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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022078772
(43)【公開日】2022-05-25
(54)【発明の名称】オールケーシング工法における地中孔掘削装置
(51)【国際特許分類】
E21B 7/20 20060101AFI20220518BHJP
E21B 4/02 20060101ALI20220518BHJP
E21B 11/00 20060101ALI20220518BHJP
【ＦＩ】
E21B7/20
E21B4/02
E21B11/00 A
【審査請求】有
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020189673
(22)【出願日】2020-11-13
(71)【出願人】
【識別番号】391000508
【氏名又は名称】大容基功工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100085648
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 幹人
(72)【発明者】
【氏名】戸田 陽三
【テーマコード（参考）】
2D129
【Ｆターム（参考）】
2D129AB16
2D129BB03
2D129DA17
2D129DA18
2D129DA24
2D129DC05
2D129DC23
2D129DC24
2D129DC33
2D129EA02
2D129EA09
2D129EB08
2D129EB17
2D129EC36
2D129HB12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】高トルクに耐えて、変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく、作業効率を向上させ、大径化に対応するオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供する。
【解決手段】ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケット１０を掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット１０内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置１であって、ケリーバ８０の外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置１とする。
【選択図】図３
【解決手段】ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケット１０を掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット１０内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置１であって、ケリーバ８０の外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置１とする。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、
掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項2】
ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、
第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、
第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、
押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、
第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、
押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項3】
第１支持体に装備した固定用油圧シリンダの伸縮動作によって、固定プレートの張出・張戻を行い、ケーシングの内壁の所定の位置に脱着自在に固定する請求項２記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項4】
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、ケリーバの変形・異常摩耗を防止する請求項１，２又は３記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項5】
回転力伝達面の駆動点が６点となる請求項１，２，３又は４記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項6】
押圧用油圧シリンダのロッドに所定数の延長ロッドを介してロッドヘッドを連結し、ロッドヘッドにベアリングを介して掘削バケットを装着したツールジョイントを接続することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、掘削バケットを伸縮動作可能とした請求項１，２，３，４又は５記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項7】
ケリーバの先端を、掘削バケットを装着したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動してケリーバを伸縮可能とした請求項６記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項8】
ケリーバの伸縮動作に伴って、中空ドライブ軸内をケリーバが摺動する請求項７記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基礎杭としての場所打ち杭を打設するために、ケーシングを地中に圧入しながら、ケーシング内を掘削して地中孔を掘削するオールケーシング工法における地中孔掘削装置に関する。
【背景技術】
【0002】
オールケーシング工法は、ケーシングドライバ装置で把持したケーシングを回転させながら地中に圧入し、ケーシング内の土砂を掘削装置で掘削して、地上に排土することによって地中孔を掘削している。そのため、杭の外周に土砂の混入が少なく、支持力の大きな場所打ち杭を施工することができ、場所打ち杭を打設する工法の中ではもっとも信頼性の高い工法といえる。
【0003】
従来、オールケーシング工法における地中孔の掘削は、クレーンに吊支したハンマーグラブをケーシング内の掘削面に自重落下させて、その衝撃によって掘削したり、クレーンに吊支した回転力伝達手段であるケリーバに装備した掘削ドリルや掘削バケットをケーシング内の掘削面に挿入し、回転駆動させて掘削することにより行っていた。しかしながら、前者の掘削手段は、自重落下による振動や騒音の問題があり、又一度につかみ取ることが可能な土砂の量が少ないという問題点がある。後者の掘削手段もケリーバの回転駆動源が地上に存在するため、騒音の問題があり、しかも地中孔が深くなればなるほど掘削ドリルと回転駆動源との距離が遠くなるため、回転駆動装置が大型化してしまい、騒音も増幅することとなる。
【0004】
そこで、本願出願人は振動や騒音の軽減を図り、装置を小型化・軽量化するために、特許文献１に示す、ケーシングの内壁に脱着自在に固定した地中孔掘削装置の掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込む地中孔掘削装置（以下、「文献１発明」という）を既に提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００２－２７６２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
文献１発明では、掘削バケットを回転駆動するケリーバの回転駆動源としての回転用油圧モータや、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを地中孔掘削装置に一体として装備してケーシング内に位置させているため、掘削時の騒音を緩和することができ、加えて掘削バケットを回転させて圧入するため、振動も少ない。
【0007】
地中孔の掘削に際しては、掘削精度を維持した上で、掘削作業におけるサイクルタイムを短縮させ、併せて掘削ピッチの改善を図ることにより単位時間内における掘削回数や掘削土量を増加させて作業効率を向上させることが求められる。作業効率の向上は地中孔の掘削径や掘削深さに関わりなく求められているものの、近時の場所打ち杭は、構築物の高層化，必要な耐震強度の増大等により、これまで主体となっていた杭径１２００ｍｍを超えて、杭径１５００ｍｍ、更にはより大径の杭径２０００ｍｍに達するような場所打ち杭の打設が求められるようになっており、より作業効率の向上が喫緊の課題となっている。
【0008】
文献１発明等のケリーバを使用する地中孔掘削装置において、作業効率、中でも掘削ピッチの改善を図る直接的な手段は、掘削バケットの回転トルクを上げて掘削能力を上げることであり、そのためには回転用油圧モータの回転数を上げるとともに適切に減速して、回転用油圧モータからケリーバに高トルクの回転力を供給することが必要となる。また、掘削作業のサイクルタイムや掘削ピッチは掘削地盤の土質によっても大きな影響を受け、硬質地盤の場合にも、同様に高トルクの回転力をケリーバに供給する必要がある。一方、ケリーバには、高トルクに耐えて、変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく掘削バケットに回転力を伝達し、産業機械として安定して使用可能な堅牢性・耐久性が求められる。
【0009】
文献１発明では、図１２に示す従動軸となる断面矩形のケリーバ３００の外周に、図１４に示す駆動軸となる断面略矩形状であって、各面に円弧状の膨らみを形成した中空ドライブ軸３１０を嵌合し、回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸３１０の回転力をケリーバ３００の外周面に伝達している。図１３の矢印Ａに示すように、中空ドライブ軸３１０から伝達される時計方向の回転力の駆動点３２０は、ケリーバ３００の角部における４点となり、ケリーバ３００の外周面と中空ドライブ軸３１０の内周面の一部から形成される回転力伝達面も４面となる。文献１発明にかかわらず、オールケーシング工法における地中孔掘削装置の回転力伝達機構として使用されているケリーバはいずれも断面矩形のものが使用されている。
【0010】
加えて、中空ドライブ軸３１０は、断面略矩形状であるものの円弧状の膨らみを有しており、一方ケリーバ３００は断面矩形であるため、図１３に示すように、両者を嵌合させた使用状態において、中空ドライブ軸３１０とケリーバ３００との間に回転力の伝達に寄与しない間隙３３０が発生することとなる。
【0011】
そのため、文献１発明等において使用しているケリーバ３００や中空ドライブ軸３１０の回転力伝達面が４面の従来技術では、駆動点３２０が４点であり、間隙３３０も存在するため、中空ドライブ軸３１０とケリーバ３００との一体感・密着性が十分とはいえなかった。従来の地中孔掘削で使用するトルクでは特に支障はなかったものの、回転力伝達の作業効率の向上や大径化に対応するために回転用油圧モータから供給する回転トルクを従来トルクより１．２倍程度以上、具体的には文献１発明で９ｔｏｎ／ｍ～１２ｔｏｎ／ｍに上げると、土質等によっては過大な負荷となったり、或いは長期使用をすると回転力伝達面にかかる繰り返しのねじり荷重等により、ケリーバの回転力伝達面が変形したり、異常摩耗等により損傷して、使用できなくなることがある。そのため、ケリーバの損傷による作業の中断を避けるため、日々の始業・終業時の点検作業を始め随時、変形や異常摩耗の有無を確認する必要があり、作業中に変形や異常摩耗が発生し、作業に異常を来した場合は、作業を中断してケリーバの交換やメンテナンスのために掘削作業の中断を生じてしまうことがあった。
【0012】
そこで、本発明は、掘削バケットの回転トルクを上げることを実現するため、回転用油圧モータからケリーバに高トルクの回転力を供給するために、高トルクに耐えて、変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく産業機械として要求される堅牢性・耐久性を発揮するケリーバを提供することにより、作業効率を向上させ、大径化に対応するオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明はその目的を達成するために、請求項１により、ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してなり、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置を基本として提供する。
【0014】
より具体的には、請求項２により、ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供する。
【0015】
そして、請求項３により、第１支持体に装備した固定用油圧シリンダの伸縮動作によって、固定プレートの張出・張戻を行い、ケーシングの内壁の所定の位置に脱着自在に固定する。更に、請求項４により、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、ケリーバの変形・異常摩耗を防止する。また、請求項５により、回転力伝達面の駆動点を６点とし、請求項６により、押圧用油圧シリンダのロッドに所定数の延長ロッドを介してロッドヘッドを連結し、ロッドヘッドにベアリングを介して掘削バケットを装着したツールジョイントを接続することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、掘削バケットを伸縮動作可能とした。
【0016】
更に、請求項７により、ケリーバの先端を、掘削バケットを装着したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動してケリーバを伸縮可能とし、請求項８により、ケリーバの伸縮動作に伴って、中空ドライブ軸内をケリーバが摺動する構成を提供する。
【発明の効果】
【0017】
以上記載した本発明によれば、回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合するとともに、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことにより、中空ドライブ軸の内周面とケリーバの外周面が同一の断面形状となり、両者の間に不要な間隙を生じることなく密着性が高まるとともに、中空ドライブ軸からケリーバに伝達される回転力の駆動点が６点となる。よって、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、中空ドライブ軸やケリーバは、掘削バケットの回転トルクを上げるための回転用油圧モータからケリーバに供給する回転力の高トルク化に耐えることができる。具体的には文献１発明に比較して１．２倍～１．６倍程度のトルクに対応することが可能となる。そのため、中空ドライブ軸やケリーバが変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく産業機械として要求される堅牢性・耐久性を発揮することができるとともに、長期使用も可能となる。
【0018】
その結果、掘削バケットの回転トルクを上げることが可能となって、掘削時間を短縮することや硬質地盤にも対応することが可能となり、オールケーシング工法における地中孔掘削の作業効率を向上させるとともに、地中孔の大径化にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】オールケーシング工法における地中孔掘削装置の全体配置図。
【図2】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）オールケーシング工法の工程模式図。
【図3】地中孔掘削装置の全体斜視図。
【図4】地中孔掘削装置の要部断面図。
【図5】支柱近傍の要部説明図。
【図6】中空ドライブ軸近傍の要部説明図。
【図7】（Ａ）ケリーバの中央横断面図，（Ｂ）ケリーバの正面図。
【図8】ケリーバの斜視図。
【図9】ケリーバと中空ドライブ軸の嵌合状態を示す要部断面図。
【図10】（Ａ）中空ドライブ軸の中央横断面図，（Ｂ）中空ドライブ軸の正面図。
【図11】中空ドライブ軸の斜視図。
【図12】（Ａ）従来のケリーバの中央横断面図，（Ｂ）従来のケリーバの正面図。
【図13】従来のケリーバと中空ドライブ軸の嵌合状態を示す要部断面図。
【図14】（Ａ）従来の中空ドライブ軸の中央縦断面図，（Ｂ）従来の中空ドライブ軸の底面図。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。図１はオールケーシング工法における地中孔掘削装置の全体配置図、図２はその工程模式図である。図１に示すように、地中孔の掘削箇所に設置したケーシングドライバ装置２００で、先端にビット５ａを装備したケーシング５を把持して回転させながら地中に圧入し、ケーシング５内の土砂を地中孔掘削装置１で掘削し、地上に排土することにより地中孔を掘削する。
【0021】
地中孔掘削装置１は、クローラクレーン等の自走可能なベースマシン２０５に起伏自在に起立させたジブ２１０の先端に配置したシーブ２１５から垂下させたワイヤロープ等の支持索２２０にスイベルを介して吊支して、図１，図２（Ａ）に示すようにケーシング５内に挿入し、図２（Ｂ）に示すように固定プレート５５を張り出して、ケーシング５の内壁に脱着自在に固定する。地中孔掘削装置１には、地上から動力源としての作動油が、油圧ホースリール２２５に所定長さ巻回した油圧ホース２３０をベースマシン２０５に装備したシーブ２３５を介してケーシング５内に繰り出して供給する。同様に、地上から動力源としての電力が、キャブタイヤケーブルリール２４０に所定長さ巻回したキャブタイヤケーブル２４５をベースマシン２０５に装備したシーブ２３５を介してケーシング５内に繰り出して供給する。図１において、２５０は地中孔掘削装置１に所定の作動油を供給するための油圧ユニットである。
【0022】
次に、図２（Ｃ）に示すように掘削バケット１０を掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット１０内に掘削した土砂を取り込む。そして、掘削バケット１０に所定量の土砂を取り込むと、図２（Ｄ）に示すように地中孔掘削装置１をケーシング５の内壁から開放して地上に取り出し、図２（Ｅ）に示すように、掘削バケット１０から掘削した土砂を排土し、以後この作業を地中孔が所定の深さとなるまで繰り返して行う。なお、図２において図示した地中孔掘削装置１は本実施形態とは異なるタイプであるが、作業工程は共通であり、又文献１発明の作業工程とも共通である。
【0023】
図３は本発明にかかる地中孔掘削装置１の全体斜視図、図４はその要部断面図である。第１支持体２０と第２支持体３０は、共に内部に必要な機材を装備するために中空の円柱体であり、両者を所定間隔離間させて、所定本数の支柱４０、本実施形態では、３本の支柱４０を円周状に同間隔で配置して連結している。第１支持体２０内には作動油や電力等を制御する所要の機器を装備している。なお、図では、構成の説明を判りやすくするために１本の支柱４０のみを図示している。図５は支柱４０近傍の要部説明図であり、支柱４０は第２支持体３０の上面に固定される支柱基板４１上に所定面積の窓部４２を有する支持枠４３を立設し、支持枠４３の上面に左右一対の棹部４４を一定間隔離間させて立設している。棹部４４の上端には第１連結孔４５を穿設形成するとともに、上端近傍に地中孔掘削装置１の中心方向に向けて膨出片４６を形成し、膨出片４６に第２連結孔４７を穿設している。
【0024】
第１支持体２０の下面には、支持ブラケット２１が垂下されている。支持ブラケット２１は、中央部の軸部２２と、軸部２２から第１支持体２０下面の縁部まで支柱４０の配置に合わせて放射状に延設された所定本数の腕部２３と、腕部２３の先端に穿設形成した支柱用連結孔２４を有している。本実施形態では３本の腕部２３を有しており、左右一対の棹部４４で腕部２３の先端を挟持し、腕部２３の支柱用連結孔２４と棹部４４の第１連結孔４５の位置を合わせて、支柱用連結ピン２５で固定することにより、第１支持体２０と支柱４０を連結している。
【0025】
そして、窓部４２に地中孔掘削装置１をケーシング５の内壁に脱着自在に固定するための固定プレート５５を水平方向に張出・張戻自在に装備している。この固定プレート５５の裏面にはリンク５６の一端を連結し、リンク５６の他端を、固定用油圧シリンダ５０のロッド（図示略）に装着した連結ロッド５１に連結するとともに、リンク５６の他端と連結ロッド５１を一体として、張出同調治具６０の外周に等間隔で配置した同調ブラケット６１に同調用連結ピン６２で固定している。そして、固定用油圧シリンダ５０のヘッドを支柱４０の棹部４４の膨出片４６に形成した第２連結孔４７に固定用連結ピン５２で固定している。よって、固定用油圧シリンダ５０のロッドを伸長させることによって、リンク５６及び張出同調治具６０が押し下げられて（図４の仮想線参照）、リンク５６に連結した固定プレート５５が支柱４０の窓部４２から水平方向に張り出して、ケーシング５の内壁に圧接することにより、地中孔掘削装置１をケーシング５の内壁に固定する。また、固定用油圧シリンダ５０のロッドを縮小させることによって、リンク５６及び張出同調治具６０が押し上げられて、リンク５６に連結した固定プレート５５を窓部４２から第２支持体３０の径内に張り戻して、地中孔掘削装置１をケーシング５の内壁から開放する。
【0026】
第１支持体２０の上面には、中央部が膨出した十字状の吊支ブラケット２６が突設されており、中央部に穿設した吊支孔２６ａに支持索２２０を連結することにより、地中孔掘削装置１をベースマシン２０５のジブ２１０からケーシング５内に巻き出し・巻き戻し自在に吊支する。
【0027】
第１支持体２０の下面中央部には、第２支持体３０を貫通して掘削バケット１０を伸縮動作させる押圧用油圧シリンダ７０を垂下している。即ち、第１支持体２０の下面に垂下させた支持ブラケット２１の中央部の軸部２２に形成した連結雌部２２ａに、押圧用油圧シリンダ７０のヘッドに形成した連結雄部７１を挿入して押圧用連結ピン７２で固定して、第１支持体２０に吊支している。そして、ケリーバ８０内に押圧用油圧シリンダ７０を挿通するとともに、押圧用油圧シリンダ７０とケリーバ８０を一体として、張出同調治具６０の中央部に形成した貫通孔６３を貫通するとともに、更に第２支持体３０を貫通している。よって、ケリーバ８０は、押圧用油圧シリンダ７０のシリンダチューブ７８の外周において軸方向に摺動可能である。
【0028】
第２支持体３０を貫通したケリーバ８０の先端に、ケリーバ８０より径大の拡径ハット部８１を連設し、該拡径ハット部８１の先端外周には水平方向に張り出したケリーバフランジ８１ａを形成している。拡径ハット部８１内には、ベアリング９２を装備したベアリングケース９０が収納されており、その下端外周には水平方向に張り出したベアリングケースフランジ９０ａを形成している。なお、９１はベアリングケース９０のシールプレートである。１５は、掘削バケット１０を連結するためのツールジョイントであり、その上端外周には水平方向に張り出したツールジョイントフランジ１５ａを形成している。これらのケリーバフランジ８１ａ，ベアリングケースフランジ９０ａ，ツールジョイントフランジ１５ａは同径であって、これらを密接させて連結ボルト９５で一体に固定する。よって、ケリーバ８０の回転に連動して、ベアリングケース９０及びツールジョイント１５が一体として回転し、その回転力をツールジョイント１５に装着した掘削バケット１０に伝達して回転駆動させる。
【0029】
ケリーバ８０内に挿通した押圧用油圧シリンダ７０のロッド７３は、ケリーバ８０内に侵入し、先端に所定長さの延長ロッド７４を所定数だけ連結して延長ロッド固定ピン７５で固着するとともに、延長ロッド７４の先端に所定長さのロッドヘッド７６を連結し、挿通孔８４からロッドヘッド固定ピン７７を挿通して固着する。ロッドヘッド７６の先端はベアリングケース９０内に侵入して、シールプレート９１で覆蓋してシールしている。ケリーバ８０とシリンダチューブ７８との間には間隙があるため、ケリーバ８０の回転に連動してシリンダチューブ７８が回転することはない。しかしながら、ロッドヘッド７６を直接ツールジョイント１５側に固定すると、ロッドヘッド７６，延長ロッド７４及びロッド７３は、ケリーバ８０と同回転することになって、ロッド７３を伸縮動作させるためのピストン部材等の損傷に繋がる怖れがある。そこで、ロッドヘッド７６とケリーバ８０の間にベアリング９２を介在させることによって、ケリーバ８０の回転時には常にベアリング９２を回転させてケリーバ８０の回転を吸収し、ケリーバ８０の回転が押圧用油圧シリンダ７０のロッド７３に伝わらないようにしている。
【0030】
掘削バケット１０は、所定容量の中空部を有するとともに、先端にビット１１ａを有して開閉軸１２を支点として開閉自在な開閉蓋１１を装備しており、ケリーバ８０からの回転力によって回転駆動し、ビット１１ａでケーシング５の底部の掘削面を掘削し、掘削した土砂を中空部に取り込むことができる。なお、この掘削バケット１０の構成は公知である。
【0031】
第２支持体３０の上面には３個の回転用油圧モータ３１が円周状に等間隔で配置されており、出力された回転力は、図４，図６に示すように、各出力軸に装着したピニオンギヤ３６から、中空ドライブ軸３５の外周面にニードルベアリング３４を軸受けとして嵌合した上部サンギヤ３７及び下部サンギヤ３８に伝達されて、適切に減速されて中空ドライブ軸３５に供給される（図４，図６参照）。
【0032】
また、中空ドライブ軸３５の中央部に付設した中空ドライブ軸フランジ３５ｂの上面には４個の遊星ギヤ３９が円周状に等間隔で配置されて、下部サンギヤ３８に噛合するとともに、第２支持体３０を構成する環状枠体３２の内周面に配置したインターナルギヤ３３に噛合している。この遊星ギヤ３９は、下部サンギヤ３８から伝達される回転力によって自転するとともに、中空ドライブ軸３５の回転に連動してインターナルギヤ３３に沿って、公転する。
【0033】
よって、中空ドライブ軸３５は第２支持体３０内において、回転用油圧モータ３１からの回転力をピニオンギヤ３６から受ける上部サンギヤ３７及び下部サンギヤ３８によって所定のトルクで回転駆動する。また、下部サンギヤ３８と環状枠体３２のインターナルギヤ３３の双方に遊星ギヤ３９が噛合しているため、中空ドライブ軸３５は、鉛直方向に支持された状態で安定して回転駆動する。なお、回転用油圧モータ３１及び遊星ギヤ３９はそれぞれ３個，４個に限ることなく、適宜の数を設置することが可能である。
【0034】
中空ドライブ軸３５は、ケリーバ８０の外周に嵌合しており、中空ドライブ軸３５が回転用油圧モータ３１で回転駆動されることによって駆動軸となり、従動軸としてのケリーバ８０を回転させる。そのため、ケリーバ８０の回転に連動して、ケリーバ８０の先端に固着したツールジョイント１５に装着した掘削バケット１０が回転駆動し、ケーシング５の底面における掘削面で土砂を掘削する。
【0035】
押圧用油圧シリンダ７０のロッドヘッド７６とケリーバ８０の間にベアリング９２を介在させているため、ケリーバ８０が回転駆動してもその回転力はベアリング９２で吸収され、ロッドヘッド７６に伝わることはない。そのため、ケリーバ８０が回転しても押圧用油圧シリンダ７０は回転することがない。
【0036】
よって、地中孔の掘削に際しては、押圧用油圧シリンダ７０のロッド７３を伸長させて、掘削バケット１０を常に掘削面に押圧しながら、回転用油圧モータ３１を駆動させて、その回転力を減速して中空ドライブ軸３５に伝達してケリーバ８０を回転させることにより掘削バケット１０を回転させて、土砂を掘削し、掘削した土砂を掘削バケット１０の内部に取り込む。
【0037】
本発明の課題は、掘削バケット１０の回転トルクを上げることを実現するために、掘削バケット１０への新規な回転力伝達機構を提供することにある。そのための特徴的構成として本発明では、中空ドライブ軸３５からケリーバ８０への回転力伝達面を断面六角形としている。この特徴的構成を図７～図１１に基づいて説明する。図７（Ａ）はケリーバ８０の中央横断面図、（Ｂ）はその正面図、図８はその斜視図である。図１０（Ａ）は中空ドライブ軸３５の中央横断面図、（Ｂ）はその正面図で、図１１はその斜視図である。
【0038】
図７，図８に示すように、ケリーバ８０は所定長さの中空筒状体であり、その内周面８２は、押圧用油圧シリンダ７０のシリンダチューブ７８の外周面に摺動可能に配置するため、シリンダチューブ７８の外周面の断面形状と同様に、断面円形としている。一方、中空ドライブ軸３５からケリーバ８０への回転力伝達面となるケリーバ８０の外周面８３及び中空ドライブ軸３５の内周面３５ａは、断面形状をともに断面六角形としている。
【0039】
図９に示すように、中空ドライブ軸３５の内周面３５ａに嵌合したケリーバ８０は、その回転力伝達面が従来の四面から六面に増加するため、回転用油圧モータ３１から中空ドライブ軸３５を介してケリーバ８０に伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することができる。即ち、図９の矢印Ａに示すように、中空ドライブ軸３５から伝達される時計方向の回転力の駆動点８５は、ケリーバ８０の角部における６点となり、ケリーバ８０の外周面８３と中空ドライブ軸３５の内周面３５ａから形成される回転力伝達面も６面となる。これにより、従来に比較して高トルクに耐えて、ケリーバ８０の変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく産業機械として要求される堅牢性・耐久性を発揮することが可能となる。そのため、図１２に示す断面矩形のケリーバ３００を使用して掘削バケット１０に回転力を伝達する従来例に比較して、掘削バケット１０の回転トルクを上げることが可能となり、単位時間内における掘削回数や掘削土量を増加させて作業効率を向上させることが可能となるとともに、近時要求されている地中孔の大径化にも対応することが可能となる。
【0040】
本発明は、ケリーバ８０の外周面８３及び中空ドライブ軸３５の内周面３５ａを断面六角形とすることによって回転力伝達面を六面としたことを特徴的構成としている。これは、作業効率の向上や大径の地中孔に対応するために、従来の地中孔掘削装置よりも高トルクでケリーバを回転させることが求められているが、文献１発明等に示す従来の四面からなる回転力伝達面では、長期間の使用や負荷が過大となった場合に、回転力伝達面の変形や異常摩耗が生じ、掘削を中断してメンテナンスを必要としたり、場合によっては地中孔掘削装置の交換をせざるを得ない場合もあって高トルク化を実現することが困難であった。そこで、ケリーバ８０に供給される回転力を受ける回転力伝達面を四面から六面に分散させて、個々の回転力伝達面が受ける回転力を軽減することによって、ケリーバ８０の変形や異常摩耗を防いで高トルク化に対応可能としたものである。具体的には、文献１発明では最大トルク１２ｔｏｎ／ｍ程度であったが、本発明を採用することによって、摩耗や損傷を生じることなく、１５．３５ｔｏｎ／ｍに増加させることができた。
【0041】
なお、回転力を分散させるのであれば、六面よりも八面，十面等と回転力伝達面を増やすことも考えられるが、八面以上に回転力伝達面を増加させることは円に近づくこととなり、トルク伝達方向と伝達面の角度が小さくなって回転ロック時のトルク伝達面の滑り力が増大し、空回りが発生することから、返って伝達する回転力を損失することとなる。そのため、試行錯誤の結果、六面に想到したものである。六面とすれば従来と同一の素材で、回転力のトルクを倍増することを実現できた。また、回転力伝達面を五面や七面の奇数とすることは、ケリーバ内部に配置する各種部材を直交させることができず、又回転力伝達の効率が悪く、変形や異常摩耗を生じるため、採用しなかった。
【産業上の利用可能性】
【0042】
以上記載した本発明によれば、回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合するとともに、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形としたことにより、中空ドライブ軸の内周面とケリーバの外周面が同一の断面形状となり、両者の間に不要な間隙を生じることなく密着性が高まるとともに、中空ドライブ軸からケリーバに伝達される回転力の駆動点が６点となる。よって、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、中空ドライブ軸やケリーバは、掘削バケットの回転トルクを上げるための回転用油圧モータからケリーバに供給する回転力の高トルク化に耐えることができる。具体的には文献１発明に比較して１．２倍～１．６倍程度のトルクに対応することが可能となる。そのため、中空ドライブ軸やケリーバが変形や異常摩耗等による損傷を受けることなく産業機械として要求される堅牢性・耐久性を発揮することができるとともに、長期使用も可能となる。
【0043】
その結果、掘削バケットの回転トルクを上げることが可能となって、掘削時間を短縮することや硬質地盤にも対応することが可能となり、オールケーシング工法における地中孔掘削の作業効率を向上させるとともに、地中孔の大径化にも対応することができる。
【符号の説明】
【0044】
１…地中孔掘削装置
５…ケーシング
５ａ…ビット
１０…掘削バケット
１１…開閉蓋
１１ａ…ビット
１２…開閉軸
１５…ツールジョイント
１５ａ…ツールジョイントフランジ
２０…第１支持体
２１…支持ブラケット
２２…軸部
２２ａ…連結雌部
２３…腕部
２４…支柱用連結孔
２５…支柱用連結ピン
２６…吊支ブラケット
２６ａ…吊支孔
３０…第２支持体
３１…回転用油圧モータ
３２…環状枠体
３３…インターナルギヤ
３４…ニードルベアリング
３５…中空ドライブ軸
３５ａ…内周面
３５ｂ…中空ドライブ軸フランジ
３６…ピニオンギヤ
３７…上部サンギヤ
３８…下部サンギヤ
３９…遊星ギヤ
４０…支柱
４１…支柱基板
４２…窓部
４３…支持枠
４４…棹部
４５…第１連結孔
４６…膨出片
４７…第２連結孔
５０…固定用油圧シリンダ
５１…連結ロッド
５２…固定用連結ピン
５５…固定プレート
５６…リンク
６０…張出同調治具
６１…同調ブラケット
６２…同調用連結ピン
６３…貫通孔
７０…押圧用油圧シリンダ
７１…連結雄部
７２…押圧用連結ピン
７３…ロッド
７４…延長ロッド
７５…延長ロッド固定ピン
７６…ロッドヘッド
７７…ロッドヘッド固定ピン
７８…シリンダチューブ
８０…ケリーバ
８１…拡径ハット部
８１ａ…ケリーバフランジ
８２…内周面
８３…外周面
８５…駆動点
９０…ベアリングケース
９０ａ…ベアリングケースフランジ
９１…シールプレート
９２…ベアリング
２００…ケーシングドライバ装置
２０５…ベースマシン
２１０…ジブ
２１５，２３５…シーブ
２２０…支持索
２２５…油圧ホースリール
２３０…油圧ホース
２４０…キャブタイヤケーブルリール
２４５…キャブタイヤケーブル
２５０…油圧ユニット
５…ケーシング
５ａ…ビット
１０…掘削バケット
１１…開閉蓋
１１ａ…ビット
１２…開閉軸
１５…ツールジョイント
１５ａ…ツールジョイントフランジ
２０…第１支持体
２１…支持ブラケット
２２…軸部
２２ａ…連結雌部
２３…腕部
２４…支柱用連結孔
２５…支柱用連結ピン
２６…吊支ブラケット
２６ａ…吊支孔
３０…第２支持体
３１…回転用油圧モータ
３２…環状枠体
３３…インターナルギヤ
３４…ニードルベアリング
３５…中空ドライブ軸
３５ａ…内周面
３５ｂ…中空ドライブ軸フランジ
３６…ピニオンギヤ
３７…上部サンギヤ
３８…下部サンギヤ
３９…遊星ギヤ
４０…支柱
４１…支柱基板
４２…窓部
４３…支持枠
４４…棹部
４５…第１連結孔
４６…膨出片
４７…第２連結孔
５０…固定用油圧シリンダ
５１…連結ロッド
５２…固定用連結ピン
５５…固定プレート
５６…リンク
６０…張出同調治具
６１…同調ブラケット
６２…同調用連結ピン
６３…貫通孔
７０…押圧用油圧シリンダ
７１…連結雄部
７２…押圧用連結ピン
７３…ロッド
７４…延長ロッド
７５…延長ロッド固定ピン
７６…ロッドヘッド
７７…ロッドヘッド固定ピン
７８…シリンダチューブ
８０…ケリーバ
８１…拡径ハット部
８１ａ…ケリーバフランジ
８２…内周面
８３…外周面
８５…駆動点
９０…ベアリングケース
９０ａ…ベアリングケースフランジ
９１…シールプレート
９２…ベアリング
２００…ケーシングドライバ装置
２０５…ベースマシン
２１０…ジブ
２１５，２３５…シーブ
２２０…支持索
２２５…油圧ホースリール
２３０…油圧ホース
２４０…キャブタイヤケーブルリール
２４５…キャブタイヤケーブル
２５０…油圧ユニット
【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】
【手続補正書】
【提出日】2022-03-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、
掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項2】
ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、
第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、
第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、
押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、
第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、
押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、
第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、
支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、
ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたことを特徴とするオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項3】
第１支持体に装備した固定用油圧シリンダの伸縮動作によって、固定プレートの張出・張戻を行い、ケーシングの内壁の所定の位置に脱着自在に固定する請求項２記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項4】
回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、ケリーバの変形・異常摩耗を防止する請求項１，２又は３記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項5】
回転力伝達面の駆動点が６点となる請求項１，２，３又は４記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項6】
押圧用油圧シリンダのロッドに所定数の延長ロッドを介してロッドヘッドを連結し、ロッドヘッドにベアリングを介して掘削バケットを装着したツールジョイントを接続することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、掘削バケットを上下動可能とした請求項１，２，３，４又は５記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項7】
ケリーバの先端を、掘削バケットを装着したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動してケリーバを上下動可能とした請求項６記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【請求項8】
ケリーバの上下動に伴って、中空ドライブ軸内をケリーバが摺動する請求項７記載のオールケーシング工法における地中孔掘削装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0013】
本発明はその目的を達成するために、請求項１により、ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置を基本として提供する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
より具体的には、請求項２により、ケーシングの内壁に脱着自在に固定し、掘削バケットを掘削面に押圧しながら回転させて掘削し、掘削バケット内に掘削した土砂を取り込むオールケーシング工法における地中孔掘削装置であって、第１支持体と第２支持体を所定間隔離間させて支柱で連結し、第１支持体の下面に、第２支持体を貫通して掘削バケットを押圧する押圧用油圧シリンダを垂下させ、押圧用油圧シリンダの外周に、掘削バケットに回転力を伝達するケリーバを摺動可能に配置し、第２支持体に配置した回転用油圧モータによって回転駆動する中空ドライブ軸をケリーバの外周に嵌合してケリーバを回転させるとともに、支柱に水平方向に張出・張戻自在な固定プレートを装備してなり、ケリーバの外周面及び中空ドライブ軸の内周面からなる回転力伝達面を断面六角形とすることにより、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに高トルクの回転力を供給可能としたオールケーシング工法における地中孔掘削装置を提供する。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0015】
そして、請求項３により、第１支持体に装備した固定用油圧シリンダの伸縮動作によって、固定プレートの張出・張戻を行い、ケーシングの内壁の所定の位置に脱着自在に固定する。更に、請求項４により、回転用油圧モータから中空ドライブ軸を介してケリーバに伝達する回転力を、回転力伝達面の六面にそれぞれ分散して伝達することにより、ケリーバの変形・異常摩耗を防止する。また、請求項５により、回転力伝達面の駆動点を６点とし、請求項６により、押圧用油圧シリンダのロッドに所定数の延長ロッドを介してロッドヘッドを連結し、ロッドヘッドにベアリングを介して掘削バケットを装着したツールジョイントを接続することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作によって、掘削バケットを上下動可能とした。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0016】
更に、請求項７により、ケリーバの先端を、掘削バケットを装着したツールジョイントに固定することによって、押圧用油圧シリンダの伸縮動作に連動してケリーバを上下動可能とし、請求項８により、ケリーバの上下動に伴って、中空ドライブ軸内をケリーバが摺動する構成を提供する。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0027】
第１支持体２０の下面中央部には、第２支持体３０を貫通して掘削バケット１０を上下動作させる押圧用油圧シリンダ７０を垂下している。即ち、第１支持体２０の下面に垂下させた支持ブラケット２１の中央部の軸部２２に形成した連結雌部２２ａに、押圧用油圧シリンダ７０のヘッドに形成した連結雄部７１を挿入して押圧用連結ピン７２で固定して、第１支持体２０に吊支している。そして、ケリーバ８０内に押圧用油圧シリンダ７０を挿通するとともに、押圧用油圧シリンダ７０とケリーバ８０を一体として、張出同調治具６０の中央部に形成した貫通孔６３を貫通するとともに、更に第２支持体３０を貫通している。よって、ケリーバ８０は、押圧用油圧シリンダ７０のシリンダチューブ７８の外周において軸方向に摺動可能であり、押圧用油圧シリンダ７０の伸縮動作に連動して上下動可能である。