掘削工具

本発明は、ケーシングパイプの先端側に配置されたリングビットと、ケーシングパイプ内に挿通されたパイロットビットにより掘削を行う、いわゆる二重管式の掘削工具に関する。 本願は、2016年8月9日に、日本に出願された特願2016−156431号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

このような掘削工具として、例えば特許文献1には、円管状のケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの先端部に接合される円筒状のケーシングトップと、前記ケーシングトップの先端部に同軸かつケーシングトップの軸線回りに回転自在に取り付けられ、前記ケーシングパイプ内に挿通されたインナービット(パイロットビット)と、前記パイロットビットに対して軸線方向の先端側および軸線回りに係合可能とされる円環状のリングビットとを備えた掘削工具が記載されている。

特許第5402397号公報

特許文献1に記載された掘削工具では、リングビットの内周部に挿入されるパイロットビットの先端部よりも後端側にパイロットビットの外径が一段大きくなる突部が形成されている。この突部がケーシングパイプの内周側に張り出したリングビットの後端部に当接することにより、リングビットはパイロットビットに対して軸線方向の先端側に係合し、パイロットビットの後端部に取り付けられるダウンザホールハンマー等からの打撃力が伝達される。

しかし、特許文献1に記載された掘削工具では、軸線方向の先端側を向いて軸線方向の先端側への打撃力を伝達するパイロットビットの打撃力伝達面と、軸線方向の後端側を向いてこの打撃力伝達面と当接し、前記打撃力が伝達されるリングビットの打撃力被伝達面とが、それぞれ軸線方向には1つであるため、パイロットビットに与えられた打撃力がこれら1つずつの打撃力伝達面と打撃力被伝達面に集中し、早期に摩耗を生じるおそれがあった。また、パイロットビットとリングビットの軸線方向への総当接面積を大きく確保することもできないため、パイロットビットに大きな打撃力が与えられたときには、この打撃力を十分に伝達することが困難となるおそれもあった。

本発明は、このような背景の下になされたもので、打撃力の集中を防いでパイロットビットとリングビットの早期の摩耗を抑制するとともに、大きな打撃力がパイロットビットに与えられたときでも確実にリングビットに伝達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。

前記課題を解決するために、本発明の掘削工具は、軸線を中心とした円管状のケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの先端部に回転可能かつ前記ケーシングパイプの前記軸線方向の先端側に係合して取り付けられた、円筒状または円環状のリングビットと、前記リングビットの内周部に挿入されて、軸線回りに回転されつつ前記軸線方向の先端側に打撃力が与えられるパイロットビットとを有する。前記パイロットビットの外周部には、複数の突部が前記軸線方向に間隔をあけて形成され、前記リングビットの内周部には、前記軸線方向の後端側から前記突部が挿通可能な前記軸線方向に延びる凹溝と、この凹溝から削孔時の前記パイロットビットの回転方向に延びて前記複数の突部のうち少なくとも1つの突部を収容可能な収容溝が形成されている。前記少なくとも1つの突部には、前記回転方向を向く回転力伝達面が形成され、前記収容溝には、前記回転方向とは反対側を向いて前記回転力伝達面が当接可能な回転力被伝達面(回転力受面)が形成されている。前記複数の突部のうち2つ以上の突部には、前記軸線方向の先端側を向く前記打撃力伝達面が前記軸線方向に間隔をあけて形成され、前記リングビットには、前記軸線方向の後端側を向いて前記打撃力伝達面がそれぞれ当接可能な2つ以上の打撃力被伝達面(打撃力受面)が前記打撃力伝達面の前記軸線方向の間隔と等間隔に形成されている。

このように構成された掘削工具では、パイロットビットとリングビットにそれぞれ2つ以上の複数の打撃力伝達面と打撃力被伝達面が前記軸線方向に等間隔に形成されているので、これらの打撃力伝達面と打撃力被伝達面は同時に当接する。このため、リングビットにパイロットビットから伝達される打撃力を、これら複数ずつの打撃力伝達面と打撃力被伝達面に分散して伝達することができ、個々の打撃力伝達面と打撃力被伝達面の摩耗を抑えてリングビットやパイロットビットの寿命を延長できる。また、パイロットビットとリングビットの総当接面積を大きく確保できるので、パイロットビットに大きな打撃力が与えられたときでも、この打撃力を効率的にリングビットに伝達できる。

さらに、前記打撃力伝達面と前記打撃力被伝達面とを、前記軸線に対する外周側に向かうに従い前記軸線方向の後端側に向かうように傾斜して形成した場合には、これら打撃力伝達面と打撃力被伝達面の総当接面積をさらに大きく確保することができ、打撃力を一層確実に分散して伝達することが可能となって、摩耗をより確実に抑えることができるとともに、さらに効率的な打撃力の伝達を図ることができる。

前記複数の突部のうち前記軸線方向に隣接する2つの突部においては、前記軸線方向の先端側の突部の周方向の長さを前記軸線方向の後端側の突部の周方向の長さよりも短くすることにより、この先端側の突部が挿通される部分の前記凹溝の周方向の長さを、後端側の突部が挿通される部分の凹溝の周方向の長さよりも短くして、パイロットビットを軸線方向の先端側に抜け止めしてもよい。この場合、削孔時に前記少なくとも1つの突部を収容溝に収容した状態で凹溝に土砂が詰まった場合に、パイロットビットを削孔時の回転方向とは反対側に回転させて土砂を排出するようなときでも、パイロットビットの掘削孔内への脱落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、パイロットビットとリングビットの摩耗を抑えて寿命の延長を図ることができるとともに、効率的な打撃力の伝達を促すことが可能となる。

本発明の掘削工具の一実施形態を示す側断面図である。

図1に示す実施形態におけるパイロットビットの突部がリングビットの収容溝に収容されていない状態の正面図である。

図1に示す実施形態におけるパイロットビットの突部がリングビットの収容溝に収容された状態の正面図である。

図1に示す実施形態におけるパイロットビットの側断面図である。

図1に示す実施形態におけるパイロットビットの正面図である。

図1に示す実施形態におけるリングビットの側断面図である。

図1に示す実施形態におけるリングビットの正面図である。

図1に示す実施形態におけるリングビットの側断面図である。

図1に示す実施形態におけるリングビットの後方からの斜視図である。

図1〜図9は、本発明の一実施形態を示す。本実施形態において、ケーシングパイプ1は、鋼材等の金属材料により軸線Oを中心とした円管状に形成されている。ケーシングパイプ1は、必要に応じて軸線O方向の後端側(図1における右側)に同軸に順次継ぎ足されて掘削孔内に挿入される。最先端のケーシングパイプ1の先端部には、ケーシングトップ1Aがその先端部をケーシングパイプ1の先端から軸線O方向の先端側に突き出させて同軸に固定されている。

本実施形態のケーシングトップ1Aは、鋼材等の金属材料により軸線Oを中心とした円筒状に形成され、その内径および外径はケーシングパイプ1の内径および外径よりも一回り大きくされていて、後端部内周を前記最先端のケーシングパイプ1の先端部外周に嵌め入れた状態で前記ケーシングパイプ1に溶接等により接合されている。ケーシングパイプ1の先端から突き出たケーシングトップ1Aの内周部には、円環状の係合溝1Bが軸線O回りに一周して形成されており、この係合溝1Bの軸線O方向の後端側を向く溝壁は軸線Oに垂直とされ、先端側を向く溝壁は外周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜している。

ケーシングトップ1Aの先端部には、ケーシングトップ1Aに対して軸線O回りに回転自在、かつ軸線O方向には先端側と後端側とに係合させられて抜けないように、円筒状または円環状のリングビット2が同軸に取り付けられている。 ケーシングパイプ1の内周には、図示されないロッド等の伝達部材が、必要に応じて順次継ぎ足されて同軸に挿入されている。最後端の伝達部材は、削孔時の回転方向Tへ向けての軸線O回りの回転力と、必要に応じて軸線O方向の先端側に向けての推力を与える掘削装置に連結される。最先端の伝達部材の先端部には、軸線O方向の先端側に向けての打撃力を与える図示されないダウンザホールハンマー等のハンマーを介して、パイロットビット3が取り付けられ、パイロットビット3の先端部が、リングビット2の内周部に同軸に挿入されている。

リングビット2の本体は、鋼材等の金属材料により形成されていて、この本体の外径は先端部2Aで最も大きく、先端部2Aよりも後端側の中間部2Bで一段縮径した後、中間部2Bよりも後端側の後端部2Cで一段拡径するように形成され、後端部2Cの外径は先端部2Aの外径よりは小さい。リングビット2の後端部2Cは、その外径が前記ケーシングトップ1Aの係合溝1Bの内径よりも僅かに小さく、軸線O方向の長さも係合溝1Bより僅かに短くされている。中間部2Bの外径は係合溝1Bよりも先端側のケーシングトップ1Aの内径よりも僅かに小さく、中間部2Bの軸線O方向の長さは、ケーシングトップ1Aの係合溝1Bより先端側の部分の長さよりも僅かに長くされている。

リングビット2は、図1に示すように、後端部2Cが係合溝1B内に収容可能とされていて、この状態で上述のようにケーシングトップ1Aに対して軸線O回りに回転可能、かつ軸線O方向の先端側と後端側へ移動不能に係合されている。後端部2Cを係合溝1Bに収容してリングビット2をケーシングトップ1Aに取り付けるには、例えば特許文献1に記載されている掘削工具と同様に、ケーシングトップ1Aを軸線Oに直交する断面においてC字状に形成しておいて、リングビット2の後端部2Cをケーシングトップ1Aの先端側から圧入等により押し込み、ケーシングトップ1Aを弾性変形させて後端部2Cを係合溝1Bに収容してからケーシングトップ1Aの周方向の1箇所の突き合わせ部を接合すればよい。あるいは、ケーシングトップ1Aを周方向に半割状に形成して、リングビット2の後端部2Cを係合溝1Bに収容してからケーシングトップ1Aの周方向の2箇所の突き合わせ部を接合してもよい。

リングビット2の後端部2Cにおける軸線O方向の先端側を向く壁面は、軸線Oに垂直とされるとともに、後端側を向く壁面は、係合溝1Bの先端側を向く溝壁と等しい角度で外周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜している。最も大きいリングビット2の先端部2Aの外径は、ケーシングトップ1Aの外径よりも大きくされており、この先端部2Aの外周面は軸線O方向の先端側に向かうに従い拡径する。

リングビット2の先端面の外周部は、外周側に向かうに従い後端側に傾斜した円錐台面状のゲージ面とされている。このゲージ面よりも内周側の、リングビット2の内周部の周りの部分は、軸線Oに垂直なフェイス面とされている。これらゲージ面とフェイス面には、リングビット2の本体よりも硬度の高い超硬合金等の硬質材料よりなる円柱状の掘削チップ4の基端部が埋設され、掘削チップ4の半球状の先端部がそれぞれゲージ面およびフェイス面から垂直に突出している。

リングビット2の内径(最小内径)は、ケーシングパイプ1の内径よりも小さくされていて、リングビット2の内周部には、図7および図8に示すように、軸線O方向の後端から先端側へ延びる複数の凹溝5と、これら凹溝5のそれぞれから回転方向Tに延びる少なくとも1つの収容溝6とが形成されている。本実施形態では、凹溝5は3本であるが、本発明では1本、2本、4本以上とすることも可能である。また、本実施形態では、凹溝5はリングビット2の先端面に開口するが、本発明では、凹溝5がリングビット2の先端面に開口しない構成も可能である。本実施形態の収容溝6は、リングビット2の先端面に開口する第1収容溝6Aと、第1収容溝6Aの後端から一定の間隔をあけ、かつ、リングビット2の後端面からも一定の間隔をあけて形成された第2収容溝6Bとを有している。

凹溝5と収容溝6(第1収容溝6Aおよび第2収容溝6B)の溝深さは互いに等しく、軸線Oから凹溝5および収容溝6の溝底面までの半径が、軸線Oからケーシングパイプ1の内周面までの半径と略等しくされている。本実施形態では、3本の凹溝5が周方向に等間隔に間隔をあけて、すなわち120°のピッチで形成されている。先端側の第1収容溝6Aは、各凹溝5から回転方向Tに延び、かつ、回転方向Tに隣接する他の凹溝5には達しないように、軸線O方向の先端側から見て、図7に示す通り円弧状に形成されている。第1収容溝6Aと前記他の凹溝5との間には、軸線O方向に延びる一定幅の第3凸部2Fが形成され、第3凸部2Fの後端は第1凸部2Dの一端に直角に接続されている。一方、後端側の第2収容溝6Bは、リングビット2の内周部を一周するように円環状に形成されている。第2収容溝6Bは120°毎の3箇所で凹溝5と交差し、交差部分での段差はない。

本実施形態では、第1収容溝6Aの回転方向Tとは反対側を向く溝壁が、回転力被伝達面6aとされている。すなわち、第3凸部2Fの回転方向Tとは反対側を向く壁面が回転力被伝達面6aとされている。リングビット2の内周部には、周方向に延びる一定幅の第1凸部2Dおよび第2凸部2Eが形成されている。第1凸部2Dは、第1収容溝6Aおよび第2収容溝6Bの間に、凹溝5が形成された部分を除いて形成されている。第2凸部2Eは、第2収容溝6Bとリングビット2の内周部の後端面との間に、凹溝5が形成された部分を除いて形成されている。これら第1凸部2Dおよび第2凸部2Eの軸線O方向の後端側を向く壁面、すなわち第2収容溝6Bの軸線O方向の後端側を向く溝壁とリングビット2の内周部の後端面とが、本実施形態における2つ以上(2つ)の打撃力被伝達面6bとされている。

これらの打撃力被伝達面6bは、図6に示すように、外周側に向かうに従い軸線O方向の後端側に向かうように傾斜して形成されており、その軸線Oに対する傾斜角θは互いに等しく、例えば40°〜80°の範囲内とされている。これに対して、第1収容溝6Aおよび第2収容溝6Bの軸線O方向の先端側を向く溝壁は軸線Oに垂直とされ、従って第1凸部2Dおよび第2凸部2Eは、軸線Oに沿った断面において、軸線O方向の後端側に斜辺を有する台形状に形成されている。回転力被伝達面6aと、凹溝5の回転方向Tと反対側を向く溝壁は、軸線O方向の先端側から見て、回転方向Tに向かうに従いリングビット2の内周側に向かう凹曲面状に形成されている。凹溝5の回転方向Tを向く溝壁は、回転方向Tと反対側に向かうに従い内周側に向かう凹曲面状に形成されている。

第1収容溝6Aおよび第2収容溝6Bの間の第1凸部2Dと、第2収容溝6Bとリングビット2の内周部の後端面との間の第2凸部2Eにおいて、凹溝5の回転方向Tを向く壁面の周方向の位置は、互いに同じにされている。一方、回転方向Tとは反対側を向く壁面の周方向の位置は、第1凸部2Dの部分よりも、第2凸部2Eの部分が回転方向T側に位置するように形成されている。一方、回転方向Tとは反対側を向く溝壁の周方向の位置も、この実施形態では、互いに同じにされている。従って、隣接する第2凸部2E間に形成される凹溝5の溝幅は、隣接する第1凸部2D間に形成される凹溝5の溝幅と同じである。ただし、本発明では、第1凸部2Dの部分よりも、第2凸部2Eの部分が回転方向T側に位置するように形成されていてもよい。この場合、隣接する第2凸部2E間に形成される凹溝5の溝幅は、隣接する第1凸部2D間に形成される凹溝5の溝幅よりも長くなる。

パイロットビット3は、鋼材等の金属材料により、図1および図4に示すように先端部が後端部に対して一段大径とされた軸線Oを中心とする多段円柱状に形成され、図1に示すように先端部がリングビット2の内周部に挿入された状態で軸線Oと同軸に配置される。パイロットビット3の小径の後端部は前記ハンマーと連結されるシャンク部3Aとされ、シャンク部3Aにハンマーおよび前記伝達部材が連結される。ハンマーおよび伝達部材とケーシングパイプ1との間には、軸線Oを中心とした円筒状をなす間隙部が形成されて、この間隙部は、削孔時に生成される土砂等の繰り粉の排出路になる。

パイロットビット3の先端部外周には、複数の突部7が軸線O方向に間隔をあけて形成されており、本実施形態ではこのように軸線O方向に間隔をあけた第1〜第3の3つの突部7A〜7Cが、リングビット2の凹溝5と同数(3つ)の複数列をなして周方向に等間隔に形成されている。これら第1〜第3の突部7A〜7Cは、その外周面が軸線Oを中心とした1つの円筒面上に位置するように形成されており、この円筒面の軸線Oからの半径は、軸線Oからリングビット2の凹溝5および収容溝6の溝底面までの半径と、軸線Oからケーシングパイプ1の内周面までの半径よりも僅かに小さく、軸線Oからのリングビット2の内周部の最小半径(軸線Oから第1凸部2Dおよび第2凸部2Eの内周面までの半径)よりは大きい。

第1〜第3の突部7A〜7Cの列同士の間の部分の外周側を向く面と、1つの列をなす第1〜第3の突部7A〜7Cの軸線O方向に間隔をあけた部分の外周側を向く面も、後述する排出溝を除いて軸線Oを中心とした1つの円筒面上に位置するように形成されており、この円筒面の軸線Oからの半径は、リングビット2の内周部の前記最小半径よりも小さい。従って、これら第1〜第3の突部7A〜7Cは、軸線O方向の先端側から見て図5に示すように軸線Oを中心とする円弧状に形成されている。最先端の第1突部7Aはパイロットビット3の先端面に達しているとともに、最後端の第3突部7Cはパイロットビット3の先端部の後端面に達している。

1つの列における第1〜第3の突部7A〜7Cの回転方向Tとは反対側を向く壁面同士は、周方向において同じ位置に配置されている。これに対して、1つの列の第1〜第3の突部7A〜7Cの回転方向T側を向く壁面に関しては、軸線O方向の中間の第2突部7Bと最後端の第3突部7Cの壁面が周方向において同じ位置にあって、これら壁面は、最先端の第1突部7Aの壁面よりも回転方向T側に位置している。最先端の第1突部7Aの回転方向Tを向く壁面が、本実施形態において回転力被伝達面6aに当接する回転力伝達面7aとされており、この回転力伝達面7aは、軸線O方向の先端側から見て回転力被伝達面6aと略等しい曲率を有し、回転方向Tに向かうに従いパイロットビット3の内周側に向かう凸曲面状に形成されている。

従って、第1突部7Aの周方向の長さは、図5に示すように、第2、第3の突部7B、7Cの周方向の長さよりも短く、かつ、図2に示すようにリングビット2の隣接する第1凸部2Dの間の部分に形成された凹溝5よりも、第1突部7Aは周方向に僅かに短い。これに対して、第2、第3の突部7B、7Cの周方向の長さは、リングビット2内周部の第2凸部2Eの間に形成された凹溝5の溝幅よりも長い。

第2、第3の突部7B、7Cの軸線O方向の先端側を向く壁面は、互いの軸線O方向の間隔が、リングビット2の2つの打撃力被伝達面6b同士の軸線O方向の間隔と等間隔となるように形成されている。これら第2、第3の突部7B、7Cの軸線O方向の先端側を向く壁面が、本実施形態において2つ以上(2つ)の打撃力被伝達面6bにそれぞれ当接する2つ以上(2つ)の打撃力伝達面7bとされる。

これら2つの打撃力伝達面7bは、図1および図4に示すように、本実施形態ではリングビット2の2つの打撃力被伝達面6bと等しい軸線Oに対する傾斜角θで、軸線Oに対する外周側に向かうに従い軸線O方向の後端側に向かうように傾斜している。「2つ以上ずつの打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bの間隔が等間隔である」とは、例えば軸線Oからの半径が等しい位置における軸線O方向に隣接する打撃力伝達面7b同士と打撃力被伝達面6b同士の間隔が互いに等しいことをいう。第1、第2の突部7A、7Bの軸線O方向の後端側を向く壁面は、軸線Oに垂直とされている。

リングビット2の軸線O方向の先端側と後端側の打撃力被伝達面6bに、パイロットビット3の軸線O方向の先端側と後端側の打撃力伝達面7bを当接させた状態で、第1突部7Aの軸線O方向の後端側を向く壁面と第1収容溝6Aの軸線O方向の先端側を向く溝壁との間と、第2突部7Bの軸線O方向の後端側を向く壁面と第2収容溝6Bの軸線O方向の先端側を向く溝壁との間とには、図1に示すようにそれぞれ間隔があけられる。従って、第1収容溝6Aおよび第2収容溝6Bには、第1突部7Aおよび第2突部7Bがそれぞれ収容可能とされる。

パイロットビット3の先端面は、この先端面に第1突部7Aが達した部分である外周部が、リングビット2と同様に外周側に向かうに従い後端側に傾斜した円錐台面状のゲージ面とされるとともに、このゲージ面よりも内周側は軸線Oに垂直な円形のフェイス面とされている。ゲージ面とフェイス面には、パイロットビット3の本体よりも硬度の高い超硬合金等の硬質材料よりなる掘削チップ4が、それぞれゲージ面とフェイス面から垂直に突出するように植設されて取り付けられている。

パイロットビット3の先端面には、軸線Oから外周側に間隔をあけた位置から3つの第1突部7Aの先端部の間の部分にそれぞれ向けて、外周側に向かうに従い溝深さが漸次深くなる3つの噴出溝8Aが形成されている。パイロットビット3の先端部の外周面のうち周方向に隣接する第1〜第3の突部7A〜7Cの列の間の部分には、先端が前記噴出溝8Aの外周端に連通して軸線Oに平行に延びる上述した3つの排出溝8Bがそれぞれ形成されており、この排出溝8Bは軸線O方向の後端側に向けて一定の深さで延びた後、パイロットビット3の先端部の後端手前で外周側に切れ上がっている。

パイロットビット3の内部には、シャンク部3Aの後端から軸線Oに沿って先端側に向けて、前記ハンマーから供給される圧縮空気等のブロー孔9が形成されている。このブロー孔9は、パイロットビット3の先端部において3つずつの第1〜第3の分岐孔9A〜9Cに分岐して、第1分岐孔9Aは軸線O方向の先端側に向かうに従い外周側に延びて噴出溝8Aに開口している。第2分岐孔9Bは、軸線O方向の先端側に向かうに従い外周側に延びて、パイロットビット3の先端部の外周面のうち第1突部7Aよりも回転方向T側の部分に開口している。第3分岐孔9Cは、軸線O方向の後端側に向かうに従い外周側に延びて、排出溝8Bが外周側に切れ上がる部分に開口している。

このような掘削工具を製造するには、まず上述のようにリングビット2の後端部2Cをケーシングトップ1Aの係合溝1B内に収容し、リングビット2をケーシングトップ1Aに対して軸線O回りに回転可能、かつ、軸線O方向の先端側と後端側へは相互移動不能に係合させた後に、ケーシングトップ1Aをケーシングパイプ1の先端部に接合する。

次いで、伝達部材およびハンマーの先端に取り付けたパイロットビット3をケーシングパイプ1の後端から挿入し、第1〜第3の突部7A〜7Cの回転方向Tとは反対側を向く壁面を、図2に示すようにリングビット2内周部の第1凸部2Dおよび第2凸部2Eの回転方向Tを向く壁面に沿わせて、第1〜第3の突部7A〜7Cからなる3つの列を3つの凹溝5にそれぞれ挿入しつつ、パイロットビット3の先端部をリングビット2の内部に挿入する。

第2突部7Bの周方向の長さは、隣接する第1凸部2Dの間の凹溝5の周方向の長さより長いので、第2突部7Bの軸線O方向の先端側を向く壁面である打撃力伝達面7bが、第1凸部2Dの軸線O方向の後端側を向く壁面、すなわち、第2収容溝6Bの軸線O方向の後端側である打撃力被伝達面6bに当接し、パイロットビット3はそれ以上挿入することができなくなる。

この状態からパイロットビット3を回転方向Tに回転させると、軸線O方向の先端側の第2突部7Bの打撃力伝達面7bおよび第2収容溝6Bの打撃力被伝達面6bと、軸線O方向の後端側の第3突部7Cの軸線O方向の先端側を向く壁面である打撃力伝達面7bおよびリングビット2の内周部の後端面である打撃力被伝達面6bとの軸線O方向の間隔は等しいので、これら後端側の打撃力伝達面7bおよび打撃力被伝達面6bも、図1に示すように、先端側の打撃力伝達面7bおよび打撃力被伝達面6bと同時に当接する。

さらに、パイロットビット3を回転して第1突部7Aの回転方向Tを向く壁面である回転力伝達面7aが第1収容溝6Aの回転方向Tとは反対側を向く溝壁である回転力被伝達面6aに当接したところで、図3に示すようにリングビット2とパイロットビット3とが回転方向Tに一体化する。この状態で、図3に示すように、リングビット2の凹溝5と、パイロットビット3の周方向に隣接した第2突部7Bおよび第3突部7Cの間の部分とが一致して、周方向に延びる3つの長円状の孔部が形成される。

このように構成される掘削工具では、リングビット2とパイロットビット3の先端面を岩盤に押し当てて、回転方向Tへの回転力と、軸線O方向の先端側の打撃力と、必要に応じて推力とを、パイロットビット3に与えることにより、回転力は回転力伝達面7aから回転力被伝達面6aを介してリングビット2に伝達され、打撃力は打撃力伝達面7bから打撃力被伝達面6bを介してリングビット2に伝達される。したがって、前記先端面に植設された掘削チップ4が岩盤を破砕して掘削孔を形成しつつ、この掘削孔に掘削工具が挿入されてゆく。また、リングビット2が回転可能かつ軸線O方向の先端側に係合したケーシングトップ1Aおよびケーシングパイプ1も、非回転のまま掘削孔に挿入される。

こうして削孔を行う間は、前記ブロー孔9に圧縮空気等が供給されて第1〜第3の分岐孔9A〜9Cから噴出し、削孔時に掘削チップ4によって生成される土砂等の繰り粉を、前記長円状の孔部からハンマーおよび伝達部材とケーシングパイプ1との間の前記間隙部を介して軸線O方向の後端側に排出する。また、所定の深さまで掘削孔が形成されて削孔が終了したときには、伝達部材およびハンマーを介してパイロットビット3を削孔時の回転方向Tとは反対側に回転させて第1〜第3の突部7A〜7Cを凹溝5の位置に戻すことにより、伝達部材およびハンマーごとパイロットビット3をケーシングパイプ1から引き抜いて回収できる。

前記掘削工具では、パイロットビット3とリングビット2にそれぞれ2つ以上の複数の打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bが軸線O方向に等間隔に形成されており、上述したようにこれらの打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bは同時に当接して打撃力を伝達する。このため、パイロットビット3からリングビット2に伝達される打撃力を、これら複数ずつの打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bに分散して伝達できる。

従って、打撃力が同じであれば、個々の打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bとが受ける負荷を軽減することができ、これらの打撃力伝達面7bおよび打撃力被伝達面6bの摩耗を抑えてリングビット2やパイロットビット3の寿命を延長できる。 また、リングビット2の打撃力被伝達面6bとパイロットビット3の打撃力伝達面7bの総当接面積を大きく確保できるので、パイロットビット3に大きな打撃力が与えられたときでも、効率的にリングビット2に伝達できる。

また、本実施形態では、前記打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bとが、軸線Oに対する外周側に向かうに従い軸線O方向の後端側に向かうように傾斜している。このため、これら打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bの総当接面積をさらに大きく確保することができ、打撃力をより確実に分散して伝達できるとともに、摩耗も一層確実に防ぐことができる。

ただし、このように打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bとを外周側に向かうに従い軸線O方向の後端側に向かうように傾斜させた場合に、その軸線Oに対する傾斜角θが大きすぎると総当接面積を十分に大きく確保することができなくなる一方、傾斜角θが小さすぎると打撃力伝達面7bが打撃力被伝達面6bに食い込んでしまい、上述のように削孔終了後にパイロットビット3を回収するのが困難となるおそれがある。このため、打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bの軸線Oに対する傾斜角θは、本実施形態のように40°〜80°の範囲内とされるのが望ましい。

さらに、本実施形態では、軸線O方向に隣接する第1、第2の2つの突部7A、7Bにおいて、軸線O方向の先端側の第1突部7Aの周方向の長さが軸線O方向の後端側の第2突部7Bの周方向の長さよりも短くされており、これに併せて第1突部7Aが挿通される部分の凹溝5の周方向の長さ(周方向に隣接する第1凸部2D間の間隔)も、第2突部7Bが挿通される部分の凹溝5の周方向の長さ(周方向に隣接する第2凸部2E間の間隔)より短くされている。

従って、パイロットビット3は、軸線O方向において第2突部7Bが第2収容溝6Bの位置に配置された状態よりも先端側に抜け出ることができなくなるため、パイロットビット3をリングビット2の内周部に挿入するときや抜き出すとき、あるいは削孔時に第1、第2の突部7A、7Bを第1収容溝6Aおよび第2収容溝6Bに収容した状態で凹溝5に土砂が詰まった場合に、パイロットビット3を削孔時の回転方向Tとは反対側に回転させて土砂を排出するようなときでも、パイロットビット3が先端側に抜け出て掘削孔内に脱落するような事態が生じるのを防ぐことができ、パイロットビット3を確実に回収できる。

本実施形態では、リングビット2に2つの打撃力被伝達面6bが形成されてパイロットビット3の第2、第3の2つの突部7B、7Cに形成された打撃力伝達面7bがそれぞれ当接可能とされているが、リングビット2とパイロットビット3にそれぞれ3つ以上の互いに当接可能な打撃力被伝達面6bと打撃力伝達面7bを形成することにより、打撃力を伝達することも可能である。

また、本実施形態では、凹溝5がリングビット2の先端面に開口しているが、凹溝5はパイロットビット3を回収できるようにリングビット2内周部の後端側に少なくとも開口していればよく、例えば凹溝5がリングビット2の先端面には開口せず、また第1収容溝6Aや第1突部7Aがリングビット2とパイロットビット3に形成されていなくてもよい。この場合には、例えば第2収容溝6Bを回転方向T側が閉塞した「止まり溝」状として、その前記回転方向Tとは反対側を向く溝壁を回転力被伝達面6aとし、この回転力被伝達面6aに第2突部7Bの前記回転方向Tを向く壁面を回転力伝達面7aとして当接させて回転力を伝達すればよい。

本発明の掘削工具は、打撃力の集中を防いでパイロットビットとリングビットの早期の摩耗を抑制するとともに、大きな打撃力がパイロットビットに与えられたときでも確実にリングビットに伝達することが可能であるから、産業上の利用が可能である。

1 ケーシングパイプ 1A ケーシングトップ 1B 係合溝 2 リングビット 2C リングビット2の後端部 2D リングビット2の第1凸部 2E リングビット2の第2凸部 2F リングビット2の第3凸部 3 パイロットビット 4 掘削チップ 5 凹溝 6 収容溝 6A 第1収容溝 6B 第2収容溝 6a 回転力被伝達面 6b 打撃力被伝達面 7A パイロットビット3の第1突部 7B パイロットビット3の第2突部 7C パイロットビット3の第3突部 7a 回転力伝達面 7b 打撃力伝達面 O ケーシングパイプ1の軸線 T 削孔時のパイロットビット3の回転方向 θ 打撃力伝達面7bと打撃力被伝達面6bの軸線Oに対する傾斜角