WO2013084994A1 - 掘削工具 - Google Patents

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WO2013084994A1
WO2013084994A1 PCT/JP2012/081654 JP2012081654W WO2013084994A1 WO 2013084994 A1 WO2013084994 A1 WO 2013084994A1 JP 2012081654 W JP2012081654 W JP 2012081654W WO 2013084994 A1 WO2013084994 A1 WO 2013084994A1
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WO
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bit
casing pipe
axis
tip
ring bit
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/081654
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English (en)
French (fr)
Inventor
久田　仁也
中村　和由
Original Assignee
三菱マテリアル株式会社
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Publication date
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Priority to AU2012349363A priority patent/AU2012349363B2/en
Priority to EP12856151.1A priority patent/EP2789789A4/en
Priority to US14/360,714 priority patent/US9428964B2/en
Publication of WO2013084994A1 publication Critical patent/WO2013084994A1/ja
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E21B10/40—Percussion drill bits with leading portion
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/42—Rotary drag type drill bits with teeth, blades or like cutting elements, e.g. fork-type bits, fish tail bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/64—Drill bits characterised by the whole or part thereof being insertable into or removable from the borehole without withdrawing the drilling pipe
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes

Definitions

  • the tip of the inner bit inserted into the casing pipe is projected from the tip of the casing pipe and is engaged with a ring bit provided at the tip of the casing pipe so as to be integrally rotatable.
  • the present invention relates to an excavation tool for excavating the ground with a bit and a ring bit to form a hole and simultaneously inserting the casing pipe into the hole.
  • Patent Documents 1 and 2 As an excavation tool for inserting a casing pipe simultaneously with ground excavation, the inventors of the present invention disclosed in Patent Documents 1 and 2 that a ring bit is a locking member so that the ring bit does not fall off accidentally during excavation.
  • An excavation tool that is locked in the axial direction of the casing pipe while being rotatable with respect to the casing pipe by a locking means such as the above has been proposed.
  • excavation is performed by propagating the rotational force applied to the inner bit to the ring bit and propagating the thrust or striking force applied to the inner bit front end side to the casing pipe and the ring bit.
  • Propagation of thrust and striking force from the inner bit to the ring bit is performed via the casing pipe or directly.
  • the inventor of the present invention further includes, in Patent Document 3, the locking means as described above, further comprising a removal mechanism for removing the ring bit from the casing pipe toward the distal end side in the axial direction.
  • a removal mechanism for removing the ring bit from the casing pipe toward the distal end side in the axial direction After the hole to be inserted has been formed to a predetermined depth, an excavation tool has been proposed in which the ring bit is removed from the casing pipe toward the front end in the axial direction by this removal mechanism. According to such an excavation tool, by removing the ring bit from the tip of the casing pipe and removing it, only the casing pipe can be pulled up and collected from the drilling hole without causing an increase in resistance to the inner peripheral surface of the drilling hole. it can.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-140578 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-37613 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-255106
  • the present invention has been made under such a background, and by efficiently removing the ring bit without requiring the second inner bit as described above, the casing pipe is efficiently pulled up.
  • the aim is to provide a drilling tool capable of this.
  • a casing pipe having a cylindrical shape centering on the axis and having a step portion whose inner diameter is reduced by one step on the inner peripheral portion of the tip, and a contact portion that can come into contact with the step portion are formed on the outer periphery.
  • the ring bit By projecting the convex portion to the outer peripheral side and engaging with the engaging concave portion, the ring bit can rotate integrally with the inner bit around the axis in the direction of rotation during excavation and the shaft. Together are locked pulled out non engaged in forward end side, by the engaging protrusion is retracted to the inner peripheral side, characterized in that the ring bit is capable pulled out to the tip side.
  • the thrusting and striking force to the tip end in the axial direction given to the inner bit is caused by the contact portion of the inner bit inserted into the casing pipe coming into contact with the step portion of the casing pipe. Is transmitted to the casing pipe, and the casing pipe is inserted into the hole formed by the inner bit and the ring bit.
  • an engagement convex portion is provided on the outer periphery of the inner bit tip portion protruding from the tip of the casing pipe so that it can protrude and retract, and the engagement convex portion protrudes to the outer peripheral side and is arranged around the inner bit tip portion.
  • the ring bit By engaging with the engaging recess formed in the inner peripheral part of the provided ring bit, the ring bit can be rotated integrally with the inner bit in the direction of rotation during excavation around the axis. Is propagated, and it is locked to the tip end in the axial direction to prevent it from coming off.
  • the engaging projections which can be projected and retracted on the outer periphery of the inner end of the inner bit are retracted to the inner peripheral side and are recessed from the engaging recesses on the inner peripheral portion of the ring bit. Is released, and the ring bit is also released from the distal end side in the axial direction and can be removed. Therefore, according to the excavation tool having the above-described configuration, the operation of the protrusion of the engaging protrusions can be performed without requiring the second inner bit or adding the excavating rod to engage the ring bit with the second inner bit. With this, the ring bit can be removed and removed. Therefore, after pulling out the inner bit from the casing pipe and temporarily using the casing pipe, it is possible to leave the ring bit in the drilling hole and pull out only the casing pipe from the drilling hole. The casing pipe can be efficiently recovered without causing an increase in resistance.
  • the contact portion of the inner bit comes into contact with the step portion of the casing pipe, and the engagement convex portion of the inner bit engages with the engagement recess portion of the inner periphery of the ring bit.
  • the inner end bit is provided to the casing pipe from the inner bit by the contact between the stepped portion and the contact portion. The thrust and striking force can be propagated from the casing pipe to the ring bit.
  • a ring bit that rotates integrally with the inner bit during drilling can be used to form a more efficient drilling hole, and a ring bit can be directly transmitted from the inner bit to the ring bit. Since it is no longer necessary to make the inner diameter smaller than the inner diameter of the stepped portion, the casing is smaller than the outer diameter of the built-in member when reducing the thickness of the ring bit or replacing the casing pipe with the built-in member as described above. The diameter of the pipe can be reduced, and the cost required for excavation can be reduced.
  • the engaging convex portion is provided so as to be able to protrude and retract on the outer periphery of the tip end portion of the inner bit, protrudes to the outer peripheral side, engages with the engaging concave portion of the inner peripheral portion of the ring bit, and In order to allow the ring bit to be removed by retreating, the engaging convex portion is urged toward the outer peripheral side so as to be able to protrude and retract on the outer peripheral portion of the inner bit, and the rear end portion of the engaging concave portion.
  • the guide wall is formed so as to be inclined toward the inner peripheral side of the ring bit toward the rear end side.
  • the engagement bit protruding from the outer peripheral side is brought into contact with the guide wall from the state where the engagement projection is engaged with the engagement recess, and the inner bit is further moved backward in the axial direction.
  • the engaging convex portion can be guided while being slidably contacted with the guide wall of the engaging concave portion, and can be retracted to the inner peripheral side against the urging force, and the engaging concave and convex portion can be surely provided with a simple structure.
  • the ring bit can be removed by releasing the engagement.
  • the casing pipe can be inserted into the drilling hole while forming the drilling hole with the inner bit and the ring bit, and the drilling hole has been formed to a predetermined depth. Later, the ring bit can be removed by retracting the engaging projection of the inner bit without the need for a second inner bit or a drilling rod added to the rear end of the second inner bit. By doing so, it is possible to efficiently lift only the casing pipe from the hole and collect it while leaving the ring bit in the hole.
  • FIG. 5 is an enlarged front view of the embodiment shown in FIG. 4. It is BB expanded sectional drawing in FIG. 5 is an enlarged side cross-sectional view when the inner bit is retracted from the state shown in FIG. 4 and the engaging convex portion is brought into contact with the guide wall.
  • FIG. 7B is an enlarged side sectional view when the inner bit is further retracted from FIG. 7A.
  • FIG. 10 is a side cross-sectional view (AA cross-sectional view in FIG. 9) when the engaging convex portion is retracted in the embodiment shown in FIG. 1. It is an enlarged front view of embodiment shown in FIG. It is BB expanded sectional drawing in FIG. It is a perspective view which shows the ring bit, casing top (casing pipe front-end
  • FIG. 15C is a cross-sectional view when further drilling a hole with the second inner bit from the state shown in FIG. 15C.
  • FIG. 17B is a cross-sectional view when the erection member is built up to the deeper hole formed in FIG. 16A from the state shown in FIG. 15C and the casing pipe is pulled up from the hole.
  • FIGS. 1 to 14D show an embodiment of the present invention
  • FIGS. 15A to 16B are diagrams illustrating a case where excavation is performed by the excavation tool of this embodiment.
  • the casing pipe 1 is formed of a steel material or the like and has a cylindrical shape centered on the axis O, and a plurality of casing pipes 1 are sequentially added in the direction of the axis O as necessary.
  • the plurality of casing pipes 1 are formed in a drilling hole H formed by an inner bit 2 protruding further toward the tip side of the most advanced casing pipe 1 and a ring bit 3 disposed around the inner bit 2. It is inserted with the inner bit 2.
  • a casing top 1A made of steel or the like is joined and integrally attached to a further tip portion of the most advanced casing pipe 1 among the casing pipes 1 added as necessary.
  • the casing top 1A has an inner diameter that is one step smaller than that of the casing pipe 1, while the outer diameter of the casing top 1A is made equal to the casing pipe 1 on the front end side (the left side in FIGS. 1, 4, 7A, and 7B).
  • the end side (the right side in FIGS. 1, 4, 7 ⁇ / b> A, 7 ⁇ / b> B, etc.) has a multi-stage cylindrical shape that is sized to be fitted into the casing pipe 1.
  • the casing top 1 ⁇ / b> A is attached by welding at the rear end portion of the casing top 1 ⁇ / b> A inserted into the state-of-the-art casing pipe 1 from the front end side.
  • a step portion 1B having a smaller inner diameter is formed by the casing top 1A on the inner peripheral portion of the tip of the state-of-the-art casing pipe 1, and in this embodiment, the step portion 1B has its axis line.
  • the rear end surface facing the rear end side in the O direction is a tapered surface centering on an axis O inclined toward the front end side toward the inner peripheral side.
  • the tip surface 1C of the casing top 1A opposite to this is an annular surface perpendicular to the axis O in this embodiment.
  • an excavator (not shown) that applies a rotational force in the rotational direction T around the axis O and a thrust toward the distal end in the axis O direction to the ground portion of the ground where the hole H is formed is provided to the excavation rod.
  • a plurality of the above-mentioned excavation rods are sequentially added along the axis O and inserted into the casing pipe 1 from the excavator.
  • the down-the-hole hammer 4 is attached to the tip of the most advanced excavation rod, and the inner bit 2 is attached to the tip of the down-the-hole hammer 4.
  • the down-the-hole hammer 4 is inserted from the rear end side of the casing pipe 1 and is given a striking force toward the front end side in the direction of the axis O by the compressed air supplied from the excavator to the down-the-hole hammer 4.
  • the inner bit 2 is integrally formed of a steel material or the like in the form of a multi-stage cylindrical shape centering on an axis O that is coaxial with the casing pipe 1, and the rear end of the main body is attached to the down-the-hole hammer 4.
  • the shank portion 2A is used. Further, the front end side of the shank portion 2A is slightly smaller than the inner diameter of the casing pipe 1 and has an outer diameter larger than the inner diameter of the casing top 1A, with the axis O serving as the maximum outer diameter portion of the inner bit 2 as the center.
  • the disc-shaped contact portion 2B is formed.
  • the front end surface of the contact portion 2B is a tapered surface centering on an axis O inclined toward the front end side toward the inner peripheral side at the same inclination angle as the rear end surface of the stepped portion 1B by the casing top 1A. ing.
  • the distal end portion 2C of the inner bit 2 on the distal end side with respect to the abutting portion 2B has a substantially cylindrical shape centered on an axis O having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the casing top 1A.
  • the length of the distal end portion 2C to the distal end surface of the distal end portion 2C, that is, the distal end surface of the inner bit 2 is longer than the total length of the casing top 1A and the ring bit 3 in the axis O direction. .
  • the central portion of the distal end surface of the distal end portion 2C is a flat surface perpendicular to the axis O, and the outer peripheral edge portion of the distal end surface is inclined toward the distal end side toward the inner peripheral side. It is said that.
  • the tip 5 which is made of a hard material such as cemented carbide and excavates the ground has a flat surface formed by these central parts and a tapered surface formed by the outer peripheral part. A plurality of them are planted vertically.
  • a discharge groove 2D for discharging the dust generated by the tip 5 during excavation is formed from the tip surface to the outer peripheral surface of the tip portion 2C and the contact portion 2B of the inner bit 2.
  • the discharge groove 2D has a concave curved surface with a groove bottom curved in the circumferential direction of the inner bit 2 on the tip surface, and a radius with respect to the axis O from a position slightly away from the center of the tip surface to the outer peripheral side.
  • the groove depth is gradually increased while extending in the direction toward the outer peripheral side.
  • the discharge groove 2D has a cross-sectional “U” shape that is wider in the circumferential direction than the front end surface on the outer peripheral surface, communicates with the outer peripheral end of the discharge groove 2D on the front end surface, and is parallel to the axis O. After extending toward the side with a certain groove depth, the groove depth gradually increases, and then again after extending with a certain groove depth, the groove depth gradually decreases, It opens to the rear end surface of the contact portion 2B.
  • such discharge grooves 2D are formed at equal intervals in the circumferential direction.
  • a blow hole 2E through which the compressed air supplied to the down-the-hole hammer 4 is exhausted is formed along the axis O from the rear end to the front end side of the shank portion 2A.
  • the blow holes 2E are branched into a plurality of small diameter holes at the distal end portion 2C of the inner bit 2, and are opened at the groove bottoms of the discharge grooves 2D on the distal end surface.
  • the outer peripheral surface of the distal end portion 2C of the inner bit 2 is formed with a recess 2F that is recessed toward the radially inner peripheral side, and the engaging convex portion 6 is accommodated in the recess 2F so as to be able to protrude and retract on the outer peripheral side.
  • the recess 2F is a circular hole with a constant inner diameter having a central axis C orthogonal to the axis O, and is formed with a depth that does not reach the blow hole 2E along the axis O.
  • a branch hole having a smaller diameter than that of the small-diameter hole branched from the blow hole 2E to the recess 2F toward the groove bottom of the discharge groove 2D on the front end surface is formed. Open to the peripheral edge of the bottom surface.
  • such a recess 2F has one on the rear side in the rotation direction T of the inner bit 2 during excavation between the adjacent discharge grooves 2D on the outer peripheral surface of the distal end portion 2C, that is, the discharge groove 2D.
  • the same number of (three) recesses 2F are formed at equal intervals in the circumferential direction, and the engaging protrusions 6 are accommodated in the respective recesses 2F.
  • the inner peripheral surface of the recess 2F is orthogonal to the central axis C from the rotation direction T side with respect to the recess 2F on the outer peripheral surface between the discharge grooves 2D adjacent in the circumferential direction at the tip 2C of the inner bit 2.
  • a pin hole 2G is formed along a tangent line extending on a plane orthogonal to the axis O on the rear end side in the axis O direction of the recess 2F among the tangents of a circle formed in the cross section.
  • the pin hole 2G is opened in the inner peripheral surface of the recess 2F so that the center line thereof is in contact with the circle formed by the cross section of the inner peripheral surface of the recess 2F, and then the rotation direction T rear side of the recess 2F. It penetrates through the discharge groove 2D formed on the outer peripheral surface of the tip 2C. Thus, on the side penetrating the discharge groove 2D, the inner diameter of the pin hole 2G is reduced by one step.
  • the engaging convex portion 6 accommodated in the recess 2F is formed of steel or the like, and as shown in FIGS. 12A, 12C, and 12D, the base end side (lower in FIGS. 12A, 12C, and 12D).
  • the side) portion has an outer diameter that can be inserted into the recess 2F, and has a cylindrical shape centered on the central axis C that is coaxial with the recess 2F.
  • the protruding end surface 6A of the engaging convex portion 6 directed toward the outer peripheral side of the inner bit 2 in a state where the engaging convex portion 6 is accommodated in the recess 2F has a longitudinal direction in a direction parallel to the axis O in the same state. And a rectangular surface perpendicular to the central axis C that is inscribed in a circle formed by the outer peripheral surface of the base end side portion as shown in FIG. 12B.
  • the engagement convex portion 6 is directed toward the front end side in the axis O direction while being accommodated in the recess 2F, and directed toward the rear side in the rotation direction T.
  • the protruding end surface 6A side portion of the outer peripheral surface of the engaging convex portion 6 connected to the side extends along the side so as to go to the base end side toward the outer peripheral side of the engaging convex portion 6 perpendicular to these sides. Each beveled at an angle.
  • the remaining side facing the rear end side in the direction of the axis O in the state where the engaging convex portion 6 is housed in the recess 2F, and the side facing the rotation direction T side The outer peripheral surface of the engaging convex portion 6 connected to each other is cut out toward the base end side of the engaging convex portion 6 by a plane extending in a direction orthogonal to the rectangular surface at each of these sides, and then on the outer peripheral side. It is formed to be cut up.
  • the plane directed toward the rotation direction T in a state where the engagement convex portion 6 is accommodated in the recess 2F is the engagement surface 6B of the engagement convex portion 6, and the rotation direction T of the rectangular surface is described above.
  • the side where the engaging surface 6B and the protruding end surface 6A intersect is chamfered with a 1 ⁇ 4 convex arc shape in section so that the engaging surface 6B and the protruding end surface 6A are in smooth contact with each other. Yes.
  • a plane that is directed toward the rear end side in the direction of the axis O and perpendicular to the axis O in a state where the engagement convex portion 6 is housed in the recess 2F is defined as a locking surface 6C.
  • the side where 6C intersects with the projecting end face 6A is also chamfered with a 1 ⁇ 4 convex arc shape in cross section having a smaller radius than the side of the engaging face 6B.
  • the length of the locking surface 6C in the direction of the central axis C is made longer than that of the engaging surface 6B, and a portion that cuts from the locking surface 6C to the outer peripheral side of the engaging convex portion 6 is the pin hole 2G.
  • a concave hole 6D having a circular cross section around the central axis C is formed in the engaging convex portion 6 from the base end surface toward the protruding end side.
  • the concave hole 6D extends beyond the position where the locking surface 6C rises from the base end surface toward the protruding end side, and has a hole bottom before the position where the engagement surface 6B rises.
  • the small diameter hole extends to the side opposite to the locking surface 6C toward the protruding end side, and the small diameter hole extends to the protruding end side of the engaging convex portion 6 as described above.
  • the engagement convex portion 6 is opened in the chamfered portion along the side directed toward the front end side in the axis O direction in a state of being accommodated in the recess 2F.
  • the engaging convex portion 6 is urged toward the outer peripheral side in the present embodiment as a retracting mechanism that allows the engaging convex portion 6 to protrude and retract on the outer peripheral side of the inner bit 2.
  • a compression coil spring 7 as an urging means and a holding member 8 that holds the compression coil spring 7 are accommodated.
  • the holding member 8 is formed in a bottomed cylindrical shape, and has an outer diameter that is large enough to be fitted into the recessed hole 6D.
  • the opening opposite to the bottom is directed toward the protruding end of the engaging protrusion 6. It is inserted into the recessed hole 6D coaxially with the central axis C.
  • the cylindrical portion of the holding member 8 is formed with a plurality of through-holes 8A (four in the present embodiment at equal intervals in the circumferential direction) penetrating in the radial direction at intervals in the circumferential direction.
  • the compression coil spring 7 is twisted so as to form a spiral around the central axis C, and has an outer diameter that can be inserted into the inner peripheral portion of the holding member 8, and an inner periphery of the holding member 8 in an uncompressed state.
  • the length in the direction of the central axis C is longer than the length of the cylindrical portion from the bottom surface of the portion to the opening.
  • the compression coil spring 7 protrudes a required length from the opening of the holding member 8 with the other end protruding from the opening of the holding member 8 with the one end in the direction of the central axis C in contact with the bottom surface of the inner peripheral portion. Has been.
  • the spring constant K (N / mm) of the compression coil spring 7 is formed in the ring bit 3 and the weight W (N) of the ring bit 3 as shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the holding member 8 holding the compression coil spring 7 on the inner peripheral portion is inserted into the concave hole 6D of the engagement convex portion 6 as described above, and the other end of the compression coil spring 7 is the concave hole 6D. Contact the bottom of the hole.
  • the engaging convex portion 6 is accommodated in the recess 2F so that the engaging surface 6B faces the rotation direction T and the locking surface 6C faces the rear end side in the axis O direction.
  • the bottom part contacts the bottom surface of the recess 2F.
  • the engaging projection 6 is further pushed into the recess 2F against the urging force of the compression coil spring 7, and the pin hole 2G in which the raised portion of the locking surface 6C is opened to the inner peripheral surface of the recess 2F.
  • the pin 9 ⁇ / b> A is inserted into the pin hole 2 ⁇ / b> G from the rotation direction T side when the inner bit 2 is positioned closer to the inner periphery.
  • the pin 9A is brought into contact with a portion where the inner diameter on the side where the pin hole 2G passes through the discharge groove 2D is further reduced, and the spring pin 9B is inserted into the pin hole 2G to fix the pin 9A.
  • the outer peripheral portion of the pin 9A protrudes into the recess 2F from the opening to the inner peripheral surface of the recess 2F of the pin hole 2G, and the outer peripheral side of the inner bit 2 from the raised portion of the locking surface 6C. Therefore, even if the engaging projection 6 is released from the outer periphery by the compression coil spring 7 by releasing the push, the raised portion of the locking surface 6C comes into contact with the protruding pin 9A and the projection is restrained. . Accordingly, the engaging convex portion 6 is positioned in the radial direction with respect to the axis O while being urged toward the outer peripheral side of the inner bit 2 and capable of protruding and retracting.
  • the engagement convex portion 6 extends from the outer peripheral surface of the distal end portion 2C of the inner bit 2 to the contact portion 2B. It protrudes with a protrusion height substantially equal to the outer peripheral surface. Further, by pushing the engaging convex portion 6 into the recess 2F from this state, the engaging convex portion 6 is positioned so that the protruding end surface 6A is substantially equal to the outer peripheral surface of the distal end portion 2C of the inner bit 2. It can be buried.
  • the ring bit 3 is formed of a steel material or the like, and has a substantially circular or cylindrical outer shape centering on an axis O that is coaxial with the casing pipe 1 and the inner bit 2 as shown in FIGS. 14A to 14D.
  • the inner diameter is equal to the inner diameter of the casing top 1A at the front end of the casing pipe 1, and is therefore slightly larger than the outer diameter of the front end portion 2C of the inner bit 2.
  • the rear end surface 3A of the ring bit 3 is an annular surface perpendicular to the axis O, and the outer diameter of the rear end surface 3A is equal to the outer diameter of the front end surface 1C of the casing top 1A.
  • the surface 1C and the rear end surface 3A are concentric annular surfaces.
  • the outer peripheral surface of the ring bit 3 is a cylindrical surface having a constant outer diameter centered on the axis O after being tapered with the axis O gradually expanding from the rear end surface 3A toward the front end. Furthermore, on the tip end side, the section along the axis O is a tapered surface that gradually increases in diameter again through a constricted portion having a concave curve shape, and reaches the tip surface of the ring bit 3. Therefore, the outer diameter of the ring bit 3 is made larger than the outer diameter of the casing pipe 1 and the casing top 1A.
  • the front end surface of the ring bit 3 is a tapered surface toward the front end side as the outer peripheral portion goes toward the inner peripheral side
  • the inner peripheral portion is a tapered surface toward the front end side as it goes toward the outer peripheral side.
  • a chip 5 made of a hard material such as cemented carbide is formed on each tapered surface and a flat surface perpendicular to the axis O formed at the tip of the tip surface where the tapered surfaces intersect each other. And a plurality of them are planted vertically on the flat surface.
  • a plurality of (three) engaging recesses 10 of the same number as the engaging protrusions 6 of the inner bit 2 are formed on the inner peripheral portion of the ring bit 3 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the engaging projection 6 that protrudes to the outer periphery of the distal end portion 2 ⁇ / b> C of the inner bit 2 is engaged with the recess 10.
  • the ring bit 3 can be integrally rotated around the axis O with respect to the inner bit 2 in the rotation direction T during excavation, and is locked toward the front end side in the axis O direction.
  • the engagement convex portion 6 that can be projected and retracted on the outer peripheral side of the inner bit 2 retreats to the inner peripheral side, and thus the ring bit 3 that has been locked on the front side in the axis O direction is The tip can be removed.
  • the engaging recess 10 is formed so as to be spaced from the rear end surface 3A and open to the front end surface of the ring bit 3, and to the bottom surface 10A facing the inner peripheral side of the ring bit 3, and the bottom surface It has a wall surface 10B facing the rotation direction T side extending from 10A toward the inner peripheral portion of the ring bit 3, a wall surface 10C facing the rear side in the rotation direction T, and a wall surface 10D facing the tip side.
  • the circumferential width between the wall surfaces 10B and 10C of one engagement recess 10 is larger than the discharge groove 2D of the inner bit 2 and the circumferential width of the engagement projection 6, and the like. It is made larger than the space
  • the bottom surface 10A has a substantially cylindrical surface centered on the axis O, and the radius with respect to the axis O projects from the axis O to the outer peripheral side of the inner bit 2 and is positioned in the radial direction as described above. It is slightly larger than the distance to the projecting end face 6A of the engaging convex portion 6. Further, the wall surfaces 10B and 10C of the engaging recess 10 have a concave curve shape in which the cross section perpendicular to the axis O smoothly touches the concave arc formed by the cross section of the bottom surface 10A.
  • the wall surface 10C facing the rear side in the rotation direction T has a 1 ⁇ 4 concave arc shape in cross section, and its radius is smaller than the radius of curvature of the concave curve formed by the wall surface 10B.
  • the radius is approximately equal to the radius of the 1 ⁇ 4 convex arc formed by chamfering formed on the side of the rotation direction T of 6A.
  • the wall surface 10D facing the front end side of the engaging recess 10 is a flat surface whose portion on the rotation direction T side is perpendicular to the axis O and the bottom surface 10A.
  • the distance between the flat surface and the rear end surface 3A of the ring bit 3 is such that the front end surface 1C of the casing top 1A in a state where the contact portion 2B of the inner bit 2 is in contact with the step portion 1B of the casing top 1A.
  • the width of the flat surface in the circumferential direction is larger than the width of the engaging projection 6 in the circumferential direction of the inner bit 2.
  • the portion on the rear side in the rotation direction T of the wall surface 10D is formed so as to be cut out so that the flat surface is inclined toward the inner peripheral side of the ring bit 3 from the bottom surface 10A toward the rear end side.
  • a guide wall 10E is provided.
  • the guide wall 10E is formed so as to be inclined with respect to the axis O at a constant inclination angle ⁇ as shown in FIG. 7A in a cross section along the axis O.
  • the circumferential width of the guide wall 10 ⁇ / b> E is also made larger than the circumferential width of the engaging projection 6.
  • Such a ring bit 3 is arranged around the tip 2C of the inner bit 2 protruding from the tip of the casing top 1A to engage the engagement convex part 6 and the engagement concave part 10 with the inner bit first.
  • the bit 2 is inserted from the rear end side of the casing pipe 1, and the engaging convex portion 6 biased toward the outer peripheral side is brought into contact with the rear end surface of the stepped portion 1B of the casing top 1A.
  • the taper formed by the rear end surface of the stepped portion 1B guides the chamfering toward the front end side in the axis O direction of the engaging convex portion 6.
  • the engaging convex portion 6 is retracted toward the inner peripheral side of the inner bit 2, and the protruding end surface 6A of the engaging convex portion 6 is in contact with the inner peripheral surface of the casing top 1A.
  • the inner bit 2 is further advanced so that the engagement convex portion 6 does not come out to the front end side of the casing top 1A as shown in FIG.
  • the ring bit 3 is covered from the front end side so as to be coaxial with the periphery of the front end portion 2C of the inner bit 2, and the rear end surface 3A is brought into contact with the front end surface 1C of the casing top 1A. Hold.
  • the engaging convex portion 6 moves from the inner peripheral surface of the casing top 1A while being in contact with the inner peripheral portion of the ring bit 3, and reaches the position of the engaging concave portion 10. Due to the urging force of the compression coil spring 7, the engaging projection 6 protrudes toward the outer peripheral side and is accommodated in the engaging recess 10.
  • the radial distance with respect to the axis O from the inner peripheral surface of the ring bit 3 having the same inner diameter as the casing top 1A to the protruding end surface 6A of the engaging convex portion 6 is the engaging convex portion.
  • the above-mentioned hook height h is 6.
  • a locking surface 6C that is positioned on the T side and is perpendicular to the axis O of the engaging convex portion 6 faces a flat surface on the T direction in the rotational direction of the wall surface 10D of the engaging concave portion 10 that is also perpendicular to the axis O. become.
  • the engagement surface 6B directed in the rotation direction T of the engagement convex portion 6 is rotated in the rotation direction T of the engagement concave portion 10 as shown in FIGS.
  • the cross section is formed on the side where the engaging surface 6B and the protruding end surface 6A of the engaging convex portion 6 intersect with each other, facing the wall surface 10C facing the rear side of the protruding surface 6A.
  • the chamfer of the convex arc comes into contact with the wall surface 10 ⁇ / b> C of the engagement concave portion 10 having a 1 ⁇ 4 concave arc shape with a substantially equal radius. Accordingly, the ring bit 3 can rotate integrally with the inner bit 2 around the axis O in the direction of rotation T during excavation as described above.
  • the casing pipe 1 is inserted while forming the drilling hole H downward to a predetermined depth in the ground with the excavating tool configured as described above, and then the inner bit 2 is pulled out from the casing pipe 1 to remove the casing pipe 1.
  • a case where the casing pipe 1 is pulled up from the hole H and collected on the ground after being temporarily used as a temporary pile or the like will be described with reference to FIGS. 1 to 10 and FIGS. 15A to 15D.
  • the casing pipe 1, the inner bit 2, and the ring bit 3 are arranged so that the front end side in the direction of the axis O is downward, and the rotation direction T is transferred from the excavator to the inner bit 2 via the excavation rod.
  • excavation is started by applying a rotational force and a thrust toward the front end side in the axis O direction, only the thrust is transmitted to the casing pipe 1 by the stepped portion 1B of the casing top 1A coming into contact with the contacting portion 2B of the inner bit 2. Then, it moves forward integrally with the inner bit 2 without rotating.
  • the wall surface 10D of the engagement recess 10 abuts against the locking surface 6C of the engagement protrusion 6 and engages with the front end side in the axis O direction.
  • the wall surface 10 ⁇ / b> C of the engagement recess 10 abuts the chamfered portion of the engagement protrusion 6 on the projecting end side of the engagement surface 6 ⁇ / b> B as described above. 2 is rotated together with the unit 2.
  • the tip of the ring bit 3 comes into contact with the ground, the ring bit 3 is pushed up relative to the inner bit 2 and the casing pipe 1 toward the rear end side in the direction of the axis O. As shown in FIG. It will be in the state contact
  • tip surfaces As shown in FIG. It will be in the state contact
  • tip surfaces As shown in FIG. It will be in the state contact
  • tip surfaces As shown in FIG
  • the rear end surface 3A remains exclusively in contact with the front end surface 1C of the casing top 1A.
  • the striking force and thrust from 1A are transmitted. Further, even if the ring bit 3 is separated from the casing top 1A and jumps to the tip side due to the impact by the striking force, the wall surface 10D of the engaging recess 10 abuts on the locking surface 6C of the engaging protrusion 6 of the inner bit 2. As a result, the ring bit 3 does not fall off.
  • the exhaust of compressed air supplied to the down-the-hole hammer 4 is blown from the blow hole 2E of the inner bit 2 to the discharge groove 2D.
  • 2D is sent to the rear end side in the direction of the axis O and discharged from the casing pipe 1.
  • the exhaust gas is also supplied to the recess 2F via a branch hole extending from the blow hole 2E to the bottom surface of the recess 2F.
  • the exhaust gas supplied to the recess 2F is supplied from the through hole 8A of the holding member 8.
  • the inner bit 2 recedes to the inner peripheral side in the radial direction against the force and is immersed in the recess 2F, and the intersecting ridge line portion between the projecting end surface 6A and the locking surface 6C hits the inner peripheral surface of the ring bit 3. Touch.
  • the projecting end surface 6A of the engaging convex portion 6 slides from the inner peripheral surface of the ring bit 3 to the inner peripheral surface of the casing top 1A. While contacting, the tip 2C of the inner bit 2 comes out of the inner periphery of the ring bit 3 and the casing top 1A, and the engaging projection 6 protrudes to the outer peripheral side again when it exceeds the casing top 1A.
  • the outer diameter of the engaging projection 6 is smaller than the inner diameter of the casing pipe 1, the backward movement of the inner bit 2 is not restrained thereafter, so that the inner bit 2 is removed from the casing pipe 1 as shown in FIG. It becomes possible to extract.
  • the ring bit 3 is only in contact with the casing pipe 1 with the rear end surface 3A of the ring bit 3 contacting the front end surface 1C of the casing top 1A as shown in FIG. 15C. In this state, it can be removed. For this reason, after the casing pipe 1 is temporarily used as described above, the casing bit 1 is simply lifted as shown in FIG. Only 1 can be extracted from the hole H and recovered.
  • the engagement convex portion 6 of the inner bit 2 protrudes toward the outer peripheral side and engages with the engagement concave portion 10 of the ring bit 3, so that the ring bit 3
  • the bit 2 is locked at the front end side in the direction of the axis O and is prevented from coming off, and can be excavated around the axis O in the direction of rotation T during excavation.
  • the piercing member L is built by further extending the hole K from the hole bottom of the hole H formed to a predetermined depth.
  • the ring bit 3 with an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the casing top 1A and the ring bit 3 as shown in FIG.
  • An unexcavated drill bit 11 may be used.
  • the excavation bit 11 passed through the casing pipe 1 is grounded from the inner periphery of the casing top 1A and the ring bit 3 to the hole bottom of the drilling hole H for excavation.
  • the hole K is formed to a predetermined depth.
  • the erection member L is erected as shown in FIG. 16B, and then the casing pipe 1 is withdrawn from the drilling hole H with the ring bit 3 left behind.
  • the abutting portion 2B of the inner bit 2 abuts on the step portion 1B of the casing top 1A of the casing pipe 1 and the inner bit 2 engages with the engaging recess 10 in the inner peripheral portion of the ring bit 3.
  • the rear end surface 3A of the ring bit 3 can be brought into contact with the front end surface 1C of the casing top 1A with the convex portion 6 engaged, and the thrust and striking force applied to the inner bit 2 are the casing top 1A. Is propagated to the ring bit 3 via.
  • the ring bit step portion is further provided on the inner peripheral side on the tip side of the step portion of the casing top. It is not necessary to form a single diameter.
  • the inner diameter of the ring bit 3 is possible to prevent the inner diameter of the ring bit 3 from becoming smaller than the inner diameter of the casing top 1A, for example, by making the inner diameter of the casing top 1A and the inner diameter of the ring bit 3 equal to each other as in this embodiment. Therefore, even when the hole H having the same inner diameter is formed, the thickness of the ring bit 3 is reduced, or the erection member L is embedded in the hole K extended as described above.
  • the casing pipe 1 having a small inner diameter with respect to the member L can be used, and the excavation cost can be reduced.
  • the engaging convex portion 6 can be projected and retracted on the outer peripheral side of the distal end portion 2C of the inner bit 2, but the engaging convex portion 6 is moved to the outer peripheral side by a biasing means such as a compression coil spring 7.
  • the inner bit 2 is energized and held in the recess 2F.
  • the rear surface of the wall surface 10D facing the front end side of the rear end portion is moved rearward in the rotation direction T and toward the rear end side.
  • a guide wall 10E that is inclined toward the inner periphery of the ring bit 3 is formed.
  • the inner bit 2 is rotated to the rear side in the rotation direction T during excavation as described above, and the engaging convex portion 6 is disposed on the distal end side of the guide wall 10E.
  • the engaging convex portion 6 is guided while being in sliding contact with the guide wall 10E, and is retreated while being pushed into the inner peripheral side of the inner bit 2 against the urging force. Since the engagement recess 10 is disengaged, the engagement between the engagement protrusion 6 and the engagement recess 10 can be released relatively easily and the inner bit 2 can be reliably extracted from the ring bit 3.
  • the engaging convex portion 6 is positioned on the rotational direction T side of the engaging concave portion 10, and a wall surface 10D perpendicular to the axis O of the engaging concave portion 10 is disposed on the rear end side in the axis O direction. Since the ring bit 3 is locked by the wall surface 10D coming into contact with the locking surface 6C of the engaging convex portion 6 that is also perpendicular to the axis O, the ring bit 3 may be inadvertently dropped. Absent.
  • the spring constant K (N of the compression coil spring 7 as an urging means for urging the engagement convex portion 6 toward the outer peripheral side of the inner bit 2 is used.
  • / Mm is the weight W (N) of the ring bit 3, the inclination angle ⁇ (°) with respect to the axis O of the guide wall 10E, and the relationship protruding from the inner peripheral surface of the ring bit 3 to the outer peripheral side of the inner bit 2.
  • the engagement height h (mm) of the engagement protrusion 6 which is the radial distance from the axis O to the protrusion of the joint protrusion 6 and the number n (pieces) of the engagement protrusions 6 provided on the inner bit 2
  • K W / (tan ⁇ ⁇ h ⁇ n).
  • the spring constant K (N / mm) of the compression coil spring 7 is up to about 8 times W / (tan ⁇ ⁇ h ⁇ n). It is desirable to increase the range.
  • the casing pipe during excavation, can be inserted into the drilling hole while forming the drilling hole with the inner bit and the ring bit, and after the drilling has been formed to a predetermined depth, The ring bit can be removed by retracting the engaging projection of the inner bit without requiring an inner bit or a drilling rod added to the rear end side of the second inner bit. Only the casing pipe can be efficiently pulled up and collected from the hole leaving the bit in the hole. Therefore, it has industrial applicability.

Abstract

　本発明の掘削工具は、軸線を中心とした円筒状をなし、先端内周部に内径が一段小さくなる段部が形成されたケーシングパイプと、上記段部に当接可能な当接部が外周に形成され、上記ケーシングパイプ内に上記軸線方向後端側から挿入されてその先端部が上記ケーシングパイプの先端から突出したインナービットと、上記インナービットの先端部外周に出没可能に設けられた係合凸部と、円環状をなし、上記ケーシングパイプの先端から突出した上記インナービットの先端部の周囲に配設されたリングビットと、上記リングビットの内周部に形成された係合凹部と、を備え、上記係合凸部が外周側に突出して上記係合凹部に係合することにより、上記リングビットが上記インナービットに対して上記軸線回りに掘削時の回転方向に向けて一体回転可能にかつ該軸線方向先端側に抜脱不能に係止されるとともに、上記係合凸部が内周側に後退することにより、上記リングビットが先端側に抜脱可能とされている。

Description

掘削工具
　本発明は、ケーシングパイプ内に挿入されたインナービットの先端部が、ケーシングパイプ先端から突出させられるとともに、ケーシングパイプ先端に配設されたリングビットと係合して一体回転可能とされ、これらインナービットとリングビットにより地盤を掘削して削孔を形成しつつ、これと同時に該削孔内に上記ケーシングパイプを挿入してゆく掘削工具に関するものである。
　本願は、２０１１年１２月９日に日本に出願された特願２０１１－２６９９５６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　地盤掘削と同時にケーシングパイプを挿入してゆく掘削工具として、本発明の発明者等は、特許文献１、２において、掘削中にリングビットが不用意に脱落しないように、リングビットを係止部材等の係止手段によりケーシングパイプに対して回転自在としつつもケーシングパイプの軸線方向に係止した掘削工具を提案している。この掘削工具では、インナービットに与えられる回転力をリングビットに伝播させるとともに、インナービットの軸線方向先端側に与えられる推力や打撃力をケーシングパイプとリングビットとに伝播させることにより掘削が行われる。インナービットからリングビットへの推力や打撃力の伝播は、ケーシングパイプを介して、あるいは直接的に行われる。
　このようにリングビットがケーシングパイプ先端に軸線方向に係止された掘削工具では、ケーシングパイプをそのまま削孔内に残置する場合は問題ないが、このケーシングパイプを建て込み部材と置き換えたり、仮設杭として使用したりする場合など、一時的に削孔内に挿入して使用したケーシングパイプを削孔から引き上げて地上に回収する場合は、効率的な回収が困難となるおそれがある。これは、ケーシングパイプ先端に係止されたリングビットはケーシングパイプよりも外径が大きいために削孔の内周面との間の抵抗の増大を招き、これにより過大な引き上げ力が必要となるためである。
　そこで、本発明の発明者はさらに、特許文献３において、上述のような係止手段に、リングビットをケーシングパイプに対して上記軸線方向先端側に抜脱する抜脱機構を備え、ケーシングパイプを挿入する削孔が所定の深さまで形成された後は、この抜脱機構によってリングビットをケーシングパイプに対して軸線方向先端側に抜脱するようにした掘削工具を提案している。このような掘削工具によれば、リングビットをケーシングパイプ先端から抜脱して取り外すことにより、削孔内周面との抵抗の増大を招くことなくケーシングパイプだけを削孔から引き上げて回収することができる。
日本国特開２００１－１４０５７８号公報 日本国特開２００６－３７６１３号公報 日本国特開２００７－２５５１０６号公報
　この特許文献３に記載された掘削工具においては、上記抜脱機構によってリングビットをケーシングパイプ先端から抜脱するのに、削孔が所定の深さまで形成された後にインナービットを一旦ケーシングパイプから引き抜き、次いでこのインナービットよりも外径の小さな第２のインナービットをケーシングパイプに挿入してリングビットと係合させ、この第２のインナービットをケーシングパイプ先端から突き出すことによってリングビットを抜脱するようにしている。
　このため、そのような特許文献３に記載の掘削工具では、リングビットと係合可能な上記第２のインナービットが必要となるのは勿論のこと、形成された削孔が深い場合には、効率的にリングビットを抜脱するとともにケーシングパイプを引き上げて回収することが困難である。これは、この第２のインナービットをケーシングパイプ先端から突き出すために、第２のインナービットの後端側に多数の掘削ロッドを継ぎ足していかなければならず、このような多数の掘削ロッドや、これらを継ぎ足すための時間や労力なども必要となるためである。
　本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のような第２のインナービットなどを要することなくリングビットを抜脱可能とすることにより、効率的なケーシングパイプの引き上げを行う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。
　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をなし、先端内周部に内径が一段小さくなる段部が形成されたケーシングパイプと、上記段部に当接可能な当接部が外周に形成され、上記ケーシングパイプ内に上記軸線方向後端側から挿入されてその先端部が上記ケーシングパイプの先端から突出したインナービットと、上記インナービットの先端部外周に出没可能に設けられた係合凸部と、円環状をなし、上記ケーシングパイプの先端から突出した上記インナービットの先端部の周囲に配設されたリングビットと、上記リングビットの内周部に形成された係合凹部と、を備え、上記係合凸部が外周側に突出して上記係合凹部に係合することにより、上記リングビットが上記インナービットに対して上記軸線回りに掘削時の回転方向に向けて一体回転可能にかつ該軸線方向先端側に抜脱不能に係止されるとともに、上記係合凸部が内周側に後退することにより、上記リングビットが先端側に抜脱可能とされていることを特徴とする。
　このように構成された掘削工具では、ケーシングパイプ内に挿入されたインナービットの当接部がケーシングパイプの段部に当接することにより、インナービットに与えられる軸線方向先端側への推力や打撃力がケーシングパイプに伝播されて、インナービットおよびリングビットによって形成された削孔にケーシングパイプが挿入されてゆく。一方、このケーシングパイプの先端から突出したインナービット先端部外周には係合凸部が出没可能に設けられており、この係合凸部が外周側に突出して、インナービット先端部の周囲に配設されたリングビットの内周部に形成された係合凹部に係合することにより、リングビットがインナービットに対して軸線回りに掘削時の回転方向に向けて一体回転可能とされて回転力が伝播されるとともに、軸線方向先端側に係止されて抜け止めされる。
　そして、さらにインナービット先端部外周に出没可能とされたこの係合凸部が内周側に後退してリングビット内周部の係合凹部から没することにより、これら係合凹凸部の係合が解かれてリングビットは軸線方向先端側への係止も解かれ、抜脱可能とされる。従って、上記構成の掘削工具によれば、第２のインナービットを要したり、これをリングビットと係合させるために掘削ロッドを継ぎ足したりすることなく、このような係合凸部の出没動作によりリングビットを抜脱して取り外すことができる。従って、インナービットをケーシングパイプから引き抜いて該ケーシングパイプを一時的に使用した後には、リングビットを削孔に残してケーシングパイプだけを削孔から引き抜くことができるので、外径の大きなリングビットによって抵抗の増大を招くことはなく、効率的にケーシングパイプを回収することが可能となる。
　また、このような構成の掘削工具では、ケーシングパイプの上記段部にインナービットの上記当接部が当接するとともにリングビット内周部の上記係合凹部にインナービットの上記係合凸部が係合した状態で、上記ケーシングパイプの先端面に上記リングビットの後端面が当接可能とすることにより、段部と当接部の当接によってインナービットからケーシングパイプに与えられる軸線方向先端側への推力や打撃力をケーシングパイプからリングビットにも伝播させることができる。
　従って、掘削時にインナービットと一体回転するリングビットによって一層効率的な削孔の形成を図ることができるとともに、インナービットから直接リングビットに推力や打撃力を伝播させる場合のように、リングビットの内径を段部の内径よりも小さくする必要がなくなるため、リングビットの肉厚を薄くしたり、上述のようにケーシングパイプを建て込み部材と置き換える場合などに建て込み部材の外径に対してケーシングパイプの径を小さくしたりすることができ、掘削に要するコストの削減を図ることができる。
　一方、上述のように、係合凸部をインナービットの先端部外周に出没可能に設けて、外周側に突出させてリングビット内周部の係合凹部に係合させるとともに、内周側に後退させることによりリングビットを抜脱可能とするのに、この係合凸部を、外周側に付勢されてインナービットの先端部外周に出没可能に設けるとともに、上記係合凹部の後端部には、後端側に向かうに従い上記リングビットの内周側に向けて傾斜する案内壁を形成している。これにより、外周側に付勢されて突出した係合凸部が係合凹部に係合した状態から案内壁に当接した状態とした上で、さらにインナービットを軸線方向後方側に後退させることによって、係合凹部の上記案内壁に係合凸部を摺接させながら案内して付勢力に抗して内周側に後退させることができ、簡略な構造ながらも確実に係合凹凸部の係合を解いてリングビットを抜脱可能とすることができる。
　なお、このように係合凹部の後端部に案内壁を設けるとともに、係合凸部を圧縮コイルバネによって外周側に付勢するようにした場合には、この圧縮コイルバネのバネ定数Ｋ（Ｎ／ｍｍ）を、上記リングビットの重量Ｗ（Ｎ）と、上記案内壁の上記軸線に対する傾斜角θ（°）と、上記リングビットの内周面から上記インナービットの外周側に突出した上記係合凸部の突端までの上記軸線に対する径方向の距離である該係合凸部の引っ掛かり高さｈ（ｍｍ）と、上記インナービットに設けられる上記係合凸部の数ｎ（個）に対して、Ｋ＞Ｗ／（ｔａｎθ×ｈ×ｎ）とすることにより、リングビットが下向きとされて案内壁に係合凸部が当接した状態にあっても、自重によってリングビットが不用意に抜け外れてしまうような事態が生じるのを防ぐことができる。
　以上説明したように、本発明によれば、掘削時にはインナービットとリングビットによって削孔を形成しつつ該削孔にケーシングパイプを挿入することができるとともに、所定の深さまで削孔が形成された後には、第２のインナービットや、この第２のインナービットの後端側に継ぎ足される掘削ロッドなどを必要とすることなく、インナービットの係合凸部を後退させてリングビットを抜脱可能とすることにより、リングビットを削孔に残してケーシングパイプだけを効率的に削孔から引き上げて回収することができる。
本発明の一実施形態を示す掘削時の側断面図（図２におけるＡＡ断面図）である。 図１に示す実施形態の拡大正面図である。 図１におけるＢＢ拡大断面図である。 図１に示す実施形態において係合凹凸部の係合を解く際の側断面図（図５におけるＡＡ断面図）である。 図４に示す実施形態の拡大正面図である。 図４におけるＢＢ拡大断面図である。 図４に示す状態からインナービットを後退させて係合凸部を案内壁に当接させた際の拡大側断面図である。 図７Ａからさらにインナービットを後退させた際の拡大側断面図である。 図１に示す実施形態において係合凸部を後退させた際の側断面図（図９におけるＡＡ断面図）である。 図８に示す実施形態の拡大正面図である。 図８におけるＢＢ拡大断面図である。 図１に示す実施形態のリングビット、ケーシングトップ（ケーシングパイプ先端部）、およびインナービットを示す斜視図である。 図１に示す実施形態の係合凸部を示す斜視図である。 前記係合凸部を示す平面図である。 前記係合凸部を示す側面図である。 前記係合凸部を示す背面図である。 図１に示す実施形態において係合凸部をインナービットに取り付ける際の組み立て図である。 図１に示す実施形態のリングビットを示す斜視図である。 前記リングビットを示す正面図である。 前記リングビットを示す図１４ＢにおけるＡＡ断面図である。 前記リングビットを示す図１４ＢにおけるＢＢ断面図である。 図１に示す実施形態によって掘削を行う際の削孔を形成するときの断面図である。 図１に示す実施形態によって掘削を行う際のケーシングパイプからインナービットを引き抜くときの断面図である。 図１に示す実施形態によって掘削を行う際のインナービットが引き抜かれたときの断面図である。 図１に示す実施形態によって掘削を行う際の削孔からケーシングパイプを引き上げるときの断面図である。 図１５Ｃに示した状態から、第２のインナービットによってさらに削孔を形成するときの断面図である。 図１５Ｃに示した状態から、図１６Ａで形成したさらに深い削孔まで建て込み部材を建て込むとともに削孔からケーシングパイプを引き上げるときの断面図である。
　図１ないし図１４Ｄは本発明の一実施形態を示すものであり、図１５Ａないし図１６Ｂは、この実施形態の掘削工具によって掘削を行う場合を説明する図である。本実施形態においてケーシングパイプ１は鋼材等から形成されて軸線Ｏを中心とした円筒状をなし、必要に応じて複数のケーシングパイプ１が軸線Ｏ方向に順次継ぎ足される。複数のケーシングパイプ１は、最先端のケーシングパイプ１のさらに先端側に突き出されたインナービット２と、このインナービット２の周囲に配設されたリングビット３とによって形成される削孔Ｈに、インナービット２に伴われて挿入されてゆく。
　こうして必要に応じて継ぎ足されるケーシングパイプ１のうち最先端のケーシングパイプ１のさらに先端部には、やはり鋼材等からなるケーシングトップ１Ａが接合されて一体に取り付けられている。このケーシングトップ１Ａは、内径がケーシングパイプ１より一段小さくされる一方、外径は先端側（図１、図４、図７Ａ、及び図７Ｂ等における左側）がケーシングパイプ１と等しくされるとともに後端側（図１、図４、図７Ａ、及び図７Ｂ等における右側）はケーシングパイプ１内に嵌挿可能な大きさとされた多段円筒状をなしている。このケーシングトップ１Ａは、後端側の部分が最先端のケーシングパイプ１内に先端側から嵌挿された上で溶接により接合されて取り付けられている。
　従って、この最先端のケーシングパイプ１の先端内周部には、このケーシングトップ１Ａによって内径が一段小さくなる段部１Ｂが形成されることになり、本実施形態ではこの段部１Ｂは、その軸線Ｏ方向後端側を向く後端面が、内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜した軸線Ｏを中心とするテーパ面とされている。また、これとは反対のケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃは、本実施形態では軸線Ｏに垂直な円環面とされている。
　一方、削孔Ｈが形成される地盤の地上部には、掘削時に上記軸線Ｏ回りの回転方向Ｔに向けた回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力とを掘削ロッドに与える図示されない掘削装置が配設され、この掘削装置からケーシングパイプ１と同様に必要に応じて複数の上記掘削ロッドが軸線Ｏに沿って順次継ぎ足されてケーシングパイプ１内に挿通される。さらに、このうち最先端の掘削ロッドの先端にはダウンザホールハンマ４が取り付けられるとともに、このダウンザホールハンマ４の先端には上記インナービット２が取り付けられる。このダウンザホールハンマ４は、ケーシングパイプ１の後端側から挿入され、上記掘削装置からダウンザホールハンマ４に供給される圧縮空気によって軸線Ｏ方向先端側への打撃力が与えられる。
　このインナービット２は、その本体がケーシングパイプ１と同軸とされる軸線Ｏを中心とした外形多段円柱状に鋼材等によって一体に形成され、この本体の後端部は上記ダウンザホールハンマ４に取り付けられるシャンク部２Ａとされている。また、このシャンク部２Ａの先端側は、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の内径よりは大きな外径を有してインナービット２の最大外径部となる軸線Ｏを中心とした円板状の当接部２Ｂとされる。この当接部２Ｂの先端面は、ケーシングトップ１Ａによる段部１Ｂの上記後端面と等しい傾斜角で内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜した軸線Ｏを中心とするテーパ面とされている。
　さらに、上記当接部２Ｂよりも先端側のインナービット２の先端部２Ｃは、ケーシングトップ１Ａの内径より僅かに小さな外径の軸線Ｏを中心とした外形略円柱状とされている。ここで、先端部２Ｃの先端面すなわちインナービット２の先端面までの先端部２Ｃの長さは、ケーシングトップ１Ａとリングビット３の軸線Ｏ方向の長さを合わせた長さよりも長くされている。
　さらにまた、この先端部２Ｃの先端面の中央部は軸線Ｏに垂直な平坦面とされるとともに、この先端面の外周縁部は内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜するテーパ面とされている。そして、この先端面の中央部と外周縁部には、超硬合金等の硬質材料により形成されて地盤を掘削するチップ５が、これら中央部がなす平坦面と外周縁部がなすテーパ面とに対してそれぞれ垂直に複数個ずつ植設されている。
　また、このインナービット２の先端部２Ｃと当接部２Ｂには、上記先端面から外周面にかけて、掘削時に上記チップ５により生成された繰り粉を排出する排出溝２Ｄが形成されている。この排出溝２Ｄは、先端面では、その溝底がインナービット２の周方向に湾曲する凹曲面状をなして、該先端面の中心から僅かに外周側に離れた位置から、軸線Ｏに対する半径方向に外周側に延びつつ溝深さが漸次深くなるように形成されている。
　さらに、この排出溝２Ｄは、外周面では、先端面よりも周方向に幅広の断面「Ｕ」字状をなして先端面の排出溝２Ｄの外周端に連通し、軸線Ｏに平行に後端側に向けて一定の溝深さで延びた後、溝深さが漸次深くなるように延び、次いで再び一定の溝深さで延びた後、溝深さが漸次浅くなるようにして延びて、当接部２Ｂの後端面に開口するようにされている。本実施形態では、このような排出溝２Ｄが、周方向に複数条（３条）等間隔に形成されている。
　さらにまた、インナービット２内には、シャンク部２Ａの後端から先端側に向けて、ダウンザホールハンマ４に供給された圧縮空気が排気されるブロー孔２Ｅが軸線Ｏに沿って形成されている。このブロー孔２Ｅは、インナービット２の先端部２Ｃにおいて複数の小径孔に分岐して、先端面における上記排出溝２Ｄの溝底にそれぞれ開口している。
　さらに、インナービット２の先端部２Ｃの外周面には、径方向内周側に凹む凹所２Ｆが形成されており、この凹所２Ｆに、係合凸部６が外周側に出没可能に収容されている。ここで、この凹所２Ｆは、軸線Ｏに直交する中心軸Ｃを有する一定内径の断面円形孔とされて、軸線Ｏに沿ったブロー孔２Ｅには達しない深さで形成されている。ただし、このブロー孔２Ｅから凹所２Ｆにかけては、先端面の排出溝２Ｄの溝底に向けて分岐した上記小径孔よりもさらに小径の分岐孔が形成されて、この分岐孔は、凹所２Ｆの底面の周縁部に開口している。
　本実施形態ではこのような凹所２Ｆが、先端部２Ｃ外周面の隣接する排出溝２Ｄの間それぞれにおいて掘削時のインナービット２の回転方向Ｔの後方側に１つずつ、すなわち排出溝２Ｄと同数の複数（３つ）の凹所２Ｆが周方向に等間隔に形成されていて、これらの凹所２Ｆそれぞれに係合凸部６が収容されている。なお、本実施形態では、インナービット２およびリングビット３は、その先端に植設されるチップ５の配列を除いて、３６０°を係合凸部６の数で除した角度（本実施形態では３６０°／３＝１２０°）ずつ軸線Ｏ回りの周方向に回転対称形状とされている。
　また、インナービット２の先端部２Ｃには、周方向に隣接する排出溝２Ｄの間の外周面の凹所２Ｆに対する回転方向Ｔ側から、この凹所２Ｆの内周面が中心軸Ｃに直交する断面においてなす円の接線のうち該凹所２Ｆの軸線Ｏ方向後端側において該軸線Ｏに直交する平面上に延びる接線に沿ってピン孔２Ｇが形成されている。このピン孔２Ｇは、その中心線が凹所２Ｆの内周面の断面がなす上記円に接するようにして該凹所２Ｆ内周面に開口した後、該凹所２Ｆの回転方向Ｔ後方側の先端部２Ｃ外周面に形成された排出溝２Ｄに貫通している。こうして排出溝２Ｄに貫通する側では、ピン孔２Ｇの内径は一段小さくされている。
　上記凹所２Ｆに収容される係合凸部６は鋼材等により形成されていて、図１２Ａ、図１２Ｃ、及び図１２Ｄに示すようにその基端側（図１２Ａ、図１２Ｃ、図１２Ｄにおいて下側）部分が凹所２Ｆに嵌挿可能な外径とされて、該凹所２Ｆと同軸とされる中心軸Ｃを中心とした円柱状とされている。
　一方、係合凸部６が凹所２Ｆに収容された状態でインナービット２の外周側に向けられる係合凸部６の突端面６Ａは、同状態において軸線Ｏに平行な方向に長手方向を有して、図１２Ｂに示すように基端側部分の外周面がなす円に内接する、中心軸Ｃに垂直な長方形面とされている。
　この突端面６Ａがなす長方形面の四辺のうち、係合凸部６が上記凹所２Ｆに収容された状態で軸線Ｏ方向先端側に向けられる辺と、上記回転方向Ｔの後方側に向けられる辺とに連なる係合凸部６の外周面の突端面６Ａ側部分は、これらの辺に対して垂直に係合凸部６の外周側に向かうに従い基端側に向かうように該辺に沿ってそれぞれ斜めに面取りされている。また、上記突端面６Ａの四辺のうちの残りの、係合凸部６が凹所２Ｆに収容された状態で軸線Ｏ方向後端側に向けられる辺と、上記回転方向Ｔ側に向けられる辺とに連なる係合凸部６の外周面は、それぞれこれらの辺において上記長方形面に直交する方向に延びる平面により係合凸部６の基端側に向けて切り欠かれた後、外周側に切れ上がるように形成されている。
　これらの平面のうち、係合凸部６が凹所２Ｆに収容された状態で回転方向Ｔ側に向けられる平面は係合凸部６の係合面６Ｂとされ、上記長方形面の回転方向Ｔ側に位置し係合面６Ｂと上記突端面６Ａとが交差する辺には、これら係合面６Ｂと突端面６Ａとに滑らかに接するように断面１／４凸円弧状の面取りが施されている。一方、同じく係合凸部６が凹所２Ｆに収容された状態で軸線Ｏ方向後端側に向けられて該軸線Ｏに垂直とされる平面は係止面６Ｃとされて、この係止面６Ｃと突端面６Ａとが交差する辺にも係合面６Ｂの辺よりは小さな半径の断面１／４凸円弧状の面取りが施されている。また、この係止面６Ｃは上記中心軸Ｃ方向の長さが係合面６Ｂよりも長くされるとともに、係止面６Ｃから係合凸部６の外周側に切れ上がる部分は、上記ピン孔２Ｇの半径と等しい半径の断面１／４円弧状の凹曲面をなすようにされている。
　さらに、係合凸部６内には、その基端面から突端側に向けて中心軸Ｃを中心とした断面円形の凹孔６Ｄが形成されている。この凹孔６Ｄは、基端面から突端側に向けて係止面６Ｃが切れ上がる位置を越えて延び、係合面６Ｂが切れ上がる位置の手前に孔底を有するように形成されている。また、この凹孔６Ｄの孔底の中央からは小径孔が突端側に向かうに従い係止面６Ｃとは反対側に延びて、この小径孔は、上述のように係合凸部６の突端側部分に形成された面取りのうち、当該係合凸部６が凹所２Ｆに収容された状態で軸線Ｏ方向先端側に向けられる上記辺に沿った面取り部分に開口している。
　この凹孔６Ｄには図１３に示すように、係合凸部６をインナービット２の外周側に出没可能とする出没機構として、本実施形態では係合凸部６を外周側に付勢する付勢手段としての圧縮コイルバネ７と、この圧縮コイルバネ７を保持する保持部材８が収容される。保持部材８は、有底円筒状に形成されて、その外径は凹孔６Ｄに嵌挿可能な大きさとされ、底部とは反対の開口部を係合凸部６の上記突端側に向けて中心軸Ｃと同軸に凹孔６Ｄ内に挿入される。なお、この保持部材８の円筒部には周方向に間隔をあけて径方向に貫通する貫通孔８Ａが複数（本実施形態では周方向に等間隔に４つ）形成されている。
　また、圧縮コイルバネ７は、中心軸Ｃ回りに螺旋状をなすように捩れて、保持部材８の内周部に嵌挿可能な外径と、圧縮されていない状態でこの保持部材８の内周部の底面から開口部までの円筒部長さよりも長い中心軸Ｃ方向の長さとを有している。この圧縮コイルバネ７は、中心軸Ｃ方向の一端を上記内周部の底面に当接させて保持部材８内に保持された状態で、他端が保持部材８の開口部から必要長さ突出するようにされている。
　ここで、本実施形態ではこの圧縮コイルバネ７のバネ定数Ｋ（Ｎ／ｍｍ）は、上記リングビット３の重量Ｗ（Ｎ）と、図７Ａ及び図７Ｂに示すようにこのリングビット３に形成された後述する案内壁の軸線Ｏに対する傾斜角θ（°）と、リングビット３の内周面からインナービット２の外周側に突出した係合凸部６の突端までの軸線Ｏに対する径方向の距離である係合凸部６の引っ掛かり高さｈ（ｍｍ）と、インナービット２に設けられる係合凸部６の数ｎ（個）に対して、Ｋ＞Ｗ／（ｔａｎθ×ｈ×ｎ）とされている。
　このような圧縮コイルバネ７を内周部に保持した保持部材８が、上述のようにして係合凸部６の凹孔６Ｄ内に挿入されて、圧縮コイルバネ７の上記他端が凹孔６Ｄの孔底に当接する。この状態で係合凸部６が、上記係合面６Ｂを回転方向Ｔ側に向けるとともに係止面６Ｃを軸線Ｏ方向後端側に向けるようにして凹所２Ｆに収容され、保持部材８の底部が凹所２Ｆの底面に当接する。
　そして、この状態から圧縮コイルバネ７の付勢力に抗してさらに係合凸部６を凹所２Ｆ内に押し込み、係止面６Ｃの切れ上がり部分が凹所２Ｆ内周面に開口したピン孔２Ｇよりもインナービット２の内周側に位置したところで、図１３に示すようにピン孔２Ｇに回転方向Ｔ側からピン９Ａを嵌挿する。そして、このピン９Ａを、ピン孔２Ｇが排出溝２Ｄに貫通する側の内径が一段小さくなる部分に当接させ、さらにピン孔２Ｇにスプリングピン９Ｂを装入することによりピン９Ａを固定する。
　これにより、このピン９Ａの外周部がピン孔２Ｇの凹所２Ｆ内周面への開口部から該凹所２Ｆ内にはみ出して、係止面６Ｃの切れ上がり部分よりもインナービット２の外周側に位置するので、押し込みを解いて係合凸部６が圧縮コイルバネ７により外周側に突出しようとしても、係止面６Ｃの切れ上がり部分がこのはみ出したピン９Ａに当接して突出が拘束される。従って、これにより係合凸部６は、インナービット２の外周側に付勢されて出没可能とされつつ、軸線Ｏに対する径方向に位置決めされる。
　なお、こうして係止面６Ｃの切れ上がり部分がピン９Ａに当接して径方向に位置決めされた状態で、係合凸部６は、インナービット２の先端部２Ｃの外周面から当接部２Ｂの外周面と略等しい突出高さで突出している。また、この状態から係合凸部６を凹所２Ｆ内に押し込むことにより、係合凸部６は、その上記突端面６Ａがインナービット２の先端部２Ｃ外周面と略等しい位置となるように埋没可能とされている。
　リングビット３は、その本体が鋼材等により形成されて、図１４Ａないし図１４Ｄに示すようにケーシングパイプ１やインナービット２と同軸となる軸線Ｏを中心とした外形略円環状あるいは円筒状をなしており、その内径はケーシングパイプ１先端のケーシングトップ１Ａの内径と等しく、従ってインナービット２の先端部２Ｃの外径より僅かに大きくされている。また、リングビット３の後端面３Ａは軸線Ｏに垂直な円環面とされるとともに、この後端面３Ａの外径はケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃの外径と等しくされていて、すなわちこれら先端面１Ｃ及び後端面３Ａは互いに合同な円環面とされている。
　さらに、リングビット３の外周面は、後端面３Ａから先端側に向けて漸次拡径する軸線Ｏを中心としたテーパ面とされた後、軸線Ｏを中心とした一定外径の円筒面とされ、さらにその先端側では軸線Ｏに沿った断面が凹曲線状をなすくびれ部を介して、再び漸次拡径するテーパ面とされて、リングビット３の先端面に至るようにされている。従って、リングビット３の外径は、ケーシングパイプ１やケーシングトップ１Ａの外径よりも大きくされる。
　また、このリングビット３の先端面は、外周部が内周側に向かうに従い先端側に向かうテーパ面とされるとともに、内周部は外周側に向かうに従い先端側に向かうテーパ面とされている。そして、これらのテーパ面と、該テーパ面同士が交差する先端面の突端に形成された軸線Ｏに垂直な平坦面とに、やはり超硬合金等の硬質材料よりなるチップ５が、各テーパ面と平坦面とにそれぞれ垂直に複数個ずつ植設されている。
　さらに、リングビット３の内周部には、インナービット２の係合凸部６と同数の複数（３つ）の係合凹部１０が周方向に等間隔に形成されていて、これらの係合凹部１０に、インナービット２の先端部２Ｃ外周に突出した上記係合凸部６が係合する。これにより、リングビット３はインナービット２に対して軸線Ｏ回りに掘削時の回転方向Ｔに向けて一体回転可能とされるとともに、軸線Ｏ方向先端側に向けて係止される。そして、さらに上述のようにインナービット２の外周側に出没可能とされた係合凸部６が内周側に後退することにより、こうして軸線Ｏ方向先端側に係止されていたリングビット３は、先端側に抜脱可能とされる。
　ここで、係合凹部１０は、上記後端面３Ａとの間に間隔をあけるとともにリングビット３の先端面に開口するように形成され、リングビット３の内周側を向く底面１０Ａと、この底面１０Ａからリングビット３の内周部に向けてそれぞれ延びる回転方向Ｔ側を向く壁面１０Ｂと、回転方向Ｔ後方側を向く壁面１０Ｃと、先端側を向く壁面１０Ｄとを有している。また、１つの係合凹部１０の壁面１０Ｂ、１０Ｃ間の周方向の幅は、インナービット２の排出溝２Ｄや係合凸部６の周方向の幅などよりも大きく、さらに隣接する係合凹部１０の壁面１０Ｃ、１０Ｂ間の周方向の間隔よりも大きくされている。
　このうち、底面１０Ａは軸線Ｏを中心とした略円筒面状をなしており、その軸線Ｏに対する半径は、軸線Ｏから上述のようにインナービット２の外周側に突出して径方向に位置決めされた係合凸部６の突端面６Ａまでの距離よりも僅かに大きくされている。また、係合凹部１０の壁面１０Ｂ、１０Ｃは、いずれも軸線Ｏに直交する断面が、この底面１０Ａの断面がなす凹円弧に滑らかに接する凹曲線状をなしている。ただしこのうち回転方向Ｔの後方側を向く壁面１０Ｃは断面１／４凹円弧状とされて、その半径が、壁面１０Ｂがなす凹曲線の曲率半径よりも小さく、係合凸部６の突端面６Ａの回転方向Ｔ側の辺に形成された面取りがなす断面１／４凸円弧の半径と略等しくされている。
　さらに、係合凹部１０の先端側を向く壁面１０Ｄは、その回転方向Ｔ側の部分が軸線Ｏおよび底面１０Ａに垂直な平坦面とされている。ここで、この平坦面とリングビット３の後端面３Ａとの間隔は、ケーシングトップ１Ａの段部１Ｂにインナービット２の当接部２Ｂを当接させた状態でのケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃとインナービット２の係合凸部６における係止面６Ｃとの間隔よりも小さくされ、またこの平坦面の周方向の幅はインナービット２の周方向における係合凸部６の幅よりも大きくされている。
　一方、壁面１０Ｄの回転方向Ｔ後方側の部分は、この平坦面が底面１０Ａから後端側に向かうに従いリングビット３の内周側に向けて傾斜するように切り欠かれるように形成されて、案内壁１０Ｅとされている。ここで、この案内壁１０Ｅは、本実施形態では軸線Ｏに沿った断面において図７Ａに示すように、該軸線Ｏに対して一定の上記傾斜角θで傾斜するように形成されている。また、案内壁１０Ｅの周方向の幅も、係合凸部６の周方向の幅より大きくされている。
　このようなリングビット３を、ケーシングトップ１Ａの先端から突出したインナービット２の先端部２Ｃの周囲に配設して係合凸部６と係合凹部１０とを係合させるには、まずインナービット２をケーシングパイプ１の後端側から挿入して、その外周側に付勢された係合凸部６をケーシングトップ１Ａの段部１Ｂの後端面に当接させる。次いで、インナービット２をさらに挿入して前進させてゆくと、この段部１Ｂの後端面がなすテーパに係合凸部６の軸線Ｏ方向先端側に向けられた面取りが案内されるようにして係合凸部６がインナービット２の内周側に後退させられ、この係合凸部６の突端面６Ａがケーシングトップ１Ａの内周面に当接した状態となる。
　そこで、さらにインナービット２を前進させて、図８に示すように係合凸部６がケーシングトップ１Ａの先端側に抜けきらないところで、インナービット２の周方向における係合凸部６の位置に係合凹部１０の位置を合わせつつ、リングビット３を先端側からインナービット２の先端部２Ｃの周囲に同軸となるように被せ、その後端面３Ａをケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃに当接させて保持する。そして、インナービット２をさらに前進させると、係合凸部６がケーシングトップ１Ａの内周面からリングビット３の内周部に当接したまま移動し、係合凹部１０の位置に達したところで圧縮コイルバネ７の付勢力によって係合凸部６が外周側に突出して係合凹部１０に収容される。
　ここで、上述のように軸線Ｏから係合凹部１０の底面１０Ａ前の半径が、外周側に突出した係合凸部６の突端面６Ａまでの距離より大きくされているため、こうして突出した係合凸部６が係合凹部１０に収容された状態で、その突端面６Ａと係合凹部１０の底面１０Ａとの間には、図７Ａに示すように僅かな間隔があけられるようにされており、同図７Ａに示すようにケーシングトップ１Ａと等しい内径とされたリングビット３の内周面から係合凸部６の突端面６Ａまでの軸線Ｏに対する径方向の距離が、係合凸部６の上記引っ掛かり高さｈとされる。
　このようにして係合凸部６が係合凹部１０に収容されたインナービット２を上記回転方向Ｔに回転させると、図１に示すように係合凸部６が係合凹部１０の回転方向Ｔ側に位置して、係合凸部６の軸線Ｏに垂直な係止面６Ｃが、同じく軸線Ｏに垂直な係合凹部１０の上記壁面１０Ｄの回転方向Ｔ側の平坦面と対向することになる。従って、この状態でケーシングパイプ１ごとインナービット２およびリングビット３を軸線Ｏ方向先端側が下向きとなるように配置しても、この壁面１０Ｄが係止面６Ｃに当接することにより、上述のようにリングビット３がインナービット２に対して先端側に向けて係止されるので、リングビット３が脱落するようなことはない。
　また、こうしてインナービット２を回転方向Ｔに回転させると、図２および図３に示すように係合凸部６の回転方向Ｔに向けられた係合面６Ｂが係合凹部１０の回転方向Ｔの後方側を向く壁面１０Ｃと対向し、突端面６Ａの回転方向Ｔ側に位置し係合面６Ｂと係合凸部６の上記突端面６Ａとが交差する辺に形成された断面１／４凸円弧の面取りが、これと略等しい半径の断面１／４凹円弧状をなす係合凹部１０の上記壁面１０Ｃと当接する。従って、リングビット３はインナービット２に対して、上述のように軸線Ｏ回りに掘削時の回転方向Ｔに向けて一体回転可能とされる。
　次に、このように構成された掘削工具によって地盤に所定の深さまで下向きに削孔Ｈを形成しつつケーシングパイプ１を挿入し、次いでインナービット２をケーシングパイプ１から引き抜いて、ケーシングパイプ１を仮設杭などとして一時的に使用した後に、該ケーシングパイプ１を削孔Ｈから引き上げて地上に回収する場合について、図１ないし図１０と図１５Ａないし図１５Ｄを用いて説明する。
　まず、上述のように軸線Ｏ方向先端側が下向きとなるようにケーシングパイプ１、インナービット２およびリングビット３を配置して、上記掘削装置から掘削ロッドを介してインナービット２に回転方向Ｔへの回転力と軸線Ｏ方向先端側への推力とを与えて掘削を開始すると、ケーシングパイプ１はケーシングトップ１Ａの段部１Ｂがインナービット２の当接部２Ｂに当接することによって推力だけが伝播され、回転することなくインナービット２と一体に前進する。
　これに対して、リングビット３は、当初は自重によって降下していることにより、係合凹部１０の壁面１０Ｄが係合凸部６の係止面６Ｃに当接して軸線Ｏ方向先端側に係止された状態のまま、図２および図３に示すように係合凹部１０の壁面１０Ｃが係合凸部６の係合面６Ｂ突端側の面取り部分に上述のように当接することによってインナービット２と一体に回転されることとなる。そして、リングビット３の先端が地盤に接地すると、インナービット２およびケーシングパイプ１に対して相対的に軸線Ｏ方向後端側に押し上げられ、図１に示したようにその後端面３Ａがケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃに当接した状態となる。
　この状態から上記ダウンザホールハンマ４に圧縮空気を供給して軸線Ｏ方向先端側への打撃力もインナービット２に付与しつつ削孔Ｈを形成すると、この打撃力と上記推力は、当接部２Ｂから段部１Ｂを介してケーシングトップ１Ａおよびケーシングパイプ１に伝播するとともに、ケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃから後端面３Ａを介してリングビット３にも伝播する。そして、インナービット２から直接与えられる回転力とともに、図１５Ａに示すように、これらインナービット２とリングビット３による掘削が行われ、こうして形成される削孔Ｈに、ケーシングトップ１Ａに伝播した打撃力と推力によってケーシングパイプ１が挿入されてゆく。
　なお、このように掘削が行われている間は、リングビット３は地盤に接地している状態となるので、その後端面３Ａが専らケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃに当接したままとなり、ケーシングトップ１Ａからの打撃力と推力が伝播される。また、この打撃力による衝撃によってリングビット３がケーシングトップ１Ａから離れて先端側に飛び出ても、インナービット２の係合凸部６の係止面６Ｃに係合凹部１０の壁面１０Ｄが当接して係止されることにより、リングビット３が脱落するようなことはない。
　さらに、掘削中は、ダウンザホールハンマ４に供給された圧縮空気の排気がインナービット２のブロー孔２Ｅから排出溝２Ｄに噴出させられ、この排気が、掘削時に生成された繰り粉を、この排出溝２Ｄを通して軸線Ｏ方向後端側に送り出してケーシングパイプ１内から排出する。また、この排気は、ブロー孔２Ｅから凹所２Ｆの底面にかけて延びる分岐孔を介して該凹所２Ｆにも供給され、この凹所２Ｆに供給された排気は、保持部材８の貫通孔８Ａから圧縮コイルバネ７の間を通して係合凸部６の凹孔６Ｄ内に流入し、さらにこの凹孔６Ｄの孔底の中央から延びる小径孔を通してリングビット３の係合凹部１０内に先端側に向けて噴出させられる。
　次に、このようにして所定の深さまで削孔Ｈが形成されてケーシングパイプ１が挿入された後に、インナービット２をケーシングパイプ１から引き抜くには、まず図５に白抜き矢線で示すようにインナービット２を掘削時の回転方向Ｔとは反対側に回転させて、図４ないし図６に示すように係合凸部６を係合凹部１０の壁面１０Ｄにおける上記案内壁１０Ｅの軸線Ｏ方向先端側に位置させる。
　そして、この状態から掘削ロッドおよびダウンザホールハンマ４ごとインナービット２を軸線Ｏ方向後端側に後退させると、図７Ａに示したように係合凸部６の突端面６Ａと係止面６Ｃとの交差稜線部が案内壁１０Ｅに当接し、さらに後退させると、図７Ｂや図９および図１０に示すように案内壁１０Ｅに沿って案内されるように係合凸部６が圧縮コイルバネ７による付勢力に抗してインナービット２の径方向内周側に後退して凹所２Ｆ内に没し、その突端面６Ａと係止面６Ｃとの交差稜線部がリングビット３の内周面に当接する。
　従って、図８に白抜き矢線で示すようにそのままインナービット２を後退させれば、係合凸部６の突端面６Ａがリングビット３の内周面からケーシングトップ１Ａの内周面を摺接しつつ、インナービット２の先端部２Ｃがこれらリングビット３およびケーシングトップ１Ａの内周部から抜け出て、係合凸部６がケーシングトップ１Ａを越えたところで再び外周側に突出する。しかし、係合凸部６の外径はケーシングパイプ１の内径より小さいために以後はインナービット２の後退が拘束されることがなくなるので、図１５Ｂに示すようにインナービット２をケーシングパイプ１から抜き出すことが可能となる。
　そして、さらにこうしてインナービット２が抜き出されたところで、リングビット３はケーシングパイプ１に対し、図１５Ｃに示すようにケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃにリングビット３の後端面３Ａが当接しただけの状態となって抜脱可能とされる。このため、上述のようにケーシングパイプ１を一時的に使用した後は、図１５Ｄに示すようにそのままケーシングパイプ１を引き上げるだけで、リングビット３を削孔Ｈの孔底に残置してケーシングパイプ１のみを削孔Ｈから引き抜いて回収することができる。
　このように、上記構成の掘削工具によれば、掘削時にはインナービット２の係合凸部６が外周側に突出してリングビット３の係合凹部１０と係合することにより、リングビット３がインナービット２に対して、軸線Ｏ方向先端側に係止されて抜け止めされるとともに、軸線Ｏ回りに掘削時の回転方向Ｔに向けて一体回転可能とされて掘削を行うことができる。その一方で、掘削終了後にリングビット３を抜脱するには、インナービット２を後退させて係合凸部６を内周側に没するだけでよく、特許文献３に記載の掘削工具のように第２のインナービットを必要とすることはない。
　このため、このような第２のインナービットを用意したり、特に削孔Ｈが深いときに掘削ロッドを連結して孔底まで第２のインナービットを挿入したりする必要もなく、効率的にリングビット３を残置したままケーシングパイプ１を回収することができる。しかも、削孔Ｈはケーシングパイプ１よりも大径のリングビット３によって形成されたものであるので、その内径は図１５Ｄに示したようにケーシングパイプ１の外径よりも大きく、従ってケーシングパイプ１の引き抜きの際に大きな抵抗が作用することはないため、この回収作業を容易にすることもできる。
　ただし、図１５Ｃに示した状態から図１６Ｂに示すように、所定の深さまで形成された上記削孔Ｈの孔底から、さらに削孔Ｋを延長して形成して建て込み部材Ｌを建て込むような場合には、インナービット２をケーシングパイプ１から抜き出した後に、図１６Ａに示すようなケーシングトップ１Ａおよびリングビット３の内径よりも僅かに小さな外径でリングビット３と係合することのない掘削ビット１１を用いるようにしてもよい。
　この場合には、図１６Ａに示したように、ケーシングパイプ１内に通した上記掘削ビット１１をケーシングトップ１Ａおよびリングビット３の内周部から削孔Ｈの孔底に接地させて掘削を行うことにより削孔Ｋを所定の深さまで形成する。次いでこの掘削ビット１１を引き抜いてから、図１６Ｂに示すように建て込み部材Ｌを建て込んで、しかる後リングビット３を残置してケーシングパイプ１を削孔Ｈから引き抜き、回収すればよい。
　このような場合においても、上記構成の掘削工具によれば、ケーシングパイプ１を引き抜くのに大きな抵抗が作用することがなく、その回収を容易に行うことができる。
　また、本実施形態では、ケーシングパイプ１におけるケーシングトップ１Ａの段部１Ｂにインナービット２の当接部２Ｂが当接するとともにリングビット３の内周部の係合凹部１０にインナービット２の係合凸部６が係合した状態で、ケーシングトップ１Ａの先端面１Ｃにリングビット３の後端面３Ａが当接可能とされていて、インナービット２に与えられた推力と打撃力とがケーシングトップ１Ａを介してリングビット３に伝播させられるようにされている。従って、特許文献１、３に記載されたインナービットから直接リングビットに推力や打撃力を伝播する掘削工具のように、ケーシングトップの段部の先端側にさらにリングビットの段部を内周側に一段縮径するように形成する必要がない。
　従って、本実施形態のようにケーシングトップ１Ａの内径とリングビット３の内径とを互いに等しくするなど、リングビット３の内径がケーシングトップ１Ａの内径より小さくならないようにすることができる。従って、同じ内径の削孔Ｈを形成する場合でもリングビット３の肉厚を薄くしたり、あるいは上述のように延長した削孔Ｋに建て込み部材Ｌを建て込む場合でも同じ外径の建て込み部材Ｌに対して内径の小さなケーシングパイプ１を用いたりすることができ、掘削コストの削減を図ることができる。
　さらに、本実施形態では、係合凸部６をインナービット２の先端部２Ｃの外周側に出没可能とするのに、該係合凸部６を圧縮コイルバネ７等の付勢手段によって外周側に付勢してインナービット２の凹所２Ｆに保持している。一方、突出したこの係合凸部６が係合するリングビット３の係合凹部１０には、その後端部の先端側を向く壁面１０Ｄの回転方向Ｔの後方側に、後端側に向かうに従いリングビット３の内周側に向けて傾斜する案内壁１０Ｅが形成されている。
　このため、掘削終了後には、上述のようにインナービット２を掘削時の回転方向Ｔの後方側に回転させて係合凸部６を案内壁１０Ｅの先端側に配置し、そのままインナービット２を軸線Ｏ方向の後端側に後退させることにより、係合凸部６が案内壁１０Ｅに摺接しながら案内され、付勢力に抗してインナービット２の内周側に押し込まれつつ後退させられて係合凹部１０から離脱するので、係合凸部６と係合凹部１０との係合を比較的容易に解いて確実にインナービット２をリングビット３から抜き出すことができる。その一方で、掘削時に係合凸部６は係合凹部１０の回転方向Ｔ側に位置していて、その軸線Ｏ方向後端側には係合凹部１０の軸線Ｏに垂直な壁面１０Ｄが配置され、この壁面１０Ｄが同じく軸線Ｏに垂直な係合凸部６の係止面６Ｃに当接することによりリングビット３が係止されるので、不用意にリングビット３が脱落するようなことはない。
　さらに、このようなリングビット３の脱落を防ぐのに、本実施形態では、係合凸部６をインナービット２の外周側に付勢する付勢手段としての圧縮コイルバネ７のバネ定数Ｋ（Ｎ／ｍｍ）を、リングビット３の重量Ｗ（Ｎ）と、上記案内壁１０Ｅの軸線Ｏに対する傾斜角θ（°）と、リングビット３の内周面からインナービット２の外周側に突出した係合凸部６の突端までの軸線Ｏに対する径方向の距離である係合凸部６の引っ掛かり高さｈ（ｍｍ）と、インナービット２に設けられる係合凸部６の数ｎ（個）に対して、Ｋ＞Ｗ／（ｔａｎθ×ｈ×ｎ）としている。
　このため、上述のように軸線Ｏ方向先端側を下向きにして掘削を行う場合においても、係合凸部６が案内壁１０Ｅに当接しただけの状態では、リングビット３の重量Ｗにより係合凸部６が圧縮コイルバネ７の付勢力に抗して案内壁１０Ｅに摺接しながらインナービット２の内周側に後退することはなく、掘削中にリングビット３が自重によって不用意に抜け外れてしまってその後の掘削が不可能となるような事態が生じるのを防止することができる。
　ただし、上記の式で表されるのは、リングビット３が自重で脱落しない最低限の条件であり、より確実にリングビット３の脱落を防ぎつつ、リングビット３を残置する際に比較的スムーズに係合凸部６を後退させてインナービット２を引き抜くためには、圧縮コイルバネ７のバネ定数Ｋ（Ｎ／ｍｍ）は、Ｗ／（ｔａｎθ×ｈ×ｎ）に対して８倍程度までの範囲で大きくされるのが望ましい。
　本発明によれば、掘削時にはインナービットとリングビットによって削孔を形成しつつ該削孔にケーシングパイプを挿入することができるとともに、所定の深さまで削孔が形成された後には、第２のインナービットや、この第２のインナービットの後端側に継ぎ足される掘削ロッドなどを必要とすることなく、インナービットの係合凸部を後退させてリングビットを抜脱可能とすることにより、リングビットを削孔に残してケーシングパイプだけを効率的に削孔から引き上げて回収することができる。したがって、産業上の利用可能性を有する。
　１　ケーシングパイプ
　１Ａ　ケーシングトップ
　１Ｂ　段部
　１Ｃ　ケーシングトップ１Ａの先端面
　２　インナービット
　２Ｂ　当接部
　２Ｃ　インナービット２の先端部
　２Ｆ　凹所
　３　リングビット
　３Ａ　リングビット３の後端面
　５　チップ
　６　係合凸部
　７　圧縮コイルバネ
　１０　係合凹部
　１０Ｅ　案内壁
　Ｏ　ケーシングパイプの軸線
　Ｔ　掘削時のインナービット２の回転方向
　θ　案内壁１０Ｅの軸線Ｏに対する傾斜角
　ｈ　係合凸部６の引っ掛かり高さ

Claims (4)

  1. 　　掘削工具であって、
    　軸線を中心とした円筒状をなし、先端内周部に内径が一段小さくなる段部が形成されたケーシングパイプと、
    　上記段部に当接可能な当接部が外周に形成され、上記ケーシングパイプ内に上記軸線方向後端側から挿入されてその先端部が上記ケーシングパイプの先端から突出したインナービットと、
    　上記インナービットの先端部外周に出没可能に設けられた係合凸部と、
    　円環状をなし、上記ケーシングパイプの先端から突出した上記インナービットの先端部の周囲に配設されたリングビットと、
    　上記リングビットの内周部に形成された係合凹部と、
    　を備え、
    　上記係合凸部が外周側に突出して上記係合凹部に係合することにより、上記リングビットが上記インナービットに対して上記軸線回りに掘削時の回転方向に向けて一体回転可能にかつ該軸線方向先端側に抜脱不能に係止されるとともに、上記係合凸部が内周側に後退することにより、上記リングビットが先端側に抜脱可能とされていることを特徴とする掘削工具。
  2. 　上記段部に上記当接部が当接するとともに上記係合凹部に上記係合凸部が係合した状態で、上記ケーシングパイプの先端面に上記リングビットの後端面が当接可能とされていることを特徴する請求項１に記載の掘削工具。
  3. 　上記係合凸部は、外周側に付勢されて上記インナービットの先端部外周に出没可能に設けられているとともに、上記係合凹部の後端部には、後端側に向かうに従い上記リングビットの内周側に向けて傾斜する案内壁が形成さ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. 　上記係合凸部は圧縮コイルバネによって外周側に付勢されており、この圧縮コイルバネのバネ定数Ｋ（Ｎ／ｍｍ）が、上記リングビットの重量Ｗ（Ｎ）と、上記案内壁の上記軸線に対する傾斜角θ（°）と、上記リングビットの内周面から上記インナービットの外周側に突出した上記係合凸部の突端までの上記軸線に対する径方向の距離である該係合凸部の引っ掛かり高さｈ（ｍｍ）と、上記インナービットに設けられる上記係合凸部の数ｎ（個）に対して、Ｋ＞Ｗ／（ｔａｎθ×ｈ×ｎ）とされていることを特徴とする請求項３に記載の掘削工具。
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