JP6088154B2 - 掘削工具 - Google Patents

Description

本発明は、アンカー、ロックボルト、基礎杭等を設置するために、地盤や地山に掘削する孔を、その先端部や中間部で拡縮する掘削工具に関する。

鉱山・トンネルをはじめとする掘削現場において、地山補強のため、地山に掘削した孔にアンカーやロックボルトを設置することが行われる。さらに、より強固に地山を補強するため、アンカーやロックボルトを貫入させる孔の先端部や中間部にその内径を拡径した拡径部を形成し、この部分におけるセメントやモルタルの充填体積を増やすことが行われている。

このような拡径部を有した孔を形成するための掘削工具として、特許文献１には、掘削ビット本体に対し、その軸線方向に進退するくさび状の部材によってビットを径方向に出没させることで、孔の拡縮を可能とした構成が開示されている。

また、特許文献２には、二つのブロックからなるビットヘッドを有した掘削用ビット本体を回転させてビットヘッドを孔の周囲の地山に押し付けることで、ビットヘッドを構成する二つのブロックに回転抵抗を付与し、二つのブロックを外周側に突出させる構成が開示されている。

特開平７−２２９３８２号公報 特開昭６３−１１７８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような構成によれば、ビットを径方向に出没させるために、くさび状の部材と、この部材を進退させるための機構が必要となり、構造が複雑でコストもかかるという問題がある。

また、特許文献２に記載された掘削ビットは、掘削開始時は拡径状態で掘削を開始し、作業終了後にビットを縮径して回収することを目的とした掘削ビットである。よって、この掘削ビットは、作業途中での拡縮径を想定されておらず、特に孔内で縮径状態から拡径状態に移行しようとしても、この掘削ビット構成では打撃が孔の軸線方向にしか加わらないため、ビットヘッドを孔内側面へ押し付ける力を生じさせることができず、孔壁を掘削して拡径することが不可能となっている。

このような問題は、アンカーやロックボルト用の孔に限らず、地盤中に構築される基礎杭用の孔を形成する際にも共通する。

そこでなされた本発明の目的は、安価でありながら、孔の拡縮を確実に行うことのできる掘削工具を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、掘削工具本体と、該掘削工具本体にスイング可能に設けられた可動刃体とを有し、前記掘削工具本体をその軸線周りに回転させたときに、前記可動刃体がその後端側を中心としてスイングし、該可動刃体の先端側が外周側に突出することによって、掘削される孔が拡径される掘削工具であって、前記掘削工具本体の先端面と前記可動刃体の先端面は、縮径状態において、その内周側で円状をなすインナー部と、前記インナー部の外周側に環状に配置されたゲージ部とを有し、前記ゲージ部には、内周側から外周側に向かうに従い前記軸線方向後端側に向かうように傾斜した傾斜面が形成され、前記ゲージ部を構成する前記傾斜面には、チップが植設されており、前記掘削工具本体は、後端側に配置され、円柱状をなした円柱状部と、先端側に形成され、前記軸線を挟んで互いに平行とされた一対の平面部を有したプレート状部とを有し、前記可動刃体は、前記掘削工具本体の両側にそれぞれ設けられ、かつ、該掘削工具本体の前記平面部に設けられた軸部に回動自在に連結されることで、前記平面部に沿った面内でスイング可能に設けられ、前記プレート状部の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の高さを有した凸部が形成されるとともに、前記可動刃体は、前記プレート状部の平面部に対向する平面部を有して、この可動刃体の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の深さを有した凹部が形成され、これらの凸部と凹部が突き当たることによって前記可動刃体のスイング角度を規制するストッパが設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、掘削工具本体をその軸線周りに回転させたときに、可動刃体が後端側を中心としてスイングし、該可動刃体の先端側が外周側に突出すると、可動刃体の先端側が周囲の孔の内壁面に接触する。これによって、その摩擦抵抗によって、可動刃体の回転が掘削工具本体の回転よりも遅れることで、可動刃体が強制的にスイングされて開く。この状態で掘削を行うことで、孔径が拡径される。
ここで、掘削工具本体は、後端側に配置され、円柱状をなした円柱状部と、先端側に形成され、前記軸線を挟んで互いに平行とされた一対の平面部を有したプレート状部と、を有し、可動刃体は、掘削工具本体の両側にそれぞれ設けられ、かつ、掘削工具本体の平面部に設けられた軸部に回動自在に連結されることで、平面部に沿った面内でスイング可能に設けられた構成とすることが可能である。
また、軸部は、平面部において、前記軸線を挟んで一方の側にオフセットして設けられているよう設けるのが好ましい。
また、前記プレート状部の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の高さを有した凸部が形成されるとともに、前記可動刃体は、前記プレート状部の平面部に対向する平面部を有して、この可動刃体の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の深さを有した凹部が形成され、これらの凸部と凹部が突き当たることによって可動刃体のスイング角度を規制するストッパが設けられている。

このような本発明は、アンカーやロックボルト用の孔に限らず、地盤中に構築される基礎杭用の孔を形成する際にも用いることができる。

本発明によれば、掘削工具本体をその軸線周りに回転させたときに、可動刃体が後端側を中心としてスイングして可動刃体の先端側が外周側に突出することで、可動刃体の先端側が周囲の孔の内壁面に接触する。これによって、その摩擦抵抗によって、可動刃体が強制的にスイングされて拡径され、孔を拡径することができる。
このような掘削工具は、可動刃体を動作させるための複雑な機構が不要であり、安価でありながら、孔の拡縮を確実に行うことが可能となった。

本実施形態に係る掘削工具を示す図であり、（ａ）は先端側から見た斜視図、（ｂ）は後端側から見た斜視図である。 掘削工具の部品構成を示す斜視図である。 可動刃体を示す図であり（ａ）は外周面側から見た斜視図、（ｂ）は平面部側から見た斜視図である。 掘削工具の動作を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は縮径状態の側面図および正面図、（ｂ）は拡径状態の側面図および正面図である。で 可動刃体が拡径した状態を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による掘削工具を実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
図１は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、掘削工具１は鋼材等により形成され、全体として軸線Ｏを中心とした概略円柱状をなしている。掘削工具１の後端部１ｂには、当該掘削工具１を削岩機から延びる図示せぬロッドの先端に取り付けるための取付手段、例えば取付ネジ孔２が形成されている。掘削工具１の先端部１ａには、掘削工具１よりも硬質な超硬合金等の材料によって形成されたチップ３が植設されている。このような掘削工具は、上記削岩機から付与された軸線Ｏ周りの回転力、および軸線Ｏ方向への打撃力、推力をこのチップ３から岩盤に伝達して岩盤を破砕しながら穿孔してゆく。

図２に示すように、上記掘削工具１は、その先端部側が、３分割構造となっている。すなわち、掘削工具１は、掘削工具本体１０と、掘削工具本体１０の先端部側に対してスイング可能に装着された一対の可動刃体２０，２０と、を有する。

掘削工具本体１０は、後端部側が円柱状部１１とされ、先端部側は、軸線Ｏを挟んで互いに平行に形成された一対の平面部１２ａ，１２ａを有したプレート状部１２とされている。
プレート状部１２の平面部１２ａ，１２ａには、それぞれ円柱状の軸部１３が突出形成されている。この軸部１３は、掘削工具本体の軸線Ｏに直交しかつ平面部１２ａにも直交する方向に中心軸線を有し、かつ平面部１２ａの幅方向（軸線Ｏに直交する方向）の一方の側にオフセットして設けられている。
プレート状部１２の平面部１２ａの一端側には、円柱状部１１との境界部に、平面部１２ａから円柱状部１１の外周面１１ａに連続するよう立ち上がる壁部１２ｂが形成されている。この壁部１２ｂは、軸部１３の中心と同心状をなす湾曲面とされている。壁部１２ｂにおいて、平面部１２ａに近い側には、平面部１２ａに平行な面内で連続し、湾曲面状の壁部１２ｂの外径側に凹となる溝１２ｍが形成されている。

また、プレート状部１２の平面部１２ａには、平面部１２ａの表面に直交する方向に一定の高さを有した凸部１４が形成されている。この凸部１４は、軸部１３に対向する側に、平面部１２ａに直交して立ち上がるストッパ面１４ａを有している。

図３に示すように、可動刃体２０は、その一面側に平面部２０ａを有し、他面側が、掘削工具１の外径と同寸法の円弧状面２０ｂを有し、軸線Ｏに直交する面内の断面形状がＤ字状をなしている。この可動刃体２０は、プレート状部１２の両側に設けられ、それぞれ、平面部２０ａをプレート状部１２の平面部１２ａを対向させた状態でプレート状部１２に装着される。この状態で、図１に示したように、プレート状部１２と、その両側の可動刃体２０，２０とにより、全体として円柱状部１１に連続する円柱状をなす。

また、図２に示すように、可動刃体２０の一端側には、軸部１３が挿通される孔２２が形成されている。図１に示したように、軸部１３は、平面部２０ａ側から孔２２を貫通し、その先端部が円弧状面２０ｂ側に突出する。可動刃体２０の円弧状面２０ｂには、孔２２の周囲にザグリ面２３が形成され、軸部１３の先端部には、図示しない溝に孔２２よりも大きな径を有したスナップリング等の抜け止め部材２４が装着される。

また、図２に示すように、可動刃体２０は、孔２２が形成された側の端部が、平面部２０ａに直交する湾曲面２５とされている。この湾曲面２５は、孔２２の中心と同心円状に形成されている。
湾曲面２５において、平面部２０ａ側には、平面部２０ａに平行な面内で連続し、外周側に張り出す縁部２５ａが形成されている。この縁部２５ａは、前記の溝１２ｍに噛み合うようになっている。

図３（ｂ）に示すように、可動刃体２０の平面部２０ａには、平面部２０ａの表面に直交する方向に一定の深さを有した凹部２６が形成されている。この凹部２６は、孔２２に対向する側に、平面部２０ａに直交するストッパ面２６ａを有している。ここで、図４（ａ）に示すように、可動刃体２０の中心軸線を掘削工具本体１０の中心軸線と平行にした状態、つまり、可動刃体２０の平面部２０ａが掘削工具本体１０の平面部１２ａに重なり合って、可動刃体２０の円弧状面２０ｂが掘削工具本体１０の外周面に連続して位置する状態（以下、この状態を縮径状態と称する）では、ストッパ面２６ａが、掘削工具本体１０の凸部１４のストッパ面１４ａに間隔を隔てて互いに平行に対向するようになっている。

図４、図５に示すように、このような可動刃体２０は、軸部１３が貫通された孔２２を中心として、平面部２０ａに沿った面内でスイング可能となっている。そして、図４（ｃ）に示すように、可動刃体２０の凹部２６のストッパ面２６ａと、掘削工具本体１０の凸部１４のストッパ面１４ａとが互いに接近する方向に可動刃体２０がスイングした場合（以下、この状態を拡径状態と称する）、ストッパ面２６ａがストッパ面１４ａに突き当たることによって、そのスイング角度が規制されるようになっている。

図１に示したように、掘削工具本体１０の先端面１０Ｓと可動刃体２０の先端面２０Ｓは、縮径状態において、以下に示すような構成を有するように形成されている。すなわち、掘削工具本体１０の先端面１０Ｓと可動刃体２０の先端面２０Ｓは、その内周側で円状をなすインナー部５と、インナー部５の外周側に環状に配置されたゲージ部４とを有するよう構成されている。
インナー部５は、掘削工具本体１０の先端面１０Ｓと可動刃体２０の先端面２０Ｓに形成された、軸線Ｏに垂直な平面１７、２７により構成されている。
ゲージ部４は、内周側から外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かうように傾斜した傾斜面１８、２８が、軸線Ｏを中心として周方向に等間隔に形成されることで構成されている。

これらインナー部５を構成する平面１７，２７、ゲージ部４を構成する傾斜面１８，２８には、チップ３が植設されていて、それぞれゲージチップ３Ａおよびインナーチップ３Ｂとされている。
ここで、掘削工具本体１０の先端面１０Ｓには、平面１７を挟んで一方の側と他方の側に傾斜面１８，１８が形成され、平面１７に１つのインナーチップ３Ｂが設けられ、傾斜面１８，１８にもそれぞれ１つずつのゲージチップ３Ａが設けられている。
各可動刃体２０の先端面２０Ｓには、平面２７の外周側に二つの傾斜面２８，２８が形成されており、平面２７には１つのインナーチップ３Ｂが設けられ、傾斜面２８，２８にもそれぞれ１つずつのゲージチップ３Ａが設けられている。

チップ３は、ゲージチップ３Ａおよびインナーチップ３Ｂとも同一の形状のものであって、本実施形態では先端部が略半球状等の凸曲面とされたボタンタイプとされるとともに基端部は円柱状とされており、この基端部が掘削工具本体１０に形成された孔部に埋設されて先端部のみが掘削工具本体１０先端面に突出するように、圧入あるいは焼き嵌め等により固定されている。なお、このチップ３は、その先端部が円錐の突端を球面状としたスパイクタイプのものや、砲弾形状のものとされていてもよい。

また、上記取付ネジ孔２の孔底からは、ブロー孔６が先端側に向かって形成されていて、これらのブロー孔６はそれぞれ上記先端面のインナー部５に開口させられている。

上記したような掘削工具１は、削岩機から延びるロッドの先端に取り付けられて、図４（ａ）、（ｂ）に示したような状態で、地盤、あるいは地山に予め掘削された下孔１００内に挿入される。ここで、下孔１００の内径は、掘削工具１の外径よりもわずかに大きく設定されている。

そして、下孔１００を拡径すべき位置に到達したら、削岩機によりロッドをその軸線周りに回転させる。このときの回転方向は、各可動刃体２０の幅方向中心に対する孔２２のオフセット方向に合致している（図４（ｂ）中、矢印Ａ方向）。
すると、掘削工具１は、その軸線Ｏを中心として回転する。掘削工具１が回転し始めると、図４（ｃ）、（ｄ）、図５に示すように、軸部１３に回動自在に軸支された可動刃体２０が、回転停止状態から回転開始時に生じる慣性力、および回転による遠心力により、軸部１３が挿入された孔２２を中心として先端部側が外周側に振り出される。
可動刃体２０の先端部側が外周側に振り出されると、回転方向後方側に位置する傾斜面２８が外周側に突出し、下孔１００の内周面１００ａに突き当たる。すると、傾斜面２８のゲージチップ３Ａと下孔１００の内周面１００ａとの間で摩擦が生じる。この摩擦により、可動刃体２０の回転速度が掘削工具本体１０に対して一時的に遅くなり、可動刃体２０が掘削工具本体１０に対して回転方向後方に引っ張られる。その結果、可動刃体２０がさらに外周側に振り出されて拡径状態となる。
これにより、下孔１００を拡径することができる。

また、拡径状態から縮径状態に移行させるには、掘削工具１を反対方向に回転させたり、掘削工具１を後退させればよい。

上述したような構成によれば、掘削工具１を回転させると、まずは慣性力や遠心力によって可動刃体２０が振り出され、その先端部のゲージチップ３Ａと下孔１００の内周面１００ａとの間に生じる摩擦により、可動刃体２０をさらに外周側に突出させて拡径状態とすることができる。
これにより、下孔１００を、その中間部や周端部であっても、容易に拡径することができる。
このとき、可動刃体２０は、これをスイングさせるための機構が特に不要であるため、簡易かつ低コストな構成とすることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の掘削工具は、図面を参照して説明した上述の各実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、軸部１３を、平面部１２ａの幅方向（軸線Ｏに直交する方向）の中心に対し、幅方向一方の側にオフセットして設けたが、軸部１３を平面部１２ａの幅方向の中心上に設ける構成とすることもできる。
また、前記実施形態では、可動刃体２０を２個備えているが、これに限られることなく、１個でもあるいは３個以上備えても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 掘削工具
１ａ 先端部
１ｂ 後端部
３ チップ
３Ａ ゲージチップ
３Ｂ インナーチップ
４ ゲージ部
５ インナー部
６ ブロー孔
１０ 掘削工具本体
１０Ｓ 先端面
１１ 円柱状部
１１ａ 外周面
１２ プレート状部
１２ａ 平面部
１２ｂ 壁部
１３ 軸部
１４ 凸部
１４ａ ストッパ面
１４ａ 凸部
１７，２７ 平面
１８，２８ 傾斜面
２０ 可動刃体
２０ａ 平面部
２０ｂ 円弧状面
２０Ｓ 先端面
２２ 孔
２５ 湾曲面
２５ａ 縁部
２６ 凹部
２６ａ ストッパ面
１００ 下孔
１００ａ 内周面

Claims (2)

1. 掘削工具本体と、該掘削工具本体にスイング可能に設けられた可動刃体とを有し、
   前記掘削工具本体をその軸線周りに回転させたときに、前記可動刃体がその後端側を中心としてスイングし、該可動刃体の先端側が外周側に突出することによって、掘削される孔が拡径される掘削工具であって、
   前記掘削工具本体の先端面と前記可動刃体の先端面は、縮径状態において、その内周側で円状をなすインナー部と、前記インナー部の外周側に環状に配置されたゲージ部とを有し、
   前記ゲージ部には、内周側から外周側に向かうに従い前記軸線方向後端側に向かうように傾斜した傾斜面が形成され、
   前記ゲージ部を構成する前記傾斜面には、チップが植設されており、
   前記掘削工具本体は、後端側に配置され、円柱状をなした円柱状部と、先端側に形成され、前記軸線を挟んで互いに平行とされた一対の平面部を有したプレート状部とを有し、
   前記可動刃体は、前記掘削工具本体の両側にそれぞれ設けられ、かつ、該掘削工具本体の前記平面部に設けられた軸部に回動自在に連結されることで、前記平面部に沿った面内でスイング可能に設けられ、
   前記プレート状部の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の高さを有した凸部が形成されるとともに、前記可動刃体は、前記プレート状部の平面部に対向する平面部を有して、この可動刃体の平面部には、該平面部の表面に直交する方向に一定の深さを有した凹部が形成され、これらの凸部と凹部が突き当たることによって前記可動刃体のスイング角度を規制するストッパが設けられていることを特徴とする掘削工具。
2. 前記軸部は、前記平面部において、前記軸線を挟んで一方の側にオフセットして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。

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