JP5975697B2 - 先端ビットおよび削孔装置 - Google Patents

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。

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）。

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。

特開平８−１２０６６１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態に係る先端ビットが用いられた削孔装置の全体構成を示す概略図である。 先端ビットの平面図である。 先端ビットの側面図である。 曲線削孔時の先端ビットの進行方向を説明する説明図である。 隆起部の断面図である。 直線削孔時の先端ビットの状態を示す説明図である。 曲線削孔時の先端ビットの状態を示す説明図である。 他の例の先端ビットの平面図である。 他の例の先端ビットの側面図である。 他の例の隆起部の断面図である。 本発明に係る先端ビットの実験データである。 従来技術に係る先端ビットの実験データである。 本発明の他の実施形態に係る先端ビットの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る先端ビットの側面図である。 曲線削孔時の先端ビットの状態を示す説明図である。 従来技術に係る先端ビットが用いられた削孔装置の全体構成を示す概略図である。 曲線削孔時の先端ビットの状態を示す説明図である。 直線削孔時の先端ビットの状態を示す説明図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 削孔管の先端に取り付けられ、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、
   当該先端ビットの先端部に設けられ、削孔管側から先端側に向けて厚みが薄くなるように傾斜したテーパ面と、
   前記テーパ面上の幅方向略中央位置に設けられ、前記テーパ面の傾斜方向に向かって直線的に延びる突条と、を備え、
   前記突条は、前記テーパ面から延びる左右一対の側面部を備える断面視山形状の隆起部の頂上部により構成されている先端ビット。
2. 前記隆起部は、前記頂上部の角度が１５０度以下である請求項１に記載の先端ビット。
3. 前記隆起部は、断面視三角形状に形成されている請求項１または２に記載の先端ビット。
4. 前記隆起部は、前記テーパ面から延びる前後一対の前面部および後面部をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の先端ビット。
5. 削孔管の先端に取り付けられ、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、
   当該先端ビットの先端部に設けられ、削孔管側から先端側に向けて厚みが薄くなるように傾斜したテーパ面と、
   前記テーパ面上の幅方向略中央位置に設けられ、前記テーパ面の傾斜方向に向かって直線的に延びる突条と、を備え、
   前記突条は、前記テーパ面から突き出る上面が平坦な細長い板状の突起部により構成されている先端ビット。
6. 前記突起部には、超硬チップが埋め込まれている請求項５に記載の先端ビット。
7. 削孔管の先端部に請求項１〜６のいずれかに記載の先端ビットが取り付けられた削孔装置。

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