JP6875707B2 - 掘削機およびそれを用いた掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、アースドリル工法やオールケーシング工法などに使用する掘削機およびそれを用いた掘削方法に関するものである。

従来のアースドリル工法及びオールケーシング工法の掘削機は、図５〜図８に示すように、スイベル装置が無い構成で、駆動用ロッドを使用して、破砕バケット９，排土バケット１１，スパイラルヘッド１０等を地質に合わせて使用し、掘削している。

クローラ等の重機１にはリーダーマスト２が起伏自在に立設され、リーダーマスト２のリーダー３に駆動装置４が昇降シリンダー１３で昇降自在に設置される。

図９、図１０に示すように、駆動装置４は油圧モータ４ａとこれにより回転駆動される回転筒４ｂとからなり、駆動装置４は回転筒４ｂ内に縦方向に動力伝達プレート５を複数個設けている。

図中７は駆動装置４の動力伝達プレート５に係合する動力伝達を有する駆動用ロッド、８は駆動用ロッド７の下端に接続する掘削ロッドで、駆動用ロッド７の上端はリーダーマスト２のトップシーブ６からワイヤーで昇降自在に吊下され、重機１のウインチの巻き取り、繰り出しにより昇降する。

また、前記破砕バケット９，排土バケット１１，スパイラルヘッド１０は掘削ロッド８の先端に交換可能に設けられる。

破砕バケット９は破砕用として大きめのビットを設けたバケット、排土バケット１１はいわゆるドリリングバケット、スパイラルヘッド１０はスクリューヘッドである。

図中１２は鋼管によるケーシングで、掘削方法は、駆動装置４の動力伝達プレート５を、駆動用ロッド７の動力伝達溝に当て駆動装置４で回転させ、駆動装置に連結された昇降シリンダー１３で圧入しながら、各バケット及びスパイラルヘッドで掘削する。

これらの掘削機は一般的なものであり、特に先行技術文献は存在しない。

このように従来のアースドリル工法及びオールケーシング工法に使用する掘削機は、スイベル装置が無い構成で、駆動用ロッドを使用して、破砕バケット，排土バケット，スパイラルヘッド等を地質に合わせて使用し、掘削しているが、いずれの方法も、岩盤・鉄筋入りコンクリートの硬質地盤の掘削は、困難な状況となっている。

そこで硬質地盤でも掘削可能なように掘削手段としてバケットもしくはスパイラルヘッドの代わりにダウンザホールハンマーの使用が望ましいが、前記従来例の掘削機ではダウンザホールハンマーの使用が出来なかった。

なお、従来の掘削機の駆動用ロッド７はロッキングケリーバ−で図１０に示すように、駆動用ロッド７は動力伝達プレート５が係合する動力伝達溝１８を備えるが、この動力伝達溝１８の途中に下側角部が直角な拡径キー溝段部２９を間隔を存して複数段形成している。

拡径キー溝段部２９は動力伝達溝１８を拡径するものであり、駆動用ロッド７が右方向に回転する際の周方向に張り出して形成され、動力伝達プレート５が嵌り込む長方形を確保して、その上は暫時窄まるテーパーとなっている右回転部Ｌ型動力伝達溝である。

このように駆動用ロッド７は多段型のために、岩盤等の硬質地盤におけるダウンザホールハンマーの使用では反発力が大きく、大きな衝撃が装置にかかりトラブルを起こすおそれがある。

また、多段型のために、エアー等を送るスイベル管の付設はできなかった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、ダウンザホールハンマーの使用も可能とし、ダウンザホールハンマーの使用に際しての反発力にも対処できる掘削機およびそれを用いた掘削方法を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、 重機に設けるリーダーマストに沿って昇降する駆動装置と、この駆動装置の動力伝達プレートに係合する動力伝達溝を有する駆動用ロッドと、駆動用ロッドに接続する掘削ロッドの先端にダウンザホールハンマーを着脱自在に設ける掘削機において、駆動装置は油圧モータとこれにより回転駆動される回転筒とからなり、回転筒内側に縦長の突起である動力伝達プレートを周方向に複数個並べて設け、駆動装置には一端をリーダーマストに固定する昇降シリンダーを結合し、駆動用ロッドには該動力伝達プレートが係合する動力伝達溝をストレート動力伝達溝として上下方向に連続して同一幅で直状に設けたことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマーを掘削手段としてバケットもしくはスパイラルヘッドの代わりに用いることができるので、アースオーガ工では掘削できない硬質地盤や岩盤中に打撃破砕による掘削を加えることができる。

そしてダウンザホールハンマーの使用では打撃した時に、反発力が発生する為、駆動装置に影響を及ぼさない構成が必要であるが、駆動用ロッドはストレート動力伝達溝で駆動装置の動力伝達プレートと係合するのでこの反発力を逃がすことができる。

さらに、右回転のみならず、左回転も可能なものとなる。

請求項２記載の本発明は、駆動用ロッドにはスイベル装置を設け、コンプレッサーより送られたエアーをホース・スイベル装置・駆動用ロッド・掘削ロッドを通して、ダウンザホールハンマーに送ることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマーは、駆動装置により回転させて押し込むが、スイベル装置を設けて回転してもコンプレッサーよりエアーを送りこむのに支障のないものとなる。

請求項３記載の本発明は、ダウンザホールハンマーは、ハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、六角面又は八角面の嵌合とピンによる閂結合でハンマーケース本体に結合することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマーはハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、ネジ構造ではなくハンマーケース本体に結合するので、ネジの緩みが生じることはなく、右及び左回転の掘削が可能となる。

請求項４記載の本発明は、ダウンザホールハンマーは、ハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、右ネジ構造でハンマーケース本体に結合することを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマーはハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、右ネジ構造でハンマーケース本体に結合するので右回転においてはネジが緩むことはなく、対応可能である。

請求項５記載の本発明は、油圧モータとこれにより回転駆動される回転筒とからなり、回転筒内側に縦方向の動力伝達プレートを周方向に複数個並べて設けた駆動装置と、この駆動装置の動力伝達プレートに係合する動力伝達溝を上下方向に連続して設けた駆動用ロッドを有し、駆動装置には一端をリーダーマストに固定する昇降シリンダーを結合し、駆動用ロッドの動力伝達溝はストレートで、駆動用ロッドに接続する掘削ロッドの先端にダウンザホールハンマーを設ける掘削機を使用し、ダウンザホールハンマーの打撃した時に発生する反発力を動力伝達プレートを動力伝達溝に置いて逃がすようにしたことを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、ダウンザホールハンマーの打撃した時に発生する反発力を動力伝達プレートを動力伝達溝に置いて逃がすことができる。

以上述べたように本発明の掘削機および掘削方法は、ダウンザホールハンマーの使用も可能とし、ダウンザホールハンマーの使用に際しての反発力にも対処できるものである。

本発明の掘削機の第１実施形態を示す側面図である。 本発明の掘削機の第１実施形態を示す要部の縦断側面図である。 ダウンザホールハンマーの１例を示す縦断側面図である。 ダウンザホールハンマーの他例を示す縦断側面図である。 オーガースクリュー使用の側面図である。 破砕バケット使用の側面図である。 スパイラルヘッド使用の側面図である。 排土バケット使用の側面図である。 駆動装置の平面図である。 駆動装置の一部切欠いた側面図である。 従来の駆動用ロッドの説明図である。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の掘削機の第１実施形態を示す側面図、図２は同上要部の縦断側面図で、クローラ等の重機１にはリーダーマスト２が起伏自在に立設され、リーダーマスト２のリーダー３に駆動装置４が昇降自在に設置される。

駆動装置４は、図９、図１０に示すように、駆動装置４は油圧モータ４ａとこれにより回転駆動される回転筒４ｂとからなり、駆動装置４には一端をリーダーマスト２に固定する昇降シリンダー１３を結合した。

リーダーマスト２のトップシーブ６からワイヤーで昇降自在に吊下され、重機１のウインチの巻き取り、繰り出しにより昇降する。

駆動装置４は回転筒４ｂ内に縦方向に縦長の突起である動力伝達プレート５を周方向に間隔を存して複数個設けている。

前記リーダーマスト２のトップシーブ６からワイヤーでスイベル装置１７およびこれに結合する駆動用ロッド７および駆動用ロッド７に接続する掘削ロッド８を吊下げ、掘削ロッド８の先端にダウンザホールハンマー１４を着脱自在に設けた。

リーダーマスト２のトップシーブ６から駆動用ロッド７および駆動用ロッド７に接続する掘削ロッド８を吊下げ、掘削ロッド８の先端にダウンザホールハンマー１４はリーダーマスト２のトップシーブ６からワイヤーで昇降自在に吊下され、重機１のウインチの巻き取り、繰り出しにより昇降する。

また、駆動用ロッド７の上端にはスイベル装置１７を取付け、コンプレッサー１５より送られたエアーをホース１６→スイベル装置１７→駆動用ロッド７→掘削ロッド８を通して、ダウンザホールハンマー１４に送るようにした。

スイベル装置１７は、コンプレッサー１５よりのエアーを、回転している各ロッド（駆動用ロッド７・掘削ロッド８）を通して、ダウンザホールハンマー１４に送る装置である。

なお、駆動用ロッド７にはダウンザホールハンマー１４の替わりにスパイルヘッド１０、破砕バケット９、排土バケット１１などの他の掘削手段を交換アタッチメントとして取りけることができる。

駆動用ロッド７の上端に六角面又は八角面体の嵌合軸３１があり、スイベル装置１７の下端も六角面又は八角面の筒体であり、相互に嵌合した上でピンによる閂結合で結合する。

同様に駆動用ロッド７と掘削ロッド８との結合も、掘削ロッド８の上端に六角面又は八角面体の結合軸があり、駆動用ロッド７の下端も六角面又は八角面の筒体であり、相互に嵌合した上でピンによる閂結合で結合する。

駆動用ロッド７は掘削長に応じて必要数を継ぎ足すことができる。

駆動用ロッド７はハンマーの打撃に必要な重量で、駆動装置４の回転筒４ｂを貫通するが、回転筒４ｂ内に設けた動力伝達プレート５が係合する動力伝達溝１８を備える。動力伝達溝１８は上下方向に連続するストレート溝で、上下方向に連続して同一幅で直状に設けてある。

掘削ロッド８は、ハンマーの打撃に必要な重量で、粉砕した粉状の岩質を吹き上げるための風速が発生できる外径のロッドである。

ダウンザホールハンマー１４は図３示すように、地盤や土砂を掘削する掘削工具として周知なもので、先端面に超硬合金等の硬質材料からなるボタン状の超硬チップ１９が複数固定されたビット２０を有し、このビット２０に打撃を与えるエアハンマであるピストン（ラム）２１をケース本体２３に収めている。

そして、ダウンザホールハンマー１４は、ハンマーケースの上下のトップサブ２２及びドライブサブ２５が、六角面又は八角面体として形成され、ハンマーケース本体２３も六角面又は八角面の筒体であり、ハンマーケース本体２３に嵌合するトップサブ２２及びドライブサブ２５に対してピン３０による閂結合で結合するようにした。

このピン３０による閂結合は、ダウンザホールハンマー１４の上端の嵌合軸２６と掘削ロッド８との嵌合にピンを差し込んで閂とするのと同じ構造を採用したものである。

これにより、右回転、左回転のいずれの回転でもハンマーケース本体２３に嵌合するトップサブ２２及びドライブサブ２５は緩むことはない。

他の実施形態として、ダウンザホールハンマー１４は、図４に示すように、ハンマーケースの上下のトップサブ２２及びドライブサブ２５は右ネジ構造２４でハンマーケース本体２３に結合させた。

これにより、ダウンザホールハンマー１４が右回転しても右ネジ構造２４でトップサブ２２及びドライブサブ２５が緩むことはない。

次に使用法について説明すると、送られたエアーが、ダウンザホールハンマー１４のハンマーケース本体２３内のピストン（ラム）２１を、急速に上下動させ、ビット２０の頭部を繰り返し打撃する。

打撃されたビット２０の先端部に、超硬チップ１９が埋め込まれており、この超硬チップ１９が岩盤を叩き、粉砕し、掘削ズリは掘削ロッド８に沿って上昇する。

そしてダウンザホールハンマー１４は、ネジ構造ではなくハンマーケース本体に結合するので、ネジの緩みが生じることはなく、右及び左回転の掘削が可能である。

前記ダウンザホールハンマー１４の下方への圧入は、駆動装置４を押し下げることにより行われ、駆動装置４の自重でも可能であるが、一端をリーダーマスト２に固定する昇降シリンダー１３の伸長により行えば、より効果的である。

なお、打撃した時に、反発力が発生する為、駆動装置に影響を及ぼさない構成が必要であるが、駆動用ロッド７はストレートの動力伝達溝１８で駆動装置４の動力伝達プレート５と係合するのでこの反発力を逃がすことができる。

このように本発明は、油圧モータとこれにより回転駆動される回転筒とからなり、回転筒内側に縦ラッチプレートを周方向に複数個並べて設けた駆動装置と、この駆動装置の動力伝達プレートに係合する動力伝達溝を上下方向に連続して同一幅で直状に設けたストレートな動力伝達溝とした駆動用ロッドを有し、駆動用ロッドに接続する掘削ロッドの先端にダウンザホールハンマーを設ける掘削機を使用し、右回転する際は動力伝達プレートを係合させて押し下げ可能とし、左回転する際はストレート動力伝達である拡径キー溝段部間の動力伝達溝を置いて、打撃した時に発生する反発力を逃がすようにした。

また、図１１に示すように、ダウンザホールハンマー１４に代えてスパイラルヘッド１０の使用も可能である。この場合、掘削ロッド８以下を外して組替えが可能で、掘削ロッド８の代わりにスパイラルロッド８′を使用する。

さらに、図５〜図８に示すように、スパイラルロッド８′を省略したスパイラルヘッド１０や破砕バケット９、排土バケット１１の使用も可能である。

途中で、岩盤等硬質地盤が出た時は、駆動用ロッド７を図１１に示すものから本発明のものにかえ、ダウンザホールハンマー１４の使用に切り替えて掘削が出来る。

１…重機 ２…リーダーマスト
３…リーダー ４…駆動装置
４ａ…油圧モータ ４ｂ…回転筒
５…動力伝達プレート ６…トップシーブ
７…駆動用ロッド ８…掘削ロッド
８´…スパイラルロッド ９…破砕バケット
１０…スパイラルヘッド １１…排土バケット
１２…ケーシング １３…昇降シリンダー
１４…ダウンザホールハンマー １５…コンプレッサー
１６…ホース １７…スイベル装置
１８…動力伝達溝 １９…超硬チップ
２０…ビット ２１…ピストン（ラム）
２２…トップサブ ２３…ケース本体
２４…右ネジ構造 ２５…ドライブサブ
２６…嵌合軸 ２７…右回転部Ｌ型動力伝達溝
３０…ピン ２９…拡径キー溝段部
３１…嵌合軸

Claims (5)

1. 重機に設けるリーダーマストに沿って昇降する駆動装置と、この駆動装置の動力伝達プレートに係合する動力伝達溝を有する駆動用ロッドと、駆動用ロッドに接続する掘削ロッドの先端にダウンザホールハンマーを着脱自在に設ける掘削機において、駆動装置は油圧モータとこれにより回転駆動される回転筒とからなり、回転筒内側に縦長の突起である動力伝達プレートを周方向に複数個並べて設け、駆動装置には一端をリーダーマストに固定する昇降シリンダーを結合し、駆動用ロッドには該動力伝達プレートが係合する動力伝達溝をストレート動力伝達溝として上下方向に連続して同一幅で直状に設けたことを特徴する掘削機。
2. 駆動用ロッドにはスイベル装置を設け、コンプレッサーより送られたエアーをホース・スイベル装置・駆動用ロッド・掘削ロッドを通して、ダウンザホールハンマーに送る請求項１記載の掘削機。
3. ダウンザホールハンマーは、ハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、六角面又は八角面の嵌合とピンによる閂結合でハンマーケース本体に結合する請求項１または請求項２記載の掘削機。
4. ダウンザホールハンマーは、ハンマーケースの上下のトップサブ及びドライブサブが、右ネジ構造でハンマーケース本体に結合する請求項１または請求項２記載の掘削機。
5. 油圧モータとこれにより回転駆動される回転筒とからなり、回転筒内側に縦方向の動力伝達プレートを周方向に複数個並べて設けた駆動装置と、この駆動装置の動力伝達プレートに係合する動力伝達溝を上下方向に連続して設けた駆動用ロッドを有し、駆動装置には一端をリーダーマストに固定する昇降シリンダーを結合し、駆動用ロッドの動力伝達溝はストレートで、駆動用ロッドに接続する掘削ロッドの先端にダウンザホールハンマーを設ける掘削機を使用し、ダウンザホールハンマーの打撃した時に発生する反発力を動力伝達プレートを動力伝達溝に置いて逃がすようにしたことを特徴とする掘削方法。
   

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