特開 2022-158718 削孔機用集塵フード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022158718

(43)【公開日】2022-10-17

(54)【発明の名称】削孔機用集塵フード

(51)【国際特許分類】

   E21B 21/07 20060101AFI20221006BHJP

【ＦＩ】

E21B21/07

【審査請求】有

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021063818

(22)【出願日】2021-04-02

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】305025407

【氏名又は名称】株式会社ジオテック

(74)【代理人】

【識別番号】100121371

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 和人

(72)【発明者】

【氏名】安富 三代嗣

(57)【要約】

【課題】フード下端と地面の間に隙間を開けて掘削を行う際にも隙間からの繰粉の吹出が生じ難い削孔機用集塵フードの提供。
【解決手段】上端が天井部２ｂで閉塞され且つ下端２ｃが開口する筒状に形成され、天井部にボーリングロッドが回転自在に挿通されるロッド挿通部２ｄを有するフード部２と、フード部の側面に接続され、該フード部の内室と連通する吸気管３と、フード部の開口する下端の周縁に、内向きに突出して設けられた内フランジ４とを備えた構成とする。掘鑿孔から吹込む繰粉粒子を含む固気混相流は、天井部に衝突し内室側壁に沿ったダウンフローとなるが、内フランジによりフード部下端でフード部中心方向に偏向される。従って、隙間からの吹出流となる場合、フード部下端において流れの方向が大きく旋回するような流線となり繰粉粒子にはフード部中心方向に強い遠心力が働き繰粉粒子の吹き出しは抑制される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上端が天井部で閉塞され且つ下端が開口する筒状に形成され、前記天井部にボーリングロッドが回転自在に挿通されるロッド挿通部を有するフード部と、
前記フード部の側面に接続され、該フード部の内室と連通する吸気管と、
前記フード部の開口する下端の周縁に、内向きに突出して設けられた内フランジと
を備えたことを特徴とする削孔機用集塵フード。

【請求項2】

前記フード部は、平面視で長円形の長円筒形に形成され、
前記吸気管は、前記フード部の長円形断面の長軸方向に張り出した側部に接続されており、
前記ロッド挿通部は、前記天井部中心から前記吸気管の接続された側に偏倚して設けられていることを特徴とする請求項１記載の削孔機用集塵フード。

【請求項3】

前記内フランジは、前記フード部の長円形断面の長軸方向に張り出した左右の側部のうち、前記吸気管の接続された側と反対側の側部下端の延出幅が、他の下端部分の延出幅に比べて幅広に形成されていることを特徴とする請求項２記載の削孔機用集塵フード。

【請求項4】

前記吸気管は、前記フード部と接続された接続部の内径が、前記フード部の内室に向かって拡開する漏斗状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の削孔機用集塵フード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ボーリングマシンにおいてボーリングロッドに装着され、ボーリング孔の孔口から噴出する繰粉を集塵するための削孔機用集塵フードに関する。

【背景技術】

【0002】

ボーリングにおいては、ボーリングポンプや空気圧縮機により、輸送流体（圧送水又は圧縮空気）をボーリングロッドを通して孔底に送り、ビットを冷却するとともに、切削により生じる繰粉（スライム）を孔外に輸送し排除する。輸送流体として圧送水を用いる場合は「水堀り」、圧縮空気を用いる場合は「空気堀り」と呼ばれている。水堀りの場合、繰粉は繰粉が水に混合したスラリー状のスライムとして孔底から孔口へ輸送・排出されるため、排出されたスライムから繰粉の性状を把握し孔底の地山の性状を予測することは困難である。一方、空気堀りの場合、繰粉は空気輸送で排出されるため、排出される繰粉を観察して孔底の地山の性状を把握することが可能となる。従って、孔底の地山の性状予測が重要とされるトンネル工事などでは、空気堀りを用いることが好ましい。然し乍ら、圧縮空気によって高速で孔口から噴出する繰粉が孔外に拡散すると、作業環境が悪化すると共に安全性の上でも問題が大きい。そこで、この場合、切削孔の孔口を集塵フードで覆い、高真空度の吸引ポンプにより集塵フードから繰粉を吸引排出してその下流側に設けられる繰粉収集ホッパに繰粉を収集することで繰粉が孔外に拡散するのを抑えている。斯かる目的で使用される集塵フードとしては、特許文献１～７に記載のものが公知である。これらの集塵フードをフード形状により分類すると、次の通りである。

【0003】

（１）円筒型フード形状（特許文献１）（図４２参照）
フード形状を下端が開口し上端が閉塞された盲端円筒形（茶筒形）とし、側面に吸引排気管を接続した形状。

【0004】

（２）上部Ｃ面取り円筒型フード形状（特許文献２）
フード形状を、下半分を短円筒状とし上半分を円錐台状とした上部Ｃ面取り円筒形とし、側面に吸引排気管を接続した形状。

【0005】

（３）ラッパ型フード形状（特許文献３，４，５）（図４３参照）
フード形状を、盲端円筒形（茶筒形）としてその下端部分を拡開させたラッパ形状とし、側面に吸引排気管を接続した形状。

【0006】

（４）盃型カバー付円筒型フード形状（特許文献６）
円筒型フード形状の内筒を覆って盃型（盲端円錐台形）の外筒を設けて、内筒側面に吸引排気管を接続した形状。

【0007】

また、特許文献５では、内部にエジェクタ構造を設けたものが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開昭６２－１２９４９７号公報（フード付ドリル）

【特許文献2】特開平６－３３６７８号公報（集塵削岩装置）

【特許文献3】特開２００３－１２０１６４号公報（掘削土排土集塵装置）

【特許文献4】特開昭５３－１２９１０２号公報（さく岩機の粉塵排除装置）

【特許文献5】特開昭５４－２７０４号公報（さく岩機の粉塵排除装置）

【特許文献6】特明１１１３０８号公報（鑿岩機ニ組合ハセタル粉塵偏向装置）

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】粉体工学の基礎編集委員会編，「粉体工学の基礎」，日刊工業新聞社，1992年，pp.203－222．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

削孔機用集塵フードでは、掘鑿孔から噴出する空気に比較的大粒径の繰粉が混合している。また、繰粉の性状は掘鑿現場によって、水分の少ない岩粒状のものから水分の多い粘土状のものまで様々な性状がある。そのため、特許文献５のように内部にエジェクタ構造を設けたり、特許文献６のように２重筒状としたりすると、集塵フード内部に繰粉が詰まり易くなるため好ましくなく、できる限り単純な形状とすることが好ましい。

【0011】

一方、特許文献３，４に記載されたようなラッパ型フード形状のものは、基本的に拡開した下端部分はゴムなどの可撓性部材で構成され、この下端部分を掘鑿孔周囲の対物面上に密着させて、フード内空間を外界から遮断して使用される（特許文献４参照）。然し乍ら、実際の掘鑿現場では、掘鑿しながらリアルタイムに繰粉の性状を観察して、孔底の地山の性状を把握する必要があるため、集塵フード下端と掘鑿孔周囲の対物面との間に隙間を開け、通過する繰粉を観察できるようにして使用する必要がある。この場合、ラッパ型フード形状では、隙間を空けた場合にこの隙間から繰粉が吹き出し易いという問題がある。

【0012】

一方、特許文献１，２のような円筒型フード形状の集塵フードは、ラッパ型フード形状のものと比べると、集塵フード下端と掘鑿孔周囲の対物面との間に隙間を開けた際にも繰粉が吹き出し難い。然し乍ら、吸引排気管の下流側に設けられる繰粉集積ホッパ内に繰粉が溜まってくると、吸引ポンプからの吸引排気管の吸引圧（真空度）が低下する。一方、掘鑿孔から噴出する固気混合流体は、空気圧縮機による加圧によってほぼ一定の流速に保たれる。そのため、繰粉集積ホッパ内の繰粉の集積により吸引排気管の吸引圧がある一定の圧力まで低下すると、集塵フード下端と掘鑿孔周囲の対物面との隙間から繰粉の吹き出しが生じるという問題があった。

【0013】

そこで、本発明の目的は、集塵フード下端と掘鑿孔周囲の対物面との間に隙間を開けた状態で掘削作業を行う際にも、この隙間からの繰粉の吹き出しが生じにくい削孔機用集塵フードを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に係る削孔機用集塵フードの第１の構成は、上端が天井部で閉塞され且つ下端が開口する筒状に形成され、前記天井部にボーリングロッドが回転自在に挿通されるロッド挿通部を有するフード部と、
前記フード部の側面に接続され、該フード部の内室と連通する吸気管と、
前記フード部の開口する下端の周縁に、内向きに突出して設けられた内フランジと
を備えたことを特徴とする。

【0015】

この構成により、掘鑿孔からフード部の内室に吹き込む繰粉粒子を含む固気混相流は、天井部に衝突して一部は吸気管へ吸引は排気され、一部は内室側壁に沿ったダウンフローとなってフード部下端方向へ流れるが、内フランジによりフード部下端に於いてダウンフローはフード部中心方向に偏向される。従って、フード部下端と地面との間の隙間から吹き出し流となる場合、フード部下端において流れの方向が内向きから外向きへと大きく旋回するような流線となるが、これにより固気混相流中の繰粉粒子にはフード部中心方向に強い遠心力が働くため、繰粉粒子の吹き出しは抑制される。また、フード部下端に於いて流れの方向をフード部中心方向に偏向することで、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量も減少し、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。

【0016】

本発明に係る削孔機用集塵フードの第２の構成は、前記第１の構成に於いて、前記フード部は、平面視で長円形の長円筒形に形成され、
前記吸気管は、前記フード部の長円形断面の長円の長軸方向に張り出した側部に接続されており、
前記ロッド挿通部は、前記天井部中心から前記吸気管の接続された側に偏倚して設けられていることを特徴とする。

【0017】

この構成により、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量をさらに減少させることができ、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。

【0018】

ここで、「長円形」とは円を一方向（長軸方向）に引き延ばした形状（オーバル（oval））を意味し、楕円のほか帯直円（レーストラック形；陸上競技場のトラックや小判のような形状）、卵形も含む。

【0019】

本発明に係る削孔機用集塵フードの第３の構成は、前記第２の構成に於いて、前記内フランジは、前記フード部の長円形断面の長軸方向に張り出した左右の側部のうち、前記吸気管の接続された側と反対側の側部下端の延出幅が、他の下端部分の延出幅に比べて幅広に形成されていることを特徴とする。

【0020】

この構成により、最もダウンフローの流速が大きい部分である、吸気管の接続された側と反対側の側部下端部分が内フランジで閉塞され、この部分に吹き下ろすダウンフローが内フランジで内向きに偏向されることにより、エジェクタ効果が生じる。これにより、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量をさらに減少させることができ、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。

【0021】

本発明に係る削孔機用集塵フードの第４の構成は、前記第１乃至３の何れか一の構成に於いて、前記吸気管は、前記フード部と接続された接続部の内径が、前記フード部の内室に向かって拡開する漏斗状に形成されていることを特徴とする。

【0022】

この構成により、集塵フードの内室全体の気圧を下げることが出来、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量をさらに減少させることができ、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。

【発明の効果】

【0023】

以上のように、本発明の削孔機用集塵フードによれば、フード部の開口する下端の周縁に内向きに突出して内フランジを設けたことにより、フード部下端において流れの方向が内向きから外向きへと大きく旋回するような流線となり、繰粉粒子の吹き出しは抑制される。また、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量も減少し、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。また、フード部を、平面視で長円形の長円筒形に形成して、吸気管を長円の長軸方向に張り出した側部に接続して設け、ロッド挿通部を、天井部中心から吸気管の接続された側に偏倚して設けることで、吸気管の真空度が下がった場合に於けるフード部下端と地面との間の隙間からの吹き出し流量をさらに減少させることができ、繰粉粒子の吹き出しが生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施例１に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図2】図１の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た斜視図である。

【図3】一般的な空気堀りボーリング工程に於ける繰粉輸送系の空気の流れを示す図である。

【図4】削孔機用集塵フードの数値計算モデルを示す図である。

【図5】実施例１の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図6】円筒型フード形状の削孔機用集塵フード（従来型）の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図7】ラッパ型フード形状の削孔機用集塵フード（従来型）の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図8】実施例１の削孔機用集塵フード１及び円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図9】ラッパ型集塵フード（比較例２）及び円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図10】入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１ｋＰａにおける削孔機用集塵フード１内の流線の様子を示す図である。

【図11】比較例１として示した円筒型集塵フードの入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１０００Ｐａでの隙間空間Ｓの中央の水平面内に於ける圧力場の分布を示す

【図12】本発明の実施例２に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図13】図１２の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た斜視図である。

【図14】実施例２の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図15】実施例１，実施例２，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吹き出し流量の比較を示す図である。

【図16】本発明の実施例３に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図17】図１６の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た透過斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た透過斜視図である。

【図18】実施例３の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図19】実施例１，実施例３，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吹き出し流量の比較を示す図である。

【図20】実施例４．１の削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図を示す図である。

【図21】図２０の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た透過斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た透過斜視図を示す図である。

【図22】実施例４．１の削孔機用集塵フードの入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図23】実施例４．１の削孔機用集塵フードの入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１０００Ｐａでの隙間空間Ｓの中央の水平面（ｘｙ面）内に於ける圧力場の分布を示す図である。

【図24】実施例４．１の削孔機用集塵フード１及び円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図25】本発明の実施例４に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図26】図２５の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た透過斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た透過斜視図である。

【図27】実施例４の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図28】実施例４の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流線の計算結果を示す図である。

【図29】実施例４の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図30】実施例１，実施例４，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吹き出し流量の比較を示す図である。

【図31】本発明の実施例５に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図32】図３１の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た透過斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た透過斜視図である。

【図33】実施例５の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図34】入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１ｋＰａにおける実施例１及び実施例５の削孔機用集塵フード１のｘｚ断面における圧力場及び流れ方向の分布を示す図である。

【図35】実施例５の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図36】実施例１，実施例５，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吹き出し流量の比較を示す図である。

【図37】本発明の実施例６に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図38】図３７の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た透過斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た透過斜視図である。

【図39】実施例６の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。

【図40】実施例６の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。

【図41】実施例５，実施例６，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、（ａ）吹き出し流量の比較を示す図、及び（ｂ）吸い込み流量の比較を示す図である。

【図42】比較例１に係る円筒型集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【図43】比較例２に係るラッパ型集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

【実施例0026】

（１）構成
図１は、本発明の実施例１に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図である。図２は、図１の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た斜視図である。図１，図２において、削孔機用集塵フード１は、フード部２，吸気管３，及び内フランジ４を備えている。フード部２は、上端が天井部２ｂで閉塞され且つ下端側に下端開口２ｃを有する円筒状に形成されている。天井部２ｂの中央には、ボーリングロッドＲが回転自在に挿通されるロッド挿通部２ｄが貫設されている。吸気管３は、フード部２の側面上部に接続され、該フード部２の内室２ａと連通している。吸気管３の出口側の吸気端３ａには排気ホースが接続され、吸引ポンプによる吸引排気が行われる（図３参照）。内フランジ４は、フード部２の下端の周縁に、内向きに突出して設けられている。本実施例では、内フランジ４は、フード部２の下端全周に亘って一定幅とされている。

【0027】

（２）作用効果
図３は、一般的な空気堀りボーリング工程に於ける繰粉輸送系の空気の流れを示す図である。ビット冷却及び繰粉輸送用の空気は、圧縮ポンプ及び圧縮タンクによって圧縮され、ボーリングロッド内の管腔を通して掘鑿孔（ボーリング孔）Ｈの孔底に送られ、ボーリングロッドの先端のビット（JIS M 0103:2003（ボーリング用機械・器具用語）参照）に設けられた噴射孔から掘鑿孔Ｈ内へ噴射される。噴射された圧縮空気は、ビットでの掘鑿により孔底で生じる繰粉（くりこ）(掘屑（ほりくず），ボーリング作業中にビットで砕かれて削孔先端に生じる岩石の砕屑物。)を巻き込んで、固気混相流として掘鑿孔口へと流動し繰粉を掘鑿孔口へ輸送する。この掘鑿孔口から噴射する固気混相流は、掘鑿孔口にボーリングロッドに環装するように設置された削孔機用集塵フード１の内室２ａに流入する。削孔機用集塵フード１の吸気管３の吸気端３ａには、排気ホースの上流端が接続され、該排気ホースの下流端は、繰粉収集ホッパに接続され、繰粉収集ホッパの内室は、吸気用の吸引ポンプにより高真空度に減圧されている。これにより、削孔機用集塵フード１の内室２ａに流入した固気混相流体は、吸気管３から繰粉収集ホッパへと吸引排出され、繰粉は繰粉収集ホッパで捕集され集積される。

【0028】

従来のラッパ型フード形状の削孔機用集塵フード（特許文献３，４，５参照）では、削孔機用集塵フード下端の拡開した下端部分を、掘鑿孔Ｈの孔口周囲の地盤Ｇに密着させて、削孔機用集塵フード下端から外部空間へ固気混相流が流出しないようにして掘鑿作業が行われていた。しかし、この場合、掘鑿作業を行う作業者は、現在の繰粉の性状を掘鑿孔口において直接観察することはできず、繰粉収集ホッパ内に集積された繰粉サンプルを見に行く必要があり、作業効率が悪くなるとともに、繰粉の性状の変化に応じたリアルタイムに掘削作業の変更等の対応が難しくなる。そこで、本発明では、図３に示した様に、削孔機用集塵フード１の下端と孔口周囲の地盤Ｇとの間に隙間空間Ｓを設けて、この隙間空間Ｓから繰粉の性状を観察できるようにする。このとき、隙間空間Ｓの幅（削孔機用集塵フード１下端と地盤Ｇとの距離）は、２～５ｃｍ程度とされる。通常、吸引ポンプにより削孔機用集塵フード１の吸気管３の吸気端３ａは高真空度に設定されるため、隙間空間Ｓから外部へ固気混相流が噴出することはなく、隙間空間Ｓを通して外部から削孔機用集塵フード１の内室２ａへ外気が吸い込まれる。然し乍ら、繰粉収集ホッパに繰粉が蓄積されてゆくと、吸気管３の吸気端３ａの真空度（外気圧と吸引圧との差圧）は徐々に低下してゆき、ある一定の真空度まで低下すると隙間空間Ｓから部分的に外部へ固気混相流が噴出するようになる。この隙間空間Ｓから部分的に外部へ固気混相流が噴出するようになる真空度を「噴出開始点」と呼ぶ。噴出開始点から更に真空度が低下してゆくと、隙間空間Ｓから外部へ噴出する流量が隙間空間Ｓから内室２ａへ吸い込まれる流量を上回るようになり、更に真空度が低下してゆくと、隙間空間Ｓの全体から外部へ固気混相流が噴出するようになる。隙間空間Ｓから外部へ噴出する流量と隙間空間Ｓから内室２ａへ吸い込まれる流量とが等しくなる真空度を「流入出均衡点」と呼ぶ。隙間空間Ｓを開けて削孔機用集塵フード１を使用する場合、隙間空間Ｓから外部への固気混相流の噴出を抑制するには、この噴出開始点及び流入出均衡点をできる限り低くする（低真空度にする）ことが重要であると考えられる。

【0029】

また、隙間空間Ｓから外部への繰粉の噴出の抑制を考える場合、空気の流れの場だけでなく固気混相流内における繰粉の運動も考慮する必要がある。複雑な形状を有する繰粉の固気混相流内における運動を直接計算することは困難であるため、ここでは、繰粉を球体粒子と仮定して考察する。一般に、流体内に於ける球体粒子の運動は、次の式で表される（非特許文献１参照）。

【0030】

【数1】

【0031】

ここで、ｔは時間、Ｄpは球（繰粉粒子）の直径、ｖは繰粉粒子の速度ベクトル、ｕは空気の速度ベクトル、ρ_p（＝2.6～2.7×10³[kg/m³]）は繰粉粒子の密度、ρ_f（＝1.293[kg/m³]）は空気の密度、μ（＝1.511×10^-5 [m³/s]）は空気の動粘度、Ｆは繰粉粒子に作用する外力、Ｒは繰粉粒子と空気の相対速度の瞬間値に対する流体抵抗である。式（１）に於いてπＤ_p ³／6は繰粉粒子の体積である。また、式（１）の左辺では、加速する球（繰粉粒子）に対してその球が排除した空気質量の半分だけ見掛けの球の質量が増加するので、球の見掛けの質量ｍ’＝（πＤ_p ³／6）（ρ_p＋ρ_f／2）が用いられている。式（１）の右辺第３項は流体の非定常運動に関する項であり、右辺第４項はBasset項と呼ばれる粒子運動の履歴に関する項である。右辺第３項，第４項は、通常の非定常粒子運動では無視できる。また、空気の密度ρ_fは繰粉粒子の密度ρ_pに対して十分小さいので、右辺のρ_f／2は無視できる。従って、空気流体が極端な非定常状態ではければ、式（１）は次のように簡略化される。

【0032】

【数2】

【0033】

ここで、流体抵抗Ｒは、レイノルズ数Ｒｅ_ｐのみの関数として表される抵抗係数Ｃ_Ｄ＝Ｃ_Ｄ（Ｒｅ_ｐ）を用いて次のように表される（非特許文献１，ｐ．２０５参照）。

【0034】

【数3】

【0035】

一方、繰粉粒子に作用する外力Ｆは、重力、遠心力、静電気力、熱泳動力、拡散動力などが考えられる。地盤の掘鑿時に生じる繰粉粒子の場合、比較的粒径が大きく質量が大きいと考えられるため、外力Ｆとしては重力ｍ_pｇ及び遠心力Ｆ_Ｃが支配的であると考えられる。従って、繰粉粒子の運動方程式は次のように表される。

【0036】

【数4】

【0037】

ここで、ｕ_ｔは空気流体の流線に対する接線方向速度、ｒは空気流体の流線の曲率半径、ｒ＾は空気流体の流線の曲率半径方向の単位ベクトル、ｚ＾は鉛直上方向きの単位ベクトルである。つまり、遠心力Ｆ_Ｃは空気流体の流線の曲率半径方向（外向き）に働く。この式（４ａ）から、繰粉粒子に作用する遠心力Ｆ_Ｃを内向き（ボーリングロッドの中心軸向き）としてやることにより、削孔機用集塵フード１の下端と地盤Ｇとの隙間空間Ｓから外部への繰粉粒子の噴出を抑制することが出来ると考えられる。

【0038】

そこで、以下では、削孔機用集塵フード１に掘鑿孔Ｈから空気が吹き込んだ場合の、隙間空間Ｓ付近に於ける流れの方向、及び隙間空間Ｓから外部空間へ流出する流量を数値計算によって評価することで、隙間空間Ｓから外部への固気混相流の噴出抑制効果について評価する。本実施例の削孔機用集塵フード１の噴出抑制効果を評価するに当たって、比較対象としては、従来技術で挙げた円筒型フード形状（特許文献１）（図４２）とラッパ型フード形状（特許文献３，４，５）の集塵フード（図４３）を用いる。

【0039】

図４に、本実施例の削孔機用集塵フード１の場合の数値計算モデルを示す。今回の評価では、隙間空間Ｓの幅は２０ｍｍとする。尚、周辺外部空間は、隙間から離れた部分は注目部分の流れへの影響が軽微で必要ないので、計算量を減らすために、隙間から遠方の部分は削って省略している。他の形状の集塵フードの場合にもこれと同様の数値計算モデルを使用する。この数値計算モデルにおいて、周辺外部空間は自由流入出境界（相対気圧０ Pa）とし、地面、集塵フード内室の内壁、掘鑿孔内壁、及びボーリングロッド表面は静止壁境界（速度０、圧力勾配０）とし、掘鑿孔最深部の流入境界（inlet）は流速指定境界とし、吸引管出口の流出境界（outlet）は静圧指定境界とする。そして、流入境界（inlet）からの入力流速Ｕ_inを特定の値（５０ｍ／ｓ，６０ｍ／ｓ，７０ｍ／ｓ）に固定して、流出境界（outlet）の静圧－ｐ_outを０～－５ｋＰａまで段階的に変化させて流れの場を数値計算し、それぞれの（Ｕ_in，ｐ_out）において、地面と集塵フード下端との間の隙間から流入又は流出する空気の流れの流量を計算する。今回の評価では、流速はマッハ０．３（～１００ｍ／ｓ）より小さい領域であるため空気は非圧縮性流体とし、計算アルゴリズムとしてはSIMPLE法（SIMPLE（semi-implicit method for pressure-linked equation） method）を用い、乱流モデルとしては標準ｋ－εモデルを用いて計算を行う。

【0040】

図５は、実施例１の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。図６は、円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。図７は、ラッパ型集塵フード（比較例２）の場合の入力風速５０ｍ／ｓに対する各吸引圧における流れの場の計算結果を示す図である。ここで、「円筒型集塵フード（比較例１）」は、従来技術で挙げた円筒型フード形状（特許文献１）の集塵フードを指し、「ラッパ型集塵フード（比較例２）」は、ラッパ型フード形状（特許文献３，４，５）の集塵フードを指す。また、図５～図７において、背景色の濃淡は速度場を示し、色が濃いほど流速が速いことを示す。また、各図内の白矢印は流れの方向を示す。「ｘｚ断面」は、吸気管３の中心軸とボーリングロッドＲの中心軸とを含む垂直面（ｘｚ面）で切った断面であり、「ｘｙ断面（下端隙間中央）」は、集塵フードの下端と地面との隙間の中央の水平面（ｘｙ面）で切った断面である。

【0041】

図６より、円筒型集塵フード（比較例１）においては、掘鑿孔Ｈから吹き出た空気は、フード部２の内室２ａの天井面に衝突して放射状に拡散し、吸気管３の部分ではそのまま吸気管３へと吸い込まれる一方、吸気管３以外の部分では内室２ａの側壁に沿ったダウンフローとなっている。吸引圧が大きい場合には、このダウンフローは地面に衝突する前に吸気管３の方向に偏向されて隙間空間Ｓからの吹き出し流は生じないが、吸引圧が小さい場合には、このダウンフローが地面に衝突して四方に拡散し、隙間空間Ｓからの吹き出し流が生じる。図７より、ラッパ型集塵フード（比較例２）においては流れの場はより複雑であり、天井面から内室２ａの側壁に沿って生じるダウンフローは、側壁が拡開し始める部分で側壁から剥離し、吸引圧が小さい場合には、ほぼ垂直に地面に衝突して四方に拡散し、隙間空間Ｓからの吹き出し流が生じる。また、側壁の拡開する部分では、吹き出し流の一部が上方に吸い上げられて渦流を生じる。

【0042】

一方、実施例１の削孔機用集塵フード１の場合、図５より、円筒型集塵フード（比較例１）と同様に、掘鑿孔Ｈから吹き出た空気は、フード部２の内室２ａの天井面に衝突して放射状に拡散し、吸気管３の部分ではそのまま吸気管３へと吸い込まれる一方、吸気管３以外の部分では内室２ａの側壁に沿ったダウンフローとなっている。このダウンフローは、内室２ａの下端部で内フランジ４に衝突して、水平内向きの流れに偏向されている。吸引圧が小さい場合には、この水平内向きの流れは内フランジ４の内端において大きく旋回して吹き出し流となる。図１０に、入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１ｋＰａにおける削孔機用集塵フード１内の流線の様子を示す。吸気管３と反対側（右側）に、隙間空間Ｓからの強い吹き出し流が見られるが、内フランジ４の内端縁で、内向きの流れから外向きの流れへと大きく旋回していることが分かる。この旋回流では繰粉粒子には大きな内向きの遠心力が働くと考えられる。これにより、隙間空間Ｓからの繰粉粒子の吹き出しは大きく抑制される。

【0043】

図８は、実施例１の削孔機用集塵フード１及び円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。図９は、ラッパ型集塵フード（比較例２）及び円筒型集塵フード（比較例１）の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。図８，図９において、各グラフの横軸は吸引圧ｐ_out（吸気管３の流出境界（outlet）の気圧（≦０Ｐａ）と外部空間の気圧（０Ｐａ）との差圧の絶対値）を表す。縦軸の「吹出・吸込流量」が正の領域は隙間空間Ｓからの空気の吹き出し流量、負の領域は隙間空間Ｓからの空気の吸い込み流量を表している。また、正の領域のみで変化する曲線（Flux(out)）は隙間空間Ｓからの吹出流量を示し、負の領域のみで変化する曲線（Flux(in)）は隙間空間Ｓからの吸込流量を示し、正の領域から負の領域へ跨がって変化する曲線（Flux(total)）は前記両曲線を足し合わせた隙間全体の吹出・吸込流量を示す。隙間全体の吹出・吸込流量曲線（Flux(total)）が０となる吸引圧ｐ_out ⁽⁰⁾が「流入出均衡点」であり、吹出流量曲線（Flux(out)）が０となる吸引圧ｐ_out ⁽¹⁾が「噴出開始点」である。（表１）に各集塵フードにおける入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する流入出均衡点及び噴出開始点を示す。

【0044】

【表1】

【0045】

図８，図９及び（表１）より、本実施例１の削孔機用集塵フード１は、円筒型集塵フード（比較例１）及びラッパ型集塵フード（比較例２）に比べ、流入出均衡点及び噴出開始点がともに低下しており、各比較例と比べて隙間空間Ｓから外部への繰粉噴出抑制効果が高いことが分かる。また、比較例１と比較例２を比べると、比較例２よりも比較例１のほうが繰粉噴出抑制効果が高いことが分かる。

【実施例0046】

図１１に、比較例１として示した円筒型集塵フードの入力風速５０ｍ／ｓ，吸引圧１０００Ｐａでの隙間空間Ｓの中央の水平面内に於ける圧力場の分布を示す。図１１では圧力を色の濃淡で示しており、色が薄い方が低圧、色が濃い方が高圧を示す。図１１において、比較例１の円筒型集塵フードでは、領域Ａ_１，Ａ_２において、地面と衝突する強いダウンフローが見られる。そこで、本実施例ではこの領域Ａ_１，Ａ_２を被覆するように、実施例１の円筒型集塵フードの内フランジを変形する。図１２に、本発明の実施例２に係る削孔機用集塵フードの（ａ）平面図及び（ｂ）Ａ－Ａ線断面図を示す。図１３に、図１２の削孔機用集塵フードの（ａ）左斜め上方向から視た斜視図及び（ｂ）正面斜め下方向から視た斜視図を示す。図１２，図１３において、実施例１の削孔機用集塵フードに対応する構成部分には、同符号を附す。本実施例２の削孔機用集塵フードは、実施例１と比べて、内フランジ４の形状のみが異なっている。本実施例２では、内フランジ４の形状として、吸気管３の中心軸とフード部２の中心軸とを含む垂直面（図１２（ａ）のＡ－Ａ線。以下「フード対称面」という。）に対して対称となるように、円弧状の延出部４ａ，４ａを設けた点が相違する。延出部４ａ，４ａは、フード対称面の左右に、フード部２の中心よりやや吸気管３寄りに偏倚して形成されている。

【0047】

以上のような構成の実施例２に係る削孔機用集塵フード１について、実施例１と同様にして流れの計算を行った。図１４は、実施例２の削孔機用集塵フード１の場合の入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吸引圧に対する吹き出し・吸い込み流量の関係を示す図である。図１５は、実施例１，実施例２，比較例１の各削孔機用集塵フードの入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する、吹き出し流量の比較を示す図である。また、（表２）に各集塵フードにおける入力風速５０，６０，７０ｍ／ｓに対する流入出均衡点及び噴出開始点を示す。図１４，図１５及び表２より、実施例２の削孔機用集塵フード１は、実施例１の削孔機用集塵フード１と比べ、より隙間空間Ｓからの空気の吹き出しが抑制される傾向にあることが分かる。

【0048】

【表2】