JPH07158368A - 掘削ドリル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】スライム排出のための高圧水とダウンザホール
ハンマーを駆動する圧力空気との双方を円滑に流通させ
る。 【構成】流体入口２６に高圧空気が流入すると第１チェ
ック弁２８が作動し、流体入口２６と第１流路２７，３
１，３２，３３，３４とを連通させる。高圧空気は第１
流路を流れ、ピストン２２を作動させてビット１６に打
撃力を与える。流体入口２６に高圧空気よりも高圧の高
圧液体が流入すると、第２チェック弁２９が作動し、流
体入口２６と第２流路３６，３９，２３，２０とを連通
させる。高圧液体は第２流路を流れ、ビット１６の先端
から排出され、掘屑を伴って地上に排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘削ドリルに関する。
更に詳しくは、スライム排出のための水、ダウンザホー
ルハンマーを駆動するためのエアーの双方で作動する弁
構造を有する掘削ドリルに関する。

【０００２】

【従来の技術】アンカー工事、水抜き工事、法面工事等
行うとき、特に硬岩に対する掘削効率が良い工具として
ダウンザホールハンマーが使用されている。このハンマ
ーは、エアーを地上から孔底まで供給し、この圧縮空気
によって作動するピストンの打撃機構が組み込まれてい
る。圧縮空気は打撃機構を作動させた後、ビット先端よ
り噴出させて被打撃面のスライムを除去して地上に排出
させている。

【０００３】一方、掘削装置として、地上からビットに
回転と打撃を加えて効率的に掘削する油圧式ロータリー
パーカッションドリルが知られている。ロータリーパー
カッションドリルは、掘削深度が５０〜６０ｍ以上深く
なると、打撃力の伝達ロスが大きくなり、打撃力がケー
シング及びロッド先端のビットまで充分に伝達されなく
なり、掘削速度が遅くなるという欠点がある。

【０００４】そこで本出願人はダウンザホールハンマー
とロータリーパーカッションとを併用して用いるものを
提案した（特開平４−１４６３９３）。この掘削工法で
は深度が浅い領域ではロータリーパーカッションを使用
し、深度が深い領域ではダウンザホールハンマーを使用
している。ロータリーパーカッションの使用領域ではス
ライムの排出に水を利用する。この理由は排出効果が良
い、ビットの冷却効果に優れている等の理由である。

【０００５】しかし、スライム（掘屑）の排出のために
充分な水を供給するのは従来のエアーハンマーの弁構造
では極めて効率が悪い。すなわち、ピストンとケーシン
グとの間が狭く水を円滑に流通させることは出来ない。
例えばビット径９０ｍｍの場合、１５〜２５Ｋｇ／ｃｍ
² で１５０〜２００リットル／分の大量の水を供給する
必要がある。結局、水と空気の両方を使うことは効率が
よくなく、両方に使用するような構造になってはいな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上のよ
うな技術背景で発明されたもりであり、次の目的を達成
する。

【０００７】この発明の目的は、スライム排出のための
高圧水とダウンザホールハンマーを駆動する高圧空気と
の双方を円滑に流通させるための掘削ドリルの弁構造を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を達
成するために、次のような手段を採る。

【０００９】すなわちこの発明は、先端にビット（１
６）が設けられ、かつ後端に流体入口（２６）が形成さ
れた中空ロッド（１７，１８）と、前記中空ロッドの内
部に摺動自在に配置され、前記ビットに打撃力を与える
ためのピストン（２２）と、前記中空ロッドの内部に形
成され、前記ピストンを作動させる高圧気体を流通させ
るための第１流路（２７，３０，３１，３２，３３，３
４）と、前記中空ロッドの内部に形成され、前記ビット
の先端から排出する高圧流体を流通させるための第２流
路（３６，３９，２３，２０）と、前記中空ロッドの内
部に配置され、前記流体入口に供給される高圧空気によ
り作動して前記流体入口と前記第１流路との連通を許す
第１チェック弁（２８）と、前記中空ロッドの内部に配
置され、前記流体入口に供給される前記高圧空気よりも
高圧の高圧液体により作動して前記流体入口と前記第２
流路との連通を許す第２チェック弁（２９）とからなる
掘削ドリルである。

【００１０】前記第２チェック弁（２９）が前記第１チ
ェック弁（２８）の作動時にのみ作動する。

【００１１】

【作用】流体入口２６に高圧空気が流入すると第１チェ
ック弁２８が作動し、流体入口２６と第１流路２７，３
１，３２，３３，３４とを連通させる。高圧空気は第１
流路を流れ、ピストン２２を作動させてビット１６に打
撃力を与える。

【００１２】流体入口２６に高圧空気よりも高圧の高圧
液体が流入すると、第２チェック弁２９が作動し、流体
入口２６と第２流路３６，３９，２３，２０とを連通さ
せる。高圧液体は第２流路を流れ、ビット１６の先端か
ら排出され、掘屑を伴って地上に排出される。

【００１３】

【実施例】この発明の実施例を図面を参照しながら以下
に説明する。

【００１４】図１は、この発明による掘削ドリルが組み
込まれた二重管式掘削装置を示す断面図である。図２
は、この発明による掘削ドリルの詳細を示す断面図であ
る。

【００１５】アウタケーシング１は、掘削深度が深くな
るにつれて順次接続される複数のケーシングユニット２
を有している。ケーシングユニット２の先端には、スタ
ーチングケーシング３がねじ接続されている。さらにこ
のスターチングケーシング３の先端には、リングビット
４がねじ接続されている。ケーシングユニット２の後端
にはヘッド５が設けられ、このヘッド５の後端に油圧式
駆動装置６から回転力および打撃力を伝達するための伝
達軸７が連結されている。

【００１６】アウタケーシング１内に同軸的に中空のイ
ンナロッド８が収容されている。インナロッド８は、ア
ウタケーシング１と同様に、掘削深度が深くなるにつれ
て順次接続される複数のロッドユニット９を有してい
る。

【００１７】インナロッド８の後端には、エクステンシ
ョンロッド１０を有し、このエクステンションロッド１
０はヘッド５に固定されている。ヘッド５の外周に注入
口１１および排出口１２を有するスイベル１３が回転自
在に設けられている。注入口１１は、インナロッド８に
形成された流路１４と連通している。

【００１８】インナロッド８の先端にエアハンマ１５
（ダウンザホールハンマ）が接続されている。エアハン
マ１５は先端にビット１６を有している。以上の全体構
造は、特開平４−１４６３９３号公報に開示されたもの
と同様である。

【００１９】エアハンマ１５の内部構造が図２に示され
ている。エアハンマ１５はシリンダホディ１７と、その
後端に固定されるバルブホルダ１８とを有している。こ
の実施例では、シリンダボディ１７及びバルブホルダ１
８によって中空ロッドが構成されている。シリンダボデ
ィ１７の先端には筒状のフロントキャップ１９が設けら
れ、このフロントキャップの内周に前述のビット１６が
設けられている。ビット１６には流路２０が形成されて
いる。

【００２０】バルブホルダ１８は円筒形のスカート２１
を有し、このスカート２１及びシリンダボディ１７に摺
動自在にピストン２２が配置されている。ピストン２２
には軸線方向に延びる流路２３が形成されている。ビッ
ト２０の後端に流路２０に固定されてスリーブ２５が設
けられ、ピストン２２はシリンダボディ１７の先端側で
はスリーブ２５に嵌合した状態で摺動する。

【００２１】バルブホルダ１８には、インナロッド８と
接続されて流体入口を形成するねじ孔２６が設けられ、
このねじ孔２６と連通可能に弁収容室２７が設けられて
いる。弁収容室２７には、第１チェック弁２８及び第２
チェック弁２９が収容されている。シリンダボディ１７
とスカート２１との間には環状の流路３０が形成され、
流体流路３０は連通孔３１を介して弁収容室２７と連通
している。

【００２２】ピストン２２とシリンダボディ１７との間
には、ピストン２２の変位に伴って変位する環状の流体
チャンバ３２が形成されている。流体チャンバ３２は流
路３０に連通するとともに、ピストン２２の先端部とシ
リンダボディ１７との間に形成された微小な環状の流路
３３を介してピストン２２の先端面３５側のシリンダ室
３４に連通している。

【００２３】第１チェック弁２８は、スリーブ３６を有
している。スリーブ３６の先端部は、案内スリーブ３７
の大径部３８に摺動自在に受入れられている。スリーブ
３６はその先端と、案内スリーブ３７に形成された段部
４０との間に配置されたコイルスプリング４１によって
常時後端側に付勢され、弁座４２に当接している。

【００２４】スリーブ３６内にボール４３が配置されて
いる。スリーブ３６の先端部に円筒形のスプリング受け
４４がねじ４５により着脱自在に取付けられている。ボ
ール４３とスプリング受け４４との間にコイルスプリン
グ４６が配置されている。このコイルスプリング４６の
ばね力は、スプリング受け４５の取付け位置を変えるこ
とにより調整可能である。ボール４３はコイルスプリン
グ４６によって常時後端側に付勢され、スリーブ３６の
後端の開口４７を閉鎖している。

【００２５】コイルスプリング４１，４６のばね力の関
係は、コイルスプリング４６がコイルスプリング４１よ
りも強く設定されている。したがって、スリーブ３６及
びボール４３に流体圧が作用すると、コイルスプリング
４１に抗してスリーブ３６が先端側に移動し、弁座４２
によって規定される開口４２ａが開口する。流体は弁収
容室２７に流入し、連通孔３１を経て流路３０に流入す
る。

【００２６】また、スリーブ３６及びボール４３に作用
する流体圧が高まると、スリーブ３６が移動限度に達
し、ボール４３がコイルスプリング４６に抗して先端側
に移動する。これにより、スリーブ３６の開口４７が開
口し、流体はスリーブ３６の内部及び案内スリーブ３７
の小径部３９を経てスカート２１の内部に流入する。以
上の機能説明から明らかなように、スリーブ３６及びボ
ール４３は一体となって第１チェック弁２８の弁体を構
成し、ボール４３は第２チェック弁２９の弁体を構成し
ている。

【００２７】なお、案内スリーブ３７の小径部３９は、
弁収容室２７とスカート２１との間の隔壁４８を貫通し
てスカート２１の内部に突入している。ピストン２２は
シリンダボディ１７の後端側では小径部３９に嵌合した
状態で摺動する。小径部３９にはピストン２２の移動を
規制するための段部４９が設けられている。

【００２８】実施例の作用 次に上記二重管式掘削装置を使用した掘削工法の説明に
したがって、実施例の作用を説明する。

【００２９】深度が浅い掘削範囲（第１掘削工程） 注入口１１に図示しないポンプ等を介して清水供給源５
０を連結する。駆動装置６を作動させ、アウタケーシン
グ１及びインナロッド８の双方に回転力及び打撃力を与
え、ビット４，１６により地盤を掘削する。このときエ
アハンマ１５の打撃機構は作動していない。すなわち、
第１掘削工程においてはエアハンマ１５を連結してある
が、掘削形態としては油圧式ロータリーパッカッション
ドリル工法と同様の形態が採られる。

【００３０】掘削に際しては、清水供給源５０から高圧
の清水がインナロッド８の流路１４に供給される。高圧
水は第１チェック弁２８を作動させて開口４２ａを開口
させ、連通孔３１を経て流体流路３０に流入する。高圧
水は、さらに流体チャンバ３２に流入するが、流体流路
３３は流路が極めて細いので、シリンダ室３４にはほと
んど流入しない。

【００３１】したがって、高圧水の水圧が高まり、第２
チェック弁２９が作動する。すなわち、ボール４３が先
端部側に移動する。これにより、開口４７が開口し、高
圧水がスリーブ３６の小径部３９、ピストン２２内の流
路２３、ビット１６内の流路２０を経て、流出口２０ａ
から掘削孔内に流出する。流出した清水は、ビット４，
１６によって砕いた掘屑を伴い、泥水として排出口１２
を経て地上に排出される。

【００３２】深度が深い掘削範囲（第２掘削工程） 第１掘削工程での掘削により深度が深くなると、アウタ
ケーシング１及びインナロッド８による打撃力が弱くな
る。そこで、清水供給源５０に替えて圧力空気供給源５
１を注入口１１に連結する。

【００３３】インナロッド８の流路１４に供給された圧
力空気は、第１チェック弁２８を作動させて開口４２ａ
を開口させ、連通孔３１を経て流路３０に流入する。圧
力空気は、さらに流体チャンバ３２に流入し、流路３３
を経てシリンダ室３４に流入する。ここで流体チャンバ
３２の圧力空気と、シリンダ室３４の圧力空気はほぼ等
圧であるが、ピストン２２の受圧面積が前者よりも後者
の方が大きいので、ピストン２２には後端側への力が作
用する。

【００３４】これにより、ピストン２２は後端側へ摺動
する。そして、ピストン２２がスリーブ２５から抜け出
ると、ピストン２２の先端面３５に作用する圧力は、掘
削孔の孔内圧にほぼ等しくなり、その一方流体チャンバ
３２には圧力空気が依然として作用していることから、
ピストン２３は先端側へ移動する。このようにして、ピ
ストン２３は軸線方向に変位を繰り返し、先端側への変
位時にビット１６に打撃力を与える。圧力空気は清水の
場合と同様に、掘屑を伴い排出口１２から地上に排出さ
れる。

【００３５】［その他の実施例］上記実施例では、この
発明による掘削ドリルを二重管式掘削装置に適用した
が、単独で使用することも可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、スライ
ム排出のための高圧水とダウンザホールハンマーを駆動
する圧力空気とを円滑に流通させることが可能となる。
したがって二重管式掘削装置に適用することにより、掘
削速度を十分早めることができ、作業能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の掘削ドリルを適用した二重
管式掘削装置の断面図である。

【図２】図２は、エアハンマを示す断面図である。

【符号の説明】

１…アウタケーシング ４…ビット ６…駆動装置 ８…インナロッド １５…エアハンマ １６…ビット １８…バルブホルダ ２０…流体流路 ２２…ピストン ２７…弁収容室 ２８…第１チェック弁 ２９…第２チェック弁 ３０…流体流路 ３１…連通孔 ３２…流体チャンバ ３３…流体流路 ３４…シリンダ室 ３６…スリーブ ３７…案内スリーブ ４１…コイルスプリング ４２…弁座 ４３…ボール ４４…スプリング受け ４６…コイルスプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】先端にビット（１６）が設けられ、かつ後
   端に流体入口（２６）が形成された中空ロッド（１７，
   １８）と、 前記中空ロッドの内部に摺動自在に配置され、前記ビッ
   トに打撃力を与えるためのピストン（２２）と、 前記中空ロッドの内部に形成され、前記ピストンを作動
   させる高圧気体を流通させるための第１流路（２７，３
   ０，３１，３２，３３，３４）と、 前記中空ロッドの内部に形成され、前記ビットの先端か
   ら排出する高圧流体を流通させるための第２流路（３
   ６，３９，２３，２０）と、 前記中空ロッドの内部に配置され、前記流体入口に供給
   される高圧空気により作動して前記流体入口と前記第１
   流路との連通を許す第１チェック弁（２８）と、 前記中空ロッドの内部に配置され、前記流体入口に供給
   される前記高圧空気よりも高圧の高圧液体により作動し
   て前記流体入口と前記第２流路との連通を許す第２チェ
   ック弁（２９）とからなる掘削ドリル。
2. 【請求項２】請求項１において、前記第２チェック弁
   （２９）が前記第１チェック弁（２８）の作動時にのみ
   作動する掘削ドリル。