JP2005133381A - 地盤さく孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が大型化することなくパーカッション機能とバイブレーション機能との２つの機能を発揮することができ、その切り換えもさく孔対象としている地質状態に応じて自動的になされる地盤さく孔装置を提供する。
【解決手段】ケース２内部に軸線方向に移動自在に設けられ、中間部に大径部１２を有するハンマーサブ３と、ハンマーサブの後端を打撃する打撃機構８と、大径部１２よりも前方のハンマーサブ３の外周に設けられた弾性部材１９と、ケース２から突出するハンマーサブ３の外周に設けられ、該ハンマーサブを前方に付勢して大径部１２により弾性部材１９を圧縮変形させることが可能な位置にもたらす付勢部材２１とを備えてなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、地盤さく孔装置に関し、さらに詳細には、パーカッション機能とバイブレーション機能との２つの機能を具備したさく孔装置に関する。

地盤をさく孔する装置として、掘削ツールスに打撃力を伝達してさく孔するパーカッションドリルや、振動力を伝達してさく孔するバイブレーションドリルが知られている。パーカッションドリルは、古くから使用されているドリルであるが、近年では、回転力も併用したロータリパーカッションドリルとして広く知られている。このパーカッションドリルは礫層や岩などの硬質地層でのさく孔に適しているが、砂層などの軟弱地層においては無水でのコアリング時にコア詰まりが発生し、さく孔が不能となることがあるという欠点がある。

これに対して、バイブレーションドリルは、砂層などの軟弱地層における無水でのコアリング時に、地層に振動力を与えて液状化することからコア詰まりを防止できるという利点がある。その一方、礫層や岩などの硬質地層でのさく孔が困難であるという欠点がある（バイブレーションドリルについては、例えば特許文献１参照）。

パーカッション機能とバイブレーション機能との２つの機能を併せ持つドリルも、この出願の出願人によって提案されている（特許文献２参照）。このドリルによれば硬質地層に対してはパーカッション機能により、また軟弱地層に対してはバイブレーション機能によりというように各機能を選択してさく孔することができる。

しかしながら、既提案のドリルは、パーカッション機能のための機構と、バイブレーション機能のための機構とが全く別機構となっている。すなわち、パーカッション機構を有するドリルに、その機構とは別個に作動するバイブレーション機構を付加的に組み込んだものである。このため、装置が大型となり、コストも高くなるという難点がある。また、作業者が地質状態を把握しながら、パーカッション機能とバイブレーション機能とを的確に選択しなければならないという煩雑さもある。
特許第２５２７６７４号公報 特開２００２−１６８０７９号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、装置が大型化することなくパーカッション機能とバイブレーション機能との２つの機能を発揮することができ、その切り換えもさく孔対象としている地質状態に応じて自動的になされる地盤さく孔装置を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、ケース内部に軸線方向に移動自在に設けられ、中間部に大径部を有するハンマーサブと、
前記大径部よりも前方の前記ハンマーサブの外周に設けられた弾性部材と、
前記ケースから突出する前記ハンマーサブの外周に設けられ、該ハンマーサブを前方に付勢して前記大径部により前記弾性部材を圧縮変形させることが可能な位置にもたらす付勢部材と
を備えてなる地盤さく孔装置にある。

より具体的には、前記弾性部材は、前記ハンマーサブの外周に嵌合されたガイド筒の外周に設けられたばね部材からなり、前記ガイド筒の後端ショルダー部に前記大径部が係合することにより前記ばね部材が圧縮変形可能となる。

また、前記付勢部材は、前記ケースの前端部と、前記ハンマーサブの前端部外周に設けられたカラーとの間に固定されている。前記付勢部材は筒状のゴム部材からなる。

以下、この発明の作用を記載する。図１に示すように、さく孔対象としている地層が硬質地層である場合、付勢部材２１のハンマーサブ３に対する付勢力よりも給進反力の方が大きくなる。この結果、ハンマーサブ３の大径部１２は付勢部材２１の付勢力に抗して後退し、弾性部材１９から離間するので、打撃機構８の打撃力は弾性部材１９には伝達されることなく、ハンマーサブ３にのみ伝達される。すなわち、さく孔装置はパーカッションドリルとして機能する。

他方、図２に示すように、さく孔対象としている地層が軟弱地層である場合、給進反力よりも付勢部材２１のハンマーサブ３に対する付勢力の方が大きくなる。この結果、ハンマーサブ３の大径部１２は前進して弾性部材１９を圧縮変形させることが可能な位置にもたらされるので、ハンマースプール８の打撃力はハンマーサブ３及び弾性部材１９に伝達される。これにより、ハンマーサブ３は軸線方向に振動する。すなわち、さく孔装置はバイブレーションドリルとして機能する。

この発明によれば、装置を大型化することなくパーカッション機能とバイブレーション機能との２つの機能を持つさく孔装置を提供することができる。また、パーカッション機能とバイブレーション機能との切り換えも、さく孔対象としている地質状態に応じて自動的になされるものとすることができる。

図１及び図２は、この発明の実施形態を示す軸線方向断面図であり、図１は硬質地層をさく孔している状態を示し、図２は軟弱地層をさく孔している状態を示している。この実施形態では、さく孔装置としてロータリパーカッションドリルのドリルヘッド１が示されている。

ドリルヘッド１のケース２は、２つのケース部材２ａ，２ｂ及び前端のドリルヘッドカバー２ｃで構成されている。このケース２内にハンマーサブ３が軸線方向に移動自在に設けられている。ハンマーサブ３は通常のロータリパーカッションドリルの場合は１本であるが、この発明ではケース２からの突出長さを長くするために、ねじ４を介して接続された２本の分割ハンマーサブ３ａ，３ｂで構成されている。

後方の分割ハンマーサブ３ａは中間部に大径部１２を有し、通常のロータリパーカッションドリルに組み込まれるハンマーサブと同じものである。ドリルロッド５は前方の分割ハンマーサブ３ｂにねじ６を介して接続される。ハンマーサブ３の後方には打撃機構を構成するパーカッションシリンダ７が配置されている。このパーカッションシリンダ７の作動により駆動するハンマースプール８により、ハンマーサブ３の後端が打撃される。

ケース２の内部にはベアリング９，１０を介してスピンドルギヤ１１が回転自在に支持されている。このスピンドルギヤ１１の内周に、ハンマーサブ３の大径部１２が摺動自在に嵌合されている。より詳細には、スピンドルギヤ１１の内周及び大径部１２の外周には軸方向に沿った断面半円形の複数の溝が周方向に間隔を置いてそれぞれ形成され、これらの溝にピン１３が嵌め込まれている。

スピンドルギヤ１１は油圧による駆動モータ１４の駆動軸に設けられたピニオン１５と噛み合っている。これにより、スピンドルギヤ１１が回転し、この回転はピン１３を介してハンマーサブ３に伝達される。

ハンマーサブ３、具体的には分割ハンマーサブ３ａの外周には、大径部１２の前方において円筒形のスプリングガイド１６が軸線方向に移動自在に嵌合されている。スプリングガイド１６は後端にフランジ部１７を有している。スプリングガイド１６の外周にはフランジ部１７とスラストリング１８との間に位置するように、弾性部材を構成する皿ばね１９が設けられている。この皿ばね１９によりフランジ部１７はスピンドルギヤ１１に向けて押し付けられている。

ハンマーサブ３が２つの分割ハンマーサブからなる点を除き、上記構成は従来のロータリパーカッションドリルのドリルヘッドとほぼ同様である。すなわち、ハンマーサブ３に駆動モータ１４から付与された回転力及びパーカッションシリンダ７から付与された打撃力が、ハンマーサブ３を介してドリルロッドに伝達される。さらに、ドリルヘッド１に図示しない給進機構により軸線方向の給進力が付与されることにより、さく孔が行われる。

このようなロータリパーカッションドリルにおいて、皿ばね１９は、主として、ハンマーサブ３を誤って空打ちした際にケース２を保護する役割を担っている。すなわち、ドリルロッド５などの掘削ツールスを吊り上げた状態では、その自重によりハンマーサブ３の大径部１２が、スプリングガイド１６のショルダー部２０に係合する（図２の状態）。この状態で、ハンマーサブ３を誤って打撃しても、その打撃力は皿ばね１９が圧縮変形することによって緩衝されるので、ケース２を保護することができる。

この発明は、上記のような弾性部材あるいは緩衝部材としての皿ばね１９に着目し、これを巧みに利用して、さく孔装置にパーカッション機能に加えてバイブレーション機能を持たせたものである。そのために、この発明によれば、ドリルヘッド１のケース２から突出するハンマーサブ３の外周に付勢部材である筒状ゴム部材２１が設けられている。

具体的には、前方の分割ハンマーサブ３ｂの先端部にはカラー２２が設けられている。筒状ゴム部材２１はカラー２２とドリルヘッドカバー２ｃとの間に圧縮状態で配置され、固定されている。この筒状ゴム部材２１によりハンマーサブ３は前方に常時付勢されている。

次に、上記さく孔装置の作用を説明する。図１に示すように、さく孔対象としている地層が硬質地層である場合、筒状ゴム部材２１のハンマーサブ３に対する付勢力よりも給進反力の方が大きくなる。この結果、ハンマーサブ３の大径部１２は筒状ゴム部材２１の付勢力に抗して後退し、スプリングガイド１６のショルダー部２０から離間するので、ハンマースプール８の打撃力は皿ばね１９には伝達されることなく、ハンマーサブ３にのみ伝達される。すなわち、さく孔装置１はパーカッションドリルとして機能する。

他方、図２に示すように、さく孔対象としている地層が軟弱地層である場合、給進反力よりも筒状ゴム部材２１のハンマーサブ３に対する付勢力の方が大きくなる。この結果、ハンマーサブ３の大径部１２は前進して、スプリングガイド１６のショルダー部２０に係合するので、ハンマースプール８の打撃力はハンマーサブ３及び皿ばね１９に伝達される。これにより、皿ばね１９が圧縮変形してハンマーサブ３は軸線方向に振動する。すなわち、さく孔装置１はバイブレーションドリルとして機能する。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の改変が可能である。弾性部材としての皿ばね１９は、これに限定されることなく、コイルスプリング等種々のものに代えることができる。同様に、付勢部材としての筒状ゴム部材２１もこれに限定されることなく、コイルスプリング等種々のものに代えることができる。

この発明の実施形態を示し、硬質地層をさく孔している状態を示す軸線方向断面図である。 同実施形態のものの軟弱地層をさく孔している状態を示す軸線方向断面図である。

符号の説明

１ ドリルヘッド
２ ケース
２ａ，２ｂ ケース部材
２ｃ ドリルヘッドカバー
３ ハンマーサブ
３ａ，３ｂ 分割ハンマーサブ
５ ドリルロッド
７ パーカッションシリンダ
８ ハンマースプール
１１ スピンドルギヤ
１２ 大径部
１４ 駆動モータ
１５ ピニオン
１６ スプリングガイド
１９ 皿ばね
２０ ショルダー部
２１ 筒状ゴム部材

Claims (4)

1. ケース内部に軸線方向に移動自在に設けられ、中間部に大径部を有するハンマーサブと、
   前記ハンマーサブの後端を打撃する打撃機構と、
   前記大径部よりも前方の前記ハンマーサブの外周に設けられた弾性部材と、
   前記ケースから突出する前記ハンマーサブの外周に設けられ、該ハンマーサブを前方に付勢して前記大径部により前記弾性部材を圧縮変形させることが可能な位置にもたらす付勢部材と
   を備えてなる地盤さく孔装置。
2. 前記弾性部材は、前記ハンマーサブの外周に嵌合されたガイド筒の外周に設けられたばね部材からなり、前記ガイド筒の後端ショルダー部に前記大径部が係合することにより前記ばね部材が圧縮変形可能となっていることを特徴とする請求項１記載の地盤さく孔装置。
3. 前記付勢部材は、前記ケースの前端部と、前記ハンマーサブの前端部外周に設けられたカラーとの間に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の地盤さく孔装置。
4. 前記付勢部材は筒状のゴム部材からなることを特徴とする請求項３記載の地盤さく孔装置。

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