JPS6187092A - 穴掘削機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は地盤に穴、特に大口径の穴を掘削するのに適
した穴掘削機械に関する。

従来この種の穴掘削機械の１つに、リバースサーキュレ
ーション方式の掘削機があり、これは泥水を循環するド
リルパイプの下端に３翼あるいは４翼のカッタを放射状
に取付けたビットを用いるものでドリルパイプの回転に
よりビットの翼半径に対応した口径の穴を掘削するもの
である。しかしながら前記のような従来のものは、掘削
穴の口径が大きくなるにしたがい、回転半径の大きなビ
ットを必要とするため、ビットの中心部と外周部とでは
刃先のする仕事量が大巾に異なり、それだけ刃先の摩耗
量が異なって全体としての掘削性能を低下させるばかり
でなく、外周の刃先の取替回数が多くなる。しかも良好
な掘削条件を維持するためには大きな推力（ビットの押
付力）を必要とするとともに、大きな掘削馬力を必要と
し、したがって機械コストは勿論のこと、施工費におい
ても高価なものとならざるを得ないという欠点があった
。

この発明は上記のような従来のもののもつ欠点を排除し
、小さな回転半径のビットにより大口径の穴掘削を可能
とし、それにより刃先の寿命を均一化し、さらに最適な
掘削条件を得るのに推力および掘削馬力が小さくて済み
１機械のコストや施工費を安価にできる穴掘削機械を提
供することを目的とする。

すなわちこの発明は１回転軸の先端付近に、支持アーム
を前記回転軸と直角向きであってかつ回転軸の軸方向に
移動不能に枢着し、この支持アームの端部に、先端にビ
ットが取付けられたビット軸を前記回転軸と平行であっ
てかつ該ビット軸の軸方向に移動不能に枢着し、このビ
ット軸と前記回転軸とを回転伝達部材により連結したこ
とを特徴とする穴掘削機械にある。

以下、この発明をリバースサーキュレーション方式の掘
削機に適用した一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１，２図に示すように１はドリルパイプであって、こ
のドリルパイプ１は地表に設置された図示しないロータ
リテーブルによって回転するとともに、上下動可能とな
っており、ドリルパイ、プ１内を掘削屑を伴った泥水が
循環する。

ドリルパイプ１の下端にはセンタビット２が取付けられ
、その上方に支持アーム３が中間部において上下方向に
移動不能に枢着されている。

支持アーム３の両端部にはビット軸４，５が上下方向に
移動不能に枢着され、このビット軸４゜５の下端はセン
タビット２の上部高さまで延び。

この下端に外輪ビット６．７が取付けられている。この
外輪ビット６．７は第３図に示すように、刃先部１４が
地盤を段切状に側方に切削すべく傾斜している。ビット
軸４，５の上端にはスプロケット（または歯車）８．９
が固定され、このスプロケット８，９とドリルパイプ１
に固定したスプロケットｔｏ、　１１との間にはそれぞ
れチェーン１２が巻回され、ドリルパイプ１と同一方向
の回転がビット軸４，５に伝達されるようになっている
。

次に上記実施例の作用を説明する。

第２図において符号１３は上記実施例の穴掘削機械によ
って掘削された穴を示し、この穴１３は以下のようにし
て掘削される。すなわちドリルパイプ１が下向きの推力
を付与されながら回転すると、センタカッタ２が自転し
て穴１３の底部中央を掘削する。一方ドリルパイプｌの
回転はスプロケット８〜１１およびチェーン１２等の回
転伝達部材を介してビット軸４．５に伝達され、それに
より下端の外輪ビット６．７が自転して穴１３の底部外
方を掘削する。外輪ビット６．７には前記のようにドリ
ルパイプ１から回転（自転）トルクと、支持アーム３を
介して推力とが付与されるので、外輪ビット６．７には
掘削抵抗による公転トルクが発生し、外輪ビット６゜７
は自転しながらドリルパイプ１の回りを公転することに
なり、センタビット２の周囲を掘削する。外輪ビット６
．７は、その刃先部１４が傾斜して地盤を段切り状に側
方に切削する構造となっているため、自転のみで公転し
ないという現象は起こらない。

上記実施例のように、掘削機械がセンタビット２と外輪
ビット６．７とを具えたものである場合、外輪ビット６
．７が公転する条件は以下のようになる。

第４図にはセンタビット２の回転軌跡、外輪ビット６．
７の回転（自転）および公転軌跡が示されており、ｏｌ
、０□はそれぞれセンタビット２および外輪ビット６（
または７）の中心、ｒＩ　＋　ｒ２はそれぞれセンタビ
ット２および外輪ビット６の回転半径である。外輪ビッ
ト６゜７が推力を付与された状態で回転すると、外輪ビ
ット６．７には掘削抵抗による掘削トルクＴが発生する
。この掘削トルクＴは外輪ビット６゜７に作用するチェ
ーン１２の引張力による接線力をＰとすると、次式で表
わせる。

Ｔ＝Ｐ−ｒ２　　・・・・・・　　（１）一方掘削トル
クＴに打勝つためにセンタビット２にも外輪ビット６．
７の接線力に等しい接線力Ｐが与えられており、この場
合のセンタビット２の中心０１の廻りのモーメントは、
掘削トルクＴによる反力Ｔと、センタビット２の駆動ト
ルクｒ、・Ｐとによって与えられる。したがってアーム
３の公転トルクＴｏは、第４図において右廻りのモーメ
ントを正とすると、次式％式％ （１）、　（２）式より Ｔｏ”Ｐ　（ｒｔ　　　ｒｔ　）　　　・・””　　　
（３）すなわち、センタビット２と外輪ビット６゜７と
の回転半径の差によって公転トルクＴｏが発生し、セン
タビット２が外輪ビット６．７よりも大きい場合には、
外輪ビット６．７はセンタビット２と同一方向に公転し
、逆の場合には逆方向に公転する。実際は掘削抵抗の外
にも動力の伝達抵抗があるため、第４図示の状態ではそ
の分だけ正転方向の公転トルクが大きくなり、逆転時に
はその分だけ小さくなる。

公転トルクＴＯは主に掘削抵抗すなわち地盤の状態によ
って変化し、したがって例えば硬質の地盤等に遭遇した
りしても、公転速度は遅くなるが、外軸ビット６．７お
よびその軸等に過大な負荷がかかることはない。

上記のように外輪ビット６．７は、自転しながらドリル
パイプ１の回りを公転するものであるため、小さな回転
半径の外輪ビット６．７によって大口径の穴１３を掘削
することができ、それに要する推力および掘削馬力はビ
ットの回転半径が小さいので、小さなもので済む。

なお、上記実施例では外輪ビットを２つ設けたが、１つ
あるいは３つ以上としてもよく、またセンタビットは必
ずしも設けなくともよく、その場合外輪ビットの回転半
径を大きくすればよい。

この発明は上記のように構成したので、回転軸によって
回転させられるビット軸に取付けたビットは、その掘削
時において自転しながら回転軸の回りを公転することと
なり、したがって小さな回転半径のビットにより大口径
の掘削穴を掘削することができるので、ビットの刃先の
寿命が均等になるだけでなく、掘削に要する推力および
馬力も小さなもので済み、機械のコストや施工費を安価
にすることができる。またビットの公転トルクは対象地
盤の変化に伴って変化し、硬質の地盤等に遭遇したりし
てもビットやそれに付随する部材に過大な負荷がかかる
ことがなく、それらの部材の破壊を未然に防止できる。

この発明の穴掘削機械は、リバースサーキュレーション
方式の掘削機械に限らず、トンネル掘削機械あるいはシ
ールド掘削機械等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同
上のものの使用状態を示す縦断面図、第３図はビットの
刃先部を示す側面図、第４図はビットの軌跡を示す説明
図。 ｌ・・・ドリルパイプ　　２・・・センタビット３・・
・支持アーム　　　４，５・・・外輪ビット軸６．７・
・・外輪ビット ８、９．１０．１１・・・スプロケット１２・・・チェ
ーン　　　　１３・・・穴１４・・・刃先部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸の先端付近に、支持アームを前記回転軸と直
   角向きであってかつ回転軸の軸方向に移動不能に枢着し
   、この支持アームの端部に、先端にビットが取付けられ
   たビット軸を前記回転軸と平行であってかつ該ビット軸
   の軸方向に移動不能に枢着し、このビット軸と前記回転
   軸とを回転伝達部材により連結したことを特徴とする穴
   掘削機械。 ２、前記回転軸の先端にビットが取付けられている特許
   請求の範囲第１項に記載の穴掘削機械。 ３、前記回転軸は泥水が循環するドリルパイプからなる
   特許請求の範囲第１項ないし第２項に記載の穴掘削機械
   。 ４、前記支持アームはその中間部において回転軸に枢着
   され、この支持アームの両端部にビット軸が枢着されて
   いる特許請求の範囲第１項ないし第３項に記載の穴掘削
   機械。