JP4803453B2 - アースオーガーヘッド - Google Patents
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Description
一方、近年になって、建築物や建築設備の老朽化が進んでいるため、建替え工事が増加し、この建替え工事では、更地とするため、既存の杭や地下構造物等を撤去する掘削工事が必要になっている。
そして、この撤去工事の現場や、岩盤などの穿孔工事の現場にも、従来形式のアースオーガーヘッドが使用されるようになってきている。
しかしながら、既存の杭や地下構造物等の撤去工事では、コンクリートの中に無数の鉄筋が含まれ、しかも地下構造物等の構造上、これらの鉄筋は強固なものになっている。また、岩盤などの穿孔工事では、強度が高いため、掘削チップの喰い付きが悪く、その結果掘削効率が向上していない。
したがって、従来の地下構造物等の撤去工事では、コンクリート中の鉄筋が切断されずに伸びた状態で掘削刃に絡みつき、短時間で掘削刃の破損に至るという問題点があった。また、従来の岩盤などの掘削の工事では、掘削効率が悪く、偏摩耗も生じやすいという問題点があった。
また、岩盤などの掘削工事では、掘削チップの喰い付きが良く、しかも掘削効率を向上させ、偏摩耗も生じないように改善されたアースオーガーヘッドを提供することにある。
つまり、中央刃は、ヘッド本体の軸中心付近に位置して、自転及び公転しながら低速度で掘削し、その自転作用から掘削時の偏摩耗を防止する。
また、同じく自転及び公転する中間刃は、前方刃及び後方刃が、掘削の軸方向で先導量δをもつ位置関係にあって、前方刃よりも大きいことから安定した掘削が可能になる。この場合、前方刃は、コンクリート中の鉄筋を掘出し、これによって伸びた鉄筋が、後方刃によって適当な長さに切断される。
さらに、外側刃は、自転しない構成で、高速度側に位置することから、さらい刃としての掘削機能を果たすものである。
なお、2翼のアースオーガーヘッドでは、刃当り送りの関係から鉄筋量が普通の工事現場に適用され、3翼のアースオーガーヘッドでは、鉄筋量が多く、頻繁に鉄筋の切断を要する工事現場に適用される。
上記構成によれば、前述した地下構造物等の撤去工事においては、アースオーガーヘッドの外周部分の外側に、掘削機械に装備された回転ケーシングを位置させれば、回転ケーシングの端面にあるケーシング刃は、鉄筋を一部支持するので、前記中間刃の後方刃が鉄筋を絡みつけずに切断できる。
上記構成によれば、鉄筋量によって先導量δを選択できることから、撤去工事の掘削現場の状況に応じて良好な掘削状態を確保できる。
上記構成によれば、先導量δを有する後方刃は、前方刃よりも先に喰い付き掘削を開始するので、安定した掘削が可能になり、しかも噴射穴を備えた水路管によって掘削チップが冷却されるので岩盤などの掘削にも適用できる。
上記構成によれば、岩盤の硬さなどによって先導量δを選択できることから、岩盤などの穿孔工事の掘削現場の状況に応じて良好な掘削状態を確保できる。
この結果、鉄筋の絡みつきによる掘削刃の破損が減少し、中央刃及び中間刃は、自転可能なコニカルビットであることから偏摩耗も防止される。また、外側刃としては、自転しない交換式ビットを適用していることから、損傷、摩耗があっても、容易に交換することができるので、アースーガーヘッドの掘削長さを延長することができるという利点を有する。
また、本発明に係るアースオーガーヘッドは、前記外側刃を自転可能なコニカルビットによって構成することも可能である。この場合、コンクリート中に鉄筋が存在する既存の杭や地下構造物の撤去工事にあっては、掘削機に配置される回転ケーシングを利用すればよい。つまり、回転ケーシングは、その端面に形成されるケーシング刃によって鉄筋が一部支持されるので、前記後方刃によって鉄筋が絡みつくことなく切断される。
さらに、本発明に係るアースオーガーヘッドは、後方刃の先導量δ(mm)が、0<δ≦60の範囲内に設定できるので、地下構造物などの撤去工事の掘削現場に応じて良好な掘削状態を確保できるものである。
また、本発明に係るアースオーガーヘッドは、岩盤などの掘削工事にあっては、先導量δを持つ後方刃の喰い付きによって掘削作業が安定するとともに、前方刃及び後方刃間に噴射開口を備えた水路管の配置によって、掘削刃に備えられた掘削チップが冷却されるので、掘削効率が向上し、寿命延長も可能になるという利点を有する。この場合、後方刃の先導量δ(mm)が、0<δ≦60の範囲内に設定できるので、岩盤などの穿孔工事の掘削現場に応じて良好な掘削状態を確保できる。
第1実施形態のアースオーガーヘッド1は、図示しない掘削機に取り付けられる固定軸部分2を備えた回転可能なヘッド本体3を有し、このヘッド本体3の軸方向には、らせん状の例えば2翼からなるスクリュー4が設けられる。そして、ヘッド本体3に構成される掘削端側には、図2で明示されるように、掘削刃として、中央刃5、中間刃6及び外側刃7がそれぞれ配置されるようになっている。
なお、前記コニカルビット5a,5bは、その尖端には、超硬合金からなる掘削チップ9が、ろう付け、圧入等によって取付けられ、その後端側が、例えば図3で示されているように、支持ブロック10の取付け穴11内で、支持リング12によって回転可能に装着される。コニカルビット5a,5bは、自転及び公転しながら掘削するが、これに伴って偏摩耗の防止が図られる。
図3は、取付けヘッド8に溶接された支持ブロック10に装着されたコニカルビット5a,5bについて、その一部を断面図示した正面図である。
また、図4は、取付けヘッド8を例示する底面方向からの説明図であり、図4(a)では、前述した大小関係にあるコニカルビット5a,5bを周方向に4個配置したものが示され、図4(b)では、直径方向の一列で等しい大きさのものを配置したものが示されている。これらは、掘削状況に応じて適宜選択されるものである。
前記支持ブロック13は、ヘッド本体3の掘削端側にあるスクリュー端面に溶接により取付けられる。
また、前記中間刃6は、掘削の回転方向を基準としたときに、前方刃6a及び後方刃6bとなるように2列で配置され、後方刃6bは、前方刃6aよりも大きく、しかも掘削の軸方向を基準としたときに、前方刃6aに対し、先導量δを持つように位置する。
このように構成したのは、中間刃6が、既存の杭や地下構造物の撤去工事における鉄筋に対処できるようにした配慮である。つまり、これらの杭や地下構造物は、強度上の見地から、コンクリート中に鉄筋が存在するため、従来のアースオーガーヘッドでは、この鉄筋が切断されずに伸びた状態で掘削刃に絡みつき、掘削刃の損傷、欠損を起こしていたことにある。
これに対し、本発明に係るアースオーガーヘッド1では、複数の前方刃6aが鉄筋を掘出し、これによって延びた鉄筋は、後方刃6bが適当な長さに切断する。この結果、掘削刃の欠損などが防止されることによって、掘削効率の向上、工具寿命の延長が図れる。
なお、前記先導量δ(mm)は、掘削状況によって異なるが、0<δ≦60の範囲内で設定される。先導量δが0以下は、従来のアースオーガーヘッドにおける場合であり、60mmを超えると、掘削の段差が大きくなって後方刃6bによる鉄筋の切断機能を充分に活かせないからである。
外側刃7の取付けは、例えば図7で示される支持ホルダ16に対し、取付けボルト17を利用して取り付けられる。図6は、交換式ビットを例示した説明図で、図6(a)は、正面図であり、図6(b)は、平面図である。また、図7は、交換式ビットが取付けられる支持ホルダの説明図であり、図7(a)は、正面図、図7(b)は、平面図、図7(c)は、左側面図である。
図6及び図7において、前記外側刃7及び支持ホルダ16は、ビット本体18の後方端側には、コ字状の取付け溝19が形成され、この取付け溝19を支持ホルダ16の突起部分20に嵌合した後、取付けボルト17によって取付けるものである。なお、外側刃7の先端にろう付けされる超硬合金からなる掘削チップ21は、強度を高めるため、その掘削のすくい面側及び逃げ面側では、V字状の突起を形成するようにしている。
また、掘削チップ20の周囲には、ビット本体18の摩耗を防止するため、二点鎖線で示されるように、金属硬化層からなる肉盛22が被覆されるようになっている。なお、この外側刃7については、前述した支持ホルダ16に対する構成に限らず、他の構成による取付け手段も採用できる。
さらに、図8は、3翼からなるスクリュー4を備えたアースオーガーヘッドについて、掘削刃の配置状態を概念的に示した底面図である。図8では、ヘッド本体3の掘削端には、同じく中央刃5、中間刃6及び外側刃7がそれぞれ配置されるようになっている。これは、同じ掘削径であっても、刃当り送り量を小さくして鉄筋の切断に対する負担を軽減する。
図9は、掘削刃による掘削状態を単一刃で示した概念的な説明図である。そして、図9(a)は、中央刃5による掘削状態が示されている。
図9(b)は、中間刃6として前方刃6a及び後方刃6bによる掘削状態が示され、後方刃6bは、前方刃6aに対し、先導量δを持つことが判る。先導量δを存在させたのは、前方刃6aの掘削チップ9が、コンクリート中の鉄筋を掘出し、後方刃6bの掘削チップ9が、掘出しに伴って伸びた鉄筋を適当な長さに切断する配慮である。
また、図9(c)は、外側刃7による掘削状態が示され、通常の場合は、さらい刃としての機能を有する。
図10は、掘削刃の配置状態を概念的に示した底面図であり、中央刃5は、図2と同様であるが、中間刃6及び外側刃7については、その個数が少なく、小径用に適用されていることが判る。その他の構成などについては、図2と同様であり共通している。
また、図11は、同じく配置状態を概念的に示した底面図であり、中間刃6及び外側刃7については、図2に対して、その個数が多く、大径用に適用されていることが判る。その他の構成などについては、図2と同様であり共通している。
アースオーガーヘッド1は、図1及び図2で示されるように、2翼のスクリュー4を有するもので、その掘削端には、以下のように掘削刃をそれぞれ取付け、掘削径=φ1200mm、後方刃6bの先導量δ=10mmとなるように設定した。
中央刃5は、等しい大きさの中コニカルビット5a,5bを各2個、中間刃6は、中コニカルビットからなる前方刃6a及び大コニカルビットからなる後方刃6bを各3×2個、外側刃7は、交換式ビット2×2個をそれぞれ適用した。
また、掘削機械は、セパレート型のオーガーであり、掘削の対象工事は、既存の鉄筋コンクリート製放水路の撤去工事である。この放水路は、約40年前に築造したもので、設計図面によれば、コンクリート中の鉄筋は、縦筋がφ25mm×200〜250ピッチで、横筋がφ25mm及びφ19mmを交互に配置しているものである。
本発明に係るアースオーガーヘッド1における掘削では、鉄筋が100〜300mmに切断され、掘削抵抗も小さく良好であった。この場合、掘削速度は、1.2m/時であり、15mの掘削が可能であった。
そして、掘削刃は、後方刃6bの6個については、損傷がなく継続的な使用が可能であったが、中央刃5a,5b及び前方刃6aの10個については、一部に小さな欠損が見られた。外側刃7については、掘削チップの正常摩耗が見られ、交換時期になっていることが判明した。
なお、本発明に係るアースオーガーヘッド1は、前記外側刃7を交換した後、掘削を継続したが、6〜7mの掘削が可能であった。
これに対し、コニカルビットのみを組込んだ従来形式のアースオーガーヘッドでは、掘削速度=1m/時としたが、鉄筋がまとわりつき、掘削抵抗も大きく、1m掘削時点で掘削チップの全部が欠損し使用不可となった。
なお、後方刃6bの先導量δ(mm)については、40mm、50mm及び60mmと増加して、他の掘削試験を利用して行ったが、前述した0<δ≦60の範囲が有効であることを確認した。
第2実施形態に係るアースオーガーヘッド1は、図12を参照して説明すれば、ヘッド本体3の掘削端には、コニカルビットからなる中央刃5、中間刃6及び外側刃7がそれぞれ配置されている。
中間刃6は、小コニカルビット6a及び大コニカルビット6bから構成されており、外側刃7は、2個の中コニカルビットから構成されている。
このような構成のアースオーガーヘッド1につて、掘削機械に装備された回転ケーシングを利用して、地下構造物などの撤去工事に適用した。この結果、回転ケーシングのケーシング刃が、鉄筋の一部を支持し、後方刃6b及び外側刃7による鉄筋の切断が可能であった。
第3実施形態に係るアースオーガーヘッド1は、図13及び図14を参照して説明すれば、ヘッド本体3の掘削端には、図12と同じくコニカルビットからなる中央刃5、中間刃6及び外側刃7がそれぞれ配列されている。
そして、第3実施形態のアースーガーヘッド1は、岩盤などの掘削工事に適用することを目的としているものであり、先導量δを有する後方刃6bの喰い付きによって掘削作業が安定する。
また、前記中間刃6の前方刃6a及び後方刃6b間には、ヘッド本体3に内設された導水管30から分岐する水路管31が配置され、その噴射穴32からの給水によって掘削チップ9が冷却される。したがって、岩盤の掘削工事にあっても、掘削効率が向上し、寿命延長が可能である。
前述した後方刃6bの先導量δ(mm)については、掘削状況によって異なるが、0<δ≦60の範囲内で設定される。先導量δが0以下は、従来のアースオーガーヘッドにおける場合であり、60mmを超えると、掘削の段差が大きくなって不安定に状況に置かれるからである。
また、スクリュー4は、2翼の場合が示されているが、3翼の場合も可能である。3翼では、同じ掘削径であっても、刃当り送り量が小さくなり、岩盤に対する喰い付きが多くなることから安定した掘削が可能になる。
なお、その他の構成などについては、図1、図2及び図12と同様であり共通している。
2 固定軸部分
3 ヘッド本体
4 スクリュー
5 中央刃
5a,5b コニカルビット
6 中間刃
6a 前方刃
6b 後方刃
7 外側刃
8 取付けヘッド
9 掘削チップ
10,13 支持ブロック
11,14 取付け穴
12,15 支持リング
16 支持ホルダ
17 取付けボルト
18 ビット本体
19 取付け溝
20 突起部分
21 掘削チップ
22 肉盛
30 導水管
31 水路管
32 噴射穴
Claims (6)
- ヘッド本体の軸方向には、2翼又は3翼からなるらせん状のスクリューが設けられ、しかもその掘削端側には、掘削刃として、ヘッド本体の軸端からスクリューの外縁に向って中央刃、中間刃及び外側刃がそれぞれ放射状に配置されるようにしたアースオーガーヘッドにおいて、
前記中央刃は、ヘッド本体の軸中心付近に配置された自転可能な複数のコニカルビットによって構成され、
前記中間刃は、掘削の回転方向を基準としたときに、前方刃及び後方刃となる2列で、それぞれ自転可能な複数のコニカルビットによって構成されるとともに、この後方刃が、前方刃よりも大きく、しかも掘削の軸方向を基準としたときに、前方刃に対して、先導量δを持つように位置しており、
前記外側刃は、1又は2以上の自転しない交換式ビットによって構成されるようにしたことを特徴とするアースオーガーヘッド。 - 前記後方刃の先導量δ(mm)は、0<δ≦60に設定されていることを特徴とする請 求項1記載のアースオーガーヘッド。
- ヘッド本体の軸方向には、2翼又は3翼からなるらせん状のスクリューが設けられ、しか もその掘削端側には、掘削刃として、ヘッド本体の軸端からスクリューの外縁に向って中 央刃、中間刃及び外側刃がそれぞれ放射状に配置されるようにしたアースオーガーヘッド において、
前記中央刃は、ヘッド本体の軸中心付近に配置された自転可能な複数のコニカルビットに よって構成され、
前記中間刃は、掘削の回転方向を基準としたときに、前方刃及び後方刃となる2列で、そ れぞれ自転可能な複数のコニカルビットによって構成されるとともに、この後方刃が、前 方刃よりも大きく、しかも掘削の軸方向を基準としたときに、前方刃に対して、先導量δ を持つように位置しており、
前記外側刃は、1又は2以上の自転可能なコニカルビットによって構成されるようにしたことを特徴とするアースオーガーヘッド。 - 前記後方刃の先導量δ(mm)は、0<δ≦60に設定されていることを特徴とする請 求項3記載のアースオーガーヘッド。
- ヘッド本体の軸方向には、2翼又は3翼からなるらせん状のスクリューが設けられ、しかもその掘削端側には、掘削刃として、ヘッド本体の軸端からスクリューの外縁に向って中央刃、中間刃及び外側刃がそれぞれ放射状に配置されるようにしたアースオーガーヘッドにおいて、
前記中央刃は、ヘッド本体の軸中心付近に配置された自転可能な複数のコニカルビットによって構成され、
前記中間刃は、回転方向を基準としたときに、前方刃及び後方刃となるように2列で、それぞれ自転可能な複数のコニカルビットによって構成されるとともに、この後方刃が、前方刃よりも大きく、しかも掘削の軸方向を基準としたときに、前方刃に対して、先導量δを持つように位置しており、
前記外側刃は、1又は2以上の自転可能なコニカルビットによって構成され、
前記中間刃の前方刃及び後方刃間には、ヘッド本体から分岐した水路管が配置され、その噴射穴からの給水によって掘削チップが冷却されるようにしたことを特徴とするアースオーガーヘッド。 - 前記後方刃の先導量δ(mm)は、0<δ≦60に設定されていることを特徴とする請 求項5記載のアースオーガーヘッド。
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