JP6007734B2 - 二重管削孔機の駆動伝達機構、及び二重管削孔機 - Google Patents

二重管削孔機の駆動伝達機構、及び二重管削孔機 Download PDF

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Description

本発明は、二重管削孔機の駆動伝達機構、及び二重管削孔機に関する。
水圧ハンマーによる打撃力と二重管による回転力とを推進力として地盤や岩盤等を削孔する二重管削孔機が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の二重管削孔機では、内管の先端に接続された水圧ハンマーによりビット部に打撃力を与えると共に、二重管の後端部に配された回転駆動装置により内管を介してビット部に回転力を与え、さらに、回転駆動装置により外管に回転力を与えている。ここで、外管を回転させることにより、外管に対する地盤や岩盤等からの拘束が緩和されて、上記推進力が増大される。
特開2004−36204号公報
特許文献1に記載の二重管削孔機では、内管と外管とをそれぞれ別々に回転駆動装置に連結することにより、二系統の駆動伝達機構を要しており、該機構が複雑化している。この問題を解決するためには、内管と外管とを一体化して一方のみを回転駆動装置に連結することが考えられるが、その場合、次のような問題が浮上する。
二重管削孔機においてスライムを内管と外管との間を通して排出する場合、スライムが途中で堆積すると、スライムの排出が阻害されてジャミングが発生する可能性があるところ、内管と外管とを相対回転させれば、スライムと内管及び外管との縁が切れることによりスライムは堆積し難くなるが、内管と外管とを一体で回転させれば、スライムと内管及び外管とが一体で回転することによりスライムは堆積し易くなる。このため、内管と外管との間に堆積したスライムを取り除く必要が生じ、その方法としては、内管を外管に対して相対的に後退させて水圧ハンマーとビット部との間に隙間をつくり、該隙間から内管と外管との間に水を噴出させる方法が挙げられる。しかし、内管と外管とを一体化すれば、内管を外管に対して相対的に軸方向へ移動させることができず、水圧ハンマーとビット部との間に隙間をつくることができなくなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、内管と外管との間からのスライムの排出が良好に行われるようにしてジャミングの発生を抑制すると共に、内管と外管とに回転力を伝達する機構を簡素化することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明に係る二重管削孔機の駆動伝達機構は、二重管の内管に接続された水圧ハンマーによりビット部に与える打撃力と、前記内管を介して前記ビット部に与える回転力とを推進力とし、前記内管と前記二重管の外管との間にスライムの排出路が形成され、前記水圧ハンマーが前記ビット部に対して相対的に後退されると、前記水圧ハンマーと前記ビット部との間に、前記排出路を清掃する水が前記水圧ハンマーから前記排出路に流出する隙間ができるように構成された二重管削孔機に備えられ、前記二重管削孔機の駆動装置から前記二重管に回転力と掘進方向への押力とを伝達する駆動伝達機構であって、前記内管と前記外管とを、一体で回転可能かつこれらの軸方向に相対移動可能に連結したことを特徴とする。
前記二重管削孔機の駆動伝達機構は、前記内管における前記外管よりも掘進方向後側の位置において前記内管から径方向外側に張り出した第1部材と、前記第1部材よりも掘進方向前側の位置において前記外管から径方向外側に張り出した第2部材と、前記第1部材及び前記第2部材の何れか一方に、前記二重管の軸心に対して平行に支持され、前記第1部材及び前記第2部材の何れか他方に形成された貫通孔に摺動可能に挿通された軸部材と を備えてもよい。
前記二重管削孔機の駆動伝達機構において、前記第1部材と前記第2部材とは、円環状に形成されたフランジであってもよく、複数の前記軸部材が前記二重管の周りに間隔を空けて配されていてもよい。
前記二重管削孔機の駆動伝達機構において、前記軸部材は、前記第1部材に一端を固定され、前記第2部材に形成された前記貫通孔に摺動可能に挿通されてもよく、前記第2部材を介して前記第1部材と前記二重管の軸方向に対向するように配され、前記軸部材の他端が固定された第3部材を備えてもよい。
また、本発明に係る二重管削孔機は、二重管の内管に接続された水圧ハンマーによりビット部に与える打撃力と、前記内管を介して前記ビット部に与える回転力とを推進力とし、前記内管と前記二重管の外管との間にスライムの排出路が形成され、前記水圧ハンマーが前記ビット部に対して相対的に後退されると、前記水圧ハンマーと前記ビット部との間に、前記排出路を清掃する水が前記水圧ハンマーから前記排出路に流出する隙間ができるように構成され、駆動装置から前記二重管に回転力と掘進方向への押力とを伝達する駆動伝達機構を備える二重管削孔機であって、前記駆動伝達機構は、前記内管と前記外管とを、一体で回転可能かつこれらの軸方向に相対移動可能に連結したことを特徴とする。
本発明によれば、内管と外管との間からのスライムの排出が良好に行われるようにしてジャミングの発生を抑制すると共に、内管と外管とに回転力を伝達する機構を簡素化することができる。
一実施形態に係る二重管削孔機を示す立面図(一部断面図)である。 削孔部の先端を拡大して示す断面図及び正面図である。 駆動伝達機構を拡大して示す断面図である。 駆動伝達機構を示す斜視図である。 駆動伝達機構の作用を説明するための断面図である。 駆動伝達機構の作用を説明するための断面図である。 削孔時の二重管削孔機の状態を示す断面図である。 管内清掃時の二重管削孔機の状態を示す断面図である。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1は、一実施形態に係る二重管削孔機1を示す立面図(一部断面図)である。この図に示すように、二重管削孔機1は、地盤や岩盤等を削孔する削孔部100と、削孔部100を駆動させる駆動部200と、駆動部200の駆動力を削孔部100に伝達する駆動伝達機構10とを備えている。
駆動部200は、削孔部100に回転駆動力を与える回転駆動装置210と、この回転駆動装置210をその出力軸に沿った方向にスライド可能に案内するガイド220と、回転駆動装置210をガイド220に沿ってスライドさせるスライド駆動装置230とを備えている。駆動伝達機構10は、回転駆動装置210の出力軸と同軸に接続され該出力軸と一体で回転する二重管接続部20を備えている。
削孔部100は、アウターケーシング110と、アウターケーシング110内に配されたインナーロッド120、水圧ハンマー130及びパイロットビット140と、アウターケーシング110の先端に配されたリングビット150と、クリーニングスイベル160と、高圧スイベル170と、スライム排出口180とを備えている。アウターケーシング110とインナーロッド120とは、共に円筒形状の管材であり、回転駆動装置210の出力軸に対して同軸に配されて二重管を構成している。
インナーロッド120は、その後端が駆動伝達機構10の二重管接続部20に同軸に接続されており、二重管接続部20と一体で回転する。また、水圧ハンマー130は、その後端がインナーロッド120の先端に同軸に接続されており、インナーロッド120と一体で回転する。また、パイロットビット140は、その後端が水圧ハンマー130の先端に同軸に接続されており、水圧ハンマー130と一体で回転する。ここで、水圧ハンマー130の先端とパイロットビット140とは、一体で回転可能、且つ、軸方向への相対移動が可能に接続されている。
パイロットビット140は、円筒形状のリングビット150に挿通されており、リングビット150と一体で回転する。パイロットビット140及びリングビット150の先端は、アウターケーシング110の先端よりも先方側に配されており、このパイロットビット140及びリングビット150の先端には、地盤や岩盤等を削るビット142、152が設けられている。
駆動伝達機構10の二重管接続部20は、アウターケーシング110の後端が同軸に接続される円管状のアウターロッド接続部22と、インナーロッド120の後端が同軸に接続される円管状のインナーロッド接続部24とを備えている。インナーロッド接続部24は、二重管接続部20の後端から先端まで延び、アウターロッド接続部22は、二重管接続部20の中央から先端まで延びている。インナーロッド接続部24、インナーロッド120、及び水圧ハンマー130の内部は連通されている。
クリーニングスイベル160は、インナーロッド接続部24に接続されており、インナーロッド接続部24内に給水する。また、高圧スイベル170は、インナーロッド接続部24の後端に接続されており、インナーロッド接続部24から水圧ハンマー130へ高圧水を供給する。スライム排出口180は、アウターロッド接続部22の後端に設けられている。ここで、水圧ハンマー130、インナーロッド120、及びインナーロッド接続部24の外周面と、アウターケーシング110及びアウターロッド接続部22との間には、スライム及び水の排出路となる空間101が形成されており、スライム排出部180は、空間101からスライム及び水を排出する。
図2は、削孔部100の先端を拡大して示す断面図及び正面図である。この図に示すように、パイロットビット140は、先端面にビット142が設けられ、後端側がインナーロッド120の先端に挿入されて係合している。パイロットビット140の後端側の外周面には所定間隔でキー溝143が形成され、インナーロッド130の先端の内周面には所定間隔でキー溝143と係合するキー(図示省略)が形成されている。このキー溝143にキーが係合することにより、パイロットビット140の後側とインナーロッド130の先端とが、一体で回転可能、且つ、軸方向に相対移動可能となっている。
パイロットビット140は、軸心の周りに配された複数(例えば、図示するように3個)のノズル145と、外周面に形成された複数(例えば、図示するように3個)のスライム取込口146とを備えている。複数のノズル145は、パイロットビット140の先端面において開口しており、高圧スイベル170からパイロットビット140まで供給された高圧水を先方へ噴射する。
複数のスライム取込口146は、パイロットビット140の先端面から水圧ハンマー130の外周面とアウターケーシング110の内周面との間の空間101に向けて延びており、掘削孔から該空間101へスライム及び水を取り込む。
パイロットビット140は軸方向の中間部に段差部147が形成されており、この段差部147に水圧ハンマー130の先端部130Aが当接することにより、水圧ハンマー130の先端とパイロットビット140の軸方向中央部とが接続される。この状態で、高圧スイベル170から水圧ハンマー130に高圧水が供給されると、水圧ハンマー130がパイロットビット140に打撃力を発生させる。
図3は、駆動伝達機構10を拡大して示す断面図であり、図4は、駆動伝達機構10を示す斜視図である。これらの図に示すように、駆動伝達機構10は、上記二重管接続部20と、該二重管接続部20のアウターロッド接続部22とインナーロッド接続部24とを連結する連結部30とを備えている。この連結部30は、アウターロッド接続部22の後端部に一体で設けられた円環状のフランジ32と、インナーロッド接続部24の軸方向中間部に一体で設けられた円環状のフランジ34と、アウターロッド接続部22が挿通される円環状のプレート36と、フランジ34とプレート36とを結合する複数のシャフト38とを備えている。フランジ32、34及びプレート36の外径は略同一である。
インナーロッド接続部24と一体のフランジ34は、アウターロッド接続部22と一体のフランジ32よりも後端側に配され、プレート36は、フランジ32よりも先端側に配されており、フランジ32は、フランジ34とプレート36との間に配されている。複数のシャフト38は、アウターロッド接続部22の周りに所定間隔(例えば、45°間隔)で、二重管接続部20に対して平行に配されており、各シャフト38の先端及び後端には、ネジ部が形成されており、先端はナットでプレート36に固定され、後端はフランジ34に形成されたねじ孔に螺合することでフランジ34に固定されている。
フランジ32には、シャフト38が摺動可能に挿通される貫通孔が形成されており、フランジ32は、フランジ34及びプレート36に対して相対的に、二重管接続部20の周りに回転不能、かつ、シャフト38に沿って二重管接続部20の軸方向へ移動可能となっている。これにより、アウターロッド接続部22とインナーロッド接続部24とは、二重管接続部20の回転方向については相対回転不能(一体で回転可能)に連結され、二重管接続部20の軸方向については相対移動可能に連結されている。そして、アウターロッド接続部22の先端にはアウターケーシング110の後端が接続され、インナーロッド接続部24の先端にはインナーロッド120の後端が接続されているため、アウターケーシング110とインナーロッド120とは、駆動伝達機構10を介して、軸心周りに相対回転不能、且つ、軸方向に相対移動可能に連結されている。
ここで、図5及び図6に示すように、フランジ32の可動範囲は、フランジ34とプレート36との間の所定範囲に制限されることにより、インナーロッド接続部24やインナーロッド120のアウターロッド接続部22やアウターケーシング110に対する相対的な可動範囲が、所定範囲に制限される。図5に示すように、インナーロッド接続部24やインナーロッド120が、その制限された可動範囲における最前方(図中左方)に位置する場合には、インナーロッド120の先端に接続された水圧ハンマー130の先端部130Aがパイロットビット140の段差部147に当接する。これに対して、図6に示すように、インナーロッド接続部24やインナーロッド120が、可動範囲における最前方位置から後退した場合には、水圧ハンマー130の先端部130Aがパイロットビット140の段差部147から離間し、これらの間に隙間Sができる。
図7は、削孔時の二重管削孔機1の状態を示す断面図であり、図8は、管内清掃時の二重管削孔機1の状態を示す断面図である。図7に示すように、削孔時には、スライド駆動装置230(図1参照)により削孔部100を掘進方向に押込みながら、回転駆動装置210により削孔部100を回転させる。また、高圧スイベル170から水圧ハンマー130へ高圧水を供給する。
この際、インナーロッド接続部24やインナーロッド120は、可動範囲における最前方に押込まれることにより、水圧ハンマー130の先端をパイロットビット140の段差部147に当接させる。この状態で、水圧ハンマー130はパイロットビット140に打撃力を生じさせる。また、インナーロッド接続部24やインナーロッド120が回転してパイロットビット140及びリングビット150を回転させる。さらに、パイロットビット140は、水圧ハンマー130に供給された高圧水をノズル145から前方へ噴出する。
これにより、水圧ハンマー130によりパイロットビット140に与えられる打撃力と、回転駆動装置210によりパイロットビット140及びリングビット150に与えられる回転力とを推進力として、地盤や岩盤等が削孔される。また、パイロットビット140及びリングビット150のビット142、152により削られて出来たスライムやノズル145から噴出された水は、スライム取込口146から空間101に取り込まれ、スライム排出口180から排出される。
ここで、アウターケーシング110とインナーロッド120とが、駆動伝達機構10により、一体で回転可能に連結されていることにより、削孔時には、アウターケーシング110が、インナーロッド120と共に回転する。これにより、地盤や岩盤等からアウターケーシング110への拘束が緩和されて削孔部100の推進が促進される。
一方で、アウターケーシング110とインナーロッド120とが相対回転しないことにより、これらが相対回転する場合に比して、空間101内にスライムが堆積し易くなり、ジャミングが発生し易くなる。そこで、空間101内でのスライムの堆積によるジャミングの発生を抑えるために、図8に示すように、削孔停止時に、空間101内を清掃する。
空間101内を清掃するにあたり、まず、スライド駆動装置230によりインナーロッド接続部24やインナーロッド120を可動範囲における最前方位置から後退させ、水圧ハンマー130の先端部130Aをパイロットビット140の段差部147から離間させる。また、クリーニングスイベル160から水圧ハンマー130へ水を供給する。
ここで、水圧ハンマー130の先端部130Aとパイロットビット140の段差部147との間に隙間Sが空けられていることにより、この隙間Sから空間101へ水が送られ、空間101内に堆積したスライムが水流でスライム排出口180から排出される。
以上説明したように、本実施形態に係る二重管削孔機1は、インナーロッド120の先端に接続された水圧ハンマー130によりパイロットビット140に与える打撃力と、インナーロッド接続部24及びインナーロッド120を介してパイロットビット140及びリングビット150に与える回転力を推進力として地盤や岩盤等を削孔する。この二重管削孔機1では、水圧ハンマー130、インナーロッド120、及びインナーロッド接続部24と、アウターケーシング110及びアウターロッド接続部22との間にスライムの排出路となる空間101が形成されており、また、水圧ハンマー130がパイロットビット140に対して相対的に後退されると、水圧ハンマー130の先端部130Aとパイロットビット140の段差部147との間に、空間101を清掃する水が水圧ハンマー130から空間101に流出する隙間Sができるように構成されている。
以上のような構成の二重管削孔機1に備えられる駆動伝達機構10は、駆動部200から削孔部100に回転力と掘進方向への押力とを伝達する。ここで、駆動伝達機構10の連結部30は、インナーロッド120の後端に接続されるインナーロッド接続部24と、アウターケーシング110の後端に接続されるアウターロッド接続部22とを、これらの軸心の周りに一体で回転可能、かつ、これらの軸方向に相対移動可能に連結する。
即ち、駆動伝達機構10により、インナーロッド120の後端に接続されるインナーロッド接続部24と、アウターケーシング110の後端に接続されるアウターロッド接続部22とを一体化して、インナーロッド接続部24のみを回転駆動装置210に連結することによって、回転駆動力の伝達を一系統として当該伝達機構を簡素化している。そのうえで、インナーロッド接続部24にインナーロッド120を介して接続された水圧ハンマー130を、パイロットビット140に対して相対的に後退させて水圧ハンマー130の先端部130Aとパイロットビット140の段差部147との間に、流水可能な隙間を形成し、該隙間から、スライム排出路たる空間101に流水するこで、該空間101を清掃することを可能にしている。
従って、本実施形態に係る駆動伝達機構10によれば、簡素な構成によって、インナーロッド120等からなる内管と、アウターケーシング110等からなる外管とを回転させることができると共に、該内管と該外管との間におけるスライムの堆積を抑制して、二重管削孔機1におけるジャミングの発生を抑制することができる。
また、本実施形態に係る駆動伝達機構10は、インナーロッド接続部24におけるアウターロッド接続部22よりも掘進方向後側の位置においてインナーロッド接続部24から径方向外側に張り出したフランジ34と、フランジ34よりも掘進方向前側の位置においてアウターロッド接続部22から径方向外側に張り出したフランジ32と、フランジ34に、二重管の軸心に対して平行に支持され、フランジ32に形成された貫通孔に摺動可能に挿通されたシャフト38とを備える。ここで、フランジ32とフランジ34との相対回転がシャフト38により止められることにより、アウターロッド接続部22とインナーロッド接続部24とが相対回転不能(一体で回転可能)となる。一方、フランジ32がシャフト38に沿ってフランジ34に対して相対移動可能となることにより、アウターロッド接続部22とインナーロッド接続部24とがこれらの軸方向に相対移動可能となる。
また、本実施形態に係る駆動伝達機構10では、フランジ32、34が、円盤状に形成され、複数のシャフト38が二重管の周りに間隔を空けて配され、これらが、円盤状のフランジ34に固定され、円盤状のフランジ32の貫通孔に挿通されている。これにより、インナーロッド接続部24の回転力がフランジ34により増幅されたトルク力になり、このトルク力がシャフト38、フランジ32を介してアウターロッド接続部22及びアウターロッド110に伝達されるため、アウターロッド110は地盤に拘束されることなく回転できるようになる。
さらに、プレート36が、アウターロッド接続部22から張り出したフランジ32を介して、インナーロッド接続部24から張り出したフランジ34と二重管の軸方向に対向するように配されており、プレート36とフランジ34とにシャフト38が両端を固定されている。これにより、シャフト38は、フランジ34により増幅されたトルク力をフランジ32に、該トルク力で変形することなく効率良く伝達することができる。また、フランジ32の二重管の軸方向への可動範囲を制限することができることにより、インナーロッド接続部24とアウターロッド接続部22とのこれらの軸方向への可動範囲を制限することができる。
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、連結部30にプレート36を設けたが必須ではない。プレート36を設けない場合、シャフト38をインナーロッド接続部24から張り出すフランジ34に固定して、アウターロッド接続部22から張り出すフランジ32に形成した貫通孔にシャフト38を挿通させることは必須ではなく、シャフト38をフランジ32に固定して、フランジ34に形成した貫通孔にシャフト38を挿通させてもよい。
さらに、フランジ32、34、プレート36及びシャフト38により連結部30を構成することは必須ではない。例えば、水圧ハンマー130の先端とパイロットビット140との接続部のように、アウターロッド接続部22の内周面およびインナーロッド接続部24の外周面の何れか一方にキーを形成し、アウターロッド接続部22の内周面およびインナーロッド接続部24の外周面の何れか他方に、前記キーと係合するキー溝を形成し、このキーとキー溝とにより、内管22と外管24とが相対回転不能かつこれらの軸方向に相対移動可能となるように連結してもよい。
1 二重管削孔機、10 駆動伝達機構、20 二重管接続部、22 アウターロッド接続部、24 インナーロッド接続部、30 連結部、32 フランジ(第2部材)、34 フランジ(第1部材)、36 プレート(第3部材)、38 シャフト(軸部材)、100 削孔部、101 空間(排出路)、110 アウターケーシング(外管)、120 インナーロッド(内管)、130 水圧ハンマー、130A 先端部、140 パイロットビット(ビット部)、142 ビット、143 キー溝、144 キー、145 ノズル、146 スライム取込口、147 段差部、150 リングビット、152 ビット、160 クリーニングスイベル、170 高圧スイベル、180 スライム排出口、200 駆動部(駆動装置)、210 回転駆動装置、220 ガイド、230 スライド駆動装置

Claims (5)

  1. 二重管の内管に接続された水圧ハンマーによりビット部に与える打撃力と、前記内管を介して前記ビット部に与える回転力とを推進力とし、前記内管と前記二重管の外管との間にスライムの排出路が形成され、前記水圧ハンマーが前記ビット部に対して相対的に後退されると、前記水圧ハンマーと前記ビット部との間に、前記排出路を清掃する水が前記水圧ハンマーから前記排出路に流出する隙間ができるように構成された二重管削孔機に備えられ、前記二重管削孔機の駆動装置から前記二重管に回転力と掘進方向への押力とを伝達する駆動伝達機構であって、
    前記内管と前記外管とを、一体で回転可能かつこれらの軸方向に相対移動可能に連結したことを特徴とする二重管削孔機の駆動伝達機構。
  2. 前記内管における前記外管よりも掘進方向後側の位置において前記内管から径方向外側に張り出した第1部材と、
    前記第1部材よりも掘進方向前側の位置において前記外管から径方向外側に張り出した第2部材と、
    前記第1部材及び前記第2部材の何れか一方に、前記二重管の軸心に対して平行に支持され、前記第1部材及び前記第2部材の何れか他方に形成された貫通孔に摺動可能に挿通された軸部材と
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の二重管削孔機の駆動伝達機構。
  3. 前記第1部材と前記第2部材とは、円環状に形成されたフランジであり、
    複数の前記軸部材が前記二重管の周りに間隔を空けて配されていることを特徴とする請求項2に記載の二重管削孔機の駆動伝達機構。
  4. 前記軸部材は、前記第1部材に一端を固定され、前記第2部材に形成された前記貫通孔に摺動可能に挿通されており、
    前記第2部材を介して前記第1部材と前記二重管の軸方向に対向するように配され、前記軸部材の他端が固定された第3部材を備えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の二重管削孔機の駆動伝達機構。
  5. 二重管の内管に接続された水圧ハンマーによりビット部に与える打撃力と、前記内管を介して前記ビット部に与える回転力とを推進力とし、前記内管と前記二重管の外管との間にスライムの排出路が形成され、前記水圧ハンマーが前記ビット部に対して相対的に後退されると、前記水圧ハンマーと前記ビット部との間に、前記排出路を清掃する水が前記水圧ハンマーから前記排出路に流出する隙間ができるように構成され、
    駆動装置から前記二重管に回転力と掘進方向への押力とを伝達する駆動伝達機構を備える二重管削孔機であって、
    前記駆動伝達機構は、前記内管と前記外管とを、一体で回転可能かつこれらの軸方向に相対移動可能に連結したことを特徴とする二重管削孔機。
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