JP6447741B2 - 掘削工具 - Google Patents

Description

本発明は、ケーシングパイプの先端側に配置されたリングビットと、ケーシングパイプ内に挿通されたパイロットビットにより掘削を行う、いわゆる二重管式の掘削工具に関する。
本願は、２０１６年８月９日に、日本に出願された特願２０１６−１５６４３１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

このような掘削工具として、例えば特許文献１には、円管状のケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの先端部に接合される円筒状のケーシングトップと、前記ケーシングトップの先端部に同軸かつケーシングトップの軸線回りに回転自在に取り付けられ、前記ケーシングパイプ内に挿通されたインナービット（パイロットビット）と、前記パイロットビットに対して軸線方向の先端側および軸線回りに係合可能とされる円環状のリングビットとを備えた掘削工具が記載されている。

特許第５４０２３９７号公報

特許文献１に記載された掘削工具では、リングビットの内周部に挿入されるパイロットビットの先端部よりも後端側にパイロットビットの外径が一段大きくなる突部が形成されている。この突部がケーシングパイプの内周側に張り出したリングビットの後端部に当接することにより、リングビットはパイロットビットに対して軸線方向の先端側に係合し、パイロットビットの後端部に取り付けられるダウンザホールハンマー等からの打撃力が伝達される。

しかし、特許文献１に記載された掘削工具では、軸線方向の先端側を向いて軸線方向の先端側への打撃力を伝達するパイロットビットの打撃力伝達面と、軸線方向の後端側を向いてこの打撃力伝達面と当接し、前記打撃力が伝達されるリングビットの打撃力被伝達面とが、それぞれ軸線方向には１つであるため、パイロットビットに与えられた打撃力がこれら１つずつの打撃力伝達面と打撃力被伝達面に集中し、早期に摩耗を生じるおそれがあった。また、パイロットビットとリングビットの軸線方向への総当接面積を大きく確保することもできないため、パイロットビットに大きな打撃力が与えられたときには、この打撃力を十分に伝達することが困難となるおそれもあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、打撃力の集中を防いでパイロットビットとリングビットの早期の摩耗を抑制するとともに、大きな打撃力がパイロットビットに与えられたときでも確実にリングビットに伝達することが可能な掘削工具を提供することを目的としている。

前記課題を解決するために、本発明の掘削工具は、軸線を中心とした円管状のケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの先端部に回転可能かつ前記ケーシングパイプの前記軸線方向の先端側に係合して取り付けられた、円筒状または円環状のリングビットと、前記リングビットの内周部に挿入されて、軸線回りに回転されつつ前記軸線方向の先端側に打撃力が与えられるパイロットビットとを有する。前記パイロットビットの外周部には、複数の突部が前記軸線方向に間隔をあけて形成され、前記リングビットの内周部には、前記軸線方向の後端側から前記突部が挿通可能な前記軸線方向に延びる凹溝と、この凹溝から削孔時の前記パイロットビットの回転方向に延びて前記複数の突部のうち少なくとも１つの突部を収容可能な収容溝が形成されている。前記少なくとも１つの突部には、前記回転方向を向く回転力伝達面が形成され、前記収容溝には、前記回転方向とは反対側を向いて前記回転力伝達面が当接可能な回転力被伝達面（回転力受面）が形成されている。前記複数の突部のうち２つ以上の突部には、前記軸線方向の先端側を向く前記打撃力伝達面が前記軸線方向に間隔をあけて形成され、前記リングビットには、前記軸線方向の後端側を向いて前記打撃力伝達面がそれぞれ当接可能な２つ以上の打撃力被伝達面（打撃力受面）が前記打撃力伝達面の前記軸線方向の間隔と等間隔に形成されている。

このように構成された掘削工具では、パイロットビットとリングビットにそれぞれ２つ以上の複数の打撃力伝達面と打撃力被伝達面が前記軸線方向に等間隔に形成されているので、これらの打撃力伝達面と打撃力被伝達面は同時に当接する。このため、リングビットにパイロットビットから伝達される打撃力を、これら複数ずつの打撃力伝達面と打撃力被伝達面に分散して伝達することができ、個々の打撃力伝達面と打撃力被伝達面の摩耗を抑えてリングビットやパイロットビットの寿命を延長できる。また、パイロットビットとリングビットの総当接面積を大きく確保できるので、パイロットビットに大きな打撃力が与えられたときでも、この打撃力を効率的にリングビットに伝達できる。

さらに、前記打撃力伝達面と前記打撃力被伝達面とを、前記軸線に対する外周側に向かうに従い前記軸線方向の後端側に向かうように傾斜して形成した場合には、これら打撃力伝達面と打撃力被伝達面の総当接面積をさらに大きく確保することができ、打撃力を一層確実に分散して伝達することが可能となって、摩耗をより確実に抑えることができるとともに、さらに効率的な打撃力の伝達を図ることができる。

前記複数の突部のうち前記軸線方向に隣接する２つの突部においては、前記軸線方向の先端側の突部の周方向の長さを前記軸線方向の後端側の突部の周方向の長さよりも短くすることにより、この先端側の突部が挿通される部分の前記凹溝の周方向の長さを、後端側の突部が挿通される部分の凹溝の周方向の長さよりも短くして、パイロットビットを軸線方向の先端側に抜け止めしてもよい。この場合、削孔時に前記少なくとも１つの突部を収容溝に収容した状態で凹溝に土砂が詰まった場合に、パイロットビットを削孔時の回転方向とは反対側に回転させて土砂を排出するようなときでも、パイロットビットの掘削孔内への脱落を防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、パイロットビットとリングビットの摩耗を抑えて寿命の延長を図ることができるとともに、効率的な打撃力の伝達を促すことが可能となる。

本発明の掘削工具の一実施形態を示す側断面図である。 図１に示す実施形態におけるパイロットビットの突部がリングビットの収容溝に収容されていない状態の正面図である。 図１に示す実施形態におけるパイロットビットの突部がリングビットの収容溝に収容された状態の正面図である。 図１に示す実施形態におけるパイロットビットの側断面図である。 図１に示す実施形態におけるパイロットビットの正面図である。 図１に示す実施形態におけるリングビットの側断面図である。 図１に示す実施形態におけるリングビットの正面図である。 図１に示す実施形態におけるリングビットの側断面図である。 図１に示す実施形態におけるリングビットの後方からの斜視図である。

図１〜図９は、本発明の一実施形態を示す。本実施形態において、ケーシングパイプ１は、鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心とした円管状に形成されている。ケーシングパイプ１は、必要に応じて軸線Ｏ方向の後端側（図１における右側）に同軸に順次継ぎ足されて掘削孔内に挿入される。最先端のケーシングパイプ１の先端部には、ケーシングトップ１Ａがその先端部をケーシングパイプ１の先端から軸線Ｏ方向の先端側に突き出させて同軸に固定されている。

本実施形態のケーシングトップ１Ａは、鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心とした円筒状に形成され、その内径および外径はケーシングパイプ１の内径および外径よりも一回り大きくされていて、後端部内周を前記最先端のケーシングパイプ１の先端部外周に嵌め入れた状態で前記ケーシングパイプ１に溶接等により接合されている。ケーシングパイプ１の先端から突き出たケーシングトップ１Ａの内周部には、円環状の係合溝１Ｂが軸線Ｏ回りに一周して形成されており、この係合溝１Ｂの軸線Ｏ方向の後端側を向く溝壁は軸線Ｏに垂直とされ、先端側を向く溝壁は外周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜している。

ケーシングトップ１Ａの先端部には、ケーシングトップ１Ａに対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ軸線Ｏ方向には先端側と後端側とに係合させられて抜けないように、円筒状または円環状のリングビット２が同軸に取り付けられている。
ケーシングパイプ１の内周には、図示されないロッド等の伝達部材が、必要に応じて順次継ぎ足されて同軸に挿入されている。最後端の伝達部材は、削孔時の回転方向Ｔへ向けての軸線Ｏ回りの回転力と、必要に応じて軸線Ｏ方向の先端側に向けての推力を与える掘削装置に連結される。最先端の伝達部材の先端部には、軸線Ｏ方向の先端側に向けての打撃力を与える図示されないダウンザホールハンマー等のハンマーを介して、パイロットビット３が取り付けられ、パイロットビット３の先端部が、リングビット２の内周部に同軸に挿入されている。

リングビット２の本体は、鋼材等の金属材料により形成されていて、この本体の外径は先端部２Ａで最も大きく、先端部２Ａよりも後端側の中間部２Ｂで一段縮径した後、中間部２Ｂよりも後端側の後端部２Ｃで一段拡径するように形成され、後端部２Ｃの外径は先端部２Ａの外径よりは小さい。リングビット２の後端部２Ｃは、その外径が前記ケーシングトップ１Ａの係合溝１Ｂの内径よりも僅かに小さく、軸線Ｏ方向の長さも係合溝１Ｂより僅かに短くされている。中間部２Ｂの外径は係合溝１Ｂよりも先端側のケーシングトップ１Ａの内径よりも僅かに小さく、中間部２Ｂの軸線Ｏ方向の長さは、ケーシングトップ１Ａの係合溝１Ｂより先端側の部分の長さよりも僅かに長くされている。

リングビット２は、図１に示すように、後端部２Ｃが係合溝１Ｂ内に収容可能とされていて、この状態で上述のようにケーシングトップ１Ａに対して軸線Ｏ回りに回転可能、かつ軸線Ｏ方向の先端側と後端側へ移動不能に係合されている。後端部２Ｃを係合溝１Ｂに収容してリングビット２をケーシングトップ１Ａに取り付けるには、例えば特許文献１に記載されている掘削工具と同様に、ケーシングトップ１Ａを軸線Ｏに直交する断面においてＣ字状に形成しておいて、リングビット２の後端部２Ｃをケーシングトップ１Ａの先端側から圧入等により押し込み、ケーシングトップ１Ａを弾性変形させて後端部２Ｃを係合溝１Ｂに収容してからケーシングトップ１Ａの周方向の１箇所の突き合わせ部を接合すればよい。あるいは、ケーシングトップ１Ａを周方向に半割状に形成して、リングビット２の後端部２Ｃを係合溝１Ｂに収容してからケーシングトップ１Ａの周方向の２箇所の突き合わせ部を接合してもよい。

リングビット２の後端部２Ｃにおける軸線Ｏ方向の先端側を向く壁面は、軸線Ｏに垂直とされるとともに、後端側を向く壁面は、係合溝１Ｂの先端側を向く溝壁と等しい角度で外周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜している。最も大きいリングビット２の先端部２Ａの外径は、ケーシングトップ１Ａの外径よりも大きくされており、この先端部２Ａの外周面は軸線Ｏ方向の先端側に向かうに従い拡径する。

リングビット２の先端面の外周部は、外周側に向かうに従い後端側に傾斜した円錐台面状のゲージ面とされている。このゲージ面よりも内周側の、リングビット２の内周部の周りの部分は、軸線Ｏに垂直なフェイス面とされている。これらゲージ面とフェイス面には、リングビット２の本体よりも硬度の高い超硬合金等の硬質材料よりなる円柱状の掘削チップ４の基端部が埋設され、掘削チップ４の半球状の先端部がそれぞれゲージ面およびフェイス面から垂直に突出している。

リングビット２の内径（最小内径）は、ケーシングパイプ１の内径よりも小さくされていて、リングビット２の内周部には、図７および図８に示すように、軸線Ｏ方向の後端から先端側へ延びる複数の凹溝５と、これら凹溝５のそれぞれから回転方向Ｔに延びる少なくとも１つの収容溝６とが形成されている。本実施形態では、凹溝５は３本であるが、本発明では１本、２本、４本以上とすることも可能である。また、本実施形態では、凹溝５はリングビット２の先端面に開口するが、本発明では、凹溝５がリングビット２の先端面に開口しない構成も可能である。本実施形態の収容溝６は、リングビット２の先端面に開口する第１収容溝６Ａと、第１収容溝６Ａの後端から一定の間隔をあけ、かつ、リングビット２の後端面からも一定の間隔をあけて形成された第２収容溝６Ｂとを有している。

凹溝５と収容溝６（第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂ）の溝深さは互いに等しく、軸線Ｏから凹溝５および収容溝６の溝底面までの半径が、軸線Ｏからケーシングパイプ１の内周面までの半径と略等しくされている。本実施形態では、３本の凹溝５が周方向に等間隔に間隔をあけて、すなわち１２０°のピッチで形成されている。先端側の第１収容溝６Ａは、各凹溝５から回転方向Ｔに延び、かつ、回転方向Ｔに隣接する他の凹溝５には達しないように、軸線Ｏ方向の先端側から見て、図７に示す通り円弧状に形成されている。第１収容溝６Ａと前記他の凹溝５との間には、軸線Ｏ方向に延びる一定幅の第３凸部２Ｆが形成され、第３凸部２Ｆの後端は第１凸部２Ｄの一端に直角に接続されている。一方、後端側の第２収容溝６Ｂは、リングビット２の内周部を一周するように円環状に形成されている。第２収容溝６Ｂは１２０°毎の３箇所で凹溝５と交差し、交差部分での段差はない。

本実施形態では、第１収容溝６Ａの回転方向Ｔとは反対側を向く溝壁が、回転力被伝達面６ａとされている。すなわち、第３凸部２Ｆの回転方向Ｔとは反対側を向く壁面が回転力被伝達面６ａとされている。リングビット２の内周部には、周方向に延びる一定幅の第１凸部２Ｄおよび第２凸部２Ｅが形成されている。第１凸部２Ｄは、第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂの間に、凹溝５が形成された部分を除いて形成されている。第２凸部２Ｅは、第２収容溝６Ｂとリングビット２の内周部の後端面との間に、凹溝５が形成された部分を除いて形成されている。これら第１凸部２Ｄおよび第２凸部２Ｅの軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面、すなわち第２収容溝６Ｂの軸線Ｏ方向の後端側を向く溝壁とリングビット２の内周部の後端面とが、本実施形態における２つ以上（２つ）の打撃力被伝達面６ｂとされている。

これらの打撃力被伝達面６ｂは、図６に示すように、外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に向かうように傾斜して形成されており、その軸線Ｏに対する傾斜角θは互いに等しく、例えば４０°〜８０°の範囲内とされている。これに対して、第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂの軸線Ｏ方向の先端側を向く溝壁は軸線Ｏに垂直とされ、従って第１凸部２Ｄおよび第２凸部２Ｅは、軸線Ｏに沿った断面において、軸線Ｏ方向の後端側に斜辺を有する台形状に形成されている。回転力被伝達面６ａと、凹溝５の回転方向Ｔと反対側を向く溝壁は、軸線Ｏ方向の先端側から見て、回転方向Ｔに向かうに従いリングビット２の内周側に向かう凹曲面状に形成されている。凹溝５の回転方向Ｔを向く溝壁は、回転方向Ｔと反対側に向かうに従い内周側に向かう凹曲面状に形成されている。

第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂの間の第１凸部２Ｄと、第２収容溝６Ｂとリングビット２の内周部の後端面との間の第２凸部２Ｅにおいて、凹溝５の回転方向Ｔを向く壁面の周方向の位置は、互いに同じにされている。一方、回転方向Ｔとは反対側を向く壁面の周方向の位置は、第１凸部２Ｄの部分よりも、第２凸部２Ｅの部分が回転方向Ｔ側に位置するように形成されている。一方、回転方向Ｔとは反対側を向く溝壁の周方向の位置も、この実施形態では、互いに同じにされている。従って、隣接する第２凸部２Ｅ間に形成される凹溝５の溝幅は、隣接する第１凸部２Ｄ間に形成される凹溝５の溝幅と同じである。ただし、本発明では、第１凸部２Ｄの部分よりも、第２凸部２Ｅの部分が回転方向Ｔ側に位置するように形成されていてもよい。この場合、隣接する第２凸部２Ｅ間に形成される凹溝５の溝幅は、隣接する第１凸部２Ｄ間に形成される凹溝５の溝幅よりも長くなる。

パイロットビット３は、鋼材等の金属材料により、図１および図４に示すように先端部が後端部に対して一段大径とされた軸線Ｏを中心とする多段円柱状に形成され、図１に示すように先端部がリングビット２の内周部に挿入された状態で軸線Ｏと同軸に配置される。パイロットビット３の小径の後端部は前記ハンマーと連結されるシャンク部３Ａとされ、シャンク部３Ａにハンマーおよび前記伝達部材が連結される。ハンマーおよび伝達部材とケーシングパイプ１との間には、軸線Ｏを中心とした円筒状をなす間隙部が形成されて、この間隙部は、削孔時に生成される土砂等の繰り粉の排出路になる。

パイロットビット３の先端部外周には、複数の突部７が軸線Ｏ方向に間隔をあけて形成されており、本実施形態ではこのように軸線Ｏ方向に間隔をあけた第１〜第３の３つの突部７Ａ〜７Ｃが、リングビット２の凹溝５と同数（３つ）の複数列をなして周方向に等間隔に形成されている。これら第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃは、その外周面が軸線Ｏを中心とした１つの円筒面上に位置するように形成されており、この円筒面の軸線Ｏからの半径は、軸線Ｏからリングビット２の凹溝５および収容溝６の溝底面までの半径と、軸線Ｏからケーシングパイプ１の内周面までの半径よりも僅かに小さく、軸線Ｏからのリングビット２の内周部の最小半径（軸線Ｏから第１凸部２Ｄおよび第２凸部２Ｅの内周面までの半径）よりは大きい。

第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの列同士の間の部分の外周側を向く面と、１つの列をなす第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの軸線Ｏ方向に間隔をあけた部分の外周側を向く面も、後述する排出溝を除いて軸線Ｏを中心とした１つの円筒面上に位置するように形成されており、この円筒面の軸線Ｏからの半径は、リングビット２の内周部の前記最小半径よりも小さい。従って、これら第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃは、軸線Ｏ方向の先端側から見て図５に示すように軸線Ｏを中心とする円弧状に形成されている。最先端の第１突部７Ａはパイロットビット３の先端面に達しているとともに、最後端の第３突部７Ｃはパイロットビット３の先端部の後端面に達している。

１つの列における第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの回転方向Ｔとは反対側を向く壁面同士は、周方向において同じ位置に配置されている。これに対して、１つの列の第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの回転方向Ｔ側を向く壁面に関しては、軸線Ｏ方向の中間の第２突部７Ｂと最後端の第３突部７Ｃの壁面が周方向において同じ位置にあって、これら壁面は、最先端の第１突部７Ａの壁面よりも回転方向Ｔ側に位置している。最先端の第１突部７Ａの回転方向Ｔを向く壁面が、本実施形態において回転力被伝達面６ａに当接する回転力伝達面７ａとされており、この回転力伝達面７ａは、軸線Ｏ方向の先端側から見て回転力被伝達面６ａと略等しい曲率を有し、回転方向Ｔに向かうに従いパイロットビット３の内周側に向かう凸曲面状に形成されている。

従って、第１突部７Ａの周方向の長さは、図５に示すように、第２、第３の突部７Ｂ、７Ｃの周方向の長さよりも短く、かつ、図２に示すようにリングビット２の隣接する第１凸部２Ｄの間の部分に形成された凹溝５よりも、第１突部７Ａは周方向に僅かに短い。これに対して、第２、第３の突部７Ｂ、７Ｃの周方向の長さは、リングビット２内周部の第２凸部２Ｅの間に形成された凹溝５の溝幅よりも長い。

第２、第３の突部７Ｂ、７Ｃの軸線Ｏ方向の先端側を向く壁面は、互いの軸線Ｏ方向の間隔が、リングビット２の２つの打撃力被伝達面６ｂ同士の軸線Ｏ方向の間隔と等間隔となるように形成されている。これら第２、第３の突部７Ｂ、７Ｃの軸線Ｏ方向の先端側を向く壁面が、本実施形態において２つ以上（２つ）の打撃力被伝達面６ｂにそれぞれ当接する２つ以上（２つ）の打撃力伝達面７ｂとされる。

これら２つの打撃力伝達面７ｂは、図１および図４に示すように、本実施形態ではリングビット２の２つの打撃力被伝達面６ｂと等しい軸線Ｏに対する傾斜角θで、軸線Ｏに対する外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に向かうように傾斜している。「２つ以上ずつの打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂの間隔が等間隔である」とは、例えば軸線Ｏからの半径が等しい位置における軸線Ｏ方向に隣接する打撃力伝達面７ｂ同士と打撃力被伝達面６ｂ同士の間隔が互いに等しいことをいう。第１、第２の突部７Ａ、７Ｂの軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面は、軸線Ｏに垂直とされている。

リングビット２の軸線Ｏ方向の先端側と後端側の打撃力被伝達面６ｂに、パイロットビット３の軸線Ｏ方向の先端側と後端側の打撃力伝達面７ｂを当接させた状態で、第１突部７Ａの軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面と第１収容溝６Ａの軸線Ｏ方向の先端側を向く溝壁との間と、第２突部７Ｂの軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面と第２収容溝６Ｂの軸線Ｏ方向の先端側を向く溝壁との間とには、図１に示すようにそれぞれ間隔があけられる。従って、第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂには、第１突部７Ａおよび第２突部７Ｂがそれぞれ収容可能とされる。

パイロットビット３の先端面は、この先端面に第１突部７Ａが達した部分である外周部が、リングビット２と同様に外周側に向かうに従い後端側に傾斜した円錐台面状のゲージ面とされるとともに、このゲージ面よりも内周側は軸線Ｏに垂直な円形のフェイス面とされている。ゲージ面とフェイス面には、パイロットビット３の本体よりも硬度の高い超硬合金等の硬質材料よりなる掘削チップ４が、それぞれゲージ面とフェイス面から垂直に突出するように植設されて取り付けられている。

パイロットビット３の先端面には、軸線Ｏから外周側に間隔をあけた位置から３つの第１突部７Ａの先端部の間の部分にそれぞれ向けて、外周側に向かうに従い溝深さが漸次深くなる３つの噴出溝８Ａが形成されている。パイロットビット３の先端部の外周面のうち周方向に隣接する第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの列の間の部分には、先端が前記噴出溝８Ａの外周端に連通して軸線Ｏに平行に延びる上述した３つの排出溝８Ｂがそれぞれ形成されており、この排出溝８Ｂは軸線Ｏ方向の後端側に向けて一定の深さで延びた後、パイロットビット３の先端部の後端手前で外周側に切れ上がっている。

パイロットビット３の内部には、シャンク部３Ａの後端から軸線Ｏに沿って先端側に向けて、前記ハンマーから供給される圧縮空気等のブロー孔９が形成されている。このブロー孔９は、パイロットビット３の先端部において３つずつの第１〜第３の分岐孔９Ａ〜９Ｃに分岐して、第１分岐孔９Ａは軸線Ｏ方向の先端側に向かうに従い外周側に延びて噴出溝８Ａに開口している。第２分岐孔９Ｂは、軸線Ｏ方向の先端側に向かうに従い外周側に延びて、パイロットビット３の先端部の外周面のうち第１突部７Ａよりも回転方向Ｔ側の部分に開口している。第３分岐孔９Ｃは、軸線Ｏ方向の後端側に向かうに従い外周側に延びて、排出溝８Ｂが外周側に切れ上がる部分に開口している。

このような掘削工具を製造するには、まず上述のようにリングビット２の後端部２Ｃをケーシングトップ１Ａの係合溝１Ｂ内に収容し、リングビット２をケーシングトップ１Ａに対して軸線Ｏ回りに回転可能、かつ、軸線Ｏ方向の先端側と後端側へは相互移動不能に係合させた後に、ケーシングトップ１Ａをケーシングパイプ１の先端部に接合する。

次いで、伝達部材およびハンマーの先端に取り付けたパイロットビット３をケーシングパイプ１の後端から挿入し、第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃの回転方向Ｔとは反対側を向く壁面を、図２に示すようにリングビット２内周部の第１凸部２Ｄおよび第２凸部２Ｅの回転方向Ｔを向く壁面に沿わせて、第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃからなる３つの列を３つの凹溝５にそれぞれ挿入しつつ、パイロットビット３の先端部をリングビット２の内部に挿入する。

第２突部７Ｂの周方向の長さは、隣接する第１凸部２Ｄの間の凹溝５の周方向の長さより長いので、第２突部７Ｂの軸線Ｏ方向の先端側を向く壁面である打撃力伝達面７ｂが、第１凸部２Ｄの軸線Ｏ方向の後端側を向く壁面、すなわち、第２収容溝６Ｂの軸線Ｏ方向の後端側である打撃力被伝達面６ｂに当接し、パイロットビット３はそれ以上挿入することができなくなる。

この状態からパイロットビット３を回転方向Ｔに回転させると、軸線Ｏ方向の先端側の第２突部７Ｂの打撃力伝達面７ｂおよび第２収容溝６Ｂの打撃力被伝達面６ｂと、軸線Ｏ方向の後端側の第３突部７Ｃの軸線Ｏ方向の先端側を向く壁面である打撃力伝達面７ｂおよびリングビット２の内周部の後端面である打撃力被伝達面６ｂとの軸線Ｏ方向の間隔は等しいので、これら後端側の打撃力伝達面７ｂおよび打撃力被伝達面６ｂも、図１に示すように、先端側の打撃力伝達面７ｂおよび打撃力被伝達面６ｂと同時に当接する。

さらに、パイロットビット３を回転して第１突部７Ａの回転方向Ｔを向く壁面である回転力伝達面７ａが第１収容溝６Ａの回転方向Ｔとは反対側を向く溝壁である回転力被伝達面６ａに当接したところで、図３に示すようにリングビット２とパイロットビット３とが回転方向Ｔに一体化する。この状態で、図３に示すように、リングビット２の凹溝５と、パイロットビット３の周方向に隣接した第２突部７Ｂおよび第３突部７Ｃの間の部分とが一致して、周方向に延びる３つの長円状の孔部が形成される。

このように構成される掘削工具では、リングビット２とパイロットビット３の先端面を岩盤に押し当てて、回転方向Ｔへの回転力と、軸線Ｏ方向の先端側の打撃力と、必要に応じて推力とを、パイロットビット３に与えることにより、回転力は回転力伝達面７ａから回転力被伝達面６ａを介してリングビット２に伝達され、打撃力は打撃力伝達面７ｂから打撃力被伝達面６ｂを介してリングビット２に伝達される。したがって、前記先端面に植設された掘削チップ４が岩盤を破砕して掘削孔を形成しつつ、この掘削孔に掘削工具が挿入されてゆく。また、リングビット２が回転可能かつ軸線Ｏ方向の先端側に係合したケーシングトップ１Ａおよびケーシングパイプ１も、非回転のまま掘削孔に挿入される。

こうして削孔を行う間は、前記ブロー孔９に圧縮空気等が供給されて第１〜第３の分岐孔９Ａ〜９Ｃから噴出し、削孔時に掘削チップ４によって生成される土砂等の繰り粉を、前記長円状の孔部からハンマーおよび伝達部材とケーシングパイプ１との間の前記間隙部を介して軸線Ｏ方向の後端側に排出する。また、所定の深さまで掘削孔が形成されて削孔が終了したときには、伝達部材およびハンマーを介してパイロットビット３を削孔時の回転方向Ｔとは反対側に回転させて第１〜第３の突部７Ａ〜７Ｃを凹溝５の位置に戻すことにより、伝達部材およびハンマーごとパイロットビット３をケーシングパイプ１から引き抜いて回収できる。

前記掘削工具では、パイロットビット３とリングビット２にそれぞれ２つ以上の複数の打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂが軸線Ｏ方向に等間隔に形成されており、上述したようにこれらの打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂは同時に当接して打撃力を伝達する。このため、パイロットビット３からリングビット２に伝達される打撃力を、これら複数ずつの打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂに分散して伝達できる。

従って、打撃力が同じであれば、個々の打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂとが受ける負荷を軽減することができ、これらの打撃力伝達面７ｂおよび打撃力被伝達面６ｂの摩耗を抑えてリングビット２やパイロットビット３の寿命を延長できる。
また、リングビット２の打撃力被伝達面６ｂとパイロットビット３の打撃力伝達面７ｂの総当接面積を大きく確保できるので、パイロットビット３に大きな打撃力が与えられたときでも、効率的にリングビット２に伝達できる。

また、本実施形態では、前記打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂとが、軸線Ｏに対する外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に向かうように傾斜している。このため、これら打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂの総当接面積をさらに大きく確保することができ、打撃力をより確実に分散して伝達できるとともに、摩耗も一層確実に防ぐことができる。

ただし、このように打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂとを外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向の後端側に向かうように傾斜させた場合に、その軸線Ｏに対する傾斜角θが大きすぎると総当接面積を十分に大きく確保することができなくなる一方、傾斜角θが小さすぎると打撃力伝達面７ｂが打撃力被伝達面６ｂに食い込んでしまい、上述のように削孔終了後にパイロットビット３を回収するのが困難となるおそれがある。このため、打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂの軸線Ｏに対する傾斜角θは、本実施形態のように４０°〜８０°の範囲内とされるのが望ましい。

さらに、本実施形態では、軸線Ｏ方向に隣接する第１、第２の２つの突部７Ａ、７Ｂにおいて、軸線Ｏ方向の先端側の第１突部７Ａの周方向の長さが軸線Ｏ方向の後端側の第２突部７Ｂの周方向の長さよりも短くされており、これに併せて第１突部７Ａが挿通される部分の凹溝５の周方向の長さ（周方向に隣接する第１凸部２Ｄ間の間隔）も、第２突部７Ｂが挿通される部分の凹溝５の周方向の長さ（周方向に隣接する第２凸部２Ｅ間の間隔）より短くされている。

従って、パイロットビット３は、軸線Ｏ方向において第２突部７Ｂが第２収容溝６Ｂの位置に配置された状態よりも先端側に抜け出ることができなくなるため、パイロットビット３をリングビット２の内周部に挿入するときや抜き出すとき、あるいは削孔時に第１、第２の突部７Ａ、７Ｂを第１収容溝６Ａおよび第２収容溝６Ｂに収容した状態で凹溝５に土砂が詰まった場合に、パイロットビット３を削孔時の回転方向Ｔとは反対側に回転させて土砂を排出するようなときでも、パイロットビット３が先端側に抜け出て掘削孔内に脱落するような事態が生じるのを防ぐことができ、パイロットビット３を確実に回収できる。

本実施形態では、リングビット２に２つの打撃力被伝達面６ｂが形成されてパイロットビット３の第２、第３の２つの突部７Ｂ、７Ｃに形成された打撃力伝達面７ｂがそれぞれ当接可能とされているが、リングビット２とパイロットビット３にそれぞれ３つ以上の互いに当接可能な打撃力被伝達面６ｂと打撃力伝達面７ｂを形成することにより、打撃力を伝達することも可能である。

また、本実施形態では、凹溝５がリングビット２の先端面に開口しているが、凹溝５はパイロットビット３を回収できるようにリングビット２内周部の後端側に少なくとも開口していればよく、例えば凹溝５がリングビット２の先端面には開口せず、また第１収容溝６Ａや第１突部７Ａがリングビット２とパイロットビット３に形成されていなくてもよい。この場合には、例えば第２収容溝６Ｂを回転方向Ｔ側が閉塞した「止まり溝」状として、その前記回転方向Ｔとは反対側を向く溝壁を回転力被伝達面６ａとし、この回転力被伝達面６ａに第２突部７Ｂの前記回転方向Ｔを向く壁面を回転力伝達面７ａとして当接させて回転力を伝達すればよい。

本発明の掘削工具は、打撃力の集中を防いでパイロットビットとリングビットの早期の摩耗を抑制するとともに、大きな打撃力がパイロットビットに与えられたときでも確実にリングビットに伝達することが可能であるから、産業上の利用が可能である。

１ ケーシングパイプ
１Ａ ケーシングトップ
１Ｂ 係合溝
２ リングビット
２Ｃ リングビット２の後端部
２Ｄ リングビット２の第１凸部
２Ｅ リングビット２の第２凸部
２Ｆ リングビット２の第３凸部
３ パイロットビット
４ 掘削チップ
５ 凹溝
６ 収容溝
６Ａ 第１収容溝
６Ｂ 第２収容溝
６ａ 回転力被伝達面
６ｂ 打撃力被伝達面
７Ａ パイロットビット３の第１突部
７Ｂ パイロットビット３の第２突部
７Ｃ パイロットビット３の第３突部
７ａ 回転力伝達面
７ｂ 打撃力伝達面
Ｏ ケーシングパイプ１の軸線
Ｔ 削孔時のパイロットビット３の回転方向
θ 打撃力伝達面７ｂと打撃力被伝達面６ｂの軸線Ｏに対する傾斜角

Claims (3)

1. 掘削工具であって、
   軸線を中心とした円管状のケーシングパイプと、
   前記ケーシングパイプの先端部に、前記軸線回りに回転可能、かつ該軸線方向の先端側に係合して取り付けられた円筒状または円環状のリングビットと、
   前記リングビットの内周部に挿入され、軸線回りに回転されつつ前記軸線方向の先端側に打撃力が与えられるパイロットビットとを有し、
   前記パイロットビットの外周部には、複数の突部が前記軸線方向に間隔をあけて形成され、
   前記リングビットの内周部には、前記軸線方向の後端側から前記突部が挿通可能とされ、前記軸線方向に延びる凹溝、および、前記凹溝から削孔時の前記パイロットビットの回転方向に延び、前記複数の突部のうち少なくとも１つの突部を収容可能な収容溝が形成され、
   前記少なくとも１つの突部には、前記回転方向を向く回転力伝達面が形成され、
   前記収容溝には、前記回転方向とは反対側を向いて前記回転力伝達面が当接可能な回転力被伝達面が形成され、
   前記複数の突部のうち２つ以上の突部には、前記軸線方向の先端側を向く打撃力伝達面が、前記軸線方向に間隔をあけて形成され、
   前記リングビットには、前記軸線方向の後端側を向いて前記打撃力伝達面がそれぞれ当接可能な２つ以上の打撃力被伝達面が、前記打撃力伝達面の前記軸線方向の間隔と等間隔に形成されていることを特徴とする掘削工具。
2. 請求項１に記載の掘削工具であって、
   前記打撃力伝達面と前記打撃力被伝達面とは、前記軸線に対する外周側に向かうに従い、前記軸線方向の後端側に向かうように傾斜している掘削工具。
3. 請求項１または請求項２に記載の掘削工具であって、
   前記複数の突部のうち前記軸線方向に隣接する２つの突部においては、前記軸線方向の先端側の突部の周方向の長さが前記軸線方向の後端側の突部の周方向の長さよりも短くされている掘削工具。

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