掘削工具
【課題】好適な掘削を可能にする掘削工具を実現する。
【解決手段】掘削工具１は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を呈し、掘削方向に長尺な断面形状を呈する掘削爪１０を有しており、この掘削爪１０は、掘削方向に長尺な断面形状を呈するようになっているので、掘削方向に作用する力に対して効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。また、掘削工具１の掘削爪１０の軸部１２は、ホルダ２０の支持孔２１に挿入されるようになっており、掘削爪１０の軸部１２の外面には、軸端に向かって先細りになるテーパが設けられ、ホルダ２０の支持孔２１の内面には、奥に向かって先細りになるテーパが設けられているので、ホルダ２０に対する掘削爪１０の抜き差しが行いやすくなっている。
【解決手段】掘削工具１は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を呈し、掘削方向に長尺な断面形状を呈する掘削爪１０を有しており、この掘削爪１０は、掘削方向に長尺な断面形状を呈するようになっているので、掘削方向に作用する力に対して効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。また、掘削工具１の掘削爪１０の軸部１２は、ホルダ２０の支持孔２１に挿入されるようになっており、掘削爪１０の軸部１２の外面には、軸端に向かって先細りになるテーパが設けられ、ホルダ２０の支持孔２１の内面には、奥に向かって先細りになるテーパが設けられているので、ホルダ２０に対する掘削爪１０の抜き差しが行いやすくなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削する掘削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤を掘削して掘削孔を形成する装置としてアースオーガが知られている。このアースオーガに設けられているオーガスクリューの下端部には、地盤を掘削する掘削工具であるオーガヘッドが接続されている。
オーガヘッドとしては、例えば、回転軸に対して略垂直方向に突出した羽部を有し、その羽部に複数の掘削爪が所定間隔に配設されたものがある。なお、羽部には、各掘削爪を支持するホルダが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の掘削工具の掘削爪５０は、例えば、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ホルダ６０に挿入される略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２と、軸部５２の前端側に設けられて地盤に対して接触する掘削部５１とを備えている。なお、掘削部５１には、地盤を削る刃部５１２が設けられている。
そして、略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２がホルダ６０に支持されている掘削爪５０は、様々な方向から作用する抵抗力に対してほぼ均等に抗することができ、あらゆる方向に対する十分な強度を有するようになっている。また、この軸部５２の長手方向のほぼ中央部分に、ホルダ６０の内壁面に係合する抜け止めリング５２１ｂが備えられた係合部５２１が設けられている。
【特許文献１】特開２００６−２２５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、地盤の掘削時において、掘削爪５０には、地盤に対する掘削爪５０の移動方向（掘削方向）に逆らう向きに抵抗力が作用するため、掘削爪５０はその移動方向に沿った方向に対する強度を有していればよいので、この掘削爪５０における全方向強度は必要でなく、その移動方向と交差する横方向に対する強度は過剰なものであったといえる。
また、掘削爪５０は、略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２がホルダ６０に挿入されて支持されているので、軸部５２とホルダ６０との間の隙間は、軸部５２の挿入方向に沿い略平行であって略一定間隔の隙間であるので、この隙間に土砂が入り込んでしまうと、その土砂を介してホルダ６０と軸部５２が噛み合わさってしまい、ホルダ６０から軸部５２が抜け出にくくなり、刃部５１２の磨耗などに伴う掘削爪５０の交換が困難になってしまうことがあるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、好適な掘削を可能にする掘削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
地盤を掘削する掘削爪と、前記掘削爪を支持するホルダと、を備える掘削工具であって、
前記掘削爪は、地盤と接触する掘削部がその前端側に設けられた軸部を有し、
前記ホルダは、前記軸部が挿入される支持孔を有し、
前記軸部の外面には、その軸部の後端側に向けて先細りになるテーパが設けられ、前記支持孔の内面には、その支持孔の奥に向かって先細りになり、前記軸部のテーパに適合するテーパが設けられており、
前記軸部は、前記掘削爪が地盤に押し付けられる方向と、その掘削爪が地盤を掘削する方向とを含む面に沿う扁平な形状を呈し、前記支持孔は、前記軸部の扁平形状に応じた略長穴となっていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の掘削工具において、
前記軸部の後端に、前記支持孔の内面に係合する係合部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の掘削工具において、
前記軸部が前記支持孔に挿入された際に、前記軸部のテーパと、前記支持孔のテーパとの間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間があり、
前記各テーパの角度は、１度以上１５度以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の掘削工具において、
前記軸部には、前記支持孔に挿入される方向に長く、前記支持孔の内面に向かって隆起する隆起部が形成され、
前記支持孔には、前記隆起部が位置合わせされる位置決め溝部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、掘削工具は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を呈する掘削爪を有しており、この掘削爪は、掘削方向に長尺な断面形状を呈するようになっているので、掘削方向に作用する力に対して効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。
また、掘削工具の掘削爪の軸部は、ホルダの支持孔に挿入されるようになっており、掘削爪の軸部の外面には、軸端に向かって先細りになるテーパが設けられ、ホルダの支持孔の内面には、奥に向かって先細りになるテーパが設けられているので、ホルダに対する掘削爪の抜き差しが行いやすくなっている。
特に、掘削爪の軸部の外面が先細りになるテーパとなり、ホルダの支持孔の内面が奥に向かって先細りになるテーパとなっていることによって、支持孔から軸部を抜き出す際には、軸部のテーパ外面と支持孔のテーパ内面との間の隙間が広がるようになるので、その隙間に土砂などの異物が詰まるなどして支持孔に対する軸部の移動が規制されてしまうことはなく、ホルダ（支持孔）から掘削爪（軸部）を容易に抜き出して取り外すことができる。そして、掘削爪の交換を容易に行うことが可能になる。
このように、本発明の掘削工具は、好適な掘削を可能にする掘削工具であるといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態たる掘削工具について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、ホルダに支持される掘削爪を備えるオーガヘッドなどの掘削工具を例に説明する。
【００１２】
掘削工具１は、図１から図３に示すように、地盤を掘削する掘削爪１０と、掘削爪１０を支持するホルダ２０と、を備えている。
【００１３】
掘削爪１０は、図１から図３に示すように、地盤と接触する掘削部１１と、その掘削部１１が前端側に設けられた軸部１２と、を備えている。
なお、掘削爪１０は、側面視した際の幅（図１参照）の方が、正面視した際の幅（図２参照）よりも広い形状を有している。
【００１４】
掘削部１１は、側面視略コ字形状を呈する凹部を有するチップ保持部１１１と、チップ保持部１１１の凹部内に埋め込まれた掘削チップ１１２とから構成されている。
掘削チップ１１２は、例えば、タングステンカーバイドやコバルトの焼結体が成形されてなる刃部であり、チップ保持部１１１に強固に固定されている。
【００１５】
軸部１２は、軸部の後端部に位置する係合部１２１と、係合部１２１から軸部の前端に亘る軸側テーパ面部１２２と、軸側テーパ面部１２２に形成されている隆起部１２３と、を備えている。
【００１６】
係合部１２１は、軸部１２の後端側に設けられている環状溝１２１ａと、環状溝１２１ａに嵌め込まれている抜止部材１２１ｂとから構成されている。
環状溝１２１ａは、軸部１２の軸線方向（長手方向）と略直交する向きに、軸部の後端周囲を一周するように形成された溝部である。
抜止部材１２１ｂは、例えば、Ｏリングや拡縮リングであり、ホルダ２０の支持孔２１の内面に密接するようになっている。
【００１７】
軸側テーパ面部１２２は、軸部１２の後端側に向けて先細りになるテーパが、軸部１２の外面に設けられてなる略円錐台形状を呈する部分であり、そのテーパの角度は、１度以上１５度以下が好ましく、より好ましくは３度以上１０度以下である。
テーパの角度が１度より小さいと、軸側テーパ面部１２２が略円柱状となってしまい、その外面（側面）が、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される方向とほぼ平行になるため、従来の略六角柱状あるいは略円柱状の軸部と同様に、ホルダ２０から軸部１２が抜け出にくくなってしまうことがある。
また、テーパの角度が１５度より大きいと、軸部１２の後端が細くなり過ぎてしまい、係合部１２１がホルダ２０の支持孔２１内に係合しにくくなってしまうことがある。
【００１８】
隆起部１２３は、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される方向であって、軸部１２の軸線方向（長手方向）に長く、軸部１２が挿入される支持孔２１の内面に向かって隆起する形状を有している。
【００１９】
そして、この軸部１２は、掘削爪１０が地盤に押し付けられる方向（例えば、図１中、下向きの方向）と、その掘削爪１０が地盤を掘削する方向（図１中、左向きの方向）とを含む面に沿うような、扁平な形状を呈している。つまり、軸部１２は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を有している（図１〜図３参照）。
なお、掘削部１１も軸部１２と同様に、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状であって、掘削方向に長尺な断面形状を有しているので、掘削部１１に設けられている掘削チップ１１２は、従来の掘削工具の刃部５１２よりも刃物幅が狭い形状を有している。
【００２０】
ホルダ２０は、図１から図３に示すように、掘削爪１０の軸部１２が挿入される支持孔２１を備えている。
【００２１】
支持孔２１は、支持孔の奥側に位置する被係合部２１１と、被係合部２１１から支持孔の開口に亘る孔側テーパ面部２１２と、孔側テーパ面部２１２に形成されている位置決め溝部２１３と、を備えている。
【００２２】
被係合部２１１は、支持孔２１に挿入された軸部１２の係合部１２１が係合する箇所であり、係合部１２１の抜止部材１２１ｂが密接し嵌合する形状を有している。
【００２３】
孔側テーパ面部２１２は、支持孔２１の奥側に向かって先細りになり、軸部１２の軸側テーパ面部１２２に適合するテーパが、支持孔２１の内面に設けられた面部である。このテーパの角度は、軸側テーパ面部１２２と同様に、１度以上１５度以下が好ましく、より好ましくは３度以上１０度以下である。
【００２４】
位置決め溝部２１３は、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される際に、軸部１２の隆起部１２３が係入される溝部である。
この位置決め溝部２１３に、軸部１２の隆起部１２３を係入する向きに、軸部１２を支持孔２１に挿入することによって、掘削爪１０を所定の向きにホルダ２０に取り付けることが可能になっている。
【００２５】
そして、この支持孔２１は、軸部１２の扁平形状に応じた略長穴となっている（図３参照）。
【００２６】
そして、掘削爪１０の軸部１２をホルダ２０の支持孔２１に挿入し、係合部１２１が被係合部２１１に係合した際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間が生じるようにテーパが形成されている。
隙間が０．１ｍｍより小さいと、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２とが密着してしまい、ホルダ２０から掘削爪１０を取り外しにくくなってしまうことがある。
また、隙間が１．０ｍｍより大きいと、ホルダ２０に取り付けた掘削爪１０ががたつきやすい不具合や、隙間に土砂などの異物が入り込みやすい不具合が発生しやすくなる。
【００２７】
なお、この隙間は、円錐台形の側面形状のように、支持孔２１の開口側に広がる形状となっており、支持孔２１から軸部１２を抜き出す際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間は広がることとなるため、その隙間に土砂などの異物が入り込んでいても、その異物が隙間に嵌り込むことないので、従来のように、ホルダ２０と軸部１２が噛み合わさってしまうようなことはなく、支持孔２１から軸部１２を抜き出しやすい。
つまり、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間に土砂などの異物が入り込んでしまっていても、従来の掘削工具の略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２に応じた隙間であって軸部５２の挿入方向に略平行な隙間の場合とは異なり、支持孔２１から軸部１２を抜き出しやすくなっている。
【００２８】
次に、地盤の掘削時に掘削工具１に作用する力（モーメント）について説明し、掘削工具１の強度について説明する。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、掘削工具１におけるホルダ２０に固定された掘削爪１０が、図中、左向きの掘削力、下向きの喰い込み力で地盤を掘削する際に、掘削爪１０（掘削チップ１１２）の先端部に軸直角分力Ｆが作用する。
そして、ホルダ２０に支持されている軸部１２の前端と後端にはそれぞれ支持力ｆが作用する。
この軸部１２の前端側において支持力ｆが作用するポイントＰａから、掘削爪１０の先端部までの長さ（ｎａ）が「４４．５ｍｍ」、そのポイントＰａにおける縦方向の断面係数が「３０２２ｍｍ３」である場合、この掘削爪１０におけるポイントＰａに作用するモーメントＭａ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍａ＝Ｆ×ｎａ＝Ｆ×４４．５ ・・・・・（１）
であり、
このポイントＰａでの発生曲げ応力Ｓａ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１であると、
Ｓａ＝Ｆ×４４．５／３０２２×１＝０．０１５Ｆ ・・・・・（２）
である。
なお、ここで縦方向とは、掘削力の方向に沿った方向である。
【００３０】
また、図４（ｂ）に示すように、従来の掘削工具におけるホルダ６０に固定された掘削爪５０が、図中、左向きの掘削力、下向きの喰い込み力で地盤を掘削する際にも同様に、掘削爪５０（刃部５１２）の先端部に軸直角分力Ｆが作用する。
そして、ホルダ６０に支持されている軸部５２の前端と後端にはそれぞれ支持力ｆが作用する。
この軸部５２の前端側において支持力ｆが作用するポイントＰｂから、掘削爪５０の先端部までの長さ（ａ）が「５９．５ｍｍ」、そのポイントＰｂにおける縦方向の断面係数が「２３４２ｍｍ３」である場合、この掘削爪５０におけるポイントＰｂに作用するモーメントＭｂ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍｂ＝Ｆ×ａ＝Ｆ×５９．５ ・・・・・（３）
であり、
このポイントＰｂでの発生曲げ応力Ｓｂ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１であると、
Ｓｂ＝Ｆ×５９．５／２３４２×１＝０．０２５Ｆ ・・・・・（４）
である。
【００３１】
さらに、図４（ｂ）に示すように、従来の掘削工具におけるホルダ６０における係合部５２１部分のポイントＰｃに関し、ｆ−ｆ間の距離（ｂ）が「３５ｍｍ」、ｆ−Ｐｃ間の距離（Ｘ）が「１３．５ｍｍ」、そのポイントＰｃにおける縦方向の断面係数が「１０４３ｍｍ３」である場合、この掘削爪５０におけるポイントＰｃに作用するモーメントＭｃ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍｃ＝Ｆ×ａ×Ｘ／ｂ
＝Ｆ×５９．５×１３．５／３５＝Ｆ×２２．９５ ・・・・・（５）
であり、
このポイントＰｃでの発生曲げ応力Ｓｃ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１．７であると、
Ｓｃ＝Ｆ×２２．９５／１０４３×１．７＝０．０３７Ｆ ・・・・・（６）
である。
【００３２】
このように、従来技術の掘削工具のポイントＰｂにおける発生曲げ応力Ｓｂが、０．０２５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であるのに対し、ほぼ同じ部分に相当する、本発明に係る掘削工具１のポイントＰａにおける発生曲げ応力Ｓａが、０．０１５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であり、その発生曲げ応力が低減しているので、本発明に係る掘削工具１は、従来技術の掘削工具に比べて約１６６％強度が向上しているといえる。
また、従来技術の掘削工具の最も弱い部分であるポイントＰｃにおける発生曲げ応力Ｓｃが、０．０３７Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であるのに対し、本発明に係る掘削工具１の最も弱い部分であるポイントＰａにおける発生曲げ応力Ｓａが、０．０１５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であり、その発生曲げ応力が低減しているので、本発明に係る掘削工具１は、従来技術の掘削工具に比べて約２４６％強度が向上しているといえる。
【００３３】
以上のように、本発明に係る掘削工具１は、従来の掘削工具に比べて、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状、つまり、掘削方向に長尺な断面形状を呈する掘削爪１０を有しているので、掘削方向に作用する力に効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。
また、掘削爪１０の軸部１２の後端側の係合部１２１が、ホルダ２０の支持孔２１の被係合部２１１に係合するようになっており、従来技術の掘削工具の係合部５２１よりも、支持孔２１の奥側で軸部１２が支持されることによって、掘削爪１０に作用する力に効果的に抗することができる。
【００３４】
また、このように従来の掘削爪５０に比べて、刃物幅の狭い掘削爪１０であれば、同じ大きさのオーガヘッドの羽部に対して、より多くの掘削爪１０を配設することが可能になるので、より効率的な掘削を行うことができる。
そして、掘削時には、掘削爪１０における刃物幅の狭い掘削チップ１１２の先端部は、従来の掘削爪５０のような刃物幅の広い刃部５２１よりも、地盤に食い込みやすいので、効率よく地盤を掘削することができる。
【００３５】
また、従来の掘削爪５０に比べて、刃物幅の狭い掘削爪１０であるため、従来の刃部５１２よりも小さな掘削チップ１１２とすることができるので、高価な材料からなる刃部（掘削チップ１１２）の製造コストを低減することができる。
【００３６】
また、掘削爪１０の軸部１２には軸側テーパ面部１２２が設けられ、ホルダ２０の支持孔２１には孔側テーパ面部２１２が設けられており、支持孔２１の開口側に広がるテーパ形状を有する軸部１２がその支持孔２１に挿入されて、掘削爪１０がホルダ２０に支持されるようになっているので、ホルダ２０に対する掘削爪１０の抜き差しを行い易い。
特に、支持孔２１から軸部１２を抜き出す際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間は広がることとなるため、その隙間に土砂などの異物が詰まり、ホルダ２０と軸部１２が噛み合わさってしまい、軸部１２の移動が規制されてしまうようなことがないので、ホルダ２０（支持孔２１）から掘削爪１０（軸部１２）を抜き出しやすくなっている。
そして、掘削爪１０の交換を容易に行うことが可能になる。
【００３７】
このように、本発明に係る掘削工具１は、好適な掘削を可能にする掘削工具であるといえる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
掘削工具１は、図３に示すように、断面視した際に、略楕円形状を呈する軸部１２、ホルダ２０を有していたが、例えば、図５（ａ）に示すように、断面視した際に、丸みを帯びた長方形状を呈する軸部１２ａ及びホルダ２０ａを有する掘削工具であってもよい。
また、図５（ｂ）に示すように、断面視した際に、角張った長方形状を呈する軸部１２ｂ及びホルダ２０ｂを有する掘削工具であってもよい。
【００３９】
また、軸部１２の軸側テーパ面部１２２は、その全周に亘ってテーパとなっていることに限らず、例えば、図６に示すように、掘削工具１ａにおける軸部１２の軸側テーパ面部１２２ａの一部の面がテーパになっていなくてもよい。
具体的には、軸側テーパ面部１２２ａを前面部、後面部、左面部、右面部と４つの面部に区分した場合に、少なくとも１つの面部がテーパ面になっていればよく、その他の面部は挿入方向に沿う平行面であってよい。
また、２つの面部や３つの面部がテーパ面になる場合、それら面部（前面部、後面部、左面部、右面部）の組み合わせは任意であってよい。
なお、軸側テーパ面部のテーパ面形状や平行面形状に応じて、孔側テーパ面部の面形状が定められることとなる。
【００４０】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る掘削工具を一部断面視して示す側面図である。
【図２】図１の矢印II方向からの掘削工具を示す正面図である。
【図３】図２のIII−III線における断面図である。
【図４】本発明に係る掘削工具の各部寸法（ａ）と、従来の掘削工具の各部寸法（ｂ）を示すとともに、掘削時に作用する力を示す説明図である。
【図５】掘削工具の変形例を示す断面図であり、丸みを帯びた長方形状を呈するホルダ及び軸部（ａ）と、角張った長方形状を呈するホルダ及び軸部（ｂ）を示す説明図である。
【図６】掘削工具の変形例を示す側面図である。
【図７】従来の掘削工具を一部断面視して示す側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 掘削工具
１０ 掘削爪
１１ 掘削部
１１１ チップ保持部
１１２ 掘削チップ
１２ 軸部
１２１ 係合部
１２１ａ 環状溝
１２１ｂ 抜止部材
１２２ａ 軸側テーパ面部
１２３ 隆起部
２０ ホルダ
２１ 支持孔
２１１ 被係合部
２１２ 孔側テーパ面部
２１３ 位置決め溝部
１ａ 掘削工具
１２２ａ 軸側テーパ面部
１２ａ、１２ｂ 軸部
２０ａ、２０ｂ ホルダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削する掘削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地盤を掘削して掘削孔を形成する装置としてアースオーガが知られている。このアースオーガに設けられているオーガスクリューの下端部には、地盤を掘削する掘削工具であるオーガヘッドが接続されている。
オーガヘッドとしては、例えば、回転軸に対して略垂直方向に突出した羽部を有し、その羽部に複数の掘削爪が所定間隔に配設されたものがある。なお、羽部には、各掘削爪を支持するホルダが設けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の掘削工具の掘削爪５０は、例えば、図７（ａ）（ｂ）に示すように、ホルダ６０に挿入される略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２と、軸部５２の前端側に設けられて地盤に対して接触する掘削部５１とを備えている。なお、掘削部５１には、地盤を削る刃部５１２が設けられている。
そして、略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２がホルダ６０に支持されている掘削爪５０は、様々な方向から作用する抵抗力に対してほぼ均等に抗することができ、あらゆる方向に対する十分な強度を有するようになっている。また、この軸部５２の長手方向のほぼ中央部分に、ホルダ６０の内壁面に係合する抜け止めリング５２１ｂが備えられた係合部５２１が設けられている。
【特許文献１】特開２００６−２２５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、地盤の掘削時において、掘削爪５０には、地盤に対する掘削爪５０の移動方向（掘削方向）に逆らう向きに抵抗力が作用するため、掘削爪５０はその移動方向に沿った方向に対する強度を有していればよいので、この掘削爪５０における全方向強度は必要でなく、その移動方向と交差する横方向に対する強度は過剰なものであったといえる。
また、掘削爪５０は、略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２がホルダ６０に挿入されて支持されているので、軸部５２とホルダ６０との間の隙間は、軸部５２の挿入方向に沿い略平行であって略一定間隔の隙間であるので、この隙間に土砂が入り込んでしまうと、その土砂を介してホルダ６０と軸部５２が噛み合わさってしまい、ホルダ６０から軸部５２が抜け出にくくなり、刃部５１２の磨耗などに伴う掘削爪５０の交換が困難になってしまうことがあるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、好適な掘削を可能にする掘削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
地盤を掘削する掘削爪と、前記掘削爪を支持するホルダと、を備える掘削工具であって、
前記掘削爪は、地盤と接触する掘削部がその前端側に設けられた軸部を有し、
前記ホルダは、前記軸部が挿入される支持孔を有し、
前記軸部の外面には、その軸部の後端側に向けて先細りになるテーパが設けられ、前記支持孔の内面には、その支持孔の奥に向かって先細りになり、前記軸部のテーパに適合するテーパが設けられており、
前記軸部は、前記掘削爪が地盤に押し付けられる方向と、その掘削爪が地盤を掘削する方向とを含む面に沿う扁平な形状を呈し、前記支持孔は、前記軸部の扁平形状に応じた略長穴となっていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の掘削工具において、
前記軸部の後端に、前記支持孔の内面に係合する係合部が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の掘削工具において、
前記軸部が前記支持孔に挿入された際に、前記軸部のテーパと、前記支持孔のテーパとの間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間があり、
前記各テーパの角度は、１度以上１５度以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の掘削工具において、
前記軸部には、前記支持孔に挿入される方向に長く、前記支持孔の内面に向かって隆起する隆起部が形成され、
前記支持孔には、前記隆起部が位置合わせされる位置決め溝部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、掘削工具は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を呈する掘削爪を有しており、この掘削爪は、掘削方向に長尺な断面形状を呈するようになっているので、掘削方向に作用する力に対して効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。
また、掘削工具の掘削爪の軸部は、ホルダの支持孔に挿入されるようになっており、掘削爪の軸部の外面には、軸端に向かって先細りになるテーパが設けられ、ホルダの支持孔の内面には、奥に向かって先細りになるテーパが設けられているので、ホルダに対する掘削爪の抜き差しが行いやすくなっている。
特に、掘削爪の軸部の外面が先細りになるテーパとなり、ホルダの支持孔の内面が奥に向かって先細りになるテーパとなっていることによって、支持孔から軸部を抜き出す際には、軸部のテーパ外面と支持孔のテーパ内面との間の隙間が広がるようになるので、その隙間に土砂などの異物が詰まるなどして支持孔に対する軸部の移動が規制されてしまうことはなく、ホルダ（支持孔）から掘削爪（軸部）を容易に抜き出して取り外すことができる。そして、掘削爪の交換を容易に行うことが可能になる。
このように、本発明の掘削工具は、好適な掘削を可能にする掘削工具であるといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態たる掘削工具について、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、ホルダに支持される掘削爪を備えるオーガヘッドなどの掘削工具を例に説明する。
【００１２】
掘削工具１は、図１から図３に示すように、地盤を掘削する掘削爪１０と、掘削爪１０を支持するホルダ２０と、を備えている。
【００１３】
掘削爪１０は、図１から図３に示すように、地盤と接触する掘削部１１と、その掘削部１１が前端側に設けられた軸部１２と、を備えている。
なお、掘削爪１０は、側面視した際の幅（図１参照）の方が、正面視した際の幅（図２参照）よりも広い形状を有している。
【００１４】
掘削部１１は、側面視略コ字形状を呈する凹部を有するチップ保持部１１１と、チップ保持部１１１の凹部内に埋め込まれた掘削チップ１１２とから構成されている。
掘削チップ１１２は、例えば、タングステンカーバイドやコバルトの焼結体が成形されてなる刃部であり、チップ保持部１１１に強固に固定されている。
【００１５】
軸部１２は、軸部の後端部に位置する係合部１２１と、係合部１２１から軸部の前端に亘る軸側テーパ面部１２２と、軸側テーパ面部１２２に形成されている隆起部１２３と、を備えている。
【００１６】
係合部１２１は、軸部１２の後端側に設けられている環状溝１２１ａと、環状溝１２１ａに嵌め込まれている抜止部材１２１ｂとから構成されている。
環状溝１２１ａは、軸部１２の軸線方向（長手方向）と略直交する向きに、軸部の後端周囲を一周するように形成された溝部である。
抜止部材１２１ｂは、例えば、Ｏリングや拡縮リングであり、ホルダ２０の支持孔２１の内面に密接するようになっている。
【００１７】
軸側テーパ面部１２２は、軸部１２の後端側に向けて先細りになるテーパが、軸部１２の外面に設けられてなる略円錐台形状を呈する部分であり、そのテーパの角度は、１度以上１５度以下が好ましく、より好ましくは３度以上１０度以下である。
テーパの角度が１度より小さいと、軸側テーパ面部１２２が略円柱状となってしまい、その外面（側面）が、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される方向とほぼ平行になるため、従来の略六角柱状あるいは略円柱状の軸部と同様に、ホルダ２０から軸部１２が抜け出にくくなってしまうことがある。
また、テーパの角度が１５度より大きいと、軸部１２の後端が細くなり過ぎてしまい、係合部１２１がホルダ２０の支持孔２１内に係合しにくくなってしまうことがある。
【００１８】
隆起部１２３は、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される方向であって、軸部１２の軸線方向（長手方向）に長く、軸部１２が挿入される支持孔２１の内面に向かって隆起する形状を有している。
【００１９】
そして、この軸部１２は、掘削爪１０が地盤に押し付けられる方向（例えば、図１中、下向きの方向）と、その掘削爪１０が地盤を掘削する方向（図１中、左向きの方向）とを含む面に沿うような、扁平な形状を呈している。つまり、軸部１２は、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状を有している（図１〜図３参照）。
なお、掘削部１１も軸部１２と同様に、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状であって、掘削方向に長尺な断面形状を有しているので、掘削部１１に設けられている掘削チップ１１２は、従来の掘削工具の刃部５１２よりも刃物幅が狭い形状を有している。
【００２０】
ホルダ２０は、図１から図３に示すように、掘削爪１０の軸部１２が挿入される支持孔２１を備えている。
【００２１】
支持孔２１は、支持孔の奥側に位置する被係合部２１１と、被係合部２１１から支持孔の開口に亘る孔側テーパ面部２１２と、孔側テーパ面部２１２に形成されている位置決め溝部２１３と、を備えている。
【００２２】
被係合部２１１は、支持孔２１に挿入された軸部１２の係合部１２１が係合する箇所であり、係合部１２１の抜止部材１２１ｂが密接し嵌合する形状を有している。
【００２３】
孔側テーパ面部２１２は、支持孔２１の奥側に向かって先細りになり、軸部１２の軸側テーパ面部１２２に適合するテーパが、支持孔２１の内面に設けられた面部である。このテーパの角度は、軸側テーパ面部１２２と同様に、１度以上１５度以下が好ましく、より好ましくは３度以上１０度以下である。
【００２４】
位置決め溝部２１３は、軸部１２がホルダ２０の支持孔２１に挿入される際に、軸部１２の隆起部１２３が係入される溝部である。
この位置決め溝部２１３に、軸部１２の隆起部１２３を係入する向きに、軸部１２を支持孔２１に挿入することによって、掘削爪１０を所定の向きにホルダ２０に取り付けることが可能になっている。
【００２５】
そして、この支持孔２１は、軸部１２の扁平形状に応じた略長穴となっている（図３参照）。
【００２６】
そして、掘削爪１０の軸部１２をホルダ２０の支持孔２１に挿入し、係合部１２１が被係合部２１１に係合した際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間が生じるようにテーパが形成されている。
隙間が０．１ｍｍより小さいと、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２とが密着してしまい、ホルダ２０から掘削爪１０を取り外しにくくなってしまうことがある。
また、隙間が１．０ｍｍより大きいと、ホルダ２０に取り付けた掘削爪１０ががたつきやすい不具合や、隙間に土砂などの異物が入り込みやすい不具合が発生しやすくなる。
【００２７】
なお、この隙間は、円錐台形の側面形状のように、支持孔２１の開口側に広がる形状となっており、支持孔２１から軸部１２を抜き出す際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間は広がることとなるため、その隙間に土砂などの異物が入り込んでいても、その異物が隙間に嵌り込むことないので、従来のように、ホルダ２０と軸部１２が噛み合わさってしまうようなことはなく、支持孔２１から軸部１２を抜き出しやすい。
つまり、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間に土砂などの異物が入り込んでしまっていても、従来の掘削工具の略六角柱状あるいは略円柱状の軸部５２に応じた隙間であって軸部５２の挿入方向に略平行な隙間の場合とは異なり、支持孔２１から軸部１２を抜き出しやすくなっている。
【００２８】
次に、地盤の掘削時に掘削工具１に作用する力（モーメント）について説明し、掘削工具１の強度について説明する。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、掘削工具１におけるホルダ２０に固定された掘削爪１０が、図中、左向きの掘削力、下向きの喰い込み力で地盤を掘削する際に、掘削爪１０（掘削チップ１１２）の先端部に軸直角分力Ｆが作用する。
そして、ホルダ２０に支持されている軸部１２の前端と後端にはそれぞれ支持力ｆが作用する。
この軸部１２の前端側において支持力ｆが作用するポイントＰａから、掘削爪１０の先端部までの長さ（ｎａ）が「４４．５ｍｍ」、そのポイントＰａにおける縦方向の断面係数が「３０２２ｍｍ３」である場合、この掘削爪１０におけるポイントＰａに作用するモーメントＭａ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍａ＝Ｆ×ｎａ＝Ｆ×４４．５ ・・・・・（１）
であり、
このポイントＰａでの発生曲げ応力Ｓａ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１であると、
Ｓａ＝Ｆ×４４．５／３０２２×１＝０．０１５Ｆ ・・・・・（２）
である。
なお、ここで縦方向とは、掘削力の方向に沿った方向である。
【００３０】
また、図４（ｂ）に示すように、従来の掘削工具におけるホルダ６０に固定された掘削爪５０が、図中、左向きの掘削力、下向きの喰い込み力で地盤を掘削する際にも同様に、掘削爪５０（刃部５１２）の先端部に軸直角分力Ｆが作用する。
そして、ホルダ６０に支持されている軸部５２の前端と後端にはそれぞれ支持力ｆが作用する。
この軸部５２の前端側において支持力ｆが作用するポイントＰｂから、掘削爪５０の先端部までの長さ（ａ）が「５９．５ｍｍ」、そのポイントＰｂにおける縦方向の断面係数が「２３４２ｍｍ３」である場合、この掘削爪５０におけるポイントＰｂに作用するモーメントＭｂ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍｂ＝Ｆ×ａ＝Ｆ×５９．５ ・・・・・（３）
であり、
このポイントＰｂでの発生曲げ応力Ｓｂ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１であると、
Ｓｂ＝Ｆ×５９．５／２３４２×１＝０．０２５Ｆ ・・・・・（４）
である。
【００３１】
さらに、図４（ｂ）に示すように、従来の掘削工具におけるホルダ６０における係合部５２１部分のポイントＰｃに関し、ｆ−ｆ間の距離（ｂ）が「３５ｍｍ」、ｆ−Ｐｃ間の距離（Ｘ）が「１３．５ｍｍ」、そのポイントＰｃにおける縦方向の断面係数が「１０４３ｍｍ３」である場合、この掘削爪５０におけるポイントＰｃに作用するモーメントＭｃ［ｋｇ・ｍｍ］は、
Ｍｃ＝Ｆ×ａ×Ｘ／ｂ
＝Ｆ×５９．５×１３．５／３５＝Ｆ×２２．９５ ・・・・・（５）
であり、
このポイントＰｃでの発生曲げ応力Ｓｃ［ｋｇ／ｍｍ２］は、応力集中係数が１．７であると、
Ｓｃ＝Ｆ×２２．９５／１０４３×１．７＝０．０３７Ｆ ・・・・・（６）
である。
【００３２】
このように、従来技術の掘削工具のポイントＰｂにおける発生曲げ応力Ｓｂが、０．０２５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であるのに対し、ほぼ同じ部分に相当する、本発明に係る掘削工具１のポイントＰａにおける発生曲げ応力Ｓａが、０．０１５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であり、その発生曲げ応力が低減しているので、本発明に係る掘削工具１は、従来技術の掘削工具に比べて約１６６％強度が向上しているといえる。
また、従来技術の掘削工具の最も弱い部分であるポイントＰｃにおける発生曲げ応力Ｓｃが、０．０３７Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であるのに対し、本発明に係る掘削工具１の最も弱い部分であるポイントＰａにおける発生曲げ応力Ｓａが、０．０１５Ｆ［ｋｇ／ｍｍ２］であり、その発生曲げ応力が低減しているので、本発明に係る掘削工具１は、従来技術の掘削工具に比べて約２４６％強度が向上しているといえる。
【００３３】
以上のように、本発明に係る掘削工具１は、従来の掘削工具に比べて、掘削方向に沿う幅が広い扁平形状、つまり、掘削方向に長尺な断面形状を呈する掘削爪１０を有しているので、掘削方向に作用する力に効果的に抗することができ、掘削強度の向上を図ることができる。
また、掘削爪１０の軸部１２の後端側の係合部１２１が、ホルダ２０の支持孔２１の被係合部２１１に係合するようになっており、従来技術の掘削工具の係合部５２１よりも、支持孔２１の奥側で軸部１２が支持されることによって、掘削爪１０に作用する力に効果的に抗することができる。
【００３４】
また、このように従来の掘削爪５０に比べて、刃物幅の狭い掘削爪１０であれば、同じ大きさのオーガヘッドの羽部に対して、より多くの掘削爪１０を配設することが可能になるので、より効率的な掘削を行うことができる。
そして、掘削時には、掘削爪１０における刃物幅の狭い掘削チップ１１２の先端部は、従来の掘削爪５０のような刃物幅の広い刃部５２１よりも、地盤に食い込みやすいので、効率よく地盤を掘削することができる。
【００３５】
また、従来の掘削爪５０に比べて、刃物幅の狭い掘削爪１０であるため、従来の刃部５１２よりも小さな掘削チップ１１２とすることができるので、高価な材料からなる刃部（掘削チップ１１２）の製造コストを低減することができる。
【００３６】
また、掘削爪１０の軸部１２には軸側テーパ面部１２２が設けられ、ホルダ２０の支持孔２１には孔側テーパ面部２１２が設けられており、支持孔２１の開口側に広がるテーパ形状を有する軸部１２がその支持孔２１に挿入されて、掘削爪１０がホルダ２０に支持されるようになっているので、ホルダ２０に対する掘削爪１０の抜き差しを行い易い。
特に、支持孔２１から軸部１２を抜き出す際に、軸側テーパ面部１２２と孔側テーパ面部２１２の隙間は広がることとなるため、その隙間に土砂などの異物が詰まり、ホルダ２０と軸部１２が噛み合わさってしまい、軸部１２の移動が規制されてしまうようなことがないので、ホルダ２０（支持孔２１）から掘削爪１０（軸部１２）を抜き出しやすくなっている。
そして、掘削爪１０の交換を容易に行うことが可能になる。
【００３７】
このように、本発明に係る掘削工具１は、好適な掘削を可能にする掘削工具であるといえる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
掘削工具１は、図３に示すように、断面視した際に、略楕円形状を呈する軸部１２、ホルダ２０を有していたが、例えば、図５（ａ）に示すように、断面視した際に、丸みを帯びた長方形状を呈する軸部１２ａ及びホルダ２０ａを有する掘削工具であってもよい。
また、図５（ｂ）に示すように、断面視した際に、角張った長方形状を呈する軸部１２ｂ及びホルダ２０ｂを有する掘削工具であってもよい。
【００３９】
また、軸部１２の軸側テーパ面部１２２は、その全周に亘ってテーパとなっていることに限らず、例えば、図６に示すように、掘削工具１ａにおける軸部１２の軸側テーパ面部１２２ａの一部の面がテーパになっていなくてもよい。
具体的には、軸側テーパ面部１２２ａを前面部、後面部、左面部、右面部と４つの面部に区分した場合に、少なくとも１つの面部がテーパ面になっていればよく、その他の面部は挿入方向に沿う平行面であってよい。
また、２つの面部や３つの面部がテーパ面になる場合、それら面部（前面部、後面部、左面部、右面部）の組み合わせは任意であってよい。
なお、軸側テーパ面部のテーパ面形状や平行面形状に応じて、孔側テーパ面部の面形状が定められることとなる。
【００４０】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る掘削工具を一部断面視して示す側面図である。
【図２】図１の矢印II方向からの掘削工具を示す正面図である。
【図３】図２のIII−III線における断面図である。
【図４】本発明に係る掘削工具の各部寸法（ａ）と、従来の掘削工具の各部寸法（ｂ）を示すとともに、掘削時に作用する力を示す説明図である。
【図５】掘削工具の変形例を示す断面図であり、丸みを帯びた長方形状を呈するホルダ及び軸部（ａ）と、角張った長方形状を呈するホルダ及び軸部（ｂ）を示す説明図である。
【図６】掘削工具の変形例を示す側面図である。
【図７】従来の掘削工具を一部断面視して示す側面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 掘削工具
１０ 掘削爪
１１ 掘削部
１１１ チップ保持部
１１２ 掘削チップ
１２ 軸部
１２１ 係合部
１２１ａ 環状溝
１２１ｂ 抜止部材
１２２ａ 軸側テーパ面部
１２３ 隆起部
２０ ホルダ
２１ 支持孔
２１１ 被係合部
２１２ 孔側テーパ面部
２１３ 位置決め溝部
１ａ 掘削工具
１２２ａ 軸側テーパ面部
１２ａ、１２ｂ 軸部
２０ａ、２０ｂ ホルダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤を掘削する掘削爪と、前記掘削爪を支持するホルダと、を備える掘削工具であって、
前記掘削爪は、地盤と接触する掘削部がその前端側に設けられた軸部を有し、
前記ホルダは、前記軸部が挿入される支持孔を有し、
前記軸部の外面には、その軸部の後端側に向けて先細りになるテーパが設けられ、前記支持孔の内面には、その支持孔の奥に向かって先細りになり、前記軸部のテーパに適合するテーパが設けられており、
前記軸部は、前記掘削爪が地盤に押し付けられる方向と、その掘削爪が地盤を掘削する方向とを含む面に沿う扁平な形状を呈し、前記支持孔は、前記軸部の扁平形状に応じた略長穴となっていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
前記軸部の後端に、前記支持孔の内面に係合する係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
【請求項３】
前記軸部が前記支持孔に挿入された際に、前記軸部のテーパと、前記支持孔のテーパとの間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間があり、
前記各テーパの角度は、１度以上１５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削工具。
【請求項４】
前記軸部には、前記支持孔に挿入される方向に長く、前記支持孔の内面に向かって隆起する隆起部が形成され、
前記支持孔には、前記隆起部が位置合わせされる位置決め溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の掘削工具。
【請求項１】
地盤を掘削する掘削爪と、前記掘削爪を支持するホルダと、を備える掘削工具であって、
前記掘削爪は、地盤と接触する掘削部がその前端側に設けられた軸部を有し、
前記ホルダは、前記軸部が挿入される支持孔を有し、
前記軸部の外面には、その軸部の後端側に向けて先細りになるテーパが設けられ、前記支持孔の内面には、その支持孔の奥に向かって先細りになり、前記軸部のテーパに適合するテーパが設けられており、
前記軸部は、前記掘削爪が地盤に押し付けられる方向と、その掘削爪が地盤を掘削する方向とを含む面に沿う扁平な形状を呈し、前記支持孔は、前記軸部の扁平形状に応じた略長穴となっていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
前記軸部の後端に、前記支持孔の内面に係合する係合部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
【請求項３】
前記軸部が前記支持孔に挿入された際に、前記軸部のテーパと、前記支持孔のテーパとの間には、０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の隙間があり、
前記各テーパの角度は、１度以上１５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削工具。
【請求項４】
前記軸部には、前記支持孔に挿入される方向に長く、前記支持孔の内面に向かって隆起する隆起部が形成され、
前記支持孔には、前記隆起部が位置合わせされる位置決め溝部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の掘削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１８００３０（Ｐ２００９−１８００３０Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１２９０（Ｐ２００８−２１２９０）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１４１５２１）株式会社技研製作所 (83)
【出願人】（０００２２１１４４）株式会社タンガロイ (185)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００１４１５２１）株式会社技研製作所 (83)
【出願人】（０００２２１１４４）株式会社タンガロイ (185)
【Ｆターム（参考）】
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