JPS6044478B2 - 地盤掘削用ウイングビツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地盤掘削用ウィングビットに関し、特に、地頒
連続壁工法であるＢＷ工法（ボーリングウオールエ法）
に使用される多軸ドリルビット式ロングウォールドリル
のドリルビットに適用するに好適な地盤掘削用ウィング
ビットに関する。

ＢＷ工法においては、複数個（例えば５個または７個）
のドリルビットを一列に取付け、これらのドリルビット
を同時に回転するよう構成されている。この場合、中央
のドリルビットはリバースビットとして掘削土砂を含む
泥水をリバースシャフト内に導入し地上へ排出するため
に使用される。この中心部のビットを除く他のビットは
、相対する（隣接する）ドリルビットを互いに反転させ
、ドリル全体のトルクを打消してその重力により平行に
降下させながら地盤内へ掘進して行く。このようなりＷ
工法に使用されるドリルビットとしてはいわゆるウィン
グビットが広く使用されている。このウィングビットは
回転駆動されるコアの周囲に垂直板状のウィングを放射
状に固定し、各ウィングの下端面に複数個のチップを固
定して掘削面を形成するような構造を有している。前記
チップは超硬合金チップあるいは多結晶ダイヤモンドチ
ップで作られ、これらを複数個植え付けて地盤掘削用の
刃先として使用される。従来のこの種のウィングビット
は、ビットの下端面に形成される掘削面の全面にチップ
を配列し、これらのチップにより岩石の鋤き作用または
引き掻き作用等により掘進するタイプのものであつた。

すなわち、従来のウイングビツはその先端面金面におい
て岩石の鋤作用または引き掻き作用を行なう金断面掘削
方式のものであつた。しカルながら、このような全断面
掘削方式では、ビットセンター部ではその構造上円周方
向の速度すなわちチツププの周速が得られないため、ウ
ィングビットの芯部では切削能率が低いという・問題が
あつた。

特に、チップ周速が得られず切削能力が低いため、中硬
岩の掘削においては切削能率が著しく低下し、中硬岩に
対する実用可能な掘削能力を有するウィングビットは事
実上実施されていなかつた。このため、ウィングビット
を使用・するＢＷ工法はもつぱら軟質の地層に対してし
か適用できず、その使用範囲が限られていた。これらの
対策として、ウィングビットの中芯部のチップ（ウィン
グチップ）を偏芯せて偏芯させて植設しチップ刃先に周
速を与えたり、あるいはコアビットを追加装着するなど
の改良工夫が提案され実施されたが、岩石掘削すなわち
中硬岩盤の掘削に対しては、実用可能な程度に掘削性能
を発揮しうるウィングビットは末だ実現していなかつた
。また、一定半径以上の外周部のみをウィングチップで
切先切削し、切削されずに残される突状の岩盤はこれを
ハンマー、爆薬あるいは他の掘削機を使用して別途破砕
していく工法が、護岸工事やビルの基礎工事などにおい
て採用されているが、この方法では岩盤切削と中芯部破
砕とが完全な別工事になり、岩盤切削を頻ぱんに中断し
て作業することになるので、掘削作業がきわめて非能率
であるという問題がある。

本発明の目的はこのような従来技術の問題点を解決し、
中硬岩盤掘削をも効率よく行ないうる地層削用ウィング
ビットを提供することである。

本発明の地盤掘削用ウィングビットは、下端面にチップ
が取付けられたウィングを外周面で支持する下端開放の
中空円筒状シャフト部の内側に圧砕手段を設け、この圧
砕手段がシャフト部の下端より所定高さ引込んだ位置に
設けられているものである。上記構成によると、シャフ
ト部の外側にある岩盤は充分な周速が与えられたウィン
グ下端面のチーツプにより切削され、一方シャフト部の
内側にある岩盤はシャフト部内方へ突出させ、この突出
岩盤をローラーカッタ等の圧砕手段により圧砕する。

即ち、ウィングビットによる切削性能が低下す．るビッ
ト中芯部分のみを圧砕する別の手段を設けたので、ビッ
ト中芯部から周辺部に亘つて優れた切削性能を有し、掘
進速度を大幅に向上させることができる。

以下、第１図〜第３図を参照して本発明の一実！施例を
説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図であり
、第１図および第２図において、シャフト部１の周囲に
複数個（図示の例では４個）の垂直板状のウィング２を
放射状に固定し、各ウイン４グの下端面に複数個のチッ
プ３を固定した構造を有し、回転する各チップ３の包絡
面によつて掘削面が形成される。

前記シャフト部１は空中円筒状のコアハウジングで構成
され、このコアハウジング１の上端には円板状のフラン
ジ４が固定され、該フランジの取付孔５を介してドリル
シャフト（図示せず）に固定される。

ドリルシャフトをモータ等により回転駆動してウィング
ビットを回転し、前記チップ３で岩盤あるいは地層を切
削しながら掘進していく。前記コアハウジング１内の上
部にはコア金具６が固定され、これには下面すなわちコ
アハウジンノグ１の内部空間に開口するねじ孔７が形成
されている。

前記コアハウジング１の内径は所定寸法を有し、ほぼこ
の内径に相当するウィングビット中芯部には前記チップ
３が設けられておらず、これより外周の部分に多数のチ
ップ３が植設され、一定半径以上の外周領域でのみ刃先
チップ３により切削掘進を行ないうるようになつている
。

しかして、前記コアハウジング１内には、その先端から
所定高さの位置にローラーカッター８が装着されている
。

このローラーカッター８は、前記コア金具６のねじ孔７
にねじ締結されるボディ９に回動自在に装着されている
。すなわち、図示の例では、ボディ９の下方部分の円周
方向３等分の位置に設けられた３個のベアリングシャフ
ト１０のそれぞれにローラーカッター８が回動自在に装
着されている。各ローラーカッター８の表面には多結晶
ダイヤモンドまたは超硬合金のチップ１１が植設されて
いる。前記各ウィング２の外方側面にチップ１２が植設
され、掘削孔の周面を切削しうるようになつている。

前記各ウィング２の下側面に植設される各チップ３は、
台金１３にろう付けあるいは焼結法などにより固定され
、この台金を介して各ウィング２に固定されている。

これら各チップ３は、例えば、多結晶ダイヤモンドまた
は超硬合金（例えば窒化ボロン等）の焼結体で構成され
る。以上第１図および第２図について説明した実施例に
よれば、地盤掘削に際しウィングビットを回転駆動する
と、ウィング下端面の各チップの切削作用（鋤作用また
は引掻き作用など）により地盤を掘削しながら機械全体
の自重によつて掘進していく。

この場合、掘削面を形成するチップ３は一定半径以上の
外周部すなわちコアハウジング１より外側にのみ設けら
れているので、全てのチップ３の刃先に充分な周速が与
えられ、地層のみならず中硬岩の岩盤をも能率よく切断
することができ、掘進速度を大巾に向上させることがで
きる。

第１図中の二点鎖線１４はチップ３の切削によつて形成
される孔を示す。

所定深さ掘り進むと、ビット中芯部の非切削地盤が突出
して前記ローラーカッター８に達する。そのまま掘削を
続けて行くとローラーカッター８が突出地盤１５に押し
付けられ、回転しながら該突出地盤を圧砕しく行く。こ
のように中芯部の岩石を圧砕掘削することにより、従来
のウィングビットの周速不足による切削能率の低下を防
止することができ、チップ３の切削性能を存分に発揮し
ながら高性能掘削を行なうことができる。なお、ＢＷ工
法においては、図示のように中芯部に近い程突出する方
向に傾斜したウィングを有する突出型（前進型）ウィン
グビットと、これとは逆に中芯部に近い程凹む（後退す
る）方向に傾斜したウィングを有する凹型（後退型）ウ
ィングビットとを交互に配列した掘削機が使用される。

しかも、隣接するウィングビットを逆回転させて機械全
体の反動トルクを釣合せることが行なわれている。本発
明は前述の凹型（後退型）ウィングビットに対しても同
様に適用することができる。

以上説明した実施例のウィングビットと従来のウィング
ビットとを実際の岩盤掘削に使用した場合の比較試験結
果は次のようであつた。

岩質として安山岩を選定し、これを１時間切削した時の
掘削速度は第１表のとおりであつた。

なお、上記試験においては、送水量は２００ｅ／分、ド
リル回転速度は８０ｒ．ｐ．ｍ．、最大給圧は各ビット
当り５トンであつた。この比較試験によれば、本発明を
実施することにより掘進速度を約２ｊ倍に向上させるこ
とができた。

第３図は本発明の地盤掘削用ウィングビットの他の実施
例を示す図である。

これは、前述の実施例のローラーカッター８の代りにハ
ンマービットを使用する点で第１図および第２図のもの
と異なつているが、その他は実質上同じであり同一部分
にはそれぞれ同一符号を付しそれらの詳細な説明は省略
する。第３図において、回転駆動されるシャフト部１は
中空円筒状のバイブで構成され、該バイブにハンマービ
ットが装着されている。

該ハンマービットは、本体（バイブ）１の先端に取付け
られたビット本体１６と、圧搾空気導入用の逆止弁１７
と、圧搾空気によりバイブ内を往復動するピストン１８
とを備え、該ピストンによりビット本体１６を打撃する
構造になつている。第３図中の矢印線は圧搾空気の導入
経路を示し、仕事を終えた空気はビット本体１６内に形
成された排出路１９を通してビット下方へ放出される。
前記ビット本体１６の下面すなわち打撃面には多結晶ダ
イヤモンドあるいは窒化ボロン等の超硬部材で作られた
チップ２０が複数個固定されている。

以上第３図について説明した実施例によれば、ウィング
２の掘削面（チップ３）によつて形成された孔１４の中
心部に残される突出地盤１５は、掘り進むに従い逐次前
記ハンマービット（ビット本体１６）の打撃作用によつ
て圧砕されて行く。

したがつて、第３図の実施例によつても、第１・図およ
び第２図の場合と同様の作用によつて、中硬岩の地盤に
対しても高能率てＢＷ工法を行なうことができる。第２
表は、第３図のウィングビットと従来のウィングビット
とを実際の岩盤掘削に使用した場合・の比較試験結果を
例示するものである。

岩質はＢＷ工法における一軸圧縮強度が１６００ｋｇＩ
ｃ１１で硬度がＨＳ７９であつた。なお、この試験にお
いては、ドリル回転速度が８０ｒ′．Ｐ．ｍ．、各ビッ
ト当りの最大給圧が５トンであり、ハンマー条件はエア
コンプレッサが１７ｄ／分、作動圧が６．８〜６．９ｋ
９ノｄ１打撃数（Ｈｚ）が約１１回／秒であつた。

この比較試験によれば、第２の実施例では、掘進速度を
約３市倍に向上させることができる。

以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、軟質
地盤のみならず中硬岩の岩盤に対しても高い掘削性能を
発揮しうる地盤掘削用ウィングビットが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるウィングビットの一実施例を示す
縦断面図、第２図は第１図中の矢視線■−■から見た底
面図、第３図は本発明の他の実施例を示す縦断面図であ
る。 １・・・・・シャフト部、２・・・・・・ウィング、３
・・・・・・チップ、８・・・・・・ローラーカッター
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転駆動される下端開放の中空円筒状シャフト部の
   周囲に垂直板状のウィングを放射状に固定し、各ウィン
   グの下端面に複数個のチップを固定して掘削面を形成す
   るとともに、前記シャフト部の下端より所定高さ引込ん
   だ内側に圧砕手段を設けたことを特徴とする地盤掘削用
   ウィングビット。 ２ 圧砕手段をローラーカッタとした特許請求の範囲第
   １項記載の地盤掘削用ウィングビット。 ３ 圧砕手段をハンマービットとした特許請求の範囲第
   １項記載の地盤掘削用ウィングビット。