特許 6011637 掘削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011637

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】掘削工具

(51)【国際特許分類】

   E21B 7/20 20060101AFI20161006BHJP

【ＦＩ】

   E21B7/20

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-548587(P2014-548587)

(86)(22)【出願日】2013年11月19日

(86)【国際出願番号】JP2013081209

(87)【国際公開番号】WO2014080920

(87)【国際公開日】20140530

【審査請求日】2015年3月4日

(31)【優先権主張番号】特願2012-253859(P2012-253859)

(32)【優先日】2012年11月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000221144

【氏名又は名称】株式会社タンガロイ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】小林 直

(72)【発明者】

【氏名】高遠 央

【審査官】 竹村 真一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４９６２１２９（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第４００１３４６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０８−３１２２８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｂ １／００−４９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端側から基端側に延びる中心軸線を有する円筒状のケーシングパイプ（２）内に前記中心軸線に沿って進退可能に挿入されるインナーディバイス（４）と、
前記ケーシングパイプ（２）の先端部に取り付けられる掘削ビット（５）であって、前記インナーディバイス（４）と係合可能な掘削ビット（５）と、を備え、
前記掘削ビット（５）は、少なくとも１つの掘削部材（２１）を備えた先端側の第１部分（１９）と、基端側の第２部分（２０）とを有し、
該掘削ビット（５）は、前記インナーディバイス（４）の先端部が軸線方向において突き当たることが可能な壁面（２０ｃ）を有し、
前記掘削ビット（５）の前記第１部分（１９）の最大外径は前記ケーシングパイプ（２）の外径よりも大きく、
前記掘削ビット（５）は、前記第２部分（２０）で開く凹部（２０ｂ）と、前記第１部分（１９）を貫通して前記凹部（２０ｂ）に接続された貫通孔（２４）と、を備え、
前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の一方が、前記貫通孔（２４）に接続された凹部分（１４）と、前記凹部分（１４）から拡張された拡張部分（１４ａ、５２）と、を備え、
前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の他方が、前記インナーディバイス（４）が前記凹部（２０ｂ）に挿入されているときに前記拡張部分（１４ａ、５２）に収容されて前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の一方に係合する凸部（２７、５０）を備える、掘削工具（１、１００）。

【請求項2】

前記インナーディバイス（４）の拡張部分（１４ａ）又は凸部（５０）は、前記インナーディバイス（４）の先端面（１０ａ）にまで延びるように前記中心軸線に略平行に設けられていて、
前記掘削ビット（５）の凸部（２７）又は拡張部分（５２）は、前記掘削ビット（５）の前記凹部において、前記中心軸線に略平行に設けられている、請求項１に記載の掘削工具（１）。

【請求項3】

前記インナーディバイス（４）における前記掘削ビット（５）に突き当たることが可能な先端面は前記中心軸線に略直角に形成され、
該インナーディバイス（４）の該先端面に外接する円の面積Ｂ１に対して、該インナーディバイス（４）の該先端面の実面積Ｂ２は、０．５×Ｂ１≦Ｂ２≦１．０×Ｂ１の範囲にある、請求項１又は２に記載の掘削工具（１）。

【請求項4】

前記掘削ビット（５）は、略円筒状のケーシングシュー（３）を介して、前記ケーシングパイプ（２）の前記先端部に取り付けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の掘削工具（１）。

【請求項5】

前記インナーディバイス（４）の前記中心軸線の方向の全長Ｃ１に対して、前記ケーシングパイプの内部に直接的に位置付けられる前記インナーディバイス（４）の部分（１１）の前記軸線の方向の長さＣ２は、０．３×Ｃ１≦Ｃ２≦０．８×Ｃ１の範囲にある、請求項１から４のいずれか一項に記載の掘削工具（１）。

【請求項6】

前記少なくとも１つの掘削部材（２１）は、前記中心軸線との交差部またはその付近から外周面まで連続的又は断続的に設けられている、請求項１から５のいずれか一項に記載の掘削工具（１）。

【請求項7】

前記掘削ビット（５）の前記第１部分（１９）の先端面（１９ａ）には、複数の前記掘削部材（２１）が前記中心軸線周りに放射状に略均等の間隔で設けられている、請求項１から６のいずれか一項に記載の掘削工具（１）。

【請求項8】

前記掘削ビット（５）の前記第１部分（１９）の前記先端面において、隣り合う前記掘削部材（２１）間の中間領域（２３）は、該掘削部材（２１）から離間するにしたがって前記掘削ビットの基端側へ漸次後退するように形成されている、請求項７に記載の掘削工具（１）。

【請求項9】

前記掘削ビット（５）において、前記中間領域（２３）に隣接する外周面には、前記中心軸線に沿った方向に伸長した切欠き部（２６）が形成されている、請求項８に記載の掘削工具（１）。

【請求項10】

前記掘削部材（２１）は超硬チップであることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の掘削工具（１）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削工具に関し、特には、脆弱地山の補強を行う際に使用される掘削工具に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削の分野においては、切羽面の崩落を防止するための土留め工法の一種である注入式長尺先受工法（ＡＧＦ工法）がよく利用されている。この工法では、一般に切羽面の前方斜め上方の脆弱地山に向けて、例えば鋼管であるケーシングパイプを打設する。そして、所定位置に配置されたケーシングパイプ内にモルタル等の固化剤を注入する。それにより、ケーシングパイプに設けられた穴等から周囲の脆弱地山に対して固化剤を浸透させる。これによって脆弱地山が強化され、より安全且つ効率的にトンネルの掘削を行うことが可能となる。地中にケーシングパイプを打設するための工具としては、例えば、二重管式掘削工具があげられる。

【0003】

特許文献１には、そのような二重管式掘削工具の一例が開示されている。特許文献１の掘削工具においては、円筒状のケーシングパイプの先端にケーシングシューを介して円環状のリングビットが固定される。ケーシングパイプの中にはインナービットがケーシングパイプの軸線に沿って進退可能に挿入される。このインナービットは、掘削に関与するビット部分を有するその先端部がリングビットの中央先端部から突出するまでケーシングパイプ、ケーシングシュー及びリングビット内を進められる。インナービットの外周面にはその先端から所定の距離はなれて複数の凹部が形成されており、リングビットの内周面にはインナービットの凹部と対応する凸部が形成されていて、これらは互いに対して係合可能に構成されている。所定位置でインナービットをリングビットに対して正回転方向に回転させたとき、インナービットの凹部とリングビットの凸部とは互いに対して係合し、それに伴ってリングビットも正回転方向に回転する。インナービットの凹部とリングビットの凸部とが係合するとき、リングビットに対するインナービットの工具軸線方向の動きは規制される。さらに、インナービットは、工具軸線に沿った先端方向の力つまり打撃力（または推進力）をインナービットからリングビットに伝達することを可能にするように、先端側を向いた面を有する段部を有する。インナービットのこの段部は、インナービットの凹部とリングビットの凸部とが互いに対して実質的にまたはしっかりと係合しているとき、リングビットの後端側を向いた端壁に当接し、打撃力を伝達することができる。したがって、インナービットを正回転方向に回転させつつインナービットに打撃力を与えることによって、インナービット及びリングビットは正回転方向に回転しながら地中を掘削前進することができる。このとき、インナービットは地山の掘削面の内周側の掘削を担当し、リングビットは外周側の掘削を担当する。これによって、ケーシングパイプは前進し地中に打設される。ケーシングパイプが地中に打設された後にインナービットは逆回転方向に回転されて、リングビットとの係合から解放されて、その後引き抜かれる。これにより中空になったケーシングパイプ内に固化剤が注入される。ただし、リングビットはケーシングパイプとともに地中に残される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２６１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ケーシングパイプを打設するための掘削作業時、特許文献１の掘削工具において、リングビットはその半径方向内側に位置するインナービットを介して回転させられ、かつ、押し進められる。このとき、この掘削工具では、回転力と打撃力との両方の力をリングビットに伝達するために、インナービットがリングビットに対して回転されて、ある程度以上しっかりとリングビットに係合していることを必要とする。しかし、そのような作業においては、例えば多大な負荷のために振動が生じ、それによりインナービットとリングビットとの間の上記係合が緩む場合がある。これによりインナービットからリングビットへの打撃力及び回転力の伝達に損失が生じ、掘削力が低下することがある。このような伝達損失により、地盤の強度が高い箇所において特に掘削力不足に陥り易い。

【0006】

さらに、特許文献１の掘削工具においては、ケーシングパイプはインナービットを挿入することができる程度に径が大きくなければならない。そのため、インナービットの外径に応じてケーシングパイプの外径が大きくなり、その結果リングビットの外径も大きくなる。リングビットの外径が大きいほど掘削しなければならない掘削空間が広がるので、固化剤の投入量も増し、結果としてコストの増大につながる。そして、この掘削空間の増大により掘削エネルギが増大するという関係がある。そこで、より高効率に掘削を行うためにインナービットの外径または外形を小さくすることに対する要求がある。

【0007】

さらには、特許文献１の工具においては、掘削するためのビットが、外周側掘削を担当するリングビットと、内周側掘削を担当するインナービットとに分割されている。そのため、それら両ビットの隙間に石や土砂が噛みこまれることによって少なくともいずれかのビットが破損するおそれもある。

【0008】

本発明は、上記課題の少なくとも１つを改善することを可能にする、掘削工具を提供することを目的とする。

【0009】

特に、本発明は、高効率で掘削を行うことが可能な掘削工具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様によれば、
先端側から基端側に延びる中心軸線を有する円筒状のケーシングパイプ（２）内に前記中心軸線に沿って進退可能に挿入されるインナーディバイス（４）と、
前記ケーシングパイプ（２）の先端部に取り付けられる掘削ビット（５）であって、前記インナーディバイス（４）と係合可能な掘削ビット（５）と、を備え、
前記掘削ビット（５）は、少なくとも１つの掘削部材（２１）を備えた先端側の第１部分（１９）と、基端側の第２部分（２０）とを有し、
該掘削ビット（５）は、前記インナーディバイス（４）の先端部が軸線方向において突き当たることが可能な壁面（２０ｃ）を有し、
前記掘削ビット（５）の前記第１部分（１９）の最大外径は前記ケーシングパイプ（２）の外径よりも大きく、
前記掘削ビット（５）は、前記第２部分（２０）で開く凹部（２０ｂ）と、前記第１部分（１９）を貫通して前記凹部（２０ｂ）に接続された貫通孔（２４）と、を備え、
前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の一方が、前記貫通孔（２４）に接続された凹部分（１４）と、前記凹部分（１４）から拡張された拡張部分（１４ａ、５２）と、を備え、
前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の他方が、前記インナーディバイス（４）が前記凹部（２０ｂ）に挿入されているときに前記拡張部分（１４ａ、５２）に収容されて前記インナーディバイス（４）及び前記掘削ビット（５）の一方に係合する凸部（２７、５０）を備える、掘削工具が提供される。

【0011】

上記構成を有する本発明の一態様に係る掘削工具によれば、インナーディバイスの先端部が軸線方向において突き当たることが可能な壁面を有する掘削ビットが掘削工具の先端に位置付けられ、掘削ビットの第１部分の最大外径はケーシングパイプの外径よりも大きい。したがって、ケーシングパイプに挿入されたインナーディバイスは軸線方向において掘削ビットに直接的にしっかりと打撃力を付与することができ、インナーディバイスから掘削力を受けた掘削ビットに先導されてケーシングパイプは地中にしっかりと進むことができる。よって、この掘削工具によれば、インナーディバイスから掘削ビットへの力の伝達損失を抑制することができ、高効率の掘削が可能となる。

【0013】

さらに好ましくは、前記インナーディバイス（４）の拡張部分（１４ａ）又は凸部（５０）は、前記インナーディバイス（４）の先端面（１０ａ）にまで延びるように前記中心軸線に略平行に設けられていて、
前記掘削ビット（５）の凸部（２７）又は拡張部分（５２）は、前記掘削ビット（５）の前記凹部において、前記中心軸線に略平行に設けられるとよい。

【0014】

インナーディバイスにおける掘削ビットに突き当たることが可能な先端面は中心軸線に略直角に形成されるとよい。この場合、この先端面に外接する円の面積Ｂ１に対して、インナーディバイスの先端面の実面積Ｂ２は、０．５×Ｂ１≦Ｂ２≦１．０×Ｂ１の範囲にあるとよい。

【0015】

また、掘削ビットは、略円筒状のケーシングシューを介して、ケーシングパイプの先端部に取り付けられてもよい。この場合、前記ケーシングパイプ内に挿入されたインナーディバイスはケーシングシューの内部を通って掘削ビットに達することができる。

【0016】

インナーディバイスの中心軸線の方向の全長Ｃ１に対して、ケーシングパイプの内部に直接的に位置付けられるインナーディバイスの部分の軸線の方向の長さＣ２は、０．３×Ｃ１≦Ｃ２≦０．８×Ｃ１の範囲にあるとよい。

【0017】

少なくとも１つの掘削部材は、前記中心軸線との交差部またはその付近から外周面まで連続的又は断続的に設けられているとよい。

【0018】

好ましくは、掘削ビットの第１部分の先端面には、複数の掘削部材が中心軸線周りに放射状に略均等の間隔で設けられる。そして、掘削ビットの第１部分の先端面において、隣り合う掘削部材間の中間領域は、該掘削部材から離間するにしたがって掘削ビットの基端側へ漸次後退するように形成されているとよい。さらに、掘削ビットにおいて、中間領域に隣接する外周面には、中心軸線に沿った方向に伸長した切欠き部が形成されているとよい。なお、掘削部材は超硬チップであるとよい。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る掘削工具の側面図を示す。

【図2】図２は、図１の掘削工具に関する透視図を示す。

【図3】図３は、図１の掘削工具におけるケーシングシューを示し、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は側面図を、そして、（ｃ）は断面図を示す。

【図4】図４は、図１の掘削工具におけるインナーディバイスを示し、（ａ）は斜視図を、（ｂ）は側面図を、（ｃ）は先端側の端面図を、そして（ｄ）は（ｃ）のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図を示す。

【図5】図５は、図１の掘削工具における掘削ビットを示し、（ａ）は側面図を、（ｂ）は先端側の端面図を、（ｃ）は（ａ）のＰ矢視図である基端側の端面図を、そして（ｄ）は斜視図を示す。

【図6】図６は、図１の掘削工具における、インナーディバイスと掘削ビットとの係合及び回転を説明するための模式図である。

【図7】図７は、別の実施形態に係る掘削工具の側面図を示す。

【図8】図８は、さらに別の実施形態に係る掘削工具における、インナーディバイスと掘削ビットとの係合及び回転を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、用語「先端」は、掘削工具の使用時において地山側に向けられる部分または方向に関して使用され、用語「基端」は、掘削工具の使用時において地山とは反対側つまり掘削機械側に向けられる部分または方向に関して使用される。

【0021】

本発明の一実施形態に係る掘削工具１を、図１から図６に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る掘削工具１の外観を表す。図２は、掘削工具１の透視図である。

【0022】

図１及び図２に示されているように、本発明の一実施形態である掘削工具１は、ケーシングパイプ２の先端に固定されるケーシングシュー３と、ケーシングパイプ２の内部に挿入されるインナーディバイス４と、インナーディバイス４と係合可能にケーシングシュー３に取り付けられる掘削ビット５とを備える。掘削工具１は、先端側から基端側に延びる中心軸線Ａを有する。

【0023】

ケーシングパイプ２は、円筒状の中空部材であり、先端側から基端側に延びる中心軸線２Ａを有する。掘削工具１の中心軸線Ａは、このケーシングパイプの中心軸線２Ａに従う。ケーシングパイプ２は、地山に打設されたときに固化剤の導入路を区画形成する。ケーシングパイプ２は必要に応じて順次継ぎ足されることが可能である。本実施形態の場合、ケーシングパイプ２の材料は、機械構造用炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ ４０５１）であり、具体的にはＳ２５Ｃ〜Ｓ４５Ｃのいずれかである。ケーシングパイプ２は、複数本、例えば３〜４本が連結されて使用され得る。しかし、ケーシングパイプ２の寸法、材料、連結本数等は適用される状況に応じて適宜変更することが可能である。なお、ケーシングパイプ２は、たった１本で使用されてもよい。ケーシングパイプ２は、ネジ機構により互いに連結することができるように構成されている。したがって、各ケーシングパイプ２の連結部には、ネジ溝が形成されている。ここでは、ケーシングパイプは、先端部に雌ネジ山を有し、基端部に雄ネジ山を有するが、これらは逆であってもよい。図１の掘削工具１では、最も先端に位置するケーシングパイプ２のみが示され、その先端部２ｂには掘削ビット５が装着され、他端（不図示）である基端部には別のケーシングパイプ２が連結されている。以下の説明におけるケーシングパイプ２は、最も先端側に位置するケーシングパイプに相当する。

【0024】

ケーシングシュー３は、図３に示されているように、略円筒状の中空部材である。ケーシングシュー３は、ケーシングパイプ２の先端部に直接的に固定される。本実施形態の掘削工具１の場合、ケーシングシュー３はケーシングパイプ２に溶接されるが、これ以外の固定方法または固定手段で固定されてもよい。例えば、ネジ機構を利用してケーシングシュー３はケーシングパイプ２の先端部に直接的に取り付けられてもよい。ケーシングシュー３は、ケーシングパイプ２と掘削ビット５とを連結する役割を有している。ケーシングシュー３は場合によっては省略することも可能であり、この場合、図７に示す別の実施形態に係る掘削工具１００のようにケーシングパイプ２に掘削ビット５は直接的に連結されることができる。図７の掘削工具１００では、後述されるケーシングシュー３と掘削ビット５との連結方法と同様の方法で、掘削ビット５をケーシングパイプ２に連結してもよいが、溶接により掘削ビット５はケーシングパイプ２に連結されている。しかし、既存のパイプを使用することができ、ある程度以上の打撃力に十分に対応することができるという理由から、ケーシングシュー３は装着した方が好ましい。本実施形態において、ケーシングシュー３の材料はＳ４５Ｃであるが、ケーシングシュー３は他の材料で作られてもよい。

【0025】

本実施形態のケーシングシュー３はその先端側から基端側に延びる軸線３Ａを有する。この軸線３Ａは、図１に示すように掘削工具１が組み立てられたときに、掘削工具１における上記中心軸線Ａに一致するまたは略一致する。ケーシングシュー３は、第１円筒部分（大径円筒部分）６と、この第１の円筒部分よりも小径の第２円筒部分（小径円筒部分）７とがケーシングシュー３の軸線３Ａの方向において段部８を介して接続した形状を有している。それら第１円筒部分６における軸線は第２円筒部分７における軸線に一致し、上記軸線３Ａとなる。ケーシングシュー３の第２円筒部分７は、第１円筒部分６の基端側に位置し、ケーシングパイプ２の内側に挿入されるように構成されている。これにより第２円筒部分７の外周側面はケーシングパイプ２の先端部２ｂの内周面と実質的に接することができる。ケーシングシュー３の第１円筒部分６は、その内側に、掘削ビット５が部分的に挿入されるように構成されている。これにより第１円筒部分６の内周面は後で詳述される掘削ビット５の第２基端部の外周面と実質的に接することができる。したがって、ケーシングシュー３の第２円筒部分７の外径はケーシングパイプ２の内径とほぼ同一であり、第１円筒部分６の内径は掘削ビット５の第２基端部の外径とほぼ同一である。また、第２円筒部分７の外周面と 第１円筒部分６の外周面との半径方向長さの差（段部８の半径方向長さ）は、掘削工具１ではケーシングパイプ２の厚さとほぼ同一である。したがって、ケーシングパイプ２の先端部にケーシングシュー３が部分的に挿入されたとき、ケーシングパイプ２とケーシングシュー３とのつなぎ目または連結部は、顕著な段差を有さない（図１及び２参照）。

【0026】

また、ケーシングシュー３の第１円筒部分６の先端には、先端側に向けて内径が漸次拡大する傾斜面６ａが形成されている。この傾斜面６ａの存在のために掘削ビット５をケーシングシュー３内に円滑に挿入することができる。

【0027】

さらに、ケーシングシュー３の第１円筒部分６の内周面には、軸線３Ａに沿った方向における中間部分に環状の凹部６ｂが形成されている（図３（ｃ）参照）。この環状の凹部６ｂには、掘削ビット５を固定する際に使用される止め輪９（図２参照）が嵌め込まれる。第１固定部材としての止め輪９は、略Ｃ形状を有し、一般に手作業で取り付けられる。しかし、止め輪は機械を用いて取り付けられてもよい。

【0028】

インナーディバイス４は、その先端側から基端側に延びる軸線４Ａを有する、棒状部材である。この軸線４Ａは、組み立てられた掘削工具１において、掘削工具１における上記中心軸線Ａに略一致し、好ましくは一致する。図４に示されているように、インナーディバイス４は、その軸線４Ａに直交する面での横断面が略円形の棒状部材である。インナーディバイス４は、ケーシングパイプ２内に軸線２Ａに沿って進退可能に挿入されることができる。インナーディバイス４は、掘削ビット５に、掘削機械（不図示）からの回転力及び打撃力を伝達することができるように構成されている。本実施形態の場合、インナーディバイス４の材料は、機械構造用合金鋼鋼材（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）に規定のある、ニッケルクロムモリブデン鋼であるＳＮＣＭ４３９であるが、適宜変更することが可能である。

【0029】

インナーディバイス４は、第１部分（小径部分）１０と、該第１部分よりも大径の第２部分（大径部分）１１とが軸線４Ａの方向において接続した形状を有している。第１部分１０における軸線は第２部分１１における軸線に一致し、軸線４Ａとなる。第１部分１０は第２部分１１の先端側に位置し、掘削ビット５と係合可能に構成される。第２部分１１はロッド１２（図２参照）と係合可能に構成される。ロッド１２はインナーディバイス４に対して掘削機械（不図示）からの力を伝達する部材である。また、インナーディバイス４の第２部分１１の外径はケーシングパイプ２の内径とほぼ同一であり、第１部分１０の外径はケーシングシュー３の第２円筒部分７の内径とほぼ同一である。ただし、図１の掘削工具１において、インナーディバイス４は、ケーシングパイプ２及びケーシングシュー３の内側で、ケーシングパイプ２及びケーシングシュー３に対して、掘削工具１の軸線Ａに沿って先端側にも基端側にも動くことが可能であり、かつ、この軸線Ａ周りに回転することが可能である。したがって、インナーディバイス４の第２部分１１の外径はケーシングパイプ２の内径より小さく、第１部分１０の外径はケーシングシュー３の第２円筒部分７の内径よりも小さい。また、本実施形態においては、インナーディバイス４の第１部分１０の先端部における先端面１０ａと外周面１０ｂとの交差部１０ｃは、インナーディバイス４の掘削ビット５への挿入を容易にするために面取りされている。

【0030】

インナーディバイス４は、図４に示されているように外周方向に均等間隔で配置された３つの凹部１３を有している。これらの凹部１３は、それぞれ、軸線４Ａに平行にインナーディバイス４の全長にわたって形成されている。したがって、凹部１３は、インナーディバイス４の第１部分１０の先端面１０ａに開くと共に、その第２部分１１の基端面１１ａにも開く。また、凹部１３は、径方向外側に開くように形成されている。

【0031】

また、凹部１３は、インナーディバイス４の先端側の軸線方向の一定距離の領域において基端側の他の領域よりも幅広の第１凹部分１４を有している。図１及び図２の掘削工具における掘削前進時、インナーディバイス４はその軸線４Ａの周りに正回転方向（第１回転方向）Ｋに回転されて用いられる。第１凹部分１４は、インナーディバイス４の軸線４Ａ周りの正回転方向Ｋの逆側に、つまり逆回転方向（第２回転方向）に凹部１３を拡げるように設けられた拡張部分１４ａを含む。なお、正回転方向とは、後述する記載から明らかであるように、インナーディバイス４を掘削ビットに係合させて、インナーディバイス４を掘削ビット５と一緒に回転させるための方向である。これに対して、逆回転方向とは、例えば、インナーディバイス４と掘削ビット５との係合を解除するための方向である。

【0032】

拡張部分１４ａは、第１凹部分１４と同様に、インナーディバイス４の先端面１０ａにまで延びるように軸線４Ａに略平行に設けられている。凸部１３の第１凹部分１４は、特にそのうちの拡張部分１４ａは、凹状の第１係合要素として設けられている。第１凹部分１４の拡張部分１４ａは、後述する掘削ビット５の凸部（第２係合要素）と係合し、該凸部を正回転方向Ｋに押すことができるように形付けられている。

【0033】

また、この凹部１３は、先端側の第１凹部分１４（幅広部分）と、この第１凹部分よりも幅（周方向の長さ）が狭い基端側の第２凹部分（幅狭部分）１５とにおいて深さが異なるように形成されている。第２凹部分１５の底面に比べて第１凹部分１４の底面は軸線４Ａ側に位置付けられている。

【0034】

インナーディバイス４の第２部分１１は、図４に示されているように、前述した第１部分１０の基端側に位置付けられていて、凹部１３は第２部分１１の基端面１１ａまで伸長している。軸線４Ａを含む面での凹部１３の断面において、第１凹部分１４を除いて、凹部１３の底面１３ａからインナーディバイス４の軸線４ａまでの距離は、第１部分１０における部分と第２部分１１における部分とで変化はない。したがって、第１部分１０よりも第２部分１１が大きな外径または外形を有するので、その分だけ、第２部分１１において、凹部１３の深さが第１部分１０でのその深さよりも大きくなっている。

【0035】

また、インナーディバイス４には、その内周面によって、軸線４Ａに沿って先端面１０ａと基端面１１ａとを貫通するように延びる貫通孔４ｂが形成されている。貫通孔４ｂは、第１円筒状空間１６と第２空間１７とからなる。

【0036】

特に第１部分１０の内部には、インナーディバイス４の内周面により、軸線４Ａに沿って第１円筒状空間１６が区画形成されている。第１円筒状空間１６の一端はインナーディバイス４の先端面１０ａに開口しており、他端は第２部分１１内にまで延びている。この第１円筒状空間１６には掘削中に掘削機械から水が供給されて、この水はインナーディバイス４の先端面１０ａに位置付けられた先端開口部１６ａから排出される。この水は、第２空間１７に配置されるロッド１２に設けられた図示しない貫通穴を通して掘削機械からインナーディバイス４へ供給される。これによって、掘削によって生じた石等の破砕粒を穴から流しだすことができる。

【0037】

また、上で述べたように、第２部分１１の内部にまでも、第１円筒状空間１６が延びている。第１円筒状空間１６は第１部分１０から第２部分１１に一続きに連続している。この第１円筒状空間１６に連続して、図４（ｄ）に示されているように、第１部分１０の基端部から一定の距離離れた箇所から、基端側に、より断面積の大きな第２空間１７が形成されている。すなわち、第２部分１１の内部には、第１円筒状空間１６の一部と、それよりも断面積が大きな第２空間１７とが連続した内部空間が形成されている。これら空間１６、１７の両者の軸線は、インナーディバイス４の軸線４Ａに一致する。この第２空間１７はロッド１２を挿入するための空間として形成されている。インナーディバイス４の第２部分１１の基端側の部分にはロッド１２を第２空間１７に固定するための、第２固定部材としてのスプリングピンの通し穴１８が形成されている。なお、ロッド１２はインナーディバイス４の略角形断面の第２空間１７内で軸線４Ａ周りに回転しないように構成されていて、より具体的にはここではその横断面が略角形である。ただし、ロッド１２の横断面は略円形であってもよく、この場合、第２空間１７は略円形の断面を有するように形成されるとよい。

【0038】

後述するようにインナーディバイス４の先端面１０ａは掘削ビット５に衝撃力を及ぼすように掘削ビット５に突き当たることができる。ここでは、先端面１０ａは、軸線４Ａに略直角に形成されている。このような先端面１０ａに外接する外接円（つまり図４（ｂ）に示される直径Ｄ１を有する円）の面積Ｂ１に対して、インナーディバイス４の第１部分１０の先端面１０ａの実面積Ｂ２（すなわち、後述される掘削ビット５の凹部の端壁面２０ｃと当接可能または接触可能な部分の面積）は、０．５×Ｂ１≦Ｂ２≦１．０×Ｂ１の範囲にあることが好ましい。なお、インナーディバイス４の先端面１０ａの外接円は、図４（ｃ）のインナーディバイスの先端視において定められるとよい。また、インナーディバイス４の全長（軸線方向の長さ）Ｃ１に対して、図２に示されているようにケーシングパイプ２の内部に直接的に位置付けられるインナーディバイス４の第２部分１１の軸線方向の長さＣ２は、０．３×Ｃ１≦Ｃ２≦０．８×Ｃ１の範囲にあることが好ましい。

【0039】

掘削ビットディバイス（以下、掘削ビット）５は、図５に示されているように、先端側の第１部分（以下、第１先端部）１９と基端側の第２部分（以下、第２基端部）２０とを有し、それらを通過するように延びる軸線５Ａを有する。この軸線５Ａは、掘削工具１が組み立てられたときに、掘削工具１における上記中心軸線Ａに略一致するまたは一致する。

【0040】

掘削ビット５は、その第２基端部２０に開口部２０ａを有し、この開口部２０ａで第２基端部に開く凹部２０ｂを備える。凹部２０ｂは、軸線５Ａに沿って回転対称に形成され、略円筒形状の側壁の内周面と略径方向に延在する先端壁の端壁面２０ｃにより概ね区画形成される。凹部２０ｂの端壁面２０ｃは、インナーディバイス４４の先端部が軸線方向において突き当たることが可能に構成されている。

【0041】

掘削ビット５の第１先端部１９は、掘削工具１の掘削部として構成されている。掘削ビット５の第１先端部１９は、先端面１９ａを有する。先端面１９ａは、反対側に端壁面２０ｃを有する先端壁の先端側の外表面である。先端面１９ａは、掘削ビット５の軸線５Ａとの交差部５ｂから、該掘削ビット５の外周面５ｃに向けて径方向に延在する。掘削ビット５の第１先端部１９の先端面１９ａは、地山の掘削に直接的に関与する３つの掘削部材（ビット部材）２１を備える。掘削ビット５の凹部２０ｂは、その開口部２０ａを介して前述したインナーディバイス４が挿入可能に構成されている。ここでは、凹部２０ａは第１先端部１９にまで延びている（図２参照）。第２基端部２０は、第１先端部１９よりも外径が小さく形成されている。

【0042】

掘削ビット５の第１先端部１９の先端面１９ａは図５（ｂ）において略円形をなしている。軸線５Ａに沿って掘削ビット５を第１先端部１９の先端面１９ａに対向する側からみたとき、つまり図５（ｂ）の先端視において、掘削ビット５の外周面５ｃ及び第２基端部２０は先端面１９ａの存在により実質的に見えない。

【0043】

また、掘削ビット５をケーシングパイプ２に取り付けるとき、第２基端部２０は、ケーシングシュー３内に挿入されて、ケーシングシュー３を介してケーシングパイプ２に取り付けられる。このとき図１及び図２に明瞭に示されるように、第１先端部１９の最大外径（図１における軸線Ａに直交する方向での最大長さ）Ｄ２は、ケーシングパイプ２の外径（図１における軸線Ａに直交する方向での長さ）Ｄ３よりも大きい。そして、掘削ビット５の先端面１９ａは、軸線との交差部５ｂから外周面５ｃまで延在するので、第１先端部１９の最大外径Ｄ２は、第１先端部１９の先端面１９ａの回転軌跡の径Ｄ４に実質的に相当する。したがって、第１先端部１９の先端面１９ａの回転軌跡の径Ｄ４は、ケーシングパイプ２の外径Ｄ３よりも大きい。ここで、第１先端部１９の先端面１９ａの回転軌跡の径Ｄ４とは、図５（ｂ）の先端視における、先端面１９を円とみなしたときの、その円の直径を指す。つまり、掘削工具１の先端視（不図示）は図５（ｂ）に実質的に相当し、この掘削工具１の先端視において、掘削ビット５の先端面１９ａの内側に、掘削ビット５、ケーシングシュー３及びケーシングパイプ２がある。したがって、掘削工具１が地山に進むとき、掘削ビット５、ケーシングシュー３及びケーシングパイプ２は、第１先端部１９の先端面１９ａの背後に実質的に隠れる。

【0044】

図５（ｂ）に示す掘削ビット５の第１先端部１９の端面視（先端視）において、掘削部材２１は、第１先端部１９の先端面１９ａにおいて、少なくとも軸線５Ａ付近から外周端１９ｂ（５ｃに相当）まで径方向においてカバーしていることが求められ、本実施形態では中心軸線付近から外周端まで連続的に設けられている。しかし、掘削部材２１は、断続的に設けられていてもよい。先端部１９の先端面１９ａの中心（軸線との交差部）またはその付近から外周端にかけて１つの掘削部材２１が延在していてもよいし、複数の掘削部材２１が組み合わさって中心またはその付近から外周端までの範囲をカバーしていてもよい。このように掘削部材２１が中心軸線５Ａまたはその付近から外周端１９ｂまで連続的または断続的に設けられることで、掘削ビット５だけで内周側掘削と外周側掘削とを行うことができる。

【0045】

本実施形態では、掘削ビット５の先端部１９の先端面１９ａ上には、掘削部材２１を装着又は形成することが可能な掘削部材領域２２が規定されている。掘削部材２１として超硬チップを採用しているが、他の材料から作られたチップが用いられてもよい。３つの掘削部材領域２２は、第１先端部１９の端面視において、軸線５Ａ周りに放射状に周方向に均等の間隔（約１２０度間隔）で設けられ、その各々は一定の幅を有する帯状の領域である。この３つの帯状の領域は軸線５Ａ上において合流している。しかし、掘削部材領域２２の数はこれに限定されることはなく、１つでも、３つ以外の複数であってもよい。また、３つの掘削部材領域２２は全て、掘削ビット５の軸線に対して直交する同一平面Ｓ１上に延在する。本実施形態の場合、軸線５Ａを中心として放射状に３つの掘削部材２１が配置される。そのために、帯状の掘削部材領域２２に板状の超硬チップを挿入するための凹部（不図示）が形成されており、超硬チップはその凹部にろう付けで固定されている。しかしながら、超硬チップを固定する方法はこれに限定されることはなく、適宜変更することが可能である。

【0046】

また、掘削ビット５の先端部の先端面１９ａにおいて、１つの掘削部材領域２２と隣り合うもう一つの掘削部材領域２２との間には、中間領域２３がある。３つの掘削部材領域２２があるので、軸線５Ａの周囲に互いに対して離れるように３つの中間領域２３が形成されている。これら中間領域２３は互いに同じ構成を有し、同じ形状を有する。各中間領域２３は、掘削部材領域２２から離間するにしたがって基端部２０側へ向かって漸次後退するように形成されている（図５（ａ）参照）。これによって、掘削した土砂が基端側に逃げやすくなるとともに、掘削抵抗を減少させる効果もある。各中間領域２３の略中央付近には、１つの貫通孔２４が形成されていて、この貫通孔２４は軸線５Ａ方向に先端面１９ａを貫通する。この貫通孔２４は軸線５Ａを中心とした円の円弧に実質的に沿うように延在し、その円弧に沿った略長円形状を有する。３つの貫通孔２４は、軸線５Ａを中心とした単一円上に略等間隔で配置されている。

【0047】

貫通孔２４の形状は、豆形状と称されることも可能である。ここで言う「豆形状」とは、図５（ｂ）に示されているように、楕円を一方向から押しつぶしたような形状のことを指す。本実施形態の場合、加工の容易性から貫通孔２４の形状として豆形状を選択している。

【0048】

しかし、貫通穴２４の形状はこれに限定されることはなく、他の形状であってよい。また、貫通孔２４は、他の位置に設けられてもよく、例えば、軸線５Ａとの交差部５ｂに設けられてもよい。この場合、掘削ビット５の先端面１９ａは軸線５Ａとの交差部付近から外周面５ｃに向けて延在し、一方で貫通孔２４は掘削工具１においてインナーディバイス４が掘削ビット５から突き出ない程度の大きさを有することができる。

【0049】

この貫通穴２４は、掘削ビット５の外部と内部（凹部２０ｂ）とを連絡する通路を形成する。貫通孔２４は、インナーディバイス４を介して供給された水の外部への流出を可能にし、また掘削した土砂の取り込み口となり得る。

【0050】

また、掘削ビット５の第１先端部１９の外周は、その先端側部分で外径が変化しないように形成され、それに続いて、漸次外径が減少する傾斜部１９ｃが形成されている。この傾斜部１９ｃに続いて、この傾斜部１９ｃの基端側の最少径よりもさらに小径の第２基端部２０が設けられている。第２基端部２０は、基本的に、軸線５Ａの方向において外径が一定であるが、基端近くにさらに小径となった凹溝部２５が設けられている。この凹溝部２５は、掘削ビット５をケーシングシュー３に結合するときに用いられる、上記止め輪９を挿入するための、環状の溝である。また、前述の中間領域２３に隣接する掘削ビット５の外周面には、図５（ｂ）において円弧状に切り欠かれた切欠き部２６が形成されている。この切欠き部２６は、掘削ビット５の外周面上で、軸線５Ａに沿った方向に傾斜部１９ｃの途中まで延伸している。この切欠き部は、掘削された土砂を基端部２０方向へと逃がす役割を有している。

【0051】

掘削ビット５の凹部２０ｂは、図５（ｃ）及び図５（ｄ）にて特に示されているように、略円筒状の空間を定める。そして、掘削ビット５の凹部２０ｂの内周面には、略均等の間隔で３つの凸部（第２係合要素）２７が設けられている。この凸部２７は、掘削ビット５の凹部２０ｂの略全長にわたって設けられている。より詳しくは、凸部２７は、凹部２０ｂの内周面において、掘削ビット５の後縁部近くにまで延びるように軸線５Ａに実質的に平行に設けられている。凸部２７は、インナーディバイス４の第１凹部分１４に係合するとき、この第１凹部分１４の拡張部分１４ａに係合するように寸法付けられている。

【0052】

さらに、掘削ビット５の凹部２０ｂを区画形成する内周面には、凸部２７に隣接して第１内凹部２８と第２内凹部２９とが設けられている。第１内凹部２８と第２内凹部２９とはそれぞれ軸線５Ａに平行に延びるように形成されている。図５（ｃ）に示すように、第１内凹部２８は関連する凸部２７の正回転方向Ｋ側に隣接しており、第２内凹部２９は関連する凸部２７の逆回転方向側に隣接している。第１内凹部２８と第２内凹部２９の深さ（径方向長さ）は略同一であるが、第１内凹部２８の幅（周方向長さ）は第２内凹部２９の幅よりも広い。第１内凹部２８は、関連する貫通孔２４につながるように形成され、掘削ビット５の内外を連絡する通路を部分的に形成する。また、本実施形態において、掘削ビット５の材料は、機械構造用合金鋼鋼材（ＪＩＳ Ｇ ４０５３）に規定のある、クロムモリブデン鋼であるＳＣＭ４４０であるが、これに限定されることはない。

【0053】

次に、上述した各部材の組み立て及び、組み立てられた掘削工具１における動作について説明する。

【0054】

本実施形態の掘削工具１においては、ケーシングパイプ２が互いに連結され、連結されたケーシングパイプ２の先端部２ｂにケーシングシュー３が溶接により取り付けられる。このケーシングシュー３には掘削ビット５が止め輪９を用いて取り付けられる。こうして形成された掘削工具１の中心軸線Ａに沿った内部空間に、ロッド１２が連結されたインナーディバイス４が挿入される。これにより、インナーディバイス４の先端部はケーシングパイプ２を介してケーシングシュー３の内部を通り、掘削ビット５の凹部２０ｂに達する。インナーディバイス４は、それの第１部分１０における凹部１３が掘削ビット５の凹部２０ｂの凸部２７に位置合わされるようにして、掘削ビット５の凹部２０ｂに挿入される。このようにして、ケーシングパイプ２、ケーシングシュー３、インナーディバイス４及び掘削ビット５が一体的に組み立てられたとき、これら部材の軸線は概ね上記中心軸線Ａ上に並ぶ。

【0055】

なお、インナーディバイス４の第２部分１１の第２空間１７には、ロッド１２が挿入される。通し穴１８に挿入されたスプリングピンにより、ロッド１２はインナーディバイス４にしっかりと連結される。

【0056】

インナーディバイス４が掘削ビット５の凹部２０ｂに挿入さていてインナーディバイス４が周方向において掘削ビット５に係合していないとき、掘削ビット５に対してインナーディバイス４を第１方向である正回転方向Ｋに回転させる。これにより、掘削ビット５の第２係合要素である凸部２７がインナーディバイス４の第１凹部分１４の第１係合要素である拡張部分１４ａに入り、凸部２７に拡張部分１４ａが係合する。こうして、インナーディバイス４は、掘削ビット５に対して、拡張部分１４ａと凸部２７とが互いに対して係合する係合位置に位置付けられる。

【0057】

逆に、インナーディバイス４が、掘削ビット５に対する係合位置に位置付けられているとき、掘削ビット５に対してインナーディバイス４を第２方向である逆回転方向に回転させることで、掘削ビット５の凸部２７はインナーディバイス４の拡張部分１４ａから離れるまたは外れる。こうして、インナーディバイス４は、掘削ビット５に対して、拡張部分１４ａと凸部２７とが互いから解放された解放位置に位置付けられる。このように、インナーディバイス４は、掘削ビット５に対して、係合位置と解放位置との間で、相対的に動き得る。

【0058】

掘削ビット５に対してインナーディバイス４を正回転方向Ｋに回転させることで、図６に一対の係合要素のみを誇張して模式的に示すようにインナーディバイス４が掘削ビット５に周方向で係合する。このとき、さらにインナーディバイス４が正回転方向Ｋに回転することで、インナーディバイス４の凹部１３における第１凹部分１４の正回転方向Ｋ側を向いた側面１４ｂは、掘削ビット５内周の凸部２７の逆回転方向側を向いた側面２７ａに強く接触して係合し、凸部２７のその側面２７ａを正回転方向Ｋに押す。これによって、掘削ビット５はインナーディバイス４の動きに伴い、正回転方向Ｋに回転することが可能となる。こうして、インナーディバイス４の回転力は、掘削ビット５へと適切にしっかりと伝達される。なお、このとき、掘削ビット５は止め輪９を介してケーシングシュー３に連結されているので、ケーシングシュー３に対して掘削ビット５は回転し得る。

【0059】

さらに、組み立てられた掘削工具１では、その先端視において、掘削ビット５の先端部１９の先端面１９ａの影にケーシングパイプ２が隠れる。このような状態のときに、インナーディバイス４の第１部分１０の先端面１０ａは掘削ビット５の凹部２０ｂ内部の先端側の端壁面２０ｃに軸線方向において突き当てられる。掘削作業時、インナーディバイス４はこの端壁面２０ｃを打撃することになる。これによって、インナーディバイス４を介して打撃力が掘削ビット５へと確実に伝達される。

【0060】

この掘削工具１では、掘削作業時、掘削ビット５の先端部を地山に向けた状態で、インナーディバイス４は、掘削ビット５に対して回転されつつ、掘削ビット５に対して押し進められる。これにより、掘削ビット５に回転力を伝え、かつ、掘削ビット５に打撃力を及ぼすことができ、それにより、所定の深さにまで、ケーシングパイプ２を送り届けることができる。そして、ケーシングパイプ２を打設した後、インナーディバイス４は逆回転方向に回転されて、引き抜かれ、掘削ビット５はケーシングパイプ２と共に地中に残される。その後、固化剤は、ケーシングパイプ２の中空の内部空間に供給される。

【0061】

さらに、本実施形態の掘削工具１の作用及び効果について説明する。

【0062】

本実施形態の掘削工具１においては、上で述べたように、掘削ビット５は、インナーディバイスの先端部が軸線方向において突き当たることが可能な壁面を有し、掘削ビット５の第１先端部の最大外径がケーシングパイプ２の外径よりも大きく、掘削部材２１が掘削ビット５の先端面の中心軸線付近から外周面までをカバーするように設けられている。このように掘削ビット５のみに掘削部としての構成つまり掘削部材２１が設けられ、掘削ビット５に力を伝達することで地中の掘削を行うことが可能となっている。すなわち、特許文献１の掘削工具では、地中掘削に関与するビットを外周側掘削用のリングビットと内周側掘削用のインナービットとに分割した構成を採用していたのに対し、本実施形態の掘削工具１では、外周側掘削用ビットと内周側掘削用ビットとを一体的に備えた掘削ビット５によって全掘削領域をカバーしている。このように掘削ビットが構成されているので、インナーディバイス４は掘削ビット５に対して押し進められるとき、その軸線方向の力である打撃力は、確実に、インナーディバイス４から掘削ビット５に伝達される。一方、インナーディバイス４の第１係合要素が掘削ビット５の第２係合要素に係合することで、インナーディバイス４から、径方向の力である回転力は、掘削ビットに伝達される。このように、掘削ビット５へのインナーディバイス４からの回転力の伝達機構と、掘削ビット５へのインナーディバイス４からの打撃力の伝達機構とが、掘削工具１では独立した関係にある。それ故、掘削工具１では、掘削機械からの回転力及び打撃力のうちの少なくとも一方を、特に打撃力を、しっかりとインナーディバイス４から掘削ビット５へ伝達することができる。したがって、従来において発生していた、インナービットに加えられた回転力及び打撃力がリングビットへと伝達される際における力の伝達損失を低減することができる。よって、本実施形態の掘削工具１によれば、そのような伝達損失による掘削効率の低下を緩和するまたは防ぐことができ、高能率掘削を行うことが可能となる。さらに、地盤の強度が高い箇所においては掘削抵抗が非常に大きくなるため、本実施形態のそのような構成は特に有効となる。

【0063】

また、本実施形態の掘削工具１において掘削ビットは、上記構成を備えるので、従来の掘削工具におけるリングビットとインナービットとの間に石や土砂が噛みこまれることによって、それらのビットが破損してしまう問題と無縁である。これはビットの長寿命化につながり、工具全体にかかるコストを大きく抑制することとなる。

【0064】

さらに、本実施形態では、インナーディバイス４はその先端部にその先端面にまで延びる第１係合要素を有し、掘削ビット５は凹部に第２係合要素を有する。そしてこれら第１及び第２係合要素の係合によりインナーディバイス４は掘削ビット５に周方向で係合することができる。このように、掘削工具１では、インナーディバイス４の第１係合要素を、その先端面にまで延びるように設けているので、インナーディバイス４の径方向寸法を相対的に小さくし易い。

【0065】

一方、特許文献１の掘削工具では、インナービットの先端部をリングビットの中央部から先端側に突出させなければならない。それ故、そのインナービットは、その先端からある程度離れたその外周面に係合要素を備えなければならない。よって、特許文献１の掘削工具では、インナービットの外径を小さくすることに関して多くの制限がある。

【0066】

したがって、特許文献１の掘削工具のインナービットに比べて、本実施形態の掘削工具におけるインナーディバイス４は径方向寸法（軸線に直交する方向の幅）を小さくすることに利点を有する。そのため、本実施形態においては、相対的に小径のインナーディバイス４のみを引き抜き、掘削ビット５はケーシングパイプ２と共に地中に残される。したがって、掘削工具１によれば、ケーシングパイプ２を、相対的に小径のインナーディバイス４が通過できる程度に小径にすることが可能になる。したがって、掘削工具１によれば、掘削に要するエネルギを低減することができる。そして、そのため、ケーシングパイプ２に投入する固化剤の量を従来と比較して大幅に減少させることができるので、結果として工事全体のコストを抑制することができる。

【0067】

また、本実施形態は、掘削ビット５とインナーディバイス４とが、掘削ビット５の凹部内の凸部２７とインナーディバイス４の先端側の第１部分１０の凹部１３との組み合わせという非常にシンプルな係合関係により周方向において連結される。この係合関係においては、インナーディバイス４を逆回転方向に回転させて、ケーシングパイプ２からインナーディバイス４を後方に引っ張るだけで、容易にインナーディバイス４をケーシングパイプ２から抜くことができる。

【0068】

一方、特許文献１の掘削工具では、インナービットの先端部をリングビットの中央部から先端側に突出させなければならないので、インナービットと掘削ビットとの係合構造は複雑であり、かつ、それらの接続部は掘削工具の先端に連続する。したがって、インナービットとリングビットとの接続部には石や土砂が進入し易く、リングビットとインナービットとの隙間に石などが噛み込まれたときなどは、その影響により、リングビットとインナービットとの係合は解除し難くなるので、特許文献１の掘削工具では、その係合解除のためにさらなる工夫を必要としている。

【0069】

これに対し、本実施形態の掘削工具１は、前述した構成の単一の掘削ビット５を用いているため、インナーディバイスと掘削ビットとの係合構造を簡単にしつつ、それらの係合部で問題が生じる可能性をも低減できる。

【0070】

また、上記のごとく、インナーディバイス４の第１部分１０の先端面の外接円の面積Ｂ１に対して、インナーディバイス４の第１部分１０の先端面１０ａの実面積Ｂ２は、０．５×Ｂ１≦Ｂ２≦１．０×Ｂ１の範囲にあることが好ましい。インナーディバイス４の第１部分１０側の先端面の実面積Ｂ２がこの範囲にあることによって、ロッド１２によってインナーディバイス４に加えられた打撃力を掘削ビット５へ、最も効率的に伝達することが可能となる。Ｂ２＜０．５×Ｂ１の場合、打撃面が小さくなりすぎてしまいインナーディバイス４の強度が低下するおそれが生じるために好ましくない。また、Ｂ２＞Ｂ１となる場合は現実的にありえない。

【0071】

また、上で述べたように、インナーディバイス４の全長Ｃ１に対して、インナーディバイス４の第２部分１１の軸線方向の長さＣ２は、０．３×Ｃ１≦Ｃ２≦０．８×Ｃ１の範囲にあることが好ましい。インナーディバイス４の大径部分１１の長さＣ２をこの範囲にすることによって、各部材の寿命と掘削性能とを適切なレベルに維持することができる。Ｃ２＜０．３×Ｃ１の場合、インナーディバイス４の第１部分１０のケーシングパイプ２からの突き出し量が大きくなりすぎるため、それをカバーするためにケーシングシュー３の長さを過度に大きくして補強する必要が生じる。これによって、ケーシングシュー３とインナーディバイス４又は掘削ビット５との接触面積が増大して互いの摩耗が早く進行することになり、がたつき等の不具合が発生しやすくなるおそれがある。Ｃ２＞０．８×Ｃ１の場合、インナーディバイス４の第１部分１０のケーシングパイプ２からの突き出し量が小さくなりすぎるため、それに合わせてケーシングシュー３の長さを過度に小さくする必要が生じ得る。これによって、ケーシングシュー３による掘削ビット５の固定力が低下することになり、がたつき等の不具合が発生しやすくなる。

【0072】

本発明を上記２つの実施形態に基づいて説明したが、本発明は種々の変形を許容する。例えば、図８に模式的に示されるように、インナーディバイス４の第１係合要素を凸状部５０にし、掘削ビット５の第２係合要素を凹状部５２にしてもよい。また、上記実施形態では、インナーディバイス４の第１係合要素の数を複数にし、掘削ビット５の第２係合要素の数を複数にしたが、それぞれ１つであってもよい。ただし、掘削機械からの力をより好適に掘削ビットに伝達するためには、インナーディバイス４の第１係合要素の数は、掘削ビット５の第２係合要素の数に等しく、それぞれ複数であり、それらは掘削工具の中心軸線Ａ周りに回転対称に配置されるとよい。

【0073】

以上、本発明の代表的な実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は種々の変更が可能であり、本願の請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、置換、変更が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】