JP3750516B2

JP3750516B2 - 掘削工具

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Publication number: JP3750516B2
Application number: JP2000356323A
Authority: JP
Inventors: 和夫藤墳; 仁也久田; 和由吉田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002013379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状のケーシングパイプ内に挿入されたインナーロッドの先端に掘削ビットが取り付けられて、この掘削ビットにより削孔を形成しつつその削孔内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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の掘削工具として、本発明の発明者らは、先に特願平１１−３２４６４７号において図１１に示すようなものを提案している。この掘削工具では、ケーシングパイプ１の先端にリングビット２が軸線Ｏ回りに回転自在に取り付けられるとともに、このケーシングパイプ１内に挿入されたインナーロッド（図示略）の先端にはインナービット３がその先端を上記リングビット２の内周から突出させて取り付けられ、このインナービット３はリングビット２に対して軸線Ｏ回りに係合可能かつ軸線Ｏ方向に後端側から挿脱自在とされている。また、このインナービット３はその外径が後端側に向けて拡径する多段状に形成されており、先端側の段部４はリングビット２の後端部５に、また後端側の段部６はケーシングパイプ１の先端に接合されたケーシングトップ７の後端部８にそれぞれ当接可能とされている。
【０００３】
しかして、このような掘削工具においては、上記インナーロッドに軸線Ｏ回りの回転力と該軸線Ｏ方向先端側に向けての打撃力とを与えることにより、上記回転力によってインナービット３とリングビット２とが一体に回転させられるとともに、上記打撃力は直接的にインナービット３に、また上記段部４，６から後端部５，８を介してリングビット２とケーシングパイプ１とにも伝えられ、こうして回転打撃力を受けるリングビット２とインナービット３とによって削孔が形成される一方、打撃力だけを受けるケーシングパイプ１がこの削孔内に挿入されてゆく。また、所定の深さまで削孔が形成されてケーシングパイプ１が挿入された後は、上記インナービット３ごとインナーロッドを引き抜くことにより、先端にリングビット２を残したままケーシングパイプ１によって削孔の内周を保護してその崩落を防いだりすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように上記掘削工具においては、インナーロッドからインナービット３に与えられた打撃力が上記段部４と後端部５を介してリングビット２に伝えられるようになされているが、このインナービット３は、所定の内径のケーシングパイプ１内を通して挿入されるものであるため、その外周に形成可能な段部４の大きさは自ずと制限されざるを得ない。従って、この段部４とこれが当接するリングビット２の後端部５との当接面、すなわち上記打撃力を伝達する伝達面もあまり大きく確保することはできず、これとは逆に上記打撃力によってこの伝達面が受ける単位面積当たりの荷重は大きくなるため、例えば削孔を形成すべき地層の途中に硬岩帯が存在していてこれら段部４と後端部５とに過大な荷重が作用すると、その上記伝達面に著しい摩耗が生じてその後の打撃力の伝達効率が損なわれ、工具寿命の短縮を招くおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたもので、インナーロッドからの打撃力を伝達する伝達面を大きく確保してこの伝達面が単位面積当たりの荷重を低減し、硬岩帯を削孔する場合などでもこの伝達面の摩耗を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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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、円筒状のケーシングパイプの先端に、概略有底円筒状なす掘削ビットがその底部を先端側に向けて同軸かつその軸線回りに回転可能に取り付けられ、この掘削ビットの内周部には上記軸線方向に平行に延びる突条が形成されるとともに、上記ケーシングパイプ内に挿入されたインナーロッドの先端には、外周に前記軸線に平行に延びる係合溝が形成されて、この係合溝に前記突条を収容することにより上記掘削ビットの内周部に上記軸線方向に挿脱自在とされるとともに挿入状態において該掘削ビットと上記軸線回りに一体回転可能とされるデバイスが取り付けられ、掘削時にこのデバイスの先端面が上記掘削ビットの底部の後端側を向く底面に当接可能とされ、前記ケーシングパイプの内周面には上記軸線回りに延びる環状溝が、上記掘削ビットの外周には上記軸線回りに延びる環状溝が形成され、それぞれの環状溝は該軸線を含む断面が「コ」字状をなし、これらの環状溝が合致することによって画成される環状孔に、上記軸線に対する径方向に弾性変形可能な断面方形状に形成された係止部材が介装されることにより、上記掘削ビットがケーシングパイプに対し上記軸線方向先端側に向けて係止させられていることを特徴とする。従って、このように構成された掘削工具においては、掘削時には上記掘削ビットにインナーロッドからデバイスを介して回転力が与えられるとともに、このデバイスの先端面と掘削ビット底部の後端側を向く底面とが上記伝達面として打撃力が与えられるので、従来のようなインナービット外周の段部を介しての伝達に比べて大きな伝達面積を確保することができる。なお、削孔後にはこのデバイスごとインナーロッドを引き抜くことにより、従来の掘削工具のリングビットと同様に掘削ビットを先端に残したままケーシングパイプを削孔内に挿入した状態とすることができる。
【０００７】
ここで、このような有底円筒状の掘削ビットを備えた掘削工具において、削孔時に生成されるくり粉を効率的に削孔内から排出するには、上記デバイスの外周に上記ケーシングパイプ内を後端側に向けて延びる凹溝を形成するとともに、上記掘削ビットには、上記底部の先端側を向く面に開口して上記挿入状態において上記凹溝に連通する連通路を形成し、これら連通路から凹溝を介してくり粉をケーシングパイプ内を通して排出するのが望ましい。また、上記掘削ビットの底部の先端側を向く面を、その中央部が先端側に一段突出するように形成すれば、この中央部が先に食い付くことによって崩落し易くなった地層を、この中央部の周りの部分によって掘り進んで削孔を形成することができ、効率的な掘削を図ることができる。さらに、上記デバイスとインナーロッドとの間にダウンザホールハンマーを介装して、このダウンザホールハンマーによってデバイスを打撃することにより、上記掘削ビットとケーシングパイプとに上記軸線方向先端側に向けての打撃力を与えるようにすれば、ケーシングパイプには引っ張り力しか作用しなくなるので、削孔の深さが深かったり粘度層を掘削したりするような場合や、あるいはケーシングパイプの肉厚を十分に確保することができないような場合でも、確実な掘削を行うことが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１ないし図３は、本発明の第１の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パイプ１１は、必要に応じて順次継ぎ足される円管状のパイプ本体１２…の先端に円筒状のケーシングトップ１３が溶接により同軸に取り付けられて構成され、このケーシングパイプ１１の内周には、先端にスタビライザー１４を備えた中空のインナーロッド１５が、やはり必要に応じて順次継ぎ足されて上記ケーシングパイプ１１の中心軸線Ｏと同軸に挿入される。また、このインナーロッド１５の最後端には、掘削時に軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに向けての回転力と軸線Ｏ方向先端側に向けての打撃力とを該インナーロッド１５に与えるドリフターのシャンクロッド１６が、スイベル１７を介して連結されるとともに、ケーシングパイプ１１最後端のパイプ本体１２には、その後端部を保護する保護キャップ１８を介して該ケーシングパイプ１１に上記打撃力のみを与えるフロントアダプター１９が上記スイベル１７との間に介装されている。そして、このインナーロッド１５の先端の上記スタビライザー１４先端にはデバイス２０が取り付けられるとともに、このデバイス２０のさらに先端には、掘削ビット２１がその先端をケーシングトップ１３の先端から突出させて設けられている。
【０００９】
ここで、図３に示すように、上記ケーシングトップ１３は、その後端部が、先端部に対して内外径とも一段縮径するように形成されるとともに、その後端縁には後端側に向けて漸次拡径するテーパ部１３Ａが形成されており、この後端部を最先端のパイプ本体１２の内周に嵌挿した上で、上記先端部の後端を該パイプ本体１２の先端に突き合わせて溶接されることにより取り付けられている。また、このケーシングトップ１３の先端部はその内外径がパイプ本体１２の内外径と略等しくされ、この先端部の内周面の先端側の端部には、先端側に向けて漸次拡径するテーパ面状に面取りされた傾斜面１３Ｂが形成されるとともに、この傾斜面１３Ｂよりも後端側の該先端部における軸線Ｏ方向略中央には、この内周面を該軸線Ｏ回りに周回するように環状溝２２が形成されており、この環状溝２２は、その溝底の位置が軸線Ｏに対する径方向において上記傾斜面１３Ｂの先端側の最も拡径した位置と略等しくされるとともに、その軸線Ｏ方向の幅は溝深さよりも十分大きくされ、軸線Ｏを含む断面おいて上記径方向に偏平した内周側に開口する「コ」字状をなしている。
【００１０】
一方、上記デバイス２０は外径が３段に拡縮径する外形略多段円筒状をなしていて、そのうち後端側段部は最小径部とされ、この後端側段部の外周には、上記スタビライザー１４先端の雌ネジ部にねじ込まれる雄ネジ部２０Ａが形成されている。また、このデバイス２０外周の中央段部は最大径部とされて、その外径はケーシングパイプ１１の上記パイプ本体１２の内径よりも小さく、かつケーシングトップ１３の上記後端部の内径よりは大きくされており、この中央段部の先端側を向く面は、ケーシングトップ１３の上記テーパ部１３Ａがなすテーパ角と等しい角度で先端側に向かうに従い漸次縮径するテーパ部２０Ｂとされていて、掘削時にはこれらのテーパ部１３Ａ，２０Ｂが互いに当接された状態とされる。なお、この多段円筒状をなすデバイス２０の内周部２０Ｃは、該デバイス２０の全長に亙って略等しい内径とされている。
【００１１】
さらに、上記テーパ部２０Ｂよりも先端側の段部は、その外径が上記ケーシングトップ１３の後端部内に嵌挿可能な大きさとされており、この先端側段部の外周には、溝深さの浅い複数条（本実施形態では３条）の係合溝２３と、これよりも溝深さの深いやはり複数条（本実施形態では係合溝２０と同数の３条）の凹溝２４とが、それぞれ軸線Ｏに平行に延びるように、かつ周方向に互いに等間隔となるように、しかも、係合溝２３の回転方向Ｔ側に凹溝２４が隣接するように形成されている。このうち、係合溝２３は、その先端がデバイス２０の先端面２０Ｄに開口して均一な深さで後端側に延びた後に上記中央段部の手前で外周側に切れ上がるように形成されている一方、凹溝２４は、やはりデバイス２０の先端面２０Ｄに開口して上記係合溝２３よりも僅かに深い均一な深さで後端側に延びた後、上記中央段部の後端側で僅かに外周側に切れ上がってこの中央段部の後端側を向く面に開口するように形成されている。なお、各凹溝２４…の底面には、上記内周部２０Ｃから外周側に向かうに従い後端側に向かうように傾斜して分岐させられた分岐孔２０Ｅが開口させられている。さらに、このデバイス２０の上記先端面２０Ｄは、軸線Ｏに垂直な平坦面に形成されている。
【００１２】
また、上記掘削ビット２１は、概略有底円筒状に形成されており、その底部２１Ａの外径はケーシングパイプ１１の外径よりも大きくされるとともに、円筒部２１Ｂは、外径がケーシングトップ１３の上記先端部の内周に嵌挿可能、かつ内径はデバイス２０の上記先端側段部が嵌挿可能な大きさとされ、上記底部２１Ａを先端側に向けるとともに、円筒部２１Ｂをケーシングトップ１３の上記先端部の内周とデバイス２０の上記先端側段部の外周との間に画成される円筒状の間隙部に嵌挿させて、上記軸線Ｏと同軸にケーシングパイプ１１の先端に取り付けられている。ここで、上記底部２１Ａの先端側を向く面、すなわち当該掘削ビット２１の先端面２１Ｃは、その中央部２１Ｄが先端側に向けて略円板状に一段突出するように形成されており、この中央部２１Ｄの先端面およびその外周縁と、該中央部２１Ｄの周りの上記先端面２１Ｃおよびその周縁とに、超硬合金等の硬質材料により形成されたチップ２５が多数植設されている。なお、本実施形態ではこのチップ２５は、該掘削ビット２１の表面から突出する先端部が球面状の頂部を有する略円錐状のスパイクタイプのものとされている。
【００１３】
さらにまた、この掘削ビット２１の上記円筒部２１Ｂの外周面には、その軸線Ｏ方向中央よりも僅かに後端側に、該軸線Ｏを中心としてこの外周面を軸線Ｏ回りに周回するように延びる環状溝２６が形成されており、この円筒部２１Ｂをケーシングトップ１３の先端部内周に嵌挿することによってこの環状溝２６とケーシングトップ１３の内周面の上記環状溝２２とが合致して画成される環状孔２７には、軸線Ｏに対する径方向に弾性変形可能な係止部材２８が介装されている。ここで、上記環状溝２６は、軸線Ｏを含む断面おいて外周側に開口する「コ」字状をなし、その溝深さは上記環状溝２２よりも深くされるとともに軸線Ｏ方向の溝幅は環状溝２２よりも十分小さくされており、従ってこれら環状溝２２，２６によって画成される上記環状孔２７は、環状溝２６が環状溝２２の軸線Ｏ方向略中央部に位置した状態において、該軸線Ｏを含む断面が上記径方向に偏平したＴ字状をなすように形成される。
【００１４】
また、上記係止部材２８は、本実施形態ではバネ鋼等の適当な弾性と十分な強度とを備えた材質によって形成された円環を周方向に一部切り欠いた形状の、いわゆるＣ型止め輪であって、その断面は、上記環状溝２６に嵌合可能な軸線Ｏ方向の幅と環状溝２６の溝深さに等しい上記径方向の厚さとを有する方形状に形成されており、さらに該係止部材２８に負荷がかかっていない自然状態において、該係止部材２８の外径は、円筒部２１Ｂの外径やケーシングトップ１３の先端部の内径よりも大きく、軸線Ｏを中心とした環状溝２２の溝底面の内径と略等しくなるように設定されるとともに、この自然状態における係止部材２８の内径は、軸線Ｏを中心とした環状溝２６の溝底面の外径よりも大きく、かつ円筒部２１Ｂの外径よりは小さくなるように設定されている。従って、環状孔２７に介装された係止部材２８は略上述の自然状態とされ、全周的に、その径方向内周部側が軸線Ｏ方向に環状溝２６に嵌合するとともに、外周部側は環状溝２２内に突出してその溝底面に摺接した状態とされる。
【００１５】
さらに、この円筒部２１Ｂの内周面には、上記底部２１Ａの後端側を向く面、すなわちこの円筒部２１Ｂ内周の底面２１Ｅから軸線Ｏに平行に後端側に延びる突条２９が、デバイス２０の上記係合溝２３…と同数（本実施形態では３条）、周方向に等間隔に形成されている。これらの突条２９…は、それぞれその周方向の幅が上記係合溝２３の幅と略等しくされるとともに、上記円筒部２１Ｂの内周面からの突出高さは係合溝２３のデバイス２０先端側段部外周面からの溝深さよりも僅かに小さな高さで均一とされていて、これらの突条２９…を係合溝２３…に収容することにより、デバイス２０は、その先端側段部が掘削ビット２１の円筒部２１Ｂ内周に挿脱自在とされ、かつ挿入状態においては上記回転方向Ｔに向けて掘削ビット２１と一体回転可能とされる。
【００１６】
一方、上記底部２１Ａには、上記底面２１Ｅの中央部から先端側に向けて一段凹む断面円形の凹所３０が形成されてデバイス２０の内周部２０Ｃに連通可能とされており、この凹所３０から上記先端面２１Ｃにかけては、軸線Ｏに平行な１の噴出孔３０Ａが上記中央部２１Ｄ内周側の軸線Ｏから僅かに外周側に外れた位置に開口するように、また先端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜した３つの噴出孔３０Ｂ…が上記中央部２１Ｄの周りの先端面２１Ｃ内周に周方向に等間隔に開口するように、それぞれ形成されている。そして、この掘削ビット２１の底部２１Ａの上記底面２１Ｅもまた、デバイス２０の上記先端面２０Ｄと同様に軸線Ｏに垂直な平坦面とされている。
【００１７】
さらにまた、この底部２１Ａには、上記底面２１Ｅの外周側縁部において上記突条２９…の回転方向Ｔ側に隣接する位置から上記先端面２１Ｃにかけて、軸線Ｏに直交する断面が周方向に延びる長円状をなす貫通孔３１…が、それぞれ軸線Ｏ方向には該軸線Ｏに平行に延びるように形成されている。ここで、これらの貫通孔３１…は、それぞれその周方向の長さが上記凹溝２４の周方向の長さと略等しくされるとともに、その内周面のうち外周側を向く部分までの軸線Ｏからの距離が上記凹溝２４の外周側を向く底面までの軸線Ｏからの距離と略等しく、またこの内周面のうち内周側を向く部分までの軸線Ｏからの距離はデバイス２０の上記先端側段部の外径と略等しくなるようにされていて、後述する挿入状態において上記凹溝２４に連通する本実施形態においての連通路とされている。なお、これらの貫通孔３１…は、上記先端面２１Ｃにおいては、先端側に一段突出する円板状の上記中央部２１Ｄの外周面とこの中央部２１Ｄの周りの先端面２１Ｃ部分とが交差する円周上に開口させられていて、この貫通孔３１の内周側の部分は上記中央部２１Ｄの外周面を切り欠くようにしてこの中央部２１Ｄの先端面にまで延設されている。
【００１８】
このような掘削工具においては、ケーシングパイプ１１先端のケーシングトップ１３内周に、上述のように環状溝２６に係止部材２８が装着された掘削ビット２１の上記円筒部２１Ｂを先端側から嵌挿することにより、この係止部材２８がケーシングトップ１３の先端側内周の傾斜面１３Ｂに乗り上げて案内されるように弾性的に縮径するので、さらにそのまま円筒部２１Ｂを後端側に挿入すると、上記環状溝２６がケーシングトップ１３内周の環状溝２２と合致したところで、係止部材２８がその弾性によって拡径することにより元の自然状態に復帰してその外周部が環状溝２２側に嵌まり込み、これら環状溝２２，２６によって画成された環状孔２７に係止部材２８が介装された状態で、掘削ビット２１は、その上記底部２１Ａがケーシングパイプ１１の先端開口部を塞ぐように先端側に向けられて、該ケーシングパイプ１１の先端に上記軸線Ｏと同軸に取り付けられる。従って、この状態で掘削ビット２１はケーシングパイプ１１に対し、軸線Ｏ回りには回転自在とされるとともに、軸線Ｏ方向先端側に向けては係止部材２８が環状溝２２の先端縁に当接したところでその移動が拘束されて係止される。
【００１９】
そして、こうしてケーシングパイプ１１の先端に掘削ビット２１が取り付けられた状態で、先端に上記デバイス２０が取り付けられたインナーロッド１５を回転方向Ｔに回転させつつケーシングパイプ１１内に後端側から挿入して、上記テーパ部１３Ａ，２０Ｂ同士が当接するまで前進させることにより、上記係合溝２３…に突条２９…が嵌め込まれながらデバイス２０の先端側段部が掘削ビット２１の円筒部２１Ｂ内周に挿入される。従って、この挿入状態においてデバイス２０は、上記回転方向Ｔに掘削ビット２１と係合して一体回転可能とされるとともに、ケーシングパイプ１１とはテーパ部１３Ａ，２０Ｂの当接によって軸線Ｏ方向先端側に一体に前進可能とされる。しかして、このとき掘削ビット２１は、軸線Ｏ方向後端側に向けては上記底面２１Ｅがデバイス２０の上記先端面２０Ｄに当接したところでその軸線Ｏ方向後端側に向けての移動が拘束されるようになされており、すなわち掘削時に上記挿入状態においてこの掘削ビット２１を地層に接地した状態で、デバイス２０の先端面２０Ｄが掘削ビット２１の底部２１Ａの後端側を向く上記底面２１Ｅに当接可能とされている。また、上記挿入状態において、ともに上記係合溝２３と突条２９との回転方向Ｔ側に隣接するデバイス２０の凹溝２４と掘削ビット２１の貫通孔３１とは、周方向の位置が一致して上述のように互いに連通させられることとなる。
【００２０】
従って、この状態で上記シャンクロッド１６からスイベル１７、インナーロッド１５およびスタビライザー１４を介してデバイス２０に回転打撃力を与えることにより、掘削ビット２１には上記係合溝２３…および突条２９…を介しての回転力と上記先端面２０Ｄおよび底面２１Ｅを介しての打撃力とが伝えられ、その上記先端面２１Ｃに植設されたチップ２５…により削孔が形成されるとともに、ケーシングパイプ１１には上記フロントアダプター１９からの打撃力と上記テーパ部１３Ａ，２０Ｂを介しての打撃力とが伝えられ、掘削ビット２１によって形成された上記削孔にこのケーシングパイプ１１が挿入されてゆく。なお、掘削中は、上記スイベル１７からインナーロッド１５およびスタビライザー１４の内周部を通してデバイス２０の内周部２０Ｃに圧縮空気等が供給され、掘削ビット２１の上記凹所３０から噴出孔３０Ａ，３０Ｂ…を通って削孔内に噴出させられるとともに、掘削時に生成されたくり粉は、この圧縮空気等により、互いに連通した上記貫通孔３１…から凹溝２４…を介してケーシングパイプ１１内のデバイス２０の後端側に送り出され、さらにこのケーシングパイプ１１内のインナーロッド１５との間を通ってスイベル１７から排出される。また、掘削後は、デバイス２０ごとインナーロッド１５を後退させてケーシングパイプ１１から引き抜くことにより、掘削ビット２１を孔底に残したまま削孔内にケーシングパイプ１１が挿入された状態とすることができる。
【００２１】
このように、上記構成の掘削工具においては、掘削時にデバイス２０の先端面２０Ｄが掘削ビット２１の底部２１Ａの後端側を向く底面２１Ｅに当接可能とされていて、デバイス２０に与えられた打撃力はこれら先端面２０Ｄから底面２１Ｅに伝えられることとなり、すなわち該先端面２０Ｄと底面２１Ｅとが打撃力の伝達面となる。このため、従来のインナービットとリングビットとの外周に設けられた段部や後端部を伝達面として打撃力を伝えるのに比べ、デバイス２０の内周部２０Ｃや掘削ビット２１の凹所３０の開口面積を除いてもこの伝達面の面積を大きく確保することができ、従ってこの伝達面に作用する単位面積当たりの荷重は低減することができるので、例えば削孔を形成すべき地層の途中に硬岩帯が存在していたりして、掘削時に過大な荷重がこれらの伝達面に作用したとしても摩耗が生じたりするのを防ぐことができ、デバイス２０や掘削ビット２１の寿命の延長を図ることができるとともに、所定の深さまで削孔を形成してケーシングパイプ１１を挿入するまで効率的な掘削を行うことができる。
【００２２】
しかも、本実施形態では、これら伝達面とされる先端面２０Ｄと底面２１Ｅとがともに軸線Ｏに垂直な平坦面とされているので、軸線Ｏ方向先端側に作用する打撃力をより確実かつ効率的に伝達することが可能となるとともに、過大な荷重によるこれらの伝達面の変形や摩耗なども一層効果的に防止することができる。加えて、本実施形態では、こうしてデバイス２０から掘削ビット２１への打撃力の伝達面が外周側の段部や後端部ではなく内周側の上記先端面２０Ｄと底面２１Ｅとされることにより、デバイス２０から掘削ビット２１に上記回転力を伝達する上記係合溝２３…と突条２９…との係合面積も大きくすることができ、これによって回転力もより確実かつ効率的に伝達することが可能となるとともに、これらの係合面の上記回転力による単位面積当たりの荷重の低減も図ることができるので、これらが相俟ってデバイス２０や掘削ビット２１の一層の長寿命化および掘削の効率化を促すことが可能となる。
【００２３】
一方、本実施形態では、デバイス２０の上記係合溝２３…の回転方向Ｔ側に隣接して凹溝２４…が設けられるとともに、掘削ビット２１の底部２１Ａにはその先端面２１Ｃに開口する貫通孔３１…が連通路として上記突条２９…の回転方向Ｔ側に隣接するように形成されていて、これらの突条２９…を係合溝２３…に収容してデバイス２０を掘削ビット２１の円筒部２１Ｂに挿入した状態で、これらの貫通孔３１…と凹溝２４…とが連通するようになされており、掘削時に生成されるくり粉がこれら貫通孔３１…および凹溝２４…を通ってケーシングパイプ１１内を後端側に排出可能とされている。従って、本実施形態によれば、その底部２１Ａがケーシングパイプ１１の先端を覆うように有底円筒状の掘削ビット２１が取り付けられる上記構成の掘削工具にあっても、掘削時に削孔の孔底で生成されるくり粉を効率的に後端側に送り出して確実に排出することができ、より円滑な掘削を促すことが可能となる。
【００２４】
また、本実施形態では、多数のチップ２５…が植設されて削孔を形成する上記掘削ビット２１の先端面２１Ｃの中央部２１Ｄが、その周りの部分に対して先端側に一段突出するように形成されており、削孔の孔底にはまずこの突出した中央部２１Ｄが該孔底の中央部に先に食い付き、これによって崩壊し易くなったその周囲の部分を中央部２１Ｄの周りの先端面２１Ｃ部分が掘削するような形態となるため、さらに効率的な掘削を促すことができる。しかも、本実施形態では、上述のように掘削ビット２１の先端面２１Ｃに開口する上記貫通孔３１…が、この中央部２１Ｄの外周面とその周りの部分とが交差する円周上に開口させられていて、その内周側の部分がこの中央部２１Ｄの先端面にまで延設されているので、この中央部２１Ｄによる掘削によって生成されたくり粉も、この貫通孔３１…から凹溝２４…に送り出して確実に後端側に排出することができる。
【００２５】
次に、図４ないし図９を参照して本発明の第２〜第４の実施形態について説明する。ただし、これら第２〜第４の実施形態において、上記第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を配して説明を省略する。まず、図４および図５に示すのは本発明の第２の実施形態に係わる掘削ビット４１であって、この掘削ビット４１は、第１の実施形態の掘削ビット２１に代えてケーシングパイプ１１の先端に取付可能とされており、第１の実施形態の掘削ビット２１ではその先端面２１Ｃに植設されるチップ２５が上述のようなスパイクタイプのもののみとされているのに対し、このスパイクタイプのチップ２５…に加えて、先端が切妻状をなすチップ４２が複数（本実施形態では３つ）、その先端稜線部が軸線Ｏから放射状に延びるようにして上記先端面２１Ｃの外周部に周方向に等間隔に植設されていることを特徴とする。しかるに、このような掘削ビット４１を備えた第２の実施形態の掘削工具においては、上記チップ４２を設けることにより、主たる掘削に供される上記チップ２５…の摩耗の進行を抑えることができるので、工具寿命のさらなる延長を図ることができる。
【００２６】
また、上記第１、第２の実施形態では、その掘削ビット２１の先端面２１Ｃの中央部２１Ｄが先端側に一段突出するように形成されるとともに、デバイス２０の凹溝２４に連通する連通路として上記先端部２１Ａを貫通する貫通孔３１が掘削ビット２１に形成されていたが、図６および図７に示す本発明の第３の実施形態や図８および図９に示す本発明の第４の実施形態では、その概略有底円筒状をなす掘削ビット５１，５２の底部５１Ａ，５２Ａの先端側を向く面、すなわち先端面５１Ｂ，５２Ｂが先端側に突出する中央部を有することがなく、しかもこの底部５１Ａ，５２Ａに貫通孔３１が形成される代わりに、該掘削ビット５１，５２の外周に上記先端面５１Ｂ，５２Ｂに開口して後端側に延びる凹溝５３が形成されており、この凹溝５３がデバイス５４の外周に形成された凹溝２４に連通する連通路とされている。従って、これら第３、第４の実施形態では、掘削ビット５１，５２の円筒部５１Ｃ，５２Ｃの内周部に挿入される上記デバイス５４の先端部までには凹溝２４が延設されることはなく、このデバイス５４先端部には、上記円筒部５１Ｃ，５２Ｃ内周の突条２９…を収容して回転方向Ｔに係合せしめる係合溝２４…が形成されているだけである。
【００２７】
ここで、上記第３の実施形態においては、上記凹溝５３として、掘削ビット５１の底部５１Ａ外周に４条の凹溝部５３Ａ…が周方向に等間隔に形成されるとともに、円筒部５１Ｃの外周には３条の凹溝部５３Ｂ…がやはり周方向に等間隔に形成され、このうち各一つずつの凹溝部５３Ａ，５３Ｂはその周方向の位置が一致するようにされている。また、デバイス５４の外周には、掘削ビット５１の円筒部５１Ｃ内周に挿入される部分よりも後端側に、３条の上記凹溝２４…がその周方向の位置を上記挿入状態において上記凹溝部５３Ｂ…に合わせるように形成されており、これによって上記凹溝５３が凹溝２４に連通可能とされている。なお、この第３の実施形態においては、掘削ビット５１の上記先端面５１Ｂにも、軸線Ｏから放射状に延びて外周側に向かうに従い深くなる複数条の凹溝部５３Ｃ…が形成されており、これらの凹溝部５３Ｃ…の少なくとも一部の外周は、上記凹溝部５３Ａの先端に連通させられているとともに、掘削ビット５１の上記凹所３０から放射状に分岐する上記噴出孔３０Ｂ…は、この凹溝部５３Ｃ…に開口させられている。
【００２８】
一方、上記第４の実施形態においては、掘削ビット５２の外周に、その底部５２Ａから円筒部５２Ｃにかけて軸線Ｏ方向に延びる３条の上記凹溝５３…が形成されており、これらの凹溝５３…とデバイス５４外周の３条の凹溝２４…とが周方向の位置を合わせて連通するようにされている。なお、これら第３、第４の実施形態において、上記デバイス５４の後端部には、図示されないインナーロッドまたはその先端に取り付けられたスタビライザーの先端部に形成される雄ネジ部がねじ込み可能な雌ネジ部５４Ａが形成されている。また、上記ケーシングトップ１３の先端部から後端部に向けてその内周が縮径する部分は、これら第３、第４の実施形態では軸線Ｏに沿った断面が凹曲線を有して後端側に向かうに従い漸次縮径するようにされている。従って、このように構成された第３、第４の実施形態の掘削工具においても、掘削時にはデバイス５４の上記先端面２０Ｄが掘削ビット５１，５２の底部５１Ａ，５２Ａの後端側を向く上記後端面２１Ｅに当接可能とされることにより、第１の実施形態と同様に工具寿命の延長および効率的な掘削を図ることができるのは勿論、この掘削時に生成されたくり粉は、上記凹溝５３（凹溝部５３Ａ〜５３Ｃ）…を介してこれに連通するデバイス５４外周の凹溝２４…に送り出されるので、円滑なくり粉の排出を促すことができる。
【００２９】
次に、図１０は、本発明の第５の実施形態を示すものであり、上記第１の実施形態と共通する部分については、やはり同一の符号を配して説明を省略する。この第５の実施形態においては、図１に示した第１の実施形態のスタビライザー１４に代えてダウンザホールハンマー６１がデバイス２０とインナーロッド１５との間に介装されており、スイベル１７からこのインナーロッド１５の内周部を通して供給される圧縮空気により、このダウンザホールハンマー６１がデバイス２０を打撃して掘削ビット２１とケーシングトップ１３とに打撃力が与えられるようになされている。従って、ケーシングパイプ１１は、第１の実施形態では、デバイス２０からの打撃もあるものの、その後端がフロントアダプター１９によって打撃されることにより、専ら削孔内に押し込まれるようにして挿入されていたのに対し、この第５の実施形態では、先端のケーシングトップ１３が上記テーパ部１３Ａ，２０Ｂを介してデバイス２０によって打撃されることのみにより、削孔内に引き込まれるようにして挿入されることとなる。
【００３０】
このように構成された第５の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができるのは勿論、ケーシングパイプ１１には引っ張り力しか作用しないので、削孔の深さが深かったり粘度層を掘削したりするような場合や、あるいはケーシングパイプ１１の肉厚を十分に確保することができないような場合でも、確実な掘削を行うことが可能となる。すなわち、専らケーシングパイプ１１を後端側から打撃することによって削孔内に挿入する第１の実施形態による掘削においては、例えば一般的には削孔の深さが４５〜５０ｍ以上、また粘土層においては１７〜１９ｍ以上と深くなると、地盤から作用する圧力によってそれ以上ケーシングパイプ１１を削孔に挿入することが困難となり、無理に打撃力を与えて挿入させようとして過大な圧縮力が作用すると、ケーシングパイプ１１の特にパイプ本体１２に十分な肉厚が確保されていなければ、ケーシングパイプ１１に座屈が生じたりするおそれがある。
【００３１】
ところが、これに対してこの第５の実施形態の掘削工具による掘削においては、このケーシングパイプ１１の削孔内への挿入が、削孔の孔底側に位置する上記ダウンザホールハンマー６１からの打撃力によって行われるため、ケーシングパイプ１１は孔底側から削孔内に引き込まれるようにして挿入されることとなる。しかるに、このようなケーシングパイプ１１のパイプ本体１２やケーシングトップ１３を構成する金属材（一般には鋼材）は、圧縮による座屈に対する強度よりも引っ張りによる破断等に対する強度の方が一般的に高く、従って削孔の深さが深くなった場合に大きな打撃力を与えても損傷することがなく、たとえ粘土層を掘削する場合でも第１の実施形態より深い削孔内にケーシングパイプ１１を挿入することが可能となるのである。また、逆に同じ深さの削孔に挿入するのであれば、第１の実施形態に比べて比較的安価な肉厚の薄いケーシングパイプ１１を使用することができ、経済的である。なお、このようなダウンザホールハンマー６１を用いた第５の実施形態においても、これに加えて第１の実施形態と同様にドリフターのシャンクロッド１６からスイベル１７およびフロントアダプター１９を介して、ケーシングパイプ１１の後端側からも打撃力を与えるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ケーシングパイプの先端に取り付けられた概略有底円筒状の掘削ビットの底部の後端側を向く底面に、この掘削ビットの円筒部の内周に挿脱自在とされて該掘削ビットを一体回転せしめるデバイスの先端面を当接可能とすることにより、このデバイスに与えられる打撃力の掘削ビットへの伝達面積を大きく確保して、例えば掘削すべき地層に硬岩帯などが存在していてこの伝達面に過大な荷重が作用した場合でも、その摩耗や変形を抑えて工具寿命の延長を図るとともに、この打撃力を効率的に掘削ビットに伝達することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態を先端側からみた拡大正面図である。
【図３】図２におけるＸＯＸ断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる掘削ビット４１を示す側面図である。
【図５】図４に示す掘削ビット４１の正面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す側断面図である（ただし、ケーシングパイプ１１の下側は図示が略されている。）。
【図７】図６におけるＹＹ断面図である（ただし、ケーシングパイプ１１は図示が略されている。）。
【図８】本発明の第４の実施形態を示す側断面図である（ただし、ケーシングパイプ１１の下側は図示が略されている。）。
【図９】図８におけるＺＺ断面図である（ただし、ケーシングパイプ１１は図示が略されている。）。
【図１０】本発明の第５の実施形態を示す側断面図である。
【図１１】本発明の発明者らが先に提案した掘削工具の先端部の側断面図である。
【符号の説明】
１１ケーシングパイプ
１５インナーロッド
２０，５４デバイス
２０Ｄデバイスの先端面
２１，４１，５１，５２掘削ビット
２１Ａ，５１Ａ，５２Ａ掘削ビットの底部
２１Ｂ，５１Ｃ，５２Ｃ掘削ビットの円筒部
２１Ｃ，５１Ｂ，５２Ｂ掘削ビットの底部の先端側を向く面
２１Ｄ掘削ビットの底部の先端側を向く面の中央部
２１Ｅ掘削ビットの底部の後端側を向く面
２３係合溝
２４凹溝
２５，４２チップ
２９突条
３１貫通孔（連通路）
５３凹溝（連通路）
６１ダウンザホールハンマー
Ｏ軸線
Ｔ掘削時の回転方向

Claims

円筒状のケーシングパイプの先端に、概略有底円筒状なす掘削ビットがその底部を先端側に向けて同軸かつその軸線回りに回転可能に取り付けられ、この掘削ビットの内周部には上記軸線方向に平行に延びる突条が形成されるとともに、上記ケーシングパイプ内に挿入されたインナーロッドの先端には、外周に前記軸線に平行に延びる係合溝が形成されて、この係合溝に前記突条を収容することにより上記掘削ビットの内周部に上記軸線方向に挿脱自在とされるとともに挿入状態において該掘削ビットと上記軸線回りに一体回転可能とされるデバイスが取り付けられ、掘削時にこのデバイスの先端面が上記掘削ビットの底部の後端側を向く底面に当接可能とされ、
前記ケーシングパイプの内周面には上記軸線回りに延びる環状溝が、上記掘削ビットの外周には上記軸線回りに延びる環状溝が形成され、それぞれの環状溝は該軸線を含む断面が「コ」字状をなし、これらの環状溝が合致することによって画成される環状孔に、上記軸線に対する径方向に弾性変形可能な断面方形状に形成された係止部材が介装されることにより、上記掘削ビットがケーシングパイプに対し上記軸線方向先端側に向けて係止させられていることを特徴とする掘削工具。
上記デバイスの外周には上記ケーシングパイプ内を後端側に向けて延びる凹溝が形成されるとともに、上記掘削ビットには、上記底部の先端側を向く面に開口して上記挿入状態において上記凹溝に連通する連通路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
上記掘削ビットの底部の先端側を向く面は、その中央部が先端側に一段突出させら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。
上記デバイスとインナーロッドとの間にはダウンザホールハンマーが介装されていて、このダウンザホールハンマーによってデバイスが打撃されることにより、上記掘削ビットとケーシングパイプとに上記軸線方向先端側に向けての打撃力が与えられ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。