JP2785479B2 - 掘削工具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、本発明は、アンカーの各種工事、各種さく
井工事、あるいは各種基礎杭孔工事等において、地盤や
土砂を掘削する際に用いられる掘削工具に係わり、特
に、掘削パイプとデバイスとの間に侵入する掘削屑のつ
まりを防止するようにした掘削工具に関するものであ
る。

「従来の技術」 従来、地盤、土砂等を掘削する掘削工具の一つとし
て、特開昭63−11789号公報に記載のものが知られてい
る。

この掘削工具は、第15図ないし第17図に示すように、
ハンマ（図示せず）の衝撃力およびハンマシリンダ１の
回転力を受けるデバイス２の底面に、該デバイス２の中
心に対して点対称に２個に軸穴2a,2bを形成し、それぞ
れの軸穴2a,2bにブロック軸3a,3bを軸回りに回転自在に
かつ抜け止めして嵌入し、それぞれのブロック軸3a,3b
の先端部に、前記デバイス２の径とほぼ同径の略半円形
状をなしかつ先端面に多数のビット４…が植設されたブ
ロック5a,5bを互いの直状端面6a,6bを対向させて設け、
前記ブロック軸3a,3bの位置を、前記デバイス２が掘削
方向に回転した際に、前記両ブロック5a,5bのそれぞれ
一方の端部が共にデバイス２の外周面より所定の掘削量
分だけ突出し、かつその際に両ブロックの直状端面6a,6
bが互いに当接するようデバイス２の中心から偏心させ
てなるものである。

そして、前記掘削工具では、デバイス２をハンマシリ
ンダ１により掘削方向Ｘに回転させると、ブロック5a,5
bが掘削抵抗を受けながらブロック軸3a,3bを軸として自
転し、ブロック5a,5bの直状端面6a,6bの一端部がデバイ
ス２の外周面より所定量だけ突出するとともに、直状端
面6a,6bの一部が互いに当接してブロック5a,5bの自転が
停止し、この状態で、ブロック5a,5bがデバイス２の回
転力をうけて、ビット４…により地中を掘削し、さら
に、ハンマの衝撃力により地中を前進する。

この際、掘削した土砂等は、ハンマシリンダ１内をハ
ンマピストンが落下する際に吐き出される圧縮空気がデ
バイス２の底面に設けた空気孔8a,8bから吹き出される
ことにより当該掘削工具先端から離間され、その後デバ
イス２に設けた排出溝9aを経由して掘削パイプ９内に移
り、そこからさらに上方へ排出される。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、前記掘削工具においては、デバイス２が掘
削パイプ９の先端内周に設けられた段差9bに係合するよ
うになっているが、穿孔時に、掘削屑がデバイス２と段
差9bとの間に入り込むことがあり、デバイス２と段差9b
との間の当接部を傷めるおそれがあった。

本発明は前記した問題点を解消せんとして成されたも
のであり、その目的とするところは、デバイスと掘削パ
イプの段差との間に入り込む掘削屑を排出することがで
き、これらの当接部の保護が図れる掘削工具を提供する
ことにある。

「課題を解決するための手段」 かかる目的を達成するため本発明は、ハンマシリンダ
の先端に装着されかつハンマシリンダの回転力およびハ
ンマの衝撃力を受けるデバイスと、当該デバイスを自身
の先端に抜け止めした状態で挿入する掘削パイプとを具
備し、かつ前記デバイスの底面に、該デバイスの中心に
対して点対称に複数のブロック軸を軸回りに回動可能に
嵌入し、それぞれのブロック軸の先端部に、先端面にビ
ットが植設されたブロックをそれぞれの端面（直状端
面）を対向させて設け、さらに前記ブロック軸の位置
を、前記デバイスが掘削方向に回転した際に、前記各ブ
ロックのそれぞれの端部がデバイスの外周面より所定の
掘削量分だけ突出し、かつそのブロックの拡径時の際に
各ブロックの端面が互いに当接するようデバイスの中心
から偏心させてなる掘削工具において、 前記デバイスの外周面に、デバイスと掘削パイプとの
当接部に向けてデバイスより排気された空気を送る周溝
を形成したことを特徴とするものである。

「作用」 本発明では、ハンマピストンが落下する際、圧縮され
た空気の一部は、外部に排気されて周溝を通過し当接部
に送られるので、デバイスのフランジ部下面（当接面）
への掘削屑の侵入を防止し得て、デバイス当接面を保護
することができる。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第14図は本発明の一実施例を示すもの
で、図に示す掘削工具も、基本的には、第15図ないし第
17図に示す掘削工具と同様に、ハンマの衝撃力およびハ
ンマシリンダの回転力を受けるデバイス10の底面に、該
デバイス10の中心に対して点対称にそれぞれブロック軸
20を軸回りに回転自在に嵌入し、それぞれのブロック軸
20の先端部に、前記デバイス10の径とほぼ同径の略半円
形状をなしかつ先端面にビット21が植設されたブロック
22をそれぞれの直状端面22aを対向させて設け、前記ブ
ロック軸20の位置を、前記デバイス10が掘削方向に回転
した際に、前記両ブロック22のそれぞれ一方の端部が共
にデバイス10の外周面より所定の掘削量分だけ突出し、
かつそのブロック22の拡径時の際に両ブロック22の直状
端面22aが互いに当接するようデバイス10の中心から偏
心させてなる基本構成となっている。

しかし、本発明においては、前記デバイス10の中心に
軸方向に延びる排気孔15aを形成するとともに、デバイ
ス10の上部外周面にデバイス10の周方向に一周する周溝
16aを設け、さらにデバイス10に前記周溝16aと排気孔15
aとを連通する連通孔16bを形成したことことを最大の特
徴とするものである（第１図及び第２図参照）。

以下、掘削工具の主要部材について詳細に説明する
と、まず、デバイス10は、第１図ないし第３図に示すよ
うに、外周面にスプライン溝12を備えた小径部10Aと、
ブロック軸20を挿入する挿入孔11を備えた大径部10Bと
を主体として構成されており、大径部10Bの外周面に
は、掘削パイプ30の先端内周に備えられた抜け止めパイ
プ31に係合するフランジ部13が一体に設けられるととも
に、掘削屑を上方へ排出するための排出溝14が形成され
ている。

そして、前記デバイス10の中心の排気孔15aはデバイ
ス10の小径部上端に開口しており、この開口部から、ハ
ンマピストンが落下する際に吐き出される圧縮空気が流
入するようになっている。また、デバイス10には、排気
孔15aの先端部と連通して半径方向外方へ延びる連通孔1
5bが形成されており、この連通孔15bの両端部からデバ
イス10の先端側に向けて延び、さらにデバイス軸10の底
面に達し開口する空気孔15cが形成されている。そし
て、この空気孔15cの先端であってデバイス底面と外周
面との間には、前記排出溝14と空気孔15cとにそれぞれ
連通する切欠部15dが設けられている。

さらに、前記排気孔15aに連通する連通孔15bには、デ
バイス10の大径部10Bの上面に達し開口するブロー孔16c
が形成され、前記空気孔15cが詰まった時に圧縮空気が
抜けてハンマＨが停止しないように配慮されている。な
お、このブロー孔16cは、第３図に示すように、ハンマ
Ｈの外側に位置して開口しており、ハンマＨが下がった
ときにハンマＨによってブロー孔16cが塞がれないよう
に配慮されている。

さて、挿入孔11は、デバイス10の中心からずらされて
かつデバイス10の中心に対して点対称になるように形成
されており、より具体的には、第４図に示すように、そ
の軸心Ｇがデバイス底面の中心位置Ｃからブロック端部
間の距離ｌの約1/4ずれた長さＴの位置にくるように設
定されて設けられている。

そして、前記挿入孔11にはブロック軸20が回転自在に
かつ抜け止めされて嵌入されており、またこのブロック
軸20の抜け止めは、例えばブロック軸20が挿入孔11に嵌
入された状態でデバイス10のピン孔18から係止ピン17が
挿入され、該係止ピン17がブロック軸20の外周部に形成
された切欠部20aに係合することによって行われるもの
である。

次いで、ブロック軸20とブロック22の構成について説
明すると、これらブロック軸20とブロック22とは互いに
直交して設けられたもので、ブロック軸20とブロック22
とを一体に形成しても良く、また別体に構成しボルト等
で連結しても良いものである。

より具体的には、ブロック軸20は、第６図に示すよう
に、その長さ寸法Ｌがブロック軸20の外径Ｄの1.5〜2.5
倍の範囲内になるように形成されており、また、ブロッ
ク軸20の外周には、第６図及び第７図に示すように、係
止ピン17が挿入される切欠部20aが形成されている。こ
の切欠部20aは、ブロック22の回転する角度に相当する
位置にのみブロック軸20の外周が切り欠かれた構成とさ
れており、また、係止ピン17の直径ａよりもブロック軸
22の軸方向に長く切り欠かれた基本構造となっている。
なお、実際には、前記切欠部20aは係止ピン17の外径の
約1/3程度となるように設定し、より具体的には４〜8mm
程度の大きさとなるように形成するものである。

一方、前記各ブロック22は底面視略扇状（実施例では
半円形状）に形成された同一形状のもので、その扇状の
半径はデバイス10の半径と略同じ値に設定されている。
ブロック22は直状端面22aを互いに対向させてしかもそ
れらブロックの円弧部22bが全体で略円を形成するよう
に配される。

前記ブロック22の先端面（底面）の外周部には、外方
に向かうに従って漸次デバイス10の軸方向基端側に傾斜
する第１の傾斜面22cが形成されるとともに、これら第
１の傾斜面22cの外周部にはこの第１の傾斜面22cとは別
の傾斜角度でデバイス10の軸方向基端側に傾斜する第２
の傾斜面22dが形成されている。

また、デバイス10が掘削方向に回転した際に、このデ
バイス10の外周面より突出するブロック22の直状端面22
aの端部には、回転方向前方に向かうに従って漸次デバ
イス10の軸線方向基端側に向けて傾斜する第３の傾斜面
22eが形成されている（第８図参照）。

そして、前記ブロック22の先端面及び第１ないし第３
の傾斜面22c、22d、22eには超硬チップからなる複数の
ビット21…がそれぞれ面に対して垂直に植設されてい
る。

ちなみに、実施例では、これらビット21…の一部がブ
ロック22の直状端面22a近傍に位置しかつ前記直状端面2
2aに沿って植設されるとともに、これら直状端面近傍の
ビット22aのうち、前記両ブロック22のそれぞれ一方の
端部が共にデバイスの外周面より所定の掘削量分だけ突
出させた位置において一方のブロック22の円弧部22bよ
りも外側に位置するビット（実施例では第３の傾斜面22
e上のビット）の頂点Ｒは、第８図に示すように、ブロ
ック外面の曲率に沿って延ばした延長線Ａ−Ｂよりも外
方に位置させられている。

また実施例では、前記両ブロック22の底面（先端面）
と直状端面22aとの間には、両ブロック22のそれぞれ一
方の端部が共にデバイス10の外周面より所定の掘削量分
だけ突出している時に、互いに対向配置されてブロック
22の中心にデバイス10と同心円状の凹部25を形成する凹
陥部22fがそれぞれ形成されている。この凹陥部22fは、
実施例では、円形状の底部とこの底部より上方に向かう
に従い傾斜したテーパ面とから構成されているが、この
形状は実施例に限定されるものではなく、例えば第11図
及び第12図に示す形状のものであっても良い。

ちなみに第11図では、テーパ面のみを形成した形状で
あり、また第12図では、テーパ面をなくし底面よりほぼ
垂直にのびる壁部を形成した構成となっている。

なお、前記ブロック22の上面には、第10図に詳細を示
すように、デバイス10の底面に当接する当接部22gがブ
ロックの中心に位置して設けられるとともに、この当接
部22gの外側には当接部22gより一段低く形成された逃し
代部22hが設けられ、さらに、前記当接部22gと逃し代部
22hとの間には始端部が当接部22gと同一の高さで終端部
が逃し代部22hと同一の高さとされた傾斜面22jが形成さ
れている。

次に、掘削パイプ30の構成について、第１図ないし第
３図を参照して説明を補足しておくと、これはデバイス
10を挿入する大きさの円筒状に形成されたもので、その
先端内周には抜け止めパイプ31が一体に固着されてい
る。

前記抜け止めパイプ31の外周には掘削パイプ30の先端
に当接するフランジ部31aが設けられるとともに、当該
フランジ部31aは、掘削パイプ30の先端に対して溶接部
Ｓにより全周にわたって溶接されている。また、掘削パ
イプ30には、その軸線方向に延在しかつ掘削パイプ30の
内外に連通する切欠孔30aが形成されるとともに、この
切欠孔30aを介して抜け止めパイプ31と掘削パイプ30と
が溶接部Ｓにより一体に溶接されている。

次に、前記構成の掘削工具の作用について説明する。

第１図などに示すように、デバイス10の底面にブロッ
ク22を取付けるには、まず、ブロック軸20とブロック22
とを一体化しておき、デバイス10底面の挿入孔11にブロ
ック22の直状端面22aが相互に向かい合うように配置し
て、ブロック軸20を挿入する。

次いで、デバイス10のピン孔18より、係合ピン17を挿
入して、固定すれば、係合ピン17にブロック軸20が係合
して、第１図に示すように、ブロックとデバイスとが組
み立てられた状態となる。

この組立は、デバイス10の挿入孔11にブロック軸20を
挿入し、係合ピン17を係合させる単純作業であり、１本
の係合ピン17により、２つのブロック軸20を係止するこ
とができるので、その作業性を良好にできるといった効
果がある。

前記のような掘削工具では、ハンマシリンダが駆動力
を受け矢印Ｘ方向へ回転されるとデバイス10、ブロック
軸20およびブロック22もそれと一体的に同方向へ回転す
る。

さらに、ハンマシリンダ内に配置したハンマピストン
を駆動してデバイス10に下方への衝撃力を加えると、ブ
ロック22が地中に突き進みかつ回転力によりビット21が
土石を掘削する。

ハンマシリンダおよびデバイス10とともにブロック22
が掘削方向に回転すると、該ブロック22は掘削抵抗によ
りブロック軸20を中心に自転し、ブロック22の直状端面
の一端がデバイス10の外周面より突出し、この部分が外
周刃Ａとして機能する。

また、前記ブロック22が自転するとき、各ブロックの
直状端面22aが相互に当接し、これが互いにストッパの
機能を果たして、各ブロックのそれ以上の自転を規制す
る。この状態でブロック22がデバイス10の回転力をうけ
て前記外周刃Ａ等により地中を掘削する。

この際、ハンマピストンが落下することにより、圧縮
された空気が、排気孔15aから流入して空気孔15cから吹
き出され、掘削された掘削屑を除去する。空気孔15cの
先端には、排出溝14に連通する切欠部15dが形成されて
いるので、圧縮空気の一部が直接第５図矢印に示すごと
く流れ、掘削屑の排出を補助して掘削された掘削屑を効
率的に除去することができる。

また実施例では、第13図及び第14図に示すように、ハ
ンマピストンが落下する際、圧縮された空気の一部は、
連通孔16bを通り、周溝16aに流入して外部に排気される
ので、デバイス10のフランジ部13下面（当接面）への掘
削屑の侵入を防止し得て、デバイス当接面を保護するこ
とができる利点がある。

また、掘削時において個々のブロック22には、凹陥部
22fが形成されて、ブロック22の拡径時にそれらの中心
位置に凹部25が形成されるため、穿孔時にブロック22が
岩盤にくい込む形態となり、掘削中にがた付きが生じに
くく良好な掘削が行えるとともに、凹部25で生じる推進
力の分力Faが、第８図に示すように、半径方向に作用し
て外周刃Ａに作用する力Fbに対抗するように働くため、
首折れを有効に防止することができるとともに、工具寿
命を長くすることができる。

また、実施例では、ブロック22の先端面に植設された
複数のビット21の内の一部を、ブロック22の直状端面近
傍に位置させかつ前記直状端面に沿って植設するととも
に、これら直状端面近傍のビット21のうち、前記両ブロ
ック22のそれぞれ一方の端部が共にデバイスの外周面よ
り所定の掘削量分だけ突出させた位置において一方のブ
ロック22の外面よりも外側に位置するビット21の頂点
を、第８図に示すように、ブロック外面の曲率に沿って
延ばした延長線Ａ−Ｂよりも外方に位置させたので、掘
削時において、ブロック22に衝撃力が加わった場合に、
デバイス10の半径方向外方の向きに力を負荷させること
ができ、外周刃Ａに作用する力を負担させることができ
るといった利点がある。しかも、前記延長線Ａ−Ｂ上に
あるビット21を外方に向け作用させることができるの
で、ビットの磨耗も低減することができ、工具寿命を長
くすることができる等の利点もある。

また、ハンマシリンダ内のピストンが落下する際、該
ハンマピストンにより押し出される圧縮空気は排気孔15
aに流入し、連通孔15bを経てブロー孔16cより吹き出さ
れるので、デバイス先端の空気孔15cが軟泥層又はその
他の要因により詰まるような不具合が生じても、圧縮空
気はブロー孔16cより吹き出されるため、ピストンの作
動が止るようなことがなく、穿孔作業が損なわれること
がなく、その作業効率を向上させることができる。

また、前記のような掘削により、デバイス底面はその
打撃により減り、あるいは打撃面の損傷に起因した再加
工によりデバイスの長さ寸法が当初のものよりも小さく
なっていくが、実施例では、係止ピン17が挿入される切
欠部22aは係止ピン17の直径よりもブロック軸20の軸方
向に長く形成されているため、デバイス10の長さ寸法が
短くなった場合にも、係止ピン17に作用するせん断力が
大きくなるようなことがなく、係止ピン17の軸折れを防
止することができるといった利点がある。

しかも、実施例では、前記切欠部22aがブロック軸20
の回動範囲のみ削られた切り欠き構造となっているた
め、ブロック軸20の断面欠損を小さくし得て、ブロック
軸20の強度を向上することができるといった長所もあ
る。

また、実施例では、抜け止めパイプ31の外周に掘削パ
イプ30の先端に当接するフランジ部31aを設けるととも
に、当該フランジ部31aと掘削パイプ30の先端とを全周
にわたって溶接し、さらに、掘削パイプ30に、その軸線
方向に延在しかつ掘削パイプ30の内外に連通する切欠孔
30aを形成するとともに、この切欠孔30aを介して抜け止
めパイプ31と掘削パイプ30とを溶接しているため、抜け
止めパイプ31と掘削パイプ30とを強固に一体的に固着す
ることができ、特に、抜け止めパイプ31は掘削パイプ30
の内外に連通する切欠孔30aの位置で溶接されることに
よって、この部分で溶接による締め付け効果が生じるの
で、抜け止めパイプ31と掘削パイプ30とを一層強固に固
着することができるといった利点がある。

しかして、掘削終了後は、ハンマシリンダを前記掘削
方向とは逆方向に回転させるが、このとき各ブロック22
は掘削時とは逆の方向に自転し、第９図等に示すように
ブロック22の最外周に位置する円弧部22bがデバイス10
の底面と等しいか、もしくはそれより内側に配される。

このようにすれば、掘削パイプ30内を摺動可能となる
ので、ハンマシリンダを上方に引けば、当該掘削工具を
引き出すことができる。

なお、前記のようなブロック22の縮径操作の際、デバ
イス底面の空気孔15cは、ブロック22の縮径途中におい
て、ブロック22により一時閉塞されるが、空気孔15cの
先端には、デバイス10の側面に開口する切欠部15dが形
成されているため、圧縮空気を前記切欠部15dを通して
外部に排気させることができ、また、デバイスとブロッ
ク間の当接面に圧縮空気を吹き出すことによって、これ
ら当接面の掘削屑の効果的に除去することができ、ブロ
ック収縮時の抵抗を除去することができるといった効果
がある。

また、実施例では、ブロック22の上面にはデバイス10
の底面に当接する当接部22gがブロック22の中心に位置
して設けられるとともに、この当接部22gの外側には当
接部22gより一段低く形成された逃し代部22hが設けら
れ、さらに、前記当接部22gと逃し代部22hとの間には始
端部が当接部22gと同一の高さで終端部が逃し代部22hと
同一の高さとされた傾斜面22jが形成されているため、
ブロック22を収縮させて掘削パイプ30内に引き上げる時
にも、傾斜面22jに沿ってブロック22を容易に引き上げ
ることができ、また、当接部22gに掘削時の衝撃によっ
てまくれなどが生じても、逃し代部22hが当接部22gより
も一段低く形成されているので、ブロック22の引き上げ
を阻害することがなく、現場での作業性を向上すること
ができるといった効果がある。

なお、本発明は前記した実施例に限定されるものでは
なく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更可能で
あることは言うまでもない。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、ハンマピストン
が落下する際、圧縮された空気の一部は、外部に排気さ
れて周溝を通過し当接部に送られるので、デバイスと掘
削パイプの段差との間に入り込む掘削屑を排出すること
ができ、これらの当接部の保護が図れる掘削工具を提供
することができるといった優れた効果を奏することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第14図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図はそれぞれ掘削工具の全体を示す断面図、第２図
は掘削工具の全体を示す半断面図、第３図はデバイスを
拡大した状態を示す断面図、第４図はデバイスの底面を
示す平面図、第５図はデバイスとブロックの斜視図、第
６図はブロックの正面図、第７図はブロック軸と係止ピ
ンの係合状態を示す断面図、第８図はブロックを拡径し
た状態を示す平面図、第９図はブロックを縮径した状態
を示す平面図、第10図はブロックの断面図、第11図及び
第12図はそれぞれ凹部の他の形状を説明するために示し
た断面図、第13図及び第14図はデバイスと掘削パイプの
当接面の作用を説明するために示した側面図、第15図な
いし第17図は従来の掘削工具の一例を示し、第15図は掘
削工具の断面図、第16図及び第17図はそれぞれブロック
の底面を示す平面図である。 Ｇ……軸心、Ｃ……デバイスの中心、10……デバイス、
11……挿入孔、13……フランジ部、14……排出溝、15a
……排気孔、15b……連通孔、15c……空気孔、15d……
切欠部、16a……周溝、16b……連通孔、16c……ブロー
孔、17……係止ピン、18……ピン孔、20……ブロック
軸、20a……切欠部、21……ビット、22……ブロック、2
2a……直状端面、22c、22d、22e……傾斜面、22f……凹
陥部、25……凹部、30……掘削パイプ、31……抜け止め
パイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21B 10/38 E21B 10/60 E21B 4/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンマシリンダの先端に装着されかつハン
   マシリンダの回転力およびハンマの衝撃力を受けるデバ
   イスと、当該デバイスを自身の先端に抜け止めした状態
   で挿入する掘削パイプとを具備し、かつ前記デバイスの
   底面に、該デバイスの中心に対して点対称に複数のブロ
   ック軸を軸回りに回動可能に嵌入し、それぞれのブロッ
   ク軸の先端部に、先端面にビットが植設されたブロック
   をそれぞれの端面を対向させて設け、 さらに前記ブロック軸の位置を、前記デバイスが掘削方
   向に回転した際に、前記各ブロックのそれぞれの端部が
   デバイスの外周面より所定の掘削量分だけ突出し、かつ
   そのブロックの拡径時の際に各ブロックの端面が互いに
   当接するようにデバイスの中心から偏心させてなる掘削
   工具において、 前記デバイスの外周面に、デバイスと掘削パイプとの当
   接部に向けてデバイスより排気された空気を送る周溝を
   形成したことを特徴とする掘削工具。