JP2004332488A - 掘削工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】掘削屑が順調に排出されて、削孔作業を滞ることなく進めることのできる掘削工具を提供すること。
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転駆動可能で両端部に連結部４２を有する削孔ロッド１２と、基端部に被連結部３０を有する削孔ロッド１２の掘削進行方向の前方に装着される工具本体１１と、削孔ロッド１２を挿入した状態で削孔ロッド１２に対して所定の間隙を有する円筒状の鋼管（ケーシング）１３と、両端部に被連結部４６を有して削孔ロッド１２の連結に使用される中間部材１４とを備えて構成されている掘削工具１０において、工具本体１１および中間部材１４の全外周側面にスパイラル状の排出溝１６，４７が形成されており、削孔ロッド１２の連結部４２を除く全外周側面にスパイラル羽根部４３が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】軸線Ｏ回りに回転駆動可能で両端部に連結部４２を有する削孔ロッド１２と、基端部に被連結部３０を有する削孔ロッド１２の掘削進行方向の前方に装着される工具本体１１と、削孔ロッド１２を挿入した状態で削孔ロッド１２に対して所定の間隙を有する円筒状の鋼管（ケーシング）１３と、両端部に被連結部４６を有して削孔ロッド１２の連結に使用される中間部材１４とを備えて構成されている掘削工具１０において、工具本体１１および中間部材１４の全外周側面にスパイラル状の排出溝１６，４７が形成されており、削孔ロッド１２の連結部４２を除く全外周側面にスパイラル羽根部４３が設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、先端に工具本体を装着した削孔ロッドがケーシングに挿入されて構成され、工具本体により地山に掘削孔を形成しつつケーシングを挿入して、順次削孔ロッドおよびケーシングを連結して所定の深さの掘削孔を形成する削孔作業に使用される掘削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネル掘削工事において地質の悪い地山を掘削する際に、トンネル壁面の緩みを防止するために、あらかじめ地山を補強してトンネル掘削を行う工法が用いられている。従来、このようなトンネル工事に伴う地山先行補強工法として、複数の鋼管（ケーシング）を連結しながら、トンネル掘削に使用する油圧ジャンボによって掘削切羽の周辺部からトンネルの軸方向斜め外方に向けて鋼管を埋設し、トンネル掘削領域外に埋設された鋼管に注入剤を注入して地山を補強する鋼管先受け工法が実施されている。
【０００３】
このような鋼管先受け工法の概略施工状況を図７に示す。図は、工事中のトンネル１のトンネル切羽２付近における進行方向に沿った断面図で、トンネル１の上面はコンクリートや鋼材などによる補強材３が施工されており、トンネル１に連続して掘削される予定の範囲が二点鎖線４によって示されている。また、地山を補強するために、トンネル１および掘削範囲の外側に複数の鋼管５が埋設されており、油圧ジャンボ６に連結されている施工中の鋼管５と、注入剤８が注入された施工後の鋼管５とが図に示されている。油圧ジャンボ６のブーム７に装備されている駆動装置に基端部が連結されている掘削工具は、打撃力および回転力を伝達するインナーロッドと、インナーロッドの先端に装着される掘削ビットと、掘削ビットおよびインナーロッドが挿入される鋼管５とを有している。鋼管５とインナーロッドとの間には所定の寸法の間隙が設けられており、鋼管５より掘削ビットが先端側に突出している。また、削孔水を供給するための流路がインナーロッドを貫通するように形成されており、掘削箇所に向けて削孔水を噴出するため流体供給口が掘削ビットに形成されている。
【０００４】
そして、先行して掘削する掘削ビットの前進とともに掘削孔に鋼管５を挿入していき、順次インナーロッドおよび鋼管５を連結して所定の深さまで鋼管５が埋設される。このとき、掘削によって生じた土砂や岩屑などの掘削屑は、インナーロッドを通して高圧で供給される削孔水によって押し流されて、鋼管５とインナーロッドとの間隙から掘削孔の外に排出される。このような削孔作業の後に、掘削ビットおよびインナーロッドが回収されて、注入作業において鋼管５に注入剤８が注入され、図の施工後の状態に示すように、鋼管５から地山に注入剤８が浸透して地山が強化される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２１０７３号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記鋼管先受け工法において、粘土のように粘性が高くて、かつ流動性が悪い地層を掘削する場合、鋼管５とインナーロッドとの間隙を通過する掘削屑が、この間隙に堆積してしまって排出効率が低下してしまうという問題があった。そして、このような堆積した掘削屑が順次積み重なることによって、掘削屑が排出されなくなってしまい、これにより削孔作業が続行不可能となるおそれがあった。また、地層が軟質な場合において削孔水によってさらに地山が軟化することを抑制するためや、地表との土被りが浅い場合において地表の構造物に与える影響を抑制するために、削孔水の使用量を低減させなければならない、または削孔水に代用して空気を用いなければならないことがあり、このような場合において、とくに掘削屑の堆積が問題となっていた。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、鋼管先受け工法に使用される掘削工具において、掘削屑が順調に排出されて、削孔作業を滞ることなく進めることのできる掘削工具を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る掘削工具は、軸線回りに回転駆動可能で両端部に連結部を有する削孔ロッドと、基端部に被連結部を有する前記削孔ロッドの掘削進行方向の前方に装着される工具本体と、前記削孔ロッドを挿入した状態で該削孔ロッドに対して所定の間隙を有する円筒状のケーシングと、両端部に被連結部を有して前記削孔ロッドの連結に使用される中間部材とを備えて構成されている掘削工具において、前記工具本体および中間部材の全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されており、前記削孔ロッドの一部または全外周側面にスパイラル羽根部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明の掘削工具では、工具本体および中間部材の全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されており、削孔ロッドの一部または全外周側面にスパイラル羽根部が設けられているので、ケーシング内を基端側へ向かって排出される掘削屑が、回転駆動する排出溝およびスパイラル羽根部によって攪拌されて、ケーシング内に堆積することが抑制される。また、掘削屑は回転駆動する排出溝またはスパイラル羽根部に沿って基端側へ押し流されるので、スムーズに排出される。このような掘削屑が排出されやすい構成にすることで、削孔水の使用量を低減させたり、削孔水に代用して空気を用いたりしても、掘削屑が堆積することなく順調に排出される。これにより、削孔水による地山の緩みを抑制することができるとともに、順調に掘削作業を進めることができる。
【００１０】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記削孔ロッドと前記工具本体との間に、先端部に連結部と基端部に被連結部とを有するスタビライザーが装着されており、該スタビライザーの一部または全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明の掘削工具では、先端部に連結部と基端部に被連結部とが形成されているスタビライザーが、削孔ロッドと工具本体との間に装着されているので、掘削作業時の工具本体の直進性が確保されるとともに、スタビライザーの一部または全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されているので、スタビライザーによっても掘削屑の攪拌と、掘削屑を基端側へ押し流す効果が得られる。これにより、スタビライザーを使用しても掘削屑を順調に排出することができる。
【００１２】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記各連結部が前記各被連結部に連結された状態で、該被連結部の外部に位置する前記連結部の軸線方向の寸法が、前記ケーシングの内径の１．５倍以下とされていることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、各連結部と各被連結部とが互いに連結された状態で、被連結部の外部に位置する連結部の軸線方向の寸法、つまり被連結部に挿入されている部分を除いた連結部の軸線方向の寸法が、ケーシングの内径の１．５倍以下とされているので、連結部における掘削屑の堆積が抑制される。つまり、排出溝やスパイラル羽根部が形成されていない連結部は、掘削屑が堆積しやすくなってしまい、排出効率が低下してしまうおそれがあるが、このような範囲の寸法を上述したように設定することで、排出効率の低下を抑制することができるのである。これにより、掘削屑を順調に排出することができる。
【００１３】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、スタビライザーの連結部に基端側へ向かうに従い拡径する傾斜面が形成されており、該傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、スタビライザーの連結部に形成されている傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であるので、このような傾斜面が掘削屑の排出に与える悪影響が抑制される。つまり、このように基端側へ向かうに従い拡径する傾斜面の軸線に対する角度が４５度以上とされている場合、基端側に向かう掘削屑の流動が傾斜面によって阻害されて、掘削屑が連結部に堆積してしまうおそれがあるが、傾斜面を４５度以下にすることによって掘削屑の堆積が抑制されるのである。これにより、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記軸線に沿って削孔水を供給する流路が前記工具本体に形成されており、前記流路から前記排出溝の溝底面に連通して形成されている流体供給口が、前記工具本体の基端側に向かって開口していることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、軸線に沿って工具本体の内部に形成されている流路から排出溝の溝底面に連通する流体供給口が工具本体の基端側に向かって開口するように形成、つまり、流体供給口が流路から溝底面に向かって工具本体の基端側に向かうように傾斜して形成されているので、流路に供給されて流体供給口から噴射される削孔水は工具本体の基端側に向かうように排出溝に噴射される。このような向きとなるように削孔水が噴射されることによって、排出溝を通過する掘削屑がよりスムーズに排出され、排出効率を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である掘削工具１０の全体構成を示しており、図２は、掘削工具１０の先端部分を示している。また、図２（ａ）は掘削工具１０を軸線Ｏの先端側から見た図で、矢印の方向が掘削時の回転方向Ｔを示しており、図２（ｂ）は掘削工具１０の部分断面側面図で、左側が掘削工具１０の先端側とされ、先端方向が掘削進行方向の前方とされる。掘削工具１０は、最先端に位置して地山を掘削するスクリュービット（工具本体）１１と、スクリュービット１１を先端に装着して駆動力を伝達する削孔ロッド１２と、削孔ロッド１２を挿入可能な円筒状の鋼管（ケーシング）１３と、複数の鋼管１３を連結するための中間スリーブ（中間部材）１４とを備えて構成されている。
【００１６】
スクリュービット１１は、先端部１５が略円錐形状に形成された柱状の部材で、先端部１５より基端側の外周側面の全面にスパイラル状の排出溝１６が左ネジで、つまり先端側から基端側に向かうに従い回転方向Ｔの逆方向に向かうように捩れた螺旋形状で、周方向に等間隔に複数条（図では３条）形成されている。排出溝１６は、中央部分が若干突出するような溝底面１６ａと、スクリュービット１１の径方向に伸びて互いに対向する溝側面１６ｂとを有する断面コ字状の溝で、先端部１５の円錐面１５ａからスクリュービット１１の基端面１１ａまで連続して形成されている。また、排出溝１６のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００１７】
先端部１５の複数箇所（図では３箇所）にＶ字状の切欠き部１７が形成されており、切欠き部１７の回転方向Ｔの前方を向く側面が切刃側面１７ａとされ、切刃側面１７ａと円錐面１５ａとによる稜線を含む部分が切刃部１８とされている。図３に示す斜視図のように、切刃側面１７ａが稜線１９を介して排出溝１６の回転方向Ｔの前方を向く溝側面１６ｂに連続し、切欠き部１７の他方の側面１７ｂが稜線２０を介して溝底面１６ａに連続するように切欠き部１７が形成されている。そして、先端部１５の頂点部２１と切刃部１８とを覆うような一定範囲（図においてハッチングされている範囲）に耐摩耗処理のための硬化肉盛りが形成されている。
【００１８】
また、スクリュービット１１の排出溝１６が形成されていない外周部分は、２箇所に形成された段部によって、基端側から第１外周部２２と、第２外周部２３と、第３外周部２４との外径の異なる３つの外周部に分けられており、先端側の外周部の外径が小さく形成されている。また、第１外周部２２と第２外周部２３との間に先端側を向く傾斜面２５が形成され、第２外周部２３と第３外周部２４との間に先端側を向く傾斜面２６が形成されている。また、第３外周部２４には、径方向に突出する凸条部２７が形成されている。
【００１９】
また、基端面１１ａには削孔ロッド１２を装着するための連結孔（被連結部）３０が軸線Ｏを中心として開口しており、連結孔３０の内周面３０ａの基端部付近には、軸線Ｏに直交して固定ピンを挿入するためのピン孔３２が、その側面の一部を連結孔３０に開口するように形成され、ピン孔３２より先端側の内周面３０ａには雌ネジ部３３が形成されており、連結孔３０の底面３０ｂには軸線Ｏを中心とした流路３４が所定の深さで形成されている。そして、溝底面１６ａに開口するように流路３４に連通して流体供給口３５，３６が形成されている。流体供給口３５は、流路３４から排出溝１６に向かって先端側から基端側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜して設けられ、掘削進行方向の後方（基端方向）に向かって溝底面１６ａに開口しており、流体供給口３６は掘削進行方向の前方（先端方向）に向かって溝底面１６ａに開口している。
【００２０】
削孔ロッド１２は、軸線Ｏに沿って流路４０が貫通している管状のロッドで、鋼管１３と削孔ロッド１２との間には所定の寸法の間隙が設けられている。削孔ロッド１２の両端部には、雄ネジ部４１を有する連結部４２が形成されており、連結部４２を除く全外周側面、つまり、外周側面の一部にはスパイラル羽根部４３が設けられている。スパイラル羽根部４３は、排出溝１６と同じ向きに螺旋状に形成されており、リード角が４５°〜７５°の範囲に設定され、スパイラル羽根部４３の高さ、つまり径方向の寸法が５ｍｍ以上に設定されている。
【００２１】
また、連結部４２には、雌ネジ部３３に螺合可能な雄ネジ部４１と、軸線Ｏを中心に周回するように伸びる凹部と、連結時に連結孔３０の外側に位置する被把持部４４とが、端部から順に形成されている。凹部は、連結時にピン孔３２と対応する位置に形成されており、ピン孔３２に挿入される固定ピンと軸線Ｏ方向に係合する部分で、被把持部４４は削孔ロッド１２とスクリュービット１１とを連結する際に把持工具によって把持される部分である。また、連結部４２を連結孔３０に連結させた状態において、連結孔３０の外側に位置する被把持部４４などの連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下となるように連結部４２が形成されている。
【００２２】
また、中間スリーブ１４には、両端部に雌ネジ部４５を有する連結孔（被連結部）４６が形成されており、連結孔４６は軸線Ｏを中心に貫通して形成されている。また、中間スリーブ１４の全外周側面には、スクリュービット１１の排出溝１６と同じ向きに捩れた螺旋状の排出溝４７が形成されている。また、中間スリーブ１４の連結孔４６に削孔ロッド１２の連結部４２を連結させた状態においても、連結孔４６の外側に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法は鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされている。また、排出溝４７のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００２３】
鋼管１３の先端には、円筒状のケーシングトップ４８が溶接などにより取り付けられている。ケーシングトップ４８は、図２に示すように、鋼管１３より先端側に位置する先端部４９と、先端部４９に対して内外径とも一段縮径するような基端部５０とを有しており、基端部５０の基端縁には基端側に向けて漸次拡径するように傾斜する基端面５０ａが形成されている。基端部５０の外周面は鋼管１３に嵌入可能で、内周面はスクリュービット１１の第２外周部２３に摺接可能となるように形成され、先端部４９の内外径は鋼管１３の内外径と略等しく形成されている。また、先端部４９の内周面の軸線Ｏ方向略中央には、この内周面を軸線Ｏ回りに周回するように環状溝５１が形成されており、環状溝５１は軸線Ｏに沿った断面において、軸線Ｏ方向に所定の寸法を有したコ字状とされている。
【００２４】
また、ケーシングトップ４８に対して回転自在で、かつ軸線Ｏ方向へ所定の範囲だけ摺動可能となるように、リングビット５２がケーシングトップ４８の先端に装着されている。リングビット５２は、ケーシングトップ４８より先端側に位置する先端部５３と、ケーシングトップ４８の先端部４９の内周面に摺接可能な基端部５４とを有している。また、基端部５４の基端縁のうち、ケーシングトップ４８の基端部５０の内周面より内側に位置する基端縁には、基端側に向けて漸次拡径するように傾斜する基端面５４ａが形成されている。リングビット５２の内周面は、スクリュービット１１の第３外周部２４が摺接可能とされ、凸条部２７を収容可能な凹条部５５が形成されている。また、先端部５３の先端面は先端側に向けて漸次拡径するテーパ面状の傾斜面５３ａとされ、つまり、軸線Ｏに沿った断面において向かい合う傾斜面５３ａ同士が「ハの字状」に形成されている。
【００２５】
また、リングビット５２の基端部５４の外周面には、軸線Ｏを中心としてこの外周面を軸線Ｏ回りに周回するように延びる環状溝５６が形成されており、環状溝５６は軸線Ｏに沿った断面においてコ字状をなしており、そして、リングビット５２をケーシングトップ４８の先端部内周に嵌挿することによって、リングビット５２の環状溝５６とケーシングトップ４８の環状溝５１とが合致して画成される環状孔には、軸線Ｏに対する径方向に弾性変形可能な係止部材５７が介装されている。係止部材５７は、環状溝５６に嵌合可能な断面を有するＣ型止め輪で、係止部材５７の軸線Ｏ方向の寸法が環状溝５１の軸線Ｏ方向の寸法より短く設定されているので、環状溝５１の軸線Ｏ方向に係止部材５７が摺動可能とされている。このような、環状溝５１および環状溝５６による環状孔と係止部材５７との係合によって、リングビット５２がケーシングトップ４８に対して回転自在、かつ摺動可能に装着されている。
【００２６】
また、リングビット５２の先端側に突出するように複数箇所（図では３箇所）に植設されている掘削チップ５８が切刃部とされており、掘削チップ５８も内側に傾斜する傾斜面５８ａを有する形状とされている。また、掘削チップ５８が植設されている周方向の位置は、スクリュービット１１とリングビット５２とが周方向に係合した状態で、スクリュービット１１の切刃部１８より掘削チップ５８が回転方向Ｔの前方となるように設定されている。
【００２７】
また、駆動装置からの駆動力を削孔ロッド１２および鋼管１３に伝達するために、削孔ロッド１２の基端には調整ロッド６０が装着されており、鋼管１３の基端にアダプタ６１が装着されている。調整ロッド６０は、外周側面にスパイラル状の排出溝６２が形成されているロッド本体部６３と、ロッド本体部６３から基端側に伸びる軸部６４とを有しており、ロッド本体部６３の先端面に軸線Ｏを中心として雌ネジ部６５を有する連結孔（被連結部）６６が形成され、軸部６４の先端に雄ネジ部６７が形成されている。アダプタ６１は、鋼管１３と略同一外径を有する円筒部６８と、円筒部６８の先端側に設けられて鋼管１３の内周面に嵌入可能な連結部６９と、円筒部６８の基端側に設けられて調整ロッド６０の軸部６４が挿入可能な穴部７０が形成されている基部７１とを有している。また、円筒部６８には鋼管１３内を流動してきた掘削屑を外部に排出するための排出口７２が形成されている。
【００２８】
削孔ロッド１２および鋼管１３を駆動装置に連結するには、削孔ロッド１２の連結部４２に調整ロッド６０の連結孔６６を連結させ、鋼管１３にアダプタ６１の連結部６９を嵌入させて鋼管１３の基端面と円筒部６８の先端面とを当接させるとともに、アダプタ６１の穴部７０に調整ロッド６０の軸部６４を挿入させる。そして、アダプタ６１より基端側に突出している軸部６４にリング部材７３を挿入し、リング部材７３とアダプタ６１の基部７１とを当接させて、スリーブ７４がリング部材７３に当接するように軸部６４の雄ネジ部６７にスリーブ７４の一端を螺合させ、スリーブ７４の他端に駆動装置のシャンクロッド７５を連結する。
【００２９】
上述したように構成されている掘削工具１０による削孔作業では、軸線Ｏ回りの回転力、軸線Ｏ方向の推進力、および必要に応じて加えられる打撃力などの駆動力がシャンクロッド７５からスリーブ７４を介してアダプタ６１と調整ロッド６０とに伝達され、それぞれ鋼管１３と削孔ロッド１２とに伝達される。また、削孔ロッド１２からスクリュービット１１に伝達された駆動力のうち、軸線Ｏ回りの回転力が凸条部２７と凹条部５５との係合によってリングビット５２に伝達され、軸線Ｏ方向の推進力および打撃力が傾斜面２６と基端面５４ａとの当接によってリングビット５２に伝達される。このように駆動力が伝達されて、スクリュービット１１の切刃部１８とリングビット５２の掘削チップ５８とによって地山が掘削される。また、削孔ロッド１２の流路４０からスクリュービット１１の流路３４に供給された削孔水は、流体供給口３５，３６から噴出される。そして、掘削によって生じた掘削屑は鋼管１３の内部を基端側へ流動して、アダプタ６１の排出口７２から排出される。
【００３０】
このような削孔作業において、回転駆動するスクリュービット１１の排出溝１６、中間スリーブ１４の排出溝４７、削孔ロッド１２のスパイラル羽根部４３、および調整ロッド６０の排出溝６２によって、鋼管１３の内部を流動する掘削屑が攪拌されるとともに、基端側へ向けて押し流されるような作用が働くので、鋼管１３の内部での掘削屑の堆積を防止することができ、スムーズに掘削屑を排出することができる。これにより、削孔水の使用量を低減させたり、削孔水に代用して空気を用いたりしても、順調に掘削作業を進めることができるとともに、削孔水による地山の緩みを抑制することができる。
【００３１】
また、スクリュービット１１に削孔ロッド１２を連結させた状態において、連結孔３０の外側に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされているので、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。つまり、連結部４２はスパイラル羽根部４３が設けられていないために、掘削屑を攪拌する効果が得られないが、寸法Ｌ１を内径Ｄの１．５倍以下とすることで、連結部４２における掘削屑の堆積が抑制され、順調に掘削屑を排出することができるのである。
【００３２】
また、流体供給口３５が基端方向に向かって溝底面１６ａに開口するように傾斜して設けられているので、流体供給口３５から噴出される削孔水は基端方向に向けて噴出され、掘削屑を基端側に押し流す効果を得ることができる。また、掘削箇所に噴出される削孔水の量が抑制されるので、削孔水が地山に悪影響を与えることを抑制することができる。
【００３３】
つぎに、図４を用いて本発明の第２の実施形態である掘削工具１０Ａについて説明する。掘削工具１０Ａは、スクリュービット１１と削孔ロッド１２との間にスタビライザー８０が装着されるとともに、軸線Ｏ方向の駆動力がスクリュービット１１から鋼管１３に伝達される構成となっている点で第１の実施形態の掘削工具１０と異なっている。また、掘削工具１０と同一の構成である部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
スタビライザー８０は、鋼管１３に摺接可能な外径を有する本体部８１と、本体部８１の先端側に設けられた連結部８２とを有しており、軸線Ｏに沿って流路８３が形成されている。また、連結部８２には、スクリュービット１１の雌ネジ部３３に螺合可能な雄ネジ部８４が先端部分に形成され、基端側へ向かうに従い拡径するような曲面状の傾斜面８５が基端部分に形成されており、傾斜面８５の接線の軸線Ｏに対する角度θが４５°以下とされている。また、本体部８１の外周面には、スクリュービット１１の排出溝１６と同じ向きに捩れた螺旋状の排出溝８６が形成され、基端面８７には、雌ネジ部８８を有する連結孔（被連結部）８９が軸線Ｏを中心として開口している。また、排出溝８６のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００３５】
また、スクリュービット１１にスタビライザー８０を連結させた状態、つまり、雌ネジ部３３と雄ネジ部８４とを螺合させて連結孔３０に連結部８２を連結させた状態において、連結孔３０の外部に位置する連結部８２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ２が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下となるように連結部８２が形成されている。また、スタビライザー８０の連結孔８９に削孔ロッド１２の連結部４２を連結させた状態における連結孔８９の外部に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１も鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされている。
【００３６】
また、掘削工具１０Ａでは、スクリュービット１１の傾斜面２５とケーシングトップ４８の基端面５０ａ（図２参照）とが当接する構成となっており、傾斜面２５から基端面５０ａに軸線Ｏ方向の駆動力が伝達されて、鋼管１３が掘削孔に挿入される。このように駆動力を伝達することで、掘削工具１０Ａの基端側ではアダプタ６１や調整ロッド６０などを装着することなく、削孔ロッド１２と駆動装置のシャンクロッド７５とが連結される構成となっている。また、このように掘削工具１０Ａの先端側で鋼管１３を引っ張るように駆動力を伝達する場合、掘削作業時の直進性を確保するためにスタビライザー８０が装着されている。
【００３７】
このような掘削工具１０Ａにおいて、スタビライザー８０に螺旋状の排出溝８６が形成されているので、排出溝８６によって掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果を得ることができ、掘削屑を順調に排出することができる。また、連結状態において連結孔３０の外部に位置する連結部８２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ２が鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされているので、連結部８２において掘削屑を攪拌したり基端側へ押し流したりする効果が得られなくても、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。また、傾斜面８５の軸線Ｏに対する角度θが４５°以下とされているので、傾斜面８５によって掘削屑の流動が阻害されることによる排出効率の低下も抑制することができる。したがって、スタビライザー８０を装着している掘削工具１０Ａによっても、鋼管１３の内部に掘削屑が堆積することなく、順調に掘削作業を進めることができる。
【００３８】
つぎに、工具本体の変形例として、第１変形例である拡径ビット９０、および第２変形例である拡径ビット９０ａについて説明する。また、上記実施形態と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、拡径ビット９０は拡縮径機能を有する掘削ビットで、削孔ロッド１２に装着可能とされているデバイス９１と、デバイス９１の先端部の２箇所に装着されている掘削ビット９２とを備えて構成されている。デバイス９１は、軸線Ｏを中心とした略柱状の部材で、基端面９１ａには削孔ロッド１２を装着するための連結孔９３が軸線Ｏを中心として開口しており、先端面９１ｂには掘削ビット９２を回動可能に支持するための支持孔９４が軸線Ｏに対して偏移した位置を中心として２箇所に開口している。連結孔９３の内周面９３ａには雌ネジ部９５が形成されており、連結孔９３の底面９３ｂには軸線Ｏを中心とした流路９６が所定の深さで形成されている。
【００３９】
デバイス９１の外周には、先端面９１ｂから基端側に向かうスパイラル状の排出溝９７が左ネジで形成されており、排出溝９７の溝底面９７ａに開口するように流路９６に連通して流体供給口９８，９９が形成されている。流体供給口９８は、流路２１から排出溝９７に向かって先端側から基端側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜して設けられ、基端方向に向かって溝底面９７ａに開口しており、流体供給口９９は先端方向に向かって溝底面９７ａに開口している。また、デバイス９１の排出溝２２が形成されていない外周部分には、先端側を向く傾斜面１００が形成されている。
【００４０】
また、掘削ビット９２は、複数の掘削チップ１０１が植設されているヘッド部１０２と、ヘッド部１０２の基端側に向けて設けられた軸部１０３とを備えており、軸部１０３が支持孔９４に挿入されて軸線方向に係止されることで、支持孔９４の中心軸Ｏ２を中心に回動自在となるようにデバイス９１に装着されている。掘削チップ１０１は、略円錐形状の先端部に傾斜面が形成されているスパイク状のチップで、傾斜面によって形成されている先端稜線部が放射状に延びるようにしてヘッド部１０２の先端面に植設されている。ヘッド部１０２は、先端視して略半円形状をしており、掘削時には図５（ａ）に示すような互いのヘッド部１０２の位置関係となって拡径状態とされている。また、拡径ビット９０を回転方向Ｔの反対方向に回転させると中心軸Ｏ２を中心に回動することにより、互いのヘッド部１０２の円弧面で略円形形状を形成するように縮径状態とされ、鋼管１３を通過可能とされる。
【００４１】
また、図６に示すように、拡径ビット９０ａは拡径ビット９０と同様に拡縮径機能を有しており、掘削ビット９２ａのヘッド部１０２ａが拡径ビット９０と異なる形状とされている。また、拡径ビット９０と共通する構成部には同一の符号を付して説明を省略する。ヘッド部１０２ａには、先端方向および回転方向Ｔに向けてＶ字状に突出するように形成された切刃を有する複数の掘削チップ１０４が植設されており、各掘削チップ１０４の間には溝部１０５が形成されている。
【００４２】
また、第１変形例では、鋼管１３の先端にケーシングトップ４８ａが装着されており、ケーシングトップ４８ａの基端面と拡径ビット９０の傾斜面１００とが当接することで軸線Ｏ方向の駆動力が拡径ビット９０から鋼管１３に伝達される構成となっている。また、第２変形例では、ケーシングトップが装着されずに鋼管１３の基端側に駆動力が伝達される構成となっている。
【００４３】
このような拡縮径機能を有する拡径ビット９０，９０ａのデバイス９１の外周にスパイラル状の排出溝９７が形成されているので、排出溝９７によって掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果を得ることができ、掘削屑を順調に排出することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、スクリュービット１１の排出溝１６、削孔ロッド１２のスパイラル羽根部４３、中間スリーブ１４の排出溝４７、およびスタビライザー８０の排出溝８６のリード角が、それぞれ異なる角度で形成されているが、これらのリード角が略同角度で形成されていれば、より好ましい。また、スクリュービット１１の切刃部１８および頂点部２１に掘削チップが植設されて耐摩耗処理が施されていてもよい。さらに、鋼管１３に代えて、他の材質からなるケーシングを採用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る掘削工具によれば、パイラル状の排出溝およびスパイラル羽根部が設けられているので、ケーシング内の掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果が得られ、削孔水の使用量を低減させても掘削屑をスムーズに排出することができ、削孔水による地山の緩みを抑制することができるとともに、順調に掘削作業を進めることができる。
また、削孔ロッドと工具本体との間に装着されているスタビライザーにもスパイラル状の排出溝が形成されているので、同様に掘削屑を順調に排出する効果が得られる。
また、各連結部を各被連結部に連結された状態で、被連結部の外部に位置する連結部の軸線方向の寸法が、ケーシングの内径の１．５倍以下とされているので、連結部における掘削屑の堆積を抑制することができ、排出効率の低下を抑制することができる。
また、スタビライザーの連結部に形成されている傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であるので、このような傾斜面が掘削屑の排出に与える影響を抑制することができ、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。
また、流体供給口が工具本体の基端側に向かって開口するように形成されているので、工具本体の基端側に向かうように削孔水を噴射することができ、掘削屑をよりスムーズに排出溝の基端側へ排出することができ、排出効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である掘削工具の全体構成図である。
【図２】掘削工具の先端部分を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図である。
【図３】工具本体の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である掘削工具の全体構成図である。
【図５】工具本体の第１変形例を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図で、断面部分は（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’断面である。
【図６】工具本体の第２変形例を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図で、断面部分は（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’断面である。
【図７】鋼管先受け工法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 掘削工具
１１ スクリュービット（工具本体）
１２ 削孔ロッド
１３ 鋼管（ケーシング）
１４ 中間スリーブ（中間部材）
１６，４７，８６ 排出溝
３０，４６，８９ 連結孔（被連結部）
３４ 流路
３５ 流体供給口
８２，４２ 連結部
４３ スパイラル羽根部
８０ スタビライザー
８５ 傾斜面
Ｏ 軸線
Ｌ１，Ｌ２ 連結部の寸法
【発明の属する技術分野】
この発明は、先端に工具本体を装着した削孔ロッドがケーシングに挿入されて構成され、工具本体により地山に掘削孔を形成しつつケーシングを挿入して、順次削孔ロッドおよびケーシングを連結して所定の深さの掘削孔を形成する削孔作業に使用される掘削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネル掘削工事において地質の悪い地山を掘削する際に、トンネル壁面の緩みを防止するために、あらかじめ地山を補強してトンネル掘削を行う工法が用いられている。従来、このようなトンネル工事に伴う地山先行補強工法として、複数の鋼管（ケーシング）を連結しながら、トンネル掘削に使用する油圧ジャンボによって掘削切羽の周辺部からトンネルの軸方向斜め外方に向けて鋼管を埋設し、トンネル掘削領域外に埋設された鋼管に注入剤を注入して地山を補強する鋼管先受け工法が実施されている。
【０００３】
このような鋼管先受け工法の概略施工状況を図７に示す。図は、工事中のトンネル１のトンネル切羽２付近における進行方向に沿った断面図で、トンネル１の上面はコンクリートや鋼材などによる補強材３が施工されており、トンネル１に連続して掘削される予定の範囲が二点鎖線４によって示されている。また、地山を補強するために、トンネル１および掘削範囲の外側に複数の鋼管５が埋設されており、油圧ジャンボ６に連結されている施工中の鋼管５と、注入剤８が注入された施工後の鋼管５とが図に示されている。油圧ジャンボ６のブーム７に装備されている駆動装置に基端部が連結されている掘削工具は、打撃力および回転力を伝達するインナーロッドと、インナーロッドの先端に装着される掘削ビットと、掘削ビットおよびインナーロッドが挿入される鋼管５とを有している。鋼管５とインナーロッドとの間には所定の寸法の間隙が設けられており、鋼管５より掘削ビットが先端側に突出している。また、削孔水を供給するための流路がインナーロッドを貫通するように形成されており、掘削箇所に向けて削孔水を噴出するため流体供給口が掘削ビットに形成されている。
【０００４】
そして、先行して掘削する掘削ビットの前進とともに掘削孔に鋼管５を挿入していき、順次インナーロッドおよび鋼管５を連結して所定の深さまで鋼管５が埋設される。このとき、掘削によって生じた土砂や岩屑などの掘削屑は、インナーロッドを通して高圧で供給される削孔水によって押し流されて、鋼管５とインナーロッドとの間隙から掘削孔の外に排出される。このような削孔作業の後に、掘削ビットおよびインナーロッドが回収されて、注入作業において鋼管５に注入剤８が注入され、図の施工後の状態に示すように、鋼管５から地山に注入剤８が浸透して地山が強化される。（例えば、特許文献１参照。）
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１２１０７３号公報（第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記鋼管先受け工法において、粘土のように粘性が高くて、かつ流動性が悪い地層を掘削する場合、鋼管５とインナーロッドとの間隙を通過する掘削屑が、この間隙に堆積してしまって排出効率が低下してしまうという問題があった。そして、このような堆積した掘削屑が順次積み重なることによって、掘削屑が排出されなくなってしまい、これにより削孔作業が続行不可能となるおそれがあった。また、地層が軟質な場合において削孔水によってさらに地山が軟化することを抑制するためや、地表との土被りが浅い場合において地表の構造物に与える影響を抑制するために、削孔水の使用量を低減させなければならない、または削孔水に代用して空気を用いなければならないことがあり、このような場合において、とくに掘削屑の堆積が問題となっていた。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、鋼管先受け工法に使用される掘削工具において、掘削屑が順調に排出されて、削孔作業を滞ることなく進めることのできる掘削工具を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る掘削工具は、軸線回りに回転駆動可能で両端部に連結部を有する削孔ロッドと、基端部に被連結部を有する前記削孔ロッドの掘削進行方向の前方に装着される工具本体と、前記削孔ロッドを挿入した状態で該削孔ロッドに対して所定の間隙を有する円筒状のケーシングと、両端部に被連結部を有して前記削孔ロッドの連結に使用される中間部材とを備えて構成されている掘削工具において、前記工具本体および中間部材の全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されており、前記削孔ロッドの一部または全外周側面にスパイラル羽根部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
この発明の掘削工具では、工具本体および中間部材の全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されており、削孔ロッドの一部または全外周側面にスパイラル羽根部が設けられているので、ケーシング内を基端側へ向かって排出される掘削屑が、回転駆動する排出溝およびスパイラル羽根部によって攪拌されて、ケーシング内に堆積することが抑制される。また、掘削屑は回転駆動する排出溝またはスパイラル羽根部に沿って基端側へ押し流されるので、スムーズに排出される。このような掘削屑が排出されやすい構成にすることで、削孔水の使用量を低減させたり、削孔水に代用して空気を用いたりしても、掘削屑が堆積することなく順調に排出される。これにより、削孔水による地山の緩みを抑制することができるとともに、順調に掘削作業を進めることができる。
【００１０】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記削孔ロッドと前記工具本体との間に、先端部に連結部と基端部に被連結部とを有するスタビライザーが装着されており、該スタビライザーの一部または全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この発明の掘削工具では、先端部に連結部と基端部に被連結部とが形成されているスタビライザーが、削孔ロッドと工具本体との間に装着されているので、掘削作業時の工具本体の直進性が確保されるとともに、スタビライザーの一部または全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されているので、スタビライザーによっても掘削屑の攪拌と、掘削屑を基端側へ押し流す効果が得られる。これにより、スタビライザーを使用しても掘削屑を順調に排出することができる。
【００１２】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記各連結部が前記各被連結部に連結された状態で、該被連結部の外部に位置する前記連結部の軸線方向の寸法が、前記ケーシングの内径の１．５倍以下とされていることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、各連結部と各被連結部とが互いに連結された状態で、被連結部の外部に位置する連結部の軸線方向の寸法、つまり被連結部に挿入されている部分を除いた連結部の軸線方向の寸法が、ケーシングの内径の１．５倍以下とされているので、連結部における掘削屑の堆積が抑制される。つまり、排出溝やスパイラル羽根部が形成されていない連結部は、掘削屑が堆積しやすくなってしまい、排出効率が低下してしまうおそれがあるが、このような範囲の寸法を上述したように設定することで、排出効率の低下を抑制することができるのである。これにより、掘削屑を順調に排出することができる。
【００１３】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、スタビライザーの連結部に基端側へ向かうに従い拡径する傾斜面が形成されており、該傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、スタビライザーの連結部に形成されている傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であるので、このような傾斜面が掘削屑の排出に与える悪影響が抑制される。つまり、このように基端側へ向かうに従い拡径する傾斜面の軸線に対する角度が４５度以上とされている場合、基端側に向かう掘削屑の流動が傾斜面によって阻害されて、掘削屑が連結部に堆積してしまうおそれがあるが、傾斜面を４５度以下にすることによって掘削屑の堆積が抑制されるのである。これにより、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記軸線に沿って削孔水を供給する流路が前記工具本体に形成されており、前記流路から前記排出溝の溝底面に連通して形成されている流体供給口が、前記工具本体の基端側に向かって開口していることを特徴とする。
この発明の掘削工具では、軸線に沿って工具本体の内部に形成されている流路から排出溝の溝底面に連通する流体供給口が工具本体の基端側に向かって開口するように形成、つまり、流体供給口が流路から溝底面に向かって工具本体の基端側に向かうように傾斜して形成されているので、流路に供給されて流体供給口から噴射される削孔水は工具本体の基端側に向かうように排出溝に噴射される。このような向きとなるように削孔水が噴射されることによって、排出溝を通過する掘削屑がよりスムーズに排出され、排出効率を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態である掘削工具１０の全体構成を示しており、図２は、掘削工具１０の先端部分を示している。また、図２（ａ）は掘削工具１０を軸線Ｏの先端側から見た図で、矢印の方向が掘削時の回転方向Ｔを示しており、図２（ｂ）は掘削工具１０の部分断面側面図で、左側が掘削工具１０の先端側とされ、先端方向が掘削進行方向の前方とされる。掘削工具１０は、最先端に位置して地山を掘削するスクリュービット（工具本体）１１と、スクリュービット１１を先端に装着して駆動力を伝達する削孔ロッド１２と、削孔ロッド１２を挿入可能な円筒状の鋼管（ケーシング）１３と、複数の鋼管１３を連結するための中間スリーブ（中間部材）１４とを備えて構成されている。
【００１６】
スクリュービット１１は、先端部１５が略円錐形状に形成された柱状の部材で、先端部１５より基端側の外周側面の全面にスパイラル状の排出溝１６が左ネジで、つまり先端側から基端側に向かうに従い回転方向Ｔの逆方向に向かうように捩れた螺旋形状で、周方向に等間隔に複数条（図では３条）形成されている。排出溝１６は、中央部分が若干突出するような溝底面１６ａと、スクリュービット１１の径方向に伸びて互いに対向する溝側面１６ｂとを有する断面コ字状の溝で、先端部１５の円錐面１５ａからスクリュービット１１の基端面１１ａまで連続して形成されている。また、排出溝１６のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００１７】
先端部１５の複数箇所（図では３箇所）にＶ字状の切欠き部１７が形成されており、切欠き部１７の回転方向Ｔの前方を向く側面が切刃側面１７ａとされ、切刃側面１７ａと円錐面１５ａとによる稜線を含む部分が切刃部１８とされている。図３に示す斜視図のように、切刃側面１７ａが稜線１９を介して排出溝１６の回転方向Ｔの前方を向く溝側面１６ｂに連続し、切欠き部１７の他方の側面１７ｂが稜線２０を介して溝底面１６ａに連続するように切欠き部１７が形成されている。そして、先端部１５の頂点部２１と切刃部１８とを覆うような一定範囲（図においてハッチングされている範囲）に耐摩耗処理のための硬化肉盛りが形成されている。
【００１８】
また、スクリュービット１１の排出溝１６が形成されていない外周部分は、２箇所に形成された段部によって、基端側から第１外周部２２と、第２外周部２３と、第３外周部２４との外径の異なる３つの外周部に分けられており、先端側の外周部の外径が小さく形成されている。また、第１外周部２２と第２外周部２３との間に先端側を向く傾斜面２５が形成され、第２外周部２３と第３外周部２４との間に先端側を向く傾斜面２６が形成されている。また、第３外周部２４には、径方向に突出する凸条部２７が形成されている。
【００１９】
また、基端面１１ａには削孔ロッド１２を装着するための連結孔（被連結部）３０が軸線Ｏを中心として開口しており、連結孔３０の内周面３０ａの基端部付近には、軸線Ｏに直交して固定ピンを挿入するためのピン孔３２が、その側面の一部を連結孔３０に開口するように形成され、ピン孔３２より先端側の内周面３０ａには雌ネジ部３３が形成されており、連結孔３０の底面３０ｂには軸線Ｏを中心とした流路３４が所定の深さで形成されている。そして、溝底面１６ａに開口するように流路３４に連通して流体供給口３５，３６が形成されている。流体供給口３５は、流路３４から排出溝１６に向かって先端側から基端側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜して設けられ、掘削進行方向の後方（基端方向）に向かって溝底面１６ａに開口しており、流体供給口３６は掘削進行方向の前方（先端方向）に向かって溝底面１６ａに開口している。
【００２０】
削孔ロッド１２は、軸線Ｏに沿って流路４０が貫通している管状のロッドで、鋼管１３と削孔ロッド１２との間には所定の寸法の間隙が設けられている。削孔ロッド１２の両端部には、雄ネジ部４１を有する連結部４２が形成されており、連結部４２を除く全外周側面、つまり、外周側面の一部にはスパイラル羽根部４３が設けられている。スパイラル羽根部４３は、排出溝１６と同じ向きに螺旋状に形成されており、リード角が４５°〜７５°の範囲に設定され、スパイラル羽根部４３の高さ、つまり径方向の寸法が５ｍｍ以上に設定されている。
【００２１】
また、連結部４２には、雌ネジ部３３に螺合可能な雄ネジ部４１と、軸線Ｏを中心に周回するように伸びる凹部と、連結時に連結孔３０の外側に位置する被把持部４４とが、端部から順に形成されている。凹部は、連結時にピン孔３２と対応する位置に形成されており、ピン孔３２に挿入される固定ピンと軸線Ｏ方向に係合する部分で、被把持部４４は削孔ロッド１２とスクリュービット１１とを連結する際に把持工具によって把持される部分である。また、連結部４２を連結孔３０に連結させた状態において、連結孔３０の外側に位置する被把持部４４などの連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下となるように連結部４２が形成されている。
【００２２】
また、中間スリーブ１４には、両端部に雌ネジ部４５を有する連結孔（被連結部）４６が形成されており、連結孔４６は軸線Ｏを中心に貫通して形成されている。また、中間スリーブ１４の全外周側面には、スクリュービット１１の排出溝１６と同じ向きに捩れた螺旋状の排出溝４７が形成されている。また、中間スリーブ１４の連結孔４６に削孔ロッド１２の連結部４２を連結させた状態においても、連結孔４６の外側に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法は鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされている。また、排出溝４７のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００２３】
鋼管１３の先端には、円筒状のケーシングトップ４８が溶接などにより取り付けられている。ケーシングトップ４８は、図２に示すように、鋼管１３より先端側に位置する先端部４９と、先端部４９に対して内外径とも一段縮径するような基端部５０とを有しており、基端部５０の基端縁には基端側に向けて漸次拡径するように傾斜する基端面５０ａが形成されている。基端部５０の外周面は鋼管１３に嵌入可能で、内周面はスクリュービット１１の第２外周部２３に摺接可能となるように形成され、先端部４９の内外径は鋼管１３の内外径と略等しく形成されている。また、先端部４９の内周面の軸線Ｏ方向略中央には、この内周面を軸線Ｏ回りに周回するように環状溝５１が形成されており、環状溝５１は軸線Ｏに沿った断面において、軸線Ｏ方向に所定の寸法を有したコ字状とされている。
【００２４】
また、ケーシングトップ４８に対して回転自在で、かつ軸線Ｏ方向へ所定の範囲だけ摺動可能となるように、リングビット５２がケーシングトップ４８の先端に装着されている。リングビット５２は、ケーシングトップ４８より先端側に位置する先端部５３と、ケーシングトップ４８の先端部４９の内周面に摺接可能な基端部５４とを有している。また、基端部５４の基端縁のうち、ケーシングトップ４８の基端部５０の内周面より内側に位置する基端縁には、基端側に向けて漸次拡径するように傾斜する基端面５４ａが形成されている。リングビット５２の内周面は、スクリュービット１１の第３外周部２４が摺接可能とされ、凸条部２７を収容可能な凹条部５５が形成されている。また、先端部５３の先端面は先端側に向けて漸次拡径するテーパ面状の傾斜面５３ａとされ、つまり、軸線Ｏに沿った断面において向かい合う傾斜面５３ａ同士が「ハの字状」に形成されている。
【００２５】
また、リングビット５２の基端部５４の外周面には、軸線Ｏを中心としてこの外周面を軸線Ｏ回りに周回するように延びる環状溝５６が形成されており、環状溝５６は軸線Ｏに沿った断面においてコ字状をなしており、そして、リングビット５２をケーシングトップ４８の先端部内周に嵌挿することによって、リングビット５２の環状溝５６とケーシングトップ４８の環状溝５１とが合致して画成される環状孔には、軸線Ｏに対する径方向に弾性変形可能な係止部材５７が介装されている。係止部材５７は、環状溝５６に嵌合可能な断面を有するＣ型止め輪で、係止部材５７の軸線Ｏ方向の寸法が環状溝５１の軸線Ｏ方向の寸法より短く設定されているので、環状溝５１の軸線Ｏ方向に係止部材５７が摺動可能とされている。このような、環状溝５１および環状溝５６による環状孔と係止部材５７との係合によって、リングビット５２がケーシングトップ４８に対して回転自在、かつ摺動可能に装着されている。
【００２６】
また、リングビット５２の先端側に突出するように複数箇所（図では３箇所）に植設されている掘削チップ５８が切刃部とされており、掘削チップ５８も内側に傾斜する傾斜面５８ａを有する形状とされている。また、掘削チップ５８が植設されている周方向の位置は、スクリュービット１１とリングビット５２とが周方向に係合した状態で、スクリュービット１１の切刃部１８より掘削チップ５８が回転方向Ｔの前方となるように設定されている。
【００２７】
また、駆動装置からの駆動力を削孔ロッド１２および鋼管１３に伝達するために、削孔ロッド１２の基端には調整ロッド６０が装着されており、鋼管１３の基端にアダプタ６１が装着されている。調整ロッド６０は、外周側面にスパイラル状の排出溝６２が形成されているロッド本体部６３と、ロッド本体部６３から基端側に伸びる軸部６４とを有しており、ロッド本体部６３の先端面に軸線Ｏを中心として雌ネジ部６５を有する連結孔（被連結部）６６が形成され、軸部６４の先端に雄ネジ部６７が形成されている。アダプタ６１は、鋼管１３と略同一外径を有する円筒部６８と、円筒部６８の先端側に設けられて鋼管１３の内周面に嵌入可能な連結部６９と、円筒部６８の基端側に設けられて調整ロッド６０の軸部６４が挿入可能な穴部７０が形成されている基部７１とを有している。また、円筒部６８には鋼管１３内を流動してきた掘削屑を外部に排出するための排出口７２が形成されている。
【００２８】
削孔ロッド１２および鋼管１３を駆動装置に連結するには、削孔ロッド１２の連結部４２に調整ロッド６０の連結孔６６を連結させ、鋼管１３にアダプタ６１の連結部６９を嵌入させて鋼管１３の基端面と円筒部６８の先端面とを当接させるとともに、アダプタ６１の穴部７０に調整ロッド６０の軸部６４を挿入させる。そして、アダプタ６１より基端側に突出している軸部６４にリング部材７３を挿入し、リング部材７３とアダプタ６１の基部７１とを当接させて、スリーブ７４がリング部材７３に当接するように軸部６４の雄ネジ部６７にスリーブ７４の一端を螺合させ、スリーブ７４の他端に駆動装置のシャンクロッド７５を連結する。
【００２９】
上述したように構成されている掘削工具１０による削孔作業では、軸線Ｏ回りの回転力、軸線Ｏ方向の推進力、および必要に応じて加えられる打撃力などの駆動力がシャンクロッド７５からスリーブ７４を介してアダプタ６１と調整ロッド６０とに伝達され、それぞれ鋼管１３と削孔ロッド１２とに伝達される。また、削孔ロッド１２からスクリュービット１１に伝達された駆動力のうち、軸線Ｏ回りの回転力が凸条部２７と凹条部５５との係合によってリングビット５２に伝達され、軸線Ｏ方向の推進力および打撃力が傾斜面２６と基端面５４ａとの当接によってリングビット５２に伝達される。このように駆動力が伝達されて、スクリュービット１１の切刃部１８とリングビット５２の掘削チップ５８とによって地山が掘削される。また、削孔ロッド１２の流路４０からスクリュービット１１の流路３４に供給された削孔水は、流体供給口３５，３６から噴出される。そして、掘削によって生じた掘削屑は鋼管１３の内部を基端側へ流動して、アダプタ６１の排出口７２から排出される。
【００３０】
このような削孔作業において、回転駆動するスクリュービット１１の排出溝１６、中間スリーブ１４の排出溝４７、削孔ロッド１２のスパイラル羽根部４３、および調整ロッド６０の排出溝６２によって、鋼管１３の内部を流動する掘削屑が攪拌されるとともに、基端側へ向けて押し流されるような作用が働くので、鋼管１３の内部での掘削屑の堆積を防止することができ、スムーズに掘削屑を排出することができる。これにより、削孔水の使用量を低減させたり、削孔水に代用して空気を用いたりしても、順調に掘削作業を進めることができるとともに、削孔水による地山の緩みを抑制することができる。
【００３１】
また、スクリュービット１１に削孔ロッド１２を連結させた状態において、連結孔３０の外側に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされているので、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。つまり、連結部４２はスパイラル羽根部４３が設けられていないために、掘削屑を攪拌する効果が得られないが、寸法Ｌ１を内径Ｄの１．５倍以下とすることで、連結部４２における掘削屑の堆積が抑制され、順調に掘削屑を排出することができるのである。
【００３２】
また、流体供給口３５が基端方向に向かって溝底面１６ａに開口するように傾斜して設けられているので、流体供給口３５から噴出される削孔水は基端方向に向けて噴出され、掘削屑を基端側に押し流す効果を得ることができる。また、掘削箇所に噴出される削孔水の量が抑制されるので、削孔水が地山に悪影響を与えることを抑制することができる。
【００３３】
つぎに、図４を用いて本発明の第２の実施形態である掘削工具１０Ａについて説明する。掘削工具１０Ａは、スクリュービット１１と削孔ロッド１２との間にスタビライザー８０が装着されるとともに、軸線Ｏ方向の駆動力がスクリュービット１１から鋼管１３に伝達される構成となっている点で第１の実施形態の掘削工具１０と異なっている。また、掘削工具１０と同一の構成である部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
スタビライザー８０は、鋼管１３に摺接可能な外径を有する本体部８１と、本体部８１の先端側に設けられた連結部８２とを有しており、軸線Ｏに沿って流路８３が形成されている。また、連結部８２には、スクリュービット１１の雌ネジ部３３に螺合可能な雄ネジ部８４が先端部分に形成され、基端側へ向かうに従い拡径するような曲面状の傾斜面８５が基端部分に形成されており、傾斜面８５の接線の軸線Ｏに対する角度θが４５°以下とされている。また、本体部８１の外周面には、スクリュービット１１の排出溝１６と同じ向きに捩れた螺旋状の排出溝８６が形成され、基端面８７には、雌ネジ部８８を有する連結孔（被連結部）８９が軸線Ｏを中心として開口している。また、排出溝８６のリード角が４５°〜７５°の範囲で、溝深さが５ｍｍ以上となるように形成されている。
【００３５】
また、スクリュービット１１にスタビライザー８０を連結させた状態、つまり、雌ネジ部３３と雄ネジ部８４とを螺合させて連結孔３０に連結部８２を連結させた状態において、連結孔３０の外部に位置する連結部８２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ２が、鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下となるように連結部８２が形成されている。また、スタビライザー８０の連結孔８９に削孔ロッド１２の連結部４２を連結させた状態における連結孔８９の外部に位置する連結部４２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ１も鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされている。
【００３６】
また、掘削工具１０Ａでは、スクリュービット１１の傾斜面２５とケーシングトップ４８の基端面５０ａ（図２参照）とが当接する構成となっており、傾斜面２５から基端面５０ａに軸線Ｏ方向の駆動力が伝達されて、鋼管１３が掘削孔に挿入される。このように駆動力を伝達することで、掘削工具１０Ａの基端側ではアダプタ６１や調整ロッド６０などを装着することなく、削孔ロッド１２と駆動装置のシャンクロッド７５とが連結される構成となっている。また、このように掘削工具１０Ａの先端側で鋼管１３を引っ張るように駆動力を伝達する場合、掘削作業時の直進性を確保するためにスタビライザー８０が装着されている。
【００３７】
このような掘削工具１０Ａにおいて、スタビライザー８０に螺旋状の排出溝８６が形成されているので、排出溝８６によって掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果を得ることができ、掘削屑を順調に排出することができる。また、連結状態において連結孔３０の外部に位置する連結部８２の軸線Ｏ方向の寸法Ｌ２が鋼管１３の内径Ｄの１．５倍以下とされているので、連結部８２において掘削屑を攪拌したり基端側へ押し流したりする効果が得られなくても、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。また、傾斜面８５の軸線Ｏに対する角度θが４５°以下とされているので、傾斜面８５によって掘削屑の流動が阻害されることによる排出効率の低下も抑制することができる。したがって、スタビライザー８０を装着している掘削工具１０Ａによっても、鋼管１３の内部に掘削屑が堆積することなく、順調に掘削作業を進めることができる。
【００３８】
つぎに、工具本体の変形例として、第１変形例である拡径ビット９０、および第２変形例である拡径ビット９０ａについて説明する。また、上記実施形態と共通する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図５に示すように、拡径ビット９０は拡縮径機能を有する掘削ビットで、削孔ロッド１２に装着可能とされているデバイス９１と、デバイス９１の先端部の２箇所に装着されている掘削ビット９２とを備えて構成されている。デバイス９１は、軸線Ｏを中心とした略柱状の部材で、基端面９１ａには削孔ロッド１２を装着するための連結孔９３が軸線Ｏを中心として開口しており、先端面９１ｂには掘削ビット９２を回動可能に支持するための支持孔９４が軸線Ｏに対して偏移した位置を中心として２箇所に開口している。連結孔９３の内周面９３ａには雌ネジ部９５が形成されており、連結孔９３の底面９３ｂには軸線Ｏを中心とした流路９６が所定の深さで形成されている。
【００３９】
デバイス９１の外周には、先端面９１ｂから基端側に向かうスパイラル状の排出溝９７が左ネジで形成されており、排出溝９７の溝底面９７ａに開口するように流路９６に連通して流体供給口９８，９９が形成されている。流体供給口９８は、流路２１から排出溝９７に向かって先端側から基端側に向かうように軸線Ｏに対して傾斜して設けられ、基端方向に向かって溝底面９７ａに開口しており、流体供給口９９は先端方向に向かって溝底面９７ａに開口している。また、デバイス９１の排出溝２２が形成されていない外周部分には、先端側を向く傾斜面１００が形成されている。
【００４０】
また、掘削ビット９２は、複数の掘削チップ１０１が植設されているヘッド部１０２と、ヘッド部１０２の基端側に向けて設けられた軸部１０３とを備えており、軸部１０３が支持孔９４に挿入されて軸線方向に係止されることで、支持孔９４の中心軸Ｏ２を中心に回動自在となるようにデバイス９１に装着されている。掘削チップ１０１は、略円錐形状の先端部に傾斜面が形成されているスパイク状のチップで、傾斜面によって形成されている先端稜線部が放射状に延びるようにしてヘッド部１０２の先端面に植設されている。ヘッド部１０２は、先端視して略半円形状をしており、掘削時には図５（ａ）に示すような互いのヘッド部１０２の位置関係となって拡径状態とされている。また、拡径ビット９０を回転方向Ｔの反対方向に回転させると中心軸Ｏ２を中心に回動することにより、互いのヘッド部１０２の円弧面で略円形形状を形成するように縮径状態とされ、鋼管１３を通過可能とされる。
【００４１】
また、図６に示すように、拡径ビット９０ａは拡径ビット９０と同様に拡縮径機能を有しており、掘削ビット９２ａのヘッド部１０２ａが拡径ビット９０と異なる形状とされている。また、拡径ビット９０と共通する構成部には同一の符号を付して説明を省略する。ヘッド部１０２ａには、先端方向および回転方向Ｔに向けてＶ字状に突出するように形成された切刃を有する複数の掘削チップ１０４が植設されており、各掘削チップ１０４の間には溝部１０５が形成されている。
【００４２】
また、第１変形例では、鋼管１３の先端にケーシングトップ４８ａが装着されており、ケーシングトップ４８ａの基端面と拡径ビット９０の傾斜面１００とが当接することで軸線Ｏ方向の駆動力が拡径ビット９０から鋼管１３に伝達される構成となっている。また、第２変形例では、ケーシングトップが装着されずに鋼管１３の基端側に駆動力が伝達される構成となっている。
【００４３】
このような拡縮径機能を有する拡径ビット９０，９０ａのデバイス９１の外周にスパイラル状の排出溝９７が形成されているので、排出溝９７によって掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果を得ることができ、掘削屑を順調に排出することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、スクリュービット１１の排出溝１６、削孔ロッド１２のスパイラル羽根部４３、中間スリーブ１４の排出溝４７、およびスタビライザー８０の排出溝８６のリード角が、それぞれ異なる角度で形成されているが、これらのリード角が略同角度で形成されていれば、より好ましい。また、スクリュービット１１の切刃部１８および頂点部２１に掘削チップが植設されて耐摩耗処理が施されていてもよい。さらに、鋼管１３に代えて、他の材質からなるケーシングを採用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る掘削工具によれば、パイラル状の排出溝およびスパイラル羽根部が設けられているので、ケーシング内の掘削屑を攪拌するとともに基端側へ押し流す効果が得られ、削孔水の使用量を低減させても掘削屑をスムーズに排出することができ、削孔水による地山の緩みを抑制することができるとともに、順調に掘削作業を進めることができる。
また、削孔ロッドと工具本体との間に装着されているスタビライザーにもスパイラル状の排出溝が形成されているので、同様に掘削屑を順調に排出する効果が得られる。
また、各連結部を各被連結部に連結された状態で、被連結部の外部に位置する連結部の軸線方向の寸法が、ケーシングの内径の１．５倍以下とされているので、連結部における掘削屑の堆積を抑制することができ、排出効率の低下を抑制することができる。
また、スタビライザーの連結部に形成されている傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であるので、このような傾斜面が掘削屑の排出に与える影響を抑制することができ、掘削屑の排出効率の低下を抑制することができる。
また、流体供給口が工具本体の基端側に向かって開口するように形成されているので、工具本体の基端側に向かうように削孔水を噴射することができ、掘削屑をよりスムーズに排出溝の基端側へ排出することができ、排出効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である掘削工具の全体構成図である。
【図２】掘削工具の先端部分を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図である。
【図３】工具本体の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態である掘削工具の全体構成図である。
【図５】工具本体の第１変形例を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図で、断面部分は（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’断面である。
【図６】工具本体の第２変形例を示しており、（ａ）が掘削工具の先端視図で、（ｂ）が掘削工具の部分断面側面図で、断面部分は（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’断面である。
【図７】鋼管先受け工法の説明図である。
【符号の説明】
１０ 掘削工具
１１ スクリュービット（工具本体）
１２ 削孔ロッド
１３ 鋼管（ケーシング）
１４ 中間スリーブ（中間部材）
１６，４７，８６ 排出溝
３０，４６，８９ 連結孔（被連結部）
３４ 流路
３５ 流体供給口
８２，４２ 連結部
４３ スパイラル羽根部
８０ スタビライザー
８５ 傾斜面
Ｏ 軸線
Ｌ１，Ｌ２ 連結部の寸法
Claims (5)
- 軸線回りに回転駆動可能で両端部に連結部を有する削孔ロッドと、基端部に被連結部を有する前記削孔ロッドの掘削進行方向の前方に装着される工具本体と、前記削孔ロッドを挿入した状態で該削孔ロッドに対して所定の間隙を有する円筒状のケーシングと、両端部に被連結部を有して前記削孔ロッドの連結に使用される中間部材とを備えて構成されている掘削工具において、
前記工具本体および中間部材の全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されており、前記削孔ロッドの一部または全外周側面にスパイラル羽根部が設けられていることを特徴とする掘削工具。 - 請求項１に記載の掘削工具であって、
前記削孔ロッドと前記工具本体との間に、先端部に連結部と基端部に被連結部とを有するスタビライザーが装着されており、該スタビライザーの連結部を除く全外周側面にスパイラル状の排出溝が形成されていることを特徴とする掘削工具。 - 請求項１または請求項２に記載の掘削工具であって、
前記各連結部が前記各被連結部に連結された状態で、該被連結部の外部に位置する前記連結部の軸線方向の寸法が、前記ケーシングの内径の１．５倍以下とされていることを特徴とする掘削工具。 - 請求項２または請求項３に記載の掘削工具であって、
前記スタビライザーの連結部に基端側へ向かうに従い拡径する傾斜面が形成されており、該傾斜面の軸線に対する角度が４５度以下であることを特徴とする。 - 請求項１から請求項４のいずれかに記載の掘削工具であって、
前記軸線に沿って削孔水を供給する流路が前記工具本体に形成されており、前記流路から前記排出溝の溝底面に連通して形成されている流体供給口が、前記工具本体の基端側に向かって開口していることを特徴とする掘削工具。
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