(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削ロッドの下端に連結されて掘削地盤を撹拌する撹拌ヘッドの薬液吐出口を切換る装置であって、
前記撹拌ヘッドのヘッド本体は、その内部で軸方向に延びる薬液供給路を有するとともに、この薬液供給路は、前記ヘッド本体の側面に開口する上部吐出口へと延びる第１の流路と、前記ヘッド本体の下端に開口する下部吐出口へと延びる第２の流路とに分岐し、
前記ヘッド本体のうち前記上部吐出口が設けられている部分には、その外周に撹拌翼が突設されている筒状の昇降部材が一体回転可能にかつ上下方向に摺動可能に外嵌され、
前記薬液供給路が分岐する部分には、前記薬液供給路を前記第１の流路には連通させるが前記第２の流路との連通は遮断する第１の状態と、前記薬液供給路を前記第２の流路には連通させるが前記第１の流路との連通は遮断する第２の状態とを取り得る切換弁が設けられ、
前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには前記切換弁が前記第２の状態を取り、かつ相対的に下降したときには前記切換弁が前記第１の状態を取るように前記切換弁を作動させる切換弁作動手段を備えていることを特徴とする撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置。
【請求項２】
前記切換弁は、前記薬液供給路を横切る水平軸状に形成されてその軸線の回りに回転可能に前記ヘッド本体に嵌装され、かつ前記第１の状態において前記薬液供給路と前記第１の流路とを連通させる流路と、前記第２の状態において前記薬液供給路と前記第２の流路とを連通させる流路とがそれぞれ貫設されており、
前記切換弁作動手段は、前記切換弁の端部に設けられたピニオンと噛み合う、前記昇降部材の内面に設けられて上下方向に延びるラックを有し、
前記ラックは、前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには前記切換弁が一方に回転して前記第２の状態を取り、かつ相対的に下降したときには前記切換弁が他方に回転して前記第１の状態を取るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置。
【請求項３】
前記切換弁は、前記第１および第２の流路内にそれぞれ設けられたシートに密着して前記第１および第２の流路を閉じる、バネ付勢により前記第１の流路を閉じる第１の弁部材とバネ付勢により前記第２の流路を開く第２の弁部材とを有し、
前記切換弁作動手段は、
前記昇降部材の内面に設けられた作動カム部と、
この作動カム部により押動される、前記第１の弁部材に設けられた第１のカム部と、
前記作動カム部により前記第１の弁部材が押動されたときに前記第２の弁部材を押動する、前記第１の弁部材に設けられた第２のカム部と、を有し、
前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには、前記作動カム部が前記第１のカム部を押動せず、かつ前記第２のカム部が前記第２の弁部材を押動せず、前記第１および第２の弁部材が前記第２の状態を取り、
かつ前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に下降したときには、前記作動カム部がバネ付勢に抗して前記第１のカム部を押動するとともに前記第２のカム部が前記第２の弁部材を押動して前記第１および第２の弁部材が前記第１の状態を取るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削ロッドの下端に接続して地盤を掘削しつつ薬液を注入し、この薬液と掘削土砂とを混合撹拌して地盤の改良等を行うための撹拌ヘッドに係り、特に薬液の吐出口を切換えるための薬液吐出口切換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来上記のような薬液吐出口を切換えることができるようにした撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置として、特公平６−３９７７９号公報に記載のものがある。
【０００３】
この公報に記載の装置は、外周にスクリュー翼を有する中空撹拌軸に注入軸を上下動自在に取付け、この注入軸の上下部に注入材吐出口が設けられ、注入軸の上下動により各吐出口への連通状態を切換えるようになされたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記従来の装置では、注入軸が重量物であるため地盤が非常に軟弱な場合は掘削時に注入軸が自重により下降して吐出口が切換ってしまうおそれがあり、したがって地盤が軟弱であると下部の吐出口への切換えは殆んど期待することができず、信頼性に欠けるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、先端地盤の硬軟にかかわらず掘削ロッドの上下動に応じて自動的に所定の吐出口からの薬液の吐出に切換えることができ、地盤改良の信頼性を著しく高めることを可能とする撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置を提供することを課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として本発明は、掘削ロッドの下端に連結されて掘削地盤を撹拌する撹拌ヘッドの薬液吐出口を切換る装置であって、
前記撹拌ヘッドのヘッド本体は、その内部で軸方向に延びる薬液供給路を有するとともに、この薬液供給路は、前記ヘッド本体の側面に開口する上部吐出口へと延びる第１の流路と、前記ヘッド本体の下端に開口する下部吐出口へと延びる第２の流路とに分岐し、
前記ヘッド本体のうち前記上部吐出口(7)が設けられている部分には、その外周に撹拌翼が突設されている筒状の昇降部材が一体回転可能にかつ上下方向に摺動可能に外嵌され、
前記薬液供給路が分岐する部分には、前記薬液供給路を前記第１の流路には連通させるが前記第２の流路との連通は遮断する第１の状態と、前記薬液供給路を前記第２の流路には連通させるが前記第１の流路との連通は遮断する第２の状態とを取り得る切換弁が設けられ、
前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには前記切換弁が前記第２の状態を取り、かつ相対的に下降したときには前記切換弁が前記第１の状態を取るように前記切換弁を作動させる切換弁作動手段を備えていることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載した撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置は、
前記切換弁が、前記薬液供給路を横切る水平軸状に形成されてその軸線の回りに回転可能に前記ヘッド本体に嵌装され、かつ前記第１の状態において前記薬液供給路と前記第１の流路とを連通させる流路と、前記第２の状態において前記薬液供給路と前記第２の流路とを連通させる流路とがそれぞれ貫設されており、
前記切換弁作動手段は、前記切換弁の端部に設けられたピニオンと噛み合う、前記昇降部材の内面に設けられて上下方向に延びるラックを有し、
前記ラックは、前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには前記切換弁が一方に回転して前記第２の状態を取り、かつ相対的に下降したときには前記切換弁が他方に回転して前記第１の状態を取るように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に記載した撹拌ヘッドの薬液吐出口切換装置においては、
前記切換弁が、前記第１および第２の流路内にそれぞれ設けられたシートに密着して前記第１および第２の流路を閉じる、バネ付勢により前記第１の流路を閉じる第１の弁部材とバネ付勢により前記第２の流路を開く第２の弁部材とを有し、
前記切換弁作動手段が、
前記昇降部材の内面に設けられた作動カム部と、
この作動カム部により押動される、前記第１の弁部材に設けられた第１のカム部と、
前記作動カム部により前記第１の弁部材が押動されたときに前記第２の弁部材を押動する、前記第１の弁部材に設けられた第２のカム部と、を有し、
前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に上昇したときには、前記作動カム部が前記第１のカム部を押動せず、かつ前記第２のカム部が前記第２の弁部材を押動せず、前記第１および第２の弁部材が前記第２の状態を取り、
かつ前記昇降部材が前記ヘッド本体に対し相対的に下降したときには、前記作動カム部がバネ付勢に抗して前記第１のカム部を押動するとともに前記第２のカム部が前記第２の弁部材を押動して前記第１および第２の弁部材が前記第１の状態を取るように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明を適用した撹拌ヘッドの全体の正面図を示し、この撹拌ヘッドのヘッド本体１は中空状のもので、上端には図示しない掘削ロッドの下端の継手部（雌継手）に嵌合して不回転に接続される多角形状の継手部２（雄継手）が設けられ、下端には掘削刃３が、その上方部には適当数のビット４，４が設けられており、ヘッド本体１の外周部の途中域には複数段の撹拌翼５，５が水平方向に突設されている。
【００１１】
また前記ヘッド本体１内には、掘削ロッドの薬液供給路に連通する薬液供給路６が設けられ、前記継手部２の下方位置の側部には上部吐出口７が、ヘッド本体１の下端には下部吐出口８がそれぞれ設けられている。
【００１２】
上記上部吐出口７の位置には、前記薬液供給路６を上部吐出口７または下部吐出口８に選択的に連通状態を切換える薬液吐出口切換装置１０が設けられている。
【００１３】
図３（Ａ），（Ｂ）および図４は上記薬液吐出口切換機構１０の一実施形態を示すもので、前記薬液供給路６と交差して回転可能に設けられた切換弁部材１１を有し、この切換弁部材１１はその軸線に対し直交する流路１２が形成されており、この流路１２は前記薬液供給路６とその下方の下部吐出口８へ連なる流路６ａとの各端部に密接して両流路６，６ａを連通させ上部吐出口７側へは遮断する位置と、上記流路１２が前記薬液供給路６と交差して下方の流路６ａを遮断しかつ上部吐出口７へは連通させる位置とをとり得る通路構造とされている。
【００１４】
具体的には、切換弁部材１１の直径方向に貫通して設けられ端部が薬液供給路６および下部の流路６ａの各端部に整合して密接し得る筒状部材１３と、この筒状部材１３の周囲をとり囲むように形成され上部吐出口７への通路１４に連通する流路室１５とで構成され、切換弁部材１１が９０゜回転したとき薬液供給路６の端部に面する外面に該薬液供給路６と流路室１５とを連通する通孔１６が開口された構造とされている。
【００１５】
前記切換弁部材１１が設けられる位置のヘッド本体１の外周には円筒状の昇降部材１７が上下方向に可及的密に昇降自在に嵌合され、この昇降部材１７の外周には撹拌翼１８（図１示）が水平方向に突設されている。
【００１６】
上記昇降部材１７の内面には上下方向にラック１９が設けられており、このラック１９に前記切換弁部材１１の端部に固着のピニオン２０が噛合され、昇降部材１７がヘッド本体１に対し相対的に上下動することによりラック１９、ピニオン２０を介し切換弁部材１１が９０゜の回転角度範囲にわたり回転されるようになっている。
【００１７】
上記昇降部材１７の前記ラック１９とは反対側の側面には、上部吐出口７に連通されかつ昇降部材１７がヘッド本体１に対し相対的に下降した位置におかれたとき、すなわち切換弁部材１１の流路室１５が上部吐出口７に連通するとき該上部吐出口７に正対する位置に薬液吐出口２１が形成されている。
【００１８】
なお上記昇降部材１７はラック１９とピニオン２０との噛合によりヘッド本体１に対し不回転となっているが、他にキー等を付設して不回転を保証するようにしてもよい。図中２２は昇降部材１７を上昇させるときの補助用スプリングである。
【００１９】
前記上部吐出口７には、図４に示すように２枚のゴム板等の弾性体からなる弁板２３，２３が突き合わせ状に設けられており、上部吐出口７内からの流体圧力により外方へ観音開き状に押し開かれて薬液が吐出し、吐出しないときは弾性により閉じ合わされて土砂が侵入しないようになっている。なお下部吐出口８についても図示していないが上記と同様な構成がとられる。
【００２０】
次に上記実施形態の作用を説明する。
【００２１】
図示しない掘削ロッドの下端に撹拌ヘッドのヘッド本体１の上端の継手部２を接続したのち掘削ロッドを回転させつつ地盤を掘削して撹拌ヘッドを地中に圧入して行く。
【００２２】
撹拌ヘッドの圧入に伴い、昇降部材１７はその外周の撹拌翼１８の下面が受ける土圧によりヘッド本体１に対し相対的に上昇し、これによりラック１９を介してピニオン２０を回転させ、その筒状部材１３が直立状態となって薬液供給路６と下部の流路６ａとを連通状態とし、上部吐出口７への流路１４は遮断される（図３（Ａ）示）。これにより薬液供給路６に水等の掘削液を供給すれば、これが下端の下部吐出口８から地中に噴射されて効率的に掘削が行なわれる。
【００２３】
掘削ロッドの引抜き時には、昇降部材１７の撹拌翼１８の上面に土圧を受けるのでヘッド本体１に対し相対的に下降し、これによりラック１９がピニオン２０を回転させて切換弁部材１１を９０゜回転させ、その筒状部材１３が水平状態となってその両端が閉鎖され、薬液供給路６に流路室１５が連通して流路１４を通じ上部吐出口７に連通する状態となる（図３（Ｂ）示）。
【００２４】
その後薬液供給路６にセメントミルク等の凝固材を供給すれば、これが上部吐出口７から地中に噴射されて撹拌翼５，５…により凝固材と掘削土砂との混合撹拌が効率的に行なわれ、改良柱体を地中に造成することができる。
【００２５】
図５（Ａ），（Ｂ）および図６は薬液吐出口切換機構１０の他の実施形態を示すもので、この実施形態における切換弁部材は、前記ヘッド本体１内の薬液供給路６を横切り該供給路６を前記上部吐出口７および下部吐出口８に連通するように設けられた流路２４内に設けられ、前記上部吐出口７を開閉する第１弁部材２５，２５と、前記下部吐出口８への流路６ａを開閉する第２弁部材２６とで構成されている。
【００２６】
前記第１弁部材２５，２５は左右一対として設けられ、上部吐出口７の開口縁に形成されたシート２７に密着したとき上部吐出口７が閉鎖され、押込まれて離間したとき開口されるようになっており、常時は第１弁部材２５とシート２７の内端との間の弁軸２８に嵌挿されたバネ２９による付勢によって閉弁状態におかれるようになっている。
【００２７】
またこのシート２７，２７部分と昇降部材１７の内面との間には周方向に空間２４ａが形成されており、両第１弁部材２５，２５の外部間が連通状態におかれている。
【００２８】
前記第１弁部材２５の弁軸２８の内端にはカム部材３０，３０が固着されており、このカム部材３０の下向きに傾斜するカム面３０ａに第２弁部材２６の上部の円弧状凸部からなるカム部２６ａが当接され、上記カム部材３０が押込まれたとき第２弁部材２６が押し下げられるようになっている。
【００２９】
上記第２弁部材２６は、下部吐出口８への流路６ａの上端部に設けられたシート３１に密接したとき流路６ａが閉鎖され、離間したとき開通するようになされており、この第２弁部材２６とシート３１の内端との間の弁軸３２に嵌挿されたバネ３３による付勢により常時開弁状態におかれるようになっている。
【００３０】
一方、前記昇降部材１７の内面には、前記第１弁部材２５，２５の先端に側面視円弧状を有し平板材からなる突部３４が当る作動カム部が形成されている。
【００３１】
この作動カム部は、昇降部材１７がヘッド本体１に対し相対的に上昇したとき前記第１弁部材２５の突部３４が落ち込む閉弁用カム部３５と、このカム部３５の上部に形成され第１弁部材２５の突部３４を押し込む開弁用カム部３６とからなり、これらカム部３５，３６は前記突部３４が嵌入する溝構造とされていて、この溝に嵌入している突部３４を介して昇降部材１７の回り止めとされている。上記昇降部材１７の側面に開口する薬液吐出口２１は、前記作動カム部３５，３６を設ける関係から中央部上下方向に仕切り３７が設けられ、この仕切り３７の内面側に前記閉弁用および開弁用のカム部３５，３６を設けるようにしている。
【００３２】
次に上記実施形態の作用を説明する。
【００３３】
図示しない掘削ロッドの下端に撹拌ヘッドのヘッド本体１を接続し、掘削ロッドを回転させつつ地盤を掘削して撹拌ヘッドを地中に圧入して行く。
【００３４】
撹拌ヘッドの圧入により昇降部材１７はその外周の撹拌翼１８の下面が土圧を受けることによりヘッド本体１に対し相対的に上昇して最上昇位置に至ると第１弁部材２５，２５の突部３４，３４が昇降部材１７に設けられている閉弁用カム部３５に落ち込み、バネ２９の付勢により第１弁部材２５が突出方向に移動してシート２７に密着し、これにより上部吐出口７が閉じられる。
【００３５】
これと同時に第１弁部材２５，２５の移動に伴ってそのカム部材３０，３０も相互に離反するのでその移動につれて第２弁部材２６がバネ３３の付勢により上昇し、下部吐出口８への流路６ａを開放する（図５（Ａ）示）。
【００３６】
これにより薬液供給路６に水等の掘削液を供給すれば、下端の下部吐出口８から地中に噴射されて掘削を良好にする。
【００３７】
掘削ロッドの引抜き時には、昇降部材１７の撹拌翼１８の上面に土圧を受けるのでヘッド本体１に対し相対的に下降し、これにより第１弁部材２５，２５の突部３４，３４は昇降部材１７の開弁用カム部３６，３６により押されて第１弁部材２５，２５がシート２７，２７から離間し、上部吐出口７を開口する。
【００３８】
これと同時にカム部材３０，３０も相互に接近するので、そのカム面３０ａ，３０ａにより第２弁部材２６がバネ３３に抗して押し下げられ、下部吐出口８への流路６ａを閉じる（図５（Ｂ）示）。
【００３９】
これにより薬液供給路６にセメントミルク等の凝固材を供給すれば、これが上部吐出口７から地中に噴射されて撹拌翼５，５…により掘削土砂と凝固材とが混合撹拌され、改良柱体を地中に造成することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、撹拌ヘッドの上部および下部の吐出口からの薬液の吐出の切換えをヘッド本体の上下動に応じて自動的かつ確実に行なうことができ、特にヘッド本体に比較的軽量な昇降部材を上下方向摺動自在に嵌合し、この昇降部材が受ける土圧により昇降して吐出口の切換えを行なうようにしたことにより切換作動時における昇降部材の作動性がよく、また掘削ロッドが上下動しない限り切換機構の抵抗により容易に切換ってしまうことがないなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した撹拌ヘッドの一例を示す正面図。
【図２】  同、下面図。
【図３】  （Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施形態を示し、（Ａ）は下部吐出口開弁時、（Ｂ）は上部吐出口開弁時の状態を示す断面図。
【図４】  図３（Ａ）のＡ矢視図。
【図５】  （Ａ），（Ｂ）は本発明の他の実施形態を示し、（Ａ）は下部吐出口開弁時、（Ｂ）は上部吐出口開弁時の状態を示す断面図。
【図６】  図５（Ａ）のＢ矢視図。
【符号の説明】
１  ヘッド本体
５  撹拌翼
６  薬液供給路
７  上部吐出口
８  下部吐出口
１０  薬液吐出口切換装置
１１  切換弁部材
１３  筒状部材
１７  昇降部材
１８  撹拌翼
１９  ラック
２０  ピニオン
２１  薬液吐出口
２５  第１弁部材
２６  第２弁部材
３０  カム部材（第２のカム部）
３４  突部（第１のカム部）
３５  閉弁用カム部
３６  開弁用カム部（作動カム部）
【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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