特許 7128123 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】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【発明の名称】掘削工具

(51)【国際特許分類】

   E21B 10/38 20060101AFI20220823BHJP

【ＦＩ】

E21B10/38

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019002902

(22)【出願日】2019-01-10

(65)【公開番号】P2019183624

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-10-15

(31)【優先権主張番号】P 2018067806

(32)【優先日】2018-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】511213410

【氏名又は名称】ＭＭＣリョウテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100142424

【弁理士】

【氏名又は名称】細川 文広

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】中村 和由

(72)【発明者】

【氏名】富田 泰隆

【審査官】五十幡 直子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－００８７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２０７７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６９０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１８４３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０１３３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６２７８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｂ １／００－４９／１０

Ｅ０２Ｄ １９／００－２５／００

Ｅ０２Ｄ １／００－ ３／１１５

Ｆ１６Ｋ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線を中心とした円管状のケーシングパイプの先端部に円筒状または円環状のリングビットが上記軸線回りに回転可能かつ該軸線方向の先端側と後端側とに抜け止めされて取り付けられるとともに、上記リングビットの先端内周部にはセンタービットが装着されて上記リングビットに固定されており、
このセンタービットの後端側には円盤状の開閉バルブが、上記リングビットおよび上記センタービットに対して上記軸線回りに回転可能かつ上記軸線方向の先端側と後端側に抜け止めされて取り付けられ、
上記リングビットの後端内周部には円筒状のパイロットが、上記ケーシングパイプと上記リングビットとに上記軸線方向の先端側に係合可能かつ上記リングビットと上記開閉バルブとに上記軸線回りに係合可能に挿入されていて、
上記センタービットと上記開閉バルブには、上記軸線に対する径方向と周方向において同位相の位置に、外周側に外周貫通部が形成されるとともに内周側には内周貫通部が形成され、
上記パイロットが掘削時の工具回転方向に回転して上記リングビットと上記開閉バルブとに係合した状態では、上記センタービットと上記開閉バルブの上記外周貫通部と上記内周貫通部とがそれぞれ重なり合って、上記内周貫通部は上記パイロットの内周部に連通するとともに、上記外周貫通部は上記パイロットの外周部と上記リングビットおよび上記ケーシングパイプの内周部との間の空間に連通し、
上記パイロットが掘削時の工具回転方向とは反対側に回転して上記開閉バルブとともに掘削時の工具回転方向とは反対側に位置した状態では、上記センタービットと上記開閉バルブの上記外周貫通部と上記内周貫通部とが重なり合わずに閉塞されることを特徴とする掘削工具。

【請求項2】

上記パイロットが掘削時の工具回転方向とは反対側に回転して上記開閉バルブとともに掘削時の工具回転方向とは反対側に位置した状態で、該パイロットは上記リングビットおよび上記ケーシングパイプの内周から後端側に引き抜き可能とさ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】

上記開閉バルブの後端外周部には後端側に突出する突部が形成されていて、この突部が上記パイロットの外周部に形成された凹溝部に挿入されることによって上記開閉バルブと上記パイロットは上記軸線回りに係合可能とされており、上記開閉バルブの上記外周貫通部は上記突部に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。

【請求項4】

上記リングビットと上記ケーシングパイプとの間には、Ｏリングが介装されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の掘削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水分を多く含んだ崩壊性軟弱地盤を凍結する地盤凍結工法に用いる掘削工具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地盤を削孔する掘削工具として、例えば特許文献１には、ケーシングパイプの先端にケーシングトップを介してリングビットがケーシングパイプの軸線回りに回転自在、かつ該軸線方向先端側に抜け止めされて取り付けられるとともに、ケーシングパイプ内に挿入されて上記軸線回りに回転される伝達部材の先端に、リングビットの内周に挿入されて該リングビットと軸線方向先端側および該軸線回りに係合可能とされるインナービットが取り付けられた掘削工具が記載されている。

【0003】

ここで、伝達部材は円筒状とされているとともに、インナービットの内周部には貫通孔が、外周部には貫通溝が形成されており、伝達部材とインナービットとが掘削時の回転方向に係合した状態では、貫通孔は伝達部材の内周部に、貫通溝は伝達部材の外周とリングビット、ケーシングトップおよびケーシングパイプの内周との間の空間に連通するようにされている。

【0004】

そして、掘削時には、伝達部材の内周を通って供給される圧縮空気や高圧水が貫通孔からインナービットの先端に噴出され、掘削によって生成された繰り粉（掘削屑）を伴って貫通溝から伝達部材の外周とリングビット、ケーシングトップおよびケーシングパイプの内周との間の空間を通り後端側に排出されるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－１９０２８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、水分を多く含んだ崩壊性軟弱地盤を掘削する場合、上述のような掘削工具によって地盤に建て込まれたケーシングパイプ内に冷却材を循環させ、地盤を予め凍結させておいて掘削することがある。ところが、上述の特許文献１に記載されたような掘削工具では、インナービットの内周部と外周部には貫通孔と貫通溝が開口したままであるので、凍結させるべき地盤に含まれている水分が貫通孔と貫通溝を通ってケーシングパイプ内に漏れ出て浸入してしまい、崩壊性軟弱地盤を凍結させることができなくなってしまう。

【0007】

本発明は、このような背景の下になされたもので、水分を含んだ崩壊性軟弱地盤の水分がケーシングパイプ内に浸入することのない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】

【0008】

上記の課題を解決して、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管状のケーシングパイプの先端部に円筒状または円環状のリングビットが上記軸線回りに回転可能かつ該軸線方向の先端側と後端側とに抜け止めされて取り付けられるとともに、上記リングビットの先端内周部にはセンタービットが装着されて上記リングビットに固定されており、このセンタービットの後端側には円盤状の開閉バルブが、上記リングビットおよび上記センタービットに対して上記軸線回りに回転可能かつ上記軸線方向の先端側と後端側に抜け止めされて取り付けられ、上記リングビットの後端内周部には円筒状のパイロットが、上記ケーシングパイプと上記リングビットとに上記軸線方向の先端側に係合可能かつ上記リングビットと上記開閉バルブとに上記軸線回りに係合可能に挿入されていて、上記センタービットと上記開閉バルブには、上記軸線に対する径方向と周方向において同位相の位置に、外周側に外周貫通部が形成されるとともに内周側には内周貫通部が形成され、上記パイロットが掘削時の工具回転方向に回転して上記リングビットと上記開閉バルブとに係合した状態では、上記センタービットと上記開閉バルブの上記外周貫通部と上記内周貫通部とがそれぞれ重なり合って、上記内周貫通部は上記パイロットの内周部に連通するとともに、上記外周貫通部は上記パイロットの外周部と上記リングビットおよび上記ケーシングパイプの内周部との間の空間に連通し、上記パイロットが掘削時の工具回転方向とは反対側に回転して上記開閉バルブとともに掘削時の工具回転方向とは反対側に位置した状態では、上記センタービットと上記開閉バルブの上記外周貫通部と上記内周貫通部とが重なり合わずに閉塞されることを特徴とする。

【0009】

このように構成された掘削工具では、掘削時にパイロットが回転してリングビットと係合すると、開閉バルブも係合して掘削時の工具回転方向に位置決めされ、開閉バルブとセンタービットの内周貫通部同士が互いに重なり合ってパイロットの内周部に連通するとともに、外周貫通部同士も互いに重なり合ってパイロットの外周部とリングビットおよびケーシングパイプの内周部との間の空間に連通するので、パイロットの内周部を通して供給された圧縮空気や高圧水を内周貫通部から噴出し、繰り粉を伴って外周貫通部からパイロットの外周部とリングビットおよびケーシングパイプの内周部との間の空間を通して後端側に排出することができる。

【0010】

そして、所定の深さまで掘削孔が削孔された後は、パイロットを掘削時の工具回転方向とは反対側に回転させることにより、開閉バルブもパイロットと掘削時の工具回転方向とは反対側に係合して回転し、掘削時の工具回転方向とは反対側に位置決めされ、この状態でセンタービットと開閉バルブの外周貫通部と内周貫通部とは重なり合わずに閉塞されるので、これらの貫通部からの水の浸入が防止されて止水される。従って、この状態でケーシングパイプ内に冷却材を循環させることにより、崩壊性軟弱地盤を確実に凍結させることができる。

【0011】

ここで、上記パイロットが掘削時の工具回転方向とは反対側に回転して上記開閉バルブとともに該開閉バルブが掘削時の工具回転方向とは反対側に位置した状態で、該パイロットを上記リングビットおよび上記ケーシングパイプの内周から後端側に引き抜き可能とすれば、開閉バルブで止水した状態のままパイロットを回収することができるので、パイロットの再利用を図ることができる。

【0012】

また、上記開閉バルブの後端外周部に後端側に突出する突部を形成して、この突部が上記パイロットの外周部に形成された凹溝部に挿入されることによって上記開閉バルブと上記パイロットとを上記軸線回りに係合可能とし、さらに上記開閉バルブの上記外周貫通部は上記突部に形成することにより、パイロットと開閉バルブを確実に係合させることができるとともに、外周貫通部をパイロットの外周部とリングビットおよびケーシングパイプの内周部との間の空間に容易に連通させて円滑な繰り粉の排出を図ることができる。

【0013】

さらに、上記リングビットと上記ケーシングパイプとの間に、Ｏリングを介装すれば、ケーシングパイプとケーシングパイプに対して軸線回りに回転させられるリングビットとの間からの水の侵入も防ぐことが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

以上説明したように、本発明によれば、崩壊性軟弱地盤を凍結させるための掘削工具において、地盤中の水が繰り粉の排出のための貫通部からケーシングパイプ内に浸入するのを防ぐことができ、崩壊性軟弱地盤を確実に凍結させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一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に示す実施形態のパイロットが掘削時の工具回転方向に回転した状態を示す正面図である。

【図4】図１に示す実施形態のパイロットが掘削時の工具回転方向とは反対側に回転した状態を示す正面図である。

【図5】図１に示す実施形態のリングビットの一部破断側面図である。

【図6】図５に示すリングビットの正面図である。

【図7】図１に示す実施形態の開閉バルブの側断面図（図８および図９におけるＺＯＺ断面図）である。

【図8】図７に示す開閉バルブの正面図である。

【図9】図７に示す開閉バルブの背面図である。

【図10】図１に示す実施形態のセンタービットの側断面図である。

【図11】図１０に示すセンタービットの正面図である。

【図12】図１に示す実施形態のパイロットの一部破断側面図である。

【図13】図１２に示すパイロットの正面図である。

【図14】図１２に示すパイロットの後端部のみの背面図である。

【図15】図１ないし図１４に示した実施形態の変形例を示すケーシングトップ、リングビット、開閉バルブ、およびセンタービットの一部破断側断面図である。

【図16】図１６に示す変形例の正面図である。

【図17】図１５に示す変形例の開閉バルブの背面図である。

【図18】図１７におけるＺＯＺ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１ないし図１４は、本発明の一実施形態を示すものである。本実施形態において、ケーシングパイプ１は、図１に示すように鋼材等によって軸線Ｏを中心とした円管状に形成されており、その先端部（図１において左側部分）には、先端部の外径はケーシングパイプ１と等しく、後端部の外径はケーシングパイプ１内に嵌め入れ可能な大きさの同じく鋼材等からなる軸線Ｏを中心とした多段円筒状のケーシングトップ１Ａが、その後端部がケーシングパイプ１内に先端側から嵌め入れられた状態でケーシングパイプ１の先端とケーシングトップ１Ａの先端部の後端とが溶接等により接合されることによって取り付けられている。ケーシングパイプ１は必要に応じて後端側に継ぎ足される。

【0017】

ケーシングトップ１Ａの内径は、後端部がケーシングパイプ１の内径よりも一段小さくなり、その後端面は内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜したケーシングテーパ面１Ｂとされている。また、ケーシングトップ１Ａの先端部の内径は、ケーシングパイプ１の内径よりも僅かに大きくされ、この先端部の内周部には、軸線Ｏ方向の略中央部に先端面が後端側に向かうに従い内周側に向かうように傾斜する軸線Ｏを中心とした環状凸部１Ｃと、この環状凸部１Ｃの後端側に隣接するやはり軸線Ｏを中心とした環状溝１Ｄとが形成されている。

【0018】

リングビット２は、その本体が鋼材等によって図５および図６に示すように同じく軸線Ｏを中心とした略円筒状または円環状に形成されており、その後端部の外径はケーシングトップ１Ａの先端部の内周に嵌め入れ可能な大きさとされるとともに、先端部の外径はケーシングパイプ１およびケーシングトップ１Ａの外径よりも大きい。また、リングビット２の後端部の外周面には軸線Ｏ方向に間隔をあけて軸線Ｏを中心とした２条の断面方形の環状溝２Ａ、２Ｂが形成されており、このうち後端側の環状溝２ＡにはＣリング３が嵌め入れられている。

【0019】

そして、このＣリング３が縮径した状態でリングビット２の後端部がケーシングトップ１Ａの先端側から先端部内周に挿入され、Ｃリング３が環状凸部１Ｃを乗り越えてケーシングトップ１Ａの環状溝１Ｄ内で拡径することにより、リングビット２は軸線Ｏ方向の先端側に抜け止めされる。また、リングビット２の先端側の環状溝２Ｂには、ケーシングトップ１Ａの環状凸部１Ｃよりも先端側の内周面に密着するゴム等の弾性部材よりなるＯリング４がケーシングトップ１Ａとの間に介装されている。

【0020】

さらに、リングビット２の先端部には、その外周面から内周面に軸線Ｏに対する径方向に貫通する複数（本実施形態では３つ）のピン挿入孔２Ｃが周方向に等間隔をあけて形成されている。さらにまた、リングビット２の先端面には、リングビット２等の本体を形成する鋼材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５が複数（多数）植え込まれている。

【0021】

一方、リングビット２の内周部には、リングビット２の先端面に開口して後端側に延びる複数の挿入溝２Ｄが周方向に等間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）形成されているとともに、これらの挿入溝２Ｄの後端部からは、図１ないし図４に符号Ｔで示す掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に延びる取付溝２Ｅがそれぞれ形成されている。これら挿入溝２Ｄと取付溝２Ｅは、周方向においてリングビット２の内周面におけるピン挿入孔２Ｃの開口部を避けるように形成されている。

【0022】

また、取付溝２Ｅよりも僅かに後端側でリングビット２の内周部は一段縮径して、その先端側を向く面はバルブ当接面２Ｆとされるとともに、このバルブ当接面２Ｆの後端側には、リングビット２の内周部に突出して軸線Ｏ方向に延びる係合凸部２Ｇと、この係合凸部２Ｇの後端部から掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に延びる係合凸部２Ｇと等しい内径の抜け止め壁部２Ｈとが周方向に等間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）形成されている。抜け止め壁部２Ｈとその掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する係合凸部２Ｇとの間のリングビット２内周部は挿通溝２Ｉとされ、また抜け止め壁部２Ｈの後端面は、内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜するリングビットテーパ面２Ｊとされている。

【0023】

このようなリングビット２に収容される開閉バルブ６は、鋼材等によって図７ないし図９に示すように軸線Ｏを中心とした円盤状に形成されており、その先端面の中央部は外周部よりも一段先端側に突出する有底円筒状に形成されている。また、先端面の外周部の外径は、リングビット２の内周部の取付溝２Ｅよりも後端側の一段縮径したバルブ当接面２Ｆに嵌め入れ可能な大きさとされている。そして、この突出した先端面の中央部外周側には、周方向に等間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）の断面円形のバルブ内周貫通孔６Ａが、本実施形態における開閉バルブ６の内周貫通部として形成されている。

【0024】

また、開閉バルブ６の後端面には、開閉バルブ６の外周縁から僅かに内周側に、後端側に突出する突部６Ｂが周方向に等間隔をあけてバルブ内周貫通孔６Ａと同数（本実施形態では３つ）、各バルブ内周貫通孔６Ａの外周側に形成されている。これらの突部６Ｂは、その外周側を向く側面が軸線Ｏを中心とした１つの円筒面上に位置する弧形板状に形成されており、この外周面の軸線Ｏからの半径は、バルブ当接面２Ｆの内周の軸線Ｏからの半径よりも僅かに小さく、係合凸部２Ｇおよび抜け止め壁部２Ｈの軸線Ｏからの半径よりは大きくされている。

【0025】

さらに、突部６Ｂの周方向の幅は、リングビット２の内周部の周方向に隣接する係合凸部２Ｇ間の幅よりも小さくされるとともに、突部６Ｂの軸線Ｏ方向の長さはリングビット２のバルブ当接面２Ｆから係合凸部２Ｇまでの軸線Ｏ方向の距離よりも短くされている。そして、開閉バルブ６の先端面の外周部から各突部６Ｂの後端面にかけては、本実施形態における開閉バルブ６の外周貫通部として、後端側に向かうに従い内周側に向かうように傾斜したバルブ外周貫通孔６Ｃが、バルブ内周貫通孔６Ａの外周側に位置するように形成されている。ここで、このバルブ外周貫通孔６Ｃは、周方向に延びる長円状に形成されており、この長円の周方向の中心が円形のバルブ内周貫通孔６Ａの中心の外周側に位置している。

【0026】

また、センタービット７も、その本体が鋼材等によって図１０および図１１に示すように軸線Ｏを中心とした円盤状に形成され、後端外周部には外周側に円弧状に突出するようにリングビット２の挿入溝２Ｄおよび取付溝２Ｅと同数（本実施形態では３つ）の取付片７Ａが周方向に等間隔に形成されている。これらの取付片７Ａは、リングビット２の挿入溝２Ｄに先端側から挿入可能であるとともに、取付溝２Ｅに嵌め入れ可能な大きさとされており、挿入溝２Ｄに挿入されて先端側を向く底面に当接したところでセンタービット７を掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転させることにより、取付片７Ａが取付溝２Ｅに嵌め入れられてセンタービット７が位置決めされる。

【0027】

さらに、これらの取付片７Ａを除いた部分のセンタービット７の軸線Ｏからの半径は、リングビット２の内周部が先端面に開口した部分のうち挿入溝２Ｄを除く部分に嵌め入れ可能な大きさとされている。また、センタービット７の外周面には、上述のように取付片７Ａが取付溝２Ｅに嵌め入れられて位置決めされた状態で、リングビット２のピン挿入孔２Ｃと同軸となるピン挿入孔２Ｃと同数（本実施形態では３つ）のピン取付孔７Ｂが形成されている。

【0028】

さらにまた、センタービット７の後端面には、開閉バルブ６の先端面の先端側に一段突出した有底円筒状の中央部が嵌め入れ可能な大きさの断面円形の凹所７Ｃが形成されている。また、この凹所７Ｃの後端側を向く底面からセンタービット７の先端面にかけては、本実施形態におけるセンタービット７の内周貫通部として、開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａと同数（本実施形態では３つ）の断面円形のビット内周貫通孔７Ｄが周方向に等間隔に形成されている。これらのビット内周貫通孔７Ｄは先端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜していて、凹所７Ｃの上記底面へのビット内周貫通孔７Ｄの開口部の中心は、軸線Ｏからの半径がバルブ内周貫通孔６Ａの中心の軸線Ｏからの半径と等しくされている。

【0029】

さらに、センタービット７の先端面における各ビット内周貫通孔７Ｄの開口部からセンタービット７の外周面にかけては、先端排出溝７Ｅが軸線Ｏに対する径方向に延びるように形成されるとともに、センタービット７の外周面には先端面から後端面にかけて、本実施形態におけるセンタービット７の外周貫通部として、先端部が先端排出溝７Ｅの外周に連通する先端排出溝７Ｅよりも周方向に幅広の外周排出溝７Ｆが形成されている。これらの外周排出溝７Ｆは、上述のように取付片７Ａが取付溝２Ｅに嵌め入れられてセンタービット７が位置決めされた状態で、リングビット２の挿入溝２Ｄと周方向に重なり合うように配設される。

【0030】

さらにまた、これらの外周排出溝７Ｆの外周側を向く底面は後端側に向かうに従い内周側に向かって傾斜するように形成されていて、センタービット７の後端面において外周排出溝７Ｆは周方向に延びる長方形状に開口している。このセンタービット７の後端面における外周排出溝７Ｆの上記底面までの軸線Ｏからの距離は、開閉バルブ６の先端面外周部へのバルブ外周貫通孔６Ｃの開口部の内周縁までの軸線Ｏからの距離と略等しくされている。

【0031】

なお、センタービット７の後端面における外周排出溝７Ｆの開口部は、周方向の長さがバルブ外周貫通孔６Ｃの周方向の長さよりも長くされている。さらに、センタービット７の先端面には、ビット内周貫通孔７Ｄおよび外周排出溝７Ｆの開口部と先端排出溝７Ｅを避けるようにして、超硬合金等の硬質材料よりなる掘削チップ５が複数（多数）植え込まれている。

【0032】

このようなリングビット２に開閉バルブ６およびセンタービット７は、開閉バルブ６の先端面外周部の後端面をリングビット２のバルブ当接面２Ｆに当接させるとともに、開閉バルブ６の突部６Ｂをリングビット２の周方向に隣接する係合凸部２Ｇの間に収容し、次いでセンタービット７を、その上記凹所７Ｃに開閉バルブ６の先端面中央部を嵌め入れつつリングビット２の先端部に収容し、さらに上述のように位置決めした状態で、ピン挿入孔２Ｃに挿入したスプリングピン８をピン取付孔７Ｂに取り付けることにより、センタービット７はリングビット２の先端中央部に装着されて固定され、また開閉バルブ６は突部６Ｂが周方向に隣接する係合凸部２Ｇの間で掘削時の工具回転方向Ｔとその反対側とに回転可能とされた状態で、一体に組み付けられる。

【0033】

このようなリングビット２、開閉バルブ６、およびセンタービット７を回転させるパイロット９は、鋼材等によって軸線Ｏを中心とした多段の円筒状に形成され、その後端部は小径のシャンク部９Ａとされて図示されないダウンザホールハンマーが取り付けられる。さらに、このダウンザホールハンマの後端部には、やはり図示されない掘削ロッドが必要に応じて継ぎ足されて連結されるとともに、最後端の掘削ロッドには掘削装置が連結される。

【0034】

この掘削装置からは、掘削ロッド、ダウンザホールハンマ、およびパイロット９を介して軸線Ｏ回りの回転力がリングビット２、開閉バルブ６、およびセンタービット７に与えられるとともに、軸線Ｏ方向先端側への推力がリングビット２とケーシングトップ１Ａに与えられる。さらに、ダウンザホールハンマからは軸線Ｏ方向先端側への打撃力がリングビット２とケーシングトップ１Ａに与えられる。

【0035】

このパイロット９の先端部の外周面は、先端側に向かうに従い外径が小さくなる４段の多段円筒面状に形成されていて、最も大径となる最後端の第１段部９Ｂの外径は、ケーシングパイプ１内に挿入可能な大きさで、ケーシングトップ１Ａの後端部の内径よりは大きくされている。この第１段部９Ｂの先端面は、ケーシングトップ１Ａのケーシングテーパ面１Ｂと等しいテーパ角で内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜する第１テーパ面９Ｃとされている。

【0036】

また、第１段部９Ｂの先端側に連なる第１段部９Ｂよりも小径の第２段部９Ｄと、この第２段部９Ｄの先端側の第２段部よりも外径が僅かに小さな第３段部９Ｅとの間には、軸線Ｏ方向の幅がリングビット２の抜け止め壁部２Ｈの軸線Ｏ方向の厚さよりも僅かに大きな環状の抜け止め溝部９Ｆが形成されている。この抜け止め溝部９Ｆによって形成される第２段部９Ｄの先端面は、リングビット２のリングビットテーパ面２Ｊと等しいテーパ角で内周側に向かうに従い先端側に向かうように傾斜する第２テーパ面９Ｇとされ、上記第１テーパ面９Ｃをケーシングテーパ面１Ｂに当接させた状態で、リングビットテーパ面２Ｊと当接可能とされている。

【0037】

さらに、この第２段部９Ｄの先端側の上記第３段部９Ｅの外径は、リングビット２の係合凸部２Ｇおよび抜け止め壁部２Ｈの内径よりは大きく、リングビット２の上記挿通溝２Ｉの内径よりは僅かに小さくされている。さらにまた、パイロット９の先端部で外径が最も小さくなる第４段部９Ｈの外周面は軸線Ｏを中心とした円筒面状とされており、この第４段部９Ｈは上述のように第１テーパ面９Ｃをケーシングテーパ面１Ｂに当接させるとともに第２テーパ面９Ｇをリングビットテーパ面２Ｊと当接させた状態で、図１に示すように開閉バルブ６の有底円筒状に形成された先端面中央部に後端側から嵌め入れ可能な大きさとされている。

【0038】

また、パイロット９の先端部外周には、上記第３段部９Ｅの先端から第１段部９Ｂに亙って、開閉バルブ６の突部６Ｂと同数（本実施形態では３つ）の断面略方形の凹溝部９Ｉが周方向に等間隔に軸線Ｏ方向に延びるように形成されており、これらの凹溝部９Ｉはパイロット９の第３段部９Ｅの先端部では開閉バルブ６の上記突部６Ｂが嵌め入れ可能な大きさとされている。さらに、この凹溝部９Ｉは、突部６Ｂが嵌め入れ可能とされた第３段部９Ｅの先端部よりも後端側では、その外周側を向く底面が後端側に向かうに従い外周側に向かうように傾斜していて、大径の第１段部９Ｂを越えた位置でパイロット９の先端部の外周側に切れ上がっている。

【0039】

さらにまた、第３段部９Ｅの先端部外周には、凹溝部９Ｉから掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に延びるように係合凹部９Ｊが第３段部９Ｅの全長に亙って軸線Ｏ方向に延びるように形成されており、この係合凹部９Ｊはリングビット２の係合凸部２Ｇを収容可能な大きさとされている。また、第３段部９Ｅの先端から抜け止め溝部９Ｆまでの軸線Ｏ方向の長さは、リングビット２のバルブ当接面２Ｆから抜け止め壁部２Ｈまでの軸線Ｏ方向の長さよりも僅かに短くされている。

【0040】

さらに、係合凹部９Ｊとその掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する凹溝部９Ｉとの間の第３段部９Ｅの周方向の幅は、リングビット２の挿通溝２Ｉの周方向の幅よりも僅かに小さくされており、上述のように第３段部９Ｅの外径が挿通溝２Ｉにおけるリングビット２の内周部の内径よりは僅かに小さくされていることから、凹溝部９Ｉによって図２に示すように周方向に３つに分けられた第３段部９Ｅをリングビット２の挿通溝２Ｉに位置させることにより、パイロット９は軸線Ｏ方向にリングビット２に対して挿脱可能とされる。

【0041】

また、パイロット９の内周部はブロー孔１０とされており、このブロー孔１０はパイロット９のシャンク部９Ａから第３段部９Ｅの先端部までは一定の内径で、第３段部９Ｅの先端部から先端側に向けては内径が漸次大きくなって第４段部９Ｈの先端面に開口するように形成されている。さらに、パイロット９の先端部においてブロー孔１０から各凹溝部９Ｉに向けては後端側に向かうに従い外周側に向かうブロー孔１０よりも小径の第１分岐孔１０Ａがそれぞれ形成されるとともに、これらの第１分岐孔１０Ａよりも先端側でブロー孔１０から各係合凹部９Ｊに向けては先端側に向かうに従い外周側に向かう第１分岐孔１０Ａよりも小径の第２分岐孔１０Ｂがそれぞれ形成されている。

【0042】

このように構成される掘削工具においては、上述のように開閉バルブ６とセンタービット７が一体に組み付けられたリングビット２をケーシングトップ１Ａに取り付け、開閉バルブ６の突部６Ｂをリングビット２の周方向において隣接する挿入溝２Ｄの間に位置させる。次いで、パイロット９の第３段部９Ｅの係合凹部９Ｊとその掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する凹溝部９Ｉとの間の部分を、周方向においてリングビット２の挿通溝２Ｉの位置に配設してパイロット９の先端部をケーシングパイプ１の後端側からケーシングトップ１Ａおよびリングビット２の内周部に挿入してゆく。

【0043】

すると、このパイロット９の第３段部９Ｅの外径はリングビット２の挿通溝２Ｉの内径よりは僅かに小さく、また第３段部９Ｅの係合凹部９Ｊとその掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に隣接する凹溝部９Ｉとの間の周方向の幅もリングビット２の挿通溝２Ｉの周方向の幅よりも僅かに小さくされているので、この第３段部９Ｅは挿通溝２Ｉを通り抜けて図１に示すように軸線Ｏ方向においてバルブ当接面２Ｆと抜け止め壁部２Ｈとの間に位置し、これに伴いパイロット９の第１テーパ面９ＣがケーシングトップＡのケーシングテーパ面１Ｂに、第２テーパ面９Ｇがリングビット２のリングビットテーパ面２Ｊにそれぞれ当接させられて軸線Ｏ方向の先端側に係合し、さらにパイロット９の第４段部９Ｈが開閉バルブ６の先端面中央部に後端側から嵌め入れられる。

【0044】

このとき、パイロット９の凹溝部９Ｉは、周方向においてリングビット２の周方向において隣接する挿入溝２Ｄの間に位置するので、同じく隣接する挿入溝２Ｄの間に位置した開閉バルブ６の突部６Ｂが凹溝部９Ｉの先端部に嵌め入れられる。そこで、この状態からパイロット９を掘削時の工具回転方向Ｔに回転させると、リングビット２の抜け止め壁部２Ｈがパイロット９の抜け止め溝部９Ｆに収容されてリングビット２がパイロット９およびケーシングトップ１Ａおよびケーシングパイプ１に対して軸線Ｏ方向に抜け止めされるとともに、第３段部９Ｅが抜け止め壁部２Ｈの先端側に位置し、さらにパイロット９を回転させると第３段部９Ｅの係合凹部９Ｊにリングビット２の係合凸部２Ｇが収容されて当接し、リングビット２とパイロット９とが掘削時の工具回転方向Ｔに係合する。

【0045】

このようにリングビット２とパイロット９とが掘削時の工具回転方向Ｔに係合した状態で、図３に示すように開閉バルブ６の内周貫通部であるバルブ内周貫通孔６Ａはセンタービット７の内周貫通部であるビット内周貫通孔７Ｄと重なり合ってパイロット９内周部のブロー孔１０に連通するとともに、開閉バルブ６の突部６Ｂに形成された外周貫通部であるバルブ外周貫通孔６Ｃもセンタービット７の外周貫通部である外周排出溝７Ｆと重なり合ってパイロット９の外周部とリングビット２およびケーシングパイプ１の内周部との間の空間に凹溝部９Ｉを介して連通する。

【0046】

すなわち、開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａとセンタービット７のビット内周貫通孔７Ｄとは同位相に配置され、開閉バルブ６のバルブ外周貫通孔６Ｃとセンタービット７の外周排出溝７Ｆとは、それぞれ軸線Ｏに対する径方向と周方向において同位相の位置に配置されている。なお、このとき、バルブ外周貫通孔６Ｃはリングビット２の挿入溝２Ｄとも周方向に重なり合う。

【0047】

そこで、この状態で、上記掘削装置から掘削ロッドおよびダウンザホールハンマを介してパイロット９のブロー孔１０に圧縮空気や高圧水を供給し、重なり合ったバルブ内周貫通孔６Ａおよびビット内周貫通孔７Ｄからセンタービット７およびリングビット２の先端に噴出させつつ、掘削装置からの回転力および推力とダウンザホールハンマからの打撃力を与えることにより、リングビット２とセンタービット７の掘削チップ５によって削孔しながら、削孔によって生じた繰り粉を除去することができる。なお、このとき、ケーシングパイプ１とケーシングトップ１Ａはパイロット９と当接しているだけであるので、回転力が伝達されることはない。

【0048】

また、除去された繰り粉は、重なり合った外周排出溝７Ｆ、挿入溝２Ｄおよびバルブ外周貫通孔６Ｃから凹溝部９Ｉを介してパイロット９の外周部とリングビット２およびケーシングパイプ１の内周部との間の空間に排出されるので、さらにケーシングパイプ１とダウンザホールハンマおよび掘削ロッドとの間を通して後端側の地上部に排出することができる。

【0049】

そして、所定の深さまで掘削孔が削孔された後は、パイロット９を掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転させることにより、パイロット９と係合した開閉バルブ６も掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転し、掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に位置決めされる。この状態で、図４に示すように開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａおよびバルブ外周貫通孔６Ｃとセンタービット７のビット内周貫通孔７Ｄおよび外周排出溝７Ｆとは重なり合わずに閉塞される。

【0050】

従って、上記構成の掘削工具においては、このように開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａおよびバルブ外周貫通孔６Ｃとセンタービット７のビット内周貫通孔７Ｄおよび外周排出溝７Ｆとが閉塞された状態で、リングビット２やケーシングパイプ１の内周部に水が浸入するのが防がれて止水される。このため、水分を多く含んだ崩壊性軟弱地盤を掘削する場合でも、削孔後に水がリングビット２やケーシングパイプ１の内周部に浸入することを防止することができ、ケーシングパイプ１内に冷却材を循環させることによって崩壊性軟弱地盤を確実に凍結させて補強することが可能となる。

【0051】

また、本実施形態では、凹溝部９Ｉによって周方向に３つに分けられた第３段部９Ｅをリングビット２の挿通溝２Ｉに位置させることにより、パイロット９は軸線Ｏ方向にリングビット２に対して挿脱可能とされており、上述のようにパイロット９が掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転して開閉バルブ６とともに掘削時の工具回転方向Ｔとは反対側に位置して第３段部９Ｅが挿通溝２Ｉの位置にあるときには、図４に示したように開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａおよびバルブ外周貫通孔６Ｃとセンタービット７のビット内周貫通孔７Ｄおよび外周排出溝７Ｆとが重なり合わずに閉塞された状態となる。

【0052】

従って、こうして開閉バルブ６のバルブ内周貫通孔６Ａおよびバルブ外周貫通孔６Ｃとセンタービット７のビット内周貫通孔７Ｄおよび外周排出溝７Ｆとが閉塞された状態で、パイロット９はリングビット２およびケーシングパイプ１の内周から後端側に引き抜き可能とされるので、開閉バルブ６によって止水した状態のままパイロット９とダウンザホールハンマおよび掘削ロッドとを回収することができる。このため、これらパイロット９とダウンザホールハンマおよび掘削ロッドの再利用を図ることができ、効率的かつ経済的である。

【0053】

さらに、本実施形態では、開閉バルブ６の後端外周部に後端側に突出する突部６Ｂが形成されており、この突部６Ｂがパイロット９の外周部に形成された凹溝部９Ｉに挿入されることによって開閉バルブ６とパイロット９とが軸線Ｏ回りに係合可能とされている。そして、開閉バルブ６の外周貫通部であるバルブ外周貫通孔６Ｃはこの突部６Ｂに形成されているので、パイロット９と開閉バルブ６を確実に軸線Ｏ回りに係合させることができるとともに、凹溝部９Ｉを介して開閉バルブ６のバルブ外周貫通孔６Ｃをパイロット９の外周部とリングビット２およびケーシングパイプ１の内周部との間の空間に容易に連通させることができ、削孔時には円滑な繰り粉の排出を図ることが可能となる。

【0054】

さらにまた、本実施形態では、リングビット２の後端部外周に形成された環状溝２Ｂには、ケーシングトップ１Ａの環状凸部１Ｃよりも先端側の内周面に密着するゴム等の弾性部材よりなるＯリング４がケーシングトップ１Ａ（ケーシングパイプ１）との間に介装されている。このため、ケーシングトップ１Ａ（ケーシングパイプ１）と、このケーシングトップ１Ａに対して軸線Ｏ回りに回転させられるリングビット２との間から水が侵入するのも防ぐことができ、一層確実にリングビット２およびケーシングパイプ１の内周を止水することが可能となる。

【0055】

また、地盤から染み出た水分の圧力によってセンタービット７が開閉バルブ６やリングビット２に押し付けられたり、リングビット２がケーシングトップ１Ａに押し付けられたりすることにより、これらの部材の密着性が増して隙間が塞がれ、ケーシングパイプ１内への水分の浸入をさらに確実に防止することも期待できる。

【0056】

次に、図１５ないし図１８は、図１ないし図１４に示した実施形態の変形例を示すものであり、図１ないし図１４に示した実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。この変形例においては、上記実施形態に対して主に開閉バルブ６の形状が異なっている。

【0057】

すなわち、上記実施形態の開閉バルブ６においては、開閉バルブ６の外周貫通孔としてのバルブ外周貫通孔６Ｃが、開閉バルブ６の先端面の外周部から突部６Ｂの後端面にかけて、後端側に向かうに従い内周側に向かうように傾斜して形成されていたのに対し、この変形例では、突部６Ｂは開閉バルブ６の後端面の内周側に上記実施形態と比べて径方向の厚さが薄く形成されており、バルブ外周貫通孔６Ｃは、この突部６Ｂの外周側に、軸線Ｏに沿った断面において図１８に示すように該軸線Ｏと平行に延びて開閉バルブ６を貫通している。

【0058】

また、上記実施形態では、バルブ外周貫通孔６Ｃは、軸線Ｏ方向から見て図８および図９に示したように軸線Ｏを中心とした円の接線に沿って直線状に開閉バルブ６の周方向に延びる長円状であったのに対し、この変形例では、バルブ外周貫通孔６Ｃは軸線Ｏ方向から見て図１７に示すように軸線Ｏを中心とする円弧に沿って周方向に延びる長円状に形成されている。このような変形例の掘削工具でも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0059】

なお、上記実施形態および変形例では、本発明を、水分を多く含んだ崩壊性軟弱地盤を削孔する掘削工具に適用する場合について説明したが、例えば海底や湖底、あるいは川底等の他の水分を多く含む地盤にケーシングパイプを打設する掘削工具に本発明を適用することも可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ ケーシングパイプ
１Ａ ケーシングトップ
２ リングビット
２Ｇ 係合凸部
２Ｈ 抜け止め壁部
４ Ｏリング
５ 掘削チップ
６ 開閉バルブ
６Ａ バルブ内周貫通孔（開閉バルブ６の内周貫通部）
６Ｂ 突部
６Ｃ バルブ外周貫通孔（開閉バルブ６の外周貫通部）
７ センタービット
７Ｄ ビット内周貫通孔（センタービット７の内周貫通部）
７Ｆ 外周排出溝（センタービット７の外周貫通部）
９ パイロット
９Ｆ 抜け止め溝部
９Ｉ 凹溝部
９Ｊ 係合凹部
１０ ブロー孔（パイロット９の内周部）
Ｏ ケーシングパイプ１の軸線
Ｔ 掘削時の工具回転方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】