JP3755124B2 - 削孔ビット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＧＦ工法等に用いられ、削孔しながら鋼管等を地中に貫入させるための削孔ビット、特に、パイロットビットであるインナービットと、地中に捨て置く拡孔用のロストビットとを内外に組み合わせて用いる削孔ビットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の削孔ビットとして、例えば特許第２９９２３４４号公報（以下、従来例１と言う）及び実公平７−４３２６４号公報（以下、従来例２と言う）に記載されたものがある。これらは、ボーリングマシンとしてドリフタを使用し、回転と同時に軸方向の打撃を与えて掘進することを意図したもので、次のような問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼ ドリフタは、回転と打撃により地山の掘削及び鋼管の推進を行うため、地表から浅いところでは、振動・騒音が地表面に伝播されるという、環境上の問題がある。
【０００４】
▲２▼ 従来例１及び２のいずれも、ロストビット（リングビット）を鋼管の先端に取り付け、このロストビットの内側にインナービットを位置させて、これら両ビットを係合させているため、掘削土砂（泥）を鋼管内に導入するための排泥通路の断面積を大きく確保できず、粘性が大きい地山では排泥性能の低下により、打撃を強くしないと掘進できない。従って、粘土等の粘性が大きい地山では、ロータリドリルによる回転のみでは、鋼管と地山のフリクションより掘進不能である。
【０００５】
▲３▼ 従来例１及び２のいずれも、ロストビットとインナービットとの係合は、互いに軸方向に真っ直ぐ摺動させたうえ、半径方向へ係合させているだけであるため、ロータリドリルによる回転のみで掘進させようとした場合、ロータリドリルの回転停止時にその反動でロストビットとインナービットとの係合が簡単に外れてしまい、以後、掘進不能となる。
【０００６】
▲４▼ 水を噴射するための噴射口が、従来例１の場合にはインナービットの先端面で開口し、また従来例２の場合には、インナービットの先端面の近傍で開口しているため、土圧をまともに受け、水の噴射をスムーズに行うことができない。
【０００７】
本発明の課題は、このような問題点に鑑み、粘性が大きい地山でも、ロータリドリルによる回転のみで振動・騒音を発生させずに掘進が可能であるとともに、排泥効率が高く、しかもロータリドリルの回転停止時にその反動でロストビットが外れることがなく、また水やエアーの噴射もスムーズで、掘削土砂の流動化効率も高く、回転のみの掘進をスムーズに行うことができる削孔ビットを提供することにある。
【０００８】
本発明は、内管ロッド１の先端に取り付けられ、内管ロッド１から供給される水又はエアーを噴射口９から噴射しながら内管ロッド１と一体回転して、埋設管である外管４と内管ロッド１の間に掘削土砂を取り込みながら外管４を推進させるインナービット２と、地中に捨て置く筒状の拡孔用ロストビット３とからなる削孔ビットにおいて、インナービット２の外周に、刃先からの掘削土砂を外管４内に案内する土砂案内溝８を設け、またロストビット３を、外管４の外側においてインナービット２の外周に着脱自在とするため、ロストビット３の胴部１３には、その後端から胴部１３の先端のウィング刃１４の根元近くまで螺旋状に延びて土砂案内溝８と交差するキー溝１５、インナービット２には、このキー溝８の開放した後端からキー溝８に嵌入させることができるキー突起１１をそれぞれ設け、掘進させる方向へインナービット２を回転させてこれと共にロストビット３を回転させたときは、インナービット２の刃先からの掘削土砂が土砂案内溝８内に入り込むとともに、インナービット２の刃先及びウィング刃１４にて掘削された土砂が、螺旋状のキー溝１５に巻き込まれるようにしてこのキー溝１５から土砂案内溝８内に入り込み、またインナービット２を掘進時とは逆方向へ回転させることにより、キー突起１１をキー溝８の開放した後端から抜出させてロストビット３をインナービット２から分離できるようにしたことを特徴とする。キー溝８とキー突起１１とをそれぞれ一対ずつ設けるのが良い。
【０００９】
このような構造によると、掘進中は、インナービットが一方向に回転するので、そのキー突起がロストビットのキー溝に嵌入してキー溝先端に係合した状態を保持したまま、インナービットとロストビットが一体回転する。インナービットの土砂案内溝は、ロストビットの内周面との間に間隙を形成して掘削土砂を外管内へと案内し、またロストビットのキー溝も、螺旋状に延びて土砂案内溝と交差しているので、ロストビット外周の土砂をキー溝にて巻き込むように取り込んで土砂案内溝へ誘導できる。従って、掘削土砂を外管（鋼管）内に導入するための排泥通路の断面積を大きく確保して、排泥効率を向上させることができる。
【００１０】
インナービットが回転停止したときにその反動があっても、キー溝が螺旋状であるため、このキー溝からキー突起が完全に抜け出すほどの逆方向の回転量と地山からの抵抗に逆らってロストビットを押し進めるだけの外力が加わらない限りは、ロストビットはインナービットから外れない。従って、ここまで至ることは確率として極めて低いので、インナービットが回転停止したときに、その反動でロストビットが外れるようなことはない。
【００１１】
一方、ロストビットをインナービットから分離して捨て置く場合には、インナービットを掘進時とは逆方向へ回転させると、キー溝が螺旋状であるため、ロストビットがインナービットに対し前方へ押し進められるようになって、キー突起がキー溝の後端から抜け出し、ロストビットがインナービットより自動的に分離する。
【００１２】
本発明の好ましい形態について述べると、内管ロッドから供給される水又はエアーを噴射する噴射口は、ロストビットにて土圧を避けながら噴射できるように、土砂案内溝の途中に設ける。インナービットの外周に複数の土砂案内溝を設け、各土砂案内溝の途中に形成した段部に噴射口を形成すると一層良く、この場合、水又はエアーを供給する通路は、インナービットの中心軸から噴射口へ向かって放射状に延ばす。
【００１３】
ロストビットに、外管の外径を超えるところまで突出する複数のウィング刃を設ければ、外管の外径以上に拡孔できるので、外管と地山とのフリクションを低減できる。
【００１４】
ウィング刃とウィング刃との間のビット先端に、掘削土砂をインナービットの土砂案内溝へ誘導する土砂誘導用凹部を形成すれば、排泥効率は更に高くなる。
【００１５】
インナービット及びロストビットの他に、外管の先端に固定する口金を備え、インナービットの外周に、この口金の内周の段部と係合してこれを押す複数の推進用凸部を設け、推進用凸部と推進用凸部の間を土砂導入間隙とすれば、土砂案内溝で案内してきた掘削土砂を外管内にスムーズに導入できるとともに、インナービットを内管ロッドと共に外管から引き抜く際に、その引き抜きを容易に行える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
本発明による削孔ビットは、図１に示すように、内管ロッド１の先端に取り付けてこれと共に回収するインナービット２と、インナービット２の外周に着脱自在に装着し、インナービット２の回収時にはこれより分離して捨て置く拡孔用のロストビット３と、埋設する鋼管である外管４の先端に固定する口金５とからなる。
【００１８】
口金５は、図１５及び図１６に示すように外管４の先端開口部へねじ込む雄ねじ部５ａと、外管４と外径が同じ鍔部５ｂと、鍔部５ｂの内周を細くする内側の環状の段部５ｃとを有する。
【００１９】
インナービット２は、図３〜図７にその詳細を示すように、後側から先端に向かって機能分けすると、内管ロッド１と接続するための管継手部２ａと、口金５の段部５ｃと係合してこれを押す推進部２ｂと、掘削土砂を案内する土砂案内部２ｃと、先端の刃部２ｄとからなっている。
【００２０】
インナービット２の管継手部２ａは単なる円筒形で、内管ロッド１の先端部を受け入れて内管ロッド１の先端にインナービット２を固定するとともに、エアー（又は水）を供給するために内管ロッド１の内部と連通させる。この管継手部２ａは、外管４内に位置するため、外管４との間で排泥に充分な間隙を形成する外径にしてある。
【００２１】
推進部２ｂは、管継手部２ａに続く円筒部分の外周に、複数（本例では４個）の推進用凸部６を放射状に一体に設けたものである。推進部２ｂは、外筒４の先端に固定された口金５内に位置して、凸部６の先端面６ａが口金５の段部５ｃと当接（係合）するが、凸部６と凸部６の間は、掘削土砂を外管４内に導入できる土砂導入間隙７となる。
【００２２】
土砂案内部２ｃは、先端の刃部２ｄに至る一対の土砂案内溝８を対称に形成するとともに、各土砂案内溝８の途中に段部８ａを形成し、この段部８ａの前面に噴射口９を設けたものである。従って、噴射口９は対称位置に２個有ることになる。そして、これら噴射口９からエアー（又は水）を噴射するための通路１０は、管継手部２ａの内部からインナービット２の中心軸に沿って途中まで真っ直ぐ延びてから、２本の分岐通路８ａとして斜めに分岐し、２個の噴射口９へ放射状に連通している。従って、エアー（又は水）は、２個の噴射口９から斜め前方へ放射状に噴射されることになる。
【００２３】
また、土砂案内部２ｃの途中には、対称位置の２つの段部８ａの前側近傍において、一対のキー突起１１が一体に突設されている。
【００２４】
先端の刃部２ｄは、一対の土砂案内溝８により二股に分かれ、その二股部のそれぞれの先端に、硬質の付刃１２を溶接により互いに対称に固着している。
【００２５】
次に、ロストビット３について図８〜図１４を参照に説明する。ロストビット３は、コスト低減のために、一体成型した鋳物成型品であって、円筒形胴部１３の先端部外周に、一対のウィング刃１４を互いに対称に一体に突設するとともに、胴部１３の後端１３ａから一対のウィング刃１４の根元近くまで螺旋状に延びる一対のキー溝１５を設けている。すなわち、これらキー溝１５は胴部１３の後端１３ａで真っ直ぐ開放し、ここから胴部１３の先端側へ向かって反時計方向に螺旋を描いて延びて、一対のウィング刃１４の根元近くで終わり、キー溝終端（先端）１５ａは胴部１３の軸線と平行になっている。
【００２６】
一対のウィング刃１４は、外管４の外径を超えるところまで突出しているとともに、両ウィング刃１４の先端面１４ａは、互いに逆向き傾斜する斜面となって胴部１３の先端１３ｂから延びており、正面から見ると、胴部１３の先端１３ｂを挟んで互いに平行な刃先線を形成している。これら一対のウィング刃１４の間の胴部１３の先端１３ｂには、一対の土砂誘導用凹部１６が対称に形成されている。これら土砂誘導用凹部１６は、ウィング刃１４とウィング刃１４との間で、Ｊ字を斜めにしたように、キー溝１５の螺旋とほぼ平行に緩やかに深さを増し、しかもこれら土砂誘導用凹部１６の凹面は胴部１３の内周縁に向かって少し傾斜していて、これら土砂誘導用凹部１６は、後述するように土砂をインナービット２の土砂案内溝８へ誘導するばかりでなく、それ自体も掘削を行う刃の一部として機能する。
【００２７】
次に、上記のような構造のインナービット２とロストビット３と口金５とからなる本発明の削孔ビットの使用法について説明する。
【００２８】
図１５及び図１６に示すように、口金５の雄ねじ部５ａを外管４の先端開口部へねじ込んで、口金５を外管４の先端に固定し、また内管ロッド１の先端に上記のように接続して固定したインナービット２を、外管４の内側から口金５に貫通させて、土砂案内部２ｃ及び刃部２ｃを外管４の先端外方へ突出させる。次に、ロストビット３の一対のキー溝１５の開放した後端を、インナービット２の一対のキー突起１１と合わせ、これら一対のキー突起１１を、一対のキー溝１５にその後端から嵌入させ、更にロストビット３をインナービット２に対し回転させて、キー突起１１がキー溝終端１１ａに達するまでキー溝１５に差し込む。
【００２９】
図１７〜図１９に、ここまで差し込んで、ロストビット３をインナービット２の土砂案内部２ｃの外周に装着した状態を示す。このとき、インナービット２の先端の刃部２ｄは、ロストビット３の胴部１３の先端１３ｂよりも前方へ突出し、螺旋状の一対のキー溝１５は一対の土砂案内溝８と交差する。また、ロストビット３の胴部後端１３ａと口金５の前端との間には隙間１７が形成される。
【００３０】
本例では、ＡＧＦ工法による削孔を、図１７〜図１９に示す状態で、インナービット２を内管ロッド１と共に矢印（イ）方向へ回転させ、軸方向の打撃は与えずに回転のみで行うもので、その回転中、ロストビット３はインナービット２と一体に回転し、インナービット２の刃部２ｄが先行して掘削するのに続いて、その周りをロストビット３の一対のウィング刃１４が大きく掘削して、外管４の外径を超えるサイズに拡孔する。このような削孔と同時に、一対の噴射孔９からエアー（又は水）を放射状に噴射しながら掘進させる。
【００３１】
図１及び図２に、インナービット２及びロストビット３の掘進に伴う土砂の流れを示す。インナービット２の先端の刃部２ｄにて先行掘削された土砂は、一部がインナービット２の一対の土砂案内溝８へ直接入り込み、直接入り込まなった一部は、ロストビット３の土砂誘導用凹部１６にて土砂案内溝８へ誘導され、残りはロストビット３の外周先端を超えて行くが、ロストビット３のキー溝１５が螺旋状でしかもロストビット３の回転に伴い旋回するため、ウィング刃１４にて掘削された土砂と共にキー溝１５に巻き込まれるようにして土砂案内溝８へ入り込む。
【００３２】
そして、このようにして一対の土砂案内溝８に入り込んだ掘削土砂は、口金５の内側においてインナービット２の凸部６と凸部６の間に形成されている土砂導入間隙７を通って外管４内に導入され、外管４中を流れて排泥される。また、ロストビット３の胴部後端１３ａと口金５の前端との間には隙間１７が形成されているため、キー溝１５に巻き込まれなかった一部の土砂は、この隙間１７から土砂導入間隙７を通って外管４内に入る。その他は、外管４の推進に伴いその外周と地山との間の隙間に入って残る。
【００３３】
従って、排泥効率が非常に高いため、打撃を与えない回転のみの掘進が粘性の高い地山でも可能である。
【００３４】
インナービット２の一対の噴射孔９は、土砂案内溝８の途中の段部８ａに形成され、ロストビット３により保護された状態でエアーを斜め前方へ放射状に噴射するため、地山からの土圧を直接受けることなく、掘削土砂を効率良く流動化できる。
【００３５】
インナービット２が矢印（イ）方向へ回転している間中、インナービット２の一対のキー突起１１は、ロストビット３の一対のキー溝終端１５ａに係合した状態を保持する。ＡＧＦ工法の打ち継ぎ作業のためにインナービット２の回転を停止させたとき、ロストビット３はその反動を受けるが、キー溝１５が螺旋状であるため、ロストビット３が矢印（イ）とは逆方向に回転しようとすると、停止しているインナービット２に対してロストビット３を地山に向かって押し出すようなことになって、地山の抵抗を直接受けるため、ロストビット３の回転が阻止され、キー突起１１がキー溝１５から完全に抜け出すに至るようなことはない。従って、インナービット２の回転停止時の反動によって、ロストビット３がインナービット２から外れてしまう恐れはない。
【００３６】
一方、ロストビット３を捨て置いてインナービット２を内管ロッド１と共に引き抜く場合には、インナービット２を図２０に示すように矢印（イ）とは逆方向の矢印（ロ）方向へ回転させてから、引き抜けば良い。すなわち、ロストビット３はウィング刃１４を突設しているため、地山による抵抗が大きいが、これに比べてインナービット２は地山による抵抗がはるかに小さいので、インナービット２を矢印（ロ）方向へ回転させても、ロストビット３は追従して回転せず、インナービット２とロストビット３とが互いに逆方向に相対回転可能になるため、その相対回転によりインナービット２のキー溝１５が螺旋状のキー溝１５の後端から抜け出し、インナービット２の後退（引き抜き）によってロストビット３がインナービット２から分離する。
【００３７】
また、インナービット２と外管４とは、外管４の先端に固定した口金５の段部５ｃにインナービット２の推進用凸部６の先端面６ａが単に当接しているだけであるため、インナービット２を内管ロッド１と共に外管４から容易に引き抜くことができる。
【００３８】
なお、上記では回転のみで掘進させたが、打撃も与えながら掘進させることも可能である。また、噴射孔９からエアーを噴射したが、水を噴射しても良く、エアーと水を同時に噴射しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、粘性が大きい地山でも、ロータリドリルによる回転のみで振動・騒音を発生させずに掘進が可能であるとともに、排泥効率が高く、しかもロータリドリルの回転停止時にその反動でロストビットが外れることがなく、また水やエアーの噴射もスムーズで、掘削土砂の流動化効率も高く、回転のみの掘進をスムーズに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による削孔ビットの使用例と、それよる掘削土砂の流れを示す縦断面図で、（Ａ）と（Ｂ）とで回転角度を変えて表す。
【図２】同上の横断面図で、（Ａ）と（Ｂ）とで断面位置を変えて表す。
【図３】インナービットの斜視図である。
【図４】同じく側面図である。
【図５】同じく平面図である。
【図６】同じく正面図である。
【図７】同じく縦断面図である。
【図８】ロストビットの斜視図である。
【図９】図８とは向きを変えた斜視図である。
【図１０】同じく向きを変えた斜視図である。
【図１１】更に向きを変えた斜視図である。
【図１２】（Ａ）にロストビットの正面、（Ｂ）にそのときの向きのロストビットの側面を対照させて示す図である。
【図１３】同様の図である。
【図１４】同様の図である。
【図１５】ロストビットをインナービットに装着する前の状態を、口金を断面にして示す平面図である。
【図１６】同上の斜視図である。
【図１７】ロストビットをインナービットに装着した状態を示し、（Ａ）は口金を断面にして示す平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図１８】同上の斜視図である。
【図１９】図１７とは向きを変えた同様の図である。
【図２０】ロストビットをインナービットから分離するときの状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 内管ロッド
２ インナービット
２ａ 管継手部
２ｂ 推進部
２ｃ 土砂案内部
２ｄ 刃部
３ ロストビット
４ 外管
５ 口金
５ａ 雄ねじ部
５ｂ 鍔部
５ｃ 段部
６ 推進用凸部
７ 土砂導入間隙
８ 土砂案内溝
８ａ 段部
９ 噴射口
１０ 通路
１１ キー突起
１２ 付刃
１３ 胴部
１３ａ 胴部後端
１３ｂ 胴部先端
１４ ウィング刃
１４ａ 先端面
１５ キー溝
１５ａ キー溝終端
１６ 土砂誘導用凹部
１７ 隙間

Claims (8)

1. 内管ロッド（１）の先端に取り付けられ、内管ロッド（１）から供給される水又はエアーを噴射口（９）から噴射しながら内管ロッド（１）と一体回転して、埋設管である外管（４）と内管ロッド（１）の間に掘削土砂を取り込みながら外管（４）を推進させるインナービット（２）と、地中に捨て置く筒状の拡孔用ロストビット（３）とからなる削孔ビットにおいて、前記インナービット（２）の外周に、刃先からの掘削土砂を外管（４）内に案内する土砂案内溝（８）を設け、また前記ロストビット（３）を、外管（４）の外側においてインナービット（２）の外周に着脱自在とするため、ロストビット（３）の胴部（１３）には、その後端から胴部（１３）の先端のウィング刃（１４）の根元近くまで螺旋状に延びて前記土砂案内溝（８）と交差するキー溝（１５）、前記インナービット（２）には、このキー溝（８）の開放した後端からキー溝（８）に嵌入させることができるキー突起（１１）をそれぞれ設け、掘進させる方向へインナービット（２）を回転させてこれと共にロストビット（３）を回転させたときは、インナービット（２）の刃先からの掘削土砂が前記土砂案内溝（８）内に入り込むとともに、インナービット（２）の刃先及び前記ウィング刃（１４）にて掘削された土砂が、螺旋状の前記キー溝（１５）に巻き込まれるようにしてこのキー溝（１５）からも土砂案内溝（８）内に入り込み、またインナービット（２）を掘進時とは逆方向へ回転させることにより、キー突起（１１）をキー溝（８）の開放した後端から抜出させてロストビット（３）をインナービット（２）から分離できるようにしたことを特徴とする削孔ビット。
2. キー溝（８）とキー突起（１１）とをそれぞれ一対ずつ設けたことを特徴とする請求項１に記載の削孔ビット。
3. インナービット（２）の噴射口（９）を、土砂案内溝（８）の途中に設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の削孔ビット。
4. インナービット（２）の外周に複数の土砂案内溝（８）を設け、各土砂案内溝（８）の途中に形成した段部（８ａ）に噴射口（９）を形成したことを特徴とする請求項３に記載の削孔ビット。
5. インナービット（２）の噴射口（９）から水又はエアーを噴射させる通路（１０）が、インナービット（２）の中心軸から噴射口（９）へ向かって放射状に延びていることを特徴とする請求項４に記載の削孔ビット。
6. ロストビット（３）は、外管（４）の外径を超えるところまで突出する複数のウィング刃（１４）を有することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載の削孔ビット。
7. ウィング刃（１４）とウィング刃（１４）との間のビット先端に、掘削土砂をインナービット（２）の土砂案内溝（８）へ誘導する土砂誘導用凹部（１６）を形成したことを特徴とする請求項６に記載の削孔ビット。
8. 外管（４）の先端に固定する口金（５）を備え、インナービット（２）の外周に、この口金（５）の内周の段部（５ｃ）と係合してこれを押す複数の推進用凸部（６）を設け、推進用凸部（６）と推進用凸部（６）の間を土砂導入間隙（７）としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６又は７に記載の削孔ビット。

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