岩盤用ドリルヘッド
【課題】岩盤層に削孔をする場合において、切削ビットで切削して出た切削土を円滑に排出して、削孔効率を向上する。
【解決手段】回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッド１であって、軸心が回転中心２ｃとなるヘッドシャフト２と、該ヘッドシャフト２の外周面に配置され、前記回転中心２ｃから外方向に放射状にのびて先端の切削面１１に複数の切削ビット２０を備えた４枚の切削翼１０を有し、これら切削翼１０が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、切削翼１０の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された岩盤用ドリルヘッド１。
【解決手段】回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッド１であって、軸心が回転中心２ｃとなるヘッドシャフト２と、該ヘッドシャフト２の外周面に配置され、前記回転中心２ｃから外方向に放射状にのびて先端の切削面１１に複数の切削ビット２０を備えた４枚の切削翼１０を有し、これら切削翼１０が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、切削翼１０の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された岩盤用ドリルヘッド１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転して地盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドであって、さらに詳しくは、岩盤層に削孔するための岩盤用ドリルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば杭等を造成するために、回転して地盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドについて、従来から多く提案されている。
例えば、下記特許文献１の掘削機用オーガヘッドもその１つである。
【０００３】
前記掘削機用オーガヘッドは、リーダを有する杭打ち機に備えたスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドであり、３枚のスクリュードリル翼の下端の切削面が回転方向に等間隔で底面視Ｙ字状に配置されている。
【０００４】
そして、各スクリュードリル翼の下端の切削面に切削ビットを装着し、さらに詳しくは、切削ビットの配置が底面渦巻き状となるように配置されている。
このように構成されたドリルヘッドを地盤に押し付けて回転することで削孔することができ、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットを底面視渦巻き状となるように配置しているため、削孔断面の略全面を切削ビットで切削して削孔することができるとされている。
【０００５】
しかし、前記掘削機用オーガヘッドは、３枚のスクリュードリル翼がスクリュードリルに連続するため、切削ビットで切削した切削土がとの間での接触抵抗により、特にドロドロになった切削土は円滑に排土されず、スクリュードリルの先端付近で排出されない切削土によって閉塞気味な状態となり、削孔速度が低下するといった問題があった。
【０００６】
また、各スクリュードリル翼の切削面に配置した切削ビットは、切削する岩盤に圧力を集中する必要があるため、各スクリュードリル翼の切削面において適宜の間隔を隔てて配置する必要がある。しかし、スクリュードリルに付加された圧力を３枚のスクリュードリル翼に配置された切削ビットで受けるため、各切削ビットにかかる圧力が高く、耐久性が低くなるといった問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−５８０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明では、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤に切削した切削土を円滑に排土できるような、削孔効率の高い岩盤用ドリルヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この本発明は、回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッドであって、軸心が回転中心となるヘッドシャフトと、該ヘッドシャフトの外周面に配置され、前記回転中心から外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数の切削ビットを備えた４枚の切削翼を有し、これら切削翼が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、切削翼の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された岩盤用ドリルヘッドである。
【００１０】
岩盤とは、自然に生成された大量の岩石集合体、または岩石が分布している岩盤層のことである。詳しくは、マグマが冷え固まったり、火山活動で他の岩石などと混ざって固まったりした火成岩、水底や陸上に堆積したものが固結した堆積岩、熱や圧力をうけて構成鉱物や内部構造が変化した変成岩で構成される地層である。
【００１１】
前記平面視十字状をなす４枚の切削翼は、１枚ずつ独立して形成した４枚の切削翼を平面視十字状に配置した切削翼や、２枚の切削翼を交差させて組み合わせ、あたかも４枚の切削翼を平面視十字状に配置したように見える切削翼であってもよい。
【００１２】
前記切削翼の高さ方向長さは切削翼の上面から下端までの高さとし、切削翼の下端は、切削翼におけるヘッドシャフトの外周面位置の下部分や、切削翼の最下端位置である回転中心部分とすることができる。
前記切削翼の径方向長さは、ヘッドシャフトの外周面から切削翼最外側部までの長さや、回転中心部分から切削翼最外側部までの長さとすることができる。
なお、径方向とは、平面視十字状をなすドリルヘッドが回転して削孔する際の円形の径方向であり、回転中心からの放射方向であることをいう。
【００１３】
本発明の構成により、岩盤を削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤を切削し、切削ビットで切削した切削土を円滑に排土することができる。
詳しくは、４枚の切削翼を平面視十文字状に配設するように回転方向に等間隔で配置したことにより、スクリュードリルの削孔圧力を４枚の切削翼で略均等に分散できる。したがって、削孔圧力が偏ったり、削孔方向が偏心したりすることなく安定して削孔することができる。
【００１４】
また、４枚の切削翼を備えているため、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔することができる。詳しくは、上述したように、スクリュードリルの削孔圧力は各切削翼に略均等に分散される。
【００１５】
そのとき、例えば、３枚の切削翼を備えたドリルヘッドの場合、各切削翼が分担する削孔圧力は大きくなり、岩盤に付与する削孔圧力が大きく、削孔効率は向上する。しかし、各切削翼及び切削ビットにかかる負荷が大きく、耐久性が低下する。
【００１６】
これに対し、例えば、５枚の切削翼を備えたドリルヘッドの場合、各切削翼が分担する削孔圧力は小さくなるため、各切削翼及び切削ビットにかかる負荷が小さくなり、耐久性が向上する。しかし、岩盤に付与する削孔圧力も小さくなり、削孔効率は低減する。
【００１７】
そこで、ドリルヘッドに４枚の切削翼を備えたことにより、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔するとともに、各切削翼にかかる削孔圧力による負荷も低減でき、削孔効率と耐久性を両立することができる。
【００１８】
さらにまた、４枚の切削翼を平面視十文字状をなすように放射状に等間隔で配置したことにより、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼に引っかからず排出することができる。
【００１９】
例えば、切削翼及び切削ビットの耐久性向上を図り、切削翼の枚数を増やすと、隣り合う切削翼の間隔が狭くなり、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合に切削翼に引っ掛かって排出できないおそれがある。
【００２０】
逆に、切削によって割れた岩盤や礫の切削翼への引っ掛かりを防止すべく、切削翼の枚数を低減すると、一枚あたりの切削翼が分担する削孔圧力が増加し、切削する岩盤に付与される圧力が高まり、大きな塊状で割れて切削翼に引っ掛かる。
【００２１】
このように、４枚の切削翼を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、割れた岩盤の塊が大きくなりすぎず、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼に引っかからず排出することができ、効率のよい削孔を実現することができる。
【００２２】
また、前記切削翼を高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成したことにより、高さ方向長さが径方向長さより長い切削翼と比べて排土時の抵抗が低くなり、この結果、切削土を円滑に排土することができる。
【００２３】
詳しくは、切削翼の回転により、切削土は切削翼を越えて上方移動してスクリュードリルで搬送されて、地上に排出される。このとき、高さ方向長さが径方向長さより長い切削翼の場合、切削土が切削翼を越えて上方移動しにくいため、スクリュードリルで排出されない。つまり、切削速度より排土速度が遅く、切削速度と排土速度とのバランスが悪い場合、切削土が切削箇所にたまって閉塞気味な状態となり、削孔効率が悪くなる。
【００２４】
これに対し、前記切削翼を高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成すると、切削土は容易に切削翼を越えて上方移動してスクリュードリルで排出されるため、切削土が切削箇所にたまることなく、切削速度と排土速度とのバランスを保つことができ、削孔効率を向上させることができる。
【００２５】
前記切削翼については、その先端の切削面を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成するとよい。上昇する傾斜面とは、先端と反対側の切削方向後方に向けて傾斜することの意味である。
外方向ほど徐々に上昇する前記傾斜面は、中心側から外方向に向かって傾斜する平面や曲面とすることができる。
【００２６】
これにより、当該傾斜面で構成する切削面に配置した切削ビットにかかる負荷を均一化し、切削ビットの耐久性を向上することができる。
詳しくは、通常、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビットは、回転中心からの距離が遠いほど回転移動距離が長くなり、切削負荷が高く、耐久性が低いとされている。
【００２７】
そこで、スクリュードリルから付与され、切削対象である岩盤に切削圧力を付加する切削ビットを、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面に配置したことにより、径方向に配置された切削ビットにおいて、回転中心からの距離に応じて切削ビットにかかる切削圧力を低減することができる。
【００２８】
したがって、外側に比べて回転移動距離が少なく、移動距離による切削負荷の少ない中心側の切削ビットが切削圧力を多く負担し、回転移動距離が多く、移動距離による切削負荷の大きい径外側の切削ビットが負担する切削圧力を低減することで、径方向に配置した切削ビットの負担を均一化することができる。よって、各切削翼において径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビットの全体の耐久性を向上することができる。
【００２９】
また、前記切削ビットについては、前記切削翼における切削面に配置した切削ビットを、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置するとよい。
【００３０】
より好ましくは、前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられるよい。
【００３１】
前記４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼は、例えば、各切削翼が底面視上下左右なるように配置した場合において、上側切削翼あるいは下側切削翼に対する左側切削翼あるいは右側切削翼であり、また左側切削翼あるいは右側切削翼に対する上側切削翼あるいは下側切削翼のことをいう。
【００３２】
前記４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットの径方向位置をずらして配置するは、例えば、各切削翼が底面視上下左右なるように配置した場合において、４枚の切削翼における切削ビットの径方向位置を全てずらした配置や、上側切削翼及び下側切削翼並びに左側切削翼及び右側切削翼における切削ビットを同じ位置で配置、上側切削翼及び下側切削翼における切削ビットの径方向位置と左側切削翼及び右側切削翼における切削ビットの径方向位置とをずらした配置とすることができる。
【００３３】
これにより、切削対象である岩盤に対して切削圧力を適度に付加できるように、所定の間隔を隔てて配置しながら、削孔断面に対する切削面積の割合を向上させ、削孔効率を向上させることができる。
詳しくは、各切削翼の切削面において切削ビットを径方向の位置を近づけて配置すると、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力が低下し、切削効率が低下する。
【００３４】
これに対し、切削ビットの径方向の位置を所定の間隔で隔てて配置することで、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力があがる。しかし、所定の間隔で隔てて切削ビットを配置すると、削孔断面に対する切削面積の割合が減少し、削孔効率を向上することができない。
【００３５】
そこで、４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置することによって、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力を向上させるとともに、削孔断面に対する切削面積の割合を増加させ、削孔効率を向上させることができる。
【００３６】
また、前記切削翼については、その高さ方向長さに対する前記径方向長さの比を示す縦横比を１．２以上で構成することができる。
この構成により、切削土をより円滑に排土して削孔効率を向上することができる。
【００３７】
さらに、前記ヘッドシャフトの外周に、中心が前記回転中心と一致する円筒状をなす推進ガイド部材が設けられた岩盤用ドリルヘッドであってもよい。この場合には、前記推進ガイド部材が、前記切削翼の外周位置に切削翼と一体に設けられるのが好ましい。
【００３８】
推進ガイド部材が、削孔時の前記回転中心のぶれを防止し、安定した削孔を実現する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤を切削したときに出る切削土を円滑に排土して、削孔効率の高い岩盤用ドリルヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】岩盤用ドリルヘッドの斜視図。
【図２】岩盤用ドリルヘッドについての正面図及び側面図による説明図。
【図３】岩盤用ドリルヘッドの切削領域についての説明図。
【図４】他の例に係る岩盤用ドリルヘッドの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は岩盤用ドリルヘッド１の斜視図を示し、図２は岩盤用ドリルヘッド１についての正面図及び側面図による説明図を示し、図３は岩盤用ドリルヘッド１の切削領域についての説明図を示している。
【００４２】
詳しくは、図２（ａ）は岩盤用ドリルヘッド１の正面図を示し、図２（ｂ）は岩盤用ドリルヘッド１の左側面図を示している。
図３（ａ）は正面切削翼１０ａによる切削領域１００ａについて底面図によって示し、図３（ｂ）は右切削翼１０ｂによる切削領域１００ｂについて底面図によって示している。
【００４３】
図３（ｃ）は背面切削翼１０ｃによる切削領域１００ｃについて底面図によって示し、図３（ｄ）は左切削翼１０ｄによる切削領域１００ｄについて底面図によって示している。
さらに、図３（ｅ）では、すべての切削翼１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）による切削領域１００について拡大底面図によって示している。
【００４４】
なお、本実施例の説明において、便宜上、４枚の切削翼１０を正面切削翼１０ａ，右切削翼１０ｂ，背面切削翼１０ｃ及び左切削翼１０ｄに設定するとともに、各切削翼１０に装着した切削ビット２０を正面切削ビット２１，右切削ビット２２，背面切削ビット２３及び左切削ビット２４に設定しているが、どれが正面、背面、右及び左であってもよい。
【００４５】
岩盤用ドリルヘッド１は、図示しない杭打ち機に備えたスクリュードリルの先端に脱着可能に装着されるドリルヘッドであり、特に、岩盤削孔用のドリルヘッドである。
岩盤用ドリルヘッド１は、図１、図２、図３に示したように、図示省略する脱着手段によって、スクリュードリルに取り付けられるヘッドシャフト２と、ヘッドシャフト２の外周面２ａにおいて、放射方向に等間隔で配置した４枚の切削翼１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）と、各切削翼１０の下面で構成する切削面１１に、適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０（２１，２２，２３，２４）とで構成している。
【００４６】
詳しくは、適宜の径の円柱状をなすヘッドシャフト２の下方の外周面２ａに、平面視十字状となる配置で４枚の切削翼１０を備えるとともに、４枚の切削翼１０が交差する下端を回転中心２ｃとしている。ヘッドシャフト２の下端部（先端部）２ｂは、丸く尖った形状をなし、軸心が前記回転中心２ｃとなるものである。すなわち、その尖った先端が、前記回転中心２ｃとなる
なお、図示省略するが、回転中心２ｃには、岩盤を切削する際のベントナイト液等の削孔液を噴出させる削孔液噴出口を備えている。
【００４７】
各切削翼１０は、略水平な上面１３と、略垂直な外側面１２と、外方向ほど削孔方向後方に上昇する傾斜面で形成した前記切削面１１とで構成する側面視略台形状に形成している。
【００４８】
また、図２に示すように、切削翼１０は、ヘッドシャフト２の外周面２ａ、詳しくは先端の前記下端部２ｂを除く部分から外側面１２までの径方向長さＷ、すなわち上面１３の長さが、回転中心２ｃから上面１３までの高さ方向長さＨより長い低背切削翼で構成している。詳しくは、切削翼１０は、前記高さ方向長さＨに対する前記径方向長さＷの比を示す縦横比Ｗ／Ｈを１．２以上で構成している。
【００４９】
また、上述したように、切削面１１には、適宜の間隔を隔てて、超硬チップで構成した切削ビット２０を配置している。なお、各切削翼１０に装着した切削ビット２０（２１，２２，２３，２４）の配置は、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして設定している。
【００５０】
詳しくは、正面切削翼１０ａには適宜の間隔を隔てて３つの正面切削ビット２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）を配置し、右切削翼１０ｂには適宜の間隔を隔てて３つの右切削ビット２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を配置している。
【００５１】
背面切削翼１０ｃには適宜の間隔を隔てて４つの背面切削ビット２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）を配置し、左切削翼１０ｄには適宜の間隔を隔てて４つの左切削ビット２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ）を配置している。
【００５２】
各切削翼１０の切削面１１に装着した切削ビット２０は、隣り合う切削翼１０における切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置されている、すなわち、各切削ビット２０は同心円上に配置されていない。
【００５３】
換言すれば、前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられている。
【００５４】
切削翼１０に装着した切削ビット２０を回転中心２ｃからの距離Ｌが近い順位に並べると、左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ａ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ａ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ａ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ａ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｂ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｂ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ｂ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ｂ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｃ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｃ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ｃ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ｃ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｄ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｄとなり、これらは全て回転中心２ｃからの距離Ｌが異なっている。
【００５５】
なお、隣り合う切削翼１０の切削ビット２０同士の間隔ｐを切削ビット２０の幅ｂよりわずかに大きく設定しており、同じ切削翼１０における切削ビット２０同士の間隔ｐは切削ビット２０の幅ｂの４倍より大きくなる。
【００５６】
このように構成された岩盤用ドリルヘッド１を削孔対象である岩盤に押し当てて、図示省略するスクリュードリルを介したオーガの回転によって、切削ビット２０で岩盤を切削領域１００で切削して、削孔することができる。
【００５７】
詳しくは、正面切削ビット２１で切削領域１００ａを切削し、右切削ビット２２で切削領域１００ｂを切削し、背面切削ビット２３で切削領域１００ｃを切削し、左切削ビット２４で切削領域１００ｄを切削するため、４枚の切削翼１０が一回転することで切削領域１００を切削することができる。
【００５８】
このように、前記回転中心２ｃから外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数のビットを備えた４枚の切削翼１０を岩盤に押し付けて回転させることにより、切削ビット２０が岩盤を切削し、切削ビット２０で切削した切削土を円滑に排土することができる。
【００５９】
前記効果について詳述すると、４枚の切削翼１０を平面視十文字状をなすように回転方向に等間隔で配置したことにより、スクリュードリルの削孔圧力を４枚の切削翼１０で略均等に分散できる。したがって、削孔圧力が偏ったり、削孔方向が偏心したりすることなく安定して削孔することができる。
【００６０】
また、４枚の切削翼１０を備えているため、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔することができる。詳しくは、上述したように、スクリュードリルの削孔圧力は各切削翼１０に略均等に分散される。
【００６１】
そのとき、例えば、３枚の切削翼１０を備えたドリルヘッドを想定すると、各切削翼１０が分担する削孔圧力は４枚の場合に比して大きくなり、岩盤に付与する削孔圧力が大きく、削孔効率は向上する。しかし、切削翼の枚数が少ないぶん、各切削翼１０及び切削ビット２０にかかる負荷が大きく、耐久性が低下する。
【００６２】
これに対し、例えば、５枚の切削翼１０を備えたドリルヘッドを想定すると、各切削翼１０が分担する削孔圧力は４枚の場合に比して小さくなるため、各切削翼１０及び切削ビット２０にかかる負荷が小さくなり、耐久性が向上する。しかし、切削翼の枚数が多いぶん、岩盤に付与する削孔圧力も小さくなり、削孔効率は低減する。
【００６３】
このように、岩盤用ドリルヘッド１に外周面２ａに等間隔で４枚の切削翼１０を備えたことにより、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔するとともに、各切削翼１０にかかる削孔圧力による負荷も低減でき、削孔効率と耐久性を両立することができる。
【００６４】
さらにまた、４枚の切削翼１０を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼１０に引っかからず排出することができる。
【００６５】
例えば、切削翼１０及び切削ビット２０の耐久性向上を図るべく、切削翼１０の枚数を５枚や６枚に増やすと、隣り合う切削翼１０の間隔が狭くなり、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合に切削翼１０に引っ掛かって排出できない。
【００６６】
逆に、切削によって割れた岩盤や礫の切削翼１０への引っ掛かりを防止すべく、切削翼１０の枚数を３枚や２枚に低減すると、一枚あたりの切削翼１０が分担する削孔圧力が増加し、切削する岩盤に付与される圧力が高まり、大きな塊状で割れて切削翼１０に引っ掛かる。
【００６７】
このように、４枚の切削翼１０を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、割れた岩盤を塊形状が大きくなりすぎず、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼１０に引っかからず排出することができ、効率のよい削孔を実現することができる。
【００６８】
また、切削翼１０の切削面１１を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成しているため、当該傾斜面で構成する切削面１１に配置した切削ビット２０にかかる負荷を均一化し、切削ビット２０の耐久性を向上することができる。
【００６９】
詳しくは、通常、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０は、回転中心２ｃからの距離Ｌが遠いほど回転移動距離が長くなり、切削負荷が高くなって耐久性が低い。
【００７０】
そこで、スクリュードリルから付与され、切削対象である岩盤に切削圧力を付加する切削ビット２０を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成した切削面１１に配置したことにより、径方向に配置された切削ビット２０において、回転中心２ｃからの距離Ｌに応じて切削ビット２０にかかる切削圧力を低減している。
【００７１】
したがって、径外側に比べて回転移動距離が少なく、移動距離による切削負荷の少ない中心側の切削ビット２０が切削圧力を多く負担し、回転移動距離が多く、移動距離による切削負荷の大きい径外側の切削ビット２０が負担する切削圧力を低減することで、径方向に配置した切削ビット２０の負担を均一化することができる。よって、各切削翼１０において径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０の全体の耐久性を向上することができる。
【００７２】
また、前記切削翼１０における切削面１１に配置した切削ビット２０を、平面視十字状に配置された４枚の切削翼１０のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置しているため、切削対象である岩盤に対して切削圧力を適度に付加できるように、所定の間隔ｐを隔てて配置しながら、削孔断面に対する切削面積の割合を向上させ、削孔効率を向上している。
【００７３】
詳しくは、各切削翼１０の切削面１１において切削ビット２０を径方向の位置を近づけて配置すると、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力が低下し、切削効率が低下する。
【００７４】
これに対し、切削ビット２０の径方向の位置を所定の間隔で隔てて配置することで、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力が増加する。しかし、所定の間隔で隔てて切削ビット２０を配置したことで、削孔断面に対する切削面積の割合が減少し、削孔効率を向上することができない。
【００７５】
そこで、４枚の切削翼１０のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置することによって、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力を向上するとともに、図３（ｅ）に示すように、削孔断面のほぼ全断面を切削領域１００としているため、削孔効率を向上することができる。
【００７６】
また、切削翼１０を、高さ方向長さＨより径方向長さＷが長く、高さ方向長さＨに対する径方向長さＷの比を示す縦横比Ｗ／Ｈを１．２以上で構成しているため、切削土をより円滑に排土することができる。
【００７７】
詳しくは、切削翼１０の回転により、切削土が切削翼１０を越えて上方移動してスクリュードリルで搬送されて、地上に排出される。このとき、高さ方向長さＨが径方向長さＷより長い切削翼１０の場合、切削土が切削翼１０を越えて上方移動できないため、スクリュードリルで排出されない。このように、切削速度より排土速度が遅く、切削速度と排土速度とのバランスが悪い場合、切削土が切削箇所にたまって閉塞気味な状態となり、削孔効率が悪くなる。
【００７８】
これに対し、前記切削翼１０を高さ方向長さＨが径方向長さＷより短い低背切削翼で構成したことにより、切削土が切削翼１０を越えて上方移動してスクリュードリルで排出されるため、切削土が切削箇所にたまることなく、切削速度と排土速度とのバランスを保つことができ削孔効率が向上する。したがって、効率のよい削孔を実現することができる。
【００７９】
次に、前記効果を確認すべく切削翼１０の装着枚数についての効果確認試験を行った結果について説明する。
効果確認試験では、下記表１に示すように、岩盤用ドリルヘッド１における切削翼１０の枚数をパラメータとして、同条件で削孔した際の結果を比較した。
【００８０】
なお、切削翼１０の枚数は、２枚、３枚、４枚、５枚及び６枚の切削翼１０を備えた岩盤用ドリルヘッド１についての削孔状況により判断するが、それぞれは回転方向に均等に配置されている。
【００８１】
【表１】
このような効果確認試験の結果、前記表１に示すように、切削速度（つまり、切削効率）と、大きな塊の排出と、切削翼１０や切削面１１の耐久性を判断した結果、切削翼１０の装着枚数を４枚に設定することで、切削速度と、大きな塊の排出と、切削翼１０や切削面１１の耐久性のバランスがよく、円滑に切削できることが確認できた。
【００８２】
続いて、切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈについての効果確認試験を行った結果について説明する。
効果確認試験は、下記表２に示すように、岩盤用ドリルヘッド１における切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈをパラメータとして、同条件で削孔した際の結果を比較した。
なお、切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈは、０．８、１．０、１．２及び１．４の４種類の切削翼１０についての削孔状況により判断した。
【００８３】
【表２】
このような効果確認試験の結果、前記表２に示すように、高さ方向長さＨが径方向長さＷより長い（縦横比Ｗ／Ｈ＝０．８）、切削ビット２０による切削量に対して切削土の排出が少なく、岩盤用ドリルヘッド１部分における排出不足により閉塞状態になりやすい。高さ方向長さＨと径方向長さＷとが同じ場合、切削ビット２０による切削量と切削土の排出量とが同程度となる。したがって、粘性が高い等のその他の要因が絡むと岩盤用ドリルヘッド１部分での排出不足による閉塞状態になりやすい。
【００８４】
これに対して、径方向長さＷが高さ方向長さＨより長い（縦横比Ｗ／Ｈ＝１．２以上）になると、切削ビット２０による切削量に対して切削土の排出量が多くなるため、排出量不足に基づく岩盤用ドリルヘッド１部分での閉塞状態にならず、円滑に切削・削孔できることが確認できた。
【００８５】
図４は、他の例に係る岩盤用ドリルヘッド１を示す斜視図であり、この図に示すように、岩盤用ドリルヘッド１は、ヘッドシャフト２の外周に、中心が前記回転中心２ｃと一致する円筒状をなす推進ガイド部材３０が設けられた構成である。推進ガイド部材３０は、前記切削翼１０の外側面１２の高さと同じ高さに形成され短円筒状、もしくはリング状で、切削翼１０の外周位置である外側面１２において切削翼１０と一体に設けられている。
【００８６】
そして、推進ガイド部材３０の先端の下端面３１には、複数の切削ビット３２が間隔をあけて備えられている。
【００８７】
なお、推進ガイド部材３０の高さは、前記外側面１２の高さよりも高くても低くても良い。このとき、推進ガイド部材３０の下端面３１を切削翼１０よりも突出させることもできる。
【００８８】
このような推進ガイド部材３０が設けられた岩盤用ドリルヘッドでは、推進ガイド部材３０の中心がヘッドシャフト２の回転中心２ｃと一致するとともに、切削方向に沿って所定の高さを有する形態であるので、前記のように切削方向が偏心したりすることがないのと相俟って、切削時に岩盤用ドリルヘッドがぶれることはなく、より一層安定した切削作業を可能にすることができる。また、切削が安定して行えるので、スクリュードリルとの接続部分などに余分な負荷をかけずにすむという利点も得られる。
【００８９】
また、推進ガイド部材３０が４枚の切削翼１０と一体であるので、切削翼１０の固定強度を高めることもできる。
【００９０】
なお、推進ガイド部材３０は、切削翼１０と別に設けることも可能である。
【００９１】
以上、本発明の構成と、前記の一実施形態の構成との対応において、切削翼は、切削翼１０，正面切削翼１０ａ，右切削翼１０ｂ，背面切削翼１０ｃ，左切削翼１０ｄに対応し、以下同様に、
切削ビットは、切削ビット２０，正面切削ビット２１，右切削ビット２２，背面切削ビット２３，左切削ビット２４に対応するも、前記構成に限定するものではない。
【００９２】
例えば、岩盤用ドリルヘッド１で切削する対象を岩盤としたが、火成岩、堆積岩、変成岩で構成される地層や、巨礫を含む砂礫層をであってもよい。
また、平面視十字状に配置した４枚の切削翼１０を備えた岩盤用ドリルヘッド１について説明したが、略ホームベース状の２枚の切削翼を直交させて組み合わせて構成してもよい。
【００９３】
さらにまた、切削翼１０の高さ方向長さＨを、回転中心２ｃから上面１３までの高さとしたが、外側面１２の長さや、上面１３から切削翼１０における外周面２ａ位置の下部分までの高さとしてもよく、径方向長さＷを回転中心２ｃから外側面１２までの長さとしてもよい。
また、切削翼１０の切削面１１を、例えば、上下方に向かって突出する湾曲面で形成してもよい。
【００９４】
さらに、推進ガイド部材３０の下端面３１は前記例のように面一ではなく、たとえば波型に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…岩盤用ドリルヘッド
２…ヘッドシャフト
２ａ…外周面
２ｃ…回転中心
１０…切削翼
１０ａ…正面切削翼
１０ｂ…右切削翼
１０ｃ…背面切削翼
１０ｄ…左切削翼
１１…切削面
２０…切削ビット
２１…正面切削ビット
２２…右切削ビット
２３…背面切削ビット
２４…左切削ビット
３０…推進ガイド部材
ｐ…間隔
Ｈ…高さ方向長さ
Ｗ…径方向長さ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転して地盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドであって、さらに詳しくは、岩盤層に削孔するための岩盤用ドリルヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば杭等を造成するために、回転して地盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドについて、従来から多く提案されている。
例えば、下記特許文献１の掘削機用オーガヘッドもその１つである。
【０００３】
前記掘削機用オーガヘッドは、リーダを有する杭打ち機に備えたスクリュードリルの先端に装着するドリルヘッドであり、３枚のスクリュードリル翼の下端の切削面が回転方向に等間隔で底面視Ｙ字状に配置されている。
【０００４】
そして、各スクリュードリル翼の下端の切削面に切削ビットを装着し、さらに詳しくは、切削ビットの配置が底面渦巻き状となるように配置されている。
このように構成されたドリルヘッドを地盤に押し付けて回転することで削孔することができ、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットを底面視渦巻き状となるように配置しているため、削孔断面の略全面を切削ビットで切削して削孔することができるとされている。
【０００５】
しかし、前記掘削機用オーガヘッドは、３枚のスクリュードリル翼がスクリュードリルに連続するため、切削ビットで切削した切削土がとの間での接触抵抗により、特にドロドロになった切削土は円滑に排土されず、スクリュードリルの先端付近で排出されない切削土によって閉塞気味な状態となり、削孔速度が低下するといった問題があった。
【０００６】
また、各スクリュードリル翼の切削面に配置した切削ビットは、切削する岩盤に圧力を集中する必要があるため、各スクリュードリル翼の切削面において適宜の間隔を隔てて配置する必要がある。しかし、スクリュードリルに付加された圧力を３枚のスクリュードリル翼に配置された切削ビットで受けるため、各切削ビットにかかる圧力が高く、耐久性が低くなるといった問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−５８０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明では、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤に切削した切削土を円滑に排土できるような、削孔効率の高い岩盤用ドリルヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この本発明は、回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッドであって、軸心が回転中心となるヘッドシャフトと、該ヘッドシャフトの外周面に配置され、前記回転中心から外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数の切削ビットを備えた４枚の切削翼を有し、これら切削翼が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、切削翼の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された岩盤用ドリルヘッドである。
【００１０】
岩盤とは、自然に生成された大量の岩石集合体、または岩石が分布している岩盤層のことである。詳しくは、マグマが冷え固まったり、火山活動で他の岩石などと混ざって固まったりした火成岩、水底や陸上に堆積したものが固結した堆積岩、熱や圧力をうけて構成鉱物や内部構造が変化した変成岩で構成される地層である。
【００１１】
前記平面視十字状をなす４枚の切削翼は、１枚ずつ独立して形成した４枚の切削翼を平面視十字状に配置した切削翼や、２枚の切削翼を交差させて組み合わせ、あたかも４枚の切削翼を平面視十字状に配置したように見える切削翼であってもよい。
【００１２】
前記切削翼の高さ方向長さは切削翼の上面から下端までの高さとし、切削翼の下端は、切削翼におけるヘッドシャフトの外周面位置の下部分や、切削翼の最下端位置である回転中心部分とすることができる。
前記切削翼の径方向長さは、ヘッドシャフトの外周面から切削翼最外側部までの長さや、回転中心部分から切削翼最外側部までの長さとすることができる。
なお、径方向とは、平面視十字状をなすドリルヘッドが回転して削孔する際の円形の径方向であり、回転中心からの放射方向であることをいう。
【００１３】
本発明の構成により、岩盤を削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤を切削し、切削ビットで切削した切削土を円滑に排土することができる。
詳しくは、４枚の切削翼を平面視十文字状に配設するように回転方向に等間隔で配置したことにより、スクリュードリルの削孔圧力を４枚の切削翼で略均等に分散できる。したがって、削孔圧力が偏ったり、削孔方向が偏心したりすることなく安定して削孔することができる。
【００１４】
また、４枚の切削翼を備えているため、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔することができる。詳しくは、上述したように、スクリュードリルの削孔圧力は各切削翼に略均等に分散される。
【００１５】
そのとき、例えば、３枚の切削翼を備えたドリルヘッドの場合、各切削翼が分担する削孔圧力は大きくなり、岩盤に付与する削孔圧力が大きく、削孔効率は向上する。しかし、各切削翼及び切削ビットにかかる負荷が大きく、耐久性が低下する。
【００１６】
これに対し、例えば、５枚の切削翼を備えたドリルヘッドの場合、各切削翼が分担する削孔圧力は小さくなるため、各切削翼及び切削ビットにかかる負荷が小さくなり、耐久性が向上する。しかし、岩盤に付与する削孔圧力も小さくなり、削孔効率は低減する。
【００１７】
そこで、ドリルヘッドに４枚の切削翼を備えたことにより、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔するとともに、各切削翼にかかる削孔圧力による負荷も低減でき、削孔効率と耐久性を両立することができる。
【００１８】
さらにまた、４枚の切削翼を平面視十文字状をなすように放射状に等間隔で配置したことにより、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼に引っかからず排出することができる。
【００１９】
例えば、切削翼及び切削ビットの耐久性向上を図り、切削翼の枚数を増やすと、隣り合う切削翼の間隔が狭くなり、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合に切削翼に引っ掛かって排出できないおそれがある。
【００２０】
逆に、切削によって割れた岩盤や礫の切削翼への引っ掛かりを防止すべく、切削翼の枚数を低減すると、一枚あたりの切削翼が分担する削孔圧力が増加し、切削する岩盤に付与される圧力が高まり、大きな塊状で割れて切削翼に引っ掛かる。
【００２１】
このように、４枚の切削翼を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、割れた岩盤の塊が大きくなりすぎず、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼に引っかからず排出することができ、効率のよい削孔を実現することができる。
【００２２】
また、前記切削翼を高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成したことにより、高さ方向長さが径方向長さより長い切削翼と比べて排土時の抵抗が低くなり、この結果、切削土を円滑に排土することができる。
【００２３】
詳しくは、切削翼の回転により、切削土は切削翼を越えて上方移動してスクリュードリルで搬送されて、地上に排出される。このとき、高さ方向長さが径方向長さより長い切削翼の場合、切削土が切削翼を越えて上方移動しにくいため、スクリュードリルで排出されない。つまり、切削速度より排土速度が遅く、切削速度と排土速度とのバランスが悪い場合、切削土が切削箇所にたまって閉塞気味な状態となり、削孔効率が悪くなる。
【００２４】
これに対し、前記切削翼を高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成すると、切削土は容易に切削翼を越えて上方移動してスクリュードリルで排出されるため、切削土が切削箇所にたまることなく、切削速度と排土速度とのバランスを保つことができ、削孔効率を向上させることができる。
【００２５】
前記切削翼については、その先端の切削面を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成するとよい。上昇する傾斜面とは、先端と反対側の切削方向後方に向けて傾斜することの意味である。
外方向ほど徐々に上昇する前記傾斜面は、中心側から外方向に向かって傾斜する平面や曲面とすることができる。
【００２６】
これにより、当該傾斜面で構成する切削面に配置した切削ビットにかかる負荷を均一化し、切削ビットの耐久性を向上することができる。
詳しくは、通常、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビットは、回転中心からの距離が遠いほど回転移動距離が長くなり、切削負荷が高く、耐久性が低いとされている。
【００２７】
そこで、スクリュードリルから付与され、切削対象である岩盤に切削圧力を付加する切削ビットを、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面に配置したことにより、径方向に配置された切削ビットにおいて、回転中心からの距離に応じて切削ビットにかかる切削圧力を低減することができる。
【００２８】
したがって、外側に比べて回転移動距離が少なく、移動距離による切削負荷の少ない中心側の切削ビットが切削圧力を多く負担し、回転移動距離が多く、移動距離による切削負荷の大きい径外側の切削ビットが負担する切削圧力を低減することで、径方向に配置した切削ビットの負担を均一化することができる。よって、各切削翼において径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビットの全体の耐久性を向上することができる。
【００２９】
また、前記切削ビットについては、前記切削翼における切削面に配置した切削ビットを、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置するとよい。
【００３０】
より好ましくは、前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられるよい。
【００３１】
前記４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼は、例えば、各切削翼が底面視上下左右なるように配置した場合において、上側切削翼あるいは下側切削翼に対する左側切削翼あるいは右側切削翼であり、また左側切削翼あるいは右側切削翼に対する上側切削翼あるいは下側切削翼のことをいう。
【００３２】
前記４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットの径方向位置をずらして配置するは、例えば、各切削翼が底面視上下左右なるように配置した場合において、４枚の切削翼における切削ビットの径方向位置を全てずらした配置や、上側切削翼及び下側切削翼並びに左側切削翼及び右側切削翼における切削ビットを同じ位置で配置、上側切削翼及び下側切削翼における切削ビットの径方向位置と左側切削翼及び右側切削翼における切削ビットの径方向位置とをずらした配置とすることができる。
【００３３】
これにより、切削対象である岩盤に対して切削圧力を適度に付加できるように、所定の間隔を隔てて配置しながら、削孔断面に対する切削面積の割合を向上させ、削孔効率を向上させることができる。
詳しくは、各切削翼の切削面において切削ビットを径方向の位置を近づけて配置すると、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力が低下し、切削効率が低下する。
【００３４】
これに対し、切削ビットの径方向の位置を所定の間隔で隔てて配置することで、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力があがる。しかし、所定の間隔で隔てて切削ビットを配置すると、削孔断面に対する切削面積の割合が減少し、削孔効率を向上することができない。
【００３５】
そこで、４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置することによって、各切削ビットが岩盤に付与する切削圧力を向上させるとともに、削孔断面に対する切削面積の割合を増加させ、削孔効率を向上させることができる。
【００３６】
また、前記切削翼については、その高さ方向長さに対する前記径方向長さの比を示す縦横比を１．２以上で構成することができる。
この構成により、切削土をより円滑に排土して削孔効率を向上することができる。
【００３７】
さらに、前記ヘッドシャフトの外周に、中心が前記回転中心と一致する円筒状をなす推進ガイド部材が設けられた岩盤用ドリルヘッドであってもよい。この場合には、前記推進ガイド部材が、前記切削翼の外周位置に切削翼と一体に設けられるのが好ましい。
【００３８】
推進ガイド部材が、削孔時の前記回転中心のぶれを防止し、安定した削孔を実現する。
【発明の効果】
【００３９】
本発明により、例えば、岩盤層に削孔する場合であっても、切削ビットで岩盤を切削したときに出る切削土を円滑に排土して、削孔効率の高い岩盤用ドリルヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】岩盤用ドリルヘッドの斜視図。
【図２】岩盤用ドリルヘッドについての正面図及び側面図による説明図。
【図３】岩盤用ドリルヘッドの切削領域についての説明図。
【図４】他の例に係る岩盤用ドリルヘッドの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は岩盤用ドリルヘッド１の斜視図を示し、図２は岩盤用ドリルヘッド１についての正面図及び側面図による説明図を示し、図３は岩盤用ドリルヘッド１の切削領域についての説明図を示している。
【００４２】
詳しくは、図２（ａ）は岩盤用ドリルヘッド１の正面図を示し、図２（ｂ）は岩盤用ドリルヘッド１の左側面図を示している。
図３（ａ）は正面切削翼１０ａによる切削領域１００ａについて底面図によって示し、図３（ｂ）は右切削翼１０ｂによる切削領域１００ｂについて底面図によって示している。
【００４３】
図３（ｃ）は背面切削翼１０ｃによる切削領域１００ｃについて底面図によって示し、図３（ｄ）は左切削翼１０ｄによる切削領域１００ｄについて底面図によって示している。
さらに、図３（ｅ）では、すべての切削翼１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）による切削領域１００について拡大底面図によって示している。
【００４４】
なお、本実施例の説明において、便宜上、４枚の切削翼１０を正面切削翼１０ａ，右切削翼１０ｂ，背面切削翼１０ｃ及び左切削翼１０ｄに設定するとともに、各切削翼１０に装着した切削ビット２０を正面切削ビット２１，右切削ビット２２，背面切削ビット２３及び左切削ビット２４に設定しているが、どれが正面、背面、右及び左であってもよい。
【００４５】
岩盤用ドリルヘッド１は、図示しない杭打ち機に備えたスクリュードリルの先端に脱着可能に装着されるドリルヘッドであり、特に、岩盤削孔用のドリルヘッドである。
岩盤用ドリルヘッド１は、図１、図２、図３に示したように、図示省略する脱着手段によって、スクリュードリルに取り付けられるヘッドシャフト２と、ヘッドシャフト２の外周面２ａにおいて、放射方向に等間隔で配置した４枚の切削翼１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）と、各切削翼１０の下面で構成する切削面１１に、適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０（２１，２２，２３，２４）とで構成している。
【００４６】
詳しくは、適宜の径の円柱状をなすヘッドシャフト２の下方の外周面２ａに、平面視十字状となる配置で４枚の切削翼１０を備えるとともに、４枚の切削翼１０が交差する下端を回転中心２ｃとしている。ヘッドシャフト２の下端部（先端部）２ｂは、丸く尖った形状をなし、軸心が前記回転中心２ｃとなるものである。すなわち、その尖った先端が、前記回転中心２ｃとなる
なお、図示省略するが、回転中心２ｃには、岩盤を切削する際のベントナイト液等の削孔液を噴出させる削孔液噴出口を備えている。
【００４７】
各切削翼１０は、略水平な上面１３と、略垂直な外側面１２と、外方向ほど削孔方向後方に上昇する傾斜面で形成した前記切削面１１とで構成する側面視略台形状に形成している。
【００４８】
また、図２に示すように、切削翼１０は、ヘッドシャフト２の外周面２ａ、詳しくは先端の前記下端部２ｂを除く部分から外側面１２までの径方向長さＷ、すなわち上面１３の長さが、回転中心２ｃから上面１３までの高さ方向長さＨより長い低背切削翼で構成している。詳しくは、切削翼１０は、前記高さ方向長さＨに対する前記径方向長さＷの比を示す縦横比Ｗ／Ｈを１．２以上で構成している。
【００４９】
また、上述したように、切削面１１には、適宜の間隔を隔てて、超硬チップで構成した切削ビット２０を配置している。なお、各切削翼１０に装着した切削ビット２０（２１，２２，２３，２４）の配置は、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして設定している。
【００５０】
詳しくは、正面切削翼１０ａには適宜の間隔を隔てて３つの正面切削ビット２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ）を配置し、右切削翼１０ｂには適宜の間隔を隔てて３つの右切削ビット２２（２２ａ，２２ｂ，２２ｃ）を配置している。
【００５１】
背面切削翼１０ｃには適宜の間隔を隔てて４つの背面切削ビット２３（２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ）を配置し、左切削翼１０ｄには適宜の間隔を隔てて４つの左切削ビット２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ）を配置している。
【００５２】
各切削翼１０の切削面１１に装着した切削ビット２０は、隣り合う切削翼１０における切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置されている、すなわち、各切削ビット２０は同心円上に配置されていない。
【００５３】
換言すれば、前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられている。
【００５４】
切削翼１０に装着した切削ビット２０を回転中心２ｃからの距離Ｌが近い順位に並べると、左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ａ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ａ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ａ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ａ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｂ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｂ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ｂ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ｂ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｃ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｃ，右切削翼１０ｂの右切削ビット２２ｃ，正面切削翼１０ａの正面切削ビット２１ｃ，左切削翼１０ｄの左切削ビット２４ｄ，背面切削翼１０ｃの背面切削ビット２３ｄとなり、これらは全て回転中心２ｃからの距離Ｌが異なっている。
【００５５】
なお、隣り合う切削翼１０の切削ビット２０同士の間隔ｐを切削ビット２０の幅ｂよりわずかに大きく設定しており、同じ切削翼１０における切削ビット２０同士の間隔ｐは切削ビット２０の幅ｂの４倍より大きくなる。
【００５６】
このように構成された岩盤用ドリルヘッド１を削孔対象である岩盤に押し当てて、図示省略するスクリュードリルを介したオーガの回転によって、切削ビット２０で岩盤を切削領域１００で切削して、削孔することができる。
【００５７】
詳しくは、正面切削ビット２１で切削領域１００ａを切削し、右切削ビット２２で切削領域１００ｂを切削し、背面切削ビット２３で切削領域１００ｃを切削し、左切削ビット２４で切削領域１００ｄを切削するため、４枚の切削翼１０が一回転することで切削領域１００を切削することができる。
【００５８】
このように、前記回転中心２ｃから外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数のビットを備えた４枚の切削翼１０を岩盤に押し付けて回転させることにより、切削ビット２０が岩盤を切削し、切削ビット２０で切削した切削土を円滑に排土することができる。
【００５９】
前記効果について詳述すると、４枚の切削翼１０を平面視十文字状をなすように回転方向に等間隔で配置したことにより、スクリュードリルの削孔圧力を４枚の切削翼１０で略均等に分散できる。したがって、削孔圧力が偏ったり、削孔方向が偏心したりすることなく安定して削孔することができる。
【００６０】
また、４枚の切削翼１０を備えているため、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔することができる。詳しくは、上述したように、スクリュードリルの削孔圧力は各切削翼１０に略均等に分散される。
【００６１】
そのとき、例えば、３枚の切削翼１０を備えたドリルヘッドを想定すると、各切削翼１０が分担する削孔圧力は４枚の場合に比して大きくなり、岩盤に付与する削孔圧力が大きく、削孔効率は向上する。しかし、切削翼の枚数が少ないぶん、各切削翼１０及び切削ビット２０にかかる負荷が大きく、耐久性が低下する。
【００６２】
これに対し、例えば、５枚の切削翼１０を備えたドリルヘッドを想定すると、各切削翼１０が分担する削孔圧力は４枚の場合に比して小さくなるため、各切削翼１０及び切削ビット２０にかかる負荷が小さくなり、耐久性が向上する。しかし、切削翼の枚数が多いぶん、岩盤に付与する削孔圧力も小さくなり、削孔効率は低減する。
【００６３】
このように、岩盤用ドリルヘッド１に外周面２ａに等間隔で４枚の切削翼１０を備えたことにより、スクリュードリルの削孔圧力を適度に切削対象である岩盤に付加して切削、削孔するとともに、各切削翼１０にかかる削孔圧力による負荷も低減でき、削孔効率と耐久性を両立することができる。
【００６４】
さらにまた、４枚の切削翼１０を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼１０に引っかからず排出することができる。
【００６５】
例えば、切削翼１０及び切削ビット２０の耐久性向上を図るべく、切削翼１０の枚数を５枚や６枚に増やすと、隣り合う切削翼１０の間隔が狭くなり、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合に切削翼１０に引っ掛かって排出できない。
【００６６】
逆に、切削によって割れた岩盤や礫の切削翼１０への引っ掛かりを防止すべく、切削翼１０の枚数を３枚や２枚に低減すると、一枚あたりの切削翼１０が分担する削孔圧力が増加し、切削する岩盤に付与される圧力が高まり、大きな塊状で割れて切削翼１０に引っ掛かる。
【００６７】
このように、４枚の切削翼１０を平面視十文字状を形成するように回転方向に等間隔で配置したことにより、割れた岩盤を塊形状が大きくなりすぎず、切削によって割れた岩盤や礫が出現した場合であっても、切削翼１０に引っかからず排出することができ、効率のよい削孔を実現することができる。
【００６８】
また、切削翼１０の切削面１１を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成しているため、当該傾斜面で構成する切削面１１に配置した切削ビット２０にかかる負荷を均一化し、切削ビット２０の耐久性を向上することができる。
【００６９】
詳しくは、通常、径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０は、回転中心２ｃからの距離Ｌが遠いほど回転移動距離が長くなり、切削負荷が高くなって耐久性が低い。
【００７０】
そこで、スクリュードリルから付与され、切削対象である岩盤に切削圧力を付加する切削ビット２０を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成した切削面１１に配置したことにより、径方向に配置された切削ビット２０において、回転中心２ｃからの距離Ｌに応じて切削ビット２０にかかる切削圧力を低減している。
【００７１】
したがって、径外側に比べて回転移動距離が少なく、移動距離による切削負荷の少ない中心側の切削ビット２０が切削圧力を多く負担し、回転移動距離が多く、移動距離による切削負荷の大きい径外側の切削ビット２０が負担する切削圧力を低減することで、径方向に配置した切削ビット２０の負担を均一化することができる。よって、各切削翼１０において径方向に適宜の間隔を隔てて配置した切削ビット２０の全体の耐久性を向上することができる。
【００７２】
また、前記切削翼１０における切削面１１に配置した切削ビット２０を、平面視十字状に配置された４枚の切削翼１０のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置しているため、切削対象である岩盤に対して切削圧力を適度に付加できるように、所定の間隔ｐを隔てて配置しながら、削孔断面に対する切削面積の割合を向上させ、削孔効率を向上している。
【００７３】
詳しくは、各切削翼１０の切削面１１において切削ビット２０を径方向の位置を近づけて配置すると、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力が低下し、切削効率が低下する。
【００７４】
これに対し、切削ビット２０の径方向の位置を所定の間隔で隔てて配置することで、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力が増加する。しかし、所定の間隔で隔てて切削ビット２０を配置したことで、削孔断面に対する切削面積の割合が減少し、削孔効率を向上することができない。
【００７５】
そこで、４枚の切削翼１０のうち隣り合う切削翼１０における前記切削ビット２０に対して、径方向位置をずらして配置することによって、各切削ビット２０が岩盤に付与する切削圧力を向上するとともに、図３（ｅ）に示すように、削孔断面のほぼ全断面を切削領域１００としているため、削孔効率を向上することができる。
【００７６】
また、切削翼１０を、高さ方向長さＨより径方向長さＷが長く、高さ方向長さＨに対する径方向長さＷの比を示す縦横比Ｗ／Ｈを１．２以上で構成しているため、切削土をより円滑に排土することができる。
【００７７】
詳しくは、切削翼１０の回転により、切削土が切削翼１０を越えて上方移動してスクリュードリルで搬送されて、地上に排出される。このとき、高さ方向長さＨが径方向長さＷより長い切削翼１０の場合、切削土が切削翼１０を越えて上方移動できないため、スクリュードリルで排出されない。このように、切削速度より排土速度が遅く、切削速度と排土速度とのバランスが悪い場合、切削土が切削箇所にたまって閉塞気味な状態となり、削孔効率が悪くなる。
【００７８】
これに対し、前記切削翼１０を高さ方向長さＨが径方向長さＷより短い低背切削翼で構成したことにより、切削土が切削翼１０を越えて上方移動してスクリュードリルで排出されるため、切削土が切削箇所にたまることなく、切削速度と排土速度とのバランスを保つことができ削孔効率が向上する。したがって、効率のよい削孔を実現することができる。
【００７９】
次に、前記効果を確認すべく切削翼１０の装着枚数についての効果確認試験を行った結果について説明する。
効果確認試験では、下記表１に示すように、岩盤用ドリルヘッド１における切削翼１０の枚数をパラメータとして、同条件で削孔した際の結果を比較した。
【００８０】
なお、切削翼１０の枚数は、２枚、３枚、４枚、５枚及び６枚の切削翼１０を備えた岩盤用ドリルヘッド１についての削孔状況により判断するが、それぞれは回転方向に均等に配置されている。
【００８１】
【表１】
このような効果確認試験の結果、前記表１に示すように、切削速度（つまり、切削効率）と、大きな塊の排出と、切削翼１０や切削面１１の耐久性を判断した結果、切削翼１０の装着枚数を４枚に設定することで、切削速度と、大きな塊の排出と、切削翼１０や切削面１１の耐久性のバランスがよく、円滑に切削できることが確認できた。
【００８２】
続いて、切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈについての効果確認試験を行った結果について説明する。
効果確認試験は、下記表２に示すように、岩盤用ドリルヘッド１における切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈをパラメータとして、同条件で削孔した際の結果を比較した。
なお、切削翼１０の縦横比Ｗ／Ｈは、０．８、１．０、１．２及び１．４の４種類の切削翼１０についての削孔状況により判断した。
【００８３】
【表２】
このような効果確認試験の結果、前記表２に示すように、高さ方向長さＨが径方向長さＷより長い（縦横比Ｗ／Ｈ＝０．８）、切削ビット２０による切削量に対して切削土の排出が少なく、岩盤用ドリルヘッド１部分における排出不足により閉塞状態になりやすい。高さ方向長さＨと径方向長さＷとが同じ場合、切削ビット２０による切削量と切削土の排出量とが同程度となる。したがって、粘性が高い等のその他の要因が絡むと岩盤用ドリルヘッド１部分での排出不足による閉塞状態になりやすい。
【００８４】
これに対して、径方向長さＷが高さ方向長さＨより長い（縦横比Ｗ／Ｈ＝１．２以上）になると、切削ビット２０による切削量に対して切削土の排出量が多くなるため、排出量不足に基づく岩盤用ドリルヘッド１部分での閉塞状態にならず、円滑に切削・削孔できることが確認できた。
【００８５】
図４は、他の例に係る岩盤用ドリルヘッド１を示す斜視図であり、この図に示すように、岩盤用ドリルヘッド１は、ヘッドシャフト２の外周に、中心が前記回転中心２ｃと一致する円筒状をなす推進ガイド部材３０が設けられた構成である。推進ガイド部材３０は、前記切削翼１０の外側面１２の高さと同じ高さに形成され短円筒状、もしくはリング状で、切削翼１０の外周位置である外側面１２において切削翼１０と一体に設けられている。
【００８６】
そして、推進ガイド部材３０の先端の下端面３１には、複数の切削ビット３２が間隔をあけて備えられている。
【００８７】
なお、推進ガイド部材３０の高さは、前記外側面１２の高さよりも高くても低くても良い。このとき、推進ガイド部材３０の下端面３１を切削翼１０よりも突出させることもできる。
【００８８】
このような推進ガイド部材３０が設けられた岩盤用ドリルヘッドでは、推進ガイド部材３０の中心がヘッドシャフト２の回転中心２ｃと一致するとともに、切削方向に沿って所定の高さを有する形態であるので、前記のように切削方向が偏心したりすることがないのと相俟って、切削時に岩盤用ドリルヘッドがぶれることはなく、より一層安定した切削作業を可能にすることができる。また、切削が安定して行えるので、スクリュードリルとの接続部分などに余分な負荷をかけずにすむという利点も得られる。
【００８９】
また、推進ガイド部材３０が４枚の切削翼１０と一体であるので、切削翼１０の固定強度を高めることもできる。
【００９０】
なお、推進ガイド部材３０は、切削翼１０と別に設けることも可能である。
【００９１】
以上、本発明の構成と、前記の一実施形態の構成との対応において、切削翼は、切削翼１０，正面切削翼１０ａ，右切削翼１０ｂ，背面切削翼１０ｃ，左切削翼１０ｄに対応し、以下同様に、
切削ビットは、切削ビット２０，正面切削ビット２１，右切削ビット２２，背面切削ビット２３，左切削ビット２４に対応するも、前記構成に限定するものではない。
【００９２】
例えば、岩盤用ドリルヘッド１で切削する対象を岩盤としたが、火成岩、堆積岩、変成岩で構成される地層や、巨礫を含む砂礫層をであってもよい。
また、平面視十字状に配置した４枚の切削翼１０を備えた岩盤用ドリルヘッド１について説明したが、略ホームベース状の２枚の切削翼を直交させて組み合わせて構成してもよい。
【００９３】
さらにまた、切削翼１０の高さ方向長さＨを、回転中心２ｃから上面１３までの高さとしたが、外側面１２の長さや、上面１３から切削翼１０における外周面２ａ位置の下部分までの高さとしてもよく、径方向長さＷを回転中心２ｃから外側面１２までの長さとしてもよい。
また、切削翼１０の切削面１１を、例えば、上下方に向かって突出する湾曲面で形成してもよい。
【００９４】
さらに、推進ガイド部材３０の下端面３１は前記例のように面一ではなく、たとえば波型に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…岩盤用ドリルヘッド
２…ヘッドシャフト
２ａ…外周面
２ｃ…回転中心
１０…切削翼
１０ａ…正面切削翼
１０ｂ…右切削翼
１０ｃ…背面切削翼
１０ｄ…左切削翼
１１…切削面
２０…切削ビット
２１…正面切削ビット
２２…右切削ビット
２３…背面切削ビット
２４…左切削ビット
３０…推進ガイド部材
ｐ…間隔
Ｈ…高さ方向長さ
Ｗ…径方向長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッドであって、
軸心が回転中心となるヘッドシャフトと、
該ヘッドシャフトの外周面に配置され、前記回転中心から外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数の切削ビットを備えた４枚の切削翼を有し、
これら切削翼が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、
切削翼の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された
岩盤用ドリルヘッド。
【請求項２】
前記切削翼の先端の切削面を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成した
請求項１に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項３】
前記切削翼における切削面に配置した切削ビットを、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置した
請求項１又は請求項２に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項４】
前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられた
請求項１又は請求項２に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項５】
前記切削翼における前記高さ方向長さに対する前記径方向長さの比を示す縦横比を１．２以上で構成した
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項６】
前記ヘッドシャフトの外周に、中心が前記回転中心と一致する円筒状をなす推進ガイド部材が設けられた
請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項７】
前記推進ガイド部材が、前記切削翼の外周位置に切削翼と一体に設けられた
請求項６に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項１】
回転して岩盤に削孔するスクリュードリルの先端に装着する岩盤用ドリルヘッドであって、
軸心が回転中心となるヘッドシャフトと、
該ヘッドシャフトの外周面に配置され、前記回転中心から外方向に放射状にのびて先端の切削面に複数の切削ビットを備えた４枚の切削翼を有し、
これら切削翼が、平面視十字状をなすように等間隔に配置されるとともに、
切削翼の高さ方向長さが径方向長さより短い低背切削翼で構成された
岩盤用ドリルヘッド。
【請求項２】
前記切削翼の先端の切削面を、外方向ほど徐々に上昇する傾斜面で構成した
請求項１に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項３】
前記切削翼における切削面に配置した切削ビットを、平面視十字状に配置された４枚の切削翼のうち隣り合う切削翼における前記切削ビットに対して、径方向位置をずらして配置した
請求項１又は請求項２に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項４】
前記４枚の切削翼の切削ビットが、それぞれ軌道を異にする位置に備えられた
請求項１又は請求項２に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項５】
前記切削翼における前記高さ方向長さに対する前記径方向長さの比を示す縦横比を１．２以上で構成した
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項６】
前記ヘッドシャフトの外周に、中心が前記回転中心と一致する円筒状をなす推進ガイド部材が設けられた
請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【請求項７】
前記推進ガイド部材が、前記切削翼の外周位置に切削翼と一体に設けられた
請求項６に記載の岩盤用ドリルヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２１４６６（Ｐ２０１１−２１４６６Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５９９１（Ｐ２０１０−８５９９１）
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（３０９０１２３０６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【出願人】（３０９０１２３０６）
【Ｆターム（参考）】
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