JP3849101B2 - 掘削径可変ドリル - Google Patents

Description

本発明は、種々の径の掘削孔を単一のビットユニットで掘削することが可能な掘削径可変ドリルに関する。

特許文献１には、単一のビットユニットによって複数の径の掘削孔を掘削することが可能なダウンザホールドリルが記載されている。

このドリルは、ボディ本体と、３個のビットアダプタと、ビット本体とを有している。ボディ本体は、ドリルロッドの先端に着脱自在に取り付けられるものであり、３個の円孔が軸対称に穿設されている。ビットアダプタはボディ本体の円孔に回動自在に挿入される枢軸を有しており、枢軸を円孔に挿入することにより、それぞれのビットアダプタがボディ本体に取り付けられる。各ビットアダプタには、枢軸の中心軸に対して外側に偏心したビット取付用孔が形成されており、ビット本体の取付軸をビット取付用孔に挿入することによりビット本体がビットアダプタに取り付けられる。このビット本体の掘削面には、多数のチップが植設されている。

このようなドリルには、掘削径を可変とする掘削径変更機構としてのスプライン機構が設けられている。スプライン機構は、ボディ本体の各円孔の下部に同心円状に設けた一方の部材（スプライン突起）と、枢軸の外周に設けた他方の部材（スプライン溝）とを備えている。そして、スプライン突起とスプライン溝との噛み合い位置を変えることにより、ビット本体の拡縮角度を変更し、これにより、複数の径の掘削孔を掘削するようになっている。

すなわち、スプライン突起とスプライン溝とを嵌合させて掘削することにより所定径の掘削孔を掘削するが、異径の孔を掘削する場合には、ドリルロッドを引き上げてビット本体、ビットアダプタを自重で下降させることによりスプライン機構の嵌合を解除する。そして、地上でスプライン機構の噛み合い位置を変更することにより、ビット本体を拡縮させて掘削径を変更するものである。
特開平８−１３９６９号公報

上述した従来の構造では、ドリルロッドの継ぎ足し等のために引き上げ過ぎると、スプライン機構の嵌合が外れるため、同じ径で掘削を継続する場合には、ドリルロッドの継ぎ足しの後における再度の掘削前にスプライン機構を同じ噛み合い位置となるように嵌合させる作業が必要となる。従って、ドリルロッドの継ぎ足し作業に注意を要する問題を有している。

しかも、このように嵌合させても、ビットユニットを掘削孔内で下降させる際に自重で嵌合が外れるため、ビット本体が掘削孔の孔底に到達した時点で回転と推力を作用させると、スプライン機構が異なった噛み合い位置で嵌合することがある。このため、同じ径で掘削を継続することが難しい問題も有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、単一のビットユニットで異なった掘削径の掘削が可能であるのに加えて、ドリルロッドの継ぎ足しの際におけるスプライン機構等の掘削径変更機構への嵌合作業を不要として作業性を向上させることができ、さらには、同じ掘削径に自動的に復帰することが可能な構造の掘削径可変ドリルを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明の掘削径可変ドリルは、１または複数の枢軸用孔が円周方向に沿って形成され、ドリルロッドの先端に取り付けられるボディー本体と、前記枢軸用孔に挿入される枢軸を有すると共に、枢軸の中心軸に対し径方向の外側に偏心した取付軸用孔が形成されており、枢軸が枢軸用孔に挿入されることによりボディー本体に取り付けられるビットアダプタと、前記取付軸用孔に取付軸が挿入されることによりビットアダプタに取り付けられるビット本体と、相互に嵌合及び離脱可能な状態でボディ本体とビットアダプタとの対向面に形成された凹凸からなり、相互の嵌合位置を変えることにより掘削径を変更可能とする掘削径変更機構と、ボディ本体とビットアダプタとの間に設けられ、前記掘削径変更機構の凹凸が相互に嵌合可能な位置となるようにボディ本体に対するビットアダプタの回転角度を複数位置に選択的に規定する回転角規定機構とを備えていることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、ボディ本体とビットアダプタとにかけて形成されている掘削径変更機構の凹凸の噛み合い位置を変更して嵌合させることにより、ビットアダプタに取り付けられているビット本体の掘削径を変更することができる。従って、単一のビットユニットで異なった掘削径の掘削が可能となる。

また、この発明では、回転角規制機構によってビットアダプタの回転角度を選択することにより、掘削径変更機構の凹凸の嵌合位置を選択することができる。回転角規制機構はボディ本体に対するビットアダプタの回転角度を規制するため、ドリルロッドの引き上げ等によって掘削径変更機構の凹凸の嵌合が外れても、再掘削の際には、掘削径変更機構の凹凸が常に同じ噛み合い位置で自動的に再嵌合する。従って、掘削径変更機構の嵌合作業が不要となるばかりでなく、同じ径での掘削を継続することができる。これにより、掘削作業を効率良く行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の掘削径可変ドリルであって、前記回転角規定機構は、ビットアダプタの円周方向に沿って形成された調整溝と、調整溝に沿った複数位置となるようにボディ本体に形成されたロック孔と、ロック孔に着脱自在に挿入されると共に調整溝の端面に当接することによりビットアダプタの回転を停止させるロックピンとを備えていることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、ロック孔内に挿入されたロックピンが調整溝の端面に当接することにより、ビットアダプタの回転が停止してボディ本体に対するビットアダプタの回転角度が規制される。これにより、掘削径変更機構の凹凸が嵌合可能状態となり、掘削径変更機構による掘削径の変更が可能となる。この発明では、ロックピンが挿入されるロック孔が複数位置となるようにボディ本体に形成されているため、掘削径変更機構の凹凸の嵌合位置を複数箇所に変更することができ、これにより、異なった掘削径の掘削に対応することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の掘削径可変ドリルであって、前記掘削径変更機構は、相互に嵌合及び離脱が可能なスプライン機構であることを特徴とする。

請求項３記載の発明では、掘削径変更機構がスプライン機構であるため、掘削径変更機構による掘削径の変更を簡単な構造で、確実に行うことができる。

本発明によれば、掘削径変更機構の凹凸を嵌合させることにより掘削径を変更することができるため、単一のビットユニットで異なった掘削径の掘削ができる。また、掘削径変更機構の凹凸の嵌合位置を選択する回転角規制機構がビットアダプタの回転角度を規制するため、ドリルロッドの引き上げ等によって掘削径変更機構の凹凸の嵌合が外れても、再度の掘削の際には、掘削径変更機構の凹凸が常に同じ噛み合い位置で自動的に再嵌合することができ、これにより、掘削径変更機構の嵌合作業が不要となり、さらには、同じ径での掘削を継続することができ、掘削作業を効率良く行うことができる。

図１は、本発明の一実施の形態における掘削径可変ドリルの部分破断正面図、図２は図１のＢ−Ｂ線断面図、図３、図５、図７及び図９は図１のＣ−Ｃ線断面図、図４、図６、図８及び図１０は図１における矢視Ａ方向の底面図である。

掘削径可変ドリル１は、図１に示すように、ボディ本体４と、ボディ本体４に取り付けられる複数（３個）のビットアダプタ５と、それぞれのビットアダプタ５に取り付けられるビット本体６とを有している。ボディ本体４はヘッドサブ２ａを介してピン３によってドリルロッド２に着脱自在に取り付けられる。

この実施の形態において、ボディ本体４は３個のビットアダプタ５が取り付けられるマルチボディが使用されるものである。ボディ本体４の内部には、ビットアダプタ５を着脱自在に取り付けるための枢軸用孔７が円周方向に１２０°の間隔で３箇所に形成されている。各枢軸用孔７は円形となっており、これによりビットアダプタ５が回転可能にボディ本体４に取り付けられる。

ビットアダプタ５は、その上部に枢軸８が一体的に形成されており、枢軸８が枢軸用孔７に挿入されることによりビットアダプタ５がボディ本体４に取り付けられる。この実施の形態において、ボディ本体４の内部には、押えリング９が軸方向に挿入され、この押えリング９の下部に抜け止めリング１１とシュー１０とが軸方向に挿入されている。それぞれのビットアダプタ５の枢軸８は、抜け止めリング１１による抜け止め状態でボディ本体４に取り付けられている。上述した枢軸用孔７はボディ本体４を構成するシュー１０に形成されるものである。

各ビットアダプタ５の下部には、円形の取付軸用孔１２が形成されており、この取付軸用孔１２にビット本体６が取り付けられる。ビット本体６は取付軸１３を有しており、この取付軸１３を取付軸用孔１２に差し込み、取付軸１３の外周に形成した輪状溝５に抜け止めピン１７を差し込んで結合させることにより、ビット本体６がビットアダプタ５に装着される。ビット本体６及びビットアダプタ５の底面には、地山を掘削するためのチップ１８が多数植設されている。

ビット本体６の取付軸用孔１２は、枢軸８の中心軸に対して径方向の外側に偏心するように形成されるものであり、図１に示すように、取付軸用孔１２の中心軸Ｏ２は枢軸８の中心軸Ｏ１に対し、偏心量ｅを有して外側寄りに偏心している。なお、枢軸８、ビットアダプタ５、ビット本体６には掘削流体用の通過孔１９が連通するように形成されている。

この実施の形態において、ビット本体６の掘削径を変更する掘削径変更機構２０及びビットアダプタ５の回転角度を規定する回転角規制機構３０が設けられる。

掘削径変更機構２０は、凹凸が相互に嵌合することにより掘削径を変更するものであり、この実施の形態では、凹としてのスプライン溝２１及び凸としてのスプライン突起２２からなるスプライン機構２０が用いられている。

これらのスプライン溝２１及びスプライン突起２２は、ボディ本体４とビットアダプタ５との対向面に形成されるものであり、スプライン溝２１がボディ本体４の下端部内面に形成され、これと対向するビットアダプタ５の外面には、スプライン突起２２が形成されている。この場合、スプライン溝２１は、それぞれの枢軸用孔７と同心円状となるように形成されるものである。

このようなスプライン機構２０においては、スプライン溝２１とスプライン突起２２の嵌合位置を変えることにより、掘削中心軸Ｏに対する取付軸用孔１２の中心軸Ｏ２の偏心量が変化するため、取付軸用孔１２が形成されているビット本体６の偏心位置が変化する。このため、ビット本体６による掘削径を変更することができる。

回転角規制機構３０は、図１及び図３に示すように、ボディ本体４の構成部材であるシュー１０と、ビットアダプタ５の構成部材である枢軸８との間に設けられる。この回転角規制機構３０は、枢軸８の円周方向に沿って形成された調整溝３１と、シュー１０に形成されたロック孔３２と、ロック孔３２に着脱自在に挿入されるロックピン３３とによって構成されている。

調整溝３１は、所定の円弧長さとなるように枢軸８の円周方向に形成されている。ロック孔３２は調整溝３１に対応し、且つ調整溝３１の長さ方向に沿った複数位置（３箇所）に形成されている。ロックピン３３は、このロック孔３２に挿入されることにより、調整溝３１内に進入する。この進入により、ロックピン３３は調整溝３１の端面に当接可能となり、調整溝３１の端面がロックピン３３に当接することにより枢軸８の回転が停止するようになっている。かかる停止位置は、スプライン機構２０のスプライン溝２１及びスプライン突起２２が相互に嵌合できる位置に合わせて設定されている。この場合、ロック孔３２へのロックピン３３の挿入後においては、ボディ本体４が外側から押え付けることによりロックピン３３の不用意な抜け止めを阻止するようになっている。

次に、この実施の形態の作動を説明する。

最も大きい掘削径を得る場合には、図３に示すように、ロックピン３３を一端側のロック孔３２に挿入してセットする。そして、ビット本体６を地山に接触させた状態でドリルロッド２、ボディ本体４及びビットアダプタ５を介して３本のビット本体６に図４の矢印Ｌ方向の回転力と推力とを与える。これにより、ビット本体６が矢印Ｌと反対方向に回転するため、ビットアダプタ５がビット本体６と一体的に同方向に回転する。

ビットアダプタ５の回転（すなわち、枢軸８の回転）は、図５に示すように、枢軸８に形成した調整溝３１の端面がロックピン３３に当接することにより停止する。この停止位置は、スプライン溝２１及びスプライン突起２２が嵌合可能な位置であるところから、これらが嵌合して噛み合う。この噛み合いにより、ビット本体６は図６に示すように、最も外側に突出した状態で固定されるため、この固定状態で掘削を行うことができる。従って、最も大きな掘削径とすることができる。

かかる掘削において、掘削径を変更する場合やビットユニットを回収する場合には、ドリルロッド２を引き上げて、ボディ本体４、ビットアダプタ５、ビット本体６の全体を掘削孔から取り出す。この引き上げの際には、ビットアダプタ５及びビット本体６の自重により、これらが下降する。これにより、スプライン溝２１とスプライン突起２２とが嵌合状態から離脱し、スプライン機構２０の嵌合状態が解除される。この状態でボディ本体４を回転させることにより、ビットアダプタ５及びビット本体６がボディ本体４の外側のケーシングロッド４０に当接するため、これらがボディ本体４の径の内側に一体的に移動して図４及び図１の鎖線で示す縮径状態となり、ケーシングロッド４０と干渉することがなくなる。従って、ボディ本体４、ビットアダプタ５がケーシングロッド４０内を軸方向に移動可能となり、ビットユニットの全体を地上に引き上げることができる。

再掘削する場合においては、ボディ本体４、ビットアダプタ５、ビット本体６の全体を掘削孔内に差し込んで下降させてビット本体６を掘削孔の掘削面に当接させ、この状態で図４の矢印Ｌで示す方向の回転力と推力とを与える。これにより、上述と同様にビットアダプタ５がボディ本体４に対して回転し、図５に示す状態に自動的に復帰して回転が停止する。上述したように、この回転停止位置はスプライン溝２１及びスプライン突起２２が嵌合可能な位置であるため、これらが噛み合ってビット本体６が最も外側に突出した状態で固定されて図６の状態に復帰し、この状態で掘削を再開することができる。

このように回転角規制機構３０がビットアダプタ５の回転角度を常に規制しているため、再掘削の際には、ビットアダプタ５とボディ本体４とに設けたスプライン機構２０が常に同じ噛み合い位置で自動的に再嵌合することができる。従って、最も大きな掘削径による掘削を継続することができ、掘削作業を効率良く行うことができる。

図７及び図８は、中間の掘削径への調整を示している。この場合には、ロックピン３３を真ん中のロック孔３２内に挿入してセットする。このセットの後、上述の図４と同様に全体矢印Ｌ方向に回転させることにより、調整溝３１の端面が真ん中のロック孔３２内に挿入されたロックピン３３に当接し、この当接によりビットアダプタ５の回転が停止する。これにより、ビット本体６が図８に示す状態となって中間の掘削径での掘削を行うことができる。

再掘削においては、上述と同様に作動するため、常に図８の状態に自動的に復帰し、中間の掘削径での再掘削を行うことができる。なお、図７において、真ん中のロック孔３２に隣接しているロック孔３２にロックピン３３ａが挿入されているが、このロックピン３３は掘削径の調整とは無関係であり、枢軸８（ビットアダプタ５）の回転を停止するストッパとして機能するものである。

図９及び図１０は、最も小さい掘削径への調整を示している。この場合には、図３とは反対側の端部に位置しているロック孔３２にロックピン３３を挿入することにより、最大の掘削径及び中間の掘削径と同様に掘削径の調整をすることができると共に、ドリルロッド２の継ぎ足しの際や再掘削においても自動的に最も小さい掘削径に復帰することができる。図９において、もう一方のロックピン３３ａは図７と同様にビットアダプタ５の回転を停止するストッパとして機能するものである。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々変形が可能である。例えば、ボディ本体４としては、１個のビットアダプタ５を設けたシングルタイプであっても良い。また、回転角規制機構のロック孔３２としては、２箇所あるいは４箇所以上に形成しても良い。さらに、掘削径変更機構２０としては、キー溝及びキー突起等のスプライン機構以外の機構としても良い。

本発明の一実施の形態の全体を示す部分破断正面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図１におけるＡ矢視方向の底面図である。 最大の掘削径への調整を示す図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 最大の掘削径における図１の底面図である。 中間の掘削径への調整を示す図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 中間の掘削径における図１の底面図である。 最小の掘削径への調整を示す図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 最小の掘削径における図１の底面図である。

符号の説明

１ 掘削径可変ドリル
２ ドリルロッド
４ ボディ本体
５ ビットアダプタ
６ ビット本体
７ 枢軸用孔
８ 枢軸
９ 押えリング
１０ シュー
１１ 抜け止めリング
１２ 取付軸用孔
１３ 取付軸
２０ 掘削径変更機構
２１ スプライン溝
２２ スプライン突起
３０ 回転角規制機構
３１ 調整溝
３２ ロック孔
３３ ロックピン

Claims (3)

1. １または複数の枢軸用孔が円周方向に沿って形成され、ドリルロッドの先端に取り付けられるボディー本体と、
   前記枢軸用孔に挿入される枢軸を有すると共に、枢軸の中心軸に対し径方向の外側に偏心した取付軸用孔が形成されており、枢軸が枢軸用孔に挿入されることによりボディー本体に取り付けられるビットアダプタと、
   前記取付軸用孔に取付軸が挿入されることによりビットアダプタに取り付けられるビット本体と、
   相互に嵌合及び離脱可能な状態でボディ本体とビットアダプタとの対向面に形成された凹凸からなり、相互の嵌合位置を変えることにより掘削径を変更可能とする掘削径変更機構と、
   ボディ本体とビットアダプタとの間に設けられ、前記掘削径変更機構の凹凸が相互に嵌合可能な位置となるようにボディ本体に対するビットアダプタの回転角度を複数位置に選択的に規定する回転角規定機構とを備えていることを特徴とする掘削径可変ドリル。
2. 前記回転角規定機構は、ビットアダプタの円周方向に沿って形成された調整溝と、調整溝に沿った複数位置となるようにボディ本体に形成されたロック孔と、ロック孔に着脱自在に挿入されると共に調整溝の端面に当接することによりビットアダプタの回転を停止させるロックピンとを備えていることを特徴とする請求項１記載の掘削径可変ドリル。
3. 前記掘削径変更機構は、相互に嵌合及び離脱が可能なスプライン機構であることを特徴とする請求項１記載の掘削径可変ドリル。

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