JP2017218744A - 掘削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】一種の工具本体により、様々な内外径のケーシングパイプやケーシングトップに挿通、当接可能で、工具本体管理を容易にするとともに工具本体の製造コストも抑えることが可能な掘削工具を提供する。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転される円柱状の工具本体１の先端に掘削部が設けられ、工具本体１の先端部の外周にはケーシングパイプＰが配設され、工具本体１の先端部の後端側には外周側に突出する第１段部１Ｂが設けられ、ケーシングパイプＰの先端内周部には内周側に突出する第２段部Ｑが設けられ、第１段部１Ｂの先端面と第２段部Ｑの後端面との間には、第１段部１Ｂの外径より小さく、第１段部１Ｂよりも先端側の工具本体１の外径より大きい内径と、第２段部Ｑの内径より大きく、第２段部Ｑよりも後端側のケーシングパイプＰの内径より小さな外径とを有する環状部材１０が介装される。【選択図】図１

Description

本発明は、先端に掘削部が設けられた工具本体と、この工具本体の先端部外周に配設されるケーシングパイプとを備え、工具本体の軸線方向先端側に向けて工具本体に与えられる打撃力および推力と軸線回りの回転力とにより、上記掘削部によって掘削孔を形成するとともに、この掘削孔に上記ケーシングパイプを挿入してゆく掘削工具に関するものである。

このような掘削工具として、例えば特許文献１には、掘削装置に接続される掘削ロッドの先端に連結された工具本体の先端部に、工具本体の軸線から偏心した位置に回転軸を有するビットヘッドが掘削部として取り付けられるとともに、工具本体の先端部の後端側は外周側に突出する段部が形成され、またケーシングパイプの先端には、ケーシングパイプの内径よりも小さい内径のケーシングトップが取り付けられて、ケーシングパイプの後端側から挿入された工具本体の上記段部が、このケーシングトップの後端面に当接可能とされた、いわゆる拡径ビットが記載されている。

このような掘削工具では、こうして段部をケーシングトップの後端面に当接させた状態で、工具本体の上記段部よりも先端側の部分やビットヘッドはケーシングトップの先端から突出し、工具本体を軸線回りに掘削時の工具回転方向に回転させつつビットヘッドを地盤に押し付けることにより、回転の反力によってビットヘッドが上記回転軸回りに工具回転方向とは反対側に回転して拡径した状態で位置決めされる。そこで、工具本体に軸線方向先端側への打撃力と推力を与えることにより、ビットヘッドによって掘削孔が形成されるとともに、段部と当接したケーシングトップおよびケーシングパイプが掘削孔に挿入されてゆく。

また、所定の深さまで掘削孔が形成されてケーシングパイプが挿入された後は、工具本体を掘削時の上記工具回転方向とは反対側に回転させることにより、やはり回転の反力によってビットヘッドが上記回転軸回りに工具回転方向Ｔに回転して縮径し、ケーシングトップの内径よりも小さな外径となる。そこで、掘削ロッドを後退させて工具本体を引き抜くことにより、ケーシングパイプを掘削孔に残したまま工具本体およびビットヘッドを回収することができる。なお、ビットヘッドは、工具本体に挿入された係止ピンによって回転自在に係止され、係止ピンはやはり工具本体に取り付けられる固定部材によって抜け止めされている。

特許第４９５７４４０号公報

ここで、工具本体の上記段部の外径は、ケーシングパイプの内径よりも小さくなければ工具本体をケーシングパイプ内に挿通させることができず、またケーシングトップの外径よりも大きくなければ段部をケーシングトップの後端面に当接させて打撃力や推力を伝達することができない。また、この段部よりも先端側の工具本体の外径は、ケーシングトップの内径よりも小さくなければ、段部よりも先端側をケーシングトップ内に挿通して掘削部をケーシングトップ先端に突出させることができない。

しかしながら、上述のように掘削孔に残されるケーシングパイプの外径は、地盤に形成すべき掘削孔の内径によって様々である。そして、ケーシングパイプやケーシングトップの肉厚を必要以上に厚くしたり薄くしたりすることもできないので、これらケーシングパイプやケーシングトップの内径も、掘削孔の内径に応じて様々な大きさとなる。

従って、このようなケーシングパイプやケーシングトップの内径に対応するために、掘削工具の工具本体も、ケーシングトップの後端面に当接させられる上記段部の外径や、ケーシングトップ内に挿通される段部よりも先端側の部分の外径が異なるものを用意する必要がある。このため、これらの外径が異なる複数種の工具本体を掘削孔の内径に応じて揃えておかなければならず、工具本体の管理が煩雑となるとともに、工具本体の製造コストも高騰することが避けられない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、一種の工具本体により、様々な内外径のケーシングパイプやケーシングトップに挿通、当接可能であり、工具本体管理を容易にするとともに工具本体の製造コストも抑え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。

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、軸線回りに回転される円柱状の工具本体の先端に掘削部が設けられるとともに、上記工具本体の先端部の外周にはケーシングパイプが配設され、上記工具本体の先端部の後端側には外周側に突出する第１段部が設けられるとともに、上記ケーシングパイプの先端内周部には内周側に突出する第２段部が設けられ、上記第１段部の先端面と上記第２段部の後端面との間には、上記第１段部の外径より小さく、この第１段部よりも先端側の上記工具本体の外径より大きい内径と、上記第２段部の内径より大きく、この第２段部よりも後端側の上記ケーシングパイプの内径よりは小さな外径とを有する環状部材が介装されていることを特徴とするものである。

このように構成された掘削工具では、工具本体の外周側に突出する第１段部は、ケーシングパイプの先端に設けられた内周側に突出する内径の小さいケーシングトップのような第２段部に、環状部材を介して当接して軸線方向先端側への打撃力と推力を伝達する。従って、たとえ第１段部の外径が第２段部の内径より小さかったとしても、環状部材の外径を、第２段部の内径よりも大きくすることにより、これら打撃力と推力を確実に伝達することができる。

そして、この環状部材を、ケーシングパイプやケーシングトップの内径に合わせた外径のものに交換することにより、一種の工具本体によって様々な内外径のケーシングパイプやケーシングトップに対応することが可能となる。このため、環状部材よりも構造が複雑となる工具本体の管理を容易とすることができるとともに、製造コストも抑えることが可能となる。

また、上述のように第１段部の外径が第２段部の内径より小さい場合は勿論、第１段部の外径が第２段部の内径より大きくても、ケーシングパイプの内径よりは著しく小さい場合などには、このケーシングパイプの内径に合わせて、環状部材の外径を、工具本体における上記第１段部の外径よりも大きくすることにより、ケーシングトップの後端面への打撃力や推力の伝達面積を大きくして効率的にケーシングパイプを掘削孔に挿入してゆくことができる。また、こうして環状部材の外径を大きくすることにより、環状部材を打撃する第１段部への応力を分散して第１段部の破損等も防ぐことができる。

さらに、このように構成される掘削工具においては、上記環状部材を、工具本体の硬度以下の硬度の材質によって形成することにより、工具本体に与えられる打撃力や推力、回転力による工具本体の摩耗を、環状部材の摩耗に置き換えて抑制することができる。上述のように工具本体は環状部材よりも構造が複雑であるので、そのような工具本体の摩耗を抑制することにより、工具寿命の延長を図って一層低コストで安定した掘削作業を行うことが可能となる。

さらにまた、上記環状部材に、上記第１段部よりも先端側の上記工具本体の外周面と上記第２段部の内周面との間に配設される円筒部を備えことにより、この円筒部の内外周面を第１段部よりも先端側の工具本体の外周面と第２段部の内周面に摺接させて工具本体を支持することができる。従って、特に第１段部よりも先端側の工具本体の外径が第２段部の内径よりも著しく小さい場合でも、掘削時の工具本体の振れを抑えて直進度の高い掘削孔を形成す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、一種の工具本体によって様々な内外径のケーシングパイプやケーシングトップに対応することが可能となって内径の異なる掘削孔にケーシングパイプを挿入することができ、工具本体の管理を容易とするとともに、工具本体の製造コストの抑制を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す工具本体先端部の側断面図である。 図１に示す実施形態において掘削部（ビットヘッド）が拡径した状態を示す正面図である（ただし、ケーシングパイプとケーシングトップは図示が略されている。）。 図１に示す実施形態において取付部材（ビットヘッド）が縮径した状態を示す正面図である（ただし、ケーシングパイプとケーシングトップは図示が略されている。）。 図１に示す実施形態の取付部材（ビットヘッド）の（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。 図１に示す実施形態の工具本体および取付部材の図１における平面Ａに沿った断面図である。 図１に示す実施形態の工具本体を、図１に示した実施形態よりも内外径の大きなケーシングパイプおよびケーシングトップに挿入した状態を示す部分側断面図である。

図１ないし図６は、本発明の一実施形態を示すものであって、この実施形態は、本発明を上述したような拡径ビットに適用した場合のものである。本実施形態において、工具本体１は、このような拡径ビットのデバイスであって、軸線Ｏを中心とした外形略多段の円柱状をなしており、その後端部（図１および図６における右側部分）は最も小径のシャンク部１Ａとされている。

このような掘削工具は、上記シャンク部１Ａに連結される図示されないダウンザホールハンマによって工具本体１に軸線Ｏ方向先端側（図１および図６における左側）への打撃力が与えられるとともに、このダウンザホールハンマに掘削ロッドを介して連結される掘削装置から工具回転方向Ｔへの軸線Ｏ回りの回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力が与えられ、地盤（岩盤）等を掘削して掘削孔を形成する。

工具本体１のシャンク部１Ａよりも先端側の先端部には、その後端側に工具本体１において最も大きな外径の外周側に突出する環状の第１段部１Ｂが形成されるとともに、この第１段部１Ｂよりも先端側には、第１段部１Ｂより一段小径とされた一定の外径を有する円柱部１Ｃが形成されている。また、工具本体１の先端部の軸線Ｏ方向の長さは、円柱部１Ｃが最も長く、これよりも第１段部１Ｂは短い。

さらに、工具本体１の外周には、第１段部１Ｂの外径よりも大きな内径を有する軸線Ｏを中心とした円筒状のケーシングパイプＰが配設されるとともに、このケーシングパイプＰの先端には、ケーシングパイプＰの内径よりも小さく、円柱部１Ｃよりは大きな内径を有する多段円筒状のケーシングトップＱが、その後端部をケーシングパイプＰの先端部内周に嵌め入れた状態で接合されて取り付けられている。このケーシングトップＱのケーシングパイプＰ内周側に突出した部分が、本実施形態におけるケーシングパイプＰの先端内周部の第２段部とされており、図１に示す実施形態では、ケーシングトップＱの内径は第１段部１Ｂの外径よりも小さくされている。

工具本体１の先端面は軸線Ｏに垂直な平坦面とされ、掘削時にはケーシングトップＱの先端よりも先端側に位置するように配設される。また、この先端面から第１段部１Ｂの後端にかけての工具本体１先端部外周には、掘削時に発生する掘削屑を排出するための排出溝１Ｄが、周方向に等間隔に３条形成されている。これらの排出溝１Ｄの外周側を向く底面は、工具本体１の先端面から後端側に向かうに従い軸線Ｏから離間するように傾斜した後、軸線Ｏに平行に延びて第１段部１Ｂの後端に達している。

さらに、工具本体１の先端面には、周方向において上記排出溝１Ｄの間に、先端面から後端側に向けて延びる取付孔部２が、やはり周方向に等間隔に３つ形成されており、これらの取付孔部２は、軸線Ｏに平行で軸線Ｏから外周側に偏心した孔部中心線Ｌ１を中心とした一定内径の断面円形に形成されている。なお、工具本体１の後端からは軸線Ｏに沿って掘削時に圧縮空気等を噴出するブロー孔３が形成されており、このブロー孔３は工具本体１の先端部で分岐して、先端面の中央と、排出溝１Ｄの傾斜した底面と、円柱部１Ｃの後端側の外周面と、そして上記取付孔部２の底面とに開口している。

本実施形態では、このような取付孔部２に取付軸部４が挿入されて、上記拡径ビットのビットヘッド５が工具本体１に着脱可能に装着されており、このビットヘッド５の先端部には掘削部６が一体に形成されている。この掘削部６の先端面と外周面には、鋼材等からなる工具本体１やビットヘッド５よりも高硬度の超硬合金等からなる掘削チップ７が埋め込まれて多数配設されており、これらの掘削チップ７によって地盤が破砕されて掘削が行われる。

取付軸部４は、軸部中心線Ｌ２を中心とした円柱軸状であって、その外径が取付孔部２の内径よりも僅かに小さくなるように形成されるとともに、その長さは取付孔部２の深さと略等しくなるように形成されている。従って、この取付軸部４は取付孔部２に摺動可能に嵌め込まれて軸部中心線Ｌ２が孔部中心線Ｌ１と同軸に挿入され、その後端面が取付孔部２の底面に当接したところで、掘削部６の後端面が工具本体１の先端面に当接することになり、こうして取付軸部４を取付孔部２に挿入した挿入状態でビットヘッド５は孔部中心線Ｌ１回りに回転自在とされる。

掘削部６は、図２、図３および図４（ａ）に示すように先端視において概略扇形をなしており、すなわち互いに１２０°の鈍角で交差する２つの側面と、これらの側面の両端を結ぶ凸円弧面状または凸円弧面と平面とを組み合わせた凸側面とを有している。２つの側面は軸部中心線Ｌ２に平行な平面状であって、先端視において一方は長い側面（長側面）、他方は短い側面（短側面）とされ、また凸側面のうち長側面に連なる部分は後端側に向かうに従い軸部中心線Ｌ２側に向かうように僅かに傾斜している。

このような掘削部６は、ビットヘッド５が軸部中心線Ｌ２回りに工具回転方向Ｔとは反対側に回転させられたときには、図２に示すように周方向に隣接するビットヘッド５同士で、１つの掘削部６の上記短側面が、工具回転方向Ｔとは反対側に隣接するビットヘッド５の掘削部６における長側面の短側面側の部分に当接して位置決めされる。このとき、凸側面の長側面に連なる部分は、ケーシングパイプＰやケーシングトップＱの外径よりも大きく工具本体１の外周側に突出して拡径し、先端視において軸線Ｏを中心とした円弧をなすように配設される。

また、ビットヘッド５が軸部中心線Ｌ２回りに工具回転方向Ｔに回転させられたときには、図３に示すように周方向に隣接するビットヘッド５同士で、１つの掘削部６の上記短側面が、工具回転方向Ｔとは反対側に隣接するビットヘッド５の掘削部６における長側面の凸側面側の部分に当接して位置決めされることにより縮径させられる。この縮径した状態では、凸側面は、軸線Ｏから最も離れた部分が、ケーシングトップＱの内径よりも小さく、円柱部１Ｃの外径よりは大きな直径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に位置するように配設される。

さらに、このようなビットヘッド５の取付軸部４の外周面には、軸部中心線Ｌ２に直交する平面Ａ、すなわち上記挿入状態における孔部中心線Ｌ１に直交する平面Ａに沿って凹溝４Ａが形成されている。この凹溝４Ａは、本実施形態では図４（ｂ）および図５に示すように軸部中心線Ｌ２を中心として取付軸部４の外周を１周する環状溝とされており、軸部中心線Ｌ２に沿った断面では、軸部中心線Ｌ２方向に延びる半割長円状に形成されている。なお、凹溝４Ａは、このような環状溝とするのに代えて、例えば軸部中心線Ｌ２方向から見て掘削部６の長側面側に形成されて、軸部中心線Ｌ２に直交する上記平面Ａに沿った断面が略１２０°に折れ曲がったＬ字状に形成され、ただしこのＬ字に折れ曲がる部分は、その両側の直線状に延びる部分に接する軸部中心線Ｌ２を中心とした凸円弧状に形成されていてもよい。

一方、工具本体１には、同じく上記挿入状態における孔部中心線Ｌ１に直交する上記平面Ａに沿って有底のピン孔８が形成されている。このピン孔８は、本実施形態では断面円形のものであって、３つの取付孔部２の内周面にそれぞれ工具回転方向Ｔの反対側から接して軸線Ｏに直交する接線をピン孔中心線Ｃとして延び、工具本体１の円柱部１Ｃの外周面に開口するように形成されている。従って、これらのピン孔８は、ピン孔中心線Ｃが取付孔部２の内周面に接する部分で、この取付孔部２の内周面に部分的に開口することになる。

また、ピン孔８の半径は、取付軸部４の外周面から凹溝４Ａの溝底までの深さと略等しくされている。さらに、このピン孔８には、ピン孔８の内径よりも僅かに小さな外径の円柱軸状の係止ピン９が円柱部１Ｃの外周側から挿入されており、上述のように取付孔部２の内周面に部分的に開口した部分でビットヘッド５の取付軸部４における凹溝４Ａに係止されて、工具本体１の軸線Ｏ側におけるピン孔８の底面に当接させられている。なお、このようにして係止ピン９がピン孔８の底面に当接したところで、係止ピン９の工具本体１外周側の端面は、円柱部１Ｃの外周面と面一となるように形成されている。

そして、工具本体１の第１段部１Ｂの先端面と、第２段部であるケーシングトップＱの後端面との間には、第１段部１Ｂの外径より小さく、この第１段部１Ｂよりも先端側の円柱部１Ｃの外径より大きい内径と、ケーシングトップＱの内径より大きく、このケーシングトップＱよりも後端側の上記ケーシングパイプＰの内径よりは小さな外径とを有する環状部材１０が介装されている。なお、本実施形態では、環状部材１０の外径は第１段部１Ｂの外径と略等しくされている。また、このような環状部材１０は、同じ鋼材によって形成されるにしても、工具本体１の材質の硬度に対して同等の硬度または例えばＨＲＣ５程度までの低い硬度の材質によって形成される。

さらに、本実施形態の環状部材１０は、上述のような内外径を有する後端側の環状部１０Ａと、この環状部１０Ａと内径が等しく、ケーシングトップＱの内径よりも僅かに小さな外径を有して先端側に延びる円筒部１０Ｂとが同軸に一体に形成されており、従ってこの円筒部１０Ｂは、工具本体１の第１段部１Ｂよりも先端側の上記円柱部１Ｃの外周面とケーシングトップＱの内周面との間に配設されることになる。また、環状部材１０の軸線Ｏ方向の長さは、図１に示すように環状部１０Ａを第１段部１ＢとケーシングトップＱに当接させた状態で、円筒部１０Ｂの先端面がケーシングトップＱの先端面と面一となるように設定され、工具本体１の円柱部１Ｃの長さよりは十分短く設定されている。

さらにまた、この環状部材１０の円筒部１０Ｂには、同じく図１に示すように環状部１０Ａを第１段部１Ｂに当接させた状態で、軸線Ｏ方向においてピン孔８の開口部の後端側に部分的に重なり合う位置に、断面円形の３つの貫通孔１１が、周方向に等間隔に形成されており、これらの貫通孔１１には、係止ピン９をピン孔８に挿入した状態で該貫通孔１１を封止する封止部材１２が取り付けられている。さらに、円筒部１０Ｂの外周面には、各貫通孔１１に連通するように凹所１３がそれぞれ形成されており、この凹所１３には、封止部材１２を固定する固定部材１４が配設されている。

貫通孔１１の円筒部１０Ｂの内外周面における開口部の直径は、ピン孔８の直径と等しく設定されている。なお、ピン孔８の円柱部１Ｃにおける開口部は、は、上述のように環状部１０Ａを第１段部１ＢとケーシングトップＱに当接させた状態で、円筒部１０ＢとケーシングトップＱの先端面よりも後端側に位置して、これら円筒部１０ＢおよびケーシングトップＱに覆われるように配設されている。また、凹所１３は、本実施形態では貫通孔１１の外周側開口部の軸線Ｏ方向後端側に連通するように形成されており、ただし環状部材１０の内周面に貫通してはいない。

さらに、凹所１３は、貫通孔１１の外周側開口部がなす円の直径と等しい幅で工具本体１の後端側に延びる延出部１３Ａと、この延出部１３Ａの後端側に位置して貫通孔１１の中心線と平行な中心線を有する貫通孔１１よりも大径の円形部１３Ｂとを備えている。なお、円形部１３Ｂの中心線と貫通孔１１の中心線との間隔は、円形部１３Ｂの半径と貫通孔１１の外周側開口部の半径との和よりも僅かに大きく設定されている。

また、これら貫通孔１１と凹所１３の内周部には、環状部材１０の内外周面との間に僅かな間隔をあけて溝が形成されており、このうち貫通孔１１の内周部に形成された溝は封止部材１２を係止する係止部１１Ａとされている。さらに、凹所１３のうち円形部１３Ｂの内周に形成された溝は固定部材１４の係止部１３Ｃとされるとともに、延出部１３Ａに形成された溝はスライド溝１３Ｄとされている。

これら係止部１１Ａ、１３Ｃおよびスライド溝１３Ｄは、ピン孔中心線Ｃに直交する１つの平面に沿うように形成されていて、すなわちピン孔中心線Ｃ方向を向いて互いに対向する２つの溝壁面は、それぞれ係止部１１Ａ、１３Ｃおよびスライド溝１３Ｄ同士で面一に形成されている。さらに、これら２つの溝壁面はピン孔中心線Ｃに垂直に延びるように形成されるとともに、これらの溝壁面の間の貫通孔１１と凹所１３の内周側を向く溝底面は、溝壁面に垂直すなわちピン孔中心線Ｃに平行に延びるように形成されていて、係止部１１Ａ、１３Ｃ、およびスライド溝１３Ｄはピン孔中心線Ｃに沿った断面が矩形状に形成されている。

なお、これら係止部１１Ａ、１３Ｃおよびスライド溝１３Ｄがなす溝の溝深さ、すなわち貫通孔１１と凹所１３の延出部１３Ａおよび円形部１３Ｂの内周から上記溝底面までの深さは、係止部１１Ａとスライド溝１３Ｄとで互いに等しい一定の深さとなるように形成されている。これに対して、凹所１３の係止部１３Ｃは、これら係止部１１Ａおよびスライド溝１３Ｄの溝深さよりも浅い一定の溝深さとなるように形成されている。

このうち、貫通孔１１の係止部１１Ａに取り付けられる上記封止部材１２は、工具本体１やビットヘッド５と同じく鋼材等の剛性体により、外径が２段の円盤状に一体形成されており、このうち外径が大径となる部分はスライド溝１３Ｄを通して貫通孔１１の係止部１１Ａに嵌め入れ可能な大きさに形成されている。また、封止部材１２の外径が小径となる部分は、環状部材１０の外周面における貫通孔１１の開口部に嵌め入れ可能な大きさに形成されている。

一方、凹所１３に配設される固定部材１４は、ウレタンゴム等の合成ゴムのような弾性体により、やはり外径が２段の円盤状に一体形成されており、このうち外径が大径となる部分は僅かに縮径するように弾性変形させられた状態で凹所１３の係止部１３Ｃに嵌め入れ可能とされ、小径となる部分は環状部材１０の外周面における凹所１３の開口部に嵌め入れ可能な大きさとされている。さらに、上記大径の部分は、係止部１３Ｃに嵌め入れられた状態で、上述のように係止部１１Ａに嵌め入れられた封止部材１２の大径の部分の外周に弾性変形しつつ密着可能な大きさとされている。

次に、このような掘削工具を組み立てる場合について説明する。まず、工具本体１にビットヘッド５が取り付けられておらず、またケーシングパイプＰおよびケーシングトップＱが配設されていない状態から、工具本体１先端部の円柱部１Ｃに先端側から環状部材１０を嵌め入れて、３つの貫通孔１１が３つのピン孔８と同軸となるように配置する。次いで、取付孔部２に取付軸部４を挿入して掘削部６が工具本体１の先端面に当接するようにビットヘッド５を工具本体１の先端部に配設する。このとき、各ビットヘッド５は、その掘削部６が上述の縮径した状態とされる。

また、貫通孔１１はピン孔８と同軸とされて連通可能な位置に配設されているので、工具本体１の外周側から貫通孔１１を通して係止ピン９をピン孔８にそれぞれ挿入し、取付軸部４の凹溝４Ａに係止する。次に、環状部材１０の外周から凹所１３に封止部材１２を挿入し、スライド溝１３Ｄに沿って貫通孔１１の開口部に位置させて係止部１１Ａよって係止し、さらに凹所１３の係止部１３Ｃに固定部材１４を嵌め入れて封止部材１２を固定する。

こうして係止ピン９と封止部材１２、固定部材１４が取り付けられたなら、ビットヘッド５の掘削部６を縮径させたまま、工具本体１をケーシングパイプＰの後端側から挿入して、ビットヘッド５の掘削部６と工具本体１の円柱部１Ｃの先端部をケーシングトップＱの内周を通して先端に突出させ、第１段部１Ｂを環状部材１０の後端面に、環状部１０Ａの先端面をケーシングトップＱの後端面に当接させ、第１段部１Ｂの先端面と第２段部であるケーシングトップＱの後端面との間に、環状部材１０の環状部１０Ａを介装する。

このとき、環状部材１０は、上述のように貫通孔１１とピン孔８とが同軸の位置から相対的に工具本体１の後端側にずらされ、ピン孔８の開口部の先端側部分が部分的に環状部材１０とケーシングトップＱによって被覆されるので、このピン孔８に挿入された係止ピン９はこれら環状部材１０とケーシングトップＱによって抜け止めされて固定される。なお、係止ピン９をピン孔８に挿入した後は、予め環状部材１０を第１段部１Ｂに当接させてから、工具本体１をケーシングパイプＰに挿入してもよい。

このようにして組み立てられた掘削工具に、軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力と工具回転方向Ｔへの回転力を与えて掘削を行うと、図１および図２に示すようにビットヘッド５が回転力による反力によって工具回転方向Ｔとは反対側に回転して拡径し、掘削部６の外径がケーシングパイプＰよりも大きくなるので、掘削部６によって形成された掘削孔にケーシングパイプＰを挿入しつつ掘削を行うことができる。

また、所定の深さまで掘削孔が形成されてケーシングパイプＰが挿入されることにより掘削が終了した後は、工具本体１を工具回転方向Ｔとは反対側に回転させることにより、その反力によってビットヘッド５は工具回転方向Ｔに回転し、図３に示したように掘削部６が縮径するので、ケーシングパイプＰを掘削孔に残したまま工具本体１を引き抜いて回収することができる。

ここで、図１ないし図５に示した実施形態では、第１段部１Ｂの外径がケーシングトップＱの内径よりも大きいので、環状部材１０の特に環状部１０Ａがなくても第１段部１Ｂを直接ケーシングトップＱの後端面に当接させて軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力をケーシングパイプＰに伝達し、掘削孔に挿入してゆくことができるが、大径の掘削孔を形成する場合に、ケーシングパイプＰおよびケーシングトップＱも、拡径した掘削部６の外径以下の範囲で外径の大きなものを使用するときには、これらケーシングパイプＰおよびケーシングトップＱの肉厚を必要以上に厚くすることはコスト高を招くので、ケーシングパイプＰおよびケーシングトップＱの内径も大きくせざるを得ない。

このため、そのようなときには、場合によっては第１段部１Ｂの外径よりも第２段部としてのケーシングトップＱの内径が大きくなって、打撃力および推力をケーシングパイプＰに伝達することができなくなるおそれがある。また、第１段部１Ｂの外径がケーシングトップＱの内径より大きくても、その差が小さい場合には、打撃力および推力をケーシングパイプＰに確実かつ十分に伝達することができなくなり、掘削効率が著しく低減してしまう。

そこで、そのようなときでも、図１ないし図５に示した工具本体１と同じ工具本体１を用いて掘削を行うには、図６に示すように環状部材１０を外径の大きなものに交換する。すなわち、この図６に示す環状部材１０は、その環状部１０Ａと円筒部１０Ｂの内径は、図１ないし図５に示した実施形態と同じく第１段部１Ｂの外径より小さく、この第１段部１Ｂよりも先端側の円柱部１Ｃの外径よりは大きくて、工具本体１の円柱部１Ｃが嵌め入れ可能な大きさとされているが、円筒部１０Ｂの外径は、内径が大きくされたケーシングトップＱの内周に嵌め入れ可能な大きさであり、環状部１０Ａの外径は、ケーシングトップＱの内径よりも大きく、内径が大きくされたケーシングパイプＰに嵌め入れ可能な大きさとされていて、第１段部１Ｂの外径よりも大きい。

従って、上記構成の掘削工具によれば、工具本体１の第１段部１Ｂの外径と、ケーシングパイプＰの第２段部であるケーシングトップＱの内径との差が小さい場合はもとより、たとえケーシングトップＱの内径が第１段部１Ｂの外径よりも大きい場合でも、一種の工具本体１を用いて、工具本体１に与えられる軸線Ｏ方向先端側への打撃力および推力を、第１段部１Ｂから環状部材１０の環状部１０Ａを介して確実にケーシングパイプＰに伝達することができる。このため、外径の異なる複数種の工具本体を用意する必要がなくなって、構造が環状部材１０よりは複雑な工具本体１の管理が容易となるとともに、工具本体１の製造コストの削減を図ることができる。

また、第１段部１Ｂの外径がケーシングトップＱの内径より小さい場合は勿論、第１段部１Ｂの外径がケーシングトップＱの内径より大きくても、ケーシングパイプＰの内径に対しては大幅に小さい場合などには、このケーシングパイプＰの内径に合わせて、環状部材１０の環状部１０Ａの外径を第１段部１Ｂの外径よりも大きくすることにより、ケーシングトップＱの後端面への打撃力や推力の伝達面積を大きくすることができる。従って、効率的にケーシングパイプＰを掘削孔に挿入することができるとともに、環状部材１０を打撃する第１段部１Ｂの応力集中による破損等も防ぐことができる。

さらに、本実施形態においては、環状部材１０が工具本体１の材質の硬度以下の硬度の材質によって形成されており、工具本体１に与えられる打撃力や推力、回転力による摩耗を、工具本体１ではなく環状部材１０に多く生じるようにすることができる。従って、上述のように環状部材１０よりも構造が複雑な工具本体１の摩耗を抑制して工具本体１の長寿命化を図ることができるので、長期に亙って安定した掘削作業を一層低コストで行うことが可能となる。

さらにまた、本実施形態では、環状部材１０の先端側に、工具本体１の第１段部１Ｂよりも先端側の円柱部１Ｃに嵌め入れ可能な内径とケーシングトップＱの内周に嵌め入れ可能な外径を有し、これら円柱部１Ｃの外周面とケーシングトップＱの内周面との間に配設される円筒部１０Ｂが形成されている。従って、この円筒部１０Ｂを介して工具本体１の円柱部１ＣをケーシングトップＱにより支持することができるので、特に円柱部１Ｃの外径がケーシングトップＱの内径よりも著しく小さい場合でも、掘削時の工具本体１およびビットヘッド５の掘削部６の振れを抑えることができ、直進度の高い掘削孔を形成することが可能となる。

一方、本実施形態では、ビットヘッド５を回転自在に係止する係止ピン９が挿入される工具本体１のピン孔８の開口部の少なくとも一部が、上述のように工具本体１とは別部材である環状部材１０の円筒部１０Ｂによって被覆可能とされており、こうしてピン孔８の開口部の一部を円筒部１０Ｂによって被覆することにより、係止ピン９を抜け止めして固定することができる。

このため、例えば特許文献１に記載された掘削工具のように、ビットヘッドを回転自在に係止する係止ピンが工具本体に直接取り付けられた固定部材によって抜け止めされるのに比べ、工具本体に与えられる打撃力による衝撃によって固定部材が振動して摩耗することにより、固定部材に緩みやがたつき、破損が生じるような事態を防ぐことができる。そして、これに伴い係止ピン９の脱落を防止して、長期に亙ってビットヘッド５を安定的に取付孔部２に取り付けて円滑な掘削を行うことが可能となる。

また、本実施形態では、ピン孔８が開口する工具本体１の外面が、工具本体１の円柱部１Ｃの外周面であって、孔部中心線Ｌ１に平行な軸線Ｏを中心とする円筒面状に形成されているのに対し、環状部材１０の円筒部１０Ｂはこの外周面に対向する内周面を有する円筒状に形成されているので、円筒部１０Ｂへの嵌め入れ精度を確保し易く、さらに確実に打撃力による衝撃が円筒部１０Ｂに作用するのを避けることができる。

なお、本実施形態では、環状部材１０は初めから円筒環状に一体形成されているが、例えば円筒を周方向に複数に分割した分割体を溶接等により接合し、または周方向の突き合わせ部に係合部を設けて係合させて円筒状に形成してもよい。このような場合には、ビットヘッド５を取り付けて係止ピン９を挿入した後でもピン孔８の開口部を被覆することができ、環状部材１０に貫通孔１１や凹所１３を形成したり、封止部材１２や固定部材１４を取り付けたりする必要もなくなる。

また、本実施形態では、環状部材１０に、ピン孔８の開口部に連通可能な位置に貫通孔１１が形成されており、この貫通孔１１には該貫通孔１１を封止する封止部材１２が取り付けられている。従って、特に上述のように環状部材１０を円筒状に形成した場合でも、貫通孔１１を通して係止ピン９を容易にピン孔８に挿入することができるとともに、上述のようにこの環状部材１０をずらすことによって貫通孔１１の少なくとも一部を被覆して係止ピン９を抜け止めすることができる。さらに、貫通孔１１の残りの部分に係止ピン９が露出していても、封止部材１２によって貫通孔１１を封止することにより、掘削時に生成された掘削屑である繰り粉が貫通孔１１に入り込んで係止ピン９を摩滅させるような事態を防ぐことができる。

従って、本実施形態の上記構成は、このように掘削時に工具本体１に打撃力が与えられて衝撃が生じる、工具本体１が軸線Ｏ回りに回転されるデバイスであって、その先端部の軸線Ｏから偏心した位置に上記取付孔部２が開口するとともに、ピン孔８は工具本体１の外周面に開口しており、上記取付孔部２に取り付けられるのは、掘削チップ７が配設された掘削部６が取付軸部４の先端に設けられたビットヘッド５であって、工具本体１の回転に伴い掘削部６の軸線Ｏからの半径が拡縮径するように軸部中心線Ｌ２回りに回転する拡径ビットのような掘削工具に適用して効果的である。

ただし、本実施形態では、このような拡径するビットヘッド５を有する拡径ビットに本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、その工具本体１が、先端部に拡径しない掘削部を有してケーシングトップＱ（ケーシングパイプＰ）の先端に突出する円盤状のインナービットであるとともに、ケーシングトップＱ（ケーシングパイプＰ）の先端部にはこのインナービットと同軸に一体回転する環状のリングビットが取り付けられた、いわゆる二重管式ビットに適用することも可能である。

さらに、本実施形態では、工具本体１先端部の円柱部１Ｃの外周に、ケーシングパイプＰの先端部に取り付けられた円筒状のケーシングトップＱが配設されており、このケーシングトップＱの内径が、工具本体１の第１段部１Ｂの外径よりも小さくされるとともに、環状部材１０の円筒部１０Ｂの外径は、このケーシングトップＱの内径よりも小さくされているので、ケーシングトップＱの内周面と円柱部１Ｃの外周面との間に環状部材１０の円筒部１０Ｂが配設されることになる。

このため、本実施形態によれば、掘削時に生成された繰り粉がケーシングトップＱの内周面と円柱部１Ｃの外周面の間に入り込むこと自体を環状部材１０によって防ぐことができ、ケーシングトップＱや円柱部１Ｃの摩耗も防ぐことができる。しかも、掘削時に環状部材１０の環状部１０Ａを工具本体１の第１段部１ＢとケーシングトップＱに当接させた状態で、環状部材１０の貫通孔１１と工具本体１のピン孔８とは、軸線Ｏ方向においてケーシングトップＱの先端面よりも後端側に配設されるので、上記繰り粉が貫通孔１１やピン孔８に入り込んで封止部材１２や係止ピン９を摩滅するのも確実に防ぐことが可能となる。

１ 工具本体
１Ａ シャンク部
１Ｂ 第１段部
１Ｃ 円柱部
１Ｄ 排出溝
２ 取付孔部
３ ブロー孔
４ 取付軸部
４Ａ 凹溝
５ ビットヘッド
６ 掘削部
７ 掘削チップ
８ ピン孔
９ 係止ピン
１０ 環状部材
１０Ａ 環状部
１０Ｂ 円筒部
１１ 貫通孔
１２ 封止部材
１３ 凹所
１４ 固定部材
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 工具回転方向
Ｐ ケーシングパイプ
Ｑ ケーシングトップ（第２段部）
Ｌ１ 孔部中心線（取付孔部２の中心線）
Ｌ２ 軸部中心線（取付軸部４の中心線）
Ａ 軸部中心線Ｌ２に直交する平面
Ｃ ピン孔中心線

Claims (4)

1. 軸線回りに回転される円柱状の工具本体の先端に掘削部が設けられるとともに、上記工具本体の先端部の外周にはケーシングパイプが配設され、
   上記工具本体の先端部の後端側には外周側に突出する第１段部が設けられるとともに、上記ケーシングパイプの先端内周部には内周側に突出する第２段部が設けられ、
   上記第１段部の先端面と上記第２段部の後端面との間には、上記第１段部の外径より小さく、この第１段部よりも先端側の上記工具本体の外径より大きい内径と、上記第２段部の内径より大きく、この第２段部よりも後端側の上記ケーシングパイプの内径よりは小さな外径とを有する環状部材が介装されていることを特徴とする掘削工具。
2. 上記環状部材の外径は、上記工具本体における上記第１段部の外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
3. 上記環状部材は、上記工具本体の硬度以下の硬度の材質によって形成され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。
4. 上記環状部材は、上記第１段部よりも先端側の上記工具本体の外周面と上記第２段部の内周面との間に配設される円筒部を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の掘削工具。

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