挖掘工具的制作方法

本发明涉及一种通过配设于套管顶端的环状钻头和插穿于套管内并配设于环状钻头内周部的先导钻头进行钻孔的挖掘工具。

本申请主张基于2014年3月31日在日本申请的专利申请2014-071558号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术：

作为这种挖掘工具，已知有如下挖掘工具：在圆筒状的套管的顶端部，以绕套管的轴线旋转自如的方式设有圆环状的环状钻头，并且在被插入到套管内的传递部件顶端安装有先导钻头(内侧钻头)。并且，例如在专利文献1中提出有如下挖掘工具：在先导钻头的外周形成有朝向轴线方向顶端侧能够分别抵接于套管和环状钻头的第1、第2抵接部，先导钻头能够与环状钻头绕轴线卡合，环状钻头能够相对于套管向轴线方向顶端侧拔脱。

专利文献1：日本专利第4887857号公报

这种挖掘工具在进行钻孔之后，能够使套管及环状钻头留在挖掘孔内而仅拉出先导钻头进行回收。并且，由于环状钻头能够相对于套管向顶端侧拔脱，因此也能够仅使环状钻头留在挖掘孔内而回收先导钻头和套管。

当然，也能够从挖掘孔中回收所有的先导钻头和套管及环状钻头，在任何情况下，先导钻头都被回收而再利用于下一次钻孔。因此，对先导钻头要求比环状钻头或套管更长的寿命。

在此，这种先导钻头的寿命通常由在突设于从环状钻头的顶端内周部朝向挖掘工具的顶端的先导钻头的顶端面上的挖掘刀片中的、因自轴线的距离较大而挖掘量最大的最外周的规体刀片(gauge tip)的磨耗来决定。即，先导钻头因该规体刀片的磨耗而钻孔速度下降或无法形成规定内径的挖掘孔，多数情况下一般以此来判断已达到寿命。但是，例如上述专利文献1中所记载的挖掘工具等中，先导钻头的顶端面比环状钻头更向顶端侧突出而只有先导钻头先行进行钻孔，因此难以抑制这种规体刀片的磨耗或损伤。

技术实现要素：

本发明是在这种背景下完成的，其目的在于提供一种挖掘工具，其通过抑制先导钻头最外周的规体刀片的磨耗，实现先导钻头的寿命延长而增加可再利用次数，随之，有助于降低施工成本，并且能够进行有效的钻孔。

为了解决上述课题并实现这样的目的，根据本发明的一方式，提供一种挖掘工具，其具备：呈圆筒状的套管；圆环状的环状钻头，在该套管的顶端以以与该套管同轴且绕该套管的中心轴线旋转自如的方式配设；及先导钻头，从后端侧插穿于上述套管内且该先导钻头的顶端部配设于上述环状钻头的内周部，上述环状钻头通过与上述先导钻头在挖掘时的旋转方向上卡合，从而能够绕上述中心轴线与上述先导钻头一体地旋转且卡止于该中心轴线方向顶端侧，在上述先导钻头和环状钻头的顶端部突设有挖掘刀片，并且上述先导钻头的最外周的挖掘刀片和上述环状钻头的最内周的挖掘刀片在挖掘时的绕上述中心轴线的旋转轨迹上重叠。

这种挖掘工具中，先导钻头的最外周的挖掘刀片即上述规体刀片与环状钻头的最内周的挖掘刀片在挖掘时的绕上述中心轴线的旋转轨迹上重叠，因此能够使在挖掘时作用于规体刀片的负荷的一部分向环状钻头的最内周的挖掘刀片分散，能够抑制规体刀片的磨耗。因此，能够延长由这种规体刀片的磨耗引起的先导钻头的寿命，从而能够尽量多次再利用所回收的先导钻头。

在此，如上所述，为了使环状钻头与先导钻头在挖掘时的旋转方向上卡合并绕上述中心轴线一体地旋转，可以在先导钻头的顶端部外周形成沿上述中心轴线方向延伸的突条部，并且在环状钻头的内周部形成能够容纳上述突条部的凹槽部，通过在该凹槽部容纳突条部而使先导钻头与环状钻头在挖掘时的旋转方向上卡合。

并且，在这种情况下，可以通过使上述突条部的顶端部与上述先导钻头的顶端面连续，并且使上述凹槽部在上述环状钻头的顶端面开口并将先导钻头的最外周的挖掘刀片突设于上述突条部的顶端部，并且将上述环状钻头的最内周的挖掘刀片突设于该环状钻头的上述顶端面的圆周方向上的上述凹槽部的开口部之间，从而如上所述那样使先导钻头的最外周的挖掘刀片和环状钻头的最内周的挖掘刀片在挖掘时的绕上述中心轴线的旋转轨迹上重叠。

另外，如此在先导钻头的顶端部外周形成突条部，在环状钻头的内周部形成能够容纳该突条部的凹槽部，使先导钻头与环状钻头在挖掘时的旋转方向上卡合的情况下，在上述环状钻头的内周部形成有n(n为1以上的整数)个上述凹槽部时，可以将其形成为各个上述凹槽部的圆周方向两端相对于上述中心轴线所成的中心角在180/n±10(°)的范围内。根据这种结构，能够防止在挖掘过程中突条部从凹槽部拔出而卡合被解除的情况。

尤其，在这种情况下，可以使环状钻头相对于套管向上述中心轴线方向顶端侧拔脱自如。根据这种结构，在进行挖掘时能够通过先导钻头和环状钻头可靠地形成挖掘孔，并且在挖掘孔形成至规定的深度之后，以留下环状钻头的状态回收先导钻头及套管时，无需如专利文献1中所记载的复杂的拔脱机构，能够以该状态从挖掘孔中拉出先导钻头和套管进行回收。但是，当与这些先导钻头及套管还一同回收环状钻头时，环状钻头当然可以相对于套管卡止在上述中心轴线方向顶端侧。

如以上说明，根据本发明，实现作用于先导钻头最外周的规体刀片的负荷的减轻而抑制该规体刀片的磨耗，从而能够延长先导钻头的寿命，并能够更多次再利用先导钻头，从而能够促进施工成本的降低，并且有效地进行钻孔。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的、在中心轴线方向上从顶端侧观察的主视图。

图2是图1中的XOY剖视图。

图3是表示图1所示的实施方式的先导钻头的顶端部的立体图。

图4是图1中的XO部分放大剖视图。

图5是表示本发明的第2实施方式的、在中心轴线方向上从顶端侧观察的主视图。

图6是图5中的XOY剖视图。

图7是图5中的XO部分放大剖视图。

具体实施方式

图1至图4是表示本发明的第1实施方式的挖掘工具100的图。如图2所示，本实施方式中，套管1由钢材等形成为以中心轴线O为中心的圆筒状，并且在其顶端部(图2中为左侧部分)通过焊接等接合而一体地安装有具有与套管1相等的外径和稍小的内径的套管顶部1A。通过安装这种套管顶部1A，在套管1的顶端部内周，以内径朝向顶端侧小一级的方式形成阶梯部1B。

在该套管1的顶端以与套管1同轴且绕中心轴线O旋转自如的方式配设有圆环状的环状钻头2。但是，本实施方式中，如图2所示，该环状钻头2相对于上述套管顶部1A在中心轴线O方向上隔开间隔配设，而未与套管1连结，该环状钻头2相对于套管1向中心轴线O方向顶端侧拔脱自如。

该环状钻头2也由钢材等形成，如图2所示，具有比套管1稍大的外径和比套管顶部1A稍小的内径。并且，如图1所示，在该环状钻头2的内周部，在圆周方向上等间隔形成有多条(本实施方式中为四条)沿中心轴线O方向贯穿环状钻头2的贯穿槽2A，并且以分别与这些贯穿槽2A连通的方式形成有凹槽部2B。

如图2所示，这些凹槽部2B如下形成：在该凹槽部2B与环状钻头2的后端面之间沿中心轴线O方向隔开间隔，并且如图1所示，从连通的贯穿槽2A沿着环状钻头2的内周部朝向后述的挖掘时的旋转方向T延伸，并且还与在该旋转方向T上相邻的贯穿槽2A在圆周方向上隔开间隔。并且，这些凹槽部2B也在环状钻头2的顶端面开口。

在此，如图1所示，各个凹槽部2B的圆周方向宽度如下形成：当将凹槽部2B的数量设为n时，凹槽部2B的圆周方向的两端相对于上述中心轴线O所成的中心角θ在180/n±10(°)的范围内，形成四条凹槽部2B的本实施方式中，设在θ＝45±10(°)的范围内。另外，贯穿槽2A的圆周方向宽度小于该凹槽部2B的宽度。

并且，如图2所示，环状钻头2的顶端部为其外周部随着朝向外周侧而向中心轴线O方向后端侧倾斜的倾斜面，并且在比该外周部更靠内周侧形成有与中心轴线O垂直的平坦面。上述贯穿槽2A和凹槽部2B的顶端在该平坦面的内周侧开口。

并且，在这些环状钻头2顶端部的倾斜面与平坦面、及这些倾斜面与平坦面的交叉棱线部，埋入突设有多个由硬质合金等硬质材料构成的挖掘刀片3。另外，在这些挖掘刀片3中突设于平坦面的挖掘刀片3A如下配设，即其中心线与该平坦面垂直，且局部位于比朝向凹槽部2B的内周侧的槽底面更靠内周侧，从而突设于该环状钻头2的顶端面的圆周方向上的上述凹槽部2B的开口部之间。

另一方面，在上述套管1内，从后端侧插穿有先导钻头4，且该先导钻头4的顶端部配设于上述环状钻头的内周部。在此，在套管1内根据需要接上未图示的挖掘杆等传递部件并从后端侧被插入，并且在该传递部件的顶端部安装有锤子H，在该锤子H上安装有先导钻头4。传递部件在进行挖掘时对先导钻头4传递向中心轴线O方向顶端侧的推力和向如图1所示的旋转方向T的绕中心轴线O的旋转力，并且锤子H对先导钻头4赋予向中心轴线O方向顶端侧的冲击力。

如图2所述，先导钻头4的后端部为安装于上述锤子H的柄部4A，并且顶端部呈直径比柄部4A大一级的圆盘状。除了后述的突条部以外，该顶端部的外周形成为随着朝向顶端侧而缩径两级的多级状，其中最大的后段部的外径稍小于套管1的内径，且大于套管顶部1A的内径，从而在该后段部形成能够从后端侧抵接于通过套管顶部1A而形成于套管1的顶端部内周的上述阶梯部1B的阶梯部4B。

并且，比该阶梯部4B更靠顶端侧的先导钻头4的中段部，其外径稍小于套管顶部1A的内径，并且稍大于环状钻头2的除贯穿槽2A和凹槽部2B以外的部分的内径，从而该中段部的顶端面能够从后端侧抵接于环状钻头2的后端面。另外，如此在使中段部的顶端面抵接于环状钻头2的后端面并且使上述阶梯部1B、4B抵接的状态下，在环状钻头2与套管顶部1A之间如上述那样沿中心轴线O方向隔开间隔。

另外，在比该中段部更靠顶端侧的先导钻头4的前段部的外周，在圆周方向上等间隔形成有与上述贯穿槽2A及凹槽部2B相同数量的突条部4C，除了该突条部4C以外的前段部的外径小于环状钻头2的内径。突条部4C以从中段部向中心轴线O方向顶端侧隔开间隔而向顶端部外周突出的方式形成，该突条部4C与该中段部之间的间隔稍大于环状钻头2的后端面与凹槽部2B的间隔。

并且，突条部4C的外周面位于以中心轴线O为中心的圆筒面上，该圆筒面的外径大于环状钻头2的内径，且小于贯穿槽2A及凹槽部2B的朝向内周侧的槽底面的内径。另外，该突条部4C的圆周方向宽度小于贯穿槽2A的宽度，从而能够使突条部4C沿中心轴线O方向穿通贯穿槽2A。并且，突条部4C的顶端面与先导钻头4的顶端面连续。

因此，如此在使突条部4C穿通贯穿槽2A并如上述那样使中段部的顶端面抵接于环状钻头2的后端面的状态下，若使先导钻头4相对于环状钻头2沿旋转方向T旋转，则环状钻头2的后端面与凹槽部2B之间的部分进入到先导钻头4的突条部4C与中段部的顶端面之间的间隙部分而使突条部4C容纳于凹槽部2B中，环状钻头2相对于先导钻头4卡止在中心轴线O方向顶端侧。通过进一步旋转先导钻头4，在突条部4C抵接于凹槽部2B和与该凹槽部2B在旋转方向T侧相邻的贯穿槽2A之间的部分时，环状钻头2与先导钻头4在旋转方向T上卡合而能够一体地旋转。

并且，如此在环状钻头2通过与先导钻头4在旋转方向T上卡合，从而能够绕中心轴线O一体地旋转且卡止在中心轴线O方向顶端侧的状态下，先导钻头4的顶端面形成为从环状钻头2的顶端面稍微向顶端侧突出。该先导钻头4的顶端面具有如下形状：位于上述中心轴线O上的中央部为向后端侧凹陷的、与中心轴线O垂直的平坦面，并且随着从该平坦面朝向外周侧，缓慢地向中心轴线O方向顶端侧倾斜之后，再次呈与中心轴线O垂直的圆环状的平坦面，并且包括上述突条部4C的顶端面在内以朝向中心轴线O方向后端侧的方式朝向外周侧倾斜。

并且，在该先导钻头4的顶端面埋入并突设有与环状钻头2同样地由硬质合金等硬质材料构成的多个挖掘刀片5，其中，突设于以朝向中心轴线O方向后端侧的方式而朝向顶端面最外周的外周侧倾斜的部分的挖掘刀片5为规体刀片5A。并且，该规体刀片5A以其中心线与倾斜的最外周的顶端面垂直的方式突设，如图4所示，该规体刀片5A以与突设于环状钻头2的顶端面内周侧的平坦面上的挖掘刀片3A在绕上述中心轴线O的旋转轨迹上重叠的方式配设。

另外，在先导钻头4的顶端面，以沿相对于中心轴线O的半径方向放射状延伸的方式，从上述中央部朝向外周侧在圆周方向上等间隔形成有与突条部4C相同数量的槽部4D。并且，这些槽部4D的外周端分别与还是和突条部4C相同数量的碎屑槽4E连通，所述碎屑槽以在先导钻头4的顶端部外周沿中心轴线O方向贯穿的方式在圆周方向上等间隔形成。这些碎屑槽4E位于在圆周方向上相邻的突条部4C的中间部分，从而在如上述那样环状钻头2与先导钻头4在旋转方向T上卡合并且卡止在中心轴线O方向顶端侧的状态下，如图1所示所述碎屑槽4E与环状钻头2的贯穿槽2A对置。

另一方面，如图2所示，在先导钻头4内，从柄部4A的后端沿着中心轴线O以在顶端部内延伸的方式形成有吹气孔4F，在进行挖掘时从上述锤子H向该吹气孔4F供给压缩空气等碎屑排出流体。另外，该吹气孔4F在先导钻头4的顶端部以朝向顶端外周侧的方式分支为多个(本实施方式中为八个)，其中一部分(四个)在上述槽部4D的内周侧开口，并且如图3所示，其余(四个)在先导钻头4外周的前段部，在上述突条部4C的旋转方向T后侧开口。

这种挖掘工具在如上述那样环状钻头2与先导钻头4在旋转方向T上卡合并且卡止在中心轴线O方向顶端侧的状态下，经由上述传递部件及锤子H赋予向旋转方向T的旋转力和向中心轴线O方向顶端侧的推力，并且从锤子H同样赋予向中心轴线O方向顶端侧的冲击力，从而通过这些突设于环状钻头2和先导钻头4的顶端面的挖掘刀片3、5粉碎岩盘等来形成挖掘孔。

并且，由于在套管1的顶端部内周的阶梯部1B朝向顶端侧抵接有先导钻头4的阶梯部4B，因此环状钻头2及先导钻头4一同逐渐插入到如此形成的挖掘孔内。另外，在挖掘过程中，利用从上述吹气孔4F喷出的碎屑排出流体，从碎屑槽4E及贯穿槽2A通过套管1内部而排出挖掘屑(碎屑)。

并且，在上述结构的挖掘工具中，由于突设于先导钻头4的顶端面最外周的规体刀片5A与突设于环状钻头2的内周的挖掘刀片3A在挖掘时的绕轴线O的旋转轨迹上重叠，因此通过上述挖掘刀片3A也能够挖掘由规体刀片5A进行的挖掘区域的一部分，能够使在先导钻头4中最大的向该规体刀片5A的负荷分散至环状钻头2的上述挖掘刀片3A。

因此，能够抑制规体刀片5A的磨耗而延长先导钻头4的寿命，在挖掘孔形成至规定的深度之后，从套管1内将先导钻头4连同上述传递部件及锤子H一起拉出并进行回收，当再次利用于下一次的钻孔时，能够使用更多次。因此，能够实现包括先导钻头4的主体及规体刀片5A在内的挖掘刀片5的有效利用而有效地进行钻孔，并且能够降低施工成本。

并且，本实施方式中，在先导钻头4的顶端部外周形成有沿中心轴线O方向延伸的突条部4C，并且在环状钻头2的内周部形成有能够容纳该突条部4C的凹槽部2B，通过在该凹槽部2B中容纳突条部4C，从而能够使环状钻头2与先导钻头4在挖掘时的旋转方向T上卡合而绕中心轴线O一体地旋转。因此，通过挖掘时的先导钻头4和环状钻头2的旋转，能够维持如此卡合的状态，因此能够防止在挖掘过程中卡合被解除而环状钻头2脱落的情况。

并且，本实施方式中，突条部4C的顶端部与先导钻头4的顶端面连续，并且凹槽部2B在环状钻头2的顶端面开口。并且，先导钻头4最外周的规体刀片5A突设于该突条部4C的顶端部，并且环状钻头2的最内周的挖掘刀片3A突设于圆周方向上的凹槽部2B之间的环状钻头2顶端部内周，即突设于环状钻头2的上述顶端面的圆周方向上的凹槽部2B的开口部之间。因此，不会损害如上所述的挖掘时的先导钻头4与环状钻头2的由突条部4C和凹槽部2B进行的卡合，且能够使规体刀片5A与挖掘刀片3A在上述旋转轨迹上重叠，因此更加有效地进行钻孔。

并且，本实施方式中，当在环状钻头2的内周部形成有n(n为1以上的整数，本实施方式中为4)条凹槽部2B时，以各个凹槽部2B的圆周方向的两端相对于上述中心轴线O所成的中心角θ在180/n±10(°)的范围内(本实施方式中为45±10(°)＝35°～55°)的圆周方向宽度形成有凹槽部2B。即，环状钻头2的内周部一圈除以凹槽部2B的数量的圆周方向宽度的大致1/2成为凹槽部2B的宽度，因此能够更加可靠地维持挖掘时的先导钻头4与环状钻头2的卡合。

另外，本实施方式中，使环状钻头2与套管1(套管顶部1A)隔开间隔而与先导钻头4卡合，从而相对于套管1向中心轴线方向顶端侧拔脱自如。因此，挖掘孔形成至规定的深度并结束钻孔之后，若使先导钻头4向与挖掘时的旋转方向T相反的方向旋转，则突条部4C从凹槽部2B向贯穿槽2A的位置移动，若从该位置将先导钻头4连同传递部件及锤子H一起从套管1内拉出，则环状钻头2从先导钻头4脱离，并且还从套管1脱落而留在挖掘孔内。

因此，当从挖掘孔中还拉出套管1进行回收时，能够防止因环状钻头2的直径大于套管1的直径而拉出时的阻力变大。并且，也无需如专利文献1中所记载的挖掘工具那样具备拔脱机构的复杂的卡止构件，所述拔脱机构使环状钻头2相对于套管1绕中心轴线O旋转自如，且在该中心轴线O方向上卡止，并且能够向顶端侧拔脱。

并且，如此，即使环状钻头2相对于套管1拔脱自如，本实施方式中，也能够通过如上所述的突条部4C与凹槽部2B的卡合及凹槽部2B的中心角θ来可靠地防止在挖掘过程中环状钻头2脱落。

但是，第1实施方式中，如此使环状钻头2相对于套管1拔脱自如，但也可以如图5至图7所示的本发明的第2实施方式的挖掘工具200那样，环状钻头2相对于套管1卡止在上述中心轴线O方向顶端侧。另外，该第2实施方式中，对与第1实施方式共同的部分标有相同的符号，尤其除了套管顶部1A以外的套管1和先导钻头4与第1实施方式通用。

即，该第2实施方式中，套管顶部1A的顶端部外周相比第1实施方式更向顶端侧延伸，在该延伸的顶端部的内周形成有环状槽1C，该环状槽沿中心轴线O的剖面呈沿该中心轴线O方向延伸的长方形状并绕中心轴线O旋转一圈。另一方面，环状钻头2的后端部的外径缩径一级至能够嵌插到除了该环状槽1C以外的套管顶部1A的顶端部内周的大小，在该缩径的后端部的后端外周部形成有能够容纳于上述环状槽1C中的外径的卡止凸部2C。

另外，环状槽1C形成为其中心轴线O方向的长度长于卡止凸部2C的中心轴线O方向的长度。并且，卡止凸部2C可以是在环状钻头2的后端外周部旋转一圈的突条，也可以是在圆周方向上分散分布的突起。另外，在该第2实施方式的环状钻头2的顶端部外周，在圆周方向上隔开间隔而形成有多个凹部2D。并且，环状钻头2的顶端面中，最内周部以随着朝向外周侧而朝向中心轴线O方向顶端侧的方式缓慢倾斜，对于垂直突设于该最内周部且旋转轨迹与先导钻头4的规体刀片5A重叠的挖掘刀片3A，其中心线随着朝向中心轴线O方向顶端侧而稍向内周侧倾斜。

这种第2实施方式中，如图6及图7所示，卡止凸部2C容纳于环状槽1C而环状钻头2的后端部嵌插于套管顶部1A的顶端部内周，从而环状钻头2相对于套管顶部1A及套管1绕中心轴线O旋转自如，且卡止在该中心轴线O方向顶端侧。因此，与第1实施方式同样地，在形成挖掘孔之后拉出先导钻头4时，环状钻头2不会脱落在挖掘孔中，通过从挖掘孔中拉出套管1，还能够回收环状钻头2，因此还能够实现该环状钻头2的再利用，更进一步有效地进行钻孔。

但是，这些第1、第2实施方式中，如上述那样从挖掘孔中拉出套管1进行回收，但套管1也可以与环状钻头2一同留在挖掘孔内，而仅回收先导钻头4。并且，第2实施方式中，也可以通过具备与专利文献1中所记载的挖掘工具相同的拔脱机构而将卡止在套管1的环状钻头2拔脱并留在挖掘孔内。

产业上的可利用性

根据本发明，通过实现作用于先导钻头最外周的规体刀片的负荷的减轻而抑制该规体刀片的磨耗，从而能够延长先导钻头的寿命，能够更多次再利用先导钻头，从而能够促进施工成本的降低，并且有效地进行钻孔。

因此，具有产业上的可利用性。

符号说明

1 套管

1A 套管顶部

2 环状钻头

2A 贯穿槽

2B 凹槽部

3 环状钻头2的挖掘刀片

3A 环状钻头2的最内周的挖掘刀片

4 先导钻头

4C 突条部

5 先导钻头4的挖掘刀片

5A 规体刀片(先导钻头4的最外周的挖掘刀片)

O 套管1的中心轴线

T 挖掘时的先导钻头4和环状钻头2的旋转方向。