(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先導管に挿通されるスクリューコンベアの先端に取り付けたカッタヘッドにより先端地盤を掘削し、
掘削された土砂を前記スクリューコンベアにより後方に搬出して地中に孔を掘削する地中掘削用カッタヘッド装置であって、
前記スクリューコンベアは、後方の駆動手段によって回転駆動されるとともに所定の距離にわたって前後動され、
前記カッタヘッドは、前記スクリューコンベアの先端に固着された面板と、この面板の前面に突設された掘削ビットとを有し、
掘削孔の最外周部を掘削する最外周掘削ビットを取り付けた円環部は、前記先導管の刃口の先端にベアリングを介して回転可能に支持され、
前記円環部の外周に突設されて前方に延びるトルク伝達部材が前記面板の外周に設けられている切り欠きに係合し、前記円環部が前後動する前記面板と一体に回転するように構成されていることを特徴とする地中掘削用カッタヘッド装置。
【請求項２】
前記面板の背面に設けた止水コーンの外周面を、前記円環部の内周面に形成されている止水コーン受面に離接自在に形成し、
前記スクリューコンベアの前進動時に前記止水コーンと止水コーン受面とが離間して土砂取り込み開口部が形成され、
前記スクリューコンベアの後退動時に止水コーンと止水コーン受面とが密接して土砂取り込み開口部が閉塞されることを特徴とする請求項１に記載した地中掘削用カッタヘッド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に管を埋設するため地盤を掘孔する管埋設用掘削機に適用して最適な地中掘削用カッタヘッド装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上・下水道管や電線管等の比較的小口径の管を地表を開削することなく地中に埋設する手段として、従来より地表から掘削したピット内からスクリューコンベアの先端に設けられたカッタヘッドにより水平方向に地盤を掘削し、掘削した土砂はスクリューコンベアを挿通する先導管内のケーシングを通じてピットから地上へ搬出しつつ先導管に埋設管を接続して後方から押進し、順次埋設管を継ぎ足して地中に埋設する手法が採られている。
【０００３】
従来の上記カッタヘッドは、図５（Ａ）または（Ｂ）に示す構造であった。すなわち図５（Ａ）に示すものは、スクリューコンベア１の先端に前面にビット２を有するカッタヘッド３の面板４が取り付けられ、この面板４の背面の止水コーン５と先導管６の先端の刃口７のテーパー状内周面８との間にクリアランスＣが設けられており、カッタヘッド３はこのクリアランスＣ部分で回転中心が保たれて回動するようになされたものであり、また図５（Ｂ）に示すものは、スクリューコンベア１の先端のカッタヘッド３が先導管６の先端の刃口７にベアリング９を介して支持され、カッタヘッド３の回転中心が定められ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】
しかるに前記図５（Ａ）の構成によるものでは、カッタヘッド３の面板４の外周と刃口７の内周面８とのクリアランスＣだけでカッタヘッド３の回転中心を保証するものであるから、カッタヘッド３の回転中心が一定せず、同図左端に矢印で示すようにふらついてきわめて不安定な回転となり、良好な掘削ができないと同時に掘削面の方向修正が効きにくいという問題点がある。
【０００５】
図５（Ｂ）の構成によるものでは、カッタヘッド３はベアリング９により回転が規制されるので前述のような不安定な回転は生じないが、カッタヘッド３が刃口７にベアリング９で支持されるためカッタヘッド３の面板４の背面に止水コーンを装着することができず、その結果カッタヘッド３（スクリューコンベア１）の回転数のみで取り込み土砂量の制御を行なうことにならざるを得ず、対象地盤によっては取り込み土砂量の制御が不十分になるという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記従来の技術が有する問題点を解消させることを課題としてなされたもので、カッタヘッドの回転を安定なものとして良好な掘削および方向修正が行なえるとともに、取り込み土砂量の制御を確実に行なえるようにすることにある。
【０００７】
【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、先導管に挿通されるスクリューコンベアの先端に取り付けたカッタヘッドにより先端地盤を掘削し、掘削された土砂を前記スクリューコンベアにより後方に搬出して地中に孔を掘削する地中掘削用カッタヘッド装置であって、前記スクリューコンベアは、後方の駆動手段によって回転駆動されるとともに所定の距離にわたって前後動され、前記カッタヘッドは、前記スクリューコンベアの先端に固着された面板とこの面板の前面に突設された掘削ビットとを有し、掘削孔の最外周部を掘削する最外周掘削ビットを取り付けた円環部は、前記先導管の刃口の先端にベアリングを介して回転可能に支持され、 前記円環部の外周に突設されて前方に延びるトルク伝達部材が前記面板の外周に設けられている切り欠きに係合し、前記円環部が前後動する前記面板と一体に回転するように構成されていることを特徴とする。
前記カッタヘッドの背面に止水コーンを装着する場合は、前記面板の背面に設けた止水コーンの外周面を、前記円環部の内周面に形成されている止水コーン受面に離接自在に形成し、前記スクリューコンベアの前進動時に前記止水コーンと止水コーン受面とが離間して土砂取り込み開口部が形成され、前記スクリューコンベアの後退動時に止水コーンと止水コーン受面とが密接して土砂取り込み開口部が閉塞されるようにする。
【０００８】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照し、図５と共通する部材にはこれと同一符号を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明による地中掘削用カッタヘッド装置の一実施形態の概要を略示断面図で示すもので、掘削機の先導管６の内部にはその軸方向にケーシング６ａが配設されているとともに、先導管６の先端の刃口７には削孔時に最外周部を掘削する最外周掘削ビット１１の基部の円環部１２がベアリング１３を介して回転可能に取り付けられている。
【００１０】
前記ケーシング６ａにはスクリューコンベア１０が図示しない後方の駆動手段により回転駆動および所定の距離にわたって前後動自在に挿通され、このスクリューコンベア１０の先端にはカッタヘッド１４の円板状の面板１５の中心が固着されている。
【００１１】
上記カッタヘッド１４の面板１５の前面にはその中央側にセンター掘削ビット１６ａが、周辺側にメイン掘削ビット１６ｂがそれぞれ突設され、面板１５の背面には止水コーン１７が設けられており、この止水コーン１７は前記最外周掘削ビット１１の円環部１２の内周面に形成された先端方向に向けて拡開するテーパー状の止水コーン受面１８に離接自在とされていて、スクリューコンベア１０の後退時に止水コーン１７と止水コーン受面１８とが密接して土砂の流入を阻止し、スクリューコンベア１０の前進時には止水コーン１７と止水コーン受面１８との間隔が開き、土砂取り込み開口部Ａが形成されて土砂の流入を許容し、その間隔を調整することにより土砂の流入量（取り込み量）が調整されるように構成されている。
【００１２】
前記最外周掘削ビット１１の前記円環部１２の前面にはトルク伝達部材１９が突設され、このトルク伝達部材１９が前記カッタヘッド１４の面板１５の切欠１５ａに係合されていてカッタヘッド１４の回転が最外周掘削ビット１１に伝達され、カッタヘッド１４と共に同方向に回動されるようになっている。
【００１３】
図２、図３は上記構成の具体的形態を示すもので、先導管６の先端の刃口７（固定部）に周方向に環状の溝２０を形成してこの溝内に最外周掘削ビット１１の基部の筒状をなす円環部２１がベアリング２２を介して回転可能に嵌挿され、この円環部２１の先端に最外周掘削ビット１１を設けるように構成され、この円環部２１の先端部内周に止水コーン受面１８が形成されてカッタヘッド１４の背面に止水コーン１７が離接するように構成される。そして前記円環部２１の前端に突設されたトルク伝達部材１９がカッタヘッド１４の面板１５の切欠１５ａに係合されて円環部２１に回転が伝達されるようになっている。
【００１４】
次に上記実施形態の作用を説明する。
【００１５】
地盤掘削時にスクリューコンベア１０を回動すると、その先端のカッタヘッド１４により先端地盤が掘削される。この掘削時に最外周掘削ビット１１はトルク伝達部材１９を介してカッタヘッド１４と一体回転し、掘削孔の最外周部を掘削する。
【００１６】
上記掘削時にスクリューコンベア１０を後退させてそのカッタヘッド１４の面板１５の背面の止水コーン１７を最外周掘削ビット１１の止水コーン受面１８に密着させておけば、掘削した土砂はスクリューコンベア１０側へは進入しない。またこのときの最外周掘削ビット１１はカッタヘッド１４とトルク伝達部材１９を介して共回りするのでスクリューコンベア１０の回転中心は常に一定に保たれる。
【００１７】
スクリューコンベア１０側への土砂の取り込みを行なうときは、スクリューコンベア１０を前進させると、カッタヘッド１４の止水コーン１７は最外周掘削ビット１１の止水コーン受面１８から離間して周方向に土砂取り込み開口部Ａが形成されるので、この開口部Ａを通じて土砂が取り込まれ、スクリューコンベア１０によりケーシング６ａ内を後方へ搬送されて地上へ搬出される。
【００１８】
この状態においても、最外周掘削ビット１１はカッタヘッド１４とトルク伝達部材１９を介して一体回転され、掘削孔の最外周の掘削が行なわれる。
【００１９】
したがってスクリューコンベア１０の進退移動量を勘案することにより前記の止水コーン１７と止水コーン受面１８との間で形成される土砂取り込み開口部Ａの開度を調整することができ、掘削土砂の取り込み量を制御することができる。また粘土質の地盤掘削時にスクリューコンベア１０に粘性土が付着した場合には、スクリューコンベア１０を前後動させて振動を与えることにより剥離させることができる。さらに硬質地盤の掘削時にはスクリューコンベア１０を前進させてカッタヘッド１４を最外周掘削ビット１１より前方へ突出させた状態としてカッタヘッド１４のみによる先行掘削を行なえば硬質地盤の掘削を効率よく行なうことができる。
【００２０】
なお本発明によるカッタヘッド装置は、管埋設用掘削機に限らず、縦穴掘削機に適用し得ることはもちろんである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、最外周掘削ビットを刃口部にベアリングにより回転中心を一定として回転自在に支持するようにしながらスクリューコンベアを軸方向可動としたので、スクリューコンベアの先端のカッタヘッドの背部に止水コーンを設けることができ、スクリューコンベアを前後移動させて前記止水コーンと最外周掘削ビットの止水コーン受面との間隔により形成される土砂取り込み開口部の開度を調整することで掘削土砂の取り込み量を容易に制御することができる。
【００２２】
またカッタヘッドの止水コーンと最外周掘削ビットの止水コーン受面とは一緒に回動するので止水コーンの摩耗量が大幅に減少され、その耐久性を著しく高めることができ、そのため止水コーンの材質として従来耐摩耗性の観点から高価なエンジニアリングプラスチックを用いていたのに対し、本発明では硬質ゴムなどの止水効果は高いが耐摩耗性が低く使用を見送られてきた様々な材料の使用が可能となり、その結果スクリューコンベアの途中にピンチバルブ等の止水補助装置を設ける必要をなくすることができるなどの付帯効果がある。
【００２３】
さらに粘土層等の地盤の掘削時にスクリューコンベアに粘性土が付着した場合でも、その付着粘性土を剥離するための振動をスクリューコンベアの前後動により与えることができ、粘性土の剥離を容易に行なうことができる。
【００２４】
加えて硬質地盤の掘削時には、スクリューコンベアを前進させてそのカッタヘッドのみによる中央部分の先行掘削を行なうことができ、硬質地盤であっても効率よく掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による地中掘削用カッタヘッド装置の一実施形態を示す略示断面図。
【図２】  図１の具体的構成例を示す要部の断面図。
【図３】  同、正面図。
【図４】  （Ａ）は掘削土砂取り込み時、（Ｂ）は掘削取り込み口閉鎖状態時の各略示断面図。
【図５】  （Ａ）、（Ｂ）は従来の技術を示す略示断面図。
【符号の説明】
１，１０  スクリューコンベア
３，１４  カッタヘッド
５，１７  止水コーン
６  先導管
７  刃口
１１  最外周掘削ビット
１２，２１  円環部
１３，２２  ベアリング
１８  止水コーン受面
【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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