JP2011122328A - 削孔ビット、回転打撃式削孔装置、及び削孔底試験方法 - Google Patents

削孔ビット、回転打撃式削孔装置、及び削孔底試験方法 Download PDF

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Abstract

【課題】回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく試験やサンプリングを行うことを可能とする。
【解決手段】ビット本体21が地表又は削孔底に当接しているときには、ビット本体21の削孔先端部に収納して取付けられたスライドチップ20がビット本体21の回転中心部に貫通形成された貫通孔12を閉塞しているので、ダウンザホールハンマ2の先端部に削孔ビット1を取付けて通常に削孔を行うことができ、一方、ビット本体21が地表又は削孔底に当接していないときには、スライドチップ20が自重で径方向に向けて斜め下方にスライドして貫通孔12を開孔するので、ビット本体21をダウンザホールハンマ2ごと上昇させることにより、ビット本体21の回転中心部に貫通形成された貫通孔12を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ダウンザホールハンマを用いて削孔を行う際、その先端部に用いられる削孔ビット、削孔ビットをダウンザホールハンマの先端部に取付けた回転打撃式削孔装置、及び回転打撃式削孔装置を用いた削孔底試験方法に関するものである。
このような回転打撃式削孔装置の一例として、例えば下記特許文献1に記載されるものがある。この回転打撃式削孔装置は、ダウンザホールハンマのシリンダの後端部にクッション室を設けると共に、その先方には、ピストンの外周部との間に間隙が形成される拡径部を形成し、ピストンの後退時に、前記拡径部のピストン外周部との間の間隙を通じてクッション室に高圧エアを流通させ、拡径部通過後のピストンでクッション室の高圧エアを閉じこめて増圧し、そのクッション室の増圧された高圧エアでピストンの後退を前進に切替えるようにしている。
特開2007−77579号公報
ところで、例えば日本工業規格に定める標準貫入試験などの試験やサンプリングを削孔作業中に行いたいという要求がある。この試験やサンプリングは、削孔の底で行いたいという要求から、例えばダウンザホールハンマを用いた削孔作業では、試験やサンプリングの度に、先端部の削孔ビットごと、ダウンザホールハンマ、つまり回転打撃式削孔装置を削孔から抜去する必要がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく削孔底での試験やサンプリングを行うことを可能とする削孔ビット、回転打撃式削孔装置、削孔底試験方法を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の削孔ビットは、ダウンザホールハンマの削孔先端部に取付けられる削孔ビットであって、ビット本体の回転中心部に貫通形成された貫通孔と、ビット本体の削孔先端部に収納して取付けられ且つビット本体が地表又は削孔底に当接しているときに前記貫通孔を閉塞し且つビット本体が地表又は削孔底に当接していないときに自重で径方向に向けて斜め下方にスライドして前記貫通孔を開孔するスライドチップとを備えたことを特徴とするものである。
また、前記ビット本体の削孔先端部の回転中心部から径方向に向けて、削孔先方広がりの本体側スライド面を形成すると共に、前記スライドチップには、前記本体側スライド面に当接するチップ側スライド面を形成したことを特徴とするものである。なお、削孔先方とは、削孔底方向を意味する。
また、前記スライドチップのチップ側スライド面に高圧エアを送給するエア溝を形成したことを特徴とするものである。
また、前記スライドチップのチップ側スライド面にチップ側落下防止溝を形成すると共に、前記ビット本体の本体側スライド面に本体側落下防止溝を形成し、前記チップ側落下防止溝と本体側落下防止溝との間に落下防止体を内装したことを特徴とするものである。
また、本発明の回転打撃式削孔装置は、前記ダウンザホールハンマの中心部に貫通中空構造を形成し、前記本発明の削孔ビットを当該ダウンザホールハンマの削孔先端部に取付けたことを特徴とするものである。
また、前記貫通中空構造は、内側管の外側に外側管を被せた二重管構造を備え、内側管と外側管との間に高圧エアを供給することを特徴とするものである。
また、本発明の削孔底試験方法は、前記本発明の回転打撃式削孔装置を用いて削孔を行った後、削孔ビットをダウンザホールハンマごと上昇し、前記スライドチップを自重でスライドさせて貫通孔を開孔し、当該開孔された貫通孔を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことを特徴とするものである。
而して、本発明の削孔ビットによれば、ビット本体が地表又は削孔底に当接しているときには、ビット本体の削孔先端部に収納して取付けられたスライドチップがビット本体の回転中心部に貫通形成された貫通孔を閉塞しているので、ダウンザホールハンマの先端部に取付けて通常に削孔を行うことができ、一方、ビット本体が地表又は削孔底に当接していないときには、スライドチップが自重で径方向に向けて斜め下方にスライドして貫通孔を開孔するので、ビット本体をダウンザホールハンマごと上昇させることにより、ビット本体の回転中心部に貫通形成された貫通孔を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことができ、これにより回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく削孔底の試験やサンプリングを行うことができる。
また、ビット本体の削孔先端部の回転中心部から径方向に向けて、削孔先方広がりの本体側スライド面を形成すると共に、スライドチップには、本体側スライド面に当接するチップ側スライド面を形成したことにより、簡易な構成にしてスライドチップを自重で径方向に向けて斜め下方にスライドさせることができる。
また、スライドチップのチップ側スライド面に高圧エアを送給するエア溝を形成したことにより、本体側スライド面とチップ側スライド面との間に土壌などが噛み込むのを防止することができる。
また、スライドチップのチップ側スライド面に形成されたチップ側落下防止溝と、ビット本体の本体側スライド面に形成された本体側落下防止溝との間に落下防止体を内装したことにより、簡易な構成にしてスライドチップがビット本体から抜け落ちてしまうのを防止することができる。
また、本発明の回転打撃式削孔装置によれば、ダウンザホールハンマの中心部に貫通中空構造を形成し、前記本発明の削孔ビットを当該ダウンザホールハンマの削孔先端部に取付けたことにより、削孔を行った後、削孔ビットをダウンザホールハンマごと上昇し、スライドチップを自重でスライドさせて貫通孔を開孔し、ダウンザホールハンマの貫通中空構造から、当該開孔された貫通孔を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことができ、これにより回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく試験やサンプリングを行うことができる。
また、貫通中空構造に、内側管の外側に外側管を被せた二重管構造を備え、内側管と外側管との間に高圧エアを供給することにより、試験やサンプリングは二重管構造の内側管の内側を通じて行うことができる。
また、本発明の削孔底試験方法によれば、前記本発明の回転打撃式削孔装置を用いて削孔を行った後、削孔ビットをダウンザホールハンマごと上昇し、スライドチップを自重でスライドさせて貫通孔を開孔し、当該開孔された貫通孔を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことができ、これにより回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく試験やサンプリングを行うことができる。
本発明の削孔ビット、回転打撃式削孔装置の一実施形態を示す縦断面図である。 図1の削孔ビットの斜視図である。 図1の削孔ビットの縦断面図である。 図1の削孔ビットの底面図である。 図1のスライドチップの説明図である。 図1の回転打撃式削孔装置を用いた削孔底試験方法の説明図である。
次に、本発明の削孔ビット、回転打撃式削孔装置、削孔底試験方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態の削孔ビット1をダウンザホールハンマ2の先端部(図の下端部)に取付けた回転打撃式削孔装置の縦断面図である。削孔ビット1は、チャック3を介してダウンザホールハンマ2の先端部に取付けられている。ダウンザホールハンマ2のシリンダ内部には、周知のように削孔ビット1を打撃するピストン4が、図2の上下方向に移動可能に収納されている。ダウンザホールハンマ2の上端部にあるバックヘッド5には、高圧エアを供給するエア供給路6が上下に貫通するように形成されているが、本実施形態では、このエア供給路6内に、個別の貫通チューブ7を挿通固定して二重管構造としてあり、高圧エアは貫通チューブ7の外側、つまり内側管と外側管との間を通じて供給される。貫通チューブ7は、後述するプラグ及びチェックバルブをも貫通して、ディストリビュータ8の下端部まで、つまりピストン4の上方まで貫通されている。そして、この貫通チューブ7に連続するように、ピストン4の回転中心部に貫通孔11が貫通形成され、ピストン4の貫通孔11に連続するように、削孔ビット1の回転中心部にも貫通孔12が貫通形成されており、貫通チューブ7、貫通孔11,12によって、ダウンザホールハンマ2の中心部に中空貫通構造が形成されている。削孔ビット1の貫通孔12の上端部には、エグゾーストチューブ15が差し込まれている。
エア供給路6の下端部には、上端部にプラグ9を備えたチェックバルブ10が配設されており、図示しないスプリングによって上方、即ちエア供給路6に押付けられている。プラグ9及びチェックバルブ10は貫通チューブ7の外側に緊密に被嵌されている。従って、貫通チューブ7の外側のエア供給路6、即ち二重管構造の内側管と外側管との間に高圧エアが供給されるとチェックバルブ10が図示下方に押し下げられ、高圧エアはピストン4の下方にあるリターンチャンバー13内に流入し、ピストン4を上方に押し上げる。ピストン4がディストリビュータ8の外周を覆うと、図示しないバルブが切替わって、ピストン4の上方のドライブチャンバー14に高圧エアが流入する。このとき、リターンチャンバー13内の高圧エアは、削孔ビット1の上端部に取付けられているエグゾーストチューブ15から削孔ビット1の下方に排出される。ドライブチャンバー14内の圧力が十分に高まると、ピストン4を加速しながら下方に押し下げ、それが削孔ビット1の上端部に衝突して打撃が加えられる。ピストン4がディストリビュータ8の外周から抜け落ちると、ドライブチャンバー14内の高圧エアは、ピストン4の貫通孔11、削孔ビット1の貫通孔12を通って削孔ビット1の下方に排出される。
ダウンザホールハンマ2は、チューブロッド16と呼ばれる中空管の下端部に取付けられている。チューブロッド16は、予め所定の長さの中空管からなり、これを、削孔の深さに合わせて連結してなる。チューブロッド16の外周には、図示しないスクリューガイドが形成されており、このスクリューガイドに沿って、掘削された土壌が削孔上方に排出される。このとき、削孔ビット1の下端部から排出される高圧エアが土壌排出を促進する。チューブロッド16の上端部は、アダプター17を介して回転装置18に接続されており、この回転装置18によって、ダウンザホールハンマ2や削孔ビット1が、チューブロッド16ごと回転される。また、チューブロッド16の中心部には二重管構造が貫通形成されており、この二重管構造の内側管と外側管との間を通じて、前記貫通チューブ7の外側のエア供給路6、即ちダウンザホールハンマ2の二重管構造の内側管と外側管との間に高圧エアが供給される。
図2〜図4には、削孔ビット1の詳細を示す。図2は、削孔ビット1の斜視図、図3は、削孔ビット1の縦断面図、図4は削孔ビット1の底面図であり、夫々、分図aは、削孔ビット1が地表又は削孔底に当接している状態を示し、分図bは、削孔ビット1が地表又は削孔底に当接していない状態を示している。削孔ビット1は、上部のシャンク19の部分がダウンザホールハンマ2のチャック3に納まってダウンザホールハンマ2に取付けられている。
削孔ビット1の回転中心部には、上下に貫通する貫通孔12が形成されていることは先に述べた通りであるが、本実施形態では、削孔ビット1の削孔先端部に、個別のスライドチップ20を収納して取付けている。図5には、スライドチップ20の詳細を示す。図5a、bはスライドチップ20の斜視図、図5cはスライドチップ20の縦断面図である。このスライドチップ20を削孔ビット1のビット本体21の削孔先端部に収納して取付けるために、当該ビット本体21の削孔先端部には、前記貫通孔12に連通し且つ回転中心部から径方向に向けて、削孔先方広がりの本体側スライド面22が形成されている。
削孔ビット1のビット本体21に形成されているスライドチップ20の収納凹部は図示しにくいので、スライドチップ20の形状について説明する。削孔ビット1のビット本体21に形成されているスライドチップ20の収納凹部は、以下のスライドチップ20の形状がすっぽりと納まる形状となっている。図5cの縦断面図に明らかなように、本実施形態のスライドチップ20は、上辺と下辺が平行な台形(即ち上底と下底)であり、図示右側の斜辺は上底及び下底に対して直角である(実質的には斜辺にならない)。この部分(図5a、図5bの右側部分)は、立体的にも方形であり、前述した台形断面の右側斜辺を垂直面と記す。
図5cの台形断面の左側斜辺が、前記本体側スライド面22に当接するチップ側スライド面23を構成する。チップ側スライド面23の幅は、前記右側方形部分の垂直面と同等である。そして、チップ側スライド面23の幅方向両端部に断面半円状の拡幅部を延設形成し、これをビット本体21に形成された同断面形状の拡幅部に装入してスライドガイド24とする。即ち、スライドチップ20は、本体側スライド面22にチップ側スライド面23が摺接してスライドするのであるが、そのときスライドガイド24がスライド方向を安定させる。
前記スライドチップ20のチップ側スライド面23には、幅が狭く、深さの浅いエア溝25が一連に形成されている。このエア溝25は、スライドチップ20が削孔ビット1のビット本体21に収納されているとき、貫通孔12と外部を連通する。前述のように、貫通孔12内には高圧エアが供給されているので、その一部はスライドチップ20のエア溝25を通って外部に排出される。従って、この高圧エアの流れによって、削孔中の土壌がチップ側スライド面23とビット本体21の本体側スライド面22の間に侵入するのを防止し、両者が土壌を噛み込んでしまうのを回避する。
更に、スライドチップ20のチップ側スライド面23には、前記エア溝25の部分に、チップ側落下防止溝26を形成すると共に、削孔ビット1のビット本体21のうち、前記本体側スライド面22の前記チップ側ボール溝26に対向する部分にも本体側落下防止溝27を形成し、チップ側落下防止溝26と本体側落下防止溝27の間に落下防止体28を内装する。前述したように、スライドガイド24をガイドとし、チップ側スライド面23が本体側スライド面23に沿ってスライドすることで、スライドチップ20は自重で下方にスライドするのであるが、図3bに示すように、落下防止体28が本体側落下防止溝27の下端部とチップ側落下防止溝26の上端部とに挟まれることで、両者のそれ以上の移動が防止され、その結果、スライドチップ20がビット本体21から抜け落ちてしまうのを防止することができる。なお、落下防止体28は、例えばビット本体21に貫通孔を形成し、その貫通孔を通して落下防止溝内に内装するなどすればよい。
このような構成により、削孔ビット1の削孔先端部が地表又は削孔底に当接しているときには、図2〜図4の分図aに示すように、スライドチップ20がビット本体21内に収納され、そのスライドチップ20により貫通孔12が閉塞されるので、通常の削孔ビット1と同様に削孔を行うことができる。一方、削孔ビット1の削孔先端部が地表又は削孔底に当接していないときには、図2〜図4の分図bに示すように、スライドチップ20が自重で回転中心部から径方向に向けて斜め下方にスライドし、これにより貫通孔12が開孔する。
従って、例えば日本工業規格に定める標準貫入試験を行う場合には、図6に示すように、所定の深さまで削孔した後、図示しないウインチなどで、チューブロッド16やダウンザホールハンマ2ごと、回転打撃式削孔装置を少し上昇する。これに伴って削孔ビット1も上昇し、その削孔先端部が削孔底から離れる。すると、前述したように、スライドチップ20が自重で回転中心部から径方向に向けて斜め下方にスライドし、これにより削孔ビット1の回転中心部に設けられた貫通孔12が開孔する。削孔ビット1の貫通孔12は、前述したピストンの貫通孔や貫通チューブに連通しているので、地上部から、貫入試験用ボーリングロッドR、コーン付きサンプラーSを貫通孔12内に装入し、ウインチWに滑車Kを取付け、コーンプーリ巻上ドラムDでハンマHを持ち上げ、それをノッキングヘッドNに落下させて試験及びサンプリングを行う。
前述したように、削孔作業中に、削孔している土壌の試験やサンプリングを行いたいという要求がある。これは、例えば削孔を進めていくうちに削孔底の土壌がどのように変化しているのかを判定したいという要求からきている。しかしながら、従来のダウンザホールハンマでは、削孔作業中に削孔底の試験やサンプリングを行うためには、ダウンザホールハンマを削孔から抜去しなければならない。これは、単に作業が面倒であるというだけでなく、ダウンザホールハンマを削孔から抜去することで削孔自体が崩落する恐れもある。本実施形態では、削孔からダウンザホールハンマを抜去することなく、削孔底の試験やサンプリングを行うことができるので、作業が容易であるばかりでなく、削孔の崩落自体を回避することもできる。
このように本実施形態の削孔ビット、回転打撃式削孔装置、削孔底試験方法では、ビット本体21が地表又は削孔底に当接しているときには、ビット本体21の削孔先端部に収納して取付けられたスライドチップ20がビット本体21の回転中心部に貫通形成された貫通孔12を閉塞しているので、ダウンザホールハンマ2の先端部に削孔ビット1を取付けて通常に削孔を行うことができ、一方、ビット本体21が地表又は削孔底に当接していないときには、スライドチップ20が自重で径方向に向けて斜め下方にスライドして貫通孔12を開孔するので、ビット本体21をダウンザホールハンマ2ごと上昇させることにより、ビット本体21の回転中心部に貫通形成された貫通孔12を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことができ、これにより回転打撃式削孔装置を削孔から抜去することなく試験やサンプリングを行うことができる。
また、ビット本体21の削孔先端部の回転中心部から径方向に向けて、削孔先方広がりの本体側スライド面22を形成すると共に、スライドチップに20は、本体側スライド面22に当接するチップ側スライド面23を形成したことにより、簡易な構成にしてスライドチップ20を自重で径方向に向けて斜め下方にスライドさせることができる。
また、スライドチップ20のチップ側スライド面23に高圧エアを送給するエア溝25を形成したことにより、本体側スライド面22とチップ側スライド面23との間に土壌などが噛み込むのを防止することができる。
また、スライドチップ20のチップ側スライド面23に形成されたチップ側落下防止溝26と、ビット本体21の本体側スライド面22に形成された本体側落下防止溝27との間に落下防止体28を内装したことにより、簡易な構成にしてスライドチップ20がビット本体21から抜け落ちてしまうのを防止することができる。
1は削孔ビット、2はダウンザホールハンマ、3はチャック、4はピストン、5はバックヘッド、6はエア供給路、7は貫通チューブ、8はディストリビュータ、9はプラグ、10はチェックバルブ、11、12は貫通孔、13はリターンチャンバー、14はドライブチャンバー、15はエグゾーストチューブ、16はチューブロッド、17はアダプター、18は回転装置、19はシャンク、20はスライドチップ、21はビット本体、22は本体側スライド面、23はチップ側スライド面、24はスライドガイド、25はエア溝、26はチップ側ボール溝、27は本体側ボール溝、28は落下防止ボール

Claims (7)

  1. ダウンザホールハンマの削孔先端部に取付けられる削孔ビットであって、ビット本体の回転中心部に貫通形成された貫通孔と、ビット本体の削孔先端部に収納して取付けられ且つビット本体が地表又は削孔底に当接しているときに前記貫通孔を閉塞し且つビット本体が地表又は削孔底に当接していないときに自重で径方向に向けて斜め下方にスライドして前記貫通孔を開孔するスライドチップとを備えたことを特徴とする削孔ビット。
  2. 前記ビット本体の削孔先端部の回転中心部から径方向に向けて、削孔先方広がりの本体側スライド面を形成すると共に、前記スライドチップには、前記本体側スライド面に当接するチップ側スライド面を形成したことを特徴とする請求項1に記載の削孔ビット。
  3. 前記スライドチップのチップ側スライド面に高圧エアを送給するエア溝を形成したことを特徴とする請求項2に記載の削孔ビット。
  4. 前記スライドチップのチップ側スライド面にチップ側落下防止溝を形成すると共に、前記ビット本体の本体側スライド面に本体側落下防止溝を形成し、前記チップ側落下防止溝と本体側落下防止溝との間に落下防止体を内装したことを特徴とする請求項2又は3に記載の削孔ビット。
  5. 前記ダウンザホールハンマの中心部に貫通中空構造を形成し、前記請求項1乃至4の何れか1項に記載の削孔ビットを当該ダウンザホールハンマの削孔先端部に取付けたことを特徴とする回転打撃式削孔装置。
  6. 前記貫通中空構造は、内側管の外側に外側管を被せた二重管構造を備え、内側管と外側管との間に高圧エアを供給することを特徴とする請求項5に記載の回転打撃式削孔装置。
  7. 前記請求項5又は6に記載の回転打撃式削孔装置を用いて削孔を行った後、削孔ビットをダウンザホールハンマごと上昇し、前記スライドチップを自重でスライドさせて貫通孔を開孔し、当該開孔された貫通孔を通じて削孔底の試験又はサンプリングを行うことを特徴とする削孔底試験方法。
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