JP6372732B1 - 掘削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】削孔作業中に、スクリューロッド、パイロットビットおよびリングビットの回転に共連れしてケーシングが回転することを抑止する回転抑止機構を、簡易かつ生産性に優れた構造によって実現すること。
【解決手段】上下に伸長するケーシング７と、ケーシング７の下端部に接合した円筒部材からなるケーシングシュー８と、ケーシング７およびケーシングシュー８へ回転可能に挿入されるパイロットビット５と、パイロットビット５の下端部外周部分へ継手要素を介して着脱自在に取り付けられるリングビット６とを具備する掘削装置１である。ケーシングシュー８の外周面に、外方に突出してケーシングシュー８の土中における回転を抑止する回転抑止体（突起部）８ｇを設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、地盤に削孔を形成しながら鋼管等からなるケーシングを打ち込むための掘削装置に関するものである。

地盤に削孔を形成しながら鋼管等からなるケーシングを打ち込む技法として、従来よりいわゆるクリッド工法（通称ＣＲＩＤ工法）が存在する。さらにクリッド工法のうち、打ち込んだケーシングを地中に残したままこれを本杭として利用する、中堀工法（ＤＰＲタイプ）が近年利用されている。この中堀工法は、杭の建込、根固めを正確かつ確実に行うことができ、また、軟弱地盤から玉石・転石・岩盤層に至るまで、様々な地盤に対して円滑に打設できる等の優れた利点を有する。

前記中堀工法においては、回転駆動力源としてのアースオーガと、アースオーガからの回転駆動力を伝達しかつ掘削した廃土を排出するためのスクリューロッドと、このスクリューロッドを介して伝達された回転駆動力によって地盤を切削するパイロットビットと、このパイロットビットと着脱自在に接続するリングビットと、打ち込みに用いられるダウンザホールハンマーと、杭として埋め込まれるケーシングとから構成された掘削装置が一般的に用いられる。

前記掘削装置を用いて削孔作業を行うには、この掘削装置を立設する必要がある。この立設作業は、アースオーガ、スクリューロッド、ダウンザホールハンマーおよびパイロットビットを所定の形のアセンブリに組立て、これを装置固定枠体によって略鉛直に起立させられたケーシングのなかへ、クレーンを用いて挿入するといった手順で行なわれる。

前記アセンブリは、最上部にアースオーガが配設され、その下方にスクリューロッドおよびダウンザホールハンマーが接続され、さらにその下方にパイロットビットが取付けられている。また、前記起立させられたケーシングの下方には、ケーシングシューが溶接等によって接合され、さらにその下端部にリングビットが配設されている。

ケーシングの中へ挿入された前記アセンブリの下端部に取付けられているパイロットビットは、起立させられたケーシングの下方に配設されたリングビットと、所定の締結要素、例えばバヨネットマウントを用いて、着脱自在かつ回転伝達可能な状態に接続（チャッキング）される。

前記一連の作業によって、掘削装置を立設した後、アースオーガを起動して削孔作業を開始する。アースオーガの回転駆動力は、スクリューロッドを通じてパイロットビットおよびリングビットへと伝達され、回転するパイロットビットおよびリングビットの先端部に設けられたドリル片の切削作用により地盤が掘削される。掘削された地盤の土は、スクリューロッドおよび加圧空気によって上方へと送られ地表に排出される。当該地盤の掘削と同時に、ダウンザホールハンマーを用いてパイロットビットに押圧力（打ち込み力）を印加することでこれ（パイロットビット）に下方推進力を付与し、これによって削孔作業がより迅速に実施される。

前記削孔作業によって所定の深さまで地盤が削孔されると、パイロットビットとリングビットとの接続（チャッキング）を解除し、パイロットビット、スクリューロッドおよびダウンザホールハンマーを引き抜いてこれら部品を回収する。ケーシングおよびリングビットは、地中に残したまま本杭として利用される。

ところで、前記削孔作業を円滑かつ効率的に行なうためには、掘削された地盤の廃土を、スクリューロッドが回転することで生み出される押上作用および加圧空気の作用によって効率的に地表へ排出する必要がある。当該効率的な廃土の排出を実現するためには、非回転のケーシングの中をスクリューロッドが回転することが必要とされており、この様な状態を作り出すためには、スクリューロッド、パイロットビットおよびリングビットの回転に共連れしてケーシングが回転しない機構（以下、この機構を回転抑止機構という）が必要となる。

前記回転抑止機構を具備する掘削装置として、例えば特許文献１および２に記載の発明が従来技術として存在する。この従来技術としての掘削装置においては、以下に説明する第２回転止め手段によって、ケーシングに対する前記回転抑止機構を実現している。

即ち、前記従来技術が具備する第２回転止め手段は、固定要素としての回転ローラ（２２）と被固定要素としての回転係合溝（１２ｂ）とから構成されている。前記回転ローラ（２２）は、ケーシング（１２）を略鉛直に起立させるために地表に設置された装置固定枠体（１１）の上面に、軸受け板（２２ａ）を介して水平面に対し不動かつ垂直面に対し回転自在に取付けられており、一方、前記回転係合溝（１２ｂ）は、ケーシング（１２）の外周面に形成された上下に延在する凹状の窪みによって構成されている。前記回転ローラ（２２）と前記回転係合溝（１２ｂ）とが係合することで、ケーシング（１２）は、水平面に対して不動な状態を維持しながら地中に向けて打ち込まれる構造となっている（特許文献１および２の図１、２、３、６等参照）。

特開２０１２−１１２１６０号公報 特開２０１３−１０８２２７号公報

特許文献１および２に記載の第２回転止め手段による回転抑止機構においては、前述したように、回転ローラ（２２）と回転係合溝（１２ｂ）とから構成されるため、構成部品の点数が多く構造も複雑である。また、凹状を呈する回転係合溝（１２ｂ）をケーシング（１２）の外周面に形成することが必須となるが、ケーシング（１２）は、厚さ数ミリの薄肉の板材からなるため、その外周面に一定の深さを要する回転係合溝（１２ｂ）を成形するのは容易でない。このように、前記従来技術としての回転抑止機構においては、構成部品が多く複雑な構造であることから製造コストが高騰し、また、生産性が悪いといったことが問題視されている。

本発明は、前記従来技術が抱える問題に鑑み創作されたものであって、その目的は、削孔作業中に、内側に収容するスクリューロッド、パイロットビットおよびリングビットの回転に共連れしてケーシングが回転することを効果的に抑止する回転抑止機構を、簡易かつ生産性に優れた構造によって実現することにある。

前記目的を達成するための本発明は、上下に伸長する円管部材からなるケーシングと、このケーシングの下端部に同軸状に接合した円筒部材からなるケーシングシューと、前記ケーシングおよびケーシングシューへ回転可能に挿入されるパイロットビットと、このパイロットビットの下端部外周部分へ継手要素を介して着脱自在に取り付けられるリングビットとを具備する掘削装置において、地盤と接触する前記ケーシングシューの外周面の一部に、水平断面において前記外周面から半径方向外方に向けてさらに突出する凸部からなる回転抑止体を形成したことを特徴としている。
本発明によれば、構成要素が前記ケーシングシューの外周面から外方に突出する回転抑止体のみの極めて簡易な回転防止機構でありながら、前記回転抑止体が地盤と接触することで生じる抵抗によって、削孔作業中（特に削孔開始当初からケーシングが土圧によって回転しなくなるまでの間）に、内側に収容するスクリューロッド、パイロットビットおよびリングビットの回転に共連れしてケーシングが回転することを効果的に抑止することができる（以下、この効果を回転抑止効果という）。
さらに、本発明においては、前記回転抑止体が、比較的肉厚（例えば２５ｍｍ）のケーシングシューの外周面に設けられることから、当該回転抑止体を、プレス加工、または鋳造、または切削加工等によって容易に成形することができる。したがって、本発明によれば、構成部品が少なく製造コストが低廉で、かつ生産性に優れた回転抑止機構を実現することができる。

また本発明は、前記特徴に加え、前記回転抑止体が、上下に延在する凸部であることを特徴としている。
本発明によれば、前記回転抑止体と地盤との接触領域を上下方向に大きく確保することができる。このため、共連れによる回転を抑止する方向に働く接触抵抗を効率的に増大させることができ、ケーシングシュー（およびこれと接合するケーシング）の共連れに起因した回転を効果的に抑えることができる。

また本発明は、前記特徴に加え、前記回転抑止体の最外径寸法が、前記リングビットの最外径寸法以下であることを特徴としている。
本発明によれば、回転抑止体を設けたことによって上下方向（軸方向）の掘削抵抗が大きく増大することを防止でき、これによって、削孔作業の効率を低下させることなく前記回転抑止効果を発揮させることができる。なおリングビットによって形成された掘削穴の内径は、土圧によって小さくなろうとするため、形成した掘削穴の内周面に回転抑止体が食い込み、これによって回転抑止効果は十分生じる。

また本発明は、前記特徴に加え、前記回転抑止体の下端近傍部分が、その下端から上方に向けてしだいに外径寸法を大きくする形状に形成されていることを特徴としている。
本発明によれば、上下方向(軸方向）の接触抵抗を低減することができる。これにより、掘削抵抗の増大を最小限に抑え、削孔作業の効率低下を最小限に抑えることができる。

本発明によれば、削孔作業中に、スクリューロッド、パイロットビットおよびリングビットの回転に共連れして、これらを収納しているケーシングシューおよびケーシングが回転することを効果的に抑えることが可能な回転抑止機構を、簡易かつ生産性に優れた構造によって実現することができる。

本発明の一実施形態に係る掘削装置１の組立て手順を示した概略図である。 本発明の一実施形態に係る掘削装置１を組立てた状態を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る掘削装置１の底面図である。 本発明の一実施形態に係る掘削装置１の先端部分の断面図（図３のＡ−Ａ断面図）である。 パイロットビット５の側面図である。 リングビット６の平面図である。 リングビット６の断面図（図６のＢ−Ｂ断面図）である。 リングビット６の底面図である。 ケーシングシュー８の底面図である。 ケーシングシュー８の断面図（図９のＣ−Ｃ断面図）である。 ケーシングシュー８の側面図である。 図４中のリングビット６とケーシングシュー８との連接部分の拡大断面図である。 リングビット６とケーシングシュー８との連結部分の拡大断面図である。 連接部材１０の平面図である。 掘削装置１の上端部分に配置された回転止め手段の縦断面概略図である。 掘削装置１の上端部分に配置された回転止め手段の横断面概略図である。

本発明の実施形態を、図１ないし１６を参照しながら説明する。なお、当該説明の中の前後左右および上下は、図２に示される本発明の一実施形態に係る掘削装置１を組立てた状態の概略図に基づいて定義されるものとする。また、特に記載がない限り上下方向と軸方向とは同義である。

本発明の一実施形態に係る掘削装置１は、図１および図２に示すように、回転駆動源としてのアースオーガ２と、アースオーガ２の回転駆動力を伝達しかつ掘削した廃土を排出するためのスクリューロッド３と、打ち込みに用いられるダウンザホールハンマー４と、地盤を切削するためのドリル片を備えたパイロットビット５と、このパイロットビット５と着脱自在に接続するリングビット６と、杭として埋め込まれるケーシング７と、このケーシング７の下端部に溶接によって接合されたケーシングシュー８とを有して構成されている。

アースオーガ２は、地盤を掘削するために必要な回転駆動力を供給するための構成部品であって、前記回転駆動力を発生させる電気モータ（図示せず）と、この電気モータを収容する機器枠体２ｂと、電気モータの回転軸と接続し下方へと延出する出力軸２ｃとから構成されている。前記出力軸２ｃは、スクリューロッド３の上端部と接続し、スクリューロッド３の下端部に取付けられたパイロットビット５およびこれと回転伝達可能に接続するリングビット６へと回転駆動力を伝達する。

スクリューロッド３は、アースオーガ２（アースオーガ２が備える電気モータ）によって生み出される回転駆動力をパイロットビット５およびリングビット６に伝達するとともに、掘削した廃土を地表へ排出するための構成部品であって、例えば鉄またはその合金等の金属からなり、上下に伸長する円管状のロッド部３ａと、その周囲に形成された螺旋状を呈したスクリュー部３ｂとから構成されている。ロッド部３ａの上端は、アースオーガ２の出力軸２ｃと接続し、また、ロッド部３ａの下方には、ダウンザホールハンマー４が配設され、さらにその下端部に、詳細については後述するパイロットビット５が取付けられている。ここで、ダウンザホールハンマー４は、パイロットビット５に押圧力（打ち込み力）を印加することでこれに下方推進力を付与し、もって迅速で効率的な削孔形成を可能にする構成部品である。

パイロットビット５は、地盤を掘削し削孔を形成するための構成部品であって、例えば鉄またはその合金等の金属からなり、図４および５に示すように、小径をなす円筒状の駆動軸部５ａと、この駆動軸部５ａの下方にあって大径をなす円盤状のヘッド部５ｂとから構成されている。

前記駆動軸部５ａは、スクリューロッド３を構成するロッド部３ａの下端部と接続しており、これによってアースオーガ２が備える電気モータからの回転駆動力が、スクリューロッド３を通じて伝達される構造となっている。また、駆動軸部５ａは、ダウンザホールハンマー４と、例えばスプライン嵌合によって上下方向(軸方向）に相対移動可能に接続している。

前記ヘッド部５ｂは、図３に示すように、その先端面（下端面）に多数の突起状部材からなる中心側ドリル片５ｃが点在するように設けられている。この中心側ドリル片５ｃは、駆動軸部５ａを通じて伝達されたアースオーガ２が備える電気モータの回転駆動力により回転し、その切削作用で地盤を掘削する部位である。これにより、地表Ｔの下方にある地盤が掘削され削孔が形成される。

また、前記ヘッド部５ｂは、図５に示すように、その外周面にリングビット６と回転伝達可能な状態で接続（チャッキング）するための継手要素としてのマウント構造（詳細については後述するバヨネットマウント構造）の一部を構成するロック用切欠部５ｇが設けられている。このロック用切欠部５ｇは、例えば周回りに略６０度の等間隔で６箇所配設されており、排出溝５ｅと連通する開口部を有し、かつこの開口部から、アースオーガ２が備える前記電気モータの回転方向Ｒ１と逆方向（図５では平面視において左回り）に向けて延在する凹部として形成されている。このロック用切欠部５ｇは、縦断面形状が縦長の矩形状を呈し、かつ前記開口部から周回りに所定の範囲にかけて延在することで側面視における形状が横長の矩形状を呈しており、さらに組付け性を向上させるために、例えば上端部が内側下方へ傾斜している。

さらに、前記ヘッド部５ｂは、図４および５に示すように、その上部にダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）を受ける部位として機能する肩部５ｈが、半径方向外方へ円盤状に突出するようにして形成されている。この肩部５ｈの下端面５iは、詳細については後述するケーシングシュー８の上端面８ｃと対向し、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）をこの上端面８ｃへと伝達するように構成されている。

パイロットビット５の内部には、図３および４に示すように、略中心軸方向に延びるエアー通路５ｄが形成されている。このエアー通路５ｄは、掘削した土を上方へ押し上げるための加圧空気を供給するための通路であって、前記駆動軸部５ａおよびヘッド部５ｂの略軸中心に沿って延在するとともに、前記ヘッド部５ｂの先端部分（下端部分）の近傍において複数（４体）に分岐している。さらにこれら分岐路は、それぞれが前記ヘッド部５ｂの先端面（下端面）において開口するように形成されている。

前記複数（４体）に分岐したエアー通路５ｄの各開口部からは、排出溝５ｅが半径方向外方に向かって延設されている。これら複数の排出溝５ｅは、前記ヘッド部５ｂの外周部まで放射状に延出した後、図４および５に示すように、ヘッド部５ｂの外周面上に沿って上方へと延在し、ヘッド部５ｂの上端面５ｆにおいて開口するように設けられている。上端面５ｆにおける各排出溝５ｅの開口部は、ケーシング７の内部空間７ａに連通しており、掘削により生じた廃土等が、前記エアー通路５ｄから供給される加圧空気により各排出溝５ｅを通って当該内部空間７ａへ排出されるように構成されている。

リングビット６は、ケーシング７直下の地盤を掘削するための構成部品であって、例えば鉄およびその合金等の金属からなり、図６ないし８に示すように、リング状を呈したヘッド部６ａと、このヘッド部６ａの上面から上方へ延在する円筒状を呈した筒状部６ｂとから構成されている。

前記ヘッド部６ａは、その先端面（下端面）が地盤と接触する部位であって、先端面（下端面）の外周縁部には、地盤を掘削するための外周縁ドリル片６ｃが設けられている。また、ヘッド部６ａの上面には、詳細については後述するケーシングシュー８の下端と対向する端面６ｅが形成されている。この端面６ｅには、対向する前記ケーシングシュー８の下端との隙間を埋めるように（すなわち、端面６ｅと前記下端とに当接するように）、例えば木製、硬質ゴム製または樹脂製のリング状を呈した平板状の部材（後述する緩衝部材１１）が載置されており、これによってダウンザホールハンマー４からの強い押圧力（打ち込み力）に起因した衝撃が吸収されるように設計されている。

なお、前記ヘッド部６ａの外周面は、図４、７および１２に示すように、下方から上方へ向かうにつれて次第に外径寸法が小さくなるテーパ形状を呈している。このように、ヘッド部６ａの外周面をテーパ形状としたことで、ヘッド部６ａの外周面と削孔側面とが圧着するのを回避し、これによりヘッド部６ａの外周面を介しての土圧の作用を抑えて掘削措置１にかかる負荷が低減される構造となっている。

前記筒状部６ｂは、ケーシングシュー８の内側に挿入される部位であって、その外周面の中間位置に、縦断面形状が凹状を呈した第１係止部（以下「溝部」という）６ｄが全周にわたってリング状に形成されている。当該溝部６ｄは、詳細については後述する連接部材１０の一部が挿入され、当該連接部材１０を介してケーシングシュー８と連接するように構成されている。

また、前記筒状部６ｂは、図６に示すように、パイロットビット５へ着脱自在に取付くバヨネットマウントの一部を構成するロック用突起部６ｆが、その内周面に設けられている。このロック用突起部６ｆは、例えば周回りに略６０度の等間隔で６箇所配設されており、その周方向長さＬは、組付け性を確保するために、パイロットビット５が備える排出溝５ｅの幅未満に設計されている。また、ロック用突起部６ｆの縦断面形状は、パイロットビット５に形成されたロック用切欠部５ｇの縦断面と相似形の略矩形状を呈しており、組付け性を向上させるために、例えば上端部が内側下方に傾斜した面取部６ｇが設けられている。

ケーシング７は、削孔に打ち込まれた状態のまま本杭として利用される構成部品であってその外周面が地盤と接し、図１および２に示すように、例えば鉄およびその合金等の金属から形成された円管状の鋼管からなる。このケーシング７の下端部には、図４に示すように、ケーシングシュー８が、例えば溶接Ｗによって同軸状に接合されている。また、後述するように、ケーシング７の内側に形成された中空状の内部空間７ａには、削孔作業中、その略中心軸回りに回転駆動されるスクリューロッド３およびこれに接続するパイロットビット５が挿入される。

ケーシングシュー８は、ケーシング７の下端部と接合する構成部品であってその外周面が地盤と接し、図９および１０に示すように、例えば鉄およびその合金等の金属から形成された円筒部材からなり、上部に位置する小径円筒部として形成された本体基部８ａと、この本体基部８ａから下方に向かって延出する大径円筒部として形成された支持部８ｂとから構成されている。なお、本実施形態においては、掘削抵抗を考慮して、支持部８ｂ（大径円筒部）の外周面の半径と本体基部８ａ（小径円筒部）の外周面の半径との寸法差が、例えばケーシング７の板厚分と略同じとなるように設計されている。

前記本体基部８ａは、ケーシング７の下端部内側に挿入される部位であって、図４に示すように、ケーシング７の下端部先端と対向する位置において、例えばその全周にわたり溶接Ｗされる。また、本体基部８ａの内側には、図４および１０に示すように、パイロットビット５のヘッド部５ｂが収容され、その上端面８ｃは、パイロットビット５の上部を構成する肩部５ｈの下端面５iと対向しかつこの下端面５iを通じてダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）を受ける構成となっている。

前記支持部８ｂは、その内側にリングビット６の筒状部６ｂを相対移動（回転および上下移動）可能に収容する部位であり、図４および１０に示すように、その内周面８ｄの内径は、本体基部８ａの内周面の内径よりも大きく、これによって形成された本体基部８ａの内周面の下方の段状となっている下端面と支持部８ｂの内周面８ｄとで囲まれた円形の空間に、リングビット６の筒状部６ｂが収容される構造となっている。

また、前記支持部８ｂの内周面８ｄの中間位置（前記リングビット６の溝部６ｄに対向する位置）には、図４、１０および１２に示すように、縦断面形状が凹状を呈した第２係止部（以下「溝部」という）８ｅが全周にわたってリング状に形成されている。当該溝部８ｅは、下記する連接部材１０の一部を収納する部位である。

また、前記支持部８ｂの側壁には、図９および１０に示すように、支持部８ｂの外周面から溝部８ｅに至るワイヤ挿入孔（以下「貫通孔」という）８ｆが設けられている。この貫通孔８ｆは、連接部材１０としてのワイヤー１０ａを、支持部８ｂの外側から内側に挿入して溝部６ｄと溝部８ｅとの間に装着するための孔である。貫通孔８ｆは、前記装着を容易にするために、挿入されたワイヤー１０ａを、リング状を呈する溝部６ｄ，８ｅの略接線方向へ案内するように形成されている。

さらに、前記支持部８ｂの外周面には、図９ないし１２に示すように、上下方向（軸方向）に延在しかつ半径方向外方に突出する突起部８ｇが、例えば周回りに略４５度の等間隔で８箇所に配設されている。この突起部８ｇは、前記回転抑止機構を構成する回転抑止体であって、例えば鍛造品であるケーシングシュー８を切削加工することで一体的に形成されている。地盤と接触するケーシングシュー８の外周面（より詳細には、支持部８ｂの外周面）に突起部８ｇが設けられたことで、この突起部８ｇが地盤に食い込むなどしてケーシングシュー８と地盤との間の接触抵抗が増大する。この増大した接触抵抗によって、ケーシングシュー８およびこれと接合するケーシング７が、その内側に収容するスクリューロッド３、パイロットビット５およびリングビット６の回転に共連れして一緒に回転することを抑止する効果がもたらされる。

ここで、本実施形態においては、掘削時の抵抗を考慮し、図１２に示すように、突起部８ｇの最外径寸法Ｄ８を、リングビット６の最外径寸法Ｄ６１と同等以下に設定している。これにより、リングビット６によって形成された削孔領域より外側に突起部８ｇが突出することがなくなり、このため、突起部８ｇを設けたことで掘削時の抵抗が大きく増大することを防止でき、削孔作業の効率を低下させることのない回転抑止機構を実現している。なお、リングビット６によって形成された掘削穴の内径は、土圧によって小さくなろうとするため、形成された掘削穴の内周面に突起部８ｇが食い込み、これによって回転抑止効果は十分生じる。

また、突起部８ｇは、その下端部において、下端（削孔方向に対する先端）から上方に向けてしだいに外径寸法を大きくする形状(例えば楔形状）に形成されている。これにより、ケーシングシュー８と地盤との間に生じる上下方向(軸方向）の接触抵抗を低減し、削孔作業の効率を低下させることのない回転抑止機構を実現している。

なお、当該機構による回転抑止効果を増大させるためには、多数の突起部８ｇが地盤と接触しこれに食い込むなどして突起部８ｇと地盤との接触抵抗ができるだけ大きくなるように設計することが望ましい。このため、突起部８ｇの形態は、本実施形態に限定されず、要は、ケーシングシュー８の土中における回転を抑止する形状・構造であれば、どのような形状・構造であっても良い。

次に、前記掘削装置１を用いて削孔作業を実施するための具体的手順を、掘削装置１の組立手順と、組立てた掘削装置１を用いて削孔を形成する手順（削孔作業手順）とに分けて説明する。

掘削装置１の組立は、図１に示すように、削孔を行う地盤の地表Ｔに装置固定枠体９を構築することから始める。この装置固定枠体９の略中央には、開口部９ａが開口している。

装置固定枠体９を構築後、開口部９ａにケーシング７を挿入してこれを略鉛直に起立させる。次に、予め工場において、ケーシングシュー８の下端部にリングビット６を、後述する連接構造により相対移動（回転移動および上下移動）可能かつ互いが上下方向（軸方向）に外れない状態に取り付けておいたものを用意し、そのケーシングシュー８を、ケーシング７の下端に溶接Ｗにより接合する。

ここで前記連接構造について説明すると、この連接構造は、図１２に示すように、リングビット６の筒状部６ｂに形成された溝部６ｄと、ケーシングシュー８の支持部８ｂに形成された溝部８ｅと、溝部６ｄと溝部８ｅの間に介在する連接部材１０とから構成されている。本実施形態では、連接部材１０として、図１４に示すように、溶接Ｐによって両端が接続されることで最終的にリング状となる鉄製ワイヤー１０ａを用いている。

前記連接構造を用いてリングビット６とケーシングシュー８とを連接するにあたり、先ず、リングビット６の筒状部６ｂを緩衝部材１１に挿入して緩衝部材１１をリングビット６の端面６ｅ上に載置する。次に、リングビット６の筒状部６ｂをケーシング７の下端部に接合されたケーシングシュー８の支持部８ｂ内へと挿入する。この時、筒状部６ｂの外周面に形成された凹状の溝部６ｄとケーシングシュー８の支持部８ｂに設けられた溝部８ｅとの上下位置（軸方向位置）を合わせる。その後、ワイヤー１０ａを、ケーシングシュー８の外側から貫通孔８ｆへと挿入し、凹状の両溝部８ｅ，６ｄの間全体にワイヤー１０ａを這わす様にして装着する。装着されたワイヤー１０の両端は貫通孔８ｆを通じて溶接Ｐされ、さらにその後、貫通孔８ｆに図示しない金属片を埋め込みこれを溶接することで閉塞する。これによってリングビット６とケーシングシュー８との連接が完了する。

前記連接構造においては、構成部位の各部寸法が、以下に示す関係を満たすように設計されている。すなわち、図１２および１４に示すように、ケーシングシュー８の支持部８ｂにおける内周面８ｄの内径寸法は、筒状部６ｂの外径寸法より大きく、ワイヤー１０ａの外径寸法Ｄ１０（図１４参照）より小さく、筒状部６ｂの外径寸法は、ワイヤー１０ａの内径寸法ｄ１０（図１４参照）よりも大きく設計されている。また、溝部６ｄ，８ｅの幅（図１２における上下寸法）は、組付け性を考慮して、ワイヤー１０ａの線径αの略１．５倍となるように設計することが好ましい。

前記構成からなる連接構造によれば、リングビット６とケーシングシュー８との間に隙間が形成されることで相対回転および上下移動可能でありながら、リングビット６とケーシングシュー８とが上下方向（軸方向）に隔離するように相対移動しても、図１３に示すように、両溝部６ｄ，８ｅとワイヤー１０ａが干渉し合うことで、リングビット６とケーシングシュー８とを確実に連接することが可能になる。

なお、リングビット６とケーシングシュー８とを前記連接構造によって接続することで多くの利点がもたらされるものの、当該連接構造は、本発明に係る掘削装置１における一実施形態にすぎず、本発明の必須の構成ではない。さらに言えば、リングビット６とケーシングシュー８とが連接していなくともよい。

図１、図２に戻って、前記装置固定枠体９の構築およびケーシング７の起立およびケーシング７へのケーシングシュー８などの取付作業を進めると同時に、アースオーガ２、スクリューロッド３、ダウンザホールハンマー４およびパイロットビット５とからなるアセンブリを、図１に示されるような所定の形に組立てる。具体的は、最上部にアースオーガ２を配設し、このアースオーガ２が備える出力軸２ｃにスクリューロッド３の一端部を接続し、さらにこのスクリューロッド３の他端部にダウンザホールハンマー４を接続し、このダウンザホールハンマー４の下方に、パイロットビット５の駆動軸部５ａ（図４参照）を、例えばスプライン嵌合等によって取り付ける。これにより、最上部にアースオーガ２が配設され、その下方にスクリューロッド３およびダウンザホールハンマー４が接続され、さらにその下方にパイロットビット５が取付けられたアセンブリが組み上がる。

そして、前記アセンブリをクレーンで吊しながら起立したケーシング７内へと挿入する。このとき、アースオーガ２を上にパイロットビット５を下にして挿入する。これによって、図２で示すように、掘削装置１が組み上がる。

図２で示される掘削装置１においては、前記アセンブリの上端部に位置するアースオーガ２が、ケーシング７の上端部分に連結されている。このときアースオーガ２の機器枠体２ｂは、内部に収容する電気モータに共連れして回転しないように、例えば図１５および１６に示すように、回転止め手段としての回転止めキャップ２０を介してケーシング７の上端部分に連結されている。この回転止めキャップ２０は、上方が閉塞し下方が開口する中空円筒状部材からなるキャップ本体２０ａを有し、上方にアースオーガ２の機器枠体２ｂの下端部が溶接等により固定され、内周面に中心軸に向かって内方に突出するキャップ側回転係合板２０ｂが円周方向に沿って略等間隔で複数設けられている。一方、ケーシング７の上端部の外周面には、前記キャップ側回転係合板２０ｂと係合するための部位として、中心軸から外方に突出するケーシング側回転係合板７ｂが円周方向に沿って略等間隔で複数設けられている。そして、この回転止めキャップ２０を構成しているキャップ本体２０ａは、当該キャップ本体２０ａの下端側に設けられた開口部から、ケーシング７の上端部分を覆うように外嵌されることによって装着される構造となっている。

また、図２で示される掘削装置１においては、前記アセンブリの下端部に位置するパイロットビット５が、ケーシングシュー８を介してケーシング７の下方に取付けられたリングビット６に、バヨネットマウントを用いて着脱自在に接続（チャッキング）されている。当該バヨネットマウント構造について詳述すると、パイロットビット５の外周面には、前述したように、ロック用切欠部５ｇが、周回りに略６０度の等間隔で所定の範囲、すなわち、排出溝５ｅを起点にアースオーガ２が備える電気モータの回転方向と逆の方向（図５では平面視において左回りの方向）へ例えば２０度回転した範囲に６箇所設けられ、また、リングビット６における内周壁面には、前述したように、ロック用突起部６ｆが周回りに略６０度の等間隔で所定の範囲に６箇所設けられている（図５ないし８参照）。

前記構成からなるバヨネットマウント構造を用いた接続手順は、以下のとおりである。先ずはじめに、リングビット６のロック用突起部６ｆとパイロットビット５が備える排出溝５ｅとが、平面視において重なるように位置合わせする（当該位置は、ロック用切欠部５ｇおよびロック用突起部６ｆどうしが非嵌合状態となる角度位置である）。その状態でリングビット６のロック用突起部６ｆとパイロットビット５のロック用切欠部５ｇとが、側面視において同じ高さとなるよう双方または一方を軸方向に移動させる。その後、パイロットビット５を静止させた状態で、リングビット６をロック用切欠部５ｇが延在する所定の方向（図５では平面視において左回り。当該回転方向は、電気モータの回転方向と逆の回転方向）へ例えば２０度回転させる（リングビット６を静止させた状態でパイロットビット５を回転させる場合には、平面視において右回りに例えば２０度回転させる）。これにより、リングビット６の突起部６ｆとパイロットビット５のロック用切欠部５ｇとが嵌合状態となる。当該嵌合状態を解除するには、平面視において、リングビット６のロック用突起部６ｆがパイロットビット５の排出溝５ｅの位置にくるように、リングビット６を前記所定の方向と逆の右周りに例えば２０度回転（または、パイロットビット５を平面視において左回りに例えば２０度回転）させればよい。これによって、掘削装置１の組立てが完了する。

次に、削孔作業の手順について説明する。削孔作業は、組立てられた掘削装置１のアースオーガ２が備える電気モータを起動させることで開始される。前記電気モータの回転駆動力は、出力軸２ｃに接続するスクリューロッド３を介してパイロットビット５およびこれに接続するリングビット６へと伝達され、パイロットビット５が備える中心側ドリル片５ｃおよびリングビット６が備える外周縁ドリル片６ｃによって地盤を掘削する。掘削された土は、エアー通路５ｄを通じて送り込まれる加圧空気とともに排出溝５ｅを通って上方へと押し上げられ、スクリューロッド３が備えるスクリュー部３ｂに乗って地表へと運ばれ排出される。

前記掘削と同時に、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）を、例えば毎秒３回の周期で、パイロットビット５の上部を構成するヘッド部５ｂの上方に形成された肩部５ｈの上端面５ｆに印加する。この押圧力（打ち込み力）は、肩部５ｈの下端面５iを通じてこれと対向するケーシングシュー８の上端面８ｃに伝達され、さらにケーシングシュー８と接合するケーシング７へと付与される。これにより、パイロットビット５およびリングビット６の掘削により形成された削孔にケーシング７およびケーシングシュー８が、下方に向けて効率的に打ち込まれる。これら一連の作業によって削孔作業が進められる。

ところで、この掘削装置１においては、ケーシング７およびケーシングシュー８の内側に、スクリューロッド３およびパイロットビット５の全部ならびにリングビット６の一部（筒状部６ｂ）が収容される構造となっている。ここで、非回転要素であるケーシング７およびケーシングシュー８と回転要素であるスクリューロッド３、パイロットビット５およびリングビット６との間には、所定のクリアランスが形成されているが、削孔作業を確実かつ効率的に実施する観点から、当該クリアランスは小さく設計されている。このため、組立て時の僅かなズレや装置全体の撓み、もしくは廃土の侵入等によって当該クリアランスが失われる事態が比較的生じやすく（当該事態は、特許文献１および２に記載の掘削装置等の従来から存在する掘削装置全般にみられる）、この時生じる摩擦力に起因した回転力がケーシング７およびケーシングシュー８に作用することで共連れによる回転が発生する。また、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）は、前述したように、パイロットビット５の肩部５ｈ（肩部５ｈの下端面５i）を通じてこれと対向するケーシングシュー８の本体基部８ａの上端（本体基部８ａの上端面８ｃ）へと伝達されるが、当該伝達時に回転要素であるパイロットビット５の肩部５ｈの下端面５iと非回転要素であるケーシングシュー８の本体基部８ａの上端面８ｃとが接することで摩擦力が生じ、これに起因した回転力がケーシングシュー８に作用することも共連れによる回転の原因となっている。当該共連れによる回転の発生原因（メカニズム）は、本発明に係る掘削装置１固有のものではなく、本発明の技術分野に属する掘削装置全般に共通するものである。

そして、ケーシング７およびケーシングシュー８が、内側に収容するスクリューロッド３、パイロットビット５およびリングビット６の回転に共連れして回転すると、スクリューロッド３との相対回転は小さくなる。当該相対回転が小さくなると、スクリューロッド３が回転することで生み出される押上作用も小さくなる。このため、前記共連れによる回転が生じると廃土の排出効率が低下する。廃土の排出効率が低下すると削孔作業の効率も低下する。このような理由から、削孔作業を円滑かつ効率的に進めるためには、ケーシング７およびケーシングシュー８が共連れによって回転することを防止する回転抑止機構が必要となる。なお、削孔の深さが深くなると、ケーシング７およびケーシングシュー８の外周に印可される土圧が高くなってゆき、最終的にはケーシング７およびケーシングシュー８は共連れしなくなるので、この回転抑止機構による回転抑止作用は、特に前記土圧が弱い削孔開始当初に大きな意味を持つ。

そして上記掘削装置１によれば、ケーシングシュー８の外周面に突設された回転抑止体として機能する突起部８ｇのみから構成された極めて簡易な構造によって前記回転抑止機構が実現されている。すなわち、所定の長さの突起部８ｇが設けられたことで、ケーシングシュー８と地盤との間の接触抵抗、特にケーシングシュー８が回転することを抑止する方向に働く接触抵抗が増大し、ケーシングシュー８およびこれと接合するケーシング７が、その内側に収容するスクリューロッド３、パイロットビット６およびリングビット５の回転に共連れして回転することを効果的に防止できるといった効果がもたらされる。また、突起部８ｇは、掘削装置１の下端部に配設されたケーシングシュー８の外周面に設けられていることから、削孔作業の開始と略同時に、突起部８ｇは地盤と接触することになる。このため、本発明にあっては、削孔作業の開始と略同時に、前記回転防止効果がもたらされる。上述のように、ケーシング７を土中に打ち込んでいく際、最初はケーシング７が土中にない（またはその深さが浅い）ので、ケーシング７の外周面にかかる土圧が小さく、共回りし易いが、本突起部８ｇによれば、最も共回りし易いときから回転抑止効果を生じるので、効果的である。言い換えれば、ケーシング７およびケーシングシュー８は、最終的には土圧によってその回転が止まるが、突起部８ｇを設けることで、当該ケーシング７およびケーシングシュー８の回転防止を削孔開始時まで早めることができ、これによってより効率的に廃土を行うことができるのである。

なお、上記掘削装置１においては、リングビット６とケーシングシュー８とが前記連接構造、すなわち、回転部品であるリングビット６の筒状部６ｂが内側に、非回転部品であるケーシングシュー８の支持部８ｂが外側に配置されるようにして連接しているため、支持部８ｂの外周面に、地盤と接する突起部８ｇを容易に長く設けることが可能である。

また、突起部８ｇのみによって構成された回転抑止機構は、比較的薄い板材からなるケーシング７に直接加工を施す必要がないため、生産性に優れるといった利点がある。

また、削孔作業をより迅速に行なうために、本実施形態に係る掘削装置１においては、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）を、パイロットビット５およびリングビット６に印加し、これを下方推進力として利用する構造となっている。すなわち、この掘削装置１においては、ダウンザホールハンマー４の下面とパイロットビット５が備える肩部５ｈの上端面５ｆとが対向し、また、肩部５ｈの下端面５iとケーシングシュー８の上端面８ｃとが対向し、さらにケーシングシュー８の下端とリングビット６の端面６ｅとが緩衝部材１１を介して対向するように構成されている。当該構成によれば、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）は、パイロットビット５が備える肩部５ｈに直接印加された後、この肩部５ｈとケーシングシュー８とを通じてリングビット６へと印加される。これにより、ダウンザホールハンマー４からの押圧力（打ち込み力）は、パイロットビット５およびリングビット６を下方へ押下げる推進力として作用することになる。

前記削孔作業により、ケーシング７は地中内に埋め込まれていく。そして削孔が予定の深さに達したら、パイロットビット５とリングビット６との接続（チャッキング）を解除し、パイロットビット５、スクリューロッド３およびダウンザホールハンマー４を引き抜いてこれら部位を回収する。一方、ケーシング７、ケーシングシュー８およびリングビット６は、地中に残したまま本杭として利用される。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、明細書及び図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。また、前記実施形態は、その目的及び構成等に矛盾がない限り、互いに構成を組み合わせることも可能である。また、前記記載及び図面によって示された内容は、その一部であっても、それぞれが独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は、前記記載及び図面によって示された内容を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。

例えば、ケーシングシュー８の外周面に形成された回転抑止体としての前記突起部８ｇの形態に対し、掘削装置１の回転抑止効果を増大させる観点から、種々の変形が可能である。例えば、より多数の突起部８ｇをケーシングシュー８の外周面に形成し、または上下斜めに延在する凸形状や曲線状の凸形状を呈した突起部８ｇにすることができる。上下斜めに延在する凸形状を呈した突起部８ｇにあっては、当該突起部８ｇに作用する土圧を利用して、共連れによる回転の方向（スクリューロッド３、パイロットビット５およびリングビット６の回転方向）と逆方向にケーシングシュー８を回転させる力を発生させるようにその向き（角度）等を設計してもよい。さらに、前記凸形状が、薄く形成されたフィン形状や立方体、直方体、半球面等といった形状の突起部８ｇとしてもよく、さらにこれら種々の異なる凸形状を呈する突起部８を組み合わせることもできる。また、突起部８ｇの水平断面形状を、矩形、三角形、半球および三日月形状等にすることができる。また、上記掘削装置１の突起部８ｇは、ケーシングシュー８の上下方向(軸方向）の寸法と略同じ長さを有しているが、接触抵抗を増大させるために、ケーシングシュー８の上端を超えてケーシング７の外周面と対向する位置にまで延在するように構成しても良い。また、突起部８ｇをケーシングシュー８の外周面に直接設ける（一体的に設ける）のではなく、突起部８ｇを形成した別箇の専用部品を用意し、この専用部品をケーシングシュー８の外周面に装着する構成としても良い。

１：掘削装置
２：アースオーガ
３：スクリューロッド
４：ダウンザホールハンマー
５：パイロットビット
６：リングビット
６ｄ：溝部
７：ケーシング
８：ケーシングシュー
８ａ：本体基部
８ｂ：支持部
８ｅ：突出部
８ｇ：突起部（回転抑止体）
９：装置固定枠体
１０：連接部材
１０ａ：ワイヤー
１１：緩衝部材

Claims (4)

1. 上下に伸長する円管部材からなるケーシングと、
   このケーシングの下端部に同軸状に接合した円筒部材からなるケーシングシューと、
   前記ケーシングおよびケーシングシューへ回転可能に挿入されるパイロットビットと、
   このパイロットビットの下端部外周部分へ継手要素を介して着脱自在に取り付けられるリングビットとを具備する掘削装置において、
   地盤と接触する前記ケーシングシューの外周面の一部に、水平断面において前記外周面から半径方向外方に向けてさらに突出する凸部からなる回転抑止体を形成したことを特徴とする掘削装置。
2. 前記回転抑止体は、上下方向に延在する凸部であることを特徴とする請求項１に記載の掘削装置。
3. 前記回転抑止体は、最外径寸法が、前記リングビットの最外径寸法以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の掘削装置。
4. 前記回転抑止体の下端近傍部分は、その下端から上方に向けてしだいに外径寸法を大きくする形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の掘削装置。

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