特許 6234626 地中熱交換管の埋設に用いる掘削装置及び掘削方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6234626

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】地中熱交換管の埋設に用いる掘削装置及び掘削方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/00 20060101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   E21B7/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-96293(P2017-96293)

(22)【出願日】2017年5月15日

【審査請求日】2017年9月13日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000222037

【氏名又は名称】東北電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000222015

【氏名又は名称】株式会社ユアテック

(73)【特許権者】

【識別番号】508009460

【氏名又は名称】張山電氣株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000168506

【氏名又は名称】鉱研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】特許業務法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】赤 井 仁 志

(72)【発明者】

【氏名】瀬 川 和 幸

(72)【発明者】

【氏名】草 刈 洋 行

(72)【発明者】

【氏名】張 山 國 男

(72)【発明者】

【氏名】櫻 木 宏 児

(72)【発明者】

【氏名】森 広 晃

(72)【発明者】

【氏名】反 町 賢

【審査官】 西田 光宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１１０４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７６２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４７２６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７５８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８５０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０２１９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１４５６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１８７４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５５２４７１３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第５２７３１２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４４３８８２１（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／１２

Ｅ０２Ｄ ５／１８

Ｅ０２Ｄ ９／０４

Ｅ２１Ｂ １／００

Ｅ２１Ｂ ３／０２

Ｅ２１Ｂ ７／００

Ｅ２１Ｂ １５／００

Ｅ２１Ｂ １７／００

Ｅ２１Ｂ ４１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

縦長の地中熱交換管を埋設するための縦穴を地盤に対して掘削する掘削装置であって、
ブームに取り付けられたドリルヘッドにオーガスクリューが着脱される構造の穴掘建柱車と、
前記ドリルヘッドと前記オーガスクリューとの間に取り付けられてこれらを連結する伸縮構造の複数の伸縮ロッドと、
最上部の伸縮ロッドを前記ドリルヘッドに回転可能に連結する屈曲自在なユニバーサルジョイントと、
最下部の伸縮ロッドと前記オーガスクリューとを回転可能に連結すると共に上下の伸縮ロッド相互を回転可能に連結する連結継手と、
前記伸縮ロッド及び前記オーガスクリューと共に回転することによりオーガスクリューと共に縦穴を掘削しながら縦穴内に押し込まれる複数の筒状のケーシングと、
最上部のケーシングと前記伸縮ロッドとを係脱自在に連結し、当該連結によって前記伸縮ロッドの回転を最上部のケーシングに伝達する回転伝達部材と、
上下のケーシングを回転可能に連結する回転連結手段と、
を備えていることを特徴とする掘削装置。

【請求項2】

前記複数のケーシングの内、最下部に位置するケーシングの下端部にチップが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。

【請求項3】

前記回転伝達部材は、前記伸縮ロッドの外面に軸方向に沿って延びた凸条が嵌り込んで係脱自在に係合する係合溝と、前記最上部のケーシングに形成された係合凸部が係脱自在に係合する受凹部とを備えていることを特徴する請求項１又は２記載の掘削装置。

【請求項4】

前記回転連結手段は、上下の一方のケーシングに形成された係合凸部と、他方のケーシングに形成され前記係合凸部が係脱自在に係合する係合凹部とによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の掘削装置。

【請求項5】

オーガスクリュー及びオーガスクリューが連結された伸縮ロッドの外周に筒状のケーシングを配置した状態で前記伸縮ロッド及びケーシングを回転させることによりケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって地盤に縦穴を掘削する第１段階と、
伸縮ロッドを伸長させた状態でケーシングに次段のケーシングを継ぎ足し、ケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって縦穴の掘削を継続する第２段階と、
伸縮ロッドに次段の伸縮ロッドを継ぎ足すと共にケーシングにさらに次段のケーシングを継ぎ足し、ケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって縦穴の掘削を継続する第３段階と、
第２段階及び第３段階を繰り返して目的深度まで穴掘りした後、ケーシングだけを縦穴内に残置した状態で伸縮ロッド及びオーガスクリューを縦穴内から引き抜く第４段階と、
前記ケーシングの内部に縦長の地中熱交換管を挿入した後、前記縦穴内からケーシングを引き抜く第５段階と、を備えていることを特徴とする掘削方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中熱交換管を埋設するための縦穴を地盤に掘削する掘削装置及び掘削方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地中熱を利用するため、地中熱交換管が地盤中に埋設される。地中熱交換管の埋設は、地盤に対して１０〜３０ｍ程度の深い縦穴を掘削し、掘削した縦穴に地中熱交換管を押し込んだ後、縦穴を土で埋め戻すことにより行われる。このような深い縦穴の掘削では、大型のボーリングマシンが用いられるが、大型のボーリングマシンを用いる場合には、ボーリングマシンの移動が困難であり、狭い作業現場での作業が難しい問題がある。

【0003】

特許文献１には、電柱を建てるために用いる穴掘建柱車を用いて地中熱交換管を埋設する方法が記載されている。穴掘建柱車はボーリングマシンに比べて小型で機動性が良いため、作業現場での移動がスムーズである利点を有している。この穴掘建柱車は、３ｍ程度の長さのオーガスクリューを装備するものであり、深い縦穴を連続的に掘削することはできない。このため、特許文献１記載の埋設方法は、延長ロッドを継ぎ足して縦穴の掘削を行っている。

【0004】

かかる特許文献１記載の埋設方法は、穴掘建柱車のオーガスクリューに延長ロッドを継ぎ足す作業を繰り返して目的の深さの縦穴を掘削する工程と、縦穴を掘削した後、筒状のケーシングの複数を継ぎ足しながら縦穴内に押し込んで仮内壁を形成する工程と、仮内壁となっているケーシングの内部に地中熱交換管を送り込んだ後、ケーシングを縦穴から抜き取る工程とを備えるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６００１６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１記載された従来の埋設方法は、延長ロッドを継ぎ足しながらの縦穴の掘削を行った後、ケーシングを継ぎ足しながらケーシングを縦穴内へ押し込むものであり、縦穴の掘削が先になされ、この掘削の後に縦穴内へのケーシングの押し込みがなされる工程順となっている。
しかしながら、この方法では、縦穴の掘削中に縦穴が崩れて土砂で埋まった場合、その後のケーシングの押し込みや地中熱交換管の送り込みができなくなる。このため、例えば湧水土質、砂質土等の軟弱地盤への適用ができない問題がある。又、縦穴の掘削では延長ロッドを継ぎ足し、ケーシングの押し込みではケーシングを継ぎ足すため、延長ロッドの継ぎ足し及びケーシングの継ぎ足しが別々の段階で行われる。このため掘削の作業性が悪い問題も有している。

【0007】

本発明は、このような従来の方法の問題点を考慮してなされたものであり、掘削中における縦穴の崩れを防止でき、しかも作業性を向上させることが可能な地中熱交換管の埋設に用いる掘削装置及び掘削方法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】

【0008】

本発明の掘削装置は、縦長の地中熱交換管を埋設するための縦穴を地盤に対して掘削する掘削装置であって、ブームに取り付けられたドリルヘッドにオーガスクリューが着脱される構造の穴掘建柱車と、前記ドリルヘッドと前記オーガスクリューとの間に取り付けられてこれらを連結する伸縮構造の複数の伸縮ロッドと、最上部の伸縮ロッドを前記ドリルヘッドに回転可能に連結する屈曲自在なユニバーサルジョイントと、最下部の伸縮ロッドと前記オーガスクリューとを回転可能に連結すると共に上下の伸縮ロッド相互を回転可能に連結する連結継手と、前記伸縮ロッド及び前記オーガスクリューと共に回転することによりオーガスクリューと共に縦穴を掘削しながら縦穴内に押し込まれる複数の筒状のケーシングと、最上部のケーシングと前記伸縮ロッドとを係脱自在に連結し、当該連結によって前記伸縮ロッドの回転を最上部のケーシングに伝達する回転伝達部材と、上下のケーシングを回転可能に連結する回転連結手段と、を備えていることを特徴とする。

【0009】

この装置においては、前記複数のケーシングの内、最下部に位置するケーシングの下端部にチップが取り付けられていることを特徴とする。
又、前記回転伝達部材は、前記伸縮ロッドの外面に軸方向に沿って延びた凸条が嵌り込んで係脱自在に係合する係合溝と、前記最上部のケーシングに形成された係合凸部が係脱自在に係合する受凹部とを備えていることを特徴する。
さらに、前記回転連結手段は、上下の一方のケーシングに形成された係合凸部と、他方のケーシングに形成され前記係合凸部が係脱自在に係合する係合凹部とによって形成されていることを特徴とする。

【0010】

本発明の掘削方法は、オーガスクリュー及びオーガスクリューが連結された伸縮ロッドの外周に筒状のケーシングを配置した状態で前記伸縮ロッド及びケーシングを回転させることによりケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって地盤に縦穴を掘削する第１段階と、伸縮ロッドを伸長させた状態でケーシングに次段のケーシングを継ぎ足し、ケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって縦穴の掘削を継続する第２段階と、伸縮ロッドに次段の伸縮ロッドを継ぎ足すと共にケーシングにさらに次段のケーシングを継ぎ足し、ケーシングを押し込みながらオーガスクリュー及びケーシングによって縦穴の掘削を継続する第３段階と、第２段階及び第３段階を繰り返して目的深度まで穴掘りした後、ケーシングだけを縦穴内に残置した状態で伸縮ロッド及びオーガスクリューを縦穴内から引き抜く第４段階と、前記ケーシングの内部に縦長の地中熱交換管を挿入した後、前記縦穴内からケーシングを引き抜く第５段階と、を備えていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の掘削装置によれば、連結継手が上下の伸縮ロッド及びオーガスクリューを連結し、回転伝達部材が伸縮ロッドの回転をケーシングに伝達するため、ケーシングがオーガスクリューと共に回転する。このため、オーガスクリュー及びケーシングの双方によって地盤を掘削して縦穴を形成することができる。この掘削では、ケーシングが縦穴を内側から支えた状態で掘削するため、掘削中における縦穴の崩れを防止することができる。
又、上下の伸縮ロッドを回転可能に連結する連結継手と、上下のケーシングを回転可能に連結する回転連結手段と、伸縮ロッドとケーシングとを回転可能に連結する回転伝達部材とを備えているため、伸縮ロッドの継ぎ足しとケーシングの継ぎ足しとを縦穴の掘削に連動させることができる。これにより掘削の作業性が向上し、短時間での作業が可能となる。

【0012】

本発明の掘削方法によれば、伸縮ロッドに連結したオーガスクリューとオーガスクリューの外周に設けた筒状のケーシングとによって縦穴を掘削するため、ケーシングが縦穴を内側から支えた状態で掘削でき、掘削中における縦穴の崩れをケーシングによって防止することができる。このため、掘削途中で縦穴が土砂で埋まることがなく、縦穴内への地中熱交換管の挿入の作業性が向上する。従って、湧水土質、砂質土等の軟弱地盤にも好適に適用することができ、適用範囲を拡大させることができる。
又、縦穴を掘削しながら伸縮ロッドの継ぎ足しとケーシングの継ぎ足しとを行うため、これらの継ぎ足しと縦穴の掘削とを連動させることができる。このため掘削の作業性が向上し、短時間での作業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の掘削装置に用いる穴掘建柱車を示す背面図である。

【図2】掘削作業における準備段階を示す背面図である。

【図3】掘削作業におけるドリルヘッドへの連結段階を示す背面図である。

【図4】図３に続く掘削作業を示す背面図である。

【図5】図４に続く掘削作業を示す背面図である。

【図6】図５に続く掘削作業を示す背面図である。

【図7】地中熱交換管の埋設作業を示す背面図である。

【図8】図７に続く埋設作業を示す背面図である。

【図9】オーガスクリューを示す側面図である。

【図10】伸縮ロッドの短縮状態を示す側面図である。

【図11】伸縮ロッドの伸長状態を示す側面図である。

【図12】ケーシングを示す側面図である。

【図13】地中熱交換管の一例を示す斜視図である。

【図14】地中熱交換管を下部から示す斜視図である。

【図15】ユニバーサルジョイントを示す正面図である。

【図16】ユニバーサルジョイントの屈曲状態を示す側面図である。

【図17】（Ａ）はユニバーサルジョイントと伸縮ロッドとの連結を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＭ部の拡大側面図である。

【図18】（Ａ）は伸縮ロッドとオーガスクリューとの連結を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＮ部の拡大側面図である。

【図19】連結継手としての雄継手を示す斜視図である。

【図20】連結継手としての雌継手を示す斜視図である。

【図21】（Ａ）、（Ｂ）は回転伝達部材を示す平面図及び側面図である。

【図22】（Ａ）は回転伝達部材の連結状態を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＰ部の拡大側面図である。

【図23】回転連結手段による連結を説明する側面図である。

【図24】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は回転伝達部材と伸縮ロッドとの連結構造を説明する平面図である。

【図25】ロッドホルダを示す平面図である。

【図26】（Ａ）、（Ｂ）はケーシングホルダを示す平面図及び側面図である。

【図27】地盤に対して伸縮ロッド及びケーシングを保持する構造を示す側面図である。

【図28】図２７の状態に対し、伸縮ロッドを短縮する状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を図示する一実施形態により具体的に説明する。図１は本発明の実施形態の掘削装置に用いる穴掘建柱車１の背面図、図２〜図８は、穴掘建柱車１を用いて地盤２に縦穴３を掘削する工程を順番に示す背面図、図９〜図２８は穴掘り掘削に用いる各部材を示す。

【0015】

穴掘建柱車１は図１に示すように、走行可能な車体２１にブーム２２が搭載されており、車体２１からはアウトリガー２３が張り出し可能となっている。ブーム２２は車体２１に対し、起伏可能、伸縮可能及び旋回可能に搭載される。ブーム２２の頂部には、電柱等を吊り下げるための吊り下げ用ブラケット２６が取り付けられている。このブーム２２にはドリルヘッド２４が取り付けられ、このドリルヘッド２４に地盤２を掘削するオーガスクリュー４が連結されている。図示例においては、ドリルヘッド２４に対し後述するユニバーサルジョイント５が連結されると共に、ユニバーサルジョイント５に対し後述する伸縮ロッド６が連結されており、オーガスクリュー４はこれらを介してドリルヘッド２４に連結された状態となっている。

【0016】

オーガスクリュー４は図９に示すように、掘削軸２８の軸方向に沿って螺旋状のオーガブレード２９が取り付けられている。掘削軸２８の上端部は、図１８に示すように伸縮ロッド６に連結される多角形（六角形）の雄継手部３０となっている。雄継手部３０は伸縮ロッド６との連結だけでなく、オーガスクリュー４をユニバーサルジョイント５と連結する場合にも使用される。オーガブレード２９の外周縁部には、排土板３１が立ち上がり状に一体的に形成されている。排土板３１を設けることによりオーガブレード２９の排土量が多くなり、掘削時における地盤２内の土を効率良く排土することができる。
なお、穴掘建柱車１における電柱立設等の通常の使用状態では、ユニバーサルジョイント５、伸縮ロッド６を連結して使用することは任意である。

【0017】

この実施形態の掘削装置では、穴掘建柱車１に加えて、ユニバーサルジョイント５（図１５、図１６）、複数の伸縮ロッド６、６ａ（図１０、図１１）、連結継手７、８（図１７〜図２０）、複数のケーシング９、１０（図１２、図２３）、回転伝達部材１１（図２１、図２３）、回転連結手段１２（図１２、図２３）を構成部材として用いるものである。

【0018】

ユニバーサルジョイント５はオーガスクリュー４と伸縮ロッド（最上部の伸縮ロッド）６ａとを回転可能に連結するジョイント部材である。図１５及び図１６に示すように、ユニバーサルジョイント５は第１部材３３と第２部材３４とがジョイントピン３５によって連結されている。第１部材３３は最上部の伸縮ロッド６ａに連結されるものであり、連結のための雌継手部３７が端部に形成されている。雌継手部３７には多角形（六角形）の穴が形成される。第２部材３４は端部に多角形（六角形）の外形となった雄継手部３６が形成されており、この雄継手部３６がドリルヘッド２４の駆動軸に連結される。
第１部材３３と第２部材３４とはジョイントピン３５を中心に相互回動可能となっており、この回動により第１部材３３及び第２部材３４が一直線状となる状態（図１５）及び直角状に屈曲した状態（図１６）の間で変位可能となっている。一直線状の状態では、ドリルヘッド２４の回転力により第１部材３３及び第２部材３４が一体的に回転する。これによりドリルヘッド２４の回転を最上部の伸縮ロッド６ａに伝達することができる。直角状に屈曲した状態では、伸縮ロッド６がドリルヘッド２４の軸線上から退避する。これにより伸縮ロッド６を地盤２上に倒した状態とすることができる（図２参照）。

【0019】

伸縮ロッド６は複数が上下に連結されて用いられるものであり、最上部の伸縮ロッド６ａ及びそれ以外の伸縮ロッド６はいずれも同じ構造となっている。図１０及び図１１は伸縮ロッド６を示す。伸縮ロッド６はアウターロッド３８と、アウターロッド３８の内部に挿入されたインナーロッド３９とによって形成されており、インナーロッド３９がアウターロッド３８の内部に格納された状態では図１０の短縮状態となり、インナーロッド３９がアウターロッド３８から引き出された状態では図１１の伸長状態となる。インナーロッド３９の外形は多角形（六角形）となっており、アウターロッド３８の内部はインナーロッド３９の外形に相応した多角形の穴形状となっている。これによりアウターロッド３８及びインナーロッド３９が一体となって回転する。
アウターロッド３８の下端部には、差し込みブロック４３が設けられている。差し込みブロック４３はインナーロッド３９をアウターロッド３８に差し込むための部材である。インナーロッド３９の差し込み状態で位置決めピンを差し込んでインナーロッド３９に係合させることによりインナーロッド３９の引き出し長さを調整することができる。また、位置決めピンを抜き取ることによりインナーロッド３９の引き出しが可能となる。これにより伸縮ロッド６、６ａの伸長を段階的に調整しながら行うことができる。

【0020】

アウターロッド３８の上端部は多角形穴（六角形穴）の雌継手部４０となっており、インナーロッド３９の下端部は多角形（六角形）の外形の雄継手部４１となっている。従って、上側に位置する伸縮ロッド６の雄継手部４１を下側に位置する伸縮ロッド６の雌継手部４０に嵌め込むことにより上下２本の伸縮ロッド６の連結を行うことができる。アウターロッド３８の外面には、外側に突出する凸条４２が軸方向に沿って形成されている。この凸条４２は後述する回転伝達部材１１の係合溝５５と係合するものであり、この係合により回転伝達部材１１と伸縮ロッド６との連結が行われる（図２４参照）。

【0021】

連結継手７、８は最上部の伸縮ロッド６ａとユニバーサルジョイント５との連結及び連結ロッド６とオーガスクリュー４との連結を行うものであり、連結継手７は雄型連結継手、連結継手８は雌型連結継手となっている。雄型連結継手７は図１９に示すように、多角形（六角形）の外形となった雄継手部７ａが軸方向の両端部に形成され、雌型連結継手８は図２０に示すように、多角形（六角形）の穴形状となった雌継手部８ａが軸方向の両端部に形成されている。

【0022】

雄型連結継手７は図１７に示すようにユニバーサルジョイント５と最上部の伸縮ロッド６ａとの連結に用いられる。この雄型連結継手７は一方の雄継手部７ａをユニバーサルジョイント５の第１部材３３における雌継手部３７に嵌め込み、他方の雄継手部７ａを最上部の伸縮ロッド６ａの雌継手部４０に嵌め込むことにより、これらを連結することができる。かかる嵌め込みの後、ピンを軸方向との直交方向に差し込んで抜け止めする。

【0023】

雌型連結継手８は図１８に示すように伸縮ロッド６とオーガスクリュー４との連結に用いられる。すなわち、一方の雌型継手部８ａを伸縮ロッド６の雄継手部４１に嵌め込み、他方の雌継手部８ａをオーガスクリュー４の雄継手部３０に嵌め込むことによりこれらを連結する。嵌め込みの後においては、ピンを軸方向との直交方向に差し込んで抜け止めする。

【0024】

ケーシング９、１０は複数が上下に連結されて用いられものであり、図１２に示すように、最下部に位置する下部ケーシング９と、最上部及び中間に位置する中間ケーシング１０とによって形成されている。これらの下部ケーシング９及び中間ケーシング１０は同径で円筒状に延びたケーシング本体４４を有している。
最下部に位置する下部ケーシング９におけるケーシング本体４４の下端部には複数のチップ４５が円周方向に沿って取り付けられている。これにより下部ケーシング９は縦穴３の掘削の際に、オーガスクリュー４と共に地盤２を掘削する。

【0025】

上下に連結されるケーシング９、１０は相互に回転可能に連結される。この連結は回転連結手段１２によってなされる。図１２、図２３に示すように、回転連結手段１２は上下における一方（下方）のケーシングのケーシング本体４４に形成された係合凸部４７と、他方（上方）のケーシングのケーシング本体４４に形成された係合凹部４８とによって形成されている。係合凸部４７は一方のケーシングのケーシング本体４４の内面から矩形ブロック状となって突出している。係合凹部４８はこの係合凸部４７が係合可能な矩形凹部に形成されており、係合凸部４７が係合凹部４８に係合することにより、上下のケーシングが連結されて上下のケーシングが一体的に回転する。
図示例において、係合凹部４８はケーシング本体４４から相手側のケーシングに向かって延びた短尺筒状のサブケーシング４９に形成されており、このサブケーシング４９を一方のケーシングのケーシング本体４４に溶接、ボルト止め等によって固定することにより、係合凹部４８が同ケーシングに設けられる。なお、サブケーシング４９には相手側のケーシングの係合凸部４７が入り込むための開口部５０が形成され、係合凹部４８はこの開口部５０に連設されている。

【0026】

上下に連なる複数のケーシングのうち最上部に位置するケーシング１０は、回転伝達部材１１によって伸縮ロッド（最上部の伸縮ロッド）６ａと連結され、この連結により最上部のケーシング１０に伸縮ロッド６ａの回転が伝達される。

【0027】

図２１は回転伝達部材１１を示し、下面が開口された伝達本体部５２と伝達本体部５２の上部に凸状となって形成された係合筒部５３とによって形成されている。伝達本体部５２には最上部のケーシング１０に形成された係合凸部４７が係脱自在に係合する受凹部５４が形成されている。係合筒部５３には伸縮ロッド６ａのアウターロッド３８外面に形成された凸条４２が入り込んで係合する係合溝５５が形成されている。図２４に示すように、回転伝達部材１１はヒンジ部５６を中心に回動することにより開閉可能となっており、回転伝達部材１１の開き状態に対して最上部の伸縮ロッド６ａが回転伝達部材１１に挿通される。

【0028】

回転伝達部材１１と最上部の伸縮ロッド６ａとの連結は、図２２及び図２４に示すように、回転伝達部材１１を開いた状態とし（図２２（Ａ）、（Ｂ））、係合筒部５３に伸縮ロッド６ａを挿通させる。このとき、伸縮ロッド６ａの凸条４２を回転伝達部材１１の係合溝５５に入り込ませる。その後、回転伝達部材１１を閉じることにより、伸縮ロッド６ａの２本の凸条４２と係合溝５５とを係合させて伸縮ロッド６ａと回転伝達部材１１とを連結する。
回転伝達部材１１と最上部のケーシング１０との連結は、図２２及び図２３に示すように、回転伝達部材１１が閉じた状態に対し最上部のケーシング１０の上部を伝達本体部５２に挿入して回転させ、ケーシング１０の係合凸部４７を回転伝達部材１１の受凹部５４に入り込ませることにより行われる。

【0029】

このように回転伝達部材１１を介して最上部の伸縮ロッド６ａと最上部のケーシング１０とが連結されることにより、伸縮ロッド６ａの回転が回転伝達部材１１を介して最上部のケーシング１０に伝達される。このため、上下で連結された複数のケーシング９、１０と上下で連結された複数の伸縮ロッド６ａ、６とが回転することができる。これにより、伸縮ロッド６に取り付けられたオーガスクリュー４とビット４５を備えた状態で最下部に位置したケーシング９とが共に回転するため、オーガスクリュー４と最下部のケーシング９とによって縦穴３の掘削を行うことができる。

【0030】

図１３及び図１４は本発明を適用するための地中熱交換管２０を示す。地中熱交換管２０は縦長構造となっており、後述する埋設方法により掘削された縦穴３に埋め込まれる。

【0031】

この実施形態の地中熱交換管２０は、水や不凍液などの熱媒体が流動する流路を螺旋状の熱交換管６１によって形成するものである。螺旋状の熱交換管６１には熱媒体が導入される導入管部６２と、熱媒体を地上の負荷装置に供給する導出管部６３とが流路の両端部から引き出されている。螺旋状の熱交換管６１は縦方向に延びる枠ロッド６４に巻き付けられるようにして形成されている。枠ロッド６４の下端部には、重みによって縦穴３への挿入を円滑に行うための錘プレート６５が取り付けられている。さらに、熱交換管６１の内部には、空気管６６が挿入されている。空気管６６の下端部は錘プレート６５を貫通しており、貫通した端部が空気（圧縮空気）の噴出を行う噴出口６７となっている。これにより、空気を縦穴３の底部に向けて噴出させることができるため、縦穴３内に湧き出た泥水をかき混ぜるように作用し、地中熱交換管２０の縦穴３内への送り込みを円滑に行うことができる。
なお、地中熱交換管２０としては、縦長構造であれば螺旋構造以外の構造のものを適用することができる。

【0032】

次に、地中熱交換管２０を埋設するための掘削作業について図２〜図８及び図２５〜図２８を参照して説明する。掘削作業は以下の段階によってなされる。
第１段階・・オーガスクリュー４及びオーガスクリュー４が連結された伸縮ロッド（最上部の伸縮ロッド）６ａの外周に筒状のケーシング（最下部のケーシング）９を配置した状態で伸縮ロッド６ａ及びケーシング９を回転させることによりケーシング９を押し込みながらオーガスクリュー４及びケーシング９によって地盤２に縦穴３を掘削する。
第２段階・・伸縮ロッド６ａを伸長させた状態でケーシング９に次段のケーシング（中間ケーシング）１０を継ぎ足し、ケーシング９、１０を押し込みながらオーガスクリュー４及びケーシング９，１０によって縦穴３の掘削を継続する。
第３段階・・伸縮ロッド６ａに次段の伸縮ロッド６を継ぎ足すと共にケーシング１０にさらに次段のケーシング（中間ケーシング）１０を継ぎ足し、ケーシング１０を押し込みながらオーガスクリュー４及びケーシング９，１０によって縦穴３の掘削を継続する。
第４段階・・第２段階及び第３段階を繰り返して目的深度まで穴掘りした後、ケーシング９、１０だけを縦穴３内に残置した状態で伸縮ロッド６ａ、６及びオーガスクリュー４を縦穴３内から引き抜く。
第５段階・・ケーシング９、１０の内部に縦長の地中熱交換管２０を挿入した後、縦穴３内からケーシング９、１０を引き抜く。

【0033】

図２は縦穴掘削の準備段階を示す。図示を省略するが、図２における雄型連結継手７の後ろ側（左側）には、伸縮ロッド６ａが連結され、この連結ロッド６ａにオーガスクリュー４が連結されている。さらに伸縮ロッド６ａの外周にケーシング９が回転伝達部材１１を介して配置されている。雄型連結継手７はユニバーサルジョイント５を介してドリルヘッド２４に連結されるが、この準備段階では、ユニバーサルジョイント５が屈曲された状態となっている。従って、雄型連結継手７、これに続く伸縮ロッド６ａ、オーガスクリュー４やケーシング９を地盤２上に倒した状態としたままで雄型連結部材７をユニバーサルジョイント５に連結することができるため、重量物の持ち上げや保持、移動が不要となり、連結作業を容易に行うことができる。この状態でブーム２２を押し上げることにより、図３に示す掘削可能状態に移行する。

【0034】

図３は第１段階の状態を示す。図３では、ブーム２２によってオーガスクリュー４、伸縮ロッド６ａ、ケーシング９を地盤２に対して立設した状態とし、ブーム２２を押し下げながらドリルヘッド２２を駆動する。これにより伸縮ロッド６ａが回転し、オーガスクリュー４及びケーシング（最下部のケーシング）９を回転するため、オーガスクリュー４及びケーシング９により地盤２に縦穴３が掘削される。その後、掘削を停止し、回転伝達部材１１を取り外し、伸縮ロッド６ａ及びオーガスクリュー４を引き上げて排土する。この掘削及び排土を繰り返して所定深度まで縦穴３を掘削する。

【0035】

図４は第２段階の状態を示す。第１段階での回転伝達部材１１の取り外し状態で伸縮ロッド６ａを伸長させ、伸縮ロッド６ａとドリルヘッド２４との連結を切り離す。そして、ケーシング９に対し、回転連結手段１２を介して次段のケーシング（中間ケーシング）１０を継ぎ足し、中間ケーシング１０の上部に回転伝達部材１１を取り付ける。又、ドリルヘッド２４と伸縮ロッド６ａとをユニバーサルジョイント５によって連結する。その後、ブーム２２を押し下げながらドリルヘッド２４を駆動して伸縮ロッド６ａを回転させ、これによりオーガスクリュー４とケーシング（最下部のケーシング）９とを共に回転させて地盤２を掘削する。この掘削及び上述した排土を繰り返す。

【0036】

図５は第３段階の状態を示す。第３段階では、ドリルヘッド２４と伸縮ロッド６ａとの連結を切り離した後、回転伝達部材１１を取り外し、伸縮ロッド６ａに次段（２本目）の伸縮ロッド６を継ぎ足す。又、ケーシング１０に対して次段のケーシング（中間ケーシング）１０を回転連結手段１２を介して継ぎ足す。そして、次段のケーシング１０に回転伝達部材１１を取り付けた後、２本目の伸縮ロッド６をドリルヘッド２４に連結する。
その後、ブーム２２を押し下げながらドリルヘッド２４を駆動して伸縮ロッド６ａ、６を回転させ、オーガスクリュー４とケーシング９とによって地盤２に対する縦穴３の掘削を継続する。かかる掘削及び排土を繰り返すことにより目的の深度まで縦穴３を掘削する。

【0037】

以上の第２段階及び第３段階においては、オーガスクリュー４と共に最下部のケーシング９が地盤２を掘削する。このため、ケーシング９、１０が縦穴３を内側から支えた状態で掘削することができ、掘削中における縦穴３の崩れをケーシング９、１０によって防止できる。これにより掘削途中で縦穴３が土砂で埋まることがない。又、縦穴３を掘削しながら伸縮ロッド６ａ、６の継ぎ足しとケーシング９、１０の継ぎ足しとを行うため、これらの継ぎ足しと縦穴３の掘削とを連動させることができる。これにより縦穴掘削の作業性が向上し、短時間での作業が可能となる。

【0038】

図６は第４段階の状態を示す。第４段階では、伸縮ロッド６ａ、６の縦穴３内からの引き抜き及びオーガスクリュー４の縦穴３内からの引き抜きを行う。伸縮ロッド６ａ、６及びオーガスクリュー４を引き抜くことにより縦穴３内には継ぎ足しされたケーシング１０、９だけが残置された状態となる。残置されたケーシング１０、９は縦穴３を内側から支えた状態を保持するため、不用意に縦穴３が崩れることがない。

【0039】

第４段階では、回転伝達部材１１を取り外して伸縮ロッド６を地盤２上に引き出す。このとき図２７及び図２８に示すように、縦穴３から抜き出ているケーシング１０の頭部に対し、ケーシングホルダ５７（図２６）を固定し、ケーシング１０の縦穴３内への落下を防止する。又、ケーシング１０の頭部上にロッドホルダ１３（図２５）を支持させる。ロッドホルダ１３は引き出された伸縮ロッド６を保持して縦穴３内への落下を防止する。

【0040】

ロッドホルダ１３は図２５に示すように、開閉可能な一対のホルダアーム１４、１４と、ホルダアーム１４、１４を連結するロックバー１５とを備えている。このロッドホルダ１３は、一対のホルダアーム１４、１４の間で伸縮ロッド６を挟み、ロックバー１５によってホルダアーム１４、１４を固定することにより伸縮ロッド６を挟持する。

【0041】

ケーシングホルダ５７は図２６に示すように、第１ホルダ５８と第２ホルダ５９とによってケーシング１０を挟むことによりケーシング１０を保持する構造となっている。第１ホルダ５８及び第２ホルダ５９の内側の面には、当接片６０が円周上に複数形成されており、この当接片６０がケーシング１０の外面に当接し、この当接状態で当接片６０とケーシング１０とを溶接することによりケーシング１０との結合を行う。一方、当接片６０の溶接部分を除去することによりケーシングホルダ５７によるケーシング１０の保持が解除される。なお、当接片６０とケーシング１０との結合は、ボルト等によって行うことも可能である。

【0042】

第４段階における伸縮ロッド６及びオーガスクリュー４の引き抜きは、図２７及び図２８に示すように、ロッドホルダ１３によって伸縮ロッド６を保持した状態で、上側（２本目）の伸縮ロッド６を短縮させて２本目の伸縮ロッド６を取り外す。そしてドリルヘッド２４と下側（１本目）の伸縮ロッド６とを連結し、ロッドホルダ１３を取り外して１本目の伸縮ロッド６を引き出し、同ロッド６を短縮させる。この状態で、伸縮ロッド６及びオーガスクリュー４をケーシング１０内から引き抜く。その後、伸縮ロッド６とオーガスクリュー４とを切り離すと共に伸縮ロッド６とドリルヘッド２４とを切り離す。これにより縦穴３内には継ぎ足し状態のケーシング９、１０だけが残置した状態となる。

【0043】

図７及び図８は第５段階の状態を示す。まず、図７に示すように吊り下げブラケット２６によって地中熱交換管２０を吊り下げて縦穴３上に移動させ、ブーム２２を押し下げて地中熱交換管２０を縦穴３内に押し込む。この押し込みに際しては、空気管６６の噴出口６７から空気を縦穴３の底部に向けて噴出させる。空気の噴出によって縦穴３内に泥水が湧き出ていても、空気がこれをかき混ぜるため、泥水の抵抗が少なくなり、地中熱交換管２０を円滑に押し込むことができる。

【0044】

図８は図７に続く作業を示す。この作業では、縦穴３に残置しているケーシング９、１０を引き抜く。ケーシング９、１０の引き抜きは、最上部のケーシング１０に取り付けた回転伝達部材１１とドリルヘッド２４とをユニバーサルジョイント５を介して連結し、ドリルヘッド２４を回転させながらブーム２２を押し上げることにより最上部のケーシング１０を縦穴３から引き出すことにより行う。下側に続くケーシング１０の引き抜きも同様であり、回転伝達部材１１を次のケーシング１０に取り付けて回転伝達部材１１をドリルヘッド２４に連結し、ドリルヘッド２４を回転しながらブーム２２を押し上げることにより引き出す。これを繰り返して全てのケーシング９、１０を縦穴３内から引き抜く。
全てのケーシング９、１０の引き抜きの後、縦穴３を土で埋め戻すことにより地中熱交換管２０の埋設が終了する。

【0045】

以上説明した掘削装置によれば、連結継手７、８が上下の伸縮ロッド６ａ、６及びオーガスクリュー４を連結し、回転伝達部材１１が伸縮ロッド６ａ、６の回転をケーシング９、１０に伝達するため、ケーシング９、１０がオーガスクリュー４と共に回転して縦穴３を掘削する。このような掘削では、ケーシング９、１０が縦穴３を内側から支えた状態で掘削するため、掘削中における縦穴３の崩れを防止することができる。
又、上下の伸縮ロッド６ａ、６を回転可能に連結する連結継手７，８と、上下のケーシング９、１０を回転可能に連結する回転連結手段１２と、伸縮ロッド６ａ、６とケーシング９、１０とを回転可能に連結する回転伝達部材１１とを備えているため、伸縮ロッド６ａ、６の継ぎ足しとケーシング９、１０の継ぎ足しとを縦穴３の掘削とを連動させることができ、縦穴掘削の作業性を向上させることが可能で、短時間での作業が可能となる。

【0046】

以上説明した掘削方法によれば、伸縮ロッド６ａ、６に連結したオーガスクリュー４と、オーガスクリュー４の外周に設けたケーシング９、１０とによって縦穴３を掘削するため、ケーシング９、１０が縦穴３を内側から支えた状態で掘削でき、縦穴３の崩れを防止する。このため、掘削途中で縦穴３が土砂で埋まることがなく、縦穴３内への地中熱交換管２０の挿入の作業性が向上する。このため、湧水土質、砂質土等の軟弱地盤だけなく、粘性土、礫質土等の種々の地盤に適用することができ、適用範囲を拡大させることができる。
又、縦穴３を掘削しながら伸縮ロッド６ａ、６の継ぎ足しとケーシング９、１０の継ぎ足しとを行うため、これらの継ぎ足しと縦穴３の掘削とを連動させることができ、縦穴掘削の作業性が向上し、短時間で作業することができる。

【符号の説明】

【0047】

１…穴掘建柱車、２…地盤、３…縦穴、４…オーガスクリュー、５…ユニバーサルジョイント、６、６ａ…伸縮ロッド、７、８…連結継手、９、１０…ケーシング、１１…回転伝達部材、１２…回転連結手段、２０…地中熱交換管、２２…ブーム、２４…ドリルヘッド、２９…オーガブレード、３８…アウターロッド、３９…インナーロッド、４２…凸条、４７…係合凸部、４８…係合凹部、５４…受け凹部、５５…係合溝

【要約】      （修正有）

【課題】地中熱交換管を埋設するための縦穴の掘削中における崩れを防止できる掘削装置を提供する。
【解決手段】伸縮ロッド６ａ及びケーシング９を回転により押し込みながらオーガスクリュー４及びケーシング９によって地盤に縦穴３を掘削する第１段階と、伸縮ロッド６ａを伸した状態でケーシング９に次段のケーシング１０を継ぎ足し、オーガスクリュー４及びケーシング９、１０によって掘削を継続する第２段階と、さらに次段の伸縮ロッド６ａ及びケーシング９、１０を継ぎ足して縦穴３の掘削を継続する第３段階と、第２段階及び第３段階を繰り返して目的深度まで穴掘りした後、ケーシング９、１０だけを縦穴３内に残置した状態とする第４段階と、ケーシング９、１０の内部に縦長の地中熱交換管を挿入した後、縦穴３内からケーシング９、１０を引き抜く第５段階と、を備える。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】