地盤改良ヘッド
【課題】比較的均一な土質や比較的浅い場所にコラムを形成する際に、地中を掘進する掘進径を任意に拡径して部分的にコラム径を変え、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保することが可能な地盤改良ヘッドを提供する。
【解決手段】回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び安定材の吐出口を具備し掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、駆動軸の両側に配設され、掘削翼及び拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、駆動軸下部を中空軸に挿通し、掘削ヘッドを駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備えたことを特徴とする。
【解決手段】回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び安定材の吐出口を具備し掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、駆動軸の両側に配設され、掘削翼及び拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、駆動軸下部を中空軸に挿通し、掘削ヘッドを駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削ロッドに結合して地中を縦に掘進し、掘進先の土壌に安定材などを混合する地盤改良ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に杭を造成する場合に、地中に穴を開け、その穴に杭を築造する方法やその穴に既製の杭を建込む方法を用いると、多量に発生する土の廃棄場所を確保する必要がある。そこで、排土を極力少なくするため、羽根の付いた鋼管等を回転させ、地盤支持力のある深さまで埋設する方法（特許文献１、特許文献２参照）が開発されている。しかし、その鋼管等を礫地盤や粘着力の大きい地盤に直接埋設するのは困難である。一方、地中を掘進して土を緩め、注入するセメントなどの安定材を掘進先の土壌と攪拌混合する地盤改良用ヘッドを用いてソイルセメントコラムを形成し、そのコラムに補強材として芯材を挿入する方法が開発されている（特許文献３、特許文献４参照）。そして、その地盤改良用ヘッドに関し、ソイルセメントコラムを粘着力が大きい地盤に築造する際の共回りを防止する方法（特許文献５参照）や、粘着力が大きい地盤を三次元的に混合攪拌する方法（特許文献６参照）が提案されている。
【０００３】
しかしながら、軟弱地盤などにおいて、支持力の高い層まで掘進するのが困難な場合や、深さに応じて土質が変化する場合があり、コラムの下部径を大きくするなどにより支持力を向上させることや、土質の変化に応じてコラム径を変化させ、安定材の使用量を節約する必要もある。そこで、地盤改良用ヘッドの攪拌ビットを偏心させ、回転半径を変えて異径のコラムを形成する方法が提案されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９２３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７６６号公報
【特許文献３】特許第２８５９４２６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８２０５５号公報
【特許文献５】特許第２７８８１７１号公報
【特許文献６】特許第２９０５３７８号公報
【特許文献７】特開２００１−２２６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献7記載の方法は、攪拌ビットを偏心させるので、掘削ロッドに加わる負荷が左右不均一になり、掘進方向が曲がる恐れがあるので、掘削ロッドに加わる負荷が均一になるように、攪拌翼を左右対称にする一方、攪拌翼と掘削翼とが独立して回動できるように分離し、両者が所定角度をなすまで回転したとき、拡大刃を開き掘削径が拡径できるようにする方法が考えられる。
その方法において、土質が不均一な場合や掘進深度が大きい場合には、掘進方向の曲がりを防ぐ必要があるので、芯ずれ防止として攪拌翼と掘削翼との間に間隔を開け、相互間を連結した構造の地盤改良用ヘッドについては、発明者が特願２００９−１７０８５１号として出願済みである。
しかし、土質が概ね均一である場合や掘進深度が比較的浅い場合などには、意図的に芯ずれ防止措置を講じたり、掘進先の土壌と安定材との攪拌のみを目的とした攪拌翼を設ける必要性は低いと思われる。
本発明は、上記事情に鑑み、比較的均一な土質や比較的浅い場所にコラムを形成する際に、地中を掘進する掘進径を任意に拡径して部分的にコラム径を変え、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保することが可能な地盤改良ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地盤改良ヘッドは、回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、中空軸と、該中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び安定材の吐出口を具備し上記掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、該駆動軸の両側に配設され、上記掘削翼及び上記拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、該駆動軸下部を上記中空軸に挿通し、上記掘削ヘッドを該駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備え、上記掘削ロッドが正回転するときは上記拡大刃それぞれを閉じて掘進し、該掘削ロッドが逆回転するときは該拡大刃それぞれを開いて上記掘削径を拡径することを特徴とする。
ここで、上記作用翼は、上記駆動軸が回転したとき、上記掘削翼に当接して該掘削翼を押圧する押圧部と、該押圧部が該掘削翼を押圧する直前に上記拡大刃を開閉する開閉部と、を有することが好ましい。
このような構成にすれば、掘削ヘッドとは独立に、作用ヘッドを所定角度回転させることができるので、回転方向を変えることにより掘削ヘッドに設けた拡大刃を確実に開閉し、通常の掘削径で掘進したり、その掘削径を拡径したりすることが容易である。
そして、上記押圧部は、上記駆動軸が正回転したとき、上記掘削翼を押圧する第１部材と、該駆動軸が逆回転したとき、上記掘削翼を押圧する第２部材と、を有する構成にすれば、作用ヘッドの回転角度が９０度未満で拡大刃の開閉が可能となる。
さらに、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両端に回動自在に軸着されたものであって、上記開閉部は、上記拡大刃の一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を上記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両側面に軸着されたものであって、上記掘削翼の上面に該拡大刃と同軸に軸着されたノブを備え、上記開閉部は、上記ノブの一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を上記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両側面に軸着されたものであり、上記開閉部は、上記押圧部の、上記掘削翼上面よりも上方の側端における回転方向前方に突出した突起部であって、上記掘削翼の上面に上記拡大刃と同軸に軸着され回動自在なレバーを備え、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する直前に上記突出部が上記レバーを回動して上記拡大刃それぞれを開閉することにしてもよい。
このように、拡大刃の設置個所に応じて、拡大刃を直接牽引するか、あるいは拡大刃と同軸のノブを牽引することによって拡大刃を開閉することもできるし、拡大刃の側部を直接押すか、あるいは拡大刃と同軸のレバーを押すことによって拡大刃を開閉することができる。
【０００７】
また、上記掘削翼を押圧する部材を単一にして、作用ヘッドの回転角度が概ね半回転、すなわち９０度以上回転したとき拡大刃が開閉するように構成することもできる。
すなわち、上記開閉部は、上記押圧部の、上記掘削翼上面よりも上方の、正逆それぞれの回転方向前方に突出した一対の突起部であって、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、上記拡大刃それぞれが開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の側面に軸着されたものであって、上記掘削翼の上面に、上記拡大刃と同軸に軸着されたレバー及び該レバーの回動を規制する回動規制部材を備え、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、上記突起部が上記レバーを回動させて上記拡大刃それぞれを開閉することにしたりできる。
このように、掘削翼を押圧する部材を単一にすると、拡大刃の設置個所に応じて、拡大刃の側部を直接押すか、あるいは拡大刃と同軸のレバーなどを押すことによって拡大刃を開閉することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の地盤改良ヘッドによれば、比較的浅い深度の地中を掘進しながら安定材と土とを混合する一方、正方向、逆方向と回転方向を変えるだけで掘削径が変化し、コラム径を部分的に変えることができるので、より少ない安定材で必要な地盤支持力や地耐力を確保することができる。また、掘削ロッドの回転方向を変え、掘削ヘッドが回転する直前に、一対の左右対称な拡大刃が強制的に確実に開閉するので、地中を掘進する際に掘進径の拡径に失敗するおそれが極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図である。
【図２】図２は、地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図３】図３は、掘削ヘッドを作用ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
【図４】図４は、地盤改良ヘッドの平面図である。
【図５】図５は、本実施形態の地盤改良ヘッドを用いて球根状のコラムを形成する場合の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図１２】図１２は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図１３】図１３は、作用ヘッドを構成する作用翼の側面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本実施形態の地盤改良ヘッドについて説明する。
［第１の実施形態］
図１から図４は、第1の実施形態の地盤改良ヘッドを一例として示す図であり、図１は、地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図、図２は、地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図、図３は、掘削ヘッドを作用ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図であり、図４は、地盤改良ヘッドの平面図である。
第１の実施形態の地盤改良ヘッド１は、下部を構成する掘削ヘッド１０と、上部を構成する作用ヘッド２０と、袋ナット３０とにより構成されている。掘削ヘッド１０は、袋ナット３０を用いて作用ヘッド２０に軸着されるので、作用ヘッド２０を掘削ヘッド１０と独立に回動させることができる。そして、作用ヘッド２０を、掘削ヘッド１０に対して９０度以上回転（概ね半回転）させると、拡大刃７が開閉し、掘削翼４は正逆それぞれの回転方向に回転するように構成されている。
【００１１】
図１に示すように、掘削ヘッド１０は、中空軸３と、その中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、掘削翼４の上部両端に軸着され開閉自在な一対の拡大刃７と、を有する。そして、掘削翼４の下部には複数の掘削刃５が設けられているので、掘削翼４を回転させることにより地中を掘進できる。また、拡大刃７は、掘削翼４上面に軸支されて自在に旋回し、図の手前側に旋回して拡大刃７が開いたときは、掘進径が拡がり、図の背面側に旋回して拡大刃７が閉じたときは、掘削刃５による掘進径が縮小し、掘削刃５による通常の掘進径となる。
【００１２】
図２に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッドに嵌合させることにより駆動源に結合される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、駆動軸１２が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を押圧する押圧部８と、押圧部８が掘削翼４を押圧する直前に拡大刃７を開閉する開閉部９と、が設けられている。
駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなしている。この六角形の部分を、掘削ロッド内面（図示していない）に形成された六角穴に内嵌めすることにより、掘削ロッドから回転力が伝達される。
駆動軸の下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。掘削ロッドに嵌合される駆動軸上部１２ａの側面には、掘削ロッドと共通の貫通孔１２ｃがあり、掘削ロッドに嵌合された後、その貫通孔１２ｃにピンを挿入することにより、駆動軸１２は掘削ロッドに固定される。また、駆動軸下部１２ｂの外径は、掘削ヘッド１０の中空軸３の内径よりも小さいので、駆動軸下部１２ｂを中空軸３に挿通することができる。
ここで、駆動軸上部１２ａの断面形状は、必ずしも六角形である必要はなく、嵌合可能であれば、多角形であってもよい。
【００１３】
図３に示すように、駆動軸下部１２ｂの端縁の外周面には、ねじ山が切ってあり、袋ナット３０で中空軸３が螺合される。また、中空軸３の端面と袋ナット３０との間には、内径が駆動軸１２の外径より大きく、外径が中空軸３の外径と同サイズの軸受１６が挟みこまれる。これにより、掘削ヘッド１０は、作用ヘッド２０とは独立に回動することができる。そして、袋ナット３０には開口３０ａが設けてあるので、掘削ロッドの注入口（図示していない）から流入されたセメントなどの安定材は駆動軸１２の内部を通り、その開口３０ａから吐出される。
ここで、本実施形態の地盤改良ヘッド１は、軸受１６を用いているが、軸受１６は必ずしも必要ではなく、ワッシャなどであってもよい。また、使用する安定材や地中の環境によっては、駆動軸１２の内周面に逆流防止弁を螺着して、外部に吐出された安定材などは、駆動軸１２の内部に流入できないようにすることもできる。
【００１４】
図４に示すように、地盤改良ヘッド１の中央外側に中空軸３があり、中空軸３には駆動軸１２が挿通されている。
中空軸３の両側には掘削翼４が設けてあり、掘削翼４上面の両端には、掘削径を拡径する拡大刃７が軸支され、旋回自在になっている。また掘削翼４の、端縁には、拡大刃７が旋回して開く際の角度を規制する回動規制部材１１が設けられている。
また、駆動軸１２の両側に対称に作用翼１３が配設されており、作用翼１３の上部には、概ね扇形平面をなした一対の開閉部９が設けられ、その開閉部９の破線で囲われた太い斜線部分には、概ね三角柱をなして下方に突起した押圧部８が設けられている。
【００１５】
駆動軸１２が正回転したときには、掘削翼４よりも正回転方向手前にある開閉部９ａが拡大刃７の内側部７aに当接すると、拡大刃７を図の実線の位置まで閉じる。そのとき、駆動軸１２がさらに正回転すると、開閉部９aの下方に設けられた押圧部８の正回転方向前方の面８aが掘削翼４に当接し、掘削翼４が押圧される。この結果、拡大刃７は閉じて開閉部９aによってロックされ、掘削翼４は押圧部８により正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、駆動軸１２が回転を停止そ、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、作用翼１３が掘削翼４に対し概ね半回転するまでは、作用翼１３のみが回転する。そして、掘削翼４よりも逆回転方向手前にある開閉部９ｂが拡大刃７の外側部７ｂに当接すると、拡大刃７を図の破線の位置まで開く。拡大刃７は、回動規制部材１１によって妨げられ、それ以上旋回することはできないので、拡径される掘削径が一定に保たれる。そして駆動軸１２がさらに逆回転したとき、開閉部９bの下部に設けられた三角柱をなす押圧部８の、逆回転方向前方の面８ｂが掘削翼４に当接して掘削翼４を押圧する。この結果、拡大刃７は所定の角度旋回した状態で開閉部９ｂ及び回動規制部材１１によってロックされる。また、掘削翼４は押圧部８により押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
ここで、本実施形態の開閉部９は、概ね扇形平面をなし、押圧部８は、三角柱をなすが、必ずしもこの形状に限定されない。また、拡大刃７は、矩形部材が１２０度折れ曲った形状に形成され、６０度回転することにより閉じた状態から開いた状態となるように構成されているが、必ずしもこれに限定されない。
【００１６】
図５は、本実施形態の地盤改良ヘッドを用いて所定径で掘進し、下部を拡径した後、鋼管などの芯材を埋設して球根状のコラムを形成する場合の一例を示す図である。
図５に示すように、掘削ロッドの下端に本実施形態の地盤改良ヘッド１を結合し、掘削ロッドを正回転させて掘進し比較的浅い深度の土を緩める。このとき、掘削ロッドの注入口から安定材を注入し、地盤改良ヘッド１の下部から安定材を吐出し、その安定材を掘進先の土と混ぜる（ア）。次に、掘削ロッドを逆回転させ、拡大刃７を開き、掘削ロッドを引き上げながら逆回転させて、掘進径を拡径し、同時に安定材を掘進先の土と混ぜる。所定長拡径したら、掘削ロッドを引き下げ、地盤に押し付けながら正回転して拡大刃７を閉じ、地盤改良ヘッド１を地上に回収する（イ）。鋼管などの芯材Sを埋設し、球根状のコラムを形成する（ウ）。
【００１７】
[第２の実施形態]
第２の実施形の態地盤改良ヘッドは、第１の実施形態の地盤改良ヘッドと同様に、掘削ヘッドと、作用ヘッドと、袋ナットとにより構成され、掘削ヘッドは、作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドは、掘削ヘッドとは独立に回動することができる点や、拡大刃が掘削翼の上面両端に軸支されている点は共通する。
しかしながら、拡大刃は、開閉部に牽引されて開閉する点や、作用ヘッドを９０度以上回転させなくても拡大刃が開閉し、掘削翼も回転可能である点が相違する。したがって、相違する作用ヘッド、及びその作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係について説明する。
【００１８】
図６は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図７は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図６に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッドに嵌合することにより結合される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とがあり、押圧部８は、先端が下方に突起し、駆動軸１２が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を押圧する。また、開閉部９は、掘削翼４が押圧部８に押圧される直前に拡大刃７の一端を伸縮部材２で牽引し、拡大刃７を旋回させて開閉する。
第１の実施形態と同様に、駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなしているので、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定され、掘削ロッドから回転力が伝達される。また、駆動軸の下部１２ｂには、ねじ山が設けてあるので、中空軸３に駆動軸１２を挿通し、袋ナットで螺合することにより掘削ヘッド１０を軸着する。これにより、作用ヘッド２０は、掘削ヘッド１０とは独立に回転できる。
【００１９】
図７に示すように、地盤改良ヘッド１の中央外側には中空軸３があり、その中空軸３には駆動軸１２が挿通されている。
中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある（図では、そのうちの一方のみを示す）。掘削翼４上面の両端には、掘削径を拡径する拡大刃７が軸支され、拡大刃７の一端に設けた孔７ｃが伸縮部材２で牽引されたとき旋回するように構成されている。
また掘削翼４上面の、正回転方向手前側の端縁には、拡大刃７を開くときの旋回角度を規制する回動規制部材１１が設けてある。
中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２の両側には、対称な位置に作用翼１３が配設されている（図では、そのうちの一方のみを示す）。
また、作用翼１３は、所定の角度をなして両方向に延びる一対の回転翼１３a、１３bと、それぞれの回転翼１３a、１３bの先端を繋ぐ円形部材１４と、その円形部材１４の中央に位置し、回転翼１３a、１３bの先端それぞれから等距離にある牽引個所１５と、を備えている。
回転翼１３a、１３bの先端それぞれには、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、掘削翼４に当接し、掘削翼４を押圧できるように、掘削翼４の上面よりも下方に配置された押圧部８が設けてある。
押圧部８は、駆動軸１２が正回転したとき、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接してその掘削翼４を押圧する第１部材８ｃ（図の破線部分）と、駆動軸１２が逆回転したとき、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接してその掘削翼４を押圧する第２部材８ｄ（図の太い斜線部分）とを有する。
また、円形部材１４には、孔が設けてあり、その孔は、拡大刃７の一端に設けた孔７aとの間に弦巻ばねなどの伸縮部材２が掛け止められ、牽引個所１５を形成している。そして、押圧部８の回転に合わせて牽引個所１５が移動するので拡大刃７が開閉する。
【００２０】
次に、本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が正回転したときには、押圧部８が正回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も正回転する。そして、伸縮部材２が伸長して、拡大刃の孔７aが正回転方向に牽引され、同時に、第１部材８ｃが、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は図の実線の位置に移動して閉じ、掘削翼４は押圧部８に押圧されて正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、駆動軸１２が回転を停止し、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、押圧部８が逆回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も逆回転する。そして、伸縮部材２が一旦縮小したのち伸長して、拡大刃の孔７aが逆回転方向に牽引され、同時に、第２部材８ｄが、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は、回動規制部材１１によって強制的に止められるまで旋回して開き、一方、掘削翼４は押圧部８に押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
ここで、本実施形態の開閉部９は、円形部材１４に設けた牽引個所１５と、弦巻ばねなどの伸縮部材２とにより構成されているが、必ずしもこの構成に限定される必要はない。また、押圧部８は、両方向に延びる一対の回転翼１３a、１３b先端の、掘削翼上面よりも下方に配置されているが、回転翼１３a、１３b自体、一体化された扇形部材として構成し、その一部に押圧部８や牽引個所１５を設けてもよい。
【００２１】
[第３の実施形態]
第３の実施形態の地盤改良ヘッドは、第２の実施形態と較べて、拡大刃が掘削翼の側面に設けられ、拡大刃と同軸に軸支されたノブを作用翼で牽引して拡大刃を開閉させる点が相違する。しかし作用翼に、押圧部や牽引個所のある回転翼が設けられている点などは共通するので、相違する掘削ヘッド及びその掘削ヘッドと作用ヘッドとの関係について説明する。
図８は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図であり、図９は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図８に示すように、掘削ヘッド１０は、中空軸３と、その中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、掘削翼４の側面に軸着され開閉自在な一対の拡大刃７と、拡大刃７それぞれと同軸に軸支され、回転自在なノブ１７と、ノブ１７の逆回転方向の回転角度を制限する規制部材１１と有する。そして、掘削翼４の下部には複数の掘削刃５が設けられているので、掘削翼４を回転させることにより地中を掘進することができる。また、拡大刃７は、ノブ１７が、図の手前側に旋回して拡大刃７が開いたときは、掘進径が拡がり、図の背面側に旋回して拡大刃７が閉じたときは、掘削刃５による掘進径が縮小し、掘削刃５による掘進径となる。
【００２２】
図９に示すように、掘削翼４上面の両端には、ノブ１７が設けられ、ノブ１７は、軸１７aに回転自在に支持されている。そして、掘削翼４の側面に設けられた拡大刃７は、その軸１７aに旋回自在に軸支されている。
ノブ１７の一端には孔１７ｂが設けられ、その孔１７ｂには伸縮部材２のフックが掛止されている。そして、伸縮部材２の他方のフックは図７に示した円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５に掛止めされている。
図７に示した駆動軸１２が正回転したときには、押圧部８が正回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も正回転する。そして、図９に示す伸縮部材２が伸長して、ノブ１７が矢印で示す正回転方向に牽引され、ノブ１７は破線で示す位置に旋回する。また、図７に示した第１部材８ｃが、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は破線で示す位置に旋回して閉じ、掘削翼４は押圧部８に押圧されて正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、図７に示した駆動軸１２が回転を停止し、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、押圧部８が逆回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も逆回転する。そして、図９に示す伸縮部材２は、一旦縮小したのち伸長して、ノブ１７が逆回転方向に牽引され、ノブ１７は、実線で示す位置に旋回し、回動規制部材１１によって停止する。同時に、図７に示した第２部材８ｄが、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は、実線で示す位置に旋回して開き、掘削翼４は押圧部８に押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材を吐出すると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
【００２３】
[第４の実施形態]
第４の実施形態の地盤改良ヘッドは、掘削ヘッドが作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドとは独立に回動する点、拡大刃が掘削翼の側面に設けられる点、作用ヘッドが９０度回転しなくても拡大刃が開閉し、掘削翼も回転可能な点は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドと共通する。しかし、拡大刃は、掘削翼の上面に軸支されたレバーを作用翼で押圧することにより開閉する点は相違する。したがって、相違する作用ヘッド、及び作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係について説明する。
図１０は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図１１は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図１０に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とが設けられており、押圧部８は、掘削翼の上面よりも少なくとも下方に配置され、回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を回転させることができる。また開閉部９は、掘削翼４の上面よりも上方に配置され、回転したとき掘削翼４上面の両端に軸支されたレバー１８に当接してそのレバー１８を回転させ、レバー１８と同軸の拡大刃７を開閉させる。なお、駆動軸下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。
【００２４】
図１１に示すように、中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある（図では、そのうちの一方のみを示す）。掘削翼４上面の両端には、レバー１８が軸支されている。そして、掘削翼４の側面には、掘削径を拡径する拡大刃７がレバー１８と同軸に軸支され、レバー１８が回転すると拡大刃７が開閉するようになっている。
本実施形態のレバー１８は、角度が６０度の扇形状をなしており、扇の要に相当する個所が回転可能に軸支されている。そして、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されている。
中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２には掘削ヘッド１０が図に現れない袋ナット３０で軸着されている。したがって、駆動軸１２に配設された作用翼１３（図では、そのうちの一方のみを示す）は、中空軸３両側に設けられた掘削翼４とは独立に回転することができる。
また、作用翼１３には、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、掘削翼４に当接し、掘削翼４を押圧する押圧部８と、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、レバー１８に当接し、レバー１８を回転させる開閉部９とが設けてある。
押圧部８は、さらに、駆動軸１２が正回転したとき、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接してその掘削翼４を押圧する第１部材８ｃ（図の太い斜線部分）と、駆動軸１２が逆回転したとき、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接してその掘削翼４を押圧する第２部材８ｄ（図の太い斜線部分）とからなっている。
開閉部９は、第１部材８ｃ先端の第１突起部９cと、第２部材８d先端の第２突起部９dとを有する。
第１突起部９cは、掘削翼の上面よりも上方に突起しており、駆動軸１２が正回転したとき、レバー１８の、正回転方向手前側１８aに当接する。一方第２突起部９ｄは、掘削翼４の上面よりも上方に突起しており、駆動軸１２が逆回転したとき、レバー１８の、逆回転方向手前側１８ｂに当接する。
ここで、本実施形態のレバー１８は、角度が６０度の扇形状をなし、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されているが、レバー１８の角度及び拡大刃の旋回角度は、必ずしも６０度である必要はなく、任意に設定することができる。
【００２５】
次に、図１１に基づいて、本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が逆回転したとき、押圧部８が逆回転し、同時に開閉部９も逆回転する。そして、第２突起部９ｄがレバー１８の逆回転方向手前側１８ｂに当接し、レバー１８を図の破線であらわした状態から実線であらわした状態まで６０度回転させる。そして、拡大刃７は、図の破線であらわした状態から実線であらわした状態まで６０度回転する。そのとき、第２部材８ｄは、掘削翼４の逆回転方向手前側の面４ｂに当接し、レバー１８の回転は停止する。
そして駆動軸１２の逆回転に伴い、掘削翼４が押圧部８によってさらに押圧されると、掘削翼４は逆回転し、掘削径が拡径される。
この状態から、駆動軸１２が逆回転を停止し、例えば掘削刃５を地中に食い込ませて正回転させると、押圧部８が正回転し、開閉部９も正回転する。そして、第１突起部９ｃがレバー１８の正回転方向手前側１８aに当接し、レバー１８を図の実線であらわした状態から破線であらわした状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の実線であらわした状態から破線であらわした状態まで６０度回転する。そして、第１部材８ｃは、掘削翼４の正回転方向手前側の面４aに当接し、レバー１８の回転は停止する。駆動軸１２の正回転に伴い、掘削翼４が押圧部８によってさらに押圧されると、掘削翼４は通常の掘削径で正回転する。以下、駆動軸１２の正逆回転を繰り返えし、拡大刃を開閉することにより、任意の深度におけるコラム径を変えることができる。
【００２６】
[第５の実施形態]
第５の実施形態の地盤改良ヘッドは、掘削ヘッドが作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドとは独立に回動する点、拡大刃が掘削翼の側面に設けられる点、拡大刃は、掘削翼の上面に軸支されたレバーを押圧して開閉する点は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドと共通する。しかし、作用ヘッドが正逆回転方向それぞれに９０度以上（概ね半回転）したとき、拡大刃が開閉し、掘削翼が正逆それぞれの回転方向に回転する点は相違する。したがって、作用ヘッド、及び作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係を示す図に基づいて説明する。
【００２７】
図１２は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図１３は、作用ヘッドを構成する作用翼の側面図であり、図１４は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図１２及び図１３に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とが設けられており、押圧部８は、掘削翼４上面の下方にまで配置され、押圧部８が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を回転させることができる。また開閉部９は、押圧部８の先端両側（正回転方向及び逆回転方向双方）の突起部分で、斜線で示すように掘削翼４上面の上方に配置され、回転したとき掘削翼４上面の両端に軸支されたレバー１８に当接してそのレバー１８を回転させ、レバー１８と同軸の拡大刃７を開閉する。なお、駆動軸下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。
【００２８】
図１４に示すように、中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある。掘削翼４上面の両端には、レバー１８が軸支されている。そして、掘削翼４の側面には、掘削径を拡径する拡大刃７がレバー１８と同軸に軸支され、レバー１８が回転すると拡大刃７が開閉する。
本実施形態のレバー１８は、第４の実施形態のレバーと同様に、角度が６０度の扇形状をなしており、扇の要に相当する個所が回転可能に軸支されている。そして、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されている。
また、中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２には掘削ヘッド１０が図に現れない袋ナット３０で軸着されている。したがって、駆動軸１２に配設された作用翼１３は、中空軸３両側に設けられた掘削翼４とは独立に回転することができる。
作用翼１３は、押圧部８と、開閉部９とを有するが、押圧部８は、正回転用と逆回転用とに分離されていないので、駆動軸が正回転、又は逆回転するのに合わせて作用翼１３が掘削翼とは独立に９０度以上回転する。そして、レバーを正回転方向又は逆回転方向に６０度回転させて拡大刃７を開閉する一方、掘削翼４を正回転方向又は逆回転方向に押圧して回転させる。
【００２９】
次に、図１４に基づいて本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が矢印方向に正回転すると、押圧部８及び開閉部９が正回転し、矢印とは駆動軸１２を挟んだ反対側の破線で示す位置から次の実線で示す位置に移動する。そして、開閉部９がレバー１８の正回転方向手前側１８aに当接し、レバー１８を図の破線であらわす状態から実線であらわす状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の破線であらわす状態から実線であらわす状態まで６０度回転する。一方、押圧部８は、掘削翼４の正回転方向手前側の面４aに当接し、レバー１８の回転は停止する。そして駆動軸１２の正回転に伴い、押圧部８によって掘削翼４が押圧され、掘削翼４が正回転し、通常径で掘進する。
この状態から、駆動軸１２が正回転を停止し、掘削刃７を地中に食い込ませた後、駆動軸１２を逆回転させる。作用翼１３が掘削翼４と独立に逆方向に９０度以上（概ね半回転）回転すると、駆動軸１２の右側に配設された押圧部８及び開閉部９は、実線で示す位置から破線で示す位置に移動する。そして、開閉部９がレバー１８の逆回転方向手前側１８ｂに当接し、レバー１８を図の実線であらわす状態から破線であらわす状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の実線であらわす状態から破線であらわす状態まで６０度回転し、開く。一方、押圧部８は、掘削翼４の逆回転方向手前側の面４ｂに当接し、レバー１８の回転は停止する。そして駆動軸１２の逆回転に伴い、押圧部８によって掘削翼４が押圧され、掘削翼４が逆回転し、掘進径は拡径される。
以下、駆動軸１２の正逆回転を繰り返し、拡大刃を開閉することにより、任意の深度におけるコラム径を変えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
２ 伸縮部材
３ 中空軸
４ 掘削翼
４a 正回転方向後方の面
4b 正回転方向前方の面
５ 掘削刃
７ 拡大刃
７ａ 内側部
７ｂ 外側部
７ｃ 孔
７ｄ 側部
８ 押圧部
８a 正回転方向前方の面
８ｂ 逆回転方向前方の面
８ｃ 第１部材
８ｄ 第２部材
９、９a、９ｂ 開閉部
１０ 掘削ヘッド
１１ 回動規制部材
１２ 駆動軸
１２ａ 駆動軸上部
１２ｂ 駆動軸下部
１２ｃ 貫通孔
１３ 作用翼
１３ａ、１３ｂ 回転翼
１４ 円形部材
１５ 牽引個所
１６ 軸受け
１７ ノブ
１７a 軸
１７b 孔
１８ レバー
１８ａ 正回転方向手前側
１８ｂ 逆回転方向手前側
２０ 作用ヘッド
３０ 袋ナット
３０ａ 吐出口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削ロッドに結合して地中を縦に掘進し、掘進先の土壌に安定材などを混合する地盤改良ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に杭を造成する場合に、地中に穴を開け、その穴に杭を築造する方法やその穴に既製の杭を建込む方法を用いると、多量に発生する土の廃棄場所を確保する必要がある。そこで、排土を極力少なくするため、羽根の付いた鋼管等を回転させ、地盤支持力のある深さまで埋設する方法（特許文献１、特許文献２参照）が開発されている。しかし、その鋼管等を礫地盤や粘着力の大きい地盤に直接埋設するのは困難である。一方、地中を掘進して土を緩め、注入するセメントなどの安定材を掘進先の土壌と攪拌混合する地盤改良用ヘッドを用いてソイルセメントコラムを形成し、そのコラムに補強材として芯材を挿入する方法が開発されている（特許文献３、特許文献４参照）。そして、その地盤改良用ヘッドに関し、ソイルセメントコラムを粘着力が大きい地盤に築造する際の共回りを防止する方法（特許文献５参照）や、粘着力が大きい地盤を三次元的に混合攪拌する方法（特許文献６参照）が提案されている。
【０００３】
しかしながら、軟弱地盤などにおいて、支持力の高い層まで掘進するのが困難な場合や、深さに応じて土質が変化する場合があり、コラムの下部径を大きくするなどにより支持力を向上させることや、土質の変化に応じてコラム径を変化させ、安定材の使用量を節約する必要もある。そこで、地盤改良用ヘッドの攪拌ビットを偏心させ、回転半径を変えて異径のコラムを形成する方法が提案されている（特許文献７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９２３７０号公報
【特許文献２】特開２００３−１４７７６６号公報
【特許文献３】特許第２８５９４２６号公報
【特許文献４】特開２００１−１８２０５５号公報
【特許文献５】特許第２７８８１７１号公報
【特許文献６】特許第２９０５３７８号公報
【特許文献７】特開２００１−２２６９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献7記載の方法は、攪拌ビットを偏心させるので、掘削ロッドに加わる負荷が左右不均一になり、掘進方向が曲がる恐れがあるので、掘削ロッドに加わる負荷が均一になるように、攪拌翼を左右対称にする一方、攪拌翼と掘削翼とが独立して回動できるように分離し、両者が所定角度をなすまで回転したとき、拡大刃を開き掘削径が拡径できるようにする方法が考えられる。
その方法において、土質が不均一な場合や掘進深度が大きい場合には、掘進方向の曲がりを防ぐ必要があるので、芯ずれ防止として攪拌翼と掘削翼との間に間隔を開け、相互間を連結した構造の地盤改良用ヘッドについては、発明者が特願２００９−１７０８５１号として出願済みである。
しかし、土質が概ね均一である場合や掘進深度が比較的浅い場合などには、意図的に芯ずれ防止措置を講じたり、掘進先の土壌と安定材との攪拌のみを目的とした攪拌翼を設ける必要性は低いと思われる。
本発明は、上記事情に鑑み、比較的均一な土質や比較的浅い場所にコラムを形成する際に、地中を掘進する掘進径を任意に拡径して部分的にコラム径を変え、所定の地盤支持力や地耐力をより少ない安定材で確保することが可能な地盤改良ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の地盤改良ヘッドは、回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、中空軸と、該中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び安定材の吐出口を具備し上記掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、該駆動軸の両側に配設され、上記掘削翼及び上記拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、該駆動軸下部を上記中空軸に挿通し、上記掘削ヘッドを該駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備え、上記掘削ロッドが正回転するときは上記拡大刃それぞれを閉じて掘進し、該掘削ロッドが逆回転するときは該拡大刃それぞれを開いて上記掘削径を拡径することを特徴とする。
ここで、上記作用翼は、上記駆動軸が回転したとき、上記掘削翼に当接して該掘削翼を押圧する押圧部と、該押圧部が該掘削翼を押圧する直前に上記拡大刃を開閉する開閉部と、を有することが好ましい。
このような構成にすれば、掘削ヘッドとは独立に、作用ヘッドを所定角度回転させることができるので、回転方向を変えることにより掘削ヘッドに設けた拡大刃を確実に開閉し、通常の掘削径で掘進したり、その掘削径を拡径したりすることが容易である。
そして、上記押圧部は、上記駆動軸が正回転したとき、上記掘削翼を押圧する第１部材と、該駆動軸が逆回転したとき、上記掘削翼を押圧する第２部材と、を有する構成にすれば、作用ヘッドの回転角度が９０度未満で拡大刃の開閉が可能となる。
さらに、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両端に回動自在に軸着されたものであって、上記開閉部は、上記拡大刃の一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を上記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両側面に軸着されたものであって、上記掘削翼の上面に該拡大刃と同軸に軸着されたノブを備え、上記開閉部は、上記ノブの一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を上記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の両側面に軸着されたものであり、上記開閉部は、上記押圧部の、上記掘削翼上面よりも上方の側端における回転方向前方に突出した突起部であって、上記掘削翼の上面に上記拡大刃と同軸に軸着され回動自在なレバーを備え、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する直前に上記突出部が上記レバーを回動して上記拡大刃それぞれを開閉することにしてもよい。
このように、拡大刃の設置個所に応じて、拡大刃を直接牽引するか、あるいは拡大刃と同軸のノブを牽引することによって拡大刃を開閉することもできるし、拡大刃の側部を直接押すか、あるいは拡大刃と同軸のレバーを押すことによって拡大刃を開閉することができる。
【０００７】
また、上記掘削翼を押圧する部材を単一にして、作用ヘッドの回転角度が概ね半回転、すなわち９０度以上回転したとき拡大刃が開閉するように構成することもできる。
すなわち、上記開閉部は、上記押圧部の、上記掘削翼上面よりも上方の、正逆それぞれの回転方向前方に突出した一対の突起部であって、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、上記拡大刃それぞれが開閉することにしたり、上記拡大刃それぞれは、上記掘削翼の側面に軸着されたものであって、上記掘削翼の上面に、上記拡大刃と同軸に軸着されたレバー及び該レバーの回動を規制する回動規制部材を備え、上記押圧部が上記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、上記突起部が上記レバーを回動させて上記拡大刃それぞれを開閉することにしたりできる。
このように、掘削翼を押圧する部材を単一にすると、拡大刃の設置個所に応じて、拡大刃の側部を直接押すか、あるいは拡大刃と同軸のレバーなどを押すことによって拡大刃を開閉することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の地盤改良ヘッドによれば、比較的浅い深度の地中を掘進しながら安定材と土とを混合する一方、正方向、逆方向と回転方向を変えるだけで掘削径が変化し、コラム径を部分的に変えることができるので、より少ない安定材で必要な地盤支持力や地耐力を確保することができる。また、掘削ロッドの回転方向を変え、掘削ヘッドが回転する直前に、一対の左右対称な拡大刃が強制的に確実に開閉するので、地中を掘進する際に掘進径の拡径に失敗するおそれが極めて少ない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図である。
【図２】図２は、地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図３】図３は、掘削ヘッドを作用ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図である。
【図４】図４は、地盤改良ヘッドの平面図である。
【図５】図５は、本実施形態の地盤改良ヘッドを用いて球根状のコラムを形成する場合の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図８】図８は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【図１２】図１２は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図である。
【図１３】図１３は、作用ヘッドを構成する作用翼の側面図である。
【図１４】図１４は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本実施形態の地盤改良ヘッドについて説明する。
［第１の実施形態］
図１から図４は、第1の実施形態の地盤改良ヘッドを一例として示す図であり、図１は、地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図、図２は、地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図、図３は、掘削ヘッドを作用ヘッドの駆動軸に軸着する袋ナットの断面図であり、図４は、地盤改良ヘッドの平面図である。
第１の実施形態の地盤改良ヘッド１は、下部を構成する掘削ヘッド１０と、上部を構成する作用ヘッド２０と、袋ナット３０とにより構成されている。掘削ヘッド１０は、袋ナット３０を用いて作用ヘッド２０に軸着されるので、作用ヘッド２０を掘削ヘッド１０と独立に回動させることができる。そして、作用ヘッド２０を、掘削ヘッド１０に対して９０度以上回転（概ね半回転）させると、拡大刃７が開閉し、掘削翼４は正逆それぞれの回転方向に回転するように構成されている。
【００１１】
図１に示すように、掘削ヘッド１０は、中空軸３と、その中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、掘削翼４の上部両端に軸着され開閉自在な一対の拡大刃７と、を有する。そして、掘削翼４の下部には複数の掘削刃５が設けられているので、掘削翼４を回転させることにより地中を掘進できる。また、拡大刃７は、掘削翼４上面に軸支されて自在に旋回し、図の手前側に旋回して拡大刃７が開いたときは、掘進径が拡がり、図の背面側に旋回して拡大刃７が閉じたときは、掘削刃５による掘進径が縮小し、掘削刃５による通常の掘進径となる。
【００１２】
図２に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッドに嵌合させることにより駆動源に結合される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、駆動軸１２が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を押圧する押圧部８と、押圧部８が掘削翼４を押圧する直前に拡大刃７を開閉する開閉部９と、が設けられている。
駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなしている。この六角形の部分を、掘削ロッド内面（図示していない）に形成された六角穴に内嵌めすることにより、掘削ロッドから回転力が伝達される。
駆動軸の下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。掘削ロッドに嵌合される駆動軸上部１２ａの側面には、掘削ロッドと共通の貫通孔１２ｃがあり、掘削ロッドに嵌合された後、その貫通孔１２ｃにピンを挿入することにより、駆動軸１２は掘削ロッドに固定される。また、駆動軸下部１２ｂの外径は、掘削ヘッド１０の中空軸３の内径よりも小さいので、駆動軸下部１２ｂを中空軸３に挿通することができる。
ここで、駆動軸上部１２ａの断面形状は、必ずしも六角形である必要はなく、嵌合可能であれば、多角形であってもよい。
【００１３】
図３に示すように、駆動軸下部１２ｂの端縁の外周面には、ねじ山が切ってあり、袋ナット３０で中空軸３が螺合される。また、中空軸３の端面と袋ナット３０との間には、内径が駆動軸１２の外径より大きく、外径が中空軸３の外径と同サイズの軸受１６が挟みこまれる。これにより、掘削ヘッド１０は、作用ヘッド２０とは独立に回動することができる。そして、袋ナット３０には開口３０ａが設けてあるので、掘削ロッドの注入口（図示していない）から流入されたセメントなどの安定材は駆動軸１２の内部を通り、その開口３０ａから吐出される。
ここで、本実施形態の地盤改良ヘッド１は、軸受１６を用いているが、軸受１６は必ずしも必要ではなく、ワッシャなどであってもよい。また、使用する安定材や地中の環境によっては、駆動軸１２の内周面に逆流防止弁を螺着して、外部に吐出された安定材などは、駆動軸１２の内部に流入できないようにすることもできる。
【００１４】
図４に示すように、地盤改良ヘッド１の中央外側に中空軸３があり、中空軸３には駆動軸１２が挿通されている。
中空軸３の両側には掘削翼４が設けてあり、掘削翼４上面の両端には、掘削径を拡径する拡大刃７が軸支され、旋回自在になっている。また掘削翼４の、端縁には、拡大刃７が旋回して開く際の角度を規制する回動規制部材１１が設けられている。
また、駆動軸１２の両側に対称に作用翼１３が配設されており、作用翼１３の上部には、概ね扇形平面をなした一対の開閉部９が設けられ、その開閉部９の破線で囲われた太い斜線部分には、概ね三角柱をなして下方に突起した押圧部８が設けられている。
【００１５】
駆動軸１２が正回転したときには、掘削翼４よりも正回転方向手前にある開閉部９ａが拡大刃７の内側部７aに当接すると、拡大刃７を図の実線の位置まで閉じる。そのとき、駆動軸１２がさらに正回転すると、開閉部９aの下方に設けられた押圧部８の正回転方向前方の面８aが掘削翼４に当接し、掘削翼４が押圧される。この結果、拡大刃７は閉じて開閉部９aによってロックされ、掘削翼４は押圧部８により正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、駆動軸１２が回転を停止そ、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、作用翼１３が掘削翼４に対し概ね半回転するまでは、作用翼１３のみが回転する。そして、掘削翼４よりも逆回転方向手前にある開閉部９ｂが拡大刃７の外側部７ｂに当接すると、拡大刃７を図の破線の位置まで開く。拡大刃７は、回動規制部材１１によって妨げられ、それ以上旋回することはできないので、拡径される掘削径が一定に保たれる。そして駆動軸１２がさらに逆回転したとき、開閉部９bの下部に設けられた三角柱をなす押圧部８の、逆回転方向前方の面８ｂが掘削翼４に当接して掘削翼４を押圧する。この結果、拡大刃７は所定の角度旋回した状態で開閉部９ｂ及び回動規制部材１１によってロックされる。また、掘削翼４は押圧部８により押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
ここで、本実施形態の開閉部９は、概ね扇形平面をなし、押圧部８は、三角柱をなすが、必ずしもこの形状に限定されない。また、拡大刃７は、矩形部材が１２０度折れ曲った形状に形成され、６０度回転することにより閉じた状態から開いた状態となるように構成されているが、必ずしもこれに限定されない。
【００１６】
図５は、本実施形態の地盤改良ヘッドを用いて所定径で掘進し、下部を拡径した後、鋼管などの芯材を埋設して球根状のコラムを形成する場合の一例を示す図である。
図５に示すように、掘削ロッドの下端に本実施形態の地盤改良ヘッド１を結合し、掘削ロッドを正回転させて掘進し比較的浅い深度の土を緩める。このとき、掘削ロッドの注入口から安定材を注入し、地盤改良ヘッド１の下部から安定材を吐出し、その安定材を掘進先の土と混ぜる（ア）。次に、掘削ロッドを逆回転させ、拡大刃７を開き、掘削ロッドを引き上げながら逆回転させて、掘進径を拡径し、同時に安定材を掘進先の土と混ぜる。所定長拡径したら、掘削ロッドを引き下げ、地盤に押し付けながら正回転して拡大刃７を閉じ、地盤改良ヘッド１を地上に回収する（イ）。鋼管などの芯材Sを埋設し、球根状のコラムを形成する（ウ）。
【００１７】
[第２の実施形態]
第２の実施形の態地盤改良ヘッドは、第１の実施形態の地盤改良ヘッドと同様に、掘削ヘッドと、作用ヘッドと、袋ナットとにより構成され、掘削ヘッドは、作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドは、掘削ヘッドとは独立に回動することができる点や、拡大刃が掘削翼の上面両端に軸支されている点は共通する。
しかしながら、拡大刃は、開閉部に牽引されて開閉する点や、作用ヘッドを９０度以上回転させなくても拡大刃が開閉し、掘削翼も回転可能である点が相違する。したがって、相違する作用ヘッド、及びその作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係について説明する。
【００１８】
図６は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図７は、第２の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図６に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッドに嵌合することにより結合される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とがあり、押圧部８は、先端が下方に突起し、駆動軸１２が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を押圧する。また、開閉部９は、掘削翼４が押圧部８に押圧される直前に拡大刃７の一端を伸縮部材２で牽引し、拡大刃７を旋回させて開閉する。
第１の実施形態と同様に、駆動軸上部１２ａは、断面が六角形をなしているので、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定され、掘削ロッドから回転力が伝達される。また、駆動軸の下部１２ｂには、ねじ山が設けてあるので、中空軸３に駆動軸１２を挿通し、袋ナットで螺合することにより掘削ヘッド１０を軸着する。これにより、作用ヘッド２０は、掘削ヘッド１０とは独立に回転できる。
【００１９】
図７に示すように、地盤改良ヘッド１の中央外側には中空軸３があり、その中空軸３には駆動軸１２が挿通されている。
中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある（図では、そのうちの一方のみを示す）。掘削翼４上面の両端には、掘削径を拡径する拡大刃７が軸支され、拡大刃７の一端に設けた孔７ｃが伸縮部材２で牽引されたとき旋回するように構成されている。
また掘削翼４上面の、正回転方向手前側の端縁には、拡大刃７を開くときの旋回角度を規制する回動規制部材１１が設けてある。
中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２の両側には、対称な位置に作用翼１３が配設されている（図では、そのうちの一方のみを示す）。
また、作用翼１３は、所定の角度をなして両方向に延びる一対の回転翼１３a、１３bと、それぞれの回転翼１３a、１３bの先端を繋ぐ円形部材１４と、その円形部材１４の中央に位置し、回転翼１３a、１３bの先端それぞれから等距離にある牽引個所１５と、を備えている。
回転翼１３a、１３bの先端それぞれには、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、掘削翼４に当接し、掘削翼４を押圧できるように、掘削翼４の上面よりも下方に配置された押圧部８が設けてある。
押圧部８は、駆動軸１２が正回転したとき、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接してその掘削翼４を押圧する第１部材８ｃ（図の破線部分）と、駆動軸１２が逆回転したとき、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接してその掘削翼４を押圧する第２部材８ｄ（図の太い斜線部分）とを有する。
また、円形部材１４には、孔が設けてあり、その孔は、拡大刃７の一端に設けた孔７aとの間に弦巻ばねなどの伸縮部材２が掛け止められ、牽引個所１５を形成している。そして、押圧部８の回転に合わせて牽引個所１５が移動するので拡大刃７が開閉する。
【００２０】
次に、本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が正回転したときには、押圧部８が正回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も正回転する。そして、伸縮部材２が伸長して、拡大刃の孔７aが正回転方向に牽引され、同時に、第１部材８ｃが、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は図の実線の位置に移動して閉じ、掘削翼４は押圧部８に押圧されて正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、駆動軸１２が回転を停止し、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、押圧部８が逆回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も逆回転する。そして、伸縮部材２が一旦縮小したのち伸長して、拡大刃の孔７aが逆回転方向に牽引され、同時に、第２部材８ｄが、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は、回動規制部材１１によって強制的に止められるまで旋回して開き、一方、掘削翼４は押圧部８に押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
ここで、本実施形態の開閉部９は、円形部材１４に設けた牽引個所１５と、弦巻ばねなどの伸縮部材２とにより構成されているが、必ずしもこの構成に限定される必要はない。また、押圧部８は、両方向に延びる一対の回転翼１３a、１３b先端の、掘削翼上面よりも下方に配置されているが、回転翼１３a、１３b自体、一体化された扇形部材として構成し、その一部に押圧部８や牽引個所１５を設けてもよい。
【００２１】
[第３の実施形態]
第３の実施形態の地盤改良ヘッドは、第２の実施形態と較べて、拡大刃が掘削翼の側面に設けられ、拡大刃と同軸に軸支されたノブを作用翼で牽引して拡大刃を開閉させる点が相違する。しかし作用翼に、押圧部や牽引個所のある回転翼が設けられている点などは共通するので、相違する掘削ヘッド及びその掘削ヘッドと作用ヘッドとの関係について説明する。
図８は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの下部を構成する掘削ヘッドの正面図であり、図９は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図８に示すように、掘削ヘッド１０は、中空軸３と、その中空軸３の両側に配設された掘削翼４と、掘削翼４の側面に軸着され開閉自在な一対の拡大刃７と、拡大刃７それぞれと同軸に軸支され、回転自在なノブ１７と、ノブ１７の逆回転方向の回転角度を制限する規制部材１１と有する。そして、掘削翼４の下部には複数の掘削刃５が設けられているので、掘削翼４を回転させることにより地中を掘進することができる。また、拡大刃７は、ノブ１７が、図の手前側に旋回して拡大刃７が開いたときは、掘進径が拡がり、図の背面側に旋回して拡大刃７が閉じたときは、掘削刃５による掘進径が縮小し、掘削刃５による掘進径となる。
【００２２】
図９に示すように、掘削翼４上面の両端には、ノブ１７が設けられ、ノブ１７は、軸１７aに回転自在に支持されている。そして、掘削翼４の側面に設けられた拡大刃７は、その軸１７aに旋回自在に軸支されている。
ノブ１７の一端には孔１７ｂが設けられ、その孔１７ｂには伸縮部材２のフックが掛止されている。そして、伸縮部材２の他方のフックは図７に示した円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５に掛止めされている。
図７に示した駆動軸１２が正回転したときには、押圧部８が正回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も正回転する。そして、図９に示す伸縮部材２が伸長して、ノブ１７が矢印で示す正回転方向に牽引され、ノブ１７は破線で示す位置に旋回する。また、図７に示した第１部材８ｃが、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は破線で示す位置に旋回して閉じ、掘削翼４は押圧部８に押圧されて正回転し、掘削刃５により地中を掘進する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材が吐出されると、掘削刃５によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０の回転によって混合されるので、掘削径とほぼ同径のコラムが形成される。
また、図７に示した駆動軸１２が回転を停止し、掘削刃５が地中に食い込んだまま、逆回転すると、押圧部８が逆回転し、同時に円形部材１４の中央に位置する牽引個所１５も逆回転する。そして、図９に示す伸縮部材２は、一旦縮小したのち伸長して、ノブ１７が逆回転方向に牽引され、ノブ１７は、実線で示す位置に旋回し、回動規制部材１１によって停止する。同時に、図７に示した第２部材８ｄが、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接して掘削翼４を押圧する。
この結果、拡大刃７は、実線で示す位置に旋回して開き、掘削翼４は押圧部８に押圧されて逆回転し、掘削径を拡径する。このとき、図３に示した吐出口３０aから安定材を吐出すると、拡大刃７によって掘削された土壌と安定材が掘削ヘッド１０及び作用ヘッド２０で混合され、掘削径よりも拡径されたコラムが形成される。
【００２３】
[第４の実施形態]
第４の実施形態の地盤改良ヘッドは、掘削ヘッドが作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドとは独立に回動する点、拡大刃が掘削翼の側面に設けられる点、作用ヘッドが９０度回転しなくても拡大刃が開閉し、掘削翼も回転可能な点は、第３の実施形態の地盤改良ヘッドと共通する。しかし、拡大刃は、掘削翼の上面に軸支されたレバーを作用翼で押圧することにより開閉する点は相違する。したがって、相違する作用ヘッド、及び作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係について説明する。
図１０は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図１１は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図１０に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とが設けられており、押圧部８は、掘削翼の上面よりも少なくとも下方に配置され、回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を回転させることができる。また開閉部９は、掘削翼４の上面よりも上方に配置され、回転したとき掘削翼４上面の両端に軸支されたレバー１８に当接してそのレバー１８を回転させ、レバー１８と同軸の拡大刃７を開閉させる。なお、駆動軸下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。
【００２４】
図１１に示すように、中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある（図では、そのうちの一方のみを示す）。掘削翼４上面の両端には、レバー１８が軸支されている。そして、掘削翼４の側面には、掘削径を拡径する拡大刃７がレバー１８と同軸に軸支され、レバー１８が回転すると拡大刃７が開閉するようになっている。
本実施形態のレバー１８は、角度が６０度の扇形状をなしており、扇の要に相当する個所が回転可能に軸支されている。そして、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されている。
中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２には掘削ヘッド１０が図に現れない袋ナット３０で軸着されている。したがって、駆動軸１２に配設された作用翼１３（図では、そのうちの一方のみを示す）は、中空軸３両側に設けられた掘削翼４とは独立に回転することができる。
また、作用翼１３には、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、掘削翼４に当接し、掘削翼４を押圧する押圧部８と、駆動軸１２が正回転又は逆回転したとき、レバー１８に当接し、レバー１８を回転させる開閉部９とが設けてある。
押圧部８は、さらに、駆動軸１２が正回転したとき、掘削翼４の正回転方向後方の面４aに当接してその掘削翼４を押圧する第１部材８ｃ（図の太い斜線部分）と、駆動軸１２が逆回転したとき、掘削翼４の正回転方向前方の面４ｂに当接してその掘削翼４を押圧する第２部材８ｄ（図の太い斜線部分）とからなっている。
開閉部９は、第１部材８ｃ先端の第１突起部９cと、第２部材８d先端の第２突起部９dとを有する。
第１突起部９cは、掘削翼の上面よりも上方に突起しており、駆動軸１２が正回転したとき、レバー１８の、正回転方向手前側１８aに当接する。一方第２突起部９ｄは、掘削翼４の上面よりも上方に突起しており、駆動軸１２が逆回転したとき、レバー１８の、逆回転方向手前側１８ｂに当接する。
ここで、本実施形態のレバー１８は、角度が６０度の扇形状をなし、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されているが、レバー１８の角度及び拡大刃の旋回角度は、必ずしも６０度である必要はなく、任意に設定することができる。
【００２５】
次に、図１１に基づいて、本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が逆回転したとき、押圧部８が逆回転し、同時に開閉部９も逆回転する。そして、第２突起部９ｄがレバー１８の逆回転方向手前側１８ｂに当接し、レバー１８を図の破線であらわした状態から実線であらわした状態まで６０度回転させる。そして、拡大刃７は、図の破線であらわした状態から実線であらわした状態まで６０度回転する。そのとき、第２部材８ｄは、掘削翼４の逆回転方向手前側の面４ｂに当接し、レバー１８の回転は停止する。
そして駆動軸１２の逆回転に伴い、掘削翼４が押圧部８によってさらに押圧されると、掘削翼４は逆回転し、掘削径が拡径される。
この状態から、駆動軸１２が逆回転を停止し、例えば掘削刃５を地中に食い込ませて正回転させると、押圧部８が正回転し、開閉部９も正回転する。そして、第１突起部９ｃがレバー１８の正回転方向手前側１８aに当接し、レバー１８を図の実線であらわした状態から破線であらわした状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の実線であらわした状態から破線であらわした状態まで６０度回転する。そして、第１部材８ｃは、掘削翼４の正回転方向手前側の面４aに当接し、レバー１８の回転は停止する。駆動軸１２の正回転に伴い、掘削翼４が押圧部８によってさらに押圧されると、掘削翼４は通常の掘削径で正回転する。以下、駆動軸１２の正逆回転を繰り返えし、拡大刃を開閉することにより、任意の深度におけるコラム径を変えることができる。
【００２６】
[第５の実施形態]
第５の実施形態の地盤改良ヘッドは、掘削ヘッドが作用ヘッドに軸着され、作用ヘッドとは独立に回動する点、拡大刃が掘削翼の側面に設けられる点、拡大刃は、掘削翼の上面に軸支されたレバーを押圧して開閉する点は、第４の実施形態の地盤改良ヘッドと共通する。しかし、作用ヘッドが正逆回転方向それぞれに９０度以上（概ね半回転）したとき、拡大刃が開閉し、掘削翼が正逆それぞれの回転方向に回転する点は相違する。したがって、作用ヘッド、及び作用ヘッドと掘削ヘッドとの関係を示す図に基づいて説明する。
【００２７】
図１２は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの上部を構成する作用ヘッドの正面図であり、図１３は、作用ヘッドを構成する作用翼の側面図であり、図１４は、第５の実施形態の地盤改良ヘッドの平面図である。
図１２及び図１３に示すように、作用ヘッド２０は、掘削ロッド内面の六角穴に内嵌めされ、さらに共通の貫通孔１２ｃピンが挿入されることにより固定される駆動軸１２と、その駆動軸１２の中央部両側に配設された一対の作用翼１３と、を有する。
作用翼１３には、押圧部８と、開閉部９とが設けられており、押圧部８は、掘削翼４上面の下方にまで配置され、押圧部８が回転したとき、掘削翼４に当接してその掘削翼４を回転させることができる。また開閉部９は、押圧部８の先端両側（正回転方向及び逆回転方向双方）の突起部分で、斜線で示すように掘削翼４上面の上方に配置され、回転したとき掘削翼４上面の両端に軸支されたレバー１８に当接してそのレバー１８を回転させ、レバー１８と同軸の拡大刃７を開閉する。なお、駆動軸下部１２ｂには、掘削ヘッド１０を軸着するねじ山が設けてある。
【００２８】
図１４に示すように、中空軸３の両側には掘削翼４が設けてある。掘削翼４上面の両端には、レバー１８が軸支されている。そして、掘削翼４の側面には、掘削径を拡径する拡大刃７がレバー１８と同軸に軸支され、レバー１８が回転すると拡大刃７が開閉する。
本実施形態のレバー１８は、第４の実施形態のレバーと同様に、角度が６０度の扇形状をなしており、扇の要に相当する個所が回転可能に軸支されている。そして、レバー１８が６０度回転することにより、拡大刃が６０度旋回し、掘削径を拡径できるように構成されている。
また、中空軸３には、駆動軸１２が挿通され、駆動軸１２には掘削ヘッド１０が図に現れない袋ナット３０で軸着されている。したがって、駆動軸１２に配設された作用翼１３は、中空軸３両側に設けられた掘削翼４とは独立に回転することができる。
作用翼１３は、押圧部８と、開閉部９とを有するが、押圧部８は、正回転用と逆回転用とに分離されていないので、駆動軸が正回転、又は逆回転するのに合わせて作用翼１３が掘削翼とは独立に９０度以上回転する。そして、レバーを正回転方向又は逆回転方向に６０度回転させて拡大刃７を開閉する一方、掘削翼４を正回転方向又は逆回転方向に押圧して回転させる。
【００２９】
次に、図１４に基づいて本実施形態の地盤改良ヘッド１の作用について説明する。
駆動軸１２が矢印方向に正回転すると、押圧部８及び開閉部９が正回転し、矢印とは駆動軸１２を挟んだ反対側の破線で示す位置から次の実線で示す位置に移動する。そして、開閉部９がレバー１８の正回転方向手前側１８aに当接し、レバー１８を図の破線であらわす状態から実線であらわす状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の破線であらわす状態から実線であらわす状態まで６０度回転する。一方、押圧部８は、掘削翼４の正回転方向手前側の面４aに当接し、レバー１８の回転は停止する。そして駆動軸１２の正回転に伴い、押圧部８によって掘削翼４が押圧され、掘削翼４が正回転し、通常径で掘進する。
この状態から、駆動軸１２が正回転を停止し、掘削刃７を地中に食い込ませた後、駆動軸１２を逆回転させる。作用翼１３が掘削翼４と独立に逆方向に９０度以上（概ね半回転）回転すると、駆動軸１２の右側に配設された押圧部８及び開閉部９は、実線で示す位置から破線で示す位置に移動する。そして、開閉部９がレバー１８の逆回転方向手前側１８ｂに当接し、レバー１８を図の実線であらわす状態から破線であらわす状態まで６０度回転させる。そのとき、拡大刃７は、図の実線であらわす状態から破線であらわす状態まで６０度回転し、開く。一方、押圧部８は、掘削翼４の逆回転方向手前側の面４ｂに当接し、レバー１８の回転は停止する。そして駆動軸１２の逆回転に伴い、押圧部８によって掘削翼４が押圧され、掘削翼４が逆回転し、掘進径は拡径される。
以下、駆動軸１２の正逆回転を繰り返し、拡大刃を開閉することにより、任意の深度におけるコラム径を変えることができる。
【符号の説明】
【００３０】
２ 伸縮部材
３ 中空軸
４ 掘削翼
４a 正回転方向後方の面
4b 正回転方向前方の面
５ 掘削刃
７ 拡大刃
７ａ 内側部
７ｂ 外側部
７ｃ 孔
７ｄ 側部
８ 押圧部
８a 正回転方向前方の面
８ｂ 逆回転方向前方の面
８ｃ 第１部材
８ｄ 第２部材
９、９a、９ｂ 開閉部
１０ 掘削ヘッド
１１ 回動規制部材
１２ 駆動軸
１２ａ 駆動軸上部
１２ｂ 駆動軸下部
１２ｃ 貫通孔
１３ 作用翼
１３ａ、１３ｂ 回転翼
１４ 円形部材
１５ 牽引個所
１６ 軸受け
１７ ノブ
１７a 軸
１７b 孔
１８ レバー
１８ａ 正回転方向手前側
１８ｂ 逆回転方向手前側
２０ 作用ヘッド
３０ 袋ナット
３０ａ 吐出口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、
中空軸と、該中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び
安定材の吐出口を具備し前記掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、該駆動軸の両側に配設され、前記掘削翼及び前記拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、該駆動軸下部を前記中空軸に挿通し、前記掘削ヘッドを該駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備え、
前記掘削ロッドが正回転するときは前記拡大刃それぞれを閉じて掘進し、該掘削ロッドが逆回転するときは該拡大刃それぞれを開いて前記掘削径を拡径することを特徴とする地盤改良ヘッド。
【請求項２】
前記作用翼は、前記駆動軸が回転したとき、前記掘削翼に当接して該掘削翼を押圧する押圧部と、該押圧部が該掘削翼を押圧する直前に前記拡大刃を開閉する開閉部と、を有することを特徴とする請求項１記載の地盤改良ヘッド。
【請求項３】
前記押圧部は、前記駆動軸が正回転したとき、前記掘削翼を押圧する第１部材と、該駆動軸が逆回転したとき、前記掘削翼を押圧する第２部材と、を有することを特徴とする請求２記載の地盤改良ヘッド。
【請求項４】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両端に回動自在に軸着されたものであって、
前記開閉部は、前記拡大刃の一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を前記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉すること特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項５】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両側面に軸着されたものであって、
前記掘削翼の上面に該拡大刃と同軸に軸着されたノブを備え、
前記開閉部は、前記ノブの一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を前記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉すること特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項６】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両側面に軸着されたものであり、
前記開閉部は、前記押圧部の、前記掘削翼上面よりも上方の側端における回転方向前方に突出した突起部であって、
前記掘削翼の上面に前記拡大刃と同軸に軸着され回動自在なレバーを備え、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する直前に前記突出部が前記レバーを回動して前記拡大刃それぞれを開閉することを特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項７】
前記開閉部は、前記押圧部の、前記掘削翼上面よりも上方の、正逆それぞれの回転方向前方に突出した一対の突起部であって、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、前記拡大刃それぞれが開閉することを特徴とする請求項２記載の地盤改良ヘッド。
【請求項８】
前記拡大刃の回動を規制する規制部材を備え、
前記開閉部は、前記駆動軸が正回転したときは、前記牽引個所が前記掘削翼を押圧する前記押圧部よりも正回転方向の前方に移動して前記拡大刃を閉じ、該駆動軸が逆回転したときは、該牽引個所が該押圧部よりも逆回転方向の前方に移動して該拡大刃を開くことを特徴とする請求項４又は５記載の地盤改良ヘッド。
【請求項９】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の側面に軸着されたものであって、
前記掘削翼の上面に、前記拡大刃と同軸に軸着されたレバー及び該レバーの回動を規制する回動規制部材を備え、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、前記突起部が前記レバーを回動させて前記拡大刃それぞれを開閉することを特徴とする請求項７記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１０】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の上面に軸着され、
前記掘削翼の両端縁に拡大刃の回動を規制する規制部材を備えたことを特徴とする請求項７記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１１】
前記作用ヘッドは、軸受を介して前記駆動軸下端で螺合することにより前記掘削ヘッドを回動自在に軸着したことを特徴とする請求項１から１０のうちの何れか１記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１２】
前記作用ヘッドは、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、前記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することを特徴とする請求項１から１１のうちの何れか１記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１】
回転力を伝達する掘削ロッドに結合されて地中を掘進し、掘進先の土壌に安定材を混合する地盤改良ヘッドであって、
中空軸と、該中空軸の両側に配設され、地中を縦に掘削する複数の掘削刃を有する掘削翼と、該掘削刃による掘削径を拡径する一対の拡大刃と、を有する掘削ヘッド、及び
安定材の吐出口を具備し前記掘削ロッドに結合されて回転力を得る駆動軸と、該駆動軸の両側に配設され、前記掘削翼及び前記拡大刃それぞれに作用する一対の作用翼と、を有し、該駆動軸下部を前記中空軸に挿通し、前記掘削ヘッドを該駆動軸に回動自在に軸着する作用ヘッドを備え、
前記掘削ロッドが正回転するときは前記拡大刃それぞれを閉じて掘進し、該掘削ロッドが逆回転するときは該拡大刃それぞれを開いて前記掘削径を拡径することを特徴とする地盤改良ヘッド。
【請求項２】
前記作用翼は、前記駆動軸が回転したとき、前記掘削翼に当接して該掘削翼を押圧する押圧部と、該押圧部が該掘削翼を押圧する直前に前記拡大刃を開閉する開閉部と、を有することを特徴とする請求項１記載の地盤改良ヘッド。
【請求項３】
前記押圧部は、前記駆動軸が正回転したとき、前記掘削翼を押圧する第１部材と、該駆動軸が逆回転したとき、前記掘削翼を押圧する第２部材と、を有することを特徴とする請求２記載の地盤改良ヘッド。
【請求項４】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両端に回動自在に軸着されたものであって、
前記開閉部は、前記拡大刃の一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を前記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉すること特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項５】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両側面に軸着されたものであって、
前記掘削翼の上面に該拡大刃と同軸に軸着されたノブを備え、
前記開閉部は、前記ノブの一端を伸縮部材で牽引する牽引個所を前記押圧部の回転に合わせて移動させることにより該拡大刃を開閉すること特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項６】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の両側面に軸着されたものであり、
前記開閉部は、前記押圧部の、前記掘削翼上面よりも上方の側端における回転方向前方に突出した突起部であって、
前記掘削翼の上面に前記拡大刃と同軸に軸着され回動自在なレバーを備え、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する直前に前記突出部が前記レバーを回動して前記拡大刃それぞれを開閉することを特徴とする請求項２又は３記載の地盤改良ヘッド。
【請求項７】
前記開閉部は、前記押圧部の、前記掘削翼上面よりも上方の、正逆それぞれの回転方向前方に突出した一対の突起部であって、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、前記拡大刃それぞれが開閉することを特徴とする請求項２記載の地盤改良ヘッド。
【請求項８】
前記拡大刃の回動を規制する規制部材を備え、
前記開閉部は、前記駆動軸が正回転したときは、前記牽引個所が前記掘削翼を押圧する前記押圧部よりも正回転方向の前方に移動して前記拡大刃を閉じ、該駆動軸が逆回転したときは、該牽引個所が該押圧部よりも逆回転方向の前方に移動して該拡大刃を開くことを特徴とする請求項４又は５記載の地盤改良ヘッド。
【請求項９】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の側面に軸着されたものであって、
前記掘削翼の上面に、前記拡大刃と同軸に軸着されたレバー及び該レバーの回動を規制する回動規制部材を備え、
前記押圧部が前記掘削翼を押圧する位置から９０度以上回転したとき、前記突起部が前記レバーを回動させて前記拡大刃それぞれを開閉することを特徴とする請求項７記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１０】
前記拡大刃それぞれは、前記掘削翼の上面に軸着され、
前記掘削翼の両端縁に拡大刃の回動を規制する規制部材を備えたことを特徴とする請求項７記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１１】
前記作用ヘッドは、軸受を介して前記駆動軸下端で螺合することにより前記掘削ヘッドを回動自在に軸着したことを特徴とする請求項１から１０のうちの何れか１記載の地盤改良ヘッド。
【請求項１２】
前記作用ヘッドは、開口を有する袋ナットで螺合されたものであって、前記掘削ロッドから流入された安定材を該袋ナットから吐出することを特徴とする請求項１から１１のうちの何れか１記載の地盤改良ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−４２９４１（Ｐ２０１１−４２９４１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９０４０６（Ｐ２００９−１９０４０６）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（３０９０２１２９４）有限会社 植杉工業 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（３０９０２１２９４）有限会社 植杉工業 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]