(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転されるドリルロッドの先端に取り付けられる掘削工具であって、
上記軸線を中心とした概略円柱状をなす工具本体の先端部に該工具本体の外周側に拡縮径可能に掘削ビットが取り付けられるとともに、この掘削ビットの先端側には、先端に切刃が突設された切削式ビットを設けてなるパイロット部が、上記軸線回りの外径が拡径した状態の上記掘削ビットの外径よりも小さくなるようにして設けられており、
前記切削式ビットの前記切刃は、前記軸線に対する径方向にずらされて配設され、該軸線回りの回転軌跡においてオーバーラップするようにされていることを特徴とする掘削工具。
【請求項２】
上記掘削ビットにも、切刃が形成された切削式ビットが取り付けられており、この掘削ビットの切削式ビットの切刃は、該掘削ビットを拡径させた状態で、前記軸線に対する径方向にずらされて配設され、該軸線回りの回転軌跡においてオーバーラップするように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】
上記パイロット部と掘削ビットとが、上記工具本体に着脱可能に取り付けら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】
上記パイロット部の先端側にはさらに、このパイロット部の上記切削式ビットの切刃よりも先端側に突出する該パイロット部よりも外径の小さなパイロットビットが上記軸線上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の掘削工具。
【請求項５】
上記パイロットビットは、その後端部中央が開放させられた門形をなし、この開放させられた部分には上記工具本体に形成されたブローホールが開口させられていることを特徴とする請求項４に記載の掘削工具。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の掘削工具を用いて、回転駆動手段により上記ドリルロッドを介して上記掘削工具に軸線回りの回転力のみを与え、これら掘削工具、ドリルロッド、および回転駆動手段の自重によって該掘削工具を地盤に食い込ませつつ掘り下げて削孔を形成することを特徴とする掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具本体の先端部に切削式のビットが取り付けられた切削式の掘削工具および該掘削工具を用いた掘削工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の切削式ビットを取り付けた掘削工具としては、例えば特開平１０−１４０９５９号公報に、工具本体の先端に切削半径が可変な拡縮径機能を有する複数の切削ビットを取り付けたものが提案されており、該公報には、これらの切削ビットを拡径した状態で円筒状ケーシングを連行しながら地盤を掘削し、また掘削後には切削ビットを縮径してケーシング内より掘削工具のみを引き抜き、ケーシングは地盤内に残留させる掘削工法が提案されている。従って、このような切削式のビットを取り付けた掘削工具によれば、工具本体を回転させることによって掘削が行われるため、ハンマによる打撃のように大きな振動や騒音が生じるのを防ぐことができるとともに、上述のようにケーシングを連行する場合でも、振動が少ないのでネジ止めによってケーシングを連結しても緩みが生じたりすることがなく、連結作業を容易にすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の切削式ビットを備えた掘削工具では、各切削式ビットの切刃が、工具本体の先端部においてその軸線に直交する１の平面上に位置するように配設されており、従ってこれらの切刃が地盤に食い付いて掘削を行う際にも、すべての切刃が同時に地盤に食い付くこととなるため食い付き性が悪く、上記切刃の食い付きによって地盤を切り削りながら削孔を形成してゆくという切削式ビットによる掘削を、効率的に行うことが困難であった。これは、地盤への食い付き時だけでなく、工具本体が地盤中を掘削してゆくときも同様であり、すなわち地盤の掘削が上記１の平面において行われるために抵抗が大きく、その結果やはり切削式ビットによる効率的な掘削が阻まれるおそれが生じる。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のような切削式ビットを備えた掘削工具において、地盤への食い付き性を向上させ、かつ掘削中の抵抗も低減することが可能な掘削工具を提供し、またかかる掘削工具を用いた掘削工法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明の掘削工具は、軸線回りに回転されるドリルロッドの先端に取り付けられる掘削工具であって、上記軸線を中心とした概略円柱状をなす工具本体の先端部に該工具本体の外周側に拡縮径可能に掘削ビットを取り付けるとともに、この掘削ビットの先端側には、先端に切刃が突設された切削式ビットを設けてなるパイロット部を、上記軸線回りの外径が拡径した状態の上記掘削ビットの外径よりも小さくなるようにして設け、前記切削式ビットの前記切刃を、前記軸線に対する径方向にずらすようにして配設し、該軸線回りの回転軌跡においてオーバーラップするようにしたことを特徴とし、また本発明の掘削工法は、このような掘削工具を用いて、回転駆動手段により上記ドリルロッドを介して上記掘削工具に軸線回りの回転力のみを与え、これら掘削工具、ドリルロッド、および回転駆動手段の自重によって該掘削工具を地盤に食い込ませつつ掘り下げて削孔を形成することを特徴とする。従って、このような掘削工具および該掘削工具を用いた掘削工法によれば、掘削工具が地盤に食い付く際には、まず工具本体先端部に位置する外径の小さなパイロット部の切削式ビットが食い付くこととなるので、食い付き時の圧力を大きくして食い付き性の向上を図ることができる一方、掘削中はこのパイロット部により形成された小径の削孔を後続する大径の掘削ビットによって掘り拡げるような掘削形態となり、この掘削ビットで掘削される上記小径の削孔の外周部が崩落しやすい状態となるため、掘削抵抗の低減を図ることができる。
【０００６】
ここで、本発明の掘削工具においては、上記掘削ビットを拡縮径可能とするに際して、その先端部と後端部とを、工具本体の上記軸線から偏心した中心軸回りに回動自在に上記パイロット部と工具本体とにそれぞれ支持することにより、この掘削ビットに高い取付剛性を確保することができる。また、これらパイロット部と掘削ビットとを工具本体に着脱可能に取り付けることにより、内径の異なる削孔を形成する場合などでも、これに合わせて掘削ビットやパイロット部を外径の異なるものに交換することで対応することが可能となる。一方、上記パイロット部の先端側にさらに、このパイロット部の上記切削式ビットの切刃よりも先端側に突出する該パイロット部よりも外径の小さなパイロットビットを上記軸線上に設けることにより、このパイロットビットがパイロット部の切削式ビットよりも先行して地盤に食い付き、かつ掘削中はより小径の削孔を形成してパイロット部がこれを掘り拡げるような掘削形態となるため、一層の食い付き性の向上と掘削抵抗の低減を図ることができる。また、特にこの場合、このパイロットビットを、そのパイロット部に連続する後端部の中央が開放させられた門形をなすようにして、この開放させられた部分に上記工具本体に形成されたブローホールが開口するようにすれば、これらパイロットビットやパイロット部が設けられることによって工具本体の先端部が閉塞されることとなっても、このブローホールから上記開放部分を介して圧縮空気等を噴出させることができて、掘削時に生成されたくり粉の円滑な排出を促すことが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図５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工具本体１は、その軸線Ｏ方向後端側（図１において右側）から先端側（図１において左側）に向けて順にシャンク２、デバイス３、３つの掘削ビット４…、およびパイロット部を構成するパイロット部材５が組み合わされて形成され、上記軸線Ｏを中心とした概略多段の円柱状をなしている。このうち、シャンク２は、その軸線Ｏ方向中央部が大径とされるとともに両端部がこれよりも小径の雄ねじ部２Ａ，２Ｂとされていて、このうち先端側の雄ねじ部２Ａがデバイス３の後端部に開口した取付孔３Ａ内周の雌ねじ部３Ｂに螺合することにより、このデバイス３の後端に着脱可能に取り付けられる。一方、このシャンク２の後端側の雄ねじ部２Ｂはテーパネジとされて図示されないドリルロッドの先端部に螺着可能とされており、このドリルロッドがやはり図示されない回転駆動手段によって回転させられることにより、工具本体１は、掘削時には軸線Ｏ回りに図中に符号Ｔで示す回転方向に回転可能とされるとともに、掘削終了後にはこの回転方向Ｔとは逆方向に回転可能とされている。
【０００８】
上記デバイス３は、その後端部がシャンク２の上記中央部と同径の小径部とされるとともに、これよりも先端側の部分が先端側に向かうに従い段階的に縮径する外形略多段の円柱状とされており、従ってこの先端側の部分の最後端側の段部が当該デバイス３において最も外径の大きな大径部３Ｃとされていて、この大径部３Ｃの先端側を向く環状面は、内周側に向かうに従い先端側に傾斜するテーパ面状とされている。なお、デバイス３の後端部からシャンク２の中央部にかけては、該シャンク２をデバイス３の上記取付孔３Ａに取り付けた状態で面一となる一対の平坦面６，６が、軸線Ｏに平行かつ互いにも平行に該軸線Ｏを挟んで反対側に位置するように形成されている。また、上記雄ねじ部２Ａを雌ねじ部３Ｂにねじ込むことにより、シャンク２をデバイス３の取付孔３Ａに取り付けた状態で、シャンク２の先端面は取付孔３Ａの孔底に、またシャンク２の上記中央部の先端側を向く環状面はデバイス３の後端面に、それぞれ押し付けられて密着可能とされている。
【０００９】
さらに、デバイス３の外周には、その先端から上記大径部３Ｃにかけて、複数条（本実施形態では３条）のくり粉の排出溝７…が、周方向に等間隔に、また互いに等しい捩れ角で後端側に向かうに従い上記回転方向Ｔの後方側に捩れるように形成されている。ここで、各排出溝７は、軸線Ｏに直交する断面が周方向に延びるように偏平して外周側に開口する概略「コ」字状をなし、かつその溝底から軸線Ｏまでの距離は該軸線Ｏ方向に亙って一定とされている。従って、これら排出溝７…により、デバイス３の大径部３Ｃの上記環状面は、周方向に３つの円弧状面に分断されることとなる。また、各排出溝７先端側の上記回転方向Ｔ後方側には、この排出溝７の溝底からさらにデバイス３の内周に凹むように凹所８が形成され、この凹所８の一部の底面８Ａは軸線Ｏに平行な平面状とされて回転方向Ｔの後方側に向かうに従いデバイス３の内周側に向けて延びるように形成されている。加えて、この凹所８の先端側のさらに回転方向Ｔ後方側には凹部９が形成されており、この凹部９は、上記底面８Ａに面一に連なって回転方向Ｔの後方側に延びる壁面９Ａと、この壁面９Ａに滑らかに連なって回転方向Ｔの後方側に凹となる凹円筒面状の壁面９Ｂと、この壁面９Ｂの外周側にやはり滑らかに連なって外周側に向かうに従い回転方向Ｔ側に延びる平面状の壁面９Ｃと、これらの壁面９Ａ〜９Ｃに直交して先端側を向く底面９Ｄとにより画成されている。なお、この底面９Ｄには、上記壁面９Ｂがなす凹円筒面の中心軸Ｘを中心とした断面円形の孔９Ｅが軸線Ｏに平行に穿設されている。
【００１０】
さらにまた、このデバイス３の先端部には、先端側に突出する３つの同形同大の突壁部１０…がデバイス３の外周から内周側に延びるように周方向に等間隔に形成されていて、これらの突壁部１０…の間に上記パイロット部材５が取り付けられる凹所１１が形成されている。この凹所１１は、上記突壁部１０…の回転方向Ｔ側を向く壁面１１Ａ…と、これらの壁面１１Ａ…に直交し、かつ軸線Ｏにも直交する方向に延びる先端側を向いた平面状の底面１１Ｂとから画成されたものであり、壁面１１Ａはさらに上記各凹部９の壁面９Ｃに面一とされてデバイス３の外周から内周側に延びる壁面１０Ａと、この壁面１０Ａに鈍角に交差してさらに内周側に延びる軸線Ｏに平行な壁面１０Ｂとから構成され、また周方向に隣接する突壁部１０，１０同士の間には間隔があけられるとともに、この間隔があけられた部分において凹部９の上記壁面９Ａ，９Ｂは凹所１１の上記底面１１Ｂに直交させられ、かつこの壁面９Ａ，９Ｂの交差部分の内側の底面１１Ｂには、図示されないネジ孔が軸線Ｏに平行に形成されている。さらに、突壁部１０の回転方向Ｔ後方側を向く壁面１０Ｃは、この回転方向Ｔの後方側に向かうに従い後端側に延びるように傾斜させられて、上記排出溝７および凹所８の先端側に連なるようにされている。
【００１１】
このような凹所１１に取り付けられる上記パイロット部材５は、上記突壁部１０の底面１１Ｂからの突出高さよりも厚肉とされて軸線Ｏ方向先端側から見て略正三角形状をなす中央部５Ａの外周に、該正三角形の各角部から外周側に向かうに従い回転方向Ｔ側に延びるように３つの腕部５Ｂ…が周方向に等間隔かつ等しい長さでそれぞれ突出した形状をなしており、各腕部５Ｂが凹所１１の隣接する突壁部１０，１０間の上記間隔部分に嵌め入れられるとともに、軸線Ｏに垂直な平坦面とされた該パイロット部材５の後端面５Ｃが凹所１１の上記底面１１Ｂに密着させられた上で、各腕部５Ｂの根元部分に挿通されたクランプボルト１２が底面１１Ｂの上記ネジ孔にねじ込まれることにより、凹所１１に着脱可能に取り付けられている。なお、この腕部５Ｂの回転方向Ｔ後方側を向く部分は、その先端側が突壁部１０の上記壁面１０Ｃと同様に回転方向Ｔの後方側に向かうに従い後端側に延びるように傾斜させられた傾斜面とされるとともに、これよりも後端側の部分は軸線Ｏに平行に延び、かつ内周側に向けて鈍角に折れ曲がる２つの平面によって形成され、これらの平面が突壁部１０の上記壁面１０Ａ，１０Ｂにそれぞれ密着した状態で当該パイロット部材５は凹所１１に取り付けられる。
【００１２】
また、この腕部５Ｂ突端の外周面は、軸線Ｏ方向先端視において上記大径部３Ｃより先端側のデバイス３の外径と略同径の軸線Ｏを中心とした円弧面状とされ、従ってこの腕部５Ｂはデバイス３の上記凹部９の先端側に覆い被さるようにして排出溝７および凹所８の先端側の回転方向Ｔ後方側に突出するように配設されることとなる。そして、このように突出した腕部５Ｂの外周側には、その先端側を向く面と回転方向Ｔ側を向く面との交差稜線部に、外周側から見てこの交差稜線部を断面Ｌ字状に切り欠くようにして凹所５Ｃが上記外周面に開口するように形成されており、この凹所５Ｃに、超硬合金等の硬質材料よりなる切削式のビット１３がろう付け等により接合されて取り付けられている。この切削式ビット１３は、その先端側を向く面と回転方向Ｔ側を向く面とがそれぞれ凸Ｖ字状とされて、これらの面の交差稜線部にやはり凸Ｖ字状をなす切刃１３Ａが形成されたものであって、上記先端側を向く面は回転方向Ｔの後方側に向かうに従い後端側に向かうように、また回転方向Ｔ側を向く面は後端側に向かうに従い回転方向Ｔの後方側にに向かうように、それぞれ僅かに傾斜させられている。なお、これらの面がなす凸Ｖ字の頂部には短い幅の面取りが施されている。
【００１３】
本実施形態では、このような切削式ビット１３が、１つの凹所５Ｃについて２つずつの切刃１３Ａが先端視に軸線Ｏに対する径方向に並ぶように配設されている。ただし、これら２つの切刃１３Ａ，１３Ａのうち外周側に位置する切刃１３Ａは、３つの腕部５Ｂ…に設けられた切削式ビット１３…同士で軸線Ｏからの径方向の位置が略等しくなるように配設されているのに対し、内側に位置する切刃１３Ａは、３つの腕部５Ｂ…のうち少なくとも１つの腕部５Ｂの切刃１３Ａがなす凸Ｖ字の頂部の径方向の位置が、他の腕部５Ｂの切刃１３Ａの頂部の位置と異なるように径方向にずらされて配設され、軸線Ｏ回りの回転軌跡においてこれらの切刃１３Ａ…がオーバーラップするようにされている。なお、これらの切削式ビット１３…の外周側の切刃１３Ａは、その外周端が腕部５Ｂ突端の外周面がなす上記円弧面の延長上に位置するようにされており、従ってこのパイロット部材５に設けられた切削式ビット１３…の外径は、本実施形態では上記大径部３Ｃより先端側のデバイス３の外径と略同径とされている。さらに、上述のように上記凹部９の先端側に覆い被さるように延びた腕部５Ｂの後端面５Ｃには、この凹部９の上記底面９Ｄに形成された孔９Ｅの中心軸Ｘと同軸となるように断面円形の孔５Ｄが形成されている。
【００１４】
一方、上記掘削ビット４は、軸線Ｏ方向先端視に概略羽根形をなすブロック状に形成され、その根元部分には、該根元側に向かうに従い凹部９の壁面９Ａ，９Ｃがなす挟角よりも小さな角度で互いに接近する平面状の一対の側面４Ａ，４Ｂと、これらの側面４Ａ，４Ｂの間にあって該側面４Ａ，４Ｂに滑らかに接する凸円筒面状の側面４Ｃとが形成されており、この側面４Ｃはその中心軸を上記中心軸Ｘと一致させた状態で、凹部９の凹円筒面状の壁面９Ｂに摺接可能とされている。そして、この掘削ビット４の根元部分の先端部と後端部とには、こうして壁面９Ｂに側面４Ｃを摺接させた状態でパイロット部材５の上記孔５Ｄと凹部９の孔９Ｅに嵌挿可能な円柱状の軸部４Ｄ，４Ｅが中心軸Ｘに同軸となるように突設されており、掘削ビット４は、後端側の軸部４Ｅを孔９Ｅに嵌挿させてその根元部分が凹部９に収容された上で、先端側の軸部４Ｄに孔５Ｄを嵌挿させつつパイロット部材５をデバイス３の上記凹所１１に取り付けることにより、側面４Ａ，４Ｂが凹部９の壁面９Ａ，９Ｃにそれぞれ当接する範囲で上記中心軸Ｘ回りに回動可能、かつパイロット部材５の着脱に伴って着脱可能にデバイス３に取り付けられている。
【００１５】
本実施形態では、このように取り付けられた掘削ビット４の上記根元部分とは反対の羽根先部分に、その先端側を向く面と上記側面４Ａの延長面との交差稜線部を羽根先側から見て断面Ｌ字状に切り欠くように凹所４Ｆが形成されており、この凹所４Ｆに、上記切削式ビット１３と同様に傾斜した２つの面の交差稜線部に凸Ｖ字状をなす２つの切刃１４Ａ，１４Ａが形成された超硬合金等の硬質材料よりなる切削式ビット１４がろう付け等により接合されて取り付けられている。ここで、この掘削ビット４の切削式ビット１４は、上記側面４Ｂを凹部９の壁面９Ｃに当接させて該掘削ビット４を拡径させた状態で、図２に示すように軸線Ｏ方向先端視においてその切刃１４Ａがパイロット部材５の切削式ビット１３の切刃１３Ａと軸線Ｏに対する径方向に連続して略１直線上に並ぶように配設され、かつその軸線Ｏ回りの外径がデバイス３の上記大径部３Ｃよりも大きくなるようにされている。また、これらの切刃１４Ａ，１４Ａは、上記切削式ビット１３…の切刃１３Ａ…とは反対に、この拡径状態でそれぞれ内周側に位置する切刃１４Ａ…の凸Ｖ字の頂部の位置が軸線Ｏ回りの回転軌跡で一致させられる一方、少なくとも１の掘削ビット４の切削式ビット１４の外周側に位置する切刃１４Ａの頂部が他の掘削ビット４の切削式ビット１４の外周側の切刃１４Ａと異なる位置に径方向にずらされて、軸線Ｏ回りの回転軌跡においてこれらの切刃１３Ａ…がオーバーラップするようにされている。なお、この掘削ビット４は、上記側面４Ａを凹部９の壁面９Ａに当接させて縮径させた状態では、図４に示すようにその外径がデバイス３の上記大径部３Ｃよりも先端側の部分の外径と略等しくなるようにされている。
【００１６】
さらにまた、上記パイロット部材５の上記中央部５Ａには、パイロットビット１５が突設されている。このパイロットビット１５は、本実施形態では外形が偏５角形の平板状部材を、その１の角部１５Ａを軸線Ｏ上に位置させて軸線Ｏを含む１の仮想平面に沿うように配置した上で、上記角部１５Ａに対向する１の周面部分を上記中央部５Ａに溶接等によって接合することにより、パイロット部材５に一体に設けられている。ただし、この中央部５Ａに接合される上記１の周面部分の中央部には、後端側に向けて「コ」字状に開口する開放部１５Ｂが当該パイロットビット１５をその厚さ方向（上記仮想平面に直交する方向）に貫通するように形成されており、これにより当該パイロットビット１５は、厳密にはその後端部中央が開放されてパイロット部材５の上記中央部５Ａに立設された門形を呈することとなる。また、このパイロットビット１５の上記角部１５Ａに交差して先端側を向く一対の周面の厚さ方向中央部には、超硬合金等の硬質材料により形成された切刃部材１５Ｃが埋設されるとともに、これら一対の周面はこの切刃部材１５Ｃの部分も含めて上記厚さ方向の中央側に向かうに従い先端側に突出する断面凸Ｖ字状に形成されており、この凸Ｖ字の頂部が切刃部材１５Ｃ上に形成される当該パイロットビット１５の切刃１５Ｄとされる。なお、この切刃１５Ｄが軸線Ｏ回りになす外径は、最も内周側に配置された上記切削式ビット１３の切刃１３Ａの内周端が軸線Ｏ回りになす円の径と略等しく、従ってこの切削式ビット１３の外径よりは小さくされている。
【００１７】
さらに、こうして構成される工具本体１には、軸線Ｏに沿ってシャンク２、デバイス３、およびパイロット部材５を貫通するようにブローホール１６が形成されており、このブローホール１６は、先端側のパイロット部材５の上記中央部１５Ａにおいてパイロットビット１５の上記開放部１５Ｂに開口させられるとともに、デバイス３内において先端側に向かうに従い外周側に向けて３方向に分岐させられて、それぞれ上記凹所８の底面８Ａにも開口させられている。
【００１８】
このように構成された掘削工具により地盤に削孔を形成する場合において、特に従来と同様この掘削された削孔にケーシングを連行して建て込んでゆくときには、まず図４および図５に示したように掘削ビット４を、その側面４Ａを凹部９の壁面９Ａに当接させて縮径させた状態で、工具本体１をケーシングＣ内に下向きに挿入し、このケーシングＣの下端内周部に嵌挿されて溶接等により接合されたケーシングトップＰの内周後端面にデバイス３の大径部３Ｃの上記環状面を当接させるとともに、このデバイス３の凹所８よりも先端側の部分をこのケーシングトップＰの下端から突出させる。そして、上述のようにシャンク２後端の雄ねじ部２Ｂに先端部が螺着されたドリルロッドを介して回転駆動手段により工具本体１を回転方向Ｔに回転しつつ、この工具本体１とドリルロッドおよび回転駆動手段の自重とにより工具本体１をその先端部から地盤に食い込ませることにより、まず工具本体１最先端の上記パイロットビット１５の切刃１５Ｄがその角部１５Ａから地盤に食い付き、次いでパイロット部材５の切削式ビット１３…の切刃１３Ａ…が食い付いた後、掘削ビット４…の切削式ビット１４の切刃１４Ａ…が地盤に食い付く。
【００１９】
すると、各掘削ビット４は、その掘削抵抗によって中心軸Ｘを中心に回転方向Ｔの後方側に向けて回転させられ、その側面４Ｂが凹部９の壁面９Ｃに当接したところで位置決めされて拡径させられ、図１ないし図３に示すようにその軸線Ｏ回りの外径が上記ケーシングＣやケーシングトップＰの外径よりも大きくさせられるので、そのまま工具本体１を回転させながら上記自重によって地盤に食い込ませてゆくことにより削孔が形成されるとともに、ケーシングトップＰがデバイス３の大径部３Ｃに摺接しながら係合することにより、ケーシングＣが非回転のまま工具本体１とともに前進（降下）させられて削孔内に連行されてゆく。なお、この掘削中は上記ドリルロッドを介して工具本体１のブローホール１６に圧縮空気や水、あるいはこれらを混合したミストが供給されて噴出させられ、その圧力により掘削の際に生じたくり粉を排出溝７および凹所８を介して排出してケーシングＣ内を通して地上に吹き上げ、こうして排出されたくり粉は集塵装置等により集積される。そして、所定の深さまで削孔が形成されてケーシングＣが建て込まれた後は、工具本体１を回転方向Ｔの逆方向に回転させることにより、掘削ビット４が縮径して工具本体１の上記大径部３Ｃよりも先端側の部分の外径がケーシングトップＰの内径よりも小さくなるので、そのままドリルロッドごと工具本体１を後退（上昇）させることにより削孔内にケーシングを残したまま工具本体１をケーシングＣから引き抜きことができる。
【００２０】
従って、このような掘削工具および該掘削工具を用いた掘削工法においては、まず工具本体１が、上記ドリルロッドを介して回転駆動手段から与えられる回転力だけで切削式ビット１３…，１４…やパイロットビット１５の切刃１３Ａ…，１４Ａ…，１５Ｄが地盤に食い付いて掘削が行われるため、例えば回転力に加えてハンマーによる衝撃力によって工具本体を前進させる場合に比べて騒音や振動の発生が極めて少なく、またくり粉を排出するための排土流体として上述のように圧縮空気や水、ミストが使用可能であり、ベントナイト等を必要とすることもないので、効率的かつ経済的な施工が可能である。因みに、当該掘削工法は、砂質土、砂礫層、粘性土から軟岩までを適用土質範囲とし、掘削径１５０〜７００mm、掘削深さ３０ｍ程度までの掘削が可能であり、回転駆動手段としてはリーダーラジアル方式、パイルドライバー方式、ハンギングドリル方式、ロータリーテーブル方式の使用が可能である。なお、自重による食い付きをより確実にするために工具本体１等にウェイトを取り付けるようにしてもよく、また自立する地層や硬岩層の掘削時はダウンザホールハンマによる掘削に容易に切り替えることもできる。さらに、ケーシングＣを削孔内に挿入する手段が備えられている場合には、ケーシングトップＰをケーシングＣの先端に設けない構成としてもよい。
【００２１】
そして、さらに上記構成の掘削工具および掘削工法においては、工具本体１の先端部にパイロット部材５によってパイロット部が形成され、このパイロット部材５の切削式ビット１３の切刃１３Ａの外径が、当該掘削工具による掘削径、すなわち拡径した状態における掘削ビット４の切削式ビット１４の切刃１４Ａの外径よりも小さくされているので、まず掘削工具のパイロット部材５の切削式ビット１３が地盤に食い付く際には、工具本体１やドリルロッド、回転駆動手段の自重がこの外径の小さなパイロット部材５の切削式ビット１３に集中することとなり、食い付き時の圧力は逆に大きくすることができる。このため、このパイロット部材５の切削式ビット１３…の切刃１３Ａ…を地盤に確実に食い付かせて掘削を開始することが可能となって、食い付き性の向上を図ることができ、所定の位置に円滑かつ安定して削孔を形成することが可能となる。
【００２２】
一方、工具本体１が全体的に地盤に食い付いて掘削が進行している間は、このように小径のパイロット部材５の切削式ビット１３が、相対的に大径となる拡径状態の掘削ビット４の上記切削式ビット１４よりも先端側に配されることにより、上記掘削工具および掘削工法においては、この先端側の小径の切削式ビット１３によって掘削された削孔を、後続する大径の掘削ビット４の切削式ビット１４によって掘り拡げるような掘削形態を採ることとなる。従って、このように小径の削孔が形成されることによって崩落しやすくなった該削孔の外周部を大径の掘削ビット４が掘削して所定の径の削孔が形成されるため、この掘削ビット４による掘削の際の抵抗を低減することができ、より効率的な削孔の形成が可能となるとともに、該掘削ビット４に作用する負荷の低減を図ることもできるので、拡縮径可能とされるのに伴って特に拡径時の取付剛性を確保するのが困難となりがちな掘削ビット４に過大な負荷により損傷が生じたりするのを防ぐことができ、工具寿命の延長を促すことが可能となる。
【００２３】
しかも、本実施形態の掘削工具では、この掘削ビット４が、その先後端部に突設された軸部４Ｄ，４Ｅを、パイロット部材５の腕部５Ｂの後端面５Ｃに形成された孔５Ｄとデバイス３の凹部９に形成された孔９Ｅとに嵌挿させることにより、その中心軸Ｘ回りに回動可能に取り付けられており、すなわちこの回動部分の前後両端が工具本体１に支持された状態とされているので、後端側しか支持されていない上記従来の切削式ビットを備えた掘削工具に比べて取付剛性が高く、この掘削ビット４の損傷等を一層確実に防止することが可能となる。なお、本実施形態ではこのように掘削ビット４側に軸部４Ｄ，４Ｅを設けてデバイス３およびパイロットビット５の孔に嵌挿することにより該掘削ビット４を回動可能としているが、これとは逆に掘削ビット４に孔を設けてデバイス３やパイロット部材に突設された軸部を嵌挿させたり、または掘削ビット４の先後端部の一方に軸部を設けるとともに他方に孔を形成して、デバイス３とパイロット部材５とにこの掘削ビット４の軸部が嵌挿可能な孔と掘削ビット４の孔に嵌挿可能な軸部とを形成したり、あるいは掘削ビット４に貫通孔を形成するとともにデバイス３およびパイロット部材５にも孔を形成して、これらにピンを嵌挿したりすることにより、掘削ビット４を両端支持状態で回転可能とするようにしてもよい。
【００２４】
また、本実施形態では、パイロット部を構成する上記パイロット部材５が、デバイス３の先端部に形成された凹所１１に嵌合された上でクランプボルト１２により工具本体１に着脱可能に取り付けられており、これに伴いこのパイロット部材５の孔５Ｄに先端側の軸部４Ｄが嵌挿された掘削ビット４も、パイロット部材５を取り外した上で後端側の軸部４Ｅをデバイス３の孔９Ｅから引き抜くことにより、やはり工具本体１から着脱可能とされる。従って、形成すべき削孔の径や地盤の土質などといった掘削条件に応じて、シャンク２やデバイス３はそのままにこれら掘削ビット４やパイロット部材５を交換することが可能となり、例えば削孔の径に合わせて掘削ビット４を拡径時の外径の異なるものに交換したりできるのは勿論、この掘削ビット４の外径との関係でパイロット部材５もその切削式ビット１３の外径の異なるものと交換して、上述のパイロット部材５により形成された小径の削孔を掘削ビット４により掘り拡げて効率的な掘削を行うといった効果を、より確実に奏功するようなことも可能となる。
【００２５】
なお、本実施形態ではこのパイロット部材５を上記凹所１１に嵌合した上で、先端側から挿通されたクランプボルト１２…をデバイス３にねじ込むことによって工具本体１先端部に着脱可能に取り付けているが、例えば凹所１１に嵌合されたパイロット部材５に、軸線Ｏに直交する平面に沿った方向などから上記突壁部１０を通してピンを打ち込んだり、クランプボルトやクランプネジをねじ込んだりするようにして、このパイロット部材５を着脱可能に取り付けるようにしてもよい。また、同様に着脱可能とされる上記掘削ビット４について、本実施形態ではパイロット部材５と同様に切削式ビット１４を備えたものとしているが、この掘削ビット４は上述のようにパイロット部材５によって形成された小径の削孔の崩落しやすくなった外周部を掘削してゆくこととなるので、例えば半球状のビットが表面に突設されたいわゆるボタン式のビットを備えたものとしてもよく、またこれら切削式ビットとボタン式ビットを併用するようにしてもよい。さらに、本実施形態ではシャンク２も、その雄ねじ部２Ａをデバイス３の上記取付孔３Ａ内周の雌ねじ部３Ｂにねじ込むことにより、工具本体１に着脱可能とされているため、このシャンク２が取り付けられるドリルロッドの先端部の寸法や形状に合わせて、該シャンク２を、その後端側の雄ねじ部２Ｂのネジ径の異なるものやテーパネジでないもの、あるいは後端側に雄ねじ部ではなく断面６角形や正方形の係合部が形成されただけのものなどに交換することができ、デバイス３や掘削ビット４，パイロット部材５はそのままに、各種のドリルビットの先端部に工具本体１を取り付けることが可能となる。
【００２６】
一方、本実施形態ではパイロット部を構成する上記パイロット部材５の先端部にさらに、このパイロット部材５の上記切削式ビット１３の外径よりも小さな外径を有するパイロットビット１５が、その切刃１５Ｄを上記切削式ビット１３の切刃１３Ａよりも先端側に突出させて工具本体１の軸線Ｏ上に位置するように設けられている。このため、工具本体１が地盤に食い付く際には、まずこのパイロットビット１５先端の上記角部１５Ａが１点に上記自重を集中させて食い付くこととなるので食い付き性が極めて高く、しかも掘削中も、このパイロット部材５のなかで、パイロットビット１５によって小径の削孔が形成されて崩落しやすくなったところを、後続する切削式ビット１３がその外周部を掘り拡げるような掘削形態を採ることとなり、従ってパイロット部材５と掘削ビット４とによる掘削の場合と同様に効率的な掘削を図ることができるとともに、このパイロットビット１５によって掘削時の工具本体１の直進性も確保することが可能となる。
【００２７】
ところで、このようにパイロット部材５先端の上記軸線Ｏ上にパイロットビット１５を配設した場合、単に軸線Ｏ上にパイロットビット１５となる平板状部材を接合したりしただけでは、この軸線Ｏに沿って工具本体１に穿設された上記ブローホール１６がこの平板状部材によって閉塞されるために工具本体１先端の軸線Ｏ上に開口されなくなり、パイロットビット１５やパイロット部材５の切削式ビット１３によって生成されたくり粉を確実かつ効率的に排出することができなくなるおそれが生じる。しかるに、これに対して本実施形態では、このパイロットビット１５をその後端部の中央が開放部１５Ｂによって開放された門形に形成し、この開放部１５Ｂにブローホール１６を開口させるようにしているので、このようにパイロットビット１５を軸線Ｏ上に突設しても、ブローホール１６が閉塞されるのを避けることができ、このブローホール１６から噴出される圧縮空気や水、ミスト等により、くり粉を偏りなく均一かつ確実に排出溝７や凹所８を通して円滑に後端側に排出することが可能となる。しかも、本実施形態ではこのブローホール１６は途中で分岐して、縮径時に掘削ビット４が収容される凹所８の底面８Ａにも開口させられているので、この掘削ビット４の縮径時にくり粉が凹所８やこれに連なる凹部９に残留して掘削ビット４との間に挟み込まれることにより確実な縮径が阻害されたりするような事態を防止することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の掘削工具においては、ドリルロッドを介して回転力を受ける工具本体の先端部に拡縮径可能な掘削ビットを設けるとともに、この掘削ビットよりもさらに先端側に、拡径時の掘削ビットの外径よりも小さな外径のパイロット部を切削式ビットを突設することによって設け、該切削式ビットの切刃を、掘削工具の軸線に対する径方向にずらして配設し、該軸線回りの回転軌跡においてオーバーラップするようにしており、従ってこのような掘削工具を用いた本発明の掘削工法では、地盤への食い付き時には小径のパイロット部に工具本体等の自重が集中するため食い付き性が高く、また掘削中にはパイロット部で形成された小径の削孔の崩落しやすくなった外周部を、後続する掘削ビットが掘り拡げるような掘削形態となるため、掘削抵抗を低減することができ、掘削ビットへの負荷を軽減してその損傷を防止するとともに、掘削効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す掘削ビット４…が拡径した状態の一部破断側面図である。
【図２】  図１に示す実施形態を軸線Ｏ方向先端側から見た正面図である。
【図３】  図１に示す実施形態の斜視図である。
【図４】  図１に示す実施形態の掘削ビット４…が縮径した状態を示す軸線Ｏ方向先端側から見た正面図である。
【図５】  図１に示す実施形態の掘削ビット４…が縮径した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  工具本体
２  シャンク
３  デバイス
４  掘削ビット
５  パイロット部材（パイロット部）
７  排出溝
９  凹部
１３，１４  切削式ビット
１３Ａ，１４Ａ  切削式ビット１３，１４の切刃
１５  パイロットビット
１５Ｄ  パイロットビット１５の切刃
１６  ブローホール
Ｏ  工具本体１の軸線
Ｔ  掘削時の工具本体１の回転方向
Ｃ  ケーシング
Ｐ  ケーシングトップ
【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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