JP6842144B1 - 削孔用ビット及び地盤削孔方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤の地質が軟弱な場合でも空気堀りによるボーリングを可能とする削孔用ビットの提供。【解決手段】ビット本体が、ビット頭部ａと、ビット頭部ａより小径の円筒管状の胴部ｂとを有し、ビット頭部ａの外周面の孔刳面１ａの、其々の隣接する２つの切削刃２の中間に、凹溝状の繰粉排出溝４を形成し、各切削刃２を外周側端部が孔刳面１ａに接するか又は孔刳面１ａより外側に突出するように配設し、其々の隣接する２つの繰粉排出溝４，４の組の一部において、該繰粉排出溝組の間に位置する孔刳面１ａの、切削刃２の底面位置から該位置よりも基端側に、両繰粉排出溝４，４をつなぐ凹処６を、ビット頭部と胴部の接続箇所にまで亘り形成する。これにより、孔刳間隙内や繰粉排出溝内の繰粉がジャミング転移しにくくなり、軟弱地盤でも、空気堀りによるボーリングが可能となる。【選択図】図２

Description

本発明は、地盤の掘鑿に用いられる削孔用のビット及びそれを用いた地盤削孔方法に関する。

削孔用のビット（JIS M 0103:2003）は、日本産業規格JIS M 0103:2003（ボーリング用機械・器具用語）において種々の形状のものが規定されている。その中で、メタルクラウン（JIS M 0103:2003; 3301）に分類される削孔用ビットに関する技術としては、例えば、特許文献１−１０に記載のものが公知である。メタルクラウン型の削孔用ビットの基本的構成態様は、先端から基端にかけて、先端面にメタルチップ（JIS M 0103:2003; 3303）を備えたビット頭部ａ，円筒状の胴部ｂ，及びボーリングロッド（JIS M 0103:2003; 5101）に接続する継手構造を備えた継手部ｃの３つの部分から構成される（特許文献３，図１参照）。メタルチップは、一般に、焼結タングステンカーバイト合金等の超硬合金により構成される。各特許文献１−１０では、主として、直接地盤の切削に関わる前記ビット頭部ａの形状に工夫がされている。

特許文献１には、ビット頭部ａの先端面に、放射状に連結して一体に形成された十字状（等幅等長十字線状，根細先太漸次拡幅等長十字線状，螺旋射線(spiral ray)的弯曲等長十字線状）の超硬合金製切削刃（メタルチップ）を備えた削孔用ビット（クロスチョッピングビット（JIS M 0103:2003; 3502）の一種）が記載されている（仝文献，図１−図３参照）。特許文献２−１０には、中心から放射状に形成された凹溝に、中心からの距離が其々等しくなるように固定（鑞付け）された超硬合金製のメタルチップを備えた削孔用ビット（クロスチョッピングビットの一種）が記載されている。特許文献２では、断面山型のメタルチップは、その上端が中央側又は周辺側ほど高くなる傾斜構造とされている（仝文献，図２−図６参照）。

特許文献３は、軟岩の穿孔時に、穿孔中に繰粉（くりこ）(掘屑（ほりくず），ボーリング作業中にビットで砕かれて削孔先端に生じる岩石の砕屑物。)がビット頭部ａの外周に密着し、繰粉のジャミング転移（jamming transition）（小麦粉，砂等のような粒子の集まり（粉粒体）が、混み合って詰まることで、流体のような状態から固体のような状態に変わる転移現象。）（非特許文献２参照）が生じることにより、当該ビットの回転抵抗が増大して穿孔できなくなるという問題を解決するために考案されたものである（仝文献，明細書１頁右段１５行−２頁左上段４行参照）。仝文献の削孔用ビットにおいては、ビット頭部ａの形状を、正面十字形に配置したメタルチップ（４）の埋め込み底部付近の軸線方向の長さを比較的短くし、各メタルチップ（４）の間の外周面（孔刳（あなぐり）面）に、比較的深くかつ幅広の頭部凹処（とうぶくぼみ）（５）（繰粉排出溝）を設けた形状としている（仝文献，図１−図３，明細書２頁右上段６行−右下段１６行参照）。また、頭部凹処（５）には、圧力流体（水、空気、発泡剤等混入液体など）を噴出するための噴出孔（１１）が設けられている。また、胴部ｂの外径を、ビット頭部ａの外径に比べ径細としている。また、継手部ｃは、軸線方向の長さが、ビット頭部ａの軸線方向の長さよりも短くし、その外径を、ビット頭部ａの外径よりも小さく且つ胴部ｂの外径よりも大きくしている。また、継手部ｃの外周面には、比較的浅いが幅広の継手部凹処（９）をランド部（１０）と交互に形成している。この削孔用ビットでは、穿孔に伴い発生する繰粉とこれを孔外に排出するための圧力流体との混合流動物を、頭部凹処（５）に容易に取り込み、ビット頭部ａの外周面に回り込ませないので、繰粉が外周面に密着して回転抵抗を増大させるおそれがない。また、胴部ｂにおける、上記混合流動物の継手部方向への流動に対する抵抗が少なく、従ってその流動を円滑に行わせる。さらに、ビット自体の回転に伴うランド部の作用により上記混合流動物を孔壁に塗り込める。継手部凹処は、孔壁に塗り込められなかった余分の混合流動物を後方に向け円滑に流動排出させる（仝文献，明細書２頁右上段２行−１４行参照）。

特許文献４−８にも、特許文献３と同様に、ビット頭部ａの先端面に十字状のチップ装着溝を形成し、この十字状チップ装着溝の放射状４分枝溝の其々の分枝溝内にメタルチップを鑞付け固定して設け、ビット頭部ａの側面に開溝する前記各分枝溝の溝端と溝端との間に繰粉排出溝を設け、繰粉排出溝内に、ビット本体の中心管腔と連通し且つ孔中心軸（以下「噴出孔軸芯」）方向がビット本体の先端向き中心軸（以下「ビット軸芯」）方向から外側に約４０度程度傾斜する噴出孔を設け、胴部ｂの外径をビット頭部ａの外径に比べ径細とした削孔用ビットが記載されている（特許文献４，図１−図５，図８，図９；特許文献５，図１；特許文献６，図１，図２；特許文献７，図２，図３；特許文献８，図７，図３−図６参照）。この場合、噴出孔軸芯はビット本体の先端向き寄りとなるので、噴出孔から噴射される圧力流体はフロントブロー（ビットの先端方向に噴射される噴射流）となる。また、特許文献４の削孔用ビットにおいては、ビット頭部ａの先端面に形成された、軸線方向先端視で十字状のチップ装着溝の放射状４分枝溝内に其々固定して設けられた、断面５角形状のメタルチップ（１６，１６，１７，１７）において、一対の対向する分枝溝内のメタルチップ（１６，１６）の長さが、それに直交する方向の一対の分枝溝内のメタルチップ（１７，１７）の長さよりも、ビット本体の中心部側に長く設定されている。これにより、中心部の切刃のない範囲を少なくして切削範囲を拡大し、良好な穿孔性能の確保を図っている（特許文献４，明細書４頁２−５行目参照）。また、特許文献７の削孔用ビットにおいては、繰粉排出溝の方向をビット本体の基端向き方向に向かってビット回転方向に捻れるように形成した構成が示されている（特許文献７，図２，図３参照）。また、特許文献８の削孔用ビットにおいては、メタルチップの形状を、軸線方向先端視で周縁部に向かって幅広となる所謂扇形状とした構成が示されている（特許文献８，図７参照）。また、仝文献の従来技術として、十字状チップ装着溝の形状が、軸線方向先端視でＸ字状（分枝溝の成す角が９０度ではない形状）のもの（仝文献，図５，図６参照）や、十字状ではなく一文字状（分岐なし）とし、且つビット頭部ａの先端面を中心部が膨出する球面状とし、且つメタルチップ先端の刃体稜線を側面視で膨出曲線状としたもの（ストレートチョッピングビット（JIS M 0103:2003; 3502）の一種）（仝文献，図１，図２参照）が示されている。

また、特許文献９の削孔用ビットにおいては、ビット頭部ａの先端面のチップ装着溝の形状を、三つ叉状（Ｙ字形状）とし、放射状３分枝溝の其々の分枝溝内にメタルチップを鑞付け固定して設け、ビット頭部ａの側面に開溝する前記各分枝溝の溝端と溝端との間に繰粉排出溝を設け、繰粉排出溝内に、ビット本体の中心管腔と連通し且つ噴出孔軸芯方向がビット軸芯方向から外側に約１０５度程度傾斜する噴出孔を設けた削孔用ビットが記載されている（仝文献，図１−図３参照）。この場合、噴出孔軸芯はビット本体の先端向き寄りとなるので、噴出孔から噴射される圧力流体はバックブロー（ビットの先端方向と反対方向に噴射される噴射流）となる。このバックブローにより、掘鑿孔先端から繰粉排出溝内に入ってくる繰粉が後方向き（掘鑿孔の出口向き）に付勢され、より円滑に流動排出されるようになるため、繰粉の排出性能が良好となる（仝文献，明細書４頁参照）。また、特許文献１０の削孔用ビットにおいては、ビット頭部ａの外周面（孔刳面，リーミング（reaming）面）に耐摩耗性のある側部材を僅かに突出させて設け、ビット頭部ａの外周面の摩耗を抑制する例が示されている（仝文献，図１，図２，明細書３−４頁参照）。

特開２００７−２７７９５７号公報（穿孔ビット） 特開２００２−２９５１６６号公報（穿孔用ビット） 特開平３−１２２３９５号公報（軟岩穿孔用ビット） 実開平２−１１６５８８号公報（ロックドリルビット） 実開昭６０−０２７１９２号公報（ロツクビツト） 実開昭５４−１００９０２号公報（さく岩用ビツト） 実開昭５２−０３０７０２号公報（削岩用ビット） 実開昭５２−０１４３０１号公報（超硬質ロックビット） 実開昭５１−１０６２０２号公報（パ−カツシヨンビツト） 実開昭５１−０８１３０１号公報（削岩用ビット）

瀬戸亮平 他３名，「シアシックニングと接触摩擦」，混相流，日本混相流学会，2014年3月, Vol.28, No.3, pp.296-303． 大槻道夫，「粉体のジャミング転移：「流れる固体」の物理」，アンサンブル，分子シミュレーション研究会，2014年4月，Vol.16，No.2，pp.88-93．

掘鑿する地盤の地質が軟岩の場合、通常の硬い地盤に比べて、切端において岩盤が容易に粉砕されて切端付近の孔内の繰粉の体積分率（粒子の密度）が大きくなり易い。従って、ビット頭部ａの外側面（孔刳面）と孔壁との間に侵入した繰粉がジャミング転移を生じ、削孔用ビットの回転に困難を来し易い（非特許文献２，図３参照）。この点を考慮して、特許文献３では、ビット頭部ａの形状を、メタルチップの埋め込み底部付近の軸線方向の長さを比較的短くし、ビット頭部ａの外周面（孔刳面）の各メタルチップの間に、比較的深くかつ幅広の頭部凹処（繰粉排出溝）を設けた形状としている。

然し乍ら、掘鑿する地盤の地質がさらに軟弱である場合、ボーリング作業の削孔内の切端で生じる繰粉の粘性が高く、繰粉の粒子間摩擦が大きくなるため、ジャミング転移点（ジャミング転移が生じる体積分率）が低くなると考えられる（非特許文献１参照）。そのため、繰粉が繰粉排出溝やビット頭部ａの外周面と孔壁との隙間に極めて詰まりやすくなり、削孔用ビットが回転不能な状態に極めて陥りやすくなる。これは、実際の掘鑿現場に於いても現実に問題となっている。そこで、実際の掘鑿現場に於いては、削孔内の切端で生じる繰粉を強制的に外部に押し出すため、ビット本体の中心管腔に圧力流体として高圧の水を圧入し、ビット本体の先端面中央孔や繰粉排出溝内の噴出孔から高圧水を噴射し、繰粉の流動性を高めると同時に強制的に繰粉を切端から外部へ押し出す、所謂、「送水堀り」が用いられている。

一方、ボーリング作業の際に切端で生じる繰粉は、各掘鑿時点に於ける切端の岩盤状況を知る為の地質サンプルとして非常に重要である。然し乍ら、送水堀りを行うと、切端は注入した水に分散したスラリー状の削孔スライム（boring slime）として孔端から排出されるため、正確な地質サンプルとして用いることが困難となる。従って、正確な切端の地質サンプルを得るという観点からは、ビット本体の中心管腔へ圧送する圧力流体として圧縮空気を用いる、所謂、「空気堀り」を採用することが好ましい。しかし、圧力流体として圧縮空気を用いると、空気は水に比べて圧縮率が極めて大きい（水の約１万倍）ため、上述したように、極めて軟弱な地盤ではジャミング転移によりビット頭部ａの周囲で固結した繰粉を押し出すことができないという問題が生じることになる。

そこで、本発明の目的は、掘鑿する地盤の地質がさらに軟弱である場合においても、空気堀りによるボーリングを可能とする削孔用ビット及びそれを用いた地盤削孔方法を提供することにある。

本発明に係る削孔用ビットの第１の構成は、ビット本体と、前記ビット本体の先端面に、該先端面の中心に対し放射状に配設された切削刃とを備えた削孔用ビットであって、
前記ビット本体は、前記先端面を含む側のビット頭部と、前記ビット頭部の基端側に前記ビット頭部より小径に形成された円筒管状の胴部とを有し、
前記各切削刃はその外周側端部が、ビット頭部の外周面である孔刳面に接するか又は前記孔刳面よりも外側に突出するように配設されており、
前記孔刳面の、其々の隣接する２つの前記切削刃の中間には、凹溝状の繰粉排出溝が、前記ビット頭部の先端側から基端側に亘って形成されており、
其々の隣接する２つの前記繰粉排出溝の組の一部において、該繰粉排出溝の組の間に位置する前記孔刳面の、前記切削刃の底面位置から該位置よりも基端側に、前記両繰粉排出溝をつなぐ凹処が、前記ビット頭部と前記胴部の接続箇所にまで亘って形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ボーリング中に掘鑿孔内の切端で生じる繰粉は、胴部管腔内から切端に噴射される圧力流体により、繰粉排出溝、又は孔刳面と掘鑿孔内壁との間隙（以下「孔刳間隙」という。）に押し流されるが、切削刃背側の凹処と繋がった繰粉排出溝内に入った繰粉は、当該繰粉排出溝と当該凹処との両方に亘って拡がり、当該繰粉排出溝内の繰粉の体積分率が低下する。これに伴い、当該繰粉排出溝内の繰粉の体積分率と、当該繰粉排出溝に隣接する孔刳間隙の繰粉の体積分率との間の密度差が大きくなり、当該繰粉排出溝に隣接する孔刳間隙内の繰粉の一部は、当該繰粉排出溝内に崩れ落ちて容易に移動するため、孔刳間隙内の繰粉の体積分率も低下する。これにより、孔刳間隙内の繰粉や繰粉排出溝内の繰粉がジャミング転移しにくくなるため、地盤の地質が非常に軟弱である場合でも、空気堀りによるボーリングが可能となる。

尚、本発明に於いて「凹処」（くぼみ）という語は、ビット本体を平面視したときに、ビット頭部断面の外周面（孔刳面）を包絡する包絡円（又は包絡楕円）（図６，図９参照）に対して明瞭に凹んだ領域という意味で用いている。また、「孔刳面」（あなぐりめん）という語は、掘鑿孔の内面をリーミング（reaming）（くり抜いて穴を作ったり、すでにある穴を大きくしたりすること）する面という意味で用いている。

本発明に係る削孔用ビットの第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記ビット本体の先端面には、４つ以上の偶数個の前記切削刃が配設され、且つ、前記先端面の中心を挟み直線状に並んで対向する２つの前記切削刃が同一長で且つ該中心に対して対称位置となるように配設されており、
前記先端面の中心を挟み直線上に並んで対向する前記切削刃の組を対向切削刃組とし、前記各対向切削刃組において、一方の前記切削刃の外周側端部から他方の前記切削刃の外周側端部までの直線距離を、その対向切削刃組の削孔径としたとき、
前記各対向切削刃組の前記削孔径は、全てが同一とはされていないことを特徴とする。

この構成によれば、対向切削刃組の削孔径を全て同一とならないようにしたため、削孔径が相対的に短い切削刃の外端側の孔刳面と掘鑿孔内壁との間の孔刳間隙は大きくなり、全体の繰粉の体積分率がより低くなるため、繰粉がよりジャミング転移しにくくなる。

本発明に係る削孔用ビットの第３の構成は、前記第１又は２の構成に於いて、前記各繰粉排出溝内には、前記胴部内の管腔と連通する噴出孔が形成されており、
前記凹処でつながれた２つの前記繰粉排出溝の組において、
一方の前記繰粉排出溝の溝内の前記噴出孔は、その噴出孔の孔軸の孔外向き方向が前記ビット本体の基端寄りとなるように形成され、
他方の前記繰粉排出溝の溝内の前記噴出孔は、その噴出孔の孔軸の孔外向き方向が前記ビット本体の先端寄り又は基端寄りとなるように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、孔軸の孔外向き方向がビット本体の先端寄りの噴出孔から噴射される圧力流体は、フロントブロー（ビットの先端方向に噴射される噴射流）となり、孔軸の孔外向き方向がビット本体の基端寄りの噴出孔から噴射される圧力流体は、バックブロー（ビットの先端方向と反対方向に噴射される噴射流）となる。これにより、フロントブローは切端の繰粉を流動させて繰粉排出溝又は孔刳間隙内へと移送するように作用し、バックブローは繰粉排出溝内の繰粉を胴部側へ輸送し繰粉排出溝内の繰粉の体積分率を低下させるように作用するので、切端の繰粉の排出及び輸送を円滑に行うことが出来る。

本発明に係る地盤削孔方法は、管状のボーリングロッドと、該ボーリングロッドの先端に接続された請求項１乃至３の何れか一記載の削孔用ビットとを備えたボーリングマシンを用いて地盤を削孔する地盤削孔方法であって、
前記ボーリングロッドの基端から先端に圧縮空気を圧送するとともに、前記ボーリングロッドを軸方向の打撃振動を加えつつ回転させることにより地盤を削孔することを特徴とする。

これにより、掘鑿する地盤の地質が非常に軟弱である場合においても、空気堀りによるボーリングが可能となる。

以上のように、本発明に係る削孔用ビット及び地盤削孔方法によれば、孔刳間隙内の繰粉や繰粉排出溝内の繰粉のジャミング転移を抑制できるため、地盤の地質が非常に軟弱である場合でも、空気堀りによるボーリングを実現させることが可能となる。

本発明の実施例１に係る削孔用ビットの斜視図である。 図１の削孔用ビットの（ａ）平面図，（ｂ）Ａ−Ａ方向矢視側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ方向矢視側面図、及び（ｄ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。 凹処部分の拡大写真。（ａ）凹処部分を側方から見た図。（ｂ）凹処部分を正面から見た図。 地盤の掘鑿時における削孔用ビット１の動きを表す模式図である。 地盤の掘鑿時における繰粉の流れを表す模式図である。 本発明の実施例２に係る削孔用ビットの平面図である。 図６の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線矢視側面図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視側面図，及び（ｃ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。 図６の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線斜め上方向から視た斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線斜め上方向から視た斜視図，（ｃ）Ｄ−Ｄ線斜め上方向から視た斜視図，（ｄ）Ｅ−Ｅ線斜め上方向から視た斜視図である。 本発明の実施例３に係る削孔用ビットの平面図である。 図９の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線矢視側面図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視側面図，及び（ｃ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。 図９の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線斜め上方向から視た斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線斜め上方向から視た斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る削孔用ビットの斜視図である。図２は、図１の削孔用ビットの（ａ）平面図，（ｂ）Ａ−Ａ方向矢視側面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ方向矢視側面図、及び（ｄ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。本実施例１に係る削孔用ビット１は、ビット本体の全体が一体の鋼鉄により形成され、このビット本体は、ビット頭部ａ及び胴部ｂの２つの部位から構成されている。以下、削孔用ビット１のビット頭部ａの側を「先端側」、胴部ｂの側を「基端側」と呼ぶ。ビット頭部ａは、削孔用ビット１の中心軸（以下「回転軸」という。）に対して２回対称の形状とされている。胴部ｂは円筒管状であり、胴部ｂの外径は、ビット頭部ａの外径に比べ僅かに径細とされている。胴部ｂからビット頭部ａの基端側に亘り、削孔用ビット１のビット本体の内側に管腔３が形成されている。この管腔３の基端側の内面には、ボーリングロッドの先端部を螺着させるためのネジ溝３ａが刻設されている。管腔３の先端側の最奥部は、ビット頭部ａの基端側に達しており、この部分は管腔径が段差状に縮径した腔端部３ｂが形成されている。

ビット頭部ａの先端面には、４つの長尺五角柱状の切削刃２（メタルチップ）が、平面視において削孔用ビット１の回転軸位置でＸ字状に交差する２直線Ｌ_１，Ｌ_２（図２（ａ）参照）上に、回転軸位置を挟む四方に其々放射状に配設されている。尚、本実施例では２直線Ｌ_１，Ｌ_２は直交してはいないが、本発明では２直線Ｌ_１，Ｌ_２が直交するように構成してもよい。各切削刃２は、焼結タングステンカーバイト合金等の超硬合金により構成され、断面形状が箭れい形（四角形の一辺に三角形を辺を合わせて結合した五角形）状に形成されている。そして、これら切削刃２は、その尖頭側を外側にして、該先端面に形成された凹溝内に密篏着されて鑞付固定されている。４つの切削刃２の外端（回転軸に対して外側の端）は、ビット頭部ａの外周面（以下「孔刳面」という。）１ａに接するか乃至は孔刳面１ａより外側に僅かに突出している。この４つの切削刃２のうち、一方の直線Ｌ_１上に配された２つの切削刃２，２の組（対向切削刃組）の外端間の距離を削孔径Ｄ_１とする。他方の直線Ｌ_２上に配された２つの切削刃２，２の組（対向切削刃組）の外端間の距離を削孔径Ｄ_２とする。この２つの削孔径Ｄ_１，Ｄ_２は異なり、本実施例では、Ｄ_１＞Ｄ_２となるように設定されている。

ビット頭部ａ外周の孔刳面１ａの、其々の隣接する２つの切削刃２，２の外端の中間には、凹溝状の繰粉排出溝４が、ビット頭部ａの先端側から基端側に亘って形成されている。各繰粉排出溝４の溝内には、胴部ｂ内の管腔３と連通する噴出孔５が形成されている。また、これら４つの繰粉排出溝４を、先端面側から見て反時計回りに４−１，４−２，４−３，４−４と付番する（図２（ａ）参照）。このとき、偶数番目の繰粉排出溝（４−２，４−４）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔５の孔軸（以下「噴出孔軸」という。）の孔外向き方向（以下「噴出方向」という。）Ｃ_１がビット本体の先端寄り（即ち、先端方向向きの回転軸方向Ｃ_０と噴出方向Ｃ_１との成す角が鋭角）となるように形成されている（図２（ｄ）参照）。また、奇数番目の繰粉排出溝（４−１，４−３）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔軸の噴出方向Ｃ_２がビット本体の基端寄り（即ち、先端方向向きの回転軸方向Ｃ_０と噴出方向Ｃ_２との成す角が鈍角）となるように形成されている。

また、隣接する２つの繰粉排出溝４，４の組（繰粉排出溝組（４−２，４−３）及び繰粉排出溝組（４−４，４−１））において、それら繰粉排出溝組の間に位置する孔刳面１ａの、切削刃２の底面位置から該位置よりも基端側に、その繰粉排出溝組の両繰粉排出溝４，４をつなぐ凹処６が、ビット頭部ａと胴部ｂの接続箇所７にまで亘って形成されている。ここで、凹処の構成に関して補足説明する。図３は、凹処６の部分の拡大写真である。図３（ａ）は凹処部分を側方から視た拡大写真であり、図３（ｂ）は、同じ凹処部分を正面から視た拡大写真である。本来であれば、孔刳面１ａは、図３（ａ）の点線Ｓ_０
で示した様に、切削刃２外端面の基端側から回転軸に略平行に連なりつつ、膨出した曲面を描いて胴部ｂとの接続箇所７へと至るものであるが、凹処６では、この部分が抉るように削り取られており、横から視て縦方向（回転軸方向）に切削刃２の基端側から回転軸に凹彎するような曲面となっている（図３（ａ））。切削刃２の外端付近の底面は、凹処６側に完全に露出している。また、この凹処６は、図３（ｂ）の点線で囲んだ領域に亘り形成されている。即ち、２つの隣接する繰粉排出溝４，４の間に跨がるビット頭部ａの外側面領域の略全体に亘り凹処６が形成されている。

以上のように構成された本実施例１に係る削孔用ビット１について、以下、それを用いた地盤削孔方法について説明する。

図４は、地盤の掘鑿時における削孔用ビット１の動きを表す模式図である。図４（ａ）は、削孔用ビット１を図２（ｃ）の方向から視た図を表し、図４（ｂ）は削孔用ビット１を図２（ｃ）の方向から視た図を表している。地盤の削孔を行う場合、削孔用ビット１をボーリングロッド１０の先端に螺着し、ボーリングロッド１０を通して削孔用ビット１の本体内部の管腔３内に圧縮空気を圧送する。この圧縮空気は、削孔用ビット１の繰粉排出溝４内の噴出孔５から、掘鑿孔１１内に噴出する。このとき、偶数番目の繰粉排出溝（４−２，４−４）の溝内の噴出孔５は、噴出方向Ｆ_１がビット本体の先端側に向いているため、これらの噴出口から噴出される圧縮空気はフロントブローとなり、切端１１ａ付近の掘鑿孔１１内の繰粉を吹き飛ばして拡散しながら、掘鑿孔１１の入口方向へと輸送する。一方、奇数番目の繰粉排出溝（４−１，４−３）の溝内の噴出孔５は、噴出方向Ｆ_２がビット本体の基端側に向いているため、これらの噴出口から噴出される圧縮空気はバックブローとなり、繰粉排出溝（４−１，４−３）内の繰粉を、掘鑿孔１１の入口方向へ付勢しながら輸送する。

そして、図４の矢印Ｐに示すように、ボーリングロッド１０を上下方向に５〜２０ｍｍ程度の振幅で振動させて、切削刃２で掘鑿孔１１の底の切端１１ａを衝打して切端１１ａの地盤Ｇを破砕するとともに、ボーリングロッド１０を矢印Ｑの方向に回転させる。切端１１ａで破砕された地盤は、繰粉となり、切端１１ａ付近の掘鑿孔１１内に蓄積するが、蓄積した繰粉は前記圧縮空気によって、掘鑿孔１１の入口方向へ逐次輸送される。

図５は、地盤の掘鑿時における繰粉の流れを表す模式図である。図５（ａ）は、削孔用ビット１を図２（ｃ）の方向から視た図を表し、図５（ｂ）は削孔用ビット１を図２（ｃ）の方向から視た図を表している。尚、図５では、ボーリングロッド１０及び削孔用ビット１を固定した座標から視ており、相対的に地盤Ｇを矢印−Ｑ方向に回転させている。切端１１ａで生じる繰粉は、圧縮空気により、繰粉排出溝４を通して掘鑿孔１１の入口方向（上方向）へと輸送される（矢印Ｔ_１，Ｔ_２）。また、短い方の削孔径Ｄ_２の切削刃２，２の外端と掘鑿孔１１の孔壁との間の隙間は広いため、この隙間を通して、繰粉は、圧縮空気により、掘鑿孔１１の入口方向（上方向）へと輸送される（矢印Ｔ_３，Ｔ_４）。この流れにより、切端１１ａ付近の掘鑿孔内の繰粉の体積分率はより低下する。更に、切削刃２の背後に設けられた凹処６を通して、繰粉の体積分率が大きい方の繰粉排出溝４から小さい方の繰粉排出溝４へと繰粉が移動するため（矢印Ｔ_５）、繰粉排出溝４内の繰粉が過度に渋滞して過密になることが抑制される。これにより、孔刳面１ａと掘鑿孔１１内壁との間隙内の繰粉や、繰粉排出溝４内の繰粉がジャミング転移することが抑制され、地盤の地質が非常に軟弱である場合でも、空気堀りによるボーリングを実現させることが可能となる。

尚、本発明者は、実際にこの実施例１の削孔用ビット１を用いて、空気堀りによる軟弱地盤のボーリング試験を実施した。その結果、従来の削孔用ビットではジャミングにより削孔用ビットの回転が困難となるような軟弱地盤であっても、本実施例１の削孔用ビット１では削孔用ビット１の回転が可能となり、正常に空気堀りによる削孔を行うことが可能であることが実証された。

図６は、本発明の実施例２に係る削孔用ビットの平面図である。図７は、図６の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線矢視側面図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視側面図，及び（ｃ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。図８は、図６の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線斜め上方向から視た斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線斜め上方向から視た斜視図，（ｃ）Ｄ−Ｄ線斜め上方向から視た斜視図，（ｄ）Ｅ−Ｅ線斜め上方向から視た斜視図である。図６〜図８において、実施例１と対応する構成部分については同符号を附す。本実施例の削孔用ビット１は、実施例１と同様に、ビット本体は、ビット頭部ａ及び胴部ｂの２つの部位から構成されている。そして、胴部ｂは円筒管状であり、胴部ｂの外径は、ビット頭部ａの外径に比べ径細とされている。この管腔３の基端側の内面には、ボーリングロッドの先端部を螺着させるためのネジ溝３ａが刻設されている。管腔３の先端側の最奥部は、ビット頭部ａの基端側に達しており、この部分は管腔径が段差状に縮径した腔端部３ｂが形成されている。

本実施例では、ビット頭部ａの先端面は、該先端面の中心を頂点とする扁平円錐状に形成されており、この頂点を中心に、放射状に６つの切削刃２（メタルチップ）が等角度間隔で配設されている。ビット頭部ａの外周面は孔刳面１ａとなっており、各切削刃２の間の孔刳面１ａには、凹溝状の繰粉排出溝４が、ビット頭部ａの先端から基端に亘って形成されている。各繰粉排出溝４の溝内には、胴部ｂ内の管腔３と連通する噴出孔５が形成されている。これら６つの繰粉排出溝４を、図６に示すように、先端面側から見て反時計回りに４−１，４−２，４−３，４−４，４−５，４−６と付番する。このとき、奇数番目の繰粉排出溝（４−１，４−３，４−５）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔５の孔軸（以下「噴出孔軸」という。）の孔外向き方向（以下「噴出方向」という。）がビット本体の先端寄りとなるように形成されている（図８参照）。一方、偶数番目の繰粉排出溝（４−２，４−４，４−６）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔軸の噴出方向がビット本体の基端寄りとなるように形成されている。

また、図６の平面図において、左右に位置する隣接する２つの繰粉排出溝４，４の組（繰粉排出溝組（４−６，４−１）及び繰粉排出溝組（４−３，４−４））において、それら繰粉排出溝組の間に位置する孔刳面１ａの、切削刃２の底面位置から該位置よりも基端側に、その繰粉排出溝組の両繰粉排出溝４，４をつなぐ凹処６が、ビット頭部ａと胴部ｂの接続箇所７にまで亘って形成されている。

このような構成であっても、切削刃２の背後に設けられた凹処６を通して、繰粉の体積分率が大きい方の繰粉排出溝４から小さい方の繰粉排出溝４へと繰粉が移動するため、繰粉排出溝４内の繰粉が過度に渋滞して過密になることが抑制される。これにより、孔刳面１ａと掘鑿孔１１内壁との間隙内の繰粉や、繰粉排出溝４内の繰粉がジャミング転移することが抑制され、地盤の地質が非常に軟弱である場合でも、空気堀りによるボーリングを実現させることが可能となる。

尚、本発明者は、この実施例２の削孔用ビット１についても、これを用いて空気堀りによる軟弱地盤のボーリング試験を実施した。その結果、従来の削孔用ビットではジャミングにより削孔用ビットの回転が困難となるような軟弱地盤であっても、本実施例２の削孔用ビット１では削孔用ビット１の回転が可能となり、正常に空気堀りによる削孔を行うことが可能であることが実証された。

図９は、本発明の実施例３に係る削孔用ビットの平面図である。図１０は、図９の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線矢視側面図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線矢視側面図，及び（ｃ）Ｃ−Ｃ線矢視断面図である。図１１は、図９の削孔用ビットの（ａ）Ａ−Ａ線斜め上方向から視た斜視図，（ｂ）Ｂ−Ｂ線斜め上方向から視た斜視図である。図９〜図１１において、実施例１と対応する構成部分については同符号を附す。本実施例の削孔用ビット１は、実施例１と同様に、ビット本体は、ビット頭部ａ及び胴部ｂの２つの部位から構成されている。そして、胴部ｂは円筒管状であり、胴部ｂの外径は、ビット頭部ａの外径に比べ径細とされている。この管腔３の基端側の内面には、ボーリングロッドの先端部を螺着させるためのネジ溝３ａ（図示省略）が刻設されている。管腔３の先端側の最奥部は、ビット頭部ａの基端側に達しており、この部分は管腔径が段差状に縮径した腔端部３ｂが形成されている。尚、本実施例の削孔用ビット１は、回転軸を対称軸として２回対称の形状に校正されている。従って、図９のＤ−Ｄ線方向から視た側面図，斜視図は図１０（ａ），図１１（ａ）と同様であり、図９のＥ−Ｅ線方向から視た側面図，斜視図は図１０（ｂ），図１１（ｂ）と同様である。

本実施例では、ビット頭部ａの先端面には、放射状に６つの切削刃２（メタルチップ）が等角度間隔で配設されている。６つの切削刃２のうち、図９の縦中心線に沿った２つの切削刃２，２は相対的に短く、その他の４つの切削刃２，２，２，２は相対的に長く構成されている。相対的に短い２つの切削刃２，２は同じ長さであり、また、その他の４つの切削刃２，２，２，２は全て同じ長さである。そして、回転軸を挟んで向かい合った同一直線上に配置された２つの切削刃は、回転軸に対して対称に配置されている。ビット頭部ａの外周面は孔刳面１ａとなっており、各切削刃２の間の孔刳面１ａには、凹溝状の繰粉排出溝４が、ビット頭部ａの先端から基端に亘って形成されている。各繰粉排出溝４の溝内には、胴部ｂ内の管腔３と連通する噴出孔５が形成されている。これら６つの繰粉排出溝４を、図９に示すように、先端面側から見て反時計回りに４−１，４−２，４−３，４−４，４−５，４−６と付番する。このとき、図９の左右の繰粉排出溝（４−１，４−４）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔５の孔軸（以下「噴出孔軸」という。）の孔外向き方向（以下「噴出方向」という。）がビット本体の先端寄りとなるように形成されている（図１０，図１１参照）。一方、図９の上下の４つの繰粉排出溝（４−２，４−３，４−５，４−６）の溝内の噴出孔５は、その噴出孔軸の噴出方向がビット本体の基端寄りとなるように形成されている。

また、図９の平面図において、上側及び下側に位置する隣接する２つの繰粉排出溝４，４の組（繰粉排出溝組（４−２，４−３）及び繰粉排出溝組（４−５，４−６））において、それら繰粉排出溝組の間に位置する孔刳面１ａの、切削刃２の底面位置から該位置よりも基端側に、その繰粉排出溝組の両繰粉排出溝４，４をつなぐ凹処６が、ビット頭部ａと胴部ｂの接続箇所７にまで亘って形成されている。ここで、ビット頭部ａは、図９に示すように、ビット頭部ａを平面視したとき、ビット頭部ａの包絡楕円Ｃ_ｅを上下の２つの切断線Ｌ_ｃ，Ｌ_ｃで切断したような包絡線に納まっており、凹処６は、図９に示すように、ビット頭部ａを平面視したときのビット頭部ａの包絡楕円Ｃ_ｅに対して、明瞭に凹んだ領域となっている。

このような構成であっても、切削刃２の背後に設けられた凹処６を通して、繰粉の体積分率が大きい方の繰粉排出溝４から小さい方の繰粉排出溝４へと繰粉が移動するため、繰粉排出溝４内の繰粉が過度に渋滞して過密になることが抑制される。これにより、孔刳面１ａと掘鑿孔１１内壁との間隙内の繰粉や、繰粉排出溝４内の繰粉がジャミング転移することが抑制され、地盤の地質が非常に軟弱である場合でも、空気堀りによるボーリングを実現させることが可能となる。さらに、本実施例では、凹処６でつながれた２つの繰粉排出溝の組（繰粉排出溝組（４−２，４−３）及び繰粉排出溝組（４−５，４−６））において、これらの繰粉排出溝組の双方の繰粉排出溝４，４の溝内の噴出孔５，５は、ともにその噴出孔の孔軸の孔外向き方向がビット本体の基端寄りとなるように形成されている。これにより、繰粉排出溝組（４−２，４−３）及び（４−５，４−６）の各噴出孔５から噴射される圧力流体は、すべてバックブロー（ビットの先端方向と反対方向に噴射される噴射流）となる。これにより、繰粉排出溝内の繰粉を胴部側へ輸送し繰粉排出溝内の繰粉の体積分率を低下させるように作用するので、切端の繰粉の排出及び輸送をさらに円滑に行うことが出来る。

尚、本発明者は、この実施例３の削孔用ビット１についても、これを用いて空気堀りによる軟弱地盤のボーリング試験を実施した。その結果、従来の削孔用ビットではジャミングにより削孔用ビットの回転が困難となるような軟弱地盤であっても、本実施例３の削孔用ビット１では削孔用ビット１の回転が可能となり、正常に空気堀りによる削孔を行うことが可能であることが実証された。

１ 削孔用ビット
ａ ビット頭部
ｂ 胴部
１ａ 孔刳面
２ 切削刃
３ 管腔
３ａ ネジ溝
３ｂ 腔端部
４ 繰粉排出溝
５ 噴出孔
６ 凹処
７ 接続箇所
１０ ボーリングロッド
１１ 掘鑿孔
１１ａ 切端
Ｇ 地盤

Claims (3)

1. ビット本体と、前記ビット本体の先端面に、該先端面の中心に対し放射状に配設された切削刃とを備えた削孔用ビットであって、
   前記ビット本体は、前記先端面を含む側のビット頭部と、前記ビット頭部の基端側に前記ビット頭部より小径に形成された円筒管状の胴部とを有し、
   前記各切削刃はその外周側端部が、ビット頭部の外周面である孔刳面に接するか又は前記孔刳面よりも外側に突出するように配設されており、
   前記孔刳面の、其々の隣接する２つの前記切削刃の中間には、凹溝状の繰粉排出溝が、前記ビット頭部の先端側から基端側に亘って形成されており、
   其々の隣接する２つの前記繰粉排出溝の組の一部において、該繰粉排出溝の組の間に位置する前記孔刳面の、前記切削刃の底面位置から該位置よりも基端側に、前記両繰粉排出溝をつなぐ凹処が、前記ビット頭部と前記胴部の接続箇所にまで亘って形成されており、
   前記ビット本体の先端面には、４つ以上の偶数個の前記切削刃が配設され、且つ、前記先端面の中心を挟み直線状に並んで対向する２つの前記切削刃が同一長で且つ該中心に対して対称位置となるように配設されており、
   前記先端面の中心を挟み直線上に並んで対向する前記切削刃の組を対向切削刃組とし、前記各対向切削刃組において、一方の前記切削刃の外周側端部から他方の前記切削刃の外周側端部までの直線距離を、その対向切削刃組の削孔径としたとき、
   前記各対向切削刃組の前記削孔径は、全てが同一とはされていないことを特徴とする削孔用ビット。
2. 前記各繰粉排出溝内には、前記胴部内の管腔と連通する噴出孔が形成されており、
   前記凹処でつながれた２つの前記繰粉排出溝の組において、
   一方の前記繰粉排出溝の溝内の前記噴出孔は、その噴出孔の孔軸の孔外向き方向が前記ビット本体の基端寄りとなるように形成され、
   他方の前記繰粉排出溝の溝内の前記噴出孔は、その噴出孔の孔軸の孔外向き方向が前記ビット本体の先端寄り又は基端寄りとなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の削孔用ビット。
3. 管状のボーリングロッドと、該ボーリングロッドの先端に接続された請求項１又は２に記載の削孔用ビットとを備えたボーリングマシンを用いて地盤を削孔する地盤削孔方法であって、
   前記ボーリングロッドの基端から先端に圧縮空気を圧送するとともに、前記ボーリングロッドを軸方向の打撃振動を加えつつ回転させることにより地盤を削孔する地盤削孔方法。