JP6330573B2 - Drilling tools - Google Patents
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Description
本発明は、ケーシングパイプの先端側に配置されたリングビットとケーシングパイプ内に挿通されたパイロットビットにより掘削を行う、いわゆる二重管式の掘削工具に関するものである。 The present invention relates to a so-called double-pipe excavation tool that performs excavation using a ring bit disposed on the front end side of a casing pipe and a pilot bit inserted into the casing pipe.
このような二重管式の掘削工具として、特許文献1には、ケーシングパイプの先端部にリングビットが互いの内外周面を対向させて回転自在に挿入されるとともに、ケーシングパイプ内に挿入される伝達部材の先端にはインナービットが取り付けられ、このインナービットによってケーシングパイプに打撃力と推力を、リングビットには加えて回転力を伝達して削孔し、所定の深さまで掘削孔を形成した後はリングビットをケーシングパイプから抜脱して掘削孔に残すようにしたものが提案されている。 As such a double-pipe excavation tool, Patent Document 1 discloses that a ring bit is inserted at the tip of a casing pipe so that the inner and outer peripheral surfaces of the ring bit are opposed to each other, and is inserted into the casing pipe. An inner bit is attached to the tip of the transmission member, and the inner bit applies a striking force and thrust to the casing pipe and a rotational force in addition to the ring bit to drill the hole, forming a drilling hole to a predetermined depth After that, it has been proposed to remove the ring bit from the casing pipe and leave it in the excavation hole.
また、特許文献2には、軸線回りに回転させられるシャンクデバイスの先端部外周に拡径ビットが取り付けられて、掘削時には拡径ビットが拡径した状態で位置決めされてケーシングパイプの先端に突出することにより所定の内径の掘削孔を形成し、掘削終了後は拡径ビットを縮径させてシャンクデバイスごとケーシングパイプ内を通して回収するようにした、いわゆるアンダーリーミングビットが記載されている。
Also, in
ところで、近年このような掘削工具による特定の削孔作業において、ケーシングパイプそのものを挿入するのに十分な内径よりも大きな内径の掘削孔を形成する場合が増えている。例えば、鋼管連壁を埋設する場合には鋼管外周部に継ぎ手が設けられたケーシングパイプを掘削孔に挿入することになり、またケーシングパイプを鋼管外径よりも大きな外径のカップリングによって接続する場合には該カップリングが掘削孔に挿入されるため、継ぎ手やカップリングまでの外径を考慮した内径の掘削孔を形成しなければならない。さらに、水井戸等で止水のために鋼管の周囲をセメンティングする場合にも、鋼管外径に対してより大きな内径の掘削孔が必要となる。 Incidentally, in recent years, in a specific drilling operation using such a drilling tool, there is an increasing number of cases where a drilling hole having an inner diameter larger than an inner diameter sufficient to insert the casing pipe itself is formed. For example, when a steel pipe connection wall is buried, a casing pipe having a joint on the outer periphery of the steel pipe is inserted into the drilling hole, and the casing pipe is connected by a coupling having an outer diameter larger than the outer diameter of the steel pipe. In some cases, since the coupling is inserted into the excavation hole, an excavation hole having an inner diameter in consideration of the outer diameter up to the joint and the coupling must be formed. Furthermore, when cementing the periphery of a steel pipe to stop water in a water well or the like, a drilling hole having a larger inner diameter than the outer diameter of the steel pipe is required.
このような内径の大きな掘削孔の形成を、特許文献1に記載された二重管式の掘削工具によって行う場合には、リングビットの外径を大きくすることになるが、上述のようにリングビットはその後端部の外周面をケーシングパイプの内周面に対向させて回転自在に挿入されるため、リングビットの内径は変わることがなく、半径方向の寸法が大きくなることになる。そして、このリングビットは、最終的には回収されずに掘削孔に残されてしまうため、施工コストの増大を招く結果となる。また、リングビットへの回転力はケーシングパイプ内を通してリングビットに挿通されたインナービットにより伝達されるため、リングビットの外径が大きくなると十分な回転力を伝達することができず、削孔性能が低下するおそれもある。 When such a drilling hole having a large inner diameter is formed by the double pipe type drilling tool described in Patent Document 1, the outer diameter of the ring bit is increased. Since the bit is rotatably inserted with the outer peripheral surface of the rear end thereof facing the inner peripheral surface of the casing pipe, the inner diameter of the ring bit does not change, and the radial dimension increases. And since this ring bit is finally collected in the excavation hole without being collected, it results in an increase in construction cost. In addition, since the rotational force to the ring bit is transmitted by the inner bit inserted into the ring bit through the casing pipe, if the outer diameter of the ring bit becomes large, sufficient rotational force cannot be transmitted, and the drilling performance May decrease.
一方、特許文献2に記載されたアンダーリーミングビットを用いて内径の大きな掘削孔を形成する場合には、拡径した状態の拡径ビットの軸線からの半径を大きくすることになる。しかしながら、掘削終了後に拡径ビットを縮径させてシャンクデバイスごと回収するためには拡径ビットを大きくするにも限度があり、さらに内径の大きな掘削孔を形成するには負荷が大きくなって、拡径ビットを回転自在に支持する軸に損傷が生じるおそれもある。また、拡径ビットに配設される掘削チップの設置量にも限度があり、掘削孔が大径になるほど、やはり削孔性能が低下することになる。
On the other hand, when forming an excavation hole with a large inner diameter using the underreaming bit described in
本発明は、このような背景の下になされたもので、ケーシングパイプの外径に対してより大きな内径の掘削孔を削孔する場合に、削孔性能の低下や損傷の発生、施工コストの増大を防ぐ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。 The present invention has been made under such a background. When a drilling hole having a larger inner diameter than the outer diameter of the casing pipe is drilled, the drilling performance is deteriorated, damage is generated, and the construction cost is reduced. An object of the present invention is to provide a drilling tool capable of preventing an increase.
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、軸線を中心とした円筒状のケーシングパイプと、このケーシングパイプの先端側に同軸に配置される上記ケーシングパイプよりも外径の大きな円環状のリングビットと、上記ケーシングパイプ内を通って上記リングビットの内周部に挿通されるパイロットビットとを備え、上記パイロットビットは上記軸線回りに回転可能とされるとともに、このパイロットビットの先端外周部にはビットヘッドが設けられ、上記ビットヘッドは、上記軸線から偏心した中心線回りに回転自在とされて、上記パイロットビットが掘削時の工具回転方向に回転したときに上記軸線からの半径が拡径して上記パイロットビットに支持され、上記リングビットには、拡径した上記ビットヘッドに対して、この拡径した上記ビットヘッドの上記掘削時の工具回転方向を向く壁面が当接する上記掘削時の工具回転方向とは反対側を向く壁面を備えて上記掘削時の工具回転方向に係合させられる被係合部と、上記軸線方向の先端側に当接可能とされた第1の当接部とが設けられていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve such an object, the present invention provides a cylindrical casing pipe centering on the axis and a casing pipe coaxially disposed on the tip side of the casing pipe. An annular ring bit having a large outer diameter, and a pilot bit inserted through the casing pipe and into the inner periphery of the ring bit, the pilot bit being rotatable around the axis, A bit head is provided on the outer periphery of the tip of the pilot bit, and the bit head is rotatable around a center line eccentric from the axis, and when the pilot bit rotates in the tool rotation direction during excavation. The radius from the axis is expanded and supported by the pilot bit, and the ring bit is opposed to the expanded bit head. Te, engagement comprises a wall facing opposite to the wall surface facing the tool rotating direction during the drilling of this diameter was the bit head and the tool rotating direction during the drilling in contact with the tool rotating direction during the drilling An engaged portion to be engaged and a first abutting portion capable of abutting on the distal end side in the axial direction are provided.
このような掘削工具においては、パイロットビットの先端外周部に設けられたビットヘッドが掘削時に拡径し、この拡径したビットヘッドに対してリングビットに設けられた第1の当接部が軸線方向先端側に当接するので、まずリングビットを先端側に抜け止めすることができる。そして、このリングビットは、その被係合部が拡径したビットヘッドに対して掘削時の工具回転方向にも係合させられるので、パイロットビットからビットヘッドを介してリングビットに回転力を伝達することができる。 In such a drilling tool, the bit head provided at the outer peripheral portion of the tip end of the pilot bit expands during drilling, and the first contact portion provided in the ring bit with respect to the expanded bit head has an axis line Since the ring bit comes into contact with the front end in the direction, the ring bit can be prevented from coming off at the front end. And this ring bit is engaged in the tool rotation direction at the time of excavation with respect to the bit head whose engaged portion is expanded in diameter, so that the rotational force is transmitted from the pilot bit to the ring bit via the bit head. can do.
従って、リングビットの外径をケーシングパイプの外径に対してより大きくしても、軸線からの半径が拡径して大きくなったビットヘッドにより、十分な回転力をリングビットに伝達して削孔性能を確保することができる。また、こうしてリングビットの被係合部が拡径したビットヘッドに対して掘削時の工具回転方向に係合させられることにより、リングビットの後端部外周面をケーシングパイプの内周面に対向させて回転自在に挿入する必要も無くなるため、リングビットの内径を大きくすることができ、すなわちリングビットの体積を小さくして必要な材料を減らすことができるので、掘削終了後にビットヘッドを掘削時とは反対向きに回転させてリングビットを掘削孔に残す場合にも施工コストが増大するのを抑えることができる。 Therefore, even if the outer diameter of the ring bit is made larger than the outer diameter of the casing pipe, the bit head whose radius from the axis is enlarged and transmitted is transmitted to the ring bit with a sufficient rotational force. Hole performance can be ensured. The ring bit engaged portion is engaged with the bit head whose diameter has been expanded in the tool rotation direction during excavation, so that the outer peripheral surface of the rear end of the ring bit faces the inner peripheral surface of the casing pipe. Since there is no need to insert the ring bit in a rotatable manner, the inner diameter of the ring bit can be increased, that is, the volume of the ring bit can be reduced and the required material can be reduced. Even when the ring bit is left in the excavation hole by rotating in the opposite direction, it is possible to suppress an increase in construction cost.
これに対して、パイロットビットにおいては、拡径した状態のビットヘッドの軸線からの半径を掘削孔の半径ほど大きくしなくても、リングビットによって内径の大きな掘削孔を形成することができ、過大な負荷を作用させることなくビットヘッドの損傷等を防止することができる。また、掘削孔の外周側を掘削する円環状のリングビットにおける掘削チップの設置量は比較的自由に設定することができ、チップ不足による削孔性能の低下も防ぐことが可能となる。 On the other hand, in the pilot bit, a drill bit having a large inner diameter can be formed by the ring bit even if the radius from the axis of the bit head in the expanded state is not as large as the radius of the drill hole. It is possible to prevent the bit head from being damaged without applying a heavy load. Moreover, the installation amount of the excavation tip in the annular ring bit excavating the outer peripheral side of the excavation hole can be set relatively freely, and it is possible to prevent the drilling performance from being lowered due to the shortage of the tip.
ここで、上記リングビットの内周部に外周側に凹む凹部を形成して、この凹部を上記被係合部とすれば、リングビットの体積を一層削減することができて、さらなる施工コストの抑制を図ることができる。なお、このときには、凹部に隣接するリングビットの先端面を上記第1の当接部としてもよく、また凹部に軸線方向先端側を向く底面を形成して、これを第1の当接部としてもよい。 Here, if a concave portion recessed on the outer peripheral side is formed in the inner peripheral portion of the ring bit and this concave portion is used as the engaged portion, the volume of the ring bit can be further reduced, and the construction cost can be further reduced. Suppression can be achieved. At this time, the tip end surface of the ring bit adjacent to the recess may be the first contact portion, or a bottom surface facing the tip end in the axial direction is formed in the recess, and this is used as the first contact portion. Also good.
また、パイロットビットに与えられる軸線方向先端側への打撃力と推力によってケーシングパイプを掘削孔に建て込むには、特許文献1、2に記載された掘削工具と同じようにケーシングパイプの先端内周部には内径が一段小さくなる小径部を形成するとともに、パイロットビットの後端外周部には上記小径部に軸線方向の後端側から当接可能な段部のような第2の当接部を形成して打撃力と推力を伝達すればよい。そして、このときには、上記リングビットの内径を上記小径部の内径以上として大きくすることにより、上述のようにリングビットの体積を小さくして確実に施工コストを抑制することができる。
In addition, in order to build the casing pipe in the excavation hole by the striking force and thrust to the axial tip provided to the pilot bit, the inner periphery of the end of the casing pipe is the same as the excavation tool described in
一方、リングビットに軸線方向先端側への打撃力と推力を伝達するには、特許文献1に記載された掘削工具のようにパイロットビットから直接伝達するようにしてもよいが、その場合に、上述のようにケーシングパイプの先端内周部に小径部を形成してパイロットビットの段部を当接可能としたときには、リングビットにケーシングパイプの小径部よりもさらに内径が小さくなる小径部を形成してパイロットビットに当接させなければならなくなり、上述のようにリングビットの内径を小さくして施工コストを抑制することが困難となるおそれがある。 On the other hand, in order to transmit the striking force and thrust to the axial direction tip side to the ring bit, it may be transmitted directly from the pilot bit as in the excavation tool described in Patent Document 1, As described above, when a small diameter portion is formed on the inner periphery of the tip of the casing pipe so that the step portion of the pilot bit can be contacted, a small diameter portion having a smaller inner diameter than the small diameter portion of the casing pipe is formed on the ring bit. In this case, it is necessary to abut the pilot bit, and as described above, it may be difficult to reduce the inner diameter of the ring bit to reduce the construction cost.
そこで、特にこのような場合には、上記ビットヘッドに、拡径した状態で上記リングビットの上記軸線方向後端側を向く面に当接可能な第3の当接部を設けることにより、リングビットにケーシングパイプの小径部よりも内径の小さい小径部を形成する必要がなくなって、一層確実に施工コストを抑制することができるとともに、このビットヘッドの第3の当接部を介してパイロットビットから軸線方向先端側への打撃力と推力をリングビットに確実に伝達することが可能になる。 Therefore, particularly in such a case, by providing the bit head with a third abutting portion capable of abutting on the surface of the ring bit facing the rear end side in the axial direction in an expanded state, It is no longer necessary to form a small diameter portion having a smaller inner diameter than the small diameter portion of the casing pipe in the bit, so that the construction cost can be more reliably suppressed and the pilot bit can be connected via the third contact portion of this bit head. Thus, it is possible to reliably transmit the striking force and thrust from the axial direction to the tip end in the axial direction to the ring bit.
さらに、この場合には、拡径したビットヘッドの上記第3の当接部の軸線からの最大の半径を、ケーシングパイプの先端外周部の軸線からの半径よりも大きくすることにより、リングビットには削孔を行う外周側で打撃力と推力を伝達することができ、ケーシングパイプの外径に対してより大きな内径の掘削孔を形成する場合に、さらに効率的な削孔を行うことが可能となるとともに、リングビットの軸線方向の厚さも薄くすることができて、一層の施工コスト削減を図ることができる。 Furthermore, in this case, the maximum radius from the axis of the third contact portion of the expanded bit head is made larger than the radius from the axis of the outer peripheral portion of the tip of the casing pipe. Can transmit striking force and thrust on the outer circumference side where drilling is performed, and when drilling holes with a larger inner diameter than the outer diameter of the casing pipe are formed, more efficient drilling can be performed At the same time, the thickness of the ring bit in the axial direction can be reduced, and the construction cost can be further reduced.
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外径に対してより大きな内径の掘削孔を形成する場合でも、削孔性能の低下や施工コストの増大、あるいは工具の損傷等を招くことなく、リングビットに十分な回転力を伝達して効率的な削孔を行うことが可能となる。 As described above, according to the present invention, even when an excavation hole having a larger inner diameter than the outer diameter of the casing pipe is formed, the drilling performance is reduced, the construction cost is increased, or the tool is damaged. Therefore, it is possible to transmit a sufficient rotational force to the ring bit and perform efficient drilling.
図1ないし図5は、本発明の掘削工具の一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1は、鋼材等の金属材料により軸線Oを中心とする円筒状に形成されるとともに、このケーシングパイプ1の先端部(図1における左側部分)には、同じく鋼材等の金属材料により多段円筒状に形成されたケーシングトップ1Aが取り付けられている。 1 to 5 show an embodiment of an excavation tool of the present invention. In the present embodiment, the casing pipe 1 is formed in a cylindrical shape centering on the axis O with a metal material such as steel, and at the tip portion (left side portion in FIG. 1) of the casing pipe 1 is also steel or the like. A casing top 1 </ b> A formed in a multi-stage cylindrical shape is attached.
ケーシングトップ1Aは、その内径がケーシングパイプ1の内径よりも一段小さな一定の内径とされるとともに、先端部の外径はケーシングパイプ1と同径とされ、後端部の外径はケーシングパイプ1内に嵌挿可能な大きさとされている。ケーシングトップ1Aは、この後端部がケーシングパイプ1の先端側から嵌め入れられた上で溶接等によって接合されることにより、ケーシングパイプ1と同軸に一体化されている。 The casing top 1 </ b> A has a constant inner diameter that is one step smaller than the inner diameter of the casing pipe 1, the outer diameter of the front end is the same as the casing pipe 1, and the outer diameter of the rear end is the casing pipe 1. It is the size which can be inserted in. The casing top 1 </ b> A is integrated coaxially with the casing pipe 1 by joining the rear end portion of the casing top 1 </ b> A from the front end side of the casing pipe 1 by welding or the like.
このようにケーシングトップ1Aが取り付けられることにより、ケーシングパイプ1の先端内周部には、内径が一段小さくなる小径部1Bが形成される。なお、この小径部1Bの後端面は、内周側に向かうに従い僅かに先端側に向かうように傾斜する軸線Oを中心とした凹円錐面状に形成されている。
By attaching the casing top 1 </ b> A in this way, a small diameter portion 1 </ b> B having a smaller inner diameter is formed on the inner peripheral portion of the tip of the casing pipe 1. The rear end surface of the small-
ケーシングパイプ1内には、その後端側(図1における右側)からパイロットビット2が挿通される。このパイロットビット2は、やはり鋼材等の金属材料により外形が多段の円柱状に形成されており、その後端部は小径のシャンク部2Aとされていて、このシャンク部2Aに取り付けられるダウンザホールハンマHから軸線O方向先端側に向けた打撃力が伝達される。
A
また、このダウンザホールハンマHの後端側には、図示されない掘削ロッドが必要に応じて継ぎ足されて連結されるとともに、最後端の掘削ロッドは掘削装置に取り付けられている。この掘削装置からパイロットビット2には、掘削ロッドおよびダウンザホールハンマHを介して軸線O方向先端側に向けた推力と掘削時の工具回転方向Tに向けた回転力とが伝達される。なお、ケーシングパイプ1も必要に応じて後端側に継ぎ足されて掘削孔に挿入されてゆく。
Further, a drill rod (not shown) is connected to the rear end side of the down-the-hole hammer H as necessary, and the rearmost drill rod is attached to a drilling device. From this excavator, the
シャンク部2Aよりも先端側において、パイロットビット2の外周には外径が最大となる段部が形成されて、本実施形態の第2の当接部2Bとされている。この第2の当接部2Bの外径はケーシングパイプ1の内径より僅かに小さく、ケーシングトップ1Aによる小径部1Bの内径よりは大きくされている。さらに、第2の当接部2Bの先端面は、内周側に向かうに従い僅かに先端側に向かうように傾斜する凸円錐面状に形成されており、その傾斜角は凹円錐面状をなす小径部1Bの後端面の傾斜角と等しくされている。
A stepped portion having the maximum outer diameter is formed on the outer periphery of the
従って、パイロットビット2は、ケーシングパイプ1の後端側から挿通されて第2の当接部2Bが小径部1Bに当接したところで、ケーシングパイプ1およびケーシングトップ1Aと同軸とされて軸線O方向先端側に一体に前進可能、かつ軸線O回りにはケーシングパイプ1およびケーシングトップ1Aに対して相対的に回転可能とされる。また、この第2の当接部2Bよりも先端側におけるパイロットビット2の外径は、ケーシングトップ1Aによる小径部1Bの内径よりも僅かに小さな一定の外径とされており、こうして第2の当接部2Bが小径部1Bに当接した状態で、パイロットビット2の先端部はケーシングトップ1Aの先端から大きく突出するように形成されている。
Therefore, when the
このようにケーシングトップ1Aの先端から突出したパイロットビット2の先端部の外周には、ケーシングトップ1Aよりも先端側に位置するように収容凹所3が形成されている。この収容凹所3は、ケーシングトップ1Aよりも先端側に位置して先端側を向く軸線Oに垂直な底面3Aと、この底面3Aの内周縁から軸線Oに平行に先端側に延びてパイロットビット2の先端面に達する壁面3Bとを備えて、パイロットビット2の先端部の外周面と先端面とに開口するように形成されている。本実施形態では、同形同大のこのような収容凹所3が周方向に等しい間隔をあけて複数(3つ)形成されている。
In this manner, a
この収容凹所3の壁面3Bは、パイロットビット2の外周側を向く平面状の第1壁部3aと、この第1壁部3aの工具回転方向Tとは反対側に位置して工具回転方向Tを向く平面状の第2壁部3bと、第1壁部3aの工具回転方向T側に位置して工具回転方向Tとは反対側を向く平面状の第3壁部3cとを備えている。第2、第3壁部3b、3cは周方向の間隔が外周側に向かうに従い大きくなるように形成されており、このうち第2壁部3bは、外周側に向かうに従い工具回転方向T側に向かうように延びている。
The
また、第1、第2壁部3a、3bの境界部と第1、第3壁部3a、3cの境界部には、軸線Oに平行な直線を中心として各壁部3a〜3cにそれぞれ接する凹円筒面状の第4壁部3dと第5壁部3eとが形成されている。第1、第2壁部3a、3bの境界部に形成される第4壁部3dがなす凹円筒面の半径は、第1、第3壁部3a、3cの境界部に形成される第5壁部3eがなす凹円筒面の半径よりも大きくされている。
Further, the boundary portions of the first and
さらに、各収容凹所3の底面3Aの工具回転方向T側からは、軸線Oに平行に後端側に延び、上記第2の当接部2Bを越えてシャンク部2Aの外周側に達する繰り粉の排出溝2Cが形成されている。排出溝2Cは、軸線Oに垂直な断面において略方形状をなしてパイロットビット2の先端部外周面に開口しており、パイロットビット2の外周側を向く排出溝2Cの底面は、第2の当接部2Bの後端に達するところで凹曲面状をなして外周側に僅かに切れ上がっているとともに、この底面と収容凹所3の底面3Aとが交差する部分は、両底面に鈍角に交差する傾斜面2Dによって面取りされている。
Furthermore, from the tool rotation direction T side of the
一方、各収容凹所3の底面3Aの工具回転方向Tとは反対側には、軸線Oに平行な中心線Cを有する断面円形の取付孔3Cがそれぞれ形成されている。この取付孔3Cの中心線Cは、第1、第2壁部3a、3bの境界部に形成される上記第4壁部3dがなす凹円筒面の中心線と一致させられていて、軸線Oから外周側に偏心している。また、取付孔3Cの内径(半径)は、第4壁部3dがなす凹円筒面の半径と略等しいか、僅かに小さい程度とされている。
On the other hand, a mounting
このようなパイロットビット2の収容凹所3には、それぞれビットヘッド4が取り付けられる。ビットヘッド4は、上記取付孔3Cに摺動可能に嵌め入れられる円柱状の軸部4Aと、この軸部4Aの先端側のヘッド本体4Bとが鋼材等の金属材料によって一体に形成されていて、上記中心線C回りに回転自在に取り付けられ、図2に示すようにヘッド本体4Bが第1壁部3aに当接したところで収容凹所3内に収容されて軸線Oからの半径が縮径した状態で位置決めされ、図3に示すようにヘッド本体4Bが第2壁部3bに当接したところで軸線Oからの半径が拡径した状態で位置決めされる。ヘッド本体4Bの後端面は中心線Cに垂直な平面状とされている。
Bit heads 4 are respectively attached to the receiving recesses 3 of
軸部4Aの外周には、中心線Cに沿った断面においては図1に示すように半長円状をなし、また中心線Cに垂直な断面においては図2および図3に示すように略L字状をなして延びる切欠4Cが形成されている。これに対して、パイロットビット2の先端部には、軸部4Aを取付孔3Cに挿入して該軸部4Aの後端面を取付孔3Cの底面に当接させるとともにヘッド本体4Bの後端面を収容凹所3の底面3Aに当接させた状態で軸線O方向に上記切欠4Cと相対する位置に、軸線Oに直交する断面において取付孔3Cの接線方向にピン5が打ち込まれており、このピン5の周面が取付孔3C内に露出して切欠4Cと係合することにより、ビットヘッド4は中心線C回りに回転自在とされつつ先端側に抜け止めされる。
The outer periphery of the
また、ヘッド本体4Bの側面のうち上記軸部4Aの外周面の延長上に位置する第1側面4aは、この外周面と面一あるいは僅かに大きな外径の中心線Cを中心とした凸円筒面状に形成され、収容凹所3の壁面3Bの第4壁部3dに摺接可能とされている。さらに、この第1側面4aを間にする第2、第3側面4b、4cは平面状に形成されており、このうち第2側面4bは図2に示すようにビットヘッド4が縮径した状態で収容凹所3の壁面3Bの第1壁部3aに当接させられて、このとき第3側面4cはパイロットビット2の外周側を向き、またこの第3側面4cはビットヘッド4が拡径した状態で第2壁部3bに当接させられて、このとき第2側面4bは工具回転方向Tに向けられる。
Further, the
さらに、第1側面4aとは反対側でこれら第2、第3側面4b、4cの間に位置する第4側面4dは、ビットヘッド4が拡径した状態で図3に示すようにパイロットビット2の外周に突出して軸線Oを中心とした円筒面上に位置するように形成されている。なお、この第4側面4dと第3側面4cとの交差稜線部は、図2に示すようにビットヘッド4が縮径した状態でパイロットビット2の先端部の外径よりも僅かに小さな径の軸線Oを中心とした円筒面により面取りされるように形成されており、これにより縮径して収容凹所3に収容されたヘッド本体4Bはパイロットビット2の先端部の外周面がなす円筒面の内側に位置する。
Further, the
また、この第4側面4dは、図1に示すように中心線C方向に向けては軸線Oに対する内外周に凹凸する多段(本実施形態では3段)状に形成されており、このうち最後端の段は軸線Oから最も外周側に突出させられて、この最後端の段が形成された部分が本実施形態における第3の当接部4Dとされている。この第3の当接部4Dは、その先端側を向く面が中心線Cに垂直な平坦面とされるとともに、ビットヘッド4が拡径した状態での軸線Oからの最大の半径Rが図1に示すようにケーシングパイプ1およびケーシングトップ1Aの先端外周部の軸線Oからの半径rよりも大きくなるようにされている。
Further, as shown in FIG. 1, the
なお、この第3の当接部4Dが形成された第4側面4dと第2側面との交差稜線部は、収容凹所3の第5壁部3eがなす凹円筒面と略等しい半径の凸円筒面状に面取りされ、図2に示すようにビットヘッド4が縮径した状態でこの第5壁部3eに当接させられる。また、上記第4側面4dのうち最先端の段は、ビットヘッド4が拡径した状態で後端側に向かうに従い内周側に向かうように僅かに傾斜している。
The intersecting ridge line portion between the
さらに、この最先端の段と上記第3の当接部4Dが形成された最後端の段との間に位置する中段において、第4側面4dは軸線Oに平行に延びるように形成されている。さらにまた、この中段における第4側面4dと上記第2側面4bとが交差する角部には、該角部を中心線Cに直交する断面において略L字状に切り欠くようにして係合部4Eが形成されている。
Furthermore, the
この係合部4Eは、ビットヘッド4が拡径した状態で外周側を向く第1壁面4eと工具回転方向Tを向く第2壁面4fと、上記第3の当接部4Dの先端側を向く面と面一とされた底面4gと、この底面4gに平行に対向して後端側を向く天井面4hとを有している。同じくビットヘッド4が拡径した状態で、第1壁面4eはパイロットビット2の第2の当接部2Bよりも僅かに大きな外径の軸線Oを中心とした円筒面上に位置し、また第2壁面4fは外周側に向かうに従い僅かに工具回転方向T側に向かうように形成されている。
The
さらに、上記第4側面4dの最先端の段とヘッド本体4Bの先端面との交差稜線部は、ビットヘッド4が拡径した状態で軸線Oを中心とした円錐台面状をなすようにして中心線C側に向かうに従い先端側に向かう傾斜面とされている。また、パイロットビット2の先端面と外周面との交差稜線部も、収容凹所3によって切り欠かれた部分を除いて、同様に軸線Oを中心とした円錐台面状をなして内周側に向かうに従い先端側に向けて傾斜する傾斜面とされている。
Further, the intersecting ridge line portion between the foremost step of the
さらにまた、これら傾斜面とされた部分を除いたパイロットビット2とビットヘッド4のヘッド本体4Bの先端面は、それぞれ軸線Oと中心線Cに垂直な平坦面とされている。また、ヘッド本体4Bの中心線C方向の長さは、収容凹所3の底面3Aからパイロットビット2の先端面までの深さと等しくされており、従ってビットヘッド4が収容凹所3に収容された状態でこれらパイロットビット2とヘッド本体4Bの先端面は面一となる。
Furthermore, the tip surfaces of the
そして、これらパイロットビット2とビットヘッド4のヘッド本体4Bの先端面と各傾斜面には、パイロットビット2やビットヘッド4を形成する鋼材等よりも硬質の超硬合金等からなる複数(多数)の掘削チップ6が設けられている。これらの掘削チップ6は、上記先端面および傾斜面から突出する例えば半球状の頭部と円柱状の胴部とが一体形成されたものであって、先端面および傾斜面にそれぞれ垂直に形成された円形孔に上記胴部が圧入、焼き嵌めや冷やし嵌め、あるいはロウ付けされることにより固定される。
A plurality (many) of a hard metal or the like harder than the steel material or the like forming the
さらに、ケーシングパイプ1の先端側には、その軸線Oと同軸に円環状のリングビット7が配設される。このリングビット7は、やはり鋼材等の金属材料により円環板状に形成されて、その軸線O方向を向く先後端面は軸線Oに垂直とされ、ただし先端面と外周面との交差稜線部は軸線Oを中心とした円錐台状の傾斜面とされている。この傾斜面と先端面の外周部にも、パイロットビット2およびビットヘッド4と同様に、超硬合金等の硬質材料により形成された掘削チップ6が垂直に突出するように設けられている。
Further, an
また、リングビット7の外径は、ケーシングパイプ1およびケーシングトップ1Aの外径よりも大きく、拡径したビットヘッド4の外径よりも大きくされている。また、リングビット7の内径はパイロットビット2の第2の当接部2Bの外径より僅かに大きく、従ってケーシングトップ1Aによりケーシングパイプ1内に形成される小径部1Bの内径よりも大きくされるとともに、拡径した状態のビットヘッド4の外径よりは小さく、上記係合部4Eの第1壁面4eが嵌め入れ可能な大きさとされている。また、リングビット7の軸線O方向の厚さは、これら内外径の間の幅よりも小さくされるとともに、上記係合部4Eの底面4gと天井面4hとの間隔よりも僅かに小さくされている。
Further, the outer diameter of the
さらに、このリングビット7の内周部には、外周側に凹む凹部が周方向に等間隔にビットヘッド4と同数の3つ形成されていて、この凹部が図3に示すようにビットヘッド4の上記係合部4Eと掘削時の工具回転方向Tに係合させられる被係合部7Aとされている。この被係合部7Aは、リングビット7の内周部から一段外周側に後退して内周側を向く第1壁面7aと、この第1壁面7aから内周部に延びる工具回転方向Tの反対側を向く第2壁面7bおよび工具回転方向Tを向く第3壁面7cとを備えて、本実施形態ではリングビット7を軸線O方向に貫通するように形成されている。
Further, the inner periphery of the
このうち第1壁面7aは軸線Oを中心とした円筒面上に位置しており、その軸線Oからの半径は、拡径したビットヘッド4の外周側を向く上記第4側面4dのうち最先端の段と中段の軸線Oからの半径よりも僅かに大きくされるとともに第3の当接部4Dの半径Rよりは小さくされている。また、第1壁面7aの周方向の長さは、第4側面4dの中段の周方向の長さのうち係合部4Eを除いた長さより僅かに長くされている。
Of these, the
また、第2、第3壁面7b、7cは、外周側に向かうに従い工具回転方向Tに向かうように延びており、このうち第2壁面7bが軸線Oに対する半径方向に対してなす角度は、拡径したビットヘッド4の係合部4Eにおける第2壁面4fが軸線Oに対する半径方向に対してなす角度と等しくされている。また、第3壁面7cは、図3に示したように被係合部7Aが係合部4Eに係合させられた状態で、パイロットビット2の収容凹所3における取付孔3Cの中心線Cを中心とした凹円筒面状をなすように形成されている。
The second and third wall surfaces 7b and 7c extend in the tool rotation direction T toward the outer peripheral side, and the angle formed by the
なお、パイロットビット2には、シャンク部2Aの後端から軸線Oに沿って有底の供給孔8が該軸線O方向において収容凹所3の中央部辺りまで穿設されており、ダウンザホールハンマH側から圧縮空気が供給可能とされている。この供給孔8からは、該供給孔8より小径の3つずつの第1〜第3ブロー孔8A〜8Cが外周側に向かうに従い先端側に向かうように斜めに分岐している。
The
第1ブロー孔8Aはパイロットビット2の先端部の外周面における上記第2の当接部2Bの先端側に開口するとともに、この第1ブロー孔8Aからはさらに小径の第4ブロー孔8Dが軸線Oに平行に分岐して取付孔3Cの底面中央に開口している。また、第2ブロー孔8Bは第1ブロー孔8Aよりも先端側で分岐して、繰り粉の排出溝2Cの底面と収容凹所3の底面3Aとの間の傾斜面2Dに略垂直に開口している。さらに、第3ブロー孔8Cは第1、第2ブロー孔8A、8Bよりも大径とされ、供給孔8の先端で分岐して収容凹所3の第1壁部3aの第5壁部3e側に開口している。
The
このような掘削工具は、ビットヘッド4を縮径してヘッド本体4Bを収容凹所3に収容した状態でパイロットビット2がケーシングパイプ1の後端側から挿入され、第2の当接部2Bがケーシングトップ1Aの後端面に当接したところで軸線O方向に位置決めされる。次いで、ヘッド本体4Bを収容したまま、図2に示すように被係合部7Aの周方向の位置を収容凹所3に合わせて先端側からリングビット7をパイロットビット2の先端部に挿入し、軸線O方向においてヘッド本体4Bの係合部4Eの位置に配置する。
In such an excavation tool, the
そして、この状態からビットヘッド4を拡径しつつリングビット7を掘削時の工具回転方向Tとは反対側に相対的に回転させると、図3に示すように拡径したビットヘッド4の係合部4Eにおける第2壁面4fがリングビット7の被係合部7Aにおける第2壁面7bに密着して当接することにより係合するとともに、ヘッド本体4Bにおける第3側面4cが収容凹所3の第2壁部3bに当接させられて支持され、パイロットビット2およびビットヘッド4に対してリングビット7が工具回転方向Tに一体に回転可能となる。
Then, if the
また、軸線O方向においては、図1および図3に示すようにリングビット7の先端面のうち被係合部7Aの工具回転方向T側の部分が係合部4Eの天井面4hに僅かな間隔を開けて対向して当接可能となることにより、リングビット7が先端側に抜け止めされる。すなわち、本実施形態では、リングビット7の先端面のうちこの被係合部7Aの工具回転方向T側の部分が、拡径したビットヘッド4に対して軸線O方向の先端側に当接可能とされた第1の当接部7Bとされる。さらに、係合部4Eの底面4gとこれに面一な第3の当接部4Dの先端側を向く面とはリングビット7の後端面に当接して先端側に支持し、これによりケーシングパイプ1およびリングビット7は、パイロットビット2およびビットヘッド4と一体に軸線O方向先端側に前進可能となる。
Further, in the direction of the axis O, as shown in FIGS. 1 and 3, the portion on the tool rotation direction T side of the engaged
従って、この状態からダウンザホールハンマHによってパイロットビット2およびビットヘッド4と、第3の当接部4Dを介してリングビット7とに軸線O方向先端側に向けての打撃力を伝達するとともに、上記掘削装置からは推力と工具回転方向Tに向けた回転力を伝達することにより、これらパイロットビット2、ビットヘッド4、およびリングビット7の先端面に設けられた掘削チップ6によって削孔作業が行われ、また形成された掘削孔にケーシングパイプ1が挿入されてゆく。なお、削孔中は供給孔8から第1〜第4のブロー孔8A〜8Dを介して圧縮空気が噴出させられ、掘削チップ6によって生成された繰り粉を排出溝2Cからケーシングパイプ1内を通して排出するとともに、取付孔3Cや小径部1B内への繰り粉の噛み込みを防止する。
Accordingly, from this state, the down-the-hole hammer H transmits the striking force toward the front end side in the direction of the axis O to the
こうして所定の深さまで掘削孔が形成された後は、上記構成の掘削工具では掘削装置によってパイロットビット2を掘削時の工具回転方向Tとは反対側に回転させる。すると、ビットヘッド4はそのヘッド本体4Bが掘削孔との摩擦と被係合部7Aの第3壁面7cに案内されることによって図2に示したように縮径するので、そのままパイロットビット2およびダウンザホールハンマHごとケーシングパイプ1から引き抜くことにより、リングビット7を掘削孔に残してパイロットビット2およびビットヘッド4を回収することができる。
After the excavation hole is formed to a predetermined depth in this way, in the excavation tool having the above configuration, the excavator rotates the
このように、上記構成の掘削工具によれば、拡径した上記ビットヘッド4のヘッド本体4Bからリングビット7の被係合部7Aに工具回転方向Tへの回転力が伝達されるので、パイロットビット2およびビットヘッド4の回転中心となる軸線Oからより離れた位置で効率的に回転力を伝達することができる。このため、ケーシングパイプ1の外径に対してより大きな内径の掘削孔を形成する場合でも、リングビット7に十分な回転力を伝達して削孔性能を確保することができる。
Thus, according to the excavation tool having the above-described configuration, the rotational force in the tool rotation direction T is transmitted from the
しかも、本実施形態では、図1に示したようにパイロットビット2およびビットヘッド4はリングビット7の先端側に一段突出しているため、これらパイロットビット2およびビットヘッド4の掘削チップ6により内周部が削孔されて破砕され易くなった掘削孔の外周部をリングビット7の掘削チップ6が削孔することになる。このため、リングビット7への負荷を抑えてより効率的な削孔を行うこともできる。ただし、パイロットビット2およびビットヘッド4の先端面とリングビット7の先端面とは面一とされていてもよく、またリングビット7の先端面がパイロットビット2およびビットヘッド4の先端面より突出していてもよい。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the
また、掘削孔の外周側はリングビット7によって削孔されるので、パイロットビット2およびビットヘッド4においては、拡径したヘッド本体4Bの軸線Oからの半径を掘削孔の内径ほどは大きくする必要がなく、このためビットヘッド4の軸部4A等への負担を軽減することができて損傷を防止することができる。さらに、リングビット7は円環状をなしているので、例えば図3に示したように周方向において拡径したビットヘッド4が位置する範囲以外にも掘削チップ6を配設するなど、比較的自由に掘削チップ6の設置量や位置を設定することができ、掘削チップ6が部分的に不足することによる削孔性能の低下も防止することができる。
Further, since the outer peripheral side of the excavation hole is drilled by the
一方、リングビット7においては、上述のようにその被係合部7Aが拡径したビットヘッド4に係合させられて工具回転方向Tに一体に回転可能に支持されるとともに回転力が伝達されるので、ケーシングパイプ1によって支持する必要がなくなって、その内径を大きくすることができる。このため、リングビット7の体積を小さくして必要な鋼材等の材料を削減することができ、掘削終了後にリングビット7を掘削孔に残す場合でも施工コストの増大を抑えることができる。
On the other hand, in the
また、上述のように掘削孔の内周部はパイロットビット2およびビットヘッド4の掘削チップ6により内周部が削孔されるので、本実施形態では軸線Oからの径方向において、拡径したビットヘッド4のヘッド本体4B先端面に掘削チップが設けられた範囲には、図1および図3に示したようにリングビット7に掘削チップ6を設ける必要はない。このため、やはり掘削孔に残されるリングビット7に高価な超硬合金よりなる掘削チップ6が必要以上に多く設けられるのを避けることができて、コスト削減を図ることができる。
Further, as described above, the inner peripheral portion of the excavation hole is drilled by the
さらに、本実施形態では、リングビット7の内周部に外周側に向けて凹む凹部が形成されて被係合部7Aとされている。この点、例えばリングビット7の先端面に凸部を被係合部として形成して、この凸部に拡径したビットヘッド4のヘッド本体4Bを工具回転方向Tに係合させることも可能であるが、その場合には凸部に回転力による負荷が集中して損傷を生じるおそれがあるとともに、リングビット7の体積も凸部分だけ大きくなって材料コストが増えることになる。これに対して、本実施形態では、円環状のリングビット7の本体そのもので回転力を受け止めることができるとともに、リングビット7の体積およびコストの一層の削減を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, the recessed part dented toward the outer peripheral side is formed in the inner peripheral part of the
なお、本実施形態では、リングビット7の先端面のうちこうして内周部から外周側に向けて凹む凹部として形成された被係合部7Aの工具回転方向T側に隣接した部分が、係合部4Eの天井面4hに対向して軸線O方向先端側に当接可能とされた第1の当接部7Bとされており、例えばパイロットビット2からビットヘッド4を介して伝達された打撃力によりリングビット7が上記天井面4hに衝突しても、衝撃をリングビット7の厚さ全体で受け止めることができて損傷等の発生を防止することができる。ただし、この凹部に先端側を向く底面を天井面4hに対向するように形成して第1の当接部7Bとしてもよい。
In the present embodiment, a portion of the distal end surface of the
一方、本実施形態でも、パイロットビット2に与えられる先端側への打撃力と推力によってケーシングパイプ1を掘削孔に挿入するのに、特許文献1、2に記載された掘削工具と同様にケーシングパイプ1の先端部にケーシングトップ1Aを取り付けて小径部1Bを形成し、この小径部1Bにパイロットビット2の第2の当接部2Bを当接させて打撃力と推力を伝達するようにしている。ただし、この小径部1Bの内径に対して、本実施形態ではリングビット7の内径を大きくしているので、上述のようにリングビットの内径を小さくせざるを得ない特許文献1に記載された掘削工具と比べて確実に施工コストの削減を図ることができる。なお、リングビット7の内径は小径部1Bと等しくてもよい。
On the other hand, also in this embodiment, the casing pipe 1 is inserted into the excavation hole by the striking force and thrust force applied to the
さらにまた、本実施形態では、こうしてケーシングパイプ1に小径部1Bを設けて打撃力と推力を伝達しているのに対して、リングビット7にパイロットビット2から打撃力と推力を伝達するのに、特許文献1に記載された掘削工具のようにパイロットビット2から直接伝達するのではなく、ビットヘッド4に拡径した状態でリングビット7の後端面に当接可能な第3の当接部4Dを設けて、この第3の当接部4Dから打撃力と推力を伝達するようにしている。このため、上述のように小径部1Bを設けた場合に、リングビット7の内径をさらに小さくする必要がなくなって、さらに確実に施工コストの削減を図ることが可能となる。
Furthermore, in this embodiment, the casing pipe 1 is provided with the
さらに、本実施形態では、こうしてビットヘッド4に設けた第3の当接部4Dから打撃力と推力をリングビット7に伝達する場合に、拡径した状態のビットヘッド4の第3の当接部4Dの軸線Oからの最大の半径Rが、ケーシングパイプ1の先端外周部の軸線Oからの半径rすなわちケーシングトップ1Aの半径よりも大きくされている。このため、リングビット7には削孔を行うその外周側でより確実に打撃力と推力を伝達することができ、本実施形態のようにケーシングパイプ1の外径に対してより大きな内径の掘削孔を形成する場合でも、さらに一層効率的な削孔を行うことが可能となる。
Further, in the present embodiment, when the impact force and the thrust are transmitted to the
そして、このようにリングビット7への打撃力と推力を、ケーシングパイプ1の先端外周部の半径rよりも大きな半径Rで拡径した第3の当接部4Dから伝達する場合には、リングビット7の軸線O方向の厚さを、例えば本実施形態のようにリングビット7の内外径の間の幅より小さくしたとしても、リングビット7の強度や剛性を損なうことなく確実に内径の大きな掘削孔を形成することが可能となる。従って、本実施形態によれば、リングビット7の体積のさらなる削減を図って施工コストの一層の抑制を促すことができる。
When the impact force and thrust on the
1 ケーシングパイプ
1A ケーシングトップ
1B 小径部
2 パイロットビット
2B 第2の当接部
2C 排出溝
3 収容凹所
3C 取付孔
4 ビットヘッド
4A 軸部
4B ヘッド本体
4D 第3の当接部
4E 係合部
5 ピン
6 掘削チップ
7 リングビット
7A 被係合部
7B 第1の当接部
8 供給孔
O ケーシングパイプ1の軸線
T 掘削時の工具回転方向
C 取付孔3Cの中心線
H ダウンザホールハンマ
R 拡径したビットヘッド4の第3の当接部4Dの軸線Oからの最大の半径
r ケーシングパイプ1の先端外周部の軸線Oからの半径
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
上記パイロットビットは上記軸線回りに回転可能とされるとともに、このパイロットビットの先端外周部にはビットヘッドが設けられ、
上記ビットヘッドは、上記軸線から偏心した中心線回りに回転自在とされて、上記パイロットビットが掘削時の工具回転方向に回転したときに上記軸線からの半径が拡径して上記パイロットビットに支持され、
上記リングビットには、拡径した上記ビットヘッドに対して、この拡径した上記ビットヘッドの上記掘削時の工具回転方向を向く壁面が当接する上記掘削時の工具回転方向とは反対側を向く壁面を備えて上記掘削時の工具回転方向に係合させられる被係合部と、上記軸線方向の先端側に当接可能とされた第1の当接部とが設けられていることを特徴とする掘削工具。 A cylindrical casing pipe centering on the axis, an annular ring bit having an outer diameter larger than that of the casing pipe arranged coaxially on the tip side of the casing pipe, and the ring bit passing through the casing pipe A pilot bit inserted through the inner periphery of the
The pilot bit is rotatable around the axis, and a bit head is provided on the outer periphery of the pilot bit.
The bit head is rotatable about a center line that is eccentric from the axis, and when the pilot bit rotates in the tool rotation direction during excavation, the radius from the axis increases and is supported by the pilot bit. And
The ring bit faces the opposite side of the tool rotation direction at the time of excavation where the wall surface facing the tool rotation direction at the time of excavation of the diameter-expanded bit head comes into contact with the bit head having an enlarged diameter. characterized in that the engaged portion which is provided with a wall surface to engage in the tool rotating direction during the drilling, and a first contact portion which is contactable to the distal end side of the axial direction are provided And drilling tools.
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