(57)【要約】【課題】  コンパクトな３角カッターの矩形孔掘削装置を装備する回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を実現する。【解決手段】  地上に起立された支持部材に回転駆動装置を支持し、該回転駆動装置に上端部を回転伝達可能に連結された複数本の掘削作業ロッドを互に平行に垂下し、  上記各掘削作業ロッドは、ルーロー機構に基づく３角カッターの矩形孔掘削装置を１組又は複数組備え、  上記３角カッターの矩形孔掘削装置は、  上記掘削作業ロッドの外周面に固定された太陽歯車と、  上記太陽歯車を同心的に囲む内歯遊星歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの遊星歯車と連結された固定内歯遊星歯車と、  上記３角カッターを放射状に突出する歯車であって、上記太陽歯車と内接してかみ合うと共に、上記遊星歯車と外接してかみ合う中間歯車と、  各部の寸法が、ルーロー機構の原理によりそれぞれ定められていることと、から構成される、回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上に起立された支持部材に回転駆動装置を支持し、該回転駆動装置に上端部を回転伝達可能に連結された複数本の掘削作業ロッドを互に平行に垂下し、
上記各掘削作業ロッドは、該ロッドの外周を囲み且つ３角カッターを放射状に突出するルーロー機構に基づく矩形孔掘削装置を１組又は複数組備え、
上記３角カッターの矩形孔掘削装置は、
上記掘削作業ロッドの外周面に固定された太陽歯車と、
上記太陽歯車を同心的に囲む内歯歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの内歯歯車と連結された固定内歯歯車と、
上記３角カッターを放射状に突出する歯車であって、上記太陽歯車と内接してかみ合うと共に、上記内歯歯車と外接してかみ合う中間歯車と、
各部の寸法が、ルーロー機構の原理によりそれぞれ定められていることと、
から構成される、
回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機。
【請求項２】
上記各掘削作業ロッドの下端に通常の掘削ヘッドを設け、
上記３角カッターの矩形孔掘削装置を上記掘削ヘッドより上位に備えると共に、その掘削すべき矩形孔の一辺を、上記掘削ヘッドの掘削径以上の長さとした、
請求項１に記載の回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機。
【請求項３】
請求項２の回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を使用し、
まず、上記下端の掘削ヘッドにより地盤に円形縦孔を掘削しつつ先行掘進し、
ついで、上記掘削ヘッドより上位にある上記３角カッターにより上記円形縦孔の外側地盤を矩形縦孔に拡大掘削しつつ後行掘進していく、
矩形縦孔掘削作業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、土留壁、止水壁等の地中連続壁の造成又は地盤改良その他種々の用途に使用される掘削ロッド、掘削撹拌ロッド、掘削スクリューロッド等の回転掘削作業ロッドに、ルーロー機構に基づく３角カッターによる矩形孔掘削作装置を装着してなる回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機及びそれを使用した矩形縦孔掘削作業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば土留壁等の地中連続壁の造成には、マストに昇降自在に支持された回転駆動装置の出力軸に、下端に円形孔を掘削する掘削ヘッドを有する掘削撹拌ロッドを連結してなる回転ロッド型円形縦孔掘削撹拌機が広く使用されている。
【０００３】
しかし、上記の従来機を用いた地中連続壁造成においては、円形縦孔を互に隣りの円形縦孔と一部ラップさせて掘削撹拌しつつセメントミルクを注入してソイルセメント円柱の連続柱列を形成していくものであるため、その隣り合うソイルセメント円柱同志の接円部に円柱全長にわたってクビレが形成され、これが地中連続壁の止水性を害う欠点があり、又Ｈ形鋼等の芯材をソイルセメント連続壁内に建て込む場合、ソイルセメント円柱の中心部に建て込まなければならず、従って造成される地中連続壁の用途、材質等に応じて芯材同士の間隔を適正に狭く又は広く変更して、地中連続壁の強度を所望強度に調整することができない不都合があった。
【０００４】
又、従来、トンネル等の大径横孔の掘削用シールドマシンに、ルーロー機構の理論に基づく３角カッターによる矩形横孔掘削装置を採用したものが知られており、このルーロー機構に基づく矩形横孔掘削装置を上記地中連続壁造成用の掘削撹拌ロッドに応用し、上記円形縦孔掘削を矩形縦孔掘削に変更することが考えられる。
【０００５】
しかし、上記シールドマシンでは、掘削断面が大きいため、マシンの切羽部分に、遊星歯車機構及びモータを含む大型で複雑な３角カッターの矩形横孔掘削装置を取りつけることが可能であったが、上記従来の掘削撹拌ロッドにそのような大型複雑な装置を取りつけることは全く不可能である。又、掘削撹拌ロッドに取りつけ可能の３角カッター矩形孔掘削装置が開発できたとしても、３角カッターにより硬質地盤に矩形孔を掘削したり、高速回転により掘削する場合、３角カッターの偏心回転による振れによって作業ロッドの垂直掘進を阻害する難点も予想されるところであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願第１発明の課題は、ルーロー機構に基づくコンパクトな３角カッターの矩形孔掘削装置を新たに開発し、これを掘削作業ロッドに装備して回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を実現することにある。
【０００７】
本願第２発明の課題は、３角カッターにより広範囲の拡大掘削又は高速回転掘削を行う場合にも垂直掘進を確保することができる回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を提供することにある。
【０００８】
さらに、本願第３発明の課題は、矩形縦孔を容易に且つ確実に掘削することができる矩形縦孔掘削作業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題解決の手段として、本願第１発明は、
地上に起立された支持部材に回転駆動装置を支持し、該回転駆動装置に上端部を回転伝達可能に連結された複数本の掘削作業ロッドを互に平行に垂下し、
上記各掘削作業ロッドは、該ロッドの外周を囲み且つ３角カッターを放射状に突出するルーロー機構に基づく矩形孔掘削装置を１組又は複数組備え、
上記３角カッターの矩形孔掘削装置は、
上記掘削作業ロッドの外周面に固定された太陽歯車と、
上記太陽歯車を同心的に囲む内歯歯車であって、隣りの掘削作業ロッドの内歯歯車と連結された固定内歯歯車と、
上記３角カッターを放射状に突出する歯車であって、上記太陽歯車と内接してかみ合うと共に、上記内歯歯車と外接してかみ合う中間歯車と、
各部の寸法が、ルーロー機構の原理によりそれぞれ定められていることと、
から構成される、
回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を提案する。
【００１０】
又、本願第２発明は、
上記第１発明における各掘削作業ロッドの下端に通常の掘削ヘッドを設け、
上記３角カッターの矩形孔掘削装置を上記掘削ヘッドより上位に備えると共に、その掘削すべき矩形孔の一辺を、上記掘削ヘッドの掘削径以上の長さとした、
回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を提案する。
【００１１】
さらに、本願第３発明は、
上記第２発明の回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を使用し、
まず、上記下端の掘削ヘッドにより地盤に円形縦孔を掘削しつつ先行掘進し、
ついで、上記掘削ヘッドより上位にある上記３角カッターにより上記円形縦孔の外側地盤を矩形縦孔に拡大掘削しつつ後行掘進していく、
矩形縦孔掘削作業方法を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
本願第１発明の回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機は、掘削作業ロッドの外周面に太陽歯車を固定し、それを囲む固定内歯歯車、及び上記太陽歯車と内接かみ合いし上記内歯歯車と外接かみ合いする中間歯車を配置することにより、ルーロー機構に基づく極めてコンパクトな３角カッターの矩形孔掘削装置を提供することができることとなり、それにより掘削作業ロッドに上記コンパクトな矩形孔掘削装置を装備させた回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機を実現できたのである。又本願第１発明によれば、回転駆動装置に上端部を連結された１本の掘削作業ロッドを下端まで延長し、該掘削作業ロッドの外周面に太陽歯車を直接固定したから、回転駆動装置の動力を矩形孔掘削装置にロス無く直接伝達することができると共に、従来の回転掘削作業機をそのまま転用できる利点もえられるのである。
【００１３】
本願第２発明の回転ロッド型矩形縦孔掘削作業機は、その掘削作業ロッドの下端に通常の掘削ヘッドを設けると共に、その上位に３角カッターの矩形孔掘削装置を設けたから、３角カッターによる矩形孔掘削時には、下端の上記掘削ヘッドが、自から掘削した円形縦孔内にあって上記掘削作業ロッドを支えることとなるから、３角カッターによる硬質地盤での拡大矩形掘削又は高速掘削においても、掘削作業ロッドの振れを抑制して垂直掘進を可能にするのである。
【００１４】
本願第３発明の矩形縦孔掘削作業方法によれば、掘削ヘッドにより円形縦孔を掘削していく後から、３角カッターにより上記円形縦孔内から外側へ矩形に掘り拡げて矩形縦孔を形成していくから、３角カッターに加わる負荷が少くてすみ、それにより上記矩形縦孔掘削が容易に行えると共に、正確な矩形孔を形成することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本願各発明における「３角カッター」とは、回転方向に対し直角をなし、又は適宜角度で傾斜する翼、羽根、板等からなる３枚のカッターが上記中間歯車の中心から等角度間隔をあけて放射状に突出するものである。又、上記太陽歯車の中心及び中間歯車の中心を通る直線上に、３角カッターの１枚の羽根が位置するとき、上記直線が正方形掘削孔の一辺と平行関係にある。
【実施例】
【００１６】
第１発明の実施例
図１は、土留造成用３軸掘削撹拌機に実施した例で、ベースマシン（１）の前端部に垂直に起立支持されたマスト（２）の前側面に案内レール（３）、（３）を敷設し、該案内レール（３）、（３）に回転駆動装置（４）を上下摺動自在に係合すると共に、トップシーブ（５）から垂下された巻き上げワイヤロープ（６）により昇降自在に吊支し、この回転駆動装置（４）に内装されるモータから減速機を介して、隣り同志反対方向の回転が伝達される３本の出力軸（７）‥を該駆動装置（４）下面から並列状態に突出し、これら出力軸（７）‥に、ルーロー機構に基づく３角カッターの矩形孔掘削装置を備える掘削撹拌ロッド（８）‥を、互に平行状態で、各ロッド上端においてそれぞれ連結してある。
【００１７】
上記掘削撹拌ロッド（８）‥は、各ロッド下端に、３角掘削ヘッド（１０）‥を有する矩形孔掘削装置（９）‥をそれぞれ備え、その上方に３角カッター（１２）、（１２）、‥を有する２組の矩形孔掘削装置（１１）、（１１）、‥をそれぞれ適宜の上下間隔をあけて順次備え、さらに、それら矩形孔掘削装置（９）、（１１）、（１１）、‥の間のロッド外周面に撹拌羽根（１３）…（１３）…、‥をそれぞれ突設してある。
【００１８】
まず、上記１組の矩形孔掘削装置（１１）について詳述する。図２、３、４、５における最左端の装置（１１）についてみると、上端面中心にボス（１５）を有する下端開口の円筒状ケーシング（１４）を、該ボス（１５）において掘削撹拌ロッド（８）に対し同心的に、ベアリング（１６）、（１６）を介して回転自在に被嵌し、このケーシング（１４）内において、上記ロッド（８）の外周面に太陽歯車（１７）を固定すると共に、上記円筒状ケーシング（１４）の内周面に、内歯歯車（１８）を上記太陽歯車（１７）と同心的位置関係で形成し、その際上記ケーシング（１４）を、隣りのロッド（８）に同様に回転自在に被嵌されたケーシング（１４）と、図４、５に示すようにアーム（２１）、（２１）のフランジ継手により連結して固定し、それにより上記内歯歯車（１８）を固定内歯歯車とし、さらに上記ロッド（８）より大径で、上記ケーシング（１４）より小径の円筒体（２０）を用意し、その上部内周面に形成された内歯と、その上部外周面に形成された外歯とで環状の内外歯つき中間歯車（１９）を形成し、この環状中間歯車（１９）を、その内歯により太陽歯車（１７）に内接状態でかみ合わせると共に、その外歯により固定内歯歯車（１８）と外接状態でかみ合わせてある。
【００１９】
上記中間歯車（１９）のかみ合い状態を保持するため、上記円筒体（２０）の上下両端部内周面とロッド（８）の外周面との間に、特に図５及び図３に示すように、円板であって、その中心から適宜偏心位置に軸孔（２４）、（２５）を有する偏心案内板（２２）、（２３）を、その軸孔（２４）、（２５）を上記ロッド（８）に被嵌し、その外周面を上記円筒体（２０）内周面に嵌合した状態で、それぞれ回転自在に係合してある。
【００２０】
さらに、上記円筒体（２０）の中間部外周面と上記ケーシング（１４）の内周面との間には、図３に示すように円板であって、その中心から適宜偏心位置に軸孔（２７）を有する偏心案内板（２６）を、その軸孔（２７）を上記円筒体（２０）に被嵌し、その外周面を上記ケーシング（１４）内周面に嵌合した状態で、回転自在に係合してある。
【００２１】
上記のように係合支持された円筒体（２０）の下端部外周面に、３角カッター（１２）の３枚の羽根を互に１２０度の角度間隔をあけて放射状に突設してある。その場合３角カッター（１２）の１枚の羽根を、円筒体（２０）の中心から偏心軸孔（２５）の中心（すなわちロッド（８）の中心）を通る線上に位置させ、これを正方形掘削孔の一辺と平行させる。
【００２２】
上記のような構成において、ルーロー機構の原則に基づく各部の寸法は次のようである。
掘削すべき正方形孔の一辺＝ａ
掘削撹拌ロッド（８）の中心に対する円筒体（２０）中心の偏心量＝ｒ（図３）
とすると、ｒ≦（１／√３−０．５）ａ＝０．０７７４ａとして、
３角カッター（１２）の各羽根の長さ＝０．５ａ＋ｒ
太陽歯車（１７）の直径＜０．３ａ
中間歯車（１９）の直径＝６ｒ
固定内歯歯車（１８）の直径＝４／３中間歯車の直径＝８ｒ
このようにすれば、ルーロー機構の原理に従い、３角カッター（１２）が自転を１回する間に逆方向に公転を３回することになる。
【００２３】
３本の掘削撹拌ロッド（８）‥のうちの両側のロッドの矩形孔掘削装置（１１）、（１１）は全く同一構造である。中間ロッド（８）の装置（１１）も実質的に同一であるが、上記両側の装置（１１）、（１１）の構造を１８０度回転させた対称構造とし、又３角カッター（１２）を両側ロッドのそれよりも若干下位に段違いに位置させている。
【００２４】
次に、ロッド（８）‥下端に備えた矩形孔掘削装置（９）‥は、図６に示すように上記装置（１１）‥と実質的には同一であるが、掘削撹拌ロッド（８）‥をケーシング（１４）内から下方へ突出させず、それに代えて、円筒体（２０）‥の開口下端を端板（２８）により閉塞し、該端板（２８）の中心位置にヘッドロッド（２９）‥を突設し、各ヘッドロッド（２９）‥に、ルーロー回転を行う３枚羽根の３角掘削ヘッド（１０）‥をそれぞれ放射状に突設してある。
【００２５】
なお、掘削撹拌ロッド（８）‥内に縦通されたセメントミルク等の固化液供給管は、上記下段の装置（９）‥のやや上部においてロッド（８）‥外へ引き出し、該引出し供給管（３０）‥を上記装置（９）‥に沿って３角掘削ヘッド（１０）‥側へ延長してある。
【００２６】
上例の作用は次のようである。回転駆動装置（４）の始動により掘削撹拌ロッド（８）‥を回転させると、各ロッド（８）‥の下端の３角掘削ヘッド（１０）‥及びその上位の３角カッター（１２）‥、（１２）‥が自転しつつ公転を開始する。
【００２７】
そこで、まず下端の３角掘削ヘッド（１０）‥により地盤に掘進し、それにより図３仮想線で示すように互に隣り同士一部ラップする３本のほぼ正方形縦孔（ｈ）‥が連なった長方形縦孔を掘削しつつ、供給管（３０）‥よりセメントミルクを注入し、ついで、次の撹拌羽根（１３）…、（１３）…、（１３）…により掘削土砂を撹拌すると共に、掘削土砂とセメントミルクを混合してソイルセメントを形成する。
【００２８】
さらに、次の３角カッター（１２）‥の回転により、上記３角掘削ヘッド（１０）‥により掘削された矩形縦孔内を同じく矩形掘削して均整な矩形縦孔に修正していき、以下同様に次の撹拌羽根（１３）…、（１３）…、（１３）…による撹拌混合、ついで次の３角カッター（１２）‥による修正矩形掘削を行い、最終的に３本の正方形縦孔が連続した長方形縦孔を形成し、その内部にソイルセメントからなる地中連続壁を造成する。
【００２９】
第２発明の実施例
図７に示す実施例は、上記第１発明の実施例における図１、６に示す掘削撹拌ロッド（８）‥下端の矩形孔掘削装置（９）‥及びルーロー回転を行う掘削ヘッド（１０）‥を除き、それに代え掘削撹拌ロッド（８ａ）‥の下端にヘッドロッド（２９ａ）‥をそれぞれ接続し、各ヘッドロッド（２９ａ）‥の下端部に、通常の円形掘削を行う掘削ヘッド（１０ａ）‥をそれぞれ設けると共に、該掘削ヘッド（１０ａ）‥の上位にある３角カッター（１２ａ）‥が掘削する正方形孔の一辺が、上記掘削ヘッド（１０ａ）‥の掘削径よりも長くしてあり、さらに撹拌羽根（１３ａ）…、（１３ａ）…、（１３ａ）…を上記装置（１１ａ）‥と（１１ａ）‥の間のロッド（８ａ）‥にのみ設け、他の構造は図１〜５と実質的に同一である。
【００３０】
なお、セメントミルク等固化液供給管は、上記掘削撹拌ロッド（８ａ）‥ついでヘッドロッド（２９ａ）‥に縦通し、該ヘッドロッド（２９ａ）‥下端に固化液吐出口を設けてある。
【００３１】
回転駆動装置の始動により掘削撹拌ロッド（８ａ）‥を回転させると、各ロッド（８ａ）‥下端の掘削ヘッド（１０ａ）‥は通常回転を、その上位の３角カッター（１２ａ）（１２ａ）、‥は自転と公転を開始する。
【００３２】
そこで、下端の掘削ヘッド（１０ａ）‥により地盤に３本の円形縦孔を掘削しつつヘッドロッド（２９ａ）‥下端の吐出口からセメントミルクを注入していき、ついで次の３角カッター（１２ａ）‥により上記円形縦孔の外側地盤を一部ラップする正方形縦孔に拡大掘削し、その際上記下端の掘削ヘッド（１０ａ）‥が自ら掘削した円形縦孔内にあって、掘削撹拌ロッド（８ａ）‥を支えて、該ロッド（８ａ）‥の振れを抑制し、それにより垂直掘進に導く。
【００３３】
次に、撹拌羽根（１３ａ）…、‥により掘削土砂の撹拌及び掘削土砂とセメントミルクを混合してソイルセメントを形成し、ついで次の３角カッター（１２ａ）…により正方形縦孔の修正掘削を行い、連続したソイルセメントの地中連続壁を造成する。
【００３４】
第３発明の実施例
上記第２発明による図７の矩形縦孔掘削機を使用し、上述のように下端の掘削ヘッド（１０ａ）‥により３本の円形縦孔を先行掘削しつつセメントミルクを注入し、ついで３角カッター（１２ａ）‥により上記円形縦孔径よりも一辺の長さが長い正方形縦孔を拡大掘削していく。その際予め円形縦孔を掘削した後、該円形縦孔内から外側方へ正方形縦孔を拡大掘削していくから、３角カッターに加わる負荷を低下させることができ、それにより所望の正方形縦孔を確実に形成することができる。
【００３５】
以下、上述のように撹拌羽根（１３ａ）…、‥による掘削土砂の撹拌及び土砂とセメントミルクの混合、次の３角カッター（１２ａ）‥による修正掘削を行い、ソイルセメントによる地中連続壁を造成する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（イ）本願第１発明による矩形縦孔掘削機の正面図である。（ロ）同上側面図である。
【図２】図１における矩形孔掘削装置部分の拡大縦断正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線一部省略断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線一部省略断面図である。
【図６】３角掘削ヘッド及びその矩形孔掘削装置部分の一部縦断正面図である。
【図７】本願第２発明による矩形縦孔掘削機の要部の正面図である。
【符号の説明】
【００３７】
２  マスト
４  回転駆動装置
８、８ａ  掘削撹拌ロッド
９、１１、１１ａ  矩形孔掘削装置
１０  ３角掘削ヘッド
１０ａ  通常掘削ヘッド
１２、１２ａ  ３角カッター
１７  太陽歯車
１８  固定内歯歯車
１９  中間歯車
【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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