(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削爪と、該掘削爪を着脱自在に保持する爪保持部とを備え、地盤を掘削する掘削装置であって、
前記掘削爪及び前記爪保持部のうちの一方に接続軸を設け、他方に前記接続軸が挿入されるとともに前期接続軸に対応した形状で、挿入された接続軸が回転不可となるように嵌合する嵌合孔を設け、
前記接続軸は、前記嵌合孔に対して軸回りに回転された複数の異なる角度で前記嵌合孔に嵌合可能とされ、
前記嵌合孔に対する接続軸の角度を変更して嵌合することにより、地盤の状況に応じて掘削爪の角度を変えられることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
先端にオーガヘッドを備えたオーガを有し，前記オーガヘッドに前記爪保持部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】
前記掘削爪の中心線に対して、この接続爪に設けられた接続軸もしくは嵌合孔の中心線が斜めに傾いていることを特徴とする請求項１または２記載の掘削装置。
【請求項４】
前記爪保持部は、互いに同形状の前記接続軸もしくは互いに同形状の前記嵌合孔を持つ複数種類の掘削爪を着脱自在とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の掘削装置。
【請求項５】
前記接続軸の断面形状は、三角形以上の複数の同形状の正多角形を互いに中心位置を合わせるとともに互いに角度をずらして重ね合わせることにより、外周部に各正多角形の各角に対応する略三角形状の凸部を形成した形状とされていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の掘削装置。
【請求項６】
前記接続軸の断面形状は、三角形以上の複数の同形状の正多角形を互いに中心位置を合わせるとともに互いに角度をずらして重ね合わせることにより、外周部に各正多角形の各角に対応する略三角形状の凸部を形成した形状における前記凸部を変形したものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の掘削装置。
【請求項７】
前記接続軸の断面形状が、前記外周部の前記凸部のうちの一部の凸部を取り除いた形状となっていることを特徴とする請求項５または６記載の掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削する掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、硬質地盤を掘削して縦穴を形成する掘削装置として、例えばアースオーガが知られている。このアースオーガに設けられているオーガスクリューの先端部には、硬質地盤を掘削するオーガヘッドが接続されており、オーガヘッドには掘削爪が接続されている。
この掘削爪とオーガヘッドの接続構造としては、掘削爪を直接オーガヘッドに溶接固定する溶接式と、爪保持部としてのホルダをオーガヘッドに溶接固定し、固定された該ホルダに掘削爪を着脱自在に保持させる着脱式とが知られている。
着脱式の掘削爪とそのホルダの接続構造としては、例えば、掘削爪に設けた接続軸を、この接続軸を収納可能にホルダに形成された凹状の軸収納部に挿入して接続する挿入式のものや、掘削爪をホルダにボルトで接続するボルト式のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
挿入式の例として、接続軸の先端に回転止めのための爪を設け、該爪をホルダの軸収納部に設けられた爪受け部と噛み合わせることによって、掘削時にかかる荷重によって生じる掘削爪の回転を規制するものがある。しかしながら、このような掘削爪とホルダは構造が複雑となり、また掘削軸の回転を一つの爪で受けるために該爪の欠損を起こしやすいという問題があった。
挿入式の他の例として、掘削爪の接続軸が、ある特定の位置関係においてのみホルダの軸収納部に挿入できるように形成したものがある。つまり、接続軸の断面を例えば略長方形に形成し、また軸収納部も略長方形に形成することにより、接続軸が軸収納部に挿入された状態では回転できないように形成したものがある。しかしながら、略長方形では、ねじり強度が充分ではなかった。また、掘削爪はある特定の向きでしかホルダに挿入できないため、地盤の硬度等の性質に応じて掘削爪の地盤に対する角度等を変えるためには、異なる掘削爪を用いる必要があった。
挿入式のさらに他の例として、掘削爪の接続軸を、例えば正六角形等の正多角形に形成したものがあるが、ねじり強度が充分ではなかった。
なお、ねじり強度を高める方法として、接続軸断面の一辺を長くして軸収納部の内面に接触する部分の面積を大きくすることや、接続軸を長く形成することが考えられる。しかしながら、この場合、掘削爪及びホルダが大きく、かつ重くなってしまい、例えば、掘削爪の交換時やホルダの溶接固定時等に作業員に過度の負担がかかることになる。
また、ボルト式では、形状が複雑になってしまうということに加え、掘削爪の取り付け及び取り外しの度に、ボルト締め外ししなければならないため、作業性が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、形状が単純かつ接続が簡易で、掘削刃の切れ味や爪保持部の磨耗度を用途に応じて変えることができる、掘削爪と該掘削爪を着脱自在に保持する爪保持部とを備えた、掘削装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、例えば図１及び図７に示すように、
掘削爪と、該掘削爪を着脱自在に保持する爪保持部（ホルダ4）とを備え、地盤を掘削する掘削装置であって、
前記掘削爪及び前記爪保持部のうちの一方に接続軸を設け、他方に前記接続軸が挿入されるとともに前期接続軸に対応した形状で、挿入された接続軸が回転不可となるように嵌合する嵌合孔を設け、
前記接続軸は、前記嵌合孔に対して軸回りに回転された複数の異なる角度で前記嵌合孔に嵌合可能とされ、
前記嵌合孔に対する接続軸の角度を変更して嵌合することにより、地盤の状況に応じて掘削爪の角度を変えられることを特徴としている。
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、前記接続軸は、該接続軸の断面の外接円の中心点を軸として回転させてずらした複数種類の配置において、前記嵌合孔に嵌合可能とされているので、前記掘削爪はその配置を変えて前記爪保持部に接続することができる。よって、地盤の状況に応じて掘削爪の角度を変えられるので、掘削爪の切れ味を変えることが出来る。
つまり、掘削爪の角度を変えることによって、掘削爪本体の頂点から掘削爪本体の掘削時における外側の端部までの距離Ｌ２を変えることができる。このＬ２の値が小さいと、掘削爪の切れ味は高まるが、掘削爪にかかるモーメントは大きくなり掘削爪と爪保持部の接続部にかかる荷重が偏るため、掘削爪の欠損等が起こり易くなる。一方、Ｌ２の値が大きいと、掘削爪の切れ味は特に高まりはしないものの、掘削爪にかかるモーメントが小さく、掘削爪と爪保持部の接続部にかかる荷重が分散されるため、掘削爪の欠損等が起き難い。
さらに、掘削爪の角度を変えることによって、掘削軸の中心線から掘削爪本体の掘削軸における外側端部までの距離Ｘの、爪保持部の半径Ｒに対する大きさを変えることができる。ＸがＲより小さいと、掘削時において、爪保持部の掘削方向前端が掘削爪の爪掘削範囲の外側を通り、直接掘削地盤に接触するため、該前端が磨耗してしまう。しかし、ＸがＲよりも大きいと、爪保持部の該前端部は掘削爪の爪掘削範囲の内側を通り、直接地盤接触しないため、該前端部の磨耗が軽減され爪保持部の損傷を減らすことができる。このようにして、爪保持部にかかる負担、特に磨耗度を変えることができる。
このように掘削爪の切れ味及び爪保持部の磨耗度を変えて用いることができるため、同一の掘削爪を、複数種類の掘削地盤の状況に対応させて使うことができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の掘削装置において、先端にオーガヘッドを備えたオーガを有し，前記オーガヘッドに前記爪保持部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の掘削装置において、前記掘削爪の中心線に対して、この接続爪に設けられた接続軸もしくは嵌合孔の中心線が斜めに傾いていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、前記掘削爪の中心線に対して、この接続爪に設けられた接続軸もしくは嵌合孔の中心線が斜めに傾いているので、掘削時において、爪保持部を掘削爪の爪掘削範囲内に配置することができる。
つまり、この接続爪に設けられた接続軸もしくは嵌合孔の中心線が傾いていないと、掘削時において、爪保持部の回転方向における後端部は、例えばオーガヘッドの回転等の掘削装置の作動によって、掘削爪が掘削して描く円状等である爪掘削範囲の外側を通ることになる。すると、爪保持部の該後端部が直接地盤に接触し、掘削において抵抗となる上に、爪保持部が磨耗してしまうという問題があった。接続軸の中心線を傾けることによって、爪保持部が地盤に直接接触することを防ぎ、このような問題を解決することが出来る。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の掘削装置において、
前記爪保持部は、互いに同形状の前記接続軸もしくは互いに同形状の前記嵌合孔を持つ複数種類の掘削爪を着脱自在とされていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明によれば、前記爪保持部は、互いに同形状の前記接続軸もしくは互いに同形状の前記嵌合孔を持つ複数種類の掘削爪を着脱自在とされているので、掘削爪の種類を変えるために爪保持部をつけかえる必要が無く、広い範囲の掘削地盤に対して簡単に対応することができる。つまり、掘削爪の角度を変えただけでは、掘削爪の切れ味を左右するＬ２及び爪保持部の磨耗度を左右するＸの変え得る範囲は限られているが、複数種類の掘削爪を付け替えて用いることによってより多くの種類の地盤に対応することができ、本発明によれば、この複数種類の掘削爪の付け替えを簡易に行うことができる。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の掘削装置において、
前記接続軸の断面形状は、三角形以上の複数の同形状の正多角形を互いに中心位置を合わせるとともに互いに角度をずらして重ね合わせることにより、外周部に各正多角形の各角に対応する略三角形状の凸部を形成した形状とされていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５記載の発明によれば、接続軸の断面形状は、三角形以上の複数の同形状の正多角形を互いに中心位置を合わせるとともに互いに角度をずらして重ね合わせることにより、外周部に各正多角形の各角に対応する略三角形状の凸部が形成された形状であるので、接続軸の嵌合孔内面への接触部分、すなわち回転規制部の数を多くすることができるとともに、接続軸の寸法を大きくすることなく接続軸の極断面係数を大きくできるため、接続軸のねじり強度を高めて接続軸自体の強度を高めることができる。また、例えば前記複数の正多角形を等角度ずらして重ね合わせた場合には、接続軸の外周部に前記凸部が等間隔に配置されるので、接続軸にかかる回転を満遍なく分散できる。
従って、取り付けが容易な挿入式の掘削爪において、掘削時にかかる荷重によって生じる掘削爪の回転を効率的に規制することができる。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の掘削装置において、
前記接続軸の断面形状は、三角形以上の複数の同形状の正多角形を互いに中心位置を合わせるとともに互いに角度をずらして重ね合わせることにより、外周部に各正多角形の各角に対応する略三角形状の凸部を形成した形状における前記凸部を変形したものであることを特徴としている。
【００１６】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明と同等の効果を得ることができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の掘削装置において、
前記接続軸の断面形状が、前記外周部の前記凸部のうちの一部の凸部を取り除いた形状となっていることを特徴としている。
【００１８】
請求項７記載の発明によれば、接続軸の断面形状が、外周部の凸部のうちの一部の凸部を取り除いた形状となっていても、回転規制部の数を十分に多くすることができ、従って、掘削時にかかる荷重によって生じる掘削爪の回転を効率的に規制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、構成を説明する。図１に示すように、オーガヘッド１には、オーガヘッド１の使用時における配置姿勢に対して略鉛直に設けられた柱状のヘッド軸１１が設けられている。該ヘッド軸１１は、オーガ軸２の下端部（先端部）に、ヘッド軸１１を収納可能に設けられた、例えば凹状のヘッド軸嵌合孔２１に挿入され、ヘッド軸１１の中央やや上側に設けられた抜止部材止着部１１３において、例えばピン等の抜止部材（図示略）に止着されることによって固定される。
ヘッド軸１１の下側には、所定方向に回転することで地盤を掘削する地盤掘削部１２が接続固定されている。
【００２０】
地盤掘削部１２には、掘削爪３を着脱自在に保持する爪保持部としてホルダ４が溶接固定されている。掘削爪３は、ホルダ４に保持される接続軸３１と地盤を掘削する掘削爪本体３２から構成され、ホルダ４には、この接続軸３１を収納可能に設けられた凹状の接続軸嵌合孔（嵌合孔）４１が形成されている。ホルダ４の地盤掘削部１２への溶接固定において、ホルダ４は、接続軸嵌合孔４１がオーガヘッド１が回転時に描く円の接線と略一致するように設置される。
【００２１】
掘削爪３において、掘削爪本体３２は、先端に近づくに従って細くなる剣先刃と呼ばれる形状に形成されており、掘削爪本体３２の頂点３２１は接続軸３１の中心線上から外れて設けられている。つまり、掘削爪本体３２の頂点３２１は、正面から見ると、図７（ｂ）に示すように、接続軸３１の中心線上に位置し、側面から見ると、図７（ａ）に示すように接続軸３１の中心線上から外れて位置するように設けられている。
【００２２】
接続軸３１は、その断面３１１の形状が、例えば二つの正六角形（三角形以上の複数の同形状の正多角形）を互いに中心位置を合わせるとともに、互いに３０度（角度）ずらして重ね合わせることにより、外周部に略三角形状の１２カ所の凸部（各正六角形の各角に対応）３１２が形成された形状（以下、二重六角形状という）となっている。ここで、正多角形（正六角形）が互いにずらされる角度Ｒは、重ね合わされる正多角形の数をｎとし、各正多角形の頂点の数をＮとした場合に、角度Ｒ＝３６０度／（ｎ×Ｎ）となっており、つまり、正六角形を二重に重ね合わせる場合の角度Ｒは、３６０度／（２×６）＝３０度となる。
これにより、例えば図２（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、例えば従来の断面略正六角形状の接続軸に比べて、接続軸断面３１１の外接円の外径（例えば、φ＝１１５．５；以下、基準外径という）ｄ１を等しくした場合に、基準外径ｄ１に対して接続軸３１の断面形状である二重六角形に内接可能な円の直径ｄ２を大きくすることができるので、接続軸３１の寸法を大きくすることなく直径ｄ２を有する円柱部分（以下、ｄ２部という）のｄ２部極断面係数Ｚｐを大きくできる。具体的には、断面略正六角形状の接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐは１９６２５０ｍｍ3であり、この場合の接続軸のねじり強度を基準（１００％）にすると、断面二重六角形状の接続軸３１のｄ２部極断面係数Ｚｐは２１７５８６ｍｍ3となり、そのねじり強度が１１１％となる。
よって、接続軸３１のねじり強度を高めて接続軸３１自体の強度を高めることができ、接続軸３１の長さＭＭを、例えば従来の断面略正六角形状の接続軸に比べて略半分としても、掘削爪の回転を効率的に規制することができる（図２（ｃ）及び図６（ｄ）参照）。
なお、ｄ２部極断面係数Ｚｐは、「Ｚｐ＝３．１４×（直径ｄ２）3／１６」の式から求められる。また、接続軸３１の接続軸嵌合孔４１内での噛み合い高さＹは、Ｙ＝（ｄ１−ｄ２）／２の式より求められ、接続軸の断面形状が略正六角形である場合は噛み合い高さＹ＝７．７５ｍｍであり、二重六角形である場合は噛み合い高さＹ＝６ｍｍとなっている。
【００２３】
一方、接続軸嵌合孔４１は、その内形が接続軸３１に対応して例えば断面略二重六角形状となっている。すなわち、接続軸嵌合孔４１は、その内周部に例えば１２カ所の凸部（図示略）が等間隔に設けられており、隣接する凸部どうしによって形成される１２カ所の凹状部分と接続軸３１外周部の１２カ所の凸部３１２とがオーガヘッド１の接続時に噛み合うようになっている。なお、接続軸嵌合孔４１の内寸は、接続軸３１の外寸と略等しいか、この外寸よりもわずかに大きくなっている。これにより、接続軸嵌合孔４１に接続軸３１が挿入された際に、地盤掘削部１２に溶接固定されたホルダ４に対して掘削爪３を回転不可としている。
また、接続軸嵌合孔４１の凸部の頂点Ｘ２の角度は１５０度となっている一方で、接続軸３１の凸部３１２は、その頂点の角度Ｘ１が１２０度となっている。
【００２４】
なお、図示は省略するが、接続軸嵌合孔４１の地盤掘削部１２に溶接される側の端部には、抜止部材を保持可能に形成された例えば抜止部材止着溝が、接続軸嵌合孔４１に接続軸３１が挿入された状態で、接続軸３１の抜止部材止着部３１３と略等しい高さ位置になるように形成されている。また、抜止部材は、例えば略円柱状の部材であり、その外径が抜止部材止着孔の内寸と略等しいか、この内寸よりもわずかに小さくなっている。
【００２５】
次に、掘削爪３の接続方法について説明する。
【００２６】
先ず、抜止部材止着部３１３と接続軸嵌合孔４１の抜止部材止着溝とが接続軸３１が接続軸嵌合孔４１内に挿入された状態で同位置となるように位置調整された後、接続軸３１外周部の凸部３１２と接続軸嵌合孔４１内周部の凹状部分とを噛み合わせながら接続軸嵌合孔４１内に接続軸３１を挿入する。
そして、抜止部材止着溝が抜止部材を受けることにより、掘削爪３と、オーガヘッド１に地盤掘削部１２において溶接固定されたホルダ４との接続を固定する。
【００２７】
このように掘削爪３が接続されたオーガヘッド１は、図示しない駆動手段の駆動によりオーガ軸２を回転させることによって回転し、地盤を掘削する。
地盤掘削時において、掘削される地盤及び土砂からアースオーガヘッド１にかかる荷重の一部が、掘削爪３とホルダ４とが接続された部分に回転として伝達されて規制される。具体的には、掘削爪３に掘削される地盤側から見て右回り方向に荷重がかかった場合には、接続軸３１外周部の１２カ所の各凸部３１２の断面中心から見て右側部分で接続軸嵌合孔４１内周部の凹状部分に接触して接続軸３の回転を規制することができ、一方、掘削爪３に左回り方向に荷重がかかった場合には、前記１２カ所の各凸部３１２の断面中心から見て左側部分で前記凹状部分に接触して掘削爪３の回転を規制することができる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態の掘削爪３とホルダ４によれば、接続軸３１は、その断面形状が二重六角形をなしているので、接続軸３１の嵌合孔４１内周部への接触部分、すなわち回転規制部の数を多くすることができ、具体的には、１２カ所の接触部分で掘削爪３の回転を効率的に規制することができる。すなわち、例えば断面３１１の外接円の直径ｄ１を略等しくした場合に、例えば従来の断面略正六角形状の接続軸に比べて前記接触部分の数が２倍になり、接続軸３１の寸法を大きくすることなく略２倍の掘削爪３の回転を規制することができる。また、接続軸３１の寸法を大きくすることなく接続軸３１のｄ２部極断面係数Ｚｐを大きくできる。さらに、接続軸外面に１２カ所の凸部が３０度ずらされて均等配置されるため、接続軸３１にかかる回転を満遍なく分散できる。
また、接続軸３１の長さＭＭが従来の断面略正六角形状の接続軸に比べて略半分となっているため、掘削爪３及びホルダ４の重量を軽減して、例えば掘削爪３の交換時や、ホルダ４の溶接固定時等に作業者にかかる負担を軽減することができる。さらに、掘削爪３及びホルダ４の製作にかかる費用を低減することができる。
【００２９】
また、上記実施の形態の掘削爪３とホルダ４によれば、掘削爪３は、接続軸断面の外接円の中心点を軸としてずらした複数種類の配置で、ホルダ４に着脱自在に保持させることができる。つまり、接続軸３１は、その断面３１１の形状が、例えば二つの正六角形（三角形以上の複数の同形状の正多角形）を互いに中心位置を合わせるとともに、互いに３０度（角度）ずらして重ね合わせることにより、外周部に略三角形状の１２カ所の凸部（各正六角形の各角に対応）３１２が形成された形状（以下、二重六角形状という）となっている。すなわち、接続軸外面に１２カ所の略同形状の凸部が３０度ずらされて均等配置されている。よって、接続軸３１の凸部と該凸部と嵌合するように設けられた接続嵌合孔４１の凹状部分は、複数種類の組み合わせで嵌合させる事ができる。
さらに、掘削爪本体３２の頂点３２１は、側面から見ると、図７（ａ）に示すように接続軸３１の中心線上から外れて位置し、正面から見ると、図７（ｂ）に示すように、接続軸３１の略中心線上に位置するように設けられている。
よって、接続軸３１の凸部と嵌合孔４１の凹状部分の組み合わせを変えて掘削爪３をホルダ４に挿入することによって、掘削爪頂点３２１の、掘削時に接続軸３１の中心線が描く軌跡に対する位置を変えることができる。
つまり、掘削爪本体３２の頂点３２１から接続軸３１の中心線までの正面から見た距離Ｌ１と、頂点３２１から掘削時に外側に位置する掘削爪本体３２の端部３２２までの正面から見た距離Ｌ２を変化させて、掘削爪３を接続固定することができる。このように、Ｌ１とＬ２の長さを変化させることによって、掘削爪３の切れ味の及び掘削爪３とホルダ４の接続部における荷重のかかり方を変化させる事ができる。
具体的には、図７（ｂ）に示すように、掘削時において頂点３２１が描く弧と、接続軸３１の中心線が描く弧が略一致するように掘削爪３を接続固定して掘削を行うことができる。このような、正面から見て、頂点３２１が接続軸３１の略中心線上にあり、Ｌ１が略０で、Ｌ２の値が大きい掘削刃はセンタールーフと呼ばれ、掘削爪３にかかるモーメントＭが小さく、掘削爪３とホルダ４との接続部分において荷重が分散されてかかるので、掘削爪３の欠損等が起き難い。
また、図７（ｃ）に示すように、頂点３２１が描く弧が、接続軸３１の中心線が描く弧の外側に位置するように掘削爪３を接続固定して掘削を行うことができる。このように、正面から見て、頂点３２１が接続軸３１の中心線からずれ、Ｌ１の値が大きく、Ｌ２の値が小さい掘削刃はサイドルーフと呼ばれ、掘削爪３にかかるモーメントＭは大きいが、切れ味が優れている。
このように、掘削爪３を、Ｌ１及びＬ２を変化させて接続固定することによって、センタールーフとしてもサイドルーフとしても使用することができる。
【００３０】
また、掘削軸３１の中心線から掘削爪本体の端部３２２までの距離をＸ、ホルダ４の半径をＲとすると、ＸがＲより小さいと、掘削時において、ホルダ４が掘削爪３２による掘削範囲の外側に位置してしまうため、ホルダ４は直接掘削地盤に接触し、磨耗してしまう。しかしながら、挿入向きによって、掘削爪３を、図７（ｃ）に示すようにＸがＲよりも大きくなるように接続し、ホルダ４の磨耗を軽減することが出来る。
このように、掘削爪３を、ホルダ４への挿入向きを変えることによって、異なる機能をもつ掘削爪として、複数種類の掘削地盤の状況に対応させて使うことができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態の掘削爪３とホルダ４では、接続軸３１の断面形状を二つの正六角形を重ね合わせた二重六角形状としたが、これ限られるものではなく、三角形以上の複数の同形状の正多角形を重ね合わせた形状であれば如何なる形状であっても良い。
しかしながら、例えば接続軸３１の断面形状を二つの（二重の）正多角形を重ね合わせて構成する場合、例えば正多角形を正方形（断面形状を二重四角形）とした場合には接続軸の接続軸嵌合孔内周部への接触部分が８カ所となり、正多角形を正五角形（断面形状を二重五角形）とした場合には前記接触部分が１０カ所となるため、接続軸の断面形状が略正六角形である場合に比べて回転規制部の数が多くなるが、例えば各々の接続軸断面の外接円の直径を基準外径ｄ１と等しくした場合に、接続軸の断面形状が略正六角形である場合よりも接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐが小さくなり接続軸のねじり強度が低下する。具体的には、接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐ及びねじり強度は、二重四角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝１３６０３１ｍｍ3、ねじり強度６９％となり（図３（ａ）参照）、二重五角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝１８６４１０ｍｍ3、ねじり強度９５％となる（図３（ｂ）参照）。このため、掘削爪の強い回転を規制するためには接続軸の寸法を大きくする必要が生じる。また、例えば、正多角形を正七角形（断面形状を二重七角形）とした場合には前記接触部分が１４カ所となり、正多角形を正八角形（断面形状を二重八角形）とした場合には前記接触部分が１６カ所となって、例えば各々の前記外接円の直径を基準外径ｄ１と等しくした場合に、接続軸の断面形状が略正六角形である場合よりも接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐを大きくすることができるが、接続軸の各凸部の頂点の角度Ｘ１が大きくなるとともに接続軸嵌合孔への噛み合い高さＹが小さくなり接続軸と接続軸嵌合孔との噛み合い度が落ち、掘削爪の回転規制効率が低下する。具体的には、接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐ、各凸部の頂点の角度Ｘ１、噛み合い高さＹは、二重七角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２４０４１５ｍｍ3、角度Ｘ１＝１２９度、噛み合い高さＹ＝４．４ｍｍとなり（図３（ｃ）参照）、二重八角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２５４１４９ｍｍ3、角度Ｘ１＝１３５度、噛み合い高さＹ＝３．３ｍｍとなる（図３（ｄ）参照）。従って、正多角形を正六角形とする場合が最も効率的に掘削爪の回転を規制することができる。
また、例えば接続軸３１の断面形状を三つの（三重の）正多角形を重ね合わせて構成する場合、正多角形を正三角形（断面形状を三重三角形）とした場合には接続軸の接続軸嵌合孔内周部への接触部分が９カ所となり、正多角形を正方形（断面形状を三重四角形）とした場合には前記接触部分が１２カ所となるため、接続軸の断面形状が略正六角形である場合に比べて回転規制部の数が多くなるが、例えば各々の接続軸断面の外接円の直径を基準外径ｄ１と等しくした場合に、接続軸の断面形状が略正六角形である場合よりも接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐが小さくなり接続軸のねじり強度が低下する。具体的には、接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐ及びねじり強度は、三重三角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝８３７９０ｍｍ3、ねじり強度４３％となり（図５（ａ）参照）、三重四角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝１６４５６８ｍｍ3、ねじり強度８４％となる（図５（ｂ）参照）。このため、掘削爪の強い回転を規制するためには接続軸の寸法を大きくする必要が生じる。さらに、例えば、正多角形を正五角形（断面形状を三重五角形）とした場合には前記接触部分が１５カ所となり、正多角形を正六角形（断面形状を三重六角形）とした場合には前記接触部分が１８カ所となり、正多角形を正七角形（断面形状を三重七角形）とした場合には前記接触部分が２１カ所となり、正多角形を正八角形（断面形状を三重八角形）とした場合には前記接触部分が２４カ所となって、例えば各々の前記外接円の直径を基準外径ｄ１と略等しくした場合に、接続軸の断面形状が略正六角形である場合よりも接続軸のｄ２部極断面係数を大きくすることができる。しかしながら、正多角形を正七角形及び正八角形とした場合には、接続軸の各凸部の頂点の角度Ｘ１が大きくなるとともに接続軸嵌合孔への噛み合い高さＹが小さくなり接続軸と接続軸嵌合孔との噛み合い度が落ちるため、掘削爪の回転を規制する効率が低下する。具体的には、接続軸のｄ２部極断面係数Ｚｐ、各凸部の頂点の角度Ｘ１、噛み合い高さＹは、三重五角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２１０１０５ｍｍ3、角度Ｘ１＝１０８度、噛み合い高さＹ＝６．６ｍｍとなり（図５（ｃ）参照）、三重六角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２３７０６０ｍｍ3、角度Ｘ１＝１２０度、噛み合い高さＹ＝４．５ｍｍとなり（図５（ｄ）参照）、三重七角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２５３４５１ｍｍ3、角度Ｘ１＝１２９度、噛み合い高さＹ＝３．３ｍｍとなり（図５（ｅ）参照）、三重八角形の場合にはｄ２部極断面係数Ｚｐ＝２６４７８７ｍｍ3、角度Ｘ１＝１３５度、噛み合い高さＹ＝２．５ｍｍとなり（図５（ｆ）参照）。従って、正多角形を正五角形もしくは正六角形とする場合が効率的に掘削爪の強い回転を規制することができる。
【００３２】
また、接続軸３１の断面形状を二重六角形としたが、これに限られるものではなく、三角形以上の複数の同形状の正多角形を重ね合わせた断面形状の接続軸における凸部を変形した形状であっても良く、例えば前記断面二重六角形状の接続軸３１における凸部５１２を変形した形状であっても良い。具体的には、例えば接続軸７１１の各凸部７１２の形状を、隣接する凸部７１２どうしによって形成される凹状部分が両凸部７１２、７１２の頂点と両凸部７１２、７１２の接点とを通過する円（例えば半径ｒ＝３０ｍｍの円）に沿うように形成された円弧状となるような形状としても良い（図１０（ａ）参照）。特に、この断面形状の接続軸７１１は、その断面の基準外径ｄ１及び直径ｄ２、回転規制部（例えば、各凸部の左右両側であって、ｄ２部の外周部より外側に略２Ｙ／３の部分）における掘削爪の回転の規制力Ｆ1を断面二重六角形の接続軸３１のものと等しくした場合に、この接続軸３１に比べて回転規制部に対し垂直方向にかかる力の反力Ｆ3及び接続軸断面の中心方向にかかる力の反力Ｆ2を共に小さくでき、エネルギーロスを少なくすることができる（図１０（ｂ）及び（ｃ）参照）。従って、接続軸７１１と接続軸嵌合孔との噛み合い効率を高めることができる。
例えば断面二重六角形状の接続軸の各凸部５１２の頂点部分を面取り形状としても良い（図４（ａ）参照）。また、接続軸断面が略歯車状であっても良く、この場合には、各変形した凸部５１２の形状が例えば円弧状であっても良いし（図４（ｂ）参照）、例えば略コ字状であっても良い（図４（ｃ）参照）。さらに、各凸部５１２が外周部全域に亘って形成されていなくても良く、この場合には、例えば外周部の対向する位置に設けられた一対の凸部５１２を欠いていても良いし（図４（ｄ）参照）、片側半分しか凸部５１２を形成していなくても良く（図４（ｅ）参照）、このような構成としても、回転規制部の数を十分に多くすることができ、掘削爪の回転を効率的に規制することができる。
なお，実施例における、接続軸断面の基準外径ｄ１、直径ｄ２、及びその他の数値は、計算の説明及び比較等のために用いられたにすぎず、これに限られたものではない。
【００３３】
また、前記接続軸断面形状は、前期外周部の前記凸部のうちの一部の凸部を取り除いた形状であり得るが、この場合も、前記接続部の前記凸部が、複数の位置関係おいて前記嵌合孔に嵌合するように嵌合孔を形成することによって、前記掘削爪を複数種類の向きで前期ホルダに保持されるようにすることができる。
【００３４】
なお、上記発明の実施の形態において、掘削爪本体３２は、正面から見ると頂点３２１が接続軸３１の略中心線上に位置するセンタールーフとしても用いられる形状である場合を説明したが、例えば図８（ａ）に示すように、正面から見ると頂点３２１が該中心線上からは外れて位置するサイドルーフであり、さらに側面から見て、頂点３２１が該中心線上からは外れて位置する形状であっても良い。
このような形状を持つ掘削爪は、例えば図８（ａ）に示すような通常のサイドルーフとして用いることができる上に、掘削爪を中心線を軸にずらすことによって、例えば図８（ｂ）に示すように、Ｌ２がさらに小さく、ＸをＲよりも大きいサイドルーフとしても用いることができる。つまり、Ｌ２をさらに小さくすることによって、掘削の切れ味がさらに高く、ＸをＲよりも大きくすることによって、ホルダの磨耗が軽減されるサイドルーフとしても用いることができる。
【００３５】
また、オーガの構成は如何なる構成であっても良く、例えばオーガ軸の周囲に螺旋状にスクリューが設けられているオーガスクリューを備えた構成であっても良いし、例えばスクリューを備えずに内部に掘削土を貯留可能なケーシングからなるオーガ軸を備えた構成であっても良い。
【００３６】
＜変形例＞
変形例１について、図９を参照して説明する。
変形例１では、この変形例１特有の部分以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３７】
この変形例１では、図９（ａ）に示すように、掘削爪３の中心線に対して、接続軸３１の中心線が斜めに傾いている。よって、図９（ａ）に示す掘削爪３２の地盤に対する角度を、図９（ｂ）に示す中心線が傾いていないものと同じになるように掘削爪３を配置するとき、掘削軸３１がオーガヘッド１の回転軸側に傾いた状態とすることができる。よって、該接続軸３１が挿入されるホルダ４を、掘削爪３がオーガヘッド１の回転によって描く円状である爪掘削範囲の内側に位置するように地盤掘削部１２に固定することができる。
つまり、接続軸３１の中心線が傾いていないと、掘削時において、ホルダ４の回転方向における後端部が、爪掘削範囲の外側を通るため、該後端部が直接地盤に接触し、掘削において抵抗となる上に、該接触部分が磨耗してしまう。接続軸３１の中心線を傾けることによって、ホルダ４が地盤に直接接触することを防ぎ、ホルダ４による掘削抵抗を軽減し、かつホルダ４の磨耗による損傷を減らすことができる。
【００３８】
なお、上記発明の実施の形態及び変形例１において、掘削爪に接続軸を設け、爪保持部としてのホルダに嵌合孔を設けた例を説明したが，これに限らず、爪保持部に接続軸を設け、掘削爪に嵌合孔を設けて、爪保持部が掘削爪を着脱自在に保持するようにしても良い。
【００３９】
さらに、上記発明の実施の形態及び変形例１において、先端にオーガヘッドを備えたオーガを有し、前記オーガヘッドに掘削爪と該掘削爪を着脱自在に保持する爪保持部とが設けられている掘削装置を例として説明したが、本発明はこれに限られるものではない。つまり、掘削装置は先端にオーガヘッドを備えたオーガを有するものでなく、他の形状の掘削装置であっても良い。また、掘削装置がオーガを有する場合でも、爪保持部は、オーガヘッドに限らず、オーガの他の部位に設けられても良い。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、掘削爪の接続軸の嵌合孔内部への接触部分、すなわち回転規制部の数を多くすることができるとともに、接続軸の寸法を大きくすることなく接続軸の極断面係数を大きくできるため、接続軸のねじり強度を高めて接続軸自体の強度を高めることができる。従って、掘削爪にかかる回転を効率的に規制することができるため、掘削爪と掘削爪を保持する爪保持部とを小型化できる。
さらに、掘削爪の接続向きを変えることによって、掘削爪頂点の、接続軸中心線が掘削時に描く弧に対する位置を変えることができる。よって、同一の掘削爪を、掘削地盤の性質に合わせて、掘削時の切れ味や爪保持部の磨耗軽減度の異なる掘削爪として使い分けることができる。
また、特に請求項２記載の発明によれば、爪保持部による掘削抵抗を軽減し、かつ爪保持部の磨耗による損傷を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態として例示するオーガヘッドの概略斜視図である。
【図２】図１のオーガヘッドに接続される掘削爪の接続軸を示す図である。
【図３】掘削爪の接続軸の一例を示す要部断面図である。
【図４】掘削爪の接続軸の一例を示す要部断面図である。
【図５】掘削爪の接続軸の一例を示す要部断面図である。
【図６】従来の掘削爪の接続軸の一例を示す図である。
【図７】ホルダに保持された状態の掘削爪を示す斜視図である。
【図８】ホルダに保持された状態の、サイドルーフ型である場合の掘削爪を示す斜視図である。
【図９】掘削爪及びホルダと爪掘削範囲の位置関係を示す概略図である。
【図１０】掘削爪の接続軸の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１       オーガヘッド
３       掘削爪
３１     接続軸
４       ホルダ（爪保持部）
４１     接続軸嵌合孔（嵌合孔）
３１２、５１２，６１２，７１２    凸部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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