JP2009293346A

JP2009293346A - 掘削ビット

Info

Publication number: JP2009293346A
Application number: JP2008150535A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Nakanishi; 靖孝中西
Original assignee: TOYO KIKAKU KK
Current assignee: TOYO KIKAKU KK
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-09
Also published as: JP5033062B2

Abstract

【課題】掘削ヘッドの一部を回転させて拡径状態にできる掘削ビットにおいて、掘削方向が水平・斜めの掘削作業する場合、回転する掘削ヘッド部分が自重等によって非拡径状態に戻って掘削できなくなることを防止する。
【解決手段】掘削ビット１の先端部の掘削ヘッド１ａの一部に形成した収容空間１ｆに、掘削ビット１の中心軸線１ｎから偏心した位置にある回転中心線２ａまわりに約９０°程回転自在に可動掘削ヘッド２を嵌着し、同可動掘削ヘッドの回転中心線２ａに近い外周面に回転中心線２ａ方向に延びた溝２ｅを設け、可動掘削ヘッド２の拡径状態で前記溝と係合する球体１ｊを溝方向にボールスプリング１ｌで付勢し、又掘削ビット１に可動掘削ヘッド２の基端周縁と係合する切欠溝１ｍを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤・地山に対して垂直方向の他に、水平方向、斜め方向にも１０〜３０ｃｍ程の径の削孔を掘削できる掘削ビットに関する。本発明の掘削ビットは、主に井戸、基礎杭、調査ボーリング、アンカー、トンネル工事の注入式鋼管先受け工法で使用される。

この種の掘削ビットは、ケーシングパイプ内の先端部内にその掘削ヘッドがケーシングパイプ先端から露出するように収容され、掘削ヘッドの基端には一本又は複数本継いだ長い小径のインナーロッドが連結される。同インナーロッドはケーシングパイプ内にあってその基端がケーシングパイプから突出して地表又は現場に設置された掘削動力装置に連結され、同装置から回転力と押付力が与えられる。掘削ビットはこのインナーロッドを介して回転力と押付力が与えられる。又打撃力は掘削動力装置からインナーロッドを介して与えられるか、あるいはケーシングパイプに収容の別の掘削動力装置のハンマー装置から直接掘削ヘッド基端に与えられ、掘削ヘッドはそれら力を受けて地盤・地山に対して打撃しながら回転して削孔するものである。

この掘削ヘッドはケーシングパイプとともに使用されるため、掘削ヘッドが削孔する削孔の径は、ケーシングパイプの外径より大きくする必要があり、そのため掘削ヘッドの一部が別体となって所定角度範囲で回転させて拡径できる構造となっていることが多い。この掘削ヘッドは超硬合金製で高価であるため、削孔後は掘削ヘッドの拡径した部分を収縮して、ケーシングパイプ内を通して引き上げて回収して再使用可能としている。ケーシングパイプの方は削孔中に残置されることが多い。

この掘削ビットでもって、垂直方向に削孔する場合は問題はないが、水平又は斜め方向に削孔する場合、掘削ヘッドの拡径した可動掘削ヘッド部分が、その自重で回転して拡径状態から収縮状態に戻り、掘削ヘッドを拡径した状態に維持できず拡径した状態での削孔ができなくなるという問題点が生起している。
特開２００８−３８４４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のこの問題点を解決し、掘削作業中拡径状態から収縮状態に戻ることを防ぎ、水平・斜め方向への削孔の掘削も確実にできる構造の掘削ヘッドを提供することにある。

かかる課題を解決した本発明の構成は、
１）回転と打撃を与える掘削動力装置の先端可動部に取り付けられ、基端に同掘削動力装置の回転力と打撃力が与えられその先端の掘削ヘッドで地盤を掘削する掘削ビットに於いて、
掘削ビットの先端部の掘削ヘッドの一部に、掘削ビットの回転の中心軸線から偏心した位置を中心に所定範囲回転自在な可動掘削ビットを嵌着し、同可動掘削ヘッドはその回転範囲の一端で掘削ヘッドの外径領域以内に可動掘削ヘッドは収まり且つ回転範囲の他端では掘削ヘッドの外径より拡径した状態となるようにし、しかも可動掘削ヘッドの回転中心近くの外側面に軸線方向に延びた溝を設け、同拡径状態にある可動掘削ヘッドの前記溝と対向する位置の掘削ビットに前記溝と係合する球体を可動掘削ヘッド方向に向けて付勢するように取り付け、可動掘削ヘッドを拡径位置で前記球体と前記溝を係合させて拡径状態を保持できるようにしたことを特徴とする、掘削ビット
２）可動掘削ヘッドを軸線方向に摺動可能となるように嵌着し、しかも可動掘削ヘッドの拡径状態での基端側摺動位置で掘削ヘッドに設けた切欠溝に可動掘削ヘッドの基端側周縁が係止するようにし、拡径状態を確実に維持できるようにした、前記１）記載の掘削ビット
にある。

本発明によれば、可動掘削ヘッドが回転して拡径位置の角度にくると、掘削ヘッド側の付勢された球体が可動掘削ヘッドの溝に嵌合して、可動掘削ヘッドがその自重又は軽い外力によって収縮方向に回転することを抑止する。従って、掘削ヘッドを水平又は斜めにして使用しても、可動掘削ヘッドはその自重又は軽い抵触による外力によって収縮方向に戻ろうとするモーメントより、球体と溝との係合のモーメントの方が勝って可動掘削ヘッドは拡径状態を保持できる。削孔後に可動掘削ヘッドを収縮させて収容位置にするときは、掘削ヘッドを削孔の回転方向と逆の方向に回転させることで、拡径した可動掘削ヘッドは地盤から強い抵抗を受けて球体の係合のモーメントに抗して収縮する方向に回動されて、掘削ヘッドの外径内に収まって回収可能となる。

特に、可動掘削ヘッドが掘削ヘッド・掘削ビットに対して軸線方向に摺動でき、しかも可動掘削ヘッドの基端側摺動位置で、掘削ヘッドの切欠溝に可動掘削ヘッドの基端の一部周縁が係合するようにしたものでは、切欠溝に可動掘削ヘッドが係合して可動掘削ヘッドの拡径状態をより確実に保持しえる。

本発明における可動掘削ヘッドの溝の断面は球体と嵌合する円弧状であり、付勢手段はボールスプリングとすることが一般的であり、球体は錆びにくい鋼球を使用し、球体を収める孔を掘削ビットの可動掘削ヘッド収容壁面にやや深く設け、その底部にボールスプリングを設けてその上方の球体を出没自在に嵌装する構造が好ましい。
本発明の拡径位置における掘削ヘッドの切欠溝と可動掘削ヘッドの基端側周縁の係合は、掘削ヘッドと可動掘削ヘッドが同一打撃面となったときに係合する寸法・位置関係にするのが、係合を確実にするのでよい。
本発明の切欠溝は５ｍｍ程度で可動掘削ヘッドの摺動巾は６ｍｍ以上であるのが実用的である。

又本発明の可動掘削ヘッドを回転可能にして且つその脱落を防ぐため、可動掘削ヘッドの基端側周面と係止する抜止めピンを軸線方向と直交する方向に掘削ビットに取り付ける。そして嵌着した可動掘削ヘッドが軸線方向に摺動できる発明では、抜止めピンとその係止部は摺動量の長さをもって係止させる。
本発明の可動掘削ヘッドの数は、２枚，３枚とすることが荷重バランスと強度の点で好ましい。

本発明の実施例１を図面をもって説明する。本実施例１は、掘削ヘッドの切欠溝に可動掘削ヘッドの基端側周縁が係止し、可動掘削ヘッドは嵌着後軸線方向に５ｍｍ以上摺動可能にし、球体はボールスプリングで付勢された例である。本実施例１の打撃力はケーシングパイプ内に収容されたエア式ハンマー装置で与えられている。同エアハンマーの基端はインナーロッドに接続され、インナーロッドの内部の空気路から空気が送られている。又、掘削ヘッドの切欠溝と可動掘削ヘッドの基端側周縁との係合は、掘削ヘッドと可動掘削ヘッドが同一打撃面となった位置で係合するようになっている。

図１は、実施例１の説明図である。
図２は、実施例１の先端側の側面図である。
図３は、実施例１の可動掘削ヘッドを示す側面図である。
図４は、実施例１の可動掘削ヘッドを外した状態の掘削ビットの正面図である。
図５は、可動掘削ヘッドの拡径と収縮の状態を示す説明図である。
図６は、可動掘削ビットの収縮状態を示す側面図である。
図７は、可動掘削ビットが切欠溝に係止した状態を示す正面図である。
図８（ａ），（ｂ）は、球体と溝の係合の説明図である。
図９は、実施例１の使用状態を示す説明図である。

図中、１は掘削ビット、２は可動掘削ヘッド、３はケーシングパイプ、３βはケーシングパイプ３の先端の可動掘削ヘッド２の当り面２αと接触する当り面、４は回転力と押圧力を伝達するインナーロッドで内部は空気路４ａとなっていて、その基端は現場設置の掘削動力装置である回転押付装置（図示せず）に接続されている。５はケーシングパイプ３内の下方に収容されて掘削ビット１の基端に直接打撃力を与えるエア式ハンマー装置、５ａはそのシリンダー、５ｂはそのハンマーピストンである。１ａ〜１ｐは掘削ビット１の構成部分で、１ａは掘削ビット１の先端部分の掘削ヘッド、１ｂは掘削ビット１の基端部分のシャンク、１ｃはハンマー装置５のシリンダー５ａの先端内面の噛面と嵌合して回転力を伝達する嵌合部、１ｄは掘削ヘッド１ａの基端に取り付けられた空気路の下方バルブ、１ｅは掘削ビット内部に形成された空気路、１ｆは可動掘削ヘッド２を収容する収容空間、１ｆ_１は収容空間１ｆの中の可動掘削ヘッド２の基端の棒状部２ｂを嵌入させる穴部、１ｇは同収容空間の壁面、１ｈは掘削ヘッド１ａ先端面に取り付けられた掘削チップ、１ｉは可動掘削ヘッド２の基端の棒状部２ｂの周面と係止する抜止めピン、１ｊは鋼球を用いた球体、１ｋは同球体を収容する穴、１ｌは同穴の底部に挿入されたボールスプリング、１ｍは収容空間１ｆの壁面１ｇを形成する掘削ヘッド１ａの基端側周縁に設けた切欠溝、１ｎは掘削ビット１の回転中心となる中心軸線、１ｏはハンマー装置５からの打撃面、１ｐは掘削ビット１からケーシングパイプ３へ打撃力と押付力を伝達する段部である。

図中、２ａ〜２αは可動掘削ヘッド２の構成部分であって、２ａは可動掘削ヘッド２の偏心した回転中心線、２ｂは収容空間１ｆの穴部１ｆ_１に挿入される可動掘削ヘッド２の基端の棒状部、２ｃは可動掘削ヘッド２の先端に取り付けた掘削チップ、２ｄは棒状部２ｂの表面に形成された抜止めピン１ｉとの係合溝で回転中心線方向に摺動できる巾を有する。２ｅは球体１ｊと係合する溝で係合溝２ｄまで長く延びて基端側で開放されている。２ｆは掘削ヘッド１ａの切欠溝１ｍと係合する可動掘削ヘッド２の基端側周縁、２αはケーシングパイプ３の先端の当り面３βと接触する可動掘削ヘッド２の当り面である。

この実施例１では、地表（地上）側にある掘削動力装置（図示せず）は、インナーロッド４に回転と押付力を与える。同インナーロッドの回転はハンマー装置５のシリンダー５ａを回転させ、同シリンダー５ａの下端内面と掘削ビット１の嵌合部１ｃによって掘削ビット１に回転力が伝達され、又押付力もインナーロッド４とシリンダー５ａを介して掘削ビット１に与えられる。打撃力は掘削ビット１の上方に取り付けられたケーシングパイプ３内に収容されたハンマー装置５のハンマーピストン５ｂが、掘削ビット１の基端の打撃面１ｏを打って与えられる。又その打撃力の一部は掘削ビット１の中程の段部１ｐを介してケーシングパイプ３に与えられる。このように掘削ビット１に回転と打撃と押付力が与えられ、そのヘッドの掘削チップ１ｈ，２ｃで地盤を掘削するものである。

使用しない場合及び削孔後に掘削ビット１を回収する場合は、図６のように可動掘削ヘッド２は偏心したその回転中心線２ａまわりに回転して掘削ヘッド１ａの収容空間１ｆ内に収まる。可動掘削ヘッド２の回転はその基端の棒状部２ｂが収容空間１ｆの基端側の穴部１ｆ_１に挿入されて９０°程の角度範囲で回転できるようになっている。可動掘削ヘッド２の収容空間１ｆからの先端方向への脱落は、抜止めピン１ｉが棒状部２ｂにある係合溝２ｄで係止され防止されている。又この収縮した収容位置では、球体１ｊは棒状部２ｂの外周面で押圧されて穴１ｋの奧の方向に押し込められていて、非係合の状態にある（図８（ｂ）の状態参照）。

可動掘削ヘッド２の収縮の方向への移行は、掘削ビット１を掘削時の回転方向と逆の方向に回転させる（図２では時計方向に回転させる）ことで、拡径状態にある可動掘削ヘッド２に地盤からの強い抵抗が働いて、球体１ｊが溝２ｅと係合していてもその係合力に勝って可動掘削ヘッド２を収縮方向（反時計方向）に回動させる。収縮状態を図６に示す。

この収縮状態では可動掘削ヘッド２は掘削ヘッド１ａの外径内に収まり、ケーシングパイプ３内をそのまま基端方向へ引き寄せられて、回収されて再使用可能となっている。

次に、掘削作業する場合、図６の収縮状態から図２の拡径状態にする必要があるが、そのため掘削ビット１の掘削ヘッド１ａと可動掘削ヘッド２を地盤に押し付け、その後インナーロッド４を図２の反時計方向（掘削回転方向）に回転させる。インナーロッド４の回転で掘削ビット１及びその先端部の掘削ヘッド１ａは地盤との抵抗に抗して強制回転させられる。一方可動掘削ヘッド２は地盤との接触による抵抗によって、その棒状部２ｂが穴部１ｆ_１の内で相対回転して逃げて非回転の状態となる。従って、可動掘削ヘッド２は掘削ビット１，掘削ヘッド１ａとは相対回転状態となって図６の収容空間１ｆ内に収まる収縮状態（位置）となる。この位置では図８（ａ）に示すように球体１ｊが棒状部２ｂに形成した溝２ｅに嵌合し、ボールスプリング２ｊによってその状態が保持される。この状態になれば、可動掘削ヘッド２の自重で収縮方向に戻ろうとする力に球体１ｊによる係止力が勝って可動掘削ヘッド２の自重では戻らないようにしている。

この拡径状態で掘削ビット１が反時計方向に回転されれば、地盤からの抵抗により拡径状態はより強固に保持され、ヘッド１ａ，２によって地盤は拡径した直径だけ削孔される。

本実施例１ではこの拡径状態は、掘削ヘッド１ａの先端面が可動掘削ヘッド２のヘッド先端面と同一面になるようにしたとき、掘削ヘッド１ａ側の基端周縁２ｆが５ｍｍの切欠長さの切欠溝１ｍ内に係合するようになって、拡径状態を強制的に拘束することで、より確実に拡径状態を維持できるようにしている。

削孔後、インナーロッド４を６ｍｍ以上基端側に引き寄せることで、可動掘削ヘッド２の当り面２αとケーシングパイプ３の先端の当り面３βとを当接させる。同時に可動掘削ヘッド２の基端周縁２ｆは嵌合していた切欠溝１ｍから離脱する。
その後、インナーロッド４を図２の時計方向に回転させると、可動掘削ヘッド２の当り面２αはケーシングパイプ３の当り面３βに当接しているのでその当接の抵抗によって可動掘削ヘッド２は回転せずに掘削ヘッド１ａ，掘削ビット１のみがインナーロッド４の回転で強制的に回転する。これによって、可動掘削ヘッド２は掘削ビット（ヘッド）に対して棒状部２ｂ，回転中心線２ａまわりに相対的に回転して逃げて、可動掘削ヘッド２は掘削ヘッド１ａ，掘削ビット１に対して相対的に反時計まわりに回転した図６の収縮状態となる。
この状態にしてからインナーロッド４を基端方向に引き寄せると、掘削ビット１，可動掘削ヘッド２，ハンマー装置５はケーシングパイプ３内を通過して回収できる。

以上のように、本実施例１の掘削ビット１は、水平、斜めに使用して可動掘削ヘッド２が収縮方向に動くことを球体１ｊと溝２ｅの係合によって、及び切欠溝１ｍと基端周縁２ｆの嵌合による拘束で二重に拡巾状態を保持することで、使用中は常時拡径状態を維持して水平、斜め方向に掘削しても確実に削孔できるようになっている。掘削途中に、収縮状態となることはない。
又、本発明では、切欠溝１ｍのないものも含まれるものである。

本発明は、法面でのアンカー孔、トンネルの切羽での注入式鋼管先受け工法での削孔にも使用できる。又ケーシングパイプを使用しない場合、内部収容のハンマー装置を地上（地表）掘削動力装置に集約する場合でも使用可能である。

実施例１の説明図である。実施例１の先端側の側面図である。実施例１の可動掘削ヘッドを示す側面図である。実施例１の可動掘削ヘッドを外した状態の掘削ビットの正面図である。可動掘削ヘッドの拡径と収縮の状態を示す説明図である。可動掘削ビットの収縮状態を示す側面図である。可動掘削ビットが切欠溝に係止した状態を示す正面図である。球体と溝の係合の説明図である。実施例１の使用状態を示す説明図である。

符号の説明

１掘削ビット
１ａ掘削ヘッド
１ｂシャンク
１ｃ嵌合部
１ｄ下方バルブ
１ｅ空気路
１ｆ収容空間
１ｆ_１穴部
１ｇ壁面
１ｈ掘削チップ
１ｉ抜止めピン
１ｊ球体
１ｋ穴
１ｌボールスプリング
１ｍ切欠溝
１ｎ中心軸線
１ｏ打撃面
１ｐ段部
２可動掘削ヘッド
２ａ回転中心線
２ｂ棒状部
２ｃ掘削チップ
２ｄ係合溝
２ｅ溝
２ｆ基端周縁
２α 当り面
３ケーシングパイプ
３β 当り面
４インナーロッド
４ａ空気路
５ハンマー装置
５ａシリンダー
５ｂハンマーピストン

Claims

回転と打撃を与える掘削動力装置の先端可動部に取り付けられ、基端に同掘削動力装置の回転力と打撃力が与えられその先端の掘削ヘッドで地盤を掘削する掘削ビットに於いて、
掘削ビットの先端部の掘削ヘッドの一部に、掘削ビットの回転の中心軸線から偏心した位置を中心に所定範囲回転自在な可動掘削ビットを嵌着し、同可動掘削ヘッドはその回転範囲の一端で掘削ヘッドの外径領域以内に可動掘削ヘッドは収まり且つ回転範囲の他端では掘削ヘッドの外径より拡径した状態となるようにし、しかも可動掘削ヘッドの回転中心近くの外側面に軸線方向に延びた溝を設け、同拡径状態にある可動掘削ヘッドの前記溝と対向する位置の掘削ビットに前記溝と係合する球体を可動掘削ヘッド方向に向けて付勢するように取り付け、可動掘削ヘッドを拡径位置で前記球体と前記溝を係合させて拡径状態を保持できるようにしたことを特徴とする、掘削ビット。
可動掘削ヘッドを軸線方向に摺動可能となるように嵌着し、しかも可動掘削ヘッドの拡径状態での基端側摺動位置で掘削ヘッドに設けた切欠溝に可動掘削ヘッドの基端側周縁が係止するようにし、拡径状態を確実に維持できるようにした、請求項１記載の掘削ビット。