WO2013081098A1 - 掘削工具 - Google Patents

Abstract

　本発明の掘削工具は、軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側に前進させられる工具本体１の先端部に埋め込み穴８が穿設され、この埋め込み穴８に、外形円柱状の埋め込み部６と刃先部７とが一体に形成された掘削チップ５Ａが、埋め込み部６を埋め込み穴８に挿入させるとともに刃先部７を埋め込み穴８から突出させて、埋め込み部６の中心軸Ｃ回りに掘削時に回転自在かつ中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めされて取り付けられている。

Description

掘削工具

　本発明は、軸線回りに回転されるとともに該軸線方向先端側に前進させられる工具本体の先端部に埋め込み穴が穿設され、この埋め込み穴に硬質材料よりなる掘削チップがその先端の刃先部を突出させて埋め込まれた掘削工具に関するものである。
　本願は、２０１１年１１月３０日に日本に出願された特願２０１１－２６２５２６号と、２０１２年１１月１５日に日本に出願された特願２０１２－２５１３５７号とに基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　このような掘削工具としては、例えば特許文献１、２に記載されているように、先端部に超硬合金等の焼結合金製の掘削チップが複数取り付けられた鋼材等からなる工具本体が、掘削ロッドの先端部や該掘削ロッド先端部にデバイスを介して取り付けられて、上記掘削ロッドを介して掘削装置から伝達される工具本体の軸線回りの回転力および軸線方向先端側に向けての推力や、これら回転力や推力に加えて上記デバイスを介してダウンザホールハンマから与えられる上記軸線方向先端側に向けての打撃力とにより、地盤や岩盤に掘削穴を形成するものが知られている。

　ところで、従来このような掘削工具においては、工具本体先端部に穿設された埋め込み穴に、円柱状の埋め込み部とその先端側に球面状、円錐状、砲弾状等の刃先部とが一体に形成された上記焼結合金製の掘削チップが、その刃先部を埋め込み穴から突出させるとともに、埋め込み部が埋め込み穴に焼き嵌め等の締まり嵌めで強固に固定されることにより植設されて取り付けられた構成とされている。

　そして、このような地盤や岩盤の掘削に用いられる掘削工具では、こうして埋め込み穴から突出させられた掘削チップの刃先部が、地盤や岩盤に接触、貫入させられて掘削に使用されるのに伴い摩耗や摩滅が進行し、摩耗した刃先部ではその曲面の曲率半径が大きくなるので刃先の鋭さが損なわれて掘削効率が低下してゆく。さらに、掘削穴の径が許容される径以下となるまで掘削チップの摩耗が進行すると、掘削工具としての工具寿命を迎える。

　ところが、このような掘削チップの刃先部の摩耗や摩滅は一様ではない。例えば、工具本体の先端部に植設された複数の掘削チップのうちでも、特に先端部外周側のゲージ部に植設された掘削チップは、外周側に向けられる面で摩耗や摩滅が著しくなって片減りした摩耗形態となるため、掘削性能が損なわれやすくて掘削効率低下の要因となるとともに、このようなゲージ部の掘削チップの摩耗は掘削穴径の縮小に結びついて工具寿命に大きな影響を及ぼすことになる。

　そして、このような掘削チップの刃先部の偏摩耗は、地盤や岩盤が硬く刃先部が激しく摩耗する条件下では一層顕著となり、工具寿命が短縮されて掘削に要するコストが増大する。また、掘削性能を回復するために掘削チップの刃先部を再研磨するにもコストや時間を要することになる。さらに、掘削穴が所望の深さに達する前に掘削工具が工具寿命を迎えると、工具本体の交換に時間や労力、コストを要することになる。また、万一、刃先部の摩耗や摩滅が進行して掘削性能が損なわれたまま掘削を続けると、工具本体に摩耗や損傷が生じたり、掘削装置に大きな負荷を与えることにもなる。

日本国特開２０１０－１８０５５１号公報 日本国特開２０１１－０４２９９１号公報

　本発明は、このような背景の下になされたもので、掘削チップの掘削性能および掘削効率を長期に亙って維持して、工具寿命の向上と掘削穴の単位深さ当りの掘削コストの低減を図る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。

　本発明の一態様の掘削工具は、以下のいずれかの構成を備える。

　（１）軸線を中心とした工具本体と、
　上記工具本体の先端部に穿設された埋め込み穴に取り付けられる掘削チップとを備え、
　上記工具本体は、上記軸線回りに回転されるとともに上記軸線方向先端側に前進させられ、
　上記掘削チップは、中心軸を中心とした外形円柱状の埋め込み部と上記中心軸方向先端側の刃先部とが一体に形成され、
　上記埋め込み部が上記埋め込み穴に挿入されるとともに、上記刃先部は上記該埋め込み穴から突出させられており、
　少なくとも１つの上記掘削チップは、掘削時に上記埋め込み部の上記中心軸回りに回転自在とされるとともに、上記中心軸方向先端側に抜け止めされて上記埋め込み穴に取り付けられた回転掘削チップとされている。

　（２）上記（１）において、上記工具本体には複数の上記掘削チップが取り付けられており、このうち一部の掘削チップが上記回転掘削チップとされているとともに、残りの上記掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられている。

　（３）上記（１）または（２）において、上記工具本体には複数の上記掘削チップが取り付けられており、このうち上記工具本体の先端面外周部に取り付けられる少なくとも１つの掘削チップが上記回転掘削チップとされるとともに、残りの掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられている。

　（４）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面と、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面とのうち、一方には上記中心軸回りに周回する凹溝が設けられるとともに、他方には上記凹溝に収容される凸部が設けられている。

　（５）上記（４）において、上記凹溝と凸部とのうちの一方は、該凹溝と凸部とのうちの一方が設けられる上記埋め込み部外周面または上記埋め込み穴内周面に取り付けられて固定される中間部材によって形成されている。

　（６）上記（１）から（３）のいずれか１つにおいて、上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面には、上記中心軸回りに周回する凹溝が形成されるとともに、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面には、上記中心軸方向に上記凹溝と対向する位置に、上記中心軸回りに周回する凹部または該凹溝の接線方向に延びる凹穴の開口部が形成されており、上記凹溝と上記凹部または上記凹穴の開口部とにまたがって係止部材が収容されている。

　（７）上記（１）～（６）のうちいずれか１つにおいて、上記回転掘削チップの上記埋め込み部は、該埋め込み部の外径ｄ（ｍｍ）に対して、締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲の締まり嵌めによって上記埋め込み穴に取り付けられている。

　（８）上記（１）～（７）のうちいずれか１つにおいて、少なくとも上記回転掘削チップの表面には、表面硬化層が形成されている。

　（９）上記（１）～（８）のうちいずれか１つにおいて、上記工具本体の少なくとも上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴周辺には、表面硬化層が形成されている。

　（１０）上記（１）～（９）のうちいずれか１つにおいて、上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面と、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面との間には、潤滑剤が介装されている。

　このように構成された掘削工具においては、上記回転掘削チップが、工具本体の埋め込み穴に挿入されるその外形円柱状の埋め込み部の中心軸回りに掘削時に回転自在とされているので、掘削時に工具本体が回転させられるのに伴い地盤や岩盤からの接触抵抗を受けて、回転掘削チップは中心軸回りに従動回転させられる。このため、回転掘削チップの刃先部も中心軸回りの周方向に均等に摩耗することになり、この刃先部の形状を部分的に片減りさせることなく保持するとともに刃先部を構成する曲面の曲率半径が大きくなるのを防いで、掘削性能や掘削効率が著しく低下するのを抑えることができる。

　その一方で、回転掘削チップは中心軸方向先端側に向けては抜け止めされているので、不用意に掘削チップが脱落するようなこともない。なお、回転掘削チップが抜け止めされた状態とは、例えば工具本体の先端部を下向きにして工具本体を保持した状態で、回転掘削チップが自重によって埋め込み穴から脱落することのない状態であればよい。

　ここで、上記工具本体に複数の掘削チップが取り付けられている場合においては、全ての掘削チップが、このように掘削時に中心軸回りに回転させられる回転掘削チップとされていてもよい。また、複数の掘削チップのうち、一部の掘削チップが上記回転掘削チップとされるとともに、残りの掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられていてもよく、上記回転掘削チップによって掘削性能や掘削効率が維持されることにより、工具寿命の延長を図ることができる。

　特に、こうして上記工具本体に複数の掘削チップが取り付けられている場合において、このうち上記工具本体の先端面外周部に取り付けられる少なくとも１つの掘削チップが上記回転掘削チップとされていれば、残りの掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられていても、この先端外周部すなわちゲージ部における少なくとも１つの回転掘削チップによって掘削性能や掘削効率が維持される。これにより、掘削穴径が縮小するのを効果的に抑制して工具寿命の確実な向上を図ることができる。

　また、回転掘削チップを、掘削時に上記中心軸回りに回転自在とするとともに、上記中心軸方向先端側に抜け止めして上記埋め込み穴に取り付けるには、第１に、この掘削チップの上記埋め込み部外周面と、この掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面とのうち、一方には上記中心軸回りに周回する凹溝を設けるとともに、他方には上記凹溝に収容される凸部を設ければよい。

　ここで、これら凹溝と凸部とが、回転掘削チップの埋め込み部外周面と工具本体の埋め込み穴内周面とに直接的に形成される場合には、これら回転掘削チップと工具本体のヤング率の違いを用いることにより工具本体を弾性変形させて埋め込み穴を拡径しつつ回転掘削チップの埋め込み部をプレス圧入すればよい。あるいは、両者の熱膨張率の違いを用いることにより工具本体を加熱して埋め込み穴を熱膨張させたところに回転掘削チップの埋め込み部を挿入してもよい。

　また、このように凹溝と凸部とを回転掘削チップの埋め込み部外周面と工具本体の埋め込み穴内周面に直接形成することなく、これら凹溝と凸部とのうちの一方を、該凹溝と凸部とのうちの一方が設けられる上記埋め込み部外周面または上記埋め込み穴内周面に取り付けられて固定される中間部材によって形成してもよい。この場合に、中間部材は、この中間部材に形成される凹溝と凸部とのうちの一方が設けられる上記埋め込み部外周面または上記埋め込み穴内周面に対して、やはり上述のようなプレス圧入や熱膨張率の違いによる焼き嵌め、冷やし嵌めのような締まり嵌めによって固定すればよい。

　第２には、このように凹溝に凸部を収容するのではなく、上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面には、上記中心軸回りに周回する凹溝を形成するとともに、この回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面には、上記中心軸方向に上記凹溝と対向する位置に、上記中心軸回りに周回する凹部または該凹溝の接線方向に延びる凹穴の開口部を形成し、上記凹溝と上記凹部または上記凹穴の開口部とにまたがって係止部材を収容するようにしてもよい。

　ここで、埋め込み穴の内周面に凹溝と同様の中心軸回りに周回する凹部が形成されているときには、例えば埋め込み部外周面の上記凹溝にＣ形リングを係止部材として縮径させて収容しておいて埋め込み穴に挿入し、この凹溝が凹部の位置に一致したところで弾性変形により拡径させて凹溝と凹部にまたがって収容させるようにすればよい。あるいは、凹溝と凹部が一致して形成される環状穴に多数の球状部材を係止部材として外部から挿入して凹溝と凹部にまたがって収容させるようにしてもよい。また、埋め込み穴の内周面に凹溝の接線方向に延びる凹穴の開口部が形成されているときには、この凹穴にピンを係止部材として挿入して凹溝にまたがるように収容すればよい。

　さらに、回転掘削チップの埋め込み部は、該埋め込み部の外径ｄ（ｍｍ）に対して、締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲の締まり嵌めによって上記埋め込み穴に取り付けられていてもよい。このような範囲の締め代の締まり嵌めであれば、非掘削時には回転掘削チップは回転自在ではなくても、掘削時には工具本体の回転による地盤や岩盤からの接触抵抗によって埋め込み穴との摩擦に抗して回転掘削チップを自在に従動回転させることができ、また回転掘削チップが埋め込み穴から脱落しないように抜け止めすることができる。

　なお、少なくとも回転掘削チップの表面には、表面硬化層が形成されていてもよい。例えば、回転掘削チップの埋め込み部の表面に例えばＤＬＣ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の皮膜処理を施すことによって表面硬化層を形成することにより、埋め込み部の強度向上や埋め込み穴内での回転摺動性の向上を図ることができる。また、回転掘削チップの刃先部の表面にこのような皮膜処理によって表面硬化層を形成したり、刃先部の表面に多結晶ダイヤモンドよりなる表面硬化層を形成したりすることにより、刃先部の耐摩耗性を向上させて一層の工具寿命の延長を図ることができる。なお、このような表面硬化層は、工具本体に固定された掘削チップの表面にも形成されていてもよい。

　また、このような表面硬化層は、工具本体の少なくとも回転掘削チップが取り付けられる埋め込み穴周辺に形成されていてもよい。これにより、掘削時の回転掘削チップの回転による埋め込み穴の摩耗を防ぐことができ、特に上記凹溝や凸部が工具本体の埋め込み穴内周面に直接形成されている場合に効果的である。なお、このような埋め込み穴周辺の表面硬化層は、上述のようなＤＬＣ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の皮膜処理によるもののほかに、例えば高周波焼き入れ、浸炭焼き入れ、レーザー焼き入れ、窒化処理等によるものであってもよい。

　さらに、回転掘削チップの埋め込み部外周面と、回転掘削チップが取り付けられる埋め込み穴の内周面との間には、潤滑剤が介装されていてもよい。潤滑剤の介装によって回転掘削チップの回転を円滑にすることができ、埋め込み部や埋め込み穴の摩耗を一層低減することができる。

　さらにまた、回転掘削チップの埋め込み部の後端面と、回転掘削チップが取り付けられる埋め込み穴の穴底面との間には、緩衝材が介装されていてもよい。例えば銅板のような回転掘削チップや工具本体よりも硬度の低い緩衝材を介装することにより、掘削時の負荷が回転掘削チップから工具本体に直接作用するのを防いで、工具本体の損傷を防止することができる。

　また、回転掘削チップの埋め込み部の後端面は上記中心軸を中心とした凸円錐面状部を備え、回転掘削チップが取り付けられる埋め込み穴の穴底面は上記凸円錐面状部に対向する凹円錐面状部を備えていてもよい。これら凹凸円錐面状部が摺接、あるいは上記緩衝材を介して対向することにより、掘削時に回転掘削チップを確実に上記中心軸回りに回転させることができる。なお、このような凹凸円錐面状部や緩衝剤は、工具本体に固定された掘削チップの埋め込み部や埋め込み穴に備えられていてもよい。

　以上説明したように、本発明によれば、埋め込み部の中心軸回りに掘削時に回転自在とされるとともに中心軸方向先端側に抜け止めされて取り付けられる掘削チップにおいて、その脱落を招くことなく、刃先部の均等な摩耗を促すことができる。このため、地盤や岩盤が硬く刃先部が激しく摩耗する条件下でも片減りなどの偏摩耗を防いで刃先部の再研磨を不要とし、掘削チップによる掘削性能および掘削効率を長期に亙って維持して、工具寿命の延長を図るとともに掘削穴単位深さ当りの掘削コストを低減することができる。

本発明の第１ないし第４の実施形態の斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。 本発明の第１の実施形態を示す図２ＡにおけるＺＯＺ断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。 本発明の第２の実施形態を示す図３ＡにおけるＺＯＺ断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。 本発明の第３の実施形態を示す図４ＡにおけるＺＯＺ断面図である。 本発明の第４の実施形態を示す軸線方向先端側から見た正面図である。 本発明の第４の実施形態を示す図５ＡにおけるＺＯＺ断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第２例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第３例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第４例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第５例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第６例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第７例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第８例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の図９ＡにおけるＺＺ断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第９例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の図９ＣにおけるＺＺ断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１０例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の図９ＥにおけるＺＺ断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１１例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１２例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１３例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１４例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１５例を示す中心軸に沿った断面図である。 図１ないし図５Ｂに示す実施形態における回転掘削チップと埋め込み穴の第１６例を示す中心軸に沿った断面図である。

　図１ないし図５Ｂは、それぞれ本発明の第１ないし第４の実施形態を示すものである。これらの実施形態において、工具本体１は鋼材等により形成されて、図１に示すように先端部（図１において左側部分。図２Ａないし図５Ｂの各Ｂ図では下側部分）が大径で、後端側（図１において右側。図２Ａないし図５Ｂの各Ｂ図では上側）に向かうに従い外径が段階的に小さくなる軸線Ｏを中心とした概略多段円柱状をなしている。

　工具本体１の後端部はシャンク部２とされている。このシャンク部２が図示されないダウンザホールハンマに取り付けられることにより、工具本体１はダウンザホールハンマから軸線Ｏ方向先端側への打撃力を受ける。また、ダウンザホールハンマの後端には図示されない掘削ロッドを介して掘削装置が連結され、工具本体１はこの掘削装置から軸線Ｏ回りの回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力を受ける。

　工具本体１の先端部３は、本実施形態ではその先端面内周部３Ａが軸線Ｏに垂直で軸線Ｏを中心とした円形面とされるとともに、先端面外周部３Ｂは外周側に向かうに従い後端側に向かうように傾斜したテーパ面状のゲージ部とされている。また、この先端面外周部３Ｂの後端側に連なる先端部３の外周面は、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たテーパ面とされた後、凹曲面状をなして外周側に張り出してから段差を介して上記シャンク部２に連なるようにされている。

　この先端部３の外周面には、掘削時に生成される繰り粉を排出するために、軸線Ｏに平行に延びる複数条（本実施形態では８条）の外周排出溝４Ａが周方向に等間隔に形成されている。これらの外周排出溝４Ａは、軸線Ｏに直交する断面が凹円弧等の凹曲線状をなすものであって、軸線Ｏからその溝底までの半径は、上記先端面内周部３Ａがなす円の半径よりも僅かに大きくされている。

　これら８つの外周排出溝４Ａのうち、軸線Ｏを挟んで互いに反対側に位置する２つの外周排出溝（図２Ａないし図５Ｂの各Ａ図において上下に位置する外周排出溝）４Ａの先端からは、内周側に向けて上記先端面内周部３Ａに延び、先端面内周部３Ａがなす上記円の半径程度の位置に至る先端排出溝４Ｂが形成されている。また、工具本体１には、その後端から先端側に向けて圧縮空気のブロー穴１Ａが軸線Ｏに沿って形成されていて、このブロー穴１Ａは先端部３において２つに分岐して上記先端排出溝４Ｂの内周端に開口させられている。

　この工具本体１の先端部３の上記先端面内周部３Ａと上記先端面外周部３Ｂには、掘削チップ５が植設されている。この掘削チップ５は、工具本体１よりも硬質な超硬合金等の焼結合金により形成され、図６Ａないし図１２Ｂに示すように中心軸Ｃを中心とした概略円柱状をなす後端側（図６Ａないし図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｃ、図９Ｅ、および図１０Ａないし図１２Ｂにおいて下側）の埋め込み部６と、先端側（図６Ａないし図８Ｂ、図９Ａ、図９Ｃ、図９Ｅおよび図１０Ａないし図１２Ｂにおいて上側）の刃先部７とが一体に成形されたものである。

　図６Ａないし図１２Ｂに示す掘削チップ５では、刃先部７は中心軸Ｃ上に中心を有して埋め込み部６先端の半径よりも僅かに大きい半径の半球状とされている。ただし、刃先部７は先端が球面状に丸められた中心軸Ｃを中心とする円錐状とされていてもよく、また中心軸Ｃを中心とした砲弾状とされていてもよい。

　このような掘削チップ５は、工具本体１に形成された概略円柱状に凹む埋め込み穴８に上記埋め込み部６が埋め込まれるように挿入させられて植設され、刃先部７を突出させるように取り付けられている。そして、第１ないし第４の実施形態では、工具本体１の先端部に複数の掘削チップ５が取り付けられており、このうち図２Ａないし図５Ｂに網掛けをして示した少なくとも一部の掘削チップ５は、掘削時に上記中心軸Ｃ回りに回転自在とされるとともに中心軸Ｃ方向先端側に向けて抜け止めされて埋め込み穴８に取り付けられた回転掘削チップ５Ａとされている。

　第１ないし第４の実施形態では、いずれも工具本体１の先端部３の上記先端面内周部３Ａと先端面外周部３Ｂとにそれぞれ複数ずつの掘削チップ５が取り付けられている。このうち先端面外周部３Ｂには、周方向に隣接する上記外周排出溝４Ａの間にそれぞれ１つずつの掘削チップ５が周方向に略等間隔となるように合計８つ取り付けられている。

　先端面外周部３Ｂに植設された掘削チップ５は、中心軸Ｃが工具本体１の先端側に向かうに従い外周側に向けて延びてこの先端面外周部３Ｂに略垂直となるように植設されている。軸線Ｏ方向先端側から見たときの先端面外周部３Ｂに植設された掘削チップ５の刃先部７の軸線Ｏからの最大外径（軸線Ｏ方向先端視において軸線Ｏを中心として先端面外周部３Ｂに植設された掘削チップ５の刃先部に外接する円の直径）は、工具本体１の先端部３の最大外径（先端面外周部３Ｂとその後端側に連なる先端部３の外周面との交差稜線の直径）よりも僅かに大きくなるようにされている。

　また、先端面内周部３Ａ内の外周側には、４つの掘削チップ５が取り付けられている。これら先端面内周部３Ａ内の外周側の掘削チップ５は、軸線Ｏ方向先端視において先端面内周部３Ａがなす円に内接するように取り付けられ、また上記外周排出溝４Ａのうち先端排出溝４Ｂに連通する上記２つの外周排出溝４Ａの周方向両側に隣接する外周排出溝４Ａの内側に位置するようにして周方向に等間隔に取り付けられている。

　さらに、これら先端面内周部３Ａの外周側の掘削チップ５より内周側にも、複数（４つ）の掘削チップ５が取り付けられている。これら内周側の掘削チップ５は、先端排出溝４Ｂやブロー穴１Ａを避けるように取り付けられ、また互いの軸線Ｏ回りの回転軌跡が、先端面内周部３Ａの上記外周側の掘削チップ５とともに軸線Ｏの極近傍を除いて先端面内周部３Ａがなす円の略全域を占めるように径方向にずらされて取り付けられている。なお、先端面内周部３Ａに取り付けられた掘削チップ５は、中心軸Ｃが軸線Ｏに平行とされ、軸線Ｏ方向の刃先部７の突き出し量も揃えられている。

　第１ないし第４の実施形態のうち、図２Ａ及び図２Ｂに示す第１の実施形態では、先端部３の先端面内周部３Ａと先端面外周部３Ｂとに取り付けられた全ての掘削チップ５が、回転掘削チップ５Ａとされている。また、図３Ａ及び図３Ｂに示す第２の実施形態では、先端面外周部３Ｂに取り付けられた掘削チップ５と、先端面内周部３Ａに取り付けられた掘削チップ５のうち上記外周側の掘削チップ５とが、回転掘削チップ５Ａとされている。

　さらに、図４Ａ及び図４Ｂに示す第３の実施形態では、先端面外周部３Ｂに取り付けられた全ての掘削チップ５が回転掘削チップ５Ａとされ、図５Ａ及び図５Ｂに示す第４の実施形態では、先端面外周部３Ｂに取り付けられた掘削チップ５のうち周方向に１つおきの合計４つの掘削チップ５だけが回転掘削チップ５Ａとされている。なお、第２ないし第４の実施形態において、回転掘削チップ５Ａ以外の掘削チップ５は、掘削時でも中心軸Ｃ回りの回転が許容されることなく非回転とされ、中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めされて工具本体１に強固に固定されている。

　ここで、このように回転掘削チップ５Ａ以外の掘削チップ５を、中心軸Ｃ回りの回転を許容することなく拘束して工具本体１に固定するには、この掘削チップ５の埋め込み部６の外径と工具本体１の埋め込み穴８の内径との間に比較的大きな締め代を設定しておき、埋め込み部６を埋め込み穴８にプレス圧入したり、あるいは工具本体１を加熱して埋め込み穴８を拡径させたところに埋め込み部６を挿入して焼き嵌めしたりするなどして、締まり嵌めにより掘削チップ５を固定すればよい。

　これに対して、上記回転掘削チップ５Ａを上述のように掘削時に中心軸Ｃ回りに回転自在とするとともに中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めして埋め込み穴８に取り付ける場合の取付手段の第１ないし第１６例について、図６Ａないし図１２Ｂを用いて説明する。このうち、図６Ａないし図６Ｃおよび図１０Ａないし図１２Ｂは、回転掘削チップ５Ａを直接埋め込み穴８に取り付ける場合を示しており、また図７Ａないし図８Ｂは中間部材を介して回転掘削チップ５Ａを埋め込み穴８に取り付ける場合を示しており、さらに図９Ａないし図９Ｆは係止部材を用いて回転掘削チップ５Ａを埋め込み穴８に取り付ける場合を示している。

　図６Ａに示す第１例では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端部が、埋め込み部６の先端部よりも僅かに一段大きな半径の円柱状とされて、この埋め込み部６の後端部が先端部に対して中心軸Ｃに対する径方向外周側に突出した凸部６Ａとされている。また、工具本体１の埋め込み穴８は、その開口部側の先端部の内径が埋め込み部６先端部の外径よりも僅かに大きくされるとともに、埋め込み部６後端部の凸部６Ａの外径よりは僅かに小さくされている。

　これに対して、埋め込み穴８の穴底側の後端部の内径は、埋め込み穴８先端部よりも一段大きくされるとともに埋め込み部６後端部の凸部６Ａの外径よりも僅かに大きくされていて、この埋め込み穴８後端部が、上記中心軸Ｃ回りに周回するように形成されて上記凸部６Ａを収容する凹溝８Ａとされている。なお、凸部６Ａの中心軸Ｃ方向の長さは凹溝８Ａの中心軸Ｃ方向の長さより僅かに短くされている。

　また、図６Ｂに示す第２例では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の中心軸Ｃ方向略中央に、この中心軸Ｃに対する径方向外周側に僅かに突出して該中心軸Ｃ回りに周回する環状の凸部６Ｂが形成されており、この凸部６Ｂの中心軸Ｃに沿った断面は例えば凸円弧等の凸曲線状とされている。これに対して、工具本体１の埋め込み穴８にも、中心軸Ｃ方向に凸部６Ｂに対応した位置に、断面が凹円弧等の凹曲線状をなして凸部６Ｂを収容可能な凹溝８Ｂが中心軸Ｃ回りに周回するように形成されている。

　凸部６Ｂの外径は、凹溝８Ｂを除いた埋め込み穴８の内径よりも大きくされ、凹溝８Ｂの内径よりは僅かに小さくされている。また、凸部６Ｂの断面がなす凸円弧等の凸曲線の半径も凹溝８Ｂの断面がなす凹円弧等の凹曲線の半径よりも僅かに小さくされている。さらに、凸部６Ｂ以外の部分の埋め込み部６の外径は、凹溝８Ｂ以外の部分の埋め込み穴８の内径よりも僅かに小さくされている。

　一方、図６Ｃに示す第３例は、図６Ｂに示した第２例とは逆に、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の中心軸Ｃ方向略中央に、この中心軸Ｃに対する径方向内周側に僅かに凹んで該中心軸Ｃ回りに周回する環状の凹溝６Ｃが形成されており、この凹溝６Ｃの中心軸Ｃに沿った断面は例えば凹円弧等の凹曲線状とされている。これに対して、工具本体１の埋め込み穴８には、中心軸Ｃ方向に凹溝６Ｃに対応した位置に、断面が凸円弧等の凸曲線状をなして凹溝６Ｃに収容可能な凸部８Ｃが中心軸Ｃ回りに周回するように形成されており、凸部８Ｃの内径は凹溝６Ｃの外径よりも大きくされるとともに凹溝６Ｃ以外の部分の埋め込み部６の外径よりは小さくされている。

　これら第１ないし第３例において、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６のうち凸部６Ａ、６Ｂや凹溝６Ｃ以外の部分の外径は、埋め込み穴８のうち凹溝８Ａ、８Ｂや凸部８Ｃ以外の部分の内径よりも僅かに小さくされ、埋め込み部６の外周面が埋め込み穴８の内周面に摺接可能な隙間をもって嵌め入れられて挿入された隙間嵌めとされている。そして、凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃが凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃに収容されて係止されることにより、回転掘削チップ５Ａは、中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めされた状態で、掘削時および非掘削時にも中心軸Ｃ回りの回転が許容されるようになされている。

　このような回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６を工具本体１の埋め込み穴８に挿入するには、例えば鋼材よりなる工具本体１と超硬合金のような硬質の焼結合金である回転掘削チップ５Ａとのヤング率の違いを利用して、埋め込み部６を埋め込み穴８にプレス圧入することにより埋め込み穴８周辺の工具本体１を弾性変形させて凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃを凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃに収容すればよい。あるいは、工具本体１の先端部３を加熱して熱膨張により埋め込み穴８を拡径させたところに回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６を挿入した後、工具本体１が冷却されて埋め込み穴８が収縮することによって凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃが凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃに収容されるようにしてもよい。

　次に、図７Ａ及び図７Ｂに示す第４、第５例では中間部材１０を工具本体１の埋め込み穴８内周に取り付けることにより、また図８Ａ及び図８Ｂに示す第６、第７例では逆に中間部材１０を回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６外周に取り付けることにより、凹溝または凸部を形成してそれぞれ回転掘削チップ５Ａを抜け止めするとともに掘削時に回転自在としている。

　このうち、図７Ａに示す第４例では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６は、第１例と同じく後端部が先端部よりも僅かに一段大きな半径の多段円柱状とされて先端部に対して中心軸Ｃに対する径方向外周側に突出した凸部６Ａとされる。一方、工具本体１の埋め込み穴８は、中心軸Ｃ方向全体に亙ってこの凸部６Ａを収容可能な一定の内径とされている。

　この第４例における中間部材１０は円筒状の部材であって、工具本体１と同じく鋼材により形成されている。この中間部材１０の外径は、埋め込み穴８への取り付け前は埋め込み穴８の内径よりも僅かに大きくされている。また、この中間部材１０の内径は、埋め込み穴８への取り付け後には、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６のうち凸部６Ａとされる後端部の外径より小さく、これよりも先端側の埋め込み部６の外径よりは大きな内径となるようにされている。

　このような第４例の中間部材１０は、埋め込み部６に回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６を挿入した後に、埋め込み穴８の内周と埋め込み部６の先端部外周との間にプレス圧入によって押し込まれたり、工具本体１を加熱して熱膨張させることにより拡径した埋め込み穴８に挿入されたりして、締まり嵌めにより埋め込み穴８内周面に固定される。従って、こうして固定された中間部材１０よりも後端側の埋め込み穴８内には、埋め込み部６の凸部６Ａが収容される凹溝８Ａが形成されることになる。

　また、図７Ｂに示す第５例では、回転掘削チップ５Ａは、第３例と同じく埋め込み部６の中心軸Ｃ方向略中央に中心軸Ｃ回りに周回する環状の凹溝６Ｃが形成されたものとされ、埋め込み穴８は回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の外径よりも一回り大きな一定の内径を有するものとされている。そして、これら埋め込み部６と埋め込み穴８との間には、円筒状の中間部材１０が締まり嵌めによって挿入されて介装されている。

　この中間部材１０の内周面には、中心軸Ｃ方向に埋め込み部６の凹溝６Ｃと対応する位置に、第３例の凸部８Ｃと同様に凸部１０Ａが中心軸Ｃ回りに周回するように形成されている。この凸部１０Ａは、埋め込み部６の凹溝６Ｃ以外の部分の外径よりも小さな内径を有して凹溝６Ｃに収容可能とされ、凸部１０Ａ以外の部分の中間部材１０の内径は凹溝６Ｃ以外の部分の埋め込み部６の外径よりも僅かに大きくされている。

　このような第５例の中間部材１０は、プレス圧入や熱膨張による焼き嵌めによって埋め込み穴８に締まり嵌めされて固定される。次に、こうして固定された中間部材１０に回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６がプレス圧入されたり、中間部材１０ごと工具本体１が熱膨張させられて中間部材１０の内周部が拡径したところに回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６が挿入されたりして、凹溝６Ｃに凸部１０Ａが収容され、それ以外の部分は隙間嵌めされて、回転掘削チップ５Ａが掘削時に回転自在とされるとともに抜け止めされて取り付けられる。あるいは逆に、内周部に回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６が隙間嵌めされた中間部材１０を回転掘削チップ５Ａごと埋め込み穴８に締まり嵌めすることにより中間部材１０を縮径させて取り付けてもよい。

　さらに、図８Ａ及び図８Ｂに示す第６、第７例では、回転掘削チップ５Ａ自体には、埋め込み部６に凸部６Ａ、６Ｂや凹溝６Ｃは形成されておらず、回転が拘束された他の掘削チップ５と同様に、埋め込み部６が中心軸Ｃを中心とした一定外径の円柱状のままとされている。そして、この埋め込み部６の外周に、取り付け前には埋め込み部６の外径より僅かに小さな内径とされた円筒状の中間部材１０が、埋め込み部６が中間部材１０の内周部にプレス圧入されたり、熱膨張により拡径させられた中間部材１０内周部に埋め込み部６が挿入されたりして、締まり嵌めによって取り付けられて固定されている。

　ここで、図８Ａに示す第６例では、中間部材１０の中心軸Ｃ方向の長さは埋め込み穴８の深さと略等しくされ、ただしその外径は埋め込み部６の後端部側が先端部側よりも一段大径とされて、この一段大径とされた後端部側が凸部１０Ｂとされている。また、工具本体１の埋め込み穴８には、第１例と同様に、その穴底側の後端部の内径が開口部側の先端部の内径より一段僅かに大きくされることによって、この後端部に凹溝８Ａが形成されており、この凹溝８Ａに、回転掘削チップ５Ａに取り付けられた中間部材１０の上記凸部１０Ｂが収容される。さらに、この凹溝８Ａよりも開口部側の埋め込み穴８の先端部の内径は上記凸部１０Ｂの外径より小さく、また中間部材１０の先端部の外径よりは僅かに大きくされている。

　また、図８Ｂに示す第７例でも、中間部材１０の中心軸Ｃ方向の長さは埋め込み穴８の深さと略等しくされ、その外周部の中心軸Ｃ方向略中央部に、断面凸曲線状をなして径方向外周側に僅かに突出する凸部１０Ｃが中心軸Ｃ回りに周回する環状に形成されている。一方、埋め込み穴８の中心軸Ｃ方向において凸部１０Ｃに対応する位置には、第２例と同様に断面凹曲面状をなす凹溝８Ｂが中心軸Ｃ回りに周回するように形成されていて、この凹溝８Ｂに上記凸部１０Ｃが収容される。

　さらにまた、係止部材を用いて回転掘削チップ５Ａを取り付ける図９Ａないし図９Ｆに示した第８ないし第１０例では、埋め込み部６の外周面に中心軸Ｃ回りに周回する凹溝６Ｄが形成されるとともに、このうち第８、第１０例では、埋め込み穴８内周面の中心軸Ｃ方向に凹溝６Ｄと対向する位置に、同じく中心軸Ｃ回りに周回する凹溝８Ｄが形成されている。また、第９例では、埋め込み穴８内周面のやはり凹溝６Ｄと対応する位置に、中心軸Ｃに直交する断面において周回する凹溝６Ｄの接線方向に延びるように工具本体１に穿設された凹穴８Ｅの埋め込み穴８内周面への開口部が形成されている。なお、これら第８ないし第１０例では埋め込み部６は埋め込み穴８に隙間嵌めされている。

　図９Ａ及び図９Ｂに示す第８例では、凹溝６Ｄは中心軸Ｃに沿った断面が例えばＵ字状とされ、凹溝８Ｄは凹溝６Ｄの溝幅と等しい直径の断面半円状とされている。このような凹溝６Ｄ、８Ｄには、係止部材としてバネ鋼等の弾性変形可能な材料よりなるＣ形リング１１Ａが収容されている。このＣ形リング１１Ａの断面は、凹溝８Ｄの断面がなす半円に密着可能な大きさの円形とされている。

　このようなＣ形リング１１Ａは、弾性変形させられることにより縮径して凹溝６Ｄ内に収容される。そして、こうしてＣ形リング１１Ａが収容された状態で埋め込み部６が埋め込み穴８に挿入され、凹溝６Ｄと凹溝８Ｄが一致したところでＣ形リング１１Ａが弾力によって両凹溝６Ｄ、８Ｄにまたがるように拡径することにより、回転掘削チップ５Ａが中心軸Ｃ回りに回転自在とされるとともに、中心軸Ｃ方向先端側に係止されて抜け止めされる。

　また、図９Ｃ及び図９Ｄに示す第９例では、回転掘削チップ５Ａの凹溝６Ｄは断面半円状とされるとともに、上記凹穴８Ｅはこの凹溝６Ｄの断面がなす半円の直径と等しい大きさの内径とされている。なお、この第９例では、図９Ｄに示すように工具本体１に１つの埋め込み穴８に対して２つの凹穴８Ｅが中心軸Ｃを挟んで互いに反対側に平行に、中心軸Ｃに直交する１つの平面上に延びるように形成されている。

　これらの凹穴８Ｅは、その中心線が上記平面上において埋め込み穴８の内周面に接する方向に延びてこの内周面に開口させられていて、これにより凹穴８Ｅは凹溝６Ｄの接線方向に延びて、その接点において埋め込み穴８内周面への開口部が凹溝６Ｄと一致して断面円形をなす。そして、この凹穴８Ｅには、係止部材として円柱軸状のピン１１Ｂが嵌挿されて抜け止めされており、このピン１１Ｂが上記開口部から凹溝６Ｄ内にまたがって収容されることにより、回転掘削チップ５Ａは中心軸Ｃ回りの回転が許容されつつ、中心軸Ｃ方向先端側には係止されて抜け止めされる。

　さらに、図９Ｅ及び図９Ｆに示す第１０例でも、回転掘削チップ５Ａの凹溝６Ｄは断面半円状とされるとともに、埋め込み穴８内周面の凹溝８Ｄも凹溝６Ｄと等しい半径の断面半円状とされている。また、工具本体１には、これら凹溝６Ｄ、８Ｄと等しい半径の内径を有する凹穴８Ｆが、１つの埋め込み穴８に対して１つずつ凹溝８Ｄに向けて穿設されて連通させられている。

　そして、凹溝６Ｄ、８Ｄが一致して形成される断面円形の環状穴には、この凹穴８Ｆを通して多数のボール１１Ｃが送り込まれて、凹溝６Ｄ、８Ｄ間にまたがる係止部材として収容される。抗してボール１１Ｃが収容された後、凹穴８Ｆに図示されないピンが挿入されることでボール１１Ｃは上記環状穴から抜け止めされる。従って、このボール１１Ｃの転動により回転掘削チップ５Ａは中心軸Ｃ回りに回転自在とされ、かつ中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めされて係止される。

　このように構成された掘削工具においては、こうして回転掘削チップ５Ａとされた掘削チップ５が、その中心軸Ｃ回りに回転自在とされており、掘削時に工具本体１がその軸線Ｏ回りに回転させられるのに伴い、この回転掘削チップ５Ａも地盤や岩盤からの接触抵抗により中心軸Ｃ回りに従動回転させられることになる。従って、この回転掘削チップ５Ａにおいては、その刃先部７に掘削によって生じる摩耗も周方向に均等になるので、刃先部７が部分的に片減りするのを防ぐことができるとともに、刃先部７を構成する曲面の曲率半径が大きくなるのも防いで、掘削性能や掘削効率の著しい低下を抑えることができる。

　例えば一例として、工具本体に全ての掘削チップが非回転に固定された従来の掘削工具であって、工具本体の軸線Ｏ方向先端側から見たときの先端面外周部に植設された掘削チップの刃先部の軸線Ｏからの最大外径が１５２ｍｍである掘削工具において、所定の条件で掘削を行ったところ、先端面外周部に植設された掘削チップは刃先部が片減りして内周側にそれぞれ２ｍｍ縮径し、最大外径が１４８ｍｍになったところで寿命となり、このときの掘削チップの摩耗量は２．９ｇであった。

　ところが、この先端面外周部に植設された掘削チップを回転掘削チップ５Ａとした本発明に係る掘削工具では、この回転掘削チップ５Ａが同じ摩耗量２．９ｇで摩耗しても、刃先部７が周方向に均等に摩耗するため、縮径量は０．６４ｍｍとなって刃先部の最大外径は１５０．７ｍｍとなり、従来の掘削工具の３倍以上に工具寿命が延長されていることが分かった。

　このため、上記構成の掘削工具によれば、地盤や岩盤が硬く刃先部が激しく摩耗する条件下でも刃先部７の再研磨を不要として、工具寿命の延長を図るとともに掘削穴単位深さ当りの掘削コストを低減することができる。その一方で、こうして回転自在掘削チップ５Ａが中心軸Ｃ回りに回転自在とされていても、この中心軸Ｃ方向の先端側に向けて回転掘削チップ５Ａは抜け止めされて埋め込み穴８に保持されているので、工具本体１に非回転に植設された他の掘削チップ５ともども、掘削チップ５が脱落することによって掘削性能や掘削効率が低下するようなこともない。

　なお、工具本体１に複数の掘削チップ５が植設されている場合には、図２Ａ及び図２Ｂに示した第１の実施形態のようにその全てが回転自在掘削チップ５Ａとされていてもよい。ただし、このような回転掘削チップ５Ａは、刃先部７の摩耗は均等にしてその寿命を延長することができる一方で、工具本体１への取付剛性などは非回転に固定された掘削チップ５と比べて確保することが難しいため、工具本体１から回転掘削チップ５Ａに与えられる軸線Ｏ方向先端側への打撃力や推力、あるいは軸線Ｏ回りの回転力を地盤や岩盤に伝播することが困難となるおそれがある。

　そこで、このような場合には、図３Ａないし図５Ｂに示した第２ないし第４の実施形態のように、複数の掘削チップ５のうち一部が回転掘削チップ５Ａとされて、残りの掘削チップ５は工具本体１に対して非回転に固定されて取り付けられていてもよい。この非回転に固定された掘削チップ５によって打撃力や推力、回転力を地盤や岩盤に直接的に伝播して掘削穴を形成することができるとともに、回転掘削チップ５Ａによって工具寿命の延長を図ることができる。

　ただし、このように複数の掘削チップ５のうち一部を回転掘削チップ５Ａとし、残りを非回転とする場合には、工具本体１の先端部３の先端面内周部３Ａに植設される掘削チップ５を回転掘削チップ５Ａとし、残りの先端面外周部３Ｂに植設される掘削チップ５を非回転としてもよいが、先端面内周部３Ａの掘削チップ５は専ら地盤や岩盤を破砕して掘削穴を形成する掘削チップ５であって、そのような掘削チップ５が回転掘削チップ５Ａとされていると、上述した打撃力や推力、回転力を十分に地盤や岩盤に伝播して効率的な破砕を行うことが困難となるおそれが生じる。

　従って、こうして一部の掘削チップ５を回転掘削チップ５Ａとする場合には、上記第２ないし第４の実施形態のように、工具本体１の先端面内周部３Ａに該工具本体１に固定されて非回転とされた掘削チップ５が残されるようにして、先端面外周部３Ｂに少なくとも１つの回転掘削チップ５Ａが配設されるようにするのが望ましい。このように先端面内周部３Ａに残された非回転の掘削チップ５によって地盤や岩盤を効率的に破砕して掘削穴を形成することができる一方、先端面外周部３Ｂに配設された回転掘削チップ５Ａの摩耗が均等となることによってこの掘削穴を長期に亙って確実に所定の内径にまで拡径し、工具寿命を延長することができる。

　なお、これら第１ないし第４の実施形態では、この順に、図２Ａないし図５Ｂに網掛けで示したように回転掘削チップ５Ａの数が先端面内周部３Ａから先端面外周部３Ｂに向けて少なくなっており、工具寿命の延長を重視する掘削工具から地盤や岩盤の効率的な破砕を重視する掘削工具へと変遷している。また、図３Ａ及び図３Ｂに示す第２の実施形態のように工具本体１の先端面内周部３Ａに非回転の掘削チップ５と回転掘削チップ５Ａとが配設される場合には、回転掘削チップ５Ａはこの先端面内周部３Ａの外周側に配設されるのが望ましい。さらに、回転掘削チップ５Ａは軸線Ｏとは同軸に配設されないことが望ましい。

　また、上記各実施形態では、このように回転掘削チップ５Ａをその中心軸Ｃ回り回転自在、かつ中心軸Ｃ方向先端側には抜け止めして取り付けるため、第１には、図６Ａないし図６Ｃに示した第１ないし第３例のように、この回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の外周面と工具本体１の埋め込み穴８の内周面とに、中心軸Ｃ回りに周回する凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃとこの凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃに収容される凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃとを直接形成したり、または図７Ａないし図８Ｂに示した第４ないし第７例のように、埋め込み部６の外周面や埋め込み穴８の内周面に取り付けられる中間部材１０に凹溝や凸部を形成したりしている。

　このうち、第１ないし第３例では、掘削チップ５の埋め込み部６と工具本体１の埋め込み穴８との双方に凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃまたは凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃを形成しなければならないが、部品数が少なくて済むという効果がある。また、これに対して第４ないし第７例では、中間部材１０の分だけ部品数は増えるものの、掘削チップ５の埋め込み部６または工具本体１の埋め込み穴８加工が容易となるという効果が得られる。

　一方、同様に回転掘削チップ５Ａを中心軸Ｃ回り回転自在、かつ中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めして取り付けるため、第２に、図９Ａないし図９Ｆに示した第８ないし第１０例では、埋め込み部６に凹溝６Ｄを形成するとともに、埋め込み穴８の内周面にも中心軸Ｃ回りに周回する凹溝８Ｄや凹穴８Ｅ、８Ｆの開口部を形成して、これら凹溝６Ｄと凹溝８Ｄや凹穴８Ｅとにまたがる係止部材を用いて回転掘削チップ５Ａを取り付けるようにしている。

　このような係止部材として、Ｃ形リング１１Ａやピン１１Ｂ、ボール１１Ｃを用いる第８ないし第１０例では、埋め込み部６や埋め込み穴８の加工が煩雑で部品数も増えるものの、プレス圧入や加熱による熱膨張によらずに回転掘削チップ５Ａを取り付けることができ、工具本体１や回転掘削チップ５Ａに歪み等が生じたりするのを防ぐことができる。また、これら第８ないし第１０例では、回転掘削チップ５Ａの刃先部７に摩耗が生じたときに、この回転掘削チップ５Ａを交換するのも比較的容易である。

　なお、第１ないし第７例において、凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃは中心軸Ｃ回りに周回するように形成されなければならないが、この凹溝８Ａ、８Ｂ、６Ｃに収容される凸部６Ａ、６Ｂ、８Ｃは、同様に中心軸Ｃ回りに周回するように形成されていてもよく、また中心軸Ｃ回りの周方向に間隔をあけて点在するように形成されていてもよい。さらに、工具本体１の先端面内周部３Ａの回転掘削チップ５Ａは比較的取付剛性の高い第１ないし第３例によって取り付けるとともに、先端面外周部３Ｂの回転掘削チップ５Ａは第４ないし第１０例によって取り付けるなど、１つの工具本体１において複数の回転掘削チップ５Ａが異なる取付手段によって取り付けられていてもよい。

　一方、これら第１ないし第１０例の取付手段では、回転掘削チップ５Ａが掘削時はもとより、掘削が行われていない非掘削時でも中心軸Ｃ回りに回転自在に取り付けられているが、図１０Ａないし図１２Ｂに示す第１１ないし第１６例の取付手段のように、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６を、非回転とされる掘削チップ５を工具本体１の埋め込み穴８に締まり嵌めによって取り付ける場合の締め代よりも小さい、埋め込み部６の外径ｄ（ｍｍ）に対して、締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲、望ましくは締め代１．０×ｄ／１０００（ｍｍ）の締まり嵌めによって埋め込み穴８に嵌め入れて取り付けてもよい。

　ここで、図１０Ａに示す第１１例では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６は中心軸Ｃを中心とした一定の上記外径ｄ（ｍｍ）の円柱状とされるとともに、埋め込み穴８も中心軸Ｃを中心とするように一定の内径（ｍｍ）の円柱状に凹む穴とされている。そして、回転掘削チップ５Ａを嵌め入れて取り付ける前の埋め込み部６の外径は埋め込み穴８の内径よりも大きくされ、上記締め代はこの回転掘削チップ５Ａの取り付け前の埋め込み部６の外径と埋め込み穴８の内径との差とされる。

　このように、非回転とされる掘削チップ５よりも小さな範囲の締め代の締まり嵌めであれば、非掘削時には回転掘削チップ５Ａは回転自在とされてはいなくても、掘削時には工具本体１の回転に伴う地盤や岩盤からの接触抵抗により、埋め込み穴８の内周面との摩擦に抗して埋め込み部６の外周面を摺接させて回転掘削チップ５Ａを中心軸Ｃ回りに自在に従動回転させることができる。また、例えば軸線Ｏを鉛直方向に沿わせて先端部３を下向きに工具本体１を保持した状態では、回転掘削チップ５Ａが埋め込み穴８から脱落しないようにして、回転掘削チップ５Ａを中心軸Ｃ方向先端側に抜け止めすることができる。

　次に、図１０Ｂに示す第１２例では、図６Ａに示した第１例と同じように回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端部が先端部よりも外径が僅かに大径とされた凸部６Ａとされるとともに、埋め込み穴８の後端部も先端部より内径が僅かに大径とされた凹溝８Ａとされている。そして、上記凸部６Ａが、この凸部６Ａにおける外径ｄ（ｍｍ）に対して、凹溝８Ａにおける内径（ｍｍ）との締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲の締まり嵌めによって取り付けられているとともに、これより先端側の埋め込み部６先端部も、この先端部における外径ｄ（ｍｍ）に対して、埋め込み穴８の先端部の内径（ｍｍ）との締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲の締まり嵌めによって嵌め入れられている。

　このような第１２例の取付手段でも、回転掘削チップ５Ａは、非掘削時は回転自在ではなくても掘削時には回転自在とすることができる。また、埋め込み部６と埋め込み穴８との摩擦に加えて、凸部６Ａと凹溝８Ａとの嵌合によっても回転掘削チップ５Ａを抜け止めすることができる。ただし、この第１２例では、埋め込み部６Ａ先端部が埋め込み穴８先端部に上述のような締め代で締まり嵌めされていれば、凸部６Ａと凹溝８Ａとは隙間嵌めされていてもよく、すなわち凸部６Ａと凹溝８Ａとは専ら回転掘削チップ５Ａの抜け止めに用いられていてもよい。また、逆に、凸部６Ａが凹溝８Ａに上述のような締め代で締まり嵌めされていて、埋め込み部６Ａ先端部は埋め込み穴８先端部に隙間嵌めされていてもよい。さらに、このような締まり嵌めによる取付手段は、他の第２ないし第１０の取付手段に適用することも可能である。

　一方、上記第１ないし第１２例の取付手段では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面が埋め込み穴８の穴底面に直接に摺動可能に当接させられて、工具本体１に与えられた軸線Ｏ方向先端側への打撃力や推力が回転掘削チップ５Ａの刃先部７に伝播するようにされているが、図１１Ａないし図１２Ｂに示す第１３ないし第１６例の取付手段のように、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面６Ｅと埋め込み穴８の穴底面８Ｇとの間に、緩衝材１２を介装するようにしてもよい。

　ここで、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す第１３および第１４例を初め、第１ないし第１２例の取付手段でも、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面６Ｅと埋め込み穴８の穴底面８Ｇとは中心軸Ｃに垂直な平面状とされており、第１３および第１４例では緩衝材１２は穴底面８Ｇに嵌め入れ可能な円板状とされている。また、緩衝材１２は、超硬合金等よりなる回転掘削チップ５Ａよりは勿論、埋め込み穴８が形成された工具本体１を構成する鋼材などよりも軟質の、例えば銅板などにより形成されている。

　このような第１３および第１４例の取付手段では、掘削時に工具本体１から回転掘削チップ５Ａに伝播して地盤や岩盤を掘削する打撃力や推力の反力としての負荷が、回転掘削チップ５Ａから中心軸Ｃ方向後端側に向けて工具本体１に直接作用するのを避けることができる。従って、このような負荷によって工具本体１の損傷が生じるのを防いで、工具寿命を一層延長することができる。なお、図１１Ａに示す第１３例は図１０Ａに示した第１１例の取付手段に、図１１Ｂに示す第１４例は図１０Ｂに示した第１２例の取付手段に、緩衝材１２を介装したものである。

　また、第１ないし第１４例では上述のように、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面６Ｅと埋め込み穴８の穴底面８Ｇとは中心軸Ｃに垂直な平面状とされているが、図１２Ａ及び図１２Ｂに示す第１５および第１６例の取付手段のように、埋め込み部６の後端面６Ｅには中心軸Ｃを中心とした凸円錐面状部６Ｆが形成されるとともに、埋め込み穴８の穴底面８Ｇにはこの凸円錐面状部６Ｆに対向する凹円錐面状部８Ｈが形成されていてもよい。なお、図１２Ａに示す第１５例は図１１Ａに示した第１３例において、図１２Ｂに示す第１６例は図１１Ｂに示した第１４例において、それぞれ後端面６Ｅに凸円錐面状部６Ｆを形成するとともに穴底面８Ｇには凹円錐面状部８Ｈを形成したものであり、後端面６Ｅと穴底面８Ｇとの間には緩衝材１２が介装されている。

　ここで、これら第１５および第１６例において、埋め込み穴８の穴底面８Ｇは、全体が中心軸Ｃを中心とする凹円錐面状部８Ｈとされ、この凹円錐面状部８Ｈが中心軸Ｃに沿った断面においてなすＶ字の交差角は鈍角とされている。また、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面６Ｅは中心軸Ｃを中心とした凸円錐台状とされて、その錐面をなす部分が凸円錐面状部６Ｆとされており、この凸円錐面状部６Ｆを延長した凸円錐面が中心軸Ｃに沿った断面においてなすＶ字の交差角は、凹円錐面状部８Ｈがなす交差角と等しい鈍角とされている。なお、緩衝材１２は、埋め込み部６の後端面６Ｅに倣って一定の厚さの断面円錐台面状とされた皿形とされている。また、凸円錐面状部６Ｆと埋め込み部６の外周面との間には面取りが施されている。

　このような第１５および第１６例の取付手段では、掘削時に回転掘削チップ５Ａに上記反力としての負荷が作用して回転掘削チップ５Ａが中心軸Ｃ方向後端側に押し付けられると、凸円錐面状部６Ｆが凹円錐面状部８Ｈに向けて押圧されながら回転掘削チップ５Ａが回転させられることになる。このため、埋め込み部６の中心軸Ｃを埋め込み穴８と中心と確実に一致させつつ回転掘削チップ５Ａを回転させることができ、第１５および第１６例のように締まり嵌めによって埋め込み部６が埋め込み穴８に取り付けられていても、埋め込み穴８に偏摩耗が生じたりするのを防ぐことができる。

　なお、これら第１５および第１６例では、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の後端面６Ｅと埋め込み穴８の穴底面８Ｇとの間には緩衝材１２が介装されているが、緩衝材１２を介装することなく、凸円錐面状部６Ｆが凹円錐面状部８Ｈに摺動可能に直接当接させられていてもよい。また、このような第１５および第１６例の取付手段は、第１ないし第１２例の取付手段にも適用可能であり、さらに第１３ないし第１６例の緩衝材１２や凹凸円錐面状部６Ｆ、８Ｈは、非回転とされて工具本体１に固定される掘削チップ５にも適用可能である。

　さらに、図示は略するが少なくとも回転掘削チップ５Ａの表面には、表面硬化層が形成されていてもよい。このような表面硬化層は、回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６と刃先部７のうちいずれか一方に形成されていてもよく、また埋め込み部６と刃先部７の双方に形成されていてもよい。例えば、回転掘削チップ５Ａが上述のように超硬合金によって形成されている場合には、その埋め込み部６の表面にＤＬＣ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の皮膜処理を施すことによって表面硬化層を形成することにより、埋め込み部６の強度の向上や埋め込み穴８内での回転摺動性の向上を図ることができる。

　また、回転掘削チップ５Ａの刃先部７の表面にこのような皮膜処理によって表面硬化層を形成したり、あるいは刃先部７の表面に多結晶ダイヤモンドよりなる表面硬化層を形成したりした場合には、刃先部７の耐摩耗性を向上させて一層の工具寿命の延長を図ることができる。なお、特にこのような刃先部７の表面硬化層は、回転掘削チップ５Ａ以外の工具本体１に非回転に固定された掘削チップ５の表面に形成されていてもよい。

　一方、このような表面硬化層は、工具本体１の表面に形成されていてもよい。特に、工具本体１の回転掘削チップ５Ａが取り付けられる埋め込み穴８の周辺に表面硬化層を形成したときには、掘削時の回転掘削チップ５Ａの回転による埋め込み穴８の摩耗を防ぐことができるので、第１ないし第３例のように凹溝８Ａ、８Ｂや凸部８Ｃが工具本体１の埋め込み穴８内周面に直接形成されて回転掘削チップ５Ａと摺接する場合や、第１１ないし第１６例のように回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６が締まり嵌めによって埋め込み穴８と摺接する場合に、効果的である。なお、工具本体１が上述のように鋼材によって形成されている場合には、その表面に形成する表面硬化層は、上記ＤＬＣ、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の皮膜処理によるもののほかに、例えば高周波焼き入れ、浸炭焼き入れ、レーザー焼き入れ、窒化処理等によるものであってもよい。

　さらにまた、このような埋め込み穴８の摩耗や回転掘削チップ５Ａの埋め込み部６の摩耗を抑制するとともに、回転掘削チップ５Ａの掘削時の回転を円滑にするためには、特に埋め込み部６と埋め込み穴８が隙間嵌めとされた第１ないし第１０例において、これら埋め込み部６の外周面と埋め込み穴８の内周面との間に、固形潤滑剤等の潤滑剤を介装するようにしてもよい。

　また、上記実施形態では、工具本体１後端側のシャンク部２がダウンザホールハンマから軸線Ｏ方向先端側に向けての打撃力を受ける掘削工具について説明したが、トンネル、鉱山において使用される削岩機に取り付けられる、いわゆるトップハンマー工具に本発明を適用することも可能である。さらに、このような打撃力を受けることなく、掘削ロッドからの推力と回転力により工具本体１が軸線Ｏ方向先端側に前進させられる掘削工具に本発明を適用することも勿論可能である。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

　以上説明したように、本発明の掘削工具によれば、掘削チップによる掘削性能および掘削効率を長期に亙って維持して、工具寿命の向上と掘削穴の単位深さ当りの掘削コストの低減を図ることが可能となる。従って、産業上の利用が可能である。

　１　工具本体
　３　工具本体１の先端部
　３Ａ　先端面内周部
　３Ｂ　先端面外周部
　５　掘削チップ
　５Ａ　回転掘削チップ
　６　埋め込み部
　６Ａ、６Ｂ、８Ｃ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ　凸部
　６Ｃ、６Ｄ、８Ａ、８Ｂ、８Ｄ　凹溝
　６Ｅ　埋め込み部６の後端面
　６Ｆ　凸円錐面状部
　７　刃先部
　８　埋め込み穴
　８Ｅ、８Ｆ　凹穴
　８Ｇ　埋め込み穴８の穴底面
　８Ｈ　凹円錐面状部
　１０　中間部材
　１１Ａ　Ｃ形リング（係止部材）
　１１Ｂ　ピン（係止部材）
　１１Ｃ　ボール（係止部材）
　１２　緩衝材
　Ｏ　工具本体１の軸線
　Ｃ　掘削チップ５の中心軸

Claims (10)

1. 　軸線を中心とした工具本体と、
   　上記工具本体の先端部に穿設された埋め込み穴に取り付けられる掘削チップとを備え、
   　上記工具本体は、上記軸線回りに回転されるとともに上記軸線方向先端側に前進させられ、
   　上記掘削チップは、中心軸を中心とした外形円柱状の埋め込み部と上記中心軸方向先端側の刃先部とが一体に形成され、
   　上記埋め込み部が上記埋め込み穴に挿入されるとともに、上記刃先部は上記該埋め込み穴から突出させられており、
   　少なくとも１つの上記掘削チップは、掘削時に上記埋め込み部の上記中心軸回りに回転自在とされるとともに、上記中心軸方向先端側に抜け止めされて上記埋め込み穴に取り付けられた回転掘削チップとされていることを特徴とする掘削工具。
2. 　上記工具本体には複数の上記掘削チップが取り付けられており、このうち一部の掘削チップが上記回転掘削チップとされているとともに、残りの上記掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の掘削工具。
3. 　上記工具本体には複数の上記掘削チップが取り付けられており、このうち上記工具本体の先端面外周部に取り付けられる少なくとも１つの掘削チップが上記回転掘削チップとされるとともに、残りの掘削チップは上記工具本体に固定されて取り付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削工具。
4. 　上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面と、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面とのうち、一方には上記中心軸回りに周回する凹溝が設けられるとともに、他方には上記凹溝に収容される凸部が設けられていることを特徴する請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の掘削工具。
5. 　上記凹溝と凸部とのうちの一方は、該凹溝と凸部とのうちの一方が設けられる上記埋め込み部外周面または上記埋め込み穴内周面に取り付けられて固定される中間部材によって形成されていることを特徴とする請求項４に記載の掘削工具。
6. 　上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面には、上記中心軸回りに周回する凹溝が形成されるとともに、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面には、上記中心軸方向に上記凹溝と対向する位置に、上記中心軸回りに周回する凹部または該凹溝の接線方向に延びる凹穴の開口部が形成されており、上記凹溝と上記凹部または上記凹穴の開口部とにまたがって係止部材が収容されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の掘削工具。
7. 　上記回転掘削チップの上記埋め込み部は、該埋め込み部の外径ｄ（ｍｍ）に対して、締め代０．５×ｄ／１０００（ｍｍ）～１．５×ｄ／１０００（ｍｍ）の範囲の締まり嵌めによって上記埋め込み穴に取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の掘削工具。
8. 　少なくとも上記回転掘削チップの表面には、表面硬化層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の掘削工具。
9. 　上記工具本体の少なくとも上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴周辺には、表面硬化層が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の掘削工具。
10. 　上記回転掘削チップの上記埋め込み部外周面と、上記回転掘削チップが取り付けられる上記埋め込み穴の内周面との間には、潤滑剤が介装されていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の掘削工具。

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