掘削機および掘削システム
【課題】掘削断面形状の変更が容易で、かつ、掘削機の小型化を可能とした、掘削機および掘削システムを提案する。
【解決手段】駆動モータと１０、駆動モータ１０の動力により回転するメインシャフト２と、メインシャフト２の回転により公転し、かつ、メインシャフト２の回転に伴い自転するカッタシャフト３０と、カッタシャフト３０の先端に固定されて地盤を切削するカッタ４と、からなる掘削機Ｍであって、カッタシャフト３０は、メインシャフト２に対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜している。
【解決手段】駆動モータと１０、駆動モータ１０の動力により回転するメインシャフト２と、メインシャフト２の回転により公転し、かつ、メインシャフト２の回転に伴い自転するカッタシャフト３０と、カッタシャフト３０の先端に固定されて地盤を切削するカッタ４と、からなる掘削機Ｍであって、カッタシャフト３０は、メインシャフト２に対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の切削を行う、掘削機および掘削システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、立坑、深礎杭等の施工に伴い地盤の切削を行う掘削機として、シャフトの先端に取り付けられた所定の断面形状からなるカッタを、回転（自転）させながら地山に圧入するものがある。ところが、掘削断面形状が大きい場合や、地盤が硬質な岩盤である場合等には、このような方式による掘削機では、カッタに作用する応力が大きいため、その回転に必要な動力が大きくなり装置が大規模となることや、カッタの寿命が短くその補修に手間がかかること等により不経済となる場合があった。
【０００３】
そのため、本出願人等は、図８に示すように、内部に駆動モータ１１０を備えた掘削機本体１０１と、掘削機本体１０１の下端から突出するように配置されて、駆動モータ１１０の動力により回転するメインシャフト１０２と、メインシャフト１０２の先端に配置された複数のカッタ１０４，１０４，…と、を備え、メインシャフト１０２の回転に伴い、各カッタ１０４がそれぞれ自転するとともにメインシャフト１０２を中心として公転することで、硬質地盤（岩盤）の掘削や大口径断面掘削に対応する掘削機Ｍ’を開示し、実用化に至っている（特許文献１参照）。
【０００４】
この従来の掘削機Ｍ’は、メインシャフト１０２の先端部に、複数のカッタ１０４，１０４，…の回転軸（カッタシャフト１３０，１３０，…）が一体に接続されている。これらのカッタシャフト１３０，１３０，…は、メインシャフト１０２と平行に配置されて、かつ、メインシャフト１０２に一体に形成された駆動ギヤ１２１からの動力がアイドルギヤ１２２を介して伝達されるように従動ギヤ１３１が外周囲に形成されている。そして、メインシャフト１０２の回転に伴い複数のカッタ１０４，１０４，…が公転するとともに、駆動ギヤ１２１により従動ギヤ１３１に動力が伝達されて、カッタシャフト１３０，１３０，…が回転（自転）し、カッタ１０４，１０４，…が自転するように構成されている。
【特許文献１】特開平６−１４６３０４号公報（［０００６］〜［００１４］、図１−図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来の掘削機Ｍ’は、各カッタシャフト１３０の配置（間隔）が、ギヤケース１０３の形状に直接影響するため、掘削断面形状によっては、ギヤケース１０３が大規模となり、掘削機Ｍ’が大掛かりとなる場合があるという問題点を有していた。つまり、従来の掘削機Ｍ’は、カッタシャフト１３０がメインシャフト１０２と平行に配置されているため、掘削径（掘削断面形状）が大きくなると、カッタシャフト１３０の間隔が広がる。故に、これらのカッタシャフト１３０を備えるギヤケース１０３は、大規模となってしまう。このように、掘削機Ｍ’が大掛かりになることにより、例えば揚重機等、施工に必要な他の設備機器等も大規模となるため、作業に必要な用地の確保が困難となり、施工が可能な箇所が限られる場合があった。
【０００６】
また、掘削機Ｍ’を他の現場において汎用する場合等において、掘削径（掘削断面形状）を変更する必要が生じた時には、ギヤケース１０３ごと交換して、全てのカッタシャフト１３０，１３０，…の間隔を変更する必要があるため、その変更作業に多大な労力と時間が必要となるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、掘削断面形状の変更が容易で、かつ、掘削機の小型化を可能とした、掘削機および掘削システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明の掘削機は、駆動モータと、前記駆動モータの動力により回転するメインシャフトと、前記メインシャフトの回転により公転し、かつ、前記メインシャフトの回転に伴い自転するカッタシャフトと、前記カッタシャフトの先端に固定されて地盤を切削するカッタと、からなる掘削機であって、前記カッタシャフトが、前記メインシャフトに対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜していることを特徴としている。
【０００９】
かかる掘削機によれば、各カッタシャフトが、メインシャフトに対して斜めに固定されているため、ギヤケースを小さくすること、つまり、掘削機の小型化が可能となった。そのため、掘削機の軽量化が可能となり、これに伴い揚重機の小型化が可能となるなど、掘削装置を全体的に小型化することが可能となるため、比較的用地が限られた現場においても施工が可能となる。
【００１０】
また、各カッタシャフトがそれぞれメインシャフトに対して斜めに傾斜しているため、例えば、前記複数のカッタの直径を変更しても、互いに隣接するカッタ同士が互いに接触することがないため、ギヤケースごと変更する必要がなく、容易に掘削断面形状を変更することが可能となる。つまり、従来の掘削機のように、カッタシャフトがメインシャフトに対して平行である場合には、カッタの直径を大きくすると、一方のカッタのカッタ羽が他方のカッタの回転軸に接触することで、掘削不能となるのに対し、本発明の掘削機は、カッタシャフトが傾斜しているため、一方のカッタが他方のカッタの回転軸に接触することが無いため、カッタの外径を大きくすることで、掘削断面形状を大きくすることができる。
また、カッタの外径を大きくしてカッタ羽同士をラップさせることにより、掘削土砂の粘着を防止し、撹拌効率が向上する。
【００１１】
また、前記複数のカッタシャフトを伸縮させるのみで、ギヤケースごと変更することなく、容易に掘削断面形状を変更することを可能としているため、好適である。つまり、各カッタシャフトはメインシャフトに対して外方向に広がっているため、これらのカッタシャフトを伸張させれば、掘削径が広がるため、ギヤケースごと変更することなく、簡易に掘削形状を変更することを可能としている。
【００１２】
前記掘削機について、前記カッタシャフトが、伸縮可能に構成されていれば、掘削孔の拡径や縮径が可能となり、例えば、杭にふしを付ける場合や、拡底を行う場合において、掘削機を変更する必要がなく、連続して施工することが可能なため、好適である。
【００１３】
また、前記掘削機について、前記メインシャフトが、上部シャフトと下部シャフトとから構成されており、前記下部シャフトが、前記上部シャフトに対して偏心していてもよい。
この構成によれば、メインシャフトの回転に伴い、下部シャフトが上部シャフトに対して公転するため、下部シャフトの公転の回転数と、カッタの公転の回転数とを調整することにより、掘削機による掘削断面形状を、矩形状に近い形状に形成することが可能となる。
【００１４】
また、前記掘削機を複数台並設した掘削システムにより掘削を行えば、大規模な地盤改良や、連続地中壁の施工などにおいて、工期を大幅に短縮することが可能となり、好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る掘削機および掘削システムによれば、掘削断面形状の変更が容易で、かつ、掘削機の小型化が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態の掘削機の使用状況を示す側面図である。図２は、本実施形態の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。図３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態の掘削機による掘削断面の拡径時の状況を示す図である。図４は、本発明に係る掘削機の変形例を示す縦断面図である。図５は、本発明に係る掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。図６は、本発明に係る掘削システムを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。さらに、図７は、本発明に係る掘削機の他の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【００１７】
掘削機Ｍは、図１に示すように、揚重機であるクレーンＣにより吊下げられた状態で、地盤Ｇの切削を行う機械であって、ケリーバーＫを介してワイヤＷにより吊り下げられている。なお、掘削機Ｍにより削孔された掘削孔Ｈの孔口には、反力受Ｋ１が設置されており、ケリーバーＫから伝達される掘削機Ｍによる切削に伴うトルクを受け持ち、掘削機Ｍの回転を抑止する。なお、本実施形態では、掘削機Ｍによる地盤の切削に伴うトルクを、ケリーバーと反力受Ｋ１により制御するものとしたが、トルクの制御方法は限定されるものではなく、適宜公知の方法から選定して行えばよい。
【００１８】
掘削機Ｍは、図２（ａ）に示すように、主に掘削機本体１と、メインシャフト２と、ギヤケース３と、カッタ４と、により構成されている。
【００１９】
掘削機本体１は、図２（ａ）に示すように、メインシャフト２に回転力を付与する駆動モータ１０と、掘削機Ｍによる切削に伴い発生した掘削土砂を地上へ圧送するための排土ポンプ１６とを備えており、駆動モータ１０および排土ポンプ１６は、鋼板を平面視で円形、側面視で略楕円形を示す形状に加工することにより構成された外殻１３の内部空間に配設されることにより保護されている。そして、外殻１３には、メインシャフト２が下端から突出するように、メインシャフト２のシャフトギヤ２２が形成されてある上部が内挿されている。
【００２０】
駆動モータ１０は、出力軸１１と出力軸１１の回転に伴い回転する出力ギヤ１２とを備えている。出力ギヤ１２は、メインシャフト２のシャフトギヤ２２と噛み合わされるように、形成されている。そして、駆動モータ１０を駆動させることにより、出力軸１１が回転し、出力ギヤ１２からシャフトギヤ２２へと回転力が伝達されて、メインシャフト２がメインシャフト２の軸回りに回転する。
なお、駆動モータ１０の形式や出力等は、限定されるものではなく、掘削機Ｍの規模、地盤Ｇの強度、掘削孔Ｈの形状等に応じて、適宜公知の駆動モータ１０から選定して、使用すればよい。また、駆動モータ１０の設置数が限定されないことはいうまでもない。
【００２１】
排土ポンプ１５は、切削に伴い発生する掘削土砂を地上へと圧送するためのポンプであって、メインシャフト２の内部に形成された排土部２０を介して掘削孔Ｈ内の掘削土砂を吸引し、排土管１６を介して上方へと圧送する。なお、排土ポンプ１５の構成等は限定されるものではなく、適宜設定するものとする。
【００２２】
外殻１３の側面からは、図２（ａ）に示すように、掘削孔Ｈの壁面に当接し、掘削機Ｍのブレを抑えるための複数のガイド部材１４が突出している。ガイド部材１４は、図示しないジャッキにより伸縮可能に構成されており、正確な位置に掘削機Ｍを配置することを可能とし、また、掘削機Ｍの回収時等に、掘削孔Ｈの孔壁へのガイド部材１４の接触を防止する。
【００２３】
メインシャフト２は、図２（ａ）に示すように、カッタ４側の先端から排土ポンプ１５へと連通する排土部２０を有した筒状部材であって、ギヤケース３の上端に対応する箇所にフランジ２３が一体に形成されている。また、メインシャフト２の上部には、駆動モータ１０の出力ギヤ１２に対応する位置にシャフトギヤ２２が一体に形成されており、メインシャフト２の下部には、カッタシャフト３０の従動ギヤ３１に対応する位置に駆動ギヤ２１が一体に形成されている。
【００２４】
排土部２０は、メインシャフト２のカッタ４側の先端（下端）に形成された開口部２４から、排土ポンプ１５へと連通する空間であって、カッタ４による地山の切削に伴い発生した掘削土砂を、排土ポンプ１５を介して搬送する。なお、本実施形態では、メインシャフト２を筒状部材として、掘削土砂の搬送を可能に構成するものとしたが、排土部２０は、必ずしも形成されていなくてもよいことはいうまでもない。
【００２５】
シャフトギヤ２２は、駆動モータ１０の出力ギヤ１２と噛み合うように構成されており、駆動モータ１０の駆動により、メインシャフト２が回転するように構成されている。つまり、駆動モータ１０の動力が、出力ギヤ１２によりシャフトギヤ２２に伝達されて、メインシャフト２が回転する。
【００２６】
駆動ギヤ２１は、メインシャフト２の回転力をカッタ４へと伝達する部材であって、カッタシャフト３０の従動ギヤ３１と噛み合うように構成されている。つまりメインシャフト２が回転することにより、駆動ギヤ２１が回転し、従動ギヤ３１（カッタシャフト３０）へと動力を伝達する。
【００２７】
フランジ２３は、メインシャフト２とギヤケース３とを連結するための部材であって、メインシャフト２の長手方向略中間の外周囲から外方向へと突出するように一体に形成されている。そして、フランジ２３には、ボルト孔が所定のピッチで複数形成されており、このボルト孔と、後記するギヤケース３のフランジ３２に形成されたボルト孔とを挿通するボルトＢにより螺合することで、メインシャフト２とギヤケース３とが連結されている。この構成により、メインシャフト２が回転することで、ギヤケース３が回転する。なお、フランジ２３の形状や形成箇所等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００２８】
本実施形態に係るギヤケース３は、メインシャフト２に固定されることで、メインシャフト２の回転とともに回転する。また、ギヤケース３は、図２（ａ）に示すように、複数本（本実施形態では３本）のカッタシャフト３０と、このカッタシャフト３０に一体に形成された従動ギヤ３１とを、回転可能に収容している。なお、カッタシャフト３０は、メインシャフト２の周囲において、等間隔で、かつ、下方に行くに従い互いの間隔が広がるように、設置されている。
【００２９】
より具体的には、ギヤケース３は、図２（ａ）に示すように、上部材３ａと下部材３ｂとを備えている。上部材３ａは、メインシャフト２のフランジ２３に対応するように、上端にフランジ３２が形成されており、メインシャフト２に連結されているとともに、駆動ギヤ２１の上方において、メインシャフト２の外周囲に密着するように構成されている。また、上部材３ａは、カッタシャフト３０の上端を、回転可能に把持している。一方、下部材３ｂは、駆動ギヤ２１の下方において、メインシャフト２の外周囲に固定されており、カッタシャフト３０の下部を回転可能に支持している。なお、上部材３ａと下部材３ｂとの間であってカッタシャフト３０の外側には、外殻部材３ｃが配置されており、カッタシャフト３０（従動ギヤ３１）が露出しないように構成されている。
メインシャフト２とギヤケース３との連結方法は、互いのフランジ２３，３２を連結する前記の方式に限定されるものではなく、例えば、接合部分を把持することにより固定する取付手段を介して行うなど、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、フランジ２３，３２の連結は、ボルトにより行う方法に限定されないことはいうまでもない。また、ギヤケース３の構成は、前記のものに限定されるものではなく、所定数のカッタシャフトを、所定の角度により回転可能に収納することが可能であればよい。
【００３０】
また、ギヤケース３は、メインシャフト２の直下に位置するセンタカッタ３４を備えている。センタカッタ３４は、メインシャフト２の直下に配置された板状の部材であって、開口部２４からの掘削土砂の流入を妨げることがないように、開口部２４に対応する箇所に挿通孔３４ａが形成されている。このセンタカッタ３４は、ギヤケース３の回転とともに回転し、複数のカッタ４，４，…により掘削しきれない掘削断面中心部分の切削を行う。また、センタカッタ３４の回転により、開口部２４を閉塞するような大形状の土塊等を除去する。なお、センタカッタ３４の構成や形状等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、センタカッタ３４は、必要に応じて配置すればよく、必ずしも設置されるものではない。
【００３１】
カッタシャフト３０は、掘削機Ｍのカッタ４の数（本実施形態では３本）に応じてメインシャフト２の周囲に配置されており、ギヤケース３の回転に伴ってメインシャフト２の周りを公転するように構成されている。カッタシャフト３０のメインシャフト２の駆動ギヤ２１に対応する箇所には、従動ギヤ３１が形成されており、メインシャフト２の回転に伴い、駆動ギヤ２１から従動ギヤ３１へと動力が伝達されて、カッタシャフト３０が回転（自転）するように構成されている。なお、カッタシャフト３０（カッタ４）の回転数は、駆動ギヤ２１および従動ギヤ３１のギヤ比により調整されている。
【００３２】
また、カッタシャフト３０は、それぞれメインシャフト２に対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜している。
カッタシャフト３０のカッタ４側の先端には、カッタ取付フランジ３３が一体に形成されており、カッタ４が固定されるように構成されている。これにより、カッタシャフト３０の回転によりカッタ４が回転する。
【００３３】
カッタ４は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、カッタシャフト３０に接続されてカッタシャフト３０の回転に伴って回転するカッタ本体部４０と、カッタ本体部４０を中心として、放射状に突出する複数枚（本実施形態では３枚）のカッタ羽４１と、カッタ羽４１の地盤との当接面に複数個取り付けられて、地山の切削を行うカッタビット４２と、カッタ本体部４０をカッタシャフト３０へと接続するためのフランジ４３と、から構成されている。
【００３４】
カッタ本体部４０は、円柱状の部材であって、先端には、カッタ羽４１と同様にカッタビット４２が複数個設置されている。カッタ本体部４０に設置されるカッタビット４２の配置は限定されるものではないが、本実施形態では、平面視で直線状（図２（ｂ）参照）、側面視で略凸字状（図２（ａ）参照）に配置するものとする。
【００３５】
カッタ羽４１は、カッタ本体部４０の側面から、それぞれ等間隔に放射状に突出するように配置されている。本実施形態に係るカッタ羽４１は、略三角形状の板材であって、カッタ本体部４０（カッタシャフト３０）の軸方向に対して斜めに固定されており、掘削土砂を撹拌する機能も備えるものとする。なお、カッタ羽４１は、カッタ本体部４０の軸方向に沿って配置してもよいことはいうまでもない。また、カッタ羽４１の枚数も限定されるものではない。
【００３６】
カッタビット４２は、カッタ本体部４０の先端およびカッタ羽４１に所定の間隔により配置されており、それぞれカッタ４の回転方向に対して、直角をなすように配置されている。
【００３７】
フランジ４３は、カッタ本体部４０のギヤケース３側の先端の外周囲から突出するように形成されており、ギヤケース３のカッタ取付フランジ３３と同形状を呈している。そして、本実施形態では、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３とを挿通するボルトＢによりカッタシャフト３０とカッタ４とが連結されている。この構成により、カッタシャフト３０の回転に伴い、カッタ４が回転する。なお、ギヤケース３とカッタ４の連結方法は、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３とを連結する方式に限定されるものではなく、例えば、この接合部分を把持することにより固定する取付手段を介して行うなど、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３の連結は、ボルトにより行う方法に限定されないことはいうまでもない。
【００３８】
本実施形態に係る掘削機Ｍによる地盤の切削は、図１に示すように、クレーンＣにより、ケリーバーＫを介して吊持された状態で行う。このとき、ケリーバーＫは、反力受Ｋ１により把持されているため、掘削機Ｍによる切削に伴い生じるトルクは、反力受Ｋ１に抑止される。また、反力受Ｋ１は、ケリーバーＫの上下動をガイドするため、掘削機Ｍが傾くことや回転することがない。
【００３９】
掘削機Ｍが、所定の位置に配置されたら、駆動モータ１０を駆動させることにより、地盤の切削を行う。駆動モータ１０が作動すると、出力軸１１が回転し、出力ギヤ１２を介して動力がメインシャフト２へと伝達される。
【００４０】
メインシャフト２は、駆動モータ１０から伝達された動力により、メインシャフト２の軸回りに回転する。そして、メインシャフト２が回転することにより、メインシャフト２に固定されたギヤケース３が回転する。
【００４１】
ギヤケース３が回転すると、ギヤケース３に収容されたカッタシャフト３０，３０，…がギヤケース３と一緒に回転（公転）するため、各カッタシャフト３０に固定された各カッタ４は、メインシャフト２を中心として公転する。
【００４２】
また、メインシャフト２の回転に伴い、メインシャフト２の駆動ギヤ２１からカッタシャフト３０，３０，…の従動ギヤ３１，３１，…へと動力が伝達されて、カッタシャフト３０，３０，…が、メインシャフト２の回転方向と反対方向に回転（自転）する。これにより、各カッタシャフト３０に固定された各カッタ４が、自転する。
そして、掘削機Ｍは、カッタ４の公転および自転により、地盤の切削を行う。
【００４３】
本実施形態に係る掘削機Ｍは、カッタシャフト３０が、メインシャフト２に対して、外側方向に広がるように配置されているため、同一の掘進機Ｍを利用して、異なる孔径からなる掘削孔を容易に削孔することを可能としている。
【００４４】
例えば、カッタシャフト３０の先端に取り付けられたカッタ４のみを交換することにより、掘削断面形状を変更することが可能である。つまり、従来の掘削機がギヤケースごと交換（カッタシャフトの配置を変更）することにより、掘削孔Ｈの拡径を行っていたのに対し、本実施形態による掘削機Ｍは、カッタ４のみを大型のカッタ羽４１を有したものに交換するのみで、カッタ羽４１による外接円の直径Ｄ０を拡幅して、掘削孔Ｈを拡径することを可能としている。そして、各カッタ４，４，…のカッタ羽４１を互いにラップするように構成すれば、切削された土砂の粘着力を低減し、撹拌効率を向上することも可能としている。
【００４５】
また、図３（ａ）に示すように、カッタシャフト３０のカッタ取付フランジ３３と、カッタ４のフランジ４２との間に、延長部材４４を介在させれば、カッタ羽４１による外接円の直径Ｄ１を拡幅することが可能となる。つまり、延長部材４４を配置することで、カッタ羽４１の回転軸が外方向に広がった位置に配置されるため、同一のカッタ４により掘削孔Ｈを拡径することが可能となる。この際の作業は、個々のカッタ４のみを取り扱うことで完了するため、従来の掘削機のように、ギヤケースとともに全てのカッタ４，４，…の着脱を要する場合に比べ、作業が大幅に省力化される。さらに、カッタ４を大型のカッタ羽４１を有したものに交換すれば、さらに、掘削孔Ｈを拡径することが可能となる。
【００４６】
また、図３（ｂ）に示すように、カッタ４，４，…を、カッタ本体部４０の軸長が長いものに交換することで、掘削機Ｍの削孔径を拡幅することも可能である。これにより、前記と同様に、カッタ羽４１の回転軸が外方向に広がった位置に配置されるため、カッタ羽４１の回転により形成される各切削断面の外接円の直径Ｄ２を拡幅できる。
【００４７】
また、図４に示すように、カッタシャフト３０’が、例えば、シリンダー等から構成されていて、伸縮可能であれば、掘削孔Ｈの掘削途中において、拡径および縮径を行うことが可能となる。これにより、ふし付きの杭や、拡底杭の掘削工事を、掘削機を変更する等の手間を要することなく、容易に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、掘削機Ｍのメインシャフト２が、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、折れ点を有しており、カッタ４の軸心がずれた位置に配置されるように構成されていれば、掘削孔Ｈの形状が、略矩形状に形成される。この時、メインシャフト２は、上部シャフト２ａと下部シャフト２ｂとから構成されており、上部シャフト２ａの下部および下部シャフト２ｂの上部には、それぞれシャフトギヤ２２ａ，２２ｂが一体に形成されている。上部シャフト２ａは、掘削機本体１の略中央に配置されて、駆動モータ１０の動力により、上部シャフト２ａの軸回りに回転する。そして、下部シャフト２ｂは、その上端が上部シャフト２ａの下端と重なるように、配置されて、上部シャフト２ａの回転により、上部シャフト２ａの周方向に公転するとともに、上部シャフト２ａのシャフトギヤ２２ａから下部シャフト２ｂのシャフトギヤ２２ｂへ回転力がアイドルギヤ２２ｃを介して伝達されて、下部シャフト２ｂが軸周方向に自転する。そして、カッタ４は、この下部シャフトの周方向に公転し、それぞれ軸方向に公転する。これにより、掘削孔Ｈは、略矩形状を呈する。
【００４９】
さらに、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、掘削機Ｍを複数台（図７では２台）並設した掘削システムＳを利用して施工を行えば、連続した掘削孔Ｈを一度に施工することが可能となる。そのため、例えば、連続地中壁の施工など、連続した掘削溝を施工する場合において、掘削機の配置、削孔、引き上げ等の一連の作業の回数を削減し、工期を大幅に短縮することが可能となり、好適である。なお、掘削システムＳに係る掘削機Ｍの台数や配置が限定されないことはいうまでもなく、適宜設定すればよい。また、各掘削機Ｍの構成も、図６（ａ）に示すメインシャフトが偏心したものに限定されるものではない。また、掘削機Ｍ，Ｍの連結方法は限定されるものではなく、適宜、公知の手段により行えばよい。また、隣接する掘削機Ｍにより切削される掘削孔が、互いラップしていてもよい。
【００５０】
掘削機Ｍは、カッタシャフト３０が傾斜していることにより、カッタシャフト３０の上端における各カッタシャフト３０同士の間隔が狭まり、故に、ギヤケース３の小型化が可能となる。そのため、掘削機Ｍ全体の軽量化が可能となるため、揚重機の小型化等も可能となる。さらに、装置全体の小型化により、従来の掘削機よりも狭隘な現場での施工が可能となる。
また、カッタシャフト３０が傾斜していることにより、各カッタ４が、メインシャフト２側が低くなるように傾斜するため、切削面（切羽）が、掘削孔Ｈの中心に向かって傾斜しており、切削した土砂が中央に集まり、土砂を揚泥しやすくなる。
【００５１】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、リバース工法に対応可能な掘削機Ｍとして、メインシャフト２が排土部２０を備えており、この排土部２０を介して排土ポンプ１６により、掘削土砂を搬出する構成としたが、現位置置換工法など、掘削土砂を搬出しない場合には、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、排土ポンプ１６を備えていない構成としてもよい。この場合、メインシャフト２が先端に開口を有していないことはいうまでもない。
【００５２】
また、前記実施形態では、本発明の掘削機を利用して、鉛直方向に掘削孔を切削する構成について説明したが、例えば、本発明の掘削機を、シールド等のトンネル工事等、横方向の掘削に利用してもよく、本発明の掘削機による掘削方向は限定されるものではない。
本発明の掘削機を地盤改良掘削等などに使用してもよいことはいうまでもない。
【００５３】
また、前記実施形態では、揚重機として、クレーンを使用するものとしたが、掘削機を吊り下げる機械が限定されないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態の掘削機の使用状況を示す側面図である。
【図２】本実施形態の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態の掘削機による掘削断面の拡径時の状況を示す図である。
【図４】本発明に係る掘削機の変形例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図６】本発明に係る掘削システムを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図７】本発明に係る掘削機の他の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図８】従来の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 掘削機本体
１０ 駆動モータ
２ メインシャフト
２０ 排土部
２１ 駆動ギヤ
３ ギヤケース
３０ カッタシャフト
３１ 従動ギヤ
４ カッタ
Ｈ 掘削孔
Ｍ 掘削機
Ｓ 掘削システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の切削を行う、掘削機および掘削システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル、立坑、深礎杭等の施工に伴い地盤の切削を行う掘削機として、シャフトの先端に取り付けられた所定の断面形状からなるカッタを、回転（自転）させながら地山に圧入するものがある。ところが、掘削断面形状が大きい場合や、地盤が硬質な岩盤である場合等には、このような方式による掘削機では、カッタに作用する応力が大きいため、その回転に必要な動力が大きくなり装置が大規模となることや、カッタの寿命が短くその補修に手間がかかること等により不経済となる場合があった。
【０００３】
そのため、本出願人等は、図８に示すように、内部に駆動モータ１１０を備えた掘削機本体１０１と、掘削機本体１０１の下端から突出するように配置されて、駆動モータ１１０の動力により回転するメインシャフト１０２と、メインシャフト１０２の先端に配置された複数のカッタ１０４，１０４，…と、を備え、メインシャフト１０２の回転に伴い、各カッタ１０４がそれぞれ自転するとともにメインシャフト１０２を中心として公転することで、硬質地盤（岩盤）の掘削や大口径断面掘削に対応する掘削機Ｍ’を開示し、実用化に至っている（特許文献１参照）。
【０００４】
この従来の掘削機Ｍ’は、メインシャフト１０２の先端部に、複数のカッタ１０４，１０４，…の回転軸（カッタシャフト１３０，１３０，…）が一体に接続されている。これらのカッタシャフト１３０，１３０，…は、メインシャフト１０２と平行に配置されて、かつ、メインシャフト１０２に一体に形成された駆動ギヤ１２１からの動力がアイドルギヤ１２２を介して伝達されるように従動ギヤ１３１が外周囲に形成されている。そして、メインシャフト１０２の回転に伴い複数のカッタ１０４，１０４，…が公転するとともに、駆動ギヤ１２１により従動ギヤ１３１に動力が伝達されて、カッタシャフト１３０，１３０，…が回転（自転）し、カッタ１０４，１０４，…が自転するように構成されている。
【特許文献１】特開平６−１４６３０４号公報（［０００６］〜［００１４］、図１−図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来の掘削機Ｍ’は、各カッタシャフト１３０の配置（間隔）が、ギヤケース１０３の形状に直接影響するため、掘削断面形状によっては、ギヤケース１０３が大規模となり、掘削機Ｍ’が大掛かりとなる場合があるという問題点を有していた。つまり、従来の掘削機Ｍ’は、カッタシャフト１３０がメインシャフト１０２と平行に配置されているため、掘削径（掘削断面形状）が大きくなると、カッタシャフト１３０の間隔が広がる。故に、これらのカッタシャフト１３０を備えるギヤケース１０３は、大規模となってしまう。このように、掘削機Ｍ’が大掛かりになることにより、例えば揚重機等、施工に必要な他の設備機器等も大規模となるため、作業に必要な用地の確保が困難となり、施工が可能な箇所が限られる場合があった。
【０００６】
また、掘削機Ｍ’を他の現場において汎用する場合等において、掘削径（掘削断面形状）を変更する必要が生じた時には、ギヤケース１０３ごと交換して、全てのカッタシャフト１３０，１３０，…の間隔を変更する必要があるため、その変更作業に多大な労力と時間が必要となるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、掘削断面形状の変更が容易で、かつ、掘削機の小型化を可能とした、掘削機および掘削システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するために、本発明の掘削機は、駆動モータと、前記駆動モータの動力により回転するメインシャフトと、前記メインシャフトの回転により公転し、かつ、前記メインシャフトの回転に伴い自転するカッタシャフトと、前記カッタシャフトの先端に固定されて地盤を切削するカッタと、からなる掘削機であって、前記カッタシャフトが、前記メインシャフトに対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜していることを特徴としている。
【０００９】
かかる掘削機によれば、各カッタシャフトが、メインシャフトに対して斜めに固定されているため、ギヤケースを小さくすること、つまり、掘削機の小型化が可能となった。そのため、掘削機の軽量化が可能となり、これに伴い揚重機の小型化が可能となるなど、掘削装置を全体的に小型化することが可能となるため、比較的用地が限られた現場においても施工が可能となる。
【００１０】
また、各カッタシャフトがそれぞれメインシャフトに対して斜めに傾斜しているため、例えば、前記複数のカッタの直径を変更しても、互いに隣接するカッタ同士が互いに接触することがないため、ギヤケースごと変更する必要がなく、容易に掘削断面形状を変更することが可能となる。つまり、従来の掘削機のように、カッタシャフトがメインシャフトに対して平行である場合には、カッタの直径を大きくすると、一方のカッタのカッタ羽が他方のカッタの回転軸に接触することで、掘削不能となるのに対し、本発明の掘削機は、カッタシャフトが傾斜しているため、一方のカッタが他方のカッタの回転軸に接触することが無いため、カッタの外径を大きくすることで、掘削断面形状を大きくすることができる。
また、カッタの外径を大きくしてカッタ羽同士をラップさせることにより、掘削土砂の粘着を防止し、撹拌効率が向上する。
【００１１】
また、前記複数のカッタシャフトを伸縮させるのみで、ギヤケースごと変更することなく、容易に掘削断面形状を変更することを可能としているため、好適である。つまり、各カッタシャフトはメインシャフトに対して外方向に広がっているため、これらのカッタシャフトを伸張させれば、掘削径が広がるため、ギヤケースごと変更することなく、簡易に掘削形状を変更することを可能としている。
【００１２】
前記掘削機について、前記カッタシャフトが、伸縮可能に構成されていれば、掘削孔の拡径や縮径が可能となり、例えば、杭にふしを付ける場合や、拡底を行う場合において、掘削機を変更する必要がなく、連続して施工することが可能なため、好適である。
【００１３】
また、前記掘削機について、前記メインシャフトが、上部シャフトと下部シャフトとから構成されており、前記下部シャフトが、前記上部シャフトに対して偏心していてもよい。
この構成によれば、メインシャフトの回転に伴い、下部シャフトが上部シャフトに対して公転するため、下部シャフトの公転の回転数と、カッタの公転の回転数とを調整することにより、掘削機による掘削断面形状を、矩形状に近い形状に形成することが可能となる。
【００１４】
また、前記掘削機を複数台並設した掘削システムにより掘削を行えば、大規模な地盤改良や、連続地中壁の施工などにおいて、工期を大幅に短縮することが可能となり、好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る掘削機および掘削システムによれば、掘削断面形状の変更が容易で、かつ、掘削機の小型化が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態の掘削機の使用状況を示す側面図である。図２は、本実施形態の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。図３の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態の掘削機による掘削断面の拡径時の状況を示す図である。図４は、本発明に係る掘削機の変形例を示す縦断面図である。図５は、本発明に係る掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。図６は、本発明に係る掘削システムを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。さらに、図７は、本発明に係る掘削機の他の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【００１７】
掘削機Ｍは、図１に示すように、揚重機であるクレーンＣにより吊下げられた状態で、地盤Ｇの切削を行う機械であって、ケリーバーＫを介してワイヤＷにより吊り下げられている。なお、掘削機Ｍにより削孔された掘削孔Ｈの孔口には、反力受Ｋ１が設置されており、ケリーバーＫから伝達される掘削機Ｍによる切削に伴うトルクを受け持ち、掘削機Ｍの回転を抑止する。なお、本実施形態では、掘削機Ｍによる地盤の切削に伴うトルクを、ケリーバーと反力受Ｋ１により制御するものとしたが、トルクの制御方法は限定されるものではなく、適宜公知の方法から選定して行えばよい。
【００１８】
掘削機Ｍは、図２（ａ）に示すように、主に掘削機本体１と、メインシャフト２と、ギヤケース３と、カッタ４と、により構成されている。
【００１９】
掘削機本体１は、図２（ａ）に示すように、メインシャフト２に回転力を付与する駆動モータ１０と、掘削機Ｍによる切削に伴い発生した掘削土砂を地上へ圧送するための排土ポンプ１６とを備えており、駆動モータ１０および排土ポンプ１６は、鋼板を平面視で円形、側面視で略楕円形を示す形状に加工することにより構成された外殻１３の内部空間に配設されることにより保護されている。そして、外殻１３には、メインシャフト２が下端から突出するように、メインシャフト２のシャフトギヤ２２が形成されてある上部が内挿されている。
【００２０】
駆動モータ１０は、出力軸１１と出力軸１１の回転に伴い回転する出力ギヤ１２とを備えている。出力ギヤ１２は、メインシャフト２のシャフトギヤ２２と噛み合わされるように、形成されている。そして、駆動モータ１０を駆動させることにより、出力軸１１が回転し、出力ギヤ１２からシャフトギヤ２２へと回転力が伝達されて、メインシャフト２がメインシャフト２の軸回りに回転する。
なお、駆動モータ１０の形式や出力等は、限定されるものではなく、掘削機Ｍの規模、地盤Ｇの強度、掘削孔Ｈの形状等に応じて、適宜公知の駆動モータ１０から選定して、使用すればよい。また、駆動モータ１０の設置数が限定されないことはいうまでもない。
【００２１】
排土ポンプ１５は、切削に伴い発生する掘削土砂を地上へと圧送するためのポンプであって、メインシャフト２の内部に形成された排土部２０を介して掘削孔Ｈ内の掘削土砂を吸引し、排土管１６を介して上方へと圧送する。なお、排土ポンプ１５の構成等は限定されるものではなく、適宜設定するものとする。
【００２２】
外殻１３の側面からは、図２（ａ）に示すように、掘削孔Ｈの壁面に当接し、掘削機Ｍのブレを抑えるための複数のガイド部材１４が突出している。ガイド部材１４は、図示しないジャッキにより伸縮可能に構成されており、正確な位置に掘削機Ｍを配置することを可能とし、また、掘削機Ｍの回収時等に、掘削孔Ｈの孔壁へのガイド部材１４の接触を防止する。
【００２３】
メインシャフト２は、図２（ａ）に示すように、カッタ４側の先端から排土ポンプ１５へと連通する排土部２０を有した筒状部材であって、ギヤケース３の上端に対応する箇所にフランジ２３が一体に形成されている。また、メインシャフト２の上部には、駆動モータ１０の出力ギヤ１２に対応する位置にシャフトギヤ２２が一体に形成されており、メインシャフト２の下部には、カッタシャフト３０の従動ギヤ３１に対応する位置に駆動ギヤ２１が一体に形成されている。
【００２４】
排土部２０は、メインシャフト２のカッタ４側の先端（下端）に形成された開口部２４から、排土ポンプ１５へと連通する空間であって、カッタ４による地山の切削に伴い発生した掘削土砂を、排土ポンプ１５を介して搬送する。なお、本実施形態では、メインシャフト２を筒状部材として、掘削土砂の搬送を可能に構成するものとしたが、排土部２０は、必ずしも形成されていなくてもよいことはいうまでもない。
【００２５】
シャフトギヤ２２は、駆動モータ１０の出力ギヤ１２と噛み合うように構成されており、駆動モータ１０の駆動により、メインシャフト２が回転するように構成されている。つまり、駆動モータ１０の動力が、出力ギヤ１２によりシャフトギヤ２２に伝達されて、メインシャフト２が回転する。
【００２６】
駆動ギヤ２１は、メインシャフト２の回転力をカッタ４へと伝達する部材であって、カッタシャフト３０の従動ギヤ３１と噛み合うように構成されている。つまりメインシャフト２が回転することにより、駆動ギヤ２１が回転し、従動ギヤ３１（カッタシャフト３０）へと動力を伝達する。
【００２７】
フランジ２３は、メインシャフト２とギヤケース３とを連結するための部材であって、メインシャフト２の長手方向略中間の外周囲から外方向へと突出するように一体に形成されている。そして、フランジ２３には、ボルト孔が所定のピッチで複数形成されており、このボルト孔と、後記するギヤケース３のフランジ３２に形成されたボルト孔とを挿通するボルトＢにより螺合することで、メインシャフト２とギヤケース３とが連結されている。この構成により、メインシャフト２が回転することで、ギヤケース３が回転する。なお、フランジ２３の形状や形成箇所等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００２８】
本実施形態に係るギヤケース３は、メインシャフト２に固定されることで、メインシャフト２の回転とともに回転する。また、ギヤケース３は、図２（ａ）に示すように、複数本（本実施形態では３本）のカッタシャフト３０と、このカッタシャフト３０に一体に形成された従動ギヤ３１とを、回転可能に収容している。なお、カッタシャフト３０は、メインシャフト２の周囲において、等間隔で、かつ、下方に行くに従い互いの間隔が広がるように、設置されている。
【００２９】
より具体的には、ギヤケース３は、図２（ａ）に示すように、上部材３ａと下部材３ｂとを備えている。上部材３ａは、メインシャフト２のフランジ２３に対応するように、上端にフランジ３２が形成されており、メインシャフト２に連結されているとともに、駆動ギヤ２１の上方において、メインシャフト２の外周囲に密着するように構成されている。また、上部材３ａは、カッタシャフト３０の上端を、回転可能に把持している。一方、下部材３ｂは、駆動ギヤ２１の下方において、メインシャフト２の外周囲に固定されており、カッタシャフト３０の下部を回転可能に支持している。なお、上部材３ａと下部材３ｂとの間であってカッタシャフト３０の外側には、外殻部材３ｃが配置されており、カッタシャフト３０（従動ギヤ３１）が露出しないように構成されている。
メインシャフト２とギヤケース３との連結方法は、互いのフランジ２３，３２を連結する前記の方式に限定されるものではなく、例えば、接合部分を把持することにより固定する取付手段を介して行うなど、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、フランジ２３，３２の連結は、ボルトにより行う方法に限定されないことはいうまでもない。また、ギヤケース３の構成は、前記のものに限定されるものではなく、所定数のカッタシャフトを、所定の角度により回転可能に収納することが可能であればよい。
【００３０】
また、ギヤケース３は、メインシャフト２の直下に位置するセンタカッタ３４を備えている。センタカッタ３４は、メインシャフト２の直下に配置された板状の部材であって、開口部２４からの掘削土砂の流入を妨げることがないように、開口部２４に対応する箇所に挿通孔３４ａが形成されている。このセンタカッタ３４は、ギヤケース３の回転とともに回転し、複数のカッタ４，４，…により掘削しきれない掘削断面中心部分の切削を行う。また、センタカッタ３４の回転により、開口部２４を閉塞するような大形状の土塊等を除去する。なお、センタカッタ３４の構成や形状等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、センタカッタ３４は、必要に応じて配置すればよく、必ずしも設置されるものではない。
【００３１】
カッタシャフト３０は、掘削機Ｍのカッタ４の数（本実施形態では３本）に応じてメインシャフト２の周囲に配置されており、ギヤケース３の回転に伴ってメインシャフト２の周りを公転するように構成されている。カッタシャフト３０のメインシャフト２の駆動ギヤ２１に対応する箇所には、従動ギヤ３１が形成されており、メインシャフト２の回転に伴い、駆動ギヤ２１から従動ギヤ３１へと動力が伝達されて、カッタシャフト３０が回転（自転）するように構成されている。なお、カッタシャフト３０（カッタ４）の回転数は、駆動ギヤ２１および従動ギヤ３１のギヤ比により調整されている。
【００３２】
また、カッタシャフト３０は、それぞれメインシャフト２に対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜している。
カッタシャフト３０のカッタ４側の先端には、カッタ取付フランジ３３が一体に形成されており、カッタ４が固定されるように構成されている。これにより、カッタシャフト３０の回転によりカッタ４が回転する。
【００３３】
カッタ４は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、カッタシャフト３０に接続されてカッタシャフト３０の回転に伴って回転するカッタ本体部４０と、カッタ本体部４０を中心として、放射状に突出する複数枚（本実施形態では３枚）のカッタ羽４１と、カッタ羽４１の地盤との当接面に複数個取り付けられて、地山の切削を行うカッタビット４２と、カッタ本体部４０をカッタシャフト３０へと接続するためのフランジ４３と、から構成されている。
【００３４】
カッタ本体部４０は、円柱状の部材であって、先端には、カッタ羽４１と同様にカッタビット４２が複数個設置されている。カッタ本体部４０に設置されるカッタビット４２の配置は限定されるものではないが、本実施形態では、平面視で直線状（図２（ｂ）参照）、側面視で略凸字状（図２（ａ）参照）に配置するものとする。
【００３５】
カッタ羽４１は、カッタ本体部４０の側面から、それぞれ等間隔に放射状に突出するように配置されている。本実施形態に係るカッタ羽４１は、略三角形状の板材であって、カッタ本体部４０（カッタシャフト３０）の軸方向に対して斜めに固定されており、掘削土砂を撹拌する機能も備えるものとする。なお、カッタ羽４１は、カッタ本体部４０の軸方向に沿って配置してもよいことはいうまでもない。また、カッタ羽４１の枚数も限定されるものではない。
【００３６】
カッタビット４２は、カッタ本体部４０の先端およびカッタ羽４１に所定の間隔により配置されており、それぞれカッタ４の回転方向に対して、直角をなすように配置されている。
【００３７】
フランジ４３は、カッタ本体部４０のギヤケース３側の先端の外周囲から突出するように形成されており、ギヤケース３のカッタ取付フランジ３３と同形状を呈している。そして、本実施形態では、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３とを挿通するボルトＢによりカッタシャフト３０とカッタ４とが連結されている。この構成により、カッタシャフト３０の回転に伴い、カッタ４が回転する。なお、ギヤケース３とカッタ４の連結方法は、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３とを連結する方式に限定されるものではなく、例えば、この接合部分を把持することにより固定する取付手段を介して行うなど、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、カッタ取付フランジ３３とフランジ４３の連結は、ボルトにより行う方法に限定されないことはいうまでもない。
【００３８】
本実施形態に係る掘削機Ｍによる地盤の切削は、図１に示すように、クレーンＣにより、ケリーバーＫを介して吊持された状態で行う。このとき、ケリーバーＫは、反力受Ｋ１により把持されているため、掘削機Ｍによる切削に伴い生じるトルクは、反力受Ｋ１に抑止される。また、反力受Ｋ１は、ケリーバーＫの上下動をガイドするため、掘削機Ｍが傾くことや回転することがない。
【００３９】
掘削機Ｍが、所定の位置に配置されたら、駆動モータ１０を駆動させることにより、地盤の切削を行う。駆動モータ１０が作動すると、出力軸１１が回転し、出力ギヤ１２を介して動力がメインシャフト２へと伝達される。
【００４０】
メインシャフト２は、駆動モータ１０から伝達された動力により、メインシャフト２の軸回りに回転する。そして、メインシャフト２が回転することにより、メインシャフト２に固定されたギヤケース３が回転する。
【００４１】
ギヤケース３が回転すると、ギヤケース３に収容されたカッタシャフト３０，３０，…がギヤケース３と一緒に回転（公転）するため、各カッタシャフト３０に固定された各カッタ４は、メインシャフト２を中心として公転する。
【００４２】
また、メインシャフト２の回転に伴い、メインシャフト２の駆動ギヤ２１からカッタシャフト３０，３０，…の従動ギヤ３１，３１，…へと動力が伝達されて、カッタシャフト３０，３０，…が、メインシャフト２の回転方向と反対方向に回転（自転）する。これにより、各カッタシャフト３０に固定された各カッタ４が、自転する。
そして、掘削機Ｍは、カッタ４の公転および自転により、地盤の切削を行う。
【００４３】
本実施形態に係る掘削機Ｍは、カッタシャフト３０が、メインシャフト２に対して、外側方向に広がるように配置されているため、同一の掘進機Ｍを利用して、異なる孔径からなる掘削孔を容易に削孔することを可能としている。
【００４４】
例えば、カッタシャフト３０の先端に取り付けられたカッタ４のみを交換することにより、掘削断面形状を変更することが可能である。つまり、従来の掘削機がギヤケースごと交換（カッタシャフトの配置を変更）することにより、掘削孔Ｈの拡径を行っていたのに対し、本実施形態による掘削機Ｍは、カッタ４のみを大型のカッタ羽４１を有したものに交換するのみで、カッタ羽４１による外接円の直径Ｄ０を拡幅して、掘削孔Ｈを拡径することを可能としている。そして、各カッタ４，４，…のカッタ羽４１を互いにラップするように構成すれば、切削された土砂の粘着力を低減し、撹拌効率を向上することも可能としている。
【００４５】
また、図３（ａ）に示すように、カッタシャフト３０のカッタ取付フランジ３３と、カッタ４のフランジ４２との間に、延長部材４４を介在させれば、カッタ羽４１による外接円の直径Ｄ１を拡幅することが可能となる。つまり、延長部材４４を配置することで、カッタ羽４１の回転軸が外方向に広がった位置に配置されるため、同一のカッタ４により掘削孔Ｈを拡径することが可能となる。この際の作業は、個々のカッタ４のみを取り扱うことで完了するため、従来の掘削機のように、ギヤケースとともに全てのカッタ４，４，…の着脱を要する場合に比べ、作業が大幅に省力化される。さらに、カッタ４を大型のカッタ羽４１を有したものに交換すれば、さらに、掘削孔Ｈを拡径することが可能となる。
【００４６】
また、図３（ｂ）に示すように、カッタ４，４，…を、カッタ本体部４０の軸長が長いものに交換することで、掘削機Ｍの削孔径を拡幅することも可能である。これにより、前記と同様に、カッタ羽４１の回転軸が外方向に広がった位置に配置されるため、カッタ羽４１の回転により形成される各切削断面の外接円の直径Ｄ２を拡幅できる。
【００４７】
また、図４に示すように、カッタシャフト３０’が、例えば、シリンダー等から構成されていて、伸縮可能であれば、掘削孔Ｈの掘削途中において、拡径および縮径を行うことが可能となる。これにより、ふし付きの杭や、拡底杭の掘削工事を、掘削機を変更する等の手間を要することなく、容易に行うことが可能となる。
【００４８】
なお、掘削機Ｍのメインシャフト２が、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、折れ点を有しており、カッタ４の軸心がずれた位置に配置されるように構成されていれば、掘削孔Ｈの形状が、略矩形状に形成される。この時、メインシャフト２は、上部シャフト２ａと下部シャフト２ｂとから構成されており、上部シャフト２ａの下部および下部シャフト２ｂの上部には、それぞれシャフトギヤ２２ａ，２２ｂが一体に形成されている。上部シャフト２ａは、掘削機本体１の略中央に配置されて、駆動モータ１０の動力により、上部シャフト２ａの軸回りに回転する。そして、下部シャフト２ｂは、その上端が上部シャフト２ａの下端と重なるように、配置されて、上部シャフト２ａの回転により、上部シャフト２ａの周方向に公転するとともに、上部シャフト２ａのシャフトギヤ２２ａから下部シャフト２ｂのシャフトギヤ２２ｂへ回転力がアイドルギヤ２２ｃを介して伝達されて、下部シャフト２ｂが軸周方向に自転する。そして、カッタ４は、この下部シャフトの周方向に公転し、それぞれ軸方向に公転する。これにより、掘削孔Ｈは、略矩形状を呈する。
【００４９】
さらに、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、掘削機Ｍを複数台（図７では２台）並設した掘削システムＳを利用して施工を行えば、連続した掘削孔Ｈを一度に施工することが可能となる。そのため、例えば、連続地中壁の施工など、連続した掘削溝を施工する場合において、掘削機の配置、削孔、引き上げ等の一連の作業の回数を削減し、工期を大幅に短縮することが可能となり、好適である。なお、掘削システムＳに係る掘削機Ｍの台数や配置が限定されないことはいうまでもなく、適宜設定すればよい。また、各掘削機Ｍの構成も、図６（ａ）に示すメインシャフトが偏心したものに限定されるものではない。また、掘削機Ｍ，Ｍの連結方法は限定されるものではなく、適宜、公知の手段により行えばよい。また、隣接する掘削機Ｍにより切削される掘削孔が、互いラップしていてもよい。
【００５０】
掘削機Ｍは、カッタシャフト３０が傾斜していることにより、カッタシャフト３０の上端における各カッタシャフト３０同士の間隔が狭まり、故に、ギヤケース３の小型化が可能となる。そのため、掘削機Ｍ全体の軽量化が可能となるため、揚重機の小型化等も可能となる。さらに、装置全体の小型化により、従来の掘削機よりも狭隘な現場での施工が可能となる。
また、カッタシャフト３０が傾斜していることにより、各カッタ４が、メインシャフト２側が低くなるように傾斜するため、切削面（切羽）が、掘削孔Ｈの中心に向かって傾斜しており、切削した土砂が中央に集まり、土砂を揚泥しやすくなる。
【００５１】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、リバース工法に対応可能な掘削機Ｍとして、メインシャフト２が排土部２０を備えており、この排土部２０を介して排土ポンプ１６により、掘削土砂を搬出する構成としたが、現位置置換工法など、掘削土砂を搬出しない場合には、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、排土ポンプ１６を備えていない構成としてもよい。この場合、メインシャフト２が先端に開口を有していないことはいうまでもない。
【００５２】
また、前記実施形態では、本発明の掘削機を利用して、鉛直方向に掘削孔を切削する構成について説明したが、例えば、本発明の掘削機を、シールド等のトンネル工事等、横方向の掘削に利用してもよく、本発明の掘削機による掘削方向は限定されるものではない。
本発明の掘削機を地盤改良掘削等などに使用してもよいことはいうまでもない。
【００５３】
また、前記実施形態では、揚重機として、クレーンを使用するものとしたが、掘削機を吊り下げる機械が限定されないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本実施形態の掘削機の使用状況を示す側面図である。
【図２】本実施形態の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本実施形態の掘削機による掘削断面の拡径時の状況を示す図である。
【図４】本発明に係る掘削機の変形例を示す縦断面図である。
【図５】本発明に係る掘削機の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図６】本発明に係る掘削システムを示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図７】本発明に係る掘削機の他の変形例を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【図８】従来の掘削機を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は掘削機の下方から見た図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 掘削機本体
１０ 駆動モータ
２ メインシャフト
２０ 排土部
２１ 駆動ギヤ
３ ギヤケース
３０ カッタシャフト
３１ 従動ギヤ
４ カッタ
Ｈ 掘削孔
Ｍ 掘削機
Ｓ 掘削システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータと、
前記駆動モータの動力により回転するメインシャフトと、
前記メインシャフトの回転により公転し、かつ、前記メインシャフトの回転に伴い自転するカッタシャフトと、
前記カッタシャフトの先端に固定されて地盤を切削するカッタと、
からなる掘削機であって、
前記カッタシャフトが、前記メインシャフトに対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜していることを特徴とする、掘削機。
【請求項２】
前記カッタシャフトが、伸縮可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の掘削機。
【請求項３】
前記メインシャフトが、上部シャフトと下部シャフトとから構成されており、
前記下部シャフトが、前記上部シャフトに対して偏心していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の掘削機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の掘削機を複数台並設してなることを特徴とする、掘削システム。
【請求項１】
駆動モータと、
前記駆動モータの動力により回転するメインシャフトと、
前記メインシャフトの回転により公転し、かつ、前記メインシャフトの回転に伴い自転するカッタシャフトと、
前記カッタシャフトの先端に固定されて地盤を切削するカッタと、
からなる掘削機であって、
前記カッタシャフトが、前記メインシャフトに対して、切羽に向かうに従い外方向に広がるように傾斜していることを特徴とする、掘削機。
【請求項２】
前記カッタシャフトが、伸縮可能に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の掘削機。
【請求項３】
前記メインシャフトが、上部シャフトと下部シャフトとから構成されており、
前記下部シャフトが、前記上部シャフトに対して偏心していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の掘削機。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の掘削機を複数台並設してなることを特徴とする、掘削システム。
【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２００７−２６２８２０（Ｐ２００７−２６２８２０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９１８６９（Ｐ２００６−９１８６９）
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９９１１２１１３）株式会社東亜利根ボーリング (25)
【出願人】（０００１９４７５６）成和リニューアルワークス株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５９９１１２１１３）株式会社東亜利根ボーリング (25)
【出願人】（０００１９４７５６）成和リニューアルワークス株式会社 (32)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]