特開 2023-77881 掘削ビットおよび鋼管杭

(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】P2023077881

(43)【公開日】2023-06-06

(54)【発明の名称】掘削ビットおよび鋼管杭

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/02 20060101AFI20230530BHJP

   E02D 5/28 20060101ALI20230530BHJP

   E21B 7/20 20060101ALI20230530BHJP

【ＦＩ】

E21B10/02

E02D5/28

E21B7/20

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021191372

(22)【出願日】2021-11-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】戸田 和秀

(72)【発明者】

【氏名】後藤 大輝

(72)【発明者】

【氏名】柳 悦孝

(72)【発明者】

【氏名】日下 裕貴

(72)【発明者】

【氏名】澤石 正道

(72)【発明者】

【氏名】東海林 智之

(72)【発明者】

【氏名】田邊 将一

(72)【発明者】

【氏名】長浦 崇晃

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健吾

【テーマコード（参考）】

2D041

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D041AA02

2D041CB01

2D041CB06

2D041DB02

2D041FA14

2D129AB16

2D129EA02

2D129GA01

2D129GA12

(57)【要約】

【課題】鋼管杭の先端に掘削ビットを個別に取り付けるにあたり、施工を煩雑化することなく取り付け精度を向上させる。
【解決手段】鋼管杭の軸方向の端面に接合され、上記軸方向に見た場合に上記端面から上記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分を含む板状の本体部と、上記本体部の上記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分に連続して形成され、上記内周面または上記外周面に沿って延び、上記内周面または上記外周面に直接的または間接的に接合される延長部とを備える掘削ビットが提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管杭の軸方向の端面に接合され、前記軸方向に見た場合に前記端面から前記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分を含む板状の本体部と、
前記本体部の前記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分に連続して形成され、前記内周面または前記外周面に沿って延び、前記内周面または前記外周面に直接的または間接的に接合される延長部と
を備える掘削ビット。

【請求項2】

前記延長部は、前記内周面または前記外周面との間の隙間に介挿されるくさび状部材を介して前記内周面または前記外周面に接合される、請求項１に記載の掘削ビット。

【請求項3】

前記掘削ビットは、前記延長部と前記内周面または前記外周面との間の隙間に介挿されるくさび状部分をさらに備え、
前記延長部は、前記くさび状部分を介して前記内周面または前記外周面に接合される、請求項１に記載の掘削ビット。

【請求項4】

前記延長部は、板状であり、前記内周面または前記外周面とは反対側の側面が傾斜面である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の掘削ビット。

【請求項5】

前記本体部は、前記軸方向に見た場合に前記端面から前記鋼管杭の内周面側に突出した第１の部分と、前記軸方向に見た場合に前記端面から前記鋼管杭の外周面側に突出した第２の部分とを含み、
前記延長部は、前記第１の部分に連続して形成され、前記第２の部分に連続して形成されない、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の掘削ビット。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の掘削ビットが軸方向の端面に接合された鋼管杭であって、
前記端面では、前記鋼管杭の周方向に複数の前記掘削ビットが配列される鋼管杭。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削ビットおよび鋼管杭に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼管杭の先端に取り付ける掘削ビットは、地盤を掘削する従来の効果のみならず、杭の回転方向に応じて土砂の動きを制御し、管内土の閉塞を抑制または促進する効果が期待される。このような掘削ビットの鋼管杭への取り付け方法として、特許文献１では、鋼管杭の先端に円筒体を連接固定し、円筒体の先端面から掘削ビットを突設する構成が記載されている。特許文献２でも、鋼管杭の先端にリングを介してカッタービットを取り付ける構成が示されている。より具体的に、特許文献２では、カッタービットが地盤に接触させられるチップ部材と、チップ部材を支持するシャンク部材とを含み、チップ部材がシャンク部材に形成されたインサート溝部に挿入固定される構成が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－７７２７４号公報

【特許文献2】特開２０１７－１３３３２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の特許文献１および特許文献２のように、掘削ビットが取り付けられたリングなどの部材を鋼管杭の先端に取り付ける構成にすれば、リングに予め掘削ビットやその支持部材を接合しておけるため、掘削ビットの取り付け角度や鋼管杭からの突出長さを設定することは比較的容易である。その一方で、複数の掘削ビットを鋼管杭の先端に溶接などによって個別に取り付ける場合もある。このような取付方法は、例えば現場施工で掘削ビットを取り付けるのに適している。しかしながら、この場合、角度計や治具などを用いて個々の掘削ビットの取り付け角度や突出長さを確認しながら取り付ける必要があるため、施工手順が煩雑になったり、取り付け精度の確保が難しかったりする場合があった。

【0005】

そこで、本発明は、鋼管杭の先端に掘削ビットを個別に取り付けるにあたり、施工を煩雑化することなく取り付け精度を向上させることが可能な掘削ビットおよび鋼管杭を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

［１］鋼管杭の軸方向の端面に接合され、上記軸方向に見た場合に上記端面から上記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分を含む板状の本体部と、上記本体部の上記鋼管杭の内周面側または外周面側に突出した部分に連続して形成され、上記内周面または上記外周面に沿って延び、上記内周面または上記外周面に直接的または間接的に接合される延長部とを備える掘削ビット。
［２］上記延長部は、上記内周面または上記外周面との間の隙間に介挿されるくさび状部材を介して上記内周面または上記外周面に接合される、［１］に記載の掘削ビット。
［３］上記掘削ビットは、上記延長部と上記内周面または上記外周面との間の隙間に介挿されるくさび状部分をさらに備え、上記延長部は、上記くさび状部分を介して上記内周面または上記外周面に接合される、［１］に記載の掘削ビット。
［４］上記延長部は、板状であり、上記内周面または上記外周面とは反対側の側面が傾斜面である、［１］から［３］のいずれか１項に記載の掘削ビット。
［５］上記本体部は、上記軸方向に見た場合に上記端面から上記鋼管杭の内周面側に突出した第１の部分と、上記軸方向に見た場合に上記端面から上記鋼管杭の外周面側に突出した第２の部分とを含み、上記延長部は、上記第１の部分に連続して形成され、上記第２の部分に連続して形成されない、［１］から［４］のいずれか１項に記載の掘削ビット。
［６］［１］から［５］のいずれか１項に記載の掘削ビットが軸方向の端面に接合された鋼管杭であって、上記端面では、上記鋼管杭の周方向に複数の上記掘削ビットが配列される鋼管杭。

【発明の効果】

【0007】

上記の構成によれば、延長部の側面を鋼管杭の内周面または外周面に当接させることによって鋼管杭に対する掘削ビットの位置決めができるため、本体部が鋼管杭の内周面または外周面から突出する突出長さを容易かつ正確に設定することができる。また、延長部を別体のくさび状部材に当接させるか、または延長部に接してくさび状部分を形成することによって、掘削ビットの取り付け角度も容易かつ正確に設定することができる。従って、上記の構成によれば、施工を煩雑化することなく掘削ビットの取り付け精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係る掘削ビットの六面図である。

【図2】図１に示された掘削ビットを鋼管杭に取り付けた状態を示す図であり、図３のII－II線に沿った矢視図である。

【図3】図１に示された掘削ビットを鋼管杭に取り付けた状態を示す図であり、図２のIII－III線に沿った矢視図である。

【図4】図１に示された掘削ビットが取り付けられた鋼管杭の構成例を示す図である。

【図5】掘削ビットの変形例の六面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。

【0010】

図１は、本発明の一実施形態に係る掘削ビットの六面図である。以下、図１について、（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）底面図、（ｄ）左側面図、（ｅ）右側面図、（ｆ）背面図として説明するが、これらの名称に含まれる方向は掘削ビットの配置される方向を限定しない。図示されるように、掘削ビット１は、板状の本体部２と、同じく板状の延長部３とを含む。図中の上方が鋼管杭の位置する側であり、下方が地盤側である。

【0011】

本体部２は、掘削ビット１が鋼管杭に取り付けられたときに鋼管杭の軸方向について鋼管杭の端面よりも突出する部分である。また、本体部２は、後述するように鋼管杭に取り付けられたときに鋼管杭の内周面側に突出する突出部分２Ａを含む。延長部３が形成されない部分において、本体部２の上面には開先４，５が形成され、本体部２は開先４，５を用いた溶接によって鋼管杭の端面に接合される。

【0012】

延長部３は、本体部２の上側で、突出部分２Ａに連続して形成され、鋼管杭に取り付けられたときに鋼管杭の内周面に沿って延びる。なお、ここで、連続して形成されることは、互いに応力を伝達して一体的に挙動することを意味し、必ずしも本体部２と延長部３とが一体成形されることを意味しない。具体的には、本体部２と延長部３とは、一体成形されていてもよいし、別体で成形されて溶接やボルト接合などによって互いに接合されていてもよい。上述のように本体部２および延長部３はいずれも板状であるが、それらの厚さは必ずしも同じでなくてもよい。本体部２および延長部３が別体で成形される場合だけではなく、一体成形される場合も、例えば延長部３の板厚が本体部２よりも薄く形成されていてもよい。

【0013】

延長部３の左側の側面６は、本体部２が開先４，５を用いた溶接によって鋼管杭の端面に接合されたときに、本体部２と同様に鋼管杭の内周面に溶接されてもよい。この場合、延長部３は鋼管杭の内周面に直接的に接合される。あるいは、延長部３は、後述するようにくさび状部材、または掘削ビットの一部を形成するくさび状部分を介して鋼管杭の内周面に間接的に接合されてもよく、溶接による直接的な接合とくさび状部材またはくさび状部分を介した間接的な接合との両方が形成されてもよい。延長部３を鋼管杭の内周面に接合することによって、例えば本体部２の上面のみを鋼管杭の端面に接合する場合に比べて、掘削ビット１を鋼管杭に強固に接合することができる。また、延長部３の右側の側面７は、図示されたように傾斜面であってもよい。側面７は鋼管杭の内周面とは反対側に位置して地盤中に露出されるため、側面７を傾斜面にすることによって掘削時に土砂から受ける抵抗を低減することができる。

【0014】

上記のような本実施形態に係る掘削ビット１の構成によれば、延長部３の側面６を鋼管杭の内周面に当接させることによって鋼管杭に対する掘削ビット１の位置決めができるため、本体部２の突出部分２Ａが鋼管杭の内周面から突出する突出長さを容易かつ正確に設定することができる。また、延長部３を後述するくさび状部材に当接させるか、または延長部３に接してくさび状部分を形成することによって、掘削ビット１の取り付け角度も容易かつ正確に設定することができる。従って、本実施形態では、施工を煩雑化することなく掘削ビット１の取り付け精度を向上させることができる。

【0015】

図２および図３は、図１に示された掘削ビットを鋼管杭に取り付けた状態を示す図である。各図の視点の関係が、II－II線およびIII－III線で示されている。また、図１との関係では、図２が（ｂ）正面図に対応し、図３が（ａ）上面図に対応する。図示されるように、掘削ビット１のうち、延長部３が形成されていない本体部２の上面は、図１に示した開先４，５を用いて形成される溶接部１１によって、鋼管杭１０の軸方向の端面１２に接合される。

【0016】

上述のように、本体部２の上面が鋼管杭１０の端面１２に接合された状態において、延長部３は鋼管杭１０の内周面１３に沿って延びる。図３に示されるように、内周面１３と延長部３との間にはくさび状部材１４が介挿される。くさび状部材１４を内周面１３および延長部３の両方に当接させることによって、掘削ビット１の取り付け角度をくさび状部材１４の先端角度θに対応する角度に設定することができる。ここで、取り付け角度は、掘削ビット１の取り付け位置において掘削ビット１の板厚中心線と鋼管杭１０の周方向接線とがなす角度である。くさび状部材１４は、例えば隅肉溶接によって内周面１３もしくは延長部３、またはその両方に接合される。あるいは、くさび状部材１４の代わりに、同様の形状のくさび状部分が、掘削ビット１の一部として延長部３と一体的に形成されてもよい。この場合、くさび状部分は、例えば隅肉溶接によって内周面１３に接合される。例えば掘削ビット１の取り付け角度が小さいような場合は、くさび状部材１４を介挿せず、また掘削ビット１にくさび状部分を設けない構成も可能である。

【0017】

掘削ビット１が取り付けられた鋼管杭１０を軸回りに、具体的には図３に示される矢印１５，１６のいずれかの方向に回転させることによって、地盤が掘削される。鋼管杭１０が矢印１５の方向に回転させられる場合、鋼管杭１０の内側の土砂が掘削ビット１によって鋼管杭１０の外側に押し出され、鋼管杭１０の内部が土砂で閉塞されることによる掘進抵抗の増大を防ぎながら鋼管杭１０の打設を進めることができる。図２に矢印１７で示すように、このとき掘削の前縁に位置することになる延長部３の側面７を傾斜面にすることによって、土砂を上方に逃がし、掘削ビット１が土砂から受ける抵抗を低減することができる。

【0018】

一方、鋼管杭１０が矢印１６の方向に回転させられる場合、鋼管杭の外側の土砂が掘削ビット１によって鋼管杭１０の内側に取り込まれる。例えば鋼管杭１０が所定の深度まで打設された後に、このような方向の回転によって鋼管杭１０の内部を土砂で閉塞し、鋼管杭１０の支持力を高めることができる。なお、鋼管杭１０の回転方向は特に限定されず、逆回転の工程も必ずしも採用されなくてもよい。具体的には、鋼管杭１０は矢印１５の方向にのみ回転させられてもよいし、矢印１６の方向にのみ回転させられてもよいし、矢印１５の方向および矢印１６の方向の両方に順に、または交互に回転させられてもよい。

【0019】

図４は、図１に示された掘削ビットが取り付けられた鋼管杭の構成例を示す図である。図４の視点は、図１の（ｃ）底面図、および図３に対応する。図示された例では、鋼管杭１０に、図１に示された掘削ビット１と、それとは異なる掘削ビット２１とが取り付けられている。掘削ビット１，２１は、いずれも鋼管杭１０の軸方向の端面１２に接合され、かつ鋼管杭１０の周方向に配列されている。掘削ビット２１は、掘削ビット１に比べて取り付け角度が小さく、鋼管杭１０の内側への突出長さも小さい。従って、掘削ビット２１には掘削ビット１について上記説明したような延長部は形成されない。

【0020】

このように、鋼管杭１０には本発明の実施形態に係る掘削ビット１と、そうではない掘削ビット２１とが混在して取り付けられてもよい。図示された例において、掘削ビット１と掘削ビット２１とは、鋼管杭１０を周方向に８等分した位置に４つずつ交互に配置されるが、鋼管杭１０の周方向に配列される掘削ビットの数はこの例には限定されず、例えば鋼管杭１０を周方向に４等分または６等分する位置に掘削ビットが配置されてもよい。また、他の例では、鋼管杭に取り付けられる掘削ビットの全てが本発明の実施形態に係る掘削ビットであってもよい。この場合も、掘削ビットの長さ、くさび状部材またはくさび状部分の先端角度、およびくさび状部材の有無を変更することによって、取り付け角度や突出長さがそれぞれの掘削ビットの間で異なっていてもよい。例えば、掘削ビットの取り付け角度が大きい場合や突出長さが長い場合には延長部の板厚を厚くし、掘削ビットの取り付け角度が小さい場合や突出長さが短い場合には延長部の板厚を薄くしてもよい。この場合において、掘削ビットの本体部の厚さと延長部の厚さとは異なっていてもよい。また、鋼管杭の軸方向への突出高さについても、それぞれの掘削ビットの間で異なっていてもよい。

【0021】

なお、上記の実施形態では、掘削ビットが鋼管杭の内周面側に突出する例について説明したが、掘削ビットは同様にして鋼管杭の外周面側に突出していてもよい。つまり、例えば、上記の図１に示した例において、本体部２の突出部分２Ａが鋼管杭の外周面側に突出するように掘削ビット１が鋼管杭に取り付けられてもよい。この場合、延長部３は鋼管杭の外周面に沿って延び、鋼管杭の外周面に直接的または間接的に接合される。あるいは、掘削ビットは、鋼管杭の内周面側および外周面側の両方に突出していてもよい。この場合、掘削ビットの本体部は鋼管杭の内周面側に突出した第１の突出部分と、鋼管杭の外周面側に突出した第２の突出部分とを含む。また、この場合、例えば第１の突出部分および第２の突出部分のそれぞれに連続して、鋼管杭の内周面に沿って延びる第１の延長部と、鋼管杭の外周面に沿って延びる第２の延長部とが形成されてもよい。あるいは、鋼管杭の内周面側に突出した第１の突出部分に連続して鋼管杭の内周面に沿って延びる延長部だけが形成され、第２の突出部分に連続する延長部は形成されなくてもよい。

【0022】

上記の実施形態では、掘削ビット１の本体部２や延長部３がほぼ均一な厚みの板状である例について説明したが、本体部２や延長部３は厚みが変化する板状であってもよい。例えば、図５に示す変形例のように、鋼管杭に取り付けられたときに鋼管杭の外周側に張り出す部分で、本体部２に切り落とし面２Ｂが形成されてもよい。あるいは、図５の例とは反対側の、鋼管杭の内周側に張り出す部分に切り落とし面が形成されてもよい。切り落とし面を形成する以外にも、本体部２や延長部３の厚みが全体的に変化していてもよい。例えば本体部２や延長部３の厚みが鋼管杭の外周側に向かって全体としてテーパー状に厚く、または薄くなっていてもよい。

【0023】

また、上記の実施形態では、本体部２の下側の端面が鋼管杭の外周側に向かって高くなる（本体部２の高さ方向寸法が次第に大きくなる）ように傾斜しているが、他の例では本体部２の下側の端面が逆に鋼管杭の内周側に向かって高くなる（本体部２の高さ方向寸法が次第に大きくなる）ように傾斜していてもよい。また、本体部２の下側の端面が傾斜しておらず、鋼管杭の内周側と外周側とで本体部２の高さ方向寸法が同じであってもよい。

【0024】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野の当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0025】

１…掘削ビット、２…本体部、２Ａ…突出部分、２Ｂ…切り落とし面、３…延長部、４，５…開先、６，７…延長部の側面、１０…鋼管杭、１１…溶接部、１２…端面、１３…内周面、１４…くさび状部材、１５，１６…回転方向を示す矢印、１７…土砂の流れを示す矢印、２１…掘削ビット、θ…先端角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】