掘削装置
【課題】地盤施工具専用の回転駆動装置を不要として施工をコンパクトに行うことを可能とする掘削装置を提供すること。
【解決手段】ケーシングチューブ４を地盤ＧＲに回転させながら押し下げるチューブ回転装置１を備えた掘削装置であって、ケーシングチューブ４内に挿入可能であり、軸状のケリーバ６の先端に連結されて回転により地盤ＧＲを施工可能な地盤施工具としてのドリリングバケット５１，拡底バケット５２と、ケーシングチューブ４に連結され、かつ、このケーシングチューブ４の回転を変速してケーシングチューブ４に挿入状態のケリーバ６に伝達可能な増速機２と、を備えていることを特徴とする掘削装置とした。
【解決手段】ケーシングチューブ４を地盤ＧＲに回転させながら押し下げるチューブ回転装置１を備えた掘削装置であって、ケーシングチューブ４内に挿入可能であり、軸状のケリーバ６の先端に連結されて回転により地盤ＧＲを施工可能な地盤施工具としてのドリリングバケット５１，拡底バケット５２と、ケーシングチューブ４に連結され、かつ、このケーシングチューブ４の回転を変速してケーシングチューブ４に挿入状態のケリーバ６に伝達可能な増速機２と、を備えていることを特徴とする掘削装置とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングチューブを回転させながら地中に押し込み、バケットなどの地盤施工具によりチューブ内の土砂の排出などの施工を行って杭打設用などの孔を掘削する掘削装置に関するものであり、特に、土砂の排出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるケーシング回転掘削と称され、チューブ状の鋼製のケーシングチューブをチューブ回転装置により回転させながら地中に押し込み、このケーシングチューブ内の土砂を、ハンマーグラブやバケットなどの地盤施工具を用いて掘削および排土する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来技術によれば、バケットによる土砂の排出時には、クレーン装置と回転駆動装置とを搭載したベースマシンから吊り下げたケリーバの先端にバケットを取り付け、バケットをケーシングチューブ内に挿入させ、ケリーバをクレーン装置に取り付けた回転駆動装置により回転させることで、バケットによりケーシングチューブ内の土砂を取り込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７０４６９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、従来の掘削装置によれば、バケットなどの地盤施工具を使用する場合、ケーシングチューブを回転させるチューブ回転装置とは別にケリーバを吊り下げて回転させることが可能な大型のベースマシンが必要である。このため、装置が大がかりとなり、施工のために広い敷地および十分な高さを確保する必要があった。
【０００６】
そこで、本発明は、地盤施工具専用の回転駆動装置を不要として施工をコンパクトに行うことを可能とする掘削装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の掘削装置は、ケーシングチューブを地盤に回転させながら押し下げるチューブ回転装置を備えた掘削装置であって、
前記ケーシングチューブ内に挿入可能であり、軸状のケリーバの先端に連結されて回転により地盤を施工可能な地盤施工具と、前記ケーシングチューブに連結され、かつ、このケーシングチューブの回転を前記ケーシングチューブに挿入状態の前記ケリーバに伝達可能な回転伝達機構と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記回転伝達機構は、ケーシングチューブの回転速度を、前記ケリーバに対して変速して伝達する変速機構としてもよい。
また、前記回転伝達機構は、前記ケーシングチューブに連結されるリングギアと、前記ケリーバが回転伝達可能に挿通されるサンギアと、前記リングギアの回転を前記サンギアに伝達するキャリアとを有した遊星歯車機構を備え、前記キャリアの公転を規制するストッパ機構を、前記チューブ回転装置に支持してもよい。
さらに、前記遊星歯車機構は、前記サンギアに対し、その回転方向を前記リングギアの回転方向と逆転させて伝達する構造としてもよい。
【０００９】
また、前記ケーシングチューブの上端に連結可能な、前記リングギアとの接続用のジョイントチューブを設け、このジョイントチューブと前記リングギアとの間に、前記ケーシングチューブの押し下げ回転時の回転方向である正回転時に回転方向および軸方向に係合し、逆回転時に前記係合が外れる係合機構を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明の掘削装置は、チューブ回転装置によりケーシングチューブを回転させると、回転伝達機構を介してケリーバが回転され、ケーシングチューブ内に配置された地盤施工具が回転され、地盤の施工を行うことができる。
したがって、ケリーバ専用の回転駆動装置が不要となり、掘削をコンパクトに行うことが可能となる。
【００１１】
また、回転伝達機構として変速機構を用いれば、チューブ回転装置の回転速度を変えること無しに、地盤施工具を最適回転数で回転させることが可能となる。
さらに、回転伝達機構として遊星歯車機構を用い、チューブ回転装置に支持されたストッパ機構によりキャリアの公転を規制すれば、ケーシングチューブの回転が遊星歯車機構を介してケリーバに伝達されるため、ケリーバおよび地盤施工具への回転出力方向および等速を含む変速比の設定自由度が高い。
さらに、遊星歯車機構が、サンギアに対し、その回転方向をリングギアに対して逆転させるものでは、地盤施工具がケーシングチューブに対して逆方向に回転する。
この場合、ケーシングチューブの回転に伴って、ケーシングチューブ内の土が、ケーシングチューブと同方向に回転される一方で、地盤施工具は、土の回転方向とは逆方向に回転する。これにより、地盤工具がケーシングチューブと同方向に回転するものと比較して、地盤施工効率が向上する。
【００１２】
また、ケーシングチューブにジョイントチューブを連結し、ジョイントチューブとリングギアとの間に係合機構を設ければ、ケーシングチューブを回転させるだけで、遊星歯車機構との係合および係合解除が可能であり操作が簡単である。また、ジョイントチューブを介在させることにより、ケーシングチューブとしては既存のものを加工することなく使用することが可能で、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の掘削装置の構成を説明する地盤を切断した状態で示す側面図である。
【図２】第１実施の形態の掘削装置のストッパ機構の平面図である。
【図３】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す断面図であって、図４のＳ３−Ｓ３線による断面を示している。
【図４】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す断面図であって、図３のＳ４−Ｓ４線による断面を示している。
【図５】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す平面図あって、図４のＹ５−Ｙ５線による断面を示している。
【図６】第１の実施の形態の掘削装置の作業手順を説明する側面図である。
【図７】第２の実施の形態の掘削装置の増速機を示す上方から見た状態の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の掘削装置の増速機を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態の掘削装置Ａについて図面を参照して説明する。
この掘削装置Ａは、図１に示すようにチューブ回転装置１と増速機（回転伝達機構：変速機構）２とストッパ機構３とを備えている。
【００１５】
チューブ回転装置１は、ケーシングチューブ４の外周を把持してケーシングチューブ４を回転させながら軸方向に押し下げることによりケーシングチューブ４を地中に押し込むことができる周知の装置である。その構成を簡単に説明すると、チューブ回転装置１は、支持ビーム１１，ベースフレーム１２、反力受フレーム１３を備えている。
【００１６】
支持ビーム１１は、地盤ＧＲ上に固定されて、チューブ回転装置１を含む掘削装置Ａ全体を支持するものである。
ベースフレーム１２は、支持ビーム１１に複数の水平ジャッキ１４を介して支持されており、各水平ジャッキ１４の上下方向寸法を調整することにより水平に設置される。
反力受フレーム１３は、ベースフレーム１２に複数の昇降シリンダ１５を介して支持されており、この昇降シリンダ１５の油圧による伸縮に伴ってベースフレーム１２に対して昇降可能に支持されている。
【００１７】
また、ベースフレーム１２には、ケーシングチューブ４の外周に接する回転フレームに回転駆動力を与える回転駆動装置１６が設けられている。この回転駆動装置１６は、周知のように複数のモータを備え、これらのモータの回転が回転フレームを介してケーシングチューブ４に伝達される。また、反力受フレーム１３による押し下げ力は、回転駆動装置１６の回転フレームを介してケーシングチューブ４に伝達される。
したがって、回転駆動装置１６により回転フレームを回転させながら昇降シリンダ１５を短縮駆動させることにより、ケーシングチューブ４が回転されながら地中に押し込まれるようになっている。
【００１８】
次に、増速機２およびストッパ機構３について説明する。
これらの増速機２およびストッパ機構３は、ドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの排土装置（地盤施工具）を用いてケーシングチューブ４内などの排土を行う際に、チューブ回転装置１に取り付けて使用する。
したがって、ケーシングチューブ４の回転および押下のみを行う際には、増速機２およびストッパ機構３は、チューブ回転装置１から取り外しておく。
【００１９】
増速機２は、ケーシングチューブ４の回転を増速して地盤施工具に伝達するもので、本実施の形態では、地盤施工具としてのドリリングバケット５１、拡底バケット５２への回転伝達には、従来と同様にケリーバ６を用いる。
この増速機２は、図３に示すように、リングギア２１とキャリア２２とサンギア２３とを備えた回転伝達機構及び変速機構としての遊星歯車機構２０により構成されている。すなわち、本実施の形態では、リングギア２１がケーシングチューブ４と一体に回転し、キャリア２２がストッパ機構３により公転を規制されることにより、サンギア２３が増速回転され、その回転が地盤施工具に伝達される。なお、本実施の形態では、リングギア２１の回転方向とサンギア２３の回転方向とが同一方向となるよう、リングギア２１とサンギア２３との間に、いわゆる二重ピニオンタイプのキャリア２２が介在されている。
【００２０】
次に、キャリア２２について説明する。
キャリア２２は、図４に示すように、回転軸２６に回転可能に支持された２枚のピニオンギア２２ａが、リングギア２１とサンギア２３との間に直列に介在されたものを３組備えている。各回転軸２６は、その上下両端部が上カバー２４と下カバー２５とに固定されて支持されている。各カバー２４，２５は、中央にそれぞれ貫通穴２４ａ，２５ａを有したドーナツ板状に形成されている。そして、上カバー２４の貫通穴２４ａの内周から、円筒ケーシング２４ｂが上方に立設されている。
リングギア２１は、上下縁から内周に張り出して取り付けられた上下フランジ部材２１ｆ，２１ｆを上下カバー２４，２５の外周縁に係合されて、上下カバー２４，２５に対して同軸で上下相対移動を規制される一方で相対回転可能に支持されている。
サンギア２３は、下カバー２５との間に軸受２５ｂが介在されて、上下カバー２４，２５に対して同軸で相対回転可能に支持されている。
【００２１】
次に、遊星歯車機構２０の回転伝達について説明する。
リングギア２１は、ケーシングチューブ４から回転が伝達される。
本実施の形態では、増速機２を使用する場合、図１に示すように、ケーシングチューブ４の上端に、ケーシングチューブ４の軸方向寸法を短く形成したジョイントチューブ４１を取り付ける。このジョイントチューブ４１とケーシングチューブ４との結合には、他のケーシングチューブ４どうしの結合構造と同様の構造を用いるため、説明を省略する。
ジョイントチューブ４１は、その外周から、複数の係合アーム４１ａが上方に突出されている。本実施の形態では、係合アーム４１ａが３本設けられている。さらに、係合アーム４１ａの先端は、上方から見て時計回り方向に鉤部４１ｂが延在されている。
【００２２】
一方、リングギア２１の外周には、図３に示すように、１または複数であって本実施の形態では３本の係合ロッド２１ａが外径方向に突出されている。したがって、チューブ回転装置１を駆動させてジョイントチューブ４１をケーシングチューブ４と一体に上方から見て時計回り方向である正回転方向へ回転させた場合には、ジョイントチューブ４１の係合アーム４１ａとリングギア２１の係合ロッド２１ａとが回転方向に係合するとともに軸方向に係合して、ジョイントチューブ４１およびリングギア２１が一体的に正回転する。
【００２３】
次に、サンギア２３から地盤施工具への回転伝達構造について説明する。
サンギア２３の内周には複数のスプライン状のキー溝２３ａが形成されている。このキー溝２３ａには、ケリーバ６の外周に形成されたキー６１が挿入される。また、キー溝２３ａには、周知の図示を省略したロック機構が設けられており、サンギア２３が正回転した場合には、周方向および軸方向に係合状態となり、サンギア２３の回転がケリーバ６に伝達可能であるとともに、押し下げ方向の駆動力も伝達可能に形成されている。また、このロック機構による係合は、サンギア２３を逆回転させた場合には、解除されるようになっている。なお、このようなロック機構は、周知であり、例えば、特開2 0 0 4 - 1 0 0 3 6 4号公報などにも記載されているため、詳細な説明は省略する。同様に、ケリーバ６も、複数のロッドにより伸縮可能に形成されており、各ロッド間にも、正回転時には、係合されて回転および押し下げ力を伝達可能であり、逆回転時には、係合が解除される回転および押し下げ力が非伝達状態となる周知の構造となっている。
したがって、サンギア２３の正回転時には、これと一体的にケリーバ６が回転し、このケリーバ６の先端に取り付けたドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具が回転しながら、ケーシングチューブ４と共に押し下げられる。
【００２４】
次に、図１および図２によりストッパ機構３について説明する。
このストッパ機構３は、増速機２の上下カバー２４，２５およびこれに支持された図３に示すキャリア２２の回転軸２６が、リングギア２１およびサンギア２３の回転に連れ回って公転しないようにするためのもので、上下カバー２４，２５および回転軸２６を、図１に示すチューブ回転装置１の反力受フレーム１３に対して相対回転を規制する一方で、軸方向には相対移動可能とするものである。
【００２５】
このストッパ機構３は、チューブ回転装置１の反力受フレーム１３に対して着脱可能に取り付けられるものと、上カバー２４に取り付けられたものとを備えている。
反力受フレーム１３に着脱可能な部分としては、図１および図２に示すように、チューブ回転装置１の反力受フレーム１３の４箇所から立ち上げられた昇降シリンダ１５の外周に着脱可能な４本の連結用鋼管３１と、これら連結用鋼管３１に一体に結合されて略水平に支持されて中央にジョイントチューブ４１が貫通される貫通穴３２ａを備えた長方形板状のプレート３２と、プレート３２の上面の短辺に沿って一体に結合された一対の支持フレーム３３と、各支持フレーム３３から上方へ立ち上げられた断面Ｈ状の鋼柱であるストッパバー３４とを備えている。
【００２６】
また、上カバー２４に取り付けられたものとしては、上カバー２４の上面に取り付けられ（図５参照）、円筒ケーシング２４ｂから外径方向へ延びて、ストッパバー３４に対し上下方向に相対移動可能である一方、回転方向に係合可能な長さを有したカバーロッド３５を備えている。
【００２７】
次に、地盤施工具について説明する。
本実施の形態では、地盤施工具として、図１（ａ）に示すドリリングバケット５１および同図（ｂ）拡底バケット５２を用いる。両バケット５１，５２は、それぞれケリーバ６の先端に装着し、ケーシングチューブ４の内部に挿入して使用する。
【００２８】
ドリリングバケット５１は、有底の円筒形状を成し、底部に切削刃および開口を有し、回転させることにより、地盤ＧＲを掘削し、同時に掘削土砂をバケット内部に収納する周知のものである。
【００２９】
拡底バケット５２は、設定された回転方向（本実施の形態では時計回り方向）に回転するのに伴って開翼する拡大翼を有し、掘削した孔の拡径を行う周知のものである。
【００３０】
次に、第１の実施の形態の作用として、第１の実施の形態の掘削装置Ａを用いて図１に示す杭打設用の穿孔Ｈを掘削する手順を説明する。
【００３１】
まず、掘削装置Ａのチューブ回転装置１を用いて、地盤ＧＲにケーシングチューブ４を回転させながら押し下げる。この作業は、従来と同様であるので、詳細な説明は省略する。
そして、ケーシングチューブ４を押し下げると、次に、ケーシングチューブ４の内周の土砂を排出する。
【００３２】
この土砂の排出には、従来と同様に地盤ＧＲの状態に応じ、ハンマーグラブ（図示省略）やドリリングバケット５１などを適宜使用することができるが、以下に、地盤施工具としてのドリリングバケット５１を用いた土砂の排出手順について説明する。
【００３３】
ドリリングバケット５１を用いて土砂の排出を行う場合、まず、ケーシングチューブ４の上端にジョイントチューブ４１を連結する。
また、これと並行して、図示を省略したクレーンに吊り下げられたケリーバ６を、増速機２のサンギア２３に貫通させ、かつ、図６に示すように、ケリーバ６の先端にドリリングバケット５１を装着しておく。
【００３４】
次に、チューブ回転装置１に、ストッパ機構３を設置する。
すなわち、ストッパ機構３を、図示を省略したクレーンで吊り下げるなどし、ストッパ機構３の４箇所の連結用鋼管３１が、チューブ回転装置１の４箇所の昇降シリンダ１５の上から被さるようにチューブ回転装置１の上に設置する。
【００３５】
次に、図示を省略したクレーンに吊り下げられたケリーバ６を移動させ、このケリーバ６の先端に取り付けられているドリリングバケット５１をケーシングチューブ４の上方からその内部に挿入するとともに、ケリーバ６の外周に取り付けられた増速機２を、ジョイントチューブ４１の上に重ねて設置する。
この際、増速機２の上カバー２４に固定した一対のカバーロッド３５，３５は、図２に示すように、ストッパバー３４，３４に対して上から見て、反時計回り方向側の位置に配置する。また、増速機２の外周に突出した係合ロッド２１ａが、ジョイントチューブ４１から起立された係合アーム４１ａの鉤部４１ｂと干渉しないように、増速機２の回転方向の位置を調整しながら設置する。
【００３６】
増速機２のジョイントチューブ４１の上への設置後、さらにケリーバ６を下方移動させてドリリングバケット５１を降下させて穿孔Ｈの底部に配置する。なお、この時点では、ケリーバ６の伸縮機構およびサンギア２３との間は非ロック状態としておく。
【００３７】
ドリリングバケット５１が穿孔Ｈの底部に達したら、次に、チューブ回転装置１を駆動させケーシングチューブ４を正回転させる。このケーシングチューブ４の回転に伴って、ジョイントチューブ４１が正回転し、まず、ジョイントチューブ４１の係合アーム４１ａと増速機２の係合ロッド２１ａとが図１に示す係合状態となる。
【００３８】
また、増速機２では、リングギア２１が正回転された場合、回転初期は、キャリア２２への入力により上下カバー２４，２５および回転軸２６を回転方向へ移動させる力が作用し、回転軸２６が移動（公転）した場合は、増速機２は空転状態となるが、上カバー２４に結合されたカバーロッド３５がストッパバー３４に当接して回転軸２６の移動が規制された時点からは、増速機２は、増速作動を行ってサンギア２３を正転方向へ増速回転させる。
【００３９】
上記の係合アーム４１ａと係合ロッド２１ａとの係合後は、チューブ回転装置１を駆動させて、ケーシングチューブ４を正回転させながら、押し下げる。これにより、サンギア２３が正回転し、サンギア２３とケリーバ６との間がロック状態となり、ケリーバ６およびドリリングバケット５１が正回転しながら押し下げられて、ドリリングバケット５１が掘削作動を行うとともに内部に土砂を取り込む。
【００４０】
なお、この場合、遊星歯車機構２０により、ドリリングバケット５１は、ケーシングチューブ４の回転速度よりも高速で回転されるもので、この遊星歯車機構２０の増速比は、各ギア２１〜２３の歯数に基づいて、ドリリングバケット５１の作動に最適の回転速度が得られるようにあらかじめ設定される。
また、この際、ケーシングチューブ４と共に増速機２が下方に移動するのに伴って、上カバー２４に結合されたカバーロッド３５は、ストッパバー３４に沿って当接状態を保ちながら下方に移動する。したがって、ストッパバー３４は、このドリリングバケット５１が内部に十分に土砂を取り込むことができる上下方向の移動量だけカバーロッド３５と相対移動できる上下方向寸法に形成されている。
【００４１】
上述のようにして、ドリリングバケット５１が回転しながら下方へ移動して土砂を取り込んだら、チューブ回転装置１の駆動を停止させた後、ドリリングバケット５１に取り込んだ土砂の排出を行う。
この場合、まず、チューブ回転装置１を逆回転させて、増速機２とジョイントチューブ４１とのロックを解除するとともに、ケリーバ６とサンギア２３とのロックを解除する。そして、ケリーバ６およびドリリングバケット５１を引き上げ、さらに、図６に示すように、ドリリングバケット５１と共に増速機２を引き上げ、ドリリングバケット５１に取り込んだ土砂を外部に排出する。
【００４２】
以上の動作を繰り返し行うことでケーシングチューブ４の押し下げおよびドリリングバケット５１による土砂の排出を行うことができる。なお、この動作の繰り返しに伴い、ケーシングチューブ４は、適宜、従来と同様に継ぎ足しを行う。
【００４３】
次に、拡底バケット５２を用いて穿孔Ｈの下端部の拡底を行う場合の作業を説明する。
この場合、上述のようにしてドリリングバケット５１をケーシングチューブ４から引き上げた後に、ケリーバ６の下端のドリリングバケット５１を取り外し、拡底バケット５２に交換する。
【００４４】
また、拡底バケット５２を使用する場合は、拡底バケット５２をケーシングチューブ４に挿入する前に、前もってチューブ回転装置１を逆転駆動させてケーシングチューブ４を図１（ｂ）に示すように、拡底位置よりも上方へ引き上げておく。
【００４５】
その後、ドリリングバケット５１と同様の作業を行って拡底バケット５２を穿孔Ｈの底部まで移動させた後、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４を正回転させると、拡底バケット５２が図示のように開翼して穿孔Ｈの拡径が行われる。
【００４６】
この拡底バケット５２の使用時も、あらかじめ設定された量だけ下方へ押し下げた後は、チューブ回転装置１を逆転させて各ロックのロック解除を行った後、拡底バケット５２およびケリーバ６の引き上げを行う。
このようにして、穿孔Ｈの形成を終えると、穿孔Ｈ内に鉄筋を設置し、コンクリートを打設して杭を形成することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態の掘削装置Ａによれば、以下に列挙する効果を有する。
ａ）第１の実施の形態の掘削装置Ａは、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４を回転させると、増速機２によりケリーバ６およびこれに取り付けられたドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具が回転され、地盤ＧＲに対する施工を行うことができる。
したがって、従来のようなケリーバを吊り下げて回転させるクレーン装置と回転駆動装置を搭載したベースマシンが不要となり、施工に必要な敷地の広さおよび高さを抑えて掘削をコンパクトに行うことが可能となる。
【００４８】
ｂ）ドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具に対し、ケーシングチューブ４の回転が増速機２により増速されて伝達されるため、チューブ回転装置１の回転速度を変えること無しに、地盤施工具を最適回転数で回転させることが可能となる。したがって、既存のチューブ回転装置１をそのまま使用でき、チューブ回転装置１の回転速度を変えるものと比較して汎用性に優れる。
【００４９】
ｃ）変速機構として遊星歯車機構２０を用い、チューブ回転装置１に支持されたストッパ機構３によりキャリア２２の回転軸２６を固定し、ケーシングチューブ４の回転が遊星歯車機構２０を介してケリーバ６に増速伝達されるため、ケリーバ６および地盤施工具への回転出力方向および変速比の設定自由度が高い。すなわち、地盤施工具の違いにより、遊星歯車機構２０のギア比の設定を変えることが可能であり、また、ケリーバ６の回転方向も、ケーシングチューブ４と同方向だけでなく、逆方向に回転させることも可能である。
よって、地盤施工具も、既存のものをそのまま使用可能であり、汎用性に優れる。
加えて、遊星歯車機構２０を用いることにより、回転伝達を行う機構の上下方向寸法を抑えることができる。これにより、地盤施工具による施工時の必要スペースを抑えることができる。
【００５０】
ｄ）ケーシングチューブ４にジョイントチューブ４１を連結し、ジョイントチューブ４１とリングギア２１との間に係合ロッド２１ａおよび係合アーム４１ａから成る係合機構を設け、ケーシングチューブ４を回転させるだけで、遊星歯車機構２０との係合および係合解除が可能であり、操作が簡単である。また、ジョイントチューブ４１を介在させることにより、ケーシングチューブ４としては既存のもの加工することなく使用することが可能となり、汎用性に優れる。
【００５１】
ｅ）ストッパ機構３は、既存のチューブ回転装置１に搭載し、その際、昇降シリンダ１５を利用して連結用鋼管３１を昇降シリンダ１５の上から被せるように配置するだけで、位置決め固定可能としたため、位置決め固定用の機構を追加不要であり、コストおよび重量を削減できる。
【００５２】
ｆ）カバーロッド３５は増速機２の上カバー２４に結合し、ストッパ機構３のチューブ回転装置１に固定したストッパバー３４とは別体で上下方向に相対移動可能としたため、カバーロッド３５は、増速機２などとともにケリーバ６と一体に移動させることができ、土砂を穿孔Ｈから排出する作業が容易で、作業性に優れる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の掘削装置について説明する。
なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であるので、第１の実施の形態との相違点についてのみ説明し、両者で共通の構成については第１の実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５４】
この第２の実施の形態の掘削装置は、変速機構としての増速機２００の遊星歯車機構２２０の構成が第１の実施の形態と異なっている。
以下に、第２の実施の形態の掘削装置における増速機２００の構成並びに第１の実施の形態との相違点を図７，図８に基づき説明する。
【００５５】
第１の実施の形態では、増速機２は、リングギア２１とサンギア２３とを同方向に回転させ、ケリーバ６及びドリリングバケット（地盤施工具）５１を、ケーシングチューブ４と同方向に増速回転させるようにした。
それに対し、第２の実施の形態では、増速機２００は、リングギア２２１とサンギア２２３とを逆方向に回転させ、ケリーバ６及びドリリングバケット（地盤施工具）５１を、ケーシングチューブ４の回転方向と逆方向に増速回転させるようにしている。
【００５６】
すなわち、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４と一体的に回転するリングギア２２１と、ケリーバ６と一体的に回転するサンギア２２３との間にいわゆるシングルピニオンタイプのキャリア２２２が介在されており、リングギア２２１とサンギア２２３とは逆方向に回転する。
【００５７】
キャリア２２２は、シングルピニオンタイプであるが、回転軸２２６に小径のピニオンギア２２２ａと大径のピニオンギア２２２ｂとが同軸に設けられ、サンギア２２３をリングギア２２１に対して増速逆回転させる。すなわち、図８に示すように、回転軸２２６の下側に配置された小径で相対的に少歯数のピニオンギア２２２ａがリングギア２２１に噛み合わされている。そして、回転軸２２６の上側に配置されて、ピニオンギア２２２ａと相対的に大径で多歯数のピニオンギア２２２ｂがサンギア２２３に噛み合わされている。
【００５８】
なお、サンギア２２３は、内周に増速機２００の上カバー２２４および下カバー２２５を貫通する筒状体２２３ｂを備えている。そして、この筒状体２２３ｂにおいて、大径のピニオンギア２２２ｂと軸直交方向に重なる高さにのみ、その外周にギア２２３ｃが形成されている。また、筒状体２２３ｂの内周には、第１の実施の形態と同様のキー溝２２３ａが形成されている。
【００５９】
以上説明した第２の実施の形態では、キャリア２２２は、第１の実施の形態と同様に、ストッパ機構３により公転を規制されるため、サンギア２２３はリングギア２２１に対して、増速逆回転される。
したがって、この第２の実施の形態の掘削装置では、掘削時にドリリングバケット５１はケーシングチューブ４に対して逆方向に増速回転する。
この場合、ケーシングチューブ４の回転に伴って、ケーシングチューブ４内の土が、ケーシングチューブ４と同方向に回転される一方で、この土を掘削するドリリングバケット５１が、土の回転方向とは逆方向に回転する。これにより、第２の実施の形態では、ドリリングバケット５１がケーシングチューブ４と同方向に増速回転するものと比較して、掘削効率が向上する。
【００６０】
また、第２の実施の形態では、キャリア２２２は、サンギア２２３をリングギア２２１と逆回転させるように介在させるのにあたり、リングギア２２１に噛み合う小径のピニオンギア２２２ａとサンギア２２３に噛み合う大径のピニオンギア２２２ｂとを同軸に設けた構造とした。
このため、キャリア２２２が、リングギア２２１及びサンギア２２３との両方に噛み合う１枚のピニオンギアを備えたものと比較して、増速比（変速比）の設定自由度が高い。これにより、ドリリングバケット５１の掘削効率に優れた増速比の設定が容易となる。
【００６１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６２】
例えば、実施の形態では、施工工具として、排土装置としてのドリリングバケットおよび拡底バケットを示したが、これに限定されず、ケリーバに接続して、ケーシングチューブ内で地盤に対して施工を行うものであれば、排土装置以外の施工具（例えば、地盤改良用の撹拌翼や拡底機能のみ有する施工具など）を用いてもよい。
【００６３】
また、実施の形態では、回転伝達機構として、遊星歯車機構を示したが、この回転伝達機構としては、ケーシングチューブからケリーバに回転を伝達するものであれば、遊星歯車機構以外の、ベルト、チェーン、ロッド、プーリなどを組み合わせた周知の回転伝達構造を用いてもよい。例えば、実施の形態において、ピニオンギアとサンギアとの回転伝達を、チェーンやベルト・プーリなどで行うことができる。
また、回転伝達機構がケーシングチューブからケリーバに回転伝達するのにあたり、変速して伝達する遊星歯車機構を用いたが、その変速比は、地盤施工具に応じ、適宜最適の変速比を用いてよいと共に、等速回転伝達を行うようにしてもよい。すなわち、回転伝達機構は、実施の形態で示したようにケーシングチューブの回転を増速してケリーバに伝達するもの限らず、地盤施工具によっては減速して伝達するものを用いてもよい。特に、第２の実施の形態のように、ケーシングチューブと地盤施工具とが逆方向に回転するものでは、地盤施工具をケーシングチューブに対して等速回転や減速回転させた場合でも、効率的な施工が可能である。
【００６４】
また、第１の実施の形態では、キャリアは、リングギアとサンギアとの間に２枚のピニオンギアを直列に介在させたものを示したが、キャリアにおけるピニオンギアの枚数は、実施の形態で示したものに限定されない。例えば、３枚以上の複数枚のピニオンギアを直列に介在させてもよい。あるいは、第２の実施の形態において、キャリアとして、１枚のピニオンギアをリングギアとサンギアとの両方に噛み合わせたものを用いてもよい。この場合も、サンギアは、リングギアに対して増速して逆方向に回転させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ チューブ回転装置
２ 増速機（変速機構）
３ ストッパ機構
４ ケーシングチューブ
６ ケリーバ
２０ 遊星歯車機構
２１ リングギア
２１ａ 係合ロッド（係合機構）
２２ キャリア
２３ サンギア
２６ 回転軸
４１ ジョイントチューブ
４１ａ 係合アーム（係合機構）
４１ｂ 鉤部（係合機構）
５１ ドリリングバケット（地盤施工具）
５２ 拡底バケット（地盤施工具）
Ａ 掘削装置
ＧＲ 地盤
Ｈ 穿孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングチューブを回転させながら地中に押し込み、バケットなどの地盤施工具によりチューブ内の土砂の排出などの施工を行って杭打設用などの孔を掘削する掘削装置に関するものであり、特に、土砂の排出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆるケーシング回転掘削と称され、チューブ状の鋼製のケーシングチューブをチューブ回転装置により回転させながら地中に押し込み、このケーシングチューブ内の土砂を、ハンマーグラブやバケットなどの地盤施工具を用いて掘削および排土する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来技術によれば、バケットによる土砂の排出時には、クレーン装置と回転駆動装置とを搭載したベースマシンから吊り下げたケリーバの先端にバケットを取り付け、バケットをケーシングチューブ内に挿入させ、ケリーバをクレーン装置に取り付けた回転駆動装置により回転させることで、バケットによりケーシングチューブ内の土砂を取り込む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７０４６９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、従来の掘削装置によれば、バケットなどの地盤施工具を使用する場合、ケーシングチューブを回転させるチューブ回転装置とは別にケリーバを吊り下げて回転させることが可能な大型のベースマシンが必要である。このため、装置が大がかりとなり、施工のために広い敷地および十分な高さを確保する必要があった。
【０００６】
そこで、本発明は、地盤施工具専用の回転駆動装置を不要として施工をコンパクトに行うことを可能とする掘削装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の掘削装置は、ケーシングチューブを地盤に回転させながら押し下げるチューブ回転装置を備えた掘削装置であって、
前記ケーシングチューブ内に挿入可能であり、軸状のケリーバの先端に連結されて回転により地盤を施工可能な地盤施工具と、前記ケーシングチューブに連結され、かつ、このケーシングチューブの回転を前記ケーシングチューブに挿入状態の前記ケリーバに伝達可能な回転伝達機構と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記回転伝達機構は、ケーシングチューブの回転速度を、前記ケリーバに対して変速して伝達する変速機構としてもよい。
また、前記回転伝達機構は、前記ケーシングチューブに連結されるリングギアと、前記ケリーバが回転伝達可能に挿通されるサンギアと、前記リングギアの回転を前記サンギアに伝達するキャリアとを有した遊星歯車機構を備え、前記キャリアの公転を規制するストッパ機構を、前記チューブ回転装置に支持してもよい。
さらに、前記遊星歯車機構は、前記サンギアに対し、その回転方向を前記リングギアの回転方向と逆転させて伝達する構造としてもよい。
【０００９】
また、前記ケーシングチューブの上端に連結可能な、前記リングギアとの接続用のジョイントチューブを設け、このジョイントチューブと前記リングギアとの間に、前記ケーシングチューブの押し下げ回転時の回転方向である正回転時に回転方向および軸方向に係合し、逆回転時に前記係合が外れる係合機構を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明の掘削装置は、チューブ回転装置によりケーシングチューブを回転させると、回転伝達機構を介してケリーバが回転され、ケーシングチューブ内に配置された地盤施工具が回転され、地盤の施工を行うことができる。
したがって、ケリーバ専用の回転駆動装置が不要となり、掘削をコンパクトに行うことが可能となる。
【００１１】
また、回転伝達機構として変速機構を用いれば、チューブ回転装置の回転速度を変えること無しに、地盤施工具を最適回転数で回転させることが可能となる。
さらに、回転伝達機構として遊星歯車機構を用い、チューブ回転装置に支持されたストッパ機構によりキャリアの公転を規制すれば、ケーシングチューブの回転が遊星歯車機構を介してケリーバに伝達されるため、ケリーバおよび地盤施工具への回転出力方向および等速を含む変速比の設定自由度が高い。
さらに、遊星歯車機構が、サンギアに対し、その回転方向をリングギアに対して逆転させるものでは、地盤施工具がケーシングチューブに対して逆方向に回転する。
この場合、ケーシングチューブの回転に伴って、ケーシングチューブ内の土が、ケーシングチューブと同方向に回転される一方で、地盤施工具は、土の回転方向とは逆方向に回転する。これにより、地盤工具がケーシングチューブと同方向に回転するものと比較して、地盤施工効率が向上する。
【００１２】
また、ケーシングチューブにジョイントチューブを連結し、ジョイントチューブとリングギアとの間に係合機構を設ければ、ケーシングチューブを回転させるだけで、遊星歯車機構との係合および係合解除が可能であり操作が簡単である。また、ジョイントチューブを介在させることにより、ケーシングチューブとしては既存のものを加工することなく使用することが可能で、汎用性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の掘削装置の構成を説明する地盤を切断した状態で示す側面図である。
【図２】第１実施の形態の掘削装置のストッパ機構の平面図である。
【図３】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す断面図であって、図４のＳ３−Ｓ３線による断面を示している。
【図４】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す断面図であって、図３のＳ４−Ｓ４線による断面を示している。
【図５】第１の実施の形態の掘削装置の増速機を示す平面図あって、図４のＹ５−Ｙ５線による断面を示している。
【図６】第１の実施の形態の掘削装置の作業手順を説明する側面図である。
【図７】第２の実施の形態の掘削装置の増速機を示す上方から見た状態の断面図である。
【図８】第２の実施の形態の掘削装置の増速機を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態の掘削装置Ａについて図面を参照して説明する。
この掘削装置Ａは、図１に示すようにチューブ回転装置１と増速機（回転伝達機構：変速機構）２とストッパ機構３とを備えている。
【００１５】
チューブ回転装置１は、ケーシングチューブ４の外周を把持してケーシングチューブ４を回転させながら軸方向に押し下げることによりケーシングチューブ４を地中に押し込むことができる周知の装置である。その構成を簡単に説明すると、チューブ回転装置１は、支持ビーム１１，ベースフレーム１２、反力受フレーム１３を備えている。
【００１６】
支持ビーム１１は、地盤ＧＲ上に固定されて、チューブ回転装置１を含む掘削装置Ａ全体を支持するものである。
ベースフレーム１２は、支持ビーム１１に複数の水平ジャッキ１４を介して支持されており、各水平ジャッキ１４の上下方向寸法を調整することにより水平に設置される。
反力受フレーム１３は、ベースフレーム１２に複数の昇降シリンダ１５を介して支持されており、この昇降シリンダ１５の油圧による伸縮に伴ってベースフレーム１２に対して昇降可能に支持されている。
【００１７】
また、ベースフレーム１２には、ケーシングチューブ４の外周に接する回転フレームに回転駆動力を与える回転駆動装置１６が設けられている。この回転駆動装置１６は、周知のように複数のモータを備え、これらのモータの回転が回転フレームを介してケーシングチューブ４に伝達される。また、反力受フレーム１３による押し下げ力は、回転駆動装置１６の回転フレームを介してケーシングチューブ４に伝達される。
したがって、回転駆動装置１６により回転フレームを回転させながら昇降シリンダ１５を短縮駆動させることにより、ケーシングチューブ４が回転されながら地中に押し込まれるようになっている。
【００１８】
次に、増速機２およびストッパ機構３について説明する。
これらの増速機２およびストッパ機構３は、ドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの排土装置（地盤施工具）を用いてケーシングチューブ４内などの排土を行う際に、チューブ回転装置１に取り付けて使用する。
したがって、ケーシングチューブ４の回転および押下のみを行う際には、増速機２およびストッパ機構３は、チューブ回転装置１から取り外しておく。
【００１９】
増速機２は、ケーシングチューブ４の回転を増速して地盤施工具に伝達するもので、本実施の形態では、地盤施工具としてのドリリングバケット５１、拡底バケット５２への回転伝達には、従来と同様にケリーバ６を用いる。
この増速機２は、図３に示すように、リングギア２１とキャリア２２とサンギア２３とを備えた回転伝達機構及び変速機構としての遊星歯車機構２０により構成されている。すなわち、本実施の形態では、リングギア２１がケーシングチューブ４と一体に回転し、キャリア２２がストッパ機構３により公転を規制されることにより、サンギア２３が増速回転され、その回転が地盤施工具に伝達される。なお、本実施の形態では、リングギア２１の回転方向とサンギア２３の回転方向とが同一方向となるよう、リングギア２１とサンギア２３との間に、いわゆる二重ピニオンタイプのキャリア２２が介在されている。
【００２０】
次に、キャリア２２について説明する。
キャリア２２は、図４に示すように、回転軸２６に回転可能に支持された２枚のピニオンギア２２ａが、リングギア２１とサンギア２３との間に直列に介在されたものを３組備えている。各回転軸２６は、その上下両端部が上カバー２４と下カバー２５とに固定されて支持されている。各カバー２４，２５は、中央にそれぞれ貫通穴２４ａ，２５ａを有したドーナツ板状に形成されている。そして、上カバー２４の貫通穴２４ａの内周から、円筒ケーシング２４ｂが上方に立設されている。
リングギア２１は、上下縁から内周に張り出して取り付けられた上下フランジ部材２１ｆ，２１ｆを上下カバー２４，２５の外周縁に係合されて、上下カバー２４，２５に対して同軸で上下相対移動を規制される一方で相対回転可能に支持されている。
サンギア２３は、下カバー２５との間に軸受２５ｂが介在されて、上下カバー２４，２５に対して同軸で相対回転可能に支持されている。
【００２１】
次に、遊星歯車機構２０の回転伝達について説明する。
リングギア２１は、ケーシングチューブ４から回転が伝達される。
本実施の形態では、増速機２を使用する場合、図１に示すように、ケーシングチューブ４の上端に、ケーシングチューブ４の軸方向寸法を短く形成したジョイントチューブ４１を取り付ける。このジョイントチューブ４１とケーシングチューブ４との結合には、他のケーシングチューブ４どうしの結合構造と同様の構造を用いるため、説明を省略する。
ジョイントチューブ４１は、その外周から、複数の係合アーム４１ａが上方に突出されている。本実施の形態では、係合アーム４１ａが３本設けられている。さらに、係合アーム４１ａの先端は、上方から見て時計回り方向に鉤部４１ｂが延在されている。
【００２２】
一方、リングギア２１の外周には、図３に示すように、１または複数であって本実施の形態では３本の係合ロッド２１ａが外径方向に突出されている。したがって、チューブ回転装置１を駆動させてジョイントチューブ４１をケーシングチューブ４と一体に上方から見て時計回り方向である正回転方向へ回転させた場合には、ジョイントチューブ４１の係合アーム４１ａとリングギア２１の係合ロッド２１ａとが回転方向に係合するとともに軸方向に係合して、ジョイントチューブ４１およびリングギア２１が一体的に正回転する。
【００２３】
次に、サンギア２３から地盤施工具への回転伝達構造について説明する。
サンギア２３の内周には複数のスプライン状のキー溝２３ａが形成されている。このキー溝２３ａには、ケリーバ６の外周に形成されたキー６１が挿入される。また、キー溝２３ａには、周知の図示を省略したロック機構が設けられており、サンギア２３が正回転した場合には、周方向および軸方向に係合状態となり、サンギア２３の回転がケリーバ６に伝達可能であるとともに、押し下げ方向の駆動力も伝達可能に形成されている。また、このロック機構による係合は、サンギア２３を逆回転させた場合には、解除されるようになっている。なお、このようなロック機構は、周知であり、例えば、特開2 0 0 4 - 1 0 0 3 6 4号公報などにも記載されているため、詳細な説明は省略する。同様に、ケリーバ６も、複数のロッドにより伸縮可能に形成されており、各ロッド間にも、正回転時には、係合されて回転および押し下げ力を伝達可能であり、逆回転時には、係合が解除される回転および押し下げ力が非伝達状態となる周知の構造となっている。
したがって、サンギア２３の正回転時には、これと一体的にケリーバ６が回転し、このケリーバ６の先端に取り付けたドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具が回転しながら、ケーシングチューブ４と共に押し下げられる。
【００２４】
次に、図１および図２によりストッパ機構３について説明する。
このストッパ機構３は、増速機２の上下カバー２４，２５およびこれに支持された図３に示すキャリア２２の回転軸２６が、リングギア２１およびサンギア２３の回転に連れ回って公転しないようにするためのもので、上下カバー２４，２５および回転軸２６を、図１に示すチューブ回転装置１の反力受フレーム１３に対して相対回転を規制する一方で、軸方向には相対移動可能とするものである。
【００２５】
このストッパ機構３は、チューブ回転装置１の反力受フレーム１３に対して着脱可能に取り付けられるものと、上カバー２４に取り付けられたものとを備えている。
反力受フレーム１３に着脱可能な部分としては、図１および図２に示すように、チューブ回転装置１の反力受フレーム１３の４箇所から立ち上げられた昇降シリンダ１５の外周に着脱可能な４本の連結用鋼管３１と、これら連結用鋼管３１に一体に結合されて略水平に支持されて中央にジョイントチューブ４１が貫通される貫通穴３２ａを備えた長方形板状のプレート３２と、プレート３２の上面の短辺に沿って一体に結合された一対の支持フレーム３３と、各支持フレーム３３から上方へ立ち上げられた断面Ｈ状の鋼柱であるストッパバー３４とを備えている。
【００２６】
また、上カバー２４に取り付けられたものとしては、上カバー２４の上面に取り付けられ（図５参照）、円筒ケーシング２４ｂから外径方向へ延びて、ストッパバー３４に対し上下方向に相対移動可能である一方、回転方向に係合可能な長さを有したカバーロッド３５を備えている。
【００２７】
次に、地盤施工具について説明する。
本実施の形態では、地盤施工具として、図１（ａ）に示すドリリングバケット５１および同図（ｂ）拡底バケット５２を用いる。両バケット５１，５２は、それぞれケリーバ６の先端に装着し、ケーシングチューブ４の内部に挿入して使用する。
【００２８】
ドリリングバケット５１は、有底の円筒形状を成し、底部に切削刃および開口を有し、回転させることにより、地盤ＧＲを掘削し、同時に掘削土砂をバケット内部に収納する周知のものである。
【００２９】
拡底バケット５２は、設定された回転方向（本実施の形態では時計回り方向）に回転するのに伴って開翼する拡大翼を有し、掘削した孔の拡径を行う周知のものである。
【００３０】
次に、第１の実施の形態の作用として、第１の実施の形態の掘削装置Ａを用いて図１に示す杭打設用の穿孔Ｈを掘削する手順を説明する。
【００３１】
まず、掘削装置Ａのチューブ回転装置１を用いて、地盤ＧＲにケーシングチューブ４を回転させながら押し下げる。この作業は、従来と同様であるので、詳細な説明は省略する。
そして、ケーシングチューブ４を押し下げると、次に、ケーシングチューブ４の内周の土砂を排出する。
【００３２】
この土砂の排出には、従来と同様に地盤ＧＲの状態に応じ、ハンマーグラブ（図示省略）やドリリングバケット５１などを適宜使用することができるが、以下に、地盤施工具としてのドリリングバケット５１を用いた土砂の排出手順について説明する。
【００３３】
ドリリングバケット５１を用いて土砂の排出を行う場合、まず、ケーシングチューブ４の上端にジョイントチューブ４１を連結する。
また、これと並行して、図示を省略したクレーンに吊り下げられたケリーバ６を、増速機２のサンギア２３に貫通させ、かつ、図６に示すように、ケリーバ６の先端にドリリングバケット５１を装着しておく。
【００３４】
次に、チューブ回転装置１に、ストッパ機構３を設置する。
すなわち、ストッパ機構３を、図示を省略したクレーンで吊り下げるなどし、ストッパ機構３の４箇所の連結用鋼管３１が、チューブ回転装置１の４箇所の昇降シリンダ１５の上から被さるようにチューブ回転装置１の上に設置する。
【００３５】
次に、図示を省略したクレーンに吊り下げられたケリーバ６を移動させ、このケリーバ６の先端に取り付けられているドリリングバケット５１をケーシングチューブ４の上方からその内部に挿入するとともに、ケリーバ６の外周に取り付けられた増速機２を、ジョイントチューブ４１の上に重ねて設置する。
この際、増速機２の上カバー２４に固定した一対のカバーロッド３５，３５は、図２に示すように、ストッパバー３４，３４に対して上から見て、反時計回り方向側の位置に配置する。また、増速機２の外周に突出した係合ロッド２１ａが、ジョイントチューブ４１から起立された係合アーム４１ａの鉤部４１ｂと干渉しないように、増速機２の回転方向の位置を調整しながら設置する。
【００３６】
増速機２のジョイントチューブ４１の上への設置後、さらにケリーバ６を下方移動させてドリリングバケット５１を降下させて穿孔Ｈの底部に配置する。なお、この時点では、ケリーバ６の伸縮機構およびサンギア２３との間は非ロック状態としておく。
【００３７】
ドリリングバケット５１が穿孔Ｈの底部に達したら、次に、チューブ回転装置１を駆動させケーシングチューブ４を正回転させる。このケーシングチューブ４の回転に伴って、ジョイントチューブ４１が正回転し、まず、ジョイントチューブ４１の係合アーム４１ａと増速機２の係合ロッド２１ａとが図１に示す係合状態となる。
【００３８】
また、増速機２では、リングギア２１が正回転された場合、回転初期は、キャリア２２への入力により上下カバー２４，２５および回転軸２６を回転方向へ移動させる力が作用し、回転軸２６が移動（公転）した場合は、増速機２は空転状態となるが、上カバー２４に結合されたカバーロッド３５がストッパバー３４に当接して回転軸２６の移動が規制された時点からは、増速機２は、増速作動を行ってサンギア２３を正転方向へ増速回転させる。
【００３９】
上記の係合アーム４１ａと係合ロッド２１ａとの係合後は、チューブ回転装置１を駆動させて、ケーシングチューブ４を正回転させながら、押し下げる。これにより、サンギア２３が正回転し、サンギア２３とケリーバ６との間がロック状態となり、ケリーバ６およびドリリングバケット５１が正回転しながら押し下げられて、ドリリングバケット５１が掘削作動を行うとともに内部に土砂を取り込む。
【００４０】
なお、この場合、遊星歯車機構２０により、ドリリングバケット５１は、ケーシングチューブ４の回転速度よりも高速で回転されるもので、この遊星歯車機構２０の増速比は、各ギア２１〜２３の歯数に基づいて、ドリリングバケット５１の作動に最適の回転速度が得られるようにあらかじめ設定される。
また、この際、ケーシングチューブ４と共に増速機２が下方に移動するのに伴って、上カバー２４に結合されたカバーロッド３５は、ストッパバー３４に沿って当接状態を保ちながら下方に移動する。したがって、ストッパバー３４は、このドリリングバケット５１が内部に十分に土砂を取り込むことができる上下方向の移動量だけカバーロッド３５と相対移動できる上下方向寸法に形成されている。
【００４１】
上述のようにして、ドリリングバケット５１が回転しながら下方へ移動して土砂を取り込んだら、チューブ回転装置１の駆動を停止させた後、ドリリングバケット５１に取り込んだ土砂の排出を行う。
この場合、まず、チューブ回転装置１を逆回転させて、増速機２とジョイントチューブ４１とのロックを解除するとともに、ケリーバ６とサンギア２３とのロックを解除する。そして、ケリーバ６およびドリリングバケット５１を引き上げ、さらに、図６に示すように、ドリリングバケット５１と共に増速機２を引き上げ、ドリリングバケット５１に取り込んだ土砂を外部に排出する。
【００４２】
以上の動作を繰り返し行うことでケーシングチューブ４の押し下げおよびドリリングバケット５１による土砂の排出を行うことができる。なお、この動作の繰り返しに伴い、ケーシングチューブ４は、適宜、従来と同様に継ぎ足しを行う。
【００４３】
次に、拡底バケット５２を用いて穿孔Ｈの下端部の拡底を行う場合の作業を説明する。
この場合、上述のようにしてドリリングバケット５１をケーシングチューブ４から引き上げた後に、ケリーバ６の下端のドリリングバケット５１を取り外し、拡底バケット５２に交換する。
【００４４】
また、拡底バケット５２を使用する場合は、拡底バケット５２をケーシングチューブ４に挿入する前に、前もってチューブ回転装置１を逆転駆動させてケーシングチューブ４を図１（ｂ）に示すように、拡底位置よりも上方へ引き上げておく。
【００４５】
その後、ドリリングバケット５１と同様の作業を行って拡底バケット５２を穿孔Ｈの底部まで移動させた後、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４を正回転させると、拡底バケット５２が図示のように開翼して穿孔Ｈの拡径が行われる。
【００４６】
この拡底バケット５２の使用時も、あらかじめ設定された量だけ下方へ押し下げた後は、チューブ回転装置１を逆転させて各ロックのロック解除を行った後、拡底バケット５２およびケリーバ６の引き上げを行う。
このようにして、穿孔Ｈの形成を終えると、穿孔Ｈ内に鉄筋を設置し、コンクリートを打設して杭を形成することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態の掘削装置Ａによれば、以下に列挙する効果を有する。
ａ）第１の実施の形態の掘削装置Ａは、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４を回転させると、増速機２によりケリーバ６およびこれに取り付けられたドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具が回転され、地盤ＧＲに対する施工を行うことができる。
したがって、従来のようなケリーバを吊り下げて回転させるクレーン装置と回転駆動装置を搭載したベースマシンが不要となり、施工に必要な敷地の広さおよび高さを抑えて掘削をコンパクトに行うことが可能となる。
【００４８】
ｂ）ドリリングバケット５１や拡底バケット５２などの地盤施工具に対し、ケーシングチューブ４の回転が増速機２により増速されて伝達されるため、チューブ回転装置１の回転速度を変えること無しに、地盤施工具を最適回転数で回転させることが可能となる。したがって、既存のチューブ回転装置１をそのまま使用でき、チューブ回転装置１の回転速度を変えるものと比較して汎用性に優れる。
【００４９】
ｃ）変速機構として遊星歯車機構２０を用い、チューブ回転装置１に支持されたストッパ機構３によりキャリア２２の回転軸２６を固定し、ケーシングチューブ４の回転が遊星歯車機構２０を介してケリーバ６に増速伝達されるため、ケリーバ６および地盤施工具への回転出力方向および変速比の設定自由度が高い。すなわち、地盤施工具の違いにより、遊星歯車機構２０のギア比の設定を変えることが可能であり、また、ケリーバ６の回転方向も、ケーシングチューブ４と同方向だけでなく、逆方向に回転させることも可能である。
よって、地盤施工具も、既存のものをそのまま使用可能であり、汎用性に優れる。
加えて、遊星歯車機構２０を用いることにより、回転伝達を行う機構の上下方向寸法を抑えることができる。これにより、地盤施工具による施工時の必要スペースを抑えることができる。
【００５０】
ｄ）ケーシングチューブ４にジョイントチューブ４１を連結し、ジョイントチューブ４１とリングギア２１との間に係合ロッド２１ａおよび係合アーム４１ａから成る係合機構を設け、ケーシングチューブ４を回転させるだけで、遊星歯車機構２０との係合および係合解除が可能であり、操作が簡単である。また、ジョイントチューブ４１を介在させることにより、ケーシングチューブ４としては既存のもの加工することなく使用することが可能となり、汎用性に優れる。
【００５１】
ｅ）ストッパ機構３は、既存のチューブ回転装置１に搭載し、その際、昇降シリンダ１５を利用して連結用鋼管３１を昇降シリンダ１５の上から被せるように配置するだけで、位置決め固定可能としたため、位置決め固定用の機構を追加不要であり、コストおよび重量を削減できる。
【００５２】
ｆ）カバーロッド３５は増速機２の上カバー２４に結合し、ストッパ機構３のチューブ回転装置１に固定したストッパバー３４とは別体で上下方向に相対移動可能としたため、カバーロッド３５は、増速機２などとともにケリーバ６と一体に移動させることができ、土砂を穿孔Ｈから排出する作業が容易で、作業性に優れる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の掘削装置について説明する。
なお、第２の実施の形態は、第１の実施の形態の変形例であるので、第１の実施の形態との相違点についてのみ説明し、両者で共通の構成については第１の実施の形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５４】
この第２の実施の形態の掘削装置は、変速機構としての増速機２００の遊星歯車機構２２０の構成が第１の実施の形態と異なっている。
以下に、第２の実施の形態の掘削装置における増速機２００の構成並びに第１の実施の形態との相違点を図７，図８に基づき説明する。
【００５５】
第１の実施の形態では、増速機２は、リングギア２１とサンギア２３とを同方向に回転させ、ケリーバ６及びドリリングバケット（地盤施工具）５１を、ケーシングチューブ４と同方向に増速回転させるようにした。
それに対し、第２の実施の形態では、増速機２００は、リングギア２２１とサンギア２２３とを逆方向に回転させ、ケリーバ６及びドリリングバケット（地盤施工具）５１を、ケーシングチューブ４の回転方向と逆方向に増速回転させるようにしている。
【００５６】
すなわち、チューブ回転装置１によりケーシングチューブ４と一体的に回転するリングギア２２１と、ケリーバ６と一体的に回転するサンギア２２３との間にいわゆるシングルピニオンタイプのキャリア２２２が介在されており、リングギア２２１とサンギア２２３とは逆方向に回転する。
【００５７】
キャリア２２２は、シングルピニオンタイプであるが、回転軸２２６に小径のピニオンギア２２２ａと大径のピニオンギア２２２ｂとが同軸に設けられ、サンギア２２３をリングギア２２１に対して増速逆回転させる。すなわち、図８に示すように、回転軸２２６の下側に配置された小径で相対的に少歯数のピニオンギア２２２ａがリングギア２２１に噛み合わされている。そして、回転軸２２６の上側に配置されて、ピニオンギア２２２ａと相対的に大径で多歯数のピニオンギア２２２ｂがサンギア２２３に噛み合わされている。
【００５８】
なお、サンギア２２３は、内周に増速機２００の上カバー２２４および下カバー２２５を貫通する筒状体２２３ｂを備えている。そして、この筒状体２２３ｂにおいて、大径のピニオンギア２２２ｂと軸直交方向に重なる高さにのみ、その外周にギア２２３ｃが形成されている。また、筒状体２２３ｂの内周には、第１の実施の形態と同様のキー溝２２３ａが形成されている。
【００５９】
以上説明した第２の実施の形態では、キャリア２２２は、第１の実施の形態と同様に、ストッパ機構３により公転を規制されるため、サンギア２２３はリングギア２２１に対して、増速逆回転される。
したがって、この第２の実施の形態の掘削装置では、掘削時にドリリングバケット５１はケーシングチューブ４に対して逆方向に増速回転する。
この場合、ケーシングチューブ４の回転に伴って、ケーシングチューブ４内の土が、ケーシングチューブ４と同方向に回転される一方で、この土を掘削するドリリングバケット５１が、土の回転方向とは逆方向に回転する。これにより、第２の実施の形態では、ドリリングバケット５１がケーシングチューブ４と同方向に増速回転するものと比較して、掘削効率が向上する。
【００６０】
また、第２の実施の形態では、キャリア２２２は、サンギア２２３をリングギア２２１と逆回転させるように介在させるのにあたり、リングギア２２１に噛み合う小径のピニオンギア２２２ａとサンギア２２３に噛み合う大径のピニオンギア２２２ｂとを同軸に設けた構造とした。
このため、キャリア２２２が、リングギア２２１及びサンギア２２３との両方に噛み合う１枚のピニオンギアを備えたものと比較して、増速比（変速比）の設定自由度が高い。これにより、ドリリングバケット５１の掘削効率に優れた増速比の設定が容易となる。
【００６１】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６２】
例えば、実施の形態では、施工工具として、排土装置としてのドリリングバケットおよび拡底バケットを示したが、これに限定されず、ケリーバに接続して、ケーシングチューブ内で地盤に対して施工を行うものであれば、排土装置以外の施工具（例えば、地盤改良用の撹拌翼や拡底機能のみ有する施工具など）を用いてもよい。
【００６３】
また、実施の形態では、回転伝達機構として、遊星歯車機構を示したが、この回転伝達機構としては、ケーシングチューブからケリーバに回転を伝達するものであれば、遊星歯車機構以外の、ベルト、チェーン、ロッド、プーリなどを組み合わせた周知の回転伝達構造を用いてもよい。例えば、実施の形態において、ピニオンギアとサンギアとの回転伝達を、チェーンやベルト・プーリなどで行うことができる。
また、回転伝達機構がケーシングチューブからケリーバに回転伝達するのにあたり、変速して伝達する遊星歯車機構を用いたが、その変速比は、地盤施工具に応じ、適宜最適の変速比を用いてよいと共に、等速回転伝達を行うようにしてもよい。すなわち、回転伝達機構は、実施の形態で示したようにケーシングチューブの回転を増速してケリーバに伝達するもの限らず、地盤施工具によっては減速して伝達するものを用いてもよい。特に、第２の実施の形態のように、ケーシングチューブと地盤施工具とが逆方向に回転するものでは、地盤施工具をケーシングチューブに対して等速回転や減速回転させた場合でも、効率的な施工が可能である。
【００６４】
また、第１の実施の形態では、キャリアは、リングギアとサンギアとの間に２枚のピニオンギアを直列に介在させたものを示したが、キャリアにおけるピニオンギアの枚数は、実施の形態で示したものに限定されない。例えば、３枚以上の複数枚のピニオンギアを直列に介在させてもよい。あるいは、第２の実施の形態において、キャリアとして、１枚のピニオンギアをリングギアとサンギアとの両方に噛み合わせたものを用いてもよい。この場合も、サンギアは、リングギアに対して増速して逆方向に回転させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１ チューブ回転装置
２ 増速機（変速機構）
３ ストッパ機構
４ ケーシングチューブ
６ ケリーバ
２０ 遊星歯車機構
２１ リングギア
２１ａ 係合ロッド（係合機構）
２２ キャリア
２３ サンギア
２６ 回転軸
４１ ジョイントチューブ
４１ａ 係合アーム（係合機構）
４１ｂ 鉤部（係合機構）
５１ ドリリングバケット（地盤施工具）
５２ 拡底バケット（地盤施工具）
Ａ 掘削装置
ＧＲ 地盤
Ｈ 穿孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングチューブを地盤に回転させながら押し下げるチューブ回転装置を備えた掘削装置であって、
前記ケーシングチューブ内に挿入可能であり、軸状のケリーバの先端に連結されて回転により地盤を施工可能な地盤施工具と、
前記ケーシングチューブに連結され、かつ、このケーシングチューブの回転を前記ケーシングチューブに挿入状態の前記ケリーバに伝達可能な回転伝達機構と、
を備えていることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記回転伝達機構は、ケーシングチューブの回転速度を、前記ケリーバに対して変速して伝達する変速機構であることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
【請求項３】
前記回転伝達機構は、前記ケーシングチューブに連結されるリングギアと、前記ケリーバが回転伝達可能に挿通されるサンギアと、前記リングギアの回転を前記サンギアに伝達するキャリアとを有した遊星歯車機構を備え、
前記キャリアの公転を規制するストッパ機構が、前記チューブ回転装置に支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記遊星歯車機構は、前記サンギアに対し、その回転方向を前記リングギアの回転方向と逆転させて伝達する構造であることを特徴とする請求項３に記載の掘削装置。
【請求項５】
前記ケーシングチューブの上端に連結可能な、前記リングギアとの接続用のジョイントチューブが設けられ、
このジョイントチューブと前記リングギアとの間に、前記ケーシングチューブの押し下げ回転時の回転方向である正回転時に回転方向および軸方向に係合し、逆回転時に前記係合が外れる係合機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の掘削装置。
【請求項１】
ケーシングチューブを地盤に回転させながら押し下げるチューブ回転装置を備えた掘削装置であって、
前記ケーシングチューブ内に挿入可能であり、軸状のケリーバの先端に連結されて回転により地盤を施工可能な地盤施工具と、
前記ケーシングチューブに連結され、かつ、このケーシングチューブの回転を前記ケーシングチューブに挿入状態の前記ケリーバに伝達可能な回転伝達機構と、
を備えていることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】
前記回転伝達機構は、ケーシングチューブの回転速度を、前記ケリーバに対して変速して伝達する変速機構であることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
【請求項３】
前記回転伝達機構は、前記ケーシングチューブに連結されるリングギアと、前記ケリーバが回転伝達可能に挿通されるサンギアと、前記リングギアの回転を前記サンギアに伝達するキャリアとを有した遊星歯車機構を備え、
前記キャリアの公転を規制するストッパ機構が、前記チューブ回転装置に支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削装置。
【請求項４】
前記遊星歯車機構は、前記サンギアに対し、その回転方向を前記リングギアの回転方向と逆転させて伝達する構造であることを特徴とする請求項３に記載の掘削装置。
【請求項５】
前記ケーシングチューブの上端に連結可能な、前記リングギアとの接続用のジョイントチューブが設けられ、
このジョイントチューブと前記リングギアとの間に、前記ケーシングチューブの押し下げ回転時の回転方向である正回転時に回転方向および軸方向に係合し、逆回転時に前記係合が外れる係合機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の掘削装置。
【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２０１２−２３３３９２（Ｐ２０１２−２３３３９２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３５４３（Ｐ２０１１−２３３５４３）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５９５０６７４４２）システム計測株式会社 (27)
【出願人】（５１０２１０４９４）一般社団法人新基礎工法開発機構 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（５９５０６７４４２）システム計測株式会社 (27)
【出願人】（５１０２１０４９４）一般社団法人新基礎工法開発機構 (3)
【Ｆターム（参考）】
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