特開 2024-7877 ダブルドリルヘッド

(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】P2024007877

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】ダブルドリルヘッド

(51)【国際特許分類】

   E21B 6/02 20060101AFI20240112BHJP

   E21B 3/02 20060101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

E21B6/02

E21B3/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022109252

(22)【出願日】2022-07-06

(71)【出願人】

【識別番号】000168506

【氏名又は名称】鉱研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000051

【氏名又は名称】弁理士法人共生国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 敦志

(72)【発明者】

【氏名】竹内 湧希

【テーマコード（参考）】

2D129

【Ｆターム（参考）】

2D129AB21

2D129BA07

2D129DA12

2D129DA22

2D129DC11

2D129DC34

(57)【要約】

【課題】パーカッションドリルヘッドとロータリードライブとを併設し、駆動力を効率良く使用することができ、コンパクトで軽量な構造とすることができるダブルドリルヘッドを提供する。
【解決手段】ボーリングロッドに打撃力及び回転力を伝達するハンマーサブ８と、ハンマーサブ８を回転させる駆動モータ１０と、ハンマーサブ８の周囲に設けられてハンマーサブ８の打撃力を緩和する弾性部材１３とを備えたパーカッションドリルヘッド４と、ボーリングロッドが貫通する回転可能なスピンドル２１と、ボーリングロッドを把持及び解除するチャックピース２８及びチャックピース２８を把持動作させる油圧チャックシリンダ３２とを備え、パーカッションドリルヘッド４に横並び状態で組み付けられた貫通型のロータリードライブ５と、パーカッションドリルヘッド４の駆動モータ１０のトルクをロータリードライブ６に伝達する伝達ギヤ機構３８とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボーリングロッドに打撃力及び回転力を伝達するハンマーサブと、前記ハンマーサブを回転させる駆動モータと、前記ハンマーサブの周囲に設けられてハンマーサブの打撃力を緩和する弾性部材とを備えたパーカッションドリルヘッドと、
ボーリングロッドが貫通する回転可能なスピンドルと、前記ボーリングロッドを把持及び解除するチャックピース及びチャックピースを把持動作させる油圧チャックシリンダとを備え、前記パーカッションドリルヘッドに横並び状態で組み付けられた貫通型のロータリードライブと、
前記パーカッションドリルヘッドの前記駆動モータのトルクを前記ロータリードライブに伝達する伝達ギヤ機構とを備えていることを特徴とするダブルドリルヘッド。

【請求項2】

前記パーカッションドリルヘッド及び前記貫通型のロータリードライブは、地盤改良機に対して掘削位置の切り換え可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のダブルドリルヘッド。

【請求項3】

前記地盤改良機は、ガイドセルに対し長さ方向への移動可能となっているスライドテーブルと、前記スライドテーブルに横方向移動可能に設けられたシフトテーブルとを備え、前記パーカッションドリルヘッド及び前記貫通型のロータリードライブは、前記シフトテーブルの横方向への移動によって前記掘削位置の切り換えがなされることを特徴とする請求項２に記載のダブルドリルヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パーカッションドリルヘッドとロータリードライブとを併設したダブルドリルヘッドに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、パーカッションドリルヘッドとセンターホール式のオーガマシンとをリーダに併設することにより掘削の効率を向上させた地盤改良機が従来装置として開示されている。
この地盤改良機は、リーダに昇降可能な昇降枠に対してパーカッションドリルヘッド及びオーガマシンを同軸にリーダに併設するか、２つの昇降枠をリーダの周方向に設け、一方の昇降枠にパーカッションドリルヘッドを取り付け、他方の昇降枠にオーガマシンを取り付けた構造となっている。

【0003】

このような従来装置では、オーガマシンに鋼管杭をセットして地盤に打ち込み、硬質地盤等に遭遇して打ち込みが困難になったとき、鋼管杭をオーガマシンから取り外した後、ボーリングロッドをオーガマシンに貫通させてパーカッションドリルヘッドに連結する。そして、パーカッションドリルヘッドによって硬質地盤を破砕した後、ボーリングロッドを取り外して鋼管杭をオーガマシンにセットし、オーガマシンによって鋼管杭の打ち込みを再開するものである。これにより１台の地盤改良機でオーガマシンとパーカッションドリルヘッドとを使用することができ、施工能率を向上させることが可能となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６０８５４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来装置では、オーガマシンとパーカッションドリルヘッドとがそれぞれの駆動源を備えて別個に駆動する構造となっている。このようにそれぞれが駆動源を備えている場合には、部品点数が多く、大型で大重量の構造となる。
また、オーガマシンとパーカッションドリルヘッドのそれぞれの駆動源が独立しているため、一方の駆動源を他方の駆動源に利用することがない。このため駆動力の効率の良い使用ができない問題がある。

【0006】

本発明は、このような従来装置の問題点を考慮してなされたものであり、パーカッションドリルヘッドとロータリードライブとを併設した構造とすることにより、駆動力を効率良く使用することができ、コンパクトで軽量な構造とすることができるダブルドリルヘッド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】

【0007】

本発明のダブルドリルヘッドは、ボーリングロッドに打撃力及び回転力を伝達するハンマーサブと、前記ハンマーサブを回転させる駆動モータと、前記ハンマーサブの周囲に設けられてハンマーサブの打撃力を緩和する弾性部材とを備えたパーカッションドリルヘッドと、
ボーリングロッドが貫通する回転可能なスピンドルと、前記ボーリングロッドを把持及び解除するチャックピース及びチャックピースを把持動作させる油圧チャックシリンダとを備え、前記パーカッションドリルヘッドに横並び状態で組み付けられた貫通型のロータリードライブと、
前記パーカッションドリルヘッドの前記駆動モータのトルクを前記ロータリードライブに伝達する伝達ギヤ機構とを備えていることを特徴とする。

【0008】

本発明において、前記パーカッションドリルヘッド及び前記貫通型のロータリードライブは、地盤改良機に対して掘削位置の切り換え可能に取り付けられていることを特徴とする。

【0009】

また、本発明において、前記地盤改良機は、ガイドセルに対し長さ方向への移動可能となっているスライドテーブルと、前記スライドテーブルに横方向移動可能に設けられたシフトテーブルとを備え、前記パーカッションドリルヘッド及び前記貫通型のロータリードライブは、前記シフトテーブルの横方向への移動によって前記掘削位置の切り換えがなされることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、パーカッションドリルヘッドの駆動モータのトルクをロータリードライブに伝達させる伝達ギヤ機構を設けてロータリードライブのスピンドルを回転させるため、ロータリードライブ側では、回転のためのオイルモータ等の駆動源が不要となり、コンパクトで軽量な構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態のダブルドリルヘッドの縦断面図である。

【図2】ボーリングロッドの連結を示す縦断面図である。

【図3】ダブルドリルヘッドの斜視図である。

【図4】ダブルドリルヘッドを組み付けた地盤改良機の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１～図４により、本発明の一実施形態のダブルドリルヘッド１を説明する。図１は一実施形態のダブルドリルヘッド１の縦断面図、図２はボーリングロッドの連結を示す縦断面図、図３は斜視図、図４は地盤改良機の斜視図である。

【0013】

図１～図３に示すように、ダブルドリルヘッド１は、パーカッションドリルヘッド４及びロータリードライブ５をケース２内に横並び状に組み付けることにより形成されている。

【0014】

パーカッションドリルヘッド４はボーリングロッド６を打撃及び回転させることにより硬質地盤を掘削するドリルヘッドである。パーカッションドリルヘッド４においては、スピンドルギヤ７がベアリング１２を介してケース２内に回転可能に取り付けられており、このスピンドルギヤ７内にハンマーサブ８が軸方向（図示例では上下方向）に挿入されている。ハンマーサブ８はピン９を介してスピンドルギヤ７に係合状態で挿入されており、スピンドルギヤ７が回転することによりハンマーサブ８が回転する。

【0015】

ハンマーサブ８の後端には、ハンマースプール１６が同軸的に配置されている（図２）。ハンマースプール１６がパーカッションシリンダからなる打撃機構（図示省略）によって打撃されることによりハンマーサブ８に打撃力が伝達され地盤を打撃するビットに衝撃を伝える。

符号１３は、複数の皿ばねからなる弾性部材である。弾性部材１３はハンマーサブ８の軸方向中間部分に配置されており、ハンマーサブ８の打撃力を緩和するように作用する。弾性部材１３としては、皿ばねに代えてコイルばねを用いても良い。

【0016】

パーカッションドリルヘッド４は、オイルモータからなる駆動モータ１０を備えている。図１及び図２に示すように、駆動モータ１０のモータピニオン１１には、カウンタピニオン１４のカウンタギヤ１５が噛合し、このカウンタギヤ１５にスピンドルギヤ７が噛合している。これにより駆動モータ１０が回転駆動すると、スピンドルギヤ７が回転する。

【0017】

図２に示すように、ハンマーサブ８の先端には、給水口６０及び排水口６１を有するクリーニングスイベル６３が連結されている。クリーニングスイベル６３には、マスターカップリング６４が連結され、マスターカップリング６４内にエクステンションロッド６５が装着されている。エクステンションロッド６５の先端には、アウターロッド６ａ及びインナーロッド６ｂからなるボーリングロッド６が連結されており、ハンマーサブ８の打撃力及び回転力がボーリングロッド６に伝達されてボーリングロッド６が打撃及び回転して地盤を掘削する。地盤の掘削時には、給水口６０からボーリングロッド６のインナーロッド６ｂに掘削水が供給され、掘削後のスライムを含む掘削水がアウターロッド６ａからマスターカップリング６４とエクステンションロッド６５との間を通って排水口６１から排出される。

【0018】

ロータリードライブ５は、貫通孔２０が軸方向（図示例では上下方向）に形成されたスピンドル２１を有した貫通型のロータリードライブである。スピンドル２１はベアリング２２を介してケース２内に回転可能に取り付けられており、パーカッションドリルヘッド４から回転力が伝達されることにより回転する。スピンドル２１の貫通孔２０には、ボーリングロッド６が挿入され、スピンドル２１が回転することによりボーリングロッド６が回転して地盤を掘削する。このようなロータリードライブ５はパーカッションドリルヘッド４と共通したボーリングロッドを使用するものである。なお、スピンドル２１はケース２の両端部に取り付けられたカバープレート２４及びエンドプレート２５の間に配置されている。

【0019】

スピンドル２１の軸方向の中間部分には、スピンドル２１の一部を開口した開口部２３が形成されている。開口部２３はスピンドル２１の径方向に沿って複数形成されており、それぞれの開口部２３にチャック部材２７のチャックピース２８が配置されている。

【0020】

チャックピース２８は、スピンドル２１のそれぞれの開口部２３に配置されている。チャックピース２８の上下端部には、チャックスプリング２９が取り付けられており、チャックピース２８はチャックスプリング２９によってそれぞれの開口部２３に取り付けられる。チャックピース２８はスピンドル２１内を貫通したボーリングロッド６を把持すると共に把持を解除するように動作する。

【0021】

チャック部材２７はチャックピース２８に加えて、スライドリング３０、スライドプレート３１、油圧チャックシリンダ３２を備えている。
スライドリング３０は軸方向に延びた筒状に形成されており、全てのチャックピース２８の外側を覆うように設けられている。スライドリング３０の内面及びチャックピース２８の外面はテーパ面３３で接触しており、スライドリング３０が一方向（図示例では上方向）に移動すると、チャックピース２８がスピンドル２１から押し出されてボーリングロッド６に食い込み、ボーリングロッド６を把持する。一方、スライドリング３０が逆方向に移動すると、チャックピース２８への押圧が解除され、チャックピース２８はチャックスプリング２９のばね力によって退避し、これによりチャックピース２８によるボーリングロッド６の把持が解除される。

【0022】

スライドプレート３１は、油圧チャックシリンダ３２に連結された状態でチャックシリンダ３２の先端部に取り付けられている。油圧チャックシリンダ３２は油圧によって伸縮動作する。油圧チャックリンダ３２は図１及び図２に示すように、スライドリング３０の周囲に複数が配置されており、伸縮動作することによりスライドプレート３１を軸方向に往復移動させ、これによりスライドリング３０が一体的に往復移動する。このスライドリング３０の往復移動によってチャックピース２８によるボーリングロッド６の把持及び解除が行われる。
スライドリング３０とスライドプレート３１との間には、クロスローラベアリング３４が配置されることによりスラスト荷重及びラジアル荷重の双方の荷重を受けるようになっている。
このようなチャック部材２７は油圧によって動作することから、その動作を自動化することができる。

【0023】

以上のロータリードライブ５は、パーカッションドリルヘッド４の回転力が伝達されることによりスピンドル２１が回転するものであり、この回転のため、ロータリードライブ５のスピンドル２１にはパーカッションドリルヘッド４の駆動モータ１０のトルクが伝達される。この伝達を行う伝達ギヤ機構３８は、駆動モータ１０のモータピニオン１１と、モータピニオン１１に噛合したカウンタギヤ１５と、ロータリードライブ５側のスピンドルギヤ３５とによって形成されている。

【0024】

図１及び図２に示すように、ロータリードライブ５のスピンドルギヤ３５がキー３６を介してスピンドル２１に組み付けられた状態で、パーカッションドリルヘッド４側のカウンタギヤ１５に噛合している。このような伝達ギヤ機構３８では、パーカッションドリルヘッド４の駆動モータ１０のトルクをロータリードライブ５側のスピンドル２１に伝達して同スピンドル２１が回転するため、ロータリードライブ５側では、スピンドル２１を回転させるためのオイルモータ等の駆動源が不要となる。

【0025】

図４は、以上のダブルドリルヘッド１を取り付けた地盤改良機４０を示す。地盤改良機４０は走行及び旋回のためのクローラ４２を備えたベースマシン４１と、ダブルドリルヘッド１を始めとした地盤改良機４０の全体の駆動を行う動力源となるパワーユニット４３とを備えている。ベースマシン４１には、ガイドセル４４が立設されている。ガイドセル４４は傾斜シリンダ４５によってベースマシン４１に対し、角度調整が可能となっている。

【0026】

ガイドセル４４には、チェーン４６が長さ方向に沿って走行可能に取り付けられている。ガイドセル４４の後端部には、チェーン４６を走行させるための給進モータ４７が設けられ、給進モータ４７の駆動によってダブルドリルヘッド１の全体がガイドセル４４に対し長さ方向に沿って移動可能となっている。
ダブルドリルヘッド１はパーカッションドリルヘッド４とロータリードライブ５とがガイドセル４４の軸方向と直交する方向に横並び状態となっている。

【0027】

図４に示すように、チェーン４６にはスライドテーブル５０が取り付けられ、このスライドテーブル５０にシフトテーブル５１が取り付けられ、シフトテーブル５１にダブルドリルヘッド１が取り付けられている。この場合、図１及び図２に示すように、ダブルドリルヘッド１のケース２におけるパーカッションドリルヘッド４側に設けた取付用ブラケット２ａをシフトテーブル５１に取り付けることによりダブルドリルヘッド１が地盤掘削機４０に装着される。
給進モータ４７の駆動によってチェーン４６がガイドセル４４の長さ方向に沿って一方向（図示例では上方向）に走行することによりスライドテーブル５０が同方向に移動し、これによりシフトテーブル５１が一体に移動してダブルドリルヘッド１の全体が引き上げられて、ボーリングロッド６の引き上げが行われる。一方、給進モータ４７の逆方向の駆動によってチェーン４６がガイドセル４４の長さ方向に沿って逆方向に走行することによりスライドテーブル５０が同方向に移動し、シフトテーブル５１が一体に移動してダブルドリルヘッド１が地盤方向に移動し、ボーリングロッド６が給進する。

【0028】

シフトテーブル５１は横方向に移動可能にスライドテーブル５０に取り付けられている。シフトテーブル５１の横方向の移動は、シリンダ、オイルモータ等の駆動手段を備えたシフト機構５２により行われる。シフト機構５２はスライドテーブル５０に取り付けられており、シフト機構５２が駆動することによりシフトテーブル５１が横移動してダブルドリルヘッド１のガイドセル４４に対する位置が変更する。これによりパーカッションドリルヘッド４、ロータリードライブ５のいずれか一方がガイドセル４４に沿った掘削位置に移動する。
このような構造では、スライドテーブル５０に対してシフトテーブル５１が横移動することによりパーカッションドリルヘッド４、ロータリードライブ５の間で掘削位置の切り換えが行われる。

【0029】

図４において、符号４８はガイドセル４４の先端部分に取り付けられたロッドクランプ、符号４９はロッドブレーカである。ロッドクランプ４８はボーリングロッド６の継ぎ足し及び切り離しの際にボーリングロッド６をクランプし、ロッドブレーカ４９はボーリングロッド６の切り離しの際にボーリングロッド６をクランプして所定角度旋回してボーリングロッド６のねじ結合を緩めるものである。

【0030】

次に、パーカッションドリルヘッド４とロータリードライブ５との連携動作の一例について説明する。
ロータリードライブ５では、スピンドル２１に貫通したボーリングロッド６をチャック部材２７によって把持した状態でスピンドル２１が回転する。このことにより地盤に先行しているボーリングロッドに新たなボーリングロッド６をねじ込んで継ぎ足し、複数のボーリングロッド６が連結される。そして、複数のボーリングロッド６を連結した状態でスピンドル２１が回転し、ロータリードライブ５が給進して地盤を掘削する。以上のロータリードライブ５におけるスピンドル２１の回転はパーションドリルヘッド４側の駆動モータ１０の回転力が伝達ギヤ機構３８を介して伝達されることによりなされる。

【0031】

ロータリードライブ５による掘削時に硬質地盤に遭遇して掘削が困難となったとき、ロータリードライブ５のチャック部材２７はボーリングロッド６の把持を解放する。そしてダブルドリルヘッド１の全体が上方へ移動することにより、ロータリードライブ５がボーリングロッド６から退避する。その後、シフトテーブル５１を横移動させてダブルドリルヘッド１が横方向に移動することにより、パーカッションドリルヘッド４がボーリングロッド６上に移動し、ハンマーサブ８先端のクリーニングスイベル６３にボーリングロッド６が連結され、パーカッションドリルヘッド４の打撃、回転及び給進によって硬質地盤を掘削する。
硬質地盤の掘削が終了した後は、ダブルドリルヘッド１の上昇、その後の横移動によりロータリードライブ５がボーリングロッド６を把持し、ロータリードライブ５による掘削に切り換えられる。

【0032】

以上の構造では、パーカッションドリルヘッド４とロータリードライブ５とを併設しており、伝達ギヤ機構３８がパーカッションドリルヘッド４の駆動モータ１０のトルクをロータリードライブ５に伝達させてロータリードライブ５のスピンドル２１を回転させるため、ロータリードライブ５側では、スピンドル２１を回転させるためのオイルモータ等の駆動源が不要となる。これによりパーカッションドリルヘッド４の駆動モータ１０を効率良く使用できる。このためパーカッションドリルヘッド４とロータリードライブ５とを別個に駆動する必要がなくなるため、部品点数を少なくしたコンパクトで軽量な構造とすることができる。

【0033】

従来ではパーカッションドリルヘッドによって地盤改良工事を行うと、ボーリングロッド６を一本一本回収、継ぎ足す必要があるのに対し、貫通型のロータリードライブ５を用いて複数本のボーリングロッド６を接続し、パーカッションドリルヘッド４に掴み替えを行うことによりボーリングロッド６の回収、継ぎ足しの作業が少なくなるため、効率の良い地盤改良工事が可能となる。
また、ロータリードライブ５による掘削時に硬質地盤に遭遇して掘削が困難となったとき、パーカッションドリルヘッド４にボーリングロッド６を掴み替えて掘削することにより地盤改良機を交代させることなく、掘削を継続することができ、掘削効率を向上させることができる。
また、セメント注入による地盤改良工事では、ロータリードライブ５が貫通型であるため、ボーリングロッド６の連続的な引き上げができ、セメント注入作業時の時間ロスの低減及びセメントのロスを低減できる。

【符号の説明】

【0034】

１ ダブルドリルヘッド
２ ケース
２ａ 取付用ブラケット
４ パーカッションドリルヘッド
５ ロータリードライブ
６ ボーリングロッド
６ａ アウターロッド
６ｂ インナーロッド
７ スピンドルギヤ
８ ハンマーサブ
９ ピン
１０ 駆動モータ
１１ モータピニオン
１２ ベアリング
１３ 弾性部材
１４ カウンタピニオン
１５ カウンタギヤ
１６ ハンマースプール
２０ 貫通孔
２１ スピンドル
２２ ベアリング
２３ 開口部
２４ カバープレート
２５ エンドプレート
２７ チャック部材
２８ チャックピース
２９ チャックスプリング
３０ スライドリング
３１ スライドプレート
３２ 油圧チャックシリンダ
３３ テーパ面
３４ クロスローラベアリング
３５ スピンドルギヤ
３６ キー
３８ 伝達ギヤ機構
４０ 地盤改良機
４１ ベースマシン
４２ クローラ
４３ パワーユニット
４４ ガイドセル
４５ 傾斜シリンダ
４６ チェーン
４７ 給進モータ
４８ ロッククランプ
４９ ロッドブレーカ
５０ スライドテーブル
５１ シフトテーブル
５２ シフト機構
６０ 給水口
６１ 排水口
６３ クリーニングスイベル
６４ マスターカップリング
６５ エクステンションロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】