JP2013209828A - Tip bit and drilling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直線削孔および曲線削孔を行うことが可能な削孔装置および削孔装置に取り付けられる先端ビットに関するものである。 The present invention relates to a drilling device capable of performing linear drilling and curved drilling, and a tip bit attached to the drilling device.
従来から、地表面から建造物の下方に向かって斜めに曲線削孔を行い、その後、水平方向に向きを変えて直線削孔を行うことで、例えば建造物の下方に薬液などを注入するための孔を形成することが可能な削孔装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, for example, in order to inject a chemical solution or the like below a building by performing a curved hole drilling obliquely from the ground surface toward the lower part of the building, and then performing a straight hole drilling by changing the direction in the horizontal direction. A hole drilling device capable of forming a single hole is known (see, for example, Patent Document 1).
この種の削孔装置は、図16に示すように、折り曲げ可能な中空の削孔管101と、削孔管101の先端部に取り付けられた先端ビット102とを備えており、先端ビット102の先端面は、削孔管101側から先端側に向けて厚みが薄くなるように傾斜するテーパ面103に形成されている。先端ビット102による削孔の際、地上に設置されたボーリングマシン104で、削孔管101および先端ビット102を回転させないで地中を推進させると、先端ビット102にテーパ面103を介して特定方向からの土圧が継続的に作用するので、先端ビット102の進行方向が随時変化する結果、先端ビット102は曲線状に推進されて曲線削孔が可能となる。一方、削孔管101および先端ビット102を回転させながら地中を推進させると、先端ビット102のテーパ面103に作用する土圧の方向が回転軸周りの変化により打ち消されるので、先端ビット102は直線状に推進されて直線削孔が可能となる。
As shown in FIG. 16, this type of drilling device includes a
しかしながら、上記構成の削孔装置100のように、先端ビット102のテーパ面103が平坦な傾斜面になっていると、以下のような問題がある。まず、曲線削孔時においては、先端ビット102を回転させないで地中を推進させる際に、図17に示すように、地中に存在する土砂や異物Mなどが先端ビット102のテーパ面103にまともに接触するため、異物Mや土砂の影響を受けて先端ビット2の向きが予め決められた向きから変化するおそれがある。この状態で、先端ビット102を推進させ続けても、先端ビット102の水平方向(図16に示す)における進行方向が変化し、先端ビット102が推進方向に対して左右方向に曲がるので、先端ビット102による削孔軌跡が所望の削孔軌跡から外れるという問題がある。
However, when the
また、直線削孔時においても、先端ビット102を回転させながら地中に押し込む際には、図18に示すように、回転状態の先端ビット102に削孔が行われない空間104が形成されるが、この空間105が大きな領域を占めるために、この空間105に多くの土砂や異物Mなどが溜まる結果、削孔中に異物Mや土砂が先端ビット102のテーパ面103に接触するなどして、先端ビット102の向きが変化するおそれがある。そうすると、同様に、先端ビット102の水平方向(図16に示す)における進行方向が変化し、先端ビット102を真っ直ぐ推進させようとしても、先端ビット102が推進方向に対して左右方向に曲がるので、先端ビット102による削孔軌跡が所望の削孔軌跡から外れるという問題がある。
Further, even when straight drilling is performed, when the
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、直線削孔時および曲線削孔時においても、水平方向における先端ビットの直進性を向上させて、所望の削孔軌跡に沿う精度の高い削孔を行うことが可能な先端ビットおよび削孔装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and improves the straightness of the tip bit in the horizontal direction even when straight drilling and curved drilling, so that the accuracy along the desired drilling locus is improved. An object of the present invention is to provide a tip bit and a drilling device capable of performing high drilling.
本発明の上記目的は、先端部に先細り状に傾斜したテーパ面を備え、回転状態または非回転状態で地中に挿入されることで削孔を行う先端ビットであって、前記テーパ面上には、幅方向略中央位置に、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条が設けられている先端ビットによって達成される。 The above-mentioned object of the present invention is a tip bit that has a tapered surface that is tapered at the tip portion, and performs drilling by being inserted into the ground in a rotated state or a non-rotated state, on the tapered surface. Is achieved by a tip bit provided with a ridge extending linearly in the inclined direction at a substantially central position in the width direction.
本発明の好ましい実施態様においては、前記テーパ面上には、断面視山形状の隆起部が設けられ、前記隆起部の頂上部が前記突状を構成していることを特徴としている。 In a preferred embodiment of the present invention, a raised portion having a mountain shape in cross section is provided on the tapered surface, and the top of the raised portion forms the protruding shape.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記隆起部は、前記頂上部の角度が150度以下であることを特徴としている。 In a further preferred aspect of the present invention, the raised portion is characterized in that the angle of the top is not more than 150 degrees.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記隆起部は、断面視三角形状に形成されていることを特徴としている。 In a further preferred aspect of the present invention, the raised portion is formed in a triangular shape in sectional view.
本発明の他の好ましい実施態様においては、前記テーパ面上には、上面が平坦な細長い板状の突起が設けられ、前記突起が前記突状を構成していることを特徴としている。 In another preferred embodiment of the present invention, an elongated plate-like protrusion having a flat upper surface is provided on the tapered surface, and the protrusion constitutes the protrusion.
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記突起には、超硬チップが埋め込まれていることを特徴としている。 In a further preferred embodiment of the present invention, a carbide tip is embedded in the protrusion.
本発明の上記目的は、削孔管の先端部に、上記構成の先端ビットが取り付けられた削孔装置によっても達成される。 The above object of the present invention can also be achieved by a drilling device in which the tip bit of the above configuration is attached to the tip of the drilling tube.
本発明に係る先端ビットおよび削孔装置によれば、直線削孔時および曲線削孔時においても、先端ビットの水平方向における直進性が向上するので、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を行うことが可能である。 According to the tip bit and the hole drilling device according to the present invention, the straightness in the horizontal direction of the tip bit is improved even during straight hole drilling and curved hole drilling, so that the accuracy along the desired hole trajectory is high. Drilling can be performed.
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明に係る先端ビット2が適用された削孔装置1の全体構成を示す概略図を、図2および図3は先端ビット2の平面図および側面図を、それぞれ示している。
Hereinafter, actual forms of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an overall configuration of a drilling device 1 to which a
本発明に係る先端ビット2が適用される削孔装置1としては、特定の形態のものに限定されるものではなく、削孔管3を、地上に設置されたボーリングマシン4で非回転状態または回転状態で地中に押し込むことで、先端ビット2により地中を曲線状または直線状に削孔する従来から公知の削孔装置を利用することができる。
The drilling device 1 to which the
削孔管3は、折り曲げ可能な中空の筒状のものであり、管内全体に、各種液体の供給や各種器具の挿入が可能な空洞30を有している。この削孔管3は、例えば、地中に挿入する深さに応じて複数の筒状体を順次直列に継ぎ足すように連結していくことで形成することができる。削孔管3の材質としては、金属製や樹脂製など、公知の材料を使用することができる。また、削孔管3の内径や肉厚についても、地盤の強度や土質などに応じて適宜設定すればよく、限定されるものではない。
The hole drilling tube 3 is a hollow cylindrical tube that can be bent, and has a
先端ビット2は、削孔管3の先端部に取り付けられる。先端ビット2の先端部には、図2および図3に示すように、削孔管3側から先端側に向けて厚みが薄くなるように先細り状に傾斜する略楕円形状のテーパ面20が設けられている。これにより、図4に示すように、テーパ面20が先端ビット2の推進方向Xに対して鉛直方向下向きZ1を向くように、先端ビット2を非回転の状態で斜め下方に向かって地中に押し込むと、テーパ面20に継続的に作用する土圧Pにより、先端ビット2には、推進方向Xに対して鉛直方向上向きZ2の力が随時働く。そうすると、先端ビット2の進行方向は推進方向Xよりも上方を向いて先端ビット2がテーパ面20の傾斜方向Yに推進される結果、先端ビット2は図1に示すような斜め下方向に凸の曲線状に推進されて、曲線削孔が行われる。
The
一方で、先端ビット2を回転状態で地中に押し込むと、先端ビット2のテーパ面20に作用する特定方向からの土圧Pが回転軸周りの変化により打ち消される。よって、先端ビット2が推進方向Xに沿って直線状に推進される結果、直線削孔が行われる。なお、図2および図3中、符号21は先端治具を示しており、また、符号22,23は、先端ビット2のテーパ面20側およびその反対側にそれぞれ削孔管3を介して先端ビット2内に形成された空洞25に供給された流体を各噴射口22,23を介して地中に噴射可能となっている。
On the other hand, when the
先端ビット2のテーパ面20上には、テーパ面20よりも高く突き出た隆起部5が設けられている。隆起部5は、本実施形態では、図2および図3に示すように、断面視山形状のものであり、例えば鋳鉄、軟鋼、硬鋼などの鋼製であることが好ましい。隆起部5は、テーパ面20から延びる左右一対の側面部50,50と前後一対の前面部51および後面部52とを備えた断面視三角形状のものであり、図2および図3に示す例では、側面部50、前面部51および後面部52はそれぞれ板状であって隆起部5の内部は中空になっている。この隆起部5は、テーパ面20とは別部材で形成されていてテーパ面20上に溶接、ねじなどの周知の締結技術で固定されていてもよいし、テーパ面20に一体形成されていてもよい。なお、隆起部5の断面視形状は、先の尖った先鋭形状であれば、三角形状以外に多角形状など特に限定されない。
On the tapered
左右一対の側面部50は、それぞれ同じ傾斜角度でテーパ面20の幅の中央へ向けて高く傾斜していて、両側面部50が交差する先の尖った線状の頂上部53がテーパ面20の幅方向中央に位置している。これにより、テーパ面20上の幅方向中央位置には、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条7が設けられている。
The pair of left and right
図5に示すように、隆起部5の頂上部53の角度α、つまり、両側面部50が交差する交差角度αとしては、テーパ面20に直線的に延びる突条7が設けられればよいので180度より小さければよいが、角度αが大きいと、隆起部5の先の尖り具合が弱くなって、従来技術のような表面が平坦なテーパ面と同様の問題が生じるおそれがあるので、削孔の精度を考慮すれば、150度以下であることが好ましい。また、隆起部5の幅wとしては、削孔の精度を考慮すれば、テーパ面20の幅b(図2に示す)よりも小さく設定されていることが好ましい。さらに、隆起部5の高さhとしては、削孔の精度を考慮すれば、先端ビット2の最大径R(図3に示す)よりも外側に隆起部5の頂上部53が突き出ないような大きさに設定されているのが好ましい。
As shown in FIG. 5, the angle α of the top 53 of the raised
なお、図2および図3に示す例では、テーパ面20の表面形状は側面視において直線状に形成されているが、例えば曲線状や多角形状などに形成されていてもよい。また、図2および図3に示す例では、隆起部5は先が鋭く尖った先鋭形状に形成されていて、頂上部53が平面視で線状となっているが、図8および図9に示すように、頂上部53は多少幅を有する平坦な面状となっていてもよい。
In the example shown in FIGS. 2 and 3, the surface shape of the tapered
図8および図9に示す例では、隆起部5は断面視台形状に形成されていて、面状の頂上部53の幅中央部がテーパ面20の幅方向中央に位置している。これにより、図8および図9に示す例においても、テーパ面20上の幅方向中央位置に、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条7が設けられる。なお、図8および図9に示す例では、隆起部5は中身の詰まった中実構造になっていて、先端ビット2内の空洞23および隆起部5内の空洞24を介して噴射口22が開口している。図8および図9に示す例においても、隆起部5は、テーパ面20とは別部材で形成されていてテーパ面20上に溶接、ねじなどの周知の締結技術で固定されていてもよいし、テーパ面20に一体形成されていてもよい。
In the example shown in FIGS. 8 and 9, the raised
また、図8および図9に示す例においても、隆起部5の頂上部53の角度α、つまり、両側面部50が交差する交差角度α(図10に示す)は、180度より小さければよく、削孔の精度を考慮すれば、150度以下であることが好ましい。また、隆起部5の高さh(図10に示す)は、先端ビット2の最大径R(図9に示す)よりも外側に隆起部5の頂上部53が突き出ないような大きさに設定されているのが好ましい。なお、隆起部5の幅w(図10に示す)としては、図示例では、テーパ面20の幅b(図8に示す)と同じ大きさに設定されているが、テーパ面20の幅bより小さく設定されていてもよい。
Also, in the example shown in FIGS. 8 and 9, the angle α of the top 53 of the raised
上記構成の先端ビット2を備える削孔装置1によると、先端ビット2のテーパ面20上に先の尖った断面視山形状の隆起部5が設けられることで、テーパ面20には、幅方向中央位置に、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条7が設けられる。よって、まず、曲線削孔時に先端ビット2を非回転状態で地中に推進させる際には、図7に示すように、地中に存在する異物Mや土砂などが先端ビット2のテーパ面20に接触する場合でも、テーパ面20の幅方向略中央位置を直線的に延びる突条7において異物Mや土砂などを外側にスムーズに分散させることができるので、テーパ面20に対する異物Mや土砂などによる抵抗(影響)を低減することができる。よって、先端ビット2の向きが予め決められた向きから変化することを抑制することができ、テーパ面20が推進方向Xに対して真っ直ぐ正面を向いている状態を保持することができる。その結果、先端ビット2が推進方向Xに対して左右方向に曲がったりするなど、先端ビット2の水平方向における進行方向が当初想定する進行方向から変化することを防止できるので、先端ビット2の水平方向に関する直進性を向上でき、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を行うことが可能となる。
According to the drilling device 1 including the
一方で、直線削孔時に先端ビット2を回転状態で地中に推進させる際には、図6に示すように、テーパ面20上に隆起部5が存在している分、回転状態の先端ビット2により形成される削孔の行われない空間55が小さくなる。そのため、この空間55に溜まる土砂や異物などの影響を受けることにより生じる先端ビット2の向きの変化を抑制することができる。よって、先端ビット2を、推進方向Xに対して左右に曲がることなく、推進方向Xに沿って真っ直ぐ推進させることができるので、直線削孔時においても先端ビット2の水平方向に関する直進性を向上させることができ、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を行うことが可能となる。
On the other hand, when propelling the
本願の発明者等は、上記した図2および図3に示す本発明に係る先端ビット2を用いて、地中を曲線削孔および直線削孔した際の先端ビット2による削孔軌跡を確認するための試験を行った。試験では、まず、地表面から斜め下方に向かって直線状に先端ビットを推進させ(5m付近まで)、その後、曲線状に先端ビットを推進させた後、水平方向に向きを変えて直線状に先端ビットを推進させた。その結果、本発明に係る先端ビット2について、図11のような削孔軌跡のデータを得た。なお、図11(a)は水平方向における掘削軌跡を、図11(b)は垂直方向における掘削軌跡を、それぞれ示している。また、比較例として、従来技術のように、表面が平坦なテーパ面を有する先端ビットを用いて、地中を曲線削孔および直線削孔した際の先端ビットの削孔軌跡のデータを図12に示す。同様に、図12(a)は水平方向における掘削軌跡を、図12(b)は垂直方向における掘削軌跡を、それぞれ示している。なお、試験条件は以下のとおりである。
・先端ビットの寸法(長さL×最大径R):190mm×120mm
・テーパ面の寸法(長さa×幅b):170mm×120mm
・隆起部の側板部の厚みt:4.5mm
・隆起部の頂上部の角度α:120°
・先端ビットの地表面から地中への挿入角度φ:
図8の実施例1(φ1):16°
図8の実施例2(φ2):32°
図9の比較例(φ):20°
・先端ビットの地中への挿入速度:0.5〜3.0m/min
The inventors of the present application use the
-Tip bit dimensions (length L x maximum diameter R): 190 mm x 120 mm
-Tapered surface dimensions (length a x width b): 170 mm x 120 mm
-Thickness t of the side plate portion of the raised portion: 4.5 mm
-Angle α at the top of the raised portion: 120 °
-Insertion angle φ from the ground surface of the tip bit into the ground:
Example 1 (φ1) of FIG. 8: 16 °
Example 2 (φ2) of FIG. 8: 32 °
Comparative example (φ) in FIG. 9: 20 °
-Insertion speed of tip bit into the ground: 0.5 to 3.0 m / min
図11および図12から分かるように、本発明に係る先端ビット2を用いると、曲線削孔時および直線削孔時のいずれの場合であっても、先端ビット2は、水平方向における進行方向がほとんど変化することなく、つまり、推進方向に対して左右にほとんど曲がることなく、地中を良好に真っ直ぐ推進されていることが確認できる。よって、本発明に係る先端ビット2によれば、直線削孔時および曲線削孔時においても、先端ビット2の水平方向における直進性が向上するので、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を実現できる。
As can be seen from FIGS. 11 and 12, when the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、先端ビット2のテーパ面20上に、隆起部5に代えて、図13および図14に示すような板状の突起部6を設けるようにしてもよい。突起部6は、上面が平坦な細長形状に形成されており、その幅中央部がテーパ面20の幅方向中央に位置している。これにより、テーパ面20上の幅方向中央位置には、傾斜方向に向かって直線的に延びる面状の突条7が設けられている。突起部6の幅Wとしては、5mm〜25mmであることが好ましく、突起部6の高さHとしては、削孔の精度を考慮すれば、先端ビット2の最大径R(図14に示す)よりも外側に突起部6の上面が突き出ないような大きさに設定されているのが好ましい。また、突起部6には、超硬チップ(図示せず)が埋め込まれていてもよい。超硬チップを埋め込むことで、回転削孔時、土砂との摩擦で突起部6が擦り減ることを防止できるため、突起部6の保護を図ることができる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention. For example, a plate-
図13および図14に示す実施形態においても、先端ビット2のテーパ面20の幅方向中央位置に、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条7が設けられるので、上記実施形態と同様に、この突状7が削孔時において、先端ビット2の水平方向における直進性を向上させる案内部材として作用する。つまり、曲線削孔時には、図15に示すように、地中に存在する異物Mや土砂などが先端ビット2のテーパ面20に接触する場合でも、突条7において異物Mや土砂などの流れを外側に分散させることができるので、テーパ面20に対する異物Mや土砂などによる抵抗(影響)を低減することができる。よって、先端ビット2の向きが予め決められた向きから変化することを抑制することができ、テーパ面20が推進方向に対して真っ直ぐ正面を向いている状態を保持できる結果、先端ビット2が推進方向に対して左右方向に曲がったりするなど、先端ビット2の水平方向における進行方向が当初想定する進行方向から変化することを防止できる。よって、先端ビット2の水平方向における直進性を向上でき、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を行うことが可能である。
Also in the embodiment shown in FIG. 13 and FIG. 14, the
また、直線削孔時には、テーパ面20上に突起部6が存在している分、回転状態の先端ビット2により形成される削孔の行われない空間55が小さくなる。そのため、この空間55に溜まる土砂や異物Mなどの影響を受けることにより生じる先端ビット2の向きの変化を抑制することができる結果、先端ビット2を、推進方向に対して左右に曲がることなく、推進方向に沿って真っ直ぐ推進させることができる。よって、直線削孔時においても、先端ビット2の水平向における直進性を向上させることができ、所望の削孔軌跡に沿った精度の高い削孔を行うことが可能である。
Further, in the case of linear drilling, the
1 削孔装置
2 先端ビット
5 隆起部
6 突起部
7 突条
20 テーパ面
53 頂上部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記テーパ面上には、幅方向略中央位置に、傾斜方向に向かって直線的に延びる突条が設けられている先端ビット。 A tip bit having a tapered surface tapered at the tip and drilling by being inserted into the ground in a rotating state or a non-rotating state,
A tip bit provided with a ridge extending linearly in the inclined direction at a substantially central position in the width direction on the tapered surface.
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