(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、正（Ｎ−１）角形状の輪郭を有する掘削ビットをボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転させつつ、角速度「ω」で自転せしめ、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットは半径（Ｎ−１）２ ｒの円に内接する輪郭を有しており、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの公転角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項２】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、正（Ｎ＋１）角形状の輪郭を有する掘削ビットをボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転させつつ、角速度「ω」で自転せしめ、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットは半径「（Ｎ＋１）２ ｒ」の円に内接する輪郭を有しており、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットの公転角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２   以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項３】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、ロッドに「Ｎ−１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットを用い、該ブレード状掘削ビットのロッドを掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドから半径方向に離隔して設け、該ロッドを中心にブレード状掘削ビットを自転しつつ前記ボーリングロッドの周囲を公転せしめ、前記ブレード状掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２   以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項４】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、ロッドに「Ｎ＋１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットを用い、該ブレード状掘削ビットのロッドを掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドから半径方向に離隔して設け、該ロッドを中心にブレード状掘削ビットを自転しつつ前記ボーリングロッドの周囲を公転せしめ、前記ブレード状掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲で自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２   以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項５】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ−１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ−１）２   以下で（１／４）（Ｎ−１）２   以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項６】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ＋１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２ 以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削方法。
【請求項７】
頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットを備え、該掘削ビットは半径（Ｎ−１）２ ｒの円に内接する輪郭を有しており、ボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転しつつ角速度「ω」で自転し、その公転角速度は「（１−Ｎ）ω」となる様に構成されており、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率が２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値であることを特徴とする掘削装置。
【請求項８】
頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットを備え、該掘削ビットは半径「（Ｎ＋１）２ ｒ」の円に内接する輪郭を有しており、ボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転しつつ角速度「ω」で自転し、その公転角速度は「（Ｎ＋１）ω」となる様に構成されており、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率が２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値であることを特徴とする掘削装置。
【請求項９】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、ロッドに「Ｎ−１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットとを有しており、該ブレード状掘削ビットのロッドは前記ボーリングロッドから半径方向に離隔して設けられ且つその周囲を自転しつつ公転する様に構成されており、前記ブレード状掘削ビットが前記ロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削装置。
【請求項１０】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、ロッドに「Ｎ＋１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットとを有しており、該ブレード状掘削ビットのロッドは前記ボーリングロッドから半径方向に離隔して設けられ且つその周囲を自転しつつ公転する様に構成されており、前記ブレード状掘削ビットが前記ロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削装置。
【請求項１１】
頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ−１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に、前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削装置。
【請求項１２】
頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ＋１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴とする掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボーリング孔の掘削作業、あるいは機械工作の穿孔加工等において、断面形状が非円形の孔（通し孔あるいは先止まり孔）を掘削する方法及び装置に関する。
より詳細には、本発明は、例えば地盤等へのボーリング孔の掘削、あるいは機械工作での穿孔加工の際に、断面形状が正Ｎ角形状（Ｎ個の各頂角が等角で、各辺長が等しい形状）となる様に穿孔する掘削方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、ボーリング孔の掘削作業に関連して説明すると、動力を用いて土を掘削する際には、掘削ビットを回転するのが最も有効な掘削方法の一つである。その際に、掘削の形状は当然円形となる。
しかし、掘削目的によっては円形でない方が望ましい場合もある。例えば、地下鉄その他の鉄道に利用するトンネルにおいては、四角形断面の方が掘削量に無駄がない（図５１及び図５２参照）。
【０００３】
また、垂直ボーリングによって改良するべき地盤における施工部分の全面に亘って掘削を行って地盤改良を行う場合においては、図５３に示す様に、円形掘削では重複する部分が多い。これに対して、例えば断面形状が六角形のボーリング孔掘削であれば、図５４に示す様に、全く重複掘削をすること無く、施工すべき箇所の全面に亘って掘削をすることが可能である。そして、重複掘削による無駄なコストを削減する事が出来るので、施工コストを大幅に節減することが出来る。
【０００４】
この様に、非円形断面の掘削には種々のメリットがある。しかし、非円形断面を有する掘削を穿孔するのに有効な技術は、現時点ではさほど提供されてはいない。
【０００５】
また、ボーリング孔掘削における上記の問題と同様な問題が、機械加工などで母材に通し孔或いは先止まり孔を切削加工或いは研削加工する場合においても存在する。
そして、非円形断面を有する通し孔或いは先止まり孔を穿孔するのに有効な技術が現時点では提供されてはいない点も同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した様な実状に鑑み提案されたものであり、ボーリング掘削において非円形の断面形状、特に正多角形の断面形状を有するボーリング孔の掘削を可能とし、且つ、非円形の断面形状を有する通し孔或いは先止まり孔を切削加工或いは研削加工によって穿孔することを可能にした掘削方法及び装置の提供を目的としている。
【０００７】
【知見】
発明者は研究の結果、次の様な技術的事項を見出した。
（Ａ）  半径「（Ｎ−１）２ｒ」の円に内接する正（Ｎ−１）角形を、その円の中心（Ｎ−１角形の重心）を軸に角速度「ω」で自転させつつ、半径「ｒ」の円周上を角速度「（１−Ｎ）ω」で公転させる時、この正（Ｎ−１）角形の掃過範囲は、半径「Ｎ（Ｎ−２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状曲線に囲まれた範囲となる。
そして、上記の正（Ｎ−１）角形を、軸心（重心）から頂点を結ぶ長さ「Ｌ＝（Ｎ−１）２  ｒ」の線分とし、角速度「ω」で自転させつつ半径「ｒ」の円周上を角速度「（１−Ｎ）ω」で公転させると、上記と同様に、正（Ｎ−１）角形の頂点に当たる線分の先端は、半径「Ｎ（Ｎ−２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の曲線を画き、線分はその内側を掃過する。
（Ｂ）  また、この線分を、半径「ｒ」との比率が「（Ｎ−１）２  」より小さく、すなわち、線分「Ｌ」の先端が、前記半径「（Ｎ―１）２ｒ」の円に内接する正（Ｎ−１）角形の頂点より内側（重心寄り）に入った線分とすれば、その先端の軌跡は、Ｎ個の頂点を有してその頂点間を重心側に湾曲した曲線で連結した形状となり、線分はその囲まれた範囲を掃過する。
（Ｃ）  一方、半径「（Ｎ＋１）２ｒ」の円に内接する正（Ｎ＋１）角形を、その円の中心を軸に角速度ωで自転させつつ、半径「ｒ」の円周上を角速度「（Ｎ＋１）ω」で公転させる時には、この正（Ｎ＋１）角形の掃過範囲は、半径「Ｎ（Ｎ＋２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の曲線に囲まれた範囲となる。
そして、上記と同様に正（Ｎ＋１）角形を、重心から頂点に至る線分「Ｌ」としても、正（Ｎ＋１）角形を掃過することができる。
（Ｄ）  また、この線分「Ｌ」を、半径「ｒ」との比率が「（Ｎ＋１）２  」より小さく、すなわち、線分の先端が、前記半径「（Ｎ＋１）２ｒ」の円に内接する正（Ｎ＋１）角形の頂点より内側（重心寄り）に入った線分とすれば、その先端の軌跡は、Ｎ個のラウンド（Ｒ）を有する頂点と、その頂点間を曲線で連結した閉曲線を形成し、線分はその囲まれた範囲を掃過する。
なお、上記知見及び本明細書において、角速度に付された正負の符号は、正符号のついた角速度と負符号のついた角速度とは、回転方向が互いに反対方向である事を示すために付されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した知見に基づいて創作されたものである。
本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、正（Ｎ−１）角形状の輪郭を有する掘削ビットをボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転させつつ、角速度「ω」で自転せしめ、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットは半径（Ｎ−１）２ｒの円に内接する輪郭を有しており、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの公転角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項１）。
【０００９】
また、本発明の掘削装置では、頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットを備え、該掘削ビットは半径（Ｎ−１）２ｒの円に内接する輪郭を有しており、ボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転しつつ角速度「ω」で自転し、その公転角速度は「（１−Ｎ）ω」となる様に構成されており、前記正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率が２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値であることを特徴としている（請求項７）。
【００１０】
このように構成された本発明の掘削方法及び掘削装置によれば、例えば上記の比率が（Ｎ−１）２ である場合には、前記した知見（Ａ）に基づき、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットが前記線分に相当して正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掃過することが出来、そして、その掃過範囲は、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットによって掘削される。
すなわち、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットが、半径「Ｎ（Ｎ−２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の範囲を掃過し、以って、正Ｎ角形状のボーリング孔が掘削されるのである。
【００１１】
次に、上記本発明の掘削方法では、頂点を結ぶ辺が（実質的に）直線である正Ｎ角形の断面形状を有するボーリング孔を掘削するものであるが、ここで、例えば摩擦杭の様に断面積に比較して断面の周長（断面形状の輪郭の長さ）を長くしたい場合がある。
【００１２】
その様な要請に応えるためには、前記知見（Ｂ）に基づき、前記比率を、（Ｎ−１）２ よりも小さく、（１／４）（Ｎ−１）２ 以上とすれば、掘削ビットの掃過範囲の断面形状が、Ｎ個の頂点を有し、且つ、曲線（ボーリング孔の中心線側に湾曲する湾曲線）から成る単一の閉じた領域から構成される形状となる。
従って、摩擦杭等の施工に適した断面形状、すなわち断面積に対して輪郭線の周長が長い形状の断面を有するボーリング孔を掘削することが出来る。
【００１３】
ここで、前記比率が（１／４）（Ｎ−１）２ よりも小さいと、掘削されたボーリング孔の断面積が複数の閉じた領域から構成される形状となってしまう。その様な断面形状は、通常のボーリング孔掘削工事では需要が無い。すなわち、複数の閉じた領域から構成される断面形状は、施工現場の要請に対して応えるものではない。
【００１４】
一方、上記の比率が（Ｎ−１）２ を多少超えたとしても、ボーリング孔掘削工事の施工上は問題は生じない。その様な場合、Ｎ角形の断面形状ではなく、円形に近い断面形状となる。
しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまうので、非円形断面を有する掘削を行う実益に乏しい結果となる。
従って、上記比率が２（Ｎ−１）２  を超えない様に設定することが好ましい。
【００１５】
また本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、ロッドに「Ｎ−１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットを用い、該ブレード状掘削ビットのロッドを掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドから半径方向に離隔して設け、該ロッドを中心にブレード状掘削ビットを自転しつつ前記ボーリングロッドの周囲を公転せしめ、前記ブレード状掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項３）。
【００１６】
これに対応する本発明の掘削装置は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、ロッドに「Ｎ−１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットとを有しており、該ブレード状掘削ビットのロッドは前記ボーリングロッドから半径方向に離隔して設けられ且つその周囲を自転しつつ公転する様に構成されており、前記ブレード状掘削ビットが前記ロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としている（請求項９）。
【００１７】
このように構成された本発明の掘削方法及び装置によれば、例えば上記の比率が（Ｎ−１）２  である場合には、前記した知見（Ａ）に基づき、ブレード状掘削ビットが前記線分に相当して正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掃過することが出来、そして、その掃過範囲は、掘削ビットによって掘削される。すなわち、掘削ビットは、半径「Ｎ（Ｎ−２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の範囲を掃過して正Ｎ角形状のボーリング孔が掘削される。
【００１８】
上記本発明の掘削方法では、頂点を結ぶ辺が（実質的に）直線である正Ｎ角形の断面形状を有するボーリング孔を掘削するものであるが、ここで、例えば摩擦杭の様に断面積に比較して断面の周長（断面形状の輪郭の長さ）を長くしたい場合がある。
その様な要請に応えるためには、前記知見（Ｂ）に基づき、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離「ｒ」と当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離「Ｌ」との比率、或いはモニタがボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離「ｒ」と地盤掘削用の流体の到達距離「Ｌ」との比率を、「（Ｎ−１）２  」よりも小さくすれば、掘削ビットの掃過範囲の断面形状が、Ｎ個の頂点を有し、且つ、曲線（ボーリング孔の中心線側に湾曲する湾曲線）から成る単一の閉じた領域から構成される形状となる。
従って、摩擦杭等の施工に適した断面形状、すなわち断面積に対して輪郭線の周長が長い形状の断面を有するボーリング孔を掘削することが出来る。
【００１９】
この場合においても、前記比率が（１／４）（Ｎ−１）２  よりも小さいと、掘削されたボーリング孔の断面積が複数の閉じた領域から構成される形状となってしまい、掘削工事の実情にそぐわない断面形状となってしまう。
【００２０】
一方、上記の比率が（Ｎ−１）２  を多少超えても、掘削工事の施工上は、通常、問題は無く、Ｎ角形状よりも円形に近い断面形状に掘削出来る。しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまい、非円形断面を有する掘削を行う実益が無くなる。
そのため、上記比率は２（Ｎ−１）２  を超えないことが好ましい。
【００２１】
なお、上記ブレード本数は、（Ｎ−１）本を放射状に、その先端が正（Ｎ−１）角となるよう円周方向等間隔に配置するのが好ましい。また、（Ｎ−１）本未満の場合には、それぞれ正（Ｎ−１）角のいずれかの頂角に向けて配置するのが好ましい。
【００２２】
本発明において、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビット、ブレード状ビット、掘削用流体の何れを使用する場合においても、掘削される掘削の断面形状は、正（Ｎ−１）角形が偏心回転によって創成される包絡線であって、掘削される正Ｎ角形の各頂角には丸みが付き、また、各辺は厳密な意味において直線とは言い得ない。しかし、実用上、本発明により掘削される掘削の断面形状は、正Ｎ角形と考えて何ら問題は無い。
【００２３】
そして本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ−１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項５）。
【００２４】
係る方法に対応する本発明の掘削装置は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ−１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に、前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（１−Ｎ）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ−１）２  以下で（１／４）（Ｎ−１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項１１）。
【００２５】
係る構成を具備する本発明の掘削方法及び装置によれば、前記比率を「（Ｎ−１）２  」とした場合には、前記知見（Ａ）に基づき、噴射された掘削用流体が、前記線分に相当してＮ個の頂点を有する正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削することができる。
【００２６】
また、前記比率を「（Ｎ−１）２  」より小さくすれば、前記知見（Ｂ）に基づき、前記掘削用流体が掘削する範囲はＮ個の頂点を有し、かつ曲線からなる単一の閉じた領域から構成された概略Ｎ角形状の断面を有するので、表面積が大きいことを要求される摩擦杭等の施工に適した断面形状となる。
【００２７】
この場合においても、前記比率が（１／４）（Ｎ−１）２  よりも小さいと、掘削されたボーリング孔の断面積が複数の閉じた領域から構成される形状となり、ボーリング孔の断面積の制御が困難となり、掘削工事の実情にそぐわない断面形状となってしまう。
【００２８】
一方、上記の比率が（Ｎ−１）２  を多少超えても、掘削工事の施工上は、Ｎ角形状というよりも円形に近い断面形状となることを除けば、通常、問題は無いと考えられる。しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまい、非円形断面を有する掘削を行う実益が無くなる。そのため、上記比率は２（Ｎ−１）２  を超えないことが好ましい。
【００２９】
本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、正（Ｎ＋１）角形状の輪郭を有する掘削用モニタをボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転させつつ、角速度「ω」で自転せしめ、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削用モニタは半径「（Ｎ＋１）２  ｒ」の円に内接する輪郭を有しており、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削用モニタの公転角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削用モニタの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削用モニタの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項２）。
【００３０】
係る方法に対応する本発明の掘削装置は、頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットを備え、該掘削ビットは半径「（Ｎ＋１）２  ｒ」の円に内接する輪郭を有しており、ボーリング孔の中心と同心で半径「ｒ」の円周上を公転しつつ角速度「ω」で自転し、その公転角速度は「（Ｎ＋１）ω」となる様に構成されており、前記正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率が２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値であることを特徴としている（請求項８）。
【００３１】
係る構成を有する本発明の掘削方法及び装置によれば、例えば上記比率が「（Ｎ＋１）２  」となる様に設定すれば、前記知見（Ｃ）に基づき、正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットが前記線分に相当して半径「Ｎ（Ｎ＋２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の断面形状を掃過し、その範囲（すなわち、Ｎ角形状の断面を有する範囲）を掘削して、断面Ｎ角形のボーリング孔を掘削することが出来る。
【００３２】
そして、上記比率を「（Ｎ＋１）２  」より小さくすれば、前記知見（Ｄ）に基づいて、正（Ｎ＋１）角形状の掘削ビットの掃過範囲は丸みを持ったＮ個の頂点を有し曲線によって閉じた領域で構成された形状の範囲とすることが出来る。
その様な断面形状は、表面積が大きいことを要求される摩擦杭等の施工に適している。
【００３３】
この場合において、前記比率が（１／４）（Ｎ＋１）２  よりも小さいと、掘削されたボーリング孔の断面積が複数の閉じた領域から構成される形状となり、ボーリング孔の断面積の制御が困難となり、掘削工事の実情にそぐわなくなる恐れが存在する。
【００３４】
一方、上記の比率が（Ｎ＋１）２  を多少超えても、掘削工事の施工上は、Ｎ角形状というよりも円形に近い断面形状となることを除けば、通常、問題は無いと考えられる。
しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまい、非円形断面を有する掘削を行う実益が無くなる。
そのため、上記比率は２（Ｎ＋１）２  を超えないことが好ましい。
【００３５】
また、本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、ロッドに「Ｎ＋１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットを用い、該ブレード状掘削ビットのロッドを掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドから半径方向に離隔して設け、該ロッドを中心にブレード状掘削ビットを自転しつつ前記ボーリングロッドの周囲を公転せしめ、前記ブレード状掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲で自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項４）。
【００３６】
係る方法に対応する本発明の掘削装置は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、ロッドに「Ｎ＋１」本以下のブレードを放射状に配置して構成したブレード状掘削ビットとを有しており、該ブレード状掘削ビットのロッドは前記ボーリングロッドから半径方向に離隔して設けられ且つその周囲を自転しつつ公転する様に構成されており、前記ブレード状掘削ビットが前記ロッドの周囲を自転する角速度が「ω」である場合に当該掘削ビットが前記ボーリングロッドの周囲を公転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項１０）。
【００３７】
上述した構成を具備する本発明において、例えば前記比率を「（Ｎ＋１）２  」に設定すれば、前記知見（Ｃ）に基づき、ブレード状掘削ビットが前記線分に相当して半径「Ｎ（Ｎ＋２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の断面形状を掃過し、その範囲を掘削して、断面正Ｎ角形状のボーリング孔を掘削することが出来る。
【００３８】
なお、上記ブレード本数は、（Ｎ＋１）本を放射状に、その先端が正（Ｎ＋１）角となるよう円周方向等間隔に配置するのが好ましい。また、（Ｎ＋１）本未満の場合には、それぞれ正（Ｎ＋１）角のいずれかの頂角に向けて配置するのが好ましい。
【００３９】
本発明において、例えば前記比率を「（Ｎ＋１）２  」より小さく設定すれば、前記知見（Ｄ）に基づき、ブレード状掘削ビットは、Ｎ個の頂点を有してその頂点間を湾曲した曲線で結んだ単一の閉じた曲線内を掃過し、概略Ｎ角形状の水平断面形状を有するボーリング孔を掘削することができる。
ここで、前記比率が「（１／４）（Ｎ＋１）２  」よりも小さい場合には、ボーリング孔の断面形状は曲線から成る複数個の閉じた領域から構成されてしまう。その様な形状は、ボーリング孔掘削という需要に対して好適ではない。従って、前記比率は「（１／４）（Ｎ＋１）２  」以上の数値を選択するべきである。
【００４０】
一方、上記の比率が（Ｎ＋１）２  を多少超えても、掘削工事の施工上は、Ｎ角形状というよりも円形に近い断面形状となることを除けば、問題は無いと考えられる。
しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまい、非円形断面を有する掘削を行う意味が無くなる。
そのため、上記比率は２（Ｎ＋１）２  を超えないことが好ましい。
【００４１】
本発明の掘削方法は、頂角数がＮ個の概略Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削方法において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ＋１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項６）。
【００４２】
係る方法に対応する本発明の掘削装置は、頂角数がＮ個の正Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置において、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドと、該ボーリングロッドに設けられ且つその周囲を回転する様に構成された掘削用モニタと、該掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転しつつ掘削用流体を半径方向に噴射する「Ｎ＋１」本以下のノズルとを有し、前記ノズルが前記モニタの周囲を回転する角速度が「ω」である場合に前記モニタが前記ボーリングロッドの周囲を回転する角速度は「（Ｎ＋１）ω」となり、前記モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離に対する前記掘削用流体の到達距離の比率を２（Ｎ＋１）２  以下で（１／４）（Ｎ＋１）２  以上の範囲の数値としたことを特徴としている（請求項１２）。
【００４３】
上述した様な構成を具備する本発明によれば、例えば上記比率を「（Ｎ＋１）２  」に設定すれば、前記知見（Ｃ）に基づき、掘削するべきボーリング孔の中心線と同軸のボーリングロッドに設けた掘削用モニタが当該ボーリングロッドの周囲を回転し、掘削用モニタの周縁部に設けられ且つ該モニタの周囲を回転するノズルから掘削用流体を噴射してその掘削する範囲は半径「Ｎ（Ｎ＋２）ｒ」の円に外接する正Ｎ角形状の範囲となる。
【００４４】
そして、上記比率を「（Ｎ＋１）２  」以下に設定すれば、前記知見（Ｄ）に基づき、噴射された掘削用流体は知見（Ｄ）でいう「線分」に相当し、丸みを持ったＮ個の頂点を有し曲線によって閉じられた領域内を掘削して正Ｎ角形状の断面形状を有するボーリング孔を掘削することができる。
ここで、前記比率が「（１／４）（Ｎ＋１）２  」よりも小さい場合には、ボーリング孔の断面形状は曲線から成る複数個の閉じた領域から構成されてしまい、ボーリング孔掘削という需要に対して好適ではない。
従って、前記比率は「（１／４）（Ｎ＋１）２  」以上の数値を選択するべきである。
【００４５】
一方、上記の比率が（Ｎ＋１）２  を多少超えても、掘削工事の施工上は、Ｎ角形状というよりも円形に近い断面形状となることを除けば、問題は無いと考えられる。
しかし、上記比率が余りに大きいと、掘削されたボーリング孔の断面形状は概略円形となってしまい、非円形断面を有する掘削を行う意味が無くなる。
そのため、上記比率は２（Ｎ＋１）２  を超えないことが好ましい。
【００４６】
なお、ここで、前記ノズルは２個１対で設け、前記掘削用流体が所謂「交差噴流」を形成するのが好ましい。交差噴流であれば、掘削用流体の到達距離を極めて高精度に制御出来るからである。
【００４７】
このように、本発明によれば、ブレード状の掘削ビットあるいはモニタ周縁部に設けたノズルから噴射される掘削用流体によって正多角形状の掘削が可能で、地盤に対するボーリング孔の掘削、その他の各種掘削施工に適用することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００４９】
まず、図１〜図２１を参照して前記知見（Ａ）に基づいて正（Ｎ−１）角形を回転し正Ｎ角形を創成する（あるいは、正（Ｎ−１）角形状の掘削ビットにより正Ｎ角形状のボーリング孔を掘削する）方法について説明する。
図１には、各頂点を符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで示す正方形（ボーリング孔）Ｈをその正方形Ｈに内接する正三角形（掘削ビット）Ｔを回転して創成（掘削）する例が示されている。そして、図２〜図７には、その正三角形Ｔによって正四角形孔Ｈが順次創成される態様が示されている。
【００５０】
図において、正三角形Ｔ（正（Ｎ−１）角形状の輪郭を有する掘削ビット）は、１辺が２ａの正方形（ボーリング孔）Ｈに内接し、その重心（図心）Ｇが正方形Ｈの中心Ｏから半径「ｒ」の軌道Ｒを反時計回りに公転しており、その回転角（公転する角度）をθで示している。そして、正三角形Ｔは時計回りに公転速度の１／３の速度で自転しており、その回転角（自転する角度）をφで示す。
また、正三角形Ｔの重心Ｇから頂点Ｐまでの距離Ｌは、Ｌ＝ａ／ｃｏｓ３０°であり、また、正方形Ｈと正三角形Ｔの重心（Ｏ、Ｇ）間距離「ｒ」は、ｒ＝Ｌ−ａ＝（ｓｅｃ３０°−１）ａであってこの「ｒ」が公転軌道Ｒの半径となっている。
【００５１】
図２は、正三角形Ｔの頂点Ｐと重心Ｇとを結ぶ線分ＬがＸ軸と重なった状態であって、この状態を回転角θ＝０°とする。
以下、図３および図４はそれぞれθ＝４５°および９０°の回転時を示し、正三角形Ｔはφ＝１５°および３０°反対方向に回転し、その頂点Ｐの軌跡が正方形Ｈの一辺を形成している。そして、図５のθ＝１３５°での頂角部は丸みを形成して、図６および図７のθ＝１８０°および２７０°で次の辺が形成されている。同様にして正三角形Ｔの図示しない他の頂点で各辺が形成され、正方形Ｈが正方形状に形成される。
【００５２】
図８は、前記図１〜図７で説明した様な正三角形（掘削ビット）Ｔを回転した際の頂点Ｐの軌跡を包絡線で表現したものである。そして、頂点Ｐの軌跡が正方形Ｈを形成するのが明示されている。なお図８において、正三角形Ｔの重心Ｇの軌跡が、符号Ｇ−Ｔで示されている。
ここで、図８で示されているように、創成される正方形Ｈは、正三角形Ｔの偏心回転による包絡線であり、その各頂角には丸みが付き、また、各辺は厳密な意味において直線とは言い得ない。しかし、図８で示す正方形Ｈの形状は、ボーリング孔の掘削においては、実用上、正方形（正４角形）と考えて問題は無い。
【００５３】
また、図９には、正方形Ｔ４で正五角形Ｈ５が、そして、図１０には正五角形Ｔ５で正六角形Ｈ６が創成される例が示されている。
この場合、軌道円半径「ｒ」は、両多角形重心間距離（ＯＧ）であり、
ｒ＝ａ｛ｓｅｃ（π／Ｎ）−１｝／２  となる。
ただし、ａは正Ｎ角形の中心Ｏと一辺間の距離である（図９参照）。
【００５４】
上記の各例により、正（Ｎ−１）角形を偏心回転させて正Ｎ角形状が創成されることを説明したが、後記（図１７〜図１９）にて詳述するが、正（Ｎ−１）角形の重心（回転中心）と各頂点を結ぶ線分を回転すれば、同様にその先端は正Ｎ角形を描き、その線分をブレード状の掘削ビット（或いは掘削流体のジェット）とすれば、正多角形状のボーリング孔が掘削できることは、容易に理解できる。
図１１〜図１６は、正三角形状（図１１）から正八角形状（図１６）までのボーリング孔Ｈ３〜Ｈ８およびカッタ軸の回転中心（重心）の軌道Ｒ３〜Ｒ８を、それぞれ示している。
【００５５】
次に、そのカッタによる掘削の実施形態について、図１７〜図２１を参照して説明する。なお、ここでは正多角形の重心位置に設けられたモニタの周縁部に、円周方向等間隔に設けたノズルから正多角形の頂点に向けジェットを噴出して掘削する例で説明するが、重心位置から放射状に頂点に伸びるブレード状の掘削カッタであっても全く同様である。
【００５６】
図１７〜図２１では、角速度ωで半径「ｒ」の円周上を公転し、角速度３ωで反対方向に自転して一辺の長さａの正４角形状にボーリング孔を掘削（改良体造成）する実施形態を例に説明する。
図１７において、交差噴流を構成するジェットＪ１、Ｊ２は単一の矢印Ｊで表現しており、ノズルＮ１、Ｎ２も点Ｎで表現して、図示を簡略化している。
【００５７】
図１７は、正方形断面を有する改良体１０の造成の１過程を模式的に示す断面図であって、この図において、ノズルＮの軌跡（公転軌跡）ＴＬが構成する円の半径寸法が「ｒ」であって、ノズルＮの初期位置（図１７で示す位置）の座標（ｘ、ｙ）は（ｒ、０）となり、これを一般化すると次式（２）、（３）の通りになる。
ｘ＝ｒ・ｃｏｓΩｔ  ・・・・  （２）
ｙ＝ｒ・ｓｉｎΩｔ  ・・・・  （３）
この式（２）、（３）において、符号ΩはノズルＮが図示しないモニタの周囲を回転する角速度（公転角速度）である。
なお、図１７で示す初期位置において、ノズルＮからのジェットＪはＸ軸上を左方向に噴射されており、その先端は符号Ｊ−Ｅで示されている。
【００５８】
図１７において、ノズルＮの公転軌跡は、１辺の長さがａの正三角形が正方形１０（１辺の長さがａの正方形）に常に内接する様に移動している場合における当該正三角形の重心の軌跡に一致する。
【００５９】
図１８〜図２１は、ジェットＪによる切削の進捗を図示したものであり、符号θはノズルＮの公転した角度を示している。
図１８は、ノズルＮが前記図１７で示す位置（初期位置）に対して反時計方向にπ／２（ｒａｄ）だけ公転した状態を示している。そして、ノズルＮは、公転速度Ω（＝３ω＝（Ｎ−１）ω：Ｎ＝４）の１／３の角速度「−ω」で反対方向に自転するので、そこから噴射されるジェットＪは、Ｘ軸に対して平行とはならず、図１８で示す様な角度（自転による回転角度）を有している。そして、ノズルＮの公転及び自転によってジェットＪも移動し、その先端Ｊ−Ｅも移動する。
その結果、図１８においてハッチングを付して示す領域が切削され、地盤改良材と混合される。ここで、当該改良された領域の断面形状は、従来の円形断面を有する改良体では形成し得なかった断面形状となっている。
【００６０】
この際に、切削・改良された領域（ハッチングを付して示す領域）において、点Ｆと点Ｊ−Ｅとを結ぶ線分は、Ｙ軸と平行な直線になっている。換言すれば、ジェットＪの先端は、Ｙ軸と平行に図中の上方に移動している。
なお、符号ＴＬは公転軌跡を示している。この段階においても、点Ｆと点Ｊ−Ｅとを結ぶ線分は、Ｙ軸と平行な直線となっている。なお図示の簡略化のため、図１９〜図２１においては、改良された領域にハッチングを付していない。
【００６１】
図１９は、ノズルＮが初期位置に対して反時計方向にθ＝π（ｒａｄ）だけ公転移動した状態を示している。この段階においては、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｙ軸に平行に移動した後に、Ｘ軸と平行に図中の時計方向に移動している。図２０で示す段階、すなわちノズルＮが初期位置に対してθ＝５π／４だけ公転移動した段階では、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは、Ｘ軸と平行に図中の時計方向へ、さらに移動している。そして、ノズルＮがθ＝２π（ｒａｄ）だけ公転移動すると（換言すれば公転軌跡ＴＬ上を１回転すると）、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは図２１で示す様な位置に到達する。
【００６２】
なお、図示は省略したが、ノズルＮが初期位置に対してθ＝６πだけ公転移動すると、すなわち公転軌跡ＴＬ上を３回転すると、ジェットＪの先端Ｊ−Ｅは初期位置Ｆまで戻り（すなわち、自転を１回転行い）、正方形断面すなわち正４角形状の断面を有する領域が切削される。
また、図１７〜図２１において、掘削された正方形断面１０の角部には若干のラウンド（Ｒ）がつくが、直角な角部とラウンドのついた角部との差異は、実際の施工に際しては無視出来る程度の小さなものである。
【００６３】
次に、前記知見（Ｃ）に基づく実施形態について、図２２〜図２５を参照して説明する。
ここで、図２２〜図２５の実施形態においては、ボーリング孔の断面形状（正Ｎ角形状）は４角形である。すなわち、Ｎ＝４である。
なお、正「Ｎ＋１」（５）角形状の輪郭を有する掘削ビットで説明するが、正（Ｎ＋１）角形の重心から各頂角へ放射状に伸びるブレード状掘削カッタ（またはジェット）についても全く同様に掘削できることは、前例の説明と同様である。
【００６４】
図２２〜図２５において、正５角形状（正「Ｎ＋１」角形状）のカッタＰ（正（Ｎ＋１）角形状の輪郭を有する掘削ビット）は、その重心（図心）Ｇがボーリング孔Ｈの中心Ｏから半径「ｒ」の円周軌道Ｒを時計回りに移動（公転）しており、その回転角（公転する角度）が符号「θ」で示されている。
ここで、カッタＰの重心が描く軌跡の半径「ｒ」は、カッタＰに外接する円（図２２〜図２５では図示せず）の半径の１／２５（すなわち１／（Ｎ＋１）２）である。換言すれば、正５角形状のカッタＰは、半径２５ｒ（すなわち、「（Ｎ＋１）２  ｒ」）の円（図２２〜図２５では図示せず）に内接する輪郭を有している。
一方、カッタＰは公転すると共に自転をしており、その自転速度は前記公転速度の１／５（すなわち「１／（Ｎ＋１）」）の速度であり、その回転角（自転する角度）は符号「ψ」で示されている。
【００６５】
図２２〜図２５に示す５角形カッタＰの掘削ビットの掃過範囲を考察するに際して、以下、５角形カッタＰの頂点ＰＥ−１の軌跡のみを考慮する。
なお図２２〜図２５において、符号「ＩＳ」で示すのは、完全に正方形をしたボーリング孔が掘削可能であると仮定した場合における断面形状であり、換言すれば、理想的な断面形状を示している。
【００６６】
図２２には、カッタＰは当初の状態に対して２７０゜公転し、且つ、５４゜自転した状態が示されている。これにより、カッタＰの１つの頂点ＰＥ−１は、原点Ｐ−Ｏから符号「ＴＲ−２１」で示す軌跡を描く。
【００６７】
図２３の状態では、カッタＰは６３０゜公転し、且つ、１２６゜自転している。これにより、カッタＰの頂点ＰＥ−１は、符号「ＴＲ−２２」で示す軌跡を描いている。
【００６８】
図２４の状態では、カッタＰは１２６０゜公転し、且つ、２５２゜自転している。これにより、カッタＰの頂点ＰＥ−１は、符号「ＴＲ−２３」で示す軌跡を描いている。
【００６９】
図２５の状態では、カッタＰは１８００゜公転し、且つ、３６０゜自転している。すなわち、カッタＰは自転により一回転をしているので、その頂点ＰＥ−１は、符号「ＴＲ−２４」で示す様な閉じた形状の軌跡を描く。この軌跡ＴＲ−２４と、理想的な断面形状ＩＳとを比較すると、軌跡ＴＲ−２４（すなわち、カッタＰにより掘削される領域の断面形状）は、その４隅部が円弧状になっている。
しかしながら概略４角形状の軌跡を描いており、実用的には、四角形断面のボーリング孔を掘削したものと考えて差し支えない。
【００７０】
以上、図２２〜図２５において、前記知見（Ｃ）に基づく正（Ｎ＋１）角形による正Ｎ角形状孔の創成を５角形状掘削ビットによる４角形孔の創成を例に説明し、他の任意Ｎ角形状孔についての例は省略したが、同様に創成することができる。
【００７１】
次に、前記知見（Ｂ）の様に、モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離「ｒ」と、前記地盤掘削用流体の到達距離「Ｌ」との比率を、或いは、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離と、当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離との比率（すなわち、公転半径と自転中心から掘削ビット先端までの距離との比Ｌ／ｒ）を、（Ｎ−１）２  より小さくすれば、掘削ビットＴ、Ｐの掃過範囲の断面形状をＮ個の頂点を有して且つ頂点と頂点とを結ぶ辺が湾曲線で構成されている形状に形成できる。
図２６〜図３１は、前記比率を（Ｎ−１）とした場合において、図１７〜図２１で説明した実施形態によって掘削されたボーリング孔の断面形状を示している。
ここで、図２６はＮ＝３、図２７はＮ＝４、図２８はＮ＝５、図２９はＮ＝６、図３０はＮ＝７、図３１はＮ＝８の場合をそれぞれ示している。
【００７２】
また、図３２に前記公転半径「ｒ」と自転中心から掘削ビット先端までの距離Ｌとの比率（「モニタが前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離と、前記地盤掘削用流体の到達距離との比率」、或いは、「前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離と、当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離との比率」）Ｌ／ｒを「Ｎ」とした場合について、Ｎ＝４の例が示されている。
【００７３】
なお、図２６〜図３１の実施形態の説明において、その他の構成等については、図１７〜図２１の実施形態と概略同様である。
【００７４】
上記のように、公転半径「ｒ」と自転中心から掘削ビット先端までの距離Ｌとの比率（モニタがボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離と、前記地盤掘削用の流体の到達距離との比率、或いは、前記ブレード状掘削ビットの自転中心が前記ボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離と、当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離との比率）Ｌ／ｒを、（Ｎ−１）よりもさらに小さくすれば、掘削ビットＴ、Ｐの先端軌跡を、曲線から成る複数個の閉じた領域から構成され、且つ前記ボーリング孔の中心に対して対称となる様な形状とすることが可能である。
図３４〜図３９は、当該「複数個の閉じた領域」がＮ個であり、且つ、前記比率Ｌ／ｒを「１」にした場合における前記図１７〜図２１の実施形態によって創成されたボーリング孔の断面形状を示している。
ここでは、図３４はＮ＝３、図３５はＮ＝４、図３６はＮ＝５、図３７はＮ＝６、図３８はＮ＝７、図３９はＮ＝８の場合をそれぞれ示している。
なお、このように前記比率Ｌ／ｒが小さく、先端の軌跡が複数個の閉じた領域を形成する場合には、ブレード状掘削ビット（またはジェット）の掃過領域は、前記閉じられた領域内にとどまらない。
【００７５】
また、図３３は、「複数個の閉じた領域」が（Ｎ＋１）個であり、且つ、前記比率を「Ｎ−２」にした場合におけるＮ＝４のボーリング孔の断面形状を示している。
【００７６】
次に、知見（Ｄ）に基づく実施形態を図４０〜図４５に示す。
図４０〜図４２は、Ｎ＝４の正Ｎ角形状のボーリング孔を（Ｎ＋１）＝５本のブレード状掘削ビットを用い、ブレード状掘削ビットの自転中心がボーリング孔の中心線から離隔する半径方向距離「ｒ」と、当該掘削ビットの自転中心から先端までの距離「Ｌ」との比率を／ｒをそれぞれ２７、１８および９に変えた場合を示している。
また、図４３〜図４５は、Ｎ＝６の正Ｎ角形状のボーリング孔を（Ｎ＋１）＝７本のブレード状掘削ビットを用い、前記比率Ｌ／ｒをそれぞれ３３．７５、１８および９に変えた場合を示している。
この様に、前記比率Ｌ／ｒを（Ｎ＋１）２  より小さくして行くと、創成される正Ｎ角形状ボーリング孔の頂角部のラウンド（Ｒ）が、漸次大きくなり、花のような形状が形成される。
【００７７】
次に、図４６〜図４８を参照して、ブレード状掘削ビットを用いて正Ｎ角形（例えば正方形：正４角形）の断面形状を有するボーリング孔を掘削する掘削装置の実施形態について説明する。
【００７８】
図４６および図４７は、（特に図４６で示す様な）中央で連結された３本のブレードＲ１、Ｒ２、Ｒ３を有するカッタ或いは掘削ビットＴ−１を、図１〜図８で説明した様に自転及び公転して正三角形（掘削ビット：図１〜図８の符号「Ｔ」）によるのと同様に、正方形（正四角形）状のボーリング孔を掘削する実施形態を説明している。
【００７９】
図４６において、全体を符号Ｔ−１で示すブレード状掘削ビットは、自転中心Ｖ−Ｏを中心として円周方向に等間隔に配置された３本のブレードＲ１、Ｒ２、Ｒ３を有しており、ブレードＲ１、Ｒ２、Ｒ３の各々には、掘削用のチップＢＢＣが複数設けられている。
ここで、ブレード状掘削ビットＴ−１の自転中心Ｖ−Ｏは、各ブレードＲ１〜Ｒ３が等長であるから、各ブレードの頂点Ｒ１−Ｐ、Ｒ２−Ｐ、Ｒ３−Ｐを結んで出来る正３角形の重心になる。
【００８０】
前記自転中心Ｖ−Ｏは、ブレード状掘削ビットＴ−１によって掘削されるボーリング孔Ｈの中心Ｏに対し、距離「ｒ」だけ偏心している。ボーリング孔Ｈの中心Ｏは、図３９において符号１００で示すボーリングマシンのボーリングロッド６０の中心軸と一致している。
換言すれば、ブレード状掘削ビットＴ−１は、その自転中心Ｖ−Ｏが、図３９において符号１００で示すボーリングマシンのボーリングロッド６０の中心軸Ｏから距離「ｒ」だけ離れた円周上を公転しつつ、自転している。
【００８１】
図４６および図４７に示す実施形態において、ブレード状掘削ビットＴ−１が自転する角速度が「ω」である場合に、前記ボーリングロッド６０（或いは、ボーリング孔Ｈの中心Ｏ）の周囲をブレード状掘削ビットＴ−１が公転する角速度は「（１−Ｎ）ω」である。
また、前述した様に、ブレード状掘削ビットＴ−１の自転中心Ｖ−Ｏがボーリング孔Ｈの中心Ｏ（或いは、ボーリングロッド６０の中心軸）から離隔する半径方向距離は「ｒ」であるが、ブレード状掘削ビットＴ−１の自転中心Ｖ−Ｏから各ブレードＲ１、Ｒ２、Ｒ３の先端Ｒ１−Ｐ、Ｒ２−Ｐ、Ｒ３−Ｐまでの距離は「（Ｎ−１）２  ｒ」となる様に設定されている。
その結果、ブレード状掘削ビットＴ−１の掃過範囲、すなわち当該掘削ビットＴ−１で掘削されるボーリング孔Ｈの断面形状は、半径「Ｎ（Ｎ−２）ｒ」の円に外接する正４角形状となる。
【００８２】
なお、図４６および図４７の実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図８の実施形態と同様である。
【００８３】
さらに、図４６および図４７と同様に、図４８で示す様な中央で連結された５本のロッドから成る断面形状を有するカッタ或いは掘削ビットＰ−１を、図２２〜図２５で説明した様に自転及び公転をすれば、図４８において点線で示す形状のカッタ（正三角形状のカッタ：図２２〜２５の符号「Ｐ」）と同様に、正方形（正四角形）状のボーリング孔が掘削出来る。
【００８４】
以上の各実施形態の説明では、正Ｎ角形状のボーリング孔の掘削を、（Ｎ−１）本のブレード状掘削ビットまたはジェットを公転とは逆方向に回転する、あるいは（Ｎ＋１）本のブレード状掘削ビットまたはジェットを公転と同方向に回転することで掘削する例を示してきた。
しかし、ブレード状掘削ビットまたはジェットは、（Ｎ−１）本以下、あるいは（Ｎ＋１）本以下であっても同様にして正Ｎ角形状孔の掘削は可能である。なお、この際、これらの各ビットまたはジェットは、正（Ｎ−１）角形あるいは正（Ｎ＋１）角形の頂角に向けて設ける必要がある。
【００８５】
また、図４９および図５０は、正Ｎ角形状のボーリング孔の掘削に用いる（Ｎ−１）角形状の掘削ビット（図４９）またはジェット（図５０）にさらに副次的なビットまたはジェットを追加して構成した実施形態である。
すなわち、図４９において、正方形状のボーリング孔Ｈを、正３角形状の掘削ビットＴによって掘削するに際し、そのビットＴとは６０°位相をずらせた副ビットＴａを設けて施工を行う。また、図５０に示すジェットによる掘削では、等間隔（１２０°）の主ジェットＪ１〜Ｊ３の間に副次的なジェットＪａ１〜Ｊａ３を設けて施工している。
【００８６】
以上、図示した前記各実施形態は例示であって本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示した実施形態においては、主として正４角形断面或いは正５角形断面を有するボーリング孔を地盤に掘削する場合に関して説明しているが、所望の正Ｎ角形状の断面形状を有する孔を掘削する場合についても、本発明は広く適用可能である。また、地盤のみならず、非常に硬い岩盤にボーリング孔を掘削する場合や、或いは機械加工における各種母材への切削、研削またはアブレイシブジェットなどによる穿孔に対しても本発明を適用することが出来る。
そして、本発明は、その他にも種々の変形、変更が可能である旨を付記する。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように構成された本発明によれば、正Ｎ角形状のボーリング孔を掘削するという、従来は不可能であった要請に応える事が出来、しかも、実施或いは施工が容易である。そして本発明は、地盤に対する孔の掘削にとどまらず、岩盤その他に対する掘削、あるいは機械加工に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎である知見（Ａ）を４角形状孔の創成を例に説明する図。
【図２】図１の掘削の創成を説明する図。（θ＝０°）
【図３】図２から回転した状態（θ＝４５°）を説明する図。
【図４】図３から回転した状態（θ＝９０°）を説明する図。
【図５】図４から回転した状態（θ＝１３５°）を説明する図。
【図６】図５から回転した状態（θ＝１８０°）を説明する図。
【図７】図６から回転した状態（θ＝２７０°）を説明する図。
【図８】図１〜図７に示した回転する掘削ビット先端の軌跡を包絡線で示す図。
【図９】知見（Ｃ）を五角形状孔の掘削で説明する平面図。
【図１０】さらに別の例（六角形状孔）を示す平面図。
【図１１】本発明による三角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１２】本発明による四角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１３】本発明による五角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１４】本発明による六角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１５】本発明による七角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１６】本発明による八角形状孔の実施形態を示す平面図。
【図１７】本発明の実施形態による掘削の１過程を模式的に示す断面図。
【図１８】図１７の実施形態により地盤を切削する１過程を模式的に示す断面図。
【図１９】地盤を切削する１過程を模式的に示す断面図。
【図２０】地盤を切削する１過程を模式的に示す断面図。
【図２１】地盤を切削する１過程を模式的に示す断面図。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態による地盤切削の１過程を模式的に示す断面図。
【図２３】図２２の掘削の１過程を模式的に示す断面図。
【図２４】図２３から進んだ１過程を模式的に示す断面図。
【図２５】図２４から進んだ１過程を模式的に示す断面図。
【図２６】本発明の他の実施形態による三角形状孔の例を示す平面図。
【図２７】本発明の他の実施形態による四角形状孔の例を示す平面図。
【図２８】本発明の他の実施形態による五角形状孔の例を示す平面図。
【図２９】本発明の他の実施形態による六角形状孔の例を示す平面図。
【図３０】本発明の他の実施形態による七角形状孔の例を示す平面図。
【図３１】本発明の他の実施形態による八角形状孔の例を示す平面図。
【図３２】本発明の別の実施形態により掘削されたボーリング孔の断面形状を示す平面図。
【図３３】本発明のその他の実施形態により掘削されたボーリング孔の断面形状を示す平面図。
【図３４】本発明のさらに他の実施形態による三角形状孔の例を示す平面図。
【図３５】本発明のさらに他の実施形態による四角形状孔の例を示す平面図。
【図３６】本発明のさらに他の実施形態による五角形状孔の例を示す平面図。
【図３７】本発明のさらに他の実施形態による六角形状孔の例を示す平面図。
【図３８】本発明のさらに他の実施形態による七角形状孔の例を示す平面図。
【図３９】本発明のさらに他の実施形態による八角形状孔の例を示す平面図。
【図４０】本発明のさらに他の実施形態による四角形状孔の例を示す平面図。
【図４１】図４０に対して公転半径と回転中心から先端までの距離との比率を変えた例を示す平面図。
【図４２】図４０に対して公転半径と回転中心から先端までの距離との比率を変えた別の例を示す平面図。
【図４３】本発明のさらに他の実施形態による六角形状孔の例を示す平面図。
【図４４】図４３に対して公転半径と回転中心から先端までの距離との比率を変えた例を示す平面図。
【図４５】図４３に対して公転半径と回転中心から先端までの距離との比率を変えた別の例を示す平面図。
【図４６】本発明の掘削装置の一実施形態で用いられるブレード状掘削ビットを示す平面図。
【図４７】図４６で示すブレード状掘削ビットを用いてボーリング孔を掘削する状態を示す正面断面図。
【図４８】ブレード状掘削ビットの形状変数の例を示す図。
【図４９】副次的な掘削ビットを設けた実施形態を示す平面図。
【図５０】副次的なジェットを設けた実施形態を示す平面図。
【図５１】円形断面のトンネルを示す図。
【図５２】四角形断面のトンネルを示す図。
【図５３】従来の地盤全面掘削を円形掘削で施工した場合を示す図。
【図５４】地盤全面掘削を六角形掘削で施工した場合を示す図。
【符号の説明】
Ｈ・・・掘削
Ｏ・・・掘削中心
Ｒ・・・軌道円
Ｔ、Ｐ、Ｔ−１・・・カッタ（掘削ビット）
Ｇ・・・掘削手段重心
ｒ・・・軌道円半径
θ・・・（公転）回転角
φ、ψ・・・掘削手段（自転）回転角
【図１】
0004553284.tif 000002
【図２】
0004553284.tif 000003
【図３】
0004553284.tif 000004
【図４】
0004553284.tif 000005
【図５】
0004553284.tif 000006
【図６】
0004553284.tif 000007
【図７】
0004553284.tif 000008
【図８】
0004553284.tif 000009
【図９】
0004553284.tif 000010
【図１０】
0004553284.tif 000011
【図１１】
0004553284.tif 000012
【図１２】
0004553284.tif 000013
【図１３】
0004553284.tif 000014
【図１４】
0004553284.tif 000015
【図１５】
0004553284.tif 000016
【図１６】
0004553284.tif 000017
【図１７】
0004553284.tif 000018
【図１８】
0004553284.tif 000019
【図１９】
0004553284.tif 000020
【図２０】
0004553284.tif 000021
【図２１】
0004553284.tif 000022
【図２２】
0004553284.tif 000023
【図２３】
0004553284.tif 000024
【図２４】
0004553284.tif 000025
【図２５】
0004553284.tif 000026
【図２６】
0004553284.tif 000027
【図２７】
0004553284.tif 000028
【図２８】
0004553284.tif 000029
【図２９】
0004553284.tif 000030
【図３０】
0004553284.tif 000031
【図３１】
0004553284.tif 000032
【図３２】
0004553284.tif 000033
【図３３】
0004553284.tif 000034
【図３４】
0004553284.tif 000035
【図３５】
0004553284.tif 000036
【図３６】
0004553284.tif 000037
【図３７】
0004553284.tif 000038
【図３８】
0004553284.tif 000039
【図３９】
0004553284.tif 000040
【図４０】
0004553284.tif 000041
【図４１】
0004553284.tif 000042
【図４２】
0004553284.tif 000043
【図４３】
0004553284.tif 000044
【図４４】
0004553284.tif 000045
【図４５】
0004553284.tif 000046
【図４６】
0004553284.tif 000047
【図４７】
0004553284.tif 000048
【図４８】
0004553284.tif 000049
【図４９】
0004553284.tif 000050
【図５０】
0004553284.tif 000051
【図５１】
0004553284.tif 000052
【図５２】
0004553284.tif 000053
【図５３】
0004553284.tif 000054
【図５４】
0004553284.tif 000055