JPS6232314B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はたて穴ボーリングマシンのカツタヘ
ツドに係り、さらに詳しくはリバースサーキユレ
イシヨン工法にて使用されるボーリングマシンの
カツタヘツドに関している。

リバースサーキユレイシヨン工法は、たとえ
ば、ビルデイングの基礎杭にたいするたて穴掘削
に用いられている。建造物の基礎杭は、大形の建
造物の場合に、一般土質層の下部にある岩盤層ま
で根入する。が、リバースサーキユレイシヨンド
リル工法にて使用されるボーリングマシンのカツ
タヘツドは一般土質にたいするものと岩盤にたい
するものと別かれており、地盤に応じて交換して
ボーリングをなしているのが現状である。

本発明は、一般土質から軟岩までの地盤をカツ
タヘツドの交換なしに掘削することができる、た
て穴ボーリングマシンのカツタヘツドを提供する
ものである。

本発明のカツタヘツドは、中空かつオープンエ
ンドの主軸と、水平面および垂直面に関して鋭角
α，βを形成しかつ主軸にたいして放射方向に配
置され、端部を主軸の周面に固定された支持部材
と、主軸の下端に設けられたパイロツトカツタ
と、主軸に支持されたスタビライザと、最外側に
位置して支持部材に設けられたゲージカツタと、
ゲージカツタと主軸との間に位置して支持部材に
取り付けられたカツタとからなり、カツタが主軸
の中心からしだいに半径を増大するように支持部
材に自由回転可能に配設されたロータリカツタ
と、ロータリカツタに密接しかつ相互に密接に隣
接するように各支持部材に分散して配置されたド
ラグカツタとを有し、ゲージカツタおよびロータ
リカツタがその中心軸と中心軸を共有する円錐面
内に位置する傾斜した側面をもつ歯を周面に備え
るデイスクからなり、最下端の歯と支持部材との
距離をドラグカツタの刃先と支持部材との距離よ
りも長くなるように配置されてなること、を特徴
としている。

岩盤の掘削に際して、ロータリカツタおよびゲ
ージカツタがドラグカツタに先行して岩盤に貫入
されて、岩盤にクラツクを発生させてこれをゆる
めると共に岩盤を切削し、ドラグカツタがゆるめ
られた岩盤を切削することができる。そして、一
般土質では、ロータリカツタおよびゲージカツタ
の歯の傾斜した側面が土砂をおしのけて土盤をゆ
るめつつ切削し、それからドラグカツタがゆるめ
られた土盤を掘削することができる。その結果、
軟岩から一般土質までカツタヘツドの交換なしに
掘削をなすことができる。

さらに、ロータリカツタおよびゲージカツタが
自転しつつ掘削し、ドラグカツタがロータリカツ
タによつてゆるめられた地盤を掘削するので、ド
ラグカツタ自体の掘削抵抗も小さく、加えてカツ
タが支持部材に分散して配置されていてカツタ間
隔を広くしてあるので、カツタヘツド全体の掘削
抵抗がきわめて少なくなり、カツタ寿命がきわめ
て長く、しかも動力を小さなものとすることがで
きる。

以下、本発明のカツタヘツドの一実施例を、添
化図面にしたがつて説明する。

本発明のカツタヘツドは、リバースサーキユレ
イシヨンドリル工法にて使用されるボーリングマ
シンに組み込まれる。第１図はそのようなボーリ
ングマシンの典形を示している。

架台１は地表に設置されている。回転台２が架
台に支持されている。ドリルパイプ３はその軸方
向に移動可能に回転台に取り付けられている。ド
リルパイプにおける地中にある端部にはカツタヘ
ツド４を取り付けてあり、地表にある端部にはス
イベルジヨイント５を取り付けてある。ドリルパ
イプはカツタヘツドとともに、図示を省略された
クレーンによつて吊られている。カツタヘツドは
ドリルパイプに接続された主軸６を備えている。
支持部材あるいはウイング７が主軸に取り付けて
あり、パイロツトカツタ８が主軸の下端に取り付
けてある。

ボーリングは、回転台が架台上で回転されかつ
ドリルパイプがカツタヘツドと一緒に自重によつ
て下降され、支持部材上のカツタアレイが地盤を
掘削することによつてなされる。掘削に際して、
パイロツトカツタおよび支持部材にその最外周に
位置して設けられたゲージカツタがカツタヘツド
の偏心回転を防ぎ、そしてスタビライザ９が穴を
まつすぐに掘れるようにカツタヘツドを案内して
いる。

掘削された土砂などをたて穴から排出するため
に、排出管１０がスイベルジヨイントを介してド
リルパイプの上端に接続されていると共に、空気
供給管１０Ａがドリルパイプに接続してある。排
出は、地表にある空気圧縮機１０Ｂによつて空気
供給管に送られた圧縮空気がドリルパイプ内に噴
出し、この噴出させられた圧縮空気の作用によつ
て、たて穴内掘削された土砂などが穴内の水と共
にカツタヘツドの主軸内に吸い込まれ、ドリルパ
イプを経て排出管により地表に出すことによつて
なされている。なお、排出は、このエアリフトド
リリングに替えて、空気圧縮機および空気供給管
なしに排出管に接続されたサクシヨンポンプのみ
によつてなされる、いわゆるポンプサクシヨンド
リリングの場合もある。

第２図ないし第４図は本発明のカツタヘツドの
詳細を示している。主軸６は中空かつオープンエ
ンドのパイプからなつていて、上端に設けられた
フランジ１１をドリルパイプ３の下端にあるフラ
ンジにボルト結合されている。支持部材７は水平
面にたいして鋭角αを形成しかつ垂直面にたいし
て鋭角βを形成し、主軸の回転中心軸にたいして
放射方向に位置して、配置されていると共に、端
部を主軸の周面に溶接されている。補強板１２，
１２′が支持部材の自由端と主軸の周面、および
支持部材の固定端と主軸の周面とを結合してい
る。支持部材および補強板１２はボルト結合され
たエクステンシヨン１３，１４を有していて、運
搬に際して分解しうるようになつている。スタビ
ライザ９はこれらのエクステンシヨンと一体に結
合されている。ゲージカツタ２０は、各支持部材
の最外周に相互に等間隙になるように配置してあ
る。カツタアレイがゲージカツタと主軸との間に
位置して各支持部材に設けてある。各カツタアレ
イはロータリカツタ２１、およびドラグピツクあ
るいはドラグカツタ２２によつて構成されてい
る。ロータリカツタは支持部材に自由回転しうる
ように、またドラグカツタは支持部材に溶接によ
つて、それぞれ取り付けられている。

ロータリカツタは、第５図および第６図によく
示されている周面に軸断面がほぼ三角形あるいは
台形の歯２３をもつデイスクからなつている。各
歯はカツタの中心軸にたいして放射方向に配置さ
れている。各歯の先端２４はカツタの中心軸に平
行あるいはロータリカツタの中心軸と中心軸を共
有する円筒面上に位置している。各歯の側面の片
方２５は前記中心軸に直交するフラツトな面とし
て形成されている。が、他方の側面は斜面２６と
なつている。これらの斜面はカツタの回転中心軸
上に頂点をもつ円錐面内に位置している。歯の側
面２６がロータリカツタの中心軸に直交する平面
あるいは側面２５にたいしてなす角γは、15゜〜
45゜の範囲に選択されることが望ましい。

ゲージカツタおよび各ロータリカツタは、前述
のように、支持部材に自由回転しうるように取り
付けられている。このために、各カツタは軸２７
に軸受を介して取り付けてあり、軸は支持台２８
に固定され、支持台は支持部材に溶接固定された
基台２９にボルト結合されている。

各ロータリカツタは、一般に、歯の傾斜した側
面が支持部材の傾斜方向を向くように配置され、
そしてロータリカツタはその中心軸がカツタヘツ
ドの回転中心軸を通るように配置されるが、ロー
タリカツタは、後に詳述するように、その回転中
心軸がカツタヘツドの回転中心軸を通る直線にた
いしてオフセツトされることが好ましい。

本発明によるカツタヘツドにおいて、カツタヘ
ツドの回転中心軸から最外端に位置するゲージカ
ツタも、ロータリカツタと同じに、傾斜した側面
をもつ歯と周面にもつデイスクから構成されてお
り、最下端の歯と支持部材の最下縁とのなす距離
がロータリカツタと同一に配置されている。が、
傾斜した側面は垂直面上にあるように配置されて
いる。

ドラグカツタあるいはドラグピツクはそれ自体
公知のものを用いることができる。たとえば刃先
がチゼル状〜より複雑であるが〜のもの、あるい
は刃先がコニカルエンドのものを、単独であるい
は組み合わせて使用される。第７図Ａ〜Ｃは刃先
がチゼル状のドラグカツタのいくつかの例を示し
ている。第７図Ａのドラグカツタはほぼチゼルに
近いもので、フラツトなすくい面２２ａとフラツ
トなにげ面２２ｂとを有している。第７図Ｂに示
すドラグカツタはすくい面１２２ａが逆Ｖ字形あ
るいは屋根形に形成され、それにより横にげ面を
形成されているが、逃げ面１２２ｂはフラツトと
なつている。第７図Ｃのドラグカツタはすくい面
２２２ａがフラツトであるが、にげ面２２２ｂが
曲面となつている。第７図Ｄは刃先がコニカルエ
ンドに形成されたドラグカツタを示していて、刃
先部分３２２ａが軸まわりに回転しうるようにな
つている。

ドラグカツタは、第８図によく示されているよ
うに、刃先から遠い部分を支持部材に溶接固定す
ることによつて、支持部材に取り付けてある。

各ロータリカツタは最下方にある歯の先端２４
が主軸の回転中心に直交する平面上に位置し、各
ドラグカツタも刃先が主軸の回転中心軸に直交す
る平面上に位置するように配置される。したがつ
て、各アレイのカツタの歯先および刃先は、主軸
の回転中心軸に直交しかつ回転中心軸にそつて平
行に並ぶ平面あるいは掘削面上に位置することに
なる。しかし、本発明のカツタヘツドにおいて、
全てのロータリカツタは最下方の歯の先端から支
持部材の最下縁７Ａまでの距離（カツタヘツドの
回転中心軸に平行な方向の距離）H₂₁が全てのド
ラグカツタにおける刃先から支持部材の最下縁ま
での距離H₂₂よりも長くなつていて、ボーリング
に際して、ロータリカツタが地盤にまず接し、そ
のあとドラグカツタが地盤に接するようにそれぞ
れのカツタを配置してある。

ロータリカツタに隣接して、ドラグカツタが複
数本ずつ、たとえば四本ずつ配置されている。こ
れらのドラグカツタはロータリカツタにたいして
相互に密接して、必要に応じて一部オーバラツプ
して配置されている。

カツタ間に土砂がつまるのを防止し、しかもカ
ツタを支持部材に容易に取り付けられるようにす
るために、ロータリカツタおよびドラグカツタは
支持部材上に分散して配置されている。第９図は
カツタの配列の詳細を示していて、各支持部材と
各ロータリカツタと各ドラグカツタとは小数字を
各参照符号に附してある。支持部材７_１のロータ
リカツタ２１_１にとなりあうドラグカツタは支持
部材７_２にあるドラグカツタ２２₁₁であり、カツ
タ２２₁₁にとなりあうドラグカツタは支持部材７
_３にあるドラグカツタ２２₁₂であり、カツタ２２
₁₂にとなりあうドラグカツタは支持部材７_４にあ
るドラグカツタ２２₁₃であり、そしてカツタ２２
₁₃にとなりあうドラグカツタは支持部材７_１にあ
る２２₁₄であるように、それぞれの支持部材に配
置される。さらに、支持部材７_２上のロータリカ
ツタ２１_２はドラグカツタ２２₁₄にとなり合うよ
うに配置され、支持部材７_３のドラグカツタ２２
₂₁、支持部材７_４のドラグカツタ２２₂₂、支持部
材７_１のドラグカツタ２２₂₃および支持部材７_２
のドラグカツタ２２₂₄が順次にとなりあつてい
る。同様に、支持部材７_３上のロータリカツタ２
１_３にはドラグカツタ２２₃₁，２２₃₂，２２₃₃，
２２₃₄が、ロータリカツタ２１_４にはドラグカツ
タ２２₄₁，２２₄₂，２２₄₃，２２₄₄が、ロータリカ
ツタ２１_５にはドラグカツタ２２₅₁，２２₅₂，２
２₅₃，２２₅₄が、ロータリカツタ２１_６にはドラ
グカツタ２２₆₁，２２₆₂，２２₆₃，２２₆₄が、ロー
タリカツタ２１_７にはドラグカツタ２２₇₁，２２
₇₂，２２₇₃，２２₇₄が、そしてロータリカツタ２
１_８にはドラグカツタ２２₈₁，２２₈₂，２２₈₃，
２２₈₄がそれぞれとなりあうように支持部材に配
置されている。各ロータリカツタに附随するドラ
グカツタのうち最内側のドラグカツタも、となり
のロータリカツタにたいして密接するように配置
されている。図面にしたかえば、カツタ２２₁₄と
カツタ２１_２、カツタ２２₂₄とカツタ２１_３、カ
ツタ２２₅₄とカツタ２１_６、カツタ２２₆₄とカツ
タ２１_７及びカツタ２２₇₄とカツタ２１_８とは相
互に密接に配置されている。したがつて、ロータ
リカツタはカツタヘツドの回転中心軸からしだい
に半径が大きくなるように配置され、ドラグカツ
タはロータリカツタの間をうめるように前記回転
中心軸からしだいに半径が大きくなるように配置
されていることになる。

このようなロータリカツタ自体の形状およびロ
ータリカツタとドラグカツタとの配置は、カツタ
ヘツドが回転されかつ移動されると、最初ロータ
リカツタが自転しつつ地盤を掘削し、次に各カツ
タアレイのドラグカツタがロータリカツタにより
とりのこされた部分を掘削し、これらを繰り返し
つつたて穴ボーリングをなさせることになる。

第１０図および第１１図は各カツタの岩盤にた
いする掘削状態を示している。カツタヘツドは前
述のように掘削に際して垂直荷重をうけている。
そのため、ロータリカツタ２１は、ドラグカツタ
２２よりも先行して岩盤３１に貫入され、岩盤に
クラツク３２を発生させると共に、ロータリカツ
タの傾斜した側面が岩盤にせん断破かいを生じさ
せる。同時に、ロータリカツタは、主軸の回転に
よつて矢印の方向に自転され、岩盤を歯で切削し
つつ、歯と歯との間の溝によつて切削された岩３
３を後方に送り出す。カツタヘツドの回転がさら
に進むと、ドラグカツタが前述のクラツク発生に
よつてゆるめられた岩盤３４を切削する。これら
が繰り返えされて、岩盤がボーリングされる。ロ
ータリカツタの傾斜した側面による岩盤のゆるめ
は、実際上、となりのドラグカツタとが掘削する
範囲とその次のドラグカツタの側面までしか及ば
ないが、三番目と四番目のドラグカツタが掘削す
る範囲は、次に切削するロータリカツタによつて
ゆるめられる。

他方、一般土質では、ロータリカツタが、ま
ず、その傾斜した側面によつて土砂をおしのけて
土盤をゆるめると共に、歯によつて土盤を掘削す
る。そして、ドラグカツタが、ゆるめられた土ば
んを順次に切削することができる。掘削に際し
て、ゲージカツタ２０はパイロツトカツタ８との
協動してカツタヘツドの芯ぶれを防ぎかつ穴の最
外径をゆるめつつ切削することができる。

本発明によるカツタヘツドは、このように岩盤
であつても、一般土質であつてもカツタヘツドの
交換なしに掘削できるばかりか、ドラグカツタが
ロータリカツタによつてゆるめられた地盤を掘削
するので、ドラグカツタの掘削抵抗を小さくする
ことができ、しかもロータリカツタおよびゲージ
カツタは自転しつつ掘削するので、これらの掘削
抵抗も小さく、その結果カツタヘツド全体の掘削
抵抗が減少し、動力を少なくすることができ、し
かも寿命を長いものとすることができる。

ロータリカツタの寿命をさらに改善するため
に、各ロータリカツタは、前述のように、その中
心軸をカツタヘツドの回転中心軸にたいする直交
軸に関してオフセツトされることが好ましい。第
１２図はこのような配置の詳細を示している。ロ
ータリカツタの中心軸Ａはカツタヘツドの回転中
心軸にたいして直交する軸Ｂに関して角度θを形
成するように配置され、地盤に貫入された歯のフ
ラツトな側面の点Ｍのみが掘削された地盤に接触
し、この点から反対側の点M′にむかうほど歯の
フラツトな側面が掘削された地盤の側面Ｃからし
だいに離れるように配置される。この結果、地盤
の掘削に寄与している歯あるいは歯以外の歯が掘
削された地盤に繰り返して接触するのを防ぎ、そ
れによつてロータリカツタの寿命を改善すること
ができる。角度θは、一般に、0.5゜−10゜に選
択されることが望ましい。

本発明のカツタヘツドにて、ロータリカツタは
同軸に配置された複数のロータリカツタによつて
構成されてもよい。第１３図はそのようなロータ
リカツタの具体的構成を示している。ロータリカ
ツタ１２１Ａと１２１Ｂとは同一構成を有してい
て、ひとつの軸部１２１Ｃに一体に形成されてい
る。支持台１２８には軸が固定されていて、この
軸にカツタはその軸部１２１Ｃを軸受を介して取
り付けてある。また、ロータリカツタは主軸に近
いもの、たとえば第９図において符号２１_６，２
１_７と２１_８で示されるロータリカツタは、広く
使用されているとんがつた周面をもつソリツドデ
イスクからなるもので構成してもよい。コストの
低減をはかつてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明のカツタヘツドの一実施例を示し
ていて、第１図はこのカツタヘツドを備えるリバ
ースサーキユレイシヨンドリル装置の構成を示す
説明図、第２図は本発明のカツタヘツドの平面
図、第３図は第２図―線にそつて一部を断面
にされた本発明のカツタヘツドの側断面図、第４
図は本発明のカツタヘツドの底面図、第５図は第
３図―線にそう、本発明のカツタヘツドにお
けるロータリカツタの拡大側面図、第６図は第５
図―線にそうロータリカツタの正面図、第７
図ＡないしＤは本発明のカツタヘツドにて使用さ
れるドラグカツタのいくつかの例を示す斜視図、
第８図は第３図―線にそうドラグカツタ
の拡大側面図、第９図は本発明のカツタヘツドに
おけるロータリカツタとドラグカツタとの配置関
係を示す説明図、第１０図はカツタの側面からみ
た掘削状態を、第１１図はカツタの正面からみた
掘削状態をそれぞれ示す説明図、第１２図は本発
明のカツタヘツドにおけるロータリカツタとカツ
タヘツドの回転中心軸にたいする配置関係を示す
説明図、第１３図は本発明のカツタヘツドにおけ
るロータリカツタの他の構成を示す正面図であ
る。 ４…カツタヘツド、６…主軸、７…支持部材、
８…パイロツトカツタ、９…スタビライザ、２０
…ゲージカツタ、２１…ロータリカツタ、２２…
ドラグカツタ、２３…歯、２６…歯の傾斜した側
面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 中空かつオープンエンドの主軸と、水平面お
   よび垂直面に関して鋭角α，βを形成しかつ主軸
   にたいして放射方向に配置され、端部を主軸の周
   面に固定された支持部材と、主軸の下端に設けら
   れたパイロツトカツタと、主軸に支持されたスタ
   ビライザと、最外側に位置して支持部材に設けら
   れたゲージカツタと、ゲージカツタと主軸との間
   に位置して支持部材に取り付けられたカツタとか
   らなり、カツタが主軸の中心からしだいに半径を
   増大するように支持部材に自由回転可能に配設さ
   れたロータリカツタと、ロータリカツタに密接し
   かつ相互に密接に隣接するように各支持部材に分
   散して配置されたドラグカツタとを有し、ゲージ
   カツタおよびロータリカツタがその中心軸と中心
   軸を共有する円錐面内に位置する傾斜した側面を
   もつ歯を周面に備えるデイスクからなり、最下端
   の歯と支持部材との距離をドラグカツタの刃先と
   支持部材との距離よりも長くなるように配置され
   てなること、を特徴としているたて穴ボーリング
   マシンのカツタヘツド。