特開 2024-179680 掘削機及び掘削装置

(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】P2024179680

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】掘削機及び掘削装置

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/20 20060101AFI20241219BHJP

   E21B 19/00 20060101ALI20241219BHJP

   E21B 6/00 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

E21B7/20

E21B19/00

E21B6/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023098708

(22)【出願日】2023-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】522345087

【氏名又は名称】株式会社エステック

(74)【代理人】

【識別番号】100128277

【弁理士】

【氏名又は名称】專徳院 博

(72)【発明者】

【氏名】鈴江 秀吉

(72)【発明者】

【氏名】鈴江 寿礼

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129BA03

2D129DA21

2D129EA09

2D129EA12

2D129EA21

2D129EB29

2D129EC11

2D129EC38

2D129GA31

(57)【要約】

【課題】地盤を効率的に掘削し、掘削した孔内にパイプ又はパイプ状部材を残したまま掘削機を簡単に回収することができる掘削機及び掘削装置を提供する。
【解決手段】先端に取付けられる、拡縮ビット２３１を備えるカッターヘッド２００を回転かつ進退させ掘削する掘削機１であって、パイプ状のケーシング１５０と、前記ケーシング１５０に搭載され前記カッターヘッド２００を駆動する、前記カッターヘッドの取付座２４を備える掘削機本体１０と、前記掘削機本体１０と前記ケーシング１５０とを着脱自在に連結するクランプ装置３００と、を備え、前記クランプ装置３００のクランプを解除することで、前記ケーシング１５０から前記カッターヘッド２００、前記掘削機本体１０及び前記クランプ装置３００を一体的に引き抜き可能に構成されてなる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端に取付けられる、拡縮ビットを備えるカッターヘッドを回転かつ進退させ掘削する掘削機であって、
パイプ状のケーシングと、
前記ケーシングに搭載され前記カッターヘッドを駆動する、前記カッターヘッドの取付座を備える掘削機本体と、
前記掘削機本体と前記ケーシングとを着脱自在に連結するクランプ装置と、
を備え、
前記クランプ装置のクランプを解除することで、前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜き可能に構成されてなることを特徴とする掘削機。

【請求項2】

回転方向に応じて出没する、地盤を掘削する拡縮ビットを備えるカッターヘッドを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の掘削機。

【請求項3】

前記掘削機本体は、
前記カッターヘッドに打撃力を付与する起振機構と、
前記カッターヘッドを回転させる回転機構と、
モーターと、前記モーターの出力軸に接続され互いに異なる回転数で回転する複数の出力軸を備える減速機とを含んでなる、前記起振機構及び前記回転機構を駆動する駆動装置と、
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削機。

【請求項4】

前記ケーシングがパイプ又は鋼管矢板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削機。

【請求項5】

前記掘削機を先導体とし、前記掘削機の後端に掘削深度に応じ順次、延長用のケーシング、配管を集合させたジョイント管が連結されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削機。

【請求項6】

前記掘削機本体は、後端に前記ジョイント管を接続するための配管室を備え、
前記クランプ装置は、前記配管室の外周面と前記ケーシングの内周面との間に配置されてなることを特徴とする請求項５に記載の掘削機。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の掘削機と、
前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜く引抜き装置と、
を備えることを特徴とする掘削装置。

【請求項8】

請求項５に記載の掘削機と、
前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜く引抜き装置と、
を備え、
前記引抜き装置は、
前記ジョイント管に着脱自在に連結する下クランプ手段及び上クランプ手段と、
前記下クランプ手段と前記上クランプ手段とに連結し、前記下クランプ手段と前記上クランプ手段との間隔を伸縮させる連結シリンダと、
を備え、
前記下クランプ手段は、前記延長用のケーシングの上端部に係止する係止手段を備えることを特徴とする掘削装置。

【請求項9】

前記クランプ装置のクランプ及びクランプ解除、前記下クランプ手段のクランプ及びクランプ解除、前記上クランプ手段のクランプ及びクランプ解除、前記連結シリンダの伸縮動作を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の掘削装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤を掘削しつつパイプ又はパイプ状部材を掘削孔内に埋設することが可能な掘削機及び掘削装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より地盤を掘削しつつパイプ又はパイプ状部材を掘削孔内に埋設可能な掘削機が知られている。例えば、拡縮ビットを備え、掘削時にはビット部を拡径してケーシングパイプより一段大径の掘削孔を穿設し、ケーシングパイプを立て込み、その後、拡縮ビットを縮径させケーシングパイプ内を挿通させ回収することができる掘削機がある（例えば特許文献１参照）。

【0003】

またアウタビットを備えるアウターチューブと、アウターチューブ内に収容される、先端部にインナービットが装着されたダウンザホールを備えるインナビットアッセンブリとを備え、インナビットアッセンブリとアウターチューブとがクランプ装置で係合離脱自在に連結された掘削装置がある（例えば特許文献２参照）。この掘削装置は、掘削後にインナビットアッセンブリをアウターチューブと切り離し回収することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２８３５１６号公報

【特許文献2】特開２００２－１０６２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のとおり地盤を掘削しつつパイプ又はパイプ状部材を掘削孔内に埋設することが可能な掘削機は、これまでにも開発されているが、硬い地盤を効率的に掘削し、パイプ又はパイプ状部材を掘削孔内に残し掘削機を簡単に回収する方法などについてはまだまだ改善の余地がある。

【0006】

本発明の目的は、地盤を効率的に掘削し、掘削した孔内にパイプ又はパイプ状部材を残したまま掘削機を簡単に回収することができる掘削機及び掘削装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、先端に取付けられる、拡縮ビットを備えるカッターヘッドを回転かつ進退させ掘削する掘削機であって、パイプ状のケーシングと、前記ケーシングに搭載され前記カッターヘッドを駆動する、前記カッターヘッドの取付座を備える掘削機本体と、前記掘削機本体と前記ケーシングとを着脱自在に連結するクランプ装置と、を備え、前記クランプ装置のクランプを解除することで、前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜き可能に構成されてなることを特徴とする掘削機である。

【0008】

本発明に係る掘削機は、回転方向に応じて出没する、地盤を掘削する拡縮ビットを備えるカッターヘッドを含んでなることを特徴とする。

【0009】

本発明に係る掘削機において、前記掘削機本体は、前記カッターヘッドに打撃力を付与する起振機構と、前記カッターヘッドを回転させる回転機構と、モーターと、前記モーターの出力軸に接続され互いに異なる回転数で回転する複数の出力軸を備える減速機とを含んでなる、前記起振機構及び前記回転機構を駆動する駆動装置と、を備えることを特徴とする。

【0010】

本発明に係る掘削機において、前記ケーシングがパイプ又は鋼管矢板であることを特徴とする。

【0011】

本発明に係る掘削機は、前記掘削機を先導体とし、前記掘削機の後端に掘削深度に応じ順次、延長用のケーシング、配管を集合させたジョイント管が連結されてなることを特徴とする。

【0012】

本発明に係る掘削機において、前記掘削機本体は、後端に前記ジョイント管を接続するための配管室を備え、前記クランプ装置は、前記配管室の外周面と前記ケーシングの内周面との間に配置されてなることを特徴とする。

【0013】

本発明は、前記掘削機と、前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜く引抜き装置と、を備えることを特徴とする掘削装置である。

【0014】

本発明は、前記掘削機と、前記ケーシングから前記カッターヘッド、前記掘削機本体及び前記クランプ装置を一体的に引き抜く引抜き装置と、を備え、前記引抜き装置は、前記ジョイント管に着脱自在に連結する下クランプ手段及び上クランプ手段と、前記下クランプ手段と前記上クランプ手段とに連結し、前記下クランプ手段と前記上クランプ手段との間隔を伸縮させる連結シリンダと、を備え、前記下クランプ手段は、前記延長用のケーシングの上端部に係止する係止手段を備えることを特徴とする掘削装置である。

【0015】

本発明に係る掘削装置は、前記クランプ装置のクランプ及びクランプ解除、前記下クランプ手段のクランプ及びクランプ解除、前記上クランプ手段のクランプ及びクランプ解除、前記連結シリンダの伸縮動作を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、地盤を効率的に掘削し、掘削した孔内にパイプ又はパイプ状部材を残したまま掘削機を簡単に回収することができる掘削機及び掘削装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第１実施形態の掘削機１の縦断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態の掘削機１の縦断面図及びカッターヘッド２００の拡径状態の正面図である。

【図3】図１において切断線Ａ－Ａ，切断線Ｂ－Ｂで切断した掘削機１の断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態の掘削機１の回転振り子３０の動きを説明するための図である。

【図5】本発明の第１実施形態の掘削機１の緩衝手段４０の構成を説明するための図である。

【図6】本発明の第１実施形態の掘削機１の減速機７０の構造図である。

【図7】本発明の第１実施形態の掘削機１の減速機７０の断面図である。

【図8】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の斜視図である。

【図9】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の固定ビット部２１０の分解構成図である。

【図10】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の固定ビット２２０の変形例である。

【図11】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の拡径状態を示す図である。

【図12】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の拡径状態の断面図である。

【図13】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の縮径状態を示す図である。

【図14】本発明の第１実施形態の掘削機１のカッターヘッド２００の縮径状態の断面図である。

【図15】本発明の第１実施形態の掘削機１のクランプ装置の３００の構成を説明するための図である。

【図16】図２の切断線Ｃ－Ｃ，切断線Ｄ－Ｄ，切断線Ｅ－Ｅで切断した掘削機１のクランプ装置３００の断面図である。

【図17】本発明の第１実施形態の掘削機１の使用例を示す図である。

【図18】本発明の第１実施形態の掘削機１の使用例を示す図である。

【図19】本発明の第２実施形態の掘削装置２の引抜き装置４００の構成を説明するための図である。

【図20】本発明の第２実施形態の掘削装置２の引抜き装置４００の断面図である。

【図21】本発明の第２実施形態の掘削装置２の引抜き装置４００の使用方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の第１実施形態の掘削機１の縦断面図、図２（Ａ）は、図１の縦断面図と直交する方向の縦断面図、（Ｂ）は、カッターヘッド２００の拡径時の正面図である。図３（Ａ），（Ｂ）は、図１において切断線Ａ－Ａ，切断線Ｂ－Ｂで切断した掘削機１の断面図である。図４、図５は、それぞれ掘削機１の回転振り子３０の動きを説明するための図、緩衝手段４０の構成を説明するための図である。図６、図７は、掘削機１の減速機７０の構造図、減速機７０の断面図である。

【0019】

以下の説明において掘削機１の下方は、カッターヘッド２００側であり、図１では左側である。また掘削機１の下方は、掘削機１の前側、先端側でもある。掘削機１の軸方向，軸心方向は、中心軸線Ｍに平行な方向であり上下方向である。半径方向，径方向は、中心軸線Ｍに直交する方向、周方向は中心軸線Ｍを中心に円弧に沿う方向、内側は中心軸線側をいう。

【0020】

本発明の第１実施形態の掘削機１は、地盤を掘削するカッターヘッド２００と、パイプ状のケーシング１５０と、ケーシング１５０に搭載されカッターヘッド２００を駆動する掘削機本体１０と、掘削機本体１０とケーシング１５０とを着脱自在に連結するクランプ装置３００とを備える。

【0021】

第１実施形態の掘削機１において、カッターヘッドは、拡縮ビットを備えるカッターヘッドを使用する。カッターヘッドは、基本的に拡縮ビットを備え、拡縮ビットを拡径させケーシング１５０の外径よりも大きな掘削孔を掘削可能であり、拡縮ビットを縮径させることでケーシング１５０を挿通可能なカッターヘッドであればよい。第１実施形態の掘削機１において好適なカッターヘッド２００については後述する。

【0022】

掘削機本体１０は、カッターヘッド２００に打撃力を付与する起振機構２０と、カッターヘッド２００を回転させる回転機構５５と、起振機構２０及び回転機構５５を駆動する、モーター６７及び減速機７０を備える駆動装置６５とを主に構成される。

【0023】

起振機構２０は、カッターヘッド２００に付与する打撃力を発生させる起振手段２１と、起振手段２１に連結し衝撃を吸収する緩衝手段４０と、回転機構５５に係合する係合手段５０とを備える。

【0024】

起振手段２１は、打撃力の源泉となる遠心力を発生させる回転振り子３０（３０ａ、３０ｂ）と、回転振り子３０を支持する支持台であるホイールケース２２と、回転振り子３０を回転させる駆動軸３５とを含み、カッターヘッド２００に地盤を掘削するための打撃力を付与する。

【0025】

ホイールケース２２は、前部にカッターヘッド取付部２４、中央から後部に回転振り子取付部２５を有する本体２３と、回転振り子取付部２５を覆うように本体２３に取付けられた円筒状のケース２９とを備える。カッターヘッド取付部２４は、前部がケーシング１５０の先端部１５１から突出するように設けられている。本実施形態ではケース２９が本体２３にボルト止めされているが、ケース２９を本体２３と一体的に設けてもよい。

【0026】

回転振り子取付部２５には、中心軸線Ｍに直交する支軸２７が取付けられ、支軸２７に回転振り子３０が回転自在に取付けられている。また回転振り子取付部２５には、駆動軸３５が挿通する挿通孔２６が上下方向に設けられている。挿通孔２６の上端には駆動軸３５を回転自在に支持する軸受２８が取り付けられている。

【0027】

ホイールケース２２は、ケーシング１５０内に配置され、連結するカッターヘッド２００及び支持する回転振り子３０と一体的に回転しつつ上下動する。これについての詳細は後述する。

【0028】

回転振り子３０は、一対の回転振り子３０ａ、３０ｂからなる。回転振り子３０ａと回転振り子３０ｂとは同一形状、同一構造からなる。以下、回転振り子３０ａを用いて形状、構造を説明する。

【0029】

回転振り子３０ａは、肉厚板状の部材であり扇形状を有する（図４参照）。回転振り子３０ａは、扇の中心点から離れるに従って体積が大きくなり、中心点から離れた扇部分がウエイトとして機能し、回転することで大きな遠心力を生み出す。このような回転振り子３０は、偏心ロータ、偏心重錘、フライホイールと言い換えることができる。

【0030】

回転振り子３０ａは、扇の中心点近傍に支軸２７に挿通する挿通孔を備え、挿通孔にボールベアリング３３ａが装着され、回転振り子３０ａは、ボールベアリング３３ａを介し支軸２７に回転自在に取り付けられている。また回転振り子３０ａには、支軸２７に挿通可能な傘歯車３２ａが取り付けられている。この傘歯車３２ａは、駆動軸３５の先端に取り付けられた傘歯車３６と噛み合う。

【0031】

一対の回転振り子３０ａ、３０ｂの回転方向、位相は、以下のとおりである。一対の回転振り子３０ａ、３０ｂは、中心軸線Ｍを挟み相反する位置に配置され、駆動軸３５の回転に伴い支軸２７を中心に中心軸線Ｍに平行に回転する。一対の回転振り子３０ａ、３０ｂは、１つの傘歯車３６と噛み合うため回転方向は逆向きとなる。また一対の回転振り子３０ａ、３０ｂは、同位相で回転するように支軸２７に取り付けられている。このため一対の回転振り子３０ａ、３０ｂは、下死点及び上死点が一致する（図４（Ａ），（Ｃ）参照）。

【0032】

このように構成される一対の回転振り子３０ａ、３０ｂが回転することで上下方向に大きな遠心力が発生し、これがカッターヘッド２００の打撃力の源泉となる。回転振り子３０ａ、３０ｂの回転により生じる水平方向の荷重は、回転振り子３０ａ、３０ｂの回転が逆向きゆえ相殺される。

【0033】

回転振り子３０は、カッターヘッド２００に付与する打撃力の源泉となる遠心力を生み出すことができればよく、形態は本実施形態に限定されるものではない。例えばアームの先端に重りを取り付けた回転振り子、円板の周縁部近傍に重りを取り付け支軸２７への挿通孔３１を中心点から偏心させた偏心ロータなどであってもよい。

【0034】

駆動軸３５は、減速機７０の第１出力軸７１の回転を回転振り子３０に伝達する部材であり、前端に傘歯車３６を備え、後端に軸継手３７が設けられ、第１出力軸７１と連結する。駆動軸３５は、中間部が軸受２８で回転自在に支持され、傘歯車３６が回転振り子３０の傘歯車３２（３２ａ、３２ｂ）と噛み合う。軸継手３７は、第１出力軸７１に対して駆動軸３５を軸方向に移動自在に接続する継手であり、本実施形態ではボールスプライン継手である。軸継手３７は、第１出力軸７１の回転を確実に駆動軸３５に伝達可能で、かつ第１出力軸７１に対して駆動軸３５を軸方向に移動自在に接続できれば他の形態、構造であってもよい。

【0035】

緩衝手段４０は、起振手段２１及び回転機構５５に連結するスプリングホルダー４１と、スプリングホルダー４１に装着される圧縮ばね４７とを含み、起振手段２１が移動規制手段に衝突する際の衝撃を吸収する。緩衝手段４０は、回転機構５５に対し、係合手段５０を介して連結する。

【0036】

スプリングホルダー４１は、円筒状の本体の前部にフランジ部４２、中央から後部にかけて圧縮ばね４７を収容するばね収容部４３を有する。スプリングホルダー４１は、フランジ部４２がホイールケース２２の後端にボルト止めされ、ホイールケース２２と連結する。駆動軸３５は、スプリングホルダー４１の本体内に位置する。

【0037】

ばね収容部４３は、本体の外側に位置し、ここに圧縮ばね４７を収容する収容孔４４が設けられている。収容孔４４は、ばね収容部４３を軸方向に貫通する孔であり、下端に内側に突出する段部を備える。収容孔４４は、ばね収容部４３の周方向に等間隔で複数個設けられている。本実施形態において、収容孔４４の数は８であるが、個数はこれに限定されるものではない。

【0038】

圧縮ばね４７は、両端に段部を有する円柱状のガイドシャフト４８に挿通された状態で収容孔４４に装着されている。ガイドシャフト４８に挿通された圧縮ばね４７は、ガイドシャフト４８の両端の段部の間に位置する。圧縮ばね４７の外径は、ガイドシャフト４８の段部の外径よりも大きく、収容孔４４の内径よりも小さく設定されている。

【0039】

ガイドシャフト４８の長さは、収容孔４４よりも長く、収容孔４４に装着されたガイドシャフト４８の両端部は、収容孔４４から突出している。一方、圧縮ばね４７の長さは、収容孔４４の長さよりも短く、収容孔４４に装着された圧縮ばね４７は、収容孔４４内に位置する。

【0040】

ガイドシャフト４８に挿通された圧縮ばね４７が装着された各収容孔４４の上端には、ストッパーフランジ４９が取付けられる。ストッパーフランジ４９の外径は、収容孔４４の内径よりも大きく、ストッパーフランジ４９の内径は、ガイドシャフト４８の段部の外径よりも僅かに大きい。このためガイドシャフト４８は、ストッパーフランジ４９を挿通可能である。

【0041】

ばね収容部４３には、係合手段５０を構成する伝達シャフト５１を取付けるための取付座４６が設けられている。取付座４６は、ばね収容部４３の半径方向に設けられた凹溝であり、ばね収容部４３の周方向に等間隔で複数個、ばね収容部４３の横断面において隣り合う収容孔４４の間に設けられている。

【0042】

係合手段５０は、回転機構５５と起振機構２０とに係合し、回転機構５５の回転を起振機構２０に伝達する。また係合手段５０は、起振機構２０の軸方向の移動をサポートする手段としても機能する。係合手段５０は、円柱状の伝達シャフト５１と、伝達シャフト５１の上部に取り付けられる軸受５２と、カラー５３とを備える。

【0043】

伝達シャフト５１は、ばね収容部４３の取付座４６に下半分が嵌め込まれ、上半分は、ばね収容部４３から突出するように取り付けられている。ばね収容部４３から突出する伝達シャフト５１には、軸受５２を介してカラー５３が回転自在に取付けられている。伝達シャフト５１を含む軸受５２及びカラー５３は、ローラーガイド５６のガイド溝６０に嵌り込む。

【0044】

回転機構５５は、駆動装置６５を構成する減速機７０の第２出力軸７２に固定されたローラーガイド５６を備え、ローラーガイド５６と係合手段５０とを係合させ、起振機構２０及びカッターヘッド２００を回転させる。また回転機構５５は、ローラーガイド５６の下端に取付けられたばね受けフランジ６２を備える。ばね受けフランジ６２は、ローラーガイド５６のフランジ部５８とで起振機構２０の軸方向の移動距離を規制する移動規制手段を構成する。

【0045】

ローラーガイド５６は、円筒状の本体５７の後端にフランジ部５８を有し、本体５７の中央から前端にかけて本体５７の外側に設けられたガイド部５９を有する。ローラーガイド５６は、フランジ部５８が減速機７０の第２出力軸７２にボルト止めされ、本体５７がスプリングホルダー４１のばね収容部４３を覆うように配置されている。

【0046】

ガイド部５９は、本体５７の外側に位置し、ここにカラー５３が取付けられた伝達シャフト５１が摺動自在に嵌り込むガイド溝６０が設けられている。ガイド溝６０は、ガイド部５９の内周面に臨む軸方向（上下方向）に伸びる凹溝である。ガイド溝６０は、ガイド部５９の周方向に各伝達シャフト５１がそれぞれ嵌り込むように複数個、本実施形態では８個設けられている。

【0047】

駆動装置６５は、起振機構２０及び回転機構５５を駆動する装置であり、モーター６７及び減速機７０を主に構成され、モーター６７と減速機７０とが連結された状態でハウジング６６内に収容されている。ハウジング６６の外径は、ケーシング１５０の内径よりも小さく、ケーシング１５０を挿通可能である。

【0048】

モーター６７は、特に限定されるものではなく、公知のモーターを使用することができる。モーター６７及び減速機７０は、ハウジング６６内に設けられた冷却装置（図示省略）で冷却される。冷却装置には、モーター６７及び減速機７０の外周面を覆うように配置されたコイル状の冷却管、又はジャケットに冷却水を流通させ冷却する間接式の冷却装置を使用することができる。

【0049】

減速機７０は、モーター６７の出力軸に直結しモーター６７の出力軸６８と同じ回転数で回転する第１出力軸７１と、第１出力軸７１に比較して低速で回転する第２出力軸７２とを備える。第１出力軸７１の回転数をＮ_１、第２出力軸７２の回転数をＮ_２とすると、Ｎ_１＞Ｎ_２である。第１出力軸７１は、モーター６７の出力軸６８と直結するため高速で回転する。第１出力軸７１の先端部には駆動軸３５の軸継手３７に係合する軸継手７３が設けられている。

【0050】

減速機７０は、第１出力軸７１と、第１出力軸７１と比較して減速された第２出力軸７２とを備えれば特に限定されるものではないが、減速機７０は、ハウジング６６内に格納されるためコンパクトであり、さらにカッターヘッド２００を回転駆動するものであるから高トルクのものが好ましい。好適な減速機７０を図６及び図７に示す。図７は、図６のＦ－Ｆ断面図である。

【0051】

図６に示す減速機７０は、偏心揺動型の減速機であり、入力回転体７５と、入力回転体７５の外周面に固定された偏心カム７６と、複数の外歯歯車７７と、複数の伝達棒７８と、複数の出力フランジ７９と、複数のキャリアピン８０と、内歯歯車８１と、出力回転体７２と、ケーシング８２とを主に構成される。

【0052】

入力回転体７５は、軸受を介してケーシング８２の中心に回転自在に取り付けられている。入力回転体７５は、モーター６７の出力軸６８と連結し、入力回転数Ｎ_１で回転する。本実施形態では、入力回転体７５の一部をケーシング８２から突出させ、これを第１出力軸７１としている。第１出力軸７１は、入力回転体７５と別体であってもよく、軸部材を入力回転体７５と連結させこれを第１出力軸７１としてもよい。

【0053】

偏心カム７６は、入力回転体７５の回転軸から偏心した回転軸を有し、入力回転体７５と一体的に回転し、伝達棒７８を介して外歯歯車７７を揺動回転させる。外歯歯車７７は、円環状の部材であり、軸受及び伝達棒７８を介して偏心カム７６と回転自在に連結する。外歯歯車７７は、内周面が円形であり、外周面に外歯が設けられている。外歯歯車７７の歯数は、Ｍ_Ｏである。

【0054】

伝達棒７８は、偏心カム７６の動きを外歯歯車７７に伝達するための部材であり、一端が偏心カム７６に取付けられた軸受の外周面に、他端が外歯歯車７７の内周面に接するように、放射状に配置される。出力フランジ７９は、隣り合う外歯歯車７７の間に配置され、キャリアピン８０と連結する。出力フランジ７９は、円環状の部材であり、スプライン継手を介して出力回転体７２に連結し、キャリアピン８０を介して伝達される動力を出力回転体７２に伝達する。

【0055】

内歯歯車８１は、円筒状のケーシング本体８２の内周面に設けられている。内歯歯車８１の歯数は、Ｍ_Ｉである。

【0056】

出力回転体７２は、円筒状の本体を有し、入力回転体７５を覆うように配置され、軸受を介してケーシング８２に回転自在に取り付けられている。出力回転体７２には、伝達棒７８を挿通する挿通孔が設けられ、外周面には、スプライン継手のキーが設けられている。本実施形態では、出力回転体７２が第２出力軸７２であり、第２出力軸７２と第１出力軸７１の回転軸は一致する。

【0057】

入力回転体７５が回転すると、外歯歯車７７は、内歯歯車８１に噛み合いながら揺動回転する。内歯歯車８１の歯数Ｍ_Ｉが外歯歯車７７の歯数Ｍ_Ｏよりも多いため、外歯歯車７７は、入力回転体７５の回転数Ｎ_１に対して入力回転体７５の回転方向とは逆方向に（Ｍ_Ｉ－Ｍ_Ｏ）／Ｍ_Ｏの割合で回転する。つまり減速機７０の減速比はＭ_Ｏ／（Ｍ_Ｉ－Ｍ_Ｏ）となる。外歯歯車７７の回転は、当該動力がキャリアピン８０に伝達され、出力フランジ７９を介して出力回転体７２に伝達される。この結果、第２出力軸７２の回転数Ｎ_２は、第１出力軸７１の回転数Ｎ_１に（Ｍ_Ｉ－Ｍ_Ｏ）／Ｍ_Ｏを乗じた値となる。図６に示す減速機７０の詳細構造は、特許第７１９１３５３号公報参照のこと。

【0058】

以上からなる駆動装置６５は、第１出力軸７１が軸継手７３を介して駆動軸３５と連結し、駆動軸３５を回転数Ｎ_１で回転させる。また駆動装置６５は、減速機７０の第２出力軸７２がローラーガイド５６と連結し、回転機構５５さらには起振機構２０及びカッターヘッド２００を回転数Ｎ_２で回転させる。

【0059】

掘削機１は、さらにカッターヘッド２００が掘削した掘削土を搬送するスクリューケーシング８６を備える。スクリューケーシング８６は、掘削土の搬送手段であり、掘削土をスクリューケーシング８６の上部まで持ち上げる。スクリューケーシング８６は、円筒状の本体８７を備え、本体８７の下端部には内側に突出するフランジ部８８を有する。また本体８７の外壁面には、掘削土を搬送するスクリュー８９が設けられている。

【0060】

スクリューケーシング８６は、本体８７の上端部がリングキー９０を介してローラーガイド５６と連結する。これによりスクリューケーシング８６は、ローラーガイド５６と一体的に回転数Ｎ_２で回転する。

【0061】

本体８７の内径は、ホイールケース２２のケース２９の外径よりも僅かに大きく、ホイールケース２２は、本体８７の内側に位置する。また本体８７の内径は、ローラーガイド５６のガイド部５９の外径よりも大きく、ローラーガイド５６は、本体８７の内側に位置する。

【0062】

スクリュー８９の外径は、ケーシング１５０の内径と略同一であり、スクリュー８９の外周面がケーシング１５０の内面に摺動自在に接する。スクリュー８９の外径をケーシング１５０の内径よりも僅かに小さく設定し、スクリュー８９の外周面をケーシング１５０の内面に接触させることなく近接した状態としてもよい。これらによりケーシング１５０の内周面と本体８７の外周面との間に掘削土の搬送路が形成され、スクリューケーシング８６を回転させることで掘削土を減速機７０側に搬送することができる。

【0063】

スクリューケーシング８６は、ローラーガイド５６に連結した状態でフランジ部８８の先端面がケーシング１５０の先端部１５１と同じ高さにある。フランジ部８８は、中央部にホイールケース２２のカッターヘッド取付部２４が挿通する円孔が設けられ、円孔の内周面にはブッシュ９１が嵌め込まれている。ブッシュ９１は、カッターヘッド取付部２４の外周面に摺動自在に接し、ホイールケース２２の回転及び上下動をガイドする。

【0064】

本実施形態の掘削機１は、掘削深度に応じて継ぎ足し使用する延長用のケーシング１６０及び各種配管を集合させたジョイント管１６５を接続可能に構成されている。掘削機１は、掘削機１に配置された送気管などの各種配管と新たに接続されるジョイント管１６５とを接続するための配管室１０５を備える。

【0065】

配管室１０５は、ケーシング１５０の内径より小さい円筒状の本体１０７を有し、本体１０７の下端には連結用フランジ１０９が、本体１０７の上端にはジョイント管１６５を連結するための連結部１１１が設けられている。この連結部１１１によりジョイント管１６５を容易に連結し、また取外すことができる。

【0066】

配管室１０５は、駆動装置６５の上方に位置し、駆動装置６５のハウジング６６に連結用フランジ１０９が固定されている。以上のように本実施形態において配管室１０５は、掘削機本体１０に含まれる。

【0067】

ケーシング１５０は、円筒パイプ状の部材であり、配管室１０５を含む掘削機本体１０を収容可能な内径及び長さを有する。本実施形態の掘削機１において、ケーシング１５０は、配管室１０５を含む掘削機本体１０を収容するケーシングとして機能する他、埋設管として機能する。埋設管としての機能については、後述する。

【0068】

次に本実施形態の掘削機１に好適なカッターヘッド２００について説明する。図８は、カッターヘッド２００の斜視図、図９は、カッターヘッド２００の固定ビット部２１０の分解構成図である。図１０は、カッターヘッド２００の固定ビット２２０の変形例である。図１１（Ａ），（Ｂ）は、カッターヘッド２００の拡径状態を示す正面図、拡径状態における拡縮ビット部２３０の横断面図である。図１２（Ａ）は、カッターヘッド２００の拡径状態における縦断面図、（Ｂ）は、（Ａ）とは異なる位置の縦断面図である。図１３（Ａ），（Ｂ）は、カッターヘッド２００の縮径状態を示す正面図、縮径状態における拡縮ビット部２３０の横断面図である。図１４（Ａ）は、カッターヘッド２００の縮径状態における縦断面図、（Ｂ）は、（Ａ）とは異なる位置の縦断面図である。

【0069】

カッターヘッド２００は、固定ビット部２１０と、拡縮ビット部２３０と、掘削機本体１０と連結する連結部２５０とを備え、下から上に向かって固定ビット部２１０、拡縮ビット部２３０、連結部２５０の順に配され、これらが連結されてなる。カッターヘッド２００は、連結部２５０が掘削機本体１０のカッターヘッド取付部２４に取付けられ、掘削機本体１０を介して回転及び上下動し、地盤を掘削する。

【0070】

固定ビット部２１０は、肉厚の有底円筒状のケーシング２１１を有し、ここに地盤を掘削する固定ビット２２０が固定されてなる。ケーシング２１１は、有底円筒状の底に該当する部分が前面２１２となるように配される。

【0071】

ケーシング２１１は、前面２１２が平面であり、前面２１２と側面２１３との境界は傾斜面２１４となっている。前面２１２、側面２１３及び傾斜面２１４にはそれぞれ固定ビット２２０を取付けるため取付座２１５が設けられている。

【0072】

取付座２１５は、固定ビット２２０の台座２２２が嵌り込む凹部２１６と、固定ビット２２０の取付ボルト２２５が挿通する挿通孔２１７とを備える。凹部２１６は、台座２２２の下部がほぼ隙間なく嵌り込む大きさを有する。挿通孔２１７は、凹部２１６に連通し、ケーシンング２１１に直交するように穿設されている。これにより固定ビット２２０をケーシング２１１にしっかりと固定することができる。

【0073】

固定ビット２２０は、超硬チップ２２１と、超硬チップ２２１が固定される台座２２２と、台座２２２に直交するように台座２２２の底面に取付けられた取付ボルト２２５とで構成される。固定ビット２２０は、ケーシング２１１に設けられた挿通孔２１７に取付ボルト２２５が挿通され、凹部２１６に台座２２２が嵌り込み、振動等で緩まないようにケーシンング２１１に堅固にボルト止めされる。

【0074】

台座２２２は、細長い略長方体形状を有し、上面２２３に長手方向に平行な凹溝２２４が設けられている。超硬チップ２２１は、凹溝２２４と略同一の大きさを有する基部の上に先端が細い山型部が配された形状を有し、山型部が台座２２２の上面２２３から突出するように凹溝２２４にろう付けし固定されている。本実施形態では、台座２２２が細長い略長方体形状を有し、超硬チップ２２１が上部に山型部を有するが、台座２２２及び超硬チップ２２１の形状は特に限定されるものではない。

【0075】

図１０に固定ビット２２０の変形例を示す。図１０（Ａ）の固定ビット２２０ａは、球形の超硬チップ２２１ａが台座２２２の凹溝２２４に４個ジグザグに取付けられている。図１０（Ｂ）の固定ビット２２０ｂは、球形の超硬チップ２２１ａが台座２２２の凹溝２２４に３個間隔を開けて一直線上に取付けられている。

【0076】

図１０（Ｃ）の固定ビット２２０ｃは、台座２２２に長手方向に交差するように３個の凹溝２２４ｃが設けられ、それぞれ凹溝２２４ｃに上部が山型の超硬チップ２２１が取付けられている。図１０（Ｄ）の固定ビット２２０ｄは、台座２２２に長手方向に直交するように３個の凹溝２２４ｄが設けられ、それぞれ凹溝２２４ｄに上部が山型の超硬チップ２２１が取付けられている。

【0077】

本実施形態の固定ビット部２１０は、前面２１２に１０個、側面２１３及び傾斜面２１４にそれぞれ６個の固定ビット２２０が放射状に取付けられている。固定ビット部２１０における固定ビット２２０の個数、配置は特に限定されるものではないが、本実施形態のように多数の固定ビット２２０をケーシング２１１全体に配置するのがよい。本実施形態のように多数の固定ビット２２０をケーシング２１１全体に配置すれば各固定ビット２２０にかかる負荷が低減される。

【0078】

従来のダウンザホールハンマーのハンマービットが、ハンマー本体の前面にのみ掘削ビットを配置しているのに対して、本実施形態の固定ビット部２１０は、ケーシング２１１の前面２１２のみならず側面２１３及び傾斜面２１４にも固定ビット２２０を配置しているので、拡縮ビット部２３０の負担が軽減される。

【0079】

固定ビット部２１０で使用する固定ビット２２０の形態は、全て同じでなくてもよい。例えば前面２１２に配置する固定ビット２２０と、側面２１３又は傾斜面２１４に配置する固定ビット２２０とが異なっていてもよい。一方、固定ビット部２１０で使用する固定ビット２２０の形態を統一すれば、作製が容易で低コストで作製できる利点がある。

【0080】

拡縮ビット部２３０は、地盤を掘削する拡縮ビット２３１と、拡縮ビット２３１を出没可能に収容するベースフランジ２３８と、ベースフランジ２３８に連結する固定側フランジ２４５とを主に構成される。

【0081】

拡縮ビット２３１は、細長い略長方体形状の本体２３２を有し、本体２３２の先端面２３３に超硬チップ２３６が取付けられている。本体２３２の反先端部は、上下方向に傾斜した傾斜面２３５となっている。本実施形態においては、拡縮ビット部２３０に同一形状・構造の拡縮ビット２３１が６個配置されている。

【0082】

本体２３２の先端面２３３には、軸線方向に平行な３つの凹溝２３４が設けられている。超硬チップ２３６は、凹溝２３４と略同一の大きさを有する基部の上に先端が細い山型部が設けられた形状を有し、山型部が先端面２３３から突出するように各凹溝２３４にろう付けし固定されている。本体２３２の先端面２３３及び凹溝２３４、さらには超硬チップ２３６の形状は特に限定されるものではない。

【0083】

ベースフランジ２３８は、肉厚の円筒部２３９と円筒部２３９につながるフランジ部２４３を有する。円筒部２３９の外径は、ケーシング２１１の外径と略同一である。円筒部２３９の内径は、外径と内径との差の半分の長さが拡縮ビット２３１の本体２３２の長さよりも大きく設定されている。円筒部２３９には本体２３２を収容する６個の凹部２４１が６０°ピッチで放射状に設けられている。円筒部２３９の上面２４０は、固定側フランジ２４５と連結する面となっている。

【0084】

凹部２４１は、円筒部２３９の外周面２４２、内周面及び上面２４０につながるように形成されている。凹部２４１の形状及び大きさは、拡縮ビット２３１の本体２３２の形状及び大きさと略同一であり、拡縮ビット２３１は、凹部２４１にほぼ隙間なく摺動自在に嵌り込むことができる。

【0085】

フランジ部２４３は、円筒部２３９の下方に設けられている。フランジ部２４３の外径は、円筒部２３９の内径よりも大きく、またフランジ部２４３の内径は円筒部２３９の内径よりも小さく設定されている。

【0086】

固定側フランジ２４５は、肉厚のフランジ部２４６とフランジ部２４６につながる円筒部２４８を有する。フランジ部２４６の外径は、ベースフランジ２３８の円筒部２３９の外径よりも僅かに大きく設定されている。フランジ部２４６の内径は、ベースフランジ２３８の円筒部２３９の外径と内径との略中間の大きさである。フランジ部２４６の下面２４７は、ベースフランジ２３８と連結するフランジ面となっている。

【0087】

円筒部２４８は、フランジ部２４６の上方に軸線が中心軸線Ｍと平行になるように設けられている。円筒部２４８の外径及び内径は、フランジ部２４６の外径と内径との中間の大きさであり、円筒部２４８は、フランジ部２４６の上面から上方に突出している。

【0088】

以上からなる拡縮ビット部２３０は、ベースフランジ２３８の凹部２４１に拡縮ビット２３１が嵌め込まれ、ベースフランジ２３８の上面２４０に固定側フランジ２４５のフランジ部２４６の下面２４７が接するように配され、これらが締結ボルト２６２を介してケーシング２１１の上端に連結される。固定ビット部２１０と拡縮ビット部２３０とは、連結された状態で互いの軸線は一致する。

【0089】

連結部２５０は、カッターヘッド取付部２４に連結する回転側フランジ２５１と、固定側フランジ２４５を回転自在に支持する軸受フランジ２５６とを有する。

【0090】

回転側フランジ２５１は、肉厚のリング形状を有し、外径はケーシング２１１の外径と略同一である。回転側フランジ２５１の内径は、ベースフランジ２３８のフランジ部２４３の内径と略同一である。回転側フランジ２５１の上面２５２には、カッターヘッド取付部２４に連結するためのねじ孔２５３が設けられ、下面側には固定側フランジ２４５の円筒部２４８が嵌り込む凹部２５５が設けられている。

【0091】

軸受フランジ２５６は、肉厚のリング形状を有し、外径は固定側フランジ２４５のフランジ部２４６の内径と略同一である。軸受フランジ２５６の内径は、ベースフランジ２３８のフランジ部２４３の外径と内径との中間の大きさである。軸受フランジ２５６は、軸受２６０が嵌まり込む凹部２５７を有し、回転側フランジ２５１と締結ボルト２５９を介して連結される。

【0092】

以上からなる連結部２５０は、回転側フランジ２５１の凹部２５５に固定側フランジ２４５の円筒部２４８が嵌り込むように、さらに軸受フランジ２５６の凹部２５７と固定側フランジ２４５の円筒部２４８の内周面２４９とが対向するように配置され、軸受フランジ２５６の凹部２５７と固定側フランジ２４５の円筒部２４８との間に軸受２６０が装着され、軸受２６０を介して拡縮ビット部２３０と連結部２５０とが互いに回転自在に連結される。

【0093】

さらにカッターヘッド２００は、拡縮ビット２３１をベースフランジ２３８の外周面２４２から径方向に突出させ、又は突出した拡縮ビット２３１を引っ込め元の位置に戻す拡縮手段２７０を有する。

【0094】

拡縮手段２７０は、軸方向にスライドし、係合する拡縮ビット２３１を出没させるスライド部材２７１と、スライド部材２７１を軸方向にスライドさせるねじ部材２８０とを備える。

【0095】

スライド部材２７１は、肉厚のリング部２７２の外周面に６０°ピッチで径方向に放射状に突出した突出部２７３が一体的に設けられている。リング部２７２の内径は、ベースフランジ２３８のフランジ部２４３の内径よりも大きく設定され、リング部２７２の外径は、ベースフランジ２３８の円筒部２３９の内径よりも小さく、突出部２７３は、中央から先端部がベースフランジ３２８の円筒部２３９の凹部２４１に嵌り込む大きさを有する。リング部２７２の内周面には、ねじ部材２８０のねじ部２８２に螺合するねじ部２７６が設けられている。

【0096】

突出部２７３の個数及びピッチは、ベースフランジ２３８の円筒部２３９の凹部２４１の個数及びピッチに対応するように設けられている。突出部２７３の先端面は、上下方向に傾斜する傾斜面２７４となっており、この傾斜面２７４は、拡縮ビット２３１の傾斜面２３５と平行である。

【0097】

ねじ部材２８０は、円筒部２８１と円筒部２８１の上端に設けられたフランジ部２８５とを有し、上下方向の長さは、拡縮ビット部２３０の長さと略同一である。円筒部２８１の外径は、スライド部材２７１のリング部２７２の内径と略同一であり、円筒部２８１の外周面にはスライド部材２７１のねじ部２７６に螺合するねじ部２８２が設けられている。ねじ部２８２の長さは、拡縮ビット２３１を拡径位置及び縮径位置にすべく設定されている。円筒部２８１の先端には、ベースフランジ２３８のフランジ部２４３の内周面２４４が摺動自在に嵌り込む切欠き部２８３が設けられている。

【0098】

フランジ部２８５の外径は、円筒部２８１の外径よりも大きく設定されており、フランジ部２８５には、ねじ部材２８０を連結部２５０に連結するためのボルト挿通孔が穿設されている。

【0099】

拡縮手段２７０は、以下の要領でカッターヘッド２００に組み込まれる。ねじ部材２８０のねじ部２８２とリング部材２７１のねじ部２７６とを螺合させ、ねじ部材２８０の切欠き部２８３にベースフランジ２３８のフランジ部２４３の内周面２４４が接した状態で、フランジ部２８５が、連結部２５０の軸受フランジ２５６と回転側フランジ２５１とに挟み込まれ、これらが締結ボルト２５９で連結される。この状態で拡縮ビット２３１の傾斜面２３５とスライド部材２７１の傾斜面２７４とが摺動自在に接する。

【0100】

上記構成からなるカッターヘッド２００は、外観が略円柱形状を有し、ケーシング２１１の前面２１２が先端面を形成し、ケーシング２１１、ベースフランジ２３８、固定側フランジ２４５及び回転側フランジ２５１の外周面がカッターヘッド２００の側面を形成する。またカッターヘッド２００は、固定ビット部２１０と拡縮ビット部２３０が一体的に連結され、これらが連結部２５０に対して自転可能に連結される。カッターヘッド２００の内部の一部、特に中心軸線Ｍ廻りは、空洞となっている。

【0101】

カッターヘッド２００の拡縮ビット２３１の拡径、縮径要領は以下のとおりである。固定ビット部２１０及び拡縮ビット部２３０は、連結部２５０に対して自転可能に連結されているため、固定ビット部２１０及び拡縮ビット部２３０に掘削抵抗が加わると、固定ビット部２１０及び拡縮ビット部２３０が連結部２５０に対して相対的に回転する。これにより連結部２５０に連結するねじ部材２８０も固定ビット部２１０及び拡縮ビット部２３０に対して相対的に回転する。

【0102】

カッターヘッド２００が掘削方向に回転するとスライド部材２７１がねじ部材２８０に沿って上方に移動する。これに伴い拡縮ビット２３１は、摺動自在に接するスライド部材２７１の突出部２７３により径方向外側に押し出され漸次拡径する。拡縮ビット２３１の拡径は、スライド部材２７１がねじ部材２８０のねじ部２８２の上端まで移動した時点で終了する。拡縮ビット２３１の拡径が終了しても、カッターヘッド２００の回転に起因しスライド部材２７１には上方へ移動する力が作用するので拡縮ビット２３１の拡径状態は維持される。

【0103】

拡縮ビット２３１が拡径した状態でカッターヘッド２００に対して逆方向の回転を加えると、スライド部材２７１は、ねじ部材２８０に沿って下方に移動する。スライド部材２７１の下方への移動に伴い拡縮ビット２３１は、摺動自在に接するスライド部材２７１の突出部２７３の傾斜面２７４の位置との関係で漸次縮径する。スライド部材２７１の縮径は、スライド部材２７１がねじ部材２８０のねじ部２８２の下端まで移動した時点で終了する。

【0104】

拡縮ビット２３１は、拡径時、ケーシング１５０の外径よりも大きく掘削可能に突出する。一方、縮径時、拡縮ビット２３１は、超硬チップ２３８の最先端の位置がベースフランジ２３８の外周面２４２と同一、又はベースフランジ２３８の外周面２４２よりも内側（中心軸線側）に入り込む。

【0105】

次にクランプ装置３００の構造を説明する。図１５（Ａ）は、クランプ装置３００のクランプが解除された状態の断面図、図１５（Ｂ）は、クランプ装置３００がクランプした状態の断面図である。図１６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、それぞれ図２の切断線Ｃ－Ｃ，切断線Ｄ－Ｄ，切断線Ｅ－Ｅで切断した断面図である。

【0106】

クランプ装置３００は、掘削機本体１０とケーシング１５０とを着脱自在に連結する装置であり、テーパーフランジ３１０と、テーパーフランジ３１０に摺動自在に接する複数のクサビ部材３２０と、複数のクサビ部材３２０を連結する連結フランジ３３０と、クサビ部材３２０を上下動させるクランプ用シリンダ３４０とを含み、配管室本体１０７の外周面とケーシング１５０の内周面１５２との間に設けられている。

【0107】

テーパーフランジ３１０は、外周面が円錐状の傾斜面３１１、内周面が円筒形状のテーパー部３１２と、テーパー部３１２の上端に設けられたフランジ部３１４とを備える。テーパー部３１２の内径は、配管室本体１０７の外径と略同一である。テーパー部３１２の外径は、上部に向かうに従って大きくなっている。

【0108】

フランジ部３１４は、中央に開口部を有するフランジであり、開口部の径は、テーパー部３１２の内径よりも小さく、フランジ部３１４の内周面は、テーパー部３１２よりも径方向内側に位置する。フランジ部３１４の外径は、テーパー部３１２の上端の外径よりも大きく、フランジ部３１４の外周面は、テーパー部３１２よりも径方向外側に位置する。

【0109】

以上からなるテーパーフランジ３１０は、配管室１０５に対して上方から被せるように挿通され、フランジ部３１４が配管室本体１０７の上面１０８にボルト止めされている。

【0110】

クサビ部材３２０は、内周面に円錐状の傾斜面３２１を有し外周面が円筒状の部材を４分割した部材であり、テーパーフランジ３１０の傾斜面３１１に摺動自在に接する。クサビ部材３２０の傾斜面３２１は、テーパーフランジ３１０の傾斜面３１１と平行であり、クサビ部材３２０の内周面の径は、上部に向かうに従って大きくなっている。

【0111】

４つのクサビ部材３２０は、同一形状・同一寸法であり、４つのクサビ部材３２０を周方向に隙間なく並べた状態で形成されるクサビ部材３２０の外径は、ケーシング１５０の内径よりも小さく設定されている。本実施形態では、４つの円弧状のクサビ部材からなるが、クサビ部材の個数は２個、３個又は５個以上であってもよい。

【0112】

連結フランジ３３０は、円環状のフランジであり、複数のクサビ部材３２０とクランプ用シリンダ３４０とを連結する。連結フランジ３３０の内径は、配管室本体１０７の外径よりも僅かに大きく、連結フランジ３３０の外径は、ケーシング１５０の内径よりも僅かに小さい。クサビ部材３２０は、基端部３２３が連結フランジ３３０の上面３３２に径方向にスライド可能に取付けられている。

【0113】

クランプ用シリンダ３４０は、４個のシリンダで構成され、各シリンダ本体３４１の基端部３４２が配管室１０５の連結用フランジ１０９の上面に周方向に９０°ピッチで固定されている。またクランプ用シリンダ３４０のロッド３４４の先端が連結フランジ３３０に連結している。

【0114】

ロッド３４４を突き出すようにクランプ用シリンダ３４０を動作させると、連結フランジ３３０を介してクサビ部材３２０が上方に押し出される。押し出されたクサビ部材３２０は、傾斜面３２１をテーパーフランジ３１０の傾斜面３１１に摺動させながら上昇するとともに径方向外側に押し出される。これによりクサビ部材３２０の外周面３２５が、ケーシング１５０の内周面１５２に圧接し、クランプ装置３００とケーシング１５０とが連結する。この状態がクランプ状態である。

【0115】

クランプ装置３００は、配管室本体１０７の外周面とケーシング１５０の内周面１５２との間に配置され、配管室１０５に固定されているので、クランプ装置３００をクランプ状態にすると、掘削機本体１０及びカッターヘッド２００もクランプ装置３００を介してケーシング１５０と連結する。一方、ロッド３４４をシリンダ本体３４１側に後退するようにクランプ用シリンダ３４０を動作させ、クサビ部材３２０がケーシング１５０の内周面１５２から離れる。この状態がクランプ解除の状態である。クランプ解除の状態では、掘削機本体１０、カッターヘッド２００及びクランプ装置３００は、ケーシング１５０と縁が切れている。

【0116】

掘削機１の使用方法を説明する。図１７は、掘削機１を用いた乾式真空工法である。乾式真空工法は、カッターヘッド２００に泥水を供給することなく掘削する工法であり、地盤が盛土など比較的柔らかい土壌の掘削に適している。

【0117】

掘削機１は、先端にカッターヘッド２００が取付けられ、掘削機本体１０がクランプ装置３００を介してケーシング１５０に固定されている。このような掘削機１は、カッターヘッド２００を下方にして鉛直方向に立てた状態においては、カッターヘッド２００を含む掘削機本体１０が、クランプ装置３００を介してケーシング１５０に吊り下げられた状態にある。また必要に応じて延長用のケーシング１６０及びジョイント管１６５が接続されてなる。

【0118】

延長用のケーシング１６０は、ケーシング１５０と同じく円筒パイプ状の部材であり、内径、外径ともケーシング１５０と同じである。このためカッターヘッド２００及び掘削機本体１０は、延長用のケーシング１６０内を挿通可能である。

【0119】

掘削機１は、ケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０が地上６００に設置された反力装置５００に把持される。反力装置５００は、操作盤５０２及び油圧ユニット５０４と接続し、ケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０を回転不能にかつ上下方向に移動可能に支持する。

【0120】

掘削機１には連結されたジョイント管１６５に送気管５０８が接続され、地上６００に設置されたコンプレッサ５０６からシール用の空気が供給される。このシール用空気は、ケーシング１５０内に供給され、起振機構２０及び回転機構５５に掘削土が入り込まないようにケーシング１５０内をシールし、カッターヘッド取付部２４の先端に取付けられた逆止弁１４からカッターヘッド２００側に出る。

【0121】

また掘削機１には連結されたジョイント管１６５に吸引パイプ５１４が接続される。吸引パイプ５１４は、地上６００に設置された真空タンク５１２及び真空排土装置５１０と接続し、スクリューケーシング８６が搬送する掘削土を吸引する。

【0122】

掘削機１は、適宜延長用のケーシング１６０及びジョイント管１６５が接続され、掘削機１を先導体とし、先端に位置するカッターヘッド２００が低速（回転数Ｎ_２）で回転しつつ上下動し地盤を掘削する。具体的な動作は次のとおりである。

【0123】

モーター６７を稼動させると、第１出力軸７１に連結する駆動軸３５が高速（回転数Ｎ_１）で回転し、一対の回転振り子３０ａ、３０ｂを回転させる。回転振り子３０ａ、３０ｂの回転に伴い、回転振り子３０ａ、３０ｂを支持するホイールケース２２が上下動する。このときホイールケース２２と連結するスプリングホルダー４１に装着された伝達シャフト５１が、ローラーガイド５６のガイド溝６０に嵌り込み、起振機構２０は、ガイド溝６０に案内され上下動する。

【0124】

ホイールケース２２が上下動すると、ホイールケース２２と連結するスプリングホルダー４１に装着されたガイドシャフト４８の下端がばね受けフランジ６２に衝突し、またガイドシャフト４８の上端がローラーガイド５６のフランジ部５８に衝突し、装着された圧縮ばね４７が衝撃を吸収する。圧縮ばね４７は、圧縮状態から伸長することで起振機構２０の上下動を付勢する。

【0125】

上記の動作により起振機構２０は、連結されたカッターヘッド２００と一体的に上下動しカッターヘッド２００に打撃力を付与する。

【0126】

またモーター６７を稼動させると、第１出力軸７１と一緒に第２出力軸７２も回転数Ｎ_２で回転する。第２出力軸７２が回転することで第２出力軸７２に連結されたローラーガイド５６も一体的に回転数Ｎ_２で回転する。ローラーガイド５６と起振機構２０とは直接的には連結されていないが、スプリングホルダー４１に取付けられた伝達シャフト５１がローラーガイド５６のガイド溝６０に嵌り込んでいるため、ローラーガイド５６の回転が伝達シャフト５１を介して起振機構２０に伝達される。

【0127】

これにより回転機構５５が回転数Ｎ_２で回転すると、起振機構２０及びそれに連結されたカッターヘッド２００も一体的に回転数Ｎ_２で回転する。回転機構５５は、ローラーガイド５６が減速機７０の第２出力軸７２に連結され、伝達シャフト５１がガイド溝６０に上下動可能に係合するため起振機構２０が上下動しても上下動しない。

【0128】

以上により起振機構２０及びカッターヘッド２００が一体的に回転数Ｎ_２で回転しつつ上下動する。これにより固定ビット２２０が地盤を掘削する。さらに固定ビット部２１０が回転しつつ地盤を掘削することで固定ビット部２１０に掘削抵抗が加わる。これにより固定ビット部２１０及び拡縮ビット部２３０が連結部２５０に対して相対的に回転し、スライド部材２７１がねじ部材２８０に沿って上方に移動する。これに伴い拡縮ビット２３１は、スライド部材２７１の突出部２７３により径方向外側に押し出され拡径し、地盤を掘削する。

【0129】

カッターヘッド２００が掘削する掘削土は、以下の要領で地上に排出される。スクリューケーシング８６は、リングキー９０を介してローラーガイト５６と連結する。このためモーター６７を稼動させると、スクリューケーシング８６は回転数Ｎ_２で回転し、掘削土を減速機７０側に搬送する。この掘削土は、さらに吸引パイプ５１４に吸引され地上６００に運ばれる。

【0130】

掘削深度に応じて延長用のケーシング１６０及びジョイント管１６５を順次継ぎ足し、掘削する。掘削が完了するとカッターヘッド２００を逆転回転させる。これにより拡縮ビット２３１が縮径する。

【0131】

掘削機１の回収は、拡縮ビット２３１を縮径させ、クランプ装置３００を掘削時と同様にクランプさせた状態で、反力装置５００を介して延長用ケーシング１６０及びジョイント管１６５と一体的に地上に引き上げる。

【0132】

本掘削機１は、クランプ装置３００のクランプを解除状態とすれば、ケーシング１５０と掘削機本体１０の縁が切れるので掘削した場所にケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０を残し、掘削機本体１０及びカッターヘッド２００を回収することができる。

【0133】

拡縮ビット２３１を縮径させた状態でジョイント管１６５の上端に引き上げ用のワイヤー（図示省略）を取付け、クランプ装置３００をクランプ解除状態にする。ワイヤーをクレーン（図示省略）で吊り上げると、ケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０をその場所にそのままの状態で残し、カッターヘッド２００、掘削機本体１０、クランプ装置３００及びジョイント管１６５を一体的に引き上げることができる。

【0134】

掘削機１の他の使用方法を説明する。図１８は、掘削機１を用いた泥水還流工法である。泥水還流工法は、カッターヘッド２００に泥水を供給しつつ、泥水を掘削土と共に回収し、掘削土と分離した泥水を循環使用し掘削する工法であり、岩盤など硬質の地盤の掘削に適している。図１７の掘削機１を用いた乾式真空工法と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0135】

泥水還流工法では、地上６００に泥水循環装置５２０が設置される。泥水循環装置５２０は、泥水送水ポンプ５２２を備え、送泥管５２４がジョイント管１６５に接続され、カッターヘッド２００に泥水が送られる。カッターヘッド２００には先端面に泥水を送るノズル２１８が設けられ、ここから泥水が排出する。また泥水循環装置５２０は、サンドポンプ５３０から送られる掘削土を含む泥水から掘削土を分離する分離機５２６を備え、ここで掘削土が分離され、泥水は循環使用される。

【0136】

泥水還流工法では、地上６００に設置したサンドポンプ５３０を介して掘削土を含む泥水を回収する。

【0137】

泥水還流工法における掘削機１の起振機構２０、カッターヘッド２００などの動きは、図１７に示す乾式真空工法と基本同じであるが、泥水を供給しつつ掘削し、掘削した掘削土及び泥水をケーシング１５０、延長用のケーシング１６０の外側から回収する点で乾式真空工法と異なる。泥水還流工法で使用する掘削機１の場合には、スクリューケーシング８６、又はスクリュー８９を省略してもよい。

【0138】

泥水還流工法における掘削機１の回収要領、掘削した場所にそのままケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０を残し、掘削機本体１０及びカッターヘッド２００を回収する要領は、乾式真空工法における掘削機１と同じである。

【0139】

図１９は、本発明の第２実施形態の掘削装置２の引抜き装置４００の構成を説明するための図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は上クランプ手段４３１の平面図である。図２０は、図１９に示す引抜き装置４００の断面図であり、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれ図１９の切断線Ｇ－Ｇ，切断線Ｈ－Ｈ，切断線Ｉ－Ｉ，切断線Ｊ－Ｊで切断した断面図である。図２１は、本発明の第２実施形態の掘削装置２の引抜き装置４００の使用方法を説明するための図である。図１９（Ａ）及び図２１は、左側が下方である。

【0140】

第２実施形態の掘削装置２は、第１実施形態の掘削機１と、掘削機本体１０を引き抜くための引抜き装置４００と、及び掘削機１のクランプ装置３００及び引抜き装置４００の動作を制御する制御装置４８０とを含み構成されている。

【0141】

引抜き装置４００は、下クランプ手段４０１、上クランプ手段４３１、下クランプ手段４０１と上クランプ手段４３１とに連結し、これらの間隔を伸縮させる連結シリンダ４６１とを含み構成される。

【0142】

下クランプ手段４０１は、ケーシング４０２と、クサビ部材４１０と、クサビ部材４１０をクランプ用シリンダ４２５に連結するためのクサビ部材取付座４１５と、クサビ部材４１０を上下動させるクランプ用シリンダ４２５を備える。

【0143】

ケーシング４０２は、上下方向に延びる円筒状の本体部４０３を有し、本体部４０３の上端に径方向外側に位置する上フランジ部４０４を有する。また本体部４０３の下端には径方向内側に位置する下フランジ部４０５を有する。下フランジ部４０５の中央には開口部が設けられ、この開口部の周縁部に本体部４０３に平行な内円筒部４０６が設けられている。

【0144】

本体部４０３の外径は、ケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０の内径よりも僅かに小さい。一方、上フランジ部４０４の外径は、ケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０の外径よりも大きい。このため本体部４０３をケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０内に挿入すると、上フランジ部４０４がケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０の端部に係止する。

【0145】

内円筒部４０６の長さは、本体部４０３の長さの半分程度であり、内径はジョイント管１６５の外径よりも僅かに大きく設定されている。内円筒部４０６の外径は、本体部４０３と内円筒部４０６との間にクランプ用シリンダ４２５、クサビ部材取付座４１５を配置できる空間が確保できるように設定されている。内円筒部４０６の内周面の上部には、上端に向かって径が大きくなる傾斜面４０７が設けられている。

【0146】

クサビ部材４１０は、上端に外側に突出するフランジ部４１４を有する、外周面に円錐状の傾斜面４１２を有し内周面が円筒状の部材を２分割した部材である。２つのクサビ部材４１０は、同一形状・同一寸法であり、２つのクサビ部材４１０を周方向に隙間なく並べた状態で形成されるクサビ部材４１０の内径は、ジョイント管１６５の外径よりも僅かに小さく設定されている。クサビ部材４１０の傾斜面４１２は、内円筒部４０６の傾斜面４０７と平行であり、傾斜面４１２の径は、上部に向かうに従って大きくなっている。

【0147】

クサビ部材取付座４１５は、上部にクサビ部材４１０を固定するための取付座４２０を有する。取付座４２０は、中央が開口した円環状のフランジである。取付座４２０の下方にクサビ部材取付座４１５をクランプ用シリンダ４２５のロッド４２７に取付けるための固定部４１６を備え、ロッド４２７の先端に堅固に固定されている。固定部４１６の内周面にはクサビ部材４１０のフランジ部４１４が嵌り込む凹部４２２が設けられている。クサビ部材４１０は、フランジ部４１４を凹部４２２に嵌め入れ、径方向にスライド可能に取付座４２０にボルト止めされている。

【0148】

固定部４１６の内側周縁部には下方に延びる円筒部４１７が設けられている。円筒部４１７は、ケーシング４０２の内円筒部４０６と平行であり、クサビ部材取付座４１５をクランプ用シリンダ４２５のロッド４２７に取付けると、円筒部４１７の内周面４１８が内円筒部４０６の外周面４０８に接するように設けられている。

【0149】

クランプ用シリンダ４２５は、２個のシリンダで構成され、各シリンダ本体４２６の基端部がケーシング４０２の下フランジ部４０５の上面であって周方向に見て相対する位置に固定されている。またクランプ用シリンダ４２５のロッド４２７の先端にクサビ部材取付座４１５が取付けられている。

【0150】

ロッド４２７を突き出すようにクランプ用シリンダ４２５を動作させると、クサビ部材取付座４１５は、円筒部内周面４１８を内円筒部外周面４０８に摺動させながら上方に移動する。これに伴いクサビ部材取付座４１５に固定されたクサビ部材４１０は、円筒部４０６から離れ、クランプ解除状態となる。

【0151】

ロッド４２７をシリンダ本体４２６側に後退するようにクランプ用シリンダ４２５を動作させると、クサビ部材取付座４１５は、円筒部内周面４１８を内円筒部外周面４０８に摺動させながら下方に移動する。これに伴いクサビ部材取付座４１５に固定されたクサビ部材４１０は、傾斜面４１２を内円筒部４０６の傾斜面４０７に摺動させながら下方に移動するとともに径方向内側に押し出される。これによりクサビ部材４１０の内周面４１３が、ジョイント管１６５の外周面１６７に圧接し、下クランプ手段４０１がジョイント管１６５に係止し、クランプ状態となる。

【0152】

上クランプ手段４３１は、下クランプ手段４０１のケーシング４０２の上フランジ４０４を除き、下クランプ手段４０１の構成と同じであり、下クランプ手段４０１の部材を上下反転させた配置からなる。具体的には以下のとおりである。

【0153】

上クランプ手段４３１は、ケーシング４３２と、クサビ部材４４０と、クサビ部材４４０をクランプ用シリンダ４５５に連結するためのクサビ部材取付座４４５と、クサビ部材４４０を上下動させるクランプ用シリンダ４５５を備える。

【0154】

ケーシング４３２は、上下方向に延びる円筒状の本体部４３３を有し、本体部４３３の上端に径方向内側に位置する上フランジ部４３５を有する。上フランジ部４３５の中央には開口部が設けられ、この開口部の周縁部に本体部４３３に平行な内円筒部４３６が設けられている。本体部４３３の外径は、ケーシング１５０又は延長用のケーシング１６０の内径よりも僅かに小さい。

【0155】

内円筒部４３６の長さは、本体部４３３の長さの半分程度であり、内径はジョイント管１６５の外径よりも僅かに大きく設定されている。内円筒部４３６の外径は、本体部４３３と内円筒部４３６との間にクランプ用シリンダ４５５、クサビ部材取付座４３５を配置できる空間が確保できるように設定されている。内円筒部４３６の内周面の下部には、下端に向かって径が大きくなる傾斜面４３７が設けられている。

【0156】

クサビ部材４４０は、下端に外側に突出するフランジ部４４４を有する、外周面に円錐状の傾斜面４４２を有し内周面が円筒状の部材を２分割した部材である。２つのクサビ部材４４０は、同一形状・同一寸法であり、２つのクサビ部材４４０を周方向に隙間なく並べた状態で形成されるクサビ部材４４０内径は、ジョイント管１６５の外径よりも僅かに小さく設定されている。クサビ部材４４０の傾斜面４４２は、内円筒部４３６の傾斜面４３７と平行であり、傾斜面４４２の径は、下部に向かうに従って大きくなっている。

【0157】

クサビ部材取付座４４５は、下部にクサビ部材４４０を固定するための取付座４５０を有する。取付座４５０は、中央が開口した円環状のフランジである。取付座４５０の上方にクサビ部材取付座４４５をクランプ用シリンダ４５５のロッド４５７に取付けるための固定部４４６を備え、ロッド４５７の先端に堅固に固定されている。固定部４４６の内周面にはクサビ部材４４０のフランジ部４４４が嵌り込む凹部４５２が設けられている。クサビ部材４４０は、フランジ部４４４を凹部４５２に嵌め入れ、径方向にスライド可能に取付座４５０にボルト止めされている。

【0158】

固定部４４６の内側周縁部には上方に延びる円筒部４４７が設けられている。円筒部４４７は、ケーシング４３２の内円筒部４３６と平行であり、クサビ部材取付座４４５をクランプ用シリンダ４５５のロッド４５７に取付けると、円筒部４４７の内周面４４８が内円筒部４３６の外周面４３８に接するように設けられている。

【0159】

クランプ用シリンダ４５５は、２個のシリンダで構成され、各シリンダ本体４５６の基端部がケーシング４３２の上フランジ部４３５の下面であって周方向に見て相対する位置に固定されている。またクランプ用シリンダ４５５のロッド４５７の先端にクサビ部材取付座４４５が取付けられている。

【0160】

ロッド４５７を突き出すようにクランプ用シリンダ４５５を動作させると、クサビ部材取付座４４５は、円筒部内周面４４８を内円筒部外周面４３８に摺動させながら下方に移動する。これに伴いクサビ部材取付座４４５に固定されたクサビ部材４４０は、円筒部４３６から離れ、クランプ解除状態となる。

【0161】

ロッド４５７をシリンダ本体４５６側に後退するようにクランプ用シリンダ４５５を動作させると、クサビ部材取付座４４５は、円筒部内周面４４８を内円筒部外周面４３８に摺動させながら上方に移動する。これに伴いクサビ部材取付座４４５に固定されたクサビ部材４４０は、傾斜面４４２を円筒部４３６の傾斜面４３７に摺動させながら上方に移動するとともに径方向内側に押し出される。これによりクサビ部材４４０の内周面４４３が、ジョイント管１６５の外周面１６７に圧接し、上クランプ手段４３１がジョイント管１６５に係止し、クランプ状態となる。

【0162】

連結シリンダ４６１は、下クランプ手段４０１と上クランプ手段４３１とに連結し、これらの間隔を伸縮させる部材であり、２つの連結シリンダ４６１からなる。２つの連結シリンダ４６１は、平面視においてクランプ用シリンダ４２５，４５５の間であって相対する位置に配置されている。各連結シリンダ４６１は、シリンダ本体４６２の基端部が下クランプ手段４０１の下フランジ４０５の上面にボルト止めされ、ロッド４６５の先端が連結板４７０を介して上クランプ手段４３１の上フランジ４３５の下面にボルト止めされている。

【0163】

以上によりロッド４６５を前進させることでクランプ手段４０１と上クランプ手段４３１との間隔が広がり、逆にロッド４６５を後退させることでクランプ手段４０１と上クランプ手段４３１との間隔が狭まる。本実施形態ではシリンダ本体４６２の基端部が下フランジ４０５の上面にボルト止めされ、ロッド４６５の先端が上フランジ４３５の下面にボルト止めされているが、シリンダ本体４６２の基端部が上フランジ４３５の下面にボルト止めされ、ロッド４６５の先端が下フランジ４０５の上面にボルト止めされていてもよい。

【0164】

制御装置４８０は、クランプ装置３００及び引抜き装置４００の動作を制御する装置である。制御装置４８０は、プログラマブルロジックコントローラ、マイコンでありプログラム機能を備え、予め設定された手順に従い、クランプ装置３００のクランプ用シリンダ３４０、引抜き装置４００のクランプ用シリンダ４２５，４５５、連結用シリンダ４６１の動作を制御する。このような制御装置４８０は、図１７に示す乾式真空工法を用いる設備では、操作盤５０２に組み込まれる。

【0165】

図２１を用いて引抜き装置４００の動作について説明する。連結シリンダ４６１のロッド４６５を後退させた状態の引抜き装置４００を下クランプ手段４０１側からジョイント管１６５に挿入する。これにより下クランプ手段４０１のケーシング４０２の上フランジ部４０４が、延長用ケーシング１６０の上端１６１に引っ掛り、引抜き装置４００が延長用ケーシング１６０に係止する（図２１（Ａ））。

【0166】

図２１（Ａ）の状態において、クランプ装置３００は、クランプ状態、引抜き装置４００の下クランプ手段４０１及び上クランプ手段４３１は、クランプ解除状態である。クランプ装置３００、下クランプ手段４０１及び上クランプ手段４３１のクランプ及びクランプ解除は、制御装置４８０が制御する。

【0167】

次に、上クランプ手段４３１のみクランプ状態とする（図２１（Ｂ））。引き続き、連結シリンダ４６１のロッド４６５を伸長させる。これによりカッターヘッド２００、掘削機本体１０及びジョイント管１６５が、一体的にロッド４６５の伸長分だけ持ち上げられる（図２１（Ｃ））。

【0168】

続いて、クランプ装置３００及び下クランプ手段４０１をクランプ状態とした後、上クランプ手段４３１をクランプ解除状態とする。この状態ではクランプ装置３００及び下クランプ手段４０１より掘削機本体１０等の落下が防止されている（図２１（Ｄ））。

【0169】

続いて、連結シリンダ４６１のロッド４６５を後退させ、上クランプ手段４３１を下クランプ手段４０１側に引き寄せる（図２１（Ｅ））。その後、上クランプ手段４３１をクランプし、クランプ装置３００及び下クランプ手段４０１のクランプを解除する。この状態は、図２１（Ｂ）と同じ状態であり、以降、図２１（Ｂ）～（Ｅ）の動作を繰り返し、これによりケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０からカッターヘッド２００、掘削機本体１０及びジョイント管１６５を一体的に引き抜くことができる。

【0170】

以上からなる第１実施形態の掘削機１の特徴をダウンザホールハンマーと比較しつつ説明する。第１実施形態の掘削機１は、先端部のカッターヘッド２００を回転させつつ上下動させることができるため岩盤層などの硬い地盤も掘削できる点でダウンザホールハンマーと共通する。一方、以下に説明のとおり、装置構造の違いに起因しダウンザホールハンマーとは作用効果が異なる。

【0171】

ダウンザホールハンマーは、打撃のための駆動源（コンプレッサ）が地上にあり、動作媒体である圧縮空気は、パイプを介してハンマーピストンに供給される。このため掘削深度が深くなると圧縮空気を供給するための圧力損失も大きくなり、エネルギーロスが増大しエネルギー効率が悪くなる。また圧縮空気を供給するパイプの取り回しも容易ではない。

【0172】

これに対して掘削機１は、同じケーシング１５０にカッターヘッド２００と、カッターヘッド２００の駆動装置６５が組み込まれているので、カッターヘッド２００と駆動装置６５とが常に一体となって移動する。このため駆動装置６５の駆動力がカッターヘッド２００に効率的に伝達され、掘削深度が深くなってもエネルギーの伝達効率が低下しない。このため掘削機１は、エネルギー効率に優れ、省エネルギーである。

【0173】

また掘削機１は、１つのモーター６７でカッターヘッド２００の回転と打撃を実現させるので装置をコンパクト化することができる。また掘削機１は、ダウンザホールハンマーとは異なり、ケーシング（掘削パイプに相当）が回転しないため装置本体を回転させるための回転装置を地上に設置する必要がなく省スペース化を実現できる。また掘削機１は、ケーシングが回転しないため安全である。

【0174】

ダウンザホールハンマーは、通常、ハンマーピストンを駆動させた後の圧縮空気を利用して掘削土等を地上に噴出させるため周辺環境が悪化する。これに対して掘削機１は、吸引パイプ又は排泥管を通じて掘削土等を地上に排出するので周辺環境に悪影響を与えない。また掘削機１は、図１７及び図１８に示すように施工場所・土質によって掘削方法を選択することができるので使い勝手がよい。

【0175】

ダウンザホールハンマーは、通常、ハンマーの打撃に圧縮空気を使用するため振動、騒音が発生するなど周辺環境に悪影響を及ぼす。これに対して掘削機１は、回転振り子３０を用い機械的に上下動を発生させる起振機構２０がケーシング１５０に組み込まれ、これがカッターヘッド２００を上下動させるため地上での振動、騒音は非常に小さい。

【0176】

また掘削機１は、回転振り子３０を用い機械的に上下動を発生させるので、ピストンに比較して大きな打撃力が得られる。

【0177】

さらに掘削機１は、カッターヘッド２００が固定ビット２２０及び拡縮ビット２３１を備えるので効率的に地盤を掘削することができる。カッターヘッド２００が掘削方向に回転しつつ上下動すると、固定ビット部２１０に設けられた固定ビット２１０が地盤を掘削する。このときカッターヘッド２００が上下動することで地盤に対し打撃力を与え、岩盤など硬い地盤も掘削することができる。固定ビット部２１０には、先端面２１２のみならず側面２１３及び傾斜面２１４にも固定ビット２２０が取付けられているため掘削能力に優れる。

【0178】

本実施形態のカッターヘッド２００は、前面に固定ビット２２０が配され、その後方に拡縮ビット２３１が配されている。このため拡縮ビット２３１が掘削する前に、既に固定ビット部２１０の横断面積と同じ大きさの地盤は既に掘削されているため拡縮ビット２３１が掘削する地盤は僅かである。このため拡縮ビット２３１の負担は少ないと言える。

【0179】

以上のように第１実施形態のカッターヘッド２００は、複数の固定ビット２２０と縮径ビット２３１とを有し、これらが協働して地盤を掘削するので迅速に地盤を掘削することができる。またカッターヘッド２００は、縮径ビット２３１が固定ビット２２０の後方に配置されているので縮径ビット２３１の負担が軽減され、地盤を効率的に掘削することができる。

【0180】

またカッターヘッド２００は、固定ビット２２０がケーシング２１１に着脱可能に取付けられているので、固定ビット２２０の交換が容易であり、また固定ビット２２０の配置の自由度も高い。拡縮ビット２３１の交換も可能である。また固定ビット２２０は、超硬チップ２２１が台座２２２に、拡縮ビット２３１は超硬チップ２３６が本体２３２にろう付けされているので、超硬チップ２２１、２３６が摩耗しても超硬チップ２２１、２３６を交換可能であり経済的である。また超硬チップ２２１、２３６がろう付けされているので超硬チップ２２１、２３６の配列の自由度も高い。

【0181】

またカッターヘッド２００は、所定の長さを有するねじ機構を用いた拡縮手段２７０を用いて拡縮ビット２３１を出没させるので、拡縮ビット２３１は、カッターヘッド２００が掘削方向（正回転方向）に大きく回転しなければ拡径状態とならず、同様に拡縮ビット２３１はカッターヘッド２００が逆方向に大きく回転しなければ縮径状態とはならない。

【0182】

拡縮手段２７０を構成するねじ機構の所定の長さは、連結部２５０に対し拡縮ビット部２３０が３００°程度回転したときに相当する。このためカッターヘッド２００が地盤に引っ掛かり回転方向が僅かに変化しても、拡径状態から縮径状態、縮径状態から拡径状態にならないため安定した掘削を行うことができる。

【0183】

さらに掘削機１は、掘削機本体１０がクランプ装置３００を介してケーシング１５０に着脱自在に固定されているため掘削機本体１０、さらには掘削機本体１０に連結されたカッターヘッド２００及びクランプ装置３００を掘削機本体１０と一体的にケーシング１５０から引き抜き回収することができる。掘削深度が深く掘削機１に延長用ケーシング１６０、ジョイント管１６５が接続されている場合は、ジョイント管１６５を掘削機本体１０と一体的に引き抜き回収し、ケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０をそのままその場所に残すことができる。

【0184】

以上のように本発明に係る掘削機１は、地盤を掘削し掘削した掘削孔にケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０をそのまま残すことができるのでケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０を埋設管として使用することができる。ケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０には、パイプの他、鋼管矢板を使用することができる。鋼管矢板は、円筒状の矢板本体と本体の側面に取付けられた継手を備えるので、円筒状の矢板本体を掘削機１のケーシング１５０として使用することができる。本発明に係る掘削機、掘削装置を使用すればパイプ、鋼管矢板などパイプ状部材を効率的に設置することができる。

【0185】

また第２実施形態の掘削装置２は、ケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０に対し、カッターヘッド２００、掘削機本体１０、クランプ装置３００及びジョイント管１６５を一体的に抜き去り回収することができる引抜き装置４００を備えるので、掘削機本体１０等を引き抜くためのクレーン等が不要となる。クレーン等を使用するにはその設置場所を確保する必要があるが、引抜き装置４００は、延長用ケーシング１６０に引っ掛け使用するため特に設置場所を確保する必要はなくこの点でも使い勝手がよい。

【0186】

本発明に係る掘削機１は、地盤に対して鉛直方向のみならず斜めに掘削孔を掘削することができる。斜めに傾斜孔を掘削し、そこにケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０のみを残し掘削機本体１０等を引き抜き回収する場合、クレーン等では掘削機本体１０等の回収が難しい。第２実施形態の掘削装置２では、引抜き装置４００を備えるので、斜めの掘削孔であってもそこにケーシング１５０及び延長用ケーシング１６０のみを残し掘削機本体１０等を容易に回収することができる。

【0187】

以上、第１実施形態の掘削機１、第２実施形態の掘削装置２を用いて、本発明に係る掘削機及び掘削装置を説明したが、本発明に係る掘削機、掘削装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変更して使用することができる。

【0188】

図面を参照しながら好適な掘削機及び掘削装置について説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

【符号の説明】

【0189】

１ 掘削機
２ 掘削装置
１０ 掘削機本体
２０ 起振機構
２１ 起振手段
２４ カッターヘッド取付部
５５ 回転機構
６５ 駆動装置
６７ モーター
７０ 減速機
１０５ 配管室
１５０ ケーシング
１６０ 延長用のケーシング
１６５ ジョイント管
２００ カッターヘッド
３００ クランプ装置
４００ 引き抜き装置
４０１ 下クランプ手段
４０４ 上フランジ部
４３１ 上クランプ手段
４６１ 連結シリンダ
４８０ 制御装置
Ｍ 中心軸線

【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】