JP2013002129A - 削孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】削孔ロッドの先端側に一体回転するようにビットを設け、ビットの先端に吐出孔を開口させ、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビットによって掘削作業を行うの際、吐出孔から吐出される気体又は液体の圧力によって、掘削穴内の掘削屑をより効率的に排除できる削孔装置を提供する。
【解決手段】削孔ロッドの先端側に一体回転するようにビット８を設け、ビット８の先端中心部に吐出孔１４を開口させ、気体又は液体を供給する流路を、吐出孔１４と連通させて削孔ロッド及びビット８に設け、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビット８によって掘削作業を行う際、流路を介して吐出孔１４から吐出される気体又は液体によって、掘削作業による掘削屑を削孔ロッドに沿って掘削穴Ｈ外に排出する削孔装置であって、ビット８の先端面８ｂに吐出孔１４よりビット８外周に向う吐出溝１９を凹設する。
【選択図】図２

Description

この発明は、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビットによって掘削作業を行う削孔装置に関する。

削孔ロッドの先端側に一体回転するようにビットを設け、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビットによって、該送り方向に掘削穴を掘削する削孔装置が従来公知である。このような削孔装置において、効率的な掘削作業を行うためには、掘削穴内に溜まった掘削時の掘削屑を外部に順次排出する必要がある。

このため、ビットの先端に吐出孔を開口させ、吐出孔と連通し且つ気体又は液体を供給する流路を削孔ロッド及びビットに設け、上記掘削作業の際、流路を介して吐出孔から吐出される気体又は液体の圧力によって、掘削穴の底側に溜まった掘削屑を吹飛ばし、該吹飛ばした掘削屑を、削孔ロッドに沿って掘削穴外に流動排出する特許文献１，２に示す削孔装置が開発され、公知になっている。

特開２００４−９２２９４号公報 特開２００６−３２８７５６号公報

特許文献１の削孔装置では、ビット先端側の吐出孔がビットの送り方向に対して斜め方向に形成されているため、ビットの先端中心寄りに位置する掘削穴の底面中央部に直接液体又は気体が吐出されないか、或いは、直接的に吐出される液体又は液体の量が少なくなる。このことにより、掘削孔底側の掘削屑を効率的に排除できず、掘削作業の効率が低下する場合がある。

これに対して、特許文献２の削孔装置では、ビットの先端中心部に吐出孔が開口形成され、ビットの先端中心から送り方向に向かって液体又は気体が吹出されるが、この吹出される液体又は気体が、掘削穴の底側で跳ね返されて吐出孔側まで戻ってくることにより、この液体又は気体の流動に乱れが生じ、掘削穴底側の掘削屑を効率的に外部に排出できない場合がある。

すなわち、上記特許文献１，２の削孔装置は、ビットの先端側に開口形成された吐出孔から液体又は気体を吐出させることにより、掘削穴内の掘削屑を取除くにあたり、掘削穴底側の掘削屑を効率的に掘削穴の外部に排出できない場合がある。
本発明は、削孔ロッドの先端側に一体回転するようにビットを設け、ビットの先端に吐出孔を開口させ、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビットによって掘削作業を行うの際、吐出孔から吐出される気体又は液体の圧力によって、掘削穴内の掘削屑をより効率的に排除できる削孔装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、第１に、削孔ロッド２の先端側に一体回転するようにビット８を設け、ビット８の先端中心部に吐出孔１４を開口させ、気体又は液体を供給する流路１３を、吐出孔１４と連通させて削孔ロッド２及びビット８に設け、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビット８によって掘削作業を行う際、流路１３を介して吐出孔１４から吐出される気体又は液体によって、掘削作業による掘削屑を削孔ロッド２に沿って掘削穴Ｈ外に排出する削孔装置であって、上記ビット８の先端面８ｂに吐出孔１４よりビット８外周に向う吐出溝１９を凹設したことを特徴としている。

第２に、ビット８の中心側に向かって次第に深くなり、外周側に向かって次第に浅くなるように前記吐出溝１９を形成したことを特徴としている。

第３に、吐出溝１９をビット８外周側に向かって回転方向の後退側に傾斜又は湾曲させてなることを特徴としている。

第４に、吐出溝１９をビット８外周側に向かって間隔が狭くなる楔状に形成したことを特徴としている。

第５に、吐出溝１９のビット８回転方向前方側の内面を、回転方向に向かって前傾する方向に傾斜させてなることを特徴としている。

第６に、吐出溝１９のビット８回転方向後方側の内面を、ビット８の送り方向に沿わせるか或いは回転方向に向かって前傾させてなることを特徴としている。

第７に、吐出溝１９を、ビット８の回転軸Ｓの軸回りに所定間隔毎に複数本設けたことを特徴としている。

上記構成によれば、吐出孔よりビット外周に向う吐出溝をビットの先端面に凹設しているので、ビット先端の吐出孔からビットの送り方向に吐出される気体又は液体に、ビットの回転力が効率的に加えられる。このため、前記ビットの送り方向に吐出される気体又は液体が、渦を巻きながら掘削穴の底面に達し、底面の中央側から外縁側に向かって乱れを生じることなくスムーズに流動し、掘削穴底側の掘削屑を円滑に排除可能になり、より効率的な掘削作業を行うことができる。

また、ビットの中心側に向かって次第に深くなり、外周側に向かって次第に浅くなるように前記吐出溝を形成すれば、吐出孔から吐出される液体又は気体にビットの回転力をより効率的を伝えることが可能になる。

また、吐出溝をビット外周側に向かって回転方向の後退側に傾斜又は湾曲させれば、吐出孔から吐出される液体又は気体にビットの回転力をよりスムーズを伝えることが可能になる。

また、吐出溝をビット外周側に向かって間隔が狭くなる楔状に形成すれば、吐出溝内の液体又は気体の流速を、ビット外周側に向かって加速させることが可能になり、吐出孔から吐出される液体又は気体をより勢い良く吐出させることができる。

さらに、吐出溝のビット回転方向前方側の内面を、回転方向に向かって前傾する方向に傾斜させたり、吐出溝のビット回転方向後方側の内面を、ビットの送り方向に沿わせるか或いは回転方向に向かって前傾させれば、吐出孔から吐出される液体又は気体にビットの回転力をよりスムーズを伝えることが可能になる。

なお、吐出溝を、ビットの回転軸の軸回りに所定間隔毎に複数本設ければ、吐出孔から吐出される液体又は気体にビットの回転力をより効率的を伝えることが可能になる。

本発明を適用した削孔装置の構成を示す説明図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ矢視図である。 ビットの斜視図である。 図４の要部拡大図である。 図５の要部拡大断面図である。

図１は、本発明を適用した削孔装置の構成を示す説明図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は、図２のＢ矢視図である。削孔装置１は、岩や地盤や地山等の対象物Ｇに孔穿作業（掘削作業）を行うものであり、このようにして下方又は斜め下方に掘削された穴である掘削穴Ｈは、坑井や、地盤調査を目的とするボーリングや、地盤強化を目的とするアンカー埋設等の各種目的に応じて、長さや穿孔方向（掘削方向）が予め設定される。

この削孔装置１は、掘削穴Ｈの掘削方向に軸心方向が設定された円筒状の削孔ロッド２と、削孔ロッド２の基端側が挿入支持される作動装置である削岩機３と、削岩機３を支持する支持体であるガイドセル４と、駆動装置である油圧ユニット６及びコンプレッサ７とを備えている。

上記削孔ロッド２は、自身の軸回りに回転自在に削岩機３に支持され、この削孔ロッド２の先端部には、該削孔ロッド２よりも若干径の大きい円柱状に成形されたビット８が、一体回転するように装着されている。掘削穴Ｈを穿孔する掘削作業時には、先端側が掘削方向進出側を向くとともに、基端側が掘削方向後退側を向いた姿勢の削孔ロッド２がセットされる。

ビット８の外周面には、一対の切欠き状面８ａ，８ａが形成されており、この一対の切欠き状面８ａ，８ａは、削孔ロッド２の軸心に設定されたビットの回転軸Ｓに対して、対称な位置にそれぞれ配置されている。また、ビット８の周面から先端面８ｂに至る範囲は、掘削方向進出側に向かって径が小さくなるように成形されてテーパー面８ｃを構成している他、ビットの８先端面８ｂは、回転軸Ｓに対して垂直又は略垂直であって、掘削穴Ｈの底面Ｈ１に対向した状態になる。

また、ビット８の先端面８ｂ及びテーパー面８ｃには、硬質の突起部である球状のボタンビット９がそれぞれ突出形成されている。ボタンビット９は、回転軸Ｓの軸方向視で、前記一対の切欠き状面８ａ，８ａから回転軸Ｓ回りに１／４周分（９０度分）位相がずれた対称位置にそれぞれ集中配置されている。具体的には、この一対の各対称位置における先端面８ｂ側に１つ、テーパー面８ｃ側に２つのボタンビット９が配設されている。ちなみに、テーパー面８ｃ側のボタンビットは９、回転軸Ｓの軸方向視で、ビット８の外周面側に近接する位置まで突出形成されている（図２参照）。

上記削岩機３は、掘削方向に往復スライド自在にガイドセル４に支持されている。この削岩機３のガイドセル４への支持構造によって、削孔ロッド２が掘削方向に進退作動可能になる。

上記ガイドセル４は、図示しない支持部材によって、対象物Ｇ側に支持固定されている。

上記油圧ユニット６又はコンプレッサ７は、削岩機３を掘削方向に往復スライド駆動させるとともに、削孔ロッドを軸回りに回転駆動させる。このため、油圧ユニット６から削岩機３に作動油を圧送する油圧管１１と、コンプレッサ７から削岩機３にエアを圧送する圧送管１２とが配管されている。

以上のように構成される削孔装置１では、回転軸Ｓが削孔ロッド２の軸心に設定されたビット８を、正転側（図２における反時計回り）に回転させながら削孔方向進出側に送り駆動させることにより、掘削作業を行う。具体的には、ビット８先端側のボタンビット９が掘削穴Ｈの底面Ｈ１側に臨んだ状態になり、ビット８及び該ビット８と一体可動するボタンビット９の回転力や掘削方向進出側へ移動若しくは打撃によって、対象物Ｇを削り取り、掘削穴Ｈを穿孔する。

また、この掘削作業によって、掘削穴Ｈの底側には、対象物Ｇから削り出された排出物である掘削屑（スライム）が溜まるが、これをそのままにした状態で、掘削作業を続行すると、ビット８の先端面８ｂと、掘削穴Ｈの底面Ｈ１との間に、掘削屑が介在して、掘削作業効率が低下する。このため、この削孔装置１には、掘削穴Ｈ内の掘削屑を削孔ロッド２に沿って外部に排出する排出手段が設けられている。

次に、図１乃至３に基づき、排出手段の構成について説明する。
排出手段は、削孔ロッド２及びビット８の回転軸Ｓの軸心に形成された流路１３と、ビット８の先端に開口形成された吐出孔１４と、流路１３に流動体である気体又は液体（図示する例ではエア又は水）を供給する供給手段から構成されている。

上記流路１３は、削孔ロッド２の基端側からビット８の先端に至る範囲に形成され、該流路１３は吐出孔１４と連通している。

上記吐出孔１４は、ビット８の先端面８ｂにおける回転軸Ｓ位置（ビット８の先端中心）に配置形成されており、この吐出孔１４の掘削方向後退側端（基端）が流路１３と連通する一方で、掘削方向進出側端（先端）が開放されている。

上記供給手段は、流動体を気体であるエアとする場合には、コンプレッサ７から構成される一方で、流動体を液体である水とする場合には圧送ポンプ１６から構成される。この供給手段から供給管１７，１８を介して削岩機３側に供給された流動体が、基端側から流路１３内に高圧状態で注入される。流路１３内に高圧状態で注入された流動体は、流路１３内を通ってビット８先端側に圧送される。

このビット８先端側に圧送された流動体は、吐出孔１４から、ビット８の先端面８ｂと掘削孔Ｈの底面Ｈ１との間に形成された隙間に吐出され、掘削穴Ｈの底面Ｈ１側に吹き当てられる。このような流動体の底面Ｈ１への吹付けによって、該底面Ｈ１側に溜まった掘削屑が、底面Ｈ１の周縁側に吹飛ばされる。

このように吹飛ばされた掘削屑及び吐出孔１４からの流動体は、吐出孔１４からの流動体の注入による圧力上昇によって、削孔ロッド及びビットの外周と、削孔孔の内周との間の間隙を通り、削孔ロッド２の軸方向に添って、掘削穴Ｈの開放端側まで圧送され、外部に排出される。ちなみに、削孔ロッド２に自身の軸方向に沿って、流動体及び掘削屑を排出する排出路を、流路１３とは別に形成してもよい。

以上のようなエア又は水の流動によって掘削屑の掘削穴Ｈ内からの排出を行うが、この際、吐出孔１４から吐出されるエア又は水等の流動体によって、掘削穴Ｈの底面Ｈ１側の掘削屑を、如何に効率的に排除できるかが、円滑な掘削作業を行う上で重要である。このため、吐出孔１４から噴出される流動体にビット８の回転力を伝える吐出溝１９を該ビット８の先端面８ｂに凹設している他、前記テーパー面８ｃによって、ビット８の先端側から外周側への掘削屑の移動をスムーズにしている。

次に、図２乃至６に基づき、吐出溝１９の構成を説明する。
図４は、ビットの斜視図であり、図５は、図４の要部拡大図であり、図６は、図５の要部拡大断面図である。ビット８の先端面８ｂに凹設された吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸方向視で、吐出孔１４内周面からビット８外周面に向かって、ビット８の径方向に沿って形成されている。

このように回転軸Ｓの軸心方向に深さ方向が設定されるとともに回転軸Ｓの軸回り幅方向が設定された吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸回りに所定間隔に複数本設けられている。具体的には、回転軸Ｓの軸回りに１／４周毎に等間隔で、計４本の吐出溝１９が配設され、この４本の吐出溝１９によって、全体が風車状に成形されている。

各吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸方向視において、ビット８における先端面８ｂの回転中心側から外周縁近傍に至る範囲に形成されており、この吐出溝１９は、外周縁（ビット８の外周側）に向かって次第に底が浅く且つ幅が狭くなるように形成され、逆に言えば、回転中心（中心側）に向かって次第に底が深く且つ幅が広くなるように形成されている。

このため、吐出溝１９は、ビット８の外周側端（先端）で幅及び深さが最小になるが、この最小値が零になるように設定され、吐出溝１９の先端が尖った形状をなしている。このため、吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸方向視で、先細りになる楔状に形成されている。

また、この楔状の吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸方向視において、ビット８の回転中心から外周側に向かって、ビット８の回転方向逆転側に傾斜又は湾曲（図示する例では傾斜）形成されている。

さらに、吐出溝１９は、ビットの回転方向正転側の内面である前方側側面１９ａと、ビット８の回転方向逆転側である後方側の内面である後方側側面１９ｂとが対向している。回転軸Ｓの軸方向視において、後方側側面１９ｂはビット８の回転中心を通る仮想線Ｌ上に位置する一方で、前方側側面１９ａはビット８の回転中心に向かって上記仮想線Ｌから徐々に離間するように傾斜している。

これに加えて、前記前方側側面１９ａと後方側側面１９ｂとが、ビット８の径方向断面視（断面視）で、Ｖ字状に底側で交わっており、これを言換えると、吐出溝１９の断面が楔状に形成されている。

さらに具体的には、前方側側面１９ａが断面視で底側から開放側に向かって回転方向前方側に傾斜（前傾）している。一方、後方側側面１９ｂが断面視でビット８の送り方向に平行になるか或いは前方側側面１９ａより緩い傾きで底側から開放側に向かって回転方向前方側に傾斜（前傾）している。ちなみに、図示する例では、後方側側面１９ｂは断面視ビット８の送り方向に対して平行に形成されている。

以上のような構成によれば、ビット８を正転方向に回転させながら送り駆動させ、吐出孔１４から水又はエアからなる流動体を噴出させるが、この場合に、この噴出される流動体に対して、回転軸Ｓの軸回りに回転力が加えられる。具体的には、回転中心から離れる程幅が狭く且つ底が浅くなる吐出溝１９によって、吐出溝１９の先端に近い側程に勢い良く、流動体が螺旋状に噴出される。

この際、吐出溝１９の後方側側面１９ａが、前方側側面１９ｂよりは正転側に傾斜していない状態であるため、吐出溝１９内の流動体にビット８の回転力を効率良い伝えることが可能になる。

さらに、吐出溝１９は、回転軸Ｓの軸方向視で、ビット８の径方向外側に向かって回転方向後退側に傾斜又は湾曲しているため、吐出溝１９内の流動体を、ビット８の回転中心から離れる側に向かってスムーズに加速させることができる。

このようにして、吐出溝１９を含む吐出孔１４から掘削方向進出側に渦巻き状に噴出された流動体は、その回転力により、回転軸Ｓから離れるように外側に広がりながら螺旋状に進展して掘削穴Ｈの底面Ｈ１側に達し、掘削穴Ｈの底面Ｈ２側（特に底面Ｈ２の中央側）に溜まった掘削屑を、掘削穴Ｈの底面Ｈ１の外周縁側に向かってスムーズに排除する。掘削穴Ｈの底面Ｈ１の外縁側に寄せられた掘削屑は、上述したようにして、掘削孔Ｈの外側に排出される。

このように、掘削孔Ｈの底面Ｈ１側に溜まった掘削屑を、効率的に外周縁に排除することにより、掘削屑の掘削孔Ｈ外への排出効率も向上し、この結果、掘削作業をよりスムーズに行うことが可能になる。

２ 削孔ロッド
８ ビット
８ｂ 先端面
８ｃ テーパー面
１３ 流路
１４ 吐出孔
１９ 吐出溝
Ｈ 掘削穴
Ｓ 回転軸

Claims (7)

1. 削孔ロッド（２）の先端側に一体回転するようにビット（８）を設け、ビット（８）の先端中心部に吐出孔（１４）を開口させ、気体又は液体を供給する流路（１３）を、吐出孔（１４）と連通させて削孔ロッド（２）及びビット（８）に設け、回転しながら掘削方向に送り駆動されるビット（８）によって掘削作業を行う際、流路（１３）を介して吐出孔（１４）から吐出される気体又は液体によって、掘削作業による掘削屑を削孔ロッド（２）に沿って掘削穴（Ｈ）外に排出する削孔装置であって、上記ビット（８）の先端面（８ｂ）に吐出孔（１４）よりビット（８）外周に向う吐出溝（１９）を凹設した削孔装置
2. ビット（８）の中心側に向かって次第に深くなり、外周側に向かって次第に浅くなるように前記吐出溝（１９）を形成した請求項１記載の削孔装置。
3. 吐出溝（１９）をビット（８）外周側に向かって回転方向の後退側に傾斜又は湾曲させてなる請求項１又は２の何れかに記載の削孔装置。
4. 吐出溝（１９）をビット（８）外周側に向かって間隔が狭くなる楔状に形成した請求項１乃至３の何れかに記載の削孔装置。
5. 吐出溝（１９）のビット（８）回転方向前方側の内面を、回転方向に向かって前傾する方向に傾斜させてなる請求項１乃至４の何れかに記載の削孔装置。
6. 吐出溝（１９）のビット（８）回転方向後方側の内面を、ビット（８）の送り方向に沿わせるか或いは回転方向に向かって前傾させてなる請求項５記載の削孔装置。
7. 吐出溝（１９）を、ビット（８）の回転軸（Ｓ）の軸回りに所定間隔毎に複数本設けた請求項１乃至６の何れかに記載の削孔装置。

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