(57)【要約】【課題】  本発明は，形成される穴の底面を平らにすることができる掘削装置を提供することを目的とする。【解決手段】  被掘削面を下方に掘削することで穴を形成するための掘削装置１は，ドリル本体１１に上方から支持されたドリルビット２０を含む。ドリルビット２０は，内筒３０と，外筒４０とを含む。内筒３０は，上部が円筒状であり，下部が下端に向かうにつれて先細りとなる形状をなしている。外筒４０は，水平な下端面をなしている。掘削装置１は，外筒４０の下端面が内筒３０の下端の少なくとも一部よりも上方にあるときに，内筒３０の下端面に設けた掘進用掘削刃３７を用いて穴の穴底を円錐形に掘削する。一方，外筒４０の下端面が内筒３０の下端面の全ての表面よりも下方にあるときには，掘削装置１は，外筒４０の下端に設けた平面形成用掘削刃４３を用いて穴の穴底を平面状に掘削する。【選択図】図１３
2010180606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被掘削面を下方に掘削することで穴を形成する掘削装置（１）であって，
前記掘削装置（１）は，
前記被掘削面に当たるドリルビット（２０）と，
前記ドリルビット（２０）を上方から支持するドリル本体（１１）と，
を含み，
前記ドリルビット（２０）は，
上部が円筒状であり，下部が下端に向かうにつれて先細りとなる形状をなす内筒（３０）と，
前記内筒（３０）の外側に配置され，水平な下端面をなす外筒（４０）と，
を含み，
前記内筒（３０）は，
前記下端に向かうにつれて先細りとなる斜面に配置された少なくとも１つの掘進用掘削刃（３７）を含み，
前記外筒（４０）は，
前記下端面に配置された少なくとも１つの平面形成用掘削刃（４３）を含み，
前記掘削装置（１）は，
前記外筒（４０）の下端面が前記内筒（３０）の下端の少なくとも一部よりも上方にあるときに，前記掘進用掘削刃（３７）及び前記平面形成用掘削刃（４３）を用いて前記穴の穴底を凹状に掘削し，
前記外筒（４０）の下端面が前記内筒（３０）の下端面の全ての表面よりも下方にあるときに，主として前記平面形成用掘削刃（４３）を用いて前記穴の穴底を平面状に掘削する，
掘削装置（１）。
【請求項２】
前記外筒（４０）と前記内筒（３０）とを連結する連結機構（５０）を含み，
前記内筒（３０）は，
前記ドリル本体（１１）に固定するためのシャフト（３１）をさらに含み，
前記連結機構（５０）は，
前記外筒（４０）が前記シャフト（３１）の外側を当該シャフト（３１）の軸方向に沿って上下方向に摺動可能に，前記外筒（４０）と前記内筒（３０）とを連結する，
請求項１に記載の掘削装置（１）。
【請求項３】
前記連結機構（５０）は，
前記ドリル（１０）の軸方向に沿って設けられたスプライン構造によって，前記外筒（４０）と前記内筒（３０）とを互いに連結するものであり，
前記スプライン構造には，さらに，
前記外筒（４０）が前記シャフト（３１）を回転軸として当該シャフト（３１）の外側を摺動する旋回を許容するための段差スペース（３４）が設けられており，
前記外筒（４０）は，
前記外筒（４０）の下端面が前記内筒（３０）の下端よりも下方にある場合には，前記段差スペース（３４）を介して前記シャフト（３１）によって保持されず，これにより，前記旋回が禁止され，
前記外筒（４０）の下端面が前記内筒（３０）の下端よりも上方にある場合には，前記段差スペース（３４）を介して前記シャフト（３１）によって保持される，
請求項２に記載の掘削装置（１）。
【請求項４】
前記ドリル本体（１１）を介して前記シャフト（３１）を軸周りに旋回させる回転機構（８）と，
前記回転機構（８）により旋回させるときの前記シャフト（３１）の旋回方向を正転方向と逆転方向との間で切り替える切替え機構と，
をさらに含み，
前記段差スペース（３４）は，
前記スプライン構造よりも正転方向に配置されており，
前記掘削装置（１）は，
前記回転機構（８）及び前記切替え機構を用いて前記シャフト（３１）を前記正転方向に旋回させることにより，前記外筒（４０）を前記段差スペース（３４）に保持し，
前記回転機構（８）及び前記切替え機構を用いて前記シャフト（３１）を前記逆転方向に旋回させることにより，前記段差スペース（３４）に保持された前記外筒（４０）を当該段差スペース（３４）から脱落させる，
請求項３に記載の掘削装置（１）。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の掘削装置（１）に用いられるドリル用のドリルビット（２０）であって，
上部が円筒状であり，下部が下端に向かうにつれて先細りとなる形状をなす内筒（３０）と，
前記内筒（３０）の外側に配置され，水平な下端面をなす外筒（４０）と，
を含み，
前記内筒（３０）は，
前記下端に向かうにつれて先細りとなる斜面に配置された少なくとも１つの掘進用掘削刃（３７）を含み，
前記外筒（４０）は，
前記下端面に配置された少なくとも１つの平面形成用掘削刃（４３）を含む，
ドリルビット（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，被掘削面を下方に掘削することで穴を形成する掘削装置及び当該掘削装置に用いられるドリルビットに関する。
【背景技術】
【０００２】
掘削装置を用いて，地面に鉛直方向に沿って穴を形成することが広く行われている。掘削装置のドリルの先端にあるドリルビットの外形は，一般的に，下端（先端）に向かうにつれて先細りとなる円錐形である。このような外形のドリルを用いることで，固い地盤にあたっても先端の頂部で掘削できるとともに，掘削により生じた土砂を上方へとかき出しながら掘削することができる。
【０００３】
そして，形成した穴に，芯材としてＨ鋼杭を配置し，その周囲に，固化材及び充填材などの硬化材料を打設することで，杭状物を作成することができる。このような杭状物は，建築物の支持杭などとして利用される。なお，建築物の支持杭として用いる場合には，支持強度を高めるために，支持杭の下面が地中において最も強固な地盤に接触することが好ましい。
【０００４】
しかしながら，上述したような外形のドリルビットを用いると，ドリルによって形成した穴の底面が円錐形をなすこととなる。そして，このような円錐形の頂部にまで硬化材料を打設するのは困難である。また，芯材がＨ鋼杭である場合，Ｈ鋼杭は，円錐形の頂部に到達する前にとどまり，その後の硬化材料の充填を阻害することになる。これらのため，このような穴に作成した杭状物では，地中の最も強固な地盤に対して十分な接触面積を確保することができない。また，杭状物の下部の形状も円錐形に近い形状をなすため，安定性が十分に優れているとはいえないという問題がある。
【０００５】
ところで，地面に鉛直方向に沿って穴を形成するにあたり，安定液を供給しながら掘削することが提案されている（たとえば，特許第３４７１７４２号公報（下記特許文献１）参照）。安定液を供給することで，掘削によって生じた土砂（スライム）を安定液とともに回収することができる。回収した安定液は，スライムを除去することで再利用される。
【０００６】
掘削を終了した後，掘削によって形成した穴に満たされている安定液は，可能な限り回収されるが，全てを回収することは困難であるため，通常は，硬化材料の打設前に放置時間が確保される。この放置時間の長さに応じて，回収できず穴に残存した安定液の量が減少していくことになる。
【０００７】
しかしながら，安定液を再利用するにあたり，回収した安定液からスライムを除去しても，完全に除去することはできない。特に，微小な土砂を除去することはほぼ不可能である。つまり，再利用した安定液には，残留スライムが含まれていることになる。そして，このような安定液を用いた場合，硬化材料の打設前の放置時間の間に，安定液に含まれていた残留スライムが，穴の底面に向かって沈殿したり，穴の壁面に再付着したりする。その結果，穴の表面は，泥を塗ったような状態（粘土質）になる。このため，このような穴に硬化材料を打設しても，穴の表面と杭状物が定着しにくいという問題がある。なお，穴の表面に泥が生じる原因としては，安定液に限られることはなく，たとえば，地下水や雨水とともに運ばれてきた土砂なども考えられる。そして，杭状物と穴の表面（特に壁面）とが十分に定着していない場合，建築物の摩擦杭として使用するには適さないものとなる。特に，摩擦杭の作成を，円形の穴にＨ鋼杭を入れた後に，硬化材料を充填することで行った場合，硬化材料は，Ｈ鋼杭のフランジ両面と穴の間に入りこみにくく，硬化材料とＨ鋼杭との間の定着性も十分に確保できなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４７１７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで，本発明は，形成される穴の底面を平らにすることができる掘削装置，並びにそのような掘削装置に適したドリルビット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】
【００１０】
本発明の第１の側面は，基本的には，被掘削面を下方に掘削することで穴を形成する掘削装置（１）に関する。この掘削装置（１）は，ドリル本体（１１）と，ドリルビット（２０）を含む。ドリル本体（１１）は，ドリルビット（２０）を上方から支持し，これにより，ドリルビット（２０）は，被掘削面に当たることとなる。
【００１１】
上記ドリルビット（２０）は，内筒（３０）と，内筒（３０）の外側に配置される外筒（４０）とを含んで構成されている。内筒（３０）は，上部が円筒状であり，下部が下端に向かうにつれて先細りとなる形状をなしている。外筒（４０）は，水平な下端面をなしている。
【００１２】
ドリルビット（２０）の内筒（３０）は，少なくとも１つの掘進用掘削刃（３７）を含んでおり，掘進用掘削刃（３７）は，下端に向かうにつれて先細りとなる斜面に配置される。外筒（４０）は，少なくとも１つの平面形成用掘削刃（４３）を含んでおり，平面形成用掘削刃（４３）は，下端面に配置される。
【００１３】
そして，掘削装置（１）は，外筒（４０）の下端面が内筒（３０）の下端の少なくとも一部よりも上方にあるときに，掘進用掘削刃（３７）及び平面形成用掘削刃（４３）を用いて穴の穴底を凹状（例えば円錐形）に掘削する。一方，外筒（４０）の下端面が内筒（３０）の下端面の全ての表面よりも下方にあるときには，掘削装置（１）は，主として平面形成用掘削刃（４３）を用いて穴の穴底を平面状に掘削する。
【００１４】
このように，本発明の第１の側面によれば，掘進用掘削刃（３７）と平面形成用掘削刃（４３）の２種類の掘削刃を使い分けるようにして掘削し，最終的には，穴の穴底を平面状に，つまり平らに形成することができる。このようにして穴底を平らにすることができるので，この穴に，建築物用の支持杭を作成した場合には，穴底に円錐形などの凹部があった場合に比べて，支持杭の安定性を高めることができる。
【００１５】
また，本発明の他の側面では，上記掘削装置（１）が，外筒（４０）と内筒（３０）とを連結する連結機構（５０）を含んでいる。この場合，内筒（３０）は，ドリル本体（１１）に固定するためのシャフト（３１）をさらに含む。そして，上記連結機構（５０）は，外筒（４０）がシャフト（３１）の外側を当該シャフト（３１）の軸方向に沿って上下方向に摺動可能に，外筒（４０）と内筒（３０）とを連結する。このように，外筒（４０）と内筒（３０）が互いに連結されて摺動可能となるので，内筒（３０）に設けられた掘進用掘削刃（３７）と，外筒（４０）に設けられた平面形成用掘削刃（４３）との使い分けを確実に行うことができるようになる。
【００１６】
さらに，本発明のさらに他の側面では，上記連結機構（５０）が，ドリル（１０）の軸方向に沿って設けられたスプライン構造によって，外筒（４０）と内筒（３０）とを互いに連結する。この場合，このスプライン構造には，さらに，外筒（４０）がシャフト（３１）を回転軸として当該シャフト（３１）の外側を摺動する旋回を許容するための段差スペース（３４）が設けられている。
【００１７】
そして，外筒（４０）は，外筒（４０）の下端面が内筒（３０）の下端よりも下方にある場合には，段差スペース（３４）を介してシャフト（３１）によって保持されず，これにより，シャフト（３１）に対する旋回が禁止される。このため，外筒（４０）は，シャフト（３１）と一体的に旋回（連動）することで，平面形成用掘削刃（４３）を用いた掘削を行うこととなる。一方，外筒（４０）の下端面が内筒（３０）の下端よりも上方にある場合には，外筒（４０）は，段差スペース（３４）を介してシャフト（３１）によって保持される。このため，外筒（４０）は，段差スペース（３４）で保持されている間は，その位置よりも下方に摺動できなくなる。これにより，掘進用掘削刃（３７）を平面形成用掘削刃（４３）の上方に保持することができ，穴底を平面状に形成することが容易になる。
【００１８】
さらに，本発明のさらに他の側面では，上記掘削装置（１）が，回転機構（８）と，切替え機構とをさらに含んでいる。ここで，回転機構（８）は，ドリル本体（１１）を介して前記シャフト（３１）を軸周りに旋回させるためのものである。また，切替え機構は，回転機構（８）により旋回させるときのシャフト（３１）の旋回方向を正転方向と逆転方向との間で切り替えるためのものである。このような場合，上記段差スペース（３４）が，スプライン構造よりも正転方向に配置されている。
【００１９】
そして，掘削装置（１）が，回転機構（８）及び切替え機構を用いてシャフト（３１）を正転方向に旋回させると，外筒（４０）を段差スペース（３４）で保持するようになっている。つまり，シャフト（３１）の旋回方向が正転方向であるときには，内筒（３０）に設けられた掘進用掘削刃（３７）を用いた掘削を行うことができるようになっている。一方，掘削装置（１）が，回転機構（８）及び切替え機構を用いてシャフト（３１）を逆転方向に旋回させると，段差スペース（３４）に保持された外筒（４０）が段差スペース（３４）から脱落するようになっている。つまり，シャフト（３１）の旋回方向が逆転方向であるときには，外筒（４０）に設けられた平面形成用掘削刃（４３）を用いて穴底を平面状に形成することができるようになっている。このようにして，シャフト（３１）の旋回方向に応じて，掘削刃を使い分けることができる。
【００２０】
本発明の別の側面は，上述した第１の側面に係る掘削装置（１）に用いられるドリル用のドリルビット（２０）である。通常，ドリルビット（２０）は，掘削装置（１）において交換可能であるため，上述した掘削装置（１）に用いられるようなドリルビット（２０）であれば，上記効果と同等の効果を奏することができることとなる。
【００２１】
また，本発明の第２の側面は，上記第１の側面と同様に，被掘削面を下方に掘削することで穴を形成する掘削装置（１），特にはドリルビット（２０）を含むドリル（１０）に関するものである。この第２の側面に係るドリル（１０）は，内筒（３０）と，内筒（３０）の外周面上を摺動可能な外筒（４０）と，内筒（３０）に対する外筒（４０）の位置を上下方向において変更するための調節機構とを含む。調節機構としては，上述したスプライン構造を含むものであってもよい。また，調節機構として，油圧シリンダなどの位置決め手段を用いてもよい。この第２の側面によれば，ドリル（１０）において，内筒３０に設けた掘削刃と，外筒（４０）に設けた掘削刃とを使い分けることが容易になる。具体的には，従来では，一旦，ドリルを穴から引き揚げて，他の掘削刃を装着し直すか，又は他のドリルに交換する必要があり，手間のかかるものであったが，本発明の第２の側面によれば，そのような手間がかからない。これにより，掘削作業を円滑に進めることができる。さらに，調節機構によって，外筒（４０）と内筒（３０）とが相対移動可能に構成されているので，掘削の途中で上記相対移動を行うことで，ドリル（１０）内に掘削土が堆積し，ドリル（１０）内が閉塞するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の側面に係る掘削装置（１）によれば，掘進用掘削刃（３７）と平面形成用掘削刃（４３）の２種類の掘削刃を使い分けるようにして掘削し，最終的には，穴の穴底を平面状に，つまり平らに形成することができる。このようにして穴底を平らにすることができるので，建築物用の支持杭を作成した場合には，穴底に円錐形などの凹部がある場合に比べて，支持杭の安定性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の掘削装置１を用いて被掘削面を下方に掘削して穴を形成している状態にあるときの掘削現場の様子を示す図である。
【図２】図１に示すドリル１０の構成を詳細に示す側面図である。
【図３】図３は，図２に示すドリルビット２０の構成を詳細に示す側面図である。
【図４】図４は，図３に示すドリルビット２０の内筒３０のシャフト３１の構成を詳細に示す図であり，図４（ａ）は，シャフト３１の側面図であり，図４（ｂ）は，図４（ａ）の線IV（ｂ）−IV（ｂ）に沿って見たときのシャフト３１の上面図であり，図４（ｂ）は，図４（ａ）の線IV（ｃ）−IV（ｃ）に関する，シャフト３１の断面図である。
【図５】図５は，図３に示すドリルビット２０の内筒３０の掘進用ビット３５の構成を詳細に示す図であり，図５（ａ）は，掘進用ビット３５の側面図であり，図５（ｂ）は，図５（ａ）の線Ｖ（ｂ）−Ｖ（ｂ）に沿って見たときの掘進用ビット３５の底面図である。
【図６】図６は，図３に示すドリルビット２０の外筒４０の構成を詳細に示す図であり，図６（ａ）は，外筒４０の側面図であり，図６（ｂ）は，図６（ａ）の線VI（ｂ）−VI（ｂ）に沿って見たときの外筒４０の底面図であり，図６（ｃ）は，図６（ａ）の線VI（ｃ）−VI（ｃ）に沿って見たときの外筒４０の上面図である。
【図７】図７は，図６（ｂ）の線VII−VIIに沿って見たときの，外筒４０に設けられるリブ４２及び平面形成用掘削刃４３の側面図である。
【図８】図８は，図３に示すドリルビット２０の連結機構５０の構成を詳細に示す図であり，図８（ａ）は，連結機構５０の側面図であり，図８（ｂ）は，図８（ｂ）の線VIII（ｂ）−VIII（ｂ）に沿って見たときの連結機構５０の上面図である。
【図９】図９は，図６（ｃ）に示した外筒４０と，図８（ｂ）に示した連結機構５０と，図４（ｃ）に示した内筒３０のシャフト３１との連結状態を説明するための上面図である。
【図１０】図１０は，図８（ｂ）に示す連結機構５０の凸部５５が，図４（ａ）に示す内筒３０の段差スペース３４に収納されているときの状態を説明するために用いられる図である。
【図１１】図１１は，図１０に示す状態にあった連結機構５０の凸部５５が，内筒３０の段差スペース３４から脱落するときの状態を説明するために用いられる図である。
【図１２】図１２は，図２及び図３に示すドリルビット２０の底面図であり，多数の掘削刃の配置を説明するのに有用な図である。
【図１３】図１３は，図３に示すドリルビット２０において，内筒３０の掘進用掘削刃３７が外筒４０内に収納されたときの状態を説明するために用いられる図である。
【図１４】図１４は，図２に示すドリル１０に，位置決め手段を設けた場合の構成を概略的に示す図である。
【図１５】図１５は，本発明の別の側面に係る掘削装置のドリルの一例の構成を示す部分拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下，図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。しかしながら，以下説明する形態はある例であって，当業者にとって自明な範囲で適宜修正することができる。
【００２５】
図１は，本発明の掘削装置１を用いて被掘削面を下方に掘削して穴を形成している状態にあるときの掘削現場の様子を示す図である。図１に示すように，掘削装置１は，地面を被掘削面として掘削を行う装置，いわゆるボーリングマシンであり，ドリル１０を含んでいる。さらに，掘削装置１は，ドリル１０を支持する支持手段３と，ドリル１０を軸回りに旋回させるための回転手段６とを備えている。
【００２６】
支持手段３は，ドリル１０の荷重を受けるための手段であり，ドリル１０を例えば吊り下げた状態で保持する保持手段４と，保持手段４を介してドリル１０を上下方向に昇降させる昇降手段５とを備えている。図１に示す例では，昇降手段５は，クレーンであり，保持手段４は，スイベルジョイント及び吊り具である。ただし，保持手段４及び昇降手段５の例はこれらに限られることはない。また，保持手段４を用いずに，昇降手段５でドリル１０を直接的に保持してもよいが，この場合，ドリル１０を旋回可能に保持することが好ましい。
【００２７】
回転手段６は，ドリル１０（後述するシャフト３１）を軸回りに旋回させるための手段であり，本態様では，テーブル７と，回転機構８と，切替え機構（図示せず）とを含んでいる。テーブル７は，地面上に設置される。このテーブル７には，貫通孔が設けられており，この貫通孔にドリル１０を貫通させることで，ドリル１０の横方向の揺動を防止することができる。回転機構８は，ドリル１０を軸回りに旋回させるために必要な旋回力をドリル１０に与えるためのものであり，テーブル７に固定されている。切替え機構は，回転機構８によりドリル１０を旋回させるときのドリル１０の旋回方向を，正転方向と逆転方向との間で切り替えるためのものであり，具体的には，回転機構８による旋回力の方向を，第１方向と，当該第１方向とは反対の第２方向との間で切り替えるためのものである。回転手段６としては，公知の回転テーブルを用いることができ，いずれの回転テーブルであっても，本態様に適用することが可能である。
【００２８】
回転機構８が旋回力を与えることにより，ドリル１０は，軸回りに旋回することとなる。また，ドリル１０の自重により，ドリル１０は鉛直下方へと進行しようとするので，回転機構８によって与えられた旋回力は，下方（掘進方向）への掘削力に変換されることとなる。ここで，切替え機構が旋回力の方向を第１方向としたときのドリル１０の旋回方向を正転方向，第２方向としたときのドリル１０の旋回方向を逆転方向とする。
【００２９】
図２は，図１に示すドリル１０の構成を詳細に示す側面図である。図２に示すように，ドリル１０は，ドリル本体１１と，図３に示すドリルビット２０とを有している。
【００３０】
ドリル本体１１は，たとえば直径９０ｍｍの中空円筒状のパイプ材であり，内部に貫通路が形成されている。本態様では，ドリル本体１１は，複数の円筒状のパイプ材が直列にボルト及びナットなどの連結手段により連結されることで構成されている。
【００３１】
ドリルビット２０は，ドリル１０の下部に配置されており，ドリル本体１１により上方から支持された状態で，被掘削面に当たるようになっている。ドリルビット２０は，図３に示すように，内筒３０と，内筒３０の外側に配置された外筒４０とを含む。また，ドリルビット２０は，本態様では，内筒３０と外筒４０とを連結する連結機構５０をさらに含んでいる。
【００３２】
ドリルビット２０の構成について，図４〜図１０を用いて，さらに詳細に説明する。
【００３３】
内筒３０は，ドリル本体１１に固定されることで，上方から支持される。内筒３０は，図４（ａ），図４（ｂ）に示すシャフト３１（スプラインシャフト）と，図５（ａ），図５（ｂ）に示す掘進用ビット３５とを含む。
【００３４】
シャフト３１は，内筒３０の上部に配置されるものであり，図４（ｂ）の上面図に示すように，円筒状をなすパイプ材３１ａであって，図４（ａ）の側面図に示すように，パイプ材の上端と下端には，それぞれ，上端フランジ３１ｂ，下端フランジ３１ｃが設けられている。そして，下端フランジ３１ｃに掘進用ビット３５を固定し，上端フランジ３１ｂにドリル本体１１を固定することで，掘進用ビット３５とドリル本体１１とを連結することができるようになっている。これにより，掘進用ビット３５は，ドリル本体１１により上方からシャフト３１を介して支持されることとなる。また，ドリル本体１１を旋回させることで，掘進用ビット３５は，シャフト３１を介してドリル本体１１と一体的に旋回することとなる。
【００３５】
掘進用ビット３５は，内筒３０の下部に配置される。具体的には，掘進用ビット３５は，シャフト３１の下端フランジ３１ｃなどを介して固定されており，これにより，取り外し可能となっている。この掘進用ビット３５は，図５（ａ）に示すように，下端に向かうにつれて先細りとなる形状をなすビット本体３５ａを有する。
【００３６】
ビット本体３５ａには，３枚の金属製のプレート材３６が配置されている。３枚のプレート材３６は，図５（ｂ）の底面図に示すように，一端をビット本体３５ａの中心点に合わせ，他端が放射状に広がるように（半径方向に向かって）配置されている。各プレート材３６には，少なくとも１つのシース（図示せず）が設けられており，各シースに，掘進用掘削刃３７が装着されている。各シース及び掘進用掘削刃３７の装着場所は，ビット本体３５ａの，下端に向かうにつれて先細りとなる斜面である。具体的には，掘進用掘削刃３７は，内筒３０下部の斜面の近傍においてその斜面から少なくとも一部が被掘削面に向かって突出するように装着されている。なお，掘進用ビット３５と，シャフト３１とは，一体的に構成されていてもよい。なお，ドリルビット２０は，３枚のプレート材３６を含むとしたが，プレート材３６は，１枚や２枚であってもよいし，４枚以上であってもよい。また，掘進用掘削刃３７は，必ずしもシースに装着する必要はなく，たとえばメタル溶着によって直接的にプレート材３６上に設置してもよい。
【００３７】
外筒４０は，図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように，中空円筒状のパイプ材で構成された外筒本体４１を含む。この外筒本体４１は，図３に示したように，内筒３０の外側に配置できるように，内筒３０の外径よりも大きい外径を有している。
【００３８】
また，外筒４０は，外筒本体４１の下部において，外筒本体４１を構成するパイプ材の内周面に固定されたリブ４２を含む（図６（ｂ）の底面図及び図７参照。）。本態様では，リブ４２は，図７等に示すように，３枚であり，３枚のリブ４２は，外筒本体４１の内周面において等間隔に配置されており，各リブ４２は，外筒本体４１の中心軸に向かって延出している。また，各リブ４２は，各リブ４２の下端面と外筒４０の下端面がほぼ同一の平面上に配置されるように，外筒本体４１に固定されている。各リブ４２の外筒本体４１への固定は，溶接であってもよいし，ボルト及びナットなどの連結手段を用いてもよい。
【００３９】
そして，各リブ４２の下端面には，少なくとも１つの平面形成用掘削刃４３が装着されている。平面形成用掘削刃４３は，掘削によって形成される穴の穴底を平らに成形するための掘削刃である。平面形成用掘削刃４３は，具体的には，リブ４２の下端面の近傍においてその下端面から少なくとも一部が被掘削面に向かって突出するように装着されている。また，本態様では，外筒本体４１の下端面にも，平面形成用掘削刃４３と同等の機能を有する掘削刃が装着されている。
【００４０】
また，外筒４０は，さらに，外筒本体４１の上部において，外筒本体４１を構成するパイプ材の内周面に固定された取付金具４５を含む（図６（ｃ）の上面図参照。）。本態様では，取付金具４５は，図６（ｃ）等に示すように，３つであり，３つの取付金具４５は，外筒本体４１の内周面において等間隔に配置されており，各取付金具４５は，外筒本体４１の中心軸に向かって延出している。各取付金具４５の外筒本体４１への固定は，溶接であってもよいし，ボルト及びナットなどの連結手段を用いてもよい。また，各取付金具４５には，連結機構５０を固定するためのボルト穴４５ａが設けられている。
【００４１】
連結機構５０は，外筒４０と内筒３０とを連結するためのものであり，具体的には，外筒本体４１の上部に設けられた取付金具４５と，内筒３０のシャフト３１とを連結するためのものである。特に，本態様では，この連結機構５０は，外筒４０がシャフト３１の外側を当該シャフト３１の軸方向に沿って上下方向に摺動することができるように，外筒４０と内筒３０とを連結するものであり，外筒４０と連動するように構成されている。この連結方式については，後述する。
【００４２】
連結機構５０の一例が図８（ａ），図８（ｂ）に示されている。この例では，連結機構５０は，中空円筒状のパイプ材５１と，パイプ材５１の外周面において等間隔に配置された複数のプレート材５２とを含んでいる。
【００４３】
連結機構５０のプレート材５２は，外筒本体４１の取付金具４５に固定するためのものである。そのため，各プレート材５２には，ドリル１０の軸方向に沿って並ぶように複数のボルト穴５２ａが形成されている。複数のボルト穴５２ａのうち，外筒４０の取付金具４５のボルト穴４５ａに連通するボルト穴５２ａにボルトを挿し込み，外筒本体４１の取付金具４５側でナットを締めることで，連結機構５０と外筒４０とが一体的に連結される（図９参照。）。したがって，プレート材５２の数は，外筒本体４１の取付金具４５の数に応じたものとなる。
【００４４】
連結機構５０のパイプ材５１の内周面は，内筒３０のシャフト３１の外周面とほぼ相補的に形成されている（スプライン構造）。具体的には，図８（ｂ）に示すように，連結機構５０のパイプ材５１の内周面には，凸部５５がドリル１０の軸方向に沿って形成されており，シャフト３１の外周面には連結機構５０の凸部５５に対応する凹部３３（図４（ａ）などを参照）がドリル１０の軸方向に沿って形成されている。このようなスプライン構造によって，連結機構５０の内周面は，シャフト３１の外周面をドリル１０の軸方向に沿って摺動（スライド）可能となっている。その摺動範囲は，シャフト３１の上端フランジ３１ｂと，シャフト３１の下端フランジ３１ｃの間となる。なお，連結機構５０には，外筒４０が固定されているため，連結機構５０が摺動すると，外筒４０も連動して移動する。
【００４５】
また，上記スプライン構造のために，基本的には，連結機構５０は，シャフト３１と一体的に旋回することはできるものの，シャフト３１の外周面をドリル１０の軸方向に垂直な方向，つまり旋回方向に摺動することはできないようになっている。しかし，本態様では，シャフト３１の凹部３３の上部には，図４（ａ）などに示すように，段差スペース３４が設けられており，これにより，凹部３３が部分的に広くなっている。ここで，段差スペース３４の広さは，連結機構５０の凸部５５を収納可能な広さとなっている。
【００４６】
このため，連結機構５０の凸部５５は，この段差スペース３４に収納されることがある。具体的には，シャフト３１の上方から連結機構５０の凸部５５を凹部３３に差し込んだとき，凸部５５は，まず，段差スペース３４に収納されることとなる。（なお，その後に上端フランジ３１ｂがシャフト３１のパイプ材３１ａに固定される。）凸部５５は，段差スペース３４に収納された場合には，段差スペース３４の段差部分（底部）にひっかかるため，凹部３３の下部に向かって摺動しにくくなる。すなわち，連結機構５０は，凸部５５が段差スペース３４に収納されているとき，内筒３０の上部で保持される。そして，凸部５５が段差スペース３４に収納されている状態は，図１０に示すように，ドリル２０の旋回方向を正転方向に維持することで，維持される。
【００４７】
一方，凸部５５が段差スペース３４に収納されていない場合や，ドリル２０の旋回方向が正転方向から逆転方向に切り替えられた場合には，凸部５５は，図１１に示すように，自重により，内筒３０の下部にまで脱落するように摺動するようになっている。なお，凸部５５の脱落を容易にするために，段差スペース３４に，凸部５５が段差スペース３４に収納されているときに当たる角部に面取りを施したり，凸部５５が脱落する際に当たる角部に面取り（Ｒ面）を施したりすることが好ましい。
【００４８】
ところで，ドリル１０の組み立ては以下のように行われる。まず，内筒３０に連結機構５０を介して外筒４０を連結し，上端フランジ３１ｂを固定する。これにより，ドリルビット２０が構成される。続いて，ドリルビット２０の上端フランジ３１ｂをドリル本体１１に固定する。このようにして，ドリル１０が構成される。ここで，内筒３０と外筒４０を連結することで構成したドリルビット２０の底面図を図１２に示す。図１２に示すように，ドリルビット２０の下端には，多数の掘削刃が配置されており，これらの掘削刃を用いて掘削が行われることとなる。また，図１２に示すように，多数の掘削刃は，ドリルビット２０の旋回方向が正転方向であるときに被掘削面に当たりやすい正転時用掘削刃と，旋回方向が逆転方向であるときに被掘削面に当たりやすい逆転時用掘削刃とに分けることができる。本態様では，正転時用掘削刃として，掘進用掘削刃３７が採用されており，逆転時用掘削刃として，平面形成用掘削刃４３が採用されている。
【００４９】
次に，図１に示した掘削装置１の掘削時における動作について説明する。
【００５０】
まず，掘削装置１は，回転機構８及び切替え機構を用いて，ドリル１０を軸回りに正転方向に向かって旋回させることで，被掘削面である地面を掘削する。ここで，ドリル１０を正転方向に旋回させている場合，外筒４０は，自重により，内筒３０の凹部３３に沿って下方に進むようになっているが，図１１に示したように，凸部５５が段差スペース３４に収納された状態にあり旋回力によってその状態が維持されているため，それ以上下方に進まないようになっている。つまり，外筒４０の内筒３０に対する相対位置が上方で維持されている。
【００５１】
そして，このように内筒３０の外筒４０に対する相対位置が上方にある状態では，図３に示したように，内筒３０の下端面から，外筒４０の下端の少なくとも一部が露出した状態となる。その結果，掘削は，主に，内筒３０の下端に設けた掘進用掘削刃３７（つまり，正転時用掘削刃）を用いて行われることとなる。掘進用掘削刃３７は，外筒４０下端の斜面に設けられているので，ドリル１０を旋回させながら掘削を行うと，形成される穴の穴底の形は，完全に平らになることはなく，図１に示したように，凹部状（例えば円錐形）となる。なお，外筒４０の下端面に設けた平面形成用掘削刃４３や，内筒３０の下端面から露出していない掘進用掘削刃３７も掘削に寄与する。これらの掘削刃は，具体的には，掘削により生じた土砂（掘削土）を上方にかき出すように寄与する。
【００５２】
その後，目的深度まで掘削を行ったら，ドリル１０の旋回を一旦停止し，昇降手段５を用いて，ドリル１０を例えば３０ｃｍ程度上方に引き揚げる。ドリル１０を引き揚げる高さは，掘削用ビット３５の軸方向の長さに相当する高さであればよい。このとき，外筒４０と内筒３０とが相対移動し，その結果，ドリル１０内（特には，内筒３０と外筒４０の間のスペース）に堆積した掘削土が払い落とされる。これにより，ドリル１０内が閉塞するのを防止することができる。
【００５３】
続いて，切替え機構を用いて，ドリル１０の旋回方向を正転方向から逆転方向に切り替える。なお，ドリル１０の引き揚げを行ってから旋回方向の切替えを行ってもよい。これらのようにすることで，図１１に示したように，外筒４０を固定している連結機構５０の凸部５５が内筒３０の上部にある凹部３３の段差スペース３４に収納された状態から解放され，旋回力と重力によって，凸部５５は，段差スペース３４から下方に向かって脱落することとなる。
【００５４】
この状態では，外筒４０の内筒３０に対する相対位置が下方にあるため，図１３に示すように，内筒３０の掘進用掘削刃３７は，外筒４０内に収納され，外筒４０の下端面に設けられた平面形成用掘削刃４３（つまり，逆転時用掘削刃）が被掘削面に当たるようになる。そして，この状態で，掘削を行うことで，穴の穴底を平面状に成形することができる。なお，外筒４０内に収納された掘進用掘削刃３７も掘削に寄与し，具体的には，掘削により生じた土砂（掘削土）を上方にかき出すように寄与する。
【００５５】
掘削終了後には，ドリル１０の旋回方向を逆転方向に維持したまま，ドリル１０を上方に引き揚げる。このようにすることで，内筒３０の掘進用掘削刃３７が外筒４０の下端面よりも下方に突出することを防止することが可能となる。すなわち，平面状に成形した穴底を，掘進用掘削刃３７で傷付けることをなくして，穴底の形状を維持することができる。なお，引き揚げる際に，ドリル１０の旋回方向を逆転方向のまま維持する期間は，外筒４０が内筒３０上を摺動可能な範囲の上限に相当する距離だけドリル１０を引き揚げるのに必要な期間であれば十分である。しかし，ドリル１０を地上まで引き揚げる期間にわたって，ドリル１０の旋回方向を逆転方向に維持してもよい。これにより，作業員は，穴底を確認しなくても，内筒３０の掘進用掘削刃３７が外筒４０内に収納されていることを確認するだけで，穴底が平面状に形成されたことを確認することができる。
【００５６】
以上詳細に説明したように，本態様では，主として掘進用掘削刃３７を用いて，迅速に掘削を進めることができ，また，目的の深度に到達した後で，主として平面形成用掘削刃４３を用いて，穴底を平らに成形することができる。また，掘進用掘削刃３７と平面形成用掘削刃４３の切り替えを，ドリル１０の旋回方向を切り替えるだけで済むので，掘削作業を中断することがなく，円滑に進行することができる。
【００５７】
なお，上述した態様において，スプライン構造を構成する凹部３３を内筒３０側に設け，凸部５５を連結機構５０側に設けたが，これに代えて，凹部を連結機構５０側に設け，凸部を内筒３０側に設けてもよい。この場合，段差スペース３４は，連結機構５０側に設けられる。
【００５８】
また，上記態様では，正転方向で内筒３０の掘進用掘削刃３７を用い，逆転方向で外筒４０の平面形成用掘削刃４３を用いるとしたが，逆転方向で掘進用掘削刃３７を用い，正転方向で平面形成用掘削刃４３を用いるように掘削装置を構成してもよい。この場合，段差スペース３４は，凹部３３よりも逆転方向側に設けられる。
【００５９】
さらに，図１４に示すように，位置決め手段によって，外筒４０の内筒３０に対する相対位置を調節してもよい。位置決め手段の例としては，油圧シリンジなどの昇降機構を挙げることができる。油圧シリンジを用いると，掘削方向への掘削力が不足しているときに，掘削力を増大させることも可能となる。なお，この場合には，段差スペース３４を設ける必要はない。
【００６０】
次に，本発明の別の側面について説明する。上記態様では，穴底を平面状に形成する掘削装置や掘削方法について説明した。この別の側面では，上述したような掘削装置１において，ドリル１０の外筒４０と内筒３０の相対位置を上下方向において変更することができることを利用する。すなわち，この側面に係る掘削装置は，外筒４０と内筒３０の相対位置を上下方向において変更する調節機構を備えている。このように，外筒４０と内筒３０の相対位置を変更することができると，被掘削面に当たる掘削刃を，２種類の掘削刃（外筒４０に設けた掘削刃，及び内筒３０に設けた掘削刃）から選択することができる。すなわち，この側面では，穴底を平面状に形成する場合だけに限定されることはない。以下，この側面の具体例について説明する。
【００６１】
図１５は，本発明の別の側面に係る掘削装置のドリルの一例の構成を示す部分拡大側面図である。
【００６２】
図１５に示すように，外筒４０の下端面のうち，内周側の下端面を被掘削面に対して凹レンズ状に形成し，それらの下端面に掘削刃を設けてもよい。内筒３０には，図５（ａ），図５（ｂ）に示した掘進用掘削刃３７と同様の掘削刃が設けられている。このようなドリルビット２０を含む掘削装置で掘削を行う場合，地盤の硬度などに応じて，内筒３０の掘削刃を用いるか，又は外筒４０の掘削刃を用いるかを，ドリル１０の旋回方向を設定するだけで変更することができる。
【００６３】
具体例を挙げて説明する。被掘削面の硬度が一端側では硬く，他端側では柔らかいといったように，被掘削面において硬度に差がある場合がある。この場合，直進的に掘削を行うことは困難である。このような場合には，図１５に示す外筒４０の掘削刃を用いる。この掘削刃は，凹レンズ状の下端面に配置されているので，外筒４０の外周面で被掘削領域を確定しながら掘削を進めていくことができる。そのため，被掘削面の硬度に差があっても，直進的に掘削を行うことができる。そして，被掘削面において硬度の差がほとんどない場合や，非常に硬い地盤が現れた場合などには，ドリル１０の旋回方向を切り替えて，内筒３０の掘削刃を用いる。このように，被掘削面の硬度に応じて，掘削方法を柔軟に変更することができる。そのため，事前に行う地質調査を簡略化することもできる。
【００６４】
なお，２種類の掘削刃の組み合わせは，図１５に示したものに限られることはない。例えば，内筒３０に，平面形成用掘削刃４３を採用し，外筒４０に，図１５に示した外筒４０の凹レンズ状の下端面に配置した掘削刃を採用してもよい。この場合，外筒４０の掘削刃を用いた場合には，直進的な掘削を行うことができ，内筒３０の掘削刃を用いた場合には，穴底を平面状に形成することができることとなる。
【００６５】
別の例を挙げると，内筒３０及び外筒４０の双方に，掘進用掘削刃３７を採用してもよい。ただし，内筒３０と外筒４０とで，掘進用掘削刃３７が装着される下端面の斜面の傾斜角度が異なっている。このように２種類の掘進用掘削刃３７を備えるドリルビットを備える掘削装置では，ドリル１０に同じ旋回力を与えても，用いる掘進用掘削刃３７によって被掘削面に当たる領域の広さを変更することができる。そして，被掘削面の硬度が高い場合には，傾斜角度が大きい方の掘進用掘削刃３７（図１４（ｃ）では外筒４０）を主に用いることで，被掘削面に当たる領域を狭くして集中的に掘削を行うことが可能となる。一方，被掘削面の硬度が低く粘土質である場合には，傾斜角度が小さい方の掘進用掘削刃３７（図１４（ｃ）では内筒３０）を用いることで，被掘削面に当たる領域を広くして掘削を行うことが可能となる。
【００６６】
以上詳細に説明したように，本発明の別の側面によれば，外筒４０と内筒３０を相対移動可能に構成することで，２種類の掘削刃を搭載することができる。さらには，外筒４０と内筒３０とが相対移動可能に構成されているので，相対移動を掘削の途中で行うことで，ドリル１０内（特には，内筒３０と外筒４０の間のスペース）に掘削土が堆積し，ドリル１０内が閉塞するのを防止することができる。
【００６７】
なお，上述した別の側面においても，図１４を用いて説明したように，位置決め機構からの外圧によって外筒４０を駆動してもよい。
【００６８】
上述した態様及び別の側面において，掘削により生じた土砂（掘削土）を穴から除去するために，形成した穴に向けて水などの安定液を，正循環方式又は逆循環方式により，供給してもよい。ここで，正循環方式とは，ドリル１０の軸方向に設けた内孔に安定液を供給して，穴とドリル１０との間から安定液とともに掘削土を回収する方式であり，逆循環方式とは，穴とドリル１０との間に安定液を供給し，ドリル１０の軸方向に設けた内孔から安定液とともに掘削土を回収する方式である。
【００６９】
形成した穴には，例えば硬化材を注入して芯材を建て込むことで，建築物の支持杭を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は，掘削装置１のドリル１０を用いて被掘削面を下方に掘削することで穴を形成する技術分野に利用できる。また，本発明の第１の側面に係る掘削装置１は，穴の穴底を平らに形成する場合に利用できる。本発明の第２の側面に係るドリルは，２種類の掘削刃を使い分けて穴を形成する場合に利用できる。また，本発明は，ドリル１０の直径がどのようなスケールであっても適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  掘削装置
３  支持手段
４  保持手段
５  昇降手段
６  回転手段
７  テーブル
８  回転機構
１０  ドリル
１１  ドリル本体
２０  ドリルビット
３０  内筒
３１  シャフト（スプラインシャフト）
３１ａ  パイプ材
３１ｂ  上端フランジ
３１ｃ  下端フランジ
３３  凹部
３４  段差スペース
３５  掘進用ビット
３５ａ  ビット本体
３６  プレート材
３７  掘進用掘削刃
４０  外筒
４１  外筒本体
４２  リブ
４３  平面形成用掘削刃
４５  取付金具
４５ａ  ボルト穴
５０  連結機構（スプラインホルダー）
５１  パイプ材
５２  プレート材
５２ａ  ボルト穴
５５  凸部
【図１】
2010180606.tif 000003
【図２】
2010180606.tif 000004
【図３】
2010180606.tif 000005
【図４】
2010180606.tif 000006
【図５】
2010180606.tif 000007
【図６】
2010180606.tif 000008
【図７】
2010180606.tif 000009
【図８】
2010180606.tif 000010
【図９】
2010180606.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010180606.tif 000013
【図１２】
2010180606.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2010180606.tif 000016
【図１５】
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