掘削工具
【課題】透過性の高い地層を掘削する際に、圧縮空気を工具本体の先端側に排気することにより繰り粉を排出する場合でも、周囲の地層への空気の放散を抑制して、地層を緩めたり空隙を生じたりすることなく削孔を形成する。
【解決手段】軸線Ｏを中心とした外形円板状の工具本体１の先端部２の外周に円筒状のケーシング１０が配設されるとともに、このケーシング１０の先端部には、円筒状のリングビット１２がケーシング１０に対して軸線Ｏ回りに回転可能に取り付けられ、このリングビット１２の先端は工具本体１の先端よりも突出させられるとともに、リングビット１２の後端部の内周面は工具本体１の先端部２の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビット１２の後端部の内周面と対向した工具本体１の先端部２の外周面には、工具本体１内に形成された圧縮空気の供給孔１３Ｂが開口させられている。
【解決手段】軸線Ｏを中心とした外形円板状の工具本体１の先端部２の外周に円筒状のケーシング１０が配設されるとともに、このケーシング１０の先端部には、円筒状のリングビット１２がケーシング１０に対して軸線Ｏ回りに回転可能に取り付けられ、このリングビット１２の先端は工具本体１の先端よりも突出させられるとともに、リングビット１２の後端部の内周面は工具本体１の先端部２の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビット１２の後端部の内周面と対向した工具本体１の先端部２の外周面には、工具本体１内に形成された圧縮空気の供給孔１３Ｂが開口させられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアハンマを用いたＤＴＨ（ダウン・ザ・ホール）工法に用いられる二重管式の掘削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
掘削ロッドの先端に設けられた工具本体に打撃力や回転力、推力を与えて削孔を形成するとともに、この工具本体の外周には円筒状のケーシングを配置して削孔内に挿入するようにした二重管式の掘削工具においては、例えば特許文献１〜４に記載のように、ケーシングの先端部にリングビットを取り付けたものが知られている。このうち、特許文献１にはインナーロッド内の通水路を通して圧水を供給することが、特許文献２には薬液を注入することが、特許文献３にはフラッシング媒体を供給することが、さらに特許文献４には流体を供給して噴出し、削孔とケーシングとの間を通して地上に循環させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７０３５５号公報
【特許文献２】特開平９−３２４４９号公報
【特許文献３】特表平１０−５１０６０１号公報
【特許文献４】特開２０００−３５２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エアハンマを用いたいわゆるＤＴＨ工法においては、工具本体（インナービット）の先端から作動空気が排出されて削孔とケーシングの間、またはケーシング内の工具本体やハンマ、ロッドとの間を通して削孔外に排出され、これに伴われて、掘削によって生成した繰り粉（スライム、ズリ）も排出される。ここで、作動空気は通常圧縮された状態であって、工具本体の先端から排気される瞬間に圧力が開放され、体積膨張を起こす。
【０００５】
しかしながら、この体積膨張した空気がすべて上記削孔とケーシングの間やケーシング内を通って削孔外に排出されるとは限らず、例えば砂層などの透過性の高い地層を掘削する場合には、工具本体先端に対向した孔底から周辺の地層に空気が放散して逃げてしまうことがある。そして、このように周辺地層に逃げた空気は、該地層を緩めたり、地層に空隙を生じたりする原因となる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、たとえ透過性の高い地層を掘削する際に、圧縮空気を工具本体の先端側に排気することにより繰り粉を排出する場合でも、周囲の地層への空気の放散を抑制して、地層を緩めたり空隙を生じたりすることなく削孔を形成す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、軸線を中心とした外形円柱状または円板状をなす工具本体の先端部の外周に、上記軸線を中心とした円筒状のケーシングが配設されるとともに、このケーシングの先端部には、上記軸線を中心とした円筒状をなすリングビットが上記ケーシングに対して上記軸線回りに回転可能に取り付けられており、このリングビットの先端は上記工具本体の先端よりも突出させられるとともに、該リングビットの後端部の内周面は上記工具本体の先端部の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビットの後端部の内周面と対向した上記工具本体の先端部の外周面には、該工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が開口させられていることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された掘削工具では、工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が、リングビット後端部の内周面と間隔をあけて対向した工具本体先端部の外周面に開口させられているので、供給された圧縮空気はこのリングビット後端部の内周面に向けて噴出させられ、これら内外周面の間の間隙部分で膨張しつつ、リングビット後端部の内周面に案内されるようにして工具本体の先端側に排気される。
【０００９】
ここで、このリングビットは、その先端が工具本体の先端よりも突出させられており、これによって工具本体の先端側には、円筒状のリングビット先端部によって囲繞された空間が形成される。このため、上記間隙部分からリングビット後端部の内周面に案内されて工具本体の先端側に排気された体積膨張した圧縮空気は、この空間内において、上記軸線に平行な方向か、該軸線に対する径方向の内側に向けて流れることになる。
【００１０】
そこで、例えば上述のようにケーシング内を通して繰り粉を排出する排出路を設けることにより、こうして排気された空気に伴って繰り粉を排出することができるとともに、上記軸線に対する径方向の外側に圧縮空気が放散されてしまうのを抑えることができる。従って、これにより、削孔の周辺地層に空気が逃げて該周辺地層を緩めたり、空隙を生じたりするのを防ぐことができる。
【００１１】
ここで、このような周辺地層への空気の放散をより確実に抑制するには、工具本体の先端側に形成される上記空間に排気される圧縮空気は、できるだけ体積膨張した状態とされるのが望ましい。そこで、上記圧縮空気の供給孔を、上記工具本体の先端部の外周面に開口するように形成された、該供給孔の断面積よりも上記外周面への開口面積が大きな減圧室を介して、上記工具本体の先端部の外周面に開口させることにより、この減圧室で圧縮空気をある程度減圧して膨張させた状態で上記空間に排気することができる。
【００１２】
また、上述のようなケーシング内を通して繰り粉を排出する排出路として、上記工具本体の先端部の外周面には、上記リングビットの後端部の内周面との間に、上記工具本体の先端面に開口するとともに該工具本体の後端部の外周面と上記ケーシングの内周面との間に連通して掘削時に生成された繰り粉を排出する排出溝を形成した場合には、上記減圧室からこの排出溝に向けて上記圧縮空気の排気路を形成することにより、この減圧室から工具本体先端側に排気される圧縮空気量を調整することができて、周辺地層への拡散を一層確実に防止することができる。
【００１３】
なお、この場合において、上記排気路を、上記減圧室から上記排出溝に向けて、上記軸線に直交する平面に沿った方向、または上記工具本体の後端側に向かう方向に延びるように形成すれば、排気路を介して排出された圧縮空気が工具本体の先端側に噴出してしまうのを防ぐとともに、排出溝に流れた繰り粉をこの圧縮空気によって後端側に押し出して効率的に排出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、削孔の周辺の地層に圧縮空気が放散してしまうのを抑えて、この周辺地層が緩んだり空隙が形成されたりするの防ぐことができ、円滑な削孔の形成を図るとともに安定してケーシングを削孔に挿入して建て込むことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態の正面図である。
【図３】図１に示す実施形態の減圧室周辺を示す工具本体の側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す側断面図である。
【図５】図４に示す実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ないし図３に示す本発明の第１の実施形態において、工具本体１は、外形円板状の先端部（図１において左側部分）２が後端側（図１において右側）の円柱状のシャンク部３よりも一段大径とされた軸線Ｏを中心とする多段円柱状をなし、このシャンク部３に取り付けられる図示されないエアハンマにより軸線Ｏ方向先端側に向けて打撃力が与えられるとともに、さらにこのエアハンマの後端側に連結されて必要に応じて継ぎ足されるやはり図示されない掘削ロッドを介して軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに向けての回転力と先端側への推力とが与えられる。
【００１７】
この工具本体１の上記先端部２の外周面は、先端側に向けて順に縮径する３段の周面により構成されていて、これによりこの外周面には２つの円環状の段差部４Ａ、４Ｂが先端側を向くように形成されることになる。さらに、この先端部２の外周面には、その先端面から後端面に亙って軸線Ｏに平行に延びる繰り粉の排出溝５が、周方向に等間隔に複数条（本実施形態では４条）形成されている。なお、上記３段の周面のうち最先端の周面には、上記排出溝５のそれぞれ上記回転方向Ｔ側に、２段目の周面と略等しい外径を有する突条部４Ｃが、軸線Ｏに平行に延び、かつ上記段差部４Ａ、４Ｂのうち先端側の段差部４Ａとの間に間隔をあけるように形成されている。
【００１８】
また、先端部２の先端面における外周縁は、外周側に向かうに従い後端側に傾斜する多段の円錐面により形成されるとともに、これよりも内周側の先端面外周部は軸線Ｏに垂直とされて、この外周縁から外周部にかけては、上記排出溝５にそれぞれ連通する凹所７が形成されている。さらに、この先端面の中央部は外周部に対してすり鉢状に一段凹まされているとともに、その斜面には、周方向において上記凹所７の間に位置するようにして、放射状に延びる凹溝８が形成されており、これらすり鉢状の上記中央部や外周縁も含めて、工具本体１の当該先端面には、超硬合金等の硬質材料よりなる多数のチップ９が、上記凹所７や凹溝８を避けるようにして植設されている。
【００１９】
一方、工具本体１の外周には、その先端部２の上記外周面のうち最後端の段の周面の外径すなわち後端側の段差部４Ｂの外径よりも僅かに大きな内径を有する軸線Ｏを中心とした円筒状のケーシング１０が、この工具本体１の先端部２の後端側から上記シャンク部３およびエアハンマ、掘削ロッドを取り囲むようにして、掘削ロッドと同様に必要に応じて継ぎ足されて後端側に延びている。ここで、このケーシング１０とエアハンマおよび掘削ロッドとの間には軸線Ｏに対する径方向に間隔があけられており、工具本体１の上記排出溝５に連通する繰り粉の排出路が形成されている。
【００２０】
さらに、このように必要に応じて継ぎ足されるケーシング１０のうち、工具本体１の先端部２の後端側に位置する最先端のケーシング１０の先端には、先端側に向けて２段に拡径する軸線Ｏを中心とした多段円筒状のケーシングトップ１１が取り付けられている。このケーシングトップ１１は、その大径とされた先端部の外径がケーシング１０の外径と等しくされるとともに、先端部の内径はケーシング１０の内径よりも僅かに大きくされており、この先端部の内周の最先端部には雌ネジ部１１Ａが内周側に突出するようにして形成されている。
【００２１】
また、このケーシングトップ１１の小径とされた後端部は、その外径がケーシング１０の内径に嵌合可能な大きさとされるとともに、この後端部の内径は後端側の上記段差部４Ｂの外径よりは小さく、かつ先端側の段差部４Ａの外径すなわち先端部２の２段目の周面の外径よりは僅かに大きくされている。このようなケーシングトップ１１は、この後端部を最先端のケーシング１０内に先端から嵌挿した上で溶接等により固定され、従ってこの最先端のケーシング１０の内周面の先端側には、ケーシングトップ１１の後端面によって内周側に一段縮径する段差部１１Ｂが形成される。
【００２２】
さらに、このケーシングトップ１１の先端部には、やはり軸線Ｏを中心とした円筒状のリングビット１２が、該ケーシングトップ１１に対して軸線Ｏ回りに回転可能に取り付けられる。このリングビット１２は、その内径が、上記突条部４Ｃを除いた工具本体１の先端部２における最先端の段の周面の外径すなわち上記先端側の段差部４Ａの内径よりも僅かに大きく、かつこの段差部４Ａの外径よりは小さくされている。なお、このリングビット１２の後端面の内周側には段差部１２Ａが形成されており、この段差部１２Ａを含めた段差部４Ａ、４Ｂ、１１Ｂには、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い外周側に向かうようにて互いに等しい傾斜角のテーパが与えられている。
【００２３】
また、このリングビット１２の内周面には、上記突条部４Ｃの外径よりも僅かに大きな内径となるように凹んだ浅溝１２Ｂが、軸線Ｏに平行に、かつ周方向には突条部４Ｃよりも大きな幅で該突条部４Ｃと同数周方向に等間隔に形成されている。さらに、この浅溝１２Ｂの上記回転方向Ｔ側には、浅溝１２Ｂと等しい内径で連続するようにして、周方向の幅が突条部４Ｃと等しくされた係合凹部１２Ｃが、該リングビット１２後端の上記段差部１２Ａとの間に、突条部４Ｃと上記段差部４Ａとの間隔よりも大きな間隔をあけるようにして形成されている。さらに、このリングビット１２の先端面にも、超硬合金等の硬質材料よりなるチップ９が多数植設されている。
【００２４】
一方、このリングビット１２の外周面は、その先端における外径がケーシング１０やケーシングトップ１１の外径よりも大きくされていて、この先端から後端側に向けて漸次縮径した後に、軸線Ｏ方向中央部でケーシング１０およびケーシングトップ１１の外径と同形の一定の外径となり、さらに後端部で一段縮径させられてケーシングトップ１１先端内周の上記雌ネジ部１１Ａよりも僅かに小さな外径とされるとともに、この後端部の外周の最後端部には該雌ネジ部１１Ａと螺合する雄ネジ部１２Ｄが形成されている。なお、これら雌雄ネジ部１１Ａ、１２Ｄの軸線Ｏ方向の幅は、該雌雄ネジ部１１Ａ、１２Ｄを除いたケーシングトップ１１の先端内周部およびリングビット１２の後端外周部の軸線Ｏ方向の幅よりも十分小さくされている。
【００２５】
このようなリングビット１２は、上述のようにケーシング１０の先端に取り付けられたケーシングトップ１１のさらに先端側からその後端部外周の上記雄ネジ部１２Ｄをケーシングトップ１１の先端部内周の雌ネジ部１１Ａにねじ込んでゆき、この雄ネジ部１２Ｄが雌ネジ部１１Ａを抜け出たところで、該雄ネジ部１２Ｄがケーシングトップ１１先端部内周の雌ネジ部１１Ａよりも後端側に、該雌ネジ部１１Ａはリングビット１２の後端部外周の雄ネジ部１２Ｄよりも先端側にそれぞれ収容されることにより、ケーシングトップ１１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ軸線Ｏ方向には所定のストロークで進退可能とされて、先端側に抜け止めされた状態でケーシングトップ１１の先端に取り付けられる。
【００２６】
さらに、こうしてケーシングトップ１１の先端にリングビット１２が取り付けられたケーシング１０の後端側から、上記突条部４Ｃの周方向の位置を浅溝１２Ｂに合わせて工具本体１を挿入すると、ケーシングトップ１１の後端面によりケーシング１０の内周に突出した上記段差部１１Ｂに工具本体１の先端部２外周における後端側の段差部４Ｂが当接するとともに、これよりも先端部２の先端側はケーシングトップ１１内周を通り抜けてリングビット１２内周に突出する。
【００２７】
次いで、このリングビット１２後端の段差部１２Ａを先端部２外周の先端側の段差部４Ａを当接させた状態で、工具本体１をリングビット１２に対して相対的に回転方向Ｔに回転させると、突条部４Ｃが浅溝１２Ｂから係合凹部１２Ｃに嵌り込んでこの係合凹部１２Ｃの回転方向Ｔ後方側を向く壁面に当接することにより、リングビット１２がこの回転方向Ｔに工具本体１と係合させられて、該回転方向Ｔに一体に回転可能とされる。
【００２８】
従って、この工具本体１に上述のような打撃力と回転力および推力を与えると、ケーシングトップ１１およびケーシング１０には、段差部４Ｂ、１１Ｂを介して軸線Ｏ方向先端側への打撃力と推力が伝えられて、ケーシング１０は回転することなく前進させられる。これに対して、リングビット１２には、段差部４Ａ、１２Ａを介して同じく打撃力と推力が与えられるとともに、突条部４Ｃから係合凹部１２Ｃを介して回転方向Ｔに向けての回転力が与えられ、その先端のチップ９と工具本体１の先端面のチップ９とにより削孔を形成してゆく。
【００２９】
そして、こうして削孔を形成する際の段差部４Ａ、１２Ａを当接させた状態で、リングビット１２の先端は工具本体１の先端よりも突出させられていて、本実施形態では工具本体１の先端面に植設されたチップ９の突端よりもリングビット１２のチップ９を除いた先端面が突出するようにされるとともに、工具本体１には上記エアハンマから供給される圧縮空気の供給孔１３が形成されていて、この供給孔１３は、リングビット１２の後端部の内周面と僅かな間隔をあけて対向した工具本体１の先端部２の外周面に開口させられている。すなわち、この供給孔１３は、本実施形態では先端部２の外周面のうち上記段差部４Ａよりも先端側の最先端の段の周面に開口させられている。
【００３０】
本実施形態では、この供給孔１３は、工具本体１の上記シャンク部３後端から軸線Ｏに沿って先端側に延びる大径の第１供給孔１３Ａが先端部２内に達するように止まり孔状に形成され、この第１供給孔１３Ａの先端側から、該第１供給孔１３Ａよりは小径の第２供給孔１３Ｂが外周側に延びて先端部２の上記外周面に開口させられるように形成されている。なお、この第１供給孔１３Ａの先端からは、それぞれ第２供給孔１３Ｂよりもさらに小径で凹溝８と同数の第３供給孔１３Ｃが先端側に向かうに従い外周側に延び、該凹溝８の底面に一段拡径して開口するように形成されている。
【００３１】
ここで、本実施形態では、第１供給孔１３Ａから複数（本実施形態では４つ）の上記第２供給孔１３Ｂが周方向に等間隔に、また軸線Ｏ方向には先端側に向かうに従い外周側に延びるように分岐していて、上記外周面において隣接する排出溝５同士の間の周方向の中央にそれぞれ開口させられている。従って、これらの第２供給孔１３Ｂは上記第３供給孔１３Ｃと、周方向には重なり合うようにして、軸線Ｏ方向には第３供給孔１３Ｃが先端側に位置するように間隔をあけて形成されることになる。なお、先端側に向けて外周側に延びるこれら第２、第３供給孔１３Ｂ、１３Ｃの軸線Ｏに対してなす角度は、本実施形態では第２供給孔１３Ｂの方が大きくされている。
【００３２】
さらに、本実施形態では、この第２供給孔１３Ｂが工具本体１の外周面に開口する部分に、該第２供給孔１３Ｂの中心線に垂直な断面積より大きな開口面積で外周面に開口する減圧室１４が形成されており、供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）はこの減圧室１４を介して、リングビット１２後端部内周に対向した工具本体１の先端部２の外周面に開口させられている。
【００３３】
ここで、本実施形態におけるこの減圧室１４は、工具本体１の先端部２における上記段差部４Ａよりも先端側の外周面に、この段差部４Ａや先端部２の先端面における外周縁、および周方向に隣接する凹溝７とに対して間隔をあけて、軸線Ｏに沿った断面においては図１に示すように「コ」字状をなし、また軸線Ｏに対する径方向外周側から見た側面視には図３に示すように周方向に延びる長方形状をなすように開口させられており、この長方形は例えばその短辺の長さが上記第２供給孔１３Ｂの直径よりも僅かに大きくされている。ただし、これらの長方形や断面「コ」字形の各角隅部は滑らかな断面凹円弧状に丸められている。
【００３４】
上記供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）は、このような減圧室１４の外周側を向く底面と軸線Ｏ方向先端側を向く壁面とに跨るようにして、その上記中心線の延長線が、該減圧室１４が工具本体１の外周面に開口してなす上記長方形のちょうど中心を通るように該減圧室１４に開口させられている。なお、この第２供給孔１３Ｂの減圧室１４における開口部は、この減圧室１４の上記先端側を向く壁面において工具本体１の外周面とは僅かに間隔をあけている。
【００３５】
また、工具本体１の先端部２における外周面には、この減圧室１４から工具本体１の先端面における上記外周縁にかけて、凹溝状の排気流路１４Ａが形成されている。この排気流路１４Ａは、例えば上記第２供給孔１３Ｂの半径よりも小さな半径の断面略半円状をなし、減圧室１４から軸線Ｏに平行に先端側に延びた後、内周側に向かうように曲折して上記外周縁に開口させられており、本実施形態では複数のこのような排気流路１４Ａが、上記側面視において減圧室１４がなす長方形の長手方向中央部と両端部とから先端面に向けて延びるように３条形成されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、リングビット１２の内周面にも、その係合凹部１２Ｃに工具本体１の突条部４Ｃが係合した状態で上記減圧室１４に連通する排気流路１２Ｅが形成されている。このリングビット１２側の排気流路１２Ｅは、上記浅溝１２Ｂと略同程度の深さの浅溝状とされ、周方向には隣接する上記浅溝１２Ｂおよび係合凹部１２Ｃと間隔をあけて、上述の係合状態において工具本体１側の上記３条の排気流路１４Ａのうち中央と回転方向Ｔ方向側との排気流路１４Ａの間に延びるように、また軸線Ｏ方向にはリングビット１２の上記段差部１２Ａと間隔をあけて、上記係合状態における減圧室１４の先端側を向く壁面よりも僅かに後端側の位置からリングビット１２の先端に開口するように形成されている。
【００３７】
さらに、上記減圧室１４からは、工具本体１の先端部２の外周面において周方向に隣接する上記排出溝５に向けて排気路１５が形成されている。この排気路１５は、本実施形態では、各減圧室１４からその回転方向Ｔ側に隣接する排出溝５に向けてそれぞれ延びていて、その断面が減圧室１４の軸線Ｏに沿った断面と同様に角隅部が丸められた「コ」字状をなして工具本体１の先端部２における外周面に開口する凹溝状に形成されており、ただしこの外周面からの深さは減圧室１４よりは僅かに浅くされている。
【００３８】
また、この排気路１５は、減圧室１４から排出溝５に向けて、軸線Ｏに直交する平面に沿った方向、または工具本体１の後端側に向かう方向に延びていて、すなわち少なくとも先端側に向かう方向には延びておらず、本実施形態では図３に示すように減圧室１４の先端側を向く壁面と回転方向Ｔ後方側を向く壁面とに跨って該減圧室１４に開口して回転方向Ｔ側の排出溝５に向かうに従い工具本体１の後方側に向かうように延びている。なお、この排気路１５がなす凹溝の幅は、減圧室１４が上記側面視においてなす長方形の短辺よりも僅かに大きくされている。
【００３９】
このように構成された掘削工具では、円筒状のリングビット１２の先端が円板状の工具本体１の先端部２よりも突出しているため、この先端部２のチップ９が植設された先端面の前方（軸線Ｏ方向先端側）には、突出したリングビット１２によって囲まれた円板状の空間が形成されることになる。そして、その一方で、エアハンマから供給される作動空気である圧縮空気は、供給孔１３の第１供給孔１３Ａから第２供給孔１３Ｂを介して、リングビット１２の内周面に間隔をあけて対向した先端部２の外周面から噴出させられ、こうして噴出した圧縮空気は、このリングビット１２内周面に案内されるようにして先端側の上記空間内に排気される。
【００４０】
従って、こうしてこの空間内に排気されて体積が膨張した圧縮空気は、リングビット１２の内周面に沿って軸線Ｏに平行な方向か、これよりも軸線Ｏに対する内周側に向けて流れることになり、この膨張した空気がリングビット１２を越えてその外周側に噴出するのを抑えることができる。このため、上記構成の掘削工具によれば、こうして外周側に噴出して周辺の地層に放散した空気によってこの周辺地層が緩んだり空隙が生じたりするのを防ぐことができ、たとえこの地層が砂層のような透過性の高いものであっても、円滑に削孔を形成するとともにケーシング１０を建て込んで確実に自立させ、安定した掘削作業を行うことが可能となる。
【００４１】
特に、本実施形態では、工具本体１の先端部２外周に排出溝５が形成されるとともに、ケーシング１０内には、エアハンマおよび掘削ロッドとの間に、この排出溝５に連通する排出路が形成されており、上記空間に排気された圧縮空気は、掘削により該空間に生成された繰り粉を伴って排出溝５を通り排出路を介して削孔内から排出される。このため、例えば上記特許文献４に記載の掘削工具のように流体を削孔とケーシングとの間を通して地上に循環させたりするのに対して、圧縮空気が周辺の地層に放散されてしまうのを一層確実に防止することができる。
【００４２】
一方、本実施形態では、工具本体１に形成された圧縮空気の供給孔１３のうち先端部２の外周面に延びる第２供給孔１３Ｂが、この外周面への開口面積が第２供給孔１３Ｂの断面積よりも大きくされた減圧室１４を介して外周面に開口するようにされている。従って、リングビット１２の内周面との間隙部分から上記空間に排気される圧縮空気は、この減圧室１４において体積膨張してその圧力がある程度低減させられた上で排気されるので、この圧縮空気が高圧のまま上記空間に排気されて一気に体積膨張することにより周辺地層に放散されたりするのも防止することが可能となる。
【００４３】
しかも、この減圧室１４から工具本体１の先端面に向けての圧縮空気は、本実施形態では工具本体１に形成された第２供給孔１３Ｂよりも断面積の小さな凹溝状の複数の排気流路１４Ａと、リングビット１２の内周面に形成された浅溝状の排気流路１２Ｅとを介して排気されるようになされており、上記空間に供給される空気を繰り粉の排出に必要な最小限の量に設定することができる。このため、減圧室１４で体積膨張した圧縮空気が一気に上記空間に排気されることにより周辺の地層に放散されてしまうような事態も防ぐことができ、この周辺地層の緩みや空隙の発生をより確実に防止することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、工具本体１に形成された供給孔１３のうち、第１供給孔１３Ａの先端から第３供給孔１３Ｃが工具本体１の先端面に開口するように延びていて、掘削時にはこの第３供給孔１３Ｃからも圧縮空気が上記空間に排気される。ただし、この第３供給孔１３Ｃは、上記第２供給孔１３Ｂよりも断面積が小さくて排気される圧縮空気も少量であり、しかも工具本体１の先端面には、その内径が一段拡径した後に、この断面積よりも先端面への開口面積が大きな凹溝８を介して開口させられていて、上記減圧室１４と同様にある程度減圧した状態で排気されることになるので、この第３供給孔１３Ｃから排気された圧縮空気によって周辺地層に緩みや空隙が生じることはない。
【００４５】
また、本実施形態では、上記減圧室１４から繰り粉の排出溝５に向けて排気路１５が形成されており、減圧室１４に供給されて体積膨張した圧縮空気のうち先端側の上記空間に排気された分を除いた残りは、この排気路１５から排出溝５に排気されて上記排出流路を通して排出される。従って、この残りの圧縮空気が行き場をなくして排気流路１４Ａ、１２Ｅから高圧で上記空間に噴出したりすることもなく、この空間に排気される圧縮空気の量や圧力を確実に調整することができる。
【００４６】
しかも、この排気路１５は、減圧室１４から排出溝５に向けて、軸線Ｏに直交する平面に沿った方向、または工具本体１の後端側に向かう方向に延びるように形成されているため、排出溝５を通って上記排出流路へ流れ込む繰り粉および空気の流れを妨げることがない。特に、本実施形態では、この排気路１５が排出溝５に向けて工具本体１の後端側に向かうように傾斜させられているので、該排気路１５から排気される圧縮空気により排出溝５に流れた繰り粉を後端側に押し出すことができ、より効率的な繰り粉の排出を図ることができる。
【００４７】
なお、この第１の実施形態ではこのように圧縮空気の供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）を、減圧室１４を介して工具本体１の先端部２外周面に開口させるとともに、この減圧室１４から工具本体１の先端面に向けては排気流路１４Ａを、また繰り粉の排出溝５に向けては排気路１５を形成しているが、図４および図５に示す本発明の第２の実施形態のように、これら減圧室１４や排気流路１４Ａ、排気路１５を設けずに、リングビット１２の内周面と間隔をあけた工具本体１の外周面にこの供給孔１３を直接開口させるようにしてもよい。ここで、この第２の実施形態において第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を配してある。
【００４８】
この第２の実施形態では、工具本体１の先端部２は軸線Ｏを中心とした外形円柱状に形成されており、その外周面にはリングビット１２の段差部１２Ａとケーシングトップ１１の段差部１１Ｂとに当接する段差部４Ａ、４Ｂの他に、先端側にさらにもう一段の段差部４Ｄが形成されるように、突条部４Ｃの先端側において外周面がさらに一段縮径させられている。そして、供給孔１３の第１供給孔１３Ａから工具本体１の先端部２外周面に延びる第２供給孔１３Ｂは、この段差部１１Ｄを跨いで最先端の段の周面から次の段の周面に減圧室を介さずに直接開口するように形成されている。
【００４９】
なお、この第２の実施形態でも、こうして供給孔１３が開口した工具本体１の先端部２外周面に間隔をあけて対向するリングビット１２の内周面には、突条部４Ｃが係合凹部１２Ｃに係合した状態で周方向に第２供給孔１３Ｂの開口部に対応する位置に、浅溝状の排気流路１２Ｅが形成されている。
【００５０】
また、工具本体１の先端面側に開口する第３供給孔１３Ｃは、本実施形態では、第２供給孔１３Ｂよりも僅かに大径とされていて、排出溝５の先端に連通して工具本体１の先端面の中心付近にまで延びるように形成された凹所７の中心側に開口させられている。従って、この第２の実施形態では、第２、第３供給孔１３Ｂ、１３Ｃは周方向に重なり合うことなく交互に配設されることになり、また先端面の中央部はすり鉢状とされることなく軸線Ｏに垂直で、凹溝８も形成されてはいない。
【００５１】
このように構成された第２の実施形態でも、リングビット１２の先端は工具本体１の先端面よりも突出させられていて、その先端側にはリングビット１２により囲繞された円板状の空間が形成され、この空間に、供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）から供給された圧縮空気が、工具本体１最先端の縮径した周面とこれに対向するリングビット１２の内周面との間の間隙部分、および上記排気流路１２Ｅに案内されるように、軸線Ｏ方向に平行または先端側に向かうに従い内周側に向かうように排気される。従って、この圧縮空気が周辺の地層に放散されることがなく、周辺地層に緩みや空隙が生じることもないので、安定的かつ円滑に削孔を形成してケーシング１０を建て込むことが可能となる。
【００５２】
また、工具本体１の最先端の周面とリングビット１２の内周面との間に形成される上記間隙部分は、本実施形態では繰り粉の排出溝５に連通することになるので、この間隙部分を通して圧縮空気の一部を上記空間に排気することなく排出溝５を通して繰り粉の排出に利用することが可能である。さらに、第１の実施形態のような減圧室１４や排気流路１４Ａ、排気路１５が形成されていないので、工具本体１が切り欠かれる部分が少なく、高い剛性や強度を工具本体１に確保することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 工具本体
２ 工具本体１の先端部
４Ａ、４Ｂ、４Ｄ、１１Ｂ、１２Ａ 段差部
４Ｃ 突条部
５ 排出溝
９ チップ
１０ ケーシング
１１ ケーシングトップ
１２ リングビット
１２Ｅ 排気流路
１２Ｃ 係合凹部
１３（１３Ａ〜１３Ｃ） 圧縮空気の供給孔
１４ 減圧室
１４Ａ 排気流路
１５ 排気路
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 掘削時の工具本体１の回転方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアハンマを用いたＤＴＨ（ダウン・ザ・ホール）工法に用いられる二重管式の掘削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
掘削ロッドの先端に設けられた工具本体に打撃力や回転力、推力を与えて削孔を形成するとともに、この工具本体の外周には円筒状のケーシングを配置して削孔内に挿入するようにした二重管式の掘削工具においては、例えば特許文献１〜４に記載のように、ケーシングの先端部にリングビットを取り付けたものが知られている。このうち、特許文献１にはインナーロッド内の通水路を通して圧水を供給することが、特許文献２には薬液を注入することが、特許文献３にはフラッシング媒体を供給することが、さらに特許文献４には流体を供給して噴出し、削孔とケーシングとの間を通して地上に循環させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７０３５５号公報
【特許文献２】特開平９−３２４４９号公報
【特許文献３】特表平１０−５１０６０１号公報
【特許文献４】特開２０００−３５２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エアハンマを用いたいわゆるＤＴＨ工法においては、工具本体（インナービット）の先端から作動空気が排出されて削孔とケーシングの間、またはケーシング内の工具本体やハンマ、ロッドとの間を通して削孔外に排出され、これに伴われて、掘削によって生成した繰り粉（スライム、ズリ）も排出される。ここで、作動空気は通常圧縮された状態であって、工具本体の先端から排気される瞬間に圧力が開放され、体積膨張を起こす。
【０００５】
しかしながら、この体積膨張した空気がすべて上記削孔とケーシングの間やケーシング内を通って削孔外に排出されるとは限らず、例えば砂層などの透過性の高い地層を掘削する場合には、工具本体先端に対向した孔底から周辺の地層に空気が放散して逃げてしまうことがある。そして、このように周辺地層に逃げた空気は、該地層を緩めたり、地層に空隙を生じたりする原因となる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、たとえ透過性の高い地層を掘削する際に、圧縮空気を工具本体の先端側に排気することにより繰り粉を排出する場合でも、周囲の地層への空気の放散を抑制して、地層を緩めたり空隙を生じたりすることなく削孔を形成す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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、軸線を中心とした外形円柱状または円板状をなす工具本体の先端部の外周に、上記軸線を中心とした円筒状のケーシングが配設されるとともに、このケーシングの先端部には、上記軸線を中心とした円筒状をなすリングビットが上記ケーシングに対して上記軸線回りに回転可能に取り付けられており、このリングビットの先端は上記工具本体の先端よりも突出させられるとともに、該リングビットの後端部の内周面は上記工具本体の先端部の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビットの後端部の内周面と対向した上記工具本体の先端部の外周面には、該工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が開口させられていることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された掘削工具では、工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が、リングビット後端部の内周面と間隔をあけて対向した工具本体先端部の外周面に開口させられているので、供給された圧縮空気はこのリングビット後端部の内周面に向けて噴出させられ、これら内外周面の間の間隙部分で膨張しつつ、リングビット後端部の内周面に案内されるようにして工具本体の先端側に排気される。
【０００９】
ここで、このリングビットは、その先端が工具本体の先端よりも突出させられており、これによって工具本体の先端側には、円筒状のリングビット先端部によって囲繞された空間が形成される。このため、上記間隙部分からリングビット後端部の内周面に案内されて工具本体の先端側に排気された体積膨張した圧縮空気は、この空間内において、上記軸線に平行な方向か、該軸線に対する径方向の内側に向けて流れることになる。
【００１０】
そこで、例えば上述のようにケーシング内を通して繰り粉を排出する排出路を設けることにより、こうして排気された空気に伴って繰り粉を排出することができるとともに、上記軸線に対する径方向の外側に圧縮空気が放散されてしまうのを抑えることができる。従って、これにより、削孔の周辺地層に空気が逃げて該周辺地層を緩めたり、空隙を生じたりするのを防ぐことができる。
【００１１】
ここで、このような周辺地層への空気の放散をより確実に抑制するには、工具本体の先端側に形成される上記空間に排気される圧縮空気は、できるだけ体積膨張した状態とされるのが望ましい。そこで、上記圧縮空気の供給孔を、上記工具本体の先端部の外周面に開口するように形成された、該供給孔の断面積よりも上記外周面への開口面積が大きな減圧室を介して、上記工具本体の先端部の外周面に開口させることにより、この減圧室で圧縮空気をある程度減圧して膨張させた状態で上記空間に排気することができる。
【００１２】
また、上述のようなケーシング内を通して繰り粉を排出する排出路として、上記工具本体の先端部の外周面には、上記リングビットの後端部の内周面との間に、上記工具本体の先端面に開口するとともに該工具本体の後端部の外周面と上記ケーシングの内周面との間に連通して掘削時に生成された繰り粉を排出する排出溝を形成した場合には、上記減圧室からこの排出溝に向けて上記圧縮空気の排気路を形成することにより、この減圧室から工具本体先端側に排気される圧縮空気量を調整することができて、周辺地層への拡散を一層確実に防止することができる。
【００１３】
なお、この場合において、上記排気路を、上記減圧室から上記排出溝に向けて、上記軸線に直交する平面に沿った方向、または上記工具本体の後端側に向かう方向に延びるように形成すれば、排気路を介して排出された圧縮空気が工具本体の先端側に噴出してしまうのを防ぐとともに、排出溝に流れた繰り粉をこの圧縮空気によって後端側に押し出して効率的に排出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、削孔の周辺の地層に圧縮空気が放散してしまうのを抑えて、この周辺地層が緩んだり空隙が形成されたりするの防ぐことができ、円滑な削孔の形成を図るとともに安定してケーシングを削孔に挿入して建て込むことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態の正面図である。
【図３】図１に示す実施形態の減圧室周辺を示す工具本体の側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す側断面図である。
【図５】図４に示す実施形態の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ないし図３に示す本発明の第１の実施形態において、工具本体１は、外形円板状の先端部（図１において左側部分）２が後端側（図１において右側）の円柱状のシャンク部３よりも一段大径とされた軸線Ｏを中心とする多段円柱状をなし、このシャンク部３に取り付けられる図示されないエアハンマにより軸線Ｏ方向先端側に向けて打撃力が与えられるとともに、さらにこのエアハンマの後端側に連結されて必要に応じて継ぎ足されるやはり図示されない掘削ロッドを介して軸線Ｏ回りに回転方向Ｔに向けての回転力と先端側への推力とが与えられる。
【００１７】
この工具本体１の上記先端部２の外周面は、先端側に向けて順に縮径する３段の周面により構成されていて、これによりこの外周面には２つの円環状の段差部４Ａ、４Ｂが先端側を向くように形成されることになる。さらに、この先端部２の外周面には、その先端面から後端面に亙って軸線Ｏに平行に延びる繰り粉の排出溝５が、周方向に等間隔に複数条（本実施形態では４条）形成されている。なお、上記３段の周面のうち最先端の周面には、上記排出溝５のそれぞれ上記回転方向Ｔ側に、２段目の周面と略等しい外径を有する突条部４Ｃが、軸線Ｏに平行に延び、かつ上記段差部４Ａ、４Ｂのうち先端側の段差部４Ａとの間に間隔をあけるように形成されている。
【００１８】
また、先端部２の先端面における外周縁は、外周側に向かうに従い後端側に傾斜する多段の円錐面により形成されるとともに、これよりも内周側の先端面外周部は軸線Ｏに垂直とされて、この外周縁から外周部にかけては、上記排出溝５にそれぞれ連通する凹所７が形成されている。さらに、この先端面の中央部は外周部に対してすり鉢状に一段凹まされているとともに、その斜面には、周方向において上記凹所７の間に位置するようにして、放射状に延びる凹溝８が形成されており、これらすり鉢状の上記中央部や外周縁も含めて、工具本体１の当該先端面には、超硬合金等の硬質材料よりなる多数のチップ９が、上記凹所７や凹溝８を避けるようにして植設されている。
【００１９】
一方、工具本体１の外周には、その先端部２の上記外周面のうち最後端の段の周面の外径すなわち後端側の段差部４Ｂの外径よりも僅かに大きな内径を有する軸線Ｏを中心とした円筒状のケーシング１０が、この工具本体１の先端部２の後端側から上記シャンク部３およびエアハンマ、掘削ロッドを取り囲むようにして、掘削ロッドと同様に必要に応じて継ぎ足されて後端側に延びている。ここで、このケーシング１０とエアハンマおよび掘削ロッドとの間には軸線Ｏに対する径方向に間隔があけられており、工具本体１の上記排出溝５に連通する繰り粉の排出路が形成されている。
【００２０】
さらに、このように必要に応じて継ぎ足されるケーシング１０のうち、工具本体１の先端部２の後端側に位置する最先端のケーシング１０の先端には、先端側に向けて２段に拡径する軸線Ｏを中心とした多段円筒状のケーシングトップ１１が取り付けられている。このケーシングトップ１１は、その大径とされた先端部の外径がケーシング１０の外径と等しくされるとともに、先端部の内径はケーシング１０の内径よりも僅かに大きくされており、この先端部の内周の最先端部には雌ネジ部１１Ａが内周側に突出するようにして形成されている。
【００２１】
また、このケーシングトップ１１の小径とされた後端部は、その外径がケーシング１０の内径に嵌合可能な大きさとされるとともに、この後端部の内径は後端側の上記段差部４Ｂの外径よりは小さく、かつ先端側の段差部４Ａの外径すなわち先端部２の２段目の周面の外径よりは僅かに大きくされている。このようなケーシングトップ１１は、この後端部を最先端のケーシング１０内に先端から嵌挿した上で溶接等により固定され、従ってこの最先端のケーシング１０の内周面の先端側には、ケーシングトップ１１の後端面によって内周側に一段縮径する段差部１１Ｂが形成される。
【００２２】
さらに、このケーシングトップ１１の先端部には、やはり軸線Ｏを中心とした円筒状のリングビット１２が、該ケーシングトップ１１に対して軸線Ｏ回りに回転可能に取り付けられる。このリングビット１２は、その内径が、上記突条部４Ｃを除いた工具本体１の先端部２における最先端の段の周面の外径すなわち上記先端側の段差部４Ａの内径よりも僅かに大きく、かつこの段差部４Ａの外径よりは小さくされている。なお、このリングビット１２の後端面の内周側には段差部１２Ａが形成されており、この段差部１２Ａを含めた段差部４Ａ、４Ｂ、１１Ｂには、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い外周側に向かうようにて互いに等しい傾斜角のテーパが与えられている。
【００２３】
また、このリングビット１２の内周面には、上記突条部４Ｃの外径よりも僅かに大きな内径となるように凹んだ浅溝１２Ｂが、軸線Ｏに平行に、かつ周方向には突条部４Ｃよりも大きな幅で該突条部４Ｃと同数周方向に等間隔に形成されている。さらに、この浅溝１２Ｂの上記回転方向Ｔ側には、浅溝１２Ｂと等しい内径で連続するようにして、周方向の幅が突条部４Ｃと等しくされた係合凹部１２Ｃが、該リングビット１２後端の上記段差部１２Ａとの間に、突条部４Ｃと上記段差部４Ａとの間隔よりも大きな間隔をあけるようにして形成されている。さらに、このリングビット１２の先端面にも、超硬合金等の硬質材料よりなるチップ９が多数植設されている。
【００２４】
一方、このリングビット１２の外周面は、その先端における外径がケーシング１０やケーシングトップ１１の外径よりも大きくされていて、この先端から後端側に向けて漸次縮径した後に、軸線Ｏ方向中央部でケーシング１０およびケーシングトップ１１の外径と同形の一定の外径となり、さらに後端部で一段縮径させられてケーシングトップ１１先端内周の上記雌ネジ部１１Ａよりも僅かに小さな外径とされるとともに、この後端部の外周の最後端部には該雌ネジ部１１Ａと螺合する雄ネジ部１２Ｄが形成されている。なお、これら雌雄ネジ部１１Ａ、１２Ｄの軸線Ｏ方向の幅は、該雌雄ネジ部１１Ａ、１２Ｄを除いたケーシングトップ１１の先端内周部およびリングビット１２の後端外周部の軸線Ｏ方向の幅よりも十分小さくされている。
【００２５】
このようなリングビット１２は、上述のようにケーシング１０の先端に取り付けられたケーシングトップ１１のさらに先端側からその後端部外周の上記雄ネジ部１２Ｄをケーシングトップ１１の先端部内周の雌ネジ部１１Ａにねじ込んでゆき、この雄ネジ部１２Ｄが雌ネジ部１１Ａを抜け出たところで、該雄ネジ部１２Ｄがケーシングトップ１１先端部内周の雌ネジ部１１Ａよりも後端側に、該雌ネジ部１１Ａはリングビット１２の後端部外周の雄ネジ部１２Ｄよりも先端側にそれぞれ収容されることにより、ケーシングトップ１１に対して軸線Ｏ回りに回転自在、かつ軸線Ｏ方向には所定のストロークで進退可能とされて、先端側に抜け止めされた状態でケーシングトップ１１の先端に取り付けられる。
【００２６】
さらに、こうしてケーシングトップ１１の先端にリングビット１２が取り付けられたケーシング１０の後端側から、上記突条部４Ｃの周方向の位置を浅溝１２Ｂに合わせて工具本体１を挿入すると、ケーシングトップ１１の後端面によりケーシング１０の内周に突出した上記段差部１１Ｂに工具本体１の先端部２外周における後端側の段差部４Ｂが当接するとともに、これよりも先端部２の先端側はケーシングトップ１１内周を通り抜けてリングビット１２内周に突出する。
【００２７】
次いで、このリングビット１２後端の段差部１２Ａを先端部２外周の先端側の段差部４Ａを当接させた状態で、工具本体１をリングビット１２に対して相対的に回転方向Ｔに回転させると、突条部４Ｃが浅溝１２Ｂから係合凹部１２Ｃに嵌り込んでこの係合凹部１２Ｃの回転方向Ｔ後方側を向く壁面に当接することにより、リングビット１２がこの回転方向Ｔに工具本体１と係合させられて、該回転方向Ｔに一体に回転可能とされる。
【００２８】
従って、この工具本体１に上述のような打撃力と回転力および推力を与えると、ケーシングトップ１１およびケーシング１０には、段差部４Ｂ、１１Ｂを介して軸線Ｏ方向先端側への打撃力と推力が伝えられて、ケーシング１０は回転することなく前進させられる。これに対して、リングビット１２には、段差部４Ａ、１２Ａを介して同じく打撃力と推力が与えられるとともに、突条部４Ｃから係合凹部１２Ｃを介して回転方向Ｔに向けての回転力が与えられ、その先端のチップ９と工具本体１の先端面のチップ９とにより削孔を形成してゆく。
【００２９】
そして、こうして削孔を形成する際の段差部４Ａ、１２Ａを当接させた状態で、リングビット１２の先端は工具本体１の先端よりも突出させられていて、本実施形態では工具本体１の先端面に植設されたチップ９の突端よりもリングビット１２のチップ９を除いた先端面が突出するようにされるとともに、工具本体１には上記エアハンマから供給される圧縮空気の供給孔１３が形成されていて、この供給孔１３は、リングビット１２の後端部の内周面と僅かな間隔をあけて対向した工具本体１の先端部２の外周面に開口させられている。すなわち、この供給孔１３は、本実施形態では先端部２の外周面のうち上記段差部４Ａよりも先端側の最先端の段の周面に開口させられている。
【００３０】
本実施形態では、この供給孔１３は、工具本体１の上記シャンク部３後端から軸線Ｏに沿って先端側に延びる大径の第１供給孔１３Ａが先端部２内に達するように止まり孔状に形成され、この第１供給孔１３Ａの先端側から、該第１供給孔１３Ａよりは小径の第２供給孔１３Ｂが外周側に延びて先端部２の上記外周面に開口させられるように形成されている。なお、この第１供給孔１３Ａの先端からは、それぞれ第２供給孔１３Ｂよりもさらに小径で凹溝８と同数の第３供給孔１３Ｃが先端側に向かうに従い外周側に延び、該凹溝８の底面に一段拡径して開口するように形成されている。
【００３１】
ここで、本実施形態では、第１供給孔１３Ａから複数（本実施形態では４つ）の上記第２供給孔１３Ｂが周方向に等間隔に、また軸線Ｏ方向には先端側に向かうに従い外周側に延びるように分岐していて、上記外周面において隣接する排出溝５同士の間の周方向の中央にそれぞれ開口させられている。従って、これらの第２供給孔１３Ｂは上記第３供給孔１３Ｃと、周方向には重なり合うようにして、軸線Ｏ方向には第３供給孔１３Ｃが先端側に位置するように間隔をあけて形成されることになる。なお、先端側に向けて外周側に延びるこれら第２、第３供給孔１３Ｂ、１３Ｃの軸線Ｏに対してなす角度は、本実施形態では第２供給孔１３Ｂの方が大きくされている。
【００３２】
さらに、本実施形態では、この第２供給孔１３Ｂが工具本体１の外周面に開口する部分に、該第２供給孔１３Ｂの中心線に垂直な断面積より大きな開口面積で外周面に開口する減圧室１４が形成されており、供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）はこの減圧室１４を介して、リングビット１２後端部内周に対向した工具本体１の先端部２の外周面に開口させられている。
【００３３】
ここで、本実施形態におけるこの減圧室１４は、工具本体１の先端部２における上記段差部４Ａよりも先端側の外周面に、この段差部４Ａや先端部２の先端面における外周縁、および周方向に隣接する凹溝７とに対して間隔をあけて、軸線Ｏに沿った断面においては図１に示すように「コ」字状をなし、また軸線Ｏに対する径方向外周側から見た側面視には図３に示すように周方向に延びる長方形状をなすように開口させられており、この長方形は例えばその短辺の長さが上記第２供給孔１３Ｂの直径よりも僅かに大きくされている。ただし、これらの長方形や断面「コ」字形の各角隅部は滑らかな断面凹円弧状に丸められている。
【００３４】
上記供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）は、このような減圧室１４の外周側を向く底面と軸線Ｏ方向先端側を向く壁面とに跨るようにして、その上記中心線の延長線が、該減圧室１４が工具本体１の外周面に開口してなす上記長方形のちょうど中心を通るように該減圧室１４に開口させられている。なお、この第２供給孔１３Ｂの減圧室１４における開口部は、この減圧室１４の上記先端側を向く壁面において工具本体１の外周面とは僅かに間隔をあけている。
【００３５】
また、工具本体１の先端部２における外周面には、この減圧室１４から工具本体１の先端面における上記外周縁にかけて、凹溝状の排気流路１４Ａが形成されている。この排気流路１４Ａは、例えば上記第２供給孔１３Ｂの半径よりも小さな半径の断面略半円状をなし、減圧室１４から軸線Ｏに平行に先端側に延びた後、内周側に向かうように曲折して上記外周縁に開口させられており、本実施形態では複数のこのような排気流路１４Ａが、上記側面視において減圧室１４がなす長方形の長手方向中央部と両端部とから先端面に向けて延びるように３条形成されている。
【００３６】
なお、本実施形態では、リングビット１２の内周面にも、その係合凹部１２Ｃに工具本体１の突条部４Ｃが係合した状態で上記減圧室１４に連通する排気流路１２Ｅが形成されている。このリングビット１２側の排気流路１２Ｅは、上記浅溝１２Ｂと略同程度の深さの浅溝状とされ、周方向には隣接する上記浅溝１２Ｂおよび係合凹部１２Ｃと間隔をあけて、上述の係合状態において工具本体１側の上記３条の排気流路１４Ａのうち中央と回転方向Ｔ方向側との排気流路１４Ａの間に延びるように、また軸線Ｏ方向にはリングビット１２の上記段差部１２Ａと間隔をあけて、上記係合状態における減圧室１４の先端側を向く壁面よりも僅かに後端側の位置からリングビット１２の先端に開口するように形成されている。
【００３７】
さらに、上記減圧室１４からは、工具本体１の先端部２の外周面において周方向に隣接する上記排出溝５に向けて排気路１５が形成されている。この排気路１５は、本実施形態では、各減圧室１４からその回転方向Ｔ側に隣接する排出溝５に向けてそれぞれ延びていて、その断面が減圧室１４の軸線Ｏに沿った断面と同様に角隅部が丸められた「コ」字状をなして工具本体１の先端部２における外周面に開口する凹溝状に形成されており、ただしこの外周面からの深さは減圧室１４よりは僅かに浅くされている。
【００３８】
また、この排気路１５は、減圧室１４から排出溝５に向けて、軸線Ｏに直交する平面に沿った方向、または工具本体１の後端側に向かう方向に延びていて、すなわち少なくとも先端側に向かう方向には延びておらず、本実施形態では図３に示すように減圧室１４の先端側を向く壁面と回転方向Ｔ後方側を向く壁面とに跨って該減圧室１４に開口して回転方向Ｔ側の排出溝５に向かうに従い工具本体１の後方側に向かうように延びている。なお、この排気路１５がなす凹溝の幅は、減圧室１４が上記側面視においてなす長方形の短辺よりも僅かに大きくされている。
【００３９】
このように構成された掘削工具では、円筒状のリングビット１２の先端が円板状の工具本体１の先端部２よりも突出しているため、この先端部２のチップ９が植設された先端面の前方（軸線Ｏ方向先端側）には、突出したリングビット１２によって囲まれた円板状の空間が形成されることになる。そして、その一方で、エアハンマから供給される作動空気である圧縮空気は、供給孔１３の第１供給孔１３Ａから第２供給孔１３Ｂを介して、リングビット１２の内周面に間隔をあけて対向した先端部２の外周面から噴出させられ、こうして噴出した圧縮空気は、このリングビット１２内周面に案内されるようにして先端側の上記空間内に排気される。
【００４０】
従って、こうしてこの空間内に排気されて体積が膨張した圧縮空気は、リングビット１２の内周面に沿って軸線Ｏに平行な方向か、これよりも軸線Ｏに対する内周側に向けて流れることになり、この膨張した空気がリングビット１２を越えてその外周側に噴出するのを抑えることができる。このため、上記構成の掘削工具によれば、こうして外周側に噴出して周辺の地層に放散した空気によってこの周辺地層が緩んだり空隙が生じたりするのを防ぐことができ、たとえこの地層が砂層のような透過性の高いものであっても、円滑に削孔を形成するとともにケーシング１０を建て込んで確実に自立させ、安定した掘削作業を行うことが可能となる。
【００４１】
特に、本実施形態では、工具本体１の先端部２外周に排出溝５が形成されるとともに、ケーシング１０内には、エアハンマおよび掘削ロッドとの間に、この排出溝５に連通する排出路が形成されており、上記空間に排気された圧縮空気は、掘削により該空間に生成された繰り粉を伴って排出溝５を通り排出路を介して削孔内から排出される。このため、例えば上記特許文献４に記載の掘削工具のように流体を削孔とケーシングとの間を通して地上に循環させたりするのに対して、圧縮空気が周辺の地層に放散されてしまうのを一層確実に防止することができる。
【００４２】
一方、本実施形態では、工具本体１に形成された圧縮空気の供給孔１３のうち先端部２の外周面に延びる第２供給孔１３Ｂが、この外周面への開口面積が第２供給孔１３Ｂの断面積よりも大きくされた減圧室１４を介して外周面に開口するようにされている。従って、リングビット１２の内周面との間隙部分から上記空間に排気される圧縮空気は、この減圧室１４において体積膨張してその圧力がある程度低減させられた上で排気されるので、この圧縮空気が高圧のまま上記空間に排気されて一気に体積膨張することにより周辺地層に放散されたりするのも防止することが可能となる。
【００４３】
しかも、この減圧室１４から工具本体１の先端面に向けての圧縮空気は、本実施形態では工具本体１に形成された第２供給孔１３Ｂよりも断面積の小さな凹溝状の複数の排気流路１４Ａと、リングビット１２の内周面に形成された浅溝状の排気流路１２Ｅとを介して排気されるようになされており、上記空間に供給される空気を繰り粉の排出に必要な最小限の量に設定することができる。このため、減圧室１４で体積膨張した圧縮空気が一気に上記空間に排気されることにより周辺の地層に放散されてしまうような事態も防ぐことができ、この周辺地層の緩みや空隙の発生をより確実に防止することが可能となる。
【００４４】
なお、本実施形態では、工具本体１に形成された供給孔１３のうち、第１供給孔１３Ａの先端から第３供給孔１３Ｃが工具本体１の先端面に開口するように延びていて、掘削時にはこの第３供給孔１３Ｃからも圧縮空気が上記空間に排気される。ただし、この第３供給孔１３Ｃは、上記第２供給孔１３Ｂよりも断面積が小さくて排気される圧縮空気も少量であり、しかも工具本体１の先端面には、その内径が一段拡径した後に、この断面積よりも先端面への開口面積が大きな凹溝８を介して開口させられていて、上記減圧室１４と同様にある程度減圧した状態で排気されることになるので、この第３供給孔１３Ｃから排気された圧縮空気によって周辺地層に緩みや空隙が生じることはない。
【００４５】
また、本実施形態では、上記減圧室１４から繰り粉の排出溝５に向けて排気路１５が形成されており、減圧室１４に供給されて体積膨張した圧縮空気のうち先端側の上記空間に排気された分を除いた残りは、この排気路１５から排出溝５に排気されて上記排出流路を通して排出される。従って、この残りの圧縮空気が行き場をなくして排気流路１４Ａ、１２Ｅから高圧で上記空間に噴出したりすることもなく、この空間に排気される圧縮空気の量や圧力を確実に調整することができる。
【００４６】
しかも、この排気路１５は、減圧室１４から排出溝５に向けて、軸線Ｏに直交する平面に沿った方向、または工具本体１の後端側に向かう方向に延びるように形成されているため、排出溝５を通って上記排出流路へ流れ込む繰り粉および空気の流れを妨げることがない。特に、本実施形態では、この排気路１５が排出溝５に向けて工具本体１の後端側に向かうように傾斜させられているので、該排気路１５から排気される圧縮空気により排出溝５に流れた繰り粉を後端側に押し出すことができ、より効率的な繰り粉の排出を図ることができる。
【００４７】
なお、この第１の実施形態ではこのように圧縮空気の供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）を、減圧室１４を介して工具本体１の先端部２外周面に開口させるとともに、この減圧室１４から工具本体１の先端面に向けては排気流路１４Ａを、また繰り粉の排出溝５に向けては排気路１５を形成しているが、図４および図５に示す本発明の第２の実施形態のように、これら減圧室１４や排気流路１４Ａ、排気路１５を設けずに、リングビット１２の内周面と間隔をあけた工具本体１の外周面にこの供給孔１３を直接開口させるようにしてもよい。ここで、この第２の実施形態において第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を配してある。
【００４８】
この第２の実施形態では、工具本体１の先端部２は軸線Ｏを中心とした外形円柱状に形成されており、その外周面にはリングビット１２の段差部１２Ａとケーシングトップ１１の段差部１１Ｂとに当接する段差部４Ａ、４Ｂの他に、先端側にさらにもう一段の段差部４Ｄが形成されるように、突条部４Ｃの先端側において外周面がさらに一段縮径させられている。そして、供給孔１３の第１供給孔１３Ａから工具本体１の先端部２外周面に延びる第２供給孔１３Ｂは、この段差部１１Ｄを跨いで最先端の段の周面から次の段の周面に減圧室を介さずに直接開口するように形成されている。
【００４９】
なお、この第２の実施形態でも、こうして供給孔１３が開口した工具本体１の先端部２外周面に間隔をあけて対向するリングビット１２の内周面には、突条部４Ｃが係合凹部１２Ｃに係合した状態で周方向に第２供給孔１３Ｂの開口部に対応する位置に、浅溝状の排気流路１２Ｅが形成されている。
【００５０】
また、工具本体１の先端面側に開口する第３供給孔１３Ｃは、本実施形態では、第２供給孔１３Ｂよりも僅かに大径とされていて、排出溝５の先端に連通して工具本体１の先端面の中心付近にまで延びるように形成された凹所７の中心側に開口させられている。従って、この第２の実施形態では、第２、第３供給孔１３Ｂ、１３Ｃは周方向に重なり合うことなく交互に配設されることになり、また先端面の中央部はすり鉢状とされることなく軸線Ｏに垂直で、凹溝８も形成されてはいない。
【００５１】
このように構成された第２の実施形態でも、リングビット１２の先端は工具本体１の先端面よりも突出させられていて、その先端側にはリングビット１２により囲繞された円板状の空間が形成され、この空間に、供給孔１３（第２供給孔１３Ｂ）から供給された圧縮空気が、工具本体１最先端の縮径した周面とこれに対向するリングビット１２の内周面との間の間隙部分、および上記排気流路１２Ｅに案内されるように、軸線Ｏ方向に平行または先端側に向かうに従い内周側に向かうように排気される。従って、この圧縮空気が周辺の地層に放散されることがなく、周辺地層に緩みや空隙が生じることもないので、安定的かつ円滑に削孔を形成してケーシング１０を建て込むことが可能となる。
【００５２】
また、工具本体１の最先端の周面とリングビット１２の内周面との間に形成される上記間隙部分は、本実施形態では繰り粉の排出溝５に連通することになるので、この間隙部分を通して圧縮空気の一部を上記空間に排気することなく排出溝５を通して繰り粉の排出に利用することが可能である。さらに、第１の実施形態のような減圧室１４や排気流路１４Ａ、排気路１５が形成されていないので、工具本体１が切り欠かれる部分が少なく、高い剛性や強度を工具本体１に確保することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 工具本体
２ 工具本体１の先端部
４Ａ、４Ｂ、４Ｄ、１１Ｂ、１２Ａ 段差部
４Ｃ 突条部
５ 排出溝
９ チップ
１０ ケーシング
１１ ケーシングトップ
１２ リングビット
１２Ｅ 排気流路
１２Ｃ 係合凹部
１３（１３Ａ〜１３Ｃ） 圧縮空気の供給孔
１４ 減圧室
１４Ａ 排気流路
１５ 排気路
Ｏ 工具本体１の軸線
Ｔ 掘削時の工具本体１の回転方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心とした外形円柱状または円板状をなす工具本体の先端部の外周に、上記軸線を中心とした円筒状のケーシングが配設されるとともに、このケーシングの先端部には、上記軸線を中心とした円筒状をなすリングビットが上記ケーシングに対して上記軸線回りに回転可能に取り付けられており、このリングビットの先端は上記工具本体の先端よりも突出させられるとともに、該リングビットの後端部の内周面は上記工具本体の先端部の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビットの後端部の内周面と対向した上記工具本体の先端部の外周面には、該工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が開口させられていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
上記圧縮空気の供給孔は、上記工具本体の先端部の外周面に開口するように形成された、該供給孔の断面積よりも上記外周面への開口面積が大きな減圧室を介して、上記工具本体の先端部の外周面に開口させ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。
【請求項３】
上記工具本体の先端部の外周面には、上記リングビットの後端部の内周面との間に、上記工具本体の先端面に開口するとともに該工具本体の後端部の外周面と上記ケーシングの内周面との間に連通して掘削時に生成された繰り粉を排出する排出溝が形成されており、上記減圧室からはこの排出溝に向けて上記圧縮空気の排気路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の掘削工具。
【請求項４】
上記排気路は、上記減圧室から上記排出溝に向けて、上記軸線に直交する平面に沿った方向、または上記工具本体の後端側に向かう方向に延びていることを特徴とする請求項３に記載の掘削工具。
【請求項１】
軸線を中心とした外形円柱状または円板状をなす工具本体の先端部の外周に、上記軸線を中心とした円筒状のケーシングが配設されるとともに、このケーシングの先端部には、上記軸線を中心とした円筒状をなすリングビットが上記ケーシングに対して上記軸線回りに回転可能に取り付けられており、このリングビットの先端は上記工具本体の先端よりも突出させられるとともに、該リングビットの後端部の内周面は上記工具本体の先端部の外周面と間隔をあけて対向させられていて、このリングビットの後端部の内周面と対向した上記工具本体の先端部の外周面には、該工具本体内に形成された圧縮空気の供給孔が開口させられていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
上記圧縮空気の供給孔は、上記工具本体の先端部の外周面に開口するように形成された、該供給孔の断面積よりも上記外周面への開口面積が大きな減圧室を介して、上記工具本体の先端部の外周面に開口させ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。
【請求項３】
上記工具本体の先端部の外周面には、上記リングビットの後端部の内周面との間に、上記工具本体の先端面に開口するとともに該工具本体の後端部の外周面と上記ケーシングの内周面との間に連通して掘削時に生成された繰り粉を排出する排出溝が形成されており、上記減圧室からはこの排出溝に向けて上記圧縮空気の排気路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の掘削工具。
【請求項４】
上記排気路は、上記減圧室から上記排出溝に向けて、上記軸線に直交する平面に沿った方向、または上記工具本体の後端側に向かう方向に延びていることを特徴とする請求項３に記載の掘削工具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２１６１０１（Ｐ２０１０−２１６１０１Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６１５０３（Ｐ２００９−６１５０３）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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