤と掘削土とを十分に撹拌混合することができるため、比較的固い地盤にも十分に対応することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、キャリア１５の軸長方向の長さを内接ホルダ１１の軸長方向の長さより長くなした場合について説明したが、本発明はこれに限らず、内接ホルダ１１の軸長方向の長さと同じ長さのキャリアを用い、当該キャリアに内接ホルダ１１から延出する筒体を連結する構成にしてもよい。
【００４９】
（発明を実施するための第２の形態）
図６は本発明に係る掘削撹拌ヘッドの他の形態を示す部分縦断面図であり、遊星車をボールで構成してある。また、図７は図６に示した掘削撹拌ヘッド１ｂのＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。なお、両図中、図４及び図５に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。
【００５０】
図６及び図７に示したように、遊星機構１０ｂは回転軸２に外嵌固定した円筒状の外接ホルダ（外接車）１４ｂと、該外接ホルダ１４ｂの外側に遊嵌した内接ホルダ（内接車）１１ｂとの間に球状の複数のボール（遊星車）１２ｂ，１２ｂ，…を挟持して構成してある。ボール１２ｂ，１２ｂ，…は、回転軸２の軸回りに適宜の間隔を隔てて複数（図８に示した場合は６個）１２ｂ，１２ｂ，…配置してあり、軸回りのそれぞれの位置において、回転軸２の軸長方向へ適宜の間隔を隔てて複数行（図８に示した場合は３行）１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、…，…，…ずつ配置してある。
【００５１】
各ボール１２ｂ，１２ｂ，…は筒状のキャリア１５ｂによって回転可能に支持されており、キャリア１５ｂには当該キャリア１５ｂを貫通し、各ボール１２ｂ，１２ｂ，…それぞれを回転自在に保持する複数の保持部が設けてある。そして、ボール１２ｂ，１２ｂ，…の外周面が外接ホルダ１４ｂの外周面及び内接ホルダ１１ｂの内周面に転接するようになっている。外接ホルダ１４ｂの外周面であってボール１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、…，…，…が転接する部分には環状溝部１４ｄ，１４ｄ，１４ｄが外接ホルダ１４ｂの中心軸と同心円上に設けてあり、各ボール１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、…，…，…はその一部を環状溝部１４ｄ，１４ｄ，１４ｄ内に嵌合させて所定領域を案内されるようになっている。
【００５２】
このような掘削撹拌ヘッド１ｂにあっては、前記第１の形態で説明した作用効果と同様の作用効果を奏する。また、ボール１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、１２ｂ，１２ｂ，１２ｂ、…，…，…は回転軸を要しないため、前記第１の形態で示したロール１２，１２，…を用いる遊星機構１０に比べて、遊星機構１０ｂの外径寸法を低減することができる。これによって、回転軸２の径方向における回転軸２と撹拌翼５，５との間隙をより小さくすることができ、掘削土をより十分に撹拌することができる。一方、遊星機構１０ｂの構成が簡単であるため、遊星機構１０ｂの製造コストを低減することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、外接ホルダ１４ｂの外周面に環状溝部１４ｄを設けた場合について示したが、本発明はこれに限らず、外接ホルダ１４ｂの外周面に環状溝部１４ｄを設けなくてもよい。ただし、外接ホルダ１４ｂの外周面に環状溝部１４ｄを設けた場合、環状溝部１４ｄとそこに一部が嵌合されるボール１２ｂとの接触面積が大きいため、外接ホルダ１４ｂとボール１２ｂとの間において滑りが発生し難いため好適である。これによって、固い地盤の改良にも適用することができる。
【００５４】
ここで、環状溝部１４ｄの端面形状は適宜の形状を採用することができるが、円弧状にした場合、ボール１２ｂとの接触面積がより大きいため好適である。また、環状溝部１４ｄの深さは当該環状溝部１４ｄにその一部が内嵌したボール１２ｂの外周面がキャリア１５ｂの外周面から突出しないような寸法が好ましい。これによって、遊星機構１０ｂを組み立てるに際して、キャリア１５ｂの外周面からボール１２ｂの外周面が突出しないため、内接ホルダ１１ｂをキャリア１５ｂに外嵌させる作業を円滑に実施することができる。
【００５５】
ところで、本発明に係る遊星機構として、回転軸２に外嵌させた外接歯車と、該外接歯車の外側に遊嵌させた内接歯車との間に複数の遊星歯車を介装させて構成した遊星歯車機構を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１    掘削撹拌ヘッド
２    回転軸
３    パイロットヘッド
４    掘削翼
５    撹拌翼
６    反力翼
１０    遊星機構
１０ｂ  遊星機構
１１    内接ホルダ（内接車）
１１ｂ  内接ホルダ（内接車）
１２    ロール（遊星車）
１２ｂ  ボール（遊星車）
１４    外接ホルダ（外接車）
１４ｂ  外接ホルダ（外接車）
Ｗ    作業車両
Ｒ    ロッド
【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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