JP2011042991A

JP2011042991A - 掘削工具

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Publication number: JP2011042991A
Application number: JP2009192359A
Authority: JP
Inventors: Kimiya Hisada; 仁也久田; Kazuyoshi Nakamura; 和由中村
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP5402397B2

Abstract

【課題】より低コストで円滑な掘削を行うことが可能な掘削工具を提供する。
【解決手段】円管状のケーシングパイプ２の先端部に接合される円筒状のケーシングトップ１と、ケーシングトップ１先端部に同軸かつケーシングトップ１の軸線Ｏ回りに回転自在に取り付けられ、ケーシングパイプ２内に挿通されたインナービット５に対して軸線Ｏ方向先端側および軸線Ｏ回りに係合可能とされる円環状のリングビット３とを備え、リングビット３の外周面には、軸線Ｏ回りに周回する突条部８が軸線Ｏ方向に複数条間隔をあけて形成されるとともに、ケーシングトップ１の内周面には、これらの突条部８を収容する環状溝９が軸線Ｏ方向に複数、複数条の突条部８と等しい間隔をあけて形成されることにより、リングビット３がケーシングトップ１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ軸線Ｏ方向先端側と後端側とに係合させられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーシングパイプの先端部に接合されるケーシングトップと、このケーシングトップの先端部に同軸かつ回転自在に取り付けられるとともに、ケーシングパイプ内に挿通されたインナービットに対して軸線方向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に関するものである。

地表面から岩盤層に到達するまでの軟弱な崩壊層地盤では、掘削によって形成された孔壁の崩壊を防止するために掘削と同時にケーシングパイプを連行する、いわゆる二重管式の掘削ビットシステムが用いられている。また、こうしてケーシングパイプが岩盤層に達した後は、ケーシングパイプに挿通されていたインナービットを引き抜き、これに代えてダウンザホールビット（シングル削孔用ビット）をケーシングパイプ内に通過させ、さらにリングビットの内周部から突出させて岩盤層の掘削を行ってゆく。

このようなケーシングパイプを連行するビットシステムとして、例えば特許文献１には、回転および打撃力が与えられるインナービットと、このインナービットと係合して回転可能とされるリングビットと、このリングビットに対して回動自在とされてケーシングパイプの下端に固定されるカラーとを備えて、インナービットとリングビットとが係脱自在とされたものが提案されている。

また、本発明の発明者等も、特許文献２などにおいて、ケーシングパイプの先端にケーシングトップを介してリングビットがケーシングパイプの軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側に抜け止めされて取り付けられるとともに、ケーシングパイプ内に挿入されて上記軸線回りに回転される伝達部材の先端に、リングビットの内周に挿入されて該リングビットと軸線方向先端側および該軸線回りに係合可能とされるインナービットが取り付けられた掘削工具を提案している。

特開平２−２９６９８９号公報特開２００８−１９０２８７号公報

ところが、このうち特許文献２に記載の掘削工具においては、伝達部材からインナービットに伝達された軸線方向先端側への打撃力および推力が、インナービット後端側の軸線方向先端側に向けて一段縮径するテーパ部から、ケーシングパイプの内周側に張り出したケーシングトップのテーパ部を介してケーシングパイプに伝達されるとともに、インナービット先端側の同じく軸線方向先端側に向けて一段縮径するテーパ部からリングビットのテーパ部にも伝達されて、これらによりインナービットおよびリングビットによって削孔を形成しつつ、ケーシングパイプが連行されて該削孔内に挿入されるように構成されている。

従って、リングビットの内径は、軸線方向先端側に向けて縮径するケーシングトップのテーパ部とリングビットのテーパ部との２段のテーパ部を経た大きさに制限されてしまうため、このリングビットの内周部から突出して最終的に岩盤層に削孔を形成するダウンザホールビットの外径もこのリングビット内径によって制限されざるを得ない。このため、岩盤層に必要な大きさの削孔を形成するには、リングビットおよびケーシングパイプを径の大きなものにしなければらならず、コスト高となることが避けられなかった。その一方で、こうしてケーシングパイプ径が大きくなるのを防ぐために、例えば上記各テーパ部の径方向の幅を小さくしたりすると、テーパ部の単位面積当たりの打撃力や推力による負荷が増大してテーパ部に異常摩耗が生じるおそれがある。

また、特許文献１に記載の掘削工具でも、その上記カラーは、半割円筒状に形成されたカラー構成部材がリングビットの胴部を挟み込むようにして円筒状に構成された上で、ケーシングパイプの内周部に収容されて溶接されることにより、リングビットをケーシングパイプに対して回転自在に支持しており、このリングビットの内径を大きくしようとすると、カラーの径やケーシングパイプの径も大きくなってしまい、やはりコスト高を招く結果となる。

しかも、この特許文献１に記載の掘削工具では、リングビットはその先後端のフランジ部がカラーの先後端面に当接することによりケーシングパイプに対して軸線方向に係合させられており、このうちリングビット後端のフランジ部はカラー後端面との間でインナービットによる打撃力を受けることになるので損傷を生じ易く、万一この後端側のフランジ部が円環状に割損したりすると、リングビットがケーシングパイプの先端側に抜け落ちて掘削自体が不可能となってしまう。一方、リングビット先端のフランジ部とカラーとの間隙部は削孔中に露呈しているので土砂等が入り込みやすく、リングビットとケーシングパイプとの軸線方向の係合に支障を来したりするおそれがある。

本発明は、このような背景の下になされたもので、最終的な削孔径に応じて設定されたリングビットの内径に対してケーシングパイプの径が大きくなるのを避けることができ、しかもリングビットをケーシングに対して確実かつ安定的に軸線回りに回転自在かつ軸線方向に係合可能として、より低コストで円滑な掘削を行う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。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、円管状の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、このケーシングトップの先端部に同軸かつ該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、上記ケーシングパイプ内に挿通されたインナービットに対して上記軸線方向先端側および該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、このリングビットの外周面には、上記軸線回りに周回する突条部が該軸線方向に複数条間隔をあけて形成されるとともに、上記ケーシングトップの内周面には、これらの突条部を収容する環状溝が上記軸線方向に複数、複数条の上記突条部と等しい間隔をあけて形成されることにより、上記リングビットが上記ケーシングトップに対して上記軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側と後端側とに係合させられていることを特徴とする。

このように構成された掘削工具では、まずケーシングパイプ先端部に接合されるケーシングトップに対してリングビットが、ケーシングトップ内周面に形成された複数の環状溝にリングビット外周面の複数条の突条部が収容されることにより、軸線回りに回転自在かつ軸線方向先後端側に係合させられており、このリングビットは、インナービットに対して軸線方向先端側および軸線回りに係合可能とされているので、インナービットとケーシングパイプとは軸線方向先端側に向けてはこれらケーシングトップおよびリングビットを介して係合可能とされる。

このため、ケーシングトップには、ケーシングパイプの内周側に張り出してインナービットと係合するテーパ部を形成したりせずとも、インナービットに与えられる打撃力や推力によってケーシングパイプを削孔内に連行して挿入することができるので、ダウンザホールビットにより最終的に岩盤層に形成される削孔の径に応じて、このダウンザホールビットが通過可能に設定されるリングビットの内径に対し、ケーシングパイプの径が大きくなりすぎるのは避けることができる。

そして、さらに上記ケーシングトップとリングビットとは、軸線方向に互いに等しい間隔をあけたケーシングトップの複数の環状溝にリングビットの複数の突条部がそれぞれ収容されて上述のように軸線方向の先端側と後端側とに係合させられているので、インナービットからリングビットに与えられた打撃力や推力を、これら複数の突条部と環状溝に分散させてケーシングトップに伝播させることができる。このため、特定の突条部や環状溝に負荷が集中したりすることがなく、これら突条部および環状溝に損傷が生じるのを防ぐことができて、確実かつ安定してケーシングトップとともにケーシングパイプを削孔内に挿入することができる。

また、たとえ１組の突条部と環状溝に損傷が生じて、例えば突条部に割損が生じたとしても、他の突条部が環状溝に収容されて支持されているためリングビットがケーシングトップから抜け落ちてしまうようなこともない。しかも、これら環状溝と突条部は、ケーシングトップとリングビットの互いに相対する内外周面に形成されるため、土砂等が入り込むおそれも少なく、かかる土砂によってケーシングトップとリングビットとの径方向の係合に支障が生じたりするのも防ぐことができる。

ここで、上述のように円筒状のケーシングトップの内周面に形成された環状溝に、円環状のリングビットの外周面に形成された突条部を収容して、リングビットをケーシングトップに対し回転自在かつ軸線方向先後端側に係合可能とするには、例えば特許文献１のカラーのようにケーシングトップを半割円筒状などの複数の部材により形成し、環状溝に突条部を収容しつつこれらの部材によってリングビットを挟み込んだ上で、互いの突き合わせ部を接合して一体化するようにしてもよいが、この場合には接合部が複数となるため、ケーシングトップの強度が損なわれるおそれがある。

そこで、このケーシングトップは、上記軸線に直交する断面がＣ字状をなして弾性変形可能とされたものとし、この断面Ｃ字状をなすケーシングトップが拡径させられて上記環状溝に上記リングビットの突条部を収容した上で、縮径させられて該ケーシングトップの突き合わせ部が接合されることにより、該リングビットが上記軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側と後端側とに係合させられるようにすれば、接合部は１個所だけで済ませることができて、インナービットからリングビットを介して伝えられる打撃力や推力に対して充分な強度をケーシングトップに確保することが可能となる。

また、特にこのようにケーシングトップを弾性変形させてその内周面の環状溝にリングビットの突条部を収容するようにした場合には、これら環状溝と突条部とは、上記軸線方向後端側に位置して後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜する傾斜面と、上記軸線方向先端側に位置して上記傾斜面よりも上記軸線に対して大きな傾斜角で先端側に向かうに従い内周側に向かう、または上記軸線に垂直な当接面とを備えているように形成することにより、突条部後端側の比較的傾斜の緩やかな傾斜面によってケーシングトップを容易に拡径するように弾性変形させることができる。その一方で、インナービットから軸線方向先端側への推力や打撃力が与えられたときに互いに当接することになる突条部と環状溝の先端側に位置する当接面は、上記傾斜面よりも傾斜が急勾配または軸線に垂直とされているので、これら推力や打撃力を効率よく伝えることができる。

さらに、上記ケーシングトップは、特許文献１のカラーのようにケーシングパイプの内周に接合されるのではなく、ケーシングパイプの先端部の外周に接合されるのが望ましく、これにより、同じ内径のリングビットに対してはケーシングパイプの径をより小さくすることができて、一層のコストダウンを図ることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、最終的に形成される削孔の径に対してケーシングパイプの径が大きくなりすぎるのを防ぐことができるとともに、複数の突条部と環状溝によってリングビットをケーシングトップに確実に回転自在かつ軸線方向には係合可能に支持することができて、より低コストでありながら安定的かつ効率的な掘削を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す側断面（図２におけるＡＯＡ断面）図である。図１に示す実施形態の正面図である。図１に示す実施形態におけるリングビット３の正面図である。図３に示すリングビット３の一部破断（図３におけるＡＯ断面）側面図である。図１に示す実施形態におけるスリットＳの接合前のケーシングトップ１の一部破断（図６におけるＡＯ断面）側面図である。図５におけるＡＡ断面図である。図１に示す実施形態においてケーシングトップ１にリングビット３を取り付けてスリットＳを接合した状態を示す一部破断側面図である。図１に示す実施形態においてケーシングトップ１にリングビット３を取り付ける工程を図（ａ）〜図（ｆ）の順に示すものであって、図（ａ）〜図（ｆ）のそれぞれ下段は側断面図、上段はケーシングトップ１の軸線Ｏに垂直な断面図である。図８（ｆ）においてリングビット３が取り付けられたケーシングトップ１を縮径させてスリットＳによる突き合わせ部を接合する工程を示す（ａ）側面図、（ｂ）ケーシングトップ１の軸線Ｏに垂直な断面図、（ｃ）接合部Ｒの拡大断面図である。

図１ないし図９は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、ケーシングトップ１は軸線Ｏを中心とした円筒状をなし、必要に応じて順次継ぎ足される円管状のケーシングパイプ２のうち最先端のケーシングパイプ２の先端部に接合されて同軸に固定される。ここで、本実施形態のケーシングトップ１はケーシングパイプ２よりも一回り大きな径とされていて、その後端部内周を上記最先端のケーシングパイプ２の先端部外周に嵌挿させた上で、溶接されて該ケーシングパイプ２に接合されている。

なお、こうしてケーシングパイプ２先端部に嵌挿させられるケーシングトップ１の後端部には、周方向に延びる長円状の貫通孔１Ａが複数間隔をあけて形成されるとともに、この貫通孔１Ａよりも後端側でケーシングトップ１は外径が僅かに縮径させられていて、ケーシングトップ１はその後端縁と上記貫通孔１Ａを介してケーシングパイプ２と接合される。ここで、図中に符号Ｒで示すのは溶接による接合部である。

また、このケーシングトップ１の先端部には、該ケーシングトップ１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ該軸線Ｏ方向には先端側と後端側とに係合させられて抜け外れないように、円環状のリングビット３がやはり同軸に取り付けられている。一方、ケーシングパイプ２の内周には、図示されないインナーロッド等の伝達部材が、やはり必要に応じて順次継ぎ足されて挿入され、このうち最後端の伝達部材は掘削時に回転方向Ｔへ向けての軸線Ｏ回りの回転力と軸線Ｏ方向先端側に向けての推力を与える掘削装置に連結されるとともに、最先端の伝達部材の先端部には、軸線Ｏ方向先端側に向けての打撃力を与えるハンマー４を介して、インナービット５が取り付けられて上記リングビット３の内周部に挿入されている。

このインナービット５は、図１に示すように先端部が後端部に対して一段拡径した多段円柱状をなし、このうち後端部は上記ハンマー４に連結部材６を介して連結されるシャンク部５Ａとされ、上述のようにリングビット３の内周に挿入された状態で上記軸線と同軸に配置される。なお、この連結部材６および上記伝達部材とケーシングパイプ２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、後述する繰り粉の排出路とされる。

また、インナービット５の先端部は、さらにその後端側が先端側に対して一段拡径した多段円柱状をなし、インナービット５の最大外径となるこの先端部後端側の外径はケーシングパイプ２の内径よりも僅かに小さくされて、該ケーシングパイプ２内にインナービット５が緩挿可能とされている。なお、このインナービット５先端部の先端側から後端側に向けて一段拡径する部分は、後端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜するテーパ面状の当接部５Ｂとされている。

さらに、このインナービット５の先端部の外周には、軸線Ｏ方向に亙って延びる断面「コ」字状の繰り粉の排出溝５Ｃが周方向に等間隔に複数（本実施形態では３つ）形成されている。また、インナービット５の先端面には、この先端面の内周側から軸線Ｏと間隔をあけて該軸線Ｏを中心とした放射状に外周側に延びるように、排出溝５Ｃと同数の複数の凹溝５Ｄが形成されており、これらの凹溝５Ｄは、先端面の外周において上記排出溝５Ｃとそれぞれ連通させられている。なお、凹溝５Ｄは断面凹円弧状をなして、外周側に向かうに従い漸次深くなるように形成され、またその溝幅は排出溝５Ｃよりも小さくされていて、排出溝５Ｃの幅方向中央部に連通させられている。

一方、インナービット５の内部には、上記シャンク部５Ａの後端から軸線Ｏに沿って先端側に向けて、上記ハンマー４から供給される圧縮空気等の供給孔５Ｅが形成されている。この供給孔５Ｅは、インナービット５の先端部において先端側に向かうに従い外周側に向かうように分岐して、先端面において上記凹溝５Ｄの底面にそれぞれ開口させられるとともに、インナービット５先端部の上記当接部５Ｂよりも先端側の外周面において、周方向に隣接する排出溝５Ｃ同士の間の略中央に開口させられている。さらに、インナービット５の先端面と、この先端面と外周面との面取りされた稜線部とには、超硬合金等の硬質材料よりなる複数のチップ７が、排出溝５Ｃや凹溝５Ｄを避けるようにして植設されている。

また、このインナービット５の先端部の外周面には、上記当接部５Ｂとインナービット５の先端面との間に間隔をあけて軸線Ｏ方向に延びる係合突条５Ｆが、やはり排出溝５Ｃと同数の複数、各排出溝５Ｃの回転方向Ｔ側に隣接するように形成されている。これらの係合突条５Ｆは、その軸線Ｏからの外径が、上述のようにインナービット５において最大外径となるその先端部後端側の軸線Ｏからの外径よりも僅かに小さくされるとともに、周方向の幅は上記排出溝５Ｃの溝幅よりも小さくされている。なお、インナービット５の先端部において分岐して該インナービット５の先端部の外周面に開口する上記供給孔５Ｅは、軸線Ｏ方向においてはこれらの係合突条５Ｆの先端部と等しい位置に開口させられている。

このようなインナービット５が挿入されるリングビット３の内周部は、その内径が、上記係合突条５Ｆを除いたインナービット５先端部の先端側の外径よりも僅かに大きく、かつ同じくインナービット５先端部の一段拡径した後端側の最大外径よりは小さくされるとともに、ケーシングパイプ２の内径よりも小さくされており、ただしその後端から先端に亙っては、インナービット５の先端部外周面の上記係合突条５Ｆが挿通させられる該係合突条５Ｆと同数の挿通溝３Ａが、それぞれ軸線Ｏ方向に延びるように、かつ周方向には等間隔に形成されている。従って、この挿通溝３Ａの溝幅は係合突条５Ｆの周方向の幅よりも大きくされ、本実施形態では上記排出溝５Ｃの溝幅と略等しいか、これよりも僅かに大きくされるとともに、該挿通溝３Ａの軸線Ｏからの溝深さも、係合突条５Ｆの軸線Ｏからの外径より大きくされる。

また、リングビット３の後端面は、上記当接部５Ｂと等しいテーパ角で後端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜するテーパ面とされていて、係合突条５Ｆを挿通溝３Ａに挿通させつつリングビット３内周部に後端側からインナービット５先端部を挿入することにより上記当接部５Ｂに当接させられる被当接部３Ｂとされている。なお、こうして当接部５Ｂを被当接部３Ｂに当接させた状態で、インナービット５の先端面はリングビット３の先端から一段突出するようにされている。

さらに、上記挿通溝３Ａの回転方向Ｔ側には、該挿通溝３Ａに隣接して連通するように係合溝３Ｃがそれぞれ形成されている。これらの係合溝３Ｃは、周方向の幅が係合突条５Ｆと略等しくされるとともに軸線Ｏからの溝深さは挿通孔３Ａと等しくされ、ただし挿通溝３Ａがリングビット３の内周部を軸線Ｏ方向に貫通して形成されているのに対して、後端面の上記被当接部３Ｂとの間に壁部が残されるように、リングビット３の先端面に開口して軸線Ｏ方向後端側に延びる止まり溝状とされている。

ここで、こうして残された壁部の軸線Ｏ方向の長さ、すなわち止まり溝状とされた係合溝３Ｃの後端面から上記被当接部３Ｂまでの間隔は、インナービット５の当接部５Ｂから係合突条５Ｆの後端面までの間隔よりも小さくされている。従って、上述のように係合突条５Ｆを挿通溝３Ａに挿通させつつリングビット３内周部に後端側からインナービット５先端部を挿入して当接部５Ｂを被当接部３Ｂに当接させることにより、リングビット３が軸線Ｏ方向先端側に向けてインナービット５に係合させられ、次いでインナービット５を軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに回転させることにより、係合突条５Ｆが係合溝３Ｃに収容されて回転方向Ｔ側に当接し、リングビット３はインナービット５に対して回転方向Ｔに向けて軸線Ｏ回りに係合させられる。

一方、このリングビット３の外周部は、その先端側が後端側よりも一段拡径するように形成されていて、こうして拡径した外周面とリングビット３の先端面との面取りされた交差稜線部と、該リングビット３の先端面とには、それぞれ超硬合金等の硬質材料よりなる複数のチップ７が、上記挿通溝３Ａや係合溝３Ｃを避けるようにして植設されている。

そして、この先端側に対して一段縮径するように形成されたリングビット３の外周部後端側には、上記軸線Ｏ回りに周回する突条部８が軸線Ｏ方向に複数条間隔をあけて形成されており、これらの突条部８が、該突条部８と等しい間隔をあけてケーシングトップ１の内周部先端側に軸線Ｏ方向に複数形成された環状溝９に収容されることにより、リングビット３は上述のようにケーシングトップ１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ該軸線Ｏ方向には先端側と後端側とに係合させられて取り付けられる。

ここで、本実施形態ではリングビット３外周部後端側の外周面に、軸線Ｏ方向に間隔をあけて２条の突条部８が、軸線Ｏ回りにリングビット３の外周をそれぞれ１周するように形成されており、このうち先端側の突条部８は、リングビット３外周部の先端側から後端側に向けて一段縮径する段差部３Ｄとの間にも間隔をあけるようにされている。なお、この段差部３Ｄは軸線Ｏに垂直な円環面状とされている。また、後端側の突条部８はリングビット３の外周部の後端縁部に形成されていて、その内周側には上記被当接部３Ｂが連続している。

さらに、これら複数の突条部８は互いに略同形同大とされており、本実施形態ではその外形が、軸線Ｏ方向後端側に位置して後端側に向かうに従い漸次縮径するように内周側に向けて傾斜するテーパ面状をなす傾斜面８Ａと、軸線Ｏ方向先端側に位置して先端側に向かうに従いやはり漸次縮径するように内周側に向けて傾斜するテーパ面状をなす当接面８Ｂと、これら傾斜面８Ａと当接面８Ｂとの間にあって軸線Ｏを中心とした円筒面８Ｃとから構成されて、軸線Ｏを含む断面において概略台形状をなすようにされている。

これに対して、複数の環状溝９も互いに略同形同大の断面形状とされていて、やはり軸線Ｏ方向後端側に位置して後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜面８Ａと略等しい傾斜角で傾斜する傾斜面９Ａと、軸線Ｏ方向先端側に位置して先端側に向かうに従い内周側に向けて当接面８Ａと略等しい傾斜角で傾斜する当接面９Ｂと、これら傾斜面９Ａと当接面９Ｂとの間にあって軸線Ｏを中心とした円筒面８Ｃよりも僅かに径の大きな円筒面９Ｃとから構成されて、軸線Ｏを含む断面において概略台形状をなすようにされている。

ただし、上記当接面８Ｂ、９Ｂは、先端側に向かうに従い内周側に向けての軸線Ｏに対する傾斜角が、傾斜面８Ａ、９Ａが後端側に向かうに従い内周側に向けての軸線Ｏに対する傾斜角よりも大きくなるようにされており、これら当接面８Ｂ、９Ｂの傾斜角は９０°であってもよく、すなわち当接面８Ｂ、９Ｂは軸線Ｏに垂直な円環面であってもよい。また、環状溝９の円筒面９Ｃは突条部８の円筒面８Ｃよりも軸線Ｏ方向の長さが僅かに長くされており、このため当接面８Ｂ、９Ｂ同士を当接させた状態で傾斜面８Ａ、９Ａ同士の間には僅かな隙間があけられる。さらに、同じく当接面８Ｂ、９Ｂ同士を当接させた状態で、リングビット３外周部の上記段差部３Ｄとケーシングトップ１の先端面との間にも僅かな隙間があけられる。

ここで、本実施形態における上記ケーシングトップ１は、ケーシングパイプ２の先端部に接合される前の状態で、内周部に上記複数の環状溝９が形成された円筒の一部が、径方向内外周に亙って貫通するように、また軸線Ｏ方向に亙っても該軸線Ｏに平行に先端から後端に至るまで、スリットＳによって切り欠かれるようにして、軸線Ｏに直交する断面がＣ字状をなすように形成されている。さらに、このケーシングトップ１は、鋼材等の弾性変形可能な材質によって形成されている。

そして、本実施形態ではこのようなケーシングトップ１が、弾性変形により拡径させられて、その内周部の環状溝９にリングビット３の突条部８を収容した上で縮径させられ、上記スリットＳにより分割させられた断面Ｃ字の両端が突き合わせ部として突き合わせられて接合されることにより円筒状に形成され、こうして円筒状に形成されたケーシングトップ１に、リングビット３が上述のように軸線Ｏ回りに回転自在かつ軸線Ｏ方向の先端側と後端側とに係合させられた状態とされる。

すなわち、図８（ａ）に示すようにリングビット３をその後端部が上向きとなるように基台Ｂ上に設置して、その後端側からケーシングトップ１を被せるように同軸に載置し、次いで図８（ｂ）に白抜き矢線で示すようにケーシングトップ１を押圧板Ｐによって先端側に押圧すると、図８（ｃ）に示すようにケーシングトップ１はその先端部がリングビット３外周の後端側の突条部８に乗り上げてスリットＳが押し広げられるように拡径し、さらにケーシングトップ１を押圧すると、図８（ｄ）に示すようにケーシングトップ１の先端部はリングビット３後端側の突条部８を乗り越えてケーシングトップ１は一旦縮径し、この後端側突条部８がケーシングトップ１の先端側の環状溝９に収容される。

そして、これからさらにケーシングトップ１を先端側に押圧すると、その先端部が図８（ｅ）に示すようにリングビット３の先端側の突条部８に乗り上げるとともに、ケーシングトップ１の２つの環状溝９の間の部分が後端側の突条部８に乗り上げて、再びスリットＳが押し広げられるようにしてケーシングトップ１が拡径し、さらにケーシングトップ１を押圧すると、図８（ｆ）に示すようにリングビット３の２つの突条部８はケーシングトップ１の２つの環状溝９にそれぞれ収容されてケーシングトップ１が縮径する。

そこで、次に図９（ａ）に示すように一対の押圧板ＰによってスリットＳを間にしてケーシングトップ１を軸線Ｏに対する径方向内周側に押圧し、このスリットＳによる突き合わせ部を突き合わせるようにケーシングトップ１を縮径させた状態で、図９（ｂ）、（ｃ）にも示すようにこの突き合わせ部を溶接して接合することにより、該ケーシングトップ１は図７に示すように溶接による接合部Ｒを介して円筒状に一体形成される。なお、こうして突き合わされた上記突き合わせ部は、軸線Ｏに直交する断面において図９（ｃ）に示すようにケーシングトップ１内周側が径方向に沿った平面同士で互いに当接するようにされるとともに、外周側は互いに離間して漸次幅広となる断面Ｖ字状とされ、このＶ字部分に上記接合部Ｒが形成される。

従って、このように円筒状に形成されたケーシングトップ１を上述のように最先端のケーシングパイプ２の先端部に接合し、さらにケーシングパイプ２内に挿通したインナービット５をリングビット３内周部に挿入して軸線Ｏ方向先端側と回転方向Ｔとに係合させることにより、インナービット５に与えられる回転方向Ｔへの回転力はリングビット３に伝えられ、また軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力はリングビット３に伝えられるとともに、このリングビット３から突条部８および環状溝９を介してケーシングトップ１およびケーシングパイプ２にも伝えられるので、リングビット３およびインナービット５により形成された削孔にケーシングパイプ２を連行して挿入してゆくことができる。

また、こうしてケーシングパイプ２を連行して削孔が岩盤層に達した後は、インナービット５を上記回転方向Ｔとは逆向きに回転させることによりリングビット３との係合を解いてケーシングパイプ２から引き抜き、これに代えてダウンザホールビット（シングル削孔用ビット）をケーシングパイプ２内に通過させてリングビット３内周部から突出させることにより、岩盤層の掘削を行ってゆく。なお、掘削の際に生成される繰り粉は、供給孔５Ｅから噴出させられる圧縮空気等により、凹溝５Ｄおよび排出溝５Ｃを通してケーシングパイプ２内の上記排出路から排出させられる。

従って、上記構成の掘削工具では、インナービット５に与えられる軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力は、上述のようにインナービット５からリングビット３に伝えられ、さらにこのリングビット３からケーシングトップ１およびケーシングパイプ２に伝えられてケーシングパイプ２が連行されるので、ケーシングパイプ２内に、これらケーシングトップ１やケーシングパイプ２とインナービット５とを直接軸線Ｏ方向先端側に係合させてケーシングパイプ２を連行する被当接部を、その内径を一段縮径させるようにして形成したりする必要がない。

このため、このようなケーシングトップ１等の被当接部からリングビット３の被当接部３Ｂをさらに一段縮径させるように形成する必要もなく、上記ダウンザホールビットを通過させるリングビット３内周部の径を大きく確保することができる。しかも、本実施形態ではケーシングトップ１はケーシングパイプ２の先端部外周に接合されているので、その内周部に取り付けられるリングビット３の内径をより大きくすることができる。

言い換えれば、同じ外径のダウンザホールビットを通過させるのに、上記構成の掘削工具によればリングビット３の径やケーシングパイプ２の径を小さくすることができるので、最終的に岩盤層に形成される削孔の径に対して、岩盤層に達するまでの削孔の径やケーシングパイプ２の径が大きくなりすぎるのを防ぐことができ、これらにより低コストでありながら効率的な掘削を図ることが可能となる。

そして、こうしてリングビット３からケーシングトップ１およびケーシングパイプ２に軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力を伝えるのに、上記掘削工具では、軸線Ｏ方向に互いに等しい間隔をあけたケーシングトップ１の複数の環状溝９にリングビット３の複数の突条部８をそれぞれ収容して軸線Ｏ方向先後端側に係合させているので、上記打撃力や推力をこれら複数の突条部８と環状溝９とで分散して伝えることができ、負荷の集中を防ぐことができる。

また、例えばいずれか１つの突条部８に割損等の損傷が生じたりしても、他の突条部８と環状溝９との係合によりリングビット３が脱落したりするのを防ぐことができ、さらにこれら突条部８と環状溝９とはケーシングトップ１とリングビット３の内外周面に形成されるため、掘削時の繰り粉や土砂が突条部８と環状溝９の間に入り込むことも少ないので、上記構成の掘削工具によれば、上述のような低コストで効率的な掘削を長期に亙って安定して行うことが可能となる。

さらに、本実施形態では、このように円筒状のケーシングトップ１内周部の複数の環状溝９にリングビット３外周部の複数の突条部８をそれぞれ収容して回転自在かつ軸線Ｏ方向先後端側に係合させるのに、ケーシングトップ１を断面Ｃ字状に形成しておいて、これを弾性変形により拡径した状態で突条部８を環状溝９に収容し、次いで縮径させてＣ字の突き合わせ部を接合することにより、ケーシングトップ１を円筒状に形成している。

このため、例えばケーシングトップ１を半割円筒状の部材によって構成して、突条部８を環状溝９に収容した状態で接合することにより円筒状に形成したりするのに比べ、接合部Ｒが１個所で済むのでケーシングトップ１の強度や剛性が損なわれるのを防ぐことができ、リングビット３からこのケーシングトップ１を介してケーシングパイプ２に確実に軸線Ｏ方向先端側への打撃力や推力を伝えて削孔内に挿入することが可能となる。

しかも、本実施形態では特にこうしてケーシングトップ１を弾性変形させて環状溝９にリングビット３の突条部８を収容するのに、本実施形態ではこれら環状溝９と突条部８を、軸線Ｏ方向後端側に位置して後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜する傾斜面８Ａ、９Ａを備えたものとしており、例えば図８各図に示したようにケーシングトップ１を押圧しながらその内周部にリングビット３を挿入して該ケーシングトップ１を弾性変形させる際には、このうち突条部８の傾斜面８Ａによってケーシングトップ１が案内されるようにして拡径させられるので、リングビット３を比較的容易にケーシングトップ１に取り付けることが可能となる。

その一方で、これら突条部８と環状溝９とは、軸線Ｏ方向先端側には上記傾斜面８Ａ、９Ａよりも軸線Ｏに対して大きな傾斜角で先端側に向かうに従い内周側に向かう当接面８Ｂ、９Ｂを備えており、従ってこれら突条部８と環状溝９を介してリングビット３からケーシングトップ１に伝えられる軸線Ｏ方向先端側への打撃力や推力が径方向に分散してしまうのは抑えることができる。また、これら当接面８Ｂ、９Ｂを軸線Ｏに垂直に形成すればこのような分散を一層確実に防ぐことができる。

ただし、それぞれ複数のこれら突条部８と環状溝９の当接面８Ｂ、９Ｂをすべて軸線Ｏに垂直に形成した場合、これらを精度良く揃って当接させるには高い加工精度が要求されるので、より低コスト化を図るには、これら当接面８Ｂ、９Ｂは本実施形態のように傾斜面８Ａ、９Ａよりも軸線Ｏに対して大きな傾斜角の傾斜面とされるのが望ましい。

なお、本実施形態では、突条部８と環状溝９とがそれぞれリングビット３後端部外周面とケーシングトップ１の内周面を、ともに軸線Ｏ回りに１周するように連続して形成されているが、環状溝９は連続していなければならないものの、突条部８は周方向に間隔をあけて点在するように周回していてもよい。

また、本実施形態では図８に示したように、リングビット３を相対的に軸線Ｏ方向に挿入するようにケーシングトップ１を押圧して弾性変形させているが、例えばスリットＳを全体的に等しい幅で押し開くようにしてケーシングトップ１を弾性変形させた状態で、その内周部にリングビット３を配置してから縮径させることにより環状溝９に突条部８を収容してもよく、この場合に突条部８と環状溝９とは、傾斜面８Ａ、９Ａと当接面８Ｂ、９Ｂの傾斜角が等しい断面等脚台形状であったり、上記実施形態とは逆に当接面８Ｂ、９Ｂの傾斜角が傾斜面８Ａ、９Ａより小さくされていたりしてもよい。

１ケーシングトップ
２ケーシングパイプ
３リングビット
３Ａ挿通溝
３Ｂ被当接部
３Ｃ係合溝
５インナービット
５Ｂ当接部
５Ｆ係合突条
７チップ
８突条部
８Ａ突条部８の傾斜面
８Ｂ突条部８の当接面
９環状溝
９Ａ環状溝９の傾斜面
９Ｂ環状溝９の当接面
Ｏケーシングトップ１の軸線
Ｔ掘削時のリングビット３およびインナービット５の回転方向
Ｓスリット
Ｒ溶接による接合部

Claims

円管状の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、このケーシングトップの先端部に同軸かつ該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、上記ケーシングパイプ内に挿通されたインナービットに対して上記軸線方向先端側および該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、このリングビットの外周面には、上記軸線回りに周回する突条部が該軸線方向に複数条間隔をあけて形成されるとともに、上記ケーシングトップの内周面には、これらの突条部を収容する環状溝が上記軸線方向に複数、複数条の上記突条部と等しい間隔をあけて形成されることにより、上記リングビットが上記ケーシングトップに対して上記軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側と後端側とに係合させられていることを特徴とする掘削工具。
上記ケーシングトップは、上記軸線に直交する断面がＣ字状をなして弾性変形可能とされたものが、拡径させられて上記環状溝に上記リングビットの突条部を収容した上で、縮径させられて該ケーシングトップの突き合わせ部が接合されることにより、該リングビットが上記軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側と後端側とに係合させられることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
上記環状溝と上記突条部とは、上記軸線方向後端側に位置して後端側に向かうに従い内周側に向けて傾斜する傾斜面と、上記軸線方向先端側に位置して上記傾斜面よりも上記軸線に対して大きな傾斜角で先端側に向かうに従い内周側に向かう、または上記軸線に垂直な当接面とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削工具。
上記ケーシングトップは、上記ケーシングパイプの先端部の外周に接合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の掘削工具。