JP4962129B2

JP4962129B2 - 掘削工具

Info

Publication number: JP4962129B2
Application number: JP2007124636A
Authority: JP
Inventors: 和由中村; 仁也久田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-05-09
Also published as: JP2008280710A

Description

本発明は、掘削工具に係り、略円筒状のケーシングパイプ内に、先端に掘削ビットが装着されたロッドを挿入した、いわゆる二重管ビット式の掘削工具に関するものである。

アンカー工事や各種掘削工事、基礎杭工事、トンネル先受け工事、水抜きボーリング工事などの土木工事においては、地盤の掘削を行う場合、円筒状のケーシングパイプ内に挿入されたロッドの先端に掘削ビットを装着した二重管ビット式の掘削工具が多用されており、前記ロッドを介して掘削ビットに回転及び打撃力を与えて掘削を行い、こうして掘削された削孔にケーシングパイプを建て込んで削孔の崩落を防ぐようにしている。

図６は特許文献１に示す従来の二重管ビット式の切削工具の一構成例を示している。符号１は略円筒状をなすケーシングパイプ１であって、その内周部にロッド２が挿入されており、このロッド２の先端には、多段円柱状のデバイス３がその先端をケーシングパイプ１から突出させた状態で取り付けられている。また、デバイス３の突出した先端に掘削ビット４が係脱可能に装着されている。さらに、ケーシングパイプ１の先端部には、概略円筒状であって掘削ビットのスカート部の外周を包囲するように張り出したケーシングトップ５が、ケーシングパイプ１の中心軸線と同軸にこの軸線周りに回転自在かつ該軸線方向に移動可能に取り付けられている。

そして、ケーシングトップ５の内周部及びデバイス３の外周部間には推力打撃力伝達機構６が設けられている。該推力打撃力伝達機構６は、ケーシングトップ５の内周壁が縮径することにより一部が肉厚となって形成される段差部と、デバイス３の段差部とから構成される。

また、ロッド２は、ケーシングパイプ１の内径より一回り小さな外径を有する厚肉の略円筒状に形成されていて、ケーシングパイプ１の軸線と同軸上に挿入されている。なお、外形が略正六角柱状の六角ロッドが使用されることもある。また、ロッド２の後端部には図示していないが、ロッドアダプタが連結され、そのロッドアダプタに削岩機などのような掘削装置の駆動軸が取り付けられている。さらに、ケーシングパイプ１の後端部にも図示しない筒状のフロントアダプタが連結され、このフロントアダプタが前記ロッドアダプタに取り付けられている。

そして、駆動軸の駆動装置によってロッドアダプタに回転力が伝えられると共に、軸線の先端側に向けて推力及び打撃力が伝えられ、その回転力、推力及び打撃力がロッドアダプタを介してロッド２に伝わり、デバイス３を経て掘削ビット４が回転しかつ打撃を与えながら地盤を削孔する一方、ロッドアダプタからフロントアダプタを介しケーシングパイプ１の後端部に推力と打撃力が伝わる。さらに、推力打撃力伝達手段６が備えられていることにより、デバイス３に推力と打撃力が伝わる度にケーシングトップ５が前方に押し込まれ、ケーシングトップ５を削孔に的確に建て込んで、削孔壁の崩落を防止する。
特開２００３−１７２０８９号公報

ところで、削孔時に生成された掘削ずりは、ケーシングトップ５と掘削ビット４との間の隙間から掘削ビット４及びデバイス３に設けられた溝に導入され、デバイス３及びロッド２とケーシングパイプ１との間を通して後端側に排出される。ところが、前記の従来の掘削工具にはケーシングトップ５の内周部及びデバイス３の外周部間に推力打撃力伝達機構６が設けられているためにケーシングトップ５の一部において内周壁が縮径して肉厚となっている。よって、発生する掘削ずりが多い場合には内周壁が縮径することにより肉厚となっている部分に掘削ずりが滞留しやすく、掘削ずりを円滑に後端側に排出することができなくなることがあった。従って、十分な推力と打撃力を有し掘削能力の高い掘削工具であっても、掘削ずりの排出が不十分となり、掘削速度を減速させる必要があり、掘削能力を十分に発揮することができないという問題があった。

この発明は、このような課題を解決するために発明されたものであり、掘削によって発生する掘削ずりを円滑に後端側に排出して、効率の良い掘削作業を行うことのできる掘削工具の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る掘削工具は、軸線方向に推力と打撃力が伝達されるケーシングパイプと、このケーシングパイプの内部に同芯上に配置されていて、軸線方向に推力と打撃力が伝達されると共に回転力が伝達されるロッドと、該ロッドの先端部に取り付けられたデバイスと、該デバイスの先端にこのデバイスに対する回転が拘束されて装着される掘削ビットとを備えた掘削工具において、前記掘削ビットは、先端側に備えられたヘッド部と、後端側に備えられ内部に前記デバイスが挿嵌されるスカート部とを有し、前記ケーシングパイプの先端には、前記ケーシングパイプに対して軸線方向に移動可能で、かつ軸線周りに回転可能な円筒状のケーシングトップが前記スカート部の外周部に外嵌されるように取り付けられ、前記ケーシングトップの内周部及び前記スカート部の外周部間には推力打撃力伝達部が形成され、掘削ビットがロッド及びデバイスを介して推力と打撃力によって前進する際にケーシングトップを牽引する構成とされており、前記推力打撃力伝達部は、前記スカート部の外周部に取り付けられ、前記軸線に対する径方向に拡縮径可能なＣ字状の弾性部材と、ケーシングトップの内周部に設けられ、該弾性部材を収容可能に、かつ弾性部材の前記ケーシングトップに対する軸線方向先端側への移動を阻止するように形成された収納凹部とを備えていることを特徴としている。

掘削ビットによる削孔時、ケーシングトップの内周部及び掘削ビットの外周部間に設けられた推力打撃力伝達部により、ロッド及びデバイスを介して伝達された推力及び打撃力によって掘削ビットが前進する際にケーシングトップを牽引するため、掘削ビットに推力と打撃力が伝達され前進移動する度に、ケーシングトップが追従していくように該ケーシングトップが前方に引き込まれていく。また、ケーシングトップは掘削ビットのスカート部の外周部に外嵌されるように取り付けられているため、デバイスを常に包囲した状態でケーシングトップを削孔に建て込むことができ、ケーシングトップと掘削ビットの間の隙間を小さくすることができる。よって、削孔壁が崩落しても崩落した土砂がこの隙間に入りこんで掘削ずりの取り込みが妨害されることがなくなる。

さらに、このように取り込まれた掘削ずりは、デバイス及びロッドとケーシングパイプとの間を経ることにより後端側に排出されるが、本発明に係る掘削工具ではケーシングトップの内周部及びスカート部の外周部間に設けられた推力打撃力伝達部により、掘削ビットがケーシングトップを牽引するようにしてケーシングトップに推力と打撃力が伝えられるため、従来のようにケーシングトップを肉厚にする必要はなく、ケーシングトップとデバイスの間の空間を十分に確保することができ、この箇所に掘削ずりが滞留してしまうことはない。従って、取り込んだ掘削ずりを円滑に後端側に排出することができ、掘削ずりの量に応じて掘削速度を減速させる必要はない

また、従来の掘削工具ではケーシングトップの肉厚の部分に推力と打撃力が伝達される構成となっていたため、その肉厚の部分は推力と打撃力に耐えうるべく軸線方向にある程度の長さを備える必要があり、その分だけケーシングトップの内部に位置するデバイスも軸線方向に延びた構造となっていた。本発明においては、ケーシングトップの内周部及びスカート部の外周部間に設けられた推力打撃力伝達部により、掘削ビットがケーシングトップを牽引するようにしてケーシングトップに推力と打撃力が伝達されるため、ケーシングトップ及びデバイスを軸線方向に長くする必要はない。また、前述のように、ケーシングトップの内周壁を縮径した部分を形成する必要はない。従って、掘削工具の軸線方向の長さを短縮することが可能となり、掘削工具のコンパクト化及び製作コストの低減を図ることができる。

また、前記推力打撃力伝達部は、前記スカート部の外周部に取り付けられ、前記軸線に対する径方向に拡縮径可能な弾性部材と、ケーシングトップの内周部に設けられ、該弾性部材を収容可能に、かつ弾性部材の前記ケーシングトップに対する軸線方向先端側への移動を阻止するように形成された収納凹部とから構成されているから、下記の効果が得られる。

掘削ビットのスカート部の外周部に取り付けられた弾性部材がケーシングトップの内周部に形成された収納凹部に収容され、弾性部材のケーシングトップに対する軸線方向先端側への移動が阻止されることにより、掘削ビットのケーシングトップに対する軸線方向先端側への移動も阻止される。従って、掘削ビットが伝達された推力及び打撃力によって前進移動する際には、掘削ビットとケーシングトップは一体となって移動する。よって、掘削ビットがケーシングトップを牽引するようにしてケーシングトップに推力と打撃力が伝わり、ケーシングトップを削孔に的確に建て込むことが可能となる。

また、本発明に係る掘削工具においては、前記収納凹部は、前記ケーシングトップに対する前記弾性部材の軸線方向後端側への移動を許容するように形成されているものであってもよい。
また、本発明に係る掘削工具において、前記ケーシングトップの先端と、前記掘削ビットのヘッド部の後端面とが当接することにより、前記ケーシングトップに対する前記掘削ビットの後端側への移動が制限されることとしてもよい。

本発明に係る掘削工具によれば、推力打撃力伝達部により掘削ビットがケーシングトップと一体となって前進するため、掘削ビットの推力と打撃力をケーシングトップに伝達することができ、ケーシングトップを削孔に的確に建て込ませることができるとともに、ケーシングトップとデバイスの間の空間が十分に確保されているため、掘削によって発生する掘削ずりを円滑に後端側に排出することができ、掘削速度を維持することが可能となり、掘削効率の向上を図ることができる。

図１ないし図４は、本発明の第１の実施形態を示すものである。図１に示すように第１の実施形態においては、削孔の深さ等に応じてネジまたはテーパソケット等により順次継ぎ足される円管状のケーシングパイプ１１の先端に、概略円筒状のケーシングトップ１２がケーシングパイプ１１の中心軸線Ｏと同軸にこの軸線Ｏ回りに回転自在かつ該軸線Ｏ方向に移動可能に取り付けられるとともに、このケーシングパイプ１１の内周には厚肉中空の多段六角柱状をなすロッド１３が、やはり削孔の深さ等に応じてカップリングまたはネジ等により順次継ぎ足されて軸線Ｏと同軸に挿入され、このロッド１３の先端にはデバイス１４を介して掘削ビット１５が、デバイス１４に対して係脱可能に装着されている。

ここで、上述のように順次継ぎ足されるロッド１３のうち最後端に継ぎ足されたロッド１３の後端には、図１に示すように外周部後端側が一段拡径させられて鍔部１６ａが形成された中空状のロッドアダプタ１６の先端部がカップリング１７を介して連結され、このロッドアダプタ１６の後端には、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推力及び打撃力とを該ロッドアダプタ１６を介してロッド１３に与える掘削装置の駆動軸１８が連結されている。

また、最後端に継ぎ足されたケーシングパイプ１１の後端にはジョイント部の保護のための保護キャップ１１Ａが取り付けられるとともに、この保護キャップ１１Ａの後端とロッドアダプタ１６の鍔部１６ａとの間には、筒状のフロントアダプタ１９が、最後端のロッド１３の後端部とロッドアダプタ１６の先端部およびカップリング１７の外周を取り囲むように、鍔部１６ａとの間にリング状の緩衝材２０を介して介装されており、保護キャップ１１Ａが後端に取り付けられたケーシングパイプ１１にはこのフロントアダプタ１９を介して、駆動軸１８からロッドアダプタ１６に与えられる回転力と推力及び打撃力のうち、軸線Ｏ方向先端側に向けての推力及び打撃力のみが伝達されるようになされている。

また、ケーシングパイプ１１のうち最先端のケーシングパイプ１１はファーストケーシングパイプ１１Ｂとされ、図２に示すようにその先端部外周は環状溝１１ａが形成されていて、この環状溝１１ａには、ケーシングトップ１２をファーストケーシングパイプ１１Ｂに係止するケーシング係止機構２１の弾性部材として、その径方向に拡縮径可能な金属製のＣ字状の止め輪２１Ａが弾性的に縮径させられた状態で収容されている。一方、ケーシングトップ１２は、軸線Ｏ方向後端に位置し、内径がファーストケーシングパイプ１１Ｂの外形より僅かに大きくされた後端側内周部１２ａと、軸線Ｏ方向先端側に位置し、内径が後端側内周部１２ａよりも一回り小さくされ、後述する掘削ビット１５のスカート部１５ｂの外形より僅かに大きくされた先端側内周部１２ｃとを有している。なお、ケーシングトップ１２の外径はファーストケーシングパイプ１１Ｂの外径よりも大径の一定外径とされている。

このケーシングトップ１２の後端側内周部１２ａは、ファーストケーシングパイプ１１Ｂの先端部が嵌挿されて取り付けられており、この後端側内周部１２ａの後端寄りには、該後端側内周部１２ａに嵌挿されたファーストケーシングパイプ１１Ｂの止め輪２１Ａよりも後端側に位置するように、ケーシング係止機構２１の凹部２１Ｂが環状に形成されている。

この凹部２１Ｂは、軸線Ｏに沿った断面において軸線Ｏに平行に延びる底面２１ａと、この底面２１ａの後端側に位置して軸線Ｏに略直交する後端側壁面２１ｂ、および底面２１ａの先端側に位置して先端側に向かうに従い内周側に向かうように傾斜させられた先端側壁面２１ｃとを有している。そして、ケーシングトップ１２がファーストケーシングパイプ１１Ｂに対して先端側に移動すると、この凹部２１Ｂが環状溝１１ａの位置に達して弾性的に縮径させられていた止め輪２１Ａが拡径し、その内周側部分が環状溝１１ａ内に残ったまま外周側部分が凹部２１Ｂ内に収容され、さらにケーシングトップ１２が前進するとこの凹部２１Ｂ内に収納された止め輪２１Ａの外周側部分が後端側壁面２１ｂに当接して、それ以上の先端側への移動が制限されるようになされている。

また、ケーシングトップ１２の後端側内周部１２ａから小径とされた先端側内周部１２ｃに至る後端側を向く段差部は、軸線Ｏに略直交する平坦面１２ｂとされ、止め輪２１Ａが凹部２１Ｂ内に収容された状態からケーシングトップ１２がファーストケーシングパイプ１１Ｂに対して後端側へ移動（後退）すると、止め輪２１Ａが凹部２１Ｂの傾斜した先端側壁面２１ｃに当たってその傾斜に案内されるように縮径しつつ、凹部２１Ｂから外れて後端側内周部１２ａに乗り上げ、さらにケーシングトップ１２が後退するとファーストケーシングパイプ１１Ｂの先端が平坦面１２ｂに当接したところで、それ以上の後端側への移動が制限されるようになされている。

さらに、ケーシングトップ１２の先端側内周部１２ｃは、最先端部分が先端側に向かうに従い再び内径が拡径するようにされた拡径部２３ａとされるとともに、この拡径部２３ａの後端側には、第１の実施形態における推力打撃力伝達部２４の収納凹部２４Ａが形成されており、この収納凹部２４Ａと拡径部２３ａを除いて先端側内周部１２ｃの内径は一定とされている。なお、この推力打撃力伝達部２４の収納凹部２４Ａは、軸線Ｏに沿った断面において、凹部２１Ｂと同様に軸線Ｏに平行とされた該軸線Ｏ方向に延びる底面２４ａと、底面２４ａの先端側に位置して軸線Ｏに略垂直とされた先端側壁面２４ｂ、および底面２４ａの後端側に位置して後端側に向かうに従い内周側に向かうように傾斜させられた後端側壁面２４ｃとを有している。

また、デバイス１４は、図２に示すように内外周とも後端側が先端側よりも一段拡径させられた概略多段円筒状をなし、その後端側内周部には、最先端のロッド１３の先端部外周に形成される雄ねじ部１３ａに螺合する雌ねじ部１４ａが形成されていて、この雌ねじ部１４ａに雄ねじ部１３ａをねじ込んで、ロッド１３の先端が、軸線Ｏに略直交する平坦面とされたデバイス１４の後端側内周部の底部１４ｂに当接したところで、デバイス１４後端側に軸線Ｏを中心とする円の接線方向にピン２５を打ち込んで係止することによって、この最先端のロッド１３の先端に着脱可能に取り付けられる。また、このデバイス１４の先端側外周部の外径と後端側外周部の外径は、後述する掘削ビット１５のスカート部１５ｂの内径とファーストケーシングパイプ１１Ｂの内径よりもそれぞれ僅かに小さくされている。

また、このデバイス１４の外周には、図２、図３に示すようにその先端から後端に沿って軸線Ｏに平行に延びる掘削ずり溝２６が、周方向に等間隔に複数（第１の実施形態では３つ）形成されている。この掘削ずり溝２６は、その底面２６ａが、デバイス１４の先端部では軸線Ｏを中心とした円筒面状とされる一方、これよりも後端側の中央部では円筒面に外接して軸線Ｏ方向に延びる平坦面とされ、さらにこれよりも後端側のデバイス１４後端部では、デバイス１４の後端側内周部が一段拡径するのに合わせて、中央部の平坦面から後端側に向かうに従い外周側に向かう傾斜面を介し、円筒面よりも径の大きな円筒面に外接して軸線Ｏ方向に延びるやはり平坦面とされている。さらに、デバイス１４の小径とされた先端側内周部がなす中空部１４ｃは、当該デバイス１４が上述のように最先端のロッド１３の先端に取り付けられた状態で、継ぎ足されたロッド１３の中空部１３ｃを介してロッドアダプタ１６の中空部１６ｂに連通させられ、掘削時に掘削装置の駆動軸１８から削孔水または圧縮空気等の流体が供給可能とされている。そして、デバイス１４のこの中空部１４ｃから少なくとも１の掘削ずり溝２６の底面２６ａに向けては、外周側（底面２６ａ）側に向かうに従い後端側に向かうように傾斜したブロー穴１４ｄが形成されている。

さらに、こうしてデバイス１４の外周に複数の掘削ずり溝２６が形成されることにより、周方向に隣接する掘削ずり溝２６の間には軸線Ｏ方向に延びる複数条（第１の実施形態では３つ）の突条部が画成されることとなる。そして、この突条部のうちデバイスの先端部に画成された突条部２７は、その回転方向Ｔの前方側を向く部分が当該突条部２７の先端部２７ａを残して軸線Ｏ方向に延びる凹部２７ｂによって切り欠かれることにより、外周側からの側面視に先端部２７ａが回転方向Ｔ前方側に折れ曲がったＬ字型のフック状を呈するように形成され、従ってこの先端部２７ａは、図３（イ）に示すように凹部２７ｂによって画成された突条部２７の回転方向Ｔの前方を向く側壁２７ｃからさらに回転方向Ｔ前方側に突出する凸部を構成することとなる。なお、こうして突出した先端部２７ａの後端側を向く側壁２７ｄは、軸線Ｏに直交する略平坦面とされている。

そして、掘削ビット１５は、図４に示すように先端側のヘッド部１５ａの外径が後端側のスカート部１５ｂの外径よりも一段大径とされた概略有底円筒状に形成されており、該ヘッド部１５ａの外径はケーシングトップ１２の外径よりも若干大きくされるとともに、スカート部１５ｂの外径はケーシングトップ１２の先端側内周部１２ｃに嵌挿可能な大きさとされている。従って、ケーシングトップ１２の最大径部の外径は、この掘削ビット１５のヘッド部１５ａにおける最大外径以下とされる。そして、スカート部１５ｂの外周には環状溝１５ｃが形成されていて、この環状溝１５ｃには、第１の実施形態における推力打撃力伝達部２４の弾性部材として、やはりその径方向に拡縮径可能な金属製のＣ字状の止め輪２４Ｂが弾性的に縮径させられた状態で収容されており、こうして止め輪２４Ｂが縮径させられたままスカート部１５ｂが先端側内周部１２ｃに嵌挿されることにより、止め輪２４Ｂが推力打撃力伝達部２４の収納凹部２４Ａに達したところで弾性的に縮径させられていたこの止め輪２４Ｂが拡径し、その内周側部分が環状溝１５ｃ内に残ったまま外周側部分が収納凹部２４Ａ内に収容される。このとき、弾性部材としての止め輪２４Ｂはケーシングトップ１２に対する軸線Ｏ方向後端側には移動可能とされるように、また、ケーシングトップ１２に対する軸線Ｏ方向先端側への移動は阻止されるように、図２に示すように止め輪２４Ｂが収納凹部２４Ａの先端側側面２４ｂに当接するように収容される。

従って、この状態で掘削ビット１５はケーシングトップ１２の先端にヘッド部１５ａを突出させるとともに、ケーシングトップ１２はスカート部１５ｂの外周部に外嵌されるよう軸線Ｏと同軸かつ該軸線Ｏ回りに回転自在に取り付けられ、さらに推力打撃力伝達部２４により、図２に示すように止め輪２４Ｂが収納凹部２４Ａ内にある範囲では軸線Ｏ方向に移動可能とされ、かつこの図２に示す状態から掘削ビット１５がケーシングトップ１２に対して先端側に移動しようとすると、この収納凹部２４Ａ内に収納された止め輪２４Ｂの外周側部分が該収納凹部２４Ａの先端側壁面２４ｂに当接しているため、先端側への移動が阻止されることとなる。従って、掘削ビット１５に推力と打撃力が伝達され前進移動する際には、ケーシングトップ１２が掘削ビット１５に牽引されるため、掘削ビット１５に追従するように前進移動をする。なお、この掘削ビット１５のケーシングトップ１２に対する後端側への移動は、例えばケーシングトップ１２の先端がヘッド部１５ａの後端面に当接したところで制限される。

また、掘削ビット１５後端側のスカート部１５ｂには、デバイス１４の先端部が挿入可能な孔部１５ｄが形成されており、この孔部１５ｄの内周には、デバイス１４先端部外周の突条部２７が回転方向Ｔ前方側に突出した先端部２７ａも含めて軸線Ｏに平行に挿通可能な凹溝部２８が、突条部２７と同数の複数（第１の実施形態では３つ）、軸線Ｏに平行に延びるように形成されている。さらに、孔部１５ｄの孔底面１５ｅは先端に向かってテーパ状の円錐面とされるとともに、この孔底面１５ｅ側の孔部１５ｄ内周には、それぞれの凹溝部２８の孔底側（先端側）部分を連通するように環状の凹所２８ａが形成されており、この凹所２８ａは、図２に示すように孔部１５ｄに挿入されたデバイス１４の先端面１４ｅを孔底面１５ｅに当接させた状態で、突条部２７の先端部２７ａを収容可能な内径及び軸線Ｏ方向の幅を有している。従って、まず上述のように凹溝部２８に突条部２７を挿通させて孔部１５ｄにデバイス１４の先端部を挿入し、このデバイス１４の先端面１４ｅが孔底面１５ｅに当接したところでデバイス１４を回転方向Ｔに回転させると、回転方向Ｔ前方側を向く突条部２７の先端部２７ａが凹所２８ａ内において周方向に隣接した凹溝部２８間に画成される突条２９の先端側の空間に入り込むとともに、突条部２７の側壁２７ｃが凹溝部２８の回転方向Ｔ後方側を向く側壁２８ｂに当接させられるので、ロッドアダプタ１６からロッド１３を介してデバイス１４に与えられる掘削時の回転方向Ｔへの回転力が掘削ビット１５に伝達可能となる。

さらにこの状態のままデバイス１４をロッド１３およびロッドアダプタ１６ごと後退させると、先端部２７ａの後端側を向く側壁２７ｄが突条２９の先端側を向く側壁、すなわち凹所２８ａの先端側を向く側壁２８ｄに当接し、これにより、Ｌ字型のフック状に形成された先端部２７ａが突条２９の先端に引っ掛けられるようにして凹所２８ａと互いに係合可能とされる。

さらにまた、この掘削ビット１５先端のヘッド部１５ａには、その先端面に、軸線Ｏから僅かに間隔をあけた位置から外周側に放射状に延びるように、デバイス１４に形成された掘削ずり溝２６と同数の複数（第１の実施形態では３つ）の掘削ずり溝３０が周方向に等間隔に形成されており、これらの掘削ずり溝３０は、ヘッド部１５ａ先端面の外周端から掘削ビット１５の外周面を軸線Ｏ方向後端側に向けて延びてスカート部１５ｂの後端面すなわち当該掘削ビット１５の後端面に開口させられている。なお、大径のヘッド部１５ａから小径のスカート部１５ｂに至る部分では、この掘削ずり溝３０は、図４（ロ）に示すように軸線Ｏに沿った断面においてその底面３０ａが、ヘッド部１５ａ外周では軸線Ｏに略平行に延びるようにされた後、後端側に向けて内周側に向かうように傾斜させられ、さらに緩やかに凹曲しつつスカート部１５ｂにおいて再び軸線Ｏに略平行に延びるようにされている。また、ヘッド部１５ａの先端面には、掘削ずり溝３０を避けるように超硬合金等の硬質材料からなるチップ３１が植設されて複数設けられている。さらに、孔部１５ｄの孔底面１５ｅには軸線Ｏに沿って先端側に凹む止まり孔１５ｆが形成されてデバイス１４の中空部１４ｃに連通可能とされており、この止まり孔１５ｆからは先端外周側に向けてブロー穴１５ｇが穿設されて、ヘッド部１５ａ先端面に形成された少なくとも１の掘削ずり溝３０の内周端に開口させられている。

さらにまた、これらの掘削ずり溝３０は、上述のように、デバイス１４から掘削ビット１５に回転方向Ｔへの回転力が伝達可能とした状態で、デバイス１４の掘削ずり溝２６にそれぞれ連通するように配置されており、これによりこれらの掘削ずり溝３０、２６は、掘削ビット１５とデバイス１４の外周に、ケーシングトップ１２の先端側の掘削ビット１５外周側と、ロッド１３とケーシングパイプ１１の間の空間とを連通させるように、掘削ビット１５からデバイス１４の後端にかけて延設されることとなる。

このように構成された掘削工具は、ロッドアダプタ１６に対し駆動軸１８の図示しない駆動装置によって回転力が伝えられると共に、先端側に向けて軸線Ｏに沿う打撃力と推力が伝えられると、その回転力及び推力と打撃力がロッドアダプタ１６からカップリング１７、ロッド１３を介しデバイス１４に伝わることにより、掘削ビット１５が回転しかつ打撃を与えながら地盤を削孔する。その際、ロッドアダプタ１６の鍔部１６ａから緩衝材２０を介しフロントアダプタ１９に軸線Ｏに沿う打撃力と推力が伝えられ、その打撃力と推力がフロントアダプタ１９から保護キャップ１１Ａを介してケーシングパイプ１１及びファーストケーシングパイプ１１Ｂに伝わる。

なお、削孔時には、駆動装置からロッドアダプタ１６、ロッド１３、デバイス１４の中空部１６ｂ、１３ｃ、１４ｃを介して掘削ビット１５の止まり孔１５ｆに削孔水または圧縮空気等の流体が供給されることにより、掘削ビット１５先端面のブロー穴１５ｇからこの削孔水または圧縮空気等の流体が排出される一方、掘削時に生成された掘削ずりは、ケーシングトップ１２と掘削ビット１５との間の隙間から掘削ずり溝３０内に導入され、デバイス１４の掘削ずり溝２６を通ってデバイス１４及びロッド１３とファーストケーシングパイプ１１Ｂ及びケーシングパイプ１１との間を通ることにより後端側に排出され、フロントアダプタ１９の窓部１９ａから掘削工具の外部に排出される。また、第１の実施形態の掘削工具では、掘削終了後は掘削ビット１５とデバイス１４との係合を解くことにより、掘削ビット１５を始めケーシングトップ１２およびファーストケーシングパイプ１１Ｂを含めたケーシングパイプ１１を削孔中に残したまま、デバイス１４及びロッド１３が引き抜かれて回収されるようになされている。

また、掘削ビット１５による削孔時、ケーシングトップ１２の先端内周部１２ｃ及び掘削ビット１５のスカート部１５ｂの外周部間に設けられた推力打撃力伝達部２４により、推力及び打撃力が伝達された掘削ビットが前進する際に、ケーシングトップ１２が牽引されるため、掘削ビット１５に推力と打撃力が伝達され掘削ビット１５が前進移動する度に、ケーシングトップ１２が前方に引き込まれる。また、ケーシングトップ１２は掘削ビット１５のスカート部１５ｂの外周部に外嵌されるように取り付けられているため、デバイス１４を常に包囲した状態でケーシングトップ１２を削孔に建て込むことができ、ケーシングトップ１２と掘削ビット１５の間の隙間を小さくすることができるので、削孔壁が崩落しても崩落した土砂がこの隙間に入りこんで掘削ずりの取り込みが妨害されることはない。

さらに、このように取り込まれた掘削ずりは、デバイス１４及びロッド１３とケーシングパイプ１１との間を通ることで後端側に排出されるが、第１の実施形態に係る掘削工具ではケーシングトップ１２の先端内周部１２ｃ及び掘削ビット１５のスカート部１５ｂの外周部間に設けられた推力打撃力伝達部２４によって掘削ビット１５がケーシングトップ１２を牽引するようにしてケーシングトップ１２に推力と打撃力が伝えられるため、従来のようにケーシングトップ１２を肉厚にする必要はない。従って、ケーシングトップ１２とデバイス１４の間の空間を十分に確保することができるため、掘削ずりが滞留することはない。よって、取り込んだ掘削ずりを円滑に後端側に押し出すことが可能となり、掘削ずりの量に応じて掘削速度を低下させる必要はないため、掘削能力を十分に発揮することができ効率よく掘削を行うことができる。

また、従来の掘削工具ではケーシングトップ１２の肉厚の部分に推力と打撃力が伝達される構成となっていたため、その肉厚の部分は推力と打撃力に耐えうるべく軸線方向にある程度の長さを備える必要があり、その分だけケーシングトップ１２の内部に位置するデバイス１４も軸線Ｏ方向に延びた構造となっていた。本発明においては、ケーシングトップ１２及びデバイス１４を軸線Ｏ方向に長くする必要なく、ケーシングトップ１２の内周壁を縮径した部分を形成する必要もないため、掘削工具の軸線Ｏ方向の長さを短縮することが可能となり、掘削工具のコンパクト化及び製作コストの低減を図ることができる。

さらに、推力打撃力伝達部２４を介して掘削ビット１５の推力と打撃力もケーシングトップ１２に伝達されるため、ケーシングトップ１２に推力と打撃力を減衰させることなく確実に伝達することが可能となり、ケーシングトップ１２を削孔に的確に建て込ませることができる。

また推力打撃力伝達部２４の掘削ビット１５側の止め輪２４Ｂは、ケーシングトップ１２側の収納凹部２４Ａにケーシングトップ１２に対する軸線Ｏ方向先端側への移動が阻止されるように、止め輪２４Ｂが収納凹部２４Ａの先端側側面２４ｂに当接して収容されているため、掘削ビット１５のケーシングトップ１２に対する軸線Ｏ方向先端側への移動が阻止される。従って、掘削ビット１５に推力と打撃力が伝達されて軸線Ｏ方向先端側に移動する際には掘削ビット１５とケーシングトップ１２が一体となって移動する。よって、掘削ビット１５がケーシングトップ１２を牽引するようにしてケーシングトップ１２に推力と打撃力を確実に伝えることができ、ケーシングトップ１２を削孔に的確に立て込むことが可能となる。また、掘削ビット１５はケーシングトップ１２に対する軸線Ｏ方向後端側には移動可能とされているため、掘削ビット１５が受ける掘削抵抗はケーシングトップには作用することはない。従って、ケーシングトップ１２に確実に推力と打撃力を伝達する一方で、掘削抵抗を軽減させてケーシングトップ１２の破損を防止することが可能となる。

以上のように、第１の実施形態に係る掘削工具によれば、推力打撃力伝達部２４により掘削ビット１５がケーシングトップ１２を牽引して一体となって前進移動するため、掘削ビット１５の推力と打撃力をケーシングトップ１２に確実に伝達することができ、ケーシングトップ１２を削孔に的確に建て込ませることができる。さらに、ケーシングトップ１２とデバイス１４の間の空間が十分に確保されているため、掘削によって発生する掘削ずりを円滑に後端側に排出することができ、掘削能力に応じた掘削速度を維持することが可能となり、掘削効率の向上を図ることができる。

さらに掘削ビット１５が受ける掘削抵抗はケーシングトップ１２に伝達されないため、ケーシングトップ１２の破損を防止することができ長寿命化を図ることができる。また、従来のようにケーシングトップを肉厚にして軸線Ｏ方向に延びた構成とする必要がないため、掘削工具の軸線Ｏ方向の短縮化が可能となり、コンパクト化を図ることができるとともに製作コストを低減することができる。

次に本発明に係る掘削工具の参考例について図５を用いて説明する。図５は本発明に係る掘削工具の参考例の先端側部分の側断面図である。図５においては、第１の実施形態に係る掘削工具の先端側部分の側断面図である図２と同じ構成部材には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。参考例に係る掘削工具は、掘削ビット１５のヘッド部１５ａとスカート部１５ｂとの間の段差部と、ケーシングトップ１２の先端とが、推力打撃力伝達部４０によって接合されて一体化している点で相違し、他は同様の構成となっている。

図５に示すように、参考例の掘削工具においては、ケーシングトップ１２の先端と、掘削ビット１５のヘッド部１５ａとスカート部１５ｂとの間の段差部とが、推力打撃伝達部４０によって例えば溶接により互いに動くことのないように接合されて一体化されている。従って、第１の実施形態と同様に掘削ビット１５の推力と打撃力をケーシングトップ１２に直接的に確実伝えることが可能となり、ケーシングトップ１２を削孔に的確に建て込むことが可能となる。さらに、参考例においては、推力と打撃力に加えて、掘削ビット１５の回転力もケーシングトップ１２に伝達されるため、ケーシングトップ１２も掘削ビット１５と同様に回転することになる。従って、その回転力によってケーシングトップ１２は削孔の壁と回転方向に摺接しながら掘削ビット１５と一体となって前進していくため、ケーシングトップ１２を回転させずに直線的に削孔に建て込む場合に比べて、より円滑に建て込んでいくことが可能となる。

以上、本発明である掘削工具の実施形態について詳細に説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、これらに限定されることはなく、多少の設計変更等も可能である。
例えば、変形例として、参考例で示す推力打撃力伝達部４０が、ケーシングトップ１２とスカート部１５ｂとを、ネジによって互いに螺合可能とさせ、ケーシングトップ１２をスカート部１５ｂに固定させるものであってもよい。

一方、第１の実施形態及び参考例では、ケーシング係止機構２１は弾性部材としての止め輪２１Ａと凹部２１Ｂとから構成され、ファーストケーシングパイプ１１Ｂとケーシングトップ１２が係止される構成とされているが、例えばこれを、ファーストケーシングパイプ１１Ｂとケーシングトップ１２との一方の内周に他方を嵌挿して、ファーストケーシングパイプ１１Ｂ先端にケーシングトップ１２を取り付けた際に、互いにネジで螺合可能な構造として、ケーシングトップ１２がファーストケーシングパイプ１１Ｂに固定されるものであってもよい。

また、本実施形態においてロッド１３は六角柱状であるが、六角形以外の多角柱状や円柱状であってもよい。さらに、掘削ビット１４の先端面に植設されたチップ３１のサイズ、位置、個数についても本実施形態に限定されることはなく、掘削工具の外径や被掘削物等を考慮して適宜設定することが好ましい。

本発明に係る掘削工具の第１の実施形態を示す即断面図である。図１に示す第１の実施形態の先端側部分の側断面図である。図１に示す第１の実施形態のデバイスを示す（イ）先端側から見た正面図、（ロ）後端側から背面図である。図１に示す第１の実施形態の掘削ビット１５を示す（イ）先端側から見た正面図、（ロ）側面図、（ハ）後端側から見た背面図（ただし止め輪２４Ｂは図示略）である。本発明に係る掘削工具の参考例の先端側部分の側断面図である。従来の掘削工具の先端側部分の側断面図である。

符号の説明

１１ケーシングパイプ
１２ケーシングトップ
１３ロッド
１４デバイス
１５掘削ビット
２４推力打撃力伝達部
２４Ａ収納凹部
２４Ｂ止め輪（弾性部材）
４０推力打撃力伝達部

Claims

軸線方向に推力と打撃力が伝達されるケーシングパイプと、このケーシングパイプの内部に同芯上に配置されていて、軸線方向に推力と打撃力が伝達されると共に回転力が伝達されるロッドと、該ロッドの先端部に取り付けられたデバイスと、該デバイスの先端にこのデバイスに対する回転が拘束されて装着される掘削ビットとを備えた掘削工具において、
前記掘削ビットは、先端側に備えられたヘッド部と、後端側に備えられ内部に前記デバイスが挿嵌されるスカート部とを有し、
前記ケーシングパイプの先端には、前記ケーシングパイプに対して軸線方向に移動可能で、かつ軸線周りに回転可能な円筒状のケーシングトップが前記スカート部の外周部に外嵌されるように取り付けられ、
前記ケーシングトップの内周部及び前記スカート部の外周部間には推力打撃力伝達部が形成され、
掘削ビットがロッド及びデバイスを介して推力と打撃力によって前進する際にケーシングトップを牽引する構成とされており、
前記推力打撃力伝達部は、
前記スカート部の外周部に取り付けられ、前記軸線に対する径方向に拡縮径可能なＣ字状の弾性部材と、ケーシングトップの内周部に設けられ、該弾性部材を収容可能に、かつ弾性部材の前記ケーシングトップに対する軸線方向先端側への移動を阻止するように形成された収納凹部とを備えていることを特徴とする掘削工具。
前記収納凹部は、前記ケーシングトップに対する前記弾性部材の軸線方向後端側への移動を許容するように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。
前記ケーシングトップの先端と、前記掘削ビットのヘッド部の後端面とが当接することにより、前記ケーシングトップに対する前記掘削ビットの後端側への移動が制限されることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削工具。