特開 2023-116136 拡大掘削装置

(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】P2023116136

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】拡大掘削装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/32 20060101AFI20230815BHJP

   E02D 5/44 20060101ALI20230815BHJP

【ＦＩ】

E21B10/32

E02D5/44 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022018746

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】522053964

【氏名又は名称】中尾 保正

(71)【出願人】

【識別番号】000228660

【氏名又は名称】日本コンクリート工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100197642

【弁理士】

【氏名又は名称】南瀬 透

(74)【代理人】

【識別番号】100099508

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 久

(74)【代理人】

【識別番号】100182567

【弁理士】

【氏名又は名称】遠坂 啓太

(74)【代理人】

【識別番号】100219483

【弁理士】

【氏名又は名称】宇野 智也

(72)【発明者】

【氏名】中尾 保正

【テーマコード（参考）】

2D041

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D041AA03

2D041BA11

2D041BA44

2D041CA03

2D041CB01

2D041CB04

2D041DA12

2D041EA04

2D041EB07

2D041EC01

2D041FA02

2D041FA04

2D129AB16

2D129AC09

2D129BB08

2D129EB26

2D129GA34

2D129HB14

(57)【要約】

【課題】機械的要素のみで構成された簡素な構造であり、強度が高く、従来の拡大掘削装置より拡大掘削率の高い拡大掘削装置を提供する。
【解決手段】拡大掘削装置１００は、掘削ロッドの先端に一体的に連結可能な掘削シャフト１０と、掘削シャフト１０の外周に掘削シャフト１０の軸心１０ｃと平行をなし、且つ、掘削シャフト１０の周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸１３と、各支軸１３に回動可能に取り付けられた拡大翼１１と、を備え、掘削ロッドが矢線Ｒ方向に正回転する杭穴掘削作業時は、土圧を受けた拡大翼１１が縮径状態を保持し、掘削ロッドが矢線Ｌ方向に逆回転する拡大掘削作業時は、土圧を受けた拡大翼１１が支軸１３回りに回動して拡径状態となり、その状態のままで掘削シャフト１０とともに複数の拡大翼１１が矢線Ｌ方向に回転することにより周囲の地盤を拡大削孔する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削ロッドの先端に掘削ロッドと一体に回転するように連結可能な掘削シャフトと、
前記掘削シャフトの外周に前記掘削シャフトの軸心と平行をなし、且つ、前記掘削シャフトの周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸と、
前記支軸に回動可能に取り付けられた拡大翼と、を備え、
前記掘削ロッドが正回転する杭穴掘削作業時は、土圧を受けた前記拡大翼が縮径状態を保持し、
前記掘削ロッドが逆回転する拡大掘削作業時は、土圧を受けた前記拡大翼が前記支軸回りに回動して前記拡大翼の一部が前記掘削シャフトの外周に当接するまで拡がった拡径状態を保持することを特徴とする拡大掘削装置。

【請求項2】

前記拡大翼を、前記掘削シャフトの軸心方向に沿って重なるように複数配置した請求項１記載の拡大掘削装置。

【請求項3】

前記拡大翼が前記拡径状態まで回動することによって剪断される拡径確認部材を設けた請求項１または２記載の拡大掘削装置。

【請求項4】

拡大掘削作業時における前記拡大翼の上面若しくは下面の少なくとも一方に少なくとも一つのコニカルビットを設けた請求項１～３の何れかの項に記載の拡大掘削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を形成する工事に使用する拡大掘削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を形成する拡大掘削装置については、従来、様々な構造、機能を有するものが提案されているが、本発明に関連するものとして、例えば、特許文献１に記載された「拡大掘削装置」などがある。

【0003】

特許文献１に記載された「拡大掘削装置」は、掘削ロッドの先端に掘削ロッドと一体に回転するように連結して使用するものであり、この拡大掘削装置は、掘削ロッドに連通する中空状の駆動軸と、その外周に設けられた螺旋状を呈する２枚の掘削翼と、各掘削翼の先端に取り付けられた掘削刃と、各掘削翼の螺旋に沿って設けられ、拡径状態と縮径状態に切り換え可能に構成された２枚の拡大翼とを備えている。

【0004】

２枚の拡大翼は掘削翼に連設したブラケットにピンで揺動自在に支持され、掘削ロッドを正回転させる杭孔掘削時には、土圧により、掘削翼の回転軌跡内に大部分が収容された縮径状態となり、掘削ロッドを逆回転させることにより、拡大翼が土圧を受けてピン回りに揺動し、掘削翼の回転軌跡より半径方向外方に突出した拡径状態となるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－２１４３６６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に記載された「拡大掘削装置」は、螺旋状を呈する２枚の掘削翼の螺旋に沿って設けられ、拡径状態と縮径状態に切り換え可能に構成された２枚の拡大翼で拡大掘削するのであるが、掘削翼に比べ拡大翼のサイズ（掘削ロッドの回転面の半径方向のサイズ）が小さいので、拡大掘削率が低いという問題がある。

【0007】

また、前記「拡大掘削装置」においては、拡大掘削率を高めるため、拡大翼のサイズを大きくすると、拡大掘削作業時に、土圧によりブラケット付近に加わる負荷が過大となり、損傷する可能性が高まるので、拡大翼のサイズを大きくして、拡大掘削率を高めることが困難であるのが実状である。

【0008】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、機械的要素のみで構成された簡素な構造であり、強度が高く、従来の拡大掘削装置より拡大掘削率の高い拡大掘削装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る拡大掘削装置は、
掘削ロッドの先端に掘削ロッドと一体に回転するように連結可能な掘削シャフトと、
前記掘削シャフトの外周に前記掘削シャフトの軸心と平行をなし、且つ、前記掘削シャフトの周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸と、
前記支軸に回動可能に取り付けられた拡大翼と、を備え、
前記掘削ロッドが正回転する杭穴掘削作業時は、土圧を受けた前記拡大翼が縮径状態を保持し、
前記掘削ロッドが逆回転する拡大掘削作業時は、土圧を受けた前記拡大翼が前記支軸回りに回動して前記拡大翼の一部が前記掘削シャフトの外周に当接するまで拡がった拡径状態を保持することを特徴とする。

【0010】

前記拡大掘削装置においては、前記拡大翼を、前記掘削シャフトの軸心方向に沿って重なるように複数配置することができる。

【0011】

前記拡大掘削装置においては、前記拡大翼が前記拡径状態まで回動することによって剪断される拡径確認部材を設けることができる。

【0012】

前記拡大掘削装置においては、前記拡大翼の上面若しくは下面の少なくとも一方に少なくとも一つのコニカルビットを設けることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、機械的要素のみで構成された簡素な構造であり、強度が高く、従来の拡大掘削装置より拡大掘削率の高い拡大掘削装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態である拡大掘削装置を示す一部省略正面図である。

【図2】図１中のＡ－Ａ線における一部省略水平断面図であり、拡大翼が縮径している状態を示している。

【図3】図１中のＡ－Ａ線における一部省略水平断面図であり、拡大翼が拡径している状態を示している。

【図4】図１に示す拡大掘削装置に掘削ヘッドを連結する状態を示す一部省略正面図である。

【図5】図１に示す拡大掘削装置の使用状態（拡大翼が縮径した状態）を示す一部省略垂直断面図である。

【図6】その他の実施形態である拡大掘削装置に掘削ヘッドを連結した状態を示す一部省略正面図である。

【図7】図６に示す拡大掘削装置の使用状態（拡大翼が縮径した状態）を示す一部省略垂直断面図である。

【図8】図６に示す拡大掘削装置の拡径確認部材付近を示す一部省略斜視図である。

【図9】図８中の拡径確認部材付近を示す一部省略斜視図である。

【図10】その他の実施形態である拡大掘削装置を示す一部省略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図１～図５に基づいて、本発明の実施形態である拡大掘削装置１００について説明する。図１～図３に示す拡大掘削装置１００は、図５に示すように、駆動手段（図示せず）により正逆方向に回転駆動される駆動軸２と、駆動軸２の外周に設けられた螺旋状の掘削羽根３と、を備えた掘削ロッド１の駆動軸２の先端に掘削ロッド１と一体に回転するように連結可能な掘削シャフト１０と、掘削シャフト１０の外周に掘削シャフト１０の軸心１０ｃと平行をなし、且つ、掘削シャフト１０の周方向に沿って等間隔に配置された複数の支軸１３と、各支軸１３に回動可能に取り付けられた拡大翼１１と、を備えている。

【0016】

図１に示すように、各支軸１３は軸心１０ｃと平行な方向に離れた一対のブラケット１６，１６を介して掘削シャフト１０の外周面から離れた位置に固定されている。図２，３に示すように、拡大翼１１の平面視形状は、支軸１３から離れるにつれて連続的に縮幅したテーパ形状をなし、その先端部１１ｄは鉛直方向（軸心１０ｃ方向）と平行な平面形状をなし、基端側には先端部１１ｄから離れる方向に突出した突起部１１ｂと、突起部１１ｂに隣接し、先端部１１ｄに近づく方向に凹んだ凹部１１ｃと、が設けられている。拡大翼１１は掘削シャフト１０の外周に１２０度間隔で３箇所に配置されているが、拡大翼１１の形状、個数並びに配置間隔などは図２，図３に示す形態に限定されない。

【0017】

複数のブラケット１６の外周において支軸１３より掘削シャフト１０寄りの部分には拡径確認ボルト１８が配置されている。拡径確認ボルト１８付近の構造や機能などについては、後の段落において、図８，図９に基づいて詳述する。

【0018】

図１に示すように、掘削シャフト１０の上端側には掘削ロッド１の駆動軸２の下端部分に連結するための六角柱状のコネクタ１４ａが突設され、掘削シャフト１０の下端側には、図４に示す掘削ヘッド２０の駆動軸２１の上端側に突設されたコネクタ２２が嵌入可能なコネクタ穴１４ｂが軸心１０ｃ方向に穿設されている。

【0019】

図１に示す拡大掘削装置１００を使用する場合、図４に示すように、拡大掘削装置１００の下端側に掘削ヘッド２０を連結する。掘削ヘッド２０は、円筒状の駆動軸２１と、駆動軸２１の上端側に突設された六角柱状のコネクタ２２と、駆動軸２１の外周に設けられた螺旋状の掘削羽根２３と、を備えている。拡大掘削装置１００の掘削シャフト１０の下端側のコネクタ穴１４ｂに、掘削ヘッド２０の上端側のコネクタ２２を嵌入し、所定の固定手段で固定することにより、拡大掘削装置１００と掘削ヘッド２０とが一体的に連結される。

【0020】

次に、図４に示すように、掘削ヘッド２０と一体化された拡大掘削装置１００を、掘削ロッド１の駆動軸２の先端に掘削ロッド１と一体に回転するように連結する。具体的には、駆動軸２の先端に穿設されたコネクタ穴４（図５参照）に、拡大掘削装置１００の掘削シャフト１０の上端側のコネクタ１４ａを嵌入し、所定の固定手段で固定することにより、掘削ロッド１と、拡大掘削装置１００及び掘削ヘッド２０と、が一体的に連結される。これにより、拡大掘削装置１００及び掘削ヘッド２０は、掘削ロッド１と一体的に回転するように連結される。

【0021】

ここで、図２～図５に基づいて、拡大掘削装置１００を構成する拡大翼１１の機能、作用効果などについて説明する。

【0022】

図５に示すように、杭穴掘削作業時は掘削ロッド１を矢線Ｒ方向に正回転させるが、このとき、図２に示すように、土圧を受けた拡大翼１１の先端部１１ｄが掘削シャフト１０に接近した状態を保持するので拡大翼１１は縮径状態に保たれる。従って、掘削ロッド１を矢線Ｒ方向に正回転させることにより、杭穴掘削作業を円滑に行うことができる。

【0023】

一方、拡大掘削作業時は掘削ロッド１を矢線Ｌ方向に逆回転させるが、このとき、図３に示すように、土圧を受けた複数の拡大翼１１がそれぞれ支軸１３回りに回動して拡大翼１１の突起部１１ｂが掘削シャフト１０の外周に当接するまで拡がっていき、図３に示すように、手裏剣状をなす拡径状態に保たれる。従って、掘削羽根２３（図５参照）より大きな回転半径を描いて矢線Ｌ方向に回転する複数の拡大翼１１により、図５に示す地盤中に形成された杭穴Ｈの拡大翼１１の周囲の地盤が拡大掘削され、杭穴Ｈより内径の大きな根固め球根部（図示せず）が形成される。

【0024】

前述したように、図３に示す拡大掘削装置１００の拡大翼１１は大きな回転半径を描いて矢線Ｌ方向に回転して杭穴Ｈ（図５参照）の周囲の地盤を拡大掘削するので、従来の拡大掘削装置より拡大掘削率を高めることができる。また、拡大翼１１が矢線Ｌ方向に回転して地盤を掘削するときに突起部１１ｂに生じる土圧の反力は掘削シャフト１０の外周（突起部１１ｂが当接している部分）で支えるので、損傷し難く、簡素な構造でありながら、高強度を発揮する。

【0025】

また、図３に示すように、支軸１３は掘削シャフト１０の外周から離れた位置に配置されているので、支軸１３と反力点（突起部１１ｂ）との間に溜まった土砂が、拡大翼１１が拡径するときに噛むことがなく、スムーズな拡径動作を確保することができる。

【0026】

拡大掘削作業が終了後、掘削ロッド１（図５参照）を矢線Ｒ方向に正回転させると、土圧を受けた複数の拡大翼１１はそれぞれ図１，図２に示す縮径状態に戻るので、拡大掘削装置１００及び掘削ヘッド２０は掘削ロッド１とともに容易に地上に引き上げることができる。

【0027】

拡大掘削装置１００を構成する拡大翼１１は、掘削ロッド１を介して掘削シャフト１０を逆回転させたり、正回転させたりするだけで、拡径したり、縮径したりするので、油圧系、電気系の動作システムが不要である。このため、拡大掘削装置１００は機械的要素のみで構成することができ、構造も簡素である。

【0028】

次に、図６～図９に基づいて、その他の実施形態である拡大掘削装置２００について説明する。なお、拡大掘削装置２００において、前述した拡大掘削装置１００と共通する部分については図１～図５中に示す符号と同符号を付して説明を省略する。

【0029】

図６は拡大掘削装置２００に掘削ヘッド２０を一体的に連結した状態を示している。図６に示すように、拡大掘削装置２００においては、図１に示す拡大掘削装置１００の拡大翼１１の位置に上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２を配置している。上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は掘削シャフト１０の軸心１０ｃ方向に沿って重ねて配置され、支軸１３及びブラケット１６を介して掘削シャフト１０の外周に取り付けられている。

【0030】

上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は互いに干渉することなく、支軸１３周りに回動可能である。上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２の形状、機能などは、図２，図３に示す拡大翼１１と同様であり、上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は互いに同様の構造、機能等を有している。

【0031】

拡大掘削装置２００の使い方は図５に示す拡大掘削装置１００と同様である。図７に示すように、拡大掘削装置２００は、掘削ヘッド２０とともに、掘削ロッド１の先端部分に掘削ロッド１と一体的に回転するように連結して使用される。

【0032】

拡大掘削装置２００を構成する上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は、掘削ロッド１を介して掘削シャフト１０を逆回転させたり、正回転させたりするだけで、図２，図３に示す拡大翼１１と同様に拡径したり、縮径したりするので、油圧系、電気系の動作システムが不要である。このため、拡大掘削装置２００は機械的要素のみで構成することができ、構造も簡素である。

【0033】

上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は支軸１３を共有して掘削シャフト１０の軸心１０ｃ方向に沿って重なるように配置され、上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は同様の構造、機能等を有しているので、拡大掘削作業の効率化に有効である。

【0034】

図８，図９に示すように、拡大掘削装置２００においては、ブラケット１６の外周の支軸１３より掘削シャフト１０寄りの部分にナット１７が固着されている。ナット１７は、その軸心方向が支軸１３と平行をなすように固着され、合成樹脂製の拡径確認ボルト１８がナット１７に螺着されている。

【0035】

上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２が縮径状態にあるとき、拡径確認ボルト１８の先端部１８ａは、上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２から離れた状態にあるが、拡径確認ボルト１８の先端部１８ａは上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２が拡径状態まで回動するときの動作領域内に位置している。従って、上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２が拡径状態まで回動すると拡径確認ボルト１８の先端部１８ａ側が剪断される。

【0036】

即ち、図９に示すように、上部拡大翼１１が拡径状態まで回動していく過程において、上部拡大翼１１の凹部１１ｃがナット１７の下方を通過するきに、凹部１１ｃとナット１７との間に生じる剪断作用により、拡径確認ボルト１８の先端部１８ａ側が剪断される。この剪断作用は下部拡大翼１２においても同様に生じる。

【0037】

従って、拡大掘削作業が終了し、地上に引き上げられた拡大掘削装置２００の拡径確認ボルト１８の剪断の有無を目視確認することにより、拡大掘削作業中に上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２が拡径したか否かを確認することができる。これにより、杭穴Ｈの先端部に所定の大きさの根固め球根部が形成されたか否かを確認することができる。先端部１８ａ側が剪断された拡径確認ボルト１８をナット１７から取り外し、新たな拡径確認ボルト１８をナット１７に螺着すれば、拡径確認手段としての機能が再生される。

【0038】

なお、前述した、図２，図３中に示す拡径確認ボルト１８も、図８，図９に示すナット１７並びに拡径確認ボルト１８と同様に設けられており、図８，図９中の拡径確認ボルト１８と同様の作用効果を発揮する。

【0039】

拡大掘削作業が終了した後、掘削ロッド１（図７参照）を矢線Ｒ方向に正回転させると、上部拡大翼１１並びに下部拡大翼１２は図６，図７に示す縮径状態に戻るので、拡大掘削装置２００の引き上げ作業は容易である。

【0040】

次に、図１０に基づいて、その他の実施形態である拡大掘削装置３００について説明するが、拡大掘削装置３００において前述した拡大掘削装置２００と共通する部分については図６～図９中に示す符号と同符号を付して説明を省略する。

【0041】

図１０に示すように、拡大掘削装置３００においては、上部拡大翼１１の上面１１ａ及び下部拡大翼１２の下面１２ｂにそれぞれ複数のコニカルビット１９を設けている。コニカルビット１９はそれぞれ台座１９ａを介して溶接されている。

【0042】

上部拡大翼１１の上面１１ａの複数のコニカルビット１９の尖端部１９ｂは、掘削シャフト１０が矢線Ｌ方向に逆回転するとき、矢線Ｌの上方に向かうとともに、掘削シャフト１０から離れる方向に向かうように傾斜して配置されている。

【0043】

下部拡大翼１２の下面１２ｂの複数のコニカルビット１９の尖端部１９ｂは、掘削シャフト１０が矢線Ｌ方向に逆回転するとき、矢線Ｌの下方に向かうとともに、掘削シャフト１０から離れる方向に向かうように傾斜して配置されている。

【0044】

図１０に示すように、上部拡大翼１１の上面１１ａ及び下部拡大翼１２の下面１２ｂにそれぞれ複数のコニカルビット１９を設けたことにより、上部拡大翼１１及び下部拡大翼１２の拡径動作並びに縮径動作の迅速化及び確実化を図ることができ、拡大掘削作業の効率化にも有効である。

【0045】

なお、図１～図１０に基づいて説明した拡大掘削装置１００，２００，３００は、本発明に係る拡大掘削装置を例示するものであり、本発明に係る拡大掘削装置は前述した拡大掘削装置１００，２００，３００に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明に係る拡大掘削装置は、地中に形成された杭穴先端部を拡大掘削して根固め球根部を形成する工事を施工する装置として、土木建築業などの分野において広く利用することができる。

【符号の説明】

【0047】

１ 掘削ロッド
２，２１ 駆動軸
３，２３ 掘削羽根
４，１４ｂ コネクタ穴
１０ 掘削シャフト
１０ｃ 軸心
１１ 拡大翼（上部拡大翼）
１１ａ 上面
１１ｂ 突起部
１１ｃ 凹部
１１ｄ 先端部
１２ 下部拡大翼
１２ｂ 下面
１３ 支軸
１４ａ，２２ コネクタ
１６ ブラケット
１７ ナット
１８ 拡径確認ボルト
１８ａ 先端部
１９ コニカルビット
１９ａ 台座
１９ｂ 尖端部
２０ 掘削ヘッド
１００，２００，３００ 拡大掘削装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】