JP3215940U - 突起付きコニカルビット及びそれを備えた掘削用コニカルヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】硬質の岩盤等の掘削効率や作業性に優れ、ビットの摩耗損傷による劣化が少なく、耐久性に優れビットの交換頻度が少なく、掘削工事の低コスト化を実現できる掘削用コニカルヘッドを提供する。【解決手段】掘削用コニカルヘッド２０は、ノーズ部３のほぼ中央部より下側の下刃部と上側の上刃部を備え、下刃部に、台部と、台部の後部のシャンク部６と、台部の前部のノーズ部２と、ノーズ部３の尖端部と外周面に突条若しくは凸状の突起部４を備えた突起付きコニカルビット１を備えた構成を有している。ノーズ部３の外周面の突起部４は、１乃至複数の螺旋状に形成される。【選択図】図２

Description

本考案は、土留め工事や杭打ち工事等の掘削工事、岩盤などを穿孔する掘削工事に使用されるアースオーガーのスクリューの先端部に装着される突起付きコニカルビット及びそれを備えた掘削用コニカルヘッドに関し、特に、掘削用コニカルビットを改良することにより、掘削効率の大幅な向上を実現させた突起付きコニカルビット、及び掘削ビットの摩耗損傷を低減化することができ耐久性を著しく向上させ掘削効率や作業性に優れ掘削コストの低減化に優れた突起付きコニカルビットを備えた掘削用コニカルヘッドに関する。

近年、Ｈ型鋼打設等による土留め工事や、鋼管杭やコンクリート製杭の杭打ち工事、岩盤掘削工事に、掘削ヘッドに各種の掘削ビットを固定したアースオーガーを用い、地中を掘削することにより杭挿入孔を地中に形成した後、Ｈ型鋼や鋼管杭、コンクリート製杭（以下、既製杭という。）を杭挿入孔に挿入する所謂プレボーリング工法が知られている。
これらのアースオーガーに用いられる掘削ビットは、直線状の刃面を有するもので、この掘削ビットを掘削ヘッドに固定され使用されていた(特許文献１)。
しかし、上述の掘削ビットを用いた掘削工法では、掘削ビットで地盤を削るため、掘削ビットの損傷や摩耗が激しく交換頻度が高いので、掘削コストが高く、また掘削効率が悪いという課題を有していた。
そこで、本考案者はこれらの課題を解決すべく鋭意研究の結果、実際に検証してみても著しく掘削効率にすぐれた掘削用コニカルヘッドを完成したので、実用新案登録出願を行い権利化した（特許文献２）。

特開平１１−３５０４７３号公報 実用新案登録第３０６８４６２号公報

しかしながら、上記従来の技術においては以下の課題を有していた。
（１）近年は、既製杭の埋め込み深さの要求が深度の大きなものになってきており、深さが深くなるにつれて、特許文献１に記載の掘削ビットでは掘進方向に狂いが生じやすく、設計値の深さまで既製杭を埋め込むことができ難い場合が生じ、その改善が要求されていた。
（２）特許文献２に記載の掘削用コニカルビットでは、硬質の岩盤等の掘削中の摩耗を低減化させ掘削効率を向上させ、該ビットの交換頻度さらに少なくすることが要求されてきた。
（３）掘削用コニカルヘッドの更なる掘削効率の向上、交換頻度の低減化、作業性の向上、工事費の低コスト化が要求されてきた。
（４）掘削用コニカルビットや掘削用コニカルヘッドを交換する際は、スクリュー全体を地中から一旦引き上げて交換しなければならず、その作業に多大の時間と労力を要し、その改善が要求されていた。

本考案は上記要求を解決するもので、岩盤や礫岩層等の硬質の地盤の破壊・破砕性が著しく高く掘削効率に優れ、摩耗品と新品との交換が容易で作業性に優れ、公転・自転ができるので偏摩耗による劣化が少なく、耐久性に優れ、交換頻度を著しく低減できる突起付きコニカルビット、及び長時間安定運転が可能で、岩盤等への食い込み性に優れ掘削効率や作業性及び省力性に優れ、工事費の大幅な低コスト化を実現できる掘削用コニカルヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本考案の突起付きコニカルビット及びそれを備えた掘削用コニカルヘッドは、以下の構成を有する。
請求項１に記載の突起付きコニカルビットは、台部と、台部の後部のシャンク部と、台部の前部のノーズ部と、ノーズ部の尖端部とを備えた突起付きコニカルビットであって、ノーズ部の外周面に固設された突起部を備えた構成を有している。

この構成により、以下の作用を有する。
（１）アースオーガーによる岩盤や礫岩層等の硬質地盤の掘削時に、スクリューの先端部に取り付けられた掘削用コニカルヘッドが回転するとともに、それに合わせて突起付きコニカルビットが公転及び自転をするので、ノーズ部の外表面に固設された突起部がその回転に合わせて硬質の岩盤の小さな裂け目等に喰いこみ局部的に強力な破壊・破砕力や圧縮力を加えながら回転し前進するので、岩盤や礫岩層等の硬質の地盤に亀裂を入れその亀裂を成長させながら該硬質の地盤を破壊していくことができる。
（２）掘削用コニカルヘッドの回転に伴い突起付きコニカルビットが公転及び自転をするので、ノーズ部の外周面の突起部が岩盤や礫岩層等の硬質の地盤の掘削時に、回転しながら局部的に岩盤に剪断応力を与えていくだけなので、岩盤等との接触時間が短いためノーズ部の外周面の突起部の偏摩耗を防ぎ、突起部の摩耗損傷が少なくすることができ、その分突起付きコニカルビットを長寿命化することができる。
（３）従前の突起を有しないコニカルビットは硬い岩盤に当たると滑っていたが、本件考案は突起部を有するので、岩盤の小さな亀裂にも突起部が喰いこみ亀裂を拡大させ、当社比で地盤の種類にもよるが従前のコニカルビットに比べ５〜１０倍以上も掘削効率を向上させることができたので、掘削時間を大幅に短縮し掘削コストの低減化を進めることができた。

ここで、突起付きコニカルビットは、先端部の頂角が９０°〜１２０°の円錐でその底部中央部にシャンク部を有し、円錐台状のノーズ部の頂部に穿設された孔部をレーザー光で赤熱し、赤熱された孔部に該シャンク部が挿入埋設され溶着固定され、更にその周囲がろう付けされている。またノーズ部の外周面の突起部は頂角θが６０°≦θ＜９０°の円錐でその底部中央部に棒状のシャンク部を有し、ノーズ部の外周面に形成された孔部をレーザー光で赤熱し、赤熱された孔部に該シャンク部が挿入埋設され溶着固定され更にその周囲がろう付けされている。
・突起付きコニカルビットに配設される突起部は８乃至１４本が好ましい。突起部の高さは３〜１０ｍｍ、基礎部の径は５〜１２ｍｍが好適に用いられる。この範囲で突起部を作成することにより、掘削時に突起部が折れるという事故を防ぎながら岩盤や礫岩層の硬質の地盤へ食い込む食い込み性に優れるとともに強い圧縮力で該地盤を破壊・破砕することができ、又高い排土効率を得ることができる。

請求項２に記載の突起付きコニカルビットは、請求項１の考案において、ノーズ部の外周面の突起部が１乃至複数の螺旋状に形成された構成を有している。
この構成により、請求項１で得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）突起部が１乃至複数の螺旋状に形成されているので、掘削された土塊を螺旋状の突起部間の溝に沿ってスムーズに排出することができる。
（２）突起部が螺旋状に形成されているので、同一の岩盤に断続的に強力な破壊・破砕力を与えるので、掘削効率を著しく向上させることができる。
（３）突起部が螺旋状に形成されているので、掘削して出てきた土塊の逃げ場ができ、排土が容易になるので、掘削効率を著しく高める。
ここで、突起部はノーズ部の外周面の突起部形成面に均一に分布するように螺旋状に配設されている。

請求項３に記載の突起付きコニカルビットは、請求項１又は２の考案において、１乃至複数の螺旋状に形成された突起部の先端が、尖端部の頂点と台部の上面とを結ぶ線上に並ぶように高さが調整されている構成を有している。
この構成により、請求項１又は２で得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）先端部の頂点と台部の上面とを結ぶ線上に突起部の先端が位置するように突起部の高さが調整されているので、突起部の偏摩耗を防止し、耐久性を向上させ、突起付きコニカルビットの交換頻度を著しく少なくすることができる。

請求項４に記載の突起付きコニカルビットは、請求項１乃至３のうちいずれか１において、ノーズ部の外周面の突起部は、突起付きコニカルビットの軸線と突起部の軸線の交角度αが約６０°≦α＜９０°形成された構成を有している。
この構成により、請求項１乃至３のうちいずれか１において得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）突起部が突起付きコニカルビットと突起部の各軸線の交角度αが約６０°≦α＜９０°で形成されているので、突起部が硬い岩盤の亀裂に喰いこみやすくまた岩盤や礫岩層に亀裂を入れやすく破壊・破砕効率を高める。

請求項５に記載の突起付きコニカルビットは、請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の考案において、突起部がノーズ部のほぼ中央部より先端側に突設された構成を有している。
この構成により、請求項1乃至４のうちいずれか１において得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）先端側に破壊力の強い突起部を備えているので、強い掘進力を得ることができる。
（２）台部から末尾の突起部までノーズ部の外周面が平坦なので、排土を誘導することができ排土効率に優れる。

請求項６に記載の突起付きコニカルビットは、請求項１乃至５のうちいずれか１に記載の考案において、シャンク部に溝状に形成された支承部に遊嵌された鋼板をリング状に曲げ先端部に衝合部を備えた弾性体からなる軸支リングを有する構成からなる。
この構成により、請求項１乃至５のうちいずれか１において得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）突起付きコニカルビットとコニカルヘッドの孔部周壁の間で回転自在な軸支リングを備えるので、掘削中に突起付きコニカルビットを自転自在に軸支することができ、突起部の偏摩耗を防止することができる。
（２）掘削中に突起付きコニカルビットの軸部とコニカルヘッドの孔部周壁の間に土砂の微粒子が侵入しても軸支リングの介在により、突起付きコニカルビットの回転を維持できる。

請求項７に記載の掘削用コニカルヘッドは、外周壁に溶着されたスクリューと、前記スクリューの先端部に穿設された凹部に溶着された貫通孔を備えた支持ブロックと、前記支持ブロックの貫通孔に下から先端部を下向きにしてシャンク部が回動自在に挿着された請求項１乃至６のいずれか１に記載された突起付きコニカルビットを備えた構成を有している。
この構成により、以下の作用が得られる。
（１）突起付きコニカルビットのシャンク部を支持ブロックの下から打ち込むだけで掘削用コニカルヘッドに挿着することができ、簡単に組み立てることができる。
（２）突起付きコニカルビットを交換する際は、支持ブロックの後ろからシャンク部をハンマーで叩き出すだけで突起付きコニカルビットを支持ブロックから簡単に取り外すことができるので、交換作業を短時間で行うことができる。

請求項８に記載の掘削用コニカルヘッドは、請求項７に記載の考案において、最先端の突起付きコニカルビットの先端側が、掘削用コニカルヘッドのセメントミルク吐出口に架かる様に溶着された構成を有している。
この構成により、請求項７において得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）突起付きコニカルビットの最先端の先端側が、掘削用コニカルヘッドのセメントミルク吐出口に架かっているので、掘削中に土砂の微粒子で該セメントミルク吐出口が閉塞されるのを防止できる。

本考案の突起付きコニカルビットおよび掘削用コニカルヘッドによれば、以下の効果を実現できる。
請求項１に記載の考案によれば、ノーズ部の外周面の突起部で硬質の地盤に強力な圧縮力や破壊・破砕力を与えながら地盤に亀裂をいれ又は亀裂に喰いこみ破壊・破砕していくので、掘削効率を著しく向上させた突起付きコニカルビットを提供できる。
請求項２に記載の考案によれば、請求項１で得られる効果に加え、突起部が１乃至複数の螺旋状に形成されているので、同一の岩盤に断続的に強力な破壊・破砕力を与えるとともに掘削された土を螺旋状の突起部の間の溝に沿ってスムーズに排出することができので、掘削効率を著しく向上させることができる突起付きコニカルビットを提供できる。
請求項３に記載の考案によれば、請求項１又は２で得られる効果に加え、先端部の頂点と台部の上面とを結ぶ線上に突起部の先端が位置するように突起部の高さが調整されているので、突起部の偏摩耗が少なくコニカルヘッドの交換頻度を少なくし、作業性を大幅に改善できる突起付きコニカルビットを提供できる。
請求項４に記載の考案によれば、請求項１乃至３のうちいずれか１で得られる効果に加え、突起付きコニカルビットと突起部の各軸線の交角度αが約６０°≦α＜９０°になる様に突起部が突設されているので、ビットが硬い岩盤の亀裂に喰いこみやすく、また礫岩
層等の亀裂に容易にビットの先端を喰いこませるので破壊・破砕効率を高め掘削効率を著しく向上させる突起付きコニカルビットを提供できる。
請求項５記載の考案によれば、請求項１乃至４のうちいずれか１で得られる効果に加え、先端側に破壊力の強い突起付きコニカルビットを備えるとともに、台部からノーズ部の中間に位置する末尾の突起部まで外周面が平坦なので、強い掘進力で掘削し、出てきた土くれを平坦部で誘導し排土効率に優れた突起付きコニカルビットを提供できる。
請求項６に記載の考案によれば、請求項１乃至５のうちいずれか１で得られる効果に加え、軸支リングの介在により、掘削中に突起付きコニカルビットを自転自在に軸支することができ、突起部の偏摩耗を防止するとともに、突起付きコニカルビットの軸部とコニカルヘッドの孔部周壁の間に侵入した土砂の微粒子が侵入しても突起付きコニカルビットの回転を維持し、アースオーガーの運転時間を長期化でき作業性を改善できる掘削用コニカルヘッドを提供できる。
請求項７に記載の考案によれば、スリーブ状の支持ブロックの貫通孔に突起付きコニカルビットのシャンク部を叩き込んだり叩き出したりするだけで突起付きコニカルビットを短時間で交換をすることができ省力性や作業性に優れた掘削用コニカルヘッドを提供できる。
請求項８に記載の考案によれば、請求項７で得られる効果に加え、掘削中に土砂の微粒子で該セメントミルク吐出口が閉塞されるのを防止でき掘削効率に優れた掘削用コニカルヘッドを提供できる。

実施の形態１の突起付きコニカルビットの正面図 実施の形態１の突起付きコニカルビットを備えた掘削用コニカルヘッドの正面図 実施の形態１の掘削用コニカルヘッドの底面図

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の突起付きコニカルビットの正面図であり、図２は、突起付きコニカルビットを備えた掘削用コニカルヘッドの正面図あり、図３は実施の形態１の掘削用コニカルヘッドの底面図である。
図１において、１は突起付きコニカルビット、２は突起付きコニカルビットの先端部、３はノーズ部、４はノーズ部３の上部に３条の螺旋状に配設された突起部、５は台部、
６はシャンク部、７はシャンク部６の台部側に幅広の溝状に形成された支承部、８は支承部７に配設された鋼板等の弾性体からなる支承リング、９は支承リング８を２分する商号部で形成された切れ目、１０は支承部７の下部台部である。
図２、図３において、２０は突起付きコニカルビット１を備えた掘削用コニカルヘッド、２１はスクリュー、２２はスクリューの羽根の外周縁部凹部に溶接固定された支持ブロック、２２ａは支持ブロック２２をスクリュー２１の羽根の窪みに溶着した際にできた肉盛り、２３は支持ブロック２２の貫通孔、２４はセメントミルク吐出口である。

突起付きコニカルビット１はタングステンカーバイド等の超硬合金で作成されている。そのノーズ部３には３条のスパイラル状に突起部２が１２個突設されている。シャンク部６には支承リング８が遊嵌されている。掘削用コニカルヘッド２０のスクリュー２１の羽根の外周端部には所定間隔を開けて凹状に穿設して形成された凹部に、貫通孔２３を下方側に向けて傾斜して該凹部に支持ブロック２２が溶着されている。支持ブロック２２に突起付きコニカルビット１のシャンク部６がハンマーによって叩き込まれている。シャンク部６が叩き込まれた際に支承リング８の切れ目９が閉まって貫通孔２３にはシャンク部６が回転自在に軸支されている。掘削用コニカルヘッド２０の先端部２の突起付きコニカルビット１ａの先端はセメントミルク吐出口２４の延長線上に掛かる様に配設されている。
尚、セメントミルク吐出口２４にはゴム板が弁として配設されている。掘削時はゴム板の弁が圧縮空気で押し開かれ空気が吐出されて土塊をスクリュー２１に向けて噴き上げるようになっている。
先端部２はタングステンカーバイド等の超硬合金で作成され突起付きコニカルビット１と
同様にシャンク部６が掘削用コニカルヘッド２０の円錐台の台部５の孔部に溶着されている。先端部２の頂角は掘削用コニカルヘッド２０の円錐台の台部の大きさに合わせて９０°〜１２０°に形成されている。
突起付きコニカルビット１の軸線と突起部４の軸線の交角度αが６０°≦α＜９０°で形成されているので、すくい角が正となり、地盤に亀裂を生じ易く、破壊された地盤を大きな土塊とすることができ、従来のように、切削して掘削粒子を排土する場合よりも排土効果を大幅に高め掘削時間を著しく短縮できる。

以上のように、突起付きコニカルビットおよび掘削用コニカルヘッドが構成されているので、以下の作用効果を得ることが出きる。
（１）地盤に下端部分が断面放物線形状の掘削孔を形成しながら掘削するので、掘削用コニカルヘッド２０の地面への食い込みに優れ、効率よく地盤を掘削することができ、作業性を向上させ工期を従来に比べ著しく短縮できる。
（２）アースオーガーによる岩盤や礫岩層等の硬質の地盤の掘削時に、掘削用コニカルヘッド２０の回転に併せて、突起付きコニカルビット１が公転及び自転をするので、ノーズ部３の外表面の突起部４がそれに合わせて自転しながら硬質の地盤岩盤の裂け目や礫岩層に喰いこみ、局部的に強力な圧縮力を加えながら前進し、岩盤や礫岩層等の硬質の地盤に亀裂を入れ、その亀裂を成長させながら硬質の地盤を破壊・破砕していくので、掘削効率を高めることができる。
（３）突起付きコニカルビット１の自転に合わせて突起部４が入れ替わりながら、回転方向前方の地盤を破壊しながら掘削するため、従来の掘削方法と比較して、突起部４の偏摩耗や損傷を著しく低減できる。
（４）突起付きコニカルビット１が自転をするので、ノーズ部３の外周面の突起部４の摩耗損傷が少なく耐久性に優れ、突起付きコニカルビット１の交換頻度を下げ、掘削コストを大幅に下げることができる。
（５）切れ目部９の開いた支障リング８がシャンク部６の支承部７に遊嵌され、突起付きコニカルビット１が掘削用コニカルヘッド２０の支持ブロック２２の貫通孔２３内に叩き込まれたときに支障リング８の切れ目部９が閉まりシャンク部６を回転自在に保持するとともに、掘削時に支持ブロック内に入り込んだ土塊の微粒子を回転力で排出するので、突起付きコニカルビット１の自転を長期間にわたり持続させることができる。
（６）掘削用コニカルヘッド２０の先端部２の突起付きコニカルビット１ａの先端はセメントミルク吐出口２４の延長線上に掛かる様に配設されているので、土塊等でセメントミルク吐出口２４の弁が詰まり空気やセメントミルクの吐出が妨げられるのを防止でき、長時間安定運転がかのうとなる。

岩盤等の掘削効率に優れ、突起付きコニカルビットの摩耗損傷による劣化が少なく、耐久性に優れた突起付きコニカルビット、及び掘削効率や作業性に優れ交換作業が容易で著しく省力性に優れるとともに、掘削工期を短縮でき、また交換頻度が少なく、掘削工事の低コスト化を実現できる掘削用コニカルヘッドを提供する産業上極めて有用な考案である。

１ 突起付きコニカルビット
２ 先端部
３ ノーズ部
４ 突起部
５ 台部
６ シャンク部
７ 支承部
８ 支承リング
１０ 下部台部
２０ 掘削用コニカルヘッド
２１ スクリュー
２２ 支持ブロック
２３ 貫通孔
２４ セメントミルク吐出口

請求項３に記載の突起付きコニカルビットは、請求項２の考案において、１乃至複数の螺旋状に形成された突起部の先端が、尖端部の頂点と台部の上面とを結ぶ線上に並ぶように高さが調整されている構成を有している。
この構成により、請求項２で得られる作用に加え、以下の作用が得られる。
（１）先端部の頂点と台部の上面とを結ぶ線上に突起部の先端が位置するように突起部の高さが調整されているので、突起部の偏摩耗を防止し、耐久性を向上させ、突起付きコニカルビットの交換頻度を著しく少なくすることができる。

Claims (8)

1. 台部と、前記台部の後部のシャンク部と、前記台部の前部のノーズ部と、前記ノーズ部の尖端部とを備えた突起付きコニカルビットであって、前記ノーズ部の外周面に固設された突起部を備えたことを特徴とする突起付きコニカルビット
2. 前記ノーズ部の外周面の前記突起部が１乃至複数の螺旋状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の突起付きコニカルビット
3. １乃至複数の前記螺旋状に形成された前記突起部の先端が、前記尖端部の頂点と前記台部の上面とを結ぶ線上に並ぶように高さが調整されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の突起付きコニカルビット
4. 前記ノーズ部の外周面の前記突起部は、突起付きコニカルビット本体の軸線と前記突起部の軸線の交角度αが約６０°≦α＜９０°に形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１に記載の突起付きコニカルビット
5. 前記突起部が前記ノーズ部のほぼ中央部より先端側に突設されたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１に記載の突起付きコニカルビット
6. 前記シャンク部に溝状に形成された支承部に遊嵌された鋼板をリング状に曲げ先端部に衝合部を備えた弾性体からなる軸支リングを有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１に記載の突起付きコニカルビット
7. 外周壁に溶着されたスクリューと、前記スクリューの先端部に穿設された凹部に溶着された貫通孔を備えた支持ブロックと、前記支持ブロックの貫通孔に下から先端部を下向きにしてシャンク部が回動自在に挿着された請求項１乃至６のいずれか１に記載された突起付きコニカルビットを備えたことを特徴とする掘削用コニカルヘッド
8. 最先端の前記突起付きコニカルビットの先端側が、セメントミルク吐出口に架かる様に前記スクリュー羽根に溶着固定された請求項７に記載の掘削用コニカルヘッド

Images