JP2010084341A - 掘削装置，及び当該掘削装置用のドリルパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，掘削能力を低下させることなく，ドリルパイプの軽量化を図ることができる掘削装置，及び当該掘削装置用のドリルパイプを提供することを目的とする。
【解決手段】 掘削装置（１０）は，ドリル本体（１）を備える。ドリル本体（１）は，保持機構（５）に吊るした状態で保持される。このドリル本体（１）は，ドリルパイプ（１１）を含んでおり，このドリルパイプ（１１）は，中空の円筒形状をなす本体部（１２）と，本体部（１２）から外側に延びる羽部（１３）とを含む。羽部（１３）には，複数の貫通孔（１３ａ）が本体部（１２）の長手方向に沿って列をなすように形成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は，保持機構に吊るされた状態で保持持されるドリル本体を備える掘削装置，及び当該掘削装置用のドリルパイプに関する。

被掘削面を掘削する掘削装置として，特許第３４７１７４２号公報（下記特許文献１）には，ドリル本体を保持機構によって吊るされた状態で保持したものが提案されている。このような掘削装置では，ドリル本体を回転させることにより，地面などの被掘削面を鉛直方向下方に向かって掘削する。

ここで，ドリル本体は，掘削方向に長い柱状の形状を有しており，一般的に，鋼鉄製であるため，非常に重い。このため，ドリル本体を，運搬したり，保持機構に装着したりするのは容易ではない。しかし，安易にドリル本体の軽量化を図ると，荷重不足のために，又はドリル本体の外形変化のために，掘削能力が低下する。
特許第３４７１７４２号公報

そこで，本発明は，掘削能力を低下させることなく，ドリルパイプの軽量化を図ることができる掘削装置，及び当該掘削装置用のドリルパイプを提供することを第１の目的とする。

また，本発明は，ドリルパイプの軽量化を図るとともに，ドリルパイプの保持機構への装着を容易にすることができる掘削装置，及び当該掘削装置用のドリルパイプを提供することを第２の目的とする。

本発明は，基本的には，揚重装置（６ａ）に吊持されるドリル本体（１）を備える掘削装置（１０）に関する。そして，ドリル本体（１）のドリルパイプ（１１）は，本体部（１２）と，当該本体部（１２）から外側に向かって延びる羽部（１３）とを含んでいる。ここで，羽根（１３）に掘削のトルクを伝達するように構成することで掘削能力の低下を阻止することができる。また，このようにドリルパイプ（１１）を構成することで，本体部（１２）の断面積を従来のものよりも狭くして軽量化を図ることができる。また，この羽部（１３）には，複数の貫通孔（１３ａ）が形成されている。そのため，ドリルパイプ（１１）の更なる軽量化を図ることができる。また，この複数の貫通孔（１３ａ）は，本体部（１２）の長手方向に沿って形成されている。そして，いずれかの貫通孔（１３ａ）に棒状部材（１３ｂ）を通すことで，ドリルパイプ（１１）の転倒や落下を防止するための仮受けが可能となる。このような仮受けにより，ドリルパイプ（１１）の保持機構（５）への装着が容易となる。

本発明によれば，ドリルパイプ（１１）が軽量された掘削装置（１０）を提供できる。また，当該掘削装置（１０）に適したドリルパイプ（１１）を提供できる。

以下，図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。しかしながら，以下説明する形態はある例であって，当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。

図１は，本発明の掘削装置（１０）を用いた掘削現場の様子を示す図である。図２は，図１に示すドリル本体（１）の構成を示す側面図である。図３は，図２に示すドリルパイプ（１１）と回転手段（１７）のスライディングキャップ（１９）との関係を示す図である。

図１などに示す本発明の掘削装置（１０）は，被掘削面を掘削する際に用いられるものであり，特に，図１に示されるように，地面などの水平面に対して垂直に掘削する際に好適に用いられるものである。この掘削装置（１０）は，ドリル本体（１）と，保持機構（５）とを備えている。

保持機構（５）は，ドリル本体（１）を吊るした状態で保持するための機構であり，移動部材（６）と，吊具（７）と，ワイヤー（８）と，スイベルジョイント（９）とを含んでいる。

移動部材（６）は，上下方向に移動可能な部材であって，たとえば揚重装置（６ａ）の一部をなしている。図１に示す例では，揚重装置（６ａ）として，キャタピラ式の自走可能なクレーン車を用いているが，揚重装置（６ａ）は，リフト，門型クレーンなど，上下方向に移動可能な移動部材（６）を備えるものであればいかなるものを用いてもよい。

吊具（７）は，たとえば環状部材である。ワイヤー（８）は，吊具（７）とスイベルジョイント（９）との間に張られている。したがって，ワイヤー（８）としては，ドリル本体（１）の荷重に耐えられる強度のものが用いられる。そして，吊具（７）は，移動部材（６）に保持されるとともに，ワイヤー（８）を介して，スイベルジョイント（９）を保持する。なお，ワイヤー（８）に代えて，チェーンを用いてもよい。

スイベルジョイント（９）は，その上部（又はアウターハウジング）と下部（又はインナーハウジング）との間で相対的に回転できるように構成されており，スイベルジョイント（９）の下部にドリル本体（１）が固定される。したがって，ドリル本体（１）が回転してもスイベルジョイント（９）の上部は回転しないようになっている。また，スイベルジョイント（９）には，図１に示すように，ホース材（９ａ）が連結される。このホース材（９ａ）は，掘削時に必要な液体（たとえば，安定液としての水）を供給する際（正循環時），又はドリル本体（３）が掘削した土を液体とともに外部に排出する際（逆循環時）に用いられる。ホース材（９ａ）は，中空部を有するホース材であればいかなるものであってもよいが，サクションホースを用いることが好ましい。サクションホースは，軽量であるため，運搬や，スイベルジョイント（９）への連結が容易となる。

ドリル本体（１）は，主に，ドリルパイプ（１１）と，ドリルビット（１５）と，回転手段（１７）とを含む。そして，ドリル本体（１）の内部には，長手方向に沿って導通路（１ａ）が形成されている（図３参照）。この導通路（１ａ）は，掘削時に使用する液体を流すため，又は掘削時に使用した液体を流すために用いられる。これにより，ドリル本体（１）の内部に形成された導通路（１ａ）と，ホース材（９ａ）の中空部とが連通するようになっている。

ドリルパイプ（１１）は，たとえば，中空の円筒材であって，鋼鉄製である。ドリルパイプ（１１）の上端は，スイベルジョイント（９）の下面に固定される。これにより，ドリル本体（１）は，長手方向に沿う中心軸（回転軸）の回りに回転可能に保持される。また，ドリルパイプ（１１）の下端にドリルビット（１５）が固定され，これにより，ドリルビット（１５）は，ドリルパイプ（１１）とともに回転することで，被掘削面を鉛直方向下方に向かって掘削する。

ドリルビット（１５）は，ドリルパイプ（１１）の下端に固定された状態で，図２に示す収納状態と，図１に示す拡径状態との間で切り替え可能に構成されている。このため，掘削の途中で，ドリルビット（１５）を拡径すれば，図１に示すように，直径の異なる穴を地中に形成することができる。そして，上部に比べて下部が拡径した穴を形成し，この穴にコンクリートを打設することで，下部の強度が高いコンクリート杭を形成することが可能となる。このようなコンクリート杭は，建築物の基礎杭などとして用いるのに好適である。

回転手段（１７）は，ドリル本体（１）を回転軸の周りに回転させる手段であり，本態様では，回転テーブルで構成されている。この回転テーブルは，図１に示すように，地面に載置されるベース（１８）と，スライディングキャップ（１９）と，スライディングキャップ（１９）を回転駆動する駆動機構（図示せず）とを含んで構成されている。

スライディングキャップ（１９）は，ドリルパイプ（１１）を回転可能に保持するためのものであり，ベース（１８）の中央部に上方から搭載される。スライディングキャップ（１９）の中央部には，ドリルパイプ（１１）の外形と相補的な形状をなす貫通孔が形成されている。この貫通孔のサイズは，ドリルパイプの外形よりも大きくなるようにクリアランスをとったサイズとなっている。図３に示すように，この貫通孔にドリルパイプ（１１）を通すことで，ドリルパイプ（１１）は，スライディングキャップ（１９）に支持される。この支持構造としては，スプライン構造が採用されており，これにより，ドリル本体（１）を効率的に回転させることができる。駆動機構は，ドリルパイプ（１１）を回転させるのに必要なトルクをスライディングキャップ（１９）に与える。

続いて，ドリルパイプ（１１）の構成について詳細に説明する。

ドリルパイプ（１１）は，図２に示すように，複数の円筒材（１１ａ）をボルト・ナットなどの締め付け手段によって互いに連結することで構成されている。１本の円筒材（１１ａ）は，たとえば長手方向長さが１．５ｍのもので質量が１８０ｋｇである。ドリルパイプ（１１）を複数の円筒材（１１ａ）で構成することにより，ドリルパイプ（１１）の運搬が容易となるとともに，掘削の進行（つまり掘削深さ）に合わせた連結が可能となる。また，複数の円筒材（１１ａ）の連結を，ボルト・ナットなどの締め付け手段によって行っているため，各円筒材（１１ａ）に複雑な構造のジョイント機構を設ける必要をなくすことができる。

各円筒材（１１ａ）は，本体部（１２）と，羽部（１３）と，フランジ部（１４）とを含んでいる。本体部（１２）は，中空の円筒形状をなしている。

羽部（１３）は，平坦な板状部材（フラットバー）で構成されており，本体部（１２）から半径方向外側に向かって延びるように配置された状態で，溶接などにより本体部（１２）に固定される。ただし，羽部（１３）は，後述するフランジ部（１４）よりも外側に延びている。すなわち，羽部（１３）は，ドリルパイプ（１１）の最も外周側に配置されている。したがって，羽部（１３）は，回転手段（１７）がドリル本体（１）を回転させるときのツメとして機能することとなる。つまり，回転手段（１７）は，羽部（１３）の側面のうち一方の側面を回転させて，ドリル本体（１）を回転させる。このような構造を採っているため，回転手段（１７）は，ドリル本体（１）を正方向と逆方向のいずれにでも回転させることができる。

本態様では，羽部（１３）は，１つの本体部（１２）につき，４枚設けられている。そして，４枚の羽部（１３）は，本体部（１２）の外周面において等間隔となるように（すなわち，ドリルパイプ（１１）の本体部（１２）に対して十字方向に）配置される。すなわち，ドリルパイプ（１１）とスライディングキャップ（１９）との支持構造として，スプライン構造が採用されている。その結果，効率的に掘削を行うことができる。

なお，羽部（１３）は，平坦な板状部材であるとしたが，曲面を有する板状部材であってもよいし，側面に複数のスリットが形成された板状部材であってもよい。また、羽部（１３）は，本体部（１２）の外周面に沿ってらせんをなすように配置された板状部材であってもよく，これにより，掘削により生じた土砂が，羽部（１３）の周囲にとどまりにくくなる。

また，各羽部（１３）には，複数の貫通孔（１３ａ）が本体部（１２）の長手方向に沿って列をなすように形成されている。各貫通孔（１３ａ）は，直径２５ｍｍの円形をなしており，仮受け用の孔として機能することが可能である。ここで，仮受けとは，円筒材（１１ａ）同士を連結する際などに，いずれかの貫通孔（１３ａ）に棒状部材（１３ｂ）を通すことで（図４の部分拡大側面図参照），円筒材（１１ａ）を一時的に回転手段（１７）のスライディングキャップ（１９）上に保持することをさす。このような仮受けにより，円筒材（１１ａ）の転倒や落下を防止することができ，円筒材（１１ａ）の保持機構（５）への装着が容易となるだけでなく，装着時の安全性を高めることができる。また，複数の貫通孔（１３ａ）が長手方向に沿って形成されているので，任意の高さで円筒材（１１ａ）の仮受けが可能となる。なお，複数の貫通孔（１３ａ）は，等間隔に並んでいてもよいし，不規則な間隔で並んでいてもよい。複数の貫通孔（１３ａ）は，等間隔に並んだ円筒材は，容易に製造できるため好ましい。一方，不規則な間隔の場合は，任意の位置で仮受けを行えるため，好ましい。不規則な間隔に設けられた貫通孔の例は，ランダムな位置に設けられた貫通孔である。また，貫通孔の大きさは，１種類でも良いし，2種類又はそれ以上であってもよい。このようにすることで，少ない数の円筒材が連結されている場合は，小さな貫通孔を用いて仮止めをし，連結された円筒材の数が大きくなるにつれ大きな貫通孔を用いて仮止めを行うようにしてもよい。このようにすることで，効果的に仮止めを行うことができ，作業を迅速に進めることができる。

なお，羽部（１３）に形成される貫通孔（１３ａ）は，円形をなしていなくてもよく，仮受けに適した形状であればいかなる形状であってもよい。たとえば，各貫通孔（１３ａ）の形状を，底辺を有する角形にし，さらに，その貫通孔（１３ａ）に通す棒状部材（１３ｂ）も角形にすることにより，仮受けの際に，円筒材（１１ａ）を棒状部材（１３ｂ）の平坦な面でしっかりと保持することができる。

フランジ部（１４）は，図２に示すように，本体部（１２）の両端部に配置され、溶接などにより本体部（１２）及び羽部（１３）と一体に設けられている。２つのフランジ部（１４）は，それぞれ，本体部（１２）及び羽部（１３）と一体に設けられている。具体的には，各フランジ部（１４）は，図５に示す端面図ように，本体部（１２）から半径方向外側に向かって延びるように配置された状態で，本体部（１２）に固定されている。ただし，図５に示すように，羽部（１３）よりも，延出しないようになっている。これらのフランジ部（１４）は，他の円筒材（１１ａ）との連結，ドリルビット（１５）との連結，スイベルジョイント（９）との連結などに用いられる。すなわち，複数のドリルパイプ（１１）は，フランジ部（１４）を連結することによって互いに連結される。

フランジ部（１４）同士の連結は，上述したように，ボルト・ナットなどの締め付け手段を用いる。また，フランジ部（１４）同士の連結のために，図６に示すように，一方のフランジ部（１４）には，凸部がたとえば４つ設けられており，他方のフランジ部（１４）には，凸部に対応する凹部が設けられている。そして，凸部を凹部に嵌め込むことで，フランジ部（１４）同士が連結される。ここで，凸部をその頂部に向かって先細りとなるテーパ形状に成形したり，その頂部の面取りを行ったりすると，連結が容易となるので好ましい。本態様では，凸部と凹部との組み合わせによる連結で，回転手段（１７）からのトルクを伝達し，ボルト・ナットの組み合わせによる連結で，荷重を支持している。これを実現するためには，ボルトにトルクがかからないように，図６に示すボルト用貫通孔のボルトに対するクリアランスを，凹部の凸部に対するクリアランスよりも大きくしている。

ここで，掘削装置（１０）は，シール材（１４ａ）をさらに含むことが好ましい。このシール材（１４ａ）は，たとえば環状のゴムパッキン（ゴム製のＯリング）で構成される。そして，このシール材（１４ａ）は，互いに連結される２つの円筒材（１１ａ）の間に配置され，それらに挟まれた状態となる。これにより，シール性が高まり，ドリルパイプ（１１）内部の導通路（１ａ）を流れる液体が流れ出ることが防止される。さらには，逆循環時に導通路（１ａ）内の圧力が周囲の圧力よりも小さい場合（負圧の場合）であっても，周囲から空気を吸い込むことが防止される。なお，このシール材（１４ａ）と同様のシール材（１４ｂ）は，ドリルパイプ（１１）とスイベルジョイント（９）との間にも配置される。さらに，このシール材（１４ａ）と同様のシール材（１４ｃ）は，ドリルパイプ（１１）とドリルビット（１５）との間にも配置される。

以上詳細に説明したように，上述した態様によれば，ドリルパイプ（１１）は，本体部（１２）と，本体部（１２）から延びる羽部（１３）とを含む。ここで，羽根（１３）に掘削のトルクを伝達するように構成することで掘削能力の低下を阻止することができる。また，このようにドリルパイプ（１１）を構成することで，本体部（１２）の断面積を従来のものよりも狭くして軽量化を図ることができる。具体的には，ドリルパイプ（１１）を構成する１本の円筒材（１１ａ）は，従来，長手方向長さが１．５ｍのもので，質量が３００ｋｇ程度であるが，本態様によれば，質量を１８０ｋｇにまで軽量化しても問題なく用いることができる。これに加えて，羽部（１３）には，複数の貫通孔（１３ａ）が形成されているので，ドリルパイプ（１１）の更なる軽量化を図ることができる。これらによって，ドリル本体（１）を，運搬したり，保持機構（５）のスイベルジョイント（９）に装着したりするのが容易となる。さらには，ドリルパイプ（１１）の軽量化によって，ドリル本体（１）を保持する保持機構（５）が耐えうる最大荷重を小さくすることができ，保持機構（５）を備える装置（揚重装置（６ａ））の小型化を図ることができる。このため，掘削現場が狭くても掘削作業が可能となる。

また，本態様によれば，羽部（１３）の複数の貫通孔（１３ａ）は，本体部（１２）の長手方向に沿って形成されている。そして，いずれかの貫通孔（１３ａ）に棒状部材（１３ｂ）を通すことで，円筒材（１１ａ）の転倒や落下を防止するための仮受けが可能となる。このような仮受けにより，円筒材（１１ａ）の保持機構（５）への装着が容易となる。

また，本態様によれば，ドリルパイプ（１１）の両端部にフランジ部（１４）が設けられているので，円筒材（１１ａ）同士の連結，スイベルジョイント（９）への連結，ドリルビット（１５）への連結などが容易となる。また，フランジ部（１４）の形成は容易であり，構造も簡易であるので，機械加工が少なく，ドリルパイプ（１１）を安価で製造できる。

さらに，本態様によれば，ドリルパイプ（１１）の本体部（１２）に設けられる羽部（１３）がフランジ部（１４）よりも外側に延びているので，ドリルパイプ（１１）の支持構造として，スプライン構造を採用することができる。これにより，ドリル本体（１）を効率的に回転させることができる。

また，本態様によれば，掘削装置（１０）に適したドリルパイプ（１１）を提供できる。

なお，上述した態様では，複数の円筒材（１１ａ）を連結してドリルパイプ（１１）を構成し，掘削作業を行う例について説明したが，掘削作業の初期の段階では，円筒材（１１ａ）が１つであってもよい。これは，円筒材（１１ａ）が，羽根（１３）を有するので回転手段（１７）で回転させることが可能に構成されているからである。また，ドリルパイプ（１１）とスイベルジョイント（９）との間に，ケリーバーを用いてもよい。しかし，ケリーバーは，ドリルパイプ（１１）に回転トルクを与えるために使用されるものであり，本態様による円筒材（１１ａ）で代用可能である。ここで，本態様による円筒材（１１ａ）は，長手方向長さがたとえば１．５ｍであり，一方，ケリーバーは，たとえば４ｍである。したがって，設置や連結の容易性を考えると，高さを必要としない円筒材（１１ａ）を用いることが好ましい。また，連結時には，既に掘削した穴からドリルパイプ（１１）などを上方にまで引き揚げる必要がある。ここで，仮に，ケリーバーのように長いものを使用していると，ケリーバーの下端に連結されたドリルパイプ（１１）が，土砂や礫などのために，既に掘削した穴の底部にまで戻せないことがある。特に，ドリルビット（１５）の先端から液体を吐き出しながら掘削する逆循環工法では，この問題は顕著となり，十分な深さまで戻せない場合，ケリーバーと回転手段（１７）との接触ができなくなり，回転させることが不可能となる。この点からも本態様による円筒材（１１ａ）を用いることが好ましい。すなわち，本態様による円筒材（１１ａ）は，逆循環工法，正循環工法を選ばずに使用できる。

また，ドリルパイプ（１１）の一部として，公知のドリルパイプを用いてもよい。この場合，公知のドリルパイプは，本態様による円筒材（１１ａ）に連結される。これにより，今まで使用していたドリルパイプを活用することができる。

本発明の掘削装置（１０）は，土木工事などの分野で好適に利用され得る。

図１は，本発明の掘削装置（１０）を用いた掘削現場の様子を示す図である。 図２は，図１に示すドリル本体（１）の構成を示す側面図である。 図３は，図２に示すドリルパイプ（１１）と回転手段（１７）のスライディングキャップ（１９）との関係を示す図である。 図４は，図２に示すドリルパイプ（１１）の円筒材（１１ａ）を仮受けしたときの状態を示す図である。 図５は，図２に示すドリルパイプ（１１）の端面図である。 図６は，互いに連結される２つの円筒材（１１ａ）の関係を示す図である。

符号の説明

１ ドリル本体； ５ 保持機構； ６ 移動部材； ６ａ 揚重装置；
７ 吊具； ８ ワイヤー； ９ スイベルジョイント； ９ａ ホース材；
１０ 掘削装置； １１ ドリルパイプ； １１ａ 円筒材；
１２ 本体部； １３ 羽部； １３ａ 貫通孔； １３ｂ 棒状部材；
１４ フランジ部； １４ａ，１４ｂ，１４ｃ シール材；
１５ ドリルビット； １７ 回転手段； ベース； １９ スライディングキャップ

Claims (8)

1. ドリル本体（１）と，前記ドリル本体（１）を吊るした状態で保持するための保持機構（５）とを有する掘削装置（１０）であって，
   前記ドリル本体（１）は，
   一端が前記保持機構（５）側に固定されるドリルパイプ（１１）と，
   当該ドリルパイプ（１１）の他端に固定されるドリルビット（１５）と，
   を含み，
   前記ドリルパイプ（１１）は，
   中空の円筒形状をなす本体部（１２）と，
   複数の貫通孔（１３ａ）が前記本体部（１２）の長手方向に沿って列をなすように形成される羽部（１３）と，
   を有し，
   前記羽部（１３）は，前記本体部（１２）に固定され，かつ前記本体部（１２）から外側に向かって延びる，
   掘削装置（１０）。
2. 前記ドリルパイプ（１１）は，さらに，当該ドリルパイプ（１１）の両端部に配置されたフランジ部（１４）を含み，
   前記フランジ部（１４）は，それぞれ，前記本体部（１２）及び前記羽部（１３）と一体に設けられている，
   請求項１に記載の掘削装置（１０）。
3. 前記掘削装置（１０）は，前記ドリルパイプ（１１）を複数含み，
   当該複数のドリルパイプ（１１）は，前記フランジ部（１４）を連結することによって互いに連結される，
   請求項２に記載の掘削装置（１０）。
4. 前記掘削装置（１０）は，前記互いに連結される２つのドリルパイプ（１１）によって挟まれるシール材（１４ａ）をさらに含む，
   請求項３に記載の掘削装置（１０）。
5. 前記掘削装置（１０）は，さらに，ドリル本体（１）を長手方向に沿う軸の周りに回転させる回転手段（１７）を含み，
   前記フランジ部（１４）は，前記本体部（１２）に固定され，かつ前記本体部（１２）から外側に向かって延び，
   前記羽部（１３）は，前記フランジ部（１４）よりも外側に延びており，
   前記回転手段（１７）は，前記羽部（１３）の側面を回転させることで前記ドリル本体（１）を回転させる，
   請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の掘削装置（１０）。
6. 前記ドリルパイプ（１１）は，前記羽部（１３）を複数含み，
   当該複数の羽部（１３）は，前記本体部（１２）の外周面において等間隔となるように配置される，
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の掘削装置（１０）。
7. 前記複数の貫通孔（１３ａ）は，２種類以上の大きさの孔を含む，
   請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の掘削装置（１０）。
8. 掘削装置（１０）のドリル本体（１）に用いるドリルパイプ（１１）であって，
   前記ドリルパイプ（１１）は，保持機構（５）により吊るされた状態で保持され，
   中空の円筒形状をなす本体部（１２）と，
   複数の貫通孔（１３ａ）が前記本体部（１２）の長手方向に沿って列をなすように形成される羽部（１３）と，
   を有し，
   前記羽部（１３）は，前記本体部（１２）に固定され，かつ前記本体部（１２）から外側に向かって延びる，
   ドリルパイプ（１１）。

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