特許 6039498 掘削ヘッド

(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】6039498

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】掘削ヘッド

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/32 20060101AFI20161128BHJP

【ＦＩ】

   E21B10/32

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-95601(P2013-95601)

(22)【出願日】2013年4月30日

(65)【公開番号】特開2014-214584(P2014-214584A)

(43)【公開日】2014年11月17日

【審査請求日】2015年12月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】505047784

【氏名又は名称】株式会社オムテック

(74)【代理人】

【識別番号】100120145

【弁理士】

【氏名又は名称】田坂 一朗

(74)【代理人】

【識別番号】100140866

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 武史

(72)【発明者】

【氏名】後藤 泰博

【審査官】 大熊 靖夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１０６４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０７３６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２５１０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０７１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０１４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２９５３６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｂ １０／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

垂直方向に伸びる垂直軸芯を中心に回転する回転ロッドと、前記回転ロッドの上端を回転可能に保持する保持部と、を備える掘削機において、前記回転ロッドの下端に取り付けられる掘削ヘッドであって、
前記回転ロッドの下端と係合し、前記回転ロッドとともに前記垂直軸芯を中心に回転する回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトともに前記垂直軸芯を中心に回転するヘッド本体と、
前記回転シャフトの外周に沿って配置され、上端側が前記保持部に固定され、下端側に前記垂直軸芯を中心とする環状の固定ギヤが形成された固定ロッドと、
基端が前記回転シャフトの外周に回転可能に保持され、前記垂直軸芯と直交する水平軸芯上で延びる変換シャフトと、前記変換シャフトの外周に設けられ、前記固定ギヤと係合する変換ギヤと、を有し、前記ヘッド本体に前記水平軸芯を中心に回転可能に保持された変換部と、
前記水平軸芯と平行して延びる別水平軸芯上で延び、先端側にねじ山が形成され、前記ヘッド本体に前記別水平軸芯を中心に回転可能に保持された送り出しシャフトと、
前記別水平軸芯上で延び、先端側に掘削刃が設けられ、基端側に前記送り出しシャフトのねじ山と螺合するねじ山が形成され、前記ヘッド本体に、前記別水平軸芯を中心とする回転が規制され、前記別水平軸芯に沿ってスライド移動可能に保持されたビットと、
前記変換部及び前記送り出しシャフトと係合し、前記変換部の前記水平軸芯を中心とする回転力を、前記送り出しシャフトに伝達し、前記送り出しシャフトを前記別水平軸芯を中心に回転させる伝達部と、を備える掘削ヘッド。

【請求項2】

前記変換部、前記送り出しシャフト、前記ビット及び前記伝達部を、それぞれ１対で備え、
１対の前記変換部の前記変換シャフトは、前記水平軸芯上で、互いに反対方向に延び、
１対の前記送り出しシャフトのうち一方の前記送り出しシャフトは、第１の前記別水平軸芯上で延び、
１対の前記送り出しシャフトのうち他方の前記送り出しシャフトは、第１の前記別水平軸芯と平行して延びる第２の前記別水平軸芯上で延び、
１対の前記送り出しシャフトは、互いに先端が反対方向に向けて配置され、
１対の前記ビットのうち一方の前記ビットは、一方の前記送り出しシャフトと螺合され、
１対の前記ビットのうち他方の前記ビットは、他方の前記送り出しシャフトと螺合され、
１対の前記伝達部のうち一方の前記伝達部は、一方の前記変換部及び一方の前記送り出しシャフトと係合し、
１対の前記伝達部のうち他方の前記伝達部は、他方の前記変換部及び他方の前記送り出しシャフトと係合する、請求項１に記載の掘削ヘッド。

【請求項3】

前記固定ロッドは、
前記保持部に固定される固定部を有し、
前記保持部と前記固定部との間に所定の摩擦力を発生する摩擦部材を介して、前記保持部に固定される請求項１又は２に記載の掘削ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削ヘッドに関し、詳しくは、垂直方向に伸びる垂直軸芯を中心に回転する回転ロッドと、回転ロッドの上端を回転可能に保持する保持部と、を備える掘削機において、回転ロッドの下端に取り付けられる掘削ヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、杭を打設又は建て込むための杭穴の底部には、杭穴径を拡大した拡底部を形成する場合がある。この拡底部を形成する場合、掘削機の回転ロッドの下端に拡大ヘッドを取り付け、この拡大ヘッドで掘削することで、杭穴径を拡大させる。

【0003】

このような拡大ヘッドとして、拡大爪を、らせん羽根に添接する閉縮位置から、らせん羽根延長面上で外方へ拡開する方向に揺動自在に、らせん羽根に軸支させ、回転ロッドの逆回転により拡大爪を周囲の土砂の抵抗により外方へ拡開させる拡大ヘッドが知られている。

【0004】

ところが、上記の拡大ヘッドは、拡大爪が閉縮位置から最大拡開位置へ一気に拡開するため、拡開時の掘削抵抗が急激に過大となる。この場合、掘削機及び拡大ヘッドに過大な力がかかり、掘削機や拡大ヘッドやこれらの治具が破損する場合がある。

【0005】

そこで、油圧シリンダを、掘削刃を有するヘッドロッドの軸方向に対し直角をなす面上に配置し、この油圧シリンダに拡大翼を取りつけ、拡大翼を、油圧シリンダの進出駆動時に掘削刃の掘削径よりも大径に拡開し、後退駆動時に掘削刃の掘削径内に閉縮する拡大ヘッドが提案されている（特許文献１）。
この拡大ヘッドによれば、拡大翼の拡開、閉縮に油圧シリンダを利用することにより拡大翼拡開時の掘削抵抗を緩和できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００１−７３６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の拡大ヘッドを可動させるためには、地上から回転ロッドに沿って拡大ヘッドまで、油圧供給管を設ける必要がある。このような油圧供給管を設ける治具には多大な費用がかかる。また、通常、油圧供給管は、所定長のものが継手により複数連結され、地上から拡大ヘッドまで配管される。油圧供給管には、掘削時において常に振動と衝撃が伝わる。このため、継手から油漏れが生じたり、油圧供給管の損傷等により管内部に詰まりが生ずる等の不具合が多発する。

【0008】

本発明は、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減するとともに、不具合の発生を低減できる掘削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】

【0009】

（１） 垂直方向に伸びる垂直軸芯を中心に回転する回転ロッドと、前記回転ロッドの上端を回転可能に保持する保持部と、を備える掘削機において、前記回転ロッドの下端に取り付けられる掘削ヘッドであって、
前記回転ロッドの下端と係合し、前記回転ロッドとともに前記垂直軸芯を中心に回転する回転シャフトと、
前記回転シャフトに固定され、前記回転シャフトともに前記垂直軸芯を中心に回転するヘッド本体と、
前記回転シャフトの外周に沿って配置され、上端側が前記保持部に固定され、下端側に前記垂直軸芯を中心とする環状の固定ギヤが形成された固定ロッドと、
基端が前記回転シャフトの外周に回転可能に保持され、前記垂直軸芯と直交する水平軸芯上で延びる変換シャフトと、前記変換シャフトの外周に設けられ、前記固定ギヤと係合する変換ギヤと、を有し、前記ヘッド本体に前記水平軸芯を中心に回転可能に保持された変換部と、
前記水平軸芯と平行して延びる別水平軸芯上で延び、先端側にねじ山が形成され、前記ヘッド本体に前記別水平軸芯を中心に回転可能に保持された送り出しシャフトと、
前記別水平軸芯上で延び、先端側に掘削刃が設けられ、基端側に前記送り出しシャフトのねじ山と螺合するねじ山が形成され、前記ヘッド本体に、前記別水平軸芯を中心とする回転が規制され、前記別水平軸芯に沿ってスライド移動可能に保持されたビットと、
前記変換部及び前記送り出しシャフトと係合し、前記変換部の前記水平軸芯を中心とする回転力を、前記送り出しシャフトに伝達し、前記送り出しシャフトを前記別水平軸芯を中心に回転させる伝達部と、を備える掘削ヘッド。

【0010】

（１）の発明によれば、掘削ヘッドは、垂直方向に伸びる垂直軸芯を中心に回転する回転ロッドと、回転ロッドの上端を回転可能に保持する保持部と、を備える掘削機において、回転ロッドの下端に取り付けられる。
掘削ヘッドは、回転シャフトと、ヘッド本体と、固定ロッドと、変換部と、送り出しシャフトと、ビットと、伝達部と、を備える。
回転シャフトは、回転ロッドの下端と係合し、回転ロッドとともに垂直軸芯を中心に回転する。
ヘッド本体は、回転シャフトに固定され、回転シャフトともに垂直軸芯を中心に回転する。
固定ロッドは、回転シャフトの外周に沿って配置され、上端側が保持部に固定され、下端側に垂直軸芯を中心とする環状の固定ギヤが形成されている。
変換部は、基端が回転シャフトの外周に回転可能に保持され、垂直軸芯と直交する水平軸芯上で延びる変換シャフトと、変換シャフトの外周に設けられ、固定ギヤと係合する変換ギヤと、を有し、ヘッド本体に水平軸芯を中心に回転可能に保持されている。
送り出しシャフトは、水平軸芯と平行して延びる別水平軸芯上で延び、先端側にねじ山が形成され、ヘッド本体に別水平軸芯を中心に回転可能に保持されている。
ビットは、別水平軸芯上で延び、先端側に掘削刃が設けられ、基端側に送り出しシャフトのねじ山と螺合するねじ山が形成され、ヘッド本体に、別水平軸芯を中心とする回転が規制され、別水平軸芯に沿ってスライド移動可能に保持されている。
伝達部は、変換部及び送り出しシャフトと係合し、変換部の水平軸芯を中心とする回転力を、送り出しシャフトに伝達し、送り出しシャフトを別水平軸芯を中心に回転させる。

【0011】

本発明の掘削ヘッドは、掘削機の回転ロッドを回転させることで、以下の動作で、杭穴に拡底部を形成する。
掘削機の回転ロッドを回転させると、回転ロッドとともに回転シャフトが垂直軸芯を中心に回転する。これにより、回転シャフトの外周に基端が保持され変換部も垂直軸芯を中心に回転する。
すると、変換部は、回転せずに保持部に固定された状態の固定ロッドの固定ギヤと係合しながら、変換ギヤが垂直軸芯を中心に回転することで、変換シャフトが、垂直軸芯と直交する水平軸芯を中心に回転する。この変換部の回転力は、伝達部を介して、送り出しシャフトに伝達され、送り出しシャフトを別水平軸芯を中心に回転させる。
すると、送り出しシャフトの先端側に螺合するビットは、別水平軸芯に沿ってスライド移動する。そして、先端側に掘削刃が設けられたビットは、回転ロッドと直交する方向に突出し、杭穴の底部近傍の壁面を形成する地層に食い込みながら、垂直軸芯を中心に回転する。これにより、杭穴に拡底部を形成できる。

【0012】

このように、本発明の掘削ヘッドによれば、回転ロッドの垂直軸芯を中心とする回転力を別水平軸芯を中心とする送り出しシャフトの回転力に変換し、この回転力をねじにより徐々にビットをスライド移動する力に変換する。
よって、拡底する際の負荷が徐々に大きくなるので、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減することができる。
また、回転ロッドの垂直軸芯を中心とする回転力を、機械的な構成により、ビットをスライド移動する力に変換するので、油圧を用いる必要がないので、油圧によりビットをスライド移動させて拡底する時に生ずる油漏れや油圧供給管の損傷等の不具合が生ずることがない。
したがって、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減するとともに、不具合の発生を低減できる掘削ヘッドを提供できる。

【0013】

更に、本発明の掘削ヘッドは、回転ロッドに油圧供給管を設ける必要がないので、油圧によりビットをスライド移動させるヘッドに比べ、容易に製造できる。

【0014】

（２） 前記変換部、前記送り出しシャフト、前記ビット及び前記伝達部を、それぞれ１対で備え、
１対の前記変換部の前記変換シャフトは、前記水平軸芯上で、互いに反対方向に延び、
１対の前記送り出しシャフトのうち一方の前記送り出しシャフトは、第１の前記別水平軸芯上で延び、
１対の前記送り出しシャフトのうち他方の前記送り出しシャフトは、第１の前記別水平軸芯と平行して延びる第２の前記別水平軸芯上で延び、
１対の前記送り出しシャフトは、互いに先端が反対方向に向けて配置され、
１対の前記ビットのうち一方の前記ビットは、一方の前記送り出しシャフトと螺合され、
１対の前記ビットのうち他方の前記ビットは、他方の前記送り出しシャフトと螺合され、
１対の前記伝達部のうち一方の前記伝達部は、一方の前記変換部及び一方の前記送り出しシャフトと係合し、
１対の前記伝達部のうち他方の前記伝達部は、他方の前記変換シャフト及び他方の前記送り出しシャフトと係合する、（１）に記載の掘削ヘッド。

【0015】

（２）の発明によれば、掘削ヘッドは、変換部、送り出しシャフト、ビット及び伝達部を、それぞれ１対で備える。
１対の変換部の変換シャフトは、水平軸芯上で、互いに反対方向に延びる。
１対の送り出しシャフトのうち一方の送り出しシャフトは、第１の別水平軸芯上で延びる。
１対の送り出しシャフトのうち他方の送り出しシャフトは、第１の別水平軸芯と平行して延びる第２の別水平軸芯上で延びる。
１対の送り出しシャフトは、互いに先端が反対方向に向けて配置されている。
１対のビットのうち一方のビットは、一方の送り出しシャフトと螺合されている。
１対のビットのうち他方のビットは、他方の送り出しシャフトと螺合されている。
１対の伝達部のうち一方の伝達部は、一方の変換部及び一方の送り出しシャフトと係合する。
１対の伝達部のうち他方の伝達部は、他方の変換部及び他方の送り出しシャフトと係合する。

【0016】

このように、１対の変換部の変換シャフトは、水平軸芯上で、互いに反対方向に延びるように配置した。そして、１対のビットは、互いに反対方向にスライド移動するようにした。
これにより、掘削ヘッドの回転バランスが向上するとともに、杭穴の底部近傍の壁面を形成する地層に、１対のビットが互いに反対方向に食い込むので、拡大により杭穴の中心位置がずれにくくなり、杭の施工精度が向上する。

【0017】

（３） 前記固定ロッドは、
前記保持部に固定される固定部を有し、
前記保持部と前記固定部との間に所定の摩擦力を発生する摩擦部材を介して、前記保持部に固定される（１）又は（２）に記載の掘削ヘッド。

【0018】

ここで、例えば、杭穴の底部近傍の壁面を形成する地層が硬く、ビットのスライド移動による拡大が規制された場合、送り出しシャフトの別水平軸芯を中心とする回転が規制される。これにより、変換部の水平軸芯を中心とする回転も規制される。
このような場合、回転ロッドの垂直軸芯を中心とする回転力は、変換部の変換ギヤを介して、固定ロッドにおける環状の固定ギヤに伝達される。即ち、回転ロッドの回転力は、固定ロッドを回転させる力となる。

【0019】

（３）の発明によれば、上記のような固定ロッドの回転させる力が、保持部と固定部との間における、摩擦部材による所定の摩擦力を超えた場合に、固定ロッドが回転する。
これにより、例えば、地層が硬く、過大な負荷が発生した場合に、この負荷を固定ロッドの回転により解消することができる。
よって、掘削機の回転ロッドや回転ロッドを回転させるモータや治具に、過大な負荷がかかるのを防止することができる。
また、地上において、固定ロッドが回転しているか否かを視認することにより、ビットが拡大しているか否かを判断することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減するとともに、不具合の発生を低減できる掘削ヘッドを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る掘削ヘッドが取り付けられた掘削機の一部を説明する図である。

【図2】前記実施形態に係る掘削ヘッドが取り付けられた掘削機の保持部を説明する図である。

【図3】前記実施形態に係る掘削ヘッドを垂直面で切断した断面図である。

【図4】前記実施形態に係る掘削ヘッドの変換部を説明する図である。

【図5】前記実施形態に係る掘削ヘッドの送り出しシャフト及びビットを説明する図である。

【図6】前記実施形態に係る掘削ヘッドの動作を説明する図である。

【図7】前記実施形態に係る掘削ヘッドの動作を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において、同一の構成には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図１は、本発明の実施形態に係る掘削ヘッド１が取り付けられた掘削機１００の一部を説明する図である。
掘削機１００は、アースオーガであり、掘削機１００を駆動する動力源や操縦者が搭乗する操作部が設けられた本体（図示無し）と、本体により垂直に支持されたリーダ（図示無し）と、リーダにおいて上下方向にスライド可能に支持された掘削部１１０と、を備える。
掘削部１１０は、地盤面を掘削する駆動源となる駆動部１２０と、駆動部１２０により、垂直方向に伸びる垂直軸芯ＶＣを中心に回転する回転ロッド１３０と、駆動部１２０の下端に設けられ、回転ロッド１３０の上端を回転可能に保持する保持部１４０と、を備える。
掘削ヘッド１は、回転ロッド１３０の下端に取り付けられる。

【0023】

駆動部１２０は、垂直軸芯ＶＣを中心とする回転力を発生するモータと、モータの回転力を適正なトルクで回転ロッド１３０に伝達する減速機と、モータと減速機を内部に収容する駆動部本体と、を備える。

【0024】

回転ロッド１３０は、垂直軸芯ＶＣを中心とする軸部材で形成され、上端が保持部１４０を介してモータに連結され、下端に掘削ヘッド１との接合部が形成されている。

【0025】

図２は、前記実施形態に係る掘削ヘッド１が取り付けられた掘削機１００の保持部１４０を説明する図である。
保持部１４０は、上端が駆動部１２０に固定された上部材１４１と、上部材１４１に下端に連結され、上部材１４１とで後述する固定ロッド３０を、摩擦部材１５０を介して、挟持する下部材１４２と、を備える。

【0026】

上部材１４１は、例えば、ボルト及びナットで構成され、固定ロッド３０を、摩擦部材１５０を介して、下部材１４２に押さえ付ける締め付け部材１４１ａを備える。

【0027】

下部材１４２は、上部材１４１の締め付け部材１４１ａと対面する位置に、固定ロッド３０及び摩擦部材１５０が収容される溝１４２ａが形成されている。
下部材１４２は、円筒形状に形成され、その内壁で、摩擦部材１５０を介して、円筒形状に形成された固定ロッド３０を保持する。

【0028】

摩擦部材１５０は、板状体で形成され、上部材１４１の締め付け部材１４１ａと下部材１４２の溝１４２ａとの間において、例えば、２枚で、固定ロッド３０を挟むように配置されている。

【0029】

図３は、前記実施形態に係る掘削ヘッド１を垂直面で切断した断面図である。
掘削ヘッド１は、回転シャフト１０と、ヘッド本体２０と、固定ロッド３０と、１対の変換部４０と、１対の送り出しシャフト５０と、１対のビット６０と、１対の伝達部７０と、を備える。

【0030】

回転シャフト１０は、回転ロッド１３０の下端と係合し、回転ロッド１３０とともに垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。
回転シャフト１０は、円柱形状に形成され、上端に形成されたロッド係合部１１と、外周面に形成された１対の変換部保持穴１２と、を備える。
また、回転シャフト１０には、ヘッド本体２０が固定されている。

【0031】

ロッド係合部１１は、回転ロッド１３０の下端と着脱自在に係合する。
ロッド係合部１１は、例えば、断面六角形形状に形成され、回転ロッド１３０の下端に形成された断面六角形形状の穴を備える接合部と係合し、回転ロッド１３０に固定される。これにより、回転シャフト１０は、回転ロッド１３０とともに垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。

【0032】

変換部保持穴１２は、１対の変換部４０の基端をそれぞれ保持する。
変換部保持穴１２は、変換部４０の基端が挿入可能な穴であり、この穴において、ベアリングを介して変換部４０の基端を、垂直軸芯ＶＣと直交する水平軸芯ＨＣ１を中心に回転可能に保持する。
ここで、本実施形態において、水平軸芯ＨＣ１は、変換部４０の中心軸を示すものであり、垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。

【0033】

ヘッド本体２０は、円筒形状に形成され、回転シャフト１０に固定され、回転シャフト１０ともに垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。
ヘッド本体２０は、その内部に、１対の変換部４０と、１対の送り出しシャフト５０と、１対のビット６０の基端側と、１対の伝達部７０と、を収容する。
ヘッド本体２０は、１対の変換部４０をそれぞれ保持する１対の変換部保持部２１と、１対の送り出しシャフト５０をそれぞれ保持する１対の送り出しシャフト保持部２２と、１対のビット６０をそれぞれ保持する１対のビット保持部２３と、備える。

【0034】

変換部保持部２１は、後述する変換部４０の変換シャフト４１の外周を、ベアリングを介して、水平軸芯ＨＣ１を中心に回転可能に保持する。

【0035】

送り出しシャフト保持部２２は、送り出しシャフト５０の外周を、ベアリングを介して、水平軸芯ＨＣ１と平行して延びる別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心に回転可能に保持する。
ここで、別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３は、ともに水平軸芯ＨＣ１と平行して延び、同一平面上において、それぞれ別々に延びる。
また、別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３は、送り出しシャフト５０の中心軸を示すものであり、垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。

【0036】

ビット保持部２３は、ビット６０の外周を、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心とする回転を規制しつつ、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３上においてスライド移動可能に保持する。
本実施形態において、ビット６０は断面形状が矩形形状に形成され、ビット保持部２３には断面形状が矩形形状の挿通孔が形成されている。これにより、ビット保持部２３は、ビット６０を、回転を規制しつつスライド移動可能に保持する。
なお、ビット６０及びビット保持部２３の断面形状は、矩形に限らず、三角形形状、六角形形状等の多角形形状とすることができる。

【0037】

固定ロッド３０は、上端近傍に保持部１４０（図２参照）に固定される固定部３１（図２参照）と、固定部３１から下方に延びる延長部３２と、延長部３２の下端側に配置された回転シャフト保持部３３と、回転シャフト保持部３３の下端側に形成された固定ギヤ３４と、を備える。

【0038】

図２に示すように、固定部３１は、上面視で垂直軸芯ＶＣを中心とする環形状に形成され、垂直軸芯ＶＣに直交する方向に面を有する板状形状に形成されている。
固定部３１は、保持部１４０の溝１４２ａに収容され、摩擦部材１５０を介して、保持部１４０の上部材１４１及び下部材１４２に挟持される。

【0039】

図３に戻って、延長部３２は、垂直軸芯ＶＣを中心軸とする円筒形状に形成され、その内部に回転ロッド１３０が配置される。延長部３２は、回転ロッド１３０の長さに応じて、垂直方向に、複数連結可能に構成されている。

【0040】

回転シャフト保持部３３は、垂直軸芯ＶＣを中心軸とする円筒形状に形成され、回転シャフト１０の外周に沿って配置されている。回転シャフト保持部３３は、その内部において回転シャフト１０を回転可能に保持し、その外周がヘッド本体２０により回転可能に保持されている。
これにより、回転ロッド１３０を回転した場合、回転シャフト保持部３３は回転せず、回転シャフト１０及びヘッド本体２０は、回転シャフト保持部３３を挟んで、回転ロッド１３０とともに回転する。

【0041】

固定ギヤ３４は、上面視で垂直軸芯ＶＣを中心とする環形状に形成され、歯が側面視で垂直軸芯ＶＣに対し４５度傾斜して形成されている。

【0042】

図４は、前記実施形態に係る掘削ヘッド１の変換部４０を説明する図である。
変換部４０は、水平軸芯ＨＣ１上で延びる変換シャフト４１と、変換シャフト４１の外周に設けられた変換ギヤ４２と、変換シャフト４１の外周に設けられたスプロケット４３と、を備える。

【0043】

変換シャフト４１は、基端が回転シャフト１０の外周に形成された変換部保持穴１２に、水平軸芯ＨＣ１を中心に回転可能に保持されている。
また、変換シャフト４１は、外周の一部が、ヘッド本体２０の変換部保持部２１にベアリングを介して、水平軸芯ＨＣ１を中心に回転可能に保持されている。
これにより、変換シャフト４１は、回転シャフト１０とともに垂直軸芯ＶＣを中心に回転しながら、水平軸芯ＨＣ１を中心に回転可能となる。
また、１対の変換部４０の変換シャフト４１は、水平軸芯ＨＣ１上で、互いに反対方向に延びる。
なお、変換部４０を１つだけ設けてもよいし、１対の変換部４０を複数設けてもよい。

【0044】

変換ギヤ４２は、水平軸芯ＨＣ１が延びる方向から視て、水平軸芯ＨＣ１を中心とする円形状に形成され、歯が側面視で水平軸芯ＨＣ１に対し４５度傾斜して形成され、固定ギヤ３４の歯と係合する。
これにより、回転シャフト１０の垂直軸芯ＶＣを中心とする回転力は、変換部４０の水平軸芯ＨＣ１を中心とする回転力に変換される。

【0045】

スプロケット４３は、水平軸芯ＨＣ１が延びる方向から視て、水平軸芯ＨＣ１を中心とする円形状に配列された歯を備え、この歯に伝達部７０が巻き回される。

【0046】

図５は、前記実施形態に係る掘削ヘッド１の送り出しシャフト５０及びビット６０を説明する図である。
１対の送り出しシャフト５０のうち一方の送り出しシャフト５０は、第１の別水平軸芯である別水平軸芯ＨＣ２上で延びる。
１対の送り出しシャフト５０のうち他方の送り出しシャフト５０は、第１の別水平軸芯と平行して延びる第２の別水平軸芯である別水平軸芯ＨＣ３上で延びる。
１対の送り出しシャフト５０は、互いに先端が反対方向に向けて配置されている。
送り出しシャフト５０は、水平軸芯ＨＣ１と平行して延びる別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３上で延びる送り出しシャフト本体５１と、送り出しシャフト本体５１の外周に設けられたスプロケット５２と、を備える。

【0047】

送り出しシャフト本体５１は、先端側にねじ山５１ａが形成され、外周の一部が、ヘッド本体２０の送り出しシャフト保持部２２にベアリングを介して、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心に回転可能に保持されている。

【0048】

スプロケット５２は、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３が延びる方向から視て、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心とする円形状に配列された歯を備え、この歯に伝達部７０が巻き回される。
これにより、送り出しシャフト５０は、変換部４０の水平軸芯ＨＣ１を中心とする回転力が、伝達部７０を介して伝達され、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心に回転する。

【0049】

１対のビット６０のうち一方のビット６０は、一方の送り出しシャフト５０と螺合されている。
１対のビット６０のうち他方のビット６０は、他方の送り出しシャフト５０と螺合されている。
なお、ビット６０を１つだけ設けてもよいし、１対のビット６０を複数設けてもよい。

【0050】

ビット６０は、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３上で延び、断面が矩形形状に形成され、先端側に掘削刃６０ａが設けられ、基端側に送り出しシャフト５０のねじ山５１ａと螺合するねじ山６０ｂが形成されている。
本実施形態では、ビット６０は、基端側に送り出しシャフト５０が先端側から挿入される穴が形成され、この穴の側壁にねじ山６０ｂが形成されている。
なお、本実施形態では、ビット６０に、送り出しシャフト５０が先端側から挿入される穴を形成しているが、これに限らず、ビット６０の基端側を外周にねじ山が形成された円柱形状に形成し、送り出しシャフト５０に、ビット６０が基端側から挿入されるねじ穴を形成してもよい。

【0051】

また、ビット６０は、基端側がヘッド本体２０のビット保持部２３により、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心とする回転を規制しつつ、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３上をスライド移動可能に保持されている。
これにより、ビット６０は、送り出しシャフト５０が別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心に回転すると、別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３上をスライド移動する。

【0052】

図３に戻って、伝達部７０は、変換部４０のスプロケット４３及び送り出しシャフト５０のスプロケット５２と係合し、変換部４０の水平軸芯ＨＣ１を中心とする回転力を、送り出しシャフト５０に伝達し、送り出しシャフト５０を別水平軸芯ＨＣ２又はＨＣ３を中心に回転させる。
具体的には、伝達部７０は、例えば、環形状のチェーンで構成され、変換部４０のスプロケット４３及び送り出しシャフト５０のスプロケット５２に巻き回されている。
１対の伝達部７０のうち一方の伝達部７０は、一方のスプロケット４３及び一方のスプロケット５２と係合する。
１対の伝達部７０のうち他方の伝達部７０は、他方のスプロケット４３及び他方のスプロケット５２と係合する。

【0053】

次に、本実施形態に係る掘削ヘッド１の動作について説明する。
図６及び図７は、前記実施形態に係る掘削ヘッド１の動作を説明する図である。
まず、図１に示す掘削機１００の回転ロッド１３０に掘削ヘッド１を装着し、掘削ヘッド１を杭穴の底部に配置する。そして、回転ロッド１３０を回転させる。
すると、図６に示すように、回転ロッド１３０（図１参照）とともに回転シャフト１０が垂直軸芯ＶＣを中心に回転する（図６に示す例では右回り）。これにより、回転シャフト１０の外周に基端が保持され１対の変換部４０も垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。
すると、１対の変換部４０は、回転せずに固定された状態の固定ロッド３０の固定ギヤ３４と、変換ギヤ４２が係合しながら垂直軸芯ＶＣを中心に回転することで、変換シャフト４１が、垂直軸芯ＶＣと直交する水平軸芯ＨＣ１を中心に回転する。
この１対の変換部４０の回転力は、伝達部７０を介して、１対の送り出しシャフト５０に伝達され、１対の送り出しシャフト５０を別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３を中心に回転させる。
すると、図７に示すように、１対の送り出しシャフト５０の先端側に螺合するビット６０は、別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３に沿ってスライド移動する。そして、先端側に掘削刃６０ａが設けられたビット６０は、回転ロッド１３０（図１参照）と直交する方向に突出し、杭穴の底部近傍の壁面２００を形成する地層に食い込みながら、垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。これにより、杭穴に拡底部を形成できる。

【0054】

次に、地層が硬く、ビット６０が回転ロッド１３０と直交する方向に突出できない状態における掘削ヘッド１の動作について、図３を参照して説明する。
ビット６０のスライド移動が規制された場合、送り出しシャフト５０の別水平軸芯を中心とする回転が規制される。これにより、変換部の別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３を中心とする回転も規制される。
このような場合、回転ロッド１３０の垂直軸芯ＶＣを中心とする回転力は、変換部４０の変換ギヤ４２を介して、固定ロッド３０における環状の固定ギヤ３４に伝達される。即ち、回転ロッド１３０の回転力は、固定ロッド３０の回転力となる。
そして、このような固定ロッド３０の回転力が、図２に示す固定ロッド３０の固定部３１と摩擦部材１５０とにより発生した所定の摩擦力を超えた場合に、固定ロッド３０が垂直軸芯ＶＣを中心に回転する。

【0055】

このように、本実施形態の掘削ヘッド１によれば、回転ロッド１３０の垂直軸芯ＶＣを中心とする回転力を別水平軸芯ＨＣ２及びＨＣ３を中心とする送り出しシャフト５０の回転力に変換し、この回転力をねじにより徐々にビット６０をスライド移動する力に変換する。
よって、拡底する際の負荷が徐々に大きくなるので、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減することができる。
また、回転ロッド１３０の垂直軸芯ＶＣを中心とする回転力を、機械的な構成により、ビット６０をスライド移動する力に変換するので、油圧を用いる必要がなく、油圧によりビットをスライド移動させて拡底する時に生ずる油漏れや油圧供給管の損傷等の不具合が生ずることがない。
したがって、杭穴において拡底部を形成する際に、掘削機に生ずる負担を軽減するとともに、不具合の発生を低減できる掘削ヘッドを提供できる。

【0056】

また、本実施形態の掘削ヘッド１によれば、１対の変換部４０の変換シャフト４１は、水平軸芯ＨＣ１上で、互いに反対方向に延びるように配置した。そして、１対のビット６０は、互いに反対方向にスライド移動するようにした。
これにより、掘削ヘッド１の回転バランスが向上するとともに、杭穴の底部近傍の壁面を形成する地層に、１対のビットが互いに反対方向に食い込むので、拡大により杭穴の中心位置がずれにくくなり、杭の施工精度が向上する。

【0057】

また、本実施形態の掘削ヘッド１によれば、例えば、地層が硬く、過大な負荷が発生した場合に、この負荷を固定ロッド３０の回転により解消することができる。
よって、掘削機１００の回転ロッド１３０や回転ロッド１３０を回転させるモータや治具に、過大な負荷がかかるのを防止することができる。
また、地上において、固定ロッド３０が回転しているか否かを視認することにより、ビット６０が拡大しているか否かを判断することができる。

【0058】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

【符号の説明】

【0059】

１ 掘削ヘッド
１０ 回転シャフト
２０ ヘッド本体
３０ 固定ロッド
３４ 固定ギヤ
４０ 変換部
４１ 変換シャフト
４２ 変換ギヤ
５０ 送り出しシャフト
５１ａ ねじ山
６０ ビット
６０ａ 掘削刃
６０ｂ ねじ山
７０ 伝達部
１００ 掘削機
１３０ 回転ロッド
１４０ 保持部
ＨＣ１ 水平軸芯
ＨＣ２ 別水平軸芯
ＨＣ３ 別水平軸芯
ＶＣ 垂直軸芯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】