(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備え、リバース工法にて孔を掘削する掘削機において、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、
を含むことを特徴とする掘削機。
【請求項２】
前記駆動装置は、
前記揚水ポンプの本体から前記中空駆動軸の径方向外側に突出する第１突出部材と、
前記メインフレームに固定され、前記中空駆動軸の回転方向にて前記第１突出部材に当接可能な第１ストッパ部材と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の掘削機。
【請求項３】
前記掘削装置は、
前記ロータリジョイントから前記中空駆動軸の径方向外側に突出する第２突出部材と、
前記メインフレームに対し相対回転不能に設けられ、前記中空駆動軸の回転方向にて前記第２突出部材に当接可能な第２ストッパ部材と、
を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削機。
【請求項４】
前記中空駆動軸は、前記他端側にスプライン継手部を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の掘削機。
【請求項５】
前記駆動ユニットは、前記駆動モータの出力を前記中空駆動軸に伝達可能な従動歯車を有し、
前記スイベルジョイントは、前記従動歯車よりも前記揚水ポンプ側の前記中空駆動軸に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の掘削機。
【請求項６】
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の周方向に配置され且つ前記中空駆動軸の径方向にそれぞれ移動可能な複数の当接部材と、
前記メインフレームに固定され、前記複数の当接部材を前記中空駆動軸の径方向に移動させるための固定用アクチュエータと、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の掘削機。
【請求項７】
前記駆動装置は、
前記メインフレームよりも前記掘削装置側に設けられ、前記メインフレームに対し前記中空駆動軸の軸線方向に移動可能な可動フレームと、
一端が前記メインフレームに、他端が前記可動フレームに固定され、前記メインフレームに対し前記可動フレームを前記中空駆動軸の軸線方向に移動させるための付勢用アクチュエータと、
前記可動フレームに脱着可能に取付けられ、前記中空駆動軸を回転可能に支持する軸受と、
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の掘削機。
【請求項８】
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の軸線方向での前記可動フレームの移動を案内するガイドユニットを更に含むことを特徴とする請求項７に記載の掘削機。
【請求項９】
前記傾動用アクチュエータに供給される前記作動流体を貯留可能なタンクと、
前記タンク内に貯留されている前記作動流体の量に対応する信号を出力可能なセンサと、
前記センサの出力信号に基づいて、前記主軸に対する前記アームの傾動量を求め、且つ、求められた前記傾動量を表示するように構成された制御装置と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の掘削機。
【請求項１０】
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備えた掘削機を用いてリバース工法にて孔を掘削する掘削方法であって、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、を含んでおり、
地盤に形成された同一径の孔内の下端部に前記掘削機を挿入する挿入工程と、
前記駆動装置に前記孔内の泥水を排出するための排水管を前記揚水ポンプに接続する接続工程と、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記アームを傾動させずに前記先端カッタにて前記孔の下端を掘削して前記同一径にて掘進する掘削工程と、
を備えることを特徴とする孔の掘削方法。
【請求項１１】
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備えた掘削機を用いてリバース工法にて孔を掘削する掘削方法であって、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、を含んでおり、
地盤に形成された同一径の孔内の下端部に前記掘削機を挿入する挿入工程と、
前記駆動装置に前記孔内の泥水を排出するための排水管を前記揚水ポンプに接続する接続工程と、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記アームを傾動させた状態で前記アームに取り付けられた前記ビットにて前記孔の下端部側面を掘削して前記同一径よりも孔径が大きい拡底部を形成する拡底工程と、
を備えることを特徴とする孔の掘削方法。
【請求項１２】
前記接続工程と前記拡底工程との間に、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記先端カッタにて前記孔の下端を掘削して前記同一径にて掘進する掘削工程を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の孔の掘削方法。
【請求項１３】
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の周方向に配置され且つ前記中空駆動軸の径方向にそれぞれ移動可能な複数の当接部材と、
前記メインフレームに固定され、前記複数の当接部材を前記中空駆動軸の径方向に移動させるための固定用アクチュエータと、
を更に備えており、
前記接続工程の後に、
前記駆動装置は、前記固定用アクチュエータによって前記当接部材を前記孔の孔壁又はケーシングに密着させて、前記掘削機による掘削時の回転反力を支持することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の孔の掘削方法。
【請求項１４】
前記掘削機は、
前記排水管に連結されて前記排水管の中心軸を中心として前記排水管を回動可能で、且つ地盤に固定される回動装置を更に備えており、
前記接続工程において、
前記排水管を前記回動装置に接続して、前記掘削機による掘削時の回転反力を前記回動装置で支持することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか１項に記載の孔の掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は掘削機及びこの掘削機を用いた掘削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
場所打ち杭用の孔の掘削方法の１つとして、オールケーシング工法が知られている。オールケーシング工法では、地盤にケーシングを圧入した後、ケーシング内の土砂をハンマグラブやドリリングバケット等を用いてケーシング外に排出する。
そして、場所打ち杭の支持力向上のため、孔の下端部に拡底部を形成することが行われている。拡底部を形成可能な掘削機として、孔の軸線の周りでビットの回転半径を変更可能なものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１が開示する掘削機は、拡底バケットと、駆動装置とを有している。拡底バケットの拡幅翼を開いた状態で拡底バケットを回転させることで、孔の下端部側面を掘削することができる。そして、拡幅翼を閉じて拡底バケット内に土砂を収容した後、拡底バケットを孔の外に取り出すことで、土砂を孔の外へ排出することができる。なお、拡底部の掘削時、ベンドナイト溶液（安定液）を孔の底部に供給することで、孔壁を保護することができる。
【０００４】
ここで、特許文献１が開示する掘削機の駆動装置は、ケーシングに対して駆動装置を固定可能なチャック装置を有している。このため、この掘削機によれば、高トルク及び高回転数での掘削が可能である。
【０００５】
一方、場所打ち杭用の孔の掘削方法の１つとして、リバース工法が知られている。リバース工法では、掘削中の孔内にベンドナイト溶液を注入する一方で掘削した土砂を含む泥水をポンプで孔外へ排出しながら、掘削機で孔を掘り下げていく。
例えば、特許文献２が開示する掘削機は、固定パイプに回転可能に支持されたビットと、固定パイプに固定された水中サンドポンプと、固定パイプ両側に設置された油圧モータとを有している。この掘削機によれば、ビットによって掘削された土砂を含む泥水が固定パイプの下端入口から吸い込まれ、水中サンドポンプによって地上に送り出される。
【０００６】
そして、オールケーシング工法の場合と同様に、リバース工法を用いる場合にも、場所打ち杭の支持力向上のため、孔の下端部に拡底部を形成することが行われている。
例えば、特許文献３が開示する掘削機は、固定パイプに対し斜めに設けられたカッタシャフトを有し、カッタシャフトにカッタが取り付けられている。カッタシャフトをシリンダによって構成した場合、シリンダの伸縮に応じて、固定パイプの周りでのカッタの回転半径を変更することができる。
また例えば、特許文献４が開示する掘削機では、複数のアームを回動させることによって、固定パイプ（メインシャフト）の周りでのドラムカッタの回転半径を変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１１４５４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１４６５１４号公報
【特許文献３】特開２００７−２６２８２０号公報
【特許文献４】特開２０１３−３６１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１が開示する掘削機で孔を掘削した場合、掘削土を排出する機構が無いため、この掘削機を一旦、地上へ引き揚げて、その後、バケット等を孔内に挿入し、このバケットで掘削土を排出することになる。この場合、バケット等から泥水と共に掘削土の一部が漏れ出すため、作業効率が低下してしまう。
また、バケット等を用いて掘削土を排出する方法では、スライムが孔の下端部に貯まってしまう。スライムは、場所打ち杭の支持力低下を招くため、コンクリート打設の前に除去する必要があるが、スライムが孔の下端部に貯まるのを待ってから除去作業を行う場合、待ち時間が長く、工期が長くなってしまう。
この点、リバース工法を用いれば、排水管を用いて泥水を孔内から排出するので、ケーシング内周面へのスライムの付着を抑制することができる。このため、スライム除去作業を短時間で行うことができる。
【０００９】
一方、リバース工法に適用可能な特許文献３が開示する掘削機では、メインシャフトの下端側が公転部の外軸を軸受を介して公転可能に支持しており、メインシャフトと公転部との間の接続構造が複雑である。このため、掘削機が頻繁に故障するうえに、現場での修理が困難である。また、メインシャフトとカッタが一体に形成されており、メインシャフトとカッタを分離して別々に取り扱うことができないので掘削機が長大となり、孔内への挿入時及び孔からの引き揚げ時の作業性が悪いという課題がある。
そしてこれらの課題は、特許文献３が開示する掘削機のみならず、特許文献４が開示する掘削機にも共通して存在している。
【００１０】
さらに、特許文献３が開示する掘削機は、掘削機の垂直姿勢を保つためのガイドを有しているが、ケーシングに対し掘削機を固定するためのチャック装置を有していない。従って、特許文献３が開示する掘削機を用いた場合、排水管を介して掘削時の回転反力を受け止めなければならない。このため、特許文献３が開示する掘削機には、特に孔が深い場合には、高トルクや高回転数での掘削に適していないという課題がある。
そしてこれらの課題は、特許文献３が開示する掘削機のみならず、特許文献１や特許文献２が開示する掘削機にも共通して存在している。
【００１１】
また、特許文献２が開示する掘削機では、孔の下端部を拡底して掘削することができないという課題がある。
【００１２】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、リバース工法に適しながら、掘削装置と駆動装置を容易に分離可能な掘削機、及びこの掘削機を用いた掘削方法を提供することにある。
また、本発明の少なくとも一実施形態の目的は、リバース工法に適しながら高トルクでの掘削に適した掘削機及びこの掘削機を用いた掘削方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る掘削機は、
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備え、リバース工法にて孔を掘削する掘削機において、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、を含む。
【００１４】
上記構成（１）では、駆動装置において揚水ポンプと中空駆動軸とが相対回転可能に連結されており、駆動装置の中空駆動軸と掘削装置の主軸とが一体に連結されている。この構成では、中空駆動軸と主軸が一体に回転可能であるため、中空駆動軸と主軸とを簡単な接続構成で連結することができる。このため、駆動装置と掘削装置を容易に分離して取り扱うことができる。
また、中空駆動軸は、一端側にスイベルジョイントを有しており、このスイベルジョイントによって、揚水ポンプの吸込口と中空駆動軸が相対回転可能に連結される。揚水ポンプの吸込口と中空駆動軸とをスイベルジョイントによって相対回転可能に連結することで、揚水ポンプを回転させることなく、中空駆動軸と主軸を一体に回転させることができる。
そして、作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントを介して主軸と中空駆動軸とを連結することで、傾動用アクチュエータに対し簡単な構成で確実に作動流体を供給することができる。
【００１５】
（２）幾つかの実施形態では、上記構成（１）において、
前記駆動装置は、
前記揚水ポンプの本体から前記中空駆動軸の径方向外側に突出する第１突出部材と、
前記メインフレームに固定され、前記中空駆動軸の回転方向にて前記第１突出部材に当接可能な第１ストッパ部材と、を更に含む。
【００１６】
上記構成（２）では、揚水ポンプが中空駆動軸に対し相対回転可能であっても、第１突出部材が第１ストッパ部材に当接することで、中空駆動軸の回転に伴い揚水ポンプが回転することが防止される。
【００１７】
（３）幾つかの実施形態では、上記構成（１）又は（２）において、
前記掘削装置は、
前記ロータリジョイントから前記中空駆動軸の径方向外側に突出する第２突出部材と、
前記メインフレームに対し相対回転不能に設けられ、前記中空駆動軸の回転方向にて前記第２突出部材に当接可能な第２ストッパ部材と、
を更に含む。
【００１８】
上記構成（３）では、ロータリジョイントが中空駆動軸や主軸とともに一体に回転する可動側を有していても、第２突出部材が第２ストッパ部材に当接することで、ロータリジョイントの静止側が中空駆動軸の回転に伴い回転することが防止される。
【００１９】
（４）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（３）の何れか１つにおいて、
前記中空駆動軸は、前記他端側にスプライン継手部を有する。
【００２０】
上記構成（４）では、中空駆動軸とロータリジョイントがスプライン継手を介して一体に回転可能に連結される。スプライン継手を用いた場合、フランジ接続を用いる場合よりも、中空駆動軸と主軸とを容易に連結可能であるのみならず、高トルクを小断面積にて伝達することができる。このため、中空駆動軸や主軸が長くなっても、即ち掘削機の全長が長くなっても高トルクを掘削装置の先端に伝達することができる。
【００２１】
（５）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（４）の何れか１つにおいて、
前記駆動ユニットは、前記駆動モータの出力を前記中空駆動軸に伝達可能な従動歯車を有し、
前記スイベルジョイントは、前記従動歯車よりも前記揚水ポンプ側の前記中空駆動軸に設けられている。
【００２２】
上記構成（５）では、スイベルジョイントと従動歯車の取り付け部が別個に中空駆動軸に設けられていることで、中空駆動軸の構成を簡単にすることができる。
【００２３】
（６）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（５）の何れか１つにおいて、
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の周方向に配置され且つ前記中空駆動軸の径方向にそれぞれ移動可能な複数の当接部材と、
前記メインフレームに固定され、前記複数の当接部材を前記中空駆動軸の径方向に移動させるための固定用アクチュエータと、を更に備える。
【００２４】
上記構成（６）では、固定用アクチュエータによって当接部材を径方向外側に移動させることで、当接部材を介して駆動装置を孔壁やケーシングに固定することができる。この結果として、駆動装置周辺の孔壁やケーシングが掘削装置の回転反力を受け止めることができ、高トルク又は高回転数での掘削が可能である。
特に孔に拡底部を設ける場合、支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部の形状や大きさは設計通りであることが望ましい。この点、上記構成（６）によれば、孔壁やケーシングが掘削装置の回転反力を受け止めることで、掘削装置の姿勢が安定し、拡底部の形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００２５】
（７）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（６）の何れか１つにおいて、
前記駆動装置は、
前記メインフレームよりも前記掘削装置側に設けられ、前記メインフレームに対し前記中空駆動軸の軸線方向に移動可能な可動フレームと、
一端が前記メインフレームに、他端が前記可動フレームに固定され、前記メインフレームに対し前記可動フレームを前記中空駆動軸の軸線方向に移動させるための付勢用アクチュエータと、
前記可動フレームに脱着可能に取付けられ、前記中空駆動軸を回転可能に支持する軸受と、を更に含む。
【００２６】
上記構成（７）では、付勢用アクチュエータにより可動フレームを移動させることで、掘削装置を地盤に向けて付勢することができ、これにより掘削能力を高めることができる。
また、メインフレームよりも掘削装置側に軸受を備えているため、中空駆動軸の軸心のぶれを防止することができる。これにより、孔の形状や大きさを設計通りにすることができる。
そして、軸受は脱着可能なので、摩耗した場合には容易に交換することができる。
【００２７】
（８）幾つかの実施形態では、上記構成（７）において、
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の軸線方向での前記可動フレームの移動を案内するガイドユニットを更に含む。
【００２８】
上記構成（８）では、中空駆動軸の軸線方向での可動フレームの移動をガイドユニットが案内するので、付勢用アクチュエータにより可動フレームを付勢したときの反力により可動フレーム及び中空駆動軸がメインフレームに対してねじれたり、傾いたりすることが防止される。このため、掘削装置が傾くことが防止され、孔を真っ直ぐに掘ることが出来る。
【００２９】
（９）幾つかの実施形態では、上記構成（１）乃至（８）の何れか１つにおいて、
前記傾動用アクチュエータに供給される前記作動流体を貯留可能なタンクと、
前記タンク内に貯留されている前記作動流体の量に対応する信号を出力可能なセンサと、
前記センサの出力信号に基づいて、前記主軸に対する前記アームの傾動量を求め、且つ、求められた前記傾動量を表示するように構成された制御装置と、を更に備える。
【００３０】
上記構成（９）では、制御装置が、センサに基づいて傾動量を正確に求めることができるうえに、求めた傾動量を表示するので、作業者は、正確な傾動量を迅速に知ることができる。支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部の形状や大きさは設計通りであることが望ましく、作業者は、正確な傾動量に基づいて拡底部の形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００３１】
（１０）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る孔の掘削方法は、
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備えた掘削機を用いてリバース工法にて孔を掘削する掘削方法であって、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、を含んでおり、
地盤に形成された同一径の孔内の下端部に前記掘削機を挿入する挿入工程と、
前記駆動装置に前記孔内の泥水を排出するための排水管を前記揚水ポンプに接続する接続工程と、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記アームを傾動させずに前記先端カッタにて前記孔の下端を掘削して前記同一径にて掘進する掘削工程と、
を備える。
【００３２】
上記構成（１０）では、駆動装置の中空駆動軸の両端側にはそれぞれスイベルジョイント、ロータリジョイントが設けられているため、これらの位置で揚水ポンプ、掘削装置と容易に分割することができる。これにより駆動装置、掘削装置を別々に取り扱うことができるため、掘削機の孔内への挿入作業や孔内からの引抜作業の作業性が向上する。
また、駆動装置の中空駆動軸と掘削装置の主軸とが一体に連結されている。これにより、中空駆動軸によって掘削機を直接、回動させることができるため、掘削機の全長を短くすることができる。そして、掘削機全長を短くすることができるので、高トルクで掘削することができる。
さらに、傾動させない状態、即ち閉じた状態のアームは、先端カッタにて掘削された土砂を中空駆動軸の下端へ導くガイドとしての機能を有するため、掘削された土砂の排出を効率良く行うことができる。
【００３３】
（１１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係る孔の掘削方法は、
地盤を掘削する掘削装置及び当該掘削装置を駆動する駆動装置を備えた掘削機を用いてリバース工法にて孔を掘削する掘削方法であって、
前記駆動装置は、
メインフレームと、
前記メインフレームに対し相対回転可能に設けられた中空駆動軸と、
駆動モータを有し、前記メインフレームに固定されて前記中空駆動軸を回転させるための駆動ユニットと、
前記中空駆動軸の一端側にスイベルジョイントを介して相対回転可能に連結された吸込口を有する揚水ポンプと、を含み、
前記掘削装置は、
前記中空駆動軸の他端側に着脱可能で、前記中空駆動軸と一体に回転する中空の主軸と、
一端が前記主軸に回動可能に取り付けられたアームと、
前記主軸と前記アームとの間に設けられ、前記アームを前記主軸の径方向外側に傾動させるための傾動用アクチュエータと、
前記アームに取り付けられた複数のビットと、
前記主軸の先端側に設けられた先端カッタと、
前記主軸と前記中空駆動軸との間に介装されて、前記傾動用アクチュエータに作動流体を供給するための流路を有するロータリジョイントと、を含んでおり、
地盤に形成された同一径の孔内の下端部に前記掘削機を挿入する挿入工程と、
前記駆動装置に前記孔内の泥水を排出するための排水管を前記揚水ポンプに接続する接続工程と、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記アームを傾動させた状態で前記アームに取り付けられた前記ビットにて前記孔の下端部側面を掘削して前記同一径よりも孔径が大きい拡底部を形成する拡底工程と、
を備える。
【００３４】
上記構成（１１）では、駆動装置の中空駆動軸の両端側にはそれぞれスイベルジョイント、ロータリジョイントが設けられているため、これらの位置で揚水ポンプ、掘削装置と容易に分割することができる。これにより駆動装置、掘削装置を別々に取り扱うことができるため、掘削機の孔内への挿入作業や孔内からの引抜作業の作業性が向上する。
また、駆動装置の中空駆動軸と掘削装置の主軸とが一体に連結されている。これにより、中空駆動軸によって掘削機を直接、回動させることができるため、掘削機の全長を短くすることができる。そして、掘削機全長を短くすることができるので、高トルクで掘削することができる。
さらに、アームを傾動させた状態で掘削装置を回動させるとアームには遠心力が作用するため、アームを容易に拡げることができる。そして、アームは掘削装置の主軸を中心に回動するため、均一な略円錐形の拡底部を形成することができる。これにより、杭に作用する荷重を拡底部全体で均等に支持でき、特定箇所に集中荷重が作用することが無いため、杭の損傷等を防止することができる。
【００３５】
（１２）幾つかの実施形態では、上記構成（１１）において、
前記接続工程と前記拡底工程との間に、
前記孔内に安定液を供給するとともに前記孔内の泥水を排出しながら、前記駆動装置によって前記掘削装置を駆動して、前記先端カッタにて前記孔の下端を掘削して前記同一径にて掘進する掘削工程を更に備える。
【００３６】
上記構成（１２）では、掘進工程の後、掘削機を地上に引き揚げる作業及び拡底掘削機を孔内に挿入する作業を行うこと無く連続して拡底工程へ移行することができる。これにより、作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３７】
（１３）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）乃至（１２）の何れか１つにおいて、
前記駆動装置は、
前記中空駆動軸の周方向に配置され且つ前記中空駆動軸の径方向にそれぞれ移動可能な複数の当接部材と、
前記メインフレームに固定され、前記複数の当接部材を前記中空駆動軸の径方向に移動させるための固定用アクチュエータと、
を更に備えており、
前記接続工程の後に、
前記駆動装置は、前記固定用アクチュエータによって前記当接部材を前記孔の孔壁又はケーシングに密着させて、前記掘削機による掘削時の回転反力を支持する。
【００３８】
上記構成（１３）では、孔壁又はケーシングに対し固定された駆動装置によって掘削装置を駆動することによって、孔壁又はケーシングが、掘削装置の回転反力を受け止めることができ、高トルクで拡底部を掘削することができる。
また、支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部の形状や大きさは設計通りであることが望ましい。この点、上記構成（１３）によれば、駆動装置周辺の孔壁やケーシングが、掘削装置の回転反力を受け止めることで、掘削装置の姿勢が安定し、拡底部の形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００３９】
（１４）幾つかの実施形態では、上記構成（１０）乃至（１２）の何れか１つにおいて、
前記掘削機は、
前記排水管に連結されて前記排水管の中心軸を中心として前記排水管を回動可能で、且つ地盤に固定される回動装置を更に備えており、
前記接続工程において、
前記排水管を前記回動装置に接続して、前記掘削機による掘削時の回転反力を前記回動装置で支持する。
上記構成（１４）では、回動装置によって、掘削装置の回転反力を受け止めることができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、リバース工法に適しながら、掘削装置と駆動装置を容易に分離可能な掘削機、及びこの掘削機を用いた掘削方法が提供される。
また、本発明の少なくとも一実施形態によれば、リバース工法に適しながら高トルクでの掘削に適した掘削機及びこの掘削機を用いた掘削方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動装置を概略的に示す断面図であり、付勢ユニットの油圧シリンダが伸長状態のときの駆動装置の概略的な断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る駆動装置を概略的に示す断面図であり、付勢ユニットの油圧シリンダが短縮状態のときの駆動装置の概略的な断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る掘削装置を一部断面にて概略的に示す側面図であり、可動アームが傾動していない状態にあるときの掘削装置を概略的に示す側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る掘削装置を一部断面にて概略的に示す側面図であり、可動アームが拡底部掘削用位置にあるときの掘削装置を概略的に示す側面図である。
【図５】掘削装置の可動アームの傾動量を制御するための傾動量制御システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図１中のＶＩ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
【図７】本発明の少なくとも一実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
【図８】ケーシング圧入工程を説明するための図である。
【図９】掘削工程を説明するための図である。
【図１０】引き上げ工程及び挿入工程を説明するための図である。
【図１１】固定工程を説明するための図である。
【図１２】拡底工程を説明するための図である。
【図１３】軸部及び拡底部を有する孔の形状を説明するための図である。
【図１４】幾つかの実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
【図１５】軸部上側掘削工程を説明するための図である。
【図１６】掘削装置挿入工程を説明するための図である。
【図１７】軸部上側掘削工程を説明するための図である。
【図１８】拡底工程を説明するための図である。
【図１９】幾つかの実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
【図２０】掘削装置挿入工程及び軸部下側掘削工程を説明するための図である。
【図２１】拡底部掘削装置挿入工程及び拡底工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４３】
＜第一実施形態＞
本発明の少なくとも一実施形態に係る掘削機は、場所打ち杭用の孔の掘削に用いられ、特にリバース工法に適している。掘削機は掘削装置と駆動装置とを備える。
図１及び図２は本発明の一実施形態に係る駆動装置を概略的に示す断面図である。
【００４４】
図１及び図２に示したように、駆動装置１は、メインフレーム２と、中空駆動軸３と、駆動ユニット４と、揚水ポンプであるサンドポンプ５とを有する。メインフレーム２は、例えば、円筒形状の本体２ａと、本体２ａの両端にそれぞれ同心上に固定された環状のフランジ部２ｂ，２ｃとを有する。本体２ａ及びフランジ部２ｂ，２ｃは、全体としてボビン形状を有している。
【００４５】
中空駆動軸３は、メインフレーム２に対し相対回転可能に設けられ、メインフレーム２の本体２ａ、２ｂ及び２ｃ内を貫通して延びている。
駆動ユニット４は、メインフレーム２に固定され、中空駆動軸３を回転させるように構成されている。駆動ユニット４は、例えば、メインフレーム２のフランジ部２ｂに固定されたギヤボックス６と、ギヤボックス６に固定された少なくとも１つの駆動モータ７とを有する。駆動モータ７は例えば油圧モータであり、ギヤ１７、１８を介して中空駆動軸３を回転させることができる。本実施形態では、例えば４つの駆動モータ７が中空駆動軸３の周りに配置される。
【００４６】
サンドポンプ５は、吸込口５ａ及び吐出口５ｂを有し、吸込口５ａは中空駆動軸３の一端側に相対回転可能に連結されている。吐出口５ｂは、吐出管８を介して排水管９に接続されている。サンドポンプ５は、掘削中の孔内の掘削土を含む泥水を中空駆動軸３を通じて吸い込んで、吐出管８及び排水管９を通じて孔の外に吐出するように構成されている。
なお、中空駆動軸３は、相互に連結された複数のパイプによって構成されていてもよい。
【００４７】
図３及び図４は本発明の一実施形態に係る掘削装置を一部断面にて概略的に示す側面図である。
図３及び図４に示したように、掘削装置１０は、主軸１１と、少なくとも１つの可動アーム１２と、複数のビット１３とを有する。
主軸１１は中空であり、中空駆動軸３の他端側に対し、中空駆動軸３と一体に回転可能に連結可能である。少なくとも１つの可動アーム１２は主軸１１に対し一体に回転可能に取り付けられ、少なくとも１つの可動アーム１２には、複数のビット１３が取り付けられている。なお、主軸１１は、相互に連結された複数のパイプによって構成されていてもよい。
【００４８】
上記構成では、駆動装置１つにおいてサンドポンプ５と中空駆動軸３とが相対回転可能に連結されており、駆動装置１の中空駆動軸３と掘削装置１０の主軸１１とが一体に回転可能に連結されている。この構成により、中空駆動軸３と主軸１１が一体に回転するため、中空駆動軸３と主軸１１とを簡単な接続構成とすることができる。これにより、駆動装置１と掘削装置１０を容易に分離することができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示したように、中空駆動軸３は、一端側にスイベルジョイント１５ａを有する。そして、サンドポンプの吸込口５ａには、スイベルジョイント１５ａに対し相対回転可能に嵌合されるスイベルジョイント１５ｂが取り付けられている。スイベルジョイント１５ａは、スイベルジョイント１５ｂとともに、スイベル継手１５を構成している。
この構成では、中空駆動軸３は、一端側にスイベルジョイント１５ａを有しており、スイベル継手１５によって、サンドポンプ５の吸込口５ａと中空駆動軸３が相対回転可能に連結される。サンドポンプ５の吸込口５ａと中空駆動軸３とをスイベル継手１５によって相対回転可能に連結されている。
【００５０】
また、サンドポンプ５の本体から中空駆動軸３の径方向外側に突出する第１突出部材２０と、メインフレーム２に固定され、中空駆動軸３の回転方向にて第１突出部材２０に当接可能な第１ストッパ部材２１と、が設けられている。
第１ストッパ部材２１は、後述する付勢用アクチュエータ７２の伸縮量よりも長く形成されている。
【００５１】
この構成では、サンドポンプ５が中空駆動軸３に対し相対回転可能であっても、第１突出部材２０が第１ストッパ部材２１に当接することで、中空駆動軸３の回転に伴いサンドポンプ５が回転することが防止される。
そして、サンドポンプ５を回転させることなく、中空駆動軸３と主軸１１を一体に回転させることができる。
【００５２】
駆動ユニット４は、駆動モータ７の出力を中空駆動軸３に伝達可能な従動歯車１７を含む。例えば、従動歯車１７はギヤボックス６の一部を構成しており、駆動モータ７の出力軸に固定された駆動歯車１８と噛み合っている。
スイベルジョイント１５ａは、中空駆動軸３の軸線方向にて従動歯車１７から離れている。この構成では、スイベルジョイント１５ａと従動歯車１７の取り付け部が別個に中空駆動軸３に設けられていることで、中空駆動軸３の構成を簡単にすることができる。
なお、中空駆動軸３の軸線方向は、孔の掘削時には鉛直方向に一致させられ、中空駆動軸３の下端に掘削装置１０が連結される。
【００５３】
図３及び図４に示したように、掘削装置１０は、ヒンジ結合部２２と、少なくとも１つの傾動用アクチュエータ２３と含む一方、図１及び図２に示したように、掘削機はロータリジョイント２５を更に備える。
ヒンジ結合部２２は、主軸１１と可動アーム１２との間に設けられ、主軸１１に対する可動アーム１２の傾動を可能にする。傾動用アクチュエータ２３は、主軸１１と可動アーム１２との間に設けられ、主軸１１に対し可動アーム１２を傾動させるように構成されている。
【００５４】
ここで、図３は、可動アーム１２が傾動していない状態にあるときの掘削装置１０を概略的に示しており、図４は、可動アーム１２が拡底部掘削用位置にあるときの掘削装置１０を概略的に示している。
傾動していない状態にあるとき、可動アーム１２は主軸１１の近傍を主軸１１に対し平行に延びており、可動アーム１２に取り付けられたビット１３は、主軸１１が回転しても孔壁は掘削されない。しかしながら、３翼ビット５０（詳細は後述する）が回転することにより孔底を掘削できる。
【００５５】
一方、可動アーム１２が拡底部掘削用位置にあるとき、可動アーム１２は主軸１１に対し傾斜しており、ヒンジ結合部２２から主軸１１の軸方向に離れるに従って、換言すれば、主軸１１の先端に近付くほど、主軸１１から離れている。主軸１１の先端は、掘削装置１０が孔内に配置されているとき、鉛直方向にて下側に配置される。可動アーム１２が拡底部掘削用位置にあるとき、主軸１１が回転すると、可動アーム１２に取り付けられたビット１３によって、掘削装置１０の周辺が掘削され、孔の下端部に円錐台形状の拡底部を形成することができる。
【００５６】
図１に示したように、ロータリジョイント２５は、主軸１１と中空駆動軸３との間に介装され、傾動用アクチュエータ２３に作動油を供給するための油路２５ａを有する。
この構成では、油路２５ａを有するロータリジョイント２５を介して主軸１１と中空駆動軸３とを連結することで、傾動用アクチュエータ２３に対し簡単な構成で確実に作動油を供給することができる。
【００５７】
具体的には、ロータリジョイント２５の外筒２５ｂの２つの油圧ポートに、地上から延びるオイルチューブがそれぞれ接続され、ロータリジョイント２５の内筒２５ｃの２つの油圧ポートに、傾動用アクチュエータ２３から延びるオイルチューブがそれぞれ接続されている。油路２５ａは、外筒２５ｂの２つの油圧ポートと内筒２５ｃの２つの油圧ポートとの間に形成されている。ロータリジョイント２５の内筒２５ｃの両端は、それぞれ中空駆動軸３及び主軸１１に連結され、外筒２５ｂは、内筒２５ｃに対し相対回転可能に嵌合されている。
【００５８】
また、駆動装置１は、第２突出部材５４と第２ストッパ部材５５とを更に有する。第２突出部材５４は、ロータリジョイント２５の静止側、即ち外筒２５ｂに固定され、外筒２５ｂから中空駆動軸３の径方向外側に突出している。
第２ストッパ部材５５は、メインフレーム２に対し相対回転不能に設けられ、中空駆動軸３の回転方向にて第２突出部材５４に当接可能である。第２ストッパ部材５５は、例えば、メインフレーム２のフランジ部２ｂに固定されている。
第２ストッパ部材５５は、後述する付勢用アクチュエータ７２の伸縮量よりも長く形成されている。
【００５９】
この構成では、ロータリジョイント２５が中空駆動軸３や主軸１１とともに一体に回転する可動側、即ち内筒２５ｃを有していても、第２突出部材５４が第２ストッパ部材５５に当接することで、ロータリジョイント２５の静止側が中空駆動軸３の回転に伴い回転することが防止される。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示したように、中空駆動軸３は、サンドポンプ５とは反対側の他端側にスプライン継手部５７ａを有する。スプライン継手部５７ａは、主軸１１側のスプライン継手部５７ｂと相対回転不能に連結され、スプライン継手部５７ｂとともに中空のスプライン継手５７を構成する。
【００６１】
この構成では、中空駆動軸３と主軸１１がスプライン継手５７を介して一体に回転可能に連結される。スプライン継手５７を用いた場合、フランジ接続を用いる場合よりも、中空駆動軸３と主軸１１とを容易に連結可能であるのみならず、高トルクを小断面積にて伝達することができる。
【００６２】
図５は、掘削装置１０の可動アーム１２の傾動量を制御するための傾動量制御システム３０の構成を概略的に示している。傾動量制御システム３０は、タンク３１と、油量センサ３２と、制御装置３４とを有する。
タンク３１は、傾動用アクチュエータ２３に供給される作動油を貯留する。また、油量センサ３２は、タンク３１内の作動油の量に対応する信号を出力可能であり、例えば、液面計によって構成される。傾動用アクチュエータ２３は例えば油圧シリンダ４３である。
【００６３】
制御装置３４は、例えばコンピュータによって構成され、傾動量演算部３５と、傾動量表示部３６とを有する。傾動量演算部３５は、油量センサ３２の出力信号に基づいて可動アーム１２の傾動量を演算可能である。具体的には、油量センサ３２の出力信号、即ちタンク３１の作動油の貯留量は、傾動用アクチュエータ２３に供給されている作動油の量、即ち傾動用アクチュエータ２３の伸縮量と相関関係があり、ひいては可動アーム１２の傾動量とも相関関係がある。傾動量演算部３５には、油量センサ３２の出力信号と可動アーム１２の傾動量との間の相関関係を表す演算式又はデータテーブルが予め入力されており、傾動量演算部３５は、相関関係を表す演算式又はデータテーブルに基づいて、油量センサ３２の出力信号から可動アーム１２の傾動量を求めることができる。
【００６４】
傾動量表示部３６は、例えばコンピュータのモニタであり、傾動量演算部３５によって演算された可動アーム１２の傾動量を、作業者が認識可能なように、数値又はグラフィックスによって表示することができる。
【００６５】
この構成では、制御装置３４が、油量センサ３２に基づいて可動アーム１２の傾動量を正確に求めることができるうえに、求めた傾動量を表示するので、作業者は、正確な傾動量を迅速に知ることができる。支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部の形状や大きさは設計通りであることが望ましく、作業者は、正確な傾動量に基づいて拡底部の形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００６６】
制御装置３４は、傾動量制御部３７を更に有している。傾動量制御部３７は、可動アーム１２の傾動量を制御可能に構成されており、傾動量演算部３５によって求められた可動アーム１２の傾動量の演算値が、例えば作業者によって入力された可動アーム１２の傾動量の設定値に近付くように、可動アーム１２を傾動させることができる。
【００６７】
傾動用アクチュエータ２３は油圧シリンダ４３であり、タンク３１と傾動用アクチュエータ２３との間を延びる油路には、作動油を供給するための油圧ポンプ４０と、制御弁４１が設けられている。制御弁４１は、例えば４方向２位置切換弁であり、制御弁４１によって、油圧シリンダ４３の伸縮量を制御することができる。傾動量制御部３７は、油圧ポンプ４０及び制御弁４１の動作を制御することにより、可動アーム１２の傾動量の演算値を、可動アーム１２の傾動量の設定値に近付けることができる。
【００６８】
油圧シリンダ４３は、掘削装置１０が孔内に配置されたときに伸縮方向が鉛直方向に平行になるよう配置され、図３に示したように可動アーム１２が傾動していない状態にあるときに伸長状態になり、図４に示したように可動アーム１２が拡底部掘削用位置にあるときに短縮状態になる。この場合、油圧シリンダ４３のシリンダチューブ４３ａが主軸１１に固定され、シリンダロッド４３ｂの先端が主軸１１に摺動自在に嵌合されたスライダ４５に固定される。スライダ４５と可動アーム１２との間は、リンクロッド４６によって接続されている。
【００６９】
幾つかの実施形態では、掘削装置１０は４つの可動アーム１２と４つの油圧シリンダ４３を有し、可動アーム１２及び油圧シリンダ４３は、主軸１１の周りに９０度間隔で配置されている。
【００７０】
掘削装置１０は、主軸１１の基端側に対し同軸に固定された円筒形状のスタビライザ４８を有している。
主軸１１の先端側には、先端カッタ、いわゆる３翼ビット５０が取り付けられている。３翼ビット５０は、主軸１１の先端側に放射状に固定された３つの固定アーム５１と、固定アーム５１に取り付けられた複数のビット５２とを有する。可動アーム１２が傾動していない状態にあるとき、主軸１１の周りでの可動アーム１２の回転半径は、３翼ビット５０の回転半径よりも小さい。一方、可動アーム１２が拡底部掘削用位置にあるとき、主軸１１の周りでの可動アーム１２の回転半径は、３翼ビット５０の回転半径よりも大きい。
【００７１】
図６は、図１中のＶＩ−ＩＶ線に沿う概略的な断面図である。
図１、図２及び図６に示したように、駆動装置１は、孔内でメインフレーム２の位置を固定するための固定ユニット６０を更に有する。固定ユニット６０は、複数の当接部材６１と、少なくとも１つの固定用アクチュエータ６２とを有する。
複数の当接部材６１は、中空駆動軸３の周方向に配置され、且つ、中空駆動軸３の径方向にそれぞれ移動可能である。例えば、４つの当接部材６１が中空駆動軸３の周りに９０度間隔で配置される。
固定用アクチュエータ６２は、メインフレーム２に固定され、複数の当接部材６１を中空駆動軸３の径方向に移動させることができる。
【００７２】
この構成では、固定用アクチュエータ６２によって当接部材６１を径方向外側に移動させることができる。図６に示したように、駆動装置１周辺の孔の壁面が円筒形状のケーシング６４で覆われている場合、当接部材６１がケーシング６４の内周面に押し付けられることで、ケーシング６４に対し駆動装置１を固定することができる。この結果として、駆動装置１周辺のケーシング６４で、掘削の間、掘削装置１０の回転反力を受け止めることとなり、高トルクでの掘削が可能である。
特に孔に拡底部を設ける場合、支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部の形状や大きさは設計通りであることが望ましい。この構成によれば、ケーシング６４が掘削装置１０の回転反力を受け止めることで、掘削装置１０の姿勢が安定し、拡底部の形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、当接部材６１は、当接部材本体６１ａと、当接部材本体６１ａの外面に取り付けられたライナ部材６１ｂとからなる。メインフレーム２は、フランジ部２ｂに固定された外周壁部２ｄを有し、外周壁部２ｄは、当接部材６１が突没する開口を有する。また、メインフレーム２は、中空駆動軸３の周方向にて両側から当接部材６１を挟む側壁部２ｅを有する。
中空駆動軸３側の当接部材本体６１ａの内面は、中空駆動軸３に対し傾斜したテーパ面によって構成され、当接部材本体６１ａのテーパ面には楔部材６５のテーパ面が摺動自在に当接している。楔部材６５は、中空駆動軸３に沿って移動可能に設けられている。
【００７４】
固定用アクチュエータ６２は油圧シリンダ６６によって構成され、油圧シリンダ６６の伸縮方向は、中空駆動軸３に対し平行である。油圧シリンダ６６のシリンダチューブ６６ａは、メインフレーム２のフランジ部２ｃに固定され、油圧シリンダ６６のシリンダロッド６６ｂは楔部材６５に連結されている。油圧シリンダ６６が伸縮することによって、中空駆動軸３の軸線方向で楔部材６５の位置が変化すると、当接部材６１が中空駆動軸３の径方向に移動する。
固定ユニット６０は、４つの当接部材６１と４つの油圧シリンダ６６を有する。当接部材６１及び油圧シリンダ６６は、図６に示したように、中空駆動軸３の周りに９０度間隔で配置される。
【００７５】
駆動装置１は、中空駆動軸３を付勢可能な付勢ユニット７０を更に備える。付勢ユニット７０は、可動フレーム７１と、付勢用アクチュエータ７２と、軸受７３とを更に含む。
可動フレーム７１は、メインフレーム２に対し中空駆動軸３の軸線方向に移動可能である。
付勢用アクチュエータ７２は、メインフレーム２のフランジ部２ｂと可動フレーム７１との間に設けられ、メインフレーム２に対し可動フレーム７１を中空駆動軸３の軸線方向に移動させることができる。
軸受７３は、可動フレーム７１に固定され、中空駆動軸３を回転可能に支持する。
【００７６】
この構成では、付勢用アクチュエータ７２により可動フレーム７１を移動させることで、掘削装置１０を孔底に向けて付勢することができ、これにより掘削時の押圧力を高めることができる。
【００７７】
可動フレーム７１は、環形状を有し、中空駆動軸３の軸線方向に相互に離間してフランジ部２ｃと対向して配置される。付勢用アクチュエータ７２は油圧シリンダ７５からなり、油圧シリンダ７５の伸縮方向は中空駆動軸３に対し平行である。油圧シリンダ７５のシリンダチューブ７５ａはフランジ部２ｃに固定され、油圧シリンダ７５のシリンダロッド７５ｂの先端は、可動フレーム７１に固定されている。可動フレーム７１は、油圧シリンダ７５を介してフランジ部２ｃに連結されており、油圧シリンダ７５が伸縮することによって、中空駆動軸３の軸線方向にてメインフレーム２に対する可動フレーム７１の相対位置が変化する。
【００７８】
一方、中空駆動軸３は、可動フレーム７１に固定された軸受７３を貫通しており、軸受７３は、中空駆動軸３を回転可能に支持するとともに、中空駆動軸３のスラスト力を受け止める。このため、中空駆動軸３は、軸受７３を介して、可動フレーム７１とともにメインフレーム２に対して相対変位可能であり、油圧シリンダ７５を伸長させることによって、掘削装置１０を地盤に向けて付勢することができる。
なお、図１は、油圧シリンダ７５が伸長状態のときの駆動装置１を示しており、図２は、油圧シリンダ７５が短縮状態のときの駆動装置１を示している。
【００７９】
駆動装置１は、中空駆動軸３の軸線方向での可動フレーム７１の移動を案内するガイドユニット８０を更に含む。
この構成では、中空駆動軸３の軸線方向での可動フレーム７１の移動をガイドユニット８０が案内するので、付勢用アクチュエータ７２により可動フレーム７１を付勢したときの反力により可動フレーム７１及び主軸１１が傾くことが防止され、孔を真っ直ぐに掘ることが出来る。
【００８０】
幾つかの実施形態では、ガイドユニット８０は、ガイドロッド８１と、ガイドスリーブ８２とを有する。ガイドロッド８１は、中空駆動軸３の軸線方向に延び、フランジ部２ｃを貫通している。ガイドスリーブ８２は、ガイドロッド８１に嵌合され、可動フレーム７１に固定されている。
幾つかの実施形態では、図６に示したように、２つのガイドロッド８１が、中空駆動軸３の直径方向に離間して配置され、２つの油圧シリンダ７５が、中空駆動軸３の直径方向に離間して配置されている。そして、２つのガイドロッド８１の離間方向と２つの油圧シリンダ７５の離間方向は、中空駆動軸３の周りで９０度異なっている。
【００８１】
メインフレーム２に対する中空駆動軸３の相対変位を可能にするために、中空駆動軸３には、中空駆動軸３の軸線方向に延在するキー３ａが設けられている。そして、従動歯車１７には、中空駆動軸３の軸線方向に延び、キー３ａと係合するキー溝（図示しない）が設けられている。中空駆動軸３は、従動歯車１７に対し軸線方向に変位可能である。
この構成によれば、キー３ａが軸線方向に延びているので、中空駆動軸３が軸線方向に変位しても、キー３ａとキー溝が係合可能であり、駆動モータ７の出力を中空駆動軸３に伝達可能である。
なお、付勢ユニット７０を設けない場合、ギヤボックス６が中空駆動軸３のスラスト力を受け止めるように構成してもよい。
【００８２】
幾つかの実施形態では、サンドポンプ５の周りに複数の支柱８５が設けられている。支柱８５は中空駆動軸３の軸線方向に延び、支柱８５を介して、円板形状のサブフレーム８６がギヤボックス６に固定されている。
【００８３】
サブフレーム８６には、吐出管８及び排水管９が固定されている。そして、吐出管８は伸縮可能な伸縮管８７によって構成されている。
この構成によれば、中空駆動軸３とともにサンドポンプ５が軸線方向に変位しても、伸縮管８７が伸縮するので、中空駆動軸３の変位が妨げられることはない。
またこの構成によれば、固定ユニット６０によりメインフレーム２をケーシング６４に固定せずに掘削を行う場合で排水管９で掘削装置１０の反力を受け止めるときに、ギヤボックス６、支柱８５及びサブフレーム８６を介して反力が排水管９に伝達される。このため、サンドポンプ５に反力が作用することを回避することができる。
【００８４】
図７は、本発明の少なくとも一実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。孔掘削方法は、例えば、図１〜４に示した駆動装置１及び掘削装置１０を用いて実施することができる。
図７に示したように、孔掘削方法は、ケーシング圧入工程Ｓ１０と、掘削工程Ｓ１２と、引き上げ工程Ｓ１４と、挿入工程Ｓ１６と、接続工程Ｓ１８と、固定工程Ｓ２０と、拡底工程Ｓ２２とを備えている。
【００８５】
図８は、ケーシング圧入工程Ｓ１０を説明するための図である。図８に示したように、ケーシング圧入工程Ｓ１０では、先端に複数のビットを有する円筒形状のケーシング６４を回転させ、地盤にケーシング６４を圧入する。圧入には、例えば全周回転掘削機９０が用いられる。そして、孔の深さに応じて、複数のケーシング６４が相互に連結されて地盤に圧入される。全周回転掘削機９０の地盤への設置や、全周回転掘削機９０へのケーシング６４の供給は、例えばクローラクレーン９２によって行われる。
【００８６】
図９は、掘削工程Ｓ１２を説明するための図である。図８に示したように、掘削工程Ｓ１２では、ケーシング６４内の掘削対象物をハンマグラブ９３によって除去することにより、孔の軸部９４ａを形成する。ハンマグラブ９３の操作もクローラクレーン９２によって行うことができる。掘削対象物とは、地盤の土砂や岩石、地盤内の埋設物、既設構造物等をいう。また、軸部９４ａとは、同一径で掘削されている孔の部分をいう。
なお、本実施形態では、ハンマグラブ９３で掘削対象物を除去する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、駆動装置１及び掘削装置１０を挿入して、可動アーム１２が傾動していない状態で掘削装置１０を駆動させて３翼ビット５０にて孔９４の下端を掘削してもよい。即ち、本掘削機は、拡底孔を掘削することができ、且つ、同一径の孔９４を所望の長さで掘削することができる併用掘削機である。
【００８７】
図１０は、引き上げ工程Ｓ１４及び挿入工程Ｓ１６を説明するための図である。引き上げ工程Ｓ１４では、全周回転掘削機９０により、形成すべき拡底部の深さに対応する高さ分、ケーシング６４が引き上げられる。挿入工程Ｓ１６では、掘削装置１０及び駆動装置１がケーシング６４内に挿入される。掘削装置１０と駆動装置１を用いた場合、掘削装置１０と駆動装置１との連結は、掘削装置１０をケーシング６４に固定した状態で行うことができる。
【００８８】
接続工程Ｓ１８では、孔９４内の泥水を排出するための少なくとも１つの排水管９が駆動装置１に接続される。
【００８９】
図１１は、固定工程Ｓ２０を説明するための図である。図１１に示したように、固定工程Ｓ２０では、掘削装置１０が軸部９４ａの下端部まで下ろされ、そして、駆動装置１がケーシング６４に対し固定される。駆動装置１を用いた場合、ケーシング６４に対する駆動装置１の固定は、固定ユニット６０によって行うことができる。
【００９０】
図１２は、拡底工程Ｓ２２を説明するための図である。図１２に示したように、拡底工程Ｓ２２では、ケーシング６４内に安定液を供給するとともに孔の軸部９４ａ内の泥水を排出しながら、ケーシング６４に対し固定された駆動装置１によって掘削装置１０を駆動する。これにより、掘削装置１０によって、孔９４の軸部９４ａの下端部周辺が掘削され、孔の拡底部９４ｂが形成される。
【００９１】
駆動装置１を用いた場合、泥水の排出は、サンドポンプ５によって行うことができる。安定液の供給は、例えば、地上に設置された循環槽９８に貯留された安定液を、送液ポンプ９９を用いてケーシング６４内に送ることよって行うことができる。排出された泥水は、循環槽９８で濾過されてから、再び孔９４内に送られる。
【００９２】
図１３は、軸部９４ａ及び拡底部９４ｂを有する孔９４の形状を説明するための図である。掘削装置１０を用いた場合、円錐台形状の拡底部９４ｂが形成される。
【００９３】
上述した孔掘削方法によれば、ケーシング６４に対し固定された駆動装置１によって掘削装置１０を駆動することによって、ケーシング６４が、掘削装置１０の回転反力を受け止めることができ、高トルクで拡底部９４ｂを掘削することができる。
また、支持強度の確保やコンクリートの使用量を考慮すると、拡底部９４ｂの形状や大きさは設計通りであることが望ましい。この点、上述した孔掘削方法によれば、駆動装置１周辺のケーシング６４が、掘削装置１０の回転反力を受け止めることで、掘削装置１０の姿勢が安定し、拡底部９４ｂの形状や大きさを設計通りにすることができる。
【００９４】
＜第二実施形態＞
図１４は、幾つかの実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。
図１４に示したように、孔掘削方法は、ケーシング圧入工程Ｓ１０と、軸部上側掘削工程Ｓ１２と、挿入工程Ｓ１６と、接続工程Ｓ１８と、軸部下側掘削工程Ｓ２１と、拡底工程Ｓ２２とを備えている。
以下、上述した実施形態と異なる内容についてのみ説明し、同一内容については説明を省略する。
【００９５】
図１５は、軸部上側掘削工程Ｓ１２を説明するための図である。
図１５に示したように、ケーシング圧入工程Ｓ１０を実施した後の軸部上側掘削工程Ｓ１２では、ケーシング６４内の掘削対象物をハンマグラブ９３によって除去することにより、孔の軸部９４ａの上側部分を形成する。
【００９６】
図１６は、挿入工程Ｓ１６を説明するための図である。
図１６に示したように、挿入工程Ｓ１６では、掘削装置１０及び駆動装置１がケーシング６４内に挿入される。
【００９７】
接続工程Ｓ１８では、ケーシング６４内の泥水を排出するための排水管９が駆動装置１に接続される。
【００９８】
図１７は、軸部下側掘削工程Ｓ２１を説明するための図である。
図１７に示したように、軸部下側掘削工程Ｓ２１では、ケーシング６４内に安定液を供給するとともに孔の軸部９４ａ内の泥水を排出しながら、駆動装置１によって掘削装置１０を駆動する。これにより、掘削装置１０によって、孔の軸部９４ａの下端が掘削される。
【００９９】
また掘削の際、掘削装置１０の回転反力は、排水管９の回転を規制することによって行われる。排水管９の回転は、例えば、ケーシング６４の上端部に取り付けられた反力テーブル１００によって規制することができる。反力テーブル１００は、排水管９の回転を規制しながら、排水管９の鉛直方向での移動を許容するように構成されている。このため、掘削装置１０及び駆動装置１は、排水管９を介してクローラクレーン９２に吊り下げられた状態で掘削を行う。
なお、反力テーブル１００の代わりに、全周回転装置を用いてもよい。つまり、反力テーブル１００や全周回転装置等の回動装置を、掘削機による掘削時の回転反力を支持するために用いることができる。回動装置は、排水管９に連結されて排水管９の中心軸を中心として排水管９を回動可能で、且つ地盤に固定される。
【０１００】
図１８は、拡底工程Ｓ２２を説明するための図である。掘削装置１０が拡底部も掘削可能である場合、軸部下側掘削工程Ｓ２１に続けて、拡底工程Ｓ２２を実行することができる。
図１８に示したように、拡底工程Ｓ２２では、ケーシング６４内に安定液を供給するとともに孔の軸部９４ａ内の泥水を排出しながら、ケーシング６４に対し固定された駆動装置１によって掘削装置１０を駆動する。これにより、掘削装置１０によって、孔の軸部９４ａの下端部周辺が掘削され、孔の拡底部９４ｂが形成される。
これにより、円錐台形状の拡底部９４ｂが形成される。
【０１０１】
上述した孔掘削方法では、軸部下側掘削工程Ｓ２１において、駆動装置１により、掘削装置１０を下方に向けて一時的に付勢することにより、掘削能力を高めることができる。
また、上述した孔掘削方法では、掘削装置１０で孔の軸部９４ａの下側部分及び拡底部９４ｂを掘削することにより、軸部下側掘削工程Ｓ２１の後に掘削装置１０を交換する必要がなく、孔の拡底部９４ｂを容易に形成することができる。
【０１０２】
＜第三実施形態＞
図１９は、幾つかの実施形態に係る孔掘削方法の手順を概略的に示すフローチャートである。図１９の孔掘削方法は、軸部９４ａと拡底部９６ｂを異なる掘削装置で掘削するときに用いられる。
図１９の孔掘削方法では、図２０に示したように、軸部専用機挿入工程Ｓ３３において、主軸１１に３翼ビット５０が固定された掘削装置１０２が挿入され、軸部下側掘削工程Ｓ３７において、掘削装置１０２を用いて、軸部９４ａの下側が掘削される。掘削装置１０２は軸部９４ａを掘削可能であるが、可動アーム１２を有しておらず、拡底部９４ｂを掘削することはできない。
【０１０３】
掘削装置１０２は、引き抜き工程Ｓ３９で孔から引き抜かれ、その後、挿入工程Ｓ１６にて、拡底部９４ｂを掘削可能な掘削装置１０が孔内に挿入される。そして、図２１に示したように、拡底工程Ｓ２２において、掘削装置１０によって拡底部９４ｂが掘削される。
【０１０４】
図１９の孔掘削方法でも、軸部下側掘削工程Ｓ３７において、駆動装置１により、掘削装置１０２を下方に向けて一時的に付勢することにより、掘削能力を高めることができる。
一方、図１９の孔掘削方法では、孔の軸部９４ａの下側部分を掘削装置１０２によって掘削し、拡底部９４ｂを掘削装置１０によって掘削することで、軸部９４ａの下側部分や拡底部９４ｂの掘削により適した掘削装置を使用することができる。
【０１０５】
最後に、本発明は上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【０１０６】
１        駆動装置
２        メインフレーム
２ａ      本体
２ｂ      フランジ部
２ｃ      フランジ部
２ｄ      外周壁部
２ｅ      側壁部
３        中空駆動軸
３ａ      キー
４        駆動ユニット
５        サンドポンプ
５ａ      吸込口
５ｂ      吐出口
６        ギヤボックス
７        駆動モータ
８        吐出管
９        排水管
１０      掘削装置
１１      主軸
１２      可動アーム
１３      ビット
１５      スイベル継手
１５ａ    スイベルジョイント
１５ｂ    スイベルジョイント
１７      従動歯車
１８      駆動歯車
２０      第１突出部材
２１      第１ストッパ部材
２２      ヒンジ結合部
２３      傾動用アクチュエータ
２５      ロータリジョイント
２５ａ    油路
２５ｂ    外筒
２６ｃ    内筒
３０      傾動量制御システム
３１      タンク
３２      油量センサ
３４      制御装置
３５      傾動量演算部
３６      傾動量表示部
３７      傾動量制御部
４０      油圧ポンプ
４１      制御弁
４３      油圧シリンダ
４３ａ    シリンダチューブ
４３ｂ    シリンダロッド
４５      スライダ
４６      リンクロッド
４８      スタビライザ
５０      ３翼ビット
５１      固定アーム
５２      ビット
５４      第２突出部材
５５      第２ストッパ部材
５７      スプライン継手
５７ａ    スプライン継手部
５７ｂ    スプライン継手部
６０      固定ユニット
６１      当接部材
６１ａ    当接部材本体
６１ｂ    ライナ部材
６２      固定用アクチュエータ
６４      ケーシング
６５      楔部材
６６      油圧シリンダ
６６ａ    シリンダチューブ
６６ｂ    シリンダロッド
７０      付勢ユニット
７１      可動フレーム
７２      付勢用アクチュエータ
７３      軸受
７５      油圧シリンダ
７５ａ    シリンダチューブ
７５ｂ    シリンダロッド
８０      ガイドユニット
８１      ガイドロッド
８２      ガイドスリーブ
８５      支柱
８６      サブフレーム
８７      伸縮管
９０      全周回転掘削機
９２      クローラクレーン
９３      ハンマグラブ
９４      孔
９４ａ    軸部
９４ｂ    拡底部
９８      循環槽
９９      送液ポンプ
１００    反力テーブル
１０２    掘削装置
【図１】
0006490415.tif 000002
【図２】
0006490415.tif 000003
【図３】
0006490415.tif 000004
【図４】
0006490415.tif 000005
【図５】
0006490415.tif 000006
【図６】
0006490415.tif 000007
【図７】
0006490415.tif 000008
【図８】
0006490415.tif 000009
【図９】
0006490415.tif 000010
【図１０】
0006490415.tif 000011
【図１１】
0006490415.tif 000012
【図１２】
0006490415.tif 000013
【図１３】
0006490415.tif 000014
【図１４】
0006490415.tif 000015
【図１５】
0006490415.tif 000016
【図１６】
0006490415.tif 000017
【図１７】
0006490415.tif 000018
【図１８】
0006490415.tif 000019
【図１９】
0006490415.tif 000020
【図２０】
0006490415.tif 000021
【図２１】
0006490415.tif 000022