特開 2024-145902 掘削装置および掘削装置の設置方法

(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】P2024145902

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】掘削装置および掘削装置の設置方法

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/20 20060101AFI20241004BHJP

   E21B 11/00 20060101ALI20241004BHJP

【ＦＩ】

E21B7/20

E21B11/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023058483

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】595067442

【氏名又は名称】システム計測株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】512064619

【氏名又は名称】株式会社オトワコーエイ

(71)【出願人】

【識別番号】512256454

【氏名又は名称】ＫＳコンサルタント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095577

【弁理士】

【氏名又は名称】小西 富雅

(74)【代理人】

【識別番号】100100424

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 知公

(74)【代理人】

【識別番号】100130096

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一総

(72)【発明者】

【氏名】久保 豊

(72)【発明者】

【氏名】小島 一彦

(72)【発明者】

【氏名】北岡 茂樹

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AB16

2D129BA03

2D129BA07

2D129DA12

2D129DC23

2D129EA11

2D129EB13

(57)【要約】

【課題】コンパクトで簡素な構造を有し、ケリーバを容易かつ確実に地面に立設された固定台に同心で配置できる掘削装置を提供する。
【解決手段】ベースフレームと、ベースフレームに軸支され、鉛直方向に垂下される軸状のケリーバと、ベースフレームに設けられた原動機と、ベースフレームに設けられ、専らケリーバに対して原動機の回転トルクを伝達するケリーバ回転駆動機構と、地面に立設された固定台の上端に、ベースフレームを着脱可能に設置する設置装置と、を備え、設置装置は、基端側がベースフレームに設けられ、ケリーバの回転中心側から半径方向に外側に向かって突出し、かつ固定台の周方向に均等割された位置に配される複数本の支持腕部と、固定台の上端に設けられ、支持腕部を周方向に均等な位置で固定する均等位置固定部とを備えた。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削位置の上方に配置されるベースフレームと、
前記ベースフレームに軸支され、鉛直方向に垂下される軸状のケリーバと、
前記ベースフレームに設けられた原動機と、
前記ベースフレームに設けられ、専ら前記ケリーバに対して前記原動機の回転トルクを伝達するケリーバ回転駆動機構と、
地面に立設された固定台の上端に、前記ベースフレームを着脱可能に設置する設置装置と、を備え、
前記設置装置は、
基端側が前記ベースフレームに設けられ、前記ケリーバの回転中心側から半径方向に外側に向かって突出し、かつ仮想水平面に含まれる前記固定台の周方向に均等割された位置に配される複数本の支持腕部と、
前記固定台の上端に設けられ、前記支持腕部を前記周方向に均等な位置で固定する均等位置固定部と、
を備えた掘削装置。

【請求項2】

前記固定台は、地面に設けられた穴に挿入され、地面から上部が突出するケーシングチューブである
請求項１に記載の掘削装置。

【請求項3】

前記設置装置の前記支持腕部は、三本である
請求項２に記載の掘削装置。

【請求項4】

各前記支持腕部は、前記ケリーバの回転中心に対してそれぞれ等距離で設けられ、前記ケーシングチューブ内へ挿入される際に前記ケリーバの回転中心を前記ケーシングチューブの中心に一致させるガイド部を
備えた請求項２または３に記載の掘削装置。

【請求項5】

各前記ガイド部は、前記ケーシングチューブに対向する側が凸となった円弧状部を含んで上下方向に延在する板状体と、
前記支持腕部の下部に組付けられて上下方向に垂下する垂下支持部と、
前記板状体と前記垂下支持部との間に設けられ、前記板状体の前記円弧状部を前記ケリーバの中心側から半径方向の外側に向かって付勢する付勢部と、を備え、
前記板状体は、下部が前記垂下支持部で支持されるととともに、上端部が自由端であり、
前記板状体における自由端となった前記上端部および前記垂下支持部で支持された前記下部が、前記円弧状部において前記ケーシングチューブの内壁に接する接触部よりも、前記半径方向の内側にある
請求項４に記載の掘削装置。

【請求項6】

請求項４に記載の掘削装置を使ってケーシングチューブに設置する掘削装置の設置方法であって、
複数本の支持腕部を、前記ケーシングチューブに円周方向に沿って均等に配置する均等配置工程と、
前記ケリーバの回転中心を前記ケーシングチューブの中心に一致させる同心位置決め工程と、
を備えた掘削装置の設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

地面に杭井を掘削する掘削装置およびその掘削装置の設置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、地面に縦穴を掘削し、その中に鉄筋篭を建て込み、コンクリートを打設することで杭を築造する様々な工法が知られている。これらの工法において、縦穴を掘るケリーバと、掘った穴の内壁を補強するケーシングチューブ（固定台）とが使われている。
特許文献１には、ケリーバとケーシングチューブとを一体に設け、ケリーバの回転と、ケーシングチューブの回転とを、一つの駆動装置によって行う掘削装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８７１３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、一般に、ケーシングチューブの回転トルクは、ケリーバの回転トルクの二～三倍以上必要であるため、ケーシングでは低回転で高トルク、ケリーバでは高回転で低トルクにさせるための複雑な機構を必要とした。
一方、ケリーバとケーシングチューブとを、別体に設けた場合、重量のあるケリーバを、地面に突設された筒状の固定台であるケーシングチューブにクレーン等で同心に配置して固定する作業は非常に繁雑であった。

【0005】

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトで簡素な構造を有し、ケリーバを、容易かつ確実に地面に立設された固定台に同心で配置して固定できる掘削装置およびその設置方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第一の態様の掘削装置によれば、掘削位置の上方に配置されるベースフレームと、前記ベースフレームに軸支され、鉛直方向に垂下される軸状のケリーバと、前記ベースフレームに設けられた原動機と、前記ベースフレームに設けられ、専ら前記ケリーバに対して前記原動機の回転トルクを伝達するケリーバ回転駆動機構と、地面に立設された固定台の上端に、前記ベースフレームを着脱可能に設置する設置装置と、を備えている。

【0007】

前記設置装置は、基端側が前記ベースフレームに設けられ、前記ケリーバの回転中心側から半径方向に外側に向かって突出し、かつ仮想水平面に含まれる前記固定台の周方向に均等割された位置に配される複数本の支持腕部と、前記固定台の上端に設けられ、前記支持腕部を前記周方向に均等な位置で固定する均等位置固定部と、を備えている。

【0008】

これによれば、地面に立設された固定台の上端において、ケリーバを容易かつ確実に偏らない均等な位置に配置することができる。

【0009】

本発明の第二の態様の掘削装置によれば、第一の態様の掘削装置において、前記固定台は、地面に設けられた穴に挿入され、地面から上部が突出するケーシングチューブである。
これによれば、地面に設けられた穴に挿入されたケーシングチューブの上端において、ケリーバを容易かつ確実に偏らない均等な位置に配置することができる。

【0010】

本発明の第三の態様の掘削装置によれば、第二の態様の掘削装置において、前記設置装置の前記支持腕部は、三本である。

【0011】

これによれば、ケーシングチューブの円周方向に均等割された位置に配された支持腕部が三本場合、一本の支持腕部がその延在する方向に沿ってずれるのを、他の二本の支持腕部が抑制するので、ケリーバの回転中心をケーシングチューブの中心に一致させた状態を容易に維持することができる。

【0012】

本発明の第四の態様の掘削装置によれば、第二または第三の態様の掘削装置において、各前記支持腕部に前記ケリーバの回転中心に対してそれぞれ等距離で設けられ、前記ケーシングチューブ内へ挿入される際に前記ケリーバの回転中心を前記ケーシングチューブの中心に一致させるガイド部を備えている。

【0013】

これによれば、ケリーバの回転中心を容易かつ確実にケーシングチューブの中心に一致させることができる。そして、ケリーバを効率的に回転可能となり、ケリーバ専用のモータに求められる出力を低減して小型化を図ることができる。

【0014】

本発明の第五の態様の掘削装置によれば、第四の態様の掘削装置において、各前記ガイド部は、前記ケーシングチューブに対向する側が凸となった円弧状部を含んで上下方向に延在する板状体と、前記支持腕部の本体に組付けられて上下方向に垂下する垂下支持部と、前記板状体と前記垂下支持部との間に設けられ、前記板状体の前記円弧状部を前記ケリーバの回転中心側から半径方向の外側に向かって付勢する付勢部と、を備えている。

【0015】

前記板状体は、下部が前記垂下支持部で支持されるととともに、上端部が自由端であり、前記板状体における自由端となった前記上端部および前記垂下支持部で支持された前記下部が、前記円弧状部において前記ケーシングチューブの内壁に接する接触部よりも、前記半径方向の内側にある。

【0016】

これによれば、ケリーバのケーシングチューブへの設置時において、垂下支持部に支持された板状体の円弧状部にガイドされて、ケリーバの回転中心と、ケーシングチューブの中心とを同心に容易に位置決めすることができる。同時に、板状体がケーシングチューブの内壁を押圧することで、位置決めされた位置の安定した状態を保持することができる。

【0017】

本発明の第六の態様の掘削装置の設置方法によれば、第四の態様の掘削装置を使ってケーシングチューブに設置する掘削装置の設置方法であって、複数本の支持腕部を、前記ケーシングチューブに円周方向に沿って均等に配置する均等配置工程と、前記ケリーバの回転中心を前記ケーシングチューブの中心に一致させる同心位置決め工程と、を備える。

【0018】

これによれば、地面の竪穴に挿入されたケーシングチューブの上端に、ケリーバを容易かつ確実にケーシングチューブと同心で設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の掘削装置の実施形態を示す側方からの概要図である。

【図2】上方から見た概要図である。

【図3】設置状態を示す図である。

【図4】ガイド部の動きを示す図である。

【図5】他の例のガイド部の動きを示す図である。

【図6】本実施形態の主な部分を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（実施形態）
本件発明にかかる掘削装置と、その掘削装置を使用した設置方法の実施形態を図１～図６に基づいて以下に説明する。
なお、構造物がある場合に、その構造物に仮想の中心線を考え、その中心線に近い側を「内側」、遠い側を「外側」というものとする。

【0021】

本実施形態における掘削装置１は、いわゆるアースドリル工法における表層上部を、径の大きなドリリングバケットＤＢで縦穴を先行掘削後の状態を示している。そして、縦穴にはケーシングチューブ６が挿入されている。

【0022】

掘削装置１は、図1および図２に示すように、ベースフレーム２と、ケリーバ３と、原動機４と、設置装置５と、を備えている。

【0023】

（ベースフレーム）
ベースフレーム２は、略短円筒状に形成されたケーシングに、後述するケリーバ３を回転可能に支承する図略の軸受け構造、油圧モータの回転トルクを変速してケリーバ３に伝達する変速機等を備えている。

【0024】

（ケリーバ）
ケリーバ３は、例えば、断面角型あるいは丸形の棒状材で形成され、下端部には、掘削するともに土を排出するドリリングバケットＤＢが設けられている。ケリーバ３には、回転中心方向に沿って延在する複数の溝が円周方向に並んで周設され、ケリーバ３の外周に嵌合する外歯車が溝によって相対回転不能に設けられている。ケリーバ３を回転させる機構は、公知技術であるため、詳細な説明を省略する。この機構を記載した例として、例えば特開２０１６－１７３０１１号公報を挙げることができる。

【0025】

（原動機）
原動機４は、例えば油圧モータを使用し、本実施形態では、二台の油圧モータがベースフレーム２の外周に沿って設けられている。
油圧モータとケリーバ３との間には、図略の変速機が設けられており、前記ケリーバ３の外周に設けられた外歯車に噛合する。ケリーバ３のみを回転させるには、比較的高速回転でかつ低トルクが出力されるように制御されている。

【0026】

なお、主に変速機が、ケリーバ回転駆動機構に相当する。
地面ＢＧの表層には先行掘削で設けられた竪穴が設けられる。縦穴には、穴の内周壁が崩れるのを防止するため、ケーシングチューブ６が挿入される。

【0027】

（設置装置）
設置装置５は、縦穴に挿入されたケーシングチューブ６の上端に、ベースフレーム２を着脱可能に設置する。
設置装置５は、支持腕部５１と、ガイド部５２とを備えている。

【0028】

（支持腕部）
支持腕部５１は、基端部がベースフレーム２の外周に設けられ、ケリーバ３の回転中心ＲＣ側から半径方向に外側に向かって突出するように設けられている。支持腕部５１は、図２に示すように、三本設けられ、ケーシングチューブ６の円周方向に１２０度づつ均等に割り振られた位置に配されている。

【0029】

支持腕部５１の長さは、フランジ部を介して連結して増設することで、ケーシングチューブ６の径に適合させることができるようになっている。

【0030】

（ガイド部）
ガイド部５２は、各支持腕部５１にケリーバ３の回転中心ＲＣに対してそれぞれ等距離で設けられている。ガイド部５２は、ケーシングチューブ６内へ挿入される際に、ケリーバ３の回転中心ＲＣをケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させる。

【0031】

ガイド部５２は、板状体５２１と、垂下支持部５２２と、付勢部５２３とを備えている。
板状体５２１は、図４に示すように、例えば、弾性力のある鉄製の板材で、ケーシングチューブ６に対向する側の上部が凸となった円弧状部５２１ｃとなっている。円弧状部５２１ｃの上端部５２１ａは、自由端となっている。板状体５２１の下部５２１ｂは、平板状に形成され、円弧状部５２１ｃに連続している。板状体５２１は、後述する垂下支持部５２２に下部５２１ｂにおいて支持され、上下方向に延在するよう設けられている。

【0032】

垂下支持部５２２は、支持腕部５１の下面に例えばボルトＢによって組付けられて上下方向に垂下する。
垂下支持部５２２は、取付フランジ部５２２ａと、垂下壁５２２ｂと、三角壁５２２ｃと、を備えている。取付フランジ部５２２ａは、矩形の板状に形成され、例えば、四つの取付穴が四角状に配されて穿設されている。取付フランジ部５２２ａには、取付フランジ部５２２ａが支持腕部本体に取り付けられたときに、外側となる端部に垂下壁５２２ｂが連続して設けられている。

【0033】

垂下壁５２２ｂは取付フランジ部５２２ａと円周方向の幅が同じにして四角形状に形成され、取付フランジ部５２２ａに対して垂直となる方向に沿って、延在している。取付フランジ部５２２ａと垂下壁５２２ｂとは、断面が逆Ｌ字状に形成されている。

【0034】

三角壁５２２ｃは、取付フランジ部５２２ａの端辺を底辺、垂下壁５２２ｂの短辺を垂線とする直角三角形状に形成され、取付フランジ部５２２ａおよび垂下壁５２２ｂのいずれとも連続して形成されている。これらの取付フランジ部５２２ａ、垂下壁５２２ｂおよび三角壁５２２ｃは、剛性の高い、例えば鉄製で一体に形成されている。

【0035】

付勢部５２３は、例えばコイルばねであり、板状体５２１の下部５２１ｂの平板状となった上端部５２１ａに、板状体５２１と垂下支持部５２２との間に設けられている。付勢部５２３は、板状体５２１の円弧状部５２１ｃをケリーバ３の回転中心ＲＣ側から半径方向の外側に向かって付勢する。

【0036】

板状体５２１における自由端となった上端部５２１ａおよび垂下支持部５２２で支持された下部５２１ｂが、円弧状部５２１ｃにおいてケーシングチューブ６の内壁に接する接触部よりも、半径方向の内側に配置されている。ケーシングチューブ６内に挿入する際のガイドとして、また、逆にケーシングチューブ６から抜き出すときに、引っ掛かりなく容易に抜き出されるようになっている。

【0037】

（ケーシングチューブ）
ケーシングチューブ６の上端部には、外周フランジ部６１と、均等位置固定部６２とを備えている。
外周フランジ部６１は、ケーシングチューブ６の上端部全周に鍔状に形成されている。

【0038】

均等位置固定部６２は、支持腕部５１に対向して三カ所に設けられ、支持腕部５１を間に挟持するように、所定間隔で対となった挟持壁６２１をそれぞれ備えている。挟持壁６２１の背面には補強板６２２が設けられている。ガイド部５２等によって、設置される位置であるケーシングチューブ６の中心ＣＬにケリーバ３の回転中心ＲＣが同心となった位置で固定される。
この均等位置固定部６２は、設置装置５に含まれる。

【0039】

（掘削装置設置方法）
上記のように構成された掘削装置１の設置方法について、図１および図３を参照して以下に説明する。
いわゆるアースドリル工法における表層上部を、径の大きなドリリングバケットＤＢで縦穴を先行掘削した後の状態を示している。そして、縦穴にはケーシングチューブ６が挿入されている。

【0040】

ケリーバ３を含むベースフレーム２は、図略のクレーンで吊り下げられて、ケーシングチューブ６に対向している。

【0041】

次に、作業者は、図３に示すように、ケリーバ３をケーシングチューブ６に挿入して、三本の支持腕部５１を、それぞれ均等位置固定部６２に対向させて接近させ、対となった挟持壁６２１の間に支持腕部５１を配置する（均等配置工程）。

【0042】

次に、作業者は、図１に示すように、ケリーバ３をさらに降下させ、支持腕部５１のガイド部５２をケーシングチューブ６の上端内壁に接触させる。ケリーバ３は、三つのガイド部５２の反力によって、回転中心ＲＣをケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させる（同心位置決め工程）。

【0043】

このようにして、地面ＢＧの竪穴に挿入されたケーシングチューブ６の上端に、ケリーバ３を容易かつ確実にケーシングチューブ６と同心で設置することができる。

【0044】

上記の記述で明らかなように、本実施形態の掘削装置１１は、掘削位置の上方に配置されるベースフレーム２と、ベースフレーム２に軸支され、鉛直方向に垂下される軸状のケリーバ３と、ベースフレーム２に設けられた原動機４と、ベースフレーム２に設けられ、専らケリーバ３に対して原動機４の回転トルクを伝達するケリーバ回転駆動機構（変速機）と、地面ＢＧの竪穴に挿入されたケーシングチューブ（固定台）６の上端に、ベースフレーム２を着脱可能に設置する設置装置５と、を備えている。

【0045】

そして、設置装置５は、基端側がベースフレーム２に設けられ、ケリーバ３の回転中心ＲＣ側から半径方向に外側に向かって突出し、かつケーシングチューブ６の円周方向（仮想水平面に含まれる周方向に相当）に均等割された位置に配される複数本の支持腕部５１と、ケーシングチューブ６の上端に設けられ、支持腕部５１を円周方向に均等な位置で固定する均等位置固定部６２と、を備えている。

【0046】

これによれば、地面ＢＧの竪穴に挿入されたケーシングチューブ６の上端において、ケリーバ３を容易かつ確実に偏らない均等な位置に配置することができる。

【0047】

また、設置装置５の支持腕部５１は、三本である。
これによれば、ケーシングチューブ６の円周方向に均等割された位置に配された支持腕部５１が三本場合、一本の支持腕部５１がその延在する方向に沿ってずれるのを、他の二本の支持腕部５１が抑制するので、ケリーバ３の回転中心ＲＣをケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させた状態を、容易に維持することができる。

【0048】

また、各支持腕部５１にケリーバ３の回転中心ＲＣに対してそれぞれ等距離で設けられ、ケーシングチューブ６内へ挿入される際にケリーバ３の回転中心ＲＣをケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させるガイド部５２を備えている。
これによれば、ケリーバ３の回転中心ＲＣを容易かつ確実にケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させることができる。そして、ケリーバ３を効率的に回転可能となり、ケリーバ３専用のモータに求められる出力を低減して小型化を図ることができる。

【0049】

また、各ガイド部５２は、ケーシングチューブ６に対向する側が凸となった円弧状部５２１ｃを含んで上下方向に延在する板状体５２１と、支持腕部５１の本体に組付けられて上下方向に垂下する垂下支持部５２２と、板状体５２１と垂下支持部５２２との間に設けられ、板状体５２１の円弧状部５２１ｃをケリーバ３の回転中心ＲＣ側から半径方向の外側に向かって付勢する付勢部５２３と、を備えている。

【0050】

そして板状体５２１は、下部５２１ｂが垂下支持部５２２で支持されるととともに、上端部５２１ａが自由端であり、板状体５２１における自由端となった上端部５２１ａおよび垂下支持部５２２で支持された下部５２１ｂが、円弧状部５２１ｃにおいてケーシングチューブ６の内壁に接する接触部よりも、半径方向の内側にある。

【0051】

これによれば、ケーシングチューブ６への設置時において、垂下支持部５２２に支持された板状体５２１の円弧状部５２１ｃにガイドされて、ケリーバ３の回転中心ＲＣと、ケーシングチューブ６の中心ＣＬとを同心に容易に位置決めすることができる。同時に、板状体５２１がケーシングチューブ６の内壁を押圧することで、位置決めされた状態の安定した状態を保持することができる。

【0052】

また、複数本の支持腕部５１を、ケーシングチューブ６に円周方向に均等に配置する均等配置工程と、ケリーバ３の回転中心ＲＣをケーシングチューブ６の中心ＣＬに一致させる同心位置決め工程と、を備える。

【0053】

これによれば、地面ＢＧの竪穴に挿入されたケーシングチューブ６の上端に、ケリーバ３を容易かつ確実にケーシングチューブ６と同心で設置することができる。

【0054】

なお、上記実施形態において、支持腕部の本数を三本としたが、これに限定されない。例えば、四本や五本であってもよい。
また、固定台をケーシングチューブ６としたが、これに限定されない。固定台はケリーバで掘削しようとする縦穴の周囲において、地面に対して不動の構造物であれ任意の構造を採用できる。例えば、矩形筒状に地面に組まれた櫓でもよい。

【0055】

また、ガイド部５２の板状体５２１の下端部の固定をボルトＢおよびナットＮによって行ったが、これに限定されない。例えば図５に示すように、巻回されたばねＣを板状体の下端部に沿って設け、垂下支持部に連結させてもよい。この場合、ばねＣによって板状体が垂下支持部に接近する方向に付勢させる。

【0056】

本発明は、上記しかつ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

【符号の説明】

【0057】

１：掘削装置、２：ベースフレーム、３：ケリーバ、４：原動機、５：設置装置、５１：支持腕部、５２：ガイド部、５２１ａ：上端部、５２１ｃ：円弧状部、５２２：垂下支持部、５２３：付勢部、６：ケーシングチューブ（固定台）、６２：均等位置固定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】