(57)【要約】      （修正有）【課題】拡大孔を掘削するときも正回転で行え、且つ粘性土地盤でも確実に拡大刃を所定角度まで拡径できる構造が簡単な拡大孔掘削用ヘッドを提供する。【解決手段】上部シャフト２の下端部に、所定角度正逆回転可能となるように下部シャフト５を接続するとゝもに、該下部シャフト５に拡大翼１０を所定角度内で回転可能に軸支１１した拡大翼支持部材８を、前記上部シャフト２に前記拡大翼を外方向に拡径させる拡大翼操作部材をそれぞれ装着した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端部に駆動軸との連結部を備えた上部シャフトの下端部に、所定角度正逆回転可能となるように下部シャフトを接続するとゝもに、該下部シャフトに、直径方向で相対向する少なくとも二つの位置においてそれぞれ拡大翼を所定角度内で回転可能に軸支した拡大翼支持部材を装着し、前記上部シャフトの正回転時に、一端が前記拡大翼の軸部近傍の後端面と当接して前記拡大翼を前記掘削用刃の半径内に折り畳み状態に保持するトルク伝達部として、又前記上部シャフトの逆回転時に、他端が前記拡大翼の先端部と衝当して外方向へ拡径する蹴り出し部としてそれぞれ機能する拡大翼操作部材を、前記上部シャフトに装着したことを特徴とする拡大孔掘削用ヘッド。
【請求項２】
前記上部シャフトの逆回転時に、前記拡大翼操作部材の前記蹴り出し部が、前記拡大翼の先端部が前記下部シャフトに装着した掘削用刃の半径から突出する位置まで強制的に外方向へ拡径する構成としたことを特徴とする請求項１記載の拡大孔掘削用ヘッド。
【請求項３】
前記拡大翼が外方向に所定角度まで拡径した際、前記拡大翼の軸部近傍の内側面が前記下部シャフトに設けたストッパーと当接して、前記拡大翼の位置決めをする構成としたことを特徴とする請求項１又は２記載の拡大孔掘削用ヘッド。
【請求項４】
前記拡大翼と前記ストッパーとが当接する近傍位置に、前記拡大翼が所定角度まで押し拡げられたことを検知するための拡大翼検知手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の拡大孔掘削用ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は拡大孔掘削用ヘッドに係り、特に土木工事において球根部を有する基礎鋼管杭又はコンクリート杭を構築する場合に使用する拡大孔掘削用ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、基礎鋼管杭又はコンクリート杭を構築するためには、アースドリルやスクリューオーガ等で地中孔を掘削する。そして、基礎杭の支持力を高めるために、基礎杭の下端部を球根状に拡幅することが行われるが、このために地中孔の底部を所要深さで拡径掘削をする。
【０００３】
このような拡大球根を築造する手段として、例えば特開平１１ー３５０４７３号公報に開示されているような拡大掘削刃を備えた掘削ヘッドや、実開平１−７５１９４号公報に開示されている拡大孔掘削装置などがある。
【０００４】
前記特開平１１ー３５０４７３号公報に開示されている掘削ヘッドＡは、図８に示すように、中心軸５１の周囲に螺旋状のスパイラル翼５２を固定し、このスパイラル翼５２の一部を切り欠いて形成した支持部５３に拡大掘削刃５４を垂直な枢軸５５を介して回動可能となるように取り付けている。
【０００５】
この拡大掘削刃５４は、掘削ヘッドＡがスパイラル翼５２の旋回によって堀進する方向に回転（正回転）することによって、地盤の抵抗によりスパイラル翼５２の外周の回転半径より内側の縮径状態となり、掘削ヘッドが逆回転、すなわち、スパイラル翼５２の回転によって掘削ヘッドが後退する方向に逆回転することによって、地盤の抵抗によりスパイラル翼５２の外周の回転半径より外側の拡径状態となるように構成されている。
【０００６】
また、実開平１−７５１９４号公報の拡大孔掘削装置では、外周に掘削羽根を取付けたビットボディをジョイントロッドの下端に所定角度回転自在に取付け、前記ビットボディの外周に上下のブラケットに支持された枢軸に中間部を所定角度回転自在に取付けた拡大刃を設け、前記拡大刃の後端部に向かって先端部を突出し、基端部を前記ジョイントロッドの外周に固定した押圧ノックを設けており、掘削羽根を地山に食い込ませて回転を拘束したうえで掘削ロッドを逆転し、押圧ノックの先端を拡大刃の後端部に向かって突き出してこれを押圧することにより拡大刃を外方に強制的に回転させ、広がった拡大刃により拡大掘削するようにしている。
【０００７】
これらの、掘削ヘッドや拡大孔掘削装置では、拡大孔を掘削するには正回転（時計回り方向）から逆回転（反時計回り方向）に操作を変更しなければならない。この場合、掘削羽根は逆向きで回転するために、孔底部を掘削する能力は著しく低く、作業能率は著しく低下する。また、掘削ロッドの正回転時において拡大刃をロックする手段がないために、正回転時に岩石等が押圧ノックとの間に進入して拡大刃を回転させて、不用意に拡径孔を掘削することとなる惧れも皆無ではない。
【０００８】
そこで、特許第２７１１２３６号公報に記載の発明のように、拡大孔を掘削するときも正回転で行え、拡大孔を所望の深さに形成できるほか、正回転時に拡大刃が不用意に拡開するのを防止した拡大孔掘削用ヘッドが提案されている。
【０００９】
すなわち、前記特許２７１１２３６号公報に記載の拡大孔掘削用ヘッドは、上端部に駆動軸の連結部を、下端部に直径方向で相対向する軸方向のキー溝を形成したシャフトに、該キー溝に遊嵌して係合するキー部を内周面に有するとともに外周面に掘削用刃を設けた外筒体を挿入し、該外筒体には直径方向で相対向する少なくとも二つの位置においてそれぞれ拡大刃を所定角度内で回転可能に軸支し、かつ、該拡大刃に係合して前記シャフトの正回転時に拡大刃を前記掘削用刃の最大半径内に折畳み状態に保持するとともに、前記シャフトの逆回転時に拡大刃との係合を解除して該拡大刃を外方へ押し拡開させる蹴飛ばしピンを前記シャフトと一体に設けたものである。
【００１０】
而して、拡大刃が蹴飛ばしピンに係合して折り畳まれた状態で所要深さの地中孔を掘削した後、拡大孔を掘削するときは、掘削用刃を孔底部に食い込ませて外筒体を固定した後駆動軸を逆回転させると、シャフトがキー部とキー溝が遊嵌する範囲内で逆回転して蹴飛ばしピンが拡大刃から外れ、拡大刃を半径方向外方へ押すことにより拡開させる。
【００１１】
そして、駆動軸を正回転させると、拡大刃は土の抵抗を受けて完全に拡開し、掘削用刃とともに土を掘削する。所定深さの拡径孔を穿削した後は、駆動軸を逆回転させながら上方へ引き上げると、拡大刃は土の抵抗を受けて回動しながら折り畳まれ、蹴飛ばしピンが拡大刃に係合して当初の状態に復帰する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１ー３５０４７３号公報
【特許文献２】特許第２７１１２３６号公報
【特許文献３】特許第３７０６４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、前記特許第２７１１２３６号公報に開示された拡大孔掘削用ヘッドの構造にあっては、例えば地盤が粘着性の高い粘土質地盤の場合、逆回転時に蹴飛ばしピンが拡大刃から外れる際に拡大刃の先端が掘削用刃の回転半径より突出しない事態が発生する虞もある。そのため、正回転によって拡大孔を掘削しようとしても、付着した粘土によって前記拡大刃の先端が土圧抵抗を十分受けずに拡径できない場合もある。
【００１４】
また、前記拡大刃は完全に自由な状態におかれているため、拡径し易い反面縮径も起こりやすく、いったん円柱状の粘土塊が形成されてしまうと引き上げない限り修復が困難であるといった問題点もある。
【００１５】
さらには、拡大掘削工程が終了して拡大孔掘削用ヘッドを引き上げた場合、前記拡大刃は折り畳まれた状態で引き上げられるため、拡大孔の掘削時に拡大刃が実際に所定角度まで拡径したのかどうか判別することができず、回転抵抗をモーター電流値等で間接的に判断することしか出来なかった。
【００１６】
本発明は、上記のような従来技術の欠点を克服するに、拡大孔を掘削するときも正回転で行え、粘性土地盤でも確実に拡大刃を所定角度まで拡径することができ、なおかつ拡大孔の掘削時に拡大刃が実際に所定角度まで拡径したか否かを検知できる拡大孔掘削用ヘッドを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の諸目的を達成するため、本願の拡大孔掘削用ヘッドに係る請求項１に記載の発明は、上端部に駆動軸との連結部を備えた上部シャフトの下端部に、所定角度正逆回転可能となるように下部シャフトを接続するとゝもに、該下部シャフトに、直径方向で相対向する少なくとも二つの位置においてそれぞれ拡大翼を所定角度内で回転可能に軸支した拡大翼支持部材を装着し、前記上部シャフトの正回転時に、一端が前記拡大翼の軸部近傍の後端面と当接して前記拡大翼を前記掘削用刃の半径内に折り畳み状態に保持するトルク伝達部として、又前記上部シャフトの逆回転時に、他端が前記拡大翼の先端部と衝当して外方向へ拡径する蹴り出し部としてそれぞれ機能する拡大翼操作部材を、前記上部シャフトに装着したことを特徴とする。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、本件特許出願の請求項２に記載の発明は、前記上部シャフトの逆回転時に、前記拡大翼操作部材の前記蹴り出し部が、前記拡大翼の先端部が前記下部シャフトに装着した掘削用刃の半径から突出する位置まで強制的に外方向へ拡径する構成としたことを特徴とする。
【００１９】
そして、上記の目的を達成するため、本願の請求項３に記載の発明は、前記拡大翼が外方向に所定角度まで拡径した際、前記拡大翼の軸部近傍の内側面が前記下部シャフトに設けたストッパーと当接して、前記拡大翼の位置決めをする構成としたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記の目的を達成するため、本願の請求項４に記載の発明は、前記拡大翼と前記ストッパーとが当接する近傍位置に、前記拡大翼が所定角度まで押し拡げられたことを検知するための拡大翼検知手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本願の請求項１に記載の発明は、上記のように、拡大孔を拡大翼で掘削するときも掘削孔を掘削用刃で掘削する場合と同じように正回転で行えるので、孔底部を掘削する能力の向上、ひいては作業能率の向上が図られるとゝもに、拡大孔を掘削する際に、拡大翼操作部材により、掘削用刃の半径内に折り畳み状態に保持されている拡大翼の径縮保持の解除と、前記拡大翼を外方向へ蹴り出して拡径させる動作をほゞ同時に行うことで、拡大翼の径縮，拡径の動作を確実に行うことが可能となる。
【００２２】
また、本願の請求項２に記載の拡大孔掘削用ヘッドに係る発明は、上記のように、前記上部シャフトの逆回転時に、前記拡大翼操作部材の前記蹴り出し部が、前記拡大翼の先端部が前記掘削用刃の半径から突出する位置まで強制的に前記拡大翼を外方向へ押し拡げる構成としたことで、掘削する土壌が粘性土地盤の場合でも拡大翼の少なくとも先端部が掘削用刃の半径の外に位置するまで確実に拡径できる。
【００２３】
そして、本願の請求項３に記載の発明は、上記のように、前記拡大翼が所定角度まで押し拡げられた際、前記拡大翼の軸部近傍の内側面がストッパーと当接するため、前記拡大翼が所定角度まで押し拡げられて拡径した状態が保持され、所望径の拡大孔を確実に掘削することができる。
【００２４】
さらに、本願の請求項４に記載の発明は、上記のように、前記拡大翼と前記ストッパーとが当接する近傍位置に、前記拡大翼が所定角度まで押し拡げられたことを検知するための拡大翼検知手段を備えた構成とすることで、拡大孔の掘削工事が終了し、拡大孔掘削用ヘッドが上方へ引き上げられた際に、前記拡大翼が折り畳まれた状態であっても、拡大孔の掘削時に拡大翼が実際に所定角度まで拡径したのかどうかを前記拡大翼検知手段で検知でき、所望径の拡大孔を確実に掘削することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る拡大孔掘削用ヘッドの正面図である。
【図２】掘削孔掘削時の作用説明図である。
【図３】図２のＡーＡ線断面拡大図である。
【図４】拡大翼の拡径開始時の作用説明図である。
【図５】図４のＢーＢ線断面拡大図である。
【図６】拡大孔掘削時の作用説明図である。
【図７】図６のＣーＣ線断面拡大図である。
【図８】本発明の他の拡大孔掘削用ヘッドの正面図である。
【図９】図８のＥーＥ線断面拡大図である。
【図１０】従来の拡大孔掘削用ヘッドの正面図と、同図のＦーＦ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図１乃至図７に示す実施例により詳細に説明する。図において、１は本
発明に係る拡大孔掘削用ヘッドで、２は上端部に駆動軸２０との連結部３を有する上部シャフトである。４は前記上部シャフト２の下端部にあって、その軸孔の内周面に形成した軸方向のキー溝で、図１のＤーＤ線断面図である図２の（ａ）に示すように、直径方向で相対向してそれぞれ形成されている。
【００２７】
５は下部シャフトで、その上端部の外周面には前記上部シャフト２のキー溝４，４に遊嵌して係合するキー部６，６を、下端部の外周面には掘削用刃７をそれぞれ備えており、該下部シャフト５の前記上端部を前記上部シャフト２の前記下端部に挿入して上下両シャフト２，５を連結したものであり、前記上部シャフト２と下部シャフト５はキー溝４とキー部６が遊嵌する範囲内、例えば中心角が６０度の範囲内で正回転（図中右回転）と逆回転（図中左回転）ができる構造としている。
【００２８】
８は前記下部シャフト５に固定した拡大翼支持部材で、上下に離間して装着した上ブラケット９Ａと下ブラケット９Ｂとから構成されており、この上下両ブラケット９Ａ，９Ｂ間にあって、前記下部シャフト５の直径方向で相対向する位置に二つの拡大翼１０，１０が後端部近傍においてそれぞれ枢軸１１，１１により前記上下両ブラケット９Ａ，９Ｂ間に回転可能となるように枢着されている。
【００２９】
１２は前記上部シャフト２にプレート１３を介して装着された拡大翼操作部材で、前記上部シャフト２の直径方向で相対向する二つの位置において、前記プレート１３からそれぞれ垂下する平面視がＬ字状の２つの部材から構成されている。詳述すると、前記プレート１３から垂下する前記拡大翼操作部材１２は、前記上部シャフト２の直径方向に前記掘削用刃７の半径外周まで延びる直状の蹴り出し部１４と、該蹴り出し部１４の外周側の端部から前記拡大翼１０の前記枢軸１１部近傍の後端面１０Ａ方向に延びる円弧状のトルク伝達部１５とから構成されている。
【００３０】
１６は前記拡大翼支持部材８の下ブラケット９Ｂ上に設けたストッパーで、前記下部シャフト５の部分から半径方向に延びており、相対向して延びる一対のストッパー１６，１６の正回転方向と対向する部分には前記拡大翼１０の枢軸１１近傍の内側面１０Ｂと当接する傾斜面１６Ａが、先端部分には前記拡大翼１０のほゞ中央部の内側面と当接する先端面１６Ｂがそれぞれ形成されている。
【００３１】
１７は前記拡大翼１０が所定角度まで押し拡げられたことを検知するための拡大翼検知手段で、図示の実施例では、先端部が前記ストッパー１６の傾斜面１６Ａから水平方向に突出する軟質部材が設置されている。詳しくは、前記拡大翼１０が所定の最大角度に拡径した際、該拡大翼１０の枢軸１１近傍の内側面１０Ｂと衝当する位置、すなわち前記ストッパー１６の傾斜面１６Ａの位置に、前記拡大翼１０との衝当によって容易に変形或いは圧潰される軟質部材、例えばアルミニューム管が設置されている。
【００３２】
なお、拡大翼検知手段１７として図８及び図９に示す構成の拡大翼検知手段１８も考えられる。すなわち、前記拡大翼１０，１０はそれぞれ枢軸１１，１１により前記上下両ブラケット９Ａ，９Ｂ間に回転可能となるように枢着されているが、前記拡大翼１０が所定の最大角度に拡径しその内側面１０Ｂが前記ストッパー１６の傾斜面１６Ａと衝当する直前の位置における前記上部ブラケット９Ａに、ネジ込んで装着された図８に示すような細径部１８Ａを備えたボルト１８で構成され、該ボルト１８の前記上部ブラケット９Ａ下面から垂下する下端部に前記拡大翼１０の枢軸１１近傍の内側面１０Ｂが衝当し、前記ボルト１８がその細径部１８Ａの部分で折れ或いは落下することで、前記拡大翼１０が所定角度まで押し拡げられたことを検知する。
【００３３】
次に、上記拡大孔掘削用ヘッド１の作用を説明すると、図２に示すように、地面から所定の深さの地中孔２１を掘削する場合は、同図（ｂ）に示すように、前記駆動軸２０を正回転（時計方向）することで、該駆動軸２０と連結部３で連結されている上部シャフト２および該上部シャフト２にプレート１３を介して装着された拡大翼操作部材１２もそれぞれ同方向に回転する。
【００３４】
前記拡大翼操作部材１２が正回転することで、図３に示すように、前記拡大翼操作部材１２のトルク伝達部１５の先端が前記拡大翼１０の軸部近傍の後端面１０Ａと当接するとゝもに、拡大翼１０のほゞ中央部の内側面がストッパー１６の先端面１６Ｂと当接し、前記拡大翼１０を前記掘削用刃７の半径内に折り畳んだ状態に保持する。そして、図３に示す状態で前記上部シャフト２を更に正回転することで、拡大翼操作部材１２，拡大翼１０を介して下部シャフト５が同方向に回転し、該下部シャフト５の下端部外周面に装着した掘削用刃７により地表から所定の深さに達する掘削孔２１を掘削する。
【００３５】
つぎに、掘削孔２１が地面から所定の深さまで達し、該掘削孔２１の下部に拡大孔２２を形成する場合は、図４に示すように、駆動軸２０，上部シャフト２および下部シャフトの回転を一旦停止するとゝもに、駆動軸２０，上部シャフト２および下部シャフト５に軸方向の押し込み力を加え、下部シャフト５に取付けた前記掘削用刃７の刃先７Ａを孔底２３に押し付けて食い込ませ、下部シャフト５を固定する。
【００３６】
下部シャフト５が固定された状態で、前記駆動軸２０および上部シャフト２を逆方向に回転（逆回転）させることで、図２（ａ），図４（ａ）に示すように、前記上部シャフト２は下部シャフト５とキー溝４，キー部６が遊嵌する範囲内で例えば５０度逆回転する。そして、前記上部シャフト２が逆回転することで、上部シャフト２にプレート１３を介して装着された拡大翼操作部材１２のトルク伝達部１５の先端部が拡大翼１０の軸部１１近傍の後端面１０Ａとの当接から離れるとゝもに、拡大翼操作部材１２の蹴り出し部１４が拡大翼１０の先端内方部１０Ｅと衝当する。
【００３７】
上部シャフト２が逆回転し、拡大翼操作部材１２の前記蹴り出し部１４が拡大翼１０の先端内方部１０Ｅと衝当した後、図５の実線で示す位置まで反時計方向に更に移動することで、前記拡大翼１０もまた図５の鎖線で示す状態から同図の実線で示す位置まで枢軸１１を中心にして逆回転し、その先端外方部１０Ｄが前記掘削用刃７の半径外側の位置まで強制的に拡径され、拡大翼１０は前記蹴り出し部１４によりこの位置に保持される。
【００３８】
次に、図５の実線で示す状態で、前記駆動軸２０，上部シャフト２および拡大翼操作部材１２をそれぞれ正回転させる。上部シャフト２を正回転させることで、図４（ａ），図６（ａ）に図示するように、キー溝４の正回転方向側の端面が下部シャフト５のキー部６と衝当することで、前記下部シャフト５は駆動軸２０および上部シャフト２と一緒に正回転する。
【００３９】
下部シャフト５が正回転することで、前記拡大翼１０は掘削土の抵抗を受けて次第に外方向に回動し、図７に示すように、所定の角度まで拡径する。そして、拡大翼１０が所定の角度まで拡径した位置で、前記拡大翼１０の軸部１１近傍の内側面１０Ｂが前記ストッパー１６の傾斜面１６Ａと当接し、拡大翼１０の所定角度以上の拡径は阻止される。そして、所定の角度に拡径した拡大翼１０が更に正回転を継続することで、所望深さの拡大掘削孔２２が掘削される。
【００４０】
地中孔２１の下方に所望深さの拡大掘削孔２２を掘削する工事が終了した場合には、前記駆動軸２０，上部シャフト２及び下部シャフト５を逆回転させながら上方へ引き上げると、前記拡大翼１０は土の抵抗を受けて回動しながら折り畳まれ、図１乃至図３に示す当初の状態に復帰した状態で引き上げられる。
【００４１】
ここで、前記拡大翼１０が所定の最大角度に拡径した際、該拡大翼１０と前記ストッパー１６とが当接する傾斜面１６Ａに、前記拡大翼１０が所定の最大角度まで拡径されたことを検知するための拡大翼検知手段１７或いは１８が設置されているので、掘削工事が終了した後、前記駆動軸２０，上部シャフト２及び下部シャフト５を逆回転させながら上方へ引き上げて前記拡大翼検知手段１７或いは１８を観察することで、前記拡大翼１０が所定の最大角度で押し拡げられたことを検知する。
【００４２】
したがって、上記のように、拡大孔２２の掘削工事が終了し、拡大孔掘削用ヘッド１が上方へ引き上げられた際に、前記拡大翼１０が図１乃至図３に示す当初と同じ折り畳まれた状態であっても、拡大孔２２の掘削時に拡大翼１０が実際に所定角度まで拡径したのかどうかを前記拡大翼検知手段１７，１８で検知でき、所望径の拡大孔を確実に掘削することが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  拡大孔掘削用ヘッド
２  上部シャフト
４  キー溝
５  下部シャフト
６  キー部
７  掘削用刃
７Ａ  刃先
８  拡大翼支持部材
９Ａ，９Ｂ  上・下ブラケット
１０  拡大翼
１０Ａ  軸部近傍の後端面
１０Ｂ  軸部近傍の内側面
１０Ｃ  軸部近傍の外側面
１０Ｄ  先端外方部
１０Ｅ  先端内方部
１１  枢軸
１２  拡大翼操作部材
１３  プレート
１４  蹴り出し部
１５  トルク伝達部
１６  ストッパー
１６Ａ  傾斜面
１６Ｂ  先端面
１７，１８  拡大翼検知手段
２０  駆動軸
２１  地中孔
２２  拡大孔
２３  孔底
【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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