JPH08312278A - 二重管掘削システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ダウンザホールドリル等の打撃機構の打撃力を
有効に利用し、簡単な構造で掘進速度を高めることがで
きる二重管掘削システムを提供する。 【構成】内外管１、２からなる二重管と、内管２の先端
に設けられた内周ビット２０と、ダウンザホールドリル
３等の打撃機構とを備えた二重管掘削システムであっ
て、外管１の先端に設けられた外周ビット３７と、ダウ
ンザホールドリル３の打撃力を外周ビット３７に伝達す
るための打撃力伝達手段４５、４６とを備えてなり、孔
の中心部のみならず外周部も打撃力による掘削がなさ
れ、掘進速度が高められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は二重管掘削システムに
関する。さらに詳細には、ダウンザホールドリル等の打
撃機構の打撃力を有効に利用した二重管掘削システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】転石や玉石等が混在した地層、硬岩層等
の難地層のボーリング用として、ドリルロッドの先端に
接続されて使用されるダウンザホールドリルが知られて
いる。このダウンザホールドリルはドリルロッドを通し
て送られてくる圧縮流体によりピストンを駆動し、ビッ
トに打撃運動を与える形式のドリルである。

【０００３】さらに、ダウンザホールドリルを使用した
二重管掘削システムも知られている。この二重管掘削シ
ステムは、掘削孔壁の崩壊を防止するためのケーシング
（外管）内に内管（ドリルロッド）を配置し、内管の先
端にダウンザホールドリルを接続したものである。

【０００４】従来、ダウンザホールドリルによる二重管
掘削システムは、具体的には、２つの方式に大別され
る。その１つは、ダウンザホールドリル先端のビットに
拡大・縮小機能を加えたものを使用し、追従するケーシ
ングよりも大径の孔を掘削する方式である。また他の１
つは、ケーシングに外周ビットを取付け、孔の中心部の
みをダウンザホールドリルで掘削し、外周部を外周ビッ
トで掘削する方式である。

【０００５】しかし、前者は最も負荷が大きいビット部
に、これを拡大・縮小させるための可動部分を有してい
るため、作動不良が発生しやすいという問題がある。ま
た、後者は掘進速度がケーシングに設けた外周ビットの
掘削能力に規制されてしまい、ダウンザホールドリル本
来の掘進速度を得ることができないという問題がある。

【０００６】さらに、パーカッションドリルによる二重
管掘削システムも知られている。しかし、この場合打撃
力が内外周ビットとも内外管を介して地上部から伝達さ
れるため、内外管に強度を要求され、したがってそれに
応じた材質や肉厚が要求され、重量が大きく、また高価
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目
的を達成するものである。

【０００８】この発明の目的は、打撃機構の打撃力を有
効に利用し、簡単な構造で掘進速度を高めることができ
る二重管掘削システムを提供することにある。

【０００９】この発明の他の目的は、先端ビットの形状
を変えるだけで既存のシステムにも適用可能な二重管掘
削システムを提供することにある。

【００１０】さらにこの発明の他の目的は、外管には掘
削のための力が伝達されないようにすることにより、そ
の肉厚を薄くでき、軽量化、操作性の向上、低コスト化
を図ることができる二重管掘削システムを提供すること
にある。

【００１１】

【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用している。

【００１２】すなわちこの発明は、内外管からなる二重
管と、前記内管の先端に設けられた内周ビットと、この
内周ビットを打撃するための打撃機構とを備えた二重管
掘削システムであって、前記外管の先端に設けられた外
周ビットと、前記打撃機構の打撃力を前記外周ビットに
伝達するための打撃力伝達手段とを備えてなる二重管掘
削システムにある。

【００１３】またこの発明は、前記打撃力伝達手段が、
前記内周ビットの外周に設けられた内側係合部と、前記
外周ビットの内周に設けられ、前記内側係合部と軸線方
向に係合する外側係合部とを備えてなる二重管掘削シス
テムにある。

【００１４】さらにこの発明は、前記内側係合部が内側
スプラインからなり、前記外周ビットの内周に前記内側
スプラインと係合する外側スプラインが設けられている
ことを特徴とする二重管掘削システムにある。

【００１５】さらにこの発明は、前記外周ビットが前記
外管に相対回転可能に設けられていることを特徴とする
二重管掘削システムにある。

【００１６】さらにこの発明は、前記内側スプラインの
外周に前記外側スプラインが軸線方向に係合可能な係合
部が設けられていることを特徴とする二重管掘削システ
ムにある。

【００１７】さらにこの発明は、前記外周ビットが前記
外管に軸線方向に相対移動可能に設けられていることを
特徴とする二重管掘削システムにある。

【００１８】

【作用】上記のようなこの発明によれば、打撃力伝達手
段を介して打撃機構の打撃力が外周ビットに伝達され
る。したがって、孔の中心部のみならず外周部も打撃力
による掘削がなされ、掘進速度が高められる。打撃力伝
達手段を内周ビットと外周ビットとの係合によって構成
することにより、簡単な構造で打撃力を外周ビットに伝
達することができる。

【００１９】

【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。図１はこの発明による二重管掘削システム
の第１実施例を示す軸線方向断面図、図２はダウンザホ
ールドリルの打撃機構を拡大して示す断面図である。

【００２０】ケーシングである外管１内にドリルロッド
である内管２が配置され、二重管が構成されている。内
管２の先端には継手管４を介してダウンザホールドリル
３が接続されている。ダウンザホールドリル３は前部ヘ
ッド５及び後部ヘッド６が設けられたシリンダ７を有し
ている。

【００２１】前部ヘッド５の内周にはスプライン２１を
介して内周ビット２０が嵌合され、内周ビット２０には
その先端に開口する流体排出路２２が設けられている。
後部ヘッド６には内管２及び継手管４内の流路８と常時
連通する流路９が設けられている。フードチューブ１０
は、ダウンザホールドリル３を覆い、外管１内に位置決
めするためのものである。

【００２２】シリンダ７の内周にはインナチューブ１１
が固定されている。このインナチューブ１１の後部ヘッ
ド６側にバルブホルダ１２が固定され、このバルブホル
ダ１２により後部ヘッド６の内部に弁室１３が区画され
ている。バルブホルダ１２には、コイルスプリング１４
によって流路９を常時閉鎖する方向に付勢された逆止弁
１５が設けられている。

【００２３】インナチューブ１１内には打撃ピストン１
６が摺動可能に配置され、これによりシリンダ７の内部
に前部チャンバ１７と後部チャンバ１８とが区画されて
いる。前部チャンバ１７に設けられたリング２３は、内
周ビット２０の抜け落ちを防止するためのものである。
バルブホルダ１２には後部チャンバ１８側に延びる延出
部２４が形成され、またバルブホルダ１２には弁室１３
側の端面及び延出部２４の端面に開口する流路２５が形
成されている。この流路２５には通過流量を調節するた
めのフローレギュレーター１９が設けられている。

【００２４】打撃ピストン１６には中心孔２６が形成さ
れている。この中心孔２６には打撃ピストン１６が前進
位置にあるとき、流体排出路２２に設けられたフート弁
２７が嵌合し、打撃ピストン１６が後退位置にあると
き、延出部２４が嵌合する。打撃ピストン１６にはま
た、その外周及び後部チャンバ１８側の端面に開口する
連通孔２８が形成され、さらに外周に環状連通路２９が
形成されている。

【００２５】シリンダ７の内周には２つの環状流路、す
なわち第１環状流路３０と第２環状流路３１とが形成さ
れている。インナチューブ１１には５つの連通孔、すな
わち第１連通孔３２、第２連通孔３３、第３連通孔３
４、第４連通孔３５及び第５連通孔３６が形成されてい
る。

【００２６】第１環状流路３０は第１連通孔３２を介し
て弁室１３と常時連通し、また打撃ピストン１６が前進
位置にあるとき第３連通孔３４を介して環状連通路２９
と連通し、さらに打撃ピストン１６が後退位置にあると
き第２連通孔３３を介して連通孔２８と連通する。第２
環状流路３１は第５連通孔３６を介して前部チャンバ１
７と常時連通し、また打撃ピストン１６が前進位置にあ
るとき第４連通孔３５を介して環状連通路２９と連通す
る。

【００２７】上記のような打撃機構において、打撃ピス
トン１６は次のように動作する。図１、２は打撃ピスト
ン１６の前進位置すなわち打撃位置を示している。内管
２、流路８、９を通じて供給される加圧流体、例えば圧
縮空気はコイルスプリング１４に抗して逆止弁１５を開
き、弁室１３に流入する。圧縮空気はさらに、第１連通
孔３２、第１環状流路３０、第３連通孔３４、環状連通
路２９、第４連通孔３５、第２環状流路３１及び第５連
通孔３６を経て前部チャンバ１７に流入する。これによ
り打撃ピストン１６が後退する。

【００２８】打撃ピストン１６が後退位置に達すると、
フート弁２７が中心孔２６から離脱し、前部チャンバ１
７がフート弁２７を介して流体排出路２２と連通する。
また第１、第２環状流路３０、３１と環状連通路２９と
の連通が阻止される一方、第１環状流路３０が第２連通
孔３３を介して連通孔２８と連通する。このため、圧縮
空気は第２連通孔３３及び連通孔２８を経て後部チャン
バ１８に流入する。このとき打撃ピストン１６の中心孔
２６には延出部２４が嵌合しており、したがって打撃ピ
ストン１６は加圧されて前進し、内周ビット２０を打撃
する。このような打撃ピストン１６の往復運動が繰り返
され、打撃ピストン１６は内周ビット２０を繰り返し打
撃する。なお、流体排出路２２にはフート弁２７を経て
圧縮空気が常時送られる。

【００２９】上記のような打撃機構それ自体は従来と同
様である。この発明の二重管掘削システムにおいては、
外管１の先端に円筒状の外周ビット３７が設けられてい
る。より具体的には、外管１の先端には連結チューブ３
８がボルト３９を介して固定され、外周ビット３７はこ
の連結チューブ３８に取付けられている。外周ビット３
７にはその外周に連結チューブ３８が係合可能な環状段
部４０が形成され、外周ビット３７は環状段部４０より
も後側部分４１が連結チューブ３８の内周に受入れられ
ている。

【００３０】外周ビット３７の後側部分４１には、軸線
方向に延びる所定長さの複数の案内長孔４２が周方向に
間隔を置いて形成されている。この案内長孔４２には連
結チューブ３８に設けた複数のピン４３の先端が嵌入し
ている。これにより、外周ビット３７は外管１に対して
軸線方向に相対移動可能である。また外周ビット３７の
後側部分４１と連結チューブ３８とは、スプライン４４
により係合しており、外管１の回転を外周ビット３７に
伝達することが可能である。

【００３１】内周ビット２０の外周には外側係合部であ
る環状突部４５が形成されている。また、外周ビット３
７の内周には内側係合部である環状突部４６が形成され
ている。環状突部４５の前端及び環状突部４６の後端に
は、それぞれ傾斜した係合面４７、４８が形成され、打
撃力伝達手段を構成するこれらの環状突部４５、４６は
係合面４７、４８において軸線方向に互いに係合してい
る。

【００３２】この実施例の場合、内管２及び外管１はそ
れぞれ別個に図示しない回転駆動手段に連結される。そ
の結果、内周ビット２０及び外周ビット３７は、それぞ
れ独立して回転する。すなわち、内管２の回転に伴うダ
ウンザホールドリル３のシリンダ７の回転は、スプライ
ン２１を介して内周ビット２０に駆動伝達され、内周ビ
ット２０が回転する。また、外管１の回転は連結チュー
ブ３８及びスプライン４４を介して外周ビット３７に駆
動伝達され、外周ビット３７が回転する。

【００３３】一方、打撃ピストン１６の往復運動により
内周ビット２０が打撃されることは前述したとおりであ
る。この内周ビット２０に付与される打撃力は、環状突
部４５、４６の係合面４７、４８を介して外周ビット３
７にも伝達される。これにより、外周ビット３７は回転
による掘削に加えて、打撃による掘削を行う。その際、
外周ビット３７は外管１に対して軸線方向に移動可能で
あるので、打撃力は外管１にはほとんど伝達されず外周
ビット３７にのみ伝達され、効率のよい打撃が行われ
る。

【００３４】掘削により生ずるスライムは、この実施例
の場合、流体排出路２２から排出される圧縮空気によ
り、外管１と掘削孔壁との間を経て地上に排出される。
内周ビット２０の外周に、軸線方向に沿う複数の溝を設
け、この溝を介してスライムを外管１内に取り込み、外
管１と内管２との間を経てスライムを排出するようにす
ることもできる。

【００３５】図３はこの発明の第２実施例を示す軸線方
向断面図である。この実施例は内周ビット２０に付与さ
れる打撃力のみならず、回転力も外周ビット３７に伝達
するようにしたものである。連結チューブ３８は外管１
に溶接により固定されている。外周ビット３７の後側部
分４１の外周には、軸線方向の所定長さを有する環状案
内溝５０が形成されている。連結チューブ３８にはその
内周側に突出する複数の突起５１が設けられ、これらの
突起５１は環状案内溝５０に嵌入している。これによ
り、外周ビット３７は、外管１に対して軸線方向に相対
移動可能であり、また相対回転も可能である。

【００３６】内周ビット２０の外周に形成された内側係
合部は、この実施例では内側スプライン５２からなって
いる。スプライン５２は先端に第１実施例と同様の傾斜
した係合面４７を有し、この係合面４７が外周ビット３
７における環状突部４６の係合面４８に係合している。
内側スプライン５２に対応して、外周ビット３７の内周
にもスプライン５２と係合する外側スプライン５３が設
けられている。これにより、内周ビット２０の回転を外
周ビット３７に伝達することが可能である。

【００３７】この第２実施例においては、内管２のみが
回転駆動される。内管２の回転に伴う回転はスプライン
５２、５３を介して外周ビット３７に伝達され、外周ビ
ット３７が回転する。その際、外周ビット３７は外管１
に対して相対回転可能であるので、外管１は回転せずに
外周ビット３７のみが回転し、効率のよい回転が行われ
る。

【００３８】一方、内周ビット２０に付与される打撃力
は内側スプライン５２を介して外周ビット３７に伝達さ
れる。すなわち、スプライン５２は内周ビット２０の回
転と打撃力の双方を外周ビット３７に伝達する機能を有
する。打撃力が外管１には伝達されず、外周ビット３７
にのみ伝達されることは、第１実施例と同様である。言
い換えれば、外管１には掘削のための力、すなわち回転
力も打撃力も伝達されず、したがって外管１の肉厚を薄
くすることができ、軽量化、操作性の向上、低コスト化
を図ることができる。

【００３９】スライムは内周ビット２０と外周ビット３
７との間、具体的にはスプライン５２、５３間の間隙を
経て外管１内に取り込まれ、地上に排出される。このた
め、この実施例では排出スライムの流速の低下をきたさ
ないように、内管２の外周に中間チューブ５４を設け、
流路断面積を小さくしてある。その他、打撃機構等は第
１実施例と同様であり、主な部材には第１実施例と同一
符号を付してある。

【００４０】図４はこの発明の第３実施例を示す軸線方
向の拡大断面図、図５、図６は図４のそれぞれＡ−Ａ線
及びＢ−Ｂ線断面図、図７は内周ビットの一部展開図で
ある。この実施例は第２実施例に改良を加えたものであ
る。外周ビット３７の後側部分４１の外周に形成された
環状溝５０に、連結チューブ３８に設けられた突起５１
が嵌入し、外周ビット３７が外管１に対して軸線方向の
相対移動及び相対回転が可能であることは、第２実施例
と同様である。また、内側係合部が内側スプライン５２
からなり、その先端の傾斜した係合面４７が外周ビット
３７の環状突部４６の係合面４８に係合することも第２
実施例と同様である。

【００４１】この実施例では、内側スプライン５２の周
面に切欠部６０が形成され、この切欠部６０の軸線方向
壁面６１に外側スプライン５３が係合するようになって
いる（図６、図７参照）。そして、切欠部６０の周方向
壁面６２には外側スプライン５３の先端部を受け入れ、
内側スプライン５２と外側スプライン５３とを軸線方向
に係合させるための係合凹部６３が形成されている。外
側スプライン５３は掘削中は、係合凹部６３から離脱し
ている。この実施例によれば、内外管１、２を掘削孔か
ら一部または全部を引上げる場合、内管２のみに引上げ
動作を与えればよい。

【００４２】すなわち、内側スプライン５２と外側スプ
ライン５３とを周方向に係合させた状態で内管２を軸線
方向に後退移動させると、内側スプライン５２の係合凹
部６３に外側スプライン５３が係合する。これにより、
外管１は内管２に伴って後退移動し、内管２のみの引上
げ動作によって外管１を引上げることができる。その他
の構造は第２実施例と同様である。なお、スライムの排
出流路が図５、図６に符号６４で示されている。

【００４３】上記実施例は単なる例示にすぎず、この発
明はその本質を逸脱しない限り、種々の改変が可能であ
る。例えば、ダウンザホールドリルの打撃機構は種々提
案されており、上記実施例のものに限らず適宜の機構を
選択できる。また、この発明はパーカッションドリルに
よる二重管掘削システムにも適用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、打撃機
構の打撃力を有効に利用し、簡単な構造で掘進速度を高
めることができる。また、先端ビットの形状を変えるだ
けで既存の二重管掘削システムにも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１実施例を示す軸線方向
断面図である。

【図２】図２は、打撃機構の拡大断面図である。

【図３】図３は、この発明の第２実施例を示す軸線方向
断面図である。

【図４】図４は、この発明の第３実施例を示す軸線方向
の拡大断面図である。

【図５】図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。

【図６】図６は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図７】図７は、内周ビットの一部展開図である。

【符号の説明】

１…外管 ２…内管 ３…ダウンザホールドリル １６…打撃ピストン ２０…内周ビット ３７…外周ビット ３８…連結チューブ ４１…後側部分 ４２…案内長孔 ４３…ピン ４４…スプライン ４５…環状突部 ４６…環状突部 ４７…係合面 ４８…係合面 ５０…環状案内溝 ５１…突起 ５２…内側スプライン ５３…外側スプライン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内外管からなる二重管と、前記内管の先端
   に設けられた内周ビットと、この内周ビットを打撃する
   ための打撃機構とを備えた二重管掘削システムであっ
   て、 前記外管の先端に設けられた外周ビットと、 前記打撃機構の打撃力を前記外周ビットに伝達するため
   の打撃力伝達手段とを備えてなる二重管掘削システム。
2. 【請求項２】前記打撃力伝達手段が、前記内周ビットの
   外周に設けられた内側係合部と、 前記外周ビットの内周に設けられ、前記内側係合部と軸
   線方向に係合する外側係合部とを備えてなる請求項１記
   載の二重管掘削システム。
3. 【請求項３】前記内側係合部が内側スプラインからな
   り、 前記外周ビットの内周に前記内側スプラインと係合する
   外側スプラインが設けられていることを特徴とする請求
   項２記載の二重管掘削システム。
4. 【請求項４】前記外周ビットが前記外管に相対回転可能
   に設けられていることを特徴とする請求項３記載の二重
   管掘削システム。
5. 【請求項５】前記内側スプラインの外周に前記外側スプ
   ラインが軸線方向に係合可能な係合部が設けられている
   ことを特徴とする請求項４記載の二重管掘削システム。
6. 【請求項６】前記外周ビットが前記外管に軸線方向に相
   対移動可能に設けられていることを特徴とする請求項
   １、２、３、４又は５記載の二重管掘削システム。