(57)【要約】【課題】掘削方向に曲がりが発生した場合に、すみやかに正規の方向に修正して、掘削を継続することを可能とする簡単な構成の掘削機械を提供する。【解決手段】並列配置された複数の第１軸３、３、５と、この複数の第１軸の下端部に屈曲自在の継手７、７、９を介してそれぞれ連結され、下端部に地盤を掘削するカッタ１２を有する複数の第２軸８、８、１１とを備え、地盤に対して昇降自在に支持された掘削機械１であって、継手７、７、９の鉛直方向の両側において、複数の第１軸３、３、５を所定間隔で保持する第１連結部材１３と、複数の第２軸８、８、１１を所定間隔で保持する第２連結部材１４とを設け、第１連結部材１３と第２連結部材１４との間を、少なくとも３本の油圧ジャッキ（伸縮手段）１５により連結し、継手７、７、９を基点として、複数の第２軸８、８、１１を一体的に屈曲させて、掘削方向を修正するようにしたことを特徴とする掘削機械１である。【選択図】  図３
2004162504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列配置された複数の第１軸と、
前記複数の第１軸の下端部に屈曲自在の継手を介してそれぞれ連結され、下端部に地盤を掘削するカッタを有する複数の第２軸とを備え、前記地盤に対して昇降自在に支持された掘削機械であって、
前記継手の鉛直方向の両側において、前記複数の第１軸を所定間隔で保持する第１連結部材と、前記複数の第２軸を所定間隔で保持する第２連結部材とを設け、
前記第１連結部材と前記第２連結部材との間を、少なくとも３本の伸縮手段により連結し、前記継手を基点として、前記複数の第２軸を一体的に屈曲させて、掘削方向を修正するようにしたことを特徴とする掘削機械。
【請求項２】
請求項１に記載する掘削機械において、
前記継手は、前記第１軸と前記第２軸とが接触する部分にそれぞれ形成された球状面を備えたことを特徴とする掘削機械。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する掘削機械において、
前記複数の第１軸の少なくとも１本は回転しない固定軸であり、
前記固定軸の下端部に、屈曲自在の継手と、中空モータとを介して、前記第２軸を連結したことを特徴とする掘削機械。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載する掘削機械において、
前記カッタの近傍に掘削方向変位を検出する変位検出手段を設け、
前記変位検出手段により検出された前記掘削方向変位を監視しながら、前記伸縮手段を操作可能としたことを特徴とする掘削機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を柱列状に掘削する掘削機械に関するものであり、特に掘削方向の修正機能を備えるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、基礎土木工事において、山留め壁を構築する工法として、場所打ち方式、既製矢板方式等が知られている。場所打ち方式には、回転軸により掘削した掘削溝に、鉄筋篭・Ｈ型鋼などを建て込む工法や、掘削孔に固化材を注入・充填する工法がある。場所打ち方式の代表的な工法としては、地盤を掘削した後、生コンクリート、モルタル等を圧入充填し、鉄筋篭等を挿入してＰＩＰ杭を築造するＰＩＰ工法や、地盤を掘削しながら掘削機械の先端より、セメントミルク、ベントナイト等の固化材を吐出・注入し、原位置で掘削土と撹拌・混合して、柱列状の壁体を造成するＳＭＷ（Ｓｏｉｌ  Ｍｉｘｉｎｇ  Ｗａｌｌ）工法が知られている。
【０００３】
ＳＭＷ工法は、鉄筋篭等を挿入して地中に連続した壁体を造成する工法と比較して、原則的にはこの鉄筋篭等を使用しないので、コストが非常に安い施工方法である。また、ＳＭＷ工法においては、複数の回転軸を備える多軸掘削機械が使用され、この多軸掘削機械で造成された柱列状の壁体は、連続性を有するため止水性が非常に高く、粘土質等が含まれる軟弱地盤であっても良質な壁体を造成することができる。さらに、この壁体に、芯材としてＨ型鋼等が挿入される場合も多い。
また、ＳＭＷ工法は、一般的に、２０ｍ〜３０ｍの掘削深度での山留め壁を造成するために利用されている。しかし、前記したようなコスト面、止水性等の利点を活用して、ＳＭＷ工法が、４０ｍ以上の大深度で適用される場合が多くなっている。
【０００４】
しかし、掘削が大深度になると、地盤性状の変化や、掘削機械自体の癖等により、掘削方向が曲がってしまうことがあり、また、大深度での掘削に対応して単に回転軸を長くした場合には、さらに曲がりやすいという問題点があった。
また、掘削方向の曲がりが検知されても、掘削の途中で掘削方向を修正することは不可能であり、このような場合には、一旦掘削を停止し、曲がりが発生した位置まで掘削機械を引き抜き、掘削方向を修正して、掘削を再開する方法しかなく、非常に作業効率が悪いという問題点があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、各回転軸に油圧ジャッキ（シリンダ）を設けて構成され、掘削方向の修正機能を備えた従来の掘削機械が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５４３８８号公報（第２−４頁、第１−４図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した従来の掘削機械は、各回転軸それぞれに、複数の油圧ジャッキが設けられた複雑な構成であり、掘削機械が地盤に対して鉛直方向に推進したときに、掘削土が前記した複数のジャッキに邪魔されて抵抗となり、掘削機械が移動しにくくなるという問題があった。また、このような掘削機械は複雑な構成となっているため、製作費用が非常にかかってしまうという問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、掘削方向に曲がりが発生した場合に、すみやかに正規の方向に修正して、掘削を継続することを可能とする簡単な構成の掘削機械を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明は、並列配置された複数の第１軸と、前記複数の第１軸の下端部に屈曲自在の継手を介してそれぞれ連結され、下端部に地盤を掘削するカッタを有する複数の第２軸とを備え、前記地盤に対して昇降自在に支持された掘削機械であって、前記継手の鉛直方向の両側において、前記複数の第１軸を所定間隔で保持する第１連結部材と、前記複数の第２軸を所定間隔で保持する第２連結部材とを設け、前記第１連結部材と前記第２連結部材との間を、少なくとも３本の伸縮手段により連結し、前記継手を基点として、前記複数の第２軸を一体的に屈曲させて、掘削方向を修正するようにしたことを特徴とする掘削機械である。
【００１０】
ここで、「複数の第１軸を所定間隔で保持する第１連結部材」とは、第１連結部材が第１軸に固定されて保持している場合と、固定されずに保持している場合とを含むことを意味する。また、「複数の第２軸を所定間隔で保持する第２連結部材」についても同様である。
また、第１軸と第２軸とが、トルク伝達可能な屈曲自在の継手を介して連結されており、一体的に回転する場合は、第１連結部材及び第２連結部材は、第１軸又は第２軸を、例えば、遊嵌状態で回転自在なように保持し、さらに、第１軸又は第２軸の保持部の鉛直方向上下に突片を設けたり、周面に沿って凹状の溝を形成し、この溝を保持したりすることが好ましく、このようにすると、第１連結部材又は第２連結部材が、鉛直方向に移動しにくくなる。
伸縮手段とは、例えば、油圧式、電気式等の駆動方式には限定されず、伸長又は縮退するものであれば良い。
【００１１】
このような掘削機械によれば、地盤を掘削している途中で、掘削方向に曲がりが発生した場合に、掘削を継続しながら、伸縮手段を伸長する、又は、縮退することにより、第２軸は、継手を基点として、一体的に屈曲するので、掘削方向を正規の方向に修正することができる。また、第１連結部材と第２連結部材との間に、少なくとも３本の伸縮手段が設けられているので、この３本の伸縮手段をそれぞれ、所望の長さとすることで、第１連結部材と第２連結部材との３次元における関係を、好適に、調整することができる。
さらに、既存の多軸の掘削機械には「バンド」と呼ばれる軸を所定間隔で保持する保持部材を備えるものもあり、このような掘削機械では、第１連結部材と、第２連結部材と、少なくとも３本の伸縮手段とを追加して備えるのみで簡単に低コストで作製することが可能である。
さらにまた、各軸毎に伸縮手段を設けなくてよいので、掘削中において掘削土は、第１連結部材と第２連結部材と少なくとも３本の伸縮手段とに邪魔されにくく鉛直方向に移動しやすくなっており、掘削機械は好適に鉛直方向に移動することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載する掘削機械において、前記継手は、前記第１軸と前記第２軸とが接触する部分にそれぞれ形成された球状面を備えたことを特徴とする掘削機械である。
【００１３】
ここで、「第１軸と第２軸との接触する部分にそれぞれ形成された球状面」とは、例えば、第１軸に形成された球状の凸部の表面と第２軸に形成された球状の凹部の表面とが、互いに接触していることを意味する。
また、「球状面」は、完全な球体の表面のみでなく、部分的な球体の表面を含む。さらに、この球状面の曲率は、球体を歪ませた、すなわち球体を扁平とした形状を呈する物体の表面であってもよい。
【００１４】
このような掘削機械によれば、継手の第１軸と第２軸が接触する部分に形成された球状面に沿って、第１軸と第２軸とは、互いに摺動するようにして、継手を介して滑らかに屈曲することができる。
したがって、掘削方向が正規の方向から外れた場合に、滑らかに修正することができる。
【００１５】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載する掘削機械において、前記複数の第１軸の少なくとも１本は回転しない固定軸であり、前記固定軸の下端部に、屈曲自在の継手と、中空モータとを介して、前記第２軸を連結したことを特徴とする掘削機械である。
【００１６】
このような掘削機械によれば、少なくとも１本は回転しない固定軸が設けられているので、この固定軸の下端部は掘削時においても、例えば掘削土の抵抗等により、振れにくくなっている。また、第１連結部材を固定軸に固定して保持した場合には、第１連結部材も振れにくくなり、そして、伸縮手段を所望の長さで保持することより、第２連結部材も振れにくくなるので、好適に第２軸を曲げて掘削方向を修正することができる。
さらに、中空モータを介して第２軸が設けられているので、この第２軸を回転させることもできる。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載する掘削機械において、前記カッタの近傍に掘削方向変位を検出する変位検出手段を設け、前記変位検出手段により検出された前記掘削方向変位を監視しながら、前記伸縮手段を操作可能としたことを特徴とする掘削機械である。
【００１８】
ここで、「カッタの近傍」とは、カッタの直近のみを意味するのではなく、掘削機械の全長と対比して、カッタと変位検出手段との距離が短いことを意味する。
変位検出手段とは、掘削方向の変位を検出するためのものであり、例えば、傾斜計、ジャイロセンサ等が挙げられ、これらを単独、又は適宜組み合わせて使用して良い。
【００１９】
このような掘削機械によれば、掘削時に、掘削方向の変位、すなわち、掘削方向の曲がりが変位検出手段により検出されたとき、伸縮手段を伸長する、又は、縮退するように操作することにより、複数の第２軸を継手を基点として一体的に屈曲させて、掘削方向を修正することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る掘削機械について、図１から図５を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係る掘削機械を備える地盤改良機械の側面図である。図２は、第１実施形態に係る掘削機械の正面図である。図３は、第１実施形態に係る掘削機械の要部の一部破断斜視図である。図４は、図３に示す第１実施形態に係る掘削機械の要部のＸ−Ｘ’断面図であり、図５は、第１実施形態に係る掘削機械において掘削方向の修正状況説明図であり、（ａ）は掘削方向が左に曲がった場合、（ｂ）は掘削方向が右に曲がった場合である。
【００２２】
（構成）
まず、本発明の第１実施形態に係る掘削機械１を備える地盤改良機械５０の構成について説明する。
地盤改良機械５０は、図１に示すように、ベースマシン３０を搭載手段として、これに掘削機械１を取り付けて構成されているが、ベースマシン３０に限定されることなく、他の搭載手段を使用しても良い。
【００２３】
ベースマシン３０は、中央に運転席Ｃ、下部にクローラ３４を備える自走式であり、車体後方から前斜め上方に延びるバックステー３１と、車体前方の略コの字の型のキャッチホーク３３とで、リーダマスト３２を起立した状態で支持している。ワイヤ３７が、車体のウインチ３５から、複数の滑車３６を介して、リーダマスト３２の頭部に導かれた後、掘削機械１の頭部に接続されており、掘削機械１を鉛直上方から懸架している。そして、ウインチ３５を巻き取り、又は、送り出すことにより、掘削機械１がリーダマスト３２の図示しないガイドレールに沿って、昇降自在に支持されている。
【００２４】
次に、掘削機械１について、図２から図５を参照して説明する。
掘削機械１は、図２に示すように、上端から下端に、回転軸駆動装置２を有する回転撹拌部５１と、屈曲自在の継手７、継手７、継手９を含む連結部５２と、下端に地盤を掘削するカッタ１２を備える掘削部５３とから構成されている。そして、最下端のカッタ１２で地盤を掘削すると共に、セメントミルク、ベントナイト等の固化材を吐出ながら鉛直下方向に推進し、掘削土と固化材とを撹拌・混合して、柱列状の壁体を造成する機械である。
以下、各部の構成について説明する。
【００２５】
回転撹拌部５１は、回転軸駆動装置２と、この下部の両側で回転自在に支持され並列配置された２本の１重管構造の上両側回転軸３と、この上両側回転軸３の中間に並設され、内側に上中央固定軸５、外側に上中央回転軸６を同心で有する２重円筒構造の２重構造軸４とから構成されている。
連結部５２は、上両側回転軸３、３の下端部に設けられた継手７、７と、上中央固定軸５の下端部に設けられた継手９と、この継手９の下方に設けられた中空モータ１０と、継手７、７、９の上側で上両側回転軸３、３と上中央固定軸５とを所定間隔で保持する第１連結部材１３と、下側で後記する下両側回転軸８、８と下中央回転軸１１とを所定間隔で保持する第２連結部材１４と、第１連結部材１３と第２連結部材１４とに掛け渡すようにして設けられた４本の油圧ジャッキ１５と、第１連結部材１３に固定された傾斜計１６とから構成されている。
掘削部５３は、継手７、７の下端部に設けられた下両側回転軸８、８と、中空モータ１０の下端部に設けられた下中央回転軸１１と、下両側回転軸８、８と下中央回転軸１１の下部にそれぞれ設けられたカッタ１２、１２、１２とから構成されている。
なお、上両側回転軸３が第１軸に、上中央固定軸５が固定軸に、下両側回転軸８及び下中央回転軸１１が第２軸に、油圧ジャッキ１５が伸縮手段に、傾斜計１６が変位検出手段にそれぞれ相当する。また、継手７、継手９とカッタ１２との距離は、例えば５ｍ程度である（図２に示すΔｈ）。
また、中空モータとは、一般的にピストンモータ、ラジアルピストンモータ等と呼ばれるものであり、その軸方向に中空部を有し、固定部と出力部（駆動部）を備えており、油圧等によりその出力部が回転駆動するようになっている。
以下、各構成要素について、詳細に説明する。
【００２６】
回転軸駆動装置２は、前記したリーダマスト３２に沿った状態で、ワイヤ３７に接続されて懸架されており、ベースマシン３０のウインチ３５を操作することにより昇降自在となっている。すなわち、回転軸駆動装置２が降下すると掘削機械１が鉛直下方に移動して最下端部のカッタ１２が地盤を掘削し、逆に、回転軸駆動装置２が上昇すると掘削機械１が地盤から引き抜かれるようになっている。
【００２７】
回転軸駆動装置２の内部には、上両側回転軸３、３、と、上中央回転軸６とを駆動する油圧モータ（図示しない）が設けられている。この油圧モータ（図示しない）は、外部の油圧ユニット（図示しない）に油圧配管（図示しない）、電磁バルブ（図示しない）等を介して接続しており、油圧を調節して、油圧モータ（図示しない）の駆動を制御できるようになっている。
また、この他に回転軸駆動装置２には、中空モータ１０と各油圧ジャッキ１５にそれぞれ接続される油圧配管１０ｃ、１５ｃの一部と、カッタ１２の下面の吐出口（図示しない）から吐出される固化材を、グラウトタンク（図示しない）等から供給するための供給通路（図示しない）の一部と、傾斜計１６に接続される信号ケーブル１６ａの一部とが設けられている。
【００２８】
上両側回転軸３は、中空部を有する円筒体状の部材であり、その周面には地盤を撹拌する螺旋状の撹拌翼１７が一体的に設けられている。そして、例えば、フランジ型等の継手により継ぎ足し自在となっており、大深度の掘削においても容易に対応でき、また、上両側回転軸３を分解しての搬送・搬入も容易となっている。なお、撹拌翼１７の形状は、螺旋状に限定されることはなく、その他に例えば板状、棒状であっても良い。
上両側回転軸３の上端部は、回転軸駆動装置２に回転自在に支持されており、回転軸駆動装置２内部の油圧モータ（図示しない）により駆動されるようになっている。
上両側回転軸３の中空部は、固化材を回転軸駆動装置２側からカッタ１２側へ供給できる供給通路となっている。
【００２９】
２重構造軸４は、同心の２重円筒構造の部材であり、内側の上中央固定軸５と外側の上中央回転軸６とからなり、上中央固定軸５は上中央回転軸６より長くなるように形成されており、上中央回転軸６の下端側から上中央固定軸５が突出している。
【００３０】
上中央固定軸５の上端部は、回転駆動装置２に適宜な方法で固定されている。一方、下端側には第１連結部材１３が固定されており、最下端部には、継手９が設けられている。
上中央固定軸５の中空部には、中空モータ１０に接続する油圧配管１０ｃ、油圧ジャッキ１５に接続する油圧配管１５ｃと信号ケーブル１５ｄ、傾斜計１６に接続する信号ケーブル１６ａが、それぞれ配設されている（図４参照）。このように、油圧配管１０ｃ等は、上中央固定軸５の内部に設けられているので、掘削時においても掘削土等により傷つくこと無く保護されており、また、上中央固定軸５は回転しないので、油圧配管１０ｃ等がねじれて絡みついたりすることもない。
【００３１】
上中央回転軸６は、周面に、上両側回転軸３と同様に、地盤を撹拌するための螺旋状の撹拌翼１８が一体的に設けられている。上中央回転軸６の上端部は、回転軸駆動装置２に回転自在となるように支持され、回転駆動されるようになっている。
【００３２】
下両側回転軸８、８、下中央回転軸１１は、円筒状の部材であり、下端部に地盤を掘削するカッタ１２、１２、１２が固定されている。下両側回転軸８の中空部は、上両側回転軸３の中空部と同様に、固化材を供給できる供給通路となっている。
カッタ１２は、下面に複数のビット１９と、固化材の吐出口（図示しない）とを備えている。カッタ１２の形状は、粘土層、礫層、砂層等の地盤性状に応じて、適宜選択して使用することが好ましい。
【００３３】
下両側回転軸８、下中央回転軸１１の周面には、それぞれ板状の撹拌翼２０が設けられている。撹拌翼２０は、回転した際に互いに接触しないように、段違いに設けられている。また、この他に撹拌翼２０が回転した場合に、隣接する撹拌翼２０の位相がずれる様にしても良い。
【００３４】
継手７は、上両側回転軸３と下両側回転軸８とを連結する、例えば、図３に示すように、上両側回転軸３、下両側回転軸８にそれぞれ一体的に形成されたフランジ３ａ、８ａが、厚いゴム板２１を狭持した可撓性を備える継手構造であり、上両側回転軸３から下両側回転軸８に好適に回転トルクが伝達可能となっている。つまり、上両側回転軸３と下両側回転軸８とは、一体的に回転する。
ゴム板２１は、上両側回転軸３の中空部と、下両側回転軸８の中空部とが連通するように、リング状である。また、厚いゴム板２１を使用することにより、ゴム板２１を基点として、下両側回転軸８は上両側回転軸３に対して屈曲自在となっている。
なお、第１実施形態においては、このような継手構造としたが、これに制限されることはなく、その他に例えば、ユニバーサルジョイント、スプライン等の自在継手を適宜に組み合わせて構成しても良い。
【００３５】
上中央固定軸５の下端部には、前記継手７と同様の構造の継手９が設けられており、その下端には、長さの短い短固定軸５Ａが設けられている。そして、短固定軸５Ａは、上中央固定軸５に対して屈曲自在となっている。
【００３６】
中空モータ１０は、第１実施形態においては公知のものを使用しており、短固定軸５Ａの下端部に、中空モータ１０の固定部（図示しない）が固定されており、中空モータ１０の出力部（図示しない）、つまり、駆動部（図示しない）には、下中央回転軸１１の上端部が固定されており、中空モータ１０が駆動すると下中央回転軸１１が回転するようになっている。また、中空モータ１０を駆動するための油圧配管１０ｃは、上中央固定軸５の中空部に配設されており、掘削機械１の頭部から引き出されている（図示しない）。
【００３７】
第１連結部材１３は、上両側回転軸３又は上中央固定軸５が内側を貫通する３つの略円筒部１３ａと、各円筒部１３ａを連結する連結部１３ｂとが一体的に形成された部材であり、さらにその略四隅に油圧ジャッキ１５が連結される支持部１３ｃが一体的に設けられている（図３、図４参照）。但し、第１連結部材１３がこのような形状に限定されることはない。
上両側回転軸３が貫通する両側の円筒部１３ａの内径は、上両側回転軸３の外径より大きく形成されており、その内周面には硬質ウレタンのシール材からなる軸受１３ｄが設けられており、上両側回転軸３を回転自在に保持している。
一方、上中央固定軸５は、中央の円筒部１３ａと、例えばボルト４１等で緊結されている。したがって、掘削に伴い深度が深くなっても、第１連結部材１３は、移動してずれたりすることはなく、また上中央固定軸５は固定されているので、第１連結部材１３も振れにくくなっている。
なお、第１連結部材１３の形状を呈する部材は、一般的な多軸掘削機械において、各軸を所定間隔で回転自在に保持するように設けられている場合が多く、例えば「バンド」と呼ばれている（図２の符号４２）。このような場合は、その既存の部材を使用して、第１連結部材１３を構成しても良く、このようにすると安価に製作することができる。
【００３８】
第２連結部材１４は、第１連結部材１３と同様の形状であり、各円筒部１４ａは下両側回転軸８又は下中央回転軸１１を軸受１４ｄで回転自在に保持し、各円筒部１４ａは連結部１４ｂにより、所定の間隔に保持されている。また、第２連結部材１４は、中空モータ１０のケーシングの底面に固定されている。
【００３９】
油圧ジャッキ１５は、図３に示すように、シリンダ１５ａとピストンロッド１５ｂとからなる。そして、前記した第１連結部材１３、又は、第２連結部材１４の略四隅に形成された支持部１３ｃ、１４ｃに、油圧ジャッキ１５が支持部１３ｃ又は１４ｃを基点として傾動自在、且つ、回動自在となるようにして、ボールジョイント等で連結されており、油圧ジャッキ１５が第１連結部材１３と第２連結部材１４とを掛け渡すような格好になっている。
但し、図４に示すように、掘削方向において、支持部１３ｃ、１４ｃ及び油圧ジャッキ１５は、カッタ１２の軌道の外縁より内側に納まるように設ける必要がある。このようにすると、掘削機械１の鉛直下方向への推進に伴って、掘削土は好適に、カッタ１２側から回転軸駆動装置２側に移動することができる。
また、各油圧ジャッキ１５の動作を制御する油圧配管１５ｃ、作動量を検出する信号ケーブル１５ｄは、上中央固定軸５の中空部に配設されており、掘削機械１の頭部から引き出されている。油圧配管１５ｃは、バルブ（図示しない）を介して油圧ポンプ等からなる油圧ユニット（図示しない）に接続されており、油圧を調節することにより、各油圧ジャッキ１５を伸縮できるようになっている。信号ケーブル１５ｄは、運転席Ｃに設けられたモニタ（図示しない）に接続されており、油圧ジャッキ１５の作動量を視認できるようになっている。
【００４０】
傾斜計１６は、第１実施形態においては、公知のものから適宜選択して使用している。そして、図３に示すように、第１連結部材１３に容器に保護された状態で固定されており、傾斜計１６に接続される信号ケーブル１６ａは、前記した上中央固定軸５の中空部に配設されて、掘削機械１の頭部から外に引き出され、運転席Ｃに設けられたモニタ（図示しない）に接続されており、オペレータは掘削方向変位を視認できるようになっている。また、傾斜計１６に加えて、ジャイロセンサ等を併用しても良い。
【００４１】
また、ＣＰＵ等からなるコントローラ（自動制御手段）を追加して設けて、これと信号ケーブル１５ｄ、１６ａを接続し、掘削変位を検出すると、前記バルブ等を調節して油圧ジャッキ１５を自動的に作動させるようにしても良い。
【００４２】
また、各油圧ジャッキ１５に接続する油圧配管１５ｃ、信号ケーブル１５ｄ、傾斜計１６に接続する信号ケーブル１６ａ等を保護するような収容部材を連結部５２に、さらに設けても良い。なお、このように収容部材を設ける場合においても、掘削土がこの収容部材の外側を好適に移動できるように、カッタ１２の軌道の外縁より内側に納まるように設ける必要がある。
【００４３】
以上説明したように、掘削機械１は、第１連結部材１３と、第２連結部材１４と、４本の油圧ジャッキ１５、１５、１５、１５とを主要部として構成されているので、簡単に低コストで製作することが可能である。また、掘削中において掘削土は、第１連結部材１３と第２連結部材１４と各油圧ジャッキ１５とに邪魔されにくく鉛直方向に移動しやすくなっているので、掘削機械１は好適に鉛直方向に移動することができる。
【００４４】
（作用）
続いて、第１実施形態に係る掘削機械１の作用について述べる。
掘削現場に、掘削機械１、ベースマシン３０等を搬入し、ベースマシン３０で掘削機械１を懸架し、クローラ３４を稼動し、所望の掘削位置にベースマシン３０を移動する。そして、上両側回転軸３と下両側回転軸８、２重構造軸４と下中央回転軸１１がそれぞれ直線状態を維持するように、各油圧ジャッキ１５を所定値で加圧保持し、回転軸駆動装置２を駆動する。さらに、上両側回転軸３と下両側回転軸８の中空部を経由して、カッタ１２の吐出口（図示しない）から固化材を吐出できるように、グラウト注入ポンプ（図示しない）を稼動して、固化材を送り込む。
【００４５】
ベースマシン３０のウインチ３５を回転させて、ワイヤ３７を送り出し、リーダマスト３２に沿って掘削機械１をその自重により降下させて、カッタ１２により地盤を掘削しながら、撹拌翼１７、撹拌翼１８、撹拌翼２０とで、掘削土と固化材とを撹拌・混合する。
【００４６】
掘削中に、地盤性状の変化、掘削土の抵抗等によりカッタ１２等に負荷がかかって、掘削方向が曲がると、モニタ（図示しない）に正規の掘削方向からのずれが、例えばＸ−Ｙ座標軸上で表示される。オペレータがこれを視認し、掘削方向を修正するように油圧ジャッキの操作を行うと、下両側回転軸８、８、下中央回転軸１１は、一体的に継手７、７、９を基点として、上両側回転軸３、３、２重構造軸４に対して屈曲する。
そして、掘削方向が正規の方向に戻ったことが検知されると、掘削方向修正工程を終了し、再び、上両側回転軸３と下両側回転軸８、２重構造軸４と下中央回転軸１１がそれぞれ直線状態を維持するように、油圧ジャッキ１５で保持される。
また、これらの掘削方向の測定から掘削方向の修正の一連の操作は、コンピュータ等の制御手段を設けて、自動化して行っても良い。
【００４７】
次に、掘削方向の修正状況について、図面を参照してさらに詳細に説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、掘削方向の修正状況説明図であり、図５（ａ）は、図において掘削方向が左側に曲がった場合を示し、図５（ｂ）は掘削方向が右側に曲がった場合を示す。
【００４８】
図５（ａ）の場合は、図において、左側に位置する２つの油圧ジャッキ１５が伸びるように作動させ、右側に位置する２つの油圧ジャッキ１５が縮むように作動させる。このように作動させると、継手７、７、９を基点として、下両側回転軸８、８と下中央回転軸１１とは、右側に傾くように屈曲し、撹拌翼２０により、掘削孔の壁面が掘削されて、掘削方向の曲がりが修正される。
但し、左側、又は、右側に位置するどちらか一方の油圧ジャッキ１５作動させるだけでも、掘削方向は修正可能であるが、両側の油圧ジャッキ１５を同時に作動することにより、各油圧ジャッキ１５に係る移動量も少なくなり、これに伴って作動するための油圧も小さくなるので好ましい。
【００４９】
図５（ｂ）の場合は、図において、右側に位置する油圧ジャッキ１５が伸びるように作動させ、左側に位置する油圧ジャッキ１５が縮むように作動させると良い。また、この他、図５に向かって前後方向に曲がった場合は、曲がった側の油圧ジャッキ１５を伸ばし、反対側の油圧ジャッキ１５を縮ませることにより、掘削方向を修正することができる。
【００５０】
このようにして、常に、掘削方向を監視することにより、掘削方向の曲がりを直ちに検知することができ、さらに、掘削方向の曲がりが検知された場合は、直ちに掘削方向を修正できるので、大深度においても、掘削方向が曲がることなく、掘削することができる。
【００５１】
そして、所望の深度に達したら、掘削機械１の引き抜き工程、つまり、ベースマシン３０のウインチ３５を稼動してワイヤ３７を巻き取って、掘削機械１を引き上げ、引き抜きの完了により掘削作業を終了する。
【００５２】
（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態に係る掘削機械について、図６と図７を適宜参照して説明する。
図６は、第２実施形態に係る掘削機械の主要部の構成を示す正面図である。図７（ａ）は、第２実施形態に係る掘削機械の継手を模式的に示す断面図であり、図７（ｂ）は、第２実施形態に係る掘削機械が曲がった場合の継手を模式的に示す断面図である。
【００５３】
（構成）
第２実施形態に係る掘削機械６０は、図６に示すように、上端から下端に向かって、ベースマシン（図示しない）に昇降自在に支持された非回転状態である左右の上両側固定軸７１、７１及び上中央固定軸７２を有する上固定軸部６１と、この上固定軸部６１に継手７３、７３、７４を有する連結部６２を介して屈曲自在に連結された掘削・撹拌部６３を備えて構成されている。
【００５４】
掘削・撹拌部６３は、その両側（図６における左右側）においては上端から下端に向かって、上両側固定軸７１の下端部に屈曲自在の継手７３を介して連結された下両側固定軸８１と、この下両側固定軸８１が中心軸線上に挿通された状態で、且つ、下両側固定軸８１の略中間高さ位置に固定された外周駆動型中空モータ７９と、この外周駆動型中空モータ７９の出力部に固定され、前記下両側固定軸８１に対して外側で同心軸上、且つ、回転自在に支持された下両側回転軸７７と、下両側回転軸７７の下端に設けられ、最下端にビット７６を有するカッタ７５とを備えて構成されている。外周駆動型中空モータ７９の出力部と下両側回転軸７７との外表面には、撹拌翼８３、８４がそれぞれ一体的に設けられている。一方、掘削・撹拌部の中央側においては、上端から下端に向かって、上中央固定軸７２の下端部に屈曲自在の継手７４を介して連結された下中央固定軸８２と、当該上中央固定軸８２の下端部に固定されたシャフト駆動型中空モータ８０と、このシャフト駆動型中空モータ８０の出力部に固定され、外周面に撹拌翼８５を有する下中央回転軸７８と、下中央回転軸７８の下端に設けられ最下端にビット７６を有するカッタ７５とを備えて構成されている。
【００５５】
さらに詳細に説明すると、外周駆動型中空モータ７９は、内側に非回転状態となる固定部と、外側に回転する出力部を有する外周駆動型のピストンモータである。固定部は、中心軸線上に中空部を有しており、この中空部に前記下両側固定軸８１が挿通された状態で、外周駆動型中空モータ７９は固定されている。外周駆動型中空モータ７９の下方では、下両側固定軸８１と、その外側に設けられた下両側回転軸７７とで、２重管構造となっている。
そして、外周駆動型中空モータ７９が稼動すると、前記下両側固定軸を中心として、外周駆動型中空モータ７９の出力部と下両側回転軸７７とが、一体的に回転する。すなわち、撹拌翼８３、８４とが一体的に回転するようになっており、外周駆動型中空モータ７９の周囲においても、掘削土及び固化材等は、混合・撹拌されると共に、鉛直上下方向に移動し易くなっている。
【００５６】
一方、シャフト駆動型中空モータ８０は、その外側に非回転状態となる固定部と、内側に回転する出力部を有するシャフト駆動型のピストンモータである。当該固定部が、前記下中央固定軸８２の下端部に固定されて、シャフト駆動型中空モータ８０は支持されている。また、シャフト駆動型中空モータ８０は、後記する第２連結部材８７に挿通した状態で固定されている。シャフト駆動型中空モータ８０の出力部は、外周駆動型中空モータ７９の固定部と同様に、中心軸線上に中空部を有している。そして、この中空部に下中央回転軸７８の上端部が挿し込まれた状態で連結されており、シャフト駆動型中空モータ８０が稼動すると、シャフト駆動型中空モータ８０の出力部と下中央回転軸７８とが、一体的に回転するようになっている。
【００５７】
連結部６２は、継手７３、７３、７４と、この鉛直方向両側に設けられた上方の第１連結部材８６と、下方の第２連結部材８７と、第１実施形態と同様に、第１連結部材８６と第２連結部材８７とを四隅でそれぞれ連結した４本の油圧ジャッキ１５、１５、１５、１５とを備えて構成されている。
【００５８】
継手７３、７３、７４は、第１実施形態で説明した継手７、７、９と異なる構造であるが、継手７３、７３、７４は同一の構造を有している。よって、以下、継手７３について説明し、その他については説明を省略する。
【００５９】
継手７３は、図７（ａ）に示すように、上両側固定軸７１の下端部に突出して形成された球状の凸部７１ａと、下両側固定軸８１の上端部に形成された球状の凹部８１ａとが、嵌め合わさるようにして構成されている。
【００６０】
すなわち、上両側固定軸７１の下端部には凸状の球体が形成され、その表面に球状面を有しており、一方、その球状面と同じ曲率で下両側固定軸８１の上端部には凹状の球状面が形成されている。また、下両側固定軸８１の球状面に沿って、例えば、硬質ウレタン樹脂からなるシール材８８が設けられており、上両側固定軸７１と下両側固定軸８１とが接触する部分で生じる摩擦係数を低下させると共に、耐久性が高められている。さらに、継手７３の外側に、例えば、ウレタンゴム等からなる円筒状のカバーを設けて、継手７３が掘削土等から保護されるようにしてもよい。
したがって、図７（ｂ）に示すように、下両側固定軸８１は上両側固定軸７１に対して、前記した第１実施形態に係る掘削機械１よりさらに滑らかに屈曲自在となっている。
【００６１】
第１連結部材８６は、上中央固定軸７２に固定されると共に、上両側固定軸７１、７１を摺動自在に保持している。
【００６２】
第２連結部材８７は、前記したようにシャフト駆動型中空モータ８０に固定されている。したがって、第２連結部材８７は、シャフト駆動型中空モータ８０、継手７４、上中央固定軸７２を介して、地上のベースマシン（図示しない）に昇降自在に支持されている。
また、第２連結部材８７は、左右の下両側固定軸８１を鉛直方向においては、摺動自在に保持している。一方、水平方向においては、第２連結部材８７及び下両側固定軸８１の摺動部分に、例えば、スプライン、溝等がそれぞれ設けられている。そして、前記したように、外周駆動型中空モータ７９の固定部は下両側固定軸８１に固定されているので、外周駆動型中空モータ７９は、順に、下両側固定軸８１、第２連結部材８７、油圧ジャッキ１５及びシャフト駆動型中空モータ８０に支持されているので、外周駆動型中空モータ７９が空回りせずに、下両側回転軸７７を回転できるようになっている。
【００６３】
したがって、油圧ジャッキ１５を伸長または縮退させることにより、外周駆動型モータ７９、７９及びシャフト駆動型中空モータ８０を稼動させながら、上固定軸部６１に対して、連結部６２を基点として、掘削・撹拌部６３を一体的に屈曲させることができる。
また、第２実施形態に係る掘削機械６０は、第１実施形態に係る掘削機械１と比較して、カッタ７５、下両側回転軸７７、及び下中央回転軸７８から近い位置に、外周駆動型中空モータ７９、及び、シャフト駆動型中空モータ８０が、配置されている。したがって、外周駆動型中空モータ７９及びシャフト駆動型中空モータ８０の駆動力は、土圧等による回転トルクのロスが少ない状態で、カッタ７５に伝達されることが可能である。
【００６４】
（変形例）
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、第１実施形態、第２実施形態で説明した形態を適宜組み合わせてもよいし、また、例えば以下のように変更してもよい。
【００６５】
前記した第１実施形態では、２重構造軸４を使用して、内側の上中央固定軸５の下端部に中空モータ１０を固定し、この中空モータ１０により下中央回転軸１１を駆動したが、この他に例えば、図８に示すように、上中央固定軸５の内側に、上中央固定軸５より長い同心の第２上中央回転軸２９を設け、この第２上中央回転軸２９の下端部をトルク伝達可能な継手９を介して下中央回転軸１１と連結し、第２上中央回転軸２９の上端部を回転軸駆動装置２で駆動するように構成しても良い。このようにすると、中空モータ１０及びこれに付随する油圧配管１０ｃ等を設ける必要がなく、掘削土は中空モータ１０に邪魔されずに掘削の進行に伴って、掘削機械１の上方に向かって移動することができる。また、このように構成する場合は、油圧ジャッキ１５に接続される油圧配管１５ｃ等は、上中央固定軸５の内周面に沿うように配設すると良い。
【００６６】
前記した第１実施形態では、継手７、継手９の上方にそれぞれ配置される上両側回転軸３、３、上中央回転軸６が回転する構成としたが、必ずしも回転する必要はなく、回転しない固定軸であってもよい。このように構成される場合は、例えば、継手７の下端部には、中空モータがそれぞれ設けられ、これを介して下両側回転軸８が連結される。
【００６７】
前記した第１実施形態では、上両側回転軸３がトルク伝達可能な継手７を介して、下両側回転軸８と連結され、上両側回転軸３と下両側回転軸８とは、上両側回転軸３の上部に設けられた回転軸駆動装置２が駆動することにより、一体的に回転するとしたが、その他に例えば、上両側回転軸３と下両側回転軸８とを、スイベルジョイント等を使用して、互いに独立的に回転可能に連結し、第２連結部材１４の内部に歯車機構を設けて中空モータ１０の駆動力を下両側回転軸８に伝達できるように構成したり、上両側回転軸３の下端部に新たに中空モータを設け、この中空モータの下部に下両側回転軸８を設けたりして、下両側回転軸８は上両側回転軸３から独立して回転されるようにしても良い。このようにすると、大深度となっても、中空モータと下両側回転軸８の下端部のカッタ１２との距離は一定であるので、好適に地盤を掘削するための掘削トルクを伝達することができる。また、このように構成すると、回転軸駆動装置２には、硬い地盤を掘削するための強大な掘削トルクを発生させることは必要とされず、固化材と掘削土との撹拌・混合を可能とするトルクを発生するだけで良いので、回転軸駆動装置２の小型化が可能となり、また、上両側回転軸３も掘削トルクを伝達する必要がないので、薄肉の円筒部材で上両側回転軸３を形成することもできるので、掘削機械１の軽量化が可能となる。
【００６８】
前記した第２実施形態では、継手７３は、上両側固定軸７１の下端部に形成された球状の凸部７１ａと下両側固定軸８１の上端部に形成された球状の凹部８１ａとが、嵌め合わさるようにして構成されるとしたが、その他に例えば、球状の凸部は下両側固定軸８１の上端部に形成されてもよいし、また、上両側固定軸７１の下端部と下両側固定軸８１の上端部にそれぞれ凹部を形成し、上両側固定軸７１と下両側固定軸とで、独立した球体を挟持するように構成してもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、掘削方向に曲がりが発生した場合に、すみやかに正規の方向に修正して、掘削を継続することを可能とする簡単な構成の掘削機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る掘削機械を備える地盤改良機械の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る掘削機械の正面図である。
【図３】第１実施形態に係る掘削機械の要部の一部破断斜視図である。
【図４】図３に示す第１実施形態に係る掘削機械の要部のＸ−Ｘ’断面図である。
【図５】第１実施形態に係る掘削機械において掘削方向の修正状況説明図であり、（ａ）は掘削方向が左に曲がった場合、（ｂ）は掘削方向が右に曲がった場合である。
【図６】第２実施形態に係る掘削機械の主要部の構成を示す正面図である。
【図７】（ａ）は第２実施形態に係る掘削機械の継手を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は第２実施形態に係る掘削機械が曲がった場合の継手を模式的に示す断面図である。
【図８】第１実施形態に係る掘削機械の変形例を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
１、６０  掘削機械
２        回転軸駆動装置
３        上両側回転軸
４        ２重構造軸
５、７２  上中央固定軸
６        上中央回転軸
７、９、７３、７４  継手
８、７１  下両側回転軸
１０      中空モータ
１１、７７  下中央回転軸
１２、７５  カッタ
１３、８６  第１連結部材
１４、８７  第２連結部材
１６      傾斜計
１７、１８、２０、８３、８４、８５  撹拌翼
２１      ゴム板
３０      ベースマシン
５０      地質改良機械
７１      上両側固定軸
７９      中空モータ（外周駆動型）
８０      中空モータ（シャフト駆動型）
８１      下両側固定軸
８２      下中央固定軸
Ｃ        運転席
【図１】
2004162504.tif 000003
【図２】
2004162504.tif 000004
【図３】
2004162504.tif 000005
【図４】
2004162504.tif 000006
【図５】
2004162504.tif 000007
【図６】
2004162504.tif 000008
【図７】
2004162504.tif 000009
【図８】
2004162504.tif 000010