JP3961769B2 - 回転パーカッションドリル、特に表土ドリルのためのドリルロッド連結システム - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、回転衝撃ドリルのドリル連結システム、特に表土ドリルのためのドリル連結システムであって、個々のドリルロッドが雄ねじを付けた端部と雌ねじを付けた端部とを有しており、両ねじ山が負荷を受ける大きい方のフランクと負荷を受けない小さい方のフランクとを１つずつ有しているものに関する。
【０００２】
大型建造物は良好な基礎を必要とするが、地盤が安定した基礎を形成するのに十分固くないことはしばしば見られる。そのような場合には、地盤にあけた穴にアンカーを打ち込むことによって地盤を固めなければならない。このような穴をあける作業を表土ドリルと呼ぶ。
【０００３】
種々の方法が存在するが、通常表土ドリルは回転衝撃式に形成されており、ヘッドハンマー（ドリルハンマー）とダブルドリルコラムを用いる。ドリルロッドは、ハンマーの衝撃（打撃）とトルクとをドリルビットに伝達できなければならない。また、ドリルロッドは、互いに押し入れることができなければならない。
【０００４】
表土ドリル用に形成されたドリルロッドは、円筒状または円錐状のねじ山によって互いに結合される。これらのドリルロッドはこのような応用のために特別に開発されたが、多数の弱点を有している。以下に重要な弱点を挙げると、
ａ）連結中のねじ山の摩耗
ｂ）ねじ径が比較的大きい場合のセルフロッキング
ｃ）雌ねじの内側に位置する端部近傍の比較的小さいねじ径における材料破断
【０００５】
それゆえ本発明の課題は、冒頭に記載した種類の連結システムを改善して、上記の欠点をほぼ取り除くことである。
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明では、ロッド端部がそれぞれ１つのねじ山のない導入部を有していて、これに雄ねじもしくは雌ねじが続いており、雄ねじの断面形状が扁平にされた山の頂と円弧状の谷底とを有していて、雌ねじの断面形状が円弧状の山の頂と扁平な谷底とを有しており、しかも雄ねじを有するロッド端部に環状肩部が形成されていて、この環状肩部を介して衝撃作用が後続のドリルロッドに伝達可能であるようにした。
【０００７】
本発明による連結システムは、寿命が長く、特にドリルロッドを結合する際のねじ摩耗が最小であることを特徴とする。このようなねじ山の構成は、ねじ径が比較的大きい場合でもセルフロッキングを確実に防止する。
【０００８】
本発明の好適な構成は、負荷を受けない小さい方のフランクがそれぞれ円弧状に形成されていて、雌ねじの円弧状の山の頂もしくは雄ねじの円弧状の谷底と同じ半径を有している。これは、フランクにおける応力ピークの低減に寄与する。
【０００９】
別の有利な構成によると、雄ねじの前に配置されている導入部の長さが、それぞれのドリルロッドの外径の少なくとも０．３〜０．３５倍であり、雄ねじの前に配置されている導入部の長さが、雌ねじの前に配置されている導入部の少なくとも２倍である。これらの比較的長い導入部は、ねじ山の外側フランクの摩耗を最小限にすることに寄与する。
【００１０】
さらに、雄ねじを有するロッド端部に設けた環状肩部が他方のロッド端部に向かって円錐状に傾いており、他方のロッド端部が相補的に形成された端面を有していると有利である。こうすることによって肩部の接触面は拡大されて、ドリルハンマーからドリルビットへの良好な衝撃伝達が確保される。この場合、肩部の傾斜角度は、それぞれのドリルロッドの半径方向面に対して１０°〜２０°であることが好ましい。
【００１１】
本発明による連結システムのドリルロッドは、雄ねじもしくは雌ねじのリード角がロッドの大きさの全範囲にわたって１２°〜１６°、好ましくは１２．３°〜１５．８°であると、セルフロッキングを生じることなく迅速かつ簡単に連結したり取り外したりできる。
【００１２】
別の有利な構成は、ねじ山の負荷を受けるフランクがドリルロッド中軸に対して２５°〜３５°傾いているようにした。これは、負荷を受けるフランクに対して比較的大きい接触面積を提供するだけでなく、雄ねじを付けたドリルロッドの導入時にねじ山が、対応する雌ねじを付けた後続ドリルロッドの端部内に位置調節されるのを補助する。このようにすることによって摩耗はさらに最小化される。
【００１３】
本発明の別の教理に従い、すべてのドリルロッドはねじ山の深さが等しくて、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍであり、好ましくは約２ｍｍである。それによって工具コストが最小化される。
【００１４】
さらに別の好適な構成は、ドリルロッドがその外径および内径に関して段階付けられていて、所定の大きさのドリルロッドがこれより２段階大きいドリルロッドの内部に導入可能であることを特徴とする。このように構成することによって、互いに入れ子式に押し入れた２個または３個のドリルロッドを有する本発明の連結システムにより穴をあけることができる。
【００１５】
外径が７５ｍｍ〜１８０ｍｍのドリルロッドについては、最大外径が最小内径の１．１５〜１．５５倍、好ましくは１．２５〜１．４５倍であることが好都合である。この場合、雄ねじもしくは雌ねじのフランク径は、１／１．２５×ＡＤ〜１／１．０５×ＡＤの範囲にあり、ここでＡＤはドリルロッドの外径である。このようにすることによって、ドリルロッドを次の大きいドリルロッドに導入でき、それにもかかわらず十分な強度を有することが確保されている。なぜならば、ドリルロッドの断面は、雌ねじの内側に位置する端部でドリルロッドの外径が増すに連れて大きくなるからである。
【００１６】
雌ねじの内側に位置する端部における断面が、雄ねじの内側に位置する端部における断面よりも大きいと有利である。なぜならば、衝撃作用が外側肩部を介して伝達されるドリルロッドでは、雌ねじを有する端部は雄ねじを有する端部よりも大きい曲げ応力を受けるからである。
【００１７】
ねじの自浄作用を達成するために別の構成では、負荷を受けないフランクがそれぞれ円弧状に形成されており、円弧の半径が３．２ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲にあり、好ましくは約３．８ｍｍである。円弧の半径は、ドリルロッドの大きさの全範囲にわたって維持される。この構成は、不変なフランク角度と可変なねじ山の深さと共に、ドリルロッドの大きさの全範囲に対して同一のねじ切り工具を使用できることを保証する。
【００１８】
別の好適な構成は、ねじ山の数がドリルロッドの外径が増すに連れて増加することを特徴とする。この場合、外径が７５ｍｍ未満のドリルロッドは１条のねじ山を有し、外径が７５ｍｍ以上で１０５ｍｍ未満のドリルロッドは２条のねじ山を有し、外径が１０５ｍｍ以上で１４０ｍｍ未満のドリルロッドは３条のねじ山を有し、さらに外径が１４０ｍｍより大きいドリルロッドは４条のねじ山を有することが好ましい。このようにしても、ドリルロッドの外径が増すとフランクの負荷を受ける面の拡大が達成される。これによって、ドリルロッドの大きさの全範囲に同じねじ山の断面形状を使用する場合に、外径（ＡＤ）が増すに連れてリード角が過度に変化しないことが保証される。
【００１９】
さらに、応力集中に基づく材料破断の危険を最小化するために、雄ねじも雌ねじもすべての移行部において約１ｍｍの移行半径を有することが提案される。
【００２０】
本発明の別の有利な構成および特徴が、従属請求項に記載されている。
以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１ａおよび図１ｂは、円筒状の雄ねじ１とこれに対応する雌ねじ２を付けたドリルロッドの端部の縦断面図を示している。ドリルロッド端部はそれぞれ１つの、ねじ山のない導入部３もしくは４を有していて、これに各々のねじが接続している。雄ねじ１の前に配置されている導入部３の長さは、ドリルロッドの外径ＡＤの約０．３〜０．３５倍であり、雌ねじ２の前に配置されている導入部４の約２倍である。
【００２２】
さらに、図１ａに示した、回転衝撃ドリル用に作られたドリルロッドの端部には、衝撃作用を後続のドリルロッドもしくはドリルビットに伝達するように働く環状肩部５が形成されているのが見える。肩部５は円錐状に形成されていて、半径方向面に対して約１５°の傾斜角度を有しており、他方のドリルビット端部は相補的に面取りされた端面６を有している。
【００２３】
入れ子式に配置された２個以上のドリルビットで穴あけできるように、ドリルロッドは大きさが段階付けられていて、所定の大きさのドリルロッドがこれより２段階大きいドリルロッドの内部に導入できるようになっている。外径ＡＤが７５ｍｍ〜１８０ｍｍのドリルロッドでは、ドリルロッドの最大外径ＡＤは最小内径ＩＤの約１．１５〜１．５５倍である。雄ねじもしくは雌ねじのフランク径ＦＤは、１／１．２５×ＡＤ〜１／１．０５×ＡＤである。したがって雌ねじ２の内側に位置する端部における断面は、ドリルビット外径ＡＤが増すに連れて大きくなる。また、雌ねじ２の内側に位置する端部における断面が、雄ねじ１の内側に位置する端部における断面よりも大きいことも分かる。この場合、雌ねじ２の内側に位置する端部に接する部分８と、雄ねじ１の対応する部分７とは、ほぼ等しい肉厚ＷＡもしくはＷＩを有しており、ドリルロッドの内径ＩＤは雌ねじ２に向かって円錐状に拡張している。
【００２４】
図２ａおよび図２ｂは、本発明による連結システムのねじ山断面形状を示している。雄ねじ１と雌ねじ２とは、それぞれ負荷を受ける外側フランク９と、負荷を受けない内側フランク１０とを有している。
【００２５】
雄ねじ１（テーパねじ）は、扁平にされた山の頂１１と円弧状の谷底１２とを有しており、雌ねじ２（ナットねじ）は円弧状の山の頂１３と扁平な谷底１４を有している。
【００２６】
負荷を受ける外側フランク９は、ドリルロッド中軸Ｍに対してそれぞれ約３０°の角度（αＦ）で傾いている。これに対して負荷を受けない内側フランク１０はそれぞれ円弧状に形成されていて、雌ねじ２の円弧状の山の頂１３もしくは雄ねじ１の円弧状の谷底１２と等しい半径Ｒを有している。円弧の半径Ｒは３．２ｍｍ〜４．５ｍｍ、好ましくは約３．８ｍｍである。
【００２７】
雌ねじ２において、扁平な谷底１４からフランク９、１０への移行部が丸凹部１５として形成されている。丸凹部１５の半径は約１ｍｍである。これに応じて雄ねじ１では、扁平にされた山の頂１１からフランク９、１０への移行部１６が円弧状に丸みを付けて形成されており、円弧の半径が丸凹部の半径に等しい。
【００２８】
工具コストを最小化するために、すべてのドリルロッドは同じねじ山を有している。１条のねじ山の深さは８．５ｍｍ〜１０．５ｍｍ、好ましくは約９．５ｍｍである。
【００２９】
図３ａに雄ねじの側面図が示されており、１条のねじ山に対するリード角（α１）が記入されている。図３ｂでは雄ねじが概略的に示されており、２条のねじ山に対するリード角（α２）が記入されている。
【００３０】
ねじ山の数は、ドリルロッドの外径に依存している。たとえば、外径が７５ｍｍ未満のドリルロッドは１条のねじ山を有し、外径が７５ｍｍ以上で１０５ｍｍ未満のドリルロッドは２条のねじ山を有し、外径が１０５ｍｍ以上で１４０ｍｍ未満のドリルロッドは３条のねじ山を有し、さらに外径が１４０ｍｍより大きいドリルロッドは４条のねじ山を有する。
【００３１】
本発明の構成は、上記の好適な実施例に限られるものではない。特にドリルロッドのねじ断面形は円筒状のみならず、円錐状に形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】 雄ねじを有する本発明のドリルロッド端部の縦断面図である。
【図１ｂ】 雌ねじを有する本発明のドリルロッド端部の縦断面図である。
【図２ａ】 雄ねじの断面形状の拡大図である。
【図２ｂ】 雌ねじの断面形状の拡大図である。
【図３ａ】 図２ａとは直径が異なる１条のねじ山を有する本発明によるドリルロッドの雄ねじの部分の側面図である。
【図３ｂ】 図２ａとは直径が異なる２条のねじ山を有する本発明によるドリルロッドの雄ねじの部分の側面図である。

Claims (22)

1. 回転衝撃ドリル、特に表土ドリルのためのドリルロッドの連結システムであって、
   連結システムは雄ねじ（１）と雌ねじ（２）を含み、
   雄ねじ（１）の断面形状が扁平にされた山の頂（１１）と円弧状の谷底（１２）とを有していて、
   雌ねじ（２）の断面形状が円弧状の山の頂（１３）と扁平な谷底（１４）とを有しており、
   雄ねじ（１）と雌ねじ（２）の各端部に、それぞれ、ねじ山のない導入部（３、４）が設けられており、
   雄ねじ（１）の領域には環状肩部（５）が形成されていて、
   雄ねじ（１）と雌ねじ（２）がそれぞれ負荷を受ける大きい方のフランク（９）と負荷を受けない小さい方のフランク（１０）とを有しており、
   負荷を受けない小さい方のフランク（１０）が円弧状に形成されていて、雌ねじ（２）の円弧状の山の頂（１３）もしくは雄ねじ（１）の円弧状の谷底（１２）と同じ半径（Ｒ）を有している、
   ことを特徴とする連結システム。
2. 雄ねじ（１）の前に配置されている導入部（３）の長さが、それぞれのドリルロッドの外径（ＡＤ）の少なくとも０．３〜０．３５倍であることを特徴とする、請求項１記載の連結システム。
3. 雄ねじ（１）の前に配置されている導入部（３）の長さが、雌ねじ（２）の前に配置されている導入部（４）の少なくとも２倍であることを特徴とする、請求項１から２のいずれか１項記載の連結システム。
4. 雄ねじ（１）を有するロッド端部に設けた環状肩部（５）が他方のロッド端部に向かって円錐状に傾いており、他方のロッド端部が相補的に形成された端面（６）を有していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項記載の連結システム。
5. 雄ねじ（１）を有するロッド端部に設けた環状肩部（５）が、半径方向面に対して１０°〜２０°の傾斜角度で他方のロッド端部に向かって円錐状に傾いていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項記載の連結システム。
6. 雄ねじもしくは雌ねじ（１、２）のリード角が１２°〜１６°であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項記載の連結システム。
7. 雄ねじもしくは雌ねじ（１、２）のリード角が１２．３°〜１５．８°であることを特徴とする、請求項６記載の連結システム。
8. 負荷を受けるフランク（９）が、ねじ山（１、２）の、それぞれドリルロッド端部に向いている外側フランクであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項記載の連結システム。
9. ねじ山（１、２）の負荷を受ける各々のフランク（９）が、ドリルロッド中軸（Ｍ）に対して２５°〜３５°傾いていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の連結システム。
10. ドリルロッドのねじ山の深さ（ＧＴ）が１．５ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあり、好ましくは約２ｍｍであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項記載の連結システム。
11. ドリルロッドは大きさに関して外径および内径が段階付けられていて、所定の大きさのドリルロッドがこれより２段階大きいドリルロッドの内部に導入可能であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項記載の連結システム。
12. 外径（ＡＤ）が７５ｍｍ〜１８０ｍｍのドリルロッドにおいて、外径がその最小内径の１．１５〜１．５５倍、好ましくは１．２５〜１．４５倍であることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項記載の連結システム。
13. 雄ねじもしくは雌ねじのフランク径（ＦＤ）が１／１．２５×ＡＤ〜１／１．０５×ＡＤの範囲にあり、ここでＡＤはドリルロッドの外径であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項記載の連結システム。
14. 雌ねじ（２）の内側に位置する端部における断面が、雄ねじ（１）の内側に位置する端部における断面よりも大きいことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項記載の連結システム。
15. 負荷を受けないフランク（１０）がそれぞれ円弧状に形成されており、円弧の半径（Ｒ１）が３．２ｍｍ〜４．５ｍｍの範囲にあり、好ましくは約３．８ｍｍであることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項記載の連結システム。
16. 雄ねじ（１）と雌ねじ（２）が多条ねじとして形成されていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項記載の連結システム。
17. ねじ山の数がドリルロッドの外径が増すに連れて増加することを特徴とする、請求項１６記載の連結システム。
18. 外径が７５ｍｍ未満のドリルロッドは１条のねじ山を有し、外径が７５ｍｍ以上で１０５ｍｍ未満のドリルロッドは２条のねじ山を有し、外径が１０５ｍｍ以上で１４０ｍｍ未満のドリルロッドは３条のねじ山を有し、さらに外径が１４０ｍｍより大きいドリルロッドは４条のねじ山を有することを特徴とする、請求項１７記載の連結システム。
19. 雌ねじ（２）に谷底（１４）からフランク（９、１０）への移行部が丸凹部（１５）として形成されており、これらの丸凹部の半径が約１ｍｍであることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか１項記載の連結システム。
20. 雄ねじ（１）で扁平にされた山の頂（１１）からフランク（９、１０）への移行部が円弧状に丸みを付けられており、円弧の半径が約１ｍｍであることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか１項記載の連結システム。
21. ねじ山（１、２）が円筒状に形成されていることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか１項記載の連結システム。
22. ねじ山（１、２）が円錐状に形成されていることを特徴とする、請求項１から２１のいずれか１項記載の連結システム。

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