JP7032152B2 - 削孔用ビット - Google Patents

Description

本発明は、可撓性ロッドを具備する自在ボーリングにおいて用いられる削孔用ビットであって、特に、回転高速振動式削孔で好適に用いられる削孔用ビットに関する。

細径の可撓性ロッドを用いた自在ボーリングは、曲線施工を行うことから比較的軟弱な砂質土・粘性土地盤を対象としてきた。そのボーリングヘッドは、例えば特許文献１に示されるように、削孔軸に対して傾斜した平板状のものを用いている。
また、比較的軟弱な砂質土・粘性土地盤を対象としているので、基本的に削孔方式はロータリー式掘削を用いている。

ここで、細径の可撓性ロッドを用いた自在ボーリングの掘削対象を礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔への適用を考えた場合、ボーリングヘッドは削孔用チップ（例えば超硬合金チップなど）が配置された削孔用ビットに替えるが、削孔に伴う切削ズリは軟弱地盤の掘削の切削ズリに比べ、地上側への排出をより効率的に実施されなければ、閉塞、ジャミング等が発生し、削孔効率が著しく落ちる事態となる。または、細径の可撓性ロッドによるボーリングであるため、掘進できない事態になることも想定される。

切削ズリの地上側への排出すなわち排泥を効率的に行うため、例えば二重管削孔方式（例えば、特許文献２参照）により削孔が行われる。
しかし、従来の二重管削孔では、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔（いわゆる「曲がりボーリング」或いは「自在ボーリング」）にはあまり適用されていない。

ここで、細径の可撓性ロッドを用いた自在ボーリングでは、所定の経路とは異なる経路で削孔した場合には、所定の経路へと戻す修正削孔が必要となる。
従来技術において、削孔経路を修正するために、ボーリングヘッドに板状部材を配置し、削孔方向を修正する際には削孔用ビットを回転せずに（非回転で）推進して、板に受ける反力により削孔用ビットの削孔方向を所定の曲率半径で曲げることにより修正する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔への適用を考えた場合には、前述の板状のボーリングヘッドでは削孔自体が出来ず、岩盤などの削孔用の前記の削孔用チップが配置された削孔用ビットは、基本的にその先端は、削孔軸の直角な平面を成しており、急曲線で削孔方向を修正することが出来ないという問題が存在する。

礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔の場合の掘削方式は、ロータリー式は礫層などの掘削には不向きであり、ロータリーパーカッション式は二重管削孔方式が基本であり、やはり可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔に適用は難しい。
回転高速振動式削孔は、例えば特許文献４に示される高速振動を回転と同時に加える削孔装置を特徴とする削孔方法である。礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔が可能であるが、鉛直ボーリングを基本に開発されておりロータリー式に準ずるボーリングヘッドである削孔用ビットがあるだけで、前記の細径の可撓性ロッドを用いた自在ボーリングの曲線削孔に対応した削孔用ビットは開発されていない。

回転高速振動式削孔は、ボーリングマシン側の削孔ロッド端部に設置する回転高速振動装置により、ロータリーパーカッションドリル式の衝撃数が毎分２，０００回程度であるのに対し、振動数５０～１６０Ｈｚと言われており、毎分３，０００～９，６００回であり、ロータリーパーカッションドリル式の５倍にも及ぶ削孔軸方向に高速振動を与える。
また、当該回転高速振動装置は、削孔軸直角方向にも正弦波振動させ、さらに削孔軸で回転も生じさせるため、削孔ロッド（削孔用ビット含む）には高調和振動波が発生するといわれている。
このように、回転高速振動式削孔では、これらの高速振動作用によって高速削孔が可能とされている。この高速削孔に伴って短時間に切削ズリが発生することになり、その切削ズリが効率的に処理される必要がある。鉛直ボーリングとしての回転高速振動式削孔では前述の高速振動によって切削ズリは細粒化され、高速振動の効果と相まってボーリングロッドのアニュラス部へ切削ズリが円滑に流れる。しかし、回転高速振動式削孔を自在ボーリングに適用することを考えた場合には、曲線施工のために削孔用ビットが削孔軸に対し非対称な傾きを持った面を構成するため、この切削ズリを円滑に排出できる削孔用ビットが必要となる。

特開２０１２－４１６９２号公報 特開２０１４－９５２１２号公報 特開２００７－２３７０４号公報 米国特許第５，４０９，０７０号明細書

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、回転高速振動式削孔により礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体を高い削孔速度で削孔することが出来て、しかも、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔に適用した場合に、曲線削孔が出来、削孔方向を修正することも出来る削孔用ビットの提供を目的としている。

本発明では、硬い岩盤などの高速削孔と削孔経路の修正削孔の両方を行いうる削孔用ビットを用いることにより、礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体を高速削孔で、３次元的な曲線削孔の自在ボーリングを実現することである。

本発明の削孔用ビット（１０）は、回転高速振動式削孔に用いられる削孔用ビットにおいて、削孔断面のうち外周領域の一部領域が切羽側（削孔用ビット先端側）に略平面で突出したフラットフェース部（１Ａ）を構成し、
前記削孔断面の他の領域は、前記フラットフェース部（１Ａ）から離れるほど（図１、図２においては下方に行くほど）ボーリングマシン側（図１においては右側）に向かう略傾斜平面を構成しているスラントフェース部（１Ｂ）であり、
前記フラットフェース部（１Ａ）を構成する略平面には、同一円周上に等間隔で削孔方向に向かう複数の削孔用チップ（２Ａ）が配置されており、略平面の半径方向外方には削孔方向に対して斜め外方に向かう複数の削孔用チップ（２Ｂ）が配置されており、
前記スラントフェース部（１Ｂ）を構成する略傾斜平面に垂直な方向に向かう複数の削孔用チップ（２Ｃ）が配置されており、当該削孔用チップ（２Ｃ）はスラントフェース部（１Ｂ）の外周領域に配置されており、
削孔用ビットの本体（１）の側面には複数の削孔用チップ（２Ｄ）が削孔断面と垂直な方向に向かう様に配置されており、当該複数の削孔用チップ（２Ｄ）は本体（１）の円周方向に等間隔に複数列に配置されており、
削孔用ビット（１０）の内側には削孔軸方向に延在する中空部分（１Ｃ）が形成されており、当該中空部分（１Ｃ）の切羽側開口部を閉鎖する閉鎖用部材が設けられており、当該中空部分（１Ｃ）削孔方向と削孔距離を計測する機能を有する機器（例えば三次元ジャイロ計測装置）が挿入可能であり、当該機器（削孔方向と削孔距離を計測する機能を有する機器）を挿入することにより削孔用ビット（１０）の位置と体勢（向き）を計測し、削孔経路を修正する場合には削孔用ビット（１０）を回転せずに振動を付加しつつ進行させ、スラントフェース部（１Ｂ）を抵抗とせしめて地盤（Ｇ）の切羽面（Ｑ）からスラントフェース部（１Ｂ）に対する垂直方向の反力（Ｆ）を受け、スラントフェース部（１Ｂ）の反対側の方向に力を働かせる機能を発揮させて、削孔方向の向きを変える機能を有し、
切羽側先端近傍には、排泥促進やビットの冷却のため吐出される削孔水用の流路（１Ｄ）の開口部（１ＤＡ）が設けられ、当該開口部（１ＤＡ）は本体（１）側面に設けられた削孔用チップ（２Ｄ）の最も切羽側に位置している削孔用チップ（２Ｄ）のボーリングマシン側の背面に設けられていることを特徴としている。
本発明の削孔用ビット（１０）は、礫層、岩盤、凍土壁、（鉄筋）コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の削孔に利用可能であり、従来の軟弱地盤などの曲線削孔にも適用できる。したがって、削孔開始点は軟弱地盤で、削孔到達付近が硬質領域といった複合条件も可能であり、その逆の条件も削孔可能である。
前記硬い物体は、地盤中などに存在する固形物、障害物（埋設管や残置杭、土留めなど）、材料や大きさなど特定できない硬質物である。

本発明の前記フラットフェース部（１Ａ）は、スラントフェース部（１Ｂ）より切羽側に形成されていることにより、回転切削において削孔断面のうち外周部が先行して切削され、残った中心部は逆芯抜き効果によって当該スラントフェース部で容易に切削される削孔機能を有している。
ここで、地盤削孔における芯抜き効果とは、硬岩などで断面円形に削孔する場合、円形を全断面同時に削孔するよりも、先行して中心部を削孔してくり抜き、この部分を圧力解放し、削孔した中心部の周辺を緩ませて、この周辺部を後行で削孔すれば効率よく円形削孔できるという効果である。逆芯抜き効果は、この逆の効果であり、円形削孔の周辺部を先行削孔し、後行にて中心部を緩ませて効率よく円形削孔を行うことが出来るという効果である。

本発明の当該スラントフェース部（１Ｂ）は、これより切羽側に位置する当該フラットフェース部より後方に略斜平面を形成することにより、当該フラットフェース部の切削ズリを後方に送り、ボーリングロッドのアニュラス部（３）（ボーリングのボアホール外周とロッド外周とで成す略円環状の領域）へスムーズに誘導する切削ズリの円滑排出機能を有している。

本発明のフラットフェース部（１Ａ）は、当該削孔用ビットの全投影断面積の１／３～１／５を占めていることが好ましい。
当該フラットフェース部（１Ａ）は、前記のように逆芯抜き効果の削孔断面のうち外周部の先行削孔を行う部分である。すなわち、回転切削の削孔トルクや高速振動を削孔地盤に伝達し、削孔するメインの部分になる。フラットフェース部（１Ａ）以外の投影面は、前記スラントフェース部（１Ｂ）となり、当該部分は前記のようにフラットフェース部（１Ａ）で切削された切削ズリを後方に誘導する切削ズリの円滑排出機能ならびに後述の削孔方向制御機能を受け持つ部分となる。
すなわち、前記フラットフェース部（１Ａ）とスラントフェース部（１Ｂ）の削孔断面に対する割合は、高速削孔重視で削孔する場合と曲線施工重視で削孔する場合とで割合が異なり、高速削孔重視の場合には削孔用ビット全投影面積に対しフラットフェース部（１Ａ）の占有割合を高くし、曲線施工重視の場合にはフラットフェース部（１Ａ）の占有割合を低くし、スラントフェース部（１Ｂ）の占有割合を高くする。具体的な前記占有割合の値については、どの程度硬い領域を削孔するか、どの程度の曲率の曲線施工で削孔するかが影響するが、高速削孔性と曲線施工性の両面を確保するには、占有割合としては１／３～１／５が望ましい。

本発明のスラントフェース部（１Ｂ）は、削孔軸に対して３０～６０度で傾斜した略平面であることが好ましい。
当該スラントフェース部（１Ｂ）は、前記のように切削ズリの円滑排出機能と後述の削孔方向制御機能を受け持つ部分であり、削孔軸に対し傾斜して略平面を成している。当該傾斜角は、切削ズリの円滑排出機能の面ならびに削孔方向制御機能の面では、削孔軸に対し鋭角の方が望ましいが、その場合削孔用ビット自体の削孔軸方向長さが長くなり、削孔用ビットの製作性および費用面で劣ることとなり、かえって削孔方向制御機能も劣っていく。また、削孔軸に対し鈍角に設定した場合、切削ズリの円滑排出機能ならびに削孔方向制御機能が有効に発揮できなくなる。具体的な傾斜角の値については、前記のフラットフェース部の占有割合が影響するが、削孔軸に対して３０～６０度の傾斜角の略平面であることが望ましい。

上述の構成を具備する本発明の削孔用ビット（１０）によれば、削孔断面のうち外周領域の一部領域が切羽側（削孔用ビット先端側）に略平面で突出したフラットフェース部（１Ａ）を構成し、前記削孔断面の他の領域は、前記フラットフェース部（１Ａ）から離れるほど（図１、図２においては下方に行くほど）ボーリングマシン側（図１においては右側）に向かう略斜平面のスラントフェース部（１Ｂ）を構成しているので、削孔用ビット（１０）を回転高速振動式削孔して行う全断面掘削（全面削孔）の際に、削孔用ビット（１０）を回転して、削孔が進むと、切羽側に突出している前記削孔断面のうち外周領域の一部領域であるフラットフェース部（１Ａ）に植え込まれた削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）で礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔を行う。
ここで、削孔断面のうち外周領域の一部領域であるフラットフェース部（１Ａ）は、全断面の投影面積と比較して遥かに小さい（１／３～１／５程度）ので、当該フラットフェース部（１Ａ）における削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）に作用する面圧は、従来技術における削孔用ビットに作用する面圧に比較して遥かに高くなる。すなわち、回転高速振動式削孔において削孔装置である回転高速振動装置により発生した回転トルク、スラスト力を当該フラットフェース部（１Ａ）の面に集中的に与えることとなるため、非常に硬い領域または物体（例えば、岩盤、コンクリート）であっても、当該削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）により、効率的に削孔される。

そして、前記フラットフェース部（１Ａ）の削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）で掘削される硬い地盤に比較的大きな塊があっても、当該大きな塊は、削孔軸に対して３０～６０度で傾斜した略平面を有するスラントフェース部（１Ｂ）により破砕されて細かくなり、さらに、（削孔用ビット１０により削孔された）削孔内壁面（Ｈ）に押し付けられて（擦り付けられて）破砕されて、微細化される。
そのため、いわゆる切削ズリが微細化するまで削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）で地盤を削る必要が無く、削孔された硬い地盤が塊であっても確実に微細化されて、排泥通路となるアニュラス部（３）を良好に流過する。そのため、全面削孔を行う場合に、削孔速度が向上する。
すなわち、スラントフェース部（１Ｂ）は、削孔軸に対して３０～６０度の略斜平面を成し、その略平面にチップ（２Ｃ）が配置され、この面にも回転高速振動装置により高速振動がかかるため、フラットフェース部（１Ａ）で掘削された切削ズリが傾斜面に沿って削孔軸後方に流れるときにチップ（２Ｃ）で破砕、微細化され円滑にアニュラス部（３）に排出され、切削ズリの円滑排出機能が発揮できる。

ここで、本発明の削孔用ビット（１０）では、削孔するべき全断面中で、前記削孔断面のうち外周領域の一部領域であるフラットフェース部（１Ａ）では掘削されない領域（Ｕ：削孔用ビット１０の回転軸周辺の領域）が存在する逆芯抜き状態となる。
しかし、前記逆芯抜き効果により、フラットフェース部（１Ａ）での掘削により応力が解放され、残された芯部分である領域（Ｕ）は緩みが生じ掘削されやすい状態となる。加えて、削孔軸方向に先行するフラットフェース部（１Ａ）の掘削では、フラットフェース部（１Ａ）に配置された削孔用ビット（１０）が回転高速振動装置により発生した回転トルク、スラスト力を受けて、高速振動とともにビットが切羽側へ楔または刃のように作用し、残された芯部分である領域（Ｕ）の根元の部分を破壊していくことにより、削孔が進むと同時に残された芯部分である領域（Ｕ）も、後方で破砕されて細かくなり全断面が効率よく掘削、削孔される。

さらに、本発明の削孔用ビット（１０）では、削孔軸に対して３０～６０度の略斜平面を成すスラントフェース部（１Ｂ）を有しており、自在ボーリングとしての機能である曲線削孔、削孔方向修正削孔を行うことができる。これは、ボーリング削孔の回転を止め、設計曲率に伴う削孔方向または修正すべき削孔方向に削孔用ビット（１０）の回転を合わせ、削孔軸方向の高速振動ならびにスラスト力を働かせ、スラントフェース部（１Ｂ）の傾斜面による掘削地盤の抵抗を利用し、抵抗と逆方向に削孔方向を変えることができる削孔方向制御機能を発揮する。この削孔方向制御機能により、急曲線を含む所定の線形で曲線削孔が可能となり、仮に当初の線形を逸脱しても、修正削孔を行うことにより、当初の線形または当初の目標に向かう線形修正が可能となる。
曲線削孔または修正削孔が終われば、回転高速振動式削孔を再度行う、またはこれを繰り返すことにより３次元的な自在ボーリングが可能となる。

そして本発明によれば、削孔用ビット（１０）の内側には削孔軸方向に延在する中空部分が形成されていることから、削孔用ビット（１０）内の削孔軸方向に延在する中空部分に計測機器（例えば、三次元ジャイロ計測装置等）を収容し、削孔用ビット（１０）の位置と体勢（向き）を計測機器で計測することにより、通常削孔時および削孔経路修正時に削孔用ビット（１０）の位置と向きを計測し、変更すべき削孔する方向を正確に決定して、削孔経路を正確に制御することが出来る。

本発明の実施形態に係る削孔用ビットの側面図である。 図１の削孔用ビットの正面図である。 図１の削孔用ビットの全面削孔時を示す説明側面図である。 図３の全面削孔時における未削孔領域を示す説明正面図である。 図３の全面削孔時における未削孔領域を示す説明側面図である。 図１の削孔用ビットの曲線削孔時、修正削孔時を示す説明側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１、図２において、本発明の実施形態に係る削孔用ビットは、全体を符号１０で示されている。削孔用ビット１０は回転高速振動式削孔で用いられるビットであり、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔（いわゆる「曲がりボーリング」或いは「自在ボーリング」）について適用されている。
図示しない回転高速振動式削孔の振動源は地上側に配置されている。そして削孔用ビット１０は、非常に硬い領域または物体（例えば、岩盤、コンクリート）や礫混じりの地盤の削孔に利用される。
削孔用ビット１０は、ビット本体１と、ビット本体１の掘削方向端部及び側面部において所定位置に配置した削孔用チップ２（削孔用チップ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ）を有している。

図１、図２において、削孔用ビット１０（ビット本体１）における削孔断面のうち外周領域の一部領域であるフラットフェース部１Ａ（領域１Ａ）は、切羽側（削孔用ビット先端側：図１で左側）に突出している。
フラットフェース部１Ａはビット本体１の横断面に平行な略平面部分（図１における垂直面：図１、図２での領域１Ａ）から構成されている。そしてフラットフェース部１Ａは、削孔用ビット１０（ビット本体１）の全投影断面の１／３～１／５程度の面積を有している。なお、図２では、フラットフェース部１Ａは、削孔用ビット１０の外周縁部の円弧と、当該円弧の弦を構成する直線により包囲された形状であるが、フラットフェース部１Ａは扇形状、その他の形状であっても良い。
削孔用ビット１０の全断面において、フラットフェース部１Ａ以外の領域１Ｂ（スラントフェース部）は、フラットフェース部１Ａから離れるほど（図１、図２においては下方に行くほど）ボーリングマシン側（図１で右側）に向かう略斜平面を構成している。

図２において、削孔用ビット１０のフラットフェース部１Ａの略平面部分（図１における垂直面：図１、図２でフラットフェース部１Ａにおける削孔断面のうち中央側の部分）には、３個の削孔用チップ２Ａが掘削方向に向けて配置されている。
図２において、３個の削孔用チップ２Ａは概略同一円周上に概略等間隔で配置されており、図１では３個の削孔用チップ２Ａの中の１個のみが図示されている。
フラットフェース部１Ａの削孔断面のうち外周部分（図１、図２で領域１Ａにおける削孔断面のうち外周の部分）には、４個の削孔用チップ２Ｂが削孔方向に対して斜め外方（図１で斜め上方）に向かう様に配置されている。
図２において、４個の削孔用チップ２Ｂは概略同一円周上に概略等間隔で配置されているが、図１では４個の削孔用チップ２Ｂの１個のみが図示されている。

図１、図２において、スラントフェース部１Ｂには、スラントフェース部１Ｂを構成する略傾斜平面（削孔軸に対して３０～６０度で傾斜）に対して垂直な方向へ向かう様に、４個の削孔用チップ２Ｃが配置されている。図２において、４個の削孔用チップ２Ｃは、スラントフェース部１Ｂにおける削孔断面のうち外周の領域に配置されている。
削孔用ビット１０におけるフラットフェース部１Ａ近傍の周縁部であって、ビット本体１の側面には、６個の削孔用チップ２Ｄが削孔断面のうち外周に向かう様に配置されている。６個の削孔用チップ２Ｄは、図２においては円周方向に概略等間隔に３列配置され、当該３列の削孔用チップ２Ｄは、その１列において（紙面に垂直な方向において）２個ずつ配置されている。図１では、３列の削孔用チップの内、１列のみ（２個のみ）が示されている。
ここで、図１、図２に示す削孔用チップの配置、設置方向、設置数、形状は、ボーリングの径や削孔対象物の種別、削孔長さなどにより変わり、図示の実施形態ではその一例を示しているに過ぎない。
また、削孔用ビット１０のフラットフェース部１Ａ、スラントフェース部１Ｂには、削孔用チップを細かく砕いたものが全面に植え付けられており、全面削孔の際に削孔効率を向上させている。

図１、図２において、削孔用ビット１０（ビット本体１）の内部（内側）には削孔軸方向に延在する中空部分１Ｃが形成されており、中空部分１Ｃに各種ツール（図示せず）を挿入することが可能である。図示の簡略化のため、図１において、中空部分１Ｃは破線で示されており、図２ではビット本体１の先端の開口部１Ｃ（中空部分と同符号）を破線で示している。なお、図３～図６においては、中空部分及び開口部１Ｃの図示は省略している。
ボーリング孔削孔の際には、削孔されたボーリング孔内に各種ツールを挿入する要請が多々存在し、その様な各種ツールを挿入するために中空部分１Ｃは形成されている。ここで各種ツールとしては、例えば削孔用ビット１０の位置と体勢（向き）を計測するための三次元ジャイロ計測装置、サンプル採取用機器等がある。

削孔用ビット１０の中空部分１Ｃ及びその開口部が先端側（切羽側、図１では左側）に開放していると、切削ズリが開口部から中空部分１Ｃに進入してしまう。そのため、削孔の際には、中空部分１Ｃの開口部を閉鎖する閉鎖用部材（図示せず）を中空部分１Ｃ及びその開口部に挿入して、削孔用ビット１０の先端側を閉鎖している。
削孔後（或いは削孔の一時中断時）、各種ツール（例えば三次元ジャイロ計測装置、サンプル採取用機器など）を削孔用ビット１０の先端（切羽側）まで挿入する際には、閉鎖用部材（図示せず）を地上側に引き抜いたり、前方に押し出したりして、削孔ロッド１０内の中空部分１Ｃ及び開口部が開放された状態にして、当該ツールを中空部分１Ｃに挿入する。
ここで閉鎖用部材は、従来公知の部材（図示せず）を用いることが出来る。例えば、図示しない閉鎖用部材は半径方向外側に張り出す翼を設けており、削孔時は当該翼が中空部分の内壁の係止部（図示せず）に係止することにより引き抜き不可能な状態となっているが、削孔後、地上側から所定のツールを使用することにより、前記翼が半径方向内側に移動（或いは収縮）して係止部から係止解除した状態になり、以て、閉鎖用部材を地上側に引き抜くことが可能になる、という様な構造を採用することが出来る。
また、前記ツール、例えば三次元ジャイロ計測装置を用いて、削孔用ビット１０の３次元的位置ならびに計測時点の削孔方向を把握し、所定の線形を維持しているか、または削孔方向の修正が必要か判断し、修正削孔を行う自在ボーリングが出来る。

図１において、削孔用ビット１０の内部には、削孔用ビット１０の先端近傍には削孔水流路１Ｄの開口部１ＤＡが設けられ、削孔水流路１Ｄは削孔用ビット１０の先端近傍と地上側を連通している。削孔水流路１Ｄには逆止弁（図示せず）が介装されている。
図示の実施形態に係る削孔用ビット１０では、岩盤やコンクリート等の非常に硬い領域または物体が削孔の対象であり、高圧の削孔水を噴射して非常に硬い領域または物体を削孔するのではなく、削孔用チップによる切削により削孔し、削孔水は排泥促進やビットの冷却のため吐出される。そのため、削孔水の吐出圧は比較的低い圧力である。
削孔水流路１Ｄの開口部１ＤＡは、掘削した排泥により削孔水が閉塞しないような位置に設けられている。図示の実施形態では、開口部１ＤＡは、削孔用ビット１０の外周面であって、最も切羽側（図１では左側）に位置している削孔用チップ２Ｄよりもボーリングマシン側（図１では右側）の背面に設けられている。
上述した様に、図示の実施形態に係る削孔用ビット１０は、非常に硬い領域または物体（例えば、岩盤、コンクリート）や礫混じりの地盤の削孔に利用可能である。

次に、図３～図５を参照して、図１、図２の削孔用ビット１０による全断面掘削（修正削孔などでない回転を伴う全面削孔）について説明する。
図３で示す全断面掘削の際には、矢印Ｒ方向に削孔用ビット１０を回転しつつ、矢印Ｔ方向に削孔用ビット１０を移動する。
削孔用ビット１０に回転Ｒを付与して矢印Ｔ方向に進行させることにより、フラットフェース部１Ａ（切羽側に突出した領域）に植え込まれた削孔用チップ２Ａ、２Ｂで礫層、岩盤、コンクリート、鋼板等の非常に硬い領域または物体の掘削、削孔を行う。
ここで、フラットフェース部１Ａは、全断面に比較して遥かに小さい（１／３～１／５程度）ので、フラットフェース部１Ａにおける削孔用チップ２Ａ、２Ｂに作用する面圧は、従来技術に係るビットの削孔用チップに作用する面圧に比較して、遥かに高圧である。そのため、非常に硬い領域または物体（例えば、岩盤、コンクリート）であっても、当該削孔用チップ２Ａ、２Ｂにより、効率的に削孔することが出来る。
図示の実施形態において、フラットフェース部１Ａは、スラントフェース部１Ｂより切羽側に形成されていることにより、回転切削において削孔断面のうち外周部が先行して切削され、残った中心部は逆芯抜き効果によってスラントフェース部１Ｂで容易に切削される削孔機能を有している。
ここで、地盤削孔における芯抜き効果とは、硬岩などで断面円形に削孔する場合、円形を全断面同時に削孔するよりも、先行して中心部を削孔してくり抜き、この部分を圧力解放し、削孔した中心部の周辺を緩ませて、この周辺部を後行で削孔すれば効率よく円形削孔できるという効果である。逆芯抜き効果は、芯抜き効果とは逆で、円形削孔の周辺部を先行削孔し、後行にて中心部を緩ませて効率よく円形削孔を行うことが出来る効果である。
前記のように逆芯抜き効果により、フラットフェース部１Ａでの掘削により応力が解放され、残された芯部分である領域Ｕは緩みが生じ掘削されやすい状態となる。加えて、削孔軸方向に先行するフラットフェース部１Ａにおける掘削では、フラットフェース部１Ａに配置された削孔用ビット１０が回転高速振動装置により発生した回転トルク、スラスト力を受けて、高速振動とともに削孔用ビット１０が切羽側へ楔または刃のように作用し、残された芯部分である領域Ｕの根元の部分を破壊していくことにより削孔が進むと同時に、残された芯部分である領域Ｕも後方で破砕されて細かくなり、全断面が効率よく掘削、削孔される。

従来技術における全面削孔においては、断面全体に均一に削孔用チップを配置した削孔用ビットを回転させて、掘削面全体で地盤を掘削する。その際、掘削された地盤の土塊がアニュラス部を通過可能な程度まで細かくする必要があり、削孔時間が長時間必要であった。
それに対して、図１、図２で示す削孔用ビット１０を用いて掘削した場合、削孔用ビット１０のフラットフェース部１Ａ（に植え込まれた削孔用チップ２Ａ、２Ｂ）で削孔された硬い地盤が比較的大きな塊となっても、当該大きな塊は削孔用ビット１０のスラントフェース部１Ｂにより破砕されて細かくなり、さらに、（削孔用ビット１０により削孔された）削孔内壁面Ｈに押し付けられて（擦り付けられて）破砕されて、微細化される。そのため、アニュラス部を容易に通過することが出来る。
すなわち、スラントフェース部１Ｂは、削孔軸に対して３０～６０度の略斜平面を成し、その略平面にチップ２Ｃが配置され、この面にも回転高速振動装置により高速振動がかかるため、フラットフェース部１Ａで掘削された切削ズリが傾斜面に沿って削孔軸後方に流れるときにチップ２Ｃで破砕、微細化されて、円滑にアニュラス部３に排出され、切削ズリの円滑排出機能が発揮できる。
図３において、切削ズリ（削孔された硬い地盤）が微細化される状態が、矢印Ｓ１で示されている。そして、微細化されてアニュラス部を円滑に流過する切削ズリの流れが、矢印を図３の矢印Ｓ２で示されている。

ここで、スラントフェース部１Ｂにおける削孔用チップ２Ｃは、上述した比較的大きな切削ズリ（硬い地盤の土塊）をスラントフェース部１Ｂで破砕し、さらにスラントフェース部１Ｂと削孔内壁面Ｈとに挟みつけられてすり潰される際に、スラントフェース部１Ｂの摩耗を防止する作用を奏する。
なお、削孔用チップ２Ｃに代えて硬装肉盛にしても良く、或いは微小チップを植え込んでも良い。
また、削孔用ビット１０（ビット本体１）の外側面に植え込まれた削孔用チップ２Ｄは、全面削孔の際に、削孔内壁を掘削して切削ズリの後述するアニュラス部３を形成する機能を有している。

スラントフェース部１Ｂにより破砕され、削孔内壁面Ｈに押し付けられて（擦り付けられて）破砕され、微細化された切削ズリは、削孔用ビット１０の外側面と（削孔用ビット１０により削孔された）削孔内壁面Ｈの間に形成されたアニュラス部３を良好に流過して（矢印Ｓ２）、地上側に排出される。
削孔用ビット１０のフラットフェース部１Ａ（に植え込まれた削孔用チップ２Ａ、２Ｂ）で削孔する場合に、削孔された硬い地盤が微細化するまで削孔用チップ２Ａ、２Ｂにより削孔する必要が無く、削孔用チップ２Ａ、２Ｂで削孔された硬い地盤が比較的大きな塊であってもスラントフェース部１Ｂにより確実に微細化されて、アニュラス部３を良好に流過することが出来る。
そのため図３において、削孔用ビット１０で全面削孔を行う場合には、排泥が効率的に行われ、削孔速度が向上する。

それに加えて、振動掘削により地上側に設けられた図示しない振動源で振動を付加することにより、掘削された岩盤、コンクリート等（切削ズリ）を微細化し、排泥を効率的に行うことが出来る。
なお、削孔用ビット１０に付加される振動の方向については、特に限定条件はなく、振動方向の図示は省略する。
発明者による実験では、従来技術に係る削孔用ビットを用いて振動掘削を行う場合に比較して、図１、図２で示す削孔用ビット１０を用いた振動掘削では、掘削速度が２～３倍速くなることが確認されている。

図３で示す様に、図示の実施形態に係る削孔用ビット１０による全面削孔では、フラットフェース部１Ａに植え込まれた削孔用チップ（２Ａ、２Ｂ）で硬い地盤を削孔するため、削孔用ビット１０の回転軸Ｌ周辺に掘削できない未削孔領域（逆芯抜き状態）が切羽近傍では発生してしまう。その様な未削孔領域は、図４、図５では、ハッチングを付して符号Ｕで示されている。
削孔が進行すると、及び／又は、振動が付加されることにより、未削孔領域Ｕの硬い地盤（例えば岩盤等）は、前記の逆芯抜き効果によりスラントフェース部１Ｂによって容易に掘削が可能となる。
掘削された未削孔領域Ｕの硬い地盤の塊は、上述した通り削孔用ビット１０のスラントフェース部１Ｂにより破砕され、且つ、削孔内壁面Ｈに押し付けられて微細化される。そのため、未削孔領域Ｕが崩れ落ちた硬い地盤の塊も、図３の全面削孔の切削ズリと同様に、アニュラス部３を良好に流過して、地上側に排出される。

図６は、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔（いわゆる「曲がりボーリング」或いは「自在ボーリング」）における曲線削孔を行う場合、削孔経路の修正削孔を行う場合について示している。
その様な削孔を行う場合には、図１～図５で示す場合とは異なり、回転Ｒ（図３参照）を付加することなく（削孔用ビット１０を回転せずに）、振動を付加しつつ、矢印Ｔで示す方向に推進させる。
振動を付加することにより、削孔用ビット１０を回転しなくとも、硬い地盤Ｇに対して削孔用ビット１０が侵入し易い（いわゆる「入りが良い」状態）になる。

ここで、矢印Ｔ方向に削孔用ビット１０を進行させると、削孔用ビット１０のスラントフェース部１Ｂは抵抗となり、地盤Ｇの切羽面Ｑ（図６において、実線で示す削孔用ビット１０が僅かに進行した状態における切羽面）から斜面（スラントフェース部１Ｂ）に対する垂直方向の反力Ｆを受ける。そのため、削孔用ビット１０は硬い地盤中を矢印Ｔの方向に進行し続けることはなく、斜面（スラントフェース部１Ｂ）の反対側の方向に力が働き、削孔軸直角方向にその分力が働くため、削孔方向の向きを変えて、図６の矢印ＡＴ方向に進行する。
削孔用ビット１０の位置と体勢（向き）を変更して曲線削孔または修正削孔する際には、図示しない中空部分（図１、図２参照）内に挿入されている図示しない計測機器（例えば三次元ジャイロ計測装置：削孔方向と削孔距離を計測する機能を有する機器）により、削孔用ビット１０の位置と体勢（向き）を計測すれば良い。

その後、図示しない機器により計測された実際の削孔経路と、予定された削孔経路を比較して、両者が相違している場合（或いは曲線削孔するべき場合）には、削孔用ビット１０の削孔経路を予定の削孔経路と一致させるべく、削孔用ビット１０の斜面（スラントフェース部１Ｂ）の円周方向位置、或いは図６における矢印ＡＴ方向を、所望する状態に調整する。そして、削孔用ビット１０を回転せずに、振動を付加しつつ、矢印ＡＴで示す方向に適宜距離を進行させれば、削孔用ビット１０の進行方向は曲がり、所望の曲線削孔または修正削孔が行われる。
すなわち、削孔経路修正時に削孔用ビット１０の進行する方向を正確に制御することにより、削孔用ビット１０の削孔方向を予定された曲線削孔の実施または削孔経路の修正を行うことが可能となる。

図示の実施形態の削孔用ビット１０によれば、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔において好適に適用することが出来る。すなわち、削孔速度を速くすることが可能となり、且つ、急曲線を含む曲線削孔または削孔経路を容易に修正或いは変更することが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、図示の実施形態では、可撓性を有する細径のボーリングロッドを用いた削孔（いわゆる「曲がりボーリング」或いは「自在ボーリング」）について、本発明の削孔用ビットを適用する場合について述べたが、その他の削孔工法についても、本発明は適用可能である。また、機械加工（穿孔加工）についても本発明の削孔用ビットを用いることが可能である。
さらに、図示の実施形態では水平方向の削孔で示されているが、本発明の削孔用ビットは、３次元的な自在ボーリングであり、垂直方向や斜め方向の削孔の方向を限定するものでなく、曲線削孔でなく単直線削孔の削孔に用いても良い。

１・・・ビット本体
１Ａ・・・フラットフェース部
１Ｂ・・・スラントフェース部
１Ｃ・・・中空部分
１Ｄ・・・削孔水流路
１ＤＡ・・・削孔水流路の開口部
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ・・・削孔用チップ
３・・・アニュラス部
１０・・・削孔用ビット
Ｒ・・・削孔用ビットの回転方向
Ｔ・・・削孔用ビットの推進方向
ＡＴ・・・削孔用ビットの修正方向

Claims (5)

1. 回転高速振動式削孔に用いられる削孔用ビットにおいて、
   削孔断面のうち外周領域の一部領域が切羽側に平面で突出したフラットフェース部を構成し、
   前記削孔断面の他の領域は、前記フラットフェース部から離れるほどボーリングマシン側に向かう傾斜平面を構成しているスラントフェース部であり、
   前記フラットフェース部を構成する平面には、同一円周上に等間隔で削孔方向に向かう複数の削孔用チップが配置されており、平面の半径方向外方には削孔方向に対して斜め外方に向かう複数の削孔用チップが配置されており、
   前記スラントフェース部を構成する傾斜平面に垂直な方向に向かう複数の削孔用チップが配置されており、当該削孔用チップはスラントフェース部の外周領域に配置されており、
   削孔用ビットの本体の側面には複数の削孔用チップが削孔断面と垂直な方向に向かう様に配置されており、当該複数の削孔用チップは削孔用ビット本体の円周方向へ等間隔に複数列に配置されており、
   削孔用ビットの内側には削孔軸方向に延在する中空部分が形成されており、当該中空部分の切羽側開口部を閉鎖する閉鎖用部材が設けられており、当該中空部分は削孔方向と削孔距離を計測する機能を有する機器が挿入可能であり、当該機器を挿入することにより削孔用ビットの位置と体勢を計測し、削孔経路を修正する場合には削孔用ビットを回転せずに振動を付加しつつ進行させ、スラントフェース部を抵抗とせしめて地盤の切羽面からスラントフェース部に対する垂直方向の反力を受け、スラントフェース部の反対側の方向に力を働かせる機能を発揮させて、削孔方向の向きを変える機能を有し、
   切羽側先端近傍には、排泥促進及びビットの冷却のため吐出される削孔水用の流路の開口部が設けられ、当該開口部は本体側面に設けられた削孔用チップの最も切羽側に位置している削孔用チップのボーリングマシン側の背面に設けられていることを特徴とする削孔用ビット。
2. 当該フラットフェース部は、スラントフェース部より切羽側に形成されていることにより、回転切削において削孔断面のうち外周部が先行して切削され、残った中心部は逆芯抜き効果によって当該スラントフェース部で容易に切削される削孔機能を有する請求項１の削孔用ビット。
3. 当該スラントフェース部は、これより切羽側に位置する当該フラットフェース部より後方に斜面を形成することにより、当該フラットフェース部の切削ズリを後方に送り、ボーリングロッドのアニュラス部へ誘導し、切削ズリの円滑排出機能を有する請求項１、２の何れかの削孔用ビット。
4. 当該フラットフェース部は、当該削孔用ビットの全投影断面積の１／３～１／５を占める請求項１～３の何れか１項の削孔用ビット。
5. 当該スラントフェース部は、削孔軸に対して３０～６０度で傾斜した略平面である請求項１～４の何れか１項の削孔用ビット。
   

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