JP3378246B2 - 穴降下式ロックドリル、ドリルビット及びガイド具 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、穴降下式ロックドリルであって、頂部サ
ブ、駆動サブ、これらの頂部サブと駆動サブにその間に
介在して着脱可能に連結されるピストンケース、このケ
ースに配置されたピストン及び該駆動サブに着脱可能に
連結されるドリルビットを含み、該ドリルビットがシャ
ンクとヘッドを含みそしてフラッシュ媒体の中央流通路
と分岐流路を有しており、該ビットの中央流通路にはチ
ューブ手段が確保されていて、当該チューブ手段がドリ
ルビットの上端を越えて延出しており、ピストンが該チ
ューブ手段を受容して中央ピストン流路を有し、該ピス
トンが該チューブ手段に対し相対的に摺動可能である、
斯ゝるロックドリルに関する。

ドリルビットのシャフトと駆動サブとの間で回転駆動
されるこれまでの最も一般的な方法は、シャフトの外側
と駆動サブの軸孔の壁の両方に配したスプラインを用い
るものである。しかし、このようなドリルビットのシャ
フトと駆動サブの軸孔の協働回転駆動手段の設計は製作
を複雑にし、結果として製作は時間を要し、且つ高価に
つく。GB−B1242052によれば、従来のスプライン設計は
チアック（駆動サブ）とドリルビットのスプラインが両
者間の相対的軸方向動と角運動の繰り返しによって非常
に急速に摩滅されるという不都合を蒙る。

GB−Ｂ−1242052から、冒頭に記述された形式の衝撃
ロックドリル装置は公知である。駆動サブとドリルビッ
トのシャフト間の回転駆動手段のこの特許文献に開示の
設計の狙いは急速摩滅と角運動に関する前記不都合を回
避することにある。

この文献の既知装置は装置の駆動サブ（チアック）に
確保された横断方向のピンを有し、このピンがドリルビ
ットシャフトの軸方向に延在する平坦面と協働して、ド
リルビットの軸方向動を制限する。しかし、駆動サブに
対する相対的なドリルビットの軸方向動を制約する手段
の構造設計は可動条件下での駆動サブの軸孔に対するシ
ャフトの長尺方向（縦方向）の心出しに悪影響をもたら
す。これはドリルビットを軸方向に貫通する内部孔を有
するドリルビットにとって、即ち本発明の穴降下式ロッ
クドリルに用いられる型式のドリルビットにとっては非
常に重要な事項である。稼働条件下で、ドリルビットの
シャフトが駆動サブの軸孔に対して適切に心出しされて
いないならばフート弁（foot valve）とエネルギー伝達
に関してピストンとドリルビット間の協働に問題が生じ
る。

前記特許文献の駆動サブとドリルビットの回転駆動手
段の協働によって駆動サブの軸孔に対するドリルビット
の縦心出し（長手方向）が出来ないならば、ドリルビッ
トのシャフトとヘッド間の遷移部分に駆動サブを案内す
る追加の手段を設けることが必要である。このような追
加ガイド手段の配設はこれを具備しないドリルビットに
較べてドリルビットの製作費に当然に悪影響がある。

本発明の目的は、駆動サブの軸孔に対し稼働条件下で
完全に心出しされるシャフトを含むドリルビットを有す
る穴降下式ロックドリルを提供することにある。

本発明の別の目的は、本発明の好適例としてドリルビ
ットのシャフトの底部及び／或いは頂部からガイド手段
を省略することにある。

本発明のさらに別の目的はドリルビットのシャフトと
ヘッド間の半径方向伝達を改良することにある。

本発明のさらに別の目的は駆動サブの軸孔とこれと互
いに作用し合うドリルビットシャフトの面の冷却を改良
することにある。

さらに本発明の別の目的は、ドリルビットのシャフト
と駆動サブの軸孔を低コストで工作することにある。

これらの目的とその他の目的は、添附の請求の範囲に
規定された本発明によって達成される。本発明の下記の
実施例は図面を参照して説明される。

図１は本発明に係る穴降下式ロックドリルの下部の断面
図であり； 図2aは図１のII a−II a線における切断面図であり； 図2bはドリルビットのシャンクの第１部分の好ましい断
面を詳細に示す断面説明図であり； 図３は本発明に係るシャンクを有する偏心ドリル工具の
分解斜視図であり； 図4a−図4eはドリルビットのシャンクの第１部分の断面
の別の例を示す断面説明図である。

図1,2a,2bには、本発明に係る穴降下式ロックドリル
の下部の好適例が開示されている。この穴降下式ロック
ドリル10は長手方向（縦の）中心軸線Ｌを有している。
概して円筒形のピストンケース11はその下端に内ネジ12
を有している。駆動サブ13はピストンケース11と同じ外
径の下部14を有しており、その上部15は低減した外径を
有している。この上部15は組立たときにピストンケース
11の内ネジ12と係合するようにした外ネジ16を有してい
る。

駆動サブ13は更に、ドリルビット19のシャンク18を受
容する内孔17を有している。ドリルビット19は更にシャ
ンク18に接続したヘッド20を含む。このヘッド20は従来
式の設計になるものであるので、本発明を構成する特徴
とはならない。

図1,2a,2bの例では、ヘッド20の最寄りに配位するシ
ャンク18の第１部分18aは３つの凸状の丸味のある突出
部（ローブ）〔即ち、丸い隅〕18cとこれらのローブ18c
に接続した３つの凸状辺18dを有する断面形になってい
る。内孔17はシャンク18の第１部分の断面と補完関係に
なる断面を有している。

図2bにおいては、第１部分の３つの凸状ローブを備え
た断面形状が更に規定されている。即ち、凸状隅18cは
曲率半径ｒを有し、凸状辺18dは曲率半径Ｒを有し、半
径ｒは半径Ｒより本質的に小さい値である。第１部分18
aの断面は更に、その周辺に接する２つの平行接線間の
距離が常に一定であることに特徴がある。この種の断面
形は適切な技術文献によれば、「P3プロフィール」とし
て表現されている。

内孔17とシャンク18の第１部分18a間には半径方向遊
びが、従来のスプライン連結の半径方向遊びより著しく
小さいとはいえ、存在する。こゝに開示の例では、シャ
ンク18の第１部分18aの３つの凸隅部を有する正多角形
断面（3P）の形体はヘッド20まで達している。

シャンク18の自由端に最寄りに配位するシャンク18の
第２部分18bは円筒形断面形であって、駆動サブ13の上
端に着座するビット保留リング22と協働する環状肩21を
含む。

ドリルビット10のシャンク18はフラッシ媒体の中央流
通路23を形成する中央の軸孔を有している。この中央流
通路23はドリルヘッド10に限定された距離だけ延在して
いる。多数の孔24がドリルヘッド10の前面25から中央流
通路23まで延在していて、フラッシュ媒体の分岐流通路
24を形成している。これらの分岐路24はドリルヘッド10
の縦中心軸線に対して傾斜して延在するものである。シ
ャンク18の自由端には、フート弁（底弁）26が取付けら
れており、このフート弁26は中心流通路23内の中に限定
された距離だけ延在している。

ドリルビット19の上方にピストン27が配設されている
が、このピストン27はピストンケース11の中で軸方向に
往復動可能である。ピストン27はフラッシュ媒体の中心
ピストン流通路28を形成する中心軸孔を具備している。
ピストン27がドリルビット19の上端に当接したとき、フ
ート弁26はピストン流通路28に延入しており、このフー
ト弁26とピストン流通路28の相対的寸法はピストン27が
フート弁26に対し相対的に摺動可能に勘合する寸法であ
る。

図２から明らかなように、駆動サブ13の内孔17は多数
の潤滑／排気用の溝29を具備している。これらの溝29は
駆動サブ13の内孔17の下部にのみ軸方向に延在したもの
である。これは、ドリルビット19が図１に示すようにそ
の稼働位置にあるときにシャンク18と内孔17間に自由流
通路が存在しなくなるがために必要となる。

しかし、ドリルビット19がその開口位置にあるとき、
即ち、ドリルビット19の肩21がビット保留リング22に当
接したときに、ドリルビット19のシャフト18と駆動サブ
13の内孔17の間には自由流通路が必要になる。それは、
この自由流通路がないと、閉位置にドリルビット19があ
る場合でさえもピストン27の往復動が続くことになるか
らである。

溝群29は駆動サブ13の軸方向に螺旋状に延在したもの
である。本発明の範囲内で、ドリルビット19のシャンク
18の第１部分18aに潤滑／排気用の溝（図示省略）を配
設することは許容される。シャンク18と内孔17間の自由
流通路に関する上記事項のものと類似して、この種の潤
滑／排気溝は第１部分18aの上位局部においてのみ軸方
向に延在する必要がある。第１部分18の潤滑／排気溝は
シャンク18の軸方向に螺旋状に延在することも出来る。
第１部分18aの潤滑／排気溝は溝29に代えることも、こ
れらと組合せることも可能である。

上述の潤滑／排気構成は好適例に過ぎないことを、こ
ゝでは指摘しておきたい。従って、本発明の範囲内で
は、その他の潤滑／排気構成も可能である。

本発明の構成による穴降下式ロックドリルの改良構造
は以下の通りである。このドリルが稼働しているとき、
ピストンケース11は動力源によって地面のレベルで回転
する。ドリルビット19のシャンク18の第１部分18aの断
面と駆動サブ13の内孔17の断面が補完関係にあることに
よって、ピストンケース11は回転駆動力をドリルビッド
のシャフト18に与える。シャンク18の第１部分18aと内
孔17の相互作用がシャンク18の可成りの長さに亘って起
きること、並びにこれら両部分が補完関係の断面形状に
規制されていることの両事実によって、駆動サブ13に対
し相対的にシャンク18の軸方向における適切な心出し効
果がもたらされる。これは、正規にはシャンク18と駆動
サブ13間に追加の心出し手段が不要となることを意味す
る。

シャンク18が駆動サブ13に対する適切な心出しをする
ので、フート弁26とピストン27の中心流ピストン通路28
との協働が改良される。ピストン27が最上位にあると
き、ピストンの下端はフート弁26の上端の上方に配位さ
せられる。ピストン27が下方へ作動したとき、フート弁
26の上端はある段階で中心流ピストン通路28に入る。こ
の段階では、シャンク18が駆動サブ13の内孔17に対する
適切な心出しが為されていることが、そうでなければフ
ート弁26が損傷したり及び／或いは応力をこうむるの
で、大変に重要である。従って、本発明の心出し構成は
フート弁26と中心流ピストン通路28の間の摩擦力を減ず
る。これは、機械的観点と更にはフート弁26の寿命の観
点から重要である。

ピストン27とドリルビット19の間の衝撃エネルギーの
伝達は、シャンク18が駆動サブ13の内孔17に対し適切に
心出しされているならば向上する。この心出しは、ピス
トン27がドリルビット19を打撃したときにピストン27の
下端とドリルビット19の下端の全面域の接触をもたら
す。

シャンク18の第１部分18aと駆動サブ13の内孔17は非
円形旋削により製作するのが好ましい。これらの断面は
可成り大きな半径を有しているので、応力の集中が従来
のスプライン設計と較べて緩和される。こゝに開示の例
では、フート弁26は限定された軸方向長の管状エレメン
トである。しかし、先行技術では、１端が中心流通路
に、そして他端がピストンを通ってその上端を越えてい
る、斯ゝる両端を有する管状エレメントを具備した穴降
下式ロックドリルが知られている。この種の設計では、
ドリルビットとピストンは管状エレメントに対し相対動
可能にスライドフィットしている。管状エレメントはピ
ストンの上方の位置で軸方向に関して固定されている。
本発明はこの種の型式の穴降下式ロックドリルにも適用
可能である。

図１から明らかなように、シャンク18の第１部分18a
は本発明の好適例の断面形所を有していて、ドリルビッ
ト19のヘッド20に至るまで延在している。しかし、本発
明の範囲内で、第１部分18aとヘッド20との間に、例え
ば円筒部分を別の遷移部分として採用することが出来
る。この円筒部分の軸方向長は限定されているものが好
ましく、第１部分18aの軸方向長は上述のように心出し
／案内機能を発揮するだけのものでなければならない。

図３において、本発明は穴降下式ハンマー用の偏心ド
リル工具に適用されている。図３のドリル工具はガイド
具19′を有し、このガイド具がヘッド20′と、このヘッ
ドに最寄りの第１部分18′ａとシャンク18′の自由端に
最寄りの第２部分18′ｂを有する斯ゝるシャンク18′と
を含む。第２部分18′ｂは肩21′を有する。ガイド具1
9′のシャンク18′は図１のドリルビット19のシャンク1
8に相当する。シャンク18′はシャンク18と同様にし
て、駆動サブに受容され、保留リングで軸方向に関し固
定される。図１の構成と同じように、駆動サブは穴降下
式ロックドリルのケーシングに連結される。シャンク1
8′はガイド具19′を軸方向に貫通する中心流通路（図
示省略）を有している。フート弁26′はシャンク18′の
自由端に取付けられていて、限定長だけ中心ガイド具流
通路に延入している。

原理的には、駆動サブの内孔におけるシャンク18′の
心出し並びにピストンガイドとガイド具19′のシャンク
18′の間の衝撃エネルギーの伝達に関して、図１と図２
の例において説明した利益と同じ利益が図３の本例でも
得られる。シャンク18′の第１部分18′ａはシャンク18
の第１部分18aと同様にして製作されるのが好ましい。
即ち非円形旋削によって製作するのが好ましい。更に、
第１部分18′ａの断面形状は図2bに示す断面図と等し
い。

図３のドリル工具は、更にネジ結合によりガイド具に
着脱可能に連結されている中央パイロットビット30′を
有している。このパイロットビット30′のヘッドの最寄
りにおいて、パイロットビット30′のシャンクにリーマ
ビット31′が取付けられている。このリーマビット31′
はパイロットビット30′に対し特定の角度で以って回転
する。図３のドリル工具は穴明け加工（ドリリング）す
ると同時に表土を通してケーシングするために用いられ
る。

図4a−4eには、シャンク18,18′の第１部分18a,18′
ａの別に採用し得る断面形状を幾つか示している。

図4aは長円形の断面を示している。

図4aは図２の断面の変形であって、その相違は丸隅部
がなおも凸状であるとはいえ幾分平坦化されている。適
切な技術文献によれば、図4bの断面形はPC3プロフィー
ルと表現されている。

図4cは概して四角形の断面を示している。この断面は
適切な技術文献によればP4プロフィールと指定されてい
る。

図4dは概して四角形の断面を示している。この形状
は、図4cのものと較べ相対的に平坦な丸味隅部／コーナ
を有している。適切な技術文献によれば、図4dの断面は
PC4プロフィールと指定されている。

図4eは半長円形と半円形を組合せた形状の断面を示し
ている。

「Ｐ」を冠せたプロフィール（例えばP3プロフィー
ル）は適切な技術文献では多角形プロフィールと称せら
れ、これらは提案されているDIN基準の課題である。

本発明の基本思想は第１部分18a;18′ａの断面を連続
した非凹状で多隅部を有している形状にすることにあ
る。この形状定義は本願に示すシャンクの第１部分例の
全部に対し有効である。好ましくはこの形状は正多角
形、即ち辺長が等しいものである。

しかし、本発明は上述の実施例には何ら限定されるも
のではなく、添附の請求の範囲内で変更し得るものであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許4706764（ＵＳ，Ａ) 西独国特許出願公開2401891（ＤＥ, Ａ１) 西独国特許出願公告1221170（ＤＥ, Ｂ１) 英国特許出願公開1242052（ＧＢ，Ａ) 仏国特許出願公開2192480（ＦＲ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 17/046 E21B 4/12

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】頂部サブ、内部に穴を備える駆動サブ（1
   3）、前記頂部サブと駆動サブ（13）の間に延在して両
   者に着脱可能に連結されるピストンケース（11）、該ピ
   ストンケース内に配置されたピストン（27）、及び前記
   駆動サブ（13）に着樽可能に連結されるドリルビット
   （19）を含み、 前記ドリルビットが、シャンク（18、18'）とヘッド（2
   0、20'）とを含み、且つフラッシュ媒体用の中心流通路
   （23）を有しており、 チューブ手段（26）が、前記シャンク（18、18'）の自
   由端の領域において、前記中心流通路に固定されてお
   り、 前記チューブ手段（26）がシャンク（18、18'）の自由
   端を越えて延出し、 前記ピストン（27）は、前記チューブ手段（26）を受容
   する中心流ピストン通路（28）を有していて、前記チュ
   ーブ手段に対し相対的に摺動可能である、斯ゝる穴降下
   式ロックドリルにおいて、 ａ）ヘッド（20、20'）の最寄りにあるシャンク（18、1
   8'）の第１部分（18a,18'a）が、前記シャンクの縦中心
   軸線（Ｌ）に直角を成す断面であり、連続した凹状でな
   い複数の丸味のある凸状の隅部を有する形状の断面を有
   し、前記駆動サブ（13）の内孔（17）に受容しうる断面
   形状であり、 ｂ）前記ドリルビット（19）が、前記シャンク（18;1
   8'）の第２部分（18b;18'b）に設けた環状に延在する肩
   手段（21;21'）と対称的に協働するビット保留手段（2
   2）によって軸方向に関して固定されており、前記第２
   部分が前記シャンク（18;18'）の自由端の最寄りにある
   ことを特徴とする穴降下式ロックドリル。
2. 【請求項２】前記シャンク（18、18'）の第１部分（18
   a、18'a）が、複数の丸味のある凸状の隅部を有する多
   角形状または長円形状の断面を有することを特徴とす
   る、請求項１に記載の穴降下式ロックドリル。
3. 【請求項３】前記シャンク（18、18'）の第１部分（18
   a、18'a）の断面が連続的に凸状であることを特徴とす
   る、請求項１或いは２に記載の穴降下式ロックドリル。
4. 【請求項４】前記シャンク（18、18'）の第１部分（18
   a、18'a）が三つの丸味のある凸状の隅部を有する断面
   形であり、当該断面形の周囲に接する２本の平行接線の
   間の距離が一定であることを特徴とする、請求項１に記
   載の穴降下式ロックドリル。
5. 【請求項５】ビット保留手段（22）が、環形状であり、
   前記シャンク（18、18'）の少なくとも部分的に第２部
   分（18b;18'b）を取り囲み、且つ当該第２部分に形成さ
   れた肩（21;22'）と協働していることを特徴とする、請
   求項１〜３のいづれか１項に記載の穴降下式ロックドリ
   ル。
6. 【請求項６】前記ビット保留手段が、二つ割りであるこ
   とを特徴とする請求項５に記載の穴降下式ロックドリ
   ル。
7. 【請求項７】前記シャンク（18）の第１部分（18a）
   が、ドリルビット（19）のヘッド（20）まで延在してい
   ることを特徴とする、請求項１〜５のいづれか１項に記
   載の穴降下式ロックドリル。
8. 【請求項８】穴降下式ロックドリル（10）の１部分を構
   成するドリルビット（19）であって、 シャンク（18）とヘッド（20）を含み、且つフラッシュ
   媒体用の中心流通路（23）と多数の分岐流通路（24）と
   を有し、該分岐流通路（24）が中心流通路（23）からヘ
   ッド（20）の前面まで延在している、斯ゝるドリルビッ
   トにおいて、 ａ）前記シャンク（18）の第１部分（18a）が、前記ヘ
   ッド（20）の最寄りにあって、前記シャンク（18）の縦
   中心軸線（Ｌ）に対し直角を成す断面であり、連続した
   凹状でない複数の丸味のある凸状の隅部を有する多角形
   状または長円形状の断面を有しており、 ｂ）前記シャンク（18）の第２部分（18b）が、前記シ
   ャンク（18）の自由端の最寄りにあって、前記シャンク
   （18）の第２部分（18b）の周囲に対称的に配置された
   ビット保留手段（22）と協働する環状に延在する肩手段
   （21）を具備していることを特徴とするドリルビット。
9. 【請求項９】前記シャンク（18）の第１部分（18a）
   が、複数の丸味のある凸状の隅部を有する多角形状また
   は長円形状の断面を有している、請求の範囲第８項に記
   載のドリルビット。
10. 【請求項１０】前記シャンク（18）の第１部分（18a）
    が、３つの丸味のある凸状の隅部（18c）と前記隅部（1
    8c）に接続する凸状辺（18d）を有する断面形を有して
    いることを特徴とする、請求項８或いは９に記載のドリ
    ルビット。
11. 【請求項１１】前記シャンク（18）の第１部分が、四辺
    形の断面を有していることを特徴とする、請求項８或い
    は９に記載のドリルビット。
12. 【請求項１２】前記中心流通路（23）が、前記シャンク
    （18）の自由端側の終端でチューブ手段（26）を受容す
    るように設定されている、請求項８〜11のいづれか１項
    に記載のドリルビット。
13. 【請求項１３】穴降下式ロックドリルの１部分を構成す
    るガイド具（19'）であって、シャンク（18'）とヘッド
    （20'）を含み、且つフラッシュ媒体用の中心流通路を
    有している、斯ゝるガイド具において、 ａ）前記シャンク（18'）の第１部分（18'a）が、前記
    ヘッド（20'）の最寄りにあって、前記シャンク（18'）
    の縦中心軸線（Ｌ）に直角を成す断面であり、連続した
    凹状でない複数の丸味のある凸状の隅部を有する多角形
    状または長円形状の断面を有しており、 ｂ）前記シャンク（18'）の第２部分（18'b）が、前記
    シャンク（18'）の自由端の最寄りにあって、前記シャ
    ンク（18'）の第２部分（18'b）の周りに対称的に配置
    されたビット保留手段と協働する環状に延在する肩手段
    （21'）を具備していることを特徴とするガイド具。
14. 【請求項１４】前記シャンク（18'）の第１部分（18'
    a）が、複数の丸味のある凸状の隅部を有する多角形状
    または長円形状の断面を有していることを特徴とする、
    請求項13に記載のガイド具。
15. 【請求項１５】シャンク第１部分（18'a）が３つの凸状
    隅部（18c）とこれに接続する凸状辺（18d）を備えた断
    面形を有することを特徴とする、請求項13或いは14に記
    載のガイド具。
16. 【請求項１６】シャンクの第１部分が四辺形の断面を有
    していることを特徴とする、請求項13或いは14に記載の
    ガイド具。
17. 【請求項１７】ガイド具の中心流通路がシャンク（1
    8'）の自由端側の１端で、チューブ手段（26'）を受容
    するように設定されていることを特徴とする、請求項13
    〜16のいづれか１項に記載のガイド具。