基礎杭施工用拡径掘削機の掘削ヘッド
【課題】 スプライン構造により、拡大翼を徐々に拡径する形式の掘削機について、掘削性に優れ、根固め拡大球根部の品質を確保でき、引き上げ時における排土量を抑えることができる基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドを提供する。
【解決手段】 掘削ヘッド１は、中空の駆動軸２と、その内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸３とを有し、これら相対移動を利用して、駆動軸２側にピン接合された拡大翼４を、掘削軸３側の拡径板５を介して拡縮する。駆動軸２の内面側のコ字状のキー溝６と掘削軸３の外面側のキー７によりスプラインを形成する。キー溝６は、縦方向のガイド部６ａと、拡大翼４の縮径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第１の係止ロック部６ｂと、拡大翼４の拡径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第２の係止ロック部６ｃとからコ字状に形成されている。
【解決手段】 掘削ヘッド１は、中空の駆動軸２と、その内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸３とを有し、これら相対移動を利用して、駆動軸２側にピン接合された拡大翼４を、掘削軸３側の拡径板５を介して拡縮する。駆動軸２の内面側のコ字状のキー溝６と掘削軸３の外面側のキー７によりスプラインを形成する。キー溝６は、縦方向のガイド部６ａと、拡大翼４の縮径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第１の係止ロック部６ｂと、拡大翼４の拡径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第２の係止ロック部６ｃとからコ字状に形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中掘り工法などで根固め拡大球根部を造成する場合に使用される基礎杭施工用拡径掘削機の掘削ヘッドの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基礎杭の先端支持力を確保するため、根固め拡大球根部を造成することがよく行われており、そのための拡径掘削装置として、拡大球根部を造成の際、掘削ヘッドに設けられた拡大翼を広げて拡径させ、引き上げの際に、再び縮径させるものが種々開発されている。
【０００３】
拡大翼の拡縮の原理としては、油圧装置の操作により拡縮させるもの、その他機械的に拡縮させるもの、地盤からの抵抗を利用するものなどがある。
【０００４】
このような拡径掘削装置として、例えば特許文献１、２には、拡径時に地盤からの急激な抵抗を受けることを防止しつつ、拡径量を大きく設定可能な基礎杭施工用の掘削治具として、駆動軸と、該駆動軸にスプライン結合する掘削軸と、掘削軸の先端部に設けられた軸掘り用刃物と、上記駆動軸及び掘削軸に支持されて拡径可能となっていると共に拡大掘削用刃物が取り付けられた拡大翼と、を備える基礎杭施工用の掘削治具であって、上記駆動軸と掘削軸とは、上下方向に相対変位可能にスプライン結合し、上記拡大翼の上端部が駆動軸に対し上下方向に回動可能に連結し、該拡大翼の下端部若しくは延在方向途中位置が補助リンクの上端部に上下方向に回動可能に連結し、該補助リンクの下端部が上記掘削軸に対し上下方向に回動可能に連結することを特徴とする基礎杭施工用の掘削治具が記載されている。
【０００５】
すなわち、特許文献１、２記載の発明では、駆動軸と先端の掘削軸とがスプラインを構成するキー溝とキーを介して軸方向に相対移動可能となっており、駆動軸側に設けられた拡大翼と掘削軸をつなぐ補助リンクを介して拡大翼が拡縮するようになっている。
【０００６】
その他の背景技術として、特許文献３には拡大球根部を造成の状況を把握するためのデータ収集・管路システム、特許文献４、５にはキー溝とキーからなるスプラインを利用した伸縮の構造、特許文献６には水平な補助拡径板と主拡径板を利用した拡大翼の拡径手段が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０６０８２号公報
【特許文献２】特開２００５−０２３５６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４０２８４号公報
【特許文献４】特公昭５６−０４７３５５号公報
【特許文献５】特許第３３３０８５０号公報
【特許文献６】特開２００４−０７６３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の根固め拡大球根部を造成する拡径掘削装置においては、駆動軸を正転（先端のスクリューが回転することで地盤にねじ込む方向）で掘削し、根固め拡大球根部で逆転させることにより拡大翼を拡径し、そのまま逆転で拡大球根部の掘削を行う装置がほとんどであった。
【０００９】
特に、スプライン構造により、拡大翼を徐々に拡径する装置では、スプラインの形状が図４の左側（従来例としての特許文献１、２に記載のものに対応）に示すようなＺ型であったことから、逆転で掘削せざるを得なかった。
【００１０】
すなわち、図４の左側に従来例として示したように、中掘り工法などにおいて拡大翼を縮径して正転させながら掘削しているとき（状態Ａ）は、キーが図ではＺ型のキー溝の上部の係止部にロックされた状態にあり、拡大球根部で拡径を開始するとき（状態Ｂ）は、逆転させることで、キーのロック状態が解除され、逆転のままキーがロック位置と反対側のテーパー面に沿って移動しながら拡大翼が徐々に開き拡径されて行く（状態Ｃ）。
【００１１】
その状態から拡径が完了すると、逆転のまま、キーがＺ型のキー溝の下部の係止部にロックされ、掘削ヘッドを上下させながら拡大球根部の造成が行われる（状態Ｄ）。その際、拡大球根部には駆動軸および掘削軸の内側に設けられている配管を通じてセメントミルクなどの硬化性充填材が注入され、土砂と混合される。
【００１２】
拡大球根部の造成が完了したのちは、正転でキーのロック状態が解除され、正転で引き上げられる（図示省略）。
【００１３】
なお、図４の左側の従来例ではキー溝が駆動軸側、キーが掘削軸側にある場合であるが、その逆の場合（図４の右側の本発明の例は逆の場合である。）には、キー溝とキーに関する上下左右の関係が逆になる。
【００１４】
このような、正転掘削（状態Ａ）、逆転拡径（状態Ｂ、Ｃ）、逆転根固め拡大球根部掘削（状態Ｄ）、正転引き上げという手順の施工には、次のような課題がある。
【００１５】
(1) 掘削機の先端部には、通常、スクリュー状の掘削翼がついており、正転で推進するねじ方向に切ってあるため、正転で回転していれば、土を上方に押し上げながら掘削して行くことができるが、逆転の場合には掘削が困難になる。
【００１６】
(2) 掘削土砂が球根部下端に堆積することがあり、その場合、逆転での掘進は容易でないため、一度掘削した地盤までの再掘削が困難になり、根固め下端部の根固め液との攪拌混合が不十分となることで、均一な拡大球根部の造成が困難になる恐れがある。
【００１７】
(3) 中掘り工法における上部スクリューに堆積した土砂が鋼管内に圧密され、オーガーに過大な負荷がかかる。また、スクリュー上部に堆積していた土砂が根固め拡大球根部内に落ち、根固めの品質に悪い影響を及ぼす恐れがある。
【００１８】
(4) 掘削ヘッドの引き上げ時は正転になるため、負圧がかかり根固め拡大球根部のセメントミルクなどの根固め液を引き上げてしまう可能性がある。また、土を上げる方向に回転しながらヘッドを引き上げるので排土量も増える場合がある。
【００１９】
(5) Ｚ型のスプライン形状では、キーが拡大翼縮径時のロックから外れた後の回転方向が１方向のため、拡大翼の拡径過程において、図４の左側３段目（状態Ｃ）に黒丸で示した位置で、キーが角当りをし、キーに損傷を及ぼす恐れがある。
【００２０】
本発明は、スプライン構造により、拡大翼を徐々に拡径する形式の掘削機について、スプラインの形状を工夫することで、掘削性に優れ、根固め拡大球根部の品質を確保でき、引き上げ時における排土量を抑えることができる基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願の請求項１に係る発明は、掘削ヘッドを構成する中空の駆動軸と、前記駆動軸の内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸とを有し、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、前記掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とした基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記駆動軸と掘削軸の一方に設けられたキーが他方に設けられたキー溝内を掘削ヘッドの軸方向および周方向に相対移動可能となっており、前記キー溝は前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の縮径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第１の係止ロック部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の拡径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第２の係止ロック部とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とする点は、従来のスプライン構造を利用したものと同様である。この場合、掘削時における駆動軸の回転方向と掘削軸の回転方向は同じ方向である。
【００２３】
特許文献１、２に記載の発明におけるスプライン形状がＺ型であるのに対し、本発明ではスプライン形状、すなわちキー溝の形状を縦方向のガイド部の上下に、駆動軸の正転時にキーが周方向に係合される第１および第２の係止ロック部を有するコ字型とすることで、駆動軸の逆転により拡大翼を拡径させた後、正転で根固め拡大球根部を造成することができる。
【００２４】
そのため、発明が解決しようとする課題の項で述べたような、根固め拡大球根部を駆動軸の逆転により掘削し、造成する場合の問題が解消され、掘削性に優れ、根固め拡大球根部の品質が確保され、引き上げ時における排土量も抑えることができる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に係る基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記キー溝のガイド部の、前記駆動軸の逆転時に前記キーが当接する側にテーパーが設けられていることを特徴とするものである。
【００２６】
テーパーの向きは、駆動軸の逆転時に、拡大翼を拡径する際、キーとテーパーを設けたキー溝との間に作用する力の鉛直方向分力が駆動軸と掘削軸を軸方向へ引き寄せる方向とする。
【００２７】
キー溝が駆動軸側に設けられ、キーが掘削軸の外面側に設けられている場合には、駆動軸の逆転により、下側に位置する第１の係止ロック部からキーが抜け出し、反対側に位置するテーパーに沿って、ガイド部を上方へ移動し、拡大翼の拡径後、駆動軸の正転により上側に位置する第２の係止ロック部に係合され、その状態で正転により根固め拡大球根部の掘削、造成が行われる。
【００２８】
キー溝が掘削軸の外面側に設けられ、キーが駆動軸の内面側に設けられている場合には、上下左右が逆の関係となる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２に係る拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記キー溝内に潤滑油を入れ、前記駆動軸内面と掘削軸外面との間で密封した構造としてあることを特徴とするものである。
【００３０】
スプライン内を潤滑油が移動することでバキュームを防ぎ、スプラインの外部から土の引き込みが起こらないようにすることができる。また、潤滑油がキー溝内の全域に行き渡ることで、キーが傷つき難くなる。
【００３１】
スプライン内に密封する潤滑油の量は、上下の第１および第２の係止ロック部の体積程度、すなわちスプライン内の体積の７０％前後、５０〜８０％程度が望ましい。
【００３２】
潤滑油の量を変えて行った試験では、スプライン内の体積の１００％近く潤滑油を入れるとキーが動かなくなり、７０％程度であればキーがスムーズに動き、負圧も発生しなかった。
【００３３】
請求項４は、請求項１、２または３に係る拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記拡径手段が、前記掘削軸の外周に設けられた水平またはほぼ水平な拡径板からなり、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動により、前記拡大翼の下面が前記拡径板の外周部に当接し、拡大翼が前記軸支部分を中心に拡縮するようにしたものであることを特徴とするものである。
【００３４】
駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用する拡大翼の拡径手段は、特許文献１、２のようにリンクを用いるもの、特許文献６のように水平方向の拡径板を用いるものなど種々の構造が考えられるが、拡径板を用いるものは構造が簡単で、動作不良の問題も生じ難い。
【００３５】
なお、拡大翼については、拡大時に翼と駆動軸側の受け部材との間に土が入ると翼が開き難くなるという問題があるが、これに対しては拡大翼と軸支のピンおよびピンと受け部材の部分に余裕を持たせたフリーな構造とすることで、土の入り込みによる動作不良を生じ難くすることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、掘削ヘッドのスプライン形状をＺ型からコ字型に変えることで、正転で掘削し、逆転で拡大翼の拡径、拡径し終わったら正転に変え、掘削および根固め拡大球根部の攪拌を正転ですることを可能にした。
【００３７】
その場合、根固め拡大掘削時は正転であるため、土は上方に押し上げられる力が作用し、拡大球根部下端に掘削土砂の堆積は少なく、掘削性が向上する。
【００３８】
また、掘削ヘッド引き上げ時は、逆回転になるため、拡大球根部の根固め液を引き上げてしまうことはなく、逆回転で土を下に置いてくることになるため、排土量も抑えることができる。
【００３９】
さらに、スプラインの形状をコ字型にしたことで、拡大翼が拡径する過程では、キーを設けるのが掘削軸側か駆動軸側かに応じて、斜め最上部まで上がり切り、または最下部まで下がり切り、正転しロックする過程でキーはキー溝部上部または下部に沿って回転するため、角あたりせず、キーの損傷を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を示したものである。
【００４１】
掘削ヘッド１は、中空の駆動軸２と、その内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸３とを有し、この例では駆動軸２と掘削軸３の軸方向の相対移動を利用して、一端が駆動軸２側にピン接合により上下方向回動自在に軸支された拡大翼４を、掘削軸３側に設けられた補助拡径板５ａおよび主拡径板５ｂを介して拡縮可能としている。
【００４２】
図中、駆動軸２の上部に突出している部分は掘削機上部との接続部８であり、通常、この部分には、外周にスパイラル翼を有するロッドが接続される。
【００４３】
この例で、外表面からは見えないが、駆動軸２の内面側にはコ字状（図中では左右反対のコ字状）のキー溝６が形成されており、一方、掘削軸３の外面側にはキー溝６に対し、キー７が突出し、スプラインを形成している。このスプライン部分は、土砂の引き込みなどを防止するため、駆動軸２の内面と掘削軸３の外面との間で必要に応じパッキンなどを介在させて水密状態とし、内部にスプラインの体積の７０％程度の量の潤滑剤を密封するとよい。
【００４４】
駆動軸２の内面側に形成されたキー溝６は、駆動軸２と掘削軸３の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部６ａと、このガイド部６ａの下端から周方向に延び拡大翼４の縮径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第１の係止ロック部６ｂと、ガイド部６ａから周方向に延び拡大翼４の拡径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第２の係止ロック部６ｃとからコ字状（この例では紙面裏から見てコ字状となる）に形成されている。
【００４５】
図１の(a)は、拡大翼４を縮径状態で駆動軸２を正転させて掘削して行く状態であり、このときキー７はキー溝６の下端の第１の係止ロック部６ｂに係合した状態で、駆動軸２の回転が掘削軸３に伝達される。
【００４６】
(b)は、掘削ヘッド１が所定深度の拡大球根部造成位置に達し、駆動軸２を逆転させることで拡大翼４の拡径を開始する状態であり、逆転によりキー７は第１の係止ロック部６ｂと反対側の面に当接する。
【００４７】
このとき、掘削軸３にはこの当接部分で逆方向の回転が伝達される。また、この例では掘削軸３に径が徐々に大きくなる補助拡径板５ａが水平に設けられており、掘削軸３の逆回転により、拡大翼４が補助拡径板５ａの外縁に沿って摺動しながら開いて行く。
【００４８】
(c)は、駆動軸２を逆転させた状態で、キー７がキー溝６のガイド部６ａを上方に移動し、ガイド部６ａの上端まで来た状態を示したものである。
【００４９】
ガイド部６ａにはテーパーが設けられており、駆動軸２を逆転により、キー溝６のガイド部６ａからキー７に作用する力の鉛直分力が、キー７を上方へ押し上げる機能を有する。このとき、拡大翼４は軸方向の相対変位により補助拡径板５ａによって上方に押し上げられる。
【００５０】
この状態から、今度は駆動軸２を正転させることで、(d)のようにキー７が第２の係止ロック部６ｃに入り込んで係合する。
【００５１】
その際、拡大翼４は駆動軸２側の下端に位置する主拡径板５ｂに乗り上げる形でほぼ水平な拡大状態となり、正転の間その状態が維持される。
【００５２】
掘削ヘッド１の下端にはスパイラル翼９が取り付けられており（図１の(b)、(c)についてはこの部分の図示を省略）、スパイラル翼９の下端には複数の掘削刃１０が取り付けられている。本発明では、拡大翼４を拡径させた状態で正転により拡大球根部の掘削、攪拌を行うため、正転用のスパイラル翼９および正転の向きに取り付けられる掘削刃１０の機能を最大限に利用することができる。
【００５３】
また、通常、拡大翼４の下面側の掘削刃１１も正転で機能するように取り付けられるが、図示した例では拡大翼４の上面側にも掘削刃１２を取り付け、上向きにも掘削できるようにしている。
【００５４】
図２は、本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と拡径板との位置関係を示したものである。なお、(b)〜(d)では、先端のスパイラル翼９の図示を省略している。
【００５５】
基本的な構造や機能は、図１の場合と同様であるが、補助拡径板５ａの断面を極力抑えて、抵抗を小さくしている。また、補助拡径板５ａの外周部にリブ５ｃを設けており、直接的にはリブ５ｃの上部が拡大翼４の下面に接し、拡大翼４を押し上げる構造としている。このリブ５ｃの上部に傾斜を設けることによっても拡大翼４を押し上げがスムーズになる。
【００５６】
さらに図２の(d)〜(e)に至る拡大翼４の拡径の過程では、駆動軸２の回転が正転に変わる際、拡大翼４が拡径板５から外れて縮径してしまわないように、リブ５ｃの端部と拡大翼４の基部が係合するようになっている（(d)のＡ−Ａ断面参照）。
【００５７】
図３は、本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と掘削水または硬化性充填材を注入するための流路との位置関係を示したものである。
【００５８】
本発明のように、根固め拡大球根部を造成する拡径掘削機において、拡大翼の拡径を確認するためには、従来、ロッドに二重管を使用し、油圧や水圧を利用し確認する方法はあるが二重管を使用するため大変なコストがかかることになる。
【００５９】
また、翼が拡大する際の電磁波等を利用して地上で確認する方法等もあるが、電磁波が他に流れ、確実に確認できないことがある。
【００６０】
一方、この種の拡径掘削機では内部を貫通する管路を通じて、掘削水やセメントミルクなどの硬化性充填材を注入しながら施工を行うことが一般的であり、図３の実施形態は拡大翼４の拡径状態を確認するために、駆動軸２および掘削軸３の内側に設けられた掘削水やセメントミルクを注入するための管路について、駆動軸２および掘削軸３の相対移動に伴う（管路の流体抵抗の変化に伴う）流体注入圧の増減から拡大翼４の拡径状態を確認するようにしたものである。
【００６１】
より具体的には、図３において、拡大翼４の拡径時に掘削ヘッド１が伸縮することを利用し、(a)〜(c)の過程では上下の管路２２、２３の間に空間２１が生じており、抵抗の少ない状態で掘削水やセメントミルクが注入される状態から、(d)のように逆転状態での軸方向の相対変位により拡大翼４が大きく拡径する段階では掘削ヘッド１の縮小で空間２１がなくなり、かつ駆動軸２側の管路２２と掘削軸３側の管路２３とがずれて接することで流路が狭くなって抵抗が増し（同Ａ視拡大参照）、拡大後、(e)の正転状態では駆動軸２側の管路２２が掘削軸３側の管路２３の開口内に納まり（同Ａ視拡大参照）、流路がもとの広さになって抵抗が小さくなる構造としている。
【００６２】
この他、掘削時の流路面積を抑えておき、拡大するときには流路が広くなる構造も考えられる。
【００６３】
このようにして、掘削水やセメントミルクの圧の上昇もしくは減少により、拡大翼４が拡径していることを確認することが可能である。
【００６４】
図４は、従来のＺ型のスプラインと本発明におけるコ字型のスプラインの場合について、縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を対比して示したものである。
【００６５】
従来のＺ型のスプラインの場合については、発明が解決しようとする課題の項で説明した通りであり、簡潔に言えば、状態Ａが正転掘削時、状態Ｂ、Ｃが逆転拡径時、状態Ｄが逆転根固め拡大球根部掘削時である。
【００６６】
状態Ａ、Ｂでは大きな違いはないが、従来のＺ型のスプライン形状の場合では、状態ＣからＤに至る過程において回転方向が同一であり、キーとキー溝の当接する面（図４中のキーの右側面）も不変のままでキーが当接面側に位置する第２の係止ロック部に係合されようとするため、一時的に接触面積が減少する状態が発生する。このため、キーの角当りによる損傷の問題が発生する。これに対し、本発明では、状態ＣからＤの過程において、回転を逆転から正転に切り替えることでキーをキー溝の第２の係止部に係合させるため、キーの当接面が左右逆転し、接触面積が減少することはなく、角当たりの問題がない。
【００６７】
また、状態Ｄにおいても、従来のＺ型のスプライン形状の場合では、拡大球根部の掘削、攪拌が逆転によってなされることで、掘削性の問題や、排土の問題、掘削土砂の堆積などによる根固め拡大球根部の品質の問題などがあるのに対し、本発明の掘削ヘッドでは正転での施工となるため、これらの問題が全て解決される。
【００６８】
図５〜図８は、拡大球根部掘削時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示したものである。
【００６９】
図５において、(a)の従来例では拡大掘削時の掘削ヘッド１の回転が逆転であるのに対し、(b)の本発明では正転となる。
【００７０】
そのため、図６において、(a)の従来例では掘削ヘッド１の上部に接続されたロッド３１のスクリューに堆積した土砂を矢印のように下方に落とす力が作用するのに対し、(b)の本発明では正転であるため掘削土砂は上部方向に押し上げられる力が作用し、拡大球根部下端への土砂の堆積は少ない。
【００７１】
また、図７において、(a)の従来例では掘削土砂が拡大球根部下端に堆積することがあるため、前述のように一度掘削した地盤までの再掘削が困難になり、根固め拡大球根部下端の根固め液との攪拌混合が不十分なため、均一な根固め拡大球根部の造成が困難になる可能性がある。また、掘削ヘッド１の上部に接続されたロッド３１のスクリュー３２に堆積した土砂が鋼管内部に圧密され、オーガーに過大な負圧がかかる恐れがある。これに対し、(b)の本発明では掘削土砂の堆積が少ないため、再度掘削することも容易である。
【００７２】
図８において、(a)の従来例では掘削ヘッド１の回収時は正転となるため負圧がかかり、根固め拡大球根部の根固め液を引き上げてしまう可能性があり、排土量も増える。これに対し、(b)の本発明では掘削ヘッド１の回収時は逆転となるため、根固め拡大球根部の根固め液を引き上げてしまう可能性はなく、健全な拡大球根部の造成が可能であり、排土量も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と拡径板との位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と掘削水または硬化性充填材を注入するための流路との位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図４】従来のＺ型のスプラインと本発明におけるコ字型のスプラインの場合について、縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を対比して示した正面図およびスプライン部分の展開図である。
【図５】拡大球根部掘削時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図６】拡大球根部掘削、攪拌時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図７】拡大球根部掘削、攪拌時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図８】掘削ヘッドの引き上げ時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…掘削ヘッド、２…駆動軸、３…掘削軸、４…拡大翼、５ａ…補助拡径板、５ｂ…主拡径板、６…キー溝、６ａ…ガイド部、６ｂ…第１の係止ロック部、６ｃ…第２の係止ロック部、７…キー、８…接続部、９…スパイラル翼、１０、１１、１２…掘削刃、２１…空間、２２、２３…配管、３１…ロッド、３２…スクリュー、４１…拡大球根部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中掘り工法などで根固め拡大球根部を造成する場合に使用される基礎杭施工用拡径掘削機の掘削ヘッドの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基礎杭の先端支持力を確保するため、根固め拡大球根部を造成することがよく行われており、そのための拡径掘削装置として、拡大球根部を造成の際、掘削ヘッドに設けられた拡大翼を広げて拡径させ、引き上げの際に、再び縮径させるものが種々開発されている。
【０００３】
拡大翼の拡縮の原理としては、油圧装置の操作により拡縮させるもの、その他機械的に拡縮させるもの、地盤からの抵抗を利用するものなどがある。
【０００４】
このような拡径掘削装置として、例えば特許文献１、２には、拡径時に地盤からの急激な抵抗を受けることを防止しつつ、拡径量を大きく設定可能な基礎杭施工用の掘削治具として、駆動軸と、該駆動軸にスプライン結合する掘削軸と、掘削軸の先端部に設けられた軸掘り用刃物と、上記駆動軸及び掘削軸に支持されて拡径可能となっていると共に拡大掘削用刃物が取り付けられた拡大翼と、を備える基礎杭施工用の掘削治具であって、上記駆動軸と掘削軸とは、上下方向に相対変位可能にスプライン結合し、上記拡大翼の上端部が駆動軸に対し上下方向に回動可能に連結し、該拡大翼の下端部若しくは延在方向途中位置が補助リンクの上端部に上下方向に回動可能に連結し、該補助リンクの下端部が上記掘削軸に対し上下方向に回動可能に連結することを特徴とする基礎杭施工用の掘削治具が記載されている。
【０００５】
すなわち、特許文献１、２記載の発明では、駆動軸と先端の掘削軸とがスプラインを構成するキー溝とキーを介して軸方向に相対移動可能となっており、駆動軸側に設けられた拡大翼と掘削軸をつなぐ補助リンクを介して拡大翼が拡縮するようになっている。
【０００６】
その他の背景技術として、特許文献３には拡大球根部を造成の状況を把握するためのデータ収集・管路システム、特許文献４、５にはキー溝とキーからなるスプラインを利用した伸縮の構造、特許文献６には水平な補助拡径板と主拡径板を利用した拡大翼の拡径手段が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１０６０８２号公報
【特許文献２】特開２００５−０２３５６１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４０２８４号公報
【特許文献４】特公昭５６−０４７３５５号公報
【特許文献５】特許第３３３０８５０号公報
【特許文献６】特開２００４−０７６３８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の根固め拡大球根部を造成する拡径掘削装置においては、駆動軸を正転（先端のスクリューが回転することで地盤にねじ込む方向）で掘削し、根固め拡大球根部で逆転させることにより拡大翼を拡径し、そのまま逆転で拡大球根部の掘削を行う装置がほとんどであった。
【０００９】
特に、スプライン構造により、拡大翼を徐々に拡径する装置では、スプラインの形状が図４の左側（従来例としての特許文献１、２に記載のものに対応）に示すようなＺ型であったことから、逆転で掘削せざるを得なかった。
【００１０】
すなわち、図４の左側に従来例として示したように、中掘り工法などにおいて拡大翼を縮径して正転させながら掘削しているとき（状態Ａ）は、キーが図ではＺ型のキー溝の上部の係止部にロックされた状態にあり、拡大球根部で拡径を開始するとき（状態Ｂ）は、逆転させることで、キーのロック状態が解除され、逆転のままキーがロック位置と反対側のテーパー面に沿って移動しながら拡大翼が徐々に開き拡径されて行く（状態Ｃ）。
【００１１】
その状態から拡径が完了すると、逆転のまま、キーがＺ型のキー溝の下部の係止部にロックされ、掘削ヘッドを上下させながら拡大球根部の造成が行われる（状態Ｄ）。その際、拡大球根部には駆動軸および掘削軸の内側に設けられている配管を通じてセメントミルクなどの硬化性充填材が注入され、土砂と混合される。
【００１２】
拡大球根部の造成が完了したのちは、正転でキーのロック状態が解除され、正転で引き上げられる（図示省略）。
【００１３】
なお、図４の左側の従来例ではキー溝が駆動軸側、キーが掘削軸側にある場合であるが、その逆の場合（図４の右側の本発明の例は逆の場合である。）には、キー溝とキーに関する上下左右の関係が逆になる。
【００１４】
このような、正転掘削（状態Ａ）、逆転拡径（状態Ｂ、Ｃ）、逆転根固め拡大球根部掘削（状態Ｄ）、正転引き上げという手順の施工には、次のような課題がある。
【００１５】
(1) 掘削機の先端部には、通常、スクリュー状の掘削翼がついており、正転で推進するねじ方向に切ってあるため、正転で回転していれば、土を上方に押し上げながら掘削して行くことができるが、逆転の場合には掘削が困難になる。
【００１６】
(2) 掘削土砂が球根部下端に堆積することがあり、その場合、逆転での掘進は容易でないため、一度掘削した地盤までの再掘削が困難になり、根固め下端部の根固め液との攪拌混合が不十分となることで、均一な拡大球根部の造成が困難になる恐れがある。
【００１７】
(3) 中掘り工法における上部スクリューに堆積した土砂が鋼管内に圧密され、オーガーに過大な負荷がかかる。また、スクリュー上部に堆積していた土砂が根固め拡大球根部内に落ち、根固めの品質に悪い影響を及ぼす恐れがある。
【００１８】
(4) 掘削ヘッドの引き上げ時は正転になるため、負圧がかかり根固め拡大球根部のセメントミルクなどの根固め液を引き上げてしまう可能性がある。また、土を上げる方向に回転しながらヘッドを引き上げるので排土量も増える場合がある。
【００１９】
(5) Ｚ型のスプライン形状では、キーが拡大翼縮径時のロックから外れた後の回転方向が１方向のため、拡大翼の拡径過程において、図４の左側３段目（状態Ｃ）に黒丸で示した位置で、キーが角当りをし、キーに損傷を及ぼす恐れがある。
【００２０】
本発明は、スプライン構造により、拡大翼を徐々に拡径する形式の掘削機について、スプラインの形状を工夫することで、掘削性に優れ、根固め拡大球根部の品質を確保でき、引き上げ時における排土量を抑えることができる基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願の請求項１に係る発明は、掘削ヘッドを構成する中空の駆動軸と、前記駆動軸の内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸とを有し、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、前記掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とした基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記駆動軸と掘削軸の一方に設けられたキーが他方に設けられたキー溝内を掘削ヘッドの軸方向および周方向に相対移動可能となっており、前記キー溝は前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の縮径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第１の係止ロック部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の拡径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第２の係止ロック部とを有することを特徴とするものである。
【００２２】
駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とする点は、従来のスプライン構造を利用したものと同様である。この場合、掘削時における駆動軸の回転方向と掘削軸の回転方向は同じ方向である。
【００２３】
特許文献１、２に記載の発明におけるスプライン形状がＺ型であるのに対し、本発明ではスプライン形状、すなわちキー溝の形状を縦方向のガイド部の上下に、駆動軸の正転時にキーが周方向に係合される第１および第２の係止ロック部を有するコ字型とすることで、駆動軸の逆転により拡大翼を拡径させた後、正転で根固め拡大球根部を造成することができる。
【００２４】
そのため、発明が解決しようとする課題の項で述べたような、根固め拡大球根部を駆動軸の逆転により掘削し、造成する場合の問題が解消され、掘削性に優れ、根固め拡大球根部の品質が確保され、引き上げ時における排土量も抑えることができる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に係る基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記キー溝のガイド部の、前記駆動軸の逆転時に前記キーが当接する側にテーパーが設けられていることを特徴とするものである。
【００２６】
テーパーの向きは、駆動軸の逆転時に、拡大翼を拡径する際、キーとテーパーを設けたキー溝との間に作用する力の鉛直方向分力が駆動軸と掘削軸を軸方向へ引き寄せる方向とする。
【００２７】
キー溝が駆動軸側に設けられ、キーが掘削軸の外面側に設けられている場合には、駆動軸の逆転により、下側に位置する第１の係止ロック部からキーが抜け出し、反対側に位置するテーパーに沿って、ガイド部を上方へ移動し、拡大翼の拡径後、駆動軸の正転により上側に位置する第２の係止ロック部に係合され、その状態で正転により根固め拡大球根部の掘削、造成が行われる。
【００２８】
キー溝が掘削軸の外面側に設けられ、キーが駆動軸の内面側に設けられている場合には、上下左右が逆の関係となる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２に係る拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記キー溝内に潤滑油を入れ、前記駆動軸内面と掘削軸外面との間で密封した構造としてあることを特徴とするものである。
【００３０】
スプライン内を潤滑油が移動することでバキュームを防ぎ、スプラインの外部から土の引き込みが起こらないようにすることができる。また、潤滑油がキー溝内の全域に行き渡ることで、キーが傷つき難くなる。
【００３１】
スプライン内に密封する潤滑油の量は、上下の第１および第２の係止ロック部の体積程度、すなわちスプライン内の体積の７０％前後、５０〜８０％程度が望ましい。
【００３２】
潤滑油の量を変えて行った試験では、スプライン内の体積の１００％近く潤滑油を入れるとキーが動かなくなり、７０％程度であればキーがスムーズに動き、負圧も発生しなかった。
【００３３】
請求項４は、請求項１、２または３に係る拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記拡径手段が、前記掘削軸の外周に設けられた水平またはほぼ水平な拡径板からなり、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動により、前記拡大翼の下面が前記拡径板の外周部に当接し、拡大翼が前記軸支部分を中心に拡縮するようにしたものであることを特徴とするものである。
【００３４】
駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用する拡大翼の拡径手段は、特許文献１、２のようにリンクを用いるもの、特許文献６のように水平方向の拡径板を用いるものなど種々の構造が考えられるが、拡径板を用いるものは構造が簡単で、動作不良の問題も生じ難い。
【００３５】
なお、拡大翼については、拡大時に翼と駆動軸側の受け部材との間に土が入ると翼が開き難くなるという問題があるが、これに対しては拡大翼と軸支のピンおよびピンと受け部材の部分に余裕を持たせたフリーな構造とすることで、土の入り込みによる動作不良を生じ難くすることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明では、掘削ヘッドのスプライン形状をＺ型からコ字型に変えることで、正転で掘削し、逆転で拡大翼の拡径、拡径し終わったら正転に変え、掘削および根固め拡大球根部の攪拌を正転ですることを可能にした。
【００３７】
その場合、根固め拡大掘削時は正転であるため、土は上方に押し上げられる力が作用し、拡大球根部下端に掘削土砂の堆積は少なく、掘削性が向上する。
【００３８】
また、掘削ヘッド引き上げ時は、逆回転になるため、拡大球根部の根固め液を引き上げてしまうことはなく、逆回転で土を下に置いてくることになるため、排土量も抑えることができる。
【００３９】
さらに、スプラインの形状をコ字型にしたことで、拡大翼が拡径する過程では、キーを設けるのが掘削軸側か駆動軸側かに応じて、斜め最上部まで上がり切り、または最下部まで下がり切り、正転しロックする過程でキーはキー溝部上部または下部に沿って回転するため、角あたりせず、キーの損傷を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明の一実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を示したものである。
【００４１】
掘削ヘッド１は、中空の駆動軸２と、その内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸３とを有し、この例では駆動軸２と掘削軸３の軸方向の相対移動を利用して、一端が駆動軸２側にピン接合により上下方向回動自在に軸支された拡大翼４を、掘削軸３側に設けられた補助拡径板５ａおよび主拡径板５ｂを介して拡縮可能としている。
【００４２】
図中、駆動軸２の上部に突出している部分は掘削機上部との接続部８であり、通常、この部分には、外周にスパイラル翼を有するロッドが接続される。
【００４３】
この例で、外表面からは見えないが、駆動軸２の内面側にはコ字状（図中では左右反対のコ字状）のキー溝６が形成されており、一方、掘削軸３の外面側にはキー溝６に対し、キー７が突出し、スプラインを形成している。このスプライン部分は、土砂の引き込みなどを防止するため、駆動軸２の内面と掘削軸３の外面との間で必要に応じパッキンなどを介在させて水密状態とし、内部にスプラインの体積の７０％程度の量の潤滑剤を密封するとよい。
【００４４】
駆動軸２の内面側に形成されたキー溝６は、駆動軸２と掘削軸３の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部６ａと、このガイド部６ａの下端から周方向に延び拡大翼４の縮径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第１の係止ロック部６ｂと、ガイド部６ａから周方向に延び拡大翼４の拡径状態で駆動軸２を正転させるときにキー７が周方向に係合される第２の係止ロック部６ｃとからコ字状（この例では紙面裏から見てコ字状となる）に形成されている。
【００４５】
図１の(a)は、拡大翼４を縮径状態で駆動軸２を正転させて掘削して行く状態であり、このときキー７はキー溝６の下端の第１の係止ロック部６ｂに係合した状態で、駆動軸２の回転が掘削軸３に伝達される。
【００４６】
(b)は、掘削ヘッド１が所定深度の拡大球根部造成位置に達し、駆動軸２を逆転させることで拡大翼４の拡径を開始する状態であり、逆転によりキー７は第１の係止ロック部６ｂと反対側の面に当接する。
【００４７】
このとき、掘削軸３にはこの当接部分で逆方向の回転が伝達される。また、この例では掘削軸３に径が徐々に大きくなる補助拡径板５ａが水平に設けられており、掘削軸３の逆回転により、拡大翼４が補助拡径板５ａの外縁に沿って摺動しながら開いて行く。
【００４８】
(c)は、駆動軸２を逆転させた状態で、キー７がキー溝６のガイド部６ａを上方に移動し、ガイド部６ａの上端まで来た状態を示したものである。
【００４９】
ガイド部６ａにはテーパーが設けられており、駆動軸２を逆転により、キー溝６のガイド部６ａからキー７に作用する力の鉛直分力が、キー７を上方へ押し上げる機能を有する。このとき、拡大翼４は軸方向の相対変位により補助拡径板５ａによって上方に押し上げられる。
【００５０】
この状態から、今度は駆動軸２を正転させることで、(d)のようにキー７が第２の係止ロック部６ｃに入り込んで係合する。
【００５１】
その際、拡大翼４は駆動軸２側の下端に位置する主拡径板５ｂに乗り上げる形でほぼ水平な拡大状態となり、正転の間その状態が維持される。
【００５２】
掘削ヘッド１の下端にはスパイラル翼９が取り付けられており（図１の(b)、(c)についてはこの部分の図示を省略）、スパイラル翼９の下端には複数の掘削刃１０が取り付けられている。本発明では、拡大翼４を拡径させた状態で正転により拡大球根部の掘削、攪拌を行うため、正転用のスパイラル翼９および正転の向きに取り付けられる掘削刃１０の機能を最大限に利用することができる。
【００５３】
また、通常、拡大翼４の下面側の掘削刃１１も正転で機能するように取り付けられるが、図示した例では拡大翼４の上面側にも掘削刃１２を取り付け、上向きにも掘削できるようにしている。
【００５４】
図２は、本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と拡径板との位置関係を示したものである。なお、(b)〜(d)では、先端のスパイラル翼９の図示を省略している。
【００５５】
基本的な構造や機能は、図１の場合と同様であるが、補助拡径板５ａの断面を極力抑えて、抵抗を小さくしている。また、補助拡径板５ａの外周部にリブ５ｃを設けており、直接的にはリブ５ｃの上部が拡大翼４の下面に接し、拡大翼４を押し上げる構造としている。このリブ５ｃの上部に傾斜を設けることによっても拡大翼４を押し上げがスムーズになる。
【００５６】
さらに図２の(d)〜(e)に至る拡大翼４の拡径の過程では、駆動軸２の回転が正転に変わる際、拡大翼４が拡径板５から外れて縮径してしまわないように、リブ５ｃの端部と拡大翼４の基部が係合するようになっている（(d)のＡ−Ａ断面参照）。
【００５７】
図３は、本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と掘削水または硬化性充填材を注入するための流路との位置関係を示したものである。
【００５８】
本発明のように、根固め拡大球根部を造成する拡径掘削機において、拡大翼の拡径を確認するためには、従来、ロッドに二重管を使用し、油圧や水圧を利用し確認する方法はあるが二重管を使用するため大変なコストがかかることになる。
【００５９】
また、翼が拡大する際の電磁波等を利用して地上で確認する方法等もあるが、電磁波が他に流れ、確実に確認できないことがある。
【００６０】
一方、この種の拡径掘削機では内部を貫通する管路を通じて、掘削水やセメントミルクなどの硬化性充填材を注入しながら施工を行うことが一般的であり、図３の実施形態は拡大翼４の拡径状態を確認するために、駆動軸２および掘削軸３の内側に設けられた掘削水やセメントミルクを注入するための管路について、駆動軸２および掘削軸３の相対移動に伴う（管路の流体抵抗の変化に伴う）流体注入圧の増減から拡大翼４の拡径状態を確認するようにしたものである。
【００６１】
より具体的には、図３において、拡大翼４の拡径時に掘削ヘッド１が伸縮することを利用し、(a)〜(c)の過程では上下の管路２２、２３の間に空間２１が生じており、抵抗の少ない状態で掘削水やセメントミルクが注入される状態から、(d)のように逆転状態での軸方向の相対変位により拡大翼４が大きく拡径する段階では掘削ヘッド１の縮小で空間２１がなくなり、かつ駆動軸２側の管路２２と掘削軸３側の管路２３とがずれて接することで流路が狭くなって抵抗が増し（同Ａ視拡大参照）、拡大後、(e)の正転状態では駆動軸２側の管路２２が掘削軸３側の管路２３の開口内に納まり（同Ａ視拡大参照）、流路がもとの広さになって抵抗が小さくなる構造としている。
【００６２】
この他、掘削時の流路面積を抑えておき、拡大するときには流路が広くなる構造も考えられる。
【００６３】
このようにして、掘削水やセメントミルクの圧の上昇もしくは減少により、拡大翼４が拡径していることを確認することが可能である。
【００６４】
図４は、従来のＺ型のスプラインと本発明におけるコ字型のスプラインの場合について、縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を対比して示したものである。
【００６５】
従来のＺ型のスプラインの場合については、発明が解決しようとする課題の項で説明した通りであり、簡潔に言えば、状態Ａが正転掘削時、状態Ｂ、Ｃが逆転拡径時、状態Ｄが逆転根固め拡大球根部掘削時である。
【００６６】
状態Ａ、Ｂでは大きな違いはないが、従来のＺ型のスプライン形状の場合では、状態ＣからＤに至る過程において回転方向が同一であり、キーとキー溝の当接する面（図４中のキーの右側面）も不変のままでキーが当接面側に位置する第２の係止ロック部に係合されようとするため、一時的に接触面積が減少する状態が発生する。このため、キーの角当りによる損傷の問題が発生する。これに対し、本発明では、状態ＣからＤの過程において、回転を逆転から正転に切り替えることでキーをキー溝の第２の係止部に係合させるため、キーの当接面が左右逆転し、接触面積が減少することはなく、角当たりの問題がない。
【００６７】
また、状態Ｄにおいても、従来のＺ型のスプライン形状の場合では、拡大球根部の掘削、攪拌が逆転によってなされることで、掘削性の問題や、排土の問題、掘削土砂の堆積などによる根固め拡大球根部の品質の問題などがあるのに対し、本発明の掘削ヘッドでは正転での施工となるため、これらの問題が全て解決される。
【００６８】
図５〜図８は、拡大球根部掘削時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示したものである。
【００６９】
図５において、(a)の従来例では拡大掘削時の掘削ヘッド１の回転が逆転であるのに対し、(b)の本発明では正転となる。
【００７０】
そのため、図６において、(a)の従来例では掘削ヘッド１の上部に接続されたロッド３１のスクリューに堆積した土砂を矢印のように下方に落とす力が作用するのに対し、(b)の本発明では正転であるため掘削土砂は上部方向に押し上げられる力が作用し、拡大球根部下端への土砂の堆積は少ない。
【００７１】
また、図７において、(a)の従来例では掘削土砂が拡大球根部下端に堆積することがあるため、前述のように一度掘削した地盤までの再掘削が困難になり、根固め拡大球根部下端の根固め液との攪拌混合が不十分なため、均一な根固め拡大球根部の造成が困難になる可能性がある。また、掘削ヘッド１の上部に接続されたロッド３１のスクリュー３２に堆積した土砂が鋼管内部に圧密され、オーガーに過大な負圧がかかる恐れがある。これに対し、(b)の本発明では掘削土砂の堆積が少ないため、再度掘削することも容易である。
【００７２】
図８において、(a)の従来例では掘削ヘッド１の回収時は正転となるため負圧がかかり、根固め拡大球根部の根固め液を引き上げてしまう可能性があり、排土量も増える。これに対し、(b)の本発明では掘削ヘッド１の回収時は逆転となるため、根固め拡大球根部の根固め液を引き上げてしまう可能性はなく、健全な拡大球根部の造成が可能であり、排土量も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と拡径板との位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態における縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までの拡大翼と掘削水または硬化性充填材を注入するための流路との位置関係を示した正面図および水平断面図である。
【図４】従来のＺ型のスプラインと本発明におけるコ字型のスプラインの場合について、縮径状態での正転による掘削開始から、拡径状態での正転による拡大球根部の掘削、攪拌までのキー溝内におけるキーの位置と拡大翼の位置関係を対比して示した正面図およびスプライン部分の展開図である。
【図５】拡大球根部掘削時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図６】拡大球根部掘削、攪拌時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図７】拡大球根部掘削、攪拌時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【図８】掘削ヘッドの引き上げ時における正転掘削および逆転掘削による影響を従来技術と本発明について対比して示した鉛直断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…掘削ヘッド、２…駆動軸、３…掘削軸、４…拡大翼、５ａ…補助拡径板、５ｂ…主拡径板、６…キー溝、６ａ…ガイド部、６ｂ…第１の係止ロック部、６ｃ…第２の係止ロック部、７…キー、８…接続部、９…スパイラル翼、１０、１１、１２…掘削刃、２１…空間、２２、２３…配管、３１…ロッド、３２…スクリュー、４１…拡大球根部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削ヘッドを構成する中空の駆動軸と、前記駆動軸の内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸とを有し、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、前記掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とした基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記駆動軸と掘削軸の一方に設けられたキーが他方に設けられたキー溝内を掘削ヘッドの軸方向および周方向に相対移動可能となっており、前記キー溝は前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の縮径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第１の係止ロック部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の拡径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第２の係止ロック部とを有することを特徴とする基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項２】
前記キー溝のガイド部の、前記駆動軸の逆転時に前記キーが当接する側にテーパーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項３】
前記キー溝内に潤滑油を入れ、前記駆動軸内面と掘削軸外面との間で密封した構造としてあることを特徴とする請求項１または２記載の拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項４】
前記拡径手段は、前記掘削軸の外周に設けられた水平またはほぼ水平な拡径板からなり、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動により、前記拡大翼の下面が前記拡径板の外周部に当接し、拡大翼が前記軸支部分を中心に拡縮するようにしたものであることを特徴とする請求項１、２または３記載の拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項１】
掘削ヘッドを構成する中空の駆動軸と、前記駆動軸の内側に軸方向に相対移動可能に収容される掘削軸とを有し、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を利用して、一端が前記駆動軸側に回動自在に軸支された拡大翼を、前記掘削軸側に設けられた拡径手段を介して拡縮可能とした基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッドにおいて、前記駆動軸と掘削軸の一方に設けられたキーが他方に設けられたキー溝内を掘削ヘッドの軸方向および周方向に相対移動可能となっており、前記キー溝は前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動を誘導する縦方向のガイド部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の縮径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第１の係止ロック部と、前記ガイド部から周方向に延び前記拡大翼の拡径状態で前記駆動軸を正転させるときに前記キーが周方向に係合される第２の係止ロック部とを有することを特徴とする基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項２】
前記キー溝のガイド部の、前記駆動軸の逆転時に前記キーが当接する側にテーパーが設けられていることを特徴とする請求項１記載の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項３】
前記キー溝内に潤滑油を入れ、前記駆動軸内面と掘削軸外面との間で密封した構造としてあることを特徴とする請求項１または２記載の拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【請求項４】
前記拡径手段は、前記掘削軸の外周に設けられた水平またはほぼ水平な拡径板からなり、前記駆動軸と掘削軸の軸方向の相対移動により、前記拡大翼の下面が前記拡径板の外周部に当接し、拡大翼が前記軸支部分を中心に拡縮するようにしたものであることを特徴とする請求項１、２または３記載の拡径掘削装置の基礎杭施工用掘削機の掘削ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−３１６７２（Ｐ２００８−３１６７２Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４２２５（Ｐ２００６−２０４２２５）
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【特許番号】特許第４００５１０６号（Ｐ４００５１０６）
【特許公報発行日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（５９２０４７３１９）株式会社高脇基礎工事 (2)
【出願人】（３９１０３３８０５）株式会社東京製作所 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【特許番号】特許第４００５１０６号（Ｐ４００５１０６）
【特許公報発行日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（５９２０４７３１９）株式会社高脇基礎工事 (2)
【出願人】（３９１０３３８０５）株式会社東京製作所 (3)
【Ｆターム（参考）】
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