JP4034198B2

JP4034198B2 - 掘削工具およびボーリング削孔装置

Info

Publication number: JP4034198B2
Application number: JP2003025156A
Authority: JP
Inventors: 和由中村; 猛林; 仁也久田; 吉見梅澤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004232422A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒状の工具本体の先端に植設されている掘削チップにより地盤を掘削して削孔を形成する掘削工具、およびボーリング削孔装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、地盤や鉄筋コンクリート壁の削孔作業に用いられる掘削工具として、円筒状の工具本体の先端に複数の掘削チップが植設された掘削工具が用いられている。たとえば、鉄筋コンクリート壁を掘削する場合には鉄筋を容易に切断するために、工具本体の接線方向成分を有する複数の切刃を千鳥状に配置した掘削工具が用いられている。（例えば、特許文献１参照。）
【０００３】
また、都市型基礎工事に用いられ、地盤を掘削して削孔を形成する削孔装置として、ボーリング削孔装置や、ロータリーパーカッション削孔装置がある。ロータリーパーカッション削孔装置は、駆動軸の先端に装着された掘削工具に回転力と打撃力とを加えることで地盤を掘削する削孔装置で、打撃力を加える際の騒音が大きいので、近来は住宅街における工事において地域住民に対して配慮する傾向がある。一方、ボーリング削孔装置は、回転力を掘削工具に加えつつ掘削工具を徐々に進行させて地盤を掘削する削孔装置であるので、ロータリーパーカッション削孔装置に対して騒音が小さいという利点がある。このようなボーリング削孔装置に用いられている掘削工具は、工具本体の先端の周方向に沿って複数の掘削チップが植設され、掘削チップの切刃は工具本体の掘削進行時における回転方向前方となる一方向のみに向けられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３８７６１号公報（第１，２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ボーリング削孔装置に用いられている掘削工具は、掘削チップの切刃の向きが一方向のみに向けられているので、一方向のみにしか掘削することができず、軟弱な地層を掘削する際に粘性の高いスライムが掘削工具に絡み付いてしまった場合、削孔が屈曲してしまう穴曲がり現象が生じるという問題があった。つまり、掘削工具に絡み付いたスライムにより、掘削進行時の掘削工具の回転バランスが均等でなくなってしまうことや、掘削チップの切れ味が部分的に低下して不均一になることによって掘削工具が直進できずに、設計的に求められている真直度を得ることができないのである。また、このようにスライムが絡み付いてしまうことにより、掘削工具が土圧で締め付けられる食い締め現象が生じるという問題があった。食い締め現象によって、掘削工具が回転しにくくなってしまい、掘削工具を回転させるための駆動力を増加させなければならず、掘削作業の効率が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、穴曲がり現象および食い締め現象を抑制することができ、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる掘削工具およびボーリング削孔装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る掘削工具は、円筒状をなす工具本体の先端に、前記工具本体の周方向に沿って植設された複数の掘削チップを有する掘削工具において、前記複数の掘削チップが、前記工具本体の掘削進行時における回転方向の前方に向かう切刃を有する主掘削チップと、該主掘削チップより前記回転方向の後方に位置して前記回転方向の後方に向かう切刃を有し、粘性の高いスライムを切断する副掘削チップとを備え、前記主掘削チップの切刃が前記副掘削チップの切刃より、前記工具本体の先端側に位置していることを特徴とする。
【０００８】
この発明の掘削工具において、複数の掘削チップは主掘削チップと副掘削チップとを備えており、主掘削チップは工具本体の掘削進行時における回転方向の前方に向かう切刃を有し、副掘削チップは前記回転方向の後方に向かう切刃を有しているとともに主掘削チップより前記回転方向の後方に配置されているので、粘性の高いスライムが掘削工具に絡み付いた場合に、掘削工具を掘削進行時における回転方向に対して逆方向に回転させることで、副掘削チップによってスライムが切断される。スライムを切断して振り払うことで、スライムによって不均一になっていた掘削工具の回転バランスや掘削チップの切れ味が回復するので、掘削工具の直進性を維持することができるとともに、食い締め現象も解消されるので、食い締め現象による掘削作業の効率の低下を回復させることができる。これにより、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる。
【０００９】
また、前記主掘削チップの切刃が前記副掘削チップの切刃より、前記工具本体の先端側に位置しているので、掘削進行時における回転において副掘削チップが掘削作業に影響を与えることなく、主掘削チップのみで地盤が効率良く掘削される。また、逆方向に回転させた場合には、確実に副掘削チップによりスライムが切断される。これにより、副掘削チップを設けても掘削効率が低下することを防止することができる。
【００１０】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記主掘削チップと前記副掘削チップとの間になだらかに傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする。
この発明の掘削工具において、傾斜面が主掘削チップと副掘削チップとの間に設けられているので、逆方向に回転させた場合に、この傾斜面上をスライムがスムーズに移動する。これにより、掘削工具を駆動する回転トルクの増大を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る掘削工具は、上述した掘削工具であって、前記傾斜面に段部が設けられていることを特徴とする。
この発明の掘削工具において、傾斜面に段部が設けられているので、傾斜面上を移動するスライムがこの段部によって掘削工具から離れる向きに押し出されて、絡み付いたスライムをより効率良く掘削工具から振り払うことができる。また、段部によってもスライムが切断され、スライムを切断する効果を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係るボーリング削孔装置は、地盤に削孔を掘削するボーリング削孔装置であって、上述した掘削工具が用いられていることを特徴とする。
この発明のボーリング削孔装置において、上述したいずれかの掘削工具が用いられているので、穴曲がり現象や食い締め現象を抑制することができ、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。
図１は、掘削工具１の側面図で、図２は、掘削工具１を先端側（図１における上方側）から見た図である。掘削工具１は、主掘削チップ２および副掘削チップ３が植設された掘削部４と、掘削部４の基端側に設けられた連結ネジ部５とを備え、軸線Ｏを中心とした円筒状の工具本体６を有しており、掘削進行時の回転方向（正転方向）は、図２の矢印の方向（時計回り）とされている。主掘削チップ２および副掘削チップ３は超硬合金で形成されており、掘削部４の先端の周方向に沿ってそれぞれ３本ずつ植設されている。
【００１４】
また、掘削部４には、先端に向けて開口するようなポケット７が、掘削部４の内側面４ａから外側面４ｂに向かって等間隔となるように３箇所に配置されており、各ポケット７の間には、正転方向前方から後方に向かうにしたがって掘削部４の基端側に傾斜するようになだらかな傾斜面８が設けられている。傾斜面８は、図１に示す側面図において、軸線Ｏに対する角度θ１が６０°となる傾斜角度で形成されている。また、ポケット７は、側面視してＵ字状となるように、ポケット７の底面７ａの両端に円弧状に連続して、それぞれ前方側面７ｂおよび後方側面７ｃが形成されており、傾斜面８が設けられていることにより後方側面７ｃが前方側面７ｂより掘削部４の先端側に向けて長く形成されている。
【００１５】
主掘削チップ２は、後方側面７ｃと傾斜面８との間の位置において、主掘削チップ２の切刃１２が正転方向に向けられているとともに、切刃１２が掘削部４の最先端となるように植設されている。また、副掘削チップ３は、主掘削チップ２より正転方向の後方側に位置する傾斜面８の中央付近となる位置において、副掘削チップ３の切刃１３が逆転方向（掘削進行時における回転方向に対して逆方向）に向けられているとともに、切刃１３が切刃１２より低くなるように植設されている。つまり、ポケット７で区切られた１ブロックの中において、副掘削チップ３が主掘削チップ２より正転方向の後方側に位置しているとともに、主掘削チップ２の切刃１２が副掘削チップ３の切刃１３より掘削部４の先端側に位置しているのである。
【００１６】
主掘削チップ２の切刃１２の稜線は、図２に示すように掘削部４の幅方向の中央に位置する先端突部２０が正転方向に向けて突先するようにＶ字状に形成されており、切刃１２は、先端突部２０より掘削部４の内側に向かう稜線の成す内側切刃２１と、外側に向かう稜線の成す外側切刃２２とを有している。このように切刃１２の成す稜線によって、主掘削チップ２の先端面は上方先端面２３と前方先端面２４とに分割されており、上方先端面２３は側面視して傾斜面８と同じ傾斜とされ、前方先端面２４は内側切刃２１と外側切刃２２とを含み軸線Ｏに沿って延びる面とされている。また、前方先端面２４の中央には、先端突部２０を通り軸線Ｏに沿う先端稜２５が設けられており、側面視して先端稜２５と上方先端面２３とを等分する基準線Ｌ１が、主掘削チップ２の植設方向とされている。図１に示すように、軸線Ｏと基準線Ｌ１との交差する角度θ２が３０°となるように主掘削チップ２が植設されている。
【００１７】
また、副掘削チップ３は、図１，２に示されるように切刃１３の稜線が一直線状に形成されており、この稜線を通る副掘削チップ３の長さ方向の基準線Ｌ２のなす面を基準として対称となるように形成されている。また、副掘削チップ３の先端面は切刃１３によって、逆転方向に向かう後方先端面３０と、後方先端面３０に対して対称となる前方先端面３１とに分割されている。また、副掘削チップ３は、切刃１３の稜線が軸線Ｏに略直交するように延び、この稜線が掘削部４の幅方向に沿うように、かつこの稜線の方向視したときに基準線Ｌ２が傾斜面８に対して略直交するように植設されている。
【００１８】
このように形成されている掘削工具１は、たとえば円筒状のケーシングパイプの先端に連結されて地盤に削孔を形成する掘削作業に使用される。また、インナービットを先端に装着したインナーロッドをケーシングパイプ内に挿入した場合には、掘削工具１とともにインナービットによって掘削が行われる。このような掘削作業において、まず、掘削工具１の連結ネジ部５を利用して連結された掘削工具１およびケーシングパイプが、ボーリング削孔装置に装着される。ボーリング削孔装置によって、ケーシングパイプの回転方向および進行方向に駆動力が加えられるとともに、ケーシングパイプ内のインナーロッドを介してインナービットにも駆動力が加えられ、地盤が掘削される。
【００１９】
掘削工具１による掘削作業において、正転方向に向けられている主掘削チップ２の切刃１２によって掘削が順調に行われ、必要に応じて順次ケーシングパイプを連結して所定の深さまで削孔が形成される。主掘削チップ２による掘削は、切刃１２の先端突部２０が地盤に食い込むとともに、内側切刃２１と外側切刃２２とによって地盤が切り裂かれるように行われ、掘削された土砂はポケット７を通過して、掘削工具１およびケーシングパイプの内側へ排出される。このように、掘削工具１によって掘削させつつケーシングパイプを連行させることにより、ケーシングパイプによって削孔の内周を保護して、その崩落を防いだりすることができる。また、インナービットを装着している場合には、掘削作業の後に、先端に掘削工具１を残したままケーシングパイプからインナービットごとインナーロッドが引き抜かれる。
【００２０】
そして、このような掘削作業を軟弱な地層で行った場合、掘削工具１に粘性の高いスライムが絡み付いてしまうことがあるが、ケーシングパイプに加えられる駆動力の変化などによりスライムの絡み付きを検知して、ケーシングパイプおよび掘削工具１に逆転方向の駆動力を加え、副掘削チップ３によりスライムが切断される。つまり、従来は逆転方向を向く切刃を有していないため掘削工具１を逆回転させてもスライムを切断することはできなかったが、副掘削チップ３の切刃１３は逆転方向に向けられているので、逆回転させることでスライムを切断することができるのである。このようにスライムを切断して振り払うことで、スライムが絡み付くことが原因であった直進性の低下や土圧による締め付けを解消することができるので、穴曲がり現象や食い締め現象を回避することができる。これにより、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる。
【００２１】
また、逆転方向を向く副掘削チップ３の切刃１３は、主掘削チップ２の切刃１２より低くなるように位置しているので、副掘削チップ３が掘削作業の支障となることはなく、主掘削チップ２により効率良く掘削することができる。また、逆回転させた場合には、確実に副掘削チップ３により絡み付いたスライムを切断することができる。また、切断されたスライムはなだらかな傾斜面８の上面をスムーズに移動するので、掘削工具１を逆回転させることによって駆動力が増加することを抑制することができ、低い回転トルクで駆動させることができる。
【００２２】
また、図３に示す掘削部４の変形例のように、傾斜面８に段部９が形成された掘削工具１としてもよい。このように逆回転方向に面を向けた段部９を設けることにより、掘削工具１を逆回転させたときに副掘削チップ３で切断されたスライムが掘削工具１から離れやすくなる。つまり、段部９がスライムを切断するという第２の副切削チップの役目を果たすとともに、スライムを掘削工具１から離れる向きに押し出すのである。これにより、効率良くスライムを振り払うことができる。
【００２３】
なお、副掘削チップ３は傾斜面８の中央付近に設けられているが、副掘削チップ３が主掘削チップ２の近傍の位置に設けられていてもよく、主掘削チップ２より離間した位置に設けられていてもよい。また、主掘削チップ２および副掘削チップ３の形状は、掘削する地質に合わせて選択され、図示した形状以外の形状としてもよく、たとえば切刃１２の成す稜線が一直線状に形成されていたり、前方先端面２４が内側方向または外側方向のみに向けられていてもよい。また、主掘削チップ２および副掘削チップ３が、それぞれ２本ずつ植設されて、または４本ずつ以上植設されて、掘削工具１が形成されていてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る掘削工具によれば、工具本体の正転方向に向かう切刃を有する主掘削チップと、逆転方向に向かう切刃を有する副掘削チップとを備えているので、粘性の高いスライムが掘削工具に絡み付いた場合に、掘削工具を逆回転させることで副掘削チップによってスライムを切断することができる。これにより、穴曲がり現象や食い締め現象を抑制することができ、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる。
また、副掘削チップの切刃より主掘削チップの切刃が工具本体の先端側に位置しているので、副掘削チップが掘削作業に支障を与えることはなく、効率良く地盤を掘削することができる。
また、主掘削チップと副掘削チップとの間を傾斜面にすることによって、逆回転させた時の回転トルクの増大を抑制することができ、この傾斜面に段部を設けることによって、効率良くスライムを振り払うことができる。
また、本発明に係るボーリング削孔装置によれば、上述したいずれかの掘削工具が用いられているので、穴曲がり現象や食い締め現象を抑制することができ、真直度の高い削孔を効率良く掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における掘削工具の側面図である。
【図２】掘削工具を先端側から見た図である。
【図３】傾斜面に段部を設けた変形例を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１掘削工具
２主掘削チップ
３副掘削チップ
６工具本体
８傾斜面
９段部
１２主掘削チップの切刃
１３副掘削チップの切刃

Claims

円筒状をなす工具本体の先端に、前記工具本体の周方向に沿って植設された複数の掘削チップを有する掘削工具において、
前記複数の掘削チップが、前記工具本体の掘削進行時における回転方向の前方に向かう切刃を有する主掘削チップと、該主掘削チップより前記回転方向の後方に位置して前記回転方向の後方に向かう切刃を有し、粘性の高いスライムを切断する副掘削チップとを備え、
前記主掘削チップの切刃が前記副掘削チップの切刃より、前記工具本体の先端側に位置していることを特徴とする掘削工具。
請求項１に記載の掘削工具であって、
前記主掘削チップと前記副掘削チップとの間になだらかに傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする掘削工具。
請求項２に記載の掘削工具であって、
前記傾斜面に段部が設けられていることを特徴とする掘削工具。
地盤に削孔を掘削するボーリング削孔装置であって、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の掘削工具が用いられていることを特徴とするボーリング削孔装置。