JP2001298904A

JP2001298904A - 掘削装置

Info

Publication number: JP2001298904A
Application number: JP2000113137A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Mazaki; 繁真崎; Toshio Imaoka; 稔雄今岡; Kusuo Sato; 九州男佐藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp; Nippon Diamond Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp; Nippon Diamond Co Ltd
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2001-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】回転軸の高速回転及び高トルクの発生を可能
とし、しかも小型・軽量化による取り扱い性を向上させ
る。【解決手段】コンクリートを環状に掘削するビット１
５を有した円筒状のコアビット１３がアダプタ１２によ
って連結される回転軸１１と、回転軸１１が中心に挿通
されて固定されたコイル１７ａを有するロータ１７と、
このロータ１７の外周囲に設けられたコイル１８ａを有
する円筒状のステータ１８とからダイレクトモータ２を
構成する。回転軸１１をロータ１７の中心に形成された
挿通孔１７ｂへ例えば圧入することにより、ロータ１７
に一体的に固定する。ロータ１７及びステータ１８のコ
イル１７ａ、１８ａに通電することにより、高速・高ト
ルクにて回転軸１１を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、回転軸に
コアビット等の工具が直接取り付けられた掘削装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、既設されたコンクリート製の壁を
補強する方法として、まずこの壁を大きくくり貫き、こ
のくり貫いた開口部に鉄製のブレス（筋交い）を配設
し、次いでこのブレスと開口部の内周面とに配設させた
アンカーとをコンクリートで固めることによって一体化
して壁全体を補強しようとする方法がある。このときア
ンカは、開口部の内周面に設けたアンカー穴に収容させ
ることによって配設される。このアンカを配設するため
のアンカー穴は、図５に示すような、円筒状部材の先端
にダイヤモンドや超硬チップなどからなる円環状の刃５
０ａを有するコアビット５０と、このコアビット５０を
軸線まわりに回転させるためのギヤ付きモータ５１とを
備えた装置によって形成される。すなわち、コアビット
５０の先端に設けられた刃５０ａを被掘削物であるコン
クリート５２に当接させつつ回転させることによって円
柱状のコア芯５３を形成し、形成されたコア芯５３の根
元５３ａを手で折ってから引き抜くことによって、例え
ば直径２０ｍｍ〜３５ｍｍ程度、深さ２００ｍｍ程度の
アンカー穴が形成される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来で
は、アンカー穴をあけるビットを回転させる駆動源とし
て、ギヤ付きモータ５１を用いていたが、このギヤ付き
モータ５１にあっては、高いトルクを発生させるために
ギヤを設けたものであるので、その大きさが大きく、取
り扱い性が悪いという問題があった。また、このギヤ付
きモータ５１はもとより、エンジンや油圧モータにあっ
ては、回転数が高速でも約１５００rpmと低く、特殊モ
ータでも３０００〜３９００rpm程度が最高であり、こ
のため穿孔時間が長時間におよんでしまうという問題が
あり、しかも重量が重いため取り扱い性が悪く、さらに
は、騒音も大きい（９０db以上）といった問題があっ
た。

【０００４】また、通常のモータにあっては、コンクリ
ートにアンカー穴を形成する際に、構造物中の硬い骨材
等の硬質部分に刃先が突き当たると、回転の低下ととも
にトルクが低下してしまい、それ以上の穿孔ができなく
なってしまう。この場合、大電流を供給すれば多少トル
クを高めることができるものの、作業現場にて供給可能
な商用電源からでは、そのような大電流を供給すること
が困難であり、しかも、大電流を供給することにより、
モータが破損、損傷してしまう恐れがあった。つまり、
このように、刃先が硬質部分に突き当たった場合、作業
を中断して他の方法にて穿孔を行うか、あるいは他の場
所に新たに穿孔せざるを得ず、作業の煩雑化及び長期化
を招いてしまうという問題があった。

【０００５】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、軽量で、しかも高回転・高トルクを得ることがで
き、さらには、低速域においても低電流にて高トルクを
発生させることが可能な低騒音の掘削装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の掘削装置は、被掘削物を掘削するビ
ットを有した工具と、この工具を直接回転させるモータ
とを備えた掘削装置であって、前記モータは、先端部に
前記ビットが取り付けられた回転軸が貫通された筒状の
ロータと、このロータの外周囲に設けられた円筒状のス
テータとを有してなり、これらロータ及びステータは、
それぞれコイルを有し、これらコイルにそれぞれ通電す
ることにより、前記回転軸を回転させることを特徴とし
ている。

【０００７】このように、回転軸を回転させることによ
り、この回転軸に取り付けられた工具を直接回転させる
ものであるので、ギヤ付きモータと比較して、伝達ロス
をなくすことができ、小型・軽量化を図ることができ、
取り扱い性を向上させることができ、また、回転軸の振
れを最小限に抑えて高速回転が可能となるとともに、騒
音を大幅に低減させることができる。また、ロータ及び
ステータのそれぞれがコイルを有し、これらコイルへ通
電することにより、回転軸を回転させるものであるの
で、高トルクを発生させることができ、しかも、各コイ
ルへの通電量をそれぞれ調整することにより、回転軸の
回転速度の微妙な調整を行うことができる。

【０００８】特に、ロータ及びステータをそれぞれコイ
ルとすることにより、低速域にて高トルクを低い電流値
で生じさせることができ、これにより、例えば、コンク
リート建築物にアンカー用の穴をあけている際に、ビッ
トが硬い骨材等の硬質部分に突き当たったとしても、現
場にて供給可能な商用電源での電流値で、高トルクを発
生させて、硬質部分を掘削することが可能となる。つま
り、硬質部分に突き当たったとしても、穴あけ作業を行
うことができ、これにより、硬質部分へ突き当たること
による作業の中断をなくして、迅速に作業を行うことが
できる。これにより、穿孔作業を迅速に行うことがで
き、穿孔作業を有する各種施工作業の工期の短縮化を図
ることができる。また、エンジン、油圧モータあるいは
ギヤ付きモータを用いた場合と比較して、騒音を大幅に
低減させることができ、さらには、部品点数が少ないの
で、メンテナンス作業にかかる労力も大幅に低減させる
ことができる。

【０００９】請求項２記載の掘削装置は、請求項１記載
の掘削装置において、前記回転軸の中心に貫通孔を有す
る円筒状に形成され、この円筒状に形成された回転軸
に、円筒状のコアビットからなる前記工具が取り付けら
れることを特徴としている。

【００１０】つまり、回転軸の中心に貫通孔が形成され
ているので、回転軸の後端部から円筒状のコアビットの
刃先であるビットへ冷却水や冷却空気を供給して、良好
な掘削を行わせることができる。

【００１１】請求項３記載の掘削装置は、請求項１また
は請求項２記載の掘削装置において、前記工具が、前記
回転軸の端部にアダプタを介して着脱可能に連結される
ことを特徴としている。

【００１２】すなわち、アダプタによって工具を着脱さ
せることにより、各種の径の工具との交換を容易に行う
ことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の掘削
装置を図面を参照して説明する。図１及び図２におい
て、符号１は、本実施形態例の掘削装置であり、符号２
は、この掘削装置１を構成するダイレクトモータ（モー
タ）である。掘削装置１は、基台３に立設された支柱４
に、上下機構５を介して前記ダイレクトモータ２を支持
させた構造とされており、上下機構５によってダイレク
トモータ２が支柱４に沿って移動されるようになってい
る。

【００１４】ダイレクトモータ２は、その中心に円筒状
の回転軸１１を有しており、この回転軸１１の先端部に
は、アダプタ１２を介してコアビット１３が着脱可能に
連結されている。このコアビット１３は、中空状に形成
されたチューブ１４の先端部に、ダイヤモンドビットか
らなるビット１５が円周方向へ一体的に設けられた構造
とされている。すなわち、このダイレクトモータ２は、
回転軸１１に直結された工具であるコアビット１３を直
接回転させるダイレクトタイプのモータである。コアビ
ット１３を構成するビット１５は、例えば、ダイヤモン
ド砥粒をメタルボンドあるいはレジンボンドをバインダ
ーとして固めたダイヤモンドビットである。

【００１５】ダイレクトモータ２には、そのハウジング
１６内に、回転軸１１が挿通されて一体的に固定された
ロータ１７と、このロータ１７の外周囲に設けられた円
筒状のステータ１８とを有している。ここで、これらロ
ータ１７及びステータ１８は、それぞれコイル１７ａ、
１８ａを有しており、これらコイル１７ａ、１８ａへそ
れぞれ駆動電流が供給されるようになっている。なお、
回転軸１１は、ロータ１７の中心に形成された挿通孔１
７ｂ内に挿通されており、この挿通孔１７ｂ内へ例えば
圧入することにより一体的に固定されている。

【００１６】ハウジング１６の上壁部１６ａ及び下壁部
１６ｂの内側には、ロータ１７を回転自在に支持するた
めの軸受１９ａ、１９ｂがそれぞれ設置されている。す
なわち、軸受１９ａ、１９ｂは、ロータ１７の中心に挿
通された回転軸１１の上下端部近傍を支持するようにな
っており、回転軸１１及びこの回転軸１１が挿通された
ロータ１７に作用するスラスト方向の力とラジアル方向
の力とを受けることが可能な構成となっている。

【００１７】このダイレクトモータ２の後端部には、ロ
ータリージョイント２１が設けられている。このロータ
リージョイント２１は、ハウジング１６の上壁部１６ａ
に取り付けられており、回転軸１１の後端部と回転可能
にかつ液密状態に連結されている。

【００１８】このロータリージョイント２１には、回転
軸１１の中心の貫通孔１１ａと連通する流路２２が形成
されており、この流路２２は、ロータリージョイント２
１の側方に開口されている。この側方に開口された開口
部２３には、チューブ２４が接続されるようになってお
り、このチューブ２４から冷却水が送り込まれるように
なっている。そして、このチューブ２４からロータリー
ジョイント２１の流路２２へ送り込まれた冷却水は、こ
のロータリージョイント２１の流路２２を通り、回転軸
１１の貫通孔１１ａへ導かれ、その後、回転軸１１の先
端部にアダプタ１２を介して連結されたコアビット１３
のチューブ１４内に送り込まれ、ビット１５による掘削
箇所が冷却されるようになっている。

【００１９】また、ダイレクトモータ２には、回転軸１
１の先端側に冷却ファン２６が設けられており、回転軸
１１が回転されることにより、ハウジング１６の先端側
に形成された吸気口２７からハウジング１６内に空気を
引き込み、ダイレクトモータ２内へ吹き付け、その後、
ステータ１８とロータ１７との隙間や、ステータ１８と
ハウジング１６との空間部分へ通し、ハウジング１６の
上壁部１６ａに形成された排出口２８から外部へ排出さ
せるようになっている。

【００２０】なお、符号２５は、ダイレクトモータ２の
ハウジング１６内における上方側にて、回転軸１１に接
触するように、その周方向へ配設されたブラシ部であ
り、このブラシ部２５からロータ１７のコイル１７ａに
駆動電流が供給されるようになっている。

【００２１】次に、上記構成の掘削装置１を用いて被掘
削物であるコンクリートＣに穴をあける場合について説
明する。まず、支柱４の上方側へ位置させたダイレクト
モータ２を、コンクリートＣの所定の穴あけ位置に、回
転軸１１の軸線が一致するように位置決めし、基台３を
コンクリートＣに固定する。

【００２２】このように掘削装置１をコンクリートＣに
設置したら、ダイレクトモータ２のロータ１７及びステ
ータ１８のコイル１７ａ、１８ａに通電し、ロータ１７
を約４０００rpm以上の高速にて回転させるとともに、
図示しない冷却水供給装置（冷却液供給源）からチュー
ブ２４を介して冷却水を送り込む。

【００２３】そして、この状態において、移動機構５に
よってダイレクトモータ２を下降させることにより、回
転軸１１の先端部に連結したコアビット１３のビット１
５をコンクリートＣの表面に当接させる。このようにす
ると、高速にて回転されているビット１５によってコン
クリートＣに環状の穴Ｈが形成される。その後、所定深
さまで環状の穴Ｈを形成したら、ダイレクトモータ２を
上昇させて穴Ｈからビット１５を引き抜き、中心のコア
を取り除くことにより、アンカー穴が形成される。

【００２４】このように、上記構造の掘削装置１によれ
ば、回転軸１１を回転させることにより、この回転軸１
１に取り付けられたコアビット１３をダイレクトモータ
２によって直接回転させるものであるので、ギヤ付きモ
ータと比較して、伝達ロスをなくすことができ、小型・
軽量化を図ることができ、これにより、取り扱い性を向
上させることができ、しかも、回転軸１１の振れを最小
限に抑えて高速回転が可能となるとともに、騒音を大幅
に低減させることができる。また、ロータ１７及びステ
ータ１８のそれぞれがコイル１７ａ、１８ａを有し、こ
れらコイル１７ａ、１８ａへ通電することにより、回転
軸１１を回転させるものであるので、高トルクを発生さ
せることができ、しかも、各コイル１７ａ、１８ａへの
通電量をそれぞれ調整することにより、回転軸１１の回
転速度の微妙な調整を行うことができる。

【００２５】また、ロータ１７の中心に形成された挿通
孔１７ｂへ回転軸１１を例えば圧入して直接固定して一
体化したものであるので、全体の剛性を大幅に向上させ
ることができ、これにより、コアビット１３を高速回転
させて穴を形成することが可能となり、従来の低速にて
穴を形成していた場合と比較して、その穿孔速度を大幅
に高めることができる。

【００２６】特に、ロータ１７及びステータ１８をそれ
ぞれコイルとすることにより、低速域にて高トルクを低
い電流値で生じさせることができ、これにより、例え
ば、コンクリート建築物にアンカー用の穴をあけている
際に、ビット１５が硬い骨材等の硬質部分に突き当たっ
たとしても、現場にて供給可能な商用電源での電流値
で、高トルクを発生させて、硬質部分を掘削することが
可能となる。つまり、硬質部分に突き当たったとして
も、穴あけ作業を行うことができ、これにより、硬質部
分へ突き当たることによる作業の中断をなくして、迅速
に作業を行うことができる。

【００２７】これにより、穿孔作業を迅速に行うことが
でき、穿孔作業を有する各種施工作業の工期の短縮化を
図ることができる。また、エンジン、油圧モータあるい
はギヤ付きモータを用いた場合と比較して、騒音を大幅
に低減させることができ、さらには、部品点数が少ない
ので、メンテナンス作業にかかる労力も大幅に低減させ
ることができる。しかも、回転軸１１の中心に貫通孔１
１ａが形成されているので、回転軸１１の後端部からコ
アビット１３の刃先であるビット１５へ冷却水や冷却空
気を供給して、良好な掘削を行わせることができる。さ
らには、アダプタ１２によってコアビット１３を着脱さ
せることにより、各種の径のコアビット１３との交換を
容易に行うことができる。

【００２８】

【実施例】（実施例１）ここで、ロータ１７及びステー
タ１８のそれぞれをコイルとした上記実施の形態例のダ
イレクトモータ２を備えた掘削装置１と、ロータ１７側
をコイルとし、ステータ１８側をフェライトマグネット
としたダイレクトモータを備えた掘削装置との性能の比
較を行った。それぞれの性能を示すグラフ図を図３及び
図４に示す。なお、図３に示すものがロータ１７及びス
テータ１８をコイルとした本実施形態例の掘削装置１の
性能を示すもので、図４に示すものがステータ１８側を
フェライトマグネットとした掘削装置の性能を示すもの
である。

【００２９】図３からわかるように、ロータ１７及びス
テータ１８をそれぞれコイルとしたダイレクトモータ２
を用いた掘削装置１の場合、少ない電流値にて、低回転
で高トルクを発生させることが可能であり、これに対し
て図４からわかるように、ステータ１８側をフェライト
マグネットとしたダイレクトモータを用いた掘削装置の
場合、大電流にて、高回転を維持しなければ高トルクが
得られないことがわかった。このように、ロータ１７及
びステータ１８をそれぞれコイルとした本実施の形態の
ダイレクトモータ２を用いた掘削装置１によれば、低速
域にて高トルクを低い電流値で生じさせることができる
ので、例えば、コンクリート建築物にアンカー用の穴を
あけている際に、ビットが硬い骨材等の硬質部分に突き
当たったとしても、現場にて供給可能な商用電源での電
流値（約３０Ａ程度）で、高トルクを発生させて、硬質
部分を切断することが可能となる。つまり、硬質部分に
突き当たったとしても、穴あけ作業を行うことができ、
これにより、硬質部分へ突き当たることによる作業の中
断をなくして、迅速に作業を行うことができる。

【００３０】（実施例２）次に、図１及び図２にて示し
たダイレクトモータ２及び通常の電動モータの回転軸に
コアビットを取り付けた本実施形態の掘削装置及び従来
の掘削装置によって、深さ寸法１３０mm、直径２０mmの
環状の穴ＨをコンクリートＣに形成した際の穿孔時間、
騒音、ビット回転数、周速を測定し、切削能率を割り出
した。また、ハンマードリルによる穿孔時間及び騒音も
測定した。

【００３１】

【表１】

【００３２】このように、本実施の形態例のダイレクト
モータ２を備えた掘削装置の方が、通常のモータを備え
た掘削装置よりも、回転数及び周速が大幅に向上され、
これにより、穿孔時間の大幅な短縮及び切削能率の大幅
な向上が図られ、さらには、騒音も低減されることが認
められた。また、ハンマードリルと比較しても、ダイレ
クトモータ２を用いた方が穿孔時間が短く、騒音もかな
り低減されることが認められた。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の掘削装
置によれば、下記の効果を得ることができる。請求項１
記載の掘削装置によれば、回転軸を回転させることによ
り、この回転軸に取り付けられた工具を直接回転させる
ものであるので、ギヤ付きモータと比較して、伝達ロス
をなくすことができ、小型・軽量化を図ることができ、
取り扱い性を向上させることができ、回転軸の振れを最
小限に抑えて高速回転が可能となるとともに、騒音を大
幅に低減させることができる。また、ロータ及びステー
タのそれぞれがコイルを有し、これらコイルへ通電する
ことにより、回転軸を回転させるものであるので、高ト
ルクを発生させることができ、しかも、各コイルへの通
電量をそれぞれ調整することにより、回転軸の回転速度
の微妙な調整を行うことができる。特に、ロータ及びス
テータをそれぞれコイルとすることにより、低速域にて
高トルクを低い電流値で生じさせることができ、これに
より、例えば、コンクリート建築物にアンカー用の穴を
あけている際に、ビットが硬い骨材等の硬質部分に突き
当たったとしても、現場にて供給可能な商用電源での電
流値で、高トルクを発生させて、硬質部分を掘削するこ
とが可能となる。つまり、硬質部分に突き当たったとし
ても、穴あけ作業を行うことができ、これにより、硬質
部分へ突き当たることによる作業の中断をなくして、迅
速に作業を行うことができる。これにより、穿孔作業を
迅速に行うことができ、穿孔作業を有する各種施工作業
の工期の短縮化を図ることができる。また、エンジン、
油圧モータあるいはギヤ付きモータを用いた場合と比較
して、騒音を大幅に低減させることができ、さらには、
部品点数が少ないので、メンテナンス作業にかかる労力
も大幅に低減させることができる。

【００３４】請求項２記載の掘削装置によれば、回転軸
の中心に貫通孔が形成されているので、回転軸の後端部
からコアビットの刃先であるビットへ冷却水や冷却空気
を供給して、良好な掘削を行わせることができる。

【００３５】請求項３記載の掘削装置によれば、アダプ
タによって工具を着脱させることにより、各種の径の工
具との交換を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の掘削装置の構成及び構
造を説明するダイレクトモータを備えた掘削装置の側面
図である。

【図２】本発明の実施の形態の掘削装置の構成及び構
造を説明する掘削装置を構成するダイレクトモータの断
面図である。

【図３】本発明の実施の形態例の掘削装置の性能を示
すグラフ図である。

【図４】ステータ側をマグネットとしたモータを用い
た掘削装置の性能を示すグラフ図である。

【図５】コアビットが連結された従来のギヤ付きモー
タを説明するギヤ付きモータを備えた掘削装置の断面図
である。

【符号の説明】

１掘削装置２ダイレクトモータ１１回転軸１３コアビット（工具）１５ビット１７ロータ１７ａ、１８ａコイル１８ステータＣコンクリート（被掘削物）

フロントページの続き (72)発明者今岡稔雄神奈川県横浜市都筑区佐江戸町681 日本ダイヤモンド株式会社内 (72)発明者佐藤九州男東京都千代田区外神田５−３−13 恩田ビル201 Ｆターム(参考） 2E176 AA01 DD26 5H607 AA00 AA04 AA12 BB01 BB04 BB14 BB25 DD04 DD19 FF10 GG07 GG08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被掘削物を掘削するビットを有した工具
と、この工具を直接回転させるモータとを備えた掘削装
置であって、前記モータは、先端部に前記ビットが取り付けられた回
転軸が貫通された筒状のロータと、このロータの外周囲
に設けられた円筒状のステータとを有してなり、これらロータ及びステータは、それぞれコイルを有し、
これらコイルにそれぞれ通電することにより、前記回転
軸を回転させることを特徴とする掘削装置。
【請求項２】前記回転軸は、その中心に貫通孔を有す
る円筒状に形成され、この円筒状に形成された回転軸
に、円筒状のコアビットからなる前記工具が取り付けら
れることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
【請求項３】前記工具は、前記回転軸の端部にアダプ
タを介して着脱可能に連結されることを特徴とする請求
項１または請求項２記載の掘削装置。