特許 5939688 掘削装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5939688

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】掘削装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 6/04 20060101AFI20160609BHJP

   E21B 3/02 20060101ALN20160609BHJP

   E21B 4/14 20060101ALN20160609BHJP

【ＦＩ】

   E21B6/04

   !E21B3/02

   !E21B4/14 B

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-35205(P2013-35205)

(22)【出願日】2013年2月25日

(65)【公開番号】特開2014-163113(P2014-163113A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2014年11月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】596109273

【氏名又は名称】株式会社高知丸高

(74)【代理人】

【識別番号】100082072

【弁理士】

【氏名又は名称】清原 義博

(72)【発明者】

【氏名】高野 広茂

【審査官】 石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０６０４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２８９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７５８９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｂ １／００−４９／１０

Ｅ０２Ｄ ７／００−１３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端にエアハンマとスクリューとを選択的に取り付け可能なロッドと、
前記ロッドを往復動させるための圧縮空気供給装置と、
前記ロッドの外周面に装着された円筒状の駆動フレームと、
前記駆動フレームを回転させるための回転駆動装置と、を備えており、
前記ロッドの外周面には、ロッド長さ方向に延びる外側ラックが、該ロッド周方向に間隔をあけて複数設けられており、
前記外側ラックは、前記ロッドの周方向の一方側に向いた面に歯が列設され、他方側に向いた面は平面とされており、且つ、前記ロッド周方向に隣り合う外側ラックにおいて、前記歯が列設された面と前記平面とが対向するように配置されており、
前記駆動フレームの内周面には、前記ロッド長さ方向に延びる内側ラックが、該駆動フレームの周方向に間隔をあけて複数設けられており、
前記内側ラックは、前記駆動フレームの周方向の一方側に向いた面に歯が列設され、他方側に向いた面は平面とされており、且つ、前記駆動フレーム周方向に隣り合う内側ラックにおいて、前記歯が列設された面と前記平面とが対向するように配置されており、
前記駆動フレームが一方側に回転した時に、前記外側ラックの歯と前記内側ラックの歯が噛み合い、
前記駆動フレームが他方側に回転した時に、前記外側ラックの平面と前記内側ラックの平面が当接する、
ことを特徴とする掘削装置。

【請求項2】

前記回転駆動装置は、地面から浮いた状態の台枠上に載置固定されており、
前記台枠の下方には、ロッド押し込み装置が配置されており、
前記ロッド押し込み装置は、外筒とこの外筒の下端部からの突出長さが変更可能な内筒とからなる本体と、前記本体の下端部に設けられて地盤に打設されたケーシングに対して把持固定されるクランプ装置と、前記台枠と前記内筒との間を連結する油圧シリンダとを備えている、
ことを特徴とする請求項１記載の掘削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は掘削装置に関し、より詳しくは１台の装置でエアハンマとスクリューとを使い分けることができる掘削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地盤を掘削する装置として、ダウンザホールハンマ掘削装置（例えば下記特許文献１参照）や、スクリュー式掘削装置が知られている。
ダウンザホールハンマ掘削装置は掘削する地盤が硬い場合に有効であり、スクリュー式掘削装置は軟弱地盤の掘削に有効である。そのため、ダウンザホールハンマ掘削装置と、スクリュー式掘削装置は、地盤の性質（硬さ）によって使い分けられる。

【0003】

通常、このようなダウンザホールハンマ掘削装置とスクリュー式掘削装置は、それぞれクローラクレーンに装着されて走行可能とされた別々の装置として存在している。
そのため、硬質地盤を掘削する場合にはダウンザホールハンマ掘削装置を用意し、軟質地盤を掘削する場合にはスクリュー式掘削装置を用意しなければならなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−３６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記した従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、掘削すべき地盤の性質（硬さ）に応じて、１台の装置でエアハンマとスクリューとを使い分けることができる掘削装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１に係る発明は、先端にエアハンマとスクリューとを選択的に取り付け可能なロッドと、前記ロッドを往復動させるための圧縮空気供給装置と、前記ロッドの外周面に装着された円筒状の駆動フレームと、前記駆動フレームを回転させるための回転駆動装置と、を備えており、前記ロッドの外周面には、ロッド長さ方向に延びる外側ラックが、該ロッド周方向に間隔をあけて複数設けられており、前記外側ラックは、前記ロッドの周方向の一方側に向いた面に歯が列設され、他方側に向いた面は平面とされており、且つ、前記ロッド周方向に隣り合う外側ラックにおいて、前記歯が列設された面と前記平面とが対向するように配置されており、前記駆動フレームの内周面には、前記ロッド長さ方向に延びる内側ラックが、該駆動フレームの周方向に間隔をあけて複数設けられており、前記内側ラックは、前記駆動フレームの周方向の一方側に向いた面に歯が列設され、他方側に向いた面は平面とされており、且つ、前記駆動フレーム周方向に隣り合う内側ラックにおいて、前記歯が列設された面と前記平面とが対向するように配置されており、前記駆動フレームが一方側に回転した時に、前記外側ラックの歯と前記内側ラックの歯が噛み合い、前記駆動フレームが他方側に回転した時に、前記外側ラックの平面と前記内側ラックの平面が当接する、ことを特徴とする掘削装置に関する。

【0007】

請求項２に係る発明は、前記回転駆動装置は、地面から浮いた状態の台枠上に載置固定されており、前記台枠の下方には、ロッド押し込み装置が配置されており、前記ロッド押し込み装置は、外筒とこの外筒の下端部からの突出長さが変更可能な内筒とからなる本体と、前記本体の下端部に設けられて地盤に打設されたケーシングに対して把持固定されるクランプ装置と、前記台枠と前記内筒との間を連結する油圧シリンダとを備えている、ことを特徴とする請求項１記載の掘削装置に関する。

【発明の効果】

【0008】

請求項１に係る発明によれば、ロッドの先端にスクリューを取り付けた状態で、駆動フレームを一方側に回転させると、外側ラックの歯と内側ラックの歯が噛み合い、噛み合った状態でそのまま駆動フレームの回転を続けることにより、ロッドと共にスクリューを回転させて、ロッドに加わる上向きの力（掘削反力）を歯の噛み合いで受けながら、地盤を掘削することができる。更に、ロッドの先端にエアハンマを取り付けた状態で、駆動フレームを他方側に回転させると、外側ラックの平面と内側ラックの平面は当接し、この平面同士が当接した状態（歯が噛み合っていない状態）でそのまま駆動フレームの回転を続けることにより、ロッドと共にエアハンマを回転させるとともに、圧縮空気供給装置から圧縮空気を供給してロッドを往復動させることにより、ハンマビットを上下動させて地盤を掘削することができる。従って、掘削すべき地盤の性質（硬さ）に応じて、１台の装置でエアハンマとスクリューとを使い分けることが可能であり、汎用クローラを使用することができる多用途の掘削装置が提供される。

【0009】

請求項２に係る発明によれば、ロッドの先端にスクリューを取り付けた状態で、駆動フレームを一方側に回転させ、外側ラックの歯と内側ラックの歯が噛み合った状態で、ロッド押し込み装置の油圧シリンダを短縮すると、クランプ装置が地盤に打設されたケーシングに固定されているため、内筒が外筒に入り込んで台枠と内筒との距離が短縮し、これに伴って台枠と共に回転駆動装置と駆動フレームが下降し、歯の噛み合いによってロッドが下降し、これによりスクリューを下方に押す力が作用する。そのため、スクリューによる掘削力を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る掘削装置の要部を示す図であって、ロッドの先端にスクリューを取り付けた状態を示している。

【図2】本発明に係る掘削装置の要部を示す図であって、ロッドの先端にエアハンマを取り付けた状態を示している。

【図3】ロッドの正面図である。

【図4】ロッドの縦断面図（一部拡大図を含む）である。

【図5】ロッドの底面図である。

【図6】図４のＡ矢視図である。

【図7】外側ラックを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図8】駆動フレームを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＣ矢視図、（ｄ）は一点鎖線より左側がＡ矢視図、右側がＢ矢視図である。

【図9】内側ラックを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

【図10】回転駆動装置に対して駆動フレームを固定した状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ矢視図である。

【図11】ロッド押し込み装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はＡ矢視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る掘削装置の好適な実施形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
図１及び図２は本発明に係る掘削装置の要部を示す図であって、図１はロッドの先端にスクリューを取り付けた状態を示しており、図２はロッドの先端にエアハンマを取り付けた状態を示している。

【0012】

本発明に係る掘削装置は、先端にエアハンマ（１）とスクリュー（２）とを選択的に取り付け可能なロッド（３）と、ロッド（３）を往復動させるための圧縮空気供給装置（図示略）と、ロッド（３）の外周面に装着された円筒状の駆動フレーム（４）と、駆動フレーム（４）を回転させるために該駆動フレーム（４）に固定された回転駆動装置（５）とを備えている。

【0013】

図３乃至図６はロッド（３）を示す図であって、図３は正面図、図４は縦断面図（一部拡大図を含む）、図５は底面図、図６は図４のＡ矢視図である。
ロッド（３）の外周面には、ロッド長さ方向に延びる外側ラック（７）が設けられている。外側ラック（７）は、ロッド（３）の周方向に等間隔をあけて複数（図示例では４つ）設けられている、

【0014】

図７は外側ラック（７）を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
外側ラック（７）は、横断面長方形状であって、長さ方向に延びる四面のうち、一つの面（７１）に多数の歯が列設されており、その反対側の面（７２）は平面となっている。
複数の外側ラック（７）は、歯が列設された面（７１）がロッド（３）の周方向の一方側に向き、平面（７２）がロッド（３）の周方向の他方側に向くように、ロッド（３）の外周面に取り付けられている。そのため、ロッド（３）の周方向に隣り合う外側ラック（７）において、歯が列設された面（７１）と平面（７２）とが対向するように配置されている。

【0015】

ロッド（３）は、内筒（３１）と外筒（３２）から構成されている。
内筒（３１）の上端部には雄ジョイント（８）が固定されており、内筒（３１）の下端部には雌ジョイント（９）が固定されている。雄ジョイント（８）と雌ジョイント（９）は着脱可能に連結することができる。そのため、複数本のロッド（３）を必要に応じて、上下方向に連結することにより、ロッドの長さを延長することができる。
雄ジョイント（８）及び雌ジョイント（９）には上下方向の貫通孔が形成されており、圧縮空気供給装置から供給される圧縮空気は、雄ジョイント（８）の貫通孔から内筒（３１）を通って雌ジョイント（９）の貫通孔へと導かれて、エアハンマ（１）の打撃動作のために利用される。

【0016】

ロッド（３）の上方部には、図６に示すように、内筒（３１）と外筒（３２）との間の空間を横方向（水平方向）に貫く２つの貫通孔（３３）が設けられている。
これらの貫通孔（３３）は、掘削作業時においてロッド（３）を継ぎ足し或いは切断する際に使用される。具体的には、貫通孔（３３）にパイプを挿通し、パイプを地面上に設置した架台に固定することにより、ロッド（３）を架台に吊下げた状態で継ぎ足し或いは切断することができる。

【0017】

図１及び図２に示すように、雄ジョイント（８）は、ジョイント（１０）（１１）を介してエアー用スイベル（１２）と連結されている。また、雌ジョイント（９）は、ハンマー用ジョイント（１３）を介して掘削ビット付きのエアハンマ（１）と連結されるか、又はスクリュー（左ねじ）（２）と連結されている。

【0018】

図８は駆動フレーム（４）を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＣ矢視図、（ｄ）は一点鎖線より左側がＡ矢視図、右側がＢ矢視図である。
駆動フレーム（４）は上下端にフランジを有する円筒状部材であって、その内周面にはロッド（３）の長さ方向（駆動フレーム（４）の長さ方向）に延びる内側ラック（１５）が設けられている。
内側ラック（１５）は、駆動フレーム（４）の周方向に等間隔をあけて複数設けられている。内側ラック（１５）の数は、外側ラック（７）と同数とされ、図示例では４つである。

【0019】

図９は内側ラック（１５）を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
内側ラック（１５）は、横断面が略長方形状であって、長さ方向に延びる四面のうち、一つの面（１５１）に多数の歯が列設されており、その反対側の面（１５２）は平面となっている。
複数の内側ラック（１５）は、歯が列設された面（１５１）が駆動フレーム（４）の周方向の一方側に向き、平面（１５２）が駆動フレーム（４）の周方向の他方側に向くように、駆動フレーム（４）の内周面に取り付けられている。そのため、駆動フレーム（４）の周方向に隣り合う内側ラック（１５）において、歯が列設された面（１５１）と平面（１５２）とが対向するように配置されている。

【0020】

駆動フレーム（４）が一方側（左回り）に回転すると、外側ラック（７）の面（７１）に設けられた歯と内側ラック（１５）の面（１５１）に設けられた歯が噛み合う。駆動フレーム（４）が他方側（右回り）に回転すると、外側ラック（７）の平面（７２）と内側ラック（１５）の平面（１５２）が当接する。

【0021】

図１０は回転駆動装置（５）に対して駆動フレーム（４）を固定した状態を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ矢視図である。
回転駆動装置（５）は、台枠（１６）上に載置固定されたロータリーテーブルマシーンからなる。
回転駆動装置（５）の円筒状部の内側には駆動フレーム（４）が固定されており、回転駆動装置（５）の駆動に伴って駆動フレーム（４）が回転する。
回転駆動装置（５）の上部には、ロッド（３）を固定するための円筒状のロッド固定フレーム（１７）が連結されている。

【0022】

回転駆動装置（５）は、地面から浮いた状態の台枠（１６）上に載置固定されており（図１，２参照）、台枠（１６）の下方にはロッド押し込み装置（１８）が配置されている。
図１１はロッド押し込み装置（１８）を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）はＡ矢視図である。
ロッド押し込み装置（１８）は、外筒（１８２）と、外筒（１８２）の下端部からの突出長さが変更可能な内筒（１８３）との二重筒構造をもつ本体（１８１）と、本体（１８１）の下端部に設けられて地盤に打設されたケーシングに対して把持固定されるクランプ装置（１８４）と、台枠（１６）と内筒（１８３）との間を連結する左右一対の油圧シリンダ（１８５）とを備えている。

【0023】

図１１（ｂ）において、左側図は油圧シリンダ（１８５）のロッドが伸長した状態、右側図は油圧シリンダ（１８５）のロッドが短縮した状態をそれぞれ示している。
図示のように、油圧シリンダ（１８５）のロッドが伸長すると、内筒（１８３）は外筒（１８２）の下端部からの突出長さが長くなる（左図参照）。一方、油圧シリンダ（１８５）のロッドが短縮すると、内筒（１８３）は外筒（１８２）の下端部からの突出長さが短くなる（右図参照）。
クランプ装置（１８４）は、内筒（１８３）の下端部に固定されており、油圧シリンダ（１８４ａ）の伸縮により環状部（１８４ｂ）の内径を変化させることによって、環状部（１８４ｂ）内にケーシングを把持固定することができる。

【0024】

以下、図１を参照して、ロッド（３）の先端にスクリュー（２）を取り付けた場合の本発明の掘削装置の動作について説明する。
回転駆動装置（５）を作動して駆動フレーム（４）を一方側（左回り）に回転することにより、ロッド（３）の外周面に設けられた外側ラック（７）の面（７１）に設けられた歯と、駆動フレーム（４）の内周面に設けられた内側ラック（１５）の面（１５１）に設けられた歯を噛み合わせる。これにより、ロッド（３）を左回転させて、左ねじのスクリュー（２）を左回転させる。

【0025】

スクリュー（２）を左回転させると共に、図１の状態から、ロッド押し込み装置（１８）の油圧シリンダ（１８５）のロッドを短縮すると、内筒（１８３）は外筒（１８２）の下端部からの突出長さが短くなる。このとき、油圧シリンダ（１８５）の下端部が連結された内筒（１８３）は、クランプ装置（１８４）を介して地面に埋設されたケーシング（６）に固定されている一方、油圧シリンダ（１８５）の上端部に連結された台枠（１６）は地面から浮いた状態にあるため、油圧シリンダ（１８５）のロッドを短縮すると、台枠（１６）を下方に引っ張る力が作用する。すると、台枠（１６）には回転駆動装置（５）が載置固定され、回転駆動装置（５）には駆動フレーム（４）が固定されているため、駆動フレーム（４）に対して下方に引っ張る力が作用する。
ここで、ロッド（３）の外周面に設けられた外側ラック（７）の面（７１）に設けられた歯と、駆動フレーム（４）の内周面に設けられた内側ラック（１５）の面（１５１）に設けられた歯が噛み合っているため、駆動フレーム（４）を下方に引っ張る力は、ロッド（３）を下方に引っ張る力となり、この力はロッド（３）の下端部に固定されたスクリュー（２）を地面に対して押し付ける力として作用する。
これにより、スクリュー（２）による掘削が行われる。

【0026】

次に、図２を参照して、ロッド（３）の先端にエアハンマ（１）を取り付けた場合の本発明の掘削装置の動作について説明する。
回転駆動装置（５）を作動して駆動フレーム（４）を他方側（右回り）に回転することにより、ロッド（３）の外周面に設けられた外側ラック（７）の平面（７２）と、駆動フレーム（４）の内周面に設けられた内側ラック（１５）の平面（１５２）を当接させる。これにより、ロッド（３）を右回転させる。

【0027】

エアハンマ（１）を右回転させると共に、図２の状態において、圧縮空気供給装置（図示略）から圧縮空気を供給してロッド（３）を上下方向に往復動させる。このとき、ロッド（３）の外周面に設けられた外側ラック（７）の面（７１）に設けられた歯と、駆動フレーム（４）の内周面に設けられた内側ラック（１５）の面（１５１）に設けられた歯が噛み合っていないため、ロッド（３）の往復動が妨げられることがない。
そのため、ロッド（３）と共にエアハンマ（１）が右回転及び往復動し、エアハンマ（１）の回転力と衝撃力による掘削が行われる。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明に係る掘削装置は、掘削すべき地盤の性質（硬さ）に応じて、１台の装置でエアハンマとスクリューとを使い分けて利用することができる。

【符号の説明】

【0029】

１ エアハンマ
２ スクリュー
３ ロッド
３１ 内筒
３２ 外筒
４ 駆動フレーム
５ 回転駆動装置
６ ケーシング
７ 外側ラック
７１ 歯が列設された面
７２ 平面
１４ エアハンマ
１５ 内側ラック
１５１ 歯が列設された面
１５２ 平面
１６ 台枠
１８ ロッド押し込み装置
１８１ 本体
１８２ 外筒
１８３ 内筒
１８４ クランプ装置
１８５ 油圧シリンダ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】