JP2011174302A - 掘削工具 - Google Patents

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Abstract


【課題】 削孔効率を向上させるとともに、製造コストを抑制する。
【解決手段】 リングビット11の前端部34には、所定の角度間隔で、それぞれが前方に突出する直立部36と、直立部36の頂点から前端部34の周に沿って、第1の方向と逆方向に沿って形成される傾斜部37と、を有する複数の破砕部材35が形成される。リングビット11が正回転方向に回転することにより、破砕部材35の直立部36が、地山に接触して、地山を破砕することができる。リングビット11の円錐部39において、所定の角度間隔で、円錐部36の後端に向けて突条40、41が形成される。突条40、41により、掘削による繰り粉や、削孔水が、適切にガイドされ、後方に移動される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、ケーシングパイプ内に挿入された、先端にインナービットが取り付けられた削孔ロッドと、ケーシングパイプの先端において、インナービットともに回転するリングビットとを備えた掘削工具に関する。
比較的軟弱な地盤を対象とした地山補強先受け工、鏡補強工などのトンネル工事においては、地山の内部に地山補強用パイプであるケーシングパイプを打設し、このケーシングパイプを通して注入材を注入し、地山に浸透、定着させることで、地山補強・安定化をはかる工法が採用されている。こうして補強された地山を掘削するトンネル掘削工法においては、地山にケーシングパイプを打設するための種々の方法が提案されている。
特許文献1に開示された掘削工具では、先端に刃が取り付けられたビット本体に、削孔ロッドの先端に取り付けられた伝達部材を挿入し、係合している。伝達部材及び削孔ロッドは、ケーシングパイプに挿通されており、伝達部材がパイプを牽引するように構成されている。削孔時には、削岩機から出力された打撃、推進、回転力が、削孔ロッド、伝達部材を介してビット本体に伝達され、これによってビット本体が地山を削孔する。同時に、ビット本体及び伝達部材の前進とともに、ケーシングパイプも前進し、ケーシングパイプが地山に打設される。
特許第3726179号公報 特開2003−301681号公報 特許第3709476号公報
また、特許文献2には、ケーシングパイプの前端部にリングビットを設け、削孔ロッドの前端部に設けられたロックビットにより地山が掘削されるとともに、リングビットにも、ロックビットに加えられる打撃力および推力が伝達され、リングビットによっても掘削が行なわれるように構成された掘削工具が提案されている。この掘削工具において、ケーシングパイプに固定されたリングビットは、削岩機の推力のみで掘削を行なうため、掘削方向に対する抵抗が非常に大きいという問題点があった。
特許文献3には、ケーシングパイプの前端部に設けられたリングビットが、インナービットの正回転に伴って回転するように構成されている。さらに、リングビットの前端には、超硬合金にて作られた、先端が尖ったビュレット形状の複数のチップが、所定の角度間隔で取り付けられている。インナービットの前端にも、同様の形状の超硬合金製チップが取り付けられている。したがって、インナービットの正回転に伴って、リングビットも正回転し、インナービットおよびリングビットに取り付けられたチップが、岩石を破砕する。
しかしながら、ケーシングパイプおよび前端部に取り付けられたリングビットは、地山中に残されてしまうため、リングビットに超硬合金などの高価なチップが取り付けられていると、掘削コストが著しく増大するという問題点があった。
本発明は、削孔効率を向上させるとともに、かつ製造コストを抑えた掘削工具を提供することを目的とする。
本発明の目的は、円筒状のケーシングパイプの前端に配置された、中空のリングビットと、前記ケーシングパイプの前端において前記ケーシングパイプと前記リングビットとの間に介在し、前記ケーシングパイプと固定され、かつ、前記リングビットを、前記ケーシングパイプの軸を中心に回転自在に支持する中空のケーシングシューと、を備えた掘削工具であって、前記ケーシングパイプ、ケーシングシューおよびリングビットの内部を、前端に地山掘削用のチップが取り付けられたインナービットが通って、前記チップが取り付けられた前端が、前記リングビットの前端から突出するように構成され、
前記リングビットの前半部の内側には円錐部が形成され、かつ、中央部および後端部の内側には、前記軸の半径方向内側突出し、前記インナービットの所定の位置に、前記軸の半径方向に形成されたキー受け溝と整合する位置に、キーが形成され、前記インナービットが軸中心に所定の第1の方向に回転したときに、前記キーが前記キー受け溝に係合し、前記インナービットの前記第1の方向の回転に伴って、前記リングビットが前記第1の方向に回転するとともに、前記インナービットが、後方に引き抜くことができない状態となるように構成され、
前記リングビットの前端部には、所定の角度間隔で、それぞれが前方に突出する突出部と、前記突出部の頂点から前記前端部の周に沿って、前記第1の方向に形成される傾斜部と、を有する複数の破砕部材が形成されたことを特徴とする掘削工具により達成される。
好ましい実施態様においては、前記リングビットの円錐部において、所定の角度間隔で、前記円錐部の後端に向けて突条が形成される。
また、好ましい実施態様においては、前記円錐部の後端に向けてらせん状に突条が形成される。
より好ましい実施態様においては、前記破砕部材の突出部から延びる突条が、他の突条よりも長く、前記円錐部の後端まで延びる。
別の好ましい実施態様においては、前記円錐部の後端に向けて、前記軸の半径方向に突条が形成される。
また、好ましい実施態様においては、前記インナービットの内部には、供給された削孔水の供給経路が形成され、かつ、供給経路の前方端に、前記インナービットの前端部の吐出口まで貫通する貫通穴が形成されるとともに、
前記インナービットの長手方向側面には、連続的に、その外径が他の部分より小さくなっている溝部が形成され、
前記溝部と、前記リングビットの中央部および後端部の内壁、並びに、ケーシングシューの内壁との間で、排泥水の排水口および排水経路が形成される。
本発明によれば、削孔効率を向上させ、かつ製造コストを抑えた掘削工具を提供することが可能となる。結果として工事における掘削コストを削減することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる掘削工具の略側断面図である。 図2は、本実施の形態にかかる掘削工具の側面図である。 図3は、本実施の形態にかかるリングビットの斜視図である。 図4は、本実施の形態にかかるリングビットの正面図である。 図5は、インナービットの側断面図である。 図6は、インナービットの側面図である。 図7(a)は図6のA−A線断面図、図7(b)は、図6のB−B線断面図である。 図8は、本実施の形態において使用される複数のケーシングパイプの例を示す略側面図である。 図9は、本発明にかかる掘削工具の略断面図である。 図10(a)は、第2の実施の形態にかかるリングビットの正面図、図10(b)は、リングビットの側面図である。 図11(a)は、第1の実施のかかる突条の略断面図、図11(b)は、第2の実施の形態にかかる突条の略断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態につき説明を加える。図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる掘削工具の略側断面図、図2は、本実施の形態にかかる掘削工具の側面図である。なお、本明細書において、後述するチップが配置されたインナービットが地山に挿入される側を前方ないし前側と称し、その反対側、つまり、削岩機(図示せず)が配置される側を、後方或いは後側と称する。図1および図2に示すように、掘削工具10は、リングビット11およびケーシングシュー12を備える。
ケーシングシュー12の後側半部の外周には雄ネジ21が形成され、最前部に位置するケーシングパイプ13の前端の内周に形成された雌ネジと螺合するようになっている。ケーシングシュー12のほぼ中央部にはフランジ22が形成され、かつ、フランジ22から前方にスリーブ23が形成されている。スリーブ23には、前半部でその内径がわずかに縮小する縮径部24が設けられる。縮径部24により、リングビット11は、ケーシングシュー12から脱落することが防止される。
リングビット11は、その後端部31の端面32が、ケーシングシュー12のスリーブ23の前端面25と接触可能となっている。また、リングビット11の後端部31の外径は、スリーブ23の後半部26の内径と略一致し、リングビット11の中央部33の外径は、スリーブ23の縮径部24の内径と略一致する。実際には、リングビット11のこう端部31および中央部33の外径は、それぞれ、スリーブ23の後半部26および縮径部24の内径よりわずかに小さい。したがって、後述するように、リングビット11とインナービット14とが係合した状態で、インナービット14が所定の正回転方向に回転すると、リングビット11もインナービット14の回転に伴って回転することができる。
また、リングビット11の中央部33ないし後端部31の内径は、ケーシングシュー12のフランジ22における内径と一致している。
リングビット11の前端部34には、外周に沿って鋸刃形状の破砕部材35が形成される。破砕部材35は、リングビット11の軸に垂直な方向、つまり、半径方向に延びる直立部36、および、外径に沿って、リングビットの外周の接線方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部37を有する。傾斜部37は、正回転方向の反対方向、つまり、逆回転方向に沿って延びている。傾斜部37の端部は隣接する破砕部材35の直立部36に連なる。後述するように、インナービット14の正回転に伴ってリングビット11も回転し、その際に、直立部36の面が地山と接触して、岩石を破砕および切削することになる。本実施の形態においては、直立部36は、60度の角度間隔で形成され、6つの破砕部材35が、リングビット11の前端部34に形成される。
図3は、本実施の形態にかかるリングビットの斜視図、図4は、本実施の形態にかかるリングビットの正面図である。図3および図4に示すように、リングビット11の前半部38の内側にはすり鉢状の円錐部39が形成されている。円錐部39においては、後方に向かってその内径が小さくなり、円錐部39の後端42において、その内径は、中央部33の内径と一致する。
また、円錐部39においては、直立部38のそれぞれを始点として、円錐部39の後端側の頂点に向けてらせん状に、突条40、41が設けられている。図3および図4に示すように、本実施の形態においては、60度の角度間隔で6つの突条が設けられる。6つの突条のうち、180度の角度間隔で配置されている2つの突条(符号41参照)は、他の突条(符号40参照)よりも長く、円錐部39の後端42まで延びる。図11(a)は、突条40、41の略断面図である。図11(a)において、突条40、41は、正回転方向の先頭に半径方向に直立する直立部71を有するとともに、直立部71から逆回転方向(図11の矢印の逆方向)に沿って、一定の角度で傾斜する傾斜部72を有する。
さらに、リングビット11の中央部33および後端部31において、内周面には、180度の角度間隔で、半径方向内側に突出した2つのキー43が設けられる。図4から理解できるように、キー43は、半径方向の断面形状が矩形状である。後述するように、キー43は、インナービット14のキー受け溝58と協働して、リングビット11の係止部材を構成し、インナービット14の正回転にともなってリングビット11を正回転させる。
本実施の形態において、リングビットは、鋳造により一体に整形することができる。すなわち、リングビットの破砕部材35も、他の部分と同一の材料(たとえば、鋳鉄)で作ることができる。
図5は、インナービットの側断面図、図6は、インナービットの側面図、図7(a)は図6のA−A線断面図、図7(b)は、図6のB−B線断面図である。インナービット14は、中央に掘削中に供給する削孔水の供給経路52を有する本体51、本体51の最前端に取り付けられた超硬合金製のチップ53を有する。本体51の中空の後半部54には、削孔ロッド(図示せず)の前端に設けられた雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。図5および図6から理解できるように、前半部57の外径より後半部54の外径が大きくなっている。
供給経路52の前方端には、インナービット14の外部に貫通する貫通孔55が形成され、図6に示す吐出口56から、削孔水がインナービット14の外部へ吐出される。
図6、図7(b)に示すように、本体51の前半部57の所定の位置に、180度の角度間隔で、長手方向に所定の長さのキー受け溝58が形成されている。キー受け溝58は、リングビット11のキー43と整合するサイズを有し、後述するように、インナービット14が正回転するときに、その端面59と、キー43の一方の端面(図4の符号60参照)とが当接し、インナービット14の正回転に伴って、リングビット11が正回転する。また、キー受け溝58の端面59と、リングビット11のキー43の端面60とが当接した状態では、インナービット14の前後方向の動きが規制され、後方に引き抜くことが不可能となる。
また、図5から理解できるように、インナービット14の前半部57と後半部54とは外径が異なり、後半部54の外径の方が、前半部57の外径よりも大きい。後半部54の径を大きくすることで、インナービットの後半部の内側にある雌ネジとの干渉を避けているとともに、ケーシングシュー12およびリングビット11への推力伝達部67を形成している。前半部57には、長手方向に、その外径が他の部分より小さくなっている第1の溝部61が形成される。また、後半部54にも、その外径が他の部分より小さくなっている第2の溝部62が形成される。第1の溝部61と第2の溝部62とは、長手方向の位置は一致しており、段部63を経て連なっている。図1から理解できるように、第1の溝部61、段部63および第2の溝部62と、リングビット11の中央部33および後端部31並びにケーシングシュー12のフランジ22および後半部64の内壁との間で、排水口66および排水経路65が形成される。排水口66および排水経路65により、繰り粉(リングビット11およびインナービット14によって破砕された岩など)および排泥水が、後方に送られる。
以下、上記構成の掘削工具の動作について説明する。掘削の際には、図8に示す複数のケーシングパイプ801、802、803、804を、各パイプ打設する毎に後端に連結させる。直列に連結されたケーシングパイプ801、802、803、804の内部には削孔ロッド(図示せず)が通り、削孔ロッドの前端にインナービット14が取り付けられる。また、削孔ロッドの後端には、削岩機(図示せず)が取り付けられる。削岩機による打撃、回転は、削孔ロッドを介してインナービット14にも伝達される。
図8に示すように、最前端のケーシングパイプ801の前端に本実施の形態にかかる切削工具10が取り付けられる。使用の際には、前端にインナービット14を取り付けた削孔ロッドをケーシングパイプ内に通して、インナービット14を、ケーシングパイプ801の前端まで到達させる。インナービット14が、ケーシングパイプ801の前端に到達した状態で、インナービット14を正回転させると、図9に示すように、インナービット14のキー受け溝58の端面59と、キー43の一方の端面60とが当接する。この状態で、インナービット14の前後方向の動きが規制され、後方に引き抜くことが不可能となる。したがって、削岩機による正回転によりインナービット14が正回転すると、それに伴って、リングビット11も正回転する。なお、図9は、インナービット14を、リングビット11に取り付けたときの、図7(b)と同様の位置における略断面図である。
インナービット14が正回転することにより、インナービット14の先端に取り付けられた超硬合金製のチップ53により地山が掘削される。また、リングビット11も正回転することにより、リングビット11の破砕部材35、特に直立部36が、リングビット11の正回転にともなって、地山に接触して正回転方向に地山を崩していく。また、掘削の際に、ケーシングパイプ内部に配置された削孔ロッド(図示せず)を介して、削孔水が注入され、インナービット14の供給経路52および貫通孔55を経て、インナービット14の吐出口から削孔水が吐出される。
インナービット14のチップ53や、リングビット11の破砕部材35により破砕された地山は繰り粉となり、削孔水と岩石とが混合された排泥水とともに、排水口66から排水経路65に送り出される。本実施の形態においては、リングビット11の内面の円錐部39において、直立部38のそれぞれを始点として、円錐部39の後端側の頂点に向けてらせん状に、突条40、41が設けられている。したがって、繰り粉は、上記らせん状に形成された突条40、41にガイドされて、排水口66に効率よく送り込まれる。繰り粉および排泥水は、排水口66および排水経路65を経て、さらに、ケーシングパイプ内を通って後方に送り出される。
本実施の形態においては、リングビットの前半部38の内側には円錐部39が形成され、かつ、中央部33および後端部31の内側には、インナービット14の軸の半径方向内側突出し、インナービット14の所定の位置に、軸の半径方向に形成されたキー受け溝58と整合する位置に、キー43が形成され、インナービット14が軸中心に所定の第1の方向(正回転方向)に回転したときに、キー43がキー受け溝58に係合し、インナービット14の第1の方向の回転に伴って、リングビット11が第1の方向に回転するとともに、インナービット14が、後方に引き抜くことができない状態となるように構成される。また、リングビット11の前端部34には、所定の角度間隔で、それぞれが前方に突出する突出部(直立部)36と、突出部(直立部)36の頂点から前端部34の周に沿って、第1の方向と逆方向に沿って形成される傾斜部37と、を有する複数の破砕部材35が形成される。
リングビット11が第1の方向(正回転方向)に回転することにより、破砕部材35の直立部36が、地山に接触して、地山を破砕することができる。また、リングビット11は、破砕部材35も含めて、鋳鉄などの材料で作ることができる。したがって、リングビット11のコストを著しく小さくすることができ、掘削工事の後にリングビット11を地山に残しておいても、工事コストの増大を抑制することができる。
また、本実施の形態においては、リングビット11の円錐部39において、所定の角度間隔で、円錐部36の後端に向けて突条40、41が形成される。突条40、41により、掘削による繰り粉や、削孔水が、適切にガイドされ、後方に移動される。同時に、突条40、41は円錐部39に取り込まれた繰り粉をさらに細かく破砕する役目も併せ持ち、排水口66への排泥水の取り込みが容易となる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態にかかるリングビット11においては、円錐部39にらせん状の突状40、41が形成されていた。第2の実施の形態においては、突条が半径方向に放射状に形成される。図10(a)は、第2の実施の形態にかかるリングビットの正面図、図10(b)は、リングビットの側面図である。図10(a)、(b)に示すように、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、リングビット111の前端部134には、外周に沿って鋸刃形状の破砕部材135が形成される。破砕部材135は、リングビット111の径に垂直な方向に延びる直立部136、および、外径に沿って、前記リングビットの周方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部137を有する。傾斜部137の端部は隣接する破砕部材135の直立部136に連なる。本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、直立部136は、60度の角度間隔で配置され、6つの破砕部材135が形成されている。
また、リングビット111の前半部138の内側にはすり鉢状の円錐部139が形成されている。円錐部139には、20度の角度間隔で、半径方向に突条140が形成される。突条140は、それぞれ、円錐部139の後端まで延びる。図11(b)は、第2の実施の形態にかかる突条140の略断面図である。図11(b)に示すように、本実施の形態においては、突条140は、断面において両側に傾斜部171、172を有し、双方の傾斜部における傾斜は略等しくなっている。また、第1の実施の形態と同様に、第2の実施の形態においても、リングビット111の中央部および後端部において、内周面には、180度の角度間隔で、半径方向内側に突出した2つのキー143が設けられる。
第2の実施の形態においても、インナービット14が挿入されて、インナービット14が正回転されると、リングビット111のキー143の端面と、インナービット14のキー受け溝58の端面とが当接しインナービット14の正回転に伴って、リングビット111が正回転する。また、キー受け溝58の端面と、リングビット111のキー143の端面とが当接した状態では、インナービット14の前後方向の動きが規制され、後方に引き抜くことが不可能となる。
インナービット14が正回転すると、リングビット111も正回転し、インナービット14のチップ53およびリングビット111の破砕部材135により、地山が破砕される。インナービット14のチップ53や、リングビット111の破砕部材135により破砕された地山は繰り粉となり、削孔水と岩石とが混合された排泥水とともに、排水口66から排水経路65に送り出される。本実施の形態においては、リングビット111の内面の円錐部139において、前端部138から円錐部139の後端部に向けて半径方向に突条140が設けられている。したがって、繰り粉は、突条140にガイドされて、排水口66に効率よく送り込まれる。同時に、突条140により繰り粉はさらに細かく破砕される。繰り粉および排泥水は、排水口66および排水経路65を経て、さらに、ケーシングパイプに設けられた排水経路(図示せず)を通って後方に送り出される。
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
前記実施の形態においては、インナービット14の後半部54の外径の方が、前半部57の内径よりも大きく、前半部57には、長手方向に、その外径が他の部分より小さくなっている第1の溝部61が形成され、後半部54には、その外径が他の部分より小さくなっている第2の溝部62が形成され、第1の溝部と第2の溝部とは、長手方向の位置が一致し、段部63を経て連なる構造となっている。しかしながら、インナービットは上述したように前半部と後半部とで外径が一致するような構成としても良いことは言うまでもない。
10 掘削工具
11 リングビット
12 ケーシングシュー
13 ケーシングパイプ
14 インナービット
22 フランジ
23 スリーブ
24 縮径部
25 スリーブの前端面
31 後端部
33 中央部
34 前端部
35 破砕部材
36 直立部
37 傾斜部
38 前半部
39 円錐部
40、41 突条
42 円錐部の後端
43 キー
60 キーの端面
51 本体
52 削孔水の供給経路
53 チップ
54 後半部
55 貫通孔
56 吐出口
57 前半部
58 キー受け溝
59 キー受け溝の端面
61 第1の溝部
62 第2の溝部
63 段部
65 排水経路
66 排水口

Claims (6)

  1. 円筒状のケーシングパイプの前端に配置された、中空のリングビットと、前記ケーシングパイプの前端において前記ケーシングパイプと前記リングビットとの間に介在し、前記ケーシングパイプと固定され、かつ、前記リングビットを、前記ケーシングパイプの軸を中心に回転自在に支持する中空のケーシングシューと、を備えた掘削工具であって、前記ケーシングパイプ、ケーシングシューおよびリングビットの内部を、前端に地山掘削用のチップが取り付けられたインナービットが通って、前記チップが取り付けられた前端が、前記リングビットの前端から突出するように構成され、
    前記リングビットの前半部の内側には円錐部が形成され、かつ、中央部および後端部の内側には、前記軸の半径方向内側突出し、前記インナービットの所定の位置に、前記軸の半径方向に形成されたキー受け溝と整合する位置に、キーが形成され、前記インナービットが軸中心に所定の第1の方向に回転したときに、前記キーが前記キー受け溝に係合し、前記インナービットの前記第1の方向の回転に伴って、前記リングビットが前記第1の方向に回転するとともに、前記インナービットが、後方に引き抜くことができない状態となるように構成され、
    前記リングビットの前端部には、所定の角度間隔で、それぞれが前方に突出する突出部と、前記突出部の頂点から前記前端部の周に沿って、前記第1の方向と逆方向に沿って形成される傾斜部と、を有する複数の破砕部材が形成されたことを特徴とする掘削工具。
  2. 前記リングビットの円錐部において、所定の角度間隔で、前記円錐部の後端に向けて突条が形成されることを特徴とする請求項1に記載の掘削工具。
  3. 前記円錐部の後端に向けてらせん状に突条が形成されることを特徴とする請求項2に記載の掘削工具。
  4. 前記破砕部材の突出部から延びる突条が、他の突条よりも長く、前記円錐部の後端まで延びることを特徴とする請求項3に記載の掘削工具。
  5. 前記円錐部の後端に向けて、前記軸の半径方向に突条が形成されることを特徴とする請求項2に記載の掘削工具。
  6. 前記インナービットの内部には、供給された削孔水の供給経路が形成され、かつ、供給経路の前方端に、前記インナービットの前端部の吐出口まで貫通する貫通穴が形成されるとともに、
    前記インナービットの長手方向側面には、連続的にその外径が他の部分より小さくなっているが形成され、
    前記溝部と、前記リングビットの中央部および後端部の内壁、並びに、ケーシングシューの内壁との間で、排泥水の排水口および排水経路が形成されることを特徴とする請求項1ないし5の何れか一項に記載の掘削工具。
JP2010039518A 2010-02-25 2010-02-25 掘削工具 Active JP5513162B2 (ja)

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