(57)【要約】【課題】工具剛性を確保して掘削効率の向上と硬い岩盤での削孔を可能とするとともに工具寿命を延長し、さらには高周波数用のハンマーを用いた削孔にも使用を可能とする。【解決手段】軸線Ｏ回りに回転されるとともに軸線Ｏ方向先端側への打撃力が与えられるシャンクデバイス１の先端部に、軸線Ｏから外周側に離れたビット中心線Ｌ回りに回転可能なビットヘッド３が取り付けられており、ビットヘッド３はシャンクデバイス１に対して、ビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面によりテーパー嵌合可能とされている。【選択図】図１
2018044285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転されるとともに該軸線方向先端側への打撃力が与えられるシャンクデバイスの先端部に、上記軸線から外周側に離れたビット中心線回りに回転可能なビットヘッドが取り付けられており、
上記ビットヘッドは上記シャンクデバイスに対して、上記ビット中心線に対して傾斜した傾斜面によりテーパー嵌合可能とされていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
上記ビットヘッドは上記シャンクデバイスに対して、上記軸線方向後端側に向けてテーパー嵌合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】
上記ビットヘッドには上記シャンクデバイスの孔部に挿入される軸部が備えられ、この軸部の外周面が後端側に向かうに従い漸次縮径する上記ビット中心線に対して傾斜した上記傾斜面とされ、
上記シャンクデバイスの孔部は、該シャンクデバイスに取り付けられる中間部材に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】
上記ビットヘッドは上記シャンクデバイスに対して、削孔時の上記シャンクデバイスの回転方向とは反対側に向けてテーパー嵌合可能と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、軸線回りに回転されるとともに該軸線方向先端側への打撃力が与えられるシャンクデバイスの先端部に、上記軸線から外周側に離れたビット中心線回りに回転可能なビットヘッドが取り付けられた掘削工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような掘削工具として、例えば特許文献１、２には、軸線回りに回転されるとともに軸線方向先端側への打撃力が与えられるシャンクデバイスの先端部外周にシャンクデバイスの先端面に開口する凹部が形成され、この凹部には、縮径した状態で該凹部内に収容可能、かつ上記軸線から偏心した中心軸回りに回転可能とされて上記凹部の壁面に当接することにより該軸線からの外径が上記シャンクデバイスの先端部の外径よりも拡径した状態で位置決めされる拡径ビット（ビットヘッド）が取り付けられた掘削工具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３４７１号公報
【特許文献２】特開２００６−０３７６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような掘削工具は、ビットヘッドを拡径、縮径させるために、シャンクデバイスの先端面に形成された孔部にビットヘッドの軸部を嵌め入れて、ビットヘッドが抜け外れないように軸部に形成された溝にピンを挿入して係止した構成とされており、部品が多くなるので工具剛性を確保するのが困難となる。このため、掘削効率を向上させることも困難であるとともに、比較的柔らかい岩盤の削孔に使用条件が限定されざるを得ないという問題があった。
【０００５】
また、上記孔部と軸部の嵌め合いは、ビットヘッドを回転させるために隙間嵌めとされており、シャンクデバイスに与えられた打撃力が、上記孔部の孔底面と軸部の後端面や上記凹部の底面と軸部の先端に設けられるヘッド部の後端面が当接してビットヘッドに伝達される度に、僅かな距離ではあるが軸部は孔部内を頻繁に進退して振動することになる。このため、軸部の外周面や孔部の内周面に摩擦が生じ、その摩擦熱によって軸部に焼き付きが生じるおそれもある。
【０００６】
さらに、このように孔部と軸部の嵌め合いが隙間嵌めであると、この隙間に細かい土砂が進入して軸部の外周面や孔部の内周面の摩耗も促進され、ビットヘッドにがたつきが生じたり、工具剛性が一層低下して場合によっては軸部の折損を生じるおそれもある。そして、これら摩擦や摩耗の問題は、特に近年の打撃力は小さく抑えつつ打撃の周期を短くして削孔を行う高周波数用のハンマーを用いた掘削において、打撃の頻度が例えば２倍くらいに高くなるために顕著となる。
【０００７】
本発明は、このような背景の下になされたもので、工具剛性を確保して掘削効率の向上と硬い岩盤での削孔を可能とするとともに工具寿命を延長し、さらには高周波数用のハンマーを用いた削孔にも使用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】
【０００８】
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、軸線回りに回転されるとともに該軸線方向先端側への打撃力が与えられるシャンクデバイスの先端部に、上記軸線から外周側に離れたビット中心線回りに回転可能なビットヘッドが取り付けられており、上記ビットヘッドは上記シャンクデバイスに対して、上記ビット中心線に対して傾斜した傾斜面によりテーパー嵌合可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成の掘削工具においては、このようにビット中心線に対して傾斜した傾斜面によってビットヘッドをシャンクデバイスに対してテーパー嵌合可能とすることにより、削孔時にはビットヘッドとシャンクデバイスとを強固に一体化することができて、工具剛性の向上を図ることができる。このため、掘削効率も向上させることができるとともに、硬い岩盤でも削孔が可能となり、さらにはシャンクデバイスに与えられる打撃力によってビットヘッドが振動することもなくなって摩擦や摩耗を抑制することができ、高周波数用のハンマーを用いた掘削にも使用が可能となる。
【００１０】
ここで、このような傾斜面によってビットヘッドをシャンクデバイスにテーパ嵌合可能とするには、第１に、上記ビットヘッドを上記シャンクデバイスに対して、上記軸線方向後端側に向けてテーパー嵌合可能とすればよい。例えば、ビットヘッドに、上記シャンクデバイスの孔部に挿入される軸部を備えて、この軸部の外周面を後端側に向かうに従い漸次縮径するビット中心線に対して傾斜した傾斜面であるテーパー面とすることにより、削孔時に岩盤からシャンクデバイスの軸線方向後端側に向けて抵抗が作用すると、このテーパー面がシャンクデバイスの孔部内周面に押圧されてテーパー嵌合し、ビットヘッドとシャンクデバイスとが強固に一体化される。
【００１１】
なお、こうしてビットヘッドの軸部に傾斜面を設けることにより、ビットヘッドをシャンクデバイスに対して軸線方向後端側に向けてテーパー嵌合可能とする場合には、シャンクヘッドの孔部の内周面も軸部の外周面の傾斜に合わせて後端側に向かうに縮径するテーパー孔とされるが、このようなシャンクデバイスの孔部は、該シャンクデバイスに取り付けられる中間部材に形成してもよい。テーパー孔部が万一損傷した場合でも、中間部材を交換することでシャンクデバイスの寿命を確保することができる。
【００１２】
また、このようにビットヘッドをシャンクデバイスに対して軸線方向後端側に向けてテーパー嵌合可能とするのに代えて、あるいはこれと併せて、第２に、上記ビットヘッドを上記シャンクデバイスに対して、削孔時のシャンクデバイスの回転方向とは反対側に向けてテーパー嵌合可能としてもよい。例えば、ビットヘッドがヘッド部を備えている場合には、このヘッド部の削孔時のシャンクデバイスの回転方向とは反対側を向く側面に凸部を形成するとともに、シャンクデバイスにはこの凸部を収容する凹部を形成し、凸部の後端面と凹部の底面をビット中心線に垂直とする一方、凸部の先端面と凹部の底面に対向する天井面とを上記回転方向とは反対側に向かうに従い後端面と底面に近づく上記傾斜面とすることにより、ヘッド部が拡径した状態で凸部の先端面と凹部の天井面が密着してビットヘッドがシャンクデバイスにテーパー嵌合する。また、このときビット中心線を軸線方向後端側に向かうに従い削孔時の回転方向側に向かうように傾斜させれば、ビットヘッドはシャンクデバイスに対して軸線方向後端側と回転方向とは反対側とに向けてテーパー嵌合可能とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、工具剛性の向上に伴って掘削効率の向上を図ることができるとともに、摩擦や摩耗を抑えて工具寿命を延長することができ、硬い岩盤の削孔や高周波数用のハンマーを用いた掘削にも使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側断面図である。
【図２】図１に示す実施形態のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図３】図１に示す実施形態の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【図４】図１に示す実施形態の第１変形例を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側断面図である。
【図５】図４に示す変形例のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図６】図４に示す変形例の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【図７】図１に示す実施形態の第２変形例を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側断面図である。
【図８】図７に示す変形例のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図９】図７に示す変形例の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【図１０】図１に示す実施形態の第３変形例を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側断面図である。
【図１１】図１０に示す変形例のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図１２】図１０に示す変形例の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図、（ｃ）側断面図、（ｄ）後端側から見た斜視図である。
【図１４】図１３に示す実施形態のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）平面図である。
【図１５】図１３に示す実施形態の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの先端側から見た他の斜視図、（ｄ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態を示すビットヘッドが拡径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）図（ｂ）における矢線Ｘ方向視の部分正面図、（ｄ）先端側から見た斜視図、（ｅ）後端側から見た斜視図である。
【図１７】図１６に示す実施形態のビットヘッドが縮径した状態の（ａ）正面図、（ｂ）側面図、（ｃ）図（ｂ）における矢線Ｘ方向視の部分正面図、（ｄ）先端側から見た斜視図である。
【図１８】図１６に示す実施形態の（ａ）シャンクデバイスの斜視図、（ｂ）ビットヘッドの先端側から見た斜視図、（ｃ）ビットヘッドの先端側から見た他の斜視図、（ｄ）ビットヘッドの後端側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜図３は、本発明の第１の実施形態を示すものである。本実施形態において、シャンクデバイス１は、その本体が鋼材等の金属材料により軸線Ｏを中心として先端部が後端部よりも一段大径とされた外形多段の円柱状または円盤状に形成されており、このうち後端部には、シャンクデバイス１の後端面に開口して先端側に向かうに従い漸次縮径する軸線Ｏを中心としたテーパー雌ネジ部１ａが形成されている。このようなシャンクデバイス１は、このテーパー雌ネジ部１ａにねじ止めされる図示されないロッドを介して同じく図示されない例えば高周波数用のハンマーに連結されて、削孔時には軸線Ｏ方向先端側に向けた打撃力と必要に応じて推力とが与えられるとともに、軸線Ｏ回りに工具回転方向Ｔに回転させられる。
【００１６】
シャンクデバイス１の先端外周部には複数（本実施形態では３つ）の凹所２が周方向に等間隔に形成されていて、これらの凹所２にビットヘッド３が軸線Ｏから外周側に離れたビット中心線Ｌ回りに回転可能にそれぞれ取り付けられている。削孔時にシャンクデバイス１が工具回転方向Ｔに回転させられたときには、図１に示すようにビットヘッド３が工具回転方向Ｔと反対側に回転してビットヘッド３の軸線Ｏからの外径が拡径させられ、削孔終了後にシャンクデバイス１が工具回転方向Ｔと反対側に回転させられたときには、図２に示すようにビットヘッド３が工具回転方向Ｔに回転してビットヘッド３の軸線Ｏからの外径が縮径させられ、凹所２内に収容される。
【００１７】
凹所２は、軸線Ｏ方向先端側から見てシャンクデバイス１の周方向に延びる略長方形状に形成され、その軸線Ｏ方向先端側を向く底面の工具回転方向Ｔとは反対側には上記ビット中心線Ｌを中心とした孔部２ａが形成されている。ここで、この第１の実施形態では、この凹所２の上記底面にビット中心線Ｌを中心とする一定内径の孔が形成され、この孔に有底円筒状の中間部材４が圧入や焼き嵌め、冷やし嵌め、あるいは接着やネジ嵌合等によって取り付けられており、この中間部材４の内周部が孔部２ａとされている。中間部材４は、例えばビットヘッド３の本体を形成する鋼材等の金属材料よりも硬質な鋼材等により形成される。
【００１８】
そして、この孔部２ａの内周面は、本実施形態では軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い漸次縮径するビット中心線Ｌを中心とした凹円錐台面状に形成されていて、すなわちビット中心線Ｌに対して一定の傾斜角αで傾斜した傾斜面とされている。なお、第１の実施形態において、ビット中心線Ｌは、後述する第１〜第３変形例も含めて軸線Ｏに平行である。また、孔部２ａの軸線Ｏ方向先端側を向く底面と孔部２ａが開口する部分の凹所２の底面は、軸線Ｏに垂直である。
【００１９】
さらに、凹所２の工具回転方向Ｔを向く壁面とシャンクデバイス１の外周側を向く壁面とが交差する隅角部は、ビット中心線Ｌを中心とする凹円筒面状に形成されており、シャンクデバイス１の外周部からこの隅角部に向けては係止ピン５が軸線Ｏに垂直な面内で挿入されて固定されている。ここで、この係止ピン５の胴部は部分的にこの隅角部内に突出して露出している。
【００２０】
また、シャンクデバイス１の一段大径とされた先端部の外周後端側には、さらに大径な段部１ｂが形成されており、この段部１ｂの軸線Ｏ方向先端側を向く先端面は、外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かうように傾斜する凸円錐台面状に形成されている。さらに、凹所２の工具回転方向Ｔ側の部分の底面には、外周側に向かうに従い溝深さが深くなる繰り粉の排出溝１ｃが形成されており、この排出溝１ｃはシャンクデバイス１の先端部外周で軸線Ｏに平行に延びて該先端部の後端面に開口している。
【００２１】
さらにまた、上記テーパー雌ネジ部１ａの軸線Ｏ方向後端側を向く底面から先端側に向けては軸線Ｏに沿ってブロー孔１ｄが形成されている。このブロー孔１ｄは、シャンクデバイス１の先端部において軸線Ｏ方向先端側に向かうに従い外周側に向かうように複数に分岐して、上記排出溝１ｃの軸線Ｏ方向先端側を向く底面と、凹所２の工具回転方向Ｔとは反対側を向く壁面と外周側を向く壁面とが交差する隅角部に開口している。
【００２２】
また、シャンクデバイス１の先端面は、その外周部が外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かう円錐台面状のゲージ部とされるとともに、中央部は軸線Ｏに垂直なフェイス面とされている。そして、これらゲージ面とフェイス面には、シャンクデバイス１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６が、ゲージ面とフェイス面とにそれぞれ垂直に植設されている。
【００２３】
このようなシャンクデバイス１に取り付けられるビットヘッド３は、その本体が上述のように鋼材のような金属材料により軸部３ａとヘッド部３ｂとが一体に形成されて構成されている。そして、軸部３ａは、シャンクデバイス１の上記孔部２ａにビット中心線Ｌと同軸に挿入可能とされており、すなわちこの軸部３ａの外周面は、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い漸次縮径するビット中心線Ｌを中心とした凸円錐台面状に形成されていて、ビット中心線Ｌに対して一定の傾斜角αで傾斜した傾斜面とされており、この傾斜角αは孔部２ａの内周面がビット中心線Ｌに対してなす傾斜角αと等しくされて、孔部２ａにテーパー嵌合可能とされている。
【００２４】
また、ヘッド部３ｂは、この軸部３ａの先端部に設けられて厚肉板状をなしており、ビット中心線Ｌに平行な側面を有している。このヘッド部３ｂの側面は、軸線Ｏ方向先端側から見て、ビット中心線Ｌを中心とする半円弧状部分と、この半円弧の両端から延びる２つの延長部分と、これらの延長部分の半円弧状部分とは反対の端部同士を結ぶ、半円弧状部分よりも半径の大きい大径円弧状部分とを備えている。
【００２５】
このうち、半円弧状部分の側面は、上述のように軸部３ａを孔部２ａに挿入してビット中心線Ｌと同軸とした状態で、凹所２の工具回転方向Ｔを向く壁面とシャンクデバイス１の外周側を向く壁面とが交差する隅角部がなす凹円筒面に摺接可能な半径とされている。また、この側面には、軸部３ａを孔部２ａに挿入した状態でビット中心線Ｌ方向において凹所２の上記隅角部に突出して露出した係止ピン５の位置に、断面長円弧状の係止溝３ｃがビット中心線Ｌに垂直な平面に沿って形成されており、この係止溝３ｃのビット中心線Ｌ方向の幅は、露出した係止ピン５のビット中心線Ｌ方向の幅よりも僅かに大きくされている。
【００２６】
従って、ビットヘッド３は、その軸部３ａを係止ピン５が挿入されていないシャンクデバイス１の孔部２ａに挿入しただけの状態では、軸部３ａの外周面が孔部２ａの内周面に摺接しつつ上述のようにビット中心線Ｌ回りに回転可能である。そして、この状態で係止ピン５を挿入することにより、凹所２内に突出して露出した係止ピン５の胴部が係止溝３ｃと係合して、ビットヘッド３は回転可能なまま軸線Ｏ方向先端側に係止されて抜け止めされる。
【００２７】
なお、ヘッド部３ｂの軸線Ｏ方向後端側を向く後端面はビット中心線Ｌに垂直な平面とされており、このように軸部３ａを孔部２ａに挿入しただけの状態やテーパー嵌合させた状態でも、軸部３ａの後端面と孔部２ａの軸線Ｏ方向先端側を向く底面との間、およびヘッド部３ｂの上記後端面と孔部２ａが開口する部分の凹所２の上記底面との間には、僅かな隙間があけられる。
【００２８】
さらに、こうして係止されたビットヘッド３は、ヘッド部３ｂの円弧状部分の側面が凹所２の凹円筒面状の隅角部に摺接しつつ、上述のようにビット中心線Ｌ回りに工具回転方向Ｔとは反対側に回転させられて軸線Ｏからのヘッド部３ｂの外径が拡径させられた状態で、図１（ａ）に示すようにヘッド部３ｂの上記２つの延長部分に連なる側面のうち工具回転方向Ｔとは反対側を向く側面が凹所２の工具回転方向Ｔを向く壁面に当接して位置決めされる。このとき、上記大径円弧状部分に連なる側面は、シャンクデバイス１の先端部よりも大きな半径の軸線Ｏを中心とした円筒面上に配置される。
【００２９】
また、この状態から、ビットヘッド３がビット中心線Ｌ回りに工具回転方向Ｔに回転させられて軸線Ｏからのヘッド部３ｂの外径が縮径させられた状態では、拡径した状態で工具回転方向Ｔに向けられていたヘッド部３ｂの上記延長部分に連なる側面が、図２（ａ）に示すようにシャンクデバイス１の外周側を向く凹所２の壁面に当接させられて位置決めされる。このとき、ビットヘッド３は、ヘッド部３ｂの軸線Ｏからの外径が、シャンクデバイス１の先端部の段部１ｂより先端側の部分の外径以下の外径の円筒面内に位置するように凹所２内に収容される。
【００３０】
さらに、ビットヘッド３のヘッド部３ｂの先端面も、ビットヘッド３が拡径した状態において、その外周部が外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かう円錐台面状のゲージ部とされるとともに、この外周部よりも内周側は軸線Ｏに垂直なフェイス面とされている。なお、このビットヘッド３の先端面のフェイス面とシャンクデバイス１の先端面のフェイス面とは、後述するようにビットヘッド３の軸部３ａがシャンクデバイス１の孔部２ａにテーパー嵌合した状態で面一とされる。
【００３１】
また、こうしてビットヘッド３が拡径した状態で、ヘッド部３ｂの先端面のゲージ面とフェイス面の境界は、軸線Ｏ方向先端側から見て図１（ａ）に示すように、シャンクデバイス１の先端部の段部１ｂより先端側の部分の外周に連なる円弧をなすように配置される。そして、これらゲージ面とフェイス面には、やはりビットヘッド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６が、ゲージ面とフェイス面とにそれぞれ垂直に植設されている。
【００３２】
このように構成される掘削工具は、上述のようにビットヘッド３のヘッド部３ｂが縮径させられた状態で、軸線Ｏを中心とする円筒状のケーシングパイプ７に軸線Ｏ方向後端側から挿入されて、このケーシングパイプ７の先端部に取り付けられた、やはり軸線Ｏを中心とする円筒状のケーシングトップ７ａの内周部からシャンクデバイス１の先端面とビットヘッド３とが軸線Ｏ方向先端側に突出させられる。ここで、ケーシングパイプ７は、シャンクデバイス１先端部の段部１ｂの外径よりも僅かに大きな内径と、拡径した状態のビットヘッド３のヘッド部３ｂの外径よりも小さな外径を有している。
【００３３】
また、ケーシングトップ７ａは、上記段部１ｂの外径よりも小さく、段部１ｂよりも先端側のシャンクデバイス１の外径よりは僅かに大きな内径と、ケーシングパイプ７の外径と等しい外径を有していて、ケーシングパイプ７の先端部に溶接等により接合されて固定されている。従って、このケーシングトップ７ａの内周部はケーシングパイプ７の先端部において内周側に張り出すことになり、この張り出した部分の軸線Ｏ方向後端側を向く後端面は、シャンクデバイス１の段部１ｂの先端面が軸線Ｏに対してなす傾斜角と等しい傾斜角で、外周側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かうように傾斜する凹円錐台面状に形成されている。
【００３４】
このため、上述のようにビットヘッド３のヘッド部３ｂが縮径させられた状態で掘削工具をケーシングパイプ７に同軸に挿入すると、シャンクデバイス１の段部１ｂの上記先端面がケーシングトップ７ａの上記後端面に当接し、これによりケーシングトップ７ａおよびケーシングパイプ７はシャンクデバイス１と一体に軸線Ｏ方向先端側に前進可能とされる。この状態で、シャンクデバイス１の先端面とビットヘッド３がケーシングトップ７ａから軸線Ｏ方向先端側に突出させられる。また、周方向には、段部１ｂの先端面がケーシングトップ７ａの後端面と摺接することにより、ケーシングトップ７ａおよびケーシングパイプ７はシャンクデバイス１と一体には回転しない。
【００３５】
こうしてシャンクデバイス１の先端と縮径したビットヘッド３がケーシングトップ７ａから突出した状態で、これらシャンクデバイス１とビットヘッド３のヘッド部３ｂの先端面を岩盤に押し当てつつ、シャンクデバイス１に工具回転方向Ｔへの回転力を与えると、岩盤との抵抗によってビットヘッド３が工具回転方向Ｔとは反対側に回転して位置決めされ、図１（ｃ）に示すようにヘッド部３ｂの軸線Ｏからの外径がケーシングパイプ７の外径よりも大きくなるように拡径させられる。
【００３６】
そして、さらに上記高周波数用ハンマーからシャンクデバイス１に軸線Ｏ方向先端側に向けた打撃力と、必要に応じて推力を与えると、ビットヘッド３が軸線Ｏ方向後端側に押し込まれて軸部３ａの外周面がシャンクデバイス１の孔部２ａの内周面に強固に密着し、ビットヘッド３がシャンクデバイス１に対してテーパー嵌合させられて一体化される。すなわち、本実施形態では、ビットヘッド３は軸線Ｏ方向の後端側に向けてシャンクデバイス１にテーパー嵌合可能とされる。従って、こうして一体化したシャンクデバイス１からビットヘッド３に打撃力が伝達され、回転力とともに互いの先端面に植設された掘削チップ６によって岩盤に掘削孔が形成されるとともに、この掘削孔に、シャンクデバイス１と軸線Ｏ方向先端側に一体に前進可能とされたケーシングパイプ７が挿入されてゆく。
【００３７】
なお、こうして掘削孔を形成する際には、上記ブロー孔１ｄに圧縮空気等が供給されて排出溝１ｃと凹所２に噴出し、掘削チップ６によって生成された細かい土砂である繰り粉を排出する。また、所定の深さまで掘削孔が形成されて削孔を終了するときには、まずシャンクデバイス１およびビットヘッド３を後退させてヘッド部３ｂの後端面をケーシングトップ７ａの先端に当てることにより、ビットヘッド３を軸線Ｏ方向先端側に押し出してシャンクデバイス１とのテーパー嵌合を解く。
【００３８】
しかる後、ヘッド部３ｂの後端面をケーシングトップ７ａの先端に押し当てたままシャンクデバイス１を削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転させると、ケーシングトップ７ａとの摩擦によってビットヘッド３が上記工具回転方向Ｔとは反対側に回転して位置決めされ、ヘッド部３ｂが凹所２に収容されて軸線Ｏからの外径がシャンクデバイス１の段部１ｂより先端側の部分の外径よりも小さくなるように縮径されるので、この状態でシャンクデバイス１を後退させることにより、掘削工具を回収することができる。なお、ケーシングパイプ７は、そのまま掘削孔に残して掘削孔の崩落防止に利用してもよく、また内周部に補強材を挿入した後に掘削孔から引き抜いて回収してもよい。
【００３９】
このように、上記構成の掘削工具においては、ビットヘッド３のビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面（第１の実施形態では軸部３ａの凸円錐台面状の外周面）によってビットヘッド３がシャンクデバイス１にテーパー嵌合可能とされており、これによって削孔時にはシャンクデバイス１にビットヘッド３を強固に一体化して工具剛性の向上を図ることができる。従って、シャンクデバイス１からビットヘッド３に打撃力を効率的に伝達することが可能となって掘削効率を向上させることができ、たとえ硬い岩盤でも削孔することが可能となる。
【００４０】
また、このシャンクデバイス１からビットヘッド３に伝達される打撃力によってビットヘッド３が振動することもなくなり、打撃力伝達面の摩擦や摩耗によって工具寿命が損なわれるのを防ぐことができる。さらに、このような振動による摩擦や摩耗が抑えられることにより、上述のような高周波数用のハンマーから打撃力を伝達することも可能となり、さらに効率的な削孔を促すこともできる。
【００４１】
さらにまた、本実施形態では、シャンクデバイス１の孔部２ａに挿入されるビットヘッド３の軸部３ａの外周面が、軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い外径が漸次縮径する凸円錐台面状のビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面とされており、この軸部３ａが、同じく軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い内径が漸次縮径するシャンクデバイス１側の凹円錐台面状の孔部２ａの内周面に密着して、シャンクデバイス１にビットヘッド３がテーパー嵌合させられている。このため、従来のようにシャンクデバイス１に与えられた打撃力が孔部２ａの底面と軸部３ａの後端面や凹所２の底面とヘッド部３ｂの後端面を介してビットヘッド３に伝達されることはなく、これら底面と後端面との間に上述のように隙間をあけることができるので、摩擦による損傷をさらに確実に防止することができる。
【００４２】
なお、このようにビットヘッド３の軸部３ａの外周面をシャンクデバイス１側の孔部２ａの内周面に密着させてシャンクデバイス１にビットヘッド３をテーパー嵌合させる場合には、これら内外周面のビット中心線Ｌに対する上記傾斜角（片角）αは３°〜１０°の範囲とされるのが望ましい。この傾斜角αが上記範囲よりも大きいと打撃力によってテーパー嵌合が解かれ易くなってビットヘッド３の振動を防ぐことができなくなるとともに工具剛性の向上を図ることができなくなるおそれがあり、傾斜角αが上記範囲よりも小さいとテーパー嵌合が強くなりすぎてビットヘッド３の拡径、縮径が困難となってしまうおそれがある。
【００４３】
さらに、本実施形態では、孔部２ａが、シャンクデバイス１の凹所２の底面に形成された一定内径の孔に取り付けられた中間部材４に形成されており、ビットヘッド３の拡径、縮径を繰り返すうちに孔部２ａや軸部３ａに摩耗が生じたときには、ビットヘッド３や中間部材４を交換すればよく、シャンクデバイス１の本体自体はより長期に亙って使用することが可能となる。特に、本実施形態では、この中間部材４はビットヘッド３の本体よりも硬度の高い材質によって形成されているので、拡径、縮径による摩耗は専らビットヘッド３に生じることになり、中間部材４も含めてシャンクデバイス１の寿命の延長を図ることができる。なお、この中間部材４は，本実施形態では有底円筒状に形成されているが、底のない円筒状やリング状であったり、断面Ｃ字状であったりしてもよい。
【００４４】
次に、図４〜図６、図７〜図９、および図１０〜図１２は、それぞれこの第１の実施形態の第１〜第３変形例を示すものであり、後述する第２、第３の実施形態も含めて、図１〜図３に示した第１の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。このうち、図４〜図６に示す第１変形例は、シャンクデバイス１に中間部材４が取り付けられずに孔部２ａが凹所２の底面に直接形成されている例である。
【００４５】
また、図７〜図９に示す第２変形例は、やはりシャンクデバイス１に中間部材４が取り付けられていないとともに、ビットヘッド３の係止溝３ｃが、ヘッド部３ｂの側面ではなく、軸部３ａの外周面に環状に形成されている例である。この場合には、シャンクデバイス１の係止ピン５も、その胴部が孔部２ａの係止溝３ｃに対応する位置に部分的に突出するようにシャンクデバイス１に挿入されて固定される。
【００４６】
さらに、第１の実施形態およびこれら第１、第２変形例では、シャンクデバイス１の後端部にテーパー雌ネジ部１ａが形成されて打撃力と回転力がシャンクデバイス１に伝達されるのに対して、図１０〜図１２に示す第３変形例では、シャンクデバイス１の後端部に軸線Ｏに沿って後端側に延びるシャンク部１ｅが一体に形成されている。このような場合は、このシャンク部１ｅに取り付けられるダウンザホールハンマー等から打撃力と回転力とがシャンクデバイス１に伝達される。
【００４７】
さらにまた、図１３〜図１５は本発明の第２の実施形態を示すものであり、図１６〜図１８は本発明の第３の実施形態を示すものである。上述した第１の実施形態およびその第１〜第３変形例では、ビットヘッド３の軸部３ａの外周面がビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面とされて、同じくビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面である孔部２ａの内周面と密着することにより、ビットヘッド３がシャンクデバイス１にテーパー嵌合可能とされているのに対し、これら第２、第３の実施形態では、ビットヘッド３がシャンクデバイス１に対して、削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に向けてテーパー嵌合可能とされている。                                                                  
【００４８】
このうち、第２の実施形態では、ビット中心線Ｌはシャンクデバイス１の軸線Ｏと平行なままで、拡径した状態でヘッド部３ｂの工具回転方向Ｔとは反対側を向く側面の軸線Ｏ方向後端側に凸部３ｄが形成されている。そして、この凸部３ｄの軸線Ｏ方向後端側を向く後端面は、ヘッド部３ｂの後端面と面一でビット中心線Ｌに垂直な平坦面である一方、凸部３ｄの軸線Ｏ方向先端側を向く先端面３ｅが、上記拡径状態において工具回転方向Ｔとは反対側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側すなわち凸部３ｄの後端面側に向かって延びていて、ビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面とされている。
【００４９】
また、シャンクデバイス１の凹所２には、その工具回転方向Ｔを向く壁面の軸線Ｏ方向後端側に、上記凸部３ｄを収容可能な凹部２ｂが形成されており、この凹部２ｂの軸線Ｏ方向先端側を向く底面は、凹所２の軸線Ｏ方向先端側を向く底面の工具回転方向Ｔとは反対側と面一な、ビット中心線Ｌに垂直な平坦面である一方、凹部２ｂの軸線Ｏ方向後端側を向いて底面に対向する天井面２ｃが、工具回転方向Ｔとは反対側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側すなわち凹部２ｂの底面側に向かって延びてビット中心線Ｌに対して傾斜する傾斜面とされている。
【００５０】
そして、この第２の実施形態では、凸部３ｄの先端面３ｅが凸部３ｄの後端面に対してなす傾斜角βと、凹部２ｂの天井面２ｃが凹部２ｂの底面に対してなす傾斜βとが互いに等しくされていて、例えば６°〜２０°の範囲内とされており、これらの先端面３ｅと天井面２ｃとが拡径状態において図１３（ｂ）や図１３（ｄ）に示すように互いに密着することにより、ビットヘッド３がシャンクデバイス１に対して、削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に向けてテーパー嵌合される。すなわち、本実施形態では、ビットヘッド３は削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に向けてシャンクデバイス１にテーパー嵌合可能とされている。
【００５１】
なお、この第２の実施形態と第３の実施形態では、シャンクデバイス１の孔部２ａは一定内径であって、ビットヘッド３の軸部３ａはこの孔部２ａに嵌め入れ可能なビット中心線Ｌを中心とする円柱状とされている。ただし、この軸部３ａには係止溝３ｃが環状に形成されており、係止ピン５は、その胴部が孔部２ａの係止溝３ｃに対応する位置に部分的に突出するようにシャンクデバイス１に挿入されて固定される。なお、このようにシャンクデバイス１の孔部２ａが一定内径であっても、該孔部２ａはシャンクデバイス１に取り付けられた中間部材４に形成されていてもよい。また、ビットヘッド３のヘッド部３ｂは、縮径状態では上記凸部３ｄも含めて凹所２に収容されて、軸線Ｏからの外径がシャンクデバイス１先端部の段部１ｂより先端側の部分の外径以下となるようにされる。
【００５２】
このような第２の実施形態では、削孔を開始する際にシャンクデバイス１を工具回転方向Ｔに回転させてビットヘッド３を工具回転方向Ｔとは反対側に回転させると、ヘッド部３ｂの凸部３ｄが凹所２の凹部２ｂに収容され、凸部３ｄの先端面３ｅが凹部２ｂの天井面２ｃに密着することにより、シャンクデバイス１とビットヘッド３とがテーパー嵌合させられる。また、削孔終了後にはシャンクデバイス１を削孔時の工具回転方向Ｔとは反対に回転させるだけで、掘削孔の底面からの抵抗によってビットヘッド３が工具回転方向Ｔに回転することにより、天井面２ｃから先端面３ｅが離れて凸部３ｄが凹部２ｂから抜き出され、テーパー嵌合が解かれる。
【００５３】
従って、このような第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に削孔時にはシャンクデバイス１にビットヘッド３をテーパー嵌合させることによって工具剛性の向上を図ることができ、掘削効率の向上や摩耗、摩擦の抑制による工具寿命の延長を図るとともに、高周波数用のハンマーを用いた掘削にも使用可能となる。また、この第２の実施形態では、第１の実施形態のようにビットヘッド３のヘッド部３ｂ後端面をケーシングトップ７ａの先端に当ててテーパー嵌合を解く必要がなく、通常の拡径ビットの縮径の場合と同様にシャンクデバイス１を削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転すればよいので、ビットヘッド３の損傷をさらに確実に防止することができる。
【００５４】
なお、この第２の実施形態においては、凸部３ｄの先端面３ｅが凸部３ｄの後端面に対してなす傾斜角βと、凹部２ｂの天井面２ｃが凹部２ｂの底面に対してなす傾斜角βとが、上述のように６°〜２０°の範囲内とされるのが望ましい。この傾斜角βが上記範囲よりも大きいと打撃力によってテーパー嵌合が解かれ易くなってビットヘッド３の振動を防ぐことができなくなるとともに工具剛性の向上を図ることができなくなるおそれがあり、傾斜角βが上記範囲よりも小さいとテーパー嵌合が強くなりすぎてビットヘッド３の拡径、縮径が困難となってしまうおそれがある。
【００５５】
一方、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同じようにビットヘッド３のヘッド部３ｂとシャンクデバイス１の凹所２に、ビット中心線Ｌに対して傾斜した傾斜面である先端面３ｅを有する凸部３ｄと天井面２ｃを有する凹部２ｂが形成されていて、これらの先端面３ｅと天井面２ｃとが拡径状態において図１３（ｂ）や図１３（ｄ）に示すように密着することにより、ビットヘッド３がシャンクデバイス１に対して工具回転方向Ｔとは反対側に向けてテーパー嵌合可能とされる。
【００５６】
ただし、この第３の実施形態では、図１６（ｂ）や図１７（ｂ）に示すように、ビット中心線Ｌがシャンクデバイス１の軸線Ｏに垂直な平面に対して傾斜している。すなわち、この第３の実施形態では、ビット中心線Ｌは軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い削孔時の工具回転方向Ｔに向かうように傾斜している。そして、これに伴い、シャンクデバイス１の孔部２ａや凹部２ｂが形成される凹所２の工具回転方向Ｔを向く壁面、およびビットヘッドの軸部３ａも軸線Ｏ方向後端側に向かうに従い削孔時の工具回転方向Ｔに向かうように傾斜している、また、凹所２の底面やビットヘッド３のヘッド部３ｂの後端面は、削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に向かうに従い軸線Ｏ方向後端側に向かうように傾斜している。
【００５７】
なお、ビットヘッド３のヘッド部３ｂの上記大径円弧状部分に連なる側面は、削孔時にヘッド部３ｂが工具回転方向Ｔとは反対側に回転して位置決めされた状態で、その先端面のフェイス面がシャンクデバイス１のフェイス面と面一となるように、図１６（ｂ）に示すように工具回転方向Ｔ側が幅狭となる台形状に形成されている。また、このヘッド部３ｂは、縮径状態においては図１７（ｂ）に示すように、上記大径円弧状部分に連なる側面がシャンクデバイス１の先端面よりも軸線Ｏ方向先端側に突出するように配置されるが、この縮径状態においてヘッド部３ｂが凸部３ｄも含めて軸線Ｏからの外径がシャンクデバイス１先端部の段部１ｂより先端側の部分の外径よりも小さくなる点は第２の実施形態と同じである。
【００５８】
このような第３の実施形態では、第２の実施形態と同様に削孔開始時にシャンクデバイス１を工具回転方向Ｔに回転させてビットヘッド３を工具回転方向Ｔとは反対側に回転させることにより、凸部３ｄの先端面３ｅが凹部２ｂの天井面２ｃに密着して、ビットヘッド３がシャンクデバイス１に対して工具回転方向Ｔとは反対側に向けてテーパー嵌合可能とされているのに加えて、削孔時に岩盤から抵抗が軸線Ｏ方向後端側に向けてビットヘッド３に作用することによっても、ヘッド部３ｂが凹所２の底面に沿って工具回転方向Ｔとは反対側に押し付けられて先端面３ｅが天井面２ｃに強く密着するので、シャンクデバイス１とビットヘッド３とを一層強固にテーパー嵌合させることが可能となる。すなわち、この第３の実施形態では、ビットヘッド３はシャンクデバイス１に対して、削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側にテーパー嵌合可能とされるとともに、軸線Ｏ方向後端側に向けてもテーパー嵌合可能とされている。
【００５９】
従って、この第３の実施形態によれば、さらに工具剛性を向上させて掘削孔率を高めるとともに、より確実に摩擦や摩耗を抑えて工具寿命を延長し、また一層の高周波数用のハンマーの使用にも対応することが可能となる。なお、このような第３の実施形態においても、削孔終了時にはシャンクデバイス１を削孔時の工具回転方向Ｔとは反対側に回転することにより、ビットヘッド３のヘッド部３ｂは工具回転方向Ｔに回転してテーパー嵌合が解かれ、ヘッド部３ｂを凹所２に収容して掘削工具を回収することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  シャンクデバイス
１ａ  テーパー雌ネジ部
１ｂ  段部
１ｅ  シャンク部
２  凹所
２ａ  孔部
２ｂ  凹部
２ｃ  凹部２ｂの天井面（傾斜面）
３  ビットヘッド
３ａ  軸部
３ｂ  ヘッド部
３ｄ  凸部
３ｅ  凸部３ｄの先端面（傾斜面）
４  中間部材
６  掘削チップ
７  ケーシングパイプ
７ａ  ケーシングトップ
Ｏ  シャンクデバイス１の軸線
Ｌ  ビット中心線
Ｔ  工具回転方向（削孔時のシャンクデバイス１の回転方向）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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