WO2007066508A1 - 掘削ロッド、掘削ビット及び掘削工具 - Google Patents

Abstract

　この掘削ロッドでは、先端に向けて突出して第１軸線に沿って延びる取付部２を有し、取付部は、第１軸線に垂直な断面における第１軸線からの最小距離が一定とされた平行雄ネジ部と、平行雄ネジ部の後端側に連なり前記最小距離が拡大する雄ネジ切り上げ部とを備え、先端側から後端側に向けて前記最小距離が小さくなることがないように形成され、雄ネジ切り上げ部の後端が、第１軸線からの距離が平行雄ネジ部から後端側に向けて漸次拡大する面上に配置されていることを特徴とする。

Description

明 細 書

掘削ロッド、掘削ビット及び掘削工具

技術分野

[0001] 本発明は、トンネル等の土木工事や、アンカー、基礎杭等の各種工事、あるいは砕 石作業等において、地盤や土砂を掘削する際に用いられる掘削ロッド、掘削ビット及 び掘削工具に関する。

本願は、 2005年 12月 9日に出願された特願 2005— 355888号に基づき優先権 を主張し、その内容をここに援用する。

背景技術

[0002] 地盤や土砂等の被掘削物を掘削する掘削工具として、超硬合金等の硬質材料か らなるボタンチップを複数備えた掘削ビットと、この掘削ビットを支持する掘削ロッドと によって構成された掘削工具が使用されている。掘削ビットの後端には、内周面に雌 ネジを有する取付孔が穿設されている。掘削ロッドの先端には、外周面に雄ネジを有 する取付部が設けられている。掘削工具は、これら掘削ロッドの取付部の雄ネジと掘 肖 IJビットの取付孔の雌ネジとが螺合することにより、掘削ロッドと掘削ビットとがー体ィ匕 する。

[0003] 近年、高速施工の要求から、掘削機械の性能向上および掘削速度の上昇による掘 削作業の効率ィ匕が求められている。しかし、従来の掘削工具においては、掘削ビット の肉厚を確保するために掘削ロッドの取付部の径が小さいので、このような掘削工具 を掘削機械に装着して岩盤等を掘削する際に、掘削速度を上昇させた場合に掘削 工具に力かる負荷が増大し、この負荷によって掘削ロッドが破損してしまうおそれが あった。一方、掘削ロッドの径を大きくした場合には、掘削ビットの肉厚が薄くなり、掘 肖 IJビットが破損してしまうといった問題があった。特に、掘削ロッドが折損した場合に は、掘削した穴底に掘削ビット等が残存してしまい、トラブルの復旧に多くの時間と労 力を要し、不経済である。このため、掘削ロッドの剛性向上が強く求められていた。

[0004] 特許文献 1においては、掘削ロッドの取付部をテーパー状に形成してテーパー状 のネジによって螺合することにより、掘削工具先端側における掘削ビットの肉厚を確 保するとともに、掘削ロッドに加わる曲げ応力が大きくなる掘削工具後端側で掘削口 ッドの径を大きくして、掘削ロッド及び掘削ビットの剛性を向上させ、前記負荷による 掘削工具の破損防止を図ったものが提案されている。

特許文献 1：国際公開第 OOZ19056号パンフレット

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ところが、特許文献 1に開示された掘削工具においては、取付部がテーパー状に 形成されてテーパー状のネジで螺合されて ヽるため、掘削時の衝撃によって掘削ビ ットが掘削ロッドから簡単に外れてしまうおそれがあった。また、テーパー状のネジの 加工は困難であり、これら掘削ロッド及び掘削ビットの製作コストが上昇してしまうとい つた問題があった。

さらに、掘削ビットの先端側、つまり、取付孔の孔底部分において雌ネジを切り上げ るためのヌスミ部 (relief)が形成されているため、せっかぐテーパー状のネジを形成 したにも拘らず、掘削ビット先端側に肉薄部分が形成されてしまい、掘削工具にかか る負荷によって掘削ビットが破損するおそれがあった。

課題を解決するための手段

[0006] この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、掘削ロッド及び掘削ビッ トの剛性を確保することにより、掘削速度を上昇させて掘削作業を効率的に行なうこ とができ、掘削時の衝撃によって掘削ビットと掘削ロッドとが簡単に外れることがない 掘肖ロッド、掘削ビット及び掘削工具を提供することを目的とする。

[0007] 前述した目的を達成するために、本発明に係る掘削ロッドは、先端に向けて突出し て第 1軸線に沿って延びる取付部を有し、前記取付部は、前記第 1軸線に垂直な断 面における前記第 1軸線からの最小距離が一定とされた平行雄ネジ部と、前記平行 雄ネジ部の後端側に連なり前記第 1軸線に垂直な断面における前記第 1軸線からの 最小距離が後端に向けて拡大する雄ネジ切り上げ部とを備え、先端力 後端に向け て前記最小距離力 、さくなることがないように形成され、前記雄ネジ切り上げ部の後 端が、前記第 1軸線力 の距離が前記平行雄ネジ部力 後端側に向けて漸次拡大 する面上に配置されて！ヽる。 [0008] 本発明に係る掘削ビットは、後端に向けて開口して第 2軸線に沿って延びる取付孔 を有し、前記取付孔は、前記第 2軸線に垂直な断面における前記第 2軸線からの最 大距離が一定とされた平行雌ネジ部と、前記平行雌ネジ部の先端に連なり前記第 2 軸線に垂直な断面における前記第 2軸線からの最大距離が先端に向けて縮小する 雌ネジ切り上げ部とを備え、先端から後端に向けて前記最大距離が小さくなることが ないように形成され、前記雌ネジ切り上げ部の先端が、前記第 2軸線からの距離が前 記平行雌ネジ部よりも縮小した面上に配置されている。

[0009] 本発明に係る掘削工具は、前述の掘削ロッドの平行雄ネジ部と、前述の掘削ビット の平行雌ネジ部とが螺合することにより構成されている。

発明の効果

[0010] 本発明に係る掘削ロッドによれば、前記第 1軸線に垂直な断面における前記第 1軸 線からの最小距離が先端側に比べて後端側が小さくなることがないように形成された 取付部を有しているので、掘削ロッドに加わる曲げ応力が大きくなる後端部分での剛 性を確保できるとともに、取付部の途中に径が小さくなるヌスミ部がないので、掘削口 ッドが折損することを抑制できる。

[0011] また、前記掘削ロッドでは、雌ネジと螺合されない雄ネジ切り上げ部が、前記第 1軸 線からの距離が前記平行雄ネジ部力 後端側に向けて漸次拡大する面上に配置さ れて ヽるので、雄ネジ切り上げ部における剛性を確保できる。

また、前記掘削ロッドでは、平行雄ネジ部が形成されているので、掘削時の衝撃に よって掘削ビットと掘削ロッドとを離間するような力が作用した場合でも、掘削ビットが 外れてしまうことを防止できる。また、雄ネジの加工が容易であり、この掘削ロッドを低 コストで製作できる。

[0012] 前記掘削ロッドは、前記雄ネジ切り上げ部における前記第 1軸線を含む断面でのネ ジ谷部分の曲率半径が、前記平行雄ネジ部に形成された雄ネジの前記第 1軸線を 含む断面でのネジ谷部分の曲率半径よりも大きく形成することが好ましい。この場合 、雄ネジ切り上げ部における切欠部分を小さくでき、掘削ロッドの剛性を確実に向上 できる。

[0013] 前記掘削ロッドは、前記雄ネジ切り上げ部の前記第 1軸線方向の長さを、前記平行 雄ネジ部のネジピッチ P以下とすることが好ましい。この場合、ネジの螺合に寄与しな い雄ネジ切り上げ部が不必要に長くなることがなぐ掘削ロッドの剛性をさらに向上で きる。

[0014] 前記掘削ロッドは、前記取付部の先端面力 前記平行雄ネジ部後端までの前記第 1軸線方向の長さを、前記平行雄ネジ部のネジ谷径 Dに対して 2. 5 X D以下とするこ とが好ましい。この場合、平行雄ネジ部後端のネジ谷部分に負荷される曲げ応力の 大きさを抑えて、平行雄ネジ部での折損を防止できる。

さらに、前記掘削ロッドは、前記平行雄ネジ部の前記第 1軸線方向の長さを、前記 平行雄ネジ部のネジピッチ Pに対して 3. 8 X P以上とするが好ましい。この場合、平 行雄ネジ部におけるネジ山の数を確保できる。よって、ひとつのネジ山に作用する荷 重を抑えることができ、平行雄ネジ部におけるネジの早期磨耗や締め付けトルクによ る応力集中を分散して、掘削ロッドの寿命を延長できる。

[0015] 前述した本発明に係る掘削ビットによれば、前記第 2軸線に垂直な断面における前 記第 2軸線からの最大距離が先端側に比べて後端側が小さくなることがないように形 成された取付孔を有しているので、掘削ビットに衝撃が加わる先端部分での肉厚を 確保して掘削ビットの剛性を向上できる。また、取付孔の途中に肉厚が小さくなるヌス ミ部がないので、掘削ビットが破損することを抑制できる。

[0016] また、雄ネジと螺合されな ヽ雌ネジ切り上げ部を前記第 2軸線からの距離が前記平 行雌ネジ部よりも縮小した面上に配置して 、るので、この雌ネジ切り上げ部における 肉厚を確保して剛性を向上できる。

また、平行雌ネジ部が形成されているので、掘削時の衝撃によって掘削ビットと掘 肖 IJロッドとを離間するような力が作用した場合でも、掘削ビットが掘削ロッドから外れて しまうことを防止できるとともに、雌ネジの加工が容易であり、掘削ビットを低コストで製 作できる。

[0017] 前記掘削ビットは、前記雌ネジ切り上げ部における前記第 2軸線を含む断面でのネ ジ谷部分の曲率半径を、前記平行雌ネジ部に形成された雌ネジの前記第 2軸線を 含む断面でのネジ谷部分の曲率半径よりも大きくなるように形成することが好ま 、。 この場合、雌ネジ切り上げ部における肉厚を厚くでき、掘削ビットの剛性を確実に向 上できる。

[0018] 前記掘削ビットは、前記雌ネジ切り上げ部の前記第 2軸線方向の長さを、前記平行 雌ネジ部のネジピッチ P以下とすることが好ましい。この場合、ネジの螺合に寄与しな い雌ネジ切り上げ部が不必要に長くなることがなぐ掘削ビットの剛性をさらに向上で きる。

[0019] 前述した本発明に係る掘削工具によれば、前述したように剛性を確保した掘削ロッ ドと掘削ビットとが螺合されているので、掘削工具に力かる負荷によって掘削ビットが 破損することを防止できるとともに、曲げ応力によって掘削ロッドが折損してしまうこと を防止できる。したがって、掘削速度を上昇させて効率良く掘削作業を行うことができ る掘削工具を提供できる。

[0020] 前記掘削工具は、前記掘削ロッドと前記掘削ビットとを螺合させた状態において、 前記平行雄ネジ部の先端と前記雌ネジ切り上げ部の後端との第 1軸線方向の距離を 、前記雄ネジ切り上げ部の先端と前記平行雌ネジ部の後端との第 1軸線方向距離よ りも大きくすることが好ましい。この場合、掘削ロッドの平行雄ネジ部先端部分と雌ネ ジ切り上げ部との嚙み込みよりも掘削ビットの平行雌ネジ部後端部分と雄ネジ切り上 げ部との嚙み込みが優先的に発生する。したがって、嚙み込みは取付孔の開口部近 傍で発生し、掘削ビットと掘削ロッドの取り外しなどの処置が比較的容易となる。 掘削ビットは岩盤等の被掘削物に直接接触するものであり、その寿命は掘削ロッド に比べて短い。したがって、ネジの嚙み込みを掘削ビットの平行雌ネジ部で優先的 に発生させることで、掘削ロッドの平行雄ネジ部での嚙み込みを防止でき、掘肖 IJロッド の寿命を延長できる。以上の効果をさらに確実に奏効せしめるためには、掘削ロッド を掘削ビットよりも高硬度に設定することが好ましい。より具体的には、掘削ビットと掘 肖 IJロッドとの硬度差を HRC (ロックウェル硬さ Cスケール） 6ポイント以上とすることが好 ましい。

[0021] 前記掘削工具は、前記掘削ロッドの前記取付部の後端に形成された、前記第 1軸 線に垂直な断面における前記第 1軸線力 の距離が後端に向かうにしたがい漸次大 きくなる第 1傾斜面と、前記掘削ビットの前記取付孔の後端部分に形成された、前記 第 2軸線に垂直な断面における前記第 2軸線からの距離が、後端に向かうにしたが い漸次大きくなる第 2傾斜面と、を有し、前記取付部の前記第 1軸線と前記取付孔の 前記第 2軸線とがー致している場合には、前記第 1傾斜面と前記第 2傾斜面とが離間 し、前記第 1軸線と前記第 2軸線とがー致しないように変位した場合には、前記第 1傾 斜面と前記第 2傾斜面とが互いに接触する構成とすることが好ましい。この場合、掘 肖 IJロッドに曲げ応力が加わって掘削ロッドの第 1軸線と掘削ビットの第 2軸線とがー致 しないように変位した際に、第 1傾斜面と第 2傾斜面とが接触して、掘削ロッドの後端 側の外径が大きく剛性が高い部分でこの曲げ応力を受けることができるので、曲げ応 力による掘削ロッドの折損やネジの破損を確実に防止できる。

[0022] 本発明によれば、掘削ロッド及び掘削ビットの剛性を確保することにより、掘削速度 を上昇させて掘削作業を効率的に行なうことができるとともに、掘削時の衝撃によつ て掘削ビットと掘削ロッドとが簡単に外れることがない掘削ロッド、掘削ビット及び掘削 工具を提供できる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の第 1の実施形態である掘削工具の側断面図である。

[図 2]図 1に示す掘削工具を構成する掘削ロッドの側面図である。

[図 3]図 2に示す掘削ロッドの雄ネジ切り上げ部の説明図である。

圆 4]図 1に示す掘削工具を構成する掘削ビットの側断面図である。

[図 5]図 4に示す掘削ビットの先端面図である。

[図 6]本発明の第 2の実施形態である掘削工具の側断面図である。

[図 7]図 6に示す掘削工具を構成する掘削ビットの側断面図である。

[図 8]FEM解析結果を示す図である。

符号の説明

[0024] 10 掘削工具

20 掘削ロッド

22 取付部

25 平行雄ネジ部

26 第 2拡径部

27 雄ネジ切り上げ部 30 掘削ビット

40 取付孔

42 第 1拡径孔

43 平行雌ネジ部

45 雌ネジ切り上げ部

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。図 1に本 発明の第 1の実施形態である掘削工具を示す。また、図 2及び図 3に本実施形態の 掘削工具に使用される掘削ロッドを示す。さらに、図 4及び図 5に本実施形態の掘削 工具に使用される掘削ビットを示す。

掘削工具 10は、掘削機械に装着されて岩盤等の被掘削物を掘削するものであり、 図 1に示すように、被掘削物に直接衝突する掘削ビット 30と、この掘削ビット 30を支 持する掘削ロッド 20とで構成されて 、る。

[0026] 掘肖 IJロッド 20は、図 2に示すように、第 1軸線 C1に沿って延びる六角柱状のロッド 本体 21と、このロッド本体 21の先端（図 2において右側）から第 1軸線 C1に沿って延 びる取付部 22とで構成されて 、る。

取付部 22は、その先端部分に形成された最も小径の小径部 23と、第 1拡径部 24 を介して小径部 23の後端に連接された平行雄ネジ部 25とを含み、平行雄ネジ部 25 の後端が第 2拡径部 26を介して前記ロッド本体 21に連接されて 、る。

[0027] 平行雄ネジ部 25の外周面には、ネジ谷径が一定であるネジピッチ P1の雄ネジが 形成されている。この平行雄ネジ部 25においては、ネジ山の高さ及びネジ谷の深さ は一定とされている。平行雄ネジ部 25の第 1軸線 C1方向の長さ L1は、ネジピッチ P

1に対して Ll≥3. 8 X PIとなるように設定されている。小径部 23の先端面から平行 雄ネジ部 25の後端までの第 1軸線 C1方向の長さ Lは、平行雄ネジ部 25のネジ谷径

Dに対して、 L≤2. 5 X Dとなるように設定されている。

[0028] 平行雄ネジ部 25に形成された雄ネジの後端は、前記第 2拡径部 26の先端に形成 された雄ネジ切り上げ部（不完全ネジ部） 27へと連設されて ヽる。

雄ネジ切り上げ部 27は、図 3に示すように、ネジ山部分における第 1軸線 C1からの 距離が後端側に向かうにしたがい漸次拡大するように形成されている。雄ネジ切り上 げ部 27における第 1軸線 C1を含む断面でのネジ谷部分の曲率半径 R2は、前記平 行雄ネジ部 25に形成された雄ネジの第 1軸線 C1を含む断面でのネジ谷部分の曲率 半径 R1よりも大きくなるように設定されている。雄ネジ切り上げ部 27の第 1軸線 C1方 向の長さ 11は、ネジピッチ P1以下とされている。なお図 3では、雄ネジ切り上げ部 27 のネジ形状を実線で示し、平行雄ネジ部 25を拡径せずに切り上げた場合の不完全 ネジ部形状を想像線で示して!/、る。

[0029] 本実施形態においては、雄ネジの加工を次のようにして行った。切削バイトを固定 した状態で、取付部 22を 1回転する間に 1ピッチ分、第 1軸線 C1方向に移動させるこ とにより、ネジピッチ P1の雄ネジを取付部 22 (平行雄ネジ部 25)の外周面に形成した 。第 2拡径部 26の雄ネジ切り上げ部 27は、切り上げ分および拡径分を、切削ノイト が第 1軸線 C1から離れる方向に漸次後退させることにより形成した。

このように雄ネジ切り上げ部 27を形成することにより、第 2拡径部 26に形成されるネ ジ谷の第 1軸線 C1を含む断面での曲率半径 R2は、平行雄ネジ部 25に形成される ネジ谷の第 1軸線 C1を含む断面での曲率半径 R1よりも大きくなる。すなわち、第 2拡 径部 26と平行雄ネジ部 25とがなす角度を αとした場合には、平行雄ネジ部 25のピ ツチ P1に対して、第 2拡径部 26でのテーパー面に沿ったピッチ Ρ2が PlZcos aと 大きくなるため、ネジ谷の曲率半径 R2も大きくなる。

[0030] 掘削ロッド 20の取付部 22は、前述した平行雄ネジ部 25や雄ネジ切り上げ部 27に 形成された雄ネジのネジ谷部分を含めて、第 1軸線 C1に垂直な断面における第 1軸 線 C1からの最小距離が、先端側に比べて後端側が小さくなることがないように形成さ れている。

掘肖 IJロッド 20には、掘削ロッド 20の先端面に開口して第 1軸線 C1に沿って延びる 流体供給孔 28が設けられている。

[0031] 掘削ビット 30は、図 4及び図 5に示すように、外形が概略円柱状に形成されており、 先端 (図 4において右側)部分が、岩盤等の被掘削物に直接衝突して被掘削物を破 壊する刃先部 31である。刃先部 31は、先端に向かうにしたがい外径が漸次拡大す るように形成されている。刃先部 31の先端面には、掘削ビット 30の第 2軸線 C2と垂 直に交差する中央円形面 32と、中央円形面 32の外周に連設されて径方向外側後 方に僅かに傾 、たリング状面 33と、が設けられて 、る。

[0032] 中央円形面 32には、超硬合金等の硬質材料からなり、先端が半球面状に突出した 円柱状のボタンチップ 34が複数埋設されている。さらに、中央円形面 32には、後述 する取付孔 40と連通された流体排出孔 35の開口部 35Aが複数形成されている。本 実施形態では、図 5に示すように、 3つのボタンチップ 34が周方向に等間隔（120° 間隔）に配置されるとともに、 3つの開口部 35Aが周方向に等間隔（120° 間隔）に 配置されている。ボタンチップ 34と開口部 35Aとは、周方向に交互に配置されている

[0033] リング状面 33には、超硬合金等の硬質材料からなり、先端が半球面状に突出した、 中央円形面 32に埋設されたボタンチップ 34よりも外径が大きな円柱状の大径ボタン チップ 36が複数埋設されており、この大径ボタンチップ 36を形成する円柱の軸線が 前記リング状面 33と直交している。すなわち、この大径ボタンチップ 36は、その半球 面を掘削ビット 30先端側かつ径方向外側に向けて配置されて 、る。

本実施形態では、図 5に示すように、 2つの大径ボタンチップ 36を 1組とした大径ボ タンチップ対 37が周方向に 3つ等間隔に配置されている。

[0034] これら大径ボタンチップ対 37の間には、径方向内側に凹んで先端力も後端に向け て延びる第 1掘削屑排出溝 38が形成されている。 1つの大径ボタンチップ対 37をな す 2つの大径ボタンチップ 36の間には、前記第 1掘削屑排出溝 38よりも深さの浅い 第 2掘削屑排出溝 39が形成されている。本実施形態では、 3つの第 1掘削屑排出溝 38が周方向に等間隔（120° 間隔）に配置されるとともに、 3つの第 2掘削屑排出溝 39が周方向に等間隔（120° 間隔）に配置され、第 1掘削屑排出溝 38と第 2掘削屑 排出溝 39とが周方向に交互に配置されて 、る。

[0035] 掘削ビット 30には、後端（図 4において左側）に向けて開口して第 2軸線 C2に沿つ て延びる取付孔 40が形成されて ヽる。

取付孔 40は、その先端に形成された小径孔 41と、小径孔 41の後端に連接された 第 1拡径孔 42と、第 1拡径孔 42の後端に連接された平行雌ネジ部 43と、平行雌ネジ 部 43の後端に連接された第 2拡径孔 44とで構成され、掘削ビット 30の後端面に開 口して ヽる。

平行雌ネジ部 43の内周面には、ネジ谷径が一定であるネジピッチ P 1の雌ネジが 形成されている。平行雌ネジ部 43の第 1軸線 C1方向長さは L2である。平行雌ネジ 部 43において、ネジ山の高さ及びネジ谷の深さは一定とされている。

[0036] 平行雌ネジ部 43に形成された雌ネジの先端は、前記第 1拡径孔 42から小径孔 41 にかけて形成された雌ネジ切り上げ部 45へと連設されている。

雌ネジ切り上げ部 45は、ネジ谷部分における第 2軸線 C2からの距離が先端に向 力 にしたが!、漸次縮小するように形成されて 、る。雌ネジ切り上げ部 45におけるネ ジ谷部分の第 2軸線 C2を含む断面での曲率半径は、前記平行雌ネジ部 43に形成 された雌ネジのネジ谷部分の第 2軸線 C2を含む断面での曲率半径よりも大きくなる ように設定されている。雌ネジ切り上げ部 45の第 2軸線 C2方向の長さ 12は、ネジピッ チ P1以下とされている。

[0037] 掘削ビット 30は、取付孔 40が、前述した平行雌ネジ部 43や雌ネジ切り上げ部 45に 形成された雌ネジのネジ谷部分を含めて、第 2軸線 C2に垂直な断面における第 2軸 線 C2からの最大距離が、先端側に比べて後端側が小さくなることがないように形成さ れている。

小径孔 41の先端には、第 2軸線 C2に沿って延びて、前記流体排出孔 35に連通さ れた連通孔 46が設けられて!/、る。

[0038] このように構成された掘削ロッド 20と掘削ビット 30とが螺合されることにより、本実施 形態の掘削工具 10が構成される。

掘削ビット 30の取付孔 40に掘削ロッド 20の取付部 22が挿入され、平行雌ネジ部 4 3と平行雄ネジ部 25とを螺合することによって、掘削ロッド 20の第 1軸線 C1と掘削ビ ット 30の第 2軸線 C2とが一致するように、掘削ロッド 20と掘削ビット 30とが結合される 。掘削ロッド 20の小径部 23の先端面が掘削ビット 30の小径孔 41の底面に当接され 、流体供給孔 28と連通孔 46とが接続される。

[0039] 掘削工具 10では、掘削ロッド 20と掘削ビット 30とが螺合され、掘削ロッド 20の小径 部 23の先端面と掘削ビット 30の小径孔 41の底面とが当接された状態において、図 1 に示すように、平行雄ネジ部 25の先端 Mlと雌ネジ切り上げ部 45の後端 F1との第 1 軸線 CI (第 2軸線 C2)方向の距離 Dlが、雄ネジ切り上げ部 27の先端 M2と平行雌 ネジ部 43の後端 F2との第 1軸線 C1 (第 2軸線 C2)方向の距離 D2よりも大きくなるよ うに設定されている。

本実施形態では、掘削ロッド 20の硬度を掘削ビット 30の硬度よりも高く設定してお り、その硬度差は HRC6ポイント以上とされている。

[0040] このように構成された掘削工具 10は、掘削ロッド 20の後端側が図示しない掘削機 械に装着され、掘削機械に備えられた打撃装置によって駆動され、掘削ロッド 20が 第 1軸線 C1回り回転されつつ打撃力ならびに推力を与えられる。この回転力、打撃 力及び推力が掘削ロッド 20から掘削ビット 30へと伝達され、掘削ビット 30が第 2軸線 C2回りに回転しつつ岩盤等の被掘削物へと衝突する。こうして、掘削ビット 30の先端 部分に埋設され、超硬合金等の硬質材料で構成されたボタンチップ 34及び大径ボ タンチップ 36によって、被掘削物が破壊されて掘削される。

[0041] このとき、掘削機械力も流体供給孔 28に供給された流体が、連通孔 46および流体 排出孔 35を介して、掘削ビット 30先端の開口部 35Aから排出されることにより、第 1 掘削屑排出溝 38及び第 2掘削屑排出溝 39を通じて外部へと掘削屑が排出される。 このように掘削ビット 30に推力を与えながら、被掘削材へと繰り返し衝突させること により、掘削ビット 30及び掘削ロッド 20には、衝突による反力の負荷が加えられる。

[0042] 本実施形態の掘削工具 10によれば、掘削ロッド 20の取付部 22が、第 1軸線 C1に 垂直な断面における第 1軸線 C1からの最小距離が、先端側に比べて後端側が小さ くなることがないように形成されているので、掘削時に大きな曲げ応力が加えられる掘 肖 IJロッド 20の後端部分での外径寸法を確保できる。また、剛性を不足させるヌスミ部 が形成されて ヽな 、ので、前記曲げ応力によって掘削ロッド 20が折損することを防止 できる。

[0043] さらに、掘削ビット 30の取付孔 40が、第 2軸線 C2に垂直な断面における第 2軸線 C 2から取付孔 40の内面までの最大距離が先端側に比べて後端側が小さくなることが ないように形成されている。したがって、掘削時の掘削ビット 30において最も大きい 負荷が加えられる掘削ビット 30の先端部分の肉厚を確保できる。また、剛性を不足さ せるヌスミ部が形成されて 、な 、ので、前記負荷によって掘削ビット 30が破損するこ とを防止できる。

[0044] 本実施形態によれば、掘削ロッド 20及び掘削ビット 30の剛性が確保されて 、るの で、掘削工具 10の掘削速度を上昇させることにより負荷が大きくなつても、掘肖 IJロッド 20及び掘削ビット 30の折損及び破損を防止でき、掘削作業を効率的に行うことがで きる。

[0045] また、掘削ロッド 20と掘削ビット 30と力 テーパーネジではなく平行雄ネジ部 25及 び平行雌ネジ部 43の螺合によって結合されて ヽるので、掘削時の衝撃によって掘削 ビット 30と掘削ロッド 20とが離間するような力が作用した場合でも、掘削ビット 30と掘 肖 IJロッド 20とが簡単に外れてしまうことを防止できる。また、テーパー状ではない雌ネ ジ及び雄ネジの加工が容易であるので、掘削ビット 30及び掘削ロッド 20を低コストで 製作できる。

[0046] 前記掘削ロッド 20においては、雄ネジ切り上げ部 27が第 2拡径部 26にかけて形成 されているので、雄ネジ切り上げ部 27の外径寸法を確保でき、掘削ロッド 20の剛性 をさらに向上できる。

さらに、雄ネジ切り上げ部 27におけるネジ谷部分の曲率半径 R2が、平行雄ネジ部 25に形成された雄ネジのネジ谷部分の曲率半径 R1よりも大きいので、雄ネジ切り上 げ部 27における切欠部分を小さく（肉厚を大きく）でき、雄ネジ切り上げ部 27におけ る応力集中を低減でき、掘削ロッド 20の剛性を確実に向上できる。

[0047] また、雄ネジ切り上げ部 27の第 1軸線 C1方向の長さ 11がネジピッチ P1以下とされ ているので、ネジの螺合に寄与しない雄ネジ切り上げ部 27が必要以上に長くならず 、掘削ロッド 20の剛性を一層向上できる。

[0048] また、平行雄ネジ部 25の第 1軸線 C1方向の長さ L1がネジピッチ Pに対して、 Ll≥ 3. 80 X PIとなるように設定されているので、平行雄ネジ部 25におけるネジ山の数を 確保して、ひとつのネジ山に作用する荷重を抑えることができる。したがって、平行雄 ネジ部 25におけるネジの早期磨耗や締め付けトルクによる応力集中を分散でき、掘 肖 IJロッド 20の寿命を延長できる。

さらに、取付部 20の先端面力も平行雄ネジ部 25後端までの第 1軸線 C 1方向の長 さ L力 平行雄ネジ部 25のネジ谷径 Dに対して、 L≤ 2. 5 X Dに設定されているので 、平行雄ネジ部 25後端のネジ谷部分に負荷される曲げ応力を抑えることができ、平 行雄ネジ部 25における折損を防止できる。

[0049] 前記掘削ビット 30においては、雌ネジ切り上げ部 45が第 1拡径孔 42から小径孔 4 1にかけて形成されているので、雌ネジ切り上げ部 45部分の肉厚を確保でき、掘削 ビット 30の剛性をさらに向上できる。

さらに、雌ネジ切り上げ部 45における第 2軸線 C2を含む断面でのネジ谷部分の曲 率半径力 平行雌ネジ部 43に形成された雌ネジの第 2軸線 C2を含む断面でのネジ 谷部分の曲率半径よりも大きいので、雌ネジ切り上げ部 45に形成される切欠部分を 小さくして肉厚を大きくでき、雌ネジ切り上げ部 45における応力集中を低減でき、掘 肖 IJビット 30の剛性を確実に向上できる。

[0050] また、雌ネジ切り上げ部 45の第 2軸線 C2方向の長さ 12がネジピッチ P1以下とされ ているので、ネジの螺合に寄与しない雌ネジ切り上げ部 45が必要以上に長くならず 、掘削ビット 30の剛'性を一層向上できる。

[0051] 前記掘削ロッド 20と前記掘削ビット 30とを螺合させた状態にぉ 、て、平行雄ネジ部 25の先端 Mlと雌ネジ切り上げ部 45の後端 F1との第 1軸線 C1 (第 2軸線 C2)方向 の距離 D1が、雄ネジ切り上げ部 27の先端 M2と平行雌ネジ部 43の後端 F2との第 1 軸線 C1 (第 2軸線 C2)方向の距離 D2よりも大きいので、掘削ロッド 20の平行雄ネジ 部 25先端と雌ネジ切り上げ部 45との嚙み込みよりも掘削ビット 30の平行雌ネジ部 43 後端と雄ネジ切り上げ部 27との嚙み込みが優先的に発生する。なお、ここで「嚙み込 み」とは、不完全ネジ部が螺合することによりネジ表面がえぐられる状態を意味してい る。

したがって、掘削ロッド 20の先端における平行雄ネジ部 25の嚙み込みを防止して 、掘削ロッド 20のさらなる寿命を延長できる。また、ネジの嚙み込みが発生した場合 であっても、その発生箇所は取付孔 40の開口部近傍であるので、掘削ロッド 20と掘 削ビット 30の取り外しなどの処置が比較的容易にできる。さらに、本実施形態では、 掘削ロッド 20の硬度が掘削ビット 30の硬度よりも HRC6ポイント以上高くなるように設 定されているので、嚙み込みによる平行雄ネジ部 25 (掘削ロッド 20)の損傷を確実に 防止できる。 [0052] 次に、本発明の第 2の実施形態である掘削工具 110について図 6〜7を参照して説 明する。なお、第 1の実施形態と共通する部分には同じ符号を付す。

第 2の実施形態である掘削工具 110では、掘削ロッド 20は第 1の実施形態と同じも のであり、掘削ビット 130のみが異なっている。図 6に、第 2の実施形態である掘削ェ 具 110を示す。図 7に、掘削工具 110を構成する掘削ビット 130を示す。

[0053] 掘削ビット 130には、後端（図 6において左側）に向けて開口して第 2軸線 C3に沿つ て延びる取付孔 140が形成されている。

取付孔 140は、その先端に形成された小径孔 141と、小径孔 141の後端に連接さ れた第 1拡径孔 142と、第 1拡径孔 142の後端に連接された平行雌ネジ部 143と、平 行雌ネジ部 143の後端に連接された第 2拡径孔 144と、第 2拡径孔 144のさらに後 端に形成された内径が一定の定径孔 147と、定径孔 147の後端に形成された第 3拡 径孔 148とで構成され、掘削ビット 130の後端面に開口されている。平行雌ネジ部 14 3に形成された雌ネジの先端は、前記第 1拡径孔 142から小径孔 141にかけて形成 された雌ネジ切り上げ部 145へと連設されている。

第 3拡径孔 148の内周面が後端に向けて拡径する角度は、前記掘削ロッド 20の第 2拡径部 26の外周面が後端に向けて拡径する角度と同一とされている。

[0054] 掘削ビット 130が前記掘削ロッド 20と螺合されて、掘削工具 110が構成される。

掘削ロッド 20の第 1軸線 C1と掘削ビット 130の第 2軸線 C3とが一致している場合に は、図 6に示すように、掘削ビット 130の第 3拡径孔 148の内周面と、掘削ロッド 20の 第 2拡径部 26の外周面とが、離間するように配置される。

[0055] 上記構成の掘削工具 110においては、掘削工具 110にかかる負荷によって掘削口 ッド 20に曲げ応力が加わり、掘削ロッド 20の第 1軸線 C1と掘削ビット 130の第 2軸線 C3とが交差するように変位した際に、掘削ビット 130の第 3拡径孔 148の内周面と掘 肖 IJロッド 20の第 2拡径部 26の外周面とが接触して、掘削ロッド 20の後端側の外径が 大きく剛性が高い部分でこの曲げ応力を受けることができる。したがって、曲げ応力 による掘削ロッド 20の折損やネジの破損を確実に防止できる。

[0056] 以上、本発明の実施形態である掘削工具について説明したが、本発明はこれに限 定されることはなぐ本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 例えば、取付部の形状については、本実施形態に限定されることはなぐ第 1軸線 C1に垂直な断面における第 1軸線 C1からの最小距離が先端側に比べて後端側が 小さくなることがな 、ように形成されて 、ればよ 、。

同様に、取付孔の形状についても、本実施形態に限定されることはなぐ第 2軸線 C

2, C3に垂直な断面における第 2軸線 C2, C3からの最大距離力 先端側に比べて 後端側が小さくなることがな 、ように形成されて 、ればよ 、。

[0057] 掘削ロッド 20のロッド本体 21を 6角柱状のものとして説明した力 これに限定される ことはなぐロッド本体が円柱状であってもよい。

掘削ビットの先端面に配置されたボタンチップ及び大径ボタンチップのサイズ、個 数、配置についても、本実施形態に限定されることはなぐ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。

[0058] 本実施形態で説明した掘削ロッドに、他の掘削ビットを螺合して掘削工具を構成し てもよい。この場合においても、掘削ロッドの剛性が確保されているので、掘削速度を 上昇させて効率の良い掘削作業を行うことができるとともに、折損事故の発生を抑制 できる。

実施例

[0059] 以下に、本発明における平行雄ネジ部の長さ L1について検討した結果を説明する 掘削ロッドの剛性を考慮した場合、掘削ロッドの外周面を切り欠くことになる平行雄 ネジ部の長さ L1は短い方がよい。特に、掘削時に曲げ荷重が負荷される先端部分 力もの長さが長くその外径が小さな部分で、応力は最も大きくなつて折損を招くので、 ネジ谷が形成される平行雄ネジ部の長さは短 、ほうがよ!/、。

一方、回転力や推力によって負荷される軸線方向の荷重はネジ山部分に作用する 。したがって、ネジ山ひとつあたりに加わる荷重を考慮した場合、ネジ山の数が多い 方が好ましく、平行雄ネジ部の長さ L 1が長 、方がょ 、。

[0060] そこで、平行雄ネジ部の長さとネジ山部分に加わる軸方向荷重及び掘削ロッドに加 わる曲げ荷重によって生じる最大応力につ ヽて FEM解析を行った。

FEM解析においては、平行雄ネジ部の長さ L1は、 34mmと 49mmとの 2条件とし た。また、ネジピッチ PIは 12. 7mmとした。このモデルに軸方向荷重ならびに曲げ 荷重を負荷した際の最大応力をそれぞれ算出し、その結果を線形近似した。

解析結果を図 8に示す。

[0061] 図 8に示すように、軸方向荷重を負荷した場合には、平行雄ネジ長さ L1が大きくな るにしたがい最大応力が急激に小さくなる。一方、曲げ荷重を負荷した場合には、平 行雄ネジ長さ L1が大きくなるにしたがい最大応力が緩やかに大きくなる。つまり、平 行雄ネジ部の長さ L1に対しては、曲げ荷重による応力よりも軸方向荷重による応力 の方がより影響を受ける。

この解析結果から、曲げ荷重による応力と軸方向荷重による応力とを考慮すると、 ネジピッチ Pl = 12. 7mmの場合には、平行雄ネジ長さ L1が 48. 26mm(3. 8 X P1 )以上となるように設定することが好ま 、ことが確認された。

[0062] 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定される ことはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびそ の他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなぐ添 付のクレームの範囲によってのみ限定される。

産業上の利用可能性

[0063] 本発明によれば、掘削ロッド及び掘削ビットの剛性を確保することにより、掘削速度 を上昇させて掘削作業を効率的に行なうことができるとともに、掘削時の衝撃によつ て掘削ビットと掘削ロッドとが簡単に外れることがない掘削ロッド、掘削ビット及び掘削 工具を提供できる。

Claims

請求の範囲

[1] 先端に向けて突出して第 1軸線に沿って延びる取付部を有し、

前記取付部は、前記第 1軸線に垂直な断面における前記第 1軸線からの最小距離 が一定とされた平行雄ネジ部と;前記平行雄ネジ部の後端に連なり前記最小距離が 後端に向けて拡大する雄ネジ切り上げ部と;を備えるとともに、先端力 後端に向け て前記最小距離が小さくならな!/ヽように形成され、

前記雄ネジ切り上げ部の後端が、前記第 1軸線力 の距離が前記平行雄ネジ部か ら後端に向けて漸次拡大する面上に配置されていることを特徴とする掘削ロッド。

[2] 前記雄ネジ切り上げ部における前記第 1軸線を含む断面でのネジ谷部分の曲率半 径カ 前記平行雄ネジ部に形成された雄ネジの前記第 1軸線を含む断面でのネジ 谷部分の曲率半径よりも大き!/ヽことを特徴とする請求項 1に記載の掘削ロッド。

[3] 前記雄ネジ切り上げ部の前記第 1軸線方向の長さ 11が、前記平行雄ネジ部のネジ ピッチ P以下であることを特徴とする請求項 1に記載の掘削ロッド。

[4] 前記取付部の先端面から前記平行雄ネジ部後端までの前記第 1軸線方向長さしが 、前記平行雄ネジ部のネジ谷径 Dに対して L≤ 2. 5 X Dであるとともに、

前記平行雄ネジ部の前記第 1軸線方向長さ L1が、前記平行雄ネジ部のネジピッチ Pに対して Ll≥3. 8 X Pであることを特徴とする請求項 1に記載の掘削ロッド。

[5] 後端に向けて開口して第 2軸線に沿って延びる取付孔を有し、

前記取付孔は、前記第 2軸線に垂直な断面における前記第 2軸線からの最大距離 が一定とされた平行雌ネジ部と;前記平行雌ネジ部の先端に連なり前記最大距離が 先端に向けて縮小する雌ネジ切り上げ部と;を備え、先端力 後端に向けて前記最 大距離が小さくならな 、ように形成され、

前記雌ネジ切り上げ部の先端が、前記第 2軸線力 の距離が前記平行雌ネジ部よ りも縮小した面上に配置されていることを特徴とする掘削ビット。

[6] 前記雌ネジ切り上げ部における前記第 2軸線を含む断面でのネジ谷部分の曲率半 径カ 前記平行雌ネジ部に形成された雌ネジの前記第 2軸線を含む断面でのネジ 谷部分の曲率半径よりも大きくされていることを特徴とする請求項 5に記載の掘削ビッ

[7] 前記雌ネジ切り上げ部の前記第 2軸線方向長さ 12が、前記平行雌ネジ部のネジピ ツチ P以下であることを特徴とする請求項 5に記載の掘削ビット。

[8] 請求項 1に記載の前記掘削ロッドの前記平行雄ネジ部と;請求項 5に記載の前記掘 肖 IJビットの前記平行雌ネジ部と；が螺合することにより構成されたことを特徴とする掘 削工具。

[9] 前記掘削ロッドと前記掘削ビットとを螺合させた状態において、

前記平行雄ネジ部の先端と前記雌ネジ切り上げ部の後端との前記第 1軸線方向距 離が、前記雄ネジ切り上げ部の先端と前記平行雌ネジ部の後端との前記第 1軸線方 向距離よりも大きいことを特徴とする請求項 8に記載の掘削工具。

[10] 前記掘削ロッドの前記取付部の後端部分に形成された、前記第 1軸線に垂直な断 面における前記第 1軸線からの距離が、後端に向かうにしたがい漸次大きくなる第 1 傾斜面と；

前記掘削ビットの前記取付孔の後端部分に形成された、前記第 2軸線に垂直な断 面における前記第 2軸線からの距離が、後端に向かうにしたがい漸次大きくなる第 2 傾斜面と；を有し、

前記取付部の前記第 1軸線と前記取付孔の前記第 2軸線とがー致している場合に は、前記第 1傾斜面と前記第 2傾斜面とが離間し、

前記第 1軸線と前記第 2軸線とがー致しないように変位した場合には、前記第 1傾 斜面と前記第 2傾斜面とが互いに接触することを特徴とする請求項 8に記載の掘削 工具。