JP2012072573A - 掘削ヘッド及び掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐久性が高く、且つ効率良く掘削できる掘削ヘッドを提供することにある。
【解決手段】 回転軸と、該回転軸の先端部に設けられた螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の外周を覆う円筒状のケーシングとが備えられ、前記ケーシングと、前記掘削翼の外周部とが接合されてなる掘削ヘッドであって、
前記ケーシングが、後端方向に突出した突出部を後端側に備え、該突出部と前記掘削翼の外周部とが接合されてなることを特徴とする掘削ヘッドを提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、掘削ヘッド及び掘削装置に関し、例えば、土木工事等で地中に穿孔するために使用される掘削ヘッド、及び該掘削ヘッドを備えてなる掘削装置に関する。

従来、地盤にコンクリート杭等を打ち込む際に、地盤を掘削する掘削ヘッド及びオーガロットが備えられ、該オーガロットに前記掘削ヘッドが嵌合されてなる掘削装置を用いて、地盤を掘削し杭孔を形成することが行われている。
この掘削ヘッドは、回転軸と、該回転軸の先端部に設けられた螺旋状の掘削翼とを備え、前記回転軸が回転することで掘削翼が回転し、回転した掘削翼により地盤を掘削するように構成されている。

しかるに、斯かる掘削ヘッドは、掘削している箇所において、周囲よりも硬い硬質地層に掘削翼の一部が接した場合、掘削ヘッドが該硬質地層よりも軟らかい軟質地層側に逃げ、掘削翼が軟質地層に食い込みながら軟質地層を掘削し、その結果、掘削する方向が鉛直方向から逸れる場合があり、この場合、杭孔を鉛直方向に真っ直ぐに形成し難くなるという問題がある。

斯かる観点から、図１２に示すように、回転軸１０１及び螺旋状の掘削翼１０２に加えて、該掘削翼１０２の外周を覆う円筒状のケーシング１０３を備える掘削ヘッド１００が提案されている（例えば、特許文献１）。

斯かる掘削ヘッド１００は、硬質地層に掘削ヘッド１００の一部が接した場合、掘削ヘッド１００が軟質地層側に逃げようとしても、掘削翼１０２の代わりにケーシング１０３が軟質地層に側面で面接触しているため、軟質地層と掘削ヘッド１００との接触面積が大きくなって、軟質地層に掘削ヘッド１００が食い込み難くなり、杭孔を鉛直方向に真っ直ぐに形成しやすくなるという利点がある。

特開２００１−３５５３８３号公報

ところで、通常、斯かる掘削ヘッド１００は、ケーシング１０３と、掘削翼１０２の外周部とが接合されている。
しかし、円筒状のケーシング１０３が鉛直方向に短いと、接合部分が少なくなり接合強度が弱くなってしまい、特に硬質地層の掘削時に、掘削翼１０２からケーシング１０３が外れる虞があり、掘削ヘッド１００が耐久性に乏しいものとなってしまうという問題がある。
一方で、円筒状のケーシング１０３が鉛直方向に長いと、掘削により生じた掘削物（土砂等）がケーシング１０３内に留まるため、この掘削物が、更なる掘削をする際の抵抗となり、掘削ヘッド１００による掘削効率が低いものとなってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑み、耐久性が高く、且つ効率良く掘削できる掘削ヘッドを提供することを課題とする。

本発明は、回転軸と、該回転軸の先端部に設けられた螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の外周を覆う円筒状のケーシングとが備えられ、前記ケーシングと、前記掘削翼の外周部とが接合されてなる掘削ヘッドであって、
前記ケーシングが、後端方向に突出した突出部を後端側に備え、該突出部と前記掘削翼の外周部とが接合されてなることを特徴とする掘削ヘッドにある。

斯かる掘削ヘッドによれば、前記ケーシングが、後端方向に突出した突出部を後端側に備え、該突出部と前記掘削翼の外周部とが接合されていることにより、前記ケーシングと前記掘削翼との接合部分が増し、前記ケーシングと前記掘削翼との接合強度が高くなり、その結果、耐久性が高いものとなる。
また、斯かる掘削ヘッドによれば、前記突出部が備えられてなることにより、必然的に、前記ケーシングに凹部が形成され、且つ、該凹部の後端方向には、空間領域が存在することとなる。そして、該空間領域により、掘削物がケーシング内に留まり難くなり、掘削物による抵抗が小さくなるため、効率良く掘削し得る。

また、本発明に係る掘削ヘッドにおいては、好ましくは、前記突出部が、前記ケーシングの後端の円周回りに対して３０〜７０％の部分に設けられてなる。

前記突出部が、ケーシングの後端の周回りに対して３０％以上の部分に設けられてなることにより、斯かる掘削ヘッドは、前記ケーシングと前記掘削翼との接合部分が増し、前記ケーシングと前記掘削翼との接合強度が高くなり、その結果、耐久性が高いものとなるという利点がある。
また、前記突出部が、前記ケーシングの後端の周回りに対して７０％以下の部分に設けられてなることにより、斯かる掘削ヘッドは、前記空間領域をより広く形成することができ、掘削物がケーシング内に留まり難くなり、その結果、より効率良く掘削し得るという利点がある。

さらに、本発明に係る掘削ヘッドにおいては、好ましくは、前記ケーシングが複数の刃を備え、該複数の刃が前記ケーシングの先端となり、該刃の先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸に垂直な平面となり、前記掘削翼の先端よりも該刃の先端が先端側となるように形成されている。

斯かる掘削ヘッドによれば、掘削された部分にケーシングがはまり込みながら地盤を掘削することができるため、芯ぶれし難くなり、より効率良く掘削し得るという利点がある。

また、前記ケーシングが複数の刃を備えてなる掘削ヘッドにおいては、好ましくは、前記掘削翼が、円錐状の刃を有する小型ビットを複数備え、該複数の小型ビットが前記掘削翼の先端となり、前記小型ビットの先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸に垂直な平面となるように形成されている。

斯かる掘削ヘッドによれば、各小型ビットが比較的均一に地盤に接することができることから、地盤が、細かく削られるというよりも、むしろ小型ビット群によりひっかけられて掘り起こされ得るため、より効率良く掘削し得るという利点がある。斯かる効果は、硬い地盤（特に鉄筋コンクリート等で形成された地盤等）に対して発揮され得る。
また、斯かる掘削ヘッドによれば、小型ビットの刃が円錐状となっているため、該刃が摩耗しても尖ったままとなりやすくなり、より効率良く掘削し得るという利点がある。

また、本発明は、前記掘削ヘッドを備えることを特徴とする掘削装置にある。

以上のように、本発明によれば、耐久性が高く、且つ効率良く掘削できる掘削ヘッドを提供し得る。

一実施形態に係る掘削ヘッドの斜視図（正面・平面・右側面）。 一実施形態に係る掘削ヘッドの斜視図（背面・底面・左側面）。 一実施形態に係る掘削ヘッドの正面図。 一実施形態に係る掘削ヘッドの右側面図。 一実施形態に係る掘削ヘッドの底面図。 Ａ−Ａ断面図。 Ｅ−Ｅ断面図。 小型ビットの一実施形態を示した部分断面図。 小型ビット本体の一実施形態を示した部分断面図。 ナイフ及びケーシングの一実施形態を示した正面図。 一実施形態に係る掘削装置の外観図。 従来技術の掘削ヘッドの斜視図。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１〜７に示すように、本実施形態の掘削ヘッド１は、回転軸２と、該回転軸２の先端部（下向き掘削時には下端部）に設けられた螺旋状の２条の掘削翼３と、該掘削翼３の外周を覆う円筒状のケーシング４とが備えられ、前記ケーシング４と、前記掘削翼３の外周部とが接合されてなる。

また、本実施形態の掘削ヘッド１は、回転軸２が回転することにより、掘削翼３及びケーシング４も回転するように構成されてなる。

さらに、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記ケーシング４が、後端方向に突出した突出部４１を後端側（下向き掘削時には上端側）に備え、該突出部４１と前記掘削翼３の外周部とが接合されてなる。本実施形態の掘削ヘッド１は、前記突出部４１が備えられてなることにより、必然的に、前記ケーシング４に凹部４２が形成され、且つ、該凹部４２の後端方向には、空間領域５が存在することとなる。

また、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記回転軸２の後端側に、掘削装置のオーガロットに嵌合するためのジョイント部６を備え、該ジョイント部６と前記回転軸２との境界に、前記オーガロットに嵌合するときの位置決めのための鍔７を備えてなる。

前記２条の掘削翼３（３ａ、３ｂ）は、前記回転軸２に等間隔で並列に溶接固着されている。一の掘削翼３ａの後端部は、前記鍔７にも溶接固着されている。掘削翼３ａ、３ｂの外径どうしは、ほぼ等しくなっている。
前記掘削翼３は、円錐状の刃を有する小型ビット３１を先端に複数備えてなる。本実施形態の掘削ヘッド１は、図７に示すように、前記小型ビット３１の先端どうしを結ぶ仮想面、すなわち、前記掘削翼３の先端どうしを結ぶ仮想面が、前記回転軸２に垂直な平面とほぼなるように形成されている。

該小型ビット３１は、図８、９に示すように、前記刃３１ａが円錐の軸周りに回転自在となるように保持された、いわゆるコニカルビットである。該小型ビット３１は、円錐状の刃３１ａを有するビット本体３２と、該ビット本体３２を回転自在に保持するための円筒状のホルダ３３とを備えて構成される。さらに、ビット本体３２は、前記ホルダ３３に嵌合される軸部３２ａと、円錐状に尖った頭部（即ち、刃３１ａ）３２ｂと、該頭部と軸部との境界に設けられた鍔３２ｃとを有している。頭部３２ｂには、超硬合金製の円錐状チップが植設されている。
そして、ビット本体３２の軸部３２ａは、割れ目付き筒状バネ３４が被せられた状態でホルダ３３内へと挿入され、該筒状バネ３４の作用によってビット本体３２がホルダ３３に保持される。そして、ビット本体３２の軸部後端を打撃することにより、比較的容易にビット本体３２をホルダ３３から取り外すことが可能となっている。

前記ケーシング４は、着脱可能なナイフ４３を複数備えてなる。該ナイフ４３は、図１０に示すように、刃４３ａと柄４３ｂとを備え、該刃４３ａは、前記ケーシング４の先端となるように形成されてなる。該刃４３ａの刃先面４３ａ１（地盤を掘削する、刃の面）は、平面に形成されてなる。前記柄４３ｂは、直方体状に形成されてなる。

ナイフ４３は、その刃先面４３ａ１（地盤を掘削する、刃の面）の先端側（下側）がケーシング４の回転方向に対して後ろ側となり、該刃先面４３ａ１の基端側（上側）がケーシング４の回転方向に対して前側となるように傾斜した状態で取り付けられている。また、該ナイフ４３は、刃先面４３ａ１（地盤を掘削する、刃の面）が、掘削方向Ｚ（即ち、鉛直方向）に対して０°よりも大きく２０°以下である傾斜角度θ１を有する。
本実施形態の掘削ヘッド１は、斯かる構成を有することにより、刃先面に衝突した掘削物が、刃先面の先端側から逃げることができるため、掘削物からの刃先面に掛かる相対的な力を抑制することができ、耐久性が高いものとなるという利点を有する。また、該傾斜角度θ１が２０°以下であることにより、本実施形態の掘削ヘッド１は、効率良く掘削することができるという利点を有する。
該傾斜角度θ１は、好ましくは５°〜１５°である。

また、ナイフ４３は、刃先側（下側）がケーシング４の回転方向に対して後ろ側となり、柄側（上側）がケーシング４の回転方向に対して前側となるように傾斜した状態で取り付けられている。また、該ナイフ４３は、その柄の側面４３ｂ１が、掘削方向Ｚに対して、好ましくは、０°よりも大きく２０°以下、より好ましくは、５°〜１５°である傾斜角度θ２を有する。
通常、ナイフ４３は、刃先面４３ａ１と柄の側面４３ｂ１との間の角度が０°程度となるように構成されてなるが、本実施形態の掘削ヘッド１は、該角度θ２が上記好ましい範囲内となることにより、前記角度θ１が上記好ましい範囲内となるという利点を有する。

本実施形態の掘削ヘッド１は、図７に示すように、好ましくは、前記刃４３ａの先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸２に垂直な平面となり、前記掘削翼３の先端よりも前記刃４３ａの先端が先端側となるように形成されている。

また、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記ケーシング４の刃４３ａの先端どうしを結ぶ仮想面と、前記掘削翼３の先端どうしを結ぶ仮想面（前記小型ビット３１の先端どうしを結ぶ仮想面）との距離が、好ましくは０〜１００ｍｍ、より好ましくは３０〜７０ｍｍである。
ところで、掘削ヘッドは、該距離が長すぎると、硬質地層の下に軟質地層が積層された地盤を上方から掘削する場合において、先行するケーシング４の刃４３ａが軟質地層を掘削する一方で前記小型ビット３１がまだ硬質地層を掘削している状態では、以下のような問題を有する。即ち、ケーシング４内において、硬質地層と軟質地層との境界付近で外れた、円柱状の硬質地層で構成された固まりが生じ、この固まりがケーシング４内でケーシング４と共に回転して、掘削が妨害される虞がある。
しかし、本実施形態の掘削ヘッド１は、該距離が１００ｍｍ以下であることにより、このような固まりが生じ難くなり、効率良く掘削することができるという利点がある。
また、本実施形態の掘削ヘッド１は、該距離が０ｍｍ以上であり且つ前記掘削翼３が円錐状の刃３１ａを有する小型ビット３１を複数備え、該複数の小型ビット３１が前記掘削翼３の先端となり、前記小型ビット３１の先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸２に垂直な平面となるように形成されていることにより以下の利点を有する。すなわち、本実施形態の掘削ヘッド１は、斯かる構成を有することにより、各小型ビット３１が比較的均一に地盤に接することができることから、地盤が、細かく削られるというよりも、むしろ小型ビット３１群によりひっかけられて掘り起こされ得るため、より効率良く掘削し得るという利点がある。斯かる効果は、特に鉄筋コンクリート等で形成された硬い地盤に対して発揮され得る。

本実施形態の掘削ヘッド１は、２条の掘削翼３それぞれに接合される突出部４１が備えられてなる。

前記突出部４１は、前記ケーシング４の後端の円周回りに対して、好ましくは３０〜７０％、より好ましくは４０〜６０％の部分に設けられてなる。前記突出部４１が、ケーシング４の後端の周回りに対して３０％以上の部分に設けられることにより、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記ケーシング４と前記掘削翼３との接合部分を増しやすくなり、接合強度がより高くなるという利点がある。また、前記突出部４１が、前記ケーシング４の後端の周回りに対して７０％以下の部分に設けられることにより、前記空間領域５をより広く形成することができ、掘削物がケーシング４内に留まり難くなり、その結果、より効率良く掘削し得るという利点がある。

また、前記突出部４１は、上端部で前記掘削翼３と接合されてなる。本実施形態の掘削ヘッド１は、斯かる構成を有することにより、前記ケーシング４と前記掘削翼３との接合部分を確保しつつ、前記空間領域５を広くすることができるため、より耐久性が高くなり、且つより効率良く掘削できる。また、前記突出部４１は、好ましくは、全域に渡って上端部で前記掘削翼３と接合されてなる。

前記ジョイント部６は、掘削装置のオーガロットからの逸脱を防止するピンが挿入される溝６１を備えている。

図１１に示すように、本実施形態の掘削装置１０は、本実施形態の掘削ヘッド１と、該掘削ヘッド１を回転させるオーガロット１１とを備え、前記ジョイント部により本実施形態の掘削ヘッド１が前記オーガロット１１の先端部に装着されてなる。

本実施形態の掘削装置を用いた掘削では、前記オーガロット１１により掘削ヘッド１を回転させつつ掘削ヘッド１の先端であるケーシング４の刃４３ａを地盤に押し付けることによって、地盤を掘削する。

本実施形態に係る掘削ヘッド１及び掘削装置１０は、上記のように構成されているので、以下の利点を有するものである。
すなわち、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記ケーシング４が、後端方向に突出した突出部４１を後端側に備え、該突出部４１と前記掘削翼３の外周部とが接合されていることにより、前記ケーシング４と前記掘削翼３との接合部分が増し、前記ケーシング４と前記掘削翼３との接合強度が高くなり、その結果、耐久性が高いものとなる。

また、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記空間領域５により、掘削物がケーシング４内に留まり難くなり、掘削物による抵抗が小さくなるため、効率良く掘削し得る。

さらに、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記ケーシング４が複数の刃４３ａを備え、該複数の刃４３ａが前記ケーシング４の先端となり、該刃４３ａの先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸３に垂直な平面となり、前記掘削翼４の先端よりも該刃４３ａの先端が先端側となるように形成されていることにより、掘削された部分にケーシング４がはまり込みながら地盤を掘削することができるため、芯ぶれし難くなり、より効率良く掘削し得るという利点がある。

また、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記小型ビット３１の刃３１ａが円錐状となっているため、該刃３１ａが摩耗しても尖ったままとなりやすく、より効率良く掘削し得るという利点がある。

さらに、本実施形態の掘削ヘッド１は、前記掘削翼３が、円錐状の刃３１ａを有する小型ビット３１を複数備え、該複数の小型ビット３１が前記掘削翼３の先端となり、前記小型ビット３１の先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸２に垂直な平面となるように形成されていることにより、各小型ビット３１が比較的均一に地盤に接することができることから、地盤が、細かく削られるというよりも、むしろ小型ビット３１群によりひっかけられて掘り起こされ得るため、より効率良く掘削し得るという利点がある。斯かる効果は、特に鉄筋コンクリート等で形成された硬い地盤に対して発揮され得る。

尚、本実施形態の掘削ヘッド１及び掘削装置１０は、上記構成を有するものであったが、本発明の掘削ヘッド１及び掘削装置１０は、上記構成に限定されず、適宜設計変更可能である。
すなわち、本実施形態の掘削ヘッド１は、掘削翼３が２条で設けられているが、本発明の掘削ヘッド１は、掘削翼３が１条のみでも、３条以上であってもよい。本発明の掘削ヘッド１は、掘削翼３が３条以上で有る場合、掘削翼３それぞれに接合される突出部４１を備えてなることが好ましい。

１：掘削ヘッド、２：回転軸、３（３ａ、３ｂ）：掘削翼、４：ケーシング、５：空間領域、６：ジョイント部、７：鍔、１０：掘削装置、１１：オーガロッド、３１：小型ビット、３１ａ：刃、３２：ビット本体、３２ａ：軸部、３２ｂ：頭部、３２ｃ：鍔、３３：ホルダ、３４：筒状バネ、４１：突出部、４２：凹部、４３：ナイフ、４３ａ：刃、４３ａ１：刃先面、４３ｂ：柄、４３ｂ１：側面、６１：溝、Ｚ：掘削方向、θ１：傾斜角度、θ２：傾斜角度、１００：掘削ヘッド、１０１：回転軸、１０２：掘削翼、１０３：ケーシング

Claims (5)

1. 回転軸と、該回転軸の先端部に設けられた螺旋状の掘削翼と、該掘削翼の外周を覆う円筒状のケーシングとが備えられ、前記ケーシングと、前記掘削翼の外周部とが接合されてなる掘削ヘッドであって、
   前記ケーシングが、後端方向に突出した突出部を後端側に備え、該突出部と前記掘削翼の外周部とが接合されてなることを特徴とする掘削ヘッド。
2. 前記突出部が、前記ケーシングの後端の円周回りに対して３０〜７０％の部分に設けられてなる請求項１記載の掘削ヘッド。
3. 前記ケーシングが複数の刃を備え、該複数の刃が前記ケーシングの先端となり、該刃の先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸に垂直な平面となり、前記掘削翼の先端よりも該刃の先端が先端側となるように形成されている請求項１又は２記載の掘削ヘッド。
4. 前記掘削翼が、円錐状の刃を有する小型ビットを複数備え、該複数の小型ビットが前記掘削翼の先端となり、前記小型ビットの先端どうしを結ぶ仮想面が前記回転軸に垂直な平面となるように形成されている請求項３記載の掘削ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の掘削ヘッドを備えることを特徴とする掘削装置。

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