钻孔装置及钻孔方法

专利名称：钻孔装置及钻孔方法
技术领域：
本发明涉及通常是对混凝土、柏油、花岗岩或大理石等石材以及基岩等脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔用的钻孔装置及钻孔方法，特别是对贴有瓷砖的壁面的瓷砖或接缝等进行钻孔时使用的、以及对铺设在隧道或下水道等内表面上的混凝土壁进行钻孔时使用的钻孔装置及钻孔方法。
背景技术：
作为对已经铺设的混凝土制的壁进行加强的方法，有下述方法首先，给该壁挖出一个大洞，在该挖了洞的开口部设置钢制的撑条(结织钢筋)，接着，用混凝土固定该撑条与配设在开口部内周面上的桩，由此，对壁全体进行加强。这时的桩通过容纳在开口部内周面上所设置的孔中进行配设。
用于配设该桩的孔，例如如图11所示，由下述的钻孔装置形成，该钻孔装置备有通过在圆筒状工具本体前端设置片状钻头80a而成的空心钻80(钻孔工具)和让该空心钻80围绕轴线旋转用的马达81(旋转驱动装置)，上述钻头80a是把超硬合金或超磨料分散配置到烧结粘合剂材料所得到的结合相中形成的。
换句话说，钻孔时，一边让设置在空心钻80前端的钻头80a旋转，一边将钻头80a推压到被挖掘物的混凝土82上，借此，对混凝土82钻孔，形成圆柱状的芯83。接着，把残存到混凝土82内部的芯83的底部83a折断之后，拔出芯83。由此，根据空心钻80的直径形成例如直径为15～50mm程度、深度为50～500mm程度的孔。
另外，为了防止铺设在隧道内表面上的混凝土壁崩塌，贯通该混凝土壁，穿设有通到混凝土壁里侧的基岩处的孔，将水泥浆从该孔注入混凝土壁与基岩之间，对混凝土壁加强。
对混凝土壁钻孔时，对基岩钻孔的以往的凿岩机由于凿岩机的振动反而促使崩塌而不采用。取而代之，为了给混凝土制的构造物钻孔，同时使用如图11所示的钻孔装置。在这种情况下，根据空心钻80的直径，穿设例如直径为70～100mm程度的孔。
另外，为了防止随着外壁贴有瓷砖的建筑物的老化所导致的瓷砖的脱落，对瓷砖或瓷砖间的接缝钻孔，形成到达衬底混凝土壁的孔，把树脂从该孔注入快要脱落的瓷砖的里侧，对瓷砖进行固着。对这样的瓷砖或瓷砖间的接缝进行钻孔时，使用例如对混凝土钻孔的小型振动钻。
但是，普通的振动钻在钻孔时是让钻振动的，一边象锤一样的打碎被挖掘物，一边钻孔，因此，反而促使瓷砖脱落，有损伤外壁的缺点。鉴于此，使用备有钻孔工具和旋转驱动装置的钻孔装置，上述的钻孔工具在杆状或圆筒状工具本体的前端设有钻头，上述旋转驱动装置驱动该钻孔工具围绕轴线旋转。
图示的以往的钻孔装置，为了提高以马达的给定输出功率所得到的发生扭矩，通过齿轮等降低转速，旋转驱动安装空心钻的旋转轴。这里所说的输出功率是指不包括马达的内部损失而可以从马达外侧取出的输出功率。在通过齿轮等旋转传动机构传递旋转运动的过程中，该输出功率因摩擦等减少，但是，最终变换成用于旋转驱动空心钻的钻孔装置的输出功率，并将该钻孔装置的输出功率供给钻孔中。
换句话说，假设挖掘时由来自被挖掘物的阻力而施加到空心钻前端的切线方向的力的总和为Ft，空心钻的半径用r表示，则在钻孔时让空心钻旋转一周所需要作的功可用2πrFt表示，因此，当空心钻在单位时间内旋转fN时，钻孔装置的功率可以用2πrFtfN表示。由于2πfN可表示为角速度ω，rω是空心钻的外周侧圆周速度v，所以，如果将该关系表示为2πrFtfN＝vFt，则更明确。但是，由于rFt是使空心钻旋转所必需的发生扭矩，因此，当该发生扭矩为T时，钻孔装置的输出功率与转速和发生扭矩的乘积成比例，可用P输出∝TfN表示。
于是，在钻孔装置的输出功率P输出为某个一定值的条件下，为了提高发生扭矩T，虽然存在着因齿轮等引起的输出功率的传动损失，但是，也要通过齿轮等降低马达的转速，以降低钻孔装置的转速fN。
然而，上述以往的钻孔装置具有钻孔速度慢的缺点。因而，导致发生工期长、钻孔时所产生的噪音或振动使周围环境劣化的问题。
例如，在进行隧道的修补的情况下，必须穿设多个500～1000mm深度的孔，但是，在用以往的钻孔装置的情况下，穿设一个位置的孔，需要大约30分钟，到穿设全部的孔结束，不仅人员开支庞大，还需要更多的工程费用。
另外，并不限于隧道的混凝土壁，近年来，还需要进行这样的工程，即对下水管内表面的混凝土壁钻孔，将耐腐蚀材料注入下水管的里侧。于是，要求开发出能够沿着长距离的混凝土壁在短工期内穿设多个孔的适当技术。
另外，上述以往的钻孔装置不用振动钻所采用的打击振动，而是一边降低钻孔工具的转速，一边钻孔的，因而，与普通的振动钻相比较，还有钻孔速度慢的缺点。一般来说，对于施工恶劣的建筑物等，有几乎把外壁的瓷砖都剥落的情况发生。如果把瓷砖全部剥落，换上新的瓷砖的作业实际上非常费事，结果，需要对剥落的瓷砖的里侧全部注入树脂。在这种情况下，必须钻孔的孔的数目非常庞大。因而，由于钻孔时间增加，导致工期长、费用高的问题发生。由于这种原因，人们希望开发与振动钻相比不逊色、可快速钻孔、尤其是钻孔时的振动不会助长瓷砖的脱落的、振动小的钻孔装置。
本发明的目的是，提供一种可消除打出给定深度的孔所作功中的无用功，并减少该值，在短时间内对被挖掘物钻孔的钻孔装置及钻孔方法。

发明内容
本发明者发现了下述事实即，旋转驱动钻孔工具，该钻孔工具在具有给定直径的圆筒状工具本体前端设置有钻头，该钻头是由超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中形成的，并且，以0.6N/mm2以上的给定压力将上述钻孔工具的前端推压到有脆性的被挖掘物、例如混凝土、柏油、花岗岩或大理石等石材、基岩等上进行钻孔时，在钻孔工具前端的钻头圆周速度为220m/min以下的区域，打出给定深度的孔所需要的作功与钻头的圆周速度一起增加，不论如何增加钻头的圆周速度，都不能有效地增加钻孔速度；同时本发明者通过得到以下知识获得本发明，即当钻头的圆周速度至少为300m/min以上时，减少钻孔所必要的作功，通过提高钻头的圆周速度，可以高速地钻孔。
换句话说，本发明提供一种钻孔装置，该钻孔装置包括在杆状或圆筒状工具本体的前端设置有由超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中形成的钻头的钻孔工具；及驱动上述钻孔工具围绕轴线旋转的旋转驱动装置，将被旋转驱动的上述钻孔工具的前端推压到由脆性材料组成的被挖掘物上，对该被挖掘物进行钻孔，上述旋转驱动装置的构成为，在钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力，将上述钻孔工具推压到上述被挖掘物上，同时保持上述钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上。
在本发明中，是使用在杆状或圆筒状的工具本体的前端设置有钻头的钻孔工具，对混凝土、柏油、花岗岩或大理石等石材、基岩、瓷砖或其间的接缝等脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔的。在这种情况下，一旦以0.6N/mm2以上的给定压力，将旋转的钻孔工具前端推压到被挖掘物上，同时保持钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上时，能够减少挖掘时钻头受到来自被挖掘物的阻力，进而可减少打出给定深度的孔所必要的作功(下文称作钻孔作功量)。于是，通过增加钻头的圆周速度，可提高钻孔速度。
钻头圆周速度为220m/min～300m/min之间的区域是钻孔作功量与圆周速度一起急剧减少的区域，钻孔速度基本上从钻头的圆周速度超过250m/min的一带随钻头的圆周速度一起开始增加。因此，一旦构成钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力，将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头外周侧的圆周速度为250m/min以上的钻孔装置，则可以随着圆周速度的增加一起增加钻孔速度。
另外，一旦构成钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力，将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头的圆周速度为400m/min以上的钻孔装置，则可以不依赖于脆性材料组成的被挖掘物的种类，就可增加钻孔速度。
另外，一旦用过大的压力把钻头推压到被挖掘物上，会损坏钻头，因此，希望以6N/mm2以下的压力进行钻孔。最好是用3N/mm2程度的压力推压钻头进行钻孔，这样可有效地钻孔。
此外，希望以2000m/min以下的圆周速度进行钻孔。这是因为，如果钻头的圆周速度过于高速，就有可能损坏旋转驱动装置内的轴承等；特别是，当圆筒物体高速旋转时，动平衡会变大，存在着物体受到破坏的危险；此外，与以往的钻不同，在钻孔工具的外周通常不设置螺旋状槽等，孔的壁面与钻孔工具之间是处于闭塞状态进行钻孔的，一旦圆周速度高时，研磨引起的热量就很难通过切粉或水、空气等冷却剂放出。
再者，在本发明的钻孔装置中，上述钻孔工具，其直径最好为3mm以上、200mm以下。在该直径的钻孔装置中，能可靠地实现钻孔速度的增加。
另外，在本发明的钻孔装置中，上述钻孔工具，其直径最好为3mm以上、小于15mm。在该直径的钻孔装置中，特别是用杆状的工具本体打出细直径的孔时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
再者，在本发明的钻孔装置中，上述钻孔工具，其直径最好为15mm以上、小于50mm。在该直径的钻孔装置中，特别是用圆筒状的工具本体时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
还有，在本发明的钻孔装置中，上述钻孔工具，其直径最好为50mm以上、200mm以下。在该直径的钻孔装置中，特别是用圆筒状的工具本体时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
另外，在本发明的钻孔装置中，上述旋转驱动装置备有使前端部安装有上述钻孔工具的旋转轴贯通、与该旋转轴一体地设置的筒状转子；及设置在该转子外周面上的圆筒状的定子。
于是，在本发明中，由于钻孔工具不通过齿轮而直接安装在转子的旋转轴上，因此，可消除旋转传动系的作功损失，可使马达的输出功率依照原样作为钻孔装置的输出功率。进而可实现钻孔装置的小型化。
另外，钻孔时，钻头在切线方向上其单位面积上需要至少0.2N/mm2程度的力。因此，在直径为15mm以上、200mm以下的钻孔工具的前端沿着圆周方向连续地设置刃厚为2mm程度的钻头时，根据钻孔工具的直径，至少需要0.14Nm～25Nm程度的扭矩。在该直径为3mm以上、小于15mm的杆状或圆筒状的钻孔工具的情况下，也需要与前端钻头的面积对应的扭矩。在该扭矩作为负载作用的情况下，为了确保钻头圆周速度在300m/min以上，构成马达的转子或定子的任何一方的构成为具有钕、铁、硼系或钐、钴系稀土类磁铁的话，则希望磁铁的最大磁能积在100kJm-3以上。因此，可容易地将马达的扭矩常数提高到0.1Nm/A以上。而且，能够实现直流马达的小型、轻量化，在维持高输出的同时，可实现高速旋转。
另外，也可以在上述旋转轴上，沿轴线穿设有从旋转轴后端侧贯通到前端侧的工具本体的连通孔。因此，设置有可从旋转轴侧取出芯用的压出杆等，将水或空气等流体从向钻孔工具的前端送出。
进一步，还可以采用这样的构成，将直流电压供给马达的电源设置有控制部，该控制部检测发生扭矩T与转速fN，调整施加到直流马达上的电压，以便得到必要的发生扭矩T或圆周速度。更具体地说，当施加给直流马达的电压为VM时，在发生扭矩T与转速fN之间有VM≅KTT+KffN]]>的关系成立(KT、Kf为常数)，另外，当流过直流马达的电流为IM时，有T≅KIIM]]>的关系成立(KI为扭矩常数)，利用这两个关系式，控制部基于马达的已知特性曲线，由检测出的流为IM的值算出发生扭矩T，进一步由所施加的电压为VM的值算出转速fN，或者根据编码器直接检测出转速fN。并且，例如，该控制部还可以采用这样的构成，首先，在无负载状态下，调整电压为VM的值，使钻孔工具的圆周速度为3O0m/min以上的给定值，控制以向被挖掘物输送钻孔装置的方式构成的钻孔装置输送机构，以0.6N/mm2以上的给定压力将钻孔工具向被挖掘物输送，使钻孔工具的前端切入被挖掘物，开始钻孔，由此，把扭矩作用到钻孔工具上的同时，调整所施加的电压为VM的值，保持钻孔工具的圆周速度为300m/min以上的给定值。
本发明提供一种钻孔方法，驱动在圆筒状工具本体的前端设置有由超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中形成的钻头的钻孔工具围绕轴线旋转，将被旋转驱动的上述钻孔工具的前端推压到由脆性材料组成的被挖掘物上，对该被挖掘物进行钻孔，以0.6N/mm2以上的给定压力，将上述钻孔工具推压到上述被挖掘物上，一边保持上述钻头外周侧的圆周速度为3O0m/min以上，一边对上述被挖掘物进行钻孔。
在本发明中，在将旋转的钻孔工具前端以0.6N/mm2以上的给定压力推压到被挖掘物上，挖掘该被挖掘物的状态下，通过保持钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上，能够减少挖掘时钻头受到来自被挖掘物的阻力，进而可将打出给定深度的孔所必要的作功保持为一定，并使其为低值。于是，通过增加钻头的圆周速度，可有效地提高钻孔速度。
另，一旦用过大的压力把钻头推压到被挖掘物上，会损坏钻头，因此，希望以6N/mm2以下的压力进行钻孔。最好是用3N/mm2程度的压力推压钻头进行钻孔，这样可有效地钻孔。
此外，希望以2000m/min以下的圆周速度进行钻孔。这是因为，如果钻头的圆周速度过于高速，就有可能损坏旋转驱动装置内的轴承等；特别是，当圆筒物体高速旋转时，动平衡会变大，存在着物体受到破坏的危险；此外，与以往的钻不同，在钻孔工具的外周通常不设置螺旋状槽等，孔的壁面与钻孔工具之间是处于闭塞状态进行钻孔的，一旦圆周速度高时，研磨引起的热量就很难通过切粉或水、空气等冷却剂放出。
例如，在无负载状态下，调整钻孔工具的圆周速度，使其为300m/min以上的给定值。于是，用给定的输送速度一边让钻孔工具旋转一边向被挖掘物输送钻孔装置，使钻孔工具的前端切入被挖掘物，开始钻孔，由此，把扭矩作用到钻孔工具上的同时，调整钻孔所要的输出和输送速度，保持钻孔工具的圆周速度为300m/min以上的给定值的同时，进行钻孔。
但是，钻头圆周速度为220m/min～300m/min之间的区域是钻孔作功量与圆周速度一起急剧减少的区域，钻孔速度基本上从钻头的圆周速度超过250m/min的一带随钻头的圆周速度一起开始增加。因此，一旦在钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力，将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头外周侧的圆周速度为250m/min以上进行钻孔的话，则可以随着圆周速度的增加一起增加钻孔速度。
另外，一旦在钻孔时以0.6N/mm2以上的给定压力，将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头的圆周速度为400m/min以上，进行钻孔的话，则可以不依赖于脆性材料组成的被挖掘物的种类，就能可靠地增加钻孔速度。
再者，在本发明的钻孔方法中，上述钻孔工具，其直径最好为3mm以上、200mm以下。在这种情况下，能可靠地实现钻孔速度的增加。
另外，在本发明的钻孔方法中，上述钻孔工具，其直径最好为3mm以上、小于15mm。在这种情况下，特别是用杆状的工具本体打出细直径的孔时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
再者，在本发明的钻孔方法中，上述钻孔工具，其直径最好为15mm以上、小于50mm。在这种情况下，特别是用圆筒状的工具本体时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
还有，在本发明的钻孔方法中，上述钻孔工具，其直径最好为50mm以上、200mm以下。在这种情况下，特别是用圆筒状的工具本体时，能可靠地实现钻孔速度的提高。


图1是表示本发明第一实施例的示意图，是表示钻孔装置一个例子的侧视图。
图2是表示本发明第一实施例的示意图，是用局部剖开表示钻孔装置的钻孔装置本体的侧视图。
图3是用于说明本实施例钻孔装置支柱部结构的支柱部的断面图。
图4是用于说明本实施例的钻孔装置移动机构的构成及结构的移动机构的断面图。
图5是模式地表示本实施例的钻孔装置的电气回路的方框图。
图6是表示钻头圆周速度与扭矩值所规格化的钻孔速度的关系的示意图。
图7是表示钻头圆周速度与钻孔装置钻孔作功量的关系的示意图。
图8是表示本发明第二实施例的示意图，是表示钻孔装置一个例子的侧视图。
图9是表示本发明第二实施例的示意图，是用局部剖开表示钻孔装置的钻孔装置本体的侧视图。
图10是表示本发明第三实施例的示意图，是用局部剖开表示钻孔装置的钻孔装置本体的侧视图。
图11是用于说明以往钻孔装置结构的钻孔装置的断面图。
具体实施例方式
下面，根据

本发明的钻孔装置。
图1至图5示出了本发明钻孔装置的第一实施例，图中，符号1是钻孔装置，符号1a是钻孔装置本体，符号1b是电源，符号2是由电源1b驱动的构成钻孔装置本体1a的本实施例的直流马达(以下称作直动式马达)。
钻孔装置1包括设置在柏油、混凝土、花岗岩或大理石等石材及基岩等被挖掘物C上的设置部130；以及可自由旋转地连接在该设置部130上、可相对该设置部130倾斜的支柱部140。钻孔装置本体1a与电源1b分体设置，通过可自由进退地安装在支柱部140上的滑动机构141支持在该支柱部140上。
另外，钻孔装置1的构成为，与钻孔装置本体1a及电源1b分体地设置有用于控制钻孔装置1的远距离控制单元200。在该控制单元200上设置有转速调整旋钮161和再起动按钮162，转速调整旋钮161用于调整直动式马达2(旋转驱动装置)的转速，起动或停止该直动式马达2，再起动按钮162是当通过电源连锁把电源1b输出的电压降为零时再次输出电压用的。
直动式马达2为通过施加直流电压而旋转的直流马达，如图2所示，其中心具有圆筒状的旋转轴11，在该旋转轴11的前端上，在该旋转轴11的前端所形成的螺纹部11a上可自由装卸地螺纹连接地设置有适配器12，在该适配器12上可装卸地安装有圆筒状的空心钻13(钻孔工具)，使该空心钻13与旋转轴相互连通。
在这种结构中，适配器12呈中空的大致圆筒状，其基端侧设有与旋转轴11的前端螺纹部11a螺纹连接的内螺纹部12a，另外，在其前端侧沿旋转轴11的轴线0的方向设有用于安装空心钻13的基端的内螺纹部12b。在这里，内螺纹部12a是朝向通过钻孔时的旋转能紧固到旋转轴11上的方向形成的。
另外，空心钻13的结构为，在形成直径为15～50mm的圆筒状中空管14(工具本体)的前端安装有钻头15，该钻头15设置成朝圆周方向略为圆环状的形式。在这里，钻头15是把超硬合金或超磨料(金刚石磨料或CBN磨料)通过分散配置到使金属结合剂或树脂结合剂之类的粘合剂材料烧结、固化得到的结合相中形成的。或者在被挖掘物为大理石的情况下，通过电沉积把超磨料分散配置到结合相中形成的。而且，驱动前端安装有这样的钻头15的空心钻13围绕轴线旋转，朝轴线方向前端侧输送，借此挖掘被挖掘物C，形成原柱状的芯。
在该空心钻13的基端侧设置有被安装到适配器12上的装卸部13a。该装卸部13a上沿着空心钻13的轴线方向形成有与适配器12的内螺纹部12b螺纹连接的外螺纹部13b。在这里，外螺纹部13b是朝钻孔时空心钻13的旋转使空心钻13紧固到适配器12上的方向形成的。
直动式马达2是不用齿轮等旋转传动机构，就可以直接使与旋转轴11直接连接的工具的空心钻13旋转的直动式马达，其构成为，在钻孔时以0.6N/mm2～6N/mm2范围的压力，将直径为15mm以上、小于50mm的空心钻13压靠在被挖掘物C上，使其以300m/min～2000m/min的圆周速度旋转。
另外，直动式马达2的构成为，在壳体16内设有转子17和圆筒状定子18，转子17是通过将覆盖有例如聚酰亚胺等耐热树脂的线圈卷绕而成的，定子18设置在该转子17的外周面上，具有永久磁铁。旋转轴11通过压入、插入上述转子17的中心所形成的插通孔17a内，一体地固定到转子17上。
在这里，作为定子18的磁铁，与一般所使用的铁氧体磁铁或铝镍钴系磁性合金磁铁相比较，可以使用小型、轻量就可得到高扭矩的、具有100kJm-3以上的非常高的最大磁能积的钕、铁、硼系或钐、钴系稀土类高密度磁铁。另外，转子17，其直径为小于其长度尺寸的值。因此，该实施例的直动式马达2的扭矩常数为0.12Nm/A，在本实施例中，在发生扭矩T(单位为Nm)与经过直动式马达2流动的电流IM(单位为A)之间，有T＝0.12×IM-0.6的关系成立。
在容纳直动式马达2的壳体16的上壁部16a与下壁部16b的内侧，分别设置有用于自由旋转地支持转子12的轴承19a、19b。换句话说，轴承19a、19b的构成为，支持插通转子17中心的旋转轴11的上下端部附近，并接受作用到旋转轴11以及插入有该旋转轴11的转子17上的推力方向的力与径向方向的力。
在该直动式马达2的后端部设置有旋转轴支持台20和固定在该旋转轴支持台20上的用于容纳旋转轴11后端部的上部壳体21，旋转轴支持台20可自由旋转地支持机械密封部38，该机械密封部38可旋转且液密状态地与旋转轴11的后端部连接。
在上部壳体21上形成有与旋转轴11的中心贯通孔11a连通的流路22，该流路22开口于上部壳体21的侧方。开口于该侧方的开口部23上连接有管24，从该管24送入湿式挖掘用冷却水。
并且，将冷却水从该管24通过上部壳体21的流路22，向旋转轴11的中心贯通孔11a导入，之后，送入经过适配器12连接到旋转轴11前端部的空心钻13内，冷却钻头15的挖掘位置。
另外，在上部壳体21上，在其后端部形成有安装螺纹部31，在该安装螺纹部31上通过螺纹拧入固定有盖32。在该盖32上，在其中心形成有插通孔34。另外，在上部壳体21上形成有与盖32的插通孔34及旋转轴11的中心贯通孔11a连通的连通孔35。在这些相互连通的插通孔34、连通孔35及贯通孔11a中插入有压出杆36。另外，在压出杆36与盖32的插通孔34之间设置有O形圈37，进行密封。
符号25是与旋转轴11接触的、朝圆周方向配设到直动式马达2的壳体16内的上方侧的电刷，把直流电压施加到该电刷25上，就可以供给驱动电流。
把直流电源供给直动式马达2的电源1b具有电源本体5，而且还备有输入电缆52，该输入电缆52具有把电源本体5连接到供给作业现场的交流源上用的插销51。在电源本体5上除了设置主开关53外，还设置有根据输入侧电源的允许电流量，可选择适当的电流量的电流量选择开关54。另外，在这里，虽然图中未示，但是，在电源本体5上还设置有其他的钻孔作业紧急停止用的开关、用于导入电源冷却用冷却水的冷却水导入口等。
在上述钻孔装置本体1a与电源1b之间设置有电缆7。该电缆7是利用有防水性的防水套74将图中未示的两根电流供给线与地线等捆在一起的一根电缆，并且其构成为在搬运钻孔装置本体1a时，一体地缠绕电流供给线、地线等，上述两根电流供给线用于将直流电流从电源1b供给直动式马达2。
进一步，在电缆7的钻孔装置本体1a侧的一端，设置有把电流供给线、地线等水密且一体地连接到钻孔装置本体1a上的多芯钻孔装置本体连接部7a，在电源1b侧的另一端，设置有把电流供给线、地线等水密且一体地连接到电源1b上的多芯马达电源连接部7b。并且防水套74保持水密性地安装到该钻孔装置本体连接部7a与马达电源连接部7b上，即使电缆7被水浸渍，其内侧的电流供给线、用于控制电源的导线及地线等也能成为防水的结构。
如图3所示，支柱部140由一对长条的支柱板140a、140a构成，并且在该支柱板140a彼此之间设置有沿着该支柱部140的长度方向的滚珠丝杠91。该滚珠丝杠91由设置在支柱部140的上下端部近旁的轴承101可旋转地支持。
可自由进退地安装在该支柱部140上的滑动机构141如图3所示，具有围绕支柱板140a、140a的周围设置的滑动箱94；以及固定在该滑动箱94上的将滚珠丝杠91拧入该滑动箱94内的滑动部件95。另外，在滑动箱94与支柱板5a之间，设置有可相对支柱板5a确保圆滑的滑动状态的滑动板96。当转动滚珠丝杠91时，滑动箱94与拧入有该滚珠丝杠91的滑动部件95一起相对支柱部140滑动，滑动机构141全体构成为沿着支柱部140朝其长度方向移动的结构。
该移动方向取决于滚珠丝杠91的旋转方向，借助于滚珠丝杠91的围绕顺时针或围绕逆时针的旋转，固定到滑动机构141上的钻孔装置本体1a由支柱部140支承，相对被挖掘物C进退地移动。
该滚珠丝杠91由设置在支柱部140上端部的移动机构160(钻孔装置输送机构)转动。换句话说，如图4所示，移动机构160具有设置在容纳箱103内的移动用马达104，在该移动用马达104的旋转轴104a上，通过离合器105连接有驱动带106。在固定于该驱动带106与滚珠丝杠91上端部的从动皮带轮102上卷绕有传递带107，借助于该传递带107，可将移动用马达104的旋转驱动力传递给滚珠丝杠91，使滚珠丝杠91旋转。在这里，设置于移动机构160的移动用马达104与卷绕有传递带107的驱动带106之间的离合器105是借助于磁力产生的磁粉结合力，通过以给定力连接彼此的轴的电磁离合器。
于是，移动机构160通过旋转驱动滚珠丝杠91，使钻孔装置本体1a沿支柱部140移动。
另外，钻孔装置本体1a除了采用滚珠丝杠之外，还可以采用由小齿轮与齿条的组合移动的构成。
在远距离控制单元200上，设置有为了控制该移动机构106而对移动机构160的移动用马达104的驱动进行ON·OFF的电源开关108以及用于调整移动用马达104旋转速度的速度调整旋钮109。
图5用方框图模式地示出了钻孔装置1的电气回路的构成。如图5所示，电源1b备有通过调整施加给双向可控硅T的栅极G的触发电流的触发角，将输入侧T1的交流电压相位的一部分周期地输出给输出侧T2的相位控制部56；以及对相位控制部56的输出侧T2的电压进行整流，将直流电压施加给直动式马达2，使电压脉动平滑化的整流部57。
相位控制部56采用这样的构成，具有把来自例如两端交流开关等的触发电流施加给双向可控硅T的栅极G的电源控制部58(控制部)，并根据来自设置于远距离控制单元200的转速调整旋钮161的输入(如图中的VAL所示)以及来自再起动按钮162的输入(如图中的RES所示)，适当地调整触发电流的触发角，控制向输出侧T2的输出。
进一步，电源1b备有用于检查流过直动式马达2的电流IM的电流检测器59，并且具有作为马达驱动电压停止装置的自动断路器，该自动断路器在电流检测器59检测的电流值超过阈值时，就立刻停止电压的输出。
整流部57具有可以切去正弦曲线波峰的一部分的对相位控制部56的输出电压进行全波整流用的二极管部57a；及电气地并联连接到直动式马达2上的、对电压进行整流、使电压脉动平滑化的电容57b。进一步，在整流部57上，设置有当直动式马达2停止时，能迅速从电容57放出所储蓄的电荷的图中未示的回路。利用所储蓄的电荷，可以不再次旋转起动直动式马达2。
另外，电源1b还具有由上述手动的钻孔装置的控制切换成自动控制的图中未示的切换开关。电源控制部58采用这样的构成，当切换成自动控制时，根据所检测的流过直动式马达2的电流IM，由输入给内部所设置的存储器内的已知的特性曲线数据算出发生扭矩T，进一步由触发电流触发角算出施加到直动式马达2的电压VM，算出直动式马达2的转速、即空心钻13的转速fN。
除此之外，电源控制部58还采用这样的构成，将信号传送给用于控制移动机构160的移动机构控制部160a，对移动机构160进行控制，从而调整钻孔装置本体1a的进给速度，即钻孔速度。并且，通过调整触发电流的触发角，调整施加到直动式马达2的电压VM，同时，将空心钻13的圆周速度设定为300m/min以上的给定值。
下面，说明上述构成的钻孔装置1的作用、以及使用该钻孔装置1对被挖掘物C进行钻孔的作业。
首先，将位于支柱部140上方侧的钻孔装置本体1a定位于被挖掘物C的给定钻孔位置，使旋转轴11的轴线与给定的钻孔位置一致，将设置部130固定在被挖掘物C上。
如果将该钻孔装置本体1a设置于被挖掘物C上，则把钻孔装置本体连接部7a连接到钻孔装置本体1a，把马达电源连接部7b连接到电源1b上，通过电缆7将钻孔装置本体1a与电源1b之间电连接在一起。使电源1b的主开关53处在ON侧，与交流电压供给侧的允许电流相符合地设定电流量选择开关54。按压再起动按钮162，将直流电压施加给直动式马达2的电刷25，使转子17(或定子18)的线圈通电，在转子17高速旋转的同时，为了以湿式进行钻孔，从图中未示的冷却水供给装置经过管24送入冷却水。通过转动设置于远距离控制单元200上的转速调整旋钮161，设定扭矩为零状态的此时的转速，以便在手动情况下，使空心钻13的圆周速度为300m/min以上的给定值。在自动控制的情况下，通过电源控制部58自动地调整施加到直动式马达2上的电压VM的值，使空心钻13的圆周速度为300m/min以上的给定值。
此后，在空心钻13高速旋转的状态下，借助于移动机构160使钻孔装置本体1a下降，借此，以0.6N/mm2以上的压力，将连接于旋转轴11前端部上的空心钻13的钻头15推压到被挖掘物C的表面上，借此，借助于以高速旋转的钻头15，在被挖掘物C上形成环状孔H。这时，在自动控制的情况下，通过以空心钻13的前端开始切削被挖掘物C的钻孔，在把扭矩施加给空心钻13的同时，控制施加到直动式马达2上的电压VM的值，将空心钻13的圆周速度设定为300m/min以上的给定值。此后，控制所施加的电压VM的值以及移动机构160，保证钻孔工具的圆周速度为300m/min以上的给定值，同时，以0.6N/mm2以上的给定压力送入钻孔工具。
在这样的钻孔作业中，在钻头15与用于加强被挖掘物C的钢筋等硬的加强体接触、直动式马达2的旋转突然受到抑制的情况下，感应电压会突然减少，仅仅变成线圈阻抗，有过大的电流流过。因此，适当地设定阈值，如果电流检测器59检测的电流值超过阈值，则立刻通过自动断路器停止相位控制部56的输出。于是，在钻头15与钢筋等加强体接触的情况下，立刻停止直动式马达2的旋转，中断钻孔作业。
这样，在连锁驱动、中断钻孔作业的情况下，变换钻孔的位置，变换到不与钢筋接触的位置，再次开始作业。这时，为了再度使直动式马达2旋转，按压再起动按钮162。
此外，在钻孔作业中，即使有冷却水洒到电缆7上，由于电缆7有防水性，因此，不会引起漏电或断路等。
由此，如果形成给定深度的环状孔H，则让钻孔装置本体1a上升，从孔H中拔出钻头15，除去中心的芯，形成桩孔。在这里，当从孔H中拔出钻头15时，在空心钻13内残留有芯的情况下，将压出杆36向前端侧压出。
如上述，根据本实施例，借助于从旋转轴11直接把旋转力施加给空心钻13的直动式马达2，可使空心钻13以很高的速度旋转，进而使钻头15的圆周速度达到300m/min以上。
在把旋转的空心钻13的前端以0.6N/mm2以上的给定压力推压到被挖掘物C上、挖掘该被挖掘物C的状态下，由于能保证钻头15的外周侧的圆周速度为300m/min以上，因此，可以减少挖掘时钻头15受到来自被挖掘物的阻力，进而可减少打出给定深度的孔H所必要的作功。于是，通过增加钻头15的圆周速度，可提高钻孔速度。
另外，由于空心钻13的直径在15mm以上、小于50mm，所以，能可靠地实现钻孔速度的提高。
另外，由于是把旋转轴11压入转子17中心所形成的插通孔17a、进行直接固定实现一体化的，因此，可大幅度地提高钻孔装置本体1a全体的刚性，进而，能够使空心钻13高速旋转，形成孔，与以往情况相比，可大幅度提高其钻孔速度。结果，能迅速进行钻孔作业，实现有钻孔作业的各种施工作业工期的简短化。
根据上述的本实施例，由于钻孔到给定深度所需要的功没有无用功，并减少了其值，所以，可以在短时间内对被挖掘物钻孔。
另外，在上述实施例中，虽然采用了不通过齿轮等旋转传动机构，就将作为钻孔工具的空心钻直接安装到作为旋转驱动装置的直流马达上的结构，但是，在使用前端安装有超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中所形成的钻头的空心钻、对脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔的情况下，如果是这样的钻孔装置，即一边以0.6N/mm2以上的压力把钻头推压到被挖掘物上，一边使钻头的外周侧的圆周速度为300m/min以上并进行旋转、钻孔，不言而喻，旋转驱动装置既可以是使用了液压马达的装置，也可以是备有齿轮的装置，在这里所说的旋转驱动装置包括对于本领域的技术人员来说可以想到的、能够得到的全部的旋转驱动装置。
下面，利用图8及图9说明本发明的第二实施例。图中，与图1～图5分别对应的部分由于其构成完全相同，标有相同的符号，在此省略其说明，但是，关于相同符号，进行与上述第一实施例完全相同的动作，具有相同的功能。特别是在图8及图9中，虽然没有示出图3及图5所示的构成，但是，下面描述的第二实施例，也具有与图3及图5所示的构成相同的构成。
在本实施例中，空心钻213的结构为，在形成直径为50～200mm的圆筒状中空管214(工具本体)的前端安装有钻头215，该钻头215设置成朝圆周方向略为圆环状的形式。在这里，钻头215是把超硬合金或超磨料(金刚石磨料或CBN磨料)通过分散配置到使金属结合剂或树脂结合剂之类的粘合剂材料烧结、固化得到的结合相中形成的。或者在被挖掘物为大理石的情况下，通过电沉积把超磨料分散配置到结合相中形成的。而且，围绕轴线旋转驱动前端安装有这样的钻头215的空心钻213，朝轴线方向前端侧输送，借此挖掘被挖掘物C，形成原柱状的芯。
在该空心钻213的基端侧设置有被安装到适配器212上的装卸部213a。该装卸部213a上沿着空心钻213的轴线方向形成有与适配器212的内螺纹部212b螺纹连接的外螺纹部213b。在这里，外螺纹部213b是朝钻孔时空心钻213的旋转使空心钻213紧固到适配器212上的方向形成的。
适配器212呈中空的大致圆筒状，其基端侧设有与旋转轴11的前端螺纹部11a螺纹连接的内螺纹部212a，另外，在其前端侧沿旋转轴11的轴线0的方向设有用于安装空心钻213的基端的内螺纹部212b。此外，内螺纹部212a是朝向通过钻孔时的旋转能紧固到旋转轴11上的方向形成的。
直动式马达2在其中心具有圆筒状的旋转轴11，在该旋转轴11的前端上，在该旋转轴11的前端所形成的螺纹部11a上可自由装卸地螺纹连接地设置有适配器212，在该适配器212上可装卸地安装有圆筒状的空心钻213(钻孔工具)，使该空心钻213与旋转轴相互连通。直动式马达2是不用齿轮等旋转传动机构就可以直接使与旋转轴11直接连接的工具的空心钻13旋转的直动式马达，其构成为，在钻孔时以0.6N/mm2～6N/mm2范围的压力，将直径为50mm以上、小于200mm的空心钻13压靠在被挖掘物C上，使其以300m/min～2000m/min的圆周速度旋转。
如上述，根据本实施例，借助于从旋转轴11直接把旋转力施加给空心钻213的直动式马达2，可使空心钻213以很高的速度旋转，进而使钻头215的圆周速度达到300m/min以上。
在把旋转的空心钻213的前端以0.6N/mm2以上的给定压力推压到被挖掘物C上、挖掘该被挖掘物C的状态下，由于能保证钻头215的外周侧的圆周速度为300m/min以上，因此，可以减少挖掘时钻头215受到来自被挖掘物的阻力，进而可减少打出给定深度的孔H所必要的作功。于是，通过增加钻头215的圆周速度，可提高钻孔速度。
另外，由于空心钻213的直径在50mm以上、小于200mm，所以，能可靠地实现钻孔速度的提高。
另外，由于是把旋转轴11压入转子17中心所形成的插通孔17a、进行直接固定实现一体化的，因此，可大幅度地提高钻孔装置本体1a全体的刚性，进而，能够使空心钻213高速旋转，形成孔，与以往情况相比，可大幅度提高其钻孔速度。结果，能迅速进行钻孔作业，实现有钻孔作业的各种施工作业工期的简短化。
另外，在上述第二实施例中，虽然采用了不通过齿轮等旋转传动机构，就将作为钻孔工具的空心钻直接安装到作为旋转驱动装置的直流马达上的结构，但是，在使用前端安装有超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中所形成的钻头的空心钻、对脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔的情况下，如果是这样的钻孔装置，即一边以0.6N/mm2以上的压力把钻头推压到被挖掘物上，一边使钻头的外周侧的圆周速度为300m/min以上并进行旋转、钻孔，不言而喻，旋转驱动装置即可以是使用了液压马达的装置，也可以是备有齿轮的装置，在这里所说的旋转驱动装置包括对于本领域的技术人员来说可以想到的、能够得到的全部的旋转驱动装置。
下面，利用图10说明本发明的第三实施例。
在图10中，符号301是钻孔装置，符号302是构成该钻孔装置的作为直流马达的直动式马达(旋转驱动装置)。
直动式马达302为通过施加直流电压而旋转的直流马达，如图所示，其中心具有圆筒状的旋转轴311，在该旋转轴311的前端上，在该旋转轴311的前端所形成的螺纹部311a上可自由装卸地螺纹连接地设置有适配器312，在该适配器312上可装卸地螺纹连接地设置有杆状的钻孔工具313。
在这种结构中，适配器312呈中空的大致圆筒状，其基端侧设有与旋转轴311的前端螺纹部311a螺纹连接的内螺纹部312a，另外，在其前端侧沿旋转轴311的轴线0的方向设有用于安装钻孔工具313的基端的内螺纹部312b。在这里，内螺纹部312a是朝向通过钻孔时的旋转能紧固到旋转轴311上的方向形成的。
另外，钻孔工具313的结构为，在形成直径为3～15mm的杆状工具本体314的前端安装有钻头315。在这里，钻头315是把超硬合金或超磨料(金刚石磨料或CBN磨料)通过分散配置到使金属结合剂或树脂结合剂之类的粘合剂材料烧结、固化得到的结合相中形成的。或者通过电沉积把超磨料分散配置到结合相中形成的。而且，围绕轴线旋转驱动前端安装有这样的钻头315的钻孔工具313，朝轴线方向前端侧输送，借此，对瓷砖或以瓷砖的接缝的脆性材料组成的被挖掘物钻孔。
在该钻孔工具313的基端侧，沿着钻孔工具313的轴线方向形成有与适配器312的内螺纹部312b螺纹连接的外螺纹部313a。在这里，外螺纹部313a是朝钻孔时钻孔工具313的旋转使钻孔工具313紧固到适配器312上的方向形成的。
直动式马达302是不用齿轮等旋转传动机构，就可以直接使与旋转轴311直接连接的工具的钻孔工具313旋转的直动式马达，其构成为，在钻孔时以0.6N/mm2～6N/mm2范围的压力，将直径为3mm以上、小于15mm的钻孔工具313压靠在被挖掘物上，使其以300m/min～2000m/min的圆周速度旋转。
另外，直动式马达302的构成为，在壳体316内设有转子317和圆筒状定子318，转子317是通过将覆盖有例如聚酰亚胺等耐热树脂的线圈卷绕而成的，定子318设置在该转子317的外周面上，具有永久磁铁。旋转轴311通过压入、插入上述转子317的中心所形成的插通孔317a内，一体地固定到转子317上。
在这里，作为定子318的磁铁，与一般所使用的铁氧体磁铁或铝镍钴系磁性合金磁铁相比较，可以使用小型、轻量就可得到高扭矩的、具有100kJm-3以上的非常高的最大磁能积的钕、铁、硼系或钐、钴系稀土类高密度磁铁。另外，转子317，其直径为小于其长度尺寸的值。因此，该实施例的直动式马达302的扭矩常数为0.12Nm/A，在本实施例中，在发生扭矩T(单位为Nm)与经过直动式马达302流动的电流IM(单位为A)之间，有T＝0.12×IM-0.6的关系成立。
在容纳直动式马达302的壳体316的上壁部316a与下壁部316b的内侧，分别设置有用于自由旋转地支持转子312的轴承319a、319b。换句话说，轴承319a、319b的构成为，支持插通转子317中心的旋转轴311的上下端部附近，并接受作用到旋转轴311以及插入有该旋转轴311的转子317上的推力方向的力与径向方向的力。
另外，在该直动式马达302的后端部设置有用于容纳旋转轴311后端部的上部壳体321。
此外，符号325与旋转轴311接触的、朝圆周方向配设到直动式马达302的壳体316内的上方侧的电刷，把直流电压施加到该电刷325上，就可以供给驱动电流。
把直流电源供给直动式马达302的电源由蓄电池(图中未示)、配线部(图中未示)以及开关部(图中未示)简要地构成，蓄电池组装到用手握持钻孔装置301用的把持部303中，配线部用于将该蓄电池与电刷325电连接在一起，开关部与使手指握持把持部前端侧的方式设置的扳机331联动，进行回路的ON·OFF。
下面，说明上述构成的钻孔装置301的作用、以及利用该钻孔装置301在瓷砖或以瓷砖的接缝的脆性材料组成的被挖掘物上进行钻孔的作业。
首先，利用把持部303握住钻孔装置301，将钻孔装置301定位成旋转轴311的轴线与被挖掘物的给定钻孔位置一致。一旦把这样的钻孔装置301相对于被挖掘物定位之后，用手指扳动扳机331，将直流电压施加给直动式马达302的电刷325，使转子317(或定子318)的线圈通电，让转子317高速旋转。在这里，通过旋转图中未示的转速调整旋钮，设定无负载状态的此时的转速，以便在手动情况下，使钻孔工具313的圆周速度为300m/min以上的给定值。在自动控制的情况下，自动地调整施加到直动式马达302上的电压VM的值，使钻孔工具313的圆周速度为300m/min以上的给定值。
此后，在钻孔工具313高速旋转的状态下，将连接于旋转轴311前端部的钻孔工具313的钻头315推压到被挖掘物的表面上，借此，借助于以高速旋转的钻头315，在被挖掘物上形成孔。这时，在自动控制的情况下，通过以钻孔工具313的前端开始切削被挖掘物的钻孔，在把扭矩施加给钻孔工具313的同时，控制施加到直动式马达302上的电压VM的值，将钻孔工具313的圆周速度设定为300m/min以上的给定值。此后，控制所施加的电压VM的值，保证钻孔工具的圆周速度为300m/min以上的给定值，同时，以0.6N/mm2以上的给定压力送进钻孔工具。在这里，为了让钻孔时的导程角变大，而负载不增大，将钻孔工具313的圆周速度提高到使钻孔工具313的输送速度变快的程度。
如上文所述，根据本实施例，借助于从旋转轴311直接把旋转力施加给钻孔工具313的直动式马达302，可使钻孔工具313以很高的速度旋转，进而使钻头315的圆周速度达到300m/min以上。
在把旋转的钻孔工具313的前端以0.6N/mm2以上的给定压力推压到被挖掘物上、挖掘该被挖掘物的状态下，由于通过保证钻头315的外周侧的圆周速度为300m/min以上，可以减少挖掘时钻头315受到来自被挖掘物的阻力，进而可减少打出给定深度的孔所必要的作功。于是，通过增加钻头315的圆周速度，可提高钻孔速度。
另外，由于钻孔工具313的直径在3mm以上、小于15mm以下，所以，能可靠地实现钻孔速度的提高。
另外，由于是把旋转轴311压入转子317中心所形成的插通孔317a、进行直接固定实现一体化的，因此，可大幅度地提高钻孔装置301全体的刚性，进而，能够使钻孔工具313高速旋转，形成孔，与以往情况相比，可大幅度提高其钻孔速度。结果，能迅速进行钻孔作业，实现有钻孔作业的各种施工作业工期的简短化。
另外，在上述实施例中，虽然采用了不通过齿轮等旋转传动机构，就将钻孔工具直接安装到作为旋转驱动装置的直流马达上的结构，但是，在使用前端安装有超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中所形成的钻头的钻孔工具、对脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔的情况下，如果是这样的钻孔装置，即一边以0.6N/mm2以上的压力把钻孔工具推压到被挖掘物上，一边使钻头的外周侧的圆周速度为300m/min以上并进行旋转、钻孔，不言而喻，旋转驱动装置既可以是使用了液压马达的装置，也可以是备有齿轮的装置，在这里所说的旋转驱动装置包括对于本领域的技术人员来说可以想到的、能够得到的全部的旋转驱动装置。
实验例下面，说明利用上述第一实施例的钻孔装置1的钻孔方法的实验例。
<实验例1>
在备有上述构成的钻孔装置1中，一旦钻头15的圆周速度为300m/min以上，实际上就可减少打出给定深度的孔所必要的钻孔作功量，实现钻孔速度随着圆周速度的增加一起的增加，下面基于验证这一点的实验数据进行详细说明。
为了测定相对被挖掘物C的钻孔速度，一边保持发生扭矩略为一定值，一边改变平均每一分钟的空心钻13的转速，改变钻头15的圆周速度，分别在每种圆周速度下，对于压缩强度为JIS标准210kgf/cm2的混凝土组成的被挖掘物C，测定打出100mm～200mm的给定深度的孔所要的钻孔时间。在这里，作为空心钻13，采用在管14的前端大致沿全周设置钻头15的结构，作为钻头15，采用其外径为25mm、刃厚为2mm、轴向长度为6mm的、把粒度尺寸为#40/50的高品级金刚石磨料分散配置到密度为1.76ct/cc的作为金属结合剂材料的W-Cu-Sn中所形成的钻头。另外，钻孔时，让略接近室温的冷却水一边以3l/min流动一边向下进行钻孔。
表1～表5是无负载时空心钻13的转速分别为1000rpm、1500rpm、2000rpm、3000rpm、5000rpm的情况下，一边向被挖掘物C施加给定压力，一边送进空心钻13，保持流过直流马达2到达电流略为恒定，将与要钻孔时同样的扭矩负载作用到空心钻13上，测定此时的转速与钻孔时间的结果。测定时，由于确认空心钻13的状态在侧定时是不变化的，因此，在测定时，在测定的前后，分别以7000rpm程度的转速进行确认钻孔。
〔表1〕

〔表2〕

〔表3〕

〔表4〕

〔表5〕

在这些表中，钻孔时流过直动式马达2的电流值大致在28A前后，是一定的。在本实施例中，由于在发生扭矩T(单位为Nm)与电流IM(单位为A)之间，有T＝0.12×IM-0.6的关系成立，因此，在上述表中，可以看出，也能将发生扭矩保持为一定，使钻头15所受来自被挖掘物C的负载略为一定。也就是说，由于钻头15的外径同为25mm，所以扭矩相等意味着施加到钻头15切线方向的力略为一定。但是，一旦钻头15向被挖掘物C的进刀深度变化时，与之对应，受来自被挖掘物的阻力也是变化的，因此，钻头15沿切线方向施加的力略为一定意味着无论钻头15向被挖掘物C的进刀深度处于大致相同的程度或者不相同，若假如转速高到使空心钻13或钻头15与切粉或被挖掘物C之间的摩擦变大、负荷增大的话，在转速高的情况下，与转速低的情况相比，至少钻头15向被挖掘物C的进刀深度不会变大。
另外，表6是钻孔时作用到空心钻13上的扭矩负载值为两个不同的值，为了在不同的负载条件下进行比较，让钻孔时流过直动式马达2的电流值为15A和30A的两种不同的值，并分别保持该电流值略为恒定，对于无负载时空心钻13的转速分别为1000rpm、1500rpm、2000rpm、3000rpm、4000rpm、5000rpm的情况，一边向被挖掘物C作用给定压力，一边送进空心钻13，测定此时的转速与钻孔时间的结果。
〔表6〕

那么，作为钻孔装置进行钻孔的功率的输出功率P输出，如上文所述，与转速fN和发生扭矩T的乘积成比例，并且用P输出∝TfN表示，因此，如果发生扭矩T略为一定、转速fN上升、使钻头15的圆周速度上升，则输出功率P输出与此对应，也上升。在这里，由于一边保持电流值一定，一边将施加于钻头15上的切线方向的力保持略为一定，在朝切线方向施加略为一定的力FN的同时进行钻孔，因而，假设钻孔时间为Δt，则打出给定深度L的孔所需要的钻孔作功量E为E＝2πTfN×Δt×FNL。首先，在没有摩擦等引起作功消耗的理想状态下，为打出一定深度的孔所必要的钻孔作功量E可考虑成是不依赖于转速fN的一定值。于是，可以考虑，钻孔所要的钻孔时间Δt随着输出功率P输出的增加而减少，钻孔速度VH＝L/Δt，与输出功率P输出成比例地增加。
在这里，用图6示出从表1～表6的值算出钻头15外周侧的圆周速度与钻孔速度，并以圆周速度(单位m/min)为横轴，以钻孔速度为纵轴划出曲线的图。
在这里，虽然表1～表6中说到了略为一定，但是，除去经过稍微(2成的程度)变动的发生扭矩值对钻孔速度的影响，为了比较钻孔速度，在图6中，用钻孔速度除以钻孔时的发生扭矩值所得到的标准化的量(L/Δt)/T(单位10-3N-1·sec-1)作为钻孔速度。因此，图6示出了发生扭矩值一定、只有钻头15的圆周速度变化的情况下的钻孔速度变化的形式。在图中菱形点A1及+形点A2是流过直动式马达2的电流为30A的情况，另外，四边形点A3是流过直动式马达2的电流为15A的情况。
从图可以看出，圆周速度在220m/min以下时，与预想的情况相反，即使空心钻13的圆周速度增加，钻孔速度也不会与之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流过直动式马达2的电流、即发生扭矩不同，其走势也无变化。如上文所述，对于钻头进刀深度与发生扭矩彼此的关系给出了下面的事实，在本实验例中，由于发生扭矩为一定，其结果是，圆周速度为300m/min以上时，虽然钻孔速度在增加，但是，进刀深度不与圆周速度一起发生改变。
图7示出了忽略了用于送进钻孔装置所必要的为一定的作功量，仅仅着眼于利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0，利用E0＝2πTfN×Δt的关系，从表1～表6的值算出钻孔装置进行的钻孔作功量E，并以钻头15外周侧的圆周速度(单位m/min)为横轴，以单位深度下的钻孔装置进行的钻孔作功量(单位J/mm)为纵轴划出曲线的图。在图中，菱形点A1及+形点A2是流过直动式马达2的电流为30A左右的情况，另外，四边形点A3是流过直动式马达2的电流为15A左右的情况。从图可以看出，在圆周速度为220m/min以下的区域，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0大致与圆周速度成比例地增加。而且，即使流过直动式马达2的电流不同时，在各个圆周速度下的钻孔作功量E0的值是相同的。这是因为，当钻头15的进刀深度变大时，负载也随该深度成比例地变大，另一方面，钻孔所必要的空心钻13的转速变小，因而，从整体上看，可考虑钻孔作功量E0没有变化。总之，即使当把空心钻13压靠在被挖掘物C上时的压力不同，施加到空心钻13上的负载值是变化的，由于在圆周速度为220m/min以下时，随着空心钻13的圆周速度的增加，钻孔作功量会增加，因而钻孔速度不会增加。
但是，在图7中，观察钻头的圆周速度高的区域，可以发现，在圆周速度为250m/min～300m/min的范围，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0随着圆周速度的增加急剧地减少，至少在圆周速度为300m/min以上的区域，钻孔作功量E0下降到圆周速度为220m/min的钻孔作功量的值的一半以下。结果，如图6所示那样，圆周速度为300m/min以上时，钻孔速度与圆周速度一起单调地增加。
上文所表示的结果表明，虽然是空心钻直径为25mm的情况，但是，使用直径为15mm以上、小于50mm的空心钻，以0.6N/mm2以上的给定压力送进该空心钻的情况下，也能得到类似的测定结果，在钻头外周侧的圆周速度至少为300m/min以上的情况下，不依赖于空心钻的直径，通过减少钻孔装置进行的钻孔作功量，可与圆周速度一起增加钻孔速度。
如上文所述，以保持进刀深度一定为目的，一边保持发生扭矩为一定、一边进行钻孔时，如果是以往技术，虽然预想着钻孔速度会随着钻头圆周速度一起单调地增加。但是，本发明者发现，钻孔速度并不能随着圆周速度增加的同时单调地增加，当钻头圆周速度小于220m/min时，由于钻孔所需的作功量在增加，所以，不能有效地增加钻孔速度；进一步还发现，在钻头圆周速度为250m/min～300m/min的范围，钻孔所需的作功量在减少，因此，当钻头圆周速度为300m/min以上时，通过增加钻头的圆周速度，可有效地增加钻孔速度。因而，根据本发明的钻孔装置与钻孔方法，可以消除打出给定深度的孔所必要的作功量的无用功，并将其值减少，可在短时间内对被挖掘物钻孔。
<实验例2>
使用无负载时圆周速度为300m/min以上，钻孔时作用有负载的情况下，钻头外周侧的圆周速度为220m/min以下的以往的钻孔装置。在此，将本发明的钻孔装置1与以往用的钻孔装置的钻孔速度进行比较。换句话说，作为以往所使用的钻孔装置，预备市售的的两种类型的钻孔装置A与钻孔装置B，对于压缩强度为JIS标准210kgf/cm2的混凝土组成的被挖掘物C，进行深度为200mm的钻孔，分别测定出钻孔时间，并进行比较。在这里，钻孔装置A、钻孔装置B及钻孔装置1所使用的空心钻与实验例所使用的空心钻相同。
表7示出了在这样的条件下，对使用钻孔装置A、钻孔装置B及钻孔装置1进行钻孔的情况下的钻孔时间进行比较的情况。
〔表7〕

在钻孔装置A的情况下，供给17A的电流，当转速fN为2500rpm、钻头的圆周速度为200m/min、发生扭矩T为3.2Nm时，在混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要约55秒。
另外，在钻孔装置B的情况下，供给9A的电流，当转速fN为750rpm、钻头的圆周速度为60m/min、发生扭矩T为7.5Nm时，在混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要约60秒。由于与钻孔装置的输出功率成比例的转速fN与发生扭矩T之积仅仅是先前叙述的钻孔装置例子情况下的7成的程度，因此，不能单纯地进行比较，假设转速与发生扭矩之积相等，在这样的转速下评价钻孔时间时，为40秒的程度。
另一方面，在本发明钻孔装置1的情况下，当转速fN为5700rpm、钻头的圆周速度为450m/min、发生扭矩T为1.4Nm时，在同样的混凝土被挖掘物上打出深度200mm的孔需要约16秒。
从这些值算出利用钻孔装置进行的钻孔作功量时，在用钻孔装置A的情况下为46.2kJ，在用钻孔装置B的情况下为35.3kJ，在用钻孔装置1的情况下为13.4kJ，仅仅比较利用钻孔装置进行的钻孔作功量，就能看出，用钻孔装置1的情况下为最少。由于送进钻孔装置所必要的送进方向的力与钻头切线方向所必要的力成比例，因此，对钻孔作功量全体进行比较，其顺序也不会发生变化。
于是，很明显，在钻头圆周速度为300m/min以上进行钻孔时，钻孔作功量变小，通过增加圆周速度，可有效地提高钻孔速度。
根据上述的实验例可知，通过使钻头的圆周速度增加到300m/min以上进行钻孔，可减小钻孔作功量，缩短钻孔时间。
另外，钻头圆周速度为220m/min～300m/min之间的区域是钻孔作功量与圆周速度一起急剧减少的区域，钻孔速度基本上从钻头的圆周速度超过250m/min的一带随钻头的圆周速度一起开始增加。因此，一旦钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头外周侧的圆周速度为250m/min以上进行钻孔的话，即使没有明显的误差，至少钻孔速度与圆周速度一起增加。
另外，一旦钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头的圆周速度为400m/min以上进行钻孔时，则可以不依赖于脆性材料组成的被挖掘物的种类，就能可靠地增加钻孔速度。
进一步，通过验证实验也表示出，即使在备有第二实施例构成的钻孔装置1中，一旦钻头215的圆周速度为300m/min以上时，实际上打出给定深度的孔所必要的钻孔作功量减少，可随着圆周速度的增加，提高钻孔速度。
为了测定相对被挖掘物C的钻孔速度，一边保持发生扭矩略为一定值，一边改变平均每一分钟的空心钻213的转速，改变钻头215的圆周速度，分别在每种圆周速度下，对于压缩强度为JIS标准210kgf/cm2的混凝土组成的被挖掘物C，测定打出100mm～200mm的给定深度的孔所要的钻孔时间。在这里，作为空心钻213，采用在管214的前端大致沿全周设置钻头215的结构，作为钻头215，采用其外径为75mm、刃厚为2mm、轴向长度为6mm的、把粒度尺寸为#40/50的高品级金刚石磨料分散配置到密度为1.76ct/cc的作为金属结合剂材料的W-Cu-Sn中所形成的钻头。另外，钻孔时，与上述实验例1相同，一边把给定压力作用到被挖掘物C上，一边送进钻头213，测定此时的转速与钻孔时间。
结果可从表1～表6及图6与图7所示的值得出。当圆周速度在220m/min以下时，与预想的情况相反，即使空心钻213的圆周速度增加，钻孔速度也不会与之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流过直动式马达2的电流不同，其走势也无变化。如上文所述，从钻头进刀深度与发生扭矩彼此的关系出发，结果可揭示出这样的事实，在圆周速度为300m/min以上时，虽然钻孔速度在增加，但是，进刀深度不与圆周速度一起发生改变。另一方面，还可以看出，在圆周速度为220m/min以下的区域，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0大致与圆周速度成比例地增加。而且，即使流过直动式马达2的电流不同时，在各个圆周速度下的钻孔作功量E0的值是相同的。这是因为，当钻头215的进刀深度变大时，负载也随该深度成比例地变大，这种原因整个导致钻孔所必需的空心钻213的转速变小，因而，从整体上看，可考虑钻孔作功量E0没有变化。总之，即使当把空心钻213压靠在被挖掘物C上时的压力不同，施加到空心钻213上的负载值是变化的情况下，由于在圆周速度为220m/min以下时，随着空心钻213的圆周速度的增加，钻孔作功量会增加，因而钻孔速度不会增加。但是，在圆周速度为250m/min～300m/min的范围，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0随着圆周速度的增加急剧地减少，至少在圆周速度为300m/min以上的区域，钻孔作功量E0下降到圆周速度为220m/min的钻孔作功量的值的一半以下。结果，圆周速度为300m/min以上时，钻孔速度与圆周速度一起单调地增加。
该测定结果表明，虽然是使用空心钻直径为75mm的结构的情况，但是，使用直径为50mm以上、小于200mm以下的空心钻，以0.6N/mm2以上的给定压力送进该空心钻的情况下，也能得到类似的测定结果，在钻头外周侧的圆周速度至少为300m/min以上的情况下，不依赖于空心钻的直径，通过减少钻孔装置进行的钻孔作功量，可与圆周速度一起增加钻孔速度。
从以上实验例可以得出，在第二实施例中，将钻头的圆周速度增加到300m/min以上进行钻孔，借此，可以减少钻孔作功量，缩短钻孔时间。
另外，钻头圆周速度为220m/min～300m/min之间的区域是钻孔作功量与圆周速度一起急剧减少的区域，钻孔速度基本上从钻头的圆周速度超过250m/min的一带随钻头的圆周速度一起开始增加。因此，一旦钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头外周侧的圆周速度为250m/min以上进行钻孔的话，即使没有明显的误差，至少钻孔速度与圆周速度一起增加。
另外，一旦钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力将钻孔工具推压到被挖掘物上，同时保持钻头的圆周速度为400m/min以上进行钻孔时，则可以不依赖于脆性材料组成的被挖掘物的种类，就能可靠地增加钻孔速度。
除此之外，通过验证实验表示出，即使在上述第三实施例构成的情况下，一旦钻头315的圆周速度为300m/min以上时，实际上打出给定深度的孔所必需的钻孔作功量减少，可随着圆周速度的增加，提高钻孔速度。
为了测定相对被挖掘物C的钻孔速度，一边保持发生扭矩略为一定值，一边改变平均每一分钟的钻孔工具313的转速，改变钻头315的圆周速度，分别在每种圆周速度下，对于压缩强度为JIS标准210kgf/cm2的混凝土组成的被挖掘物C，测定打出100mm～200mm的给定深度的孔所要的钻孔时间。在这里，作为钻孔工具313，采用在工具本体314的前端安装有钻头315的结构，作为钻头315，采用其外径为6.5mm、轴向长度为6mm的、把粒度尺寸为#40/50的高品级金刚石磨料分散配置到密度为1.76ct/cc的作为金属结合剂材料的W-Cu-Sn中所形成的钻头。另外，钻孔时，与上述实验例1相同，一边把给定压力作用到被挖掘物C上，一边送进钻孔工具313，保持流过直动式马达302的电流略为一定值，将与要钻孔时相同的扭矩负载作用到钻孔工具313上，测定此时的转速与钻孔时间。
结果可从表1～表6及图6与图7所示的值得出。当圆周速度在220m/min以下时，与预想的情况相反，即使钻孔工具313的圆周速度增加，钻孔速度也不会与之成比例地增加。其值基本保留一定，而且，即使流过直动式马达302的电流不同，即发生扭矩不同，其走势也无变化。如上文所述，从钻头进刀深度与发生扭矩彼此的关系出发，结果可揭示出这样的事实，在圆周速度为300m/min以上时钻孔速度增加不是由于进刀深度与圆周速度一起发生改变。另一方面，还可以看出，在圆周速度为220m/min以下的区域，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0大致与圆周速度成比例地增加。而且，在流过直动式马达302的电流不同时，在各个圆周速度下的钻孔作功量E0的值也依然是相同的。这是因为，当钻头315的进刀深度变大时，负载也随该深度成比例地变大，这种原因整个导致钻孔所必需的空心钻313的转速变小，因而，从整体上看，可考虑钻孔作功量E0没有变化。总之，即使当把钻孔工具313压靠在被挖掘物C上时的压力不同，施加到钻孔工具313上的负载值是变化的情况下，由于在圆周速度为220m/min以下时，随着钻孔工具313的圆周速度的增加，钻孔作功量会增加，因而钻孔速度不会增加。但是，在圆周速度为250m/min～300m/min的范围，利用钻孔装置进行的钻孔作功量E0随着圆周速度的增加急剧地减少，至少在圆周速度为300m/min以上的区域，钻孔作功量E0下降到圆周速度为220m/min的钻孔作功量的值的一半以下。结果，圆周速度为300m/min以上时，钻孔速度与圆周速度一起单调地增加。
该测定结果表明，虽然是使用钻孔工具的直径为6.5mm的结构的情况，但是，使用直径为3mm以上、小于15mm的钻孔工具，以0.6N/mm2以上的给定压力送进该钻孔工具的情况下，也能得到类似的测定结果，在钻头外周侧的圆周速度至少为300m/min以上的情况下，不依赖于钻孔工具的直径，钻孔装置进行的钻孔作功量减少，钻孔速度与圆周速度一起增加。
从以上实验例可以得出，在第三实施例的情况下，也能通过将钻头的圆周速度增加到300m/min以上进行钻孔，来减少钻孔作功量，可缩短钻孔时间。
工业上的应用性根据本发明的钻孔装置，可以减少为打出给定深度的孔所必需的作功值，结果，通过增加钻头的圆周速度，可在短时间内，对被挖掘物进行钻孔。
另外，根据本发明的钻孔装置，旋转驱动装置备有让前端部安装有钻孔工具的旋转轴贯通而一体设置的圆筒状转子、及设置在该转子外周面上圆筒状定子，因此，可以消除采用齿轮等的旋转传动系的作功损失，可将马达的输出功率全部作为钻孔装置的输出功率，实现了钻孔装置的小型轻量化，可使钻孔装置高速旋转。
另外，根据本发明的钻孔方法，能够减少打出给定深度的孔所必要的作功值，通过增加钻头的圆周速度，可在短时间内对被挖掘物钻孔。
权利要求
1.一种钻孔装置，包括在杆状或圆筒状工具本体的前端设置有由超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中形成的钻头的钻孔工具；及驱动上述钻孔工具围绕轴线旋转的旋转驱动装置，将被旋转驱动的所述钻孔工具的前端推压到由脆性材料组成的被挖掘物上，对该被挖掘物进行钻孔，其特征是，所述旋转驱动装置的构成为，在钻孔时，以0.6N/mm2以上的给定压力，将所述钻孔工具推压到所述被挖掘物上，同时保持所述钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上。
2.根据权利要求1记载的钻孔装置，其特征是，所述钻孔工具，其直径为3mm以上、200mm以下。
3.根据权利要求1记载的钻孔装置，其特征是，所述钻孔工具，其直径为3mm以上、小于15mm。
4.根据权利要求1记载的钻孔装置，其特征是，所述钻孔工具，其直径为15mm以上、小于50mm。
5.根据权利要求1记载的钻孔装置，其特征是，所述钻孔工具，其直径为50mm以上、200mm以下。在该直径的钻孔装置中，特别是用圆筒状的工具本体时，能可靠地实现钻孔速度的提高。
6.根据权利要求1～5任一记载的钻孔装置，其特征是，所述旋转驱动装置备有使前端部安装有所述钻孔工具的旋转轴贯通、与该旋转轴一体地设置的筒状转子；及设置在该转子外周面上的圆筒状的定子。
7.一种钻孔方法，驱动在圆筒状工具本体的前端设置有由超硬合金或把超磨料分散配置到结合相中形成的钻头的钻孔工具围绕轴线旋转，将被旋转驱动的所述钻孔工具的前端推压到由脆性材料组成的被挖掘物上，对该被挖掘物进行钻孔，以0.6N/mm2以上的给定压力，将所述钻孔工具推压到所述被挖掘物上，一边保持所述钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上，一边对所述被挖掘物进行钻孔。
8.根据权利要求7记载的钻孔方法，其特征是，所述钻孔工具本体的直径为3mm以上、200mm以下。
9.根据权利要求7记载的钻孔方法，其特征是，所述钻孔工具本体的直径为3mm以上、小于15mm。
10.根据权利要求7记载的钻孔方法，其特征是，所述钻孔工具本体的直径为15mm以上、小于50mm以下。
11.根据权利要求7记载的钻孔方法，其特征是，所述钻孔工具本体的直径为50mm以上、200mm以下。
全文摘要
通过下述方式构成钻孔装置，即，把超磨料分散配置到烧结粘合剂材料所得到的结合相中所形成的钻头设置在圆筒状管的前端，以此为空心钻，通过直动式马达驱动该空心钻围绕轴线旋转，用旋转的空心钻的前端对脆性材料组成的被挖掘物进行钻孔。这时，在钻孔时以0.6N/mm2以上的给定压力将空心钻推压到被挖掘物上的状态下，旋转驱动空心钻，使钻头外周侧的圆周速度为300m/min以上。
文档编号B23B47/00GK1582220SQ0281444
公开日2005年2月16日 申请日期2002年5月17日 优先权日2001年5月21日
发明者佐藤九州男, 真崎繁, 今冈稔雄 申请人:三菱麻铁里亚尔株式会社, 日本金刚石株式会社