(57)【要約】【課題】回転又は揺動させて掘削ビットにより地盤を掘削させて円形の掘削溝を形成しつつ掘り進むにあたり、掘削ビットの摩耗を軽減し、掘削能力、低振動性、低騒音性を向上し、掘削ビットを交換することなくより深く掘削する。【解決手段】円筒体４０の先端面から先端方向に突設され複数の掘削ビット１０，２０，３０が、掘削幅領域が連続するように径方向の異なる位置で周方向に並ぶ複数列以上に配設され、相対的に先端側に位置する先行ビット１０に対して周方向に間隔を隔てて配置され当該先行ビットに隣接する領域を掘削する後行ビット２０，３０を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の掘削ビットが円筒体の先端面から先端方向に突設されてなり、前記円筒体をその中心軸回りに回転又は揺動させて前記掘削ビットにより地盤を掘削し円形の掘削溝を形成するための掘削工具であって、
前記複数の掘削ビットは、掘削幅領域が連続するように径方向の異なる位置で周方向に並ぶ複数列以上に配設され、相対的に先端側に位置する先行ビットに対して周方向に間隔を隔てて配置され当該先行ビットに隣接する領域を掘削する後行ビットを有することを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
最も先端側に位置する最先行ビットに対して外周側又は／及び内周側に前記後行ビットを有することを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
【請求項３】
前記後行ビットとして平先ビット又は部分平先ビットが適用されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削工具。
【請求項４】
前記後行ビットの少なくとも１つとして平先ビットが適用され、
当該平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項５】
前記後行ビットの少なくとも１つとして平先ビットが適用され、
当該平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、当該後行ビットの刃先稜線とのなす角度が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項６】
前記後行ビットの少なくとも１つとして部分平先ビットが適用され、
当該部分平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ａ１）当該後行ビットは、その掘削幅の当該先行ビットと逆側の端点から当該掘削幅の半分以上の径方向長さに亘って略直線状の刃先稜線であって、当該後行ビットの先端を構成する刃先稜線を有し、
（Ａ２）当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項７】
前記後行ビットの少なくとも１つとして部分平先ビットが適用され、
当該部分平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｂ１）当該後行ビットは、その掘削幅の当該先行ビットと逆側の端点から当該掘削幅の半分以上の径方向長さに亘って略直線状の刃先稜線であって、当該後行ビットの先端を構成する刃先稜線を有し、
（Ｂ２）当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、前記（Ｂ１）の刃先稜線とのなす角度が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項８】
前記後行ビットの少なくとも１つとして剣先ビット類が適用され、
当該剣先ビット類である後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｃ１）当該後行ビットは、その掘削幅の半分の径方向長さ以上に当該先行ビットから離れた位置に頂点を有し、
（Ｃ２）前記頂点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項９】
前記後行ビットの少なくとも１つとして剣先ビット類が適用され、
当該剣先ビット類である後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｄ１）当該後行ビットは、その掘削幅の半分の径方向長さ以上に当該先行ビットから離れた位置に頂点を有し、
（Ｄ２）当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの前記頂点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、当該後行ビットの前記頂点より当該先行ビット側の刃先稜線とのなす角度が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項１０】
最も先端側に位置する最先行ビットの掘削幅に対して、前記後行ビットの掘削幅が等しいか小さくされていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項１１】
最も先端側に位置する最先行ビットが剣先ビット類であり、当該最先行ビットは径方向の異なる位置に頂点を位置させた異なる２つ以上の掘削ビットを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の掘削工具。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の掘削工具を用いて、前記円筒体をその中心軸回りに回転又は揺動させて前記掘削ビットにより地盤を掘削し円形の掘削溝を形成して掘り進むことを特徴とする掘削工法。
【請求項１３】
地盤から反力を得て前記掘削工具を地盤に圧入しながら掘り進むことを特徴とする請求項１２に記載の掘削工法。
【請求項１４】
前記先行ビットにより形成した先行掘削溝の縁部に前記後行ビットにより圧縮荷重を負荷することにより、当該後行ビットから軸方向に離れて前記先行掘削溝の内側面に露出する破断線に沿って当該縁部を破断させながら掘り進むことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の掘削工法。
【請求項１５】
前記破断による破断部が前記後行ビットの掘削幅の半分以上に亘っていることを特徴とする請求項１４に記載の掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤を掘削する掘削工具及び掘削工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１から３にも記載されるように、ケーシングや鋼管杭等の円筒体の先端部に複数の掘削ビットが配設されてなる掘削工具を、その中心軸回りに回転又は揺動させて掘削ビットにより地盤を掘削させて円形の掘削溝を形成しつつ掘り進む掘削工法が利用されている。
【０００３】
特許文献１から３に記載の掘削工具にあっては、円筒体先端面から先端方向に突設され径方向の異なる２つ位置（外周側と内周側）に配設された掘削ビットと、さらに円筒体内周面から内方に突設された掘削ビットとを備えている。
特許文献１に記載の掘削工具（同文献「ケーシングパイプ」）にあっては、円筒体内周面に突設された掘削ビット（同文献「カッタ４」）は、円筒体先端面に突設された掘削ビット（同文献「カッタ２ａ，２ｂ」）に対して軸方向後方に位置して高さが異なる。外周側のカッタ（２ａ）と内周側のカッタ（２ｂ）とは同じ高さである。円筒体内周面に突設されたカッタ（４）の掘削幅は、外周側のカッタ（２ａ）の掘削幅よりも大きくされ、内周側のカッタ（２ｂ）の掘削幅よりも大きくされている。
特許文献２に記載の掘削工具（同文献「ケーシングビット」）にあっては、円筒体内周面に突設された掘削ビット（同文献「インサートカッタ」）と、円筒体先端面に突設された掘削ビット（同文献「アウタカッタ及びインナカッタ」）とは同じ高さとされる。
特許文献３に記載の掘削工具（同文献「ケーシングビット」）にあっては、円筒体内周面に突設された掘削ビット（同文献「インサートカッタ１２−１，１２−２」）と、円筒体先端面に突設された掘削ビット（同文献「アウタカッタ１３及びインナカッタ１４」）とを有しており、後続側のインサートカッタ（１２−２）は、カッタ先端部がメインのカッタ（１３，１４）よりも若干の段差分だけ上方に位置するように配置され、先行側のインサートカッタ（１２−１）は、カッタ先端部が更に後続側のインサートカッタ（１２−２）よりも若干の段差分だけ上方に位置するように配置されている。
また、特許文献１から３に記載の掘削工法は、ケーシング内に投入したハンマグラブ等で内部の未掘削部を掴み取り、引き上げて地上に排出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２２８５９１号公報
【特許文献２】特開平０３−０６６８９２号公報
【特許文献３】特開２０００−１５４６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１から３に記載の掘削工具は、ハンマグラブでケーシング内の未掘削部を排出する掘削工法に適用されるものであり、内周面から内方に突設された掘削ビットはハンマグラブの剣先が入る溝を形成するために掘削幅が広くされ、全体的にも掘削幅が広くなっている。
掘削幅が広いので圧入しづらく刃先の食い込みが悪くて掘削能力は劣り、振動騒音が高く、摩耗進行が速くて掘削ビットの交換が早期に必要となり、特に内周面から内方に突設された掘削ビットは掘削幅が広い割には１〜２つと数が少ない分、摩耗が激しく欠損も生じ易いから交換サイクルを短期化させる。掘削ビットを１つでも交換するためにはケーシングを一度引き抜かなければならず、引き抜きを行えば地盤が崩壊するとおそれが高まる。したがって、時間と費用が過大となり、高深度掘削には不向きである。
【０００６】
相対的に先端側に位置する先行ビットに対して後行ビットが掘削する対象の被削部は、先行ビットの掘削により形成した先行掘削溝の縁部である。この縁部に後行ビットにより圧縮荷重をかければ後行ビットから軸方向に離れる先行掘削溝側に下り傾斜の亀裂が入って除去されることがある。図１１に、試験片に圧縮荷重Ｆを負荷した際の破断線７０が示される。７１は共役せん断線である。破断線７０の荷重方向に対する角度を破断角θとする。試験片を軟岩とするとき破断角θは２０°〜３５°、試験片を硬岩とするとき破断角θは５°〜２０°という試験結果があり、硬い岩盤ほど、破断角θが小さくなる傾向にある。
後行ビットが先行ビットに対して軸方向に後退している距離（段差量）が後行ビットの掘削幅に対して十分に大きいときは、図１１に示す破断線７０と同様に斜めの破断線が入って破断し分離除去されて破断部が大きくなるため後行ビットによる掘削量を大幅に減少させることができる。このとき先行掘削溝は、例えば図１１中の一点鎖線８０に相当し、破断線７０の露出する下端７０ａより深く形成され、破断線７０が生じて破断部９０が分離除去される。
しかし、特許文献１又は３に記載の掘削工具は、このような作用を意図したものではなく、後行ビットの先行ビットに対する段差量や後行ビットの掘削幅、後行ビットの刃先稜線の角度などが同作用を意図した適切なものではないため、後行ビットによる圧縮荷重負荷時の破断部は生じないか小さいものとなってしまう。このとき先行掘削溝は、例えば図１１中の二点鎖線８１に相当し、破断線７０の下端７０ａより底が浅いので、掘削ビットから離れるような斜めの破断線による破断は生じ難い。
さらに特許文献３に記載の掘削工具にあっては、後行ビット、すなわち、円筒体内周面に突設された掘削ビットの刃先稜線として先行ビットから離れるほど軸方向後方に位置する大きな傾斜が採用されており、後行ビットによる圧縮荷重の向きが先行ビットにより形成した先行掘削溝の逆側に大きく傾いてしまい大きな破断部を生じさせることはさらに困難である。
【０００７】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、円筒体の先端部に複数の掘削ビットが配設されてなる掘削工具を、その中心軸回りに回転又は揺動させて掘削ビットにより地盤を掘削させて円形の掘削溝を形成しつつ掘り進むにあたり、掘削ビットの摩耗を軽減し、掘削能力、低振動性、低騒音性を向上し、掘削ビットを交換することなくより深く掘削することができる掘削工具及び掘削工法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、複数の掘削ビットが円筒体の先端面から先端方向に突設されてなり、前記円筒体をその中心軸回りに回転又は揺動させて前記掘削ビットにより地盤を掘削し円形の掘削溝を形成するための掘削工具であって、
前記複数の掘削ビットは、掘削幅領域が連続するように径方向の異なる位置で周方向に並ぶ複数列以上に配設され、相対的に先端側に位置する先行ビットに対して周方向に間隔を隔てて配置され当該先行ビットに隣接する領域を掘削する後行ビットを有することを特徴とする掘削工具である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、最も先端側に位置する最先行ビットに対して外周側又は／及び内周側に前記後行ビットを有することを特徴とする請求項１に記載の掘削工具である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記後行ビットとして平先ビット又は部分平先ビットが適用されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削工具である。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして平先ビットが適用され、
当該平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして平先ビットが適用され、
当該平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、当該後行ビットの刃先稜線とのなす角度（θｔ３，θｎ３）が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして部分平先ビットが適用され、
当該部分平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ａ１）当該後行ビットは、その掘削幅の当該先行ビットと逆側の端点から当該掘削幅の半分以上の径方向長さに亘って略直線状の刃先稜線であって、当該後行ビットの先端を構成する刃先稜線を有し、
（Ａ２）当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして部分平先ビットが適用され、
当該部分平先ビットである後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｂ１）当該後行ビットは、その掘削幅の当該先行ビットと逆側の端点から当該掘削幅の半分以上の径方向長さに亘って略直線状の刃先稜線であって、当該後行ビットの先端を構成する刃先稜線を有し、
（Ｂ２）当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの当該先行ビットと逆側の刃先端点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、前記（Ｂ１）の刃先稜線とのなす角度が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして剣先ビット類が適用され、
当該剣先ビット類である後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｃ１）当該後行ビットは、その掘削幅の半分の径方向長さ以上に当該先行ビットから離れた位置に頂点を有し、
（Ｃ２）前記頂点を基点として、同基点から径方向に沿って当該先行ビット側に向う半直線に対し、同基点から刃先稜線に沿って当該先行ビット側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされたことを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記後行ビットの少なくとも１つとして剣先ビット類が適用され、
当該剣先ビット類である後行ビットとこれに隣接する領域を掘削する先行ビットについて、
（Ｄ１）当該後行ビットは、その掘削幅の半分の径方向長さ以上に当該先行ビットから離れた位置に頂点を有し、
（Ｄ２）当該先行ビットの当該後行ビット側の刃先端点と当該後行ビットの前記頂点とを周方向の同じ位置に配置したと仮想してこれら両点を結ぶ線と、当該後行ビットの前記頂点より当該先行ビット側の刃先稜線とのなす角度が、４０°〜８５°であることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１７】
請求項１０記載の発明は、最も先端側に位置する最先行ビットの掘削幅に対して、前記後行ビットの掘削幅が等しいか小さくされていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１８】
請求項１１記載の発明は、最も先端側に位置する最先行ビットが剣先ビット類であり、当該最先行ビットは径方向の異なる位置に頂点を位置させた異なる２つ以上の掘削ビットを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか一に記載の掘削工具である。
【００１９】
請求項１２記載の発明は、請求項１から請求項１１のうちいずれか一に記載の掘削工具を用いて、前記円筒体をその中心軸回りに回転又は揺動させて前記掘削ビットにより地盤を掘削し円形の掘削溝を形成して掘り進むことを特徴とする掘削工法である。
【００２０】
請求項１３記載の発明は、地盤から反力を得て前記掘削工具を地盤に圧入しながら掘り進むことを特徴とする請求項１２に記載の掘削工法である。
【００２１】
請求項１４記載の発明は、前記先行ビットにより形成した先行掘削溝の縁部に前記後行ビットにより圧縮荷重を負荷することにより、当該後行ビットから軸方向に離れて前記先行掘削溝の内側面に露出する破断線に沿って当該縁部を破断させながら掘り進むことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の掘削工法である。
【００２２】
請求項１５記載の発明は、前記破断による破断部が前記後行ビットの掘削幅の半分以上に亘っていることを特徴とする請求項１４に記載の掘削工法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、円筒体の先端面から先端方向に突設された複数の掘削ビットが、掘削幅領域が連続するように径方向の異なる位置で周方向に並ぶ複数列以上に配設され、相対的に先端側に位置する先行ビットに対して周方向に間隔を隔てて配置され当該先行ビットに隣接する領域を掘削する後行ビットを有するので、内周面から内方に突設された掘削ビットを設けることなく先行ビットと後行ビットとを所望の幅内にそれぞれ周方向に間隔隔てて並ぶ列として設けることができ、これによって掘削ビットの摩耗を軽減し、掘削能力、低振動性、低騒音性を向上し、掘削ビットを交換することなくより深く掘削することができるという効果がある。
特に本発明によれば、先行ビットにより形成した先行掘削溝の縁部に後行ビットにより圧縮荷重を負荷することにより、当該後行ビットから軸方向に離れて先行掘削溝の内側面に露出する破断線に沿って当該縁部を破断させながら掘り進むことが可能となるため、後行ビットが未通過の部分を破断除去して後行ビットによる掘削量を大幅に減少させることができ掘削能力の向上や交換寿命の長期化が図られ高深度掘削を効率的に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】(a)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の先端面図である。(b)は、図(a)に示した掘削工具の周面の一部を径方向に見た平面展開図である。
【図２】(a)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の先端面図であり、図１とは異なる配列のものを示す。(b)は、図(a)に示した掘削工具の周面の一部を径方向に見た平面展開図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る掘削工具の周面の一部を径方向に見た平面展開図(a)、及び各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図(b)である。すべて平先ビットが適用され、両側各１段、列数３とされたものを示す。
【図４】図３に示した掘削工具により形成される掘削溝の平面図（a）及び断面図(b)である。
【図５】(a)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、図３(b)に対し後行ビットの角度が異なる。(b)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、後行ビットに部分平先ビットが適用されたものを示す。掘削溝と共に示す。
【図６】(a)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、後行ビットに剣先ビットが適用されたものを示す。掘削溝と共に示す。(b)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、図(a)に対し後行ビットの角度が異なる。
【図７】本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、両側各２段、列数５とされたものを示す。
【図８】(a)は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、最先行ビットに頂点の径方向位置が異なる剣先ビットが適用され、後行ビットに剣先ビットが適用されたものを示す。(b)は、図(a)に対し後行ビットを平先ビットに変えたものを示す。
【図９】本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、外周側に２段、列数３とされたものを示す。(a)はすべて平先ビットとされたものを、これに対し(b)は後行ビットを剣先ニットに変えたものを示す。
【図１０】本発明の一実施形態に係る掘削工具の各列の掘削ビットの１つずつを周方向の同じ位置に配置して周方向に見て描いた図であり、内周側に２段、列数３とされたものを示す。(a)はすべて平先ビットとされたものを、これに対し(b)は後行ビットを剣先ニットに変えたものを示す。
【図１１】試験片に圧縮荷重を負荷して破断させる実験の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２６】
〔掘削工具の基本的構成〕
図１に示す掘削工具１Ａ及び図２に示す掘削工具１Ｂは、ケーシング又は鋼管杭５０（図３参照）の先端に連接固定された円筒体４０と、円筒体４０の先端面から先端方向に突設された複数の掘削ビットとを備える。複数の掘削ビットは、中央先行ビット１０と、外周後行ビット２０と、内周後行ビット３０とから構成される。
中央先行ビット１０は、複数（図１(a)及び図２(a)で１２個）設けられ、互いに径方向の同位置で周方向にほぼ均等な間隔を隔てて並ぶ列を構成している。中央先行ビット１０は、外周後行ビット２０に対しても、内周後行ビット３０に対しても、相対的に刃先が先端側に位置する先行ビットである。また、中央先行ビット１０は最先行ビットである。
外周後行ビット２０は、複数（図１(a)で６個、図２(a)で１２個）設けられ、互いに径方向の同位置で周方向にほぼ均等な間隔を隔てて並ぶ列を構成している。外周後行ビット２０は、中央先行ビット１０に対して、隣接する領域を掘削する掘削ビットであり、掘削幅領域が連続するように径方向外側の位置に配置される。
内周後行ビット３０は、複数（図１(a)で６個、図２(a)で１２個）設けられ、互いに径方向の同位置で周方向にほぼ均等な間隔を隔てて並ぶ列を構成している。内周後行ビット３０は、中央先行ビット１０に対して、隣接する領域を掘削する掘削ビットであり、掘削幅領域が連続するように径方向内側の位置に配置されている。
外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０は、隣接する領域を掘削する中央先行ビット１０に対して刃先が軸方向後方に後退配置された後行ビットである。
【００２７】
外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０は、中央先行ビット１０に対して周方向に間隔を隔てて配置されている。
図１に示す掘削工具１Ａに設けられる外周後行ビット２０と内周後行ビット３０とは、中央先行ビット１０，１０間に交互に配置される。そのため、図１(a)に示すように掘削工具１Ａに設けられる外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０はそれぞれ、中央先行ビット１０の半数である。
図２に示す掘削工具１Ｂに設けられる外周後行ビット２０と内周後行ビット３０とは、周方向の同位置に配置され径方向に連続するように１つの掘削ビットとして一体的に形成されているため、１つの掘削ビットの径方向外側の部分と内側の部分に相当するが、ここでは別々の名称・符号、かつ、図１に示す掘削工具１Ａと共通の名称・符号で呼称する。図２(a)に示すように掘削工具１Ｂに設けられる外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０は中央先行ビット１０と同数となる。
【００２８】
〔平先ビットである後行ビットの場合〕
図３に、中央先行ビット１０、外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０の配置の詳細を示す。図３にあっては、すべて平先ビットが適用される。図４にこの掘削工具により形成される掘削溝を示す。
図３に示すように、外周後行ビット２０の中央先行ビット１０に対する段差量（軸方向落差）をＨｔ２、内周後行ビット３０の中央先行ビット１０に対する段差量（軸方向落差）をＨｎ２、中央先行ビット１０の刃先稜線の外側端点をＡｔ、中央先行ビット１０の刃先稜線の内側端点をＡｎ、外周後行ビット２０の刃先稜線の外側端点をＢｔ、内周後行ビット３０の刃先稜線の内側端点をＢｎとする。図４に示すように中央先行ビット１０の掘削幅をＷｍ、外周後行ビット２０の掘削幅をＷｔ、内周後行ビット３０の掘削幅をＷｎとする。
点Ａｔは、中央先行ビット１０の外周後行ビット２０側の刃先端点に相当する。
点Ａｎは、中央先行ビット１０の内周後行ビット３０側の刃先端点に相当する。
点Ｂｔは、外周後行ビット２０の中央先行ビット１０と逆側の刃先端点に相当する。
点Ｂｎは、内周後行ビット３０の中央先行ビット１０と逆側の刃先端点に相当する。
点Ａｔと点Ｂｔとを結ぶ線と、軸方向とのなす角度をθｔ２とする。
点Ａｔと点Ｂｔとを結ぶ線と、外周後行ビット２０の刃先稜線とのなす角度をθｔ３とする。
点Ａｎと点Ｂｎとを結ぶ線と、軸方向とのなす角度をθｎ２とする。
点Ａｎと点Ｂｎとを結ぶ線と、内周後行ビット３０の刃先稜線とのなす角度をθｎ３とする。
なお、以上定義した諸量を他の図で共用する。
【００２９】
角度θｔ２が図１１に示した破断角θ以下であれば、破断線７０の下端７０ａが先行掘削溝８０の内側面に到達するから、破断部９０を生じさせることができる。角度θｔ３で表現すると、角度θｔ３が図１１に示した破断角（９０°−θ）以上であることが条件となる。
破断角は圧縮荷重方向を基準とするものである。しかし、ここでは角度θｔ２を軸方向を基準に定義した。図３に示す平先ビット（外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０）の場合は、圧縮荷重方向と軸方向とが同じであるから、角度θｔ２で破断の条件を定義できる。しかし、圧縮荷重方向は刃先稜線に垂直であるため、後行ビットの形状や取付角によりその刃先稜線が径方向から傾くと、その分圧縮荷重方向も傾く。そのため、刃先稜線を基準にした角度θｔ３を定義に用いる。
したがって、改め言及すると、先行ビット（中央先行ビット１０）により形成した先行掘削溝の縁部に後行ビット（外周後行ビット２０又は内周後行ビット３０）により圧縮荷重を負荷することにより、当該後行ビットから軸方向に離れて先行掘削溝の内側面に露出する破断線に沿って当該縁部を破断させるための条件は、外周後行ビット２０に関し角度θｔ３が図１１に示した破断角（９０°−θ）以上であること、内周後行ビット３０に関し角度θｎ３が図１１に示した破断角（９０°−θ）以上であることである。
具体的な数値範囲としては、４０°≦θｔ３≦８５°，４０°≦θｎ３≦８５°であることが好ましく、より硬い岩盤に対してはより大きく設定する。
掘削工具１Ａ及び１Ｂは以上のような条件で構成される。図４(b)中に破断線７０，７１に相当するものを同符号で示す。
【００３０】
また掘削工具１Ａ及び１Ｂを、次の条件をも満たすように構成する。外周後行ビット２０と、内周後行ビット３０とで同様の条件であり、一方の符号を括弧内に記す。
図５(a)に示すように点Ｂｎ（Ｂｔ）から径方向に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線ＲＨに対し、点Ｂｎ（Ｂｔ）から刃先稜線に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線ＡＨが先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされる。図５(a)には、先端側に１０°にされた場合を描く。図５(a)に示すように先端側をプラスとして半直線ＲＨに対する半直線ＡＨの角度θｎ４を規定すると、１０°≦θｎ４≦−４５°である。外周後行ビット３０に関してこれに相当するものをθｔ４とすれば、１０°≦θｔ４≦−４５°である。なお、０°＜θｎ４（θｔ４）≦−４５°とする場合には、後行ビットの側部が掘削全幅Ｗの範囲外に出ないように後行ビット本体に対して刃先を斜に形成すべきことに留意する。
１０°≦θｔ４（θｎ４）とするのは、圧縮荷重の方向が中央先行ビット１０による先行掘削溝と逆側に傾きすぎて、図１１に示した破断部９０のような破断部が生じ難くなるからであり、また、４０°≦θｔ３（θｎ３）≦８５°の条件を満たすために段差量Ｈｔ２（Ｈｎ２）を著しく大きくしなければならず、掘削抵抗によって中央先行ビット１０に負荷される曲げモーメントが過大となるという不都合を回避するためである。
θｔ４（θｎ４）を−４５°に近づけるほど、段差量Ｈｔ２（Ｈｎ２）を小さくしても４０°≦θｔ３（θｎ３）≦８５°の条件を満たすことが容易となる。
θｔ４（θｎ４）≦−４５°とするのは、後行ビットの刃先部が細くなり、欠損、摩耗が生じ易くなるという不都合を回避するためである。
後行ビットの少なくとも１つとして平先ビットが適用される場合は、平先ビットである後行ビットについて以上の条件を満たすように構成する。
【００３１】
〔部分平先ビットである後行ビットの場合〕
後行ビットの少なくとも１つとして部分平先ビットが適用される場合は、図５(b)に示すように部分平先ビットである後行ビット２１（３１）は、その掘削幅Ｗｔ（Ｗｎ）の中央先行ビット１０と逆側の端点Ｂｔ（Ｂｎ）から当該掘削幅Ｗｔ（Ｗｎ）の半分以上の径方向長さに亘って略直線状の刃先稜線であって、当該後行ビット２１（３１）の先端を構成する刃先稜線２１ａ（３１ａ）を有するものとする。
そして、平先ビットについて上述した角度の条件を、刃先稜線２１ａ（３１ａ）を基準に適用することで、同様の作用効果を得て実施することができる。
すなわち、図５(b)において点Ａｔ（Ａｎ）と点Ｂｔ（Ｂｎ）とを結ぶ線と、刃先稜線２１ａ（３１ａ）とのなす角度θｔ３（θｎ３）が、４０°〜８５°である。
また、図５(b)において点Ｂｔ（Ｂｎ）から径方向に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線に対し、点Ｂｔ（Ｂｎ）から刃先稜線２１ａ（３１ａ）に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線が先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされる。図５(b)では、この角度はゼロである。
【００３２】
〔剣先ビット類である後行ビットの場合〕
後行ビットの少なくとも１つとして剣先ビット類（ポイントアタックビットを含む）が適用される場合は、図６に示すように後行ビット２２（３２）は、その掘削幅Ｗｔ（Ｗｎ）の半分の径方向長さ以上に中央先行ビット１０から離れた位置に頂点２２ａ（３２ａ）を有するものとする。
そして、平先ビットについて上述した角度の条件を、後行ビット２２（３２）の頂点２２ａ（３２ａ）より中央先行ビット１０側の刃先稜線２２ｂ（３２ｂ）を基準に適用することにより、同様の作用効果を得て実施することができる。
すなわち、図６(a)において点Ａｎ（Ａｔ）と点３２ａ（２２ａ）とを結ぶ線と、刃先稜線３２ｂ（２２ｂ）とのなす角度θｎ３（θｔ３）が、４０°〜８５°である。
また、図６(b)において点３２ａ（２２ａ）から径方向に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線ＲＨに対し、点３２ａ（２２ａ）から刃先稜線３２ｂ（２２ｂ）に沿って中央先行ビット１０側に向う半直線ＡＨが先端側に１０°から後端側に４５°までの範囲とされる。
【００３３】
〔掘削工具のその他の構成〕
図７に示すように、中央先行ビット（最先行ビット）１０に対して外周側及び内周側にそれぞれ２段ずつ後行ビット２３，２４，３３，３４を有する構成とすることも可能である。全部で５列となる。列数はさらに増やしてもよいし、最先行ビットの外周側と内周側とで列数が異なっていてもよい。
なお、図７に示す構成の場合、最先行ビットと最後行ビットの間の中間段に相当する第一外周後行ビット２３及び第一内周後行ビット３３は、中央先行ビット１０に対して隣接する領域を掘削する後行ビットであるとともに、第一外周後行ビット２３は第二外周後行ビット２４に対して、第一内周後行ビット３３は第二内周後行ビット３４に対して隣接する領域を掘削する先行ビットでもある。後行ビット２３，２４，３３，３４のそれぞれに関し、上述した角度の条件を適用して構成することにより、同様の作用効果を得て実施することができる。
【００３４】
また図８(a)又は(b)に示すように、最先行ビットを剣先ビット類とし、径方向の異なる位置に頂点を位置させた異なる２つ以上の掘削ビット１１，１２を有する構成とすることも可能である。図８(a)には後行ビット２２，３２をも剣先ビット類とする構成例を、図８(b)には後行ビット２０，３０を平先ビットとする構成例を示す。
【００３５】
また図９に示すように、最内周ビットを最先行ビット３５とし、最先行ビット３５の外周側にのみに後行ビットを有する構成とすることも可能である。図９(a)には、最先行ビット３５の外周側に平先ビットで構成される２列の後行ビット１３，２５を有する構成例を示す。図９(b)には、最先行ビット３５の外周側に剣先ビットで構成される２列の後行ビット１４，２６を有する構成例を示す。後行ビットの列数は１列又は３列以上としてもよい。
【００３６】
また図１０に示すように、最外周ビットを最先行ビット２７とし、最先行ビット２７の内周側にのみに後行ビットを有する構成とすることも可能である。図１０(a)には、最先行ビット２７の内周側に平先ビットで構成される２列の後行ビット１５，３６を有する構成例を示す。図１０(b)には、最先行ビット２７の内周側に剣先ビットで構成される２列の後行ビット１６，３７を有する構成例を示す。後行ビットの列数は１列又は３列以上としてもよい。
【００３７】
以上の図８から図１０に示した後行ビット１３−１６，２０，２２，２５，２６，３０，３２，３６，３７のそれぞれに関しも、上述した角度の条件を適用して構成することにより、同様の作用効果を得て実施することができる。
なお、いずれの場合も、最も先端側に位置する最先行ビットの掘削幅に対して、後行ビットの掘削幅が等しいか小さくされていることが好ましい。
【００３８】
〔掘削工法と作用効果〕
以上説明した掘削工具を用いて地盤を掘削するには、従来の掘削工法における先端工具として本掘削工具（１Ａ，１Ｂ）を適用すればよい。
すなわち、図３に示した円筒体４０が固定されたケーシング又は鋼管杭５０を掘削装置に掴持させ、本掘削装置により円筒体４０を先端にして地盤に押し込みながら、その中心軸回りに回転させて掘削ビット（１０，２０，３０）により地盤を掘削し図４に示したような円形の掘削溝を形成して掘り進むことにより行う。
正転、逆転を繰り返すことにより中心軸回りに揺動させて掘り進む工法をとってもよい。
また、掘削装置が既に地盤に建て込まれた既設杭を掴むことで、地盤から反力を得て本掘削工具を地盤に圧入しながら掘り進む工法をとってもよい。
【００３９】
掘削過程としては、まず中央先行ビット１０が図４の掘削幅Ｗｍに相当する範囲に先行掘削溝を形成し、次に、外周後行ビット２０が上記先行掘削溝の縁部であって掘削幅Ｗｔに相当する範囲を押圧し圧縮荷重を負荷する。これにより地盤は破断線７０で破断し、図１１に示す破断部９０に相当するような破断塊が分離して上記先行掘削溝に落としこまれる。同じように内周後行ビット３０が掘削幅Ｗｎに相当する範囲を押圧し圧縮荷重を負荷し、破断線７１で破断分離した破断塊が上記先行掘削溝に落としこまれる。外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０は、中央先行ビット１０と径方向に隣り合っておらず、周方向に間隔を隔てているので、破断塊は支障なく上記先行掘削溝に落下する。
次に、破断線７０，７１より先端方向に残った地盤を外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０がそれぞれ掘削するとともに、中央先行ビット１０の掘削により上記先行掘削溝は先端方向に進展する。
やがて破断線７０，７１での破断分離が再び起こる。
【００４０】
以上のようにして中央先行ビット１０、外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０による掘削進行に伴い、外周後行ビット２０及び内周後行ビット３０の圧縮荷重負荷による破断分離を繰り返し起こしながら、地盤を掘り進む。
すなわち、先行ビット１０により形成した先行掘削溝の縁部に後行ビット２０（３０）により圧縮荷重を負荷することにより、当該後行ビット２０（３０）から軸方向に離れて先行掘削溝の内側面に露出する破断線７０（７１）に沿って当該縁部を破断させ、後行ビット２０（３０）が未通過の部分を破断除去しながら掘り進む。
そのため、掘削能力を大幅に向上させることができるとともに、後行ビット２０（３０）の摩耗が減少し、交換寿命が長期化するので途中で交換することなくより高深度の掘削を遂行できる。
上述の破断分離が生じるため、掘削装置からの小さい出力で掘削を進行することができる。したがって、掘削能力が向上し、低騒音化、低振動化が図られるとともに、掘削装置における機械寿命も長くなる。
先行ビット及び後行ビットがそれぞれ周方向に均等分散配置されており、また先行して先行ビットが掘削した後に後行ビットが芯ブレを抑制しつつ掘削するので、掘削の直進性が良好である。
掘削の直進性が良好であるので、深く掘り進んでも軸精度が良く掘削装置のトルク出力の増分を低く抑えることができ、低騒音化、低振動化が図られるとともに、掘削装置における機械寿命も長くなる。
上述の破断分離が生じるため、空間が生じて水や掘削片（粉）が通過しやすくなり、掘削片（粉）の排出性が良く、掘削片（粉）の掘削ビット等への固結が少なく、掘削能力を高く維持できる。
また以上述べたように掘削能力が高く、掘削の直進性が良好であるので、より高トルクが必要となるより大径の掘削も比較的容易に施工できたり、より高深度の掘削を可能としたり、施工期間を短縮できたりする。
低騒音、低振動であるので都市型工事に適する。
以上のように本掘削工法によれば、掘削能力、低振動性及び低騒音性の向上や交換寿命の長期化が図られ高深度掘削を効率的に行うことができる。  
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ   掘削工具
１Ｂ   掘削工具
１０   中央先行ビット
２０   外周後行ビット
３０   内周後行ビット
４０   円筒体
５０   ケーシング又は鋼管杭
７０，７１    破断線
ＡＨ   半直線
ＲＨ   半直線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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