JP2011163004A - 二重管削孔装置用スイベル用アダプタ、連続削孔用スイベル、および、削孔方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 土質が変化してもロッドの挿抜や、削孔ビットやダウンザホールハンマの着脱交換が不要な連続削孔が実現できること。
【解決手段】 カプリング３２のネジ３２ａに螺合しアウタロッド６接続用のネジ４１ａが設けられ、側周にはロータリーパーカッション２の打撃ストローク長以上の長さの孔４１ｂのあけられたアウタロッドジョイント４１と、アウタロッドジョイント４１に内挿され、インナロッド５の接続用のネジ４２ａが設けられた筒状のインナロッドジョイント４２と、インナロッド５の軸中心がずれないようにインナロッドジョイント４２を外側から保持するアウタホルダ４３と、アウタホルダ４３とインナロッドジョイント４２に合着してインナロッド５を保持する保持アーム４４と、を具備し、インナロッドジョイント４２に対してはドリルヘッド３１の回動運動のみを伝達可能としたアダプタ４。
【選択図】図２

Description

本発明は、二重管削孔装置用スイベル用アダプタ、連続削孔用スイベル、および、削孔方法に関し、特に、ダウンザホールハンマとスイベルのエクステンションとのストロークが干渉せず、岩質土と軟質土が混在した土層であっても連続削孔を可能とする二重管削孔装置用スイベル用アダプタ、連続削孔用スイベル、および、削孔方法に関する。

ロータリーパーカッションによる二重管削孔工法は、インナロッドとアウタロッドの先端にそれぞれ削孔ビットを取り付け、ロータリーパーカッションの打撃運動、回動運動を伝達して削孔する工法である。ロータリーパーカッションと両ロッドの間には、スイベルを介在させ、掘削水の送水、掘削泥水の排水がおこなわれる（空気を送ることもある）。この二重管削孔工法では、特に軟質土の削孔に効果的である。

一方、岩質土の場合は、岩盤を打撃して削孔するダウンザホールハンマが有効である。これにより、空気圧と岩盤への打撃反動により効率的な岩盤削孔が可能となる。

ここで、土質は、軟質土ばかりであったり、岩質土ばかりが連続するものに限らず、これらが混在した場所に削孔が必要な状況も多数存在する。特に、削孔深さが深くなるほど、また、事前のボーリング地点から離れた場所になるほど、いつ軟質土から岩質土となるか、岩質土から軟質土となるか予想がつかない。

そこで、インナロッド先端にダウンザホールハンマ、アウタロッド先端に削孔ビットを装着して削孔する工法が採用される場合がある。これによれば、軟質土でも岩質土でも両方に対応できる。

しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
ダウンザホールハンマは、本来ロータリーパーカッションとは独立した削孔装置であり、自立して作動する。従って、ロータリーパーカッションの打撃振幅や打撃周波数とダウンザホールハンマの打撃振幅や打撃周波数の関係で、掘削動作が安定しないばかりか、ダウンザホールハンマやインナロッドを痛めてしまう場合があるという問題点があった。ここで、ダウンザホールハンマの筐体厚みを厚くするなど強度を持たせれば損傷は生じないが、ロータリーパーカッションの仕様は様々であり、万能な厚みが存在しない。加えて、厚みが厚くなるほど強度は高くなるが、インナーロッドの外側にはアウターロッドがあり、かつ、掘削泥水や粉砕礫等を通過させる間隙が必要となるため、厚みを増せないという実情がある。

また、ダウンザホールハンマは打撃反動により駆動効率が高まるので、軟質土の場合は、有効な打撃反動が得られず掘削効率が上昇しにくいという問題点もある。

また、ロータリーパーカッションによっては、打撃動作をやめ回動運動だけを伝達できるものもある。しかしながら、岩質土ではアウタロッドが回動しなかったり、回動しても打撃がないので、内側のダウンザホールハンマの掘削に追いつかず、掘削効率が良くないという問題点がある。このような場合には、ロッドを抜いてアウタロッド径のダウンザホールハンマを用いて削孔したのちロッド一式を抜き取り、再度アウタロッドに掘削ビットにより孔を保護しながら二度堀りを行うという、いずれにせよ、掘削効率が悪い工法が採用されているという問題点があった。

特開２０００− ８７６７６号公報 特開２００１−１７３３５８号公報 特開２００２− ２１４６１号公報 特開２００３−２３９６７２号公報

すなわち、解決しようとする問題点は、汎用のロータリーパーカッションと汎用のスイベルと汎用のダウンザホールハンマとを用いて、軟質土と岩質土とが混在する土質であっても、二度堀りや、削孔ビットやダウンザホールハンマの着脱交換を必要とせず、連続削孔を実現させる点である。

請求項１に記載のアダプタは、インナロッド接続用のエクステンションと、アウタロッド接続用のカプリングと、ロータリーパーカッションの回動運動および打撃運動をエクステンションとカプリングとに伝達するドリルヘッドと、を有する二重管削孔装置用スイベルの先端に装着するアダプタであって、カプリングのアウタロッド用螺合溝に螺合して軸方向に延伸し、先端にはアウタロッド用螺合溝が設けられ、側周にはロータリーパーカッションの打撃ストローク長以上の長さの所定幅の孔のあけられた筒状基体と、エクステンション先端より先の位置であって筒状基体に内挿され、先端にインナロッド用螺合溝が設けられた筒状のインナロッド接合体と、インナロッドの軸中心がアウタロッドの軸中心からずれないようにインナロッド接合体を筒状基体外側、スイベル外側、または、ロータリーパーカッションから保持するインナロッド保持体と、インナロッド保持体から延伸し前記孔部分を通じインナロッド接合体に合着した保持アームと、を具備し、ドリルヘッドの回動運動および打撃運動のうち、インナロッド接合体に対しては回動運動のみを伝達することを特徴とする。

すなわち、請求項１に係る発明は、インナロッドがエクステンションに直づけせず、安定的に浮かせ、打撃ストロークはインナロッドに伝えず回動力は伝えるので、インナロッド先端にダウンザホールハンマを採用できる。これにより、軟質土の場合にはアウタロッド先端の削孔ビットにより効果的な削孔を実現でき、岩質土の場合にはダウンザホールハンマにより効果的な削孔を実現でき、土質が変化してもロッドの挿抜や、削孔ビットやダウンザホールハンマの着脱交換が不要となる連続削孔が可能となる。
なお、打撃運動と回動運動のほかに、ロータリーパーカッションは、孔方向へ推進していき削孔がなされる。インナロッド接合体に対しては当然ながらこの推進力も伝達される。

なお、筒状基体は例えば中空円筒とすることができる。孔は一ヶ所に限定されず、インナロッド接合体やインナロッド自体の保持安定性の観点からは回転対称に複数箇所（二ヶ所、三ヶ所、四ヶ所等）あけることが好ましい。ダウンザホールハンマによっては孔の軸方向の長さはロータリーパーカッションの打撃ストローク長＋ダウンザホールハンマの実質ストローク長の長さとする態様であっても良い。

また、エクステンション先端より先の位置、とは、インナロッド接合体全体が物理的に離れた位置であることを意味するほか、たとえば、インナロッド接合体基端側にエクステンション先端より大径の穴が設けられ、差し込まれた位置関係としつつ干渉しない（触れない）態様もふくまれるものとする。

また、筒状基体外側またはスイベル外側とは、それぞれの内周面より外側という意義であって、使用の態様によっては肉厚部分に溝を設け、インナロッド保持体はこの溝をスライドしてインナロッドを保持するような外周側には飛びでない構成であっても良いものとする。また、孔部分は、掘削泥水や粉砕礫等が漏出しないようにされているものとする。

請求項２に記載のアダプタは、請求項１に記載のアダプタにおいて、インナロッド保持体を、筒状基体外側またはスイベル外側に設ける場合において、インナロッド保持体を筒状基体もしくはスイベルに外挿する筒体もしくは環体とすることを特徴とする。

すなわち、請求項２に係る発明は、インナロッド保持体をより安定的に保持できる。なお、筒状基体やスイベルとの接触部分は適宜ベアリングにより円滑に摺動するようにしてもよい。

請求項３に記載の連続削孔用スイベルは、二重管削孔装置用スイベルと請求項１または２に記載のアダプタとを一体化したことを特徴とする。

すなわち、請求項３に係る発明は、新規なスイベルを提供可能となり、これにより、ダウンザホールハンマと掘削ビットを用いた好適な複合掘削ないし連続掘削が可能となる。

請求項４に記載の削孔方法は、ロータリーパーカッションに二重管削孔装置用スイベルを接続しこれに請求項１または２に記載のアダプタを装着し、または、ロータリーパーカッションに請求項３に記載の連続削孔用スイベルを装着し、更に、インナロッドとアウタロッドを接続し、インナロッド先端にダウンザホールハンマを装着し、アウタロッド先端に削孔ビットを装着して削孔をおこなうことを特徴とする。

すなわち、請求項４に係る発明によれば、柔らかな土と岩盤とが交互に積層している場所でも、軟質層の場合にはアウタロッド先端の削孔ビットにより効果的な削孔を実現でき、岩質層（硬質層）の場合にはダウンザホールハンマにより効果的な削孔を実現でき、土質が変化してもロッドの挿抜や、削孔ビットやダウンザホールハンマの着脱交換が不要な連続削孔が可能となる。

本発明によれば、土質が変化してもロッドの挿抜や、削孔ビットやダウンザホールハンマの着脱交換が不要な連続削孔が実現できる。

本発明であるアダプタを装着した本実施の形態の削孔システムの概要図を示した図である。 本実施の形態の削孔システムのうち、スイベルとアダプタとロッドと接合状態を示した部分断面図である。 本実施の形態の削孔システムのうち、スイベル末端部分とアダプタとロッドと接合状態を示した部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明であるアダプタを装着した本実施の形態の削孔システムの概要図を示した図である。なお、スイベル中途より下側は右半分を断面図としている。図２は、スイベルとアダプタとロッドとの接合状態を示した部分断面図である。図３は、スイベル末端部分とアダプタとロッドと接合状態を示した部分断面図である。なお、各図では、説明の便宜上、適宜縮尺を変え、また、構成の一部を省略して表示している。

削孔システム１は、ロータリーパーカッション２と、スイベル３と、アダプタ４と、インナロッド５と、アウタロッド６と、ダウンザホールハンマ７と、削孔ビット８と、を主要な構成とする。

スイベル３は、ドリルヘッド３１と、カプリング３２と、エクステンション３３と、スイベルケース３４とを、主要な構成とする。スイベル３は、インナロッド５へ掘削水を供給し、両ロッドを冷却し、また、掘削土砂や粉砕礫を押し出し排出する。そして各部は以下の通りである。ドリルヘッド３１は、ロータリーパーカッション２からの打撃運動および回動運動そして押し込みを先端方向へ伝達する。カプリング３２は、その先端にアウタロッド６を螺合可能なネジ３２ａを設けている。エクステンション３３は、その先端にインナロッド５を螺合可能なネジ３３ａを設けている。なお、カプリング３２とエクステンション３３とは一体であってもよく、相手に対して軸回動する関係であってもよい。

スイベルケース３４は、カプリング３２に回動自在に外挿され、インナロッド５へ掘削水を供給する送水口３４ｉと、インナロッド５とアウタロッド６との間から掘削された土砂や粉砕礫を排出する排出口３４ｏとを有する。なお、図では、送排水機構は記していない。

次に、アダプタ４について説明する。アダプタ４は、アウタロッドジョイント４１と、インナロッドジョイント４２と、アウタホルダ４３と、保持アーム４４と、を主要な構成とする。

アウタロッドジョイント４１は、円筒基調の形状であって、カプリング３２のネジ３２ａに螺合して軸方向に延伸し、先端にはアウタロッド６を接合するためのネジ４１ａを設けている。このネジ４１ａとネジ３２ａとは、同一のピッチであることを基本とするが、径とピッチとを異ならせてアウタロッドの選択肢を増やすことも可能である。なお、本実施の形態ではアウタロッドジョイント４１の外周とカプリング３２の外周は面が揃うように段差なく接合された円筒を構成するものとする。

アウタロッドジョイント４１の側周にはロータリーパーカッション２の打撃ストローク長以上の長さの縦長の孔４１ｂを４箇所軸対称（９０°回転対称）にあけている。孔の形状は特に限定されないが、例えば運動トラックのような長円形状や長方形とすることができる。後述するように、縦長の孔４１ｂを設けているのでインナロッドジョイント４２がアウタロッドジョイント４１やエクステンション３３の打撃運動と干渉しないことを実現している。一方で、孔４１ｂの長辺４１ｂｌに保持アーム４４が当接し、アウタロッドジョイント４１の回動運動をインナロッドジョイント４２に伝えることができる。

インナロッドジョイント４２は、円筒基調の形状であって、アウタロッドジョイント４１内のエクステンション３３先端より先の位置に内挿される。インナロッドジョイント４２の先端には、インナロッド５を螺合可能なネジ４２ａが設けられている。このネジ４２ａの径とピッチは、エクステンション３３の径とピッチと同一のピッチであることを基本とするが、これと異ならせてインナロッドの選択肢を増やすことも可能である。

アウタホルダ４３は、インナロッド５がふらつかない様に、すなわち、インナロッド５の軸中心がアウタロッド６の軸中心からずれないようにするための、アウタロッドジョイント４１とカプリング３２の側周部分に外挿された筒体であって、保持アーム４４を介してインナロッドジョイント４２を保持する。ここで、安定的に保持するため、アウタホルダ４３の軸方向の長さは所定長としている。

保持アーム４４は、アウタホルダ４３とインナロッドジョイント４２とを合着し、剛体を形成する。この保持アーム４４は、孔４１ｂをくぐってアウタロッドジョイント４１の内側のインナロッドジョイント４２と外側のアウタホルダ４３とを接続する。この保持アーム４４が孔４１ｂの長辺４１ｂｌにあたり、アウタロッドジョイント４１の回動運動に追従してインナロッドジョイント４２が回動する。なお、図示は省略するが孔４１ｂ部分は、掘削泥水や粉砕礫等が漏出しないように、シーリング等されているものとする。

アダプタ４は以上の構成であるので、インナロッド５がエクステンション３３に直づけされず、インナロッドジョイント４２が、エクステンション３３に干渉しない構成となる。また、孔４１ｂにより、ロータリーパーカッション２の打撃ストロークはアウタロッド６には直接伝わるものの、インナロッド５には伝わらず、反対に、ロータリーパーカッション２からの回動力はアウタロッド６に直接伝わり、保持アーム４４を介してインナロッド５にも間接的に伝わる。

よって、インナロッド５先端にダウンザホールハンマ７を装着して駆動さても、ロータリーパーカッション２の打撃が伝わらないので、ダウンザホールハンマ７（およびインナロッド５）が損傷することなく掘削可能となる。一方、アウタロッド６に関しては、ロータリーパーカッション２の打撃、回動両方が作用するので、先端の削孔ビット８の作動効率が低下せず、ダウンザホールハンマ７と協働して、土質が変化しても、二度堀や挿抜などをする必要なく、連続削孔が可能となる。また、ダウンザホールハンマ７は回動するので、これによって削孔効率がさらに上昇する。すなわち、本発明によれば、汎用の掘削システムをより効率的な掘削装置に簡便に変えることが可能となる。

本発明は、以上説明した態様に限定されない。例えばアウタホルダ４３は、シリンダ形状としたが、安定的にインナロッドジョイント４２を保持するのであればリング形状であってもよい。このとき、アウタロッドジョイント４１の側周面に溝を形成し、アウタホルダ４３のリング形状の内側に当該溝に勘合する突条を設けて、溝に沿ってアウタホルダ４３が摺動する態様であってもよい。また、アウタホルダ４３を、ロータリーパーカッション２の末端部分に装着するようにしても良い。この場合は、回動できるように適宜ベアリングを介在させるようにしても良い。

また、以上の例では、インナロッド５とスイベル３とが別体となっていたが、スイベルと一体としても良い。この場合は、設計の自由度が高く、かつ、エクステンション３３の掘削水のインナロッドジョイント４２への導水性をより高めることができる。

削孔水や空気をエクステンション３３からインナロッドジョイント４２に送り込む方法として、両者を蛇腹ホース等で接続する態様を挙げることができる。これにより、実質的に打撃運動は伝わらなくすることができる。

本発明によれば、汎用のロータリーパーカッション２に汎用のスイベル３を接続し、これにアダプタ４を装着し、さらに、このアダプタ４に汎用のインナロッド５と汎用のアウタロッド６を接続し、インナロッド４先端には汎用のダウンザホールハンマ７を装着し、アウタロッド６先端には削孔ビット８を装着して、効率的な連続掘削が可能となる。

１ 削孔システム
２ ロータリーパーカッション
３ スイベル
４ アダプタ
５ インナロッド
６ アウタロッド
７ ダウンザホールハンマ
８ 削孔ビット
３１ ドリルヘッド
３２ カプリング
３２ａ ネジ
３３ エクステンション
３３ａ ネジ
３４ スイベルケース
３４ｉ 送水口
３４ｏ 排出口
４１ アウタロッドジョイント
４１ａ ネジ
４１ｂ 孔
４１ｂｌ 長辺
４２ インナロッドジョイント
４２ａ ネジ
４３ アウタホルダ
４４ 保持アーム

Claims (4)

1. インナロッド接続用のエクステンションと、アウタロッド接続用のカプリングと、ロータリーパーカッションの回動運動および打撃運動をエクステンションとカプリングとに伝達するドリルヘッドと、を有する二重管削孔装置用スイベルの先端に装着するアダプタであって、
   カプリングのアウタロッド用螺合溝に螺合して軸方向に延伸し、先端にはアウタロッド用螺合溝が設けられ、側周にはロータリーパーカッションの打撃ストローク長以上の長さの所定幅の孔のあけられた筒状基体と、
   エクステンション先端より先の位置であって筒状基体に内挿され、先端にインナロッド用螺合溝が設けられた筒状のインナロッド接合体と、
   インナロッドの軸中心がアウタロッドの軸中心からずれないようにインナロッド接合体を筒状基体外側、スイベル外側、または、ロータリーパーカッションから保持するインナロッド保持体と、
   インナロッド保持体から延伸し前記孔部分を通じインナロッド接合体に合着した保持アームと、
   を具備し、
   ドリルヘッドの回動運動および打撃運動のうち、インナロッド接合体に対しては回動運動のみを伝達することを特徴とするアダプタ。
2. インナロッド保持体を、筒状基体外側またはスイベル外側に設ける場合において、インナロッド保持体を筒状基体もしくはスイベルに外挿する筒体もしくは環体とすることを特徴とする請求項１に記載のアダプタ。
3. 二重管削孔装置用スイベルと請求項１または２に記載のアダプタとを一体化したことを特徴とする連続削孔用スイベル。
4. ロータリーパーカッションに二重管削孔装置用スイベルを接続しこれに請求項１または２に記載のアダプタを装着し、または、ロータリーパーカッションに請求項３に記載の連続削孔用スイベルを装着し、更に、インナロッドとアウタロッドを接続し、
   インナロッド先端にダウンザホールハンマを装着し、アウタロッド先端に削孔ビットを装着して削孔をおこなうことを特徴とする削孔方法。
   

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