JP2004204603A - 削岩ヘッドおよび削岩装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた作業効率で、しかも削孔の形成状態にかかわらず該削孔の内壁面に段差部を形成することができる汎用性に優れた削岩ヘッドおよび削岩装置を提供する。
【解決手段】ヘッド本体１０２に対してコイルバネ１２３の付勢力に抗して外力を与えてコイルバネ１２３を圧縮させる場合を除き、コイルバネ１２３の付勢力によりヘッド可動部材１１２，１１４が削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに近接した状態、つまり縮径状態となっている。したがって、拡径ヘッド１００を如何なる向きに配置したとしても、所定以上の外力を印加しない限りヘッド可動部材１１２，１１４が窓１２１から突出することはなく、任意の削孔３に対して拡径工程を実行することができ、汎用性を大幅に高めることができる。
【選択図】 図１１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、岩盤やコンクリートなどの地盤表面から所定の削孔形成方向に形成された削孔内に挿入された状態で、前記削孔の中心軸を回転中心とする回転駆動力を受けて前記地盤を削岩する削岩ヘッドおよび削岩装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
心抜き作業の短時間化および低コスト化を図るという理由、また拡径式のロックボルトやロックアンカーなどを施工する場合に引抜抵抗を高めるという理由などから、本願出願人は削孔の一部を径方向にさらに拡大削岩して削孔の内壁面に段差部を形成することを提案している（特許文献１参照）。この特許文献１に記載の技術では、従来より周知の削岩装置を用いて地盤に削孔を形成した後、削孔を形成する際に使用した深堀ビットの代わりに拡径ヘッドをロッドに装着して削孔の一部を径方向に拡大削岩して削孔内部を部分的に拡径している。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３３２３４９２号公報 （段落番号〔００１４〕〜〔００２５〕）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の装置を用いた場合、地盤に対して鉛直方向に形成された削孔に対しては段差部を形成することができるものの、傾斜地盤、壁状に切り立った地盤、トンネルの天井面（いわゆる「天井地盤」）などに削孔を形成することは困難である。というのも、従来の拡径ヘッドでは、拡径用の削岩ビットが取付けられたヘッド可動部材は自重により径方向の中心側に移動して削孔内に挿入可能となっているため、仮に傾斜地盤などの地盤に形成された削孔に拡径ヘッドを挿入しようとしても自重によりヘッド可動部材の一部または全部が径方向の外側に移動してしまい、拡径ヘッドの挿入が不可能となるからである。したがって、上記実施形態の適用対象が鉛直方向に削孔を形成する場合に制限されてしまう。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、優れた作業効率で、しかも削孔の形成状態にかかわらず該削孔の内壁面に段差部を形成することができる汎用性に優れた削岩ヘッドおよび削岩装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる削岩ヘッドは、地盤表面から所定の削孔形成方向に形成された削孔内に挿入された状態で、削孔の中心軸を回転中心とする回転駆動力を受けて地盤を削岩する削岩ヘッドであって、上記目的を達成するため、回転駆動力を受けるヘッド本体と、削孔形成方向と鋭角をなす方向においてヘッド本体に対してスライド自在に設けられ、削孔形成方向におけるヘッド本体の移動にともなって削孔の中心軸を中心として径方向において互いに接近・離間移動する複数のヘッド可動部材と、ヘッド本体に対して削孔形成方向に相対的に移動自在に設けられた先端部材と、先端部材とヘッド本体との間に設けられて、複数のヘッド可動部材が互いに近接する方向にヘッド本体が移動するように先端部材に対してヘッド本体を付勢する付勢手段とを備え、各ヘッド可動部材には削孔内壁面を向いた側面に拡径用削岩ビットが取り付けられており、ヘッド本体を付勢手段による付勢力に抗して削孔形成方向に移動させることによって複数のヘッド可動部材を互いに離間移動させながら、拡径用削岩ビットにより削孔内壁面を削岩して削孔の一部を径方向に拡大させることを特徴としている。
【０００７】
また、この発明にかかる削岩装置は、地盤表面から所定の削孔形成方向に形成された削孔の一部を径方向に削岩して削孔径を部分的に拡大させる削岩装置であって、上記目的を達成するため、請求項１記載の削岩ヘッドと、削孔の中心軸を回転中心とする回転駆動力を削岩ヘッドに与える回転駆動部とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
このように構成された発明（削岩ヘッドおよび削岩装置）では、先端部材がヘッド本体に対して削孔形成方向に相対的に移動自在に設けられるとともに、付勢手段によって先端部材に対してヘッド本体が所定方向、つまり複数のヘッド可動部材が互いに近接する方向に付勢されている。したがって、削孔が如何なる状態に形成されたとしても、削孔に削岩ヘッドを挿入する際の複数のヘッド可動部材が互いに近接した状態となっており、削岩ヘッドを削孔にスムーズに挿入することができる。また、その挿入後にヘッド本体を付勢手段による付勢力に抗して削孔形成方向に移動させると、複数のヘッド可動部材が互いに離間移動して削孔の一部を径方向に拡大させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
Ａ．削岩装置および削孔形成方法について
図１は本発明にかかる削岩装置の一実施形態を示す図である。また図２は図１の削岩装置の部分拡大図である。さらに図３は図１の削岩装置に装備されたヘッド位置決め機構の構成および動作を示す図である。この削岩装置はロックオーガ、クローラードリルまたはロータドリル等と称されるものであり、図１に示すように、基本的には、地盤ＧＬと直接接触する無限軌道式(キャタピラ式)の走行装置１１を備えた本体部１と、地盤ＧＬに対して削孔を形成する削岩機２とで構成される。これらの構成要素のうち本体部１は、上記走行装置１１と、該走行装置１１の駆動機構(不図示)等を収納したエンジンルーム１２と、削岩機２の運転操作機構(不図示)が設けられた運転室１３(キャビン)とを備えている。
【００１０】
また、削岩機２は、その先端部に後述する深堀ビットおよび本発明にかかる削岩ヘッドに相当する拡径ヘッドを着脱自在となっているロッド２２を支持案内するガイドセル２１と、ロッド２２に回転及び打撃作用を与えるドリフタ２３と、ロッド２２を所定の進退軸２２ａに沿って進退移動させる例えばチェーン機構を有する進退機構２４と、ガイドセル２１の下端部近傍に取り付けられてロッド２２の下部側を支持案内するセントラライザ２５とを備えており、該セントラライザ２５の下部にはフード機構２６が設けられている。このように、本実施形態ではドリフタ２３が本発明の「回転駆動部」として機能する。
【００１１】
また、この削岩装置の特有の構成として、後述する拡径ヘッドを有するとともに、ロッド２２の進退軸２２ａ上と、この進退軸２２ａから離れた退避位置との間で該拡径ヘッドを往復移動させるヘッド位置決め機構２７が削岩機２に設けられている。なお、ヘッド位置決め機構２７の構成および動作、ならびに本発明にかかる削岩ヘッドたる拡径ヘッドについては後で詳述する。
【００１２】
また、削岩機２には、ガイドセル２１を上下方向にスライドさせるセルスライドシリンダ２８が備えられ、該セルスライドシリンダ２８の中間部はブーム１５によって本体部１に連結されている。つまり、削岩機２は、このブーム１５を介して本体部１に連結支持されている。
【００１３】
このブーム１５はその下側に配置されたブームリフトシリンダ１６により、また、セルスライドシリンダ２８はブーム１５との間に配設されたセルリフトシリンダ１７により、それぞれ前後方向に揺動できるようになっており、この両シリンダ１６、１７を駆動することによって、削岩機２のロッド２２の前後方向における傾斜角度を調整することができる。また、ブーム１５とセルスライドシリンダ２８との間には、セルスイングシリンダ(図示省略)が介設されており、このセルスイングシリンダを駆動することによって、削岩機２のロッド２２の左右方向における傾斜角度を調整することができるようになっている。
【００１４】
さらにガイドセル２１の下端側にはフードパット２７が取り付けられ、このフードパット２７の下端部には下方に突出する爪２９、２９が設けられている。尚、フード機構２６は、このフードパット２７に取り付けられている。
【００１５】
次に、図２および図３を参照しつつヘッド位置決め機構２７の構成および動作について説明する。図３は図２のＡ−Ａ線矢視図であり、図中の実線は拡径ヘッド１００をロッド２２の進退軸２２ａ上に位置決めした状態を示す一方、２点鎖線は拡径ヘッド１００を進退軸２２ａから離れた退避位置に位置決めした状態を示している。このようにヘッド位置決め機構２７は拡径ヘッド１００を進退軸２２ａ上と退避位置との間で往復移動可能となっている。
【００１６】
このヘッド位置決め機構２７は、２つのアームサポート２７１によりガイドセル２１の側方部に固着されている。また、各アームサポート２７１の一方端部がボルトなどの締結部材によりガイドセル２１に固定されるとともに、その他方端部でスイングアーム２７２をα方向に揺動自在に支持している。これらのスイングアーム２７２の先端にはハンドル２７３が架け渡されるとともに、スイングアーム２７２の間にベースシャフト２７４がガイドセル２１とほぼ平行に配置固定されている。そして、図示を省略する駆動機構からの駆動力によりスイングアーム２７２がα方向に揺動して次のように構成されたクランプ機構部および該クランプ機構により把持された拡径ヘッド１００を進退軸２２ａ上と退避位置との間で往復移動させる。
【００１７】
このクランプ機構部はスイングアーム２７２の揺動移動に応じて回動するベースシャフト２７４に取付けられている。すなわち、ベースシャフト２７４には、４本のクランプ片２７５が揺動支点２７６周りにβ方向に揺動自在に軸支されたクランプベース２７７が固着されている。これら４本のクランプ片２７５は互いに対向したクランプ対をロッド２２の進退軸方向Ｘに並列させたものであり、油圧シリンダ２７８のロッド２７８を伸張させることで各クランプ対は拡径ヘッド１００を把持する（同図の実線）一方、逆に油圧シリンダ２７８のロッド２７８を後退させることで各クランプ対による拡径ヘッド１００の把持を解除可能となっている（同図の１点鎖線）。
【００１８】
次に、上記ように構成された削岩装置による削孔形成方法について図４ないし図７を参照しつつ詳述する。図４は図１の削岩装置による削孔形成手順を示すフローチャートである。また、図５は図１の削岩装置による削孔形成手順を示す動作模式図である。なお、ここでは地盤ＧＬに対して鉛直方向に削孔を形成する場合について説明することとし、図５の左手側が鉛直下方側となっている。
【００１９】
この削孔形成方法では、まず上記のように構成された削岩装置を削孔予定位置の近傍に移動させる。そして、ロッド２２の先端部に深堀ビット２００を取付け、ロッド２２の進退軸２２ａが削孔の中心軸と一致するように削岩機２の姿勢を調整する（ステップＳ１：ロッド位置決め工程）。このとき、予めヘッド位置決め機構２７のクランプ片２７５により拡径ヘッド１００を把持しつつ、退避位置に位置決めしている。これにより、ロッド２２への深堀ビット２００の装着作業が容易となるとともに、拡径ヘッド１００がロッド２２と干渉するのを防止することができる。なお、ここでは、深堀ビット２００を取付けた後で削岩機２の姿勢制御を行っているが、この順序は逆であってもよいことはいうまでもない。また、予め深堀ビット２００をロッド２２の先端部に取付けた状態で削岩装置を削孔形成位置の近傍に移動させるようにしてもよい。
【００２０】
上記のようにロッド２２の位置決めが完了すると、次にロッド２２に対してドリフタ２３によりロッド２２の長手方向Ｘに打撃振動を与えるとともに、ロッド２２を回転させる。そして、図５（ａ）に示すように、ロッド２２を介して深堀ビット２００に対して回転打撃力を与えながら、その深堀ビットを地盤ＧＬ内部に送り込んで地盤ＧＬに削孔３を形成する（ステップＳ２）。なお、同図中の符号３ａは削孔３の中心軸（削孔中心軸）を示しており、この実施形態ではロッド２２の進退軸２２ａと一致させている。
【００２１】
そして、深堀ビット２００を削孔３から引上げる前に、ドリフタ２３によりロッド２２を逆回転させるとともに深堀ビット２００を削孔３の内底面に打撃する（ステップＳ３）。これにより、ロッド２２に対する深堀ビット２００の締結力が弱まり、次の交換作業を効率的に行うことができる。
【００２２】
この交換作業では、ロッド２２を後退させて深堀ビット２００を地盤ＧＬの上方位置まで引上げる（ステップＳ４）。このとき、上記したように事前にロッド２２に対する深堀ビット２００の締結力を弱めているため、その引上げ時にロッド２２の先端部から深堀ビット２００が脱落している可能性がある。そこで、この実施形態では、ステップＳ５でロッド２２の先端部に深堀ビット２００が残存していることを確認し、もし残存していない場合には回収処理（１）を実行する（ステップＳ６）。
【００２３】
図６は回収処理（１）を示すフローチャートである。ここでは、ロッド２２を回転させながら削孔３の内底面に向けて降下させる（ステップＳ６ａ）。そして、ロッド２２の先端部が深堀ビット２００に達すると、ロッド２２の先端部が深堀ビット２００のネジ部と螺合して深堀ビット２００の取付けが行われる（ステップＳ６ｂ）。この実施形態では、後で説明するように、深堀ビット２００の上方部にテーパ部が設けられており、上記のようにして降下してくるロッド２２をネジ部に案内して螺合を確実に行うことが可能となっている。
【００２４】
深堀ビット２００の取付けが完了すると、ロッド２２を削孔３から引上げる（ステップＳ６ｃ）。これにより、削孔３に落下した深堀ビット２００が削孔３から回収される。
【００２５】
図４に戻って削孔形成方法の説明を続ける。次のステップＳ７では、削孔３から引上げられた深堀ビット２００を取外す。この実施形態では、予めロッド２２に対する深堀ビット２００の締結力を事前に弱めているため、削岩機２を移動させることなく現状姿勢、つまりロッド２２の進退軸２２ａを削孔３の中心軸３ａと一致させた状態のまま作業者による手動操作により深堀ビット２００を容易に取外すことができる。そして、深堀ビット２００の取外しが完了すると、図５（ｂ）に示すように、ヘッド位置決め機構２７を作動させて拡径ヘッド１００を進退軸２２ａ上に位置決めする。その後、ロッド２２を回転させながら削孔３側（図５の左手側）に前進させることによりロッド２２の先端部に拡径ヘッド１００を装着する。こうして、拡径ヘッド１００への交換を実行する。なお、交換作業が完了すると、ヘッド位置決め機構２７のクランプ片２７５を退避位置に移動させて待機させる。
【００２６】
そして、拡径ヘッド１００を用いて削孔３の一部を径方向にさらに拡大削岩して削孔３の内壁面に段差部を形成する（ステップＳ８）。すなわち、図５（ｃ）に示すように、ロッド２２の進退軸２２ａが深堀ビット２００により形成した削孔３の中心軸３ａと一致した状態のままロッド２２を削孔３の所定位置、つまり拡径予定位置に位置決めした後に該拡径ヘッド１００により削孔３の部分拡径を行っている。
【００２７】
段差部の形成が完了すると、深堀ビット２００の場合と同様に、逆回転打撃を与えてロッド２２に対する拡径ヘッド１００の締結力を弱める（ステップＳ９）。そして、ロッド２２を後退させて拡径ヘッド１００を地盤ＧＬの上方位置まで引上げる（ステップＳ１０）。このとき、上記したように事前にロッド２２に対する拡径ヘッド１００の締結力を弱めているため、その引上げ時にロッド２２の先端部から拡径ヘッド１００が脱落している可能性がある。そこで、この実施形態では、ステップＳ１１でロッド２２の先端部に拡径ヘッド１００が残存していることを確認し、もし残存していない場合には回収処理（２）を実行する（ステップＳ１２）。なお、この回収処理（２）は回収処理（１）とほぼ同様にして削孔３内に落下した拡径ヘッド１００の回収を行う。すなわち、図７に示すように、ロッド２２を回転させながら削孔３の内底面に向けて降下させて（ステップＳ１２ａ）、ロッド２２の先端部に拡径ヘッド１００を取付ける（ステップＳ１２ｂ）。その後、ロッド２２を削孔３から引上げる（ステップＳ１２ｃ）。これにより、削孔３に落下した拡径ヘッド１００が削孔３から回収される。
【００２８】
なお、削孔３から引上げられた拡径ヘッド１００をヘッド位置決め機構２７と対応する位置に位置決めした後、クランプ片２７５をロッド２２の進退軸２２ａ上に移動させるとともに各グリップ対２７５を揺動させて拡径ヘッド１００を把持する。そして、ロッド２２をさらに逆回転させつつ後退させてロッド２２と拡径ヘッド１００との螺合を解除し、ロッド２２を拡径ヘッド１００から後退させる。その後で、把持した状態のままヘッド位置決め機構２７のクランプ片２７５を退避位置に移動させることで拡径ヘッド１００を退避位置に移動待機させる。
【００２９】
以上のように、この実施形態によれば、削孔形成から段差部形成まで一貫してロッド２２の進退軸２２ａを削孔中心軸３ａと一致させているため、深堀ビット２００から拡径ヘッド１００に交換した際にもロッド２２と削孔３との位置関係が変動するのを防止することができる。そして、このようにロッド２２の進退軸２２ａと削孔中心軸３ａとが一致した状態のまま、拡径ヘッド１００を装着したロッド２２が削孔中心軸３ａに沿って地盤に進行することとなり、削孔３への拡径ヘッド１００の挿入を容易に、しかも確実に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。
【００３０】
また、この実施形態では、ヘッド位置決め機構２７により本発明の「削岩ヘッド」に相当する拡径ヘッド１００がロッド２２の進退軸２２ａ上と退避位置との間で移動可能となっているため、拡径ヘッド１００を使用しない段階（ステップＳ１〜Ｓ７）では拡径ヘッド１００を退避位置に退避させてロッド２２との干渉を防止することができる一方、拡径ヘッド１００が必要となった際には該拡径ヘッド１００を進退軸２２ａ上に位置決めしてロッド２２への装着を容易に、しかも確実なものとすることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態では、地盤ＧＬに対して鉛直方向に形成された削孔３に段差部を形成しているが、拡径ヘッド１００として後で詳述するような構成を有する拡径ヘッド（本発明の削岩ヘッド）を用いているため、削孔３の形状状態を問わずに任意の削孔３に段差部を形成することができる。すなわち、鉛直形成された削孔３のみならず、傾斜地盤や天井地盤などに形成された削孔３についても該削孔３の一部を径方向に拡大させることができる。この点に関しては、後の「Ｃ．拡径ヘッド１００について」の項で詳述する。
【００３２】
Ｂ．深堀ビット２００について
ところで、深堀ビット２００については、従来より多用されているものを採用してもよいが、回収処理（１）において削孔３に落下した深堀ビット２００のロッド２２への取付けをより確実にするためには、深堀ビット２００を図８に示すように構成するのが望ましい。
【００３３】
図８は、上記した削孔形成方法に適した深堀ビットの一実施形態を示す断面図である。この深堀ビット２００が従来より多用されている深堀ビットと大きく相違している点は、ロッド２２と螺合するネジ部２０１の上方部にロッド２２をネジ部２０１に案内するためのテーパ部２０２が設けられている点であり、その他の構成は基本的に従来技術と同一である。このように、テーパ部２０２を設けることによりロッド２２の進退軸２２ａが深堀ビット２００の中心軸２００ａと若干ずれていたとしても、テーパ部２０２によりロッド２２をネジ部２０１に案内することができる。したがって、ロッド２２への深堀ビット２００の取付を確実に行うことができる。
【００３４】
Ｃ．拡径ヘッド１００について
図９はこの発明にかかる削孔ヘッドの一実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面から見たときの部分断面図であり、同図（ｂ）は側面から見たときの部分断面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、いずれも拡径状態を示している。また、図１０は図９の拡径ヘッドの部分図である。さらに、図１１は図９に示す拡径ヘッドによる拡径工程を模式的に示す図である。
【００３５】
この拡径ヘッド１００は、図９に示すように、削岩機２のロッド２２に着脱可能なヘッド本体１０２を備えており、ロッド２２の先端部に装着された状態で削岩機２のドリフタ２３から回転駆動力のみ、あるいは回転駆動力とともに打撃振動力を受けるように構成されている。また、この実施形態では、ヘッド本体１０２はフランジロッド１０４にテーパジャック１０６を装着して形成されているが、これらを一体的に形成してもよいことは言うまでもない。
【００３６】
また、このフランジロッド１０４の上方部にテーパ部１０４ａが設けられており、深堀ビット２００のテーパ部２０２と同様の作用効果を奏する。すなわち、テーパ部１０４ａを設けることによりロッド２２の進退軸２２ａが拡径ヘッド１００の中心軸と若干ずれていたとしても、テーパ部１０４ａによりロッド２２をネジ部１０４ｂに案内することができる。したがって、ロッド２２への拡径ヘッド１００の取付を確実に行うことができる。
【００３７】
また、テーパジャック１０６は深堀ビット２００により形成された削孔３に挿入可能なサイズの厚肉プレートで構成されており、その両面の一方側端部には削孔形成方向Ｘに対して鋭角（＋α）をなすようにガイド溝１０８が設けられるとともに、その両面の他方側端部には削孔形成方向Ｘに対して鋭角（−α）をなすようにガイド溝１１０が設けられている。
【００３８】
そして、ヘッド本体１０２の一方側端側でガイド溝１０８に沿ってヘッド可動部材１１２が（＋α）方向に沿ってスライド自在に設けられるとともに、他方側端側でガイド溝１１０に沿ってヘッド可動部材１１４が（−α）方向に沿ってスライド自在に設けられている。このため、これらのヘッド可動部材１１２，１１４はヘッド本体１０２を削孔形成方向Ｘに移動させることによって削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに接近・離間移動可能となっている。また、各ヘッド可動部材１１２，１１４には、削孔内壁面を向いた側面に削岩ビット１１６が取り付けられている。なお、これらの削岩ビット１１６は後述するように削孔３の内壁面を部分的に削岩して削孔径を拡大する、つまり削孔内部を部分的に拡径する拡径ビットとして機能する。
【００３９】
また、このヘッド本体１０２の（＋Ｘ）方向端部には、リング１１７に対して連結されたスリット１１８と、ビット支持体１２０とを相互に螺合して一体化した先端部材１２２がＸ方向に移動自在に取り付けられる。すなわち、リング１１７とスリット１１８との間にヘッド可動部材１１２、１１４を介在させた状態でリング１１７の下面とスリット１１８の上面とが例えば溶接により相互に連結されてヘッド可動部材１１２、１１４の出退用の窓１２１を形成している。
【００４０】
そして、先端部材１２２の内部空間では、テーパジャック１０６の面法線方向に内部空間の内径と同一、あるいは若干短いブロック１２６がスプリングピン１２７によってテーパジャック１０６に取り付けられている。したがって、その内部空間からテーパジャック１０６側を見ると、先端部１２４とブロック１２６とで十字形が形成され、その十字形状の各端部がビット支持体１２０の内壁面を摺動自在となっている。このため、ヘッド本体１０２がビット支持体１２０の内壁面によりＸ方向に案内されながら、Ｘ方向に移動自在となっている。
【００４１】
さらに、その先端部材１２２の内部空間にコイルバネ１２３が配置されており、その付勢力によりテーパジャック１０６が（−Ｘ）方向に付勢されている。ただし、上記したようにヘッド可動部材１１２、１１４がリング１１７とスリット１１８との間に配置されているため、図１１（ａ）に示すように、テーパジャック１０６の（＋Ｘ）方向端部、つまり先端部１２４が（−Ｘ）方向に移動したとしてもヘッド可動部材１１２、１１４を介してリング１１７により係止され、それ以上の（−Ｘ）方向の移動が規制される。
【００４２】
一方、フランジロッド１０４に対して上記とは逆向き、つまり（＋Ｘ）方向でしかもコイルバネ１２３の付勢力よりも大きな外力が加わると、その付勢力に抗してテーパジャック１０６が（＋Ｘ）方向に移動し、これに応じてヘッド可動部材１１２、１１４が径方向に相互に離間移動し、窓１２１から突出することとなる（図１１（ｂ）参照）。
【００４３】
この先端部材１２２の先端には、複数の深堀用ビット１２８が削孔内底面を向けた状態で固着されており、後述するようにしてヘッド本体１０２に回転打撃力が与えられると、削孔内底面をさらに削岩可能となっている。
【００４４】
また、先端部材１２２の（−Ｘ）方向端部には、図９（ｂ）に示すように、ヘッド可動部材１１２，１１４を挟み込むように、２つの突起部１３０が設けられている。各突起部１３０はＸ方向においてヘッド可動部材１１２，１１４よりも若干長くなっており、上記したようにリング１１７と溶接されて窓１２１を形成している。
【００４５】
なお、この実施形態では、ヘッド本体１０２およびビット支持体１２０には、それぞれ貫通孔１３２，１３４がそれぞれ設けられており、貫通孔１３２，１３４を介して削孔３内部に向けて圧縮空気を供給して後述する段差部を形成する際に発生する粉塵や被削物などを削孔３から排出可能としている。
【００４６】
次に、上記のように構成された拡径ヘッド１００を用いて削孔３の一部を径方向に拡大させて削孔３の内壁面に段差部を形成する動作（拡径工程）について図１１を参照しつつ説明する。まず、削孔工程の実行によって地盤ＧＬに向けて下方向（＋Ｘ）に形成された削孔３に拡径ヘッド１００を挿入し、先端部材１２２を削孔底部に載置して削孔径を拡大する拡径予定位置、つまり段差部形成位置にヘッド可動部材１１２，１１４を配置する。このとき、ヘッド可動部材１１２，１１４は自重とコイルバネ１２３によって相互に近接した状態となっている。
【００４７】
次に、削岩機のドリフタ２３の作動を開始して拡径ヘッド１００に回転力を与えながら、コイルバネ１２３の付勢力に抗しながらヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に削孔形成方向（＋Ｘ）に送り込んでいく。このとき、圧縮空気の送給も同時に開始して貫通孔１３２，１３４を介して削孔３内部に向けて圧縮空気を送り込んでいる。
【００４８】
すると、上記送り込み動作に応じて、ヘッド可動部材１１２，１１４が削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに離間移動し、同図（ｂ）に示すように削岩ビット１１６が削孔内壁面と接触して段差部形成位置での岩盤の削岩が開始される。さらに、ヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に削孔形成方向（＋Ｘ）に送り込み、この送り込み動作に応じてヘッド可動部材１１２，１１４が削孔内壁面を削岩しながら、削孔３の中心軸を中心として径方向において互いにさらに離間移動していく。これによって、削孔径が拡大されて段差部３０が形成される。
【００４９】
こうして、所望深さ、例えば１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度だけ削孔３の一部を削岩して段差部３０が形成されると、ドリフタ２３の作動を停止させ、拡径ヘッド１００を削孔３から引上げるようにしてもよいが、同図（ｃ）に示すように、ドリフタ２３とともにドリフタ２３をさらに作動させて回転打撃力をヘッド本体１０２に与えると、段差部３０をさらに（＋Ｘ）方向に拡張することができる。すなわち、回転打撃力が加えられることで先端部材１２２に取り付けれた深堀用ビット１２８が削孔３の内底面をさらに削岩して削孔３をさらに掘り下げる。また、これと並行して、拡径状態のヘッド可動部材１１２，１１４に取り付けられた削岩ビット１１６が段差部３０の（＋Ｘ）方向端部をさらに削岩していき、その結果、段差部３０が（＋Ｘ）方向に拡張される。
【００５０】
そして、段差部３０が所望のサイズに達すると、ドリフタ２３を停止するとともに、圧縮空気の供給も停止して削岩動作を停止させる。そして、それに続いて、ヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に（−Ｘ）方向に引上げてヘッド可動部材１１２，１１４を削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに近接移動させて削孔３内に戻した後、さらに、ヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に（−Ｘ）方向に引上げてロッド２２（図９）を削孔３から取り除く。
【００５１】
このように、この実施形態によれば、ヘッド可動部材１１２，１１４のサイズに限定されることなく、所望サイズの段差部３０を形成することが可能となっている。また、ヘッド本体１０２に対してコイルバネ１２３の付勢力に抗して外力を与えてコイルバネ１２３を圧縮させる場合を除き、コイルバネ１２３の付勢力によりヘッド可動部材１１２，１１４が削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに近接した状態、つまり縮径状態となっている（図１１（ａ））。したがって、拡径ヘッド１００を如何なる向きに配置したとしても、所定以上の外力を印加しない限りヘッド可動部材１１２，１１４が窓１２１から突出することはなく、任意の削孔３に対して拡径工程を実行することができ、汎用性を大幅に高めることができる。
【００５２】
図１２はこの発明にかかる削孔ヘッドの他の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は正面から見たときの部分断面図であり、同図（ｂ）は側面から見たときの部分断面図であり、同図（ｃ）は同図（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であり、いずれも拡径状態を示している。また、図１３は図１２に示す拡径ヘッドによる拡径工程を模式的に示す図である。
【００５３】
この拡径ヘッド１００は、図１２に示すように、削岩機２のロッド２２に着脱可能なヘッド本体１０２を備えており、ロッド２２の先端部に装着された状態で削岩機２のドリフタ２３から回転駆動力のみ、あるいは回転駆動力とともに打撃振動力を受けるように構成されている。また、この実施形態では、ヘッド本体１０２はフランジロッド１０４にテーパジャック１０６を装着して形成されているが、これらを一体的に形成してもよいことは言うまでもない。
【００５４】
また、先の実施形態（図１０）と同様に、このフランジロッド１０４の上方部にテーパ部が設けられており、深堀ビット２００のテーパ部２０２と同様の作用効果を奏する。
【００５５】
そして、ヘッド本体１０２の一方側端側でガイド溝１０８に沿ってヘッド可動部材１１２が（＋α）方向に沿ってスライド自在に設けられるとともに、他方側端側でガイド溝１１０に沿ってヘッド可動部材１１４が（−α）方向に沿ってスライド自在に設けられている。このため、これらのヘッド可動部材１１２，１１４はヘッド本体１０２を削孔形成方向Ｘに移動させることによって削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに接近・離間移動可能となっている。また、各ヘッド可動部材１１２，１１４には、削孔内壁面を向いた側面に削岩ビット１１６が取り付けられている。なお、これらの削岩ビット１１６は後述するように削孔３の内壁面を部分的に削岩して削孔径を拡大する、つまり削孔内部を部分的に拡径する拡径ビットとして機能する。
【００５６】
また、この実施形態では、テーパジャック１０６の一部に凹部を形成するとともに、その凹部に係止ボール１４０を遊嵌するとともに、その係止ボール１４０をコイルバネ１４２で外向きに付勢している。ここでは、凹部の出口径が係止ボール１４０の外径よりも小さく、係止ボール１４０が凹部から脱落するのを防止しながら、しかもコイルバネ１４２の付勢力で係止ボール１４０の一部が凹部から突出するように構成している。したがって、係止ボール１４０の突出面に対してコイルバネ１４２の付勢力によりも大きな外力が加わると、コイルバネ１４２の付勢力に抗しながら係止ボール１４０が凹部内に押し遣られる。一方、係止ボール１４０の突出面への外力印加がなくなると、係止ボール１４０が再び突出することとなり、図１３（ａ）に示すようにヘッド可動部材１１２，１１４の移動を規制し、ヘッド可動部材１１２，１１４を削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに近接した状態に維持することが可能となっている。
【００５７】
また、このヘッド本体１０２の（＋Ｘ）方向端部には、スリット１１８とビット支持体１２０を相互に螺合して一体化した先端部材１２２がＸ方向に移動自在に取り付けられるとともに、その先端部材１２２の（−Ｘ）方向端部が、例えば図１３（ａ）に示すように、テーパジャック１０６の（＋Ｘ）方向端部、つまり先端部１２４により係止可能となっている。また、先端部材１２２の内部空間では、テーパジャック１０６の面法線方向に内部空間の内径と同一、あるいは若干短いブロック１２６がスプリングピン１２７によってテーパジャック１０６に取り付けられている。したがって、その内部空間からテーパジャック１０６側を見ると、先端部１２４とブロック１２６とで十字形が形成され、その十字形状の各端部がビット支持体１２０の内壁面を摺動自在となっている。このため、ヘッド本体１０２がビット支持体１２０の内壁面によりＸ方向に案内されながら、Ｘ方向に移動自在となっている。
【００５８】
また、その先端部材１２２の内部空間にコイルバネ１２３が配置されており、その付勢力によりテーパジャック１０６が（−Ｘ）方向に付勢されている。
【００５９】
この先端部材１２２の先端には、複数の深堀用ビット１２８が削孔内底面を向けた状態で固着されており、後述するようにしてヘッド本体１０２に回転打撃力が与えられると、削孔内底面をさらに削岩可能となっている。
【００６０】
また、先端部材１２２の（−Ｘ）方向端部には、図１２（ｂ）に示すように、ヘッド可動部材１１２，１１４を挟み込むように、２つの突起部１３０が設けられている。各突起部１３０はＸ方向においてヘッド可動部材１１２，１１４よりも若干長くなっており、拡径状態において、ヘッド可動部材１１２，１１４がヘッド本体１０２と先端部材１２２とで挟み込まれるのを防止し、拡径状態から縮径状態（図１３（ａ））に戻すのを容易としている。
【００６１】
なお、この実施形態では、ヘッド本体１０２およびビット支持体１２０には、それぞれ貫通孔１３２，１３４がそれぞれ設けられており、貫通孔１３２，１３４を介して削孔３内部に向けて圧縮空気を供給して後述する段差部を形成する際に発生する粉塵や被削物などを削孔３から排出可能としている。
【００６２】
次に、上記のように構成された拡径ヘッド１００を用いて削孔３の一部を径方向に拡大させて削孔３の内壁面に段差部を形成する動作（拡径工程）について図１３を参照しつつ説明する。まず、図１３（ａ）に示すように、削孔工程の実行によって天井地盤ＧＬに向けて上方向（＋Ｘ）に形成された削孔３に拡径ヘッド１００を挿入し、先端部材１２２を削孔底部に載置して削孔径を拡大する拡径予定位置、つまり段差部形成位置にヘッド可動部材１１２，１１４を配置する。このとき、ヘッド可動部材１１２，１１４は係止ボール１４０とコイルバネ１４２とで構成された係止手段により係止されており、その自重によって（−Ｘ）方向に移動してくるのを阻止して縮径状態に維持している。
【００６３】
次に、削岩機２のドリフタ２３の作動を開始して拡径ヘッド１００に回転力を与えながら、コイルバネ１２３、１４２の付勢力に抗しながらヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に削孔形成方向（＋Ｘ）に送り込んでいく。このとき、圧縮空気の送給も同時に開始して貫通孔１３２，１３４を介して削孔３内部に向けて圧縮空気を送り込んでいる。
【００６４】
すると、上記送り込み動作に応じて、ヘッド可動部材１１２，１１４がまず係止ボール１４０を凹部に押し遣りながら削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに離間移動し、その係止ボール１４０を通過すると、さらに離間移動して、同図（ｂ）に示すように削岩ビット１１６が削孔内壁面と接触して段差部形成位置での岩盤の削岩が開始される。なお、ヘッド可動部材１１２，１１４の通過と同時に係止ボール１４０はコイルバネ１４２の付勢力により再び凹部から突出する。
【００６５】
さらに、ヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に削孔形成方向（＋Ｘ）に送り込み、この送り込み動作に応じてヘッド可動部材１１２，１１４が削孔内壁面を削岩しながら、削孔３の中心軸を中心として径方向において互いにさらに離間移動していく。これによって、削孔径が拡大されて段差部３０が形成される。
【００６６】
こうして、所望深さ、例えば１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度だけ削孔３の一部を削岩して段差部３０が形成されると、ドリフタ２３の作動を停止させ、拡径ヘッド１００を削孔３から引き下げるようにしてもよいが、同図（ｃ）に示すように、ドリフタ２３とともにドリフタ２３をさらに作動させて回転打撃力をヘッド本体１０２に与えると、段差部３０をさらに（＋Ｘ）方向に拡張することができる。すなわち、回転打撃力が加えられることで先端部材１２２に取り付けれた深堀用ビット１２８が削孔３の内底面をさらに削岩して削孔３をさらに掘り下げる。また、これと並行して、拡径状態のヘッド可動部材１１２，１１４に取り付けられた削岩ビット１１６が段差部３０の（＋Ｘ）方向端部をさらに削岩していき、その結果、段差部３０が（＋Ｘ）方向に拡張される。
【００６７】
そして、段差部３０が所望のサイズに達すると、ドリフタ２３を停止するとともに、圧縮空気の供給も停止して削岩動作を停止させる。そして、それに続いて、ヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に（−Ｘ）方向に引き下げてヘッド可動部材１１２，１１４を削孔３の中心軸を中心として径方向において互いに近接移動させて削孔３内に戻した後、係止ボール１４０によりヘッド可動部材１１２，１１４を係止した状態（同図（ａ））のまま、さらにヘッド本体１０２および先端部材１２２を一体的に（−Ｘ）方向に引き下げてロッド２２（図１２）を削孔３から取り除く。
【００６８】
このように、この実施形態によれば、ヘッド可動部材１１２，１１４のサイズに限定されることなく、所望サイズの段差部３０を形成することが可能となっている。また、係止手段によりヘッド可動部材１１２，１１４が自由に移動するのを防止するとともに、必要に応じて所定以上の外力を加える事でヘッド可動部材１１２，１１４を削孔３の中心軸を中心として径方向において互いにさらに離間移動させて削岩するように構成しているので、先の実施形態と同様に、任意の削孔３に対して拡径工程を実行することができ、汎用性を大幅に高めることができる。
【００６９】
なお、本発明はした実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、図１１に示すように地盤ＧＬに向けて下方向（＋Ｘ）に形成された削孔３に段差部３０を形成する場合と、図１３に示すように地盤ＧＬに向けて上方向（＋Ｘ）に形成された削孔３に段差部３０を形成する場合とについて説明したが、傾斜地盤に対して削孔を設ける場合も全く同様である。すなわち、本発明にかかる削岩ヘッドおよび削岩装置によれば、任意の地盤に対して形成された削孔について該削孔の一部を径方向にさらに拡大削岩して削孔の内壁面に段差部を形成することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、先端部材をヘッド本体に対して削孔形成方向に相対的に移動自在に設けるとともに、付勢手段によって先端部材に対してヘッド本体を、複数のヘッド可動部材が互いに近接する方向に付勢しているので、削孔が如何なる状態に形成されたとしても、削孔に削岩ヘッドを挿入する際に複数のヘッド可動部材が互いに近接した状態となり、削岩ヘッドを削孔にスムーズに挿入することができる。したがって、削孔状態にかかわらず該削孔の内壁面に段差部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる削岩装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１の削岩装置の部分拡大図（拡径ヘッドのセッター機構）である。
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図１の削岩装置による削孔形成手順を示すフローチャートである。
【図５】図１の削岩装置による削孔形成手順を示す動作模式図である。
【図６】削孔内に落下した深堀ビットを回収する回収処理を示すフローチャートである。
【図７】削孔内に落下した拡径ヘッドを回収する回収処理を示すフローチャートである。
【図８】深堀ビットの一実施形態を示す図である。
【図９】この発明にかかる削孔ヘッドの一の実施形態を示す図である。
【図１０】図９の拡径ヘッドの部分図である。
【図１１】図９に示す拡径ヘッドによる拡径工程を模式的に示す図である。
【図１２】この発明にかかる削孔ヘッドの他の実施形態を示す図である。
【図１３】図１２に示す拡径ヘッドによる拡径工程を模式的に示す図である。
【符号の説明】
３…削孔
３ａ…削孔中心軸
２３…ドリフタ（回転駆動部）
３０…段差部
１００…拡径ヘッド（削岩ヘッド）
ＧＬ…地盤
Ｘ…削孔形成方向

Claims (2)

1. 地盤表面から所定の削孔形成方向に形成された削孔内に挿入された状態で、前記削孔の中心軸を回転中心とする回転駆動力を受けて前記地盤を削岩する削岩ヘッドであって、
   回転駆動力を受けるヘッド本体と、
   前記削孔形成方向と鋭角をなす方向において前記ヘッド本体に対してスライド自在に設けられ、前記削孔形成方向における前記ヘッド本体の移動にともなって前記削孔の中心軸を中心として径方向において互いに接近・離間移動する複数のヘッド可動部材と、
   前記ヘッド本体に対して前記削孔形成方向に相対的に移動自在に設けられた先端部材と、
   前記先端部材と前記ヘッド本体との間に設けられて、前記複数のヘッド可動部材が互いに近接する方向に前記ヘッド本体が移動するように前記先端部材に対して前記ヘッド本体を付勢する付勢手段とを備え、
   各ヘッド可動部材には前記削孔内壁面を向いた側面に拡径用削岩ビットが取り付けられており、前記付勢手段による付勢力に抗して前記ヘッド本体を前記削孔形成方向に移動させることによって前記複数のヘッド可動部材を互いに離間移動させながら、前記拡径用削岩ビットにより前記削孔内壁面を削岩して前記削孔の一部を径方向に拡大させることを特徴とする削岩ヘッド。
2. 地盤表面から所定の削孔形成方向に形成された削孔の一部を径方向に削岩して削孔径を部分的に拡大させる削岩装置であって、
   請求項１記載の削岩ヘッドと、
   前記削孔の中心軸を回転中心とする回転駆動力を前記削岩ヘッドに与える回転駆動部と
   を備えたことを特徴とする削岩装置。

Images